專利名稱：通過將烯屬烴添加到基于omcts的工藝來減小sioc低k膜的應(yīng)力的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及集成電路的制造。更具體地，本發(fā)明的實施例涉及用于在襯底上沉積電介質(zhì)層的方法。
背景技術(shù)：
自從集成電路在幾十年前被首次引入以來，這樣的器件的幾何尺寸已經(jīng)被急劇減小。從此以后，集成電路一般遵循兩年/一半尺寸的法則(常常稱為莫爾定律)，其意味著在一芯片上的器件數(shù)量每兩年增加一倍?，F(xiàn)在的制造企業(yè)正在常規(guī)地生產(chǎn)具有0.13μm甚至是0.1μm線寬尺寸的器件，并且將來的企業(yè)將很快生產(chǎn)具有甚至更小的線寬尺寸的器件。
器件幾何尺寸的持續(xù)減小已經(jīng)產(chǎn)生了對于具有更低介電常數(shù)(k)值的膜的需要，因為耦合在相鄰金屬線之間的電容必須被減小以進(jìn)一步減小集成電路上的器件的尺寸。具體地，具有小于約4.0的低介電常數(shù)的絕緣體是理想的。具有低介電常數(shù)的絕緣體的示例包括旋涂玻璃，諸如未摻雜硅玻璃(USG)或者摻氟硅玻璃(FSG)、二氧化硅和聚四氟乙烯(PTFE)，這些都是可以商購的。
最近，已經(jīng)開發(fā)了具有小于約3.5的k值的有機硅膜。Rose等(美國專利No.6,068,884)公開了一種方法，用于通過部分地分裂環(huán)狀有機硅化合物沉積絕緣體，以在所沉積的膜中形成環(huán)狀和線型結(jié)構(gòu)兩者。但是，該部分地分裂環(huán)狀前驅(qū)體的方法難以控制，因此，難以實現(xiàn)產(chǎn)品的一致性。
此外，雖然已經(jīng)開發(fā)出了具有理想的介電常數(shù)的有機硅膜，但是許多已知的低介電有機硅膜具有不理想的物理或者機械性能，諸如高的拉伸應(yīng)力。在膜中高的拉伸應(yīng)力可能導(dǎo)致膜彎曲或者變形、膜破裂、膜剝落或者膜中空洞的形成，這些可能損壞或者破壞包括該膜的器件。
因此，存在對于用于制造具有理想的物理或者機械性能的更低介電常數(shù)膜的可控方法的需要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例包括一種方法，所述方法通過在足夠?qū)⒛こ练e在襯底表面上的條件下將包含環(huán)狀有機硅氧烷、具有至少一個不飽和碳-碳鍵的線型烴化合物和至少一種惰性氣體的氣體混合物輸送到襯底表面，來沉積具有小于3.2的介電常數(shù)的低介電常數(shù)膜。在一個方面，所沉積的膜具有壓應(yīng)力。在一個實施例中，環(huán)狀有機硅氧烷是八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，并且線型烴化合物是乙烯?？梢杂秒娮邮幚硭练e的膜。
本發(fā)明的實施例還包括在足夠?qū)⒛こ练e在襯底表面上的條件下將包含環(huán)狀有機硅氧烷、具有至少一個不飽和碳-碳鍵的線型烴化合物、一種或者多種氧化氣體和至少一種惰性氣體的氣體混合物輸送到襯底表面，其中，所述膜具有小于3.2的介電常數(shù)和壓應(yīng)力。在一個方面，用電子束處理所沉積的膜。
可以參考本發(fā)明的實施例對上面所簡要概述的本發(fā)明進(jìn)行更具體的描述，由此可以詳細(xì)理解實現(xiàn)本發(fā)明的所述特征的方式，其中，本發(fā)明的實施例被示于附圖中。
但是應(yīng)該注意，所述描述和附圖僅僅示出了本發(fā)明的典型實施例，并且因此不應(yīng)被認(rèn)為是對其范圍的限制，因為本發(fā)明可以允許其他等效的實施例。
圖1是根據(jù)本文所描述的實施例被構(gòu)造來使用的示例性CVD反應(yīng)器的橫截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子束室。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子束室的局部視圖。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有反饋控制電路的電子束室。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例通過在足以沉積具有小于3.2的介電常數(shù)的膜的條件下提供環(huán)狀有機硅氧烷、具有至少一個不飽和碳-碳鍵的線型烴化合物和任選的一種或者多種氧化氣體，在含有硅、氧和碳的低介電常數(shù)膜中提供了低應(yīng)力。優(yōu)選地，該膜在提供小于3.0的介電常數(shù)和壓應(yīng)力的條件下沉積。當(dāng)通過可從Frontier Semiconductor，San Jose，CA獲得的FSM 128L儀器測量時，具有壓應(yīng)力的膜具有小于0MPa的應(yīng)力。更一般地，提供壓應(yīng)力的條件通過將共形膜沉積在平坦硅襯底上來確定。如果所述共形膜在沉積之后壓彎，即膜的邊緣受拉而比膜的中心低，則處理環(huán)境引入壓應(yīng)力。
環(huán)狀有機硅氧烷包括具有一個或者多個硅-碳鍵的化合物?？梢允褂每缮藤彽木哂幸粋€或者多個環(huán)的環(huán)狀有機硅氧烷化合物，所述的環(huán)具有交替的硅和氧原子，并具有鍵合到所述硅原子上的一個或者多個烷基。例如，環(huán)狀有機硅氧烷可以是如下化合物之一1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)，-(-SiHCH3-O-)4-(環(huán)狀)八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，-(-Si(CH3)2-O-)4-(環(huán)狀)1，3，5，7，9-五甲基環(huán)五硅氧烷，-(-SiHCH3-O-)5-(環(huán)狀)六甲基環(huán)三硅氧烷，-(-Si(CH3)2-O-)3-(環(huán)狀)十甲基環(huán)五硅氧烷，-(-Si(CH3)2-O-)5-(環(huán)狀)。也可以使用這些環(huán)狀有機硅氧烷中的兩種或者更多種的共混物。
將環(huán)狀有機硅氧烷與具有至少一個不飽和碳-碳鍵的線型烴化合物混合。不飽和碳-碳鍵可以是雙鍵或者三鍵。線型烴化合物可以包括一個或者兩個碳-碳雙鍵。如在本文中所定義的，“線型烴化合物”包含氫和碳原子，但是不包含氧、氮或者氟原子。優(yōu)選地，線型烴化合物僅包括碳和氫原子。線型烴化合物可以是具有2到20個碳原子的烯烴、烯屬烴或者雙烯，諸如乙烯、丙烯、異丁烯、乙炔、丙炔、乙基乙炔、1，3-丁二烯、異戊二烯、2，3-二甲基-1，3-丁二烯、以及間戊二烯。
在本文所述的任一實施例中，氣體混合物可以基本被排除，或者可以包含一種或者多種選自氧氣(O2)、臭氧(O3)、含氮氧化物(N2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、水(H2O)和其組合的氧化氣體。在一個方面，氧化氣體是氧氣。在另一個方面，氧化氣體是氧氣和二氧化碳。在另一個方面，氧化氣體是臭氧。當(dāng)臭氧被用作氧化氣體時，臭氧發(fā)生器將源氣體中6wt％到20wt％，通常約15wt％的氧轉(zhuǎn)化成臭氧，同時剩余物通常是氧。但是，可以根據(jù)所期望的臭氧量和所使用的臭氧發(fā)生裝置的類型，增大或者減小臭氧濃度。一種或者多種氧化氣體可以被添加到反應(yīng)氣體混合物中，以增加反應(yīng)性并在所沉積的膜中獲得所期望的碳含量。
在沉積過程中，環(huán)狀有機硅氧烷和具有至少一個不飽和碳-碳鍵的線型烴化合物的共混物/混合物發(fā)生反應(yīng)，以在襯底上形成低k膜。任選地，在該共混物/混合物中包含一種或者多種氧化氣體。在該共混物/混合物中可以包含諸如氬氣、氦氣或者其組合的一種或者多種載氣。
膜包含約5和約30原子百分比(不包括氫原子)之間、優(yōu)選約5和約20原子百分比之間的碳含量。所沉積的膜的碳含量涉及通常不包含顯著量的非鍵合的烴的膜結(jié)構(gòu)的原子分析。碳含量由在所沉積的膜中不包括難以定量的氫原子的情況下的碳原子百分比表示。例如，具有平均一個硅原子、一個氧原子、一個碳原子和兩個氫原子的膜具有20原子百分比的碳含量(每五個總的原子一個碳原子)，或者不包括氫原子情況下的33原子百分比的碳含量(每三個總的原子一個碳原子)。
在本文所述的任一實施例中，在沉積低介電常數(shù)膜之后，該膜可以被用電子束(e束)處理，以減小膜的介電常數(shù)。電子束處理通常具有在約1到20千電子伏特(KeV)下的每平方厘米約50和約2000微庫侖(μc/cm2)的劑量。e束電流通常從約1mA到約40mA變化，并且優(yōu)選約10到約20mA。e束處理通常在約室溫和約450℃的溫度之間進(jìn)行約10秒到約15分鐘。在一個方面，e束處理條件包括在350℃下6kV、10-18mA以及50μc/cm2，持續(xù)約15到約30秒，來處理具有約1微米厚度的膜。在另一個方面，e束處理條件包括在350℃下4.5kV、10-18mA以及50μc/cm2，持續(xù)約15到約30秒，來處理具有約5000埃厚度的膜。在電子束處理期間，可以存在氬或者氫。雖然可以使用任何e束設(shè)備，但是一種示例性設(shè)備是可從Applied Material Inc.得到的EBK室。在沉積低介電常數(shù)膜之后用電子束處理該低介電常數(shù)膜將揮發(fā)該膜中的有機基團(tuán)中的至少一部分，這可以在膜中形成空洞。
或者，在另一個實施例中，在沉積低介電常數(shù)膜之后，該膜用退火工藝進(jìn)行后處理，以減小該膜的介電常數(shù)。優(yōu)選地，將膜在約200℃和約400℃之間的溫度下退火約2秒到約1小時，優(yōu)選約30分鐘。諸如氦、氫、氮或其混合物的非反應(yīng)性氣體以100到約10000sccm的流率被引入。室壓力被維持在約2Torr和約10Torr之間。RF功率為約200W到約1000W，頻率為約13.56MHz，并且優(yōu)選的襯底間距為約300密耳和約800密耳之間。
可以利用任何能夠進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)的處理室來沉積膜。例如，圖1示出了平行板CVD處理室10的垂直橫截面視圖。室10包括高真空區(qū)域15和氣體分配歧管11，所述氣體分配歧管11具有用于通過其分散處理氣體到襯底(沒有示出)的穿孔。襯底置放在沉積支撐板或者支座12上。支座12被安裝在支撐桿13上，所述支撐桿13將支座12連接到升降電機14上。升降電機14在處理位置和下襯底裝載位置之間提升和降低支座12，使得支座12(和被支撐在支座12上表面上的襯底)可以在下裝載/卸載位置和上處理位置之間可控地移動，其中所述上處理位置緊鄰歧管11。絕緣體17圍繞處在上處理位置時的支座12和襯底。
引入到歧管11中的氣體徑向地沿著襯底的表面被均勻地分配。具有節(jié)流閥的真空泵32控制通過歧管24從室10的氣體排出速率。沉積氣體和載氣(如果需要的話)通過氣體管線18流到混合系統(tǒng)19中，并且然后流到歧管11。一般來說，每一處理氣體供應(yīng)管線18包括(i)安全關(guān)斷閥(沒有示出)，其可以被用于自動或者手動地關(guān)斷處理氣體到室中的流動；以及(ii)質(zhì)量流量控制器(也沒有示出)，用于測量通過氣體供應(yīng)管線18的氣體流量。當(dāng)有毒氣體被用于此工藝中時，在常規(guī)的構(gòu)造中，數(shù)個安全關(guān)斷閥被置于每一氣體供應(yīng)管線18上。
在一個方面，環(huán)狀有機硅氧烷以約75sccm到約500sccm的流率被引入到混合系統(tǒng)19中。具有至少一個不飽和碳-碳鍵的線型烴化合物以約200sccm到約5000sccm的流率被引入到混合系統(tǒng)19中。任選的氧化氣體具有約0sccm到約200sccm的流率。載氣具有約100sccm到約5000sccm的流率。優(yōu)選地，環(huán)狀有機硅化合物是八甲基環(huán)四硅氧烷，并且線型烴化合物是乙烯。
沉積工藝優(yōu)選是等離子體增強工藝。在等離子體增強工藝中，通常通過利用RF功率源25施加到氣體分配歧管11的RF能，鄰近襯底形成受控等離子體?；蛘撸琑F功率可以被提供給支座12。到沉積室的RF功率可以是周期的或者脈沖的，以減小對襯底的加熱并且促進(jìn)沉積膜中的更大的孔隙率。對于200或者300mm襯底的等離子體功率密度為約0.03W/cm2和約3.2W/cm2之間，其對應(yīng)于對于200mm襯底的約10W到約1000W的RF功率電平和對于300mm襯底的約20W到約2250W的功率電平。優(yōu)選地，RF功率電平對于300mm襯底在約200W和約1700W之間。
RF功率源25可以供應(yīng)在約0.01MHz和300MHz之間的單個頻率RF功率。優(yōu)選地，可以利用混合的、同時的多個頻率傳輸RF功率，以增強引入到高真空區(qū)域15中的反應(yīng)物質(zhì)的分解。在一個方面，混合頻率是約12kHz的較低頻率和約13.56mHz的較高頻率。在另一個方面，較低頻率可以在約300Hz到約1000kHz之間變化，并且較高頻率可以在約5mHz和約50mHz之間變化。優(yōu)選地，低頻功率電平為約150W。優(yōu)選地，高頻功率電平為約200W和約750W，更優(yōu)選地，為約200W到約400W。
在沉積期間，襯底被保持在約-20℃和約500℃之間，優(yōu)選地約100℃和約450℃之間的溫度下。沉積壓力通常在約1Torr和約20Torr之間，優(yōu)選地在約4Torr和約7Torr之間。沉積速率通常在約3000埃/分鐘和約15000埃/分鐘之間。
當(dāng)氧化氣體的附加分裂是所期望的時，任選的微波室28可以被用于在氣體進(jìn)入處理室10之前輸入從約50W到約6000W之間的功率到氧化氣體。附加的微波功率可以避免有機硅化合物在與氧化氣體反應(yīng)之前過量分裂。當(dāng)微波功率被加到氧化氣體上時，具有單獨的用于有機硅化合物和氧化氣體的通道的氣體分配板(沒有示出)是優(yōu)選的。
通常，室襯里、分配歧管11、支座12和各種其他的反應(yīng)器硬件中的任一一種或者全部由諸如鋁或者陽極化鋁之類的材料制成。這樣的CVD反應(yīng)器的示例在題目為“A Thermal CVD/PECVD Reactor and Use forThermal Chemical Vapor Deposition of Silicon Dioxide and In-situ Multi-stepPlanarized Process”的美國專利No.5,000,113中有描述，所述專利通過引用被包含在本文中。
系統(tǒng)控制器34通過控制線36控制與其連接的電機14、氣體混合系統(tǒng)19和RF功率源25。系統(tǒng)控制器34控制CVD反應(yīng)器的活動，并且通常包括硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器和卡架。卡架包含單板計算機(SBC)、模擬和數(shù)字輸入/輸出板、接口板和步進(jìn)電機控制器板。系統(tǒng)控制器34符合Versa Modular Europeans(VME)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)限定了板、卡盒以及連接器的尺寸和類型。VME標(biāo)準(zhǔn)還限定了具有16位數(shù)據(jù)總線和24位地址總線的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)控制器34在存儲在硬盤驅(qū)動器38上的計算機程序的控制下運行。
上面的對于CVD系統(tǒng)的描述主要是為了說明的目的，并且也可以使用諸如電子回旋共振(ECR)等離子體CVD設(shè)備、感應(yīng)耦合RF高密度等離子體設(shè)備等之類的其他CVD裝置。此外，上述系統(tǒng)的變化，諸如支座設(shè)計、加熱器設(shè)計、RF功率連接的位置以及其他是可以的。例如，襯底可以由電阻加熱的支座支撐和加熱。
一旦膜被沉積，襯底可以被轉(zhuǎn)移到電子束(e束)裝置，用于進(jìn)一步處理，即固化。襯底可以在停止真空的情況下，或者在真空下，即不用停止真空的情況下被轉(zhuǎn)移。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的e束室200。e束室200包括真空室220、大面積陰極222、位于無場區(qū)域238中的目標(biāo)面230、以及定位在目標(biāo)面230和大面積陰極222之間的柵格陽極226。e束室200還包括高電壓絕緣體224，其將柵格陽極226與大面積陰極222隔離；位于真空室220外部的陰極蓋體絕緣體228；可變泄漏閥232，用于控制真空室220內(nèi)的壓力；連接到大面積陰極222的可變的高電壓電源229；以及連接到柵格陽極226的可變的低電壓電源231。
在運行時，將要用電子束曝光的襯底(沒有示出)被放置在目標(biāo)面230上。真空室220被從大氣壓抽氣到約1mTorr到約200mTorr的范圍的壓力。確切的壓力由可變速率泄漏閥232控制，所述可變速率泄漏閥232能夠?qū)毫刂频郊s0.1mTorr。電子束一般在足夠高的電壓下產(chǎn)生，其中，高電壓電源229將所述足夠高的電壓施加到大面積陰極222上。電壓可以為從約-500V到約30000V或者更高的范圍。高電壓電源229可以是由Hickville，N.Y.的Bertan制造的Bertan Model#105-30R，或者由Hauppauge，N.Y.的Spellman High Voltage Electronics Corp.，制造的Spellman Model#SL30N-1200X 258?？勺兊碗妷弘娫?31將電壓施加到柵格陽極226，所述電壓相對于施加到大面積陰極222上的電壓為正。此電壓被用于控制從大面積陰極222的電子發(fā)射?？勺兊碗妷弘娫?31可以是可從Easton，Pa的Acopian得到的Acopian Model#150PT12電源。
為了激發(fā)電子發(fā)射，在柵格陽極226和目標(biāo)面30之間的無場區(qū)域238中的氣體必須被電離，這可以由于自然產(chǎn)生的伽馬射線而發(fā)生。電子發(fā)射也可以通過高電壓火花隙在真空室220中激發(fā)。一旦此初始電離發(fā)生，正離子342(示于圖3)通過施加到柵格陽極226的略負(fù)電壓(即約0到約-200V的數(shù)量級)而被吸引到柵格陽極226。這些正離子342進(jìn)入布置在大面積陰極222和柵格陽極226之間的加速場區(qū)域236，并且由于施加到大面積陰極222的高電壓而被朝向大面積陰極222加速。在轟擊大面積陰極222時，這些高能離子產(chǎn)生二次電子344，這些二次電子344被朝向柵格陽極226向回加速。這些電子344中的一些大致垂直于陰極表面行進(jìn)，它們轟擊柵格陽極226，但是這些電子344中的許多穿過柵格陽極226，并且行進(jìn)到目標(biāo)面230。柵格陽極226優(yōu)選被定位在小于由大面積陰極222所發(fā)射的電子的平均自由程的距離處，例如，柵格陽極226優(yōu)選被定位在距離大面積陰極222小于約4mm處。由于柵格陽極226和大面積陰極222之間的短的距離，在柵格陽極226和大面積陰極222之間的加速場區(qū)域236中沒有發(fā)生電離或者如果發(fā)生的話也是最少的電離。
在常規(guī)的氣體放電設(shè)備中，電子將在加速場區(qū)域中進(jìn)一步產(chǎn)生正離子，所述正離子將被吸引到大面積陰極222，產(chǎn)生甚至更多的電子發(fā)射。這樣的放電容易雪崩成為不穩(wěn)定的高電壓擊穿。但是，根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過施加到柵格陽極226的電壓，可以控制(排斥或者吸引)在柵格陽極226外部產(chǎn)生的離子342。換句話說，通過變化柵格陽極226上的電壓，可以持續(xù)地控制電子發(fā)射?；蛘?，可以通過可變泄漏閥232控制電子發(fā)射，所述可變泄漏閥232被構(gòu)造來增大或者減小在目標(biāo)面230和大面積陰極222之間的電離區(qū)域中的分子數(shù)量。通過向柵格陽極226施加正電壓，即當(dāng)柵格陽極電壓超過在柵格陽極226和目標(biāo)面230之間的空間中產(chǎn)生的任何正離子物質(zhì)的能量時，電子發(fā)射可以被完全關(guān)閉。
圖4示出了具有反饋控制電路400的e束室200。在一些應(yīng)用中，以不同的電子束能量提供恒定的束電流可能是所期望的。例如，可能所期望的是曝光或者固化形成在襯底上的膜的上層，而不是底層。這可以通過降低電子束能量使得大部分電子被吸收在膜的上層中來實現(xiàn)。在固化頂層之后，可能所期望的是固化膜的整個厚度。這可以通過升高電子束的加速電壓以完全穿透膜來完成。反饋控制電路400被構(gòu)造來維持不依賴于加速電壓的變化的恒定束電流。反饋控制電路400包括積分器466。通過感測電阻器490對束電流進(jìn)行取樣，所述感測電阻器490被置于目標(biāo)面230和積分器466之間。還可以在柵格陽極226處對束電流進(jìn)行取樣，因為束的一部分在此被截住。兩個單位增益電壓隨動器492緩沖在感測電阻器490兩端得到的信號，并將其饋送到帶有可變電阻器494的放大器496。此放大器的輸出控制柵格陽極226上的電壓，使得束電流的增大將導(dǎo)致柵格陽極226上的偏壓的減小和來自大面積陰極222的束電流的減小。通過可變電阻器494調(diào)節(jié)放大器496的增益，使得由加速電壓的變化導(dǎo)致的束電流的任何變化被偏壓的變化抵消，由此維持在目標(biāo)處的恒定束電流?；蛘撸糯笃?96的輸出端可以被連接到電壓控制的可變速率泄漏閥298，以通過升高或者降低電離區(qū)域238中的壓力抵消束電流的變化。此外，通過使用到可變泄漏閥298和柵格陽極226兩者的反饋信號，可以提供更寬范圍的束電流控制。e束室200的其他細(xì)節(jié)在題目為“Large-Area UniformElectron Source”，被授予William R.Livesay并轉(zhuǎn)讓給Electron VisionCorporation(其現(xiàn)在屬于本發(fā)明的受讓人)的美國專利No.5003178中有描述，并且通過引用將該專利包含在本文中，只要其不與本發(fā)明沖突。
示例
下面的示例說明了本發(fā)明的低介電性膜。利用作為集成處理平臺的一部分的化學(xué)氣相沉積室沉積這些膜。具體地，利用可從Santa Clara，California的Applied Materials，Inc.得到的Producer300mm系統(tǒng)沉積這些膜。
示例1由下面的反應(yīng)性氣體，在約6Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約215sccm；乙烯，以約800sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約400W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約4709埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約2.99的介電常數(shù)(k)。膜具有-9.23MPa的壓應(yīng)力。
示例2由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約215sccm；乙烯，以約800sccm；和氦，以約750sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約400W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約5052埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約2.99的介電常數(shù)(k)。膜具有-5.61MPa的壓應(yīng)力。
示例3由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約257sccm；乙烯，以約800sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約400W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約4963埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約2.98的介電常數(shù)(k)。膜具有-1.69MPa的壓應(yīng)力。
示例4由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約215sccm；乙烯，以約800sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約200W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約3339埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約2.97的介電常數(shù)(k)。膜具有-19.22MPa的壓應(yīng)力。
示例5由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約215sccm；乙烯，以約1200sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約400W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約4814埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約3.07的介電常數(shù)(k)。膜具有-15.02MPa的壓應(yīng)力。
示例6由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約321sccm；氬，以約3000sccm乙烯，以約1000sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約750W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。所沉積的膜具有在0.1MHz下所測量到的約3.15的介電常數(shù)(k)。膜具有-1.76MPa的壓應(yīng)力。
對比示例1由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約298sccm；乙烯，以約800sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約400W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約4825埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約2.94的介電常數(shù)(k)。膜具有3.23MPa的拉伸應(yīng)力。
對比示例2由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約340sccm；乙烯，以約800sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約400W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約4472埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約2.91的介電常數(shù)(k)。膜具有5.16MPa的拉伸應(yīng)力。
示例7由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約215sccm；乙烯，以約2400sccm；氧氣，以約160sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約400W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約4479埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約2.99的介電常數(shù)(k)。膜具有-3.34MPa的壓應(yīng)力。
示例8由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約215sccm；乙烯，以約2800sccm；氧氣，以約160sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約400W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約4322埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約3.00的介電常數(shù)(k)。膜具有-5.8MPa的壓應(yīng)力。
示例9由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約200sccm；乙烯，以約5000sccm；氧氣，以約100sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭450密耳處。在13.56MHz頻率下的約500W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約3679埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約3.14的介電常數(shù)(k)。膜具有-82MPa的壓應(yīng)力。
示例10由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約200sccm；乙烯，以約4000sccm；氧氣，以約100sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭450密耳處。在13.56MHz頻率下的約500W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約4011埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約3.10的介電常數(shù)(k)。膜具有-38MPa的壓應(yīng)力。
示例11由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約200sccm；乙烯，以約3200sccm；和氧氣，以約100sccm；氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭450密耳處。在13.56MHz頻率下的約500W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約4291埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約3.07的介電常數(shù)(k)。膜具有-27MPa的壓應(yīng)力。
示例12由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約200sccm；乙烯，以約1600sccm；和氧氣，以約100sccm；氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭450密耳處。在13.56MHz頻率下的約500W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約5163埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約2.96的介電常數(shù)(k)。膜具有-3MPa的壓應(yīng)力。
對比示例3由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約200sccm；乙烯，以約800sccm；氧氣，以約100sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭450密耳處。在13.56MHz頻率下的約500W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約6061埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約2.86的介電常數(shù)(k)。膜具有8MPa的拉伸應(yīng)力。
對比示例4由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約215sccm；乙烯，以約800sccm；氧氣，以約160sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約400W的功率電平和在350kHz頻率下的約150W的功率電平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強沉積。膜以約5810埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測量到的約2.93的介電常數(shù)(k)。膜具有23.46MPa的拉伸應(yīng)力。
示例1-6和對比示例1和2示出了用于由包含OMCTS、乙烯和氧氣的氣體混合物沉積低介電常數(shù)膜的處理條件。示例1-6的膜具有小于3.2的介電常數(shù)和壓應(yīng)力。對比示例1和2的膜也具有小于3.2的介電常數(shù)。但是，對比示例1和2的膜具有拉伸應(yīng)力，而不是壓應(yīng)力。如本文所定義的，具有拉伸應(yīng)力的膜是當(dāng)由FSM 128L儀器測量時具有大于0MPa的應(yīng)力的膜。
在示例1-5中所使用的比對比示例1和2中更低的OMCTS流率，即257sccm或者更小，被認(rèn)為可能對示例1-5中的膜的壓應(yīng)力有貢獻(xiàn)。示例6中更高的OMCTS流率沒有導(dǎo)致具有拉伸應(yīng)力的膜，這被認(rèn)為是因為更高的乙烯流率和附加的載氣氬，稀釋了示例6的氣體混合物中OMCTS的量。
示例7-12和對比示例3和4示出了用于由包含OMCTS和乙烯的氣體混合物沉積低介電常數(shù)膜的處理條件。示例7-12的膜具有小于3.2的介電常數(shù)和壓應(yīng)力。對比示例3和4的膜也具有小于3.2的介電常數(shù)。但是，對比示例3和4的膜具有拉伸應(yīng)力，而不是壓應(yīng)力。
在示例7-12中所使用的比對比示例3和4中更高的乙烯流率，即大于約800sccm，被認(rèn)為可能對示例7-12中的膜的壓應(yīng)力有貢獻(xiàn)。
雖然前文涉及本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是可以想到本發(fā)明的其他和另外的實施例，而不偏離其基本范圍，并且本發(fā)明的基本范圍由所附的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種沉積低介電常數(shù)膜的方法，包括輸送基本由下面的成分組成的氣體混合物到襯底表面環(huán)狀有機硅氧烷；具有至少一個不飽和碳-碳鍵的線型烴化合物；和惰性氣體；以及在足夠?qū)⒛こ练e在所述襯底表面上的條件下，將RF功率施加到所述氣體混合物，所述膜具有小于3.2的介電常數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述膜具有壓應(yīng)力。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述環(huán)狀有機硅氧烷包含一個或者多個硅-碳鍵。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述環(huán)狀有機硅氧烷是八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，環(huán)狀有機硅氧烷選自由1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)、八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)、1，3，5，7，9-五甲基環(huán)五硅氧烷、六甲基環(huán)三硅氧烷、和十甲基環(huán)五硅氧烷組成的組。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述線型烴化合物包含一個或者多個碳-碳雙鍵。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述線型烴化合物是乙烯。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述線型烴化合物選自由乙烯、丙烯、異丁烯、乙炔、丙炔、乙基乙炔、1，3-丁二烯、異戊二烯、2，3-二甲基-1，3-丁二烯、以及間戊二烯組成的組。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氣體混合物基本不含氧化氣體。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述惰性氣體選自由氦、氬及其組合組成的組。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述施加RF功率的步驟包括將混合頻率RF功率施加到所述氣體混合物。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括利用電子束后處理所述低介電常數(shù)膜。
13.一種沉積低介電常數(shù)膜的方法，包括提供氣體混合物到襯底表面，所述氣體混合物包括環(huán)狀有機硅氧烷；具有至少一個不飽和碳-碳鍵的線型烴化合物；和一種或者多種氧化氣體；以及在足夠?qū)⒛こ练e在襯底表面上的條件下，將RF功率施加到所述氣體混合物，所述膜具有小于3.2的介電常數(shù)和壓應(yīng)力。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述一種或者多種氧化氣體選自由氧氣、二氧化碳及其組合組成的組。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述一種或者多種氧化氣體包括氧氣，并且所述條件包括氧氣流率小于所述線型烴化合物的流率。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述施加RF功率的步驟包括將混合頻率RF功率施加到所述氣體混合物。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述環(huán)狀有機硅氧烷是八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，環(huán)狀有機硅氧烷選自由1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)、八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)、1，3，5，7，9-五甲基環(huán)五硅氧烷、六甲基環(huán)三硅氧烷、和十甲基環(huán)五硅氧烷組成的組。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述線型烴化合物包含一個或者多個碳-碳雙鍵。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述線型烴化合物是乙烯。
21.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述線型烴化合物選自由乙烯、丙烯、異丁烯、乙炔、丙炔、乙基乙炔、1，3-丁二烯、異戊二烯、2，3-二甲基-1，3-丁二烯、以及間戊二烯組成的組。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氣體混合物還包含選自由氦、氬及其組合組成的組中的氣體。
23.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括用電子束后處理所述低介電常數(shù)膜。
24.一種沉積低介電常數(shù)膜的方法，包括提供氣體混合物，所述氣體混合物包括八甲基環(huán)四硅烷(OMCTS)；和乙烯；在足夠?qū)⒛こ练e在襯底表面上的條件下，將RF功率施加到所述氣體混合物，所述膜具有小于3.0的介電常數(shù)和壓應(yīng)力；以及用電子束后處理所述膜。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述氣體混合物還包括一種或者多種氧化氣體。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述一種或者多種氧化氣體選自由氧氣、二氧化碳及其組合組成的組。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述一種或者多種氧化氣體包括氧氣，并且所述條件包括氧氣流率小于乙烯的流率。
28.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述施加RF功率的步驟包括將混合頻率RF功率施加到所述氣體混合物。
29.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述氣體混合物還包含選自由氦、氬及其組合組成的組中的氣體。
30.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述氣體混合物基本不含氧化氣體。
全文摘要
一種用于沉積具有約3.2或者更小，優(yōu)選3.0或者更小的低介電常數(shù)膜的方法，包括提供環(huán)狀有機硅氧烷和具有至少一個不飽和碳－碳鍵的線型烴化合物到襯底表面。在一個方面，使環(huán)狀有機硅氧烷和線型烴化合物在足夠?qū)⒌徒殡姵?shù)膜沉積在半導(dǎo)體襯底上的條件下反應(yīng)。優(yōu)選地，低介電常數(shù)膜具有壓應(yīng)力。
文檔編號C23C16/40GK1806064SQ200480016325
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者福蘭斯馬爾·C·斯楚彌特, 海澈姆·穆薩德 申請人:應(yīng)用材料公司