一种抑制多孔低介电常数介质吸入水汽的方法技术

本发明专利技术属于微电子技术领域，具体涉及一种抑制多孔低介电常数介质吸入水汽的方法。本发明专利技术利用具有一定甲烷(CH4)和氩气(Ar)比例的混合气体等离子体在多孔低K介质表面和侧墙上面沉积一层碳氢层，利用这层碳氢层抑制多孔低K介质在化学机械抛光过程中对水汽的吸入。本发明专利技术方法具有简单、方便、实用性强的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，具体涉及。
技术介绍
随着集成电路器件尺寸逐步缩小，集成电路互连延时变得越来越显著。为减小后端互连延时，传统的铝(Al)互连已被铜(Cu)互连所取代。为进一步减小互连延时，人们提出利用低K介质取代SiO2充当互连金属层间介质。按照国际半导体技术蓝图(ITRS)要求， 将在22nm和以下技术节点中使用多孔低K介质。相比于SiO2,低K介质的机械强度很弱， 容易在化学机械抛光(Chemical mechanical polishing, CMP)和其他工艺流程中发生剥离和划伤。而且低K介质也很容易在CMP铜和阻挡层的过程中发生表面水化反应，使其表面由疏水性变为亲水性，导致水汽的吸入。研究发现，水汽吸入低K介质后会使低K介质的介电常数和漏电流密度增加。已经有人提出在低K介质表面先淀积一层保SiNx或者S^2充当低K介质的CMP保护层，然后进行抛光，但是SiN或者S^2材料的介电常数都很高，SiN 的介电常数在7左右，SiO2介电常数在4左右。引入CMP保护层会增加互连结构中介质的有效介电常数，使得互连延时增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够有效抑制多孔低K介质在CMP抛光过程中水汽吸入的方法。本专利技术提供的抑制多孔低K介质在CMP抛光过程中水汽吸入的方法，是利用在低 K表面或者侧墙上淀积一层疏水性的碳氢层达到抑制水汽吸入的目的。具体步骤为(1)在反应离子刻蚀腔体中利用碳氟化合物等离子体刻蚀低K介质，在低K介质上刻蚀出沟槽和通孔的互连结构。此步为图形化。(2)在PECVD腔体中，利用CH4/Ar (甲烷和氩气，)等离子体，在已经图形化的多孔低K介质表面和侧墙上沉积一层碳氢化合物层。上述方法中，所述沉积碳氢化合物层沉积条件是功率在100w-300w之间，CH4流量控制在30SCCM左右，处理的时间为10s-60s之间，腔体压强控制在0. lt-0. 5t之间。上述方法中，所沉积的碳氢化合物层厚度一般可为Inm到5nm。本专利技术中，由于这层碳氢层介电常数很低，而且元素成分主要为碳，使得表面呈现疏水性，因而起到保护多孔低K介质的作用。即这层碳氢化合物层起到抑制低K介质吸入水汽的作用。附图说明图1.制备过程流程示意图。(a)原始低K介质；(b)在低K介质上刻蚀出沟槽和通孔结构；(C)CH4Ar等离子体在低K表面和沟槽以及通孔侧壁沉积一层碳氢层；(d)PVD/ALD沉积阻挡层和铜籽晶层，然后电镀铜。图2.原始低K样品与甲烷处理过后的低K样品表面自由能图谱。各样品名称分别代表(Al)原始低K; (A2)原始低K浸入1#酸性抛光液之后；(A3)原始低K浸入2#碱性抛光液之后；(Bi)经过CH4等离子体处理后的低K样品；(B》CH4等离子体处理后的低K样品浸入1#抛光液之后；(Β； ) CH4等离子体处理后的低K样品浸入2#抛光液之后。图3.原始低K样品与甲烷处理过后的低K样品傅里叶变换红外光谱(FTIR)图。 (a)浸入到1#酸性抛光液之后的原始低K样品和经过CH4等离子处理过后的低K样品FIlR 图谱；(b)浸入到2#碱性抛光液之后的原始低K样品和经过CH4等离子处理过后的低K样品FTIR图谱。图4.原始低K样品与氨气处理过后的低K样品表面自由能图谱。各样品名称分别代表(Al)原始低K ； (A2)原始低K浸入1#酸性抛光液之后；(A3)原始低K浸入2#碱性抛光液之后；(Cl)经过NH3等离子体处理后的低K样品；(C2) NH3等离子体处理后的低K样品浸入1#抛光液之后；(O) NH3等离子体处理后的低K样品浸入2#抛光液之后。图5.原始低K样品与氨气处理过后的低K样品浸入到1#抛光液后的表面自由能图谱。图6.原始低K样品与氦气等离子体处理过后的低K样品表面自由能图谱。各样品名称分别代表(Al)原始低K; (A2)原始低K浸入1#酸性抛光液之后；(A3)原始低K浸入2#碱性抛光液之后；(Dl)经过He等离子体处理后的低K样品；(拟)He等离子体处理后的低K样品浸入1#抛光液之后；(D!3) He等离子体处理后的低K样品浸入2#抛光液之后。图7.原始低K样品与氦气处理过后的低K样品浸入到1#抛光液后的表面自由能图谱。图8. k值随处理工艺后的变化。各样品名称分别代表(Al)原始低K; (A2)原始低K浸入1#酸性抛光液之后；(Bi)经过CH4等离子体处理后的低K样品；(B》CH4等离子体处理后的低K样品浸入1#抛光液之后。图9.漏电流密度岁处理工艺后的变化。各样品名称分别代表(Al)原始低K; (A2) 原始低K浸入1#酸性抛光液之后；(Bi)经过CH4等离子体处理后的低K样品；(B》CH4 等离子体处理后的低K样品浸入1#抛光液之后。具体实施例方式实施例1在多孔低K介质刻蚀形成图形之后，在CVD腔体充入一定比例的甲烷和氩气，本例中 CH4/Ar气流比例为30SCCm/100SCCm，形成等离子体后，在一定条件下对多孔低K介质进行处理。本例中各个条件参数分别是气压为0. 3托，功率为160瓦特，处理时间为30秒。 经过处理后，多孔低K介质的表面和侧墙会覆盖一层碳氢层。结合图2的表面自由能图谱和图3的傅里叶变换红外光谱(FTIR)，可以看到经过在两种抛光液中浸泡5分钟后，甲烷等离子体处理后的多孔低k介质样品体内水汽明显少于没有经过处理的多孔低k介质样品。从图8中可以看到经过甲烷等离子体处理后，多孔低K介质的介电常数几乎和没有经过任何处理的原始多孔低K介质的介电常数一样。在抛光液中浸泡后，介电常数同样没有增大。从图9中可以看，经过抛光液浸泡后，原始的多孔低K介质样品的漏电流密度增大了 8.7倍。但是经过甲烷/氩气等离子处理后的样品，漏电流并没有增大。大量研究成果显示，水汽的吸入会导致多孔低K介质的介电常数以及漏电流增大。这说明，该方法中淀积的碳氢层有阻止水汽吸入的作用，这提高了多孔低K介质应用的可靠性。实施例2在多孔低K介质刻蚀形成图形之后，在CVD腔体充入一定比例的甲烷和氦气，利用甲烷和氦气等离子体处理多孔低k介质。经过处理后，多孔低K介质的表面和侧墙会覆盖一层碳层，该碳层既有阻止后续工艺中水汽的吸入，提高了多孔低K介质应用的可靠性。比较例1在多孔低K介质刻蚀形成图形之后，在CVD腔体充入一定比例的氨气，利用氨气等离子体处理多孔低k介质。从图4和5中可以看到经过氨气处理后，样品表面自由能明显增大， 浸泡入抛光液后表面自由能会进一步增加。而且FIlR图显示经过氨气处理后的体内水汽明显高于原始低K样品的体内水汽。比较例2在多孔低K介质刻蚀形成图形之后，在CVD腔体充入一定比例的氦气，利用氦气等离子体处理多孔低k介质。从图6和图7中可以看到经过氦气处理后，样品表面自由能明显增大，浸泡入抛光液后表面自由能会进一步增加。而且FIlR图显示经过氦气处理后的体内水汽明显高于原始低K样品的体内水汽。权利要求1.，其特征在于具体步骤如下(1)图形化，在反应离子刻蚀腔体中利用碳氟化合物等离子体刻蚀低K介质，在低K介质上刻蚀出沟槽和通孔的互连结构；(2)在PECVD腔体中，利用CH4/Ar等离子体，在已经图形化的多孔低K介质表面和侧墙上沉积一层碳氢化合物层。2.根据权利要求1所述的抑制多孔低介电常数介本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种抑制多孔低介电常数介质吸入水汽的方法，其特征在于具体步骤如下：（１）图形化，在反应离子刻蚀腔体中利用碳氟化合物等离子体刻蚀低Ｋ介质，在低Ｋ介质上刻蚀出沟槽和通孔的互连结构；（２）在ＰＥＣＶＤ腔体中，利用ＣＨ４／Ａｒ等离子体，在已经图形化的多孔低Ｋ介质表面和侧墙上沉积一层碳氢化合物层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁海生，屈新萍，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31