包含碳化硅层的层型结构、其制备方法及其用途技术

一种层型结构以如下顺序包含：（Ａ）碳化硅层，（Ｂ）至少一个（ｂ１）位于碳化硅层（Ａ）的至少一个主表面上、（ｂ２）通过硅氧键和／或硅碳键化学键合到碳化硅层（Ａ）的主体上、（ｂ３）部分或完全覆盖碳化硅层（Ａ）的至少一个主表面和（ｂ４）如与水的接触角低于水与纯碳化硅表面的接触角所示具有比纯碳化硅表面高的极性的层；和（Ｃ）至少一个介电层，其部分或完全覆盖层（Ｂ）且选自无机和无机－有机杂化物介电层；一种其制备方法和其用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包含碳化硅层的新型层型结构。此外，本专利技术涉及一种制备包含碳化硅层的层型结构的新方法。另外，本专利技术涉及包含碳化硅层的新型层型结构的用途和借助此新方法制备的包含碳化硅层的层型结构的用途。
技术介绍
由于碳化硅具有众多理论上和实际上的优点，它广泛地用于电子器件。这些优点包括宽能隙、高击穿场、强导热性、高电子漂移速度、优异的热稳定性、优异的抗辐射性或 “硬度”、优异的硬度和强化学稳定性。因此，碳化硅在大功率操作、高温操作、耐辐射性和高能光子在光谱的蓝区、紫区和紫外区的吸收和发射方面具有显著的优点。由于它具有强化学稳定性，它在半导体微器件或集成电路(IC)的制备中作为保护层材料，尤其是作为腐蚀停止层材料也表现出显著的优点。目前数字集成电路器件的功率和应用主要归因于集成度的增加。不断地将越来越多的元件(电阻、二极管、晶体管等)集成到基础芯片或集成电路(IC)。典型的IC的原料是高纯度硅。IC元件的特征几何形状通常通过光刻法确定。非常细的表面几何形状可通常该技术精确地再现。光刻法用于确定元件区和在一层上建立另一层元件。复杂的IC常可具有许多不同的组合层，各层具有元件，各层具有不同的相互连接且各层堆积在前一层上。获得的如此复杂的IC的外形由于各IC元件建立在硅晶片的基础表面上通常类似于熟悉的具有许多“山，，和“谷”的地球“山区”。亚微器件如尺寸小于1 μ m的晶体管在形成IC的各个层中形成。数千或数百万亚微器件可用于典型的IC。然而，电路不断地变得更复杂和更大容量。因此，需要不断地增加包括于IC上的元件数目。然而，IC的尺寸常常限于硅晶片上的给定小片尺寸。因此，产生了不断降低IC中器件尺寸的需要。随着器件尺寸变小，电阻-电容(RC)的延迟和与后端金属化伴生的串音变得更明显。在某点存在器件尺寸和其可承受的干涉量之间的阀值。超过此阀值后，器件的运行受到损害。因此，产生了降低所述深亚微器件的RC灵敏度的需要。降低器件和IC的RC灵敏度的一种常规方法将低介电常数的材料(低_k材料) 用于深亚微器件。然而，低-k材料仅仅表现出对在IC中用作保护层和铜阻挡层或在IC制备中用作腐蚀停止层的基础碳化硅层的弱粘合性。现有技术中已经提出了改善此问题的各种方法。因此，美国专利US 6，似4，038B1教导了一种包含基底、在基底上形成的碳化硅层、在碳化硅层上形成的氮化硅层、在氮化硅层上形成的图案化的低介电常数介电层和在图案化的低介电常数介电层图案之间插入的图案化的导电层的微电子导体结构。在此结构中，由碳化硅层和氮化硅层组成的层压材料起腐蚀停止层的作用，氮化硅层提高了腐蚀停止层和低_k材料层之间的界面粘合性。对比实验显示20nm厚的氨基硅烷粘合增进剂层不能补偿缺少的氮化硅层。这意味着采用由叠层氮化硅的碳化硅形成的腐蚀停止层制备的微电子器件提供显著低于采用由具有叠层氨基硅烷粘合增进剂的碳化硅形成的腐蚀停止层制备的微电子器件的漏电流。然而，由碳化硅层和氮化硅层组成的叠层腐蚀停止层的制备需要通过化学气相沉积(CVD)或等离子增强气相沉积(PVD)技术沉积氮化硅，该技术获得与氨基硅烷粘合增进剂层差别很大的材料。美国专利申请US 2003/035904A1教导了通过使碳化硅层上表面置于含氧等离子体之下以获得表现出与水的接触角为5-10°的亲水表面从而提高碳化硅腐蚀停止层和低-k材料层之间的粘合性。此后，用具有亲水基和疏水基的粘合增进剂涂覆亲水表面。亲水基使自己朝向碳化硅层的亲水表面。烘焙粘合增进剂以获得具有疏水表面的粘合增进剂涂层。这样实现了对随后施加的有机聚合物低_k材料层的良好粘合性。然而，该方法不适用于提高碳化硅层和无机或无机-有机杂化物低_k材料层之间的粘合性。美国专利申请US 2003/017642A1教导了包含多个不同有机浓度层(碳梯度层) 的结构的用途，从概念上讲各层可认为是单缓变层，其中碳浓度随着与基底如碳化硅基底的距离变远而逐渐增加。该缓变层起对基底具有良好粘合性的低_k电力层的作用。然而，制备梯度层的方法是繁复的。此外，该方法不适用于提高碳化硅表面和基于二氧化硅或无机-有机杂化物材料的常规低_k材料层之间的粘合性。美国专利申请US 2007/173054A1教导了一种通过用含二氧化碳的等离子体氧化碳化硅表面从而提高碳化硅层和低_k介电材料层之间粘合性的方法。此后，使该表面与亲水化学品如二甲基乙酰胺和氟化铵的水溶液接触。这样将碳化硅表面与水的100°接触角降低到40°且提高了对基于二氧化硅的低_k材料层的粘合性。然而，该方法需要至少两个工艺步骤，尤其是等离子体处理和在湿晶片冲洗室中用水溶液处理。美国专利申请US 2004/238967A1公开了一种包含金属板、与金属板连接的碳化硅层和与碳化硅层连接的粘合增进剂层的电子结构。该粘合增进剂层通过将具有碳化硅层的金属板浸在硅烷溶液中，随后排出过量的溶液并在适中的温度下干燥几分钟如在 18-10(TC下干燥15-20分钟制备。该粘合增进剂层应具有1-50个单层的厚度且可包括硅烷偶联剂如3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷或3-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷或3- (2-氨基乙基)丙基三甲氧基硅烷或3-(2-氨基乙基)丙基三乙氧基硅烷。将该电子结构嵌入作为粘合材料的环氧树脂结构材料。该电子结构借助粘合材料与半导体芯片结合。这样获得了分散半导体芯片的热的装置。然而，该美国专利申请涉及一种完全不同于本专利技术所述电子器件的设计且对这样的粘合增进剂层是否能提高碳化硅层和基于二氧化硅或无机-有机杂化物材料且不只基于环氧树脂的低_k材料层之间的粘合性保持沉默。碳化硅/ 二氧化硅界面的其他问题如界面陷阱密度通过在界面掺入氮改善，如美国专利申请US 2006/0M978A1所述。与掺杂剂和碳氧物质存在伴生的碳化硅表面上的钝化层问题通过具有非常低的铝掺杂剂浓度的热增长氧化层改善，如美国申请US 5，629，531所述。因此，所述美国专利和专利申请涉及完全不同于碳化硅/无机或无机-有机杂化物低_k材料的界面粘合性问题的问题。因此，它们不能为技术人员就如何解决本专利技术目的提供暗示，更不用说技术教导。专利技术目的本专利技术目的是提供一种包含碳化硅层和至少一个无机和/或无机-有机杂化物介电层，尤其是具有比二氧化硅低的介电常数k的无机和/或无机-有机杂化物介电层的较简单设计的新型层型结构，所述层型结构具有碳化硅层和无机和/或无机-有机杂化物介电层之间的优异粘合性。另外，在新型层型结构中碳化硅层在IC中作为铜扩散阻挡层和保护层以及在IC制备中作为腐蚀停止层的功能不应削弱反而应显著增强。此外，电阻-电容 (RC)的延迟和与后端金属化伴生的串音应避免。本专利技术的另一目的是提供一种制备包含碳化硅层和至少一个无机和/或无机-有机杂化物介电层，尤其是一种具有比二氧化硅低的介电常数k的无机和/或无机-有机杂化物介电层的较简单设计的层型结构的新方法。该新方法应以比现有技术方法更少的步骤实施。此外，新方法应具有优异的重复性和可靠性以及非常低的失败率。获得的层型结构应表现出优异的界面粘合性。当用于IC中，与现有技术的层型结构相比，它们应显著降低电阻-电容(RC)的延迟和与后端金属化伴生的串音。另外，在本申请中，在如此获得的层型结构中碳化硅层本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种层型结构，以如下顺序包含：（Ａ）碳化硅层，（Ｂ）至少一个如下层：（ｂ１）位于碳化硅层（Ａ）的至少一个主表面上，（ｂ２）通过硅氧键和／或硅碳键化学键合到碳化硅层（Ａ）的主体上，（ｂ３）部分或完全覆盖碳化硅层（Ａ）的至少一个主表面，（ｂ４）如与水的接触角低于水与纯碳化硅表面的接触角所示具有比纯碳化硅表面高的极性；和（Ｃ）至少一个介电层，其部分或完全覆盖层（Ｂ）且选自无机和无机－有机杂化物介电层。

【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：A·特劳特，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：DE