一種提高銅互連可靠性的表面處理方法
2023-06-22 04:21:01 5
專利名稱：一種提高銅互連可靠性的表面處理方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種提高銅互連可靠性的表面處理方法。
背景技術：
在半導體集成電路工業 中，高性能的集成電路晶片需要儘可能低的連線電容電阻 (Resistor Capacitor，簡稱RC)信號延遲和信號串擾。為此，需要低電阻率的銅金屬線以及連線的層間和線間填充低介電常數介質材料，以達到降低寄生電容的目的，從而提高器件性能。但是，目前普遍採用的低介電常數(Low-K)絕緣介質材料是摻碳的多孔氧化矽，伴隨著介電常數要求的不斷降低，介電材料的孔隙率和含碳量在不斷增加，其結構就越來越疏鬆，在工藝過程中，疏鬆的介電材料容易受到的損傷而使其介電常數升高，且在表面會產生殘留物，使其結合力降低。工藝的損傷和不良的表面結合力會造成銅金屬線易被氧化，容易擴散到介質絕緣層，從而使金屬容易發生電子遷移(Electro-Migration，簡稱EM)和應力遷移(Stress Migration，簡稱SM)，絕緣層較容易被擊穿，器件的可靠性性能會明顯降低。因此如何有效地避免低介電常數材料損傷，以提高介質層介電擊穿壽命，以及如何改善金屬層表面狀態， 提高與表面的結合力，從而提高電遷移和應力遷移性能，成為一個尤為重要的課題。目前，中國專利(申請號201110150700. 5，一種提高銅互連可靠性的表面處理方法)公布的一種方法，通過採用特定配比的氫氣，氨氣和甲烷等還原性氣體組合，在遠端產生等離子體後，傳送到銅互連結構的表面進行預處理。但這種方法中，由於有氨氣的使用， 經過表面處理後，會有大量的氮元素，富集在此表面上，在後續的與光阻接觸過程中，氮元素會導致的光阻中毒和變性。
發明內容
本發明公開了一種提高銅互連可靠性的表面處理方法，其中，包括以下步驟 步驟Sl 採用一定配比包含有氫氣和碳氫化合物的混合氣體，於遠端產生等離子氣
體；
步驟S2 將上述等離子氣體傳送到銅互連線結構的表面，以去除其表面的殘留物及氧化物；
步驟S3 沉積介質阻擋層覆蓋銅互連線結構。上述的提高銅互連可靠性的表面處理方法，其中，銅互連線結構為經過化學機械研磨後的銅大馬士革結構。上述的提高銅互連可靠性的表面處理方法，其中，銅互連線結構包含嵌入設置在低介電常數材料層的銅互連線。上述的提高銅互連可靠性的表面處理方法，其中，步驟S2通過將等離子氣體通入反腔，以去除銅互連線結構表面的殘留物及氧化物。
上述的提高銅互連可靠性的表面處理方法，其中，混合氣體不包含氮元素。綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明提出一種提高銅互連可靠性的表面處理方法，通過遠端將氫氣和碳氫化合物等還原性混合氣體等離子化後形成的等離子氣體，以去除銅互連線結構中銅金屬層表面的氧化物以及化學機械研磨工藝過程中殘留物， 從而獲得原子級的清潔表面，且提高了該表面與含氮阻擋層的結合力，因此使銅互連的抗電遷移性和抗應力遷移性能及介質層的介電擊穿壽命均得到提高；同時，還可以減少對介質層的損傷，有利於晶片整體性能的提高；而由於 等離子氣體中不包含氮元素，在後續的與光阻接觸過程中，避免了由於氮元素所導致的光阻中毒和變性的風險，進一步提高了互聯關鍵尺寸的一致性。
圖1-4是本發明提高銅互連可靠性的表面處理方法結構流程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的說明
圖1-4是本發明提高銅互連可靠性的表面處理方法結構流程示意圖。如圖1-4所示， 在90納米及其以上的工藝中，本發明一種提高銅互連可靠性的表面處理方法
如圖1所示，經過化學機械研磨後的銅大馬士革結構1，銅互連線12嵌入設置在低介電常數材料層11中，兩者的上表面在同一水平線上；由於在化學機械研磨工序中產生的殘留物附著在銅互連線12的上表面，與銅互連線12的上表面被氧化形成銅的氧化物共同構成殘留物氧化物層13，從而易產生電子遷移和應力遷移，使得絕緣層易被擊穿，降低了器件的可靠性。然後，採用一定配比包含有氫氣和碳氫化合物等氣體的還原性混合氣體，於遠端進行等離子化，形成不包含氮元素的等離子氣體。將該等離子氣體通入銅大馬士革結構1 的反應腔中，對殘留物氧化物層13進行等離子體處理14，在去除殘留物及給低介電常數材料層11補碳，同時將銅互連線12的上表面銅的氧化物還原為銅金屬，去除殘留物氧化物層 13。之後，澱積介質阻擋層15覆蓋低介電常數材料層11和銅互連線12的上表面，由於殘留物氧化物層13被去除，銅大馬士革結構1的上表面的結合力得到提高，改善了電子遷移和應力遷移問題；其中，在對對殘留物氧化物層13進行等離子體處理14後應快速進行後續工藝，以防止銅互連線12的上表面被再次的氧化。綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明提出一種提高銅互連可靠性的表面處理方法，通過遠端將氫氣和碳氫化合物等還原性混合氣體等離子化後形成的等離子氣體，以去除銅互連線結構中銅金屬層表面的氧化物以及化學機械研磨工藝過程中殘留物， 從而獲得原子級的清潔表面，且提高了該表面與含氮阻擋層的結合力，因此使銅互連的抗電遷移性和抗應力遷移性能及介質層的介電擊穿壽命均得到提高；同時，還可以減少對介質層的損傷，有利於晶片整體性能的提高；而由於等離子氣體中不包含氮元素，在後續的與光阻接觸過程中，避免了由於氮元素所導致的光阻中毒和變性的風險，進一步提高了互聯關鍵尺寸的一致性。
通過說明和附圖，給出了具體實施方式
的特定結構的典型實施例，基於本發明精神，還可作其他的轉換。儘管上述發明提出了現有的較佳實施例，然而，這些內容並不作為局限。對於本領域的技術人員而言，閱讀上述說明後，各種變化和修正無疑將顯而易見。 因此，所附的權利要求書應看作是涵蓋本發明的真實意圖和範圍的全部變化和修正。在權利要求書範圍內任何和所有等價的範圍與內容，都應認為仍屬本發明的意圖和範圍內。
權利要求
1.一種提高銅互連可靠性的表面處理方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟Sl 採用一定配比包含有氫氣和碳氫化合物的混合氣體，於遠端產生等離子氣體；步驟S2 將上述等離子氣體傳送到銅互連線結構的表面，以去除其表面的殘留物及氧化物；步驟S3 沉積介質阻擋層覆蓋銅互連線結構。
2.根據權利要求1所述的提高銅互連可靠性的表面處理方法，其特徵在於，銅互連線結構為經過化學機械研磨後的銅大馬士革結構。
3.根據權利要求1或2所述的提高銅互連可靠性的表面處理方法，其特徵在於，銅互連線結構包含嵌入設置在低介電常數材料層的銅互連線。
4.根據權利要求1所述的提高銅互連可靠性的表面處理方法，其特徵在於，步驟S2通過將等離子氣體通入反腔，以去除銅互連線結構表面的殘留物及氧化物。
5.根據權利要求1所述的提高銅互連可靠性的表面處理方法，其特徵在於，混合氣體不包含氮元素。
全文摘要
本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種提高銅互連可靠性的表面處理方法，通過遠端將氫氣和碳氫化合物等還原性混合氣體等離子化後形成的等離子氣體，以去除銅互連線結構中銅金屬層表面的氧化物以及化學機械研磨工藝過程中殘留物，從而獲得原子級的清潔表面，且提高了該表面與含氮阻擋層的結合力，因此使銅互連的抗電遷移性和抗應力遷移性能及介質層的介電擊穿壽命均得到提高；同時，還可以減少對介質層的損傷，有利於晶片整體性能的提高；而由於等離子氣體中不包含氮元素，在後續的與光阻接觸過程中，避免了由於氮元素所導致的光阻中毒和變性的風險，進一步提高了互聯關鍵尺寸的一致性。
文檔編號H01L21/768GK102446834SQ20111029909
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者張文廣, 徐強, 鄭春生, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司