可通过pH介于约5与12之间的湿蚀刻溶液蚀刻半导体衬底上的经暴露铜区域，所述湿蚀刻溶液包括：(i)选自由二齿、三齿及四齿络合剂组成的群组的一种或一种以上络合剂；及(ii)氧化剂。在许多实施例中，所述蚀刻为大致各向同性的且在铜的表面上不形成可见不溶物质的情况下发生。所述蚀刻用于半导体制作中的若干个过程中，包含用于部分地或完全地移除铜覆盖物、用于平面化铜表面及用于在填充有铜的镶嵌特征中形成凹入部。适合蚀刻溶液的实例包含包括分别作为二齿及三齿络合剂的二胺(例如，乙二胺)及/或三胺(例如，二亚乙基三胺)以及作为氧化剂的过氧化氢的溶液。在一些实施例中，所述蚀刻溶液进一步包含pH调整剂，例如硫酸、氨基酸及羧酸。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及湿化学蚀刻的方法。更特定来说，本专利技术涉及。
技术介绍
铜及铜合金在半导体制作领域中广泛地用作导电材料。作为导体，铜通常因其高导电性及良好的抗电迁移性质而优选于其它金属，例如铝。由于这些优点，现无所不在地看见填充有铜的线路及通孔作为连接半导体装置(例如集成电路中)的元件的导电路径。然而，在半导体装置的制作期间的铜处理呈现出一组挑战。由于铜不易于顺从等离子蚀刻，因此通常需要使用镶嵌处理来制作含铜装置。在镶嵌处理中，将铜作为镶嵌物沉积于具有预先形成的凹入镶嵌特征(例如通孔及沟槽)的图案的衬底上。凹入特征的所述图案通常通过光刻技术形成。在已形成所述凹入特征之后，将铜全局地沉积到所述衬底上， 使得其填充所述凹入特征且还在场区域上方形成覆盖物层，其中场区域是指所述衬底在铜沉积之前的顶部平面。随后，通过平面化技术(例如化学机械抛光(CMP))移除所述覆盖物， 从而提供具有填充有铜的导电路径的图案的经平面化衬底。虽然在半导体装置制作的各个阶段期望用于有效铜移除的方法，但尚未广泛地引入常规湿铜蚀刻技术，因为此些技术通常无法成功地集成到半导体装置制作工艺中。常规蚀刻化学品的显著缺点中的一者包含其各向异性性质。各向异性蚀刻导致铜在一个特定方向上的优先蚀刻及/或一种类型的颗粒定向的优先蚀刻，且因此，导致铜表面的粗糙化、坑蚀及颗粒边界相依不均勻铜移除。此外，各向异性蚀刻速率通常在更多地暴露于体蚀刻溶液的那些表面上较高。举例来说，借助常规各向异性蚀刻，与从蚀刻溶液的体较多地移除 (且较少暴露于蚀刻溶液的体)的那些区相比，经隔离特征的边缘或位于图案阵列的边缘处的特征将以不同性质及速率蚀刻。在许多实例中，在其中通常期望铜的清洁、平滑及各向同性移除的半导体制作中，无法容忍此缺点。各向异性的已知酸性铜蚀刻的常见实例包含 硝酸蚀刻，其中通常单独使用硝酸，及含有氧化剂(例如过氧化氢、高锰酸盐、铁离子、溴及铬(VI))以及酸(例如，乙酸或硫酸)的酸性混合物。各向异性的已知中性及碱性蚀刻物的常见实例包含铵或碱金属过硫酸盐溶液、基于氯化铁的溶液及基于氢氧化铵的溶液。
技术实现思路
在一个方面中，提供一种用于大致各向同性地移除含铜金属的湿蚀刻溶液。在一个实施例中，所述湿蚀刻溶液包括(i)选自由二胺、三胺及四胺组成的群组的二齿、三齿或四齿络合剂；(iii)氧化剂；及pH调整剂，其中所述蚀刻溶液的pH介于约5与约12之间，例如介于约7与10. 5之间。在一些实施例中，所述pH调整剂选自由氨基酸、烷基磺酸、硫酸及羧酸组成的群组。所述溶液还可包括络合剂的混合物、氧化剂的混合物及PH调整剂的混合物。在一些实施例中，所述湿蚀刻溶液包括二胺及/或三胺、过氧化物及氨基酸，其中将溶液的PH调整到介于约7与10. 5之间的范围。适合络合剂的实例包含(而不限于)乙二胺(EDA，H2NCH2CH2NH2)、N-甲基乙二胺(CH3NHCH2CH2NH2)、二亚乙基三胺 (H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2)、四亚乙基三胺(H2NCH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2NH2)及三(2-氨基乙基) 胺(tren，N(CH2CH2NH2)3)。氧化剂的实例包含(而不限于)过氧化物、过硫酸盐、臭氧溶液、 含铁离子溶液，其中过氧化氢通常为优选的。PH调整剂的实例包含硫酸、甘氨酸、甲烷磺酸、 乙酸、柠檬酸、乙醛酸、草酸等等。在一些实施例中，所述溶液包含硫酸、氨基酸及羧酸的混合物。一种从半导体衬底的表面蚀刻含铜金属的方法包含使所述衬底与湿蚀刻溶液接触，包含(但不限于)通过从喷洒喷嘴将所述蚀刻溶液喷洒于所述衬底上、从喷射喷嘴、从莲蓬头递送所述溶液、通过将所述衬底浸没到溶液中(优选地借助搅动)、通过在薄膜反应器中接触所述衬底或通过旋涂接触方法。在一些实施例中，使用所述湿蚀刻溶液在镶嵌特征(例如，穿硅通孔(TSV))的处理期间移除含铜覆盖物。在一些实施例中，所述湿蚀刻溶液以至少约1,000 A/分钟的蚀刻速率移除至少约1 μ m厚(例如，至少约5 μ m厚)的含铜金属层，且不显著增加所述经蚀刻层的表面粗糙度。在一些实施例中，在所述湿蚀刻溶液中， 超摩尔量地使用氧化剂以获得最佳各向同性蚀刻特性。举例来说，在一些实施例中，其中氧化剂与络合剂的摩尔比为至少约2. 5 1(例如，至少约3 1)的蚀刻溶液是优选的。可使用所提供的溶液来移除大量含铜金属，而不导致实质表面粗糙化且在表面上不形成可见不溶铜物质。因此，在一些实施例中，在蚀刻过程开始时平滑、明亮且具有反射性的表面将在蚀刻结束时保持大致平滑、明亮且具有反射性。此外，在一些实施例中，所提供的蚀刻组合物可用于含有凹入及/或突出特征的表面的各向同性平面化，借此各向同性蚀刻可用于减小这些特征的纵横比。在另一方面中，提供一种处理部分制作的半导体衬底上的镶嵌特征的方法，其中所述方法利用电沉积与各向同性湿化学蚀刻的组合来平面化铜覆盖物中的不想要的凹入特征。在一个实施例中，所述方法包含(a)接收半导体衬底，所述半导体衬底具有场区域及形成于所述衬底中的至少一个凹入镶嵌特征，其中所述衬底加衬有导电材料层；(b)用含铜金属完全地电化学填充所述凹入镶嵌特征并在所述场区域上方形成含铜覆盖物，其中所述覆盖物包括位于所述经填充凹入镶嵌特征上方的凹入部，所述凹入部具有与覆盖物厚度大致相同的深度；(c)在所述衬底上方继续电沉积含铜金属以在所述场区域上方沉积额外覆盖物材料，同时大致减小所述覆盖物中的所述凹入部的纵横比，其中沉积于所述场区域上方的额外覆盖物材料的厚度为在(b)中所沉积的所述覆盖物的第一厚度的至少约 50% ；及(d)通过使所述衬底与各向同性湿蚀刻溶液接触来湿蚀刻所述含铜覆盖物以移除在(c)中所沉积的至少所有额外覆盖物，所述溶液包括络合剂及氧化剂且具有在介于约5 与12之间的范围内的pH，其中湿蚀刻进一步减小凹入特征的所述纵横比。在一些实施例中，(d)中的蚀刻以至少约1000 A/分钟的蚀刻速率大致各向同性地移除至少Iym的含铜覆盖物，例如，至少5 μ m的含铜覆盖物。可通过湿化学蚀刻部分地或完全地移除所述覆盖物。在一些实施例中，在已通过湿蚀刻部分地移除所述覆盖物之后，通过各向异性平面化技术(例如化学机械抛光(CMP))移除剩余覆盖物及扩散阻挡。在其它实施例中，通过对可驻存于金属线的顶部部分中的铜、钴或镍具有选择性的湿化学蚀刻移除扩散阻挡层(例如， 选自由钛、氮化钛、钨、氮化钨、钽及氮化钽组成的群组的材料)。在第三方面中，提供一种用于从半导体衬底移除扩散阻挡材料层的方法，其中所述方法包含(a)接收所述衬底，所述衬底包括选自由钛、氮化钛、钨、氮化钨、钽及氮化钽组成的群组的经暴露扩散阻挡材料层以及选自由铜、镍及钴组成的群组的经暴露金属层； (b)使所述衬底与热浓缩碱性溶液接触以完全地移除所述扩散层，而大致不移除所述金属层。举例来说，可出于此目的而使用具有至少约70°C的温度的碱性溶液。在第四方面中，提供一种淬灭蚀刻反应(例如，减小蚀刻反应的速率或停止蚀刻反应)的方法。所述方法包含(a)使所述衬底与各向同性湿蚀刻溶液接触，所述各向同性湿蚀刻溶液包括(i)选自由二齿、三齿及四齿络合剂组成的群组的络合剂，及(ii)氧化齐U，所述湿蚀刻溶液具有介本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·T·迈尔，埃里克·韦布，戴维·W·波特，
申请(专利权)人：诺发系统有限公司，
类型：发明
国别省市：
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