半导体结构的形成方法_3

文档序号:9580662阅读:来源:国知局
掩膜材料膜204的形成工艺为原子层沉积工艺,包括:反应气体包括含钛的第一前驱气体和第二前驱气体,所述含钛的第一前驱气体为 TiCl4' Ti [N (C2H5CH3) ] 4、Ti [N (CH3) 2] 4、Ti [N (C2H5) 2] 4 中的一种或多种,所述第二前驱气体包括NH3、C0或H2O,所述第一前驱气体的流速为50sccm?200sccm,所述第二前驱气体的流速为50sccm?200sccm,反应温度为400°C?600°C。
[0057]在一实施例中,在形成所述掩膜材料层204之前,在所述介质层201表面形成结合层,所述掩膜材料层204形成于所述结合层表面,所述结合层的材料为氧化硅,形成工艺为化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺,所述结合层用于提高介质层201与掩膜材料层204之间的结合能力,避免后续刻蚀工艺中,因掩膜层与介质层201之间的结合能力弱而发生掩膜层剥离现象。
[0058]所述图形化层205用于定义后续形成的开口图形。本实施例中,所述图形化层205为光刻胶层,所述光刻胶层的形成工艺包括:在掩膜材料层204表面涂布光刻胶膜;对所述光刻胶膜进行曝光显影工艺,以去除部分光刻胶膜,形成图形化的光刻胶层,所述光刻胶层暴露出后续需要形成开口的区域。
[0059]此外,在涂布光刻胶膜之前,还能够在掩膜材料层204表面形成底层抗反射层(BARC, Back Ant1-Reflect1n Coat),所述底层抗反射层表面平坦,所述抗反射层的材料为氮化硅或其它有机抗反射材料,所述光刻胶膜形成于底层抗反射层表面。
[0060]请参考图6,以所述图形化层205(如图5所示)为掩膜,刻蚀所述掩膜材料膜204,直至暴露出部分介质层201表面为止,在所述介质层201表面形成掩膜层204a。
[0061]所述掩膜层204a用于作为后续刻蚀介质层201的掩膜。刻蚀所述掩膜材料膜204的工艺为各向异性的干法刻蚀工艺,刻蚀方向垂直于衬底200表面,刻蚀形成的掩膜层204a侧壁垂直于衬底200表面,所述掩膜层204a平行于衬底200表面方向的图形与图形化层205的图形一致。所述各向异性的干法刻蚀工艺包括:刻蚀气体包括氯基气体,所述氯基气体为C12、HC1、BC13中的一种或多种,偏置功率大于100W,偏置电压大于10V,压力大于10晕托。
[0062]在形成所述掩膜层204a之后,去除图形化层205。本实施例中,所述图形化层205为光刻胶层,去除图形化层205的工艺为湿法去胶工艺或灰化工艺,所述灰化工艺的气体为含氧气体,例如02或03。
[0063]请参考图7,以所述掩膜层204a为掩膜,采用干法刻蚀工艺刻蚀所述介质层201,在介质层201内形成开口 206,所述干法刻蚀的气体包括含氟气体和含碳气体。
[0064]所述干法刻蚀工艺为各向异性的干法刻蚀工艺,所形成的开口 206侧壁垂直于衬底200表面。本实施例中,后续形成于开口 206内的导电结构位于衬底200内的导电层203表面,因此,所述掩膜层204a暴露出的区域位置与所述导电层203的位置对应,且所述开口206暴露出导电层203表面。
[0065]由于所述介质层201的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低K介质材料或超低K介质材料,因此刻蚀介质层201的刻蚀气体中包括含氟气体和含碳气体,并且,通过调节刻蚀气体中的碳氟比,能够调整刻蚀气体对于介质层201和掩膜层204a之间刻蚀选择比,保证在刻蚀介质层201时,对掩膜层204a的损伤较小。
[0066]本实施例中,所述介质层201的材料为多孔SiCOH,所述各向异性的干法刻蚀工艺包括:气体包括刻蚀气体和载气,所述刻蚀气体包括CF4、CHF3, CH2F2, CH3F中的一种或多种,所述载气为惰性气体,刻蚀气体的流量为50sccm?10sccm,载气的流量为10sccm?100sccm,偏置功率大于100W,偏置电压大于10V,压力为10毫托?50毫托,温度为40°C?100°C。此外,所述还包括氧气,氧气的流量为50sccm?lOOsccm。
[0067]本实施例中,所述衬底200和介质层201之间还具有阻挡层202,所述刻蚀介质层
201的工艺停止于所述阻挡层202表面;在刻蚀开口 206直至暴露出阻挡层202之后,去除开口 206底部的阻挡层202,并暴露出半导体基底200表面。去除开口 206底部的阻挡层202的工艺能够为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺
[0068]然而,由于刻蚀气体中包括含氟气体和含碳气体,所述含氟气体和含碳气体所产生的氟离子和碳离子容易在刻蚀工艺之后,附着于掩膜层204a表面,而所述附着于掩膜层204a表面的氟离子和碳离子在接触到空气之后,容易与空气中的水发生反应,使掩膜层204a表面带有羟基(-0H),导致所述掩膜层204a的表面具有亲水性,如图8所示,图8是图7中区域A的局部放大示意图。由于掩膜层204a的表面具有亲水性,容易吸附空气中的水分子,从而会促进在掩膜层204a表面形成不易去除的钛基聚合物,因此,本实施例中,后续在掩膜层204a表面形成保护层,将掩膜层204a的亲水性表面转换为保护层的疏水性表面,以此将掩膜层204a与外部环境隔离,以此杜绝了产生钛基聚合物的条件,保证了所形成的掩膜层204a表面纯净,避免后续形成于开口中的导电结构电连接性能变差。
[0069]请参考图9,在刻蚀介质层201之后,在掩膜层204a表面涂布前驱材料层207,使所述前驱材料层207与掩膜层204a表面的羟基反应,在所述掩膜层204a表面形成保护层208,所述保护层208的表面为疏水性表面。
[0070]所涂布的前驱材料层207为流体的有机材料,能够通过旋涂、喷涂工艺或蒸镀工艺形成于掩膜层204a表面、并填充于开口 206 (如图7所示)内,所述有机材料需要含有三甲基硅基,所述含有三甲基硅基的有机材料能够与掩膜层204a表面的羟基反应,在掩膜层204a表面形成具有疏水层表面的聚合物材料层,即所形成的保护层208。
[0071]由于所述前驱材料层207能够通过涂布工艺形成,因此所述前驱材料层207能够在涂布光刻胶的基台中进行涂布,无需额外采用其它的工艺设备,能够节省工艺成本。相较于现有技术通过刻蚀工艺去除聚合物的方法,以涂布工艺形成前驱材料层207,以此形成具有疏水表面保护层208的工艺简单、易于操作,能够简化工艺,而且不会对开口 206侧壁或底部表面造成所述,有利于后续形成形貌良好、尺寸精确均匀的导电结构,而且保证了导电结构与导电层202的接触界面质量良好。
[0072]本实施例中,所述前驱材料层207的材料包括六甲基二硅胺(HMDS),所述六甲基二石圭胺能够与掩膜层204a表面的轻基反应,在掩膜层204a表面形成具有含有三甲基氧石圭基(-S1(CH3)3)的疏水性聚合物层,即保护层208,并释放出氨气(NH3),具体如图10所示,图10是图9中区域A的局部放大示意图。
[0073]本实施例中,所述前驱材料层207的材料包括六甲基二硅胺,所述六甲基二硅胺的质量百分比浓
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