由旋涂上的陶瓷薄膜组成的构图层制造技术

本发明专利技术包括一种形成硬掩模的方法，包括以下步骤：使聚合物预陶瓷前体薄膜沉积在基材的顶上；将聚合物预陶瓷前体薄膜转化成至少一个陶瓷层，其中陶瓷层的组成为Ｓｉ↓［ｖ］Ｎ↓［ｗ］Ｃ↓［ｘ］Ｏ↓［ｙ］Ｈ↓［ｚ］，其中０．１≤ｖ≤０．９，０≤ｗ≤０．５，０．０５≤ｘ≤０．９，０≤ｙ≤０．５，０．０５≤ｚ≤０．８，ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１；在陶瓷层的顶上形成已构图的光致抗蚀层；对陶瓷层构图，以将衬底基材的区域曝光，其中衬底基材的剩余区域被已构图的陶瓷层保护；并且将衬底基材的曝光区域蚀刻。本发明专利技术的另一个方面是掩埋的蚀刻停止层，其具有组成Ｓｉ↓［ｖ］Ｎ↓［ｗ］Ｃ↓［ｘ］Ｏ↓［ｙ］Ｈ↓［ｚ］，其中０．０５＜ｖ＜０．８，０＜ｗ＜０．９，０．０５＜ｘ＜０．８，０＜ｙ＜０．８，０．０５＜ｚ＜０．８，ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本专利技术要求了于2003年1月29日提交的美国临时专利申请60/443,361的权益，其内容和披露完全阐述在此结合作为参考。
技术介绍
专利
本专利技术涉及采用陶瓷层作为构图层。更特别地，其涉及使用陶瓷层制备作为集成电路和微电子器件的一部分的金属互连结构体。本专利技术提供了两个主要优点。首先，由于可以通过任何基于溶剂的方法例如旋涂施涂薄膜，陶瓷层加工是容易的。其次，陶瓷层独特的化学组成提供了在通过基于溶液的方法涂覆的典型层之间显著的化学对比。
技术介绍
采用硬掩模构图层和掩埋的蚀刻停止层被通常用于制备作为集成电路和微电子器件的一部分的金属互连结构体。为了成功使用这些层，通常需要许多特性。第一，它们应该可通过使用光刻掩模的干蚀刻方法(例如反应活性离子蚀刻)而确定，并且具有提供给其他层以化学对比的组成，以使得可以容易地生成结构体。第二，它们可能需要对在其中出现构图层未对准的情况下所需的光致抗蚀剂重制步骤，例如氧化性等离子体、还原性等离子体、酸性润湿浴等具有抵抗性。第三，它们必须展现出热稳定性，以使得它们可以经受需要升高的温度加工的其他过程。第四，它们需要对邻近层足够的粘合性，以抗受平面化步骤和在互连结构体上产生压力的其他过程。取决于它们的放置和使用，它们可能被要求为可采用合理的化学机械抛光(CMP)速率除去或者作为化学机械抛光的停止层。如果这些层含于最终的互连结构体中，则介电常数必须低，以使阻容(RC)延迟最小化并且提高性能。最后，它们应该可以迅速并且节省成本的方式制得。通常，硬掩模构图层和掩埋的蚀刻停止层是通过化学汽相沉积(CVD)和相关的方法沉积的电介质体系。尽管这些方法允许具有各种组成，包括硅氧化物、硅碳化物、硅氮化物、硅碳-氮化物等的薄膜沉积，但它们通常涉及到昂贵的生产工具并且可能是集约和消耗时间的方法。在一些情况下，已经建议使用旋涂上的电介质。然而，这些情况主要限于倍半硅氧烷、硅氧烷和其他相关的主要基于硅-氧键的化学物质。专利技术概述本专利技术涉及用于制备在任意微电子器件包括高速微处理器、专用集成电路(ASICs)和存储器中所使用的互连结构体的陶瓷结构体和制备方法。采用提供了易于加工、热稳定性、重制能力和在其它构图层之间的化学对比的陶瓷构图层是有利的，因为它们降低了生产成本并且允许以可靠的方式生产互连结构体。在本专利技术的第一实施方案中，描述了在基材上的含有已构图的陶瓷层的结构体。该第一实施方案中的基材包括至少一个用于构图的层。该层由金属或者电介质组成，并且可以是均匀的薄膜或者已构图的薄膜。在该层的下面，基材由至少一个形成于基材上的导电金属特征组成，基材进一步包括至少一个围绕导电金属特征的绝缘层。该绝缘层可以将至少一个导电金属特征围绕在其底部、顶部和侧面。基材可以进一步包括至少一个导电阻隔层，该阻隔层形成于绝缘层与所述至少一个导电金属特征之间的至少一个界面上。所述至少一个导电金属特征和绝缘层的组合可以重复，以形成多层的互连堆层。该结构体可以是以下物质的其中一种含有微电子器件的硅片、陶瓷芯片载体、有机芯片载体、玻璃基材、砷化镓、碳化硅、镓或其他半导体晶片。在本专利技术的第一实施方案的第一个例子中，描述了具有单个已构图的陶瓷层的结构体。该单个已构图的陶瓷层可以用作单个硬掩模。在本专利技术的第一实施方案的第二个例子中，描述了具有成组的已构图的陶瓷层的结构体。成组的硬掩模可以由至少两个具有两种不同图案的含硅电介质组成。在这些实施方案的每一个中，将陶瓷层置于基材上，其中它们可用于通过蚀刻过程步骤而确定衬底结构体中的至少一个特征。在本专利技术的第一实施方案的第三个例子中，描述了含有已构图的掩埋蚀刻停止层的结构体。该掩埋的蚀刻停止层有助于确定线条级和通孔级的互连结构体，并且有助于产生互连结构体。该结构体由已构图的薄膜堆层组成，该薄膜堆层由在掩埋的蚀刻停止层上的至少一个介电层组成，其中该图案与这些层的每一个相同，并且其中已构图的薄膜堆层设置于基材的顶部。在本专利技术的第二实施方案中，描述了一种生成硬掩模构图层和掩埋的蚀刻停止层的方法。将聚合物预陶瓷前体溶于合适的溶剂中并且涂覆到具有至少一个用于构图的薄膜层的基材上，以制得薄膜。聚合物预陶瓷前体薄膜通过任意合适的方法转化成陶瓷可构图层，这些方法包括加温退火、电子束辐射、离子辐射、采用紫外光和/或可见光的辐射，等等。在该过程期间，聚合物预陶瓷前体可以交联成坚硬的、不可溶的基质。作为硬掩模构图层被施涂时，陶瓷可构图层可以通过光刻技术(本领域公知的)构图并且通过干蚀刻方法(本领域公知的)蚀刻，以将光刻图案转移到陶瓷可构图层中以产生已构图的陶瓷薄膜。随后，处理步骤可以包括将这些步骤连同本领域公知的其他常用步骤一起重复，以生成用于微电子器件的互连结构体。陶瓷构图层可以用作成组的硬掩模。作为掩埋的蚀刻停止层被施涂时，以与上述相同的方式生成陶瓷可构图层。然后将至少一个介电层涂覆到陶瓷可构图层上，其中该陶瓷可构图层是掩埋的蚀刻停止层。然后使用常规的光刻和蚀刻过程步骤对这些介电层构图。与置于其顶部的介电层化学性质不同的掩埋蚀刻停止层用作停止层，其中介电层的蚀刻可以可控制的方式进行，并且规定结构中蚀刻的深度。聚合物预陶瓷前体是可溶于有机溶剂、可以通过基于溶剂的方法被涂覆成涂层并且含有硅的聚合物分子。聚合物预陶瓷前体也可以是两种或多种聚合物组分的混合物，并且可以具有任意的链结构。该聚合物预陶瓷前体可由其中主链主要由Si-N和/或Si-C键组成的聚合物所组成。聚合物预陶瓷前体可以选自含有硅的体系，该体系包括聚硅氮烷、聚碳硅烷、聚硅杂硅氮烷、聚硅烷、聚硅杂碳硅烷、聚硅氧氮烷、聚碳硅氮烷、聚甲硅烷基碳二酰亚胺和聚硅杂碳硅氮烷。该聚合物预陶瓷前体可由其中主链主要由C-C键组成的聚合物所组成；其例子是聚甲硅烷基碳二酰亚胺。通过任何基于溶剂的方法将聚合物预陶瓷前体涂覆，以形成涂层。基于溶剂的方法涉及到使用聚合物预陶瓷前体的溶液以生成该涂层，其中可以使用适用于涂覆的各种有机溶剂。另外，可以将添加剂例如粘合促进剂和抗条纹剂加入该溶液，以分别提高粘合性和涂层质量。从由聚合物预陶瓷前体组成的薄膜转化而来的陶瓷构图层由基于硅的材料所组成，并且对约300℃的温度热稳定(＜1wt％损耗/小时)。该陶瓷构图层可以交联并且不溶于有机溶剂。优选地，陶瓷构图层可以对用于重制(即除去)已构图的光致抗蚀剂层的过程有抵抗性，这些过程包括基于由O2、N2、Ar、He、Ne、H2或其组合产生的等离子体的干蚀刻，和湿蚀刻例如酸性和碱性溶液。陶瓷构图层可以具有小于约3.3，优选小于约2.8，和最优选约2.6的介电常数。陶瓷构图层还可以含有孔隙，其进一步降低了介电常数。当孔隙被引入到陶瓷构图层中时，介电常数可以被降低至小于约2.6，最优选至约1.6。可以通过除去可以是聚合物的牺牲部分而产生孔隙。也可以通过涉及到除去高沸点溶剂的方法产生孔隙。孔隙可以具有约0.5nm-约20nm的尺寸范围，并且可以具有闭孔的形态。通过本领域公知的任何方法，包括涉及到光刻技术、印压光刻技术和反应活性离子蚀刻的那些而加工陶瓷构图层，以生成已构图的陶瓷层。其中陶瓷构图层被用作硬掩模层或者掩埋的蚀刻停止层的多层基材可以进一步包括本领域公知的、任意的包括有电介质、金属或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成硬掩模的方法，包括：使至少一个聚合物预陶瓷前体薄膜沉积在具有至少一个层的基材的顶上；将所述至少一个聚合物预陶瓷前体薄膜转化成至少一个陶瓷层，所述至少一个陶瓷层的组成为Ｓｉ↓［ｖ］Ｎ↓［ｗ］Ｃ↓［ｘ］Ｏ↓［ｙ］Ｈ↓［ｚ ］，其中０．１≤ｖ≤０．９，０≤ｗ≤０．５，０．０５≤ｘ≤０．９，０≤ｙ≤０．５，０．０５≤ｚ≤０．８，ｖ＋ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１；在所述至少一个陶瓷层的顶上形成已构图的光致抗蚀层；对所述至少一个陶瓷层构图，以将所述衬底基材的一 个或多个区域曝光，其中所述衬底基材的剩余区域被至少一个已构图的陶瓷层保护；将所述基材的所述一个或多个曝光的区域蚀刻。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：SM盖茨，JC赫德里克，EE黄，D普菲弗，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]