專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，為了簡(jiǎn)化布線工藝并提高布線的合格率和可靠性，已將鑲嵌方法用作半導(dǎo)體器件的布線技術(shù)。此外，為了降低布線電阻，已將銅用作布線材料。
例如，為了在半導(dǎo)體襯底上形成多層銅布線，首先在形成于半導(dǎo)體襯底上的層間絕緣膜中形成布線溝槽。然后，填充該布線溝槽以形成銅布線材料層。接著通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)平整銅布線材料層，以形成第一銅鑲嵌布線層。然后，淀積阻擋/蝕刻停止絕緣層，覆蓋第一銅鑲嵌布線層。然后在阻擋/蝕刻停止絕緣膜上形成第二層間絕緣膜。接著，利用光刻技術(shù)、干蝕刻技術(shù)和灰化技術(shù)，依次形成穿過(guò)第二層間絕緣膜以露出阻擋/蝕刻停止絕緣膜的通孔和在其中形成第二銅鑲嵌布線層的溝槽。通過(guò)利用碳氟化合物氣體的干蝕刻除去該阻擋/蝕刻停止絕緣膜，以暴露第一銅鑲嵌布線層的表面。接著，在通孔和溝槽中淀積銅布線層，以形成互連栓塞和第二銅鑲嵌布線層。例如在美國(guó)專(zhuān)利No.6,323,121B1中說(shuō)明了這種形成銅鑲嵌布線層的方法。
通過(guò)利用碳氟化合物氣體的干蝕刻除去阻擋/蝕刻停止絕緣膜之后并在淀積銅之前，例如經(jīng)常通過(guò)濕式處理清洗半導(dǎo)體晶片的表面。為了進(jìn)行這樣的表面處理，在干蝕刻完成之后將半導(dǎo)體晶片從干蝕刻裝置取出，并且轉(zhuǎn)移到表面處理步驟。據(jù)此，當(dāng)從干蝕刻裝置取出半導(dǎo)體晶片時(shí)，半導(dǎo)體晶片的銅鑲嵌布線層的暴露表面被暴露于大氣中。
本領(lǐng)域公知，銅金屬是不可能在其表面上形成這種穩(wěn)定和致密的氧化膜的材料，該氧化膜可以作為保護(hù)該層不受腐蝕的保護(hù)膜。這樣，當(dāng)銅鑲嵌布線層的表面暴露于大氣時(shí)，會(huì)發(fā)生腐蝕，并難以停止腐蝕反應(yīng)。此外，在利用碳氟化合物蝕刻氣體的干蝕刻中，通常進(jìn)行過(guò)蝕刻，以使銅鑲嵌層暴露于碳氟化合物蝕刻氣體的等離子體中。結(jié)果，碳氟化合物淀積物聚集在銅鑲嵌布線層上，使氟附著于銅表面。在存在具有高電負(fù)性的如氟的鹵素的情況下，由于與空氣中的潮氣反應(yīng)，希望銅的腐蝕反應(yīng)(氧化反應(yīng))進(jìn)一步加速進(jìn)行。
由腐蝕形成的銅氧化物增加了銅鑲嵌布線層的體積，同時(shí)減少了銅鑲嵌布線層中的金屬銅。結(jié)果，當(dāng)掩埋銅或鎢時(shí)，會(huì)產(chǎn)生有缺陷的埋層或接觸，引起銅鑲嵌布線層變形。此外，當(dāng)隨后通過(guò)清洗處理除去銅氧化物時(shí)，會(huì)形成孔隙，即使在掩埋了掩埋的布線材料之后這些孔隙也會(huì)保留下來(lái)，導(dǎo)致產(chǎn)生有缺陷的接觸。這樣會(huì)斷開(kāi)電路或增加接觸電阻。這些現(xiàn)象降低了器件的合格率和可靠性。
存在的另一個(gè)原因是氟與銅鑲嵌布線層的接觸不同于在銅鑲嵌布線層表面上的碳氟化合物淀積物。即，當(dāng)通過(guò)利用碳氟化合物氣體的干蝕刻部分除去銅鑲嵌布線層上的阻擋/蝕刻停止絕緣膜時(shí)，碳氟化合物淀積物附著于在阻擋/蝕刻停止絕緣膜上形成的層間絕緣膜的整個(gè)表面上。當(dāng)該層間絕緣膜暴露于大氣時(shí)，氟從其表面釋放。氟可能再附著于銅鑲嵌布線層，從而腐蝕銅。此外，尤其當(dāng)在阻擋/蝕刻停止絕緣膜上形成的層間絕緣膜由含氟的二氧化硅構(gòu)成時(shí)，還可以從該膜解吸出氟，以進(jìn)一步加速腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括利用碳氟化合物氣體對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行干蝕刻，該半導(dǎo)體晶片包括形成于半導(dǎo)體襯底上并被絕緣膜覆蓋的銅層，以便部分除去該絕緣膜，從而至少局部暴露該銅層的表面；對(duì)至少局部暴露其表面的銅層進(jìn)行氮等離子體處理；將具有氮等離子體處理的銅層的半導(dǎo)體晶片暴露于大氣中，并接著對(duì)該半導(dǎo)體晶片進(jìn)行表面處理。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括利用碳氟化合物氣體對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行干蝕刻，該半導(dǎo)體晶片包括在半導(dǎo)體襯底上并被第一絕緣膜和形成于該第一絕緣膜上的第二絕緣膜覆蓋的導(dǎo)電層，該第二絕緣膜具有局部暴露第一絕緣膜表面的開(kāi)口，以除去在該開(kāi)口處露出的第一絕緣膜的那部分，從而至少部分暴露該導(dǎo)電層的表面；對(duì)第二絕緣膜的表面進(jìn)行氮等離子體處理；將具有進(jìn)行了氮等離子體處理的第二絕緣膜的半導(dǎo)體晶片暴露于大氣中，并接著對(duì)該半導(dǎo)體晶片進(jìn)行表面處理。


圖1A至1D是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、具有雙鑲嵌布線層的半導(dǎo)體器件制造方法的截面示意圖；圖2A至2E是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例、具有鑲嵌布線層的半導(dǎo)體器件制造方法的截面示意圖；圖3是表示當(dāng)在利用碳氟化合物氣體的干蝕刻之后、通過(guò)利用來(lái)自各種等離子體產(chǎn)生氣體的等離子體的處理形成銅鑲嵌布線層時(shí)出現(xiàn)的通路鏈電阻值變化的曲線圖，以及當(dāng)在利用碳氟化合物氣體的干蝕刻之后不進(jìn)行等離子體處理時(shí)出現(xiàn)的通路鏈電阻值變化的曲線圖；圖4是表示當(dāng)在利用碳氟化合物氣體的干蝕刻之后、在各個(gè)硅氧化物絕緣膜上進(jìn)行氮等離子體處理時(shí)以及當(dāng)在利用碳氟化合物氣體的干蝕刻之后不進(jìn)行等離子體處理時(shí)釋放的氟的量的曲線圖；以及圖5是在利用碳氟化合物氣體的干蝕刻之后進(jìn)行了氮等離子體處理的含氟二氧化硅膜表面的N1s能譜。
具體實(shí)施例方式
在一個(gè)方案中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果利用碳氟化合物氣體進(jìn)行干蝕刻，以部分除去覆蓋如銅鑲嵌布線層或互連栓塞的導(dǎo)電層的如阻擋/蝕刻停止絕緣膜的絕緣膜，以露出該導(dǎo)電層的表面，當(dāng)該導(dǎo)電層與大氣接觸時(shí)，在該導(dǎo)電層的暴露表面上進(jìn)行的氮等離子體處理能夠抑制由氟引起的對(duì)導(dǎo)電層的腐蝕，所述氟來(lái)自在導(dǎo)電層上聚集的含碳氟化合物的淀積物。具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的第一方案，在進(jìn)行表面處理之前將半導(dǎo)體晶片暴露于大氣中之前，在如銅鑲嵌布線層或互連栓塞的導(dǎo)電層上進(jìn)行氮等離子體處理。
通常，利用形成于阻擋/蝕刻停止絕緣膜上、具有局部露出該阻擋/蝕刻停止絕緣膜的開(kāi)口(通孔、布線凹槽(溝槽)等)的如層間絕緣膜的第二絕緣膜作為掩模，進(jìn)行阻擋/蝕刻停止絕緣膜的局部去除。隨后，在另一方案中，也在第二絕緣膜的表面上進(jìn)行氮等離子體處理。然而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在第二絕緣膜的表面上進(jìn)行的氮等離子體處理阻止了氟再附著到導(dǎo)電層的表面上，所述氟來(lái)自暴露于碳氟化合物氣體的等離子體的第二絕緣膜，由此抑制了當(dāng)該導(dǎo)電層接觸大氣時(shí)出現(xiàn)的導(dǎo)電層的腐蝕。因此，根據(jù)本發(fā)明的第二方案，在進(jìn)行表面處理之前將半導(dǎo)體晶片暴露于大氣中之前，對(duì)如層間絕緣膜的第二絕緣膜的表面進(jìn)行氮等離子體處理。
下面參考

本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1A至1D是按照步驟順序說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、具有雙鑲嵌布線層的半導(dǎo)體器件制造方法的截面示意圖。
如圖1A所示，制備半導(dǎo)體晶片，該半導(dǎo)體晶片包括在第一層間絕緣膜12中形成的銅鑲嵌布線層13，所述第一層間絕緣膜12被設(shè)置于在其上形成有各種半導(dǎo)體元件(未示出)的如硅襯底的半導(dǎo)體襯底11上。通過(guò)常規(guī)的淀積銅布線材料的方法(使用濺射和/或電鍍技術(shù))和常規(guī)的CMP技術(shù)，可以在第一層間絕緣膜12中的溝槽(布線凹槽)121中形成銅鑲嵌布線層13。通常，銅鑲嵌布線層13通過(guò)互連栓塞(未示出)與半導(dǎo)體襯底11上的半導(dǎo)體元件電連接。此外，作為普通常識(shí)，通過(guò)防止銅擴(kuò)散的阻擋金屬材料(未示出)將銅布線材料掩埋在溝槽12中，并且這些常識(shí)適用于下面說(shuō)明的步驟。
在第一層間絕緣膜12和銅鑲嵌布線層13的表面上形成阻擋/蝕刻停止絕緣膜14。在一個(gè)實(shí)施例中，阻擋/蝕刻停止絕緣膜14例如可以由氮化硅構(gòu)成。該阻擋/蝕刻停止絕緣膜14例如可以具有20至100nm的厚度。在阻擋/蝕刻停止絕緣層14上形成第二層間絕緣膜15。在一個(gè)實(shí)施例中，第二層間絕緣膜15可以由二氧化硅、含氟的二氧化硅(FSG)、低k材料或四乙氧基硅烷(TEOS)或它們的疊層構(gòu)成。第二層間絕緣膜15例如可以具有800至1200nm的厚度。
通過(guò)常規(guī)的光刻技術(shù)、干蝕刻技術(shù)和灰化技術(shù)，在第二層間絕緣膜15中形成通孔151，以穿透第二層間絕緣膜15，部分露出阻擋/蝕刻停止膜14的表面。
接著，如圖1B所示，通過(guò)常規(guī)的光刻技術(shù)、干蝕刻技術(shù)和灰化技術(shù)，在第二層間絕緣膜15的上部形成溝槽(布線凹槽)152。形成該溝槽152，使其與通孔151連通并且在第二層間絕緣膜15的表面開(kāi)口。圖1B示出了一個(gè)溝槽152，但是可以同時(shí)形成多個(gè)溝槽。
然后，如圖1C所示，通過(guò)利用如CF4或CHF3的碳氟化合物氣體的干蝕刻技術(shù)在阻擋/蝕刻停止膜14中形成開(kāi)口141，部分露出銅鑲嵌布線層13的表面。
接著，對(duì)銅鑲嵌布線層13的露出表面進(jìn)行氮等離子體處理。在一個(gè)實(shí)施例中，可以利用疊加兩個(gè)頻率的平行板RIE裝置進(jìn)行氮等離子體處理，以在4.0至6.5Pa的壓力、400至600W的高頻功率、80至120W的低頻功率和180至260sccm的氮?dú)怏w流速條件下，由含氮?dú)獾牡入x子體產(chǎn)生氣體產(chǎn)生氮等離子體。該等離子體產(chǎn)生氣體可以由單獨(dú)的氮?dú)饣虻獨(dú)夂腿鐨鍤獾南∮袣怏w的混合物構(gòu)成。例如，可以在40至60sccm的流速下使用如氬氣的該稀有氣體。通常將氮?dú)庠春腿鐨鍤獾南∮袣怏w源連接到干蝕刻裝置，由此不對(duì)裝置添加新的成本。
在不將半導(dǎo)體晶片結(jié)構(gòu)暴露于大氣中的情況下進(jìn)行氮等離子體處理，該半導(dǎo)體晶片結(jié)構(gòu)具有露出的銅鑲嵌布線層13，如圖1C所示。為了實(shí)現(xiàn)這些，可以在與用于處理阻擋/蝕刻停止絕緣膜14(以便形成開(kāi)口141)相同的室中、在其內(nèi)保持真空的情況下進(jìn)行氮等離子體處理。然而，在半導(dǎo)體晶片不暴露于大氣中的情況下，通過(guò)真空轉(zhuǎn)移或利用如氮?dú)獾亩栊詺怏w吹氣以抑制潮氣污染的同時(shí)將圖1C所示具有暴露的銅鑲嵌布線層13的半導(dǎo)體晶片結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到不同的室中，并且在不同的室中進(jìn)行氮等離子體處理。在用于處理阻擋/蝕刻停止絕緣膜14(以形成開(kāi)口141)的室的內(nèi)壁上，粘附了各種產(chǎn)物，包括用于處理的碳氟化合物的淀積物。當(dāng)在該室中產(chǎn)生氮等離子體時(shí)，該等離子體會(huì)攻擊例如在室內(nèi)壁上的碳氟化合物淀積物，從而在銅鑲嵌布線層13上淀積相當(dāng)大量的碳。因此，在銅表面的等離子體處理期間來(lái)自室內(nèi)壁的負(fù)面影響會(huì)使銅表面的等離子體處理進(jìn)行得不穩(wěn)定。因此，希望在與用于處理阻擋/蝕刻停止絕緣膜14(以便形成開(kāi)口141)的室不同的(清洗)室中進(jìn)行氮等離子體處理。
即使后來(lái)將半導(dǎo)體晶片暴露于大氣中，這種氮等離子體處理也抑制了銅鑲嵌布線層的腐蝕。盡管該機(jī)理的細(xì)節(jié)不清楚，但是期望氮與在利用碳氟化合物氣體進(jìn)行過(guò)蝕刻之后附著于銅鑲嵌布線層上的碳氟化合物淀積物中的碳反應(yīng)，由此形成非常薄的具有C-N鍵的產(chǎn)物，或者氮和銅彼此反應(yīng)，由此形成具有Cu-N鍵的產(chǎn)物，從而阻止由氟和大氣中的潮氣引起的銅的腐蝕反應(yīng)。此外，如后面說(shuō)明的例1所示，利用使用氧/氬混合氣體的等離子體處理代替氮等離子體處理，不能抑制腐蝕。此外，期望如果進(jìn)行使用氫氣的等離子體處理以代替氮等離子體處理，可以除去銅表面上的碳氟化合物膜以露出純銅，并且在該銅表面上不能形成保護(hù)層。因此，在這種情況下，據(jù)推斷不能抑制大氣中的腐蝕。因此，希望氮等離子體產(chǎn)生氣體不含有氧氣和/或氫氣。此外，當(dāng)使用由氮?dú)夂拖∮袣怏w構(gòu)成的等離子體產(chǎn)生氣體時(shí)，稀有氣體不會(huì)引起任何化學(xué)反應(yīng)，而是僅濺射銅鑲嵌布線層的表面。因此能夠控制預(yù)期將形成的Cu-N產(chǎn)物和C-N產(chǎn)物的量。
將如此進(jìn)行了氮等離子體處理的圖1C所示的半導(dǎo)體晶片結(jié)構(gòu)取出氮等離子體處理裝置，放到大氣中。然后將該半導(dǎo)體晶片結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到表面處理部分(未示出)，在此進(jìn)行表面處理。通常，該表面處理例如通過(guò)使用濕試劑的濕蝕刻來(lái)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體晶片的表面清洗，其中濕試劑例如是稀釋的氫氟酸、稀釋的硫酸或磷酸，所述半導(dǎo)體晶片包含進(jìn)行了氮等離子體處理的銅鑲嵌布線層的表面。
在如此進(jìn)行了表面處理的半導(dǎo)體晶片上，使用常規(guī)的濺射技術(shù)和/或電鍍技術(shù)以及常規(guī)的CMP進(jìn)行銅布線材料的淀積，以在通孔151中連續(xù)形成通路栓塞(互連栓塞)161和在溝槽152中形成第二鑲嵌布線層162。形成通路栓塞161，使其通過(guò)阻擋/蝕刻停止絕緣膜14中的開(kāi)口141與銅鑲嵌布線層13連接。因此，可以提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件具有由集成在一起的通路栓塞161和鑲嵌布線層162構(gòu)成的銅雙鑲嵌布線層16。
圖2A至2E是按照步驟順序說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例、具有多層鑲嵌布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件制造方法的截面示意圖。
如圖2A所示，制備半導(dǎo)體晶片，該晶片包括掩埋在形成于第一層間絕緣膜22中的溝槽(布線凹槽)221中的銅鑲嵌布線層23，該第一層間絕緣膜22類(lèi)似于圖1A所示的第一層間絕緣膜12并被設(shè)置在半導(dǎo)體襯底21上，半導(dǎo)體襯底21類(lèi)似于圖1A所示的半導(dǎo)體襯底11。在第一層間絕緣膜22和銅鑲嵌布線層23的表面上形成與圖1A所示的阻擋/蝕刻停止絕緣膜14類(lèi)似的阻擋/蝕刻停止絕緣膜24。在阻擋/蝕刻停止絕緣膜24上形成第二層間絕緣膜25?？梢耘c圖1A所示的第二層間絕緣膜15相同的方式形成該第二層間絕緣膜25。該第二層間絕緣膜25例如可以具有400至600nm的厚度。以與圖1A所示的通孔151相同的方式在第二層間絕緣膜25中形成穿透第二層間絕緣膜25以露出阻擋/蝕刻停止絕緣膜24的通孔251。
然后，以與圖1C所示的開(kāi)口141相同的方式在第一阻擋/蝕刻停止絕緣膜24中形成開(kāi)口241。如果需要，以與施加給圖1C所示的銅鑲嵌布線層13類(lèi)似的處理方式對(duì)該銅鑲嵌布線層23進(jìn)行氮等離子體處理、暴露于大氣中和表面清洗處理。接著，利用常規(guī)的濺射技術(shù)和/或電鍍技術(shù)淀積主要包含銅的導(dǎo)電栓塞材料，并利用常規(guī)的CMP技術(shù)在通孔251中形成通路栓塞26(圖2B)。
接著，在第二層間絕緣膜25和通路栓塞26上依次淀積第二阻擋/蝕刻停止絕緣膜27和第三層間絕緣膜28?？梢耘c第一阻擋/蝕刻停止絕緣膜24和第二層間絕緣膜25相同的方式形成阻擋/蝕刻停止絕緣膜27和第三層間絕緣膜28。該第三層間絕緣膜28例如可以具有400至600nm的厚度。然后，利用光刻技術(shù)、干蝕刻技術(shù)和灰化技術(shù)在第三層間絕緣膜28內(nèi)形成部分露出第二阻擋/蝕刻停止絕緣膜27表面的溝槽(布線凹槽)281(圖2C)。圖2C僅示出了一個(gè)溝槽281，但是可以同時(shí)形成多個(gè)溝槽。
接著，通過(guò)利用如CF4或CHF3的氣體的干蝕刻技術(shù)在第二阻擋/蝕刻停止絕緣膜27中形成開(kāi)口271。形成開(kāi)口271，使其暴露通路栓塞26的整個(gè)表面和位于通路栓塞26周邊附近的第二層間絕緣膜25的那部分表面(圖2D)。
然后，在如上所述進(jìn)行了氮等離子體處理、暴露于大氣和表面清洗處理之后，通過(guò)濺射技術(shù)和/或電鍍技術(shù)在第三層間絕緣膜28的表面上形成填充溝槽281的銅布線材料。然后，利用常規(guī)CMP技術(shù)拋光銅布線材料層，形成銅單鑲嵌布線層29。由此提供銅多層布線(圖2E)。
參考圖1A至1D和圖2A至2E說(shuō)明了將氮等離子體處理應(yīng)用于銅鑲嵌布線表面或通路栓塞表面。然而，當(dāng)通過(guò)利用碳氟化合物氣體的干蝕刻分別在阻擋/蝕刻停止絕緣膜14或27中形成開(kāi)口141或271時(shí)，已經(jīng)在阻擋/蝕刻停止絕緣膜14或27上形成具有開(kāi)口(通孔151或溝槽281)的層間絕緣膜15或28，該開(kāi)口局部露出阻擋/蝕刻停止絕緣膜14或27。據(jù)此，包含通孔151或溝槽281內(nèi)表面的層間絕緣膜15或28的暴露表面被暴露于使用碳氟化合物氣體的干蝕刻氣氛中，并也經(jīng)歷氮等離子體處理。
當(dāng)通過(guò)利用碳氟化合物氣體的干蝕刻部分除去阻擋/蝕刻停止絕緣膜14或27時(shí)，碳氟化合物淀積物聚集到層間絕緣膜15或28的整個(gè)暴露表面上。當(dāng)該層間絕緣膜15或28暴露于大氣中時(shí)，從其表面釋放出氟，該氟可以再淀積到銅鑲嵌布線層上，引起銅的腐蝕。然而，層間絕緣膜15或28的暴露表面通過(guò)在層間絕緣膜15或28的暴露表面上進(jìn)行的氮等離子體處理而氮化。這樣顯著抑制了氟的釋放，進(jìn)一步抑制了銅的腐蝕。此外，當(dāng)層間絕緣膜15或28由含氟二氧化硅構(gòu)成時(shí)，通過(guò)進(jìn)行氮等離子體處理以氮化該層間絕緣膜15或28的表面，甚至能夠抑制從該膜解吸氟。這在抑制銅腐蝕方面非常有效。通過(guò)利用稀釋的含氟的酸在氮等離子體處理之后進(jìn)行表面清洗處理，能夠除去形成在層間絕緣膜15或28表面上的非常薄的氮化物層。這樣避免影響內(nèi)部布線電容。
例1在該例子中，進(jìn)行試驗(yàn)，以確認(rèn)通過(guò)氮等離子體處理銅表面能夠抑制銅的腐蝕。
制備具有圖1B所示結(jié)構(gòu)的晶片。阻擋/蝕刻停止絕緣膜14由氮化硅構(gòu)成，并且具有70nm的厚度。第二層間絕緣膜15由含氟二氧化硅構(gòu)成，并且具有大約1000nm的厚度。通過(guò)利用CF4氣體的干蝕刻過(guò)蝕刻并部分除去該阻擋/蝕刻停止絕緣膜14，局部露出銅鑲嵌布線層13。然后，在如表1所示改變等離子體產(chǎn)生氣體的同時(shí)在相同的室中進(jìn)行等離子體處理。然后將該晶片暴露于大氣中幾天。接著，利用掃描電子顯微鏡觀察銅鑲嵌布線層13表面的氧化狀態(tài)，以評(píng)估形成的氧化銅的量(腐蝕等級(jí))。結(jié)果示于表1。表1還示出了其中沒(méi)有進(jìn)行等離子體處理的例子。
表1

表1所示的結(jié)果表明，當(dāng)通過(guò)利用CF4氣體的干蝕刻除去阻擋/蝕刻停止絕緣膜14以露出銅鑲嵌布線層、然后在不對(duì)其進(jìn)行任何等離子體處理的情況下將該鑲嵌布線層留在大氣中時(shí)，銅明顯被腐蝕。此外，該結(jié)果還表明，甚至通過(guò)利用氧/氬混合氣體對(duì)通過(guò)干蝕刻暴露的銅鑲嵌布線層進(jìn)行等離子體處理，并接著將處理了的銅鑲嵌布線層暴露于大氣中，也不能抑制銅的腐蝕。相反，該結(jié)果表明，當(dāng)對(duì)通過(guò)干蝕刻暴露的銅鑲嵌布線層進(jìn)行利用氮或氮/氬混合氣體的等離子體處理時(shí)，通過(guò)暴露于空氣抑制了銅的腐蝕。
此外，對(duì)于利用不同的等離子體產(chǎn)生氣體在其上進(jìn)行等離子體處理或在其上沒(méi)有進(jìn)行等離子體處理的半導(dǎo)體晶片來(lái)說(shuō)，形成銅鑲嵌布線層，并測(cè)量通路鏈(via-chain)電阻值的變化。結(jié)果示于圖3。該結(jié)果表明，在其上沒(méi)有進(jìn)行等離子體處理和利用氧/氬(O2/Ar)混合氣體在其上進(jìn)行等離子體處理的晶片中，通路鏈電阻值顯著變化，而利用氮?dú)?N2)或氮/氬(N2/Ar)混合氣體在其上進(jìn)行等離子體處理的晶片中，通路鏈電阻值的變化很小。利用掃描電子顯微鏡進(jìn)行評(píng)估的結(jié)果清楚地表明，由大氣中銅的腐蝕引起電阻值變化的差異。
例2作為試驗(yàn)樣品，在各個(gè)硅襯底上形成大約500至1000nm厚的含氟二氧化硅(下文稱(chēng)為“FSG”)膜和不含氟的二氧化硅(下文稱(chēng)為“SiO2”)膜。利用CF4氣體對(duì)這些硅氧化物膜的表面進(jìn)行干蝕刻處理。干蝕刻之后不將這些膜暴露于大氣中。然后，對(duì)FSG膜之一和SiO2膜之一進(jìn)行氮等離子體處理。另一方面，其它的FSG膜和其它的SiO2膜不進(jìn)行氮等離子體處理。此后，將所有的膜都暴露于大氣中，并且測(cè)量從硅氧化物膜表面釋放的氟的量。結(jié)果示于圖4。在圖4中，線a表示不進(jìn)行氮等離子體處理的FSG的結(jié)果。線b表示不進(jìn)行氮等離子體處理的SiO2的結(jié)果。線c表示利用氮等離子體處理的FSG的結(jié)果，線d表示氮等離子體處理的SiO2的結(jié)果。
圖4清楚地示出了對(duì)于FSG和SiO2來(lái)說(shuō)，當(dāng)在膜上不進(jìn)行氮等離子體處理時(shí)，在暴露于大氣期間釋放了大量的氟。在暴露于大氣的最初時(shí)期釋放了更大量的氟(線a和b)。對(duì)于SiO2來(lái)說(shuō)，認(rèn)為釋放了通過(guò)利用碳氟化合物氣體的干蝕刻附著于該膜上的氟。對(duì)于FSG來(lái)說(shuō)，也可以釋放最初包含在FSG中的氟。相反，對(duì)于進(jìn)行氮等離子體處理的情況來(lái)說(shuō)，結(jié)果表明氟的釋放幾乎很好地被抑制(線c和d)。很顯然，氮等離子體處理能夠抑制通過(guò)利用碳氟化合物氣體的干蝕刻附著于硅氧化物膜上的氟和在硅氧化物膜中包含的氟釋放到大氣中。
此外，圖5示出了在使用碳氟化合物氣體的干蝕刻之后、利用氮等離子體處理的FSG表面的分析結(jié)果。利用X射線光電子能譜法進(jìn)行分析。
從圖5可以看出，在該N1s能譜中確認(rèn)了Si-N鍵的存在，表明氮化了硅氧化物的表面。因此，認(rèn)為氟釋放的抑制來(lái)自該表面上的氮化層。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括利用碳氟化合物氣體對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行干蝕刻，該半導(dǎo)體晶片包括形成于半導(dǎo)體襯底上并被絕緣膜覆蓋的銅層，以便部分除去該絕緣膜，從而至少局部暴露該銅層的表面；對(duì)至少局部暴露其表面的銅層進(jìn)行氮等離子體處理；將具有氮等離子體處理的銅層的半導(dǎo)體晶片暴露于大氣中，并接著對(duì)該半導(dǎo)體晶片進(jìn)行表面處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中由包含氮?dú)獾牡入x子體產(chǎn)生氣體產(chǎn)生該氮等離子體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中該等離子體產(chǎn)生氣體不含氫氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中該等離子體產(chǎn)生氣體包括單獨(dú)的氮?dú)饣虻獨(dú)夂拖∮袣怏w的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在相同的室中進(jìn)行干蝕刻和氮等離子體處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在第一室中進(jìn)行干蝕刻，然后在不將半導(dǎo)體晶片暴露于大氣中的情況下，將該半導(dǎo)體晶片轉(zhuǎn)移到與所述第一室不同的第二室中，并在該第二室中進(jìn)行氮等離子體處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中碳氟化合物氣體包括CF4或CHF3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中表面處理是濕式處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中表面處理是使用稀釋的氫氟酸、稀釋的硫酸或磷酸的表面清洗處理。
10.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括利用碳氟化合物氣體，對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行干蝕刻，該半導(dǎo)體晶片包括在半導(dǎo)體襯底上并被第一絕緣膜和形成于該第一絕緣膜上的第二絕緣膜覆蓋的導(dǎo)電層，該第二絕緣膜具有局部暴露第一絕緣膜表面的開(kāi)口，以除去在該開(kāi)口處露出的第一絕緣膜的那部分，從而至少部分暴露該導(dǎo)電層的表面；對(duì)第二絕緣膜的表面進(jìn)行氮等離子體處理；將具有進(jìn)行了氮等離子體處理的第二絕緣膜的半導(dǎo)體晶片暴露于大氣中，并接著對(duì)該半導(dǎo)體晶片進(jìn)行表面處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中導(dǎo)電層包括銅。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中通過(guò)氮等離子體處理氮化第二絕緣膜的表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中第二絕緣膜包括含氟的硅氧化物膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中由包含氮?dú)獾牡入x子體產(chǎn)生氣體產(chǎn)生該氮等離子體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該等離子體產(chǎn)生氣體不含氫氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該等離子體產(chǎn)生氣體包括單獨(dú)的氮?dú)饣虻獨(dú)夂拖∮袣怏w的混合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在相同的室中進(jìn)行干蝕刻和氮等離子體處理。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在第一室中進(jìn)行干蝕刻，然后在不將半導(dǎo)體晶片暴露于大氣中的情況下，將該半導(dǎo)體晶片轉(zhuǎn)移到與所述第一室不同的第二室中，并在該第二室中進(jìn)行氮等離子體處理。
19.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中碳氟化合物氣體包括CF4或CHF3。
20.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中表面處理是濕式處理。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括利用碳氟化合物氣體對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行干蝕刻，該半導(dǎo)體晶片包括形成于半導(dǎo)體襯底上并被絕緣膜覆蓋的銅層，以便部分除去該絕緣膜，從而至少局部暴露該銅層的表面。對(duì)至少局部暴露其表面的銅層進(jìn)行氮等離子體處理。將具有氮等離子體處理的銅層的半導(dǎo)體晶片暴露于大氣中，并接著對(duì)該半導(dǎo)體晶片進(jìn)行表面處理。
文檔編號(hào)H01L21/44GK1606149SQ200410089959
公開(kāi)日2005年4月13日 申請(qǐng)日期2004年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月8日
發(fā)明者大村光廣, 片野真希子, 伊藤彰子, 松下貴哉, 金子尚史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝