本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體集成電路的制造中，摻硼的二氧化硅(BPSG)由于其流動(dòng)性較好、臺(tái)階覆蓋性好，填充力強(qiáng)，因而廣泛地作為介電層被應(yīng)用。

半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具體制作過(guò)程中，例如在形成金屬互連結(jié)構(gòu)時(shí)，需對(duì)介電層進(jìn)行刻蝕以形成一些通孔與凹槽。實(shí)際結(jié)果表明，上述通孔與凹槽的形貌與預(yù)定形貌之間存在一些偏差，上述偏差較大時(shí)，會(huì)造成所填充的通孔、凹槽與預(yù)定電連接區(qū)域，例如前層金屬互連結(jié)構(gòu)短路或斷路。

有鑒于此，實(shí)有必要提供一種新的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問(wèn)題是如何減小在摻硼二氧化硅介電層中形成的凹槽或通孔的形貌與預(yù)定形貌之間的偏差。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：

提供基底，所述基底上具有介電層，所述介電層的材質(zhì)為摻硼的二氧化硅；

至少采用氣態(tài)六甲基二硅胺對(duì)所述介電層進(jìn)行處理；

在處理后的介電層上形成光刻膠層，曝光、顯影后形成圖案化的光刻膠層；

以所述圖案化的光刻膠層為掩膜，刻蝕所述處理后的介電層以形成凹槽或通孔。

可選地，所述介電層為金屬前介電層或金屬間介電層。

可選地，采用氣態(tài)六甲基二硅胺對(duì)所述介電層進(jìn)行處理的工藝參數(shù)為： 溫度范圍160℃～200℃，時(shí)間范圍100s～180s。

可選地，在常壓下采用氣態(tài)六甲基二硅胺對(duì)所述介電層進(jìn)行處理。

可選地，采用氣態(tài)六甲基二硅胺對(duì)所述介電層進(jìn)行處理后，還采用H₂等離子體對(duì)所述介電層進(jìn)行處理，之后在處理后的介電層上形成光刻膠層。

可選地，采用H₂等離子體對(duì)所述介電層進(jìn)行處理的工藝參數(shù)為：壓強(qiáng)范圍200mTorr～300mTorr，功率范圍150W～250W，流量范圍200sccm～300sccm，時(shí)間范圍3Min～8Min。

可選地，所述光刻膠層為正性光刻膠、負(fù)性光刻膠或包含正性光刻膠與負(fù)性光刻膠疊層的雙重光刻膠。

可選地，所述形成方法還包括：在所述凹槽或通孔內(nèi)填入金屬以形成金屬互連結(jié)構(gòu)。

可選地，在所述凹槽或通孔內(nèi)填入金屬時(shí)，所述凹槽或通孔外多余的金屬采用化學(xué)機(jī)械研磨法去除，所述化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中，所述采用氣態(tài)六甲基二硅胺處理過(guò)的介電層表面作為研磨終止層。

可選地，所述填入的金屬的材質(zhì)為銅或鎢。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)采用氣態(tài)六甲基二硅胺對(duì)摻硼二氧化硅介電層進(jìn)行處理，在其表面形成一層包含甲基基團(tuán)的硅氧烷；該硅氧烷具有疏水性，排斥其上附著的水汽顆粒，使得水汽顆粒在其上為點(diǎn)接觸，相對(duì)于水汽顆粒在未處理的摻硼二氧化硅介電層表面上為面接觸的情況，本方案能降低附著在介電層表面上的水珠的體積，即降低了水汽附著量。通過(guò)水汽附著量的降低，降低了摻硼二氧化硅介電層中所摻的B與水汽中的O結(jié)合形成B₂O₃的幾率，提高了后續(xù)形成的光刻膠在介電層上的附著性能，使得光刻膠在光刻過(guò)程中不易剝離，提高了光刻膠圖案的保真度，進(jìn)而減小了摻硼二氧化硅介電層中形成的凹槽或通孔的形貌與預(yù)定形貌之間的偏差。另外，在以圖案化的光刻膠為掩膜刻蝕摻硼二氧化硅介電層時(shí)，由于包含甲基基團(tuán)的硅氧烷與摻硼二氧化硅性質(zhì)類似，因而不需調(diào)整現(xiàn)有摻硼二氧化硅刻蝕工藝參數(shù)。

2)可選方案中，在采用氣態(tài)六甲基二硅胺對(duì)摻硼二氧化硅介電層進(jìn)行處理后，還采用H₂等離子體對(duì)介電層進(jìn)行處理，以在前述步驟還遺漏生成B₂O₃的情況下，將其還原成B，進(jìn)一步避免了B₂O₃降低光刻膠與介電層之間的附著性能。此外，H₂等離子體處理過(guò)程的副產(chǎn)物為H₂O，不引入新的雜質(zhì)元素，且H₂O在處理后的介電層表面的附著能力差，能隨等離子體腔室的抽氣泵順利排出腔室外。

附圖說(shuō)明

圖1是水汽顆粒附著在現(xiàn)有技術(shù)的摻硼二氧化硅介電層表面的原理示意圖；

圖2是水汽顆粒附著在本發(fā)明處理后的摻硼二氧化硅介電層表面的原理示意圖；

圖3至圖8是本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在不同制作階段的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如背景技術(shù)中所述，現(xiàn)有技術(shù)中，在摻硼二氧化硅介電層中形成凹槽或通孔時(shí)，兩者形貌與預(yù)定形貌之間存在偏差，當(dāng)偏差較大時(shí)，會(huì)造成所填充的通孔、凹槽與前層預(yù)定電連接區(qū)域短路或斷路。針對(duì)上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生問(wèn)題的原因是：如圖1所示，摻硼二氧化硅介電層1中的硼離子極易吸收空氣中的水分，使得水汽顆粒2在其表面附著，硼離子與水汽顆粒2中的氧離子結(jié)合后，生成B₂O₃。B₂O₃能降低光刻膠在該介電層1表面的附著性能，從而造成顯影過(guò)程中，該預(yù)保留區(qū)域的光刻膠剝離。以該失真的圖案化光刻膠為掩膜刻蝕介電層時(shí)，就不難理解所形成的通孔與凹槽出現(xiàn)形貌偏差了。

基于上述分析，本發(fā)明采用氣態(tài)六甲基二硅胺對(duì)摻硼二氧化硅介電層1進(jìn)行處理，如圖2所示，在其表面形成一層包含甲基基團(tuán)的硅氧烷11，該硅氧烷11具有疏水性，排斥其上附著的水汽顆粒2。從而大大降低硼離子與氧離子結(jié)合的概率，降低了B₂O₃的形成幾率，上述方案能提高光刻膠在介電層1上的附著性能，使其在顯影過(guò)程中不易剝落。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。

圖3至圖8是本發(fā)明一實(shí)施例中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在不同制作階段的結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合圖3至圖8所示，詳細(xì)介紹半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法。

首先，參照?qǐng)D3所示，提供基底3，基底3上具有介電層31，介電層31的材質(zhì)為摻硼的二氧化硅(BPSG)。

基底3的半導(dǎo)體襯底30材質(zhì)例如為硅、鍺、絕緣體上硅(SOI)等。半導(dǎo)體襯底30的表面形成有柵極結(jié)構(gòu)(未標(biāo)示)，柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底30內(nèi)形成有源漏區(qū)，相鄰MOS晶體管的源漏區(qū)采用淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(未標(biāo)示)隔開(kāi)。

為降低源漏區(qū)、柵極與后續(xù)形成在各自區(qū)域上的導(dǎo)電插塞之間的接觸電阻，源漏區(qū)、柵極上可以形成金屬硅化物。

可以看出，上述介電層31為金屬前介電層(IMD)，其它實(shí)施例中，上述介電層31也可以為金屬層間介電層(ILD)。

接著，仍參照?qǐng)D3所示，采用氣態(tài)六甲基二硅胺(HMDS)對(duì)介電層31進(jìn)行處理。

本步驟中，先將基底3置入密閉腔室4內(nèi)，對(duì)腔室4抽真空后，通入汽化的六甲基二硅胺。上述通入氣體可以直至腔室4達(dá)到常壓時(shí)停止，即在1大氣壓下，采用氣態(tài)六甲基二硅胺對(duì)介電層31進(jìn)行處理。

上述常壓一方面能使得介電層31的表面實(shí)現(xiàn)良好疏水效果，另一方面，在將基底3移出密閉腔室4時(shí)，不需減壓或增壓，能縮短工序耗時(shí)，提高處理效率。

一個(gè)實(shí)施例中，上述處理的溫度范圍為160℃～200℃，時(shí)間范圍100s～180s。

處理完畢后，如圖4所示，介電層31表面形成一層包含甲基基團(tuán)的硅氧烷31a。該硅氧烷31a將摻硼二氧化硅介電層31表面變?yōu)槭杷?，使得附著的水汽顆粒2與介電層31表面之間的接觸由面接觸排斥為點(diǎn)接觸。硅氧烷31a 的形成大大降低了介電層31中的硼離子與水汽顆粒2中的氧離子結(jié)合的概率，降低了B₂O₃的形成幾率。

為進(jìn)一步降低B₂O₃的形成幾率，在采用氣態(tài)六甲基二硅胺對(duì)介電層31進(jìn)行處理完后，還采用還原氣體的等離子體對(duì)介電層31進(jìn)行處理。

一個(gè)實(shí)施例中，還原氣體為H₂。其它實(shí)施例中，上述還原氣體也可以為NH₃。

具體地，將基底3移出腔室4，參照?qǐng)D5所示，放入等離子體腔室5內(nèi)。

在等離子體腔室5內(nèi)，采用產(chǎn)生的H₂等離子體轟擊基底3，具體轟擊基底3上的介電層31(包含甲基基團(tuán)的硅氧烷31a厚度較薄)。上述H₂等離子體處理能將上步驟處理遺漏的、少量的B₂O₃還原為B。

一個(gè)實(shí)施例中，上述H₂等離子體處理的工藝參數(shù)為：壓強(qiáng)范圍200mTorr～300mTorr，功率范圍150W～250W，流量范圍200sccm～300sccm，時(shí)間范圍3Min～8Min。

相對(duì)于NH₃等離子體，采用H₂等離子體處理的好處在于：處理過(guò)程的副產(chǎn)物為H₂O，其一、不引入新的雜質(zhì)元素；其二、H₂O在處理后的介電層31表面的附著能力差，能隨等離子體腔室5的抽氣泵順利排出腔室外。

處理完畢后，將基底3移出等離子體腔室5。

之后，參照?qǐng)D6所示，在處理后的介電層31上形成光刻膠層6。

光刻膠層6的形成方法例如為旋涂法，旋涂的光刻膠層6可以為正性光刻膠、負(fù)性光刻膠或包含正性光刻膠與負(fù)性光刻膠疊層的雙重光刻膠。

可以理解的是，由于B₂O₃的形成幾率降低，因而光刻膠層6在介電層31的表面附著性能較好。

接著，曝光、顯影光刻膠層6后形成圖案化的光刻膠層6’，如圖7所示。

本步驟采用掩膜板曝光。需要說(shuō)明的是，對(duì)于雙重光刻膠，在一次曝光過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)正性光刻膠與負(fù)性光刻膠的曝光。

對(duì)于附著性較好的圖案化的光刻膠層6’，顯影過(guò)程不會(huì)造成預(yù)保留區(qū)域 的光刻膠剝離，因而使得從掩膜板到圖案化光刻膠層6’的圖形轉(zhuǎn)移準(zhǔn)確。

之后，參照?qǐng)D8所示，以圖案化的光刻膠層6’(參照?qǐng)D7所示)為掩膜，干法刻蝕處理后的介電層31以形成通孔7。

一個(gè)實(shí)施例中，上述介電層31的干法刻蝕氣體為CF₄、C₃F₈中的至少一種。

在以圖案化的光刻膠層6’為掩膜刻蝕摻硼二氧化硅介電層31時(shí)，由于包含甲基基團(tuán)的硅氧烷31a與摻硼二氧化硅性質(zhì)類似，因而不需調(diào)整現(xiàn)有摻硼二氧化硅刻蝕工藝參數(shù)，工藝實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。

后續(xù)在通孔7內(nèi)填入金屬材質(zhì)，例如銅、鎢等即可形成導(dǎo)電插塞。

具體工藝中，本步驟在通孔7內(nèi)及通孔外的介電層31上均沉積了金屬材質(zhì)，上述沉積例如采用濺射工藝實(shí)現(xiàn)，之后化學(xué)機(jī)械研磨去除通孔7外多余的金屬材質(zhì)。

上述化學(xué)機(jī)械研磨，可以利用含甲基基團(tuán)的硅氧烷31a作為終止層，以利于研磨終點(diǎn)檢測(cè)。

可以看出，上述步驟中，形成通孔7的干法刻蝕過(guò)程所采用的圖案化的光刻膠層6’形貌準(zhǔn)確，因而通孔7與預(yù)定形貌偏差較小，填充金屬后所形成的導(dǎo)電插塞分別落于柵極、源漏區(qū)，不會(huì)造成導(dǎo)電插塞斷路或柵極、源漏極之間短路。

其它實(shí)施例中，若上述介電層31為金屬層間介電層，則上述干法刻蝕形成的通孔7也可以為凹槽，在凹槽內(nèi)填入金屬后，形成了金屬互連層中的金屬塊。可以理解的是，凹槽的形貌準(zhǔn)確，其內(nèi)填充金屬后，也能實(shí)現(xiàn)與前層金屬互連結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。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)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。