專利名稱：包括低k值電介質(zhì)的微電子結(jié)構(gòu)及控制所述結(jié)構(gòu)內(nèi)碳分布的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一些符合微電子產(chǎn)業(yè)對電介質(zhì)常數(shù)要求的低k材料含有碳，并以等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)沉積。含碳的低k電介質(zhì)需要具有均勻的碳分布。此外，碳的存在會影響低k電介質(zhì)層與底下或上覆擴散阻擋層間的粘附性。
背景技術(shù)：
這部分描述了與本發(fā)明實施例相關(guān)的背景內(nèi)容。在此無意明示或暗示這部分所討論的背景合法構(gòu)成了現(xiàn)有技術(shù)。下一代半導(dǎo)體裝置將為32納米(nm) “技術(shù)節(jié)點”。這種小特征結(jié)構(gòu)尺寸需要組成部分裝置結(jié)構(gòu)的各層材料能在比先前提供的空間小的空間執(zhí)行所述部分裝置結(jié)構(gòu)的功能。結(jié)果，在對構(gòu)成裝置的極薄材料層(350埃(A)或更薄)進(jìn)行沉積過程中，材料組成和結(jié)構(gòu)可能突然改變而造成不當(dāng)影響，(致使裝置功能發(fā)生問題)。例如，低k材料層的應(yīng)用目的為提供電氣絕緣功能，但正好足以控制電信號傳遞而不減緩整體裝置運作。近年來已開發(fā)一些低k材料，且通常所述材料用于接觸擴散阻擋層的表面，所述擴散阻擋層防止導(dǎo)電材料遷移到相鄰半導(dǎo)體層或電介質(zhì)層中。
低k電介質(zhì)層與擴散阻擋層間有良好粘附性是重要的。這對裝置性能整合是重要的。這在制造裝置期間也是重要的，因為最常用于形成“多層金屬”裝置(即，多層連接裝置，用以縮小裝置尺寸)的工藝為鑲嵌工藝，所述鑲嵌工藝采用平坦化、碾軋工藝，諸如化學(xué)機械拋光。碾軋時，這些碾軋工藝在裝置結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的層之間的界面產(chǎn)生應(yīng)力。在如化學(xué)機械拋光(CMP)之類的工藝期間在裝置層之間產(chǎn)生的應(yīng)力會造成裝置變形、界面表面分離及導(dǎo)致性能缺陷。近年來開發(fā)的低k電介質(zhì)材料和使用這些材料的方式例如在本文前列的相關(guān)專利和申請以及以下提到的其它專利和申請中進(jìn)行描述。這并非是包括所有背景技術(shù)的列表，而是希望對本發(fā)明所要改善的技術(shù)提供大概的了解。2002年9月24日頒予Bao等人、名稱為“采用雙層碳摻雜氮化娃/碳摻雜氧化娃蝕刻終止層來形成壤嵌結(jié)構(gòu)的方法(Method For Forming Damascene Structure Employing Bi-layer Carbon Doped Silicon Nitride/Carbon Doped Silicon Oxide Etch StopLayer) ”的美國專利第6，455，417號描述了形成微電子結(jié)構(gòu)的鑲嵌方法，所述方法采用形成在基板上的第一蝕刻終止/襯墊層和形成于第一層上的第二層，其中第一蝕刻終止/襯墊層包含碳摻雜氮化娃材料，第二層為碳摻雜氧化娃電介質(zhì)材料。(摘要)在Bao等人的較佳結(jié)構(gòu)實施例中，碳摻雜氮化硅材料和碳摻雜氧化硅材料以PECVD法形成。通常，用于PECVD工藝中的起始前驅(qū)物包括有機硅烷作為硅與碳源材料。有機硅烷材料例如與氮源材料(如氮氣、氨氣或聯(lián)胺)反應(yīng)而形成碳摻雜氮化硅。有機硅烷材料可與氧源材料(如氧氣、臭氧、一氧化二氮、一氧化氮、一氧化碳和二氧化碳)反應(yīng)而形成碳摻雜氧化硅。Schmitt等人的美國專利第7，611，996B 2號描述了利用化學(xué)氣相沉積(CVD)、較佳為等離子體增強CVD (PECVD)來沉積低k電介質(zhì)層，由此用于制造沉積膜的反應(yīng)氣體可由等離子體激發(fā)，且膜沉積需要較低溫度。各種CVD沉積膜和所述沉積膜的功能的討論包括 考慮隨著裝置變小，多層膜結(jié)構(gòu)的電阻率影響隨之增加，因而減慢了裝置性能。此外，裝置幾何形狀的縮小會造成裝置間的寄生電容的增加。電路中同層或相鄰層上的金屬互連間的寄生電容會引起金屬線或互連間產(chǎn)生串?dāng)_及/或阻容(RC)延遲，從而縮短裝置的響應(yīng)時間及降低裝置總體性能。隨著金屬互連的層數(shù)越多，所述問題也越嚴(yán)重。為降低同層或相鄰層上的金屬互連間的寄生電容，需要將金屬線或互連間的低k電介質(zhì)材料改成電介質(zhì)常數(shù)更低的材料。Schmitt等人的專利提及電介質(zhì)常數(shù)希望低于2.5。被開發(fā)獲此電介質(zhì)常數(shù)的材料為具有分散微觀氣孔的納米多孔氧化硅膜。這種低k電介質(zhì)材料據(jù)說通常沉積在阻擋層表面，所述阻擋層包含PECVD氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或氫化碳化硅。Lee等人的專利(美國專利第7，151, 053B 2號)描述了通過使包括含氧有機硅化合物、包含氧與碳的化合物、和無氧有機硅化合物的氣體反應(yīng)以將阻擋層沉積在基板上的方法，其中所得沉積膜為氧含量約15原子％或小于15原子％的氧摻雜碳化硅層。在另一實施例中，反應(yīng)物包括含氧與碳的化合物和無氧有機硅化合物，所述含氧與碳的化合物和無氧有機娃化合物也可用來制造氧含量約15原子％或小于15原子％的氧摻雜碳化娃層。對具有低電介質(zhì)常數(shù)和期望化學(xué)與機械性質(zhì)的碳氧化硅膜的開發(fā)已面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。據(jù)觀察，具有低于2. 5的理想低電介質(zhì)常數(shù)的碳氧化硅膜往往無法好好粘附于底下的阻擋層，諸如含娃與碳的阻擋層。Lakshmanan等人的專利(美國專利第7，189，658B2號)所述的發(fā)明實施例描述了沉積低k電介質(zhì)層的方法，其中低k電介質(zhì)層以使沉積層內(nèi)呈氧濃度梯度的方式沉積。底下的阻擋層可為碳化硅、氮摻雜碳化硅、氧摻雜碳化硅、或氧與氮摻雜碳化硅層。沉積于阻擋層上的低k電介質(zhì)層利用PECVD工藝形成，所述工藝中處理進(jìn)氣包含有機硅化合物和氧化氣體，其中有機硅化合物的流率隨沉積進(jìn)行而增加。這在阻擋層與低k電介質(zhì)層間的界面提供了較高的氧含量和較低的碳含量。Edelstein等人的專利(美國專利第7，615，482號)中也描述了在PECVD處理腔室中生成一系列層以制造具有預(yù)期性質(zhì)的微電子結(jié)構(gòu)的概念。在所述方法中，起始基板表面為電介質(zhì)或?qū)щ姴牧蠈?。氧化?氧化娃)形成在基板表面上，其中氧化層基本不含碳。漸變過渡層接著形成在氧化層上，其中漸變過渡層在與氧化層的界面處基本不含碳，且碳含量朝多孔SiCOH層逐漸遞增，所述多孔SiCOH層構(gòu)成低電介質(zhì)常數(shù)層的上部。用于制造SiCOH層的前驅(qū)物材料據(jù)說為緩升(ramp up),而PECVD進(jìn)氣中的氧濃度為緩降(rampdown)。 如參考Edelstein等人的專利的圖2及圖3所述，具有不同化學(xué)組成的各層之間可能發(fā)生粘附的問題。為便于說明，請參見本申請的圖1，所述圖示出了已被重新編號的Edelstein等人的雙金屬化層結(jié)構(gòu)實例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，根據(jù)裝置結(jié)構(gòu)，可有至多達(dá)七個或多于七個的金屬化層。在圖IA中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100包括半導(dǎo)體材料102，所述半導(dǎo)體材料102位于含有金屬線106的低k電介質(zhì)層104下。金屬線106上為封頂層110,如Edelstein等人的專利中所述,所述封頂層110可為碳化娃材料,諸如SiCH或SiCHN。封頂層110上為界面結(jié)構(gòu)112，所述界面結(jié)構(gòu)112據(jù)說由兩層112a和112b組成，如圖IB中所詳細(xì)示出地。層112a據(jù)說為基本不含碳的氧化層，“基本”定義為0. I至3原子％范圍的碳。此碳含量據(jù)說不會不利影響氧化層112a的性能。層112b為過渡層，所述過渡層從基本不含碳的氧化層轉(zhuǎn)變成多孔SiCOH層。層112b的表面上為均質(zhì)SiCOH低k電介質(zhì)層，所述均質(zhì)SiCOH低k電介質(zhì)層以層114表不。低k電介質(zhì)層114相當(dāng)于低k電介質(zhì)層104。含導(dǎo)電填充材料108的連接觸點通孔108被低k電介質(zhì)層114圍繞。第二層金屬線116接觸連接通孔108中出現(xiàn)的導(dǎo)電材料。第二金屬線116上為第二封頂層120，如Edelstein等人的專利所述，所述第二封頂層120可為碳化硅材料，諸如S i C H或SiCHN。第二封頂層120上為由兩層(未圖示)組成的第二界面結(jié)構(gòu)122，所述兩層相當(dāng)于圖IB所示的層112a和112b。用導(dǎo)電材料填充的第二層觸點通孔118連接第二金屬線116，并可連接附加金屬化層(位于第二層通孔118上，未圖示)。第三均質(zhì)SiCOH低k電介質(zhì)層124圍繞觸點通孔118。如Edelstein等人的專利所述,具有(本申請中)圖IA及IB的現(xiàn)有技術(shù)所示的結(jié)構(gòu)的問題據(jù)說為SiCOH層(104、114和124)與下層間的粘附性趨于不足，所述下層可為半導(dǎo)體材料102 (例如，諸如硅)，或可為封頂(阻擋)材料層(112和122)，所述封頂(阻擋)材料層通常為碳化硅基材料。過渡層(如本申請中現(xiàn)有技術(shù)圖IB所示的層112b)旨在改善層112b與下層112a(所述下層為基本不含碳的氧化硅層)間的粘附性。另外，層112a據(jù)說已被示出為可良好接合SiCOH低k電介質(zhì)層(104、114和124)的表面。在Edelstein等人的專利中，過渡層(如本申請中現(xiàn)有技術(shù)圖IB所示的層112b)的沉積關(guān)鍵據(jù)說為沉積膜中存在的碳含量隨碳量增加而平緩轉(zhuǎn)變。然而，發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)這種平緩轉(zhuǎn)變的方法有些難以掌握。例如，Edelstein等人的專利教示了，反應(yīng)前驅(qū)物(如Edelstein等人的專利中圖5所示)的供給會在所形成的碳漸變過渡層內(nèi)產(chǎn)生大的碳高峰，以致最終在底下表面產(chǎn)生弱機械性界面層。為解決此問題，使用不同方式將反應(yīng)物引進(jìn)腔室(如Edelstein等人的圖6所示)。膜沉積期間，據(jù)說仍會產(chǎn)生碳高峰和氧急降，兩種情況均會在底下表面產(chǎn)生弱機械性界面層。最后，據(jù)說實行修改方式將反應(yīng)物引進(jìn)腔室(如Edelstein等人的圖7、本申請中圖2的現(xiàn)有技術(shù)所示)，以提供碳與孔隙度都均勻逐漸遞增的過渡層。如上所述,本申請的圖2 (現(xiàn)有技術(shù))示出了 Edelstein等人的圖7。圖2為示出各種前驅(qū)物材料的相對流率(軸204)和與PECVD膜沉積工藝期間發(fā)生流動時相關(guān)的時段(軸202)的曲線圖。Edelstein的說明書并未指明實際流率。但具體說明各時段，其中Tl據(jù)說為I至4秒的范圍，T2據(jù)說為2至4秒的范圍，T3據(jù)說大于T2。T4被描述為當(dāng)所有流量值達(dá)穩(wěn)定以沉積多孔SiCOH低k電介質(zhì)膜時的時間。T4據(jù)說通常為10秒至200秒的范圍。曲線206表示成孔劑(本領(lǐng)域中所熟知的種類)前驅(qū)物流量，Edelstein等人的專利中未定義所述孔劑前驅(qū)物的精確組成。曲線208表示氧氣流量，曲線210表示SiCOH低 k電介質(zhì)前驅(qū)物流量。低k電介質(zhì)前驅(qū)物材料也未特別描述。T2據(jù)說為電介質(zhì)前驅(qū)物流量達(dá)穩(wěn)定時的時間。成孔劑前驅(qū)物據(jù)說在T1-T2間隔期間引進(jìn)。T3據(jù)說為成孔劑前驅(qū)物流量達(dá)穩(wěn)定時的時間。如圖2(本申請的現(xiàn)有技術(shù))所示，成孔劑前驅(qū)物的緩升速率比電介質(zhì)前驅(qū)物的緩升速率低。T2和T3之間的間隔據(jù)說最好盡量短。盡管做了所述這些努力，阻擋層與低k電介質(zhì)層間的粘附性仍舊引起關(guān)于整體多層金屬結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題，所述多層結(jié)構(gòu)包括低k電介質(zhì)層。本發(fā)明通過提供改良裝置結(jié)構(gòu)而改進(jìn)上述現(xiàn)有技術(shù)，所述改良裝置結(jié)構(gòu)本質(zhì)上解決了許多現(xiàn)有技術(shù)的問題。雖然本發(fā)明采用許多與現(xiàn)有技術(shù)相同的前驅(qū)物材料，但材料應(yīng)用方式是不同的，這提供了改良裝置結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
隨著半導(dǎo)體裝置的特征結(jié)構(gòu)尺寸變得更小，下一設(shè)計節(jié)點為32納米，對化學(xué)組成與沉積材料厚度以及所得裝置的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的控制變得很有挑戰(zhàn)性。本發(fā)明的實施例著重在將電介質(zhì)材料的電介質(zhì)常數(shù)控制成低于2. 6,較佳低于2. 5。同時,本發(fā)明的方法在最具挑戰(zhàn)性的裝置結(jié)構(gòu)區(qū)域各處提供良好的彎曲和拉伸強度，其中結(jié)構(gòu)各處的粘附強度上的改善可利用本領(lǐng)域目前用來評估微電子結(jié)構(gòu)的4點彎曲測試來測量。在本發(fā)明的概括實施例中，有一種半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，所述裝置結(jié)構(gòu)采用至少一個碳摻雜低k擴散阻擋材料區(qū)，所述阻擋材料區(qū)包含高于3原子％到至多達(dá)約12原子％范圍濃度的碳。擴散阻擋材料上為第一過渡區(qū)，所述第一過渡區(qū)包括含3原子％或小于3原子％濃度碳的氧化硅。第一過渡區(qū)上為第二過渡區(qū)，所述第二過渡區(qū)包含具有的碳濃度從3原子％增加為至多達(dá)多孔碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)材料上覆區(qū)域的碳濃度的氧化硅。通常，碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)材料的碳濃度低于約12原子％。這種多層結(jié)構(gòu)可數(shù)次出現(xiàn)在微電子裝置內(nèi)，且當(dāng)有碳摻雜低k擴散阻擋層或其它擴散阻擋層出現(xiàn)時出現(xiàn)。當(dāng)碳摻雜低k擴散阻擋材料隨后施加在相對于所述擴散阻擋材料來說粘附強度不佳的擴散阻擋材料上(上覆)時，本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)有助于提供結(jié)構(gòu)各處的粘附強度。
參照圖3，為助于更加理解所涉及的概念，第一過渡區(qū)以過渡區(qū)306出現(xiàn)，所述第一過渡區(qū)為包含碳原子占3. 0原子％或小于3. 0原子％的材料的氧化硅。第二過渡區(qū)308為氧化硅，所述第二過渡區(qū)包括含碳原子濃度從高于3. 0原子％到至多達(dá)碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層309中碳含量的材料,碳摻雜氧化娃低k電介質(zhì)層309包含高于3. 0原子％到至多達(dá)12原子％濃度的碳原子。含有3. 0原子％或小于3. 0原子％的碳原子的含氧化娃材料306可表示成從區(qū)域304出現(xiàn)的碳摻雜氮化硅阻擋層或碳化硅阻擋材料轉(zhuǎn)變的過渡。碳摻雜低k氮化硅阻擋材料304或碳化硅阻擋材料(未圖示)鄰接半導(dǎo)體層302或?qū)щ妼?10或312，其中阻擋層材料用來避免導(dǎo)電材料遷移到半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)內(nèi)的相鄰材料層中。包括碳摻雜氮化硅的阻擋層(或碳化硅阻擋層)、含有3. 0原子％或小于3. 0原子％的碳原子的包括氧化硅的過渡材料、含碳高于3. 0原子％到至多達(dá)約12原子％的包括氧化硅的過渡材料、和碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層皆可在同一處理腔室中使用類似的前驅(qū)物材料制造，由此可視需求調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)。在所有連續(xù)依序進(jìn)行的沉積工藝期間，可維持等離子體，以使所有過渡逐漸發(fā)生，過渡材料的碳含量不會“躍升”或“突降”。另外，在粘附強 度通常呈現(xiàn)下降的界面表面處無需界定層。利用所述結(jié)構(gòu)和制造此結(jié)構(gòu)的方法，可以一致獲得值在5. 9至6. 6J/m2范圍的彎曲強度(Ge)。有時，會犧牲Ge值達(dá)某個程度以得到厚度減小的過渡區(qū)。相比于現(xiàn)有技術(shù)所得的最佳相當(dāng)Ge值(4點彎曲測試)在4. 0至5. OJ/m2范圍內(nèi)，5. 9至6. 6J/m2的粘附強度值是顯著的改進(jìn)?；赟MS數(shù)據(jù)，低k阻擋層與低k電介質(zhì)層間的第一和第二過渡層結(jié)合的厚度可低至約160埃。本發(fā)明的實施例主要著重在形成從碳摻雜低k擴散阻擋材料轉(zhuǎn)變成后續(xù)沉積的碳摻雜低k電介質(zhì)材料的過渡材料期間，對供給至成膜等離子體的特殊氣體的緩升及緩降。開發(fā)這些過渡材料，因為例如，當(dāng)多孔碳摻雜低k電介質(zhì)層沉積在碳摻雜擴散阻擋層的表面上時會發(fā)生接合不佳的情況，但不以此為限。過渡材料在圖3中示為沉積于碳摻雜氮化硅阻擋材料304上的區(qū)域306和308，以及沉積于碳摻雜氮化硅阻擋材料314上的區(qū)域316和318。過渡材料沉積期間對相對進(jìn)氣的控制必須能形成平緩轉(zhuǎn)變的碳含量，同時遍及整個結(jié)構(gòu)提供可接受的電介質(zhì)常數(shù)、膜厚、膜均勻度和足夠的粘附強度。如上參考Edelstein參考文獻(xiàn)所述地，先前已對電介質(zhì)前驅(qū)物、成孔劑前驅(qū)物和氧氣反應(yīng)氣體的相對進(jìn)氣速率和緩降或緩升速率作了研究。然而，在開發(fā)上述過渡材料區(qū)期間有了意外發(fā)現(xiàn)。用于輸送硅前驅(qū)物與氧氣反應(yīng)氣體的氦氣載氣的相對緩降速率對整體結(jié)構(gòu)的粘附強度有非常顯著的影響。(如先前所討論的4點粘附強度測試所示出的。)氦氣載氣的量需快速緩降，以減小過渡區(qū)中的膜厚，同時提高過渡區(qū)中的粘附強度。形成過渡區(qū)期間，氦氣載氣與氧氣反應(yīng)氣體的緩降速率間的關(guān)系提供了過渡區(qū)膜厚減小和機械強度降低的意想不到的改進(jìn)。即使不緩降、而是立即停止流入氧氣反應(yīng)物，通過緩降氦氣載氣也可達(dá)到良好的結(jié)果。當(dāng)發(fā)生這種情況，氧氣仍會在處理腔室內(nèi)停留一些時間，而所得氦氣緩降速率與“默認(rèn)”氧氣緩降速率的比為約3 :5(氦氣氧氣)。當(dāng)同時緩降氦氣載氣與氧氣反應(yīng)氣體但緩降比低(緩降比為3 5)時，工藝提供的第一和第二過渡區(qū)結(jié)合厚度為約157埃(以SMS測量)，4點粘附強度為約5. 3J/m2，而碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層所獲得的電介質(zhì)常數(shù)為約2. 55。但是，當(dāng)氦氣緩降速率與氧氣緩降速率的比為約60 1時，可得到更佳的粘附強度結(jié)果。在此情況下，過渡區(qū)結(jié)合厚度為約215埃，4點粘附強度為約6. 6J/m2, M碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層所獲得的電介質(zhì)常數(shù)為約2. 57。改進(jìn)粘附強度的同時，過渡區(qū)結(jié)合厚度也會增加。通過采用約30 1的氦氣緩降速率氧氣緩降速率的比，可獲得整體改善效果。在此情況下，過渡區(qū)厚度為約160埃，4點粘附強度為約5. 9J/m2，而碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層所獲得的電介質(zhì)常數(shù)為約2. 55。此緩降速率例如示于圖4。在上述氦氣載氣氧氣的任何相對緩降速率范圍內(nèi)，不會發(fā)生等離子體電弧。上述方式中未減少氦氣載氣流量，這將造成過渡區(qū)的粘附強度(Ge)的降低。當(dāng)氦氣氧氣的緩降速率比為3 5時，可得4. 8J/m2的Ge，這相當(dāng)于現(xiàn)有技術(shù)中所得的最佳Ge (約4J/m2至約5J/m2)(當(dāng)阻擋層為碳化娃、而非氮化娃時)。在碳摻雜擴散阻擋材料與碳摻雜低k電介質(zhì)材料間的結(jié)合過渡區(qū)沉積期間，通過利用與氦氣氧氣的相對緩降速率結(jié)合的快速氦氣載氣緩降，粘附強度得以從4. 8J/m2提高為6. 6J/m2，這個改進(jìn)是杰出且完全出人意料的。推薦的相對緩降速率的比為約60 1至約I :2，其中當(dāng)緩降速率比處于約60 I至約30 1的范圍時，可獲得較高的粘附強度。


圖IA(現(xiàn)有技術(shù))示出半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100的截面圖，其中層102代表硅基板，層104代表第一多孔碳摻雜氧化娃低k電介質(zhì)層。層106代表金屬化層。層110代表封頂層(阻擋層)，用以防止金屬從金屬化層遷移到上覆碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層114中。此現(xiàn)有技術(shù)中所示的封頂層110為碳化硅基材料，諸如SiCH或SiCHN。層112代表雙層(示于圖IB中)界面結(jié)構(gòu)，設(shè)計成改善上覆碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層114與封頂/阻擋層112的粘附性。圖IB示出圖IA所示半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)一部分的截面圖。圖IB更加詳細(xì)地示出了第一界面結(jié)構(gòu)112。圖2 (現(xiàn)有技術(shù))關(guān)于低k電介質(zhì)層的PECVD處理，以及在低k擴散阻擋層的表面上形成碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層期間的前驅(qū)物的相對流率。圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)300的截面圖。層302代表硅基板。區(qū)域304代表碳摻雜氮化硅阻擋材料，所述碳摻雜氮化硅阻擋材料通常含有至少3. 0原子％至約12原子％范圍的碳。區(qū)域306代表包含氧化硅材料的第一過渡區(qū)，所述第一過渡區(qū)含有3原子％或小于3原子％的碳。區(qū)域308代表第二過渡區(qū)，所述第二過渡區(qū)包含3原子％或小于3原子％的碳，所述3原子％或小于3原子％的碳轉(zhuǎn)變成相當(dāng)于多孔碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層碳含量的碳含量，其中碳含量可高達(dá)約12原子％。區(qū)域309代表多孔碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層含有多于3原子％至約12原子％范圍的碳。層310代表金屬導(dǎo)電層。圖4示出氦氣載氣(如曲線405所示)與氧氣反應(yīng)氣體(如曲線407所示)的相對緩降流率間的重要關(guān)系400。制造圖3所示這種裝置期間，將這些氣體供給至PECVD腔室，以從區(qū)域304轉(zhuǎn)變成區(qū)域310。圖5(現(xiàn)有技術(shù))示出處理系統(tǒng)500的截面圖，在所述處理系統(tǒng)中可施行PECVD反應(yīng)，用于本文所述的各種結(jié)構(gòu)。平行板等離子體增強化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器510結(jié)合氣體輸入管線518示出，用以將載氣和反應(yīng)氣體輸入至處理腔室510。具有節(jié)流閥(未圖示)的真空泵浦532控制氣體和等離子體物種排出處理腔室510的速率。圖6 (現(xiàn)有技術(shù))示出系統(tǒng)控制器600的模塊圖，系統(tǒng)控制器600可結(jié)合圖5所示的處理系統(tǒng)500使用，以施行本發(fā)明的方法。圖7示出半導(dǎo)體基板的SIMS輪廓700，其中部分基板為過渡膜結(jié)構(gòu)，所述過渡膜結(jié)構(gòu)從含碳約12原子％的碳摻雜氮化硅擴散阻擋層轉(zhuǎn)變成含碳約10. 5原子％的多孔碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)。過渡膜的總厚度示出為703，為約215埃。圖8示出半導(dǎo)體基板的SMS輪廓800，其中部分基板為過渡膜結(jié)構(gòu)，所述過渡膜結(jié)構(gòu)從含碳約12原子％的碳摻雜氮化硅擴散阻擋層轉(zhuǎn)變成含碳約10. 4原子％的多孔碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)。過渡膜的總厚度示出為803，為約161埃。圖9示出半導(dǎo)體基板的SMS輪廓900，其中部分基板為過渡膜結(jié)構(gòu)，所述過渡膜結(jié)構(gòu)從含碳約12原子％的碳摻雜氮化硅擴散阻擋層轉(zhuǎn)變成含碳約10. 5原子％的多孔碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)。過渡膜的總厚度示出為903，為約157埃。
具體實施例方式詳細(xì)說明前應(yīng)注意，除非另行指明，否則本說明書和后附權(quán)利要求書中所用的單數(shù)形式“一”和“所述”包括多個所指對象。當(dāng)在本文中使用詞語“約”，這是指出現(xiàn)的標(biāo)稱值精確到±10%內(nèi)。本發(fā)明的實施例著重在使電介質(zhì)層的電介質(zhì)常數(shù)降低成低于2. 6，較佳低于2. 5，這可使沉積裝置結(jié)構(gòu)內(nèi)達(dá)到結(jié)構(gòu)機械強度。在本發(fā)明的概括實施例中，有一種半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)采用碳含量約12原子％的至少一種碳摻雜低k擴散阻擋材料。期望將含碳高于3原子％到通常至多達(dá)約12原子％的多孔碳摻雜低k電介質(zhì)材料沉積在擴散阻擋材料的表面上。為使這兩材料間有良好的彎曲/剪切強度(或粘附強度)，需要形成從擴散阻擋材料轉(zhuǎn)變成低k電介質(zhì)材料的過渡區(qū)。整個過渡區(qū)為從含碳3原子％或小于3原子％的包括氧化硅的材料轉(zhuǎn)變成含碳至多達(dá)約12原子％、更典型為含碳至多達(dá)約10原子％到11原子％的包括碳摻雜氧化硅的材料。參照圖3，含3. 0原子％或小于3. 0原子％的碳原子的包括氧化硅的材料以第一過渡區(qū)306示出，且從3. 0原子％或小于3. 0原子％的碳轉(zhuǎn)變成含12原子％或小于12原子％的碳的碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)材料的包括氧化硅的材料以第二過渡區(qū)308示出。上覆多孔碳摻雜低k電介質(zhì)材料以區(qū)域309示出。這同樣的結(jié)構(gòu)示出在第二圖例，其中過渡區(qū)316和318位于擴散阻擋材料314上并往上延伸到上覆多孔碳摻雜低k電介質(zhì)材料319。各區(qū)域306和308或316和318之間的差異在于區(qū)域306本質(zhì)為氧化硅，且區(qū)域318從氧化硅轉(zhuǎn)變成上覆多孔碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)材料層的碳含量。圖IA(現(xiàn)有技術(shù))示出半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)100的截面圖，其中基底層102為硅層。硅層102上為第一碳摻雜氧化娃低k電介質(zhì)材料層104。此低k電介質(zhì)層包含第一金屬化層106。金屬化層106和周圍低k電介質(zhì)材料104的上表面上為阻擋/封頂層110,用以防止金屬從金屬化層106遷移到第二碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層114，所述低k電介質(zhì)層114提供第二金屬化層116的表面。又，導(dǎo)電通孔108穿過低k電介質(zhì)層114，導(dǎo)電通孔108通常也為含金屬的特征結(jié)構(gòu)。圖IA (現(xiàn)有技術(shù))所示的封頂層110和120為碳化硅基材料，諸如SiCH或SiCHN。第一封頂層110上為第一界面結(jié)構(gòu)112，設(shè)計成改善第一封頂層110與上覆碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層114間的粘附性。第二界面結(jié)構(gòu)122設(shè)計成改善第二封頂層120與第二上覆碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)124間的粘附性。又，導(dǎo)電通孔118穿過第二低k電介質(zhì)層124，從而可通往半導(dǎo)體處理裝置100中的第三金屬化層。圖IB (現(xiàn)有技術(shù))更加詳細(xì)地示出圖IA封頂?shù)牡谝唤缑娼Y(jié)構(gòu)112，所述第一界面結(jié)構(gòu)112示出為雙層界面結(jié)構(gòu)，設(shè)計成改善第二上覆碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層114與底下封頂/阻擋層110的粘附性。界面結(jié)構(gòu)112內(nèi)為包含少于3原子％的低碳含量的層112a ；和從低碳含量轉(zhuǎn)變成較高碳含量的層112b，以足以提供約2. 6或小于2. 6范圍的電介質(zhì)常數(shù)。圖2(現(xiàn)有技術(shù))取自Edelstein等人的參考文獻(xiàn)的圖7。圖7據(jù)說示出將氧氣和電介質(zhì)前驅(qū)物供給至PECVD處理腔室一段時間Tl， 通常為I至4秒。根據(jù)所述內(nèi)容，氦氣或氬氣可選擇性伴隨氧氣被引進(jìn)處理腔室。工藝200以引入處理腔室的各種前驅(qū)物的流率表示(如軸204所示)。不同相關(guān)時段標(biāo)示于軸202上。曲線208上示出電介質(zhì)前驅(qū)物材料(如，有機硅烷)供給率，曲線206上示出成孔劑(本領(lǐng)域中所熟知的種類)流率，曲線208上示出氧氣流率。形成過渡層期間，從Tl開始緩升電介質(zhì)前驅(qū)物材料210和成孔劑前驅(qū)物206的供給率以及從T3開始緩降氧氣供給208的結(jié)合，據(jù)說可制造碳漸變過渡層，而不會出現(xiàn)碳高峰或碳急降。這描述在Edelstein參考文獻(xiàn)的第6至8欄中。圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置結(jié)構(gòu)300的截面圖。層302代表硅基板。區(qū)域304代表碳摻雜氮化硅阻擋材料，所述碳摻雜氮化硅阻擋材料通常含有多于約3原子％至約12原子％范圍的碳。區(qū)域306代表過渡區(qū)，所述過渡區(qū)包含碳含量少于3原子％的氧化硅。如前所述，區(qū)域308代表碳含量隨材料沉積而增加的過渡區(qū)，所述過渡區(qū)含有的碳從3原子％到至多達(dá)約12原子％，更典型為至多達(dá)約10原子％到11原子％。區(qū)域309代表多孔碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層含有多于3原子％至約11原子％的碳。層310代表金屬導(dǎo)電層。區(qū)域314代表第二碳摻雜氮化硅低k阻擋材料，所述低k阻擋材料含有多于3原子％至約12原子％的碳。區(qū)域316代表含碳3原子％或小于3原子％的過渡區(qū)。區(qū)域318代表過渡區(qū)，所述過渡區(qū)本質(zhì)上含有從少于3. 0原子％的碳轉(zhuǎn)變成至多達(dá)約12原子％的碳的氧化娃。區(qū)域319代表碳摻雜氧化娃低k電介質(zhì)材料,所述電介質(zhì)材料含有多于3原子％至約11原子％的碳。區(qū)域312代表用金屬導(dǎo)電材料填充的觸點通孔。圖4示出氦氣載氣(405)與氧氣反應(yīng)氣體(407)的相對緩降流率間的重要關(guān)系400，在制造圖3所示種類的裝置期間，將所述氦氣載氣與氧氣反應(yīng)氣體供給至PECVD腔室，具體地從區(qū)域308轉(zhuǎn)變成區(qū)域310。在區(qū)域308中，材料為碳含量少于3原子％的氧化硅電介質(zhì)。在區(qū)域310中，材料為碳含量在多于3原子％至約11原子％范圍內(nèi)的碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)。圖4的軸400示出氦氣載氣與氧氣反應(yīng)氣體的相對流率。軸402示出從起點410開始緩降供給至PECVD腔室的氦氣載氣的相對時段，如曲線405所示；及開始相應(yīng)緩降氧氣反應(yīng)氣體的相對時段，如曲線407所示。氦氣載氣的緩降時段的結(jié)束以點412表示，氧氣反應(yīng)氣體的緩降時段的結(jié)束以點414表示。在圖4所示的實施例中，氦氣載氣緩降速率為約3000每分鐘標(biāo)準(zhǔn)毫升(sccm)/秒，而氧氣反應(yīng)氣體緩降速率為約lOOsccm/秒。圖4代表本發(fā)明的一個實施例，且流率指示一個處理腔室的尺寸。應(yīng)理解，其它實施例將可利用不同處理設(shè)備和不同流率及緩降速率。形成上述過渡區(qū)期間，重要的是氦氣載氣流率與氧氣反應(yīng)氣體流率間的關(guān)系、這兩種氣體的相對緩降速率。熱與質(zhì)傳遞領(lǐng)域的技術(shù)人員將可以在最少的實驗之后估計出提供平緩轉(zhuǎn)變沉積膜的碳含量所必需的氦氣載氣與氧氣反應(yīng)氣體的起始速率，并可達(dá)到與本文所述類似的結(jié)果。同樣重要的是，對供給至PECVD處理腔室的氦氣載氣與氧氣反應(yīng)氣體流率的改變，與有機硅化合物和含碳源(如，成孔劑前驅(qū)物化合物)的化合物的附加前驅(qū)物材料供給回降相對，所述有機硅化合物和含碳源的化合物的附加前驅(qū)物材料用于形成碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)材料。隨著改變這些其它的前驅(qū)物材料，需調(diào)整所述反應(yīng)氧氣化合物和相對氦氣載氣的緩降速率，這在本文中有討論。然而，本發(fā)明的總體概念仍舊不變，本領(lǐng)域技術(shù)人員可視本文進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明的實驗實例在P r O d Li c e r ⑧處理腔室中施行，所述P r O d u c e r ⑧處理腔室
由美國加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司制造。Producer 處理腔室(200暈米或300暈米)具有兩個隔離處理區(qū)，所述兩個隔離處理區(qū)可用于沉積碳摻雜氧化硅和其它材料。具 有兩個隔離處理區(qū)的腔室在1999年I月5日頒予Maydan等人、名稱為“超高產(chǎn)量的晶圓真空處理系統(tǒng)(Ultra High Throughput Wafer Vacuum Processing System) ”的美國專利第5，855，681號中進(jìn)行描述，所述內(nèi)容以引用方式并入本文中。本文所描述的這種用于形成所述含碳摻雜氧化娃的低k電介質(zhì)材料的有機娃化合物可選自由以下組成的群組四甲基環(huán)四硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、五甲基環(huán)戊硅氧燒、六甲基環(huán)二娃氧燒、二乙氧基甲基娃燒、二甲基二娃氧燒、四娃燒~2, 6- 二氧基-4，8- 二甲烯、四甲基二硅氧烷、六甲基二硅氧烷、1，3-雙硅烷亞甲基二硅氧烷、雙(I-甲基二硅氧烷基)甲烷、雙(I-甲基二硅氧烷基)丙烷、六甲氧基二硅氧烷、二甲基二甲氧硅烷、二甲氧基乙烯基硅烷和前述物質(zhì)的組合物。這些前驅(qū)物材料僅為舉例說明，而無限定意圖。本文所描述的這種用于形成所述含碳摻雜氧化硅的低k電介質(zhì)材料的成孔劑化合物可選自由以下組成的群組環(huán)己二烯、雙環(huán)庚二烯、I-甲基-4-(1-甲基乙基)_1，3-環(huán)己二烯、I-甲基-4-(1-甲基乙基)苯、a -職品稀、3_曹稀、蔚麗、寧稀、環(huán)戍稀氧化物、乙稀基_1，4_二惡英醚、乙烯呋喃醚、乙烯基-I，4- 二惡英、乙烯呋喃、糠酸甲酯、呋喃甲酸、呋喃乙酸、糠醛、二呋喃酮、二呋喃醚、二糠基醚、呋喃、1，4- 二惡英和前述物質(zhì)的組合物。在制造本發(fā)明實施例的開發(fā)作業(yè)中，含硅前驅(qū)物mgm供給率為約300毫克/分鐘(mgm)至約2200mgm。成孔劑供給率為約200mgm至約3500mgm。氧氣流率為約50sccm至約3000sccm。氦氣載氣流率為約500至約5500sccm。施加的等離子體功率為約450瓦(W)至約650瓦。施加的功率為頻率13. 56兆赫(MHz)的射頻(RF)功率。在一個示例性的結(jié)合過渡區(qū)形成工藝中，在第一過渡區(qū)的初期，供給至處理腔室的氧氣流率為約500SCCm，供給至處理腔室的氦氣載氣流率為約5500SCCm，有機硅前驅(qū)物化合物的典型流率為約300毫克/分鐘(mgm)，成孔劑化合物的流率為約200mgm。在形成第二過渡區(qū)時，一直到形成碳摻雜低k電介質(zhì)層的開始，有機硅前驅(qū)物流率提高至約IOOOmgm,成孔劑化合物前驅(qū)物流率提高至約1250mgm。同時,氧氣供給率降低至約50sccm,氦氣載氣供給率降低至約lOOOsccm。當(dāng)多孔碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)的塊沉積開始時，硅前驅(qū)物的氦氣載氣為約3000sccm，成孔劑前驅(qū)物的氦氣載氣為約3000sccm，以提供約6000sccm的總氦氣載氣流。成膜期間施加的RF功率的量為約650瓦(第一過渡區(qū)的初期)至約450瓦(到過渡材料結(jié)束且在多孔碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)材料的沉積開始時)。有機硅前驅(qū)物流率的緩升速率為約IOOOmgm/秒，有機(成孔劑)前驅(qū)物流率的緩升速率為約500mgm/秒。有機硅前驅(qū)物的氦氣載氣緩降速率為約lOOOsccm/秒，成孔劑前驅(qū)物的氦氣載氣緩降速率為約500sccm/秒。在形成低k阻擋材料與碳摻雜低k電介質(zhì)材料間的過渡材料期間，處理腔室內(nèi)無明顯電弧產(chǎn)生。在形成碳摻雜低k電介質(zhì)層的塊期間，硅前驅(qū)物的氦氣流量通常為約4000至約5000sCCm，以提供良好的膜均勻度。有機(成孔劑)前驅(qū)物的氦氣流量通常為約500至約2500SCCm，以提供良好的膜均勻度。如此共有約4500至約7500sccm的氦氣載氣。圖5 (現(xiàn)有技術(shù))示出處理系統(tǒng)500的截面圖，所述處理系統(tǒng)中可施行本文所述的PECVD反應(yīng)用于所述各種結(jié)構(gòu)。平行板等離子體增強化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器510示出為結(jié)合氣體輸入管線518，用以將載氣和反應(yīng)氣體輸入至處理腔室510。具有節(jié)流閥(未圖示)的真空泵浦532控制氣體和等離子體物種排出處理腔室510的速率。平行板化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器510具有高真空區(qū)515。反應(yīng)器510含有氣體分配歧管511，用以經(jīng)由歧管中的穿孔將處理氣體分配到置于基板支撐板或基座512上的基板(未圖示)，所述基板支撐板或基座512由升降馬達(dá)514抬起或降下。也可提供如一般用來液體 注入有機娃化合物的液體注入系統(tǒng)(未圖標(biāo))以注入液態(tài)反應(yīng)物。反應(yīng)器510包括如利用電阻式加熱線圈(未圖示)或外部燈具(未圖示)來加熱處理氣體和基板。基座512安裝于支撐柱513上，由此基座512可控制地在下面的裝載/卸載位置(未圖標(biāo))與緊鄰歧管511的上面的處理位置間移動。當(dāng)基座512和基板處于處理位置514時，基座512和基板被絕緣體517圍繞且處理氣體排入歧管524。處理期間，進(jìn)入歧管511的氣體放射狀均勻地分配在基板的表面各處。具有節(jié)流閥的真空泵浦532控制排出腔室的速率。在抵達(dá)歧管511前，沉積氣體和載氣經(jīng)由氣體管線518輸入到混合系統(tǒng)519中，沉積氣體和載氣在混合系統(tǒng)519中結(jié)合、然后被送到歧管511。具有施用管520的選擇性微波系統(tǒng)(未圖標(biāo))可位于氧化氣體用的輸入氣體管線，以提供額外能量供進(jìn)入反應(yīng)器510前僅僅解離氧化氣體。雖然本發(fā)明中的氧化氣體被描述為氧氣，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，氧化氣體也可為能產(chǎn)生本發(fā)明方法所述氧含量的含氧化合物。微波施用器提供約0至約6000瓦的功率。通常，各處理氣體的處理氣體供應(yīng)管線518包括(i)安全切斷閥(未圖示)，所述安全切斷閥可用于自動或手動切斷處理氣體流入腔室、和(ii)質(zhì)量流量控制器(未圖示)，所述質(zhì)量流量控制器測量通過氣體供應(yīng)管線的氣體流量。在傳統(tǒng)的構(gòu)造中，當(dāng)工藝中采用毒氣，則各氣體供應(yīng)管線可設(shè)置數(shù)個安全切斷閥。反應(yīng)器510中所進(jìn)行的沉積工藝可為在冷卻基板基座上的非等離子體工藝或等離子體增強工藝。本發(fā)明的方法采用等離子體增強PECVD工藝。在PECVD工藝中，利用來自RF電源525施加至分配歧管511的RF能量(且讓基座512接地)，與基板相鄰地形成控制等離子體。或者，RF功率可提供至基座512，或RF功率可以不同頻率提供至不同部件。RF電源525可供應(yīng)單頻或混頻RF功率，以增強引入高真空區(qū)515的反應(yīng)物種的分解?；祛l式RF電源通常以約13. 56MHz的高頻RF(RFl)供應(yīng)功率至分配歧管511，并以約360千赫(KHz)的低頻RF(RF2)供應(yīng)功率至基座512。本發(fā)明的含氧化硅的層通常使用低電平或高頻RF功率的脈沖電平進(jìn)行制造。脈沖RF功率較佳在約10%至約30%的占空比期間以約20至約200瓦提供13. 56MHz的RF功率。非脈沖式RF功率(一般為13. 56MHz的RF功率)通常以約10瓦至約700瓦的范圍進(jìn)行施加。低功率沉積常常在溫度約-20° C至約40° C的范圍下發(fā)生。在較佳溫度范圍內(nèi)，沉積期間，沉積的碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)材料將部分聚合，并在后續(xù)固化膜期間完成聚合。本文中本發(fā)明實施例所述的過渡材料通常沉積在已加熱達(dá)約200° C至約400° C范圍的基板上。沉積過渡材料期間的處理腔室的壓力可為約I至約10托，但通常在7. 5托±0. 5托的范圍內(nèi)。供給至反應(yīng)器的前驅(qū)物氣體的流率可視被沉積材料的化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)而改變且取決于所述被沉積材料的化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)。給定過渡材料的沉積時段通常為約I秒至約6秒。沉積過渡材料期間，盡管非絕對必要，通常還是會因為處理氣體流率的改變而通過使節(jié)流閥位置進(jìn)行調(diào)整，以保持腔室壓力固定不變。在沉積給定過渡材料期間，盡管非絕對必要，通常還是會維持相同功率電平，以提供更具再現(xiàn)性的膜組成和厚度。圖6 (現(xiàn)有技術(shù))示出系統(tǒng)控制器600的模塊圖，系統(tǒng)控制器600可結(jié)合圖5所示的處理系統(tǒng)500進(jìn)行使用。系統(tǒng)控制器600包括可編程的中央處理單元(CPU)620，所述可編程中央處理單元(CPU) 620可協(xié)同存儲器610和大容量存儲裝置615、輸入控制單元645和顯示單元655進(jìn)行操作。存儲器610含有供CPU620執(zhí)行而促進(jìn)處理系統(tǒng)500的性能的指令。CPU 620構(gòu)成通用計算機，當(dāng)所述通用計算機執(zhí)行可用于進(jìn)行本發(fā)明的方法實施例的程序(如程序605)時，則變成特定用途計算機。 系統(tǒng)控制器600經(jīng)由系統(tǒng)總線630和I/O電路640耦接用于根據(jù)本發(fā)明沉積工藝中的處理系統(tǒng)的元件。I/O電路640經(jīng)由CPU 620和系統(tǒng)總線630接收來自程序605的指令，所述程序605存儲于存儲器610內(nèi)。程序605提供程序子例程，所述程序子例程能使I/0電路640提供基板/基座定位控制650、處理氣體控制660、壓力控制670、加熱器控制680和反應(yīng)器的等離子體微波控制690。圖7示出半導(dǎo)體基板的二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)輪廓700，其中部分基板為過渡材料，所述過渡材料從含碳約12原子％的包括碳摻雜氮化硅的低k阻擋層材料轉(zhuǎn)變成含碳約10. 5原子％的碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)材料。過渡材料包括氧氮化硅材料和氧化硅材料，氧氮化硅材料和氧化硅材料各自包含3原子％或低于3原子％的濃度的碳。過渡膜的總厚度為約215埃，如703所示。過渡膜利用膜沉積期間以約3000sCCm/秒的速率緩降氦氣及以約50sCCm/秒的速率緩降氧氣的工藝進(jìn)行制造。通過4點彎曲測試測量的過渡膜的粘附強度為6. 6J/m2,且碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)所測量的k值為2. 57。圖8示出半導(dǎo)體基板的SMS輪廓800，其中部分基板為過渡膜，所述過渡膜從含碳少于3原子％的氧化娃電介質(zhì)轉(zhuǎn)變成含碳約10. 4原子％的碳摻雜氧化娃低k電介質(zhì)。過渡膜的總厚度為約161埃，如803所示。過渡膜利用膜沉積期間以約3000sCCm/秒的速率緩降氦氣及以約300sCCm/秒的速率緩降氧氣的工藝進(jìn)行制造。通過4點彎曲測試測量的過渡膜的粘附強度為5. 6J/m2，且碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)所測量的k值為2. 55。圖9示出半導(dǎo)體基板的SMS輪廓900，其中部分基板為過渡膜，所述過渡膜從含碳少于3原子％的氧化娃電介質(zhì)轉(zhuǎn)變成含碳約10. I原子％的碳摻雜氧化娃低k電介質(zhì)。過渡膜的總厚度為約157埃，如903所示。過渡膜利用膜沉積期間以約3000sCCm/秒的速率緩降氦氣及以約3000sCCm/秒的速率緩降氧氣的工藝進(jìn)行制造。通過4點彎曲測試測量的過渡膜的粘附強度為5. 9J/m2，且碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)所測量的k值為2. 55。上述示例性的實施例并無意限定本發(fā)明的保護范圍，因為本領(lǐng)域技術(shù)人員可視本文來將這種實施例進(jìn)行擴展以符合本發(fā)明以下所要求保護的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種制造微電子裝置結(jié)構(gòu)的方法，所述微電子裝置結(jié)構(gòu)包括擴散阻擋材料、過渡區(qū)和含碳摻雜氧化硅的低k電介質(zhì)材料，所述方法包含以下步驟 在PECVD處理腔室中形成所述微電子裝置結(jié)構(gòu)，同時控制用于形成所述過渡區(qū)的組合氣體的流率，其中在形成所述過渡區(qū)期間緩降用于輸送反應(yīng)氣體的氦氣載氣的流率，其中在形成所述過渡區(qū)期間可緩降含氧氣體的流率，且其中所述氦氣載氣與所述含氧氣體的相對緩降速率具有關(guān)系，使所述氦氣載氣的緩降速率與所述含氧氣體的緩降速率的比為約60 1 至約 I :2。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述氦氣載氣的所述緩降速率與所述含氧氣體的所述緩降速率的所述比的范圍為約60 1至約I :1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氦氣載氣的所述緩降速率與所述含氧氣體的所述緩降速率的所述比的范圍為約30 1至約I :2。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述氦氣載氣的所述緩降速率與所述含氧氣體的所述緩降速率的所述比的范圍為約30 1至約I :1。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在制造所述微電子裝置結(jié)構(gòu)期間形成所述等離子體的所述氣體選自由以下組成的群組有機硅化合物、成孔劑化合物、含氧源和氦氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在制造所述微電子裝置結(jié)構(gòu)期間，用于形成本文所述這種含碳摻雜氧化硅的低k電介質(zhì)材料的所述有機硅化合物可選自由以下組成的群組四甲基環(huán)四硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、五甲基環(huán)戊硅氧烷、六甲基環(huán)三硅氧烷、二乙氧基甲基硅烷、二甲基二硅氧烷、四硅烷_2，6- 二氧基-4，8- 二甲烯、四甲基二硅氧烷、六甲基二硅氧烷、1，3-雙硅烷亞甲基二硅氧烷、雙(I-甲基二硅氧烷基)甲烷、雙(I-甲基二硅氧烷基)丙烷、六甲氧基二硅氧烷、二甲基二甲氧硅烷、二甲氧基甲基乙烯基硅烷和前述物質(zhì)的組合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述成孔劑選自由以下組成的群組環(huán)己二烯、雙環(huán)庚二烯、I-甲基-4-(1-甲基乙基)_1，3-環(huán)己二烯、I-甲基-4-(1-甲基乙基)苯、ct -職品烯、3-蒈烯、_酮、葶烯、環(huán)戍烯氧化物、乙烯基-1，4-二惡英醚、乙烯呋喃醚、乙烯基-1，4-二惡英、乙烯呋喃、糠酸甲酯、呋喃甲酸、呋喃乙酸、糠醛、二呋喃酮、二呋喃醚、二糠基醚、呋喃、1，4- 二惡英和前述物質(zhì)的組合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的方法，其特征在于，所述含氧氣體選自由以下組成的群組氧氣(O2)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、水(H2O)和前述氣體的組合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述含氧氣體為氧氣(O2)。
10.一種微電子結(jié)構(gòu)，所述微電子結(jié)構(gòu)包括含碳摻雜氧化娃的低k電介質(zhì)材料，其中所述結(jié)構(gòu)包含擴散阻擋材料、過渡材料和所述含碳摻雜氧化娃的低k電介質(zhì)材料，其中在所述擴散阻擋材料與所述含碳摻雜氧化硅的低k電介質(zhì)材料間的過渡區(qū)中出現(xiàn)的所述過渡材料包含鄰接所述擴散阻擋材料且碳含量少于3原子％的氧化硅，且所述氧化硅轉(zhuǎn)變成與所述碳摻雜氧化娃低k電介質(zhì)材料一樣高的較高碳含量,所述碳摻雜氧化娃低k電介質(zhì)材料包含約12原子％或小于12原子％的碳含量，其中所述擴散阻擋層與所述含碳摻雜氧化娃的低k電介質(zhì)間無明顯界面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微電子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)的4點粘附強度的范圍為約 7. OJ/m2 至約 2. 5J/m2。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的微電子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)的所述粘附強度的范圍為約7. OJ/m2至約5. OJ/m2。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微電子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)的所述粘附強度的范圍為約7. OJ/m2至約5. 9J/m2。
14.根據(jù)權(quán)利要求11、或權(quán)利要求12、或權(quán)利要求13所述的微電子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳摻雜氧化硅低k電介質(zhì)材料呈現(xiàn)約2. 6或小于2. 6的電介質(zhì)常數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微電子結(jié)構(gòu),其特征在于,所述含碳摻雜氧化娃的低k電介質(zhì)材料中存在的所述碳為約11原子％或小于11原子％。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微電子結(jié)構(gòu),其特征在于,所述含碳摻雜氧化娃的低k電介質(zhì)材料中存在的所述碳為約10原子％或小于10原子％。
全文摘要
本發(fā)明的實施例關(guān)于形成微電子結(jié)構(gòu)。對于下一代32納米的技術(shù)節(jié)點，低k電介質(zhì)材料需要呈現(xiàn)低于約2.6的電介質(zhì)常數(shù)。本發(fā)明能利用此低k電介質(zhì)材料來形成半導(dǎo)體裝置，同時提供改善的整體微電子結(jié)構(gòu)的彎曲與剪切強度整合性。
文檔編號H01L21/28GK102763200SQ201180010539
公開日2012年10月31日 申請日期2011年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月23日
發(fā)明者A·T·迪莫斯, D·拉杰, K·S·伊姆, S·恩戈, 謝波 申請人:應(yīng)用材料公司