制造半导体器件的方法及半导体器件技术

本发明专利技术公开了一种修复受损的低ｋ介电材料的方法。常用于生产半导体器件的基于等离子体的方法通常会损坏含碳的低ｋ介电材料。受损的介电材料暴露在水分中时可能形成硅醇基团。在优选的实施方案中，两步法将硅醇转化为合适的有机基团。第一步包括用卤化剂将硅醇转化为卤化硅。第二步包括利用衍生剂，优选利用有机金属化合物用合适的有机基团取代卤化物。在一个优选的实施方案中，卤化剂包括亚硫酰二氯，有机金属化合物包括烷基锂，优选甲基锂。在另一个优选的实施方案中，有机金属化合物包括格氏试剂。本申请公开的实施方案有利于生产商通过选择性加入有机基团对低ｋ介电材料的密度、极化和离子化性能进行设计。

【技术实现步骤摘要】

总的来说，本专利技术涉及半导体器件的生产，更具体地说，本专利技术涉及介电膜的形成与加工。
技术介绍
生产半导体器件的目的是使集成电路尽可能小。因为半导体器件越来越小，所以需要低k电介质来降低寄生电容和RC交换延时。这些材料作为金属间电介质或IMD和层间电介质或ILD特别有用。低k电介质材料指那些介电常数低于二氧化硅的介电常数或者说约小于4的绝缘材料。低k材料的一个例子是氟掺杂的二氧化硅或氟硅酸盐玻璃(FSG)。另一种广泛使用的材料是碳掺杂的氧化物或有机硅酸盐玻璃(OSG)。OSG膜一般包括SiwCxOyHz，其中，四价硅可以有多种不同的有机取代基。通常使用的取代基会产生甲基三甲氧基硅烷(MSQ)，其中，甲基产生取代SiO键的SiCH3键。在本领域中，有多种已知的降低介电膜k值的方法。这些方法包括降低介电膜密度、降低介电膜的离子化度、降低介电膜的极化度。离子化度和极化度的下降是含碳的低k介电膜的共同特征。例如，Si-CH3键的极性小于Si-O键的极性。其离子化的趋势也小。对低k介电膜的有机官能度进行设计是对这些材料的性能进行优化的一个重要工具。低k电介质的主要缺点是它们在制造器件时使用的等离子体蚀刻和灰化工艺中易于损坏。这种等离子体工艺包括蚀刻，包括蚀刻低k介电膜，除去光致抗蚀剂掩膜材料，在等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)工艺中沉积多个层。在蚀刻和灰化工艺中，低k材料的暴露在等离子体中的表面通常会有碳损耗。在某些蚀刻和灰化工艺中，这种损耗还可能延伸到整块材料上。这些受损的表面以后暴露于空气中时，会与水分反应，如果在蚀刻或灰化过程中自由Si位没有被氧占据，则在这些自由Si位上会形成硅醇基团(≡Si-OH)。在本领域中，大家都知道硅醇基团能够增加低k介电材料的介电常数。大家还知道受损的低k介电材料在进行潮湿的化学洗涤时易受化学攻击，这将导致低k介电膜绝缘结构的临界尺寸(CD)有大的损失。据信，在具有暴露于氧化性或还原性等离子体中时能转化为硅醇的硅-烃键的其他低k介电材料中也会发生同样的情况。半导体生产商认识到需要克服这些缺点后研发了修复受损的低k介电层的方法。一种传统的修复方法包括将低k介电膜热退火。但是，热退火会产生其他诸如热感应铜迁移的问题。因为热退火需要经济上不可行的加工时间和设备费用，所以热退火也不可取。最后，用该传统方法退火的等离子体损坏的低k介电膜易于重新吸附水分，重新形成硅醇。另一种传统方法包括用甲硅烷基化剂如六甲基二硅氮烷(HMDS)处理受损的绝缘层。在该方法中，三甲基硅烷基团取代硅醇基团上的氢。 甲硅烷基化能够有效消除硅醇官能团。但是，其受限于只能用一个甲硅烷基(在这个例子中是三甲基甲硅烷基)取代氢。这个缺点限制了IC生产商对低k介电膜的密度、极化和离子化性能进行设计的能力。半导体生产商需要一种方法来修复受多种有机化合物作用的低k电介质中的碳损耗。
技术实现思路
本专利技术的优选实施方案提供了修复存在碳损耗问题的低k介电膜的方法，这些优选实施方案通常能够解决或克服这个问题和其他问题，通常能够取得技术优势。在优选的实施方案中，两步法将硅醇基团转化为含碳的有机基团。第一步包括用卤化剂将硅醇基团转化为卤化硅。第二步包括利用衍生剂(也称为衍生化试剂或衍生化剂)用合适的有机基团取代卤化物。在一个优选的实施方案中，卤化剂包括亚硫酰二氯，衍生剂包括烷基锂，优选甲基锂。在另一个实施方案中，卤化剂选自基本由SO2Cl2(磺酰氯)或COCl2(碳酰二氯)组成的组。在另一个实施方案中，卤化剂包括溴化物化合物或碘化物化合物或氯化物化合物或其混合物。在另一个实施方案中，有机金属化合物包括格氏(Grignard)试剂。在另一个实施方案中，有机金属化合物包括有机锂化合物RLi，其中，R选自基本由烷基或芳基化合物组成的组。在另一个实施方案中，有机金属化合物是三甲基铝，或者说更一般地是RARBRCAl，其中，RA-C可以独立地包括烷基或芳基。其他实施方案可以包括一般用RARBRCC(RDX)或RARBRCSi(RDX)表示的非有机金属衍生化合物或，其中，RA-C可以独立地包括烷基或氢，RD可以独立地包括烷基，X包括Br、I、R、O-R(R＝烷基)、氟磺酸基(-O-SO2-F)或三氟甲基磺酸基(-O-SO2-CF3)。其他实施方案可以包括一般用RARBC＝CHRC表示的非有机金属衍生化合物，其中，RA-C可以独立地包括烷基或氢。在其他实施方案中，衍生反应可以制造低k介电膜，而不是修复低k介电膜。例如，多孔二氧化硅一般不认为是低k电介质，但是可以用衍生剂处理，从而将其k值降低到适当的水平。为了更好地理解本专利技术下述的细节，前面比较宽泛地概述了本专利技术的特征和技术优势。下面将描述本专利技术的其他特征和优点，这些都构成本专利技术的权利要求的主体。本领域普通技术人员应当理解的是，易于用公开的概念和具体的实施方案作为基础来改进或设计用于实施与本专利技术相同目的的其他结构或方法。本领域普通技术人员还应当意识到，这些等同的构造没有背离附加的权利要求书所设定的本专利技术的精神和保护范围。附图说明为了更彻底地理解本专利技术及其优点，下面结合附图描述本专利技术，其中图1-6是示出根据本专利技术的优选实施方案生产半导体器件的截面图。在不同的附图中，除非特别指出，相应的数字和符号一般表示相应的部件。绘制附图是为了能够清楚地示出优选实施方案的相关方面，没有必要按比例绘制。具体实施例方式下面详细讨论本专利技术优选实施方案的制造和利用。但是应当理解的是，本专利技术提供了许多可以实际应用的创造性概念，可以体现在多种不同的具体方案中。下面以具体方式描述本专利技术的优选实施方案，即，在生产集成电路时的具体步骤，包括用二重大马士革金属镶嵌法(二重用波形花纹装饰法)形成多个水平的铜金属化。例示性的二重大马士革金属镶嵌生产法的完整细节提供在Armacost等人的美国专利6521542中，此处引入该专利作为参考。据信，本专利技术的实施方案用在大马士革金属化方法中是有优势的。还可以认为这里所述的实施方案对没有具体指出的涉及低k介电膜的其他生产步骤也是有益的。因此，所讨论的具体实施方案仅仅演示了制造和利用本专利技术的具体方法，而不能限制本专利技术的保护范围。这里使用的“衍生”表示取代化合物上选定的一个或多个次单元的化学方法。甲硅烷基化是衍生反应的一个例子。在甲硅烷基化中，衍生剂HMDS使三甲基甲硅烷基选择性取代硅醇基团上的氢原子。本领域普通技术人员可能会指出HMDS更特别作为甲硅烷基化剂而不是衍生剂。衍生反应可以包括一个或多个化学步骤。下面详述衍生反应的其他例子。参看图1，在用二重大马士革金属镶嵌法在低k绝缘体层2中形成的沟槽内放置导体4。将氮化硅(Si3N4)层6沉积在绝缘体2和导体4上，作为后续步骤的蚀刻阻止层，并且根据本领域普通技术人员熟知的方法保护金属4免受氧化。在氮化物层6上沉积低k interlevel介电层8。介电层8覆盖半导体基板(图中未示出)，半导体基板可以含有，如，介电层8下面的电阻器或有源器件如晶体管和二极管。根据优选的实施方案，低kinterlevel介电层8优选是有机硅酸盐玻璃(OSG)。用传统的用于该材料的方法如CVD法沉积OSG 8。根据应用领域的不同，层8的厚度可以小于约1μm。本领本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，其包括：在基板上形成有源器件；在有源器件上沉积含碳的低ｋ绝缘体；将绝缘体暴露在等离子体中；用卤化剂与绝缘体中的硅醇反应，形成卤化硅；和用卤化硅进行衍生反应。

【技术特征摘要】
US 2004-8-27 10/927,8991.一种制造半导体器件的方法，其包括在基板上形成有源器件；在有源器件上沉积含碳的低k绝缘体；将绝缘体暴露在等离子体中；用卤化剂与绝缘体中的硅醇反应，形成卤化硅；和用卤化硅进行衍生反应。2.根据权利要求1的方法，其中，低k绝缘体包括碳掺杂的氧化物。3.根据权利要求1的方法，其中，低k绝缘体包括多孔二氧化硅。4.根据权利要求1的方法，其中，低k绝缘体包括OSG。5.根据权利要求1的方法，其中，卤化剂选自基本由亚硫酰二氯、磺酰氯和碳酰二氯组成的组。6.根据权利要求1的方法，其中，卤化剂选自基本由氯化物化合物、溴化物化合物、和碘化物化合物、或它们的混合物组成的组。7.根据权利要求1的方法，其中，衍生反应包括使用有机金属化合物。8.根据权利要求7的方法，其中，有机金属化合物是格氏试剂。9.根据权利要求7的方法，其中，有机金属化合物是二烷基铜锂。10.根据权利要求7的方法，其中，有机金属化合物是三甲基铝。11.根据权利要求7的方法，其中，有机金属化合物是甲基锂。12.根据权利要求1的方法，其中，衍生反应包括使用对应于通式RARBRCC(RDX)的化合物其中，RA、RB、RC和RD独立地是氢或烷基；X选自Br、I、O-烷基、O-氟磺酸基和O-三氟甲基磺酸基。13.根据权利要求1的方法，其中，衍生反应包括使用对应于通式RARBRCCX的化合物其中，RA、RB和RC独立地是氢或烷基；X选自Br、I、O-烷基、O-氟磺酸基和O-三氟甲基磺酸基。14.根据权利要求1的方法，其中，衍生反应包括使用对应于通式RARBC＝CHRC的化合物，其中，RA-C独立地是氢或烷基。15.根据权利要求14的方法，其中，衍生反应还包括使用路易斯酸。16.根据权利要求1的方法，其中，衍生反应包括使用甲硅烷基化剂。17.根据权利要求16的方法，其中，甲硅烷基化剂对应于通式RARBRCSi(RDX)其中，RA、RB、RC和RD独立地是氢或烷基；X选自Br、I、O-烷基、O-氟磺酸基和O-三氟甲基磺酸基。18.根据权利要求16的方法，其中，甲硅烷基化剂对应于通式RARBRCSiX其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：F韦伯，
申请(专利权)人：印芬龙科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]