铝/铜金属连线上反应离子蚀刻后聚合物的清除方法技术

一种清除反应离子蚀刻后在半导体结构或微电子复合结构的铝／铜金属连线上形成的聚合物细条的方法，该方法包含如下步骤：将蚀刻气体与酸中和气体混合物导入真空室，其中所述复合结构支撑于真空室内，以便使反应离子蚀刻工艺后于铜／铝金属连线上残留的侧壁聚合物细条形成水溶性物质；用去离子水清除该水溶性物质；再使用仅含水的等离子法或化学顺流蚀刻方法从所述复合结构上清除光致抗蚀剂。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用含有蚀刻气体和酸性中和气体的化学混合物清除反应离子蚀刻(RIE)后在半导体结构或微电子元件的铝/铜金属连线上形成的聚合物细条的改进方法。更具体地，本改进方法包含使用气态或等离子态的蚀刻剂与酸中和剂混合物清除金属(Al/Cu)RIE后残留于侧壁的聚合物，其中蚀刻剂是如HF的氟基物质，酸中和剂是如NH3的化学物。在ULSI(超大规模集成)元件中，通常采用亚微米通路孔实现金属层之间的电连接。这些通路孔采用各向异性反应离子蚀刻(RIE)工艺洞穿层间电介质(ILD)而形成，常用CF4或CHF3与惰性气体的混合物。蚀刻的残留物没有腐蚀性而且易于清除。二氧化硅为层间电介质、阻挡层、金属叠层和光致抗蚀剂层组成的复合材料在进行反应离子蚀刻过程中，当光致抗蚀剂层被曝光和显影之后，沿侧壁形成的自然形态主要为无机物的不溶性聚合物和一些化学成分为铝(Al)、硅(Si)、钛(Ti)、氧(O)、碳(C)和氯(Cl)。该残留物具有一定的腐蚀性，而且难于清除。目前，通常采用含铬磷酸浴槽液或使用其它溶剂型的化学物质进行反应离子蚀刻后的清除工艺。而且，在RIE工艺完成后与湿法清洗步骤之间存在一个约4小时的时间窗以避免腐蚀。目前现有的湿法化学清洗方法存在如下缺陷1)酸类化学物质(不含任何HF)通常在清除硅含量较高的聚合物细条时效果不佳(位于承受区的金属垫上有残留)。2)溶剂型化学物质通常需要较长的处理时间(约10分钟，而一般酸类的清洗时间为2-4分钟)，而且通常因成本大和环保要求在实施时遇到困难。一种使用HF和NH3气体混合物蚀刻精确量二氧化硅的方法及其设备在美国专利US 5282925中公开。该方法包含以下步骤将含有气体的反应物导入真空室，室内支撑有待蚀刻材料的基体，以在该基体材料的表面上形成反应物的膜；控制该待蚀刻材料表面上膜的组成和存留时间以便从基体上蚀刻掉准确数量的材料；以及从反应室内或基体的表面上去除任何不需要的反应物和反应产物。该专利没有叙述无法实现与二氧化硅、二氧化铝和碳的复合混合物反应，或者没有告知氨和氟化氢复合混合物的反应产物顺利扩散通过。美国专利US5129958公开了一种用于半导体晶片加工设备清洗化学气相沉积(CVD)室的方法，该方法包含以下步骤用一种或多种还原性气体与等离子体氟清洗步骤中的氟残留物接触。Tong等人在Electrochemical Society Proceedings第95-20卷第235-242页中公开了利用气气相氟化氢清洗方法清除聚合物/硅酸盐残留物以及降低金属间通路孔的接触电阻。由于在通路基部氟化氢蒸气与Al/Al2O3之间反应形成了AIF3，氟化氢蒸气处理降低了金属-通路的接触电阻。在氧化物区域CF4或CHF3类RIE化学物质产生了低铝含量无氯的聚合物。该聚合物易于清除且与铝RIE工艺后形成的聚合物相比腐蚀性低。美国专利US 5296093公开了一种集成电路构件制造过程中蚀刻多晶硅层后残留物的清除方法，其中，代替聚合化的硅/含氧化物的残留物的清除步骤是，预先将RIE蚀刻构件在HF液槽内浸渍，在RIE蚀刻完成后将RIE蚀刻的构件用含氨类/过氧化氢水溶液处理，以便清除这种残留物。本领域仍需求清除RIE蚀刻材料的方法，其中要缩短RIE工艺完成后与湿法清洗步骤之间约4小时的时间窗。换言之，利用各向异性反应离子蚀刻(RIE)方法洞穿金属叠层形成金属连线的工艺中，反应离子蚀刻(RIE)技术需要避免RIE与湿法清洗步骤之间的时间偶连，同时需要避免使用湿化学清洗剂，本领域有此需求。本专利技术的一个目的是使用蚀刻气体和酸中和气体的混合物作为气体清洗剂清除反应离子蚀刻(RIE)后在铝/铜金属连线上形成的聚合物细条。本专利技术的另一个目的是提供一种金属蚀刻后的清洗方法，该清洗方法不使用湿化学物质。本专利技术的又一个目的是提供一种使用气相化学物进行金属蚀刻后处理的方法，其中仅采用去离子水(DIW)而避免使用湿化学物质，而且消除了金属蚀刻与清洗步骤之存在的时间窗或时间间隙。本专利技术的又一个目的是提供一种使用气相化学物清除反应离子蚀刻后在铝/铜金属连线上形成的聚合物细条的方法，其中使用氟基蚀刻剂如HF，以及酸中和化学物如NH3。本专利技术的又一个目的是提供一种清除反应离子蚀刻后在铝/铜金属连线上形成的聚合物细条的方法，该方法利用HF和NH3的气体混合物将聚合物细条以化学方法改变成水溶形式，然后使用去离子水冲洗清除水溶形式的聚合物细条。本专利技术的又一个目的是通过中和在聚合物细条上的有腐蚀性的活性氯化物成分，减小因清除反应离子蚀刻后的聚合物细条时造成对铝铜金属连线的腐蚀，其中既可使用NH3中和氯化物成分，也可使用氟置换氯组分。本专利技术的另一个目的是使用一体化方法提高反应离子蚀刻后在铝/铜金属连线上形成的聚合物细条的清除效果，其中既避免使用后处理湿化学物质，又消除了金属蚀刻与清洗步骤之间存在的时间耽搁，从而在金属蚀刻水平上使生产工艺简化并更有效率。一般而言，本专利技术是这样完成的金属蚀刻工艺后，避免RIE与湿法清洗步骤间的时间偶接以及避免使用湿化学清洗剂，通过导入气态或等离子态的蚀刻剂与酸中和反应物的混合物，以化学方法将反应离子蚀刻后的聚合物细条转变成水溶形式，从而减小了对金属连线的腐蚀，消除了RIE与湿法清洗步骤间的时间偶接，而且也无需使用湿化学清洗剂。附图说明图1为显示本专利技术顺序1的方块图，其中从顺序1可见，RIE聚合物首先在步骤2中转变成水溶形式，在步骤3中，呈水溶化学物形式的RIE聚合物被清除。在步骤4中，通过等离子法或化学顺流蚀刻方法清除残留的光致抗蚀剂。由于该步骤通常在温度200℃以上时发生，从而在铝金属连线表面形成钝化层。如图1所示，其中各步骤均按顺序发生在整套金属蚀刻设备5中提供RIE的金属连线，光致抗蚀剂的清除，侧壁残留物的清除，以及其它相关工艺。图2为设备5内进行步骤顺序的方块图，描述了本专利技术另一个可供选择的实施方案，其中步骤2用于清除剥离室内的光致抗蚀剂。该工艺在约175-200℃低温下使用只有水的等离子体实施，从而可降低侧壁聚合物的厚度。聚合物细条通过步骤3化学改性，并在步骤4中用去离子水冲洗。图3显微照片表明从顺序1工艺照相得到的基阵和承受区，其中使用HF+NH3的混合物清除铝/铜金属连线上BCl3反应离子蚀刻后的聚合物细条，接着再冲洗以及等离子体剥离聚合物。图4为本专利技术顺序2或另一可供选择实施方案的显微照片，其中基阵和承受区的照片为下列方案的结果清除铝/铜金属连线上BCl3反应离子蚀刻后的聚合物细条后，通过水基顺流等离子体，再将所述细条置于HF+NH2的混合物中，最后冲洗。通过以下本专利技术的优选实施方案详述，可更好地理解本专利技术的上述及其它目的和优点。经金属蚀刻工艺后，使用气相化学物处理，这样仅采用去离子水(DIW)而避免使用湿化学物质，而且消除了金属蚀刻与清洗步骤之间存在的时间窗。再者，在本专利技术工艺中，提供了一种附带金属蚀刻设备使用与气相化学物的整套方法，其中气相化学物使用氟基蚀刻剂如HF以及酸中和化学物如NH3。经检验，发现金属反应离子蚀刻后在复合侧壁混合物中的铝、钛和碳既不能抑制二氧化硅与氨和HF的反应，也不能抑制氨和HF扩散通过已形成的固态反应产物。铝/铜金属连线上反应离子蚀刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种清除反应离子蚀刻后在半导体结构或微电子复合结构的铝／铜金属连线上形成的聚合物细条的方法，该方法包含如下步骤：将蚀刻气体与酸中和气体混合物导入真空室，其中所述复合结构支撑于真空室内，以便使反应离子蚀刻工艺后于铜／铝金属连线上残留的侧壁 聚合物细条形成水溶性物质；用去离子水清除该水溶性物质；再通过仅含水的等离子方法或化学顺流蚀刻方法从所述复合结构上清除光致抗蚀剂。

【技术特征摘要】
US 1998-12-3 09/204706权利要求1.一种清除反应离子蚀刻后在半导体结构或微电子复合结构的铝/铜金属连线上形成的聚合物细条的方法，该方法包含如下步骤将蚀刻气体与酸中和气体混合物导入真空室，其中所述复合结构支撑于真空室内，以便使反应离子蚀刻工艺后于铜/铝金属连线上残留的侧壁聚合物细条形成水溶性物质；用去离子水清除该水溶性物质；再通过仅含水的等离子方法或化学顺流蚀刻方法从所述复合结构上清除光致抗蚀剂。2.权利要求1所述方法，其中所述复合结构包含氧化硅中间层电介质、阻挡层、金属叠层、以及光致抗蚀剂层。3.权利要求2所述方法，其中所述蚀刻气体为氟化氢，所述酸中和气体为氨气。4.权利要求3所述方法，其中清除所述光致抗蚀剂层的步骤在高于200℃的温度下进行。5.权利要求1所述方法，其中所述蚀刻气体与酸中和气体混合物为等离子态形式。6.一种清除离子蚀刻后在半...

【专利技术属性】
技术研发人员：R拉马钱德兰，W纳茨勒，M古特舍，H阿卡特苏，C余，
申请(专利权)人：西门子公司，国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]