CN1230876C - 一种去除钝化层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种去除钝化层的方法，首先，提供一半导体基板，并于半导体基板上依序形成一钝化层及一具有接触窗的介电层；接着，以氢气与氟碳气体的混合气体蚀刻钝化层；最后，以溶剂清洗接触窗的底部。可有效减少对半导体基板的介电常数的影响，进而降低溶剂的使用量及内联机的损耗，更可确保内联连线的导通品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除钝化层的方法，特别涉及一种在镶嵌制作工艺流程中，去除位于接触窗的铜内连线表面上的蚀刻钝化层的方法。
背景技术
随着集成电路集成度的增加，使得芯片表面无法提供足够的面积来制作所需的内连线，为了配合MOS组件尺寸缩小后增加的内连线需求，两层以上的金属层设计，便逐渐的成为许多集成电路所必须采用的方式，特别是一些结构较复杂的产品，如微处理器，甚至需要四至五层的金属层，才能完成微处理器内的各个组件间的连接。一般而言，多重金属内连线的制作，是在MOS的主体完成后才开始的，因此这个制作工艺流程，可被视为一独立的半导体制作工艺流程。
为了不使第一层金属内连线与第二层金属内连线直接接触而发生短路，金属内连线间必须以绝缘层，也就是内金属介电层(IMD)加以隔离。通常连接上、下两层金属内连线的方式主要是利用插塞，例如钨插塞、铝插塞等。
通常的金属内连线制作工艺流程主要是先以微影程序以及蚀刻技术定义出接触通道，然后在接触通道表面先形成一障蔽层，以增加后续填入的金属层与沟槽的内金属介电层之间的附着力；之后，再以钨回蚀刻法在沟槽内填入金属钨，然后再于上述所形成的结构表面沉积一隔离用的氮化钛层；最后，再沉积一铝铜合金于其表面，然后再以反应性离子蚀刻法加以定义，完成由钨插栓所构成，用来连接上、下金属内连线的双沟槽连接通道。然而，随着组件的线宽逐渐缩小，通常的金属内连线制作工艺流程已无法适用，镶嵌式沟槽(Damascene)的出现便可克服通常金属内连线制作工艺流程的缺点。此外，在线宽尺寸低于0.25μm的半导体制作工艺流程必须使用导电性较佳的铜作为金属内连线的材料，以提供较低的线阻值以及较佳的EM性能。
为配合组件尺寸缩小化的发展以及提高组件的操作速度，具有低电阻常数和高电子迁移率的铜金属，已逐渐被应用来作为金属内连线的材料。铜金属的镶嵌式内连线技术不仅可达到内连线的缩小化并减少RC延迟时间，同时也解决了金属铜蚀刻不易的问题，因此已成为现今多重内连线主要的发展趋势。此制作工艺流程的特点主要是于一半导体基板上方形成一介电层，并借此定义出镶嵌结构。接着，再将金属铜层覆盖于介电层上，并且将镶嵌结构填满。之后，再利用化学机械研磨法，将位在介电层上的多余铜层研磨去除，以完成一镶嵌式的铜内连线。
此外，为了配合减少RC延迟时间，该介电层材质选用具有低介电常数的介电层以形成铜内连线的镶嵌结构，也是当今铜内连线技术发展的重要方向。
参阅图1-1至图1-8，图1-至图1-8是通常的双镶嵌制作工艺流程中去除钝化层的方法的示意图。
参阅图1-1，首先，提供一半导体基板101，半导体基板101上形成有一铜内连线102。
参阅图1-2，在此形成带铜内连线102的半导体基板101上形成一钝化层103；其中，钝化层103可以是氮化硅层或碳化硅层。
参阅图1-3，在钝化层103上依序形成一介电层104及图案化光阻105a；其中，介电层104可以是氧化层，而且，介电层104的材质是一种低介电系数材料，其介电系数小于2.5K。
参阅图1-4，以图案化光阻105a为罩幕，蚀刻介电层204以形成接触窗110。并于去除图案化光阻105a后，再次在介电层104上形成图案化光阻105b。
参阅图1-5，以图案化光阻105b为罩幕，蚀刻介电层104以形成镶嵌沟槽112，以氟碳气体与氧气(O2)或氮气(N2)的混合气体，来蚀刻钝化层103，以去除钝化层103来作为导通的通道；其中，氟碳气体例如是四氟化碳(CF4)或三氟甲烷(CHF3)。
但是因为混合气体会与铜内连线层102作用而在接触窗110的半导体基板101表面形成聚合物106，如铜的氧化物或铜的氟化物，聚合物106不导电，会影响铜内连线102的导通。
参阅图1-6，聚合物106不导电，会影响铜内连线102导通，所以以溶剂将聚合物106去除。
参阅图1-7，此时再以清洗液如去离子水(D.I.)将残留的溶剂洗去。
参阅图1-8，最后即形成具有暴露铜内连线层102的接触窗110的半导体基板101。
然而，因为低介电常数的半导体基板101对溶剂相当敏感，而导致介电常数变高；使用的溶剂越多，对半导体基板101的影响越大，如此即丧失使用低介电常数材料作为基板的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种去除钝化层的方法，其可有效减少对半导体基板的介电常数的影响。
为达到上述目的，本发明提供一种去除钝化层的方法，包括下列步骤：
提供一半导体基板；
在该半导体基板上依序形成一钝化层及一具有接触窗的介电层；
以氢气与氟碳气体的混合气体蚀刻该钝化层；及
以溶剂清洗该接触窗的底部。
本发明还包括一以清洗液清洗底部的步骤；
混合气体的氢气与氟碳气体的流量比率大于10；氢气与氟碳气体的组成比率为15；即该混合气体的组成比例为氢气∶氟碳气体＝300∶20；氟碳气体为四氟化碳；也可为三氟甲烷；
所说的钝化层为氮化硅层；也可为碳化硅层；
所说的介电层的介电系数小于2.5K；其为一氧化层；
所说的溶剂为含氟溶剂；所说的清洗液为去离子水。
进一步，本发明还提供一种去除钝化层的方法，尤其适用于一具有铜内连线的半导体基板，该方法包括下列步骤：
在该半导体基板上形成一钝化层；
在该钝化层上形成一具有接触窗的介电层，其中该接触窗位于该铜内连线上方；
以氢气与氟碳气体的混合气体蚀刻该钝化层；
以溶剂清洗位于该接触窗的该铜内连线的表面；及
以清洗液清洗该表面。
所说的混合气体的氢气与氟碳气体的流量比率大于10；混合气体的氢气与氟碳气体的比率为15；即混合气体的组成比例为氢气∶氟碳气体＝300∶20；氟碳气体为四氟化碳；也可为三氟甲烷。
所说的钝化层为氮化硅层；也可为碳化硅层；
所说的介电层的介电系数小于2.5K；其为氧化层；
所说的溶剂为含氟溶剂；所说的清洗液为去离子水。
通过本发明，可有效减少对半导体基板的介电常数的影响，进而降低溶剂的使用量及内连线的损耗，更可确保内连线的导通品质。从而为半导体的制作工艺流程提供了一种新的工艺方法。
附图说明
图1-1至图1-8是通常的双镶嵌制作工艺流程中去除钝化层的方法的示意图。
图2-1至图2-8是本发明的双镶嵌制作工艺流程中去除钝化层的方法的示意图。
附图标号说明
101~半导体基板； 102~铜内连线；
103~钝化层； 104~介电层；
105a~图案化光阻； 105b~图案化光阻；
106~聚合物； 110~接触窗；
112~镶嵌沟槽； 201~半导体基板；
202~铜内连线； 203~钝化层；
204~介电层； 205a~图案化光阻；
205b~图案化光阻； 206~聚合物；
210~接触窗。
具体实施方式
下面根据图2-1至图2-8，给出本发明双镶嵌制作工艺流程中去除钝化层的方法的示意图。
参阅图2-1，首先，提供一半导体基板201，半导体基板201上形成有一铜内连线202。
参阅图2-2，在此形成有铜内连线202的半导体基板201上形成一钝化层203；其中，钝化层203可以是氮化硅层或碳化硅层。
参阅图2-3，在钝化层203上依序形成一介电层204及图案化光阻205a；其中，介电层204可以是氧化层，而且，介电层204的材料是一种低介电系数材料，其介电系数小于2.5K。
参阅图2-4，以图案化光阻205a为罩幕，蚀刻介电层204以形成接触窗210。并于去除图案化光阻205a后，再次在介电层204上形成图案化光阻205b。
参阅图2-5，以图案化光阻205b为罩幕，蚀刻介电层204以形成镶嵌沟槽212，并以一蚀刻气体来蚀刻钝化层203，以去除钝化层203来作为导通的通道；其中，蚀刻气体为氟碳气体与氢气(H2)的混合气体，氟碳气体例如是四氟化碳(CF4)或三氟甲烷(CHF3)。另外，在氢气与氟碳气体的混合气体中，氢气与氟碳气体的流量比率须大于1O，混合气体的氢气与氟碳气体的组成比率约为15，例如氢气(H2)∶四氟化碳(CF)＝300∶20为较佳的组成。
氢气与氟碳气体的混合气体会与铜内连线层202作用，但是在接触窗210底部的半导体基板201的表面上所形成的聚合物206明显较少，聚合物206变少了，对铜内连线202的导通的影响亦会较小。
参阅图2-6，以溶剂将聚合物206去除。
参阅图2-7，接着，再以清洗液将残留的溶剂洗去，以彻底清除表面上的残留物；其中，清洗液可以是去离子水(D.I.)。
最后，参阅图2-8，即形成具有暴露铜内连线层202的接触窗210的半导体基板201。
利用本发明所提供的去除钝化层的方法来去除蚀刻钝化层，会使铜内连线表面所产生的聚合物厚度少于通常利用氟碳气体与氧气(CF4/O2)而产生的50厚度的聚合物，有效减少铜内连线表面聚合物的形成，进而降低溶剂的使用量及铜内连线的损耗，更可确保铜内连线的导通质量。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以本专利申请的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (12)
1.一种去除钝化层的方法，包括下列步骤：
提供一半导体基底；
于该半导体基底上依序形成一钝化层及一具有接触窗的介电层，该钝化层为氮化硅或碳化硅；
仅以氢气与氟碳气体的蚀刻混合气体蚀刻该钝化层；及
以溶剂清洗位于该接触窗的底部。
2.权利要求1所述的去除钝化层的方法，还包括一以清洗液清洗底部的步骤。
3.如权利要求2所述的去除钝化层的方法，其特征是，所述的清洗液为去离子水。
4.如权利要求2所述的去除钝化层的方法，其特征是，
所述的半导体基板具有铜内连线；
在所述具有接触窗的介电层的形成步骤中，使所述的接触窗位于所述铜内联线上方；
在所述溶剂的清洗步骤和所述清洗液的清洗步骤中，清洗部位都是所述接触窗底部铜内联线的表面。
5.如权利要求1所述的去除钝化层的方法，其特征是，所述的混合气体的氢气与氟碳气体的流量比率大于10。
6.如权利要求1所述的去除钝化层的方法，其特征是，所述的混合气体的氢气与氟碳气体的组成比率为15。
7.如权利要求1所述的去除钝化层的方法，其特征是，所述的混合气体的组成比例为氢气∶氟碳气体＝300∶20。
8.如权利要求1所述的去除钝化层的方法，其特征是，所述的氟碳气体为四氟化碳。
9.如权利要求1所述的去除钝化层的方法，其特征是，所述的氟碳气体为三氟甲烷。
10.如权利要求1所述的去除钝化层的方法，其特征是，所述的介电层的介电系数小于2.5K。
11.如权利要求10所述的去除钝化层的方法，其特征是，所述的介电层为氧化层。
12.如权利要求1所述的去除钝化层的方法，其特征是，所述的溶剂为含氟溶剂。
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