微電子芯片用低介電常數(shù)薄膜層的制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種低介電常數(shù)薄膜層的制備方法,當(dāng)爐體內(nèi)真空度小于10-3Pa時(shí),啟動(dòng)射頻電源和匹配器;開(kāi)啟第二質(zhì)量流量計(jì)后,通入用于排凈爐體內(nèi)殘存氣體的排氣氮?dú)猓粚思谆h(huán)四硅氧烷、環(huán)己烷混合均勻并注入所述耐壓不銹鋼釜內(nèi),關(guān)閉手動(dòng)擋板閥,將鼓泡氮?dú)?、惰性氣體分別從第一進(jìn)氣管、第二進(jìn)氣管注入并依次經(jīng)過(guò)第一耐壓混氣罐、耐壓不銹鋼釜、第一噴嘴送入爐體內(nèi),從而將八甲基環(huán)四硅氧烷、環(huán)己烷帶入爐體內(nèi),八甲基環(huán)四硅氧烷、環(huán)己烷、鼓泡氮?dú)夂投栊詺怏w在等離子條件下在基底表面沉積一薄膜層。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了便捷精確調(diào)控薄膜介電常數(shù)值并獲得了低介電常數(shù)值的薄膜層,此薄膜層化學(xué)成分更均勻,具有較好的熱穩(wěn)定性、硬度,提高了薄膜的平整度。
【專利說(shuō)明】微電子芯片用低介電常數(shù)薄膜層的制造工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微電子芯片用低介電常數(shù)薄膜層的制造工藝,屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在集成電路內(nèi)部,各個(gè)器件間的鏈接主要是靠金屬導(dǎo)線。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,芯片中互聯(lián)線密度不斷增加,互連線的寬度和間距不斷減小,由此產(chǎn)生的互聯(lián)電阻(R)和電容(C)所產(chǎn)生的寄生效應(yīng)越來(lái)越明顯。為了降低互聯(lián)RC延遲,提升芯片性能,具有低介電常數(shù)(k)的材料不斷被提出和采用,并成為主要發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]用于制備低介電常數(shù)材料層的方法通常有等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)和旋涂(spin-caoting)兩種方法。其中,等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積由于具有薄膜均勻,成本低等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)中。
[0004]在眾多可用于制備低介電常數(shù)材料的物質(zhì)中,正硅酸四乙酯(TEOS)得到了極為廣泛的應(yīng)用,在集成電路發(fā)展的前期作為絕緣材料的常用前驅(qū)體,然而由于其碳硅比較低,隨著芯片制造水平的提高,有正硅酸四乙酯直接制備的絕緣材料由于其介電常數(shù)值較高,越來(lái)越不適合作為超大規(guī)模集成電路中的絕緣材料,因此,越來(lái)越的研究者開(kāi)始嘗試通過(guò)改變生產(chǎn)工藝或者添加其他材料來(lái)進(jìn)一步降低所制得的材料的介電常數(shù)值。然而,由于硅氧烷材料的崛起,越來(lái)越多的科學(xué)家轉(zhuǎn)向研究新型材料。正硅酸四乙酯由于得不到較高關(guān)注,加之本身碳硅比較低的劣勢(shì),仍然需要大量地研究來(lái)改進(jìn)其性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明目的是提供一種微電子芯片用低介電常數(shù)薄膜層的制造工藝,該實(shí)現(xiàn)了便捷精確調(diào)控薄膜介電常數(shù)值并獲得了低介電常數(shù)值的薄膜層,此薄膜層化學(xué)成分更均勻,具有較好的熱穩(wěn)定性、硬度,提高了薄膜的平整度。
[0006]為達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種微電子芯片用低介電常數(shù)薄膜層的制造工藝,所述制造工藝基于一沉積裝置,該沉積裝置包括爐體、分別位于爐體兩側(cè)的耐壓不銹鋼釜、真空泵,所述爐體前半段纏繞有感應(yīng)線圈,此感應(yīng)線圈依次連接到13.36MHz射頻電源和匹配器,爐體后半段為加熱溫區(qū);包括以下步驟:
步驟一、抽除爐體內(nèi)氣體形成低于KT3Pa時(shí)真空條件,啟動(dòng)13.36MHz射頻電源和匹配
器;
步驟二、將正硅酸四乙酯注入所述耐壓不銹鋼釜內(nèi),此耐壓不銹鋼釜與爐體一端通過(guò)管路密封連接,將分別來(lái)自2個(gè)進(jìn)氣管的氮?dú)夂秃細(xì)怏w混合后通入儲(chǔ)存有正硅酸四乙酯的耐壓不銹鋼釜,正硅酸四乙酯在氮?dú)夂秃細(xì)怏w帶動(dòng)下注入爐體內(nèi),所述含碳?xì)怏w為甲烷、乙烯、乙烷、乙炔中的至少一種,同時(shí)向爐體注入惰性氣體;
步驟三、正硅酸四乙酯、氮?dú)夂秃細(xì)怏w在13.36MHz射頻電源和匹配器激發(fā)下形成等離子從而在基底表面沉積一薄膜層; 步驟四、沉積結(jié)束后,關(guān)閉13.36MHz射頻電源和匹配器,對(duì)爐體進(jìn)行放氣,待爐體內(nèi)壓力恢復(fù)至大氣壓時(shí),將已沉積的薄膜層轉(zhuǎn)移至爐體的加熱溫區(qū)內(nèi)后,抽除爐體內(nèi)殘余氣體,當(dāng)爐體內(nèi)真空度小于10_3Pa時(shí),加熱至300°C、00°C保溫進(jìn)行退火處理后,退火的條件為真空無(wú)氣流,從而獲得所述低介電常數(shù)薄膜層。
[0007]上述技術(shù)方案中進(jìn)一步改進(jìn)的方案如下:
1.上述方案中,所述步驟二中含碳?xì)怏w為由甲烷、乙烯組成的混合氣體,其中,甲烷流量為50sccm,乙烯流量為30sccm。
[0008]2.上述方案中,所述步驟二中含碳?xì)怏w為由乙烯、丙烷組成的混合氣體,其中,乙烯流量為40sccm,丙燒流量為30sccm。
[0009]3.上述方案中,所述步驟二中氮?dú)夂秃細(xì)怏w混合后流量為0.lsccnTlOOOsccm。
[0010]4.上述方案中,所述步驟五三中13.36MHz射頻電源、匹配器的功率為25W?300W,沉積時(shí)間為30秒?I小時(shí)。
[0011]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用,本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果:
本發(fā)明微電子芯片用低介電常數(shù)薄膜層的制造工藝,其將正硅酸四乙酯注入所述耐壓不銹鋼釜內(nèi),此耐壓不銹鋼釜與爐體一端通過(guò)管路密封連接,將分別來(lái)自2個(gè)進(jìn)氣管的氮?dú)夂秃細(xì)怏w混合后通入儲(chǔ)存有正硅酸四乙酯的耐壓不銹鋼釜,正硅酸四乙酯在氮?dú)夂秃細(xì)怏w帶動(dòng)下注入爐體內(nèi),實(shí)現(xiàn)了便捷精確調(diào)控薄膜介電常數(shù)值并獲得了低介電常數(shù)值的薄膜層,此薄膜層化學(xué)成分更均勻,具有較好的熱穩(wěn)定性、硬度,提高了薄膜的平整度;其次,將已沉積的薄膜層加熱至300°C ?80(TC保溫進(jìn)行退火處理后,退火的條件為真空無(wú)氣流,由于隔絕了大氣的影響,性能重復(fù)性大大提高了,也避免了存在湍流,樣品表面氣體氛圍較為均勻,同時(shí)樣品表面溫度更加接近設(shè)定溫度,因而具有更好的均勻性與可靠性;再次,將正硅酸四乙酯注入所述耐壓不銹鋼釜內(nèi),正硅酸四乙酯在氮?dú)夂秃細(xì)怏w帶動(dòng)下注入爐體內(nèi),含碳?xì)怏w為甲烷、乙烯、乙烷、乙炔中的至少一種,同時(shí)向爐體注入惰性氣體,此氣流所起的作用主要為帶動(dòng)正硅酸四乙酯、含碳?xì)怏w,使其均勻分布并能覆蓋待沉積的樣品區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
實(shí)施例廣7:—種微電子芯片用低介電常數(shù)薄膜層的制造工藝,其特征在于:所述制造工藝基于一沉積裝置,該沉積裝置包括爐體、分別位于爐體兩側(cè)的耐壓不銹鋼釜、真空泵,所述爐體前半段纏繞有感應(yīng)線圈,此感應(yīng)線圈依次連接到13.36MHz射頻電源和匹配器,爐體后半段為加熱溫區(qū);包括以下步驟:
步驟一、抽除爐體內(nèi)氣體形成低于KT3Pa時(shí)真空條件,啟動(dòng)13.36MHz射頻電源和匹配
器;
步驟二、將正硅酸四乙酯注入所述耐壓不銹鋼釜內(nèi),此耐壓不銹鋼釜與爐體一端通過(guò)管路密封連接,將分別來(lái)自2個(gè)進(jìn)氣管的氮?dú)夂秃細(xì)怏w混合后通入儲(chǔ)存有正硅酸四乙酯的耐壓不銹鋼釜,正硅酸四乙酯在氮?dú)夂秃細(xì)怏w帶動(dòng)下注入爐體內(nèi),所述含碳?xì)怏w為甲烷、乙烯、乙烷、乙炔中的至少一種,同時(shí)向爐體注入惰性氣體;
步驟三、正硅酸四乙酯、氮?dú)夂秃細(xì)怏w在13.36MHz射頻電源和匹配器激發(fā)下形成等離子從而在基底表面沉積一薄膜層;
步驟四、沉積結(jié)束后,關(guān)閉13.36MHz射頻電源和匹配器,對(duì)爐體進(jìn)行放氣,待爐體內(nèi)壓力恢復(fù)至大氣壓時(shí),將已沉積的薄膜層轉(zhuǎn)移至爐體的加熱溫區(qū)內(nèi)后,抽除爐體內(nèi)殘余氣體,當(dāng)爐體內(nèi)真空度小于10_3Pa時(shí),加熱至300°C、00°C保溫進(jìn)行退火處理后,退火的條件為真空無(wú)氣流,從而獲得所述低介電常數(shù)薄膜層。
[0013]上述步驟二中含碳?xì)怏w為由甲烷、乙烯組成的混合氣體,其中,甲烷流量為50sccm,乙烯流量為30sccm。
[0014]上述步驟五三中13.36MHz射頻電源、匹配器的功率為25W~300W,沉積時(shí)間為30秒 小時(shí)。
[0015]實(shí)施例1:
【權(quán)利要求】
1.一種微電子芯片用低介電常數(shù)薄膜層的制造工藝,其特征在于:所述制造工藝基于一沉積裝置,該沉積裝置包括爐體、分別位于爐體兩側(cè)的耐壓不銹鋼釜、真空泵,所述爐體前半段纏繞有感應(yīng)線圈,此感應(yīng)線圈依次連接到13.36MHz射頻電源和匹配器,爐體后半段為加熱溫區(qū);包括以下步驟: 步驟一、抽除爐體內(nèi)氣體形成低于KT3Pa時(shí)真空條件,啟動(dòng)13.36MHz射頻電源和匹配器; 步驟二、將正硅酸四乙酯注入所述耐壓不銹鋼釜內(nèi),此耐壓不銹鋼釜與爐體一端通過(guò)管路密封連接,將分別來(lái)自2個(gè)進(jìn)氣管的氮?dú)夂秃細(xì)怏w混合后通入儲(chǔ)存有正硅酸四乙酯的耐壓不銹鋼釜,正硅酸四乙酯在氮?dú)夂秃細(xì)怏w帶動(dòng)下注入爐體內(nèi),所述含碳?xì)怏w為甲烷、乙烯、乙烷、乙炔中的至少一種,同時(shí)向爐體注入惰性氣體; 步驟三、正硅酸四乙酯、氮?dú)夂秃細(xì)怏w在13.36MHz射頻電源和匹配器激發(fā)下形成等離子從而在基底表面沉積一薄膜層; 步驟四、沉積結(jié)束后,關(guān)閉13.36MHz射頻電源和匹配器,對(duì)爐體進(jìn)行放氣,待爐體內(nèi)壓力恢復(fù)至大氣壓時(shí),將已沉積的薄膜層轉(zhuǎn)移至爐體的加熱溫區(qū)內(nèi)后,抽除爐體內(nèi)殘余氣體,當(dāng)爐體內(nèi)真空度小于10_3Pa時(shí),加熱至300°C、00°C保溫進(jìn)行退火處理后,退火的條件為真空無(wú)氣流,從而獲得所述低介電常數(shù)薄膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)薄膜層的制造工藝,其特征在于:所述步驟二中含碳?xì)怏w為由甲烷、乙烯組成的混合氣體,其中,甲烷流量為50sccm,乙烯流量為30sccm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)薄膜層的制造工藝,其特征在于:所述步驟二中含碳?xì)怏w為由乙烯、丙烷組成的混合氣體,其中,乙烯流量為40sccm,丙烷流量為30sccm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)薄膜層的制造工藝,其特征在于:所述步驟二中氮?dú)夂秃細(xì)怏w混合后流量為0.lsccm-lOOOsccm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)薄膜層的制造工藝,其特征在于:所述步驟五三中13.36MHz射頻電源、匹配器的功率為25W~300W,沉積時(shí)間為30秒~I小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C23C16/455GK103904026SQ201410136439
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】孫旭輝, 夏雨健 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)