[发明专利]以等离子体增强化学气相沉积制造具低应力的低K值介电质的低温工艺

说明书

相关申请的交叉引用 

本非临时专利申请要求享有在2004年8月24日提交的美国临时专利申请号No.60/604,316的优先权，在此引入其全部内容作为参考。 

技术领域

本发明关于一种在低温下形成具有低机械应力的低K值介电膜的方法。 

背景技术

在制造高阶半导体装置时其主要步骤之一是以气体化学反应在衬底上形成金属和介电膜。该沉积工艺称为化学气相沉积技术或CVD。通常的热CVD方法是将反应性气体引至衬底表面，进行热诱发的化学反应而产生所要求的薄膜。某些热CVD方法因其操作温度过高而损及到已于先前在装置结构的衬底上形成的薄层。一种在较低温下沉积金属和介电膜的较佳方法是等离子体增强CVD(PECVD)技术，例如美国专利号5,362,526中所述，其发明名称是＂PlasmaEnhanced CVD Process Using TEOS for Depositing Silicon Oxide＂，在此引入全文作为参考。等离子体增强CVD技术通过在邻近衬底表面的反应区施用射频(RF)能量促使反应气体激发及/或解离，因此产生高反应性物质的等离子体。该释出物的高反应性降低了进行化学反应所需的能量，因此降低了该PECVD方法所需的温度。 

自数十年前首度开发半导体装置以来，半导体装置的几何形状尺寸已大幅缩小。自此以来，集成电路大致遵循两年/大小减半的规则(一般称为摩尔定律)，意即芯片内装置的数目每两年即倍增一次。如今制造0.35微米甚至0.25微米特色大小的装置对业界而言已非常普遍，很快地未来将制造几何形状更小的装置。 

为了更进一步的微缩集成电路的装置大小，必须使用低电阻导电性材料以 及低k值(介电常数<2.5)的绝缘体以降低毗邻的金属线之间的电容耦合。过去曾在导电性材料与绝缘体之间使用衬垫层/阻挡层来防止副产品，例如湿气，在导电性材料上扩散，如于1999年8月17日发表的国际公告号WO99/41423所述。例如，湿气可在低K值绝缘体形成期间产生，其会立即扩散至导电性金属的表面并使导电性金属表面的电阻升高。以有机硅或有机氮化硅材料形成的阻挡/衬垫层可阻挡副产品扩散。然而，阻挡/衬垫层的介电常数通常大于约2.5，而此高介电常数会导致组合的绝缘体无法显著的降低介电常数。 

图1A一图1E中示出了如国际公告号WO99/41423中所述的一种三层PECVD沉积工艺，其用于沉积经氧化的有机硅烷或有机硅氧烷聚合物的PECVD衬垫层2。该衬垫层2是作为介于其后续形成的上层7和下层的衬底表面6与在衬底表面形成的金属线8、9、10之间的隔离层。该层7的上方是盖上一层经氧化的有机硅烷或有机硅氧烷聚合物的PECVD覆盖层12。该PECVD工艺沉积一层多重成分介电层，其中含碳的二氧化硅(SiO₂)先沉积在图案化金属层(衬底6上形成金属线8、9、lO)上。 

参考图1A，其PECVD衬垫层2是由一有机硅烷或有机硅氧烷的化合物(例如：甲基硅烷、CH₃SiH₃)与一氧化气体(例如：N₂O)在惰性气体(例如：氩)存在下，在温度介于约50-350℃之间进行等离子体增强反应沉积而成。其后使该经氧化的有机硅烷或有机硅氧烷层固化。该经沉积的PECVD衬垫层2(每分钟约2000 在后续进行图1B所示的层7沉积时具有改善的阻挡特性。该源自甲基硅烷的衬垫层因具有充分的C-H键而为疏水性，因而是绝佳的湿气阻挡物。然后在该层7沉积期间，再于温度200。C、压力约0．2至约5 Torr下，使硅烷化合物与双氧水(H₂O₂)反应而在衬垫层2上沉积成低K值介电层7。该层7可经局部固化，如图1C所示，以便在覆盖层12沉积之前先移除溶剂(例如水)，如图1D所示。固化过程在惰性气体气压小于1OTorr之下将反应抽真空进行。