CN105895537A - 金属工艺的返工方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属工艺的返工方法，包括：提供基底，所述基底上形成有第一金属结构，所述第一金属结构具有缺陷；去除所述具有缺陷的第一金属结构；在所述基底上形成第二金属结构，所述第二金属结构与所述第一金属结构的形成工艺、材料和尺寸相同，且所述第二金属结构的缺陷数量小于第一金属结构的缺陷数量。本发明通过去除具有缺陷的第一金属结构，再重新在基底上形成第二金属结构，其中，所述第二金属结构与所述第一金属结构的形成工艺、材料和尺寸相同，且相较于所述第一金属结构，重新形成的第二金属结构的缺陷数量减少，实现了减少缺陷的作用，从而减少了晶圆的报废，进而降低了半导体制造的成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种金属工艺的返工方法。
背景技术
目前，在半导体器件的后端(back-end-of line，BEOL)工艺中，在半导体器件层形成之后，需要在半导体器件层上形成金属互连结构，用于实现器件之间、以及器件与外部电路的电连接。
随着集成电路技术的发展，集成电路的特征尺寸不断减小，金属互连结构对器件的影响越来越大，因此，这对实现器件之间电连接的金属互连结构的要求也越来越高。
但是，现有技术半导体制造的成本较高。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种金属工艺的返工方法，降低半导体制造的成本。
为解决上述问题，本发明提供一种金属工艺的返工方法。包括如下步骤：提供基底，所述基底上形成有第一金属结构，所述第一金属结构具有缺陷；去除所述具有缺陷的第一金属结构；在所述基底上形成第二金属结构，所述第二金属结构与所述第一金属结构的形成工艺、材料和尺寸相同，且所述第二金属结构的缺陷数量小于所述第一金属结构的缺陷数量。
可选的，所述第二金属结构的缺陷数量为零。
可选的，所述第一金属结构包括第一底层粘合层、以及位于所述第一底层粘合层表面的第一金属层。
可选的，所述第一底层粘合层为钛和氮化钛的叠层结构；所述第一金属层的材料为铝。
可选的，去除所述第一金属层的工艺为湿法刻蚀工艺。
可选的，所述湿法刻蚀工艺的工艺参数包括：采用的刻蚀溶液为醋酸、硝酸和磷酸的混合溶液，醋酸的体积浓度为5％至10％，硝酸的体积浓度为1％至5％，磷酸的体积浓度为60％至80％，刻蚀时间为50秒至300秒。
可选的，去除所述第一底层粘合层的工艺为平坦化工艺。
可选的，所述平坦化工艺的工艺时间为10秒至30秒。
可选的，提供基底的步骤还包括：所述第一金属结构表面形成有第一图形层；所述返工方法还包括：去除所述具有缺陷的第一金属结构之前，去除所述第一图形层。
可选的，去除所述第一图形层的工艺为反应离子刻蚀工艺；所述反应离子刻蚀工艺的工艺步骤包括：所采用的气体为Cl2、CHF3、BCL3、N2中的任意几种的组合，所述反应离子刻蚀工艺包括同时进行的刻蚀步骤和沉积步骤，功率为500瓦至1500瓦，压强为5毫托至10毫托。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明通过去除具有缺陷的第一金属结构，再重新在基底上形成第二金属结构，其中，所述第二金属结构与所述第一金属结构的形成工艺、材料和尺寸相同，且相较于所述第一金属结构，重新形成的第二金属结构的缺陷数量减少，实现了减少缺陷的作用，从而减少了晶圆的报废，进而降低了半导体制造的成本。
附图说明
图1至图5是本发明金属工艺的返工方法一实施例中各步骤对应结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有技术半导体制造的成本较高。
分析其原因在于：在半导体制造工艺中，后端的金属工艺包括金属薄膜沉积、干法刻蚀、化学机械研磨等多个工艺制程。其中，在金属薄膜沉积制程中，由于工艺制程的不稳定性或不可控因素，容易遇到金属薄膜溅射的缺陷问题；此外，对所述金属薄膜进行刻蚀前，还包括在所述金属薄膜表面形成图形层，所述图形层用于作为刻蚀掩膜，但所述图形层的沉积也会遇到缺陷问题。
由于现有技术金属薄膜的结构较为复杂，因此所述缺陷较难去除，从而容易引起晶圆的报废；或者在去除所述缺陷时容易对金属薄膜或图形层造成损伤，也会引起晶圆的报废，进而导致半导体制造成本的提高。
现有技术中，为了去除所述缺陷，也可以采用去除所述具有缺陷的膜层的方法。但是，去除具有缺陷的膜层的工艺，容易对剩余的其他膜层造成损伤；即使后续重新生长的膜层的缺陷数量为零，或者缺陷数量在工艺允许范围内，由于剩余的其他膜层具有损伤，依旧会引起晶圆的报废。
为了解决所述技术问题，本发明提供一种金属工艺的返工方法，包括：提供基底，所述基底上形成有第一金属结构，所述第一金属结构具有缺陷；去除所述具有缺陷的第一金属结构；在所述基底上形成第二金属结构，所述第二金属结构与所述第一金属结构的形成工艺、材料和尺寸相同，且所述第二金属结构的缺陷数量小于所述第一金属结构的缺陷数量。
本发明通过去除具有缺陷的第一金属结构，再重新在基底上形成第二金属结构，其中，所述第二金属结构与所述第一金属结构的形成工艺、材料和尺寸相同，且相较于所述第一金属结构，重新形成的第二金属结构的缺陷数量减少，实现了减少缺陷的作用，从而减少了晶圆的报废，进而降低了半导体制造的成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1至图5是本发明金属工艺的返工方法一实施例中各步骤对应结构示意图。
参考图1，提供基底100，所述基底100上形成有第一金属结构110，所述第一金属结构110具有缺陷(图未示)。
本实施例中，所述基底100包括衬底(图未示)。所述衬底的材料为硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟，所述衬底还能够为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底。本实施例中，所述衬底为硅衬底。
本实施例中，所述基底100内形成有器件结构(图未示)，所述基底100中还形成有至少一个底层金属结构(图未示)。
所述底层金属结构包括：位于所述基底100表面的底层介电层(图未示)，以及位于所述底层介电层内的底层金属层(图未示)，所述底层金属层顶部与所述基底100顶部齐平；所述底层金属结构用于与后续形成的金属结构相连接，也可用于与外部器件或其他金属结构相连接。
所述底层介电层的材料可以是SiOH、SiOCH、USG(未掺杂的二氧化硅)、FSG(掺氟的二氧化硅)、BSG(掺硼的二氧化硅)、PSG(掺磷的二氧化硅)、BPSG(掺硼磷的二氧化硅)、氢化硅倍半氧烷(HSQ，(HSiO1.5)n)或甲基硅倍半氧烷(MSQ，(CH3SiO1.5)n)。本实施例中，所述底层介电层的材料为FSG。
所述底层金属层的材料可以为Cu、Al或W等导电材料；所述基底100内可以形成有一个底层金属层或多个底层金属层；当所述基底100内形成有多个底层金属层时，所述多个底层金属层在平行于所述基底100表面方向上的尺寸相同或不同。
本实施例中，所述第一金属结构110包括第一底层粘合层120、以及位于所述第一底层粘合层120表面的第一金属层130。
所述第一底层粘合层120不仅与所述基底100具有良好的粘附性，且使所述第一金属层130更好地形成于所述第一底层粘合层120表面。本实施例中，所述第一底层粘合层120为钛层和氮化钛层构成的叠层结构。
为了降低所述第一金属结构110的电阻，进而降低后端互连电阻电容(Resistance Capacitor，简称RC)延迟，本实施例中，采用铝作为所述第一金属层130的材料。
需要说明的是，为了改善所述第一金属层130的应力迁移和电迁移等可靠性特性，所述第一金属结构110还包括：位于所述第一金属层130表面的第一顶层粘合层140。
本实施例中，所述第一顶层粘合层140为钛层和氮化钛层构成的叠层结构；其中，所述第一顶层粘合层140还可以用于作为后续刻蚀工艺的刻蚀停止层。
本实施例中，通过钛/氮化钛包夹铝的方式，可以保护所述第一金属层130，从而可以增加所述第一金属结构110的可靠性，进而增加半导体器件的可靠性。
在另一实施例中，所述第一金属结构可以仅包括位于所述基底表面的第一底层粘合层、以及位于所述第一底层粘合层表面的第一金属层。在其他实施例中，所述第一金属结构还可以仅包括位于所述基底表面的第一金属层。
需要说明的是，所述第一金属结构110内具有缺陷的原因包括：在形成所述第一底层粘合层120、第一金属层130或第一顶层粘合层140的工艺过程中，由于容易存在工艺制程的不稳定性或不可控因素，例如机台性能、工艺环境、温度、压强等异常的问题，这容易导致膜层溅射的缺陷问题；且金属工艺包括膜层沉积、干法刻蚀、化学机械研磨等多个工艺制程，随着工艺制程的复杂化，引起缺陷问题的几率和因素也相应增加。
本实施例中，提供所述基底100的步骤还包括：所述第一金属结构110表面形成有第一图形层150。
所述第一图形层150作为抗反射层，在后续的曝光显影过程中起到抗反射作用，以减小驻波效应，从而提高光刻质量。本实施例中，所述第一图形层150的材料为氧化硅或氮氧化硅。
需要说明的是，在形成所述第一图形层150的工艺过程中，也由于容易存在工艺制程的不稳定性或不可控因素，例如机台性能、工艺环境、温度、压强等异常的问题，使所述第一图形层150内具有缺陷。
结合参考图2至图4，去除所述具有缺陷的第一金属结构110(如图1所示)。
以下将结合附图对去除所述具有缺陷的第一金属结构110的步骤进行详细说明。
本实施例中，以所述第一金属结构110包括第一底层粘合层120、第一金属层130和第一顶层粘合层140，且所述第一金属层130具有缺陷为例进行说明。
参考图2，去除所述第一顶层粘合层140(如图1所示)。
去除所述第一顶层粘合层140的工艺可以为干法刻蚀工艺。本实施例中，所述干法刻蚀工艺为反应离子刻蚀工艺。
所述反应离子刻蚀工艺具有较好的刻蚀控制能力，去除所述第一顶层粘合层140后，能较精确地停在所述第一金属层130表面，也就是说，在露出所述第一金属层130表面时，停止所述刻蚀工艺，不仅可以较好地去除所述第一顶层粘合层140，还可以较好地控制后续所述第一金属层130的去除工艺。
需要说明的是，所述第一金属结构110表面形成有第一图形层150(如图1所示)。相应的，所述返工方法还包括：去除所述具有缺陷的第一金属结构110之前，采用所述反应离子刻蚀工艺，去除所述第一图形层150。也就是说说，所述第一图形层150和第一顶层粘合层140在同一道刻蚀工艺中去除。
本实施例中，所述反应离子刻蚀工艺，包括同时进行的刻蚀步骤和聚合物沉积步骤。其中，所述反应离子刻蚀工艺所采用的气体为Cl2、CHF3、BCL3、N2中的任意几种的组合。本实施例中，所采用的气体为Cl2和CHF3的混合气体。
需要说明的是，所述混合气体的气体流量不宜过大，也不宜过小。如果所述气体流量过小，容易导致刻蚀过慢，从而增加去除所述第一图形层150和第一顶层粘合层140的工艺时间，降低返工效率；如果所述气体流量过大，容易导致刻蚀速率的稳定性和均一性变差。为此，本实施例中，所采用的混合气体的气体流量为150sccm至300sccm。
还需要说明的是，为了提高刻蚀效率和刻蚀效果，所述反应离子刻蚀工艺的工艺参数均设定在合理范围内。本实施例中，所述反应离子刻蚀工艺的功率为500瓦至1500瓦，压强为5毫托至10毫托。
参考图3，去除所述第一金属层130(如图2所示)。
为了提高对所述第一金属层130的去除效果，本实施例中，采用湿法刻蚀工艺去除所述第一金属层130。
所述湿法刻蚀工艺对所述第一金属层130的刻蚀速率远远大于对所述第一底层粘合层120的刻蚀速率，从而可以在完全去除所述第一金属层130的同时，减小对所述第一底层粘合层120的损耗，进而可以更好地控制后续所述第一底层粘合层120的去除工艺。
本实施例中，所述湿法刻蚀工艺所采用的刻蚀溶液为醋酸、硝酸和磷酸的混合溶液。
需要说明的是，所述刻蚀溶液的浓度不宜过大，也不宜过小。如果所述刻蚀溶液的浓度过小，去除所述第一金属层130的效果不明显；如果所述刻蚀溶液的浓度过大，容易导致刻蚀速率的稳定性和均一性变差。为此，本实施例中，醋酸的体积浓度为5％至10％，硝酸的体积浓度为1％至5％，磷酸的体积浓度为60％至80％。
还需要说明的是，所述刻蚀时间不宜过长，也不宜过短。如果刻蚀时间过短，难以完全去除所述第一金属层130，从而引起第一金属层130残留，进而对所述第一金属结构110(如图1所示)的去除工艺产生不良影响，最终造成晶圆的报废；如果刻蚀时间过长，完全去除所述第一金属层130后，容易造成工艺时间不必要的浪费，降低返工效率，甚至在时间过长的情况下，对所述第一底层粘合层120造成腐蚀。为此，本实施例中，所述刻蚀时间为50秒至300秒。
参考图4，去除所述第一底层粘合层120(如图3所示)。
本实施例中，去除所述第一底层粘合层120的工艺为平坦化工艺。
所述平坦化工艺对所述第一底层粘合层120的去除速率，远远大于对所述基底100表面的底层介电层(图未示)的去除速率，从而可以在完全去除所述第一底层粘合层120的同时，减小对所述底层介电层的损伤。
具体地，所述平坦化工艺为化学机械研磨工艺。
需要说明的是，所述化学机械研磨工艺的工艺时间不宜过长，也不宜过短。如果所述化学机械研磨工艺的工艺时间过短，难以完全去除所述第一底层粘合层120，从而引起第一底层粘合层120残留，进而对所述第一金属结构110(如图1所示)的去除工艺产生不良影响，最终造成晶圆的报废；如果所述化学机械研磨工艺的工艺时间过长，完全去除所述第一底层粘合层120后，反而造成工艺时间不必要的浪费，降低返工效率，甚至容易引起底层介电层的损伤问题。为此，本实施例中，所述化学机械研磨工艺的工艺时间为10秒至30秒。
还需要说明的是，本实施例中，所述第一金属层130(如图2所示)内具有缺陷，去除所述第一金属层130的工艺中，容易对所述第一底层粘合层120造成损伤，从而引起所述第一底层粘合层120质量的下降；而所述第一底层粘合层120用于提高所述第一金属层130的粘附性，如果仅去除所述具缺陷的第一金属层130而保留所述第一底层粘合层120，保留的第一底层粘合层120因受到损伤而导致粘附性下降，后续在所述第一底层粘合层120表面重新形成金属层时，重新形成的金属层在所述第一底层粘合层120表面的粘附性相应变差，从而导致形成的金属结构的质量下降。因此，本实施例中，去除所述第一底层粘合层120，并在后续重新形成底层粘合层，从而可以提高后续重新形成的金属层的粘附性。
参考图5，在所述基底100上形成第二金属结构111，所述第二金属结构111与所述第一金属结构110(如图1所示)的形成工艺、材料和尺寸相同，且所述第二金属结构111的缺陷数量小于所述第一金属结构的缺陷数量。
本实施例中，所述第二金属结构111的缺陷数量在工艺允许范围内。在一个具体实施例中，所述第二金属结构111的缺陷数量为零。
本实施例中，所述第二金属结构111包括第二底层粘合层121、以及位于所述第二底层粘合层121表面的第二金属层131。
需要说明的是，为了改善所述第二金属层131的应力迁移和电迁移等可靠性特性，所述第二金属结构111还包括：位于所述第二金属层131表面的第二顶层粘合层141。
本实施例中，所述第二金属结构111与所述第一金属结构110(如图1所示)的形成工艺、材料和尺寸相同。具体可参考前述对所述第一金属结构110的描述，在此不再赘述。
需要说明的是，所述返工方法还包括：在所述基底100上形成所述第二金属结构111后，在所述第二金属结构111表面形成第二图形层151。
所述第二图形层151作为抗反射层，在后续的曝光显影过程中起到抗反射作用，以减小驻波效应，从而提高光刻质量。本实施例中，所述第二图形层151的材料为氧化硅或氮氧化硅。
通过去除所述具有缺陷的第一金属结构110(如图1所示)，再重新在所述基底100上形成第二金属结构111(如图5所示)，其中，所述第二金属结构111与所述第一金属结构110的形成工艺、材料和尺寸相同，且相较于所述第一金属结构110，重新形成的第二金属结构111的缺陷数量减少，实现了减少缺陷的作用，从而减少了晶圆的报废，进而降低了半导体制造的成本。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种金属工艺的返工方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底上形成有第一金属结构，所述第一金属结构具有缺陷；
去除所述具有缺陷的第一金属结构；
在所述基底上形成第二金属结构，所述第二金属结构与所述第一金属结构的形成工艺、材料和尺寸相同，且所述第二金属结构的缺陷数量小于所述第一金属结构的缺陷数量。
2.如权利要求1所述的金属工艺的返工方法，其特征在于，所述第二金属结构的缺陷数量为零。
3.如权利要求1所述的金属工艺的返工方法，其特征在于，所述第一金属结构包括第一底层粘合层、以及位于所述第一底层粘合层表面的第一金属层。
4.如权利要求3所述的金属工艺的返工方法，其特征在于，所述第一底层粘合层为钛和氮化钛的叠层结构；所述第一金属层的材料为铝。
5.如权利要求4所述的金属工艺的返工方法，其特征在于，去除所述第一金属层的工艺为湿法刻蚀工艺。
6.如权利要求5所述的金属工艺的返工方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺的工艺参数包括：采用的刻蚀溶液为醋酸、硝酸和磷酸的混合溶液，醋酸的体积浓度为5％至10％，硝酸的体积浓度为1％至5％，磷酸的体积浓度为60％至80％，刻蚀时间为50秒至300秒。
7.如权利要求4所述的金属工艺的返工方法，其特征在于，去除所述第一底层粘合层的工艺为平坦化工艺。
8.如权利要求7所述的金属工艺的返工方法，其特征在于，所述平坦化工艺的工艺时间为10秒至30秒。
9.如权利要求1所述的金属工艺的返工方法，其特征在于，提供基底的步骤还包括：所述第一金属结构表面形成有第一图形层；
所述返工方法还包括：去除所述具有缺陷的第一金属结构之前，去除所述第一图形层。
10.如权利要求9所述的金属工艺的返工方法，其特征在于，去除所述第一图形层的工艺为反应离子刻蚀工艺；
所述反应离子刻蚀工艺的工艺步骤包括：所采用的气体为Cl2、CHF3、BCL3、N2中的任意几种的组合，所述反应离子刻蚀工艺包括同时进行的刻蚀步骤和沉积步骤，功率为500瓦至1500瓦，压强为5毫托至10毫托。
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