专利名称：双镶嵌工艺中的金属表面处理方法
技术领域：
本发明涉及一种双镶嵌(dual damascene)工艺中的介层窗(via)处理方法，特别涉及一种铜/旋涂低介电常数介电层(Cu/SOD)的双镶嵌工艺中的介层窗处理方法，可避免铜剥离(Cu peeling)的现象的发生。
背景技术：
在铜/旋涂低介电常数介电层的双镶嵌工艺中，介层窗底部表面的铜氧化与铜剥离是需参考的主要因素之一。一般而言，利用反应性预清洗(Reactive-Pre-Clean，RPC)可以有效移除介层窗底部表面的铜氧化。另一方面，利用氩离子表面处理可以有效改善铜与旋涂低介电常数介电层之间的粘着力。
然而，上述两种处理方法无法相互配合。一般而言，若先进行反应性预清洗处理，则后续的氩离子表面处理将造成介层窗电阻的提升，进而造成成品率(yield)的降低。上述处理次序的缺点，主要是由于氩离子表面处理时，氩离子的方向垂直介层窗底部表面，因而造成铜表面损伤。反之，若先进行氩离子表面处理，则在后续的反应性预清洗处理后，铜与旋涂低介电常数介电层之间的粘着力则会降低。此外，介层窗底部表面的铜会溅飞而粘着至介层窗的侧壁上，侧壁上的铜会很快地扩散至内金属介电层(intermetal dielectric layer)中，造成内金属介电层的漏电。
发明内容
在应用两种处理方法在铜/旋涂低介电常数介电层的双镶嵌工艺中，本发明的目的之一在于，提供一种氩离子表面处理的方法，使氩离子以倾斜的方向进行，以减少铜表面损伤的机率。
为避免反应性预清洗处理造成内金属介电层的漏电，本发明的另一目的在于，提供一种铜/旋涂低介电常数介电层的双镶嵌工艺中处理的方法，先进行反应性预清洗处理后，再氩离子表面处理，可避免内金属介电层的漏电，并兼顾减少铜表面损伤的机率。
为实现上述目的，一种处理金属表面的方法，应用在一双镶嵌半导体结构中，此双镶嵌半导体结构具有位于金属结构上一金属结构与一旋涂介电层。旋涂介电层中至少具有一开口暴露出金属结构的一部分表面。在填充开口之前，先移除暴露表面上的一氧化物，之后以一离子处理暴露表面，其中以垂直暴露表面的一轴为基准、离子以相对于轴的一倾斜角度处理暴露表面，其中此倾斜角度与上述开口的尺寸有关。这样可避免暴露表面受到离子的损伤，并改善金属的暴露表面与后续填充物之间的粘着力。
图1为本发明的一实施例所应用的一半导体结构的剖面示意图。
图2为本发明的一实施例的处理方法应用在一半导体结构的剖面示意图。
标号说明10双镶嵌结构12金属线结构14低介电常数介电层16氩离子18轴20介层窗22沟槽具体实施方式
一种双镶嵌工艺中铜表面处理的方法，应用于一双镶嵌半导体结构，此双镶嵌半导体结构具有位于铜线结构上至少一铜线结构与一旋涂介电层。旋涂介电层中至少具有一介层窗(via)暴露出铜线结构的一部分表面。首先移除部分表面上之一氧化铜，例如利用反应性预清洗程序移除。之后以一氩离子处理部分表面，其中以垂直部分表面的一轴为基准、氩离子以相对于轴的一倾斜角度处理部分表面。
参照图1所示，提供一种包含介层窗(via)与沟槽(trench)的双镶嵌结构10，其中双镶嵌结构10包含底材(图中未示)上的金属线结构12及覆盖在金属线结构12与底材上的低介电常数介电层14，其中金属线结构12的部分表面暴露出来。暴露出的金属线结构12上、低介电常数介电层14中、存在位于上下位置的至少两个开口图案。在本实施例中，两个开口图案是分别为介层窗20与沟槽22的图案，其中位于下方的介层窗20图案的开口相对较小，而位于介层窗图案上方的沟槽22图案开口相对较大。在一实施例中，金属线结构12的材料是以铜为主，低介电常数介电层14则以有机高分子或以二氧化硅为主的材料，并以旋涂的方式形成在金属线结构12之上，例如旋涂式高分子(Spin-On Polymer，SOP)、FLARE、SILK、PARYLENE与/或PAE-II、SiO2、FSG或USC，然不限于上述例子。低介电常数介电层14中的介层窗20与沟槽22的图案，可利用一般双镶嵌工艺形成，不论是先制作介层窗20或是先制作沟槽22的双镶嵌工艺，皆可应用于此。
再次，为了方便后续说明，在此定义介层窗20的尺寸。在本实施例中，介层窗20的底部，即暴露出的金属线结构12的部分表面的长度以”a”表示的。其次，介层窗20的侧壁高度以”b”表示的，则角度”θ0”以tan-1(a/b)表示的，即角度”θ0”为部分表面的长度与侧壁高度的比值的反正切。侧壁高度”b”大致垂直在金属线结构12的部分表面。
当制作出如双镶嵌结构10的结构、尚未将介层窗与沟槽填满之前，需进行一些处理，例如移除暴露出的金属线结构12的部分表面上的氧化物、或是改善后续填充物与暴露出的金属线结构12的部分表面之间的粘着力。在本实施例中，先进行预先清洗的处理，利用一般的反应性预清洗处理，以移除暴露出的金属线结构12上的氧化物，例如氧化铜。
之后，参照图2所示，对于暴露出的金属线结构12的部分表面进行氩离子16表面处理。为避免垂直在金属线结构12的部分表面的离子处理对于金属表面造成损伤，因此，氩离子16以相对于金属线结构12的表面为倾斜的角度进行处理。在本实施例中，为方便说明，以垂直在金属线结构12的表面的轴18为例，氩离子16的倾斜角度相对于轴18以”θ”表示。根据上述表示，氩离子16的倾斜角度”θ”可以从轴18的两侧进入介层窗的表面，也就是说，轴18为氩离子16两进行方向的对角线。在本实施例中，为了更进一步离子处理对金属表面造成损伤，倾斜角度”θ”需大在角度”θ0”，这样可进一步降低离子处理对金属表面造成损伤。
根据前述内容，本实施例采用先进行移除金属氧化物的步骤，再进行改善金属表面的粘着力的处理步骤。移除金属氧化物的步骤是采用一般反应性预清洗处理，而改善金属表面的粘着力的处理步骤则采用倾斜角度的氩离子表面处理，其中离子进入的倾斜的角度与半导体结构中的尺寸有关，如此可确保金属表面不易受到离子处理的损伤。
以上所述的实施例仅为了说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本专利的范围并不仅局限于上述具体实施例，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种双镶嵌工艺中的金属表面处理方法，包含提供一双镶嵌半导体结构，该双镶嵌半导体结构具有至少一金属结构与一旋涂介电层位于该金属结构上，其中所述旋涂介电层中至少具有一开口暴露出该金属结构的一部分表面；移除该部分表面上的一氧化物；以及以一离子处理该部分表面，其中以垂直该部分表面的一轴为基准、该离子以相对于该轴的一倾斜角度处理该部分表面。
2.根据权利要求1所述的双镶嵌工艺中的金属表面处理方法，其特征在于所述开口具有一侧壁高度，且该部分表面具有一开口长度，该倾斜角度大在该开口长度与该侧壁高度的一比值的反正切。
3.根据权利要求2所述的双镶嵌工艺中的金属表面处理方法，其特征在于所述开口侧壁是平行于该轴。
4.根据权利要求1所述的双镶嵌工艺中的金属表面处理方法，其特征在于所述离子是为一氩离子。
5.根据权利要求1所述的双镶嵌工艺中的金属表面处理方法，其特征在于所述金属结构是为一铜线结构。
6.根据权利要求1所述的双镶嵌工艺中的金属表面处理方法，其特征在于所述旋涂介电层是具有一低介电常数。
7.一种双镶嵌工艺中的铜表面处理方法，包含提供一双镶嵌半导体结构，该双镶嵌半导体结构具有至少一铜线结构与一旋涂介电层位于该铜线结构上，其中所述旋涂介电层中至少具有一介层窗(via)暴露出该铜线结构的一部分表面；移除该部分表面上的一氧化铜；以及以一氩离子处理该部分表面，其特征在于以垂直该部分表面的一轴为基准、该氩离子以相对于该轴的一倾斜角度处理该部分表面。
8.根据权利要求7所述的双镶嵌工艺中的铜表面处理方法，其特征在于所述开口具有一侧壁高度，且该部分表面具有一开口长度，该倾斜角度大在该开口长度与该侧壁高度的一比值的反正切。
9.根据权利要求7所述的双镶嵌工艺中的铜表面处理方法，其特征在于所述移除步骤是为一反应性预清洗程序。
全文摘要
本发明提供一种双镶嵌工艺中的金属表面处理方法，应用在一双镶嵌(dual damascene)半导体结构中，此双镶嵌半导体结构具有一金属结构与一旋涂介电层位于金属结构上。旋涂介电层中至少具有一开口暴露出金属结构的一部分表面。在填充开口之前，先移除暴露表面上的一氧化物，之后以一离子处理暴露表面，其中以垂直暴露表面的一轴为基准、离子以相对在轴的一倾斜角度处理暴露表面。这样可避免暴露表面受到离子的损伤，并改善金属的暴露表面与后续填充物之间的粘着力。
文档编号H01L21/768GK1787189SQ20041008939
公开日2006年6月14日 申请日期2004年12月10日 优先权日2004年12月10日
发明者郭强 申请人:上海宏力半导体制造有限公司