蚀刻溶液和除去低-K电介质层的方法技术

本发明专利技术公开一种用于蚀刻基底上的低－ｋ电介质层的蚀刻溶液，该溶液包含有效比例的用于氧化低－ｋ电介质层的氧化剂及有效比例的用于除去氧化物的氧化物蚀刻剂。利用该蚀刻溶液，通过单步骤处理工艺，可容易地除去低－ｋ电介质层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体元件的制造，更具体地，本专利技术涉及蚀刻低-k电介质层的蚀刻溶液，及利用该蚀刻溶液蚀刻低-k电介质层的方法。
技术介绍
在半导体集成电路的制造工艺中，常利用诸如SiO2等绝缘材料进行电隔离和电绝缘，或者使构成半导体集成电路至少一部分的导电结构(如金属配线线路)与其它相邻的导电结构相绝缘。然而，由于目前的半导体集成电路的制造工艺需要更高的集成度，所以彼此纵横相邻的金属配线线路之间的距离正在逐渐地缩短。结果，由彼此被SiO2绝缘的相邻金属配线线路引起的耦合电容增加了。该耦合电容的增加反过来又导致半导体元件的速度降低和串扰水平的增加。而且，耦合电容的增加还增加了元件的功耗。为了解决该问题，需要更有效的利用介电常数比SiO2低的低-k介电材料使金属配线线路彼此电隔离和绝缘的方法。广泛地使用碳组分(包括碳本身)掺杂的SiOx作为这种低-k介电材料。在这种掺杂的SiO2中，至少部分与硅结合的氧原子被碳组分(如有机物基团，包括碳本身)所替代。在下文中，有机碳组分掺杂的氧化硅被称作有机-硅酸盐玻璃(OSG)。这种OSG材料通常是利用有机-硅烷和有机-硅氧烷通过化学气相沉积法形成的。另一方面，在现代的高性能半导体集成电路的制造工艺中，为了控制工艺质量，在特定工艺之后常进行各种测试过程，并希望在测试后能够再利用该用于测试过程的晶片。具体地，近来由于这些晶片直径的增加，使得它们更加昂贵，所以节约成本的重要问题是能够再利用这些昂贵的晶片。为了能够再利用晶片，通常需要除去为了测试而形成于晶片上的薄膜。这种薄膜的去除一般包括其中使用适当化学药品的湿法蚀刻法，或者其中使用浆料的化学机械抛光(CMP)法。然而，由于CMP法包括更复杂的工艺步骤，导致产率低于湿法蚀刻法，并且需要比湿法蚀刻法更困难的批量晶片处理，所以通常优选湿蚀刻法。然而，众所周知，由硅-氧-碳形成的低-k电介质层具有一般为疏水性的性质。因此，由于低-k电介质层根本不能被去离子水所润湿，并且几乎不能被其它化学药品所湿法蚀刻，所以其上已经形成有低-k的OSG介质层的测试晶片往往不能再利用，而只能废弃。引入本文作为参考的授予Lu的US 6693047公开了一种其上形成有低-k电介质层的晶片的再利用的方法。根据在US 6693047中所公开的方法，将其上形成有低-k电介质层的晶片进行炉-氧化(furnace oxidized)或等离子体氧化，以除去碳组分。然后，利用氧化物薄膜湿法蚀刻溶液，除去薄膜的氧化部分。然而，在US 6693047中，由于氧化过程和湿法蚀刻过程是作为单独的工艺步骤进行的，所以这些过程的组合并不经济。而且，在US 6693047中，由于用炉氧化或等离子体氧化作为氧化方法，所以需要花费较长的时间来进行氧化，这对于经济操作和生产率都是不利的。因此，需要一种新的技术，以蚀刻测试晶片等上的低-k的OSG或类似电介质层。
技术实现思路
因此，本专利技术的一般性目的是提供一种从晶片上除去低-k电介质层(如OSG层)的蚀刻溶液和采用该蚀刻溶液的蚀刻方法。为了实现上述目的，根据本专利技术的实施方案提供一种用于除去低-k电介质层的蚀刻溶液。就本专利技术来说，利用这种蚀刻溶液，通过实施单一步骤的蚀刻工艺，即可蚀刻低-k电介质层。根据本专利技术实施方案的低-k电介质层的蚀刻溶液，包含有效比例的氧化剂和有效比例的氧化物蚀刻剂。据信，蚀刻溶液中的氧化剂氧化低-k电介质层，形成SiOx物质。另一方面，据信，氧化物蚀刻剂接着基本上同时除去(剥去)SiOx物质。更具体地，根据本专利技术，当其上形成有SiOC-基的低-k电介质层的晶片接触根据本专利技术的洗涤(蚀刻)溶液时，氧化和氟化连续地发生，使得低-k电介质层有效并较迅速地从晶片上除去。已经发现的可采用本专利技术的蚀刻溶液和蚀刻方法的低-k电介质层并不限于上述OSG电介质层。例如，已经发现，三甲硅烷(TMS)(可以商品名BLACKDIAMONDTM得到)，四甲基环四硅烷(TMCTS)(可以商品名CoralTM得到)，二甲基二甲氧硅烷(DMDMOS)(可以商品名AuroraTM得到)，氢硅倍半氧烷(hydrogen silsesquioxane)(HSG)，氟化聚亚芳基醚(FLARE)，干凝胶(Xerogel)，气凝胶(Aerogel)，聚对二甲苯(Parylene)，聚萘(Polynaphthalene)，可以商品名SiLKTM得到的物质，MSQ，BCB，聚酰亚胺(Polyimide)，特氟隆(Teflon)，及无定形的氟化碳均可用作低-k电介质层，且蚀刻效果优良。例如，如果低-k电介质层为包含硅、氧和碳的电介质层(或者碳掺杂的氧化硅层，在下文中称作SiOC电介质层)，那么确信氧化剂将把SiOC电介质层氧化成SiOx物质，并除去包含碳的有机物基团。另一方面，在氧化物蚀刻剂将SiOx氟化成挥发性物质如SiFW和HySiFz(式中w、y和z为正整数)进而有效地将其从晶片表面除去的步骤中，氧化物蚀刻剂除去了SiOx物质。根据本专利技术实施方案，为了提高一般为疏水性的低-k电介质层如OSG层的润湿性，本专利技术的蚀刻溶液还可以包含有效比例的表面活性剂。所选择的表面活性剂可以有效地将一般为疏水性的低-k电介质层转变成一般为亲水性的低-k电介质层。因此，与不含表面活性剂的相似的蚀刻溶液相比，包含表面活性剂的蚀刻溶液的蚀刻速度(etching ratio)会有利地增加。用于本专利技术的低-k电介质层蚀刻溶液的氧化剂不限于一种特定的物质。例如，可以使用H3PO4，HNO3，H2SO4，HClO4，HClO2，H2O2，NaOCl，ClO2，CH3COOOH(过乙酸PAA)，及O3，或者其中的两种或多种的混合物作为氧化剂。对于本专利技术的某些实施方案，优选CH3COOOH作为氧化剂。通过混合CH3COOH与H2O2，容易制得CH3COOOH，CH3COOOH作为试剂也相对便宜。用于本专利技术的低-k电介质层蚀刻溶液的氧化物蚀刻剂不限于一种特定的物质，而相反其实例可以包括任何相容的氟化物基还原剂。可以使用HF，HBF4，及NH4F，或者其中的两种或多种的混合物作为氟化物基还原剂。对于本专利技术的某些实施方案，优选HF作为氧化物蚀刻剂。由于HF广泛地用于普通半导体的制造工艺，所以HF一般可以容易地得到。用于本专利技术的蚀刻溶液的表面活性剂可以选自非离子型表面活性剂和离子型表面活性剂。离子型表面活性剂包括阴离子型、阳离子型或两性表面活性剂。阴离子型表面活性剂包括但不限于全氟烷基磺酸钾和胺全氟烷基磺酸盐。阳离子型表面活性剂包括但不限于氟化烷基季铵碘化物。两性表面活性剂包括但不限于含氟烷基磺酸盐和钠盐。非离子型表面活性剂包括氟化烷基烷氧基化，氟化聚酯，及由Wako Chemical公司出售的称为NCW1002R的物质。根据本专利技术实施方案，提供一种利用本文中所定义的低-k电介质层蚀刻溶液从半导体晶片上除去低-k电介质层的方法。根据除去低-k电介质层的方法之一，通过将晶片在蚀刻溶液中浸渍有效的时间，以使其上形成有低-k电介质层的晶片与低-k电介质层蚀刻溶液接触。当蚀刻溶液的温度升高至室温之上时，蚀刻速度增加。例如，根据本专利技术，优选用于处理晶片的蚀刻溶液的温度为约25～80℃。附图说明说明书包括附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电介质层蚀刻溶液，包含：有效比例的用于氧化低－ｋ电介质层的氧化剂；及有效比例的用于除去氧化物的氧化物蚀刻剂。

【技术特征摘要】
KR 2004-11-10 91503/041.一种电介质层蚀刻溶液，包含有效比例的用于氧化低-k电介质层的氧化剂；及有效比例的用于除去氧化物的氧化物蚀刻剂。2.根据权利要求1的电介质层蚀刻溶液，该蚀刻溶液还包含有效比例的表面活性剂，所选择的表面活性剂可以改善低-k电介质层的润湿性。3.根据权利要求1的电介质层蚀刻溶液，其中所述氧化剂选自H3PO4，HNO3，H2SO4，HClO4，HClO2，H2O2，NaOCl，ClO2，CH3COOOH，O3，及其混合物。4.根据权利要求1的电介质层蚀刻溶液，其中所述氧化物蚀刻剂选自HF，HBF4，NH4F，及其混合物。5.根据权利要求1的电介质层蚀刻溶液，其中所述氧化剂选自H3PO4，HNO3，H2SO4，HClO4，HClO2，H2O2，NaOCl，ClO2，CH3COOOH，O3，及其混合物；并且其中所述氧化物蚀刻剂选自HF，HBF4，NH4F，及其混合物。6.根据权利要求1的电介质层蚀刻溶液，其中该电介质层蚀刻溶液还包含去离子水；并且其中该电介质层蚀刻溶液基本上由下列物质组成约30～90％体积的氧化剂，约0.1～30％体积的氧化物蚀刻剂，及约0.1～40％体积的去离子水。7.根据权利要求6的电介质层蚀刻溶液，其中所述氧化剂选自H3PO4，HNO3，H2SO4，HClO4，HClO2，H2O2，NaOCl，ClO2，CH3COOOH，O3，及其混合物；并且其中所述氧化物蚀刻剂选自HF，HBF4，NH4F，及其混合物。8.根据权利要求6的电介质层蚀刻溶液，还包含按所述氧化剂和氧化物蚀刻剂的总稀释体积计为约0.05～10％体积的表面活性剂。9.根据权利要求1的电介质层蚀刻溶液，其中所述电介质层为碳掺杂的氧化硅层。10.一种利用权利要求1的蚀刻溶液蚀刻低-k电介质层的方法，该方法包括下列步骤提供其上形成有低-k电介质层的晶片；及使该晶片的电介质层与所述蚀刻溶液接触。11.一种蚀刻低-k电介质层的方法，该方法包括下列步骤提供其上至少形成有低-k电介质层的晶片；及使该晶片的电介质层与至少包含氧化剂和氧化物蚀刻剂的蚀刻溶液接触。12.根据权利要求11的方法，其中所述低-k电介质层为碳掺杂的氧化硅层。13....

【专利技术属性】
技术研发人员：金美英，李晓山，洪郁善，吴晙焕，李相旻，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]