[發明專利]通孔的處理方法有效

申請號：	201210214164.5	申請日：	2012-06-26
公開（公告）號：	CN103515295A	公開（公告）日：	2014-01-15
發明（設計）人：	劉煥新;袁竹根;胡春周	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：	北京集佳知識產權代理有限公司 11227	代理人：	駱蘇華
地址：	201203 ***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	處理方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及半導體工藝制程領域，尤其涉及一種改善金屬互連結構性能的方法。

背景技術

隨著超大規模集成電路（ULSI）的發展，半導體器件的特征尺寸不斷縮小，線寬變窄，導致互連線之間阻容耦合增大，從而使得信號傳送延時、干擾噪聲增強和功率耗散增大，器件頻率受到抑制。這些問題，已經成為發展高速、高密度、低功耗和多功能集成電路的瓶頸。采用低介電常數（Low?k）介質材料或超低介電常數（U?Low?k）介質材料代替傳統SiO₂介質（k≈4）作為層間介質材料是降低互連延遲、串擾和能耗的重要手段。

而Low?k介質材料（k為3.0~2.5）或者U?Low?k介質材料（k小于2.0）一般為有機材料或者多孔介質材料，其機械強度較小，作為層間介質層會在層間介質層中的開口兩側往兩邊凹陷進去，如圖1所示，在半導體襯底300上形成有Low?k介質材料或者U?Low?k介質材料構成的層間介質層100，層間介質層100上形成有作為硬掩膜層的氮化鈦層120。在氮化鈦層120和層間介質層100中刻蝕形成有若干開口，圖中以其中一個開口40為例來詮釋。如圖1中所示，在層間介質層100中的開口40的兩壁分別朝兩側凹陷進去，使得開口40呈現兩頭小，中間大的形狀。若開口40為接觸孔或者通孔，需要在開口40中填充金屬阻擋層，再填充銅。在關鍵尺寸縮小到很小以后，在開口40中沉積金屬阻擋層125時會發生如圖2所示的現象：金屬阻擋層125在開口40的頂端會發生兩邊的金屬阻擋層125進一步縮小開口40的頂端，嚴重時甚至會發生兩端的金屬阻擋層125會橋連（over-hang）在一起的情況。這樣阻礙了后續金屬銅的填充效果，最終對器件的性能帶來非常不好的影響。

為了解決這個問題，現有的方式是通過在濕法刻蝕的溶液里進行“拉后”（pull-back）處理，所述pull-back的處理是把開口40頂上的氮化鈦層120往兩端退后幾納米，如圖3所示。這樣，在形成金屬阻擋層125時，開口40的頂端就不會出現橋連（over-hang）的現象了，如圖4所示。對于前述結構來說，所述“拉后”（pull-back）的方式為利用杜邦公司售出的先進半導體銅制程方面所用的蝕刻后殘余物清洗液EKC和雙氧水的混合溶液進行。這樣的方法中，不需要增加別的試劑和工藝，EKC溶液能夠提供雙氧水去除氮化鈦所需要的較高PH值的環境，去除開口40處在前面刻蝕過程中產生的聚合物（polymer）和上述“拉后”（pull-back）處理可以同時進行。可是，在實際生產過程中前述方法的效果并不穩定。

發明內容

發明人發現，上述問題出現的原因在于：雙氧水和EKC溶液混合一段時間后，PH值會突然降低很多，使得雙氧水刻蝕氮化鈦層的效果變差。更為嚴重的是，在PH值降低后的雙氧水和EKC溶液混合液的環境中，雙氧水會把下層層間介質層中暴露出來的銅給氧化掉生成氧化銅，并且很快的反應掉大部分甚至全部的下層層間介質層中的銅，嚴重影響器件的性能，也為整個工藝過程帶來較大的成本損失。

本發明的目的是提供一種作為金屬互連的通孔的處理方法，使得其后續填充金屬的效果更好。

為實現上述目的，本發明提供一種通孔的處理方法，包括：

提供通孔，所述通孔用作金屬互連，其形成在層間介質層及位于層間介質層上的氮化鈦層內，所述通孔由干法刻蝕形成；

利用EKC溶液清洗所述通孔；

在EKC溶液清洗后，利用臭氧去離子水回刻所述通孔邊緣的氮化鈦層，以將所述通孔的開口拓寬；

在進行所述回刻后，利用HF酸清洗所述通孔。

可選的，所述利用HF酸清洗通孔后，在所述通孔內形成金屬阻擋層，然后填充入銅。

可選的，所述利用EKC溶液清洗所述通孔的步驟包括：將所述通孔在溫度25~40℃下浸泡在所述EKC溶液中2分鐘，然后利用去離子水清洗，再在氮氣環境下干燥。

可選的，所述EKC溶液為杜邦EKC575溶液。

可選的，所述層間介質層為低K介質材料層或超低K介質材料層。

可選的，所述通孔的孔徑小于等于45nm。

可選的，所述層間介質層形成在下層金屬層上，所述下層金屬層中具有銅互連結構，所述通孔暴露出下一層金屬層中的銅互連結構。