氟硅玻璃层表面处理的方法

文档序号:7214159阅读:943来源:国知局
专利名称:氟硅玻璃层表面处理的方法
技术领域
本发明涉及一种表面处理方法,特别是涉及一种氟硅玻璃(fluorinatedsilicate glass,FSG)层表面处理的方法。
背景技术
随着半导体制作工艺的线宽越来越细,各金属内连线层间的介电层必须具有低介电常数、良好的填沟能力(gap-filling properties)、稳定的机械强度(mechanical stability)以及低吸水性等特性。降低介电层的介电常数可以避免寄生电容影响信号传递的速度。以往二氧化硅为最典型的介电材料,但它的介电常数(k~4)对于目前的制作工艺而言已偏高,取而代之的是具有更低介电常数的材料,例如氟硅玻璃(fluorinated silicate glass,FSG)(k~3.5)。由于氟是一种强阴电性原子(electronegative atom),故可有效地减少该氧化硅(silicon oxide)介电层中的Si-O-F网状结构(SiOF network)的极性(polarizability),从而降低该氧化硅介电层的介电常数。此外,由于氟也是一种强蚀刻介质(etching species),所以在沉积FSG介电层时,氟会蚀刻先前所沉积的FSG薄膜,产生沉淀/浸蚀效应(deposition/etching effect),从而能在线宽越来越细的半导体制作工艺中,形成一无孔洞(void-free)的FSG薄膜层。
请参考图1至图3,图1至图3为现有于氟硅玻璃(FSG)层表面形成限定(patterned)光致抗蚀剂的方法示意图,首先,如图1所示,一半导体芯片10包括一基底12,一氟硅玻璃层14沉积于基底12上,一光致抗蚀剂层16覆盖于氟硅玻璃层14上。如图2所示,进行一曝光(exposing)制作工艺,以在光致抗蚀剂层16中形成一预定潜在图案16a。如图3所示,进行一显影制作工艺,利用现有该项技术者所熟知的方法,以去除光致抗蚀剂层16中的预定潜在图案16a,以暴露出预定潜在图案16a下方的氟硅玻璃层14。
由于在二氧化硅中添加进氟离子而得到较低介电常数的氟硅玻璃,然而存在于氟硅玻璃层14内的氟离子并不稳定,容易因后续制作工艺中的热处理而扩散至氟硅玻璃层14的表面。而且氟硅玻璃具有强亲水性(hydrophilic)会将水分子吸引至表面,从而使氟离子与水分子形成氢氟酸(HF),而氢氟酸会与光致抗蚀剂层16相互反应使光致抗蚀剂受到毒害(poison),使显影后留在芯片上的光致抗蚀剂具有非垂直(non-vertical)的侧壁,甚至会造成光致抗蚀剂倒塌情形(如图3所示),因而不能精确地将图形从光致抗蚀剂转移到芯片上。此外,氢氟酸若接触到金属还会造成金属的腐蚀,不仅增加金属的电阻,而且还可能会造成集成电路的可靠度(reliability)问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种氟硅玻璃(fluorinated silicate glass,FSG)层表面处理的方法,以解决上述问题。
本发明的目的是这样实现的,即提供一种氟硅玻璃(fluorinated silicateglass,FSG)层表面处理的方法,该方法包括有下列几个主要步骤(1)在一半导体芯片上沉积一氟硅玻璃层;(2)现场(in-situ)氧化该氟硅玻璃层的一上表面,以形成一预定厚度的硅氧层;在该硅氧层上涂覆一光致抗蚀剂层;(3)曝光(exposing)该光致抗蚀剂层,以在该光致抗蚀剂层中形成一预定潜在(latent)图案;以及(4)显影(developing)该光致抗蚀剂层,以去除该预定潜在图案的该光致抗蚀剂层,暴露出相对于该预定潜在图案下方的该硅氧层。
本发明还提供一种氟硅玻璃(FSG)层表面处理的方法,该方法包括有下列步骤在一化学气相沉积(CVD)反应舱中,沉积一氟硅玻璃层于一半导体芯片表面;在该CVD反应舱中,现场(in-situ)氧化该氟硅玻璃层的一上表面,以形成一厚度大于100埃的硅氧层;在该硅氧层上涂覆一光致抗蚀剂层;曝光(exposing)该光致抗蚀剂层,以于该光致抗蚀剂层中形成一预定潜在(latent)图案;以及显影(developing)该光致抗蚀剂层,以去除该预定潜在图案的该光致抗蚀剂层,暴露出相对于该预定潜在图案下方的该硅氧层。
本发明是利用一含氧等离子体,“现场(in-situ)移除”氟硅玻璃层的上表面浅层内的部分氟离子,以在氟硅玻璃层的上表层形成一厚度约为100至200埃的薄硅氧层。
本发明方法的优点在于(1)氟硅玻璃层在利用含氧等离子体“现场移除”氟离子后,其物理性质(包括薄膜厚度、折射率及介电常数值等)不变;(2)利用此薄硅氧层防止氟硅玻璃层的氟离子向外扩散;(3)利用此含氧等离子体“现场移除”氟硅玻璃层的上表面浅层内的部分氟离子,减少氟硅玻璃层表面的吸水性;(4)与现有技术相比沉积一硅氧层或氮氧化硅(siliconoxynitride,SiON)在氟硅玻璃层上,本发明具有减少制作工艺步骤及节省成本的优点。


图1至图3为现有于氟硅玻璃(FSG)层表面形成限定(pattemed)光致抗蚀剂的方法示意图;图4与图5为本发明中于氟硅玻璃(FSG)层表面形成限定(pattemed)光致抗蚀剂的方法示意图;图6为氟硅玻璃薄膜表面物质成分分析结果示意图,其中PEFSG表示未经任何处理的氟硅玻璃薄膜,PEFSG(N2O plasma)则表示经过含氧等离子体移除表层氟离子后的氟硅玻璃薄膜。
具体实施内容请参考图4与图5,图4与图5为本发明中于氟硅玻璃(FSG)层表面形成限定(patterned)光致抗蚀剂的方法示意图。如图4所示,一半导体芯片20包括一基底22,一氟硅玻璃层24沉积于基底22上。在本发明的较佳实施例中,氟硅玻璃层24利用一等离子体加强化学气相沉积法(plasma-enhancedchemical Vapor deposition,PECVD)或一高密度等离子体化学气相沉积法(high-density plasma chemical vapor deposition,HDPCVD)所形成,实施环境在一般的化学气相沉积反应舱中(未显示)形成。形成氟硅玻璃层24的方法,不论利用PECVD或HDPCVD,都为现有该项技术人员所熟知的,因此不再赘述。
在完成氟硅玻璃层24之后,本发明方法随即利用一含氧等离子体,例如氧化亚氮等离子体、氧气等离子体、一氧化碳(CO)等离子体、二氧化碳(CO2)等离子体、或其它类似的含氧等离子体,“现场(in-situ)移除”氟硅玻璃层24的上表面浅层(约为100至200埃厚)内的部分氟离子,以于氟硅玻璃层24的上表面层形成一薄硅氧层26。在本发明的较佳实施例中,硅氧层26的厚度约为120埃(angstrom)。需注意的是,硅氧层26的厚度至少需大于100埃,否则便会失去其阻挡HF外扩的效果。此处所谓的“现场移除”是指氟硅玻璃层24与硅氧层26在同一气相沉积反应舱中形成,而硅氧层26紧接着在氟硅玻璃层24沉积之后形成,利用一氧化亚氮(nitrous oxide,N2O)等离子体将氟硅玻璃层24的上表层的部分氟离子移除。用来移除氟硅玻璃层24中部分氟离子的氧化亚氮等离子体操作条件包括等离子体压力0.1至10托耳(Torr),较佳为2.4托耳(Torr);等离子体功率0.5至10瓦特/平方公分(W/cm2),较佳为4.8瓦特/平方公分(W/cm2);以及等离子体温度250至450℃,较佳为400℃,等离子体处理时间为10秒。
如图5所示,一光致抗蚀剂层28覆盖于硅氧层26之上,接着进行一曝光(exposing)及一显影制作工艺,以于光致抗蚀剂层28中形成一预定潜在图案并暴露出预定潜在图案下方的硅氧层26,最后进行一蚀刻制作工艺,将未被光致抗蚀剂覆盖的硅氧层及氟硅玻璃层去除(未显示),完成将光掩模上的一预定图案转移至半导体芯片之上。在本发明方法中,光致抗蚀剂层28可由一正型光致抗蚀剂(positive photoresist)或负型(negative)光致抗蚀剂所构成。当光致抗蚀剂层28是由一正型光致抗蚀剂所构成时,在进行光化转换(photochemical transformation)的曝光过程中,光束会穿过一光掩模图案照射至光致抗蚀剂层28,并于光致抗蚀剂层28中形成一潜在图案(latentpattern)。然后再经过后续的显影(development)与清洗(cleaning)制作工艺,以留下未被该光束所照射到的光致抗蚀剂层28,从而形成一与光掩模图案相同的硬掩模(hard mask)。相反地,如果光致抗蚀剂层28是由一负型光致抗蚀剂构成,则未被该光束所照射的光致抗蚀剂层28便会在后续的显影与清洗制作工艺中被清除,使得残留的光致抗蚀剂层28形成一与光掩模图案互补(complementary)的硬掩模。
请参考表一,表一为氟硅玻璃薄膜与利用含氧等离子体移除表层氟离子后的氟硅玻璃薄膜的性质比较,如表一所示,氟硅玻璃薄膜在含氧等离子体处理后,其厚度、折射率(refractive index,RI)及介电常数值(dielectricconstant)均与未经含氧等离子体处理的氟硅玻璃薄膜大同小异,由此显示移除氟硅玻璃薄膜上表层厚度100至200埃内的部分氟离子,对氟硅玻璃薄膜的物理性质影响不大。
表一厚度 NU(%)折射率 Si-F/Si-O介电(A)at 1 sigma 常数值(%)dPEFSGa 50600.821.43212.373.56PEFSG(N2O plasma)b50460.821.43232.373.57aPEFSG是指未经处理的氟硅玻璃薄膜。bPEFSG(N2O plasma)是指经过含氧等离子体处理的氟硅玻璃薄膜。cNU%是指非均匀度百分比(non-uniformity%at 1 sigma)。dSi-F/Si-O(%)是指Si-F与Si-O的比值,是利用FTIR量测后计算而得。
请参考图6,图6为氟硅玻璃薄膜表面物质成分分析结果示意图,其中PEFSG表示未经任何处理的氟硅玻璃薄膜,PEFSG(N2O plasma)则表示经过含氧等离子体移除表层氟离子后的氟硅玻璃薄膜。如图6所示,氟硅玻璃薄膜表面的物质的质量数大部分分布在16、17及18,由氟硅玻璃薄膜的组成及其周围环境的气体成分推知,前述质量数所代表的物质应为O(16)、OH(17)与H2O(18),且经含氧等离子体处理后的氟硅玻璃薄膜的表面具有较少的水分子,此结果显示此含氧等离子体处理会降低氟硅玻璃薄膜表面吸水的能力,从而减少氟离子与水分子形成氢氟酸的机率。如表一及图6所示的实验结果,显示移除氟硅玻璃薄膜表层的部分氟离子对薄膜的物理性质影响不大,但却可降低氟离子扩散至氟硅玻璃层表面与水分子形成氢氟酸的机率。
与现有方法相比,本发明在进行沉积光致抗蚀剂层28之前,先利用一含氧等离子体“现场移除”氟硅玻璃层24的上表层的部分氟离子,以形成一硅氧层26,从而解决由于氟硅玻璃层24中的氟离子在后续制作工艺中会扩散至氟硅玻璃层24的表面,与水分子形成氢氟酸(HF)而毒害光致抗蚀剂层28,或造成可靠度(reliability)问题。此外,由于硅氧层26是在氟硅玻璃层24形成之后,随即利用一含氧等离子体“现场移除”氟硅玻璃层24上表层的氟离子而形成,等离子体处理的时间短且是现场(in-situ)完成,不仅可提高制作工艺效率同时更降低制造成本。
以上结合较佳实施例揭露了本发明,凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰,皆应属本发明专利的涵盖范围。
权利要求
1.一种氟硅玻璃(fluorinated silicate glass,FSG)层表面处理的方法,该方法包括有下列步骤在一半导体芯片上沉积一氟硅玻璃层;现场(in-situ)氧化该氟硅玻璃层的一上表面,以形成一预定厚度的硅氧层;在该硅氧层上涂覆一光致抗蚀剂层;曝光(exposing)该光致抗蚀剂层,以于该光致抗蚀剂层中形成一预定潜在(latent)图案;以及显影(developing)该光致抗蚀剂层,以去除该预定潜在图案的该光致抗蚀剂层,暴露出相对于该预定潜在图案下方的该硅氧层。
2.如权利要求1所述的方法,其中该硅氧层的厚度是大于100埃(angstrom)。
3.如权利要求1所述的方法,其中氧化该氟硅玻璃层的方法是利用一含氧等离子体。
4.如权利要求3所述的方法,其中该含氧等离子体是利用氧化亚氮(nitrous oxide,N2O)、氧气、一氧化碳(CO)、或二氧化碳作为氧来源气体。
5.如权利要求3所述的方法,其中该含氧等离子体的操作条件包括有(1).等离子体压力介于0.1至10托耳(Torr);(2).等离子体功率介于0.5至10瓦特/平方公分(W/cm2);以及(3).等离子体温度介于250至450℃。
6.如权利要求1所述的方法,其中该氟硅玻璃层以及该硅氧层是在同一化学气相沉积反应舱(CVD chamber)中形成。
7.一种氟硅玻璃(FSG)层表面处理的方法,该方法包括有下列步骤在一化学气相沉积(CVD)反应舱中,沉积一氟硅玻璃层于一半导体芯片表面;在该CVD反应舱中,现场(in-situ)氧化该氟硅玻璃层的一上表面,以形成一厚度大于100埃的硅氧层;在该硅氧层上涂覆一光致抗蚀剂层;曝光(exposing)该光致抗蚀剂层,以于该光致抗蚀剂层中形成一预定潜在(latent)图案;以及显影(developing)该光致抗蚀剂层,以去除该预定潜在图案的该光致抗蚀剂层,暴露出相对于该预定潜在图案下方的该硅氧层。
8.如权利要求7所述的方法,其中该化学气相沉积(CVD)反应舱是为一等离子体加强CVD(PECVD)反应舱。
9.如权利要求7所述的方法,其中该化学气相沉积(CVD)反应舱是为一高密度等离子体加强CVD(HDPCVD)反应舱。
10.如权利要求7所述的方法,其中氧化该氟硅玻璃层的方法是利用一含氧等离子体。
11.如权利要求10所述的方法,其中该含氧等离子体是利用氧化亚氮(nitrous oxide,N2O)、氧气、一氧化碳(CO)、或二氧化碳作为氧来源气体。
12.如权利要求10所述的方法,其中该含氧等离子体的操作条件包括有(1).等离子体压力介于0.1至10托耳(Torr);(2).等离子体功率介于0.5至10瓦特/平方公分(W/cm2);以及(3).等离子体温度介于250至450℃。
13.如权利要求7所述的方法,其中该氟硅玻璃层以及该硅氧层所共同测得的介电常数小于3.6。
14.如权利要求7所述的方法,其中该硅氧层的厚度是介于100至200埃。
全文摘要
本发明提供一种氟硅玻璃(FSG)层表面处理的方法,该方法包括有下列步骤首先在一半导体芯片上沉积一氟硅玻璃层,接着现场(in-situ)移除该氟硅玻璃层的上表层的部分氟离子,以形成一预定厚度的硅氧层。然后在该硅氧层上涂覆一光致抗蚀剂层,经过一曝光制作工艺于该光致抗蚀剂层中形成一预定潜在(latent)图案,最后经过一显影制作工艺,以去除该预定潜在图案的该光致抗蚀剂层,暴露出相对于该预定潜在图案下方的该硅氧层。本发明方法可以解决氟硅玻璃中的氟离子扩散至氟硅玻璃的表面,形成氢氟酸而造成毒害光致抗蚀剂、腐蚀金属或可靠度问题。
文档编号H01L21/3105GK1411041SQ0114091
公开日2003年4月16日 申请日期2001年9月26日 优先权日2001年9月26日
发明者杨能辉, 林庆福, 郑懿芳, 蔡正原 申请人:联华电子股份有限公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1