專利名稱：在暴露的low k材料表面淀積保護(hù)性介質(zhì)層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及在雙大馬士革結(jié)構(gòu)中通過選擇性外延形成保護(hù)暴露的多孔或非多孔lowk材料的介質(zhì)層的方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的不斷發(fā)展，晶體管的最小線寬不斷縮小，目前先進(jìn)的工藝已經(jīng)達(dá)到0.09μm技術(shù)就是指線條間距為0.09微米。在線寬不斷縮小的同時(shí)，為了減小電路的RC延遲時(shí)間，采用了銅作為后道的金屬連線，并使用介電常數(shù)小的材料作為金屬線之間的絕緣層。
由于銅的干法刻蝕技術(shù)始終不成熟，所以傳統(tǒng)上用于形成Al金屬布線的刻蝕技術(shù)對于銅來說是不適用的。為此一種新的稱為大馬士革結(jié)構(gòu)的布線方式被開發(fā)出來。在刻蝕出來的介質(zhì)溝槽和通孔中淀積銅后，再通過CMP技術(shù)將多余的銅去除，就形成了與Al線一樣的金屬連線。為了減少RC延遲，還要求包圍銅線、銅栓塞的介質(zhì)材料的介電常數(shù)盡可能低，同時(shí)又有一定的機(jī)械性能，并能夠抗刻蝕，抵抗一定的高溫等等。
當(dāng)前形成雙大馬士革結(jié)構(gòu)主要有三個(gè)方案先刻蝕通孔再刻蝕溝槽、先刻蝕溝槽再刻蝕通孔、自對準(zhǔn)雙大馬士革結(jié)構(gòu)。為了能夠很好地刻蝕出孔和槽，在兩層lowk材料之間通常需要加入一個(gè)刻蝕阻擋層，以保證能夠分別形成孔和槽。形成刻蝕阻擋層的方法通常是專門采用一道CVD工序淀積的。
隨著對介電常數(shù)進(jìn)一步降低的要求，多孔的lowk材料將會(huì)逐漸取代目前剛剛在90nm工藝投入量產(chǎn)的lowk材料。由于多孔lowk材料在刻蝕結(jié)束后，一些小孔會(huì)露出來，會(huì)造成隨后的金屬淀積或者粘附不牢，或者金屬進(jìn)入小孔的內(nèi)部，造成線間漏電。所有這些都對工藝的可靠性和最終器件的成品率造成影響。為了能夠避免這種不良效應(yīng)，需要在刻蝕后對暴露出來的介質(zhì)表面進(jìn)行處理。
而也有一些lowk材料，主要是spin-on方式形成的，在刻蝕結(jié)束后，其表面在隨后的等離子體去膠過程中，會(huì)與0發(fā)生反應(yīng)，形成的物質(zhì)介電常數(shù)很高，甚至有可能高于7，雖然只在表面形成，但是對于整個(gè)k值的影響是不容忽視的，而且由于材料發(fā)生變性，其它性質(zhì)也難以保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種通過選擇性外延在暴露的(多孔)lowk材料表面淀積保護(hù)性介質(zhì)層的方法。
本發(fā)明方法，對于某些lowk材料可以防止其在隨后的工藝過程中發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致材料變性，如等離子體去膠時(shí)與O反應(yīng)，而對于多孔lowk材料，除了這些用途之外，還可以將多孔lowk材料暴露的小孔封住。如果外延時(shí)的溫度較高，如氣相外延，在使用時(shí)需要保證表面沒有光刻膠存在，且溫度不能影響到前道和后道一些已經(jīng)完成的工藝。在氣相外延時(shí)，整個(gè)介質(zhì)(lowk或lowk上的覆蓋層)表面可能會(huì)覆蓋保護(hù)性介質(zhì)，視具體的反應(yīng)過程而定。但是覆蓋在多孔lowk材料上表面的覆蓋層(cap)上的保護(hù)性介質(zhì)，可以在CMP過程中去除。而當(dāng)使用液態(tài)外延時(shí)(溫度較低)，可以保留光刻膠的存在。
選擇性外延是利用反應(yīng)在某些材料表面可以進(jìn)行而在某些表面無法進(jìn)行的特點(diǎn)。使保護(hù)性介質(zhì)不會(huì)覆蓋在暴露的銅線上或者光刻膠上，對形成金屬接觸造成影響。而反應(yīng)如果能夠在多孔lowk材料上面的覆蓋層上進(jìn)行也會(huì)形成保護(hù)性介質(zhì)。通常在選擇性外延時(shí)會(huì)有某種催化劑存在，該催化劑只在某些鍵存在的情況下，才起到促進(jìn)反應(yīng)的作用。所以在存在某些鍵的地方，反應(yīng)物在催化劑作用下生成所需的介質(zhì)，而在沒有某些鍵的地方，由于催化劑無法發(fā)生作用，在導(dǎo)致反應(yīng)無法進(jìn)行。正是基于這個(gè)機(jī)理能夠完成選擇性外延。
比如在使用濕法外延時(shí)，在刻蝕結(jié)束后，保留光刻膠，對lowk材料的表面進(jìn)行濕法清洗，隨后采取液相外延的方法，在暴露的孔和槽的側(cè)壁淀積保護(hù)性介質(zhì)膜，而在暴露的金屬表面和光刻膠上面由于沒有反應(yīng)產(chǎn)生則沒有保護(hù)性介質(zhì)存在。其反應(yīng)機(jī)理在于在溶液中讓反應(yīng)只發(fā)生在有Si-CH3或者Si-OH鍵的地方也就是lowk表面暴露的地方，而在其它的地方如光刻膠上或者金屬上由于不存在這些化學(xué)鍵，則溶液中的溶劑不會(huì)在其上發(fā)生反應(yīng)，從而保證了選擇性淀積的效果。隨后進(jìn)行去膠。再通過清洗和銅及金屬阻擋層的淀積、電鍍、CMP，完成最終的大馬士革結(jié)構(gòu)。
在使用氣相外延時(shí)，在刻蝕結(jié)束后進(jìn)行去膠，隨后通過外延的方法同樣令反應(yīng)只能在具有介質(zhì)性質(zhì)的表面發(fā)生，在暴露的孔和槽的側(cè)壁以及(或)上表面淀積保護(hù)性介質(zhì)，而在金屬線上則無法發(fā)生反應(yīng)。再通過清洗和銅及金屬阻擋層的淀積、電鍍、CMP，完成最終的大馬士革結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的具體步驟是，在雙大馬士革結(jié)構(gòu)刻蝕結(jié)束后，通過選擇性外延的方法，在暴露的多孔或非多孔lowk材料表面淀積致密介質(zhì)，形成外延保護(hù)層，將暴露的表面(小孔)封住，也即淀積發(fā)生在暴露的(多孔)lowk材料表面和(多孔)lowk材料表面的覆蓋層上。
上述選擇性外延的方法，可以是氣相外延也可以是液相外延，所述致密介質(zhì)形成的外延層可以是氧化硅、氮化硅，或者碳化硅，上述致密介質(zhì)形成的外延層的厚度在2-100nm的范圍內(nèi)。
利用該方法形成保護(hù)lowk表面的主要工藝過程是(1)首先采用通用的工藝完成具有孔、溝槽的大馬士革結(jié)構(gòu)，保持最上一層光刻膠；(2)采取選擇性液相外延的方法將硅片放入含可形成氧化硅成分的溶液中，淀積FSG；(3)完成去膠；(4)淀積銅后，通過CMP將多余的銅去除。
而進(jìn)行溝槽和通孔的光刻、刻蝕、去膠等工藝與現(xiàn)在所采用的技術(shù)沒有什么差異。


圖1是硅基片表面完成大馬士革結(jié)構(gòu)后，用濕法工藝對孔、槽進(jìn)行處理的示意圖；圖2通過液相選擇性外延在暴露的(多孔lowk材料)側(cè)壁淀積10nm保護(hù)性介質(zhì)FSG的示意圖；(可見暴露的小孔被保護(hù)性介質(zhì)給填充了)；圖3是完成選擇性外延后，清除表面光刻膠后的示意圖；圖4是銅淀積完成后，再經(jīng)過CMP后形成的大馬士革結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)1為包括前道工藝晶體管在內(nèi)的硅基片；2為孔一級(jí)的lowk介質(zhì)材料，3為形成的刻蝕阻擋層，4為槽一級(jí)的lowk介質(zhì)材料加上上面的覆蓋層，5為光刻膠，6為濕法清洗，7為保護(hù)性外延介質(zhì)層，8為銅栓塞與銅線，9為多孔lowk材料中的小孔。
具體實(shí)施例方式
以先刻蝕通孔，再刻蝕溝槽為例，采取選擇性液相外延方法淀積保護(hù)性介質(zhì)層具體步驟為1、首先采用通用的工藝完成具有孔、溝槽的大馬士革結(jié)構(gòu)，保持最上一層光刻膠，見圖1；2、采取選擇性液相外延的方法將硅片放入在溶液中淀積2nm、10nm或100nm的FSG，溶液中含有催化劑和含F(xiàn)有機(jī)分子及可形成氧化硅的有機(jī)分子等組分，見圖2；3、完成去膠，見圖3；4、淀積銅后，通過CMP將多余的銅去除，見圖4。
這樣的工藝既利用了(多孔)lowk材料介電常數(shù)較低的優(yōu)點(diǎn)，又通過保護(hù)性介質(zhì)的淀積將暴露的(多孔)表面保護(hù)起來，提高了器件的可靠性。在上述不同的參數(shù)條件下均獲得比較好的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種在雙大馬士革結(jié)構(gòu)中暴露的多孔lowk材料表面沉積保護(hù)性介質(zhì)層的方法，其特征在于在雙大馬士革結(jié)構(gòu)刻蝕結(jié)束后，通過選擇性外延的方法，在暴露的多孔或非多孔lowk材料表面淀積致密介質(zhì)，形成外延保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述選擇性外延的方法是氣相外延或液相外延。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述致密介質(zhì)形成的外延層是氧化硅、氮化硅或者碳化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于所述致密介質(zhì)形成的外延層的厚度為2-100nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于主要工藝過程是(1)首先采用通用的工藝完成具有孔、溝槽的大馬士革結(jié)構(gòu)，保持最上一層光刻膠；(2)采取選擇性液相外延的方法將硅片放入含可形成氧化硅成分的溶液中，淀積FSG；(3)完成去膠；(4)淀積銅后，通過CMP將多余的銅去除。
全文摘要
本發(fā)明屬集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。在使用lowk材料尤其是多孔lowk材料時(shí)，為了避免lowk材料在某些等離子體工藝中受到損傷，如與O反應(yīng)，或在隨后的金屬淀積時(shí)金屬進(jìn)入lowk材料小孔的內(nèi)部，或者金屬層淀積在側(cè)壁上不牢而對器件性能或可靠性造成影響，通過選擇性氣相或液相外延的方法將諸如氧化硅等比較致密的介質(zhì)淀積在暴露的孔和槽的側(cè)壁上，形成外延保護(hù)層，從而取得了良好的工藝效果。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1649123SQ200410093449
公開日2005年8月3日 申請日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者胡恒升 申請人:上海華虹(集團(tuán))有限公司, 上海集成電路研發(fā)中心有限公司