CN103035509A - 半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体器件的制造方法，包括：提供衬底，在衬底上形成低K介质层；用氧等离子体对低K介质层表面进行轰击；在所述低K介质层的上方形成光刻胶层；通过灰化去除所述光刻胶层，在所述灰化过程中，向所述光刻胶层通入含氮的气体；在所述低K介质层上形成硬掩模层；进行清洗。本发明可以防止底切现象。

Description

半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体器件的制造方法。
背景技术
随着半导体技术的发展，集成电路向着高集成度的方向发展。高集成度的要求使半导体器件的线宽越来越小，线宽的减小对集成电路的形成工艺提出了更高的要求。
半导体器件通常由多层金属层、多层介质层形成，所述多层金属层由设置于介质层中的插塞实现金属层之间的电连接，随着线宽的减小，现在介质层多采用介电常数小于3的低介电常数的介质材料。
现有技术在形成低K介质层之后，还会在低K介质层上形成硬掩模层，所述硬掩模层形成于所述低K介质层的顶部，防止低K介质层与化学溶液发生反应。
具体地，参考图1至图4示出了现有技术半导体器件制造方法形成的半导体器件一实施例的侧面示意图。
如图1所示，提供衬底(图未示)，在衬底上依次形成铜阻挡层10、低K介质层11。
如图2所示，通过氧等离子体对低K介质层11的表面进行轰击，去除低K介质层11表面的杂质，从而使低K介质层11表面较为整洁，提高了低K介质层11与后续形成的正硅酸乙酯层(TEOS)之间的粘附性。
如图3所示，在低K介质层11的表面上形成TEOS层13，所述TEOS层13用作硬掩模层。
如图4所示，通过稀释的氢氟酸对半导体结构进行清洗。
然而，在所述清洗步骤中，低K介质层11和TEOS层13交界面的端部会形成一个缺口14，称为底切现象。
所述底切的形成容易影响半导体器件的性能，降低半导体器件的良率。
更多的防止底切现象的半导体制造方法的技术可以参考公告号为CN100353530C的中国专利。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种防止底切现象的半导体器件的制造方法。
为了解决上述问题，一种半导体器件的制造方法，包括：提供衬底，在衬底上形成低K介质层；用氧等离子体对低K介质层表面进行轰击；在所述低K介质层的上方形成光刻胶层；通过灰化去除所述光刻胶层，在所述灰化过程中，向所述光刻胶层通入含氮的气体；在所述低K介质层上形成硬掩模层；进行清洗。
可选地，所述光刻胶层的厚度在
Figure BDA0000096213310000021
的范围内。
可选地，所述向所述光刻胶层通入含氮的气体的步骤包括：向所述光刻胶层通入氮气，同时还向光刻胶层通入氨气、联氨中的一种或多种。
可选地，所述通过灰化去除所述光刻胶层的步骤包括：射频功率源的功率在1000～5000W的范围内，气压在0.5～6mtorr的范围内，氮气的流量在1000～5000sccm的范围内，氨气的流量在1000～5000sccm的范围内。
可选地，所述通过灰化去除所述光刻胶层的步骤包括：射频功率源的功率在1000～5000W的范围内，气压在0.5～6mtorr的范围内，氮气的流量在1000～5000sccm的范围内，联氨的流量在1000～5000sccm的范围内。
可选地，所述进行清洗的步骤包括：通过稀释的氢氟酸对所述半导体器件进行清洗。
可选地，所述稀释的氢氟酸中水和氢氟酸的体积比为300∶1。
可选地，所述在衬底上形成低K介质层的步骤包括，所述低K介质层为SiCOH介质。
可选地，通过化学气相沉积的方法形成所述SiCOH介质层。
可选地，在通过灰化去除所述光刻胶层，在所述灰化过程中，向所述光刻胶层通入含氮的气体的步骤之后，在所述低K介质层的表面形成SiCOHN介质。
可选地，所述硬掩模层的材料为氧化硅，所述在所述低K介质层上形成硬掩模层的步骤中，形成所述氧化硅的反应物为TEOS。
可选地，所述提供衬底，在衬底上形成低K介质层的步骤包括：在提供衬底之后，形成低K介质层之前，在衬底上形成阻挡层。
可选地，所述阻挡层为铜阻挡层或铝阻挡层。
可选地，所述阻挡层为铜阻挡层，所述铜阻挡层为氮化硅。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过在低K介质层的表面形成光刻胶，并通过灰化过程中去除所述光刻胶的过程中，向所述光刻胶层通入含氮的气体，光刻胶的材料为有机物，可提供C原子，而含氮的气体提供了N原子，提高了低K介质层表面的含C量和含N量，可以避免化学溶液对所述低K介质层表面的腐蚀，进而防止底切现象。
附图说明
图1至图4是现有技术半导体器件制造方法形成的半导体器件一实施例的侧面示意图；
图5是本发明半导体器件制造方法一实施方式的流程示意图；
图6至图10是本发明半导体器件制造方法形成的半导体器件一实施例的侧面示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。
常见的低K介质层包括由Si(硅)、C(碳)、O(氧)、H(氢)四种原子组成的SiCOH介质。本发明的申请人发现在通过氧等离子体对低K介质层表面进行轰击时，位于低K介质层表面的SiCOH介质会和氧发生反应，具体地，SiCOH介质中的C与氧发生反应而从低K介质层表面脱离，从而在低K介质层表面处形成SiOH介质。
而在清洗过程中，由于清洗溶液对不含C原子的SiOH介质的腐蚀速率远大于其对SiCOH的腐蚀速率，并且清洗溶液对SiOH介质的腐蚀速率远大于其对TEOS层的腐蚀速率，因此低K介质层与TEOS层交界面端部的SiOH介质被很快地腐蚀，从而在低K介质层表面和TEOS层之间形成缺口，进而造成了底切现象。
为了解决现有技术的问题，本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括：提供衬底，在衬底上形成低K介质层；用氧等离子体对低K介质层表面进行轰击；在所述低K介质层的上方形成光刻胶层；通过灰化去除所述光刻胶层，在所述灰化过程中，向所述光刻胶层通入含氮(N)的气体；在所述低K介质层上形成硬掩模层；进行清洗。
本发明通过在低K介质层的表面形成光刻胶，并在通过灰化去除所述光刻胶的过程中，向所述光刻胶层通入含氮的气体，这样虽然氧等离子体对低K介质层表面进行轰击，减少了低K介质层表面的含C量，但是，由于光刻胶的材料为有机物，可提供C原子，而含氮的气体提供了N原子，提高了低K介质层表面的含C量和含N量，可以避免清洗溶液对所述低K介质层表面的腐蚀，进而防止底切现象。
参考图5，示出了本发明半导体器件制造方法一实施方式的流程示意图。所述制造方法大致包括以下步骤：
步骤S1，提供衬底，在衬底上形成低K介质层；
步骤S2，用氧等离子体对低K介质层表面进行轰击；
步骤S3，在低K介质层表面形成光刻胶层；
步骤S4，通过灰化工艺去除所述光刻胶层；
步骤S5，在所述低K介质层上形成正硅酸乙酯层；
步骤S6，进行清洗。
下面结合附图对本发明的技术方案做详细说明。参考图6至图10，示出了本发明半导体器件制造方法形成的半导体器件一实施例的侧面示意图。
执行步骤S1，如图6所示，提供衬底(图未示)，所述衬底可以是硅或者硅锗，所述衬底中可以包括MOS管等器件，还可以包括用于实现电连接的金属导线。
在衬底上形成低K介质层之前，先在衬底上形成阻挡层100，所述阻挡层100用于防止金属扩散，例如，所述阻挡层100可以是铜阻挡层或铝阻挡层等金属阻挡层，需要说明的是，本实施例中，所述阻挡层为铜阻挡层，用于防止位于阻挡层100下方的铜质金属导线的扩散，所述铜阻挡层的材料可以为例如氮化硅，但是本发明并不限制于此。
在阻挡层100上形成低K介质层101，本实施例中，所述低K介质层101由Si、C、O、H四种原子组成，为SiCOH介质层。
具体地，可以通过化学气相沉积的方法形成所述SiCOH介质层。
执行步骤S2，如图7所示，通过氧等离子体对低K介质层101的表面进行轰击，以去除低K介质层101表面的杂质，以获得平整洁净的低K介质层101表面，进而提高低K介质层101与后续形成的正硅酸乙酯层(TEOS层)的粘附性。
通过氧(O)等离子体对低K介质层101进行轰击时，Si、C、O、H四种原子中的C会和O发生反应，从而使低K介质层101的表面形成包括Si、O、H的SiOH层102。
执行步骤S3，如图8所示，在低K介质层101的表面(也就是在SiOH层102上)涂覆光刻胶，形成光刻胶层103。
光刻胶层103的材料通常为有机物，所述有机物可提供C和H原子。
本发明并不限制光刻胶的材料，可以是任意材料的光刻胶。
如果所述光刻胶层103的厚度过小(例如低于
Figure BDA0000096213310000061
则不利于和SiOH层102发生反应，如果所述光刻胶层103的厚度过大(例如大于
Figure BDA0000096213310000062
会造成材料的浪费。较佳地，所述光刻胶层103的厚度在
Figure BDA0000096213310000063
的范围内。
执行步骤S4，如图9所示，通过灰化工艺去除所述光刻胶层103，具体地，在灰化工艺中向所述光刻胶层103通入含氮的反应气体，具体地，包括通入氮气，同时还向光刻胶层通入氨气(NH3)、联氨(N2H4)中的一种或多种。
由于氮气以及氨气和/或联氨可提供N原子，而光刻胶层103提供C原子，低K介质层101表面的SiOH层102与所述光刻胶层103、反应气体反应形成SiCOHN层104。
清洗溶液对所述含碳量高和含氮量高的所述SiCOHN层104的腐蚀速率较低，可以避免底切现象。
需要说明的是，灰化的过程通常会在灰化设备中进行的，所述灰化设备通常包括：加热板、位于加热板上的托架、位于托架上方的射频功率源，在灰化过程中通常由传送臂将涂覆有光刻胶层103的半导体器件送入灰化设备，并放置于托架上，开启射频功率源使通入到灰化设备中的气体成为等离子体，之后在高温下通过所述等离子体对所述光刻胶层进行灰化处理，以去除所述光刻胶层103。
具体地，灰化工艺的条件如下：
射频功率源的功率在1000～5000W的范围内，气压在0.5～6mtorr的范围内，氮气的流量在1000～5000标况毫升每分(State Cubic Centimeter perMinute，sccm)的范围内，氨气的流量在1000～5000sccm的范围内。
或者，射频功率源的功率在1000～5000W的范围内，气压在0.5～6mtorr的范围内，氮气的流量在1000～5000sccm的范围内，联氨的流量在1000～5000sccm的范围内。
执行步骤S5，如图10所示，在所述SiCOHN层104上涂覆TEOS层105，以在SiCOHN层104上形成氧化硅，所述氧化硅后续会形成硬掩模层。
执行步骤S6，本实施例中，采用稀释的氢氟酸作为清洗溶液对所述半导体器件进行清洗，但是本发明对此不做限制。
由于稀释的氢氟酸对含碳量高和含氮量高的SiCOHN层104腐蚀速率较小，同时对TEOS层105的腐蚀速率也比较小，并且稀释的氢氟酸对SiCOHN层104的腐蚀速率与稀释的氢氟酸对TEOS层105的腐蚀速率比较接近，因此在低K介质层101和所述TEOS层105的交界面处不会形成缺口，也就不会造成底切现象。
具体地，所述稀释的氢氟酸中水和氢氟酸的体积比为300∶1。
需要说明的是，上述实施例以稀释的氢氟酸作为清洗溶液，但是本发明并不限制于此，还可以是诸如磷酸溶液等的其他清洗溶液。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (14)

1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底，在衬底上形成低K介质层；
用氧等离子体对低K介质层表面进行轰击；
在所述低K介质层的上方形成光刻胶层；
通过灰化去除所述光刻胶层，在所述灰化过程中，向所述光刻胶层通入含氮的气体；
在所述低K介质层上形成硬掩模层；
进行清洗。
2.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述光刻胶层的厚度在
Figure FDA0000096213300000011
的范围内。
3.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述向所述光刻胶层通入含氮的气体的步骤包括：向所述光刻胶层通入氮气，同时还向光刻胶层通入氨气、联氨中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述通过灰化去除所述光刻胶层的步骤包括：射频功率源的功率在1000～5000W的范围内，气压在0.5～6mtorr的范围内，氮气的流量在1000～5000sccm的范围内，氨气的流量在1000～5000sccm的范围内。
5.如权利要求3所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述通过灰化去除所述光刻胶层的步骤包括：射频功率源的功率在1000～5000W的范围内，气压在0.5～6mtorr的范围内，氮气的流量在1000～5000sccm的范围内，联氨的流量在1000～5000sccm的范围内。
6.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述进行清洗的步骤包括：通过稀释的氢氟酸对所述半导体器件进行清洗。
7.如权利要求6所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述稀释的氢氟酸中水和氢氟酸的体积比为300∶1。
8.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述在衬底上形成低K介质层的步骤包括，所述低K介质层为SiCOH介质。
9.如权利要求8所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，通过化学气相沉积的方法形成所述SiCOH介质层。
10.如权利要求9所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在通过灰化去除所述光刻胶层，在所述灰化过程中，向所述光刻胶层通入含氮的气体的步骤之后，在所述低K介质层的表面形成SiCOHN介质。
11.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述硬掩模层的材料为氧化硅，所述在所述低K介质层上形成硬掩模层的步骤中，形成所述氧化硅的反应物为TEOS。
12.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述提供衬底，在衬底上形成低K介质层的步骤包括：在提供衬底之后，形成低K介质层之前，在衬底上形成阻挡层。
13.如权利要求12所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述阻挡层为铜阻挡层或铝阻挡层。
14.如权利要求13所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述阻挡层为铜阻挡层，所述铜阻挡层为氮化硅。
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