專利名稱：Sioc低k膜的應(yīng)力減小的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及集成電路的制造。更具體地，本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于在襯底上沉積電介質(zhì)層的方法。
背景技術(shù)：
自從集成電路在幾十年前被首次引入以來，這樣的器件的幾何尺寸已經(jīng)被急劇減小。從此以后，集成電路一般遵循兩年/一半尺寸的法則(常常稱為莫爾定律)，其意味著在一芯片上的器件數(shù)量每兩年增加一倍?，F(xiàn)在的制造企業(yè)正在常規(guī)地生產(chǎn)具有0.13μm甚至是0.1μm線寬尺寸的器件，并且將來的企業(yè)將很快生產(chǎn)具有甚至更小的線寬尺寸的器件。
器件幾何的持續(xù)減小已經(jīng)產(chǎn)生了對(duì)于具有更低介電常數(shù)(k)值的膜的需要，因?yàn)轳詈显谙噜徑饘倬€之間的電容必須被減小以進(jìn)一步減小集成電路上的器件的尺寸。具體地，具有小于約4.0的低介電常數(shù)的絕緣體是理想的。具有低介電常數(shù)的絕緣體的示例包括旋涂玻璃，諸如未摻雜硅玻璃(USG)或者摻氟硅玻璃(FSG)、二氧化硅和聚四氟乙烯(PTFE)，這些都是可以商購的。
最近，已經(jīng)開發(fā)了具有小于約3.5的k值的有機(jī)硅膜。Rose等(美國專利No.6,068,884)公開了一種方法，用于通過部分地分裂環(huán)狀有機(jī)硅化合物沉積絕緣體，以在所沉積的膜中形成環(huán)狀和線型結(jié)構(gòu)兩者。但是，該部分地分裂環(huán)狀前驅(qū)體的方法難以控制，因此，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的一致性。
此外，雖然已經(jīng)開發(fā)出了具有理想的介電常數(shù)的有機(jī)硅膜，但是許多已知的低介電有機(jī)硅膜具有不理想的物理或者機(jī)械性能，諸如高的拉伸應(yīng)力。在膜中高的拉伸應(yīng)力可能導(dǎo)致膜彎曲或者變形、膜破裂、膜剝落或者膜中空洞的形成，這些可能損壞或者破壞包括該膜的器件。
因此，存在對(duì)于用于制造具有理想的物理或者機(jī)械性能的更低介電常數(shù)膜的可控方法的需要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例包括一種方法，所述方法通過在足夠?qū)⒌徒殡姵?shù)膜沉積在襯底上的條件下將包含一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷和一種或者多種惰性氣體的氣體混合物輸送到室中的襯底，來沉積低介電常數(shù)膜。所述一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷到所述室中的總流率與所述一種或者多種惰性氣體到所述室中的總流率之比為從約0.10到約0.20。室壓力可以從約2Torr到約10Torr。在一個(gè)方面，所沉積的膜具有壓應(yīng)力。在一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)狀有機(jī)硅氧烷是八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，并且惰性氣體是氦。
本發(fā)明的實(shí)施例還包括在足夠?qū)⒌徒殡姵?shù)膜沉積在襯底表面上的條件下將包含一種或多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷、一種或者多種惰性氣體和一種或者多種氧化氣體的氣體混合物輸送到室中的襯底。所述一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷到所述室中的總流率與所述一種或者多種惰性氣體到所述室中的總流率之比為從約0.10到約0.20。室壓力可以從約2Torr到約10Torr。在一個(gè)方面，所沉積的膜具有壓應(yīng)力。
可以參考本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)上面所簡要概述的本發(fā)明進(jìn)行更具體的描述，由此可以詳細(xì)理解實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的所述特征的方式，其中，本發(fā)明的實(shí)施例被示于附圖中。
但是應(yīng)該注意，所述描述和附圖僅僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例，并且因此不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其他等效的實(shí)施例。
圖1是構(gòu)造來用于根據(jù)本文所描述的實(shí)施例的用途的示例性CVD反應(yīng)器的橫截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電子束室。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電子束室的局部視圖。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有反饋控制電路的電子束室。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例通過向室提供一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷、一種或者多種惰性氣體以及任選的一種或者多種氧化氣體來沉積低介電常數(shù)膜，而在包含硅、氧和碳的低介電常數(shù)膜中提供低應(yīng)力。優(yōu)選地，低介電常數(shù)膜具有小于約3.4的介電常數(shù)。環(huán)狀有機(jī)硅氧烷到室中的總流率與所述一種或者多種惰性氣體到室中的總流率之比為從約0.10到約0.20。優(yōu)選地，膜在使得當(dāng)通過可從Frontier Semiconductor，San Jose，CA獲得的FSM128L儀器測(cè)量時(shí)膜具有約10MPa或者更小的應(yīng)力的條件下沉積。更優(yōu)選地，該膜具有壓應(yīng)力。具有壓應(yīng)力的膜具有小于0MPa的應(yīng)力。更一般地，提供壓應(yīng)力的條件通過將共形膜沉積在平坦硅襯底上來確定。如果所述共形膜在沉積之后壓彎，即膜的邊緣受拉而比膜的中心低，則該工藝條件引入壓應(yīng)力。
環(huán)狀有機(jī)硅氧烷包括具有一個(gè)或者多個(gè)硅-碳鍵的化合物。可以使用可商購的具有一個(gè)或者多個(gè)環(huán)的環(huán)狀有機(jī)硅氧烷化合物，所述的環(huán)具有交替的硅和氧原子，并具有鍵合到所述硅原子上的一個(gè)或者多個(gè)烷基。例如，該一種或多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷可以是如下化合物中的一種或多種1，3，5，7-四甲基環(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)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)。
將一種或者多種惰性載氣與一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷混合。該一種或者多種惰性氣體可以包括氬、氦或者其組合。
在本文所述的任一實(shí)施例中，氣體混合物可以基本排除氧化氣體，或者可以包含一種或者多種選自氧氣(O2)、臭氧(O3)、含氮氧化物(N2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、水(H2O)和其組合的氧化氣體。在一個(gè)方面，氧化氣體是氧氣。在另一個(gè)方面，氧化氣體是氧氣和二氧化碳。在另一個(gè)方面，氧化氣體是臭氧。當(dāng)臭氧被用作氧化氣體時(shí)，臭氧發(fā)生器將源氣體中6wt％到20wt％，通常約15wt％的氧轉(zhuǎn)化成臭氧，同時(shí)剩余物通常是氧。但是，可以根據(jù)所期望的臭氧量和所使用的臭氧發(fā)生裝置的類型，增大或者減小臭氧濃度。一種或者多種氧化氣體可以被添加到反應(yīng)氣體混合物中，以增加反應(yīng)性并在所沉積的膜中獲得所期望的碳含量。
在沉積過程中，RF功率被施加到環(huán)狀有機(jī)硅氧烷和一種或者多種惰性載氣的混合物，以在襯底上形成低k膜。任選地，混合物中包括一種或者多種氧化氣體。提供給200或者300mm襯底的RF功率為約0.03W/cm2和約3.2W/cm2之間，其對(duì)應(yīng)于對(duì)于200mm襯底的約10W到約1000W的RF功率水平和對(duì)于300mm襯底的約20W到約2250W的功率水平。優(yōu)選地，對(duì)于300mm襯底，RF功率水平在約200W和約1700W之間。
膜包含約5和約30原子百分比(不包括氫原子)之間、優(yōu)選約5和約20原子百分比之間的碳含量。所沉積的膜的碳含量涉及膜結(jié)構(gòu)的分析，該膜結(jié)構(gòu)通常不包含顯著量的非鍵合的烴。碳含量由在所沉積的膜中不包括難以定量的氫原子的情況下的碳原子百分比表示。例如，具有平均一個(gè)硅原子、一個(gè)氧原子、一個(gè)碳原子和兩個(gè)氫原子的膜具有20原子百分比的碳含量(每五個(gè)總的原子一個(gè)碳原子)，或者不包括氫原子情況下的33原子百分比的碳含量(每三個(gè)總的原子一個(gè)碳原子)。
在本文所述的任一實(shí)施例中，在沉積低介電常數(shù)膜之后，可以用電子束(e束)處理該膜，以減小膜的介電常數(shù)。電子束處理通常具有在約1到20千電子伏特(KeV)下的每平方厘米約50和約2000微庫侖(μc/cm2)的劑量。e束電流通常從約1mA到約40mA，并且優(yōu)選約10到約20mA。e束處理通常在約室溫和約450℃之間的溫度下進(jìn)行約10秒到約15分鐘。在一個(gè)方面，e束處理?xiàng)l件包括在350℃下6kV、10-18mA以及50μc/cm2，持續(xù)約15到約30秒，來處理具有約1微米厚度的膜。在另一個(gè)方面，e束處理?xiàng)l件包括在350℃下4.5kV、10-18mA以及50μc/cm2，持續(xù)約15到約30秒，來處理具有約5000埃厚度的膜。在電子束處理期間，可以存在氬或者氫。雖然可以使用任何e束設(shè)備，但是一種示例性設(shè)備是可從Applied Material Inc.得到的EBK室。在沉積低介電常數(shù)膜之后用電子束處理該低介電常數(shù)膜將使該膜中的有機(jī)基團(tuán)中的至少一部分揮發(fā)，該有機(jī)基團(tuán)可能在膜中形成空洞。
或者，在另一個(gè)實(shí)施例中，在沉積低介電常數(shù)膜之后，用退火工藝對(duì)該膜進(jìn)行后處理，以減小該膜的介電常數(shù)。優(yōu)選地，將膜在約200℃和約400℃之間的溫度下退火約2秒到約1小時(shí)，優(yōu)選約30分鐘。諸如氦、氫、氮或其混合物的非反應(yīng)性氣體以100到約10000sccm的流率被引入。室壓力被維持在約2Torr和約10Torr之間。RF功率為約200W到約1000W，頻率為約13.56MHz，并且優(yōu)選的襯底間距為約300密耳和約800密耳之間。
可以利用任何能夠進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)的處理室來沉積膜。例如，圖1示出了平行板CVD處理室10的垂直橫截面視圖。室10包括高真空區(qū)域15和氣體分配歧管11，所述氣體分配歧管11具有用于通過其分散處理氣體到襯底(沒有示出)的穿孔。襯底置放在襯底支撐板或者支座12上。支座12被安裝在支撐桿13上，所述支撐桿13將支座12連接到升降電機(jī)14上。升降電機(jī)14在處理位置和較低的襯底裝載位置之間提升和降低支座12，使得支座12(和被支撐在支座12上表面上的襯底)可以在較低的裝載/卸載位置和較高的處理位置之間可控地移動(dòng)，其中所述較高的處理位置緊鄰歧管11。絕緣體17圍繞處在較高處理位置時(shí)的支座12和襯底。
引入到歧管11中的氣體徑向地沿著襯底的整個(gè)表面被均勻地分配。具有節(jié)流閥的真空泵32控制通過歧管24從室10的氣體排出速率。沉積氣體和載氣(如果需要的話)通過氣體管線18流到混合系統(tǒng)19中，并且然后流到歧管11。一般來說，每一處理氣體供應(yīng)管線18包括(i)安全關(guān)斷閥(沒有示出)，其可以被用于自動(dòng)或者手動(dòng)地關(guān)斷處理氣體到室中的流動(dòng)；以及(ii)質(zhì)量流量控制器(也沒有示出)，用于測(cè)量通過氣體供應(yīng)管線18的氣體流量。當(dāng)有毒氣體被用于此工藝中時(shí)，在常規(guī)的構(gòu)造中，數(shù)個(gè)安全關(guān)斷閥被置于每一氣體供應(yīng)管線18上。
在一個(gè)方面，環(huán)狀有機(jī)硅氧烷以約75sccm到約500sccm的流率被引入到混合系統(tǒng)19中。任選的一種或者多種氧化氣體具有約0sccm到約200sccm的總流率。一種或者多種惰性氣體具有約100sccm到約5000sccm的總流率。優(yōu)選地，環(huán)狀有機(jī)硅化合物是八甲基環(huán)四硅氧烷，惰性氣體是氦，并且氧化氣體是氧。
上述流率可以根據(jù)所使用的處理室的尺寸變化。選擇環(huán)狀有機(jī)硅氧烷和一種或者多種惰性氣體的流率，使得環(huán)狀有機(jī)硅氧烷到室中的流率與一種或者多種惰性氣體的總流率之比在約0.1到約0.2之間。
沉積工藝優(yōu)選是等離子體增強(qiáng)工藝。在等離子體增強(qiáng)工藝中，通常通過利用RF功率源25施加到氣體分配歧管11的RF能，鄰近襯底形成受控等離子體。或者，RF功率可以被提供給支座12。到沉積室的RF功率可以是周期的或者脈沖的，以減小對(duì)襯底的加熱并且促進(jìn)沉積膜中的更大的孔隙率。
RF功率源25可以供應(yīng)在約0.01MHz和300MHz之間的單個(gè)頻率RF功率。優(yōu)選地，可以利用混合的、同時(shí)的多個(gè)頻率傳輸RF功率，以增強(qiáng)引入到高真空區(qū)域15中的反應(yīng)物質(zhì)的分解。在一個(gè)方面，混合頻率是約12kHz的較低頻率和約13.56mHz的較高頻率。在另一個(gè)方面，較低頻率可以在約300Hz到約1000kHz之間，并且較高頻率可以在約5mHz和約50mHz之間。優(yōu)選地，低頻功率水平為約150W。優(yōu)選地，高頻功率水平為約200W到約750W，更優(yōu)選地，為約200W到約400W。
在沉積期間，襯底被保持在約-20℃和約500℃之間，優(yōu)選地約100℃和約450℃之間的溫度下。沉積壓力通常在約2Torr和約10Torr之間，優(yōu)選地在約4Torr和約7Torr之間。沉積速率通常在約3000埃/分鐘和約15000埃/分鐘之間。
當(dāng)氧化氣體的附加分裂是所期望的時(shí)，任選的微波室28可以被用于在氣體進(jìn)入處理室10之前輸入從約50W到約6000W之間的功率到氧化氣體。附加的微波功率可以避免有機(jī)硅化合物在與氧化氣體反應(yīng)之前過量分裂。當(dāng)微波功率被加到氧化氣體上時(shí)，具有單獨(dú)的用于有機(jī)硅化合物和氧化氣體的通道的氣體分配板(沒有示出)是優(yōu)選的。
通常，室襯里、分配歧管11、支座12和各種其他的反應(yīng)器硬件中的任意一種或者全部由諸如鋁或者陽極化鋁之類的材料制成。這樣的CVD反應(yīng)器的示例在題目為“A Thermal CVD/PECVD Reactor and Use forThermal Chemical Vapor Deposition of Silicon Dioxide and In-situ Multi-stepPlanarized Process”的美國專利No.5,000,113中有描述，所述專利通過引用被包含在本文中。
系統(tǒng)控制器34通過控制線36控制與其連接的電機(jī)14、氣體混合系統(tǒng)19和RF功率源25。系統(tǒng)控制器34控制CVD反應(yīng)器的活動(dòng)，并且通常包括硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器和卡架?？馨瑔伟逵?jì)算機(jī)(SBC)、模擬和數(shù)字輸入/輸出板、接口板和步進(jìn)電機(jī)控制器板。系統(tǒng)控制器34符合Versa Modular Europeans(VME)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)限定了板、卡盒以及連接器的尺寸和類型。VME標(biāo)準(zhǔn)還限定了具有16位數(shù)據(jù)總線和24位地址總線的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)控制器34在存儲(chǔ)在硬盤驅(qū)動(dòng)器38上的計(jì)算機(jī)程序的控制下運(yùn)行。
上面的對(duì)于CVD系統(tǒng)的描述主要是為了說明的目的，并且也可以使用諸如電極回旋共振(ECR)等離子體CVD設(shè)備、感應(yīng)耦合RF高密度等離子體設(shè)備等之類的其他CVD裝置。此外，上述系統(tǒng)的變化，諸如支座設(shè)計(jì)、加熱器設(shè)計(jì)、RF功率連接的位置以及其他是可以的。例如，襯底可以由電阻加熱的支座支撐和加熱。
一旦膜被沉積，襯底可以被轉(zhuǎn)移到電子束(e束)裝置，用于進(jìn)一步處理，即固化。襯底可以在停止真空的情況下，或者在真空下，即不用停止真空的情況下被轉(zhuǎn)移。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的e束室200。e束室200包括真空室220、大面積陰極222、位于無場(chǎng)區(qū)域238中的目標(biāo)面230、以及定位在目標(biāo)面230和大面積陰極222之間的柵格陽極226。e束室200還包括高電壓絕緣體224，其將柵格陽極226與大面積陰極222隔離；位于真空室220外部的陰極蓋體絕緣體228；可變泄漏閥232，用于控制真空室220內(nèi)的壓力；連接到大面積陰極222的可變的高電壓電源229；以及連接到柵格陽極226的可變的低電壓電源231。
在運(yùn)行時(shí)，將要用電子束曝光的襯底(沒有示出)被放置在目標(biāo)面230上。真空室220被從大氣壓抽氣到約1mTorr到約200mTorr的范圍內(nèi)的壓力。確切的壓力由可變速率泄漏閥232控制，所述可變速率泄漏閥232能夠?qū)毫刂频郊s0.1mTorr。電子束一般在足夠高的電壓下產(chǎn)生，其中，高電壓電源229將所述足夠高的電壓施加到大面積陰極222上。電壓可以為從約-500V到約30000V或者更高的范圍。高電壓電源229可以是由Hickville，N.Y.的Bertan制造的Bertan Model#105-30R，或者由Hauppauge，N.Y.的Spellman High Voltage Electronics Corp.，制造的Spellman Model#SL30N-1200X 258?？勺兊碗妷弘娫?31將電壓施加到柵格陽極226，所述電壓相對(duì)于施加到大面積陰極222上的電壓為正。此電壓被用于控制從大面積陰極222的電子發(fā)射。可變低電壓電源231可以是可從Easton，Pa的Acopian得到的Acopian Model#150PT12電源。
為了激發(fā)電子發(fā)射，在柵格陽極226和目標(biāo)面30之間的無場(chǎng)區(qū)域238中的氣體必須被電離，這可以由于自然產(chǎn)生的伽馬射線而發(fā)生。電子發(fā)射也可以通過高電壓火花隙在真空室220中人為激發(fā)。一旦此初始電離發(fā)生，正離子342(示于圖3)通過施加到柵格陽極226的略負(fù)，即約0到約-200V的數(shù)量級(jí)的電壓，被吸引到柵格陽極226。這些正離子342進(jìn)入布置在大面積陰極222和柵格陽極226之間的加速場(chǎng)區(qū)域236，并且由于施加到大面積陰極222的高電壓而被朝向大面積陰極222加速。在轟擊大面積陰極222時(shí)，這些高能離子產(chǎn)生二次電子344，這些二次電子344被朝向柵格陽極226向回加速。這些電子344中的一些大致垂直于陰極表面行進(jìn)，它們轟擊柵格陽極226，但是這些電子344中的許多穿過柵格陽極226，并且行進(jìn)到目標(biāo)面230。柵格陽極226優(yōu)選被定位在小于由大面積陰極222所發(fā)射的電子的平均自由程的距離出，例如，柵格陽極226優(yōu)選被定位在距離大面積陰極222小于約4mm處。由于柵格陽極226和大面積陰極222之間的短的距離，在柵格陽極226和大面積陰極222之間的加速場(chǎng)區(qū)域236中沒有發(fā)生電離或者如果發(fā)生的話也是最少的電離。
在常規(guī)的氣體放電設(shè)備中，電子將在加速場(chǎng)區(qū)域中進(jìn)一步產(chǎn)生正離子，所述正離子將被吸引到大面積陰極222，產(chǎn)生甚至更多的電子發(fā)射。這樣的放電容易雪崩成為不穩(wěn)定的高電壓擊穿。但是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過施加到柵格陽極226的電壓，可以控制(排斥或者吸引)在柵格陽極226外部產(chǎn)生的離子342。換句話說，通過變化柵格陽極226上的電壓，可以持續(xù)地控制電子發(fā)射?；蛘撸梢酝ㄟ^可變泄漏閥232控制電子發(fā)射，所述可變泄漏閥232被構(gòu)造來增大或者減小在目標(biāo)面230和大面積陰極222之間的電離區(qū)域中的分子數(shù)量。通過向柵格陽極226施加正電壓，即當(dāng)柵格陽極電壓超過在柵格陽極226和目標(biāo)面230之間的空間中產(chǎn)生的任何正離子物質(zhì)的能量時(shí)，電子發(fā)射可以被完全關(guān)閉。
圖4示出了具有反饋控制電路400的e束室200。在一些應(yīng)用中，以不同的電子束能量提供恒定的束電流可能是所期望的。例如，可能所期望的是曝光或者固化形成在襯底上的膜的上層，而不是底層。這可以通過降低電子束能量使得大部分電子被吸收在膜的上層中來實(shí)現(xiàn)。在固化頂層之后，可能所期望的是固化膜的整個(gè)厚度。這可以通過升高電子束的加速電壓以完全穿透膜來完成。反饋控制電路400被構(gòu)造來維持不依賴于加速電壓的變化的恒定束電流。反饋控制電路400包括積分器466。通過感測(cè)電阻器490對(duì)束電流進(jìn)行取樣，所述感測(cè)電阻器490被置于目標(biāo)面230和積分器466之間。還可以在柵格陽極226處對(duì)束電流進(jìn)行取樣，因?yàn)槭囊徊糠衷诖吮唤刈 蓚€(gè)單位增益電壓隨動(dòng)器492緩沖在感測(cè)電阻器490兩端得到的信號(hào)，并將其饋送到帶有可變電阻器494的放大器496。此放大器的輸出控制柵格陽極226上的電壓，使得束電流的增大將導(dǎo)致柵格陽極226上的偏壓的減小和來自大面積陰極222的束電流的減小。通過可變電阻器494調(diào)節(jié)放大器496的增益，使得由加速電壓的變化導(dǎo)致的束電流的任何變化被偏壓的變化抵消，由此維持在目標(biāo)處的恒定束電流。或者，放大器496的輸出端可以被連接到電壓控制的可變速率泄漏閥298，以通過升高或者降低電離區(qū)域238中的壓力抵消束電流的變化。此外，通過使用到可變泄漏閥232和柵格陽極226兩者的反饋信號(hào)，可以提供更寬范圍的束電流控制。e束室200的其他細(xì)節(jié)在題目為“Large-Area UniformElectron Source”，被授予William R.Livesay并轉(zhuǎn)讓給Electron VisionCorporation的美國專利No.5003178(其現(xiàn)在屬于本發(fā)明的受讓人)中有描述，并且通過引用將該專利包含在本文中，只要其不與本發(fā)明沖突。
示例下面的示例舉例說明了本發(fā)明的低介電性膜。利用作為集成處理平臺(tái)的一部分的化學(xué)氣相沉積室沉積這些膜。具體地，利用可從Santa Clara，California的Applied Materials，Inc.得到的Produce300mm系統(tǒng)沉積這些膜。
示例1由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約100sccm；氧氣，以約50sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭450密耳處。在13.56MHz頻率下的約500W的功率水平和在350kHz頻率下的約150W的功率水平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強(qiáng)沉積。膜以約3510埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測(cè)量到的約3.55的介電常數(shù)(k)。膜具有-67.21MPa的壓應(yīng)力。
示例2由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約150sccm；氧氣，以約75sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭450密耳處。在13.56MHz頻率下的約500W的功率水平和在350kHz頻率下的約150W的功率水平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強(qiáng)沉積。膜以約5754埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測(cè)量到的約3.15的介電常數(shù)(k)。膜具有-13.34MPa的壓應(yīng)力。
示例3由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約200sccm；氧氣，以約100sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭450密耳處。在13.56MHz頻率下的約500W的功率水平和在350kHz頻率下的約150W的功率水平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強(qiáng)沉積。膜以約6899埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測(cè)量到的約2.98的介電常數(shù)(k)。膜具有7.29MPa的拉伸應(yīng)力。
對(duì)比示例1由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約215sccm；氧氣，以約160sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭450密耳處。在13.56MHz頻率下的約500W的功率水平和在350kHz頻率下的約150W的功率水平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強(qiáng)沉積。膜以約8285埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測(cè)量到的約2.9的介電常數(shù)(k)。膜具有24.72MPa的拉伸應(yīng)力。
對(duì)比示例2由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約253sccm；氧氣，以約125sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭450密耳處。在13.56MHz頻率下的約500W的功率水平和在350kHz頻率下的約150W的功率水平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強(qiáng)沉積。膜以約8041埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測(cè)量到的約2.83的介電常數(shù)(k)。膜具有20.03MPa的拉伸應(yīng)力。
對(duì)比示例3由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約302sccm；氧氣，以約160sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭450密耳處。在13.56MHz頻率下的約500W的功率水平和在350kHz頻率下的約150W的功率水平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強(qiáng)沉積。膜以約8556埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測(cè)量到的約2.78的介電常數(shù)(k)。膜具有28.77MPa的拉伸應(yīng)力。
示例4由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約215sccm；和氦，以約2000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約400W的功率水平和在350kHz頻率下的約150W的功率水平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強(qiáng)沉積。膜以約4275埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測(cè)量到的約3.12的介電常數(shù)(k)。膜具有-4.16MPa的壓應(yīng)力。
示例5由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約215sccm；和氦，以約1500sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約400W的功率水平和在350kHz頻率下的約150W的功率水平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強(qiáng)沉積。膜以約4942埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測(cè)量到的約3.07的介電常數(shù)(k)。膜具有2.45MPa的拉伸應(yīng)力。
對(duì)比示例4
由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約215sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約300W的功率水平和在350kHz頻率下的約150W的功率水平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強(qiáng)沉積。膜以約4062埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測(cè)量到的約2.96的介電常數(shù)(k)。膜具有20.25MPa的拉伸應(yīng)力。
對(duì)比示例5由下面的反應(yīng)性氣體，在約5Torr的室壓力和約350℃的襯底溫度下，在300mm襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，以約215sccm；和氦，以約1000sccm襯底被定位在距離氣體分配噴灑頭300密耳處。在13.56MHz頻率下的約400W的功率水平和在350kHz頻率下的約150W的功率水平被施加到噴灑頭，用于膜的等離子體增強(qiáng)沉積。膜以約5376埃/分鐘的速率被沉積，并具有在0.1MHz下所測(cè)量到的約3.01的介電常數(shù)(k)。膜具有14.62MPa的拉伸應(yīng)力。
示例1-3和對(duì)比示例1-3示出了用于由包含OMCTS、氦和氧氣的氣體混合物沉積低介電常數(shù)膜的處理?xiàng)l件。示例1-3的膜具有小于3.4的介電常數(shù)和＜10MPa的應(yīng)力。對(duì)比示例1和2的膜也具有小于3.4的介電常數(shù)。但是，對(duì)比示例1和2的膜具有大于20MPa的拉伸應(yīng)力。如本文所定義的，具有拉伸應(yīng)力的膜是當(dāng)由FSM 128L儀器測(cè)量時(shí)具有大于0MPa的應(yīng)力的膜。
示例4-5和對(duì)比示例3和4示出了用于由包含OMCTS和氦的氣體混合物沉積低介電常數(shù)膜的處理?xiàng)l件。示例4-5的膜具有小于3.4的介電常數(shù)和＜3MPa的應(yīng)力。對(duì)比示例3和4的膜也具有小于3.4的介電常數(shù)。但是，對(duì)比示例3和4的膜具有大于14MPa的拉伸應(yīng)力。
在示例1-5中較對(duì)比示例1-5中更低的OMCTS的流率與惰性載氣氦的流率的之比被認(rèn)為對(duì)示例1，2和4的壓應(yīng)力和示例3和5中的低拉伸應(yīng)力有貢獻(xiàn)。示例1-5具有從0.10到0.20的OMCTS/氦的流率之比，而對(duì)比示例具有0.215到0.302的OMCTS/氦的流率之比。
在約2Torr到約10Torr的室壓力下反應(yīng)在本文中所述的氣體混合物也被認(rèn)為對(duì)在本文中所描述的膜的＜3.4的介電常數(shù)和壓應(yīng)力或者低拉伸應(yīng)力有貢獻(xiàn)。
雖然前文涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是可以想到本發(fā)明的其他和另外的實(shí)施例，而不偏離其基本范圍，并且本發(fā)明的基本范圍由所附的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種沉積低介電常數(shù)膜的方法，包括輸送包含如下組分的氣體混合物到室中的襯底一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷；和一種或者多種惰性氣體，其中，所述一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷到所述室中的總流率與所述一種或者多種惰性氣體到所述室中的總流率之比為從約0.10到約0.20；以及在足夠?qū)⒛こ练e在所述襯底上的條件下，將RF功率施加到所述氣體混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述膜具有壓應(yīng)力。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷包含一個(gè)或者多個(gè)硅-碳鍵。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷是八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷選自由1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)，八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，1，3，5，7，9-五甲基環(huán)五硅氧烷，六甲基環(huán)三硅氧烷，和十甲基環(huán)五硅氧烷組成的組。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氣體混合物基本不含氧化氣體。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一種或者多種惰性氣體選自由氦、氬及其組合組成的組。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括用電子束后處理所述低介電常數(shù)膜。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述室具有約2Torr到約10Torr的壓力。
10.一種沉積低介電常數(shù)膜的方法，包括向室中的襯底提供由一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷和一種或者多種惰性氣體組成的前驅(qū)體氣體混合物，其中，所述一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷到所述室中的總流率與所述一種或者多種惰性氣體到所述室中的總流率之比為從約0.10到約0.20；以及在足夠?qū)⒛こ练e在所述襯底上的條件下，將RF功率施加到所述氣體混合物，所述膜具有約10MPa或者更小的應(yīng)力。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括將所述前驅(qū)體氣體混合物與一種或者多種氧化氣體反應(yīng)，其中，所述一種或者多種氧化氣體選自由氧氣、二氧化碳及其組合組成的組。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷是八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷選自由1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)，八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，1，3，5，7，9-五甲基環(huán)五硅氧烷，六甲基環(huán)三硅氧烷，和十甲基環(huán)五硅氧烷組成的組。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述一種或者多種惰性氣體選自由氦、氬及其組合組成的組。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述應(yīng)力是壓應(yīng)力。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述室具有約2Torr到約10Torr的壓力。
17.一種沉積低介電常數(shù)膜的方法，包括向室中的襯底提供包含如下組分的氣體混合物一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷；一種或者多種惰性氣體；和一種或者多種氧化氣體，其中，所述一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷到所述室中的總流率與所述一種或者多種惰性氣體到所述室中的總流率之比為從約0.10到約0.20；以及在足夠?qū)⒛こ练e在所述襯底上的條件下，將RF功率施加到所述氣體混合物，其中所述條件包括約2Torr到約10Torr的室壓力。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述一種或者多種氧化氣體選自由氧氣、二氧化碳及其組合組成的組。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述一種或者多種惰性氣體選自由氦、氬及其組合組成的組。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述膜具有壓應(yīng)力。
全文摘要
一種用于沉積低介電常數(shù)膜的方法，所述方法包括將包含一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷和一種或者多種惰性氣體的氣體混合物到室中的襯底。在一個(gè)方面中，該氣體混合物還包含一種或者多種氧化氣體。所述一種或者多種環(huán)狀有機(jī)硅氧烷到所述室中的總流率與所述一種或者多種惰性氣體到所述室中的總流率之比為從約0.10到約0.20。優(yōu)選地，該低介電常數(shù)膜具有壓應(yīng)力。
文檔編號(hào)C23C16/40GK1799128SQ200480015122
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月14日
發(fā)明者福蘭斯馬爾·C·斯楚彌特, 海澈姆·穆薩德 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司