低介电常数隐晶层及纳米结构制造技术

本发明专利技术提供一种用于在现有技术半导体晶片上制造应用特性低介电常数（低ｋ）隐晶层和用于由隐晶制造有机化的纳米结构的方法，并涉及到光学和电子器件，其可由这些材料获得。在此公开的结果表明使用化学汽相处理（ＣＶＰ）的单晶基质的结构和化学成分的改性导致高质量隐晶层，所述隐晶层是均质的且与半导体晶片形成光滑界面。通过该方法，对于介电隐晶层形成可实现１μｍ／小时那样高的生长速度。本发明专利技术还提供一种方法，用于通过将隐晶转变成有机化的系统制造微米和纳米线。通过该方法，能制造尺寸从几纳米到１０００纳米且长度达５０微米的纳米线。隐晶、纳米线和有机化的结构可用在未来的互连中作为级间和金属间电介质，用在制造超高密度存储单元中，用在信息安全中作为密钥产生器，用在制造光电部件中，用在先进微米和纳米电子封装和传感器中的制造冷却通道中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种低介电常数隐晶，其可与下一代集成电路和器件 结合使用。隐晶表示一种如此精细地成粒状以致在光学显微镜下甚 至在电子显微镜下不能分辨出不同的颗粒的材料。具有这种微小晶 体的以这种方式设置的物质的状态称作隐晶。这种类型的晶体能显 示出特别的介电特性，其可用于多种领域中。本专利技术涉及到隐晶且特别涉及到氟化珪铵(Ammonium Silicon Fluoride) ( ASIF )，其已经从现有技术晶片获得，并且具有一般 式(NH4) 2XF6 (其中X=Si、 Ge、 C)，被称作'氟化X铵，。
技术介绍
关于上述光学特性介电氟化X铵隐晶在文献中没有报道。当氟化铵NHJ与晶片表面上的Si反应时显示在硅晶片上形成了 氟化珪铵(ASiF )材料[M. Niwano， K. Kurita， Y. Takeda和 N.Miyamoto, Applied Physics Letters 62, 1003 ( 1993 )]。如在另一文献中说明的，在等离子体辅助半导体清洗和沉积处理 期间在真空室的壁上和真空排气线中发现了氟化硅铵[S.Munley， I. McNaught， D. Mrotek，和C. Y. Lin, Semiconductor International ， 10/1， ( 2001 )]。也已经表明，使用HF/HN03能从多孔硅获得氟化硅铵的发光粉末 [M. Saadoun ， B. Bessais， N.Mliki, M. Ferid， H/Ezzaouia 和 R. Be纖ceur， Applied Surface Science 210， 240 ( 2003 )〗。相似；也， [H.0gawa， T.Arai， M.Yanagisawa, T.Ichiki 和 Y.Horiike， Jpn. J. Applied Physics 41， 5349 ( 2002 )]已经示 出，当剩余的天然(natural)氧化物与晶片表面上的热铵(NH3)和 氟化氮(NFO反应时，氟化硅铵形成于硅晶片上。而且，才艮道了当HF和NH3气体于真空下在Si02上反应时形成了 氟化珪铵[P. D. Agnel lo， IBM J. of Research and Development 46， Number 2/3， 2002)]。在上述文献中没有应用特性隐晶结构。而且，在这些文献中，获 得的是一种无意的、无规则的、杂乱且被产物污染的氟化硅铵。文献中没有关于氟化x铵的微米和纳米线的报道。(x-硅、锗、 金刚石)关于氟化X铵隐晶的介电常数能在很大范围内被调节且其可用作绝缘体的事实没有报道。微电子线路和纳电子线路是本专利技术最重要的应用领域。根据International Road Map for Semiconductors (ITRS) [C.Case, Solid State Technology, Jan., 47(2004)] [P.Zeitzoff， R.W.Murto， H.R.Huff， Solid State Technology, 71 (2002)]，半 导体工业需要一种低介电常数(k)的金属间绝缘体，对于高性能互 连其介电常数大大低于k=3. 0。因此，开发一种与下一代集成电路 (IC)制造相兼容的低k电介质是非常重要的。另一方面，继续努 力寻找一种用于50纳米制造节点中的1纳米以下CMOS栅绝缘的高k 电介质。本专利技术还利用隐晶层提供一种高k问题的解决方案，通过 扩散可以将隐晶层的介电常数设置为所需值。才艮据历史上的摩尔定律[G. E. Moore， Electronics 38， 114 (1965)] [G. E. Moore， IEDM Technical Digest, Washington DC, 11 (1975)],在CMOS技术中继续按比例缩小。需要多级金属化以适应多个有源元件的信号集成。这些金属互连中的电阻和寄生电容是 限制下一代系统中IC性能的重要因素。这引起工业从铝/Si(h转移 向铜/低k结构。虽然铜降低了线电阻，但是低k电介质降低了金 属线之间的寄生电容。为了克服晶体管尺寸的按比例缩小中的困难，每单位面积的电容 要保持恒定。因此，需要一种高k值电介质。这些电介质可以是氧 化物和珪酸盐如Ah(h、 Zr(h、 ,2。 C.J. Parker, G. Ucovsky和 J.R. Hauser， IEEE Electron. Device Lett. ( 1998 ) ; Y. Wu和 G. Ucovsky， IEEE Electron. Device Lett ( 1998 ) ; H-Yang和 G. Lucovsky， IEDM Digest, ( 1999 )已经提出了 <吏用这些材料的解 决方案。然而，对于克服关于经济成本和界面缺陷数量存在非常困 难的挑战。本专利技术的隐晶技术能提供该领域中的潜在解决方案。例 如，保持原生(native)栅极氧化物的优点，可以使用隐晶形成高k电介质。集成电路中的金属线通过介电绝缘体相互电绝缘。随着IC尺寸变得更小，金属线之间的距离降低，由此导致增加的电容。这导致RC延迟，功率损失，电容感应信号或串扰。需要低介电常数绝缘层 代替Si(h。使用具有低于Si(h的介电常数的介电常数的聚合物作为互连绝 缘体。但是，聚合物不坚固的事实是重要的缺点。掺杂碳的氧化物是低k电介质的解决方案。可以获得具有小于 3.0的介电常数的氧化物。然而，关于使用寿命其表现出很大的缺点。IC制造中通过降低有源电路元件的尺寸获得的性能特性在互连 和封装元件中可能会损失。在这种情况下，不是晶体管的速度而是 互连的RC延迟变得重要。而且，随着降低尺寸，需要更深的金属线， 由此使得金属间电容比级间电容更重要。为了克服这些困难，需要 极好的低k电介质和新的制造方法。当前的低k电介质由氧化物和 聚合物构成。隐晶可以是潜在的解决方案。由此，能通过避免相邻 电路之间的串扰实现高性能IC。一种解决方案是使用气隙降低电容的方法[B. Shieh等人，IEEE Electron Device Letters, 19， no. 1， p. 16-18 ( 1998 )〗[D丄 Wollesen， Low capacitance interconnection, 美国专利号 No: 5， 900， 668， 1999年5月4日提交]。在这些解决方案中，Si02已经 用作级间和金属间电介质。美国专利号Nos.US 5, 470, 802, US 5,494, 858、 US 5， 504， 042和US 5， 523， 615专利涉及通过气隙降寸氐 电容的可能性。但是在这些方法中，粗糙的(harsh)化学物质应当 用于形成气隙。隐晶技术在制造气隙中可提供更简单、无损伤、低 成本的解决方案。
技术实现思路
本专利技术涉及ASiF隐晶，其介电值能通过几种方法调节并且能在 Si和Si基晶片上合成。通过扩散，ASiF隐晶的介电常数能从其最 小值1. 50调节到较高得多的值(所需的)。由此，隐晶能具有其它 特性如铁电体性和光发射。本专利技术对于低成本和高性能的低k技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在现有技术半导体晶片上超声清洗之后在聚四氟乙烯容器中合成光学特性隐晶和纳米结构的方法，该隐晶具有低介电常数，该介电常数能被调节且可以具有磁性和光学发射特征，该方法包括以下步骤：ａ）在聚四氟乙烯容器（３）中对选自ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＮＯ↓［３］、Ｈ↓［２］ＳＯ↓［４］酸的组的化学制剂混合物进行闪蒸和共腾且形成化学制剂蒸汽，ｂ）用将被处理的晶片覆盖反应室的室口，ｃ）通过排气通道（２）排空产物反应和反应室中的过压，ｄ）将温度（６）和Ｐｈ（７）值分别调整在１０℃－５０℃和１－６之间，ｅ）使选自ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＮＯ↓［３］、Ｈ↓［２］ＳＯ↓［４］酸的组和Ｈ↓［２］Ｏ的化学制剂混合物蒸汽在晶片表面上反应，由此以高质量的界面（１３）将晶片表面转变成隐晶，ｆ）通过热固化增强隐晶的强度和密度，ｇ）一种用于在隐晶层上生长金刚石、ＳｉＣ、Ⅲ－Ⅴ族半导体和氮化物如ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ和Ⅱ－Ⅵ族半导体如ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ的节省成本的外延层的方法，ｈ）通过加热和／或通过金属蒸发在氮气氛下将隐晶层转变成微米和纳米线（２１）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】TR 2005-3-16 2005/009231.一种用于在现有技术半导体晶片上超声清洗之后在聚四氟乙烯容器中合成光学特性隐晶和纳米结构的方法，该隐晶具有低介电常数，该介电常数能被调节且可以具有磁性和光学发射特征，该方法包括以下步骤a)在聚四氟乙烯容器(3)中对选自HF、HCl、HNO3、H2SO4酸的组的化学制剂混合物进行闪蒸和共腾且形成化学制剂蒸汽，b)用将被处理的晶片覆盖反应室的室口，c)通过排气通道(2)排空产物反应和反应室中的过压，d)将温度(6)和Ph(7)值分别调整在10℃-50℃和1-6之间，e)使选自HF、HCl、HNO3、H2SO4酸的组和H2O的化学制剂混合物蒸汽在晶片表面上反应，由此以高质量的界面(13)将晶片表面转变成隐晶，f)通过热固化增强隐晶的强度和密度，g)一种用于在隐晶层上生长金刚石、SiC、III-V族半导体和氮化物如GaN、InN、AlN和II-VI族半导体如ZnSe、CdSe、CdS的节省成本的外延层的方法，h)通过加热和/或通过金属蒸发在氮气氛下将隐晶层转变成微米和纳米线(21)。2. 如权利要求1的在砷化镓和/或硅基晶片上超声清洗之后在 聚四氟乙烯容器中合成光学特性隐晶和纳米结构的方法，该隐晶具 有低介电常数，该介电常数能被调节并可以具有磁性和光学发射特 征，该方法包括以下步骤a) 对选自HF、 HC1、 HNO3、 H2S04的组的化学制剂混合物进行闪蒸和共腾，并以由砷化镓和/或硅基晶片构成的一片晶片共腾该混合物5 - 30秒，b) 用将被处理的晶片覆盖反应室的室口 ，c) 通过排气通道排空产物反应和反应室中的过压，d )将温度(6 )和Ph ( 7 )值分别调整在10℃ - 50℃和1 - 6之间，e)使选自HF、 HC1、 HBR、 HN(h、 H2S04酸的组和H20的化学制剂混合物蒸汽在晶片X (X=Si、 Ge、 C、 GaAs)表面上以X居间反应进 行反应，由此将晶片表面转变成隐晶，f) 通过扩散元素如C、 N、 O和金属到隐晶基质中以及通过在50 -400℃之间的可编程退火增强隐晶层的强度，g) —种用于在隐晶层上生长金刚石、SiC、 III-V族半导体和氮 化物如GaN、 InN、 A1N和II-VI族半导体如ZnSe、 CdSe、 CdS的节省 成本的外延层的方法，h) 在30℃- 200℃在氮气氛下和金属蒸发将隐晶层转变成微米 和纳米线(21 )。3. 如权利要求2的在硅基晶片上超声清洗之后在聚四氟乙烯容 器中合成光学特性氟化硅铵(ASiF)隐晶和纳米结构的方法，该隐 晶具有低介电常数，该介电常数能被调节并可以具有磁性和光学发 射特征，该方法包括以下步骤a) 对选自HF、 HN03、 H20的组的化学制剂混合物进4亍闪蒸和共 腾，并以由硅基晶片构成的一片晶片共腾该混合物5- 30秒，b) 用将被处理的晶片覆盖反应室的室口，c) 通过排气通道排空产物反应和反应室中的过压，d) 将温度(6 )和Ph ( 7 )值分别调整在10℃ - 50℃和1 - 6之间，e) 使HF、 HN03、 H20的蒸汽在晶片表面上以硅居间反应进行反 应，由此将晶片表面转变成隐晶，f) 通过扩散元素如C、 N、 O和金属到隐晶基质中以及通过50-400℃之间的可编程退火增强隐晶层的强度，g) —种用于在如此生长的隐晶层上生长金刚石、SiC、 III-V族 半导体和氮化物如GaN、 InN、 A1N和II- VI族半导体如ZnSe、 CdSe、 CdS的节省成本的外延层的方法，h) 在30℃ - 200℃在氮气氛下和/通过金属蒸发将隐晶层转变 成微米和纳米线(21 )。4. 如权利要求3的方法，其中，在50℃在氮气氛下制造的纳米 结构具有从几纳米至一微米的横向尺寸且长度高达50微米，其中所 述纳米线和孩i米线由ASIF制成。5. 如权利要求3的方法，其中具有波导和电子传导沟道以及颜色中心的纳米结构能使用隐晶通过高功率脉冲激光获得。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：S卡勒姆，
申请(专利权)人：土耳其科学和技术研究委员会，
类型：发明
国别省市：TR[土耳其]