CN102254855A - 金属前介电层应力恢复的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属前介电层应力恢复的方法，金属前介电层具有接触孔，接触孔刚经过清洗，包括：使用紫外线灯照射金属前介电层，测量生成金属前介电层后的第一晶圆弯曲度和进行紫外线照射时的第二晶圆弯曲度，将第一晶圆弯曲度和第二晶圆弯曲度进行比较，如果弯曲度差小于10微米，则停止紫外线灯照射，否则，继续紫外线灯照射。根据本发明的方法可有效解决导体器件制造过程中金属前介电层吸收水分引起的应力损失的问题。可以有效地去除金属前介电层在化学机械抛光和清洗等工艺环节中吸收的水分，进而恢复金属前介电层的应力，提高所制造的半导体器件的性能。并且本发明的方法实施成本低，工艺简单、处理时间短，有经济、高效和实用的优点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺领域，尤其涉及一种金属前介电层应力恢复的方法。
背景技术
随着对超大规模集成电路的集成度和性能的需求逐渐增加，器件尺寸不断等比例缩小，半导体技术向着45nm甚至更小的特征尺寸的技术节点发展。而随着特征尺寸的缩小，半导体制造工艺过程也变得越来越精密和复杂，影响半导体器件的性能的因素也越来越多。
金属前介电层(Pre-Metal Dielectric，PMD)作为器件和互连金属层间的隔离层以及使半导体器件免受杂质粒子污染的保护层，其应力效果的好坏直接影响着半导体器件的性能。伴随着器件密集程度和工艺复杂程度的不断增加，由金属前介电层应力引发的半导体器件性能受损的比例逐渐升高。
金属前介电层的应力问题主要是由金属前介电层自身的特性引发的。在金属前介电层生长完成后，要对金属前介电层进行化学机械抛光(CMP)以使其平坦化。然后需要在金属前介电层上蚀刻接触孔，并对接触孔进行清洗。在化学机械抛光和清洗的过程中，金属前介电层会吸收水分，进而导致其应力的损失，金属前介电层应力的损失会使半导体器件的性能严重下降。
图1是现有技术金属前介电层吸收水分的示意图。如图1所示，金属前介电层101在化学机械抛光和清洗的过程中，由于金属前介电层101由比较疏松的硅氧烷构成，并且含有较多的Si-H悬挂键，其暴露在空气中极易吸收空气中的水汽(H2O)，而且水汽会沿着疏松的结构向下渗透。而由于金属前介电层101吸收了空气中的水汽，金属前介电层101就会由于吸收了水分而发生变形，导致金属前介电层101的应力的损失，引起晶圆弯曲变形，从而使半导体器件的性能下降。
为去除金属前介电层所吸收的水分，现有技术在对金属前介电层进行化学机械抛光(CMP)后，对金属前介电层进行等离子体或加热等处理来去除金属前介电层中的水分，从而使其恢复应力。而由于金属前介电层在化学机械抛光后其表面已经平坦化，对金属前介电层进行等离子体或加热等处理只能有效地去除金属前介电层的表层中的水分。此时金属前介电层内部的水分就变得较难去除，而加强等离子体或加热处理的强度则会增大半导体器件损伤的危险。同时，在化学机械抛光后进行的清洗步骤中，金属前介电层还会吸收水分，这样就使采用现有技术恢复金属前介电层的应力的效果并不理想。
因此，如何有效地恢复金属前介电层的应力就为亟待解决的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为解决半导体器件制造过程中金属前介电层吸收水分引起的应力损失的问题，提高所制造的半导体器件的性能，本发明提供了一种金属前介电层应力恢复的方法，所述金属前介电层具有接触孔，所述接触孔刚经过清洗，所述方法包括：
使用紫外线灯照射所述金属前介电层，
测量生成所述金属前介电层后的第一晶圆弯曲度和进行所述紫外线灯照射时的第二晶圆弯曲度，所述晶圆弯曲度等于晶圆的中心部位与所述晶圆的边缘部位垂直方向的高度差的数值；
将所述第一晶圆弯曲度和所述第二晶圆弯曲度进行比较，所述比较包括通过所述第一晶圆弯曲度减去所述第二晶圆弯曲度得到弯曲度差，如果所述弯曲度差小于10微米，则停止所述紫外线灯照射，否则，继续所述紫外线灯照射。
进一步的，令所述晶圆未生长器件的下表面的温度达到350℃至480℃，所述紫外线灯照射时间为3分钟至6分钟。
进一步的，所述紫外线灯的功率为2000W至4000W，波长范围是180nm至250nm。
进一步的，所述紫外线灯与所述晶圆间的距离是7.62mm至15.24mm。
进一步的，在使用所述紫外线灯进行照射时，向反应室内通入导热性气体。
进一步的，所述反应室内通入导热性气体的流量为10000标准立方厘米/分钟至20000标准立方厘米/分钟。
进一步的，所述气体为氦气。
根据本发明的方法可以有效解决导体器件制造过程中金属前介电层吸收水分引起的应力损失的问题。可以有效地去除金属前介电层在化学机械抛光和清洗等工艺环节中吸收的水分，进而恢复金属前介电层的应力，有效地提高所制造的半导体器件的性能。并且本发明的方法实施成本较低，而且工艺简单、处理时间较短，还有经济、高效和实用的优点。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图1是现有技术金属前介电层吸收水分的示意图；
图2A是根据本发明的一个实施方式的金属前介电层应力恢复的方法的紫外线灯照射的示意图；
图2B是根据本发明的一个实施方式的金属前介电层应力恢复的方法的紫外线灯照射的流程图；
图2C是根据本发明的一个实施方式的金属前介电层应力恢复的方法的晶圆弯曲度示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明本发明是如何解决导体器件制造过程中金属前介电层吸收水分引起的应力损失的问题。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
为了克服导体器件制造过程中金属前介电层吸收水分引起的应力损失对所制造的半导体器件的性能的影响，本发明提出了一种金属前介电层应力恢复的方法来克服这一问题。
图2A是根据本发明的一个实施方式的金属前介电层应力恢复的方法的紫外线灯照射的示意图，图2B是根据本发明的一个实施方式的金属前介电层应力恢复的方法的紫外线灯照射的流程图，图2C是根据本发明的一个实施方式的金属前介电层应力恢复的方法的晶圆弯曲度示意图。如图2A、图2B和图2C所示，本实施方式中的金属前介电层101具有接触孔202，接触孔202刚经过清洗，本实施方式的方法可以包括：
使用紫外线灯203照射金属前介电层101。
在对金属前介电层101中的接触孔进行清洗后，为使金属前介电层恢复应力，需要去除金属前介电层101在清洗工艺中吸收的水分。利用紫外线灯203照射金属前介电层101，紫外光照射到金属前介电层101上时，紫外光的光能转化为热能并被金属前介电层101吸收，并且由于紫外光的穿透能力较强，因此金属前介电层101的温度的升高也就比较均匀。随着金属前介电层101不断均匀地吸收热量，其温度不断升高，金属前介电层中吸收的水分子能量不断增加。当晶圆101未生长器件的下表面的温度达到400℃左右时，水分子就有足够的能量从硅氧烷中脱离。同时，令金属前介电层101在该温度下持续一定的时间，就可以保证金属前介电层101中的H2O在高温的作用下以水蒸汽的形式从金属前介电层101中脱离。随着金属前介电层101中的水分子的脱离，金属前介电层101的应力也就得到了恢复。
经紫外线照射处理后的金属前介电层101的应力已经得到了恢复，在应力恢复后的金属前介电层101中的接触孔202内沉积金属可以使半导体器件的性能得到有效的保证。
步骤201B测量生成金属前介电层101后的第一晶圆弯曲度和进行紫外线灯照射时的第二晶圆弯曲度。
其中，晶圆弯曲度ΔL等于晶圆201的中心部位与晶圆201的边缘部位垂直方向的高度差的数值。图2C展示了晶圆201弯曲变形的两种情况，左图为晶圆201受金属前介电层吸收水分所产生的压应力的作用而产生弯曲的情况，右图为晶圆201受金属前介电层吸收水分所产生的张应力的作用而产生弯曲的情况。需要说明的是，晶圆弯曲度ΔL是一个数值，其大小反映了晶圆201的弯曲程度。
步骤202B通过第一晶圆弯曲度减去第二晶圆弯曲度得到弯曲度差。
步骤203B判断弯曲度差是否小于10微米。
如果弯曲度差大于10微米，则执行步骤204B继续紫外线灯照射。
如果弯曲度差小于10微米，则执行步骤205B停止紫外线灯照射。
优选地，在紫外线灯照射的过程中，令晶圆201未生长器件的下表面的温度达到350℃至480℃。使晶圆201未生长器件的下表面的温度达到350℃至480℃可以提高紫外线灯照射的效率，从而进一步提高金属前介电层应力的恢复效率。
进一步优选地，紫外线灯照射所用的紫外线灯203的功率为2000W至3000W，波长范围是180nm至250nm。采用上述参数的紫外线灯203进行紫外线灯照射可以有效地使金属前介电层的应力得到恢复。特别是采用3000W的紫外线灯203进行照射时，金属前介电层101的应力恢复效果最好。
进一步优选地，紫外线灯203与晶圆201间的距离是7.62mm至15.24mm。令紫外线灯与晶圆201间的距离保持在7.62mm至15.24mm可有效地使晶圆201未生长器件的下表面的温度达到350℃至480℃。
本实施方式在进行紫外线灯照射时，可以通过测量晶圆弯曲度差来决定紫外线灯照射的持续时间。一方面有效地保证了紫外线灯照射的技术效果，另一方面当金属前介电层应力恢复到可接受的水平时就停止紫外线灯照射，这样就有效的节约了紫外线灯照射的持续时间，有利于提高生产效率。
本发明的一个优选实施方式在图2B所示的实施方式的基础上进一步包括：
在使用紫外线灯203进行照射时，向反应室内通入导热性气体。
使用紫外线灯203进行照射时，向反应室内通入导热性气体。可有助于提高金属前介电层101的加热效率，同时还使加热过程中从金属前介电层101中排出的水蒸汽随导热性气体一同从反应室中排出。可进一步提高金属前介电层应力恢复的效果。
优选地，反应室内通入的导热性气体的流量为10000标准立方厘米/分钟至20000标准立方厘米/分钟。向反应室中通入上述流量的导热性气体可以有效地提高金属前介电层应力恢复的效果。
优选地，导热性气体可以是氦气。氦气为本领域技术人员常用的导热性气体，并且其成本较低，将氦气通入反应室可以有效地提高金属前介电层应力恢复的效果，并且不会在生产过程中增加太多的成本。
本发明的方法在半导体器件制造过程中，可以有效地去除金属前介电层在化学机械抛光和清洗等工艺环节中吸收的水分，进而恢复金属前介电层的应力，有效地提高所制造的半导体器件的性能。并且本发明的方法实施成本较低，而且工艺简单、处理时间较短，还有经济、高效和实用的优点。
本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (7)
1.一种金属前介电层应力恢复的方法，所述金属前介电层具有接触孔，所述接触孔刚经过清洗，其特征在于，所述方法包括：
使用紫外线灯照射所述金属前介电层，
测量生成所述金属前介电层后的第一晶圆弯曲度和进行所述紫外线灯照射时的第二晶圆弯曲度，所述晶圆弯曲度等于晶圆的中心部位与所述晶圆的边缘部位垂直方向的高度差的数值；
将所述第一晶圆弯曲度和所述第二晶圆弯曲度进行比较，所述比较包括通过所述第一晶圆弯曲度减去所述第二晶圆弯曲度得到弯曲度差，如果所述弯曲度差小于10微米，则停止所述紫外线灯照射，否则，继续所述紫外线灯照射。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，令所述晶圆未生长器件的下表面的温度达到350℃至480℃，所述紫外线灯照射时间为3分钟至6分钟。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述紫外线灯的功率为2000W至4000W，波长范围是180nm至250nm。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述紫外线灯与所述晶圆间的距离是7.62mm至15.24mm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在使用所述紫外线灯进行照射时，向反应室内通入导热性气体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述反应室内通入导热性气体的流量为10000标准立方厘米/分钟至20000标准立方厘米/分钟。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述气体为氦气。
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