铜互连线的刻蚀后处理方法技术

一种铜互连线的刻蚀后处理方法，所述铜互连线用于连通上下互连层，所述下互连层包括第一介质层、位于第一介质层内的第一互连线沟槽、填充在第一互连线沟槽内的铜材质、沉积在第一互连线沟槽上表面及水平互连的第一介质层上的顶部阻挡层，所述上互连层包括形成于顶部阻挡层上的第二介质层、位于第二介质层内的第二互连线沟槽、位于第二互连线沟槽底部的通道，所述通道暴露出所述铜材质，所述后处理方法包括：使用等离子气体处理暴露出来的铜，所述等离子气体为NH3。采用本发明专利技术的铜互连线的刻蚀后处理方法可以抑制铜互连线金属层中铜离子的流失改善与时间相关介质击穿，并能同时减少第二介质层外表面由于刻蚀引起的缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及。
技术介绍
与传统互连材料铝相比，由于铜具有更高的电导率和更好的抗电迁移特性，所以目前被广泛地应用在超大规模集成电路的互连线中。然而，铜易在介质层内快速扩散，可能会导致很高的泄漏电流和介质层击穿，为此，需要在铜互连线与介质层之间设置防铜扩散的阻挡层。随着超大规模集成电路的发展，特别是高性能逻辑器件尺寸的不断减小，同层相邻互连线间的介质层仍存在铜从互连线顶部进入其中的扩散，这种铜扩散使得介质层极易击穿。·按照介质层击穿的特点，可以将击穿分为两种类型。一种是本征击穿，即电压一加到铜互连结构中，电场强度就达到或超过铜互连结构的介质层击穿临界场强，介质层中的电流瞬间变得很大，介质层马上被击穿。另一种是与可靠性相关的时间相关介质击穿(TimeDependent Dielectric Breakdown, TDDB),即施加在介质层上的电场低于其本征击穿场强，并未引起本征击穿，但经历一定时间后介质层仍发生了击穿。造成与时间相关介质击穿的原因是由于芯片的集成度提高，互连线变得很细，在通电状态下，其中的电流密度很大，在较高的电流密度作用下，互连线金属层中的金属离子会沿着电子运动反方向进行迁移，这种现象称之为电迁移，电迁移会使得金属层因金属离子的迁移在局部区域由质量堆积(Pileup)而出现小丘(Hillocks)，或由质量亏损出现空洞(Voids)而造成的器件或互连性能退化甚至失效。因此，抑制铜互连线金属层中铜离子的流失可以改善与时间相关介质击穿。由于铜互连线在形成过程中会接触到氧化性刻蚀气体，并难免会暴露在空气中，所以铜表面的铜原子极易被氧化形成CuO，目前也有相关报道采用N2或H2等离子还原铜离子Cu，详见Tsung-Kuei Kang 等人于 2004 年发表在 Journal of The Electrochemical Society 上题目为 Avoiding Cu Hillocks during the Plasma Process 的文章。但是，米用 ％或!12 等离子还原的原理是基于等离子体在高压下电离成离子原子等，与铜互连线表面发生还原反应，将CuO还原到Cu，但是金属原子仍处于不稳定状态，铜以原子形式存在对抑制铜离子的流失，改善与时间相关介质击穿效果不明显；进一步地，由于上互连层沟槽的形成使用的是等离子体刻蚀法，这些等离子体会与用于形成上互连层的第二介质层外表面发生作用，使得第二介质层外表面出现缺陷，通常第二介质层优选低介电常数材料，这些缺陷在后续的铜互连线形成过程中会造成低介电常数层介电常数变大。有鉴于此，实有必要提出一种新的，可以抑制铜互连线金属层中铜离子的流失改善与时间相关介质击穿，同时能够减少第二介质层外表面由于处理引起的缺陷
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提出一种新的，可以抑制铜互连线金属层中铜离子的流失改善与时间相关介质击穿，同时能够减少第二介质层外表面由于刻蚀引起的缺陷。为解决上述问题，本专利技术提供了一种，所述铜互连线用于连通上下互连层，所述下互连层包括第一介质层、位于第一介质层内的第一互连线沟槽、填充在第一互连线沟槽内的铜材质、沉积在第一互连线沟槽上表面及水平互连的第一介质层上的顶部阻挡层，所述上互连层包括形成于顶部阻挡层上的第二介质层、位于第二介质层内的第二互连线沟槽、位于第二互连线沟槽底部的通道，所述通道暴露出所述铜材质，所述后处理方法包括使用等离子气体处理暴露出来的铜，所述等离子气体为nh3。可选地，所述NH3处理过程使用的压强范围包括100-300mTorr，功率范围包括150-300W，流量范围包括50-200sccm，处理时间范围包括10_60S。可选地，所述在半导体衬底上沉积第一介质层步骤中，所述第一介质层包括在半 导体衬底上依次形成的第一刻蚀终止层，第一低介电常数层和第一顶层。可选地，所述第二介质层包括在顶部阻挡层上依次形成的第二刻蚀终止层，第二低介电常数层和第二顶层。可选地，所述第一低介电常数层材质介电常数低于二氧化硅介电常数。可选地，所述第二低介电常数层材质介电常数低于二氧化硅介电常数。可选地，所述第一互连线沟槽是采用刻蚀法形成的，步骤包括在所述第一顶层上涂布光阻胶，曝光显影；依次对所述第一顶层和第一低介电常数层进行刻蚀，在第一终止刻蚀层停止刻蚀；去除第一顶层上剩余光阻胶。可选地，所述第一顶层和第一低介电常数层刻蚀气体为C4F6、C4F8> O2> N2> Ar、CO2>CF4, CF3H, CF2H2, CFH3中的至少一种，所述第一顶层上剩余光阻胶去除气体为02、C02、H2、CH4中的至少一种。可选地，所述第二介质层、顶部阻挡层是采用刻蚀法去除的，步骤包括在所述第二顶层上涂布光阻胶，曝光显影；依次刻蚀所述第二顶层和第二低介电常数层，在顶部阻挡层停止刻蚀；去除第二顶层上剩余光阻胶；刻蚀顶部阻挡层。可选地，所述第二顶层和第二低介电常数层刻蚀气体为C4F6、C4F8, 02、N2, Ar、CO2,CF4, CF3H, CF2H2, CFH3中的至少一种，所述第二顶层上剩余光阻胶去除气体为02、C02、H2、CH4中的至少一种，所述顶部阻挡层刻蚀气体为C4F6、C4F8, 02、N2, Ar、CO2, CF4, CF3H, CF2H2, CFH3中的至少一种。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点采用NH3作为离子气体处理铜互连线，NH3电离出的离子、活性原子或基团可以抑制铜互连线金属层中铜离子的流失改善与时间相关介质击穿，同时能够减少第二介质层外表面由于刻蚀引起的缺陷。附图说明图I是本专利技术的一种具体实施例使用的流程示意图；图2-图9是本专利技术的具体实施例使用的铜互连线结构形成步骤示意图；图10是本专利技术的具体实施例使用的铜互连线刻蚀后使用NH3处理示意图；图11是本专利技术的具体实施例使用的铜互连线刻蚀后使用NH3处理结果示意图。具体实施例方式本专利技术旨在采用NH3作为离子气体处理铜互连线，NH3电离出的离子、活性原子或基团可以抑制铜互连线金属层中铜离子的流失改善与时间相关介质击穿，同时能够减少第二介质层外表面由于刻蚀引起的缺陷。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明，由于重点在于说明本专利技术的原理，所以不必按比例制图。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广。因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。如图I所示，先执行步骤SI，结合图2，在半导体衬底10上沉积第一介质层11，所述半导体衬底10的材质可以为硅、锗硅或绝缘体上硅。在实际中，所述半导体衬底10上还具有器件层(未图示)。所述器件层内形成有例如晶体管、二极管等半导体器件。 所述第一介质层11为绝缘层，在具体实施例中，所述第一介质层11可以包括在半导体衬底上依次形成的第一刻蚀终止层111，第一低介电常数层(Low-k Material) 112和第一顶层113。由于第一低介电常数层112后续会存在隔绝铜的作用，而铜是深能级杂质，在硅及氧化物中有很高的扩散常数，可以在禁带中以施主或受本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜互连线的刻蚀后处理方法，所述铜互连线用于连通上下互连层，其特征在于，所述下互连层包括第一介质层、位于第一介质层内的第一互连线沟槽、填充在第一互连线沟槽内的铜材质、沉积在第一互连线沟槽上表面及水平互连的第一介质层上的顶部阻挡层，所述上互连层包括形成于顶部阻挡层上的第二介质层、位于第二介质层内的第二互连线沟槽、位于第二互连线沟槽底部的通道，所述通道暴露出所述铜材质，所述后处理方法包括：使用等离子气体处理暴露出来的铜，所述等离子气体为NH3。

【技术特征摘要】
1.一种铜互连线的刻蚀后处理方法，所述铜互连线用于连通上下互连层，其特征在于，所述下互连层包括第一介质层、位于第一介质层内的第一互连线沟槽、填充在第一互连线沟槽内的铜材质、沉积在第一互连线沟槽上表面及水平互连的第一介质层上的顶部阻挡层，所述上互连层包括形成于顶部阻挡层上的第二介质层、位于第二介质层内的第二互连线沟槽、位于第二互连线沟槽底部的通道，所述通道暴露出所述铜材质，所述后处理方法包括使用等离子气体处理暴露出来的铜，所述等离子气体为nh3。2.根据权利要求I所述的铜互连线的刻蚀后处理方法，其特征在于，所述见13处理过程使用的压强范围包括100-300mTorr，功率范围包括150_300W，流量范围包括50-200sccm，处理时间范围包括10_60s。3.根据权利要求I或2所述的铜互连线的刻蚀后处理方法，其特征在于，所述第一介质层包括在半导体衬底上依次形成的第一刻蚀终止层，第一低介电常数层和第一顶层。4.根据权利要求3所述的铜互连线的刻蚀后处理方法，其特征在于，所述第二介质层包括在顶部阻挡层上依次形成的第二低介电常数层和第二顶层。5.根据权利要求4所述的铜互连线的刻蚀后处理方法，其特征在于，所述第一低介电常数层材质介电常数低于二氧化硅介电常数。6.根据权利要求5所述的铜互连线的刻蚀后处理方法，其特征在于，所述第二低介电常数层材质介电常数低于二氧化硅介电常数。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冬江，周俊卿，张海洋，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：