專利名稱：無氨低介電值材料的形成方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種制造半導體積體電路(Integrated Circuits)的方法，特別有關于使用化學氣相沉積形成無氨(amino-free)低介電值(low k)材料的方法。
背景技術：
目前半導體積體電路的制程中，各金屬層，例如銅金屬等之間的連結，通常是以鑲嵌制程在金屬層之間形成介層窗的介電材料層做為隔離。舉例來說，在第一金屬層上先形成一介電層(例如二氧化硅)，用以覆蓋所述第一金屬層后，再于該介電層中形成一溝槽，接著定義出介層窗，穿過該介電層到該第一金屬層。然后再以金屬材料例如銅等，填滿該介層窗以及該溝槽。此時在該第一金屬層上即形成穿過該介電層的金屬介層(metal via)。多余的金屬可通過化學機械研磨(CMP)移除，而形成一鑲嵌(damascene)構造。
隨著半導體元件尺寸持續(xù)的朝向微細化以及對產(chǎn)品性能上的要求更趨嚴格，尺寸小且電路密度高的積體電路已成為不可或缺的基本要求，也因此制程的改良以及材料的選擇上，亦越來越重要。對目前一般的金屬層間介電層來說(Inter-metal dielectric layer；IMD)，極易造成寄生電容現(xiàn)象，而導致RC延遲(RC deay)。而目前用以解決所述寄生電容問題，多半使用低介電值材料，例如摻雜氯的二氧化硅以及有機聚合物。
目前廣為使用的先形成介層窗(via first)的雙鑲嵌制程，穿過金屬層間介電層的介層窗的開口是在形成溝槽之前形成的，然而所述金屬層間介電層的介電系數(shù)持續(xù)減低為小于3的情況下，在雙鑲嵌制程中使用有機碳取代氯，以提供更低介電系數(shù)時，因為碳與光阻兩者化學特性相似，將導致光阻污染的問題。因此，摻雜碳的以化學氣相沉積(CVD)形成的低介電值材料與光阻之間勢必有相互影響(interaction)，加上當光阻與IMD層直接的接觸時，制程中存在的氨易導致光阻污染的問題，這種原因促成必須針對現(xiàn)有制程，提出防止摻雜碳的CVD低介電值材料與光阻的接觸，以避免光阻污染問題的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種無氨低介電值材料的形成方法，利用無氨氣體，例如二氧化碳與氧氣為反應氣體，達到形成無氨低介電值材料的目的。
本發(fā)明的第二目的是提供一種無氨低介電值材料的形成方法，達到減少光阻污染問題的目的。
本發(fā)明的第三目的是提供一種無氨低介電值材料的形成方法，達到?jīng)]有多余副反應的目的。
本發(fā)明的第四目的是提供一種無氨低介電值材料的形成方法，達到無須增加制程的復雜度應用于雙鑲嵌制程的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種無氨低介電值材料的形成方法，其步驟包括在一化學氣相沉積反應室中導入無氨氣體；以及使該無氨氣體降解形成低介電值材料。
當用于雙鑲嵌制程時，其步驟包括放置一基板于化學氣相反應室中，并以無氨氣體為反應氣體；使該反應氣體降解形成低介電值材料層做為金屬層間介電層(Intermetal dielectric layer)于基板上；以微影步驟穿過該金屬層間介電層，形成一介層窗；在該金屬層間介電層上形成一光阻層，以覆蓋該介層窗；圖案化該光阻層，而于該金屬層間介層窗形成一對應該介層窗的開口，以露出該介層窗的上表面及該金屬層間介電層的部分表面；蝕刻該露出的金屬層間介電層，而形成一溝槽；以銅填滿該溝槽及該介層窗，而形成雙鑲嵌；以及移除多余銅，而平坦化該雙鑲嵌的表面。
所述形成無氨低介電值材料的方法中，無氨氣體較佳為硅烷類(silane-based)氣體與二氧化碳的混合氣體，且該混合氣體還包括氦(He)或氬(Ar)為載氣(carrie gas)，或者氧氣。
適用于本發(fā)明的化學氣相沉積反應室為電漿強化的化學氣相沉積、電子回旋共振(ECR)化學氣相沉積或電感耦合電漿(ICP)化學氣相沉積。
根據(jù)本發(fā)明的形成無氨低介電值材料的方法，可減少光阻污染問題，且不會產(chǎn)生多余副反應，此外，與目前制程兼容，無須增加制程的復雜度。再者，本發(fā)明所提供的形成低介電值材料的方法可應用于雙鑲嵌制程。
下面結合較佳實施例配合附圖詳細說明。


圖1-圖2是本發(fā)明形成無氨低介電值材料方法的制程剖面示意圖。
圖3-圖8是本發(fā)明實施例2的在雙鑲嵌制程中形成無氨低介電值材料方法的制程剖面示意圖。
具體實施例方式
實施例1參閱圖1-圖2所示，本發(fā)明的形成無氨低介電值材料方法包括如下步驟首先，參閱圖1所示，在一化學氣相沉積反應室中放置一半導體基板10，所述反應室中的壓力較佳為控制在2.5torr左右(反應室啟始壓力)。接著加熱該半導體基板10至250-450℃。
然后以氬或氦為載氣導入包含二氧化碳及硅烷類氣體的反應氣體于所述化學氣相沉積反應室中，其氣體混合比例較佳為0.05-0.2(反應氣體/載氣)，氣體流量較佳為200sccm-1sLm。此時，壓力較佳為2.5-10torr之間。
所述化學氣相沉積反應室可為電漿強化的化學氣相沉積、電子回旋共振(Electron Cycloteon Resonance；ECR)化學氣相沉積或電感耦合電漿(Inductor Coupling Plasma；ICP)化學氣相沉積。此時，反應氣體被降解而沉積一無氨低介電值材料11于該半導體基板10上。除了二氧化碳，亦可使用氧氣為反應氣體。
實施例2參閱圖3-圖8所示，本發(fā)明的實施例2形成無氨低介電值材料于雙鑲嵌制程的方法，包括如下步驟首先，參閱圖3所示，提供一硅基板100，并將該硅基板100置于一化學氣相沉積反應室中，該反應室內(nèi)壓力較佳為2.5torr(反應室啟始壓力)。接著加熱該半導體基板100到250-450℃。
然后以氬或氦為載氣導入包含二氧化碳以及硅烷類氣體的反應氣體于所述化學氣相沉積反應室中，其氣體混合比例較佳為0.05-0.2(反應氣體/載氣)，氣體流量則較佳為200sccm-1sLm。此時，壓力較佳為2.5-10torr之間。
所述化學氣相沉積反應室可為電漿強化的化學氣相沉積、電子回旋共振(Electron Cycloteon Resonance；ECR)化學氣相沉積或電感耦合電漿(Inductor Coupling Plasma；ICP)化學氣相沉積。此時，反應氣體被降解而沉積一無氨低介電值材料110于該半導體基板100上。接著再以微影步驟形成一介層窗112，如圖3所示。
然后，形成一光阻層114于該金屬層間介電層110上，并覆蓋該介層窗112。所述光阻層114接著被圖案化，而形成如圖4所示的開口116。
如圖5所示，在該開口露出該金屬層間介電層110的部分表面以及該介層窗112的上表面。
如圖6所示，然后，蝕刻該露出的金屬層間介電層，形成一溝槽118于以光阻層114填滿的介層窗112上。
如圖7所示，接下來，移除剩余的光阻層114，而形成圖7所示的溝槽118以及介層窗112。
如圖8所示，此時，以導電材料，例如銅金屬填充該溝槽118以及該介層窗112，而形成如圖8所示的雙鑲嵌(dual damascene)120。
根據(jù)本發(fā)明的形成無氨低介電值材料的方法，除了可避免傳統(tǒng)制程的光阻污染問題，亦不會產(chǎn)生多余的(unwanted)副反應；加上與目前雙鑲嵌制程兼容度高，不會增加制程的復雜度，因此，對于半導體制程的改良以及元件性能的提升，具有相當大的助益。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所作些許的更動與潤飾，都屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種無氨低介電值材料的形成方法，其特征是它包括如下步驟在一化學氣相沉積反應室中導入無氨氣體；以及使該無氨氣體降解形成低介電值材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的無氨低介電值材料的形成方法，其特征是該無氨氣體為硅烷類氣體與二氧化碳的混合氣體。
3.根據(jù)權利要求1所述的無氨低介電值材料的形成方法，其特征是該混合氣體包括氦或氬為載氣。
4.根據(jù)權利要求1所述的無氨低介電值材料的形成方法，其特征是該混合氣體包括氧氣。
5.根據(jù)權利要求1所述的無氨低介電值材料的形成方法，其特征是該化學氣相沉積反應室為電漿強化化學氣相沉積、電子回旋共振化學氣相沉積或電感耦合電漿化學氣相沉積。
6.一種無氨低介電值材料的形成方法，適用于雙鑲嵌制程，其特征是它包括如下步驟放置一基板于化學氣相反應室中，并以無氨氣體為反應氣體；使該反應氣體降解形成低介電值材料層做為金屬層間介電層于該基板上；以微影步驟穿過該金屬層間介電層形成一介層窗；在該金屬層間介電層上形成一光阻層，以覆蓋該介層窗；圖案化該光阻層，于該金屬層間介層窗形成一對應該介層窗的開口，以露出該介層窗的上表面及該金屬層間介電層的部分表面；蝕刻該露出的金屬層間介電層，而形成一溝槽；以銅填滿該溝槽及該介層窗，而形成雙鑲嵌；移除多余銅，平坦化該雙鑲嵌的表面。
7.根據(jù)權利要求6所述的無氨低介電值材料的形成方法，其特征是該化學氣相沉積為電漿強化化學氣相沉積、電子回旋共振化學氣相沉積或電感耦合電漿化學氣相沉積。
8.根據(jù)權利要求6所述的無氨低介電值材料的形成方法，其特征是該無氨氣體為硅烷類氣體與二氧化碳的混合氣體。
9.根據(jù)權利要求6所述的無氨低介電值材料的形成方法，其特征是該混合氣體還包括氦或氬為載氣。
10.根據(jù)權利要求6所述的無氨低介電值材料的形成方法，其特征是該混合氣體還包括氧氣。
全文摘要
一種無氨低介電值材料的形成方法，利用無氨氣體，例如二氧化碳與氧氣為反應氣體，達到形成無氨低介電值材料的目的，其步驟包括在一化學氣相沉積反應室中導入無氨氣體；以及使該無氨氣體降解形成低介電值材料。具有減少光阻污染、沒有多余副反應及無須增加制程的復雜度應用于雙鑲嵌制程的功效。
文檔編號H01L21/768GK1499585SQ0214672
公開日2004年5月26日 申請日期2002年11月4日 優(yōu)先權日2002年11月4日
發(fā)明者李世達 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司