專利名稱：把msq粘附到襯里氧化物的方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明針對半導(dǎo)體器件的制造。具體而言涉及提供把甲基硅倍半氧烷(MSQ)膜粘附到襯里氧化物的改進的工藝。
加工亞微型器件的目的是在柵-源和柵-漏電容最小化的同時保持柵電容的水平。當(dāng)氧化物被做得很薄時。電容就增加，如下面關(guān)系式Cox=ϵ0ϵSiO2tos·A,]]>其中A＝柵極面積εsio2＝介電常數(shù)(或sio2相對介電常數(shù)取3.9)tox＝氧化物厚度由于米勒效應(yīng)，在切換過程中，柵—漏電容被放大，柵—漏電容對晶體管性能尤其關(guān)鍵。例如在一系列的邏輯階段中，對前邏輯階段的等效電容負載為柵—源電容乘以1加上晶體管增益。如果晶體管具有增益為100，觀察到的輸入電容為101乘以柵—漏電容。當(dāng)然，最好是不改變增加電容的參數(shù)。因此，使用具有更低的介電常數(shù)的電介質(zhì)降低了電容。在整個集成電路設(shè)計中使用更低K材料是有利的，該設(shè)計可能使寄生電容最小化。
對亞0.25微米和更小的器件的低K材料的需求已經(jīng)更新了旋壓電介質(zhì)如甲基硅倍半氧烷(MSQ)和氫硅倍半氧烷(HSQ)的意義。MSQ的介電常數(shù)為～2.9。MSQ的經(jīng)驗公式是CH3SiO1.5。在堿性的O-Si-O主架上附加有機側(cè)基，其結(jié)果改善了該膜的抗裂性。該結(jié)構(gòu)比SiO2具有較低的密度，因此有較低的介電常數(shù)。
在一個工藝例子中，要使MSQ一體化變成一種低K的電介質(zhì)是困難的。由于表面甲基基團的存在，MSQ和PECVD(增強的等離子體化學(xué)汽相沉積)氧化物不能很好地相互粘附。該材料中有效的甲基含量高達約25％。甲基基團的存在使該膜具有疏水性，因為通過破壞Si-CH3鍵而形成SiOH鍵是困難的。


圖1描繪了有110條金屬絲的基板100。MSQ130從襯里氧化物120的剝離可能降低器件的性能。
這就需要保證MSQ與PECVD氧化物的粘附，能用這種低K材料防止剝離，以改進器件合格率和產(chǎn)品性能。
在半導(dǎo)體基板上沉積襯里電介質(zhì)的方法保證了低K旋壓材料的足夠粘附。在實施例中，在半導(dǎo)體基板上有一種往金屬層上粘附旋壓電介質(zhì)的方法。第一預(yù)定厚度的襯里電介質(zhì)被沉積在金屬層上。襯里電介質(zhì)與金屬層有化學(xué)親和力。第二預(yù)定厚度的過渡層形成于襯里電介質(zhì)上；過渡層與金屬層有較小的化學(xué)親和力，隨著過渡層厚度的增加，它與旋壓電介質(zhì)的化學(xué)親合力也增加。第三預(yù)定厚度的襯里電介質(zhì)被沉積在過渡層上；襯里電介質(zhì)與旋壓電介質(zhì)有化學(xué)親和力。
在另一個實施例中，粘附硅倍半環(huán)氧乙烷化合物的方法提供了在半導(dǎo)體基板上鋁合金金屬層上的襯里電介質(zhì)，該方法包括把半導(dǎo)體基板放在CVD環(huán)境中。含有前體氣體和N2O的氣體混合物導(dǎo)入CVD環(huán)境中。預(yù)先確定前體氣體和N2O的比例。氣體混合物發(fā)生反應(yīng)，以沉積預(yù)定厚度的襯里電介質(zhì)。該實施方案的另一個特點是在氣體混合物反應(yīng)期間，前體氣體與N2O的比例可以調(diào)節(jié)，以便把二氧化硅沉積在第一預(yù)定厚度的鋁合金金屬層上。通過再調(diào)節(jié)前體氣體與N2O的比例，第二預(yù)定厚度的甲基摻雜氧化物沉積在第一預(yù)定厚度的二氧化硅上。因此，該實施方案另一個特點就是再調(diào)節(jié)前體氣體與N2O的比例，在從二氧化硅區(qū)到甲基摻雜氧化物區(qū)的襯里電介質(zhì)里產(chǎn)生一個過渡層。
本發(fā)明以上概述并不打算敘述本發(fā)明的每個公開的實施方案或各方面。本發(fā)明的其它方面和實施例由下面的附圖和詳細描述給出。
然而，本發(fā)明對各種變更和可變的形式很敏感，所以通過附圖中的例子，已經(jīng)顯示了具體的實施方案，并在這里進行詳細說明。
詳細說明本發(fā)明已經(jīng)找到在襯里氧化物和MSQ旋壓材料之間提供更可靠的粘附方面有關(guān)的有用的、便利的方法。在下面討論中，用MOS結(jié)構(gòu)來描述本發(fā)明的實施例。然而，本發(fā)明并不局限于此。
在依據(jù)本發(fā)明的實例工藝中，在半導(dǎo)體基板上沉積襯里氧化物之后，在其上形成過渡層。過渡層為MSQ和襯里氧化物之間提供了橋梁。在過渡層與襯里氧化物接觸的一面，其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)與襯里氧化物類似。在過渡層與MSQ接觸的另一面，過渡層的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)與MSQ類似。因為過渡層里的這些性質(zhì)與MSQ/過渡層和襯里氧化物/過渡層界面處的性質(zhì)相匹配，所以在隨后的處理界面之間性質(zhì)失配時不存在界面突變問題。圖2A-2D描述了一系列改進MSQ與襯里氧化物粘附的步驟。
參見圖2A，半導(dǎo)體基板200處于制作金屬沉積階段，在組件下面，如晶體管、電阻(未示出)用金屬絲210相互連接。每個設(shè)計規(guī)則都要求給定的工藝，各金屬絲210相互間至少要隔開最小的距離。金屬絲之間的間隔230一般用電介質(zhì)填充。當(dāng)器件尺寸減小時，需要把電容減到最小，且使用低K電介質(zhì)如MSQ或HSQ。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在使用旋壓電介質(zhì)之前，把半導(dǎo)體基板放在增強型等離子體化學(xué)汽相沉積(PECVD)室里。過渡襯里氧化物可使用三甲基硅烷或四甲基硅烷作為形成甲基摻雜氧化膜的前體而制成?；迳蠠o論是沉積氧化物還是甲基摻雜氧化物，均由三甲基硅烷與N2O的比例決定。在高的N2O流量下，形成二氧化硅層220a，并以約250的厚度鍍到鋁金屬上。二氧化硅對鋁金屬絲粘附良好。
依靠沉積工藝化學(xué)，硅—氧比例可以改變。例如，本工藝可以形成“富硅”氧化物，SiO。為了計入化學(xué)計量學(xué)的變化，把公式描述成SixOy是合適的。
參見圖2B，在沉積的后期，N2O逐漸減少，在襯里形成250的甲基摻雜氧化物220b。二氧化硅220a和甲基摻雜氧化物220b之間的過渡是漸進的。沉積后，基板從室內(nèi)移出。
在另一個工藝例子里，二氧化硅層220a在分離室里形成，甲基摻雜氧化物220b可在另一個分離室內(nèi)形成。
完成氧化物220a和甲基摻雜氧化物220b的過渡襯里氧化物沉積，可使用旋壓MSQ或HSQ。參考圖2C。MSQ層240填充金屬絲210之間的間隙230。參考圖2D。在MSQ層240上，用氧化層250覆蓋。遵照具體工藝要求，氧化物罩層240被平整，以使器件可被進一步處理。若在器件的設(shè)計中使用另一個金屬層，可重復(fù)前面提到的工藝，以使低K電介質(zhì)在金屬絲之間應(yīng)用。
根據(jù)本發(fā)明的一個工藝例子，PECVD室可以是許多生產(chǎn)廠商諸如Applied Materials或Novellus的產(chǎn)品。在溫度約為150℃-400℃，壓力約2-10托，RF功率范圍約在50-250瓦的情況下，SiO2被沉積在金屬上。SiO2是由一種前體氣體，三甲基硅烷SiH(CH3)3或四甲基硅烷SiH(CH3)4與N2O以約1∶20-1∶30的比例結(jié)合而制備成的。前體氣體流量率約為10-60sccm，和約200-1800sccm。在襯里氧化物沉積了約100-1000后，氣體混合物過渡需經(jīng)過3-25秒鐘。
完成過渡后，沉積甲基摻雜氧化物。前體氣體三甲基硅烷，SiH(CH3)3或四甲基硅烷，SiH(CH3)4與N2O的比例約為大約1∶3至大約1∶7。前體氣體流量率范圍約為10-60sccm，N2O流量率范圍約為30-360sccm。
雖然用幾個具體實施例對本發(fā)明進行了描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到在不違背本發(fā)明的精神和范圍的情況下會做出很多變化，在權(quán)利要求條款中作出規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，該器件包括形成圖案的金屬層、第一襯里電介質(zhì)層、第二襯里電介質(zhì)層和旋壓電介質(zhì)層，第二襯里電介質(zhì)層比第一襯里電介質(zhì)層具有對金屬更小的化學(xué)親和力和對旋壓電介質(zhì)層更強的化學(xué)親和力。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其特征在于第一襯里電介質(zhì)從一組二氧化硅、富硅氧化物和SixOy中選取，其中x＝1，0.48≤y≤2，且第二襯里電介質(zhì)是甲基摻雜氧化物。
3.依據(jù)權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體器件，其特征在于在第一和第二襯里電介質(zhì)層之間存在過渡層，該過渡層成份從第一襯里電介質(zhì)到第二襯里電介質(zhì)進行變化，成份變化方向為從金屬層到旋壓電介質(zhì)層。
4.依據(jù)權(quán)利要求1-3的半導(dǎo)體器件，其中第一和第二襯里電介質(zhì)層的每一個厚度范圍在5-100nm。
5.依據(jù)權(quán)利要求3或4的半導(dǎo)體器件，其中過渡層厚度范圍在10-200nm。
6.依據(jù)權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體器件，其特征在于旋壓電介質(zhì)包括至少下列之一甲基硅倍半氧烷，氫硅倍半氧烷。
7.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中將旋壓電介質(zhì)粘附于金屬層的方法，該方法的特征在于包括如下步驟在金屬層上沉積第一襯里電介質(zhì)層；在第一襯里電介質(zhì)層上形成過渡層；在過渡層上沉積第二襯里電介質(zhì)層；提供旋壓電介質(zhì)，第二襯里電介質(zhì)比第一襯里電介質(zhì)具有對金屬較弱的化學(xué)親和力和對旋壓電介質(zhì)較強的化學(xué)親和力。
8.如權(quán)利要求7所要求的方法，其特征在于第一和第二襯里電介質(zhì)層是使用前體氣體，由增強型等離子體化學(xué)汽相沉積(PECVD)或化學(xué)汽相沉積(CVD)來沉積，前體氣體與氧化氮(N2O)按預(yù)先確定的比例混合而成。
9.如權(quán)利要求8所要求的方法，其特征在于將產(chǎn)生第一襯里電介質(zhì)的預(yù)定比例逐漸變化到產(chǎn)生第二襯里電介質(zhì)，由此形成過渡層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中為了形成第一襯里電介質(zhì)，前體氣體與N2O的預(yù)定比例范圍在1∶20-1∶30，為了形成第二襯里電介質(zhì)，其預(yù)定比例范圍在1∶3-1∶7。
全文摘要
在半導(dǎo)體基板上沉積襯里電介質(zhì)的方法保證了用亞微米工藝在金屬層之中低介電常數(shù)旋壓材料的足夠的粘附。在實施例中，該方法保證把MSQ粘附在襯里氧化物在半導(dǎo)體基板上的鋁合金層上。首先，將基板放入PECVD環(huán)境中。把三甲基硅烷和N
文檔編號H01L21/312GK1411607SQ01802450
公開日2003年4月16日 申請日期2001年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月18日
發(fā)明者R·V·安納普拉加達 申請人:皇家菲利浦電子有限公司