通孔的處理方法
【專利摘要】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(zhì)層及位于層間介質(zhì)層上的氮化鈦層內(nèi)，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(kāi)口拓寬；在進(jìn)行所述回刻后，利用HF酸清洗所述通孔。由于采用臭氧去離子水溶液把所述通孔的開(kāi)口拓寬，避免了原來(lái)EKC和具有氧化性雙氧水混合的處理方式中發(fā)生的pH值突然降低而引起的雙氧水對(duì)下層銅的氧化帶來(lái)的損害。本發(fā)明的整個(gè)處理方法效果穩(wěn)定，工藝可控，不容易帶來(lái)不良效果。
【專利說(shuō)明】通孔的處理方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝制程領(lǐng)域，尤其涉及一種改善金屬互連結(jié)構(gòu)性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著超大規(guī)模集成電路(ULSI)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件的特征尺寸不斷縮小，線寬變窄，導(dǎo)致互連線之間阻容耦合增大，從而使得信號(hào)傳送延時(shí)、干擾噪聲增強(qiáng)和功率耗散增大，器件頻率受到抑制。這些問(wèn)題，已經(jīng)成為發(fā)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(shù)(Low k)介質(zhì)材料或超低介電常數(shù)(U Low k)介質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)SiO2介質(zhì)(k ^ 4)作為層間介質(zhì)材料是降低互連延遲、串?dāng)_和能耗的重要手段。
[0003]而Low k介質(zhì)材料(k為3.0-2.5)或者U Low k介質(zhì)材料(k小于2.0) 一般為有機(jī)材料或者多孔介質(zhì)材料，其機(jī)械強(qiáng)度較小，作為層間介質(zhì)層會(huì)在層間介質(zhì)層中的開(kāi)口兩側(cè)往兩邊凹陷進(jìn)去，如圖1所示，在半導(dǎo)體襯底300上形成有Low k介質(zhì)材料或者U Low k介質(zhì)材料構(gòu)成的層間介質(zhì)層100，層間介質(zhì)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(zhì)層100中刻蝕形成有若干開(kāi)口，圖中以其中一個(gè)開(kāi)口 40為例來(lái)詮釋。如圖1中所示，在層間介質(zhì)層100中的開(kāi)口 40的兩壁分別朝兩側(cè)凹陷進(jìn)去，使得開(kāi)口 40呈現(xiàn)兩頭小，中間大的形狀。若開(kāi)口 40為接觸孔或者通孔，需要在開(kāi)口 40中填充金屬阻擋層，再填充銅。在關(guān)鍵尺寸縮小到很小以后，在開(kāi)口 40中沉積金屬阻擋層125時(shí)會(huì)發(fā)生如圖2所示的現(xiàn)象:金屬阻擋層125在開(kāi)口 40的頂端會(huì)發(fā)生兩邊的金屬阻擋層125進(jìn)一步縮小開(kāi)口 40的頂端，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生兩端的金屬阻擋層125會(huì)橋連(over-hang)在一起的情況。這樣阻礙了后續(xù)金屬銅的填充效果，最終對(duì)器件的性能帶來(lái)非常不好的影響。
[0004]為了解決這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)有的方式是通過(guò)在濕法刻蝕的溶液里進(jìn)行“拉后”(pull-back)處理，所述pull-back的處理是把開(kāi)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(shí)，開(kāi)口 40的頂端就不會(huì)出現(xiàn)橋連(over-hang)的現(xiàn)象了，如圖4所示。對(duì)于前述結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),所述“拉后”(pull-back)的方式為利用杜邦公司售出的先進(jìn)半導(dǎo)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(jìn)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(huán)境，去除開(kāi)口 40處在前面刻蝕過(guò)程中產(chǎn)生的聚合物(polymer)和上述“拉后”(pull-back)處理可以同時(shí)進(jìn)行。可是，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中前述方法的效果并不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，上述問(wèn)題出現(xiàn)的原因在于:雙氧水和EKC溶液混合一段時(shí)間后，PH值會(huì)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(yán)重的是，在PH值降低后的雙氧水和EKC溶液混合液的環(huán)境中，雙氧水會(huì)把下層層間介質(zhì)層中暴露出來(lái)的銅給氧化掉生成氧化銅，并且很快的反應(yīng)掉大部分甚至全部的下層層間介質(zhì)層中的銅，嚴(yán)重影響器件的性能，也為整個(gè)工藝過(guò)程帶來(lái)較大的成本損失。[0006]本發(fā)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(xù)填充金屬的效果更好。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種通孔的處理方法，包括:
[0008]提供通孔，所述通孔用作金屬互連，其形成在層間介質(zhì)層及位于層間介質(zhì)層上的氮化鈦層內(nèi)，所述通孔由干法刻蝕形成；
[0009]利用EKC溶液清洗所述通孔；
[0010]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(kāi)口拓寬；
[0011]在進(jìn)行所述回刻后，利用HF酸清洗所述通孔。
[0012]可選的，所述利用HF酸清洗通孔后，在所述通孔內(nèi)形成金屬阻擋層，然后填充入銅。
[0013]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°C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?dú)猸h(huán)境下干燥。
[0014]可選的，所述EKC溶液為杜邦EKC575溶液。
[0015]可選的，所述層間介質(zhì)層為低K介質(zhì)材料層或超低K介質(zhì)材料層。
[0016]可選的，所述通孔的孔徑小于等于45nm。
[0017]可選的，所述層間介質(zhì)層形成在下層金屬層上，所述下層金屬層中具有銅互連結(jié)構(gòu)，所述通孔暴露出下一層金屬層中的銅互連結(jié)構(gòu)。
[0018]可選的，所述臭氧去離子水中臭氧在室溫下的含量為35ppnT85ppm。
[0019]可選的，所述HF酸清洗所述通孔的步驟在室溫下進(jìn)行，所述HF酸由質(zhì)量比濃度為49%的HF水溶液和去離子水以1:1000的體積比混合而成。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021]由于采用臭氧去離子水把所述通孔的開(kāi)口拓寬，臭氧去離子水溶液對(duì)氮化鈦層的刻蝕與PH值環(huán)境無(wú)關(guān)，不需要EKC溶液提供較高的PH值環(huán)境，也避免了 EKC和具有氧化性雙氧水混合發(fā)生的PH值突然降低的現(xiàn)象，從而避免了雙氧水對(duì)下層銅的氧化帶來(lái)的損害。整個(gè)處理方法效果穩(wěn)定，工藝可控，不容易帶來(lái)不良效果。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為低K層間介質(zhì)層中的開(kāi)口的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為圖1中的結(jié)構(gòu)形成金屬阻擋層后開(kāi)口被縮小的示意圖；
[0024]圖3、圖4為通過(guò)“拉后”(pull-back)的方式解決圖2所示的問(wèn)題的示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中的方法所處理的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0026]圖6至圖8為本發(fā)明的實(shí)施例中對(duì)所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的處理的示意圖；
[0027]圖9為在經(jīng)過(guò)圖6至圖8的處理后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成金屬阻擋層的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0029]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。
[0030]提供如圖5所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括下層金屬互連層中的下層層間介質(zhì)層100和下層金屬層250，還包括上層金屬互連層中的層間介質(zhì)層110、層間介質(zhì)層110上的氮化鈦層120，以及通過(guò)干法刻蝕在氮化鈦層120以及層間介質(zhì)層110中形成的通孔40，通孔40連通至下層金屬層250，故在通孔40的底部部分暴露所述下層金屬層250。所述下層金屬層250為銅。通孔40下半部還堆積有干法刻蝕產(chǎn)生的聚合物(polymer) 20。
[0031]圖6所示為本發(fā)明中對(duì)所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的處理，其包括:
[0032]步驟S1:利用杜邦EKC溶液清洗所述通孔；
[0033]這里的EKC溶液為杜邦公司生產(chǎn)的先進(jìn)半導(dǎo)體銅制程方面所用的蝕刻后殘余物清洗液，其具有較好的去除聚合物(polymer) 20的效果。EKC溶液主要是由以胺類為主的剝除劑(amine-based stripper)、有機(jī)溶劑、抑制腐蝕劑(corrosion inhibitor)和水所組成，這里的胺類主要是輕胺(hydroxylamine,HDA)。在本實(shí)施例中采用EKC-575去除聚合物(polymer)20。具體操作為:將所述通孔40在溫度25?40°C下浸泡在EKC-575溶液中2min，然后利用去離子水清洗以去除殘留的EKC-575溶液，再在氮?dú)猸h(huán)境下干燥。這樣處理后的效果如圖7所示，通孔40下半部堆積的聚合物(polymer)20 (參圖5)被去除,通孔40底部完全暴露出下層金屬層250的銅。
[0034]步驟S2: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(kāi)口拓寬；
[0035]利用臭氧去離子水(DIO3)對(duì)氮化鈦層120進(jìn)行“拉后”(pull-back)處理，效果如圖8中所示，通孔40開(kāi)口兩側(cè)處的氮化鈦層120各自向兩邊拓寬一些。優(yōu)選的，DIO3中臭氧的含量為35ppnT85ppm。在本實(shí)施例中，通孔40的徑寬為45nm及其以下規(guī)格，需要把通孔40頂端的氮化鈦層120 “拉后”(pull-back)進(jìn)2nm,采用臭氧含量為85ppm的D103。氮化鈦層120去除速率為9.lA/min,即經(jīng)過(guò)2min可以實(shí)現(xiàn)“拉后”(pull-back)的工藝目標(biāo)。
[0036]步驟S3:利用HF酸清洗所述通孔。
[0037]在步驟S2中，臭氧去離子水依然對(duì)通孔40的底部部分暴露的所述下層金屬層250有些微的氧化作用，但是DIO3對(duì)銅的氧化速率非常的慢,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及EKC和雙氧水混合溶液的對(duì)銅的氧化速率，其只在銅的表面生成很薄的一層氧化銅。這一薄層氧化銅可以采用HF
酸清洗。
[0038]本步驟中采用的HF酸為稀釋的HF去離子水溶液(質(zhì)量濃度為49%的HF溶液和去離子水的體積比為1:1000)，所述HF酸清洗所述通孔在室溫下進(jìn)行。
[0039]經(jīng)過(guò)步驟SI到步驟S3的處理，通孔40底部暴露的下層金屬層250也沒(méi)有被氧化產(chǎn)生的氧化銅和刻蝕產(chǎn)生的聚合物(polymer)覆蓋而影響后續(xù)工藝中形成金屬層的連通效果。在氮化鈦層120、層間介質(zhì)層110和其中的開(kāi)口上形成金屬阻擋層也不會(huì)發(fā)生橋連(over-hang)的問(wèn)題,如圖9所示。
[0040]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。
[0041]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種通孔的處理方法，其特征在于，包括: 提供通孔，所述通孔用作金屬互連，其形成在層間介質(zhì)層及位于層間介質(zhì)層上的氮化鈦層內(nèi)，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(kāi)口拓寬； 在進(jìn)行所述回刻后，利用HF酸清洗所述通孔。
2.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述利用HF酸清洗通孔后，在所述通孔內(nèi)形成金屬阻擋層，然后填充入銅。
3.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，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°C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?dú)猸h(huán)境下干燥。
4.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述EKC溶液為杜邦EKC575溶液。
5.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述層間介質(zhì)層為低K介質(zhì)材料層或超低K介質(zhì)材料層。
6.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述通孔的孔徑小于等于45nm。
7.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述層間介質(zhì)層形成在下層金屬層上，所述下層金屬層中具有銅互連結(jié)構(gòu)，所述通孔暴露出下一層金屬層中的銅互連結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述臭氧去離子水中臭氧在室溫下的含量為35ppm?85ppm。
9.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述HF酸清洗所述通孔的步驟在室溫下進(jìn)行，所述HF酸由質(zhì)量比濃度為49%的HF水溶液和去離子水以1:1000的體積比混合而成。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103515295SQ201210214164
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月26日
【發(fā)明者】劉煥新, 袁竹根, 胡春周 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司