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這項(xiàng)研究首先集中于去除直接沉積在硅襯底上的193納米厚的光刻膠和BARC層，使用FTIR和橢圓偏振光譜(SE)來評(píng)估去除效率，在第二部分中，研究了金屬硬掩模/多孔低k鑲嵌結(jié)構(gòu)上蝕刻后光刻膠和BARC層的去除，掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線光電子能譜(XPS)用于評(píng)估清洗效率，使用平面電容器結(jié)構(gòu)確定暴露于等離子體和濕化學(xué)對(duì)低k膜的介電常數(shù)的影響。
圖1顯示了在50°c下使用溶劑基濕法去除后PR/BARC膜的FTIR光譜，原始PR的特征在于分別歸因于PR分子側(cè)基中內(nèi)酯和酯官能團(tuán)的約1795 cm-1和約1730 cm-1處的兩個(gè)吸收峰(數(shù)據(jù)未顯示)，對(duì)于所研究的所有實(shí)驗(yàn)條件，即使清洗時(shí)間很短，PR的吸收峰也完全消失，表明PR層被去除，BARC層更難去除。例如，在30-60秒的短清洗時(shí)間內(nèi)，BARC中酯功能的特征吸收帶(~ 1725 cm-1和1690 cm-1)仍然存在，更長的清洗時(shí)間導(dǎo)致BARC層的完全去除，如這些吸收帶的完全消失所證明的。
圖2顯示了對(duì)于圖案化結(jié)構(gòu)獲得的C/Ti原子比的變化，使用實(shí)驗(yàn)部分中描述的等離子體序列蝕刻BARC和TiN硬掩模層導(dǎo)致在PR外殼中形成含氟和含鈦物質(zhì)，氟和無機(jī)物質(zhì)的引入使得PR的去除更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)檫@些物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致外殼溶解度顯著降低，使用XPS評(píng)估圖案化結(jié)構(gòu)的去除效率，圖2示出了通過XPS測量多孔低介電常數(shù)材料上的TiN上的單鑲嵌PR/BARC結(jié)構(gòu)獲得的C/Ti原子比的變化，用不同的化學(xué)物質(zhì)和時(shí)間進(jìn)行濕法清洗后，在使用化學(xué)3和化學(xué)5處理后，C/Ti比率保持非常高，即使清洗時(shí)間延長至15分鐘，相反，化學(xué)1和化學(xué)2記錄了低得多的C/Ti比，低C/Ti比對(duì)應(yīng)于良好的去除性能，因?yàn)樘贾饕獊碜訮R和/或BARC層。
對(duì)圖案化結(jié)構(gòu)的橫截面SEM檢查表明，在幾種實(shí)驗(yàn)條件和化學(xué)條件下可以實(shí)現(xiàn)蝕刻后PR的完全去除，其中在50℃和低兆聲功率(10 W)下2分鐘代表了有機(jī)溶劑基化學(xué)(例如化學(xué)1)的最佳條件，圖3比較了使用化學(xué)清洗之前(a)和之后(b)的單鑲嵌低k疊層，很明顯，PR層被去除了，對(duì)輪廓的仔細(xì)檢查和對(duì)殘留在表面的層(錫)厚度的測量表明，BARC層也被清洗溶液完全去除。該結(jié)果證實(shí)了上面給出的XPS數(shù)據(jù)
通過傳統(tǒng)的干法工藝，在同一等離子體室中進(jìn)行低k圖案化，包括BARC和錫開口、PR和BARC剝離以及隨后的低k蝕刻，在PR/BARC濕法剝離的情況下，必須打破真空工藝順序，這可能影響低k蝕刻的結(jié)果/性能，為了進(jìn)一步了解PR濕法去除工藝的影響，隨后使用標(biāo)準(zhǔn)蝕刻配方進(jìn)行低k蝕刻，在濕法PR和BARC去除之后進(jìn)行的多孔低k層的圖案化產(chǎn)生了良好的低k輪廓。
在高兆頻超聲波功率下清洗時(shí)間在1-4分鐘之間導(dǎo)致k值顯著增加。然而發(fā)現(xiàn)在350℃下低壓(Ar下3-5托)烘烤1分鐘對(duì)該濕法工藝后的k值恢復(fù)具有有益的影響。
顯然，在圖中所示的條件下烘烤后，初始k值完全恢復(fù)，這些數(shù)據(jù)表明，即使用H2O/IPA沖洗，溶劑和最可能的其它化學(xué)物質(zhì)仍然保留在低k膜內(nèi)部，在高溫烘烤期間被釋放出來，此外，這意味著基于有機(jī)溶劑的清洗溶液不會(huì)與多孔低k材料反應(yīng)，并保持其特性。
我們已經(jīng)證明，對(duì)于具有90 nm間距的單鑲嵌結(jié)構(gòu)，使用各種化學(xué)物質(zhì)并在不同的兆頻超聲波功率和清洗時(shí)間的實(shí)驗(yàn)條件下，PR和BARC層都被完全去除，所述實(shí)驗(yàn)條件的范圍從10-100 W在2到3分鐘之間，其中10 W/2分鐘代表最溫和的條件，電介質(zhì)疊層的后續(xù)等離子體蝕刻表明，在濕法去除PR和BARC之后，可以獲得良好的電介質(zhì)輪廓，表明濕法工藝不影響多孔低k蝕刻的結(jié)果/性能。使用Chem1在50°C下清洗1-4分鐘的濕法工藝，由于加入了溶劑和其他化學(xué)物質(zhì)，導(dǎo)致多孔低介電常數(shù)的k值顯著增加，然而，在低壓氬氣下350°C烘烤1分鐘后，k值可以恢復(fù)。