[发明专利]多相低介电常数材料层的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多相低介电常数材料层的制造方法，属于半导体技术领域。

背景技术

在半导体工业中，大规模集成电路中不同器件之间的相互连接以金属导线为主，随着半导体制造工艺的不断发展，集成电路的制程不断缩小，由于电路中存在着互联电阻（R）和电容（C），当半导体制程缩小到一定程度后，由此产生的RC寄生效应也越来越明显，为了进一步提高集成电路的性能，减小RC延迟，具有低介电常数（Low-k）特性的材料不断被提出并得到了广泛的研究。

在半导体工业中，通常用于制备低介电常数材料薄膜的方法有气相化学沉积法（CVD）和旋凃法(spin-coating).其中，气相化学沉积法由于具有用料少，薄膜厚度均匀，材料层密实等优点，得到了广泛的应用，相关的低介电常数材料薄膜的制备工艺也多种多样，然而，在大部分制备工艺中，由于低介电常数材料薄膜主要为单一相和单一组分，由此带来的机械性能不足，介电常数过高，制备工艺复杂等问题制约着这类工艺流程的成本和大规模应用的能力。于是，多相低介电常数薄膜材料逐渐引起了科学家们的重视，在多相薄膜材料中，由于不同相的机械强度，介电常数以及组分不同，其具有的性质各不相同，因此可以通过仔细的调控组分以及结构来达到满意的介电常数和机械强度。然而，由于多相材料起步较晚，仍需要进一步的研究。

发明内容

本发明目的是提供一种多相低介电常数材料层的制造方法，该方法不仅能实现精确便捷的调控薄膜介电常数值，提高薄膜平整度，使薄膜化学成分更加均匀，而且由于以碳纳米管构建了骨架结构，使得薄膜的成型强度较高，性能均一，克服了一般材料机械强度差，局部容易塌陷，各区域性能迥异的缺点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多相低介电常数材料层的制造方法，包括以下步骤：

步骤一、在真空条件下先于硅基底上以电子束蒸镀方式蒸镀一层80nm厚的铝薄膜；

步骤二、接下来在不破真空的条件下再蒸镀一层5nm厚的镍薄膜形成具有金属薄膜的硅片；

步骤三、将步骤二的具有金属薄膜的在600℃条件下并处于氨气气流保护下退火3分钟，然后升温至750℃，通入物质的量之比为4：1的氨气-乙炔混合气，该步骤反应时间为15分钟，腔体内真空度为7Torr，等离子体功率为210W，所加电压大小为530V，从而通过等离子体增强化学气相沉积方法在金属薄膜的硅片上沉积一层碳纳米管层形成碳纳米管层基材层；

步骤四、将碳纳米管层基材层放入一沉积装置的炉体内，所述沉积装置包括两端密封安装有端盖的所述炉体、位于炉体一侧的液体源喷射机构，所述炉体前半段缠绕有感应线圈，此感应线圈依次连接到13.36MHz射频电源和匹配器，所述液体源喷射机构包括耐压不锈钢釜、第一耐压混气罐和第二耐压混气罐，此第一耐压混气罐一端连接有均安装第一质量流量计的第一进气管、第二进气管，第一耐压混气罐另一端与耐压不锈钢釜一端通过安装有顶针阀的管路连接，耐压不锈钢釜另一端通过安装有顶针阀、第一质量流量计的管路连接到第一喷嘴；所述第二耐压混气罐一端连接有均安装第二质量流量计的第三进气管，所述第二耐压混气罐另一端连接到第二喷嘴，所述第一喷嘴、第二喷嘴密封地插入所述炉体一端的端盖从而嵌入炉体内，一真空泵位于炉体另一侧，连接所述真空泵一端的管路密封地插入炉体另一端的端盖内，一手动挡板阀、真空计安装于端盖和真空泵之间的管路上；

步骤五、关闭顶针阀和第一、第二质量流量计后，打开手动挡板阀和真空泵，抽除炉体内气体；

步骤六、当炉体内真空度小于10^-3Pa时，启动13.36MHz射频电源和匹配器；

步骤七、开启第二质量流量计后，将用于排净炉体内残存气体的排气氮气或者惰性气体从第三进气管依次经过第二耐压混气罐、第二喷嘴送入炉体内；

步骤八、将八甲基环四硅氧烷、环己烷混合均匀并注入所述耐压不锈钢釜内，将鼓泡气体分别从第一进气管、第二进气管注入并依次经过第一耐压混气罐、耐压不锈钢釜、第一喷嘴送入炉体内，从而将八甲基环四硅氧烷、环己烷带入炉体内，八甲基环四硅氧烷、环己烷、鼓泡气体在等离子条件下在基底表面沉积一薄膜层；