[发明专利]供各向同性铜蚀刻的蚀刻调配物有效

专利信息
申请号: 200910164003.8 申请日: 2009-08-03
公开(公告)号: CN101988198A 公开(公告)日: 2011-03-23
发明(设计)人: 史蒂文·T·迈尔;埃里克·韦布 申请(专利权)人: 诺发系统有限公司
主分类号: C23F1/14 分类号: C23F1/14;C23F1/34
代理公司: 北京律盟知识产权代理有限责任公司 11287 代理人: 王允方
地址: 美国加利*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 各向同性 蚀刻 调配
【说明书】:

技术领域

发明是关于蚀刻铜的方法。更具体说来,本发明是关于各向同性蚀刻半导体衬底上的铜的方法。

背景技术

铜和铜合金被作为导电材料广泛用于半导体制造领域。作为导体,铜通常因具有高导电性和良好的电迁移耐力而优于诸如铝等其它金属。由于这些优点,现常将填铜的线路和通孔视为半导体装置中(例如集成电路中)连接元件的导电通路。

然而,在制造半导体装置期间,铜的加工存在不少问题。由于铜不易进行等离子体蚀刻,故含铜装置通常需要使用镶嵌工艺(damascene processing)来制造。在镶嵌工艺中,将铜作为嵌体沉积在衬底上,衬底具有预先形成的内嵌特征(例如通孔和沟槽)的图案。内嵌特征的图案通常是由光刻技术形成。形成内嵌特征后,将铜全面沉积于衬底上,以致其填充内嵌特征,并且还在场效应区形成覆盖层,其中场效应区是指铜沉积之前衬底的顶面。随后,通过诸如化学机械抛光(CMP)等平坦化技术去除覆盖层,从而提供具有填铜导电通路图案的平坦衬底。

尽管半导体装置制造的各个阶段都需要有效去除铜的方法,但由于常规湿法铜蚀刻技术一般无法成功地整合到半导体装置制造工艺中,故尚未能广泛引入这些技术。常规蚀刻化学的一个明显缺点包括其各向异性。各向异性蚀刻导致在一个特定方向上的铜优先蚀刻和/或某一种晶粒取向的优先蚀刻,并因此导致铜表面粗糙化、出现凹痕以及晶界依赖性不均匀铜去除。在通常需要清洁、光滑和各向同性去除铜的半导体制造中,在许多情况下无法容忍这一缺点。

发明内容

本发明通过提供各向同性铜蚀刻调配物以及利用各向同性蚀刻调配物各向同性去除铜的方法,来解决上文所述的问题。这些调配物可用于以极高蚀刻速率(例如,至少约1,000埃/分钟的速率)去除铜,而不引起表面实质粗糙化。举例来说,在一些实施例中,所提供的溶液能够在不增加蚀刻铜表面的表面粗糙度(如通过蚀刻后表面反射率没有降低来判断)的情况下,去除1,000埃的铜。在其它实施例中,表面粗糙度仅并不明显增加(例如,引起每1,000埃蚀刻铜的表面反射率初始降低小于约20%)。

一方面,所提供的蚀刻调配物包括一种水溶液,这种水溶液包含(a)二齿、三齿或四齿络合剂,其选自由二胺、三胺和四胺组成的群组;和(b)氧化剂。溶液的pH值介于约5与12之间,更通常介于约6与10之间。在一些实施例中,溶液可包括其它组分,例如pH值调节剂。

适当的氧化剂包括(不限于)过氧化物、高锰酸盐、过硫酸盐和臭氧溶液。在许多实施例中,过氧化氢(H2O2)是优选的氧化剂。

在一些实施例中,调配物中所用的络合剂为二胺。适当的二齿二胺的实例包括乙二胺(EDA,H2NCH2CH2NH2)和N-甲基乙二胺(H3CNHCH2CH2NH2)。

在一些实施例中,络合剂为三胺,例如三齿三胺,即二乙烯三胺(H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2)。

在其它实施例中,络合剂为四胺,诸如三(2-氨基乙基)胺(N(CH2CH2NH2)3)。在一些实施例中,蚀刻溶液可包括多胺的混合物,其中多胺选自由二胺、三胺和四胺组成的群组。

在一个具体实施例中,蚀刻调配物包括乙二胺、过氧化氢以及任选使用的pH值调节剂(例如硫酸),并具有介于约6与10之间的pH值。

另一方面,提供一种蚀刻部分制成的半导体衬底的含铜部分的方法。所述方法可用于多种工艺中。举例来说,在蚀刻-封盖工艺(etching-and-capping process)中,其可用于蚀刻铜覆盖层、在填铜通孔中制造凹槽等。所述方法包括:(a)接收包含铜暴露区的部分制成的半导体衬底;和(b)通过使衬底与pH值在约5与12之间的范围内的湿法蚀刻溶液接触,蚀刻衬底上的铜,其中溶液包含(i)二齿、三齿或四齿络合剂,其选自由二胺、三胺和四胺组成的群组;和(ii)氧化剂。蚀刻溶液可具有如上文所述的组成,并且优选能够高速各向同性蚀刻铜。

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