专利名称：超低介电材料的化学机械抛光方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路制造领域，尤其涉及ー种超低介电材料的化学机械抛光方法，以减少化学机械抛光对超低介电常数薄膜产生损失的表面处理方法。
背景技术：
随着半导体集成电路エ艺技术的不断进步，当半导体器件縮小至深亚微米的范围时，互联中的电阻(R)和电容(C)易产生寄生效应，导致金属连线传递的时间延迟(RC timedelay)和信号串扰。因此，高性能的集成电路芯片需要尽可能低的连线电容电阻信号延 迟和信号串扰。为此，需要低阻值材料如铜金属线以及连线的层间及线间填充低介电常数(low k dielectric)的_离材料来减少因寄生电阻与寄生电容引起的RC延迟时间，从而达到提高器件性能的目的。然而，当金属导线的材料由铝转换成电阻率更低的铜的时候，由于铜很快扩散进氧化硅和硅，且铜的蚀刻较为困难，因此，现有技木通过转变到双大马士革结构，然后填入铜来实现铜互联，以促使低阻值材料如铜或低介电常数材料在集成电路生产エ艺中的应用。现有比较通用的ー种以超低介电材料为介电层的半导体元件制造エ艺为例，可以參见图IA至图1F。首先，參见图1A，提供一基底层100，在所述基底层100上形成第一蚀刻阻挡层101,在第一蚀刻阻挡层(Etch Stop layer) 101上沉积第一介电层102,并在第一介电层102和第一蚀刻阻挡层101中制作第一沟槽1062后,采用物理汽相沉积(physical vapordeposition, PVD)エ艺形成第一扩散阻挡层104。其次，參见图1B，在第一扩散阻挡层104上沉积金属，形成第一沟槽电镀铜1062’，且对上述结构进行化学机械抛光(CMP)エ艺，并停止在第一介电层102的表面上，使第一沟槽电镀铜1062’的表面平坦化，并使第一沟槽电镀铜1062’和第一介电层102的表面平齐。接着，參见图1C，在第一介电层102和第一沟槽电镀铜1062’的表面上由下至上依次沉积第二蚀刻阻挡层108、第二介电层110、图形化的光刻胶(图中未示)，并以图形化的光刻胶为掩膜蚀刻完成第一通孔112和第二沟槽114的制作，通过灰化工艺去除光刻胶。继而，參见图1D，在第二蚀刻阻挡层108的侧壁、第二介电层110的表面和侧壁上采用PVD溅射沉积第二扩散阻挡层118。然后，參见图1E，在第二扩散阻挡层118上利用电镀等エ艺进行填充沉积直至第一通孔112和第二沟槽114中填满金属120为止。最后，參见图1F，对上述结构进行化学机械抛光(CMP)エ艺，并停止在第二介电层110表面上，在进行有效清洁后沉积另一介电材料，然后开始下ー互连层的制备。目前在45纳米以上技术，普遍采用的超低介电常数绝缘介质材料是多孔性的掺碳的氧化娃(carbon doped oxide)薄膜(K < 2. 7)。通过超低介电常数材料的使用，可以在不降低布线密度的条件下，有效的降低寄生效应，減少了 RC互连延迟时间，从而提高集成电路的速度。但是，伴随着介质材料介电常数不断減少的要求，介电材料的空隙率和含碳量不断増加，而结构变得越来越疏松，在许多エ艺过程中，如上述技术方案的CMPエ艺(图IB和图IF所示)之后，由于掺碳氧化硅中存在着多孔，CMP进行过程中会引入诸如研磨液等污染渗入到多孔中，从而改变介电常数，造成表层的损伤122和损伤122’。如果不能有效去除这些污染，否则，这些污染会对集成电路的性能、可靠性和产率产生严重的影响。由此可见，引用这种新材料作为超低介电常数材料应用于双大马士革结构中吋，在形成双大马士革结构的过程中，所述CMPエ艺对不同表面将产生不同水平的破坏，尤其介电层的区域，以及金属表面，从而使诸如介电层区域中的超低介电常数薄膜的受损厚度増大，导致介电常数的变大。因此，这种新材料的引入増加了エ艺整合难度。为此，如何有效地避免低介电常数材料损伤导致的介电常数提高，以及如何改善金属层表面状态，提高与下层的结合力，从而提高电迁移和应カ迁移性能，成为当今一个尤为重要的课题。为了解决上述问题，在集成电路生产エ艺中运用这些低阻值材料或低介电常数材料吋，需要寻求解决办法消除来自于CMP等エ艺过程中对低介电常数材料的损伤，但在实际的实施过程中仍然存在相当大的壁垒，亟待引进能有效改善上述缺陷的新方法，以解决 低阻值材料如铜和/或低介电常数材料等在集成电路生产エ艺使用时面临的最主要的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供ー种超低介电材料的化学机械抛光方法，以减少化学机械抛光对超低介电常数薄膜的损伤。
为解决上述问题，本发明提出的ー种超低介电材料的化学机械抛光方法，包括如下步骤提供一基底层，在所述基底层上由下至上依次沉积第一介质阻挡层、第一介电层；采用碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积エ艺(PCVD)处理第一介电层的表面形成第一碳层；采用蚀刻エ艺由上至下依次蚀刻第一碳层、第一介电层和第一介质阻挡层，在第ー碳层、第一介电层和第一介质阻挡层中形成第一沟槽，并在第一沟槽的侧壁和第一碳层上形成第一扩散阻挡层后，再进行金属沉积，形成第一沟槽电镀铜，对上述结构进行化学机械抛光エ艺，并停止在第一碳层的表面上，再在第一碳层和第一沟槽电镀铜的表面上由下至上依次沉积第二介质阻挡层、第二介电层；采用碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积エ艺处理第二介电层的表面形成第ニ碳层；采用蚀刻エ艺由上至下依次蚀刻第二碳层、第二介电层、第二介质阻挡层，自上而下形成相连通的第一通孔和第二沟槽；在第一通孔的侧壁和第二沟槽的内表面以及第二碳层上沉积第二扩散阻挡层；在第二扩散阻挡层上进行金属沉积直至第一通孔和第二沟槽中填满金属为止，形成第一通孔电镀铜和第二沟槽电镀铜；对上述结构进行化学机械抛光エ艺，并停止在第二碳层表面上。由上述技术方案可见，与传统通用的与传统通用的超低介电材料的化学机械抛光方法相比，本发明公开的超低介电材料的化学机械抛光方法，先通过在所述第一介质阻挡层上沉积所述第一介电层(超低介电常数薄膜)和在所述第二介质阻挡层上沉积所述第二介电层(超低介电常数薄膜)，所述超低介电常数薄膜通常采用的是多孔性的掺碳的氧化硅，随后用碳氢化合物气体等离子体エ艺对超低介电常数薄膜表面即所述第一介电层和所述第二介电层的表面进行处理，在所述第一介电层和所述第二介电层的表面上分别形成了ー层疏水性的致密的第一碳层和第二碳层，所述第一碳层和第二碳层不会影响介质层的介电常数。由于在所第一介电层表面上存在ー层疏水性的致密的所述第一碳层、在所述第二介电层表面上存在ー层疏水性的致密的所述第二碳层，因此，在后续的CMPエ艺中，可以分别阻止研磨液进入所述第一介电层和所述第二介电层的孔洞中，从而減少了 CMP对超低介电常数薄膜的损伤。因此，利用改进的CMPエ艺在超低介电常数薄膜中加工的双大马士革结构能保持介质层的介电常数不变。
图IA至图IF为现有技术中ー种超低介电材料的化学机械抛光方法； 图2为本发明ー种超低介电材料的化学机械抛光的方法流程；图3A至图3K为本发明一实施例超低介电材料的化学机械抛光方法；图4A至图4L为本发明另ー实施例超低介电材料的化学机械抛光方法。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。參见图2，本发明所提供的ー种超低介电材料的化学机械抛光方法流程为SlOO :提供一基底层，在所述基底层上由下至上依次沉积第一介质阻挡层、第一介电层；SlOl采用碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积エ艺处理第一介电层的表面形成第一碳层；S102:采用蚀刻エ艺由上至下依次蚀刻第一碳层、第一介电层和第一介质阻挡层，在第一碳层、第一介电层和第一介质阻挡层中形成第一沟槽，并在第一沟槽的侧壁和第一碳层上形成第一扩散阻挡层后，再进行金属沉积，形成第一沟槽电镀铜，对上述结构进行化学机械抛光エ艺，并停止在第一碳层的表面上，再在第一碳层和第一沟槽电镀铜的表面上由下至上依次沉积第二介质阻挡层、第二介电层；S103:采用碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积エ艺处理第二介电层的表面形成第二碳层；
S104:采用蚀刻エ艺由上至下依次蚀刻第二碳层、第二介电层、第二介质阻挡层，自上而下形成相连通的第一通孔和第二沟槽；S105:在第一通孔的侧壁和第二沟槽的内表面以及第二碳层上沉积第二扩散阻挡层；S106:在第二扩散阻挡层上进行金属沉积直至第一通孔和第二沟槽中填满金属为止，形成第一通孔电镀铜和第二沟槽电镀铜；S107 :对上述结构进行化学机械抛光エ艺，并停止在第二碳层的表面上。实施例一
下面以图2所示的方法流程为例，结合附图3A至3K，对ー种消除低介电常数材料损伤的后段エ艺集成的制作エ艺进行详细描述。SlOO :提供一基底层，在所述基底层上由下至上依次沉积第一介质阻挡层、第一介电层。參见图3A，提供一基底层300，在所述基底层300上由下至上依次沉积第一介质阻挡层301、第一介电层302。SlOl :采用碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积エ艺处理所述第一介电层302的表面，形成第一碳层303。參见图3B和图3C，采用碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积エ艺处理所述第一介电层302的表面，形成ー层疏水性的致密的第一碳层303，并且不会影响介质层的介电常数。所述第一碳层303具有良好的黏附性和阻隔性，因此，所述第一碳层303可防止后续CMPエ艺过程中由于研磨导致的因水而引起的润滑或污染附着。所述碳氢化合物气体可以为CxHy气体或CxHy气体与其他气体混合的CxHy化合物气体。碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积的具体エ艺參数包括工作压カ为3托至8托，反应温度为200摄氏度至400摄氏度，反应气体为CxHy与He，其中，He与CxHy的气体流量比为10至100。其中，射频功率为50至200瓦，所述碳氢化合物气体流量为100至lOOOsccm。S102:采用蚀刻エ艺由上至下依次蚀刻第一碳层、第一介电层和第一介质阻挡层，在第一碳层、第一介电层和第一介质阻挡层中形成第一沟槽，并在第一沟槽的侧壁上形成第一扩散阻挡层后，再进行金属沉积，形成第一沟槽电镀铜，对上述结构进行化学机械抛光エ艺，并停止在第一碳层的表面上，再在第一碳层和第一沟槽电镀铜的表面上由下至上依次沉积第二介质阻挡层、第二介电层。首先，參见图3D，采用蚀刻エ艺由下至上依次蚀刻第一碳层303、第一介电层302和第一介质阻挡层301，在所述第一碳层303、所述第一介电层302和所述第一介质阻挡层301中进行第一沟槽3062的制作，并在所述的第一沟槽3062的侧壁以及第ー碳层303上采用物理气相沉积エ艺(PVD)溅射沉积第一扩散阻挡层304。然后，參见图3E，随后采用电镀エ艺沉积金属，形成第一沟槽电镀铜3062’，对上述结构进行化学机械抛光エ艺，并停止在所述第一碳层303的表面上，使第一沟槽电镀铜3062’的表面平坦化，且使第一沟槽电镀铜3062’的表面和第一碳层303的表面平齐。接着，在第一碳层303和第一沟槽电镀铜3062’表面上由下至上依次沉积第二介质阻挡层308、第ニ介电层310。S103:采用碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积エ艺处理第二介电层的表面形
成第二碳层。參见图3F和图3G，采用碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积エ艺处理第二介电层310的表面，形成ー层疏水性的致密的第二碳层312，同样不会影响介质层的介电常数。所述第二碳层312的特性、作用、エ艺參数等内容可參见SlOl所描述的内容，在此不再 --赘述。S104:采用蚀刻エ艺由上至下依次蚀刻第二碳层、第二介电层、第二介质阻挡层，自上而下形成相连通的第一通孔和第二沟槽。參见图3H，在第二碳层312上沉积图形化的光刻胶(图中未示)，并以图形化的光刻胶为掩膜由上至下依次蚀刻第二碳层312、第二介电层310、第二介质阻挡层308，并自上而下形成完全相连通的第一通孔3141和第二沟槽3142的制作，通过灰化工艺去除光刻胶。S105:在第一通孔的侧壁和第二沟槽的内表面以及第二碳层上沉积第二扩散阻挡层。參见图31，在第一通孔3141的侧壁和第二沟槽3142的内表面以及第二碳层312上采用PVD溅射沉积第二扩散阻挡层316。所述扩散阻挡层的沉积可以防止金属的扩散和具有良好的黏附性，这里所述的扩散阻挡层包括第一扩散阻挡层304、第二扩散阻挡层316。S106:在第二扩散阻挡层上进行金属沉积直至第一通孔和第二沟槽中填满金属为止，形成第一通孔电镀铜和第二沟槽电镀铜。參见图3J，在第二扩散阻挡层316上利用电镀等エ艺进行填充沉积直至第一通孔3141和第二沟槽3142中填满金属318为止，形成第一通孔电镀铜3141’和第二沟槽电镀铜3142，。S107 :对上述结构进行化学机械抛光エ艺，并停止在第二碳层的表面上。參见图3K，利用化学机械抛光エ艺由上至下依次去除第二碳层312上的金属318、第二扩散阻挡层316，同步去除第二沟槽3142之外的金属318，当金属318减薄并完成互联金属层后，停止CMPエ艺，通过CMPエ艺可是使第二碳层312的表面没有多余的金属318，从而使表面平坦。在进行有效清洁后沉积另一介电材料，然后开始下ー互连层的制备。经过上述步骤在通孔内镶嵌着金属，可以使通孔内的金属与用于金属导线的沟槽中的材料相同，減少由通孔产生电迁移失效的问题，从而实现了铜替代铝材料的高导电的导线与低介电常数材料之间的金属连线エ艺，降低了 RC时间延迟，提高集成电路的性能。实施例ニ在背景技术中已经提及，在集成电路生产エ艺中运用这些低阻值材料或低介电常数材料时，需要寻求解决办法消除来自于CMP等エ艺过程中对低介电常数材料的损伤，但在实际的实施过程中仍然存在相当大的壁垒，通过实施例一的方案可以减少CMPエ艺过程中研磨液进入介电层的孔洞中对超低介电常数薄膜造成的损伤，从而減少由通孔产生的电迁移失效的问题。然而，在实施例一的步骤S102中采用的蚀刻エ艺，在刻蚀エ艺形成之前，通常需要在第一碳层303上沉积图形化的光刻胶(图中未示)，并以图形化的光刻胶为掩膜进行蚀刻，以在第一碳层303、第一介电层302和第一介质阻挡层301中制作第一沟槽3062，在形成了第一沟槽3062后，还需要进行灰化工艺去除图形化的光刻胶；随后，在第一沟槽3062中沉积金属形成第一沟槽电镀铜3062’后，进行CMP工艺，并清洁去除由CMP工艺造成的污染。由于超低介电常数绝缘介质材料的空隙率和含碳量不断增加而结构变得越来越疏松，很容易被利用高能量的等离子体蚀刻工艺攻击；接着，在其后参与的灰化工艺和去除所述的这些污染而进行的清洁中，图 形化后的介电材料的表面尤其是介电材料的垂直侧壁表面会出现碳的损失，改变介电常数。因此，基于实施例一的基础上，结合附图4A至4L，提出了一种更佳的消除低介电常数材料损伤的后段工艺集成的制作工艺并进行详细描述。SlOO :提供一基底层，在所述基底层上由下至上依次沉积第一阻挡层、第一介电层。参见图4A，提供一基底层400，在所述基底层400上由下至上依次沉积第一阻挡层401、第一介电层402。SlOl :采用碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积工艺处理第一介电层的表面形
成第一碳层。参见图4B和图4C，对第一介电层402的表面进行处理形成一层疏水性的致密的第一碳层403，因此，所述第一碳层403具有良好的黏附性和阻隔性，且不会影响介质层的介电常数。所述第一碳层403的厚度为500A 2000A。若低于500 A，在后续的蚀刻工艺和灰化工艺过程中有被损耗掉的风险，在后续的工艺中，如灰化后的酸槽清洗等，就对介电材料起不了保护作用；若高于2000A，_ 是容易产生薄膜剥落的风险，二是生产成本大大增加，因而第一碳层403的厚度为500A 2000A为最佳选择，此厚度的选择是本领域技术人员通过理论分析以及无数次的实验通过创造性的劳动获知的。优选的，所述第一碳层403的厚度在800A，经过后续的蚀刻工艺和灰化工艺后仍有足够的剩余厚度(大于300A)，在后续的CMP工艺中，对介电材料仍起保护作用而且生产成本没有增加多少，也没有薄膜剥落的风险。可以采用碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积工艺或碳氢化合物气体热分解反应等工艺来实现第一碳层403。所述碳氢化合物气体可以为CxHy气体或CxHy气体与其他气体混合的CxHy化合物气体。所述碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积的具体工艺参数包括工作压力为3托至8托，反应温度为200摄氏度至400摄氏度，反应气体为CxHy与He，其中，He与CxHy的气体流量比为10至100。其中，射频功率为50至200瓦，所述碳氢化合物气体流量为100至lOOOsccm。所述碳氢化合物气体热分解反应的具体工艺参数包括反应温度为250摄氏度至400摄氏度，最佳为350摄氏度。若低于250摄氏度，热分解反应速度慢甚至不能产生反应；若高于400摄氏度，会造成器件里的镍化硅(NiSi)化合物的相变，对整个器件功能造成破坏。350摄氏度是目前业界低介电材料沉积的标准温度。反应压力在30托至650托，最佳为350托,若低于30托,反应速度慢导致生产成本高,若高于650托,薄膜的质量会下降,成分会有所变化；350托从工艺控制和薄膜质量来说，是最佳的。S102:采用蚀刻工艺由上至下依次蚀刻第一碳层、第一介电层和第一介质阻挡层，在第一碳层、第一介电层和第一介质阻挡层中形成第一沟槽，并在第一沟槽的侧壁上形成第一扩散阻挡层后，再进行金属沉积，形成第一沟槽电镀铜，对上述结构进行化学机械抛光工艺，并停止在第一碳层的表面上，再在第一碳层和第一沟槽电镀铜的表面上由下至上依次沉积第二介质阻挡层、第二介电层。首先，参见图4D，在第一碳层上沉积图形化的光刻胶(图中未示)，以图形化的光刻胶为掩膜进行蚀刻工艺，由下至上依次蚀刻第一碳层403、第一介电层402和第一阻挡层401，在所述第一碳层403、所述第一介电层402和所述第一阻挡层401中进行第一沟槽4062的制作，然后，通过灰化工艺去除光刻胶，接着对暴露出的第一沟槽的内表面进行酸槽清洁等工艺，并在所述的第一沟 槽4062的侧壁以及第一碳层403上采用物理气相沉积工艺(PVD)溅射沉积第一扩散阻挡层404。由于所述第一碳层的厚度为500A 2000A,且为疏水性的致密的碳层，因此，可以有效缓冲高能量的等离子体蚀刻工艺对介电材料所带来的冲击；并且，来自于第一碳层403的碳可以部分的扩散至第一介电层402中，其中，在经过蚀刻工艺后得到的图形化的第一介电层402在垂直侧壁表面处也会伴随着一定的聚合化合反应而形成碳膜或碳化合物膜403’。因此，在进行灰化工艺去除光刻胶时或对上述结构进行表面酸槽清洁工艺时，在第一介电层402的垂直侧壁表面处的碳膜或碳化合物膜403’可以对第一介电层402进行保护，同时还可以由来自于第一碳层403的碳对所述第一介电层402，尤其是第一介电层402的垂直侧壁表面处的碳的损耗进行补偿，防止第一介电层402的外形轮廓受损。其次，参见图4E，随后采用电镀工艺沉积金属，形成第一沟槽电镀铜4062’，对上述结构进行化学机械抛光工艺，并停止在所述第一碳层403的表面上，使第一沟槽电镀铜4062’的表面平坦化，且使第一沟槽电镀铜4062’的表面和第一碳层403的表面平齐。由于厚度为500A 2000A的第一碳层403的存在，不仅可以有效缓冲高能量的等离子体蚀刻工艺对第一介电层403所带来的冲击，还可以在支撑CMP工艺时有效地阻止研磨液进入第一介电层402，尤其是第一碳层表面下的与第一扩散阻挡层紧邻的第一介电层的侧壁多孔中，从而减少了 CMP对超低介电常数薄膜的损伤。然后，参见图4F，在第一碳层403和第一沟槽电镀铜4062’表面上由下至上依次沉积第二阻挡层408、第二介电层410。S103:采用碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积工艺处理第二介电层的表面形
成第二碳层。参见图4G和图4H，对第二介电层410的表面进行处理形成厚度为500A 2000A的一层疏水性的致密的第二碳层412，同样不会影响介质层的介电常数。所述第二碳层412的特性、作用、工艺参数等内容可参见SlOl所描述的内容，在此不再一一赘述。S104:采用蚀刻工艺由上至下依次蚀刻第二碳层、第二介电层、第二介质阻挡层，自上而下形成相连通的第一通孔和第二沟槽。参见图41，在第二碳层412上沉积图形化的光刻胶(图中未示)，并以图形化的光刻胶为掩膜由上至下依次蚀刻第二碳层412、第二介电层410、第二阻挡层408，并自上而下形成完全相连通的第二沟槽4142和第一通孔4141的制作，通过灰化工艺去除光刻胶，接着对暴露出的第二沟槽4142的内表面和第一通孔4141进行酸槽清洁等工艺。为避免所述第二介电层410来自于蚀刻工艺、灰化工艺以及酸槽清洁等过程中遭受的碳的损耗，所述第二碳层412的作用以及碳膜或碳化合物膜412’如何形成并如何起保护作用等内容可参见S102所描述的内容，在此不再一一赘述。S105:在第一通孔的侧壁和第二沟槽的内表面以及第二碳层上沉积第二扩散阻挡层。参见图4J，在第一通孔4141的侧壁和第二沟槽4142的内表面以及第二碳层412上采用PVD溅射沉积第二扩散阻挡层416。所述扩散阻挡层的沉积可以防止金属的扩散和具有良好的黏附性，这里所述的扩散阻挡层包括第一扩散阻挡层404、第二扩散阻挡层416。S106:在第二扩散阻挡层上进行金属沉积直至第一通孔和第二沟槽中填满金属为止，形成第一通孔电镀铜和第二沟槽电镀铜。
参见图4K，在第二扩散阻挡层416上利用电镀等工艺进行填充沉积直至第一通孔4141和第二沟槽4142中填满金属418为止，形成第一通孔电镀铜4141’和第二沟槽电镀铜4142，。S107 :对上述结构进行化学机械抛光工艺，并停止在第二碳层的表面上。参见图4L，利用化学机械抛光工艺由上至下依次去除第二碳层412上的金属418、第二扩散阻挡层416，同步去除第二沟槽4142之外的金属418，当金属418减薄并完成互联金属层后，停止CMP工艺，通过CMP工艺可是使第二碳层412的表面没有多余的金属418，从而使表面平坦。在进行有效清洁后沉积另一介电材料，然后开始下一互连层的制备。为避免所述第二介电层410来自于CMP工艺过程中遭受的损伤，所述第二碳层412的作用等内容可参见S102所描述的内容，在此不再一一赘述。经过上述步骤在通孔内镶嵌着金属，可以使通孔内的金属与用于金属导线的沟槽中的材料相同，减少由通孔产生电迁移失效的问题，从而实现了铜替代铝材料的高导电的导线与低介电常数材料之间的金属连线工艺，降低了 RC时间延迟，提高集成电路的性能。由上述技术方案可知，与传统通用的超低介电材料的化学机械抛光方法相比，本发明公开的超低介电材料的化学机械抛光方法，先通过在所述第一介质阻挡层上沉积所述第一介电层(超低介电常数薄膜)和在所述第二介质阻挡层上沉积所述第二介电层(超低介电常数薄膜)，所述超低介电常数薄膜通常采用的是多孔性的掺碳的氧化硅，随后用碳氢化合物气体等离子体工艺对超低介电常数薄膜表面即所述第一介电层和所述第二介电层的表面进行处理，在所述第一介电层和所述第二介电层的表面上分别形成了一层疏水性的致密的第一碳层和第二碳层，所述第一碳层和第二碳层不会影响介质层的介电常数。由于在所第一介电层表面上存在一层疏水性的致密的第一碳层、在所述第二介电层表面上存在一层疏水性的致密的第二碳层，所述的第一碳层和所属的第二碳层具有良好的黏附性和阻隔性，因此，在进行CMP工艺的过程中，所述第一碳层和所述第二碳层可以分别阻止研磨液进入多孔性的掺碳的所述第一介电层和所述第二介电层中，同时，防止了由于研磨导致的因水引起的润滑或污染附着，从而减少了 CMP对超低介电常数薄膜的损伤。因此，利用改进的CMP工艺在超低介电常数薄膜中加工的双大马士革结构能保持介质层的介电常数不变。当然，本发明公开的一种超低介电材料的化学机械抛光方法包括但不限于只有2层介电层(所述介电层包括所述第一介电层和所述第二介电层)的结构，若在实际生产过程中还需要进行第三介电层或是第四介电层甚至更多的介电层的制作，也属于本发明的精神和范围内。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种超低介电材料的化学机械抛光方法，包括如下步骤 提供一基底层，在所述基底层上由下至上依次沉积第一介质阻挡层、第一介电层； 采用碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积工艺处理第一介电层的表面形成第一碳层； 采用蚀刻工艺由上至下依次蚀刻第一碳层、第一介电层和第一介质阻挡层，在第一碳层、第一介电层和第一介质阻挡层中形成第一沟槽，并在第一沟槽的侧壁上形成第一扩散阻挡层后，再进行金属沉积，形成第一沟槽电镀铜，对上述结构进行化学机械抛光工艺，并停止在第一碳层的表面上，再在第一碳层和第一沟槽电镀铜的表面上由下至上依次沉积第二介质阻挡层、第二介电层； 采用碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积工艺处理第二介电层的表面形成第二碳 层； 采用蚀刻工艺由上至下依次蚀刻第二碳层、第二介电层、第二介质阻挡层，自上而下形成相连通的第一通孔和第二沟槽； 在第一通孔的侧壁和第二沟槽的内表面以及第二碳层上沉积第二扩散阻挡层； 在第二扩散阻挡层上进行金属沉积直至第一通孔和第二沟槽中填满金属为止，形成第一通孔电镀铜和第二沟槽电镀铜； 对上述结构进行化学机械抛光工艺，并停止在第二碳层表面上。
2.根据权利要求I所述的超低介电材料的化学机械抛光方法，其特征在于所述碳氢化合物气体等离子体化学气相沉积工艺的工作压力为3托至8托，反应温度为200摄氏度至400摄氏度，反应气体为CxHy与He，其中，He与CxHy的气体流量比为10至100。
3.根据权利要求I所述的超低介电材料的化学机械抛光方法，其特征在于所述第一碳层和第二碳层的厚度均为500A至2000人。
4.根据权利要求I所述的超低介电材料的化学机械抛光方法，其特征在于在第一沟槽的侧壁上形成第一扩散阻挡层的步骤中，还在第一碳层上形成第一扩散阻挡层。
5.根据权利要求I所述的超低介电材料损伤的处理方法，其特征在于处理第一介电层的表面形成第一碳层的步骤和处理第二介电层的表面形成第二碳层的步骤采用的工艺为碳氢化合物气体热分解反应工艺。
6.根据权利要求5所述的超低介电材料损伤的处理方法，其特征在于所述碳氢化合物气体热分解反应工艺的工作压力为30托至650托，反应温度为250摄氏度至400摄氏度。
7.根据权利要求I所述的超低介电材料的化学机械抛光方法，其特征在于所述第一扩散阻挡层和所述第二扩散阻挡层的形成采用物理气相沉积工艺。
8.根据权利要求I所述的超低介电材料的化学机械抛光方法，其特征在于所述金属沉积采用电镀工艺。
全文摘要
本发明提出一种超低介电材料的化学机械抛光方法，包括如下步骤采用碳氢化合物气体处理第一介电层的表面形成第一碳层；在第一碳层、第一介电层和第一介质阻挡层中形成第一沟槽，对在第一沟槽侧壁上形成的第一扩散阻挡层上进行金属沉积后形成的第一沟槽电镀铜进行化学机械抛光，再沉积第二介质阻挡层、第二介电层；采用碳氢化合物气体处理第二介电层的表面形成第二碳层；形成第一通孔和第二沟槽；沉积第二扩散阻挡层；在第二扩散阻挡层上对第一通孔和第二沟槽进行金属填充；对上述结构进行化学机械抛光工艺，停止在第二碳层上。本发明提供了一种超低介电材料的化学机械抛光方法，以减少化学机械抛光对超低介电常数薄膜产生损失的表面处理方法。
文档编号H01L21/311GK102751188SQ20121022036
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月28日 优先权日2011年11月10日
发明者张文广, 徐强, 郑春生, 陈玉文 申请人:上海华力微电子有限公司