專(zhuān)利名稱(chēng)：淀積低介電材料(Low－k)過(guò)程中減少產(chǎn)生顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)法淀積低介電材料(Low-k)的方法，具體涉及一種淀積低介電材料(Low-k)過(guò)程中減少產(chǎn)生顆粒的方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的發(fā)展，晶體管的尺寸越來(lái)越小。對(duì)后道的互連要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的后道(Backend)介電材料SiO2和作為互連金屬的鋁已不能滿足技術(shù)發(fā)展的需求。為了減少互連延遲，功率耗散和交調(diào)失真，銅(Cu)和Low-k正逐步被人們應(yīng)用。
Low-k的制備方法有兩種化學(xué)氣相沉積(CVD)法和懸涂(Spin-on)法。由于采用CVD法制備的Low-k材料具有良好的附著力、硬度和較高的熱穩(wěn)定性，并且與Spin-on方法相比不需要額外的設(shè)備，得到了工業(yè)界的很大應(yīng)用。在化學(xué)氣相沉積中，等離子體輔助(PE)的CVD法由于淀積溫度低、薄膜致密、膜質(zhì)均勻，得到了廣泛的應(yīng)用。在國(guó)際上也有許多著名的PECVD的設(shè)備公司并有著自己代表性的PECVD Low-k材料，諸如美國(guó)的應(yīng)用材料(Applied Matierals)的Black Diamond，諾發(fā)公司(Novellus)的Coral等。
在半導(dǎo)體工業(yè)中，等離子體是有中性原子或分子、負(fù)電(電子)和正電(離子)所構(gòu)成。在等離子體中，電子的濃度大約和離子的濃度相等。電子濃度對(duì)所有氣體濃度的比例則被定義為離化率(Ionization Rate)。在大多數(shù)的PECVD淀積中，反應(yīng)腔中所產(chǎn)生的離化率是非常低的約為百萬(wàn)分之一到千萬(wàn)分之一，高密度等離子體(High density plasma)除外。在PECVD淀積中，各種粒子在相互發(fā)生碰撞。有三種碰撞是最重要的離子化碰撞，激發(fā)和以及分解等離子體的主要參數(shù)有平均自由程(Mean Free path，MFP)，熱速度(Thermal Velocity)，鞘層(sheath)等。其中平均自由程是粒子和粒子碰撞前能夠移動(dòng)的平均距離，與反應(yīng)腔室內(nèi)氣體的氣壓成反比。當(dāng)?shù)入x子體反應(yīng)腔室的壓力改變時(shí)，MFP也隨之變化。在PECVD中，當(dāng)壓力較高時(shí)，等離子體集中在電極附近；但是當(dāng)壓力較低時(shí)，等離子體則會(huì)分布在反應(yīng)室的各處。熱速度是指在等離子體中各種粒子都在以一定的速度運(yùn)動(dòng)，并具有一定的溫度。此速度與溫度的平方根成正比。在大多數(shù)等離子體中，通常使用射頻功率(RF power)，射頻功率會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交流的電場(chǎng)，它能快速地變換方向。電子在射頻電場(chǎng)的正周期中快速地加速并且開(kāi)始碰撞過(guò)程，如游離，激發(fā)和分解等，并在負(fù)周期中重復(fù)這些過(guò)程。由于離子太重而無(wú)法立即對(duì)這個(gè)交流的電場(chǎng)作出反應(yīng)，于是大部分的射頻能量都被反應(yīng)快且重量輕的電子所吸收。由于電子的移動(dòng)速度比離子要快得多，因此當(dāng)?shù)入x子體一開(kāi)時(shí)產(chǎn)生后，任何接近等離子體的東西(包括反應(yīng)腔壁和電極)都會(huì)帶上負(fù)電。帶負(fù)電的電極會(huì)排斥帶負(fù)電的電子而吸引帶正電的離子，因此在電極附近的離子會(huì)比電子要多。因正電荷與負(fù)電荷的差值而在附近所形成的一個(gè)電場(chǎng)就稱(chēng)為鞘層電位(sheath potential)。由于該區(qū)的電子較少而且也較少發(fā)生激發(fā)—松弛的碰撞，因此該區(qū)的發(fā)光沒(méi)有像等離子體那樣強(qiáng)烈。所以可以在電極的附近觀察到一個(gè)黑暗區(qū)域。鞘層電位會(huì)加速離子朝向電極移動(dòng)，并造成離子轟擊。將硅片放置在電極的上方，就可利用鞘層電位所造成的離子加速而使硅片表面受到轟擊。
用PECVD制備Low-k材料一般是通過(guò)降低材料的極化來(lái)實(shí)現(xiàn)降低材料的介電系數(shù)。F摻雜二氧化硅(FSG)就是利用在SiO2中加入F元素形成Si-F鍵取代部分Si-O鍵來(lái)降低材料的極化，Si-F鍵的極化小于Si-O鍵的極化，在C013中通常采用FSG作為互連介質(zhì)。碳摻雜SiO2(SiO:CH3)中，甲烷基團(tuán)(-CH3)的加入取代氧原子，使得部分Si-O鍵被Si-CH3鍵所取代。在C009及更先進(jìn)的技術(shù)中，通常采用SiOC:H。
在PECVD制備SiOC:H這種材料中，通常采用的前驅(qū)體(Precursor)有三甲基硅烷(3MS)，四甲基硅烷(4MS)等。這些前驅(qū)體的分子結(jié)構(gòu)通常都很類(lèi)似，都是以Si作為骨架，然后輔之以(-CH3，-O)等。其實(shí)，集成電路中常用來(lái)淀積SiO2的前驅(qū)體TEOS也是這種結(jié)構(gòu)。這些前驅(qū)體在常溫下通常以液體的狀態(tài)存在，并且具有較低的蒸氣壓。在實(shí)際應(yīng)用中，有一液體輸送系統(tǒng)將液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，主要有兩種方法沸騰法、氣泡法。沸騰法的原理是加熱前驅(qū)體，使其溫度升高，氣壓上升，從而氣化。蒸氣壓如大于腔體內(nèi)的壓強(qiáng)，則氣體留入腔體，流速與蒸氣壓和腔體內(nèi)氣壓的壓強(qiáng)差成正比。氣泡法則是由載氣(通常是氦氣)產(chǎn)生氣泡通過(guò)前驅(qū)體攜帶蒸氣進(jìn)入腔體。氣體的流速與載氣的流量，前驅(qū)體的蒸氣壓，分子量成正比。在淀積剛結(jié)束的時(shí)候，腔體內(nèi)還有殘留的反應(yīng)氣體。此時(shí)進(jìn)入抽氣步驟，因硅片上帶有電荷，極易吸引殘留的氣體分子，從而使殘留氣體的化學(xué)反應(yīng)不完全，則極易造成顆粒，特別是對(duì)于液態(tài)的前驅(qū)體而言。并且，在淀積剛結(jié)束的時(shí)候，由于硅片和基座上是帶有異性電荷，互相吸引，此時(shí)立刻抽氣，頂針上升(見(jiàn)圖2)，容易使硅片破裂，污染腔體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種淀積低介電材料(Low-k)過(guò)程中減少產(chǎn)生顆粒的方法，其通過(guò)使硅片放電從而減少Low-k材料在以液態(tài)前驅(qū)體PECVD淀積時(shí)產(chǎn)生顆粒的方法。
本發(fā)明是在采用的Low-k材料的PECVD淀積時(shí)，在低介電材料淀積完后，把反應(yīng)氣體的流量置零，使硅片放電(decharging)。
在淀積(見(jiàn)圖1)這個(gè)步驟剛結(jié)束的時(shí)候，保持原有的氣壓，間距，溫度等條件不變，僅把反應(yīng)氣體的流量置零，時(shí)間維持3-5秒。在淀積完畢，維持等離子體存在并保持其他條件不變，使硅片完全放電，殘留氣體充分反應(yīng)，則會(huì)大大減少硅片上的顆粒。
本發(fā)明的特點(diǎn)是，在低介電材料淀積完后，把反應(yīng)氣體的流量置零，使硅片放電(decharging)，在把反應(yīng)氣體的流量置零的過(guò)程中，使其參數(shù)與所述淀積低介電材料時(shí)的氣壓、惰性氣體流量、間距、溫度參數(shù)保持一致，反應(yīng)氣體流量置零的時(shí)間為3到5秒，反應(yīng)氣體可包括三甲基硅烷(3MS)與氧氣，惰性氣體可為氦氣。
實(shí)現(xiàn)上述方法的工藝過(guò)程包括如下步驟(1)使用等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)法淀積低介電材料；(2)所述低介電材料淀積完后，將反應(yīng)氣體的流量置零，使硅片放電；(3)進(jìn)行抽氣步驟。
本發(fā)明通過(guò)在淀積結(jié)束后維持等離子體幾秒鐘，并保持其他條件不變，在幾乎不影響產(chǎn)能的條件下，通過(guò)使硅片放電(見(jiàn)圖3)，從根本上解決了淀積產(chǎn)生顆粒的問(wèn)題，并且大大減少了硅片在淀積時(shí)破損的概率。


圖1在硅片上淀積Low-k(淀積步驟---Deposition)的示意圖；圖2抽氣結(jié)束，頂針上升的示意圖；圖3本發(fā)明淀積低介電材料(Low-k)過(guò)程中減少產(chǎn)生顆粒的方法的放電步驟(Decharging)的示意圖；其中1為等離子體(Plasma)；2為腔體(chamber)；3為硅片；4為基座(Susceptor)；5為頂針(Liftpin)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
首先，如圖1所示，用PECVD在腔體2(如在應(yīng)用材料公司的DxZ腔體)內(nèi)，在硅片3上淀積低介電材料(Low-k)，硅片放置于基座4上。
其次，如圖3所示，在Low-k淀積完畢后，不立刻進(jìn)入抽氣狀態(tài)，而是將反應(yīng)氣體流量置零，該反應(yīng)氣體為三甲基硅烷(3MS)與氧氣，實(shí)施例中反應(yīng)氣體為應(yīng)用材料公司的3MS前驅(qū)體與氧氣，同時(shí)維持除反應(yīng)氣體流量外的氣壓參數(shù)、惰性氣體流量參數(shù)、間距參數(shù)、溫度參數(shù)等其他參數(shù)不變，維持等離子體3到5秒(該惰性氣體通常是氦氣)。
最后，如圖2所示，抽氣結(jié)束，頂針5上升進(jìn)行取片動(dòng)作。
本發(fā)明通過(guò)硅片放電，從根本上解決了淀積產(chǎn)生的顆粒，并且大大減少了硅片在淀積時(shí)破損的概率。
權(quán)利要求
1.一種淀積低介電材料(Low-k)過(guò)程中減少產(chǎn)生顆粒的方法，其特征在于在低介電材料淀積完后，把反應(yīng)氣體的流量置零，使硅片放電(decharging)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淀積低介電材料(Low-k)過(guò)程中減少產(chǎn)生顆粒的方法，其特征在于包括如下步驟(1)使用等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)法淀積低介電材料；(2)所述低介電材料淀積完后，將反應(yīng)氣體的流量置零，使硅片放電；(3)進(jìn)行抽氣步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淀積低介電材料(Low-k)過(guò)程中減少產(chǎn)生顆粒的方法，其特征在于在所述把反應(yīng)氣體的流量置零的過(guò)程中，使其參數(shù)與所述淀積低介電材料時(shí)的氣壓、惰性氣體流量、間距、溫度參數(shù)保持一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淀積低介電材料(Low-k)過(guò)程中減少產(chǎn)生顆粒的方法，其特征在于所述反應(yīng)氣體流量置零的時(shí)間為3到5秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淀積低介電材料(Low-k)過(guò)程中減少產(chǎn)生顆粒的方法，其特征在于所述反應(yīng)氣體可包括三甲基硅烷(3MS)與氧氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的減淀積低介電材料(Low-k)過(guò)程中減少產(chǎn)生顆粒的方法，其特征在于所述惰性氣體可為氦氣。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種減少采用等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)法淀積低介電材料(Low－k)時(shí)產(chǎn)生顆粒的方法。在采用PECVD淀積Low－k材料時(shí)，淀積時(shí)產(chǎn)生的顆粒會(huì)大大影響到良率。本發(fā)明采用在淀積剛完畢之后，反應(yīng)氣體流量置零，氣壓參數(shù)、惰性氣體流量參數(shù)、間距參數(shù)、溫度參數(shù)條件與淀積時(shí)保持不變，維持等離子體3至5秒就可解決。
文檔編號(hào)C23C16/50GK1824831SQ200510023988
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日
發(fā)明者胡正軍 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司, 上海華虹(集團(tuán))有限公司