通孔的清洗方法及半導體器件的制備方法
【專利摘要】本發明提出了一種通孔的清洗方法及半導體器件的制備方法，在干法刻蝕形成后層通孔之后，為了去除干法刻蝕引入的電荷，先采用紫外線對后層通孔進行照射處理，中和去除大約三分之一至三分之二的電荷，再采用二氧化碳和堿性溶液的混合溶液對后層通孔中進行降電勢差處理，從而在后續進行正常濕法去除工藝中，能夠減少前層通孔連線的電勢差，很大程度上減小電解反應對前層通孔連線造成的腐蝕，確保形成后層通孔后前層通孔連線依舊性能良好，進而能夠保證半導體器件的性能。
【專利說明】
通孔的清洗方法及半導體器件的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種通孔的清洗方法及半導體器件的制備方法。
【背景技術】
[0002]在半導體后段金屬互連中，經常會發生金屬連線和通孔對準偏移(overlayshift)等原因使金屬層沒有完全覆蓋通孔中的通孔連線，導致一部分通孔連線裸露出。在通孔刻蝕過程中，需要使用等離子體干法刻蝕和氧離子灰化工藝，容易引入大量的電荷，從而使裸露的通孔連線表面聚集大量的正電荷，然后在通孔刻蝕后的濕法清洗(wet strip)過程中，帶有正電荷的通孔連線會發生電化學腐蝕反應導致通孔連線被腐蝕掉。
[0003]圖1至圖4為現有技術中通孔連線被腐蝕的結構示意圖。
[0004]首先，請參考圖1，提供半導體襯底10，在所述半導體襯底10上形成有介質層20，在所述介質層20中形成通孔，并在所述通孔中依次形成阻擋層40及通孔連線30，接著，在所述通孔連線30及阻擋層40上形成金屬連線50，由于金屬連線50與通孔對準存在偏移，導致一部分通孔連線30暴露出，接著，在阻擋層40、金屬連線50上形成金屬層間介質層(IMD) 60，接著，在所述金屬層間介質層60上形成圖案化的光阻70，并借助圖案化的光阻70的阻擋，對所述金屬層間介質層60進行干法刻蝕，形成下一層的通孔，所述下一層的通孔暴露出所述金屬連線50。由于金屬連線50暴露出通孔連線30，因此，此處所述通孔連線30也被暴露出。由于干法刻蝕帶有大量的電荷，因此會導致通孔連線30表面聚集有大量的電荷。
[0005]接著，請參考圖2，形成下一層的通孔之后，采用氧離子灰化工藝去除所述圖案化的光阻70，在此步驟中，氧離子灰化工藝將引入更多的電荷，使通孔連線30的表面電荷積聚更多。
[0006]接著，請參考圖3和圖4，在去除圖案化的光阻70之后，采用濕法去除(也稱為Solvent Clean，溶劑清洗)對通孔進行清洗，以去除刻蝕形成的殘留物。此處采用堿性溶液進行清洗，通常采用的是為杜邦公司的NEKC，所述NEKC清潔是用胺堿進行，即含有胺基的有機溶劑，例如EKC 270/265或ACT 940等有機溶劑。由于通孔連線30帶有大量正電荷，在此處使用溶液進行清洗時，會發生化學腐蝕反應對通孔連線30進行腐蝕，進而導致通孔連線30被完全腐蝕掉，影響整個半導體器件的性能。
[0007]為了防止通孔連線被腐蝕，目前主要采取以下手段進行改進:
[0008]一、改善上下層金屬連線與通孔之間的對準偏移問題，若金屬連線能與通孔精確對準，則通孔連線就不會露在外面，即使存在正電荷的聚集，也不會發生腐蝕反應使通孔連線完全被腐蝕；然而隨著尺寸的縮小，精確控制上下層金屬連線與通孔之間的對準偏移問題并不容易，無法精確做到；
[0009]二、在氧離子灰化過程，通入一定的H2N2氣體，這樣可以使H2N2氣體離解成H原子，H原子被抽走時可以帶走一部分正電荷，從而減輕通孔連線被腐蝕的程度。
[0010]然而，以上方法均只能在一定程度上起到改善，但效果并不理想，現有技術中依舊時常遭受通孔連線被完全腐蝕掉的情形。
【發明內容】
[0011]本發明的目的在于提供一種通孔的清洗方法及半導體器件的制備方法，能夠確保通孔不被化學腐蝕掉，進而能夠保證半導體器件的性能。
[0012]為了實現上述目的，本發明提出了一種通孔的清洗方法，包括步驟:
[0013]提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有第一介質層、貫穿所述第一介質層的前層通孔以及形成于所述前層通孔中的前層通孔連線；
[0014]在所述第一介質層上形成第二介質層，并對所述第二介質層進行等離子體干法刻蝕處理形成后層通孔，所述后層通孔暴露出所述前層通孔連線；
[0015]采用紫外線對所述后層通孔進行照射處理；
[0016]采用混合溶液對所述后層通孔進行降電勢差處理，所述混合溶液為二氧化碳和堿性溶液。
[0017]進一步的，在所述的通孔的清洗方法中，所述紫外線對所述后層通孔進行照射處理的時間范圍是I分鐘?20分鐘。
[0018]進一步的，在所述的通孔的清洗方法中，所述混合溶液對所述后層通孔中進行降電勢差處理的時間范圍是10秒?30分鐘。
[0019]進一步的，在所述的通孔的清洗方法中，所述堿性溶液為含有胺基的有機溶劑。
[0020]進一步的，在所述的通孔的清洗方法中，進行降電勢差處理前，在所述堿性溶液中通入1s?200s、流量范圍是200sccm?5000sccm的二氧化碳形成所述混合溶液。
[0021]進一步的，在所述的通孔的清洗方法中，采用混合溶液對所述后層通孔進行降電勢差處理后，對所述堿性溶液重新通入1s?200s、流量范圍是200sccm?5000sccm的二氧化碳，以重復利用所述混合溶液。
[0022]進一步的，在所述的通孔的清洗方法中，重復利用所述混合溶液時，相對于上一次使用延長本次采用混合溶液進行降電勢差處理的時間，延長的時間范圍是10秒?30分鐘。
[0023]在本發明的另一方面，還提出了一種半導體器件的制備方法，采用如上文所述的通孔的清洗方法，包括步驟:
[0024]提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有第一介質層、貫穿所述第一介質層的前層通孔、形成于所述前層通孔中的前層通孔連線以及形成于所述第一介質層上且暴露出部分前層通孔連線的金屬連線；
[0025]在所述第一介質層和所述金屬連線上形成第二介質層，并對所述第二介質層進行等離子體干法刻蝕處理形成后層通孔，所述后層通孔暴露出所述前層通孔連線；
[0026]采用紫外線對所述半導體襯底進行照射處理；
[0027]采用混合溶液對所述后層通孔進行降電勢差處理，所述混合溶液為二氧化碳和堿性溶液；
[0028]采用堿性溶液對所述后層通孔進行清洗。
[0029]進一步的，在所述的半導體器件的制備方法中，所述半導體襯底上還形成有阻擋層，所述阻擋層形成于所述介質層及前層通孔連線之間。
[0030]進一步的，在所述的半導體器件的制備方法中，一份混合溶液將對30?60個批次的半導體襯底進行降電勢差處理，每個批次包括25片半導體襯底。
[0031]與現有技術相比，本發明的有益效果主要體現在:在干法刻蝕形成后層通孔之后，為了去除干法刻蝕引入的電荷，先采用紫外線對后層通孔進行照射處理，中和去除大約三分之一至三分之二的電荷，再采用二氧化碳和堿性溶液的混合溶液對后層通孔中進行降電勢差處理，從而在后續進行正常濕法去除工藝中，能夠減少前層通孔連線的電勢差，很大程度上減小電解反應對前層通孔連線造成的腐蝕，確保形成后層通孔后前層通孔連線依舊性能良好，進而能夠保證半導體器件的性能。
【附圖說明】
[0032]圖1至圖4為現有技術中通孔連線被腐蝕的結構示意圖；
[0033]圖5為本發明一實施例中通孔的清洗方法的流程圖；
[0034]圖6為本發明一實施例中半導體器件的制備方法的流程圖；
[0035]圖7至圖9為本發明一實施例中半導體器件的制備方法過程中的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面將結合示意圖對本發明的通孔的清洗方法及半導體器件的制備方法進行更詳細的描述，其中表示了本發明的優選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明，而仍然實現本發明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本發明的限制。
[0037]為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本發明由于不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發中，必須做出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一個實施例改變為另一個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規工作。
[0038]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0039]請參考圖5，在本實施例中，提出了一種通孔的清洗方法，包括步驟:
[0040]S1:提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有第一介質層、貫穿所述第一介質層的前層通孔以及形成于所述前層通孔中的前層通孔連線；
[0041]S2:在所述第一介質層上形成第二介質層，并對所述第二介質層進行等離子體干法刻蝕處理形成后層通孔，所述后層通孔暴露出所述前層通孔連線；
[0042]S3:采用紫外線對所述后層通孔進行照射處理；
[0043]S4:采用混合溶液對所述后層通孔進行降電勢差處理，所述混合溶液為二氧化碳和堿性溶液。
[0044]由于干法刻蝕會引入大量的電荷，在采用干法刻蝕形成后層通孔時電荷也會被引入，聚集在暴露的前層通孔連線表面，為了能夠去除電荷，避免后續采用濕法去除時造成原電池反應，在本實施例中，采用紫外線(UV)對所述后層通孔進行照射處理，照射處理能夠中和大約三分之一至三分之二的電荷，通常情況下，照射處理的時間范圍是I分鐘?20分鐘，例如是10分鐘。大部分電荷被去除以后能夠大大減少后續原電池反應對前層通孔連線的損害。
[0045]為了能夠進一步減少后續濕法去除時造成原電池反應，在本實施例中，還采用了混合溶液對所述后層通孔中進行降電勢差處理，其中，所述混合溶液為二氧化碳和堿性溶液的混合，堿性溶液通常為杜邦公司的NKEC，所述NEKC清潔含有胺堿，即含有胺基的有機溶劑，例如EKC 270/265或ACT 940等有機溶劑。
[0046]在進行降電勢差處理之前，首先對所述堿性溶液中通入1s?200s的二氧化碳，通入所述二氧化碳流量范圍是200sccm?5000sccm，例如通入100sccm的二氧化碳100s，獲得混合溶液；然后使用混合溶液對后層通孔中進行降電勢差處理，一次處理的時間范圍是10秒?30分鐘，例如是10分鐘；在堿性溶液中通入二氧化碳能夠改變PH值，并且降低溶液中較多游離電子和離子的量，從而能夠降低位于前層通孔連線表面電荷的量，進而起到降低其表面電勢差的作用，避免后續發生原電池反應對其造成損傷。
[0047]由于一次降電勢差處理會導致混合溶液中的二氧化碳含量減少，因此，在一次清洗過后，每次進行降電勢差處理之前均需要在堿性溶液中通入與第一次同樣流量和時間的二氧化碳，保證混合溶液的性能，以重復利用所述混合溶液，由于堿性溶液也會存在一定的消耗，因此，需要相應延長后續每一次混合溶液進行降電勢差處理的時間，每次延長的時間范圍是10秒?30分鐘，例如是15分鐘，從而保證降電勢差處理的效果良好。
[0048]請參考圖6，在本實施例的另一方面，還提出了一種半導體器件的制備方法，采用上文中所述的通孔的清洗方法，包括步驟:
[0049]SlOO:提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有第一介質層、貫穿所述第一介質層的前層通孔、形成于所述前層通孔中的前層通孔連線以及形成于所述第一介質層上且暴露出部分前層通孔連線的金屬連線；
[0050]S200:在所述第一介質層和所述金屬連線上形成第二介質層，并對所述第二介質層進行等離子體干法刻蝕處理形成后層通孔，所述后層通孔暴露出所述前層通孔連線；
[0051]S300:采用紫外線對所述后層通孔進行照射處理；
[0052]S400:采用混合溶液對所述后層通孔進行降電勢差處理，所述混合溶液為二氧化碳和堿性溶液；
[0053]S500:采用堿性溶液對所述后層通孔進行清洗。
[0054]具體的，請參考圖7，在步驟SlOO中，第一介質層200形成在半導體襯底100上，前層通孔連線300形成在第一介質層200內，通常情況下，為了防止前層通孔連線300往第一介質層200中擴散，還會形成阻擋層400，所述阻擋層400形成于所述第一介質層200及前層通孔連線300之間，金屬連線500形成在第一介質層200 (由于第一介質層200上形成有阻擋層400，因此在此圖中顯示金屬連線500形成在阻擋層400表面，實際上也可以去除部分阻擋層400，使金屬連線500僅僅形成在第一介質層200上)上并覆蓋部分所述前層通孔連線300，由于工藝限制，正常情況下金屬連線500應完全覆蓋前層通孔連線300，然而存在對準偏移導致暴露出部分前層通孔連線300，所述第二介質層600形成在所述第一介質層200 (或者阻擋層400表面)及金屬連線500上。
[0055]請繼續參考圖7，在步驟S200中，先在所述第二介質層600表面形成圖案化的光阻700，然后采用干法刻蝕所述第二介質層600，形成后層通孔，所述后層通孔暴露出所述金屬連線500及前層通孔連線400 ;由于干法刻蝕引入大量的電荷，會導致電荷聚集在前層通孔連線400上。
[0056]請參考圖8，由于采用光阻700作為掩膜進行刻蝕，因此在形成后層通孔之后，還需要采用灰化工藝去除殘留的光阻700，例如采用氧離子灰化工藝，然而灰化工藝同樣會增加電荷在前層通孔連線400上的積聚。
[0057]在步驟S300和S400中，采用紫外線對所述后層通孔進行照射處理，然后再采用混合溶液對所述后層通孔中進行降電勢差處理，所述混合溶液為二氧化碳和堿性溶液的混合，步驟S300和S400與上文所述的通孔的清洗方法一致，在此不作贅述，具體的可以參考上文。
[0058]請繼續參考圖9，在步驟S300和S400去除前層通孔連線400上積聚的電荷之后，再采用所述堿性溶液對所述后層通孔進行清洗，所述堿性溶液與上文的堿性溶液成分一致，僅僅是沒有通入二氧化碳。步驟S500中的清洗是為了去除刻蝕以及灰化工藝的殘留物。由于去除了前層通孔連線400上積聚的電荷，在步驟S500中便不會發生現有技術中的原電池反應，對前層通孔連線300造成腐蝕，能夠保證前層通孔連線300的性能。
[0059]為了保證混合溶液的去電勢差的效果，可以使一份混合溶液清理30?60個批次的半導體襯底，其中每個批次包括25片半導體襯底，然后更換新的混合溶液。
[0060]綜上，在本發明實施例提供的通孔的清洗方法及半導體器件的制備方法中，在干法刻蝕形成后層通孔之后，為了去除干法刻蝕引入的電荷，先采用紫外線對后層通孔進行照射處理，中和去除大約三分之一至三分之二的電荷，再采用二氧化碳和堿性溶液的混合溶液對后層通孔中進行降電勢差處理，從而在后續進行正常濕法去除工藝中，能夠減少前層通孔連線的電勢差，很大程度上減小電解反應對前層通孔連線造成的腐蝕，確保形成后層通孔后前層通孔連線依舊性能良好，進而能夠保證半導體器件的性能。
[0061]上述僅為本發明的優選實施例而已，并不對本發明起到任何限制作用。任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的技術方案的范圍內，對本發明揭露的技術方案和技術內容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發明的技術方案的內容，仍屬于本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種通孔的清洗方法，其特征在于，包括步驟: 提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有第一介質層、貫穿所述第一介質層的前層通孔以及形成于所述前層通孔中的前層通孔連線； 在所述第一介質層上形成第二介質層，并對所述第二介質層進行等離子體干法刻蝕處理形成后層通孔，所述后層通孔暴露出所述前層通孔連線； 采用紫外線對所述后層通孔進行照射處理； 采用混合溶液對所述后層通孔進行降電勢差處理，所述混合溶液為二氧化碳和堿性溶液。2.如權利要求1所述的通孔的清洗方法，其特征在于，所述紫外線對所述后層通孔進行照射處理的時間范圍是I分鐘?20分鐘。3.如權利要求1所述的通孔的清洗方法，其特征在于，所述混合溶液對所述后層通孔中進行降電勢差處理的時間范圍是10秒?30分鐘。4.如權利要求3所述的通孔的清洗方法，其特征在于，所述堿性溶液為含有胺基的有機溶劑。5.如權利要求4所述的通孔的清洗方法，其特征在于，進行降電勢差處理前，在所述堿性溶液中通入1s?200s、流量范圍是200sccm?5000sccm的二氧化碳形成所述混合溶液。6.如權利要求5所述的通孔的清洗方法，其特征在于，采用混合溶液對所述后層通孔進行降電勢差處理后，對所述堿性溶液重新通入1s?200s、流量范圍是200sccm?5000sccm的二氧化碳，以重復利用所述混合溶液。7.如權利要求6所述的通孔的清洗方法，其特征在于，重復利用所述混合溶液時，相對于上一次使用延長本次采用混合溶液進行降電勢差處理的時間，延長的時間范圍是10秒?30分鐘。8.一種半導體器件的制備方法，采用如權利要求1至7中任一項所述的通孔的清洗方法，其特征在于，包括步驟: 提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有第一介質層、貫穿所述第一介質層的前層通孔、形成于所述前層通孔中的前層通孔連線以及形成于所述第一介質層上且暴露出部分前層通孔連線的金屬連線； 在所述第一介質層和所述金屬連線上形成第二介質層，并對所述第二介質層進行等離子體干法刻蝕處理形成后層通孔，所述后層通孔暴露出所述前層通孔連線； 采用紫外線對所述半導體襯底進行照射處理； 采用混合溶液對所述后層通孔進行降電勢差處理，所述混合溶液為二氧化碳和堿性溶液； 采用堿性溶液對所述后層通孔進行清洗。9.如權利要求8所述的半導體器件的制備方法，其特征在于，所述半導體襯底上還形成有阻擋層，所述阻擋層形成于所述介質層及前層通孔連線之間。10.如權利要求9所述的半導體器件的制備方法，其特征在于，一份混合溶液將對30?60個批次的半導體襯底進行降電勢差處理，每個批次包括25片半導體襯底。
【文檔編號】H01L21/336GK105826164SQ201510007145
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年1月7日
【發明人】李廣寧, 陳林
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司