CN105336668B

CN105336668B - 介质层的形成方法

Info

Publication number: CN105336668B
Application number: CN201410301166.7A
Authority: CN
Inventors: 周鸣
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2034-06-27
Also published as: CN105336668A

Abstract

本发明提供一种介质层的形成方法，在形成介质层的过程中，对所述介质层进行第一紫外线处理；对所述介质层进行第二紫外线处理，所述第二紫外线处理的平均波长小于第一紫外线处理的平均波长，经过波长较大的第一紫外线处理，在所述介质层形成多个微小的气孔，有效降低了介质层的K值，经过波长较小的第二紫外线处理，由于波长较小的紫外线能量较高，能够将介质层中的高导电率成分去除，进而减小介质层中的漏电流。

Description

介质层的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种介质层的形成方法。

背景技术

随着半导体芯片结构尺寸的缩小，RC延迟成为制约集成电路性能进一步提高的关键性因素。现有技术通常使用低K(K值小于等于3)材料作为IC器件中互连结构的介质层来减小互连电容，进而减小RC延迟。

目前，在集成度不断提高的前提下，对于如何降低介质层K值的要求也越来越高，因此，多孔低K介质层成为研究的热门，其中多孔低K介质层中包含多个含有空气的微小气孔，由于空气的K值近似于1，从而使多孔低K介质层的K值更低。

但是，采用现有技术形成的多孔低K介质层在后续电连接过程中产生较大漏电流的问题，影响互连结构的性能。

因此，亟待一种介质层的形成方法，减小多孔低k介质层中的漏电流，提高互连结构的性能。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种介质层的形成方法，在小多孔低k介质层中的漏电流，提高互连结构的性能。

为解决上述问题，本发明提供一种介质层的形成方法，包括：

提供基底；

在所述基底表面形成介质层；

对所述介质层进行第一紫外线处理；

对所述介质层进行第二紫外线处理，所述第二紫外线处理的平均波长小于第一紫外线处理的平均波长。

可选的，所述第一紫外线处理包括：在紫外线发生装置中，对所述介质层进行多波长紫外线处理。

可选的，所述第一紫外线处理采用紫外线的各个波长在200到400纳米的范围内。

可选的，所述第一紫外线处理采用的功率在2毫瓦到2000瓦的范围内，时间在2到4分钟。

可选的，所述第二波长紫外线处理包括：在紫外线发生装置中，对所述介质层进行多波长紫外线处理。

可选的，所述第二波长紫外线处理采用紫外线的各个波长在200到250纳米的范围内。

可选的，所述第二波长紫外线处理包括：在紫外线发生装置中，对所述介质层进行单波长紫外线处理。

可选的，所述第二波长紫外线处理采用紫外线的波长在200到250纳米的范围内。

可选的，所述第二波长紫外线处理采用的功率在2毫瓦到2000瓦的范围内，时间在2到4分钟。

可选的，所述介质层的材料包括氧化硅、掺碳的氧化硅、掺氮的氧化硅，掺氟的氧化硅。

可选的，形成介质层的方法为等离子体增强化学气相沉积法或旋转涂敷法。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

在形成介质层的过程中，对所述介质层进行第一紫外线处理，介质层通常包括基质和用于形成气孔的致孔剂，经过波长较大的第一紫外线处理，致孔剂形成易挥发物质并排出，在所述介质层形成多个微小的气孔，有效降低了介质层的K值，进而减小后续形成的互连结构的RC延迟。

此外，在第一紫外线处理之后，对所述介质层进行第二紫外线处理，所述第二紫外线处理的平均波长小于第一紫外线处理的平均波长。经过波长较小的第二紫外线处理，由于波长较小的紫外线能量较高，能够将致孔剂中的高导电率成分去除干净，进而减小介质层的漏电流，提高后续形成的互连结构的性能。

附图说明

图1至图4为本发明介质层的形成方法第一实施例中各个步骤的侧视图；

图5至图6为本发明介质层的形成方法第二实施例的侧视图；

图7为本发明介质层的形成方法与现有技术所形成介质层的漏电流实验测试结果对照图。

具体实施方式

现有技术形成多孔低k介质层后，在后续电连接过程中容易产生较大漏电流的问题，影响互连结构的性能。

分析电连接过程中产生较大漏电流的原因：现有技术形成多孔低k介质层的方法中，一般先沉积包括基质和致孔剂的介质层，然后去除致孔剂，在致孔剂所在位置形成气孔，从而形成包括多个气孔的介质层。致孔剂通常在紫外线处理或者热处理中形成易挥发物质，从基质中排出，从而形成气孔，但是致孔剂中通常包含高导电率成分，在常规的紫外线处理或者热处理中难以去除，因此，形成包括多个气孔的介质层之后，介质层的漏电流较大。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种介质层的形成方法，包括：提供基底；在所述基底表面形成介质层；对所述介质层进行第一紫外线处理；对所述介质层进行第二紫外线处理，所述第二紫外线处理的平均波长小于第一紫外线处理的平均波长。经过波长较长的第一紫外线处理之后，所述介质层形成多个微小的气孔，有效降低了介质层的K值，经过波长较短的第二紫外线处理后，能够降低介质层的漏电流。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

第一实施例

图1至图4为本发明介质层的形成方法第一实施例中的各个步骤的侧视图。

具体参考图1，提供基底。

具体地，在本实施例中，所述基底包括衬底100，所述衬底100为硅衬底，在其他实施例中，所述衬底100还可以为锗硅衬底或绝缘体上硅衬底等其它半导体衬底，对此本发明不做任何限制。

需要说明的是，所述基底还可以包括在衬底100形成的半导体器件，如晶体管、存储器、传感器等，本发明在此不再赘述，为了图示简洁，在附图中没有示出如上半导体器件。

在本实施例中，在形成基底之后，在所述基底上形成刻蚀阻挡层101，以保护基底。所述刻蚀阻挡层101的材料可以为NDC(主要成分为碳氮化硅)，但是本发明对此不作限制。

参考图2，在所述基底表面形成介质层102。

具体地，在本实施例中，采用等离子体增强化学化学气相沉积法形成所述介质层102。

所述介质层102的材料包括基质和致孔剂105，所述致孔剂105能够在紫外线辐照下形成易挥发物质。使得介质层102在经过紫外线处理后形成具有多个气孔的多孔介质层。

所述基质的材料通常包括但不用于局限于：含硅材料或含硅材料的前驱体，例如氧化硅、掺碳的氧化硅、掺氮的氧化硅，掺氟的氧化硅，或者倍半硅氧烷，例如烷基倍半硅氧烷、芳基或烷基/芳基倍半硅氧烷等。

具体地，在本实施例中，所述基质的材料为掺碳的氧化硅(SiCOH)。

需要说明的是，在本实施例中，所述致孔剂105选为在紫外线辐照下形成易挥发物质的材料，但是本发明对此不作限制，所述致孔剂105还可以选为可采用热处理等其他方式去除的材料，也就是说，在其他实施例中，多孔的介质层102可以不单使用紫外线辐照的方式形成，也可以采用热处理等其他方式形成。

还需要说明的是，本发明对形成所述介质层102的具体方法不做限制，在其他实施例中，还可以采用旋转涂敷法形成所述介质层102。

参考图3，对所述介质层102表面进行第一紫外线处理201。

具体地，在紫外线发生装置中，对所述介质层102进行多波长紫外线处理，所述第一紫外线处理201采用紫外线的各个波长在200到400纳米的范围内。

所述第一紫外线处理201采用的功率在2毫瓦到2000瓦的范围内，时间在2到4分钟，第一紫外线处理可以在室温条件下进行，紫外线发生装置中的压力可以小于或者约等于大气压力。但是本发明对第一紫外线处理201的功率、温度、时间、压力等条件均不做限制。

需要说明的是，在本实施例中，所述紫外线发生装置可以为能够发出紫外线的任何设备，如具有紫外线辐射功能的刻蚀机腔室或专门的紫外线发生设备等等，本发明对此不作限制。

由于在本实施例中，所述致孔剂105选为在紫外线辐照下形成易挥发物质的有机物，在第一紫外线处理201之后，所述致孔剂105会发而从基质中排出，在基质中形成多个气孔106，从而形成多孔的介质层102，从而降低了介质层102的K值，有益于减小之后形成的互连结构的RC延迟。

需要说明的是，在本发明附图中，气孔106的形状仅为示意，实际气孔106的形状可以为复杂的形状，或者气孔106之间互相交联。

需要说明的是，所述第一紫外线处理201为多波长紫外线处理，指的是第一紫外线处理201中，紫外线发生装置所放出的紫外线包括波长在200纳米到400纳米的范围内多个波长的光线。例如，采用包括波长分别为200nm、230nm、260nm、290nm、320nm以及350nm紫外线的多波长紫外线辐照所述介质层102，在200纳米到400纳米的范围的多个波长的多波长紫外线能够使得所述致孔剂105充分反应形成易挥发物质，从而可以较干净地从基质中排出。

需要说明的是，在本实施例中，在第一紫外线处理201的步骤中，多波长紫外线需要包括波长大于250纳米的紫外线，以使得致孔剂105充分排出。

在本发明中，去除所述致孔剂105之后，形成的多孔的介质层102的材料包括氧化硅、掺碳的氧化硅、掺氮的氧化硅，掺氟的氧化硅等，在本实施例中，形成的多孔的介质层102的材料为掺碳的氧化硅，但是本发明对形成的多孔的介质层102介质层102的具体材料不做限制。

致孔剂105中通常包含高导电率成分(未示出)，如一些基团、离子等，常规的紫外线处理(如波长在200到400纳米之间的多波长紫外线)难以去除所述高导电率成分，使得形成的多孔的介质层102漏电流较大。

参考图4，在本实施例中，在第一紫外线处理201之后，对所述介质层102进行第二紫外线处理202，所述第二紫外线处理202的平均波长小于第一紫外线处理201的平均波长。

具体地，在本实施例中，在紫外线发生装置中，对所述介质层进行多波长紫外线处理，所述第二紫外线处理202采用紫外线的各个波长在200到250纳米的范围内。

在本实施例中，所述第二紫外线处理202为多波长紫外线处理，指的是第二紫外线处理202中，紫外线发生装置所放出的紫外线包括波长在200纳米到250纳米的范围内多个波长的光线。例如，采用包括波长分别为200nm、210nm、220nm以及230nm紫外线的多波长紫外线辐照所述介质层102。

波长在200纳米到250纳米的紫外线具有较高的能量，能够将介质层102中残余致孔剂的高导电率成分去除地较为干净，从而减小介质层102的漏电流。

在第二紫外线处理中，波长在200纳米到250纳米的紫外线能量较为集中，去除致孔剂105的效果不如200纳米到400纳米波长的第一紫外线处理201。较高的能量也可能对介质层102中的基质造成影响，因此，可选的，所述第二紫外线处理202的功率、时间分别小于第一紫外线处理201的功率、时间。

但是本实施例对所述第二紫外线处理的时间、功率不做限制，所述第二紫外线处理采用的功率在2毫瓦到2000瓦的范围内，时间在2到4分钟。

第二紫外线处理可以在室温条件下进行，紫外线发生装置中的压力可以小于或者约等于大气压力。但是本发明对第二紫外线处理的温度、压力等条件均不做限制。

需要说明的是，在其他实施例中，所述第二紫外线处理也可以采用单波长紫外线处理，即仅采用单一波长的紫外线辐照所述介质层102，也可以去除残余致孔剂的高导电率成分。所述单波长紫外线处理采用紫外线的波长在200到250纳米的范围内，例如采用波长为220纳米的紫外线对介质层102进行处理。

在形成多孔的介质层102之后，可以在多孔的介质层102中形成导电插塞，以形成互连结构，由于介质层102中的漏电流有效减少，互连结构能够获得更好的性能。

第二实施例

图5至图6为本发明介质层的形成方法第二实施例的侧视图。在此实施例中，形成基底、介质层的工艺过程同第一实施例，本实施例在此不再赘述。

参考图5，对所述介质层102进行第二紫外线处理202。

具体地，在本实施例中，在紫外线发生装置中，对所述介质层102进行多波长紫外线处理，所述第二紫外线处理202采用紫外线的各个波长在200到250纳米的范围内。

波长在200纳米到250纳米的紫外线具有较高的能量，能够将介质层102中致孔剂105的高导电率成分去除地较为干净，从而减小介质层102的漏电流。

本实施例对所述第二紫外线处理202的时间、功率不做限制，所述第二紫外线处理202采用的功率在2毫瓦到2000瓦的范围内，时间在2到4分钟。

第二紫外线处理202可以在室温条件下进行，紫外线发生装置中的压力可以小于或者约等于大气压力。但是本发明对第二紫外线处理202的温度、压力等条件均不做限制。需要说明的是，在其他实施例中，所述第二紫外线处理202也可以采用单波长紫外线处理，即仅采用单一波长的紫外线辐照所述介质层102，也可以去除致孔剂105的高导电率成分。

由于第二紫外线处理202难以将致孔剂105去除干净，在第二紫外线处理202之后，还对介质层102进行第一紫外线处理201，所述第一紫外线处理201的平均波长大于所述二紫外线处理202的平均波长。

具体地，参考图6，在紫外线发生装置中，对所述介质层102进行多波长紫外线处理，所述第一紫外线处理201采用的紫外线波长在200到400纳米的范围内。

所述第一紫外线处理201采用的功率在2毫瓦到2000瓦的范围内，时间在2到4分钟，第一紫外线处理201可以在室温条件下进行，紫外线发生装置中的压力可以小于或者约等于大气压力。但是本实施例对第一紫外线处理201的功率、温度、时间、压力等条件均不做限制。

需要说明的是，所述第一紫外线处理201为多波长紫外线处理，指的是第一紫外线处理201中，紫外线发生装置所放出的紫外线包括波长在200纳米到400纳米的范围内多个波长的光线。例如，采用波长包括分别为200nm、230nm、260nm、290nm、320nm以及350nm紫外线的多波长紫外线辐照所述介质层102，在200纳米到400纳米的范围的多个波长的多波长紫外线能够使得所述致孔剂105充分反应形成易挥发物质，从而可以较干净地从基质中排出，形成多个气孔106，从而能够形成K值更低的多孔的介质层102。

在本发明中，去除所述致孔剂105之后，形成的多孔的介质层102的材料包括氧化硅、掺碳的氧化硅、掺氮的氧化硅，掺氟的氧化硅等，在本实施例中，形成的多孔的介质层102的材料为掺碳的氧化硅，但是本发明对形成的多孔的介质层102的具体材料不做限制。

第三实施例

此实施例中，形成基底、介质层的工艺过程同第一实施例，本实施例在此不再赘述。

可以继续参考图5、图6，本实施例中，形成介质层102之后，先对所述介质层102进行第二紫外线处理202，再对所述介质层102进行第一紫外线处理201，进行第二紫外线处理202和第一紫外线处理201的步骤同第二实施例，本发明在此不再赘述。

在本实施例中，在进行所述第一紫外线处理201之后，再对介质层102进行第三紫外线处理。

具体地，在本实施例中，在紫外线发生装置中，对所述介质层102进行多波长紫外线处理，所述第三紫外线处理采用的紫外线波长在200到250纳米的范围内。

在本实施例中，所述第三紫外线处理为多波长紫外线处理，指的是第三紫外线处理2中，紫外线发生装置所放出的紫外线包括波长在200纳米到250纳米的范围内多个波长的光线。例如，采用波长分别为200nm、210nm、220nm以及230nm的紫外线的多波长紫外线辐照所述介质层102。

本实施例对所述第三紫外线处理的时间、功率不做限制，所述第三紫外线处理采用的功率在2毫瓦到2000瓦的范围内，时间在2到4分钟。

第三紫外线处理可以在室温条件下进行，紫外线发生装置中的压力可以小于或者约等于大气压力。但是本发明对第三紫外线处理的温度、压力等条件均不做限制。

波长在200纳米到250纳米的紫外线具有较高的能量，能够进一步地将介质层102中致孔剂105的高导电率成分去除地较为干净，从而减小介质层102的漏电流。

需要说明的是，在其他实施例中，所述第三紫外线处理也可以采用单波长紫外线处理，即仅采用单一波长的紫外线辐照所述介质层102，也可以去除残余的致孔剂105的高导电率成分。

发明人分别以第一实施例、第二实施例的形成步骤在两个晶圆上制作了多孔的介质层，并以现有技术的步骤在另一晶圆上制作了多孔的介质层，并对这三个晶圆上多孔的介质层做电性测试。

图7为本发明介质层的形成方法与现有技术所形成介质层的漏电流实验测试结果对照图。对每个晶圆设置了多个测试点，并采集这些测试点的漏电流数据，其中，编号1为采用现有技术形成的介质层上各测试点的漏电流数据；编号2为采用本发明第一实施例的各步骤形成的介质层上各测试点的漏电流数据；编号3为采用本发明第二实施例的各步骤形成的介质层上各测试点的漏电流数据。从图7中可以看出，现有技术所形成介质层各个采集点的平均漏电流数据最大，其中最大漏电流在4.5E-11皮安培左右；采用本发明第二实施例的各步骤形成的介质层上各测试点的平均漏电流数据较小，其中最大漏电流在1.5E-11皮安培左右；采用本发明第一实施例的各步骤形成的介质层上各测试点的平均漏电流数据最小，其中最大漏电流在1E-11皮安培左右。

从实验结果可以看出：

现有技术所形成介质层的漏电流最大。

先进行平均波长较短的第二紫外线处理，再进行平均波长较长的第一紫外线处理，得到的介质层漏电流较小，这是由于平均波长较短的第二紫外线处理能够去除致孔剂中的高导电率成分。

先进行平均波长较长的第一紫外线处理，再进行平均波长较短的第二紫外线处理，得到的介质层的漏电流最小，这是由于最后进行平均波长较短的第二紫外线处理能够将致孔剂中的高导电率成分去除得最干净。

还需要说明的是，本发明介质层中的致孔剂还可以选用可采用热处理等其他方式去除的材料，或者，多孔的介质层还可以采用除去除致孔剂之外的其他方法形成，也就是说，在进行第一或第二紫外线处理之前，介质层中可以已经包含多个气孔，采用本发明中的第一、第二紫外线处理，也能够去除介质层中一些高导电率成分，减小介质层中的漏电流。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种介质层的形成方法，其特征在于，包括：

提供基底；

在所述基底表面形成介质层；

对所述介质层进行第一紫外线处理，所述第一紫外线处理采用的波长范围为320nm到400nm；

对所述介质层进行第二紫外线处理，所述第二紫外线处理采用的波长在200到250纳米的范围内。

2.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述第一紫外线处理采用的功率在2毫瓦到2000瓦的范围内，时间在2到4分钟。

3.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述第二紫外线处理包括：在紫外线发生装置中，对所述介质层进行多波长紫外线处理。

4.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述第二紫外线处理包括：在紫外线发生装置中，对所述介质层进行单波长紫外线处理。

5.如权利要求3或4所述的形成方法，其特征在于，所述第二紫外线处理采用的功率在2毫瓦到2000瓦的范围内，时间在2到4分钟。

6.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述介质层的材料包括氧化硅、掺碳的氧化硅、掺氮的氧化硅，掺氟的氧化硅。

7.如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成介质层的方法为等离子体增强化学气相沉积法或旋转涂敷法。