[发明专利]一种去除开尔文通孔的蚀刻残余物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体芯片制造工艺技术领域，具体涉及芯片制造工艺的后段制程中，金属互连层间介质上的Kelvin通孔的蚀刻残余物去除。

背景技术

随着集成电路(Integrate Circuit，简称IC)芯片设计与制造工艺的迅猛发展，IC芯片的设计尺寸缩减得越来越小，这种芯片减薄要求使得芯片制造工艺面临诸多挑战，同时也给金属互连层之间层间介质上通孔的蚀刻残余物去除带来困扰。在半导体IC芯片制造工艺中，两个金属互连层之间由层间介质分隔开来，两个金属互连层之间的电连接通常由通孔来完成。而在形成上部金属互连层之前，需要在层间介质上形成通孔。

由于通孔的形成通常是用含氟蚀刻剂蚀刻而成，在蚀刻过程中，蚀刻剂与层间介质以及下部金属互连层的金属材料之间的反应离子以及反应物会残留下来，在通孔处(也即通孔的下部金属互连层衬底、通孔内壁以及通孔上端口周边的层间介质表面)留下反应残余物和/或溅射残余物等蚀刻残余物，称之为通孔的蚀刻残余物。在晶圆片后段制程(Back-End-of-Line，简称BEOL)中，通孔处蚀刻残余物的去除仍然是IC芯片制作的关键工艺之一。如果通孔处残余物去除不彻底或衬底受损，会对IC芯片的电阻率、漏电流和良率有重大影响。

当IC制造工艺处于前期关键尺寸的宽线宽时代时，晶圆片金属互连层层间介质上的通孔(Via)和金属沟槽(Metal Trench)尺寸相对较大，通常可以采用有机化学品去除通孔蚀刻后的残余物。然而，当IC制造技术发展到窄线宽时代后，目前已使用无机化学品稀氢氟酸溶液(Dilute HydrogenFluoride，简称DHF)来去除通孔的蚀刻残余物并修正部分介质层的等离子体损坏。

随着线宽技术的不断提高，往往需要在金属互连层的层间介质上蚀刻一些Kelvin结构的金属通孔，这些通孔称为Kelvin通孔，而将蚀刻Kelvin通孔过程中形成的蚀刻残余物称之为Kelvin通孔的蚀刻残余物。这类Kelvin通孔的蚀刻残余物并不能采用现在普遍采用的DHF溶液并进行有效去除。图1示出了在第二金属层(M2)的层间介质上蚀刻了9个测试Kelvin通孔后，这9个测试通孔在晶圆片上的位置分布截面图。如图中所示，分别用1-9个数字标号标注出各个通孔在晶圆片上的位置。图2是对应着图1的1-9个M2Kelvin通孔在经DHF去除蚀刻残余物后的SEM图像。而图3则是对应着图2中B处通孔8经DHF去除蚀刻残余物后仍残留有蚀刻残余物的通孔8的放大SEM图。从图2和图3可以看出，经DHF去除蚀刻残余物后，通孔内壁和其下部金属互连层仍然有蚀刻残余物残留下来，这些蚀刻残余物的存在会导致这些Kelvin通孔的电阻变高。结合图1和图2还可以看出，分布在晶圆片中心区域(对应着图1中标号为5的通孔A处)之外的所有通孔上几乎都有蚀刻残余物存在。

现有技术中应用DHF溶液对金属互连层层间介质上Kelvin通孔的蚀刻残余物进行去除的方法不仅不能有效去除蚀刻残余物，还会带来如下不足：由于DHF的浓度是影响介质蚀刻速率的关键参数，如果DHF溶液的浓度过大，很难控制沟槽或通孔(包括Kelvin通孔)关键尺寸的修正。这就导致现有技术中使用DHF来去除通孔的蚀刻残余物存在很大的局限性。

发明内容

为了克服现有技术中的上述不足，本发明提供一种去除Kelvin通孔的蚀刻残余物去除方法，本发明方法在Kelvin通孔蚀刻后和形成上部金属互连层之前，首先使用一种有机化学品ST250进行蚀刻残余物去除，然后再使用DHF进一步进行蚀刻残余物去除，从而彻底去除金属互连层间通孔处蚀刻残余物。

本发明的第一方案是：

一种去除金属互连层间通孔处蚀刻残余物的方法，包括：第一步ST250处理阶段，其用有机化学品ST250溶液去除开尔文通孔的蚀刻残余物，所述有机化学品ST250溶液是用水稀释的原ST250溶液，原ST250溶液占所述有机化学品ST250溶液的体积百分比为58％-62％，所述处理阶段的处理条件为：处理时间为60-90秒，处理温度为38℃-42℃；第二步稀氢氟酸溶液处理阶段，使用稀氢氟酸溶液去除开尔文通孔部分介质层的等离子体损伤，以修正开尔文通孔的关键尺寸，其中，所述稀氢氟酸溶液是用水将氢氟酸溶液稀释而成，所述氢氟酸溶液与水的稀释体积比为1∶250至1∶500，所述处理阶段的处理条件为：处理时间为20-40秒，处理温度为室温。