專利名稱：增加低介電層涂布能力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種增加低介電層的涂布能力的方法。
(2)背景技術(shù)在半導(dǎo)體制程技術(shù)的應(yīng)用上，在目前正在制造中的是具有次微米(sub-micron)以及次半微米(sub-half-micron)的集成電路(integrated circuit)元件。而趨向于深次微米的技術(shù)(deep sub-micron technology)(如，包括小于0.35微米尺寸)，對于多層內(nèi)連線技術(shù)而言是必須的。
因此，在集成電路晶片中，集成電路效能在深次微米中是做為在數(shù)百萬個閘極(gate)以及晶體管(transistor)之間移動的電子信號的延遲時間(delaytime)。寄生電容(parasitic capacitance)與電阻效應(yīng)(resistance effect)產(chǎn)生使得這些保護(hù)內(nèi)連接線結(jié)構(gòu)必須控制良好。由此趨勢來看，最近是注重在低電阻值金屬(例如，銅)的使用，此種金屬與具有低介電常數(shù)(low dielectric constant，low-k dielectric)的絕緣材料在金屬線之間連接。一低介電材料為一其介電常數(shù)比傳統(tǒng)的介電材料為低的介電材料，如氟化硅玻璃(Fluornated Silicate Glass，F(xiàn)SG)，其介電常數(shù)值約為3.5。銅的導(dǎo)電性是非常的高且比其他的金屬(如，鋁)的電漂移(electromigration)要低。
在半導(dǎo)體制程技術(shù)中，內(nèi)連接線層的制程是利用化學(xué)機(jī)械研磨(chemicalmechanical polishing，CMP)的方法，特別是當(dāng)有數(shù)層以及導(dǎo)線本身的特性采用一高寬比(aspect ratio)(例如，導(dǎo)線是以0.25微米的寬以及1.0微米的高度)時。
在0.25微米的高效能集成電路的制程中，制作內(nèi)連接線結(jié)構(gòu)須利用所謂的鑲嵌(damascene)技術(shù)。因?yàn)樵诎雽?dǎo)體元件尺寸的原因，傳統(tǒng)的金屬鋁的沉積以及蝕刻逐漸變得困難。同時，在效能的考慮上須要利用低阻值的金屬例如，銅。
就像是集成電路的尺寸持續(xù)的朝著縮小尺寸進(jìn)行，特有的高分子材料很明顯的已經(jīng)用于內(nèi)介電層(ILD，inter-layer dielectric)，這是由于這些高分子材料本身具有低介電常數(shù)，特別是用在0.13毫微米制程或是更小尺寸的制程中。
在傳統(tǒng)的技術(shù)上，將厚度為100埃的吸附促進(jìn)層涂布在晶片上，此晶片可以是第二層金屬層(M2，metal 2)，且在此晶片上有一層以氮化硅(SiN，siliconnitride)做為材料的蝕刻終止層(etching stop layer)，接著，將整個晶片在150℃的溫度下，大約120秒的時間進(jìn)行烘烤。接著，再將有機(jī)高分子低介電層，例如，SiLK，其厚度大約為3000埃涂布在晶片上，然后將晶片在一平板上且溫度為23℃，時間大約為60秒的條件下，進(jìn)行冷卻而隨后緊接著再進(jìn)行300℃的烘烤步驟，其烘烤時間大約為100秒。雖然吸附促進(jìn)層的烘烤步驟可以有利于與底層的蝕刻終止層之間的鍵結(jié)，但是經(jīng)烘烤之后的吸附促進(jìn)層干的表面不能促進(jìn)低介電材料的涂布能力。
當(dāng)涂布能力在其極限狀態(tài)，若預(yù)潤濕步驟沒有采用時，則在晶片的四周會有涂布缺陷產(chǎn)生。
根據(jù)以上的描述，須要采用一種方法來改善吸附促進(jìn)層的可潤濕性使得在低介電層的涂布品質(zhì)可以增加。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用一種有機(jī)溶劑以改善經(jīng)烘烤之后的吸附促進(jìn)層的可潤濕性的方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種改善在經(jīng)過預(yù)潤濕步驟的吸附促進(jìn)層對低介電層的涂布品質(zhì)的方法。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種改善低介電層的涂怖能力的方法。
根據(jù)本發(fā)明一方面提供一種增加吸附促進(jìn)層可潤濕性的方法，其特點(diǎn)是，該方法至少包括提供一吸附促進(jìn)層在一半導(dǎo)體底材上，其中該吸附促進(jìn)層為一種界面活性劑材料；烘烤該吸附促進(jìn)層以除去在該吸附促進(jìn)層內(nèi)的溶劑；以及利用有機(jī)溶劑潤濕該吸附促進(jìn)層使得該吸附促進(jìn)層的表面的可潤濕性增加。
根據(jù)本發(fā)明另一方面提供一種在吸附促進(jìn)層在預(yù)潤濕步驟中增加涂布能力的方法，其特點(diǎn)是，該方法至少包括旋涂一吸附促進(jìn)層在一底材上，其中，該吸附促進(jìn)層的特性為一種界面活性劑材料；烘烤該吸附促進(jìn)層以去除在該吸附促進(jìn)層內(nèi)的溶劑；以及利用有機(jī)溶劑預(yù)潤濕該吸附促進(jìn)層，以使該吸附促進(jìn)層的表面的可潤濕性增加。
根據(jù)本發(fā)明又一方面提供一種增加低介電層涂布能力的方法，其特點(diǎn)是，該方法至少包括提供一底材以及一蝕刻終止層在該底材上；旋涂一吸附促進(jìn)層在該蝕刻終止層上；烘烤該吸附促進(jìn)層使得在該吸附促進(jìn)層內(nèi)的溶劑可以去除以及與該蝕刻終止層鍵結(jié)；利用有機(jī)溶劑預(yù)潤濕該吸附促進(jìn)層，以使該吸附促進(jìn)層的表面的可潤濕性增加；以及旋涂一有機(jī)高分子低介電層在該吸附促進(jìn)層上。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和效果，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
(4)


圖1是根據(jù)本發(fā)明的方法在底材上形成蝕刻終止層的截面示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法在圖1的結(jié)構(gòu)上形成吸附促進(jìn)層的截面示意圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的方法在經(jīng)過預(yù)潤濕以及烘烤步驟之后在圖2的結(jié)構(gòu)上形成一低介電層的截面示意圖。
(5)具體實(shí)施方式
本發(fā)明的一些實(shí)施例會詳細(xì)描述如下。然而，除了詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以廣泛地以其他的實(shí)施例施行，且本發(fā)明的范圍不受其限定，而是以權(quán)利要求的專利范圍為準(zhǔn)。
在以下所描述的各個步驟是在涂布反應(yīng)室(coating chamber)中進(jìn)行，且在反應(yīng)室內(nèi)的相對濕度(relative humidity)大約為30％至60％，最佳的條件為35％至45％，同時在反應(yīng)室內(nèi)的溫度范圍為20℃至30℃，最佳的溫度范圍為23℃至27℃。參考圖1，在底材10上形成一層蝕刻終止層12，這是用來作為之后在蝕刻步驟中蝕刻位置停止的層。蝕刻終止層12的材料可以是無機(jī)低介電材料例如，氮化硅(SiN，silicon nitride)或是碳化硅(SiC，siliconcarbide)，而形成的方式則是利用化學(xué)氣相沉積方法(CVD，chemical vapordeposition method)，而底材可以是第二層金屬層(M2，metal 2)。而碳化硅具有較低的介電常數(shù)同時若與一般常使用的氮化硅比較，在內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，單或是雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中，對于金屬銅而言，碳化硅有較佳的擴(kuò)散阻力，且對于先進(jìn)的制程而言，碳化硅與低介電材料是最常被使用的。0參考圖2，利用旋涂的方式將吸附促進(jìn)層14涂布在蝕刻終止層12上。吸附促進(jìn)層的化學(xué)結(jié)構(gòu)具有硅單鍵(silicon-)以及未飽和的有機(jī)化學(xué)鍵，例如，乙烯三乙醯氧基硅氧烷(vinyltriacetoxysilane)，其商品名為AP 4000 TM由Dow Chemical所制造。而吸附促進(jìn)層14旋涂在蝕刻終止層12上的厚度大約為100埃。而吸附促進(jìn)層14為一種類似于界面活性劑(surfactant)的材料，且通常是用于吸附促進(jìn)層14的制程以及強(qiáng)化以有機(jī)高分子做為材料的低介電層16(在圖3表示)與蝕刻終止層12之間的接著能力。
接著，為了要將吸附促進(jìn)層14的分子與底材10之間相互固定，則是將旋涂的吸附促進(jìn)層14經(jīng)過烘烤步驟而發(fā)生化學(xué)鍵結(jié)反應(yīng)。然而，在烘烤的步驟中也會造成將吸附促進(jìn)層14內(nèi)的溶劑除去，但也不會全部移除。而烘烤的溫度大約在100℃至200℃之間，最佳的烘烤溫度為150℃至180℃。對于在后續(xù)步驟中，要將低介電層16旋涂在吸附促進(jìn)層14上，則一個干燥的吸附促進(jìn)層14的表面，并不能成為一個合適的條件。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，是提供一個將經(jīng)過烘烤步驟的吸附促進(jìn)層14利用有機(jī)溶劑(organic solvent)進(jìn)行潤濕的步驟，這步驟不只是將吸附促進(jìn)層14與底材10之間結(jié)合，此外也可以調(diào)整吸附促進(jìn)層14表面的可潤濕性。
接著，在一實(shí)施例中，晶片在經(jīng)過烘烤之后，將晶片進(jìn)行冷卻，其冷卻的溫度大約為23℃，冷卻時間大約為30秒。接著，利用噴嘴(nozzle)將做為預(yù)潤濕的有機(jī)溶劑，在1.5秒的時間將1毫升的有機(jī)溶劑噴灑在靜止的晶片上。而晶片在2000每分鐘的轉(zhuǎn)速(revolution per minute，rpm)以及0.5秒的時間，加速度至10000rpm2的條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)干燥以除去殘留在晶片上的有機(jī)溶劑，而此有機(jī)溶劑可以是1，3，5-三甲基苯(1，3，5-trimethyl benzene)或是單甲基醚丙二醇醋酸酯(PGMEA，propylene glycol monomethyl etheracetate)。
在另一個實(shí)施例中，經(jīng)過烘烤之后，晶片也是同樣在溫度為23℃且時間為30秒的條件下進(jìn)行冷卻。接著，也是利用噴嘴將1毫升的有機(jī)溶劑噴灑分散在以轉(zhuǎn)速大約為2000rpm在旋轉(zhuǎn)的晶片上。而晶片在一秒鐘的時間減速至0rpm，接著再以0.5秒的時間加速至2000rpm的條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)干燥(spin-dry)以除去殘留在晶片上的有機(jī)溶劑。
接著，參考圖3，利用旋涂的方式將低介電層16涂布在吸附促進(jìn)層14上。有機(jī)高分子材料如SiLK可以做為低介電層16，而SiLK是由Dow Chemical所提供。而SiLK的介電常數(shù)值的范圍大約在2.6至2.7之間。且低介電層14旋涂在吸附促進(jìn)層14上的厚度大約為3000埃。然后，在低介電層16旋涂在吸附促進(jìn)層14之后，將晶片在溫度300℃且時間為100秒的條件下進(jìn)行烘烤。
根據(jù)以上的描述可以得知，為了增加低介電層的接著能力，利用吸附促進(jìn)層旋涂在蝕刻終止層以及低介電層之間，且在低介電層旋涂之前，在吸附促進(jìn)層上進(jìn)行預(yù)潤濕步驟以增加涂布品質(zhì)。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種增加吸附促進(jìn)層可潤濕性的方法，其特征在于，該方法至少包括提供一吸附促進(jìn)層在一半導(dǎo)體底材上，其中該吸附促進(jìn)層為一種界面活性劑材料；烘烤該吸附促進(jìn)層以除去在該吸附促進(jìn)層內(nèi)的溶劑；以及利用有機(jī)溶劑潤濕該吸附促進(jìn)層使得該吸附促進(jìn)層的表面的可潤濕性增加。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑至少包括1，3，5-三甲基苯。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑至少包括單甲基醚丙二醇醋酸酯。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括一噴嘴噴灑該有機(jī)溶劑到一晶片上，其中，該晶片是處于靜止?fàn)顟B(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括一噴嘴噴灑該有機(jī)溶劑到一晶片上，其中，該晶片是處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
6.一種在吸附促進(jìn)層在預(yù)潤濕步驟中增加涂布能力的方法，其特征在于，該方法至少包括旋涂一吸附促進(jìn)層在一底材上，其中，該吸附促進(jìn)層的特性為一種界面活性劑材料；烘烤該吸附促進(jìn)層以去除在該吸附促進(jìn)層內(nèi)的溶劑；以及利用有機(jī)溶劑預(yù)潤濕該吸附促進(jìn)層，以使該吸附促進(jìn)層的表面的可潤濕性增加。
7.如申請專利范圍6所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑至少包括1，3，5-三甲基苯。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑至少包括單甲基醚丙二醇醋酸酯。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括一噴嘴噴灑該有機(jī)溶劑到一晶片上，其中，該晶片是處于靜止?fàn)顟B(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括一噴嘴噴灑該有機(jī)溶劑到一晶片上，其中，該晶片是處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括一低介電層旋涂在該吸附促進(jìn)層上。
12.一種增加低介電層涂布能力的方法，其特征在于，該方法至少包括提供一底材以及一蝕刻終止層在該底材上；旋涂一吸附促進(jìn)層在該蝕刻終止層上；烘烤該吸附促進(jìn)層使得在該吸附促進(jìn)層內(nèi)的溶劑可以去除以及與該蝕刻終止層鍵結(jié)；利用有機(jī)溶劑預(yù)潤濕該吸附促進(jìn)層，以使該吸附促進(jìn)層的表面的可潤濕性增加；以及旋涂一有機(jī)高分子低介電層在該吸附促進(jìn)層上。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑至少包括1，3，5-三甲基苯。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑至少包括單甲基醚丙二醇醋酸酯。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括一噴嘴噴灑該有機(jī)溶劑到一晶片上，其中，該晶片是處于靜止?fàn)顟B(tài)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括一嘴噴灑該有機(jī)溶劑到一晶片上，其中，該晶片是處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括一在該預(yù)潤濕該吸附促進(jìn)層步驟之后的旋涂干燥步驟。
全文摘要
一種增加低介電層涂布能力的方法。本發(fā)明的方法包括旋涂一蝕刻終止層在底材上，旋涂一吸附促進(jìn)層在蝕刻終止層上。為了增加在蝕刻終止層與有機(jī)低介電層之間的涂布能力，在已經(jīng)烘烤過的吸附促進(jìn)層上進(jìn)行預(yù)潤濕的步驟，使得經(jīng)過烘烤之后的吸附促進(jìn)層的涂布品質(zhì)可以增加，也可以增加在蝕刻終止層與低介電層之間的涂布能力。
文檔編號H01L21/768GK1404136SQ0212685
公開日2003年3月19日 申請日期2002年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月17日
發(fā)明者謝宗棠, 蔡正原, 黃稚銨 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司