孔的刻蚀残留物的清洗方法与流程

本发明涉及一种半导体集成电路的制造方法，特别涉及一种孔的刻蚀残留物的清洗方法。

背景技术：

在半导体集成电路制造中，接触孔(CT)是连接前段器件和后段金属连线的关键步骤，不管在哪个技术节点，都是最具挑战的难点。在28nm节点，由于曝光机台的限制，显影的孔尺寸即宽度是65nm，之后通过刻蚀过程把尺寸缩小到40nm，在刻蚀过程中会有少许残留副产物吸附在CT的底部和侧壁。接触孔中会填充金属，为了增大后续金属填充的工艺窗口，需要把CT孔内的残留副产物即聚合物(polymer)清理干净。

接触孔的刻蚀的副产物一般是含有C和F成分的物质，现有方法是使用湿法热硫酸清洗如采用由硫酸和双氧水组成的SPM清洗，通过SPM的强氧化性和副产物发生化学反应生成气体，并最终从反应腔内抽走，反应方程式为：

H2SO4+H2O2→H2SO5+H2O；

H2SO5+CxFy+H2O→CO/CO2+H2SO4+HF。

其中CxFy表示聚合物。

但是浓硫酸非常粘稠，所以具有很大的表面张力，到了28nm节点，CT的尺寸仅为40nm，这时SPM由于表面张力的作用，根本无法进入到CT底部进行清洗，清洗效果很差。残留polymer在空气中水汽氛围下会和由SiN组成的接触刻蚀停止层(CESL)反应，发生放气(outgasing)，进而影响到后续胶层(glue layer)和接触孔中的金属钨的填充，造成CT断路缺陷(open defect),这会严重影响良率。

如图1所示，是现有孔的刻蚀残留物的清洗方法中的器件结构图；现有孔的刻蚀残留物的清洗方法包括如下步骤：

步骤一、在基底1上进行刻蚀形成孔7，在所述孔7的底部表面和侧面形成有刻蚀残留的聚合物。形成所述孔7的工艺包括，先进行光刻定义，之后进行显影，之后再进行刻蚀。

通常，所述基底1为半导体衬底如硅衬底。

所述孔7为接触孔。

在所述基底1上形成有集成电路的前段器件结构。

所述集成电路的工艺节点为28nm以下，所述孔7的宽度为40nm以下。

所述前段器件结构包括栅极结构、源区和漏区，所述栅极结构由栅介质层如栅氧化层2和多晶硅栅3叠加而成。图3中，在所述多晶硅栅3的顶部还叠加有顶部氮化层4

所述孔7由对层间膜6刻蚀形成。所述层间膜6为氧化层。

在所述层间膜6的底部还形成有接触刻蚀停止层5，所述接触刻蚀停止层5覆盖在所述栅极结构的顶部表面和侧面以及所述栅极结构外的所述基底1表面；所述接触刻蚀停止层5的材料为氮化层。

步骤二、之后采用如标记101所示的具有浓硫酸的SPM对所述孔7进行清洗处理。由于浓硫酸的较为粘稠，当孔7的尺寸缩小时如缩小到40nm以下时，浓硫酸将无法达到孔7的底部，从而造成无法清洗空孔7底部的聚合物。

对应接触孔，后续会在孔7中填充金属，由于聚合物无法完全清楚，这会使得接触孔容易出现断路。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种孔的刻蚀残留物的清洗方法，能实现对具有较大深宽比的小尺寸的孔的刻蚀聚合物残留进行完全清洗，从而能提高产品良率。

为解决上述技术问题，本发明提供的孔的刻蚀残留物的清洗方法包括如下步骤：

步骤一、在基底上进行刻蚀形成孔，在所述孔的底部表面和侧面形成有刻蚀残留的聚合物。

步骤二、采用具有还原性的等离子体进行对所述孔进行清洗处理，利用所述等离子体的还原性去除所述聚合物，利用所述等离子体能深入到所述孔的内部的特性实现对所述孔的内部的底部表面和侧面的所述聚合物的完全清洗。

进一步的改进是，所述基底为半导体衬底。

进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底。

进一步的改进是，所述孔为接触孔。

进一步的改进是，在所述基底上形成有集成电路的前段器件结构。

进一步的改进是，所述前段器件结构包括栅极结构、源区和漏区，所述栅极结构由栅介质层和多晶硅栅叠加而成。

进一步的改进是，所述孔由对层间膜刻蚀形成。

进一步的改进是，所述层间膜为氧化层。

进一步的改进是，在所述层间膜的底部还形成有接触刻蚀停止层，所述接触刻蚀停止层覆盖在所述栅极结构的顶部表面和侧面以及所述栅极结构外的所述基底表面；所述接触刻蚀停止层的材料为氮化层。

进一步的改进是，步骤二中产生具有还原性的所述等离子体的工艺气体由氮气和氢气组成。

进一步的改进是，在步骤二的所述清洗处理过程中还加入偏置功率(BIAS power)，所述偏置功率提高所述等离子体向所述孔的内部的轰击能力。

进一步的改进是，步骤二中所述等离子体处理完毕后还包括采用APM溶液对所述接触孔进行处理，所述APM溶液使被所述等离子体处理过的所述聚合物都转换为气体。APM溶液为由一定比例的NH4OH和H2O2混合而成。

进一步的改进是，所述集成电路的工艺节点为28nm以下，所述孔的宽度为40nm以下。

进一步的改进是，步骤二的所述清洗处理在灰化设备中进行。

进一步的改进是，在步骤二完成对所述孔的所述清洗处理后，还包括在所述孔中填充金属的步骤。

相对于现有技术中采用具有浓硫酸的溶液如SPM对孔的刻蚀残留的聚合物进行清洗时具有当孔的尺寸变小时浓硫酸由于较粘稠而无法进入到孔的底部从而无法实现对孔的底部的聚合物进行有效清洗的缺点，本发明采用具有还原性的等离子体进行对孔进行清洗处理，利用等离子体的还原性去除聚合物，利用等离子体能深入到孔的内部的特性实现对孔的内部的底部表面和侧面的聚合物的完全清洗，所以本发明能实现对具有较大深宽比的小尺寸的孔的刻蚀聚合物残留进行完全清洗，从而能提高产品良率，如当本发明应用于集成电路中的接触孔的清洗时，能很好的实现对接触孔的内部表面的聚合物的去除，从而能在接触孔中填充金属之后防止接触孔的断路。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有孔的刻蚀残留物的清洗方法中的器件结构图；

图2是本发明实施例孔的刻蚀残留物的清洗方法的流程图；

图3是本发明实施例孔的刻蚀残留物的清洗方法中的器件结构图。

具体实施方式

如图2所示，是本发明实施例孔的刻蚀残留物的清洗方法的流程图；如图3所示，是本发明实施例孔的刻蚀残留物的清洗方法中的器件结构图；本发明实施例孔的刻蚀残留物的清洗方法包括如下步骤：

步骤一、在基底1上进行刻蚀形成孔7，在所述孔7的底部表面和侧面形成有刻蚀残留的聚合物。形成所述孔7的工艺包括，先进行光刻定义，之后进行显影，之后再进行刻蚀。

本发明实施例中，所述基底1为半导体衬底。

更优选择为，所述半导体衬底为硅衬底。

所述孔7为接触孔。

在所述基底1上形成有集成电路的前段器件结构。

所述集成电路的工艺节点为28nm以下，所述孔7的宽度为40nm以下。

所述前段器件结构包括栅极结构、源区和漏区，所述栅极结构由栅介质层如栅氧化层2和多晶硅栅3叠加而成。图3中，在所述多晶硅栅3的顶部还叠加有顶部氮化层4

所述孔7由对层间膜6刻蚀形成。所述层间膜6为氧化层。

在所述层间膜6的底部还形成有接触刻蚀停止层5，所述接触刻蚀停止层5覆盖在所述栅极结构的顶部表面和侧面以及所述栅极结构外的所述基底1表面；所述接触刻蚀停止层5的材料为氮化层。

步骤二、采用具有还原性的等离子体进行对所述孔7进行清洗处理，清洗处理如标记201所示，利用所述等离子体的还原性去除所述聚合物，利用所述等离子体能深入到所述孔7的内部的特性实现对所述孔7的内部的底部表面和侧面的所述聚合物的完全清洗。

本发明实施例中，产生具有还原性的所述等离子体的工艺气体由氮气和氢气组成。在其它实施例中，产生具有还原性的所述等离子体的工艺气体也能为其它包括有还原性气体的气体。

在步骤二的所述清洗处理过程中还加入偏置功率，所述偏置功率能使所述等离子体的离子加速重冲向所述孔7的底部，所述偏置功率提高所述等离子体向所述孔7的内部的轰击能力。

步骤二中所述等离子体处理完毕后还包括采用APM溶液对所述接触孔进行处理，所述APM溶液使被所述等离子体处理过的所述聚合物都转换为气体。

步骤二的所述清洗处理在灰化设备中进行。

在步骤二完成对所述孔7的所述清洗处理后，还包括在所述孔7中填充金属的步骤。之后进行下一层的层间膜的形成以及对应通孔和正面金属层的形成。

相对于现有技术中采用具有浓硫酸的溶液如SPM对孔7的刻蚀残留的聚合物进行清洗时具有当孔7的尺寸变小时浓硫酸由于较粘稠而无法进入到孔7的底部从而无法实现对孔7的底部的聚合物进行有效清洗的缺点，本发明采用具有还原性的等离子体进行对孔7进行清洗处理，利用等离子体的还原性去除聚合物，利用等离子体能深入到孔7的内部的特性实现对孔7的内部的底部表面和侧面的聚合物的完全清洗，所以本发明能实现对具有较大深宽比的小尺寸的孔7的刻蚀聚合物残留进行完全清洗，从而能提高产品良率，如当本发明应用于集成电路中的接触孔的清洗时，能很好的实现对接触孔的内部表面的聚合物的去除，从而能在接触孔中填充金属之后防止接触孔的断路。

本发明实施例中，使用还原性等离子体plasma代替传统的SPM清洗方法，以由工艺气体为N2加H2形成的等离子体的清洗举例，具体反应机理如下:

N2+H2+CxFy→CH4+NH4F；NH4F会在后续水溶去除；

NH4F on Si-X+//Air//→(NH4)2SiF6，(NH4)2SiF6会进一步与水反应)

(NH4)2SiF6+2H2O→2NH3H2O+H2SiF6，SiF6进一步生成SiF4↑和HF。

其中Si-X表示硅化物，NH4F on Si-X表示NH4F在硅化物上，//Air//表示空气。

本发明实施例方法通过强功率(power)使N2和H2形成等离子体，并通过还原反应将polymer的CxFy分解为气体生成物或者可溶于水的物质，后续再通过APM清洗使残留物都生成为气体，最终都从腔体内抽走副产物。

本发明实施例方法成功解决了液体表面张力导致的孔底部无法清洗到的问题，N2和H2等离子体在BIAS power作用下可以有效向孔内轰击，最终都反应生成气体反应物。

进行技术验证可知，验证分为两个阶段：

阶段1：通过电子束(Ebeam)手法扫描CT EM晶圆(wafer)探测CT断路(open)数量，通过新方法处理的晶圆缺陷数量明显低于现有老方法，整体的工艺窗口也增大约1nm。

阶段2：实验对比组送测最终SRAM良率，新的实验条件SRAM DBC loss少3.4％，优于基准线(baseline)条件。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。