有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化的方法技术

一种有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化的方法，适用于一基底，此方法的步骤如下：首先在基底上形成有机硅类低介电常数材料层，再使用氧电浆处理该基底，以去除部分有机硅类低介电常数材料层中的碳元素；接着进行化学机械研磨步骤，以使经过氧电浆前处理的有机硅类低介电常数材料层平坦化，然后再使用氨气电浆处理基底，以修补受损的有机硅类低介电常数材料层。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种平坦化制法(Planarization)，且特别是有关一种有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)平坦化方法。随着半导体线幅的持续缩小，高速、多功能、高集成度、低功率消耗及低成本的超大型集成电路晶片得以大量生产制造。由于元件的微型化与集成度的增加，所以内连线的密度亦不断提高，使得元件的电阻电容延迟(RCDelay)现象愈发严重，进而降低元件的速率。因此，如在多重内连线间形成具有更低介电常数的导线间绝缘层，则可以有效地降低导线之间的寄生电容，而能够提升元件的操作速率。现在大多数的低介电常数材料皆为有机高分子化合物，其中包括具有Si-Rn(R为有机基团，n为1或2)键的有机硅类化合物，即常见的聚硅氧烷类化合物，其可通过旋涂(Spin Coating)再烘干与固化(Curing)的方式在基底上形成。例如，具有Si-CH3键、且介电常数约为2.6～2.8的MSQ(Methylsilsequioxane)即被广泛地应用在先进的半导体制法中。另一方面，由于元件尺寸微型化所造成的曝光深度的缩减，使得晶片表面的平坦化成为多层内连线制法中的关键步骤。由于在现有的平坦化技术中，化学机械研磨法是达到全区域平坦化(Global Planarization)的最佳方法，所以低介电常数的有机硅类材料的化学机械研磨平坦化方法即成为后段IC制法中的关键技术。然而，由于有机硅类低介电常数材料是一种含碳的高分子聚合物，故在采用本领域常用于研磨二氧化硅薄膜的研磨液(Slurry)来研磨有机硅类低介电常数材料时，此材料中的碳含量将明显降低CMP的研磨速率，从而会使研磨后薄膜表面产生很多刮伤及不均匀性。最近虽然提出一些新式研磨液，但使用时仍需借助许多实验资料来决定其研磨条件，因此很不方便。为此，最近已提出一种在进行CMP之前，先使用氧电浆处理欲研磨的有机硅类低介电常数材料的方法。此方法是以氧电浆将部分的材料中的碳元素去除，接着再使用本领域用于研磨二氧化硅的研磨垫与研磨液，即可快速地将欲磨除的薄膜厚度移除。举例来说，参照附图说明图1，经过氧电浆前处理与未经氧电浆前处理的MSQ薄膜的研磨速率相差约三倍。不过，由于氧电浆处理会损害此种材料的特性，故当氧电浆前处理的深度与CMP移除的深度不一致时，不足的研磨将会使受到氧电浆破坏的部分的薄膜留下，而会造成很大的薄膜漏电流与非常高的介电常数，如图2与图4(曲线第一点)所示。本专利技术提出一种有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化方法，其可用来解决上述氧电浆前处理后有机硅类低介电常数材料的特性劣化的问题。此方法适用于基底，其步骤如下。首先在基底上形成有机硅类低介电常数材料层，再使用氧电浆处理该基底，以去除部分的有机硅类低介电常数材料层中的碳元素。接着进行化学机械研磨步骤，以使经过氧电浆前处理后的有机硅类低介电常数材料层平坦化，然后再使用氨气电浆处理基底，以修补受损的有机硅类低介电常数材料层。如上所述，在本专利技术的有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化方法中，是在氧电浆前处理与化学机械研磨的步骤后，再对受破坏的有机硅类低介电常数材料进行氨气电浆处理。因此，使用本专利技术既可达到增加研磨速率并减少刮伤的效果，又可修复因氧电浆前置处理而被破坏的材料的表面，从而达到降低薄膜漏电流与介电常数的目的。为让本专利技术的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下图2为经过氧电浆前处理及CMP的MSQ薄膜，与未经氧电浆前处理及CMP的薄膜漏电流比较图。图3为经过氧电浆前处理、CMP与不同时间的氨气电浆处理的MSQ薄膜、只经过氧电浆前处理与CMP，以及未经氧电浆前处理与CMP的薄膜漏电流比较图。图4为经过氧电浆前处理、CMP与不同时间的氨气电浆处理的MSQ薄膜、只经过氧电浆前处理与CMP，以及未经氧电浆前处理与CMP的介电常数比较图。较佳实施例说明此较佳实施例中是以MSQ薄膜的平坦化制法为例，以说明本专利技术的功效。首先以旋涂法将MSQ涂布在晶圆上。接着以较低的温度烘烤一段时间，使大部分的溶剂挥发；再以较高的温度加以烘烤，以使溶剂完全挥发。此两段式加热的目的是为避免溶液挥发过快而产生气泡，导致材料结构受到破坏。接下来将晶圆放入温度约400℃以上的炉管中作固化处理(CuringProcess)，以使MSQ薄膜固化。此烘烤与固化时间是由薄膜的涂布厚度与溶剂含量而定。接着，以氧电浆处理固化的MSQ薄膜，此氧电浆的氧气流速介于300sccm至500sccm之间，压力介于400mtorr至600mtorr之间，能量介于100W至140W之间，温度介于150℃至350℃之间，而处理时间则取决于所欲去除的薄膜厚度。接着再以CMP法研磨MSQ薄膜，其中可使用本领域常用于研磨二氧化硅的研磨垫与研磨液。最后，对CMP研磨后的MSQ薄膜进行氨气电浆处理，即完成此平坦化制程。此氨气电浆的氨气流速介于600sccm至80sccm之间，压力介于200mtorr至40mtorr之间，能量介于150W至250W之间，温度介于150℃至350℃之间，而反应的时间则约介于3分钟至12分钟之间，优选约介于9分钟至12分钟之间。此处须特别说明的是，虽然本较佳实施例中仅举有机硅类低介电常数材料中，聚硅氧烷类化合物中的MSQ的平坦化制法为例，但对具有Si-Rn(R为有机基团，n为1或2)的有机硅类低介电常数材料而言，由于其经过氧电浆处理后的键结情形皆与MSQ材料类似，故其经过CMP处理后，亦可使用本专利技术所提出的氨气电浆处理方法进行修补。表1 参照图3，为经过氧电浆前处理、CMP与不同时间的氨气电浆处理的MSQ薄膜、只经过氧电浆前处理与CMP，以及未经氧电浆前处理与CMP者的薄膜漏电流比较图，其中三组处理时间各为3分钟、6分钟与9分钟。如图3所示，与未经氧电浆前处理与CMP的MSQ薄膜相比，只经过氧电浆前处理与CMP的MSQ薄膜的漏电流密度大幅增加了1至2个数量级。然而，经过氨气电浆处理3分钟后，即可发现MSQ薄膜的漏电流密度大幅降低；而经过氨气电浆处理9分钟后，即可发现MSQ薄膜的漏电流密度更低，几乎与未经氧电浆前处理与CMP的MSQ薄膜的漏电流密度相同。图4为经过氧电浆前处理、CMP与不同时间的氨气电浆处理的MSQ薄膜、只经过氧电浆前处理与CMP，以及未经氧电浆前处理与CMP的介电常数比较图。如图4所示，与未经氧电浆前处理与CMP的MSQ薄膜(介电常数2.7)相比，经过氧电浆前处理与CMP的MSQ薄膜的介电常数大幅增加至3.57。然而，经过氨气电浆处理3分钟后，即可发现MSQ薄膜的介电常数大幅降低至2.92；而经过氨气电浆处理9分钟后，即可发现MSQ薄膜的介电常数再降至2.81，其更接近未经氧电浆前处理与CMP的MSQ薄膜的介电常数。如上所述，在本专利技术较佳实施例的MSQ薄膜的化学机械研磨平坦化方法中，是在氧电浆前处理与化学机械研磨的步骤后，再对受破坏的MSQ薄膜进行氨气电浆处理。因此，使用本专利技术既可达到增加MSQ薄膜研磨速率并减少刮伤的效果，又可修复因氧电浆前置处理而被破坏的MSQ薄膜表面，从而达到降低MSQ薄膜漏电流与介电常数的目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于基底的有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化方法，该方法包括下列步骤： 在基底上形成有机硅类低介电常数材料层； 使用氧电浆处理该基底，以去除部分该有机硅类低介电常数材料层中的碳元素； 进行化学机械研磨步骤，以使经过该氧电浆处理后的该有机硅类低介电常数材料层平坦化；以及 使用氨气电浆处理该基底，以修补该有机硅类低介电常数材料层。

【技术特征摘要】
1.一种适用于基底的有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化方法，该方法包括下列步骤在基底上形成有机硅类低介电常数材料层；使用氧电浆处理该基底，以去除部分该有机硅类低介电常数材料层中的碳元素；进行化学机械研磨步骤，以使经过该氧电浆处理后的该有机硅类低介电常数材料层平坦化；以及使用氨气电浆处理该基底，以修补该有机硅类低介电常数材料层。2.如权利要求1所述的有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化方法，其中该化学机械研磨步骤中所使用的研磨液是用来研磨二氧化硅的研磨液。3.如权利要求1所述的有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化方法，其中形成该有机硅类低介电常数材料层的方法包括旋涂步骤与其后的烘干固化步骤。4.如权利要求1所述的有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化方法，其中该有机硅类低介电常数材料层的材质包括一聚硅氧烷类化合物。5.如权利要求4所述的有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化方法，其中该聚硅氧烷类化合物包括MSQ。6.如权利要求5所述的有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化方法，其中该氨气电浆的氨气流速介于600sccm至800sccm之间。7.如权利要求5所述的有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化方法，其中该氨气电浆的压力介于200mtorr至400mtorr之间。8.如权利要求5所述的有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化方法，其中该氨气电浆的能量介于150W至250W之间。9.如权利要求5所述的有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化方法，其中该氨气电浆的温度介于150℃至350℃之间。10.如权利要求5所述的有机硅类低介电常数材料的化学机械研磨平坦化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鼎张，刘柏村，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]