介電薄膜的后處理方法、互連層及半導體器件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及半導體集成電路制作技術領域，具體而言，涉及一種介電薄膜的后處 理方法、互連層及半導體器件。
【背景技術】
[0002] 在半導體集成電路的制作過程中，通常將介電薄膜（比如Si02、Si0N、Si0C)作為器 件之間的隔離層。例如，在互連層的制作過程中將介電薄膜作為互連金屬層之間的隔離層。 又例如，在溝槽隔離結構的制作過程中將介電薄膜填充到淺溝槽中形成隔離層。上述介電 薄膜的質量直接影響器件之間的隔離效果，進而影響器件的性能。
[0003]目前，形成介電薄膜的工藝包括高密度等離子體化學氣相沉積（HDPCVD)、次大氣 壓化學氣相沉積或高深寬比化學氣相沉積（HARPCVD)。采用上述工藝形成介電薄膜時，由于 反應物之間可能存在反應不完全的情況，這就導致介電薄膜中容易產生懸掛鍵等缺陷(例 如Si懸掛鍵)。這些缺陷能夠降低介電薄膜中原子之間的結合強度，從而降低介電薄膜的 致密度，進而降低器件的性能。在后續的工藝制程(例如化學機械拋光等)中，介電薄膜中的 缺陷通常會擴大，從而進一步降低器件的性能。
[0004] 為了解決上述問題，現有技術中通常對介電薄膜進行高溫退火，以提供足夠的能 量使得介電薄膜中的晶粒發生重排，并去除電薄膜中的缺陷，從而獲得性質穩定的介電薄 膜。然而，上述高溫退火會對器件造成損傷，進而導致器件的性能發生下降，甚至會造成器 件的失效等。
【發明內容】
[0005] 本申請旨在提供一種介電薄膜的后處理方法、互連層及半導體器件，以減少介電 薄膜中的缺陷。
[0006] 本申請提供了一種介電薄膜的后處理方法，該后處理方法包括：氧化處理介電薄 膜，以在介電薄膜中滲透形成氧離子；以及UV照射含有氧離子的介電薄膜。
[0007] 進一步地，在上述后處理方法中，氧化處理介電薄膜的步驟中，采用水或者雙氧水 對介電薄膜進行噴淋或浸泡處理，以在介電薄膜中滲透形成氧離子。
[0008] 進一步地，在上述后處理方法中，氧化處理介電薄膜的步驟中，水為去離子水。
[0009] 進一步地，在上述后處理方法中，氧化處理介電薄膜的步驟中，水或者雙氧水的溫 度為30~90°C。
[0010] 進一步地，在上述后處理方法中，氧化處理介電薄膜的步驟中，采用浸泡處理的方 式，且浸泡處理的時間為30~180min。
[0011] 進一步地，在上述后處理方法中，UV照射步驟中采用波長為100~300nm的紫外 線進行照射。
[0012] 進一步地，在上述后處理方法中，UV照射的溫度為300~500°C，處理時間為2~ 10分鐘，紫外線的光強度為100~2000mW/cm2。
[0013]進一步地，在上述后處理方法中，介電薄膜為低介電常數介質材料，優選為Si02、SiON或SiOC。
[0014]本申請還提供了一種互連層，包括襯底以及設置于襯底上的介電薄膜，其中介電 薄膜經本申請上述的后處理方法進行處理。
[0015]本申請還提供了一種半導體器件，包括襯底以及設置于襯底上的介電薄膜，其中 介電薄膜經本申請上述的后處理方法進行處理。
[0016]應用本申請提供的技術方案，采用氧化處理介電薄膜在介電薄膜中滲透形成氧離 子，然后采用UV照射含有氧離子的介電薄膜，以提供能量使得氧與介電薄膜中的懸掛鍵等 缺陷(例如Si懸掛鍵）發生反應，減少介電薄膜中的缺陷，進而提高包含該介電薄膜的器件 的性能。
【附圖說明】
[0017] 附圖構成本說明書的一部分、用于進一步理解本申請，附圖示出了本申請的優選 實施例，并與說明書一起用來說明本申請的原理。圖中：
[0018] 圖1示出了本申請實施方式所提供的介電薄膜的后處理方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將結合實施例來詳細說明本申請。
[0020] 需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述【具體實施方式】，而非意圖限制根 據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式 也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬于"包含"和/或"包 括"時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0021] 正如【背景技術】中所介紹的，在形成介電薄膜時介電薄膜中產生懸掛鍵等缺陷(例 如Si懸掛鍵)，這些缺陷能夠降低介電薄膜中原子之間的結合強度，降低介電薄膜的致密 度，進而降低器件的性能。針對上述問題，本申請的發明人進行了研究，提出了一種介電薄 膜的后處理方法。如圖1所示，該后處理方法包括：氧化處理介電薄膜，以在介電薄膜中滲 透形成氧離子；以及UV照射含有氧離子的介電薄膜。該方法中，采用氧化處理介電薄膜以 在介電薄膜中滲透氧離子，然后采用UV照射含有氧離子的介電薄膜，以提供能量使得氧與 介電薄膜中的懸掛鍵等缺陷(例如Si懸掛鍵）發生反應，減少介電薄膜中的缺陷，進而提高 包含該介電薄膜的器件的性能。
[0022] 上述氧化處理介電薄膜的步驟中，采用不與介電薄膜發生反應、含有氧原子、且氧 原子易于電離的溶液與介電薄膜進行接觸即可在介電薄膜中滲透形成氧離子。在本發明的 一種優選實施方式中，采用水或者雙氧水對介電薄膜進行噴淋或浸泡處理，以在介電薄膜 中滲透形成氧離子。在該步驟中，水或者雙氧水中的氧離子會滲透進入介電薄膜中，從而在 介電薄膜中滲透形成氧離子。其中水可以采用普通的水，例如自來水，但更優選采用去離子 水。上述去離子水中含有的雜質離子較少，有利于避免在介電薄膜中引入雜質離子。
[0023] 上述氧化處理介電薄膜的步驟中，只要將水或者雙氧水對介電薄膜進行噴淋或浸 泡處理就能夠在介電薄膜滲透形成氧離子。在一種優選實施方式中，采用溫度為30~90°C 的水或者雙氧水。當水或雙氧水的溫度低于30°C時，水或雙氧水中離子不易分解，氧離子的 含量較低，在相同的時間內，在介電薄膜中滲透形成氧離子的量降低，進而不利于提高介電 薄膜的質量；如果水或雙氧水的溫度高于90°C，水或雙氧水中的雜質離子的活性會增加， 從而使得滲透進入介電薄膜中的雜質離子的量增加，進而不利于提高介電薄膜的質量。
[0024] 上述氧化處理介電薄膜的步驟中，噴淋或浸泡處理的時間可以根據實際工藝需 求進行設定。當采用浸泡處理的方式時，一種優選實施方式中，浸泡處理的時間為30~ 180min;當采用噴淋處理的方式時，一種優選實施方式中，噴淋處理的時間為60~240min。 采用上述時間對介電薄膜進行處理能夠在介電薄膜中形成適量的氧離子，有利于減少介電 薄膜中的缺陷。
[0025] 上述氧化處理介電薄膜的步驟中，采用水或雙氧水對介電薄膜進行浸泡處理時， 一種可選的方式包括：將水或雙氧水置于處理槽中，控制處理槽中水或雙氧水的溫度在 30~90°C，然后將介電薄膜置于處理槽中，使得介電薄膜與水或雙氧水進行接觸處理，處 理時間為30~180min。采用水或者雙氧水對介電薄膜進行噴淋處理時，一種可選的方式包 括：將水或雙氧水噴淋到介電薄膜上，并通過低速旋轉（300〈500rpm)使水或雙氧水均勻分 布在介電薄膜上，在溫度為30~90°C條件下，使得水或雙氧水與介電薄膜充分接觸，處理 時間為60~240min。
[0026] 完成上述氧化處理介電薄膜的步驟之后，采用UV照射含有氧離子的介電薄膜，以 提供能量使得氧與介電薄膜中的缺陷發生反應，從而減少介電薄膜中的缺陷。在該步驟中， 只要采用UV照射含有氧離子的介電薄膜，就能夠氧化減少介電薄膜中的缺陷。在一種優選 實施方式中，UV照射步驟中采用波長為100~300nm的紫外線進行照射。具有上述波長的 UV能夠更加充分地氧化介電薄膜中的缺陷，進而更加徹底地去除介電薄膜中的缺陷。
[0027] 在上述的UV照射步驟中，對UV照射的溫度、時間并沒有特殊的要求，只要能夠氧 化減少介電薄膜中的缺陷即可。在一種優選實施方式中，UV照射的溫度為300~500°C，時 間為2~10分鐘，紫外線的強度為100~2000mW/cm2。滿足上述工藝條件的UV處理能夠 充分實現氧化介電薄膜中的缺陷，從而減少介電薄膜中的缺陷的目的。
[0028] 上述介電薄膜為本領域常見的介質材料，尤為適合低介電常數介質材料，特別 適合Si02、SiON或SiOC。形成上述介電薄膜的工藝為本領域常見的沉積工藝，優選為高 密度等離子體化學氣相沉積（HDPCVD)、次大氣壓化學氣相沉積或高深寬比化學氣相沉積 (HARPCVD)。當采用高深寬比化學氣相沉積工藝形成Si02薄膜時，一種可選實施方式中，以 硅烷和氧氣作為反應氣體，采用兩次沉積步驟形成上述Si02薄膜，第一次沉積步驟采用較 高的氣體壓力和較高的氧氣濃度以及較低的硅烷的流量，以提高Si02薄膜的填充能力，第 二次沉積步驟采用中減少氧氣濃度并增加硅烷的流量，以提高薄膜的沉積速率。優選地，上 述第一次沉積步驟中，氣體壓力可為400~600Torr，氧氣的濃度范圍為10%~20%，硅烷的 流量為100~1000毫克/分鐘，沉積的速率范圍為10~20nm/min;上述第二次沉積步驟 中，氣體壓力可為100~200Torr，氧氣的濃度范圍為5%~15%，硅烷的流量為1000~4000 毫克/分鐘，沉積的速率范圍為150~200nm/min。需要注意的是，在完成對上述介電薄膜 進行后處理的步驟之后，還可以對介電薄膜進行后續工藝處理，例如化學機械研磨等，以獲 得合乎工藝需求的介電薄膜。
[0029] 本申請還提供了一種互連層，包括襯底以及設置于襯底上的介電薄膜，其中介電 薄膜采用上述后處理方法進行處理。該互連層中的介電薄膜的缺陷量很小，從而提高了介 電薄膜的質量，進一步提高了互連層的性能。
[0030] 在上述的互連層中，襯底上至少形成一種結構，例如晶體管、二極管、電容器或淺 溝槽結構等，從而在襯底上形成了半導體器件區。上述介電薄膜形成于襯底的半導體器件 區上，且對半導體器件起到隔離的作用。
[0031] 本申請還提供了一種半導體器件，包括襯底以及設置于所述襯底上的介電薄膜， 其中介電薄膜采用上述后處理方法進行處理。該半導體器件中的介電薄膜的缺陷量很小， 從而提高了介電薄膜的質量，進一步提高了半導體器件的性能。
[0032] 下面將更詳細地描述根據本申請的示例性實施方式。然而，這些示例性實施方式 可以由多種不同的形式來實施，并且不應當被解釋為只限于這里所闡述的實施方式。應當 理解的是，提供這些實施方式是為了使得本申請的公開徹底且完整，并且將這些示例性實 施方式的構思充分傳達給本領域普通技術人員。下面將結合實施例進一步說明本