BEOL應(yīng)用中去除蝕刻后殘留物的不同濕法清洗方法

引言

隨著尺寸變得越來越小以及使用k值< 3.0的多孔電介質(zhì)，后端(BEOL)應(yīng)用中的圖案化變得越來越具有挑戰(zhàn)性。等離子體化學(xué)干法蝕刻變得越來越復(fù)雜，并因此對多孔材料產(chǎn)生損傷。在基于金屬硬掩模(MHM)開口的低k圖案化中，觀察到兩個主要問題。首先，MHM開口后的干剝離等離子體對暴露的低k材料以及MHM下面的低k材料造成一些損傷。受損低k是非常易碎的材料，不應(yīng)該被去除，否則將獲得一些不良的輪廓結(jié)構(gòu)。其次，連續(xù)的含氟低k蝕刻等離子體導(dǎo)致聚合物的形成(圖1)。這些聚合物已通過X射線光電子能譜(XPS) 進(jìn)行了表征，并被發(fā)現(xiàn)是碳氟聚合物，很難去除。然而，在不去除受損的低k值的情況下，良好地去除這些聚合物對于獲得高產(chǎn)結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的。蝕刻后等離子體處理可以去除聚合物，但是通常會導(dǎo)致電介質(zhì)的k值增加。在不去除受損低k材料的情況下去除聚合物的另一種方法是使用濕法清洗溶液，這一主題將是本文的重點。

結(jié)果和討論

含水酸化學(xué)物質(zhì)

所有相容性結(jié)果總結(jié)在圖2中。虛線表示測量誤差(厚度為2nm，折射率為0.005，

k值為0.100)。含水酸化學(xué)物質(zhì)似乎與低k材料相容，因為沒有觀察到重大變化。測定項目A和C產(chǎn)生的k值超出誤差線。這些變化可能是一個親戚的指示不相容，或者也可能是化學(xué)成分仍然處于低k值。脫氣實驗可能會證實這一假設(shè)。此外，對于化學(xué)物質(zhì)A(高含量的蝕刻添加劑)，觀察到折射率略有降低，這表明結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化(孔隙率增加)。然而，F(xiàn)TIR(圖3)分析沒有揭示任何結(jié)構(gòu)變化?；瘜W(xué)折光率的變化可能是由于測量中的波動。所有含水酸化學(xué)物質(zhì)的FTIR光譜非常相似。

圖案化晶片上的清洗效率也用含水酸化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行評估。HF裝飾步驟前后的結(jié)果總結(jié)在圖4中。有趣的是，我們可以觀察到蝕刻添加劑的量和清潔性能之間的相關(guān)性。如果蝕刻添加劑的量較低，(化學(xué)成分C)聚合物的面紗會剝離。這一觀察清楚地表明，基于化學(xué)的少量蝕刻添加劑是無效的。另一方面，當(dāng)蝕刻添加劑的量達(dá)到中等或高時，在裝飾步驟后沒有觀察到聚合物面紗剝離。這表明聚合物殘余物被充分去除。然而，在這種情況下，受損的低k材料(圖4，左下)也被去除。

有機(jī)溶劑混合物

如前所述，已經(jīng)對聚合物殘留物進(jìn)行了表征，并發(fā)現(xiàn)其為碳氟聚合物。有機(jī)溶劑混合物將比含水化學(xué)物質(zhì)具有更好的潤濕性能，并且應(yīng)該能夠溶解聚合物。圖5總結(jié)了等離子體處理的毯式晶片的相容性測試(厚度和折射率)。在橢圓偏振測量中沒有觀察到大的變化。折射率在測量誤差范圍內(nèi)(0.005)。與未經(jīng)清洗的等離子體處理的晶片相比，觀察到厚度略有增加，k值顯著增加(+0.3)。清潔之前和之后的覆蓋等離子體處理的晶片的FTIR光譜(未示出)沒有顯示任何結(jié)構(gòu)變化。

蝕刻側(cè)壁后，可以容易地識別聚合物(圖7左圖)。使用有機(jī)溶劑混合物進(jìn)行清潔測試，不使用兆頻超聲波功率(圖7，中間圖片)。在沒有兆頻超聲波的溶劑清洗之后，獲得了一些聚合物的去除，但是也觀察到了殘留物的再沉積。最后，當(dāng)有機(jī)溶劑混合物與兆聲一起使用時，觀察到聚合物殘余物的部分溶解(圖7右圖)。目前，正在進(jìn)行更徹底的篩選，以完全清除井壁聚合物。

然而，如圖8所示，部分聚合物的去除已經(jīng)對產(chǎn)出的器件產(chǎn)生了顯著的影響。當(dāng)有機(jī)溶劑混合物與記錄過程(POR，僅蝕刻)相比時，觀察到明顯的改善。當(dāng)使用有機(jī)溶劑混合物時，在單鑲嵌90 nm間距器件上獲得超過95%的產(chǎn)率。

結(jié)論

我們?nèi)A林科納對含水酸化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行了廣泛的研究，并證明了所研究的含水酸化學(xué)物質(zhì)對于蝕刻后殘留物的去除并不完全成功。一些聚合物殘留物可以被去除。然而，這種去除總是與被破壞的低k的去除相關(guān)聯(lián)。當(dāng)使用具有少量蝕刻添加劑的含水酸化學(xué)物質(zhì)時，沒有聚合物可以被去除。另一方面，純有機(jī)溶劑更有前途。相容性測試是成功，且k值可以通過額外的烘焙步驟來提高。最初的結(jié)果令人鼓舞，由于較好的潤濕性能，觀察到部分溶解。如果使用兆聲功率，可以避免聚合物的再沉積。最后，當(dāng)用有機(jī)溶劑混合物進(jìn)行清洗時，電結(jié)果明顯改善。

審核編輯：符乾江