22nm互連的光刻蝕刻后殘留去除的挑戰(zhàn)和新方法

本文描述了我們?nèi)A林科納研究去除金屬硬掩模蝕刻后光致抗蝕劑去除和低k蝕刻后殘留物去除的關(guān)鍵挑戰(zhàn)并概述了一些新的非等離子體為基礎(chǔ)的方法。

隨著圖案尺寸的不斷減小，金屬硬掩模(MHM)蝕刻后留下的光刻抗蝕劑更難去除，因?yàn)闆](méi)有或只有很小部分的光刻抗蝕劑(PR)沒(méi)有交聯(lián)的，采用MHM模式，干燥的PR帶通常會(huì)導(dǎo)致低k材料的頂角的第一類(lèi)等離子體損傷，延伸到MHM層的邊緣下方，這個(gè)受損的區(qū)域在隨后的清洗中很容易受到攻擊，從而產(chǎn)生具有非平面頂部表面的介電線，這反過(guò)來(lái)又會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的線間電容和隔離問(wèn)題，因此探索了替代的非等離子體途徑來(lái)去除MHM上的PR。

通過(guò)UV預(yù)處理和浸泡在溶解的溶劑中，從MHM中獲得了良好的PR去除效果，如下圖所示，這一過(guò)程去除了整個(gè)等離子體修飾的PR和有機(jī)BARC層，紫外處理是在222納米準(zhǔn)分子燈在25mW/cm2的真空下進(jìn)行的，沒(méi)有有意加熱，臭氧是通過(guò)以2標(biāo)準(zhǔn)l/分鐘總流量的氧氣流到臭氧發(fā)生器獲得的，其出口的臭氧濃度為20w-ppm，這種臭氧和氧氣混合物通過(guò)溶劑容器底部的擴(kuò)散器起泡，同時(shí)還證明，這三個(gè)方面都是必要的：紫外線預(yù)處理臭氧和溶劑，通過(guò)選擇性地消除每一個(gè)單獨(dú)。

首先使用汞探針進(jìn)行的測(cè)量表明，由于單獨(dú)對(duì)部分蝕刻的低k材料進(jìn)行紫外處理，導(dǎo)致的k值增加小于0.1，這個(gè)過(guò)程被認(rèn)為是這樣工作的，紫外處理導(dǎo)致PR外殼中C=C結(jié)合濃度增加，由FTIR分析解釋?zhuān)@些C=C通過(guò)臭氧分解被臭氧氧化，導(dǎo)致聚合物鏈的斷裂，對(duì)于存在于交聯(lián)PR地殼主鏈中的C=C，這將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的有效破壞，最終使其可溶于碳酸丙烯酯，然而溶劑和臭氧的聯(lián)合使用可能會(huì)引起溶劑的穩(wěn)定性、混合物的壽命甚至安全性方面的問(wèn)題，因此，人們繼續(xù)尋找其他方法。

一種很有前途的替代方案是進(jìn)行一系列的紫外線照射，然后暴露在90°C的臭氧+水（蒸汽）中，最后在有機(jī)溶劑中進(jìn)行沖洗，臭氧過(guò)程如參考文獻(xiàn)所述，氧氣的總流量為2標(biāo)準(zhǔn)l/分鐘，其中臭氧重量濃度為200ppm，這一過(guò)程也導(dǎo)致了整個(gè)等離子體修飾的PR和有機(jī)BARC層的去除，暴露于臭氧+水蒸汽的時(shí)間必須限制在大約1分鐘，以保持k值增加在0.1，暴露時(shí)間越長(zhǎng)，k值就越高，這是由于臭氧水體系中活性自由基的存在，與低k材料相比，這些自由基對(duì)PR的選擇性較低，在其他研究中，也發(fā)現(xiàn)了對(duì)溶劑基混合物的機(jī)械攪拌的附加應(yīng)用可以增強(qiáng)光阻去除，這可能是聲波攪拌或使用高速液體氣溶膠噴霧。

在過(guò)去，經(jīng)常嘗試過(guò)稀釋含高頻的混合物，一般來(lái)說(shuō)，dHF由于其有機(jī)含量而不能完全溶解聚合物，因此，我們考慮了基于溶劑的溶液，由于化學(xué)選擇性要求非常嚴(yán)格，認(rèn)為成功的蝕刻后殘留物去除程序?qū)⒉皇羌兇獾幕瘜W(xué)程序，而是需要其他物理去除機(jī)制的輔助，例如高頻聲學(xué)攪動(dòng)或使用高速液體氣溶膠噴霧，一些溶劑表現(xiàn)出諸如蝕刻后殘留物等顆粒重新沉積的傾向，使用超電子攪動(dòng)也可以有利于防止這種沉積，下圖顯示了應(yīng)用于溶劑基混合物的超電子攪拌對(duì)整體PER去除的有益效果，當(dāng)然，機(jī)械力的使用需要很好地調(diào)整，因?yàn)樘珡?qiáng)的力會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷，化學(xué)-機(jī)械清洗過(guò)程不僅應(yīng)具有適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)選擇性，而且還應(yīng)具有機(jī)械選擇性。

為了優(yōu)化機(jī)械部件，需要更好地理解結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度，并評(píng)估去除顆粒所需的力，對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的測(cè)量和理解將導(dǎo)致建立化學(xué)機(jī)械清洗工藝的機(jī)械規(guī)范，這是清潔過(guò)程中的一個(gè)范式轉(zhuǎn)變，一種基于側(cè)向力AFM的測(cè)量方法最近已經(jīng)成功地應(yīng)用于硅柵極堆疊線，所得到的值可以被建模來(lái)提取失效應(yīng)力值，采用寬度為90納米、高度為150納米的多孔低k材料的分離線進(jìn)行側(cè)向力原子力顯微鏡測(cè)量，在側(cè)向力為4.5+/-0.5mN時(shí)失效的線，從掃描電鏡檢查可以看出，故障發(fā)生在低k線內(nèi)部，而不是在底部界面。

采用相同的側(cè)向力原子力顯微鏡技術(shù)，測(cè)量了直徑為125納米的聚苯乙烯乳膠球的去除力，它被發(fā)現(xiàn)在20nN左右，由于這個(gè)力幾乎比破壞30納米低k線的估計(jì)力低2個(gè)數(shù)量級(jí)，因此確實(shí)存在一個(gè)進(jìn)行機(jī)械清洗的窗口。

由于優(yōu)越的潤(rùn)濕和沒(méi)有表面張力，考慮了尺度的特征，一種有趣的替代方法被提出，稱(chēng)為氣體膨脹液體，其性質(zhì)介于超臨界流體和液體浴之間，當(dāng)氣體在高壓下引入液體時(shí)，當(dāng)氣體摻入時(shí)，液體體積膨脹，密度、粘度和表面張力降低，相對(duì)于單鏈脂肪酸，同時(shí)保持更多的類(lèi)液體性質(zhì)（例如，改進(jìn)的溶劑強(qiáng)度），這些GXL特性允許通過(guò)包含高壓氣體來(lái)調(diào)整液體特性，基于TMAH和二氧化碳基的混合物已被成功地使用，在保持k值的同時(shí)，成功地從MSQ薄膜中去除PER。

紫外預(yù)處理后的臭氧和溶劑處理導(dǎo)致了MHM蝕刻后PR的完全去除，如果適當(dāng)調(diào)整以避免結(jié)構(gòu)損傷，去除溶劑的巨超聲攪拌具有有益的效果，以自由基陰離子為基礎(chǔ)的臭氧和氣體膨脹液體過(guò)程顯示出良好的PER去除前景。

審核編輯：符乾江