一種修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上沉積超低介質(zhì)常數(shù)薄膜；干法刻蝕所述超低介質(zhì)常數(shù)薄膜以在其中形成側(cè)壁結(jié)構(gòu)；采用含-CH3的不飽和烴的化學(xué)藥液進(jìn)行濕法清洗；以及進(jìn)行紫外線照射。本發(fā)明能夠修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁的損傷，從而恢復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜中的孔徑和孔隙率，使有效介質(zhì)常數(shù)保持最小。
【專利說明】一種修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，特別涉及一種修復(fù)超低介質(zhì)側(cè)壁損傷的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體集成電路工業(yè)中，高性能的集成電路芯片需要盡可能低的連線電容電阻的信號延遲和信號串?dāng)_，為此，需要在低電阻率的銅金屬線以及連線的層間及線間填充低介質(zhì)常數(shù)材料來達(dá)到降低寄生電容，從而達(dá)到提高器件的目的。近十年來，半導(dǎo)體工業(yè)界對超低介質(zhì)常數(shù)材料的研究日益增多，在集成電路工藝中，超低介質(zhì)常數(shù)材料必須滿足諸多條件，例如:足夠的機(jī)械強(qiáng)度以支撐多層連線的架構(gòu)，高楊氏系數(shù)，高擊穿電壓，低漏電，高熱穩(wěn)定性，良好的粘合強(qiáng)度，低吸水性，低薄膜應(yīng)力，高平坦化能力，低熱張系數(shù)以及化學(xué)機(jī)械拋光工藝的兼容性等。
[0003]摻雜碳和微孔均是降低介電常數(shù)k值的有效手段，目前45nm以下技術(shù)，普遍采用的超低介質(zhì)常數(shù)介質(zhì)材料是摻碳的多孔氧化硅薄膜，形成S1-C鍵。其中，摻雜碳的二氧化硅介電常數(shù)與密度呈線性關(guān)系，密度的降低有利于K值得降低；微孔材料的介電常數(shù)與材料密度和孔隙率有關(guān)，孔隙率越高K值越小。
[0004]然而，隨著介質(zhì)材料介質(zhì)常數(shù)不斷降低的要求，介電材料的孔隙率和含碳量不斷增加，結(jié)構(gòu)變得越來越疏松。在后續(xù)干法刻蝕工藝過程中，刻蝕過程中的等離子(plasma)會在側(cè)壁處把S1-C鍵破壞，隨后的濕法清洗中使用的化學(xué)品藥液都是含-OH的基團(tuán)，這些-OH會取代S1-C中的C，形成S1-OH，從而使超低介質(zhì)常數(shù)(ULK)的孔隙率降低，孔直徑減小，從而導(dǎo)致介質(zhì)常數(shù)K的增加；同時，由于-OH容易吸附空氣中的水汽等雜質(zhì)，在后續(xù)工藝溫度下，容易消耗超低介質(zhì)(ULK)中的Si，在導(dǎo)致介質(zhì)常使K值升高的同時，使特征尺寸CD變大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于提供一種修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法，能夠修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜由于刻蝕帶來的側(cè)壁損傷而導(dǎo)致的介電常數(shù)升高，保持刻蝕后關(guān)鍵尺寸⑶不會增大，同時該工藝和現(xiàn)有業(yè)界工藝兼容。
[0006]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法，該方法包括如下步驟:在半導(dǎo)體襯底上沉積超低介質(zhì)常數(shù)薄膜，所述超低介質(zhì)常數(shù)薄膜為摻碳的多孔氧化硅薄膜；干法刻蝕所述超低介質(zhì)常數(shù)薄膜以在其中形成側(cè)壁結(jié)構(gòu)；采用含-CH3的不飽和烴的化學(xué)藥液進(jìn)行濕法清洗，所述含-CH3的不飽和烴與所述超低介質(zhì)常數(shù)薄膜中的硅形成S1-O-C(Re)x ;以及進(jìn)行紫外線照射，以使S1-O-C(Re)X中的O-C鍵斷裂，而形成_Si(CH3)3的物質(zhì)。
[0007]可選的，所述濕法清洗的溫度為20?40攝氏度，清洗時間為15秒?80秒。
[0008]可選的，所述紫外線照射的溫度為380?500攝氏度，照射時間為10秒?25秒。[0009]可選的，所述紫外線照射在氫氣環(huán)境中進(jìn)行，所述氫氣的流量為SOsccm?120sccmo
[0010]可選的，所述超低介質(zhì)常數(shù)薄膜通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積而成。
[0011]可選的，所述等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)氣體為甲基二乙氧基硅烷和氧氣，腔體溫度為350?480攝氏度；直流功率為350?600瓦。
[0012]可選的，所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)為所述大馬士革結(jié)構(gòu)的通孔及溝槽的側(cè)壁。
[0013]本發(fā)明一種修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法的有益效果在于，能夠恢復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜(ULK)中的孔徑和孔隙率，使有效介質(zhì)常數(shù)(K值)保持最小。此外本發(fā)明所采用的濕法化學(xué)品選擇性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)成本低；所用的在外線照射設(shè)備能和現(xiàn)有設(shè)備兼容。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1本發(fā)明一實(shí)施例的修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法的流程圖。
[0015]圖2A?圖2C是本發(fā)明一實(shí)施例的修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定。
[0017]請參考圖1，本發(fā)明提供的修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法包括以下步驟:
[0018]步驟SOl:在半導(dǎo)體襯底上沉積超低介質(zhì)常數(shù)薄膜；
[0019]步驟S02:干法刻蝕所述超低介質(zhì)常數(shù)薄膜以在其中形成側(cè)壁結(jié)構(gòu)；
[0020]步驟S03:采用含-CH3的不飽和烴的化學(xué)藥液進(jìn)行濕法清洗；
[0021]步驟S02:進(jìn)行紫外線照射(UV-cure)。
[0022]接下來將結(jié)合圖2A?圖2C詳述本發(fā)明修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的過程。
[0023]首先，請參考圖2A，首先在半導(dǎo)體襯底上沉積超低介質(zhì)常數(shù)薄膜，其中超低介質(zhì)常數(shù)薄膜101為摻碳的多孔氧化硅薄膜，其可通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)在半導(dǎo)體襯底100上淀積而成，反應(yīng)氣體為甲基二乙氧基硅烷(DEMS)和氧氣(O2)，腔體溫度為350?480攝氏度；反應(yīng)直流功率為350?600瓦。
[0024]接下來，參考圖2B，通過干法刻蝕在超低介質(zhì)常數(shù)薄膜101中形成一側(cè)壁結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施例中是通過業(yè)界通用的干法刻蝕的方法在超低介質(zhì)常數(shù)薄膜101中刻出一個大馬士革結(jié)構(gòu)102 ;大馬士革結(jié)構(gòu)的形成方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不作贅述。在刻蝕過程中等離子體(plasma)會在超低介質(zhì)常數(shù)薄膜101的側(cè)壁(即大馬士革結(jié)構(gòu)102的通孔及溝槽的側(cè)壁)處把摻碳的多孔氧化硅的S1-C鍵破壞。
[0025]然后采用含-CH3的不飽和烴的化學(xué)藥液進(jìn)行濕法清洗，清洗溫度為20?40攝氏度，清洗時間為15秒?80秒。此時，含-CH3的不飽和烴會取代已經(jīng)被破壞的S1-C鍵中的C，與 Si 形成 S1-O-C (Re) X。[0026]請繼續(xù)參考圖2C，對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行紫外照射(UV-cure)，其中紫外線照射的溫度為380~500攝氏度，照射時間為10秒~25秒。本實(shí)施例中，紫外線照射在氫氣(H2)環(huán)境中進(jìn)行，氫氣的流量為SOsccm~120sCCm。經(jīng)紫外線照射后，紫外線光強(qiáng)的能量將使得S1-O-C(Re)x中的O-C鍵斷裂，而形成-Si(CH3)3的物質(zhì)，如下式所示
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 在半導(dǎo)體襯底上沉積超低介質(zhì)常數(shù)薄膜，所述超低介質(zhì)常數(shù)薄膜為摻碳的多孔氧化硅薄膜； 干法刻蝕所述超低介質(zhì)常數(shù)薄膜以在其中形成側(cè)壁結(jié)構(gòu)； 采用含-CH3的不飽和烴的化學(xué)藥液進(jìn)行濕法清洗，所述含-CH3的不飽和烴與所述超低介質(zhì)常數(shù)薄膜中的硅形成S1-O-C(Re)X ;以及 進(jìn)行紫外線照射，以使S1-O-C (Re) X中的O-C鍵斷裂，而形成-Si (CH3) 3的物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法，其特征在于，所述濕法清洗的溫度為20?40攝氏度，清洗時間為15秒?80秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法，其特征在于，所述紫外線照射的溫度為380?500攝氏度，照射時間為10秒?25秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法，其特征在于，所述紫外線照射在氫氣環(huán)境中進(jìn)行，所述氫氣的流量為SOsccm?120sCCm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法，其特征在于，所述超低介質(zhì)常數(shù)薄膜通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法，其特征在于，所述等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)氣體為甲基二乙氧基硅烷和氧氣，腔體溫度為350?480攝氏度；直流功率為350?600瓦。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種修復(fù)超低介質(zhì)常數(shù)薄膜側(cè)壁損傷的方法，其特征在于，所述側(cè)壁結(jié)構(gòu)為大馬士革結(jié)構(gòu)的通孔及溝槽的側(cè)壁。
【文檔編號】H01L21/768GK103531535SQ201310525014
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】曾紹海 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司