构。该是因为，在由多孔 的低K材料组成的绝缘层中具有很多间隙(空腔)。并且，位于第一低K介质层221表面的孔 具有开放性，在后续工艺中使用的工艺气体和化学物质会扩散到孔中，并会被截留在孔中， 对第一低K介质层221会造成损害(例如改变第一低K介质层221的介电常数)。而且，位 于第一低K介质层221表面的孔会造成后续形成在其上的层(例如阻挡层）中形成针孔。
[0046] 因此，需要在第一低K介质层221上继续形成表面致密(无孔）的第二低K介质层 222,从而保护第一低K介质层221。
[0047] 本实施例中，采用八甲基环四娃氧焼的等离子体形成第二低K介质层222,并采用 氮气的等离子体作为载气。八甲基环四娃氧焼的化学式为CsH24〇4Si4,采用八甲基环四娃氧 焼用于形成组分为SiCOH的第二低K介质层222,具体的，可W在阳CVD反应室形成第二低 K介质层222。
[0048] 本实施例中，第二低K介质层222的厚度范围为lOOA~300A。如果第二低K介质 层222的厚度太小，其无法将位于其下方的具有多孔结构的第一低K介质层221隔离，而如 果其厚度太大，则会造成材料浪费、工艺难度增加和工艺成本升高的问题。
[0049] 请参考图5,对图4所示第二低K介质层222上进行紫外光照处理，形成新的第二 低K介质层223。图5中的有向箭头代表紫外光UV。
[0050] 本实施例中，紫外光照处理采用的紫外光UV波长范围为200nm~400nm。紫外光 UV的波长可W进一步选择较小，W保证紫外光能量较高，从而使第二低K介质层222中的碳 能够有足够的能量从第二低K介质层222中逸出。例如具体为200nm、210nm、215nm、220nm、 225nm、230nm或240nm等，并且可W选用脉冲紫外光对第二低K介质层223进行福射处理。 但是，如果紫外光的波长太短，能量太高，会对第二低K介质层造成破坏，因此选择紫外光 的波长在200皿W上。
[0051] 本实施例中，紫外光照处理可W在室温条件下进行，反应系统中的压力可W小于 或者约等于大气压力。紫外光UV的功率可W控制在lOOw~2000W，在所述功率范围内，紫 外光UV照射能够迅速降低第二低K介质层223中的碳含量，因此，第二低K介质层223会 发生收缩，表面变得致密，最终使第二低K介质层223表面致密化渗透的程度最小化到小于 20nm的厚度。
[0052] 通常第二低K介质层222中碳含量很高，W减小它的介电常数。但是，第二低K介 质层222包含较多的碳，因此在进行酸洗过程中，酸溶液对第一低K介质层221和第二低K 介质层222的蚀刻速率不相同。
[0053] 为此，本实施例采用紫外光照处理第二低K介质层222,所述紫外光照处理能够使 第二低K介质层222内产生光化学反应，反应过程中一些碳原子生成易挥发产物，从第二低 K介质层222逸出，去除了第二低K介质层222中弱键合的碳，从而使第二低K介质层222 碳含量降低，形成第二低K介质层223。
[0054] 在经过紫外光照处理之后，后续的酸洗步骤对第二低K介质层223和第一低K介 质层221的蚀刻速率基本相同，防止在第二低K介质层223与第一低K介质层221交界处 出现底切现象，从而防止后续形成的插塞出现外伸现象。
[00巧]并且，经过紫外光照处理后，由于去掉的是弱键合的碳，因此(相对于第二低K介 质层222而言）第二低K介质层223的介电常数基本不发生变化。
[0056] 本实施例中，第二低K介质层222的初始厚度范围为lOOA~300A。而在经过紫外 光照处理后，得到的第二低K介质层223的厚度缩小了 8%~12%，即本实施例中，在紫外光 照处理后，第二低K介质层223的厚度减小为第二低K介质层222的88%~92%。具体的过 程中，可控制第二低K介质层223的厚度为第二低K介质层222的90%。
[0057] 在经过紫外光照处理之后，第二低K介质层223的结构更加紧致，并且其表面变得 更加致密，达到能够抵抗(氧）等离子体等的轰击作用。
[0058] 本实施例中，在对第二低K介质层222进行紫外光照处理之后，还可W采用氧等离 子体对第二低K介质层222的表面进行轰击，去除第二低K介质层222表面的杂质，W获得 平整洁净的低K介质层表面，进而提高第二低K介质层222与后续形成的位于其上表面的 材料的粘附性。
[0059] 请参考图7,采用各向异性刻蚀工艺依次蚀刻第二低K介质层223、第一低K介质 层221和刻蚀停止层210,形成贯穿所述第二低K介质层223、第一低K介质层221和刻蚀 停止层210的通孔201。
[0060] 本实施例中，形成通孔201的工艺为本领域技术人员所熟知，在此不再费述。
[0061] 请继续参考图7,对通孔201进行酸洗。
[0062] 本实施例中，可W采用氨氣酸溶液对通孔201进行清洗，所述氨氣酸溶液中水和 氨氣酸的体积比可W在300:1~1000:1的范围内。在所述体积比范围内，氨氣酸溶液对 SiCOH介质层(第二低K介质层223)和第一低K介质层221的刻蚀速率比较接近，特别是在 第二低K介质层223经过紫外光照处理之后，氨氣酸溶液对两者刻蚀速率比基本达到1: 1， 因此，在第二低K介质层223和第一低K介质层221的交界处不会形成底切现象。
[0063] 由于第二低K介质层223的表面致密，达到能够抵抗(氧)等离子体等的轰击作用， 因此不需要在第二低K介质层223上形成硬掩膜层，因此，在采用氨氣酸溶液对通孔201进 行清洗时，不存在硬掩膜层与第二低K介质层223的交界，因此，也自然不会在第二低K介 质层223和硬掩膜层的交界处形成底切现象。
[0064] 需要说明的是，上述实施例W氨氣酸溶液作为酸洗溶液，但是本发明并不限制于 此，还可w是诸如磯酸溶液等的其他酸洗溶液。
[0065] 请参考图8,在通孔201中填充满金属材料直至形成插塞240。
[0066] 由上述分析可知，在第二低K介质层223和第一低K介质层221的交界处不会形 成底切现象，并且不存在硬掩膜层与第二低K介质层223的交界，因此，当填充满金属材料 直至形成插塞240后，插塞240各个部分的宽度均相等，因此不会出现外伸现象，进而插塞 240附近的层间介质层（即第二低K介质层223和第一低K介质层221)不会出现孔洞。
[0067] 请参考图9,在进行紫外光照处理后的第二低K介质层223上形成扩散阻挡层 240。扩散阻挡层240可W防止插塞240中的金属发生扩散。
[006引本实施例中，扩散阻挡层240的材料为氮化铁、氮化粗或者它们的组合。
[0069] 从图9中可W直观看到，本实施例可W省略了在第二低K介质层223和扩散阻挡 层240之间形成硬掩膜层，节省了工艺步骤，节约成本，并同时防止在硬掩膜层和第二低K 介质层223之间形成通孔时出现底切现象。
[0070] 本实施例中，由于第二低K介质层223经过了紫外光照处理，不仅碳含量减少，而 且第二低K介质层223的结构更加致密，厚度更小，使半导体器件的结构更加紧凑。
[0071] 需要说明的是，在本发明的其它实施例中，所述半导体器件的形成方法也可W运 用于形成其它结构，例如金属互连线结构等，本发明对此不作限定。
[0072] 本实施例所提供的半导体器件的形成方法中，由于省略了在第二低K介质层223 上形成硬掩膜层的步骤，因而可W防止后续蚀刻硬掩膜层和第二低K介质层223时，因刻蚀 速率不一样而造成底切现象；由于第二低K介质层223经过了紫外光照处理，第二低K介质 层223的碳含量降低，因此后续(对通孔201)的酸洗工艺中，酸溶液对第二低K介质层223 的刻蚀速率与对第一低K介质层221的刻蚀速率基本相等，防止第二低K介质层223和第 一低K介质层221的交界处出现底切现象，最终保证形成的插塞230不存在外伸现象，防止 插塞230附近的第二低K介质层223和第一低K介质层221出现孔洞，提高半导体器件的 质量和可靠性，并提高半导体器件的良率。
[0073] 虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本 发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当W权利要求所 限定的范围为准。
【主权项】
1. 一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括： 提供半导体衬底； 在所述半导体衬底上形成第一低K介质层； 在所述第一低K介质层上形成第二低K介质层； 对所述第二低K介质层进行紫外光照处理。2. 如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述紫外光照处理采用 的紫外光波长范围为200nm~400nm。3. 如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第二低K介质层的 初始厚度范围为100人~300A,所述紫外光照处理使所述第二低K介质层的厚度缩小8%~ 12%。4. 如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第二低K介质层的材 料为无孔低K介质材料。5. 如权利要求4所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，采用八甲基环四硅氧烷 的等离子体形成所述第二低K介质层。6. 如权利要求5所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述形成方法还包括：依 次蚀刻所述第二低K介质层和所述第一低K介质层，直至形成贯穿所述第二低K介质层和 所述第一低K介质层的通孔。7. 如权利要求6所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，在形成所述通孔之后，所 述形成方法还包括：采用氢氟酸溶液清洗所述通孔。8. 如权利要求7所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，在清洗所述通孔之后，所 述形成方法还包括：在所述通孔中填充满金属材料形成插塞，所述插塞上表面与第二低K 介质层上表面齐平。9. 如权利要求8所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，形成所述插塞之后，所述 形成方法还包括：在所述插塞上表面和所述第二低K介质层上表面形成扩散阻挡层。10. 如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一低K介质层的 材料为多孔低K介质材料。
【专利摘要】一种半导体器件的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成第一低K介质层；在所述第一低K介质层上形成第二低K介质层；对所述第二低K介质层进行紫外光照处理。所述形成方法能够提高半导体器件的质量和可靠性。
【IPC分类】H01L21/768
【公开号】CN104900580
【申请号】CN201410077201
【发明人】周鸣
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司, 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月4日