本發(fā)明的實(shí)施例一般地涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和其制造方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體集成電路(ic)工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了快速發(fā)展。ic材料和設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生了多代ic，其中，每一代都具有比先前一代更小且更復(fù)雜的電路。然而，這些進(jìn)步已經(jīng)增大了處理和制造ic的復(fù)雜程度，并且為了實(shí)現(xiàn)這些進(jìn)步，需要ic處理和制造中的類似發(fā)展。在集成電路演化過(guò)程中，功能密度(即，每芯片面積的互連器件的數(shù)量)通常在增大，而幾何尺寸(即，可以使用制造工藝產(chǎn)生的最小組件(或線))減小。

ic可以包括形成在襯底上的電子組件，諸如晶體管、電容器等。然后，諸如通孔和導(dǎo)線的互連結(jié)構(gòu)形成在電子組件上方以在電子組件之間提供連接并且提供至外部器件的連接。為了降低互連結(jié)構(gòu)的寄生電容，互連結(jié)構(gòu)可以形成在包括低k介電材料的介電層中。在互連結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程中，可以蝕刻低k介電材料以形成溝槽和通孔開(kāi)口。然而，低k電介質(zhì)的蝕刻可以導(dǎo)致對(duì)于低k介電材料的損害，這導(dǎo)致泄漏問(wèn)題。因此，需要一種電路結(jié)構(gòu)及其制造方法以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括：在襯底上方形成第一低k介電層；在所述第一低k介電層中形成第一金屬部件和第二金屬部件；在所述第一低k介電層中形成第一溝槽，所述第一溝槽跨越在所述第一金屬部件與所述第二金屬部件之間；對(duì)所述第一低k介電層的位于所述第一溝槽中的側(cè)壁執(zhí)行紫外線(uv)處理；在所述第一溝槽中形成第一蝕刻停止層；以及在所述第一蝕刻停止層上沉積第二低k介電層，從而在所述第一溝槽中形成氣隙。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：金屬層，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上方，其中，所述金屬層包括第一金屬部件和第二金屬部件，所述第一金屬部件和所述第二金屬部件在第一方向上定向并且在與所述第一方向垂直的第二方向上彼此間隔開(kāi)；第一低k介電層，設(shè)置在所述第一金屬部件與所述第二金屬部件之間并且沿著所述第一方向具有彼此間隔開(kāi)的側(cè)壁；蝕刻停止層，設(shè)置在所述第一低k介電層的側(cè)壁以及所述第一金屬部件和所述第二金屬部件的側(cè)壁上；以及第二低k介電層，形成在所述蝕刻停止層上，從而限定被所述第二低k介電層圍繞的氣隙。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種半導(dǎo)體制造裝置，包括：處理室；襯底工作臺(tái)，配置在所述處理室中并且設(shè)計(jì)為固定半導(dǎo)體晶圓；第一紫外線(uv)源，配置在所述處理室中，其中，所述第一紫外線源能夠生成具有第一光譜的第一紫外線輻射，以有效地破壞si-ch3鍵；第二紫外線源，配置在所述處理室中，其中，所述第二紫外線源能夠生成具有第二光譜的第二紫外線輻射，以有效地破壞o-h鍵，其中，所述第二光譜與所述第一光譜不同；以及化學(xué)品供應(yīng)器，連接至所述處理室并且可操作地向所述處理室輸送包含ch3化學(xué)基團(tuán)的氣體。

附圖說(shuō)明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以最好地理解本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以最好地理解本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。應(yīng)該注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒(méi)有被按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的形成半導(dǎo)體器件或其部分的方法的實(shí)施例的流程圖。

圖2、圖3a、圖4、圖5a、圖5c、圖6、圖11、圖12a、圖12b、圖13a和圖13b是根據(jù)一些實(shí)施例構(gòu)建的處于各個(gè)制造階段的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面圖。

圖3b、圖5b和圖12c是根據(jù)一些實(shí)施例構(gòu)建的處于各個(gè)制造階段的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂視圖。

圖7是根據(jù)一些實(shí)施例構(gòu)建的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的示意圖。

圖8是示出根據(jù)一些實(shí)施例的圖7中的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的uv源的光譜的示圖。

圖9是示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖7中的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的uv源的功率的示圖。

圖10是示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖6中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的低k介電層的碳濃度分布曲線的示圖。

具體實(shí)施方式

以下公開(kāi)內(nèi)容提供了許多不同實(shí)施例或?qū)嵗?，用于?shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征。以下將描述組件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并且不意欲限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之間的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。而且，本發(fā)明在各個(gè)實(shí)例中可以重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)僅是為了簡(jiǎn)明和清楚，其自身并不表示所論述的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

此外，為了便于描述，本文中可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)，以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)旨在包括器件在使用或操作過(guò)程中的不同方位。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空間關(guān)系描述符可以同樣地作相應(yīng)地解釋。

現(xiàn)在參考圖1，其中示出了用于制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法100的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。圖2是在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的并且處于各個(gè)制造階段期間的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的截面圖。下文參考圖1、圖2和其他附圖一起描述方法100和ic結(jié)構(gòu)200。

方法100包括操作102以在半導(dǎo)體襯底202上形成金屬部件。半導(dǎo)體襯底202包括硅?？蛇x地或附加地，襯底202可包括諸如鍺的其他元素半導(dǎo)體。襯底202還可以包括化合物半導(dǎo)體，諸如，碳化硅、砷化鎵、砷化銦和磷化銦。襯底202可以包括合金半導(dǎo)體，諸如硅鍺、碳化硅鍺、磷砷化鎵和磷化鎵銦。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底202包括外延層。例如，襯底可以具有位于塊狀半導(dǎo)體上面的外延層。此外，襯底202可以包括絕緣體上半導(dǎo)體(soi)結(jié)構(gòu)。例如，襯底可包括通過(guò)諸如注氧隔離(simox)的工藝或其他適當(dāng)?shù)募夹g(shù)(諸如，晶圓接合和研磨)形成的隱埋氧化物(box)層。襯底202還包括通過(guò)諸如離子注入和/或擴(kuò)散工藝而實(shí)現(xiàn)各種p型摻雜區(qū)域和/或n型摻雜區(qū)域。這些摻雜區(qū)域包括n阱、p阱、輕摻雜區(qū)域(ldd)、重?fù)诫s源極和漏極(s/d)和被配置為形成各種集成電路(ic)器件(諸如，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體硅(cmosfet)、成像傳感器、發(fā)光二極管(led)、各種存儲(chǔ)器件或它們的組合)的各種溝道摻雜分布。襯底202還可包括形成在襯底中或襯底上的其他功能部件(諸如，電阻器或電容器)。襯底202還包括橫向隔離部件，該隔離部件被設(shè)置為分離形成在襯底202中的各種器件。在一個(gè)實(shí)施例中，淺溝槽隔離(sti)部件用于橫向隔離。

在一些實(shí)施例中，襯底202是不平坦的并且具有諸如鰭狀有源區(qū)域的有源區(qū)域的三維輪廓。鰭狀有源區(qū)域延伸至sti部件上面。鰭狀有源區(qū)域的形成包括在襯底中形成sti部件，并且然后，通過(guò)選擇性蝕刻使sti部件凹進(jìn)或通過(guò)選擇性外延生長(zhǎng)(seg)生長(zhǎng)有源區(qū)域。形成在鰭狀有源區(qū)域上的場(chǎng)效應(yīng)晶體管也稱為鰭fet(finfet)。

在圖2中，示出了示例性場(chǎng)效應(yīng)晶體管204，其包括源極204a、漏極204b和夾置在源極與漏極之間的柵極堆疊件204c。圖2中示意性地示出了另一示例性器件或結(jié)構(gòu)206。形成在襯底202中或上的半導(dǎo)體器件206可以包括：有源組件，諸如fet或雙極結(jié)型晶體管(bjt)；或無(wú)源組件，諸如電阻器、電容器或電感器。半導(dǎo)體器件200可以包括數(shù)百萬(wàn)或數(shù)十億的這些半導(dǎo)體器件，但是為了簡(jiǎn)化的目的，圖2中僅示出了一些半導(dǎo)體器件。

多個(gè)介電層和導(dǎo)電部件可以被集成為形成互連結(jié)構(gòu)，其中，該互連結(jié)構(gòu)被配置為將多種p型和n型摻雜區(qū)與其他功能部件(諸如柵電極)連接，以得到功能集成電路。互連結(jié)構(gòu)包括多層互連(mli)結(jié)構(gòu)和與mli結(jié)構(gòu)集成的層間介電(ild)層，從而提供電布線以將襯底202中的多種器件與輸入/輸出功率和信號(hào)連接。互連結(jié)構(gòu)包括多種金屬線、接觸件和通孔(或通孔塞)。金屬線提供水平的電布線。接觸件提供襯底和金屬線之間的垂直連接，而通孔部件提供不同金屬層中的金屬線之間的垂直連接。

在本實(shí)例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200可以包括互連結(jié)構(gòu)的部分208(子集)，諸如一個(gè)或兩個(gè)金屬層。在以下描述中，互連結(jié)構(gòu)的部分208簡(jiǎn)稱為互連結(jié)構(gòu)208。如圖2中的實(shí)例所示，在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)208形成在襯底202上方?；ミB結(jié)構(gòu)208包括多個(gè)圖案化的介電層和連接層，該連接層用于在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的各個(gè)摻雜的部件、電路和輸入/輸出端之間提供互連件(如，引線)。例如，互連結(jié)構(gòu)208包括層間介電層(ild)210和形成在ild中的各個(gè)導(dǎo)電部件。ild210可以包括氧化硅、低k介電材料、其他合適的介電材料或它們的組合。為了說(shuō)明的目的，互連結(jié)構(gòu)208包括耦合至襯底202上的各個(gè)器件的接觸件212、導(dǎo)電線214、通孔216。應(yīng)該注意，示出的接觸件212、導(dǎo)電線214和通孔216僅為示例性的，并且根據(jù)設(shè)計(jì)和制造需要，導(dǎo)電線和接觸件/通孔的實(shí)際定位、數(shù)量和配置可以變化?；ミB結(jié)構(gòu)208包括通過(guò)合適的方法形成的導(dǎo)電線，包括物理汽相沉積(pvd)、化學(xué)汽相沉積(cvd)、原子層沉積(ald)、鍍敷、濺射、其他合適的工藝和它們的組合。通過(guò)諸如光刻和蝕刻工藝的合適的工藝來(lái)限定互連結(jié)構(gòu)208?；ミB結(jié)構(gòu)208的導(dǎo)電線和/或通孔可以包括多層，諸如阻擋層、晶種層、附著層和/或其他合適的部件。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)208包括具有銅的導(dǎo)電線214。互連結(jié)構(gòu)208的其他合適的組分包括鋁、鋁/硅/銅合金、金屬硅化物(諸如，硅化鎳、硅化鈷、硅化鎢、硅化鉭、硅化鈦、硅化鉑、硅化鉺、硅化鈀或它們的組合)、銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、多晶硅、金、銀和/或它們的組合。金屬線214的形成可以包括鑲嵌工藝，諸如單鑲嵌或雙鑲嵌。在一些實(shí)施例中，金屬線的形成可以包括與該方法中使用的類似的工序以在上面的金屬層中形成金屬線，稍后將對(duì)其進(jìn)行描述。

在襯底202上形成介電層220。在一些實(shí)施例中，介電層220包括形成在襯底202上方的蝕刻停止層222和低k介電層224，諸如形成在互連結(jié)構(gòu)208上。在一些實(shí)施例中，蝕刻停止層222設(shè)置在互連結(jié)構(gòu)208上方?？蛇x地，可以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200中省略互連結(jié)構(gòu)208，并且蝕刻停止層222可以直接形成在襯底202上方。蝕刻停止層222可以包括介電材料，諸如氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、其他適當(dāng)?shù)牟牧稀⒑?或它們的組合。在一些實(shí)施例中，蝕刻停止層222可以包括多層，諸如氮化硅層、碳氮化硅層、氮氧化硅層、其他合適的層、和/或它們的組合。

低k介電層224形成在蝕刻停止層222上方?？梢酝ㄟ^(guò)在蝕刻停止層222上方沉積低k介電材料來(lái)形成低k介電層224。低k材料可以包括介電常數(shù)低于sio2的介電常數(shù)(如，3.9)的介電材料。低k介電材料可以包括含碳材料、有機(jī)硅酸鹽(osg)玻璃、含致孔劑材料、氫倍半硅氧烷(hsq，hydrogensilsesquioxane)介電材料、甲基倍半硅氧烷(msq，methylsilsesquioxane)介電材料、摻碳氧化物(cdo)介電材料、氫化碳氧化硅(sicoh，hydrogenatedsiliconoxy-carbide)介電材料、苯并環(huán)丁烯(bcb)介電材料、芳香族環(huán)丁烯基(arylcyclobutenebased)介電材料、對(duì)位聚苯基(polyphenylene，聚壓笨基)介電材料、其他合適的材料、和/或它們的組合。

在各個(gè)實(shí)施例中，可以使用化學(xué)汽相沉積(cvd)方法、等離子體增強(qiáng)的cvd(pecvd)、低壓cvd(lpcvd)、原子層化學(xué)汽相沉積(alcvd)、旋涂、和/或其他合適的沉積工藝來(lái)沉積低k介電層224。在一些實(shí)施例中，低k介電層224可以具有介于20nm和200nm之間的厚度。在一些實(shí)施例中，高度介于40nm和60nm之間。

在操作102中，如圖3a所示，金屬部件300形成在介電層220中。在圖3a中，示出了三個(gè)示例性金屬部件300a、300b和300c。在一些實(shí)施例中，金屬部件是位于上面的金屬層中的金屬線。圖3b是根據(jù)一些實(shí)施例構(gòu)建的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的部分的頂視圖。圖3a是沿著虛線aa'的圖3b的截面圖。在本實(shí)施例中，金屬線300在x方向上彼此間隔開(kāi)并且沿著y方向定向。

類似地，金屬部件300的形成可以包括：圖案化介電層224以在介電層224中形成溝槽；利用金屬材料填充溝槽；以及執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝以平坦化頂面并且去除多余的金屬材料。在一些實(shí)施例中，圖案化工藝包括：形成圖案化的抗蝕劑層；以及使用圖案化的抗蝕劑層作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻下面的材料層。之后可以去除圖案化的抗蝕劑層。通過(guò)光刻工藝形成圖案化的抗蝕劑層，該光刻工藝可以包括：涂覆抗蝕劑層；通過(guò)輻射(諸如紫外線輻射)暴露抗蝕劑層；以及曝光后烘焙和顯影。上述光刻工藝可以僅僅呈現(xiàn)與光刻圖案化技術(shù)相關(guān)的處理步驟的子集。光刻工藝可以進(jìn)一步包括諸如按照合適順序的清洗和烘焙的其他步驟。

與金屬線214類似，金屬部件300可以包括銅、鋁、鎢、其他合適的金屬或金屬合金或它們的組合。金屬部件300可以包括多層，諸如加襯于溝槽中的阻擋層302和填充在加襯的溝槽中的塊狀金屬304。阻擋層302可以包括鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或它們的組合。在一些實(shí)施例中，可以通過(guò)pvd、ald或其他合適的技術(shù)沉積阻擋層302。在一些實(shí)施例中，通過(guò)包括以下步驟的工序來(lái)沉積塊狀金屬304：鍍敷以形成晶種層、以及鍍敷以進(jìn)一步沉積在晶種層上、從而填充溝槽。

再次參考圖1和圖4，方法100可以包括操作104以在介電層220上形成蝕刻停止層400。蝕刻停止層400設(shè)計(jì)為具有組分和厚度以在諸如蝕刻的各種之后的操作期間保護(hù)形成在介電層220中的金屬部件300。在一些實(shí)施例中，蝕刻停止層400可以包括多層膜。蝕刻停止層400可以包括介電材料，諸如氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、其他適當(dāng)?shù)牟牧?、?或它們的組合。

參考圖1和圖5a，方法100進(jìn)行至操作106以在介電層220中形成一個(gè)或多個(gè)溝槽500，諸如兩個(gè)示例性溝槽500a和500b。為了更好的觀察，圖5a和圖5b中去除(eliminate，或省略)襯底202中的各個(gè)部件和互連結(jié)構(gòu)208。溝槽500的形成包括：通過(guò)光刻圖案化工藝來(lái)圖案化蝕刻停止層400以形成開(kāi)口502；以及蝕刻介電層220以形成溝槽502。在本實(shí)施例中，圖案化的蝕刻停止層400在蝕刻期間用作蝕刻掩模。在一些實(shí)施例中，蝕刻工藝包括使用含氟蝕刻劑的干蝕刻工藝、使用合適的蝕刻劑的濕蝕刻工藝。例如，使用諸如cxfy的(其中，x和y為適當(dāng)?shù)恼麛?shù))含氟蝕刻劑來(lái)應(yīng)用干蝕刻工藝以蝕刻低k介電層224，例如，cxfy為cf4。干蝕刻工藝中的蝕刻劑可以附加地包括氧。濕蝕刻工藝的蝕刻劑包括氫氟酸(hf)，諸如hf、h2o2和h2o的溶液。在一些實(shí)施例中，濕蝕刻工藝可以設(shè)計(jì)為使蝕刻停止層222開(kāi)口并且可以包括選擇性地蝕刻該蝕刻停止層222的蝕刻劑。例如，濕蝕刻工藝的蝕刻劑包括氫氟酸以用于氧化硅的蝕刻停止層222或磷酸以用于氮化硅的蝕刻停止層222。

圖5b是根據(jù)一些實(shí)施例構(gòu)建的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的部分的頂視圖。圖5a是沿著虛線aa'的圖5b的截面圖。圖5c是沿著虛線bb'的圖5b的截面圖。開(kāi)口502暴露介于鄰近的金屬部件300之間的介電層220的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域。以溝槽500a為例，溝槽500a沿著x方向從金屬部件300a跨越至金屬部件300b并且沿著y方向從低k介電層224的側(cè)壁504a跨越至該低k介電層的側(cè)壁504b。x和y彼此垂直。

然而，蝕刻工藝(諸如濕蝕刻或干蝕刻)可以對(duì)低k介電層224造成損害并且降低低k介電層224的碳含量。例如，干蝕刻去除并且降低了低k介電層224的碳含量，并且濕蝕刻形成si-oh接合。較低的碳含量導(dǎo)致h2o并且增加低k介電層的介電常數(shù)。尤其是，損壞介電層220的側(cè)壁504a和504b，從而使低k介電層224具有泄漏問(wèn)題，諸如金屬部件300a與300b之間的通過(guò)損壞的側(cè)壁的泄漏。

再次參考圖1和圖6，方法100進(jìn)行至操作108以對(duì)低k介電層224執(zhí)行處理工藝600，尤其是對(duì)低k介電層224的側(cè)壁。在本實(shí)施例中，處理工藝600包括紫外線(uv)處理。在一些實(shí)施例中，處理工藝可以包括uv處理工藝、e-beam處理工藝、熱處理、其他合適的處理工藝、和/或它們的組合。

在一些實(shí)施例中，uv處理包括：將uv輻射照射在第一低k介電層的側(cè)壁上；以及在uv輻射的照射期間將含ch3化學(xué)基團(tuán)的第一氣體供應(yīng)至第一低k介電層。在本實(shí)例中，含ch3化學(xué)基團(tuán)的第一氣體包括選自由甲基硅烷(sich6)、二甲基硅烷(sic2h8)、三甲基硅烷(sic3h10)、四甲基硅烷(sic4h12)和它們的組合所組成的基團(tuán)的氣體。在一些實(shí)例中，uv處理附加地包括供應(yīng)第二氣體以將第一氣體運(yùn)載至(carry)第一低k介電層的側(cè)壁。第二氣體為惰性氣體，諸如氮或氬。在一些實(shí)施例中，uv處理包括將來(lái)自u(píng)v輻射源的uv輻射照射至第一低k介電層224的側(cè)壁(504a和504b)，該uv輻射源具有有效地破壞低k介電層224的si-ch3鍵(第一氣體的)和o-h鍵的光譜。

可以在生產(chǎn)工具中執(zhí)行處理工藝，該生產(chǎn)工具還用于pecvd、原子層沉積(ald)、lpcvd等。參考圖7的實(shí)例，在一些實(shí)施例中，在uv處理裝置700中對(duì)低k介電層224執(zhí)行uv處理工藝。uv處理裝置700包括處理室702和配置在處理室702中的襯底工作臺(tái)704。襯底工作臺(tái)704可操作地固定諸如半導(dǎo)體襯底200的半導(dǎo)體晶圓705、并且旋轉(zhuǎn)固定在其上的半導(dǎo)體晶圓705。

uv處理裝置700包括uv源以利用uv輻射照射低k介電層224。uv源可以為具有弧或微波激勵(lì)的單個(gè)準(zhǔn)分子燈或?qū)捵V源。在一些實(shí)施例中，可以使用過(guò)濾器來(lái)從uv輻射中選擇性地去除不期望的波長(zhǎng)。在一些實(shí)施例中，uv源包括具有有效地破壞si-ch3鍵和o-h鍵的光譜的單個(gè)uv源。在一些實(shí)施例中，uv源包括兩個(gè)或多個(gè)uv源，諸如具有不同光譜的uv源706a和706b。例如，uv源706a具有有效地破壞第一氣體的si-ch3鍵的第一光譜，并且uv源706b具有有效地破壞o-h鍵的第二光譜。在又一實(shí)施例中，如圖8所示，第一uv源706a具有第一光譜802，并且第二uv源706b具有第二光譜804。第一光譜802在第一中心頻率f1處具有峰值，并且第二光譜804在與第一中心頻率f1不同的第二中心頻率f2處具有峰值，諸如第二中心頻率f2大于第一中心頻率f1。例如，第一中心頻率f1處的光子能量h*f1約為或大于si-ch3鍵的鍵能，諸如對(duì)于si-ch3的si-ch鍵能的約310kj/mol；并且第二中心頻率f2處的光子能量h*f2約為或大于o-h鍵的鍵能，諸如約459kl/mol。

在一些實(shí)施例中，可以在真空環(huán)境或包含惰性氣體he、ne、ar、kr、xe、rn或它們的組合的環(huán)境中執(zhí)行uv照射。再次參考圖7，uv處理裝置700包括連接至第一氣體(包含ch3基團(tuán))源的第一供應(yīng)機(jī)構(gòu)708以提供第一氣體。在本實(shí)施例中，uv處理裝置700還包括連接至第二氣體(惰性氣體)源的第二供應(yīng)機(jī)構(gòu)710以提供第二氣體。在本實(shí)施例中，uv處理裝置700也包括排氣機(jī)構(gòu)712，諸如氣泵，以去除氣體并且維持處理室702中的適當(dāng)?shù)膲毫?。uv處理裝置700還可以包括與uv源706a和706b連接的控制器714并且可操作地控制uv源的功率以優(yōu)化的處理效果。

在一些實(shí)施例中，可以控制uv處理工藝(如，通過(guò)控制輻射波長(zhǎng)、曝光時(shí)間、功率強(qiáng)度、溫度、壓力)，從而使得處理的低k介電層224具有期望的特性(如，增加的碳濃度)?？刂破?14可以隨著處理工藝動(dòng)態(tài)控制uv源706a和706b的功率。例如，如圖9所示，因?yàn)楫?dāng)在uv處理期間，化學(xué)反應(yīng)從側(cè)壁504a和504b進(jìn)行的更深時(shí)，需要更多的功率，所以第一uv源706a具有處于約同一等于的第一功率902，而第二uv源706b隨著處理工藝600具有增加的第二功率904。水平軸表示處理工藝600的時(shí)間。在一些實(shí)例中，uv處理工藝的總時(shí)間在10秒至60秒的范圍內(nèi)。在一些實(shí)例中，在uv處理期間，將半導(dǎo)體襯底200加熱至介于200℃和400℃之間的范圍內(nèi)的高溫。通過(guò)加熱、uv照射或兩者一起來(lái)產(chǎn)生高溫。

在一些實(shí)例中，uv處理?xiàng)l件包括介于約200℃和約400℃之間的溫度、和介于約10秒和約60秒之間的工藝時(shí)間。在具體實(shí)例中，在應(yīng)用uv處理之前，在抽至低于10^-3torr的壓力的處理室702中執(zhí)行uv處理工藝。

再次參考圖6，uv處理工藝600恢復(fù)低k介電層224的碳損失。如以上所述，應(yīng)用于低k介電層224的蝕刻工藝導(dǎo)致碳損失并且將低k介電層改變?yōu)榫哂杏H水性。這種碳損失還導(dǎo)致低k介電層吸收水并且使其導(dǎo)電，從而導(dǎo)致泄漏問(wèn)題。uv處理600從側(cè)壁(504a和504b)將碳引入低k介電層224并且增加了其中的碳含量。在具體實(shí)施例中，如圖6所示，隨著從側(cè)壁504a和504b引入碳，低k介電層224中的碳濃度從側(cè)壁至塊狀部分是具有梯度的(grade，又稱階梯式的，或分等級(jí)的)，諸如從側(cè)壁504b沿著方向“t”至塊狀部分是具有梯度的。在圖10中進(jìn)一步示出這種梯度。水平軸表示沿著“t”方向從側(cè)壁504a和504b(在“0”距離處)至塊狀低k介電層的距離，并且垂直軸表示碳濃度。碳濃度在側(cè)壁504a和504b處更高；在遠(yuǎn)離側(cè)壁504a和504b的位置1002處向下傾斜；以及然后增加至低k介電層224的塊狀部分的碳濃度1004。

參考圖1和圖11，方法100可以進(jìn)行至操作110以形成介電層1102，諸如蝕刻停止層。就組分和沉積而言，介電層1102可以與蝕刻停止層400類似。例如，介電層1102包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其他合適的材料或它們的組合的多層。介電層1102具有在之后的階段控制氣隙的適當(dāng)?shù)男纬傻暮穸?。在一些?shí)例中，介電層1102具有介于10nm和50nm之間的范圍內(nèi)的厚度。在本實(shí)施例中，介電層1102與溝槽500a共形。

參考圖1、圖12a、圖12b和圖12c，方法100進(jìn)行至操作112，以在第二低k介電層1204中形成氣隙1202。操作112包括諸如通過(guò)cvd沉積第二低k介電層1204。利用沉積速率和輪廓來(lái)調(diào)整沉積，從而使得當(dāng)填充溝槽500時(shí)第二低k介電層閉合(closeup)，由此在溝槽500中形成被第二低k介電層1204圍繞的氣隙1202。

操作112還可以包括在沉積之后應(yīng)用于第二低k介電層1204的固化工藝。在各個(gè)實(shí)施例中，固化工藝包括熱退火、uv輻射或它們的組合，諸如uv輔助退火工藝。就功能、uv光譜、功率和持續(xù)時(shí)間和氣體供應(yīng)而言，操作112中的uv輻射與操作108中的uv處理不同。例如，uv輔助退火包括使用具有在λ1nm處的強(qiáng)度最大值的單色uv源和具有分布為低于λ2的強(qiáng)度光譜的寬波段uv源(broadbanduvsource)。在沉積和固化之后，操作112還可以包括cmp工藝以平坦化半導(dǎo)體襯底200的頂面。

圖12c為根據(jù)一些實(shí)施例構(gòu)建的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的一部分(僅從金屬部件300a至金屬部件300b的一部分)的頂視圖。圖12a為沿著圖12c中的虛線aa'的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的截面圖，并且圖12b為沿著圖12c中的虛線bb'的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的截面圖。在圖12c中，氣隙1202被第二低k介電層1204圍繞，該第二低k介電層進(jìn)一步被由相鄰的金屬部件300和第一低k介電層224所限定的區(qū)域(對(duì)應(yīng)于溝槽500，還被稱為溝槽區(qū)域)中的介電層1102圍繞。溝槽區(qū)域沿著x方向從金屬部件300a跨越至金屬部件300b并且沿著y方向從第一低k介電層224的側(cè)壁504a跨越至該低k介電層的側(cè)壁504b。尤其是，如圖10所描述的，第一低k介電層224的碳濃度從側(cè)壁至塊狀部分是具有梯度的。

方法100還包括在以上操作之前、期間或之后的其他操作。參考圖1和圖13a，方法100可以進(jìn)行至另一操作114以在第二低k介電層1204上形成一個(gè)或多個(gè)金屬部件。例如，cmp工藝可以用于去除第二低k介電層1204和其他材料(諸如蝕刻停止層400和1102)，以暴露金屬部件300。操作114包括形成介電層1300，該介電層可以包括蝕刻停止層1302和位于蝕刻停止層1302上的第三低k介電層1304。操作114還包括：圖案化介電層1300以形成一個(gè)或多個(gè)溝槽；填充金屬至溝槽以形成金屬部件1306；以及執(zhí)行cmp工藝以去除多余的金屬并且平坦化頂面。金屬部件1306的形成可以與金屬部件300的形成類似。金屬部件1306可以為接合在金屬部件300a上的通孔部件并且將金屬部件300a連接至上面的金屬層上的金屬線。金屬部件1306可以包括多層，諸如阻擋層和被阻擋層圍繞的塊狀金屬。操作114還可以包括以與形成氣隙1202的工序類似的工序在鄰近的金屬部件1306之間形成一個(gè)或多個(gè)氣隙的操作。

盡管未被示出，但是可以存在其他處理操作以形成各個(gè)摻雜區(qū)域，諸如源極和漏極區(qū)域和/或諸如柵電極的器件部件。在一個(gè)實(shí)例中，襯底可以可選地包括其他材料層以通過(guò)所公開(kāi)的方法進(jìn)行圖案化，諸如其他圖案化的金屬層。在另一實(shí)例中，附加的圖案化步驟可以應(yīng)用至襯底以形成柵極堆疊件。在另一實(shí)例中，諸如金屬部件300的各個(gè)金屬部件可以包括通過(guò)雙鑲嵌工藝形成的金屬線和通孔部件，諸如圖13b中所示出的金屬部件。在圖13b中，金屬部件300b為金屬線，而金屬部件300a和300c包括金屬線和金屬通孔。

公開(kāi)了具有氣隙的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。方法包括對(duì)第一低k介電層224的側(cè)壁進(jìn)行uv處理，并且在第一低k介電層224的處理的側(cè)壁之間形成氣隙1202。第一低k介電層224從第一低k介電層224的側(cè)壁504a和504b至塊狀部分具有階梯式碳濃度(gradedcarbonconcentration)。uv處理裝置700可以用于實(shí)施uv處理。

本發(fā)明的各種應(yīng)用中存在多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。不要求所有的實(shí)施例都具有特定的優(yōu)點(diǎn)，并且不同的實(shí)施例可以提供不同的優(yōu)點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，多個(gè)優(yōu)點(diǎn)之一在于：恢復(fù)了第一低k介電層224的碳損失，并且消除了泄漏問(wèn)題。

因此，根據(jù)一些實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。方法包括：在襯底上方形成第一低k介電層；在第一低k介電層中形成第一和第二金屬部件；在第一低k介電層中形成第一溝槽，第一溝槽跨越在第一和第二金屬部件之間；對(duì)于第一低k介電層的位于第一溝槽中的側(cè)壁執(zhí)行紫外線(uv)處理；在第一溝槽中形成第一蝕刻停止層；以及在第一蝕刻停止層上沉積第二低k介電層，從而在第一溝槽中形成氣隙。

在一個(gè)實(shí)施例中，在所述第一低k介電層中形成所述第一金屬部件和所述第二金屬部件包括：圖案化所述第一低k介電層，從而在所述第一低k介電層中形成第二溝槽；利用金屬材料填充所述第二溝槽；以及對(duì)所述金屬材料執(zhí)行拋光，從而形成所述第一金屬部件和所述第二金屬部件。

在一個(gè)實(shí)施例中，在所述第一低k介電層中形成所述第一溝槽包括：在所述第一低k介電層上形成具有開(kāi)口的蝕刻掩模；以及通過(guò)所述開(kāi)口蝕刻所述第一低k介電層，從而形成所述第一溝槽，所述第一溝槽在第一方向上從所述第一金屬部件跨越至所述第二金屬部件并且在與所述第一方向不同的第二方向上跨越在所述第一低k介電層的側(cè)壁之間。

在一個(gè)實(shí)施例中，在所述第一低k介電層中形成所述第一溝槽包括：在所述第一金屬部件和所述第二金屬部件以及所述第一低k介電層上方形成第二蝕刻停止層；圖案化所述第二蝕刻停止層以在所述第二蝕刻停止層中形成開(kāi)口，其中，所述開(kāi)口暴露介于所述第一金屬部件與所述第二金屬部件之間的區(qū)域中的所述第一低k介電層；使用含氟蝕刻劑，通過(guò)所述開(kāi)口對(duì)所述第一低k介電層執(zhí)行干蝕刻工藝；以及通過(guò)所述開(kāi)口對(duì)所述第一低k介電層執(zhí)行濕蝕刻工藝。

在一個(gè)實(shí)施例中，在形成所述第一蝕刻停止層之前并且在于所述第一低k介電層中形成所述第一溝槽之后，對(duì)所述第一低k介電層的側(cè)壁執(zhí)行所述紫外線處理。

在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)所述第一低k介電層的側(cè)壁執(zhí)行所述紫外線處理包括：將紫外線輻射照射在所述第一低k介電層的側(cè)壁上；以及在所述紫外線輻射的照射期間，將包含ch3化學(xué)基團(tuán)的第一氣體供應(yīng)至所述第一低k介電層。

在一個(gè)實(shí)施例中，供應(yīng)包含所述ch3化學(xué)基團(tuán)的第一氣體包括供應(yīng)選自由甲基硅烷(sich6)、二甲基硅烷(sic2h8)、三甲基硅烷(sic3h10)、四甲基硅烷(sic4h12)和它們的組合所構(gòu)成的基團(tuán)的氣體。

在一個(gè)實(shí)施例中，將所述紫外線輻射照射至所述第一低k介電層的側(cè)壁包括：供應(yīng)具有有效地破壞si-ch3鍵和o-h鍵的光譜的紫外線輻射源。

在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)所述第一低k介電層的側(cè)壁執(zhí)行所述紫外線處理還包括：供應(yīng)第二氣體以將所述第一氣體運(yùn)載至所述第一低k介電層的側(cè)壁，其中，所述第二氣體為選自由氮和氬構(gòu)成的基團(tuán)的惰性氣體。

在一個(gè)實(shí)施例中，形成所述第一蝕刻停止層包括形成與所述第一溝槽共形的所述第一蝕刻停止層。

在一個(gè)實(shí)施例中，制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法還包括：在于所述第一蝕刻停止層上沉積所述第二低k介電層之后，對(duì)所述第二低k介電層執(zhí)行的化學(xué)機(jī)械拋光工藝。

根據(jù)一些實(shí)施例，本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：金屬層，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上方，其中，金屬層包括第一金屬部件和第二金屬部件，第一金屬部件和第二金屬部件在第一方向上定向并且在與第一方向垂直的第二方向上彼此間隔開(kāi)；低k介電層，設(shè)置在第一和第二金屬部件之間并且沿著第一方向具有彼此間隔開(kāi)的側(cè)壁；蝕刻停止層，設(shè)置在低k介電層的側(cè)壁以及第一和第二金屬部件的側(cè)壁上；以及第二低k介電層，形成在蝕刻停止層上，從而限定被第二低k介電層圍繞的氣隙。

在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括：第三金屬部件，接合在所述第一金屬部件上，其中，所述第三金屬部件在所述第二低k介電層之上垂直延伸。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第三金屬部件垂直位于所述氣隙之上。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一低k介電層包括每一個(gè)都具有階梯式碳濃度的多個(gè)側(cè)壁部分。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一低k介電層的每一個(gè)側(cè)壁部分中的階梯式碳濃度都包括在遠(yuǎn)離所述第一低k介電層的每一個(gè)側(cè)壁部分的位置處的碳濃度最小值。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述階梯式碳濃度從所述碳濃度最小值朝向所述第一低k介電層的每一個(gè)側(cè)壁部分增加。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述蝕刻停止層包括選自由氮化硅、碳化硅、氧化硅、氮氧化硅和它們的組合構(gòu)成的組的介電材料。

根據(jù)一些實(shí)施例，本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體制造裝置。半導(dǎo)體制造裝置包括：處理室；襯底工作臺(tái)，配置在處理室中并且設(shè)計(jì)為固定半導(dǎo)體晶圓；第一紫外線(uv)源，配置在處理室中，其中，第一uv源能夠生成具有第一光譜的第一uv輻射，以有效地破壞si-ch3鍵；第二uv源，配置在處理室中，其中，第二uv源能夠生成具有第二光譜的第二uv輻射，以有效地破壞o-h鍵，其中，第二光譜與第一光譜不同；以及化學(xué)品供應(yīng)器，連接至處理室并且可操作地將包含ch3化學(xué)基團(tuán)的氣體輸送至處理室。

在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體制造裝置還包括：惰性氣體供應(yīng)器，連接至所述處理室并且可操作地向所述處理室輸送氮?dú)猓槐?，連接至所述處理室并且設(shè)計(jì)為從所述處理室排出所述氮?dú)猓灰约翱刂破?，連接至所述第一紫外線源和所述第二紫外線源并且設(shè)計(jì)為控制所述第一紫外線源和所述第二紫外線源的功率。

盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明的實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)該理解，在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明作出各種改變、替換和更改。此外，本申請(qǐng)的范圍并不僅限于本說(shuō)明書(shū)中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實(shí)施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)有的或今后開(kāi)發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明所采用的所述相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)組分、工具、方法或步驟可以被使用。因此，所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、工具、方法或步驟包括在它們的范圍內(nèi)。