在互连结构中低电阻通道接触的形成制造技术

一种制造包括一层多孔或致密低ｋ电介质并具有低通道接触电阻的ＢＥＯＬ互连结构的方法，包括下述步骤：ａ）在一基片上形成一层多孔或致密的低ｋ电介质层；ｂ）在所述低ｋ电介质中形成单或双镶嵌腐蚀开口；ｃ）把所述基片放进一个处理室内，并放在约－２００℃到约２５℃温度的冷卡盘上；ｄ）对所述处理室加进一种可凝结的清洗剂（ＣＣＡ），以在所述基片上的所述腐蚀开口内凝结一层ＣＣＡ；以及ｅ）当晶片在约－２００℃到约２５℃的某个温度上仍保持着冷时进行激活步骤。通道接触在热周期和半导体器件工作期间是非常稳定的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及集成电路(ICS)。更具体地讲，本专利技术涉及互连结构，包括用镶嵌的方法制造的多层互连结构，其中通道接触电阻/必须是低的。本专利技术叙述基于铜镶嵌布线，制造改进了的互连结构的各种方法和装备，这种互连结构具有减小了的通道接触电阻，以及无论在IC操作时或IC器件的可靠应力下都具有稳定的电阻。
技术介绍
一般讲，半导体器件包括许多电路，这些电路形成一个制造在一硅单晶基片上的集成电路，通常要给定一个复杂的信号路径网络以把分布在基片表面上的电路元件连接起来。这些信号沿着该器件的有效率的路径要求形成多级或多层互连结构，如象基于铜的双镶嵌布线结构。基于铜的互连，由于它能提供在一个复杂的半导体芯片上大量晶体管之间的高速信号传输，因而是可取的。在互连结构中，金属通道沿着垂直于硅基片走向，而金属连线沿着平行于硅基片走向。在新IC产品芯片中，信号速率获得进一步提高，而相邻铜连线中信号的相互作用(称为“串扰”)获得进一步减小，这是通过把铜连线和通道围在一低k线超低k电介质之内实现的。当前，在一个集成电路芯片上形成的互连结构至少包括约2到10个布线层，它以指定为约1×(称为“细线”)最小光刻特征尺寸制造，而在这些层以上是约2到4布线层，它们以更大的尺寸制造(称为“粗线”)。在已有技术的一类结构中，该细线是在具有约2到3.5之间的电介质常数的低电介质常数(k)材料中形成的。然而，存在着与这些已有技术结构相关的制造问题。例如，在已有结构中，由于在通道和连接界面上的玷污，通道接触电阻是高的，玷污主要包括氧和/或碳，并以氧化铜的形式碳基残余(聚合物或非晶碳)的形式存在。碳残余通常包括H或F以及在通道和连线的界面上可能存在的其他不合适的元素。与这些已有技术结构相关的另外一个问题是在通道接触处差的粘附性，这导致在该结构经过温度循环以及长时间操作以后通道电阻的增加。通道电阻增加的极端情况是通道开路，它与下面的线没有接触，这是一种致命的IC失效方式。差的粘附也是由于上述相同的玷污所引起。在互连制造时的另一个问题是在腐蚀后，腐蚀出的通道和漕开口的形状和尺寸是正确的，但在通道清洗时，其形状和尺寸被畸变，增大，变坏或变粗糙。当用低模超低k(ULK)电介质(k＜约2.7)以及通道清洗包括Ar+轰击时，此问题特别尖锐。Ar+离子增大了通道尺寸，侵蚀槽的底部，甚至使槽底部变粗糙。在ULK电介质中的细孔使此问题更严重。
技术实现思路
因而专利技术的一个目的是提供具有低通道接触电阻的，双或单镶嵌型BEOL互连结构的改进制造方法。本专利技术的另一个目的是提供双或单镶嵌型BEOL互连结构的改进制造方法，在该结构中，在IC上的所有通道在结构经过热循环以后，具有非常稳定的电阻(通道电阻不变或变小)。本专利技术的又一个目的是提供双或单镶嵌型BEOL互连结构的改进制造方法，其中在IC上所有的通道具有改善的粘附性。本专利技术的又一个目的是提供双或单镶嵌型BEOL互连结构的改进制造方法，其中被腐蚀出的通道和槽开口形状在通道清洗时没有畸变或改变。本专利技术的又一个目的是提供双或单镶嵌型BEOL互连结构的改进制造方法，其中腐蚀出的槽开口底部在通道清洗后是光滑的，以及通道和连线的其他表面仍然是光滑的。为保持本专利技术的这些和其他目的，这里提供的是清洗通道接触的改进的方法。上述目的能够通过在制造互连结构时清洗通道接触表面来达到。相应地，本专利技术提供制造一BEOL互连结构的普遍方法，而该结构包括一多孔或致密的低k电介质并具有低通道接触电阻。该方法包括以下步骤a)在一片基片上形成一多孔或致密的低k电介质层；b)在低k电介质中形成单或双镶嵌腐蚀开口；c)把基片置于一个处理室内的冷卡盘上，该卡盘的温度为约-200℃到约25℃；d)把一种可冷凝清洗剂(CCA)加入处理室，以在基片的腐蚀开口内冷凝一层CCA；以及e)当晶片在约-200℃到约25℃的温度下保持冷却时进行激活步骤。本专利技术还提供一种制造BEOL互连结构的方法，该结构包括一种多孔或致密的低k电介质并具有低通道接触电阻。该方法包括下述步骤a)在一片基片上形成一多孔或致密的低k电介质；b)在低k电介质中形成单或双镶嵌腐蚀开口；c)把基片置于一第一处理室内的冷卡盘上，该卡盘的温度为约-200℃到约25℃；d)把一种可冷凝清洗剂(CCA)加入第一处理室，以在基片的腐蚀开口内冷凝一层CCA；e)把基片移至一第二处理室的一个簇工具上；以及f)在第二处理室内进行激活后步骤。本专利技术还提供用本专利技术的上述方法制备的一种BEOL互连结构，该结构包括一种多孔或致密的低k电介质并具有低的通道接触电阻。由本专利技术的方法制备的通道接触在热循环和在半导体器件使用时是非常稳定的。另外，由此处所述方法制备的通道接触比起已有技术中所述的通道具有更低的电阻。另外，在本专利技术中，通道是被一层衬垫(例如，参阅图1中元素6)所环绕，以及该衬垫的粘附比起已有技术中所述的通道粘附要强，。作为其结果，本专利技术的互连结构比起已有技术的互连结构是更加靠和更加稳定，因为更强的衬垫粘附导致更加可靠和稳定的互连结构。本专利技术的这些和其他优点将能从本专利技术的详细描述和优选实施方案并参观下述附图得以更好了解。附图说明图1是一已完成的内部连接层的一张示意截面图，该层有一第一层，其内有一组金属连线和通道，以及在其上的扩散阻挡层。图2是腐蚀出的通道和连线开口在开口金属化以前的示意截面图。具体实施例方式本专利技术提供一种非破坏性的对在低k电介质上淀积的衬垫/势垒的予清洗处理方法。通常一个集成电路将有多个相互连接的层，而每一层包括金属性的连线和通道，它们具有用于IC芯片的双镶嵌(通道加上下一层导体)布线互连结构。金属性的连线和通道是用相同的或不同的导电材料组成。这里所用的合适材料包括，但不限于，W，Cu，Al，Ag，Au以及其合金等。首选的材料是Cu。可冷凝的清洗剂(CCA)可以是一种还原剂；金属基还原剂，金属氢化物，混合金属氢化物，如象LiAlH，氟的分子源或氢的分子源或氢和硅两者的分子源。后者的例子包括，但不限于己硅烷；丙硅烷；丁硅烷以及其他可冷凝的硅烷。氟的分子源包括金属氟化物，如象AlF3，TiF4，WE6，TaF6以及包括无机氟化合物，如象SF6，XeF2及其混合物；有机氟源如象六氟代氧化丙烯(hexafluoroproplyeneoxide)，六氟苯，以及包括氟化高硅烷。上述化合物的混合物作为CCA可以特别有效。通常，氢化物和氢源是对于除去氧化物和含氧残余物有效，而氟源是用来除去含碳残余物。激活步骤能够优先地用He+离子H2+离子和/或H+/H2+混合物的轰击来实现。作为其替代，激活步骤也能够用电子来照射或紫外(UV)幅射照射来实现。激活步骤可以通过以举针把基片从冷卡盘举离并随后用加热灯加热基片来实现。被举起的基片优选地被加热到约350℃到约400℃的温度，更优选地，被举起的基片被加热到约200℃到约450℃的温度。参照图1，该图描述了双镶嵌层的一个例子，其中给出一片基片10以及一个腐蚀终止/阻挡层2，在腐蚀终止/阻挡层上淀积ILD3以及在ILD顶上可选用一硬掩膜4。请注意，该硬掩膜可以由单层组成，也可以由多层组合，从而形成一复合硬掩膜。在ILD内部形成一Cu导体5，它以衬套/Cu扩散阻挡层6与ILD隔离开。一第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造包括一层多孔或致密低ｋ电介质并具有低通道接触电阻的ＢＥＯＬ互连结构的方法，包括下述步骤：ａ）在一基片上形成一层多孔或致密的低ｋ电介质层；ｂ）在所述低ｋ电介质中形成单或双镶嵌腐蚀开口；ｃ）把所述基片放进一个处理室内，并放在约－２００℃到约２５℃温度的冷卡盘上；ｄ）对所述处理室加进一种可凝结的清洗剂（ＣＣＡ），以在所述基片上的所述腐蚀开口内凝结一层ＣＣＡ；以及ｅ）当晶片在约－２００℃到约２５℃的某个温度上仍保持着冷时进行激活步骤。

【技术特征摘要】
US 2003-9-19 10/665,5841.一种制造包括一层多孔或致密低k电介质并具有低通道接触电阻的BEOL互连结构的方法，包括下述步骤a)在一基片上形成一层多孔或致密的低k电介质层；b)在所述低k电介质中形成单或双镶嵌腐蚀开口；c)把所述基片放进一个处理室内，并放在约-200℃到约25℃温度的冷卡盘上；d)对所述处理室加进一种可凝结的清洗剂(CCA)，以在所述基片上的所述腐蚀开口内凝结一层CCA；以及e)当晶片在约-200℃到约25℃的某个温度上仍保持着冷时进行激活步骤。2.权利要求1的方法，其中所述可凝结清洗剂(CCA)选自一种还原剂，氟的一种分子源，氢的一种源，兼有氢和硅的一种源。3.权利要求2的方法，其中所述可凝结清洗剂(CCA)选自金属基还原剂，金属氢化物，混合金属氢化物，金属氟化物，混合金属氟化物，无机氟化合物，有机氟化合物以及它们的混合物。4.权利要求3的方法，其中所述金属氟化物选自AlF3，TiF4，WF6，TaF6及其混合物。5.权利要求3的方法，其中所述无机氟化合物选自AlF3，TiF4，WF6，TaF6，SF6，XeF2以及其混合物。6.权利要求3的方法，其中所述有机氟化合物选自六氟代氧化丙烯，六氟苯，氟化高硅烷以及其混合物。7.权利要求3的方法，其中所述金属基还原剂选自LiAlH，AlH3，LiH以及其混合物。8.权利要求1中的方法，其中所述激活步骤包括以He+离子或H2+和H+/H2+，或He+和H+和H2+的混合物轰击。9.权利要求1的方法，其中所述激活步骤包括以电子束或UV幅射照射。10.权利要求1的方法，其中所述激活步骤包括用举针把所述基片从所述冷卡盘举起，之后再用加热灯对所述基片加热。11.权利要求10的方法，其中所述被举起的基片被加热到约350℃到约400℃的温度。12.权利要求11的方法，其中所述被举起的基片被加热到约200℃到约450℃的温度。13.权利要求1的方法，其中所述多孔或致密的低k电介质选自从Si，C，O，F和H中一个或多个元素形成的含硅材料，具有Si，C，O，和H组份的PE CVD材料，氟硅酸盐玻璃(FSG)，C掺杂氧化物，F掺杂氧化物以及Si，C，O和H的合金。14.权利要求1的方法，其中所述多孔或致密低k电介质选自Black DiamondTM，CoralTM，AuroraTM，Aurora ULKTMAuroraELKTM，BDIITM，BDIIITM，甲基硅倍半氧烷TM，硅氧烷，JSR制造产品号为5109TM，5117TM，5525TM，5530TM的材料，DendriglassTM，OrionTM，TrikonTM，及其组合物。15.一种制造包括一层多孔或致密低k电介质并具有低通道接触电阻的BEOL互连结构的方法，包括下述步骤a)在一基片上形成一层多孔或致密的低k电介质层；b)在所述低k电介质中形成单或双镶嵌腐蚀开口；c)把所述基片放进一个第一处理室内，并放在约-200℃到约25℃温度的冷卡盘上；d)对所述第一处理室加进一种可凝结的清洗剂(CCA)，以在所述基片上的所述腐蚀开口内凝结一层CCA；e)把所述基片移至一第二处理室，并放在一个簇工具(cluster tool)上；以及f)在所述第二处理室中进行激活步骤。16.权利要求15的方法，其中所述可凝结清洗剂(CCA)选自一种还原剂，氟的一种分子源，氢的一种源，兼有氢和硅的一种源。17.权利要求16的方法，其中所述可凝结清洗剂(CCA)选自金属基还原剂，金属氢化物，混合金属氢化物，金属氟化物，混合金属氟化物，无机氟化合物，有机氟化合物及其混合物。18.权利要求17的方法，其中所述金属氟化物选自AlF3，TiF4，WF6，TaF6及其混合物。19.权利要求17的方法，其中所述无机氟化合物选自AlF3，TiF4，WF6，TaF6，SF6，XeF2及其混合物。20.权利要求17的方法，其中所述有机氟化合物选自六氟代氧化丙烯，六氟苯，氟化高级硅烷以及其混合物。21.权利要求17的方法，其中所述金属基还原剂选自LiAlH，AlH3，LiH及其混合物。22.权利要求15中的方法，其中所述激活步骤包括以He+离子或H2+和H+/H2+，或He+和H+和H2+的混合物轰击。23.权利要求15的方法，其中所述激活步骤包括以电子束...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西J多尔顿，斯蒂芬M盖茨，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]