專利名稱：一種低介電常數(shù)薄膜表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種低介電常數(shù)薄膜表面處理方法，尤其涉及一種修復(fù)化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)后損傷的超低介電常數(shù)(K〈2. 7)薄膜的表面處理工藝。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體集成電路エ業(yè)中，特征尺寸不斷減小和金屬連線高寬比增加導(dǎo)致互連電容快速上升，然后引起串?dāng)_問題。另ー方面，層數(shù)增加引起的層間寄生電容的加大并產(chǎn)生額外的互連延時(shí)，這成了提高電路速度的主要障礙。寄生電容還増加了功耗。所有這些問題限制了電路性能的改進(jìn)。高性能的集成電路芯片需要盡可能低的連線電容電阻信號(hào)延遲和信號(hào)串?dāng)_，為此，需要低電阻率的銅金屬線以及連線的層間、及線間填充低介電常數(shù)介質(zhì)材料來達(dá)到降低寄生電容，從而達(dá)到提高器件性能的目的。近十年來，半導(dǎo)體エ業(yè)界對(duì)低介電常數(shù)材料的研究日益增多，在集成電路エ藝中，低介電常數(shù)材料必須滿足諸多條件，例如足夠的機(jī)械強(qiáng)度以支撐多層連線的架構(gòu)、高楊氏系數(shù)、高擊穿電壓、低漏電、高熱穩(wěn)定性、良好的粘合強(qiáng)度、低吸水性、低薄膜應(yīng)力、高平坦化能力、低熱漲系數(shù)以及與化學(xué)機(jī)械拋光エ藝的兼容性
坐坐寸寸ο摻雜碳和微孔均是降低K值的有效手段，目前45納米以上技術(shù)，普遍采用的超低介電常數(shù)(K〈2. 7)絕緣介質(zhì)材料是摻碳的多孔氧化硅薄膜。其中，摻雜碳的ニ氧化硅介電常數(shù)與密度呈線性關(guān)系，密度的降低有利于K值的降低；微孔材料的介電常數(shù)與材料密度和孔隙率有關(guān)，孔隙率越高K值越小。然而，伴隨著介質(zhì)材料介電常數(shù)不斷降低的要求，介電材料的孔隙率和含碳量不斷増加，而結(jié)構(gòu)變得越來越疏松，在許多エ藝過程中(如蝕刻，灰化，化學(xué)機(jī)械研磨等等)更容易受到損傷從而使介電常數(shù)升高。因此如何有效地避免低介電常數(shù)材料損傷導(dǎo)致的避免介電常數(shù)提高，成為當(dāng)今一個(gè)尤為重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)低介電常數(shù)材料因損傷而導(dǎo)致介電常數(shù)升高的問題，本發(fā)明提供了一種低介電常數(shù)薄膜的表面處理方法。本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供一種修復(fù)損傷的低介電常數(shù)薄膜的表面處理方法，步驟包括
對(duì)大馬士革結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體(Remote Plasma)處理,去除大馬士革結(jié)構(gòu)表面的殘留物和氧化層，并對(duì)低介電常數(shù)薄膜進(jìn)行碳補(bǔ)償；在等離子體處理完后的大馬士革結(jié)構(gòu)表面沉積介質(zhì)阻擋層。其中，所述損傷可以是由蝕刻，灰化，化學(xué)機(jī)械研磨(化學(xué)機(jī)械平坦化，CMP)等エ序帶來的。
其中，所述低介電常數(shù)薄膜可以是K在2. 7 3. I之間的低介電常數(shù)材料，或K〈2. 7的超低介電常數(shù)材料，如摻雜碳的多孔氧化硅。其中，所述等離子的處理優(yōu)選為將還原性氣體經(jīng)過大馬士革結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理。所述還原性氣體包括氫氣、碳?xì)浠衔铩⒒蚱浠旌蠚怏w。其中，所述碳?xì)浠衔锶缂淄椤?乙烷、丙烷等。根據(jù)本發(fā)明所述第一方面的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，提供一種用于修復(fù)化學(xué)機(jī)械研磨后損傷的超低介電常數(shù)薄膜的表面處理方法，步驟包括
步驟1，除去CMP工藝后的大馬士革結(jié)構(gòu)薄膜中的水汽(moisture)和/或CMP過程中殘留的液體；
步驟2，將還原性氣體經(jīng)過CMP工藝后的大馬士革結(jié)構(gòu)表面，進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體(Remote Plasma)處理,去除大馬士革結(jié)構(gòu)表面的殘留物和氧化層,并對(duì)低介電常數(shù)薄膜進(jìn)行碳補(bǔ)償；
步驟3，在步驟2處理完的大馬士革結(jié)構(gòu)表面沉積介質(zhì)阻擋層。根據(jù)本發(fā)明所述表面處理方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述等離子體處理過程在反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行，所述等離子體產(chǎn)生于反應(yīng)容器外，還原性氣體由反應(yīng)容器外進(jìn)入。其中，步驟I中可以采用加熱的方式將水汽和/或其它殘留的液體去除。本發(fā)明的第二個(gè)方面是提供一種使用上述方法制備的大馬士革結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的方法，能夠使CMP工藝造成的薄膜介電常數(shù)的升高得到一定的降低，同時(shí)提高與后續(xù)介質(zhì)阻擋層的粘合力，從而起到全面的修復(fù)作用，有利于器件速度性能的改善。另外，經(jīng)過該方法處理過后，銅金屬區(qū)域表面的氧化銅被還原修復(fù)，因而獲得清潔表面，從而也增強(qiáng)銅表面與后續(xù)阻擋層的結(jié)合力，提高銅金屬線抗電遷移和應(yīng)力遷移性能，提高電介質(zhì)的介質(zhì)擊穿壽命。


圖I為CMP工藝后的大馬士革結(jié)構(gòu)示意 圖2為除去水汽后的大馬士革結(jié)構(gòu)示意 圖3為遠(yuǎn)程等離子處理示意 圖4為遠(yuǎn)程等離子體處理后的大馬士革結(jié)構(gòu)示意 圖5為沉積介質(zhì)阻擋層后的大馬士革結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種用于修復(fù)損傷的超低介電常數(shù)薄膜的表面處理工藝，以及使用所述方法制備得到的大馬士革結(jié)構(gòu)。下面參照附圖，通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的介紹和描述，以使更好的理解本發(fā)明內(nèi)容，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，下述實(shí)施例并不限制本發(fā)明范圍。實(shí)施例I
步驟1，除去CMP工藝后的大馬士革結(jié)構(gòu)薄膜中的水汽。CMP工藝采用的研磨液很多都會(huì)含有水或其它有機(jī)溶劑，因此，CMP工藝后，在大馬士革結(jié)構(gòu)中難免會(huì)含有部分水汽或其它液體。以含水的化學(xué)機(jī)械研磨漿料為例，如圖I中所示，在大馬士革I的表面部分，形成了含水汽層3。首先加熱將含水汽層3中的水汽去除。去除含水汽層3之后的結(jié)構(gòu)如圖2所示。步驟2，將還原性氣體經(jīng)過CMP工藝后的大馬士革結(jié)構(gòu)表面，進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體(Remote Plasma)處理,去除大馬士革結(jié)構(gòu)表面的殘留物和氧化層,并對(duì)低介電常數(shù)薄膜進(jìn)行碳補(bǔ)償。
在反應(yīng)腔內(nèi)，氫氣與甲烷混合氣體通過大馬士革幾個(gè)表面，進(jìn)行等離子體處理(圖3中箭頭方向所示)，等離子體處理后盡量補(bǔ)償之前工藝帶來的碳損失，使CMP工藝造成的薄膜介電常數(shù)的升高得到一定的降低，同時(shí)提高與后續(xù)介質(zhì)阻擋層的粘合力，從而起到全面的修復(fù)作用，有利于器件速度性能的改善。此外，還原性氣體將銅2表面的氧化銅還原修復(fù)，去除了表面殘留物和氧化層4，清潔了表面(如圖4中所示)，從而也增強(qiáng)銅表面與后續(xù)阻擋層的結(jié)合力，提高銅2金屬線的抗電遷移和應(yīng)力遷移性能，提高電介質(zhì)的介質(zhì)擊穿壽命。步驟3，在步驟2處理完的大馬士革結(jié)構(gòu)表面沉積介質(zhì)阻擋層。如圖5所示，在對(duì)大馬士革結(jié)構(gòu)I的表面進(jìn)行等離子體處理后，在大馬士革結(jié)構(gòu)I的上表面覆蓋一層介質(zhì)阻擋層5。實(shí)施例2
本實(shí)施例中，等離子體在反應(yīng)腔外產(chǎn)生，然后通入到反應(yīng)腔內(nèi)，相比反應(yīng)腔內(nèi)直接產(chǎn)生等離子體，可大大延長(zhǎng)反應(yīng)腔體內(nèi)一些部件的使用壽命。其它部分參照實(shí)施例I所述的方法實(shí)施。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種修復(fù)損傷的低介電常數(shù)薄膜的表面處理方法，其特征在于，步驟包括對(duì)大馬士革結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理，去除大馬士革結(jié)構(gòu)表面的殘留物和氧化層，并對(duì)低介電常數(shù)薄膜進(jìn)行碳補(bǔ)償；在等離子體處理完后的大馬士革結(jié)構(gòu)表面沉積介質(zhì)阻擋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面處理方法，其特征在于，所述損傷是由蝕刻、灰化或化學(xué)機(jī)械研磨工序帶來的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面處理方法，其特征在于，所述低介電常數(shù)薄膜為摻雜碳的多孔氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面處理方法，其特征在于，所述等離子的處理優(yōu)選為將還原性氣體經(jīng)過大馬士革結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的表面處理方法,其特征在于,所述還原性氣體包括氫氣、碳?xì)浠衔?、或其混合氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面處理方法，其特征在于，步驟包括 步驟1，除去CMP工藝后的大馬士革結(jié)構(gòu)薄膜中的水汽和/或CMP過程中殘留的液體； 步驟2，將還原性氣體經(jīng)過CMP工藝后的大馬士革結(jié)構(gòu)表面，進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理，去除大馬士革結(jié)構(gòu)表面的殘留物和氧化層，并對(duì)低介電常數(shù)薄膜進(jìn)行碳補(bǔ)償； 步驟3，在步驟2處理完的大馬士革結(jié)構(gòu)表面沉積介質(zhì)阻擋層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1飛中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述等離子體處理過程在反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行，所述等離子體產(chǎn)生于反應(yīng)容器外，還原性氣體由反應(yīng)容器外進(jìn)入。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面處理方法，其特征在于，步驟I中采用加熱的方式將水汽和/或其它殘留的液體去除。
9.一種使用上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述方法制備的大馬士革結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種修復(fù)損傷的超低介電常數(shù)(K<2.7)薄膜的表面處理方法藝。等離子體通入腔內(nèi)對(duì)大馬士革結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理，處理結(jié)束后，立刻進(jìn)行后續(xù)介質(zhì)阻擋層的沉積。該方法能使CMP等工藝造成的薄膜介電常數(shù)的升高得到一定的降低，同時(shí)提高與后續(xù)介質(zhì)阻擋層的粘合力，從而起到全面的修復(fù)作用，有利于器件速度性能的改善。另外，經(jīng)過該方法處理過后，銅金屬區(qū)域表面的氧化銅被還原修復(fù)，因而獲得清潔表面，從而也增強(qiáng)銅表面與后續(xù)阻擋層的結(jié)合力，提高銅金屬線抗電遷移和應(yīng)力遷移性能，提高電介質(zhì)的介質(zhì)擊穿壽命。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102623395SQ20121007770
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者張文廣, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司