[发明专利]一种低介电常数薄膜的紫外线处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，主要应用在40纳米及以下铜互连工艺，尤其涉及一种低介电常数薄膜的紫外线处理方法。

背景技术

在40纳米以下铜互连工艺中，为了降低线间延时，两层互连金属间的介质层要求有较低的介电常数，介电常数越低，延时越小，器件速度也就越快。40纳米常用的超低介电常数薄膜的介电常数已经在2.6以下。除了较低的介电常数，还要保证薄膜有较高的机械性能，包括杨氏模量、硬度等。目前最常用的方法是使用致孔剂采用PECVD的方法沉积一层掺碳的薄膜，然后通过紫外线处理将有机致孔剂赶出薄膜，得到有孔的掺碳薄膜。孔洞的引入能够降低介电常数，通常孔洞的密度越大，直径越大，得到的介电常数越小，但是如果有机致孔剂不能有效的赶出，就得不到理想的低介电常数。紫外线照射能够将有机物分解，然后以气体的形式脱离薄膜，形成孔洞，同时紫外线还会将薄膜中的硅碳键重新链接，形成更致密的骨架结构，这样来支撑孔洞。当薄膜较厚时，薄膜底部的有机物还没有完全分解，薄膜的上半部分就已经完成了骨架的形成，导致有机物不能被完全赶出，从而导致了薄膜不能达到理想的低介电常数。

中国专利（公开号：CN103187363A）公开了一种铜互连的制作方法，包括以下步骤：在衬底上依次沉积第一刻蚀停止层和低介电常数薄膜；形成贯穿低介电常数薄膜和第一刻蚀停止层的多个通孔或沟槽；在通孔或沟槽内填充形成第一铜层；采用强氧化性的酸去除部分第一铜层，以在各个通孔或沟槽顶部形成第一开口；稀氢氟酸溶液各向同性刻蚀低介电常数薄膜，使各个第一开口横向扩大后形成第二开口；在第二开口内填充形成第二铜层，所述第二铜层与第一铜层构成铜互连；采用氢气等离子体去除低介电常数薄膜；在铜互连上沉积第二刻蚀停止层，在相邻铜互连之间形成空腔。本发明在铜互连之间形成空腔，从而降低介电常数，进而降低互连延迟，改善芯片性能。

中国专利（公开号：CN102867780A）公开了一种铜互连工艺，通过在制备沟槽之后，铜互连形成之前，采用碳氢等离子体对沟槽侧壁在刻蚀和灰化工艺中受损的超低介电常数薄膜进行修复，以使得最终制备的铜互连结构的有效介电常数满足工艺需求，进而提升产品的良率。

从现有发明来看，它们未能解决当介电薄膜生长的较厚时，考虑到大马士革工艺中上半部分介电薄膜在刻蚀工艺中被移除，薄膜底部的致孔剂还没被有效的赶出，降低了紫外线处理的效率的问题。

发明内容

本发明提出了一种低介电常数薄膜的紫外线处理方法，增加了紫外线对低介电常数薄膜下半部分处理的效果，使得致孔剂更有效地赶出，使低介电常数薄膜达到理想的介电常数，降低了两层金属互间的延时，提高了半导体器件的速度。

一种低介电常数薄膜的紫外线处理方法，应用于铜互连工艺中，其特征在于，该方法包括：

提供一衬底，在所述衬底上表面由下至上依次形成第一金属阻挡层、第一金属层、第一刻蚀阻挡层和低介电常数薄膜；

对所述低介电常数薄膜进行第一次紫外线处理；

在第一次紫外线处理后的低介电常数薄膜上表面形成硬掩膜；

光刻并刻蚀所述硬掩膜，所述低介电常数薄膜层和所述第一刻蚀阻挡层，形成大马士革结构；

对所述低介电常数薄膜进行第二次紫外线处理；

去除剩余的所述硬掩膜，削薄所述低介电常数薄膜；

在所述大马士革结构中通孔的侧壁和底部及所述低介电常数薄膜的上表面沉积第二金属阻挡层；

在所述第二金属阻挡层上表面和所述通孔中形成第二金属层，在所述第一金属层和第二金属层之间形成金属互连线。

所述一种低介电常数薄膜的紫外线处理方法，其特征在于，所述第一次紫外线处理和第二次紫外线处理是对所述低介电常数薄膜进行紫外线照射。

所述一种低介电常数薄膜的紫外线处理方法，其特征在于，所述第一次紫外线处理和第二次紫外线处理的时间为20s-500s之间，处理温度为300度-480度之间。

所述一种低介电常数薄膜的紫外线处理方法，其特征在于，在所述第一次紫外线处理和第二次紫外线处理时，所述低介电常数薄膜在进入紫外线设备工艺腔进行处理的步骤包含预加热、气体引入、紫外线处理、剩余气体净化。

所述一种低介电常数薄膜的紫外线处理方法，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层采用钨、铜或者铝。

所述一种低介电常数薄膜的紫外线处理方法，其特征在于，生长所述低介电常数薄膜采用等离子体化学气相沉积或者旋涂-凝胶法。