CN115547812A

CN115547812A - 防止接触孔内粘附层沉积前预清洗时形成水痕的方法

Info

Publication number: CN115547812A
Application number: CN202211180222.7A
Authority: CN
Inventors: 郭海亮; 王玉新; 姚道州; 汪健; 季凡
Original assignee: Hua Hong Semiconductor Wuxi Co Ltd
Current assignee: Hua Hong Semiconductor Wuxi Co Ltd
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2022-12-30

Abstract

本申请提供一种防止接触孔内粘附层沉积前预清洗时形成水痕的方法，包括：提供一晶圆，晶圆中的衬底上形成有层间介质层，层间介质层中形成有接触孔；对晶圆进行预清洗处理，去除接触孔内的自然氧化膜；对晶圆进行三次氮气干燥处理，通过氮气在晶圆表面与接触孔底部形成的伯努利压强差去除预清洗处理在晶圆表面残留的水。在不使用IPA的情形下，仅通过氮气在晶圆表面与接触孔底部形成的伯努利压强差将预清洗处理时残留的水去除，不形成水痕，达到干燥的目的和工艺要求，不影响晶圆制造效率且绿色环保无污染。

Description

防止接触孔内粘附层沉积前预清洗时形成水痕的方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种防止接触孔内粘附层沉积前预清洗时形成水痕的方法。

背景技术

在半导体集成电路各个技术节点，栅极、源区和漏区等电极结构都需要通过填充在接触孔(Contact，CT)中的导电插塞来向外引出，接触孔及填充于其中的导电插塞是连接前段制程器件和后段金属连线的关键结构，其既需要有较低的接触电阻，又需要保证和前段制程器件有良好的电学连接性能。

在形成的接触孔中填充导电插塞之前，需要在接触孔的侧壁和底部沉积粘附层，以使后续填充的导电插塞与接触孔之间由良好的附着性，同时防止导电插塞中的金属材料向层间介质层和衬底中的扩散。

粘附层的材料通常为钛和/或氮化钛，接触孔中如果存在自然氧化膜、刻蚀过程残留的聚合物、清洗过程形成的水痕，就会影响接触孔内的粘附层对硅衬底覆盖的均匀性，如图1所示，导电插塞开路的风险极高。

由此，目前使用稀释的氢氟酸(DHF)去除接触孔中的自然氧化膜(native oxide)。然而，该湿法去除自然氧化膜时会形成疏水性晶圆表面，需要消耗大量的异丙醇(IPA)和氮气对晶圆表面进行干燥处理，IPA成本高、安全性差、且破坏环境。

如果不使用IPA，就需要用去离子水(DIW)和喷射清洗技术(Nano spray)来清洗晶圆。在DIW清洗环节，晶圆不停地转动，离心力的原因使得DIW在晶圆边缘停留的时间偏长，晶圆边缘更难干燥从而形成如图2所示的水痕。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种防止接触孔内粘附层沉积前预清洗时形成水痕的方法，用于解决现有技术中接触孔内粘附层沉积前预清洗时使用的IPA破坏环境、不使用IPA易形成水痕的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本申请提供一种防止接触孔内粘附层沉积前预清洗时形成水痕的方法，包括：

提供一晶圆，晶圆中的衬底上形成有层间介质层，层间介质层中形成有接触孔；

对晶圆进行预清洗处理，去除接触孔内的自然氧化膜；

对晶圆进行三次氮气干燥处理，通过氮气在晶圆表面与接触孔底部形成的伯努利压强差去除预清洗处理在晶圆表面残留的水。

优选的，三次氮气干燥处理过程的每一次氮气干燥处理包括两个步骤：步骤一，扫吹晶圆的全表面；步骤二，仅处理晶圆的边缘区域。

优选的，三次氮气干燥处理过程的晶圆转速不同。

优选的，第一次氮气干燥处理过程，晶圆转速为1500r/min-1700r/min，优选1500r/min。

优选的，第二次氮气干燥处理过程，晶圆转速为1900r/min-2100r/min，优选2000r/min。

优选的，第三次氮气干燥处理过程，晶圆转速为2300r/min-2500r/min，优选2500r/min。

优选的，预清洗处理包括以下步骤：

步骤S1，使用稀释的氢氟酸浸泡晶圆，以去除接触孔内的自然氧化膜；

步骤S2，使用去离子水清洗晶圆，以去除实施步骤S1时形成的残留物；

步骤S3，使用喷射清洗技术清洗晶圆，以进一步去除实施步骤S1时形成的残留物。

优选的，衬底是已完成前段制程的器件衬底或者已完成部分后段制程的器件衬底。

如上所述，本申请提供的防止接触孔内粘附层沉积前预清洗时形成水痕的方法，具有以下有益效果：在不使用IPA的情形下，仅通过氮气在晶圆表面与接触孔底部形成的伯努利压强差将实施预清洗时残留的水去除，不形成水痕，达到干燥的目的和工艺要求，不影响晶圆制造效率且绿色环保无污染。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1显示为接触孔内存在水痕造成导电插塞开路的示意图；

图2显示为接触孔内粘附层沉积前预清洗时形成的水痕的示意图；

图3显示为本申请提供的防止接触孔内粘附层沉积前预清洗时形成水痕的方法的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其它优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图3，其示出了本申请提供的防止接触孔内粘附层沉积前预清洗时形成水痕的方法的流程图。

在步骤301中，提供一晶圆，晶圆中的衬底上形成有层间介质层，层间介质层中形成有接触孔。

衬底可以是本领域技术人员所熟知的任意合适的衬底材料，例如可以为单晶硅(Si)、单晶锗(Ge)、硅锗(GeSi)、碳化硅(SiC)、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上锗(GOI)、硅化镓等III-V族化合物等。

衬底可以是已完成前段制程的器件衬底，其中已经制作形成CMOS器件的栅极、源区和漏区等电学结构，也可以是已完成部分后段制程的器件衬底，例如其中已经制作了CMOS器件的栅极、源区和漏区等电学结构以及相应的金属互连线和导电插塞等结构。

衬底上形成有层间介质层，优选的，层间介质层为叠层结构，包括自下至上依次层叠的至少两层介电膜层，其材料包括氧化硅和介电常数K低于氧化硅的低K介质等等。

本实施例中，层间介质层可以包括依次层叠覆盖在衬底上的刻蚀停止层、位于刻蚀停止层上的第一介电膜层，位于第一介电膜层上的第二介电膜层，其中，刻蚀停止层也是一种介电膜层，其材料可以是氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或者碳氮化硅(SiCN)，第一介电膜层的材料可以是磷硅玻璃(PSG)或氟硅玻璃(FSG)等，第二介电膜层的材料可以是硼磷硅玻璃(BPSG)或聚酰亚胺等，刻蚀停止层的厚度例如是

第一介电膜层的厚度例如是

第二介电膜层的厚度例如是

在本发明的其他实施例中，层间介质层不局限于三层结构，还可以是双层、四层或更多层的堆叠结构。

形成接触孔包括以下步骤：首先，在层间介质层上形成图形化的光刻胶，通过图形化的光刻胶定义接触孔图形；然后，以图形化的光刻胶为掩膜，采用等离子干法刻蚀工艺等各向异性的刻蚀工艺，刻蚀层间介质层，刻蚀停止在衬底的表面，以形成接触孔，接触孔自上至下贯穿层间介质层的各层介电膜层；之后，去除图形化的光刻胶。

在步骤302中，对晶圆进行预清洗处理，去除接触孔内的自然氧化膜。

在本实施例中，该预清洗处理包括以下步骤：

实施步骤S3时，喷嘴在晶圆表面一边移动一边喷射去离子水，相比步骤S2，具有更佳地清洗效果。

在步骤303中，对晶圆进行三次氮气干燥处理，通过氮气在晶圆表面与接触孔底部形成的伯努利压强差去除晶圆表面残留的水。

在本实施例中，三次氮气干燥处理过程的晶圆转速不同，第一次氮气干燥处理，晶圆转速为1500r/min-1700r/min，优选1500r/min；第二次氮气干燥处理，晶圆转速为1900r/min-2100r/min，优选2000r/min；第三次氮气干燥处理，晶圆转速为2300r/min-2500r/min，优选2500r/min。

三次氮气干燥处理过程的每一次氮气干燥处理包括两个步骤：步骤一，扫吹晶圆的全表面；步骤二，仅处理晶圆的边缘区域。在步骤一中，喷嘴在晶圆表面一边移动一边喷射氮气。在步骤二中，喷嘴固定在晶圆边缘上方不发生移动。

对晶圆进行氮气干燥处理时，晶圆表面与接触孔底部形成的伯努利压强差导致晶圆表面残留的水形成细小的水珠。如果只实施一次扫吹晶圆的全表面的过程，没有完全清除的水珠溅落在晶圆表面形成水痕，对于晶圆边缘而言，残留的水更多，更容易形成水痕。因此，在实施一次扫吹晶圆的全表面之后，增加一次对晶圆边缘进行氮气干燥处理的步骤，可以有效防止晶圆边缘位置形成水痕。

为了防止对晶圆边缘进行氮气干燥处理之后水珠溅落到晶圆中间位置，需要再紧接着实施一次扫吹晶圆的全表面的过程，周而复始，通过实施上述三次氮气干燥处理过程，有效防止在晶圆表面形成水痕的同时，不影响单位小时的处理晶圆数量(WPH)。

上述氮气干燥处理过程实施次数少于三次，防止在晶圆表面形成水痕的效果不好；多于三次，则会降低单位小时的处理晶圆数量，进而影响晶圆制造效率。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

综上所述，本申请提供的防止接触孔内粘附层沉积前预清洗时形成水痕的方法，在不使用IPA的情形下，仅通过氮气在晶圆表面与接触孔底部形成的伯努利压强差(伯努利定律p+1/2ρv²＝C)将实施预清洗时残留的水去除，不形成水痕，达到干燥的目的和工艺要求，不影响晶圆制造效率且绿色环保无污染。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

接下来，通过溅射、电镀、化学镀等等合适的沉积工艺等，在层间介质层(即第二介电膜层)的上表面和接触孔的内表面上形成粘附层，该粘附层的材料包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、金属硅化物中的至少一种。

通过电镀、化学镀等合适的填充工艺，在接触孔中填充导电材料，并通过化学机械抛光工艺将沉积的导电材料的顶面，抛光至暴露出层间介质层(即第二介电膜层)的顶面，以形成导电插塞。

在本申请的其他实施例中，沉积的导电材料不仅填满接触孔，还在接触孔外围的层间介质层(即第二介电膜层)的顶面上具有足够的厚度，之后通过化学机械抛光工艺将沉积的导电材料的顶面抛光至要求厚度，使得形成的导电插塞不仅填充在接触孔中，还延伸覆盖在层间介质层的顶面上并具有平坦的顶面。

可选地，所述导电材料包括铜、钨、镍、铝、掺杂多晶硅中的至少一种。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种防止接触孔内粘附层沉积前预清洗时形成水痕的方法，其特征在于，所述方法包括：

提供一晶圆，所述晶圆中的衬底上形成有层间介质层，所述层间介质层中形成有接触孔；

对所述晶圆进行预清洗处理，去除所述接触孔内的自然氧化膜；

对所述晶圆进行三次氮气干燥处理，通过氮气在所述晶圆表面与所述接触孔底部形成的伯努利压强差去除所述预清洗处理在所述晶圆表面残留的水。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三次氮气干燥处理过程的每一次氮气干燥处理包括两个步骤：步骤一，扫吹所述晶圆的全表面；步骤二，仅处理所述晶圆的边缘区域。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述三次氮气干燥处理过程的晶圆转速不同。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第一次氮气干燥处理过程，所述晶圆转速为1500r/min-1700r/min。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第二次氮气干燥处理过程，所述晶圆转速为1900r/min-2100r/min。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第三次氮气干燥处理过程，所述晶圆转速为2300r/min-2500r/min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预清洗处理包括以下步骤：

步骤S1，使用稀释的氢氟酸浸泡所述晶圆，以去除所述接触孔内的自然氧化膜；

步骤S2，使用去离子水清洗所述晶圆，以去除实施所述步骤S1时形成的残留物；

步骤S3，使用喷射清洗技术清洗所述晶圆，以进一步去除实施所述步骤S1时形成的残留物。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底是已完成前段制程的器件衬底或者已完成部分后段制程的器件衬底。