互連中銅表面處理的方法
【專利摘要】本發明公開了一種互連中銅表面處理的方法，循環的執行通過選擇性鋁沉積在銅互連線表面形成鋁蓋層和在還原性氣體氛圍下使用等離子束處理鋁蓋層兩個步驟，將鋁原子逐步溶入銅互連線表面以在銅互連線表面形成銅鋁合金蓋層，由于銅鋁合金蓋層的遷移率小于鋁蓋層，因此在防止銅原子擴散的同時也抑制了互連線電遷移導致的半導體器件失效問題。
【專利說明】互連中銅表面處理的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件制造【技術領域】，尤其涉及一種互連中銅表面處理的方法。【背景技術】
[0002]隨著半導體制造工藝的發展,半導體芯片的面積越來越小，同時，在一個半導體芯片上的半導體器件的數量也越來越多。在半導體電路中，半導體器件之間的信號傳輸需要高密度的金屬互連線，然而這些金屬互連線帶來的大電阻和寄生電容已經成為限制半導體電路速度的主要因素。
[0003]在傳統的半導體工藝中，金屬鋁一般被用作半導體期間之間的金屬互連線，隨著半導體工藝的發展，金屬鋁互連線已經逐漸被金屬銅互連線所代替，這是因為金屬銅與金屬鋁相比具有較小的電阻值，以及更高的抗電遷移能力，采用金屬銅互連線可提高半導體器件之間信號的傳輸速度；在另一方面，低介電常數絕緣材料(1wk)被用作金屬層間的介質層，減少了金屬層之間的寄生電容。
[0004]但是以金屬銅用作互連線在實際應用時也存在著相應的問題，由于金屬銅的擴散性很高，使用金屬銅填充溝槽(trench)及通孔(via)時，在溝槽表面或通孔表面的銅原子很容易擴散入其表面之上的絕緣層，導致絕緣層的絕緣性降低，影響半導體器件的性能，并且由于金屬銅的電遷移性也很高，半導體器件在使用時由于電遷移的作用會在銅互連線中形成空洞或突起物(hilllock)導致開路失效或短路失效。
[0005]現有技術中為了解決銅互連線的擴散現象通常在銅互連線表面形成一層擴散阻擋層，以抑制銅原子的擴散，如在銅互連線表面形成金層鋁蓋層、銅錳合金蓋層、銅鎢磷蓋層、氮化硅銅蓋層或形成金屬鈷蓋層。但是上述蓋層雖然可以防止銅原子擴散，但是其本身也存在由于電遷移導致的開路失效或短路失效的問題。
【發明內容】
[0006]鑒于現有技術的問題，本發明提供了一種互連中銅表面處理的方法，以同時解決由于銅原子擴散和電遷移導致的半導體器件可靠性降低的問題。
[0007]本發明采用的技術方案如下:一種互連中銅表面處理的方法，包括:
[0008]步驟A:提供具有銅互連線的互連結構；
[0009]步驟B:在銅互連線表面使用前驅物進行選擇性沉積鋁；
[0010]步驟C:在還原性氣體氛圍下使用等離子束處理或熱處理所述銅互連線表面；
[0011]步驟D:循環步驟B和步驟C至預定次數，以在所述銅互連線表面形成銅鋁合金蓋層。
[0012]進一步，在所述步驟B之前還包括去除銅互連線表面的氧化物的步驟。
[0013]進一步，在還原性氣體氛圍下使用等離子束處理或熱處理所述銅互連線表面以去除氧化物。
[0014]進一步，所述還原性氣體氛圍下使用等離子束處理或熱處理所述銅互連線表面以去除氧化物包括使用氫氣、氨氣、氦氣、或氬氣的一種或任意組合，氣體流量為IOsccm至lOOOsccm,并在溫度為50攝氏度至500攝氏度的范圍內進行熱處理或在溫度為50攝氏度至500攝氏度的范圍進行功率為20W至2000W的離子束處理。
[0015]進一步，所述步驟B 中的前驅物包括 TMAAB (trimethylamine aluminoborane)、DMAH (氫化二甲基鋁)、TMAA (三甲胺三氫化鋁)、TEAA (三乙胺三氫化鋁)、DEACI (二乙基氯化鋁)、TIBA (三異丁基鋁)、TEA (三乙鋁)、TMA (三甲基鋁)或DMEAA (二甲基乙胺三氫化招)中的任意一種。
[0016]進一步，所述步驟D中形成的銅鋁合金蓋層的厚度為I至20埃。
[0017]進一步，所述步驟D中預定次數為1-200次。
[0018]進一步，所述步驟C中在還原性氣體氛圍下使用等離子束處理所述銅互連線表面包括使用氫氣、氨氣、氦氣、或IS氣的一種或任意組合，氣體流量為IOsccm至lOOOsccm,并在溫度為50攝氏度至500攝氏度的范圍內進行熱處理或在溫度為50攝氏度至500攝氏度的范圍進行功率為20W至2000W的離子束處理。
[0019]采用在本發明所提供的互連中銅表面處理的方法，循環的執行通過選擇性鋁沉積在銅互連線表面形成鋁蓋層和在還原性氣體氛圍下使用等離子束處理鋁蓋層兩個步驟，將鋁原子逐步溶入銅互連線表面以在銅互連線表面形成銅鋁合金蓋層，由于銅鋁合金蓋層的遷移率小于鋁蓋層，因此在防止銅原子擴散的同時也抑制了互連線電遷移導致的半導體器件失效問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明一種互連中銅表面處理方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0022]作為本發明一種互連中銅表面處理方法的典型實施例，如圖1所示，包括:
[0023]步驟Al:提供具有銅互連線的互連結構；
[0024]步驟A2:在還原性氣體氛圍下使用等離子束處理或熱處理所述銅互連線表面以去除氧化物，作為優選的，在還原性氣體氛圍下使用等離子束處理或熱處理銅互連線表面以去除氧化物，其中，包括使用氫氣、氨氣、氦氣、或氬氣的一種或任意組合，氣體流量為IOsccm至lOOOsccm，并在溫度為50攝氏度至500攝氏度的范圍內進行熱處理或在溫度為50攝氏度至500攝氏度的范圍進行功率為20W至2000W的離子束處理；
[0025]步驟B:在銅互連線表面使用前驅物進行選擇性沉積鋁，以在銅互連線表面形成鋁蓋層；由于在介電質的表面反應區的活化能高于金屬表面，因此，介電質表面給前驅物分子中氫元素的脫離造成大的活化能勢壘，所以前驅物在高的活化能的介電質的表面很難吸附分解，并在金屬銅表面和介電質的表面沉積鋁薄膜時出現選擇性；作為優選的，前驅物包括 TMAAB、DMAH、TMAA, TEAA, DEAC1、TIBA、TEA、TMA 或 DMEAA 中的任意一種；
[0026]步驟C:在還原性氣體氛圍下使用等離子束處理或熱處理鋁蓋層，作為優選的，包括使用氫氣、氨氣、氦氣、或IS氣的一種或任意組合，氣體流量為IOsccm至lOOOsccm,并在溫度為50攝氏度至500攝氏度的范圍內進行熱處理或在溫度為50攝氏度至500攝氏度的范圍進行功率為20W至2000W的離子束處理鋁蓋層；在熱處理和等離子處理過程中，由于高溫或高能量離子的撞擊下可使鋁原子逐步的溶入銅互連線表面，因此，可在銅互連線表面形成銅鋁合金蓋層，而銅鋁合金蓋層的遷移率小于鋁蓋層，所以形成銅鋁合金蓋層在防止銅原子擴散的同時也抑制了互連線電遷移導致的半導體器件失效問題
[0027]步驟D:循環步驟B和步驟C至預定次數，以在銅互連線表面形成銅鋁合金蓋層，作為優選的，預定次數為1-200次，形成的銅鋁合金蓋層的厚度為I至20埃。
[0028]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的范圍之內。
【權利要求】
1.一種互連中銅表面處理的方法，包括: 步驟A:提供具有銅互連線的互連結構； 步驟B:在銅互連線表面使用前驅物進行選擇性沉積鋁，以在銅互連線表面形成鋁蓋層； 步驟C:在還原性氣體氛圍下使用等離子束處理或熱處理所述鋁蓋層； 步驟D:循環步驟B和步驟C至預定次數，以在所述銅互連線表面形成銅鋁合金蓋層。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟B之前還包括去除銅互連線表面的氧化物的步驟。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在還原性氣體氛圍下使用等離子束處理或熱處理所述銅互連線表面以去除氧化物。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述還原性氣體氛圍下使用等離子束處理或熱處理所述銅互連線表面以去除氧化物包括使用氫氣、氨氣、氦氣、或氬氣的一種或任意組合，氣體流量為IOsccm至lOOOsccm，并在溫度為50攝氏度至500攝氏度的范圍內進行熱處理或在溫度為50攝氏度至500攝氏度的范圍進行功率為20W至2000W的離子束處理。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B中的前驅物包括TMAAB、DMAH、TMAA, TEAA, DEAC1、TIBA、TEA、TMA 或 DMEAA 中的任意一種。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟D中形成的銅鋁合金蓋層的厚度為I至20埃。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟D中預定次數為1-200次。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C中在還原性氣體氛圍下使用等離子束處理所述鋁蓋層表面包括使用氫氣、氨氣、氦氣、或氬氣的一種或任意組合，氣體流量為IOsccm至lOOOsccm，并在溫度為50攝氏度至500攝氏度的范圍內進行熱處理或在溫度為50攝氏度至500攝氏度的范圍進行功率為20W至2000W的離子束處理。
【文檔編號】H01L21/768GK103779269SQ201210414645
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月26日 優先權日:2012年10月26日
【發明者】平延磊, 鮑宇 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司