在BEOL工艺中，在超低k(ULK)电介质100的固化工艺中使用UV辐射。这一辐射经过ULK材料渗透并且到达在它下面的盖层膜。在UV光与膜之间的相互作用造成盖层膜的性质的改变。特别关注盖层的应力状态从压缩应力改变成拉伸应力。这造成更弱的电介质-盖层界面和ULK膜的机械失效。在盖层130与ULK膜之间插入纳米颗粒层120。纳米颗粒在UV光可以损坏盖层膜之前吸收UV光，因此维持ULK电介质的机械完整性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要地涉及半导体集成电路和器件，并且更具体地涉及在半导体互连处理中应用纳米颗粒。
技术介绍
基于半导体的器件和电路由硅晶片表面上的通常为晶体管的有源器件和互连它们的传导线的集合构成。这一接线集合通常称为后端工艺(BEOL)，而有源晶体管称为前端工艺(FEOL)。需要传导互连的复杂网络以便电接线大量器件，由此创建功能电路。这通过构建由绝缘介电介质中嵌入的金属线构成的多级结构来实现。现代高速互连通常由通过低介电常数(低k)材料相互绝缘的铜(Cu)导体构成。互连结构可以由多达十五个竖直堆叠的金属级构成而在级之间有称为过孔的传导路径。接线由它们的线宽和到最近邻居的距离表征。这一接线宽度和间隔之和称为节距。以如光刻确定的最小允许技术节距构建第一数个接线级。紧密节距允许构建最密集电路，而以最小节距的倍数构建更高级。这一分级结构在通常用于跨越芯片分发信号和功率的更高级允许也称为胖接线的粗字线。除了用作电绝缘体之外，介电材料提供用于多级结构的机械支撑。目前,通常通过双大马士革处理形成Cu/低k多级结构如下:电介质材料被沉积为毯(blanket)膜、光刻图案化、然后反应离子蚀刻(RIE)从而创建沟槽和过孔二者。图案然后由难熔金属屏障(诸如Ta和TaNx)、继而由薄溅射铜籽晶层涂覆。籽晶层允许电化学沉积(ECD)厚铜层，该铜层填充孔。去除过量铜并且通过化学机械抛光(CMP)平坦化表面。最后，在图案化的铜线之上沉积也称为‘盖层’的薄电介质膜。在构建的更高级中的每级重复这一双大马士革工艺。如摩尔定律预测的那样，半导体器件继续按比例缩减以便提高器件性能并且在衬底上放置更多晶体管。互连结果的对应按比例缩减引起与铜/低k互连关联的寄生电阻(R)和电容(C)的增加。RC乘积是BEOL向电路中引入的时间延迟的测量。为了减少RC延迟，使用低k和超低k (ULK)材料作为电介质。典型类型的低k电介质是也称为SiCOH的有机硅酸盐玻璃材料。它由作为骨干的交联SiO2式四面结构和作为用于降低可极化性、引入有孔性并且减少体积密度的端基团或者侧链的一些-CH3或者-H构成。通常通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺沉积低k电介质,该工艺混合用于牺牲造孔(porogen)的有机前体(例如环己烯等)和用于低k骨干结构的基质前体(例如十甲基环戍娃氧烧(decamethylcyclopentasiloxane)、甲基二乙氧基娃烧(diethoxymethylsilane)、二 甲氧基二 甲基娃烧(dimethy ldimethoxysi lane)、四甲基环四娃氧烧(tetramethylcyclotetrasilane)、八甲基环四娃氧烧(octamethylcyclotetrasilane)等)。在沉积步骤之后是用于去除松弛键合到低k骨干的挥发性有机造孔的紫外线(UV)固化工艺。因而向低k电介质中引入有孔性。此外，UV固化工艺也引起低k电介质的交联从而提高机械强度。然而已知ULK膜比它们的非有孔低k对应物在机械上更弱。有孔性和减少的介电常数伴随有膜的杨氏模量的减少。典型ULK模量依赖于有孔性的程度在2-8Gpa范围中从而使ULK膜在BEOL处理期间和在芯片封装期间尤其易受机械应力影响。覆盖大马士革金属结构的顶部的电介质膜防止铜向外扩散到周围低k电介质中。从性能和可靠性的观点来看，盖层电介质的物理和机械性质(诸如击穿电压、与下层金属和电介质的粘合性、密封性、内部应力以及弹性模量)颇为重要。一般而言，与铜具有良好粘合性的机械压缩膜帮助抑制Cu电迁移并且提供在机械上鲁棒的结构。更密集的压缩模也往往具有更高击穿电压并且提供铜线的增强密封性和钝化。在高级半导体制造中使用的典型电介质屏障是非晶态碳氮化硅(SiCNH)。在ULK电介质的固化工艺中使用的UV辐射波长范围从200nm到600nm并且由UV灯泡生成，下文参照图1举例说明。辐射可以经过ULK膜渗透并且损坏SiCNH盖层，从而造成它的机械应力状态从压缩改变成拉伸。这继而可以造成在盖层以上的有孔ULK材料的自发破裂和在芯片封装操作期间的不良可靠性。现有解决方案是用双层低k盖层替换常规单层SiCHN。这一解决方案具有两个问题:首先，盖层的应力状态仍然以更慢速率改变。仅如果UV固化时间短(< 70秒)，则膜才保持压缩。典型ULK固化时间大于100秒。对于这些更长固化时间，双层盖层应力状态变成拉伸；并且其次，在底部上有富氮SiCNH而在顶部上有富碳SiCNH的双层盖层往往在UV辐射之下收缩。粗略估计在UV固化的70秒之下约为2%厚度，而高k(标准)SiCNH的厚度改变在相同照射条件之下约为零。盖层的这一收缩不合需要并且可能造成BEOL结构上的附加机械应力。参照图2，图示在ULK固化期间由于曝光于UV所致的SiCHN盖层膜的内部应力改变(以MPa为单位测量)。针对在不同UV固化时间的不同盖层材料示出应力测量。更具体而言，在ULK固化期间由于曝光于UV所致的应力改变示出内部应力随着UV固化时间增加而从负值(压缩应力)改变成正值(拉伸应力)。标识为SiCNH高k的曲线代表常规沉积工艺，而引用为SiCNH低k的第二曲线代表双层沉积工艺。虽然双层盖层可以减缓应力改变速率，但是膜最终变成拉伸(即从负到正值穿越y轴)。可以在吸收高能UV光子时SiCHN膜中的键合断裂机制方面理解从压缩到拉伸应力的这一改变。所得断裂(也称为悬摆(dangling))的键造成内部打开空间的增加和减少的压缩应力。拉伸膜更易于破裂和失去与下层图案的粘合性。图3示出在曝光于UV辐射时收缩的双层低k盖层的厚度。这一盖层膜由于失去膜中的键合氢和碳基团而失去它的初始厚度的约2%。常规高k SiCNH在相似曝光于UV辐射时厚度未收缩。参照图4，示出与关联反应物一起分散于双蒸馏水中的典型金属氧化物(例如ZnO)的UV-VIS吸收特征曲线。曲线1、2和3分别对应于PVP(用来防止凝聚的聚乙烯吡咯烷酮)、ZnO(纳米颗粒)和Ζη(Ν03)2。可以通过不同类型的醇溶液(比如甲醒、乙醇、丙醇或者更高醇)合成ZnO纳米颗粒。 X射线衍射、TEM和EDAX用来验证ZnO纳米颗粒的形成。在落在体ZnO的388nm (Eg=3.2eV)的带隙波长(表示为图4中的虚线)以下的262nm观测到用于ZnO纳米颗粒的吸收峰值。吸收边缘中的向更低波长的移位是纳米颗粒的基本性质并且归结于带隙在颗粒尺寸变小时加宽。参照图5，针对各种颗粒直径图示纳米颗粒尺寸对峰值吸收波长的影响。ZnO纳米颗粒在平均颗粒尺寸为2.1nm时在近似262nm示出峰值吸收。图5中的圆点指示如从TEM分析获得的平均颗粒尺寸的值。根据前文不言而喻，ZnO纳米颗粒针对少于约Snm的颗粒直径表现显著限制效果。附图说明在说明书中并入的并且构成说明书的部分的附示本专利技术的当前优选实施例，这些实施例与上文给出的一般描述和下文给出的优选实施例的具体描述一起用于说明本专利技术的原理，在附图中，相似标号表示相似单元和部分，在附图中:图1是示出如现有技术中已知的UV灯泡的光谱输出的、辐射功率比对波长的绘图；图2是示出如现有技术中已知的在ULK固化期间由于曝光于UV辐射所致的单层和双层SiCHN盖层膜的内部应力本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.20 US 12/885,5961.一种多层半导体结构,包括: 一个或者多个超低k (ULK)电介质层100,而每个交替ULK电介质层具有在其中形成的多个金属填充沟槽和过孔； 盖层130，覆盖和密封具有所述多个金属填充沟槽180和过孔150的所述ULK电介质层100 ;以及 纳米颗粒120，在所述ULK电介质层与所述盖层之间的界面处形成单层。2.如权利要求1所述的多层结构，其中所述纳米颗粒为多尺寸。3.如权利要求2所述的多层结构，其中在所述盖层与所述ULK层之间插入的所述纳米颗粒在ULK固化期间衰减和吸收UV辐射。4.如权利要求1所述的多层结构，其中在化学溶液中合成所述纳米颗粒，并且随后通过去除所述溶液来干燥所述纳米颗粒。5.如权利要求4所述的多层结构，其中所述溶液是有机的，所述溶液包括甲醇、乙醇和更高醇。6.如权利要求1所述的多层结构，其中所述纳米颗粒的尺寸在Inm与4nm之间变化。7.如权利要求1所述的多层结构，还包括具有多分布尺寸以吸收波长范围在200nm与600nm之间的UV的所述纳米颗粒。8.如权利要求1所述的多层结构，其中所述纳米颗粒在损坏影响所述盖层之前吸收UV光。9.如权利要求1所述的多层结构，其中所述纳米颗粒由金属氧化物制成。10.如权利要求9所述的多层结构，其中所述金属氧化物是ZnO或者Ti02。11.如权利要求1所述的多层结构，其中在所述盖层上均匀旋涂所述纳米颗粒。12.—种形成多层结构的方法，包括: 形成一个或者多个超低k (ULK)电介质层100，而每个交替ULK电介质层具有在其中形成的多个金属填充沟槽180和过孔155， 形成盖层130，所述盖层130覆盖和密封具有所述多个金属填充沟槽180和过孔155的所述ULK电介质层；并且 旋涂覆盖纳米颗粒120，所述纳米颗粒120在所述ULK电介质层与每个所述盖层130之间的界面处形成单层。13.如权利要求12所述的方法，还包括: a.在所述纳米颗粒上旋涂溶液，继而进行从溶剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲍军静，N·E·勒斯蒂格，郑天人，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：
国别省市：
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