CN105895537B - 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(ResistanceCapacitor，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 (5)
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；
所述第一金属结构包括第一底层粘合层、位于所述第一底层粘合层表面的第一金属层以及位于所述第一金属层表面的第一顶层粘合层；
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；
去除所述第一顶层粘合层的工艺为干法刻蚀工艺，所述干法刻蚀工艺为反应离子刻蚀工艺；
去除所述第一金属层的工艺为湿法刻蚀工艺；
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；
去除所述第一底层粘合层的工艺为平坦化工艺。
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，所述平坦化工艺的工艺时间为10秒至30秒。
4.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。
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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