引言

隨著半導體工業的發展，多層處理變得越來越復雜，清洗溶液和蝕刻化學物質在提高收率和減少缺陷方面的作用變得越來越重要。本文證明了具有銅和鎢相容性的成功配方，并具有層間介電(ILD)清洗和選擇性鈦刻蝕的性能。

本文研究了電化學沉積的銅薄膜在含氫氟酸(HF)的脫脂清洗溶液中的腐蝕行為。清潔溶液中過氧化氫的存在導致了對銅溶解速率的抑制超過一個數量級。我們將這種現象歸因于在DHF中溶解速度較慢的界面氧化銅的形成。本文提出了一種涉及氧陰極還原和Cu0和Cu+1陽極氧化的動力學方案。我們利用銅腐蝕研究的經驗，開發了一種濕蝕刻/清潔配方。鈦硬掩模的引入用于銅互連的雙屏蔽圖案，這在選擇性濕蝕刻化學中創造了一個獨特的應用。

含有機HF清洗液中銅薄膜的腐蝕行為

在當今先進的互連系統中，銅是超大規模集成(ULSI)金屬化的選擇。銅線現在用于所有互連層，高達12個金屬化水平。互連是由金屬線制成的電氣路徑或載流子，由絕緣層間介質材料分隔。用銅取代鋁合金要求集成、金屬化和圖案化工藝技術發生顯著變化。例如，在半導體器件中銅的引入已經引起了人們對薄膜腐蝕現象的關注，以避免最佳的器件性能、可靠性和壽命。一個簡單的兩層DD互連系統如圖3.1所示。在這樣的系統中，允許晶體管相互通信以及與外部世界通信的電信號通過任何給定的金屬化水平內的金屬線傳輸，并通過充滿銅的通道從一個金屬化水平傳輸到另一個金屬化水平。在DD系統中，通電電阻主要取決于銅擴散屏障的通電直徑和厚度、所使用的電阻率以及與底層金屬層的整體界面電阻。在圖案形成過程中，等離子體蝕刻產生的蝕刻殘留物可能通過電阻產生高強度，甚至產生開口。

先進銅互連和選擇性濕蝕概念

本章重點僅限于一種新穎的配方，它的設計是為了選擇性地剝離圖案鈦薄膜，而不影響關鍵互連/晶體管材料。在集成銅互圖案的先進邏輯過程技術中加入金屬硬掩模(MHM)的許多優點之一是通過耀斑進行控制。由于低鉀ILD材料的機械強度較弱，以及在蝕刻過程中對火炬頂部的變形，工業的遷移造成了相當大的困難，如圖4.1所示。通過蝕刻輪廓通過對待沉積金屬銅擴散屏障的連續性和共形的影響來影響可靠性。此外，MHM允許一個關于蝕刻速率控制的寬工藝窗口，允許蝕刻高方面的定量結構，保護ILD材料免受等離子體蝕刻過程引起的損傷，并在通過和溝槽圖案步驟中作為ILD和光刻膠之間的界面。當使用聚合物ILD時，這是至關重要的，因為光刻膠和聚合物ILD之間的干性蝕刻選擇性很難達到。蝕刻策略依賴于在溝蝕刻過程中消耗最多的光刻劑，如果不是所有的光刻劑。在這種情況下，當光刻膠被消耗時，硬掩模的存在阻止了通過和溝槽蝕刻化學物質攻擊晶片的掩蔽區域中的聚合物ILD。本文還提出了一種雙硬掩模方法和三重硬掩模集成方法，用于聚合物和混合ILDs中的DD結構模式化。

選擇性鈦濕式蝕刻/清潔化學配方的開發95

本章節詳細討論了一種強大的鈦選擇性濕蝕刻化學配方的發展。該配方是基于HF的化學溶液，具有獨特的選擇性行為，并符合互連制造要求，其中首次集成了金屬硬掩模，制造高性能互連系統，使先進ULSI的可靠制造工藝成為可能。蝕刻鈦硬掩模而不影響關鍵互連結構的能力已經被成功地證明。濕蝕刻配方是為了解決選擇性地剝離薄的圖案化鈦層和去除干蝕刻后對銅、氧化硅、玻璃硅酸鹽、碳摻雜氧化物和多孔ILD薄膜相容性優越的殘留物/聚合物的問題。

該配方最顯著的特點是，它含有氫氟酸作為其成分之一。然而，它與氧化硅和摻雜的氧化硅電介質材料表現出特殊的相容性，其中達到了零蝕刻率。必須強調這一獨特的特性，因為已知含有濕式蝕刻化學物質的高頻對硅氧化物具有極大的侵略性。

結論

隨著半導體工業的多層處理變得越來越復雜，清洗溶液和蝕刻化學物質在提高收率和減少缺陷方面的作用變得越來越重要。本文證明了銅和鎢相容性，具有ILD清洗和選擇性鈦蝕刻。

在反應器中大規模合成濕式蝕刻/清潔配方的總結結果表明，所開發的配方符合前面描述的必要的成功標準，即創建了無顆粒、聚合物或油性殘留物的均勻溶液混合物。此外，實現了各種襯底的蝕刻速率目標，并在圖案晶片上得到了確認。

在銅腐蝕工作中，在含有機的HF清洗溶液中進行的電位動力學極化實驗顯示了主動、主動被動、被動和跨被動區域。使用有機緩蝕劑和可能使用過氧化氫是降低清洗溶液中腐蝕速率和銅濃度的有效方法。過氧化氫添加到清潔溶液中似乎非常有益，可以創建一個抵抗高頻攻擊的氧化銅薄膜。

　　審核編輯：湯梓紅