[发明专利]一种低介电常数氧化硅薄膜的化学气相淀积方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种低介电常数氧化硅薄膜的淀积方法，可用于集成电路互连和介质器件隔离介质。

背景技术

氧化硅材料是微电子制造工艺中应用最广泛的介质材料之一，在超大规模集成电路中主要应用于互连介质、栅介质、阻挡层、场氧、间隙壁和其它一些器件工艺中。普通氧化硅膜的介电常数值约3.9，该介电常数值是高介电常数与低介电常数的分界值。对于氧化硅材料的主要应用之一，即互连介质，低介电常数可以有效降低电路延迟、减小串扰和功耗，因此制作低介电常数的材料是目前集成电路技术研究的热点和难点之一。

现有制作氧化硅薄膜材料的方法有两种：热氧化法和化学汽相淀积CVD法。其中，热氧化法又可以分为干氧、湿氧和混合法，其工艺过程是将硅衬底放置在反应室中加热到1100℃左右的温度并通入氧化气体，即氧气或水蒸汽，在硅衬底表面或利用扩散作用在硅/氧化硅界面发生氧化反应形成氧化硅薄膜。该方法形成的氧化硅膜坚硬致密，且与硅的界面特性良好。但存在以下不足：

(1)过高的工艺温度会产生较高的应力，容易引起由应力导致的器件可靠性的退化，如介质层剥落等现象；

(2)高温同时会引起杂质的二次扩散，从而影响对晶体管结深等参数的精确控制，即无法满足集成电路后端工艺，无法满足其他器件工艺中最高工艺温度不超过450℃，该温度低于铝的熔点；无法满足甚至更低的要求。

因此热氧化工艺一般用于形成栅介质、扩散阻挡层和场氧。

CVD方法是制备氧化硅膜的另一种重要方法。在CVD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，例如氧化硅，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供给，例如热、光、射频、催化剂或等离子体。常规的CVD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。

CVD方法主要包括低压化学汽相淀积法LPCVD、等离子体增强化学汽相淀积PECVD和高密度等离子体源化学气相淀积HDPCVD方法。LPCVD工艺温度一般为600～700℃，无法满足集成电路后端互连工艺温度的要求。而以正硅酸乙脂TEOS和氧气为源气体，用PECVD方法在300到400℃温度范围内制备的氧化硅膜材料性能较好，且阶梯覆盖能力较佳，同时避免了LPCVD方法中约700℃的工艺温度，主要用于互连介质、钝化层和其它一些器件工艺中。现有的HDPCVD技术主要包括电子回旋共振等离子体化学气相淀积、感应耦合等离子体化学气相淀积、螺旋波等离子体化学气相淀积，可在室温下制备氧化硅膜，具有淀积速率高，工艺温度低的优点。但上述CVD方法制备的氧化硅膜的介电常数值约为3.9，应用于互连介质会导致互连RC延迟、串扰和功耗较大，无法满足集成电路互连技术发展的需要。

发明的内容

本发明的目的是克服现有技术淀积的氧化硅薄膜介电常数较高的不足，提供一种低介电常数氧化硅薄膜的化学气相淀积的方法，以满足集成电路对互连介质的要求。

实现本发明目的的技术方案是：该氧化硅薄膜生长在位于淀积室中的衬底上，硅源气体和氧化源气体在淀积室中利用电子回旋共振效应电离分解，在高微波功率和大气体流量比条件下，在衬底上形成氧化硅薄膜，具体过程如下：

(1)清洗衬底并放入工艺室，并对工艺室抽真空；

(2)设定如下工艺条件后，通入混合工艺气体，并开启微波源，在衬底上淀积氧化硅薄膜：

硅源气体流量：5～50标准状态毫升每分钟

氧化源气体流量：50～150标准状态毫升每分钟；

工艺室压力：1.0帕～4.0帕；

微波功率：1000瓦～3500瓦；

淀积温度：室温～100℃

样品台旋转速率：60转每分钟。

本发明优选的技术方案包括如下过程：

(1)清洗衬底并放入工艺室，并对工艺室抽真空；

(2)设定如下工艺条件后，通入混合工艺气体，并开启微波源，在衬底上淀积氧化硅薄膜：

硅源气体流量：6标准状态毫升每分钟

氧化源气体流量：120标准状态毫升每分钟；

工艺室压力：2帕；

微波功率：3000瓦；

淀积温度：40℃；

样品台旋转速率：60转每分钟。