[发明专利]沉积低介电常数绝缘材料层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种沉积低介电常数绝缘材料层的方法。

背景技术

目前，在半导体器件的后段(back-end-of-line，BEOL)工艺中，制作半导体集成电路时，半导体器件层形成之后，需要在半导体器件层之上形成金属互连层，每层金属互连层包括金属互连线和层间介质层(Inter-layerdielectric，ILD)，这就需要对上述层间介质层制造沟槽(trench)和连接孔，然后在上述沟槽和连接孔内沉积金属，沉积的金属即为金属互连线，一般选用铜作为金属互连线材料。层间介质层包括在半导体器件层上依次形成的刻蚀终止层，例如氮化硅层，以及低介电常数(Low-K)绝缘材料层，例如含有硅、氧、碳、氢元素的类似氧化物(Oxide)的黑钻石(black diamond，BD)材料。图1为现有技术中使用BD作为ILD层的圆片局部剖视图。图中BD材料层下是半导体器件层，ILD层中的刻蚀终止层图中未显示。

在这种铜互连工艺中，刻蚀终止层氮化硅膜具有约7的相对介电常数，增加了整个ILD的相对介电常数，从而使铜互连线间的寄生电容增加，因此会导致信号延迟或功耗增加的缺陷。所以通常在刻蚀终止膜上淀积低K电介质材料来降低铜互连层的铜互连线间的寄生电容。一般采用BD材料，主要成分为八甲基环化四硅氧烷(OMCTS)和氧化物，而且BD的介电常数随着OMCTS成分的增多而减小。随着半导体技术的发展，器件的特征尺寸不断减小，要求BD介电常数值不断减小，也就是说沉积形成BD材料层时，OMCTS含量也要求更高，使得BD介电常数值从3变为2.6～2.8。

沉积形成BD材料层时，其质量控制是通过测试沉积在控片晶圆上的BD材料层实现的。控片晶圆是没有经过工艺加工的平整晶圆硅片，在测试时使用。将控片晶圆和产品晶圆共同置入沉积反应腔，在完成BD材料层的沉积之后，只将生长了BD材料层的控片晶圆输出反应腔，进行厚度等质量测量。其中，产品晶圆为其上已经分布了半导体器件的晶圆，最终可以经过多道工序成为成品。

经过测试发现，当BD介电常数值减小到2.6～2.8时，在控片晶圆上形成的BD材料层的厚度均匀性是比较差的。这是因为沉积介电常数值为2.6～2.8的BD材料层时，如果仍然采用现有技术中沉积介电常数值为3的工艺方法，在相同沉积条件下，随着OMCTS中碳含量的有机成分增加，而硅片是无机材料，这样就会影响硅衬底与BD之间的截面，相继地会影响BD厚度的均匀性。虽然在产品晶圆上与BD材料层接触的是刻蚀终止层，氮化硅层，但是氮化硅层仍然是无机物质，沉积的BD材料层同样具有较差的厚度均匀性。一般地，介电常数值为3的BD材料层厚度均匀性小于2％，而在相同工艺方法条件下得到的BD材料层厚度均匀性在2.5％～3.2％。厚度均匀性U％是指(厚度最大值-厚度最小值)/2倍平均值，显然，U％越低越好，而且要求U％小于2％才能够通过测试，所以提高沉积BD材料层时的厚度均匀性是一个比较关键的技术。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是：沉积BD材料层时厚度均匀性较差。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明公开了一种沉积低介电常数绝缘材料层的方法，应用于半导体器件的层间介质层的沉积工序中，包括以下步骤：

向沉积反应腔内通入初始氧气；

向沉积反应腔内通入初始八甲基环化四硅氧烷OMCTS；

开启功率电源，进行黑金刚石BD层的沉积，降低所述OMCTS的流量，逐步提高OMCTS的流量，达到初始通入的OMCTS流量。

形成黑金刚石层的介电常数值为2.6～2.8。

所述沉积黑金刚石层的厚度为2500～3000埃。

所述向沉积反应腔内通入初始氧气的同时通入氦气，所述氦气的流量为1900～2100标准立方厘米/分钟sccm。

所述沉积反应腔内的压力为6.58～7托Torr。

所述通入初始氧气的流量为850～950sccm；所述通入初始OMCTS的流量为2.85～3.15sccm。

所述功率电源的高频射频功率为300～550瓦；低频射频功率为85～100瓦。

所述向沉积反应腔内通入初始氧气的时间持续9～11秒；所述向沉积反应腔内通入初始OMCTS的时间持续9～11秒；所述开启功率电源，进行黑金刚石层的沉积的时间为34～38秒。

分为2～5次逐步提高OMCTS的流量，达到初始通入的OMCTS流量。

分为3次逐步提高OMCTS的流量，达到初始通入的OMCTS流量的具体方法为：