[发明专利]一种等离子体刻蚀残留物清洗液

说明书

本发明提供一种等离子体刻蚀残留物清洗液，包括氧化剂、pH调节剂、稳定剂、有机酸铵盐、金属缓蚀剂、以及水。本发明提供了一种等离子体刻蚀残留物清洗液，可有效去除晶圆清洗过程中的等离子体刻蚀残留物，并且，在金属孔道中的残留物少；对氮化钛的刻蚀具有高选择性，能够高效去除氮化钛硬掩模；并且在高转速单片机清洗中对金属材料和非金属材料以及Low‑k介质材料均有较小的腐蚀速率；操作窗口较大；本申请的清洗液中不含氟，即使是小于14nm的晶圆也不会影响其电性能。

技术领域

本发明涉及半导体制造过程中的晶圆清洗液领域，尤其涉及一种等离子体刻蚀残留物清洗液。

背景技术

晶圆清洗是集成电路制程中重复次数最多的工序，清洗效果的好坏较大程度地影响芯片制程及积体电路特性等质量问题。清洗液使用的各种化学品处理不当就会严重污染环境，清洗次数繁多消耗大量的化学品和水。面对刻线更细、集成度更高的IC制程，人们还在研究更有效的清洗方案。光致抗蚀剂掩模通常用于半导体工业中以将诸如半导体或电解质材料形成图案。在一种应用中，将光致抗蚀剂掩模用于双镶嵌工艺中以在微电子器件的后端金属化中形成互联。双镶嵌工艺涉及在金属导体层如铜(Cu)层上面的低介电常数(Low-k，或低k)介电层上形成光致抗蚀剂掩模。然后根据光致抗蚀剂掩模对 Low-k介电层进行刻蚀以形成通道和/或开槽以露出金属导体层。通常使用两个平板印刷对通常称作双镶嵌结构的通道和开槽进行限定。然后将光致抗蚀剂掩模从Low-k介电层去除，然后将导电材料沉积入通道和/或开槽以形成互联。

随着微电子器件尺寸的下降，实现通道和开槽的临界尺寸变得更加困难。在半导体制造领域中使用金属铜、Low-k介质材料越来越多。尤其是铜双大马士革工艺越来越广泛的情况下，寻找能够有效去除刻蚀残留物的同时又能保护Low-k介质材料、非金属材料和金属材料的清洗液就越来越重要。同时随着半导体制程尺寸越来越小，清洗方式也越来越广泛的使用到高速旋转单片清洗。由此，使用金属硬掩模以提供通道和开槽更好的轮廓控制。金属硬掩模由钛或氮化钛制成，并在形成双镶嵌结构的通道和/或开槽之后通过湿蚀刻法去除，其具体步骤一般为清洗液清洗/漂洗/去离子水漂洗。在此过程中，只能除去残留的聚合物光阻层和无机物，而不能攻击损害金属层。关键的是，湿蚀刻法使用去除化学品，其有效去除金属硬掩模和/或光抗蚀剂蚀刻残余物而不影响下面的金属导电层和Low-k介电材料。换言之，需要去除化学品对金属导电层和Low-k介电层具有较高的选择性。

国内外对于半导体清洗液的报道较多，US20150027978A1公开了高选择蚀刻TiN，主要通过加入铵盐以及双氧水的分解来提高TiN的蚀刻速率，加入5-甲基苯并三氮唑抑制铜的腐蚀，添加氟化铵来提高清洗能力。此配方虽然对铜有很好地保护，但是5-甲基苯并三氮唑会吸附在晶圆表面，难以脱附，会对电性能造成较大影响。WO201603729A1在此基础上做了进一步的研究，公开了一种通过氟硅酸、碘酸铵、氧化钒、钒酸铵等来调整金属和非金属的蚀刻速率，此方法可以进一步提高TiN的蚀刻速率，对铜也有很好的保护，但是仍然没有解决晶圆表面缓蚀剂吸附的问题，并且引入了新的金属离子，从而影响电性能，也没有解决在高速旋转下清洗液对金属腐蚀的控制情况。US20179546321B2公开的配方中有含氟组分、有机或无机酸等，可以较好地解决晶圆表面吸附问题，但是对厚 TiN硬掩模难以彻底去除，蚀刻不完全，清洗不干净，影响电性能。最新报道中，美国EKC 公司在专利US10155921B2中公开了一种通过氧化剂、羧酸盐以及金属缓蚀剂来去除氮化钛，同时兼容铜和低k介电材料的方法。以双氧水作为氧化剂，吡咯、吡唑、吲唑及其衍生物作为金属缓蚀剂，配合以铵盐作为氮化钛蚀刻增强剂，在pH值7～12的环境下， 20～60℃条件下选择性去除硬掩模及其残留物而不影响下面的金属导电层和低k介电层，这样可以获得更好的剖面控制。专利中明确阐述产品中不含氟，这样产品的清洗效果较差，特别对于14nm及更小技术节点的晶圆来说，很大程度上影响电性能。

发明内容