專利名稱：雙鑲嵌工藝中的金屬表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙鑲嵌(dual damascene)工藝中的介層窗(via)處理方法，特別涉及一種銅/旋涂低介電常數(shù)介電層(Cu/SOD)的雙鑲嵌工藝中的介層窗處理方法，可避免銅剝離(Cu peeling)的現(xiàn)象的發(fā)生。
背景技術(shù)：
在銅/旋涂低介電常數(shù)介電層的雙鑲嵌工藝中，介層窗底部表面的銅氧化與銅剝離是需參考的主要因素之一。一般而言，利用反應性預清洗(Reactive-Pre-Clean，RPC)可以有效移除介層窗底部表面的銅氧化。另一方面，利用氬離子表面處理可以有效改善銅與旋涂低介電常數(shù)介電層之間的粘著力。
然而，上述兩種處理方法無法相互配合。一般而言，若先進行反應性預清洗處理，則后續(xù)的氬離子表面處理將造成介層窗電阻的提升，進而造成成品率(yield)的降低。上述處理次序的缺點，主要是由于氬離子表面處理時，氬離子的方向垂直介層窗底部表面，因而造成銅表面損傷。反之，若先進行氬離子表面處理，則在后續(xù)的反應性預清洗處理后，銅與旋涂低介電常數(shù)介電層之間的粘著力則會降低。此外，介層窗底部表面的銅會濺飛而粘著至介層窗的側(cè)壁上，側(cè)壁上的銅會很快地擴散至內(nèi)金屬介電層(intermetal dielectric layer)中，造成內(nèi)金屬介電層的漏電。

發(fā)明內(nèi)容
在應用兩種處理方法在銅/旋涂低介電常數(shù)介電層的雙鑲嵌工藝中，本發(fā)明的目的之一在于，提供一種氬離子表面處理的方法，使氬離子以傾斜的方向進行，以減少銅表面損傷的機率。
為避免反應性預清洗處理造成內(nèi)金屬介電層的漏電，本發(fā)明的另一目的在于，提供一種銅/旋涂低介電常數(shù)介電層的雙鑲嵌工藝中處理的方法，先進行反應性預清洗處理后，再氬離子表面處理，可避免內(nèi)金屬介電層的漏電，并兼顧減少銅表面損傷的機率。
為實現(xiàn)上述目的，一種處理金屬表面的方法，應用在一雙鑲嵌半導體結(jié)構(gòu)中，此雙鑲嵌半導體結(jié)構(gòu)具有位于金屬結(jié)構(gòu)上一金屬結(jié)構(gòu)與一旋涂介電層。旋涂介電層中至少具有一開口暴露出金屬結(jié)構(gòu)的一部分表面。在填充開口之前，先移除暴露表面上的一氧化物，之后以一離子處理暴露表面，其中以垂直暴露表面的一軸為基準、離子以相對于軸的一傾斜角度處理暴露表面，其中此傾斜角度與上述開口的尺寸有關(guān)。這樣可避免暴露表面受到離子的損傷，并改善金屬的暴露表面與后續(xù)填充物之間的粘著力。


圖1為本發(fā)明的一實施例所應用的一半導體結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
圖2為本發(fā)明的一實施例的處理方法應用在一半導體結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
標號說明10雙鑲嵌結(jié)構(gòu)12金屬線結(jié)構(gòu)14低介電常數(shù)介電層16氬離子18軸20介層窗22溝槽具體實施方式
一種雙鑲嵌工藝中銅表面處理的方法，應用于一雙鑲嵌半導體結(jié)構(gòu)，此雙鑲嵌半導體結(jié)構(gòu)具有位于銅線結(jié)構(gòu)上至少一銅線結(jié)構(gòu)與一旋涂介電層。旋涂介電層中至少具有一介層窗(via)暴露出銅線結(jié)構(gòu)的一部分表面。首先移除部分表面上之一氧化銅，例如利用反應性預清洗程序移除。之后以一氬離子處理部分表面，其中以垂直部分表面的一軸為基準、氬離子以相對于軸的一傾斜角度處理部分表面。
參照圖1所示，提供一種包含介層窗(via)與溝槽(trench)的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)10，其中雙鑲嵌結(jié)構(gòu)10包含底材(圖中未示)上的金屬線結(jié)構(gòu)12及覆蓋在金屬線結(jié)構(gòu)12與底材上的低介電常數(shù)介電層14，其中金屬線結(jié)構(gòu)12的部分表面暴露出來。暴露出的金屬線結(jié)構(gòu)12上、低介電常數(shù)介電層14中、存在位于上下位置的至少兩個開口圖案。在本實施例中，兩個開口圖案是分別為介層窗20與溝槽22的圖案，其中位于下方的介層窗20圖案的開口相對較小，而位于介層窗圖案上方的溝槽22圖案開口相對較大。在一實施例中，金屬線結(jié)構(gòu)12的材料是以銅為主，低介電常數(shù)介電層14則以有機高分子或以二氧化硅為主的材料，并以旋涂的方式形成在金屬線結(jié)構(gòu)12之上，例如旋涂式高分子(Spin-On Polymer，SOP)、FLARE、SILK、PARYLENE與/或PAE-II、SiO2、FSG或USC，然不限于上述例子。低介電常數(shù)介電層14中的介層窗20與溝槽22的圖案，可利用一般雙鑲嵌工藝形成，不論是先制作介層窗20或是先制作溝槽22的雙鑲嵌工藝，皆可應用于此。
再次，為了方便后續(xù)說明，在此定義介層窗20的尺寸。在本實施例中，介層窗20的底部，即暴露出的金屬線結(jié)構(gòu)12的部分表面的長度以”a”表示的。其次，介層窗20的側(cè)壁高度以”b”表示的，則角度”θ0”以tan-1(a/b)表示的，即角度”θ0”為部分表面的長度與側(cè)壁高度的比值的反正切。側(cè)壁高度”b”大致垂直在金屬線結(jié)構(gòu)12的部分表面。
當制作出如雙鑲嵌結(jié)構(gòu)10的結(jié)構(gòu)、尚未將介層窗與溝槽填滿之前，需進行一些處理，例如移除暴露出的金屬線結(jié)構(gòu)12的部分表面上的氧化物、或是改善后續(xù)填充物與暴露出的金屬線結(jié)構(gòu)12的部分表面之間的粘著力。在本實施例中，先進行預先清洗的處理，利用一般的反應性預清洗處理，以移除暴露出的金屬線結(jié)構(gòu)12上的氧化物，例如氧化銅。
之后，參照圖2所示，對于暴露出的金屬線結(jié)構(gòu)12的部分表面進行氬離子16表面處理。為避免垂直在金屬線結(jié)構(gòu)12的部分表面的離子處理對于金屬表面造成損傷，因此，氬離子16以相對于金屬線結(jié)構(gòu)12的表面為傾斜的角度進行處理。在本實施例中，為方便說明，以垂直在金屬線結(jié)構(gòu)12的表面的軸18為例，氬離子16的傾斜角度相對于軸18以”θ”表示。根據(jù)上述表示，氬離子16的傾斜角度”θ”可以從軸18的兩側(cè)進入介層窗的表面，也就是說，軸18為氬離子16兩進行方向的對角線。在本實施例中，為了更進一步離子處理對金屬表面造成損傷，傾斜角度”θ”需大在角度”θ0”，這樣可進一步降低離子處理對金屬表面造成損傷。
根據(jù)前述內(nèi)容，本實施例采用先進行移除金屬氧化物的步驟，再進行改善金屬表面的粘著力的處理步驟。移除金屬氧化物的步驟是采用一般反應性預清洗處理，而改善金屬表面的粘著力的處理步驟則采用傾斜角度的氬離子表面處理，其中離子進入的傾斜的角度與半導體結(jié)構(gòu)中的尺寸有關(guān)，如此可確保金屬表面不易受到離子處理的損傷。
以上所述的實施例僅為了說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點，其目的在使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，本專利的范圍并不僅局限于上述具體實施例，即凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙鑲嵌工藝中的金屬表面處理方法，包含提供一雙鑲嵌半導體結(jié)構(gòu)，該雙鑲嵌半導體結(jié)構(gòu)具有至少一金屬結(jié)構(gòu)與一旋涂介電層位于該金屬結(jié)構(gòu)上，其中所述旋涂介電層中至少具有一開口暴露出該金屬結(jié)構(gòu)的一部分表面；移除該部分表面上的一氧化物；以及以一離子處理該部分表面，其中以垂直該部分表面的一軸為基準、該離子以相對于該軸的一傾斜角度處理該部分表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌工藝中的金屬表面處理方法，其特征在于所述開口具有一側(cè)壁高度，且該部分表面具有一開口長度，該傾斜角度大在該開口長度與該側(cè)壁高度的一比值的反正切。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙鑲嵌工藝中的金屬表面處理方法，其特征在于所述開口側(cè)壁是平行于該軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌工藝中的金屬表面處理方法，其特征在于所述離子是為一氬離子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌工藝中的金屬表面處理方法，其特征在于所述金屬結(jié)構(gòu)是為一銅線結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙鑲嵌工藝中的金屬表面處理方法，其特征在于所述旋涂介電層是具有一低介電常數(shù)。
7.一種雙鑲嵌工藝中的銅表面處理方法，包含提供一雙鑲嵌半導體結(jié)構(gòu)，該雙鑲嵌半導體結(jié)構(gòu)具有至少一銅線結(jié)構(gòu)與一旋涂介電層位于該銅線結(jié)構(gòu)上，其中所述旋涂介電層中至少具有一介層窗(via)暴露出該銅線結(jié)構(gòu)的一部分表面；移除該部分表面上的一氧化銅；以及以一氬離子處理該部分表面，其特征在于以垂直該部分表面的一軸為基準、該氬離子以相對于該軸的一傾斜角度處理該部分表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙鑲嵌工藝中的銅表面處理方法，其特征在于所述開口具有一側(cè)壁高度，且該部分表面具有一開口長度，該傾斜角度大在該開口長度與該側(cè)壁高度的一比值的反正切。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙鑲嵌工藝中的銅表面處理方法，其特征在于所述移除步驟是為一反應性預清洗程序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種雙鑲嵌工藝中的金屬表面處理方法，應用在一雙鑲嵌(dual damascene)半導體結(jié)構(gòu)中，此雙鑲嵌半導體結(jié)構(gòu)具有一金屬結(jié)構(gòu)與一旋涂介電層位于金屬結(jié)構(gòu)上。旋涂介電層中至少具有一開口暴露出金屬結(jié)構(gòu)的一部分表面。在填充開口之前，先移除暴露表面上的一氧化物，之后以一離子處理暴露表面，其中以垂直暴露表面的一軸為基準、離子以相對在軸的一傾斜角度處理暴露表面。這樣可避免暴露表面受到離子的損傷，并改善金屬的暴露表面與后續(xù)填充物之間的粘著力。
文檔編號H01L21/768GK1787189SQ20041008939
公開日2006年6月14日 申請日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者郭強 申請人:上海宏力半導體制造有限公司