CN103540322A

CN103540322A - 一种用于金属阻挡层的刻蚀溶液及方法

Info

Publication number: CN103540322A
Application number: CN201310498507.XA
Authority: CN
Inventors: 李桂花; 朱熙; 仝金雨; 李德勇
Original assignee: Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: CN103540322B

Abstract

本发明涉及一种用于金属阻挡层的刻蚀溶液及方法。所述刻蚀溶液由硝酸、氢氟酸和水配制而成，所述硝酸、氢氟酸和水的体积比为硝酸：氢氟酸：水＝0.5～1.5：1：0.5～2，所述硝酸的质量浓度为65%～70%，所述氢氟酸的质量浓度为45%～49%。本发明采用了新配方的刻蚀溶液，可以选择性地去除晶圆的钽、氮化钽、钛或氮化钛的金属阻挡层，然后采用机械研磨的方法，即可去除氧化层，得到均匀的下层金属层，提高了晶圆的平整性，满足晶圆不同层次精细分析的需要，提高了失效分析的能力和效率。

Description

一种用于金属阻挡层的刻蚀溶液及方法

技术领域

本发明涉及一种刻蚀溶液及方法，特别涉及一种用于金属阻挡层的刻蚀溶液及方法。

背景技术

晶圆是由很多性质不同的薄膜堆叠而成，结构较复杂，而且不同薄膜涉及到不同的制程工艺，每层薄膜上均可能会出现失效点。在失效分析领域，为了查找失效点，最有效和最常用的方法就是采用机械研磨的方法从上到下一层一层地剥离样品，且在各层的剥离过程中，需要保证每一层的平整性。平整性取决于各层尺寸大小、导线分布情况和去除速率等因素，尺寸越大、导线分布越复杂，去除速率差别越大，平整性越难以控制。而为了降低阻值以承受大电流和高电压，很多晶圆产品的最上层为尺寸较大的铝制金属导线，而且最上层金属导线、阻挡层以及阻挡层周围的氧化层在机械研磨的过程中被去除的速率均不相同，因此采用机械研磨方法时，金属导线、金属阻挡层、周围的氧化层被去除的非常不均匀和不平整，最上层都不平整，下层的平整性就更加难以保证了。所以选择性的去除不同的层次是样品制备的一个有效手段，有时甚至是必需的手段。

现有技术为制备平整性的样品，通常采用化学刻蚀的方法，采用盐酸来选择性的去除金属导线层，随后采用机械研磨的方法来将阻挡层和氧化层一起去除。当金属尺寸比较小，分布比较均匀时，这种方法比较适用；但是当导线分布较多，较复杂，且尺寸较大时，即使现有的化学刻蚀法能将金属导线选择性去除，金属阻挡层与氧化层也难以被后续的机械研磨均匀的去除，上层金属的形状会一直存在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于金属阻挡层的刻蚀溶液及方法，解决了现有技术中晶圆的金属阻挡层和氧化层难以被均匀去除以及去除后各层不平整的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于金属阻挡层的刻蚀溶液，所述刻蚀溶液由硝酸、氢氟酸和水配制而成，所述硝酸、氢氟酸和水的体积比为硝酸：氢氟酸：水＝0.5～1.5：1：0.5～2，所述硝酸的质量浓度为65%～70%，所述氢氟酸的质量浓度为45%～49%。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述硝酸、氢氟酸和水的体积比为硝酸：氢氟酸：水=7:5:5或1:1：0.7。

进一步，所述水为去离子水、蒸馏水或超纯水。

进一步，所述金属阻挡层为钽、氮化钽、钛或氮化钛的任意一种或多种。

本发明还提供了一种薄膜剥离方法，包括以下步骤：

步骤1，采用化学刻蚀方法刻蚀晶圆最上层的金属导线层至露出晶圆的金属阻挡层；

步骤2，在室温下，将晶圆的金属阻挡层浸入所述的刻蚀溶液中进行反应，直到所述金属阻挡层被完全刻蚀至露出下层氧化层；

步骤3，采用机械研磨方法去除所述氧化层，得到均匀的下层金属层。

进一步，所述金属阻挡层的刻蚀时间为5～30s。

本发明的有益效果是：本发明采用了新配方的刻蚀溶液，可以选择性地只去除晶圆的钽、氮化钽、钛或氮化钛的金属阻挡层，然后采用机械研磨的方法去除氧化层，即可得到均匀的下层金属层，提高了晶圆的平整性，满足晶圆不同层次精细分析的需要，提高了失效分析的能力和效率。

附图说明

图1为本发明薄膜剥离方法的流程图；

图2为本发明刻蚀前的晶圆示意图；

图3为本发明金属导线层刻蚀后的晶圆示意图；

图4为本发明金属阻挡层刻蚀后的晶圆示意图；

图5为本发明氧化层研磨后的晶圆示意图；

图6为现有技术金属阻挡层和氧化层研磨后的晶圆示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

半导体制程工艺中金属阻挡层使用的多为钽、氮化钽、钛或氮化钛的任意一种或多种，化学性质比较稳定，不溶于与盐酸、硝酸，甚至王水，但是可以与硝酸和氢氟酸的混合溶液反应。

反应方程式如下：

Ta+2HNO3+6HF H2TaF6+3H2O+NO2+NO

TaN+2HNO3+6HF H2TaF6+3H2O+3NO

基于金属阻挡层的以上化学性质，本发明配制了一种用于刻蚀金属阻挡层的刻蚀溶液，所述刻蚀溶液由硝酸、氢氟酸和水配制而成，所述硝酸的质量浓度为65%～70%，所述氢氟酸的质量浓度为45%～49%，所述水为去离子水、蒸馏水或超纯水；所述刻蚀溶液中，硝酸、氢氟酸和水的体积比为硝酸：氢氟酸：纯水＝0.5～1.5：1：0.5～2的任意比例，例如在优选实施例中，选用70%质量浓度的硝酸，49%质量浓度的氢氟酸，所述硝酸、氢氟酸和水的体积比为硝酸：氢氟酸：水=7:5:5或1:1：0.7。

图1为本实施例应用配制的刻蚀溶液进行薄膜剥离的流程图，图2为刻蚀前的晶圆结构图，图3～图5为本实施例所述晶圆的薄膜剥离过程对应的晶圆结构图；如图2所示，金属导线层1为晶圆的最上层，金属导线层1周围有氧化层2，本实施例中，所述金属导线层1为金属铝的导线层。

本实施例包括以下步骤：

步骤101，采用盐酸与金属铝反应，选择性去除金属铝的导线层1，直至露出下层金属阻挡层3，如图3所示。

步骤102，在18～35℃条件下，将金属阻挡层3浸入配制好的刻蚀溶液中进行反应直到所述金属阻挡层3被完全刻蚀露出下层氧化层4，如图4所述。本实施例中，所述金属阻挡层3优选的为钽、氮化钽、钛或氮化钛的一种或多种。

本步骤中，温度对刻蚀影响较小，温度低时刻蚀速度较慢，温度过高刻蚀溶液容易挥发，优选的在室温18～35℃下进行刻蚀即可。蚀刻时间由刻蚀液成分、温度、金属阻挡层3厚度以及金属阻挡层的金属成分共同决定，时间以金属阻挡层完全刻蚀掉露出下层氧化层4为限，优选的时间范围为5～30s。

步骤103，采用机械研磨方法去除下层氧化层4和周围的氧化层2，即可得到均匀的下层金属层5，如图5所示。

现有技术在用盐酸选择性去除金属导线层1后，直接采用机械研磨的方法除去氧化层和金属阻挡层，由于去除速率不一致，上层金属的形状会一直存在，如图6所示。

本发明采用了新配方的刻蚀溶液，可以选择性地只去除晶圆的钽、氮化钽、钛或氮化钛的金属阻挡层，然后采用机械研磨的方法，即可去除氧化层，得到均匀的下层金属层，提高了晶圆的平整性，满足晶圆不同层次精细分析的需要，提高了失效分析的能力和效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于金属阻挡层的刻蚀溶液，其特征在于：所述刻蚀溶液由硝酸、氢氟酸和水配制而成，所述硝酸、氢氟酸和水的体积比为硝酸：氢氟酸：水＝0.5～1.5：1：0.5～2，所述硝酸的质量浓度为65%～70%，所述氢氟酸的质量浓度为45%～49%。

2.根据权利要求1所述的刻蚀溶液，其特征在于：所述硝酸、氢氟酸和水的体积比为硝酸：氢氟酸：水=7:5:5或1:1：0.7。

3.根据权利要求1或2所述的刻蚀溶液，其特征在于：所述水为去离子水、蒸馏水或超纯水。

4.根据权利要求1或2所述的刻蚀溶液，其特征在于：所述金属阻挡层为钽、氮化钽、钛或氮化钛的任意一种或多种。

5.一种薄膜剥离方法，包括以下步骤：

步骤2，在室温下，将晶圆的金属阻挡层浸入权利要求1至4任一所述的刻蚀溶液中进行反应，直到所述金属阻挡层被完全刻蚀至露出下层氧化层；

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述金属阻挡层为钽、氮化钽、钛或氮化钛的任意一种或多种。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述金属阻挡层的刻蚀时间为5～30s。