一種半導(dǎo)體器件的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法包括：步驟S101：提供襯底，在所述襯底上形成低k介電材料層；步驟S102：對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行紫外光固化處理；步驟S103：對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行氦等離子體處理，并利用四甲基硅烷對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行處理；步驟S104：在所述襯底上形成第一硬掩膜。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法，通過在形成低k介電材料層的步驟之后，增加對(duì)低k介電材料層進(jìn)行氦等離子體處理以及四甲基硅烷處理的步驟，抑制了低k介電材料層對(duì)水分的吸收，在一定程度上避免了低k介電材料層產(chǎn)生隆起缺陷，提高了形成的低k介電薄膜的良率，進(jìn)而提高了半導(dǎo)體器件的良率。
【專利說明】一種半導(dǎo)體器件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】中，半導(dǎo)體集成電路的制造是極其復(fù)雜的過程。在半導(dǎo)體集成電路的后段制程(BEOL)中，通常需要在金屬互連線間采用氧化硅等普通絕緣材料，以使相鄰的金屬互連線電隔離。然而，隨著元件的微型化及集成度的增加，電路中互連導(dǎo)線數(shù)目不斷的增多，互連導(dǎo)線架構(gòu)中的電阻(R)及電容(C)寄生效應(yīng)增大，而寄生效應(yīng)的增大造成嚴(yán)重的傳輸延遲(RC Delay)。因此，現(xiàn)有技術(shù)在半導(dǎo)體工藝的后段制程(BEOL)中通常采用低k (介電常數(shù)小于2.5)介電薄膜作為絕緣材料層，以減少相鄰金屬線之間的電容耦合，降低傳輸延遲。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中常用的半導(dǎo)體器件的制造方法，在形成低k介電薄膜時(shí)，如圖1所示，一般包括如下步驟:
[0004]步驟E1、提供襯底，在所述襯底上沉積低k介電材料層。
[0005]示例性的，所述襯底為形成了前端器件的半導(dǎo)體襯底，該低k介電材料層直接形成于襯底的刻蝕停止層之上。
[0006]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，所述襯底并不以半導(dǎo)體襯底為限，所述低k介電材料層亦不以形成于刻蝕停止層之上為限。
[0007]步驟E2、對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行紫外光固化處理(UV cure process)。
[0008]進(jìn)行紫外光固化處理后，所述低k介電材料層上一般會(huì)出現(xiàn)很多小孔(pore)，形成多孔(Porosity)結(jié)構(gòu)。
[0009]步驟E3、在所述低k介電材料層上形成硬掩膜(Hard Mask)。
[0010]進(jìn)行紫外光固化處理后，在低k介電材料層上形成硬掩膜。其中，所述硬掩膜為自下而上由低k介電材料、正娃酸乙脂(TEOS )、金屬和氧化物材料形成的多層硬掩膜結(jié)構(gòu)。
[0011]經(jīng)過上述工藝流程，完成了現(xiàn)有技術(shù)中的低k介電薄膜的制造。按照上述方法形成的低k介電薄膜，由于低k介電材料層具有多孔結(jié)構(gòu)，很容易吸收器件中的水分(moisture),導(dǎo)致在低k介電材料層與硬掩膜之間產(chǎn)生隆起缺陷(bump defect)。而隆起缺陷造成的低k介電薄膜不良，會(huì)傳遞到整個(gè)半導(dǎo)體器件中，很容易造成半導(dǎo)體器件的良率下降。
[0012]因此，有必要提出一種新的半導(dǎo)體器件的制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括:
[0014]步驟SlOl:提供襯底，在所述襯底上形成低k介電材料層；
[0015]步驟S102:對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行紫外光固化處理；[0016]步驟S103:對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行氦等離子體處理，并利用四甲基硅烷對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行處理；
[0017]步驟S104:在所述襯底上形成第一硬掩膜。
[0018]其中，在所述步驟S103中，對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行氦等離子體處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，功率為150-500W。
[0019]其中，在所述步驟S103中，利用四甲基硅烷對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行處理時(shí)，所采用的載體氣體為氦氣，載體氣體的流速為10(Tl000SCCm。
[0020]其中，在所述步驟S103中，利用四甲基硅烷對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，采用的功率為150-500W。
[0021]其中，在所述步驟S104中所形成的第一硬掩膜為低k介電材料。
[0022]其中，在所述步驟S104之后還包括步驟S105:對(duì)所述第一硬掩膜進(jìn)行氦等離子體處理，并利用四甲基硅烷對(duì)所述第一硬掩膜進(jìn)行處理。
[0023]其中，在所述步驟S105中，對(duì)所述第一硬掩膜進(jìn)行氦等離子體處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，功率為150-500W。
[0024]其中，在所述步驟S105中，利用四甲基硅烷對(duì)所述第一硬掩膜進(jìn)行處理時(shí)，所采用的載體氣體為氦氣，載體氣體的流速為10(Tl000SCCm。
[0025]其中，在所述步驟S105中，利用四甲基硅烷對(duì)所述第一硬掩膜進(jìn)行處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，采用的功率為150-500W。
[0026]其中，在所述步驟S105之后還包括步驟S106:在所述襯底上形成第二硬掩膜。
[0027]其中，所述第二硬掩膜的材料為正硅酸乙脂。
[0028]進(jìn)一步的，在所述步驟S106之后還包括步驟S107:在所述第二硬掩膜上形成金屬
硬掩膜。
[0029]其中，所述金屬硬掩膜的材料為氮化鈦。
[0030]本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法，通過在形成低k介電材料層的步驟之后，增加對(duì)低k介電材料層進(jìn)行氦等離子體處理以及四甲基硅烷處理的步驟，抑制了低k介電材料層對(duì)水分的吸收，在一定程度上避免了低k介電材料層產(chǎn)生隆起缺陷，提高了形成的低k介電薄膜的良率，進(jìn)而提高了半導(dǎo)體器件的良率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。
[0032]附圖中:
[0033]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體器件的制造方法的流程圖；
[0034]圖2A-圖2F為本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的各步驟完成后形成的結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提出的一種半導(dǎo)體器件的制造方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0037]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的半導(dǎo)體器件的制造方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0038]應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0039]下面，參照?qǐng)D2A-2F和圖3來描述本發(fā)明提出的半導(dǎo)體器件的制造方法一個(gè)示例性方法的詳細(xì)步驟。圖2A-圖21為本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的各步驟完成后形成的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提出的一種半導(dǎo)體器件的制造方法的流程圖。
[0040]本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括如下步驟:
[0041]步驟1、如圖2A所示，提供襯底200，在所述襯底200上形成低k介電材料層201。
[0042]其中，形成低k介電材料層201的方法為沉積法，優(yōu)選采用PECVD。本發(fā)明實(shí)施例的低k介電材料,米廣義概念,包括超低k介電材料,一般而言指介電常數(shù)小于2.5的介電材料；但是，本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)明點(diǎn)主要在于控制金屬互連線間的絕緣薄膜的隆起缺陷，因此可以應(yīng)用于任何用于金屬互連線之間的絕緣薄膜。
[0043]示例性的，所述襯底200為形成了前端器件的半導(dǎo)體襯底，該低k介電材料層直接形成于襯底200的刻蝕停止層之上。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，所述襯底200并不以半導(dǎo)體襯底為限，所述低k介電材料層亦不以形成于刻蝕停止層之上為限。
[0044]步驟2、對(duì)所述低k介電材料層201進(jìn)行紫外光固化處理(UV cure process)。
[0045]進(jìn)行紫外光固化處理后，所述低k介電材料層201上會(huì)出現(xiàn)很多小孔(pore )，形成多孔(Porosity)結(jié)構(gòu),形成的圖形如圖2B所示。
[0046]步驟3、對(duì)所述低k介電材料層201進(jìn)行氦等離子體處理(He plasma treating),并利用四甲基硅烷(4MS )對(duì)所述低k介電材料層201進(jìn)行處理以在所述低k介電材料層201上形成四甲基硅烷薄膜202 (記作第一四甲基硅烷薄膜)，形成的圖形如圖2C所示。
[0047]具體地，步驟3包括如下步驟:
[0048]步驟301、對(duì)所述低k介電材料層201進(jìn)行氦等離子體處理(He plasmatreating)。在步驟301中，進(jìn)行氦等離子體處理的工藝條件為:氣體的壓力為4?7torr,氣體流速為10(Tl000sccm，采用的功率為150-500W。
[0049]其中，氦等離子體可以對(duì)低k介電材料層201的表面進(jìn)行改性，降低k介電材料層201對(duì)水分的吸收能力，在一定程度上降低產(chǎn)生低k介電材料層隆起缺陷的概率。
[0050]步驟302、利用四甲基硅烷(4MS)對(duì)所述低k介電材料層201進(jìn)行處理，以在所述低k介電材料層201上形成四甲基硅烷薄膜202，形成的圖形如圖2C所示。在步驟302中，利用四甲基硅烷(4MS)對(duì)所述低k介電材料層201進(jìn)行處理的工藝條件為:氣體的壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，功率為150-500W (具體指設(shè)定的反應(yīng)室的射頻功率)。其中，四甲基硅烷的載體氣體為氦氣(He)，氦氣的流速為10(Tl000sccm。[0051]其中，位于低k介電材料層201表面的四甲基硅烷薄膜202，可以抑制低k介電材料層201對(duì)水分的吸收，降低產(chǎn)生低k介電材料層隆起缺陷的概率。
[0052]顯然，步驟3為現(xiàn)有技術(shù)所不具有的工藝步驟，其可以在一定程度上避免低k介電材料層產(chǎn)生隆起缺陷，提高低k介電薄膜的良率。
[0053]步驟4、在所述四甲基娃燒薄膜202上形成硬掩膜(Hard Mask) 203 (記作第一硬掩膜)，形成的圖形如圖2D所示。
[0054]其中，硬掩膜203可以為低k介電材料、正硅酸乙脂(TE0S)、金屬和氧化物材料等各種材料制成單層結(jié)構(gòu)，或者多種材料制成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，示例性的，硬掩膜203為自下而上由低k介電材料、正硅酸乙脂(TE0S)、金屬和氧化物材料形成的多層結(jié)構(gòu)。
[0055]為了實(shí)現(xiàn)更好的技術(shù)效果，在形成硬掩膜203后，還包括如下步驟:
[0056]步驟5、對(duì)所述硬掩膜203進(jìn)行氦等離子體處理(He plasma treating),并利用四甲基硅烷(4MS)對(duì)所述硬掩膜203進(jìn)行處理以在所述硬掩膜203上形成四甲基硅烷薄膜204 (記作第二四甲基硅烷薄膜)，形成的圖形如圖2E所示。
[0057]在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)硬掩膜203選用低k介電材料形成時(shí),步驟5則更加必要，以避免硬掩膜203因吸收水分而產(chǎn)生隆起缺陷。
[0058]示例性的，步驟5可以包括如下步驟:
[0059]步驟501、對(duì)所述硬掩膜203進(jìn)行氦等離子體處理(He plasma treating)。在步驟501中，進(jìn)行氦等離子體處理的工藝條件為:氣體的壓力為r7torr，氣體流速為10(Tl000SCCm，采用的功率為150-500W (具體指設(shè)定的反應(yīng)室的射頻功率)。
[0060]其中，氦等離子體可以對(duì)所述硬掩膜203的表面進(jìn)行改性，進(jìn)一步阻止低k介電材料層201對(duì)水分的吸收能力，在一定程度上降低產(chǎn)生低k介電材料層隆起缺陷的概率。
[0061]步驟502、利用四甲基硅烷(4MS)對(duì)所述硬掩膜203進(jìn)行處理，以在所述硬掩膜203上形成四甲基硅烷薄膜204 (記作第二四甲基硅烷薄膜)，形成的圖形如圖2E所示。
[0062]在步驟502中，利用四甲基硅烷(4MS)對(duì)硬掩膜203進(jìn)行處理的工藝條件為:氣體的壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，采用的功率為150-500W。其中，四甲基硅烷的載體氣體為氦氣(He)，氦氣的流速為10(Tl000sccm。
[0063]其中，位于硬掩膜203表面的第二四甲基硅烷薄膜204，可以進(jìn)一步抑制低k介電材料層201對(duì)水分的吸收，降低產(chǎn)生低k介電材料層隆起缺陷的概率。
[0064]通過增加步驟5,可以進(jìn)一步避免低k介電材料層出現(xiàn)隆起缺陷,進(jìn)一步提高了低k介電薄膜的良率。
[0065]步驟6、在所述第二四甲基硅烷薄膜204上，形成硬掩膜205 (記作第二硬掩膜)。其中，優(yōu)選的，形成第二硬掩膜205的材料為正硅酸乙脂(TE0S)。經(jīng)過步驟6，可以形成性能更好的低k介電薄膜。
[0066]為了獲得更好的技術(shù)效果，在步驟6之后還可進(jìn)行步驟7，在襯底200上(具體地，在步驟6形成的第二硬掩膜上)形成遮蔽層(screen layer)。其中，優(yōu)選采用氮化娃材料形成遮蔽層。進(jìn)一步的，在形成遮蔽層之后，還可以包括形成氧化物層的步驟。
[0067]在本發(fā)明實(shí)施例中，在形成低k介電薄膜的過程中，在各膜層(包括低k介電材料層201、四甲基硅烷薄膜202、硬掩膜203、四甲基硅烷薄膜204、硬掩膜205以及屏蔽層)之間以及屏蔽層之上，還可以形成其他膜層，此處不再贅述。[0068]本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法，通過在形成低k介電材料層后，增加對(duì)低k介電材料層進(jìn)行氦等離子體處理以及四甲基硅烷處理的步驟，抑制了低k介電材料層對(duì)水分的吸收，在一定程度上避免了低k介電材料層產(chǎn)生隆起缺陷，提高了形成的低k介電薄膜的良率。
[0069]而且，通過在形成硬掩膜之后，進(jìn)一步增加對(duì)硬掩膜進(jìn)行氦等離子體處理以及四甲基硅烷處理的步驟，進(jìn)一步避免了低k介電材料層產(chǎn)生隆起缺陷，提高了低k介電薄膜的良率。
[0070]參照?qǐng)D3，其中示出了本發(fā)明提出的半導(dǎo)體器件的制造方法中的一種典型方法的流程圖，用于簡(jiǎn)要示出整個(gè)制造工藝的流程。該方法具體包括:
[0071]步驟S101、提供襯底，在所述襯底上形成低k介電材料層；
[0072]步驟S102、對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行紫外光固化處理；
[0073]步驟S103、對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行氦等離子體處理，并利用四甲基硅烷對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行處理；
[0074]步驟S104、在所述襯底上形成第一硬掩膜。
[0075]本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟SlOl:提供襯底，在所述襯底上形成低k介電材料層； 步驟S102:對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行紫外光固化處理； 步驟S103:對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行氦等離子體處理，并利用四甲基硅烷對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行處理； 步驟S104:在所述襯底上形成第一硬掩膜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S103中，對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行氦等離子體處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為lOiTlOOOsccm，功率為 150-500W。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S103中，利用四甲基硅烷對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行處理時(shí)，所采用的載體氣體為氦氣，載體氣體的流速為10(Tl000SCCm。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步驟S103中，利用四甲基硅烷對(duì)所述低k介電材料層進(jìn)行處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr,氣體流速為10(Tl000sccm,采用的功率為150-500W。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S104中所形成的第一硬掩膜為低k介電材料。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步驟S104之后還包括步驟S105:對(duì)所述第一硬掩膜進(jìn)行氦等離子體處理，并利用四甲基硅烷對(duì)所述第一硬掩膜進(jìn)行處理。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步驟S105中，對(duì)所述第一硬掩膜進(jìn)行氦等離子體處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為lOiTlOOOsccm，功率為150-500W。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步驟S105中，利用四甲基硅烷對(duì)所述第一硬掩膜進(jìn)行處理時(shí)，所采用的載體氣體為氦氣，載體氣體的流速為10(Tl000SCCm。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步驟S105中，利用四甲基硅烷對(duì)所述第一硬掩膜進(jìn)行處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，采用的功率為150-500W。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步驟S105之后還包括步驟S106:在所述襯底上形成第二硬掩膜。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二硬掩膜的材料為正硅酸乙脂。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述步驟S106之后還包括步驟S107:在所述第二硬掩膜上形成金屬硬掩膜。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜的材料為氮化鈦。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103839871SQ201210476677
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月21日
【發(fā)明者】周鳴 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司