[發明專利]一種去除開爾文通孔的蝕刻殘余物的方法

有效

• 申請號: 201010110490.2
• 申請日: 2010-02-09
• 公開（公告）號: CN102148187A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 劉煥新
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;顧珊

技術領域

本發明涉及半導體芯片制造工藝技術領域，具體涉及芯片制造工藝的后段制程中，金屬互連層間介質上的Kelvin通孔的蝕刻殘余物去除。

背景技術

隨著集成電路(Integrate?Circuit，簡稱IC)芯片設計與制造工藝的迅猛發展，IC芯片的設計尺寸縮減得越來越小，這種芯片減薄要求使得芯片制造工藝面臨諸多挑戰，同時也給金屬互連層之間層間介質上通孔的蝕刻殘余物去除帶來困擾。在半導體IC芯片制造工藝中，兩個金屬互連層之間由層間介質分隔開來，兩個金屬互連層之間的電連接通常由通孔來完成。而在形成上部金屬互連層之前，需要在層間介質上形成通孔。

由于通孔的形成通常是用含氟蝕刻劑蝕刻而成，在蝕刻過程中，蝕刻劑與層間介質以及下部金屬互連層的金屬材料之間的反應離子以及反應物會殘留下來，在通孔處(也即通孔的下部金屬互連層襯底、通孔內壁以及通孔上端口周邊的層間介質表面)留下反應殘余物和/或濺射殘余物等蝕刻殘余物，稱之為通孔的蝕刻殘余物。在晶圓片后段制程(Back-End-of-Line，簡稱BEOL)中，通孔處蝕刻殘余物的去除仍然是IC芯片制作的關鍵工藝之一。如果通孔處殘余物去除不徹底或襯底受損，會對IC芯片的電阻率、漏電流和良率有重大影響。

當IC制造工藝處于前期關鍵尺寸的寬線寬時代時，晶圓片金屬互連層層間介質上的通孔(Via)和金屬溝槽(Metal?Trench)尺寸相對較大，通常可以采用有機化學品去除通孔蝕刻后的殘余物。然而，當IC制造技術發展到窄線寬時代后，目前已使用無機化學品稀氫氟酸溶液(Dilute?HydrogenFluoride，簡稱DHF)來去除通孔的蝕刻殘余物并修正部分介質層的等離子體損壞。

隨著線寬技術的不斷提高，往往需要在金屬互連層的層間介質上蝕刻一些Kelvin結構的金屬通孔，這些通孔稱為Kelvin通孔，而將蝕刻Kelvin通孔過程中形成的蝕刻殘余物稱之為Kelvin通孔的蝕刻殘余物。這類Kelvin通孔的蝕刻殘余物并不能采用現在普遍采用的DHF溶液并進行有效去除。圖1示出了在第二金屬層(M2)的層間介質上蝕刻了9個測試Kelvin通孔后，這9個測試通孔在晶圓片上的位置分布截面圖。如圖中所示，分別用1-9個數字標號標注出各個通孔在晶圓片上的位置。圖2是對應著圖1的1-9個M2Kelvin通孔在經DHF去除蝕刻殘余物后的SEM圖像。而圖3則是對應著圖2中B處通孔8經DHF去除蝕刻殘余物后仍殘留有蝕刻殘余物的通孔8的放大SEM圖。從圖2和圖3可以看出，經DHF去除蝕刻殘余物后，通孔內壁和其下部金屬互連層仍然有蝕刻殘余物殘留下來，這些蝕刻殘余物的存在會導致這些Kelvin通孔的電阻變高。結合圖1和圖2還可以看出，分布在晶圓片中心區域(對應著圖1中標號為5的通孔A處)之外的所有通孔上幾乎都有蝕刻殘余物存在。

現有技術中應用DHF溶液對金屬互連層層間介質上Kelvin通孔的蝕刻殘余物進行去除的方法不僅不能有效去除蝕刻殘余物，還會帶來如下不足：由于DHF的濃度是影響介質蝕刻速率的關鍵參數，如果DHF溶液的濃度過大，很難控制溝槽或通孔(包括Kelvin通孔)關鍵尺寸的修正。這就導致現有技術中使用DHF來去除通孔的蝕刻殘余物存在很大的局限性。

發明內容

為了克服現有技術中的上述不足，本發明提供一種去除Kelvin通孔的蝕刻殘余物去除方法，本發明方法在Kelvin通孔蝕刻后和形成上部金屬互連層之前，首先使用一種有機化學品ST250進行蝕刻殘余物去除，然后再使用DHF進一步進行蝕刻殘余物去除，從而徹底去除金屬互連層間通孔處蝕刻殘余物。

本發明的第一方案是：

一種去除金屬互連層間通孔處蝕刻殘余物的方法，包括：第一步ST250處理階段，其用有機化學品ST250溶液去除開爾文通孔的蝕刻殘余物，所述有機化學品ST250溶液是用水稀釋的原ST250溶液，原ST250溶液占所述有機化學品ST250溶液的體積百分比為58％-62％，所述處理階段的處理條件為：處理時間為60-90秒，處理溫度為38℃-42℃；第二步稀氫氟酸溶液處理階段，使用稀氫氟酸溶液去除開爾文通孔部分介質層的等離子體損傷，以修正開爾文通孔的關鍵尺寸，其中，所述稀氫氟酸溶液是用水將氫氟酸溶液稀釋而成，所述氫氟酸溶液與水的稀釋體積比為1∶250至1∶500，所述處理階段的處理條件為：處理時間為20-40秒，處理溫度為室溫。