專利名稱：提高兩個不同層之間粘附強(qiáng)度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
近年來在超大規(guī)模半導(dǎo)體集成(ULSI)電路中使用的電 子器件的尺寸連續(xù)縮小已經(jīng)導(dǎo)致增加后段制程(BEOL)金屬化的電 阻，而沒有相伴地減小互連電容。經(jīng)常，互連甚至縮放到更高的縱橫 比(高寬比典型地大于3:1)以緩和電阻增加，導(dǎo)致增加的電容。該 組合作用增加ULSI電子器件中的信號延遲。應(yīng)當(dāng)注意，在上述實施方案的任何一個中，可以在與形 成包含電介質(zhì)的襯底時使用的相同或不同，優(yōu)選地相同的反應(yīng)器或工 具中執(zhí)行處理步驟。
處理后的表面層22通過使用等離子、光化輻射和電子束 輻射的至少一種接觸先前沉積的電介質(zhì)蓋層20A的表面而形成。0068當(dāng)在本發(fā)明中使用光化輻射時，優(yōu)選地，但不一定總 是，在與沉積電介質(zhì)蓋層20A時使用的相同工具中執(zhí)行光化處理。 光化輻射包括，但不局限于波長在大約10nm至大約1000nm范圍內(nèi) 的UV光，以及X射線輻射。下面的條件也可以用于本發(fā)明的該方面大約10秒至大約30分鐘的輻射時間，室溫至大約500°C的溫 度，以及包括真空或者氣體例如惰性氣體、N2、 H2、 02、 NH3、碳?xì)?化合物、SiKU等的環(huán)境。當(dāng)使用電子束處理時，典型地使用下面的條件大約0.1 至大約10,000 eV的電子束能量，大約10秒至大約30分鐘的輻射時 間，以及室溫至大約500°C的溫度。該處理步驟可以在或可以不在與 形成電介質(zhì)蓋層20A時使用的相同工具中執(zhí)行。使用He等離子處理SiCNH電介質(zhì)蓋層長達(dá)10秒鐘。在 表面處理之后，多孑LSiCOH電介質(zhì)(k大約為3.2)通過旋涂而涂覆 在表面處理后的蓋層上。晶片在400°C下在1\2下UV硫化長達(dá)5分 鐘。這在多孔SiCOH與SiCNH蓋層襯底層之間實現(xiàn)3.2±0.1 J/m2的 4點彎曲粘附強(qiáng)度。
[0086在這些實例中，AFM、 Augur和接觸角測量數(shù)據(jù)證實具 有增加的親水性、表面粗糙度和/或O富集的電介質(zhì)蓋層的表面的修 改。相反，具有較差界面強(qiáng)度的控制樣品顯示憎水性表面，并且具有o缺乏表面。[00871雖然已經(jīng)在這里詳細(xì)描述并且在附隨附圖
中說明了本發(fā) 明的幾種實施方案及其修改，但是可能進(jìn)行各種另外的修改而不背離 本發(fā)明的范圍將是顯然的。上面說明書中沒有什么打算比附加權(quán)利要 求更狹窄地限制本發(fā)明。給出的實例僅打算是說明性的而不是排他 的。
權(quán)利要求
1.一種提高兩個不同層之間粘附強(qiáng)度的方法，包括使用光化輻射、等離子和電子束輻射的至少一種來處理包含電介質(zhì)的襯底的表面，以便在襯底中形成與所述襯底物理和化學(xué)上不同的處理后表面層；在所述處理后表面層上形成介電常數(shù)小于4.0的低k電介質(zhì)層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述處理包括光化輻射，所述 光化輻射包括波長在大約10至大約1000nm范圍內(nèi)的UV光，或X 射線輻射。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述處理包括等離子，所述等 離子包括選自由惰性氣體、H2、 02、 NH3、 SiH4及它們的混合物構(gòu) 成的組中的表面預(yù)處理氣體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述處理包括電子束輻射，所 述電子束輻射在大約0.1至大約IO，OOO eV的電子束能量，大約10秒 至大約30分鐘的輻射時間以及室溫至大約500°C的溫度下執(zhí)行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述包含電介質(zhì)的村底包括與 所述低k電介質(zhì)具有不同組成的電介質(zhì)蓋層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述電介質(zhì)蓋層選自由氧化 硅、氮化硅、氮氧化珪、SiC、 Si4NH3、 SiCH、摻雜碳的氧化物、摻 雜氮和氫的碳化硅SiC(N，H)及它們的多層構(gòu)成的組中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述低k電介質(zhì)選自由倍半硅 氧烷，包含Si、 C、 O和H原子的摻雜C的氧化物(即有機(jī)硅)， 熱固聚芳醚，SiC， SiCH， SiCN, SiCHN及它們的多層構(gòu)成的組 中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述襯底由PECVD或旋涂形成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述形成低k電介質(zhì)包括沉積 步驟，其后是可選的硫化步驟。
10. —種形成互連結(jié)構(gòu)的方法，包括提供具有嵌入于電介質(zhì)材料中的至少一個導(dǎo)電特征的互連級；在所述互連級的頂面上形成電介質(zhì)蓋層；以及使用光化輻射、等離子和電子束輻射的至少一種來處理電介質(zhì)蓋 層，以便在電介質(zhì)蓋層中形成與所述電介質(zhì)蓋層物理和化學(xué)上不同的 處理后表面層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述處理包括光化輻射，所 述光化輻射包括波長在大約10至大約1000nm范圍內(nèi)的UV光，或 X射線輻射。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述處理包括等離子，所述 等離子包括選自由惰性氣體、H2、 02、 NH3、 SiH4及它們的混合物 構(gòu)成的組中的表面預(yù)處理氣體。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述處理包括電子束輻射， 所述電子束輻射在大約0.1至大約IO，OOO eV的電子束能量，大約10 秒至大約30分鐘的輻射時間以及室溫至大約500°C的溫度下執(zhí)行。
14. 一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括包含電介質(zhì)的襯底，具有包括與所述襯底化學(xué)和物理不同的處理 后表面層的上部區(qū)域；以及位于所述襯底的所述處理后表面層上、介電常數(shù)小于4.0的低k 電介質(zhì)，其中所述處理后表面層與所述低k電介質(zhì)形成界面，該界 面具有大于所述界面任意一側(cè)上較弱材料的粘結(jié)強(qiáng)度的60%的粘附 強(qiáng)度。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述包含電介質(zhì)的襯 底是在包括嵌入其中的至少一個導(dǎo)電特征的電介質(zhì)材料頂上形成的電 介質(zhì)蓋層材料。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述電介質(zhì)蓋層選自 由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、SiC、 Si4NH3、 SiCH、摻雜碳的氧化 物、摻雜氮和氫的碳化硅SiC(N，H)及它們的多層構(gòu)成的組中。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述電介質(zhì)材料是選自由倍半硅氧烷，包含Si、 C、 O和H原子的摻雜C的氧化物，熱 固聚芳醚，SiC， SiCH， SiCN， SiCHN或它們的多層構(gòu)成的組中的 低k電介質(zhì)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述低k電介質(zhì)選自 由倍半硅氧烷，包含Si、 C、 O和H原子的摻雜C的氧化物，熱固 聚芳醚，SiC， SiCH， SiCN， SiCHN或它們的多層構(gòu)成的組中。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述低k電介質(zhì)中的 頂面區(qū)域是與所述低k電介質(zhì)化學(xué)和物理不同的處理后表面層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括位于所述低k電介 質(zhì)頂上的電介質(zhì)蓋層。
全文摘要
一種在低k電介質(zhì)層與包含電介質(zhì)的襯底之間具有提高粘附強(qiáng)度的機(jī)械堅固的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。特別地，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)，其包括包含電介質(zhì)的襯底，該襯底具有包括與襯底化學(xué)和物理不同的處理后表面層的上部區(qū)域；以及位于襯底的處理后表面層上的低k電介質(zhì)材料。處理后表面層與低k電介質(zhì)材料形成界面，該界面具有大于界面任意一側(cè)上較弱材料的粘結(jié)強(qiáng)度的60％的粘附強(qiáng)度。通過在襯底低k電介質(zhì)材料形成之前，使用光化輻射、等離子和電子束輻射的至少一種來處理襯底的表面來形成處理后表面。
文檔編號H01L23/532GK101231949SQ200810002918
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月24日
發(fā)明者克里斯蒂·S.·蒂伯格, 林慶煌, 特里·A.·斯普納, 達(dá)山·D.·甘迪 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司