一种改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法与流程

本发明涉及一种半导体制造方法，特别是涉及一种改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法。

背景技术：

在半导体晶片最后的铜导线制程中，由于四甲基硅烷(4ms，tetramethylsilane)与胺(nh3)反应会形成氮掺杂的碳化物，并以此作为后续刻蚀的保护层(牺牲层)且可防止水气及氧接触到铜而氧化了，但反应后的表面因含有未反应完全而产生硅-碳-氢-氮的化合物，这会使得表面变成疏水性质，而在后续的喷水清洁的步骤后，会因为疏水的特性而造成水痕的现象(wafermark)，水痕在后续的堆叠层叠上去之后就会产生隆起(bump)，而严重的隆起物在化学机械研磨的制程中就很容易导致结构的破坏(patternfail)。

为了解决上述问题，需要提出一种新的改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法，用于解决现有技术中由于金属层上的氮掺杂碳化物表面含有未完全反应生成的硅-碳-氢-氮的化合物，使得表面具有疏水性而导致后续形成堆叠层后会产生隆起，从而导致结构被破坏的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法，至少包括以下步骤：步骤一、提供将第二氮掺杂碳化物层作为上表面层的半导体结构，所述第二氮掺杂碳化物的表面具有疏水性的硅-碳-氢-氮化合物；步骤二、利用改质液对所述第二氮掺杂碳化物的表面进行冲洗，使其变为亲水性表面；步骤三、对所述亲水性表面进行水冲洗，去掉残留物。

优选地，所述步骤一中的半导体结构还包括：金属层、位于该金属层上的第一氮掺杂碳化物层、位于所述第一氮掺杂碳化物层上的teos层、位于所述teos层上的低介电层以及位于所述低介电层上的步骤一中所述第二氮掺杂碳化物层。

优选地，形成所述半导体结构的方法包括以下步骤：(1)形成所述金属层；(2)在所述金属层上形成所述第一氮掺杂碳化物层；(3)在所述第一氮掺杂碳化物层上形成所述teos层；(4)在所述teos层上沉积形成低介电层；(5)在所述低介电层上形成所述第二氮掺杂碳化物层。

优选地，形成所述低介电层的方法为化学气相沉积法。

优选地，所述低介电层的材料为bdii。

优选地，形成所述第一、第二氮掺杂碳化物层的方法为：提供四甲基硅烷和氨，使得二者完全反应形成所述第一、第二氮掺杂碳化物层。

优选地，步骤一中所述硅-碳-氢-氮化合物的形成方法为：提供四甲基硅烷和氨，使得二者发生不完全反应形成所述硅-碳-氢-氮化合物。

优选地，所述第一氮掺杂碳化物层的厚度为250埃。

优选地，所述teos层的厚度为150埃。

优选地，所述低介电层的厚度为1570埃。

优选地，所述第二氮掺杂碳化物层的厚度为100埃。

优选地，步骤二中对所述第二氮掺杂碳化物的表面利用改质液进行冲洗的过程用于晶圆表面的研磨冲洗过程中。

优选地，步骤三中对所述亲水性表面进行水冲洗的过程用于晶圆表面的研磨冲洗过程中。

优选地，所述改质液的成分由水和有机化合物组成，其中有机化合物的含量小于1％。

优选地，所述teos层最终分解形成二氧化硅层。

如上所述，本发明的改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法，具有以下有益效果：由表面改质液内含的有机物将疏水表面转变为亲水性，即可在后续的喷水清洗步骤中，让清洁的水容易的流经表面而不留水痕，进而避免残留水痕以及残留物所导致后续覆盖薄膜所放大的隆起问题，从而提高产品良率。

附图说明

图1显示为本发明的改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法中半导体结构示意图；

图2显示为本发明的步骤二后形成亲水性的半导体结构表面示意图；

图3显示为本发明的步骤三后半导体结构表面残留物的示意图；

图4显示为本发明的改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法流程图；

图5显示为将本发明的改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法用于研磨过程中的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

参考图4，图4显示为本发明的改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法流程图。

本发明提供一种改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法，具体包括以下步骤：

步骤一、提供将第二氮掺杂碳化物层作为上表面层的半导体结构，所述氮掺杂碳化物的表面具有疏水性的硅-碳-氢-氮化合物；参考图1，图1显示为本发明的改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法中半导体结构示意图。由图1可知，其中所述第二氮掺杂碳化物层(ndc)为该半导体结构的顶层。参考图1，本实施例进一步地，所述半导体结构还包括：金属层(mx-1)、位于该金属层(mx-1)上的第一氮掺杂碳化物层(ndc)、位于所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)上的teos层、位于所述teos层上的低介电层(bdii)以及位于所述低介电层(bdii)上的步骤一中所述第二氮掺杂碳化物层(ndc)。

所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)为由四甲基硅烷和氨反应生成，所述第二氮掺杂碳化物层(ndc)亦为由由四甲基硅烷和氨反应生成，并且都是由四甲基硅烷和氨发生完全反应而生成。

本实施例的所述半导体结构的形成方法包括以下步骤：

(1)形成所述金属层(mx-1)，所述金属层(mx-1)的形成包括光刻，刻蚀以及填充金属材料而制成，本实施例中所述金属层的材料为铜；

(2)在所述金属层(mx-1)上形成所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)，本实施例优选地，形成所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)的方法为提供四甲基硅烷和氨，使得二者完全反应形成所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)；

(3)在所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)上形成所述teos层，其中所述teos层为介电质层，其最终分解形成二氧化硅层；

(4)在所述teos层上沉积形成低介电层，该步骤中的所述低介电层的形成方法优选为采用化学气相沉积法形成，所述低介电层在本实施例中的材料为bdii。所述bdii为低k值(介电常数)的介电材料；

(5)所述低介电层上形成所述第二氮掺杂碳化物层(ndc)，同所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)一样，形成所述第二氮掺杂碳化物层(ndc)的方法为提供四甲基硅烷和氨，使得二者完全反应形成所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)。

本实施例优选地，所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)的厚度为250埃。同时优选地，所述teos层的厚度为150埃。

步骤一中所述氮杂碳化物的表面具有硅-碳-氢-氮化合物，该硅-碳-氢-氮化合物的形成是由四甲基硅烷和氨发生不完全反应形成所述硅-碳-氢-氮化合物。而步骤一中所述氮杂碳化物的表面具有疏水性的硅-碳-氢-氮化合物，使得所述氮杂碳化物的表面具有疏水性，使得在后续利用水对该表面喷水清洁后，会因疏水的特性而使得表面出现水痕的现象，而后续工艺需要在该疏水的表面上形成层叠结构，水痕会导致出现隆起现象，严重的隆起物在化学机械研磨制程中很容易导致结构的破坏。因此，需要进行本发明的以下步骤来改善上述问题。

步骤二、利用改质液对所述第二氮掺杂碳化物(ndc)的表面进行冲洗，使其变为亲水性表面；本实施例中优选地，所述改质液的成分由水和有机化合物组成，其中有机化合物的含量小于1％。参考图2，图2显示为本发明的步骤二后形成亲水性的半导体结构表面示意图；可以看出，经过改质液的冲洗，所述晶圆上的所述第二氮掺杂碳化物(ndc)的表面剩余的残留物较少，图2示例性的给出晶圆(poly-si)表面以宏观性的代表本发明的第二氮掺杂碳化物(ndc)的表面。

步骤三、对所述亲水性表面进行水冲洗(scrubberclean)，去掉残留物。参考图3，图3显示为本发明的步骤三后半导体结构表面残留物的示意图。由图3可以看出，经过步骤二的改质液冲洗以及再经过步骤三的水冲洗后，所述晶圆(poly-si)上第二氮掺杂碳化物(ndc)表面的残留物大大减少。图3示例性的给出晶圆(poly-si)表面以宏观性的代表本发明的第二氮掺杂碳化物(ndc)的表面。

本发明还提供另一实施例：参考图4，图4显示为本发明的改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法流程图。本发明提供一种改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法，具体包括以下步骤：

步骤一、提供将第二氮掺杂碳化物层作为上表面层的半导体结构，所述氮掺杂碳化物的表面具有疏水性的硅-碳-氢-氮化合物；参考图1，图1显示为本发明的改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法中半导体结构示意图。由图1可知，其中所述第二氮掺杂碳化物层(ndc)为该半导体结构的顶层。参考图1，本实施例进一步地，所述半导体结构还包括：金属层(mx-1)、位于该金属层(mx-1)上的第一氮掺杂碳化物层(ndc)、位于所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)上的teos层、位于所述teos层上的低介电层(bdii)以及位于所述低介电层(bdii)上的步骤一中所述第二氮掺杂碳化物层(ndc)。所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)为由四甲基硅烷和氨反应生成，所述第二氮掺杂碳化物层(ndc)亦为由由四甲基硅烷和氨反应生成，并且都是由四甲基硅烷和氨发生完全反应而生成。

本实施例的所述半导体结构的形成方法包括以下步骤：

(1)形成所述金属层(mx-1)，所述金属层(mx-1)的形成包括光刻，刻蚀以及填充金属材料而制成，本实施例中所述金属层的材料为铜；

(2)在所述金属层(mx-1)上形成所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)，本实施例优选地，形成所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)的方法为提供四甲基硅烷和氨，使得二者完全反应形成所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)；

(3)在所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)上形成所述teos层，其中所述teos层为介电质层，其最终分解形成二氧化硅层；

(4)在所述teos层上沉积形成低介电层，该步骤中的所述低介电层的形成方法优选为采用化学气相沉积法形成，所述低介电层在本实施例中的材料为bdii。所述bdii为低k值(介电常数)的介电材料；

(5)所述低介电层上形成所述第二氮掺杂碳化物层(ndc)，同所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)一样，形成所述第二氮掺杂碳化物层(ndc)的方法为提供四甲基硅烷和氨，使得二者完全反应形成所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)。

本实施例优选地，所述第一氮掺杂碳化物层(ndc)的厚度为250埃。同时优选地，所述teos层的厚度为150埃。更进一步地，本实施例中所述低介电层的厚度为1570埃，所述第二氮掺杂碳化物层的厚度为100埃。

步骤一中所述氮杂碳化物的表面具有硅-碳-氢-氮化合物，该硅-碳-氢-氮化合物的形成是由四甲基硅烷和氨发生不完全反应形成所述硅-碳-氢-氮化合物。而步骤一中所述氮杂碳化物的表面具有疏水性的硅-碳-氢-氮化合物，使得所述氮杂碳化物的表面具有疏水性，使得在后续利用水对该表面喷水清洁后，会因疏水的特性而使得表面出现水痕的现象，而后续工艺需要在该疏水的表面上形成层叠结构，水痕会导致出现隆起现象，严重的隆起物在化学机械研磨制程中很容易导致结构的破坏。因此，需要进行本发明的以下步骤来改善上述问题。

步骤二、利用改质液对所述第二氮掺杂碳化物(ndc)的表面进行冲洗，使其变为亲水性表面；本实施例中优选地，所述改质液的成分由水和有机化合物组成，其中有机化合物的含量小于1％。参考图2，图2显示为本发明的步骤二后形成亲水性的半导体结构表面示意图；可以看出，经过改质液的冲洗，所述晶圆上的所述第二氮掺杂碳化物(ndc)的表面剩余的残留物较少，图2示例性的给出晶圆(poly-si)表面以宏观性的代表本发明的第二氮掺杂碳化物(ndc)的表面。优选地，本实施例的步骤二对所述第二氮掺杂碳化物的表面利用改质液进行冲洗的过程用于晶圆表面的研磨冲洗过程中。也就是说，利用改质液对所述第二氮掺杂碳化物(ndc)的表面进行冲洗的过程可以用于研磨过程中对晶圆上所述第二氮掺杂碳化物(ndc)的表面的冲洗，参考图5，图5显示为将本发明的改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法用于研磨过程中的示意图。其中，将晶圆吸合于所述研磨头02下表面，并将晶圆与研磨头02置于研磨台03上，喷嘴01喷出改质液，对晶圆上的第二氮掺杂碳化物(ndc)的表面进行冲洗。

步骤三、对所述亲水性表面进行水冲洗(scrubberclean)，去掉残留物。参考图3，图3显示为本发明的步骤三后半导体结构表面残留物的示意图。由图3可以看出，经过步骤二的改质液冲洗以及再经过步骤三的水冲洗后，所述晶圆(poly-si)上第二氮掺杂碳化物(ndc)表面的残留物大大减少。图3示例性的给出晶圆(poly-si)表面以宏观性的代表本发明的第二氮掺杂碳化物(ndc)的表面。同样，本实施例的步骤三也可以对所述亲水性表面进行水冲洗的过程用于晶圆表面的研磨冲洗过程中。也就是说，利用水对所述第二氮掺杂碳化物(ndc)的表面进行冲洗的过程可以用于研磨过程中对晶圆上所述第二氮掺杂碳化物(ndc)的表面的冲洗。

综上所述，本发明的改善氮掺杂碳化物堆叠后的清洁产生水痕的方法，由表面改质液内含的有机物将疏水表面转变为亲水性，即可在后续的喷水清洗步骤中，让清洁的水容易的流经表面而不留水痕，进而避免残留水痕以及残留物所导致后续覆盖薄膜所放大的隆起问题，从而提高产品良率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。