專利名稱：低介電材料與多孔隙低介電層的回復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低介電材料的處理方法，尤其涉及一種低介電材料的介電常數(shù)的回復(fù)方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的蓬勃發(fā)展，為了降低因內(nèi)連線所導(dǎo)致的電阻-電容(resistance capacitance，RC)時(shí)間遲滯，以突破操作速度上所面臨的瓶頸，低介電材料已經(jīng)成為現(xiàn)今半導(dǎo)體工藝不可或缺的重要角色。
為使低介電材料的介電常數(shù)更接近空氣的介電常數(shù)(＝1)，業(yè)界已研發(fā)出具有許多納米或次納米級孔隙的低介電材料。但是，這種多孔隙低介電材料在經(jīng)過蝕刻、灰化、溶劑清洗或是化學(xué)機(jī)械拋光工藝之后，往往會吸收水分、氣體或其他污染物，導(dǎo)致其介電常數(shù)增加，而改變其原有的低介電特性。
以鑲嵌(damascene)工藝中會應(yīng)用到的化學(xué)機(jī)械拋光工藝為例，為了有效降低介電常數(shù)，其多半會在磨除金屬后繼續(xù)磨除硬掩模層，而研磨至多孔隙低介電層的表面。這么一來，將導(dǎo)致多孔隙低介電層的介電常數(shù)比化學(xué)機(jī)械拋光前的數(shù)值增加10％以上。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種低介電材料的回復(fù)方法，其是藉由等離子體處理降低低介電材料因先前工藝而升高的介電常數(shù)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種多孔隙低介電層的回復(fù)方法，以解決多孔隙低介電材料因先前的化學(xué)機(jī)械拋光工藝而導(dǎo)致介電常數(shù)上升的問題。
本發(fā)明提出的低介電材料的回復(fù)方法是應(yīng)用在形成有低介電材料的襯底上，此襯底已經(jīng)過先前工藝，致使低介電材料的介電常數(shù)升高。此回復(fù)方法的特征在于對低介電材料進(jìn)行等離子體處理，以降低其介電常數(shù)。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的低介電材料的回復(fù)方法，上述低介電材料的介電常數(shù)例如是介于1.0～2.7之間，且其例如為一種多孔隙低介電材料。此多孔隙低介電材料例如是含有成孔劑(porogen，其成分可包括CxHy)的碳摻雜氧化硅。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的低介電材料的回復(fù)方法，上述低介電材料的形成方法例如是旋涂法(spin coating)或等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(PECVD)。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的低介電材料的回復(fù)方法，上述先前工藝?yán)缡俏g刻、清洗、灰化或化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的低介電材料的回復(fù)方法，上述等離子體處理例如在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積機(jī)臺或次常壓化學(xué)氣相沉積機(jī)臺中進(jìn)行。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的低介電材料的回復(fù)方法，上述等離子體處理與先前工藝?yán)缡窃谕环磻?yīng)室中進(jìn)行(即in-situ的方式)或分開在不同位置進(jìn)行(即ex-situ的方式)。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的低介電材料的回復(fù)方法，上述等離子體處理所使用的等離子體產(chǎn)生氣體例如是含氧氣體、含碳?xì)怏w、含氮?dú)怏w、含氫氣體或惰性氣體。等離子體處理時(shí)的壓力例如是介于2.5～25托(torr)之間，且等離子體產(chǎn)生氣體的流量例如是介于每分鐘100～100000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(standard cubic centimeter)之間。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的低介電材料的回復(fù)方法，上述等離子體處理的溫度例如是介于200～450℃之間。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的低介電材料的回復(fù)方法，上述等離子體處理所使用的射頻電源例如是單頻射頻電源或雙頻射頻電源，其功率例如是介于50到3000瓦之間。
本發(fā)明所提出的多孔隙低介電層的回復(fù)方法是應(yīng)用在至少形成有元件與多孔隙低介電層的襯底上，此襯底已經(jīng)過化學(xué)機(jī)械拋光工藝，其至少拋光至多孔隙低介電層的表面，致使多孔隙低介電層的介電常數(shù)升高。此回復(fù)方法的特征在于對多孔隙低介電層進(jìn)行表面等離子體處理，以降低其介電常數(shù)。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，上述多孔隙低介電層的介電常數(shù)例如是介于1.0～2.7之間，且其材質(zhì)例如為含有成孔劑的碳摻雜氧化硅。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，上述表面等離子體處理可以在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積機(jī)臺或次常壓化學(xué)氣相沉積機(jī)臺中進(jìn)行。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，上述表面等離子體處理所使用的等離子體產(chǎn)生氣體例如是含氧氣體、含碳?xì)怏w、含氮?dú)怏w、含氫氣體或惰性氣體。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，上述等離子體處理時(shí)的壓力例如是介于2.5～25托之間，且等離子體產(chǎn)生氣體的流量介于每分鐘100～100000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米之間。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，上述表面等離子體處理的溫度例如是介于200～450℃之間，且所使用的射頻電源的功率介于50到3000瓦之間。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，上述多孔隙低介電層的形成方法例如是旋涂法或等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法。
由于本發(fā)明于先前工藝(如蝕刻、清洗、灰化或化學(xué)機(jī)械拋光)之后，對于低介電材料進(jìn)行等離子體處理，所以可以解決低介電材料因上述先前工藝所造成的介電常數(shù)升高的問題，亦即恢復(fù)低介電材料的低介電常數(shù)，而可以防止元件的操作速度降低。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的一種低介電材料的回復(fù)方法的流程圖；圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的一種多孔隙低介電層的回復(fù)方法的流程圖；圖3繪示本發(fā)明的多孔隙低介電層在化學(xué)機(jī)械拋光后與表面等離子體處理后，介電常數(shù)的增加比例。
主要元件符號說明110、120、210、220步驟
具體實(shí)施例方式
圖1是繪示本發(fā)明一實(shí)施例的一種低介電材料的回復(fù)方法的流程圖。
請參照圖1，首先提供形成有低介電材料的襯底，此襯底已經(jīng)過先前工藝，致使低介電材料的介電常數(shù)升高(步驟110)。襯底中例如是已經(jīng)形成有MOS晶體管或存儲器等元件，且低介電材料例如是構(gòu)成金屬層間介電層(Inter-Metal Dielectric，IMD)的材料。低介電材料例如是多孔隙低介電材料，如具有成孔劑(porogen，成分例如為CxHy)的碳摻雜氧化硅(Carbon DopedOxide，CDO)、氟化非晶碳、Parylene AF4、PAE或Cyclotene等，其介電常數(shù)例如是介于1.0～2.7之間。低介電材料的形成方法例如旋涂法、等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法或高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法。先前工藝?yán)缡俏g刻、清洗、灰化或化學(xué)機(jī)械拋光工藝等，會造成低介電材料的介電常數(shù)升高的工藝。
然后，進(jìn)行等離子體處理，以降低低介電材料的介電常數(shù)(步驟120)。經(jīng)過等離子體處理的低介電材料與未經(jīng)上述先前工藝的低介電材料相比，其介電常數(shù)增加的比例通?？尚∮?％。此等離子體處理例如是在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積機(jī)臺、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積機(jī)臺或是次常壓化學(xué)氣相沉積機(jī)臺中進(jìn)行。
等離子體處理中所使用的等離子體產(chǎn)生氣體例如是含氧氣體、含碳?xì)怏w，如二氧化碳、氧氣等；含氮?dú)怏w，如氨氣；含氫氣體，如氫氣；或是惰性氣體，如氦氣、氬氣等。進(jìn)行等離子體處理的反應(yīng)腔室中的壓力例如是介于2.5～25托之間，且等離子體產(chǎn)生氣體的流量例如是介于每分鐘100～100000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米之間。等離子體處理的溫度例如是介于200℃～450℃之間。等離子體處理與上述先前工藝?yán)缡窃谕环磻?yīng)室中進(jìn)行(in-situ)或分開在不同位置進(jìn)行(ex-situ)。等離子體處理所施加的射頻電源例如是單頻射頻電源或雙頻射頻電源，其功率是依據(jù)等離子體產(chǎn)生氣體的種類而定，例如是介于50到3000瓦之間。
利用上述等離子體處理，可以確實(shí)解決低介電材料因先前工藝所導(dǎo)致介電常數(shù)升高的問題，使得低介電材料仍可維持其低介電特性，并且能與其他先進(jìn)工藝(例如銅工藝)整合，以滿足產(chǎn)業(yè)上的需求。
為了更進(jìn)一步說明本發(fā)明的特性與優(yōu)點(diǎn)，特舉下列實(shí)施例以詳述之。圖2是繪示本發(fā)明實(shí)施例的一種多孔隙低介電層的回復(fù)方法的流程圖。圖3則繪示本發(fā)明的多孔隙低介電層在化學(xué)機(jī)械拋光后與表面等離子體處理后，介電常數(shù)的增加比例。
請參照圖2，首先提供其上至少形成有元件以及多孔隙低介電層的襯底，此襯底已經(jīng)過化學(xué)機(jī)械拋光工藝，其是至少拋光至多孔隙低介電層的表面，致使多孔隙低介電層的介電常數(shù)升高(步驟210)。多孔隙低介電層例如是作為內(nèi)連線架構(gòu)中的金屬層間介電層，其下方例如是已形成有MOS晶體管或存儲器等元件。多孔隙低介電層的介電常數(shù)例如是介于1.0～2.7之間，其材質(zhì)例如是含有成孔劑(如CxHy)的CDO(Carbon Doped Oxide)、氟化非晶碳、Parylene AF4、PAE、Cyclotene，而其形成方法例如是旋涂法或是等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法。化學(xué)機(jī)械拋光工藝?yán)缡怯脕沓ハ惹坝脕矶x多孔隙低介電層的硬掩模層，其材質(zhì)例如是碳化硅。
多孔隙低介電層中例如是具有一開口，此開口例如是雙層鑲嵌(DualDamascene)開口、介層窗開口或接觸窗開口。開口中例如已形成有黏著層與導(dǎo)體層，其中黏著層的材質(zhì)例如是鈦/氮化鈦，導(dǎo)體層的材質(zhì)例如是銅。
上述的化學(xué)機(jī)械拋光工藝包含了復(fù)雜的動力機(jī)械-化學(xué)作用，導(dǎo)致多孔隙低介電層表面鍵結(jié)遭到破壞而產(chǎn)生許多的懸鍵(dangling bond)。由于這些懸鍵處于不穩(wěn)定態(tài)，很容易就會與環(huán)境中的極性官能基(如-OH或-NH2)產(chǎn)生鍵結(jié)，致使多孔隙低介電層的介電常數(shù)升高。請參照圖3，經(jīng)化學(xué)機(jī)械拋光后，介電常數(shù)增加了超過10％。
繼而，對多孔隙低介電層進(jìn)行表面等離子體處理，以降低其介電常數(shù)(步驟220)。表面等離子體處理例如是在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積機(jī)臺、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積機(jī)臺或次常壓化學(xué)氣相沉積機(jī)臺中進(jìn)行。
等離子體處理使用的等離子體產(chǎn)生氣體例如是含氧氣體、含碳?xì)怏w，如二氧化碳、氧氣等；含氮?dú)怏w，如氨氣；含氫氣體，如氫氣；或是惰性氣體，如氦氣、氬氣等。用來進(jìn)行等離子體處理的反應(yīng)腔室中的壓力例如是介于2.5～25托之間，且等離子體產(chǎn)生氣體的流量例如是介于每分鐘100～100000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米之間。等離子體處理的溫度例如是介于200℃～450℃之間。等離子體處理與化學(xué)機(jī)械拋光工藝?yán)缡窃谕环磻?yīng)室中進(jìn)行(in-situ)，或分開在不同位置進(jìn)行(ex-situ)。等離子體處理所施加的射頻電源例如是單頻射頻電源或是雙頻射頻電源，其功率是依據(jù)等離子體產(chǎn)生氣體的種類而定，例如是介于50到3000瓦之間。
在一實(shí)例中，等離子體處理是使用氦氣為等離子體產(chǎn)生氣體，并施加約250瓦的射頻電源，于30秒之后即可顯著降低低介電材料的介電常數(shù)，使其與拋光前的數(shù)值相比之下的增加比例小于2％。
上述等離子體處理可以破壞極性官能基與多孔隙低介電層表面的鍵結(jié)，以恢復(fù)膜層原先的結(jié)構(gòu)，因而改善化學(xué)機(jī)械拋光工藝所導(dǎo)致低介電特性劣化的問題，即降低多孔隙低介電層因拋光而升高的介電常數(shù)。請參照圖3，從圖中可以明顯看出經(jīng)過等離子體處里之后的多孔隙低介電層，其介電常數(shù)與拋光前的數(shù)值相比之下的增加比例很小，而與拋光前的數(shù)值相差無幾。
綜上所述，本發(fā)明提出的等離子體處理步驟可以解決低介電材料因先前工藝而導(dǎo)致介電常數(shù)上升的問題。如此一來，低介電材料便可以維持其良好的低介電特性，以配合元件尺寸縮小的設(shè)計(jì)，而可達(dá)到縮短電阻-電容延遲時(shí)間、提高操作速度的功效。
雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種低介電材料的回復(fù)方法，應(yīng)用于形成有低介電材料的襯底上，此襯底已經(jīng)過先前工藝，致使前述低介電材料的介電常數(shù)升高，此回復(fù)方法的特征在于對前述低介電材料進(jìn)行等離子體處理，以降低其介電常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電材料的回復(fù)方法，其中前述低介電材料的介電常數(shù)介于1.0～2.7之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電材料的回復(fù)方法，其中前述低介電材料為多孔隙低介電材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低介電材料的回復(fù)方法，其中前述多孔隙低介電材料包括含有成孔劑的碳摻雜氧化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電材料的回復(fù)方法，其中前述低介電材料的形成方法為旋涂法或等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電材料的回復(fù)方法，其中上述先前工藝為蝕刻、清洗、灰化或化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電材料的回復(fù)方法，其中前述等離子體處理是在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積機(jī)臺或次常壓化學(xué)氣相沉積機(jī)臺中進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電材料的回復(fù)方法，其中前述等離子體處理與先前工藝是在同一反應(yīng)室中進(jìn)行或分開在不同位置進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電材料的回復(fù)方法，其中前述等離子體處理使用含氧氣體、含碳?xì)怏w、含氮?dú)怏w、含氫氣體或惰性氣體作為等離子體產(chǎn)生氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的低介電材料的回復(fù)方法，其中前述等離子體處理的壓力介于2.5～25托之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的低介電材料的回復(fù)方法，其中前述等離子體產(chǎn)生氣體的流量介于每分鐘100～100000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電材料的回復(fù)方法，其中前述等離子體處理的溫度介于200～450℃之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電材料的回復(fù)方法，其中前述等離子體處理使用單頻射頻電源或雙頻射頻電源。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的低介電材料的回復(fù)方法，其中前述單頻或雙頻射頻電源的功率介于50到3000瓦之間。
15.一種多孔隙低介電層的回復(fù)方法，應(yīng)用于至少形成有元件和多孔隙低介電層的襯底上，此襯底已經(jīng)過化學(xué)機(jī)械拋光工藝，且此化學(xué)機(jī)械拋光工藝至少拋光至前述多孔隙低介電層的表面，致使其介電常數(shù)升高，此回復(fù)方法的特征在于對前述多孔隙低介電層進(jìn)行表面等離子體處理，以降低其介電常數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，其中前述多孔隙低介電層的介電常數(shù)介于1.0～2.7之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，其中前述多孔隙低介電層的材質(zhì)包括含有成孔劑的碳摻雜氧化硅。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，其中前述表面等離子體處理是在等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積機(jī)臺或次常壓化學(xué)氣相沉積機(jī)臺中進(jìn)行。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，其中前述表面等離子體處理使用含氧氣體、含碳?xì)怏w、含氮?dú)怏w、含氫氣體或惰性氣體作為等離子體產(chǎn)生氣體。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，其中前述表面等離子體處理的壓力介于2.5～25托之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，其中前述等離子體產(chǎn)生氣體的流量介于每分鐘100～100000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，其中前述表面等離子體處理的溫度介于200～450℃之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，其中前述表面等離子體處理施加功率介于50到3000瓦之間的射頻電源。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多孔隙低介電層的回復(fù)方法，其中前述多孔隙低介電層的形成方法為旋涂法或等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法。
全文摘要
提供了一種低介電材料的回復(fù)方法，是應(yīng)用于形成有低介電材料的襯底上，此襯底已經(jīng)過先前工藝，致使低介電材料的介電常數(shù)升高。此回復(fù)方法的特征在于對低介電材料進(jìn)行等離子體處理，以降低其介電常數(shù)。
文檔編號H01L21/4757GK1953143SQ20051010866
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者陳美玲, 陳哲明, 賴國智, 蘇文杰 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司