[发明专利]一种提高铜互连可靠性的表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面处理方法，尤其是一种半导体制造领域制造金属互连线过程中提高铜互连可靠性的表面处理方法。

背景技术

在半导体集成电路工业中，高性能的集成电路芯片需要尽可能低的连线电容电阻信号延迟和信号串扰。为此，需要低电阻率的铜金属线以及连线的层间及线间填充低介电常数介质材料来达到降低寄生电容，提高器件性能的目的。而目前普遍采用的低介电常数绝缘介质材料是掺碳的多孔氧化硅。伴随着介电常数要求的不断降低，介电材料的孔隙率和含碳量不断增加，结构越来越疏松，在工艺过程中更容易受到的损伤而使介电常数升高。

此外，工艺的损伤和不良的表面结合力会造成铜金属线易被氧化，容易扩散到介质绝缘层，从而使金属更容易发生电迁移和应力迁移，绝缘层更容易被击穿，总而言之，可靠性性能明显降低。因此如何有效地避免低介电常数材料损伤，提高介质层介电击穿寿命，以及如何改善金属层表面状态，提高与下层的结合力，从而提高电迁移和应力迁移性能，成为一个尤为重要的课题。

当前通用的技术有三种，一种是采用氢气的原位等离子体预处理，达到修复金属层的目的，如中国专利（公开号:1490852A）低介电常数材料的表面处理方法。但这种方法中，氢的等离子体基团活性较高，容易对低介电常数介电层带来损伤，从而使整体介电常数增大，不利于器件的性能。而且氢的原位等离子处理对化学机械研磨的残余物清除能力有限。

第二种是采用氨气的原位等离子体预处理，达到去除介电层表面的化学机械研磨的残留物，从而获得较好的表面，改善后续薄膜与其的结合力。但是这种方法，氨的等离子体对铜金属层表面的作用有限，仅能改善介质层表面，结果依然不令人满意。

第三种是采用二者的结合，亦即氢气等离子处理和氨气等离子处理相结合。这种方法较之前两种要更为有效，但是缺点是成本高，产量低，不利于大量生产。此外，这三种方法由于都是采用反应腔内的原位等离子体处理，对多孔的电解质都有较大损伤，也不利获得最佳的器件性能。

发明内容

为克服现有的半导体制造领域制造金属互连线过程中的表面处理技术所带来的问题，本发明提供一种可以提高金属互连的可靠性，并减少介电常数的损伤性增加的表面处理方法。

本发明解决技术问题所采用的技术手段为：

一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，包括以下步骤：

步骤a、在一介电层上形成图案化沟槽，并在所述沟槽内镶嵌金属；

步骤b、去除所述步骤a镶嵌过程中多余的金属；

步骤c、通过混合气体去除所述步骤b中残留在介电层及金属表面的残留物和金属的氧化物；

步骤d、在所述介电层及金属表面形成一层致密阻挡层。

在一实施方式中，含碳原子的混合气体（例如含氢气，氨气和甲烷）除了清除金属表面的金属的氧化物之外，还同时用于抑制含碳的上述介电层（例如介电层为低介电常数材料）的碳损失量，以减少介电层的损伤和抑制其介电常数的增大。

上述一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，步骤d完成后，于所述致密阻挡层表面形成新的介电层。此时，在新的介电层中还可以进行其他的工艺步骤，例如再次以步骤a-d而形成新的互连线或其他大马士革结构。

上述一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，所述步骤a中形成图案化沟槽的方法为：在一介电层表面形成一光阻材料层；通过光刻在所述光阻材料层上形成预定图案（例如形成带图案的开口）；并利用所述图案化光阻材料层（例如通过带图案的开口）刻蚀所述介电层以形成图案化沟槽。

上述一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，所述步骤a中在图案化沟槽内镶嵌金属的方法为：在所述沟槽的侧壁和底部物理汽相淀积或原子层淀积形成一层粘附层，一层扩散阻挡层以及一层金属的籽晶层；采用电化学镀在上述形貌基础上生长金属层。

上述一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，所述步骤a中镶嵌的金属为铜。

上述一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，所述步骤b中去除多余金属的方法为化学机械研磨。

上述一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，所述步骤d中形成所述致密阻挡层的方法为化学汽相淀积。

上述一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，所述步骤d中形成的所述致密阻挡层为含氮阻挡层和/或含碳阻挡层。

上述一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，所述步骤c中通过混合气体去除残留物和金属的氧化物的方法为使混合气体与所述介电层及金属表面进行反应。