[发明专利]在基片上成膜的方法和装置

说明书

本发明涉及在基片上形成膜的方法和装置，尤其但不唯一地涉及低k蚀刻阻挡膜的形成以及内含这类膜的器件。为了说明起见，这里的低k专指等于或小于3.5的介电常数。

镶嵌和双镶嵌工艺正日益在半导体晶片制造中流行，尤其是在把铜作为内连金属的工艺中。这是因为铜的等离子蚀刻相对比较困难，所以优选为在介质层上蚀刻出构形，然后再把铜沉积在已蚀刻出的构形上并把它填充。任何多余的铜能通过诸如化学机械抛光的方法从表面移走以便把镶嵌的铜留在已蚀刻的器件中。

在作双镶嵌工艺时要把两个分立且互连的特性蚀刻在各自介质层中，一层排在另一层之上。于是在上层蚀刻出一条沟槽而在下层可形成通孔以便把沟槽和位于下层的许多触点相连接。这种结构的许多例子已由Peter Singer发表在1999.8的Semiconductor International的名称为Damascene Challenges,Dielectric Etch的论文所讨论。

通常形成双镶嵌特性的途径是在两介质层之间沉积一层蚀刻阻挡层，当自动蚀刻设备穿透第一层时该蚀刻阻挡层便会给它发出一个有效的“终点”信号。这种闭环控制是较佳的，因为它与开环定时蚀刻控制相比，可以对受蚀刻的特性作出更精确的控制。

所以，蚀刻阻挡层势必需要对蚀刻过程相对于上层有较高选择性以便蚀刻得非常慢，留下时间使控制过程发生。

最近，人们通常希望整个介质结构要有一个低的k值，从而导致人们希望蚀刻阻挡层也有一个低的k值。

另外，一种硅烷基的等离子成形氮化硅已经用作与二氧化硅型层相联系的蚀刻阻挡层，但是这种氮化硅比起标准二氧化硅的4.1的k值来和人们认可的小于3.5的低k值要求来它的k值常常达到7.5。碳化硅也曾建议作为一个可供选择的蚀刻阻挡材料但其k值是9-10，而且会使介质堆叠层的k值明显升高。氮化硅层也发现有问题，即它们会产生一种良好的防水层而许多低k处理还取决于在处理时迫使介质层脱水的能力。

进一步说，现在的氮化硅技术还未必能与用来形成低k层的化学机理相容。

这些问题已在WO-A-99/41423中讨论过，但这份专利申请的结论是一种好的与此相适应的蚀刻阻挡层应具有明显的氧化物含量。许多推荐方法也已提出但是它们看来似乎需要许多其k值明显地各不相同的堆叠层。

从一个方面看本发明的特征在于它是一种在介质堆叠层上形成双镶嵌结构的半导体器件，这个堆叠层包括内含第一蚀刻构形的上层，居中的蚀刻阻挡层和内含第二蚀刻构形的下层，第一、二构形是相连的，每层有一个小于等于3.5的介电常数，k更好的是在3.0以下，相对于上层来说，蚀刻阻挡层至少有2.5∶1的选择性。

较佳地该蚀刻阻挡层是和下层相集成的，尤其较佳地该蚀刻阻挡层是由掺氮的碳化硅形成的。

在一个特别优选的方案中蚀刻阻挡层的k值大体上是可以使之与堆叠层中其他各层的k值相等的。意想不到的是还发现掺氮碳化硅的k值竟可随着掺氮发生时氮的含量来调整的。所以，这一蚀刻阻挡层的k值至少在某种程度上是可以随着其他介质层的k值而予以匹配的。

如上所述，蚀刻阻挡层是可以和下层集成的，这是因为掺氮碳化硅的k值是足够低的以至于它自身可被视为是一种低k值的介质材料。

从第二方面看本发明的特征在于它含有一种用掺氮碳化硅形成的低k值介质层。

再进一步看，本发明的特征还在于：它含有一种在基片上形成一层低k值膜的方法，包括以下步骤：

(a)把基片放置在反应室内的支撑物上；

(b)往室里加入气态或汽化物形式的含硅有机化合物和氮以等离子形式存在以在基片上沉积一层掺氮的碳化硅膜。

含有硅的有机物可以是烷基硅烷，其中尤其是四烷基甲硅烷。特别优选为含硅有机物是四甲基硅烷。

这种膜可以在等于或低于室温下沉淀在已定位的一片基片上，在沉积这种膜时可提供RF能源。

虽然本发明已定义如上，但可以理解的是它还包含了以上已提出或在下面所描述的涉及本发明特征的任何其他发明组合。

本发明可用各种方法实现，将通过带有下述附图的具体实施例予以描述：

图1是一个使用本发明的装置的剖视图；

图2～图4是用于说明按照本发明形成且配置在介质堆叠层内时蚀刻阻挡层的可检测性的附图；

图5(a)～(e)是说明布线沟道及其连接通道的形成的剖视图。