TWI479549B - 去除蝕刻殘留物之方法 - Google Patents

Description

去除蝕刻殘留物之方法

本發明關於一種去除蝕刻殘留物之方法，尤指去除蝕刻後殘留物之同時，避免放電現象的方法。

鑲嵌內連線技術係目前積體電路內多重金屬內連線(multi-level interconnects)之主要技術，亦可說係為目前半導體工業中銅導線之主要製作方式，其可概分為單鑲嵌(single damascene)製程以及雙鑲嵌(dual damascene)製程。其中雙鑲嵌製程因可減少製程步驟、降低導線與插塞間之接觸電阻、增進可靠性等優點，而被大幅採用於鑲嵌內連線技術中。此外，為降低金屬內連線的電阻值以及寄生電容效應，以增加訊號傳遞速度，現行之雙鑲嵌製程大多係於低介電(low-K)材料所構成之介電層中蝕刻出具有溝渠(trench)與介層洞(via)之雙鑲嵌圖案，再填入銅金屬並加以平坦化，進而完成金屬內連線之製作。依在介電層中蝕刻圖案之方式來區分，雙鑲嵌製程又可再細分為溝渠優先(trench-first)製程、介層洞優先(via-first)、部分介層洞優先(partial-via-first)製程、以及自行對準(self-aligned)製程等。

但是，在對介電層進行乾蝕刻製程形成介層洞、和導線溝渠時，常常會形成電荷大量蓄積在被蝕刻的介電層上，所以後續以清洗溶液去除介電層上之蝕刻殘留物時，在清洗溶液與介電層表面接觸時，就會發生放電(arcing)現象，使得元件發生爆裂情況，造成良率下降。

有鑑於此，本發明係提供一種去除蝕刻殘留物之清洗方法，以解決上述問題。

本發明揭露一種使用去除蝕刻後殘留物之方法，包含：首先，提供一基底，基底上覆有一絶緣層，一導電層設於絶緣層中，並且一介電層和一硬遮罩層覆蓋絶緣層和導電層，接著，進行一電漿蝕刻製程，利用帶電離子蝕刻硬遮罩層，以形成一圖案化硬遮罩並露出部分該介電層表面，之後，進行一電荷移除步驟，利用一含導電離子之溶液清洗圖案化硬遮罩和介電層，以移除在前述蝕刻製程時，累積於圖案化硬遮罩和介電層上的電荷，最後，移除圖案化硬遮罩和介電層上，於該蝕刻製程時所生成的蝕刻殘留物，其中該蝕刻殘留物不與該導電離子產生反應。

根據本發明之一較佳實施例，上述之導電溶液包含去離子水和導電離子，例如，碳酸氫根離子(HCO₃ ^- )、碳酸根離子(CO₃ ^2- )或銨根離子(NH₄ ⁺ )，並且導電溶液之電阻值係介於1KΩ-cm至3000KΩ-cm之間。本發明利用導電溶液，去除蝕刻所產生的電荷，所以不會有大量蓄積電荷在介電層和圖案化硬遮罩上，因此，在後續移除蝕刻殘留物時，當清洗液接觸介電層和圖案化硬遮罩時，就不會發生元件爆裂情況。

第1圖至第4圖繪示本發明之去除蝕刻後殘留物之方法之示意圖。本發明之製程特別適用於銅製程(copper process)之單鑲嵌(single damascene)或者是雙鑲嵌(dual damascene)製程。如第1圖所示，首先提供一基底10其上設有一介電層11，於介電層11上覆有一絶緣層14，在絶緣層14中包含有一導電層12，例如為銅導線、鋁導線或是其它導電材料。於導電層12和絶緣層14上依序覆有一介電層16以及一硬遮罩層18，其中介電層16可以為氮化矽、氧化矽或是其它介電材料所構成之多層結構，而硬遮罩層18可以為多層結構，如第1圖所示，硬遮罩層可包含一氮化鈦層20和一氧化矽層22。

接著如第2圖所示，形成一圖案化光阻(圖未示)覆蓋部分之硬遮罩層18，之後進行一蝕刻製程，例如，電漿蝕刻、反應性離子蝕刻或其它利用離子、原子或自由基蝕刻的方式，以介電層16作為蝕刻停止層，蝕刻硬遮罩層18後形成一圖案化硬遮罩24。圖案化硬遮罩24具有一開口25，開口25可以為雙鑲嵌結構之一介層洞圖案或是雙鑲嵌結構之一溝渠圖案。在前述蝕刻製程中，由於使用帶電離子蝕刻硬遮罩層18，因此，在蝕刻完成後，會有大量的正電荷或負電荷累積在圖案化硬遮罩24和介電層16上。

隨後，如第3圖所示，進行一電荷移除步驟，利用一導電溶液26沖洗圖案化硬遮罩24和介電層16表面，利用導電溶液26將大部分的電荷帶走，使得累積在圖案化硬遮罩24和介電層16上的電荷大幅下降。在本實施例中，導電溶液26包含有去離子水和導電離 子，導電離子可以為碳酸氫根離子(HCO₃ ^- )、碳酸根離子(CO₃ ^2- )或銨根離子(NH₄ ⁺ )。根據本發明之較佳實施例，導電溶液26之電阻值係介於1KΩ-cm至3000KΩ-cm之間，並且導電溶液26之pH值較佳為3。導電溶液26可以為上述導電離子在室溫下的飽和溶液，例如導電溶液26可在室溫室壓下，於去離子水中通入二氧化碳氣體，直至二氧化碳在常溫常壓下於去離子水中達到飽和狀態而形成。除此之外，電荷移除步驟亦可以利用非液態之流體，例如利用離子風扇使空氣含有大量離子，再利用帶有大量離子的空氣將累積電荷由圖案化硬遮罩24和介電層16表面中和。

最後，如第4圖所示，進行一清洗步驟以去除蝕刻後殘留物，一般而言，在清洗步驟中，可使用含水量80重量百分比(wt%)以上的清洗溶液28，例如，稀釋的氟化氫，去除在蝕刻製程後殘留在圖案化硬遮罩和介電層的蝕刻殘留物30，和導電溶液26不同的是清洗溶液28的電阻值較高，因此，清洗溶液28被認為是非導電液體。清洗溶液28中含有會和蝕刻殘留物反應的離子，因此除了物理性的沖洗之外，還有化學性的離子反應幫助去除殘留物30。導電溶液26中的離子則不和蝕刻殘留物30反應，其離子僅作導離電荷之用。

值得一提的是，前述在導電溶液26中的導電離子，亦可以溶於清洗溶液28中，降低原本清洗溶液28的電阻，使得清洗溶液28具有導電性。於是，前述之導電溶液26便可省去，改成直接利用清洗溶液28將電荷導離圖案化硬遮罩24和介電層16，也就是說可同時進行電荷移除和去除蝕刻殘留物之步驟。

另外，除了可以在清洗溶液28中加入一定濃度的導電離子使清 洗溶液28具有良好的導電性之外，也依然可利用導電溶液26在去除殘留物之前，先進行去除電荷步驟，也就是說先以導電溶液26進行去除電荷步驟，再以清洗溶液28同時進行電荷移除和去除蝕刻殘留物之步驟，以加強電荷移除的效果。

在完成第3-4圖中的電荷移除和清洗步驟之後，可利用圖案化硬遮罩24作為遮罩，蝕刻介電層16形成溝渠或是介層洞，之後，並利用另一圖案化遮罩，在介電層16中另形成對應前述溝渠的介層洞，或是對應前述介層洞的溝渠。

上述的製程雖以銅製程為例，但不限於此，本發明亦可適用於其它製程，例如接觸插塞製程或是其它蝕刻介電層製程。

在習知技術中，利用電漿或反應性離子蝕刻硬遮罩層，由於圖案化之硬遮罩層和介電層兩者皆非導電材料，因此，蝕刻過後電荷會大量蓄積於圖案化之硬遮罩層和介電層上，若是立刻使用高電阻值的清洗溶液清洗蝕刻殘留物，當清洗溶液接觸到圖案化硬遮罩和介電層表面時，就會產生嚴重的放電現象，造成元件爆裂，影響品質、良率，並嚴重降低產能。而本發明利用導電溶液，使得蝕刻所產生的大部分電荷，在沖洗蝕刻殘留物之前，得以隨著導電溶液離開圖案化硬遮罩和介電層表面或被中和，因此，可避免在後續清洗蝕刻殘留物時產生放電現象。

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。

10‧‧‧基底

12‧‧‧導電層

14‧‧‧絶緣層

11、16‧‧‧介電層

18‧‧‧硬遮罩層

20‧‧‧氮化鈦

22‧‧‧氧化矽

24‧‧‧圖案化硬遮罩

25‧‧‧開口

26‧‧‧導電溶液

28‧‧‧淸洗溶液

30‧‧‧蝕刻殘留物

第1圖至第4圖繪示本發明之去除蝕刻後殘留物之方法之示意圖。

10．．．基底

12．．．導電層

14．．．絕緣層

11、16．．．介電層

24．．．圖案化硬遮罩

25．．．開口

26．．．導電溶液

Claims (10)

1. 一種去除蝕刻殘留物之方法，包含：提供一基底覆有一絶緣層，一導電層設於該絶緣層中，並且一介電層和一硬遮罩層覆蓋該絶緣層和該導電層；進行一電漿蝕刻製程蝕刻該硬遮罩層，以形成一圖案化硬遮罩並露出部分該介電層表面；利用一含導電離子之溶液清洗該圖案化硬遮罩和該介電層，以移除累積於該圖案化硬遮罩和該介電層上的電荷；以及進行一移除步驟，以除去於該圖案化硬遮罩和該介電層上之蝕刻殘留物，其中該蝕刻殘留物不與該導電離子產生反應。
2. 如申請專利範圍第1項所述之去除蝕刻殘留物之方法，其中該含導電離子之溶液包含去離子水。
3. 如申請專利範圍第2項所述之去除蝕刻殘留物之方法，其中該含導電離子之溶液包含導電離子，該導電離子係選自下列群組包含：碳酸氫根離子(HCO₃ ^- )、碳酸根離子(CO₃ ^2- )和銨根離子(NH₄ ⁺ )。
4. 如申請專利範圍第2項所述之去除蝕刻殘留物之方法，其中該含導電離子之溶液為該導電離子之飽和溶液。
5. 如申請專利範圍第1項所述之去除蝕刻殘留物之方法，其中該含 導電離子之溶液之電阻值介於1KΩ-cm至3000KΩ-cm之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之去除蝕刻殘留物之方法，其中該含導電離子之溶液之pH值本質上為3。
7. 如申請專利範圍第1項所述之去除蝕刻殘留物之方法，其中該清洗溶液之含水量大於80%之重量百分比。
8. 如申請專利範圍第1項所述之去除蝕刻殘留物之方法，其中該圖案化硬遮罩包含一雙鑲嵌結構之一介層洞。
9. 如申請專利範圍第1項所述之去除蝕刻殘留物之方法，其中該圖案化硬遮罩包含一雙鑲嵌結構之一溝渠。
10. 如申請專利範圍第1項所述之去除蝕刻殘留物之方法，其中該導電層包含銅。