CN101819930A

CN101819930A - 降低沟槽内残留物的方法

Info

Publication number: CN101819930A
Application number: CN200910046710A
Authority: CN
Inventors: 厉渊; 刘昌伙
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-09-01

Abstract

本发明公开了一种降低沟槽内残留物的方法，依次进行氧化硅层的刻蚀及衬垫层蚀除LRM，在LRM之后，采用氧气等离子体灰化的方法，去除LRM过程中产生的聚合物。采用该方法能够去除沟槽内产生的聚合物，从而降低由聚合物演变而成的难以清除的残留物，最终提高器件的性能。

Description

降低沟槽内残留物的方法

技术领域

本发明涉及半导体器件后段的制造工艺，特别涉及一种降低沟槽内残留物的方法。

背景技术

目前，在半导体器件的后段工艺中，可根据不同需要设置多层金属互连层，每层金属互连层包括金属互连线和绝缘层，这就需要对上述绝缘层制造沟槽，然后在上述沟槽内沉积金属，沉积的金属即为金属互连线，而且铜越来越多地用作金属互连线，这是由于铜可以比采用铝得到更低的电阻，因此采用铜互连层很具有吸引力。

现有技术中，在对某一铜互连层的绝缘层制造沟槽时，剖面示意图如图1所示：在包括刻蚀终止层101和氧化硅层102的绝缘层上刻蚀沟槽103，在刻蚀完氧化硅层102之后，继续进行刻蚀终止层101的刻蚀，藉以暴露出下层铜互连层的铜互连线104，如前所述，下层铜互连层的铜互连线104是沉积在绝缘层中的，即下层的绝缘层也同样包括刻蚀终止层101和氧化硅层102。刻蚀终止层101的刻蚀过程称为衬垫层蚀除(Liner Removal，LRM)步骤。刻蚀终止层101，通常是氮化硅或者碳化硅。氮化硅或者碳化硅的主要刻蚀气体为CH2F2，另外还通入O2、N2。其中CH2F2、O2、N2的比例为CH2F2∶O2∶N2＝2∶2.5∶1。在LRM刻蚀过程中，由于通入了O2，所以暴露的下层铜互连线104会被氧化，通常在LRM刻蚀之后，通入H2进行还原，将氧化铜还原为铜。

通入的CH2F2气体在刻蚀氮化硅或者碳化硅时，容易与氮化硅或者碳化硅反应生成聚合物(Polymer)，所述Polymer的成分一般为C-H-F基、C-F基及含Si的物质，附着在下层铜互连层的铜互连线104表面，然后在通入H2对铜表面进行处理的时候，这种Polymer会变为不必要而且难以清除的残留物，最终影响器件的性能。

出厂质量保证(Outgoing Quality Assurance，OQA)为出厂前的一道检查工序，其包括两个指标：一个为铜扩散缺陷度，即在LRM刻蚀之后，通入H2进行还原，将氧化铜还原为铜的过程中，会有部分氧化铜没有被H2还原，这样氧化铜在后续湿法清洗的时候就被清洗掉，在铜表面留下破洞，这就是铜扩散缺陷。上述缺陷如果发生在顶层的铜互连层，就会影响顶层铜互连层的铜互连线与铝衬垫的接合(bonding)，其中，铝衬垫位于顶层铜互连层的铜互连线的上面。当然，上述缺陷如果发生在其他铜互连层，也同样严重影响器件的性能。

另一个指标为检测沟槽内下层铜互连线104表面的残留物。如上所述，铜互连线表面形成的不必要而且难以清除的残留物，也会影响器件的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种降低沟槽内残留物的方法，该方法能够去除沟槽内产生的聚合物，从而降低由聚合物演变而成的难以清除的残留物。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明公开了一种降低沟槽内残留物的方法，依次进行氧化硅层的刻蚀及衬垫层蚀除LRM，在LRM之后，采用氧气等离子体灰化的方法，去除LRM过程中产生的聚合物。

所述聚合物包括C-H-F基、C-F基及含氮的物质。

所述氧气的流量为400sccm。

在采用氧气等离子体灰化的方法之后，进一步包括通入氮气和氢气，对LRM过程中产生的氧化铜进行还原的步骤。

所述氮气和氢气的比例为1∶8。

由上述的技术方案可见，本发明在LRM步骤之后，将O2通入，进行O2等离子体灰化，去除LRM步骤中CH2F2与氮化硅或者碳化硅反应生成的Polymer，这样在后续通入H2对下层铜互连线104表面的氧化铜进行还原的时候，就不存在Polymer变为难以清除的残留物，附着在下层铜互连线表面影响器件性能的问题。

附图说明

图1为现有技术中，在对某一铜互连层的绝缘层制造沟槽时的剖面示意图。

图2为本发明中去除Polymer的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说明，表示结构的示意图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本发明的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

本发明在LRM步骤之后，将O2通入，进行O2等离子体灰化，去除LRM步骤中CH2F2与氮化硅或者碳化硅反应生成的Polymer，这样在后续通入H2对下层铜互连线104表面的氧化铜进行还原的时候，就不存在Polymer变为难以清除的残留物，附着在下层铜互连线表面影响器件性能的问题。

本发明中去除Polymer的流程示意图如图2所示，其包括以下步骤：

步骤21、进行LRM刻蚀，去除氮化硅层；

步骤22、O2等离子体灰化去除Polymer；

步骤23、通入N2和H2，在还原氧化铜的同时，降低铜扩散缺陷。

首先，进行步骤21，对刻蚀终止层101，即本实施例中的氮化硅层进行刻蚀，也可以为碳化硅层。与现有技术相同，仍然采用CH2F2∶O2∶N2＝2∶2.5∶1的比例，在上述过程中，通入的CH2F2很容易与氮化硅反应，生成Polymer。Polymer的成分仍然为C-H-F基、C-F基及含Si的物质，而且，通入的O2在刻蚀过程中，容易与下层铜互连线104表面发生反应，将铜变为了氧化铜。这是对工艺制程非常不利的。

接下来，本发明在LRM步骤之后，通入O2，利用氧气等离子体灰化的方法，将Polymer变为气体而去除，即Polymer中C-H-F基、C-F基及含Si的物质变为气体CO、CO2、SiF4而被排出装置。O2的流量为400sccm，与在LRM步骤中通入O2的比例为8∶1。这样，去除了Polymer，在步骤23中通入H2，对下层铜互连线104表面的氧化铜进行还原的时候，就不会有由Polymer演变的难以清除的残留物出现，从而达到改善器件性能的目的，并且可以保证在OQA检测时顺利通过。

最后，本发明与现有技术不同的是，在用H2对下层铜互连线104表面进行处理的时候，同时通入N2。这是由于N2的均匀性较好，在H2与N2同时通入的时候，可以保证下层铜互连线104表面的氧化铜被H2均匀地还原。本实施例中，N2与H2的比例为1∶8。经验表明，N2与H2的比例为1∶8的时候，不但可以达到还原氧化铜的效果，而且可以将铜扩散的缺陷降至最低。因为此时相比于现有技术，下层铜互连线表面的未被还原的氧化铜量大大减少，那么在后续湿法清洗去除氧化铜后，在铜表面的破洞就会大大减少，因此无论是顶层的铜互连层，还是中间的某一铜互连层，其铜互连线表面的铜扩散缺陷就会被有效降低。对于顶层的铜互连层的铜互连线，如果铜扩散缺陷明显降低了，则顶层铜互连层的铜互连线与铝衬垫的接合就相对容易，器件性能也明显提高，对于中间的某一铜互连层的铜互连线，如果铜扩散缺陷明显降低了，铜表面没有破洞，则同样提高了器件性能。在不加入N2，或者N2与H2的比例不是1∶8的时候，会发现在OQA检测中，铜扩散缺陷比较明显。

本领域的技术人员应当理解，上述实施例中的具体数值，不应成为本发明的限定，本领域技术人员显然可以在不脱离本发明的精神或范围内进行适当的修改和变化。

Claims

1.一种降低沟槽内残留物的方法，依次进行氧化硅层的刻蚀及衬垫层蚀除LRM，其特征在于，在LRM之后，采用氧气等离子体灰化的方法，去除LRM过程中产生的聚合物。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物包括C-H-F基、C-F基及含氮的物质。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧气的流量为400sccm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在采用氧气等离子体灰化的方法之后，进一步包括通入氮气和氢气，对LRM过程中产生的氧化铜进行还原的步骤。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氮气和氢气的比例为1∶8。