半导体结构的形成方法_3

文档序号:9580661阅读:来源:国知局
是,若第一时长tl和第三时长t3为非零时长,那么,第二时长t2的值不应过短,避免在第二时长t2内射频功率的变化率过大,防止晶核成核速率突变,射频功率的变化率缓慢有利于形成平坦化的介质层202。
[0061]若第一功率过大,则晶核成核阶段的晶核成核速率仍然较大,难以解决降低介质层表面凸起缺陷的问题;若第一功率过小,则可能会导致射频发生器(其作用为产生射频功率)难以稳定的输出,影响晶核成核质量,并且所述第一功率过小还会导致晶核成核速率过小,晶核成核速率过小也会导致晶核成核质量差。因此,本实施例中,所述第一功率为50瓦至100瓦,所述第二功率为300瓦至600瓦。
[0062]采用等离子体化学气相沉积工艺形成所述介质层202 (请参考图4)。作为一个具体实施例,所述等离子体化学气相沉积工艺的工艺参数为:硅源气体流量为40sCCm至10sccm,氧源气体流量为8000sccm至16000sccm,非氧化性稀释气体流量为2000sccm至eOOOsccm,沉积腔室压强为0.6托至2托,沉积介质层的工艺时长分为连续的第一时长、第二时长以及第三时长,其中,第一时长内射频功率为第一功率,第二时长内射频功率由第一功率递增至第二功率,第三时长内射频功率为第二功率,所述第一功率小于第二功率,其中,第一功率为50瓦至100瓦,第二功率为300瓦至600瓦。
[0063]其中,单位sccm为标况毫升每分,所述递增的方式为:线性式递增、抛物线式递增或指数函数式递增;所述硅源气体为SiH4、SiH2Cl2或SiHCl3,所述氧源气体为O2或N2O ;所述非氧化性稀释气体为H2、He、Ne、Xe、Kr或Ar。
[0064]由于沉积介质层202的工艺过程中,反应腔室内通入了非氧化性稀释气体,降低了沉积工艺反应气体浓度,使得沉积工艺的晶核成核速率均匀;并且,由于沉积工艺的射频功率由第一功率递增至第二功率,沉积工艺的初始阶段具有较小的射频功率,使得沉积工艺的初始阶段的晶核成核速率较小,防止在刻蚀停止层201表面某一位置比其他位置预先成核;晶核成核速率均匀以及降低沉积工艺初始阶段晶核成核速率,均有利于防止介质层202表面出现凸起缺陷,因此,本实施例形成的介质层202具有较高的平坦度。
[0065]所述介质层202的材料为氧化硅、含氮的氧化硅或含碳氮的氧化硅。
[0066]请参考图7,对所述介质层202表面进行含氧等离子体处理213。
[0067]由于前述米用等离子体化学气相沉积工艺形成介质层202后,在介质层202表面会存在一些未被氧化形成氧化硅的硅源,即,在介质层202表面具有残留的硅源,所述残留硅源的存在会影响介质层202的平坦度,当残留硅源分布不均匀时,所述残留硅源还会形成凸起缺陷;所述残留硅源还会影响互连结构的电学特性。
[0068]因此,本实施例中,在形成介质层202后,对所述介质层202进行含氧等离子体处理213,将介质层202表面残留的硅源消耗掉,避免残留硅源带来的不良影响。
[0069]作为一个具体实施例,所述含氧等离子体处理213的工艺参数为:所述含氧等离子体由O2或N2O等离子体化形成,其中,O2或N2O气体流量为50SCCm至500sCCm,射频功率为100瓦至600瓦。
[0070]请参考图8,对所述介质层202表面进行非氧化性等离子体轰击214。
[0071]所述非氧化性等离子体轰击214的作用为:由于等离子体具有高能量,所述高能量等离子体轰击介质层202表面,能够进一步平坦化介质层202表面,进一步降低产生凸起缺陷的可能性。
[0072]作为一个具体实施例,所述非氧化性等离子体轰击214的工艺参数为:所述非氧化性等离子体由H2、He、Ne、Xe、Kr或Ar气体等离子体化形成,其中,H2、He、Ne、Xe、Kr或Ar气体流量为50sccm至500sccm,射频功率为100瓦至600瓦。
[0073]请参考图9,图9为现有技术形成的介质层表面的SEM图(scanning electronmicroscope),现有技术形成的介质层表面具有凸起缺陷;图10为本实施例形成的介质层表面的SEM图,且图10和图9为在相同的分辨率条件下获得的SEM图,本实施例形成的介质层表面平坦,未发现明显的凸起缺陷,说明本实施例形成的介质层具有较高的质量,介质层具有较好的表面平坦度。
[0074]后续会在介质层202和刻蚀停止层201内形成开口,所述开口为双大马士革开口或单大马士革开口。
[0075]本实施例中以所述开口为单大马士革开口作示范性说明。
[0076]请参考图11,在所述介质层202表面形成掩膜层203。
[0077]所述掩膜层203为单层结构或半导体结构。所述掩膜层203为单层结构时,所述掩膜层203的材料为光刻胶、氮化硅或金属。本实施例以所述掩膜层203为单层结构为例做示范性说明,所述掩膜层203的材料为光刻胶。
[0078]由于本实施例形成的介质层202的平坦度好,因此在所述介质层202表面形成的掩膜层203也具有较好的平坦度。
[0079]请参考图12,图形化所述掩膜层203,在掩膜层203内形成凹槽207,所述凹槽207底部暴露出介质层202表面。
[0080]具体的,对所述掩膜层203进行曝光显影处理,在掩膜层203内形成凹槽207,所述凹槽207的位置和大小对应于后续形成的开口的位置和大小。
[0081]本实施例中,由于介质层202表面平滑,因此,图形化所述掩膜层203后,在掩膜层203内形成的凹槽207的位置和形貌符合设计目标。
[0082]而在现有技术中,若介质层表面形成有凸起缺陷,贝1J在介质层表面形成的掩膜层也会相应的具有凸起缺陷,影响图形化掩膜层的性能;并且,位于介质层表面的凸起缺陷还会对光刻胶层进行不必要的曝光,导致图形化掩膜层后形成的凹槽偏离设计目标,容易造成互连结构的电性异常或发生桥连。
[0083]请参考图13,以所述图形化的掩膜层203为掩膜,沿凹槽207 (请参考图12)向下刻蚀介质层202以及刻蚀停止层201直至暴露出衬底200表面,在介质层202内形成开口208,所述开口 208暴露出衬底200表面。
[0084]由于凹槽207的位置和形貌与设计目标相符,因此,沿凹槽207向下刻蚀介质层202形成的开口 208也与设计目标相符,防止开口 208位置出现偏移。
[0085]采用干法刻蚀工艺形成所述开口 208。
[0086]请参考图14,形成填充满所述开口 208 (请参考图13)的金属层209,所述金属层209还覆盖于介质层202表面。
[0087]所述金属层209可以为单层结构,也可以为多层结构。
[0088]所述金属层209为单层结构时,所述金属层209包括填充满开口 208且覆盖介质层202的金属体层,所述金属层209的材料为Cu、Al或W。
[0089]所述金属层209为多层结构时,所述金属层209包括:位于开口 208底部和侧壁且覆盖介质层202表面的阻挡层、位于阻挡层表面的籽晶层和位于籽晶层表面的金属体层。
[0090]所述阻挡层可以防止籽晶层和金属体层中的Cu向衬底200或介质层202中扩散造成污染,提高互连结构的性能;且阻挡层可以为籽晶层的形成提供良好的界面态,使得形成的籽晶层与阻挡层具有较高的粘附性。
[0091]所述阻挡层的材料为T1、Ta、W、TiN、TaN、TiSiN、TaSiN、WN或WC中的一种或几种。
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