專利名稱：改善金屬互聯(lián)工藝中多孔介質(zhì)薄膜密封性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及改善金屬互聯(lián)中的多孔介質(zhì)薄膜密封性的方法、以及采用了該金屬互聯(lián)中的改善多孔介質(zhì)薄膜密封性的方法的金屬互聯(lián)制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造業(yè)中，低k(介電常數(shù))材料的用途是為減小布線間的電容。特別是在亞45nm技術(shù)平臺下，多孔低k材料作為用超低K(Ultra Lowk)材料可以緩和由于線寬減小導(dǎo)致的導(dǎo)線和介質(zhì)層的電耦合增強(qiáng)效應(yīng)。但同時，這種多孔材料若長久暴露在空氣中，容易吸收空氣中的水汽，使介電常數(shù)增大，進(jìn)而影響器件的可靠性和穩(wěn)定性。因此，在低K介質(zhì)薄膜工藝中，用密封工藝(sealing process)來防止空氣中潮濕氣體進(jìn)入并粘附在多孔中，從而保證器件的可靠性和穩(wěn)定性。J. Shoeb 等人的文章(Juline Shoeb and Mark J. Kushner. Mechanisms for sealing of porous low-k SiOCH by combined He and NH3 plasma treatment. J. Vac. Sci. Technol. A 29,051305(2011) ；doi :10. 1116/1. 3626534)報道過，多孔低 K 介質(zhì)薄膜的密封可通過NH3等離子體處理來實(shí)現(xiàn)。在低介電常數(shù)電介質(zhì)阻擋層工藝中，淀積之前存在前處理(NH3等離子體)的步驟，可將低K介質(zhì)薄膜的微孔封住。但是，在Cu互聯(lián)工藝中，大馬士革刻蝕后，TaN/Ta淀積工藝之前，尚缺乏這樣的封孔工藝。實(shí)際上，如果低K介質(zhì)薄膜長時間暴露于空氣中，則水汽會進(jìn)入低K介質(zhì)薄膜，增加RC延遲，影響器件的可靠性。具體地說，目前，Cu金屬互聯(lián)工藝步驟通常如下(以多層金屬互聯(lián)介質(zhì)薄膜沉積為例)1)首先在多孔低K介質(zhì)薄膜1上淀積多層金屬互聯(lián)中的低K阻擋薄膜3，并且，在低K阻擋薄膜3 (例如SiHCN)淀積前，可以執(zhí)行一步NH3等離子體處理的步驟，NH3等離子體處理的目的一是去除銅表面的氧化層，二是可以形成密封層2來將多孔低K介質(zhì)薄膜1 密封??；2)多層金屬互聯(lián)中的低K介質(zhì)薄膜4淀積45nm工藝以下通常采用AMAT公司的多孔SiOC介質(zhì)薄膜(例如SiHCON)；3)多層金屬互聯(lián)中的氧化物/金屬硬掩膜5以及硬掩膜覆蓋層6的淀積；此后沉積光刻膠7，由此得到的結(jié)構(gòu)如圖1所示；4)雙大馬士革刻蝕工藝；由此得到的結(jié)構(gòu)如圖2所示；5)多層金屬互聯(lián)中的Cu阻擋層/晶種層8的淀積；由此得到的結(jié)構(gòu)如圖3所示。大馬士革刻蝕后，低k介質(zhì)薄膜裸露于空氣中，在Cu阻擋層/晶種層淀積之前，缺少對低K多孔介質(zhì)薄膜表面的封孔處理工藝，若低K多孔介質(zhì)薄膜與TaN阻擋層之間粘附性差，潮濕空氣很容易進(jìn)入孔隙，使低K材料介電常數(shù)增加，增加電路的RC延遲，降低器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在上述問題，提供一種金屬互聯(lián)中的多孔介質(zhì)薄膜制造方法以及金屬互聯(lián)制造方法，其能夠在不影響Cu互聯(lián)工藝集成的前提下，對大馬士革工藝中裸露在外的多孔介質(zhì)薄膜(尤其是低k多孔介質(zhì)薄膜)增加封孔處理工藝，防止水汽進(jìn)入低k介質(zhì)薄膜導(dǎo)致的RC延遲增加，增強(qiáng)低k多孔介質(zhì)薄膜與TaN 界面的粘附力，提高器件的可靠性。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種改善金屬互聯(lián)中的多孔介質(zhì)薄膜密封性的方法，其包括在多孔介質(zhì)薄膜密封性上淀積阻擋薄膜；在所述阻擋薄膜上淀積介質(zhì)薄膜；在所述介質(zhì)薄膜上淀積硬掩膜以及硬掩膜覆蓋層；執(zhí)行單大馬士革刻蝕工藝和/或雙大馬士革刻蝕工藝以刻蝕所述介質(zhì)薄膜、所述硬掩膜以及所述硬掩膜覆蓋層，從而暴露多孔介質(zhì)薄膜的至少一部分孔；以及執(zhí)行NH3等離子體處理，從而在所述多孔介質(zhì)薄膜中的暴露的孔中的側(cè)壁表面形成封閉層，然后淀積金屬互聯(lián)層。優(yōu)選地，所述改善金屬互聯(lián)中的多孔介質(zhì)薄膜密封性的方法進(jìn)一步包括執(zhí)行多層金屬互聯(lián)中的Cu阻擋層和/或晶種層的淀積。優(yōu)選地，所述改善金屬互聯(lián)中的多孔介質(zhì)薄膜密封性的方法進(jìn)一步包括在多孔介質(zhì)薄膜密封性上淀積阻擋薄膜之前，執(zhí)行NH3等離子體處理。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種金屬互聯(lián)制造方法，其采用了根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的改善金屬互聯(lián)中的多孔介質(zhì)薄膜密封性的方法。本發(fā)明針對Cu金屬互聯(lián)工藝，在大馬士革刻蝕后的多孔介質(zhì)薄膜，在淀積例如 TaN/Ta之前，增加NH3等離子體處理工藝，對裸露的多孔介質(zhì)薄膜進(jìn)行封孔，提高器件的可靠性。并且，NH3等離子體處理大馬士革刻蝕后裸露的多孔介質(zhì)薄膜，有效防止水汽進(jìn)入多孔介質(zhì)薄膜，增強(qiáng)多孔介質(zhì)薄膜與例如TaN界面粘附力，從而達(dá)到提高器件穩(wěn)定性的目的。


結(jié)合附圖，并通過參考下面的詳細(xì)描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中圖1至圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的金屬互聯(lián)中的多孔介質(zhì)薄膜制造方法的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的金屬互聯(lián)中的多孔介質(zhì)薄膜制造方法的示意圖。需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標(biāo)有相同或者類似的標(biāo)號。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明是針對Cu金屬互聯(lián)工藝，在大馬士革刻蝕后，TaN/Ta淀積工藝之前，增加了一道NH3等離子體處理工藝，對裸露的低k介質(zhì)薄膜的封孔工藝，防止水汽進(jìn)入低k多孔介質(zhì)薄膜，增強(qiáng)低k多孔介質(zhì)薄膜與TaN界面粘附力，改善器件的可靠性和穩(wěn)定性。
本發(fā)明方法原理是=NH3等離子體對多孔的低k介質(zhì)薄膜封孔原理，是利用NH3 在等離子體環(huán)境中形成NH自由基，與多孔低k介質(zhì)薄膜反應(yīng)形成例如C-N，Si-N, N-N鍵 (sealed layer)將孔封住。本發(fā)明是針對大馬士革刻蝕后裸露的多孔低k介質(zhì)薄膜，在淀積金屬層(例如TaN/Ta)之前，增加NH3等離子體處理工藝，對低k介質(zhì)薄膜進(jìn)行封孔，提高器件的可靠性。下面將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的改進(jìn)后的工藝流程。在第一步驟中，與現(xiàn)有技術(shù)一樣，首先在多孔低K介質(zhì)薄膜1上淀積多層金屬互聯(lián)中的低K阻擋薄膜3，并且優(yōu)選地，在低K阻擋薄膜3 (例如SiHCN)淀積前，可以執(zhí)行一步 NH3等離子體處理的步驟，NH3等離子體處理的目的一是去除銅表面的氧化層，二是可以形成密封層2來將多孔低K介質(zhì)薄膜1密封住。在第二步驟中，與現(xiàn)有技術(shù)一樣，多層金屬互聯(lián)中的低K介質(zhì)薄膜4淀積，例如，在 45nm工藝以下通常采用AMAT公司的多孔SiOC介質(zhì)薄膜，例如SiHCON。在第三步驟中，執(zhí)行多層金屬互聯(lián)中的氧化物/金屬硬掩膜5以及硬掩膜覆蓋層 6的淀積；第三步驟之后得到的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在第四步驟中，執(zhí)行雙大馬士革刻蝕工藝和/或單大馬士革刻蝕工藝以刻蝕低K 介質(zhì)薄膜4、硬掩膜5以及硬掩膜覆蓋層6，從而暴露多孔介質(zhì)薄膜的至少一部分孔；由此在多孔低k介質(zhì)薄膜中的暴露的孔中的側(cè)壁表面形成封閉層。由此得到的結(jié)構(gòu)如圖2所示。在第五步驟中，在大馬士革刻蝕工藝之后執(zhí)行NH3等離子體處理；第五步驟如圖4 所示。
隨后可以在第六步驟中，執(zhí)行多層金屬互聯(lián)中的Cu阻擋層和/或晶種層的淀積。具體地說，以第一金屬互聯(lián)層淀積為例，大馬士革刻蝕后，經(jīng)NH3等離子體處理，多孔低k介質(zhì)薄膜中的孔中的側(cè)壁表面形成封閉層。通過測試可知，多孔低k介質(zhì)薄膜經(jīng)NH3 等離子處理后，反射率值有所增加，膜厚下降，且隨著處理時間增長，變化越來越明顯，這說明NH3等離子處理后，低k介質(zhì)薄膜孔中的側(cè)壁表面的確形成一層不同于低k的致密介質(zhì)薄膜，可對水汽進(jìn)行阻擋。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種采用了上述金屬互聯(lián)中的改善多孔介質(zhì)薄膜密封性的方法的金屬互聯(lián)制造方法。需要說明的是，雖然以“低k多孔介質(zhì)薄膜”和“低k介質(zhì)薄膜”說明了本發(fā)明，但是本發(fā)明適合于各種多孔介質(zhì)薄膜和介質(zhì)薄膜，說明書僅僅以“低k多孔介質(zhì)薄膜”和“低 k介質(zhì)薄膜”表明本發(fā)明對于介電常數(shù)越低的介質(zhì)薄膜來說效果越好。因此，應(yīng)該廣義地理解術(shù)語“低k多孔介質(zhì)薄膜”和“低k介質(zhì)薄膜”?？梢岳斫獾氖?，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下， 都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改善金屬互聯(lián)中的多孔介質(zhì)薄膜密封性的方法，其特征在于包括 以多層金屬互聯(lián)為例在多孔介質(zhì)薄膜上淀積阻擋薄膜； 在所述阻擋薄膜上淀積介質(zhì)薄膜； 在所述介質(zhì)薄膜上淀積硬掩膜以及硬掩膜覆蓋層；執(zhí)行單大馬士革刻蝕工藝和/或雙大馬士革刻蝕工藝以刻蝕所述介質(zhì)薄膜、所述硬掩膜以及所述硬掩膜覆蓋層，從而暴露多孔介質(zhì)薄膜的至少一部分孔；以及執(zhí)行NH3等離子體處理，從而在所述多孔介質(zhì)薄膜中的暴露的孔中的側(cè)壁表面形成封閉層，然后淀積金屬互聯(lián)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善金屬互聯(lián)中的多孔介質(zhì)薄膜密封性的方法，其特征在于進(jìn)一步包括執(zhí)行多層金屬互聯(lián)中的Cu阻擋層和/或晶種層的淀積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改善金屬互聯(lián)中的多孔介質(zhì)薄膜密封性的方法，其特征在于進(jìn)一步包括在多孔介質(zhì)薄膜上淀積阻擋薄膜之前，執(zhí)行NH3等離子體處理。
4.一種金屬互聯(lián)制造方法，其特征在于采用了根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的改善金屬互聯(lián)中的多孔介質(zhì)薄膜密封性的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改善金屬互聯(lián)工藝中多孔介質(zhì)薄膜密封性的方法。根據(jù)本發(fā)明的金屬互聯(lián)工藝方法包括在多孔介質(zhì)薄膜密封性上淀積阻擋薄膜；在所述阻擋薄膜上淀積介質(zhì)薄膜；在所述介質(zhì)薄膜上淀積硬掩膜以及硬掩膜覆蓋層；執(zhí)行單大馬士革刻蝕工藝和/或雙大馬士革刻蝕工藝以刻蝕所述介質(zhì)薄膜、所述硬掩膜以及所述硬掩膜覆蓋層，從而暴露多孔介質(zhì)薄膜的至少一部分孔；以及執(zhí)行NH3等離子體處理，從而在所述多孔介質(zhì)薄膜中的暴露的孔中的側(cè)壁表面形成封閉層；然后淀積金屬互聯(lián)層。本發(fā)明針對大馬士革刻蝕后的多孔介質(zhì)薄膜，在淀積TaN/Ta之前，增加NH3等離子體處理工藝，對裸露的多孔介質(zhì)薄膜進(jìn)行封孔，提高器件的可靠性。
文檔編號H01L21/768GK102543859SQ20121004874
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者張景春, 陳建維, 顧梅梅 申請人:上海華力微電子有限公司