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的結(jié)構(gòu)一般為導(dǎo)電插塞?，F(xiàn)有導(dǎo)電插塞通過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^程中，通過刻蝕介質(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. 5)。在美國專利申請US11/556306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程中，在制作銅金屬布線過程中采用超低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 ;在超低k介質(zhì)層20上形成抗反射層(BARC) 30，用于光刻工藝中防止光進(jìn)行下一膜層而影響膜層的性質(zhì)；在抗反射層30上涂覆光刻膠層40 ;經(jīng)過曝光顯影工藝，在光刻膠層40上定義出開口的圖案。如圖2所示，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?，F(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值會發(fā)生漂移，從而導(dǎo)致超低k介質(zhì)層電容值發(fā)生變化(如超低k介質(zhì)層的電容比低k介質(zhì)層電容高出40% )，使半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種介質(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)定性和可靠性問題。為解決上述問題，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；對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕或平坦化工藝，經(jīng)過上述工藝所述介質(zhì)層內(nèi)吸收水份；用遠(yuǎn)紅外線對介質(zhì)層表面進(jìn)行處理?？蛇x的，所述遠(yuǎn)紅外線發(fā)生裝置為遠(yuǎn)紅外激光器?？蛇x的，所述遠(yuǎn)紅外的波長范圍為3 iim IOii m。
可選的，所述遠(yuǎn)紅外處理介質(zhì)層表面的溫度為5°C 10°C，處理時(shí)間為80s 150so可選的，所述遠(yuǎn)紅外激光器處理介質(zhì)層采用的功率為50 500w，壓力為0. 3毫托?？蛇x的，所述介質(zhì)層為超低k介質(zhì)層，介電常數(shù)為2. 2 2. 59?？蛇x的，所述超低k介質(zhì)層的材料為SiOCH?？蛇x的，形成介質(zhì)層的方法為化學(xué)氣相沉積法。可選的，刻蝕介質(zhì)層采用的是干法刻蝕工藝?？蛇x的，平坦化所述超低k介質(zhì)層的方法為化學(xué)機(jī)械研磨法。 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)用遠(yuǎn)紅外線對經(jīng)過刻蝕和研磨后的介質(zhì)層表面進(jìn)行處理，遠(yuǎn)紅外線能吸收刻蝕或研磨過程中進(jìn)入介質(zhì)層中的水份，避免了水份對超低k介質(zhì)層的介電常數(shù)的影響，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,所述遠(yuǎn)紅外的波長范圍采用3iim 10 ii m,且遠(yuǎn)紅外處理介質(zhì)層表面的溫度為5°C 10°C，在此條件下遠(yuǎn)紅外線能更有效的吸收刻蝕或研磨過程中進(jìn)入介質(zhì)層中的水份，避免了水份對超低k介質(zhì)層的介電常數(shù)的影響，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11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12至圖18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。
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)層過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)由于超低k介質(zhì)層是多孔材料(圖I至圖4所示)，因此在刻蝕形成通孔或溝槽，以及平坦化介質(zhì)層的過程中，介質(zhì)層內(nèi)的孔曝露，以致水份會進(jìn)入超低k介質(zhì)層中。由于水份的進(jìn)入，導(dǎo)致超低k介質(zhì)層的介電常數(shù)k值發(fā)生偏移(通?？涛g工藝后k值會由2. 59偏移至2. 91 ;研磨工藝后k值會由2. 59偏移至2. 88)，進(jìn)而會導(dǎo)致超低k介質(zhì)層電容發(fā)生變化(比低k介質(zhì)層電容高出40% )，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)定性和可靠性問題。發(fā)明人針對上述技術(shù)問題，經(jīng)過對原因的分析，不斷研究發(fā)現(xiàn)在對介質(zhì)層刻蝕和研磨后用遠(yuǎn)紅外技術(shù)對經(jīng)過的介質(zhì)層表面進(jìn)行處理，遠(yuǎn)紅外線能吸收刻蝕或研磨過程中進(jìn)入介質(zhì)層多孔中的水份，避免了水份對超低k介質(zhì)層的介電常數(shù)的影響，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，對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕或平坦化工藝，經(jīng)過上述工藝所述介質(zhì)層內(nèi)吸收水份；執(zhí)行步驟S14，用遠(yuǎn)紅外線對介質(zhì)層表面進(jìn)行處理。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。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上形成沉積介質(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，超低k介質(zhì)層為多孔材料；所述超低k介質(zhì)層的材料為SiOCH，所述SiOCH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所示，在所述介質(zhì)層200表面形成抗反射層300，用以后續(xù)曝光工藝中保護(hù)下面的膜層，避免下面膜層受到光的影響而改變性質(zhì)；在抗反射層300上旋涂光刻膠層400 ;接著，對光刻膠層400進(jìn)行曝光及顯影處理，形成開口圖形。如圖8所示，以光刻膠層400為掩膜，沿開口圖形用干法刻蝕法刻蝕抗反射層300及介質(zhì)層200至露出半導(dǎo)體襯底100，形成溝槽500，所述溝槽用以后續(xù)填充形成金屬布線層。如圖9所示，首先，用灰化法去除光刻膠層，然后用濕法蝕刻去除殘留的光刻膠層和抗反射層。繼續(xù)參考圖9，接著，用遠(yuǎn)紅外線600對介質(zhì)層200表面進(jìn)行處理，吸收介質(zhì)層200內(nèi)的水份。本實(shí)施例中，所述遠(yuǎn)紅外線600是通過遠(yuǎn)紅外激光器發(fā)射的；所述遠(yuǎn)紅外線的波長范圍為3 ii m 10 ii m。在用遠(yuǎn)紅外激光器發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線600處理介質(zhì)層200表面時(shí)米用溫度為5°C 10°C，處理時(shí)間為80s 150s，遠(yuǎn)紅外激光器的功率為50 500w，壓力為0. 3毫托(I托=133. 32帕斯卡)。在本實(shí)施例中，由于在刻蝕介質(zhì)層200形成溝槽500過程中，介質(zhì)層200中的多孔被曝露，吸收了刻蝕過程中帶入的水份，由于水份的進(jìn)入，導(dǎo)致介質(zhì)層200的介電常數(shù)k值發(fā)生偏移，進(jìn)而會導(dǎo)致介質(zhì)層200電容發(fā)生變化，使介質(zhì)層200的性能不符合要求。遠(yuǎn)紅外線600能很好地吸收水份，因此避免了水份對超低k介質(zhì)層的介電常數(shù)的影響，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。如圖11所示，用遠(yuǎn)紅外線800對介質(zhì)層200表面進(jìn)行處理，吸收介質(zhì)層200內(nèi)的水份。本實(shí)施例中，所述遠(yuǎn)紅外線800是通過遠(yuǎn)紅外激光器發(fā)射的；所述遠(yuǎn)紅外線的波長范圍為3 ii m 10 ii m。在用遠(yuǎn)紅外激光器發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線800處理介質(zhì)層200表面時(shí)米用溫度為5°C 10°C，處理時(shí)間為80s 150s，遠(yuǎn)紅外激光器的功率為50 500w，壓力為0. 3毫托(I托=133. 32帕斯卡)。
在本實(shí)施例中，由于用化學(xué)機(jī)械拋光法(CMP)平坦化金屬層至露出介質(zhì)層200過程中，CMP工藝對介質(zhì)層200也會產(chǎn)生作用，而使介質(zhì)層200中的多孔被曝露，吸收了刻蝕過程中帶入的水份，由于水份的進(jìn)入，導(dǎo)致介質(zhì)層200的介電常數(shù)k值發(fā)生偏移，進(jìn)而會導(dǎo)致介質(zhì)層200電容發(fā)生變化，使介質(zhì)層200的性能不符合要求。遠(yuǎn)紅外線800能很好地吸收水份，因此避免了水份對超低k介質(zhì)層的介電常數(shù)的影響，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。第二實(shí)施例圖12至圖18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上形成沉積介質(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,超低k介 質(zhì)層為多孔材料；所述超低k介質(zhì)層的材料為SiOCH，所述SiOCH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13所不,在所述介質(zhì)層2000表面形成第一抗反射層3000,用以后續(xù)曝光工藝中保護(hù)下面的膜層，避免下面膜層受到光的影響而改變性質(zhì)；在第一抗反射層3000上旋涂第一光刻膠層4000 ;接著，對第一光刻膠層4000進(jìn)行曝光及顯影處理，形成通孔圖形。如圖14所示，以第一光刻膠層4000為掩膜，沿通孔圖形用干法刻蝕法刻蝕第一抗反射層3000及介質(zhì)層2000至露出半導(dǎo)體襯底1000，形成通孔5000。如圖15所不,去除第一光刻膠層4000和第一抗反射層3000 ;在所述介質(zhì)層2000和半導(dǎo)體襯底1000上形成第二抗反射層6000 ;在第二抗反射層6000上旋涂第二光刻膠層7000，對第二光刻膠層7000進(jìn)行圖形化，定義出溝槽圖形；然后，以第二光刻膠層7000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8000，所述溝槽8000與通孔5000連通，構(gòu)成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。如圖16所示，去除第二光刻膠層和第二抗反射層；用遠(yuǎn)紅外線9000對介質(zhì)層2000表面進(jìn)行處理，吸收介質(zhì)層2000內(nèi)的水份。本實(shí)施例中，所述遠(yuǎn)紅外線9000是通過遠(yuǎn)紅外激光器發(fā)射的；所述遠(yuǎn)紅外線的波長范圍為3 ii m 10 ii m。在用遠(yuǎn)紅外激光器發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線9000處理介質(zhì)層2000表面時(shí)采用溫度為5°C 10°C，處理時(shí)間為80s 150s，遠(yuǎn)紅外激光器的功率為50 500w，壓力為0. 3毫托(I托=133. 32帕斯卡)。在本實(shí)施例中，由于在刻蝕介質(zhì)層2000形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)過程中，介質(zhì)層2000中的多孔被曝露，吸收了刻蝕過程中帶入的水份，由于水份的進(jìn)入，導(dǎo)致介質(zhì)層2000的介電常數(shù)k值發(fā)生偏移，進(jìn)而會導(dǎo)致介質(zhì)層2000電容發(fā)生變化，使介質(zhì)層2000的性能不符合要求。遠(yuǎn)紅外線9000能很好地吸收水份，因此避免了水份對超低k介質(zhì)層的介電常數(shù)的影響，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17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9100。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。如圖18所示，用遠(yuǎn)紅外線9500對介質(zhì)層2000表面進(jìn)行處理，吸收介質(zhì)層2000內(nèi)的水份。本實(shí)施例中，所述遠(yuǎn)紅外線9500是通過遠(yuǎn)紅外激光器發(fā)射的；所述遠(yuǎn)紅外線9500的波長范圍為3 ii m 10 ii m。在用遠(yuǎn)紅外激光器發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線9500處理介質(zhì)層2000表面時(shí)采用溫度為5°C 10°C，處理時(shí)間為80s 150s，遠(yuǎn)紅外激光器的功率為50 500w，壓力為0. 3毫托(I托=133. 32帕斯卡)。在本實(shí)施例中，由于用化學(xué)機(jī)械拋光法(CMP)平坦化金屬層至露出介質(zhì)層20000過程中，CMP工藝對介質(zhì)層2000也會產(chǎn)生作用，而使介質(zhì)層2000中的多孔被曝露，吸收了刻蝕過程中帶入的水份，由于水份的進(jìn)入，導(dǎo)致介質(zhì)層2000的介電常數(shù)k值發(fā)生偏移，進(jìn)而會導(dǎo)致介質(zhì)層2000電容發(fā)生變化，使介質(zhì)層2000的性能不符合要求。遠(yuǎn)紅外線9500能很好地吸收水份，因此避免了水份對超低k介質(zhì)層的介電常數(shù)的影響，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。本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(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； 對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕或平坦化工藝，經(jīng)過上述工藝所述介質(zhì)層內(nèi)吸收水份； 用遠(yuǎn)紅外線對介質(zhì)層表面進(jìn)行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于所述遠(yuǎn)紅外線發(fā)生裝置為遠(yuǎn)紅外激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于所述遠(yuǎn)紅外的波長范圍為3y m 10u m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的形成方法，其特征在于所述遠(yuǎn)紅外處理介質(zhì)層表面的溫度為5°C 10°C，處理時(shí)間為80s 150s。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于所述遠(yuǎn)紅外激光器處理介質(zhì)層采用的功率為50 500w，壓力為0. 3毫托。
6.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. 59。
7.根據(jù)權(quán)利要求5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SiOCH。
8.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。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于刻蝕介質(zhì)層采用的是干法刻蝕工藝。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于平坦化所述超低k介質(zhì)層的方法為化學(xué)機(jī)械研磨法。
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；對所述介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕或平坦化工藝，經(jīng)過上述工藝所述介質(zhì)層內(nèi)吸收水份；用遠(yuǎn)紅外線對介質(zhì)層表面進(jìn)行處理。本發(fā)明避免了水份對超低k介質(zhì)層的介電常數(shù)的影響，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H01L21/768GK102800622SQ20111013945
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者周鳴 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司