[发明专利]形成多孔超低介电材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路及其制造领域，尤其涉及一种形成多孔超低介电材料的方法。

背景技术

随着集成电路的集成度不断提高，半导体技术也持续的飞速发展。在半导体制造工艺中，由于铝互连线具有良好的导电性能，且铝与介电质材料、半导体材料之间具有很好的粘附性能，所以被广泛的应用于集成电路的后段互连；然而，随着集成度的进一步提高，使得导线的尺寸越来越小，而铝导线的电阻就显得较高，已经难以满足高电流密度的要求，因此铝互连线逐渐过渡到铜导线。

另外，由于电容电阻延迟效应的逐渐增加，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，介电质材料从最初的氧化硅(介电常数为4左右)过渡到氟硅玻璃(介电常数为3.7左右)直至掺碳的氧化硅(介电常数为3左右)，45nm及其以下的工艺中，甚至采用具有一定孔洞的超低介电常数材料(介电常数小于2.5)。

目前现有的形成超低介质常数薄膜的方法是：首先在半导体衬底上沉积介电阻挡层以及含有致孔剂的低介电常数层；然后对低介电常数层表面进行氧气等离子体处理，以去除低介电常数层30表面残留的反应物前驱物；最后去除低介电常数层中的致孔剂，以形成微孔的低介电常数层。

上述方法由于采用等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，简称：PECVD)的方法沉积掺碳低介电常数层之后，通常会采用氧气等离子体处理去除反应腔内残留的反应物，而这会导致掺碳低介电常数层表面形成一层相对致密的氧化硅层，该氧化层的存在会影响后续工艺制程，会导致以下缺陷：

缺陷一：该氧化硅层的存在将阻碍在下一步骤的紫外线照射，紫外线处理可以有机致孔剂赶出低介电常数层，得到有孔的掺碳低介电常数层,孔洞的引入能够降低介电常数，而氧化硅层的存在降低了去除致孔剂的效率，导致低介电常数层中的有机物没有完全分解，不能将有机物被完全赶出，从而导致了低介电常数层不能达到理想的低介电常数。

缺陷二：如图7所示，该氧化硅层50的存在，在后续采用化学溶液刻蚀沟槽70的过程中，由于氧化层50在化学溶液中的刻蚀速率通常大于低介电常数层30的刻蚀速率，从而导致沟槽70结构的侧壁往往出现凹陷80，凹陷80的存在会影响后续的工艺制程，例如在后续的铜填充工艺中，容易形成铜填充空穴等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供了一种形成多孔超低介电材料的方法，不仅有效地提高致孔剂的去除效率，同时避免后续制程中的沟槽结构出现凹陷，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。

为解决上述问题，本发明提供一种形成多孔超低介电材料的方法，包括：

步骤S01：在一半导体衬底上依次沉积介电阻挡层以及低介电常数层，其中，所述低介电常数层含有致孔剂；

步骤S02：对所述低介电常数层表面进行氧气等离子体处理，以去除其表面残留的反应物；

步骤S03：去除所述低介电常数层表面的氧化层；

步骤S04：对所述低介电常数层进行紫外线处理或加热处理，以去除所述致孔剂；

步骤S05：在处理后的低介电常数层表面依次形成介电阻挡层以及金属硬质掩膜层。

优选的，所述步骤S03中采用湿法刻蚀工艺去除所述低介电常数层表面的氧化层。

优选的，采用稀氢氟酸溶液去除所述低介电常数层表面的氧化层。

优选的，所述步骤S03中采用干法刻蚀工艺或化学机械研磨工艺去除所述低介电常数层表面的氧化层。

优选的，所述步骤S01中所述低介电常数层的表面沉积介电层，其中，所述介电层的厚度为

优选的，所述介电层的材质为SiO₂或SiON。

优选的，所述低介电常数层采用等离子体化学气相沉积或者旋涂-凝胶法沉积。

优选的，步骤S05中所述低介电常数层为掺杂碳的多孔氧化硅层。

优选的，步骤，所述步骤S01中的介电阻挡层的材质为SiN或SiCN。

优选的，所述氧化层的材质为SiO₂。