本發(fā)明的實施例涉及集成電路器件，更具體地，涉及形成多孔低-k結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體集成電路(IC)工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了快速增長。IC材料和設(shè)計中的技術(shù)進步已經(jīng)產(chǎn)生了多代IC，其中，每一代都比上一代具有更小和更復(fù)雜的電路。然而，這些進步已經(jīng)增加了處理和制造IC的復(fù)雜性，并且為了實現(xiàn)這些進步，需要IC處理和制造中的類似發(fā)展。在集成電路演化過程中，功能密度(即，每芯片面積的互連器件的數(shù)量)已經(jīng)普遍增大，而幾何尺寸(即，可以使用制造工藝產(chǎn)生的最小組件(或線))已經(jīng)減小。

作為半導(dǎo)體制造的部分，可以形成金屬溝槽。金屬溝槽可以用作為IC的各個組件提供互連的金屬線。金屬溝槽由低-k介電材料分隔開。然而，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造技術(shù)沒有提供足夠多孔的低-k介電材料。這可能會對傳統(tǒng)半導(dǎo)體IC的性能產(chǎn)生不利的影響。

因此，雖然傳統(tǒng)IC中的低-k材料對于它們的預(yù)期目的通常已經(jīng)足夠，但是它們不是在每個方面都已完全令人滿意。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：襯底；多個導(dǎo)電元件，設(shè)置在所述襯底上方，其中，所述導(dǎo)電元件通過多個開口彼此分隔開；以及介電材料，設(shè)置在所述導(dǎo)電元件上方和所述導(dǎo)電元件之間，其中，所述介電材料包括：第一部分，設(shè)置在所述開口內(nèi)；以及第二部分，設(shè)置在所述開口上方和所述導(dǎo)電元件上方；其中，所述第一部分基本比所述第二部分更多孔。

本發(fā)明的另一實施例提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：襯底；多個金屬元件，設(shè)置在所述襯底上方；以及低-k介電材料，設(shè)置在所述金屬元件之間和所述金屬元件上方，其中，所述低-k介電材料包括：第一部分，設(shè)置在所述金屬元件之間，所述第一部分具有第一介電常數(shù)；以及第二部分，設(shè)置在所述金屬元件上方，所述第二部分具有第二介電常數(shù)；其中：所述第一介電常數(shù)低于所述第二介電常數(shù)；以及所述第一介電常數(shù)和所述第二介電常數(shù)均小于二氧化硅的介電常數(shù)。

本發(fā)明的又一實施例提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括：在襯底上方形成多個導(dǎo)電元件，其中，所述導(dǎo)電元件通過多個開口彼此分隔開；在所述導(dǎo)電元件上方形成阻擋層，其中，所述阻擋層形成為覆蓋所述開口的側(cè)壁；對所述阻擋層實施處理工藝，其中，在實施所述處理工藝之后，所述阻擋層變成親水的；以及在已經(jīng)實施所述處理工藝之后，在所述阻擋層上方形成介電材料，其中，所述介電材料填充所述開口并且包含多個致孔劑。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖進行閱讀時，從以下詳細描述可最佳理解本發(fā)明的各個方面。應(yīng)該強調(diào)，根據(jù)工業(yè)中的標準實踐，各個部件未按比例繪制。實際上，為了清楚的討論，各個部件的尺寸可以任意地增大或減小。

圖1至圖5和圖9至圖12是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的處于制造的各個階段的半導(dǎo)體器件的圖示截面?zhèn)纫晥D。

圖6A至圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的用于形成低-k介電材料的前體的第一組分和第二組分的化學(xué)式。

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的單體和由單體構(gòu)成的膠束的簡圖。

圖8A至圖8B示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的可以形成圖7的膠束的表面活性劑型致孔劑的化學(xué)式。

圖13是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的示出低-k介電材料內(nèi)的硅含量的變化的圖示。

圖14是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的示出制造半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。

具體實施方式

以下公開內(nèi)容提供了許多用于實現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實施例或?qū)嵗?。下面描述了組件和布置的具體實例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸形成的實施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實例。此外，本發(fā)明可在各個實例中重復(fù)參考標號和/或字符。該重復(fù)是為了簡單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個實施例和/或配置之間的關(guān)系。

而且，為便于描述，在此可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空間相對術(shù)語，以描述如圖所示的一個元件或部件與另一個(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對術(shù)語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其它方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其它方位上)，而本文使用的空間相對描述符可以同樣地作出相應(yīng)的解釋。

隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)不斷發(fā)展，低-k介電材料已經(jīng)用于提供集成電路(IC)中的導(dǎo)電元件(諸如金屬溝槽)之間的隔離。低-k介電材料可以指介電常數(shù)低于二氧化硅的介電常數(shù)的材料，二氧化硅的介電常數(shù)為約3.9。換句話說，低-k介電材料的介電常數(shù)小于約3.9。通常地，隨著介電材料的孔隙率的增加，介電材料顯示出更好的低-k性質(zhì)，這是期望的。例如，更多孔的低-k結(jié)構(gòu)可以提供更好的R_xC性能。不幸的是，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造一直沒有能夠提供具有足夠孔隙率的介電結(jié)構(gòu)。因此，以下討論的本發(fā)明的實施例涉及具有增大的孔隙率的低-k介電結(jié)構(gòu)和制造這樣的低-k介電結(jié)構(gòu)的方法。

圖1至圖5和圖9至圖12是根據(jù)本發(fā)明的各個方面的處于各個制造階段的半導(dǎo)體器件50的圖示局部截面?zhèn)纫晥D。半導(dǎo)體器件50可以包括集成電路(IC)芯片、片上系統(tǒng)(SoC)或它們的部分，并且可以包括諸如電阻器、電容器、電感器、二極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管、雙極結(jié)型晶體管(BJT)、橫向擴散MOS(LDMOS)晶體管、高功率MOS晶體管或其它類型的晶體管的各個無源和有源微電子器件。

參照圖2，半導(dǎo)體器件50包括襯底60。在一些實施例中，襯底60是摻雜有諸如硼的p-型摻雜劑的硅襯底(例如，p-型襯底)?？蛇x地，襯底60可以是另一合適的半導(dǎo)體材料。例如，襯底60可以是摻雜有諸如磷或砷的n-型摻雜劑的硅襯底(n-型襯底)。襯底60可以包括諸如鍺和金剛石的其它元素半導(dǎo)體。襯底60可選擇地包括化合物半導(dǎo)體和/或合金半導(dǎo)體。此外，襯底60可以包括外延層(epi層)，可以是應(yīng)變的以用于性能增強，并且可以包括絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)。

在一些實施例中，襯底60基本導(dǎo)電或半導(dǎo)電。電阻可以小于約10³歐姆-米。在一些實施例中，襯底60包含金屬、金屬合金或具有化學(xué)式MX_a的金屬氮化物/硫化物/硒化物/氧化物/硅化物，其中，M是金屬，以及X是N、S、Se、O、Si，并且其中“a”在從約0.4至2.5的范圍內(nèi)。例如，襯底60可以包含Ti、Al、Co、Ru、TiN、WN₂或TaN。

在一些其它實施例中，襯底60包含介電常數(shù)在從約1至約40范圍內(nèi)的介電材料。在一些其它實施例中，襯底60包含硅、金屬氧化物或金屬氮化物，其中化學(xué)式是MX_b，其中，M是金屬或硅，以及X是N或O，并且其中“b”在從約0.4至2.5的范圍內(nèi)。例如，襯底60可以包含SiO₂、氮化硅、氧化鋁、氧化鉿或氧化鑭。

應(yīng)該理解，可以在襯底60中形成多個漏極/源極，以及可以在襯底60上方形成多個柵極。然而，為了簡便，這些漏極/源極或柵極在這里沒有具體示出。

之后，在襯底60上方形成蝕刻停止層80?？梢允褂贸练e工藝形成蝕刻停止層80。在各個實施例中，蝕刻停止層80可以包含諸如金屬材料的合適的導(dǎo)電材料。

之后，在蝕刻停止層80上方形成導(dǎo)電層90。可以通過沉積工藝形成導(dǎo)電層90。在各個實施例中，導(dǎo)電層90可以包含銅、鋁、鎢或它們的組合。配置用于導(dǎo)電層90和蝕刻停止層80的材料組成從而使得導(dǎo)電層90和蝕刻停止層80之間有足夠的蝕刻選擇性。換句話說，導(dǎo)電層90和蝕刻停止層80具有基本不同的蝕刻速率，從而使得可以蝕刻導(dǎo)電層90而不蝕刻蝕刻停止層80，反之亦然。

現(xiàn)在參照圖2，在導(dǎo)電層90中形成多個開口或凹槽100。開口100通過例如干蝕刻工藝或濕蝕刻工藝的蝕刻工藝形成。由于導(dǎo)電層90和蝕刻停止層80之間的高蝕刻選擇性，因而配置蝕刻劑從而使得將蝕刻掉導(dǎo)電層90而留下幾乎完整的蝕刻停止層80。導(dǎo)電層90的剩余部分可以稱為導(dǎo)電元件90。

現(xiàn)在參照圖3，阻擋層110形成在導(dǎo)電元件90的頂面和側(cè)面上方(以及通過開口100暴露的部分蝕刻停止層80上方)。阻擋層110通過合適的沉積工藝形成并且可以包含諸如氮化硅或碳化硅等的介電材料。

現(xiàn)在參照圖4，在已經(jīng)形成阻擋層110之后，實施處理工藝130以處理阻擋層110。在一些實施例中，處理工藝130包括使用NH₃、O₂、He、Ar、N₂O或CO₂的等離子體處理工藝。在一些實施例中，處理工藝130的流量在從約500標準立方厘米每分鐘(sccm)至約2000sccm的范圍內(nèi)。在一些實施例中，處理工藝130的工藝溫度在從約100攝氏度至約400攝氏度的范圍內(nèi)。在一些實施例中，處理工藝130的工藝壓力在從約0.1托至約10托的范圍內(nèi)。在一些實施例中，處理工藝130的工藝功率在從約50瓦至約1500瓦的范圍內(nèi)。在一些實施例中，處理工藝130的工藝持續(xù)時間在從約2秒至約120秒的范圍內(nèi)。

處理工藝130改變了阻擋層110的表面的疏水性。更具體地，如果不通過處理工藝130處理，阻擋層110的表面具有一定的疏水性。在通過處理工藝130處理之后，阻擋層110的表面變成親水的。實驗數(shù)據(jù)證實了上述處理工藝130的工藝條件配置為優(yōu)化阻擋層110的表面的親水特性。例如，在一些實施例中，阻擋層110的親水表面的表面接觸角小于約93度，例如在從約10度至約90度的范圍內(nèi)。阻擋層110的表面的親水性質(zhì)將有助于提高將在后續(xù)工藝中在開口100中形成的低-k介電材料的孔隙率，這將在下面更詳細地討論。

現(xiàn)在參照圖5，在阻擋層110上方形成低-k介電材料200。低-k介電材料是指介電常數(shù)小于二氧化硅的介電常數(shù)的介電材料。如圖5所示，低-k介電材料200填充開口100。在一些實施例中，低-k介電材料200通過旋涂介電(SOD)涂布工藝形成。低-k介電材料200的聚合物基質(zhì)的前體包括兩種組分：第一組分不包含甲基硅(Si-Me)以及第二組分包含Si-Me。在一些實施例中，第一組分(不包含Si-Me)包含正硅酸乙酯(TEOS)和正硅酸甲酯(TMOS)。TEOS具有以下化學(xué)式：

TMOS具有以下化學(xué)式：

在一些實施例中，第二組分(包含Si-Me)包含三乙氧基甲基硅烷(MTES)和三甲氧基甲基硅烷(MTMS)。MTES具有以下化學(xué)式：

MTMS具有以下化學(xué)式：

TEOS、TMOS、MTES和MTMS的化學(xué)式也在圖6A和圖6B中示出。

根據(jù)本發(fā)明的各個方面，甲基含量(CH₃或Me)可以影響最終的低-k介電材料200的性質(zhì)。作為實例，前體的Si-Me含量涉及(或影響)低-k介電材料200中的最終硅-碳(Si-C)面積。Si-Me含量也可以影響低-k介電材料200的疏水性。然而用于形成低-k介電材料的傳統(tǒng)方法很少注意到前體的Si-Me含量，本發(fā)明意識到，配置Si-Me含量以影響低-k介電材料200的性質(zhì)是有益的，這將影響后續(xù)討論的多孔結(jié)構(gòu)的形成。

在一些實施例中，通過配置前體的第二組分(包含Si-Me)和第一組分(未包含Si-Me)的混合比率(以摩爾為單位)控制Si-Me含量。例如，根據(jù)本發(fā)明的各個方面，前體的第二組分與第一組分的混合比率配置為在從約0.1至約10的范圍內(nèi)。在一些實施例中，前體的第二組分與第一組分的混合比率配置為在從約0.3至約3的范圍內(nèi)。這些范圍配置為優(yōu)化低-k介電材料200的材料性質(zhì)以促進開口100內(nèi)的部分低-k介電材料中的多孔結(jié)構(gòu)的形成。在一些實施例中，上述討論的混合比率的范圍可以導(dǎo)致Si-C面積大于約8.3。

回參照圖5，低-k介電材料200包含多個致孔劑分子210。根據(jù)本發(fā)明的各個方面，致孔劑分子210包括可以形成膠束的表面活性劑(也稱為膠束模板)，致孔劑分子210是在水溶液中將它們本身布置為大約球面形式的脂質(zhì)分子。提供了實例，圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的膠束和共同構(gòu)成膠束的多個單體的簡圖。

膠束包含疏水區(qū)域和親水區(qū)域。圖8A和圖8B示出了可以形成圖6的膠束模板的表面活性劑型致孔劑的兩個示例實施例的化學(xué)式。在圖8A中，表面活性劑型致孔劑是具有親水組分和疏水組分的二嵌段共聚物。在一些實施例中，親水組分是聚乙烯氧化物(稱為PEO)，以及疏水組分是聚丙烯氧化物(稱為PPO)。在這些實施例中，二嵌段共聚物具有下述化學(xué)式(也如圖8A所示)：

在圖8B中，表面活性劑型致孔劑是具有第一親水組分、疏水組分和第二親水組分的三嵌段共聚物。在一些實施例中，第一親水組分是PEO、疏水組分是PPO以及第二親水組分也是PEO。在這些實施例中，三嵌段共聚物具有下述化學(xué)式(也如圖8B所示)：

不管實施例，應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的實施例，外表面(即，球面)處或附近的膠束(如圖7所示)的區(qū)域是親水的。

再次回參照圖5，膠束的外表面親水的事實有助于促進致孔劑210朝向開口100的運動，特別是由于阻擋層110的處理的表面也是親水的。換句話說，因為致孔劑210中的膠束具有親水的外表面，所以它們被吸引至處理的阻擋層110的親水表面。由于表面吸引力，低-k介電材料200內(nèi)的致孔劑210被“吸”至開口100以及將被“捕獲”至開口100內(nèi)。如上所述，精心地配置前體組分的Si-Me含量也促進致孔劑向開口100的運動。低-k材料200可以具有將致孔劑210有效地向下“推”至開口100的疏水性。

已經(jīng)通過實驗數(shù)據(jù)注意到，如果正確地配置工藝條件(例如，1.用于使阻擋層110更親水的處理工藝130和2.用于基質(zhì)前體組分的混合比率以獲得期望的Si-Me含量)，則基本大多數(shù)致孔劑210將被“捕獲”至開口100內(nèi)。在一些實施例中，大于一定尺寸的幾乎全部(例如，大于99％)的致孔劑210將被“捕獲”至開口100內(nèi)。不在開口100內(nèi)的致孔劑明顯地更小，到電子檢驗機(例如，傅里葉變換紅外光譜(FTIR)機)可能甚至出現(xiàn)看不見它們的程度。例如，開口100內(nèi)的致孔劑210的直徑可能在幾納米的范圍內(nèi)，而開口100外的致孔劑的直徑可能在幾埃的范圍內(nèi)，這可能導(dǎo)致數(shù)百倍甚至數(shù)千倍的整體尺寸差異。由于這個原因并且也為了簡單起見，設(shè)置在開口100外的任何致孔劑在此處沒有具體示出。

現(xiàn)在參照圖9，對半導(dǎo)體器件50實施固化工藝300。固化工藝300可以在高溫下實施并且可以包括紫外線(UV)工藝或熱工藝。在UV固化工藝中，工藝溫度可以在從約350攝氏度至約450攝氏度的范圍內(nèi)，并且工藝持續(xù)時間可以持續(xù)約3分鐘至約10分鐘。在熱固化工藝中，工藝溫度可以在從約350攝氏度至約450攝氏度的范圍內(nèi)，并且工藝持續(xù)時間可以持續(xù)約30分鐘至約120分鐘。

固化工藝300將致孔劑210轉(zhuǎn)變成多孔元件310。例如，致孔劑210內(nèi)的膠束通過固化工藝300蒸發(fā)或以其它方式去除。因此，形成多孔結(jié)構(gòu)(即，空的或中空的空間)以代替每個致孔劑210。多孔元件310使部分低-k電介質(zhì)(甚至更低-k)填充開口100。這是因為多孔元件內(nèi)的空氣的介電常數(shù)約為1，低于低-k材料本身的介電常數(shù)。以這種方式，填充開口100的部分低-k介電材料200的整體介電常數(shù)由于多孔元件310的存在而降低。

現(xiàn)在參照圖10，在至少一些導(dǎo)電元件90上方形成一個或多個通孔開口。例如，在一個導(dǎo)電元件90上方形成通孔開口320。通孔開口320可以通過例如濕蝕刻工藝或干蝕刻工藝的蝕刻工藝形成。在一些實施例中，通孔開口320可以是倒梯形形狀，從而使得通孔開口320的頂部較寬而底部較窄。這樣有助于在隨后的工藝中更容易地將導(dǎo)電材料填充至開口320。

現(xiàn)在參照圖11，在通孔開口320的內(nèi)側(cè)形成阻擋層340。換句話說，阻擋層340形成在開口320的側(cè)壁表面(低-k介電材料200的側(cè)壁)上和導(dǎo)電元件90之上的部分阻擋層110上方。在一些實施例中，阻擋層340通過合適的沉積工藝形成。在一些實施例中，阻擋層340和阻擋層110具有相同的材料組成并且通過類似的沉積工藝形成。此后，蝕刻掉設(shè)置在通孔開口320下面的部分阻擋層340和阻擋層110，因此部分導(dǎo)電元件90通過通孔開口320暴露。

現(xiàn)在參照圖12，在通孔開口320內(nèi)形成導(dǎo)電通孔360。導(dǎo)電通孔360可以通過合適的沉積工藝形成。導(dǎo)電通孔360可以包含例如銅、鋁、鎢或它們的組合的金屬材料。應(yīng)該理解，導(dǎo)電通孔360和導(dǎo)電元件90可以形成為多層互連結(jié)構(gòu)的一部分。例如，導(dǎo)電元件90可以形成為互連結(jié)構(gòu)的特定互連層中的金屬線(例如，Metal-0或Metal-1)，以及導(dǎo)電通孔360提供互連結(jié)構(gòu)的不同互連層中的導(dǎo)電通孔360下面的導(dǎo)電元件90與其它元件(例如，另一金屬線)之間的電連接。

低-k介電材料200提供用于各個導(dǎo)電元件90的電絕緣。低-k介電材料200可以在概念上分為部分200A和200B，在概念上，通過圖12中示出的虛線分隔開。應(yīng)該理解，在200A和200B之間沒有實際的物理分隔，并且此處概念上的分離僅僅是便于隨后的討論。部分200A是填充開口100的低-k介電材料200的區(qū)段，而部分200B是設(shè)置在開口100外(和部分200A之上)的低-k介電材料200的區(qū)段。

如上所述，由于開口100內(nèi)的阻擋層110的處理表面的親水性質(zhì)以及致孔劑210(如圖5所示)的外表面的親水性質(zhì)，因此低-k介電材料200內(nèi)的致孔劑210聚集在低-k介電材料200的部分200A內(nèi)。含Si-Me的前體和不含Si-Me的前體的精心配置的混合比率也產(chǎn)生有助于將致孔劑210向下推至部分200A的低-k介電材料的性質(zhì)。因此，在將這些致孔劑210轉(zhuǎn)變成多孔元件310的固化工藝300之后，低-k介電材料200的部分200A的孔隙率基本大于低-k介電材料200的部分200B的孔隙率。這是因為部分200A內(nèi)的多孔元件310的高濃度，而設(shè)置在部分200B內(nèi)的多孔元件的尺寸和數(shù)量明顯更小(例如，5-10倍的直徑差異)。由于這個原因并且為了簡單起見，部分200B中的多孔元件不在此處具體示出。在一些實施例中，部分200A比部分200B多孔至少1.3倍至3倍以上。例如，部分200A的孔隙率在從約20％至約30％的范圍內(nèi)，而部分200B的孔隙率在從約10％至約15％的范圍內(nèi)。

同樣，因為多孔元件310包括大部分空氣—空氣的低介電常數(shù)約為1—因此，低-k介電材料200的部分200A的介電常數(shù)基本低于低-k介電材料200的部分200B的介電常數(shù)。在一些實施例中，部分200A的介電常數(shù)在從約1.3至約2.3的范圍內(nèi)，而部分200B的介電常數(shù)在從約2.3至約3.5的范圍內(nèi)。部分200A的介電常數(shù)的較低值是有利的，因為部分200A是提供導(dǎo)電元件90之間的電隔離的部分。在這方面，低-k材料200甚至是更“低-k”的。在其它情況下，介電常數(shù)的較低值提高了R_xC性能。

作為低-k介電材料200的部分200A和200B之間的孔隙率和介電常數(shù)差異的必然的結(jié)果，這兩部分200A和200B的硅含量也不同。這在圖13中示出，圖13是示出實驗樣品的硅含量的圖。該圖具有X-軸和Y-軸。X-軸代表深度或距離(從頂部至底部測量)，以及Y-軸代表硅含量。圖13示出了曲線圖400。曲線圖400代表低-k介電材料200的硅含量從開口100的頂部(例如，通孔360的上表面附近)至底部的變化。

基于曲線圖400，可以看出，低-k介電層的硅含量始終保持均勻。在曲線圖400的區(qū)段400A中，區(qū)段400A代表了填充開口100的低-k介電材料的部分200A的大約的硅含量，硅含量低。換言之，填充開口100的低-k介電材料200的部分200A的孔隙率高。相反，在曲線圖400的區(qū)段400B中，區(qū)段400B代表了開口100外的低-k介電材料的部分200B的大約的硅含量，硅含量高。換言之，設(shè)置在導(dǎo)電元件90之上的低-k介電材料200的部分200B的孔隙率低。

圖14是根據(jù)本發(fā)明的各個方面的實施半導(dǎo)體制造工藝的方法500的流程圖。

方法500包括在襯底上方形成多個導(dǎo)電元件的步驟510。導(dǎo)電元件通過多個開口彼此分隔開。

方法500包括在導(dǎo)電元件上方形成阻擋層的步驟520。阻擋層形成為覆蓋開口的側(cè)壁。

方法500包括對阻擋層實施處理工藝的步驟530。在實施處理工藝之后，阻擋層變成親水的。在一些實施例中，處理工藝包括使用NH₃、O₂、He、Ar、N₂O或CO₂的等離子體工藝。在一些實施例中，處理工藝在下述工藝條件下實施：流量在從約500標準立方厘米每分鐘(sccm)至約2000sccm的范圍內(nèi)；工藝溫度在從約100攝氏度至約400攝氏度的范圍內(nèi)；工藝壓力在從約0.1托至約10托的范圍內(nèi)；工藝功率在從約50瓦至約1500瓦的范圍內(nèi)；以及工藝持續(xù)時間在從約2秒至約120秒的范圍內(nèi)。

方法500包括在已經(jīng)實施處理工藝之后，在阻擋層上方形成介電材料的步驟540。介電材料可以是介電常數(shù)低于二氧化硅的介電常數(shù)的低-k介電材料。介電材料填充開口并且包含多個致孔劑。在一些實施例中，形成介電材料的步驟540包括配置含甲基前體組分與無甲基前體組分的混合比率。在一些實施例中，實施介電材料的形成從而使得致孔劑聚集在開口內(nèi)。

方法500包括固化介電材料的步驟550。在固化之后，致孔劑變成多孔的。

應(yīng)該理解，在方法500的步驟510至步驟550之前、期間或之后可以實施額外的工藝以完成半導(dǎo)體器件的制造。例如，方法500可以包括在至少一個導(dǎo)電元件上方形成通孔開口的步驟，以及在通孔開口中形成導(dǎo)電通孔的步驟。為了簡便起見，額外制造步驟在此處未詳細地討論。

基于上述討論，可以看出，本發(fā)明提供了超越傳統(tǒng)方法和低-k介電材料制造的器件的優(yōu)勢。然而，應(yīng)該理解，其它實施例可以提供額外的優(yōu)勢，以及不是所有優(yōu)勢均必需在此處公開，以及沒有特別的優(yōu)勢對于所有實施例都是需要的。一個優(yōu)勢是本發(fā)明的低-k材料由于增強的孔隙率而提供了提高的性能。如上所述，使阻擋層更親水的阻擋層的表面處理吸引致孔劑(也具有親水性外表面)移動至將導(dǎo)電元件分隔開的開口100內(nèi)。精心地配置基質(zhì)前體組分的混合比率也產(chǎn)生具有有助于將致孔劑向下推向開口的性質(zhì)的材料。因此，在將致孔劑轉(zhuǎn)變成低-k介電材料內(nèi)的多孔結(jié)構(gòu)的固化工藝之后，填充開口的部分低-k介電材料的孔隙率基本比開口外的部分低-k介電材料的孔隙率更大。更大的孔隙率對應(yīng)于更低的介電常數(shù)。因為開口內(nèi)的部分低-k介電材料提供導(dǎo)電元件之間的電隔離，所以較低的介電常數(shù)是有利的，例如，較低的介電常數(shù)增強R_xC性能。

另一個優(yōu)勢是，本發(fā)明不需要對現(xiàn)有制造方法的許多改變。因此，不會明顯增加制造成本，如果真會增加的話。

本發(fā)明的一個方面屬于半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件包括襯底和設(shè)置在襯底上方的多個導(dǎo)電元件。導(dǎo)電元件通過多個開口彼此分隔開。介電材料設(shè)置在導(dǎo)電元件上方和導(dǎo)電元件之間。介電材料包括：設(shè)置在開口內(nèi)的第一部分；以及設(shè)置在開口上方和導(dǎo)電元件上方的第二部分。第一部分基本比第二部分更多孔。

在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述介電材料的所述第一部分基本比所述介電材料的所述第二部分具有更低的介電常數(shù)。

在上述半導(dǎo)體器件中，其中：所述介電材料包含多個多孔結(jié)構(gòu)；以及設(shè)置在所述介電材料的所述第一部分中的所述多孔結(jié)構(gòu)的尺寸基本大于設(shè)置在所述介電材料的所述第二部分中的所述多孔結(jié)構(gòu)的尺寸。

在上述半導(dǎo)體器件中，還包括設(shè)置在所述導(dǎo)電元件和所述介電材料之間的阻擋層，其中，所述阻擋層的表面具有親水特性。

在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述導(dǎo)電元件是互連結(jié)構(gòu)的金屬線。

在上述半導(dǎo)體器件中，還包括設(shè)置在至少一些所述導(dǎo)電元件上方的一個或多個導(dǎo)電通孔。

在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述介電材料的介電常數(shù)小于二氧化硅的介電常數(shù)。

本發(fā)明的另一個方面屬于半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件包括襯底和設(shè)置在襯底上方的多個金屬元件。低-k介電材料設(shè)置在金屬元件之間以及上方。低-k介電材料包括設(shè)置在金屬元件之間的第一部分。第一部分具有第一介電常數(shù)。低-k介電材料包括設(shè)置在金屬元件上方的第二部分。第二部分具有第二介電常數(shù)。第一介電常數(shù)低于第二介電常數(shù)。第一介電常數(shù)和第二介電常數(shù)均小于二氧化硅的介電常數(shù)。

在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第一部分比所述第二部分更多孔。

在上述半導(dǎo)體器件中，其中：所述第一部分的第一孔隙率在從約10％至約15％的范圍內(nèi)；以及所述第二部分的第二孔隙率在從約20％至約30％的范圍內(nèi)。

在上述半導(dǎo)體器件中，還包括設(shè)置在所述金屬元件和所述低-k介電材料之間的阻擋層，其中，所述阻擋層的表面是親水的。

在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述金屬元件是互連結(jié)構(gòu)的金屬線，以及其中，所述互連結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在至少一些所述金屬元件上方的一個或多個通孔。

本發(fā)明的另一個方面屬于制造半導(dǎo)體器件的方法。在襯底上方形成多個導(dǎo)電元件。導(dǎo)電元件通過多個開口彼此分隔開。在導(dǎo)電元件上方形成阻擋層。阻擋層形成為覆蓋開口的側(cè)壁。對阻擋層實施處理工藝。在實施處理工藝之后，阻擋層變成親水的。在已經(jīng)實施處理工藝之后，在阻擋層上方形成介電材料，介電材料填充開口并且包含多個致孔劑。

在上述方法中，還包括：固化所述介電材料，其中，在所述固化之后，所述致孔劑變成多孔的。

在上述方法中，還包括：在至少一個所述導(dǎo)電元件上方形成通孔開口；以及在所述通孔開口中形成導(dǎo)電通孔。

在上述方法中，其中，所述介電材料的形成包括配置含甲基前體組分與無甲基前體組分的混合比率。

在上述方法中，其中，所述處理工藝包括使用NH₃、O₂、He、Ar、N₂O或CO₂的等離子體工藝。

在上述方法中，其中，所述處理工藝在以下工藝條件下實施：流量在從約500標準立方厘米每分鐘(sccm)至約2000sccm的范圍內(nèi)；工藝溫度在從約100攝氏度至約400攝氏度的范圍內(nèi)；工藝壓力在從約0.1托至約10托的范圍內(nèi)；工藝功率在從約50瓦至約1500瓦的范圍內(nèi)；以及工藝持續(xù)時間在從約2秒至約120秒的范圍內(nèi)。

在上述方法中，其中，實施形成所述介電材料從而使得致孔劑聚集在所述開口內(nèi)。

在上述方法中，其中，形成所述介電材料包括形成介電常數(shù)低于二氧化硅的介電常數(shù)的所述介電材料。

上面概述了若干實施例的特征，使得本領(lǐng)域人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領(lǐng)域人員應(yīng)該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計或修改用于實施與本人所介紹實施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識到，這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本文中他們可以做出多種變化、替換以及改變。