一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法技术

本发明专利技术提供一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法，至少包括以下步骤：1）于低k介质层中形成通孔结构，于所述通孔结构填充金属铜；2）于所述低k介质层及金属铜表面形成C9H27NSi3薄层；3）通入C9H27NSi3气体及He并进行等离子体处理，使所述C9H27NSi3薄层及C9H27NSi3气体与He反应，于所述低k介质层及金属铜表面形成富Si的SiCN层；4）对所述富Si的SiCN层进行N等离子体处理，使所述富Si的SiCN层中的Si与N反应，形成富SiN的SiCN层；5）于所述富SiN的SiCN层表面形成NDC层。本发明专利技术采用C9H27NSi3与He反应形成富Si的SiCN层，然后通过N等离子体处理形成富SiN的SiCN层，可以有效增强金属铜与NDC界面结合，并不会与金属铜反应形成合金，有效提高了器件的性能。本发明专利技术工艺步骤简单，适用于工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法
本专利技术涉及一种半导体器件的金属互连工艺，特别是涉及一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法。
技术介绍
随着科学技术的突飞猛进,半导体制造技术面临曰新月异的变化，其中12英寸、90纳米技术和铜工艺被称为引导半导体发展趋势的三大浪潮。传统的半导体工艺是主要采用铝作为金属互联材料(Interconnect)，在信号延时(signaldelay)上已经受到限制。人们寻找到了新的材料来满足对电阻的要求，这种材料就是铜。简单地说，铜工艺就是指以铜作为金属互联材料的一系列半导体制造工艺。将铜工艺融入集成电路制造工艺可以提高芯片的集成度，提高器件密度，提高时钟频率以及降低消耗的能量。铜作为互连线的材料具有低电阻率和较好的抗电迁移能力等优点，因而被广泛应用于集成电路器件结构的互连线工艺中。随着器件集成度的提高，目前的逻辑电路金属互连中需要超过11层的金属铜层，各个金属铜层之间通常采用低k介质材料作为间隔层，一般的低k材料的机械强度较低，而且与金属铜的结合能力较差，因此通常低k介质材料及金属铜之间会产生分层现象，这会大大影响器件的稳定性，甚至使器件失效。现有的之中解决上述问题的方法是，在金属铜表面通过SiH4于NH3以下反应形成SiN薄层，然后于SiN薄层表面沉积氮掺杂的碳化硅NDC层，如此做法可以增强金属铜于NDC层的结合，避免分层现象的发生。但是，由于反应过程中，SiH4非常容易与金属铜反应生成合金，从而导致最终器件性能下降。因此，提供一种能够增强金属铜与NDC界面结合，且不会导致器件性能下降的方法实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法，用于解决现有技术中金属铜与NDC界面结合强度太差导致分层现象或者由于SiH4与金属铜形成合金导致器件性能下降的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法，至少包括以下步骤：1）于低k介质层中形成通孔结构，于所述通孔结构填充金属铜；2）于所述低k介质层及金属铜表面形成C9H27NSi3薄层；3）通入C9H27NSi3气体及He并进行等离子体处理，使所述C9H27NSi3薄层及C9H27NSi3气体与He反应，于所述低k介质层及金属铜表面形成富Si的SiCN层；4）对所述富Si的SiCN层进行N等离子体处理，使所述富Si的SiCN层中的Si与N反应，形成富SiN的SiCN层；5）于所述富SiN的SiCN层表面形成NDC层。作为本专利技术的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法的一种优选方案，步骤1）至少包括于所述通孔结构内及低k介质层表面沉积金属铜，并采用CMP工艺进行抛光直至露出所述低k介质层的步骤。作为本专利技术的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法的一种优选方案，所述通孔结构包括大马士革结构及圆柱状通孔结构的一种或两种。作为本专利技术的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法的一种优选方案，步骤2）采用气体吸附的方式于所述金属铜表面形成C9H27NSi3薄层。作为本专利技术的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法的一种优选方案，吸附过程中，采用的气压为0.1～7torr，温度为10～400℃，C9H27NSi3的流量为100～2000sccm，吸附时间不小于1s。作为本专利技术的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法的一种优选方案，步骤3）中，等离子体处理所采用的功率为100～2000w，气压为0.1～7torr，温度为50～400℃，He的流量为100～2000sccm，C9H27NSi3的流量为100～2000sccm。作为本专利技术的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法的一种优选方案，步骤4）中，N等离子体处理所采用的反应气体为NH3。如上所述，本专利技术提供一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法，至少包括以下步骤：1）于低k介质层中形成通孔结构，于所述通孔结构填充金属铜；2）于所述低k介质层及金属铜表面形成C9H27NSi3薄层；3）通入C9H27NSi3气体及He并进行等离子体处理，使所述C9H27NSi3薄层及C9H27NSi3气体与He反应，于所述低k介质层及金属铜表面形成富Si的SiCN层；4）对所述富Si的SiCN层进行N等离子体处理，使所述富Si的SiCN层中的Si与N反应，形成富SiN的SiCN层；5）于所述富SiN的SiCN层表面形成NDC层。本专利技术采用C9H27NSi3与He反应形成富Si的SiCN层，然后通过N等离子体处理形成富SiN的SiCN层，可以有效增强金属铜与NDC界面结合，并不会与金属铜反应形成合金，有效提高了器件的性能。本专利技术工艺步骤简单，适用于工业生产。附图说明图1～图4显示为本专利技术的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法步骤1）所呈现的结构示意图。图5～图6显示为本专利技术的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法步骤2）所呈现的结构示意图。图7～图8显示为本专利技术的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法步骤3）所呈现的结构示意图。图9～图10显示为本专利技术的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法步骤4）所呈现的结构示意图。图11显示为本专利技术的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法步骤5）所呈现的结构示意图。元件标号说明101低k介质层102通孔结构103金属铜104C9H27NSi3薄层105富Si的SiCN层106富SiN的SiCN层107NDC层具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1～图11所示。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图1～图11所示，本实施例提供一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法，至少包括以下步骤：如图1～图4所示，首先进行步骤1），于低k介质层101中形成通孔结构102，于所述通孔结构102填充金属铜103。作为示例，所述通孔结构102包括大马士革结构及圆柱状通孔结构的一种或两种。具体地，本步骤包括以下步骤：1-1）采用光刻工艺于所述k介质层中形成一个大马士革结构及一个圆柱状通孔结构，如图1～图2所示；1-2）于所述大马士革结构及圆柱状通孔结构内及所述低k介质层101表面沉积金属铜103，至少直至填满所述大马士革结构及圆柱状通孔结构，如图3所示；1-3）采用CMP工艺进行抛光，直至露出所述低k介质层101，获得平整的金属铜103表面，如图4所示。如图5～图6所示，然后进行步骤2），于所述低k介质层101及金属铜103表面形成C9H27NSi3薄层104。需要说明的是，本实施例采用的九甲基三硅氮烷C9H27NSi3的熔点为70～76℃，相对密度为0.801g/cm3，常温下为固体，熔点70～71℃，沸点76℃(1.6kPa)，97～98℃(3.47kPa)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：1）于低k介质层中形成通孔结构，于所述通孔结构填充金属铜；2）于所述低k介质层及金属铜表面形成C9H27NSi3薄层；3）通入C9H27NSi3气体及He并进行等离子体处理，使所述C9H27NSi3薄层及C9H27NSi3气体与He反应，于所述低k介质层及金属铜表面形成富Si的SiCN层；4）对所述富Si的SiCN层进行N等离子体处理，使所述富Si的SiCN层中的Si与N反应，形成富SiN的SiCN层；5）于所述富SiN的SiCN层表面形成NDC层。

【技术特征摘要】
1.一种增强金属铜与NDC界面结合强度的方法，所述NDC为氮掺杂的碳化硅，其特征在于，至少包括以下步骤：1)于低k介质层中形成通孔结构，于所述通孔结构填充金属铜；2)于所述低k介质层及金属铜表面形成C9H27NSi3薄层；3)通入C9H27NSi3气体及He并进行等离子体处理，使所述C9H27NSi3薄层及C9H27NSi3气体与He反应，于所述低k介质层及金属铜表面形成富Si的SiCN层；4)对所述富Si的SiCN层进行N等离子体处理，使所述富Si的SiCN层中的Si与N反应，形成富SiN的SiCN层；5)于所述富SiN的SiCN层表面形成NDC层。2.根据权利要求1所述的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法，其特征在于：步骤1)至少包括于所述通孔结构内及低k介质层表面沉积金属铜，并采用CMP工艺进行抛光直至露出所述低k介质层的步骤。3.根据权利要求1所述的增强金属铜与NDC界面结合强度的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鸣，
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：上海;31