CN104183541B - 修复介质k值的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种修复介质K值的方法，至少包括以下步骤：1）提供一基板，在所述基板上形成介质层；2）在所述介质层中刻蚀出若干凹槽，并进行清洗去除刻蚀残留物；3）采用微波照射刻蚀后的介质层。本发明的修复介质K值的方法利用水对微波的强烈吸收性能来去除介质层中的水汽，从而修复介质层的K值；并利用介质层的能隙远大于微波的光子能量，不会吸收微波，避免了介质层损坏的问题。

Description

修复介质K值的方法
技术领域
本发明属于半导体制造领域，涉及一种介质层的处理方法，特别是涉及一种修复介质K值的方法。
背景技术
随着集成电路CMOS技术按照摩尔定律而高速发展，互连延迟逐渐取代器件延迟成为影响芯片性能的关键因素。互连之间的寄生电容和互连电阻造成了信号的传输延迟。由于铜具有较低的电阻率，优越的抗电迁移特性和高的可靠性，能够降低金属的互连电阻，进而减小总的互连延迟效应，现已由常规的铝互连改变为低电阻的铜互连。同时降低互连之间的电容同样可以减小延迟，而寄生电容C正比于电路层绝缘介质的相对介电常数K，因此使用低K材料作为不同电路层的绝缘介质代替传统的SiO2介质已成为满足高速芯片的发展的需要。因此铜/低K介质体系逐渐取代了传统的Al/SiO2体系成为了业界的主流。
通常有两种主要的方法被使用来降低材料的介电常数，第一种方法是设法降低材料本身的极性（polarization），包括降低材料中的电子极化、离子极化以及分子极化。另外一种则是在介电材料内制造空隙(Porosity)。目前主要的低K材料大致可以分为无机和有机聚合物两类。从引入的低介电基团来看可以分为芳族聚合物、含氟材料、硅材料及空气隙。从结构上可分为本体材料和纳米微孔材料。为达到更低的介电常数，在实际低k材料中通常是几种原理同时作用得到优势互补。在上述材料中，超低K多孔介电材料已成为在纳米微电子器件中主流的ILD材料。考虑到气体的介电常数与真空常数(ε=1)相差无几，因此在薄膜中形成自由空间或微孔是降低薄膜介电常数的一种有效途径。
由于超低K多孔介电材料中具有很多自由空间或微孔，其机械性能降低，容易受到破坏。在典型的镶嵌工艺流程中，在沉积互连金属之前的沟槽或通孔的蚀刻过程、光阻去除过程、清洗过程均会诱发对超低K多孔介质的损坏，在沉积互连金属之后的去除过量金属的工艺过程中也通常会对超低K多孔介质造成损坏，导致超低K多孔介质的K值升高，失去其优势。因此还需采用一些处理过程来修复介质的K值。
通常，人们认为水汽的吸收是导致上述工艺过程之后介质K值升高的原因，因为低K材料和水的介电常数差距悬殊，其中，水的介电常数高达78.5。目前修复介质K值最常用的方法是采用紫外光（UV light）处理。但是紫外光的能量很高，很容易在修复K值的过程中对介质本身的结构造成破坏，导致不良影响。因此，提供一种有效修复介质K值且不对介质造成损害的修复方法实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种修复介质K值的方法，用于解决现有技术中的修复方法容易损坏介质的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种修复介质K值的方法，所述修复介质K值的方法至少包括以下步骤：
1）提供一基板，在所述基板上形成介质层；
2）在所述介质层中刻蚀出若干凹槽，并进行清洗去除刻蚀残留物；
3）采用微波照射刻蚀后的介质层。
可选地，于所述步骤3）中，所述微波的波长范围是1.0E米-3~2.5E-1米，功率范围是50W~5KW，照射时间为10s~10min。
可选地，于所述步骤3）之后还包括在所述凹槽中填充金属，并去除所述凹槽外多余的金属直至暴露所述介质层上表面，然后再次采用微波照射所述介质层的步骤。
可选地，再次采用微波照射所述介质层时，所述微波的波长范围是1.0E米-3~2.5E-1米，功率范围是50W~5KW，照射时间为10s~10min。
可选地，采用化学机械抛光法去除所述凹槽外多余的金属。
可选地，所述金属为Cu、Al或W。
可选地，于所述步骤1）中，所述介质层为多孔超低K介质；所述多孔超低K介质满足K<3或K<2.5。
可选地，于所述步骤1）中，所述介质层的材料为碳掺杂氧化物。
可选地，于所述步骤2）中，所述清洗包括湿式清洗或干式清洗。
可选地，采用微波照射时的气氛为惰性气体。
如上所述，本发明的修复介质K值的方法，具有以下有益效果：采用微波照射来修复介质的K值，由于水汽对微波具有强烈的吸收能力，通过微波照射可以有效去除介质内大部分或全部水汽，从而修复介质的K值，并且微波的光子能量较小，小于介质的带隙能量，不能够被介质吸收，因此不会损坏介质的结构。
附图说明
图1显示为本发明的修复介质K值的方法中在基板上形成介质层的示意图。
图2显示为本发明的修复介质K值的方法中在介质层中刻蚀出若干凹槽的示意图。
图3显示为本发明的修复介质K值的方法中介质层吸收水汽之后的示意图。
图4显示为本发明的修复介质K值的方法中采用微波照射刻蚀后的介质层的示意图。
图5显示为本发明的修复介质K值的方法中微波照射处理之后介质层的示意图。
图6显示为本发明的修复介质K值的方法中在凹槽中填充金属的示意图。
图7显示为本发明的修复介质K值的方法中去除凹槽外多余的金属的示意图。
图8显示为本发明的修复介质K值的方法中再次采用微波照射介质层的示意图。
元件标号说明
1 基板
2 介质层
3 孔洞
4 凹槽
5 带水汽的孔洞
6 金属
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
请参阅图1至图5，本发明提供一种修复介质K值的方法，所述修复介质K值的方法至少包括以下步骤：
步骤1），首先请参阅图1，提供一基板1，在所述基板1上形成介质层2；
具体的，所述基板1可以为常规的半导体衬底如Si、Ge、SOI等，也可以为包括部分器件的叠层结构。所述介质层2为低K介质，本实施例中，所述介质层2优选为多孔超低K介质；所述多孔超低K介质满足K<3或K<2.5。图1中示意出了所述介质层2中具有的若干孔洞3。本实施例中，所述介质层2通过首先在所述基板1上采用化学气相沉积法形成一介质膜层，然后通过致孔剂及紫外光处理在所述介质膜层中形成若干孔洞3。此处需要说明的是，本发明的介质层并不限于上述方法制备，在其它实施例中，所述介质层2也可采用其它方法，只要其具有疏松多孔状即可，不应过分限制本发明的保护范围。
具体的，所述介质膜层的材料可为二氧化硅，通过致孔剂等在其中引入甲基基团形成笼状结构，然后利用紫外光处理将其转变为贯穿整个介质膜层的网络结构，以提高其机械强度，最终形成多孔超低K介质，本实施例中最终形成的介质层2的材料为碳掺杂氧化物，成分包括Si、O、C及H。当然，本发明的介质层2的材料并不限于碳掺杂氧化物，还可以为其它无机或有机低K材料。
步骤2），请参阅图2，在所述介质层2中刻蚀出若干凹槽4，并进行清洗去除刻蚀残留物；
具体的，所述凹槽4为沟槽、通孔或纵截面为“T”型的双嵌套结构，本实施例中为了示意的方便以简单的凹槽为例。所述凹槽4的形成还包括涂光刻胶、曝光、显影等工艺过程，此为本领域的公知常识，此处不再赘述。所述刻蚀可采用等离子刻蚀，刻蚀形成若干凹槽4之后，进行清洗去除刻蚀残留物，所述刻蚀残留物包括多余的光刻胶、介质等，可采用包括湿式清洗或干式清洗等方法进行去除。
由于超低K介质的机械弱性，在刻蚀及清洗过程中容易使其结构发生局部改变，抗湿性变弱，从而使得所述凹槽4的侧壁及所述介质层2表面容易吸收大气中或湿式清洗中的水汽，形成带水汽的孔洞，请参阅图3，显示为介质层2中形成有带水汽的孔洞5的示意图。由于水的介电常数高达78.5，使得所述介质层2的K值大幅升高，因此还需后续处理来修复介质层2的K值。
步骤3），请参阅图4，采用微波照射刻蚀后的介质层2。
微波的频率在300MHz-300GHz之间，波长在1米（不含1米）到1毫米之间，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力。
本发明中，所述微波的波长范围优选为是1.0E米-3~2.5E-1米，功率范围是50W~5KW，照射时间为10s~10min。采用微波照射时的气氛可为惰性气体。在微波照射过程中，可从特定角度照射，也可不断改变照射方向，使所述介质层2上表面及所述凹槽4的侧壁照射均匀，以利于水汽的解吸。
此外，微波的光子能量较低，请参阅表1，显示为紫外光及微波的波长及能量对比情况。由表1可看出，微波的光子能量相较于紫外光的光子能量要低得多，且远小于超低K介质的能隙，而只有光子能量高于介质能隙时才能被介质吸收。因此微波照射解吸介质层2中的水汽以修复介质K值时，所述介质层2不会吸收微波的能量，从而避免了介质层损坏的问题。
项目 波长（m） 能量（eV）
紫外光（UV light） 2.0E-7~4.0E-7 3.1~6.2
微波（Micro wave） 1.0E-3~2.5E-1 5.0E-6~1.2E-3
超低K介质的能隙（△E） 2.0E-7~2.27E-7 5.0~6.0
表1
请参阅图5，显示为微波照射处理之后介质层的示意图。经微波照射之后，介质层2中全部或绝大部分水汽被解吸出来，但不排除介质层深处的孔洞内仍有极少量水汽的存在的可能。在步骤3）的微波照射修复介质层的K值之后，接着采用常规工艺进行后续工艺流程。
本发明的修复介质K值的方法采用微波照射经刻蚀并清洗后的介质层2，由于水对微波具有强烈的吸收能力，微波照射能够将介质层2中吸收的水汽解析出来，从而修复介质的K值，并且由于微波能量较小，不会对介质层造成损伤。
实施例2
实施例2与实施例1采用基本相同的方案，不同之处在于实施例2中，在后续工艺流程的抛光工艺之后还包括再次采用微波照射所述介质层的步骤。
请参阅图6至图8，本发明提供一种修复介质K值的方法，所述修复介质K值的方法至少包括以下步骤：
步骤1），提供一基板，在所述基板上形成介质层；
步骤2），在所述介质层中刻蚀出若干凹槽，并进行清洗去除刻蚀残留物；
步骤3），采用微波照射刻蚀后的介质层。
需要指出的是，本实施例中的步骤1）至步骤3）与实施例1中的步骤1）至步骤3）相同，其具体工艺流程可参考实施例1中的图1至图5及相关文字描述，此处不再赘述。
然后进行步骤4），请参阅图6，在所述凹槽中填充金属6，其中，填充所述金属6的过程中，所述介质层2上表面也会被金属覆盖，因此需要去除所述凹槽外多余的金属直至暴露所述介质层上表面；
具体的，所述金属6为Cu、Al、W或其它金属，在沉积金属6之前还可预先沉积金属扩散阻挡层、仔晶层等功能层，此为本领域的常规工艺，此处不再赘述。
具体的，采用化学机械抛光法去除所述凹槽外多余的金属，由于化学机械抛光工艺通常会对介质层2表面产生一定程度的损坏，导致介质层2的水汽吸收，使得介质层2的K值再次升高。并且化学机械抛光后的残留物需要清洗去除，在此清洗的过程中会进一步导致介质层2的水吸收。
请参阅图7，显示为去除凹槽外多余的金属之后介质层2再次吸收水汽的示意图。因此，有必要采取相关处理再次对介质层2进行K值修复。
步骤5），请参阅图8，再次采用微波照射所述介质层。
具体的，再次采用微波照射所述介质层2时，所述微波的波长范围是1.0E-3米~2.5E-1米，功率范围是50W~5KW，照射时间为10s~10min。采用微波照射时的气氛为惰性气体。在微波照射过程中，可从特定角度照射，也可不断改变照射方向，使所述介质层2照射均匀，以利于水汽的解吸。从图8中可看出，介质层2中的水汽大大减少，剩余的水汽量可以忽略不计，从而使得介质层2的K值得到修复。由于介质层2的能隙大于微波的光子能量，因此微波不会被介质层所吸收，介质层不会被损坏。
本发明的修复介质K值的方法采用微波照射经刻蚀并清洗后的介质层2，并在去除多余金属之后再次采用微波照射所述介质层，由于水对微波具有强烈的吸收能力，微波照射能够将介质层2中吸收的水汽解吸出来，从而修复介质的K值，并且由于微波能量较小，不会对介质层造成损伤。
综上所述，本发明的修复介质K值的方法利用水对微波的强烈吸收性能来去除介质层中的水汽，从而修复介质层的K值；并利用介质层的能隙远大于微波的光子能量，不会吸收微波，避免了介质层损坏的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种修复介质K值的方法，其特征在于，所述修复介质K值的方法至少包括以下步骤：
1)提供一基板，在所述基板上形成介质层；所述介质层为多孔超低K介质；所述多孔超低K介质满足K<3或K<2.5；
2)在所述介质层中刻蚀出若干凹槽，并进行清洗去除刻蚀残留物；
3)采用微波照射刻蚀后的介质层；所述微波的波长范围是1.0E-3米～2.5E-1米，功率范围是50W～5KW，照射时间为10s～10min；微波的光子能量小于所述超低K介质的能隙，所述介质层不会吸收微波的能量。
2.根据权利要求1所述的修复介质K值的方法，其特征在于：于所述步骤3)之后还包括在所述凹槽中填充金属，并去除所述凹槽外多余的金属直至暴露所述介质层上表面，然后再次采用微波照射所述介质层的步骤。
3.根据权利要求2所述的修复介质K值的方法，其特征在于：再次采用微波照射所述介质层时，所述微波的波长范围是1.0E-3米～2.5E-1米，功率范围是50W～5KW，照射时间为10s～10min。
4.根据权利要求2所述的修复介质K值的方法，其特征在于：采用化学机械抛光法去除所述凹槽外多余的金属。
5.根据权利要求2所述的修复介质K值的方法，其特征在于：所述金属为Cu、Al或W。
6.根据权利要求1或2所述的修复介质K值的方法，其特征在于：于所述步骤1)中，所述介质层的材料为碳掺杂氧化物。
7.根据权利要求1或2所述的修复介质K值的方法，其特征在于：于所述步骤2)中，所述清洗包括湿式清洗或干式清洗。
8.根据权利要求1或2所述的修复介质K值的方法，其特征在于：采用微波照射时的气氛为惰性气体。
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