[发明专利]铜与低K介质材料的整合工艺

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及铜与低K介质材料的整合工艺，用以降低集成电路的阻容迟滞。

背景技术

随着集成电路技术的不断进步，具有高速度、高器件密度、低功耗及低成本的芯片已成为超大规模集成电路的主流产品。此时，芯片中的导线密度不断增加，导线宽度和间距不断缩小，互连结构中的电阻R和电容C所产生的寄生效应越来越明显。为了克服阻容迟滞(RCdelay)而引起的信号传播延迟，线间干扰及功率耗散等，铜线替代传统的铝线成为集成电路工艺的发展方向，低K材料代替传统的二氧化硅成为集成电路工艺的必然选择。因此，低电阻率的铜与低介电常数的介质材料相结合的新型互连结构，成为未来集成电路工艺技术发展的趋势。而如何让铜与低K介质材料有效整合应用，从集成电路的制程技术来看，具有挑战性。

参考图1所示，揭示了现有的铜与低K介质材料的整合工艺流程图。该整合工艺包括如下步骤：

步骤101：使用等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术在基底上沉积低K介质层；

步骤102：采用紫外线固化(UVcuring)工艺固化低K介质层；

步骤103：使用物理气相沉积(PVD)技术在介质层上沉积阻挡层；

步骤104：使用物理气相沉积(PVD)技术在阻挡层上沉积铜种子层；

步骤105：采用电化学电镀(ECP)工艺在铜种子层上沉积铜层；

步骤106：使用化学机械平坦化(CMP)技术将表层覆盖的铜层去除；

步骤107：使用化学机械平坦化(CMP)技术将表层覆盖的阻挡层去除。

上述整合工艺采用紫外线固化工艺固化低K介质层的目的是将低K介质材料的孔洞封闭，以达到增强低K介质材料的机械性能，同时避免后续化学机械平坦化过程中研磨液渗入低K介质材料的孔洞中的目的。然而，采用紫外线固化工艺固化低K介质层会导致介质材料的K值升高。此外，上述整合工艺使用了化学机械平坦化技术去除表层的铜层和阻挡层，化学机械平坦化本身的技术特性决定了介质材料的K值不能过低，否则，化学机械平坦化过程中施加的下压力会对介质材料造成损伤，因此，上述整合工艺具有局限性，难以实现铜与低K介质材料的有效整合。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜与低K介质材料的整合工艺，该整合工艺能够使介质材料保持足够低的K值并实现与铜的整合。

为实现上述目的，本发明提出的铜与低K介质材料的整合工艺，包括如下步骤：在基底上沉积低K或超低K介质层；对沉积的低K或超低K介质层进行等离子退火处理；在低K或超低K介质层上沉积阻挡层；在阻挡层上沉积铜种子层；在铜种子层上沉积铜层，铜层填满基底上的图形结构并覆盖在基底的整个表层上；采用化学机械平坦化工艺将基底表层上的铜层部分去除；采用无应力抛光工艺将基底表层上剩余的铜层全部去除，停留至阻挡层；采用热气相刻蚀工艺，将基底表层上的阻挡层全部去除。

在一个实施例中，在对沉积的低K或超低K介质层进行退火处理之后，在低K或超低K介质层上沉积阻挡层之前，还包括对低K或超低K介质层进行固化处理。

在一个实施例中，采用紫外线固化工艺，在封闭的充满氮气的空间内，将低K或超低K介质层加热至预定温度，然后采用预定波长的紫外线对低K或超低K介质层进行照射。

在一个实施例中，采用含氢气的等离子退火工艺对低K或超低K介质层进行退火处理。

在一个实施例中，采用He与H₂的混合气体对低K或超低K介质层进行微波等离子退火处理。

在一个实施例中，微波的波长为200nm以上。

与现有技术相比，本发明通过对沉积的低K或超低K介质层进行等离子退火处理，能够去除介质材料中含有的牺牲性致孔剂，从而提高介质材料的洞率，进而降低介质材料的K值。而且，由于采用了干法的热气相刻蚀工艺代替传统的化学机械平坦化工艺来去除基底表层上的阻挡层，能够避免湿法工艺中的液体渗入介质材料的孔洞中而导致介质材料的K值升高。此外，本发明采用无应力抛光去除基底表层上的铜层，避免机械应力在金属铜层平坦化过程中对机械强度较弱的介质材料造成损伤。本发明的整合工艺使介质材料保持足够低的K值并实现了与铜的整合，突破了现有工艺的技术壁垒。

附图说明

图1揭示了现有的铜与低K介质材料的整合工艺流程图。

图2揭示了本发明铜与低K介质材料相整合形成的互连结构的示意图。

图3揭示了本发明的铜与低K介质材料的整合工艺的一实施例的流程图。