沉积低介电常数绝缘材料层的方法技术

本发明专利技术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。采用该方法能够使沉积的ＢＤ材料层具有较好的厚度均匀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种。
技术介绍
目前，在半导体器件的后段(back-end-of-line，BE0L)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 料层的厚度均勻性是比较差的。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厚度的均勻性。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勻性。一般地， 介电常数值为3的BD材料层厚度均勻性小于2%，而在相同工艺方法条件下得到的BD材料 层厚度均勻性在2. 5% 3. 2%。厚度均勻性是指(厚度最大值_厚度最小值)/2倍平 均值，显然，越低越好，而且要求小于2%才能够通过测试，所以提高沉积BD材料层 时的厚度均勻性是一个比较关键的技术。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术解决的技术问题是沉积BD材料层时厚度均勻性较差。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体是这样实现的本专利技术公开了一种，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seem。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流量的具体方法为通入OMCTS的流量0. 5 0. 8sccm,沉积时间持续0. 9 1. 1秒；通入OMCTS的流量1. 8 2. Isccm,沉积时间持续0. 9 1. 1秒；通入OMCTS的流量2. 85 3. 15sccm,沉积时间持续32 36秒。由上述的技术方案可见，本专利技术沉积BD材料层时，将BD中OMCTS的流量逐渐增 高，使得大部分由BD中氧气形成的氧化物首先与硅衬底构成较好的接触，因为氧化物与硅 衬底一样都是无机物质。然后随着OMCTS的流量增大，OMCTS在BD材料层中的含量增大， 得到介电常数值为2. 6 2. 8的BD材料层，从而完成厚度均勻性较好的BD材料层的沉积。附图说明图1为现有技术中使用BD作为ILD层的圆片局部剖视图。图2为本专利技术沉积具有较好厚度均勻性的BD材料层的方法流程示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例， 对本专利技术进一步详细说明。本专利技术在沉积BD材料层时，使较大比例的氧化物成分先接触硅衬底，提高BD材料层与硅衬底的结合能力，从而提高BD材料层的厚度均勻性。本专利技术沉积具有较好厚度均勻性的BD材料层的方法流程示意图如图2所示，其包 括以下步骤该BD材料层一般在半导体器件层上的刻蚀终止层上沉积，由于铜互连工艺中包 括多层ILD，所以BD材料层要进行多次沉积。步骤21，首先，控制沉积反应腔内的压力为6. 58 7托(Torr)，向反应腔内通入 氧气的流量为850 950标准立方厘米/分钟(sccm)；氦气的流量为1900 2100sccm，通 入上述气体时间持续9 11秒；步骤22，然后，保持沉积反应腔内的压力6. 58 7Torr，继续向沉积反应腔内通入 气体0MCTS，流量为2. 85 3. 15sccm，持续时间9 11秒;上述为开启功率，进行沉积前向沉积反应腔内通入气体的步骤，与现有技术的工 艺相同。通入的主要气体为OMCTS和氧气，氦气作为稀释气体。步骤23，接下来，开启功率电源进行BD材料层的沉积。沉积反应腔内的压力始终 保持6. 58 7Τοπ·。为了达到使较大比例的氧化物成分先接触硅衬底，即先沉积在硅衬底 上的氧化物相对于OMCTS更多一些，则调整降低OMCTS的流量，同时保持氧气和氦气流量不 变，然后使OMCTS的流量逐步增高，最终恢复达到初始流量。本专利技术优选实施例中将OMCTS 流量逐步增高，最终达到初始流量，分为三步实现，显然，还可以有其他的实施方式，例如分 为两步、四步、五步甚至更多步实现。但是实施分为更多步之后实现起来比较复杂，而且效 果不是很明显，一般分为2 5实现即可。下面具体介绍分为三步逐步提高OMCTS流量的 实施方法开启沉积反应腔的射频电源，高频射频功率为300 550瓦；低频射频本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成黑金刚石层的介电常数值为2.6 2.8。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述沉积黑金刚石层的厚度为2500 3000埃。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，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seem。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述沉积反应腔内的压力为6.58 7托 Torr06.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通入初始氧气的流量为850 950sccm ；所述通入初始0MCTS的流量为2. 85...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鸣，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31