[发明专利]等离子体化学汽相淀积氟化非晶碳膜的方法及膜层结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及等离子体化学汽相淀积氟化非晶碳膜的方法，用于制作集成电路低介电常数互连介质层。

背景技术

集成电路技术在过去几十年中一直按照摩尔定律高速发展，芯片特征尺寸不断减小，单位面积内器件的数量也不断增加。随着半导体工业进入深亚微米时代，互连问题已经成为影响电路性能提高的主要因素之一。美国半导体工业协会1997年修订的半导体技术发展蓝图表明，到2009年特征尺寸将减小至70纳米，超大规模集成(VLSI)电路金属互连将多达9层。随着VLSI特征尺寸的降低，金属连线的高宽比增加，线间寄生电容迅速增加，互连层数的上升也会引起层间寄生电容的增加，互连延迟已经超过门延迟成为限制电路工作速度的最大障碍。另外，芯片中线间电容增大引起线间串扰增强，由寄生电容引起的功率耗散也随之增加，严重限制了集成电路性能的进一步提高。铜镶嵌工艺与低介电常数，即介电常数值k小于3.9的材料结合使用新互连工艺是解决上述问题的有效措施。采用低介电常数材料作为互连线线间、层间介质可以有效降低互连电容。采用电阻率更小的铜Cu代替铝Al作为互连线材料，由于Cu的电阻率比Al约低35％，因而能有效地减小互连线电阻，且Cu/低k多层互连技术已经成为集成电路互连技术发展的必然趋势。

氟化非晶碳(a-C:F)膜是有希望应用于集成电路的低介电常数材料之一，其介电常数约为2.1～2.9，多用碳氟如CF₄和碳氢如CH₄气体由化学汽相淀积CVD方法制备。在化学汽相淀积工艺中，将给定成分和流量的反应气体和载气通过气路控制系统引入反应室中。气体分子向衬底输运，并被吸附在衬底表面，经过表面迁移和成膜化学反应后在衬底上淀积薄膜，例如氟化非晶碳膜。而反应气体副产物则被带离衬底表面并最终被抽出反应室。成膜化学反应的驱动力通常可由几种方法来供给，例如热、光、射频、催化剂或等离子体。常规的化学汽相淀积系统通常包括气体源、气路、气体流量控制器、反应室、温度传感器、真空测量装置、功率源、衬底偏压、加热和旋转装置等。电子回旋共振ECR等离子体化学汽相淀积是CVD工艺的一种特殊情况。当输入的微波频率等于电子回旋频率时发生共振，微波能量耦合给电子，获得能量的电子电离中性气体分子形成等离子体放电，并使得等离子体中的高活性成分在衬底表面形成薄膜淀积。当微波频率为2.45×10⁹赫兹时，达到电子回旋共振的磁感应强度B为8.75×10^-2特斯拉。ECR等离子体具有工作气压低、密度高、离化率高、大面积均匀、工艺设备简单、可稳定运行和参数易于控制等优点，可以实现高效无污染的表面处理，在包括低介电常数薄膜材料的薄膜淀积、等离子体刻蚀等集成电路IC制造工艺中有着巨大的应用潜力。但由于氟化非晶碳膜的介电常数和热稳定性存在折中的矛盾，即介电常数低时热稳定性差，无法满足集成电路对材料稳定性的要求；而热稳定性好时其介电常数又偏高，无法体现低介电常数材料的优点。同时，用电子回旋共振等离子体化学汽相淀积制备氟化非晶碳膜时，一般淀积速率偏低，无法满足集成电路规模生产的需要。至今还没有成熟的电子回旋共振等离子体化学汽相淀积氟化非晶碳膜的方法。

发明的内容

本发明的目的是提供一种等离子体化学汽相淀积氟化非晶碳膜的方法，以解决上述介电常数和热稳定性折中的矛盾，在保证热稳定性的前提下以较高的生长速率制备出介电常数较低的氟化非晶碳膜。

实现本发明目的的技术原理是：在淀积室中的衬底上用碳氟和碳氢作为源气体淀积氟化非晶碳膜，利用电子回旋共振效应吸收微波能量分解碳氟和碳氢源气体，并在衬底上形成氟化非晶碳薄膜。其中，在淀积氟化非晶碳膜前后，可在同一设备中选择淀积碳化硅膜粘附薄层和氮化硅膜覆盖薄层形成一层或多层低介电常数介质结构。具体方案如下：

技术方案1

将衬底清洗后放在工艺室，并对工艺室抽真空；

将碳氢源气体与碳氟源气体相混合后通入工艺室；

利用电子回旋共振效应吸收的微波源能量对混合后的碳氢源气体和碳氟源气体进行电离分解，并将电离分解后所产生的活性带电粒子通过永磁磁场的作用输运到衬底表面，按如下工艺条件在衬底上淀积氟化非晶碳膜：

工艺室压力：0.1Pa～5Pa；

微波功率：600W～2000W；

淀积温度：30℃～300℃；

碳氢气体的流量：5～10sccm；

碳氟气体的流量：50～200sccm；