晶片邊緣剝落缺陷源頭的清除方法與流程
2023-10-05 23:44:34 2
本申請涉及半導體製造技術領域，具體而言，涉及一種晶片邊緣剝落缺陷源頭的清除方法與一種金屬互連結構的製作方法。
背景技術：
在製作矽通孔(Through Silicon Via，TSV)的過程中，常在晶片上設置絕緣層、刻蝕停止層與具有降低離子擴散效應的阻擋層，在光刻與刻蝕之後，晶片邊緣未形成金屬層圖案的區域，其邊緣的絕緣層、刻蝕停止層與阻擋層較難去除，並隨後續重複的金屬層製程而形成堆疊層，由於堆疊層中的各層與晶片襯底及金屬層的材料的差異，在金屬澱積的熱處理過程中，堆疊層出現熱膨脹係數失配，不同的熱膨脹係數使得堆疊層的各層之間、堆疊層與互連層以及堆疊層與澱積的金屬層之間存在應力，使得不同物質形成的結構容易發生剝離進而使該堆疊層成為剝落缺陷源頭，其中的部分掉入晶片的內部形成剝落缺陷，影響器件的良率。
現有技術中，為避免晶圓襯底的邊緣堆疊層剝落缺陷源頭對晶圓良率產生影響，常通過晶邊清洗、傾斜腐蝕或者傾斜CMP的方式把可能的剝落缺陷去除，但是，此類方法的弊端在於去除剝落缺陷的過程或設備較複雜並且較難控制，很容易去除不到位或去除過度造成更多的剝落缺陷，甚至造成嚴重的金屬汙染。
因此，為了解決剝落缺陷的過程或設備較複雜並且較難控制的問題，亟需一種容易控制並且能夠有效去除可能掉入晶片內部的晶片邊緣剝落缺陷源頭的方法。
技術實現要素：
本申請旨在提供一種晶片邊緣剝落缺陷源頭的清除方法與一種金屬互連結構的製作方法，以解決現有技術中的去除剝落缺陷的過程或設備較複雜並且較難控制的問題。
為了實現上述目的，根據本申請的一個方面，提供了一種晶片邊緣剝落缺陷源頭的清除方法，上述清除方法包括：步驟S1，對具有晶片邊緣剝落缺陷源頭的晶片進行熱處理，產生剝落缺陷；以及步驟S2，去除上述剝落缺陷。
進一步地，上述熱處理的溫度在100～600℃之間。
進一步地，上述步驟S1包括：步驟S11，將具有晶片邊緣剝落缺陷源頭的晶片進行加熱至100～600℃後保持5～300s；步驟S12，將上述晶片降溫至0～80℃後保持5～300s；以及步驟S13，重複上述步驟S11至上述步驟S12至少一次。
進一步地，上述步驟S11加熱過程中的升溫速率為3～20℃/s，上述步驟S12的降溫過程 中的降溫速率為3～10℃/s。
進一步地，上述步驟S2中採用清洗將上述剝落缺陷去除。
進一步地，上述清洗採用的洗液選自去離子水、酸溶液或鹼溶液。
根據本申請的另一個方面，提供了一種金屬互連結構的製作方法，上述製作方法包括：步驟S10，在晶片上設置依次遠離上述晶片的互連介質層和停止層；步驟S20，在上述互連介質層、上述停止層和晶片內設置矽通孔，形成具有晶片邊緣剝落缺陷源頭的晶片；步驟S30，採用上述的清除方法清除上述晶片邊緣剝落缺陷源頭；步驟S40，在上述互連介質層和上述矽通孔的裸露表面設置互連金屬層；以及步驟S50，重複上述步驟S10至上述步驟S40，各步驟中設置的互連介質層、停止層、矽通孔和互連金屬層共同形成金屬互連結構。
進一步地，上述停止層的材料選自Si3N4、氮氧化矽、聚醯亞胺中的一種或多種。
進一步地，上述步驟S20中的上述矽通孔的設置方法包括：步驟S21，對上述晶片進行刻蝕，形成預通孔；步驟S22，在上述晶片上依次設置絕緣層與阻擋層，上述絕緣層覆蓋上述互連介質層的表面與上述預通孔，上述阻擋層覆蓋上述絕緣層；步驟S23，在上述阻擋層的表面上設置金屬導電層，上述金屬導電層填充上述預通孔；步驟S24，平坦化上述金屬導電層；以及步驟S25，去除上述預通孔以外的上述停止層，形成矽通孔。
進一步地，上述絕緣層的材料與上述停止層的材料不同，形成上述絕緣層的材料為SiO2、Si3N4或SiO2與Si3N4形成的複合材料中的一種，優選形成上述阻擋層的材料為Ta、TaN、TiN或TiW。
進一步地，上述步驟S24中採用化學機械研磨法對上述金屬導電層進行平坦化。
應用本申請的技術方案，步驟S1先對具有晶片邊緣剝落缺陷源頭的晶片進行熱處理，使剝落缺陷源頭掉入晶片的內部成為剝落缺陷；晶片內部的剝落缺陷與晶片的結合力較小，使得剝落缺陷的清除變得容易，所以在步驟S2中採用常規的清除方法就可以將掉入晶片內部的剝落缺陷源頭清除。該方法較簡便且較容易控制，將可能在金屬澱積時掉入晶片內部的剝落缺陷源頭有效清除，避免了這些剝落缺陷源頭在金屬澱積時掉入晶片內部成為剝落缺陷。
附圖說明
構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用於解釋本申請，並不構成對本申請的不當限定。在附圖中：
圖1示出了本申請一種優選的實施方式中的晶片邊緣剝落缺陷源頭的清除方法的流程圖；
圖2示出了本申請一種優選的實施方式中的金屬互連結構的製作方法流程圖；
圖3示出了本申請一種優選的實施方式中的在晶片襯底上依次澱積SiO2第一介質層、Si3N4停止層後的剖面結構示意圖；
圖4示出了對圖3所示的結構進行光刻與刻蝕後形成的晶片剖面結構示意圖；
圖5示出了在圖4所示的晶片上設置SiO2絕緣層後的晶片剖面結構示意圖；
圖6示出了在圖5所示的晶片上設置TaN阻擋層後的晶片剖面結構示意圖；
圖7示出了在圖6所示的晶片上設置銅導電層後的晶片剖面結構示意圖；
圖8示出了去除圖7所示的第一預通孔以外的銅導電層、阻擋層與絕緣層後的晶片剖面結構示意圖；
圖9示出了將圖8所示的第一預通孔以外的Si3N4停止層去除後的晶片剖面結構示意圖；
圖10示出了對圖9所示的晶片進行熱處理後的晶片剖面結構示意圖；
圖11示出了對圖10所示的掉入晶片內部的剝落缺陷源頭清除後的晶片剖面；以及
圖12示出了在圖11所示的晶片上設置第一互連屬層後的晶片的剖面結構示意圖；
具體實施方式
應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。
需要注意的是，這裡所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這裡所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括複數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬於「包含」和/或「包括」時，其指明存在特徵、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
為了便於描述，在這裡可以使用空間相對術語，如「在……之上」、「在……上方」、「在……上表面」、「上面的」等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特徵與其他器件或特徵的空間位置關係。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為「在其他器件或構造上方」或「在其他器件或構造之上」的器件之後將被定位為「在其他器件或構造下方」或「在其他器件或構造之下」。因而，示例性術語「在……上方」可以包括「在……上方」和「在……下方」兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉90度或處於其他方位)，並且對這裡所使用的空間相對描述作出相應解釋。
現在，將參照附圖更詳細地描述根據本申請的示例性實施方式。然而，這些示例性實施方式可以由多種不同的形式來實施，並且不應當被解釋為只限於這裡所闡述的實施方式。應當理解的是，提供這些實施方式是為了使得本申請的公開徹底且完整，並且將這些示例性實施方式的構思充分傳達給本領域普通技術人員，在附圖中，為了清楚起見，擴大了層和區域的厚度，並且使用相同的附圖標記表示相同的器件，因而將省略對它們的描述。
正如背景技術所介紹的，採用現有方法清除剝落缺陷源頭的過程較難控制，很容易清除不到位或清除過度造成更多的剝落缺陷，甚至造成嚴重的金屬汙染。為了有效徹底清除剝落缺陷的源頭，進而減少晶片的剝落缺陷，本申請提出了一種晶片邊緣剝落缺陷源頭的清除方法與一種金屬互連結構的製作方法。
本申請一種優選的實施方式中，提供了一種晶片邊緣剝落缺陷源頭的清除方法，如圖1所示，該清除方法包括：步驟S1，對具有晶片邊緣剝落缺陷源頭的晶片進行熱處理，產生剝落缺陷；以及步驟S2，清除上述剝落缺陷。
上述清除方法，步驟S1先對具有晶片邊緣剝落缺陷源頭的晶片進行熱處理，使剝落缺陷源頭掉入晶片的內部成為剝落缺陷；晶片內部的剝落缺陷與晶片的結合力較小，使得剝落缺陷的清除變得容易，所以在步驟S2中採用常規的清除方法就可以將掉入晶片內部的剝落缺陷源頭清除。該方法較簡便且較容易控制，將可能在金屬澱積時掉入晶片內部的剝落缺陷源頭有效清除，避免了這些剝落缺陷源頭在金屬澱積時掉入晶片內部成為剝落缺陷。
為了達到較好的熱處理效果，使更多的得晶片邊緣的剝落缺陷源頭掉入晶片的內部且避免對已經形成的器件的影響，本申請優選上述熱處理的溫度在100～600℃間。
本申請的又一種優選的實施方式中，上述步驟S1包括：步驟S11，將具有晶片邊緣剝落缺陷源頭的晶片進行加熱至100～600℃後保持5～300s；步驟S12，將上述晶片降溫至0～80℃後保持5～300s；以及步驟S13，重複上述步驟S11至上述步驟S12至少一次。採用冷熱交替的方式對具有晶片邊緣剝落缺陷源頭的晶片進行熱處理，能夠獲得更好的熱處理效果，使得更多的晶片邊緣的剝落缺陷源頭掉入晶片內部，成為剝落缺陷。
為了獲得良好的熱處理效果並且避免晶片驟降驟升而產生裂紋等缺陷，本申請優選上述步驟S11加熱過程中的升溫速率為3～20℃/s，上述步驟S12的降溫過程中的降溫速率為3～10℃/s。
本申請的又一種優選的實施方式中，優選上述步驟S2中採用清洗將上述剝落缺陷清除。由於經過熱處理的掉入晶片內部的分散剝落缺陷源頭與晶片的粘附力較小，較容易清除，所以採用清洗的方式就可以將晶片內部的剝落缺陷徹底清除。
為了高效地清除晶片內部的剝落缺陷，本申請優選上述清洗採用的洗液選自去離子水、酸溶液或鹼溶液。掉入晶片內部的剝落缺陷源頭，一般採用去離子水就可以清除。當掉入晶片內部的剝落缺陷源頭較難清除時，可以採用酸溶液，比如氫氟酸溶液；也可以採用鹼溶液，比如氨水。本領域技術人員可以根據具體材料及掉入晶片內部的剝落缺陷源頭清除的難易程度選擇合適的清洗液。
本申請的又一種優選的實施方式中，提供了一種金屬互連結構的製作方法，如圖2所示，上述製作方法包括：步驟S10，在晶片上設置依次遠離上述晶片的互連介質層和停止層；步驟S20，在上述互連介質層、上述停止層和上述晶片內設置矽通孔，形成具有晶片邊緣剝落缺陷源頭的晶片；步驟S30，採用上述的清除方法清除上述晶片邊緣剝落缺陷源頭；步驟S40，在上述互連介質層和上述矽通孔的裸露表面設置互連金屬層；以及步驟S50，重複上述 步驟S10至上述步驟S40，各步驟中設置的互連介質層、停止層、矽通孔和互連金屬層共同形成金屬互連結構。
上述製作方法，採用上述晶片邊緣剝落缺陷源頭的清除方法，能夠有有效清除在任一層金屬澱積時可能掉入晶片內部的剝落缺陷源頭；重複使用上述清除方法，可以有效清除在製作金屬互連結構時可能掉入晶片內部的剝落缺陷源頭。該製作方法金屬互連結構的內部的剝落缺陷較少，晶片的良率提高。
按照本領域的常規設置方式，優選上述停止層的材料為Si3N4、氮氧化矽、聚醯亞胺、其他含氮化合物的一種或多種。
本申請的又一種優選的實施方式中，採用常規的矽通孔設置方式，優選上述步驟S20中的上述矽通孔的設置方法包括：步驟S21，對具有介質互連層與停止層的上述晶片進行刻蝕，形成預通孔；步驟S22，在上述晶片上設置絕緣層與阻擋層，上述絕緣層覆蓋上述金屬互連介質層的表面與上述預通孔；步驟S23，在上述阻擋層的表面上設置金屬導電層，上述金屬導電層填充上述預通孔；步驟S24，平坦化上述金屬導電層；以及步驟S25，清除上述預通孔以外的上述停止層，形成矽通孔。晶片邊緣的絕緣層、刻蝕停止層與阻擋層較難清除形成堆疊層，由於堆疊層中的各層與晶片襯底及金屬層的材料的差異，在金屬澱積的熱處理過程中，堆疊層出現熱膨脹係數失配，不同的熱膨脹係數使得堆疊層的各層之間、堆疊層與互連層以及堆疊層與澱積的金屬層之間存在應力，使得不同物質形成的結構容易發生剝離進而使該堆疊層成為剝落缺陷源頭，其中的部分掉入晶片的內部形成剝落缺陷。
為了使得絕緣層的絕緣隔離效果更好，本申請優選上絕緣層的材料與上述停止層的材料不同，形成上述絕緣層的材料為SiO2、Si3N4或SiO2與Si3N4形成的複合材料中的一種，優選形成上述阻擋層的材料為Ta、TaN、TiN或TiW。為了能夠較好地阻擋金屬導電層中的金屬向互連介質層的擴散，本申請優選優選形成上述阻擋層的材料為Ta、TaN、TiN或TiW。
本申請又一種優選的實施方式中，優選上述步驟S24中採用化學機械研磨法對上述金屬導電層進行平坦化。化學機械研磨法較容易控制，在有效地清除金屬導電層、阻擋層與絕緣層的同時不對晶片的其結構造成損傷。
按照本領域的常規設置方式，優選上述步驟S40中採用ECP(Electro-Chemical Plating，電化學電鍍法)在晶片的表面澱積上述互連金屬層。
為了使本領域技術人員更好地理解上述金屬互連結構的製作方法，以下將結合附圖對上述金屬互連結構的製作方法進行說明。
採用熱氧化在晶片的襯底100上澱積一層SiO2作為第一互連介質層200，然後在第一互連介質層200遠離襯底的表面設置Si3N4作為停止層300，形成如圖3所示的結構；對圖3所示的結構進行刻蝕，形成第一預通孔201，如圖4所示。
在圖4所示的晶片的表面設置SiO2作為絕緣層400，如圖5所示，SiO2絕緣層400覆蓋Si3N4停止層300的表面與第一預通孔201的表面與側面；然後在SiO2絕緣層400遠離停止層 300的表面設置TaN作為阻擋層500，如圖6所示，TaN阻擋層500覆蓋上述SiO2絕緣層400。
先用PVD澱積種子層，採用ECP在圖6所示的晶片上設置銅層作為金屬導電層600，如圖7所示，銅填充上述第一預通孔201。採用化學機械研磨對圖7所示的晶片進行減薄，清除第一預通孔201以外的銅導電層600、阻擋層500與絕緣層400，形成圖8所示的結構，第一預通孔201內的材料均保留。
採用RIE幹法刻蝕將第一預通孔以外的Si3N4停止層300清除，在第一預通孔內形成圖9所示由銅導電層600、阻擋層500和絕緣層400形成的第一矽通孔202，如圖9所示，晶片邊緣具有由Si3N4停止層300、SiO2絕緣層400與TaN阻擋層500組成的堆疊層，此堆疊層會在隨後的金屬澱積工藝中成為剝落缺陷源頭10。
對圖9所示的晶片進行冷熱交替的熱處理，先將具有晶片邊緣剝落缺陷源頭的晶片以3℃/s的速率進行升溫加熱，直到120℃，後保持25s；然後，將上述晶片以3℃/s的速率進行降溫冷卻，直到30℃，後保持30s；重複升溫與降溫的過程以達到較好的熱處理效果，如圖10所示，熱處理後，晶片邊緣的剝落缺陷源頭10掉入晶片的內部成為剝落缺陷，最後採用去離子水對圖10所示的掉入晶片內部的剝落缺陷10』進行清除，形成圖11所示的結構。在圖11所示的晶片上設置第一互連金屬層700，形成圖12所示的結構。
按照上述方法在圖12所示的晶片上設置剩餘的互連介質層、停止層、互連矽通孔和互連金屬層同時按照上述的清除方法清除可能掉入晶片內部的剝落缺陷源頭。上述製作方法較簡便且較容易控制，先採用熱處理再清洗的方法對可能掉入晶片內部的剝落缺陷進行清除。先對具有晶片邊緣剝落缺陷源頭的晶片進行熱處理，使潛在的剝落缺陷源頭產生剝落掉入晶片的內部，形成剝落缺陷，剝落缺陷分散落在晶片內部的不同位置，與晶片的結合力較小，只需通過簡單的清洗即可將這些剝落缺陷源頭清除。且在製作其他互連層的時候，重複採用晶片邊緣剝落缺陷源頭的清除方法，能夠有效清除整個互連結構中的可能掉入互連結構內部的缺陷剝落源頭。使得金屬互連結構的內部的剝落缺陷較少，晶片的良率提高。
從以上的描述中，可以看出，本申請上述的實施例實現了如下技術效果：
1)、本申請的清除方法，步驟S1先對具有晶片邊緣剝落缺陷源頭的晶片進行熱處理，使剝落缺陷源頭掉入晶片的內部成為剝落缺陷；晶片內部的剝落缺陷源頭與晶片的結合力較小，使得剝落缺陷的清除變得容易，所以在步驟S2中採用常規的清除方法就可以將掉入晶片內部的剝落缺陷源頭清除。該方法較簡便且較容易控制，將可能在金屬澱積時掉入晶片內部的剝落缺陷源頭有效清除，避免了這些剝落缺陷源頭在金屬澱積時掉入晶片內部。
2)、本申請的製作方法，採用上述晶片邊緣剝落缺陷源頭的清除方法，能夠有有效清除在某層金屬澱積時可能掉入某晶片內部的剝落缺陷源頭；重複使用上述清除方法，可以有效清除在製作金屬互連結構時可能掉入晶片內部的剝落缺陷源頭。該製作方法金屬互連結構的內部的剝落缺陷較少，晶片的良率提高。
以上所述僅為本申請的優選實施例而已，並不用於限制本申請，對於本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等 同替換、改進等，均應包含在本申請的保護範圍之內。