金属埋层凸起的去除方法以及空气隙的制备方法技术

技术编号:15571979 阅读:314 留言:0更新日期:2017-06-10 10:02
本发明专利技术提供了一种金属埋层凸起的去除方法以及空气隙的制备方法,利用了高表面张力的湿法刻蚀将金属埋层凸起刻蚀掉,为了避免刻蚀药液对于空气隙结构中的介质层以及金属埋层的过多刻蚀,采用提高刻蚀药液的表面张力方法,使得刻蚀药液只停留在衬底表面包括金属埋层表面,阻止刻蚀药液进入到待形成空气隙的沟槽中,从而在确保空气隙结构不被破坏的前提下,成功去除金属埋层凸起,实现了降低介质层K值的目的。

Method for removing metal buried layer protrusion and preparation method of air gap

The present invention provides for the removal of a metal buried layer convex method and air gap preparation method, using wet etching high surface tension of metal buried layer bulges etched off, in order to avoid excessive etching liquid for etching a dielectric layer and a metal air gap structure in the buried layer, improve the surface tension of etching method the liquid, the etching liquid only stay in the surface of the substrate including the metal buried layer surface, prevent the etching liquid into the air gap to form grooves, thus being destroyed in the premise of ensuring the air gap structure, the successful removal of metal buried layer bulges, thereby reducing the value of the objective of dielectric layer K.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路制造
,具体涉及一种金属埋层凸起的去除方法以及空气隙的制备方法
技术介绍
随着集成电路工艺的不断发展和进步,半导体制程关键尺寸的不断缩小,芯片上互连线的截面积和线间距离持续下降。增加的互连线电阻R和寄生电容C使互联线的时间常数RC大幅度提高。于是互联线的时间常数RC在集成电路延迟总所占的比例越来越大,成为限制互连速度的主要原因。在0.13um制程以上,半导体通常采用铝作为后道连线的金属材料。而进入到90nm及其以下制程时,随着互连线层数和长度的迅速增加以及互连宽度的减小,Al连线的电阻增加,导致互连时间延迟,信号衰减及串扰增加,同时电迁移和应力效应加剧,严重影响了电路的可靠性。而金属铜具有更小的电阻率和电迁移率,因此,铜成为深亚微米时代的后道金属的首选金属材料。此外,选择K值较低的介质材料也可以有效的降低RC,从而提高器件的响应速度等参数。一般来说,常用的TEOS氧化膜,其K值约为3.9~4.2,可满足0.13um及其以上技术代工艺要求。90nm工艺后道互连时常使用低k介质掺氟硅玻璃(FSG),其k值约为3.5~3.8。在65nm及其以下时常用的低k介质材料是黑金刚(BD)和黑金刚II(BDII),其k值为2.5~3.3,其中BDII是BD的优化版,具有较低的k值。随着半导体技术的不断发展,BDII已不能满足如32nm,28nm等技术代的工艺要求。因此,空气隙的概念应运而生。由于空气的k值为1,能很好的降低RC,但是其机械强度无法支撑整个结构。于是,将低k介质材料部分空气隙化,从而将整体的k值降低。铜/空气隙的集成方案有两种主流:一是采用特殊材料(条件分解)作为互连层介质完成整个工艺流程,然后对特殊材料施加一个特定条件(如400℃高温)使其发生分解,变成气态物质被释放出,最终形成空气隙。二是采用常规材料(如SiO2、Low-k)作为互连层牺牲介质,在完成当前层金属化后,反刻蚀掉牺牲介质,沉积一层填充能力差的介质,形成空气隙。这些技术都能满足关键尺寸进一步缩小的要求,前者在特殊材料释放过程中存在技术风险;后者与现有铜互连工艺兼容,更容易实现量产。对于采用常规牺牲介质的第二类铜/空气隙的集成方案,采用金属铜作为掩膜,直接反刻金属间的介质,然后沉积薄膜形成空气隙。在干法等离子体刻蚀介质的过程中,含Cu/N的有机物残留在金属铜的顶部,这些有机物能够被有机药液ST250去除,但同时造成金属Cu的损伤,使得铜的上表面高度低于侧壁的埋层金属的高度,而形成埋层凸起。埋层凸起在后续的介质膜沉积过程中,容易发生空气隙塌陷问题,造成空气隙的物理强度较低,从而最终导致器件失效。
技术实现思路
为了克服以上问题,本专利技术旨在提供一种金属埋层凸起的去除方法以及空气隙的制备方法,从而制备出无金属埋层凸起的空气隙。为了达到上述目的,本专利技术提供了一种金属埋层凸起的去除方法,其包括;步骤01:提供一具有金属埋层的衬底;其中,衬底上具有介质层、位于介质层中的沟槽、与沟槽相间设置的金属互连线;金属埋层位于金属互连线底部和侧壁表面,金属埋层的顶部高出金属互连线的顶部的部分为金属埋层凸起;步骤02:采用具有高表面张力的刻蚀药液,该刻蚀药液与金属互连线、介质层不润湿;该刻蚀药液与金属埋层凸起接触后,仅将金属埋层凸起刻蚀掉;其中,该高表面张力的刻蚀药液为与金属互连线、金属埋层和介质层的接触角大于90度的刻蚀药液。优选地,步骤02中,还包括:在刻蚀药液刻蚀金属埋层凸起之前,先降低衬底所处的温度。优选地,降低衬底所处的温度至3~10℃。优选地,所述步骤02中,还包括:在刻蚀药液中注入气泡。优选地,在刻蚀药液中注入气泡具体为:向刻蚀药液中通入H2,CO2,N2其中一种或多种气体,从而在刻蚀药液中形成气泡。优选地,所述步骤02中,还包括:在刻蚀药液中添加无机盐。优选地,所述无机盐为NH4Cl、(NH4)2CO3、NH4HCO3其中一种或多种。优选地,金属埋层的材料为TaN/Ta复合薄膜。优选地,所采用的刻蚀药液由NH4OH,H2O2,H2O混合而成,NH4OH,H2O2,H2O三者的体积比为1:(1~4):(5~20),刻蚀时间为1~30min。为了达到上述目的,本专利技术还提供了一种空气隙的制备方法,包括:步骤01:提供一衬底,在衬底表面依次形成介质层、在介质层中刻蚀出互连线沟槽,在互连线沟槽中沉积金属埋层,以及在金属埋层表面沉积填充金属,从而形成金属互连线;步骤02:刻蚀去除金属互连线之间的介质层,在去除的介质层位置形成沟槽;其中,在金属互连线顶部表面形成了有机物残留;步骤03:去除有机物残留,造成金属互连线顶部的金属损失,并使得金属埋层顶部高出金属互连线顶部,从而形成金属埋层凸起;步骤04:采用权利要求1~8任意一项的金属埋层凸起的去除方法来去除金属埋层凸起,使得金属埋层顶部与金属互连线顶部齐平;步骤05:在完成步骤04的衬底上沉积另一层介质层,将沟槽顶部封住,从而形成空气隙。本专利技术利用了高表面张力的湿法刻蚀将金属埋层凸起刻蚀掉,为了避免刻蚀药液对于空气隙结构中的介质层以及金属埋层的过多刻蚀,采用提高刻蚀药液的表面张力方法,使得刻蚀药液只停留在衬底表面包括金属埋层表面,阻止刻蚀药液进入到待形成空气隙的沟槽中,从而在确保空气隙结构不被破坏的前提下,成功去除金属埋层凸起,实现了降低介质层K值的目的。附图说明图1为本专利技术的一个较佳实施例的金属埋层凸起的去除方法的流程示意图图2为本专利技术的一个较佳实施例的高表面张力刻蚀药液在衬底上的分布情况图3为本专利技术的一个较佳实施例的空气隙的制备方法的流程示意图图4~8为本专利技术的一个较佳实施例的空气隙的制备方法的各制备步骤示意图具体实施方式为使本专利技术的内容更加清楚易懂,以下结合说明书附图,对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例,本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。以下结合附图1~8和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例,且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。请参阅图1,一种金属埋层凸起的去除方法,包括;步骤A01:提供一具有金属埋层的衬底;具体的,请参阅图2,衬底1可以为具有前道工艺器件结构的多层衬底,衬底1上具有介质层2、位于介质层2中的沟槽、与沟槽相间设置的金属互连线4;金属埋层3位于金属互连线底部和侧壁表面,金属埋层3的顶部高出金属互连线4的顶部的部分为金属埋层3凸起。这里的金属埋层的材料可以为TaN/Ta复合薄膜等,这里的金属互连线的材料可以为铜,介质层可以为低K介质材料,例如BD或BDII。步骤A02:采用具有高表面张力的刻蚀药液,该刻蚀药液与金属互连线、介质层不润湿;该刻蚀药液与金属埋层凸起接触后,仅将金属埋层凸起刻蚀掉;具体的,请再次参阅图2,本实施例所采用的刻蚀药液由NH4OH,H2O2,H2O混合而成,NH4OH,H2O2,H2O三者的体积比为1:(1~4):(5~20)。这里,可以在刻蚀药液刻蚀金属埋层凸起之前,先降低衬底所处的温度,较佳的,降低衬底所处的温度至3~10℃,例如,可以在衬底底部施加冷却循环装置即可实现,或者将衬底置于具有冷藏功能的腔体中等本文档来自技高网
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金属埋层凸起的去除方法以及空气隙的制备方法

【技术保护点】
一种金属埋层凸起的去除方法,其特征在于,包括;步骤01:提供一具有金属埋层的衬底;其中,衬底上具有介质层、位于介质层中的沟槽、与沟槽相间设置的金属互连线;金属埋层位于金属互连线底部和侧壁表面,金属埋层的顶部高出金属互连线的顶部的部分为金属埋层凸起;步骤02:采用具有高表面张力的刻蚀药液,该刻蚀药液与金属互连线、介质层不润湿;该刻蚀药液与金属埋层凸起接触后,仅将金属埋层凸起刻蚀掉;其中,该高表面张力的刻蚀药液为与金属互连线、金属埋层和介质层的接触角大于90度的刻蚀药液。

【技术特征摘要】
1.一种金属埋层凸起的去除方法,其特征在于,包括;步骤01:提供一具有金属埋层的衬底;其中,衬底上具有介质层、位于介质层中的沟槽、与沟槽相间设置的金属互连线;金属埋层位于金属互连线底部和侧壁表面,金属埋层的顶部高出金属互连线的顶部的部分为金属埋层凸起;步骤02:采用具有高表面张力的刻蚀药液,该刻蚀药液与金属互连线、介质层不润湿;该刻蚀药液与金属埋层凸起接触后,仅将金属埋层凸起刻蚀掉;其中,该高表面张力的刻蚀药液为与金属互连线、金属埋层和介质层的接触角大于90度的刻蚀药液。2.根据权利要求1所述的去除方法,其特征在于,步骤02中,还包括:在刻蚀药液刻蚀金属埋层凸起之前,先降低衬底所处的温度。3.根据权利要求2所述的去除方法,其特征在于,降低衬底所处的温度至3~10℃。4.根据权利要求1所述的去除方法,其特征在于,所述步骤02中,还包括:在刻蚀药液中注入气泡。5.根据权利要求4所述的去除方法,其特征在于,在刻蚀药液中注入气泡具体为:向刻蚀药液中通入H2,CO2,N2其中一种或多种气体,从而在刻蚀药液中形成气泡。6.根据权利要求1所述的去除方法,其特征在于,所述步骤02中,还包括:在刻蚀药液中添加无机盐。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员:姚嫦娲肖慧敏
申请(专利权)人:上海集成电路研发中心有限公司
类型:发明
国别省市:上海;31

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