專利名稱：摻氮的碳化硅薄膜的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種摻氮的碳化硅薄膜的形成方法。
背景技術(shù)：
在超大規(guī)模集成電路工藝中，有著熱穩(wěn)定性、抗?jié)裥缘亩趸枰恢笔墙饘倩ミB 線路間使用的主要介質(zhì)材料，金屬鋁則是芯片中電路互連導(dǎo)線的主要材料。然而，相對(duì)于元 件的微型化及集成度的增加，電路中導(dǎo)體連線數(shù)目不斷的增多，使得導(dǎo)體連線架構(gòu)中的電 阻(R)及電容(C)所產(chǎn)生的寄生效應(yīng)，造成了嚴(yán)重的傳輸延遲(RC Delay)，在130納米及更 先進(jìn)的技術(shù)中成為電路中訊號(hào)傳輸速度受限的主要因素。因此，在降低導(dǎo)線電阻方面，由于金屬銅具有高熔點(diǎn)、低電阻系數(shù)及高抗電子遷移 的能力，已被廣泛地應(yīng)用于連線架構(gòu)中來(lái)取代金屬鋁作為導(dǎo)體連線的材料。另一方面，在降低寄生電容方面，由于工藝上和導(dǎo)線電阻的限制，使得我們無(wú)法考 慮通過(guò)幾何上的改變來(lái)降低寄生電容值。因此，具有低介電常數(shù)(low k)的材料便被不斷 地發(fā)展，在申請(qǐng)?zhí)枮?00480018730. 9的中國(guó)專利文件中能夠發(fā)現(xiàn)更多的現(xiàn)有低介電常數(shù) (low k)的材料的制備方法。低介電常數(shù)材料通常比較疏松且與導(dǎo)線銅的粘附性比較差，現(xiàn)有技術(shù)中通常會(huì)在 導(dǎo)線銅和低介電常數(shù)薄膜之間形成一層保護(hù)層，所述保護(hù)層通常采用化學(xué)氣相沉積工藝形 成，所述保護(hù)層通常采用與導(dǎo)線銅和低介電常數(shù)薄膜粘附性都比較好的材料摻氮的碳化 硅，但現(xiàn)在制備方法形成的摻氮的碳化硅薄膜的不同批次的薄膜性質(zhì)差異大，特別是反射 率差異性很大，從而使得選用摻氮的碳化硅的互連結(jié)構(gòu)性質(zhì)不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種摻氮的碳化硅薄膜的形成方法，以減小同一批次形 成的摻氮的碳化硅薄膜的反射率的差異。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種摻氮的碳化硅薄膜的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成摻氮的碳化硅薄膜，形成摻氮的碳化硅薄膜的反應(yīng)氣體 包括四甲基硅烷和氨氣；形成摻氮的碳化硅薄膜的反應(yīng)氣體還包括氮?dú)?。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)在形成摻氮的碳化硅薄膜時(shí)候通入 氮?dú)?，本發(fā)明形成的摻氮的碳化硅薄膜反射率的差異值比現(xiàn)有的碳化硅薄膜的形成方法提 高約64%，并且本發(fā)明提供的形成方法形成的摻氮的碳化硅薄膜厚度均一性比現(xiàn)有的碳化 硅薄膜的形成方法提高約53%。


通過(guò)附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按 實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的摻氮的碳化硅薄膜的形成方法的流程示意圖；圖2至圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的摻氮的碳化硅薄膜的形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實(shí)施例方式隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，介質(zhì)薄膜成為半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。k值低于 3. 0的介質(zhì)薄膜被半導(dǎo)體制造業(yè)稱為低介電常數(shù)材料，k值是材料的介電常數(shù)的度量。介質(zhì) 薄膜用于使金屬導(dǎo)體絕緣，并且低k介質(zhì)薄膜能夠減少RC延遲，從而增加訊號(hào)傳輸速度。由背景技術(shù)可知，RC延遲大小取決于半導(dǎo)體制造工藝，隨著半導(dǎo)體工藝進(jìn)入130 納米及以下節(jié)點(diǎn)后，除了采用金屬銅作為半導(dǎo)體導(dǎo)電材料用于降低電阻R之外，同時(shí)還會(huì) 采用低介電常數(shù)材料來(lái)降低電容C，從而降低導(dǎo)體連線架構(gòu)中的電阻及電容所產(chǎn)生的寄生 效應(yīng)。低介電常數(shù)材料通常比較疏松且與導(dǎo)線銅的粘附性比較差，現(xiàn)有技術(shù)中通常會(huì)在 導(dǎo)線銅和低介電常數(shù)薄膜之間形成一層保護(hù)層，所述保護(hù)層通常采用化學(xué)氣相沉積工藝形 成，所述保護(hù)層通常采用與導(dǎo)線銅和低介電常數(shù)薄膜粘附性都比較好的材料摻氮的碳化 硅，但現(xiàn)在制備方法形成的摻氮的碳化硅薄膜的不同批次的薄膜性質(zhì)差異大，特別是反射 率差異性很大，從而使得選用摻氮的碳化硅的互連結(jié)構(gòu)性質(zhì)不穩(wěn)定。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)在廣泛使用的介質(zhì)薄膜氮摻雜的碳化硅 (NDC)進(jìn)行了大量的研究，提供一種摻氮的碳化硅薄膜的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成摻氮的碳化硅薄膜，形成摻氮的碳化硅薄膜的反應(yīng)氣體 包括四甲基硅烷和氨氣；形成摻氮的碳化硅薄膜的反應(yīng)氣體還包括氮?dú)?。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況 下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表 示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例摻氮的碳化硅薄膜的形成方法的流程示意圖，圖2至 圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的摻氮的碳化硅薄膜的形成方法的過(guò)程示意圖。下面結(jié)合圖1 至圖3對(duì)本發(fā)明的摻氮的碳化硅薄膜的形成方法進(jìn)行說(shuō)明。步驟S101，提供半導(dǎo)體襯底。參考圖2，所述半導(dǎo)體襯底100可以為襯底硅、絕緣體上硅基片(SOI)或者外延硅 基片；所述半導(dǎo)體襯底100還可以為形成有半導(dǎo)體器件層的襯底，例如，具有覆蓋電介質(zhì)和 金屬膜的硅襯底、部分處理的基片(包括集成電路及其他元件的一部分)、圖案化或未被圖 案化的基片。
步驟S102，在所述半導(dǎo)體襯底上形成摻氮的碳化硅薄膜，形成摻氮的碳化硅薄膜 的反應(yīng)氣體包括四甲基硅烷和氨氣；形成摻氮的碳化硅薄膜的反應(yīng)氣體還包括氮?dú)?。參考圖3，所述摻氮的碳化硅薄膜200的形成工藝為介質(zhì)化學(xué)氣相沉積工藝，生成 所述摻氮的碳化硅薄膜200的反應(yīng)氣體包括四甲基硅烷、氨氣和氮?dú)狻，F(xiàn)有的四甲基硅烷和氨氣作為反應(yīng)氣體形成的摻氮的碳化硅薄膜并不穩(wěn)定，現(xiàn)有 的摻氮的碳化硅薄膜的形成方法通常是采用四甲基硅烷與氨氣反應(yīng)，并通入氦氣作為輔助 氣體，反應(yīng)式如下所示
四甲基硅烷+NH3Cz(H)-SixNy在現(xiàn)有的工藝中，形成的摻氮的碳化硅薄膜會(huì)形成有Si-H懸掛鍵，導(dǎo)致?lián)降奶?化硅薄膜較疏松，并且Si-H懸掛鍵受較多因素影響，例如溫度的差異性，反應(yīng)的升溫速 度、反應(yīng)氣體的流速、反應(yīng)氣體在腔體的穩(wěn)定性的影響，導(dǎo)致使得不同批次的摻氮的碳化硅 薄膜反射率差異性比較大，使得形成摻氮的碳化硅薄膜的電學(xué)性能不穩(wěn)定，從而使得采用 所述摻氮的碳化硅薄膜的器件良率降低。為此，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在摻氮的碳化硅薄膜200的形成過(guò) 程中加入氮?dú)鈺?huì)提高摻氮的碳化硅薄膜200的穩(wěn)定性，反應(yīng)如下式所示
四甲基硅烷+NH3CzSixNy在上述的摻氮的碳化硅薄膜的形成過(guò)程中，N2能夠抑制Si-H懸掛鍵的形成，使得 反應(yīng)形成比較穩(wěn)定的Si-N鍵，從而使得摻氮的碳化硅薄膜的穩(wěn)定性提高。所述摻氮的碳化硅薄膜的具體工藝參數(shù)包括反應(yīng)溫度為300攝氏度至400攝氏 度，反應(yīng)腔室壓力為4托至6托，反應(yīng)腔室的反應(yīng)間距為0. 20毫米至0. 25毫米，反應(yīng)功率為 600瓦至650瓦，四甲基硅烷流量為每分鐘200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘400標(biāo)準(zhǔn)立方厘米， 氮?dú)獾牧髁繛槊糠昼?000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至1500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，氮?dú)獾牧髁繛槊糠昼?000 標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至1500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米。為了進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明的碳化硅薄膜的形成方法的穩(wěn)定性，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò) 大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)摻氮的碳化硅薄膜的形成工藝進(jìn)行進(jìn)一步研究，在實(shí)驗(yàn)中，采用本發(fā)明 提供的碳化硅薄膜的形成方法和碳化硅薄膜的形成方法中反應(yīng)氣體不包括氮?dú)膺M(jìn)行對(duì)比， 上述兩種方法沉積大約500埃厚度的摻氮的碳化硅薄膜各50次，對(duì)上述摻氮的碳化硅薄膜 采用科天(KLA-Tencor)公司的測(cè)量設(shè)備(Spectra⑶)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比 發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供的形成方法形成的摻氮的碳化硅薄膜反射率的差異值范圍為0.0145，而 反應(yīng)氣體不包括氮?dú)獾奶蓟璞∧さ男纬煞椒ㄐ纬傻奶蓟璞∧し瓷渎实牟町愔捣秶鸀?0. 04，本發(fā)明提供的形成方法形成的摻氮的碳化硅薄膜反射率的差異值比反應(yīng)氣體不包括 氮?dú)獾奶蓟璞∧さ男纬煞椒ㄌ岣呒s64%。進(jìn)一步對(duì)形成薄膜的厚度進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明現(xiàn)有技術(shù)的未加入氮?dú)獾奶?化硅薄膜的形成方法所形成的碳化硅薄膜的厚度均一性為1. 7，本發(fā)明提供的形成方法形 成的摻氮的碳化硅薄膜的厚度均一性為0. 9，本發(fā)明提供的形成方法形成的摻氮的碳化硅 薄膜厚度均一性比現(xiàn)有技術(shù)提高約53%。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種摻氮的碳化硅薄膜的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成摻氮的碳化硅薄膜，形成摻氮的碳化硅薄膜的反應(yīng)氣體包 括四甲基硅烷和氨氣；其特征在于，形成摻氮的碳化硅薄膜的反應(yīng)氣體還包括氮?dú)狻?br> 2.如權(quán)利要求1所述的摻氮的碳化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述氮?dú)獾牧髁?為每分鐘1000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至1500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米。
3.如權(quán)利要求2所述的摻氮的碳化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述四甲基硅烷 流量為每分鐘200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘400標(biāo)準(zhǔn)立方厘米。
4.如權(quán)利要求3所述的摻氮的碳化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述氨氣流量為 每分鐘1500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘2000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米。
5.如權(quán)利要求1所述的摻氮的碳化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述摻氮的碳化 硅薄膜的形成工藝為介質(zhì)化學(xué)氣相沉積工藝。
6.如權(quán)利要求5所述的摻氮的碳化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述摻氮的碳化 硅薄膜的反應(yīng)溫度為300攝氏度至400攝氏度。
7.如權(quán)利要求6所述的摻氮的碳化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述摻氮的碳化 硅薄膜的反應(yīng)功率為600瓦至650瓦。
8.如權(quán)利要求7所述的摻氮的碳化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述摻氮的碳化 硅薄膜的反應(yīng)腔室壓力為4托至6托。
9.如權(quán)利要求8所述的摻氮的碳化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述摻氮的碳化 硅薄膜的反應(yīng)腔室的反應(yīng)間距為0. 20毫米至0. 25毫米。
全文摘要
一種摻氮的碳化硅薄膜的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成摻氮的碳化硅薄膜，形成摻氮的碳化硅薄膜的反應(yīng)氣體包括四甲基硅烷和氨氣；形成摻氮的碳化硅薄膜的反應(yīng)氣體還包括氮?dú)?。本發(fā)明形成的摻氮的碳化硅薄膜反射率差異值范圍小，性質(zhì)均勻性好。
文檔編號(hào)H01L21/205GK102097304SQ200910201179
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者周鳴 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司