超低介電常數層的製作方法
2023-06-04 04:30:56 1
專利名稱：超低介電常數層的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件的製作領域，特別涉及一種超低介電常數層的製作方法。
背景技術：
在半導體器件的製作過程中，需要製作層間介質。層間介質充當了各層金屬間及第一金屬層與半導體器件的矽襯底之間的介質材料。通常，層間介質都是採用二氧化矽作為材料的，但是寄生電阻值比較高，會影響最終製作的半導體器件的性能，尤其隨著半導體技術的發展，半導體器件的特徵尺寸越來越小，這種情況就越來越嚴重。因此，在介質層上增加了可以降低寄生電阻值的低介電常數層，該低介電常數層採用低介電常數材料，例如含有矽、氧、碳和氫元素的類似氧化物的黑鑽石(black diamond,BD)等，這樣就可以降低整個介質層的寄生電阻值。為了更進一步地降低整個介質層的寄生電阻值，在低介電常數層的基礎上出現了 超低介電常數層，也就是對低介電常數層進行紫外線(UV)照射後，形成多孔結構的超低介電常數層，其的寄生電阻值可以比低介電常數層少40%。但是，將超低介電常數層作為層間介質，在後續製作金屬連線的過程中，常常會引起介電常數材料的遷移，從而會提高寄生電阻值。圖I為現有技術製作具有金屬連線的超低介電常數層的方法流程圖，結合圖2a 圖2d所示的現有技術製作具有金屬連線的超低介電常數層的結構簡化剖面圖，對該方法進行詳細說明步驟101、在金屬層11上沉積低介電常數層12，如圖2a所示；在本步驟之前，已經在矽片上製作了器件層，包括柵極及有源區等，然後在器件層之上製作金屬層11，由於與本發明無關，在圖2a中沒有體現；步驟102、對低介電常數層12採用UV照射，形成具有多孔結構的超低介電常數層12』，如圖2b所示；步驟103、對具有多孔結構的超低介電常數層12』進行光刻，也就是在超低介電常數層12』上依次塗覆抗反射層(BARC) 13和光刻膠層14，然後對光刻膠層14進行曝光和顯影，在光刻膠層14上形成金屬通孔和溝槽的圖案，如圖2c所示；步驟104、以具有金屬通孔和溝槽的圖案的光刻膠層14為掩膜，依次刻蝕BARC13和超低介電常數層12』，在超低介電常數層形成金屬通孔和溝槽；在本步驟中，由於超低介電常數層12』具有多孔結構，所以在刻蝕時由於對超低介電常數層12』的作用，會引起介電常數材料的遷移；步驟105、溼法清洗去除剩餘的光刻膠層14和BARC13，然後採用物理氣相澱積(PVD, physical vapor deposition)方法在溝槽和通孔中沉積滿金屬,最後採用化學機械平坦化(CMP, chemical mechanical planarization)方式拋光超低介電常數層12』表面的金屬，形成金屬連線，如圖2d所示；在本步驟中，由於超低介電常數層12』具有多孔結構，所以由於在PVD方式沉積金屬和CMP方式拋光金屬過程中對超低介電常數層12』的作用，會引起介電常數材料的遷移。從上述過程可以看出，由於超低介電常數層12』具有多孔結構，也就是結構比較稀疏，在刻蝕、PVC和CMP時就會對結構稀疏的超低介電常數層12』產生比較大影響，造成其中的介電常數材料的遷移，而其中的介電常數材料的遷移，又會使得超低介電常數層12』的寄生電阻值升高，會最終降低製作的半導體器件的性能。
發明內容
有鑑於此，本發明提供一種超低介電常數層的製作方法，該方法能夠防止所製作的超低介電常數層中的介電常數材料的遷移。為達到上述目的，本發明實施的技術方案具體是這樣實現的一種超低介電常數層的製作方法，該方法包括 在矽片的金屬層上沉積低介電常數層，採用光刻方式在所述低介電常數層上形成具有溝槽和通孔的圖案的光刻膠層；以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕所述低介電常數層，形成溝槽和通孔；溼法清洗去除光刻膠層後，在溝槽和通孔沉積金屬後，拋光金屬至所述低介電常數層表面，在所述低介電常數層中形成金屬連線；對所述低介電常數層採用紫外光照射，形成超低介電常數層；在具有金屬連線的所述低介電常數層上沉積金屬阻擋層後，拋光，覆蓋住金屬連線。所述金屬阻擋層為低介電常數層。所述沉積金屬阻擋層的厚度為100 3000埃。所述拋光採用化學機械平坦化CMP方式進行，拋光後剩餘的金屬阻擋層的厚度為100 500 埃。所述對所述低介電常數層採用紫外光照射的時間為50 100秒，功率powder為100 瓦。所述拋光金屬至所述低介電常數層表面的磨料為氨水NH40H和雙氧水的混合溶劑。由上述技術方案可見，本發明在低介電常數層上先依次採用光刻、刻蝕、PVD及CMP方式製作金屬連線後，再將低介電常數層採用UV照射形成超低介電常數層，這樣，就不會像現有技術那樣，在刻蝕、PVC和CMP時就會對已經形成的結構稀疏的超低介電常數層產生比較大影響，造成其中的介電常數材料的遷移。最後才將低介電常數層形成超低介電常數層，由於採用UV照射會收縮，使得金屬連線高於超低介電常數層，所以還需要在具有金屬連線的所述低介電常數層上沉積金屬阻擋層後，拋光，覆蓋住金屬連線，防止金屬連線短路。因此，本發明提供的方法防止所製作的超低介電常數層中的介電常數材料的遷移。
圖I為現有技術製作具有金屬連線的超低介電常數層的方法流程圖；圖2a 圖2d為現有技術製作具有金屬連線的超低介電常數層的結構簡化剖面圖3為本發明製作具有金屬連線的超低介電常數層的方法流程圖；圖4a 4f為本發明製作具有金屬連線的超低介電常數層的結構簡化剖面圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例，對本發明作進一步詳細說明。從現有技術可以看出，導致超低介電常數層其中的介電常數材料的遷移的原因是，在超低介電常數層中製作金屬連線時會採用刻蝕、PVD和CMP，這些都會對結構稀疏的超低介電常數層產生比較大影響。因此，本發明為了克服這個問題，採用了在低介電常數層上先依次採用光刻、刻蝕、PVD及CMP方式製作金屬連線後，再將低介電常數層採用UV照射形成超低介電常數層。由於低介電常數層的結構緻密，所以不會在製作金屬連線時採用的刻蝕、PVD和CMP產生影響，導致其中的介電常數材料的遷移，最後再製作超低介電常數層 會進一步降低寄生電阻。更進一步地，在由低介電常數層形成超低介電常數層時，會收縮，而形成在其中的金屬連線不會收縮，這就會造成金屬連線表面與最終形成的超低介電常數層表面不在同一平面上，而是高於超低介電常數層表面。為了克服這個問題，還需要在具有金屬連線的所述低介電常數層上沉積金屬阻擋層後，拋光，覆蓋住金屬連線。在這裡，金屬阻擋層可以為低介電常數層或二氧化矽層。圖3為本發明製作具有金屬連線的超低介電常數層的方法流程圖，結合圖4a 4f為本發明製作具有金屬連線的超低介電常數層的結構簡化剖面圖，對本發明進行詳細說明步驟301、在金屬層11上沉積低介電常數層12，如圖4a所示；在本步驟之前，已經在矽片上製作了器件層，包括柵極及有源區等，然後在器件層之上製作金屬層11，由於與本發明無關，在圖4a中沒有體現；步驟302、對低介電常數層12進行光刻，也就是在低介電常數層12上依次塗覆BARC13和光刻膠層14，然後對光刻膠層14進行曝光和顯影，在光刻膠層14上形成金屬通孔和溝槽的圖案，如圖4b所示；步驟303、以具有金屬通孔和溝槽的圖案的光刻膠層14為掩膜，依次刻蝕BARC13和低介電常數層12，在超低介電常數層形成金屬通孔和溝槽；步驟304、溼法清洗去除剩餘的光刻膠層14和BARC13，然後採用PVD，方法在溝槽和通孔中沉積滿金屬，最後採用CMP方式拋光低介電常數層12表面的金屬，形成金屬連線，如圖4c所示；在該步驟中，為了在CMP時快速去除低介電常數層12表面的多餘金屬採用高選擇比的磨料進行，該磨料為氨水(NH40H)和雙氧水的混合溶劑；步驟305、對具有金屬連線的低介電常數層12採用UV照射，形成具有金屬連線的多孔結構的超低介電常數層12』，如圖4d所示；在該步驟中，UV照射時間為50 100秒，功率powder為100瓦；在該步驟中，由於採用UV照射會收縮，使得金屬連線高於超低介電常數層12』 ；步驟306、在具有金屬連線的低介電常數層12』上沉積金屬阻擋層22。如圖4e所示；在本步驟中，沉積的金屬阻擋層22的厚度為100 3000埃；步驟307、對所沉積的金屬阻擋層22拋光，覆蓋住金屬連線，如圖4f所示；在本步驟中，拋光採用CMP方式進行，拋光後剩餘的金屬阻擋層的厚度為100 500 埃。 在該實施例中，BARC可以省略，且金屬層的材料可以為銅。以上舉較佳實施例，對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種超低介電常數層的製作方法，該方法包括 在矽片的金屬層上沉積低介電常數層，採用光刻方式在所述低介電常數層上形成具有溝槽和通孔的圖案的光刻膠層； 以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕所述低介電常數層，形成溝槽和通孔； 溼法清洗去除光刻膠層後，在溝槽和通孔沉積金屬後，拋光金屬至所述低介電常數層表面，在所述低介電常數層中形成金屬連線； 對所述低介電常數層採用紫外光照射，形成超低介電常數層； 在具有金屬連線的所述低介電常數層上沉積金屬阻擋層後，拋光，覆蓋住金屬連線。
2.如權利要去I所述的方法，其特徵在於，所述金屬阻擋層為低介電常數層。
3.如權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述沉積金屬阻擋層的厚度為100 3000 埃。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述拋光採用化學機械平坦化CMP方式進行，拋光後剩餘的金屬阻擋層的厚度為100 500埃。
5.如權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述對所述低介電常數層採用紫外光照射的時間為50 100秒，功率powder為100瓦。
6.如權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述拋光金屬至所述低介電常數層表面的磨料為氨水NH40H和雙氧水的混合溶劑。
全文摘要
本發明公開了一種超低介電常數層的製作方法，該方法包括在矽片的金屬層上沉積低介電常數層，採用光刻方式在所述低介電常數層上形成具有溝槽和通孔的圖案的光刻膠層；以所述光刻膠層為掩膜，刻蝕所述低介電常數層，形成溝槽和通孔；溼法清洗去除光刻膠層後，在溝槽和通孔沉積金屬後，拋光金屬至所述低介電常數層表面，在所述低介電常數層中形成金屬連線；對所述低介電常數層採用紫外光照射，形成超低介電常數層；在具有金屬連線的所述低介電常數層上沉積第二金屬阻擋層後，拋光，覆蓋住金屬連線。本發明可以防止所製作的超低介電常數層中的介電常數材料的遷移。
文檔編號H01L21/768GK102881630SQ20111019382
公開日2013年1月16日 申請日期2011年7月12日 優先權日2011年7月12日
發明者周鳴 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司