專利名稱：包含碳化硅層的層型結構、其制備方法及其用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及包含碳化硅層的新型層型結構。此外，本發明涉及一種制備包含碳化硅層的層型結構的新方法。另外，本發明涉及包含碳化硅層的新型層型結構的用途和借助此新方法制備的包含碳化硅層的層型結構的用途。
背景技術：
由于碳化硅具有眾多理論上和實際上的優點，它廣泛地用于電子器件。這些優點包括寬能隙、高擊穿場、強導熱性、高電子漂移速度、優異的熱穩定性、優異的抗輻射性或 “硬度”、優異的硬度和強化學穩定性。因此，碳化硅在大功率操作、高溫操作、耐輻射性和高能光子在光譜的藍區、紫區和紫外區的吸收和發射方面具有顯著的優點。由于它具有強化學穩定性，它在半導體微器件或集成電路(IC)的制備中作為保護層材料，尤其是作為腐蝕停止層材料也表現出顯著的優點。目前數字集成電路器件的功率和應用主要歸因于集成度的增加。不斷地將越來越多的元件(電阻、二極管、晶體管等)集成到基礎芯片或集成電路(IC)。典型的IC的原料
是高純度硅。IC元件的特征幾何形狀通常通過光刻法確定。非常細的表面幾何形狀可通常該技術精確地再現。光刻法用于確定元件區和在一層上建立另一層元件。復雜的IC常可具有許多不同的組合層，各層具有元件，各層具有不同的相互連接且各層堆積在前一層上。獲得的如此復雜的IC的外形由于各IC元件建立在硅晶片的基礎表面上通常類似于熟悉的具有許多“山，，和“谷”的地球“山區”。亞微器件如尺寸小于1 μ m的晶體管在形成IC的各個層中形成。數千或數百萬亞微器件可用于典型的IC。然而，電路不斷地變得更復雜和更大容量。因此，需要不斷地增加包括于IC上的元件數目。然而，IC的尺寸常常限于硅晶片上的給定小片尺寸。因此，產生了不斷降低IC中器件尺寸的需要。隨著器件尺寸變小，電阻-電容(RC)的延遲和與后端金屬化伴生的串音變得更明顯。在某點存在器件尺寸和其可承受的干涉量之間的閥值。超過此閥值后，器件的運行受到損害。因此，產生了降低所述深亞微器件的RC靈敏度的需要。降低器件和IC的RC靈敏度的一種常規方法將低介電常數的材料(低_k材料) 用于深亞微器件。然而，低-k材料僅僅表現出對在IC中用作保護層和銅阻擋層或在IC制備中用作腐蝕停止層的基礎碳化硅層的弱粘合性。現有技術中已經提出了改善此問題的各種方法。因此，美國專利US 6，似4，038B1教導了一種包含基底、在基底上形成的碳化硅層、在碳化硅層上形成的氮化硅層、在氮化硅層上形成的圖案化的低介電常數介電層和在圖案化的低介電常數介電層圖案之間插入的圖案化的導電層的微電子導體結構。在此結構中，由碳化硅層和氮化硅層組成的層壓材料起腐蝕停止層的作用，氮化硅層提高了腐蝕停止層和低_k材料層之間的界面粘合性。對比實驗顯示20nm厚的氨基硅烷粘合增進劑層不能補償缺少的氮化硅層。這意味著采用由疊層氮化硅的碳化硅形成的腐蝕停止層制備的微電子器件提供顯著低于采用由具有疊層氨基硅烷粘合增進劑的碳化硅形成的腐蝕停止層制備的微電子器件的漏電流。然而，由碳化硅層和氮化硅層組成的疊層腐蝕停止層的制備需要通過化學氣相沉積(CVD)或等離子增強氣相沉積(PVD)技術沉積氮化硅，該技術獲得與氨基硅烷粘合增進劑層差別很大的材料。美國專利申請US 2003/035904A1教導了通過使碳化硅層上表面置于含氧等離子體之下以獲得表現出與水的接觸角為5-10°的親水表面從而提高碳化硅腐蝕停止層和低-k材料層之間的粘合性。此后，用具有親水基和疏水基的粘合增進劑涂覆親水表面。親水基使自己朝向碳化硅層的親水表面。烘焙粘合增進劑以獲得具有疏水表面的粘合增進劑涂層。這樣實現了對隨后施加的有機聚合物低_k材料層的良好粘合性。然而，該方法不適用于提高碳化硅層和無機或無機-有機雜化物低_k材料層之間的粘合性。美國專利申請US 2003/017642A1教導了包含多個不同有機濃度層(碳梯度層) 的結構的用途，從概念上講各層可認為是單緩變層，其中碳濃度隨著與基底如碳化硅基底的距離變遠而逐漸增加。該緩變層起對基底具有良好粘合性的低_k電力層的作用。然而，制備梯度層的方法是繁復的。此外，該方法不適用于提高碳化硅表面和基于二氧化硅或無機-有機雜化物材料的常規低_k材料層之間的粘合性。美國專利申請US 2007/173054A1教導了一種通過用含二氧化碳的等離子體氧化碳化硅表面從而提高碳化硅層和低_k介電材料層之間粘合性的方法。此后，使該表面與親水化學品如二甲基乙酰胺和氟化銨的水溶液接觸。這樣將碳化硅表面與水的100°接觸角降低到40°且提高了對基于二氧化硅的低_k材料層的粘合性。然而，該方法需要至少兩個工藝步驟，尤其是等離子體處理和在濕晶片沖洗室中用水溶液處理。美國專利申請US 2004/238967A1公開了一種包含金屬板、與金屬板連接的碳化硅層和與碳化硅層連接的粘合增進劑層的電子結構。該粘合增進劑層通過將具有碳化硅層的金屬板浸在硅烷溶液中，隨后排出過量的溶液并在適中的溫度下干燥幾分鐘如在 18-10(TC下干燥15-20分鐘制備。該粘合增進劑層應具有1-50個單層的厚度且可包括硅烷偶聯劑如3-環氧丙氧丙基三甲氧基硅烷或3-環氧丙氧丙基三乙氧基硅烷或3- (2-氨基乙基)丙基三甲氧基硅烷或3-(2-氨基乙基)丙基三乙氧基硅烷。將該電子結構嵌入作為粘合材料的環氧樹脂結構材料。該電子結構借助粘合材料與半導體芯片結合。這樣獲得了分散半導體芯片的熱的裝置。然而，該美國專利申請涉及一種完全不同于本發明所述電子器件的設計且對這樣的粘合增進劑層是否能提高碳化硅層和基于二氧化硅或無機-有機雜化物材料且不只基于環氧樹脂的低_k材料層之間的粘合性保持沉默。碳化硅/ 二氧化硅界面的其他問題如界面陷阱密度通過在界面摻入氮改善，如美國專利申請US 2006/0M978A1所述。與摻雜劑和碳氧物質存在伴生的碳化硅表面上的鈍化層問題通過具有非常低的鋁摻雜劑濃度的熱增長氧化層改善，如美國申請US 5，629，531所述。因此，所述美國專利和專利申請涉及完全不同于碳化硅/無機或無機-有機雜化物低_k材料的界面粘合性問題的問題。因此，它們不能為技術人員就如何解決本發明目的提供暗示，更不用說技術教導。發明目的本發明目的是提供一種包含碳化硅層和至少一個無機和/或無機-有機雜化物介電層，尤其是具有比二氧化硅低的介電常數k的無機和/或無機-有機雜化物介電層的較簡單設計的新型層型結構，所述層型結構具有碳化硅層和無機和/或無機-有機雜化物介電層之間的優異粘合性。另外，在新型層型結構中碳化硅層在IC中作為銅擴散阻擋層和保護層以及在IC制備中作為腐蝕停止層的功能不應削弱反而應顯著增強。此外，電阻-電容 (RC)的延遲和與后端金屬化伴生的串音應避免。本發明的另一目的是提供一種制備包含碳化硅層和至少一個無機和/或無機-有機雜化物介電層，尤其是一種具有比二氧化硅低的介電常數k的無機和/或無機-有機雜化物介電層的較簡單設計的層型結構的新方法。該新方法應以比現有技術方法更少的步驟實施。此外，新方法應具有優異的重復性和可靠性以及非常低的失敗率。獲得的層型結構應表現出優異的界面粘合性。當用于IC中，與現有技術的層型結構相比，它們應顯著降低電阻-電容(RC)的延遲和與后端金屬化伴生的串音。另外，在本申請中，在如此獲得的層型結構中碳化硅層在IC中作為銅擴散阻擋層和保護層以及在IC制備中作為腐蝕停止層的功能不應削弱反而應顯著增強。發明_既述因此，找到了一種新型層型結構，所述的新型層型結構以如下順序包含(A)碳化硅層，(B)至少一個如下層(bl)位于碳化硅層(A)的至少一個主表面上，(b2)通過硅氧鍵和/或硅碳鍵化學鍵合到碳化硅層(A)的主體上，(b3)部分或完全覆蓋碳化硅層(A)的至少一個主表面，和(b4)如與水的接觸角低于水與純碳化硅表面的接觸角所示具有比純碳化硅表面高的極性；(C)至少一個介電層，其部分或完全覆蓋所述層(B)且選自無機和無機-有機雜化物介電層。下文將新型層型結構稱為“本發明結構”。此外，已經發現一種制備層型結構的新方法，該層型結構以如下順序包含(A)碳化硅層，(B)至少一個如下層(bl)位于碳化硅層㈧的至少一個主表面上，(b2)通過硅氧鍵和/或硅碳鍵化學鍵合到碳化硅層(A)的主體上，(b3)部分或完全覆蓋碳化硅層(A)的至少一個主表面，和(b4)如與水的接觸角低于水與純碳化硅表面接觸角所示具有比純碳化硅表面高的極性；和
(C)至少一個介電層，其部分或完全覆蓋所述層(B)且選自無機和無機-有機雜化物介電層，所述方法包括下列步驟(1)將至少一種選自通式I硅烷和通式II硅烷的硅烷的有機溶液施加于所述碳化硅層的至少一個主表面上RnSiX4^n(I)RmX3_mSi-R_Si)(3_mRm(II)其中各符號和變量具有下列含義η 為 1 或 2 ；m 為 0 或 1 ；R為含有至少2個碳原子的有機結構部分，其選自含有取代和未取代、支化和線性的脂族、烯屬不飽和基團和炔屬不飽和基團以及脂環族和芳族基團的結構部分或由其組成的結構部分；和X為可水解的原子和可水解的結構部分；(2)通過除去揮發性組分干燥如此獲得的由硅烷I和/或II的有機溶液組成的層；(3)在150-400°C的溫度下將硅烷I的干燥層鍛燒1_120分鐘以獲得層(B)；和(4)施加至少一個介電層，其部分或完全覆蓋所述層(B)且選自無機和無機-有機雜化物介電層；或，在替換方案中，(5)直接在工藝步驟(1)后實施工藝步驟(4)，并且隨后在工藝步驟(4)之中和/ 或之后實施工藝步驟( 和(3)。下文將制備層型結構的新方法稱為“本發明方法”。最后但非最不重要的，也已經發現本發明結構和通過本發明方法制備的層型結構在電子器件中的新用途。下文將此稱為“本發明用途”。發明優點鑒于上文討論的現有技術，對技術人員而言令人驚奇且無法預料的是通過本發明的結構、方法和用途解決了本發明目的。尤其是本發明結構令人驚奇地表現出碳化硅層和無機或無機-有機雜化物介電層之間的優異粘合性。另外，在本發明結構中碳化硅層在IC中作為銅擴散阻擋層和保護層以及在IC制備中作為腐蝕停止層的功能沒有削弱反而顯著增強。此外，電阻-電容(RC) 的延遲和與后端金屬化伴生的串音可避免，使得可設計改善的亞微半導體器件。此外，本發明方法令人驚奇地可以以比現有技術方法更少的步驟實施。此外，本發明方法具有優異的重復性和可靠性以及非常低的失敗率。獲得的層型結構，尤其是本發明結構，表現出優異的界面粘合性。當用于IC時，與現有技術的層型結構相比，它們可顯著降低電阻-電容(RC)的延遲和與后端金屬化伴生的串音。另外，在本申請中，在層型結構中， 尤其是如此獲得的本發明結構中，碳化硅在IC中作為銅擴散阻擋層和保護層以及在IC制備中作為腐蝕停止層的功能沒有削弱反而顯著增強。由于它們的有利性質，本發明結構和層型結構，尤其是通過本發明方法獲得的本發明結構可最有利地用于各種電子器件中。發明詳述本發明結構包含碳化硅層(A)。該碳化硅層(A)可為位于常用于電子器件，尤其是半導體器件中的許多不同材料和層上的碳化硅晶片或碳化硅層。這類材料和層的實例為硅晶片，導電層如鋁、銅、金或銀層，阻擋層如鈦、氮化鈦、鉭或氮化鉭層和絕緣層如二氧化硅層。該碳化硅層(A)的厚度取決于本發明結構的潛在用途并因此可變化很大。該碳化硅層(A)優選具有5nm-l μ m，更優選10_500nm，最優選10_200nm的厚度。該碳化硅層(A)可借助本領域熟知的方法制備，如化學氣相沉積(CVD)或等離子增強化學氣相沉積(PECVD)，例如如美國專利申請US2004/147115A1或US 2006/110938A1 或國際專利申請WO 2006/045920A1所述，或溶膠-凝膠法，例如如歐洲專利申請EP 0482782A1 所述。本發明結構另外包含至少一個，優選一個層(B)。該層(B)位于所述碳化硅層(A)的至少一個主表面，優選一個主表面上，且通過硅氧鍵和/或硅碳鍵化學化學鍵合到碳化硅層(A)的主體上。以這樣的方式，該層(B)形成所述碳化硅層(A)的組成部分。該層(B)部分或完全，優選完全覆蓋所述碳化硅層(A)的主表面。如與水的接觸角低于水與純碳化硅表面的接觸角所示它具有比純碳化硅表面高的極性。與水的接觸角優選為30-70°，更優選35-60°，最優選38-55°。該層(B)與水的接觸角優選等于或大于水與純二氧化硅表面的接觸角。該接觸角優選通過使用具有高速照相機的接觸角測角器由作為時間函數的動態懸滴法測量。該層(B)仍可表現其在3000-2800(3!^1波數范圍的紅外光譜中的吸收。這意味著層(B)仍可含有一些具有脂族碳氫鍵的結構部分。然而，這類結構部分的濃度也可低至低于檢測限度。該層(B)的厚度可變化很大。該厚度優選為5-lOOnm，更優選5-60nm，最優選 5-40nmo本發明結構另外包含至少一個，優選一個部分或完全覆蓋所述層(B)的介電層 (C)0當該介電層(C)部分覆蓋層(B)時，它優選形成與電路對應的圖案。該介電層(C)選自無機和無機-有機介電層。原則上任何常用于電子器件，尤其是半導體器件的無機或無機-有機雜化物介電材料可用于制備無機或無機-有機雜化物介電層(C)。該無機和無機-有機雜化物介電層 (C)優選含有硅氧烷鍵。無機和無機-有機雜化物介電層(C)更優選具有比二氧化硅小的介電常數k。為了簡略，下文將這類無機和無機-有機雜化物低-k介電層(C)稱為“低-k 介電層”或“低-k介電材料”。有利的低_k介電層(C)的實例是由嵌入無定形玻璃中的硅質巖(silicalites) 納米顆粒組成的層，該納米顆粒為硅的微孔晶狀氧化物(為沸石的純硅類似物)，如美國專利US 6，827，982B1第3欄第45行到第6欄所述；由納米多孔二氧化硅組成的層，如國際專利申請WO 01/78127A2第11頁第2段或國際專利申請WO 01/86709A2第8頁第25行到第18頁第35行所述；由具有10%或更大孔隙率的氧化硅組成的層，如國際專利申請 W02004/027850A1第10頁第1行到第21頁第4行所述；或由在美國專利US6, 424，038B1第 6欄第40-67行所述的無機玻璃和無機-有機雜化物旋涂玻璃組成的層。無機和無機-有機雜化物介電層(C)的厚度可變化很大。厚度優選為10-500nm， 更優選10-250nm，最優選10_100nm。包含碳化硅層(A)、層(B)和無機和/或無機-有機雜化物介電層(C)的層型結構，尤其是上述本發明結構可以以各種方法制備。它們優選根據本發明方法制備。在本發明方法的第一步驟中，將至少一種硅烷，優選至少兩種硅烷，最優選選自通式I硅烷和通式II硅烷的兩種硅烷的有機溶液施加于所述碳化硅層(A)的表面上RnSiX4^n(I)；RfflX3-mSi-R-SiX3_fflRffl(II)。通式I中符號η等于1或2，優選1。通式I中符號m等于0或1，優選0。通式I和II中變量R為含有至少2個碳原子的有機結構部分，其選自含有取代和未取代、支化和直鏈的脂族、烯屬不飽和基團和炔屬不飽和基團以及脂環族基團和芳族基團的結構部分或由其組成的結構部分。在含有兩種這些結構部分的通式I硅烷中的有機結構部分R與在通式II硅烷中的可以彼此相同或不同。因此，該有機結構部分R為烷基、亞烷基、炔基、脂環族基團或芳族基團。該有機結構部分R也可含有兩個或更多不同的烷基、亞烷基、炔基、脂環族基團或芳族基團，其通過多官能連接基團，優選雙官能連接基團相互連接。另外，該有機結構部分R也可含有至少兩個選自不同基團種類的基團，例如一個烷基和一個脂環族基團、或兩個通過芳族基團連接的烷基。該有機結構部分R選擇的基團可通過碳-碳鍵和/或多官能連接基團，優選雙官能連接基團相互連接。此外，該有機結構部分R還可以是單官能或多官能的，優選單官能的(R-)或雙官能的(-R-)。該脂族基團或烷基更優選來源于脂族烴，其選自取代和未取代的乙烷、丙烷、異丙烷、丁烷、異丁烷、戊烷、異戊烷、新戊烷、己烷、庚烷、辛烷、異辛烷、2-甲基庚烷、2-甲基己烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷和十六烷，優選乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、己烷、辛烷和壬烷；該烯屬不飽和基團或烯基更優選來源于烯烴，其選自取代和未取代的乙烯、丙烯、 丁-1-烯、丁-2-烯、戊-1-烯、戊-2-烯、己-1-烯、己-2-烯、庚-1-烯、辛-1-烯、辛-2-烯、 辛-3-烯、壬-1-烯、癸-1-烯、十一碳-1-烯、十二碳-1-烯、十三碳-1-烯、十四碳-1-烯、 十五碳-I-烯以及十六碳-I-、-2-、-3-、-4-、-5-、-6-、-7-和-8-烯，尤其是乙烯。該炔屬不飽和基團或炔基更優選來源于炔屬不飽和烴，其選自取代和未取代的乙炔、丙炔、丁 -1-炔、丁 -2-炔、戊-1-炔、戊-2-炔、己-1-炔、己-2-炔、庚-1-炔以及辛-1-、-2-、-3-和-4-炔，尤其是乙炔和丙炔；該脂環族基團更優選來源于脂環族化合物，其選自取代和未取代的環丙烷、環丁烷、環戊烷、環己烷、環己烯、降冰片烷和金剛烷，尤其是環戊烷和環己烷。
該芳族基團更優選來源于芳族化合物，其選自取代和未取代的苯、聯苯、萘、蒽和菲，尤其是苯。當使用時，多官能連接基團優選選自-0-、-C (0) -、-C (S) -、-C (0) -0-、-O-C (0) -0-、-O-C (S)-O- ；-(-0-)2Si (-R2) 2、_ (-(H3Si-R2，其中 R2 如下文定義；-NR1-、= N-、-N = N_、_N R1-C (0) -,-NR1-NR1-C (0)-,-NR1-NR1-C (S)-,-O-C (0) -NR1-^-O-C (S) -NR1-^-NR1-C (0) -NR1-^-NR1 -C (S) -NR1- ；-(-0-) 3P (0) ,-(-0-) 3P (S) ,-(-0-) 2P (0) -,-(-0-) 2P (S)-,-(-NR1-) 3P (0) ,-(-NR1 -)3P (S)、- (-NR1-) 2P (0) -,-(-NR1-) 2P (S) - ；-S_、_S (0) -、_S (0) 2-、-0_S (0) 2-和-NR1-S (0) 2_。這些通式中R1選自氫以及取代和未取代的甲基和有機結構部分R。R2為除了氫以外的R1。其中連接基團最優選為-C(0)-0-。當使用時，取代的有機結構部分R的取代基優選選自-01^-(:(0)-1^-0)01^-5 R1,-P(O)2R1,-N(-R1)^-NR1-C(O) (-R1)2「環氧乙烷、-經由氮或經由碳鍵合的氮丙啶，和經由氧鍵合的甲基丙烯酰基；-F、-C1、-CN和-NO2 ；其中R1具有上述含義。取代基最優選為-NH2、環氧乙烷和經由氧鍵合的甲基丙烯酰基。式I中有機結構部分R最優選為選自乙基、正丁基、3-丁基、己基、辛基、十二烷基、乙烯基、甲基丙烯酰氧丙基、氨丙基和環氧丙氧丙基，尤其是己基、辛基、十二烷基和乙烯基，尤其最優選辛基。式I中變量X為可水解的原子或結構部分。可水解的原子X優選選自氫、氯、溴和碘。可水解的結構部分X選自式II的基團-Y-R1(II)，其中變量Y 為選自-0-、-S-、-C (0) -、-C (S) -,-O-C (0)-,-S-C (0) -,-O-C (S)-和-NR1 -的雙官能連接基團，其中R1具有上述含義。Y最優選為-0-且R1最優選為甲基或乙基。因此，所用的可水解的結構部分X最優選為-O-CH3 和-O-C2H5，尤其是-0-C2H5。優選使用所述硅烷I。所述至少一種硅烷I更優選選自乙基_、正丁基-、3_ 丁基_、己基_、辛基_、十二烷基_、乙烯基_、甲基丙烯酰氧丙基_、氨丙基-和環氧丙氧丙基三甲氧基硅烷和三乙氧基硅烷，甚至更優選選自己基_、辛基_、十二烷基-和乙烯基三甲氧基硅烷，最優選使用辛基三甲氧基硅烷和/或辛基三乙氧基硅烷。尤其最優選使用包含至少一種選自辛基三甲氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷的第一硅烷I以及至少一種選自己基-、辛基-、十二烷基-和乙烯基三甲氧基硅烷和三乙氧基硅烷的第二硅烷I的混合物。尤其是混合物包含三乙氧基硅烷。在包含至少一種第一硅烷I和至少一種第二硅烷I的混合物中，第一硅烷I與第二硅烷I的摩爾比可變化很大。摩爾比優選為10 1-1 10，更優選7. 5 1-1 7.5， 甚至更優選5 1-1 5，最優選3 1-1 3。將硅烷I和/或II以包含至少一種有機溶劑的有機溶液施加。該有機溶劑的選擇應使其不與硅烷I反應或使硅烷I分解。優選使用極性有機溶劑。極性有機溶劑更優選為選自醇類、酮類和醚類，最優選低沸點醇類如甲醇、乙醇、丙醇和異丙醇，酮類如丙酮和丁酮以及醚類如乙醚和四氫呋喃。尤其優選使用乙醇。該有機溶劑優選含有少量的至少一種選自有機酸和無機酸的酸，優選選自甲酸、 乙酸、苯磺酸、甲苯磺酸、硫酸、硝酸和鹽酸，從而使該有機溶劑變得微酸性且促進硅烷I和 /或II的可水解的結構部分或原子X的水解。尤其優選使用鹽酸。另外，該有機溶劑可含有至少一種功能添加劑，其優選選自市售表面活性劑和常用的濕潤劑。這種合適的添加劑為例如來自Tiarco Chemicals的Octowet 17或來自 AirProducts 的 Surfynol 104H。此外，該有機溶劑可含有至少一種上述硅烷I和/或II以外的硅烷，例如甲基三甲氧基硅烷或乙基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷或乙基三乙氧基硅烷。至少一種硅烷I和/或II的有機溶液優選為高度稀釋的。硅烷I和/或II的濃度更優選為0. 01-2重量％，最優選0. 05-1重量％，尤其是0. 07-0. 75重量％，均基于有機溶液的總重量。將至少一種硅烷I和/或II的有機溶液施加于所述碳化硅層(A)的至少一個主表面上。優選將有機溶液以對應于5-lOOnm的層(B)干燥厚度的量施加。將有機溶液施加于平坦表面的本領域已知的所有方法和設備可用于本發明方法。可優選使用浸涂、幕涂、噴涂、輥涂、旋涂、繞線棒刮涂、套刀體系涂布(case knife system coating)或刮刀涂布，尤其是旋涂。在本發明方法的第二工藝步驟中，由至少一種硅烷I和/或II的有機溶液組成的施加層通過優選通過蒸發除去揮發性組分如有機溶劑和酸(如果使用的話)而干燥。蒸發可在恒定大氣壓下或以恒定真空實施。還可在大氣壓下開始蒸發且在運行期間降低壓力。 此外，蒸發可在恒定溫度，優選10-120°C，更優選20-100°C，最優選25_90°C的恒定溫度下進行。然而，在操作期間該溫度也可從初始溫度，優選10°C升高到最終溫度，優選120°C，更優選從20°C升高到100°C，最優選從25°C升高到90°C。進行此操作的時間可變化很大。優選在1-240分鐘，更優選5-120分鐘，最優選10-60分鐘內進行。在本發明方法的第三工藝步驟中，將至少一種硅烷I和/或II的干燥層在 150-40(TC，優選200-350°C，最優選250_35(TC下鍛燒1-120分鐘，優選5_90分鐘，最優選 10-60分鐘以獲得所述層(B)。鍛燒優選在含氧氛圍中進行。優選鍛燒步驟的進行使得在干燥層中含有的所有硅烷I和/或II或至少一種硅烷I和/或II部分或完全分解，因此獲得的層(B)仍在3000-2800(3!^1波數范圍的頂光譜中表現出一些吸收或沒有吸收，顯示一些具有脂族碳氫鍵的結構部分的存在或這類結構部分的濃度低于檢測限度。在本發明方法的第四工藝步驟中，將至少一個無機介電層(C)施加于所述層(B) 上，所述無機介電層(C)部分或完全，優選完全覆蓋層(B)。可采用本領域熟知的材料、方法和設備制備所述無機介電層(C)。這樣的材料、方法和設備的實例描述在上述專利申請和專利 US 6，827，982B1、W001/78127A2、W0 2004/027850A1 和 US 6, 424, 038B1 中。在替換方案中，第四工藝步驟可直接在第一工藝步驟后實施，然后第二和第三工藝步驟在第四工藝步驟之中和/或之后實施。本發明結構和通過本發明方法制備的層型結構表現出優異的層間粘合性。由于優異的電子性質，它們可最有利地用于廣泛的新電子器件，尤其是新半導體器件如LED、IGFET、MOSFET、絕緣柵雙極晶體管、肖特基二極管、硅可控整流器和集成電路。在這些新半導體器件中，本發明結構的碳化硅層(A)優選用作半導體材料和/或在半導體器件，尤其是IC的制備中起腐蝕停止層的作用和/或在半導體器件，尤其是IC中起銅阻擋層和保護層的作用。實施例和對比實驗對比實驗1制備包含碳化硅層(A)、硅烷層和無機介電層(C)的結構制備在碳化硅層(A)上的硅烷涂層將2ml濃度為lmol/1的鹽酸加入96ml乙醇中。此后，將2ml辛基三乙氧基硅烷(OCTEO)加入該溶液且將獲得的溶液在室溫下攪拌20小時。用額外的乙醇稀釋少量的 OCTEO溶液直到獲得濃度為0. 1重量％的OCTEO水解液。使用刮刀由套刀體系將該溶液施加于位于硅晶片上的碳化硅層表面。將如此獲得的涂層在室溫下干燥。干燥涂層與水的接觸角使用具有高速照相機的接觸角測角器由動態懸滴法測量。1秒后獲得91°的接觸角， 其比純碳化硅層(A)與水的接觸角高得多。為了比較還測量二氧化硅表面與水的接觸角。該接觸角為38°。硅烷涂層的頂光譜顯示在3000-2800(31^1的強C-H吸收帶。該硅烷涂層的厚度為15nm。制備位于硅烷涂層上的無機介電層(C)如美國專利US 6，827，982B1所述，使用分散于原硅酸四乙酯(TEOS)中的硅質巖納米顆粒(Novellus System, Inc. of San Jose, California 的 SilicaLite )，將 50nm 厚的無機介電層(C)施加于硅烷涂層。測量粘合性用&0切1! Brite實驗測試硅烷涂層和無機介電層(C)之間的界面粘合性。在該實驗中，該無機介電層部分從硅烷涂層剝去，這顯示粘合性就實用目的是不足夠的。這通過劃線實驗證實。在該實驗中，用玻璃割刀劃線該無機介電層(C)。就劃痕拍攝掃描電子顯微鏡(SEM)照片并檢查。該SEM照片顯示劃痕附近明顯分層。實施例1制備包含碳化硅層(A)、層(B)和無機介電層(C)的層型結構制備具有層⑶的碳化硅層㈧將對比實驗1的硅烷涂層在300°C下在含氧氛圍中鍛燒30分鐘。獲得與水的接觸角為44°且厚度為IOnm的層(B)。一些在3000-2800(^-1的C-H吸收帶仍存在于其頂光譜。制備位于層⑶上的無機介電層(C)如美國專利US 6，827，982B1所述，使用分散于原硅酸四乙酯(TEOS)中的硅質巖納米顆粒(Novellus System, Inc. of San Jose，California 的 SilicaLite )，將厚度為 50nm的無機介電層(C)施加于硅烷涂層。測量粘合性用kotch Brite實驗測試層(B)和無機介電層(C)之間的界面粘合性。在實驗中，不能將該無機介電層(C)除去，這顯示了優異的界面粘合性。這也通過劃線實驗證實。 獲得的SEM照片顯示劃痕處無分層。實施例2和3以及對比實驗2
使用硅烷I (實施例2和幻和甲基三乙氧基硅烷(對比實驗幻制備包含碳化硅層(A)、層⑶和無機介電層(C)的層型結構對于實施例2和3，除了使用OCTEO以外的硅烷I和輕微變化的條件外在相似條件下重復實施例1。表1歸納了所用的條件和硅烷I。表1實施例2-6和對比實驗2中采用的實驗條件
權利要求
1.一種層型結構，以如下順序包含(A)碳化硅層，(B)至少一個如下層(bl)位于碳化硅層(A)的至少一個主表面上，(b2)通過硅氧鍵和/或硅碳鍵化學鍵合到碳化硅層(A)的主體上，(b3)部分或完全覆蓋碳化硅層(A)的至少一個主表面，(b4)如與水的接觸角低于水與純碳化硅表面的接觸角所示具有比純碳化硅表面高的極性；和(C)至少一個介電層，其部分或完全覆蓋層(B)且選自無機和無機-有機雜化物介電層。
2.根據權利要求1的層型結構，其特征在于所述層(B)與水的接觸角等于或大于水與純二氧化硅表面的接觸角。
3.根據權利要求1或2任一項的層型結構，其特征在于所述層(B)具有I-IOOnm的厚度。
4.根據權利要求1-3任一項的層型結構，其特征在于所述無機和/或無機-有機雜化物介電層(C)含有硅氧烷鍵。
5.根據權利要求1-4任一項的層型結構，其特征在于所述無機和無機-有機雜化物介電層(C)具有小于二氧化硅的介電常數k。
6.根據權利要求1-5任一項的層型結構，其特征在于所述介電層(C)具有10-500nm的厚度。
7.一種制備層型結構的方法，所述層型結構以如下順序包含(A)碳化硅層，(B)至少一個如下層(bl)位于碳化硅層(A)的至少一個主表面上，(b2)通過硅氧鍵和/或硅碳鍵化學鍵合到碳化硅層(A)的主體上，(b3)部分或完全覆蓋碳化硅層(A)的至少一個主表面，和(b4)如與水的接觸角低于水與純碳化硅表面的接觸角所示具有比純碳化硅表面高的極性；和(C)至少一個介電層，其部分或完全覆蓋層(B)且選自無機和無機-有機雜化物介電層，所述方法包括下列步驟(1)將至少一種選自通式I硅烷和通式II硅烷的硅烷的有機溶液施加于碳化硅層(A) 的至少一個主表面上RnSiX4—n(I)，RmX3_mSi-R-SiX3_mRm (II)； 其中各符號和變量具有下列含義 η為1或2 ； m為 或1 ；R為含有至少2個碳原子的有機結構部分，其選自含有取代和未取代、支化和線性的脂族、烯屬不飽和基團和炔屬不飽和基團以及脂環族和芳族基團的結構部分或由其組成的結構部分；和X為可水解的原子或可水解的結構部分；(2)通過除去揮發性組分干燥如此獲得的由硅烷I的有機溶液組成的層；(3)在150-400°C的溫度下將硅烷I和/11的干燥層鍛燒1-120分鐘以獲得層(B)；和(4)施加至少一個介電層(C)，其部分或完全覆蓋所述層(B)且選自無機和無機-有機雜化物介電層；或，在替換方案中，(5)直接在工藝步驟(1)后實施工藝步驟G)，并且隨后在工藝步驟(4)之中和/或之后實施工藝步驟(2)和(3)。
8.根據權利要求78的方法，其特征在于在有機溶液中硅烷I和/或II的濃度基于有機溶液總重量為0. 01-2重量％。
9.根據權利要求7或8的方法，其特征在于所述硅烷I的有機溶液包含至少一種極性有機溶劑或由其組成。
10.根據權利要求9的方法，其特征在于所述極性有機溶劑選自醇類、酮類和醚類。
11.根據權利要求7-10的方法，其特征在于符號η= 1且符號m = 0。
12.根據權利要求7-11任一項的方法，其特征在于所述有機結構部分R含有2-16個碳原子。
13.根據權利要求7-12任一項的方法，其特征在于所述脂族基團或烷基來源于選自取代和未取代的丙烷、異丙烷、丁烷、異丁烷、戊烷、異戊烷、新戊烷、己烷、庚烷、辛烷、異辛烷、2-甲基庚烷、2-甲基己烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷和十六烷的脂族烴；所述烯屬不飽和基團或烯基來源于選自取代和未取代的乙烯、丙烯、丁-1-烯、 丁-2-烯、戊-1-烯、戊-2-烯、己-1-烯、己-2-烯、庚-1-烯、辛-1-烯、辛-2-烯、辛-3-烯、 壬-1-烯、癸-1-烯、十一碳-1-烯、十二碳-1-烯、十三碳-1-烯、十四碳-1-烯、十五碳-I-烯以及十六碳-l-、-2-、-3-、-4-、-5-、-6-、-7-和-8-烯的烯烴；所述炔屬不飽和基團或炔基來源于選自取代和未取代的乙炔、丙炔、丁-1-炔、丁-2-炔、戊-1-炔、戊-2-炔、 己-1-炔、己-2-炔、庚-1-炔以及辛-1-、-2-、-3-和-4-炔的炔屬不飽和烴；所述脂環族基團R來源于選自取代和未取代的環丙烷、環丁烷、環戊烷、環己烷、環己烯、降冰片烷和金剛烷的脂環族化合物；和所述芳族基團R來源于選自取代和未取代的苯、聯苯、萘、蒽和菲的芳族化合物。
14.根據權利要求7-13的方法，其特征在于所述可水解的原子X選自氫、氯、溴和碘； 和可水解的結構部分X選自通式II基團-Y-R1 (II)，其中變量 Y 為選自-0-、-S-、-C (0) -、-C (S) -、-O-C (0) -、-S-C (0) -、-O-C (S)-和-NR1-的雙官能連接基團。
15.根據權利要求14的方法，其特征在于X= -0-且R1 =甲基或乙基。
16.根據權利要求7-15任一項的方法，其特征在于所述結構部分R選自乙基、正丁基、3-丁基、己基、辛基、十二烷基、乙烯基、甲基丙烯酰氧丙基、氨丙基和環氧丙氧丙基。
17.根據權利要求16的方法，其特征在于所述至少一種硅烷I選自乙基_、正丁基_、·3- 丁基_、己基_、辛基_、十二烷基_、乙烯基_、甲基丙烯酰氧丙基_、氨丙基-和環氧丙氧丙基三甲氧基硅烷和三乙氧基硅烷。
18.根據權利要求17的方法，其特征在于使用包含至少一種選自辛基三甲氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷的第一硅烷I以及至少一種選自己基_、辛基_、十二烷基-和乙烯基三甲氧基硅烷和三乙氧基硅烷的第二硅烷I的混合物。
19.根據權利要求7-18任一項的方法，其特征在于將所述至少一種硅烷I的干燥層在 200-350°C的溫度下鍛燒10-60分鐘。
20.根據權利要求7-19任一項的方法，其特征在于在鍛燒步驟(3)的過程中將至少一種硅烷I的干燥層部分或完全分解。
21.根據權利要求1-6任一項的層型結構和借助根據權利要求7-20任一項的方法制備的層型結構在電子器件中的用途。
22.根據權利要求21的用途，其特征在于所述電子器件為半導體器件，其中所述碳化硅層(A)用作半導體材料和/或在半導體器件的制備中起腐蝕停止層的作用和/或在半導體器件中起銅阻擋層和/或保護層的作用。
23.根據權利要求22的用途，其特征在于所述半導體器件為LED、IGFET、MOSFET、絕緣柵雙極晶體管、肖特基二極管、硅可控整流器和集成電路。
全文摘要
一種層型結構以如下順序包含(A)碳化硅層，(B)至少一個(b1)位于碳化硅層(A)的至少一個主表面上、(b2)通過硅氧鍵和/或硅碳鍵化學鍵合到碳化硅層(A)的主體上、(b3)部分或完全覆蓋碳化硅層(A)的至少一個主表面和(b4)如與水的接觸角低于水與純碳化硅表面的接觸角所示具有比純碳化硅表面高的極性的層；和(C)至少一個介電層，其部分或完全覆蓋層(B)且選自無機和無機-有機雜化物介電層；一種其制備方法和其用途。
文檔編號H01L21/312GK102318044SQ200980116420
公開日2012年1月11日 申請日期2009年4月27日 優先權日2008年5月8日
發明者A·特勞特, C·H·S·謝, N·瓦格納 申請人:巴斯夫歐洲公司