低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法及半導體互連結(jié)構(gòu)制作方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┝艘环N低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法及一種半導體互連結(jié)構(gòu)的制作方法。該低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法利用非質(zhì)子溶劑來處理介電常數(shù)為K1的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜，處理后的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜介電常數(shù)變更為K2，且K2小于K1。利用非質(zhì)子溶劑去除低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的水分和氟化物，從而降低了低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的介電常數(shù)。該處理方法簡單易行，對半導體器件無損傷，逆轉(zhuǎn)了現(xiàn)有制備工藝對低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的破壞性，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法及半導體互連結(jié)構(gòu)制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及集成電路制作領(lǐng)域，具體而言，涉及一種低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理 方法及一種半導體互連結(jié)構(gòu)的制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，低介電常數(shù)材料逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絕緣材 料二氧化硅，成為集成電路工藝發(fā)展的必然方向。目前研究認為，降低材料介電常數(shù)主要有 兩種方法：一是降低材料自身的極性，包括降低材料中電子極化率、離子極化率和分子極化 率；二是增加材料中的空隙密度，降低材料的分子密度，形成多孔低介電材料。其中，針對降 低材料密度的方法，最常用的方法是采用化學氣相沉積法在生長二氧化硅的過程中引入甲 基（_CH 3)，從而形成多孔的SiOCH低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。
[0003] 雖然低介電常數(shù)材料具有上述優(yōu)點，但由于半導體器件制備工藝對介電常數(shù)薄膜 具有破壞性限制了低介電常數(shù)材料在半導體器件中的應用。例如，等離子工藝會破壞低介 電常數(shù)介質(zhì)薄膜，使得低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜從疏水性變?yōu)橛H水性，還會在薄膜中產(chǎn)生氟化 物。等離子工藝處理后的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜很容易吸收大氣中的濕氣，導致介電常數(shù)發(fā) 生變化，即所謂的等離子誘導損害（PID)。曾有研究表明，經(jīng)過等離子刻蝕前后低介電常數(shù) 介質(zhì)薄膜的介電常數(shù)可由原先的2. 59升高到2. 91。另外，經(jīng)過化學機械拋光工藝過程后， 多孔低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜也很容易吸收大氣中的濕氣，導致介電常數(shù)發(fā)生變化。
[0004] 為了解決上述問題，目前主要采取兩種方法：一是優(yōu)化刻蝕、沉積等工藝，減少工 藝過程對低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的破壞；二是提高低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降 低薄膜中的熱應力等。但是，上述方法均未能取得明顯效果，進而限制了低介電常數(shù)介質(zhì)薄 膜在集成電路中的應用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜在半導體加工工藝中遭到破壞的問題，本申請 提供了一種低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法，以解決現(xiàn)有半導體工藝中等離子體刻蝕、濕 法刻蝕、拋光等工藝步驟對低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的破壞。
[0006] 本申請?zhí)峁┑牡徒殡姵?shù)介質(zhì)薄膜的處理方法，是利用非質(zhì)子溶劑來處理介電常 數(shù)為K1的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜，處理后的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜介電常數(shù)變更為K2，且K2小 于K1。優(yōu)選地，K2的數(shù)值是K1數(shù)值的70-90%。
[0007] 優(yōu)選地，本申請所采用的非質(zhì)子溶劑選自二甲基亞砜、二甲基甲酮、四氫呋喃、二 甲醚、二甲基二硫醚和二甲基吡啶中的一種或多種。
[0008] 在本申請?zhí)峁┑囊环N【具體實施方式】中，上述用非質(zhì)子溶劑處理低介電常數(shù)介質(zhì)薄 膜的方法包括：在常溫常壓下將具有所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導體器件浸泡到非質(zhì)子 溶劑中。優(yōu)選地，在完成浸泡后，將半導體器件從非質(zhì)子溶劑中取出并干該低介電常數(shù)介質(zhì) 薄膜。
[0009] 在本申請?zhí)峁┑牧硪环N【具體實施方式】中，用非質(zhì)子溶劑處理低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜 的方法包括：將具有所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導體器件浸泡到超臨界狀態(tài)下的非質(zhì)子 溶劑中。
[0010] 優(yōu)選地，上述將具有低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導體器件浸泡到超臨界狀態(tài)下的非 質(zhì)子溶劑包括：將具有低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導體器件放入超臨界干燥釜中；將非質(zhì)子 溶劑加入超臨界干燥釜中；以及在預定壓力和預定溫度下，非質(zhì)子溶劑成為超臨界流體并 與低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜充分反應。優(yōu)選地，上述預定壓力范圍為10_300Mpa，預定溫度范圍 為 50-200 °C。
[0011] 進一步地，在低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜與超臨界狀態(tài)的非質(zhì)子溶劑充分反應后，包括 如下步驟：放掉干燥釜中的氣體，待干燥釜中的溫度自然冷卻到室溫時，打開干燥釜，取出 處理后的半導體器件；以及干燥上述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。
[0012] 本申請所處理的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜可以包括所有由低介電材料形成的薄膜，且 該薄膜的介電常數(shù)在半導體加工工藝實施后顯著升高；優(yōu)選為多孔低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。
[0013] 本申請的另一目的在于提供一種半導體互連結(jié)構(gòu)的制作方法，除了常規(guī)的制作 方法之外，進一步包括采用上述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法來處理低介電常數(shù)層的步 驟。本申請?zhí)峁┑闹苽浒雽w互連結(jié)構(gòu)的方法包括：步驟S101，在半導體器件層上依次形 成擴散阻擋層、低介電常數(shù)層、低介電常數(shù)硬掩膜層、硬掩膜層、TiN層以及氧化物層；步驟 5102, 以圖案化的光刻膠層為掩膜依次蝕刻氧化物層和TiN層，直至暴露出硬掩膜層；步驟 5103, 去除圖案化的光刻膠層后，以氧化物層和TiN層為掩膜依次蝕刻硬掩膜層、低介電常 數(shù)硬掩膜層和低介電常數(shù)層，在低介電常數(shù)層中形成連接孔；步驟S104,采用上述低介電 常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法對低介電常數(shù)層進行處理；步驟S105,去除氧化物層、TiN層、硬 掩膜層以及低介電常數(shù)硬掩膜層；步驟S106,在連接孔中沉積銅，形成半導體互連結(jié)構(gòu)。
[0014] 本申請?zhí)峁┑牡徒殡姵?shù)介質(zhì)薄膜處理方法，利用非質(zhì)子溶劑將低介電常數(shù)介質(zhì) 薄膜中的水分吸附出來，并且還會與薄膜中的氟化物發(fā)生熱解反應，溶解低介電常數(shù)介質(zhì) 薄膜中的氟化物，從而降低了低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的介電常數(shù)。該處理方法簡單易行，對半 導體器件無損傷，逆轉(zhuǎn)了現(xiàn)有制備工藝對低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的破壞性，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實 施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當限定。在附圖中：
[0016] 圖1示出了本申請一種【具體實施方式】所涉及的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法的 流程示意圖；
[0017] 圖2示出了本申請另一種【具體實施方式】所涉及的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法 的流程示意圖；
[0018] 圖3示出了本申請另一種【具體實施方式】所涉及的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法 的流程示意圖；
[0019] 圖4示出了本申請?zhí)峁┑囊环N半導體互連結(jié)構(gòu)制作方法的流程示意圖。

【具體實施方式】
[0020] 以下結(jié)合附圖對本申請的實施例進行詳細說明，但是本申請可以由權(quán)利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實施。
[0021] 術(shù)語解釋：
[0022] 非質(zhì)子溶劑：不能給出質(zhì)子H+的溶劑；
[0023] 超臨界流體：當物質(zhì)所處的溫度高于某一數(shù)值時，任何大的壓力均不能使該物質(zhì) 由氣相轉(zhuǎn)化為液相，此時的溫度成為臨界溫度Tc ;在臨界溫度下，氣體能被液化的最低壓 力稱為臨界壓力Pc ;而溫度和壓力均處于臨界點以上的液體叫超臨界流體；
[0024] 超臨界干燥：通過加溫、加壓，使液體的溫度和壓力超過其液相的臨界點，在高壓 下排氣，除去液相的工藝；
[0025] 疏水性：疏水性指的是一個分子(疏水物）與水相互排斥的物理性質(zhì)；
[0026] 接觸角：是指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線穿過液體與固-液 交界線之間的夾角，是潤濕程度的量度；
[0027] 介電常數(shù)：又稱電容率或相對電容率，是指在同一電容器中用同一物質(zhì)為電介質(zhì) 和真空室的電容的比值，表示電介質(zhì)在電場中貯存靜電能的相對能力，相對介電常數(shù)越小 絕緣性愈好。
[0028] 由【背景技術(shù)】可知，現(xiàn)有低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法均未能解決PID效應，本發(fā) 明的發(fā)明人針對上述問題進行研究，創(chuàng)造性地利用非質(zhì)子溶劑處理低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜， 不但能將低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的水分吸附出來，并且還會與低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的氟 化物發(fā)生熱解反應，溶解低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的氟化物，將氟化物從低介電常數(shù)介質(zhì)薄 膜中去除。因為除去了低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的水分和氟化物，降低了低介電常數(shù)介質(zhì)薄 膜的介電常數(shù)，從而逆轉(zhuǎn)了半導體制作工藝對低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜造成的破壞。
[0029] 下面將結(jié)合附圖具體說明本申請所提供的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法。
[0030] 圖1示出了本申請一種【具體實施方式】所涉及的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法的 流程示意圖；該處理方法包括：將沉積有低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜并且經(jīng)過等離子或濕法工藝 處理的半導體器件浸泡到非質(zhì)子溶劑中，例如，5至30分鐘后將半導體器件取出；將上述半 導體器件在常溫常壓下干燥，經(jīng)過檢測，所得半導體器件的介電常數(shù)有所降低，逆轉(zhuǎn)了工藝 所造成的部分損害。
[0031] 本申請所采用的非質(zhì)子溶劑是指不能提供H+的溶劑，上述溶劑容易與水分子中的 羥基形成共價鍵，從而將水分子從低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中吸附出來；另外，非質(zhì)子溶劑能與 低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的氟化物發(fā)生熱解反應，溶解低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的氟化物。優(yōu) 選地，非質(zhì)子溶劑可選自包括二甲基亞砜、二甲基甲酮、四氫呋喃、二甲醚、二甲基二硫醚、 二甲基吡啶，上述非質(zhì)子溶劑吸附水分和溶解氟化物的能力比較強，處理效果較好。
[0032] 更優(yōu)選地，所采用的非質(zhì)子溶劑為二甲基亞砜（DMSO)。DMS0是一種重要的非質(zhì)子 溶劑，具有高極性、高沸點、熱穩(wěn)定性好、與水混溶的特性，可以與水以任意比例混合，除石 油醚外，可溶解一般有機溶劑。它有強烈吸濕性，在20°C，相對濕度為60%時，可以從空氣中 吸收相當于自身重量70%的水分。在本實施例中，DMS0會與低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的水分 形成共價鍵，生成〇"*S. . . 0…Η鍵，并放出熱量。另外，DMS0還會與薄膜中的氟化物發(fā)生熱 解反應，從而溶解掉薄膜中的氟化物。
[0033] 經(jīng)過上述常溫常壓狀態(tài)下的處理后，低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的Κ值由原先的Κ1下降 到K2。優(yōu)選地，K2是K1的70-90%，更優(yōu)選地，K2是K1的75-85%。K1值的大小主要與低介 電常數(shù)介質(zhì)薄膜中所吸附的水分子含量以及氟化物含量有關(guān)，并不是一個固定數(shù)值。在本 申請?zhí)峁┑木唧w實施例中，上述Κ1值在2. 91至3. 15的范圍內(nèi)。
[0034] 圖2示出了本申請另一種【具體實施方式】所涉及的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法 的流程示意圖；如圖2所示，低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法包括：將具有低介電常數(shù)介質(zhì) 薄膜的半導體器件浸泡到超臨界狀態(tài)下的非質(zhì)子溶劑中。
[0035] 與圖1所示實施方式所不同的是，該【具體實施方式】是在溶劑的超臨界狀態(tài)下進行 的。超臨界流體兼具液體和氣體的雙重性質(zhì)和優(yōu)點：它的密度比一般氣體大兩個數(shù)量級， 與液體相近，因此具有與液體溶劑相近的溶解能力；它的粘度比液體小，擴散速度比液體快 (約兩個數(shù)量級)，所以有良好的流動性和傳遞性能。超臨界流體具有極強的萃取能力，能夠 將薄膜中的水分有效的分離提取出來。另外，超臨界流體還具有非常強的極性，可以溶解 薄膜中的氟化物，從而可高效率地降低低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的介電常數(shù)。經(jīng)過上述超臨界 狀態(tài)下的處理后，低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的Κ值由原先的Κ1下降到Κ2。優(yōu)選地，Κ2是Κ1的 70-90%，更優(yōu)選地，Κ2是Κ1的75-85%，更優(yōu)選地，Κ2是Κ1的75-80%。
[0036] 圖3示出了圖2所示實施方式的一個具體實施例的流程示意圖；將具有低介電常 數(shù)介質(zhì)薄膜的半導體器件浸泡到超臨界狀態(tài)下的非質(zhì)子溶劑的具體步驟包括：將具有低介 電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導體器件放入超臨界干燥釜中；將非質(zhì)子溶劑加入超臨界干燥釜中； 以及在預定壓力和預定溫度下，非質(zhì)子溶劑成為超臨界流體并與低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜充分 反應。這里所指的預定壓力和預定溫度是指能夠使非質(zhì)子溶劑在上述條件下成為超臨界 流體的壓力和溫度，優(yōu)選地，上述預定壓力范圍為10_300Mpa，預定溫度范圍為50-200°C。 例如具體壓力可以是 l〇Mpa、20Mpa、30Mpa、40Mpa、50Mpa、80Mpa、lOOMpa、120Mpa、150Mpa、 200Mpa、220Mpa、250Mpa、300Mpa ;例如具體溫度可以是 50 °C、60 °C、75 °C、90 °C、100 °C、 120°C、130°C、150°C、160°C、180°C、200°C。
[0037] 進一步地，在低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜與超臨界狀態(tài)的非質(zhì)子溶劑充分反應后，進一 步包括如下步驟：排除超臨界干燥釜中的氣體，待超臨界干燥釜中的溫度自然冷卻到室溫 時，打開超臨界干燥釜，取出處理后的半導體器件；以及干燥上述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。干 燥的方法可以是常溫常壓下自然風干，也可以采用例如吹風機、加熱等常規(guī)干燥方法對低 介電常數(shù)介質(zhì)薄膜進行干燥。
[0038] 本申請所處理的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜可以包括所有由低介電材料形成的薄膜，且 該薄膜的介電常數(shù)在半導體加工工藝中遭到了破壞。可處理的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜可以是 SSQ基薄膜、SiO基薄膜、有機聚合物薄膜等，優(yōu)選是多孔低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。因為多孔低 介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的空隙密度較高，溶劑可以空隙中的水分子充分接觸，處理效果較好。
[0039] 圖4示出了本申請?zhí)峁┑囊环N半導體互連結(jié)構(gòu)制作方法的流程示意圖將上述低 介電常數(shù)介質(zhì)薄膜處理方法應用到現(xiàn)有半導體互連結(jié)構(gòu)的制作方法中，得到了本申請所提 供的半導體互連結(jié)構(gòu)制作方法。本申請所提供的制備半導體互連結(jié)構(gòu)的方法包括：步驟 S101，在半導體器件層上依次形成擴散阻擋層、低介電常數(shù)層、低介電常數(shù)硬掩膜層、硬掩 膜層、TiN層以及氧化物層；步驟S102,以圖案化的光刻膠層為掩膜依次蝕刻氧化物層和 TiN層，直至暴露出硬掩膜層；步驟S103,去除圖案化的光刻膠層后，以氧化物層和TiN層為 掩膜依次蝕刻硬掩膜層、低介電常數(shù)硬掩膜層和低介電常數(shù)層，在低介電常數(shù)層中形成連 接孔；步驟S104,采用上述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法對低介電常數(shù)層進行處理；步 驟S105,去除氧化物層、TiN層、硬掩膜層以及低介電常數(shù)硬掩膜層；步驟S106,在連接孔中 沉積銅，形成半導體互連結(jié)構(gòu)。
[0040] 具體而言，半導體互連結(jié)構(gòu)的制作方法可以包括以下步驟：
[0041] 步驟S101，在半導體器件層上依次形成擴散阻擋層、低介電常數(shù)層、低介電常數(shù)硬 掩膜層、硬掩膜層、TiN層以及氧化物層，具體可以包括：
[0042] 步驟S1011，在半導體器件層上形成阻擋金屬介電質(zhì)層，阻擋金屬介電質(zhì)層為一絕 緣層，用于將銅互連層與半導體器件層形成電隔離。阻擋金屬介電質(zhì)層的材料是氮摻雜碳 化物，厚度范圍為40nm至50nm，可以采用半導體制造領(lǐng)域形成電介質(zhì)層常見的化學氣相沉 積或物理氣相沉積的方法形成。
[0043] 步驟S1012,在上述阻擋金屬介電質(zhì)層上沉積擴散阻擋層。所述擴散阻擋層能夠阻 擋在其上形成的銅互連層中的金屬向阻擋金屬介電質(zhì)層擴散，并能改善銅互連層的表面平 整度。作為一個實施例，上述擴散阻擋層為氮化鈦或氮化鉭，可以通過等離子體化學氣相沉 積的方法實現(xiàn)。上述擴散阻擋層的介電常數(shù)可以5. 2,厚度為100埃至300埃。
[0044] 步驟S1013,在擴散阻擋層上形成低介電常數(shù)層，上述低介電常數(shù)層可以是摻碳的 二氧化娃，可以為應用材料（Applied Materials)公司商標為黑鉆石（Black Diamond)的 氧化娃（Si02)、Novellus公司的Coral或ASM International公司的Aurora。在具體的實 施例中，上述低介電常數(shù)層可為黑鉆石，厚度范圍為1000埃至3000埃，可通過有機分子束 沉積的方法沉積，其具體的沉積方法作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不做詳細說明。
[0045] 步驟S1014,在低介電常數(shù)層上依次形成低介電常數(shù)硬掩膜層、硬掩膜層、TiN層 以及氧化物層，低介電常數(shù)硬掩膜層為致密的低介電常數(shù)薄膜，可以為氧化硅等，其形成方 法可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的化學氣相沉積或物理氣相沉積等方法形成，在此不再贅述。硬掩 膜層可以為氮化硅等，其形成方法可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的化學氣相沉積或物理氣相沉積等 方法形成，在此不再贅述。
[0046] 步驟S102,以圖案化的光刻膠層為掩膜蝕刻TiN層和氧化物層直至露出硬掩膜 層，并用灰化法除去光刻膠層。此蝕刻采用干法蝕刻進行。在本申請一實施方式中，可以采 用如下條件進行刻蝕：刻蝕氣體為HBr/0 2, Cl2/02或者S02/02，或者其他適合的氣體。干法 刻蝕中的氣體壓力可以為lmT至1000mT，功率為500W至3000W，偏電壓為100V至500V，總 的氣流速度為lOsccm至lOOOsccm。
[0047] 步驟S103,以氧化物層和TiN層為掩膜依次蝕刻硬掩膜層、低介電常數(shù)硬掩膜層 和低介電常數(shù)層，在低介電常數(shù)層中形成連接孔，具體可以包括：
[0048] 步驟S1031，以氧化物層和TiN層為掩膜濕法蝕刻硬掩膜層形成硬掩膜層開口，當 然，在此蝕刻的過程中氧化物層通常也會同時被蝕刻去除。在進行濕法蝕刻硬掩膜層時，采 用的蝕刻液可以是本領(lǐng)域通常用的磷酸或氫氟酸溶液，優(yōu)選地，根據(jù)本申請的實施方式，采 用的是含氫氟酸的蝕刻液。
[0049] 步驟S1032,沿硬掩膜層開口蝕刻低介電常數(shù)硬掩膜層和低介電常數(shù)層，以形成 連接孔。該連接孔的形成可以直接通過常規(guī)的干法蝕刻的方法形成，蝕刻的條件可以為刻 蝕氣體為HBr/0 2, Cl2/02或者S02/02，或者其他適合的氣體。干法刻蝕中的氣體壓力可以為 lmT至1000mT，功率為500W至3000W，偏電壓為100V至500V，總的氣流速度為lOsccm至 1000sccm〇
[0050] 步驟S104,采用上述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法對低介電常數(shù)層進行處理； 具體處理方法如圖1、圖2或圖3及上文所述，在此不再贅述。
[0051] 步驟S105,去除氧化物層、TiN層、硬掩膜層以及低介電常數(shù)硬掩膜層。去除氧化 物層、TiN層、硬掩膜層以及低介電常數(shù)硬掩膜層的方法可以是干法刻蝕，濕法刻蝕、化學機 械拋光處理等常規(guī)處理方式。
[0052] 步驟S106,將銅沉積到連接孔中，沉積銅的方法可采用常規(guī)的氣相沉積方法，因為 該工藝方法為現(xiàn)有技術(shù)，具體工藝步驟在此不再贅述，通過上述步驟即可得到一種半導體 互連結(jié)構(gòu)。
[0053] 除了上述步驟之外，本申請還可以包括任何現(xiàn)有互連結(jié)構(gòu)形成工藝的其他步驟， 例如，在互連結(jié)構(gòu)中可進一步沉積NDC (氮摻雜的碳化硅)層，在沉積NDC (氮摻雜的碳化硅） 層之前進一步實施nh3預處理等。
[0054] 下面將以半導體互連結(jié)構(gòu)中的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理過程為例，進一步闡述 本申請?zhí)峁┑牡徒殡姵?shù)介質(zhì)薄膜的處理方法。但需要澄清的是，此處僅以半導體互連結(jié) 構(gòu)的處理過程為例，并不表示本申請所提供的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法僅用于半導 體互連結(jié)構(gòu)的處理。
[0055] 實施例1
[0056] 在半導體器件層上沉積擴散阻擋層，在擴散阻擋層上利用化學氣相沉積法生長二 氧化硅，但，同時引入一CH 3，從而形成介電常數(shù)K1為2. 59的多孔低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。依 次在上述多孔低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜上沉積低介電常數(shù)硬掩膜層、硬掩膜層、TiN層以及氧化 物層；以圖案化的光刻膠層為掩膜依次蝕刻氧化物層和TiN層，直至暴露出硬掩膜層；去除 圖案化的光刻膠層后，以氧化物層和TiN層為掩膜依次蝕刻硬掩膜層、低介電常數(shù)硬掩膜 層和低介電常數(shù)層，在低介電常數(shù)層中形成連接孔；對多孔低介電常數(shù)層進行非質(zhì)子溶劑 處理；去除氧化物層、TiN層、硬掩膜層以及低介電常數(shù)硬掩膜層；在連接孔中沉積銅，形成 半導體互連結(jié)構(gòu)。
[0057] 具體而言，上述對低介電常數(shù)層進行非質(zhì)子溶劑處理具體為：
[0058] 1、測試該多孔低介電常數(shù)層的介電常數(shù)和接觸角
[0059] 采用常規(guī)的測量工具，通過測量半導體器件的電容來測定低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的 介電常數(shù)，利用交流電橋的測量步驟為：首先在測量工具的兩塊極板之間為真空的時候測 試電容器的電容Q。然后，用同樣的電容極板間距離但在極板間加入待測物測得電容Cx， 然后用下式計算出相對介電常數(shù)ε，具體測量數(shù)據(jù)請見表1。另外，采用外形圖像分析法測 量多孔低介電薄膜的接觸角，通過接觸角表征薄膜疏水性的大小，其測量步驟為：利用移液 器將液態(tài)水滴到薄膜表面，通過顯微鏡頭與相機獲得液滴的外形圖像，再運用數(shù)字圖像處 理和計算公式將圖像中的液滴的接觸角計算出來，具體測量數(shù)據(jù)請見表1。
[0060] 2、對多孔低介電常數(shù)層的處理
[0061] 將具有低介電常數(shù)層的半導體器件浸泡到非質(zhì)子溶劑DMS0中，20分鐘后將半導 體器件取出；將上述半導體器件在常溫常壓下干燥。
[0062] 3、測試處理后的多孔低介電常數(shù)層的介電常數(shù)和接觸角
[0063] 測試方法與上述相同，通過測量半導體器件上的多孔低介電常數(shù)層的電容來測定 多孔低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的相對介電常數(shù)，并且采用外形圖像分析法測量多孔低介電薄膜 的接觸角，具體測量數(shù)據(jù)請見表1。
[0064] 實施例2
[0065] 以實施例1相同的方法制得多孔低介電常數(shù)薄膜。測定的多孔低介電常數(shù)薄膜介 電常數(shù)以及多孔低介電薄膜接觸角的具體測量數(shù)據(jù)請見表1。
[0066] 將具有上述多孔低介質(zhì)常數(shù)薄膜的半導體器件放在超臨界干燥釜中，再將DMS0 倒入干燥釜，接著將干燥釜密閉。然后向干燥釜中通入氮氣后，啟動加熱程序，直到干燥釜 內(nèi)的溫度達到180攝氏度，壓力為1個大氣壓下；維持溫度和壓力不變（30min)，使得DMS0 達到超臨界流體狀態(tài)。緩慢泄掉干燥釜中的氣體，待干燥釜中的溫度自然冷卻到室溫時，即 可打開干燥釜，取出處理后的半導體器件。測得處理后的多孔低介電薄膜介電常數(shù)，并且采 用外形圖像分析法測量多孔低介電薄膜的接觸角，具體測量數(shù)據(jù)請見表1。
[0067] 實施例3
[0068] 以實施例1相同的方法制得多孔低介電常數(shù)薄膜。測得的多孔低介電薄膜介電常 數(shù)以及多孔低介電薄膜接觸角的具體測量數(shù)據(jù)請見表1。
[0069] 二甲基甲酮和二甲基吡啶以體積比為1:1形成混合溶液，以該混合溶液為非質(zhì)子 溶劑，在常溫常壓下將低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜浸泡到該混合溶液中，10分鐘后去除該薄膜并 干燥。測量低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜在浸泡前后的介電常數(shù)和接觸角，具體測量數(shù)據(jù)請見表1。 具體工藝步驟和測量方法同實施例1。
[0070] 實施例4
[0071] 以四氫呋喃為非質(zhì)子溶劑，在超臨界條件下將低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜浸泡到四氫呋 喃溶劑中，直至所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜中的水分被去除。測量低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜在浸 泡到四氫呋喃前后的介電常數(shù)和接觸角，具體測量數(shù)據(jù)請見表1。具體工藝步驟和測量方法 同實施例2。
[0072] 表 1
[0073]

【權(quán)利要求】
1. 一種低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法，其特征在于，用非質(zhì)子溶劑處理介電常數(shù)為 K1的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜，處理后所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的介電常數(shù)為K2,所述K2小于 K1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述K2為所述K1的70-90%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述非質(zhì)子溶劑選自二甲基亞砜、二 甲基甲酮、四氫呋喃、二甲醚、二甲基二硫醚和二甲基吡啶中的一種或多種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的處理方法，其特征在于，所述用非質(zhì)子溶劑處理 低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的方法包括：在常溫常壓下將具有所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導體 器件浸泡到非質(zhì)子溶劑中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，所述方法進一步包括將所述半導體 器件從非質(zhì)子溶劑中取出，干燥所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的處理方法，其特征在于，所述用非質(zhì)子溶劑處理 低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的方法包括：將具有所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導體器件浸泡到超 臨界狀態(tài)下的非質(zhì)子溶劑中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理方法，其特征在于，所述用非質(zhì)子溶劑處理低介電常數(shù) 介質(zhì)薄膜的方法包括： 將具有所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的半導體器件放入超臨界干燥釜中； 將所述非質(zhì)子溶劑加入所述超臨界干燥釜中；以及 在預定壓力和預定溫度下，所述非質(zhì)子溶劑成為超臨界流體并與所述低介電常數(shù)介質(zhì) 薄膜充分反應。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理方法，其特征在于，所述預定壓力范圍為10至300Mpa， 預定溫度范圍為50至200°C。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理方法，其特征在于，當所述非質(zhì)子溶劑與所述低介電常 數(shù)介質(zhì)薄膜充分反應后，包括如下步驟： 排放所述超臨界干燥釜中的氣體，待所述超臨界干燥釜中的溫度自然冷卻到室溫； 打開所述超臨界干燥釜，取出處理后的半導體器件；以及 干燥所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜是多孔低 介電常數(shù)介質(zhì)薄膜。
11. 一種半導體互連結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括： 步驟S101，在半導體器件層上形成擴散阻擋層、低介電常數(shù)層、低介電常數(shù)硬掩膜層、 硬掩膜層、TiN層以及氧化物層； 步驟S102,以圖案化的光刻膠層為掩膜依次蝕刻氧化物層和TiN層，直至暴露出硬掩 膜層； 步驟S103,去除圖案化的光刻膠層后，以氧化物層和TiN層為掩膜依次蝕刻硬掩膜層、 低介電常數(shù)硬掩膜層和低介電常數(shù)層，在所述低介電常數(shù)層形成連接孔； 步驟S104,采用權(quán)利要求1至10中任一項所述的低介電常數(shù)介質(zhì)薄膜的處理方法對所 述低介電常數(shù)層進行處理； 步驟S105,去除所述氧化物層、TiN層、硬掩膜層以及低介電常數(shù)硬掩膜層；以及 步驟S106,在所述連接孔中沉積銅，形成所述半導體互連結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01L21/768GK104282621SQ201310287657
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月9日
【發(fā)明者】周鳴 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司