[发明专利]一种双大马士革集成工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺领域，更具体地，涉及一种可避免超低k介电材料在湿法清洗工艺中产生介质损伤的双大马士革集成工艺方法。

背景技术

在目前主流的集成电路工艺中，由于特征尺寸的减小，使得互连电路中的同层电容增大，从而严重影响电路工作速度。而层间电容的减小，可以通过降低介电常数(k)来实现。低k介电材料已经取代了传统的二氧化硅作为互连的绝缘材料。

低k介电材料的实现是通过引入例如Si-F或Si-C键，从而将二氧化硅材料中部分Si-取代。Si-F或Si-C与Si-O键相比极性更低，从而可以降低介电常数。在0.18～0.13μm中FSG(氟掺杂二氧化硅，k:3.5～3.7)已经得到应用；在90～65nm工艺中，SiOCH(碳掺杂二氧化硅，k：2.7～3.0)也已经得到应用；而在45nm及以下的工艺中，为了进一步降低材料的介电常数，微孔(pore)又被引入到介电材料中，从而使得其介电常数进一步降低到2.55左右。

然而，超低k介电材料的引入，会对现有的工艺集成带来巨大的挑战。在铜双大马士革工艺集成中，通常的一种工艺方法是先在衬底上淀积介电材料，然后进行光刻和刻蚀，在介电材料上形成沟槽(trench)和通孔(Via)的物理形貌，接着再进行金属的填充和去除(包含阻挡层/籽晶层的淀积、铜的填充、铜的化学机械研磨等)。在上述对超低k介电材料的刻蚀中，由于刻蚀过程中的物理轰击、含氟类气体与介质的化学反应，会破坏超低k介电材料的微观结构，从而使得通孔、沟槽侧壁的超低k介电材料表面的微孔暴露，与空气接触。在超低k介电材料刻蚀完毕后，需要进行湿法清洗，从而去除干法刻蚀过程中的聚合物残留及光刻胶等。在铜互连的双大马士革干法刻蚀完毕后的湿法清洗中，通常采用有机溶剂或无机药液等作为清洗剂。在这些药液中，均含有去离子水，而水分子具有很高的极性，在与刻蚀之后的由超低k介电材料形成的双大马士革结构接触后，会通过其微孔渗入到超低k介电材料中产生介质损伤，从而不仅增大了介电常数，而且还会影响到互连的可靠性。

为了应对超低k介电材料的损伤问题，已有多种解决方法相继提出。如在US8,877,659的美国专利中，通过将超低k介电材料暴露在含硅烷气体中，并通过紫外线处理进行修复，但此工艺较为复杂；或者在例如申请号为201310525014.0的中国发明专利申请中，将湿法处理的药液调整为含-CH3不饱和烃的溶液，以避免药液中的水分对超低k介电材料的损伤等，但此方法对湿法药液要求高，并且还需要考虑湿法工艺中对有机聚合物的去除等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种双大马士革集成工艺方法，可避免超低k介电材料在湿法清洗工艺中产生介质损伤。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种双大马士革集成工艺方法，包括以下步骤：

步骤S01：提供一半导体衬底，在所述衬底上淀积超低k介电材料层，并在所述超低k介电材料层形成双大马士革结构；

步骤S02：对所述双大马士革结构进行第一次等离子体处理，以在所述双大马士革结构侧壁处将所述超低k介电材料转化为二氧化硅；

步骤S03：进行湿法清洗工艺；

步骤S04：对所述双大马士革结构进行第二次等离子体处理，以在所述双大马士革结构侧壁处将所述二氧化硅再次转化为低k介电材料；

步骤S05：进行阻挡层/籽晶层淀积，以及进行铜电镀的填充和化学机械抛光工艺。

优选地，步骤S02中，所述第一次等离子体处理中的反应气体包括氢气和氮气。

优选地，所述第一次等离子体处理中的所述氢气的流量为100～200sccm，氮气的流量为10～50sccm。

优选地，所述第一次等离子体处理中的压力为40～60mT，高频功率为600～800W，低频功率为200～300W，处理时间为100～200秒。

优选地，步骤S03中，所述湿法清洗工艺采用有机药液或无机药液进行。

优选地，步骤S04中，所述第二次等离子体处理中的反应气体包括一氧化碳，二氧化碳和氮气。

优选地，所述第二次等离子体处理中的所述一氧化碳的流量为50～400sccm，二氧化碳的流量为200～800sccm，氮气的流量为100～600sccm。

优选地，所述第二次等离子体处理中的压力为10～100mT，功率为150～500W，处理时间为50～200秒。