氟碳化合物膜的表面處理的製作方法

2023-10-11 07:56:54

專利名稱：氟碳化合物膜的表面處理的製作方法
技術領域：
本申請要求下列優先權，2009年1月22日提交的美國臨時申請號 No. 61/205，752，題為「氟碳化合物膜的表面處理」和2009年2月17日提交的美國臨時申請號No. 61/207，971，題為「CFx膜的金屬成形的方法」，兩者的內容在本文引入作為參考。本發明涉及半導體器件及其製造方法。更具體地說，本發明涉及改善用氟碳化合物(CFx)構成的層間絕緣層和用金屬構成的阻擋層之間的附著力的表面處理方法和阻擋層形成方法。
背景技術：
近年來，已採用多層布線結構來實現半導體器件的高速運行和小型化。不過，由於布線層的總布線電阻和寄生電容的增大，這些結構已提出布線延遲的問題。使用低電阻布線材料，例如銅(Cu)作為互聯體可減小布線電阻。另一方面，可以使用低介電常數或者low-k材料來降低寄生電容。具體地，氟碳化合物(CFx)可用作絕緣層來降低寄生電容，從而提高半導體器件的運行速度。為了防止銅(Cu)擴散到絕緣層中，在互連體和絕緣層之間設置阻擋層。半導體器件的阻擋層用鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、釕(Ru)或者磷(P)構成。當氟碳化合物(CFx)被用作絕緣層材料時，包含在CFx層中的氟在CFx層和阻擋層之間的界面引起氟化反應。結果，CFx層和阻擋層之間的附著力降低，從而絕緣層和互連 W (interconnection body) 白勺力m。另一方面，要求氟碳化合物(CFx)材料與主要由金屬元素形成的阻擋層具有足夠的附著力。由於在半導體器件的製造中使用多種後續工藝，比如化學和機械拋光(CMP)工藝或引線接合工藝，因此會對基板施加更大的應力。於是，如果阻擋層和CFx絕緣層之間的附著力較差，那麼阻擋層會從絕緣層剝離。鑑於上述問題，提出了本發明。本發明提供抑制在絕緣層和阻擋層之間的界面的氟化反應的表面處理方法。此外，本發明提供在抑制絕緣層和阻擋層之間的氟化反應的同時，增大絕緣層和阻擋層之間的附著力的阻擋層形成方法。

發明內容
按照本發明的一個方面，提供一種製造半導體器件的方法。所述方法包括下述步驟對包括氟碳化合物(CFx)膜的絕緣層進行退火；和在絕緣層上形成包括金屬元素的阻擋層，其中在所述退火步驟之後，用高溫濺射工藝形成所述阻擋層。按照本發明的第二個方面，提供一種製造半導體器件的方法。所述方法包括對絕緣層進行預處理工藝，以便形成碳氟組成比(C/F)大於1的富碳表面的步驟。在進行預處理工藝之前，絕緣層包括具有任意碳氟組成比的氟碳化合物(CFx)。按照本發明的第三個方面，提供一種製造半導體器件的方法。所述方法包括下述步驟在使絕緣層的表面暴露在惰性氣體氣氛之下的同時，在預定條件下對絕緣層進行退火；和在所述退火步驟之後，進行高溫濺射工藝，以便形成包括金屬元素的阻擋層，以致在絕緣層和阻擋層之間的界面形成金屬-C鍵，其中在所述高溫濺射工藝期間，基板溫度被保持在約70°c 200°C。退火步驟還包括從絕緣層的表面除去水分的步驟。


圖1描述利用氫等離子體的CFx預處理工藝的實施方式的示意圖。圖2描述利用氫等離子體的CFx預處理工藝的備選實施方式的示意圖。圖3描述濺射設備的實施方式的示意圖。圖4圖解說明在把膠帶貼在實驗樣本的表面之後的實驗樣本的平面圖，及其鼓泡和膠帶測試結果。圖5圖解說明圖4中所示的前一半實驗樣本的橫截面視圖和表面視圖。圖6圖解說明圖4中所示的後一半實驗樣本的橫截面視圖和表面視圖。圖7圖解說明製造雙嵌入式銅互連結構的實施方式的工藝的示意圖。圖8描述具有多層結構的CFx絕緣層的橫截面視圖。圖9圖解說明作為溫度的函數的氟化物的汽壓曲線。圖10圖解說明各種實驗樣本的目標結構，及其用於測量阻擋層的厚度的XRF強度。圖11圖解說明作為濺射時間的函數的實驗樣本的XRF強度。圖12圖解說明實驗樣本的例子的橫截面視圖和表面視圖，及其工藝流程。圖13圖解說明備選實驗樣本的例子的橫截面視圖和表面視圖，及其工藝流程，鼓泡測試結果，和膠帶測試結果。圖14圖解說明備選實驗樣本的例子的橫截面視圖和表面視圖，及其工藝流程，鼓泡測試結果，和膠帶測試結果。圖15圖解說明實驗樣本的另一個實施方式的目標結構和工藝流程，及其鼓泡測試結果和膠帶測試結果。圖16圖解說明圖15中所示的實驗樣本的橫截面視圖和表面視圖。圖17圖解說明實驗樣本的另一個實施方式的目標結構和工藝流程，及其在貼膠帶之後的平面圖，其鼓泡測試結果和膠帶測試結果。圖18圖解說明圖17中所示的實驗樣本的橫截面視圖和表面視圖。圖19圖解說明實驗樣本的橫截面視圖和表面視圖，及其工藝流程。圖20圖解說明實驗樣本的另一個實施方式的橫截面視圖和表面視圖，及其工藝流程。圖21圖解說明實驗樣本的再一個實施方式的橫截面視圖和表面視圖，及其工藝流程。
具體實施例方式下面參考附圖，說明本發明的實施方式，附圖中，表示了本發明的優選示例性實施方式。下面的說明並不意圖限制本發明的範圍、適用性或結構。相反，優選的示例性實施方式的下述說明將向本領域的技術人員提供能夠實現本發明的優選示例性實施方式的說明。應注意可用不同的形式具體體現本發明，而不脫離在附加的權利要求中限定的本發明的精神和範圍。本發明涉及半導體器件及其製造工藝。更具體地說，本發明涉及改善絕緣層和金屬阻擋層之間的附著力的新的表面處理工藝和阻擋層形成工藝。本發明的實施方式目 的在於一種防止阻擋層從絕緣層剝離，還防止銅(Cu)從互連體滲入絕緣層中的工藝。這是通過兩種獨立的方法實現的1)在形成阻擋層之前，對絕緣層的表面應用的預處理工藝，和2)利用高溫濺射工藝形成阻擋層。通過對氟碳化合物(CFx)絕緣層的表面應用預處理工藝，在絕緣層的表面，氟濃度被降低。結果，在CFx絕緣層的表面形成富碳表面，當在絕緣層的表面形成阻擋層時，這有助於產生金屬-C鍵合。在形成主要由金屬元素組成的阻擋層時使用的高溫會在CFx層和阻擋層的界面產生氟化反應。從而，具有高汽壓的氟化物從CFx絕緣層的表面蒸發，導致碳(C)濃度增大。 結果，絕緣層的富碳表面有助於在阻擋層和絕緣層的界面形成金屬-C鍵合(C-bond)。按照本發明的製造半導體器件的方法包括下述步驟(1)形成CFx絕緣層；(2)進行預處理工藝，以降低CFx層表面的氟濃度，(3)對基板進行預退火；(4)利用高溫濺射方法，形成包含金屬元素的阻擋層；(5)對基板進行後退火；(6)形成銅(Cu)種子層；和(7)利用電鍍方法，形成銅(Cu)互連。按照本發明的一個實施方式，通過在使絕緣層的表面暴露在諸如氬氣(Ar)之類的惰性氣氛的同時，在預定條件下使絕緣層退火，進行降低CFx層表面的氟濃度的步驟。按照另一個實施方式，通過在使絕緣層的表面暴露在諸如氫氣(H2)之類的活性氣氛中的同時，在預定條件下使絕緣層退火，進行降低CFx層表面的氟濃度的步驟。按照又一個實施方式，通過對絕緣層應用等離子體處理，進行降低CFx層表面的氟濃度的步驟。在這個實施方式中，絕緣層暴露於等離子體之中，所述等離子體是通過在預定條件下，激發包含氫(H2)原子或碳(C)原子的氣體產生的。按照又一個實施方式，通過把絕緣體層浸入包含金屬元素的氫氧化物的溶液中， 隨後用純水衝洗絕緣層，最後乾燥絕緣層，進行降低CFx層的表面的氟濃度的步驟。按照又一個實施方式，通過利用常規的乾燥器，進行乾燥絕緣層的步驟，或者通過在室溫下風乾絕緣層，實現乾燥絕緣層的步驟。按照又一個實施方式，通過在整個濺射工藝期間，把基板溫度保持在約70°C 約 200°C的溫度，進行利用高溫濺射方法，形成包含金屬元素的阻擋層的步驟。下面，利用分別描述形成氟碳化合物絕緣層；降低CFx層的表面的氟濃度的絕緣層的表面處理；對基板進行預退火；形成阻擋層；對基板進行後退火；形成銅(Cu)種子層； 和形成銅(Cu)互連層的各節，詳細說明按照本發明的製造半導體器件的工藝。首先，說明形成氟碳化合物(CFx)絕緣層的工藝。(形成氟碳化合物(CFx)絕緣層的工藝)用具有任意比例的碳和氟的氟碳化合物(CFx:k 2. 2)形成與本發明有關的絕緣層。氟碳化合物(CFx)絕緣層設置在上面形成有諸如電晶體之類的微觀結構的基板的表面上。與其它low-k材料絕緣層，比如多孔材料相比，氟碳化合物(CFx)絕緣層更密實。因此，氟碳化合物(CFx)層的特徵在於機械強度更高。為了提供足夠的互連，絕緣層的理想厚度可約為，例如100 120nm。在本實施方式中，為了形成氟碳化合物(CFx)絕緣層，以約 115nm的厚度為目標。CFx絕緣層是以預定的設定條件，利用徑向線縫隙天線(RLSA)微波等離子體處理設備形成的。例如，為了形成厚度約115nm的氟碳化合物(CFx)絕緣層，使用流量約lOOsccm的氬氣(Ar)作為等離子體激發氣體。至於形成氣體，使用流量約200sCCm 的C5F8氣體。在RLSA微波等離子體處理設備內，利用約1500W的輸入功率調節並保持約 25mTorr的壓力。由於在較低溫度下形成的CFx層易於損壞，因此，晶片溫度優選保持在 300 400°C的溫度。在本實施方式中，晶片狀態溫度被設定成約350°C。此外，處理時間被設定為150秒，不對RLSA微波等離子體處理設備施加偏壓。(降低CFx層的氟濃度的預處理工藝)在用於製造半導體器件的常規工藝中，在不進行任何預處理工藝的情況下，在CFx 絕緣層上形成阻擋層。於是，包含在CFx絕緣層中的氟擴散到阻擋層中，從而由於在阻擋層和絕緣層的界面的氟化反應，導致阻擋層的腐蝕。因此，來自互連體的銅(Cu)擴散到絕緣層中，導致阻擋層從絕緣層(CFx)剝離。通過降低CFx絕緣層表面的氟濃度，可抑制來自絕緣層的氟與來自阻擋層的金屬元素的反應(氟化反應)。這種反應會導致CFx絕緣層表面的碳(C)濃度的增大，這又會在阻擋層和絕緣層的界面，導致金屬元素和碳原子間的鍵合 (金屬元素的碳化物)的比例的增大。於是，在防止由腐蝕引起的阻擋層的剝離的時候，提高CFx層和阻擋層之間的附著力。此外，通過在阻擋層和絕緣層的界面形成金屬元素的碳化物，能夠阻止銅(Cu)擴散到CFx絕緣層中。按照本發明，存在幾種利用上述機理來降低氟碳化合物(CFx)絕緣層表面的氟濃度的方法。這些方法如下1)氫氣(H2)退火；2)氫氣(H2)等離子體處理；3)在浸入金屬元素的氫氧化物中之後，用水衝洗；和4) 一氧化碳(CO)等離子體處理。下面，將一個一個地詳細說明上述每種工藝。1)氫氣(H2)退火:在本實施方式中，通過在使絕緣層的表面暴露在諸如氫氣(H2)之類的活性氣氛中的同時，在預定條件下使絕緣層退火，進行降低在CFx層表面的氟濃度的步驟。在本實施方式中，通過把氫氣(H2)引入處理設備中，在約100°C或以上的溫度下進行使絕緣層退火的步驟。氫氣(H2)與CFx層表面的氟(F)反應，變成氟化氫(HF)。之後，氟化氫(HF)從CFx層表面釋放出，導致生成富碳表面。2)氫氣(H2)等離子體處理 氫氣(H2)等離子體處理工藝是降低CFx絕緣層表面的氟濃度的另一種方法。首先參見圖1，圖中表示了利用氫等離子體的CFx預處理工藝的一個實施方式。從在基板10上形成CFx絕緣層20開始該工藝的第一部分。可利用RLSA微波等離子體處理設備，用在段落 0026中解釋的相同工藝，形成CFx層20。在下一步驟中，氫氣(H2)被引入處理設備中，通過利用常規方法和設備激發氫(H2)原子，產生氫等離子體。這樣，通過使在基板10上形成的氟碳化合物(CFx)絕緣層20暴露在氫等離子體之下，進行CFx預處理工藝。如圖1(b)中所示，通過與氫等離子體反應，包含在CFx表面層中的氟(F)脫離所述表面。除了氫氣(H2) 之外，一些實施方式可以利用包含氫原子的其它氣體。包含氫原子的其它氣體的例子可包括矽烷氣體(SiH4)或甲烷氣體(CH4)。從而，在CFx層的表面上形成富碳表面(圖1(c))。圖1 (d)描述在利用氫等離子體進行CFx預處理工藝之後，製造半導體器件的工藝的最後步驟。在所述最後步驟中，在絕緣層20的富碳表面上形成阻擋層30。阻擋層30主要由諸如鈦(Ti)之類的金屬元素形成。通過產生金屬元素的碳化物300，富碳表面有助於增強阻擋層30和絕緣層20之間的鍵合。在本實施方式中，金屬元素的碳化物300由鈦的碳化物(TiC)形成。另外，阻擋層30是利用常規方法，比如濺射方法或化學氣相沉積(CVD) 方法形成的。一些實施方式可以使用其它金屬元素來形成阻擋層30。其它金屬元素的例子可包括鉭(Ta)、釕(Ru)或鎢(W)。 下面參考圖2，圖中表示了利用氫等離子體的CFx預處理工藝的備選實施方式。在本實施方式中，使用單嵌入式互連結構。在基板10上形成CFx絕緣層20之後，利用蝕刻工藝，在CFx絕緣層20中形成開孔21。在下一步驟中，通過把氫氣(H2)引入處理設備中，並利用激發的氫等離子體進行CFx預處理工藝，使絕緣層20暴露於氫等離子體之中。在本實施方式中，除了氫氣之外，還把諸如氬氣(Ar)之類的惰性氣體加入處理設備中。在最後一步中，在開孔21的內側，和在CFx層20的表面上形成阻擋層30。阻擋層30具有多層結構， 所述多層結構具有在CFx層上形成的第一層30a和在第一層上形成的第二層30b。多層結構30中使用的金屬元素的例子可包括鈦/氮化鈦(Ti/TiN)、鈦/氮化鉭(Ti/TaN)和鉭/ 氮化鉭(Ta/TaN)。和利用氫等離子體處理的第一實施方式的情況一樣，由於在利用氫等離子體進行CFx預處理之後產生的富碳表面的存在，在CFx絕緣層20和阻擋層30之間的界面形成金屬元素的碳化物300。3)在浸入金屬元素的氫氧化物中之後用水衝洗在本實施方式中，簡單地把CFx絕緣層浸入包含金屬元素的氫氧化物的溶液中。 金屬元素的例子可包括鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鈉(Na)、鉀(K)或鎂(Mg)。在把絕緣層浸入金屬元素的氫氧化物，例如氫氧化鈣(Ca(OH)2)中之後，用純水衝洗並用常規方法乾燥 CFx絕緣層。在一個實施方式中，可利用常規乾燥器進行乾燥步驟。在另一個實施方式中， 可通過在室溫下風乾絕緣層，進行乾燥步驟。4) 一氧化碳(CO)等離子體處理在這種方法中，利用一氧化碳(CO)等離子體進行CFx預處理工藝。包含在一氧化碳(CO)等離子體中的碳(C)與包含在CFx表面層中的氟(F)形成C-F鍵。C-F鍵的形成使氟(F)從CFx表面層中釋放出。於是，除了一氧化碳(CO)氣體之外，包含碳原子的其它氣體，比如甲烷氣體(CH4)等也可用於該等離子體處理。按照基於等離子體處理的方法(#2和#4)，通過使CFx表面層暴露在通過激發包含氫(H2)原子或碳(C)原子的氣體而產生的等離子體之中，可以使包含在CFx表面層中的氟 (F)從所述表面中釋放出。於是，除了氫氣(H2)或一氧化碳(CO)氣體之外，可把包含氫原子或碳原子的任何氣體加入等離子體處理設備中。這些氣體的例子包括矽烷氣體(SiH4)、 甲烷氣體(CH4)等。RLSA微波等離子體處理設備被用於在預定條件下，產生氫(H2)等離子體或一氧化碳(CO)等離子體。例如，最好把RLSA微波等離子體處理設備內的壓力調節到100 200mTorr之間的壓力。在本實施方式中，下述條件被用作產生氫(H2)等離子體和一氧化碳(CO)等離子體的預定條件首先，RLSA微波等離子體處理設備內的壓力被設定成約 1200mTorr,其次，對RLSA微波等離子體處理設備施加至少約500W的微波功率，第三，處理時間被設定成約5秒。
如上所述，在所有上述方法 中使用的機理是通過降低氟濃度，抑制來自CFx絕緣層的氟(F)和來自阻擋層的金屬元素之間的氟化反應。通過抑制氟化反應，CFx層表面的氟濃度被降低，從而在CFx層表面上形成富碳表面。從而，當在富碳表面上形成阻擋層時， 在阻擋層和絕緣層的界面，金屬元素和碳原子之間的鍵合(金屬元素的碳化物)的比例被增大。5)氬氣(Ar)退火處理在一個備選實施方式中，可以使用不同的機理來降低CFx絕緣層表面的氟濃度。 在本備選實施方式中，利用氬氣(Ar)退火處理，除去氟碳化合物(CFx)絕緣層表面的水分。 CFx層表面的水分會造成帶弱鍵的氟。帶弱鍵的氟原子在阻擋層和CFx絕緣層之間的界面， 形成金屬元素的四氟化物，比如四氟化鈦(TiF4)。四氟化鈦(TiF4)的特徵在於汽壓較高， 導致惡化CFx絕緣層和金屬元素之間的附著力。於是，利用氬氣(Ar)退火處理除去水分有助於從氟碳化合物(CFx)絕緣層減少帶弱鍵的氟，從而在上面形成富碳表面。在本備選實施方式中，理想的是在惰性氣氛中，在預定條件下進行退火步驟。惰性氣氛的例子可包括氦 (He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)等等。在本實施方式中，從經濟效率的觀點來看，氬氣(Ar)被用作對CFx絕緣層退火的退火氣體。濺射設備被用於進行本發明的氬氣(Ar)退火處理。不過，可以提供與濺射設備分離的退火設備。如上所述，利用預定條件進行氬氣(Ar)退火處理。例如，優選把濺射設備內的壓力調節到IOOmTon ITorr之間的壓力範圍。在本實施方式中，濺射設備內的壓力被設定成約lOmTorr，而狀態溫度被設定成約200°C。另外，處理時間被設定成約5分鐘(300 秒)。參見圖3，圖中表示了濺射設備100的實施方式的示意圖。如圖3中所示，在濺射設備的中心，設置有真空傳遞室102。在周圍區域中，圍繞真空傳遞室102配置退火室104， 阻擋層濺射室106，和銅濺射室108。在濺射設備100的下側，使至少一個負載鎖定室(load lock chamber) 110與真空傳遞室102連接，傳遞室112與負載鎖定室110連接，以便把晶片從晶片盒傳遞到負載鎖定室110。實驗樣本為了評估阻隔性能，以及阻擋層在預處理的氟碳化合物(CFx)絕緣層上的附著力，製造了幾個實驗樣本。隨後，分別對實驗樣本進行鼓泡測試和膠帶測試。圖4圖解說明用於每個實驗樣本中的CFx絕緣層的表面處理的結構和工藝。另外，圖4中還表示了在把透明膠帶粘附到實驗樣本的表面之後，實驗樣本的平面圖，以及鼓泡測試和膠帶測試的結果。 用於該評估的結構包括在體矽(Si)基板(bulk silicon substrate)上形成的氟碳化合物 (CFx)絕緣層。氟碳化合物(CFx)絕緣層具有約115nm的厚度，是在RLSA微波等離子體處理設備中，利用在段落0026中說明的工藝形成的。在對每個實驗樣本中的CFx絕緣層的表面進行CFx預處理工藝之後，利用其中使用鈦(Ti)作為濺射靶的濺射設備100，在CFx絕緣層上形成主要由厚度約3nm的鈦(Ti)組成的阻擋層。在最後一步中，利用濺射設備100，在阻擋層上形成厚度約150nm的銅(Cu)互連層。實驗樣本的阻擋層可利用常規濺射方法，或化學氣相沉積(CVD)方法，或電鍍方法形成。在形成阻擋層之前，如果需要，可以進行退火步驟，以除去水分或者有機物。在約100°C 約200°C的溫度下，在濺射或CVD設備的阻擋層形成室中進行所述退火。
為所述評估，製造了 9個不同的實驗樣本。對每個實驗樣本，對CFx絕緣層的表面進行獨立的CFx預處理工藝，以降低所述表面的氟濃度，同時增大所述表面上的相對碳濃度。如圖4中所示，處理行概括了對每個實驗樣本中的CFx絕緣層的表面應用的表面處理工藝。(實驗樣本1)不對CFx絕緣層的表面進行預處理工藝。如圖4中所示，確定用 「wo」符號表示的該樣本通過鼓泡測試和膠帶測試。在本實施方式中，碳氟氧的比值為 C F 0 = 47 53 0。(實驗樣本2)用一氧化碳(CO)退火工藝，處理本實驗樣本的氟碳化合物(CFx) 絕緣層。在本實施方式中，在處理設備中引入一氧化碳(CO)氣體，並在約200°C的溫度下進行退火，時間約60秒。類似於前一情況，本樣本(#2)通過鼓泡測試和膠帶測試。(實驗樣本3)對氟碳化合物(CFx)絕緣層的表面應用一氧化碳(CO)等離子體處理。使用RLSA微波等離子體處理設備進行一氧化碳(CO)等離子體處理。在本實施方式中，對RLSA微波等離子體處理設備施加約3kW的微波功率，處理時間被設定為約10秒。如在段落0036中所述，RLSA微波等離子體處理設備內的壓力被設定為約1200mTorr。類似於前面的情況，實驗樣本#3通過鼓泡測試和膠帶測試。在本實施方式中，碳氟氧的比值為C F 0 = 48 46 6。 (實驗樣本4)在本實驗樣本中，通過在使絕緣層的表面暴露於乙矽烷(Si2H6)氣體下的同時，對絕緣層進行退火，進行降低CFx層表面的氟濃度的步驟。在本實施方式中， 在處理設備中引入乙矽烷(Si2H6)氣體，並在約200°C的溫度下進行退火，時間約60秒。本實驗樣本通過鼓泡測試和膠帶測試。(實驗樣本5)利用氬氣(Ar)退火處理，預處理CFx絕緣層的表面。如前所述， 在可在相同處理設備內進行退火步驟和濺射步驟的濺射設備100中，進行氬氣(Ar)退火處理。不過，與濺射設備分離的退火設備也可用於本實施方式。濺射設備內的壓力被設定成約lOmTorr，基板溫度被保持在約200°C的溫度。對本實驗樣本的處理時間被設定成約60 秒。類似於前面的情況，實驗樣本#5通過鼓泡測試和膠帶測試。(實驗樣本6)利用氫氣(H2)退火工藝，預處理CFx絕緣層的表面。在約300°C的溫度下進行對本實驗樣本的退火步驟，時間約900秒。實驗樣本#6通過鼓泡測試和膠帶測試。在本實施方式中，碳氟氧的比值為C F 0 = 50 50 0。(實驗樣本7):對氟碳化合物(CFx)絕緣層的表面應用氫氣(H2)等離子體處理。 與實驗樣本#3的情況類似，使用RLSA微波等離子體處理設備進行氫氣(H2)等離子體處理。 在本實施方式中，使用至少約500W的微波功率，處理時間被設定成約5秒。如前所述，RLSA 微波等離子體處理設備內的壓力被設定成約1200mTorr。如圖4中所示，就本實驗樣本(#7) 來說，觀察到一些剝離。在這種情況下，進一步的研究表明這些剝離起因於某些環境條件， 於是確定類似於前面的情況，本樣本通過鼓泡測試和膠帶測試。在本實施方式中，碳氟 氧的比值為C F 0 = 55 45 0。(實驗樣本8):首先把CFx絕緣層浸入氫氧化鈣(Ca(OH)2)溶液中。在浸入步驟之後，用純水衝洗CFx絕緣層，並在室溫下風乾。實驗樣本#8通過鼓泡測試和膠帶測試。在利用金屬元素的氫氧化物的清潔處理中，未獲得關於碳氟氧的比值的任何數據。(實驗樣本9)用氟粘合劑處理，預處理CFx絕緣層。如圖4中所示，本實驗樣本通過鼓泡測試，不過未通過膠帶測試，從而證明阻擋層和CFx絕緣層之間的粘結鍵合較低。按照圖4中所示的上述實驗結果，除了利用氟粘合劑處理的樣本之外，所有實驗樣本證明阻擋層和CFx絕緣層之間的高粘結鍵合。不過，由於粘結鍵合較低，因此在利用氟碳化物處理的實驗樣本#9中，阻擋層可能剝離。 參見圖5-6，圖中利用掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，表示了每個實驗樣本#1 #9 的橫截面視圖和頂面視圖。SEM圖像是使所有實驗樣本在約360°C的溫度下，退火約1小時之後獲得的。如圖5和6中所示，未對CFx絕緣層應用任何預處理工藝的實驗樣本#1未顯示出阻擋層從CFx層的剝離。不過，樣本#1顯示出關於阻隔性質的一些問題。如在橫截面視圖中所示，在CFx絕緣層和矽(Si)基板的界面的明亮顆粒的存在證明來自銅互連體的銅 (Cu)分別通過阻擋層和CFx絕緣層。於是，銅(Cu)與矽(Si)基板鍵合，從而產生SiCu。就實驗樣本#1的頂面視圖來說，更多的凹坑和隆起的存在證明更多的銅(Cu)滲入結構的下層中。除其中對CFx絕緣層的表面應用氫氣(H2)退火處理的實驗樣本#6的情況之外，在幾乎所有實驗樣本中都顯示出明亮的顆粒。此外，在銅(Cu)表面不存在凹坑。另外，就在矽(Si)基板和CFx絕緣層的界面的明亮顆粒的存在而言，以及就銅(Cu)表面的凹坑的存在而言，利用氟粘合劑處理的實驗樣本#9的橫截面視圖和頂面視圖看起來也是良好的。不過，對鼓泡測試和膠帶測試中所示的實驗樣本#9來說，CFx/金屬界面的附著力較差。應注意就銅(Cu)擴散到矽(Si)基板層中而言，利用降氟處理的所有實驗樣本都具有足夠的阻隔性。這與在Si/CFx界面的明亮顆粒的存在，以及在銅(Cu)表面的凹坑的存在無關。(對基板進行預退火)下面，說明按照本發明的用於製造半導體器件的工藝的第三步。在對氟碳化合物(CFx)絕緣層應用預處理工藝之後，利用濺射設備100，對基板進行預熱步驟。可在約 50°C 約200°C的基板溫度下，在阻擋層沉積室106中進行所述熱處理。處理時間可被設定為180秒以下。(形成主要由金屬元素組成的阻擋層的工藝)在常規的阻擋層形成工藝中，存在CFx絕緣層和主要由金屬元素，比如鈦(Ti)組成的阻擋層之間的附著力較差的問題。為了提高附著力，提出雙(多)阻擋層結構，其中在絕緣層上形成用氮化鈦(TiN)構成的第一層，在第一層上形成用鈦(Ti)構成的面對銅互連的第二層。不過，由於氮化鈦(TiN)的電阻高，因此在阻擋層中使用氮化鈦(TiN)會增大信號延遲。利用高溫濺射方法，形成按照本發明的主要由金屬元素組成的阻擋層。在這種工藝中，在整個濺射工藝中，使基板溫度保持較高的溫度。在優選實施方式中，加熱升高基板溫度，並保持在約70°C 200°C的溫度範圍。通過把基板加熱到上述溫度範圍，並在整個濺射工藝中，使基板溫度保持在相同的水平，由於高汽壓的緣故，氟原子以TiF4的形式，從氟碳化合物(CFx)絕緣層的表面被清除。選擇優選溫度範圍的下限為70°C的原因在於在該溫度時，氟碳化合物(CFx)絕緣層表面的水分開始在真空中蒸發。另一方面，溫度範圍的上限被設定為200°C，因為當基板溫度超過200°C時，在下面的導電層的銅(Cu)開始聚集。這主要歸因於暴露在通孔底部的銅(Cu)直接受基板溫度影響的事實。於是，當基板溫度超過溫度範圍的上限時，導電層的銅(Cu)開始聚集。聚集的銅在性質方面不均勻，使得難以用在半導體器件中。下面參考圖7，圖中表示了製造雙嵌入式銅互連結構的實施方式的工藝的示意圖。 雙嵌入技術包括下述步驟1)形成絕緣層2)形成通孔(via)/互連圖案3)通孔/互連溝槽的蝕刻4)形成阻擋金屬/種子銅層5)用電鍍方法埋入銅(Cu)6) Cu/阻擋金屬層的化學機械拋光(CMP)注意為了簡單起見，省略了預處理工藝，以及預退火和後退火步驟。圖8中描述了利用雙嵌入技術的製造工藝的前半部。圖8 (a)中表示了具有多層結構80的CFx絕緣層的橫截面視圖。如該圖所示，所述多層結構包括氟碳化合物絕緣層82， 保護層(cap layer) 84 (也稱為硬掩膜或蝕刻終止層)，阻擋層86，和銅(Cu)布線層88。在本實施方式中，保護層84可以包含無定形碳或碳氮化矽(SiCN)。另外，阻擋層86由鈦(Ti) 形成。應注意當形成CFx絕緣層82時，下面的多層結構中的銅(Cu)布線層86未暴露。不過，當形成阻擋金屬/種子銅層時，在蝕刻通孔/互連溝槽之後，銅(Cu)布線層86暴露於氣氛下，直接受基板溫度影響(參見圖8(b))。用於在高溫濺射工藝中，降低氟濃度的機理如下在濺射工藝的初始階段，在CFx 絕緣層表面形成金屬氟化物溶液，比如四氟化鈦(TiF4)。通過把基板溫度保持在相同的期望水平，由於其汽壓較高，因此四氟化鈦(TiF4)蒸發。結果，在CFx絕緣層表面，氟濃度降低，而碳濃度增大，以致在CFx層表面形成富碳表面。富碳表面實際上在氟碳化合物(CFx)絕緣層和鈦(Ti)阻擋層之間的界面，產生許多金屬-碳鍵，比如Ti-C鍵。由於鈦(Ti)阻擋層是在形成Ti-C鍵之後形成的，因此阻擋層穩定；從而，確保CFx層和阻擋層之間的附著力。於是，不需要在鈦(Ti)阻擋層和CFx絕緣層之間插入電阻率高的氮化鈦(TiN)層來確保它們的附著力。從而，與常規的阻擋層形成工藝相比，本發明的高溫濺射工藝形成電阻率低，並且損耗小的阻擋層。在殘餘氟(F)仍然存在於CFx絕緣層的表面上的情況下，由於與金屬-碳鍵相比， 金屬-氟鍵具有較低的共價能，因此不太可能形成金屬_碳鍵。於是，在氟碳化合物(CFx) 絕緣層和阻擋金屬層之間的界面，將形成金屬-氟鍵。主要由金屬元素組成的阻擋層是以預定設定條件，利用濺射設備100形成的。在約200°C的基 板溫度下，在阻擋層濺射室106中形成阻擋層。處理時間可被設定成50秒，以形成厚度18nm的鈦(Ti)阻擋層。在輸入功率約300W的阻擋層濺射室106內，還使用流量約70sccm的氬氣(Ar)。在本實施方式中，主要由金屬元素組成的阻擋層由鈦(Ti)形成。這主要歸因於下述事實首先，鈦(Ti)是當與氟原子結合，以形成四氟化碳溶液時具有較高汽壓的材料，其次，鈦(Ti)對銅(Cu)具有良好的阻隔性。其它實施方式可以通過採用高溫濺射工藝，使用其它金屬元素形成阻擋層。具有相同的上述性能的其它金屬元素可包括鉭(Ta)、釕(Ru)、 錳(Mn)或鈷(Co)。圖9圖解說明隨溫度而變的氟(F)的汽壓曲線。如圖9中所示，鉭(Ta)和釕(Ru)都代表具有高汽壓的材料。請參見圖9中的鉭的氟化物(TaF5)和釕的氟化物 (RuF5)的曲線。另一方面，鎢(W)是一種汽壓高的材料(圖9中的WF6的曲線)，不過它未被選為本發明的金屬阻擋層的候選材料。這是因為鎢(W)對銅(Cu)沒有良好的阻隔性。 在本實施方式中，主要由金屬元素組成的阻擋層具有單層結構。於是，銅(Cu)互連體可被直接設置在阻擋層，例如鈦(Ti)之上。其它實施方式可以形成具有多層結構的阻擋層。具有多層結構的阻擋層可包括主要由第一金屬元素，例如鈦(Ti)組成的第一層， 和主要由除第一金屬元素外的金屬元素組成的第二層。除鈦(Ti)外的金屬元素的例子可包括鉭(Ta)、釕(Ru)、鈷(Co)、鎳(Ni)和錳(Mn)。在備選實施方式中，多層結構的第二層可由第一金屬元素的氮化物，例如氮化鈦(TiN)，或者除第一金屬元素外的金屬元素的氮化物，例如，氮化鉭(TaN)等形成。如下進一步所述，本發明提供在第一層的頂上形成多層結構的第二層的機會，所述第二層直接置於銅互連體之下。這樣，通過形成具有多層結構的阻擋層，增大了工藝選擇的自由度。這歸因於可在鈦(Ti)阻擋層之上形成任意層的事實，而不存在傳統工藝的限制，在傳統工藝中，由於鈦阻擋層和CFx絕緣層的附著性較差，第二層被插入鈦阻擋層和 CFx絕緣層之間。下面參見圖10，在各個濺射溫度和濺射時間下，表示了用於測量鈦(Ti)阻擋層的厚度的實驗樣本的目標結構。使用X射線螢光(XRF)分析來測量主要由鈦(Ti)組成的阻擋層的厚度。圖10中還表示了圖解說明每個實驗樣本的阻擋層的厚度的XRF強度曲線。如圖10中所示，濺射時間越長，對具有在相同濺射溫度下形成的相同結構的實驗樣本來說， 鈦(Ti)阻擋層的厚度超大。不過，對具有在相同濺射時間內，在不同的濺射溫度下形成的相同結構的實驗樣本來說，取決於目標結構，觀察到兩種不同的趨勢。在直接在矽(Si)基板上形成鈦(Ti)阻擋層的情況下，阻擋層的厚度並不隨濺射溫度而變化。XRF分析表明對實驗樣本#1和#3來說，厚度值幾乎相同(3nm和2. 7nm)(參見表的XRF厚度行中的第一列和第三列)。在氟碳化合物(CFx)絕緣層上形成鈦(Ti)阻擋層的情況下，阻擋層的厚度確實隨濺射溫度而變化。例如，實驗樣本#4和#6的XRF厚度分別為2. 8nm和1. lnm。確定1. 7nm 的厚度值差異歸因於在高溫濺射工藝期間，首先形成四氟化碳(TiF4)溶液，隨後四氟化碳 (TiF4)溶液蒸發的事實。在本實施方式中，濺射時間被設定為9秒。實驗樣本#5和#7的 XRF厚度分別被測量為下述值6. Onm和4. 8nm。同樣地，1. 2nm的厚度值差異歸因於四氟化碳(TiF4)溶液的蒸發。在這個實施方式中，濺射時間被設定成18秒。實驗樣本#8的XRF 厚度被測量為約17. 7nm。在這個實施方式中，濺射溫度被設定成200°C，而濺射時間被設定成50秒。應注意在所有上述測量中，XRF分析都是在約350°C的溫度下，對基板退火12小時之後進行的。按照這些結果，在諸如200°C的較高濺射溫度下形成的鈦(Ti)阻擋層的厚度比在室溫下形成的鈦(Ti)阻擋層的厚度小約1. 2 1. 7nm。圖11圖解說明對於兩個濺射溫度 200°C和室溫(R. T.)，隨濺射時間而變的實驗樣本#4 #8的XRF強度。由於在早期，鈦(Ti)被消耗，以便通過首先形成四氟化碳(TiF4)溶液，隨後蒸發四氟化碳(TiF4)溶液，從氟碳化合物(CFx)絕緣層的表面除去氟(F)，因此可通過把阻擋層的厚度設定成比用常規工藝獲得的阻擋層的厚度值近似高約1. 2 1. 7nm的值，獲得阻擋層的厚度的目標值。(對基板進行後退火)在利用高溫濺射工藝形成阻擋層之後，利用相同的濺射設備100對基板進行後退火步驟。可在從約50°C 約200°C的基板溫度下，在阻擋層沉積室106中進行這種熱處理。 處理時間可被設定成180秒以下。(形成銅(Cu)種子層的工藝)下面，說明按照本發明的用於製造半導體器件的工藝的第五步。在形成主要由金屬元素組成的阻擋層之後，利用相同的濺射設備100，在阻擋層上形成銅(Cu)種子層。可在室溫下，在不同於阻擋層沉積室106的銅濺射室108中形成銅(Cu)種子層。在本實施方式中，用物理氣相沉積(PVD)工藝形成銅(Cu)種子層。任意厚度的銅種子層都是可接受的， 只要存在足以把銅互連埋入通孔或互連溝槽內的空間即可。銅(Cu)種子層的理想厚度約為 5nm。(形成銅互連的工藝)在製造工藝的最後一步中，在形成厚度約4 5nm的銅(Cu)種子層之後，利用常規的電鍍工藝，形成厚度約120 130nm的銅互連。實驗樣本為了評估利用高溫濺射工藝，在預處理的氟碳化合物(CFx)絕緣層上形成的阻擋層的阻隔性以及附著力，利用上述製造工藝製造了幾個實驗樣本。為了評估實驗樣本，利用下述設定條件，在銅濺射室108中，在阻擋層上形成厚度約150nm的銅層氬氣(Ar)流量 lOOsccm，輸入功率500W，處理時間100秒。下面，將詳細說明這些評估的結果。(實驗樣本10)實驗樣本10是按照本發明的工藝製造的，以便評估阻擋層的阻隔性，以及阻擋層與CFx絕緣層的附著力。在實驗樣本10中，對CFx絕緣層的表面應用氬氣退火處理。氬氣(Ar)退火處理被用作按照本發明的工藝的半導體製造工藝中的步驟(2) 的預處理工藝。下面參見圖12，圖中表示了在應用氬氣退火處理之後，製造實驗樣本的工藝的示意圖。圖中還利用透射電子顯微鏡(TEM)圖像，表示了實驗樣本的橫截面視圖和平面圖。如圖10中所示，對CFx絕緣層的表面應用在約200°C溫度下的預退火處理。隨後，利用高溫濺射工藝，形成厚度約3nm的鈦(Ti)阻擋層。在約200°C的基板溫度下，在濺射設備100的阻擋層濺射室106中形成鈦(Ti)阻擋層。隨後在200°C溫度下，對包括鈦(Ti)阻擋層的基板進行後退火步驟。預退火步驟和後退火步驟也是在阻擋層沉積室106中進行的。在最後一步中，在室溫下，利用常規的濺射工藝，在銅濺射室108中形成厚度150nm的銅(Cu)層。 在銅層上形成厚度20nm的附加鈦(Ti)層，以防止銅氧化。隨後在約350°C的溫度下，進行 12小時的評估前退火之後，評估實驗樣本。所述評估前退火是在濺射設備的退火室104中進行的。如圖12中所示，進行膠帶測試，以評估鈦阻擋層與CFx絕緣層的附著力。結果，在該樣本中，未觀察到阻擋層的任何分層或剝離。此外，就鈦(Ti)層的阻隔性而論，本實驗樣本的橫截面視圖和平面圖都是非常良好的。如橫截面視圖的放大部分中所示，在Ci^x層和矽(Si)基板的界面，不存在任何明亮的顆粒。這意味互連體的銅未滲入氟碳化合物(CFx) 絕緣層中。實驗樣本的平面圖證實了這一點，在所述平面圖中，在實驗樣本的表面上，未觀察到任何凹坑和隆起。本實驗樣本顯示出良好的阻隔性，和鈦(Ti)阻擋層與CFx絕緣層之間的強粘結鍵合。這與從只對氟碳化合物(CFx)絕緣層的表面應用預處理工藝，同時在室溫下用常規濺射工藝形成阻擋層的實驗樣本獲得的先前結果相反。請返回參見圖5-6，尤其是實驗樣本#5。(實驗樣本11-12)下面，評估其中以約18nm的較大厚度值，形成鈦(Ti)阻擋層的實驗樣本的阻隔性。圖13圖解說明用於製造實驗樣本11的目標結構和工藝流程。如該圖所示，對CFx絕緣層表面進行氫氣(H2)退火處理，以降低CFx絕緣層表面的氟濃度。隨後，進行利用氫氣(H2)氣氛的預退火處理180秒。在預退火步驟之後，利用高溫濺射工藝， 在約200°C的基板溫度下，形成鈦(Ti)阻擋層。高溫濺射工藝的濺射時間被設定成50秒， 從而導致形成厚度18nm的鈦阻擋層。在200°C溫度下，對基板進行氫氣(H2)後退火處理 180秒，之後進行銅(Cu)層形成步驟，在銅(Cu)層形成步驟中，在室溫下形成厚度150nm的銅(Cu)層。隨後對實驗樣本(# 11)進行鼓泡測試和膠帶測試。圖13中還表示了在把透明膠帶粘到其表面之後，該結構的平面圖。在評估整個晶片之後，確定在粘貼的膠帶周圍，未觀察到任何變色。另外，實驗樣本#11通過鼓包測試和膠帶測試。此外，圖13圖解說明實驗樣本11的橫截面視圖和頂面視圖。如圖所示，由於鈦(Ti)阻擋層的厚度值較大，未觀察到銅(Cu)擴散。圖14中表示了用於製造實驗樣本12的目標結構和工藝流程。利用圖14中所示的工藝流程，形成兩個實驗樣本在第一個樣本中，對CFx絕緣層的表面進行氫氣(H2)退火處理，以降低氟濃度，不過在第二個樣本中，未對CFx絕緣層進行氫氣(H2)退火。另外，未對這兩個實驗樣本進行預退火步驟。在約200°C的基板溫度下，形成厚度18nm的鈦(Ti)阻擋層之後，分別對基板進行軟蝕刻處理和氬氣冷卻處理。軟蝕刻處理是通過對基板施加400kHz 的RF，以便吸收氬(Ar)離子，除去鈦(Ti)阻擋層表面上的氧化膜的工藝。軟蝕刻工藝是在氬氣氣氛中，在200°C溫度下進行的，時間360秒。由於該工藝是在200°C溫度下進行的，因此它可被看作後退火和氧化膜去除處理。此外，氬氣(Ar)冷卻處理是通過把基板放在保持 20°C 30°C的冷卻板上(時間600秒)，冷卻基板的工藝。進行氬氣(Ar)冷卻處理，以便在室溫沉積銅(Cu)層。注意在未明確指示的實驗樣本中，不進行該工藝。在最後一步中， 在室溫下，在鈦(Ti)阻擋層上形成厚度150nm的銅(Cu)層。對這兩個實驗樣本進行鼓泡測試和膠帶測試。圖14中還表示了在把透明膠帶粘貼到其表面上之後，這兩個結構的平面圖。對利用氫氣(H2)退火處理的第一個實驗樣本，在粘貼的膠帶周圍，觀察到銅(Cu)表面的一些變色。如圖14中所示，這兩個實驗樣本12都通過鼓泡測試和膠帶測試。與實驗樣本 #11的情況類似，圖14還圖解說明這兩個實驗樣本的橫截面視圖和頂面視圖。與前一情況 (樣本#11)類似，由於鈦(Ti)阻擋層的厚度的緣故，未觀察到銅(Cu)擴散。鼓泡測試、膠帶測試和SEM圖像都是在350°C溫度下，使基板退火12小時之後進行和獲得的。製造實驗樣本11-12是為了確認在其厚度值較高，例如18nm的情況下，鈦阻擋層的阻隔性。不過，為了防止互連寬度的縮短，要求金屬阻擋層的厚度較小。例如，為了通過寬度20nm的通孔形成期望的銅互連，要求以約3nm的厚度形成阻擋層。這樣，設置寬度14nm的期望的銅(Cu) 互連。(實驗樣本13-15)圖15圖解說明用於製造實驗樣本13_15的目標結構和工藝流程。如圖15中所示，對CFx絕緣層表面進行氫氣(H2)退火處理，以降低所有三個實驗樣本中的CFx絕緣層表面的氟濃度。在約300°C溫度下應用所述氫氣(H2)退火處理，時間900秒。 隨後，在氫氣(H2)氣氛中，在約200°C溫度下，進行預退火處理，時間180秒。在預退火步驟之後，利用高溫濺射工藝，在約200°C的基板溫度下，形成鈦(Ti)阻擋層。實驗樣本13-15 的濺射時間分別被設定成9、17和25秒。上述濺射時間分別形成厚度lnm、4nm和7nm的鈦阻擋層。對基板進行後退火處理(200°C溫度下，時間180秒的氫氣(H2)退火)，之後進行在室溫下，以約150nm的厚度形成銅(Cu)層的銅(Cu)形成步驟。在約350°C溫度下，對基板退火12小時之後，對實驗樣本13_15進行鼓泡測試和膠帶測試。圖15中還表示了在把透明膠帶粘貼到其表面之後，這三種結構的平面圖。如圖 15中所示，只有具有7nm厚的鈦(Ti)阻擋層的實驗樣本#15通過鼓泡測試和膠帶測試。至於其它兩個樣本，具有4nm厚的鈦(Ti)阻擋層的實驗樣本#14隻通過鼓泡測試，而具有Inm 厚的鈦(Ti)阻擋層的實驗樣本#13隻通過膠帶測試。參考圖16，圖中利用SEM圖像，表示了實驗樣本13_15的橫截面視圖和頂面視圖。 SEM圖像是在約350°C溫度下，對基板退火12小時之後獲得的。如圖16中所示，在所有三個樣本(#13 #15)中，在CFx絕緣層和矽(Si)基板的界面都存在明亮的顆粒。不過，阻擋層厚度較大的實驗樣本顯示出較低的銅(Cu)滲透。另外在具有較大的阻擋層厚度(7nm) 的實驗樣本#15的情況下，在銅表面上觀察到較少的凹坑。下面，研究就阻擋層的阻隔性和與阻擋層的附著力來說的氟碳化合物(CFx)絕緣層的性質。為此，製造了三組實驗樣本。在每一組中，形成具有不同的氟碳化合物(CFx和 CFx2)絕緣層的兩個實驗樣本。CFx和CFx2絕緣層都是以兩種不同的設定條件，利用RLSA 設備形成的。表1總結了對於每個CFx和CFx2層的設定條件表1 用於形成CFx和CFx2絕緣層的設定條件
權利要求
1.一種製造半導體器件的方法，所述方法包括下述步驟對絕緣層進行退火，其中所述絕緣層包括氟碳化合物(CFx)膜；在所述絕緣層上形成包括金屬元素的阻擋層，其中所述阻擋層在所述退火步驟之後， 通過高溫濺射工藝形成。
2.按照權利要求1所述的方法，其中在使所述絕緣層的表面暴露在惰性氣體中的同時，在預定條件下進行所述退火步驟。
3.按照權利要求2所述的方法，其中所述退火步驟還包括從所述絕緣層的表面去除水分，以便消除具有弱鍵的氟濃度的步驟。
4.按照權利要求2所述的方法，其中所述預定條件包括溫度180°C 220°C，時間3 5分鐘。
5.按照權利要求2所述的方法，其中所述惰性氣體包括氬氣(Ar)。
6.按照權利要求1所述的方法，其中在使所述絕緣層的表面暴露在活性氣體中的同時，在預定條件下進行所述退火步驟。
7.按照權利要求6所述的方法，其中所述退火步驟具有降低所述絕緣層的表面的氟濃度，同時增加所述絕緣層的表面上的碳濃度的效果。
8.按照權利要求6所述的方法，其中所述活性氣體包括氫氣(H2)。
9.按照權利要求8所述的方法，其中通過形成從所述絕緣層的表面分離的氟化氫 (HF)，降低氟濃度。
10.按照權利要求8所述的方法，其中所述預定條件包括溫度至少100°C，時間不小於 5分鐘。
11.按照權利要求1所述的方法，其中在所述高溫濺射工藝期間，基板溫度被保持在約 70°C 200"C。
12.按照權利要求11所述的方法，其中所述高溫濺射工藝具有從所述絕緣層的表面去除氟，同時在所述絕緣層的表面形成富碳表面的效果。
13.按照權利要求12所述的方法，其中去除步驟還包括下述步驟形成金屬氟化物溶液，和從所述絕緣層的表面蒸發所述金屬氟化物溶液。
14.按照權利要求1所述的方法，其中所述金屬元素包括鈦(Ti)、鉭(Ta)、釕(Ru)、錳 (Mn)或鈷(Co)。
15.按照權利要求14所述的方法，其中在流量約70sCCm，基板溫度約200°C，功率級約 300W，處理時間約50秒的條件下，在氬氣(Ar)氣氛中形成所述阻擋層。
16.按照權利要求1所述的方法，其中所述阻擋層具有多層結構。
17.按照權利要求1所述的方法，還包括在所述形成步驟之後，進行後退火處理的步驟，其中在約50°C 200°C的溫度下，進行時間不超過180秒的所述後退火處理。
18.按照權利要求1所述的方法，其中按預定設定條件，利用徑向線縫隙天線(RLSA)微波等離子體處理設備形成所述絕緣層。
19.按照權利要求18所述的方法，其中所述預定設定條件包括25mTorr 30mTorr的壓力，和1500W 2000W的微波功率。
20.一種製造半導體器件的方法。所述方法包括下述步驟對絕緣層進行預處理工藝，以便形成碳氟組成比(C/F)大於1的富碳表面的步驟， 其中在進行所述預處理工藝之前，所述絕緣層包括具有任意碳氟組成比的氟碳化合物 (CFx)。
21.按照權利要求20所述的方法，其中進行所述預處理工藝的步驟包括在使所述絕緣層的表面暴露在惰性氣體氣氛中的同時，在預定條件下對所述絕緣層進行退火的步驟。
22.按照權利要求21所述的方法，其中所述退火步驟具有從所述絕緣層的表面蒸發水分，以便消除具有弱鍵的氟濃度的效果。
23.按照權利要求21所述的方法，其中所述預定條件包括溫度180°C 220°C，時間 3 5分鐘。
24.按照權利要求21所述的方法，其中所述惰性氣體氣氛包括氬氣(Ar)。
25.按照權利要求20所述的方法，其中進行所述預處理工藝的步驟包括在使所述絕緣層的表面暴露在活性氣體氣氛中的同時，在預定條件下對所述絕緣層進行退火的步驟。
26.按照權利要求25所述的方法，其中所述退火步驟具有降低所述絕緣層的表面的氟濃度，同時增加所述絕緣層的表面上的碳濃度的效果。
27.按照權利要求25所述的方法，其中所述活性氣體氣氛包括氫氣(H2)。
28.按照權利要求27所述的方法，其中通過形成從所述絕緣層的表面分離的氟化氫 (HF)，降低氟濃度。
29.按照權利要求27所述的方法，其中所述預定條件包括溫度至少100°C，時間不小於 5分鐘。
30.按照權利要求20所述的方法，其中進行所述預處理工藝的步驟包括通過使所述絕緣層的表面暴露在等離子體中，對所述絕緣層應用等離子體處理的步驟，所述等離子體是通過在預定條件下，激發包括氫原子或碳原子的氣體所產生的。
31.按照權利要求30所述的方法，其中所述等離子體處理步驟具有降低所述絕緣層的表面的氟濃度，同時增加所述絕緣層的表面上的碳濃度的效果。
32.按照權利要求30所述的方法，其中包含氫原子的氣體包括氫氣(H2)、甲烷氣體 (CH4)或矽烷氣體(SiH4),並且其中通過形成從所述絕緣層的表面釋放的氟化氫(HF)，降低氟濃度。
33.按照權利要求30所述的方法，其中包含碳原子的氣體包括一氧化碳氣體(CO)或甲烷氣體(CH4),並且其中通過形成從所述絕緣層的表面釋放氟(F)的C-F鍵，降低氟濃度。
34.按照權利要求30所述的方法，其中利用徑向線縫隙天線(RLSA)微波等離子體處理設備產生所述等離子體。
35.按照權利要求30所述的方法，其中進行所述預處理工藝的步驟包括下述步驟把所述絕緣層浸入包含金屬元素的氫氧化物的溶液中；在浸入步驟之後，用純水衝洗所述絕緣層；和在衝洗步驟之後，乾燥所述絕緣層。
36.按照權利要求35所述的方法，其中所述金屬元素選自鈣(Ca)、鍶(Sr)JI(Ba)、 鈉(Na)、鉀(K)和鎂(Mg)。
37.一種製造半導體器件的方法，所述方法包括下述步驟在使絕緣層的表面暴露在惰性氣體氣氛中的同時，在預定條件下對所述絕緣層進行退火；在所述退火步驟之後，進行高溫濺射工藝，以便形成包括金屬元素的阻擋層，使得在所述絕緣層和所述阻擋層之間的界面形成金屬-C鍵，其中在所述高溫濺射工藝期間，基板溫度被保持在約70°c 200°C，並且其中所述退火步驟還包括從所述絕緣層的表面去除水分的步驟，和所述絕緣層包括氟碳化合物(CFx)膜。
38.按照權利要求37所述的方法，其中所述預定條件包括溫度180°C 220°C，時間 3 5分鐘。
39.按照權利要求37所述的方法，其中所述惰性氣體氣氛包括氬氣(Ar)。
40.按照權利要求37所述的方法，其中在流量約70sCCm，基板溫度約200°C，功率級約 300W，處理時間約50秒的條件下，在氬氣(Ar)氣氛中形成所述阻擋層。
41.按照權利要求37所述的方法，其中所述金屬元素包括鈦(Ti)、鉭(Ta)、釕(Ru)、錳 (Mn)或鈷(Co)。
42.按照權利要求37所述的方法，其中所述高溫濺射工藝具有從所述絕緣層的表面去除氟，同時在所述絕緣層的表面形成富碳表面的效果。
43.按照權利要求42所述的方法，其中所述去除步驟還包括下述步驟在所述高溫濺射工藝的初期，形成金屬氟化物溶液，和在所述初期之後，從所述絕緣層的表面蒸發所述金屬氟化物溶液。
44.按照權利要求37所述的方法，還包括在形成步驟之後，進行後退火處理的步驟，其中在約50°C 200°C的溫度下，進行時間不超過180秒的所述後退火處理。
45.按照權利要求37所述的方法，其中按預定設定條件，利用徑向線縫隙天線(RLSA) 微波等離子體處理設備形成所述絕緣層。
46.按照權利要求45所述的方法，其中所述預定設定條件包括25mTorr 30mTorr的壓力，和1500W 2000W的微波功率。
全文摘要
一種製造半導體器件的方法，包括下述步驟對絕緣層進行退火，和在絕緣層上形成包括金屬元素的阻擋層。絕緣層包括氟碳化合物(CFx)膜。在退火步驟之後，用高溫濺射工藝形成阻擋層。
文檔編號H01L21/285GK102292798SQ20108000529
公開日2011年12月21日 申請日期2010年1月22日 優先權日2009年1月22日
發明者堀込正弘, 小林保男, 松岡孝明, 野澤俊久, 黑鳥託也 申請人:東京毅力科創株式會社