CN102005410A - 铜互连方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜互连方法，包括：在硅片上沉积介质层，并利用刻蚀工艺在介质层上形成通孔；将硅片从反应腔内取出；向反应腔内输入预定气体，通过位于反应腔内的电极将所述气体电离为等离子体，并利用所述等离子体对反应腔进行清洗；其中，清洗过程中，所述电极的功率和反应腔内的压力这两个参数中的至少一个保持连续改变状态；在通孔内壁依次沉积扩散阻挡层和铜籽晶层，并在通孔内以及介质层上长铜互连层；研磨铜互连层至介质层表面，形成铜导线。应用本发明所述方法，能够较好地去除反应腔内的碳残留物。

Description

铜互连方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种铜互连方法。

背景技术

随着电子设备的广泛应用，半导体制造工艺得到了飞速发展，在半导体制造流程中，涉及铜互连工艺，其实现主要包括以下步骤：

步骤11：在硅片上沉积介质层。

由于可以有效减小RC延迟，抑制串扰和降低功耗，现有技术中多采用具有低介电常数(low-k)的材料作为介质层，后续的通孔即制作在介质层上。

步骤12：采用刻蚀工艺在介质层上形成通孔。

该通孔用于在后续工艺流程中容纳形成的铜导线。图1为现有形成通孔后的硅片示意图。

本步骤中，首先通过光刻工艺在介质层上形成待刻蚀的图形，然后，通过刻蚀工艺形成通孔。其中，光刻工艺的实现主要包括：气相成底膜、旋涂光刻胶、对准、曝光和显影等。刻蚀完成后，需要去除硅片上剩余的光刻胶。通常，刻蚀和去除光刻胶的过程均在同一反应腔内进行。

现有技术中，多利用二氧化碳(CO₂)来去除光刻胶，具体去除过程如下：

图2为现有反应腔的结构示意图。如图2所示，反应腔内主要包括：用于输入气体的进气口、用于放置硅片的静电吸盘、用于将输入气体电离为等离子体的电极，以及用于控制反应腔内的气压和排除反应腔内的气体的真空泵(未图示，位于反应腔外，通过接口与反应腔相连)。

将硅片放置在静电吸盘上，然后，反应腔上方的进气口输入CO₂气体，电极将所输入的气体电离为等离子体，之后，电离出的氧离子与光刻胶中的有机成份发生化学反应，生成CO₂等气体，并通过真空泵将所生成的气体排出反应腔，以达到去除光刻胶的目的。

步骤13：采用物理气相沉积(PVD)在通孔内壁依次沉积扩散阻挡层和铜籽晶层。

在实际应用中，扩散阻挡层可为上下层叠的氮化钽(TaN)层和钽(Ta)层，或为上下层叠的氮化钛(TiN)层和钛(Ti)层等。

其中，扩散阻挡层是为了阻止后续铜向介质层中扩散；铜籽晶层是作为电镀的阴极，为后续长铜互连层作准备。

步骤14：采用电化学镀(ECP)在通孔内以及介质层上长铜互连层。

步骤15：采用化学机械研磨(CMP)将铜互连层研磨至介质层表面，形成铜导线，如图3所示。

但是，上述工艺流程在实际应用中会存在一定的问题：步骤12中，在去除光刻胶的过程中，电离出的碳离子会和某些物质，如low-k材料中的氢元素发生化学反应，从而在反应腔内壁上留下碳残留物，而后续这些碳残留物可能发生脱落，从而附着在硅片表面，导致硅片上出现缺陷。

为此，现有工艺中，在去除光刻胶之前，需要先对反应腔进行清洗，即刻蚀完成后，将硅片从反应腔中取出，然后通过图2所示进气口向反应腔内输入氧气(O₂)，并通过电极电离为等离子体，之后，电离出的等离子体与碳残留物发生化学反应，生成CO₂等气体，通过真空泵排除，从而达到去除碳残留物的目的。但是，这种方式的去除效果并不理想，因为等离子体在反应腔内的分布情况受电极的功率和反应腔内的压力的影响，而现有工艺中，电极的功率和反应腔内的压力都是固定的，那么相应地，等离子体在反应腔内的分布情况也将是固定的(通常分布在靠近电极的区域)，这样，对于反应腔内壁的不同区域来说，可能有的区域等离子体分布较多，而有的区域等离子体分布较少，对于那些等离子体分布较少的区域，碳残留物的去除效果可能就会不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铜互连的方法，能够较好地去除反应腔内的碳残留物。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种铜互连方法，该方法包括：

在硅片上沉积介质层，并利用刻蚀工艺在介质层上形成通孔；

将硅片从反应腔内取出；向反应腔内输入预定气体，通过位于反应腔内的电极将所述气体电离为等离子体，并利用所述等离子体对所述反应腔进行清洗；其中，清洗过程中，所述电极的功率和反应腔内的压力这两个参数中的至少一个保持连续改变状态；

在通孔内壁依次沉积扩散阻挡层和铜籽晶层，并在通孔内以及介质层上长铜互连层；研磨铜互连层至介质层表面，形成铜导线。

较佳地，所述气体为氧气。

较佳地，所述清洗过程的总时长为20～30秒。

较佳地，所述气体的输入速度为每分钟1千～2千立方厘米。

较佳地，所述连续改变为线性改变。

可见，采用本发明的技术方案，在对反应腔进行清洗的过程中，让电极的功率和反应腔内的压力这两个参数中的至少一个保持连续改变状态，从而改变等离子体在反应腔内的分布情况，以便更好地去除反应腔内的碳残留物。

附图说明

图1为现有形成通孔后的硅片示意图。

图2为现有反应腔的结构示意图。

图3为现有形成铜导线后的硅片示意图。

图4为本发明方法实施例的流程图。

图5为采用现有以及本发明所述方案后硅片上的缺陷比较示意图。

具体实施方式

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种改进后的铜互连方法，在对反应腔进行清洗的过程中，让电极的功率和反应腔内的压力这两个参数中的至少一个保持连续改变状态，从而改变等离子体在反应腔内的分布情况，以便更好地去除反应腔内的碳残留物。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

图4为本发明方法实施例的流程图。如图4所示，包括以下步骤：

步骤41：在硅片上沉积介质层。

步骤42：采用刻蚀工艺在介质层上形成通孔。

步骤43：去除硅片表面的光刻胶，去除过程中，电极的功率和反应腔内的压力这两个参数中的至少一个保持连续改变的状态。

本步骤中，在刻蚀完成后，首先将硅片从图2所示反应腔内取出，然后，通过进气口向反应腔内输入预定气体，如O₂，并通过电极将输入的气体电离为等离子体，之后，利用等离子体对反应腔进行清洗，即使电离出的等离子体与反应腔侧壁上的碳残留物发生化学反应，生成CO₂等气体，并通过真空泵排除，从而达到去除侧壁上的碳残留物的目的。

整个清洗过程大约需要20～30秒(s)，其中，进气口的进气速度可以在每分钟1千～2千立方厘米左右。整个清洗过程中，电极的功率和反应腔内的压力这两个参数中的至少一个需要保持连续改变的状态，较佳地，两个参数可同时进行连续改变。具体改变方式可根据实际需要而定，比如，假设整个清洗过程持续20s，那么可按照线性方式连续进行改变。随着功率和压力连续发生变化，等离子体在反应腔内的分布情况也将发生连续变化。其中，功率变化对等离子体分布的影响要大于压力，具体来说，功率的变化可使得原来主要分布在电极附近的等离子体的分布区域变得更加广泛，即在整个反应腔内分布的更为均匀，而压力的变化主要使生成的CO₂等气体能够尽快排出，从而在一定程度上扩大等离子体的分布区域并加快等离子体与碳残留物的反应速度。

反应腔清洗完成后，按照现有方式去除硅片表面的光刻胶。

步骤44：在通孔内壁依次沉积扩散阻挡层和铜籽晶层，并在通孔内以及介质层上长铜互连层。

步骤45：研磨铜互连层至介质层表面，形成铜导线。

步骤44和45的具体实现均与现有技术中相同，不再赘述。

反应腔侧壁上的碳残留物减少，碳残留物发生脱落的可能性也随之降低，而碳残留物脱落以后，落在硅片表面，将成为硅片上的缺陷，那么相应地，采用本发明所述方案后，硅片上的缺陷数也将减少。图5为采用现有以及本发明所述方案后硅片上的缺陷比较示意图。如图5所示，其中的横轴表示不同的日期(月/日)，纵轴表示硅片上的缺陷数；分界线左侧表示采用现有技术测量到的硅片上的缺陷数，分界线右侧表示采用本发明所述方案测量到的硅片上的缺陷数，可以看出，采用本发明所述方案后，缺陷数有了明显降低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种铜互连方法，该方法包括：

在硅片上沉积介质层，利用刻蚀工艺在介质层上形成通孔；

将硅片从反应腔内取出；向反应腔内输入预定气体，通过位于反应腔内的电极将所述气体电离为等离子体，并利用所述等离子体对所述反应腔进行清洗；其中，清洗过程中，所述电极的功率和反应腔内的压力这两个参数中的至少一个保持连续改变状态；

在通孔内壁依次沉积扩散阻挡层和铜籽晶层，并在通孔内以及介质层上长铜互连层；研磨铜互连层至介质层表面，形成铜导线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气体为氧气。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述清洗过程的总时长为20～30秒。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述气体的输入速度为每分钟1千～2千立方厘米。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述连续改变为线性改变。

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