[发明专利]铜层处理

说明书

技术领域

本发明涉及用于使用硫等离子体处理铜且尤其铜层处理的领域。

背景技术

铜(Cu)可用于包括于半导体装置应用中的各种应用中。在现代半导体装置应用中，众多组件封装至(例如)半导体衬底的单个小区域上以产生集成电路。

随着集成电路的尺寸减小，构成所述电路的组件和装置必须更紧密地放置在一起以符合有限的可用空间。随着在工业中努力使每单位面积的有源组件密度变得更高，电路组件的有效而精确的产生和电路组件间的隔离均变得更加重要。

铜可为欲用于众多种半导体应用中的金属。铜具有较低的电阻率、良好的电迁移性能和增加的抗应力迁移性。这些材料性质为半导体应用中所需且可为在互连线和触点中使用铜而非例如铝(Al)等其它金属的理由。较低电阻可通过缩短RC时间延迟而使信号移动更快。

然而，将Cu引入半导体装置中的多级金属化架构可能需要用于Cu图案化的新颖处理方法。铜可能难以实施干蚀刻，故已研发出用于Cu图案化的新颖工艺方案，例如镶嵌处理。镶嵌方法是基于蚀刻电介质材料中的特征，用Cu金属将其填充，并通过化学机械研磨(CMP)使顶部表面平面化。双镶嵌方案将触点与互连线二者整合至单个处理方案中。然而，Cu CMP技术具有挑战性且其难以界定极精细特征。

镶嵌方法的替代方法是对Cu层进行图案化蚀刻。图案化蚀刻工艺涉及在衬底上沉积Cu层；在所述Cu层之上使用图案化硬掩模或光阻剂；使用反应性离子蚀刻(RIE)方法来图案化蚀刻所述Cu层；及在所述图案化Cu层上沉积电介质材料。Cu的图案化蚀刻可具有优于镶嵌工艺的优点，这是因为与使阻挡层材料和Cu金属充分填充电介质膜中的小特征开口相比，其更易于蚀刻精细Cu图案并随后将电介质层沉积于所述Cu图案上。

用于蚀刻Al层和Cu层的蚀刻气体可为存于包括氩(Ar)的气体混合物中的含氯气体。所述含氯气体选自氯化合物的大群组，例如Cl₂、HCl、BCl₃、SiCl₄、CHCl₃、CCl₄和其组合。为达成各向异性蚀刻，将Cl₂与选自上述列表的其它含氯气体混合，这是因为单独使用Cl₂可导致各向同性蚀刻。

使用氯等离子体蚀刻Cu层涉及通过所述等离子体中的高能离子物理溅射CuCl_x层。利用所述方法的蚀刻速率极低且另一缺点在于经溅射CuCl_x会涂覆室壁且此需要对所述室进行定期清洁。当在氯等离子体中蚀刻高纵横比特征时会碰到同样严重的问题，且在物理溅射的效应降低的情况下经溅射CuCl_x产物会重新沉积于特征侧壁上。

此外，当在高温(＞200℃)下实施所述工艺以提高经反应Cu层的挥发性时，可能因表面上累积有CuCl_x蚀刻残余物而发生腐蚀。若不通过蚀刻后清洁步骤来移除这些残余物，则即使在经蚀刻特征上施加保护层之后其仍然可能造成Cu的连续腐蚀。

已试验涉及卤化铜的用于干蚀刻Cu的其它方法以试图达成更高的Cu蚀刻速率。除高处理温度以外，已提议使用额外能源(例如将蚀刻表面暴露于UV或IR光)以加速CuCl_x的解吸附。这些替代方法因差的蚀刻均匀性、高成本和增加的装备复杂性以及可靠性问题而使得对于大衬底的半导体批量处理不切实际。

发明内容

本发明包括用于使用硫等离子体处理铜且尤其铜层处理的装置、方法和系统。一个或一个以上实施例可包括形成铜硫化合物的方法，其是通过使铜与包括硫的等离子体气体反应并用水移除所述铜硫化合物的至少一部分来实施。

附图说明

图1A图解阐释衬底上的铜层的示意性剖视图。

图1B图解阐释衬底上的铜层的示意性剖视图，所述衬底具有位于所述铜层上的硬掩模图案。

图1C图解阐释衬底上的铜层的示意性剖视图，所述衬底具有位于所述铜层上的硬掩模图案和铜硫化合物。

图1D图解阐释衬底上的铜层的示意性剖视图，所述衬底具有位于所述铜层上的硬掩模图案且已移除所述铜硫化合物。

图1E图解阐释衬底上的铜层的示意性剖视图，所述衬底上已移除所述硬掩模和所述铜硫化合物。

图2图解阐释适用于本发明实施例的等离子体产生装置的一般示意图。

图3图解阐释在处理之前、处理之后和水冲洗处理之后铜结构中存在的元素的表面数据。

具体实施方式