專利名稱：摻雜碳的二氧化硅膜的沉積方法與金屬內(nèi)連線的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路與其它電子裝置的制造方法，特別是涉及一種改善摻雜碳的二氧化硅低介電常數(shù)介電層特性的方法，而該介電層是由一等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(PECVD)沉積形成。
背景技術(shù)：
高效能電子裝置的制造包括作為電子信道的金屬內(nèi)連線的形成與作為隔離內(nèi)連線的一或更多介電層的沉積。典型的金屬內(nèi)連線包括充填如銅的金屬的溝槽、介層窗或接觸洞。一種常用于形成內(nèi)連線的方法即為鑲嵌式工藝，其步驟是首先在一介電層中蝕刻形成一開口，之后，于該開口沉積一金屬，再進(jìn)行一例如為化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)的平坦化步驟，以維持介電層頂端與金屬共平面。
近年來，已有介電常數(shù)介于2.5-3的低介電常數(shù)材質(zhì)例如摻雜碳或氟的二氧化硅作為替代介電常數(shù)大體為4的二氧化硅以改善介電層品質(zhì)的研究。當(dāng)線路尺寸縮小時(shí)，低介電常數(shù)材質(zhì)是優(yōu)選的可避免導(dǎo)電層間發(fā)生串?dāng)_現(xiàn)象的材料，但由于其多孔的性質(zhì)，往往必須先經(jīng)過致密化處理，方能避免水氣吸收使有效介電常數(shù)值不致增加，此外，因CMP平坦化步驟很容易對低介電常數(shù)介電層造成刮傷或裂痕，如何增強(qiáng)介電層的硬度與張力也是一個(gè)重要課題，而增加低介電常數(shù)介電層的硬度與楊式系數(shù)與獲得一較低漏電流以及較高崩潰電壓有關(guān)。
另一重要課題即是沉積一低介電常數(shù)介電層的成本。例如AppliedMaterials(Santa Clara，Calif)提供的摻雜碳的二氧化硅(黑鉆石)，Novellus(San Iose，Calif)提供的CORAL，Allied Signal提供的HOSP或其它供貨商所提供的材料均由PECVD法沉積形成，該方法尚包含有一有機(jī)硅的前驅(qū)物如三甲基硅烷以及一氧化劑如氧氣、氧化氮(N2O)或臭氧等，摻雜碳的二氧化硅如有機(jī)硅玻璃(OSG)會包含有氫的成分，其中有機(jī)硅前驅(qū)物的成本比形成二氧化硅的硅烷為高，且黑鉆石膜的沉積速率僅為利用SiH4與氧氣形成二氧化硅速率的一半，因而減緩產(chǎn)量輸出，因此，如何發(fā)展一套可利用較少量的高成本有機(jī)硅前驅(qū)物制作黑鉆石膜或其類似物并提高沉積速率的方法，是令人期待的。
為順應(yīng)往后包含利用圖案化光致抗蝕劑層(或稱光阻層)蝕刻低介電常數(shù)介電層以形成一開口的工藝，必須能維持較佳的模厚均一度，雖在形成光致抗蝕劑層前，會于低介電常數(shù)介電層上沉積一或數(shù)層的中間層，然一平坦的介電層仍可形成一平坦的光致抗蝕劑層而在圖案化步驟中提供一更大的工藝范圍(process window)。在PECVD工藝腔室中于一芯片上沉積低介電常數(shù)介電層時(shí)，該介電材料也會沉積在腔室壁上，當(dāng)歷經(jīng)數(shù)百次的PECVD工藝后，腔室壁上的沉積物會逐漸增加，而影響介電層于芯片上的膜均一性，例如經(jīng)過大體1000片晶片的制作過程后，膜均一度會下降，其數(shù)值從接近1％至大體4％，因此，為避免影響產(chǎn)量輸出，勢必要在腔室內(nèi)配合相應(yīng)的清潔工作。綜上所述，PECVD的改善方法必須能在長時(shí)間內(nèi)維持良好的膜均一度且減少預(yù)防保養(yǎng)的次數(shù)。
如美國專利第0032292/2003號，公開了一種黑鉆石膜是由一包含三甲基硅烷與氧氣的工藝形成，如美國專利第6,372,632號，是利用一有機(jī)硅例如三甲基硅烷與一包括氬氣、氧氣、甲烷、氧化氮、氮?dú)饣驓錃獾鹊难a(bǔ)償氣體(compensatory gas)沉積一低介電常數(shù)介電層，然而傳統(tǒng)技術(shù)并未提供低介電常數(shù)介電層相關(guān)的工藝條件。
美國專利第6,312,793號也揭露了一種雙相介電材質(zhì)，其中一相是由SiCOH所組成，硅前驅(qū)物優(yōu)選為一環(huán)狀化合物如TMCTS，氧化劑與載運(yùn)氣體如氦氣或氬氣也利用在此沉積過程中。
此外，美國專利第6,541,397號也揭露了一種利用一個(gè)或多個(gè)有機(jī)硅化合物、一氧化氣體、與一流量介于50-500sccm的惰性氣體共同沉積一碳氧化硅層，然而該技術(shù)中并未教導(dǎo)氬氣、氧氣以及有機(jī)硅間流量的關(guān)系在改善膜品質(zhì)與增加沉積速率上的重要性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種摻雜碳的二氧化硅層如黑鉆石膜的沉積方法，以提供一比傳統(tǒng)CVD法更快的沉積速率。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種摻雜碳的二氧化硅層的沉積方法，藉由經(jīng)歷大量晶片工藝后仍維持良好的膜厚均一度，以減少CVD腔室內(nèi)預(yù)防保養(yǎng)清潔操作的次數(shù)；并增加介電層硬度與張力值(楊氏系數(shù))；提供較佳的熱與化學(xué)的穩(wěn)定性，包括對氧灰化具有較高的阻抗以及在氟碳等離子體中能有較低的蝕刻速率。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供了一種摻雜碳的二氧化硅層(膜)的沉積方法，包括下列步驟提供一基底；通入氧氣與二甲基硅烷、三甲基硅烷以及四甲基硅烷三者之一至該基底；通入惰性氣體；產(chǎn)生一等離子體，在一特定反應(yīng)條件下沉積一摻雜碳的二氧化硅膜；以及持續(xù)沉積該二氧化硅膜，待該膜到達(dá)一適當(dāng)厚度。
本發(fā)明同時(shí)還提供了一種金屬內(nèi)連線的制造方法，包括下列步驟提供一基底，其上形成有一蝕刻終止層；通入氧氣與二甲基硅烷、三甲基硅烷以及四甲基硅烷三者之一至該蝕刻終止層與該基底；通入惰性氣體(例如氬氣等)至該蝕刻終止層與該基底；產(chǎn)生一等離子體，于一特定反應(yīng)條件下沉積一摻雜碳的二氧化硅低介電常數(shù)介電層；形成一開口于該低介電常數(shù)介電層中并穿過該蝕刻終止層；以及充填該開口。
更具體地，本發(fā)明所提供的一種摻雜碳的二氧化硅層(膜)的沉積方法，包括下列步驟首先，提供一基底并將其置于一CVD腔室中，加熱該腔室至一適當(dāng)溫度并降低腔室壓力至一適當(dāng)范圍；接著，在施加射頻功率下，通入流量優(yōu)選為1∶1.5∶6的氧氣、氬氣與三甲基硅烷至該腔室，以沉積形成一包含摻雜碳的二氧化硅的低介電常數(shù)介電層，當(dāng)該介電層達(dá)到一適當(dāng)厚度后，即停止等離子體步驟。在PECVD工藝中，通入足夠流量的氬氣至該腔室內(nèi)，以增加摻雜碳的二氧化硅膜的沉積速率并提供一轟炸效應(yīng)以致密、硬化該介電層與改善膜的張力強(qiáng)度，過程中應(yīng)避免過高流量的氬氣，以防沉積膜的介電常數(shù)增加。此外，摻雜碳的二氧化硅膜是在一足夠高溫的狀態(tài)下沉積，遂可省去沉積后回火的步驟。另外該基底可就此移除或在CVD工藝腔室中繼續(xù)沉積另一介電層例如一覆蓋層或一抗反射涂層于所述摻雜碳的二氧化硅層上。
在本發(fā)明的一單或雙鑲嵌工藝的實(shí)施例中，一低介電常數(shù)介電層是沉積于一蝕刻終止層上，根據(jù)雙鑲嵌工藝步驟，首先于一低介電常數(shù)介電層上沉積一覆蓋層或一抗反射涂層，之后，藉一第一光致抗蝕劑層圖案化該覆蓋層或該抗反射涂層并得到一穿過介電層的介層窗開口，接著，移除該第一光致抗蝕劑層后，覆蓋一第二光致抗蝕劑層，繼續(xù)圖案化該覆蓋層或該抗反射涂層并在介電層中的該介層窗上方形成一溝槽，爾后，移除該第二光致抗蝕劑層。待蝕刻移除介層窗底部的蝕刻終止層后，沉積一順應(yīng)性的擴(kuò)散阻障層及充填一金屬層于該介層窗與該溝槽內(nèi)，最后，進(jìn)行一平坦化步驟，以完成該鑲嵌工藝。經(jīng)改善物理及機(jī)械性質(zhì)后的低介電常數(shù)介電層，其金屬內(nèi)連線具有較低的漏電流與較高的崩潰電壓。
綜上所述，利用本發(fā)明的方法，形成低介電常數(shù)介電層的沉積速率要快，且在氧氣等離子體存在下介電常數(shù)大體為3的介電層其介電常數(shù)值僅會有些許增加。此外，可形成具有較高密度、硬度與張力強(qiáng)度的黑鉆石層。并可使膜厚均一度在一長時(shí)間內(nèi)維持在2％以下，以降低微粒清除操作次數(shù)并提供較低的氟碳等離子體蝕刻速率，來改善鑲嵌工藝中溝槽深度的控制能力，以使最后形成的內(nèi)連線具有較低漏電流與較高崩潰電壓的特性。


圖1顯示預(yù)防保養(yǎng)清潔操作間，隨晶片制作數(shù)增加摻雜碳的二氧化硅層的膜均一度下降的情形。
圖2顯示本發(fā)明的PECVD工藝，當(dāng)氬氣或氦氣加入氧氣與三甲基硅烷時(shí)，黑鉆石膜的沉積速率增加的情形。
圖3顯示本發(fā)明的PECVD，黑鉆石層的介電常數(shù)值隨氬氣流量變化的情形。
圖4顯示藉通入氬氣形成的黑鉆石介電層替代傳統(tǒng)黑鉆石介電層時(shí)，裝置中漏電流下降的情形。
圖5為本發(fā)明的一實(shí)施例，于一基底上沉積一摻雜碳的二氧化硅層的剖面示意圖。
圖6-圖8為本發(fā)明的一實(shí)施例，雙鑲嵌工藝等離子體蝕刻步驟的剖面示意圖。
圖9為本發(fā)明的一實(shí)施例，于一低介電常數(shù)介電層中的開口沉積填入一擴(kuò)散阻障層與一金屬層后，并施以平坦化處理的剖面示意圖。
符號說明50基底51導(dǎo)電層52蝕刻終止層53 PECVD法54低介電常數(shù)介電層55覆蓋層56第一光致抗蝕劑層57開口58蝕刻步驟 59、62氧氣灰化步驟60第二光致抗蝕劑層61溝槽 63擴(kuò)散阻障層64金屬層具體實(shí)施方式
為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特列舉一優(yōu)選實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下本發(fā)明是有關(guān)于一種摻雜碳的二氧化硅層如一低介電常數(shù)層的沉積方法，以隔絕一半導(dǎo)體裝置中的金屬內(nèi)連線。本發(fā)明藉實(shí)施例揭露的圖式并非限定本發(fā)明的范圍，此外，這些圖式不是必須按照實(shí)際比例繪制且各組件的相對尺寸會與真實(shí)裝置有所不同。圖5-圖9揭露的鑲嵌工藝中，是利用一層間介電層制作一金屬內(nèi)連線的步驟，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可依照本發(fā)明的方法，于基底上的金屬導(dǎo)線之間以間隙充填操作(gap fill operation，未圖示)沉積一摻雜碳的二氧化硅層，形成一金屬層間介電層。
本發(fā)明的沉積方法，可于任何化學(xué)氣相沉積(CCD)工藝腔室中進(jìn)行，而形成一摻雜碳的二氧化硅層，當(dāng)沉積步驟于Applied Materials提供的DxZTM或Producer CVD腔室中進(jìn)行，產(chǎn)物為如一黑鉆石膜，而CORAL膜是由Novellus CVD腔室制作，HOSP膜是由Allied Signal工藝制作。如之前所述，不同摻雜碳的二氧化硅膜商品名是依據(jù)CVD工藝腔室的型式與所使用的沉積方式而定，各摻雜碳的二氧化硅膜的最終組成會略有不同，但基本上均含碳、氫、硅與氧，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例為，當(dāng)CVD腔室其改善低介電常數(shù)介電層物理與機(jī)械性質(zhì)的關(guān)鍵條件與沉積摻雜碳的二氧化硅膜的工藝條件相同時(shí)，即為一可選用的CVD腔室。
請參閱圖1所示，可發(fā)現(xiàn)在一次預(yù)防保養(yǎng)(PM)清潔后，隨著CVD工藝腔室中摻雜碳的二氧化硅沉積次數(shù)的增加，該低介電常數(shù)介電層其膜厚均一度會下降，數(shù)值從大體1％增加至4％或更多，也就是說，在一預(yù)防保養(yǎng)清潔操作后，一基底上沉積的摻雜碳的二氧化硅層的3σ膜厚標(biāo)準(zhǔn)差遠(yuǎn)低于在腔室中經(jīng)過數(shù)百次晶片制作而無清潔步驟的膜厚標(biāo)準(zhǔn)差，此即表示，沉積在CVD腔壁的低介電常數(shù)材質(zhì)其厚度會隨時(shí)間而增加，且會進(jìn)一步影響相鄰晶片彼此之間的沉積均一度，當(dāng)均一度值到達(dá)3-4％時(shí)，表示須進(jìn)行一預(yù)防保養(yǎng)的清潔，然而，在增加預(yù)防保養(yǎng)清潔次數(shù)的同時(shí)，會降低產(chǎn)出且提高生產(chǎn)線成本。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，利用包括二甲基硅烷、三甲基硅烷或四甲基硅烷的硅源氣體與如氧氣的氧源氣體沉積一摻雜碳的二氧化硅層。首先，置入一芯片于一CVD工藝腔室的夾盤(chuck)(未顯示)上，該夾盤可當(dāng)作一電極使用，腔室藉真空泵抽真空后，加熱基底以誘發(fā)沉積工藝。當(dāng)溫度與壓力皆穩(wěn)定在一適當(dāng)范圍時(shí)，所述來源氣體即通過該腔室頂端的洞進(jìn)入該工藝腔室內(nèi)，例如，如傳統(tǒng)技術(shù)所述，先藉由施加一射頻功率產(chǎn)生一等離子體，當(dāng)選擇的來源氣體為三甲基硅烷與氧氣時(shí)，續(xù)會形成包括(CH3)3Si+、(CH3)3Si+3或氧自由基的活性物種，而沉積步驟的第一步即是吸收這些活性物種至基底上。在部分例子中，基底上的一活性硅物種可能與一活性氧物種因距離過遠(yuǎn)而無法反應(yīng)，遂給予這些活性物種在基底上一遷移時(shí)間以反應(yīng)形成一低介電常數(shù)材質(zhì)的分子是必要的。此處低介電常數(shù)介電層的厚度大體為數(shù)千埃，此外，必須有效提高沉積速率以增加PECVD工藝腔室的晶片輸出量。
一般來說，化學(xué)反應(yīng)的速率會隨反應(yīng)物濃度的增加而增加，但本利用PECVD沉積摻雜碳的二氧化硅層的實(shí)施例發(fā)現(xiàn)以惰性氣體稀釋來源氣體的濃度后，會加快沉積速率，繼續(xù)以圖2加以說明，圖中的曲線20表示利用傳統(tǒng)方法形成摻雜碳的二氧化硅層的沉積速率，其中氧氣流量為100sccm，三甲基硅烷的流量為600sccm，腔室溫度為攝氏350度，射頻功率為600瓦特，腔室壓力為333.2帕斯卡(2.5托)，而上述氧氣與三甲基硅烷產(chǎn)生5394埃/分鐘(A點(diǎn))的沉積速率。曲線21的工藝條件與曲線20相似，差別僅在于此處通入流量為150sccm的氦氣，結(jié)果使得速率上升至5787埃/分鐘，若換成通入150sccm氬氣的曲線22，則其沉積速率增加至6440埃/分鐘(B點(diǎn))，且曲線22的速率隨溫度上升至攝氏425度下降至C點(diǎn)。在沉積速率增快近20％的同時(shí)，可減少三甲基硅烷于每一晶片中將近20％的用量，大幅降低成本。
本發(fā)明的主要特征是通入足夠量優(yōu)選為氬氣的惰性氣體至CVD工藝腔室中氧氣、二甲基硅烷、三甲基硅烷或四甲基硅烷的來源氣體，以達(dá)到增加沉積速率與摻雜碳的二氧化硅膜品質(zhì)的效果。此外，膜的密度、硬度、張力強(qiáng)度與厚度均一度均會增加。氧氣、氬氣與二甲基硅烷、三甲基硅烷或四甲基硅烷的流量比優(yōu)選大體為1∶1.5∶6，以產(chǎn)生介電常數(shù)值大體為3的摻雜碳的二氧化硅膜且可得到更佳的膜品質(zhì)，其中氬氣流量的大小為影響介電常數(shù)值的決定因素。
請參閱圖3所示，其顯示在PECVD沉積一黑鉆石膜的過程中，氬氣流量確實(shí)影響沉積層的介電常數(shù)值。圖中呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)是在如下的工藝條件下產(chǎn)生的其中氧氣流量為100sccm，三甲基硅烷的流量為600sccm，腔室溫度為攝氏350度，射頻功率為600瓦特以及腔室壓力為333.2帕斯卡。在上述條件下，氬氣流量須維持在50-300sccm的范圍，方能使介電常數(shù)值達(dá)到3-3.2之間。若氬氣流量過大，介電常數(shù)會增加至一無法接受的范圍，而若氬氣流量過小，則膜將變得多孔且不致密，另若提供一穩(wěn)定的等離子體，有助于產(chǎn)生更均一的膜厚。由于降低溫度可增加沉積速率且會形成一多孔膜，所以傳統(tǒng)技術(shù)多在低于攝氏300度下沉積摻雜碳的二氧化硅，使產(chǎn)生一介電常數(shù)3以下的多孔膜。然而，許多工藝會包括有例如溫度必須達(dá)攝氏300度以上的回火步驟與致密化膜的等離子體處理程序，本發(fā)明中，因操作溫度的范圍介于攝氏300-400度，遂不需對摻雜碳的二氧化硅層進(jìn)行任何后處理工藝，即能在單一步驟中得到一高密度與具有合理介電常數(shù)值的介電層。
發(fā)明人認(rèn)為等離子體中高能量氬分子與離子的濺鍍?yōu)橐魂P(guān)鍵因素，其沿著基底表面加速活性硅物種與活性氧物種，而增加了兩者的反應(yīng)速率。另一好處則是，由于維持大量晶片的膜厚均一度在1-2.5％的范圍，在CVD腔室中，預(yù)防保養(yǎng)清潔操作的次數(shù)從每1000片清潔一次下降至每1500片清潔一次，例如，傳統(tǒng)技術(shù)中未通入氬氣時(shí)，沉積1000片晶片的最后一片其黑鉆石膜的均一度為2.9％，而本發(fā)明沉積相同數(shù)量的晶片，其最后一片晶片上的膜均一度則為1.5％。這表示一較快的反應(yīng)速率使每一晶片在CVD腔室停留的時(shí)間減少，減緩黑鉆石沉積在腔壁的速率。
表1顯示沉積工藝中通入的惰性氣體不會影響黑鉆石膜的組成。表1為X-射線光電子光譜(XPS)0度與60度入射角的數(shù)據(jù)，該項(xiàng)分析僅包含碳、硅與氧的數(shù)值而無氫的數(shù)值。通入流量150sccm的惰性氣體所形成的層膜例如通入氬氣沉積形成的黑鉆石層(Ar-BD)與通入氦氣沉積形成的黑鉆石層(He-BD)均在如腔室溫度攝氏350度、射頻功率600瓦特、腔室壓力333.2帕斯卡、氧氣流量100sccm與三甲基硅烷600sccm的工藝條件下反應(yīng)，若忽略實(shí)驗(yàn)誤差造成的差異，可看出沉積工藝通入惰性氣體后，三種黑鉆石材料的組成如氧、碳與硅的含量幾乎沒有變化。
表1黑鉆石層的X-射線光電子光譜數(shù)據(jù)

在沉積摻雜碳的二氧化硅的過程中通入氬氣，另可產(chǎn)生一致密化低介電常數(shù)介電層的轟炸效應(yīng)，以增加介電層的硬度與以楊氏系數(shù)為指標(biāo)的張力強(qiáng)度，例如，表1中黑鉆石膜的密度為1.55毫克/立方厘米，而氬氣-黑鉆石膜的密度會增加至1.63毫克/立方厘米。表2中在攝氏350度或425度的沉積溫度下，氬氣-黑鉆石膜的硬度與楊氏系數(shù)均比傳統(tǒng)黑鉆石膜高。
表2黑鉆石層的機(jī)械性質(zhì)

本發(fā)明摻雜碳的二氧化硅層的沉積方法的其它優(yōu)點(diǎn)，可由圖5-圖9作進(jìn)一步說明，這些圖示描述了沉積有一低介電常數(shù)介電層的基底，制作金屬內(nèi)連線的過程。
請參閱圖5所示，首先，提供一基底50，該基底50可由硅、絕緣層上覆硅、鍺化硅或其它傳統(tǒng)常用的組成所構(gòu)成，基底50包括一例如為銅、鋁、鎢或鋁銅合金的導(dǎo)電層51，該導(dǎo)電層51經(jīng)平坦化后與基底50的頂部形成共平面，另一薄的擴(kuò)散阻障層(未顯示)包圍導(dǎo)電層51的側(cè)邊與底部，此外，為簡化圖示，圖中未顯示典型上基底50所包含的主動與被動組件。之后，于基底50上沉積一蝕刻終止層52，蝕刻終止層52是由碳化硅、氮化硅或氮氧化硅所構(gòu)成，以在隨后的工藝步驟中保護(hù)導(dǎo)電層51。
接著，利用PECVD法53沉積一摻雜碳的二氧化硅材質(zhì)，以于蝕刻終止層52上形成一低介電常數(shù)介電層54。低介電常數(shù)介電層54的厚度大體介于4000-8000埃，且該介電層是由Applied Materials或Novellus所提供的CVD設(shè)備內(nèi)的工藝腔室制作，該CVD設(shè)備包括有多個(gè)工藝腔室與一腔室間的傳輸系統(tǒng)，以避免晶片曝露于空氣之中。
PECVD法53的工藝條件如下氧氣流量為50-300sccm，二甲基硅烷、三甲基硅烷或四甲基硅烷流量為400-800sccm，氬氣流量為50-300sccm，腔室溫度大體介于攝氏300-400度，腔室壓力為199.9-533.2帕斯卡(1.5-4托)以及射頻功率為600-800瓦特；其中優(yōu)選的工藝條件為氧氣流量100sccm，三甲基硅烷流量為600sccm，氬氣流量150sccm，腔室溫度攝氏350度，腔室壓力333.2帕斯卡以及射頻功率為600瓦特。低介電常數(shù)介電層54是以6400埃/分鐘的沉積速率沉積，該沉積速率可使晶片的輸出量高于一般沒有通入氬氣的PECVD工藝。此外，可以氦氣、氖氣或氪氣代替氬氣作為PECVD法53的惰性氣體。
請參閱圖6所示，該CVD工藝腔室中的溫度與壓力回復(fù)一適當(dāng)?shù)姆秶?，而包含有蝕刻終止層52與低介電常數(shù)介電層54的基底50續(xù)可移至下一個(gè)工藝腔室，之后，于介電層54上沉積一覆蓋層55，覆蓋層55的厚度介于300-800埃，而沉積覆蓋層55的步驟優(yōu)選是發(fā)生在形成介電層54的同一CVD腔室內(nèi)，覆蓋層55是由氮化硅或碳化硅所構(gòu)成，以在形成金屬內(nèi)連線的過程中保護(hù)介電層54。當(dāng)覆蓋層55為氮氧化硅時(shí)，會具有抗反射涂層(ARC)的功能，可增加后續(xù)圖案化步驟的工藝寬度(process latitude)。覆蓋層55可作為有機(jī)或無機(jī)的抗反射涂層，其中有機(jī)抗反射涂層是由一設(shè)置于CVD設(shè)備外的分離涂布站以旋轉(zhuǎn)涂布(spin coating)與烘烤的程序形成，而無機(jī)抗反射涂層則可于CVD設(shè)備的工藝腔室內(nèi)沉積形成。
接著，于覆蓋層55上覆蓋一第一光致抗蝕劑層56，之后，以傳統(tǒng)方法圖案化光致抗蝕劑層56，以形成一開口57，一般來說，開口57是一位于導(dǎo)電層51上方的介層窗(via)，然而在單鑲嵌工藝中，開口57是作為一接觸洞或溝槽，其它種類的開口(未圖示)可依不同設(shè)計(jì)形成于第一光致抗蝕劑層56中。開口57繼續(xù)藉由一傳統(tǒng)的等離子體蝕刻步驟穿過覆蓋層55，之后，利用一氟碳等離子體的蝕刻步驟58，使開口57穿過介電層54。
請參閱圖7所示，蝕刻步驟58終止于蝕刻終止層52上，繼續(xù)實(shí)施一氧氣灰化步驟，以移除第一光致抗蝕劑層56，而由于形成于介層窗側(cè)壁的介電層54曝露于氧氣等離子體下，遂其介電常數(shù)會因摻雜碳的二氧化硅層中的部分碳與氫原子被等離子體移除而有些許增加，然該摻雜碳的二氧化硅層的介電常數(shù)增加值雖為3.1至3.3，但仍遠(yuǎn)低于工藝中不通入氬氣或其它惰性氣體而沉積形成的摻雜碳的二氧化硅層其3.1至3.6的改變。若覆蓋層55為有機(jī)ARC，則覆蓋層55會一并被氧氣等離子體移除。單鑲嵌工藝中，蝕刻終止層52曝露在氧氣等離子體的部分也會移除，且隨后沉積一擴(kuò)散阻障層與一金屬層至開口57內(nèi)。
請參閱圖8所示，繼續(xù)進(jìn)行一雙鑲嵌工藝，以形成一金屬內(nèi)連線，首先于覆蓋層55上形成一第二光致抗蝕劑層60，此時(shí)若有機(jī)ARC已于先前的灰化步驟中移除，則必須在覆蓋第二光致抗蝕劑層60前，先涂布并烘烤新的ARC材料以形成另一覆蓋層55。工藝中，可于第二光致抗蝕劑層60覆蓋前，在開口57中填入一惰性栓塞(plug)(未顯示)，以使第二光致抗蝕劑層60的膜厚更均一并在往后的圖案化步驟中增加工藝寬度。接著，利用傳統(tǒng)方法圖案化第二光致抗蝕劑層60，以于介層窗57上方形成一溝槽61，本實(shí)施例的溝槽61是形成于單一介層窗57上，然而也可有溝槽形成于二個(gè)或多個(gè)介層窗上的其它設(shè)計(jì)(未顯示)。
增強(qiáng)硬度后的介電層54，在以下利用等離子體蝕刻溝槽61進(jìn)入介電層54的步驟中，可顯現(xiàn)出其價(jià)值，例如，利用一氟碳等離子體對如低介電常數(shù)介電層54的黑鉆石層進(jìn)行溝槽蝕刻，其蝕刻速率會從傳統(tǒng)黑鉆石膜的2780埃/分鐘下降至1780埃/分鐘，因此，利用本發(fā)明方法沉積的氬氣-黑鉆石膜可在低介電常數(shù)介電層54中獲得一較佳控制溝槽61深度的效果，由于溝槽深度差異減少，遂使后續(xù)沉積的金屬層能有更加一致的厚度，總結(jié)來說，極少的平板電阻差異，理當(dāng)可制作出一高效能的金屬內(nèi)連線。
當(dāng)溝槽61在介電層54中蝕刻出一適當(dāng)深度后，以另一氧氣灰化步驟62移除第二光致抗蝕劑層60與有機(jī)覆蓋層55，同樣的，介電層54中的部分碳與氫原子，也會被氧自由基移除。盡管傳統(tǒng)黑鉆石膜的介電常數(shù)會從3.1增加至3.6，而本發(fā)明沉積的黑鉆石膜只會從3.1增加至3.3。接著，優(yōu)選如傳統(tǒng)技術(shù)所述，利用一等離子體蝕刻工藝移除蝕刻終止層52。
若覆蓋層55為一無機(jī)層，則覆蓋層55可留于介電層54上，以作未來平坦化步驟的終止層功用。
請參閱圖9所示，于溝槽61與介層窗57的側(cè)壁與底部沉積一擴(kuò)散阻障層63，之后，于溝槽61與介層窗57中填入一金屬層64并平坦化金屬層64，使金屬層64與介電層54頂部形成一共平面，且在化學(xué)機(jī)械研磨的平坦化過程中，會移除無機(jī)覆蓋層55。另硬度增加后的介電層54，在平坦化過程中，其表面的刮傷與碟形化(dishing)現(xiàn)象會明顯減少。
可作為層間介電層(ILD)或金屬層間電層(IMD)的摻雜碳的二氧化硅層的另一優(yōu)點(diǎn)即是，具有一較低的漏電流與一較高的崩潰電壓。圖4顯示在施加不同電壓下，包括傳統(tǒng)黑鉆石層(曲線40)、通入氦氣形成的黑鉆石層(曲線41)與通入氬氣形成的黑鉆石層(曲線42)三者漏電流的表現(xiàn)，結(jié)果可看出，施加大多數(shù)裝置典型操作范圍的1-6伏特電壓時(shí)，擁有氬氣-黑鉆石層的裝置具最低的漏電流。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種摻雜碳的二氧化硅膜的沉積方法，包括下列步驟提供一基底；通入氧氣與二甲基硅烷、三甲基硅烷以及四甲基硅烷三者之一至該基底；通入惰性氣體；產(chǎn)生一等離子體，在一特定反應(yīng)條件下沉積一摻雜碳的二氧化硅膜；以及持續(xù)沉積該二氧化硅膜，待該膜到達(dá)一適當(dāng)厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的摻雜碳的二氧化硅膜的沉積方法，其中所述摻雜碳的二氧化硅膜為黑鉆石、CORAL或HOSP。
3.如權(quán)利要求1所述的摻雜碳的二氧化硅膜的沉積方法，其中所述通入的氣體包括氧氣、三甲基硅烷與氬氣。
4.如權(quán)利要求3所述的摻雜碳的二氧化硅膜的沉積方法，其中所述氧氣的流量介于50-300sccm，三甲基硅烷的流量介于400-800sccm，氬氣的流量介于50-300sccm。
5.如權(quán)利要求1所述的摻雜碳的二氧化硅膜的沉積方法，其中所述特定反應(yīng)條件是指溫度介于攝氏300-400度，等離子體的射頻功率介于600-800瓦特。
6.如權(quán)利要求1所述的摻雜碳的二氧化硅膜的沉積方法，其中所述氧氣、惰性氣體與二甲基硅烷、三甲基硅烷或四甲基硅烷的流量比為1∶1.5∶6。
7.如權(quán)利要求1所述的摻雜碳的二氧化硅膜的沉積方法，其中所述摻雜碳的二氧化硅膜的沉積速率介于5000-8000埃/分鐘。
8.一種金屬內(nèi)連線的制造方法，包括下列步驟提供一基底，其上形成有一蝕刻終止層；通入氧氣與二甲基硅烷、三甲基硅烷以及四甲基硅烷三者之一至該蝕刻終止層與該基底；通入氬氣至該蝕刻終止層與該基底；產(chǎn)生一等離子體，于一特定反應(yīng)條件下沉積一摻雜碳的二氧化硅低介電常數(shù)介電層；形成一開口于該低介電常數(shù)介電層中并穿過該蝕刻終止層；以及充填該開口。
9.如權(quán)利要求8所述的金屬內(nèi)連線的制造方法，其中所述低介電常數(shù)介電層為黑鉆石、CORAL或HOSP。
10.如權(quán)利要求8所述的金屬內(nèi)連線的制造方法，其中所述氧氣的流量介于50-300sccm，二甲基硅烷、三甲基硅烷或四甲基硅烷的流量介于400-800sccm，氬氣的流量介于50-300sccm，此外，所述特定反應(yīng)條件是指腔室溫度介于攝氏300-400度，射頻功率介于600-800瓦特。
11.如權(quán)利要求8所述的金屬內(nèi)連線的制造方法，其中所述氧氣、氬氣與二甲基硅烷、三甲基硅烷或四甲基硅烷的流量比為1∶1.5∶6。
12.如權(quán)利要求8所述的金屬內(nèi)連線的制造方法，其中所述低介電常數(shù)介電層的沉積速率介于5000-8000埃/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種摻雜碳的二氧化硅膜的沉積方法，包括下列步驟首先，提供一基底并將其置于一CVD腔室中，接著，通入氧氣、氬氣與三甲基硅烷至該腔室，其流量比大體為1∶1.5∶6，且腔室溫度大體介于300－ 400℃，形成此低介電常數(shù)介電層的沉積速率比過程中不通入氬氣要快，且在氧氣等離子體存在下介電常數(shù)大體為3的介電層其介電常數(shù)值僅會有些許增加。此外，可形成具有較高密度、硬度與張力強(qiáng)度的黑鉆石層，并可使膜厚均一度在長時(shí)間內(nèi)維持在2％以下，以降低清除微粒的操作次數(shù)并提供較低的氟碳等離子體蝕刻速率，改善鑲嵌工藝中溝槽深度的控制能力，使形成的內(nèi)連線具有較低漏電流與較高崩潰電壓的特性。
文檔編號H01L21/02GK1624883SQ20041009092
公開日2005年6月8日 申請日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者鄭義榮, 劉人豪, 劉正雄, 王英郎, 林慧祈, 邱建明 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司