[发明专利]互连中铜表面处理的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种互连中铜表面处理的方法。

背景技术

随着半导体制造工艺的发展，半导体芯片的面积越来越小，同时，在一个半导体芯片上的半导体器件的数量也越来越多。在半导体电路中，半导体器件之间的信号传输需要高密度的金属互连线，然而这些金属互连线带来的大电阻和寄生电容已经成为限制半导体电路速度的主要因素。

在传统的半导体工艺中，金属铝一般被用作半导体期间之间的金属互连线，随着半导体工艺的发展，金属铝互连线已经逐渐被金属铜互连线所代替，这是因为金属铜与金属铝相比具有较小的电阻值，以及更高的抗电迁移能力，采用金属铜互连线可提高半导体器件之间信号的传输速度；在另一方面，低介电常数绝缘材料（lowk）被用作金属层间的介质层，减少了金属层之间的寄生电容。

但是以金属铜用作互连线在实际应用时也存在着相应的问题，由于金属铜的扩散性很高，使用金属铜填充沟槽（trench）及通孔（via）时，在沟槽表面或通孔表面的铜原子很容易扩散入其表面之上的绝缘层，导致绝缘层的绝缘性降低，影响半导体器件的性能，并且由于金属铜的电迁移性也很高，半导体器件在使用时由于电迁移的作用会在铜互连线中形成空洞或突起物（hilllock）导致开路失效或短路失效。

现有技术中为了解决铜互连线的扩散现象通常在铜互连线表面形成一层扩散阻挡层，以抑制铜原子的扩散，如在铜互连线表面形成金层铝盖层、铜锰合金盖层、铜钨磷盖层、氮化硅铜盖层或形成金属钴盖层。但是上述盖层虽然可以防止铜原子扩散，但是其本身也存在由于电迁移导致的开路失效或短路失效的问题。

发明内容

鉴于现有技术的问题，本发明提供了一种互连中铜表面处理的方法，以同时解决由于铜原子扩散和电迁移导致的半导体器件可靠性降低的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种互连中铜表面处理的方法，包括：

步骤A：提供具有铜互连线的互连结构；

步骤B：在铜互连线表面使用前驱物进行选择性沉积铝；

步骤C：在还原性气体氛围下使用等离子束处理或热处理所述铜互连线表面；

步骤D：循环步骤B和步骤C至预定次数，以在所述铜互连线表面形成铜铝合金盖层。

进一步，在所述步骤B之前还包括去除铜互连线表面的氧化物的步骤。

进一步，在还原性气体氛围下使用等离子束处理或热处理所述铜互连线表面以去除氧化物。

进一步，所述还原性气体氛围下使用等离子束处理或热处理所述铜互连线表面以去除氧化物包括使用氢气、氨气、氦气、或氩气的一种或任意组合，气体流量为10sccm至1000sccm，并在温度为50摄氏度至500摄氏度的范围内进行热处理或在温度为50摄氏度至500摄氏度的范围进行功率为20W至2000W的离子束处理。

进一步，所述步骤B中的前驱物包括TMAAB（trimethylamine aluminoborane）、DMAH（氢化二甲基铝）、TMAA（三甲胺三氢化铝）、TEAA（三乙胺三氢化铝）、DEACI（二乙基氯化铝）、TIBA（三异丁基铝）、TEA（三乙铝）、TMA（三甲基铝）或DMEAA（二甲基乙胺三氢化铝）中的任意一种。

进一步，所述步骤D中形成的铜铝合金盖层的厚度为1至20埃。

进一步，所述步骤D中预定次数为1-200次。

进一步，所述步骤C中在还原性气体氛围下使用等离子束处理所述铜互连线表面包括使用氢气、氨气、氦气、或氩气的一种或任意组合，气体流量为10sccm至1000sccm，并在温度为50摄氏度至500摄氏度的范围内进行热处理或在温度为50摄氏度至500摄氏度的范围进行功率为20W至2000W的离子束处理。

采用在本发明所提供的互连中铜表面处理的方法，循环的执行通过选择性铝沉积在铜互连线表面形成铝盖层和在还原性气体氛围下使用等离子束处理铝盖层两个步骤，将铝原子逐步溶入铜互连线表面以在铜互连线表面形成铜铝合金盖层，由于铜铝合金盖层的迁移率小于铝盖层，因此在防止铜原子扩散的同时也抑制了互连线电迁移导致的半导体器件失效问题。

附图说明

图1为本发明一种互连中铜表面处理方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

作为本发明一种互连中铜表面处理方法的典型实施例，如图1所示，包括：

步骤A1：提供具有铜互连线的互连结构；