專利名稱：沉積低介電常數(shù)膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及集成電路的制造。更具體地說，本發(fā)明的實施例涉及在襯底上沉積介電層的工藝。
背景技術(shù)：
自從集成電路器件在幾十年前問世后，集成電路的尺寸已經(jīng)顯著地減小。自那之后，集成電路一般遵循“兩年/尺寸減半”規(guī)律(經(jīng)常被成為莫爾定律)，即每兩年在芯片上的元件數(shù)目都會增加一倍。目前的制造設(shè)備一般能生產(chǎn)出具有0.13μm甚至0.1μm線寬的器件，并且很快下一代設(shè)備就會生產(chǎn)出甚至具有更小線寬的器件。
器件尺寸的持續(xù)減小要求具有更低k值的膜，因為在相鄰的金屬線之間的耦合電容必須減小以便進一步減小集成電路上的元件尺寸。特別地，具有低于4.0的介電常數(shù)(k)的絕緣體是非常需要的。具有低介電常數(shù)的絕緣體的例子包括旋壓玻璃(spin-on glass)，例如未摻雜的硅玻璃(USG)或氟摻雜的硅玻璃(FSG)，二氧化硅，和聚四氟乙烯(PTFE)，這些都可以從市場上購得。
盡管介電常數(shù)低于4的介電材料已被開發(fā)出來，但是還需要具有更低介電常數(shù)的介電材料，例如介電常數(shù)低于約2.5的材料。因此，需要一種制造更低介電常數(shù)材料的可控工藝，以便提高集成電路上元件的速度和效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例包括沉積低介電常數(shù)膜的方法，包括在射頻功率存在的條件下，使包括一種或多種有機硅化合物和一種或多種不含硅的基于烴的化合物的氣體混和物反應，沉積出硅碳氧化物層；以及在不存在射頻功率的條件下，從所述氣體混和物沉積出包含碳和氫的、基本不含硅的層。一個實施例是具有硅碳氧化物層和基本不含硅的層的交替層的低介電常數(shù)膜。在不存在射頻功率的條件下，所述有機硅化合物與所述不含硅的基于烴的化合物基本不相互反應。


下面將參照具體實施例更具體地描述上面簡單總結(jié)過的本發(fā)明，以便使本發(fā)明的上述特征可以被更詳細地理解，一些實施例通過附圖被示出。但是，應注意附圖僅僅示出了本發(fā)明的典型實施例，不應將附圖視為對本發(fā)明的限制，因為本發(fā)明還可以具有其它的等效實施方式。
圖1是一個示例性的CVD反應器的截面圖。
圖2是與圖1所示的示例性CVD等離子反應器一同使用的工藝控制計算機程序流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例提供了低介電常數(shù)膜，其包括一個或多個介電常數(shù)低于3的硅碳氧化物(silicon oxycarbide)層和一個或多個包含碳和氫的、基本不含硅的層，從而提供了總介電常數(shù)低于2.5的膜，優(yōu)選地，總介電常數(shù)為2.0到2.2。在一個優(yōu)選實施例中，所述一個或多個硅碳氧化物層和一個或多個包含碳和氫的、基本不含硅的層是由相同的氣體混和物沉積而成的。使用下面描述的氣體混和物，在存在射頻功率的情況下沉積出硅碳氧化物層，在不存在射頻功率的情況下沉積出包含碳和氫的、基本不含硅的層。
硅碳氧化物層由包括一種或多種有機硅化合物和一種或多種不含硅的基于烴的化合物的氣體混和物而沉積在襯底上，例如半導體襯底。有機硅化合物可以包括有機硅烷或含氧有機硅化合物。在有機硅化合物是有機硅烷的實施例中，所述氣體混和物還包括氧化氣體，例如氧氣(O2)，臭氧(O3)，一氧化二氮(N2O)，一氧化碳(CO)，二氧化碳(CO2)，水(H2O)，過氧化氫(H2O2)或它們的組合。在一個實施例中，所述氣體混和物可以同時包括有機硅烷和含氧有機硅化合物，以及可選地，氧化氣體。
有機硅烷可以是在硅原子之間不含氧的市售有機硅烷?？梢允褂玫挠袡C硅烷的例子包括甲基硅烷 CH3-SiH3二甲基硅烷 (CH3)2-SiH2三甲基硅烷 (CH3)3-SiH乙基硅烷 CH3-CH2-SiH3二硅烷基甲烷 SiH3-CH2-SiH3二(甲基硅烷基)甲烷 CH3-SiH2-CH2-SiH2-CH31，2-二硅烷基乙烷 SiH3-CH2-CH2-SiH31，2-二(甲基硅烷基)乙烷CH3-SiH2-CH2-CH2-SiH2-CH32，2-二硅烷基丙烷 SiH3-C(CH3)2-SiH3二乙基硅烷 (C2H5)2-SiH2丙基硅烷 C3H7-SiH3乙烯基甲基硅烷 (CH2＝CH)CH3SiH21，1，2，2-四甲基乙硅烷HSi(CH3)2-Si(CH3)2H六甲基乙硅烷 (CH3)3Si-Si(CH3)31，1，2，2，3，3-六甲基丙硅烷 H(CH3)2Si-Si(CH3)2-SiH(CH3)21，1，2，3，3-五甲基丙硅烷 H(CH3)2Si-SiH(CH3)-SiH(CH3)2二甲基二硅烷基乙烷 CH3-SiH2-(CH2)2-SiH2-CH3(Dimethyldisilanoethane)二甲基二硅烷基丙烷 CH3-SiH-(CH2)3-SiH-CH3(Dimethyldisilanopropane)四甲基二硅烷基乙烷 (CH3)2-SiH-(CH2)2-SiH-(CH3)2(Tetramethyldisilanoethane)四甲基二硅烷基丙烷 (CH3)2-Si-(CH2)3-Si-(CH3)2(Tetramethyldisilanopropane)
1，3，5-三硅烷基-2，4，6-三甲撐 -(-SiH2CH2-)3-(環(huán)狀)含氧有機硅化合物可以是在兩個或多個硅原子之間含氧的市售的有機硅氧烷?？梢允褂玫暮跤袡C硅化合物的例子包括二甲基二甲氧基硅烷 (CH3)2-Si-(OCH3)21，3-二甲基二甲硅醚 CH3-SiH2-O-SiH2-CH31，1，3，3-四甲基二甲硅醚(TMDSO)(CH3)2-SiH-O-SiH-(CH3)2六甲基二甲硅醚(HMDS)(CH3)3-Si-O-Si-(CH3)31，3-二(硅烷基亞甲基)二甲硅醚 (SiH3-CH2-SiH2-)2-O二(1-甲基二甲硅醚基)甲烷(CH3-SiH2-O-SiH2-)2-CH22，2-二(1-甲基二甲硅醚基)丙烷 (CH3-SiH2-O-SiH2-)2-C(CH3)2六甲氧基二甲硅醚(HMDOS) (CH3O)3-Si-O-Si-(OCH3)31，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS) -(-SiHCH3-O-)4-(環(huán)狀)八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS) -(-Si(CH3)2-O-)4-(環(huán)狀)1，3，5，7，9-五甲基環(huán)五硅氧烷 -(-SiHCH3-O-)5-(環(huán)狀)1，3，5，7-四硅烷基-2，6-二氧-4，8-二甲撐 -(-SiH2-CH2-SiH2-O-)2-(環(huán)狀)六甲基環(huán)三硅氧烷-(-Si(CH3)2-O-)3-(環(huán)狀)十甲基環(huán)五硅氧烷-(-Si(CH3)2-O-)5-(環(huán)狀)不含硅的基于烴的化合物可以是含有10個或更多個碳原子的線性化合物。這里，“基于烴的化合物”是指主要包含碳和氫的烴或化合物，但它還包含其它原子，比如氧。例如，醇是基于烴的化合物。優(yōu)選地，本發(fā)明實施例中使用的基于烴的化合物不含氟。優(yōu)選的不含硅的基于烴的化合物是聚乙二醇。
低介電常數(shù)膜的硅碳氧化物層以及一個或多個包含碳和氫的、基本不含硅的層可以利用任何能夠進行化學氣相沉積(CVD)的處理室進行沉積。用于進行這里描述的工藝的一種合適的反應器是可通過商業(yè)途徑從加利福尼亞州圣克拉拉市的應用材料公司得到的DxZTM化學氣相沉積室?？梢杂糜谶@里的工藝的CVD反應器的一個例子在授權(quán)給Wang等人并轉(zhuǎn)讓給應用材料公司(本專利的受讓人)的、名稱為“A Thermal CVD/PECVDReactor and Use for Thermal Chemial Vapor Deposition of Silicon Dioxide andIn-situ Multi-step Planarized Process”的美國專利No.5,000,113中進行了描述。可以使用作為組合工具(cluster tool)的一部分的CVD室。例如，也可以使用作為可通過商業(yè)途徑從應用材料公司得到的Producer系統(tǒng)的部分的雙CVD室。
優(yōu)選地，這里描述的低介電常數(shù)膜是在處理室中通過等離子增強工藝而沉積的。圖1示出了可被用來進行等離子增強工藝的平行板CVD處理室10的縱向橫截面圖。室10包括高真空區(qū)15和帶孔的氣體分配歧管11，氣體分配歧管11用于使處理氣通過它分散到襯底(未示出)。襯底安置在襯底支撐板或基座12上?；?2安裝在支撐桿13上，支撐桿13將基座12連接到提升馬達14。提升馬達14在處理位置和更低的、襯底加載位置之間抬起和降低基座12，使得基座12(以及支撐在基座12上表面上的襯底)可以在較低的加載/卸載位置和較高的、緊靠歧管11的處理位置之間可控地移動。當基座12和襯底處于較高的處理位置時，絕緣體17圍繞著基座12和襯底。
引入到歧管11的氣體沿徑向被均勻分配到襯底的表面。具有節(jié)流閥的真空泵32控制通過歧管24從室10排氣的速度。沉積氣體和載氣(如果需要的話)通過氣體管道18流入混和系統(tǒng)19，然后到達歧管11。一般地，每一個處理氣供應管道18包括(i)安全切斷閥(未示出)，其可以自動或手動地切斷進入室的處理氣氣流，以及(ii)質(zhì)量流量控制器(也未示出)，其用于測量通過氣體供應管道18的氣體流量。當工藝中使用有毒氣體時，在傳統(tǒng)的配置中，每一個氣體供應管道18上都設(shè)置幾個安全切斷閥。
在等離子增強工藝中，通常通過利用射頻功率源25施加在氣體分配歧管11上的射頻能量，在鄰近襯底處形成受控的等離子體。另外，射頻功率也可以提供給基座12上。
系統(tǒng)控制器34控制著馬達14、氣體混和系統(tǒng)19和射頻功率源25，它們通過控制線36連接到控制器34。系統(tǒng)控制器34控制著CVD室的操作，并且一般包括硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器和插卡導軌(card rack)。插卡導軌包含單板計算機(SBC)、模擬和數(shù)字輸入/輸出板、接口板以及步進馬達控制器板。系統(tǒng)控制器34符合VME標準(Versa ModularEuropeans Standard)，VME標準規(guī)定了板、插件架以及連接器的尺寸和類型。VME標準還規(guī)定了具有16位數(shù)據(jù)總線和24位地址總線的總線結(jié)構(gòu)。用戶和系統(tǒng)控制器之間的接口是通過CRT顯示器(未示出)和光筆(未示出)實現(xiàn)的。
圖2示出了計算機程序410的層級控制結(jié)構(gòu)的示意性框圖。系統(tǒng)控制器34在計算機程序410的控制下工作，其中計算機程序410存儲在硬盤驅(qū)動器38中。計算機程序410控制著時間安排、氣體的混和、射頻功率水平、基座位置以及具體工藝的其它參數(shù)。計算機程序代碼可以使用任何傳統(tǒng)的計算機可讀編程語言來編寫，例如68000匯編語言、C、C++、或者Pascal。利用傳統(tǒng)的文本編輯器，將合適的程序代碼編寫成單個的文件或多個文件，并存儲或嵌入到計算機可用介質(zhì)中，例如計算機的存儲器系統(tǒng)。如果編寫的代碼文本是用高級語言，則代碼要進行編譯，并將得到的編譯代碼與預編譯窗口庫例程的目標代碼連接。為了執(zhí)行連接的編譯目標代碼，系統(tǒng)用戶調(diào)用目標代碼，使計算機將代碼加載到存儲器，CPU從存儲器讀取并執(zhí)行代碼，從而執(zhí)行程序中規(guī)定的任務。
在一個實施例中，用戶使用光筆接口響應在CRT顯示器上顯示的菜單或畫面，將工藝集合序號和處理室編號輸入到工藝選擇器子程序420。工藝集合是預先確定的、執(zhí)行特定工藝所必須的工藝參數(shù)的集合，并且用預先定義的集合序號來標識。工藝選擇器子程序420(i)在組合工具中選擇需要的處理室，并且(ii)為了執(zhí)行需要的工藝而選擇操作該處理室所必須的工藝參數(shù)集合。用于執(zhí)行特定工藝的工藝參數(shù)以配方(recipe)的形式提供給用戶，并涉及工藝條件，例如處理氣組成、流速、溫度、壓強、等離子條件(例如射頻偏壓功率水平和磁場功率水平)、冷卻氣壓強以及室壁溫度。配方指定的參數(shù)利用光筆/CRT顯示器接口被輸入。監(jiān)視工藝的信號由系統(tǒng)控制器34的模擬輸入板和數(shù)字輸入板提供，控制工藝的信號被輸出到系統(tǒng)控制器34的模擬輸出板和數(shù)字輸出板。
工藝定序器子程序430包括用于從工藝選擇器子程序420接收被標識的處理室和工藝參數(shù)集合、以及用于控制各個處理室的操作的的程序代碼。多個用戶可以輸入工藝集合序號和處理室編號，或者單個用戶可以輸入多個處理室編號，所以定序器子程序430以希望的順序調(diào)度被選擇的工藝。優(yōu)選地，定序器子程序430包括計算機可讀程序代碼來執(zhí)行如下步驟(i)監(jiān)視處理室的操作以確定該處理室是否正被使用，(ii)確定正在被使用的室中正在執(zhí)行什么工藝，以及(iii)根據(jù)處理室的可用性和代執(zhí)行的工藝類型，執(zhí)行希望的工藝?？梢允褂脗鹘y(tǒng)的監(jiān)視處理室的方法，例如輪詢。當調(diào)度哪一個工藝要被執(zhí)行時，定序器子程序430可以被設(shè)計成考慮到相比被選定工藝的期望工藝條件而言，正被使用的處理室的當前狀態(tài)，或者每個特定用戶所輸入的請求的時間，或者任何其它的為了確定調(diào)度優(yōu)先級系統(tǒng)程序員認為需要包括進去的相關(guān)因素。
一旦定序器子程序430確定了接下去要執(zhí)行哪一個處理室與工藝集合的組合，定序器子程序430就通過將具體的工藝集合參數(shù)傳遞給室管理器子程序440來執(zhí)行該工藝集合，其中的室管理器子程序440根據(jù)定序器子程序430確定的工藝集合來控制在處理室10中的多個處理任務。例如，室管理器子程序440包括用于控制處理室10中的CVD工藝操作的程序代碼。室管理器子程序440還控制著多個室部件子程序的執(zhí)行，這些室部件子程序控制著為了執(zhí)行被選擇的工藝集合而必須的室部件的操作。室部件子程序的例子是基座控制子程序450，處理氣控制子程序460，壓強控制子程序470，加熱器控制子程序480，以及等離子控制子程序490。本領(lǐng)域技術(shù)人員會很容易認識到根據(jù)在反應器10中要進行什么工藝，還可以包括其它的室部件控制子程序。
在操作中，室管理器子程序440根據(jù)正被執(zhí)行的具體工藝集合來選擇性地調(diào)度或調(diào)用工藝部件子程序。室管理器子程序440調(diào)度工藝部件子程序的方法類似于定序器子程序430調(diào)度接下來要執(zhí)行哪一個處理室10和工藝集合的方法。一般地，室管理器子程序440包括如下步驟監(jiān)視各個室部件，根據(jù)要被執(zhí)行的工藝集合的工藝參數(shù)來確定哪些部件要被操作，以及響應監(jiān)視步驟和確定步驟而執(zhí)行室部件子程序。
下面參照附圖2描述具體室部件子程序的操作?；刂贫ㄎ蛔映绦?50包括用于控制這種室部件的程序代碼，該室部件用來將襯底加載到基座12上，以及可選地，在室10中將襯底提升到一個期望的高度來控制襯底與氣體分配歧管11之間的間隔。當襯底被加載到室10內(nèi)時，基座12被降低以接收襯底，然后，基座12被提升到室內(nèi)其期望的高度，使得在CVD工藝期間保持襯底與氣體分配歧管11之間為第一距離或間隔。在操作中，基座控制子程序450響應從室管理器子程序440傳遞來的工藝集合參數(shù)而控制基座12的移動。
處理氣控制子程序460具有用于控制處理氣的組成和流速的程序代碼。處理氣控制子程序460控制安全切斷閥的開/關(guān)位置，并上/下移動質(zhì)量流量控制器以獲得期望的氣體流速。如所有的室部件子程序那樣，處理氣控制子程序460被室管理器子程序440調(diào)用，并從室管理器子程序接收與期望氣體流速相關(guān)的工藝參數(shù)。典型地，處理氣控制子程序460通過下述方式工作，即打開氣體供應管道，并重復執(zhí)行(i)讀取必要的質(zhì)量流量控制器，(ii)將讀數(shù)與從室部件管理器子程序440接收的期望氣體流速進行比較，(iii)如果需要的話，調(diào)整氣體供應管道的流速。此外，處理氣控制子程序460包括如下步驟監(jiān)視氣體流的危險流速，并且當檢測到危險狀態(tài)時，即啟動安全切斷閥門。
在一些工藝中，在反應處理氣引入到室內(nèi)之前，例如氦氣或氬氣的惰性氣體流入到室10中以穩(wěn)定室內(nèi)的壓強。對這些工藝，處理氣控制子程序460被編程為包括使惰性氣體流入室10，持續(xù)一段時間使得足以穩(wěn)定室內(nèi)的壓強的步驟，然后上述步驟就可以執(zhí)行了。此外，當處理氣要從液體前驅(qū)體中蒸發(fā)出來時，處理氣控制子程序460將被寫有包括在鼓泡器組件中將例如氦氣的輸送氣體鼓泡穿過液體前驅(qū)體的步驟。對于這種類型的工藝，處理氣控制子程序460調(diào)整輸送氣體的流量、鼓泡器中的壓強以及鼓泡器的溫度以便獲得期望的處理氣流速。如上所述，期望的處理氣流速作為工藝參數(shù)被傳遞到處理氣控制子程序460。此外，處理氣控制子程序包括通過訪問所存儲的、包含給定處理氣流速必須的值的表，獲取用于期望的處理氣流速的必須的輸送氣流速、鼓泡器壓強以及鼓泡器溫度的步驟。一旦獲得了這些必須的值，輸送氣流速、鼓泡器壓強以及鼓泡器溫度就被監(jiān)視，與必須值相比較并相應地調(diào)整。
壓強控制子程序470包括通過調(diào)整排氣泵32的節(jié)流閥開口尺寸控制反應器10的壓強的程序代碼。相對于總處理氣流量，處理室的尺寸以及排氣泵32的抽吸設(shè)定點壓強，設(shè)定節(jié)流閥的開口尺寸來將室壓強控制到期望的水平。當壓強控制子程序470被調(diào)用時，從室管理器子程序440接收期望壓強水平(或者說目標壓強水平)作為一個參數(shù)。壓強控制子程序470通過讀取一個或多個連接到室的傳統(tǒng)的壓力計來測量室10內(nèi)的壓強，將測量值與目標壓強值相比較，從一個對應于目標壓強值的存儲壓強表來獲得PID值(P比例，I積分，D微分)，并根據(jù)從壓強表獲得的PID值調(diào)整節(jié)流閥?；蛘撸瑝簭娍刂谱映绦?70可以被寫以打開或關(guān)泵節(jié)流閥到一個特定開口尺寸，從而調(diào)整室10到期望的壓強水平。
加熱器控制子程序480包括用于控制加熱模塊的溫度或用于加熱基座12的輻射熱的程序代碼。加熱器控制子程序480也被室管理器子程序440調(diào)用，并接收目標溫度參數(shù)或設(shè)定點溫度參數(shù)。加熱器控制子程序480通過測量位于基座12內(nèi)的熱電偶的輸出電壓來測量溫度，將測量值與設(shè)定點溫度進行比較，并且增大或降低施加到加熱模塊的電流來獲得設(shè)定點溫度。通過查詢在存儲轉(zhuǎn)換表格中的對應溫度，或是通過一個四次多項式計算溫度，可以從測量到的電壓獲得溫度。加熱器控制子程序480控制施加到加熱模塊的電流逐漸地上升/下降。這種逐漸地上升/下降增大了加熱模塊的壽命和穩(wěn)定性。此外，可以包含一個內(nèi)置的自動保險裝置來檢測工藝安全性，并且如果反應器10沒有被正確地設(shè)置就可以切斷加熱模塊的操作。
等離子控制子程序490包括程序代碼用于設(shè)定施加到室10內(nèi)的處理電極射頻偏壓功率水平，并可選地，設(shè)定反應器內(nèi)產(chǎn)生的磁場的水平。類似于前面描述過的室部件子程序，等離子控制子程序490被室管理器子程序440調(diào)用。
上面對CVD系統(tǒng)的描述主要用于示例說明的目的，也可以使用其它的等離子CVD設(shè)備，例如電極回旋加速器共振(ECR)等離子CVD設(shè)備、感應耦合射頻高密度等離子CVD設(shè)備、或其它類似設(shè)備。另外，上述設(shè)備的修改，例如在基座設(shè)計、加熱器設(shè)計、射頻功率的連接位置等方面的修改也是可以的。
盡管上面參照控制器34描述了可編程的工藝，這些工藝也可以被中央處理單元(CPU)來控制，所述中央處理單元可以是任何形式的能夠在工業(yè)中應用來控制處理室的通用計算機處理器或子處理器。計算機可以使用任何合適的存儲器，例如隨機訪問存儲器、只讀存儲器、軟盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、或任何其它形式的數(shù)字存儲器，可以是本地的或遠程的?？梢詫⒏鞣N支持電路耦合到CPU，用來以傳統(tǒng)方式支持處理器。根據(jù)需要，工藝序列例程可以存儲在存儲器內(nèi)或由遠程的附屬CPU執(zhí)行。
工藝序列例程，當執(zhí)行時，將通用計算機轉(zhuǎn)變成了控制室操作的專用的工藝計算機，使得這里描述的沉積工藝得以執(zhí)行。或者，利用作為專用集成電路的遠程硬件或其它類型的硬件實現(xiàn)，或軟件和硬件的組合，可以控制室的操作。
再次參考圖1，在這里描述的實施例中，射頻功率源25可以提供13.56MHz到60MHz的單一頻率的射頻功率?；蛘?，射頻功率可以利用混合頻率來輸送以增強引入到高真空區(qū)15的反應組分的分解。在一個方面，射頻功率可以以13.56MHz、60MHz或它們的組合輸送。
至處理室的射頻功率是脈沖的?？梢岳眉s3KHz到約100KHz的頻率來脈沖啟動或關(guān)閉射頻功率。射頻功率水平在約50瓦(W)到約1000W之間。脈沖射頻功率的占空因數(shù)(duty cycle)可以是約10％到約90％。
在一個優(yōu)選實施例中，包括一種或多種有機硅化合物和一種或多種不含硅的基于烴的化合物的氣體混和物被引入處理室，并生成等離子體。在一個優(yōu)選實施例中，有機硅化合物是十甲基環(huán)五硅氧烷(decamethylcyclopentasiloxane)，且不含硅的基于烴的化合物是聚乙二醇。在射頻功率脈沖期間，一種或多種有機硅化合物的至少一部分和一種或多種不含硅的基于烴的化合物反應，并且包含來自于一種或多種有機硅化合物和一種或多種不含硅的基于烴的化合物的材料的硅碳氧化物層被沉積。一種或多種有機硅化合物和一種或多種不含硅的基于烴的化合物的反應通常導致一些不含硅的基于烴的化合物降解。由于一些不含硅的基于烴的化合物的降解，在硅碳氧化物層中可能產(chǎn)生孔隙。
在沒有施加射頻功率(即射頻關(guān)閉)的期間，可以維持氣體混和物向室中的流動。氣體混和物的組分流入室的速度與在射頻功率脈沖期間流入的速度可以相同或不同。優(yōu)選地，室的溫度要維持在使得在不施加射頻功率的時，處理室中的一種或多種有機硅化合物與一種或多種不含硅的基于烴的化合物之間基本不相互發(fā)應。在不施加射頻功率的期間，含碳和氫的層由一種或多種不含硅的基于烴的化合物沉積出來。含碳和氫的層也可以包含其它原子，這取決于在氣體混和物中使用的不含硅的基于烴的化合物。例如，如果不含硅的基于烴的化合物包含氧，含碳和氫的層也包含氧。優(yōu)選地，含碳和氫的層不包含硅，或者基本不包含硅。通常，包括碳和氫的、基本不含硅的層不具有孔。
首先，硅碳氧化物層或者基本不含硅的、包括碳和氫的層沉積在襯底上，這取決于在襯底上沉積第一層時是否施加了射頻功率。多個硅碳氧化物層和多個包括碳和氫的、基本不含硅的層被沉積以形成期望厚度的膜。一般地，由多個硅碳氧化物層和多個包括碳和氫的、基本不含硅的層形成的低介電常數(shù)膜是兩相結(jié)構(gòu)，其中一相是無孔的，即包括碳和氫的、基本不含硅的層，一相是多孔的，即硅碳氧化物層。
在層的沉積期間，室的溫度可以是從0℃到不足以導致有機硅化合物的顯著的熱化學氣相沉積的溫度。優(yōu)選地，室的溫度在約0℃到約400℃之間，例如約0℃到約50℃。所述一種或多種有機硅化合物可以約100mgm到約1500mgm之間的速度被引入室內(nèi)。一種或多種不含硅的基于烴的化合物可以約100mgm到約1500mgm之間的速度被引入室內(nèi)。例如氦氣的載氣可以約500sccm到約2000sccm之間的速度被引入室內(nèi)?？蛇x地，氧化氣體可以約0sccm到約200sccm之間的速度流入室內(nèi)。室的壓強可以是約1托到約100托。
可選地，這里描述的低介電常數(shù)膜可以在沉積后被退火。例如，膜可以置于約100℃到約400℃的溫度持續(xù)約10分鐘到約1小時，優(yōu)選約30分鐘。例如氦氣、氫氣、氮氣或其混和物的非反應氣體以100sccm到約10000sccm之間的速度被引入。室壓強維持在約2托到約10托之間。射頻功率在13.56MHz下，功率為約200W到約1000W，并且優(yōu)選的襯底間隔在約300密爾(mil)到約800密爾。
退火處理可以從低介電常數(shù)膜的硅碳氧化物層除去不穩(wěn)定的有機組分，從而在硅碳氧化物層內(nèi)生成空洞或孔隙。但是，認為用于沉積硅碳氧化物層的處理條件一般已足以從硅碳氧化物層去除足夠量的有機材料，以致不需要額外的退火步驟即可以得到具有期望的孔隙率和期望的低介電常數(shù)的低介電常數(shù)膜。
按照這里描述的實施例沉積的介電膜具有小于2.5的介電常數(shù)。人們相信這里描述的實施例提供了用于沉積低介電常數(shù)膜的可控性好的(即連續(xù)的)工藝，可以通過調(diào)整用于沉積硅碳氧化物層和包含碳和氫的、基本不含硅的層的處理條件來調(diào)整膜的性質(zhì)。例如，通過改變流入室內(nèi)的不含硅的基于烴的化合物的量，以及/或通過改變射頻關(guān)閉(期間，包含碳和氫的、基本不含硅的層被沉積)的時間長度，可以控制膜的孔隙率。一般地，人們相信在射頻功率脈沖期間增加不含硅的基于烴的化合物的流量會提高沉積的硅碳氧化物層的孔隙率，而在射頻關(guān)閉期間增加不含硅的基于烴的化合物的流量或延長射頻關(guān)閉期間的時間會增加沉積膜中一般為無孔的、包含碳和氫的、基本不含硅的層的相對量，從而降低沉積膜的總孔隙率。
下面的例子示出了本發(fā)明的一種低介電常數(shù)膜。這種膜是用作為集成處理平臺的一部分的化學氣相沉積室來沉積的。具體地，這種膜是利用從加利福尼亞州圣克拉拉市的應用材料公司得到的DxZTM化學氣相沉積室沉積的。
理想實例1在室壓強約為10托、溫度約為200℃的條件下，一種低介電常數(shù)膜從下面的反應氣體中沉積出來
十甲基環(huán)五硅氧烷，流速約800mgm；聚乙二醇，流速約800mgm；氧氣，流速約100sccm；以及氦氣，流速約1200sccm。
為了進行膜的等離子增強沉積，在13.56MHz的頻率下，約500W的功率水平被施加到噴頭。射頻功率是脈沖的，具有約20％的占空因數(shù)。當射頻功率打開時，硅碳氧化物層被沉積；當射頻功率關(guān)閉時，包含碳和氫的、基本不含硅的層被沉積。硅碳氧化物層與包含碳和氫的、基本不含硅的層相互交替，形成了低介電常數(shù)膜。
盡管前面描述了本發(fā)明的實施例，本發(fā)明的其它的和進一步的實施例也可以被設(shè)計出來而不會偏離本發(fā)明的基本保護范圍；本發(fā)明的保護范圍由所附權(quán)利要求來決定。
權(quán)利要求
1.一種沉積具有低于2.5的介電常數(shù)的膜的方法，包括在射頻功率存在的條件下，從包括一種或多種有機硅化合物和一種或多種不含硅的基于烴的化合物的氣體混和物沉積出硅碳氧化物層；以及在不存在射頻功率的條件下，從所述氣體混和物沉積出包含碳和氫的、基本不含硅的層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一種或多種有機硅化合物包括有機硅烷，且所述氣體混和物還包括氧化氣體。
3.如權(quán)利要求2所述方法，其中所述有機硅烷選自如下化合物組成的組甲基硅烷，二甲基硅烷，三甲基硅烷，乙基硅烷，二硅烷基甲烷，二(甲基硅烷基)甲烷，1，2-二硅烷基乙烷，1，2-二(甲基硅烷基)乙烷，2，2-二硅烷基丙烷，二乙基硅烷，丙基硅烷，乙烯基甲基硅烷，1，1，2，2-四甲基乙硅烷，六甲基乙硅烷，1，1，2，2，3，3-六甲基丙硅烷，1，1，2，3，3-五甲基丙硅烷，二甲基二硅烷基乙烷，二甲基二硅烷基丙烷，四甲基二硅烷基乙烷，四甲基二硅烷基丙烷，1，3，5-三硅烷基-2，4，6-三甲撐，以及它們的組合。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一種或多種有機硅化合物包括含氧有機硅化合物。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述含氧有機硅化合物選自下列化合物組成的組二甲基二甲氧基硅烷，1，3-二甲基二甲硅醚，1，1，3，3-四甲基二甲硅醚，六甲基二甲硅醚，1，3-二(硅烷基亞甲基)二甲硅醚，二(1-甲基二甲硅醚基)甲烷，2，2-二(1-甲基二甲硅醚基)丙烷，六甲氧基二甲硅醚，1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷，八甲基環(huán)四硅氧烷，1，3，5，7，9-五甲基環(huán)五硅氧烷，1，3，5，7-四硅烷基-2，6-二氧-4，8-二甲撐，六甲基環(huán)三硅氧烷，十甲基環(huán)五硅氧烷，以及它們的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一種或多種不含硅的基于烴的化合物包括具有10個或更多個碳的線性化合物。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一種或多種有機硅化合物是十甲基環(huán)五硅氧烷，且一種或多種不含硅的基于烴的化合物是聚乙二醇。
8.如權(quán)利要求1所述方法，其中所述射頻功率在約50W到約1000W。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述射頻功率的占空因數(shù)為約10％到約90％。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述射頻功率的頻率為約13.56MHz到約60MHz。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應和沉積步驟被重復執(zhí)行以形成期望厚度的膜。
12.一種沉積具有低于2.5的介電常數(shù)的膜的方法，包括在射頻功率存在的條件下，從包括一種或多種有機硅化合物和一種或多種不含硅的基于烴的化合物的氣體混和物沉積出多孔的硅碳氧化物層；以及在不存在射頻功率時，在以下的條件下，從所述氣體混和物沉積出包含碳和氫的、基本不含硅的層，所述條件使得所述一種或多種有機硅化合物與一種或多種不含硅的基于烴的化合物相互之間基本不發(fā)生反應，其中所述硅碳氧化物層和所述包含碳和氫的、基本不含硅的層形成介電常數(shù)低于2.5的膜。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述一種或多種有機硅化合物包括有機硅烷，且所述氣體混和物還包括氧化氣體。
14.如權(quán)利要求13所述方法，其中所述有機硅烷選自如下化合物組成的組甲基硅烷，二甲基硅烷，三甲基硅烷，乙基硅烷，二硅烷基甲烷，二(甲基硅烷基)甲烷，1，2-二硅烷基乙烷，1，2-二(甲基硅烷基)乙烷，2，2-二硅烷基丙烷，二乙基硅烷，丙基硅烷，乙烯基甲基硅烷，1，1，2，2-四甲基乙硅烷，六甲基乙硅烷，1，1，2，2，3，3-六甲基丙硅烷，1，1，2，3，3-五甲基丙硅烷，二甲基二硅烷基乙烷，二甲基二硅烷基丙烷，四甲基二硅烷基乙烷，四甲基二硅烷基丙烷，1，3，5-三硅烷基-2，4，6-三甲撐，以及它們的組合。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述一種或多種有機硅化合物包括含氧有機硅化合物。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述含氧有機硅化合物選自下列化合物組成的組二甲基二甲氧基硅烷，1，3-二甲基二甲硅醚，1，1，3，3-四甲基二甲硅醚，六甲基二甲硅醚，1，3-二(硅烷基亞甲基)二甲硅醚，二(1-甲基二甲硅醚基)甲烷，2，2-二(1-甲基二甲硅醚基)丙烷，六甲氧基二甲硅醚，1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷，八甲基環(huán)四硅氧烷，1，3，5，7，9-五甲基環(huán)五硅氧烷，1，3，5，7-四硅烷基-2，6-二氧-4，8-二甲撐，六甲基環(huán)三硅氧烷，十甲基環(huán)五硅氧烷，以及它們的組合。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述一種或多種不含硅的基于烴的化合物包括具有10個或更多個碳的線性化合物。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述一種或多種有機硅化合物是十甲基環(huán)五硅氧烷，且一種或多種不含硅的基于烴的化合物是聚乙二醇。
19.一種計算機存儲介質(zhì)，其包含軟件程序，當被執(zhí)行時，使得通用計算機控制沉積室執(zhí)行一種沉積介電常數(shù)低于2.5的膜的方法，包括在射頻功率存在的條件下，從包括一種或多種有機硅化合物和一種或多種不含硅的基于烴的化合物的氣體混和物沉積出硅碳氧化物層；以及在不存在射頻功率的條件下，從所述氣體混和物沉積出包含碳和氫的、基本不含硅的層。
20.如權(quán)利要求19所述的計算機存儲介質(zhì)，其中所述射頻功率的占空因數(shù)為約10％到約90％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種沉積低介電常數(shù)膜的方法。該低介電常數(shù)膜包括至少一個硅碳氧化物層和至少一個基本不含硅的、包含碳和氫的層。這些層是由包含有機硅化合物和不含硅的基于烴的化合物的氣體混和物沉積而成的。低介電常數(shù)膜是通過包含射頻脈沖的等離子工藝沉積的。
文檔編號C23C16/515GK1698188SQ200480000214
公開日2005年11月16日 申請日期2004年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月31日
發(fā)明者弗雷德里克·加伊拉德, 斯里尼瓦斯·D·內(nèi)馬尼 申請人:應用材料公司