去除雙大馬士革工藝中聚合物殘留的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種去除雙大馬士革工藝中聚合物殘留的方法，其包括：在半導(dǎo)體器件襯底上涂覆光刻膠；經(jīng)光刻工藝，圖案化光刻膠；經(jīng)刻蝕工藝，刻蝕半導(dǎo)體器件襯底；去除光刻膠；采用有機(jī)藥液和水對半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第一清洗過程；采用低濃度氫氟酸溶液對半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第二清洗過程。通過采用有機(jī)藥液和低濃度氫氟酸相結(jié)合的清洗方式，即經(jīng)現(xiàn)有的清洗過程之后，再增加一道采用低濃度氫氟酸的清洗過程，從而有效地去除了刻蝕工藝后半導(dǎo)體器件襯底上的聚合物殘留，避免了后續(xù)工藝中聚合物覆蓋在半導(dǎo)體器件襯底表面而形成的金屬層大面積缺失的現(xiàn)象，提高了工藝質(zhì)量。
【專利說明】去除雙大馬士革工藝中聚合物殘留的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種改善雙大馬士革工藝中聚合物殘留的 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著集成電路工藝的發(fā)展以及關(guān)鍵尺寸不斷減小，雙大馬士革工藝技術(shù)被更多地 應(yīng)用于后段金屬連接的工藝制程中。請參閱圖1-6,為目前業(yè)界雙大馬士革刻蝕工藝的過程 示意圖，其包括：
[0003] 步驟L01 :請參閱圖1，經(jīng)光刻工藝，圖案化光刻膠2 ;
[0004] 步驟L02 :請參閱圖2,在襯底1中刻蝕通孔3 ;
[0005] 步驟L03 :請參閱圖3,去除光刻膠2 ;
[0006] 步驟L04 :請參閱圖4,繼續(xù)刻蝕出溝槽4 ;
[0007] 步驟L05 :采用有機(jī)藥液對襯底1進(jìn)行清洗；
[0008] 步驟L06 :請參閱圖5,在溝槽4中沉積金屬籽晶層5 ;
[0009] 步驟L07 :請參閱圖6,在溝槽4中填充金屬6。
[0010] 上述工藝過程中，不可避免地會產(chǎn)生有機(jī)聚合物而沉積在襯底上，比如在溝槽表 面、襯底邊緣等位置；如果不及時處理掉這些聚合物，在后續(xù)的工藝過程中，這些聚合物就 會不斷與空氣中的氧和水發(fā)生結(jié)合，并逐步反應(yīng)生成片狀有機(jī)物雜質(zhì)，掉落于襯底表面，形 成膜狀覆蓋物，在后續(xù)工藝完成后，由于聚合物的阻礙，形成了大面積的金屬缺失，如圖7 所示，為金屬缺失的掃描電鏡圖片（SEM)，其中，a指的是缺失金屬的部位。通過研究發(fā)現(xiàn)， 請參閱圖8-9,為聚合物導(dǎo)致缺陷形成的過程示意圖，經(jīng)大馬士革工藝之后，在聚合物j下 方會形成空洞缺陷，也即是填充不完全，在缺陷位置處，其溝槽刻蝕完好，而溝槽內(nèi)壁無金 屬籽晶層生長、也無金屬填充，這說明，空洞缺陷的形成是由于：在溝槽刻蝕之后且在金屬 籽晶層沉積之前，有聚合物掉落在襯底表面，將溝槽頂部開口封住，從而造成后續(xù)的金屬籽 晶層無法在溝槽內(nèi)生長，以及金屬無法填充進(jìn)溝槽內(nèi)。
[0011] 大馬士革工藝中，聚合物的存在，使得后續(xù)的金屬覆蓋完全被阻隔，聚合物下方形 成空洞，這將嚴(yán)重影響雙大馬士革工藝的完整性和可靠性。
[0012] 通常，在雙大馬士革工藝中，在刻蝕溝槽工藝之后，要對襯底進(jìn)行清洗，以去除刻 蝕過程中形成的聚合物，業(yè)界采用有機(jī)藥液ST150以及H 20來清洗襯底，雖然可以去除大部 分的生成的有機(jī)聚合物，但是，在襯底表面仍有聚合物殘留，這些殘留聚合物在后續(xù)的工藝 過程中，會和空氣中的氧持續(xù)發(fā)生反應(yīng)，因此，上述缺陷仍然會產(chǎn)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 為了克服以上問題，本發(fā)明的目的是在雙大馬士革工藝中的刻蝕溝槽工藝之后， 改進(jìn)對襯底的清洗方法，從而完全去除聚合物殘留。
[0014] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0015] 本發(fā)明提供了一種刻蝕工藝的清洗方法，其包括：
[0016] 在半導(dǎo)體器件襯底上涂覆光刻膠；
[0017] 經(jīng)光刻工藝，圖案化光刻膠；
[0018] 經(jīng)刻蝕工藝，刻蝕所述半導(dǎo)體器件襯底；
[0019] 去除所述光刻膠；
[0020] 采用有機(jī)藥液和水對所述半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第一清洗過程；
[0021] 采用低濃度氫氟酸溶液對所述半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第二清洗過程。
[0022] 優(yōu)選地，所述刻蝕工藝為大馬士革工藝，其具體包括以下步驟：
[0023] 步驟A01 :在半導(dǎo)體器件襯底中涂覆光刻膠，并圖案化所述光刻膠；
[0024] 步驟A02 :經(jīng)刻蝕工藝，在所述半導(dǎo)體器件襯底中刻蝕出溝槽，去除所述光刻膠；
[0025] 步驟A03 :采用所述有機(jī)藥液對所述半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第一清洗過程；
[0026] 步驟A04 :采用低濃度氫氟酸溶液對所述半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第二清洗過程；
[0027] 步驟A05 :進(jìn)行金屬籽晶生長和金屬填充。
[0028] 優(yōu)選地，所述刻蝕工藝為雙大馬士革工藝，其具體包括以下步驟：
[0029] 步驟B01 :在半導(dǎo)體器件襯底中涂覆光刻膠，并圖案化所述光刻膠；
[0030] 步驟B02 :經(jīng)刻蝕工藝，在所述半導(dǎo)體器件襯底中刻蝕出通孔，去除所述光刻膠， 然后再刻蝕出溝槽；
[0031] 步驟B03 :采用所述有機(jī)藥液對所述半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第一清洗過程；
[0032] 步驟B04 :采用低濃度氫氟酸溶液對所述半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第二清洗過程；
[0033] 步驟B05 :進(jìn)行金屬籽晶生長和金屬填充。
[0034] 優(yōu)選地，所述的第一清洗過程中，采用的有機(jī)藥液為ST150或ST250。
[0035] 優(yōu)選地，所述第二清洗過程中，所述低濃度氫氟酸溶液中，氫氟酸與水的比例為 1: (280 ?310)。
[0036] 優(yōu)選地，所述第二清洗過程中，所采用的清洗時間為10-30秒。
[0037] 優(yōu)選地，所述第二清洗過程中，所采用的溫度為室溫。
[0038] 優(yōu)選地，所述刻蝕工藝采用的氣體為C4F8與02。
[0039] 本發(fā)明的刻蝕工藝后聚合物殘留的方法，通過采用有機(jī)藥液和低濃度氫氟酸 (DHF)相結(jié)合的清洗方式，即經(jīng)現(xiàn)有的清洗過程之后，再增加一道采用低濃度氫氟酸的清洗 過程，從而有效地去除了刻蝕工藝后襯底上的聚合物殘留，避免了后續(xù)工藝中聚合物覆蓋 在襯底表面而形成的金屬層大面積缺失，提高了工藝質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040] 圖1-6為目前業(yè)界雙大馬士革刻蝕工藝的過程示意圖
[0041] 圖7為金屬缺失的掃描電鏡圖片
[0042] 圖8-9為聚合物導(dǎo)致缺陷形成的過程示意圖
[0043] 圖10為本發(fā)明的一個較佳實施例的去除雙大馬士革工藝中聚合物殘留的方法的 流程示意圖

【具體實施方式】
[0044] 為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一 步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也 涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0045] 如前所述，業(yè)界現(xiàn)有的雙大馬士革工藝中，不可避免地會出現(xiàn)反應(yīng)生成有機(jī)聚合 物，并積聚在襯底表面比如襯底邊緣、溝槽等處，并且這些聚合物在后續(xù)的工藝中，會繼續(xù) 和空氣中的氧氣和水結(jié)合并反應(yīng)生成新的聚合物，從而形成片狀聚合物薄膜，在刻蝕溝槽 工藝之后，在沉積金屬籽晶層之前，這些片狀聚合物薄膜會沉積在襯底表面，形成膜狀覆蓋 物，比如覆蓋在溝槽頂部開口處，從而阻礙后續(xù)的籽晶層生長和金屬填充，導(dǎo)致出現(xiàn)大面積 的金屬缺失現(xiàn)象，在膜狀覆蓋物下面形成空洞缺陷，嚴(yán)重影響了雙大馬士革工藝的完整性 和可靠性。雖然現(xiàn)有的清洗方法能夠去除大部分聚合物，但是不能夠?qū)⑸鲜鼍酆衔锿耆?除，并造成襯底表面的聚合物殘留，上述缺陷仍然存在，或者這些聚合物殘留在后續(xù)的工藝 中還會繼續(xù)與空氣中的水和氧反應(yīng)再生成新的聚合物，上述缺陷也仍然存在。本發(fā)明針對 此問題，改進(jìn)了現(xiàn)有的清除光刻膠之后的清洗方法，從而達(dá)到將聚合物殘留完全去除的目 的。
[0046] 本發(fā)明提供了一種刻蝕工藝后聚合物殘留的去除方法，主要思路是在去除剩余的 光刻膠之后，首先采用現(xiàn)有的清洗方法進(jìn)行清洗，然后再利用低濃度氫氟酸進(jìn)行清洗，其具 體包括：
[0047] 在半導(dǎo)體器件襯底上涂覆光刻膠；
[0048] 經(jīng)光刻工藝，圖案化光刻膠；
[0049] 經(jīng)刻蝕工藝，刻蝕半導(dǎo)體器件襯底；
[0050] 去除光刻膠；
[0051] 采用有機(jī)藥液和水對半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第一清洗過程；
[0052] 采用低濃度氫氟酸溶液對半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第二清洗過程。
[0053] 本發(fā)明中的第一清洗過程，其可以采用現(xiàn)有的刻蝕工藝后的清洗方法，例如，可以 采用有機(jī)藥液浸泡半導(dǎo)體器件襯底，然后用去離子水清洗，這里的有機(jī)藥液可以為現(xiàn)在業(yè) 界主流的ST150或ST250藥液。
[0054] 本發(fā)明中的第二清洗過程，其采用的藥液為低濃度的氫氟酸。經(jīng)實驗表明，低濃度 氫氟酸清洗之后，半導(dǎo)體器件襯底上的聚合物殘留相對于現(xiàn)有的清洗方法清洗后的明顯減 少。本發(fā)明的聚合物殘留的清洗方法可以應(yīng)用于現(xiàn)有的刻蝕工藝后的清洗過程中，比如，大 馬士革工藝、雙大馬士革工藝等；以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的刻蝕工藝后聚合物殘 留的去除方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準(zhǔn)的 比例，且僅用以方便、清晰地達(dá)到輔助說明本實施例的目的。
[0055] 請參閱圖10,圖10為本發(fā)明的一個較佳實施例的去除雙大馬士革工藝中聚合物 殘留的方法的流程示意圖。本發(fā)明的一種去除雙大馬士革工藝中聚合物殘留的方法，其包 括以下步驟：
[0056] 步驟A01 :在半導(dǎo)體器件襯底中涂覆光刻膠，并圖案化光刻膠；
[0057] 步驟A02 :經(jīng)刻蝕工藝，在半導(dǎo)體器件襯底中刻蝕出溝槽，去除光刻膠；
[0058] 具體的，這里可以采用現(xiàn)有的工藝來進(jìn)行溝槽、或者通孔和溝槽的刻蝕工藝，由于 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以知曉本步驟的具體工藝過程，本發(fā)明對此不再贅述。
[0059] 這里，在本發(fā)明的另一個較佳實施例中，所述刻蝕工藝為雙大馬士革工藝，經(jīng)刻蝕 工藝，在半導(dǎo)體器件襯底中刻蝕出通孔，然后去除光刻膠，接著再刻蝕出溝槽。由于等離子 體刻蝕時需要一定的溫度，溝槽刻蝕之后，會在半導(dǎo)體器件襯底上形成更多的聚合物。
[0060] 步驟A03 :采用有機(jī)藥液對半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第一清洗過程；
[0061] 具體的，這里可以采用現(xiàn)有的清洗方法，采用現(xiàn)有的有機(jī)藥液ST15(^PH20,的清洗 方法，可以首先采用ST150對襯底進(jìn)行浸泡，然后采用H20對襯底進(jìn)行沖洗，清洗過程中的 溫度可以是常溫。在本發(fā)明的另一個較佳實施例中，還可以采用有機(jī)藥液ST250和H20。
[0062] 步驟A04 :采用低濃度氫氟酸溶液對半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第二清洗過程；
[0063] 具體的，采用的低濃度氫氟酸溶液中，氫氟酸與水的比例為1: (280?310)，具體 的清洗工藝參數(shù)可以根據(jù)實際工藝要求來設(shè)定。
[0064] 本發(fā)明的一個較佳實施例中，該第二清洗過程所采用的溫度為室溫；該第二清洗 過程所采用的清洗時間為10-30秒，較佳地，為15秒。因為清洗大于30秒，雖然可以幾乎 完全將聚合物殘留完全去除，但會對溝槽側(cè)壁造成一定的影響，而在10-30秒之間，特別是 在15秒時，可以去除90%的聚合物殘留，并且側(cè)壁保護(hù)完好。
[0065] 在本發(fā)明的一個較佳實施例中，刻蝕氣體C4F8與0 2，較佳地，C4F8與02的氣體流量 比例為50:25。
[0066] 步驟A05 :進(jìn)行金屬籽晶生長和金屬填充。
[0067] 具體的，經(jīng)過上述清洗過程，晶圓表面的聚合物殘留幾乎完全去除，在后續(xù)的金屬 籽晶生長和金屬填充過程中，不再有聚合物薄膜覆蓋，從而使得金屬在溝槽中填充良好，提 高了工藝質(zhì)量。
[0068] 請參閱表1，表1列出了針對低濃度氫氟酸清洗條件所進(jìn)行的實驗以及采用的實 驗數(shù)據(jù)。實驗中，低濃度氫氟酸的濃度比例為：，溫度為室溫，時間為15秒，從實驗數(shù)據(jù)可 以看出：
[0069]

【權(quán)利要求】
1. 一種刻蝕工藝的清洗方法，其特征在于，包括： 在半導(dǎo)體器件襯底上涂覆光刻膠； 經(jīng)光刻工藝，圖案化光刻膠； 經(jīng)刻蝕工藝，刻蝕所述半導(dǎo)體器件襯底； 去除所述光刻膠； 采用有機(jī)藥液和水對所述半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第一清洗過程； 采用低濃度氫氟酸溶液對所述半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第二清洗過程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除方法，其特征在于，所述刻蝕工藝為大馬士革工藝，其具 體包括以下步驟： 步驟A01 :在半導(dǎo)體器件襯底中涂覆光刻膠，并圖案化所述光刻膠； 步驟A02 :經(jīng)刻蝕工藝，在所述半導(dǎo)體器件襯底中刻蝕出溝槽，去除所述光刻膠； 步驟A03 :采用所述有機(jī)藥液對所述半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第一清洗過程； 步驟A04 :采用低濃度氫氟酸溶液對所述半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第二清洗過程； 步驟A05 :進(jìn)行金屬籽晶生長和金屬填充。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除方法，其特征在于，所述刻蝕工藝為雙大馬士革工藝，其 具體包括以下步驟： 步驟B01 :在半導(dǎo)體器件襯底中涂覆光刻膠，并圖案化所述光刻膠； 步驟B02 :經(jīng)刻蝕工藝，在所述半導(dǎo)體器件襯底中刻蝕出通孔，去除所述光刻膠，然后 再刻蝕出溝槽； 步驟B03 :采用所述有機(jī)藥液對所述半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第一清洗過程； 步驟B04 :采用低濃度氫氟酸溶液對所述半導(dǎo)體器件襯底進(jìn)行第二清洗過程； 步驟B05 :進(jìn)行金屬籽晶生長和金屬填充。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的去除方法，其特征在于，所述的第一清洗過程中，采用 的有機(jī)藥液為ST150或ST250。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的去除方法，其特征在于，所述第二清洗過程中，所述低 濃度氫氟酸溶液中，氫氟酸與水的比例為1: (280?310)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的去除方法，其特征在于，所述第二清洗過程中，所采用 的清洗時間為1〇_30秒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的去除方法，其特征在于，所述第二清洗過程中，所采用 的溫度為室溫。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的去除方法，其特征在于，所述刻蝕工藝采用的氣體為 C4F8 與 02。
【文檔編號】H01L21/768GK104051238SQ201410217630
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】王洲男, 倪棋梁, 龍吟, 陳宏璘 申請人:上海華力微電子有限公司