[发明专利]蚀刻后聚合物残留除去方法

说明书

技术领域

本发明大体设计半导体衬底处理，特别涉及通过干式和湿式处 理的仔细的处理优化从衬底表面除去蚀刻后聚合物残留的改进的 技术。

背景技术

随着技术进步进入深亚微米量级，集成电路(IC)芯片中的器 件数量达到数千万。半导体器件的小型化中的这种量级带来了随之 而来的一系列技术上的复杂性。其中之一是，与金属互连有关的电 阻和寄生电容开始显著地影响IC的线路速度。为了改进IC的性能， 半导体行业已经从铝金属转变到铜金属来用作互连，并在各金属互 连线之间使用低k电介质材料代替二氧化硅。铜减少了电阻，因为 与铝相比它是一种更好的导体并且更耐电迁移(electromigration resistant)。对互连使用铜金属还能够带来更小的和更薄的导线从而 可以在单块芯片中封装更多的器件。低k电介质材料减少了各金属 线之间的寄生电容，从而提高了IC芯片的性能。

铜互连是使用被称为“双嵌入(dual damascene)”的处理制造 的。双嵌入制造处理是当今最流行和最广泛实现的电介质蚀刻方 法。嵌入指的是一种处理，通过该处理将由金属导线图案嵌入非导 电(电介质)材料中，然后沉积金属以填充产生的沟槽并最终利用 化学机械抛光将多余的金属除去。在双嵌入中，该处理连续产生被 嵌入的通孔和沟槽，其中通孔形成从线路的一层(沟槽)到下一层 的竖直连接。通孔和沟槽的嵌入蚀刻处理要求碳氟化合物、氢氟碳 化合物、氧和氮气的混合物。这些蚀刻混合物可以在蚀刻过的结构 的电介质侧壁和底部上留下聚合物残留。使用双嵌入处理的蚀刻操 作可以使用不同的方案完成，比如光刻胶(PR)掩模方案或硬掩模 方案。

在PR方案中，沉积蚀刻停止层以允许下面的触点与互联的自我 对准，同时保持该特征的结构完整性。PR掩模用于蚀刻电介质膜层， 然后将该PR层和该蚀刻停止层剥离。用于剥离该PR层和该蚀刻停 止层的剥离化学物质有可能损害该低-k电介质膜层。而且，来自该 PR掩模方案中使用的蚀刻化学物质的聚合物残留沿着狭窄的沟槽 和通孔的壁沉积起来，使得该残留物难以除去。

在硬掩模方案中，使用电介质或金属硬掩模代替PR掩模。使用 该硬掩模执行蚀刻。因为在这个方案中使用硬掩模，所以避免了剥 离PR掩模的操作，由此使得PR剥离处理带来的损害最小化。然而， 必须小心除去硬掩模以最小化对下面的电介质膜层和对其中形成 的结构的损害。

传统上，蚀刻后残留已经使用湿式清洁化学物质用湿式化学处 理除去。这些湿式化学物质适于除去具有金属成份的残留物，比如 在不同氧化状态的铜的氧化物。然而，狭窄的通孔和沟槽中含碳的 有机残留物带来了很大的挑战，因为很难除去这些残留物而不破坏 蚀刻的电介质结构。进一步，只用湿式化学物质对于基本上除去这 些有机残留物不是非常有效的。

鉴于上文，需要一种更加有效的除去蚀刻后聚合物残留而不破 坏蚀刻的结构和围绕的电介质材料的方法。还需要减少使用的化学 物质的复杂度以便降低清洁的成本同时提供更有效的清洁。还需要 提供一种能够清洁良性条件下的衬底表面的替代方案。

发明内容

通过提供用于从衬底表面除去蚀刻后聚合物残留的改进方法 和装置，本发明满足了这些需要。应当看出，本发明可以用多种方 式实现，包括装置和方法。下面描述本发明的一些创新性的实施方 式。

在一个实施方式中，公开一种用于从衬底表面除去蚀刻后聚合 物残留的方法。该方法包含确定用于从该衬底表面除去蚀刻后聚合 物残留的干式快速化学物质。该干式快速化学物质被配置为选择性 地除去一区域中蚀刻操作留下的蚀刻后聚合物残留，其中在该区域 中穿过低k电介质膜层形成特征。使用很短的快速处理施用该确定 的干式快速化学物质以除去该蚀刻后聚合物残留的至少一部分同 时最小化对该电介质膜层的损害。然后向该衬底表面施用湿式清洁 化学物质。该湿式清洁化学物质的施用有助于基本上除去该短快速 处理留下的蚀刻后聚合物残留。