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(shuō)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(hào)延遲和信號(hào)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(lái)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(lái)，半導(dǎo)體工業(yè)界對(duì)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(lái)越疏松。在后續(xù)干法刻蝕工藝過(guò)程中，刻蝕過(guò)程中的等離子(plasma)會(huì)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(huì)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(shí)，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(shí)，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(lái)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(huì)增大，同時(shí)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(shí)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(shí)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(guò)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(shuō)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(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)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(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0017]請(qǐng)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(lái)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(guò)程。
[0023]首先，請(qǐng)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(guò)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(lái)，參考圖2B，通過(guò)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(guò)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(gè)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(guò)程中等離子體(plasma)會(huì)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(shí)間為15秒?80秒。此時(shí)，含-CH3的不飽和烴會(huì)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(qǐng)繼續(xù)參考圖2C，對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(guò)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(hào)】H01L21/768GK103531535SQ201310525014
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司