金鐵合金互聯線及其製作方法

2023-10-11 17:26:14 2

專利名稱：金鐵合金互聯線及其製作方法
技術領域：
本發明涉及集成電路金屬布線技術領域，特別一種金鐵合金互聯線及其製作方法。
背景技術：
隨著集成電路的發展，集成電路的運行速度越來越快，而單個器件變得越來越小， 在幾百兆赫茲的速度下，信號必須以足夠快的速度通過金屬系統才能防止程序延誤。傳統的金屬導線如Al等金屬將受到限制，這是由於在大電流的情況下，金屬離子在電流作用下出現宏觀移動的現象。在集成電路晶片中出現電遷移時，金屬離子會在陽極附近堆積，嚴重時會形成小丘或突起。同時，在陰極附近的導線內出現空洞。這樣，就會引起電路的失效， 對晶片製造業而言，電遷移可靠性將決定產品的質量。隨後基於銅導線而發展起來的雙大馬士革(鑲嵌)工藝而被普遍採用。銅是比鋁電阻率更低的金屬導電材料，採用Cu作為金屬互連導電材料，可以改善電路系統的互連特性，雙大馬士革(鑲嵌)工藝使集成電路製造技術進一步的發展。但GaN、GaAs等一些大功率、超頻電路，銅導線的應用也受到限制，這就是晶片需要更長更細的金屬導線與更低電阻率的導線的矛盾。同時，集成度的提高，必然帶來高密度多層金屬布線，而交叉疊加處必然會產生交疊寄生電容，而這些寄生電容將對集成電路的性能產生致命性的影響——互連延遲。用金布線有許多優點，用金布線能降低導線的電阻，而同時金的化學性質較穩定， 更能提高器件的可靠性。同時，考慮到要降低交疊處寄生電容的空氣橋布線的互連金屬。 綜合二者，硬金將是比較好的選擇。硬金是一類合金，這種合金通常是狗、Co、Ni與Au的合金，Fe、Co、Ni在合金裡面的含量一般不會超過5%，金的合金將有效解決Al金屬電阻過高，又能解決由於交叉而引起的寄生電容。合金導線製取可以通過蒸發、濺射、電鍍的方法獲得，而蒸發或濺射的方法有一定的弊端，通過蒸發或濺射時，整個表面都會蒸發或濺射上金屬，超過一定厚度，通過後續的腐蝕或剝離將帶來對導線的損害。電鍍的方法，可以不會把由於剝離腐蝕帶來損害降到最低，電鍍工藝步驟先是濺射/蒸發種子層，然後在種子層上電鍍金屬加厚。由於種層子往往只需要幾百埃，把不需要電鍍的部位用不導電的光刻膠覆蓋起來，只需要有選擇性的電鍍即可，最後腐蝕或剝離幾百埃的種子層。與需要剝離或腐蝕較厚金屬層比較，這種方法要可靠較得多，同時由於是選擇性電鍍，可以大大減少浪費。本發明主要通過電鍍金鐵合金的方法，以滿足特別是大功率、高頻化合物半導體領域空氣橋交叉布線高強度布線的需要和低電阻率的需要。

發明內容
(一)要解決的技術問題有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種金鐵合金互聯線及其製作方法，以滿足大功率、高頻化合物半導體領域需要較低的電阻率，同時，互聯線線條的變細，特別是滿足空氣橋布線的需要，即要低電阻率又需要一定強度的問題，通過對電鍍方式、電鍍溶液的優化，來達到控制互聯線的電阻率與強度。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種金鐵合金互聯線，該金鐵合金互聯線含有金和鐵兩種元素，鐵的含量在0. 至0.5%之間。上述方案中，通過控制金鐵的含量來控制互聯線的電阻率與強度。為達到上述目的，本發明還提供了一種金鐵合金互聯線的製作方法，該方法包括步驟1:溶液的配置；步驟2 清洗半導體晶片；步驟3 在清洗乾淨的半導體晶片上塗上一層光刻膠，然後曝光、顯影，光刻出需要布線的線條；步驟4 在光刻完好的晶片上濺射種子層；步驟5 在半導體晶片上再次塗上一層光刻膠，然後曝光、顯影，將需要電鍍線條暴露出來，不需要電鍍加厚的地方用光刻膠保護起來，實現選擇性電鍍；步驟6 將半導體晶片放在夾具上固定，對半導體晶片進行電鍍；步驟7 採用丙酮、乙醇去掉二次光刻膠；步驟8 將去完膠的半導體晶片放入丙酮、乙醇溶液中，超聲剝離電鍍時純粹導電用種子層，完成金鐵合金互聯線的製作。上述方案中，所述步驟1包括金的含量為4 13g/L，以金氰化鉀加入；鐵的含量為0. 2 1. 2g/L，以亞鐵氰化鉀加入，導電鹽檸檬酸鉀20 30g/L，光亮劑硫酸鈷為0. 5 lg/L，其餘部分補加高純水。上述方案中，所述步驟2包括將半導體晶片依次用丙酮、乙醇、水清洗乾淨。上述方案中，步驟3中所述光刻膠的厚度為1 2 μ m，步驟5中所述光刻膠的厚度為3 4μ m0上述方案中，所述步驟4包括將光刻完好的半導體晶片放入磁控濺射腔內，濺射 Ti/ff/Au或濺射Ti/Au作為種子層，Ti/W/Au或Ti/Au每種金屬的厚度為200 1000 A，Ti 的用於增加襯底材料與後面金屬的粘附性，W作為阻擋層，Au作為導電的金屬——種子層。上述方案中，所述步驟6包括將半導體晶片放在夾具上固定，根據要求確定電鍍參數，電鍍方式脈衝電鍍，通斷比為1 5 1 10，電流密度為180mA/dm2 600mA/dm2， 噴鍍方式，高純隊攪拌。上述方案中，該方法製作的金鐵合金互聯線，其硬度達170HV，能夠跨越100 μ m的跨度。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果1)、本發明是在雙大馬士革(鑲嵌)工藝的基礎上發展起來，工藝成熟，具有推廣價值。2)、本發明提供了一個滿足空氣橋工藝的方法，既能滿足空氣橋布線強度與電阻率的需要。3)、本發明提供了一個通過改變電鍍參數的方法，控制合金的濃度，達到控制強度與電阻率的方法。


圖1是本發明提供的製作金鐵合金互聯線的方法流程圖；圖2至圖11是依照本發明實施例製作金鐵合金互聯線的工藝流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1是本發明提供的製作金鐵合金互聯線的方法流程圖，該方法包括步驟1 溶液的配置；金的含量為4 13g/L，以金氰化鉀加入；鐵的含量為0. 2 1. 2g/L，以亞鐵氰化鉀加入，導電鹽檸檬酸鉀20 30g/L，光亮劑硫酸鈷為0. 5 lg/L，其餘部分補加高純水；步驟2 清洗半導體晶片；將半導體晶片依次用丙酮、乙醇、水清洗乾淨；步驟3 在清洗乾淨的半導體晶片上塗上一層光刻膠，厚度為1 2 μ m，然後曝光、 顯影，光刻出需要布線的線條；步驟4 在光刻完好的晶片上濺射種子層；將光刻完好的半導體晶片放入磁控濺射腔內，濺射Ti/W/Au或濺射Ti/Au作為種子層，Ti/ff/Au或Ti/Au每種金屬的厚度為200 1000入，Ti的用於增加襯底材料與後面金屬的粘附性，W作為阻擋層，Au作為導電的金屬——種子層；步驟5 在半導體晶片上再次塗上一層光刻膠，厚度為3 4μπι，然後曝光、顯影， 將需要電鍍線條暴露出來，不需要電鍍加厚的地方用光刻膠保護起來，實現選擇性電鍍；步驟6 將半導體晶片放在夾具上固定，對半導體晶片進行電鍍；將半導體晶片放在夾具上固定，根據要求確定電鍍參數，電鍍方式脈衝電鍍，通斷比為1 5 1 10，電流密度為180mA/dm2 600mA/dm2，噴鍍方式，高純N2攪拌；步驟7 採用丙酮、乙醇去掉二次光刻膠；步驟8 將去完膠的半導體晶片放入丙酮、乙醇溶液中，超聲剝離電鍍時純粹導電用種子層，完成金鐵合金互聯線的製作。該方法製作的金鐵合金互聯線含有金和鐵兩種元素，鐵的含量在0. 至0. 5% 之間，通過控制金鐵的含量來控制互聯線的電阻率與強度。該金鐵合金互聯線的硬度達 170HV，能夠跨越100 μ m的跨度。圖2至圖11示出了依照本發明實施例製作金鐵合金互聯線的工藝流程圖，主要包括1、溶液的配置金的含量為4 13g/L，以金氰化鉀加入；鐵的含量為0. 2 1. 2g/ L,以亞鐵氰化鉀加入，導電鹽檸檬酸鉀20 30g/L，光亮劑硫酸鈷為0. 5 lg/L，其餘部分補加高純水。2、半導體晶片的清洗把半導體晶片用丙酮、乙醇、水清洗乾淨。3、一次光刻在清洗乾淨的晶片上塗上一層膠，這層膠一般較薄大約厚度為1 2 μ m，如圖3所示，曝光、顯影后，光刻出需要布線的線條，如圖4所示。4、濺射種子層光刻完好的晶片放入磁控濺射腔內，濺射Ti/W/Au或濺射Ti/Au作為種子層，Ti/ W/Au或Ti/Au它們每種金屬的厚度200 1000入，Ti的主要作用是增加襯底材料與後面金屬的粘附性，W的作用主要是阻擋層的作用，Au主要是作為導電的金屬-種子層如圖5所
7J\ ο5、二次光刻濺射完種子層後，晶片需要再次勻膠，這次厚度為3 4um，曝光、顯影后，把需要電鍍線條暴露出來，不需要電鍍加厚的地方用光刻膠保護起來，如圖6所示，從而實現選擇性電鍍。6、電鍍把二次光刻後的晶片放在夾具上固定，根據要求確定電鍍參數，電鍍方式脈衝電鍍，通斷比為1 5 1 10，電流密度為180mA/dm2 600mA/dm2，噴鍍方式，高純隊攪拌， 需要電鍍的部位如圖7，電鍍完成後，如圖8所示。7、去膠用丙酮、乙醇等溶液把二次光刻膠去掉，圖9是去完膠後厚示意圖。8、剝離把去完膠的晶片放入丙酮、乙醇等溶液超聲，剝離電鍍時純粹導電用種子層，超聲的強度、時間主要由種子層的厚度決定，剝離完畢後如圖10所示。9、按照空氣橋電鍍的工藝電鍍出來的互連線，互連線的硬度可達170HV，可以跨越 IOOum的跨度，同時滿足互連線電阻率的需要。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種金鐵合金互聯線，其特徵在於，該金鐵合金互聯線含有金和鐵兩種元素，鐵的含量在0. 至0.5%之間。
2.根據權利要求1所述的金鐵合金互聯線，其特徵在於，通過控制金鐵的含量來控制互聯線的電阻率與強度。
3.一種金鐵合金互聯線的製作方法，其特徵在於，該方法包括 步驟1 溶液的配置；步驟2 清洗半導體晶片；步驟3 在清洗乾淨的半導體晶片上塗上一層光刻膠，然後曝光、顯影，光刻出需要布線的線條；步驟4 在光刻完好的晶片上濺射種子層；步驟5 在半導體晶片上再次塗上一層光刻膠，然後曝光、顯影，將需要電鍍線條暴露出來，不需要電鍍加厚的地方用光刻膠保護起來，實現選擇性電鍍； 步驟6 將半導體晶片放在夾具上固定，對半導體晶片進行電鍍； 步驟7 採用丙酮、乙醇去掉二次光刻膠；步驟8:將去完膠的半導體晶片放入丙酮、乙醇溶液中，超聲剝離電鍍時純粹導電用種子層，完成金鐵合金互聯線的製作。
4.根據權利要求3所述的金鐵合金互聯線的製作方法，其特徵在於，所述步驟1包括 金的含量為4 13g/L，以金氰化鉀加入；鐵的含量為0. 2 1. 2g/L，以亞鐵氰化鉀加入，導電鹽檸檬酸鉀20 30g/L，光亮劑硫酸鈷為0. 5 lg/L，其餘部分補加高純水。
5.根據權利要求3所述的金鐵合金互聯線的製作方法，其特徵在於，所述步驟2包括 將半導體晶片依次用丙酮、乙醇、水清洗乾淨。
6.根據權利要求3所述的金鐵合金互聯線的製作方法，其特徵在於，步驟3中所述光刻膠的厚度為1 2 μ m，步驟5中所述光刻膠的厚度為3 4 μ m。
7.根據權利要求3所述的金鐵合金互聯線的製作方法，其特徵在於，所述步驟4包括 將光刻完好的半導體晶片放入磁控濺射腔內，濺射Ti/W/Au或濺射Ti/Au作為種子層，Ti/ff/Au或Ti/Au每種金屬的厚度為200 1000 A，Ti的用於增加襯底材料與後面金屬的粘附性，W作為阻擋層，Au作為導電的金屬——種子層。
8.根據權利要求3所述的金鐵合金互聯線的製作方法，其特徵在於，所述步驟6包括 將半導體晶片放在夾具上固定，根據要求確定電鍍參數，電鍍方式脈衝電鍍，通斷比為1 5 1 10，電流密度為180mA/dm2 600mA/dm2，噴鍍方式，高純N2攪拌。
9.根據權利要求3所述的金鐵合金互聯線的製作方法，其特徵在於，該方法製作的金鐵合金互聯線，其硬度達170HV，能夠跨越100 μ m的跨度。
全文摘要
本發明公開了一種金鐵合金互聯線及其製作方法。該金鐵合金互聯線含有金和鐵兩種元素，鐵的含量在0.1％至0.5％之間，該方法包括溶液的配置；清洗半導體晶片；在清洗乾淨的半導體晶片上塗上一層光刻膠，然後曝光、顯影，光刻出需要布線的線條；在晶片上濺射種子層；在半導體晶片上再次塗上一層光刻膠，然後曝光、顯影，將需要電鍍線條暴露出來，不需要電鍍加厚的地方用光刻膠保護起來，實現選擇性電鍍；將半導體晶片放在夾具上固定，對半導體晶片進行電鍍；採用丙酮、乙醇去掉二次光刻膠；將去完膠的半導體晶片放入丙酮、乙醇溶液中，超聲剝離電鍍時純粹導電用種子層。本發明滿足了大功率、高頻化合物半導體互連線強度與電阻率的需要。
文檔編號H01L23/532GK102299138SQ20101021727
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月23日 優先權日2010年6月23日
發明者劉新宇, 劉煥明, 周靜濤, 李博 申請人:中國科學院微電子研究所