CN105826164B - 通孔的清洗方法及半导体器件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种通孔的清洗方法及半导体器件的制备方法，在干法刻蚀形成后层通孔之后，为了去除干法刻蚀引入的电荷，先采用紫外线对后层通孔进行照射处理，中和去除大约三分之一至三分之二的电荷，再采用二氧化碳和碱性溶液的混合溶液对后层通孔中进行降电势差处理，从而在后续进行正常湿法去除工艺中，能够减少前层通孔连线的电势差，很大程度上减小电解反应对前层通孔连线造成的腐蚀，确保形成后层通孔后前层通孔连线依旧性能良好，进而能够保证半导体器件的性能。

Description

通孔的清洗方法及半导体器件的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种通孔的清洗方法及半导体器件的制备方法。

背景技术

在半导体后段金属互连中，经常会发生金属连线和通孔对准偏移(overlayshift)等原因使金属层没有完全覆盖通孔中的通孔连线，导致一部分通孔连线裸露出。在通孔刻蚀过程中，需要使用等离子体干法刻蚀和氧离子灰化工艺，容易引入大量的电荷，从而使裸露的通孔连线表面聚集大量的正电荷，然后在通孔刻蚀后的湿法清洗(wet strip)过程中，带有正电荷的通孔连线会发生电化学腐蚀反应导致通孔连线被腐蚀掉。

图1至图4为现有技术中通孔连线被腐蚀的结构示意图。

首先，请参考图1，提供半导体衬底10，在所述半导体衬底10上形成有介质层20，在所述介质层20中形成通孔，并在所述通孔中依次形成阻挡层40及通孔连线30，接着，在所述通孔连线30及阻挡层40上形成金属连线50，由于金属连线50与通孔对准存在偏移，导致一部分通孔连线30暴露出，接着，在阻挡层40、金属连线50上形成金属层间介质层(IMD)60，接着，在所述金属层间介质层60上形成图案化的光阻70，并借助图案化的光阻70的阻挡，对所述金属层间介质层60进行干法刻蚀，形成下一层的通孔，所述下一层的通孔暴露出所述金属连线50。由于金属连线50暴露出通孔连线30，因此，此处所述通孔连线30也被暴露出。由于干法刻蚀带有大量的电荷，因此会导致通孔连线30表面聚集有大量的电荷。

接着，请参考图2，形成下一层的通孔之后，采用氧离子灰化工艺去除所述图案化的光阻70，在此步骤中，氧离子灰化工艺将引入更多的电荷，使通孔连线30的表面电荷积聚更多。

接着，请参考图3和图4，在去除图案化的光阻70之后，采用湿法去除(也称为Solvent Clean，溶剂清洗)对通孔进行清洗，以去除刻蚀形成的残留物。此处采用碱性溶液进行清洗，通常采用的是为杜邦公司的NEKC，所述NEKC清洁是用胺碱进行，即含有胺基的有机溶剂，例如EKC 270/265或ACT 940等有机溶剂。由于通孔连线30带有大量正电荷，在此处使用溶液进行清洗时，会发生化学腐蚀反应对通孔连线30进行腐蚀，进而导致通孔连线30被完全腐蚀掉，影响整个半导体器件的性能。

为了防止通孔连线被腐蚀，目前主要采取以下手段进行改进：

一、改善上下层金属连线与通孔之间的对准偏移问题，若金属连线能与通孔精确对准，则通孔连线就不会露在外面，即使存在正电荷的聚集，也不会发生腐蚀反应使通孔连线完全被腐蚀；然而随着尺寸的缩小，精确控制上下层金属连线与通孔之间的对准偏移问题并不容易，无法精确做到；

二、在氧离子灰化过程，通入一定的H₂N₂气体，这样可以使H₂N₂气体离解成H原子，H原子被抽走时可以带走一部分正电荷，从而减轻通孔连线被腐蚀的程度。

然而，以上方法均只能在一定程度上起到改善，但效果并不理想，现有技术中依旧时常遭受通孔连线被完全腐蚀掉的情形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通孔的清洗方法及半导体器件的制备方法，能够确保通孔不被化学腐蚀掉，进而能够保证半导体器件的性能。

为了实现上述目的，本发明提出了一种通孔的清洗方法，包括步骤：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一介质层、贯穿所述第一介 质层的前层通孔以及形成于所述前层通孔中的前层通孔连线；

在所述第一介质层上形成第二介质层，并对所述第二介质层进行等离子体干法刻蚀处理形成后层通孔，所述后层通孔暴露出所述前层通孔连线；

采用紫外线对所述后层通孔进行照射处理；

采用混合溶液对所述后层通孔进行降电势差处理，所述混合溶液为二氧化碳和碱性溶液。

进一步的，在所述的通孔的清洗方法中，所述紫外线对所述后层通孔进行照射处理的时间范围是1分钟～20分钟。

进一步的，在所述的通孔的清洗方法中，所述混合溶液对所述后层通孔中进行降电势差处理的时间范围是10秒～30分钟。

进一步的，在所述的通孔的清洗方法中，所述碱性溶液为含有胺基的有机溶剂。

进一步的，在所述的通孔的清洗方法中，进行降电势差处理前，在所述碱性溶液中通入10s～200s、流量范围是200sccm～5000sccm的二氧化碳形成所述混合溶液。

进一步的，在所述的通孔的清洗方法中，采用混合溶液对所述后层通孔进行降电势差处理后，对所述碱性溶液重新通入10s～200s、流量范围是200sccm～5000sccm的二氧化碳，以重复利用所述混合溶液。

进一步的，在所述的通孔的清洗方法中，重复利用所述混合溶液时，相对于上一次使用延长本次采用混合溶液进行降电势差处理的时间，延长的时间范围是10秒～30分钟。

在本发明的另一方面，还提出了一种半导体器件的制备方法，采用如上文所述的通孔的清洗方法，包括步骤：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一介质层、贯穿所述第一介质层的前层通孔、形成于所述前层通孔中的前层通孔连线以及形成于所述第一介质层上且暴露出部分前层通孔连线的金属连线；

在所述第一介质层和所述金属连线上形成第二介质层，并对所述第二介质层进行等离子体干法刻蚀处理形成后层通孔，所述后层通孔暴露出所述前层通孔连线；

采用紫外线对所述半导体衬底进行照射处理；

采用混合溶液对所述后层通孔进行降电势差处理，所述混合溶液为二氧化碳和碱性溶液；

采用碱性溶液对所述后层通孔进行清洗。

进一步的，在所述的半导体器件的制备方法中，所述半导体衬底上还形成有阻挡层，所述阻挡层形成于所述介质层及前层通孔连线之间。

进一步的，在所述的半导体器件的制备方法中，一份混合溶液将对30～60个批次的半导体衬底进行降电势差处理，每个批次包括25片半导体衬底。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：在干法刻蚀形成后层通孔之后，为了去除干法刻蚀引入的电荷，先采用紫外线对后层通孔进行照射处理，中和去除大约三分之一至三分之二的电荷，再采用二氧化碳和碱性溶液的混合溶液对后层通孔中进行降电势差处理，从而在后续进行正常湿法去除工艺中，能够减少前层通孔连线的电势差，很大程度上减小电解反应对前层通孔连线造成的腐蚀，确保形成后层通孔后前层通孔连线依旧性能良好，进而能够保证半导体器件的性能。

附图说明

图1至图4为现有技术中通孔连线被腐蚀的结构示意图；

图5为本发明一实施例中通孔的清洗方法的流程图；

图6为本发明一实施例中半导体器件的制备方法的流程图；

图7至图9为本发明一实施例中半导体器件的制备方法过程中的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的通孔的清洗方法及半导体器件的制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图5，在本实施例中，提出了一种通孔的清洗方法，包括步骤：

S1：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一介质层、贯穿所述第一介质层的前层通孔以及形成于所述前层通孔中的前层通孔连线；

S2：在所述第一介质层上形成第二介质层，并对所述第二介质层进行等离子体干法刻蚀处理形成后层通孔，所述后层通孔暴露出所述前层通孔连线；

S3：采用紫外线对所述后层通孔进行照射处理；

S4：采用混合溶液对所述后层通孔进行降电势差处理，所述混合溶液为二氧化碳和碱性溶液。

由于干法刻蚀会引入大量的电荷，在采用干法刻蚀形成后层通孔时电荷也会被引入，聚集在暴露的前层通孔连线表面，为了能够去除电荷，避免后续采用湿法去除时造成原电池反应，在本实施例中，采用紫外线(UV)对所述后层通孔进行照射处理，照射处理能够中和大约三分之一至三分之二的电荷，通常 情况下，照射处理的时间范围是1分钟～20分钟，例如是10分钟。大部分电荷被去除以后能够大大减少后续原电池反应对前层通孔连线的损害。

为了能够进一步减少后续湿法去除时造成原电池反应，在本实施例中，还采用了混合溶液对所述后层通孔中进行降电势差处理，其中，所述混合溶液为二氧化碳和碱性溶液的混合，碱性溶液通常为杜邦公司的NKEC，所述NEKC清洁含有胺碱，即含有胺基的有机溶剂，例如EKC 270/265或ACT 940等有机溶剂。

在进行降电势差处理之前，首先对所述碱性溶液中通入10s～200s的二氧化碳，通入所述二氧化碳流量范围是200sccm～5000sccm，例如通入1000sccm的二氧化碳100s，获得混合溶液；然后使用混合溶液对后层通孔中进行降电势差处理，一次处理的时间范围是10秒～30分钟，例如是10分钟；在碱性溶液中通入二氧化碳能够改变PH值，并且降低溶液中较多游离电子和离子的量，从而能够降低位于前层通孔连线表面电荷的量，进而起到降低其表面电势差的作用，避免后续发生原电池反应对其造成损伤。

由于一次降电势差处理会导致混合溶液中的二氧化碳含量减少，因此，在一次清洗过后，每次进行降电势差处理之前均需要在碱性溶液中通入与第一次同样流量和时间的二氧化碳，保证混合溶液的性能，以重复利用所述混合溶液，由于碱性溶液也会存在一定的消耗，因此，需要相应延长后续每一次混合溶液进行降电势差处理的时间，每次延长的时间范围是10秒～30分钟，例如是15分钟，从而保证降电势差处理的效果良好。

请参考图6，在本实施例的另一方面，还提出了一种半导体器件的制备方法，采用上文中所述的通孔的清洗方法，包括步骤：

S100：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一介质层、贯穿所述第一介质层的前层通孔、形成于所述前层通孔中的前层通孔连线以及形成于所述第一介质层上且暴露出部分前层通孔连线的金属连线；

S200：在所述第一介质层和所述金属连线上形成第二介质层，并对所述第 二介质层进行等离子体干法刻蚀处理形成后层通孔，所述后层通孔暴露出所述前层通孔连线；

S300：采用紫外线对所述后层通孔进行照射处理；

S400：采用混合溶液对所述后层通孔进行降电势差处理，所述混合溶液为二氧化碳和碱性溶液；

S500：采用碱性溶液对所述后层通孔进行清洗。

具体的，请参考图7，在步骤S100中，第一介质层200形成在半导体衬底100上，前层通孔连线300形成在第一介质层200内，通常情况下，为了防止前层通孔连线300往第一介质层200中扩散，还会形成阻挡层400，所述阻挡层400形成于所述第一介质层200及前层通孔连线300之间，金属连线500形成在第一介质层200(由于第一介质层200上形成有阻挡层400，因此在此图中显示金属连线500形成在阻挡层400表面，实际上也可以去除部分阻挡层400，使金属连线500仅仅形成在第一介质层200上)上并覆盖部分所述前层通孔连线300，由于工艺限制，正常情况下金属连线500应完全覆盖前层通孔连线300，然而存在对准偏移导致暴露出部分前层通孔连线300，所述第二介质层600形成在所述第一介质层200(或者阻挡层400表面)及金属连线500上。

请继续参考图7，在步骤S200中，先在所述第二介质层600表面形成图案化的光阻700，然后采用干法刻蚀所述第二介质层600，形成后层通孔，所述后层通孔暴露出所述金属连线500及前层通孔连线400；由于干法刻蚀引入大量的电荷，会导致电荷聚集在前层通孔连线400上。

请参考图8，由于采用光阻700作为掩膜进行刻蚀，因此在形成后层通孔之后，还需要采用灰化工艺去除残留的光阻700，例如采用氧离子灰化工艺，然而灰化工艺同样会增加电荷在前层通孔连线400上的积聚。

在步骤S300和S400中，采用紫外线对所述后层通孔进行照射处理，然后再采用混合溶液对所述后层通孔中进行降电势差处理，所述混合溶液为二氧化碳和碱性溶液的混合，步骤S300和S400与上文所述的通孔的清洗方法一致， 在此不作赘述，具体的可以参考上文。

请继续参考图9，在步骤S300和S400去除前层通孔连线400上积聚的电荷之后，再采用所述碱性溶液对所述后层通孔进行清洗，所述碱性溶液与上文的碱性溶液成分一致，仅仅是没有通入二氧化碳。步骤S500中的清洗是为了去除刻蚀以及灰化工艺的残留物。由于去除了前层通孔连线400上积聚的电荷，在步骤S500中便不会发生现有技术中的原电池反应，对前层通孔连线300造成腐蚀，能够保证前层通孔连线300的性能。

为了保证混合溶液的去电势差的效果，可以使一份混合溶液清理30～60个批次的半导体衬底，其中每个批次包括25片半导体衬底，然后更换新的混合溶液。

综上，在本发明实施例提供的通孔的清洗方法及半导体器件的制备方法中，在干法刻蚀形成后层通孔之后，为了去除干法刻蚀引入的电荷，先采用紫外线对后层通孔进行照射处理，中和去除大约三分之一至三分之二的电荷，再采用二氧化碳和碱性溶液的混合溶液对后层通孔中进行降电势差处理，从而在后续进行正常湿法去除工艺中，能够减少前层通孔连线的电势差，很大程度上减小电解反应对前层通孔连线造成的腐蚀，确保形成后层通孔后前层通孔连线依旧性能良好，进而能够保证半导体器件的性能。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通孔的清洗方法，其特征在于，包括步骤：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一介质层、贯穿所述第一介质层的前层通孔以及形成于所述前层通孔中的前层通孔连线；

在所述第一介质层上形成第二介质层，并对所述第二介质层进行等离子体干法刻蚀处理形成后层通孔，所述后层通孔暴露出所述前层通孔连线，使所述前层通孔连线表面聚集电荷；

采用紫外线对所述后层通孔进行照射处理以中和所述前层通孔连线表面的部分电荷；

采用混合溶液对所述后层通孔进行降电势差处理，以降低所述前层通孔连线表面电荷的量，所述混合溶液为二氧化碳和碱性溶液。

2.如权利要求1所述的通孔的清洗方法，其特征在于，所述紫外线对所述后层通孔进行照射处理的时间范围是1分钟～20分钟。

3.如权利要求1所述的通孔的清洗方法，其特征在于，所述混合溶液对所述后层通孔中进行降电势差处理的时间范围是10秒～30分钟。

4.如权利要求3所述的通孔的清洗方法，其特征在于，所述碱性溶液为含有胺基的有机溶剂。

5.如权利要求4所述的通孔的清洗方法，其特征在于，进行降电势差处理前，在所述碱性溶液中通入10s～200s、流量范围是200sccm～5000sccm的二氧化碳形成所述混合溶液。

6.如权利要求5所述的通孔的清洗方法，其特征在于，采用混合溶液对所述后层通孔进行降电势差处理后，对所述碱性溶液重新通入10s～200s、流量范围是200sccm～5000sccm的二氧化碳，以重复利用所述混合溶液。

7.如权利要求6所述的通孔的清洗方法，其特征在于，重复利用所述混合溶液时，相对于上一次使用延长本次采用混合溶液进行降电势差处理的时间，延长的时间范围是10秒～30分钟。

8.一种半导体器件的制备方法，采用如权利要求1至7中任一项所述的通孔的清洗方法，其特征在于，包括步骤：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有第一介质层、贯穿所述第一介质层的前层通孔、形成于所述前层通孔中的前层通孔连线以及形成于所述第一介质层上且暴露出部分前层通孔连线的金属连线；

在所述第一介质层和所述金属连线上形成第二介质层，并对所述第二介质层进行等离子体干法刻蚀处理形成后层通孔，所述后层通孔暴露出所述前层通孔连线，使所述前层通孔连线表面聚集电荷；

采用紫外线对所述半导体衬底进行照射处理以中和所述前层通孔连线表面的部分电荷；

采用混合溶液对所述后层通孔进行降电势差处理，以降低所述前层通孔连线表面电荷的量，所述混合溶液为二氧化碳和碱性溶液；

采用碱性溶液对所述后层通孔进行清洗。

9.如权利要求8所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，所述半导体衬底上还形成有阻挡层，所述阻挡层形成于所述第一介质层及前层通孔连线之间。

10.如权利要求9所述的半导体器件的制备方法，其特征在于，一份混合溶液将对30～60个批次的半导体衬底进行降电势差处理，每个批次包括25片半导体衬底。