TWI253688B - Method for removing post-etch residue from wafer surface - Google Patents

Description

1253688 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係屬於半導體製造技術的領域，特別是一種有效去除低 介電常數層内的鑲嵌溝渠/導孔開口内的蝕刻殘留物的方法，其中 該蝕刻殘留物的形成特別與蝕刻該溝渠/導孔開口時所使用的金屬 硬遮罩有關。 【先前技術】 隨著半導體積體電路内連線的間距縮小至深次微米等級，甚至 到接近奈米等級時，能否順利地清除形成於低介電常數層令的鑲 嵌溝渠/導孔(trench/via)開口内的蝕刻殘留物已儼然成為目前銅導 線製程技術的瓶頸之一。目前已有前案針對此問題提出解決方 案，但其處理效果經證實卻皆不盡理想。 例如，美國專利第6797627號揭露一種不使麟劑的乾式_濕式 -乾式(dry-wet-dry)處理程序，用來去除鑲嵌溝渠/導孔内的高分子 殘留物以及還原與高分子殘留物混雜在—綱銅氧化物。前述的 乾式-濕式-乾式處理程序係在經由導孔開口所暴露出來的氮化矽 或碳化硬蓋層被絲後隨之進行的。此外，前述的專舰特別將 其發明僅限定在針對侧前述的氮化⑪或碳化⑦蓋層時所產生具 有碳-氟鍵結(C-F)以及銅-氟鍵結(Cu_F)為主的高分子。 1253688 根據刖述之專_容’首先必須進行以氧氣、 者之一的錢進行乾式處理，且必舰餘、氮氣❹氫氣電^ 與南分子殘留物反應形成可溶於水的副產物。接著，再利用去離 子水浸泡，將軸在導孔.的趣上的高分子朗物以及前述 的可溶於水的物絲。最後，還原性賴氣賴’將前 述的銅氧化物還原成銅’同時將形成在導關口的底部的高分子 殘留物去除。 又如在美國專娜6465352號情揭露的—_來去除光阻以 及絲刻殘留物的乾式_濕式處理程序，其中此乾·濕處理程序必須 先進行虱臟氣錢處理，雜著秋醜(amine_ba㈣溶劑進 行清洗步驟。根據此專_容，前_氫氣/氮氣賴處理係用來 改變所謂的「電阻表面硬化層(resistsurfacehardenedia㈣」的特 性，使其在後續的濕處理步财，連同乾_殘㈣可以被順利 去除。 如前所述，上述先前技藝所揭露的方法都已經被證實其結果仍 然不夠令人滿意，特暇在某純輯境巾，當特到金屬層作 為在姓刻雙鑲叙溝渠/導孔開口時的侧遮罩。上述的金屬侧遮 罩技術可以在美國專利第6638871號中找到詳盡的揭露内容。美 國專利第6638871麵露—種在雙鑲絲程巾制堆疊的介電層_ 金屬-介電層硬遮罩結構的方法，其對於如何去除镶細口内的高 分子殘留物並未多做說明。 1253688 /牽涉到金屬層作為在蝴魏嵌溝渠/導關σ時的敍刻遮 罩時，形成在溝渠/導孔開口内的殘留物的組成即變得更為複雜而 難以清理。至目前為止，尚未有先前技藝能夠提供有效去除這類 由於使關金屬硬鮮層進行雙鑲嵌製辦所衍生賊留物的方 法0 【發明内容】 • 目此’本發明之主要目的即在提供一種改良之方法，可以有效 去除晶圓表面上的蝕刻殘留物。 根據本發明之錄實_，本發明提供—種去除表面餘刻 殘留物的方法，包含有：於該晶圓上沈積沈積-低介電常數層； 於該低介電常數層上形成一金屬層；於該金屬層上形成一光阻 層，包含一圖案；將該光阻層的該圖案轉移至該金屬層中，形成 _ 金屬圖案，去除該光阻層；利用該金屬圖案作為蝕刻遮罩，電 水乾钕刻遠低介電常數層，以形成一開孔，其中該電漿乾钮刻導 致該開孔沈積有殘留物；進行-第-濕式處理，以軟化該殘留物； 進行一乾式電漿處理，以裂解該殘留物；以及進行一第二濕式處 理’以完全去除該殘留物。 為了使貴審查委員能更近一步了解本發明之特徵及技術内 各，清參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖。然而所附圖式僅 供參考與輔助說明用，並非用來對本發明加以限制者。 !253688 【實施方式】 本發明侧於—種可以有效去除麟/導孔開口内醜刻後殘 =物的方法，其帽述㈣渠/導關口係以_方式乃利用金屬 層作為侧遮罩而侧龍介ff數射卿成者。由於在銅镶 嵌製程中，前制用金顧佩侧鮮的技術乃最新導入之技 術，因此相信由於餘刻金屬層所產生可能含有複雜有機金屬成分 =虫刻後殘⑽，該錢科合讀_乾式_財_乾式處理程 序或者乾d该理辦_梭完全的絲。 為此’本發明提出-種濕式-乾式_濕式處理程序 涉到利用金屬層作為侧麵所進行的鑲嵌製程，以有效去除曰 圓表面上_後殘留物。更明確的說，本發日 式= 理程序包财第i歧理，⑽啸韻的處 =接著再以還原性電漿進行處理，最後^式 («e_baSe_。 私處理所使_皆為氟類 根據本發賴__，本翻秘絲濕錢理程序在 進仃時上並無植存在，但不限於此。 ^先錢第1圖至第8圖，其綠示的是本發雜 ^常謝蝴咖物^ ^ 半導體基底切輪—金轉線肌岭金科表 1253688 *形成有厚度約為至埃左右的氮切蓋層搬。在氮化石夕 202上沈積依序有第一介電層2〇4、姓刻停止層施以及第二 介電層=8，其中第一介電層2〇4以及第二介電層施可由 ⑴陳M或BlackDiam〇ndTM等低介電常數材料所構成，而目前 ^又低"％系數材料的介電常數k值在3 〇以下。飿刻停止層施 可以為厚度約至700埃左右的氮化⑦或碳化石夕。 接著依序在第一介電層208上形成化學機械研磨(CMp)停止 層210、金屬層犯、介電遮罩層別以及底部抗反射出細^層 216，其中CMP停止層21〇可以為4〇〇至7〇〇埃的氮化石夕或碳化 矽，金屬層212可以是鈦、氮化鈦、組、氮化组、鶴、氮化嫣等。 金屬層212的厚度約為100至3〇〇埃。介電遮軍層214可以是氮 化石夕或碳化發，其厚度約為〗，_至2，_埃左右。接著，於barc 層216上形成光阻圖案220，其定義一溝渠圖案。 如第2圖所示，利用光阻圖案22〇作為蝕刻遮罩，進行一乾蝕 亥程，經由光阻圖案220的開口|虫刻BARC層216、介電遮罩 層214以及金屬層212’藉此將光阻圖案220所定義的溝渠圖案轉 移至介電遮罩層214以及金屬層212，形成開口 222。 如第3圖所示，接著將光阻220以及BARC層216去除。此時， 第二介電層208仍然由CMP停止層210覆蓋保護住，因此在對光 阻220以及BARC層216進行電漿灰化處理時，不致於傷害到第 1253688 一介電層208。 如第4圖所示，在介電遮罩層214以及金屬層212上以及開口 222内形成另一 BARC層224，其中BARC層224並且填滿開口 222。然後，在BARC層224上形成一定義有導孔圖案的光阻圖案 230。 如第5圖所示，接著利用光阻圖案230作為蝕刻遮罩，進行一

乾蚀刻製程，經由光阻圖案230的開口蝕刻BARC層224、CMP 停止層210、第二介電層208以及蝕刻停止層206，形成導孔開口 232。 如第6圖所示，接著利用電漿灰化方式，將光阻23〇以及barc 層224去除。 如第7圖所示’利用介電遮罩層214以及金屬層212作為侧 遮進行非等向性絲刻製程，藉此在第—介電層綱以及第 二電層208中形成鑲嵌開〇 234,其中鑲嵌開口 —包括形成在 904 Ιι丨電層綱内的上部溝渠開口 23如以及形成在第一介電層 全;1 導孔開口 234b。下部導孔開口 234b又暴露出部份的 金屬導線201的表面。 高分子殘留物320會形 在敍刻鑲嵌開π 234的乾_過程中 1253688 成在鑲嵌開口 234的側壁上或者底部。如前所述，由於在_鎮 嵌開口 234的乾朗過程令牽涉到金屬層同時被電浆韻刻，因此 使南分子殘留物320的組成更加複雜而難以清理。 接著，如第8圖所示’進行本發明—系列的高分子去除處理程 序，以將形成在鑲後開口 234的側壁上或者底部的高分子殘留物 320完全清除乾淨。前述的本發明高分子去除處理程序另以流程圖 φ繪示於第9圖中，以做更進_步說明。 如第9圖所示，前述的本發㈣分子去除處_序包括第一濕 式清洗處理(步驟切，乾式處理(步驟94)以及第二濕式清洗處理 (v驟96)在步驟92中，室溫下，晶圓被浸泡在胺類溶劑中約邓 秒至90分鐘’但不限於上述時度。經過此處理，高分子殘留 物320的表層可以被去除。而此步驟％的更重要的目的在於將高 籲分子殘留物320的複雜結構破壞，使其高分子結構軟化或鬆散化， 而能夠讓後續的步驟去除。 在完成步驟92的第一濕式清洗處理之後，緊接著對晶圓進行 乂驟94，也就疋乾式處理。其中，關於此乾式處理的參數被整理 於第10圖的表中。如第1〇圖所示，根據本發明的較佳實施例， 乾式處理可有五個階段，但不限於此。在最初的4〇秒内，包括階 、 要疋電桌機台的暖機步驟。電襞機台的功率被切換 至1，5〇〇瓦特，而操作溫度被提高至12(rc，壓力由2 〇托耳調整 1253688 至穩定的ο.9托耳。包括氧氣以及氦氣(載氣)/氫氣混合氣體被通入 電衆機㈣反應财’其巾減流量_在卿咖，械氣/氨氣 混合氣體的流量_在1G,_S_，射魏約伽統/氮氣混 合氣體的流量的5%左右。在接下來的3〇秒，也就是階段3，操作 奴提高至2G(TC以上’最好約在27叱左右。•接著的3〇秒， 也就是階段4，電漿機台的功率被切換至丨，2〇〇瓦特。 >根據本㈣，晶圓在進行乾式處辦，首先彻 的氧化環境下進行長約⑽秒左右的電漿處理(階段1至4)，目的 在將經過第i式清洗處狀後，結構錄喊鬆航的高分子 殘留物以離子撞擊並且裂解’同時移除大部分在镶嵌開口故的 高Γ殘留物32G。而在鑲嵌開口234底部的鋼氧化物微顆粒亦可 以在此時被暴露出來。如第10圖所示，在最後的90秒齡5)， 晶圓此時接觸到的是含有氣氣/氣氣，而不含氧的 水，而得以將先前所暴露出來的在鑲丧開口 234底部的 銅氧化物還原成銅。 在進订過上相乾式處理之後，晶圓繼續 理，而在第二濕式清洗處理(第 τ人的“式處 溶外糾曰圓#而t “ 口的/驟96)_，同樣使用_ 表面。清洗或浸泡的辦介於3Q秒至9 之間，但不限於此範圍。第二渴式 、 本發明乾式處理過的殘餘在晶圓表面上輕易的去除經過 、本U紅m该理料所處理過的鑲嵌和说可 1253688 以發現南分子殘留物以被完全清除乾淨。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍 所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 巳 【圖式簡單說明】 第1圖至第8圖繪示的是本發明較佳實施例在低介# 形成鑲嵌.的製程剖面示意圖。 ‘㈣層中 第9圖是本發明高分子去除處理程序的流程圖。 第10圖是本發明較佳實施例的乾式處理參數表。 【主要元件符號說明】 92 第一濕式處理 94 乾式處理 96 第一濕式處理 200 半導體基底 201 金屬導線 202 氮化矽蓋層 204 第一介電層 206 钱刻停止層 208 第一介電層 210 CMP停止層 212 金屬層 214 介電遮罩層 216 BARC 層 220 光阻 222 開口 224 BARC 層 230 光阻 232 導孔開口 234 鑲嵌開σ 234a 上部溝渠開口 234b 下部導孔開口 320 高分子殘留物

Claims (1)

1253688 月修(更)正f 十、申請專利範圍： ;1·-種去除晶圓表面蝴殘留物的方法，包含有： 於α亥日日圓上沈積一低介電常數層； 於該低介電常數層上職—金屬層； 於屬層上形成一光阻層，包含一圖案； 將絲崎魄圖雜移至該金屬層巾，軸—金屬圖案； 去除該光阻層； 以利用U亥金屬圖案作為飯刻遮罩，電漿乾侧該低介電常數層， 、'成開孔，其中該電漿乾蝕刻導致該開孔沈積有殘留物； 進行一第一濕式處理，以軟化該殘留物； 進行！乙式電漿處理，以裂解該殘留物；以及 進行一第二濕式處理，以完全去除該殘留物。 法申明專利範圍第1項所述之去除晶圓表面蝕刻殘留物的方 ，其中該乾式電漿處理包括有以下步驟·· 中將讀晶圓以及該經軟化的該殘留物暴露在氧化性電漿環境 ，且該氧化電漿環境含有氧以及氫；以及 將。亥晶圓以及該殘留物暴露在不含有氧的還原性電漿環境十。 法如申請專利範圍第1項所述之去除晶圓表面侧殘留物的方 ’，其中該第-濕式處理使用氟類溶劑(flu。秦baseds〇Ivent)。 I253688 •如申請專利範圍第1頊所述之去除晶圓表面蝕刻殘留物的方 法’其中該第二濕式處理使用氟類溶劑。 如申請專利範圍第1項所述之去除晶圓表面敍刻殘留物的方 去’其中該金屬層包含有鈦、氮化鈦、鈕、氮化鈕，以及以上任 何钽合。 如申請專利範圍第1項所述之去除晶圓表面|虫刻殘留物的方 其t在沈積該金屬層之前，先在該低介電常數層上沈積一化 學機械研磨停止層。 7 如申凊專利範圍第1項所述之去除晶圓表面|虫刻殘留物的方 法， 其中在形成該光阻層之前，先於該金屬層上沈積一介電遮罩 層。 種去除晶圓表面敍刻殘留物的方法，其中該钱刻殘留物的形 成仏由於餘刻過程中使用到金屬硬遮罩，該方法包含有： 進行一第一濕式處理，以軟化該殘留物； 進行一乾式電漿處理，以裂解該殘留物，其中該乾式電漿處理 包括有以下步驟： (1) 在第一溫度下，將該晶圓以及該經軟化的該殘留物暴露在 氧化性電_境中，且該氧化電轉境含有氧以及氫；以及 (2) 在第二溫度下，將該晶圓以及該殘留物暴露在不含有氧的 I2s3688 還原性電聚 進行一第 環境中； '濕式處理，以完全去除該殘留物 9 、、&如申睛專利範圍第8項所述之去除晶圓表面蝕刻殘留物的方 其中該第一濕式處理使用氟類： :溶劑 法·如申請專利範圍第8項所述之去除晶圓表面蝕刻殘留物的方 其中該第二濕式處理使用氟類溶劑。 兮 月專矛】範圍第8項所述之去除晶圓表面餘刻殘留物的方 ’’其中該氧化電漿環境另包含有載氣。 半，申4利_第8項所述之去除晶®表祕顺留物的方 / ，其中該還原性電漿環境包括有He/H2電漿。 =如申請專利範圍第8項所述之去除晶圓表面㈣殘留物的方 法，其中鄕-溫度高於室溫。 專利範圍第8項所述之去除晶圓表面糊殘留物的方 法，其中該第二溫度高於200〇c。 十一、囷式·· 17