一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供形成有多孔低K介質(zhì)層的襯底，并對所述多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，采用有機(jī)氣體對刻蝕后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行處理，之后采用等離子體進(jìn)行處理，能夠使得多孔低K介質(zhì)層表面變得密實(shí)，從而能夠防止金屬擴(kuò)散到多孔低K介質(zhì)層中，大大的提高了多孔低K介質(zhì)層的可靠性，有利于提高器件的性能和良率。
【專利說明】一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種有關(guān)多孔低K介質(zhì)層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在先進(jìn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)產(chǎn)業(yè)中，器件的特征尺寸在不斷縮小，構(gòu)成電路的元件更加密集，那么防止互連線間的電容性串音就更加重要。電容性串音與材料的介電常數(shù)(K)相關(guān)，隨著器件尺寸的降低，通常所用的SiO2已經(jīng)不能夠滿足需要，于是各種低K介質(zhì)層就不斷被研發(fā)出來。
[0003]目前，業(yè)界有采取在介質(zhì)材料中引入多孔性，這是由于空氣的介電常數(shù)為1，因此其能夠降低介質(zhì)材料的介電常數(shù)。但是，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，多孔低K介質(zhì)層并不能夠得到很好的應(yīng)用。
[0004]請參考圖f圖3，現(xiàn)有工藝中，多孔低K介質(zhì)層3形成于襯底I上，優(yōu)選的二者之間具有銅隔離層2，在多孔低K介質(zhì)層3上依次形成第一掩膜層4、第二掩膜層5、阻擋層6及氧化層7。接著，涂敷光阻層(未示出)，并經(jīng)由光刻蝕刻工藝形成如圖2所示的大馬士革結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行去濕處理(Degas removingmoisture)0然后,如圖3所示,沉積金屬層9到刻蝕出的凹槽8中，并進(jìn)行后續(xù)處理以形成如金屬連線。
[0005]然而由于多孔低K介質(zhì)層的開放性，在形成多孔低K介質(zhì)層后，后續(xù)工藝中的銅會擴(kuò)散到其中，銅擴(kuò)散在介質(zhì)層中形成深能級雜質(zhì)，對器件中的載流子有很強(qiáng)的陷阱作用，使器件性能退化甚至失效。雖然在去濕后通常會形成TaN層來防止銅擴(kuò)散，但效果并不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中銅擴(kuò)散到多孔低K介質(zhì)層中的問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:
[0008]提供襯底，所述襯底上形成有多孔低K介質(zhì)層；
[0009]刻蝕所述多孔低K介質(zhì)層形成凹槽結(jié)構(gòu)；
[0010]對所述刻蝕后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行有機(jī)氣體處理；及
[0011]對所述有機(jī)氣體處理后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行等離子體處理，以形成密實(shí)的表面。
[0012]可選的，對于所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，所述有機(jī)氣體處理為:
[0013]在壓強(qiáng)0.65?7torr，氮?dú)夂?或氦氣的氛圍下，通入流量為5(T2000sccm的有機(jī)氣體。
[0014]可選的，對于所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，所述有機(jī)氣體為甲烷。
[0015]可選的，對于所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，所述等離子體處理為:
[0016]在壓強(qiáng)0.65?7torr，功率5(T2000w下，通入流量為5(T2000sccm的氬氣。[0017]可選的，對于所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，所述等離子體處理為:
[0018]在壓強(qiáng)0.65?7torr，功率5(T2000w下，通入流量為5(T2000sccm的氦氣。
[0019]可選的，對于所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，所述等離子體處理為:
[0020]在壓強(qiáng)0.65?7torr，功率50?2000w下，通入流量為5(T2000sccm的氬氣和氦氣的
混合氣體。
[0021]可選的，對于所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，在刻蝕所述多孔低K介質(zhì)層形成凹槽結(jié)構(gòu)之后，對所述刻蝕后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行有機(jī)氣體處理之前，還包括如下工藝步驟:
[0022]對所述刻蝕后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行去濕處理。
[0023]可選的，對于所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，對所述有機(jī)氣體處理后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行等離子體處理后，還包括如下工藝步驟:
[0024]在所述凹槽結(jié)構(gòu)中依次形成擴(kuò)散阻擋層和銅種籽層，所述擴(kuò)散阻擋層覆蓋所述密實(shí)的表面；
[0025]在所述凹槽結(jié)構(gòu)中形成金屬層。
[0026]可選的，對于所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，所述形成擴(kuò)散阻擋層和銅種籽層過程中，使用氣氣、氪氣及氖氣。
[0027]可選的，對于所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，刻蝕所述多孔低K介質(zhì)層形成凹槽結(jié)構(gòu)之前，在所述多孔低K介質(zhì)層上依次形成第一掩膜層、第二掩膜層、第一阻擋層及氧化層。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法中，采用有機(jī)氣體對刻蝕后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行處理，之后采用等離子體進(jìn)行處理，能夠使得多孔低K介質(zhì)層表面變得密實(shí)，從而能夠防止金屬擴(kuò)散到多孔低K介質(zhì)層中，大大的提高了多孔低K介質(zhì)層的可靠性，有利于提高器件的性能和良率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖廣圖3為現(xiàn)有工藝在多孔低K介質(zhì)層中形成金屬的過程示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明實(shí)施例對多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行處理的流程圖；
[0031]圖5?圖10為本發(fā)明實(shí)施例對多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行處理的過程中的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0032]圖11為本發(fā)明實(shí)施例在進(jìn)行處理后的多孔低K介質(zhì)層中沉積金屬的結(jié)構(gòu)剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0034]請參考圖4所提供的流程圖，本發(fā)明主要包括如下步驟:
[0035]步驟S101，提供襯底，所述襯底上形成有多孔低K介質(zhì)層；
[0036]步驟S102,刻蝕所述多孔低K介質(zhì)層至預(yù)定結(jié)構(gòu)；
[0037]步驟S103，對所述刻蝕后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行有機(jī)氣體處理；
[0038]步驟S104，對所述有機(jī)氣體處理后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行等離子體處理，以形成密實(shí)的表面。
[0039]具體的，請參考圖5~圖10所示的處理過程圖。
[0040]如圖5所示，提供襯底10，所述襯底可以包括硅基底以及各類功能器件等，其中，所述娃基底例如可以為單晶娃，絕緣體上娃(SOI)等,所述器件可以為CMOS晶體管等。在襯底10的表面形成有隔離層11，例如可以為NDC層，在所述隔離層11上形成有多孔低K介質(zhì)層12，在多孔低K介質(zhì)層12上依次形成第一掩膜層13、第二掩膜層14、第一阻擋層15及氧化層16。其中，所述第一掩膜層13可以為黑鉆石(black diamond，BD)，所述第二掩膜層14可以為正硅酸乙酯(TEOS)形成的二氧化硅，所述第一阻擋層15可以為氮化鈦(TiN)。
[0041]接著，在氧化層16上涂敷光阻層(未示出)，采用光刻和刻蝕工藝，刻蝕去除所述氧化層16，并刻蝕所述第一阻擋層15、第二掩膜層14、第一掩膜層13、多孔低K介質(zhì)層和隔離層11，形成如圖6所示的凹槽結(jié)構(gòu)20 (即進(jìn)行大馬士革刻蝕，圖2所示結(jié)構(gòu)僅示意)。
[0042]之后，進(jìn)行去濕處理(Degas removing moisture),將尤其是多孔低K介質(zhì)層12中的水汽去除，以避免RC延遲。
[0043]請參考圖7，對所述刻蝕后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行有機(jī)氣體30處理；所述有機(jī)氣體處理為:在壓強(qiáng)0.65~7torr，氮?dú)?N2)和/或氦氣(He)的氛圍下，通入流量為5(T2000sccm的有機(jī)氣體，本實(shí)施例中采用的有機(jī)氣體可以為甲烷(CH4),其他含有C-H鍵的氣體亦可。本發(fā)明采用有機(jī)氣體處理的目的為使得有機(jī)氣體吸附在多孔低K介質(zhì)層12表面，即起到填充密實(shí)的作用。如圖8所示，經(jīng)過有機(jī)氣體處理后，在刻蝕后的凹槽結(jié)構(gòu)中，各層(這里重點(diǎn)在于多孔低K介質(zhì)層12)側(cè)壁上形成一層薄膜40。
[0044]請參考圖9，在薄膜40形成后，采用等離子體50進(jìn)行處理。本實(shí)施例采用的所述等離子體處理為:在壓強(qiáng)0.65~7torr，功率5(T2000w下，通入流量為5(T2000sccm的氬氣(Ar)，也可以在相同條件下，即壓強(qiáng)0.65~7torr，功率5(T2000w下，通入流量為50^2000sccm的氦氣或者氬氣和氦氣的混合氣體。則薄膜40在通入的等離子體轟擊下，將變得更加密實(shí)，從而在凹槽結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成一層密實(shí)的表面。
[0045]如圖10所示，經(jīng)等離子體處理后，密實(shí)的表面40'形成，則凹槽結(jié)構(gòu)的側(cè)壁將受到較好的保護(hù)，尤其是多孔低K介質(zhì)層40'能夠得到有效的隔離，使得后續(xù)工藝過程中的其他物質(zhì)，比如金屬銅等，不會擴(kuò)散進(jìn)入，則由此制得的器件能夠獲得較佳的可靠性。
[0046]請參考圖11，在密實(shí)的表面40'形成，繼續(xù)采用濺射工藝形成TaN (氮化鉭)/Ta(鉭)層和銅種籽層(Seed layer)(未示出)，可采用現(xiàn)有的濺射工藝，例如可以通入包括氙氣(Xe)、氪氣(Kr)及氖氣(Ne)，便于形成較好的結(jié)構(gòu)。其中TaN和/或Ta層作為擴(kuò)散阻擋層，能夠進(jìn)一步的阻擋銅的擴(kuò)散，而Ta則是為了便于和銅結(jié)合，以便進(jìn)行電鍍工藝在擴(kuò)散阻擋層之間形成金屬層60。
[0047] 之后可以進(jìn)行退火和CMP等工藝，以完成整個工藝流程。 [0048]上述實(shí)施例提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法中，采用有機(jī)氣體對刻蝕后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行處理，之后采用等離子體進(jìn)行處理，能夠使得多孔低K介質(zhì)層表面變得密實(shí)，從而能夠防止金屬擴(kuò)散到多孔低K介質(zhì)層中，大大的提高了多孔低K介質(zhì)層的可靠性，有利于提高器件的性能和良率。
[0049]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括: 提供襯底，所述襯底上形成有多孔低K介質(zhì)層； 刻蝕所述多孔低K介質(zhì)層形成凹槽結(jié)構(gòu)； 對所述刻蝕后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行有機(jī)氣體處理；及 對所述有機(jī)氣體處理后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行等離子體處理，以形成密實(shí)的表面。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述有機(jī)氣體處理為: 在壓強(qiáng)0.65?7torr，氮?dú)夂?或氦氣的氛圍下，通入流量為5(T2000sccm的有機(jī)氣體。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述有機(jī)氣體為甲烷。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述等離子體處理為: 在壓強(qiáng)0.65?7torr，功率5(T2000w下，通入流量為5(T2000sccm的氬氣。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述等離子體處理為: 在壓強(qiáng)0.65?7torr，功率5(T2000w下，通入流量為5(T2000sccm的氦氣。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述等離子體處理為: 在壓強(qiáng)0.65?7torr，功率50?2000w下，通入流量為5(T2000sccm的氬氣和氦氣的混合氣體。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在刻蝕所述多孔低K介質(zhì)層形成凹槽結(jié)構(gòu)之后，對所述刻蝕后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行有機(jī)氣體處理之前，還包括如下工藝步驟: 對所述刻蝕后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行去濕處理。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，對所述有機(jī)氣體處理后的多孔低K介質(zhì)層進(jìn)行等離子體處理后，還包括如下工藝步驟: 在所述凹槽結(jié)構(gòu)中依次形成擴(kuò)散阻擋層和銅種籽層，所述擴(kuò)散阻擋層覆蓋所述密實(shí)的表面； 在所述凹槽結(jié)構(gòu)中形成金屬層。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述形成擴(kuò)散阻擋層和銅種籽層過程中，使用氙氣、氪氣及氖氣。
10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，刻蝕所述多孔低K介質(zhì)層形成凹槽結(jié)構(gòu)之前，在所述多孔低K介質(zhì)層上依次形成第一掩膜層、第二掩膜層、第一阻擋層及氧化層。
【文檔編號】H01L21/768GK103779267SQ201210413489
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月25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