[發(fā)明專利]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法及處理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210238582.8
• 申請(qǐng)日: 2012-07-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103545245A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉煥新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/768
• 分類號(hào): H01L21/768
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作工藝，尤其涉及一種對(duì)金屬互連結(jié)構(gòu)的的形成方法及處理方法。

背景技術(shù)

隨著超大規(guī)模集成電路（ULSI）的發(fā)展，半導(dǎo)體器件的特征尺寸不斷縮小，線寬變窄，導(dǎo)致互連線之間阻容耦合增大，從而使得信號(hào)傳送延時(shí)、干擾噪聲增強(qiáng)和功率耗散增大，器件頻率受到抑制。這些問(wèn)題，已經(jīng)成為發(fā)展高速、高密度、低功耗和多功能集成電路的瓶頸。采用低介電常數(shù)（Low?k）介質(zhì)薄膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)SiO₂介質(zhì)（k≈4）作為層間介質(zhì)材料是降低互連延遲、串?dāng)_和能耗的重要手段。

美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)1997年發(fā)布的《美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展目標(biāo)》報(bào)告認(rèn)為，當(dāng)集成電路的特征尺寸為0.18μm時(shí)需要介電常數(shù)k為2.5~3.0的介電材料；特征尺寸為0.15μm時(shí)需要介電常數(shù)k為2.0~2.5的介電材料；特征尺寸為0.13μm時(shí)則需要介電常數(shù)k小于2.0的超低介電材料。

由于空氣是目前能獲得的最低K值的材料（K=1.0），在介質(zhì)層中形成空氣隙或孔洞可以有效的降低介質(zhì)層的K值。因此，為了能使得介電常數(shù)低于2.0，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的超低介電材料為多孔材料。但是由于多孔材料的多孔性，在除去光刻膠、濕法刻蝕或清洗的過(guò)程中，多孔材料容易吸附水汽或者有機(jī)雜質(zhì)，且所述水汽和有機(jī)雜質(zhì)可能與多孔材料發(fā)生反應(yīng)，使得原本具有低介電常數(shù)的超低介質(zhì)層受到損傷，超低介質(zhì)層的介電常數(shù)增大，影響了互連結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。類似的，低介電材料也會(huì)出現(xiàn)相似的問(wèn)題，只是受影響的程度較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問(wèn)題是：由于除去光刻膠、濕法刻蝕或清洗等步驟，使低介電膜層中滯留或吸附大量水汽和有機(jī)物，導(dǎo)致介電常數(shù)K升高。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：

提供半導(dǎo)體基底；

在所述半導(dǎo)體基底上形成低介電材料層；

刻蝕所述低介電材料層，在所述低介電材料層內(nèi)形成通孔或溝槽；

對(duì)形成有通孔或溝槽的低介電材料層進(jìn)行退火，所述退火在氮?dú)狻㈦畾夂蜌錃獾幕旌蠚怏w、氮?dú)夂碗畾獾幕旌蠚怏w或氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w的氛圍下進(jìn)行；

在所述退火之后在所述通孔或溝槽內(nèi)填充金屬材料。

可選的，所述低介電材料層為介電常數(shù)小于2.55的超低介電材料層。

可選的，所述低介電材料層為多孔膜層。

可選的，所述低介電材料層是利用甩膠技術(shù)制備的多孔SiO2或多孔高聚物，或者是利用電子回旋共振等離子體制備的SiCOH膜層，或者是利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備的硅基納米多孔膜層。

可選的，在所述低介電材料層內(nèi)形成通孔或溝槽，包括：

利用雙大馬士革工藝在所述低介電材料層內(nèi)形成通孔及連接通孔的溝槽。

可選的，刻蝕所述低介電材料層，在所述低介電材料層內(nèi)形成通孔或溝槽，包括：

在所述低介電材料層上形成光刻膠圖案；

利用所述光刻膠圖案刻蝕所述低介電材料層；

利用灰化法去除所述光刻膠圖案。

可選的，刻蝕所述低介電材料層，在所述低介電材料層內(nèi)形成通孔或溝槽，包括：

在所述低介電材料層上形成硬掩膜層；

在所述硬掩膜層上形成光刻膠圖案；

利用所述光刻膠圖案刻蝕所述硬掩膜層；

利用刻蝕后的硬掩膜層作為掩模刻蝕所述低介電材料層。

可選的，在所述低介電材料層內(nèi)形成通孔或溝槽后，退火之前還包括進(jìn)行濕法清洗的步驟。

可選的，在所述通孔或溝槽內(nèi)填充金屬材料，包括：

在所述通孔或溝槽中沉積籽晶層；

利用電鍍的方式在所述通孔或溝槽中填滿金屬材料。

可選的，所述填充金屬材料的步驟中，所填充的金屬材料為鎢或銅。

可選的，所述退火的溫度范圍為280℃~450℃。

可選的，所述退火的時(shí)間范圍為20min~60min。

可選的，所述退火的混合氣體中，氮?dú)馑俭w積流量比為90%~95%、氘氣所占體積流量比為0~10%、氫氣所占體積流量比為0~10%。

可選的，在所述濕法清洗后進(jìn)行退火和填充金屬的步驟，所述填充金屬的方式包括：在所述通孔或溝槽中沉積籽晶層；

從所述濕法清洗結(jié)束到開(kāi)始退火或從退火結(jié)束到開(kāi)始沉積填充金屬材料，之間的時(shí)間間隔控制在2小時(shí)以內(nèi)。