專利名稱：改善低k電介質(zhì)粘附性的等離子體處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路的制造，還涉及在襯底上沉積電介質(zhì)層的工藝以及由該電介質(zhì)層形成的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
制造現(xiàn)代半導(dǎo)體器件的主要步驟之一是通過(guò)氣體化學(xué)反應(yīng)在襯底上形成金屬層和電介質(zhì)層。這樣的沉積工藝被稱為化學(xué)氣相沉積或CVD。傳統(tǒng)的熱CVD工藝將反應(yīng)性氣體供給至發(fā)生熱致化學(xué)反應(yīng)的襯底表面，從而形成期望的層。
自從半導(dǎo)體器件數(shù)十年前問(wèn)世以來(lái)，其幾何尺寸顯著減小。因此，集成電路通常遵循兩年/尺寸減半的規(guī)律(通常稱為摩爾定律)，即芯片上裝有的器件數(shù)量每?jī)赡攴槐丁，F(xiàn)今的制造工廠一般生產(chǎn)特征尺寸為0.35μm甚至0.18μm的器件，而今后的工廠很快將生產(chǎn)幾何尺寸更小的器件。
為了進(jìn)一步減小集成電路上器件的尺寸，使用具有低電阻率的導(dǎo)電材料已成為必須，而且還使用具有低介電常數(shù)(介電常數(shù)＜4.0)的絕緣體來(lái)降低相鄰金屬線之間的電容耦合。一種這樣的低k電介質(zhì)材料是旋涂玻璃，例如未摻雜的硅玻璃(USG)或摻雜氟的硅玻璃(FSG)，其可在半導(dǎo)體制造工藝中作為填隙層被沉積。另一種低k電介質(zhì)材料是可在鑲嵌特征的制造中用作電介質(zhì)層的硅的碳氧化物。
一種可接受的導(dǎo)電材料是銅及其合金，其已成為次四分之一微米級(jí)互連技術(shù)所選擇的材料，原因在于銅與鋁相比具有更低的電阻率(1.7μΩ-com，而鋁為3.1μΩ-com)、更高的電流和更高的載流量。這些特性對(duì)于實(shí)現(xiàn)高集成度下的較高電流密度以及提高器件速度來(lái)說(shuō)是重要的。此外，銅具有良好的導(dǎo)熱性并且可以以十分純的狀態(tài)獲得。
在半導(dǎo)體器件中使用銅的一個(gè)困難是難以對(duì)銅進(jìn)行蝕刻來(lái)得到精確的圖案。采用傳統(tǒng)的形成互連的沉積/蝕刻工藝來(lái)蝕刻銅，已經(jīng)不能令人滿意。因此，正在開發(fā)制造具有含銅材料和低k電介質(zhì)材料的互連的新方法。
一種形成垂直和水平互連的方法是通過(guò)鑲嵌或雙鑲嵌方法。在鑲嵌方法中，一種或多種電介質(zhì)材料(例如低k電介質(zhì)材料)被沉積與圖案化蝕刻以形成垂直互連(即，過(guò)孔)和水平互連(即，線)。然后將導(dǎo)電材料(例如含銅材料)和其他材料(例如用于防止含銅材料擴(kuò)散進(jìn)入周圍的低k電介質(zhì)的阻擋層材料)鑲嵌在已蝕刻的圖案中。然后，去除已蝕刻圖案外部(例如襯底表面上)的過(guò)量含銅材料和過(guò)量阻擋層材料。
然而，當(dāng)硅氧碳化物層和硅碳化物層被用作鑲嵌形成中的低k材料時(shí)，在處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)層間粘附性無(wú)法滿足要求。某些處理襯底的技術(shù)可能施加可增加涂層缺陷(例如層離)的力。例如，在化學(xué)機(jī)械拋光工藝中，可通過(guò)襯底與拋光墊之間的機(jī)械研磨來(lái)去除過(guò)量的含銅材料，并且襯底與拋光墊之間的力可在沉積的低k電介質(zhì)材料中產(chǎn)生應(yīng)力，從而導(dǎo)致層離。在另一個(gè)實(shí)施例中，沉積材料的退火可使低k電介質(zhì)材料中產(chǎn)生也可造成層離的高熱應(yīng)力。
因此，需要一種改善低k電介質(zhì)層之間的層間粘附性的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般性地提供在兩個(gè)低k電介質(zhì)層之間沉積具有低介電常數(shù)的粘附層的方法。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供處理襯底的方法，該方法包括將襯底置于處理室中，其中襯底具有包含至少硅和碳的阻擋層；以有機(jī)硅化合物與氧化氣體的第一比率將有機(jī)硅化合物和氧化氣體引入處理室；生成氧化氣體與有機(jī)硅化合物的等離子以在阻擋層上形成初始層；以大于第一比率的有機(jī)硅化合物與氧化氣體的第二比率將有機(jī)硅化合物和氧化氣體引入處理室；沉積相鄰于電介質(zhì)初始層的第一電介質(zhì)層，其中電介質(zhì)層包含硅、氧和碳并且具有約3或更小的介電常數(shù)。
本發(fā)明的另一方面提供了處理襯底的方法，該方法包括將襯底置于處理室中，其中襯底具有包含至少硅和碳的阻擋層；將惰性氣體引入處理室中；由單頻RF功率源生成第一等離子體以對(duì)阻擋層的表面進(jìn)行改性；以約1∶1的比率將有機(jī)硅化合物與氧化氣體引入處理室；由雙頻RF功率源生成第二等離子體以在阻擋層上形成初始層；以大于約10∶1的比率將有機(jī)硅化合物與氧化氣體引入處理室；沉積相鄰于電介質(zhì)初始層的第一電介質(zhì)層，其中電介質(zhì)層包含硅、氧和碳并且具有約3或更小的介電常數(shù)。
本發(fā)明的另一方面提供了處理襯底的方法，該方法包括將襯底置于處理室中，其中襯底具有包含至少硅和碳的阻擋層；將氧化氣體引入處理室；生成氧化氣體的等離子體并且處理阻擋層表面；以第一流率引入有機(jī)硅化合物；由氧化氣體和有機(jī)硅化合物在阻擋層上沉積初始層；以大于第一流率的第二流率引入有機(jī)硅化合物；由氧化氣體和有機(jī)硅化合物沉積相鄰于電介質(zhì)初始層的第一電介質(zhì)層，其中電介質(zhì)層包含硅、氧和碳并且具有約3或更小的介電常數(shù)。
本發(fā)明的另一方面提供了處理襯底的方法，該方法包括將襯底置于處理室中，其中襯底具有包含至少硅和碳的阻擋層；將氧化氣體引入處理室；生成氧化氣體的等離子體并且在阻擋層上形成初始層；將有機(jī)硅化合物引入處理室；使有機(jī)硅化合物與氧化氣體反應(yīng)；沉積相鄰于電介質(zhì)初始層的第一電介質(zhì)層相鄰于電介質(zhì)初始層，其中電介質(zhì)層包含硅、氧和碳并且具有約3或更小的介電常數(shù)。


為了實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明的各個(gè)方面以及詳細(xì)理解本發(fā)明，以下通過(guò)參考附圖所示的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體的描述。
然而應(yīng)當(dāng)注意到，附圖僅說(shuō)明了本發(fā)明的典型實(shí)施方式，因而不應(yīng)看作是對(duì)其范圍的限制，本發(fā)明可容許其他等同有效的實(shí)施方式。
圖1為包括本文所述的硅碳化物和硅氧碳化物層的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2A-2H為本發(fā)明的雙鑲嵌沉積工序的一種實(shí)施方式的剖面圖。
為了更好地理解本發(fā)明的方面，參考應(yīng)保證詳細(xì)的說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
本文所述的本發(fā)明的方面是指沉積粘附性電介質(zhì)材料和/或處理電介質(zhì)層之間的表面以改善電介質(zhì)層的粘附性的方法與裝置。提高層間粘附性可包括在沉積后續(xù)電介質(zhì)層之前形成電介質(zhì)初始層。該初始層可包含硅、碳并且可選地包含氧。提高電介質(zhì)層之間的粘附性的處理包括在后續(xù)沉積之前對(duì)已沉積的層的表面進(jìn)行改性，例如，采用惰性氣體、氧化氣體或二者的等離子體處理。對(duì)含硅、碳以及可選地含氧的材料的表面進(jìn)行處理被認(rèn)為在沉積材料表面上形成更類似氧化物的表面，從而提高層間粘附性。
雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的沉積圖1示出了采用本文所述的在硅碳化物層上布置硅氧碳化物層的沉積工藝所形成的鑲嵌結(jié)構(gòu)。圖1和圖2A-2H所示的以下結(jié)構(gòu)形成工藝是示例性的，不應(yīng)被理解或解釋為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。盡管下述層間粘附工藝是在硅碳化物阻擋層112與電介質(zhì)層110之間以及低k蝕刻終止層114與層間電介質(zhì)層118之間使用，但是本發(fā)明還可在鑲嵌結(jié)構(gòu)或電介質(zhì)疊層中的任何合適的電介質(zhì)層之間使用層間粘附工藝。
具有在襯底表面材料105中形成的金屬特征107的襯底100被供給至處理室。通常，在襯底表面上沉積第一硅碳化物阻擋層112，以消除襯底與后續(xù)沉積材料之間的層間擴(kuò)散。第一硅碳化物阻擋層112可摻雜氮和/或氧。阻擋層材料的介電常數(shù)可達(dá)約9，例如4或更小，優(yōu)選在約2.5與小于約4之間。硅碳化物阻擋層的介電常數(shù)可為約5或更小，優(yōu)選小于約4。通過(guò)最小化或排除氮源氣體，可在第一硅碳化物阻擋層112上原位沉積無(wú)氮硅碳化物覆層(未示出)?？稍诘谝还杼蓟镒钃鯇?12上沉積初始層113，而且在沉積初始層113之前，可使用本文所述的預(yù)處理工藝。
氧化有機(jī)硅化合物的第一電介質(zhì)層110被沉積在初始層113上。然后，可用等離子體或電子束工藝對(duì)第一電介質(zhì)層110進(jìn)行后處理?；蛘?，通過(guò)提高本文所述的硅氧碳化物沉積工藝中的氧濃度，可在第一電介質(zhì)層110上原位沉積硅氧化物覆層(未示出)，從而去除沉積材料中的碳。
然后在第一電介質(zhì)層110上沉積硅碳化物的蝕刻終止層(或第二阻擋層)114(其可摻雜氮或氧)?？稍谖g刻終止層114上沉積無(wú)氮硅碳化物覆層。然后，對(duì)蝕刻終止層114進(jìn)行圖案化蝕刻以定義接觸/過(guò)孔116的開口。在后續(xù)處理(例如蝕刻或附加的電介質(zhì)蝕刻)之前，可在層114上形成本文所述的層間粘附層或初始層115，以改善隨后沉積的電介質(zhì)材料的層間粘附。改善的粘附層可包括本文所述的預(yù)處理工藝和初始層?？赏ㄟ^(guò)本文所述的技術(shù)來(lái)形成層間粘附表面。然后，在圖案化的蝕刻終止層上沉積氧化有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷的第二電介質(zhì)層118。然后，可對(duì)第二電介質(zhì)層118進(jìn)行等離子體或電子束處理和/或具有用本文所述的工藝布置于其上的硅氧化物覆蓋材料。
然后，通過(guò)本領(lǐng)域已知的傳統(tǒng)方法來(lái)沉積和圖案化本領(lǐng)域通常已知的抗蝕劑層122(例如光阻材料UV-5，可從Massachusetts，Marlborough的Shipley Company Inc.購(gòu)得)，從而定義互連線120。然后進(jìn)行單個(gè)蝕刻工藝來(lái)定義下至蝕刻終止層的互連，并且蝕刻由圖案化的蝕刻終止層暴露的未保護(hù)的電介質(zhì)以定義接觸/過(guò)孔。
如圖2E所示，根據(jù)本發(fā)明制造的優(yōu)選的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)包括等離子體處理或電子束處理暴露的硅氧碳化物層，制造該結(jié)構(gòu)的方法依次示于圖2A-2H，這些圖是用本發(fā)明的工藝步驟進(jìn)行處理的襯底的剖面圖。
如圖2A所示，第一硅碳化物阻擋層112被沉積在襯底表面上。第一硅碳化物阻擋層112的硅碳化物材料可摻雜氮和/或氧。盡管并未示出，但可在阻擋層112上沉積無(wú)氮硅碳化物或硅氧化物的覆層。通過(guò)調(diào)節(jié)處理氣體的組成，可在原位沉積無(wú)氮硅碳化物或硅氧化物。
通過(guò)等離子體處理第一硅碳化物阻擋層112，隨后沉積實(shí)際的初始層材料，可以沉積初始層113；以上兩個(gè)工藝可在原位順序進(jìn)行。氦(He)、氬(Ar)、氖(Ne)及其組合可被用于等離子體處理。
惰性氣體預(yù)處理工藝的實(shí)例包括以約1500sccm的流率向處理室提供氦；保持室壓力為約5Torr；保持襯底溫度為約350℃；在距襯底表面約450密耳處設(shè)置氣體分布器；通過(guò)在約13.56MHz的高頻下施加15秒的約300W的RF功率水平來(lái)生成等離子體。
沉積初始層113的實(shí)例包括以500sccm的流率將氧引入處理室；以約500毫克/分鐘(mgm)(相當(dāng)于約39sccm的OMCTS)的流率引入八甲基環(huán)四硅氧烷；以約4800sccm的流率引入氦；保持室處于約350℃的襯底溫度下；保持室壓力為約5Torr；在距襯底表面約350密耳處設(shè)置氣體分布器；在13.56MHz下施加約500W、在356KHz下施加約150W的RF功率。
通過(guò)本文所述的工藝，在初始層113上沉積來(lái)自氧化有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷(例如三甲基硅烷和/或八甲基環(huán)四硅氧烷)的硅氧碳化物的初始第一電介質(zhì)層110，依賴于制造的結(jié)構(gòu)尺寸，沉積厚度為約5000至約15000。第一電介質(zhì)層還可包含其他低k電介質(zhì)材料，例如低聚物材料(包括paralyne)或低k旋涂玻璃，如未摻雜的硅玻璃(USG)或氟摻雜的硅玻璃(FSG)。然后，可用本文所述的等離子體工藝來(lái)處理第一電介質(zhì)層。
如圖2B所示，然后在第一電介質(zhì)層上沉積可為氮和/或氧摻雜的硅碳化物的低k蝕刻終止層114，沉積厚度約100至約1000。然后，在低k蝕刻終止層114上形成或沉積由本文所述的工藝之一所形成的層間電介質(zhì)粘附層或表面115(例如電介質(zhì)初始層)。通過(guò)本文所述的用于硅碳化物材料或硅氧碳化物材料的方法，對(duì)低k蝕刻終止層114和/或?qū)娱g電介質(zhì)粘附層或表面115進(jìn)行等離子體處理?？扇绯练e初始層113所述來(lái)沉積層115。
然后，如圖2C所示，圖案化蝕刻低k蝕刻終止層114以定義接觸/過(guò)孔開口116，并且在要形成接觸/過(guò)孔的區(qū)域暴露第一電介質(zhì)層110。優(yōu)選地，通過(guò)使用氟、碳和氧離子的常規(guī)光刻和蝕刻工藝來(lái)對(duì)低k蝕刻終止層114進(jìn)行圖案化蝕刻。盡管并未示出，但是在沉積其他材料之前，可在低k蝕刻終止層114和/或?qū)娱g電介質(zhì)粘附層或表面115上沉積約100至約500的無(wú)氮硅碳化物或硅氧化物覆層。
如圖2D所示，在蝕刻低k蝕刻終止層114以圖案化接觸/過(guò)孔以及去除抗蝕劑材料之后，通過(guò)本文所述的工藝來(lái)沉積來(lái)自氧化有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷(例如三甲基硅烷)的硅氧碳化物的第二電介質(zhì)層118，沉積厚度為約5000至約15000。然后，可通過(guò)如處理第一電介質(zhì)層110所述的等離子體工藝來(lái)處理第二電介質(zhì)層118。
然后，如圖2E所示，優(yōu)選使用傳統(tǒng)的光刻工藝在第二電介質(zhì)層118(或覆層)上沉積抗蝕劑材料122并圖案化以定義互連線120?？刮g劑材料122包括現(xiàn)有技術(shù)公知的材料，優(yōu)選為高活化能的抗蝕劑材料，例如UV-5(可從Massachusetts，Marlborough的Shipley Company Inc.購(gòu)得)。然后，如圖2F所示，用反應(yīng)性離子蝕刻或其他各向異性蝕刻技術(shù)來(lái)蝕刻互連和接觸/過(guò)孔，從而定義金屬化結(jié)構(gòu)(即，互連和接觸/過(guò)孔)。使用氧剝離或其他合適的工藝來(lái)去除所有的用于圖案化蝕刻終止層114或第二電介質(zhì)層118的抗蝕劑材料或其他材料。
因此，形成了具有導(dǎo)電材料的金屬化結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電材料例如是鋁、銅、鎢或其組合。由于銅的電阻率低(1.7mΩ-cm，而鋁為3.1mΩ-cm)，目前的趨勢(shì)是使用銅來(lái)形成更小的特征。優(yōu)選地，如圖2G所示，合適的金屬阻擋層124(例如鉭氮化物)首先被保形沉積在金屬化圖案中，以防止銅遷移進(jìn)入周圍的硅和/或電介質(zhì)材料中。此后，使用化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、電鍍中的任何一種或其組合來(lái)沉積銅126以形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。如圖2H所示，一旦此結(jié)構(gòu)被銅或其他導(dǎo)電金屬填充，則使用化學(xué)機(jī)械拋光對(duì)其表面進(jìn)行平坦化。
初始層沉積在一個(gè)方面，可通過(guò)在沉積硅氧碳化物層之前沉積初始層來(lái)改善層間粘附?？蛇x地，在沉積初始層之前，可以對(duì)其下方的電介質(zhì)層(例如硅碳化物或摻雜的硅碳化物)進(jìn)行預(yù)處理工藝。在氣體在預(yù)處理步驟和/或沉積步驟之間的轉(zhuǎn)換時(shí)，可以不停止施加生成等離子體的RF功率。
以下描述的沉積工藝采用300mm ProducerTM雙沉積臺(tái)處理室，應(yīng)當(dāng)作相應(yīng)的解釋，例如，流率是指總流率，而當(dāng)描述室內(nèi)的每個(gè)沉積站的流率時(shí)，應(yīng)當(dāng)將流率除以2。此外，應(yīng)當(dāng)注意，為了在不同的室中以及對(duì)于不同的襯底尺寸(例如200mm)進(jìn)行等離子體工藝，可以對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
本文所述的沉積工藝可以作為一個(gè)連續(xù)的等離子體工藝來(lái)進(jìn)行，或者包括兩個(gè)或多個(gè)生成的等離子體，例如，每個(gè)層沉積步驟均有一個(gè)生成的等離子體。本文所述的預(yù)處理和沉積工藝可以作為一個(gè)連續(xù)的等離子體工藝來(lái)進(jìn)行，或者包括兩個(gè)或更多個(gè)生成的等離子體，例如，一個(gè)生成的等離子體用于預(yù)處理工藝，一個(gè)和多個(gè)生成的等離子體用于層沉積步驟；或者一個(gè)等離子體用于預(yù)處理工藝和初始層沉積步驟，第二生成的等離子體用于電介質(zhì)沉積步驟。
預(yù)處理工藝包括用惰性氣體、氧化氣體或二者對(duì)下方的電介質(zhì)進(jìn)行等離子體處理。等離子體處理可形成更類似于后續(xù)沉積材料的下方電介質(zhì)材料的表面。例如，氧等離子體可產(chǎn)生更類似氧化物的表面。等離子體處理可在與用于沉積硅氧碳化物材料相同的室中進(jìn)行。
等離子體處理的一種實(shí)施方式包括以約500sccm至約3000sccm的流率向處理室提供惰性氣體，其包括氦、氬、氖、氙、氪或其組合；保持室壓力為約3Torr至約12Torr；保持襯底溫度為約300℃至約450℃；設(shè)置氣體分布器或“噴淋頭”，其可位于距襯底表面約200密耳至約1000密耳(例如300密耳至500密耳)的位置；通過(guò)在高頻(例如約13MHz至約14MHz，如13.56MHZ)下施加約0.03W/cm2至約3.2W/cm2的功率密度(對(duì)于200mm的襯底，相當(dāng)于約10W至約1000W的RF功率水平)來(lái)生成等離子體。等離子體處理可進(jìn)行約3秒至約120秒，例如，優(yōu)選使用約5秒至約40秒。
可通過(guò)雙頻RF功率源來(lái)生成等離子體?；蛘撸械牡入x子體生成可遠(yuǎn)程進(jìn)行，而將生成的基引入處理室，用于已沉積的材料的等離子體處理或材料層的沉積。
惰性氣體預(yù)處理工藝的實(shí)例包括已約1500sccm的流率向處理室提供氦；保持室壓力為約5Torr；保持襯底溫度為約350℃；在距襯底表面約450密耳處設(shè)置氣體分布器；通過(guò)在約13.56MHz的高頻下施加15秒的約300W的RF功率水平來(lái)生成等離子體。
等離子體預(yù)處理工藝可使用氧化氣體(例如氧)，可以使用或不使用上述惰性氣體。氧化預(yù)處理工藝可包括以約100sccm至約3000sccm的流率向處理室提供氧化氣體(例如本文所述的氧或其它氧化氣體)；保持室壓力為約2Torr至約12Torr；保持襯底溫度為約250℃至約450℃；設(shè)置氣體分布器或“噴淋頭”，其可位于距襯底表面約200密耳至約1000密耳(例如300密耳至500密耳)的位置；通過(guò)在高頻(例如約13MHz至約14MHz，如13.56MHZ)下施加約0.03W/cm2至約3.2W/cm2的功率密度(對(duì)于200mm的襯底，相當(dāng)于約10W至約1000W的RF功率水平)來(lái)生成等離子體。等離子體處理可進(jìn)行約3秒至約120秒，優(yōu)選使用約5秒至約40秒的等離子體處理。
氧化氣體預(yù)處理工藝的實(shí)例包括以約750sccm(對(duì)于雙臺(tái)ProducerTM等離子體室，為約1500sccm)的流率向處理室提供氧；保持室壓力為約5Torr；保持襯底溫度為約350℃；在距襯底表面約450密耳處設(shè)置氣體分布器；通過(guò)在約13.56MHz的高頻下施加15秒的約300W的RF功率水平來(lái)生成等離子體。
可在下方材料(例如可包括氮或氧摻雜的硅碳化物)上沉積初始層以便于沉積后續(xù)的電介質(zhì)層(例如硅氧碳化物層)。
初始層可包括硅氧碳化物層，并可由氧化氣體和有機(jī)硅材料沉積，其中有機(jī)硅化合物如這里所述的化合物。引入處理室的有機(jī)硅化合物(mgm)與氧化氣體(sccm)的比率可為約1∶2至約10∶1，例如約1∶2至約2∶1，如約1∶2至約1∶1?？稍谂c后續(xù)的電介質(zhì)材料沉積(例如硅氧碳化物沉積)相近或相同的處理?xiàng)l件下沉積初始層。
通過(guò)調(diào)整處理氣體的組成，可在原位順序沉積初始層和硅氧碳化物層。例如，可通過(guò)以約10∶1或更大(例如約10∶1至約20∶1，如約18∶1)的有機(jī)硅化合物(mgm)與氧化氣體(sccm)的比率將有機(jī)硅化合物與氧化氣體引入處理室；以及通過(guò)在初始層沉積與硅氧碳化物層沉積之間改變有機(jī)硅化合物與氧化氣體的比率，可使處理在原位發(fā)生。氧化氣體可包括選自氧、臭氧、一氧化碳、二氧化碳、氧化亞氮及其組合的氧化化合物，其中氧是優(yōu)選的。
預(yù)處理工藝也可在初始層沉積和/或硅氧碳化物層沉積原位進(jìn)行。除非另有說(shuō)明，用于沉積工藝的有機(jī)硅化合物與氧化氣體的所有的流量比率均以mgm/sccm的單位描述。
一種沉積電介質(zhì)初始層的實(shí)施方式如下所述。該沉積可通過(guò)以下方法進(jìn)行以約10sccm至約2000sccm的流率將氧化化合物引入處理室；以約100毫克/分鐘(mgm)至約5000mgm(對(duì)于八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，相當(dāng)于約7sccm至約400sccm)的流率引入有機(jī)硅前體，并且可選地，以約1sccm至約10000sccm的流率供給惰性氣體；保持室處于約0℃至約500℃的襯底溫度；保持室壓力為約100mTorr至約100Torr；在距襯底表面約200密耳至約700密耳處設(shè)置氣體分布器；施加約0.03W/cm2至約1500W/cm2的RF功率，例如約0.03W/cm2至約6.4W/cm2，對(duì)于200mm的襯底，施加約10W至約2000W的RF功率水平。
可由雙頻RF功率源施加第一RF功率和至少第二RF功率，其中，第一RF功率的頻率范圍為約10MHz至約30MHz，功率范圍為約200W至約1000W；第二PF功率的頻率范圍為約100KHz至約500KHz，功率范圍為約1W至約200W。沉積初始層的時(shí)間可為約1秒至約60秒，例如約1秒至約5秒，如2秒。
沉積初始層的實(shí)例包括以約500sccm的流率將氧引入處理室；以約500毫克/分鐘(mgm)(對(duì)于OMCTS，相當(dāng)于約39sccm)的流率引入八甲基環(huán)四硅氧烷；以約4800sccm的流率引入氦；保持室處于約350℃的襯底溫度；保持室壓力為約5Torr；在距襯底表面約350密耳處設(shè)置氣體分布器；在13.56MHz下施加約500W、在356KHz下施加約150W的RF功率。此工藝進(jìn)行約1秒至約5秒，優(yōu)選約2秒。
在形成初始層的另一種實(shí)施方式中，氧等離子體預(yù)處理工藝可開始并進(jìn)行第一時(shí)間長(zhǎng)度，然后引入有機(jī)硅材料，用于沉積初始層。在后續(xù)電介質(zhì)材料沉積(也可原位進(jìn)行)之前，這允許不間斷的氧化等離子體對(duì)沉積材料的預(yù)處理和后續(xù)的初始層沉積。
在一種實(shí)施方式中，電介質(zhì)材料可包括通過(guò)以下方法沉積的硅氧碳化物以約10sccm至約2000sccm的流率將氧化化合物(諸如氧氣)引入處理室；以約100毫克/分鐘(mgm)至約5000mgm(對(duì)于OMCTS，相當(dāng)于約7sccm至約400sccm)的流率引入有機(jī)硅前體，并且可選地，以約1sccm至約10000sccm的流率供給惰性氣體；保持室處于約0℃至約500℃的襯底溫度；保持室壓力為約100mTorr至約100Torr；在距襯底表面約200密耳至約700密耳處設(shè)置氣體分布器；施加約0.03W/cm2至約1500W/cm2的RF功率(例如約0.03W/cm2至約6.4W/cm2，對(duì)于200mm的襯底來(lái)說(shuō)約10W至約2000W的RF功率水平)?？捎呻p頻RF功率源施加第一RF功率和至少第二RF功率，其中，第一RF功率的頻率范圍為約10MHz至約30MHz，功率范圍為約200W至約1000W；第二PF功率的頻率范圍為約100KHz至約500KHz，功率范圍為約1W至約200W。
沉積電介質(zhì)層的實(shí)例包括以160sccm的流率將氧引入處理室；以約2900毫克/分鐘(mgm)(對(duì)于OMCTS，相當(dāng)于約226sccm)的流率引入八甲基環(huán)四硅氧烷；以約1000sccm的流率引入氦；保持室處于約350℃的襯底溫度；保持室壓力為約5Torr；在距襯底表面約450密耳處設(shè)置氣體分布器；在13.56MHz下施加約500W、在356KHz下施加約150W的RF功率。通過(guò)調(diào)節(jié)前體流率和其它處理參數(shù)，初始層沉積工藝以及電介質(zhì)層的沉積可以在原位且連續(xù)進(jìn)行。
實(shí)施例下面的實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明的粘附工藝的各種實(shí)施方式，與標(biāo)準(zhǔn)的層積相比，本發(fā)明可改善層間粘附。這些實(shí)施例在ProducerTm300mm處理室中進(jìn)行，該裝置包括具有雙片石英工藝套件的固態(tài)雙頻RF匹配單元，均由California，Santa Clara的Applied Materials，Inc制造并出售。
測(cè)試樣品如下制備。按如下方法在硅襯底上沉積電介質(zhì)疊層。所述襯底包括硅襯底，硅襯底上布置有約1000的氧化物，氧化物上布置有約250的鉭，鉭上布置有約4500的銅，銅層上布置有約2000的硅碳氮化物，在硅碳氮化物層上沉積約2000的硅氧碳化物。硅碳氮化物沉積和硅氧碳化物沉積可以采用單一連續(xù)的等離子體或包括兩個(gè)或多個(gè)生成的等離子體。
通過(guò)以下方法來(lái)沉積硅氧碳化物層以160sccm的流率將氧引入處理室；以約2900毫克/分鐘(mgm)(對(duì)于OMCTS，相當(dāng)于約226sccm)的流率引入八甲基環(huán)四硅氧烷；以約1000sccm的流率引入氦；保持室處于約350℃的襯底溫度；保持室壓力為約5Torr；在距襯底表面約450密耳處設(shè)置氣體分布器；在13.56MHz下施加約500W、在356KHz下施加約150W的RF功率。
按如下方法對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行粘附性測(cè)試。在測(cè)試樣品上沉積約120μm至約150μm的具有已知的層離特性的環(huán)氧材料。在環(huán)氧材料層上沉積硅層。然后將測(cè)試樣品在約190℃下烘焙或固化一小時(shí)，之后切成1cm見方的樣品并用液氮冷卻至-170℃。然后觀察該樣品以確定層離，在給定溫度下，層離發(fā)生在最薄弱的層間界面處。給定溫度下的環(huán)氧材料的收縮與造成剝離所需的力有關(guān)。根據(jù)此觀察，可定量計(jì)算粘附力。粘附力(GC)基于式 計(jì)算，其中h為環(huán)氧層厚度，σ為殘余應(yīng)力。測(cè)得的上述未處理或未改性的疊層的粘附力GC在約3.01的介電常數(shù)下為約3J·m2，層離發(fā)生在硅碳氮化物與硅氧碳化物的界面。
對(duì)于樣品1，在沉積硅氧碳化物層之前，通過(guò)以下方法對(duì)硅碳氮化物層進(jìn)行氦等離子體處理以約1500sccm的流率向處理室提供氦；保持室壓力為約5Torr；保持襯底溫度為約350℃；在距襯底表面約450密耳處設(shè)置氣體分布器；通過(guò)在約13.56MHz的高頻下施加15秒的約300W的RF功率水平來(lái)生成等離子體。測(cè)得的樣品1的氦處理疊層的粘附力GC在約3.03的介電常數(shù)下為約3.8J·m2，硅碳氮化物與硅氧碳化物的界面處未發(fā)生層離。
對(duì)于樣品2，在沉積硅氧碳化物層之前，對(duì)硅碳氮化物層進(jìn)行氦等離子體處理和初始層沉積，其中氦等離子體處理方法與樣品1相同，初始層沉積方法如下以500sccm的流率將氧引入處理室；以約500毫克/分鐘(mgm)(相當(dāng)于約39sccm)的流率引入八甲基環(huán)四硅氧烷；以約4800sccm的流率引入氦；保持室處于約350℃的襯底溫度下；保持室壓力為約5Torr；在距襯底表面約350密耳處設(shè)置氣體分布器；在13.56MHz下施加約500W、在356KHz下施加約150W的RF功率。測(cè)得的樣品2的氦處理疊層的粘附力GC在約3.06的介電常數(shù)下為約5.5J·m2，硅碳氮化物與硅氧碳化物的界面處未發(fā)生層離。
層沉積硅氧碳化物層硅氧碳化物層通常包含硅、碳以及約15原子％或更高的氧。本文所述的摻雜氧的硅碳化物包含小于約15原子％的氧。優(yōu)選的硅氧碳化物層包含對(duì)低介電常數(shù)和阻擋性質(zhì)有貢獻(xiàn)的硅-氧鍵和硅-碳鍵。沉積層的碳含量為約5-30原子％(不包括氫原子)，優(yōu)選約10-20原子％(不包括氫原子)。整個(gè)沉積層可含有C-H或C-F鍵，從而為硅氧碳化物層提供疏水性。硅氧碳化物層還可含有氫、氮或其組合。
通過(guò)氧化有機(jī)硅化合物來(lái)沉積硅氧碳化物層，有機(jī)硅化合物包括本文所述的含氧有機(jī)硅化合物和含氮有機(jī)硅化合物。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，通過(guò)使含三個(gè)或更多烷基的有機(jī)硅化合物與含臭氧的氧化氣體反應(yīng)來(lái)沉積硅氧碳化物層。如果有機(jī)硅化合物包含氧，則可在無(wú)氧化劑的條件下沉積硅氧碳化物層。優(yōu)選的有機(jī)硅化合物包括例如三甲基硅烷 (CH3)3-SiH四甲基硅烷 (CH3)4-Si1，1，3，3-四甲基二硅氧烷 (CH3)2-SiH-O-SiH-(CH3)2六甲基二硅氧烷 (CH3)3-Si-O-Si-(CH3)32，2-雙(1-甲基二硅氧烷基)丙烷 (CH3-SiH2-O-SiH2-)2-C(CH3)21，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷 -(-SiHCH3-O-)4-(環(huán)狀)八甲基環(huán)四硅氧烷 -(-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)及其氟化衍生物在沉積硅氧碳化物層過(guò)程中，有機(jī)硅化合物優(yōu)選通過(guò)與氧(O2)、臭氧(O3)、氧化亞氮(N2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、水(H2O)或其組合(其中優(yōu)選氧)反應(yīng)而被氧化。當(dāng)臭氧用作氧化氣體時(shí)，臭氧生成器通常將氣體源中的約15wt％的氧轉(zhuǎn)化為臭氧，余下的通常為氧。然而，依賴于所需的臭氧量和所用臭氧生成設(shè)備的類型，臭氧濃度可以提高或降低。含有氧的有機(jī)硅化合物可被分解以提供氧。在沉積硅氧碳化物層過(guò)程中，襯底被保持在約-20℃至約500℃，優(yōu)選被保持在約170℃至約180℃。
對(duì)于硅氧碳化物層的等離子體增強(qiáng)沉積，沉積有機(jī)硅材料所用的功率密度為約0.003W/cm2至約6.4W/cm2，即對(duì)于200mm的襯底，施加約1W至約2000W的RF功率水平。優(yōu)選地，RF功率水平為約300W至約1700W。以約0.01MHz至約300MHz的頻率提供RF功率。可以連續(xù)地或以短周期提供RF功率，其中，功率在所述水平開啟，開啟周期小于約200Hz，并且開啟周期總共占總工作周期的約10％至約50％。在以下更詳細(xì)描述的襯底處理系統(tǒng)中進(jìn)行低介電常數(shù)層的沉積工藝。硅氧碳化物層的沉積可以連續(xù)進(jìn)行，或者可以有中斷，例如更換處理室或提供冷卻時(shí)間以提高孔隙率。
或者，可以采用雙頻系統(tǒng)來(lái)沉積硅氧碳化物材料?；旌想p頻RF功率源可提供約10MHz至約30MHz范圍的高頻率(例如約13.56MHz)以及約100KHz至約500KHz范圍的低頻率(例如約350KHz)?；祛lRF功率施加的例子可包括第一RF功率和至少第二RF功率，其中，第一RF功率的頻率范圍為約10MHz至約30MHz，功率范圍為約200W至約1000W；第二PF功率的頻率范圍為約100KHz至約500KHz，功率范圍為約1W至約200W。第二RF功率與總混頻功率的比率優(yōu)選小于約0.2至1.0。
在一個(gè)方面，環(huán)狀有機(jī)硅化合物和脂族有機(jī)硅化合物與足夠量的氧化氣體反應(yīng)，以在半導(dǎo)體襯底上沉積低介電常數(shù)層，其中環(huán)狀有機(jī)硅化合物包含至少一個(gè)硅-碳鍵。脂族有機(jī)硅化合物含有硅-氫鍵和硅-氧鍵，優(yōu)選含有硅-氫鍵。例如，環(huán)狀有機(jī)硅化合物可以是1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷或八甲基環(huán)四硅氧烷，脂族有機(jī)硅化合物可以是三甲基硅烷或1，1，3，3-四甲基二硅氧烷。
在另一個(gè)方面，環(huán)狀有機(jī)硅化合物與脂族有機(jī)硅化合物均含有硅-氫鍵。例如，在施加RF功率的同時(shí)，將1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷與三甲基硅烷或1，1，3，3-四甲基二硅氧烷混合并氧化。
在等離子體增強(qiáng)沉積的一種實(shí)施方式中，氧或含氧化合物被分解，以提高沉積層的反應(yīng)性并且使沉積層獲得所需的氧化。RF功率被耦合至沉積室以促進(jìn)化合物的分解。在化合物進(jìn)入沉積室之前，也可在微波室內(nèi)將其分解。
盡管沉積優(yōu)選發(fā)生在單個(gè)沉積室中，但是硅氧碳化物層的沉積也可在例如兩個(gè)或多個(gè)沉積室中順序進(jìn)行，從而在沉積過(guò)程中對(duì)層進(jìn)行冷卻，上述沉積室可例如是DxZTM處理室或ProducerTm處理室，二者均可從California，Santa Clara的Applied Materials，Inc購(gòu)得。此外，通過(guò)使用選擇性前體以及控制處理參數(shù)和處理氣體的組成，可以在相同的室內(nèi)原位沉積且順序沉積硅氧碳化物層和硅碳化物層。例如，通過(guò)在硅碳化物的沉積中使用三甲基硅烷及氨以形成摻雜氮的硅碳化物，隨后在硅氧碳化物材料的沉積過(guò)程中使用臭氧，可以沉積硅碳化物層和硅氧碳化物層。
硅碳化物層通過(guò)使有機(jī)硅化合物反應(yīng)來(lái)沉積硅碳化物層，從而形成含碳-硅鍵且介電常數(shù)小于約4的電介質(zhì)層。硅碳化物層優(yōu)選為無(wú)定型氫化的硅碳化物。可以在惰性氣體、氫氣和二者的等離子體中沉積硅碳化物層。硅碳化物電介質(zhì)層可以是摻雜的硅碳化物層。硅碳化物層可以作為阻擋層沉積在與導(dǎo)電材料或電介質(zhì)層相鄰的位置，或者硅碳化物電介質(zhì)層可以是沉積在一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層之間的蝕刻終止層。
用于沉積硅碳化物的合適的有機(jī)硅化合物的例子優(yōu)選包括以下結(jié)構(gòu) 其中，R包括有機(jī)官能團(tuán)，包括烷基、烯基、環(huán)己烯基、芳基及其官能衍生物。有機(jī)前體可具有多于一個(gè)的與硅原子連接的R基，本發(fā)明可使用具有或不具有Si-H鍵的有機(jī)硅前體。
有機(jī)硅化合物包括脂族有機(jī)硅化合物、環(huán)狀有機(jī)硅化合物或其組合，其具有至少一個(gè)硅-碳鍵并且結(jié)構(gòu)中可選地包含氧。環(huán)狀有機(jī)硅化合物通常具有包含三個(gè)或更多個(gè)硅原子的環(huán)。脂族有機(jī)硅化合物具有包含一個(gè)或多個(gè)硅原子和一個(gè)或多個(gè)碳原子的直鏈或支鏈結(jié)構(gòu)。可購(gòu)得的脂族有機(jī)硅化合物包括在硅原子之間不含氧的有機(jī)硅烷，而對(duì)于摻雜氧的硅碳化物層，則包括在兩個(gè)或更多個(gè)硅原子之間含有氧的有機(jī)硅氧烷。在本發(fā)明中，有機(jī)硅化合物的氟化衍生物也可用于沉積硅碳化物和硅氧碳化物層。
合適的脂族和環(huán)狀有機(jī)硅化合物的例子包括例如一種或多種下列化合物甲基硅烷CH3-SiH3二甲基硅烷 (CH3)2-SiH2三甲基硅烷(TMS) (CH3)3-SiH乙基硅烷CH3-CH2-SiH3二硅烷基甲烷SiH3-CH2-SiH3雙(甲基硅烷基)甲烷 CH3-SiH2-CH2-SiH2-CH31，2-二硅烷基乙烷 SiH3-CH2-CH2-SiH31，2-雙(甲基硅烷基)乙烷 CH3-SiH2-CH2-CH2-SiH2-CH32，2-二硅烷基丙烷 SiH3-C(CH3)2-SiH31，3，5-三硅烷基-2，4，6-三亞甲基-(-SiH2CH2-)3-(環(huán)狀)以上所列僅為示例性，而不應(yīng)當(dāng)理解或解釋為限制本發(fā)明的范圍。
含有機(jī)硅化合物的苯基也可用于沉積硅碳化物材料，其通常包括以下結(jié)構(gòu) 其中，R為苯基。例如，合適的含苯基的有機(jī)硅化合物通常包括式SiHa(CH3)b(C6H5)c，其中a為0-3，b為0-3，c為1-4，且a+b+c＝4。從此式得出的合適前體的例子包括二苯基硅烷、二甲基苯基硅烷、二苯基甲基硅烷、苯基甲基硅烷及其組合。優(yōu)選使用的是b為1-3且c為1-3的含苯基的有機(jī)硅化合物。最優(yōu)選的作為阻擋層沉積的有機(jī)硅化合物包括具有式SiHa(CH3)b(C6H5)c的有機(jī)硅化合物，其中a為1或2、b為1或2且c為1或2的有機(jī)硅化合物。優(yōu)選的前體的例子包括二甲基苯基硅烷和二苯基甲基硅烷。
通常，在包含較具惰性的氣體(例如氮(N2))和稀有氣體(例如氦和氬)的等離子體中使有機(jī)硅化合物反應(yīng)。沉積的硅碳化物層的介電常數(shù)為約5或更小，摻雜的硅碳化物層的介電常數(shù)為約3或更小。
在一種實(shí)施方式中，通過(guò)以約10毫克/分鐘(mgm)至約5000毫克/分鐘(mgm)的流率將三甲基硅烷供給至等離子體處理室來(lái)沉積優(yōu)選的硅碳化物層。對(duì)于不同的有機(jī)硅化合物，由于從毫克/分鐘到標(biāo)準(zhǔn)立方分米/分鐘(sccm)的轉(zhuǎn)換可能存在差異，因此優(yōu)選使用毫克/分鐘。惰性氣體(例如氦、氬或其組合)也被以約50sccm至約5000sccm的流率供給至處理室中。室壓力被保持在約100mTorr至約15Torr。在沉積過(guò)程中，襯底表面溫度被保持在約100℃至約450℃。沉積硅碳化物層的工藝的一個(gè)例子被2003年3月25日授權(quán)的美國(guó)專利No.6537733所公開，通過(guò)引用將其與本發(fā)明的權(quán)利要求和說(shuō)明書一致的部分包含于此。
硅碳化物層也可以是含氧、氮、硼、磷或其組合的摻雜的硅碳化物層。摻雜的硅碳化物通常包含少于約15原子百分比(原子％)或更少的一種或多種摻雜物。摻雜物可用在處理氣體中，摻雜物與有機(jī)硅化合物的比率為約1∶5或更小，例如約1∶5至約1∶100。
在反應(yīng)過(guò)程中可用氧源或氮源來(lái)形成摻雜氧和/或摻雜氮的硅碳化物層。氧源的例子包括氧化氣體(例如氧、臭氧、一氧化碳、二氧化碳、氧化亞氮)和含氧的有機(jī)硅前體或其組合，例如一氧化碳與含氧的有機(jī)硅前體。摻雜氧的硅碳化物通常包含少于約15原子％的氧，優(yōu)選約10原子％或更少的氧。
含氧有機(jī)硅化合物包括例如二甲基二甲氧基硅烷 (CH3)2-Si-(OCH3)21，3-二甲基二硅氧烷 CH3-SiH2-O-SiH2-CH31，1，3，3-四甲基二硅氧烷(TMDSO)(CH3)2-SiH-O-SiH-(CH3)2六甲基二硅氧烷(HMDS)(CH3)3-Si-O-Si-(CH3)31，3-雙(硅烷基亞甲基)二硅氧烷 (SiH3-CH2-SiH2-)2-O雙(1-甲基二硅氧烷基)甲烷(CH3-SiH2-O-SiH2-)2-CH2
2，2-雙(1-甲基二硅氧烷基)丙烷(CH3-SiH2-O-SiH2-)2-C(CH3)22，4，6，8-四甲基環(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)2，4，6，8，10-五甲基環(huán)五硅氧烷 -(-SiHCH3-O-)5-(環(huán)狀)1，3，5，7-四硅烷基-2，6-二氧-4，8-二亞甲基 -(-SiH2-CH2-SiH2-O-)2-(環(huán)狀)六甲基環(huán)三硅氧烷 -(-Si(CH3)2-O-)3-(環(huán)狀)1，3-二甲基二硅氧烷 CH3-SiH2-O-SiH2-CH3六甲氧基二硅氧烷(HMDOS) (CH3O)3-Si-O-Si-(OCH3)3及其氟化衍生物摻雜氮的硅碳化物可包含高達(dá)20原子％的氮，并可通過(guò)添加含氮化合物來(lái)沉積，含氮化合物包括例如氨、氮?dú)?、氮?dú)夂蜌錃獾幕旌衔镆约熬哂蠸i-N-Si鍵合基團(tuán)的化合物，例如硅氮烷。合適的硅氮烷前體包括脂族化合物(例如六甲基二硅氮烷和二乙烯基四甲基二硅氮烷)和環(huán)狀化合物(例如六甲基環(huán)三硅氮烷)。
例如，通過(guò)以約50sccm至約10000sccm的流率將氧源和/或氮源或氣體摻雜物引入處理室，可以沉積摻雜的硅碳化物層。例如，通過(guò)在沉積硅碳化物層時(shí)引入氮源(例如氨、氮、氮和氫的混合物，或其組合)，可以沉積含氮的或摻雜氮的硅碳化物層。
通過(guò)在沉積過(guò)程中將膦(PH3)或硼烷(BH3)或其硼烷衍生物(例如二硼烷(B2H6))引入處理室，可以進(jìn)行低k硅碳化物層的磷和/或硼摻雜。摻雜物可降低沉積的硅碳化物材料的介電常數(shù)。可以以約50sccm至約10000sccm的流率將磷和/或硼摻雜物引入處理室。
處理氣體中也可使用有機(jī)化合物(例如脂族烴化合物)來(lái)提高沉積的硅碳化物材料的碳含量。合適的脂族烴化合物包括具有1至約20個(gè)相鄰的碳原子的化合物。烴化合物可包含通過(guò)單鍵、雙鍵和三鍵的任意組合而結(jié)合的相鄰的碳原子。
沉積含氮硅碳化物層的工藝的例子被2004年7月20日授權(quán)的美國(guó)專利No.6764958和2003年3月25日授權(quán)的美國(guó)專利No.6537733所公開，通過(guò)引用將其與本發(fā)明的權(quán)利要求和說(shuō)明書一致的部分包含于此。沉積含氧硅碳化物層的工藝的例子被2002年7月15日授權(quán)的美國(guó)專利No.10/196498所公開，通過(guò)引用將其與本發(fā)明的權(quán)利要求和說(shuō)明書一致的部分包含于此。沉積摻雜硼和/或磷的硅碳化物層的工藝的例子被2004年9月14日授權(quán)的美國(guó)專利No.6790788所公開，通過(guò)引用將其與本發(fā)明的權(quán)利要求和說(shuō)明書一致的部分包含于此。
通常，通過(guò)與其上沉積硅碳化物層的襯底相距約200mm至約600mm的氣體分布板，將有機(jī)硅化合物、惰性氣體和可選的摻雜物引入處理室。可用單頻和雙頻RF功率源來(lái)施加功率。例如，來(lái)自13.56MHz的單頻RF功率源的功率被供給至室10中，以形成功率密度為約0.003W/cm2至約3.2W/cm2，或者對(duì)于200mm的襯底為約1W至約1000W功率水平的等離子體。供給至處理室以生成等離子體的功率密度優(yōu)選為0.9W/cm2至約2.3W/cm2，或者對(duì)于200mm的襯底為約300W至約700W的功率水平。
或者，可采用雙頻系統(tǒng)來(lái)沉積硅碳化物材料?；旌蟁F功率的雙頻源提供約10MHz至約30MHz(例如約13.56MHz)的高頻功率以及約100KHz至約500KHz(例如約350KHz)的低頻功率?；祛lRF功率施加的例子可包括第一RF功率和至少第二RF功率，其中，第一RF功率的頻率范圍為約10MHz至約30MHz，功率范圍為約200W至約1000W；第二PF功率范圍的頻率為約100KHz至約500KHz，功率范圍為約1W至約200W。第二RF功率與總混頻功率的比率優(yōu)選小于約0.2∶1.0。
此外，氣體混合物中的硅源與摻雜物的比率應(yīng)為約1∶1至約100∶1。當(dāng)在可從California，Santa Clara的Applied Materials，Inc購(gòu)得的沉積室中對(duì)200mm的襯底實(shí)施時(shí)，上述工藝參數(shù)提供了100/min至約3000/min的硅碳化物層沉積速率。
本文所述的沉積硅碳化物層的實(shí)施方式用于說(shuō)明本發(fā)明，所述的具體實(shí)施方式
不應(yīng)用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明還涵蓋其他用于沉積硅碳化物層的工藝和材料。
雖然上面所述的涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，但是可以設(shè)計(jì)本發(fā)明的其它和更多的實(shí)施方式，而不偏離本發(fā)明的基本范圍，本發(fā)明的基本范圍有所附權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種處理襯底的方法，包括將所述襯底置于處理室中，其中所述襯底具有包含至少硅和碳的阻擋層；以有機(jī)硅化合物與氧化氣體的第一比率將有所述機(jī)硅化合物和所述氧化氣體引入所述處理室；生成所述氧化氣體與所述有機(jī)硅化合物的等離子，以在所述阻擋層上形成初始層；以大于所述第一比率的有機(jī)硅化合物與氧化氣體的第二比率將所述有機(jī)硅化合物和所述氧化氣體引入所述處理室；以及沉積相鄰于所述電介質(zhì)初始層的第一電介質(zhì)層，其中所述電介質(zhì)層包含硅、氧和碳并且具有約3或更小的介電常數(shù)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述阻擋層還包含氧或氮。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中所述有機(jī)硅化合物選自三甲基硅烷、2，4，6，8-四甲基環(huán)四硅氧烷、八甲基環(huán)四硅烷及其組合，并且所述氧化氣體選自氧、臭氧、一氧化碳、二氧化碳、氧化亞氮及其組合。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中所述沉積所述初始層包括由雙頻RF功率源生成等離子體。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述沉積所述第一電介質(zhì)層包括由雙頻RF功率源生成等離子體。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中所述有機(jī)硅化合物與氧化氣體的第一比率包括約1∶1的比率，并且所述有機(jī)硅化合物與氧化氣體的第二比率包括大于或等于約10∶1的比率。
7.如權(quán)利要求1的方法，還包括與所述有機(jī)硅化合物和所述氧化氣體一起引入惰性氣體。
8.如權(quán)利要求1的方法，還包括在引入所述氧化氣體和所述有機(jī)硅化合物之前，將所述阻擋層暴露于惰性氣體、氧化氣體或兩者的等離子體中。
9.一種處理襯底的方法，包括將所述襯底置于處理室中，其中所述襯底具有包含硅、氮和碳的阻擋層；將惰性氣體引入所述處理室；由單頻RF功率源生成第一等離子體，以改性所述阻擋層的表面；以約1∶1的比率將有機(jī)硅化合物和氧化氣體引入所述處理室；由雙頻RF功率源生成第二等離子體，以在所述阻擋層上形成初始層；以大于或等于約10∶1的比率將所述有機(jī)硅化合物和所述氧化氣體引入所述處理室；以及沉積相鄰于所述電介質(zhì)初始層的第一電介質(zhì)層，其中所述電介質(zhì)層包含硅、氧和碳并且具有約3或更小的介電常數(shù)。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中所述惰性氣體包括氦、氬或其組合。
11.如權(quán)利要求9的方法，其中所述有機(jī)硅化合物選自三甲基硅烷、2，4，6，8-四甲基環(huán)四硅氧烷、八甲基環(huán)四硅烷及其組合，并且所述氧化氣體選自氧、臭氧、一氧化碳、二氧化碳、氧化亞氮及其組合。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中與所述有機(jī)硅化合物一起引入惰性氣體。
13.一種處理襯底的方法，包括將所述襯底置于處理室中，其中襯底具有包含至少硅和碳的阻擋層；將氧化氣體引入所述處理室；生成所述氧化氣體的等離子體，并且處理所述阻擋層的表面；以第一流率引入有機(jī)硅化合物；由所述氧化氣體和所述有機(jī)硅化合物在所述阻擋層上沉積初始層；以大于所述第一流率的第二流率引入所述有機(jī)硅化合物；以及由所述氧化氣體和所述有機(jī)硅化合物沉積相鄰于所述電介質(zhì)初始層的第一電介質(zhì)層，其中所述電介質(zhì)層包含硅、氧和碳并且具有約3或更小的介電常數(shù)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述阻擋層還包含氧或氮。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述有機(jī)硅化合物選自三甲基硅烷、2，4，6，8-四甲基環(huán)四硅氧烷、八甲基環(huán)四硅烷及其組合，并且所述氧化氣體選自氧、臭氧、一氧化碳、二氧化碳、氧化亞氮及其組合。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述生成所述氧化氣體的等離子體包括由單頻RF功率源生成等離子體，并且所述沉積所述初始層包括由雙頻RF功率源生成等離子體。
17.如權(quán)利要求13的方法，其中與所述有機(jī)硅化合物一起引入惰性氣體。
18.如權(quán)利要求13的方法，其中所述沉積所述初始層包括存在的所述有機(jī)硅化合物與氧化氣體的比率為約1∶1。
19.如權(quán)利要求13的方法，其中所述沉積所述第一電介質(zhì)層包括存在的所述有機(jī)硅化合物與氧化氣體的比率大于或等于約10∶1。
20.一種處理襯底的方法，包括將所述襯底置于處理室中，其中襯底具有包含至少硅和碳的阻擋層；將氧化氣體引入所述處理室；生成所述氧化氣體的等離子體，并且在所述阻擋層上形成初始層；將有機(jī)硅化合物引入所述處理室；使所述有機(jī)硅化合物與所述氧化氣體反應(yīng)；以及沉積相鄰于所述初始層的第一電介質(zhì)層，其中所述電介質(zhì)層包含硅、氧和碳并且具有約3或更小的介電常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了在兩個(gè)低k電介質(zhì)層之間沉積具有低介電常數(shù)的粘附層而對(duì)襯底進(jìn)行處理的方法。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了處理襯底的方法，該方法包括以有機(jī)硅化合物與氧化氣體的第一比率將有機(jī)硅化合物和氧化氣體引入處理室；生成氧化氣體與有機(jī)硅化合物的等離子，以在包含至少硅和碳的阻擋層上形成初始層；以大于有機(jī)硅化合物與氧化氣體的第一比率的第二比率將有機(jī)硅化合物和氧化氣體引入處理室；沉積相鄰于電介質(zhì)初始層的第一電介質(zhì)層。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1930669SQ200580008066
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月15日
發(fā)明者利華·李·黃, 祖方·黃, 迪安·蘇格阿托, 立群·夏, 皮特·韋曼·李, 海澈姆·穆薩德, 振江·崔, 索云·帕克 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司