专利名称：一种低介电常数薄膜表面处理方法
技术领域：
本发明涉及ー种低介电常数薄膜表面处理方法，尤其涉及一种修复化学机械研磨(CMP)后损伤的超低介电常数(K〈2. 7)薄膜的表面处理工艺。
背景技术：
在半导体集成电路エ业中，特征尺寸不断减小和金属连线高宽比增加导致互连电容快速上升，然后引起串扰问题。另ー方面，层数增加引起的层间寄生电容的加大并产生额外的互连延时，这成了提高电路速度的主要障碍。寄生电容还増加了功耗。所有这些问题限制了电路性能的改进。高性能的集成电路芯片需要尽可能低的连线电容电阻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、及线间填充低介电常数介质材料来达到降低寄生电容，从而达到提高器件性能的目的。近十年来，半导体エ业界对低介电常数材料的研究日益增多，在集成电路エ艺中，低介电常数材料必须满足诸多条件，例如足够的机械強度以支撑多层连线的架构、高杨氏系数、高击穿电压、低漏电、高热稳定性、良好的粘合强度、低吸水性、低薄膜应力、高平坦化能力、低热涨系数以及与化学机械抛光エ艺的兼容性
坐坐寸寸ο掺杂碳和微孔均是降低K值的有效手段，目前45纳米以上技术，普遍采用的超低介电常数(K〈2. 7)绝缘介质材料是掺碳的多孔氧化硅薄膜。其中，掺杂碳的ニ氧化硅介电常数与密度呈线性关系，密度的降低有利于K值的降低；微孔材料的介电常数与材料密度和孔隙率有关，孔隙率越高K值越小。然而，伴随着介质材料介电常数不断降低的要求，介电材料的孔隙率和含碳量不断増加，而结构变得越来越疏松，在许多エ艺过程中(如蚀刻，灰化，化学机械研磨等等)更容易受到损伤从而使介电常数升高。因此如何有效地避免低介电常数材料损伤导致的避免介电常数提高，成为当今一个尤为重要的课题。
发明内容
针对低介电常数材料因损伤而导致介电常数升高的问题，本发明提供了一种低介电常数薄膜的表面处理方法。本发明的第一个方面是提供一种修复损伤的低介电常数薄膜的表面处理方法，步骤包括
对大马士革结构表面进行远程等离子体(Remote Plasma)处理,去除大马士革结构表面的残留物和氧化层，并对低介电常数薄膜进行碳补偿；在等离子体处理完后的大马士革结构表面沉积介质阻挡层。其中，所述损伤可以是由蚀刻，灰化，化学机械研磨(化学机械平坦化，CMP)等エ序带来的。
其中，所述低介电常数薄膜可以是K在2. 7 3. I之间的低介电常数材料，或K〈2. 7的超低介电常数材料，如掺杂碳的多孔氧化硅。其中，所述等离子的处理优选为将还原性气体经过大马士革结构表面进行远程等离子体处理。所述还原性气体包括氢气、碳氢化合物、或其混合气体。其中，所述碳氢化合物如甲烷、 乙烷、丙烷等。根据本发明所述第一方面的一个优选实施方式，提供一种用于修复化学机械研磨后损伤的超低介电常数薄膜的表面处理方法，步骤包括
步骤1，除去CMP工艺后的大马士革结构薄膜中的水汽(moisture)和/或CMP过程中残留的液体；
步骤2，将还原性气体经过CMP工艺后的大马士革结构表面，进行远程等离子体(Remote Plasma)处理,去除大马士革结构表面的残留物和氧化层,并对低介电常数薄膜进行碳补偿；
步骤3，在步骤2处理完的大马士革结构表面沉积介质阻挡层。根据本发明所述表面处理方法的一种优选实施方式，所述等离子体处理过程在反应容器内进行，所述等离子体产生于反应容器外，还原性气体由反应容器外进入。其中，步骤I中可以采用加热的方式将水汽和/或其它残留的液体去除。本发明的第二个方面是提供一种使用上述方法制备的大马士革结构。本发明提供的方法，能够使CMP工艺造成的薄膜介电常数的升高得到一定的降低，同时提高与后续介质阻挡层的粘合力，从而起到全面的修复作用，有利于器件速度性能的改善。另外，经过该方法处理过后，铜金属区域表面的氧化铜被还原修复，因而获得清洁表面，从而也增强铜表面与后续阻挡层的结合力，提高铜金属线抗电迁移和应力迁移性能，提高电介质的介质击穿寿命。
图I为CMP工艺后的大马士革结构示意 图2为除去水汽后的大马士革结构示意 图3为远程等离子处理示意 图4为远程等离子体处理后的大马士革结构示意 图5为沉积介质阻挡层后的大马士革结构示意图。
具体实施例方式本发明提供了一种用于修复损伤的超低介电常数薄膜的表面处理工艺，以及使用所述方法制备得到的大马士革结构。下面参照附图，通过具体实施例对本发明进行详细的介绍和描述，以使更好的理解本发明内容，但是应当理解的是，下述实施例并不限制本发明范围。实施例I
步骤1，除去CMP工艺后的大马士革结构薄膜中的水汽。CMP工艺采用的研磨液很多都会含有水或其它有机溶剂，因此，CMP工艺后，在大马士革结构中难免会含有部分水汽或其它液体。以含水的化学机械研磨浆料为例，如图I中所示，在大马士革I的表面部分，形成了含水汽层3。首先加热将含水汽层3中的水汽去除。去除含水汽层3之后的结构如图2所示。步骤2，将还原性气体经过CMP工艺后的大马士革结构表面，进行远程等离子体(Remote Plasma)处理,去除大马士革结构表面的残留物和氧化层,并对低介电常数薄膜进行碳补偿。
在反应腔内，氢气与甲烷混合气体通过大马士革几个表面，进行等离子体处理(图3中箭头方向所示)，等离子体处理后尽量补偿之前工艺带来的碳损失，使CMP工艺造成的薄膜介电常数的升高得到一定的降低，同时提高与后续介质阻挡层的粘合力，从而起到全面的修复作用，有利于器件速度性能的改善。此外，还原性气体将铜2表面的氧化铜还原修复，去除了表面残留物和氧化层4，清洁了表面(如图4中所示)，从而也增强铜表面与后续阻挡层的结合力，提高铜2金属线的抗电迁移和应力迁移性能，提高电介质的介质击穿寿命。步骤3，在步骤2处理完的大马士革结构表面沉积介质阻挡层。如图5所示，在对大马士革结构I的表面进行等离子体处理后，在大马士革结构I的上表面覆盖一层介质阻挡层5。实施例2
本实施例中，等离子体在反应腔外产生，然后通入到反应腔内，相比反应腔内直接产生等离子体，可大大延长反应腔体内一些部件的使用寿命。其它部分参照实施例I所述的方法实施。以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
权利要求
1.一种修复损伤的低介电常数薄膜的表面处理方法，其特征在于，步骤包括对大马士革结构表面进行远程等离子体处理，去除大马士革结构表面的残留物和氧化层，并对低介电常数薄膜进行碳补偿；在等离子体处理完后的大马士革结构表面沉积介质阻挡层。
2.根据权利要求I所述的表面处理方法，其特征在于，所述损伤是由蚀刻、灰化或化学机械研磨工序带来的。
3.根据权利要求I所述的表面处理方法，其特征在于，所述低介电常数薄膜为掺杂碳的多孔氧化硅。
4.根据权利要求I所述的表面处理方法，其特征在于，所述等离子的处理优选为将还原性气体经过大马士革结构表面进行远程等离子体处理。
5.根据权利要求4所述的表面处理方法,其特征在于,所述还原性气体包括氢气、碳氢化合物、或其混合气体。
6.根据权利要求I所述的表面处理方法，其特征在于，步骤包括 步骤1，除去CMP工艺后的大马士革结构薄膜中的水汽和/或CMP过程中残留的液体； 步骤2，将还原性气体经过CMP工艺后的大马士革结构表面，进行远程等离子体处理，去除大马士革结构表面的残留物和氧化层，并对低介电常数薄膜进行碳补偿； 步骤3，在步骤2处理完的大马士革结构表面沉积介质阻挡层。
7.根据权利要求1飞中任意一项所述的方法，其特征在于，所述等离子体处理过程在反应容器内进行，所述等离子体产生于反应容器外，还原性气体由反应容器外进入。
8.根据权利要求6所述的表面处理方法，其特征在于，步骤I中采用加热的方式将水汽和/或其它残留的液体去除。
9.一种使用上述任意一项权利要求所述方法制备的大马士革结构。
全文摘要
本发明涉及一种修复损伤的超低介电常数(K<2.7)薄膜的表面处理方法艺。等离子体通入腔内对大马士革结构表面进行远程等离子体处理，处理结束后，立刻进行后续介质阻挡层的沉积。该方法能使CMP等工艺造成的薄膜介电常数的升高得到一定的降低，同时提高与后续介质阻挡层的粘合力，从而起到全面的修复作用，有利于器件速度性能的改善。另外，经过该方法处理过后，铜金属区域表面的氧化铜被还原修复，因而获得清洁表面，从而也增强铜表面与后续阻挡层的结合力，提高铜金属线抗电迁移和应力迁移性能，提高电介质的介质击穿寿命。
文档编号H01L21/768GK102623395SQ20121007770
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者张文广, 陈玉文 申请人:上海华力微电子有限公司