專利名稱：一種對(duì)低介電材料表面進(jìn)行處理形成光學(xué)抗反射層的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬集成電路工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)低介電材料表面進(jìn)行處理形成光學(xué)抗反射層的半導(dǎo)體制造工藝。
背景技術(shù)：
伴隨集成電路制造工藝的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體器件的體積正變得越來越小，使得金屬之間的寄生電容也越來越大，對(duì)于微處理器，芯片速度的限制主要由鍍層中的電阻和寄生電容產(chǎn)生。其結(jié)果電阻-電容時(shí)間延遲、訊號(hào)間的相互干擾及其能量損耗等問題日益突出，為了解決電阻-電容時(shí)間延遲的問題，產(chǎn)業(yè)的響應(yīng)一直是使用符合IC工藝的低介電材料(介電常數(shù)2.0~4.0)，使多重金屬內(nèi)連線之間的介電層的介電常數(shù)比硅更低的，從而降低寄生電容；而在電阻方面則使用低電阻的銅金屬導(dǎo)線金屬互聯(lián)工藝取代原先的鋁工藝，在細(xì)微的電路上，銅的傳輸信號(hào)速度比鋁更快、而且也更加穩(wěn)定。
多層連線電容的計(jì)算公式C=2(Cl+Cv)=2kϵ0LTW(1W2+1T2)]]>(公式1)其中，(k為介電常數(shù))由公式可見，介電常數(shù)越低，電容越小。
多層連線電阻-電容時(shí)間延遲計(jì)算公式RCdelay=2ρkϵ0L2(1W2+1T2)]]>(公式2)其中，(k為介電常數(shù)；ρ為金屬電阻率)由公式可見，介電常數(shù)越低，電阻越小，多層連線電阻-電容時(shí)間延遲也越短。
由于低介電材料的結(jié)構(gòu)往往疏松、多孔，為了降低介電常數(shù)，適當(dāng)?shù)牡入x子體處理，可以明顯提高結(jié)構(gòu)致密化，隨著表面結(jié)構(gòu)的改變，表面介電層的折射率、消光系數(shù)也隨著變化。調(diào)整等離子體處理的時(shí)間、功率、氣源種類等，可以進(jìn)一步控制折射率、消光系數(shù)，進(jìn)而得到優(yōu)良的表面反射率表現(xiàn)。
表面反射率計(jì)算公式
R=(nb-nr)2+(kb-kr)2(nb-nr)2+(kb-kr)2]]>(公式3)nb-低介電材料表面折射率、kb-低介電材料表面消光系數(shù)nr-光刻膠表面折射率、kr-光刻膠表面消光系數(shù)對(duì)于光刻工藝來說，優(yōu)良的表面反射率控制，會(huì)有效減少入射光和反射光的相干問題，即減少駐波效應(yīng)，由此而來，光刻圖形會(huì)得到明顯改善。
駐波計(jì)算公式S＝4(Rtop.Rbot)0.5.e-kD(公式4)Rbot-介電材料表面反射率、Rtop-光刻膠表面反射率、k-光刻膠消光系數(shù)、D-光刻膠厚度由公式可知低的介電材料表面反射率可以有效的減少駐波效應(yīng)，提高成像品質(zhì)。對(duì)低介電材料合適的等離子體處理形成表面抗反射薄膜可以取代工業(yè)界常規(guī)使用的有機(jī)、無機(jī)抗反射層，大大簡化工藝操作，節(jié)約化學(xué)試劑的使用。而且，在低介電材料表面形成的抗反射薄膜層將會(huì)在后續(xù)刻蝕、化學(xué)機(jī)械拋光工藝中移除，這樣介電常數(shù)將不會(huì)變化，仍然具有低介電常數(shù)的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種對(duì)低介電材料表面進(jìn)行處理形成光學(xué)抗反射層的半導(dǎo)體制造工藝。
半導(dǎo)體器件的體積正變得越來越小，疏松、多孔的低介電材料(介電常數(shù)2.0~4.0)和光學(xué)抗反射層的使用是必不可少的需求。本發(fā)明的特征是，對(duì)低介電材料表面進(jìn)行2～5次等離子體工藝處理，以調(diào)節(jié)材料表面折射率、消光系數(shù)，形成光學(xué)抗反射層；所述的等離子體，其原料源可以是氦、氖、氬、氪，或者是氙惰性氣體一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)或氮?dú)?N2)；所述2～5次等離子體工藝處理，其每次的處理時(shí)間為50～500秒、氣壓為5～50托、功率為100～500瓦、溫度為150～400度。
本發(fā)明的形成光學(xué)抗反射層主要工藝步驟是(1)電材料淀積；(2)第一次等離子體表面處理，利用惰性氣體表面處理封口、清洗、退火；(3)第二次等離子體表面處理，致密介電材料表面、清洗；
(4)反射率、消光系數(shù)測(cè)量；(5)等離于體表面處理，共2-5次，直至反射率、消光系數(shù)達(dá)到要求；(6)光敏感材料表面圖布、烘烤、光刻、刻蝕金屬導(dǎo)線通路。
本發(fā)明利用對(duì)疏松、多孔的低介電材料的表面進(jìn)行多次等離子體處理例如，2~5次，第一次等離子體處理對(duì)低介電材料表面封口，可以有效的防止材料表面氧化，沾污；第二~五次等離子體處理可以進(jìn)一步致密化材料表面，通過優(yōu)化操作菜單，調(diào)節(jié)材料表面折射率、消光系數(shù)，致密化其表面，形成光學(xué)抗反射層。
通過調(diào)節(jié)時(shí)間、溫度、壓力工藝參數(shù)，選擇合適惰性氣體，改變材料表面態(tài)。
根據(jù)理論計(jì)算，運(yùn)用本發(fā)明可以得到所需的材料表面折射率、消光系數(shù)，形成光學(xué)抗反射層，成功將低介電材料與光學(xué)抗反射層二者統(tǒng)一、結(jié)合，(圖1)取代工業(yè)界常規(guī)使用的有機(jī)、無機(jī)抗反射層，大大簡化工藝操作，并節(jié)約化學(xué)試劑的使用。而且，在低介電材料表面形成的抗反射薄膜層將會(huì)在后續(xù)刻蝕、化學(xué)機(jī)械拋光工藝中移除，這樣介電常數(shù)將不會(huì)變化，仍然具有低介電常數(shù)的優(yōu)勢(shì)。


圖1為低介電常數(shù)介質(zhì)膜自形成表面抗反射薄膜；附圖標(biāo)號(hào)1低介電常數(shù)表面抗反射薄膜、2低介電材料、3低介電材料中的空隙。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施步驟如下1、低介電材料淀積；2、第一次等離子體表面處理，利用惰性氣體表面處理封口(時(shí)間為50秒、氣壓分別設(shè)定為5托、10托、30托或50托，功率分別選擇為100瓦、150瓦或300瓦，溫度分別選擇為150度、250度或300度，氣源為氦、氖、氬、氪或氙惰性氣體)，清洗、退火；3、第二次等離子體表面處理，致密介電材料表面(時(shí)間為200秒，氣壓設(shè)定為30托或50托、功率為100瓦、150瓦或300瓦，溫度為200度、250度或300度，氣源為一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮?dú)?、清洗；4、反射率、消光系數(shù)測(cè)量；5、等離子體第2~5次處理，直至反射率、消光系數(shù)達(dá)到要求；6、光敏感材料表面圖布、烘烤、光刻、刻蝕金屬導(dǎo)線通路；
權(quán)利要求
1.一種對(duì)低介電材料表面進(jìn)行處理形成光學(xué)抗反射層的工藝，其特征是對(duì)低介電材料表面進(jìn)行2～5次等離子體工藝處理，以調(diào)節(jié)材料表面折射率、消光系數(shù)，形成光學(xué)抗反射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征是，所述等離子體，其原料源是氦、氖、氬、氪或氙惰性氣體，或者是一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫或氮?dú)狻?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征是，所述2～5次等離子體工藝處理，其每次的處理時(shí)間為50～500秒，氣壓為5～50托，功率為100～500瓦，溫度為150～400度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征是，主要步驟如下(1)電材料淀積；(2)第一次等離子體表面處理，利用惰性氣體表面處理封口、清洗、退火；(3)第二次等離子體表面處理，致密介電材料表面、清洗；(4)反射率、消光系數(shù)測(cè)量；(5)等離子體處理，共2-5次，直至反射率、消光系數(shù)達(dá)到要求；(6)光敏感材料表面圖布、烘烤、光刻、刻蝕金屬導(dǎo)線通路。
全文摘要
本發(fā)明為一種對(duì)低介電材料表面等離子體處理形成光學(xué)抗反射層的工藝。本發(fā)明中對(duì)低介電材料表面進(jìn)行2～5次等離子體處理，并通過調(diào)節(jié)處理時(shí)間、溫度、壓力工藝參數(shù)，調(diào)節(jié)表面介質(zhì)薄膜的折射率、消光系數(shù)，從而形成表面抗反射薄膜，取代工業(yè)界常規(guī)使用的有機(jī)、無機(jī)抗反射層，大大簡化工藝操作，并節(jié)約化學(xué)試劑的使用。而且，在低介電材料表面形成的抗反射薄膜層將會(huì)在后續(xù)刻蝕、化學(xué)機(jī)械拋光工藝中移除，這樣介電常數(shù)將不會(huì)變化，仍然具有低介電常數(shù)的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1649106SQ200410093458
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者朱駿 申請(qǐng)人:上海華虹(集團(tuán))有限公司, 上海集成電路研發(fā)中心有限公司