制造摻碳氧化物膜的方法

專利名稱：制造摻碳氧化物膜的方法
技術領域：
本發明涉及半導體層沉積。具體地說，本發明涉及摻碳氧化物沉積。
背景技術：
在半導體器件的制造中，具有不同用途的層被形成在半導體襯底上。如層間電介質(inter-layer dielectric，ILD)這樣的一個層被沉積并圖案化以隔離和支撐諸如平行導電金屬線之類的電容器構造(feature)。隨著半導體器件和器件線寬減小，這樣的導電線275之間的距離相應減小。如果所有的其它因子保持不變，這就導致了更大的電容(C)。例如，給定所述的平行導電線275，電容(C)可以被看作 其中d是導電線275之間的距離，A是每個導電線相對面的面積，ε是ILD的磁導率，k是介電常數(ILD材料對電容器值影響程度的因子)。
從上述公式可以看出，當所有的其它因子保持不變時，隨著距離(d)的減小，系統的電容(C)增大。遺憾的是，當電容(C)增大時，信號傳送時間也增加。另外的問題諸如功率耗散和竄擾增加也可能發生。因此，人們試圖降低電容(C)。
上面指出的介電常數(k)沒有度量單位。例如，如果電介質是真空或者空氣，則介電常數(k)大約等于1，對電容沒有影響。然而，大多數層內介電材料具有一定程度的極性，使介電常數(k)大于1。例如，作為一種常用的ILD材料，二氧化硅通常具有大于約4的介電常數。由于半導體器件線寬的減小以及例如距離(d)的減小而導致電容(C)增大，所以現在人們盡力減小ILD的介電常數(k)來作為降低電容(C)手段。就是說，如果電容(C)為 且所有其它的因子保持不變，則介電常數(k)的減小可以降低電容(C)。
諸如氟化硅玻璃(FSG)、絲和摻碳氧化物(Carbon Doped Oxide，CDO)的低介電常數(k)材料(即“低k”材料)，已經被用來形成ILD，由此降低電容(C)。但是，“低k”材料的沉積包含導致半導體處理時間增加的低沉積速率的問題，還涉及到產量低的問題。


圖1是在一個反應器中的半導體襯底的實施例的橫截面側視圖。
圖2A是在CDO膜沉積之后的圖1中的襯底的橫截面側視圖。
圖2B是在溝槽刻蝕之后的圖2A中的襯底的橫截面側視圖。
圖2C是在導電金屬線形成之后的圖2B中的襯底的橫截面側視圖。
圖3是概述了半導體襯底處理的實施例的流程圖。
具體實施例方式
描述了CDO構造的沉積方法。通過附圖描述和說明了實施例的若干方面。雖然參照具體的用于形成ILD的摻碳氧化物膜的沉積而描述了下列的實施例，但是這些實施例可應用到任何摻碳氧化物構造的形成中。這可以包括從前體(precursor)所形成的摻碳氧化物膜，其中所述的前體具有諸如HxSi(CH3)4-x和(CH3)xSi(OCH3)4-x的分子式，或者此外還包括四甲基環四硅氧烷。
下面所描述的實施例一般可應用到半導體襯底的處理中。一旦獲得了襯底，初始的處理就可以包括在襯底的表面上形成介電層。此處所描述的實施例集中在CDO介電材料的沉積上，具體地說，通過在存在CDO前體的情況下引入氧來提高CDO沉積的速率。
參照圖1，示出了暴露于包括CDO前體的氣體混合物160的襯底100的實施例。如此處所進一步描述的，例如，當激發氣體混合物160以使沉積發生時，氧也被包括在氣體混合物160中以提高在襯底100上的CDO沉積的速率。
襯底100包括初始介電刻蝕終止層120。襯底100可以是硅和其它傳統的材料。如此處所進一步描述的，雖然刻蝕終止層120不是必需的，但還是被示出以用于說明。此外，在本發明的其它實施例中，各種其它的絕緣的或者導電的層以及構造可以出現在襯底100上，而不必在這里描述。
襯底100被置于用于沉積襯底100上的材料的反應器180之中。在所示出的實施例中，將被形成在襯底100上的材料是用作ILD的摻碳氧化物(CDO)。CDO材料是一種包含硅(Si)，碳(C)，和氧(O)的材料，該材料提供相對減小的極性、密度和電導率。例如，CDO材料可以具有小于約3.0的介電常數(k)。因此，如此處進一步的討論那樣，當用作ILD時CDO材料通常被認為是“低k”材料，并且有助于降低電容。
在一個實施例中，反應器180是一個傳統的化學氣相沉積(CVD)裝置。該CVD裝置可以通過傳統的方式操作并由等離子體增強(即PECVD裝置)。在所示出的實施例中，該PECVD裝置裝備有一個被耦合到電源155上的噴淋板150。襯底100接地并置于噴淋板150的附近。在所示出的實施例中，襯底100被置于距離噴淋板150約15mm與約40mm之間的位置，優選在約24mm和約26mm之間。
一旦襯底100被放置，并且PECVD裝置被封閉，氣體混合物160就被以蒸汽的形式導入該裝置。同時，通過該PECVD裝置施加射頻(RF)，使得氣體混合物160被激發成等離子態以在襯底100的表面上發生沉積。在可供選擇的實施例中，氣體混合物160的至少一部分在導入PECVD裝置前的較遠位置被激發成等離子態。在此實施例中，氣體混合物160的這一部分可以在進入PECVD裝置時已經處于等離子態。
上面所述的氣體混合物160包括CDO前體和諸如氧氣的沉積增強氣體。如這里進一步討論的那樣，氧的引入提高了CDO材料的形成和沉積速率。諸如氦(He)的惰性氣體也可以作為氣體混合物160的一部分被提供以在沉積期間作為PECVD裝置中體積填充物(volume-filler)。惰性氣體還可以是熱的良導體以提高熱均勻性。然而，它實際上并不參與沉積中的化學過程。除了氦(He)，其它的惰性氣體諸如氬(Ar)、氖(Ne)、氪(Kr)和氙(Xe)也可以被用作輔助氣體(background gas)。
CDO前體，即上述的氣體混合物160的一部分提供用于形成CDO構造的碳(C)源和硅(Si)源。CDO前體還可以提供氧(O)源。但是，這不是必需的，因為按照此處描述的實施例，氧(O)是被單獨提供的。CDO前體的實施例包括四甲基環四硅氧烷((HSiOCH3)4)和具有分子式為HxSi(CH3)4-x或者(CH3)xSi(OCH3)4-x的氣體。例如，在一個實施例中，二甲基二甲氧基硅烷(CH3)2Si(OCH3)2被用作CDO前體。這樣的CDO前體產生如上所述的具有介電常數(k)小于約3.0的CDO材料。
在上述的實施例中，氧氣被提供給PECVD裝置并且通過施加RF而被激發(例如O·)。作為氣體混合物160的一部分而被提供的氧氣最初可以是離子氧(即O2-)、分子穩定氧(O2)、元素穩定氧(O)或者臭氧(O3)的形式。無論如何，當氧氣進入PECVD裝置時施加RF作用于氧氣，使得氧分子的至少一部分將處于激發態(例如O·)。被激發的氧分子與CDO前體相互作用以提高CDO沉積的速率。在另一個實施例中，氧以臭氧(O3)的形式被熱激發而不使用RF以提高CDO沉積的速率。氧氣的臭氧(O3)形式在這種方式下更易激發。
在另一個可選的實施例中，在與氣體混合物160的CDO前體相隔較遠的位置，和輔助氣體隨同一起的氧氣被激發。在這個實施例中，CDO前體在導入到PECVD裝置時被激發，在此處前體與已經被激發的氧氣混合。
如上所述，氣體混合物160進入PECVD裝置，通過引入RF而被賦能。可以于PECVD裝置中在傳統的壓力、溫度、射頻(RF)和功率下進行該過程。例如在一個實施例中，壓力保持在約2.0Torr(托)和約10.0Torr之間，優選約3.0Torr和約6.0Torr之間，支撐襯底100的基座135的溫度保持在約250℃和約450℃之間，RF保持在標準頻率并且提供約1600瓦特和約1800瓦特之間的功率。
對于上述的實施例，氧氣的量小于被氧和CDO前體所占據的體積的約5％。此外，對于氣體混合物160中的各單獨氣體，流速以標準毫升每分鐘(Sccm)計可以如下前體氣體流速 50-200Sccm輔助氣體流速 20-200Sccm氧氣流速 1.0-20Sccm
如上的流速可以根據諸如溫度和壓力條件的各種因素來確定。實際上，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，不同于上面所描述的流速也可以被使用。
以如上所述的方式將氧加入到氣體混合物160中可使CDO沉積到襯底100上的速率可以超過約每分鐘5620埃。在一個實施例中，CDO沉積速率在約每分鐘5620埃和約每分鐘9600埃之間，優選沉積速率達到約每分鐘9580埃。與不引入氧的傳統CDO的PECVD沉積相比，CDO沉積速率提高了約70％。
參照圖2A，圖1中的實施例的襯底100被示出，該襯底100具有沉積在刻蝕終止層120上的CDO膜200。CDO膜200具有小于約3.0的介電常數。在一個實施例中，CDO膜的介電常數小于約2.7。此外，當與無氧條件下同樣的CDO膜200的沉積相比，在有氧條件下CDO膜200的沉積可以提供一個稍微低一些的介電常數。在所示出的實施例中，CDO膜200將形成CDO ILD(見圖3)。但這并不是必需的。可以將CDO膜200用于各種絕緣用途。
參照圖2B，CDO膜200被刻蝕以形成溝槽250。在所示出的實施例中，CDO膜200通過傳統的方式進行圖案化和刻蝕。例如，可以將保護性掩模圖案放置CDO膜200上，使若干區域暴露以形成平行溝槽250。然后通過CDO膜200的暴露部分施加化學刻蝕劑以進行刻蝕。刻蝕終止層120是抗化學刻蝕劑的材料，并且幫助控制被刻蝕溝槽250的深度。刻蝕終止層120可以是氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)或者其它傳統的刻蝕終止材料。
參照圖2C，被沉積的CDO膜200以CDO ILD的形式提供導電線275的結構支撐和隔離。在所示出的實施例中，將導電線275沉積到對用于形成CDO ILD的CDO膜的向下至刻蝕終止層120的刻蝕上。在一個實施例中，導電線275是由銅(Cu)制成的。此外，在一個實施例中，刻蝕終止層120也作為阻擋層以防止銅離子(Cu+)擴散到刻蝕終止層120之下，因而保持了導電線275的隔離度。
導電線275可以通過傳統的方式沉積。例如，在一個實施例中，可以以蒸汽形式將導電線材料的離子化形式(例如Cu+)提供給傳統的PECVD裝置。RF可以被施加到該裝置以產生等離子體，并且實現包括導電線275的導電層的沉積。如圖2C所示，其它導電層的多余部分可以通過傳統的化學機械拋光(CMP)技術除去，使得襯底100包含一個平滑的上表面290，并且進一步使導電線275隔離。
被沉積的導電線275相隔距離(d)，其中ILD材料200的存在使導電線275相隔離。如前面所述的，如果電容(C)為 則距離(d)的減小可以增大電容(C)。然而，這里描述的實施例包括使用“低k”CDO ILD材料200來平衡這一問題，以便不至于因CDO沉積時間長而犧牲合理的產量(例如半導體處理時間)。
參照圖3，以流程圖的形式示出了根據上述方法的CDO沉積的優選實施例的概述。在此處所描述的實施例中，襯底被放置在一個反應器中，將CDO前體和氧導入反應器中(310)。沉積導致在襯底上形成CDO膜。沉積可以其它傳統方式進行，如在傳統條件下運行的PECVD裝置中進行。由于氧的存在，這種方式的沉積進行的速率提高。CDO膜隨后被刻蝕(320)。CDO的刻蝕(320)通過傳統方法將傳統的刻蝕劑應用到CDO膜而完成。一旦刻蝕(320)完成，就再次通過傳統的方式，如在傳統條件下運行的PECVD裝置中沉積導電線275(330)。隨后應用CMP(340)，且襯底可被用于實施進一步處理和封裝(350)。
上述的實施例包括在氧存在下的CDO沉積。此外，實施例涉及被沉積以形成ILD的具體的“低k”材料。雖然示意性實施例描述了被沉積以形成ILD的具體的CDO材料，但是另外的實施例也是可以的。例如，根據上面所討論的實施例，可以以增大的速率形成CDO膜，它除了形成ILD外還具有絕緣用途。并且，在不脫離這些實施例的精神和范圍的情況下，可以進行許多變化、修改和替換。
權利要求
1.一種方法，包括提供襯底；以及在所述襯底存在的情況下，將氧導入到摻碳氧化物前體，以在所述襯底上沉積摻碳氧化物膜。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述的摻碳氧化物前體從由四甲基環四硅氧烷、具有分子式為HxSi(CH3)4-x的前體和具有分子式為(CH3)xSi(OCH3)4-x的前體組成的組中選取。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述的氧從由離子氧、分子穩定氧、元素穩定氧和臭氧組成的組中選取。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述的導入包括在所述的襯底存在的情況下加入一種惰性輔助氣體來提供體積填充物，以沉積所述的摻碳氧化物膜。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述的導入經由化學氣相沉積裝置。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述的摻碳氧化物膜的介電常數小于約3.0。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述的摻碳氧化物膜的所述沉積以大于約每分鐘5620埃的速率進行。
8.如權利要求1所述的方法，還包括刻蝕所述的摻碳氧化物膜以沉積導電線，所述的摻碳氧化物膜作為所述導電線之間的層間電介質。
9.一種在襯底上形成摻碳氧化物膜的方法，所述的方法包括將所述的襯底放置在化學氣相沉積裝置的基座上；將輔助氣體、摻碳氧化物前體和氧導入到所述的裝置之中；以及在使得所述的摻碳氧化物膜形成在所述的襯底上的條件下運行所述的裝置。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述的摻碳氧化物前體從由四甲基環四硅氧烷、具有分子式為HxSi(CH3)4-x的前體和具有分子式為(CH3)xSi(OCH3)4-x的前體組成的組中選取。
11.如權利要求9所述的方法，其中所述的條件包括所述的基座的溫度在約250℃和約450℃之間。
12.如權利要求9所述的方法，其中所述的條件包括所述的裝置中的壓力在約2托和約10托之間。
13.如權利要求9所述的方法，其中所述的輔助氣體是惰性氦。
14.如權利要求9所述的方法，其中所述的導入包括所述的摻碳氧化物前體的流速在約50Sccm和約200Sccm之間，所述的輔助氣體的流速在約20Sccm和約200Sccm之間，以及所述的氧的流速在約1.0Sccm和約20Sccm之間。
15.如權利要求9所述的方法，其中所述的化學氣相沉積裝置是等離子體增強化學氣相沉積裝置。
16.如權利要求9所述的方法，其中所述的摻碳氧化物膜是二甲基二甲氧基硅烷。
17.一種摻碳氧化物膜，由摻碳氧化物前體在氧存在的情況下形成在襯底上。
18.如權利要求17所述的摻碳氧化物膜，所述摻碳氧化物膜作為導電線之間的層間電介質，所述導電線在刻蝕所述的摻碳氧化物膜之后被沉積在襯底上。
19.如權利要求17所述的摻碳氧化物膜，所述摻碳氧化物膜的介電常數小于約3.0。
20.如權利要求17所述的摻碳氧化物膜，所述摻碳氧化物膜以大于約每分鐘5620埃的速率在所述的襯底上形成。
全文摘要
沉積摻碳氧化物(CDO)。一種沉積方法，包括提供襯底；以及在襯底存在的情況下，將氧導入到摻碳氧化物前體中。摻碳氧化物膜形成在襯底上。在另一種方法中，襯底被放置在化學氣相沉積裝置的基座上。輔助氣體隨同摻碳氧化物前體和氧一起被導入，以在襯底上形成摻碳氧化物膜。
文檔編號H01L21/316GK1723295SQ02811810
公開日2006年1月18日 申請日期2002年10月1日 優先權日2001年10月5日
發明者易卜拉欣·安迪戴絲, 凱文·彼得森, 杰弗里·比耶夫菲爾德 申請人:英特爾公司