[发明专利]一种在晶片上生长含碳薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，更特别地，本发明涉及一种在晶片上生长含碳薄膜的方法。

背景技术

随着集成电路技术的不断发展，互联电阻电容（RC）延迟逐步增大。为了减少RC延迟和改善半导体器件的性能，通常在位于半导体之间的介电材料层中广泛采用低介电常数（k）材料。然而，随着特征尺寸的不断减小和金属连线高宽比的不断增加，以及层数增加引起的层间寄生电容的加大，往往导致互连电容的快速上升和产生额外的互连延时，影响电路速度的提高。传统的低k材料已不能满足需求。

因此，目前广泛采用在低k材料中掺杂碳的方法来降低k值以获得可接受的RC延迟。以90nm及以下的后端连线互联结构工艺为例，以碳氮化硅薄膜为原料的刻蚀停止层的k值相比于不含碳的刻蚀停止层的k值降低了约30%。

通常在一种称为生长含碳薄膜机器（carbon content film deposition tool）的设备上生长含碳薄膜（即，含碳元素的薄膜）。所述生长含碳薄膜的机器为一个带有气体分流盘的反应室，且所述气体分流盘的气体分流面朝向所述反应室内，气体分流面具有气体分流孔，所述反应气体通过气体分流孔均匀扩散到反应室内以在晶片上生长含碳薄膜。在含碳薄膜生长结束后，用等离子体对反应室及气体分流盘进行清洗。

但是，在薄膜生长期间，由于碳元素的存在，使得在用等离子体对反应室进行清洗时会生成一些长碳链的有机残留物。在清洗完成后，这些有机残留物会附着在反应室内壁和气体分流面上，从而当在下一批晶片上生长含碳薄膜时，附着在气体分流面上的有机残留物可能会落下导致污染晶片，并可能阻塞气体分流孔从而影响反应气体的扩散，进而影响生产效率。因此需要采用能量比较高的等离子体将所述有机残留物完全去除。但是，由于去除速率不同，往往导致位于气体分流面中部的有机残留物的去除速率较边缘更快，从而使得在将边缘处有机残留物完全去除的同时，会损伤气体分流面的中部，最终使得气体分流盘不可用。

因此，有必要对现有的含碳薄膜的生长方法进行改进，以在生产出合格晶片和提高生产效率的同时，降低对气体分流盘的损伤，从而提高生产含碳薄膜机器的使用寿命。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决上述缺点，本发明提出一种在晶片上生长含碳薄膜的方法，所述方法使用带有气体分流盘的反应室，且所述气体分流盘的气体分流面朝向所述反应室内，所述气体分流面具有气体分流孔，所述方法包括：

a）经由所述气体分流孔向所述反应室内通入反应气体，以在所述气体分流面上生长牺牲薄膜，其中，生长所述牺牲薄膜的方法为等离子体增强化学气相沉积法；

b）将晶片放入所述反应室内，经由所述气体分流孔向所述反应室内通入含碳气体以在所述晶片上生长所述含碳薄膜；和

c）移出所述晶片，并去除所述牺牲薄膜。

进一步地，所述牺牲薄膜为SiO₂。

进一步地，所述反应气体为由SiH₄和N₂O组成的混合气体。

进一步地，所述SiH₄的流量为50~500sccm，所述N₂O的流量为1000~20000sccm。

进一步地，所述牺牲薄膜为SiN。

进一步地，所述反应气体为由SiH₄和NH₃组成的混合气体。

进一步地，所述SiH₄的流量为50~500sccm，所述NH₃的流量为1000~20000sccm。

进一步地，所述牺牲薄膜的厚度为1000~10000埃。

进一步地，所述牺牲薄膜的厚度为5000~6000埃。

进一步地，步骤a）的温度范围为300~450℃。

进一步地，步骤a）的功率范围为300~1500W。

进一步地，步骤a）的反应压力为2~6Torr。

进一步地，步骤a）的反应时间为5~15秒。

进一步地，步骤c）包括：

用频率为10~16MHz，功率为500~1500W的等离子体对所述反应室进行清洗。

进一步地，清洗时间为10~100秒。