CN102456568A - 一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法 - Google Patents

一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102456568A
CN102456568A CN2011102989185A CN201110298918A CN102456568A CN 102456568 A CN102456568 A CN 102456568A CN 2011102989185 A CN2011102989185 A CN 2011102989185A CN 201110298918 A CN201110298918 A CN 201110298918A CN 102456568 A CN102456568 A CN 102456568A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon carbide
doped silicon
copper
deposit
nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011102989185A
Other languages
English (en)
Inventor
徐强
张文广
郑春生
陈玉文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Huali Microelectronics Corp
Original Assignee
Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Huali Microelectronics Corp filed Critical Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority to CN2011102989185A priority Critical patent/CN102456568A/zh
Publication of CN102456568A publication Critical patent/CN102456568A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

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。

Description

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 Deposition，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S1：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S1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℃，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。
附图说明
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；
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NH3/N2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℃、压力为2.6Torr、高频射频功率为300W、1700sccm的NH3，700sccm的N2及500sccm的SiH4，进行10s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。

Claims (8)

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S1：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S1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。
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℃，压力为2-3Torr，高频射频电源功率为200-400W，反应时间为5-20s。
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。
CN2011102989185A 2011-09-29 2011-09-29 一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法 Pending CN102456568A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011102989185A CN102456568A (zh) 2011-09-29 2011-09-29 一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011102989185A CN102456568A (zh) 2011-09-29 2011-09-29 一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102456568A true CN102456568A (zh) 2012-05-16

Family

ID=46039615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011102989185A Pending CN102456568A (zh) 2011-09-29 2011-09-29 一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102456568A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112885709A (zh) * 2021-01-13 2021-06-01 中电化合物半导体有限公司 一种碳化硅外延结构的制备方法及半导体设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020086501A1 (en) * 2000-12-29 2002-07-04 O'donnell Robert J. Diamond coatings on reactor wall and method of manufacturing thereof
US20090023301A1 (en) * 2007-07-19 2009-01-22 Fujitsu Microelectronics Limited Film deposition apparatus, method of manufacturing a semiconductor device, and method of coating the film deposition apparatus
CN101994099A (zh) * 2009-08-17 2011-03-30 上海宏力半导体制造有限公司 掺氟的氧化硅薄膜的形成方法
CN102044474A (zh) * 2009-10-13 2011-05-04 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 铜金属层化学机械抛光后的表面处理方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020086501A1 (en) * 2000-12-29 2002-07-04 O'donnell Robert J. Diamond coatings on reactor wall and method of manufacturing thereof
US20090023301A1 (en) * 2007-07-19 2009-01-22 Fujitsu Microelectronics Limited Film deposition apparatus, method of manufacturing a semiconductor device, and method of coating the film deposition apparatus
CN101994099A (zh) * 2009-08-17 2011-03-30 上海宏力半导体制造有限公司 掺氟的氧化硅薄膜的形成方法
CN102044474A (zh) * 2009-10-13 2011-05-04 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 铜金属层化学机械抛光后的表面处理方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112885709A (zh) * 2021-01-13 2021-06-01 中电化合物半导体有限公司 一种碳化硅外延结构的制备方法及半导体设备
CN112885709B (zh) * 2021-01-13 2024-03-22 中电化合物半导体有限公司 一种碳化硅外延结构的制备方法及半导体设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230187264A1 (en) Methods for bonding semiconductor elements
TWI267912B (en) Novel method to implement stress free polishing
US20190035643A1 (en) Semiconductor structure and semiconductor package device using the same
US8993435B2 (en) Low-k Cu barriers in damascene interconnect structures
CN101647110B (zh) 半导体器件及其制造方法
JP4548280B2 (ja) 半導体装置の製造方法
CN102790009A (zh) 降低铜电镀工艺中边缘效应的方法及铜互连结构制造方法
US20140106563A1 (en) Stress Reduction Apparatus
Van Huylenbroeck et al. Advanced metallization scheme for 3× 50µm via middle TSV and beyond
US9382627B2 (en) Methods and materials for anchoring gapfill metals
CN102456568A (zh) 一种淀积掺氮碳化硅薄膜的方法
CN103187266B (zh) 刻蚀停止层及铜互连的形成方法
JP2005033164A (ja) 半導体素子の銅配線形成方法
CN110957264A (zh) 铜扩散阻挡层的制备方法
CN100407402C (zh) 内连线的制造方法
WO2015094606A1 (en) Metal-containing films as dielectric capping barrier for advanced interconnects
CN106024591A (zh) 介质薄膜的形成方法
CN112038286A (zh) 改善铜互连工艺中丘状凸起缺陷的方法
TWI399811B (zh) 半導體元件及其製造方法
CN102420103B (zh) 铜大马士革工艺金属-绝缘层-金属电容结构及制造工艺
TWI573208B (zh) 半導體內連線結構及其製造方法
WO2012049823A1 (ja) 半導体装置の製造方法および半導体装置
CN102005397A (zh) 提高芯片键合块抗腐蚀性的方法
JP5213897B2 (ja) 半導体装置の製造方法
CN102446745A (zh) 一种减少双层前金属介电质层开裂的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120516