用于多孔介電材料的自修復工藝的制作方法
【專利摘要】本發明涉及制造用于半導體器件應用的自修復介電材料的結構和方法。在襯底上沉積多孔介電材料，并且暴露于處理劑顆粒中從而使得該處理劑顆粒擴散進入該介電材料中。在介電材料之上形成密集的無孔覆蓋以將處理劑顆粒封裝在介電材料內。然后對介電材料實施工藝形成對該介電材料的損傷。在處理劑顆粒和損傷之間引發化學反應，以修復損傷。由化學反應消耗處理劑顆粒而形成的梯度濃度促使處理劑顆粒朝著介電材料的損傷區域連續擴散，從而連續修復損傷。本發明提供用于多孔介電材料的自修復工藝。
【專利說明】用于多孔介電材料的自修復工藝
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及制造自修復低k介電材料的方法及自修復介電結構。
【背景技術】
[0002]依照摩爾定律的半導體部件尺寸的按比例縮放推動了改進材料性能的需求，從而實現期望的集成電路性能。可以通過利用用于電隔離金屬化水平的具有低介電常數的介電材料提高集成電路性能的一些方面。用來制造集成電路的各種部件的工藝步驟會降低介電材料的性能，從而減少產量。因此，需要有效的修復機制。

【發明內容】

[0003]為了解決現有技術中存在的問題，根據本發明的一個方面，提供了一種制造自修復低k介電材料的方法，包括:在襯底上形成介電材料；使所述介電材料暴露于處理劑顆粒中從而使得所述處理劑顆粒擴散進入所述介電材料中；在所述介電材料之上形成覆蓋材料以將所述處理劑顆粒封裝在所述介電材料內；在所述介電材料的損傷區域內形成損傷，包括所述介電材料的電參數的衰退；以及引發所述處理劑顆粒和所述損傷區域之間的反應以恢復所述電參數到接近初始值。
[0004]在上述方法中，其中，對所述介電材料的損傷包括降低所述損傷區域內的含碳部分的濃度；以及所述處理劑顆粒和所述介電材料的所述損傷之間的反應增加所述損傷區域內的含碳部分的濃度。
[0005]在上述方法中，包括:形成具有第一孔徑的多孔介電材料，所述第一孔徑大于處理劑顆粒尺寸；以及形成具有第二孔徑的無孔覆蓋材料，所述第二孔徑小于所述處理劑顆粒尺寸。
[0006]在上述方法中，其中，在所述介電材料的損傷區域內形成損傷包括第一工藝，所述第一工藝包括一次或多次灰化、蝕刻、濕法或干法化學清洗、熱循環或它們的組合；以及所述第一工藝在位于所述介電材料的表面區域內的所述損傷區域內形成損傷。
[0007]在上述方法中，其中，在所述介電材料的損傷區域內形成損傷包括第一工藝，所述第一工藝包括一次或多次灰化、蝕刻、濕法或干法化學清洗、熱循環或它們的組合；以及所述第一工藝在位于所述介電材料的表面區域內的所述損傷區域內形成損傷，上述方法還包括:所述處理劑顆粒與位于所述介電材料的所述表面區域內的所述損傷區域反應，形成所述介電材料內的所述處理劑顆粒的梯度濃度；以及其中所述處理劑顆粒的梯度濃度導致所述處理劑顆粒從所述介電材料的主體區域到所述介電材料的所述表面區域的連續擴散。
[0008]在上述方法中，其中，在所述介電材料的損傷區域內形成損傷包括第一工藝，所述第一工藝包括一次或多次灰化、蝕刻、濕法或干法化學清洗、熱循環或它們的組合；以及所述第一工藝在位于所述介電材料的表面區域內的所述損傷區域內形成損傷，上述方法還包括:所述處理劑顆粒與位于所述介電材料的所述表面區域內的所述損傷區域反應，形成所述介電材料內的所述處理劑顆粒的梯度濃度；以及其中所述處理劑顆粒的梯度濃度導致所述處理劑顆粒從所述介電材料的主體區域到所述介電材料的所述表面區域的連續擴散，上述方法還包括:使位于所述介電材料的所述主體區域內的處理劑顆粒與擴散進入所述介電材料中的污染物自由基反應。
[0009]在上述方法中，其中，在所述介電材料的損傷區域內形成損傷包括第一工藝，所述第一工藝包括一次或多次灰化、蝕刻、濕法或干法化學清洗、熱循環或它們的組合；以及所述第一工藝在位于所述介電材料的表面區域內的所述損傷區域內形成損傷，上述方法還包括:所述處理劑顆粒與位于所述介電材料的所述表面區域內的所述損傷區域反應，形成所述介電材料內的所述處理劑顆粒的梯度濃度；以及其中所述處理劑顆粒的梯度濃度導致所述處理劑顆粒從所述介電材料的主體區域到所述介電材料的所述表面區域的連續擴散，上述方法還包括:使位于所述介電材料的所述主體區域內的處理劑顆粒與擴散進入所述介電材料中的污染物自由基反應，其中，通過包括激活工藝的第二工藝引發所述處理劑顆粒和所述損傷區域的反應，所述激活工藝包括高溫工藝、紫外線處理或其他能量轉移工藝。
[0010]在上述方法中，其中，所述電參數包括所述介電材料的介電常數；以及其中所述介電材料包括具有約2.4到約3.0之間的介電常數值的多孔低k介電材料，或者包括具有小于約2.4的介電常數值的多孔極低k介電材料。
[0011]根據本發明的另一方面，還提供了一種形成微電子器件的方法，包括:在襯底上形成多孔介電材料；暴露所述多孔介電材料于處理劑顆粒中，所述處理劑顆粒的處理劑顆粒尺寸小于所述多孔介電材料的第一孔徑，從而使得所述處理劑顆粒擴散進入介電材料；在所述介電材料之上形成無孔覆蓋材料，所述無孔覆蓋材料包括小于所述處理劑顆粒尺寸的第二孔徑，所述無孔覆蓋材料將所述處理劑顆粒封裝在所述介電材料內；對所述介電材料實施減小所述多孔介電材料的損傷區域內的含碳部分的濃度的工藝，導致所述介電材料的電參數的衰退；以及引發所述處理劑顆粒和所述介電材料的損傷區域之間的反應，其中所述反應增加所述損傷區域內含碳部分的濃度，恢復所述電參數到接近初始值。
[0012]在上述方法中，其中，所述工藝包括一次或多次灰化、蝕刻、濕法或干法化學清洗、熱循環或它們的組合；以及所述工藝在位于所述介電材料的表面區域內的損傷區域內形成損傷。
[0013]在上述方法中，其中，所述工藝包括一次或多次灰化、蝕刻、濕法或干法化學清洗、熱循環或它們的組合；以及所述工藝在位于所述介電材料的表面區域內的損傷區域內形成損傷，上述方法還包括:使所述處理劑顆粒與位于所述介電材料的表面區域內的所述損傷區域反應，導致所述介電材料內的所述處理劑顆粒的梯度濃度，其中所述處理劑顆粒的所述梯度濃度導致所述處理劑顆粒從所述介電材料的主體區域到所述介電材料的所述表面區域的連續擴散。
[0014]在上述方法中，其中，所述工藝包括一次或多次灰化、蝕刻、濕法或干法化學清洗、熱循環或它們的組合；以及所述工藝在位于所述介電材料的表面區域內的損傷區域內形成損傷，上述方法還包括:使所述處理劑顆粒與位于所述介電材料的表面區域內的所述損傷區域反應，導致所述介電材料內的所述處理劑顆粒的梯度濃度，其中所述處理劑顆粒的所述梯度濃度導致所述處理劑顆粒從所述介電材料的主體區域到所述介電材料的所述表面區域的連續擴散，上述方法還包括:使所述介電材料的主體區域內的所述處理劑顆粒與擴散進入所述介電材料中的污染物自由基反應。[0015]在上述方法中，其中，所述處理劑顆粒包括一種或多種液體、蒸汽、氣體、等離子體、超臨界溶劑或它們的組合，還包括能夠再烷基化或再芳基化所述損傷區域的再甲基化化合物，從而恢復所述電參數。
[0016]在上述方法中，其中，恢復的電參數包括所述介電材料的介電常數。
[0017]根據本發明的又一方面，還提供了一種自修復介電結構，包括:半導體工件；多孔介電材料，位于所述半導體工件上；以及多種處理劑顆粒，在所述多孔介電材料中擴散，其中所述多種處理劑顆粒包括約C1-C18的處理劑顆粒尺寸，所述處理劑顆粒尺寸小于所述多孔介電材料的第一孔徑，從而使得所述多種處理劑顆粒自由地擴散穿過所述介電材料以修復位于所述多孔介電材料的損傷區域內的使所述介電材料的電參數降低的損傷。
[0018]在上述介電結構中，包括:位于所述多孔介電材料之上的無孔覆蓋材料，所述無孔覆蓋材料包括基本上為零的第二孔徑，所述處理劑顆粒尺寸將所述處理劑顆粒封裝在所述介電材料內。
[0019]在上述介電結構中，包括:約11埃至約20埃的第一孔徑，所述第一孔徑足夠大以使得所述處理劑顆粒擴散穿過所述介電材料并且在所述介電材料內形成基本均勻的濃度。
[0020]在上述介電結構中，包括:約11埃至約20埃的第一孔徑，所述第一孔徑足夠大以使得所述處理劑顆粒擴散穿過所述介電材料并且在所述介電材料內形成基本均勻的濃度，其中，所述處理劑顆粒包括在所述介電材料內的約大于5%碳濃度最大差值的梯度濃度；以及其中所述處理劑顆粒的所述梯度濃度導致所述處理劑顆粒從所述介電材料的主體區域到所述介電材料的表面區域的連續擴散。
[0021]在上述介電結構中，包括:約11埃至約20埃的第一孔徑，所述第一孔徑足夠大以使得所述處理劑顆粒擴散穿過所述介電材料并且在所述介電材料內形成基本均勻的濃度，其中，所述處理劑顆粒包括在所述介電材料內的約大于5%碳濃度最大差值的梯度濃度；以及其中所述處理劑顆粒的所述梯度濃度導致所述處理劑顆粒從所述介電材料的主體區域到所述介電材料的表面區域的連續擴散，其中，所述處理劑顆粒包括一種或多種液體、蒸汽、氣體、等離子體、超臨界溶劑或它們的組合，還包括能夠再烷基化或再芳基化所述損傷區域的再甲基化化合物，從而恢復所述電參數。
[0022]在上述介電結構中，包括:約11埃至約20埃的第一孔徑，所述第一孔徑足夠大以使得所述處理劑顆粒擴散穿過所述介電材料并且在所述介電材料內形成基本均勻的濃度，其中，所述處理劑顆粒包括在所述介電材料內的約大于5%碳濃度最大差值的梯度濃度；以及其中所述處理劑顆粒的所述梯度濃度導致所述處理劑顆粒從所述介電材料的主體區域到所述介電材料的表面區域的連續擴散，其中，所述處理劑顆粒包括一種或多種液體、蒸汽、氣體、等離子體、超臨界溶劑或它們的組合，還包括能夠再烷基化或再芳基化所述損傷區域的再甲基化化合物，從而恢復所述電參數，其中，所述處理劑顆粒包括至少一種化合物，所述化合物具有分子式[-SiR2NR' _]n，其中η > 2并且可以是環、R3SiNR' SiR3、(R3Si) 3N、R3SiNR' 2、R2Si(NR' )2、RSi(NR' ) 3、RxSiCly、RxSi (OH) y、R3SiOSiR' 3、RxSi(0R')y、RxSi (OCORi )y、RxSiHy, RxSi [0C(Ri ) = R" ]4_x 或它們的組合，其中 x 是從 I 到 3 的整數，y是從I到3的整數從而x+y = 4，每一個R獨立地選自氫和疏水有機基團；R’是氫或有機基團，以及R”是烷基或羰基。【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1A至圖2B示出自修復介電材料的一些實施例；
[0024]圖3A示出表格，該表格描述用于碳濃度XPS測量的四種電介質樣品；
[0025]圖3B示出自修復電介質和外部修復電介質的一些實施例的碳消耗分布圖；
[0026]圖4示出制造自修復介電結構的方法的一些實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]參考附圖作出描述，通常相同的編號用于指示相同的元件，其中各種結構并不一定按比例繪制。在以下描述中，為說明的目的，闡述了許多具體細節以便于理解。然而，本領域普通技術人員應該理解，可以用較少程度的這些具體細節實施本文描述的一個或多個方面。在其他情況下，以框圖形式示出已知的結構和器件以便于理解。
[0028]半導體制造涉及一系列的光刻步驟，其中包括位于硅襯底上的介電材料的半導體工件被光刻膠覆蓋，與圖案化掩模對準，并且在輻射源下曝光。輻射形成與光掩模的開口區域對應的顯影光刻膠圖案。然后對半導體工件實施蝕刻工藝，這形成了位于介電材料中的開口。蝕刻工藝還可能對介電材料造成損傷，損傷包括減少位于介電材料的表面區域附近的含碳部分的濃度。受損的介電材料的電子能量損失能譜法(EELS)測量表明受損的表面區域延伸至約40埃的深度。這種受損的表面區域在介電材料內形成的金屬化層之間導致較高的互連電容，這通過引入額外的RC延時降低了金屬化層的電性能。為了減輕以上的一些影響，損傷可以與處理劑顆粒發生反應以增加介電材料的受損的表面區域中的含碳部分的濃度，從而修復介電材料。處理劑顆粒通過官能化學基團與受損的表面區域發生反應，并且不易穿透受損的表面區域。X射線光電子能譜(XPS)測量表明處理劑顆粒的穿透深度小于20埃。因此，處理劑顆粒不能擴散得足夠遠以進入介電材料從而完全修復所有的損傷。因此，不能完全消除RC延時。
[0029]依照摩爾定律的半導體部件尺寸的按比例縮放推動了改進材料性能的需求，從而實現期望的集成電路性能。可以通過利用用于電隔離金屬化水平的介電材料提高集成電路性能的一些方面，其中介電材料的介電常數(k)限定介電材料承受電隔離的金屬化層之間的保持電位的能力。用來制造集成電路的各種部件的工藝步驟可降低介電材料的性能，從而減少產量。因此，需要有效的修復機制。
[0030]因此，本發明涉及對制造過程中在介電材料中產生的損傷進行修復的結構和方法。在襯底上形成介電材料，然后暴露于處理劑顆粒中從而使得處理劑顆粒擴散進入介電材料并在介電材料內形成基本上均勻的濃度。然后在介電材料之上形成覆蓋以將處理劑顆粒封裝在介電材料內。然后對介電材料實施加工(例如，蝕刻、灰化、化學清洗或熱循環)，從而對介電材料造成損傷。然后封裝在介電材料內的處理劑顆粒擴散穿過介電材料并且與損傷發生反應以修復介電材料。
[0031]圖1A示出自修復介電材料100A的一些實施例。形成銅金屬化層102。介電膜104形成在銅金屬化層102之上并通過蝕刻終止襯墊106與銅金屬化層102分開，這防止介電膜104內的后續蝕刻和清洗步驟與銅金屬化層102相互作用。在固化步驟(包括在紫外線輻射下曝光約3分鐘至約6分鐘)之后，然后用處理劑顆粒108處理介電膜104，處理劑顆粒108包括一種或多種液體、蒸汽、氣體、等離子體、超臨界溶劑或它們的組合。處理劑顆粒包括約C1-C18的處理劑顆粒尺寸。在一些實施例中，在一個加工步驟中原位(即在一個加工室中)實施介電膜104的形成和處理劑顆粒108的處理。在其他實施例中，介電膜104的形成和處理劑微粒108的處理包括在多個加工室內實施的多個加工步驟。
[0032]介電膜104是多孔的，其孔徑在約11埃至約20埃的范圍內，大于處理劑顆粒108的處理劑顆粒尺寸，從而使得處理劑顆粒擴散進入介電材料并在介電材料內形成基本均勻的濃度。基本均勻的濃度包括處理劑顆粒108的濃度中小于約5%的變化。圖1B示出自修復介電材料100B的一些實施例，其中在介電膜104之上形成無孔的覆蓋材料110。無孔的覆蓋材料110包括基本上為零的孔徑，從而使得無孔的覆蓋材料110將處理劑顆粒108封裝在介電膜104內。在一些實施例中，無孔的覆蓋材料110包括多孔的極低k介電材料，諸如氧摻雜的SiC(ODC)、氮摻雜的SiC(NDC)、SiN等，包括小于約2.4的介電常數值。
[0033]圖2A示出自修復介電材料200A的一些實施例。通過蝕刻和清洗工藝(例如，等離子體蝕刻然后化學清洗)在介電膜104中形成開口 202，這在介電膜104的表面區域內造成側壁損傷204。在處理劑顆粒108和側壁損傷204之間引發化學反應，基本上完全修復表面區域內任何深度的損傷。隨著側壁損傷204的形成，化學反應可以自動發生，或者可以通過包括高溫工藝、紫外線處理或其他能量轉移工藝的激活工藝弓I發。
[0034]對于自修復介電材料200A的實施例，介電膜104包括含碳SiO2膜，諸如SiCOH基多孔低k介電材料，包括介于約2.4和約3.0之間的介電常數值，其中加入碳以降低極化率從而降低介電膜104的介電常數。據發現，諸如等離子體蝕刻或灰化的后續加工步驟導致介電膜104的表面區域內的含碳部分消耗，用S1-OH鍵取代S1-CH3鍵。在多孔低k介電材料中，反應性蝕刻和灰化氣體可以進一步擴散到膜中，從而增大損傷的范圍。例如，當用含氬和諸如O、F、N、H的自由基的等離子體對介電膜104進行等離子體蝕刻時，氬轟擊將破壞化學鍵并形成與O、F、N、H自由基反應的懸空鍵以及形成揮發性的副產物。這還使得介電膜104的表面變得親水，將一部分自由基推入介電膜104中。受損的碳將再羥化并與水形成氫鍵，這增加了介電膜104的有效介電常數。各種熱工藝(例如，高溫退火)也促使鄰近的S1-OH基團縮合，增大它們的密度以及在介電膜104內形成空隙。處理劑顆粒108包括再甲基化化合物，該再甲基化化合物再烷基化或再芳基化受損的碳，從而恢復介電常數。再甲基化工藝的示例性實施例包括與RxSi (OCOCH3)y處理劑顆粒反應的SiOH受損表面以形成SiOSiRx的修復表面。通過S1-O-S1-Rx鍵代替S1-OH鍵避免縮合反應，從而避免形成空隙。其他示例性實施例包括處理劑顆粒，處理劑顆粒補充介電膜104內的含碳部分。
[0035]圖2B示出自修復介電材料200B的一些實施例。處理劑顆粒108與側壁損傷之間引發的化學反應形成修復的側壁206。處理劑顆粒108和側壁損傷的反應消耗處理劑顆粒108并且消耗處理劑顆粒108在表面區域內的濃度，導致介電膜104內的處理劑顆粒108的梯度濃度208，其中介電膜104的表面區域內的處理劑顆粒的密度小于介電膜104的主體區域內的處理劑顆粒108的密度，主體區域包括介電膜104的內部區域而不是表面區域。處理劑顆粒108的梯度濃度208引起處理劑顆粒從介電膜104的主體區域至介電膜104的表面區域的連續擴散210。而且，介電膜104的主體區域內較大濃度的處理劑顆粒108將與擴散進入介電膜104的污染物自由基反應。
[0036]為證實處理劑顆粒在增大介電材料內含碳部分的濃度方面的有效性，可以通過諸如能量分散型X射線分光法(EDX)或X射線光電子能譜(XPS)的技術測量介電材料的碳濃度。圖3A示出用XPS測量碳濃度的四種介電材料樣品的表格。SI (602)是未處理的介電膜。S2(604)是經過蝕刻具有損傷的的介電膜。S3 (606)是自修復介電膜，通過在蝕刻和灰化工藝之前對未圖案化的介電膜實施處理劑顆粒處理以及用無孔的覆蓋材料覆蓋形成。S4(608)是外部修復的介電膜，通過對未圖案化的介電膜實施蝕刻和灰化工藝然后用處理劑顆粒處理形成。
[0037]圖3B示出通過XPS測量的自修復電介質與外部修復電介質的一些實施例的碳消耗分布圖300B，其中碳(原子％)的碳濃度示出為濺射深度的函數。在這個非限制性的實例中，損傷區610的厚度表示為約120秒的濺射時間。根據損傷區610的厚度內的S1-S4 (602-608)提供的碳濃度可以了解,代表自修復介電膜的S3 (606)與代表未處理的介電膜的SI (602)產生基本上相同的表現(在約O秒到120秒之間的派射時間，約小于5%碳濃度最大差值)，而代表外部修復介電膜的S4 (608)在相同的區域示出較低的碳濃度(在約O秒到120秒之間的濺射時間，約大于5%碳濃度最大差值)。因此，在300B的實施例中，與外部修復介電膜相比，自修復介電膜表現出增加的碳濃度。盡管圖3B并不旨在任何方面代表低k介電膜的所有側壁修復工藝,但是與一些現有技術方法相比,它趨向于表明，自修復多孔低k介電膜的建議實施可對側壁損傷區內的碳濃度提供顯著改善。
[0038]圖4示出制造自修復介電結構的方法400的一些實施例的流程圖。當以下將方法400示出和描述為一系列行為或事件時,應該理解,示出的這些行為或事件的順序并不以限定的含義解釋。例如，一些行為可能以不同的順序發生和/或與除本文示出和/或描述的行為或事件之外的其他行為或事件同時發生。此外，實施本文描述的一個或多個方面或實施例并不需要所有示出的行為。而且，本文描述的一個或多個行為可能在一個或多個單獨的行為和/或階段中執行。
[0039]在402中，提供襯底。襯底包括硅晶圓或其他半導體工件。
[0040]在404中，在襯底上形成介電材料。介電材料包括通過化學汽相沉積(CVD)或旋涂法形成的多孔低k電介質(例如，2.4 ^ k ^ 3.0)或多孔極低k電介質(例如，k < 2.4)。
[0041]在406中，用處理劑顆粒處理介電材料從而使得處理劑顆粒擴散進入介電材料中并且在介電材料內形成基本均勻的濃度。處理劑顆粒包括再甲基化化合物，再甲基化化合物能夠再烷基化或再芳基化受損的碳，處理劑顆粒的尺寸小于介電材料的第一孔徑。處理劑顆粒還可以包括至少一種化合物，該化合物具有分子式[-SiR2NR' _]n，其中η > 2并且可以是環、R3SiNR' SiR3> (R3Si)3N,R3SiNR; 2、R2Si(NR' )2、RSi(NR' )3>RxSiCly,RxSi (OH)y、R3SiOSiR' 3、RxSi(0R' )y, RxSi (OCORi )y、RxSiHy、RxSi [0C(R' ) = R" ]4_x 或它們的組合，其中X是從I到3的整數，y是從I到3的整數使得x+y = 4，每一個R獨立地選自氫和疏水有機基團；R’是氫或有機基團，以及R”是烷基或羰基。
[0042]在408中，用密集的低k電介質覆蓋介電材料。密集的低k電介質包括具有第二孔徑的無孔的密集的低k電介質，該第二孔徑小于處理劑顆粒尺寸，從而將處理劑顆粒封裝在介電材料內。
[0043]在410中，對介電材料實施圖案化步驟，包括用光刻膠涂覆介電材料，使介電材料與圖案化掩模對準，以及在輻射源下曝光介電材料。輻射形成與光刻膠的開口區域對應的顯影的光刻膠圖案。
[0044]在412中，對介電材料實施第一工藝,第一工藝在介電材料內的損傷區域內引入損傷，損傷包括介電材料的電參數的衰退。該工藝包括一次或多次灰化、蝕刻、濕法或干法化學清洗、熱循環或它們的組合。損傷包括損傷區內含碳部分的濃度的降低。
[0045]在414中，對介電材料實施第二工藝，包括促進處理劑顆粒和介電材料損傷之間的反應的可選的激活操作。在一些實施例中，隨著損傷的形成反應自動發生。在其他的實施例中，可以通過包括高溫工藝、紫外線處理或其他能量轉移工藝的激活操作引發或增強反應(例如較快的反應速率)。
[0046]在416中，在處理劑顆粒和介電材料的損傷之間引發反應，其中該反應修復損傷，恢復電參數到接近初始值。該反應包括處理劑顆粒之間的化學反應，處理劑顆粒包括再燒基化或再芳基化介電材料的表面區域內的受損的碳的再甲基化化合物。該化學反應包括消耗位于介電材料的表面區域內的損傷區域內的處理劑顆粒，形成介電材料內的處理劑顆粒的梯度濃度。在一些實施例中反應同時發生，而在其他實施例中需要激活能引發反應或增強反應。
[0047]在418中處理劑顆粒的梯度濃度導致處理劑顆粒從介電材料的中心到介電材料的表面的連續擴散，從而連續修復對介電材料的損傷。
[0048]基于對說明書和附圖的閱讀和/或理解，本領域內普通技術人員也將認識到可以做出等同修改和/或改變。本發明包括所有的這些修改和改變并且通常不打算用來限制。此外，就若干實施方式中的一個來說公開了特定部件或方面，然而正如可能期望的，這種部件或方面可以與其他實施方式的一個或多個其他部件和/或方面組合。而且，就本文所使用的術語“包含”、“具有”、“有”、“附有”和/或它們的變化形式來說，這些術語意圖包括在意思相近的“包括”中。另外，“示例性的”僅意味著指實例，而不是最好的。還應該理解，本文描述的部件、層和/或元件示出為具有相對于另一個的特定尺寸和方向是為了簡明和易于理解的目的，并且實際的尺寸和/或方向可以與本文示出的實質上不同。
[0049]因此，本發明涉及制造用于半導體器件應用的自修復介電材料的結構和方法。將處理劑顆粒封裝在多孔介電材料內的方法允許在蝕刻過程中對表面上引發的損傷的連續修復，以及與作為蝕刻的副產品可能擴散到介電材料內的任何污染物自由基發生反應。在蝕刻之前將處理劑顆粒封裝在多孔介電材料內的方法還減少修復膜所需的工藝步驟的數量，因為多孔介電材料的形成和處理劑顆粒的處理可以在一個工藝步驟中原位實施，與在蝕刻之后形成和修復介電材料的多步驟相反。
[0050]在一些實施例中，本發明涉及一種制造自修復低k介電材料的方法。在襯底上形成介電材料并且暴露于處理劑顆粒中從而使得處理劑顆粒擴散到介電材料中。在介電材料之上形成覆蓋材料以將處理劑顆粒封裝在介電材料內。第一工藝在介電材料內的損傷區域內形成損傷，包括介電材料的電參數的衰退。在處理劑顆粒和損傷區域之間引發反應以恢復電參數到接近初始值。隨著損傷的形成可能自動發生反應，或者可以通過包括激活操作的第二工藝引發或增強反應，激活操作包括高溫工藝、紫外線處理或其他能量轉移工藝。
[0051]在一些實施例中，本發明涉及形成微電子器件的方法。在襯底上形成多孔介電材料，并且暴露于處理劑顆粒中，其中處理劑顆粒的處理劑顆粒尺寸小于多孔電介質的第一孔徑，從而使得處理劑顆粒擴散到電介質中。在介電材料的之上形成無孔的覆蓋材料，其中無孔的覆蓋材料包括小于處理劑顆粒尺寸的第二孔徑，將處理劑顆粒封裝在介電材料內。
[0052]然后對介電材料實施減小多孔介電材料內的損傷區域內的含碳部分的濃度的工藝，導致介電材料的電參數衰退。接著在處理劑顆粒和介電材料的損傷區域之間引發反應，其中該反應增加損傷區域內的含碳部分的濃度，恢復電參數到接近初始值。
[0053]在一些實施例中，本發明涉及自修復介電結構，包括形成在半導體工件上的暴露于多種處理劑顆粒中的多孔介電材料。處理劑顆粒擴散進入多孔介電材料中。處理劑顆粒包括小于多孔介電材料的第一孔徑的處理劑顆粒尺寸，從而使得處理劑顆粒自由地擴散穿過介電材料以修復多孔介電材料內的損傷。
【權利要求】
1.一種制造自修復低k介電材料的方法，包括: 在襯底上形成介電材料； 使所述介電材料暴露于處理劑顆粒中從而使得所述處理劑顆粒擴散進入所述介電材料中； 在所述介電材料之上形成覆蓋材料以將所述處理劑顆粒封裝在所述介電材料內； 在所述介電材料的損傷區域內形成損傷，包括所述介電材料的電參數的衰退；以及 引發所述處理劑顆粒和所述損傷區域之間的反應以恢復所述電參數到接近初始值。
2.根據權利要求1所述的方法，其中， 對所述介電材料的損傷包括降低所述損傷區域內的含碳部分的濃度；以及所述處理劑顆粒和所述介電材料的所述損傷之間的反應增加所述損傷區域內的含碳部分的濃度。
3.根據權利要求1所述的方法，包括: 形成具有第一孔徑的多孔介電材料，所述第一孔徑大于處理劑顆粒尺寸；以及 形成具有第二孔徑的無孔覆蓋材料，所述第二孔徑小于所述處理劑顆粒尺寸。
4.根據權利要求1所述的方法，其中， 在所述介電材料的損傷區域內形成損傷包括第一工藝，所述第一工藝包括一次或多次灰化、蝕刻、濕法或干法化學清洗、熱循環或它們的組合；以及 所述第一工藝在位于所述介電材 料的表面區域內的所述損傷區域內形成損傷。
5.一種形成微電子器件的方法，包括: 在襯底上形成多孔介電材料； 暴露所述多孔介電材料于處理劑顆粒中，所述處理劑顆粒的處理劑顆粒尺寸小于所述多孔介電材料的第一孔徑，從而使得所述處理劑顆粒擴散進入介電材料； 在所述介電材料之上形成無孔覆蓋材料，所述無孔覆蓋材料包括小于所述處理劑顆粒尺寸的第二孔徑，所述無孔覆蓋材料將所述處理劑顆粒封裝在所述介電材料內； 對所述介電材料實施減小所述多孔介電材料的損傷區域內的含碳部分的濃度的工藝，導致所述介電材料的電參數的衰退；以及 引發所述處理劑顆粒和所述介電材料的損傷區域之間的反應，其中所述反應增加所述損傷區域內含碳部分的濃度，恢復所述電參數到接近初始值。
6.根據權利要求5所述的方法，其中， 所述工藝包括一次或多次灰化、蝕刻、濕法或干法化學清洗、熱循環或它們的組合；以及 所述工藝在位于所述介電材料的表面區域內的損傷區域內形成損傷。
7.根據權利要求6所述的方法，包括: 使所述處理劑顆粒與位于所述介電材料的表面區域內的所述損傷區域反應，導致所述介電材料內的所述處理劑顆粒的梯度濃度，其中所述處理劑顆粒的所述梯度濃度導致所述處理劑顆粒從所述介電材料的主體區域到所述介電材料的所述表面區域的連續擴散。
8.一種自修復介電結構，包括: 半導體工件； 多孔介電材料，位于所述半導體工件上；以及多種處理劑顆粒，在所述多孔介電材料中擴散，其中所述多種處理劑顆粒包括約C1-C18的處理劑顆粒尺寸，所述處理劑顆粒尺寸小于所述多孔介電材料的第一孔徑，從而使得所述多種處理劑顆粒自由地擴散穿過所述介電材料以修復位于所述多孔介電材料的損傷區域內的使所述介電材料的電參數降低的損傷。
9.根據權利要求8所述的介電結構，包括: 位于所述多孔介電材料之上的無孔覆蓋材料，所述無孔覆蓋材料包括基本上為零的第二孔徑，所述處理劑顆粒尺寸將所述處理劑顆粒封裝在所述介電材料內。
10.根據權利要求8所述的介電結構，包括: 約11埃至約20埃的第一孔徑，所述第一孔徑足夠大以使得所述處理劑顆粒擴散穿過所述介電材料并且在所述`電材料內形成基本均勻的濃度。
【文檔編號】H01L21/768GK103515303SQ201210337327
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年9月12日 優先權日:2012年6月25日
【發明者】黃琮閔, 李忠儒, 包天一 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司