[发明专利]在硅和有机前驱物的PECVD工艺中减少气相反应以沉积无缺陷起始层方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式主要涉及集成电路的制造。更具体地，实施方式涉及用 于在衬底和包括介电层的结构上沉积介电层的方法。

背景技术

从半导体器件在数十年以前引入以来，其几何结构在尺寸上显著降低。从 那时起，集成电路主要遵循两年/半尺寸的原则(通常称为摩尔定律)，其意 味着集成到芯片上的器件数量每两年翻一番。现在的制造厂常规地生产具有 0.13μm甚至0.1μm特征尺寸的器件，并且未来的厂将很快制造具有更小几何 尺寸的器件。

为了进一步减小集成电路上器件的尺寸，越来越需要使用具有低电阻系数 的导电材料并使用具有低介电常数(k)的绝缘体以减少相邻的金属线之间的 电容耦合。一种低k材料为旋涂玻璃，诸如未掺杂的硅玻璃(USG)或者氟掺 杂的硅玻璃(FSG)，其可以沉积为在半导体制造工艺中的缝隙填充层。低k 材料的其它实施例包括碳掺杂的硅氧化物和聚四氟乙烯。然而，器件几何尺寸 的不断减小产生了对于具有更低k值的膜的需求。

在低介电常数中的近来发展已经主要集中在将硅、碳和氧原子结合到沉积 膜中。获得超低介电常数的一种方法为制造有机孔原物(porogen)的混合膜 和硅矩阵。在后处理期间，去除孔原物，生成多孔的低k材料。已知这些多孔 膜具有比硅氧化物对下覆阻挡层更小的粘附力。粘附力的改善可通过沉积可以 增强在界面处的粘附力的氧化物的起始层而获得。为了进一步改善粘附力，已 经建议在起始和主要沉积步骤之间使用逐渐增加碳含量的梯度层。然而，该方 法可导致引起在该膜中形成有害颗粒的不期望的气相反应，从而导致缺陷问 题。因此，需要一种制造具有改善的粘附力并且没有颗粒缺陷问题的低介电常 数材料的工艺。

发明内容

本发明的实施方式主要提供一种用于沉积低介电常数膜的方法。在一个实 施方式中，该方法提供通过在具有偏压电极的处理腔室内设置衬底而沉积有机 硅酸盐介电层；流入起始气体混合物到处理腔室中，该起始气体混合物包含一 流速的一种或多种有机硅化合物和一流速的一种或多种氧化气体；通过施加射 频功率到偏压电极而在衬底上沉积硅氧化物层；递增一种或多种有机硅化合物 的流速直到在硅氧化物层上沉积第一过渡层时达到一种或多种有机硅化合物 的最终流速；流入最终流速的一种或多种有机硅化合物，同时流入一流速的包 含一种或多种孔原物化合物的气体混合物；递增一种或多种孔原物化合物的流 速，直到在第一过渡层上沉积第二过渡层时达到该一种或多种孔原物化合物的 最终流速；流入最终流速的一种或多种有机硅化合物和最终流速的一种或多种 孔原物化合物以在第二过渡层上沉积孔原物掺杂的硅氧化物层，以及终止该射 频功率。

在另一实施方式中，用于沉积低介电常数膜的方法包括起始步骤、第一过 渡步骤、第二过渡步骤和沉积步骤。起始步骤包括流入起始气体混合物到处理 腔室中，该起始气体混合物包含一流速的一种或多种有机硅化合物和一流速的 一种或多种氧化气体；以及在所述衬底上通过施加射频功率到所述偏压电极沉 积起始层。第一过渡步骤包括递增所述一种或多种有机硅化合物的所述流速， 直到达到所述一种或多种有机硅化合物的最终流速；提供一流速的一种或多种 氧化气体到所述处理腔室中；以及通过施加所述射频功率到所述偏压电极在所 述硅氧化物上沉积第一过渡层。第二过渡步骤包括递增一种或多种孔原物化合 物的所述流速，直到达到所述一种或多种孔原物化合物的最终流速；提供所述 最终流速的一种或多种有机硅化合物到所述处理腔室中；提供所述流速的一种 或多种氧化气体到所述处理腔室中；以及通过施加射频功率到所述偏压电极在 所述第一过渡层上沉积第二过渡层。沉积步骤包含提供最终流速的一种或多种 有机硅化合物到所述处理腔室中；提供最终流速的一种或多种孔原物化合物到 所述处理腔室中；提供所述流速的一种或多种氧化气体到所述处理腔室中；以 及通过施加所述射频功率到所述偏压电极在所述第二过渡层上沉积孔原物掺 杂的硅氧化物。

附图说明

因此为了更详细地理解本发明的以上所述特征，将参照附图中示出的实施 例对以上简要所述的本发明进行更具体描述。然而，应该注意，附图中只示出 了本发明典型的实施例，因此不能认为是对本发明范围的限定，因为本发明可 以允许其他等同的有效实施例。

图1是示出根据本发明的实施方式的第一方法的工艺流程图；

图2是根据本发明的实施方式的先驱物的流速的图表；