[发明专利]孔密封和清洁多孔低介电常数的结构

说明书

本发明涉及集成电路制造领域。更具体地，本发明涉及孔密封和清洁在多孔低介电常数(低-k)结构中蚀刻的结构。

将理解，在本文中(除非上下文另有要求)提及的多孔“低介电常数(或“低-k”)结构表示在具有小于约3.0的介电常数的多孔材料中的结构。因此，这些引用包括在多孔的所谓“超低-k”(ULK)材料(k＜2.5)中蚀刻的结构。

集成电路的制造典型地包括一个或多个步骤，这些步骤涉及蚀刻通路、沟槽等，尤其是在线后端(back-end-of line)(BEOL)加工过程中。这些蚀刻方法一般会在所述经蚀刻结构的底部和侧壁上留下残余物。所述残余物通常为包含物种如C、O、F、Si、Cu、H和N的有机金属聚合物。这些残余物的存在会引起问题，如低的收率、高的通路电阻、通路空隙和可靠性问题。因此，制造工艺包括设计用于除去这些残余物的蚀刻后清洁步骤。

常规地，使用湿法清洁技术除去这些残余聚合物，特别是通过应用水溶液如稀氢氟酸(HF)，或有机酸/碱。

最近，开发了复杂的多组分溶剂体系(包括组分如缓蚀剂、螯合剂、氟、胺和其它化学化合物)，它们用作在专用制造线中形成的特定加工残余物的通路蚀刻后清洁配方。而且，WO2005/008739提出使用胶束水溶液来清洁无孔低-k介电材料，理由是这些溶液的低化学活性将不会影响介电层的k值。

现在，越来越多的低-k和超低-k介电材料被用于集成电路器件。为了获得期望的低介电常数值，这些材料中有许多是多孔的。事实上，为了更进一步减少已知低-k介电材料的介电常数，通常向其中引入孔隙。

近期提出的一些多孔低-k介电材料包括通过化学气相沉积(CVD)方法沉积的多孔材料：例如由Applied Materials Inc.of California，USA制备的新型黑金刚石(Black Diamond)(即黑金刚石II和III，多孔低-kSiCOH)，和由Trikon Technologies Inc of Newport，UK制造的Orion；以及旋转(spin on)介电材料：例如由Dow Chemicals制造的p-SiLK(多孔型SiLK)、由Rohm and Haas′subsidiary Shipley制造的Zirkon LK(多孔甲基倍半硅氧烷)、由JSR Corp of Japan制造的LKD-5109以及由ASM International NV of Bilthoven，Netherlands制造的Aurora 2.7和Aurora ULK(掺碳的氧化硅)。

然而，当在多孔材料中形成蚀刻结构时，发现许多常规通路蚀刻后的湿法清洁方法会得到不合意的结果。更具体地，当使用常规方法进行通路蚀刻后湿法清洁例如具有多孔互连层的晶片时，发现所述多孔介电材料会从所述清洁流体中吸附化学品和液体(例如水)，从而导致不期望地提高介电常数。下面解释这个问题的原因。

任何含有氧化硅的材料的表面都将具有大量表面羟基(硅烷醇)基团，这些基团是高度极化的，并因此对水的吸收具有高亲和力。通过所述材料表面的四元和六元大量(bulk)硅氧烷(Si-O-Si)桥的断裂产生这些部位。所述材料表面的这些硅氧烷结构具有未补偿的电位，因此可被认为是“应变的”。它们将与水分反应以形成表面羟基。当所述材料是多孔的，则表面羟基和被吸附的水分子将传播到材料主体内。这可能导致所述膜的提高的介电常数值和降低的可靠性。类似的吸附机理适用于湿法清洁流体内所存在的化学品。此外，所述化学品可以保持为被强烈吸附在所述多孔结构内，导致K值增加。

晶片表面存在的其它材料如金属氧化物也会发生相当的情况。位于材料表面的金属离子-氧化物键具有未补偿的电位。这导致趋向于与水分反应以便形成表面羟基。再次，如果所述材料是多孔的，则表面羟基和被吸附的水分子将传播到材料主体内，并导致有害地升高介电常数。再次，类似的吸附机理导致从湿法清洁流体中吸收化学品，这会比水吸收更严重，因为化学品不能通过干燥被除去，而水却可以(至少在某种程度上)。