[發(fā)明專利]銅互連線的形成方法和介質(zhì)層的處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910198113.6
• 申請日: 2009-11-02
• 公開（公告）號: CN102054748A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧武鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/3105
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 李麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種銅互連線的形成方法和介質(zhì)層的處理方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，超大規(guī)模集成電路芯片的集成度已經(jīng)高達(dá)幾億乃至幾十億個(gè)器件的規(guī)模，兩層以上的多層金屬互連技術(shù)廣泛使用。傳統(tǒng)的金屬互連是由鋁金屬制成的，但隨著集成電路芯片中器件特征尺寸的不斷減小，金屬互連線中的電流密度不斷增大，要求的響應(yīng)時(shí)間不斷減小，傳統(tǒng)鋁互連線已經(jīng)不能滿足要求，工藝尺寸小于130nm以后，銅互連線技術(shù)已經(jīng)取代了鋁互連線技術(shù)。與鋁相比，金屬銅的電阻率更低，銅互連線可以降低互連線的電阻電容(RC)延遲，改善電遷移，提高器件的性能。另外，在銅互連線技術(shù)中，低介電常數(shù)的介質(zhì)材料受到廣泛應(yīng)用，有效的降低了電路的寄生電容，提高了器件的性能。

在已經(jīng)公開的申請?zhí)枮?00680006603.6的中國專利申請中公開了一種銅互連線的形成方法。圖1給出了該方法的流程示意圖，圖2至圖7給出了該方法各步驟的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

結(jié)合圖1和圖2，執(zhí)行步驟S101，提供半導(dǎo)體基底100，所述半導(dǎo)體基底100上具有介質(zhì)層101。所述介質(zhì)層101的材料為低介電常數(shù)(low-k)材料，選自有機(jī)硅酸鹽玻璃(OSG)、黑鉆石(BD)、有機(jī)硅玻璃(SiCOH)。

結(jié)合圖1和圖3，執(zhí)行步驟S102，在所述介質(zhì)層101中形成開口102。形成方法包括：在所述介質(zhì)層101的表面上旋涂光刻膠并圖案化；然后以所述圖案化的光刻膠為掩膜對所述介質(zhì)層101進(jìn)行刻蝕，形成開口102。所述開口102形成之后，通入氧氣等離子體，將殘留的光刻膠灰化去除。

結(jié)合圖1和圖4，執(zhí)行步驟S103，在所述開口102的底部和側(cè)壁以及所述介質(zhì)層101的表面上形成阻擋層103。所述阻擋層103的材料為鉭(Ta)或氮化鉭(TaN)，形成方法為物理氣相沉積(PVD)。所述阻擋層103可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是多層結(jié)構(gòu)。

結(jié)合圖1和圖5，執(zhí)行步驟S104，在所述阻擋層103上形成銅晶種層104。所述銅晶種層104可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是由晶粒直徑不同的小晶粒層和大晶粒層構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。

結(jié)合圖1和圖6，執(zhí)行步驟S105，在所述開口102中填充金屬銅，形成銅金屬層105。銅金屬層105的形成方法為電鍍(ECP)。

結(jié)合圖1和圖7，執(zhí)行步驟S106，對所述半導(dǎo)體基底100進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，形成銅互連線105a。由于在電鍍填充金屬銅的過程中，會有部分銅溢出開口102覆蓋在所述半導(dǎo)體基底100表面形成塊銅(bulk?Cu)，化學(xué)機(jī)械拋光的過程就是將所述塊銅和部分阻擋層103、銅晶種層104研磨去除。

實(shí)際上，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，所述介質(zhì)層101和阻擋層103之間的粘附性較差，在之后的化學(xué)機(jī)械拋光過程中，阻擋層103容易發(fā)生脫落，使得開口內(nèi)填充的金屬銅發(fā)生彎曲導(dǎo)致“銅線彎曲缺陷”，圖8給出了所述半導(dǎo)體基底100的俯視圖，如圖8所示，所述銅互連線105a發(fā)生了彎曲形變，影響器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是提供一種銅互連線的形成方法，改善阻擋層與介質(zhì)層之間的粘附性，避免銅線彎曲缺陷。

本發(fā)明解決的另一個(gè)問題是提供一種介質(zhì)層的處理方法，改善介質(zhì)層的粘附性。

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種銅互連線的形成方法，包括如下步驟：

提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底上具有介質(zhì)層；

在所述介質(zhì)層中形成開口，開口底部露出所述半導(dǎo)體基底；

對所述介質(zhì)層進(jìn)行等離子體處理；

在所述開口底部和側(cè)壁以及介質(zhì)層表面形成阻擋層；

在所述開口中填充金屬銅；

對所述半導(dǎo)體基底化學(xué)機(jī)械拋光，形成銅互連線。

可選的，所述等離子體處理是在非氧化性等離子體氣氛中進(jìn)行的。

可選的，所述非氧化性等離子體氣氛選自氦氣(He)，氬氣(Ar)，氫氣(H₂)，氮?dú)?N₂)，氨氣(NH₃)等離子體中的一種或是它們的組合物。

可選的，所述非氧化性等離子體氣氛的流量為100sccm(毫升/分鐘)至200sccm。

可選的，所述非氧化性等離子體氣氛的壓強(qiáng)為4托至6托。

可選的，所述等離子體處理的溫度為360攝氏度至400攝氏度。

可選的，所述等離子體處理的時(shí)間為18秒至24秒。

可選的，所述介質(zhì)層的材料為低介電常數(shù)材料。