专利名称：一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法。
背景技术：
随着集成电路中半导体关键尺寸的逐渐缩小，其集成度在不断的提高，后段的互联材料也逐渐由铝过渡到了铜；由于铜较铝具有更低的电阻率和更高的抗电迁移能力，因此，其在深亚微米技术中得到了广泛的应用。伴随着铜的应用，为了降低互连结构中的寄生电容，具有低介电常数(Low-K)的材料得到普遍的应用和发展。但是，低介电常数材料通常比较疏松，并且与铜导线的粘结性能较差，在现有技术中，通常会在铜导线与低介电常数薄膜之间淀积一层铜介电质保护层来增强其之间的粘合力；目前主要通过等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor D印osition，简称PECVD)工艺淀积掺氮的碳化硅作为铜介电质保护层。由于，PECVD是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，且等离子化学活性很强，很容易发生反应；在基片上淀积出所期望的薄膜时，由于其反应温度低，沉积速率快，成膜质量好，针孔较少，不易龟裂等特点，因而在半导体制造工艺中得到广泛的应用。在淀积掺氮的碳化硅之前，需要对反应腔的内壁预先镀膜，该膜称为保护层，镀膜的目的主要是为了减少颗粒(particle)的产生以及保护反应腔内壁；通常选用与所要淀积在晶片上的薄膜相同性质的材料作为反应腔内壁的保护层，即如果要在晶片上淀积掺氮的碳化硅薄膜，则预先在反应腔内壁上淀积掺氮的碳化硅薄膜保护层。但是，制造工艺中发现采用目前现有的方法所淀积的氮化硅薄膜，其与铜表面的粘结性能较差，在后续的机械加工中，有可能称为薄弱点，因此提高氮化硅薄膜与铜表面的粘结性能已经成为现今半导体制造工艺当中一个重要课题。
发明内容
本发明公开了一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其中，包括以下步骤 步骤Sl 于一反应腔内壁淀积氮化硅薄膜；
步骤S2 在该反应腔内进行部分铜双大马士革结构互连工艺。上述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其中，步骤Sl中，于反应腔内壁淀积氮化硅薄膜的同时，于设置在反应腔内的加热台和气体分流盘的表面也淀积相同的氮化硅薄膜。上述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其中，步骤S2中铜双大马士革结构互连工艺，包括以下步骤
步骤a 于基底上淀积层间介电层，光刻、刻蚀后，形成铜互连线凹槽； 步骤b 淀积金属铜充满铜互连线凹槽并覆盖剩余层间介电层，化学机械研磨去除剩余层间介电层上的金属铜；
步骤c 采用NH3/N2的等离子体去除覆盖在剩余铜表面上的氧化层；步骤d 淀积介质阻挡层覆盖剩余铜和剩余的层间介电层； 其中，步骤C、d在所述反应腔中进行。上述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其中，层间介电层的材质为掺氮碳化硅。上述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其中，覆盖有剩余层间介电层和剩余铜的基底设置在加热台上。上述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其中，NH3/N2的等离子体通过气体分流盘喷向剩余铜表面上的氧化层。上述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其中，进行步骤c时，其环境温度 (temperature)为 300-500°C，压力(pressure)为 2_3Torr，高频射频电源功率(HF RF power)为 200-400W，反应时间为 5_20s。上述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其中，进行步骤c时，NH3为1500-2000sCCm， N2 为 500-900sccm，SiH4 为 300_700sccm。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，通过采用了不含碳的氮化硅作为反应腔内壁的保护层，由于氮化硅中不含碳元素，从而在淀积掺氮碳化硅薄膜之前的预处理过程中，避免了碳元素被等离子体反溅到晶片的表面而形成微缺陷，且能更好去除铜表面的氧化铜。
图1-5是本发明一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法的结构流程示意图6是本发明一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法中等离子工艺后铜表面元素X射线光电子能谱图。
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1-5是本发明一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法的结构流程示意图；如图1-5所示，进行铜双大马士革结构互连工艺，本发明一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法
如图1-5所示，首先，在基底11上淀积材质为掺氮碳化硅的层间介电层，光刻、刻蚀后形成铜互连线凹槽；淀积金属铜13充满上述铜互连线凹槽并覆盖剩余层间介电层12的上表面，形成如图1所示的结构。其次，采用化学机械研磨工艺，去除覆盖在剩余层间介电层12上表面的金属铜 13，使剩余的铜14嵌入在剩余层间介电层12中，形成如图2所示的结构；由于剩余的铜14 的上表面暴露在含氧的环境中，其上表面被氧化生成一层氧化铜15，形成如图3所示的结构；由于氧化铜15会影响后续淀积工艺中剩余铜14与其他介质层之间的黏粘性，所以要去除。之后，将形成如图3所示的结构移送至反应腔21内的加热台23上，其中，反应腔 21的内壁及设置在反应腔21内的加热台23和气体分流盘22的均预先淀积有氮化硅薄膜 24 ；通过设置在加热台23上方的气体分流盘22将NH3Z^2的等离子体喷向位于剩余的铜14 上的氧化铜15，通过离子反应以去除氧化铜15，如图4所示，其反应环境温度设置为350°C、 压力为 2. OTorr、高频射频功率为 300W、I7OOsccm 的 NH3, 7OOsccm 的 N2 及 5OOsccm 的 SiH4,
4进行IOs的等离子反应。相对于传统工艺，本发明采用氮化硅作为反应腔21内部的保护层， 因为不含有碳元素，从而避免在预处理过程中剩余的铜14表面碳元素的产生，且通过测试发现，采用氮化硅作为反应腔内部保护层所淀积的掺氮碳化硅薄膜与铜的粘结力，相对于传统工艺中采用掺氮碳化硅作为反应腔内部保护层所淀积的掺氮碳化硅薄膜与铜的粘结力提高了 20%。最后，在反应腔21内，于离子去除氧化铜15后，快速淀积介质阻挡层16覆盖剩余层间介电层12和剩余的铜14的上表面，以防止剩余的铜14再次被氧化，即如图5所示。图6是本发明一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法中等离子工艺后铜表面元素X射线光电子能谱图。如图6所示，在对剩余的铜14进行等离子工艺后，通过X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy analysis，简称 XPS)测量剩余的铜 14 表面的元素含量发现，与传统工艺对反应腔内部镀掺氮碳化硅保护层相比，本发明所对反应腔内壁淀积氮化硅保护层时，对比传统工艺键能线2和本发明工艺键能线1可知，本发明工艺中剩余的铜14表面不含碳元素，并且所含的氧元素也较少，说明本发明相对于传统工艺去除氧化铜的能力较强。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，通过采用氮化硅作为反应腔内壁的保护层，与原有的掺氮的碳化硅保护层相比，由于氮化硅中不含碳元素，从而在淀积掺氮碳化硅薄膜之前的预处理过程中，不会有碳元素被等离子体反溅到晶片的表面而形成微缺陷，且去除铜表面的氧化铜能力要好于采用掺氮碳化硅保护层。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
1.一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤Sl 于一反应腔内壁淀积氮化硅薄膜；步骤S2 在该反应腔内进行部分铜双大马士革结构互连工艺。
2.根据权利要求1所述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，步骤Sl中，于反应腔内壁淀积氮化硅薄膜的同时，于设置在反应腔内的加热台和气体分流盘的表面也淀积相同的氮化硅薄膜。
3.根据权利要求1所述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，步骤S2中铜双大马士革结构互连工艺，包括以下步骤步骤a 于基底上淀积层间介电层，光刻、刻蚀后，形成铜互连线凹槽； 步骤b 淀积金属铜充满铜互连线凹槽并覆盖剩余层间介电层，化学机械研磨去除剩余层间介电层上的金属铜；步骤c 采用NH3Z^2的等离子体去除覆盖在剩余铜表面上的氧化层； 步骤d 淀积介质阻挡层覆盖剩余铜和剩余的层间介电层； 其中，步骤c、d在所述反应腔中进行。
4.根据权利要求3所述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，层间介电层的材质为掺氮碳化硅。
5.根据权利要求3所述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，覆盖有剩余层间介电层和剩余铜的基底设置在加热台上。
6.根据权利要求2或3所述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，NH3/N2的等离子体通过气体分流盘喷向剩余铜表面上的氧化层。
7.根据权利要求3所述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，进行步骤c时， 其环境温度为300-500°C，压力为2-3Torr，高频射频电源功率为200-400W，反应时间为 5-20so
8.根据权利要求3所述的淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，其特征在于，进行步骤c时，NH3 为 1500-2000sccm，N2 为 500_900sccm，SiH4 为 300_700sccm。
全文摘要
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法，通过采用氮化硅作为反应腔内壁的保护层，由于氮化硅中不含碳元素，从而在淀积掺氮碳化硅薄膜之前的预处理过程中，避免了碳元素被等离子体反溅到晶片的表面而形成微缺陷，且能更好去除铜表面的氧化铜。
文档编号H01L21/768GK102456568SQ201110298918
公开日2012年5月16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