低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法及半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法及一種半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作方法。該低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法利用非質(zhì)子溶劑來(lái)處理介電常數(shù)為K1的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜，處理后的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜介電常數(shù)變更為K2，且K2小于K1。利用非質(zhì)子溶劑去除低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的水分和氟化物，從而降低了低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的介電常數(shù)。該處理方法簡(jiǎn)單易行，對(duì)半導(dǎo)體器件無(wú)損傷，逆轉(zhuǎn)了現(xiàn)有制備工藝對(duì)低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的破壞性，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法及半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及集成電路制作領(lǐng)域，具體而言，涉及一種低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理 方法及一種半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，低介電常數(shù)材料逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絕緣材 料二氧化硅，成為集成電路工藝發(fā)展的必然方向。目前研究認(rèn)為，降低材料介電常數(shù)主要有 兩種方法：一是降低材料自身的極性，包括降低材料中電子極化率、離子極化率和分子極化 率；二是增加材料中的空隙密度，降低材料的分子密度，形成多孔低介電材料。其中，針對(duì)降 低材料密度的方法，最常用的方法是采用化學(xué)氣相沉積法在生長(zhǎng)二氧化硅的過(guò)程中引入甲 基（_CH 3)，從而形成多孔的SiOCH低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。
[0003] 雖然低介電常數(shù)材料具有上述優(yōu)點(diǎn)，但由于半導(dǎo)體器件制備工藝對(duì)介電常數(shù)薄膜 具有破壞性限制了低介電常數(shù)材料在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用。例如，等離子工藝會(huì)破壞低介 電常數(shù)介質(zhì)薄膜，使得低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜從疏水性變?yōu)橛H水性，還會(huì)在薄膜中產(chǎn)生氟化 物。等離子工藝處理后的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜很容易吸收大氣中的濕氣，導(dǎo)致介電常數(shù)發(fā) 生變化，即所謂的等離子誘導(dǎo)損害（PID)。曾有研究表明，經(jīng)過(guò)等離子刻蝕前后低介電常數(shù) 介質(zhì)薄膜的介電常數(shù)可由原先的2. 59升高到2. 91。另外，經(jīng)過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光工藝過(guò)程后， 多孔低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜也很容易吸收大氣中的濕氣，導(dǎo)致介電常數(shù)發(fā)生變化。
[0004] 為了解決上述問(wèn)題，目前主要采取兩種方法：一是優(yōu)化刻蝕、沉積等工藝，減少工 藝過(guò)程對(duì)低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的破壞；二是提高低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降 低薄膜中的熱應(yīng)力等。但是，上述方法均未能取得明顯效果，進(jìn)而限制了低介電常數(shù)介質(zhì)薄 膜在集成電路中的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜在半導(dǎo)體加工工藝中遭到破壞的問(wèn)題，本申請(qǐng) 提供了一種低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法，以解決現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝中等離子體刻蝕、濕 法刻蝕、拋光等工藝步驟對(duì)低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的破壞。
[0006] 本申請(qǐng)?zhí)峁┑牡徒殡姵?shù)介質(zhì)薄膜的處理方法，是利用非質(zhì)子溶劑來(lái)處理介電常 數(shù)為K1的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜，處理后的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜介電常數(shù)變更為K2，且K2小 于K1。優(yōu)選地，K2的數(shù)值是K1數(shù)值的70-90%。
[0007] 優(yōu)選地，本申請(qǐng)所采用的非質(zhì)子溶劑選自二甲基亞砜、二甲基甲酮、四氫呋喃、二 甲醚、二甲基二硫醚和二甲基吡啶中的一種或多種。
[0008] 在本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N【具體實(shí)施方式】中，上述用非質(zhì)子溶劑處理低介電常數(shù)介質(zhì)薄 膜的方法包括：在常溫常壓下將具有所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導(dǎo)體器件浸泡到非質(zhì)子 溶劑中。優(yōu)選地，在完成浸泡后，將半導(dǎo)體器件從非質(zhì)子溶劑中取出并干該低介電常數(shù)介質(zhì) 薄膜。
[0009] 在本申請(qǐng)?zhí)峁┑牧硪环N【具體實(shí)施方式】中，用非質(zhì)子溶劑處理低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜 的方法包括：將具有所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導(dǎo)體器件浸泡到超臨界狀態(tài)下的非質(zhì)子 溶劑中。
[0010] 優(yōu)選地，上述將具有低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導(dǎo)體器件浸泡到超臨界狀態(tài)下的非 質(zhì)子溶劑包括：將具有低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導(dǎo)體器件放入超臨界干燥釜中；將非質(zhì)子 溶劑加入超臨界干燥釜中；以及在預(yù)定壓力和預(yù)定溫度下，非質(zhì)子溶劑成為超臨界流體并 與低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜充分反應(yīng)。優(yōu)選地，上述預(yù)定壓力范圍為10_300Mpa，預(yù)定溫度范圍 為 50-200 °C。
[0011] 進(jìn)一步地，在低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜與超臨界狀態(tài)的非質(zhì)子溶劑充分反應(yīng)后，包括 如下步驟：放掉干燥釜中的氣體，待干燥釜中的溫度自然冷卻到室溫時(shí)，打開(kāi)干燥釜，取出 處理后的半導(dǎo)體器件；以及干燥上述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。
[0012] 本申請(qǐng)所處理的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜可以包括所有由低介電材料形成的薄膜，且 該薄膜的介電常數(shù)在半導(dǎo)體加工工藝實(shí)施后顯著升高；優(yōu)選為多孔低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。
[0013] 本申請(qǐng)的另一目的在于提供一種半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作方法，除了常規(guī)的制作 方法之外，進(jìn)一步包括采用上述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法來(lái)處理低介電常數(shù)層的步 驟。本申請(qǐng)?zhí)峁┑闹苽浒雽?dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的方法包括：步驟S101，在半導(dǎo)體器件層上依次形 成擴(kuò)散阻擋層、低介電常數(shù)層、低介電常數(shù)硬掩膜層、硬掩膜層、TiN層以及氧化物層；步驟 5102, 以圖案化的光刻膠層為掩膜依次蝕刻氧化物層和TiN層，直至暴露出硬掩膜層；步驟 5103, 去除圖案化的光刻膠層后，以氧化物層和TiN層為掩膜依次蝕刻硬掩膜層、低介電常 數(shù)硬掩膜層和低介電常數(shù)層，在低介電常數(shù)層中形成連接孔；步驟S104,采用上述低介電 常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法對(duì)低介電常數(shù)層進(jìn)行處理；步驟S105,去除氧化物層、TiN層、硬 掩膜層以及低介電常數(shù)硬掩膜層；步驟S106,在連接孔中沉積銅，形成半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)。
[0014] 本申請(qǐng)?zhí)峁┑牡徒殡姵?shù)介質(zhì)薄膜處理方法，利用非質(zhì)子溶劑將低介電常數(shù)介質(zhì) 薄膜中的水分吸附出來(lái)，并且還會(huì)與薄膜中的氟化物發(fā)生熱解反應(yīng)，溶解低介電常數(shù)介質(zhì) 薄膜中的氟化物，從而降低了低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的介電常數(shù)。該處理方法簡(jiǎn)單易行，對(duì)半 導(dǎo)體器件無(wú)損傷，逆轉(zhuǎn)了現(xiàn)有制備工藝對(duì)低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的破壞性，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí) 施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0016] 圖1示出了本申請(qǐng)一種【具體實(shí)施方式】所涉及的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法的 流程示意圖；
[0017] 圖2示出了本申請(qǐng)另一種【具體實(shí)施方式】所涉及的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法 的流程示意圖；
[0018] 圖3示出了本申請(qǐng)另一種【具體實(shí)施方式】所涉及的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法 的流程示意圖；
[0019] 圖4示出了本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)制作方法的流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 以下結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本申請(qǐng)可以由權(quán)利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0021] 術(shù)語(yǔ)解釋：
[0022] 非質(zhì)子溶劑：不能給出質(zhì)子H+的溶劑；
[0023] 超臨界流體：當(dāng)物質(zhì)所處的溫度高于某一數(shù)值時(shí)，任何大的壓力均不能使該物質(zhì) 由氣相轉(zhuǎn)化為液相，此時(shí)的溫度成為臨界溫度Tc ;在臨界溫度下，氣體能被液化的最低壓 力稱為臨界壓力Pc ;而溫度和壓力均處于臨界點(diǎn)以上的液體叫超臨界流體；
[0024] 超臨界干燥：通過(guò)加溫、加壓，使液體的溫度和壓力超過(guò)其液相的臨界點(diǎn)，在高壓 下排氣，除去液相的工藝；
[0025] 疏水性：疏水性指的是一個(gè)分子(疏水物）與水相互排斥的物理性質(zhì)；
[0026] 接觸角：是指在氣、液、固三相交點(diǎn)處所作的氣-液界面的切線穿過(guò)液體與固-液 交界線之間的夾角，是潤(rùn)濕程度的量度；
[0027] 介電常數(shù)：又稱電容率或相對(duì)電容率，是指在同一電容器中用同一物質(zhì)為電介質(zhì) 和真空室的電容的比值，表示電介質(zhì)在電場(chǎng)中貯存靜電能的相對(duì)能力，相對(duì)介電常數(shù)越小 絕緣性愈好。
[0028] 由【背景技術(shù)】可知，現(xiàn)有低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法均未能解決PID效應(yīng)，本發(fā) 明的發(fā)明人針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究，創(chuàng)造性地利用非質(zhì)子溶劑處理低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜， 不但能將低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的水分吸附出來(lái)，并且還會(huì)與低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的氟 化物發(fā)生熱解反應(yīng)，溶解低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的氟化物，將氟化物從低介電常數(shù)介質(zhì)薄 膜中去除。因?yàn)槌チ说徒殡姵?shù)介質(zhì)薄膜中的水分和氟化物，降低了低介電常數(shù)介質(zhì)薄 膜的介電常數(shù)，從而逆轉(zhuǎn)了半導(dǎo)體制作工藝對(duì)低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜造成的破壞。
[0029] 下面將結(jié)合附圖具體說(shuō)明本申請(qǐng)所提供的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法。
[0030] 圖1示出了本申請(qǐng)一種【具體實(shí)施方式】所涉及的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法的 流程示意圖；該處理方法包括：將沉積有低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜并且經(jīng)過(guò)等離子或濕法工藝 處理的半導(dǎo)體器件浸泡到非質(zhì)子溶劑中，例如，5至30分鐘后將半導(dǎo)體器件取出；將上述半 導(dǎo)體器件在常溫常壓下干燥，經(jīng)過(guò)檢測(cè)，所得半導(dǎo)體器件的介電常數(shù)有所降低，逆轉(zhuǎn)了工藝 所造成的部分損害。
[0031] 本申請(qǐng)所采用的非質(zhì)子溶劑是指不能提供H+的溶劑，上述溶劑容易與水分子中的 羥基形成共價(jià)鍵，從而將水分子從低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中吸附出來(lái)；另外，非質(zhì)子溶劑能與 低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的氟化物發(fā)生熱解反應(yīng)，溶解低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的氟化物。優(yōu) 選地，非質(zhì)子溶劑可選自包括二甲基亞砜、二甲基甲酮、四氫呋喃、二甲醚、二甲基二硫醚、 二甲基吡啶，上述非質(zhì)子溶劑吸附水分和溶解氟化物的能力比較強(qiáng)，處理效果較好。
[0032] 更優(yōu)選地，所采用的非質(zhì)子溶劑為二甲基亞砜（DMSO)。DMS0是一種重要的非質(zhì)子 溶劑，具有高極性、高沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性好、與水混溶的特性，可以與水以任意比例混合，除石 油醚外，可溶解一般有機(jī)溶劑。它有強(qiáng)烈吸濕性，在20°C，相對(duì)濕度為60%時(shí)，可以從空氣中 吸收相當(dāng)于自身重量70%的水分。在本實(shí)施例中，DMS0會(huì)與低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的水分 形成共價(jià)鍵，生成〇"*S. . . 0…Η鍵，并放出熱量。另外，DMS0還會(huì)與薄膜中的氟化物發(fā)生熱 解反應(yīng)，從而溶解掉薄膜中的氟化物。
[0033] 經(jīng)過(guò)上述常溫常壓狀態(tài)下的處理后，低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的Κ值由原先的Κ1下降 到K2。優(yōu)選地，K2是K1的70-90%，更優(yōu)選地，K2是K1的75-85%。K1值的大小主要與低介 電常數(shù)介質(zhì)薄膜中所吸附的水分子含量以及氟化物含量有關(guān)，并不是一個(gè)固定數(shù)值。在本 申請(qǐng)?zhí)峁┑木唧w實(shí)施例中，上述Κ1值在2. 91至3. 15的范圍內(nèi)。
[0034] 圖2示出了本申請(qǐng)另一種【具體實(shí)施方式】所涉及的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法 的流程示意圖；如圖2所示，低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法包括：將具有低介電常數(shù)介質(zhì) 薄膜的半導(dǎo)體器件浸泡到超臨界狀態(tài)下的非質(zhì)子溶劑中。
[0035] 與圖1所示實(shí)施方式所不同的是，該【具體實(shí)施方式】是在溶劑的超臨界狀態(tài)下進(jìn)行 的。超臨界流體兼具液體和氣體的雙重性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)：它的密度比一般氣體大兩個(gè)數(shù)量級(jí)， 與液體相近，因此具有與液體溶劑相近的溶解能力；它的粘度比液體小，擴(kuò)散速度比液體快 (約兩個(gè)數(shù)量級(jí))，所以有良好的流動(dòng)性和傳遞性能。超臨界流體具有極強(qiáng)的萃取能力，能夠 將薄膜中的水分有效的分離提取出來(lái)。另外，超臨界流體還具有非常強(qiáng)的極性，可以溶解 薄膜中的氟化物，從而可高效率地降低低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的介電常數(shù)。經(jīng)過(guò)上述超臨界 狀態(tài)下的處理后，低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的Κ值由原先的Κ1下降到Κ2。優(yōu)選地，Κ2是Κ1的 70-90%，更優(yōu)選地，Κ2是Κ1的75-85%，更優(yōu)選地，Κ2是Κ1的75-80%。
[0036] 圖3示出了圖2所示實(shí)施方式的一個(gè)具體實(shí)施例的流程示意圖；將具有低介電常 數(shù)介質(zhì)薄膜的半導(dǎo)體器件浸泡到超臨界狀態(tài)下的非質(zhì)子溶劑的具體步驟包括：將具有低介 電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導(dǎo)體器件放入超臨界干燥釜中；將非質(zhì)子溶劑加入超臨界干燥釜中； 以及在預(yù)定壓力和預(yù)定溫度下，非質(zhì)子溶劑成為超臨界流體并與低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜充分 反應(yīng)。這里所指的預(yù)定壓力和預(yù)定溫度是指能夠使非質(zhì)子溶劑在上述條件下成為超臨界 流體的壓力和溫度，優(yōu)選地，上述預(yù)定壓力范圍為10_300Mpa，預(yù)定溫度范圍為50-200°C。 例如具體壓力可以是 l〇Mpa、20Mpa、30Mpa、40Mpa、50Mpa、80Mpa、lOOMpa、120Mpa、150Mpa、 200Mpa、220Mpa、250Mpa、300Mpa ;例如具體溫度可以是 50 °C、60 °C、75 °C、90 °C、100 °C、 120°C、130°C、150°C、160°C、180°C、200°C。
[0037] 進(jìn)一步地，在低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜與超臨界狀態(tài)的非質(zhì)子溶劑充分反應(yīng)后，進(jìn)一 步包括如下步驟：排除超臨界干燥釜中的氣體，待超臨界干燥釜中的溫度自然冷卻到室溫 時(shí)，打開(kāi)超臨界干燥釜，取出處理后的半導(dǎo)體器件；以及干燥上述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。干 燥的方法可以是常溫常壓下自然風(fēng)干，也可以采用例如吹風(fēng)機(jī)、加熱等常規(guī)干燥方法對(duì)低 介電常數(shù)介質(zhì)薄膜進(jìn)行干燥。
[0038] 本申請(qǐng)所處理的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜可以包括所有由低介電材料形成的薄膜，且 該薄膜的介電常數(shù)在半導(dǎo)體加工工藝中遭到了破壞。可處理的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜可以是 SSQ基薄膜、SiO基薄膜、有機(jī)聚合物薄膜等，優(yōu)選是多孔低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。因?yàn)槎嗫椎?介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的空隙密度較高，溶劑可以空隙中的水分子充分接觸，處理效果較好。
[0039] 圖4示出了本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)制作方法的流程示意圖將上述低 介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法應(yīng)用到現(xiàn)有半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作方法中，得到了本申請(qǐng)所提 供的半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)制作方法。本申請(qǐng)所提供的制備半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的方法包括：步驟 S101，在半導(dǎo)體器件層上依次形成擴(kuò)散阻擋層、低介電常數(shù)層、低介電常數(shù)硬掩膜層、硬掩 膜層、TiN層以及氧化物層；步驟S102,以圖案化的光刻膠層為掩膜依次蝕刻氧化物層和 TiN層，直至暴露出硬掩膜層；步驟S103,去除圖案化的光刻膠層后，以氧化物層和TiN層為 掩膜依次蝕刻硬掩膜層、低介電常數(shù)硬掩膜層和低介電常數(shù)層，在低介電常數(shù)層中形成連 接孔；步驟S104,采用上述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法對(duì)低介電常數(shù)層進(jìn)行處理；步 驟S105,去除氧化物層、TiN層、硬掩膜層以及低介電常數(shù)硬掩膜層；步驟S106,在連接孔中 沉積銅，形成半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)。
[0040] 具體而言，半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作方法可以包括以下步驟：
[0041] 步驟S101，在半導(dǎo)體器件層上依次形成擴(kuò)散阻擋層、低介電常數(shù)層、低介電常數(shù)硬 掩膜層、硬掩膜層、TiN層以及氧化物層，具體可以包括：
[0042] 步驟S1011，在半導(dǎo)體器件層上形成阻擋金屬介電質(zhì)層，阻擋金屬介電質(zhì)層為一絕 緣層，用于將銅互連層與半導(dǎo)體器件層形成電隔離。阻擋金屬介電質(zhì)層的材料是氮摻雜碳 化物，厚度范圍為40nm至50nm，可以采用半導(dǎo)體制造領(lǐng)域形成電介質(zhì)層常見(jiàn)的化學(xué)氣相沉 積或物理氣相沉積的方法形成。
[0043] 步驟S1012,在上述阻擋金屬介電質(zhì)層上沉積擴(kuò)散阻擋層。所述擴(kuò)散阻擋層能夠阻 擋在其上形成的銅互連層中的金屬向阻擋金屬介電質(zhì)層擴(kuò)散，并能改善銅互連層的表面平 整度。作為一個(gè)實(shí)施例，上述擴(kuò)散阻擋層為氮化鈦或氮化鉭，可以通過(guò)等離子體化學(xué)氣相沉 積的方法實(shí)現(xiàn)。上述擴(kuò)散阻擋層的介電常數(shù)可以5. 2,厚度為100埃至300埃。
[0044] 步驟S1013,在擴(kuò)散阻擋層上形成低介電常數(shù)層，上述低介電常數(shù)層可以是摻碳的 二氧化娃，可以為應(yīng)用材料（Applied Materials)公司商標(biāo)為黑鉆石（Black Diamond)的 氧化娃（Si02)、Novellus公司的Coral或ASM International公司的Aurora。在具體的實(shí) 施例中，上述低介電常數(shù)層可為黑鉆石，厚度范圍為1000埃至3000埃，可通過(guò)有機(jī)分子束 沉積的方法沉積，其具體的沉積方法作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不做詳細(xì)說(shuō)明。
[0045] 步驟S1014,在低介電常數(shù)層上依次形成低介電常數(shù)硬掩膜層、硬掩膜層、TiN層 以及氧化物層，低介電常數(shù)硬掩膜層為致密的低介電常數(shù)薄膜，可以為氧化硅等，其形成方 法可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積等方法形成，在此不再贅述。硬掩 膜層可以為氮化硅等，其形成方法可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積等 方法形成，在此不再贅述。
[0046] 步驟S102,以圖案化的光刻膠層為掩膜蝕刻TiN層和氧化物層直至露出硬掩膜 層，并用灰化法除去光刻膠層。此蝕刻采用干法蝕刻進(jìn)行。在本申請(qǐng)一實(shí)施方式中，可以采 用如下條件進(jìn)行刻蝕：刻蝕氣體為HBr/0 2, Cl2/02或者S02/02，或者其他適合的氣體。干法 刻蝕中的氣體壓力可以為lmT至1000mT，功率為500W至3000W，偏電壓為100V至500V，總 的氣流速度為lOsccm至lOOOsccm。
[0047] 步驟S103,以氧化物層和TiN層為掩膜依次蝕刻硬掩膜層、低介電常數(shù)硬掩膜層 和低介電常數(shù)層，在低介電常數(shù)層中形成連接孔，具體可以包括：
[0048] 步驟S1031，以氧化物層和TiN層為掩膜濕法蝕刻硬掩膜層形成硬掩膜層開(kāi)口，當(dāng) 然，在此蝕刻的過(guò)程中氧化物層通常也會(huì)同時(shí)被蝕刻去除。在進(jìn)行濕法蝕刻硬掩膜層時(shí)，采 用的蝕刻液可以是本領(lǐng)域通常用的磷酸或氫氟酸溶液，優(yōu)選地，根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方式，采 用的是含氫氟酸的蝕刻液。
[0049] 步驟S1032,沿硬掩膜層開(kāi)口蝕刻低介電常數(shù)硬掩膜層和低介電常數(shù)層，以形成 連接孔。該連接孔的形成可以直接通過(guò)常規(guī)的干法蝕刻的方法形成，蝕刻的條件可以為刻 蝕氣體為HBr/0 2, Cl2/02或者S02/02，或者其他適合的氣體。干法刻蝕中的氣體壓力可以為 lmT至1000mT，功率為500W至3000W，偏電壓為100V至500V，總的氣流速度為lOsccm至 1000sccm〇
[0050] 步驟S104,采用上述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法對(duì)低介電常數(shù)層進(jìn)行處理； 具體處理方法如圖1、圖2或圖3及上文所述，在此不再贅述。
[0051] 步驟S105,去除氧化物層、TiN層、硬掩膜層以及低介電常數(shù)硬掩膜層。去除氧化 物層、TiN層、硬掩膜層以及低介電常數(shù)硬掩膜層的方法可以是干法刻蝕，濕法刻蝕、化學(xué)機(jī) 械拋光處理等常規(guī)處理方式。
[0052] 步驟S106,將銅沉積到連接孔中，沉積銅的方法可采用常規(guī)的氣相沉積方法，因?yàn)?該工藝方法為現(xiàn)有技術(shù)，具體工藝步驟在此不再贅述，通過(guò)上述步驟即可得到一種半導(dǎo)體 互連結(jié)構(gòu)。
[0053] 除了上述步驟之外，本申請(qǐng)還可以包括任何現(xiàn)有互連結(jié)構(gòu)形成工藝的其他步驟， 例如，在互連結(jié)構(gòu)中可進(jìn)一步沉積NDC (氮摻雜的碳化硅)層，在沉積NDC (氮摻雜的碳化硅） 層之前進(jìn)一步實(shí)施nh3預(yù)處理等。
[0054] 下面將以半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)中的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理過(guò)程為例，進(jìn)一步闡述 本申請(qǐng)?zhí)峁┑牡徒殡姵?shù)介質(zhì)薄膜的處理方法。但需要澄清的是，此處僅以半導(dǎo)體互連結(jié) 構(gòu)的處理過(guò)程為例，并不表示本申請(qǐng)所提供的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法僅用于半導(dǎo) 體互連結(jié)構(gòu)的處理。
[0055] 實(shí)施例1
[0056] 在半導(dǎo)體器件層上沉積擴(kuò)散阻擋層，在擴(kuò)散阻擋層上利用化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)二 氧化硅，但，同時(shí)引入一CH 3，從而形成介電常數(shù)K1為2. 59的多孔低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。依 次在上述多孔低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜上沉積低介電常數(shù)硬掩膜層、硬掩膜層、TiN層以及氧化 物層；以圖案化的光刻膠層為掩膜依次蝕刻氧化物層和TiN層，直至暴露出硬掩膜層；去除 圖案化的光刻膠層后，以氧化物層和TiN層為掩膜依次蝕刻硬掩膜層、低介電常數(shù)硬掩膜 層和低介電常數(shù)層，在低介電常數(shù)層中形成連接孔；對(duì)多孔低介電常數(shù)層進(jìn)行非質(zhì)子溶劑 處理；去除氧化物層、TiN層、硬掩膜層以及低介電常數(shù)硬掩膜層；在連接孔中沉積銅，形成 半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)。
[0057] 具體而言，上述對(duì)低介電常數(shù)層進(jìn)行非質(zhì)子溶劑處理具體為：
[0058] 1、測(cè)試該多孔低介電常數(shù)層的介電常數(shù)和接觸角
[0059] 采用常規(guī)的測(cè)量工具，通過(guò)測(cè)量半導(dǎo)體器件的電容來(lái)測(cè)定低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的 介電常數(shù)，利用交流電橋的測(cè)量步驟為：首先在測(cè)量工具的兩塊極板之間為真空的時(shí)候測(cè) 試電容器的電容Q。然后，用同樣的電容極板間距離但在極板間加入待測(cè)物測(cè)得電容Cx， 然后用下式計(jì)算出相對(duì)介電常數(shù)ε，具體測(cè)量數(shù)據(jù)請(qǐng)見(jiàn)表1。另外，采用外形圖像分析法測(cè) 量多孔低介電薄膜的接觸角，通過(guò)接觸角表征薄膜疏水性的大小，其測(cè)量步驟為：利用移液 器將液態(tài)水滴到薄膜表面，通過(guò)顯微鏡頭與相機(jī)獲得液滴的外形圖像，再運(yùn)用數(shù)字圖像處 理和計(jì)算公式將圖像中的液滴的接觸角計(jì)算出來(lái)，具體測(cè)量數(shù)據(jù)請(qǐng)見(jiàn)表1。
[0060] 2、對(duì)多孔低介電常數(shù)層的處理
[0061] 將具有低介電常數(shù)層的半導(dǎo)體器件浸泡到非質(zhì)子溶劑DMS0中，20分鐘后將半導(dǎo) 體器件取出；將上述半導(dǎo)體器件在常溫常壓下干燥。
[0062] 3、測(cè)試處理后的多孔低介電常數(shù)層的介電常數(shù)和接觸角
[0063] 測(cè)試方法與上述相同，通過(guò)測(cè)量半導(dǎo)體器件上的多孔低介電常數(shù)層的電容來(lái)測(cè)定 多孔低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的相對(duì)介電常數(shù)，并且采用外形圖像分析法測(cè)量多孔低介電薄膜 的接觸角，具體測(cè)量數(shù)據(jù)請(qǐng)見(jiàn)表1。
[0064] 實(shí)施例2
[0065] 以實(shí)施例1相同的方法制得多孔低介電常數(shù)薄膜。測(cè)定的多孔低介電常數(shù)薄膜介 電常數(shù)以及多孔低介電薄膜接觸角的具體測(cè)量數(shù)據(jù)請(qǐng)見(jiàn)表1。
[0066] 將具有上述多孔低介質(zhì)常數(shù)薄膜的半導(dǎo)體器件放在超臨界干燥釜中，再將DMS0 倒入干燥釜，接著將干燥釜密閉。然后向干燥釜中通入氮?dú)夂?，啟?dòng)加熱程序，直到干燥釜 內(nèi)的溫度達(dá)到180攝氏度，壓力為1個(gè)大氣壓下；維持溫度和壓力不變（30min)，使得DMS0 達(dá)到超臨界流體狀態(tài)。緩慢泄掉干燥釜中的氣體，待干燥釜中的溫度自然冷卻到室溫時(shí)，即 可打開(kāi)干燥釜，取出處理后的半導(dǎo)體器件。測(cè)得處理后的多孔低介電薄膜介電常數(shù)，并且采 用外形圖像分析法測(cè)量多孔低介電薄膜的接觸角，具體測(cè)量數(shù)據(jù)請(qǐng)見(jiàn)表1。
[0067] 實(shí)施例3
[0068] 以實(shí)施例1相同的方法制得多孔低介電常數(shù)薄膜。測(cè)得的多孔低介電薄膜介電常 數(shù)以及多孔低介電薄膜接觸角的具體測(cè)量數(shù)據(jù)請(qǐng)見(jiàn)表1。
[0069] 二甲基甲酮和二甲基吡啶以體積比為1:1形成混合溶液，以該混合溶液為非質(zhì)子 溶劑，在常溫常壓下將低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜浸泡到該混合溶液中，10分鐘后去除該薄膜并 干燥。測(cè)量低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜在浸泡前后的介電常數(shù)和接觸角，具體測(cè)量數(shù)據(jù)請(qǐng)見(jiàn)表1。 具體工藝步驟和測(cè)量方法同實(shí)施例1。
[0070] 實(shí)施例4
[0071] 以四氫呋喃為非質(zhì)子溶劑，在超臨界條件下將低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜浸泡到四氫呋 喃溶劑中，直至所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的水分被去除。測(cè)量低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜在浸 泡到四氫呋喃前后的介電常數(shù)和接觸角，具體測(cè)量數(shù)據(jù)請(qǐng)見(jiàn)表1。具體工藝步驟和測(cè)量方法 同實(shí)施例2。
[0072] 表 1
[0073]

【權(quán)利要求】
1. 一種低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法，其特征在于，用非質(zhì)子溶劑處理介電常數(shù)為 K1的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜，處理后所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的介電常數(shù)為K2,所述K2小于 K1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述K2為所述K1的70-90%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述非質(zhì)子溶劑選自二甲基亞砜、二 甲基甲酮、四氫呋喃、二甲醚、二甲基二硫醚和二甲基吡啶中的一種或多種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的處理方法，其特征在于，所述用非質(zhì)子溶劑處理 低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的方法包括：在常溫常壓下將具有所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導(dǎo)體 器件浸泡到非質(zhì)子溶劑中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括將所述半導(dǎo)體 器件從非質(zhì)子溶劑中取出，干燥所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的處理方法，其特征在于，所述用非質(zhì)子溶劑處理 低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的方法包括：將具有所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導(dǎo)體器件浸泡到超 臨界狀態(tài)下的非質(zhì)子溶劑中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理方法，其特征在于，所述用非質(zhì)子溶劑處理低介電常數(shù) 介質(zhì)薄膜的方法包括： 將具有所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導(dǎo)體器件放入超臨界干燥釜中； 將所述非質(zhì)子溶劑加入所述超臨界干燥釜中；以及 在預(yù)定壓力和預(yù)定溫度下，所述非質(zhì)子溶劑成為超臨界流體并與所述低介電常數(shù)介質(zhì) 薄膜充分反應(yīng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理方法，其特征在于，所述預(yù)定壓力范圍為10至300Mpa， 預(yù)定溫度范圍為50至200°C。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理方法，其特征在于，當(dāng)所述非質(zhì)子溶劑與所述低介電常 數(shù)介質(zhì)薄膜充分反應(yīng)后，包括如下步驟： 排放所述超臨界干燥釜中的氣體，待所述超臨界干燥釜中的溫度自然冷卻到室溫； 打開(kāi)所述超臨界干燥釜，取出處理后的半導(dǎo)體器件；以及 干燥所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜是多孔低 介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。
11. 一種半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括： 步驟S101，在半導(dǎo)體器件層上形成擴(kuò)散阻擋層、低介電常數(shù)層、低介電常數(shù)硬掩膜層、 硬掩膜層、TiN層以及氧化物層； 步驟S102,以圖案化的光刻膠層為掩膜依次蝕刻氧化物層和TiN層，直至暴露出硬掩 膜層； 步驟S103,去除圖案化的光刻膠層后，以氧化物層和TiN層為掩膜依次蝕刻硬掩膜層、 低介電常數(shù)硬掩膜層和低介電常數(shù)層，在所述低介電常數(shù)層形成連接孔； 步驟S104,采用權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法對(duì)所 述低介電常數(shù)層進(jìn)行處理； 步驟S105,去除所述氧化物層、TiN層、硬掩膜層以及低介電常數(shù)硬掩膜層；以及 步驟S106,在所述連接孔中沉積銅，形成所述半導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK104282621SQ201310287657
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月9日
【發(fā)明者】周鳴 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司