專利名稱：沸石－碳摻雜氧化物復(fù)合低k電介質(zhì)的制作方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其是涉及復(fù)合低K電介質(zhì)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代集成電路通常包括制造在襯底(substrate)上的多層互連結(jié)構(gòu)。襯底可以具有由互連結(jié)構(gòu)連接的有源器件和/或?qū)w。
互連結(jié)構(gòu)，典型地包括溝槽(trench)和通路(via)，通常制造在層間介電層(ILD)中或在層間介電層上。通常被接受的是，在每個(gè)ILD中的電介質(zhì)材料都應(yīng)該具有低的介電常數(shù)(k)，以在導(dǎo)體間獲得低的電容量。通過使用低介電常數(shù)(k)降低導(dǎo)體間的電容量，導(dǎo)致若干優(yōu)勢(shì)。例如，提供減小的RC衰減，減小的功率損耗以及減小的在金屬線路之間的串?dāng)_。
一般用來獲得低k電介質(zhì)/膜的材料是碳摻雜氧化物(CDO)或者無定形CDO。CDO趨向于具有低于3.5的k值，但受困于弱的機(jī)械性能。這些弱的機(jī)械性能常常導(dǎo)致CDO在高應(yīng)力處理和包裝步驟中碎裂。
另一種潛在地可被用于ILD的材料是沸石(zeolite)或者硅沸石(silica zeolite)。沸石材料的優(yōu)點(diǎn)在于它們具有高的孔隙度和相對(duì)均勻的孔分布。已知沸石材料還具有好的機(jī)械強(qiáng)度。而且，沸石膜的介電常數(shù)在低于2.7或更小的范圍內(nèi)。然而，沸石是一種晶體結(jié)構(gòu)，這使其形成均勻的膜相當(dāng)困難。
附圖簡(jiǎn)要說明本發(fā)明通過實(shí)施例來說明，并且不受附圖的形狀的限制。


圖1說明了具有沸石顆粒分散在溶劑中的溶液。
圖2是基礎(chǔ)層的橫截面正視圖，具有沉積在所述基礎(chǔ)層上的導(dǎo)體和刻蝕終止層(etchstop)。
圖3是為了形成沸石膜在圖1的溶液被沉積到圖2的基礎(chǔ)層，并且至少一些溶劑已經(jīng)被除去之后，所述圖1的溶液的橫截面正視圖。
圖4是為了形成沸石-CDO膜在碳摻雜氧化物前體被沉積在多孔沸石膜中后，圖3的橫截面正視圖。
圖5是在所述的沸石-CDO膜被煅燒后，圖4的橫截面正視圖。
圖6是在通路開口和溝槽被刻蝕，圖5的橫截面正視圖。
圖7是在阻擋層被沉積在所述沸石-CDO膜表面并且導(dǎo)電材料被形成在所述通路開口和所述溝槽內(nèi)之后，圖6的橫截面正視圖。
詳細(xì)描述在接下來的描述中，為了對(duì)本發(fā)明提供全面的理解，列出了大量具體的細(xì)節(jié)，如特定的溶劑、沉積方法、碳摻雜氧化物等。但是，很明顯，對(duì)本領(lǐng)域人員來講，不需要使用這些特別的細(xì)節(jié)就可以實(shí)施本發(fā)明。在另外一些情況下，為了避免不必要地模糊本發(fā)明，對(duì)公知的方法和材料，如旋涂、浸涂和沸石納米顆粒的制備未作詳細(xì)描述。
這里所描述的方法和互連結(jié)構(gòu)用于由沸石-碳摻雜氧化物(CDO)復(fù)合物形成層間介電層(ILD)。復(fù)合物可以是兩種或多種材料(例如碳摻雜氧化物和沸石)的任意組合，不管實(shí)際的鍵合是否存在。復(fù)合物也可以是由一些材料的組合形成的材料，所述的一些材料組分和形式不同，并且保持它們的個(gè)性(identity)和特性(property)。復(fù)合物還可以包括納米復(fù)合物，其中沸石顆粒的尺寸在納米級(jí)。
參考圖1，示出了溶劑-沸石溶液115。溶劑-沸石溶液115可以是包括溶劑105和沸石顆粒110的任何懸濁液、混合物、溶液或者膠體。將沸石顆粒110被分散在溶劑105中。溶劑105可以是任何低分子溶劑，如水，或者溶劑105也可以是任何有機(jī)低聚物，如聚乙二醇，聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸酯，聚丙烯酸酯，聚氧化乙烯或者任何其他有機(jī)低聚物。通過將沸石顆粒110添加至溶劑105將沸石顆粒110分散在溶劑105中。而且，可以通過攪拌沸石顆粒110和溶劑105將沸石顆粒110分散在溶劑105中。例如，可以通過將溶液置于離心機(jī)中并旋轉(zhuǎn)溶劑105，直到沸石顆粒110在溶劑-沸石溶液115中懸浮，來將沸石顆粒110分散/攪動(dòng)進(jìn)入溶劑105中。
沸石顆粒105可以是包括納米尺寸顆粒的任何尺寸顆粒。通過在低速下旋轉(zhuǎn)沸石-溶劑溶液以分離出大的沸石顆?？梢垣@得納米尺寸沸石顆粒。而且，沸石顆粒的量可以被改變以獲得在溶劑-沸石溶液115中不同的沸石濃度，以及最終沸石-碳摻雜氧化物復(fù)合物的性質(zhì)，這將在后面談到圖4-7時(shí)進(jìn)行討論。
來看圖2，示出了基礎(chǔ)層205，其常常包括數(shù)個(gè)有源器件和/或有裸露導(dǎo)體的層?；A(chǔ)層205可以是半導(dǎo)體晶片，所述晶片包括器件區(qū)，其他結(jié)構(gòu)(如門)，局部互連，金屬層或者其他有源/無源器件結(jié)構(gòu)或?qū)印?br> 在圖2中，基礎(chǔ)層205具有下層導(dǎo)體210。下層導(dǎo)體210可以是銅或者銅合金，也可以是一些其他的導(dǎo)電材料，如金?；A(chǔ)層205也可以是按照本公開的碳摻雜氧化物-沸石復(fù)合電介質(zhì)，其可以包括任何前面所述的器件?？涛g終止層215被沉積在基礎(chǔ)層205上，刻蝕終止層215可以包括氮化硅(Si3N4)，碳化硅(SiC)或者任何其他抗刻蝕材料。
圖3說明了在沸石-溶劑溶液(例如，如圖1所示的沸石-溶劑溶液115)被沉積在基礎(chǔ)層205上并且至少一些溶劑在步驟305中被除去之后，沉積在基礎(chǔ)層上的沸石薄膜310。步驟305可以包括沸石-溶劑溶液的沉積。沸石-溶劑溶液的沉積可以包括在半導(dǎo)體制造中已知的用于材料沉積的任何種類的方法。例如，所述的沸石-溶劑溶液可以通過在沸石-溶劑溶液中浸涂基礎(chǔ)層205來被沉積。作為另一種實(shí)施例，所述的沸石-溶劑溶液可以通過在基礎(chǔ)層205上旋涂沸石-溶劑溶液而被沉積。顯然，這些公知的方法，以及其他公知的沉積電介質(zhì)材料的方法，可以被用來在基礎(chǔ)層205上沉積所述的溶劑溶液。
此外，步驟305可以包括從所述的沸石-溶劑溶液中除去至少一些溶劑以形成沸石膜310。除去至少一些溶劑可以包括干燥所述的沸石-溶劑溶液以去除至少部分溶劑。例如，干燥過程可以在空氣中或者通過真空進(jìn)行。
圖4說明了在步驟405中，在CDO被沉積在沸石膜(例如，如圖3所示的沸石膜310)中之后，沉積在基礎(chǔ)層205上的沸石-碳摻雜氧化物(CDO)復(fù)合膜415。作為一個(gè)實(shí)施例，CDO 410可以是硅氧化物(siliconoxide)，(SixOyHz)，或者任何其他的CDO。步驟405可以是CDO 410被沉積在沸石膜中的任何過程(process)。作為CDO沉積過程405的示例性實(shí)施例，CDO 410可以通過化學(xué)氣相沉積的方法被沉積在沸石膜中。
如圖5所示，在CDO 410被沉積之后，所述的沸石-CDO可以被回流(re-flow)和煅燒，如在煅燒過程505中那樣。煅燒過程505可以形成沸石-CDO復(fù)合電介質(zhì)/膜，如沸石-CDO復(fù)合介電層510。步驟505可以是任何過程，在此過程中，所述的沸石-CDO復(fù)合膜415(如圖4所示)被加熱和冷卻以形成沸石-CDO復(fù)合介電層510(圖5所示)。
例如，煅燒過程505可以包括加熱沸石-CDO復(fù)合膜415。作為特定的實(shí)施例，沸石-CDO復(fù)合膜415可以在300℃～500℃的溫度范圍的環(huán)境溫度下加熱一段時(shí)間。加熱可以在烘箱(oven)、加熱爐(furnace)或者任何其他用于加熱互連結(jié)構(gòu)的設(shè)備中進(jìn)行。加熱可能引起沸石-CDO復(fù)合膜415的CDO組分回流并形成連續(xù)的基體(matrix)。煅燒過程505還可以包括氧化沸石-CDO復(fù)合膜415。氧化沸石-CDO復(fù)合膜415可以包括使空氣氧化沸石-CDO復(fù)合膜一段時(shí)間，或者，將所述結(jié)構(gòu)暴露給誘導(dǎo)臭氧(inducedozone)。而且，煅燒過程505還可以包括真空處理(vacuuming)去除來自沸石-CDO復(fù)合膜415的任何副產(chǎn)物。
顯然，每種從沸石-CDO復(fù)合膜415去除液體的方法可以被單獨(dú)地或組合地使用，以從沸石-CDO復(fù)合膜415中抽取出(extract)至少一些液體。作為示例性的實(shí)施例，沸石-CDO復(fù)合膜415可以在同時(shí)處于真空的烘箱中被加熱。煅燒過程505還可以包括，在加熱后，冷卻沸石-CDO復(fù)合膜415以形成層510并且凍結(jié)(freeze)層510成為固體形式。冷卻可以包括使得層510以可變的冷卻速率在室溫下冷卻一定時(shí)間。冷卻還可以包括在冷凍機(jī)(refrigerator)或其他冷卻設(shè)備內(nèi)的冷凍，以冷卻層510。
如圖6和圖7所示，在沸石-CDO復(fù)合介電層510上可以進(jìn)行進(jìn)一步的鑲嵌(damascene)處理。在圖6中，通路開口605和溝槽610被刻蝕在沸石-CDO復(fù)合電介質(zhì)層510中。在圖7中，阻擋層705被沉積在沸石-CDO復(fù)合介電層510的表面。然后，導(dǎo)電材料710被形成在通路開口605和溝槽610中。顯然，在所述的鑲嵌過程中，其他公知的步驟(如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP))，以及材料(如銅、鉭等)被省去，以免模糊了對(duì)沸石-CDO復(fù)合材料的討論。
因此，如所討論的，具有低k介電常數(shù)并且能夠形成均勻?qū)拥纳鲜鰪?fù)合沸石-CDO介電層/膜可以被制造出來。由于沸石的添加，復(fù)合沸石-CDO電介質(zhì)可以具有比CDO膜更高的機(jī)械強(qiáng)度。而且，代替通常用純沸石膜制造的非均勻膜，采用將CDO材料引入所述的復(fù)合物中可以制造出均勻的膜。
如前所述的說明中，依據(jù)特定的示例性實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。然而，對(duì)其所作的各種修改和改變顯然不能脫離由所附權(quán)利要求書所給出的本發(fā)明寬泛的精神和范圍。因此，本說明書和附圖被認(rèn)為是說明性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在基礎(chǔ)層上沉積沸石-溶劑溶液；從所述的沸石-溶劑溶液中除去至少一些所述的溶劑以形成沸石膜；以及在所述的沸石膜中沉積碳摻雜氧化物(CDO)以形成沸石-CDO復(fù)合膜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的溶劑是水。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的溶劑是有機(jī)低聚物。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述的有機(jī)低聚物選自由聚乙二醇，聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸酯，聚丙烯酸酯和聚氧化乙烯組成的組。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述的沸石-溶劑溶液中除去至少一些所述溶劑的步驟包括干燥所述的沸石-溶劑溶液。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述的沸石-溶劑溶液中除去至少一些所述的溶劑的步驟包括真空處理所述的沸石-溶劑溶液。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述的基礎(chǔ)層上沉積所述的沸石-溶劑溶液的步驟包括在所述的基礎(chǔ)層上旋涂所述的沸石-溶劑溶液。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述的基礎(chǔ)層上沉積所述的沸石-溶劑溶液的步驟包括在所述的基礎(chǔ)層上浸涂所述的沸石-溶劑溶液。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述的沸石膜中沉積CDO的步驟包括在所述的沸石膜中，化學(xué)氣相沉積所述的CDO。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的CDO是硅氧化物。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的基礎(chǔ)層是晶片。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的基礎(chǔ)層是層間介電層。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述的層間介電層包括沸石-碳摻雜氧化物復(fù)合膜。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括煅燒所述的沸石-CDO復(fù)合膜以形成固相沸石-CDO復(fù)合膜。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中煅燒所述的沸石-CDO復(fù)合膜的步驟包括加熱所述的沸石-CDO復(fù)合膜；以及冷卻沸石-CDO復(fù)合膜。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中加熱所述的沸石-CDO復(fù)合膜的步驟在烘箱中進(jìn)行。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的烘箱溫度在300℃～550℃的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中在煅燒所述沸石-CDO復(fù)合膜之前，所述的沉積所述沸石-溶劑溶液，從所述的沸石-溶劑溶液除去至少一些所述的溶劑，以及沉積CDO的所述多個(gè)步驟被重復(fù)，以獲得較厚的沸石-CDO復(fù)合膜。
19.一種方法，包括在基礎(chǔ)層上形成沸石-碳摻雜氧化物(CDO)復(fù)合層間介電層；在所述的沸石-CDO復(fù)合層間介電層中刻蝕通路開口和溝槽；以及在所述的通路開口和所述的溝槽中形成導(dǎo)電材料。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中在所述的基礎(chǔ)層上形成所述的沸石-CDO復(fù)合層間介電層包括在所述的基礎(chǔ)層上沉積沸石-溶劑溶液；干燥所述的沸石-溶劑溶液以除去至少一些部分溶劑而形成沸石膜；以及通過化學(xué)氣相沉積在所述的沸石膜內(nèi)沉積CDO以形成沸石-CDO復(fù)合膜；加熱所述的沸石-CDO復(fù)合膜；以及冷卻所述的沸石-CDO復(fù)合膜。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中在所述基礎(chǔ)層上沉積所述的沸石-溶劑溶液的步驟包括在所述的基礎(chǔ)層上旋涂所述的沸石-溶劑溶液。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中在所述的基礎(chǔ)層上沉積所述的沸石-溶劑溶液的步驟包括在所述基礎(chǔ)層上浸涂所述的沸石-溶劑溶液。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述的CDO是硅氧化物。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述的基礎(chǔ)層是晶片。
25.一種互連結(jié)構(gòu)，包括由碳摻雜氧化物(CDO)-沸石復(fù)合電介質(zhì)限定的至少一個(gè)通路和至少一個(gè)溝槽，所述的碳摻雜氧化物(CDO)-沸石復(fù)合電介質(zhì)被沉積在基礎(chǔ)層上；沉積在所述的碳摻雜氧化物(CDO)-沸石復(fù)合電介質(zhì)的所述表面的阻擋層；以及沉積在所述通路開口和所述溝槽中的導(dǎo)電材料。
26.如權(quán)利要求25所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述的CDO是硅氧化物。
27.如權(quán)利要求25所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述的阻擋層包括鉭。
28.如權(quán)利要求25所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述的導(dǎo)電材料包括銅合金。
29.如權(quán)利要求25所述的互連結(jié)構(gòu)，其中所述的基礎(chǔ)層是晶片。
全文摘要
在此描述了形成沸石—碳摻雜氧化物(CDO)復(fù)合電介質(zhì)材料的方法。沸石顆?？梢员环稚⒃谌軇┲小Ｈ缓?，沸石溶劑溶液被沉積在基礎(chǔ)層(例如晶片或其他介電層)上。隨后，至少一些溶劑被除去以形成沸石膜。然后，CDO可以被沉積在沸石膜中以形成沸石－CDO復(fù)合膜/電介質(zhì)。之后，所述的沸石－CDO復(fù)合膜/電介質(zhì)被煅燒以形成固相沸石－CDO復(fù)合電介質(zhì)。
文檔編號(hào)H01L23/52GK1879202SQ200480033203
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月17日
發(fā)明者鄧海, H-C·里歐 申請(qǐng)人:英特爾公司