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1、(10)申请公布号 CN 102856251 A (43)申请公布日 2013.01.02 CN 102856251 A *CN102856251A* (21)申请号 201210356515.6 (22)申请日 2012.09.21 H01L 21/768(2006.01) (71)申请人 复旦大学 地址 200433 上海市杨浦区邯郸路 220 号 (72)发明人 孙清清 房润辰 张卫 王鹏飞 周鹏 (74)专利代理机构 上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人 陆飞 盛志范 (54) 发明名称 一种低介电常数介质表面去羟基化的方法 (57) 摘要 本发明属于集成电路互连介质的处理领域。
2、， 具体涉及一种低介电常数介质表面去羟基化的方 法。本发明使用含有三甲基硅基基团的有机物携 氢气载气对低介电常数介质表面进行处理， 通过 化学反应去除低介电常数介质表面的大多数极性 羟基基团， 并使之替代为无极性的三甲基硅基基 团或者三甲基硅氧基基团， 可以降低低介电常数 介质的介电常数， 使得整个电路的 RC 延迟下降。 本发明所提出的低介电常数介质表面的去羟基 化工艺与传统互连工艺之间具有很高的兼容性， 并且可以使得互连当中的低介电常数介质不易吸 水， 延长芯片的使用寿命。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (1。
3、2)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 1/1 页 2 1. 一种低介电常数介质表面去羟基化的方法， 其特征在于， 包括 ： 用含有三甲基硅基 基团的有机物对低介电常数介质表面进行处理 , 通过化学反应将低介电常数介质表面的 羟基基团用三甲基硅基基团或者三甲基硅氧基基团替代。 2. 如权利要求 1 所述的低介电常数介质表面去羟基化的方法， 其特征在于， 所述的含 有三甲基硅基基团的有机物的化学式为 R-Si-（CH3） 3， 其中 R 代表为任意基团。 3. 如权利要求 1 所述的低介电常数介质表面去羟基化的方法， 其特征在于， 包括 ： 所 述用含有三甲基硅基基团。
4、的有机物对低介电常数介质表面进行处理 , 是以氢气为载气将 含有三甲基硅基基团的有机物通入到温度为 300以上的反应腔体中 ； 将待处理的低介电 常数介质放入反应腔体中反应 5-30 分钟。 4. 如权利要求 2 所述的低介电常数介质表面去羟基化的方法， 其特征在于， 所述的含 有三甲基硅基基团的有机物为六甲基二硅烷、 二甲基二甲氧基硅烷、 二甲基硅烷、 六甲基二 甲硅醚、 六甲基环三硅氧烷、 四甲基铵硅酸盐、 三甲基氯硅烷、 六甲基二硅氮烷、 六甲基二甲 硅醚、 二苯基四甲基二硅烷胺或者为正十八烷基三氯硅烷之中的任意一种。 权 利 要 求 书 CN 102856251 A 2 1/3 页 3。
5、 一种低介电常数介质表面去羟基化的方法 技术领域 0001 本发明属于集成电路互连介质处理技术领域， 具体涉及低介电常数介质表面的处 理方法， 尤其涉及一种低介电常数介质表面去羟基化的方法。 背景技术 0002 随着集成电路技术的不断发展， 集成电路的特征尺寸正在不断缩小， 从以前的 0.13 微米工艺一直发展到今天主流的 45 纳米工艺， 甚至因特尔已经推出了 22 纳米工艺。 器件尺寸越来越小， 电路的互连层数越来越多， 电路中的 RC(R 指电阻， C 指电容 ) 延迟对电 路的性能带来很大的影响。 0003 由于电容 C 正比于电路互连层中隔离介质的相对介电常数值， 因此在超大规模集 。
6、成电路互连中， 低介电常数材料已替代传统的二氧化硅 （SiO2） 介质成为铜互连隔离介质研 究的主流。有些材料， 比如碳硅氧氢化物 (SiCOH) 薄膜由于含有有机碳基团和纳米孔隙， 具 有很低的介电常数 （k） 值 （k=2.3 3.0） ， 已成为广泛研究的低介电常数材料之一。 0004 出于对芯片垂直空间的利用需要， 目前多采用多层铜互连技术， 这使得硅片表面 的不平整度加剧， 需要在沉积好低介电常数介质之后进行化学机械平坦化工艺以及等离子 体处理， 使其表面平整。 但是经过表面等离子体处理之后， 低介电常数介质的表面会吸附一 些具有极性的羟基基团， 使得其介电常数值上升， 造成整个电路。
7、当中的 RC 延迟上升， 因此 需要对低介电常数介质表面进行去羟基化处理， 以降低其介电常数值。 发明内容 0005 有鉴于此， 本发明的目的在于提出一种低介电常数介质表面去羟基化的方法， 以 降低其介电常数值， 进而减小整个电路的 RC 延迟。 0006 为达到本发明的上述目的， 本发明提出了一种低介电常数介质表面去羟基化的方 法， 包括 ： 用含有三甲基硅基基团的有机物对低介电常数介质表面进行处理 , 通过化学反 应将低介电常数介质表面的羟基基团用三甲基硅基基团或者三甲基硅氧基基团替代。 所述 的含有三甲基硅基基团的有机物的化学式可以以 R-Si-（CH3） 3表示， 其中 R 可以代表为。
8、任 意基团。 0007 如上所述的低介电常数介质表面去羟基化的方法， 所述用含有三甲基硅基基团的 有机物对低介电常数介质表面进行处理 , 具体以氢气为载气将含有三甲基硅基基团的有 机物通入到温度为 300以上的反应腔体中 ； 将待处理的低介电常数介质放入反应腔体中 反应 5-30 分钟。 0008 所述的含有三甲基硅基基团的有机物为六甲基二硅烷、 六甲基环三硅氧烷、 四甲 基铵硅酸盐、 三甲基氯硅烷、 六甲基二硅氮烷、 六甲基二甲硅醚、 二苯基四甲基二硅烷胺或 者为正十八烷基三氯硅烷之中的任意一种， 也可以为其它含有三甲基硅基基团的有机物。 0009 本发明所提出的使用含有三甲基硅基基团的有机。
9、物携氢气载气对低介电常数介 质表面进行处理的方法， 可以去除低介电常数介质表面的大多数极性羟基基团， 并使之替 说 明 书 CN 102856251 A 3 2/3 页 4 代为无极性的三甲基硅基基团或者三甲基硅氧基基团， 可以降低低介电常数介质的介电常 数， 使得整个电路的 RC 延迟下降。 0010 本发明所提出的低介电常数介质表面的去羟基化的方法在工艺过程中对温度和 时间的选择不会影响已生产好的集成电路中的器件和互连电路， 与传统互连工艺之间具有 很高的兼容性， 并且可以使得互连当中的低介电常数介质不易吸水， 延长芯片的使用寿命。 附图说明 0011 图 1 为本发明所提出的对低介电常数。
10、介质表面去羟基化的工艺示意图。 0012 图 2 为含有三甲基硅基基团的有机物在低介电常数介质表面与羟基基团发生化 学反应的示意表达式。 0013 图 3- 图 9 为本发明提出的在前道铜互连中使用正十八烷基三氯硅烷处理低介电 常数介质表面的一个实施例的工艺流程图。 具体实施方式 0014 本发明使用含有三甲基硅基基团的有机物携氢气载气对低介电常数介质表面进 行处理， 通过化学反应可以去除低介电常数介质表面的大多数极性羟基基团， 并使之替代 为无极性的三甲基硅基基团或者三甲基硅氧基基团， 可以降低低介电常数介质的介电常 数， 并使得低介电常数介质的表面不易吸水， 延长芯片的使用寿命。 0015。
11、 含有三甲基硅基基团的有机物的表达式可以用R-Si- （CH3） 3统一表示， 其中R可以 代表为任意基团。具体的， 比如可以为六甲基二硅烷 （HMDS） 、 六甲基环三硅氧烷 （HMCTS） 、 四甲基铵硅酸盐 （TMAS） 、 三甲基氯硅烷 （TCMS） 、 六甲基二硅氮烷 （HMDZ） 、 六甲基二甲硅醚 （HMDSO） 、 二苯基四甲基二硅烷胺 （DPTMDS） 或者为正十八烷基三氯硅烷 （ODTS） , 也可以为 其它含有三甲基硅基基团的有机物。 0016 图1为本发明所提出的对低介电常数介质表面去羟基化的工艺示意图。 如图1， 将 R-Si-（CH3） 3有机物装在一溶剂瓶中， 以。
12、氢气 （H2） 为载气将 R-Si-（CH3）3有机物通入到温 度为 300以上的反应腔体内， 然后将待处理的低介电常数介质放入反应腔体内进行反应 5-30 分钟， 之后取出即可。 0017 图 2 为 R-Si-（CH3） 3有机物在低介电常数介质表面与羟基基团发生化学反应的 示意表达式， 其中图2a为羟基基团替代为三甲基硅基基团的反应， 图2b为羟基基团替代为 三甲基硅氧基基团的反应。 0018 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明， 以下所叙述的是在 前道铜互连中使用 ODTS 处理低介电常数介质表面的一个实施例的工艺流程。图 3 至图 9 描述了在前道铜互连中使用 OD。
13、TS 处理低介电常数介质表面的一部分工序。在图中， 为了方 便说明， 放大或缩小了层和区域的厚度， 所示大小并不代表实际尺寸。 尽管这些图并不能完 全准确的反映出器件的实际尺寸， 但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互 位置， 特别是组成结构之间的上下和相邻关系。 0019 如图 3 所示， 首先在提供的半导体基底 200 的表面生长低介电常数介质层 201， 之 后在低介电常数介质层 201 之上旋涂光刻胶 301 并掩模、 曝光、 显影定义出互连通孔的位 置。 说 明 书 CN 102856251 A 4 3/3 页 5 0020 所述半导体基底 200 的材质可以是单晶硅、 多。
14、晶硅、 非晶硅中的一种， 也可以是绝 缘体上的硅结构或硅上外延层结构。 在所述半导体基底200中形成有半导体器件 （未示出） ， 例如具有栅极、 源极和漏极的金属氧化物半导体器件。所述半导体基底 200 中还可以形成 有金属互连结构 （未示出） ， 如铜的通孔或者互连线。 0021 所述低介电常数介质层 201 可以是二氧化硅、 硼硅玻璃、 磷硅玻璃、 硼磷硅玻璃 等。 0022 接下来， 刻蚀掉没有被光刻胶保护的低介电常数介质 , 在低介电常数介质层 201 中形成互连通孔， 剥除光刻胶 301 后如图 4 所示。 0023 接下来， 先对所形成的低介电常数介质层 201 进行等离子处理 （。
15、此工艺是业界所 熟知的） ， 然后对低介电常数介质层 201 的表面进行去羟基化处理。将 ODTS 装在一个溶剂 瓶中， 以 H2为载气将 ODTS 通入到 300以上的反应腔体内， 然后将所形成的器件放入反应 腔内反应 5-30 分钟， 之后将器件取出。进行反应后， 低介电常数介质 201 表面的羟基基团 可以替代为三甲基硅基基团， 其示意图如图 5 所示。 0024 接下来， 在所形成的互连通孔的底壁、 侧壁以及剩余的低介电常数介质层 201 的 表面生长一层抗铜扩散阻挡层202， 抗铜扩散阻挡层202比如为氮化钽/钽双层抗铜扩散阻 挡层， 如图 6 所示。 0025 接下来， 在抗铜扩散。
16、阻挡层 202 之上先淀积一层薄的籽晶铜， 再在籽晶铜之上电 镀铜金属 203， 如图 7 所示。 0026 接下来， 对铜金属进行化学机械抛光， 以去除多余的铜金属、 抗铜扩散阻挡层和低 介电常数介质层， 如图 8 所示。 0027 最后， 利用等离子体增强化学气相沉积 （PECVD）工艺， 使用硅烷 （SiH4）和氨气 （NH3） 为反应气体生长一层氮化硅 （Si3N4） 刻蚀阻挡层 204， 如图 9 所示。 0028 如上所述， 在不偏离本发明精神和范围的情况下， 还可以构成许多有很大差别的 实施例。 应当理解， 除了如所附的权利要求所限定的， 本发明不限于在说明书中所述的具体 实例。 说 明 书 CN 102856251 A 5 1/4 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102856251 A 6 2/4 页 7 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102856251 A 7 3/4 页 8 图 6 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 102856251 A 8 4/4 页 9 图 9 说 明 书 附 图 CN 102856251 A 9 。