高阶芯片反向去层方法

摘要

本发明公开了一种高阶芯片反向去层方法，包括：提供芯片，所述芯片包括基板以及自下而上制备于所述基板上的第一金属层、第二金属层、……、第N‑2金属层、第N‑1金属层以及第N金属层，其中，7≤N≤9；自上而下依次蚀刻所述第N金属层、所述第N‑1金属层、所述第N‑2金属层、……、所述第二金属层以及所述第一金属层；其中，蚀刻所述第N‑2金属层，包括：研磨所述第N‑2金属层上的边缘区域的氧化层；离子蚀刻所述第N‑2金属层上的中心区域的氧化层至整层所述第N‑2金属层露出金属铜；采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜至所述第N‑2金属层完全去除。

权利要求

1.一种高阶芯片反向去层方法，其特征在于，包括：

提供芯片，所述芯片包括基板以及自下而上制备于所述基板上的第一金属层、第二金属层、……、第N-2金属层、第N-1金属层以及第N金属层，其中，7≤N≤9；

自上而下依次蚀刻所述第N金属层、所述第N-1金属层、所述第N-2金属层、……、所述第二金属层以及所述第一金属层；

其中，蚀刻所述第N-2金属层，包括：

研磨所述第N-2金属层上的边缘区域的氧化层；

离子蚀刻所述第N-2金属层上的中心区域的氧化层至整层所述第N-2金属层露出金属铜；

采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜至所述第N-2金属层完全去除；

所述第N-2金属层上的氧化层的厚度是70nm～100nm，研磨所述第N-2金属层上的边缘区域的氧化层，包括：研磨所述第N-2金属层上的边缘区域的氧化层三分钟至所述第N-2金属层的边缘露出金属铜。

2.如权利要求1所述的高阶芯片反向去层方法，其特征在于，所述第N-2金属层下方制备有氮化钽层，采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜之后，还包括：研磨所述氮化钽层至所述第N-2金属层完全去除。

3.如权利要求1所述的高阶芯片反向去层方法，其特征在于，所述第N-2金属层上的氧化层的厚度是70nm～100nm，离子蚀刻所述第N-2金属层上的中心区域的氧化层至整层所述第N-2金属层露出金属铜，包括：离子蚀刻所述第N-2金属层上的中心区域的氧化层一分钟至整层所述第N-2金属层露出金属铜。

4.如权利要求1所述的高阶芯片反向去层方法，其特征在于，蚀刻所述第N-1金属层，包括：离子蚀刻所述第N-1金属层上的部分氧化层；

研磨所述第N-1金属层上剩余的氧化层至整层所述第N-1金属层露出金属铜；

采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜至所述第N-1金属层完全去除。

5.如权利要求4所述的高阶芯片反向去层方法，其特征在于，所述第N-1金属层下方制备有氮化钽层，采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜之后，还包括：研磨所述氮化钽层至所述第N-1金属层完全去除。

6.如权利要求1至5中任一项所述的高阶芯片反向去层方法，其特征在于，蚀刻所述第N金属层以及第N-3金属层至所述第一金属层中的任一金属层，包括：离子蚀刻所述任一金属层上的整层氧化层至露出金属铜；

采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜至所述任一金属层完全去除。

7.如权利要求6所述的高阶芯片反向去层方法，其特征在于，所述第一金属层至第N-3金属层以及所述第N金属层中的任一金属层下方均制备有氮化钽层，采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜之后，还包括：研磨所述氮化钽层至所述任一金属层完全去除。

8.如权利要求1所述的高阶芯片反向去层方法，其特征在于，所述蚀刻剂包括冰醋酸与稀硝酸，所述冰醋酸与所述稀硝酸的容量比为1:1。

说明书

高阶芯片反向去层方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体技术领域，尤其是指一种高阶芯片反向去层方法。

背景技术

[0002] 反向电路分析能力对国内半导体芯片设计领域为一重要的分析部份，透过对外部竞争者芯片分析以达到知己知彼的工作。国内比较有名的晶圆厂如中芯国际等都只能量产65nm成熟工艺的芯片(以下简称IC)，65nm以上工艺(如55nm、40nm、28nm等)与国外水平比较，大都存在或多或少的工艺缺陷，甚至还只能停留在实验室阶段，亦或者成本过高等问题，IC制程工艺分析(即反向电路分析)在此领域内，对于提高晶圆厂之能力，降低工艺缺陷、减少量产成本等有着直观重要作用。

[0003] 目前国内水平在55nm的IC去层(Delayer)问题，只能实现少量局部的去层，无法做到整棵IC完全去层，55nm的Cu制程一般有7层至9层金属，以8层金属为例：顶层金属(即M8)比较厚，大概在950-1000nm，M7金属厚度在850-900nm，M6M5M4M3M2M1的金属厚度大致相同，在200-250nm。参见图1至图4所示，图1～图4是现有技术中高阶芯片反向去层操作中蚀刻第八金属层至第六金属层的步骤分解图。在现有技术中，结合图1与图2所示，M8及M7整体厚度都较厚，去除时间也较长，所以去除时比较容易控制，容易去除。但在去除M6时就很难，金属越薄，去除时间越短就越难控制。关键在去除M5时是最困难的，因为M5起到承上连下的作用，而且氧化层与金属层比M6还薄，所以M5的去除完整直接关系到下面各层(即M4M3M2M1层)的完整度。结合图3与图4所示，在对M6和M5进行离子蚀刻时，由于M6和M5的厚度比较薄，因此容易将金属层击穿而破坏下层金属，如图中的a处所示。

[0004] 因此，在进行高阶芯片反向去层制程中，如何确保金属层不被击穿从而保证下层金属不被破坏，是本领域亟待解决的难题。

发明内容

[0005] 有鉴于上述问题，本发明提供了一种高阶芯片反向去层方法，包括：

[0006] 提供芯片，所述芯片包括基板以及自下而上制备于所述基板上的第一金属层、第二金属层、……、第N-2金属层、第N-1金属层以及第N金属层，其中，7≤N≤9；

[0007] 自上而下依次蚀刻所述第N金属层、所述第N-1金属层、所述第N-2金属层、……、所述第二金属层以及所述第一金属层；

[0008] 其中，蚀刻所述第N-2金属层，包括：

[0009] 研磨所述第N-2金属层上的边缘区域的氧化层；

[0010] 离子蚀刻所述第N-2金属层上的中心区域的氧化层至整层所述第N-2金属层露出金属铜；

[0011] 采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜至所述第N-2金属层完全去除。

[0012] 本发明的高阶芯片反向去层方法，在蚀刻第N-2金属层时，先研磨所述第N-2金属层上的边缘区域的氧化层；再离子蚀刻所述第N-2金属层上的中心区域的氧化层至整层所述第N-2金属层露出金属铜；最后采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜，完成对所述第N-2金属层的去层。由于芯片边缘金属较宽，不容易坏，但芯片中间区域，包含数字区域的金属较细，且金属跟金属间隔区域较大，离子蚀刻时易击穿间隔处，化学腐蚀时造成击穿处腐蚀，因此先研磨所述第N-2金属层上的氧化层，保证上层金属去除后能完整的保留下一层整层的金属且不破坏下层金属，即为高阶反向能力的体现。

[0013] 本发明高阶芯片反向去层方法的进一步改进在于，所述第N-2金属层下方制备有氮化钽层，采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜之后，还包括：研磨所述氮化钽层至所述第N-2金属层完全去除。

[0014] 本发明高阶芯片反向去层方法的进一步改进在于，所述第N-2金属层上的氧化层的厚度是70nm～100nm，研磨所述第N-2金属层上的边缘区域的氧化层，包括：研磨所述第N-2金属层上的边缘区域的氧化层三分钟至所述第N-2金属层的边缘露出金属铜。

[0015] 本发明高阶芯片反向去层方法的进一步改进在于，所述第N-2金属层上的氧化层的厚度是70nm～100nm，离子蚀刻所述第N-2金属层上的中心区域的氧化层至整层所述第N-2金属层露出金属铜，包括：离子蚀刻所述第N-2金属层上的中心区域的氧化层一分钟至整层所述第N-2金属层露出金属铜。

[0016] 本发明高阶芯片反向去层方法的进一步改进在于，蚀刻所述第N-1金属层，包括：

[0017] 离子蚀刻所述第N-1金属层上的部分氧化层；

[0018] 研磨所述第N-1金属层上剩余的氧化层至整层所述第N-1金属层露出金属铜；

[0019] 采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜至所述第N-1金属层完全去除。

[0020] 本发明高阶芯片反向去层方法的进一步改进在于，所述第N-1金属层下方制备有氮化钽层，采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜之后，还包括：研磨所述氮化钽层至所述第N-1金属层完全去除。

[0021] 本发明高阶芯片反向去层方法的进一步改进在于，蚀刻所述第N金属层以及第N-3金属层至所述第一金属层中的任一金属层，包括：

[0022] 离子蚀刻所述任一金属层上的整层氧化层至露出金属铜；

[0023] 采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜至所述任一金属层完全去除。

[0024] 本发明高阶芯片反向去层方法的进一步改进在于，所述第一金属层至第N-3金属层以及所述第N金属层中的任一金属层下方均制备有氮化钽层，采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜之后，还包括：研磨所述氮化钽层至所述任一金属层完全去除。

[0025] 本发明高阶芯片反向去层方法的进一步改进在于，所述蚀刻剂包括冰醋酸与稀硝酸，所述冰醋酸与所述稀硝酸的容量比为1:1。

附图说明

[0026] 图1～图4是现有技术中高阶芯片反向去层操作中蚀刻第八金属层至第六金属层的步骤分解图。

[0027] 图5是本发明高阶芯片反向去层方法的流程图。

[0028] 图6是本发明高阶芯片反向去层方法中蚀刻第N-2金属层的具体流程图。

[0029] 图7是本发明高阶芯片反向去层方法中蚀刻第N-1金属层的具体流程图。

[0030] 图8是本发明高阶芯片反向去层方法中蚀刻第N金属层以及第N-3金属层至第一金属层中的任一金属层的具体流程图。

[0031] 图9～图12是本发明高阶芯片反向去层方法的较佳实施例中蚀刻第八金属层至第六金属层的步骤分解图。

具体实施方式

[0032] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0033] 配合参阅图5所示，图5是本发明高阶芯片反向去层方法的流程图。本发明高阶芯片反向去层方法，包括：

[0034] 步骤S101：提供芯片，所述芯片包括基板以及自下而上制备于所述基板上的第一金属层、第二金属层、……、第N-2金属层、第N-1金属层以及第N金属层，其中，7≤N≤9；

[0035] 步骤S102：自上而下依次蚀刻所述第N金属层、所述第N-1金属层、所述第N-2金属层、……、所述第二金属层以及所述第一金属层；

[0036] 结合图6所示，图6是本发明高阶芯片反向去层方法中蚀刻第N-2金属层的具体流程图。其中，蚀刻所述第N-2金属层，包括：

[0037] 步骤S201：研磨所述第N-2金属层上的边缘区域的氧化层。优选地，所述第N-2金属层上的氧化层的厚度是70nm～100nm，研磨所述第N-2金属层上的边缘区域的氧化层，包括：研磨所述第N-2金属层上的边缘区域的氧化层三分钟至所述第N-2金属层的边缘露出金属铜。

[0038] 步骤S202：离子蚀刻所述第N-2金属层上的中心区域的氧化层至整层所述第N-2金属层露出金属铜。优选地，所述第N-2金属层上的氧化层的厚度是70nm～100nm，离子蚀刻所述第N-2金属层上的中心区域的氧化层至整层所述第N-2金属层露出金属铜，包括：离子蚀刻所述第N-2金属层上的中心区域的氧化层一分钟至整层所述第N-2金属层露出金属铜。

[0039] 步骤S203：采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜至所述第N-2金属层完全去除。优选地，所述第N-2金属层下方制备有氮化钽层，采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜之后，还包括：研磨所述氮化钽层至所述第N-2金属层完全去除。更优选地，所述蚀刻剂包括冰醋酸与稀硝酸，所述冰醋酸与所述稀硝酸的容量比为1:1。

[0040] 结合图7所示，图7是本发明高阶芯片反向去层方法中蚀刻第N-1金属层的具体流程图。其中，蚀刻所述第N-1金属层，包括：

[0041] 步骤S301：离子蚀刻所述第N-1金属层上的部分氧化层；

[0042] 步骤S302：研磨所述第N-1金属层上剩余的氧化层至整层所述第N-1金属层露出金属铜；

[0043] 步骤S303：采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜至所述第N-1金属层完全去除。优选地，所述第N-1金属层下方制备有氮化钽层，采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜之后，还包括：研磨所述氮化钽层至所述第N-1金属层完全去除。

[0044] 结合图8所示，图8是本发明高阶芯片反向去层方法中蚀刻第N金属层以及第N-3金属层至第一金属层中的任一金属层的具体流程图。其中，蚀刻所述第N金属层以及第N-3金属层至所述第一金属层中的任一金属层，包括：

[0045] 步骤S401：离子蚀刻所述任一金属层上的整层氧化层至露出金属铜；

[0046] 步骤S402：采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜至所述任一金属层完全去除。优选地，所述第一金属层至第N-3金属层以及所述第N金属层中的任一金属层下方均制备有氮化钽层，采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜之后，还包括：研磨所述氮化钽层至所述任一金属层完全去除。

[0047] 本发明的高阶芯片反向去层方法，在蚀刻第N-2金属层时，先研磨所述第N-2金属层上的边缘区域的氧化层；再离子蚀刻所述第N-2金属层上的中心区域的氧化层至整层所述第N-2金属层露出金属铜；最后采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜，完成对所述第N-2金属层的去层。由于芯片边缘金属较宽，不容易坏，但芯片中间区域，包含数字区域的金属较细，且金属跟金属间隔区域较大，离子蚀刻时易击穿间隔处，化学腐蚀时造成击穿处腐蚀，因此先研磨所述第N-2金属层上的氧化层，保证上层金属去除后能完整的保留下一层整层的金属且不破坏下层金属，即为高阶反向能力的体现。

[0048] 以下通过本发明的一个较佳实施例，对本发明进行详细的介绍。在该较佳实施例中，以55nm芯片包括8层金属层为例。结合图9～图12，图9～图12是该较佳实施例中蚀刻第八金属层至第六金属层的步骤分解图。在该较佳实施例中，反向去层方法，包括：

[0049] 步骤1：提供芯片1，芯片1包括基板10以及自下而上依次制备于基板10上的第一金属层M1、第二金属层M2、第三金属层M3、第四金属层M4、第五金属层M5、第六金属层M6、第七金属层M7以及第八金属层M8。第一金属层M1、第二金属层M2、第三金属层M3、第四金属层M4、第五金属层M5、第六金属层M6、第七金属层M7以及第八金属层M8之间通过金属连接孔20而保持相互电性连接，第一金属层M1、第二金属层M2、第三金属层M3、第四金属层M4、第五金属层M5、第六金属层M6、第七金属层M7以及第八金属层M8之间的其他区域均填充有氧化层30。

[0050] 步骤2：自上而下依次蚀刻第八金属层M8、第七金属层M7、第六金属层M6、第五金属层M5、第四金属层M4、第三金属层M3、第二金属层M2以及第一金属层M1；

[0051] 其中，蚀刻第六金属层M6的蚀刻法H1，包括：

[0052] 步骤1：研磨第六金属层M6上的边缘区域的氧化层30。优选地，第六金属层M6上的氧化层的厚度是70nm～100nm，研磨第六金属层M6上的边缘区域的氧化层30三分钟至第六金属层M6的边缘露出金属铜。

[0053] 步骤2：离子蚀刻第六金属层M6上的中心区域的氧化层30至整层第六金属层M6露出金属铜。优选地，第六金属层M6上的氧化层的厚度是70nm～100nm，离子蚀刻第六金属层M6上的中心区域的氧化层30一分钟至整层第六金属层M6露出金属铜。

[0054] 步骤3：采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜至第六金属层M6完全去除。优选地，第六金属层M6下方制备有氮化钽层40，采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜之后，还包括：研磨氮化钽层40至第六金属层M6完全去除。更优选地，所述蚀刻剂包括冰醋酸与稀硝酸，所述冰醋酸与所述稀硝酸的容量比为1:1。

[0055] 其中，蚀刻第七金属层M7的蚀刻法H2，包括：

[0056] 步骤1：离子蚀刻第七金属层M7上的部分氧化层30；

[0057] 步骤2：研磨第七金属层M7上剩余的氧化层30至整层第七金属层M7露出金属铜；

[0058] 步骤3：采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜至第七金属层M7完全去除。优选地，第七金属层M7下方制备有氮化钽层40，采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜之后，还包括：研磨氮化钽层40至第七金属层M7完全去除。

[0059] 其中，蚀刻第一金属层M1、第二金属层M2、第三金属层M3、第四金属层M4、第五金属层M5或第八金属层M8的蚀刻法H3，包括：

[0060] 步骤1：离子蚀刻第一金属层M1、第二金属层M2、第三金属层M3、第四金属层M4、第五金属层M5或第八金属层M8上的整层氧化层30至露出金属铜；

[0061] 步骤2：采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜至第一金属层M1、第二金属层M2、第三金属层M3、第四金属层M4、第五金属层M5或第八金属层M8完全去除。优选地，第一金属层M1、第二金属层M2、第三金属层M3、第四金属层M4、第五金属层M5或第八金属层M8下方制备有氮化钽层40，采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜之后，还包括：研磨氮化钽层40至第一金属层M1、第二金属层M2、第三金属层M3、第四金属层M4、第五金属层M5或第八金属层M8完全去除。

[0062] 在该较佳实施例中，去除第八金属层至第六金属层时，首先采用蚀刻法H3将第八金属层M8去除；再采用蚀刻法H2将第七金属层M7去除，去除M7层时先离子蚀刻掉部分氧化层30后再改用研磨剩余的氧化层30至整层第七金属层M7露出金属铜，减少离子蚀刻与金属跟金属间隔区域处的腐蚀时间，这样就使金属跟金属间隔区域处的氧化层得以保留部分，对下层整层去层起到关键作用；然后再采用蚀刻法H1将第六金属层M6去除，先研磨第六金属层M6上的边缘区域的氧化层30；再离子蚀刻第六金属层M6上的中心区域的氧化层30至整层第六金属层M6露出金属铜；最后采用蚀刻剂腐蚀所述金属铜，完成对第六金属层M6的去层。由于芯片边缘金属较宽，不容易坏，但芯片中间区域，包含数字区域的金属较细，且金属跟金属间隔区域较大，离子蚀刻时易击穿间隔处，化学腐蚀时造成击穿处腐蚀，因此先研磨所述第六金属层上的氧化层，保证上层金属去除后能完整的保留下一层整层的金属且不破坏下层金属，即为高阶反向能力的体现。

[0063] 以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。