一種半導體器件的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種半導體器件的制造方法，涉及半導體【技術領域】。該方法包括：步驟S101：提供襯底，在所述襯底上形成低k介電材料層；步驟S102：對所述低k介電材料層進行紫外光固化處理；步驟S103：對所述低k介電材料層進行氦等離子體處理，并利用四甲基硅烷對所述低k介電材料層進行處理；步驟S104：在所述襯底上形成第一硬掩膜。本發明的半導體器件的制造方法，通過在形成低k介電材料層的步驟之后，增加對低k介電材料層進行氦等離子體處理以及四甲基硅烷處理的步驟，抑制了低k介電材料層對水分的吸收，在一定程度上避免了低k介電材料層產生隆起缺陷，提高了形成的低k介電薄膜的良率，進而提高了半導體器件的良率。
【專利說明】一種半導體器件的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體【技術領域】，具體而言涉及一種半導體器件的制造方法。
【背景技術】
[0002]在半導體【技術領域】中，半導體集成電路的制造是極其復雜的過程。在半導體集成電路的后段制程(BEOL)中，通常需要在金屬互連線間采用氧化硅等普通絕緣材料，以使相鄰的金屬互連線電隔離。然而，隨著元件的微型化及集成度的增加，電路中互連導線數目不斷的增多，互連導線架構中的電阻(R)及電容(C)寄生效應增大，而寄生效應的增大造成嚴重的傳輸延遲(RC Delay)。因此，現有技術在半導體工藝的后段制程(BEOL)中通常采用低k (介電常數小于2.5)介電薄膜作為絕緣材料層，以減少相鄰金屬線之間的電容耦合，降低傳輸延遲。
[0003]現有技術中常用的半導體器件的制造方法，在形成低k介電薄膜時，如圖1所示，一般包括如下步驟:
[0004]步驟E1、提供襯底，在所述襯底上沉積低k介電材料層。
[0005]示例性的，所述襯底為形成了前端器件的半導體襯底，該低k介電材料層直接形成于襯底的刻蝕停止層之上。
[0006]本領域的技術人員可以理解，所述襯底并不以半導體襯底為限，所述低k介電材料層亦不以形成于刻蝕停止層之上為限。
[0007]步驟E2、對所述低k介電材料層進行紫外光固化處理(UV cure process)。
[0008]進行紫外光固化處理后，所述低k介電材料層上一般會出現很多小孔(pore)，形成多孔(Porosity)結構。
[0009]步驟E3、在所述低k介電材料層上形成硬掩膜(Hard Mask)。
[0010]進行紫外光固化處理后，在低k介電材料層上形成硬掩膜。其中，所述硬掩膜為自下而上由低k介電材料、正娃酸乙脂(TEOS )、金屬和氧化物材料形成的多層硬掩膜結構。
[0011]經過上述工藝流程，完成了現有技術中的低k介電薄膜的制造。按照上述方法形成的低k介電薄膜，由于低k介電材料層具有多孔結構，很容易吸收器件中的水分(moisture),導致在低k介電材料層與硬掩膜之間產生隆起缺陷(bump defect)。而隆起缺陷造成的低k介電薄膜不良，會傳遞到整個半導體器件中，很容易造成半導體器件的良率下降。
[0012]因此，有必要提出一種新的半導體器件的制造方法，以解決現有技術中出現的上述問題。
【發明內容】
[0013]針對現有技術的不足，本發明提供一種半導體器件的制造方法，包括:
[0014]步驟SlOl:提供襯底，在所述襯底上形成低k介電材料層；
[0015]步驟S102:對所述低k介電材料層進行紫外光固化處理；[0016]步驟S103:對所述低k介電材料層進行氦等離子體處理，并利用四甲基硅烷對所述低k介電材料層進行處理；
[0017]步驟S104:在所述襯底上形成第一硬掩膜。
[0018]其中，在所述步驟S103中，對所述低k介電材料層進行氦等離子體處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，功率為150-500W。
[0019]其中，在所述步驟S103中，利用四甲基硅烷對所述低k介電材料層進行處理時，所采用的載體氣體為氦氣，載體氣體的流速為10(Tl000SCCm。
[0020]其中，在所述步驟S103中，利用四甲基硅烷對所述低k介電材料層進行處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，采用的功率為150-500W。
[0021]其中，在所述步驟S104中所形成的第一硬掩膜為低k介電材料。
[0022]其中，在所述步驟S104之后還包括步驟S105:對所述第一硬掩膜進行氦等離子體處理，并利用四甲基硅烷對所述第一硬掩膜進行處理。
[0023]其中，在所述步驟S105中，對所述第一硬掩膜進行氦等離子體處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，功率為150-500W。
[0024]其中，在所述步驟S105中，利用四甲基硅烷對所述第一硬掩膜進行處理時，所采用的載體氣體為氦氣，載體氣體的流速為10(Tl000SCCm。
[0025]其中，在所述步驟S105中，利用四甲基硅烷對所述第一硬掩膜進行處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，采用的功率為150-500W。
[0026]其中，在所述步驟S105之后還包括步驟S106:在所述襯底上形成第二硬掩膜。
[0027]其中，所述第二硬掩膜的材料為正硅酸乙脂。
[0028]進一步的，在所述步驟S106之后還包括步驟S107:在所述第二硬掩膜上形成金屬
硬掩膜。
[0029]其中，所述金屬硬掩膜的材料為氮化鈦。
[0030]本發明的半導體器件的制造方法，通過在形成低k介電材料層的步驟之后，增加對低k介電材料層進行氦等離子體處理以及四甲基硅烷處理的步驟，抑制了低k介電材料層對水分的吸收，在一定程度上避免了低k介電材料層產生隆起缺陷，提高了形成的低k介電薄膜的良率，進而提高了半導體器件的良率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用于理解本發明。附圖中示出了本發明的實施例及其描述，用來解釋本發明的原理。
[0032]附圖中:
[0033]圖1為現有技術中半導體器件的制造方法的流程圖；
[0034]圖2A-圖2F為本發明實施例的半導體器件的制造方法的各步驟完成后形成的結構的示意圖；
[0035]圖3為本發明實施例提出的一種半導體器件的制造方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0036]在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。
[0037]為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便闡釋本發明提出的半導體器件的制造方法。顯然，本發明的施行并不限定于半導體領域的技術人員所熟習的特殊細節。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
[0038]應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0039]下面，參照圖2A-2F和圖3來描述本發明提出的半導體器件的制造方法一個示例性方法的詳細步驟。圖2A-圖21為本發明實施例的半導體器件的制造方法的各步驟完成后形成的結構的示意圖；圖3為本發明實施例提出的一種半導體器件的制造方法的流程圖。
[0040]本發明實施例的半導體器件的制造方法，包括如下步驟:
[0041]步驟1、如圖2A所示，提供襯底200，在所述襯底200上形成低k介電材料層201。
[0042]其中，形成低k介電材料層201的方法為沉積法，優選采用PECVD。本發明實施例的低k介電材料,米廣義概念,包括超低k介電材料,一般而言指介電常數小于2.5的介電材料；但是，本發明實施例的發明點主要在于控制金屬互連線間的絕緣薄膜的隆起缺陷，因此可以應用于任何用于金屬互連線之間的絕緣薄膜。
[0043]示例性的，所述襯底200為形成了前端器件的半導體襯底，該低k介電材料層直接形成于襯底200的刻蝕停止層之上。本領域的技術人員可以理解，所述襯底200并不以半導體襯底為限，所述低k介電材料層亦不以形成于刻蝕停止層之上為限。
[0044]步驟2、對所述低k介電材料層201進行紫外光固化處理(UV cure process)。
[0045]進行紫外光固化處理后，所述低k介電材料層201上會出現很多小孔(pore )，形成多孔(Porosity)結構,形成的圖形如圖2B所示。
[0046]步驟3、對所述低k介電材料層201進行氦等離子體處理(He plasma treating),并利用四甲基硅烷(4MS )對所述低k介電材料層201進行處理以在所述低k介電材料層201上形成四甲基硅烷薄膜202 (記作第一四甲基硅烷薄膜)，形成的圖形如圖2C所示。
[0047]具體地，步驟3包括如下步驟:
[0048]步驟301、對所述低k介電材料層201進行氦等離子體處理(He plasmatreating)。在步驟301中，進行氦等離子體處理的工藝條件為:氣體的壓力為4?7torr,氣體流速為10(Tl000sccm，采用的功率為150-500W。
[0049]其中，氦等離子體可以對低k介電材料層201的表面進行改性，降低k介電材料層201對水分的吸收能力，在一定程度上降低產生低k介電材料層隆起缺陷的概率。
[0050]步驟302、利用四甲基硅烷(4MS)對所述低k介電材料層201進行處理，以在所述低k介電材料層201上形成四甲基硅烷薄膜202，形成的圖形如圖2C所示。在步驟302中，利用四甲基硅烷(4MS)對所述低k介電材料層201進行處理的工藝條件為:氣體的壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，功率為150-500W (具體指設定的反應室的射頻功率)。其中，四甲基硅烷的載體氣體為氦氣(He)，氦氣的流速為10(Tl000sccm。[0051]其中，位于低k介電材料層201表面的四甲基硅烷薄膜202，可以抑制低k介電材料層201對水分的吸收，降低產生低k介電材料層隆起缺陷的概率。
[0052]顯然，步驟3為現有技術所不具有的工藝步驟，其可以在一定程度上避免低k介電材料層產生隆起缺陷，提高低k介電薄膜的良率。
[0053]步驟4、在所述四甲基娃燒薄膜202上形成硬掩膜(Hard Mask) 203 (記作第一硬掩膜)，形成的圖形如圖2D所示。
[0054]其中，硬掩膜203可以為低k介電材料、正硅酸乙脂(TE0S)、金屬和氧化物材料等各種材料制成單層結構，或者多種材料制成的復合結構，示例性的，硬掩膜203為自下而上由低k介電材料、正硅酸乙脂(TE0S)、金屬和氧化物材料形成的多層結構。
[0055]為了實現更好的技術效果，在形成硬掩膜203后，還包括如下步驟:
[0056]步驟5、對所述硬掩膜203進行氦等離子體處理(He plasma treating),并利用四甲基硅烷(4MS)對所述硬掩膜203進行處理以在所述硬掩膜203上形成四甲基硅烷薄膜204 (記作第二四甲基硅烷薄膜)，形成的圖形如圖2E所示。
[0057]在本發明實施例中，當硬掩膜203選用低k介電材料形成時,步驟5則更加必要，以避免硬掩膜203因吸收水分而產生隆起缺陷。
[0058]示例性的，步驟5可以包括如下步驟:
[0059]步驟501、對所述硬掩膜203進行氦等離子體處理(He plasma treating)。在步驟501中，進行氦等離子體處理的工藝條件為:氣體的壓力為r7torr，氣體流速為10(Tl000SCCm，采用的功率為150-500W (具體指設定的反應室的射頻功率)。
[0060]其中，氦等離子體可以對所述硬掩膜203的表面進行改性，進一步阻止低k介電材料層201對水分的吸收能力，在一定程度上降低產生低k介電材料層隆起缺陷的概率。
[0061]步驟502、利用四甲基硅烷(4MS)對所述硬掩膜203進行處理，以在所述硬掩膜203上形成四甲基硅烷薄膜204 (記作第二四甲基硅烷薄膜)，形成的圖形如圖2E所示。
[0062]在步驟502中，利用四甲基硅烷(4MS)對硬掩膜203進行處理的工藝條件為:氣體的壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，采用的功率為150-500W。其中，四甲基硅烷的載體氣體為氦氣(He)，氦氣的流速為10(Tl000sccm。
[0063]其中，位于硬掩膜203表面的第二四甲基硅烷薄膜204，可以進一步抑制低k介電材料層201對水分的吸收，降低產生低k介電材料層隆起缺陷的概率。
[0064]通過增加步驟5,可以進一步避免低k介電材料層出現隆起缺陷,進一步提高了低k介電薄膜的良率。
[0065]步驟6、在所述第二四甲基硅烷薄膜204上，形成硬掩膜205 (記作第二硬掩膜)。其中，優選的，形成第二硬掩膜205的材料為正硅酸乙脂(TE0S)。經過步驟6，可以形成性能更好的低k介電薄膜。
[0066]為了獲得更好的技術效果，在步驟6之后還可進行步驟7，在襯底200上(具體地，在步驟6形成的第二硬掩膜上)形成遮蔽層(screen layer)。其中，優選采用氮化娃材料形成遮蔽層。進一步的，在形成遮蔽層之后，還可以包括形成氧化物層的步驟。
[0067]在本發明實施例中，在形成低k介電薄膜的過程中，在各膜層(包括低k介電材料層201、四甲基硅烷薄膜202、硬掩膜203、四甲基硅烷薄膜204、硬掩膜205以及屏蔽層)之間以及屏蔽層之上，還可以形成其他膜層，此處不再贅述。[0068]本發明實施例的半導體器件的制造方法，通過在形成低k介電材料層后，增加對低k介電材料層進行氦等離子體處理以及四甲基硅烷處理的步驟，抑制了低k介電材料層對水分的吸收，在一定程度上避免了低k介電材料層產生隆起缺陷，提高了形成的低k介電薄膜的良率。
[0069]而且，通過在形成硬掩膜之后，進一步增加對硬掩膜進行氦等離子體處理以及四甲基硅烷處理的步驟，進一步避免了低k介電材料層產生隆起缺陷，提高了低k介電薄膜的良率。
[0070]參照圖3，其中示出了本發明提出的半導體器件的制造方法中的一種典型方法的流程圖，用于簡要示出整個制造工藝的流程。該方法具體包括:
[0071]步驟S101、提供襯底，在所述襯底上形成低k介電材料層；
[0072]步驟S102、對所述低k介電材料層進行紫外光固化處理；
[0073]步驟S103、對所述低k介電材料層進行氦等離子體處理，并利用四甲基硅烷對所述低k介電材料層進行處理；
[0074]步驟S104、在所述襯底上形成第一硬掩膜。
[0075]本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明并不局限于上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的范圍以內。本發明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
【權利要求】
1.一種半導體器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟SlOl:提供襯底，在所述襯底上形成低k介電材料層； 步驟S102:對所述低k介電材料層進行紫外光固化處理； 步驟S103:對所述低k介電材料層進行氦等離子體處理，并利用四甲基硅烷對所述低k介電材料層進行處理； 步驟S104:在所述襯底上形成第一硬掩膜。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S103中，對所述低k介電材料層進行氦等離子體處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為lOiTlOOOsccm，功率為 150-500W。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S103中，利用四甲基硅烷對所述低k介電材料層進行處理時，所采用的載體氣體為氦氣，載體氣體的流速為10(Tl000SCCm。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步驟S103中，利用四甲基硅烷對所述低k介電材料層進行處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr,氣體流速為10(Tl000sccm,采用的功率為150-500W。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟S104中所形成的第一硬掩膜為低k介電材料。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步驟S104之后還包括步驟S105:對所述第一硬掩膜進行氦等離子體處理，并利用四甲基硅烷對所述第一硬掩膜進行處理。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步驟S105中，對所述第一硬掩膜進行氦等離子體處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為lOiTlOOOsccm，功率為150-500W。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步驟S105中，利用四甲基硅烷對所述第一硬掩膜進行處理時，所采用的載體氣體為氦氣，載體氣體的流速為10(Tl000SCCm。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步驟S105中，利用四甲基硅烷對所述第一硬掩膜進行處理的工藝條件為:氣體壓力為4?7torr，氣體流速為10(Tl000sccm，采用的功率為150-500W。
10.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步驟S105之后還包括步驟S106:在所述襯底上形成第二硬掩膜。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二硬掩膜的材料為正硅酸乙脂。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于，在所述步驟S106之后還包括步驟S107:在所述第二硬掩膜上形成金屬硬掩膜。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜的材料為氮化鈦。
【文檔編號】H01L21/768GK103839871SQ201210476677
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月21日 優先權日:2012年11月21日
【發明者】周鳴 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司