含硅氧介質(zhì)層及其表面處理方法、半導(dǎo)體器件及互連層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體集成電路制作技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種含硅氧介質(zhì)層及 其表面處理方法、半導(dǎo)體器件及互連層。
【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)體集成電路的制作過(guò)程中，通常將含硅氧材料（比如Si02、Si0N、SiOC)作為 器件隔離的介質(zhì)層?，F(xiàn)有含硅氧介質(zhì)層通常是采用有機(jī)硅烷作為前驅(qū)體，通過(guò)化學(xué)氣相沉 積等工藝在器件上沉積形成的。在形成含硅氧介質(zhì)層的過(guò)程中，前驅(qū)體中的部分有機(jī)基團(tuán) 和硅原子會(huì)落在形成的硅氧介質(zhì)層上，導(dǎo)致硅氧介質(zhì)層中產(chǎn)生缺陷，進(jìn)而影響后續(xù)工藝的 進(jìn)行，甚至使所得到的半導(dǎo)體器件不能達(dá)到所設(shè)計(jì)的器件特性。
[0003] 例如，在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作過(guò)程中，通常需要在淺溝槽的側(cè)壁上形成SiO2介 質(zhì)層作為粘附層，然后在SiO 2介質(zhì)層上形成隔離物質(zhì)。在通過(guò)化學(xué)氣相沉積等工藝形成 SiO2介質(zhì)層的過(guò)程中，SiO2介質(zhì)層中會(huì)產(chǎn)生缺陷。這些缺陷會(huì)降低SiO2介質(zhì)層的粘附力， 使得隔離物質(zhì)與淺溝槽之間的結(jié)合力降低，進(jìn)而使得淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)不能達(dá)到所設(shè)計(jì)的隔 離效果。
[0004] 再例如，半導(dǎo)體集成電路的后段工藝（BEOL)中，需要在半導(dǎo)體器件上形成介質(zhì)層 和金屬互連線，進(jìn)而形成互連層。其中，金屬互連線一般選用銅作為互連線材料，介質(zhì)層材 料通常采用含有硅氧的低介電絕緣材料。在形成含硅氧介質(zhì)層的過(guò)程中，介質(zhì)層中也會(huì)產(chǎn) 生缺陷。在后續(xù)對(duì)介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕的過(guò)程中，這些缺陷會(huì)保留在刻蝕形成的溝道中，并將溝 道分割成很多區(qū)域。因此，在溝道中沉積金屬層后，金屬層會(huì)被隔斷；進(jìn)一步對(duì)互連層進(jìn)行 濕法清洗后，這些缺陷會(huì)被去除，進(jìn)而使得金屬互連線發(fā)生開(kāi)裂，使所得到的半導(dǎo)體器件不 能達(dá)到所設(shè)計(jì)的器件特性。
[0005] 又例如，在通孔的制作過(guò)程中，需要在襯底上依次形成含硅氧介質(zhì)層、抗反射涂層 和光刻膠，再對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光顯影，接下來(lái)對(duì)抗反射涂層、含硅氧介質(zhì)層和襯底進(jìn)行刻 蝕，形成通孔。在形成含硅氧介質(zhì)層的過(guò)程中，介質(zhì)層中同樣會(huì)產(chǎn)生缺陷。介質(zhì)層表面上的 缺陷會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)層的表面不平整，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致曝光的光線發(fā)生散射，進(jìn)而影響光刻圖形的 準(zhǔn)確性。
[0006] 隨著半導(dǎo)體集成電路的集成密度越來(lái)越高，半導(dǎo)體器件之間的間距越來(lái)越小。因 此，含硅氧介質(zhì)層中的缺陷更容易影響后續(xù)工藝的進(jìn)行，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性下降，甚 至?xí)?dǎo)致半導(dǎo)體器件發(fā)生失效。比如，在28nm制程的半導(dǎo)體集成電路工藝中，介質(zhì)層中的 缺陷引起的金屬互連線開(kāi)裂以及光刻圖形走形等，已經(jīng)成為影響半導(dǎo)體器件穩(wěn)定性能的最 主要因素之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本申請(qǐng)旨在提供一種含硅氧介質(zhì)層及其表面處理制作方法、半導(dǎo)體器件及互連 層，以解決現(xiàn)有含硅氧介質(zhì)層中的缺陷影響半導(dǎo)體器件穩(wěn)定性的問(wèn)題。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種含硅氧介質(zhì)層的表面處 理方法，該表面處理方法包括：對(duì)含硅氧介質(zhì)層進(jìn)行UV處理，以除去含硅氧介質(zhì)層中的殘 留有機(jī)物；以及對(duì)UV處理后的含硅氧介質(zhì)層進(jìn)行氧化處理，以氧化含硅氧介質(zhì)層中的殘留 硅。
[0009] 進(jìn)一步地，在本申請(qǐng)上述的含硅氧介質(zhì)層的表面處理方法中，UV處理采用波長(zhǎng)為 100~300nm的紫外線。
[0010] 進(jìn)一步地，在本申請(qǐng)上述的含硅氧介質(zhì)層的表面處理方法中，UV處理的溫度為 300~500°C，處理時(shí)間為2~10分鐘，紫外線的光強(qiáng)度為100~2000mW/cm 2。 toon] 進(jìn)一步地，在本申請(qǐng)上述的含硅氧介質(zhì)層的表面處理方法中，氧化處理采用〇3、O 2 或它們的混合物作為氧化氣體。
[0012] 進(jìn)一步地，在本申請(qǐng)上述的含硅氧介質(zhì)層的表面處理方法中，O3和O2混合物中O 3 的體積百分含量為25%以上。
[0013] 進(jìn)一步地，在本申請(qǐng)上述的含硅氧介質(zhì)層的表面處理方法中，氧化處理方案中，采 用O3時(shí)，O 3的流量為5000~15000sccm，處理溫度為300~400°C，處理時(shí)間為30~120s ; 采用O2時(shí)，O2的流量為5000~15000sccm，處理溫度為300~400°C，處理時(shí)間為60~120s ; 采用O3和O2的混合物時(shí)，O3的流量為5000~15000sccm，O 2的流量為0~15000sccm，處 理溫度為300~400°C，處理時(shí)間為45~120s。
[0014] 進(jìn)一步地，在本申請(qǐng)上述的含硅氧介質(zhì)層的表面處理方法中，含硅氧介質(zhì)層為 SiO2 層、SiON 層或 SiOC 層。
[0015] 根據(jù)本申請(qǐng)的另一方面，提供了一種含硅氧介質(zhì)層，，其中各含硅氧介質(zhì)層以有機(jī) 硅烷為前軀體形成，并經(jīng)本申請(qǐng)?zhí)峁┑暮柩踅橘|(zhì)層的表面處理方法處理形成。
[0016] 同時(shí)，本申請(qǐng)還一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，以及設(shè)置于襯底上的一層或多層含硅 氧介質(zhì)層，其中各含硅氧介質(zhì)層以有機(jī)硅烷為前軀體形成，并經(jīng)本申請(qǐng)?zhí)峁┑暮柩踅橘|(zhì) 層的表面處理方法處理形成。
[0017] 本申請(qǐng)還提供了一種互連層，包括襯底，設(shè)置于襯底上的含硅氧介質(zhì)層，設(shè)置于含 娃氧介質(zhì)層的溝槽，以及設(shè)置于溝槽內(nèi)的金屬層，，其中各含娃氧介質(zhì)層以有機(jī)硅烷為前軀 體形成，并經(jīng)本申請(qǐng)?zhí)峁┑暮柩踅橘|(zhì)層的表面處理方法處理形成。
[0018] 應(yīng)用本申請(qǐng)的技術(shù)方案一種含硅氧介質(zhì)層及其表面處理方法、半導(dǎo)體器件及互連 層，通過(guò)對(duì)含硅氧介質(zhì)層進(jìn)行UV處理以及氧化處理步驟，從而去除了含硅氧介質(zhì)層中缺 陷，避免了由含硅氧介質(zhì)層中缺陷造成的半導(dǎo)體器件穩(wěn)定性下降的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)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：
[0020] 圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例所提供的含硅氧介質(zhì)層的表面處理方法的流程示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本申請(qǐng)。
[0022] 由【背景技術(shù)】可知，含硅氧介質(zhì)層中的缺陷會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性下降，本申 請(qǐng)的申請(qǐng)人針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究，提出了一種含硅氧介質(zhì)層的表面處理方法。如圖1所 述，該表面處理方法包括：對(duì)含硅氧介質(zhì)層進(jìn)行UV處理，以除去含硅氧介質(zhì)層中的殘留有 機(jī)物；以及對(duì)UV處理后的含硅氧介質(zhì)層進(jìn)行氧化處理，以氧化含硅氧介質(zhì)層中的殘留硅。
[0023] 在本申請(qǐng)上述的含硅氧介質(zhì)層的表面處理方法中，首先采用UV (紫外線)處理含硅 氧介質(zhì)層，使得含硅氧介質(zhì)層中的有機(jī)殘留物在UV照射的作用下發(fā)生分解，生成COjPH2O; 由于生成的CO 2和H2O從硅氧介質(zhì)層中脫離，因而硅氧介質(zhì)層中的有機(jī)殘留物得以去除。在 對(duì)含硅氧介質(zhì)層進(jìn)行UV處理后，還要對(duì)UV處理后的含硅氧介質(zhì)層進(jìn)行氧化處理。該氧化 處理能夠使得含硅氧介質(zhì)層中的硅原子氧化生成含硅氧材料，且生成的含硅氧材料與含硅 氧介質(zhì)層結(jié)合在一起，從而達(dá)到去除硅氧介質(zhì)層中硅殘留物的目的。
[0024] 以下將結(jié)合【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說(shuō)明本申請(qǐng)所提供的含硅氧介質(zhì)層的表面處理 方法。該表面處理方法包括以下步驟：
[0025] 首先采用UV (紫外線）處理含硅氧介質(zhì)層，以除去含硅氧介質(zhì)層中的殘留有機(jī)物。 在該步驟中，UV的波長(zhǎng)會(huì)對(duì)硅氧介質(zhì)層中有機(jī)殘留物的去除效果產(chǎn)生影響，本領(lǐng)域的技術(shù) 人員可以根據(jù)實(shí)際工藝需求，選擇UV的波長(zhǎng)。在本申請(qǐng)的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，UV處理采 用波長(zhǎng)為100~300nm的紫外線。具有上述波長(zhǎng)的UV能夠促進(jìn)有機(jī)殘留物的氧化分解，進(jìn) 而徹底去除硅氧介質(zhì)層中的有機(jī)殘留物。
[0026] 在上述的UV處理步驟中，氧介質(zhì)層中有機(jī)殘留物的去除效果還與UV處理的工藝 條件有關(guān)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際工藝需求，選擇UV處理的工藝條件，比如處理 溫度、時(shí)間。在本申請(qǐng)的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，UV處理的溫度為300~500°C，時(shí)間為2~ 10分鐘，紫外線的強(qiáng)度為100~2000mW/cm 2。滿足上述工藝條件的UV處理能夠?qū)崿F(xiàn)去除 硅氧介質(zhì)層中有機(jī)殘留物的目的。
[0027] 在本申請(qǐng)上述的含硅氧介質(zhì)層的表面處理方法中，在對(duì)含硅氧介質(zhì)層進(jìn)行UV處 理的步驟之后，還要對(duì)UV處理后的含硅氧介質(zhì)層進(jìn)行氧化處理。該氧化處理能夠使得含硅 氧介質(zhì)層中的硅原子氧化生成含硅氧材料，且生成的含硅氧材料與含硅氧介質(zhì)層結(jié)合在一 起，從而達(dá)到去除硅氧介質(zhì)層中硅殘留物的目的。
[0028] 在上述的氧化處理步驟中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際工藝需求，選擇合適的 氧化氣體進(jìn)行氧化處理。在本申請(qǐng)的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，采用〇 3、〇2或它們的混合物作為 氧化試劑。采用上述氧化氣體既能去除硅氧介質(zhì)層中的硅殘留物，又不會(huì)在含硅氧介質(zhì)層 中產(chǎn)生新的雜質(zhì)或造成其他損害。
[0029] 在上述的氧化處理步驟中，當(dāng)采用O3和O2混合物作為氧化試劑時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù) 人員可以根據(jù)實(shí)際工藝需求，選擇具有合適配比的氧化氣體。在本申請(qǐng)的一種優(yōu)選實(shí)施方 式中，混合物中O 3的體積百分含量為25%以上。采用上述配比的氧化試劑既能去除硅氧介 質(zhì)層中的硅殘留物，又不會(huì)對(duì)含硅氧介質(zhì)層產(chǎn)生新的損害。
[0030] 在上述的氧化處理步驟中，含硅氧介質(zhì)層中硅殘留物的去除效果還與氧化處理的 工藝條件有關(guān)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際工藝需求，選擇氧化處理的工藝條件，比如 氧化氣體的流量、處理溫度和時(shí)間。當(dāng)采用〇 3作為氧化氣體時(shí)，氧化處理的一種優(yōu)選工藝條 件為：〇3的流量為5000~15000sccm，處理溫度為300~400°C，處理時(shí)間為30~120s ;當(dāng) 采用O2作為氧化氣體時(shí)，氧化處理的一種優(yōu)選工藝條件為：〇2的流量為5000~15000 SCCm， 處理溫度為300~400°C，處理時(shí)間為60~120s ;當(dāng)采用O3和O2作為氧化氣體時(shí)，氧化處 理的一種優(yōu)選工藝條件為：〇3的流量為5000~15000sccm，0 2的流量為0~15000sccm，處 理溫度為300~400°C，處理時(shí)間為45~120s。滿足上述工藝條件的氧化處理能夠徹底去 除硅氧介質(zhì)層中的硅殘留物。
[0031] 在本申請(qǐng)上述的含硅氧介質(zhì)層的表面處理方法中，所述含硅氧介質(zhì)層以有機(jī)硅烷 為前軀，在襯底上形成的含有硅和氧的材料。優(yōu)選地，含硅氧介質(zhì)層為SiO 2層、SiON層或 SiOC層?？蛇x的有機(jī)硅烷選自二甲基硅烷、二甲基硅烷、四甲基硅烷、二乙基硅烷、四氧基 原硅酸酯、四乙基原硅酸酯、八甲基三硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、四甲基環(huán)四硅氧烷、甲基 二乙氧基硅烷、苯基二甲基硅烷以及苯基硅烷中的一種或多種。在形成含娃氧介質(zhì)層的過(guò) 程中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以根據(jù)實(shí)際工藝需求，向前驅(qū)體中通入摻雜元素，比如N和C， 以形成SiON和SiOC介質(zhì)層。形成上述含硅氧介質(zhì)層的工藝包括但不限于采用化學(xué)氣相沉 積、蒸發(fā)、濺射等，上述工藝為本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0032] 同時(shí)，本申請(qǐng)還提供了一種含硅氧介質(zhì)層，該含硅氧介質(zhì)層經(jīng)本申請(qǐng)?zhí)峁┑暮?氧介質(zhì)層的表面處理方法處理形成。該含硅氧介質(zhì)層中缺陷得以去除，避免了由含硅氧介 質(zhì)層中的缺陷造成的半導(dǎo)體器件穩(wěn)定性下降的問(wèn)題。
[0033] 本申請(qǐng)又提供了一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，以及設(shè)置于襯底上的一層或多層含