專利名稱：修復(fù)低k介電膜中的碳損耗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總的來說，本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)，更具體地說，本發(fā)明涉及介電膜的形成與加工。
背景技術(shù)：
生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的目的是使集成電路盡可能小。因為半導(dǎo)體器件越來越小，所以需要低k電介質(zhì)來降低寄生電容和RC交換延時。這些材料作為金屬間電介質(zhì)或IMD和層間電介質(zhì)或ILD特別有用。
低k電介質(zhì)材料指那些介電常數(shù)低于二氧化硅的介電常數(shù)或者說約小于4的絕緣材料。低k材料的一個例子是氟摻雜的二氧化硅或氟硅酸鹽玻璃(FSG)。另一種廣泛使用的材料是碳摻雜的氧化物或有機硅酸鹽玻璃(OSG)。OSG膜一般包括SiwCxOyHz，其中，四價硅可以有多種不同的有機取代基。通常使用的取代基會產(chǎn)生甲基三甲氧基硅烷(MSQ)，其中，甲基產(chǎn)生取代SiO鍵的SiCH3鍵。
在本領(lǐng)域中，有多種已知的降低介電膜k值的方法。這些方法包括降低介電膜密度、降低介電膜的離子化度、降低介電膜的極化度。離子化度和極化度的下降是含碳的低k介電膜的共同特征。例如，Si-CH3鍵的極性小于Si-O鍵的極性。其離子化的趨勢也小。對低k介電膜的有機官能度進(jìn)行設(shè)計是對這些材料的性能進(jìn)行優(yōu)化的一個重要工具。
低k電介質(zhì)的主要缺點是它們在制造器件時使用的等離子體蝕刻和灰化工藝中易于損壞。這種等離子體工藝包括蝕刻，包括蝕刻低k介電膜，除去光致抗蝕劑掩膜材料，在等離子體增強型化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝中沉積多個層。在蝕刻和灰化工藝中，低k材料的暴露在等離子體中的表面通常會有碳損耗。在某些蝕刻和灰化工藝中，這種損耗還可能延伸到整塊材料上。這些受損的表面以后暴露于空氣中時，會與水分反應(yīng)，如果在蝕刻或灰化過程中自由Si位沒有被氧占據(jù)，則在這些自由Si位上會形成硅醇基團(tuán)(≡Si-OH)。在本領(lǐng)域中，大家都知道硅醇基團(tuán)能夠增加低k介電材料的介電常數(shù)。大家還知道受損的低k介電材料在進(jìn)行潮濕的化學(xué)洗滌時易受化學(xué)攻擊，這將導(dǎo)致低k介電膜絕緣結(jié)構(gòu)的臨界尺寸(CD)有大的損失。據(jù)信，在具有暴露于氧化性或還原性等離子體中時能轉(zhuǎn)化為硅醇的硅-烴鍵的其他低k介電材料中也會發(fā)生同樣的情況。
半導(dǎo)體生產(chǎn)商認(rèn)識到需要克服這些缺點后研發(fā)了修復(fù)受損的低k介電層的方法。一種傳統(tǒng)的修復(fù)方法包括將低k介電膜熱退火。但是，熱退火會產(chǎn)生其他諸如熱感應(yīng)銅遷移的問題。因為熱退火需要經(jīng)濟(jì)上不可行的加工時間和設(shè)備費用，所以熱退火也不可取。最后，用該傳統(tǒng)方法退火的等離子體損壞的低k介電膜易于重新吸附水分，重新形成硅醇。
另一種傳統(tǒng)方法包括用甲硅烷基化劑如六甲基二硅氮烷(HMDS)處理受損的絕緣層。在該方法中，三甲基硅烷基團(tuán)取代硅醇基團(tuán)上的氫。
甲硅烷基化能夠有效消除硅醇官能團(tuán)。但是，其受限于只能用一個甲硅烷基(在這個例子中是三甲基甲硅烷基)取代氫。這個缺點限制了IC生產(chǎn)商對低k介電膜的密度、極化和離子化性能進(jìn)行設(shè)計的能力。
半導(dǎo)體生產(chǎn)商需要一種方法來修復(fù)受多種有機化合物作用的低k電介質(zhì)中的碳損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)選實施方案提供了修復(fù)存在碳損耗問題的低k介電膜的方法，這些優(yōu)選實施方案通常能夠解決或克服這個問題和其他問題，通常能夠取得技術(shù)優(yōu)勢。
在優(yōu)選的實施方案中，兩步法將硅醇基團(tuán)轉(zhuǎn)化為含碳的有機基團(tuán)。第一步包括用鹵化劑將硅醇基團(tuán)轉(zhuǎn)化為鹵化硅。第二步包括利用衍生劑(也稱為衍生化試劑或衍生化劑)用合適的有機基團(tuán)取代鹵化物。
在一個優(yōu)選的實施方案中，鹵化劑包括亞硫酰二氯，衍生劑包括烷基鋰，優(yōu)選甲基鋰。
在另一個實施方案中，鹵化劑選自基本由SO2Cl2(磺酰氯)或COCl2(碳酰二氯)組成的組。
在另一個實施方案中，鹵化劑包括溴化物化合物或碘化物化合物或氯化物化合物或其混合物。
在另一個實施方案中，有機金屬化合物包括格氏(Grignard)試劑。在另一個實施方案中，有機金屬化合物包括有機鋰化合物RLi，其中，R選自基本由烷基或芳基化合物組成的組。在另一個實施方案中，有機金屬化合物是三甲基鋁，或者說更一般地是RARBRCAl，其中，RA-C可以獨立地包括烷基或芳基。
其他實施方案可以包括一般用RARBRCC(RDX)或RARBRCSi(RDX)表示的非有機金屬衍生化合物或，其中，RA-C可以獨立地包括烷基或氫，RD可以獨立地包括烷基，X包括Br、I、R、O-R(R＝烷基)、氟磺酸基(-O-SO2-F)或三氟甲基磺酸基(-O-SO2-CF3)。
其他實施方案可以包括一般用RARBC＝CHRC表示的非有機金屬衍生化合物，其中，RA-C可以獨立地包括烷基或氫。
在其他實施方案中，衍生反應(yīng)可以制造低k介電膜，而不是修復(fù)低k介電膜。例如，多孔二氧化硅一般不認(rèn)為是低k電介質(zhì)，但是可以用衍生劑處理，從而將其k值降低到適當(dāng)?shù)乃健?br> 為了更好地理解本發(fā)明下述的細(xì)節(jié)，前面比較寬泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢。下面將描述本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點，這些都構(gòu)成本發(fā)明的權(quán)利要求的主體。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，易于用公開的概念和具體的實施方案作為基礎(chǔ)來改進(jìn)或設(shè)計用于實施與本發(fā)明相同目的的其他結(jié)構(gòu)或方法。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)意識到，這些等同的構(gòu)造沒有背離附加的權(quán)利要求書所設(shè)定的本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。


為了更徹底地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明，其中圖1-6是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的截面圖。
在不同的附圖中，除非特別指出，相應(yīng)的數(shù)字和符號一般表示相應(yīng)的部件。繪制附圖是為了能夠清楚地示出優(yōu)選實施方案的相關(guān)方面，沒有必要按比例繪制。
具體實施例方式
下面詳細(xì)討論本發(fā)明優(yōu)選實施方案的制造和利用。但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明提供了許多可以實際應(yīng)用的創(chuàng)造性概念，可以體現(xiàn)在多種不同的具體方案中。
下面以具體方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，即，在生產(chǎn)集成電路時的具體步驟，包括用二重大馬士革金屬鑲嵌法(二重用波形花紋裝飾法)形成多個水平的銅金屬化。例示性的二重大馬士革金屬鑲嵌生產(chǎn)法的完整細(xì)節(jié)提供在Armacost等人的美國專利6521542中，此處引入該專利作為參考。據(jù)信，本發(fā)明的實施方案用在大馬士革金屬化方法中是有優(yōu)勢的。還可以認(rèn)為這里所述的實施方案對沒有具體指出的涉及低k介電膜的其他生產(chǎn)步驟也是有益的。因此，所討論的具體實施方案僅僅演示了制造和利用本發(fā)明的具體方法，而不能限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
這里使用的“衍生”表示取代化合物上選定的一個或多個次單元的化學(xué)方法。甲硅烷基化是衍生反應(yīng)的一個例子。在甲硅烷基化中，衍生劑HMDS使三甲基甲硅烷基選擇性取代硅醇基團(tuán)上的氫原子。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可能會指出HMDS更特別作為甲硅烷基化劑而不是衍生劑。衍生反應(yīng)可以包括一個或多個化學(xué)步驟。下面詳述衍生反應(yīng)的其他例子。
參看圖1，在用二重大馬士革金屬鑲嵌法在低k絕緣體層2中形成的溝槽內(nèi)放置導(dǎo)體4。將氮化硅(Si3N4)層6沉積在絕緣體2和導(dǎo)體4上，作為后續(xù)步驟的蝕刻阻止層，并且根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的方法保護(hù)金屬4免受氧化。在氮化物層6上沉積低k interlevel介電層8。介電層8覆蓋半導(dǎo)體基板(圖中未示出)，半導(dǎo)體基板可以含有，如，介電層8下面的電阻器或有源器件如晶體管和二極管。根據(jù)優(yōu)選的實施方案，低kinterlevel介電層8優(yōu)選是有機硅酸鹽玻璃(OSG)。用傳統(tǒng)的用于該材料的方法如CVD法沉積OSG 8。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，層8的厚度可以小于約1μm。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠認(rèn)識到，可以在低k絕緣體層8上面沉積頂蓋介電層(cap dielectric layer)(圖中未示出)。頂蓋介電層保護(hù)低k絕緣體層8免受用于形成通孔和溝槽的蝕刻和在金屬沉積后免受CMP。頂蓋介電層可以包括炭化硅，或氮化鋁鈦、氮化鈦、氮化鋁、鋁化鉭、氮化鋁鉭及類似材料。利用傳統(tǒng)方法，一般基于等離子體的方法如等離子體增強型化學(xué)氣相沉積(PECVD)法形成頂蓋介電層。
因為這種頂蓋層的沉積涉及等離子體，所以低k絕緣體層8的裸露頂表面暴露在等離子體中，頂表面上的MSQ物質(zhì)，或者根據(jù)工藝的不同會大塊受損。這種等離子體損傷與前面所述的相同，因為Si-CH3鍵斷開，形成了硅醇(Si-OH)。等離子體損傷還可以包括硅-氫(Si-H)鍵或硅懸掛鍵(silicon dangling bond)的形成。硅-氫鍵和硅懸掛鍵在以后暴露在水分中時通常轉(zhuǎn)化為硅醇。
在等離子體PECVD后，可以進(jìn)行碳損耗的修復(fù)。但是，根據(jù)該實施方案，還要用等離子體在絕緣體層8內(nèi)蝕刻溝槽和通孔。因此，在此時進(jìn)行碳損耗的修復(fù)是任選的。
參看圖2，繼續(xù)制造集成電路結(jié)構(gòu)，沉積和涂覆光致抗蝕劑14。可以將光致抗蝕劑層14旋涂在介電層8上。光致抗蝕劑層14例如是標(biāo)準(zhǔn)深UV抗蝕劑體系，具有ARC如AR3(Shipley，Marlborough，Mass生產(chǎn))或DUV30(Brewer Science，Rolla，Mo生產(chǎn))和光致抗蝕劑如JSR抗蝕劑(JSRMicroelectronics，Sunnyvale，Calif生產(chǎn))。然后將光致抗蝕劑14曝光和顯影，以定義要通過低k絕緣體層8進(jìn)行蝕刻的通孔位置16。
將光致抗蝕劑14形成圖案后，用傳統(tǒng)方法蝕刻低k絕緣體層8，形成通孔21。然后如圖3所示，在低k絕緣體層8中形成溝槽的照相平板印刷圖案。在低k絕緣體層8上分配有光致抗蝕劑層18。在照相平板印刷曝光和顯影后，光致抗蝕劑層18的剩余部分定義了要在絕緣層8中蝕刻的溝槽位置17。正如在二重大馬士革金屬鑲嵌法中公知的那樣，溝槽既可以形成在如圖3所示的通孔位置處，又可以形成在在通孔位置之間或遠(yuǎn)離通孔的、低k絕緣層8表面(銅導(dǎo)體在此處沿集成電路表面前行)的其他位置處。
然后對低k絕緣層8進(jìn)行等離子體蝕刻。因為頂蓋介電層(圖中未示出)和絕緣層8之間存在材料上的差異，所以優(yōu)選進(jìn)行兩步蝕刻，第一蝕刻步驟選擇性蝕刻頂蓋介電層。第二蝕刻步驟在絕緣層8內(nèi)形成溝槽，優(yōu)選是時控等離子體蝕刻，在絕緣層8內(nèi)形成如圖4所示的具有所需溝槽深度的更寬的溝槽。
在替代性的實施方案中，對頂蓋層6的蝕刻進(jìn)行控制，以留下任選的剩余部分(圖中未示出)覆蓋導(dǎo)體4。剩余的頂蓋層用于在后續(xù)的修復(fù)步驟中保護(hù)導(dǎo)體4，下面將詳述修復(fù)步驟。
可以在剝離器如ASPEN ICP(感應(yīng)耦合等離子體)或性能增強平臺(PEP)系統(tǒng)(分別由Mattson Technology Inc，F(xiàn)remont，Calif和Gasonics，SanJose，Calif生產(chǎn))中通過干法剝離光致抗蝕劑而除去光致抗蝕劑層18。
如上所述，等離子體生產(chǎn)步驟會損壞絕緣層8的表面，在某些情況下會損壞整個絕緣層8。根據(jù)該實施方案，可以如圖5所示進(jìn)行碳損耗修復(fù)，以修復(fù)這種等離子體損壞。
根據(jù)該實施方案，現(xiàn)在如圖5所示進(jìn)行碳損耗修復(fù)或衍生反應(yīng)。在優(yōu)選的實施方案中，修復(fù)過程包括兩步化學(xué)法。盡管圖5中沒有示出，但是除了表面外，還在孔或多孔電介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)過程的第一步包括用鹵化劑將硅醇基團(tuán)≡Si-OH轉(zhuǎn)化為鹵化物，鹵化劑優(yōu)選亞硫酰二氯。在該實施方案中，硅醇轉(zhuǎn)化為≡SiCl。
也可以用其他鹵化劑如磺酰氯(SO2Cl2)或碳酰二氯(COCl2)代替亞硫酰二氯。但是，因為亞硫酰二氯易于純化且在室溫下是液體，所以特別優(yōu)選亞硫酰二氯。碳酰二氯由于是有毒氣體，所以相對來說沒有優(yōu)勢。如果不排他性地使用氯基鹵化劑，則可以使用包括溴、碘的試劑及其混合化合物。
該過程的第二步示于圖5，其包括用合適的有機基團(tuán)，優(yōu)選用-CH3取代氯化物，從而形成預(yù)等離子體損壞狀態(tài)下的MSQ物質(zhì)。取代鹵化物的優(yōu)選方法包括用有機金屬化合物，優(yōu)選用甲基鋰耦合鹵化硅。由于≡SiCl鍵具有水清除性能，所以第二個反應(yīng)優(yōu)選緊跟第一個反應(yīng)，盡可能使其沒有接觸水分的機會。
下面用兩個化學(xué)反應(yīng)式概括兩步實施方案的化學(xué)過程。
(步驟1)(步驟2)步驟1和步驟2的優(yōu)選化學(xué)反應(yīng)條件匯總?cè)缦隆Ｔ诓襟E1之前，含硅醇的電介質(zhì)在約10-3乇和約150℃的條件下干燥約0.5小時至約12小時。蒸餾和脫氣后的亞硫酰二氯在室溫和攪拌條件下與電介質(zhì)反應(yīng)。未反應(yīng)的亞硫酰二氯在真空下脫除，在真空和室溫條件下干燥基板。用惰性和無水的氬氣沖洗反應(yīng)室。然后用無水乙醚中的1.4M甲基鋰與鹵化后的電介質(zhì)反應(yīng)或衍生。對于這種有機金屬反應(yīng)來說，無水和絕氧條件特別有利。鹵化反應(yīng)和甲基化反應(yīng)都可以進(jìn)行約0.5小時至約24小時；但是申請人認(rèn)為約0.5小時是優(yōu)選的。甲基化以后，用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)洗滌基板，在真空和125℃的條件下干燥基板。
在替代性的鹵化實施方案中，可以將過量的亞硫酰二氯旋涂在溫度約為40℃且處于無水氮氣氣氛中的晶片上。約5分鐘以后，通過用四氫呋喃(THF)漂洗的方法清潔晶片。在另一個實施方案中，氯化可以包括用在超臨界CO2中約10％的亞硫酰二氯處理電介質(zhì)，然后用液體CO2漂洗。
在替代性的甲基化實施方案中，可以將在無水乙醚中的5％甲基鋰溶液旋涂在處于氬氣氣氛中的電介質(zhì)上。未反應(yīng)的甲基鋰可通過用乙醚漂洗的方法脫除。優(yōu)選用下述方法脫除反應(yīng)副產(chǎn)品LiCl將反應(yīng)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到另一個室內(nèi)，然后用極性對質(zhì)子惰性的溶劑如DMF漂洗。
為了便于說明，這里就這些化學(xué)反應(yīng)稱為第一步或第二步，或者有更具體的稱呼，如鹵化步驟。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠意識到，這種稱呼實際上可以包括多個步驟或分步驟。例如，步驟或分步驟可以包括蒸餾、萃取、相分離、純化、溫度變化、或化學(xué)領(lǐng)域公知的其他例子。另外，一個步驟可以包括使用幾個反應(yīng)容器或器具、介質(zhì)、裝置或工具。為了突出創(chuàng)新性的實施方案，這些傳統(tǒng)方法可以在說明書中略去。
其他實施方案可以包括一般用RLi表示的鋰有機金屬化合物，其中，R是烷基或芳基化合物。另一種實施方案可以包括異丁基鋰(CH3)3CLi。其他一些實施方案還可以包括用相應(yīng)的鈉類似物取代鋰有機金屬化合物。例如，一個實施方案可以是用(CH3)3CNa取代(CH3)CLi。還有一些其他實施方案可以包括鋁類似物，優(yōu)選甲基鋁(CH3)3Al。
在包括衍生劑(CH3)3Al的優(yōu)選實施方案中，反應(yīng)條件包括用含(CH3)3Al的蒸氣處理電介質(zhì)，處理時間少于約10分鐘。處理后，在溫度約為130℃、壓力小于約5乇的條件下脫除未反應(yīng)試劑和反應(yīng)副產(chǎn)品AlCl3。
在實施方案中，耦合步驟可以包括多個步驟。例如，根據(jù)有機基團(tuán)的不同，有機金屬鋰化合物首先轉(zhuǎn)化為鋰/銅化合物。在是烷基的情況下，烷基鹵化物RX在無水溶液中首先與單質(zhì)鋰反應(yīng)形成烷基鋰。然后加入鹵化亞銅CuX，從而形成二烷基銅鋰。二烷基銅鋰與鹵化硅反應(yīng)，從而形成≡SiR。
為了合理優(yōu)化低k介電膜的密度、極化和離子化性能，有機金屬試劑的選擇很重要。例如，在化學(xué)領(lǐng)域中大家都知道，甲硅烷基鹵化物和有機金屬化合物的耦合是高選擇性的。因此，其他實施方案可以包括使用含有已知為能夠降低較大離子的化學(xué)反應(yīng)性的溴或碘的鹵化劑。這些實施方案還可以包括其他種類的有機金屬化合物如格氏(Grignard)試劑RMgX，其中，R優(yōu)選是烷基或芳基。
有機金屬衍生反應(yīng)優(yōu)選在無水溶劑中進(jìn)行。無水溶劑可以包括無水乙醚、或烴、或THF。在其他實施方案中，化學(xué)反應(yīng)可以在固相、液相、氣相或超臨界相或其混合相中進(jìn)行。超臨界相例如可以包括CO2。
這里所述的實施方案特別適用于其中的硅醇OH被烷基取代時的碳損耗修復(fù)。其原因有二。首先，烷基特別沒有極性，其離子化趨勢低，所以能夠提高其形成低k電介質(zhì)的效率。第二，烷烴的低化學(xué)反應(yīng)性使其特別優(yōu)選用于有機金屬合成。但是，其他有機基團(tuán)如芳基、亞烷基、縮酮基或縮醛基在其他實施方案中是優(yōu)選的。
其他衍生劑可以包括一般用RARBRCC(RDX)表示的非有機金屬化合物，其中，RA-C可以獨立地包括烷基或氫，RD可以獨立地包括烷基，X包括Br、I、R、O-R(R＝烷基)、氟磺酸基(-O-SO2-F)或三氟甲基磺酸基(-O-SO2-CF3)。這一類的實施方案還可以包括H3C(RDX)。RARBRCC(RDX)類中的一種化合物(CH3)3CX特別有利。在其他實施方案中，省去基團(tuán)RD有利于衍生劑，一般表示為RARBRCCX，如R3CX或H3CX。試劑RARBRCCX特別有利于用≡SiOC形式的衍生物取代≡SiOH。
衍生劑的正確選擇包括對很多種因素的權(quán)衡。在優(yōu)選的實施方案中，從介電膜的損耗程度及介電和化學(xué)性能方面考慮，要權(quán)衡多種因素如空間相互作用(也稱為范德華(van der Waals)相互作用)、鍵角應(yīng)變和偶極子-偶極子的相互作用。
例如，具有很多個空間相近的修復(fù)位的高度受損膜優(yōu)選包括使用衍生劑如RARBRCC(RDX)，其中，RA-D包括小烷基如甲基或乙基和氫。這些小分子在幾何形狀上不能阻止受損位上發(fā)生反應(yīng)。這些小分子還是進(jìn)入受損孔內(nèi)部的有利通道。另一方面，對于其中受損位廣泛分布在表面上而非孔中的實施方案來說，優(yōu)選較大的有機基團(tuán)。優(yōu)選的實施方案還可以包括使用各種衍生劑的混合物或包括不同試劑的連續(xù)衍生反應(yīng)。
在其他實施方案中，衍生劑可以包括一般用RARBC＝CHRC表示的化合物，其中，RA-C可以獨立地包括烷基或氫。當(dāng)在路易斯(Lewis)酸催化劑存在下進(jìn)行反應(yīng)時，包括RARBCCHRC的衍生劑特別有利于用≡SiOC取代≡SiOH。路易斯酸包括，如，AlCl3、AlBr3或BCl3。在其他實施方案中，RARBCCHRC類中的一種化合物異丁烯，(CH3)2C＝CH2，特別優(yōu)選用于制備≡SiOC衍生物。
除了上面詳述的衍生反應(yīng)外，其他實施方案可以包括一般用RARBRCSi(RDX)表示的非有機金屬甲硅烷基化劑，其中，RA-D可以獨立地包括烷基，X＝Br、I、R、O-R(R＝烷基)、氟磺酸基或三氟甲基磺酸基。這一類的實施方案還可以包括H3Si(RDX)。在一個實施方案中，RARBRCSiX特別優(yōu)選用于由≡SiOH制備衍生物≡Si-O-Si≡。RARBRCSiX類中的一種化合物(CH3)3SiX特別有利。
一般用RARBRCC(RDX)和RARBRCSi(RDX)表示的非有機金屬衍生化合物不需要鹵化步驟，因為它們直接與硅醇反應(yīng)。這些試劑的反應(yīng)條件與現(xiàn)有技術(shù)中使用的低k碳修復(fù)劑六甲基二硅氮烷(HMDS)的反應(yīng)條件類似。例如，一些實施方案的反應(yīng)條件可以包括將電介質(zhì)暴露在溶解于己烷中的約5-15％衍生劑溶液中。其他實施方案可以包括將電介質(zhì)暴露在含衍生劑的蒸氣中。衍生反應(yīng)后，未反應(yīng)試劑可以通過在約400℃的爐子內(nèi)持續(xù)烘烤約30分鐘而脫除。
低k ILD修復(fù)后，制造圖6所示的導(dǎo)體。根據(jù)本發(fā)明的該實施方案，將內(nèi)襯層22沉積在通孔和溝槽內(nèi)。內(nèi)襯層22一般由耐火金屬、耐火金屬氮化物或二者組成。然后將金屬24沉積在通孔和溝槽內(nèi)。金屬24優(yōu)選是銅，在這種情況下，通過在用PVD沉積的銅種子層上電鍍進(jìn)行沉積。然后用CMP平整該結(jié)構(gòu)，使金屬24和內(nèi)襯層22與絕緣體層8的表面齊平。然后可以制造器件的剩余部分，包括重復(fù)形成低k絕緣體層、蝕刻通孔和溝槽和用于其他金屬水平的金屬沉積。
在另一個實施方案中，低k電介質(zhì)的修復(fù)可以包括校正與非等離子體相關(guān)的損壞。例如，大家都知道，介電膜中的孔或其他開孔都會降低介電性能。舉例來說，使用包括大官能團(tuán)的衍生劑是有效的實質(zhì)性堵孔的方法。大官能團(tuán)可以包括長鏈烴、多環(huán)有機物、含碳大分子、碳籠分子如富勒烯，這里僅舉幾例。
盡管已經(jīng)詳述了本發(fā)明及其優(yōu)點，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離附加的權(quán)利要求書定義的本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變化、取代和改動。例如，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于理解的是，可以在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)變化材料和方法。
還應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明提供了很多實用性的創(chuàng)造性概念，而并非僅限于用于演示優(yōu)選實施方案的具體內(nèi)容。例如，盡管演示的內(nèi)容包括修復(fù)低k介電膜，但是本發(fā)明不僅限于修復(fù)電介質(zhì)。例如，多孔二氧化硅一般不認(rèn)為是低k介電材料。但是如果遭到損壞可以根據(jù)本發(fā)明的實施方案處理多孔二氧化硅。因此，這里所述的實施方案包括適用于生產(chǎn)低k電介質(zhì)的方法，不僅僅是修復(fù)方法。一種方法可以包括沉積合適的層或膜，優(yōu)選沉積多孔二氧化硅，然后用本申請所述的衍生劑進(jìn)行衍生反應(yīng)。
另外，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于說明書所述的方法、機器、生產(chǎn)、組成、手段、方法和步驟的具體實施方案。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員由本發(fā)明的公開內(nèi)容易于理解，現(xiàn)有的或以后開放的方法、機器、生產(chǎn)、物質(zhì)組成、手段、方法和步驟，只要能夠基本實現(xiàn)與本申請所述的相應(yīng)的實施方案相同的功能或達(dá)到基本相同的效果，都可以使用本發(fā)明。因此，附加的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍包括這些方法、機器、生產(chǎn)、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括在基板上形成有源器件；在有源器件上沉積含碳的低k絕緣體；將絕緣體暴露在等離子體中；用鹵化劑與絕緣體中的硅醇反應(yīng)，形成鹵化硅；和用鹵化硅進(jìn)行衍生反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，低k絕緣體包括碳摻雜的氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，低k絕緣體包括多孔二氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，低k絕緣體包括OSG。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，鹵化劑選自基本由亞硫酰二氯、磺酰氯和碳酰二氯組成的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，鹵化劑選自基本由氯化物化合物、溴化物化合物、和碘化物化合物、或它們的混合物組成的組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，衍生反應(yīng)包括使用有機金屬化合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，有機金屬化合物是格氏試劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，有機金屬化合物是二烷基銅鋰。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，有機金屬化合物是三甲基鋁。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，有機金屬化合物是甲基鋰。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，衍生反應(yīng)包括使用對應(yīng)于通式RARBRCC(RDX)的化合物其中，RA、RB、RC和RD獨立地是氫或烷基；X選自Br、I、O-烷基、O-氟磺酸基和O-三氟甲基磺酸基。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，衍生反應(yīng)包括使用對應(yīng)于通式RARBRCCX的化合物其中，RA、RB和RC獨立地是氫或烷基；X選自Br、I、O-烷基、O-氟磺酸基和O-三氟甲基磺酸基。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，衍生反應(yīng)包括使用對應(yīng)于通式RARBC＝CHRC的化合物，其中，RA-C獨立地是氫或烷基。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，衍生反應(yīng)還包括使用路易斯酸。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，衍生反應(yīng)包括使用甲硅烷基化劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，甲硅烷基化劑對應(yīng)于通式RARBRCSi(RDX)其中，RA、RB、RC和RD獨立地是氫或烷基；X選自Br、I、O-烷基、O-氟磺酸基和O-三氟甲基磺酸基。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，甲硅烷基化劑對應(yīng)于通式RARBRCSiX其中，RA、RB和RC獨立地是烷基、芳基或氫；X選自Br、I、O-烷基、O-氟磺酸基和O-三氟甲基磺酸基。
19.一種密封含碳的低k電介質(zhì)中的孔的方法，該方法包括先用鹵化劑后用有機金屬化合物處理孔，其中，有機金屬化合物包括大官能團(tuán)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，大官能團(tuán)選自基本由長鏈烴、多環(huán)有機基團(tuán)、大分子、和碳籠分子、或它們的組合組成的組。
21.一種修復(fù)等離子體對含碳的低k電介質(zhì)造成的損害的方法，該方法包括用衍生劑處理電介質(zhì)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中，衍生劑選自基本由有機金屬化合物、異丁烯、或甲硅烷基化劑組成的組。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中，有機金屬化合物選自基本由烷基鋰化合物、芳基鋰化合物、烷基鈉化合物、芳基鈉化合物、二烷基銅鋰、和三烷基鋁組成的組。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中，有機金屬化合物包括格氏試劑。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中，衍生劑是對應(yīng)于通式RARBCCHRC的化合物，其中，RA、RB和RC獨立地是烷基、芳基或氫。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，還包括用鹵化劑處理電介質(zhì)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中，鹵化劑選自基本由亞硫酰二氯、磺酰氯和碳酰二氯組成的組。
28.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括在有源器件上沉積含碳電介質(zhì)；將含碳電介質(zhì)鹵化；和在鹵化后衍生含碳電介質(zhì)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，還包括將含碳電介質(zhì)暴露在等離子體中。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中，含碳電介質(zhì)還包括有機硅酸鹽玻璃。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中，含碳電介質(zhì)的鹵化還包括使用亞硫酰二氯、磺酰氯或碳酰二氯。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中，鹵化后含碳電介質(zhì)的衍生還包括使用烷基鋰化合物或格氏試劑。
33.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中，鹵化后含碳電介質(zhì)的衍生還包括使用對應(yīng)于通式RARBRCSi(RDX)或RARBRCC(RDX)的化合物其中，RA、RB、RC和RD獨立地是氫或烷基；X選自Br、I、O-烷基、O-氟磺酸基、和O-三氟甲基磺酸基。
34.一種半導(dǎo)體器件，其包括位于基板上的有源器件；位于有源器件上的含碳的低k電介質(zhì)，這種電介質(zhì)是用包括下述步驟的方法形成的將硅醇轉(zhuǎn)化為鹵化硅；和用有機基團(tuán)取代鹵化硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種修復(fù)受損的低k介電材料的方法。常用于生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的基于等離子體的方法通常會損壞含碳的低k介電材料。受損的介電材料暴露在水分中時可能形成硅醇基團(tuán)。在優(yōu)選的實施方案中，兩步法將硅醇轉(zhuǎn)化為合適的有機基團(tuán)。第一步包括用鹵化劑將硅醇轉(zhuǎn)化為鹵化硅。第二步包括利用衍生劑，優(yōu)選利用有機金屬化合物用合適的有機基團(tuán)取代鹵化物。在一個優(yōu)選的實施方案中，鹵化劑包括亞硫酰二氯，有機金屬化合物包括烷基鋰，優(yōu)選甲基鋰。在另一個優(yōu)選的實施方案中，有機金屬化合物包括格氏試劑。本申請公開的實施方案有利于生產(chǎn)商通過選擇性加入有機基團(tuán)對低k介電材料的密度、極化和離子化性能進(jìn)行設(shè)計。
文檔編號H01L21/02GK1741254SQ20051009770
公開日2006年3月1日 申請日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月27日
發(fā)明者F·韋伯 申請人:印芬龍科技股份有限公司