[发明专利]改善金属互联工艺中多孔介质薄膜密封性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及改善金属互联中的多孔介质薄膜密封性的方法、以及采用了该金属互联中的改善多孔介质薄膜密封性的方法的金属互联制造方法。

背景技术

在半导体制造业中，低k(介电常数)材料的用途是为减小布线间的电容。特别是在亚45nm技术平台下，多孔低k材料作为用超低K(Ultra Low-k)材料可以缓和由于线宽减小导致的导线和介质层的电耦合增强效应。

但同时，这种多孔材料若长久暴露在空气中，容易吸收空气中的水汽，使介电常数增大，进而影响器件的可靠性和稳定性。

因此，在低K介质薄膜工艺中，用密封工艺(sealing process)来防止空气中潮湿气体进入并粘附在多孔中，从而保证器件的可靠性和稳定性。

J.Shoeb等人的文章(Juline Shoeb and Mark J.Kushner.Mechanisms for sealing of porous low-k SiOCH by combined He and NH3 plasma treatment.J.Vac.Sci.Technol.A 29，051305(2011)；doi：10.1116/1.3626534)报道过，多孔低K介质薄膜的密封可通过NH₃等离子体处理来实现。在低介电常数电介质阻挡层工艺中，淀积之前存在前处理(NH₃等离子体)的步骤，可将低K介质薄膜的微孔封住。

但是，在Cu互联工艺中，大马士革刻蚀后，TaN/Ta淀积工艺之前，尚缺乏这样的封孔工艺。实际上，如果低K介质薄膜长时间暴露于空气中，则水汽会进入低K介质薄膜，增加RC延迟，影响器件的可靠性。

具体地说，目前，Cu金属互联工艺步骤通常如下(以多层金属互联介质薄膜沉积为例)：

1)首先在多孔低K介质薄膜1上淀积多层金属互联中的低K阻挡薄膜3，并且，在低K阻挡薄膜3(例如SiHCN)淀积前，可以执行一步NH₃等离子体处理的步骤，NH₃等离子体处理的目的一是去除铜表面的氧化层，二是可以形成密封层2来将多孔低K介质薄膜1密封住；

2)多层金属互联中的低K介质薄膜4淀积：45nm工艺以下通常采用AMAT公司的多孔SiOC介质薄膜(例如SiHCON)；

3)多层金属互联中的氧化物/金属硬掩膜5以及硬掩膜覆盖层6的淀积；此后沉积光刻胶7，由此得到的结构如图1所示；

4)双大马士革刻蚀工艺；由此得到的结构如图2所示；

5)多层金属互联中的Cu阻挡层/晶种层8的淀积；由此得到的结构如图3所示。

大马士革刻蚀后，低k介质薄膜裸露于空气中，在Cu阻挡层/晶种层淀积之前，缺少对低K多孔介质薄膜表面的封孔处理工艺，若低K多孔介质薄膜与TaN阻挡层之间粘附性差，潮湿空气很容易进入孔隙，使低K材料介电常数增加，增加电路的RC延迟，降低器件的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述问题，提供一种金属互联中的多孔介质薄膜制造方法以及金属互联制造方法，其能够在不影响Cu互联工艺集成的前提下，对大马士革工艺中裸露在外的多孔介质薄膜(尤其是低k多孔介质薄膜)增加封孔处理工艺，防止水汽进入低k介质薄膜导致的RC延迟增加，增强低k多孔介质薄膜与TaN界面的粘附力，提高器件的可靠性。

根据本发明的第一方面，提供了一种改善金属互联中的多孔介质薄膜密封性的方法，其包括：在多孔介质薄膜密封性上淀积阻挡薄膜；在所述阻挡薄膜上淀积介质薄膜；在所述介质薄膜上淀积硬掩膜以及硬掩膜覆盖层；执行单大马士革刻蚀工艺和/或双大马士革刻蚀工艺以刻蚀所述介质薄膜、所述硬掩膜以及所述硬掩膜覆盖层，从而暴露多孔介质薄膜的至少一部分孔；以及执行NH₃等离子体处理，从而在所述多孔介质薄膜中的暴露的孔中的侧壁表面形成封闭层，然后淀积金属互联层。

优选地，所述改善金属互联中的多孔介质薄膜密封性的方法进一步包括：执行多层金属互联中的Cu阻挡层和/或晶种层的淀积。

优选地，所述改善金属互联中的多孔介质薄膜密封性的方法进一步包括：在多孔介质薄膜密封性上淀积阻挡薄膜之前，执行NH₃等离子体处理。

根据本发明的第二方面，提供了一种金属互联制造方法，其采用了根据本发明第一方面所述的改善金属互联中的多孔介质薄膜密封性的方法。