專利名稱：一種在使用氟硅玻璃制造工藝中防止氟擴(kuò)散的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在使用氟硅玻璃制造工藝中防止氟擴(kuò)散的方法。
背景技術(shù)：
隨集成電路制造工藝的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體器件的體積正變得越來(lái)越小，要將它們連接起來(lái)也更加困難。多層連線電容的計(jì)算公式C=2(Cl+Cv)=2kϵ0LTW(1W2+1T2)]]>(公式1)其中，(k為介電常數(shù)；L為金屬導(dǎo)線長(zhǎng)；T為金屬導(dǎo)線深度；W為金屬導(dǎo)線寬度；ε0為真空介電常數(shù))由公式1可見(jiàn)，介電常數(shù)越低，電容越小。
多層連線電阻-電容時(shí)間延遲計(jì)算公式RCdelay=2ρkϵ0L2(1W2+1T2)]]>(公式2)其中，(k為介電常數(shù)；L為金屬導(dǎo)線長(zhǎng)；T為金屬導(dǎo)線深度；W為金屬導(dǎo)線寬度；ε0為真空介電常數(shù)；ρ為金屬電阻率)由公式2可見(jiàn)，介電常數(shù)越低，電阻越小，多層連線電阻-電容時(shí)間延遲也越短。
在過(guò)去的30年中，半導(dǎo)體工業(yè)界都是以鋁作為連接器件的材料，但隨著芯片的縮小，工業(yè)界需要更細(xì)，更薄的連接，而且鋁的高電阻特性也越來(lái)越難以符合需求。而且在高密度特大規(guī)模集成電路的情況下，高電阻容易造成電子發(fā)生“跳線”，導(dǎo)致附近的器件產(chǎn)生錯(cuò)誤的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。也就是說(shuō)，以鋁作為導(dǎo)線的芯片可能產(chǎn)生無(wú)法與預(yù)測(cè)的運(yùn)作情況，同時(shí)穩(wěn)定性也較差。在如此細(xì)微的電路上，銅的傳輸信號(hào)速度比鋁更快、而且也更加穩(wěn)定。
傳統(tǒng)集成電路的金屬連線是以金屬層的刻蝕方式來(lái)制作金屬導(dǎo)線，然后進(jìn)行介電層的填充、介電層的化學(xué)機(jī)械拋光，重復(fù)上述工序，進(jìn)而成功進(jìn)行多層金屬疊加。但當(dāng)金屬導(dǎo)線的材料由鋁轉(zhuǎn)換成電阻鋁更低的銅的時(shí)候，由于銅的干刻較為困難，因此新的鑲嵌技術(shù)對(duì)銅工藝的制造來(lái)說(shuō)就極為必須。
鑲嵌技術(shù)又稱為大馬士革工藝，字源來(lái)自以鑲嵌技術(shù)聞名于世的敘利亞城市大馬士革，早在2500年前在那里所鑄造的刀劍，就已經(jīng)使用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)鍛造。鑲嵌技術(shù)是首先在介電層上刻蝕金屬導(dǎo)線槽，然后再填充金屬，再對(duì)金屬進(jìn)行金屬機(jī)械拋光，重復(fù)上述工序，進(jìn)而成功進(jìn)行多層金屬疊加。鑲嵌技術(shù)的最主要特點(diǎn)是不需要進(jìn)行金屬層的刻蝕工藝，這對(duì)銅工藝的推廣和應(yīng)用極為重要。
集成電路制造技術(shù)已經(jīng)跨入130nm的時(shí)代。對(duì)低介電材料和銅工藝的需求成為半導(dǎo)體工業(yè)界普遍的共識(shí)。目前的絕大多數(shù)銅布線處于180到130nm工藝階段，約40％的邏輯電路生產(chǎn)線會(huì)用到銅布線工藝。到了90nm工藝階段，則有90％的半導(dǎo)體生產(chǎn)線采用銅布線工藝。采用銅化學(xué)機(jī)械拋光(Cu-CMP)的大馬士革鑲嵌工藝是目前唯一成熟和已經(jīng)成功應(yīng)用到IC制造中的銅圖形化工藝。但低介電常數(shù)材料的結(jié)構(gòu)疏松而且硬度較軟，并且為了降低介電常數(shù)，往往介質(zhì)材料中被加入了其他元素，比如氟、碳、氮等。由于這些元素易于擴(kuò)散、滲透，從而導(dǎo)致一系列的不利因素。其中130nm工藝中已經(jīng)被大量應(yīng)用的低介電材料氟硅玻璃的負(fù)面影響尤為突出。氟元素有很強(qiáng)的侵蝕能力，它會(huì)腐蝕鉭金屬阻擋層，導(dǎo)致金屬銅在絕緣材料中大量擴(kuò)散，引起器件失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在使用氟硅玻璃制造工藝中防止氟擴(kuò)散的方法。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種在使用氟硅玻璃制造工藝中防止氟擴(kuò)散的方法，在完成大馬士革金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)制造后，對(duì)氟硅玻璃介質(zhì)使用1～5次等離子體處理，降低氟硅玻璃低介電材料的表面氟濃度，隨后淀積抑制氟擴(kuò)散的保護(hù)層，最后刻蝕底部阻擋層，完成大馬士革結(jié)構(gòu)。
所述方法包括如下步驟(1)完成大馬士革金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)制造；(2)進(jìn)行等離子體處理氟硅玻璃低介電材料材料表面、清洗；(3)測(cè)量氟硅玻璃低介電材料材料表面的氟濃度；(4)重復(fù)步驟(2)、(3)直至氟濃度達(dá)到要求；(5)淀積抑制氟擴(kuò)散保護(hù)層；(6)刻蝕底部阻擋層，完成大馬士革結(jié)構(gòu)。
其中，進(jìn)行等離子體表面處理時(shí)，等離子體原料源是惰性氣體如氦、氖、氬、氪、氙或者反應(yīng)氣體如一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮?dú)狻?br> 所述等離子體工藝處理，每次的處理時(shí)間為50～500秒，氣壓為5～50托，功率為100～500瓦，溫度為150～400度。
在淀積抑制氟擴(kuò)散保護(hù)層時(shí)，保護(hù)層材料是氮化硅、二氧化硅、碳化硅或者氮氧化硅。
所述淀積抑制氟擴(kuò)散保護(hù)層的處理時(shí)間為50～500秒，氣壓為5～50托，功率為100～500瓦，溫度為150～400度，保護(hù)層的厚度為1納米～100納米。
本發(fā)明一種在使用氟硅玻璃制造工藝中防止氟擴(kuò)散的方法，在完成大馬士革金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)制造后，對(duì)氟硅玻璃介質(zhì)使用1～5次等離子體處理，降低氟硅玻璃低介電材料的表面氟濃度，隨后淀積抑制氟擴(kuò)散的保護(hù)層，最終達(dá)到防止氟擴(kuò)散的目的。


圖1是完成大馬士革金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)制造后的示意圖。
圖2是進(jìn)行等離子體表面處理，淀積抑制氟擴(kuò)散保護(hù)層的示意圖。
圖3是刻蝕底部阻擋層，完成大馬士革結(jié)構(gòu)的示意圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明1、氟硅玻璃低介電材料 2、底部阻擋層 3、抑制氟擴(kuò)散保護(hù)層具體實(shí)施方式
本發(fā)明的實(shí)施步驟如下(1)按照常規(guī)工藝步驟，完成大馬士革金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)制造。如圖1所示，在底部阻擋層2上構(gòu)造氟硅玻璃低介電材料1。
(2)如圖2所示，進(jìn)行等離子體表面處理，處理時(shí)間為50秒，氣壓分別設(shè)定為5托、10托、30托或50托，功率分別選擇為100瓦、150瓦或500瓦，溫度分別選擇為150度、250度或400度，氣源為惰性氣體氦、氖、氬、氪或氙，反應(yīng)氣源為一氧化碳CO、二氧化碳CO2、二氧化硫SO2、氮?dú)釴2隨后進(jìn)行清洗、退火。經(jīng)過(guò)等離子體表面處理后，可有效降低氟硅玻璃低介電材料1表面的氟濃度。
(3)測(cè)量氟硅玻璃低介電材料1表面的氟濃度，若氟濃度未達(dá)到要求，則通過(guò)1～5次等離子體處理，降低氟硅玻璃低介電材料1表面的氟濃度，直至氟硅玻璃低介電材料1表面的氟濃度值達(dá)到規(guī)定范圍。
(4)淀積抑制氟擴(kuò)散保護(hù)層3，保護(hù)層材料是氮化硅、二氧化硅、碳化硅或者氮氧化硅，淀積工藝的處理時(shí)間為50秒、100秒、150秒、200秒、500秒，氣壓設(shè)定為30托或50托、功率為100瓦、150瓦或500瓦，溫度為150度、200度、300度或400度，淀積的保護(hù)層厚度為1納米、2納米、5納米、10納米、100納米。
(5)最后刻蝕底部阻擋層2，完成大馬士革結(jié)構(gòu)，如圖3所示。
上述工藝中，在各所選擇的不同參數(shù)條件下，均獲得良好的結(jié)果。
雖然已公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，在不背離權(quán)利要求書中公開(kāi)的本發(fā)明的范圍的情況下，任何各種修改、添加和替換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種在使用氟硅玻璃制造工藝中防止氟擴(kuò)散的方法，其特征在于在完成大馬士革金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)制造后，對(duì)氟硅玻璃介質(zhì)使用1～5次等離子體處理，降低氟硅玻璃低介電材料的表面氟濃度，隨后淀積抑制氟擴(kuò)散的保護(hù)層，最后刻蝕底部阻擋層，完成大馬士革結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種在使用氟硅玻璃制造工藝中防止氟擴(kuò)散的方法，其特征在于包括如下步驟(1)完成大馬士革金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)制造；(2)進(jìn)行等離子體處理氟硅玻璃低介電材料材料表面、清洗；(3)測(cè)量氟硅玻璃低介電材料材料表面的氟濃度；(4)重復(fù)步驟(2)、(3)直至氟濃度達(dá)到要求；(5)淀積抑制氟擴(kuò)散保護(hù)層；(6)刻蝕底部阻擋層，完成大馬士革結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種在使用氟硅玻璃制造工藝中防止氟擴(kuò)散的方法，其特征在于進(jìn)行等離子體表面處理時(shí)，等離子體原料源是惰性氣體如氦、氖、氬、氪、氙或者反應(yīng)氣體如一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮?dú)狻?br> 4.如權(quán)利要求1或2所述的一種在使用氟硅玻璃制造工藝中防止氟擴(kuò)散的方法，其特征在于所述等離子體工藝處理，每次的處理時(shí)間為50～500秒，氣壓為5～50托，功率為100～500瓦，溫度為150～400度。
5.如權(quán)利要求1或2所述的一種在使用氟硅玻璃制造工藝中防止氟擴(kuò)散的方法，其特征在于在淀積抑制氟擴(kuò)散保護(hù)層時(shí)，保護(hù)層材料是氮化硅、二氧化硅、碳化硅或者氮氧化硅。
6.如權(quán)利要求1或2所述的一種在使用氟硅玻璃制造工藝中防止氟擴(kuò)散的方法，其特征在于所述淀積抑制氟擴(kuò)散保護(hù)層的處理時(shí)間為50～500秒，氣壓為5～50托，功率為100～500瓦，溫度為150～400度，保護(hù)層的厚度為1納米～100納米。
全文摘要
一種在使用氟硅玻璃制造工藝中防止氟擴(kuò)散的方法，在完成大馬士革金屬導(dǎo)線結(jié)構(gòu)制造后，對(duì)氟硅玻璃介質(zhì)使用1～5次等離子體處理，降低氟硅玻璃低介電材料的表面氟濃度，隨后淀積抑制氟擴(kuò)散的保護(hù)層，最后刻蝕底部阻擋層，完成大馬士革結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C03C15/00GK1844003SQ20061002563
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月12日
發(fā)明者朱駿 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司, 上海華虹(集團(tuán))有限公司