[發明專利]氟碳化合物膜的表面處理

無效

• 申請號: 201080005296.6
• 申請日: 2010-01-22
• 公開（公告）號: CN102292798A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 堀込正弘;黑鳥讬也;小林保男;松岡孝明;野澤俊久
• 申請（專利權）人: 東京毅力科創株式會社
• 主分類號: H01L21/314
• 分類號: H01L21/314;H01L21/285
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳;彭益群

技術領域

本申請要求下列優先權，2009年1月22日提交的美國臨時申請號No.61/205,752，題為“氟碳化合物膜的表面處理”和2009年2月17日提交的美國臨時申請號No.61/207,971，題為“CFx膜的金屬成形的方法”，兩者的內容在本文引入作為參考。

本發明涉及半導體器件及其制造方法。更具體地說，本發明涉及改善用氟碳化合物(CFx)構成的層間絕緣層和用金屬構成的阻擋層之間的附著力的表面處理方法和阻擋層形成方法。

背景技術

近年來，已采用多層布線結構來實現半導體器件的高速運行和小型化。不過，由于布線層的總布線電阻和寄生電容的增大，這些結構已提出布線延遲的問題。

使用低電阻布線材料，例如銅(Cu)作為互聯體可減小布線電阻。另一方面，可以使用低介電常數或者low-k材料來降低寄生電容。具體地，氟碳化合物(CFx)可用作絕緣層來降低寄生電容，從而提高半導體器件的運行速度。

為了防止銅(Cu)擴散到絕緣層中，在互連體和絕緣層之間設置阻擋層。半導體器件的阻擋層用鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、釕(Ru)或者磷(P)構成。

當氟碳化合物(CFx)被用作絕緣層材料時，包含在CFx層中的氟在CFx層和阻擋層之間的界面引起氟化反應。結果，CFx層和阻擋層之間的附著力降低，從而絕緣層和互連體(interconnection?body)之間的附著力惡化。

另一方面，要求氟碳化合物(CFx)材料與主要由金屬元素形成的阻擋層具有足夠的附著力。由于在半導體器件的制造中使用多種后續工藝，比如化學和機械拋光(CMP)工藝或引線接合工藝，因此會對基板施加更大的應力。于是，如果阻擋層和CFx絕緣層之間的附著力較差，那么阻擋層會從絕緣層剝離。

鑒于上述問題，提出了本發明。本發明提供抑制在絕緣層和阻擋層之間的界面的氟化反應的表面處理方法。此外，本發明提供在抑制絕緣層和阻擋層之間的氟化反應的同時，增大絕緣層和阻擋層之間的附著力的阻擋層形成方法。

發明內容

按照本發明的一個方面，提供一種制造半導體器件的方法。所述方法包括下述步驟：對包括氟碳化合物(CFx)膜的絕緣層進行退火；和在絕緣層上形成包括金屬元素的阻擋層，其中在所述退火步驟之后，用高溫濺射工藝形成所述阻擋層。

按照本發明的第二個方面，提供一種制造半導體器件的方法。所述方法包括對絕緣層進行預處理工藝，以便形成碳∶氟組成比(C/F)大于1的富碳表面的步驟。在進行預處理工藝之前，絕緣層包括具有任意碳∶氟組成比的氟碳化合物(CFx)。

按照本發明的第三個方面，提供一種制造半導體器件的方法。所述方法包括下述步驟：在使絕緣層的表面暴露在惰性氣體氣氛之下的同時，在預定條件下對絕緣層進行退火；和在所述退火步驟之后，進行高溫濺射工藝，以便形成包括金屬元素的阻擋層，以致在絕緣層和阻擋層之間的界面形成金屬-C鍵，其中在所述高溫濺射工藝期間，基板溫度被保持在約70℃～200℃。退火步驟還包括從絕緣層的表面除去水分的步驟。

附圖說明

圖1描述利用氫等離子體的CFx預處理工藝的實施方式的示意圖。

圖2描述利用氫等離子體的CFx預處理工藝的備選實施方式的示意圖。

圖3描述濺射設備的實施方式的示意圖。

圖4圖解說明在把膠帶貼在實驗樣本的表面之后的實驗樣本的平面圖，及其鼓泡和膠帶測試結果。

圖5圖解說明圖4中所示的前一半實驗樣本的橫截面視圖和表面視圖。

圖6圖解說明圖4中所示的后一半實驗樣本的橫截面視圖和表面視圖。

圖7圖解說明制造雙嵌入式銅互連結構的實施方式的工藝的示意圖。

圖8描述具有多層結構的CFx絕緣層的橫截面視圖。

圖9圖解說明作為溫度的函數的氟化物的汽壓曲線。

圖10圖解說明各種實驗樣本的目標結構，及其用于測量阻擋層的厚度的XRF強度。

圖11圖解說明作為濺射時間的函數的實驗樣本的XRF強度。

圖12圖解說明實驗樣本的例子的橫截面視圖和表面視圖，及其工藝流程。

圖13圖解說明備選實驗樣本的例子的橫截面視圖和表面視圖，及其工藝流程，鼓泡測試結果，和膠帶測試結果。

圖14圖解說明備選實驗樣本的例子的橫截面視圖和表面視圖，及其工藝流程，鼓泡測試結果，和膠帶測試結果。