CN100397591C - 低介电常数材料层的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种低介电常数材料层的制造方法，其步骤如下：首先在基底上形成一高分子材料层，再熟化此高分子材料层。接着于此高分子材料层上形成一接合材料层，其主成分为一有机硅化合物，且此有机硅化合物具有相连的一含硅片段与一未饱合碳氢片段。然后熟化此接合材料层，令其中的有机硅化合物与高分子材料反应并产生键结，以使此高分子材料层具有一含硅表面。另外，上述的高分子材料层也可与接合材料层同时熟化。
Description
技术领域
本发明是有关一种半导体制作工艺，且特别是有关一种低介电常数材料层(Low-k Dielectric Material Layer)的制造方法。
背景技术
低介电常数材料大多应用在极大规模集成电路(Ultra-Large ScaleIntegrated(ULSI)Circuit)制作工艺中，以作为不同导线层间的“层间介电层”(Inter-Layer Dielectrics，ILD)的材料。这是因为采用低介电常数材料可大幅降低器件的电阻电容延迟效应(RC Delay)，并得以增加其效能；而且低介电常数材料的热稳定性也符合制作工艺需求。不过，对于有机高分子型态的低介电常数材料而言，由于其机械强度(Mechanical Strength)不足，故容易在后续金属镶嵌(Damascene)制作工艺的化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)步骤中受损。因此，有机低介电常数材料层上必须形成一含硅无机介电层，以作为研磨中止层(Polishing Stop Layer)，此含硅无机介电层的材质通常为氮化硅(silicon nitride)或碳化硅(silicon carbide)。
然而，由于氮化硅或碳化硅之类的无机材料与有机低介电常数材料之间的接合性不佳，所以研磨中止层常容易剥离，而无法保护下方的有机低介电常数材料层，并可能造成微粒等问题。公知的解决方法先在有机低介电常数材料层表面上形成一层HMDS(Hexamethyldisilazane)，然后再形成含硅无机介电层。由于含硅无机介电层对HMDS的附着力优于对有机低介电常数材料层的附着力，故采用公知方法时含硅无机介电层与有机低介电常数材料层的接合性得稍有改善。不过，由于HMDS对有机低介电常数材料层的附着力仅稍优于含硅无机介电层，故含硅无机介电层与有机低介电常数材料层的接合性无法进一步得到改善。
发明内容
为此，本发明提出一种低介电常数材料层的制造方法，其步骤如下：首先在基底上形成一高分子材料层，再熟化此高分子材料层。接着于此高分子材料层上形成一接合材料层，其主成分为一有机硅化合物，且此有机硅化合物具有相连的一含硅片段(silicon-containingmoiety)与一未饱合碳氢片段(unsaturated hydrocarbon moiety)。然后熟化此接合材料层，令其中的有机硅化合物与高分子材料层的表面反应并产生键结，以使得此高分子材料层具有一含硅表面。另外，上述的高分子材料层也可与接合材料层同时熟化。
本发明并提出一种层间介电层的制造方法，其先以上述本发明的低介电常数材料层的制造方法得到表面含硅的高分子材料层，再于此高分子材料层上形成氮化硅或碳化硅之类的含硅无机材料层。
在本发明的低介电常数材料层与层间介电层的制造方法中，由于有机硅化合物中的未饱合碳氢片段可与下层的高分子材料层的表面产生键结，且含硅片段与上层的含硅无机材料层的亲和力(Affinity)甚佳，故得以增强含硅无机材料层与高分子材料层的接合性，并防止含硅无机材料层产生剥落现象。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明。
附图说明
图1为本发明的低介电常数材料层的制造方法的示意图，其绘示作为接合材料的有机硅化合物在高分子材料层上的状态。
标号说明：
100：高分子材料层
110：有机硅化合物
110a、110b：含硅片段、未饱合碳氢片段
具体实施方式
以下为本发明较佳实施例的低介电常数材料层的制造方法，此低介电常数材料层为一层间介电层(ILD)的主体。此方法的步骤详述如下。
首先，在一基底上形成一高分子材料层，其方法例如为旋涂法(Spin-On Coating)，然后再熟化此高分子材料层。此高分子材料层的组成例如为陶氏化学公司(Dow Chemicals)生产的商品SiLK，其有效成分为一具乙炔基(ethynyl)的芳香族化合物(aromatic compound)，且此有效成分在熟化时会聚合而成为高分子。
接着，于此高分子材料层上形成一接合材料层，其主成分为一有机硅化合物。请参照图1，此有机硅化合物110具有相连一含硅片段110a与一未饱合碳氢片段110b，其中含硅片段110a例如为三乙氧基硅烷基(triethoxysilanyl，-Si(OC2H5)3)或三乙醯氧基硅烷基(triacetoxysilanyl，-Si(OC(＝O)CH3)3)，且未饱合碳氢片段110b例如为丙烯基(allyl，-C-C＝C)或-C2～C4的α-乙炔基(α-ethynyl)，其中C2的α-乙炔基的结构式为(-C≡C)，且C4的α-乙炔基的结构式为(-C-C-C≡C)。此接合材料层的形成方法例如是将有机硅化合物110溶于一溶剂中，再以旋涂法将所得的溶液涂布在高分子材料层100上，其中溶剂为可溶解上述高分子材料者。此时由于溶剂会侵入高分子材料层100的表面部分中，即“泡胀”(Swell)此部分的高分子材料层100，故有机硅化合物110得以扩散进入高分子材料层100的表面部分，尤其是有机硅化合物110的未饱合碳氢片段110b。
接下来的步骤是熟化此接合材料层，令有机硅化合物110的未饱合碳氢片段110b与高分子材料层100反应并产生键结，使得高分子材料层100具有一含硅表面，如图1所示。此处熟化的方法例如为加热熟化(Thermal Curing)法或紫外光熟化法(UV Curing)，其可将未饱合碳氢片段110b的双键或三键打开，而与高分子材料层100中的聚合物链(Polymer Chain)键结。上述在高分子材料层100熟化之后才进行反应的机制称为“连续渗透聚合物连结”(Sequential InterpenetratingPolymer Networking)。
除此之外，如果高分子材料层的前驱物为具有未饱键者，如前述的SiLK，则高分子材料层的熟化步骤也可延后，并与接合材料层的熟化同时进行。此时接合材料层中的有机硅化合物的未饱合碳氢片段即可与高分子材料层表面的未饱合前驱物键结，同时未饱合前驱物也互相聚合成为高分子聚合物，如此即等同于将有机硅化合物连结在高分子材料层的表面上，而使此高分子材料层具有一含硅表面。
接着要说明的是本发明较佳实施例的层间介电层的制造方法。
在上述表面含硅的高分子材料层形成之后，再于其上形成一含硅无机介电层，其方法例如为化学气相沉积法(Chemical VaporDeposition，CVD)，且此含硅无机介电层的材质例如为氮化硅或碳化硅。此含硅无机介电层与高分子材料层合作为一层间介电层，其中含硅无机介电层即可在后续金属镶嵌制作工艺的化学机械研磨步骤中保护下方的高分子材料层，且含硅无机介电层的厚度通常远小于高分子材料层，以免此层间介电层整体的介电常数过高。
如上所述，在本发明的低介电常数材料层与层间介电层的制造方法中，由于有机硅化合物中的未饱合碳氢片段可与下层的高分子材料层的表面产生键结，且含硅片段与上层的含硅无机材料层的亲和力甚佳，故得以增强含硅无机材料层与高分子材料层的接合性，并防止含硅无机材料层产生剥落现象。此外，高分子材料层也可与接合材料层同时熟化，以缩减熟化步骤的次数及所需时间。
虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (12)
1.一种低介电常数材料层的制造方法，其特征在于：包括：
提供一基底；
于该基底上形成一高分子材料层；
熟化该高分子材料层；
于该高分子材料层上形成一接合材料层，该接合材料层的主成分为一有机硅化合物，该有机硅化合物具有相连的一含硅片段与一未饱合碳氢片段；
熟化该接合材料层，令该有机硅化合物与该高分子材料层反应并产生键结，使得该高分子材料层具有一含硅表面。
2.如权利要求1所述的低介电常数材料层的制造方法，其特征在于：其中熟化前的该接合材料层由该有机硅化合物与可溶解该高分子材料的一溶剂所组成。
3.如权利要求1所述的低介电常数材料层的制造方法，其特征在于：其中该高分子材料层与该接合材料层同时熟化。
4.如权利要求3所述的低介电常数材料层的制造方法，其特征在于：其中该高分子材料层由一未饱合前驱物在熟化过程中聚合而成。
5.如权利要求1所述的低介电常数材料层的制造方法，其特征在于：其中熟化该接合材料层的方法包括加热熟化法。
6.如权利要求1所述的低介电常数材料层的制造方法，其特征在于：其中熟化该接合材料层的方法包括紫外光熟化法。
7.如权利要求1所述的低介电常数材料层的制造方法，其特征在于：其中该含硅片段包括三乙氧基硅烷基。
8.如权利要求1所述的低介电常数材料层的制造方法，其特征在于：其中该含硅片段包括三乙酰氧基硅烷基。
9.如权利要求1所述的低介电常数材料层的制造方法，其特征在于：其中该未饱合碳氢片段包括丙烯基。
10.如权利要求1所述的低介电常数材料层的制造方法，其特征在于：其中该未饱合碳氢片段包括一C2～C4的α-乙炔基。
11.如权利要求10所述的低介电常数材料层的制造方法，还包括于该接合材料层上形成一含硅无机介电层。
12.如权利要求11所述的低介电常数的层间介电层的制造方法，其特征在于：其中该含硅无机介电层的材质为氮化硅与碳化硅二者之一。
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