[发明专利]一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的金属互连工艺，特别是涉及一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法。

背景技术

随着科学技术的突飞猛进,半导体制造技术面临曰新月异的变化，其中12英寸、90纳米技术和铜工艺被称为引导半导体发展趋势的三大浪潮。传统的半导体工艺是主要采用铝作为金属互联材料(Interconnect)，在信号延时(signal delay)上已经受到限制。人们寻找到了新的材料来满足对电阻的要求，这种材料就是铜。简单地说，铜工艺就是指以铜作为金属互联材料的一系列半导体制造工艺。将铜工艺融入集成电路制造工艺可以提高芯片的集成度，提高器件密度，提高时钟频率以及降低消耗的能量。

铜作为互连线的材料具有低电阻率和较好的抗电迁移能力等优点，因而被广泛应用于集成电路器件结构的互连线工艺中。

随着器件集成度的提高，目前的逻辑电路金属互连中需要超过11层的金属铜层，各个金属铜层之间通常采用低k介质材料作为间隔层，一般的低k材料的机械强度较低，而且与金属铜的结合能力较差，因此通常低k介质材料及金属铜之间会产生分层现象，这会大大影响器件的稳定性，甚至使器件失效。

现有的之中解决上述问题的方法是，在金属铜表面通过SiH₄于NH₃以下反应形成SiN薄层，然后于SiN薄层表面沉积氮掺杂的碳化硅NDC层，如此做法可以增强金属铜于NDC层的结合，避免分层现象的发生。但是，由于反应过程中，SiH₄非常容易与金属铜反应生成合金，从而导致最终器件性能下降。

因此，提供一种能够增强金属铜与NDC界面结合，且不会导致器件性能下降的方法实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法，用于解决现有技术中金属铜与NDC界面结合强度太差导致分层现象或者由于SiH₄与金属铜形成合金导致器件性能下降的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法，至少包括以下步骤：

1）于低k介质层中形成通孔结构，于所述通孔结构填充金属铜；

2）于所述低k介质层及金属铜表面形成C₉H₂₇NSi₃薄层；

3）通入C₉H₂₇NSi₃气体及He并进行等离子体处理，使所述C₉H₂₇NSi₃薄层及C₉H₂₇NSi₃气体与He反应，于所述低k介质层及金属铜表面形成富Si的SiCN层；

4）对所述富Si的SiCN层进行N等离子体处理，使所述富Si的SiCN层中的Si与N反应，形成富SiN的SiCN层；

5）于所述富SiN的SiCN层表面形成NDC层。

作为本发明的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法的一种优选方案，步骤1）至少包括于所述通孔结构内及低k介质层表面沉积金属铜，并采用CMP工艺进行抛光直至露出所述低k介质层的步骤。

作为本发明的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法的一种优选方案，所述通孔结构包括大马士革结构及圆柱状通孔结构的一种或两种。

作为本发明的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法的一种优选方案，步骤2）采用气体吸附的方式于所述金属铜表面形成C₉H₂₇NSi₃薄层。

作为本发明的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法的一种优选方案，吸附过程中，采用的气压为0.1～7torr，温度为10～400℃，C₉H₂₇NSi₃的流量为100～2000sccm，吸附时间不小于1s。

作为本发明的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法的一种优选方案，步骤3）中，等离子体处理所采用的功率为100～2000w，气压为0.1～7torr，温度为50～400℃，He的流量为100～2000sccm，C₉H₂₇NSi₃的流量为100～2000sccm。