[发明专利]蚀刻铜或者铜合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到蚀刻铜或者铜合金的方法，特别是各向同性蚀刻铜或者铜合金的方法。

背景技术

在用于电子领域的金属布线结构的制作过程中，经常需要蚀刻铜或者铜合金的表面。现有的铜或者铜合金蚀刻剂使铜或者铜合金的表面显著粗糙化，并且对铜或者铜合金的蚀刻速度依赖于零件密度、尺寸、电连接性及其在晶片上的位置等。特别对于本领域技术人员普遍使用的铜蚀刻剂，例如过硫酸盐或过氧化物的酸溶液，倾向于优先蚀刻紧邻晶界的铜或者铜合金。此外，不同的裸露晶体表面倾向于以不同速度蚀刻，所述现有铜或者铜合金蚀刻剂的蚀刻性能都会造成蚀刻不均匀以及铜或者铜合金表面的粗糙。铜或者铜合金表面的粗糙会给金属布线结构带来明显的加工不均匀性或电不均匀性。

因此，在半导体制作中的很多工艺过程都需要提供铜或者铜合金的光滑的、亚微米级凹进蚀刻，例如：先进CMOS装置中的选择性覆盖铜或者铜合金，用于增加通道-线之间的连接强度；铜双镶嵌结构化学机械抛光(CMP)后铜或者铜合金表面的清洁，用以抑制铜或者铜合金树枝状生长以增加连接性能的可靠性，以及去除层间介电层上的铜残留物以减少电流泄漏和增加短路产生；用于铜或者铜合金上的后端工艺中选择性电镀后的CMP清洁；深通道选择性镀铜后的CMP清洁等。

因此，存在对提供铜及铜合金的各向同性、光滑、亚微米级蚀刻方法的大量需要。

专利号为7056648的美国专利提供一种各向同性蚀刻铜以及铜合金的工艺方法，所选用的蚀刻剂含有氧化剂、铜及铜合金的至少一种弱络合剂和一种强络合剂的混合物、以及水并且蚀刻剂的pH值为6至12。采用上述试剂可以得到光滑的铜或者铜合金表面，但是，上述方法在蚀刻铜或者铜合金的工艺过程中蚀刻剂中的铜络合离子的浓度以及溶液的pH值都会发生变化，造成蚀刻速率的不稳定性。而且，蚀刻金属铜或者铜合金后在溶液中产生大量的铜络合离子，造成环境的污染和资源的浪费。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种能够各向同性地蚀刻铜或者铜合金的方法，并且避免蚀刻过程中蚀刻速率发生变化的蚀刻方法。

本发明提供一种蚀刻铜或者铜合金的方法，所述方法包括：将带有铜或者铜合金的晶圆以及蚀刻剂放入电化学反应装置的反应槽中，去除需蚀刻的铜或者铜合金；导通电化学反应装置。

其中，所述蚀刻剂中含有氧化剂、铜或者铜合金的至少一种弱络合剂和一种强络合剂的混合物、以及水，所述蚀刻剂的pH值为6至12。

其中，所述电化学反应装置的阴极材料为铜。

其中，所述氧化剂为过氧化氢、过氧羧酸盐、过硼酸盐中的一种或者几种的混合物。

其中，所述弱络合剂与铜的累积稳定常数小于等于10¹⁴。

其中，所述弱络合剂为氨、乙二胺、甲胺、四甲基氢氧化铵或者2-羟乙基三甲基氢氧化铵。

其中，所述强络合剂为与铜的累积稳定常数大于等于10¹⁵。

其中，所述强络合剂是1，2-环己烷二胺四乙酸(CDTA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、三亚乙基四胺六乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、2，2-二甲基1，3-二氨基丙烷N，N，N′，N′-四乙酸、顺，顺，顺-3，5-二甲基-1，2-二氛基环戊烷-N，N，N′，N′-四乙酸和顺双环(2.2.2)辛烷-2，3-二胺基-N，N，N，N′-四乙酸。

其中，pH值通过加入硫酸、乙酸、甲磺酸、氮氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵进行调节。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明首先使蚀刻剂与需要被蚀刻掉的铜或者铜合金接触，发生蚀刻过程，去除需要蚀刻掉的铜或者铜合金，随后，连通电化学反应装置，在电流作用下，消耗掉蚀刻铜或者铜合金的过程中蚀刻剂中生成的多余络合剂离子和OH^-离子，避免了蚀刻剂在蚀刻金属铜或者铜合金的过程中铜络合离子和溶液pH值的变化，防止蚀刻过程中蚀刻速率的变化。

2、本发明所述整个蚀刻铜或者铜合金的工艺过程将蚀刻掉的铜或者铜合金重新以金属铜的形式在电化学反应装置的阴极回收，避免了铜的络合离子对环境的污染，而且，使本发明所述的蚀刻剂可以重复利用。

附图说明

图1为本发明蚀刻铜或者铜合金装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。