提高两个不同层之间粘附强度的半导体结构和方法

文档序号:6890860
专利名称:提高两个不同层之间粘附强度的半导体结构和方法
技术领域
近年来在超大规模半导体集成(ULSI)电路中使用的电 子器件的尺寸连续缩小已经导致增加后段制程(BEOL)金属化的电 阻,而没有相伴地减小互连电容。经常,互连甚至缩放到更高的纵横 比(高宽比典型地大于3:1)以緩和电阻增加,导致增加的电容。该 组合作用增加ULSI电子器件中的信号延迟。应当注意,在上述实施方案的任何一个中,可以在与形 成包含电介质的衬底时使用的相同或不同,优选地相同的反应器或工 具中执行处理步骤。
处理后的表面层22通过使用等离子、光化辐射和电子束 辐射的至少一种接触先前沉积的电介质盖层20A的表面而形成。0068当在本发明中使用光化辐射时,优选地,但不一定总 是,在与沉积电介质盖层20A时使用的相同工具中执行光化处理。 光化辐射包括,但不局限于波长在大约10nm至大约1000nm范围内 的UV光,以及X射线辐射。下面的条件也可以用于本发明的该方面大约10秒至大约30分钟的辐射时间,室温至大约500°C的温 度,以及包括真空或者气体例如惰性气体、N2、 H2、 02、 NH3、碳氢 化合物、SiKU等的环境。当使用电子束处理时,典型地使用下面的条件大约0.1 至大约10,000 eV的电子束能量,大约10秒至大约30分钟的辐射时 间,以及室温至大约500°C的温度。该处理步骤可以在或可以不在与 形成电介质盖层20A时使用的相同工具中执行。使用He等离子处理SiCNH电介质盖层长达10秒钟。在 表面处理之后,多孑LSiCOH电介质(k大约为3.2)通过旋涂而涂覆 在表面处理后的盖层上。晶片在400°C下在1\2下UV硫化长达5分 钟。这在多孔SiCOH与SiCNH盖层衬底层之间实现3.2±0.1 J/m2的 4点弯曲粘附强度。
[0086在这些实例中,AFM、 Augur和接触角测量数据证实具 有增加的亲水性、表面粗糙度和/或O富集的电介质盖层的表面的修 改。相反,具有较差界面强度的控制样品显示憎水性表面,并且具有o缺乏表面。[00871虽然已经在这里详细描述并且在附随附图
中说明了本发 明的几种实施方案及其修改,但是可能进行各种另外的修改而不背离 本发明的范围将是显然的。上面说明书中没有什么打算比附加权利要 求更狭窄地限制本发明。给出的实例仅打算是说明性的而不是排他 的。
权利要求
1.一种提高两个不同层之间粘附强度的方法,包括使用光化辐射、等离子和电子束辐射的至少一种来处理包含电介质的衬底的表面,以便在衬底中形成与所述衬底物理和化学上不同的处理后表面层;在所述处理后表面层上形成介电常数小于4.0的低k电介质层。
2. 根据权利要求1的方法,其中所述处理包括光化辐射,所述 光化辐射包括波长在大约10至大约1000nm范围内的UV光,或X 射线辐射。
3. 根据权利要求1的方法,其中所述处理包括等离子,所述等 离子包括选自由惰性气体、H2、 02、 NH3、 SiH4及它们的混合物构 成的组中的表面预处理气体。
4. 根据权利要求1的方法,其中所述处理包括电子束辐射,所 述电子束辐射在大约0.1至大约IO,OOO eV的电子束能量,大约10秒 至大约30分钟的辐射时间以及室温至大约500°C的温度下执行。
5. 根据权利要求1的方法,其中所述包含电介质的村底包括与 所述低k电介质具有不同组成的电介质盖层。
6. 根据权利要求5的方法,其中所述电介质盖层选自由氧化 硅、氮化硅、氮氧化珪、SiC、 Si4NH3、 SiCH、掺杂碳的氧化物、掺 杂氮和氢的碳化硅SiC(N,H)及它们的多层构成的组中。
7. 根据权利要求1的方法,其中所述低k电介质选自由倍半硅 氧烷,包含Si、 C、 O和H原子的掺杂C的氧化物(即有机硅), 热固聚芳醚,SiC, SiCH, SiCN, SiCHN及它们的多层构成的组 中。
8. 根据权利要求1的方法,其中所述衬底由PECVD或旋涂形成。
9. 根据权利要求1的方法,其中所述形成低k电介质包括沉积 步骤,其后是可选的硫化步骤。
10. —种形成互连结构的方法,包括提供具有嵌入于电介质材料中的至少一个导电特征的互连级;在所述互连级的顶面上形成电介质盖层;以及使用光化辐射、等离子和电子束辐射的至少一种来处理电介质盖 层,以便在电介质盖层中形成与所述电介质盖层物理和化学上不同的 处理后表面层。
11. 根据权利要求10的方法,其中所述处理包括光化辐射,所 述光化辐射包括波长在大约10至大约1000nm范围内的UV光,或 X射线辐射。
12. 根据权利要求10的方法,其中所述处理包括等离子,所述 等离子包括选自由惰性气体、H2、 02、 NH3、 SiH4及它们的混合物 构成的组中的表面预处理气体。
13. 根据权利要求10的方法,其中所述处理包括电子束辐射, 所述电子束辐射在大约0.1至大约IO,OOO eV的电子束能量,大约10 秒至大约30分钟的辐射时间以及室温至大约500°C的温度下执行。
14. 一种半导体结构,包括包含电介质的衬底,具有包括与所述衬底化学和物理不同的处理 后表面层的上部区域;以及位于所述衬底的所述处理后表面层上、介电常数小于4.0的低k 电介质,其中所述处理后表面层与所述低k电介质形成界面,该界 面具有大于所述界面任意一侧上较弱材料的粘结强度的60%的粘附 强度。
15. 根据权利要求14的半导体结构,其中所述包含电介质的衬 底是在包括嵌入其中的至少一个导电特征的电介质材料顶上形成的电 介质盖层材料。
16. 根据权利要求15的半导体结构,其中所述电介质盖层选自 由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、SiC、 Si4NH3、 SiCH、掺杂碳的氧化 物、掺杂氮和氢的碳化硅SiC(N,H)及它们的多层构成的组中。
17. 根据权利要求15的半导体结构,其中所述电介质材料是选自由倍半硅氧烷,包含Si、 C、 O和H原子的掺杂C的氧化物,热 固聚芳醚,SiC, SiCH, SiCN, SiCHN或它们的多层构成的组中的 低k电介质。
18. 根据权利要求14的半导体结构,其中所述低k电介质选自 由倍半硅氧烷,包含Si、 C、 O和H原子的掺杂C的氧化物,热固 聚芳醚,SiC, SiCH, SiCN, SiCHN或它们的多层构成的组中。
19. 根据权利要求14的半导体结构,其中所述低k电介质中的 顶面区域是与所述低k电介质化学和物理不同的处理后表面层。
20. 根据权利要求14的半导体结构,还包括位于所述低k电介 质顶上的电介质盖层。
全文摘要
一种在低k电介质层与包含电介质的衬底之间具有提高粘附强度的机械坚固的半导体结构。特别地,本发明提供一种结构,其包括包含电介质的衬底,该衬底具有包括与衬底化学和物理不同的处理后表面层的上部区域;以及位于衬底的处理后表面层上的低k电介质材料。处理后表面层与低k电介质材料形成界面,该界面具有大于界面任意一侧上较弱材料的粘结强度的60%的粘附强度。通过在衬底低k电介质材料形成之前,使用光化辐射、等离子和电子束辐射的至少一种来处理衬底的表面来形成处理后表面。
文档编号H01L23/532GK101231949SQ200810002918
公开日2008年7月30日 申请日期2008年1月11日 优先权日2007年1月24日
发明者克里斯蒂·S.·蒂伯格, 林庆煌, 特里·A.·斯普纳, 达山·D.·甘迪 申请人:国际商业机器公司
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