本發(fā)明涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬埋層凸起的去除方法以及空氣隙的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著集成電路工藝的不斷發(fā)展和進(jìn)步，半導(dǎo)體制程關(guān)鍵尺寸的不斷縮小，芯片上互連線的截面積和線間距離持續(xù)下降。增加的互連線電阻R和寄生電容C使互聯(lián)線的時(shí)間常數(shù)RC大幅度提高。于是互聯(lián)線的時(shí)間常數(shù)RC在集成電路延遲總所占的比例越來越大，成為限制互連速度的主要原因。在0.13um制程以上，半導(dǎo)體通常采用鋁作為后道連線的金屬材料。而進(jìn)入到90nm及其以下制程時(shí)，隨著互連線層數(shù)和長度的迅速增加以及互連寬度的減小，Al連線的電阻增加，導(dǎo)致互連時(shí)間延遲，信號(hào)衰減及串?dāng)_增加，同時(shí)電遷移和應(yīng)力效應(yīng)加劇，嚴(yán)重影響了電路的可靠性。而金屬銅具有更小的電阻率和電遷移率，因此，銅成為深亞微米時(shí)代的后道金屬的首選金屬材料。此外，選擇K值較低的介質(zhì)材料也可以有效的降低RC，從而提高器件的響應(yīng)速度等參數(shù)。

一般來說，常用的TEOS氧化膜，其K值約為3.9～4.2，可滿足0.13um及其以上技術(shù)代工藝要求。90nm工藝后道互連時(shí)常使用低k介質(zhì)摻氟硅玻璃(FSG)，其k值約為3.5～3.8。在65nm及其以下時(shí)常用的低k介質(zhì)材料是黑金剛(BD)和黑金剛II(BDII)，其k值為2.5～3.3，其中BDII是BD的優(yōu)化版，具有較低的k值。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，BDII已不能滿足如32nm，28nm等技術(shù)代的工藝要求。因此，空氣隙的概念應(yīng)運(yùn)而生。由于空氣的k值為1，能很好的降低RC，但是其機(jī)械強(qiáng)度無法支撐整個(gè)結(jié)構(gòu)。于是，將低k介質(zhì)材料部分空氣隙化，從而將整體的k值降低。

銅/空氣隙的集成方案有兩種主流：一是采用特殊材料(條件分解)作為互連層介質(zhì)完成整個(gè)工藝流程，然后對(duì)特殊材料施加一個(gè)特定條件(如400℃高溫)使其發(fā)生分解，變成氣態(tài)物質(zhì)被釋放出，最終形成空氣隙。二是采用常規(guī)材料(如SiO₂、Low-k)作為互連層犧牲介質(zhì)，在完成當(dāng)前層金屬化后，反刻蝕掉犧牲介質(zhì)，沉積一層填充能力差的介質(zhì)，形成空氣隙。這些技術(shù)都能滿足關(guān)鍵尺寸進(jìn)一步縮小的要求，前者在特殊材料釋放過程中存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；后者與現(xiàn)有銅互連工藝兼容，更容易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

對(duì)于采用常規(guī)犧牲介質(zhì)的第二類銅/空氣隙的集成方案，采用金屬銅作為掩膜，直接反刻金屬間的介質(zhì)，然后沉積薄膜形成空氣隙。在干法等離子體刻蝕介質(zhì)的過程中，含Cu/N的有機(jī)物殘留在金屬銅的頂部，這些有機(jī)物能夠被有機(jī)藥液ST250去除，但同時(shí)造成金屬Cu的損傷，使得銅的上表面高度低于側(cè)壁的埋層金屬的高度，而形成埋層凸起。埋層凸起在后續(xù)的介質(zhì)膜沉積過程中，容易發(fā)生空氣隙塌陷問題，造成空氣隙的物理強(qiáng)度較低，從而最終導(dǎo)致器件失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種金屬埋層凸起的去除方法以及空氣隙的制備方法，從而制備出無金屬埋層凸起的空氣隙。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種金屬埋層凸起的去除方法，其包括；

步驟01：提供一具有金屬埋層的襯底；其中，襯底上具有介質(zhì)層、位于介質(zhì)層中的溝槽、與溝槽相間設(shè)置的金屬互連線；金屬埋層位于金屬互連線底部和側(cè)壁表面，金屬埋層的頂部高出金屬互連線的頂部的部分為金屬埋層凸起；

步驟02：采用具有高表面張力的刻蝕藥液，該刻蝕藥液與金屬互連線、介質(zhì)層不潤濕；該刻蝕藥液與金屬埋層凸起接觸后，僅將金屬埋層凸起刻蝕掉；其中，該高表面張力的刻蝕藥液為與金屬互連線、金屬埋層和介質(zhì)層的接觸角大于90度的刻蝕藥液。

優(yōu)選地，步驟02中，還包括：在刻蝕藥液刻蝕金屬埋層凸起之前，先降低襯底所處的溫度。

優(yōu)選地，降低襯底所處的溫度至3～10℃。

優(yōu)選地，所述步驟02中，還包括：在刻蝕藥液中注入氣泡。

優(yōu)選地，在刻蝕藥液中注入氣泡具體為：向刻蝕藥液中通入H₂，CO₂，N₂其中一種或多種氣體，從而在刻蝕藥液中形成氣泡。

優(yōu)選地，所述步驟02中，還包括：在刻蝕藥液中添加無機(jī)鹽。

優(yōu)選地，所述無機(jī)鹽為NH₄Cl、(NH4)₂CO₃、NH₄HCO₃其中一種或多種。

優(yōu)選地，金屬埋層的材料為TaN/Ta復(fù)合薄膜。

優(yōu)選地，所采用的刻蝕藥液由NH₄OH，H₂O₂，H₂O混合而成，NH₄OH，H₂O₂，H₂O三者的體積比為1:(1～4):(5～20)，刻蝕時(shí)間為1～30min。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種空氣隙的制備方法，包括：

步驟01：提供一襯底，在襯底表面依次形成介質(zhì)層、在介質(zhì)層中刻蝕出互連線溝槽，在互連線溝槽中沉積金屬埋層，以及在金屬埋層表面沉積填充金屬，從而形成金屬互連線；

步驟02：刻蝕去除金屬互連線之間的介質(zhì)層，在去除的介質(zhì)層位置形成溝槽；其中，在金屬互連線頂部表面形成了有機(jī)物殘留；

步驟03：去除有機(jī)物殘留，造成金屬互連線頂部的金屬損失，并使得金屬埋層頂部高出金屬互連線頂部，從而形成金屬埋層凸起；

步驟04：采用權(quán)利要求1～8任意一項(xiàng)的金屬埋層凸起的去除方法來去除金屬埋層凸起，使得金屬埋層頂部與金屬互連線頂部齊平；

步驟05：在完成步驟04的襯底上沉積另一層介質(zhì)層，將溝槽頂部封住，從而形成空氣隙。

本發(fā)明利用了高表面張力的濕法刻蝕將金屬埋層凸起刻蝕掉，為了避免刻蝕藥液對(duì)于空氣隙結(jié)構(gòu)中的介質(zhì)層以及金屬埋層的過多刻蝕，采用提高刻蝕藥液的表面張力方法，使得刻蝕藥液只停留在襯底表面包括金屬埋層表面，阻止刻蝕藥液進(jìn)入到待形成空氣隙的溝槽中，從而在確?？諝庀督Y(jié)構(gòu)不被破壞的前提下，成功去除金屬埋層凸起，實(shí)現(xiàn)了降低介質(zhì)層K值的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的金屬埋層凸起的去除方法的流程示意圖

圖2為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的高表面張力刻蝕藥液在襯底上的分布情況

圖3為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的空氣隙的制備方法的流程示意圖

圖4～8為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的空氣隙的制備方法的各制備步驟示意圖

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

以下結(jié)合附圖1～8和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、清晰地達(dá)到輔助說明本實(shí)施例的目的。

請(qǐng)參閱圖1，一種金屬埋層凸起的去除方法，包括；

步驟A01：提供一具有金屬埋層的襯底；

具體的，請(qǐng)參閱圖2，襯底1可以為具有前道工藝器件結(jié)構(gòu)的多層襯底，襯底1上具有介質(zhì)層2、位于介質(zhì)層2中的溝槽、與溝槽相間設(shè)置的金屬互連線4；金屬埋層3位于金屬互連線底部和側(cè)壁表面，金屬埋層3的頂部高出金屬互連線4的頂部的部分為金屬埋層3凸起。這里的金屬埋層的材料可以為TaN/Ta復(fù)合薄膜等，這里的金屬互連線的材料可以為銅，介質(zhì)層可以為低K介質(zhì)材料，例如BD或BDII。

步驟A02：采用具有高表面張力的刻蝕藥液，該刻蝕藥液與金屬互連線、介質(zhì)層不潤濕；該刻蝕藥液與金屬埋層凸起接觸后，僅將金屬埋層凸起刻蝕掉；

具體的，請(qǐng)?jiān)俅螀㈤唸D2，本實(shí)施例所采用的刻蝕藥液由NH₄OH，H₂O₂，H₂O混合而成，NH₄OH，H₂O₂，H₂O三者的體積比為1:(1～4):(5～20)。這里，可以在刻蝕藥液刻蝕金屬埋層凸起之前，先降低襯底所處的溫度，較佳的，降低襯底所處的溫度至3～10℃，例如，可以在襯底底部施加冷卻循環(huán)裝置即可實(shí)現(xiàn)，或者將襯底置于具有冷藏功能的腔體中等。刻蝕時(shí)間可以為1～30min。還可以在刻蝕藥液中注入氣泡，在刻蝕藥液中注入氣泡具體為：向刻蝕藥液中通入H₂，CO₂，N₂其中一種或多種氣體，從而在刻蝕藥液中形成氣泡，如圖2所示，刻蝕藥液7中充滿了氣泡8。還可以在刻蝕藥液中添加無機(jī)鹽，無機(jī)鹽為NH₄Cl、(NH₄)₂CO₃、NH₄HCO₃其中一種或多種。

本實(shí)施例中所稱的高表面張力的刻蝕藥液為與金屬互連線、金屬埋層和介質(zhì)層的接觸角大于90度的刻蝕藥液。這是因?yàn)椋?dāng)液體與固體接觸時(shí)，液體與固體之間產(chǎn)生表面張力作用。當(dāng)不同相相接觸時(shí)，表面張力間的互相作用使得不同相之間的接觸不同，如固液相接觸，即有潤濕或者不潤濕狀態(tài)。固液接觸角是判定潤濕性好壞的依據(jù)。當(dāng)接觸角等于0度時(shí)，液體完全潤濕固體表面，液體在固體表面鋪展；當(dāng)接觸角小于90度時(shí)，可認(rèn)為液體可潤濕固體；當(dāng)接觸角大于90度小于180度時(shí)，可認(rèn)為液體不潤濕固體。當(dāng)接觸角等于180時(shí)，液體在固體表面凝聚成小球，完全不潤濕。當(dāng)液體對(duì)固體表面的潤濕性越差，液體進(jìn)入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的難度也就越大。因此，本實(shí)施例中利用液固界面的這一特性，阻止藥液對(duì)溝槽(后續(xù)的空氣隙)的潤濕，在刻蝕金屬埋層凸起的同時(shí)避免了刻蝕藥液對(duì)溝槽側(cè)壁的腐蝕。再者，由于刻蝕液體的表面張力對(duì)于液固界面的潤濕性影響很大，增大刻蝕液體的表面的張力，刻蝕液體對(duì)固體表面的潤濕越難。因此，本實(shí)施例中通過降低刻蝕藥液溫度、在刻蝕藥液中添加無機(jī)鹽以及在刻蝕藥液中添加氣泡等手段，來增大刻蝕藥液的表面張力，阻止刻蝕藥液進(jìn)入到溝槽中而影響最終空氣隙的形成。

接下來，請(qǐng)查閱圖3，本實(shí)施例中還提供了一種空氣隙的制備方法，采用了上述的金屬埋層凸起的去除方法，該空氣隙的制備方法具體包括：

步驟B01：請(qǐng)參閱圖4，提供一襯底，在襯底表面依次形成介質(zhì)層、在介質(zhì)層中刻蝕出互連線溝槽，在互連線溝槽中沉積金屬埋層，以及在金屬埋層表面沉積填充金屬，從而形成金屬互連線；

具體的，襯底1可以為具有前道工藝器件結(jié)構(gòu)的多層襯底，襯底1上具有介質(zhì)層2、位于介質(zhì)層2中的溝槽、與溝槽相間設(shè)置的金屬互連線4；金屬埋層3位于金屬互連線底部和側(cè)壁表面，金屬埋層3的頂部高出金屬互連線4的頂部的部分為金屬埋層3凸起。這里的金屬埋層的材料可以為TaN/Ta復(fù)合薄膜等，這里的金屬互連線的材料可以為銅，介質(zhì)層可以為低K介質(zhì)材料，例如BD或BDII。

步驟B02：請(qǐng)參閱圖5，刻蝕去除金屬互連線4之間的介質(zhì)層2，在去除的介質(zhì)層2位置形成溝槽；其中，在金屬互連線4頂部表面形成了有機(jī)物殘留6；

具體的，可以采用光刻和刻蝕工藝來去除金屬互連線4之間的介質(zhì)層23，刻蝕工藝為等離子體干法刻蝕工藝，在刻蝕工藝之后，本實(shí)施例中會(huì)在介質(zhì)層2表面以及金屬互連線4頂部產(chǎn)生含Cu/N的多組分物質(zhì)(6)，統(tǒng)稱為有機(jī)物殘留。

步驟B03：請(qǐng)參閱圖6，去除有機(jī)物殘留6，造成金屬互連線4頂部的金屬損失，并使得金屬埋層3頂部高出金屬互連線4頂部，從而形成金屬埋層凸起；

具體的，采用濕法刻蝕藥液例如ST250藥液來去除有機(jī)物殘留，去除之后金屬互連線4頂部的金屬也缺失，使得金屬埋層3頂部高出金屬互連線4頂部，金屬埋層3頂部高出金屬互連線4頂部的部分為金屬埋層凸起。

步驟B04：請(qǐng)參閱圖7，采用上述的金屬埋層3凸起的去除方法來去除金屬埋層凸起，使得金屬埋層3頂部與金屬互連線4頂部齊平；

具體的，關(guān)于去除金屬埋層凸起的詳細(xì)過程可以參見上述描述，這里不再贅述。

步驟B05：請(qǐng)參閱圖8，在完成步驟B04的襯底1上沉積另一層介質(zhì)層，將溝槽頂部封住，從而形成空氣隙。

具體的，可以但不限于采用化學(xué)氣相沉積方法來沉積另一層介質(zhì)層，另一層介質(zhì)層將溝槽頂部封住，從而形成空氣隙。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然實(shí)施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動(dòng)與潤飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。