CN102299138A

CN102299138A - 金铁合金互联线及其制作方法

Info

Publication number: CN102299138A
Application number: CN2010102172714A
Authority: CN
Inventors: 刘焕明; 周静涛; 李博; 刘新宇
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2011-12-28

Abstract

本发明公开了一种金铁合金互联线及其制作方法。该金铁合金互联线含有金和铁两种元素，铁的含量在0.1％至0.5％之间，该方法包括：溶液的配置；清洗半导体芯片；在清洗干净的半导体芯片上涂上一层光刻胶，然后曝光、显影，光刻出需要布线的线条；在芯片上溅射种子层；在半导体芯片上再次涂上一层光刻胶，然后曝光、显影，将需要电镀线条暴露出来，不需要电镀加厚的地方用光刻胶保护起来，实现选择性电镀；将半导体芯片放在夹具上固定，对半导体芯片进行电镀；采用丙酮、乙醇去掉二次光刻胶；将去完胶的半导体芯片放入丙酮、乙醇溶液中，超声剥离电镀时纯粹导电用种子层。本发明满足了大功率、高频化合物半导体互连线强度与电阻率的需要。

Description

金铁合金互联线及其制作方法

技术领域

本发明涉及集成电路金属布线技术领域，特别一种金铁合金互联线及其制作方法。

背景技术

随着集成电路的发展，集成电路的运行速度越来越快，而单个器件变得越来越小，在几百兆赫兹的速度下，信号必须以足够快的速度通过金属系统才能防止程序延误。传统的金属导线如Al等金属将受到限制，这是由于在大电流的情况下，金属离子在电流作用下出现宏观移动的现象。在集成电路芯片中出现电迁移时，金属离子会在阳极附近堆积，严重时会形成小丘或突起。同时，在阴极附近的导线内出现空洞。这样，就会引起电路的失效，对芯片制造业而言，电迁移可靠性将决定产品的质量。

随后基于铜导线而发展起来的双大马士革(镶嵌)工艺而被普遍采用。铜是比铝电阻率更低的金属导电材料，采用Cu作为金属互连导电材料，可以改善电路系统的互连特性，双大马士革(镶嵌)工艺使集成电路制造技术进一步的发展。但GaN、GaAs等一些大功率、超频电路，铜导线的应用也受到限制，这就是芯片需要更长更细的金属导线与更低电阻率的导线的矛盾。同时，集成度的提高，必然带来高密度多层金属布线，而交叉叠加处必然会产生交叠寄生电容，而这些寄生电容将对集成电路的性能产生致命性的影响——互连延迟。

用金布线有许多优点，用金布线能降低导线的电阻，而同时金的化学性质较稳定，更能提高器件的可靠性。同时，考虑到要降低交叠处寄生电容的空气桥布线的互连金属。综合二者，硬金将是比较好的选择。硬金是一类合金，这种合金通常是Fe、Co、Ni与Au的合金，Fe、Co、Ni在合金里面的含量一般不会超过5％，金的合金将有效解决Al金属电阻过高，又能解决由于交叉而引起的寄生电容。

合金导线制取可以通过蒸发、溅射、电镀的方法获得，而蒸发或溅射的方法有一定的弊端，通过蒸发或溅射时，整个表面都会蒸发或溅射上金属，超过一定厚度，通过后续的腐蚀或剥离将带来对导线的损害。电镀的方法，可以不会把由于剥离腐蚀带来损害降到最低，电镀工艺步骤先是溅射/蒸发种子层，然后在种子层上电镀金属加厚。由于种层子往往只需要几百埃，把不需要电镀的部位用不导电的光刻胶覆盖起来，只需要有选择性的电镀即可，最后腐蚀或剥离几百埃的种子层。与需要剥离或腐蚀较厚金属层比较，这种方法要可靠较得多，同时由于是选择性电镀，可以大大减少浪费。

本发明主要通过电镀金铁合金的方法，以满足特别是大功率、高频化合物半导体领域空气桥交叉布线高强度布线的需要和低电阻率的需要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种金铁合金互联线及其制作方法，以满足大功率、高频化合物半导体领域需要较低的电阻率，同时，互联线线条的变细，特别是满足空气桥布线的需要，即要低电阻率又需要一定强度的问题，通过对电镀方式、电镀溶液的优化，来达到控制互联线的电阻率与强度。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种金铁合金互联线，该金铁合金互联线含有金和铁两种元素，铁的含量在0.1％至0.5％之间。

上述方案中，通过控制金铁的含量来控制互联线的电阻率与强度。

为达到上述目的，本发明还提供了一种金铁合金互联线的制作方法，该方法包括：

步骤1：溶液的配置；

步骤2：清洗半导体芯片；

步骤3：在清洗干净的半导体芯片上涂上一层光刻胶，然后曝光、显影，光刻出需要布线的线条；

步骤4：在光刻完好的芯片上溅射种子层；

步骤5：在半导体芯片上再次涂上一层光刻胶，然后曝光、显影，将需要电镀线条暴露出来，不需要电镀加厚的地方用光刻胶保护起来，实现选择性电镀；

步骤6：将半导体芯片放在夹具上固定，对半导体芯片进行电镀；

步骤7：采用丙酮、乙醇去掉二次光刻胶；

步骤8：将去完胶的半导体芯片放入丙酮、乙醇溶液中，超声剥离电镀时纯粹导电用种子层，完成金铁合金互联线的制作。

上述方案中，所述步骤1包括：金的含量为4～13g/L，以金氰化钾加入；铁的含量为0.2～1.2g/L，以亚铁氰化钾加入，导电盐柠檬酸钾20～30g/L，光亮剂硫酸钴为0.5～1g/L，其余部分补加高纯水。

上述方案中，所述步骤2包括：将半导体芯片依次用丙酮、乙醇、水清洗干净。

上述方案中，步骤3中所述光刻胶的厚度为1～2μm，步骤5中所述光刻胶的厚度为3～4μm。

上述方案中，所述步骤4包括：将光刻完好的半导体芯片放入磁控溅射腔内，溅射Ti/W/Au或溅射Ti/Au作为种子层，Ti/W/Au或Ti/Au每种金属的厚度为200～1000

Ti的用于增加衬底材料与后面金属的粘附性，W作为阻挡层，Au作为导电的金属——种子层。

上述方案中，所述步骤6包括：将半导体芯片放在夹具上固定，根据要求确定电镀参数，电镀方式：脉冲电镀，通断比为1∶5～1∶10，电流密度为180mA/dm²～600mA/dm²，喷镀方式，高纯N₂搅拌。

上述方案中，该方法制作的金铁合金互联线，其硬度达170HV，能够跨越100μm的跨度。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1)、本发明是在双大马士革(镶嵌)工艺的基础上发展起来，工艺成熟，具有推广价值。

2)、本发明提供了一个满足空气桥工艺的方法，既能满足空气桥布线强度与电阻率的需要。

3)、本发明提供了一个通过改变电镀参数的方法，控制合金的浓度，达到控制强度与电阻率的方法。

附图说明

图1是本发明提供的制作金铁合金互联线的方法流程图；

图2至图11是依照本发明实施例制作金铁合金互联线的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1是本发明提供的制作金铁合金互联线的方法流程图，该方法包括：

步骤1：溶液的配置；

金的含量为4～13g/L，以金氰化钾加入；铁的含量为0.2～1.2g/L，以亚铁氰化钾加入，导电盐柠檬酸钾20～30g/L，光亮剂硫酸钴为0.5～1g/L，其余部分补加高纯水；

步骤2：清洗半导体芯片；

将半导体芯片依次用丙酮、乙醇、水清洗干净；

步骤3：在清洗干净的半导体芯片上涂上一层光刻胶，厚度为1～2μm，然后曝光、显影，光刻出需要布线的线条；

步骤4：在光刻完好的芯片上溅射种子层；

将光刻完好的半导体芯片放入磁控溅射腔内，溅射Ti/W/Au或溅射Ti/Au作为种子层，Ti/W/Au或Ti/Au每种金属的厚度为200～1000Ti的用于增加衬底材料与后面金属的粘附性，W作为阻挡层，Au作为导电的金属——种子层；

步骤5：在半导体芯片上再次涂上一层光刻胶，厚度为3～4μm，然后曝光、显影，将需要电镀线条暴露出来，不需要电镀加厚的地方用光刻胶保护起来，实现选择性电镀；

将半导体芯片放在夹具上固定，根据要求确定电镀参数，电镀方式：脉冲电镀，通断比为1∶5～1∶10，电流密度为180mA/dm²～600mA/dm²，喷镀方式，高纯N₂搅拌；

步骤7：采用丙酮、乙醇去掉二次光刻胶；

该方法制作的金铁合金互联线含有金和铁两种元素，铁的含量在0.1％至0.5％之间，通过控制金铁的含量来控制互联线的电阻率与强度。该金铁合金互联线的硬度达170HV，能够跨越100μm的跨度。

图2至图11示出了依照本发明实施例制作金铁合金互联线的工艺流程图，主要包括：

1、溶液的配置：金的含量为4～13g/L，以金氰化钾加入；铁的含量为0.2～1.2g/L，以亚铁氰化钾加入，导电盐柠檬酸钾20～30g/L，光亮剂硫酸钴为0.5～1g/L，其余部分补加高纯水。

2、半导体芯片的清洗：把半导体芯片用丙酮、乙醇、水清洗干净。

3、一次光刻

在清洗干净的芯片上涂上一层胶，这层胶一般较薄大约厚度为1～2μm，如图3所示，曝光、显影后，光刻出需要布线的线条，如图4所示。

4、溅射种子层

光刻完好的芯片放入磁控溅射腔内，溅射Ti/W/Au或溅射Ti/Au作为种子层，Ti/W/Au或Ti/Au它们每种金属的厚度200～1000

Ti的主要作用是增加衬底材料与后面金属的粘附性，W的作用主要是阻挡层的作用，Au主要是作为导电的金属-种子层如图5所示。

5、二次光刻

溅射完种子层后，芯片需要再次匀胶，这次厚度为3～4um，曝光、显影后，把需要电镀线条暴露出来，不需要电镀加厚的地方用光刻胶保护起来，如图6所示，从而实现选择性电镀。

6、电镀

把二次光刻后的芯片放在夹具上固定，根据要求确定电镀参数，电镀方式：脉冲电镀，通断比为1∶5～1∶10，电流密度为180mA/dm²～600mA/dm²，喷镀方式，高纯N₂搅拌，需要电镀的部位如图7，电镀完成后，如图8所示。

7、去胶

用丙酮、乙醇等溶液把二次光刻胶去掉，图9是去完胶后厚示意图。

8、剥离

把去完胶的芯片放入丙酮、乙醇等溶液超声，剥离电镀时纯粹导电用种子层，超声的强度、时间主要由种子层的厚度决定，剥离完毕后如图10所示。

9、按照空气桥电镀的工艺电镀出来的互连线，互连线的硬度可达170HV，可以跨越100um的跨度，同时满足互连线电阻率的需要。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种金铁合金互联线，其特征在于，该金铁合金互联线含有金和铁两种元素，铁的含量在0.1％至0.5％之间。

2.根据权利要求1所述的金铁合金互联线，其特征在于，通过控制金铁的含量来控制互联线的电阻率与强度。

3.一种金铁合金互联线的制作方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1：溶液的配置；

步骤2：清洗半导体芯片；

步骤4：在光刻完好的芯片上溅射种子层；

步骤7：采用丙酮、乙醇去掉二次光刻胶；

4.根据权利要求3所述的金铁合金互联线的制作方法，其特征在于，所述步骤1包括：

金的含量为4～13g/L，以金氰化钾加入；铁的含量为0.2～1.2g/L，以亚铁氰化钾加入，导电盐柠檬酸钾20～30g/L，光亮剂硫酸钴为0.5～1g/L，其余部分补加高纯水。

5.根据权利要求3所述的金铁合金互联线的制作方法，其特征在于，所述步骤2包括：

将半导体芯片依次用丙酮、乙醇、水清洗干净。

6.根据权利要求3所述的金铁合金互联线的制作方法，其特征在于，步骤3中所述光刻胶的厚度为1～2μm，步骤5中所述光刻胶的厚度为3～4μm。

7.根据权利要求3所述的金铁合金互联线的制作方法，其特征在于，所述步骤4包括：

将光刻完好的半导体芯片放入磁控溅射腔内，溅射Ti/W/Au或溅射Ti/Au作为种子层，Ti/W/Au或Ti/Au每种金属的厚度为200～1000

8.根据权利要求3所述的金铁合金互联线的制作方法，其特征在于，所述步骤6包括：

将半导体芯片放在夹具上固定，根据要求确定电镀参数，电镀方式：脉冲电镀，通断比为1∶5～1∶10，电流密度为180mA/dm²～600mA/dm²，喷镀方式，高纯N₂搅拌。

9.根据权利要求3所述的金铁合金互联线的制作方法，其特征在于，该方法制作的金铁合金互联线，其硬度达170HV，能够跨越100μm的跨度。