專利名稱：介電材質(zhì)的制造方法及低介電材質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種介電材質(zhì)的形成方法，且特別是有關(guān)于一種低介電材質(zhì)的形成方法。
背景技術(shù)：
在特大規(guī)模集成電路(ULSI)的制程上，可以在1至2平方厘米面積的硅表面上配置數(shù)量多達(dá)數(shù)十萬個(gè)晶體管。并且，為了增加集成電路的積集度，將提高連接各個(gè)晶體管或是其他元件的金屬線的密度。所以，以往單一金屬層的設(shè)計(jì)，將無法完成整個(gè)集成電路的連線工作，兩層以上的金屬層設(shè)計(jì)，便逐漸成為許多集成電路制造所必需采用的方式。以邏輯電路為例，目前集成電路所使用的金屬已達(dá)六層。
隨著元件尺寸的縮小，相鄰導(dǎo)線的間距亦隨之縮小，若無法有效降低做為導(dǎo)線間電性隔離的介電層的介電常數(shù)，在窄小的空間中，平行的導(dǎo)線會(huì)在相鄰接的導(dǎo)線間產(chǎn)生不必要的電容式(capacitive)與電感式(inductive)耦接(coupling)，造成導(dǎo)線之間相互干擾，導(dǎo)致導(dǎo)線之間的電阻-電容時(shí)間延遲(RC Time Delay)增加。特別是在經(jīng)由平行導(dǎo)線進(jìn)行較高的傳輸資料速率時(shí)，電容式與電感式耦接將降低資料的傳輸速率。而以此方式增加能量的耗損量，同時(shí)亦限制了元件的效能。為此，一些低介電系數(shù)的材質(zhì)被發(fā)展出來以適用于形成內(nèi)金屬介電層，例如黑鉆石(Black Diamond，BD)。BD是以三甲基硅烷與氧氣為前驅(qū)物質(zhì)經(jīng)化學(xué)氣相沉積而形成的。低介電系數(shù)材質(zhì)形成的介電層可以降低電容式與電感式耦接，因而增加元件的效能。
BD的材質(zhì)是以三甲基硅烷氣體、氧氣、氦氣為前驅(qū)物，經(jīng)由化學(xué)氣相沉積而形成的。BD介電系數(shù)約為3.0，雖可適用于銅制程中，但隨著集成電路集積度的不斷提升，介電系數(shù)更低的介電材質(zhì)也不斷的被發(fā)展出來。一種以含碳硅氫氧的化合物為前驅(qū)物所發(fā)展出來的低介電材質(zhì)可以將介電材質(zhì)的介電系數(shù)降至約2.6至2.7。此一含碳硅氫氧的化合物沉積制程所使用的氧化劑可以為氧氣、二氧化碳或一氧化碳。
當(dāng)制程進(jìn)入到130奈米以下，對(duì)介電材質(zhì)的介電系數(shù)的要求是低于2.5的超低介電材質(zhì)。尋找新的前驅(qū)物是解決問題的一個(gè)手段，但是一般而言研發(fā)成本頗高，尋找新的制程條件會(huì)是一個(gè)成本較低廉的解決問題的手段。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有的低介電材質(zhì)的沉積方法，例如黑鉆石，是將前驅(qū)物三甲基硅烷氣體、氧氣、氦氣以一流速傳送入化學(xué)氣相沉積制程反應(yīng)室中，在約400攝氏度或以上以下的溫度下進(jìn)行沉積制程，待低介電材質(zhì)層沉積完成后，再以一氣體等離子體做后處理，后處理可以增加低介電材質(zhì)層的致密度但對(duì)介電系數(shù)的降低沒有什么幫助。
探討低介電材質(zhì)的發(fā)展，在介電層中導(dǎo)入某些化學(xué)鍵結(jié)是低介電材質(zhì)發(fā)展成功的原因，而這些化學(xué)鍵結(jié)牽涉到低介電材質(zhì)晶格堆積排列的可能影響，由此可知，低介電材質(zhì)層中晶格堆積排列可能會(huì)對(duì)低介電材質(zhì)的介電系數(shù)造成影響。
現(xiàn)有介電材質(zhì)在約400攝氏度或以上以下的制程條件下，可以形成均勻度與平坦度相當(dāng)好的介電材質(zhì)，而一般后處理的溫度也約為400攝氏度。因此，在沉積制程中所有介電材質(zhì)的晶格堆積排列不太會(huì)因后續(xù)的后處理而有所改變。一種低溫沉積制程，反應(yīng)溫度低于250攝氏度的沉積制程曾試圖運(yùn)用于低介電材質(zhì)的沉積之上，但所得的低介電材質(zhì)品質(zhì)并不理想。
在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，低溫沉積制程所沉積而得的低介電材質(zhì)品質(zhì)雖不理想，但介電系數(shù)則和高溫沉積所得的低介電材質(zhì)的介電系數(shù)相當(dāng)，根據(jù)前面所做的推論，低溫形成的低介電材質(zhì)的晶格堆積排列在較高溫度的后處理?xiàng)l件下應(yīng)有較大的變化的可能而能更進(jìn)一步降低低介電材質(zhì)的介電系數(shù)。
因此本發(fā)明的目的就是在提供一種介電材質(zhì)的制造方法，適用于降低現(xiàn)有低介電材質(zhì)的介電系數(shù)。
本發(fā)明的另一目的是在提供一種介電材質(zhì)的制造方法，可以將現(xiàn)有的低介電材質(zhì)的介電系數(shù)降低百分之三至百分之十。
本發(fā)明的又一目的是在提供一種介電材質(zhì)的制造方法，無須發(fā)展新的前驅(qū)物，即能達(dá)成降低介電材質(zhì)的介電系數(shù)的目的。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的，在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中提出一種介電材質(zhì)的制造方法，是運(yùn)用原本沉積介電材質(zhì)的所有前驅(qū)物及反應(yīng)條件，差異是在于前驅(qū)物并非在現(xiàn)有約400攝氏度或以上以下的溫度下進(jìn)行，而是在低于250攝氏度的條件下進(jìn)行的制程。接著，再對(duì)沉積完成的低介電材質(zhì)層以一能量處理制程進(jìn)行一后處理，可以將現(xiàn)有的低介電材質(zhì)的介電系數(shù)降低百分之三至百分之十。此一能量處理制程包括一化學(xué)氣相沉積等離子體處理、一電子束處理或是紫外線處理。而此一能量處理制程的溫度則介于約0攝氏度至400攝氏度之間，較佳是介于100攝氏度至400攝氏度之間。
根據(jù)本發(fā)明所揭露的介電材質(zhì)的制造方法，不需發(fā)展新的前驅(qū)物，不需變更機(jī)臺(tái)設(shè)備的設(shè)計(jì)而能得到降低介電材質(zhì)的介電系數(shù)百分之三至百分之十，一般而言，藉由本發(fā)明所揭露的制造方法可以制造介電系數(shù)介于1.9至2.5之間的低介電系數(shù)材質(zhì)。因此，可以有效的提供未來130奈米以下制程對(duì)于超低介電材質(zhì)的需求。
根據(jù)本發(fā)明所揭露的介電材質(zhì)的制造方法，不僅適用于化學(xué)氣相沉積制程反應(yīng)室，亦可適用于旋涂(Spin On)制程反應(yīng)室。將反應(yīng)物旋涂在基材之上后，在以一低溫?zé)嶂瞥躺梢唤殡妼?，接著再以一后處理來形成低介電系?shù)的介電層。


圖1是本發(fā)明所提供的介電材質(zhì)的制造方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了讓本發(fā)明所提供的介電材質(zhì)的制造方法更加清楚起見，且證明本發(fā)明所提供的介電材質(zhì)的制造方法確實(shí)可以降低介電材質(zhì)的介電系數(shù)，在本發(fā)明實(shí)施例1中是以三甲基硅烷氣體為前驅(qū)物為例，在本發(fā)明實(shí)施例2中進(jìn)一步以含碳硅氫氧的化合物為前驅(qū)物為例做詳細(xì)說明。
先請(qǐng)參見圖1，圖1是繪示本發(fā)明所提供的介電材質(zhì)的制造方法的流程圖。請(qǐng)參照步驟100，將前驅(qū)物質(zhì)導(dǎo)入化學(xué)氣相沉積制程反應(yīng)室，在250攝氏度以下進(jìn)行沉積制程。請(qǐng)接著參照步驟200，在沉積制程完成之后，對(duì)介電材質(zhì)層在100攝氏度至400攝氏度之間進(jìn)行一個(gè)后處理。進(jìn)行后處理的方法包括一化學(xué)氣相沉積等離子體處理(CVD Plasma Treatment)或是一電子束處理(e-BeamTreatment)。若采用化學(xué)氣相沉積等離子體處理可以進(jìn)行原位(in-situ)處理，無須將晶圓片換至另外一反應(yīng)室中，適用的氣體等離子體是選自于氫氣、氮?dú)?、氨氣、二氧化碳、無水氣體或其任意組合所組成的族群。若使用電子束處理，雖然需要換反應(yīng)室，但電子束處理的結(jié)果可以得到機(jī)械性質(zhì)，例如硬度和尺寸較佳的低介電材質(zhì)。但不論是運(yùn)用哪一種方法進(jìn)行后處理，對(duì)于介電系數(shù)均具有相同的影響。另外，以化學(xué)氣相沉積等離子體處理或是電子束處理對(duì)以形成的介電材質(zhì)層進(jìn)行后處理，可以降低熱預(yù)算(Thermal Budget)。
實(shí)施例1請(qǐng)參照?qǐng)D1，依步驟100將前驅(qū)物三甲基硅烷氣體、氧氣、氦氣傳導(dǎo)入一化學(xué)氣相沉積制程反應(yīng)室中，其中三甲基硅烷氣體、氧氣、氦氣的流速均為現(xiàn)有的流速，當(dāng)然，各前驅(qū)物的流速亦可依現(xiàn)有不同制程需求而做調(diào)整?；瘜W(xué)氣相沉積制程反應(yīng)室內(nèi)所加上的電力功率及所維持的工作壓力均和現(xiàn)有相同，但是，化學(xué)氣相沉積制程反應(yīng)室內(nèi)的溫度為250攝氏度以下。
待完成介電材質(zhì)層的沉積之后，請(qǐng)參照步驟200，進(jìn)行一后處理，后處理的溫度為100攝氏度至400攝氏度之間。進(jìn)行后處理的方法包括一化學(xué)氣相沉積等離子體處理或是一電子束處理。在完成后處理后，所得到的介電材質(zhì)的介電系數(shù)約介于2.7至2.9之間，與現(xiàn)有高溫制程所得的介電材質(zhì)的介電系數(shù)3.0相較，介電系數(shù)降低百分之三至百分之十。
實(shí)施例2請(qǐng)參照?qǐng)D1，依步驟100將前驅(qū)物三甲基硅烷氣體、氧氣、氦氣傳導(dǎo)入一化學(xué)氣相沉積制程反應(yīng)室中，其中，其中含碳硅氫氧的化合物、二氧化碳、氦氣的流速均為現(xiàn)有的流速，當(dāng)然，各前驅(qū)物的流速亦可依現(xiàn)有不同制程需求而做調(diào)整?；瘜W(xué)氣相沉積制程反應(yīng)室內(nèi)所加上的電力功率及所維持的工作壓力均和現(xiàn)有相同，但是，化學(xué)氣相沉積制程反應(yīng)室內(nèi)的溫度為250攝氏度以下。
待完成介電材質(zhì)層的沉積之后，請(qǐng)參照步驟200，進(jìn)行一后處理，后處理的溫度為100攝氏度至400攝氏度之間。進(jìn)行后處理的方法包括一化學(xué)氣相沉積等離子體處理或是一電子束處理。在完成后處理后所得到的介電材質(zhì)的介電系數(shù)約低于2.5，與現(xiàn)有高溫制程所得的介電材質(zhì)約2.6至2.7的介電系數(shù)相較，介電系數(shù)降低百分之四至百分之十。
根據(jù)此二實(shí)施例的揭露可知，本發(fā)明所提供的介電材質(zhì)的制造方法，確實(shí)可以將現(xiàn)有的介電材質(zhì)的介電系數(shù)降低百分之三至百分之十，例如現(xiàn)有由三甲基硅烷氣體、氧氣、氦氣為前驅(qū)物所沉積而得知黑鉆石材質(zhì)，在運(yùn)用本發(fā)明所提供的介電材質(zhì)的制造方法進(jìn)行沉積制程后，介電系數(shù)由原本的3.0降至2.7。
由技術(shù)常識(shí)可知，本發(fā)明可以通過其它的不脫離其精神實(shí)質(zhì)或必要特征的實(shí)施方案來實(shí)現(xiàn)。因此，上述公開的實(shí)施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或在等同于本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。
權(quán)利要求
1.一種介電材質(zhì)的制造方法，其特征在于該介電材質(zhì)的制造方法可降低現(xiàn)有介電材質(zhì)的介電系數(shù)，所述方法至少包括導(dǎo)入至少一前驅(qū)物進(jìn)入一反應(yīng)室并在250攝氏度以下以形成一介電層；以及對(duì)該介電材質(zhì)層進(jìn)行一后處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電材質(zhì)的制造方法，其特征在于，所述的前驅(qū)物可以為碳化硅烷、含碳硅氫氧的化合物、氧化劑或是氦氣，而該氧化劑可以為氧氣、二氧化碳或是一氧化碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電材質(zhì)的制造方法，其特征在于，所述的反應(yīng)室可以為一化學(xué)氣相沉積制程反應(yīng)室或是一旋涂制程反應(yīng)室。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電材質(zhì)的制造方法，其特征在于，所述的后處理包括一化學(xué)氣相沉積等離子體處理、一電子束處理或是紫外線處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的介電材質(zhì)的制造方法，其特征在于，所述的化學(xué)氣相沉積等離子體處理可以為一原位處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的介電材質(zhì)的制造方法，其特征在于，所述的化學(xué)氣相沉積等離子體處理所使用的氣體等離子體是選自于氫氣、氮?dú)?、氨氣、二氧化碳、無水氣體或其任意組合所組成的族群。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電材質(zhì)的制造方法，其特征在于，所述的介電材質(zhì)的介電系數(shù)約介于1.9至2.5之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電材質(zhì)的制造方法，其特征在于，所述的后處理的溫度約介于0攝氏度至400攝氏度之間。
9.一種介電系數(shù)介于1.9至2.5之間的低介電材質(zhì)，是藉由下述方法所制成，其特征在于所述的方法至少包括導(dǎo)入至少一前驅(qū)物進(jìn)入一反應(yīng)室并在250攝氏度以下形成一介電層；以及以一能量處理制程處理該介電材質(zhì)層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的介電系數(shù)介于1.9至2.5之間的低介電材質(zhì)，其特征在于，所述的前驅(qū)物可以為碳化硅烷、含碳硅氫氧的化合物、氧化劑或是氦氣，而該氧化劑可以為氧氣、二氧化碳或是一氧化碳。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的介電系數(shù)介于1.9至2.5之間的低介電材質(zhì)，其特征在于，所述的反應(yīng)室可以為一化學(xué)氣相沉積制程反應(yīng)室或是一旋涂制程反應(yīng)室。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的介電系數(shù)介于1.9至2.5之間的低介電材質(zhì)，其特征在于，所述的能量處理制程包括一化學(xué)氣相沉積等離子體處理、一電子束處理或是紫外線處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的介電系數(shù)介于1.9至2.5之間的低介電材質(zhì)，其特征在于，所述的化學(xué)氣相沉積等離子體處理可以為一原位處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的介電系數(shù)介于1.9至2.5之間的低介電材質(zhì)，其特征在于，所述的化學(xué)氣相沉積等離子體處理所使用的氣體等離子體是選自于氫氣、氮?dú)?、氨氣、二氧化碳、無水氣體或其任意組成所組成的族群。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的介電系數(shù)介于1.9至2.5之間的低介電材質(zhì)，其特征在于，所述的后處理的溫度約介于0攝氏度至400攝氏度之間。
全文摘要
一種介電材質(zhì)的制造方法，是將適用于形成低介電系數(shù)材質(zhì)的前驅(qū)物在低于250攝氏度的條件下進(jìn)行沉積制程，在沉積完成后對(duì)低介電材質(zhì)進(jìn)行一處理，可以將低介電材質(zhì)的介電系數(shù)降低百分之三至百分之十，而形成超低介電材質(zhì)。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1591794SQ20041005685
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月27日
發(fā)明者柯忠祁, 盧永誠(chéng), 包天一, 張惠林, 章勛明 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司