专利名称：一种低介电常数介质表面去羟基化的方法
技术领域：
本发明属于集成电路互连介质处理技术领域，具体涉及低介电常数介质表面的处理方法，尤其涉及ー种低介电常数介质表面去羟基化的方法。
背景技术：
随着集成电路技术的不断发展，集成电路的特征尺寸正在不断縮小，从以前的O. 13微米エ艺一直发展到今天主流的45纳米エ艺，甚至因特尔已经推出了 22纳米エ艺。器件尺寸越来越小，电路的互连层数越来越多，电路中的RC(R指电阻，C指电容)延迟对电路的性能带来很大的影响。由于电容C正比于电路互连层中隔离介质的相对介电常数值，因此在超大規模集 成电路互连中，低介电常数材料已替代传统的ニ氧化硅(SiO2)介质成为铜互连隔离介质研究的主流。有些材料，比如碳硅氧氢化物(SiCOH)薄膜由于含有有机碳基团和纳米孔隙，具有很低的介电常数(k)值(k=2. 3 一 3. O),已成为广泛研究的低介电常数材料之一。出于对芯片垂直空间的利用需要，目前多采用多层铜互连技术，这使得硅片表面的不平整度加剧，需要在沉积好低介电常数介质之后进行化学机械平坦化工艺以及等离子体处理，使其表面平整。但是经过表面等离子体处理之后，低介电常数介质的表面会吸附ー些具有极性的羟基基团，使得其介电常数值上升，造成整个电路当中的RC延迟上升，因此需要对低介电常数介质表面进行去羟基化处理，以降低其介电常数值。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出ー种低介电常数介质表面去羟基化的方法，以降低其介电常数值，进而减小整个电路的RC延迟。为达到本发明的上述目的，本发明提出了ー种低介电常数介质表面去羟基化的方法，包括用含有三甲基硅基基团的有机物对低介电常数介质表面进行处理，通过化学反应将低介电常数介质表面的羟基基团用三甲基硅基基团或者三甲基硅氧基基团替代。所述的含有三甲基硅基基团的有机物的化学式可以以R-Si- (CH3)3表示，其中R可以代表为任
意基团。如上所述的低介电常数介质表面去羟基化的方法，所述用含有三甲基硅基基团的有机物对低介电常数介质表面进行处理，具体以氢气为载气将含有三甲基娃基基团的有机物通入到温度为300°C以上的反应腔体中；将待处理的低介电常数介质放入反应腔体中反应5-30分钟。所述的含有三甲基硅基基团的有机物为六甲基ニ硅烷、六甲基环三硅氧烷、四甲基铵硅酸盐、三甲基氯硅烷、六甲基ニ硅氮烷、六甲基ニ甲硅醚、ニ苯基四甲基ニ硅烷胺或者为正十八烧基ニ氣娃烧之中的任意一种，也可以为其它含有ニ甲基娃基基团的有机物。本发明所提出的使用含有三甲基硅基基团的有机物携氢气载气对低介电常数介质表面进行处理的方法，可以去除低介电常数介质表面的大多数极性羟基基团，并使之替代为无极性的三甲基硅基基团或者三甲基硅氧基基团，可以降低低介电常数介质的介电常数，使得整个电路的RC延迟下降。本发明所提出的低介电常数介质表面的去羟基化的方法在エ艺过程中对温度和时间的选择不会影响已生产好的集成电路中的器件和互连电路，与传统互连エ艺之间具有很高的兼容性，并且可以使得互连当中的低介电常数介质不易吸水，延长芯片的使用寿命。
图I为本发明所提出的对低介电常数介质表面去羟基化的エ艺示意图。图2为含有三甲基硅基基团的有机物在低介电常数介质表面与羟基基团发生化学反应的示意表达式。·图3-图9为本发明提出的在前道铜互连中使用正十八烷基三氯硅烷处理低介电常数介质表面的一个实施例的エ艺流程图。
具体实施例方式本发明使用含有三甲基娃基基团的有机物携氢气载气对低介电常数介质表面进行处理，通过化学反应可以去除低介电常数介质表面的大多数极性羟基基团，并使之替代为无极性的三甲基硅基基团或者三甲基硅氧基基团，可以降低低介电常数介质的介电常数，并使得低介电常数介质的表面不易吸水，延长芯片的使用寿命。含有三甲基硅基基团的有机物的表达式可以用R-Si-( CH3 )3统ー表示，其中R可以代表为任意基团。具体的，比如可以为六甲基ニ硅烷(HMDS)、六甲基环三硅氧烷(HMCTS)、四甲基铵硅酸盐(TMAS)、三甲基氯硅烷(TCMS)、六甲基ニ硅氮烷(HMDZ)、六甲基ニ甲硅醚(HMDSO)、ニ苯基四甲基ニ硅烷胺(DPTMDS)或者为正十八烷基三氯硅烷(ODTS)，也可以为其它含有三甲基硅基基团的有机物。图I为本发明所提出的对低介电常数介质表面去羟基化的エ艺示意图。如图1，将R-Si- (CH3)3有机物装在一溶剂瓶中，以氢气(H2)为载气将R-Si- (CH3)3有机物通入到温度为300°C以上的反应腔体内，然后将待处理的低介电常数介质放入反应腔体内进行反应5-30分钟，之后取出即可。图2为R-Si- (CH3) 3有机物在低介电常数介质表面与羟基基团发生化学反应的示意表达式，其中图2a为羟基基团替代为三甲基硅基基团的反应，图2b为羟基基团替代为ニ甲基娃氧基基团的反应。下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进ー步详细的说明，以下所叙述的是在前道铜互连中使用ODTS处理低介电常数介质表面的一个实施例的エ艺流程。图3至图9描述了在前道铜互连中使用ODTS处理低介电常数介质表面的一部分エ序。在图中，为了方便说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不能完全准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。如图3所示，首先在提供的半导体基底200的表面生长低介电常数介质层201，之后在低介电常数介质层201之上旋涂光刻胶301并掩模、曝光、显影定义出互连通孔的位置。
所述半导体基底200的材质可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅中的ー种，也可以是绝缘体上的硅结构或硅上外延层结构。在所述半导体基底200中形成有半导体器件(未示出)，例如具有栅极、源极和漏极的金属氧化物半导体器件。所述半导体基底200中还可以形成有金属互连结构(未示出)，如铜的通孔或者互连线。所述低介电常数介质层201可以是ニ氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃
等。
接下来，刻蚀掉没有被光刻胶保护的低介电常数介质，在低介电常数介质层201中形成互连通孔，剥除光刻胶301后如图4所示。
接下来，先对所形成的低介电常数介质层201进行等离子处理(此エ艺是业界所熟知的)，然后对低介电常数介质层201的表面进行去羟基化处理。将ODTS装在一个溶剂瓶中，以H2为载气将ODTS通入到300°C以上的反应腔体内，然后将所形成的器件放入反应腔内反应5-30分钟，之后将器件取出。进行反应后，低介电常数介质201表面的羟基基团可以替代为三甲基硅基基团，其示意图如图5所示。接下来，在所形成的互连通孔的底壁、侧壁以及剰余的低介电常数介质层201的表面生长ー层抗铜扩散阻挡层202，抗铜扩散阻挡层202比如为氮化钽/钽双层抗铜扩散阻挡层，如图6所示。接下来，在抗铜扩散阻挡层202之上先淀积ー层薄的籽晶铜，再在籽晶铜之上电镀铜金属203，如图7所示。接下来，对铜金属进行化学机械抛光，以去除多余的铜金属、抗铜扩散阻挡层和低介电常数介质层，如图8所示。最后，利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)エ艺，使用硅烷(SiH4)和氨气(NH3)为反应气体生长ー层氮化硅(Si3N4)刻蚀阻挡层204，如图9所示。如上所述，在不偏离本发明精神和范围的情况下，还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实例。
权利要求
1.一种低介电常数介质表面去轻基化的方法,其特征在于,包括用含有三甲基娃基基团的有机物对低介电常数介质表面进行处理，通过化学反应将低介电常数介质表面的羟基基团用三甲基硅基基团或者三甲基硅氧基基团替代。
2.如权利要求I所述的低介电常数介质表面去羟基化的方法，其特征在于，所述的含有三甲基硅基基团的有机物的化学式为R-Si- (CH3) 3，其中R代表为任意基团。
3.如权利要求I所述的低介电常数介质表面去羟基化的方法，其特征在于，包括所述 用含有三甲基硅基基团的有机物对低介电常数介质表面进行处理，是以氢气为载气将含有三甲基硅基基团的有机物通入到温度为300°C以上的反应腔体中；将待处理的低介电常数介质放入反应腔体中反应5-30分钟。
4.如权利要求2所述的低介电常数介质表面去羟基化的方法，其特征在于，所述的含有二甲基娃基基团的有机物为TK甲基_■娃烧、_■甲基_■甲氧基娃烧、_■甲基娃烧、TK甲基_■甲硅醚、六甲基环三硅氧烷、四甲基铵硅酸盐、三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二甲 硅醚、二苯基四甲基二硅烷胺或者为正十八烷基三氯硅烷之中的任意一种。
全文摘要
本发明属于集成电路互连介质的处理领域，具体涉及一种低介电常数介质表面去羟基化的方法。本发明使用含有三甲基硅基基团的有机物携氢气载气对低介电常数介质表面进行处理，通过化学反应去除低介电常数介质表面的大多数极性羟基基团，并使之替代为无极性的三甲基硅基基团或者三甲基硅氧基基团，可以降低低介电常数介质的介电常数，使得整个电路的RC延迟下降。本发明所提出的低介电常数介质表面的去羟基化工艺与传统互连工艺之间具有很高的兼容性，并且可以使得互连当中的低介电常数介质不易吸水，延长芯片的使用寿命。
文档编号H01L21/768GK102856251SQ20121035651
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者孙清清, 房润辰, 张卫, 王鹏飞, 周鹏 申请人:复旦大学