CN115332050A - 后端工艺中刻蚀后的清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种后端工艺中刻蚀后的清洗方法，提供基底，基底上形成有自下而上依次堆叠的导电层、介质层以及硬掩膜层；在介质层、硬掩膜层上形成暴露部分导电层的开口，开口的内壁残留有刻蚀介质层、硬掩膜层过程中产生的聚合物；采用第一清洗溶液对开口的内壁进行清洗，用于去除部分聚合物和全部硬掩膜层；采用第二清洗溶液对开口的内壁进行清洗，用于去除剩余的聚合物。本发明结合稀HF和H2SO4溶液可有效清洁Ti、SiO2和Cu等副产品，而不会造成材料损失。

Description

后端工艺中刻蚀后的清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种后端工艺中刻蚀后的清洗方法。
背景技术
随着半导体技术的发展，超大规模集成电路的芯片集成度已经高达几亿乃至几十亿个器件的规模，两层以上的多层金属互连技术广泛得以使用。传统的金属互连是由铝金属制成的，但随着集成电路芯片中器件特征尺寸的不断减小，金属互连线中的电路密度不断增加，要求的响应时间不断减小，传统的铝互连线已经不能满足要求。工艺尺寸小于130纳米以后，铜互连技术已经取代了铝互连技术。与铝相比，金属铜的电阻率更低可以降低互连线的电阻电容(RC)延迟，改善电迁移，提高器件稳定性。现在广泛采用的铜互连的制作方法是大马士革工艺的镶嵌技术。
在低K介质层中通过刻蚀工艺形成沟槽或通孔，然后再用铜等互连材料填充沟槽或通孔。不同层的低k介质层的通孔内的金属互相接触，实现互连。
当集成电路发展到28nm及以下节点以后，氮化钛(TiN)硬掩模的引入使光刻胶去除技术遇到了新的挑战。随着关键尺寸的降低，深宽比的增加，电化学镀逐渐力不从心。为了改善电化学镀性能，光刻胶去除剂在去除蚀刻残留物的同时，需要对表面氮化钛硬掩模进行修饰甚至完全去除，同时对铜、钴、钽、氮化钽等金属，氧化硅、BDII低介电材料等具有良好的基材兼容性。
双氧水广泛利用在金属钨、铜及阻挡层化学机械抛光液，其对提高金属抛光速率具有很大的作用。结合双氧水对金属氧化特性，并配合氮化钛蚀刻加速剂以及金属铜缓蚀剂，杜邦-EKC的Hua Cui博士成功研发出新一代光刻胶去除剂EKC580。和化学机械抛光液类似，EKC580为高浓缩版本，在客户端与去离子水进行1：10稀释得EKC575，然后再与双氧水进行4：1稀释后在线采用“to drain”模式使用。其TiN/Cu选择比>10，在完全或者部分去除氮化钛的同时获得优异的金属铜保护。该体系具有清洗能力强，缺陷低等优点，但直排(todrain)模式成本高，该体系在三星、UMC等广泛使用，为市场主流清洗液。
在刻蚀低K介质层后，往往要对形成的通孔或沟槽表面进行清洗，以去除刻蚀过程中的残留物。但是现有技术采用EKC溶液与双氧水以及低浓度HF混合溶液(HF与水溶液的浓度比为1:3000)的清洗方法，往往会造成通孔下方的金属互连材料的损失，使后续形成的互连结构的连接性能受到影响。
为解决上述问题，需要一种新型的后端工艺中刻蚀后的清洗方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种后端工艺中刻蚀后的清洗方法，用于解决现有技术中在刻蚀低K介质层后，往往要对形成的通孔或沟槽表面进行清洗，以去除刻蚀过程中的残留物。但是现有技术采用EKC溶液与双氧水以及低浓度HF溶液混合的清洗方法，往往会造成通孔下方的金属互连材料的损失，使后续形成的互连结构的连接性能受到影响的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种后端工艺中刻蚀后的清洗方法包括：
步骤一、提供基底，所述基底上形成有自下而上依次堆叠的导电层、介质层以及硬掩膜层；
步骤二、在所述介质层、所述硬掩膜层上形成暴露部分所述导电层的开口，所述开口的内壁残留有刻蚀所述介质层、所述硬掩膜层过程中产生的聚合物；
步骤三、采用第一清洗溶液对所述开口的内壁进行清洗，用于去除部分所述聚合物和全部所述硬掩膜层；
步骤四、采用第二清洗溶液对所述开口的内壁进行清洗，用于去除剩余的所述聚合物。
优选地，步骤一中的所述基底为衬底或形成于衬底上的介质材料层。
优选地，步骤一中的所述导电层的材料为铜。
优选地，步骤一中所述介质层的材料为低K介质材料。
优选地，步骤一中所述低K介质材料包括碳化硅、碳氧化硅、有机硅氧烷聚合物、氟碳化合物中的一种或几种。
优选地，步骤一中所述硬掩膜层的材料为TiN。
优选地，步骤三中所述第一清洗溶液包括第一溶液，所述第一溶液为取代胺和杂环化合物的混合溶液。
优选地，步骤三中所述清洗溶液还包括第二溶液，所述第二溶液具有氧化性。
优选地，步骤三中所述第二溶液为H2O2溶液。
优选地，步骤四中所述第二清洗溶液为酸溶液。
优选地，步骤四中所述第二清洗溶液包括第三溶液，所述第三溶液为HF溶液。
优选地，步骤四所述第二清洗溶液中所述HF的浓度为10-50ppm。
优选地，步骤四中所述第二清洗溶液还包括第四溶液，所述第四溶液为H2SO4溶液。
优选地，步骤四中所述H2SO4溶液与所述HF溶液的体积比为1:100至1：10。
如上所述，本发明的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，具有以下有益效果：
本发明结合稀HF和H2SO4溶液可有效清洁Ti、SiO2和Cu等副产品，而不会造成材料损失。
附图说明
图1显示为本发明的工艺流程示意图；
图2显示为本发明的基底形成开口示意图；
图3显示为本发明的第一次清洗示意图；
图4显示为本发明的第一次清洗后示意图；
图5显示为本发明的第二次清洗示意图；
图6显示为本发明的第二次清洗后示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1，本发明提供一种后端工艺中刻蚀后的清洗方法包括：
步骤一，提供基底01，基底01上形成有导电层02以及形成与导电层02上的介质层03，介质层03上形成有硬掩膜层04；
在本发明的实施例中，步骤一中的基底01为衬底或形成于衬底上的介质材料层。
在本发明的实施例中，步骤一中的导电层02的材料为铜。
在本发明的实施例中，步骤一中介质层03的材料为低K介质材料。
在本发明的实施例中，步骤一中低K介质材料包括碳化硅、碳氧化硅、有机硅氧烷聚合物05、氟碳化合物中的一种或几种。
硬掩膜层04在本发明的实施例中，步骤一中硬掩膜层04的材料为TiN。
步骤二，请参阅图2，在介质层03以及硬掩膜层04上形成暴露部分导电层02的开口，开口的内壁残留有刻蚀介质层03以及硬掩膜层04过程中产生的聚合物05，开口可为通孔或沟槽，在对介质层03以及硬掩膜层04进行刻蚀，形成通孔和沟槽之后，通孔和沟槽内壁表面，以及介质层03、硬掩膜层04表面会有残留的聚合物05，这些聚合物05包括：光刻胶材料、抗反射材料以及刻蚀过程中刻蚀气体与介质反应形成的聚合物05等。
在本发明的实施例中，刻蚀介质层03以及硬掩膜层04形成开口的工艺为干法刻蚀工艺，干法刻蚀工艺采用的刻蚀气体为CF4、CHF3、CH2F2、C2F6中的一种或几种。刻蚀气体在刻蚀过程中会在刻蚀表面形成聚合物05，降低刻蚀的横向速率，从而提高刻蚀形成的开口201的侧壁垂直度。
在本发明的实施例中，硬掩膜层04表面的聚合物05中含有大量的Ti,位于开口侧壁表面的残留聚合物05中含有大量的Si和C；在开口底部的导电层02表面的残留聚合物05中，含有大量的Cu，残留聚合物05会影响开口内壁的平整度，从而影响后续在开口内填充形成的金属层的填充质量，并且残留聚合物05还会影响金属材料的导电性，造成芯片产率下降等问题，所以需要在后续工艺中采用清洗步骤，去除残留聚合物05。
步骤三，请参阅图3，采用第一清洗溶液06对开口的内壁进行清洗，用于去除部分聚合物05和全部硬掩膜层04，得到如图4所示的结构；
在本发明的实施例中，步骤三中第一清洗溶液06包括第一溶液，第一溶液为取代胺和杂环化合物的混合溶液，本实施例中清洗溶液为EKC580(EKC Technology公司生产的型号为EKC580的清洗溶液)，EKC580溶液能够去除开口内壁残留的含有大量的Si和C的聚合物05。
在本发明的实施例中，步骤三中清洗溶液还包括第二溶液，第二溶液具有氧化性。
在本发明的实施例中，步骤三中第二溶液为H2O2溶液，开口底部的含Cu的聚合物05，仅采用EKC580溶液能够将硬掩膜层04去除，但很难将含有金属的残留聚合物05去除，所以，EKC580溶液中加入氧化性溶液以提高清洗溶液去除含Ti聚合物05、含Cu聚合物05的能力。
步骤四，请参阅图5，采用第二清洗溶液07对开口的内壁进行清洗，用于去除剩余的聚合物05，得到如图6所示的结构。
在本发明的实施例中，步骤四中第二清洗溶液07包括第三溶液，第三溶液为酸溶液。
在本发明的实施例中，步骤四中酸溶液为HF溶液。
在本发明的实施例中，步骤四第二清洗溶液07中HF的浓度为10-50ppm，例如10ppm、20ppm、30ppm、40ppm或50ppm。
在本发明的实施例中，步骤四中第二清洗溶液07还包括第四溶液，第四溶液为H2SO4溶液，即以稀HF和H2SO4溶液进行第二次清洗，清洗步骤简单且不会造成材料损失。
在本发明的实施例中，步骤四中H2SO4溶液与HF溶液的体积比为1:100至1：10，例如1:100、1:90、1:80、1:70、1:60、1:50、1:40、1:30、1:20或1:10。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
综上所述，本发明结合稀HF和H2SO4溶液可有效清洁Ti、SiO2和Cu等副产品，而不会造成材料损失。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于，至少包括：
步骤一、提供基底，所述基底上形成有自下而上依次堆叠的导电层、介质层以及硬掩膜层；
步骤二、在所述介质层、所述硬掩膜层上形成暴露部分所述导电层的开口，所述开口的内壁残留有刻蚀所述介质层、所述硬掩膜层过程中产生的聚合物；
步骤三、采用第一清洗溶液对所述开口的内壁进行清洗，用于去除部分所述聚合物和全部所述硬掩膜层；
步骤四、采用第二清洗溶液对所述开口的内壁进行清洗，用于去除剩余的所述聚合物。
2.根据权利要求1所述的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于：步骤一中的所述基底为衬底或形成于衬底上的介质材料层。
3.根据权利要求1所述的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于：步骤一中的所述导电层的材料为铜。
4.根据权利要求1所述的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于：步骤一中所述介质层的材料为低K介质材料。
5.根据权利要求4所述的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于：步骤一中所述低K介质材料包括碳化硅、碳氧化硅、有机硅氧烷聚合物、氟碳化合物中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于：步骤一中所述硬掩膜层的材料为TiN。
7.根据权利要求1所述的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于：步骤三中所述第一清洗溶液包括第一溶液，所述第一溶液为取代胺和杂环化合物的混合溶液。
8.根据权利要求7所述的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于：步骤三中所述清洗溶液还包括第二溶液，所述第二溶液具有氧化性。
9.根据权利要求8所述的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于：步骤三中所述所述第二溶液为H2O2溶液。
10.根据权利要求1所述的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于：步骤四中所述第二清洗溶液为酸溶液。
11.根据权利要求9所述的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于：步骤四中所述第二清洗溶液包括第三溶液，所述第三溶液为HF溶液。
12.根据权利要求10所述的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于：步骤四所述第二清洗溶液中所述HF的浓度为10-50ppm。
13.根据权利要求12所述的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于：步骤四中所述第二清洗溶液还包括第四溶液，所述第四溶液为H2SO4溶液。
14.根据权利要求12所述的后端工艺中刻蚀后的清洗方法，其特征在于：步骤四中所述H2SO4溶液与所述HF溶液的体积比为1:100至1：10。
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