一種無應(yīng)力電化學(xué)拋光銅時去除二氧化硅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造工藝領(lǐng)域，更具體地，涉及一種針對超低介電材料進行無應(yīng)力電化學(xué)拋光銅時去除二氧化硅的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，對芯片速度的要求越來越高。為了滿足芯片速度的要求，需要采用超低介電材料和金屬銅。其中超低介電材料可以取代二氧化硅降低互連電容，金屬銅能夠降低互連電阻。二者結(jié)合可以降低互連延遲，從而提高芯片速度。
[0003]在采用超低介電材料的集成電路后道集成工藝中，為了避免在形成雙大馬士革結(jié)構(gòu)時的刻蝕過程中對超低介電材料的損傷及降低光刻時的工藝難度等，基本上是采用金屬硬掩膜的集成方法。這種方法的特點是在超低介電材料淀積后先淀積一層二氧化硅、然后是氮化鈦、最后是二氧化硅。在此類膜層結(jié)構(gòu)上先進行光刻和氮化鈦的刻蝕從而定義溝槽的形狀，然后是通孔的光刻和All-1n-One ( 一體化)的刻蝕，隨后是金屬化的過程即阻擋層/籽晶層的淀積、銅電鍍、銅的化學(xué)機械研磨(CMP)過程。在此銅的化學(xué)機械研磨過程中會將超低介電材料上的二氧化硅去除。但超低介電材料由于相對介電常數(shù)低、因而其機械強度也較差，從而使得在后續(xù)傳統(tǒng)的銅化學(xué)機械拋光中的工藝比較難于控制，特別是在銅的去除過程中銅厚度越薄離超低介電材料越近，對超低介電材料的影響越大，容易在工藝過程中產(chǎn)生缺陷從而影響良率。
[0004]目前，有一種新型的銅電化學(xué)拋光方法，稱之為銅無應(yīng)力電化學(xué)拋光法。其原理是在電流作用下，晶圓上的銅在通電的拋光液作用下發(fā)生電解，從而被去除。此種方法僅僅是電拋光液和硅片接觸，沒有機械作用力的產(chǎn)生，從而對于超低介電材料在銅的去除方面尤其有優(yōu)勢。但是這種電解銅的方法，無法去除作為阻擋層的氮化鉭或鉭。目前在采用此種電解拋光銅時的方法，通常是采用干法刻蝕利用二氟化氙的氣體來去除阻擋層。
[0005]在金屬硬掩膜集成方式中采用的無應(yīng)力電化學(xué)拋光工藝中，首先采用傳統(tǒng)的機械拋光進行大部分金屬的去除，然后再采用電化學(xué)拋光去除銅，之后是采用二氟化氙去除阻擋層，但二氟化氙此類氣體無法去除氮化鉭阻擋層下面的二氧化硅，從而導(dǎo)致金屬同層間的介電常數(shù)增大。這種局限性限制了無應(yīng)力電化學(xué)拋光在后道集成中的應(yīng)用。
[0006]為了應(yīng)對此類問題，也已經(jīng)提出了一些解決方法，如公開號為CN103985670A的中國發(fā)明專利申請公開的一種阻擋層的去除方法和裝置中，采用濕法刻蝕劑來去除氮化鈦下的二氧化硅。由于二氧化硅下就是超低介電材料，而超低介電材料是碳摻雜的二氧化硅，對濕法刻蝕的要求是停止在超低介電材料上，而將二氧化硅去除。這需要有良好的選擇比，此種方法難度相當(dāng)大。而且在濕法去除二氧化硅中，水汽將不可避免地進入超低介電材料中，從而會增大材料的介電常數(shù)。此外，單純采用無應(yīng)力電化學(xué)拋光去除銅的工藝產(chǎn)能也較低，顯得非常不經(jīng)濟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種無應(yīng)力電化學(xué)拋光銅時去除二氧化硅的方法，可在采用無應(yīng)力電化學(xué)拋光銅后，通過干法刻蝕選擇性去除二氧化硅，從而可消除采用濕法工藝時的濕法選擇比難度問題、以及水汽進入超低介電材料中對超低介電材料的影響。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種無應(yīng)力電化學(xué)拋光銅時去除二氧化硅的方法，包括以下步驟:
[0010]步驟S01:提供一半導(dǎo)體襯底，在所述襯底上依次淀積超低介電材料、二氧化娃、金屬硬掩膜，并形成雙大馬士革結(jié)構(gòu)，然后進行阻擋層/籽晶層淀積、銅電鍍工藝；
[0011]步驟S02:對銅電鍍后的雙大馬士革結(jié)構(gòu)進行化學(xué)機械拋光，去除大部分銅層；
[0012]步驟S03:采用銅無應(yīng)力電化學(xué)拋光法去除剩余的銅層；
[0013]步驟S04:采用二氟化氙干法刻蝕去除阻擋層和金屬硬掩膜；
[0014]步驟S05:改變刻蝕氣體，采用干法刻蝕選擇性去除二氧化硅。
[0015]優(yōu)選地，步驟S04和步驟S05中，在同一刻蝕腔體中進行干法刻蝕工藝。
[0016]優(yōu)選地，步驟S05中，采用氨氣和三氟化氮作為刻蝕氣體，在等離子體狀況下進行干法刻蝕。
[0017]優(yōu)選地，進行干法刻蝕時，氨氣的流量為50_200sccm，三氟化氮的流量為100_300sccmo
[0018]優(yōu)選地，進行干法刻蝕時，等離子功率為300-1000W。
[0019]優(yōu)選地，進行干法刻蝕時，處理時間為100-200秒，等離子功率為300-1000W。
[0020]優(yōu)選地，進行干法刻蝕時，處理溫度為40-100°C，處理時間為100-200秒，等離子功率為 300-1000W。
[0021]優(yōu)選地，步驟S02中，進行化學(xué)機械拋光時，去除2/3-4/5厚度的銅層。
[0022]優(yōu)選地，步驟S05中，進行干法刻蝕時，氨氣與三氟化氮的流量比為1:3-2: 1。
[0023]優(yōu)選地，所述超低介電材料為含微孔的碳摻雜二氧化硅，金屬硬掩膜材料為氮化鈦，阻擋層材料為氮化鉭或鉭。
[0024]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明在制作雙大馬士革結(jié)構(gòu)時，通過將傳統(tǒng)的銅化學(xué)機械拋光法與新型的銅無應(yīng)力電化學(xué)拋光法相結(jié)合運用，在采用化學(xué)機械拋光去除大部分銅層后，再采用無應(yīng)力電化學(xué)拋光法去除剩余的銅層，然后在一定的工藝條件下通過干法刻蝕選擇性去除超低介電材料上的二氧化硅，從而降低了采用無應(yīng)力電化學(xué)拋光后的金屬同層電容，并且與濕法去除二氧化硅相比，干法處理能夠利用原有的工藝腔體，通過增加氣體管路實現(xiàn)，因此可消除采用濕法工藝時的濕法選擇比難度問題、以及水汽進入超低介電材料中對超低介電材料的影響，且可降低制造綜合成本。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明一種無應(yīng)力電化學(xué)拋光銅時去除二氧化硅的方法流程圖；
[0026]圖2a_圖2e是本發(fā)明一較佳實施例中采用圖1的方法去除二氧化硅時的工藝步驟示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0028]需要說明的是，在下述的【具體實施方式】中，在詳述本發(fā)明的實施方式時，為了清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以便于說明，特對附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進行了局部放大、變形及簡化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對本發(fā)明的限定來加以理解。
[0029]在以下本發(fā)明的【具體實施方式】中，請參閱圖1，圖1是本發(fā)明一種無應(yīng)力電化學(xué)拋光銅時去除二氧化硅的方法流程圖；同時，請結(jié)合參閱圖2a_圖2e，圖2a_圖2e是本發(fā)明一較佳實施例中采用圖1的方法去除二氧化硅時的工藝步驟示意圖，圖2a_圖2e中形成的分步工藝結(jié)構(gòu)，分別與圖1中的各步驟相對應(yīng)以便于理解。如圖1所示，本發(fā)明的一種無應(yīng)力電化學(xué)拋光銅時去除二氧化硅的方法，包括以下步驟:
[0030]如框01所示，步驟S01:提供一半導(dǎo)體襯底，在所述襯底上依次淀積超低介電材料、二氧化硅、金屬硬掩膜，并形成雙大馬士革結(jié)構(gòu)，然后進行阻擋層/籽晶層淀積、銅電鍍工藝。
[0031]請參閱圖2a。首先，在一半導(dǎo)體襯底(圖略)上依次淀積一層超低介電材料層1、二氧化硅介質(zhì)2、金屬硬掩膜3 ;然后，通過對所述超低介電材料層1進行光刻、干法刻蝕，從而形成雙大馬士結(jié)構(gòu)；再進行阻擋層4/籽晶層的淀積以及電鍍銅層5等，完成常規(guī)的銅雙大馬士結(jié)構(gòu)工藝。此步驟可采用現(xiàn)有的公知技術(shù)來實施，本例不再作展開說明。其中，所述襯底可以是具有任何前道工藝的半導(dǎo)體襯底，例如可以是具有源極、漏極、柵極、STI等結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體硅片。所述超低介電材料可以選用含微孔的碳摻雜二氧化硅；金屬硬掩膜材料可以選用氮化鈦，阻擋層材料可以選用氮化鉭或鉭。但可不限于此。
[0032]如框02所示，步驟S02:對銅電鍍后的雙大馬士革結(jié)構(gòu)進行化學(xué)機械拋光，去除大部分銅層。
[0033]請參閱圖2b。接下來，可采用常規(guī)的化學(xué)機械拋光(CMP)法，對銅電鍍后的雙大馬士革結(jié)構(gòu)銅層5進行粗研