通常，半导体器件包括多个电路，构成制作在单个硅晶体衬底上 的IC。复杂的信号路由网络通常迂回连接分布在衬底表面上的各个电 路元件。这些信号在器件上的有效迂回，要求形成多层次即多层互连 结构，诸如基于铜或其它导电金属的双重镶嵌布线结构。铜基的互连 由于其在复杂半导体芯片上的大量晶体管之间提供高速信号传输方面 的效能而成为可取。
在互连结构内，各个金属通道垂直于硅衬底而延伸，且各个金属 线条平行于硅衬底而延伸。目前，形成在一个集成电路芯片上的互连 结构至少包括大约2-10个以指定约为1x的最小光刻特征尺寸(称为 “细线”)制作的布线层，并在这些布线层上有大约2-6个以较大的尺 寸(称为“粗线”)制作的布线层。借助于将金属线条和通道包围在介 电常数(k)约为3-3.5的低k介质内，在90nm节点产品IC芯片中 得到了信号速度的进一步提高和相邻各个金属线条中信号相互作用 (所谓“串扰”)的降低。将来的产品节点将采用介电常数为1.8-3的 超低介电常数。
在各种现有技术的结构中，细线(以及可选的粗线)被形成在介 电常数约为3-3.5的低介电常数(k)材料中。在其它的现有技术结构 中，细线(以及可选的粗线)被形成在介电常数小于3且潜在地低达 1.8的超低介电常数(ULK)材料中。这些ULK材料典型地具有范围 为1.8-3的介电常数。
但这些现有技术结构存在着制造和可靠性问题。例如，为了执行 诸如铜和金属衬里之类的导电金属的化学机械抛光(CMP)整平，硬 掩模(HM)层被用于ULK介质顶部。此HM提供了一个CMP速率 低的层，防止了ULK介质被包括水(它在ULK介质中反应形成Si-OH原子团)以及各种与ULK介质相互反应的化学物的各个CMP浆料组 分沾污。
采用多孔低k(ULK)介质膜且与HM层整合的二个具体问题是 电容和HM滞留；可以用一种牺牲成孔剂(porogen)相来制作多孔 ULK介质，其中刚淀积的膜包含100％的牺牲相，而固化了的ULK 基本上清除了所有这种相且仅仅包含很小百分比的牺牲相。BEOL结 构的有效介电常数(keff)由于在结构中采用了HM层而大于所希望的 数值。HM滞留意味着在所有结构中确保均匀的滞留，尽管CMP速 率依赖于金属图形密度以及尽管晶片上抛光速率的中心-边沿变化。这 可能导致潜在的HM浸蚀和抛光进入到ULK介质中，从而使ULK介 质直接暴露于CMP浆料。上述的浸蚀和抛光由于增大了线条之间的 漏电(导电性)和电容(由较高的膜介电常数造成)而对整个芯片性 能可能有不利的影响。而且，下层中产生的形貌(粗糙度)可能在集 成的多层构建中的后续各个上层处导致其它的CMP或光刻问题。
采用多孔ULK介质的第三个问题是对HM层的CMP损伤，这可 能存在于3种不同的形式中。第一种形式是增添的Si-OH原子团，它 使k增大，并提高了ULK介质的导电性。第二种形式是增大导电性 的断裂键。第三种形式是金属离子或其它化学物对HM的沾污，这也 提高了导电性。
HM滞留问题的一种解决办法是不整合通常具有低k介质的HM 层。在这种方法中，ULK介质被暴露于CMP，这可能使介质发生一 些诸如高导电性和k增大之类的电学问题。图1示出了在暴露于CMP 工艺A中60秒钟的满铺ULK介质上测得的J-E(亦即电流密度对电 场)曲线。CMP工艺A是化学机械性质的，但使用了适合于与多孔 超低k介质膜结合的非常低的向下压力(0.8psi)。图1的满铺ULK 膜被暴露于工艺A，其细节如下：双氧水基的市售衬里浆料(Cabot 6618)处于0.8psi向下压力下60秒钟。工艺A使介电常数从2.2增大 到3.4(在150℃下测得的)。图1所示的J-E曲线示出了工艺A如何 提高用等离子体增强化学气相淀积方法所淀积的多孔ULK介质膜的 导电性。在图1中，在暴露于工艺A的晶片上，测量了曲线1A和1B (在150℃下测得的同一个SiCOH介质)以及曲线2A和2B(在23℃ 下测得的同一个SiCOH介质)，显示出高的泄漏电流密度(J)。图 1中的曲线5(在150℃下测得的SiCOH介质)以及曲线6(在23℃ 下测得的SiCOH介质)是从未被暴露于CMP的控制晶片测量的显示 出低的J。
如本技术所知，可以用热退火工艺步骤来修复某些这种电学损伤。 图2示出了用热(例如炉子)退火来修复CMP损伤的一种已知的现 有技术方法。虽然能够用低温退火容易地清除物理吸附的水，但(形 成Si-OH原子团的)化学吸附的水可能要求更高温度的退化。
具体地说，图2示出了在与图1所用相同的ULK介质(满铺) 膜上测得的J-E曲线(电流密度对电场)。此满铺膜被暴露于CMP 工艺B，其细节如下：市售衬里浆料处于6psi的下压力下15秒钟的 接触时间。CMP工艺B暴露导致增大了的漏电、曲线21、以及2.6 的介电常数。晶片的一些小片在350℃、375℃、以及400℃的温度下 被退火6分钟。CMP工艺B之后的J-E曲线是曲线21，具有最高的 泄漏电流。CMP工艺和350℃退火之后的J-E曲线是曲线22，CMP 工艺和375℃退火之后的J-E曲线是曲线23，而CMP工艺和400℃退 火之后的J-E曲线是曲线24。在曲线22-24中，膜的漏电被降低了， 但绝对没有达到曲线25所示的控制(未暴露于CMP的)膜原来的数 值。
在淀积于铜线条上的铜势垒/腐蚀停止层(此处称为“铜帽”)的淀 积过程中，出现与这些现有技术相关的不同的制造和可靠性问题。为 了提供铜帽到铜线条的牢固粘合性从而提供对常有的失效模式即电迁 移的抵制，在马上要淀积铜帽之前，原位采用了为了铜帽的等离子体 预清洗(PPFCC)步骤。这一等离子体预清洗增强了帽与铜的粘合性， 但引起了对HM或ULK介质的损伤。这种等离子体损伤可能有至少 3种形式。第一种形式是氮注入(当采用NH3或N2/NH3等离子体时)， 提高了各个金属线条之间的介电常数(电容)。第二种形式是断裂键， 提高了各个金属线条之间的导电性。第三种形式是碳从HM或ULK 被清除，提高了k并增大了导电性。
图3示出了具有SiCOH组分的HM膜在被暴露于NH3PPFCC之 后的泄漏电流的增大。具体地说，图3示出了在用于图1和2的相同 的ULK介质(满铺)膜上测得的J-E曲线(电流密度对电场)。曲 线31是从控制晶片(未暴露于等离子体的)得到的J-E曲线，曲线 32是在暴露于等离子体预清洗(PPFCC)之后测得的。
采用紫外(UV)光来修正SiCOH介质膜本体，是众所周知的。 如本技术领域所知，UV辐射可以被用来穿透进入到SiCOH组分的介 质中以增强介质本体来提高弹性模量。例如，Harvey的美国专利 No.6566278论述了使用UV光来使SiCOH本体更加致密。具体地 说，’278专利论述了膜本体中的Si-OH原子团到Si-O-Si链的转 换。’278专利所公开的得到的膜在UV辐照之后具有“有序氧化硅晶格 的键特征”。为了实现这一点，UV辐照断裂了Si-O和O-H键，并引 起更多Si(O)3和Si(O)4结构(分别具有3或4个Si键)的形成，这些 结构使材料强度更高并具有更高的弹性模量。
图4示出了二个现有技术ULK SiCOH介质的吸收率-波长谱。曲 线42是从图1、2、3所用的ULK介质膜测得的。曲线41是从相似 工艺制备的不同的ULK介质膜测得的。可见波长越短，吸收率就越 高。
考虑到上述情况，对于提供确保BEOL结构的成功集成而不在结 构中出现HM/CMP停止层的方法，就存在着需求。

本发明涉及到改善单重或双重镶嵌型BEOL互连结构的制作的方 法，这些方法在制作之后不存在HM的滞留问题或各个金属线条之间 的导电性问题。
本发明还涉及到改善单重或双重镶嵌型BEOL互连结构的制作的 方法，其中不使用HM，且其中CMP诱发的对ULK介质的损伤被修 复，以便形成具有高可靠性的介质。
本发明还涉及到PPFCC步骤对ULK介质引起的等离子体损伤的 修复，以便改善结构的可靠性。本发明还涉及到改善单重或双重镶嵌 型BEOL互连结构的制作的方法，其中消除了增大各个金属线条之间 的导电性的路径。这种高导电性路径的消除导致了高度可靠的结构。
本发明还涉及到改善单重或双重镶嵌型BEOL互连结构的制作的 方法，其中，由于形成在ULK介质上的薄的、致密的、高度交连的 类氧化物表面层，等离子体对ULK介质顶部的损伤被减小到最少。
广义地说，本发明提供了各种方法，其中，在结构本身的制作过 程中，能够修复由CMP和PPFCC步骤引起的损伤，而不用后退火步 骤。确切地说，本发明的使用者已经意外地发现能够用CMP暴露与 随后的高温UV暴露的组合来修复CMP和PPFCC所引起的损伤。更 确切地说，使用者已经惊异地发现CMP暴露与UV暴露的上述组合 实际上以能够达到改进了的电学性质的方式而改变了ULK介质的 Si-O键合。
在本发明的第一实施方案中，提供了一种制作包括多孔ULK介 质而没有HM层的BEOL互连结构的方法。本发明的这一实施方案包 含下列步骤：
在衬底上提供包含多孔ULK介质的结构，所述多孔ULK介质具 有至少一个位于其中的窗口；
用至少一种导电材料填充所述的至少一个窗口；
用CMP浆料整平至少所述导电材料，以便提供一种整平了的结 构，此整平了的结构具有基本上与所述ULK介质上表面共平面的所 述导电材料的上表面，所述ULK介质被暴露于所述CMP浆料；
在约为200-450℃的温度下，将所述整平了的结构暴露于UV辐射；
对所述整平了的结构进行等离子体预清洗工艺；以及
在至少所述导电材料上形成帽层。
上述各个步骤可以重复任何次数，例如2-10次，以便提供多层互 连结构。在最上面的帽层形成之后，可以对结构进行常规的镶嵌加工 步骤，以便完成互连结构的制作。
除了上述的第一实施方案之外，本发明还提供了第二实施方案， 除了将整平了的结构暴露于UV辐射的步骤被将所述整平了的结构暴 露于化学修复步骤的步骤所取代之外，第二实施方案相似于第一实施 方案。例如，化学修复步骤可以包括硅烷基化。
还提供了第三实施方案，其中，第一实施方案所述的加工步骤结 合帽层形成之后执行的第二UV曝光步骤而被使用。第二UV曝光步 骤对等离子体预清洗加工步骤中可能出现的损伤进行修复。
要注意的是，上述的各个实施方案提供了一种其中改善了多孔 ULK介质的可靠性的互连结构。
除了上述各种方法之外，本发明还提供了一种互连结构，它包括 具有渐变表面层的ULK介质。根据本发明，UV曝光步骤中形成的 ULK介质的渐变表面层是一种厚度约为1-50nm的薄层，并且是一种 密度渐变和C含量渐变的层。由于密度和C含量渐变，故本发明的互 连结构比现有技术的互连结构更为可靠并具有导电线条之间更低的导 电性。
附图说明
图1是从暴露于CMP工艺A的现有技术ULK介质测得的电学数 据，示出了CMP工艺对J-E曲线的影响。
图2是从暴露于CMP工艺B的现有技术ULK介质测得的电学数 据，示出了用于现有技术来修复CMP损伤的不同温度下的热处理步 骤的影响。
图3是从暴露于等离子体工艺的现有技术ULK介质测得的电学 数据，示出了等离子体对J-E曲线的影响。为了比较，还示出了控制 晶片。
图4是从用于图1、2、3以及从第二相似工艺得到的ULK介质 材料的二个UV吸收谱(吸收率-波长)。
图5A-5E是剖面图，示出了通过本发明第一实施方案各个加工步 骤的基本互连结构。
图6是电学数据(J-E)，示出了采用本发明亦即CMP暴露和 UV曝光来修复CMP损伤的结果。
图7示出了本发明方法处理过的各种ULK介质材料的FTIR谱。
图8示出了图7的FTIR谱，强调了2800-3500cm-1的谱线区域。

现在来详细地描述本发明，本发明提供了制作可靠互连结构的方 法以及用所述方法制作的互连结构。应该指出的是，各个附图所示的 结构是为说明的目的而提供的，因而没有按比例绘制。
第一实施方案
参照图5A-5E，示出了用来制作可靠BEOL互连结构的本发明第 一实施方案的各个加工步骤。具体地说，图5A-5E示出了通过各个加 工步骤的互连结构的剖面图。
如图5A所示，本发明的第一实施方案以首先在衬底10的表面上 形成ULK介质材料12开始。术语“衬底”被用于本申请来包括半导体 材料、绝缘材料、导电材料、或它们的任何组合，包括多层结构。这 样，例如衬底10可以是诸如Si、SiGe、SiGeC、SiC、GaAs、InAs、 InP、以及其它III/V或II/VI化合物半导体。半导体衬底10还可以包 括诸如Si/SiGe、Si/SiC、绝缘体上硅(SOI)、或绝缘体上硅锗(SGOI) 之类的层状衬底。
当衬底10是绝缘材料时，此绝缘材料可以是有机绝缘体、无机绝 缘体、或它们的组合，包括多层。当衬底10是导电材料时，衬底10 可以包括例如多晶硅、元素金属、元素金属的合金、金属硅化物、金 属氮化物、以及它们的组合，包括多层。
在某些实施方案中，衬底10包括半导体材料和绝缘材料的组合； 半导体材料和导电材料的组合；或半导体材料、绝缘材料、以及导电 材料的组合。
当衬底10包含半导体材料时，能够在其上制作诸如互补金属氧化 物半导体(CMOS)器件之类的一种或多种半导体器件。为清晰起见， 在本申请的附图中未示出此一种或多种半导体器件。
ULK介质12包含介电常数小于3，优选为1.8-3的多孔介质。ULK 介质12由Si、C、O和H原子组成，在本技术领域中有时被称为碳 掺杂的氧化物或有机硅酸盐玻璃。在本发明中，包含Si、C、O、H原子的介质被称为SiCOH介质。利用诸如其整个内容在此处被列为 参考的2002年6月19日提交的美国专利No.6147009、6312793、 6437443、6441491、6541398、6479110 B2、6497963、以及美国专利 申请No.10/174749；2003年1月23日提交的美国专利申请 No.10/340000；及2003年3月18日提交的美国专利申请 No.10/390801所公开的常规工艺，来形成用作ULK 12的SiCOH介质。
典型地说，用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)来形成ULK 介质。除了PECVD之外，本发明还尝试能够利用化学气相淀积 (CVD)、高密度等离子体(HDP)淀积、脉冲PECVD、甩涂、或 其它有关的方法来形成ULK介质。淀积的ULK介质12的厚度可以 变化，淀积的ULK介质12的典型范围从大约50nm到大约1微米， 以100到大约500nm的厚度更为典型。
具体地说，借助于至少将一种包含Si、C、O、H原子的第一前体 (液体、气体、或蒸汽)以及诸如He或Ar之类的惰性载体提供到反 应器中，此反应器优选为PECVD反应器，然后，利用能够形成SiCOH介质材料的条件，将来自所述第一前体的膜淀积到适当的衬底上。本 发明还提供了用来混合第一前体的诸如O2、CO2、或它们的组合的氧 化剂，从而稳定反应器中的反应剂，并改善淀积在衬底10上的ULK 介质12的均匀性的方法。
除了第一前体之外，还可以使用包含C、H、以及可选的O、F、 和N原子的第二前体(液体、气体、或蒸汽)。也可以可选地使用包 含Ge的第三前体(液体、气体、或蒸汽)。
第一前体优选选自包含SiCOH组分的具有环状结构的有机分子， 诸如1，3，5，7-四甲基环四硅氧烷(“TMTCS”或“C4H16O4Si4”)、八甲基 环四硅氧烷(OMCTS)、二乙氧基甲基硅烷(DEMS)、二甲基二甲 氧基硅烷(DMDMOS)、二乙基甲氧基硅烷(DEDMOS)、以及有 关的环硅烷和非环硅烷、硅氧烷等。
可以用来形成SiCOH介质的第二前体是碳氢化合物分子。虽然可 以采用诸如乙烯之类的任何碳氢化合物分子，但第二前体优选选自具 有C＝C双键并具有环结构，优选在分子中具有一个以上的环或具有附 着到此环上的支链的碳氢化合物分子。还可使用的是包含附着到碳氢 化合物环的分支叔丁基(tertiary butyl)(t丁基)和异丙基(i丙基) 原子团的分子；环可以是饱和的或不饱和的(包含C＝C双键)。第三 前体可以由锗的氢化物或包含锗源的任何反应剂来形成。
在本发明的一个优选实施方案中，可以用包括提供平行板反应器 的步骤的方法，来淀积用作ULK介质12的SiCOH介质，此平行板 反应器具有约为85-750平方厘米的衬底夹盘导电面积以及约为1-12 厘米的衬底与顶部电极之间的间隙。高频RF功率以约为0.45-200MHz 的频率被施加到电极之一。可以可选地将额外的低频功率施加到电极 之一。当额外的低频功率被施加到电极之一时，其频率约为 10KHz-13.6MHz。
用于淀积步骤的条件可以依赖于SiCOH介质所需的最终介电常 数而变化。广义地说，用来提供介电常数约为3.0或以下的包含Si、 C、O、H元素的稳定介质材料的条件包括：将衬底温度设定在约为 200-425℃；将高频RF功率密度设定在约为每平方厘米0.1-2.5W；将 第一液体前体的流速设定在约为100-5000mg/min，可选地将第二液体 前体的流速设定在约为50-10000mg/min；可选地将第三液体前体的流 速设定在约为25-4000mg/min；可选地将氦(和/或氩)之类的惰性载 气的流速设定在约为50-5000sccm；将反应器压力设定在约为 1000-7000毫托；以及将高频RF功率设定在约为75-1000W。约为 30-400W的低频功率可以被可选地加入到等离子体。当衬底夹盘的导 电面积被改变X倍时，施加到衬底夹盘的RF功率也被改变X倍。
当氧化剂被用于本发明时，此氧化剂以约为10-1000sccm的流速 被提供到PECVD反应器中。
虽然液体前体被用于上述例子中，但本技术领域已知有机硅气相 前体(诸如三甲基硅烷)也可以用于淀积。在ULK介质12的淀积过 程中，典型地包括了在随后的固化步骤中在膜12内引发后续孔形成的 成孔剂。在本发明中，随后的固化是本技术领域熟练人员众所周知的， 并可以是一种热工艺或一种与UV固化加工装置中的强UV辐照组合 的热工艺。此随后的固化步骤可以从ULK介质清除所有的成孔剂， 或少部分的成孔剂(约为50％或以下，优选为5％)可以保留在ULK 介质12内。在固化之后保留一些成孔剂的ULK介质12，具有改进了 的疏水性和良好的机械强度。而且，当对这种具有一些成孔剂的ULK 介质进行UV曝光步骤时(以下要更详细地加以描述)，保留在膜中 的成孔剂能够终止悬挂键，从而进一步改善电学性质。能够用于本发 明的典型固化工艺包含将UV固化加工装置中的含有ULK介质的衬 底置于温度约为350-425℃，优选约为400℃的热平台上，以及将介质 暴露于强UV辐射，暴露时间要足以固化介质。
本发明此时形成的ULK介质12包含氢化的氧化硅碳材料 (SiCOH)，它包含共价键合的三维网络中的Si、C、O、H原子， 并具有不大于3.0的介电常数。此三维网络可以包括含有Si-O、Si-C、 Si-H、C-H、C-C键的共价键合的三维环结构。
ULK介质12可以包含F和N，并可以可选地具有部分由Ge原 子取代的Si原子。ULK介质12典型地包含直径约为0.3-50nm，最优 选约为0.4-10nm的分子尺寸的空洞(亦即纳米尺寸的孔)。ULK膜 12的这些纳米尺寸的孔占据了材料体积的大约0.5-50％的体积。
用作ULK介质12的SiCOH介质典型地包含大约5-40原子百分 比的Si；大约5-45原子百分比的C；大约0-50原子百分比的O；以 及大约10-55原子百分比的H。
接着，如图5B所示，用光刻和腐蚀方法，利用常规的单重或双 重镶嵌工艺，至少一个图形化的窗口14被形成在ULK介质12中。 此光刻步骤包括至少将光抗蚀剂以及可选地将硬掩模(未示出)涂敷 到ULK介质12的表面，将涂敷的光抗蚀剂暴露于所需图形的辐射(通 道或线条，典型为通道)，以及用常规的抗蚀剂显影液对暴露的抗蚀 剂进行显影。用来将图形形成到ULK介质12中(若使用的话，还有 硬掩模中)的腐蚀步骤包括诸如反应离子刻蚀(RIE)、等离子体腐 蚀、或离子腐蚀之类的干法腐蚀工艺。可以重复上述过程，以便将线 条或通道图形，典型是线条图形形成到ULK介质12中。在图5B中， 至少一个窗口14包括了通道16和线条18。
图5C示出了用衬里20再用导电材料22填充至少一个窗口14之 后的结构。包括一种或多种衬里材料的衬里20，被形成在窗口14内 所有的暴露表面(垂直的和水平的)上。典型地用包括但不局限于 CVD、PECVD、溅射、化学溶液淀积、或镀敷的任何淀积工艺，来形 成衬里20。衬里20由能够用作势垒以防止导电材料通过其中扩散的 任何材料组成。能够用作衬里20的所示的这种势垒材料的例子包括诸 如Ta、Ti、W、Ru之类的难熔金属、或它们的氮化物，例如TaN、 TiN、或WN。衬里20还可以包含TiNSi。衬里20的厚度典型地约为 5-60nm，约为10-40nm的厚度更典型。
在某些未示出的实施方案中，有可能从通道16的底部壁清除衬里 20，以便提供具有开放的通道底部的互连结构。当需要开放的通道底 部结构时，采用离子轰击等直接腐蚀工艺。
接着，导电材料22被淀积在窗口14内。导电材料22包含多晶硅、 导电金属、至少包含一种导电金属的合金、导电金属的硅化物、或它 们的组合。导电材料22优选是一种诸如Cu、W、或Al的导电金属。 在一个高度优选的实施方案中，导电材料22由Cu组成。当Cu被用 作导电材料22时，采用Ta基衬里是高度优选的。利用包括但不局限 于CVD、PECVD、溅射、化学溶液淀积、或镀敷的淀积工艺，来形 成窗口14内的导电材料22。在淀积之后，采用包括上述CMP工艺A 和B的常规化学机械抛光(CMP)技术，使导电材料22的上表面基 本上与ULK介质12的上表面共平面。此处，导电填充的窗口可以被 称为埋置在ULK介质12内的导电部件。
要指出的是，用于本发明的CMP工艺包括能够清除淀积的导电 材料和衬里以提供图5C所示的结构的常规CMP浆料。由于在本发明 中不采用典型地使用的硬掩模，故在CMP工艺中，ULK介质12的 上表面被暴露于CMP浆料。
要指出的是，CMP工艺稍许增大了ULK介质12的介电常数，此 介电常数将被后续的UV曝光步骤减小。介电常数的稍许增大是在 ULK介质12中形成新的Si-OH原子团的结果。而且CMP加工过的 ULK介质12的泄漏电流大(约为每平方厘米10-6A或以上)，且击 穿电场低(约为2MV/cm或以下)。
在用CMP整平之后，图5C所示的结构被置于常规UV固化装置 的反应室内，并在约为200-450℃，优选为400℃的衬底温度下对结构 进行UV曝光步骤。利用能够产生波长约为150-500nm，优选约为 190-250nm的光的源，来执行此UV曝光步骤，以便辐照表面，特别 是ULK介质12的暴露表面。执行UV曝光步骤的时间周期约为0.5-100 分。可以在存在诸如包括He、Ar、Xe、N2的惰性气体或诸如形成气 体N2/O2的它们的混合物的环境气体的情况下，来执行此UV曝光。 化学活泼的气体可以可选地加入到惰性气体中。能够可选地用于本发 明的化学活泼的气体的例子包括：H2、CH4、三甲基硅烷、乙烯、或 具有化学式HSiRR1R2的硅烷衍生物，其中，R、R1、R2可以是相同 的或不同的，并可以选自甲基、乙基、丙基、乙烯基、丙烯基、甲氧 基、以及乙氧基。
在UV曝光步骤中，渐变层12A形成在ULK介质12的上表面内。 见图5D。渐变层12A是其厚度决定于上述UV曝光步骤的条件的一 个薄的类氧化物层。典型地说，渐变层12A的厚度约为1-50nm，约 为1-10nm的厚度更为典型。渐变层12A具有不同于ULK介质的密度 梯度和C含量梯度。典型地说，渐变层12A的密度是从大约每立方厘 米1.0-1.5g(ULK介质密度)到更高的密度，以大约每立方厘米2.2g 作为上限，并在上表面处具有最高密度。例如，具有大约每立方厘米 1.3g的密度的ULK SiCOH膜，可能形成低端约为每立方厘米1.3g而 高端(表面处)约为每立方厘米2g的密度梯度。C含量梯度可以在本 发明内取不同的形式(C分布)。最极端的梯度是从大约15-20％到大 约0％，在顶部表面处C含量最低。在本发明中，可以采用约为15-20％ 到大约5％的C梯度。
要指出的是，ULK介质12的CMP暴露与UV曝光的组合提供了 意想不到的结果。如上所述，CMP加工过的ULK介质12具有大的 泄漏电流和低的击穿电场。在如上所述将CMP加工过的ULK介质 12暴露于UV曝光之后，漏电被降低了，并得到了介质12的更高的 击穿电场。CMP加工过且UV曝光过的ULK介质在范围为1-2MV/cm 的电场下具有小于大约每平方厘米1×10-7A的漏电，以每平方厘米 1×10-9A-每平方厘米1×10-8A更为典型。CMP加工过且UV曝光过的 ULK介质具有约为5MV/cm或以上的击穿电场，以5-7MV/cm的范 围为典型。而且，CMP加工过且UV曝光过的ULK介质的介电常数 小于CMP工艺膜本身的介电常数。
如上所述，UV曝光步骤形成了ULK介质内的顶部皮层(亦即渐 变层12A)，而无须使膜本体成为类氧化物或致密。典型地说，渐变 层12A的密度约为每立方厘米1.0-1.5g(ULK介质密度)到更高的密 度，以大约每立方厘米2.2g作为上限，并在上表面处具有最高密度。 渐变层12A的存在降低了互连结构各个导电线条之间的电容和导电 性。渐变层12A的存在还防止了ULK介质12受到后续预清洗工艺的 损伤。
在UV曝光之后，图5D所示的结构被从UV装置取出，然后被置 于诸如PECVD反应器之类的反应室中，在其中形成后续的帽层。在 形成帽层之前，对结构进行等离子体预清洗步骤(PPFCC)。在大约 350-450℃的衬底温度下执行大约5-60秒钟，优选为5-20秒钟的 PPFCC步骤。在存在含氮和氢的等离子体诸如NH3或N2/NH3或 He/NH3或H2/N2之类的等离子体的情况下，来执行此PPFCC。
在对结构进行PPFCC步骤之后，利用诸如化学气相淀积、 PECVD、蒸发、化学溶液淀积之类的常规淀积工艺，帽层24被形成 在至少部分导电材料22的顶部上。图5E示出了包括满铺帽层24的 结构。帽层24由能够防止Cu结构中电迁移的材料组成。所示的帽层 24可以包含SiN、SiCN、SiNH，SiCNH、以及其它相似的非晶材料。 帽层24的厚度典型约为20-100nm，以约为30-50nm的厚度更为典型。
上面在图5A-5E中所述的加工步骤可以重复任何次数，以便形成 下一个和后续的各个互连结构金属层。虽然互连结构不局限于金属层 的任何数目，但目前的技术典型地包含2-10个金属层。
第二实施方案
除了上述图5A-5E所示的实施方案之外，本发明还尝试了第二实 施方案，其中，用将图5C所示的CMP加工过的ULK介质12曝露 于例如包括硅烷基化的化学修复措施的步骤取代了第一实施方案所述 的UV曝光步骤。当采用硅烷基化时，采用了诸如硅烷的能够使CMP 加工过的ULK介质硅烷基化的化合物。在本实施方案中，渐变层12A 是一种诸如与CMP过程中形成的Si-O发生反应的硅烷基化表面之类 的疏水性表面。可以用甩涂或超临界CO2装置来形成此疏水性表面。
第三实施方案
本发明还提供了第三实施方案，除了通过帽层24来执行额外的 UV曝光步骤之外，第三实施方案相似于第一实施方案。因此，在本 发明的第三实施方案中，如上面第一实施方案所述，首先提供图5E 所示的结构，然后，采用与第一实施方案中的UV曝光步骤相同或不 同的条件的额外的UV曝光步骤。注意，本实施方案所用的UV曝光 工艺必须穿透通过帽层24。在本实施方案中，修复了PPFCC步骤所 引起的所有等离子体损伤。
在上述各个实施方案之中，第一和第三实施方案是优选的。虽然 第一和第三实施方案相对于第二实施方案是优选的，但3个实施方案 中的每一个都提供了比现有技术互连结构更可靠且各个导电层例如 Cu线条之间的导电性更低的互连结构。
为了说明本发明的某些优点，提供了下列实施例。
实施例
如上所述，从CMP暴露和UV曝光的组合已经观察到意想不到 的结果。参照图6，相似于图1的数据，在曲线51(控制样品)中， 示出了SiCOH ULK介质暴露于CMP工艺A的J-E曲线(23℃下的 电学数据)。此样品的泄漏电流大。而且，在图6中，在曲线52、53、 54中示出了SICOH ULK介质暴露于CMP和不同的UV曝光的J-E 曲线。曲线52是利用CMP暴露，然后在形成气体(N2和H2的混合 物)中，用高强度UV灯(以下指定为灯2)，在400℃下的4分钟 UV曝光所产生的。曲线53是利用CMP暴露，然后利用在稀有气体 中，用较低强度的UV灯(以下指定为灯1)，在400℃下的9分钟 UV曝光所产生的。曲线54是利用CMP暴露，以及在稀有气体中， 用UV灯2，在400℃下的4分钟UV曝光所产生的。CMP暴露和UV 曝光(400℃)的组合导致了ULK介质的较低的漏电(52、53、54所 示的改进了的J-E曲线)以及较高的击穿电场。(下面提供的)表1 示出了相同于图6的样品的实测介电常数数据。从表中可见，CMP 暴露将介电常数提高到了2.9，然后，UV曝光将介电常数降低到了 2.3-2.5的范围。
表1  条件  150℃下测得的介电常数  暴露于CMP工艺A  2.9  暴露于CMP工艺A，然后在稀有气体中，用UV灯1，  于400℃下，暴露在UV装置中9分钟  2.4  暴露于CMP工艺A，然后在形成气体(N2和H2的混  合物)中，用UV灯2，于400℃下，暴露在UV装置  中4分钟  2.3  暴露于CMP工艺A，然后在稀有气体中，用UV灯2，  于400℃下，暴露在UV装置中4分钟  2.5
还用傅立叶变换红外(FTIR)光谱术对用来收集图6所示数据的 各个样品进行了研究，这些数据被示于图7和8。对应于(图6的) 曲线51且介电常数等于2.9的暴露于CMP工艺A的样品，产生了图 7中曲线61所示FTIR谱。网格Si-O(cage Si-O)造成的IR吸收峰 集中在1100-1150cm-1之间，而网络Si-O造成的吸收集中在 1020-1060cm-1之间。可见曲线61(暴露于CMP工艺A的)具有高的 网格Si-O吸收对网络Si-O吸收的比率。暴露于CMP工艺以及UV 曝光且介电常数分别等于2.4、2.5、2.3的样品(对应于图6中的曲线 52-54)，产生了图7中曲线62、63、64所示的FTIR谱。与曲线61 相比，这些谱示出了较低的网格Si-O吸收对网络Si-O吸收的比率。 在本技术领域中，众所周知，较低的网格对网络吸收峰比率对应于较 强的Si-O网络。显然，UV曝光确实已经改善了膜中的体Si-O键合。
图8示出了FTIR谱的2800-3500cm-1区域。对应于(图6的) 曲线51且介电常数等于2.9的暴露于CMP工艺A的样品，产生了图 8中曲线71所示FTIR谱。暴露于CMP工艺以及UV曝光且介电常 数分别等于2.4、2.3、2.5的样品(对应于图6中的曲线52-54)，产 生了图8中曲线72、73、74所示的FTIR谱。Si-OH类型造成的 3100-3500cm-1的广阔FTIR吸收，在曲线71(CMP暴露)中是非常 强，在曲线72和73中被减弱，在曲线74中被基本上完全消除。图7 和8的数据表明，CMP暴露的膜(71)中的Si-OH原子团被UV光 激活了，并形成了更多的网络Si-O类型(62、63、64)。
在UV曝光之后，曲线72、73、74显示了2800-3000cm-1之间 C-H的拉伸吸收的明显变化(图8)。这些数据表明，碳氢化合物分 子在CMP暴露中被吸附在介质上(曲线71中的高C-H强度)，且碳 氢化合物被UV曝光部分地清除(72)或完全地清除(73，74)。
虽然参照其优选实施方案已经具体地描述了本发明，但本技术领 域的熟练人员可以理解的是，可以作出形式和细节方面的上述和其它 改变而不偏离本发明的构思于范围。因此认为本发明不局限于所述的 准确形式和细节，而是在所附权利要求的范围内。