专利名称：形成介电层之间黏着力的方法与结构的制作方法
技术领域：
本发明有关于形成介电层的方法与结构，特别是关于形成介电层之间黏着力的方法与结构。
背景技术：
由于半导体制程尺寸的缩小，在逻辑闸层次(gate level)中，为提升元件速度，就必需注意由电阻电容时间常数所引起的金属内连接的传递延迟，而经由低介电系数材质的合并可减少传递延迟，使用低介电系数材质也可减少能量的损耗以及晶体管的串音(crosstalk)。
未来的技术着点，将需要有竞争力的低介电系数材质，以符合性能的需要。在2003年，对于内层介电层(inter-level dielectric，ILD)的有效介电系数(effective dielectric constant)将介于2.2及2.9之间(相对于制程介于130奈米及100奈米之间)而需要极低的介电系数(extreme low-k)材质且尽可能的低于2.0。
碳化物以及氮化物是已经被广泛的应用在内层介电层的内连接技术，部分原因是，对其的熟悉以及普遍于半导体制程中已有多种沉积的方式。在多种制程的方面，内层介电层中的碳化物/氮化物层可经由多种沉积的方法，其包含化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)，电浆加强式化学气相沉积(plasmaenhanced CVD，PECVD)以及液态旋涂式玻璃(liquid spin-on glass)形成技术以达成高品质的内层介电层。
一先前技术在形成内层介电层包含沉积一介电层以及一低介电系数层。当然你可能设计一组没有低介电系数层的结构，但最后你仍需要整合它。沉积后有一平坦化(planarzation)的步骤，其使用化学机械研磨(chemical-mechanicalpolishing，CMP)技术，在形成的附加层上以提供一平坦的上表面。于是分裂(delamination)就发生在介电层以及一低介电系数层之间。此时氧(oxygen)以及氧基(oxygen radicals)与低介电系数材质的表面反应，而这也会引起性能变差，这是由于键结破裂以及氢键(hydrogen)的遗失及/或含甲基群(methylgroup)的遗失所造成的。
如图1所示，一实际的例子于形成铜镶嵌制程技术(Cu damascene)前。首先形成一铜层101，再来在铜层101上形成一氮化硅层102(silicon nitride)以阻隔铜扩散，然后在氮化硅层102上形成一低介电系数的介电层，例如碳掺杂氧化物层103(carbon doped oxide，CDO)，由于氮化硅层102与碳掺杂氧化物层103之间并没有良好的黏着力，在接下来的半导体步骤可包含化学机械研磨或其他蚀刻制程或其他沉积制程中，氮化硅层102与碳掺杂氧化物层103之间很容易有分裂的现象发生。
因此我们需要一个改进介电层以及一低介电系数层之间的黏着力的方法及结构，接下来的说明就提供了一方法及结构用以改进介于介电层以及一低介电系数层之间的黏着力。
发明内容
鉴于上述的发明背景中，如果分裂(delamination)发生在介电层以及一低介电系数层之间，而这将会造成诸多的缺点，故本发明目的之一，在于提供一种形成介电层方法及结构，并同时在不增加制程困难度，以改善介电层以及一低介电系数层之间的黏着力。
本发明的另一目的，在于提供一种形成介电层之间黏着力的方法与结构。利用原处沉积(in-situ deposition)的方式，可形成兼顾低介电系数与良好黏着力的介电层。
一种形成介电层之间黏着力的方法，包含形成第一介电层以及形成第二介电层，其中形成第二介电层包含形成第一部分以及形成第二部分。在第一介电层上形成第一部分以及在第一部分上形成第二部分。藉由原处(in-situ)的方式形成第一部分以及第二部分。第一部分至少有一介电系数或硬度或SiCH3/SiO面积比(area ratio)高于第二部分。一种加强内黏着的介电层的结构，包含第一介电层，以及第二介电层有第一部分位于第一介电层之上以及第二部分位于第一部分之上，其中第一部分有一介电系数大约是2.8至3.5且高于第二部分的介电系数。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
图1显示对于已知形成介电层结构的剖面示意图；图2为根据本发明方法形成金属层上的一般介电层结构的部分剖面示意图；以及图3为根据本发明方法形成一般介电层上的低介电层结构的剖面示意图。
具体实施例方式
在开始详细描述本发明之前，我们先介绍一些基本观念以对本发明能更完整的了解。
整合低介电系数材质与最佳化材料特性之间的互换，有相当关系。一种决定未来低介电系数材质的因素为介电系数(dielectric constant)。对于成功的应用含有低介电系数层的内层介电层，其机械强度也是一种重要的考量。而这是有可能在较低的介电系数材料特性中找到一平衡点，以得到一可接受的机械强度。但不管如何，黏着力(adhesion)，塑性潜变(plastic creep)，以及热稳定都是会影响低介电系数材质在电子上的应用。
一般而言，介电系数与硬度(hardness)以及SiCH3/SiO面积比之间存在着关连性。当介电系数增加时，硬度以及SiCH3/SiO面积比也会增加。再进一步说，如果介电系数增加则黏着力也增加。根据这些关连性，当低介电材料的介电系数提高时，硬度以及SiCH3/SiO面积比增加，且黏着力也会增加，但介电系数的过度提高反而背离使用低介电材料的目的，因此如何兼顾介电层的低介电系数与良好的黏着力为本发明的目的之一。
以下对制程与方法的描述并不包含积体电路制造的完整流程。本发明所沿用的现有技术，在此仅作重点式的引用，以助本发明的叙述。而且下述内文中相关图示并未依比例绘制，其作用仅在表现本发明的方法特征。
一种形成介电层之间黏着力的方法，包含形成第一介电层以及形成第二介电层，其中形成第二介电层包含形成第一部分以及形成第二部分。在第一介电层上形成第一部分以及在第一部分上形成第二部分。藉由原处(in-situ)的方式形成第一部分以及第二部分。第一部分至少有一介电系数或硬度或SiCH3/SiO面积比(area ratio)高于第二部分。一种加强内黏着(inter-adhesion-enhanced)的介电层结构，包含第一介电层，以及第二介电层有第一部分位于第一介电层之上以及第二部分位于第一部分之上，其中第一部分有一介电系数大约是2.8至3.5且高于第二部分的介电系数。
图2显示一符合本发明半导体结构的形成第一介电层的剖面图示。在此提供一例子，但并不受限于此，也不受限于铜镶嵌制程技术(Cu damascene)。在此最佳实施例中，提供一半导体结构(未显示于图中)以建立金属内连接层。一铜层201位于半导体结构上，然后形成第一介电层202于铜层201上。这里需注意的是，在先前所述的第一步骤这是没有受限的。例如在此也可使用铝制程。
于一最佳实施例中，第一介电层202，其形成材质如氮化硅(SiN)，位于铜层201之上，以防止铜的扩散。第一介电层202也可为碳化物或其他氮化物。一般来说，第一介电层202是一层阻障层，使用一般的介电材料，其介电系数较高。根据上述，于本发明中，第一介电层202的介电系数是高于后续形成的整个第二介电层的介电系数。
如图3显示一符合本发明半导体结构的形成第二介电层的剖面示意图示，第二介电层，如碳掺杂氧化层(CDO)，形成于第一介电层202上，且其介电系数小于第一介电层202。当然，此处也可为其它低介电材质如MSSQ，SiLK以及POROSITY等。第二介电层包含一起始部分203(initial portion)以及一主体部分204(bulk portion)。本发明之一特征，在于藉由原处(in-situ)的方式形成起始部分203以及主体部分204。起始部分203是形成在第一介电层202之上而主体部分204是形成在起始部分203之上。其中介于第一介电层202与主体部分204之间的起始部分203提供良好的黏着力，可避免此介电层结构在制造过程中或制造过程之后于介电层之间发生分裂(delamination)的情形。根据上述，本发明方法所提供的加强内黏着(inter-adhesion-enhanced)的介电层结构不会有分裂的情形产生。
再进一步说，本发明的特征之一是，相较于主体部分204，提供黏着力且藉由原处(in-situ)方式形成的起始部分203具有一较高的介电系数。在一实施例中，起始部分203有一介电系数范围大约是2.8至3.5，同时主体部分204有一介电系数范围大约1.1至3。其次，起始部分203的厚度可大约可至10？或更低，这是取决于仪器的限制，但主体部分204有一厚度远厚于起始部分203的厚度，因此第二介电层(包含起始部分203与主体部分204)的整体介电系数仍低于第一介电层202。要说明的是，为了兼顾提供良好的黏着力以及低介电系数，起始部分203的形成亦有所限制，于一较佳实施例中，可控制起始部分203的SiCH3/SiO面积比小于3(可利用在仪器上可得到一FT-IR图形得知)。
根据本发明，藉由调整形成起始部分203以及主体部分204的参数，可达到原处沉积的方法。在一实施例中，原处沉积的方法，如电浆加强式化学气相沉积(PECVD)，其执行时压力大约6 Torr以及二氧化碳流速(CO2 flowrate)大约5000Sccm。在原处沉积期间，为了形成起始部分203，可提高HFRF(High Frequency Ratio Frequency)能量至大约900瓦至1500瓦之间。之后则恢复正常(也就是降低HFRF能量)以形成主体部分204。相同的，调整或操作任何一种制程条件，如提高HFRF能量或偏压(bias)或降低起始剂(precursor)剂量，但不限制于此，都可用以形成具有较佳黏着强度的起始部分203。
如表一所示，为一根据本发明方法所形成的介电层结构与传统方法形成的介电层结构经测试得到的数据，以已知的四点弯曲方法测试黏着力，其中Gc值愈大表示黏着力愈好。相较之下，本发明的Gc值几乎是先前技术的两倍以上，而这也说明了黏着力强了大约两倍。
表一-四点弯曲黏着力测试的结果
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的申请专利范围中。
权利要求
1.一种形成介电层的间黏着力的方法，包含提供第一介电层；以及原处形成第二介电层，其具有第一部分位于该第一介电层上以及第二部分位于该第一部分上，其中该第一部分具有高于该第二部分的第一介电系数。
2.如权利要求1所述的形成介电层之间黏着力的方法，其特征在于，该第一介电层具有高于该第二部分的第二介电系数。
3.如权利要求1所述的形成介电层之间黏着力的方法，其特征在于，于该原处形成的步骤中至少包含操作不同的一制程条件依序形成该第一部分与该第二部分。
4.如权利要求3所述的形成介电层之间黏着力的方法，其特征在于，操作不同的该制程条件至少包含使用第一偏压于一化学气相沉积中形成该第一部分；以及使用第二偏压于该化学气相沉积中，其中该第一偏压大于该第二偏压。
5.如权利要求3所述的形成介电层之间黏着力的方法，其特征在于，操作不同的该制程条件至少包含使用第一高频射频能量于一化学气相沉积中形成该第一部分；以及使用一第二高频射频能量于该化学气相沉积中形成该第二部分，其中该第一高频射频能量高于该第二高频射能量。
6.如权利要求3所述的形成介电层之间黏着力的方法，其特征在于，操作不同的该制程条件至少包含使用第一起始剂剂量于一化学气相沉积中形成该第一部分；以及使用第二起始剂剂量于该化学气相沉积中形成该第二部分，其中该第一起始剂剂量小于该第二起始剂剂量。
7.如权利要求1所述的形成介电层之间黏着力的方法，其特征在于，该原处形成的步骤包含执行一电浆加强式化学气相沉积。
8.一种形成介电层之间黏着力的方法，包含提供第一介电层；以及原处形成第二介电层，其具有第一部分位于该第一介电层上以及第二部分位于该第一部分上，其中该第一部分具有一硬度高于该第二部分。
9.如权利要求8所述的形成介电层之间黏着力的方法，其特征在于，该第一介电层具有一介电系数高于该第二部分。
10.如权利要求8所述的形成介电层之间黏着力的方法，其特征在于，该原处形成的步骤至少包含使用第一偏压于一化学气相沉积中形成该第一部分；以及使用第二偏压于该化学气相沉积中，其中该第一偏压大于该第二偏压。
11.如权利要求8所述的形成介电层之间黏着力的方法，其特征在于，该原处形成的步骤至少包含使用第一高频射频能量于一化学气相沉积中形成该第一部分；以及使用第二高频射频能量于该化学气相沉积中形成该第二部分，其中该第一高频射频能量高于该第二高频射能量。
12.如权利要求8所述的形成介电层之间黏着力的方法，其特征在于，该原处形成的步骤至少包含使用第一起始剂剂量于一化学气相沉积中形成该第一部分；以及使用第二起始剂剂量于该化学气相沉积中形成该第二部分，其中该第一起始剂剂量小于该第二起始剂剂量。
13.如权利要求8所述的形成介电层之间黏着力的方法，其特征在于，该原处形成的步骤包含以第一制程条件执行一化学气相沉积；以及以第二制程条件执行该化学气相沉积，其中以该第二制程条件形成的该第二部分的一介电系数小于以该第一制程条件形成的该第一部分。
14.如权利要求13所述的形成介电层之间黏着力的方法，其特征在于，该化学气相沉积为一电浆加强式化学气相沉积。
15.一种加强内黏着的介电层结构，包含第一介电层；以及第二介电层，其具有第一部分位于该第一介电层上以及第二部分位于该第一部分上，其中该第一部分具有一第一介电系数范围大约从2.8至3且高于该第二部分。
16.如权利要求15所述的加强内黏着的介电层结构，其特征在于，该第一介电层为一氮硅化合物。
17.如权利要求15所述的加强内黏着的介电层结构，其特征在于，该第一介电层为一碳硅化合物。
18.如权利要求15所述的加强内黏着的介电层结构，其特征在于，该第二介电层具有第二介电系数范围大约从1.1至3。
全文摘要
本发明提供一形成介电层的间黏着力的方法，包含形成第一介电层以及形成第二介电层，其中形成第二介电层包含形成第一部分以及形成第二部分。在第一介电层上形成第一部分以及在第一部分上形成第二部分。藉由原处(in－situ)的方式形成第一部分以及第二部分。第一部分至少有一介电系数或硬度或SiCH3/SiO面积比(area ratio)高于第二部分。一种加强内黏着(enhanced－inter－adhesion)的介电层结构，包含第一介电层，以及第二介电层有第一部分位于第一介电层的上以及第二部分位于第一部分之上，其中第一部分有一介电系数大约是2.8至3.5且高于第二部分的介电系数。
文档编号H01L21/31GK1622291SQ20031011994
公开日2005年6月1日 申请日期2003年11月27日 优先权日2003年11月27日
发明者吴欣昌 申请人:联华电子股份有限公司