[發明專利]金屬埋層凸起的去除方法以及空氣隙的制備方法

有效

• 申請號: 201611235875.5
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106803495B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 姚嫦媧;肖慧敏
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 31275 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 吳世華;陳慧弘<國際申請>=<國際公布>

本發明提供了一種金屬埋層凸起的去除方法以及空氣隙的制備方法，利用了高表面張力的濕法刻蝕將金屬埋層凸起刻蝕掉，為了避免刻蝕藥液對于空氣隙結構中的介質層以及金屬埋層的過多刻蝕，采用提高刻蝕藥液的表面張力方法，使得刻蝕藥液只停留在襯底表面包括金屬埋層表面，阻止刻蝕藥液進入到待形成空氣隙的溝槽中，從而在確保空氣隙結構不被破壞的前提下，成功去除金屬埋層凸起，實現了降低介質層K值的目的。

技術領域

本發明涉及集成電路制造技術領域，具體涉及一種金屬埋層凸起的去除方法以及空氣隙的制備方法。

背景技術

隨著集成電路工藝的不斷發展和進步，半導體制程關鍵尺寸的不斷縮小，芯片上互連線的截面積和線間距離持續下降。增加的互連線電阻R和寄生電容C使互聯線的時間常數RC大幅度提高。于是互聯線的時間常數RC在集成電路延遲總所占的比例越來越大，成為限制互連速度的主要原因。在0.13um制程以上，半導體通常采用鋁作為后道連線的金屬材料。而進入到90nm及其以下制程時，隨著互連線層數和長度的迅速增加以及互連寬度的減小，Al連線的電阻增加，導致互連時間延遲，信號衰減及串擾增加，同時電遷移和應力效應加劇，嚴重影響了電路的可靠性。而金屬銅具有更小的電阻率和電遷移率，因此，銅成為深亞微米時代的后道金屬的首選金屬材料。此外，選擇K值較低的介質材料也可以有效的降低RC，從而提高器件的響應速度等參數。

一般來說，常用的TEOS氧化膜，其K值約為3.9～4.2，可滿足0.13um及其以上技術代工藝要求。90nm工藝后道互連時常使用低k介質摻氟硅玻璃(FSG)，其k值約為3.5～3.8。在65nm及其以下時常用的低k介質材料是黑金剛(BD)和黑金剛II(BDII)，其k值為2.5～3.3，其中BDII是BD的優化版，具有較低的k值。隨著半導體技術的不斷發展，BDII已不能滿足如32nm，28nm等技術代的工藝要求。因此，空氣隙的概念應運而生。由于空氣的k值為1，能很好的降低RC，但是其機械強度無法支撐整個結構。于是，將低k介質材料部分空氣隙化，從而將整體的k值降低。

銅/空氣隙的集成方案有兩種主流：一是采用特殊材料(條件分解)作為互連層介質完成整個工藝流程，然后對特殊材料施加一個特定條件(如400℃高溫)使其發生分解，變成氣態物質被釋放出，最終形成空氣隙。二是采用常規材料(如SiO₂、Low-k)作為互連層犧牲介質，在完成當前層金屬化后，反刻蝕掉犧牲介質，沉積一層填充能力差的介質，形成空氣隙。這些技術都能滿足關鍵尺寸進一步縮小的要求，前者在特殊材料釋放過程中存在技術風險；后者與現有銅互連工藝兼容，更容易實現量產。

對于采用常規犧牲介質的第二類銅/空氣隙的集成方案，采用金屬銅作為掩膜，直接反刻金屬間的介質，然后沉積薄膜形成空氣隙。在干法等離子體刻蝕介質的過程中，含Cu/N的有機物殘留在金屬銅的頂部，這些有機物能夠被有機藥液ST250去除，但同時造成金屬Cu的損傷，使得銅的上表面高度低于側壁的埋層金屬的高度，而形成埋層凸起。埋層凸起在后續的介質膜沉積過程中，容易發生空氣隙塌陷問題，造成空氣隙的物理強度較低，從而最終導致器件失效。

發明內容

為了克服以上問題，本發明旨在提供一種金屬埋層凸起的去除方法以及空氣隙的制備方法，從而制備出無金屬埋層凸起的空氣隙。

為了達到上述目的，本發明提供了一種金屬埋層凸起的去除方法，其包括；

步驟01：提供一具有金屬埋層的襯底；其中，襯底上具有介質層、位于介質層中的溝槽、與溝槽相間設置的金屬互連線；金屬埋層位于金屬互連線底部和側壁表面，金屬埋層的頂部高出金屬互連線的頂部的部分為金屬埋層凸起；

步驟02：采用具有高表面張力的刻蝕藥液，該刻蝕藥液與金屬互連線、介質層不潤濕；該刻蝕藥液與金屬埋層凸起接觸后，僅將金屬埋層凸起刻蝕掉；其中，該高表面張力的刻蝕藥液為與金屬互連線、金屬埋層和介質層的接觸角大于90度的刻蝕藥液。

優選地，步驟02中，還包括：在刻蝕藥液刻蝕金屬埋層凸起之前，先降低襯底所處的溫度。