半导体结构的形成方法技术

一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，在所述基底上形成超低K介质层，所述超低K介质层中包括硅甲基键；刻蚀所述超低K介质层，在所述超低K介质层中形成凹槽，在刻蚀过程中，等离子体损伤使得所述凹槽侧壁暴露的超低K介质层中硅甲基键转化为硅氢氧键；对凹槽侧壁暴露的超低K介质层进行惰性等离子处理，使得硅氢氧键中的氢氧基从硅原子上断裂，在凹槽侧壁暴露的超低K介质层表面形成硅悬挂键；进行碳化处理工艺，将硅悬挂键转化为硅碳氢键；进行氮化处理工艺，将硅碳氢键转化为硅碳氮氢键，在凹槽侧壁暴露的超低K介质层表面形成SiCNH薄膜层。本发明专利技术的方法改善或消除了形成扩散阻挡层时的凹槽的侧壁粗糙度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制作领域，特别涉及一种半导体结构的形成方法。
技术介绍
随着半导体集成电路技术的不断发展，半导体器件尺寸和互连结构尺寸不断减小，从而导致金属连线之间的间距在逐渐缩小，用于隔离金属连线之间的介质层也变得越来越薄，这样会导致金属连线之间可能会发生串扰。现在，通过降低金属连线层间的介质层的介电常数，可有效地降低这种串扰，且低K的介质层可有效地降低金属连线层间的电阻电容延迟(RCdelay)，因此，超低K介电材料已越来越广泛地应用于互连工艺的介质层。现有技术在超低K介质层中形成金属互连结构的过程为：在基底上形成超低K介质层；刻蚀所述超低K介质层，在超低K介质层中形成凹槽；在凹槽中形成金属互连结构，所述金属互连结构包括位于凹槽侧壁和底部表面的扩散阻挡层和位于扩散阻挡层上的金属层。但是现有技术形成金属互连结构的稳定性和电学性能仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是怎样提高超低K介质层中形成金属互连结构的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底，在所述基底上形成超低K介质层，所述超低K介质层中包括硅甲基键；刻蚀所述超低K介质层，在所述超低K介质层中形成凹槽，在刻蚀过程中，等离子体损伤使得所述凹槽侧壁暴露的超低K介质层中硅甲基键转化为硅氢氧键；对凹槽侧壁暴露的超低K介质层进行惰性等离子处理，使得硅氢氧键中的氢氧基从硅原子上断裂，在凹槽侧壁暴露的超低K介质层表面形成硅悬挂键；进行碳化处理工艺，将硅悬挂键转化为硅碳氢键；进行氮化处理工艺，将硅碳氢键转化为硅碳氮氢键，在凹槽侧壁暴露的超低K介质层表面形成SiCNH薄膜层。可选的，所述惰性等离子体处理工艺采用的惰性等离子体为He等离子体、Ne等离子体或Ar等离子体。可选的，所述惰性等离子体处理工艺采用的等离子体为Ar等离子体，惰性等离子处理工艺采用的气体为Ar，Ar的流量为200～2000sccm，高频射频功率0～200W，低频射频功率200～2000W，腔室压力5～10Torr，腔室温度250～400℃。可选的，所述碳化处理工艺为含碳和氢的等离子处理，所述碳化处理工艺采用的气体为三甲基硅烷或四甲基硅烷，气体的流量为200～2000sccm，高频射频功率0～200W，低频射频功率200～2000W，腔室压力5～10Torr，腔室温度250～400℃。可选的，所述氮化处理工艺为含氮的等离子处理，所述氮化处理工艺采用的气体为NH3或N2中的一种或几种，气体的流量为200～2000sccm，高频射频功率0～200W，低频射频功率200～2000W，腔室压力5～10Torr，腔室温度250～400℃。可选的，所述硅氢氧键为Si-CHy，0＜y≤3。可选的，还包括：循环进行对凹槽侧壁暴露的超低K介质层进行惰性等离子处理、进行碳化处理工艺、进行氮化处理工艺的步骤。可选的，所述循环的次数为2～10次。可选的，所述基底包括半导体衬底和位于半导体衬底上的介质层，所述介质层中形成有第一金属互连结构；在介质层上形成超低K介质层，所述凹槽暴露出第一金属互连层的表面。可选的，在所述凹槽的侧壁和底部形成扩散阻挡层；在扩散阻挡层上形成金属层，所述金属层填充凹槽。可选的，所述扩散阻挡层为材料为Ti、Ta、TiN、TaN中的一种或几种。可选的，所述扩散阻挡层的形成工艺为溅射。可选的，所述凹槽为矩形凹槽或大马士革凹槽。可选的，所述超低K介质层中包括硅元素、碳元素、氢元素和氧元素。可选的，所述超低K介质层的介电常数K小于3.0。可选的，所述超低K介质层中形成过程为：在反应腔室中通入前躯体、造孔剂和氧气进行反应，在基底上形成超低K介质层；对所述超低K介质层进行UV处理工艺，去除超低K介质层中的造孔剂，在超低K介质层中形成孔洞。可选的，所述前驱体为四乙氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷或甲基三乙氧基硅烷。可选的，所述造孔剂为a-松油烯或二环庚二烯。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的半导体结构的形成方法，在刻蚀超低K介质层，在超低K介质层中形成凹槽后，先后进行惰性等离子处理、碳化处理工艺和氮化处理工艺，去除凹槽侧壁暴露的超低K介质层中由等离子体损伤带来的硅氢氧键，在凹槽侧壁暴露的超低K介质层表面形成SiCNH薄膜层，从而消除或者改善凹槽侧壁暴露的超低K介质层的表面粗糙度，使得在凹槽和侧壁和底部形成扩散阻挡层时，提供了良好的界面形貌性能，形成的扩散阻挡层的表面平整度也较好。进一步，所述惰性等离子体处理工艺采用的惰性等离子体为He等离子体、Ne等离子体或Ar等离子体，一方面，惰性等离子体不具有导电性，不会影响超低K介质层的隔离性能，另一方面，惰性等离子体活性较低，不会与硅悬挂键结合。附图说明图1为本专利技术实施例半导体结构的形成方法的流程示意图；图2～图8为本专利技术实施例半导体结构的形成过程的结构示意图。具体实施方式如
技术介绍
所言，现有超低K介质层形成的金属互连结构的稳定性和电学性能仍有待提高，比如：击穿电压和与时间相关的介质击穿性能(TDDB，timedependentdielectricbreakdown)等参数受到影响。研究发现，在采用等离子刻蚀工艺刻蚀超低K介质层形成凹槽的过程中，等离子的损伤作用会使得超低K介质层中的部分硅甲基键(Si-CH3)转化为硅氢氧键(Si-OH)，使得形成的凹槽的侧壁表面平整度差、粗糙度高，因此在凹槽的侧壁和底部形成扩散阻挡层时，扩散阻挡层受到凹槽的侧壁表面的形貌影响，形成的扩散阻挡层表面平整度也差、粗糙度也高，使得扩散阻挡层不能很好的阻挡金属层中金属原子向超低K介质层中的扩散，因而超低K介质层形成的金属互连结构的稳定性和电学性能受到影响。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。在详述本专利技术实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。图1为本专利技术实施例半导体结构的形成方法的流程示意图；图2～图8为本专利技术实施例半导体结构的形成过程的结构示意图。请参考图1，所述半导体结构的形成方法，包括步骤：步骤S101，提供基底，在所述基底上形成超低K介质层，所述超低K介...

【技术保护点】
一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底，在所述基底上形成超低K介质层，所述超低K介质层中包括硅甲基键；刻蚀所述超低K介质层，在所述超低K介质层中形成凹槽，在刻蚀过程中，等离子体损伤使得所述凹槽侧壁暴露的超低K介质层中硅甲基键转化为硅氢氧键；对凹槽侧壁暴露的超低K介质层进行惰性等离子处理，使得硅氢氧键中的氢氧基从硅原子上断裂，在凹槽侧壁暴露的超低K介质层表面形成硅悬挂键；进行碳化处理工艺，将硅悬挂键转化为硅碳氢键；进行氮化处理工艺，将硅碳氢键转化为硅碳氮氢键，在凹槽侧壁暴露的超低K介质层表面形成SiCNH薄膜层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底，在所述基底上形成超低K介质层，所述超低K介质层中包括硅
甲基键；
刻蚀所述超低K介质层，在所述超低K介质层中形成凹槽，在刻蚀过程中，
等离子体损伤使得所述凹槽侧壁暴露的超低K介质层中硅甲基键转化为硅氢
氧键；
对凹槽侧壁暴露的超低K介质层进行惰性等离子处理，使得硅氢氧键中的
氢氧基从硅原子上断裂，在凹槽侧壁暴露的超低K介质层表面形成硅悬挂键；
进行碳化处理工艺，将硅悬挂键转化为硅碳氢键；
进行氮化处理工艺，将硅碳氢键转化为硅碳氮氢键，在凹槽侧壁暴露的超
低K介质层表面形成SiCNH薄膜层。
2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述惰性等离
子体处理工艺采用的惰性等离子体为He等离子体、Ne等离子体或Ar等
离子体。
3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述惰性等离
子体处理工艺采用的等离子体为Ar等离子体，惰性等离子处理工艺采用的
气体为Ar，Ar的流量为200～2000sccm，高频射频功率0～200W，低频射
频功率200～2000W，腔室压力5～10Torr，腔室温度250～400℃。
4.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述碳化处理
工艺为含碳和氢的等离子处理，所述碳化处理工艺采用的气体为三甲基硅
烷或四甲基硅烷，气体的流量为200～2000sccm，高频射频功率0～200W，
低频射频功率200～2000W，腔室压力5～10Torr，腔室温度250～400℃。
5.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述氮化处理
工艺为含氮的等离子处理，所述氮化处理工艺采用的气体为NH3或N2中
的一种或几种，气体的流量为200～2000sccm，高频射频功率0～200W，低
频射频功率200～2000W，腔室压力5～10Torr，腔室温度250～400℃。
6.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述硅氢氧键
为Si-CHy，0＜y≤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓浩，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31