專利名稱：介質(zhì)層的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，特別是一種介質(zhì)層的形成方法。
背景技術(shù)：
目前在半導(dǎo)體制造的后段工藝中，為了連接各個(gè)部件構(gòu)成集成電路，通常使用具有相對(duì)高導(dǎo)電率的金屬材料例如銅進(jìn)行布線，也就是金屬布線。而用于金屬布線之間連接的通常為導(dǎo)電插塞。用于將半導(dǎo)體器件的有源區(qū)與其它集成電路連接起來(lái)的結(jié)構(gòu)一般為導(dǎo)電插塞?，F(xiàn)有導(dǎo)電插塞通過(guò)通孔工藝或雙鑲嵌工藝形成。在現(xiàn)有形成銅布線或?qū)щ姴迦倪^(guò)程中，通過(guò)刻蝕介質(zhì)層形成溝槽或通孔，然后 于溝槽或通孔中填充導(dǎo)電物質(zhì)。然而，當(dāng)特征尺寸達(dá)到深亞微米以下工藝的時(shí)候，在制作銅布線或?qū)щ姴迦麜r(shí)，為防止RC效應(yīng)，須使用超低介電常數(shù)(Ultra low k)的介電材料作為介質(zhì)層(所述超低k為介電常數(shù)小于等于2. 6)。在美國(guó)專利申請(qǐng)US11/910054中公開了一種采用超低k介電材料作為介質(zhì)層的技術(shù)方案。在半導(dǎo)體器件的后段制作過(guò)程中，在制作銅金屬布線過(guò)程中采用超低k介質(zhì)層的工藝如圖I至圖4所示，參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底10上形成有如晶體管、電容器、導(dǎo)電插塞等結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體襯底10上形成超低k介質(zhì)層20。如圖2所示，在超低k介質(zhì)層20上涂覆光刻膠層40 ;經(jīng)過(guò)曝光顯影工藝，在光刻膠層40上定義出開口的圖案；以光刻膠層40為掩膜，沿開口的圖案刻蝕超低k介質(zhì)層20至露出半導(dǎo)體襯底10，形成溝槽50。如圖3所示，去除光刻膠層和抗反射層；用濺鍍工藝在超低k介質(zhì)層20上形成銅金屬層60，且所述銅金屬層60填充滿溝槽內(nèi)。如圖4所示，采用化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)平坦化金屬層至露出超低k介質(zhì)層20，形成金屬布線層60a。現(xiàn)有技術(shù)在超低k介質(zhì)層中形成金屬布線或?qū)щ姴迦麜r(shí),超低k介質(zhì)層的介電常數(shù)k值會(huì)發(fā)生漂移(k值變大)，從而導(dǎo)致超低k介質(zhì)層電容值發(fā)生變化，使半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種介質(zhì)層的形成方法，防止在制作金屬布線層或?qū)щ姴迦麜r(shí)，超低k介質(zhì)層的介電常數(shù)k值發(fā)生漂移，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種介質(zhì)層的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層；對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行第一次處理，增強(qiáng)介質(zhì)層表面硅氧鍵的結(jié)合力；刻蝕介質(zhì)層至露出半導(dǎo)體襯底，形成溝槽或通孔；在溝槽或通孔內(nèi)填充滿金屬層；對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行第二次處理，降低介質(zhì)層的介電常數(shù)?？蛇x的，所述第一次處理采用紫外線或電子束。可選的，所述紫外線的波長(zhǎng)為210nm 230nm。
可選的，所述紫外線處理所需要時(shí)間為120s 150s?？蛇x的，所述第二次處理采用紫外線或電子束。可選的，所述紫外線的波長(zhǎng)為270nm 290nm?？蛇x的，所述紫外線處理所需要時(shí)間為90s 120s?？蛇x的，所述介質(zhì)層為超低k介質(zhì)層，介電常數(shù)為小于等于2. 6?？蛇x的，所述超低k介質(zhì)層的材料為SiCOH?？蛇x的，形成介質(zhì)層的方法為化學(xué)氣相沉積法。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)在半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層后，對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行第一次處理；在介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽或通孔后，再對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行第二次處理。在對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行第一次處理后，移除了介質(zhì)層表面的懸掛鍵，增強(qiáng)了介質(zhì)層表面硅氧鍵的結(jié)合力；在對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕后，再對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行第二次處理，在介質(zhì)層內(nèi)產(chǎn)生多孔，降低介質(zhì)層的介電常數(shù)。有效防止了超低k介質(zhì)層的k值漂移及電容的大幅變化，保證半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性。進(jìn)一步，在半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層后，對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行電子束或紫外線處理，移除了介質(zhì)層表面的懸掛鍵，增強(qiáng)了介質(zhì)層表面硅氧鍵的結(jié)合力；在對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕后，再對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行電子束或紫外線處理，在介質(zhì)層內(nèi)產(chǎn)生多孔，降低介質(zhì)層的介電常數(shù)。有效防止了超低k介質(zhì)層的k值漂移及電容的大幅變化，保證半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性。進(jìn)一步,在半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層后,采用波長(zhǎng)為210nm 230nm的紫外線對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行處理，在此波長(zhǎng)下能完全移除介質(zhì)層表面的懸掛鍵，增強(qiáng)介質(zhì)層表面硅氧鍵的結(jié)合力；在對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕后，采用波長(zhǎng)為270nm 290nm的紫外線再對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行處理，在此波長(zhǎng)下介質(zhì)層會(huì)形成多孔，多孔形式可降低介質(zhì)層的介電常數(shù)；有效防止了超低k介質(zhì)層的k值漂移及電容的大幅變化，保證半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性。


圖I至圖4為現(xiàn)有技術(shù)形成包含超低k介質(zhì)層的金屬布線的示意圖；圖5為本發(fā)明形成介質(zhì)層的具體實(shí)施方式
流程示意圖；圖6至圖10為本發(fā)明形成包含超低k介質(zhì)層的半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例示意圖；圖11至圖16為在本發(fā)明形成包含超低k介質(zhì)層的半導(dǎo)體器件的第二實(shí)施例示意圖；圖17為采用本發(fā)明工藝在形成介質(zhì)層過(guò)程中k值的變化圖。
具體實(shí)施例方式在深亞微米以下的工藝，在后段工藝中制作金屬布線層或?qū)щ姴鍟r(shí)，采用超低k介電材料作為介質(zhì)層過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)由于超低k介質(zhì)層在刻蝕之前已是多孔(圖I至圖4所示)，因此在刻蝕形成通孔或溝槽過(guò)程中，水份及其它離子會(huì)進(jìn)入孔內(nèi)，導(dǎo)致超低k介質(zhì)層的介電常數(shù)k值發(fā)生偏移進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致超低k介質(zhì)層電容發(fā)生變化，從而導(dǎo)致超低k介質(zhì)層的絕緣效果變差，后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題。發(fā)明人針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對(duì)原因的分析，不斷研究發(fā)現(xiàn)在在半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層后，對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行第一次處理；在介質(zhì)層內(nèi)形成溝槽或通孔后，再對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行第二次處理。在對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行第一次處理后，移除了介質(zhì)層表面的懸掛鍵，增強(qiáng)了介質(zhì)層表面硅氧鍵的結(jié)合力；在對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕后，再對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行第二次處理，在介質(zhì)層內(nèi)產(chǎn)生多孔，降低介質(zhì)層的介電常數(shù)。有效防止了超低k介質(zhì)層的k值漂移及電容的大幅變化，保證半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性。圖5為本發(fā)明形成介質(zhì)層的具體實(shí)施方式
流程示意圖，如圖5所示，執(zhí)行步驟S11，提供半導(dǎo)體襯底；執(zhí)行步驟S12，在所述半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層；執(zhí)行步驟S13，對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行第一次處理，增強(qiáng)介質(zhì)層表面硅氧鍵的結(jié)合力；執(zhí)行步驟S14，刻蝕介質(zhì)層至露出半導(dǎo)體襯底，形成溝槽或通孔；執(zhí)行步驟S15，在溝槽或通孔內(nèi)填充滿金屬層；執(zhí)行步驟S16，對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行第二次處理，降低介質(zhì)層的介電常數(shù)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。第一實(shí)施例圖6至圖11為本發(fā)明形成包含超低k介電層的半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例示意圖 (以形成金屬布線層為例)。如圖6所示，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100上通常經(jīng)過(guò)前段工藝已形成有如晶體管、電容器、金屬布線層等結(jié)構(gòu)；在半導(dǎo)體襯底100上沉積介質(zhì)層200。本實(shí)施例中，所述介質(zhì)層200為超低k介質(zhì)層，介電常數(shù)為2. 2 2. 59 ;所述超低k介質(zhì)層的材料為SiCOH，所述SiCOH的原子間間隔較為稀疏；形成超低k介質(zhì)層的方法為
化學(xué)氣相沉積法。如圖7所不，對(duì)介質(zhì)層200進(jìn)行第一次處理300,移除了介質(zhì)層200表面的懸掛鍵，增強(qiáng)介質(zhì)層表面硅氧鍵的結(jié)合力。在本實(shí)施例中，第一次處理300所采用的光線為電子束或紫外線。其中以紫外線為例，波長(zhǎng)為210nm 230nm，所述紫外線處理所需要時(shí)間為120s 150s。在此波長(zhǎng)不但能完全移除介質(zhì)層200表面的懸掛鍵,增強(qiáng)介質(zhì)層200表面娃氧鍵的結(jié)合力,還能使介質(zhì)層200內(nèi)不產(chǎn)生多孔。如圖8所示，在所述介質(zhì)層200表面旋涂光刻膠層400 ;接著，對(duì)光刻膠層400進(jìn)行曝光及顯影處理，形成開口圖形。以光刻膠層400為掩膜，沿開口圖形用干法刻蝕法刻蝕介質(zhì)層200至露出半導(dǎo)體襯底100,形成溝槽500,所述溝槽500用以后續(xù)填充形成金屬布線層。如圖9所示，用灰化法去除光刻膠層；然后對(duì)介質(zhì)層200進(jìn)行第二次處理600，在介質(zhì)層200內(nèi)產(chǎn)生多孔，降低介質(zhì)層200的介電常數(shù)。在本實(shí)施例中，第二次處理600所采用的光線為電子束或紫外線。其中以紫外線為例，波長(zhǎng)為270nm 290nm，所述紫外線處理所需要時(shí)間為90s 120s。在此波長(zhǎng)下對(duì)介質(zhì)層200進(jìn)行處理，能使介質(zhì)層200內(nèi)正好產(chǎn)生多孔，而多孔的材料能使介電常數(shù)k降低；有效防止了超低k介質(zhì)層的k值漂移及電容的大幅變化，保證半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性。如圖10所示，在所述介質(zhì)層200上用濺射法形成金屬層，且將所述金屬層填充滿溝槽；然后用化學(xué)機(jī)械拋光法(CMP)平坦化金屬層至露出介質(zhì)層200，形成金屬布線層700。本實(shí)施例中，所述金屬布線層700的材料如為銅時(shí)，在形成金屬布線層700之前，在溝槽底部還應(yīng)用物理氣相沉積法形成一層銅籽晶層，使金屬布線層700圍繞其生長(zhǎng)。
第二實(shí)施例圖11至圖16為在本發(fā)明形成包含超低k介電層的半導(dǎo)體器件第二實(shí)施例示意圖(以形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電插塞為例)。如圖12所示，提供半導(dǎo)體襯底1000，所述半導(dǎo)體襯底1000上通常經(jīng)過(guò)前段工藝已形成有如晶體管、電容器、金屬布線層等結(jié)構(gòu)；在半導(dǎo)體襯底1000上沉積介質(zhì)層2000。本實(shí)施例中，所述介質(zhì)層2000為超低k介質(zhì)層，介電常數(shù)為2. 2 2. 59 ;所述超低k介質(zhì)層的材料為SiCOH，所述SiCOH的原子間間隔較為稀疏；形成超低k介質(zhì)層的方法為化學(xué)氣相沉積法。如圖12所示，對(duì)介質(zhì)層2000進(jìn)行第一次處理3000，移除了介質(zhì)層2000表面的懸
掛鍵，增強(qiáng)介質(zhì)層表面硅氧鍵的結(jié)合力。 在本實(shí)施例中，第一次處理3000所采用的光線為電子束或紫外線。其中以紫外線為例，波長(zhǎng)為210nm 230nm，所述紫外線處理所需要時(shí)間為120s 150s。在此波長(zhǎng)不但能完全移除介質(zhì)層2000表面的懸掛鍵,增強(qiáng)介質(zhì)層2000表面娃氧鍵的結(jié)合力，還能使介質(zhì)層2000內(nèi)不產(chǎn)生多孔。如圖13所示，在所述介質(zhì)層2000表面旋涂第一光刻膠層4000 ;接著，對(duì)第一光刻膠層4000進(jìn)行曝光及顯影處理，形成通孔圖形。以第一光刻膠層4000為掩膜，沿通孔圖形用干法刻蝕法刻蝕介質(zhì)層2000至露出半導(dǎo)體襯底1000，形成通孔5000。如圖14所示，去除第一光刻膠層4000 ;在所述介質(zhì)層2000和半導(dǎo)體襯底1000上形成第二光刻膠層6000，對(duì)第二光刻膠層6000進(jìn)行圖形化，定義出溝槽圖形；然后，以第二光刻膠層6000為掩膜，沿溝槽圖形用干法刻蝕法刻蝕介質(zhì)層2000，形成溝槽7000，所述溝槽7000與通孔5000連通，構(gòu)成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。如圖15所示，去除第二光刻膠層；然后對(duì)介質(zhì)層2000進(jìn)行第二次處理8000，在介質(zhì)層2000內(nèi)產(chǎn)生多孔，降低介質(zhì)層2000的介電常數(shù)。在本實(shí)施例中，第二次處理800所采用的光線為電子束或紫外線。其中以紫外線為例，波長(zhǎng)為270nm 290nm，所述紫外線處理所需要時(shí)間為90s 120s。在此波長(zhǎng)下對(duì)介質(zhì)層2000進(jìn)行處理，能使介質(zhì)層2000內(nèi)正好產(chǎn)生多孔，而多孔的材料能使介電常數(shù)k降低；有效防止了超低k介質(zhì)層的k值漂移及電容的大幅變化，保證半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性。 如圖16所示，用化學(xué)氣相沉積法在所述介質(zhì)層2000上形成金屬層，且所述金屬層填充滿雙鑲嵌結(jié)構(gòu)；然后用化學(xué)機(jī)械拋光金屬層至露出介質(zhì)層2000，形成導(dǎo)電插塞9000。本實(shí)施例中，所述金屬層的材料為鋁或銅或鎢。在填充金屬層之前，在通孔與溝槽的側(cè)壁及底部形成擴(kuò)散阻擋層，防止雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中的金屬擴(kuò)散至介質(zhì)層2000中。圖17為采用本發(fā)明工藝在形成介質(zhì)層過(guò)程中k值的變化圖。如圖17所示，在對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行第一次處理，增強(qiáng)介質(zhì)層表面硅氧鍵的結(jié)合力后，介質(zhì)層的介電常數(shù)k從沉積后的0%偏移至22% ;在對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕形成溝槽或通孔后，由于離子的滲入，致使介質(zhì)層的介電常數(shù)k由第一次處理后的22%偏移至24% ;在對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行第二次處理，使介質(zhì)層內(nèi)產(chǎn)生多孔后，介質(zhì)層的介電常數(shù)k降低，偏移率由刻蝕后的24%降低為3%。本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍 為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，包括步驟 提供半導(dǎo)體襯底； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層； 對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行第一次處理，增強(qiáng)介質(zhì)層表面硅氧鍵的結(jié)合力； 刻蝕介質(zhì)層至露出半導(dǎo)體襯底，形成溝槽或通孔； 在溝槽或通孔內(nèi)填充滿金屬層； 對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行第二次處理，降低介質(zhì)層的介電常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于所述第一次處理采用紫外線或電子束。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于所述紫外線的波長(zhǎng)為210nm 230nmo
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的形成方法，其特征在于所述紫外線處理所需要時(shí)間為120s 150so
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于所述第二次處理采用紫外線或電子束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于所述紫外線的波長(zhǎng)為270nm 290nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述紫外線處理所需要時(shí)間為90s 120so
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于所述介質(zhì)層為超低k介質(zhì)層，介電常數(shù)為2. 2 2. 6。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成方法，其特征在于所述超低k介質(zhì)層的材料為SiCOH。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于形成介質(zhì)層的方法為化學(xué)氣相沉積法。
全文摘要
一種介質(zhì)層的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層；對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行第一次處理，增強(qiáng)介質(zhì)層表面硅氧鍵的結(jié)合力；刻蝕介質(zhì)層至露出半導(dǎo)體襯底，形成溝槽或通孔；在溝槽或通孔內(nèi)填充滿金屬層；對(duì)所述介質(zhì)層進(jìn)行第二次處理，降低介質(zhì)層的介電常數(shù)。本發(fā)明有效防止了超低k介質(zhì)層的k值漂移及電容的大幅變化，保證半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102903620SQ20111021107
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者鄧浩, 張彬 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司