互连介质层、其制作方法及包括其的互连层的制作方法_2

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构中,通过设定两层初始层,并对限定各初始层中氧元素和碳元素,使得各子初始层之间形成合适的浓度梯度,从而在两层子初始层之间形成合适的力学强度梯度,进而进一步提高互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度。
[0027]更为优选地,上述初始层还进一步包括设置在第二子初始层设置的第三子初始层,该第三初始层中氧元素的含量为20wt%?24wt%,碳元素的含量为50wt%?54wt%。在这种结构中上述各层子初始层之间形成最优的浓度梯度,从而在各子初始层之间形成最优的力学强度梯度进而进一步提高互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度。
[0028]上述初始层中,初始层的厚度根据常规工艺设定即可。在一种优选的实施方式中,初始层的厚度为基体层的厚度的1/10?1/5。具有上述厚度的初始层更有利增加初始层和金属层之间的结合面积,从而进一步提高互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度。同样地,在上述初始层中,对各层子初始层的厚度并没有特殊要求,只要形成力学强度依次递增的关系即可。在一种优选的实施方式中,各层子初始层的厚度为基体层的厚度的1/40?1/15。具有上述厚度的子初始层更有利于增加各层子初始层之间的结合强度,进而有利于提高互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度。
[0029]本申请还提供了一种互连介质层的制作方法。该方法针对于由包含硅、氧和碳的材料组成的互连介质层。其制作方法包括在半导体基材上依次形成初始层和基体层的步骤,其中形成初始层的步骤包括:由远离半导体基材方向上,形成氧元素的含量依次降低,碳元素的含量依次增加的多层子初始层。
[0030]上述制作方法中,利用S1-O键能大于S1-C键能的特点,通过改变各子初始层种氧元素和碳元素的含量,使远离半导体基材方向上形成的各子初始层的力学强度会依次降低,从而减少互连介质层中初始层和基体层之间力学强度的差值。因此,在刻蚀互连介质层形成通孔时,通孔中初始层和基体层之间会形成平滑连接结构,从而提高互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度。
[0031]在形成上述初始层的步骤中,可以采用任意方法,只要能够形成氧元素和碳元素依次递变的结构即可。在一种优选的实施方式中,以由烃基和/或烃氧基取代的硅烷或硅氧烷为前驱气体,并使前驱气体和氧气反应形成各初始层。其中前驱气体可以为二甲基乙氧基娃烧、甲基_■乙氧基娃烧、甲基娃氧烧或氧化娃氧烧。上述如驱气体和氧气的反应的工艺可以为等离子化学气相沉积、次大气压化学气相沉积或高深宽比化学气相沉积等。本申请所提供的这种方法简单易行,可不更换已有互连介质层的生产设备,仅通过简单的参数变化即可实现。
[0032]形成各层上述子初始层的步骤中,可以通过调整前驱气体、氧气的比例形成氧元素的含量依次降低6wt%?8wt%,碳元素的含量依次增加4wt%?6wt%的各层子初始层,以在后续形成通孔的步骤中形成较为平滑的通孔内壁,进而提高互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度。
[0033]在形成上述初始层的步骤中,本领域的技术人员可以根据实际工艺需求设定所形成子初始层的层数,并通过调整前驱气体和氧气.的比例控制各子初始层中的组分。在一种优选实施方式中,形成初始层的步骤包括:控制前驱气体的流量为0.3?0.5mg/min,氧气的流量为150?300sccm,反应的时间为I?3s,以形成氧元素的含量为34wt%? 40wt%,碳元素的含量为40wt%?44wt%的第一子初始层;控制前驱气体的流量为0.7?1.0mg/min,氧气的流量为50?lOOsccm,反应的时间为I?3s,以在第一子初始层上形成氧元素的含量为26wt%?32wt%,碳元素的含量为45wt%?50wt%的第二子初始层。所形成的上述各子初始层之间形成合适的浓度梯度,从而在各子初始层之间形成合适的力学强度梯度,进而进一步提高互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度。
[0034]更为优选地,形成上述初始层的步骤还进一步包括形成第三子初始层,包括以下步骤:控制前驱气体的流量为1.2?1.5mg/min,氧气的流量小于lOsccm,反应的时间为5?15s,以在第二子初始层上形成氧元素的含量为20wt%?24wt%,碳元素的含量为50wt%?54wt%的第三子初始层。所形成的上述各子初始层之间形成最优的浓度梯度,从而在各子初始层之间形成最优的力学强度梯度,进而进一步提高互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度。
[0035]本申请还提供了一种互连层。该互连层包括设置于半导体基材上的互连介质层,设置于互连介质层中的通孔,以及设置于通孔中的金属层,其中互连介质层为本申请提供的互连介质层。该互连层中互连介质层与金属层之间的结合强度得以提高,进而使得互连层的稳定性得以提闻。
[0036]上述的互连层中,半导体基材上至少形成一种结构,例如晶体管、二极管、电容器或浅沟槽结构等,从而在半导体基材上形成了半导体器件区。上述互连层形成于半导体基材的半导体器件区上,且通过金属层在半导体器件和外围电路之间形成电连接。
[0037]下面将更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而,这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施,并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是,提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整,并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。下面将结合实施例进一步说明本申请提供的互连介质层以及互连层的制作方法。
[0038]实施例1
[0039]本实施例提供了一种互连层的制作方法,包括以下步骤:
[0040]以甲基二乙氧基硅烷和氧气为反应气体,在半导体基材上形成第一子初始层,其中甲基二乙氧基硅烷的流量为0.3mg/min,氧气的流量为150sCCm,反应的时间为3s,所形成的第一初始层中氧元素的含量为34wt%,碳元素的含量为40wt%,所形成的第一子初始层的厚度为15nm ;
[0041]以甲基二乙氧基硅烷和氧气为反应气体,在第一子初始层上形成第二子初始层,其中甲基二乙氧基硅烷的流量为0.7mg/min,氧气的流量为50sCCm,反应的时间为3s,所形成的第二子初始层中氧元素的含量为26wt%,碳元素的含量为45wt%,所形成的第二子初始层的厚度为20nm;
[0042]以甲基二乙氧基硅烷和氧气为反应气体,在第二子初始层上形成基体层以形成互连介质层,其中甲基二乙氧基硅烷的流量为4.0mg/min,氧气的流量为500sCCm,反应的时间为1s,所形成的基体层的厚度为125nm ;
[0043]刻蚀互连介质层形成通孔,以及在通孔中形成Cu层。
[0044]实施例2
[0045]本实施例提供了一种互连层的制作方法,包括以下步骤:
[0046]以甲基二乙氧基硅烷和氧气为反应气体,在半导体基材上形成第一子初始层,其中甲基二乙氧基硅烷的流量为0.5mg/min,氧气的流量为300sCCm,反应的时间为ls,所形成的第一初始层中氧元素的含量为40wt%,碳元素的含量为44wt%,所形成的第一子初始层的厚度为1nm ;
[0047]以甲基二乙氧基硅烷和氧气为反应气体,在第一子初始层上形成第二子初始层,其中甲基~■乙氧基娃烧的流量为1.0mg/min,氧气的流量为lOOsccm,反应的时间为Is,所形成的第二子初始层中氧元素的含量为32wt%,碳元素的含量为50wt%,所形成的第一子初始层的厚度为12nm ;
[0048]以甲基二乙氧基硅烷和氧气为反应气体,在第二子初始层上形成第三子初始层,其中甲基二乙氧基硅烷的流量为1.5mg/min,氧气的流量为0,反应的时间为5s,其中氧元素的含量为20wt%?24wt%,碳元素的含量为50wt%?54wt%,所形成的第三子初始层的厚度为20nm ;
[0049]以甲基二乙氧基硅烷和氧气为反应气体,在第三子初始层上形成基体层以形成互连介质层,其中甲基二乙氧基硅烷的流量为5.0mg/min,氧气的流量为600sCCm,反应的时间为15s,所形成的基体层的厚度为420nm ;
[0050]刻蚀互连介质层形成通孔,以及在通孔中形成Cu层。
[0051]实施例3
[0052]本实施例提供了一种互连层的制作方法,包括以下步骤:
[0053]以甲基二乙氧基硅烷和氧气为反应气体,在半导体基材上形成第一子初始层,其中甲基~■乙氧基娃烧的流量为0.4mg/min,氧气的流量为200sccm,反应的时间为2s,所形成的第一初始层中氧元素的含量为38wt%,碳元素的含量为42wt%,所形成的第一子初始层的厚度为14nm ;
[0054]以甲基二乙氧基硅烷和氧气为反应气体,在第一子初始层上形成第二子初始层,其中甲基~■乙氧基娃烧的流量为0.8mg/min,氧气的流量为80sccm,反应的时间为2s,所形成的第二子初始层中氧元素的含量为30wt%,碳元素的含量为48wt%,所形成的第一子初始层的厚度为16nm ;
[0055]以甲基二乙氧基硅烷和氧气为反应气体,在第二子初始层上形成第三子初始
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