專利名稱：一種淀積摻氮碳化硅薄膜的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種淀積摻氮碳化硅薄膜的方法。
背景技術：
隨著集成電路中半導體關鍵尺寸的逐漸縮小，其集成度在不斷的提高，后段的互聯(lián)材料也逐漸由鋁過渡到了銅；由于銅較鋁具有更低的電阻率和更高的抗電遷移能力，因此，其在深亞微米技術中得到了廣泛的應用。伴隨著銅的應用，為了降低互連結構中的寄生電容，具有低介電常數(shù)(Low-K)的材料得到普遍的應用和發(fā)展。但是，低介電常數(shù)材料通常比較疏松，并且與銅導線的粘結性能較差，在現(xiàn)有技術中，通常會在銅導線與低介電常數(shù)薄膜之間淀積一層銅介電質(zhì)保護層來增強其之間的粘合力；目前主要通過等離子體增強化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor D印osition，簡稱PECVD)工藝淀積摻氮的碳化硅作為銅介電質(zhì)保護層。由于，PECVD是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，且等離子化學活性很強，很容易發(fā)生反應；在基片上淀積出所期望的薄膜時，由于其反應溫度低，沉積速率快，成膜質(zhì)量好，針孔較少，不易龜裂等特點，因而在半導體制造工藝中得到廣泛的應用。在淀積摻氮的碳化硅之前，需要對反應腔的內(nèi)壁預先鍍膜，該膜稱為保護層，鍍膜的目的主要是為了減少顆粒(particle)的產(chǎn)生以及保護反應腔內(nèi)壁；通常選用與所要淀積在晶片上的薄膜相同性質(zhì)的材料作為反應腔內(nèi)壁的保護層，即如果要在晶片上淀積摻氮的碳化硅薄膜，則預先在反應腔內(nèi)壁上淀積摻氮的碳化硅薄膜保護層。但是，制造工藝中發(fā)現(xiàn)采用目前現(xiàn)有的方法所淀積的氮化硅薄膜，其與銅表面的粘結性能較差，在后續(xù)的機械加工中，有可能稱為薄弱點，因此提高氮化硅薄膜與銅表面的粘結性能已經(jīng)成為現(xiàn)今半導體制造工藝當中一個重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其中，包括以下步驟 步驟Sl 于一反應腔內(nèi)壁淀積氮化硅薄膜；
步驟S2 在該反應腔內(nèi)進行部分銅雙大馬士革結構互連工藝。上述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其中，步驟Sl中，于反應腔內(nèi)壁淀積氮化硅薄膜的同時，于設置在反應腔內(nèi)的加熱臺和氣體分流盤的表面也淀積相同的氮化硅薄膜。上述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其中，步驟S2中銅雙大馬士革結構互連工藝，包括以下步驟
步驟a 于基底上淀積層間介電層，光刻、刻蝕后，形成銅互連線凹槽； 步驟b 淀積金屬銅充滿銅互連線凹槽并覆蓋剩余層間介電層，化學機械研磨去除剩余層間介電層上的金屬銅；
步驟c 采用NH3/N2的等離子體去除覆蓋在剩余銅表面上的氧化層；步驟d 淀積介質(zhì)阻擋層覆蓋剩余銅和剩余的層間介電層； 其中，步驟C、d在所述反應腔中進行。上述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其中，層間介電層的材質(zhì)為摻氮碳化硅。上述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其中，覆蓋有剩余層間介電層和剩余銅的基底設置在加熱臺上。上述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其中，NH3/N2的等離子體通過氣體分流盤噴向剩余銅表面上的氧化層。上述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其中，進行步驟c時，其環(huán)境溫度 (temperature)為 300-500°C，壓力(pressure)為 2_3Torr，高頻射頻電源功率(HF RF power)為 200-400W，反應時間為 5_20s。上述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其中，進行步驟c時，NH3為1500-2000sCCm， N2 為 500-900sccm，SiH4 為 300_700sccm。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明提出一種淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，通過采用了不含碳的氮化硅作為反應腔內(nèi)壁的保護層，由于氮化硅中不含碳元素，從而在淀積摻氮碳化硅薄膜之前的預處理過程中，避免了碳元素被等離子體反濺到晶片的表面而形成微缺陷，且能更好去除銅表面的氧化銅。


圖1-5是本發(fā)明一種淀積摻氮碳化硅薄膜的方法的結構流程示意圖6是本發(fā)明一種淀積摻氮碳化硅薄膜的方法中等離子工藝后銅表面元素X射線光電子能譜圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明
圖1-5是本發(fā)明一種淀積摻氮碳化硅薄膜的方法的結構流程示意圖；如圖1-5所示，進行銅雙大馬士革結構互連工藝，本發(fā)明一種淀積摻氮碳化硅薄膜的方法
如圖1-5所示，首先，在基底11上淀積材質(zhì)為摻氮碳化硅的層間介電層，光刻、刻蝕后形成銅互連線凹槽；淀積金屬銅13充滿上述銅互連線凹槽并覆蓋剩余層間介電層12的上表面，形成如圖1所示的結構。其次，采用化學機械研磨工藝，去除覆蓋在剩余層間介電層12上表面的金屬銅 13，使剩余的銅14嵌入在剩余層間介電層12中，形成如圖2所示的結構；由于剩余的銅14 的上表面暴露在含氧的環(huán)境中，其上表面被氧化生成一層氧化銅15，形成如圖3所示的結構；由于氧化銅15會影響后續(xù)淀積工藝中剩余銅14與其他介質(zhì)層之間的黏粘性，所以要去除。之后，將形成如圖3所示的結構移送至反應腔21內(nèi)的加熱臺23上，其中，反應腔 21的內(nèi)壁及設置在反應腔21內(nèi)的加熱臺23和氣體分流盤22的均預先淀積有氮化硅薄膜 24 ；通過設置在加熱臺23上方的氣體分流盤22將NH3Z^2的等離子體噴向位于剩余的銅14 上的氧化銅15，通過離子反應以去除氧化銅15，如圖4所示，其反應環(huán)境溫度設置為350°C、 壓力為 2. OTorr、高頻射頻功率為 300W、I7OOsccm 的 NH3, 7OOsccm 的 N2 及 5OOsccm 的 SiH4,
4進行IOs的等離子反應。相對于傳統(tǒng)工藝，本發(fā)明采用氮化硅作為反應腔21內(nèi)部的保護層， 因為不含有碳元素，從而避免在預處理過程中剩余的銅14表面碳元素的產(chǎn)生，且通過測試發(fā)現(xiàn)，采用氮化硅作為反應腔內(nèi)部保護層所淀積的摻氮碳化硅薄膜與銅的粘結力，相對于傳統(tǒng)工藝中采用摻氮碳化硅作為反應腔內(nèi)部保護層所淀積的摻氮碳化硅薄膜與銅的粘結力提高了 20%。最后，在反應腔21內(nèi)，于離子去除氧化銅15后，快速淀積介質(zhì)阻擋層16覆蓋剩余層間介電層12和剩余的銅14的上表面，以防止剩余的銅14再次被氧化，即如圖5所示。圖6是本發(fā)明一種淀積摻氮碳化硅薄膜的方法中等離子工藝后銅表面元素X射線光電子能譜圖。如圖6所示，在對剩余的銅14進行等離子工藝后，通過X射線光電子能譜分析(X-ray photoelectron spectroscopy analysis，簡稱 XPS)測量剩余的銅 14 表面的元素含量發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)工藝對反應腔內(nèi)部鍍摻氮碳化硅保護層相比，本發(fā)明所對反應腔內(nèi)壁淀積氮化硅保護層時，對比傳統(tǒng)工藝鍵能線2和本發(fā)明工藝鍵能線1可知，本發(fā)明工藝中剩余的銅14表面不含碳元素，并且所含的氧元素也較少，說明本發(fā)明相對于傳統(tǒng)工藝去除氧化銅的能力較強。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明提出一種淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，通過采用氮化硅作為反應腔內(nèi)壁的保護層，與原有的摻氮的碳化硅保護層相比，由于氮化硅中不含碳元素，從而在淀積摻氮碳化硅薄膜之前的預處理過程中，不會有碳元素被等離子體反濺到晶片的表面而形成微缺陷，且去除銅表面的氧化銅能力要好于采用摻氮碳化硅保護層。通過說明和附圖，給出了具體實施方式
的特定結構的典型實施例，基于本發(fā)明精神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。對于本領域的技術人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。 因此，所附的權利要求書應看作是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容，都應認為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟Sl 于一反應腔內(nèi)壁淀積氮化硅薄膜；步驟S2 在該反應腔內(nèi)進行部分銅雙大馬士革結構互連工藝。
2.根據(jù)權利要求1所述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，步驟Sl中，于反應腔內(nèi)壁淀積氮化硅薄膜的同時，于設置在反應腔內(nèi)的加熱臺和氣體分流盤的表面也淀積相同的氮化硅薄膜。
3.根據(jù)權利要求1所述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，步驟S2中銅雙大馬士革結構互連工藝，包括以下步驟步驟a 于基底上淀積層間介電層，光刻、刻蝕后，形成銅互連線凹槽； 步驟b 淀積金屬銅充滿銅互連線凹槽并覆蓋剩余層間介電層，化學機械研磨去除剩余層間介電層上的金屬銅；步驟c 采用NH3Z^2的等離子體去除覆蓋在剩余銅表面上的氧化層； 步驟d 淀積介質(zhì)阻擋層覆蓋剩余銅和剩余的層間介電層； 其中，步驟c、d在所述反應腔中進行。
4.根據(jù)權利要求3所述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，層間介電層的材質(zhì)為摻氮碳化硅。
5.根據(jù)權利要求3所述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，覆蓋有剩余層間介電層和剩余銅的基底設置在加熱臺上。
6.根據(jù)權利要求2或3所述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，NH3/N2的等離子體通過氣體分流盤噴向剩余銅表面上的氧化層。
7.根據(jù)權利要求3所述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，進行步驟c時， 其環(huán)境溫度為300-500°C，壓力為2-3Torr，高頻射頻電源功率為200-400W，反應時間為 5-20so
8.根據(jù)權利要求3所述的淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，進行步驟c時，NH3 為 1500-2000sccm，N2 為 500_900sccm，SiH4 為 300_700sccm。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種淀積摻氮碳化硅薄膜的方法，通過采用氮化硅作為反應腔內(nèi)壁的保護層，由于氮化硅中不含碳元素，從而在淀積摻氮碳化硅薄膜之前的預處理過程中，避免了碳元素被等離子體反濺到晶片的表面而形成微缺陷，且能更好去除銅表面的氧化銅。
文檔編號H01L21/768GK102456568SQ201110298918
公開日2012年5月16日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權日2011年9月29日
發(fā)明者張文廣, 徐強, 鄭春生, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司