氟碳化合物膜的表面处理制造技术

一种制造半导体器件的方法，包括下述步骤：对绝缘层进行退火，和在绝缘层上形成包括金属元素的阻挡层。绝缘层包括氟碳化合物（ＣＦｘ）膜。在退火步骤之后，用高温溅射工艺形成阻挡层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请要求下列优先权，2009年1月22日提交的美国临时申请号 No. 61/205，752，题为“氟碳化合物膜的表面处理”和2009年2月17日提交的美国临时申请号No. 61/207，971，题为“CFx膜的金属成形的方法”，两者的内容在本文引入作为参考。本专利技术涉及半导体器件及其制造方法。更具体地说，本专利技术涉及改善用氟碳化合物(CFx)构成的层间绝缘层和用金属构成的阻挡层之间的附着力的表面处理方法和阻挡层形成方法。
技术介绍
近年来，已采用多层布线结构来实现半导体器件的高速运行和小型化。不过，由于布线层的总布线电阻和寄生电容的增大，这些结构已提出布线延迟的问题。使用低电阻布线材料，例如铜(Cu)作为互联体可减小布线电阻。另一方面，可以使用低介电常数或者low-k材料来降低寄生电容。具体地，氟碳化合物(CFx)可用作绝缘层来降低寄生电容，从而提高半导体器件的运行速度。为了防止铜(Cu)扩散到绝缘层中，在互连体和绝缘层之间设置阻挡层。半导体器件的阻挡层用钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、钌(Ru)或者磷(P)构成。当氟碳化合物(CFx)被用作绝缘层材料时，包含在CFx层中的氟在CFx层和阻挡层之间的界面引起氟化反应。结果，CFx层和阻挡层之间的附着力降低，从而绝缘层和互连 W (interconnection body) 白勺力m。另一方面，要求氟碳化合物(CFx)材料与主要由金属元素形成的阻挡层具有足够的附着力。由于在半导体器件的制造中使用多种后续工艺，比如化学和机械抛光(CMP)工艺或引线接合工艺，因此会对基板施加更大的应力。于是，如果阻挡层和CFx绝缘层之间的附着力较差，那么阻挡层会从绝缘层剥离。鉴于上述问题，提出了本专利技术。本专利技术提供抑制在绝缘层和阻挡层之间的界面的氟化反应的表面处理方法。此外，本专利技术提供在抑制绝缘层和阻挡层之间的氟化反应的同时，增大绝缘层和阻挡层之间的附着力的阻挡层形成方法。
技术实现思路
按照本专利技术的一个方面，提供一种制造半导体器件的方法。所述方法包括下述步骤对包括氟碳化合物(CFx)膜的绝缘层进行退火；和在绝缘层上形成包括金属元素的阻挡层，其中在所述退火步骤之后，用高温溅射工艺形成所述阻挡层。按照本专利技术的第二个方面，提供一种制造半导体器件的方法。所述方法包括对绝缘层进行预处理工艺，以便形成碳氟组成比(C/F)大于1的富碳表面的步骤。在进行预处理工艺之前，绝缘层包括具有任意碳氟组成比的氟碳化合物(CFx)。按照本专利技术的第三个方面，提供一种制造半导体器件的方法。所述方法包括下述步骤在使绝缘层的表面暴露在惰性气体气氛之下的同时，在预定条件下对绝缘层进行退火；和在所述退火步骤之后，进行高温溅射工艺，以便形成包括金属元素的阻挡层，以致在绝缘层和阻挡层之间的界面形成金属-C键，其中在所述高温溅射工艺期间，基板温度被保持在约70°c 200°C。退火步骤还包括从绝缘层的表面除去水分的步骤。附图说明 图1描述利用氢等离子体的CFx预处理工艺的实施方式的示意图。图2描述利用氢等离子体的CFx预处理工艺的备选实施方式的示意图。图3描述溅射设备的实施方式的示意图。图4图解说明在把胶带贴在实验样本的表面之后的实验样本的平面图，及其鼓泡和胶带测试结果。图5图解说明图4中所示的前一半实验样本的横截面视图和表面视图。图6图解说明图4中所示的后一半实验样本的横截面视图和表面视图。图7图解说明制造双嵌入式铜互连结构的实施方式的工艺的示意图。图8描述具有多层结构的CFx绝缘层的横截面视图。图9图解说明作为温度的函数的氟化物的汽压曲线。图10图解说明各种实验样本的目标结构，及其用于测量阻挡层的厚度的XRF强度。图11图解说明作为溅射时间的函数的实验样本的XRF强度。图12图解说明实验样本的例子的横截面视图和表面视图，及其工艺流程。图13图解说明备选实验样本的例子的横截面视图和表面视图，及其工艺流程，鼓泡测试结果，和胶带测试结果。图14图解说明备选实验样本的例子的横截面视图和表面视图，及其工艺流程，鼓泡测试结果，和胶带测试结果。图15图解说明实验样本的另一个实施方式的目标结构和工艺流程，及其鼓泡测试结果和胶带测试结果。图16图解说明图15中所示的实验样本的横截面视图和表面视图。图17图解说明实验样本的另一个实施方式的目标结构和工艺流程，及其在贴胶带之后的平面图，其鼓泡测试结果和胶带测试结果。图18图解说明图17中所示的实验样本的横截面视图和表面视图。图19图解说明实验样本的横截面视图和表面视图，及其工艺流程。图20图解说明实验样本的另一个实施方式的横截面视图和表面视图，及其工艺流程。图21图解说明实验样本的再一个实施方式的横截面视图和表面视图，及其工艺流程。具体实施例方式下面参考附图，说明本专利技术的实施方式，附图中，表示了本专利技术的优选示例性实施方式。下面的说明并不意图限制本专利技术的范围、适用性或结构。相反，优选的示例性实施方式的下述说明将向本领域的技术人员提供能够实现本专利技术的优选示例性实施方式的说明。应注意可用不同的形式具体体现本专利技术，而不脱离在附加的权利要求中限定的本专利技术的精神和范围。本专利技术涉及半导体器件及其制造工艺。更具体地说，本专利技术涉及改善绝缘层和金属阻挡层之间的附着力的新的表面处理工艺和阻挡层形成工艺。本专利技术的实施方式目 的在于一种防止阻挡层从绝缘层剥离，还防止铜(Cu)从互连体渗入绝缘层中的工艺。这是通过两种独立的方法实现的1)在形成阻挡层之前，对绝缘层的表面应用的预处理工艺，和2)利用高温溅射工艺形成阻挡层。通过对氟碳化合物(CFx)绝缘层的表面应用预处理工艺，在绝缘层的表面，氟浓度被降低。结果，在CFx绝缘层的表面形成富碳表面，当在绝缘层的表面形成阻挡层时，这有助于产生金属-C键合。在形成主要由金属元素组成的阻挡层时使用的高温会在CFx层和阻挡层的界面产生氟化反应。从而，具有高汽压的氟化物从CFx绝缘层的表面蒸发，导致碳(C)浓度增大。 结果，绝缘层的富碳表面有助于在阻挡层和绝缘层的界面形成金属-C键合(C-bond)。按照本专利技术的制造半导体器件的方法包括下述步骤(1)形成CFx绝缘层；(2)进行预处理工艺，以降低CFx层表面的氟浓度，(3)对基板进行预退火；(4)利用高温溅射方法，形成包含金属元素的阻挡层；(5)对基板进行后退火；(6)形成铜(Cu)种子层；和(7)利用电镀方法，形成铜(Cu)互连。按照本专利技术的一个实施方式，通过在使绝缘层的表面暴露在诸如氩气(Ar)之类的惰性气氛的同时，在预定条件下使绝缘层退火，进行降低CFx层表面的氟浓度的步骤。按照另一个实施方式，通过在使绝缘层的表面暴露在诸如氢气(H2)之类的活性气氛中的同时，在预定条件下使绝缘层退火，进行降低CFx层表面的氟浓度的步骤。按照又一个实施方式，通过对绝缘层应用等离子体处理，进行降低CFx层表面的氟浓度的步骤。在这个实施方式中，绝缘层暴露于等离子体之中，所述等离子体是通过在预定条件下，激发包含氢(H2)原子或碳(C)原子的气体产生的。按照又一个实施方式，通过把绝缘体层浸入包含金属元素的氢氧化物的溶液中， 随后用纯水冲洗绝缘层，最后干燥绝缘层，进行降低CFx层的表面的氟浓度的步骤。按照又一个实施方式，通过利用常规的干燥器，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种制造半导体器件的方法，所述方法包括下述步骤：对绝缘层进行退火，其中所述绝缘层包括氟碳化合物（ＣＦｘ）膜；在所述绝缘层上形成包括金属元素的阻挡层，其中所述阻挡层在所述退火步骤之后，通过高温溅射工艺形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀込正弘，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP