低Ｋ电介质材料的汽相修复和孔密封制造技术

提供一种处理半导体基片上形成的纳米孔隙低Ｋ电介质材料的方法。该低Ｋ电介质材料具有蚀刻出的开口，其在该蚀刻出的开口的外部表面和互连孔的内部表面上具有包含硅烷醇基团的蚀刻受损区域。首先，该低ｋ电介质材料与汽相催化剂以可有效在该催化剂和该蚀刻受损区域中的硅烷醇基团之间形成氢键的量相接触，而形成催化中间体。其次，该低Ｋ电介质材料与汽相烷氧硅烷修复剂以可有效与大约５０％或更多的该蚀刻受损区域中的硅烷醇基团反应的量相接触，从而该烷氧硅烷修复剂与该催化中间体反应；以及／或该低ｋ电介质材料与汽相烷氧硅烷密封剂以可有效防止上覆阻挡层扩散进入该互连孔的量相接触，从而该烷氧硅烷密封剂与该催化中间体反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低K电介质材料的汽相修复和孔密封
技术介绍
随着集成电路器件尺寸持续减小，多个晶体管之间信号传播的延时(即，传播延 迟)已经变成决定器件性能中越来越重要的参数。传播延迟与金属连线的电阻(R)与该 层间介电绝缘材料的电容(C)乘积成比例，(也称作RC延迟)。因此，为了最小化传播延 迟，将包含低介电常数材料的绝缘材料与高导电率金属组合(或电阻率金属)组合是有益 的。低k电介质(LKD)材料(k < 3. 0)，如有机硅酸盐玻璃(OSG)、有机硅酸盐玻璃(OSG)、 四乙氧硅烷(TE0S)、氟硅玻璃(FSG)和碳掺杂氧化物，也正受到重视以作为氧化硅(k = 3.8-4.0)的替代物。为了获得较低的介电值，该LKD材料可包含互连的纳米孔隙结构，其 吸附空气(k= 1)以降低大块LKD总的k值。类似地，铜(Cu)因为其较低的电阻率值(R <2μ Ω-cm)而受到相当大的重视以作为互连线金属，作为更加常见的铝(Al)互连金属(R =3. 0-5. 0 μ Ω -cm)的替代物。因为铜不容易形成挥发性副产物，所以传统或习知的蚀刻技术是不适当的。因此， 镶嵌制造工艺对于形成图案化的铜互连线是必要的，需要涉及先前图案化的开口(例如， 沟槽或过孔)中沉积导电材料的工艺。因此，镶嵌处理使得蚀刻该LKD材料中先前图案化 的开口成为必要。其这样进行将电介质层上掩模层(如光刻胶)中的开口图案化为沟槽 或过孔的形状，然后湿法或干法蚀刻。然而，LKD材料的蚀刻、灰化或清洁都有可能损伤该 LKD材料。
技术实现思路
提供一种处理半导体基片上形成的纳米孔隙低k电介质材料的方法。该低k电介 质材料具有蚀刻的开口，其在该蚀刻出的开口的外部表面和互连孔的内部表面上具有包含 硅烷醇基团的蚀刻受损区域。首先，将该低k电介质材料与汽相催化剂以可有效在该催化 剂和该蚀刻受损区域中该硅烷醇基团之间形成氢键的量相接触，而形成催化中间体。其次， 该低k电介质材料与汽相烷氧硅烷修复剂以可有效与该蚀刻受损区域中大约50%或更多 的硅烷醇基团反应的量相接触，从而该烷氧硅烷修复剂与该催化中间体反应；以及/或该 低k电介质材料与汽相烷氧硅烷密封剂以可有效防止上覆阻挡层扩散进入该互连孔的量 相接触，从而该烷氧硅烷密封剂与该催化中间体反应。在另一实施例中，提供一种处理半导体基片上形成的纳米孔隙低k电介质材料的 方法。该低k电介质材料具有蚀刻出的开口，其在该蚀刻出的开口的外部表面上和互连孔 的内部表面上具有包含硅烷醇基团的蚀刻受损区域。首先，该低k电介质材料与汽相有机 酸催化剂以可有效在该催化剂和该蚀刻受损区域中的硅烷醇基团之间形成氢键的量相接 触，而形成催化中间体。其次，该低k电介质材料与汽相烷氧硅烷修复剂以可有效与大约 50%或更多的该蚀刻受损区域中的硅烷醇基团反应的量相接触，从而该烷氧硅烷修复剂与 该催化中间体反应；以及/或该低k电介质材料与汽相烷氧硅烷密封剂以可有效防止上覆 阻挡层扩散进入该互连孔的量相接触，从而该烷氧硅烷密封剂与该催化中间体反应。附图说明图1说明镶嵌制造工艺的示范实施例。图2说明硅烷水解沉积物。图3说明在存在Lewis碱胺的情况下，表面约束Si-ΟΗ基团和n_丙基三甲氧基硅 烷(n-PTMQ之间形成硅烷化合物的反应。图;3B说明烷氧基至Si-OH基团的转换。图3C说明邻近硅烷化合物之间水平网状物的形成。图4A-4D说明在存在有机酸的情况下，邻近硅烷化合物之间的水平网状物的形 成。图5说明修复和/或密封带有纳米孔隙LKD材料半导体基片的工艺室和化学制剂 蒸汽输送系统。图5B说明用于液体制剂的蒸发和输送的化学制剂蒸汽输送系统。图6A-6C是表征汽相修复的样品、超临界CO2修复的样品以及没有修复的样品的 蚀刻沟槽侧壁的修复程度的扫描电子显微镜(SEM)图像。图7说明汽相修复的样品、超临界CO2修复的样品、没有修复的样品和沉积 (as-deposited)的样品的次级离子质谱(SIMS)分析得到的碳和硅的比与深度的函数。具体实施例方式图1是镶嵌制造工艺的示范实施例。图IA说明带有上覆的纳米孔隙LKD材料层 110的半导体基片100。使用掩模层120，在纳米孔隙LKD材料110中形成开口 130。为了 说明目的，仅示出一个开口 130，其可以是许多过孔或沟槽之一。例如，掩模层120可以是有 机光刻胶，开口 130可以通过等离子蚀刻形成。一经完成等离子蚀刻，掩模层120可以通过 灰化去除(即，在氧基等离子中干蚀刻)。图IB中，阻挡层140可以形成在该开口 130的侧壁和底面上方以保护邻近该铜连 线的该纳米孔隙LKD材料110不会受到扩散进邻近的电介质材料的铜原子侵害。示范性的 阻挡材料包括钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)、钌(Ru)、氧化钌(RuOx)及其合 金。例如，该阻挡材料可以通过物理气相沉积(PVD)，原子层沉积(ALD)等涂覆。图IC中，开口 130填充大块的铜层150。例如，大块的铜层150可以这样形成沉 积种子层，接着无电镀铜。如图ID中所示，该结构可通过任何合适的技术平坦化以去除大 块的铜层150的多余部分，如通过化学机械平坦化(CMP)。该镶嵌制造工艺可以是单或双镶嵌工艺的任一个。对于后一工艺，可使用先过孔 方法或先沟槽方法的任一个。在成功的将纳米孔隙LKD材料植入镶嵌结构之前，必须克服多个障碍。首先，通过 蚀刻形成开口 130(例如，过孔或沟槽)以及通过灰化去除掩模层120的工艺可能会损伤该 纳米孔隙LKD材料。其次，该阻挡材料140 (例如，Ti，TiN，Ta, TaN, Ru或RuOx)可能会渗透 进入纳米孔隙LKD材料110的互连孔，影响低介电值。第三，由于在许多纳米孔隙LKD材料 中存在互连孔，纳米孔隙LKD材料形成的结构缺少随后的处理步骤(例如，CMP)所需的机 械强度。因此，需要修复受损的纳米孔隙LKD材料，密封该开口 130的表面，以及增强该LKD 材料的机械强度。等离子蚀刻和灰化过程中，可以去除至少一部分含碳基团(S卩，甲基或-CH3基 团)，导致纳米孔隙LKD材料疏水性降低。当该含碳基团从该纳米孔隙LKD材料去除，Si-C 键被Si-OH(“硅烷醇”)键或基团替代，所得到的电介质层失去了其疏水性，因为来自空气或 随后的湿法清洁步骤的水分子与该硅烷醇基团形成很强的氢键作用。水(其k值大约70) 的存在导致该纳米孔隙LKD材料的k值显著增加。例如，该纳米孔隙LKD材料中开口(例 如，过孔或沟槽)的等离子蚀刻期间，等离子损伤可能延伸到该开口的侧壁中大约30nm的 深度。在该等离子损伤的纳米孔隙LKD材料的大约5nm深度，失去大约25%的甲基(-CH3) (BP,25% Si-C键被Si-OH键或基团替代)。蚀刻损伤的纳米孔隙LKD材料可利用烷氧硅烷制剂处理，其与Si-OH反应。然而， 使用烷氧硅烷制剂的一个缺陷是在缩合步骤中与该表面约束Si-OH基团缩合之前需要水 来水解该烷氧基。因此，与化合物(如烷氧硅烷制剂)的使用相关的挑战之一是修复的一 致性。这涉及在烷氧硅烷和Si-OH基团之间的化学反应中水所扮演的关键角色。如图2中 所示，需要水在与Si-OH基团缩合之前在水解步骤中水解该烷氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理半导体基片上形成的纳米孔隙低ｋ电介质材料的方法，该低ｋ电介质材料具有蚀刻出的开口，其在该蚀刻出的开口的外部表面上和在互连孔的内部表面上具有包含硅烷醇基团的蚀刻受损区域，该方法包括：（ａ）将该低ｋ电介质材料与汽相催化剂以可有效在该催化剂和该蚀刻受损区域中的硅烷醇基团之间形成氢键的量相接触，形成催化中间体，然后是：（ｂ）将该低ｋ电介质材料与汽相烷氧硅烷修复剂以可有效与大约５０％或更多的该蚀刻受损区域中的硅烷醇基团反应的量相接触，从而该烷氧硅烷修复剂与该催化中间体反应；以及／或（ｃ）将该低ｋ电介质材料与汽相烷氧硅烷密封剂接触以可有效防止上覆阻挡层扩散进入该互连孔的量相接触，从而该烷氧硅烷密封剂与该催化中间体反应。

【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：詹姆斯德扬，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US