专利名称：一种提高铜互连可靠性的表面处理方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种提高铜互连可靠性的表面处理方法。
背景技术：
在半导体集成电路工业 中，高性能的集成电路芯片需要尽可能低的连线电容电阻 (Resistor Capacitor，简称RC)信号延迟和信号串扰。为此，需要低电阻率的铜金属线以及连线的层间和线间填充低介电常数介质材料，以达到降低寄生电容的目的，从而提高器件性能。但是，目前普遍采用的低介电常数(Low-K)绝缘介质材料是掺碳的多孔氧化硅，伴随着介电常数要求的不断降低，介电材料的孔隙率和含碳量在不断增加，其结构就越来越疏松，在工艺过程中，疏松的介电材料容易受到的损伤而使其介电常数升高，且在表面会产生残留物，使其结合力降低。工艺的损伤和不良的表面结合力会造成铜金属线易被氧化，容易扩散到介质绝缘层，从而使金属容易发生电子迁移(Electro-Migration，简称EM)和应力迁移(Stress Migration，简称SM)，绝缘层较容易被击穿，器件的可靠性性能会明显降低。因此如何有效地避免低介电常数材料损伤，以提高介质层介电击穿寿命，以及如何改善金属层表面状态， 提高与表面的结合力，从而提高电迁移和应力迁移性能，成为一个尤为重要的课题。目前，中国专利(申请号201110150700. 5，一种提高铜互连可靠性的表面处理方法)公布的一种方法，通过采用特定配比的氢气，氨气和甲烷等还原性气体组合，在远端产生等离子体后，传送到铜互连结构的表面进行预处理。但这种方法中，由于有氨气的使用， 经过表面处理后，会有大量的氮元素，富集在此表面上，在后续的与光阻接触过程中，氮元素会导致的光阻中毒和变性。
发明内容
本发明公开了一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，包括以下步骤 步骤Sl 采用一定配比包含有氢气和碳氢化合物的混合气体，于远端产生等离子气
体；
步骤S2 将上述等离子气体传送到铜互连线结构的表面，以去除其表面的残留物及氧化物；
步骤S3 沉积介质阻挡层覆盖铜互连线结构。上述的提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，铜互连线结构为经过化学机械研磨后的铜大马士革结构。上述的提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，铜互连线结构包含嵌入设置在低介电常数材料层的铜互连线。上述的提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，步骤S2通过将等离子气体通入反腔，以去除铜互连线结构表面的残留物及氧化物。
上述的提高铜互连可靠性的表面处理方法，其中，混合气体不包含氮元素。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，通过远端将氢气和碳氢化合物等还原性混合气体等离子化后形成的等离子气体，以去除铜互连线结构中铜金属层表面的氧化物以及化学机械研磨工艺过程中残留物， 从而获得原子级的清洁表面，且提高了该表面与含氮阻挡层的结合力，因此使铜互连的抗电迁移性和抗应力迁移性能及介质层的介电击穿寿命均得到提高；同时，还可以减少对介质层的损伤，有利于芯片整体性能的提高；而由于 等离子气体中不包含氮元素，在后续的与光阻接触过程中，避免了由于氮元素所导致的光阻中毒和变性的风险，进一步提高了互联关键尺寸的一致性。
图1-4是本发明提高铜互连可靠性的表面处理方法结构流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的说明
图1-4是本发明提高铜互连可靠性的表面处理方法结构流程示意图。如图1-4所示， 在90纳米及其以上的工艺中，本发明一种提高铜互连可靠性的表面处理方法
如图1所示，经过化学机械研磨后的铜大马士革结构1，铜互连线12嵌入设置在低介电常数材料层11中，两者的上表面在同一水平线上；由于在化学机械研磨工序中产生的残留物附着在铜互连线12的上表面，与铜互连线12的上表面被氧化形成铜的氧化物共同构成残留物氧化物层13，从而易产生电子迁移和应力迁移，使得绝缘层易被击穿，降低了器件的可靠性。然后，采用一定配比包含有氢气和碳氢化合物等气体的还原性混合气体，于远端进行等离子化，形成不包含氮元素的等离子气体。将该等离子气体通入铜大马士革结构1 的反应腔中，对残留物氧化物层13进行等离子体处理14，在去除残留物及给低介电常数材料层11补碳，同时将铜互连线12的上表面铜的氧化物还原为铜金属，去除残留物氧化物层 13。之后，淀积介质阻挡层15覆盖低介电常数材料层11和铜互连线12的上表面，由于残留物氧化物层13被去除，铜大马士革结构1的上表面的结合力得到提高，改善了电子迁移和应力迁移问题；其中，在对对残留物氧化物层13进行等离子体处理14后应快速进行后续工艺，以防止铜互连线12的上表面被再次的氧化。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，通过远端将氢气和碳氢化合物等还原性混合气体等离子化后形成的等离子气体，以去除铜互连线结构中铜金属层表面的氧化物以及化学机械研磨工艺过程中残留物， 从而获得原子级的清洁表面，且提高了该表面与含氮阻挡层的结合力，因此使铜互连的抗电迁移性和抗应力迁移性能及介质层的介电击穿寿命均得到提高；同时，还可以减少对介质层的损伤，有利于芯片整体性能的提高；而由于等离子气体中不包含氮元素，在后续的与光阻接触过程中，避免了由于氮元素所导致的光阻中毒和变性的风险，进一步提高了互联关键尺寸的一致性。
通过说明和附图，给出了具体实施方式
的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。 因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
权利要求
1.一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤步骤Sl 采用一定配比包含有氢气和碳氢化合物的混合气体，于远端产生等离子气体；步骤S2 将上述等离子气体传送到铜互连线结构的表面，以去除其表面的残留物及氧化物；步骤S3 沉积介质阻挡层覆盖铜互连线结构。
2.根据权利要求1所述的提高铜互连可靠性的表面处理方法，其特征在于，铜互连线结构为经过化学机械研磨后的铜大马士革结构。
3.根据权利要求1或2所述的提高铜互连可靠性的表面处理方法，其特征在于，铜互连线结构包含嵌入设置在低介电常数材料层的铜互连线。
4.根据权利要求1所述的提高铜互连可靠性的表面处理方法，其特征在于，步骤S2通过将等离子气体通入反腔，以去除铜互连线结构表面的残留物及氧化物。
5.根据权利要求1所述的提高铜互连可靠性的表面处理方法，其特征在于，混合气体不包含氮元素。
全文摘要
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种提高铜互连可靠性的表面处理方法，通过远端将氢气和碳氢化合物等还原性混合气体等离子化后形成的等离子气体，以去除铜互连线结构中铜金属层表面的氧化物以及化学机械研磨工艺过程中残留物，从而获得原子级的清洁表面，且提高了该表面与含氮阻挡层的结合力，因此使铜互连的抗电迁移性和抗应力迁移性能及介质层的介电击穿寿命均得到提高；同时，还可以减少对介质层的损伤，有利于芯片整体性能的提高；而由于等离子气体中不包含氮元素，在后续的与光阻接触过程中，避免了由于氮元素所导致的光阻中毒和变性的风险，进一步提高了互联关键尺寸的一致性。
文档编号H01L21/768GK102446834SQ20111029909
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者张文广, 徐强, 郑春生, 陈玉文 申请人:上海华力微电子有限公司