專(zhuān)利名稱(chēng)：低k值介電薄膜形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及低k值介電薄膜形成方法。
背景技術(shù)：
在超大規(guī)模集成電路工藝中，具體熱穩(wěn)定性、抗?jié)裥蕴匦缘亩趸枰恢笔墙饘?互連線路間使用的主要絕緣材料，金屬鋁則是芯片中電路互連導(dǎo)線的主要材料。然而，隨著 元件的微型化及集成度的增加，電路中互連導(dǎo)線數(shù)目不斷的增多，互連導(dǎo)線架構(gòu)中的電阻 (R)及電容(C)寄生效應(yīng)增大，而寄生效應(yīng)的增大造成嚴(yán)重的傳輸延遲(RC Delay)，傳輸延 遲在130納米及更先進(jìn)的技術(shù)中成為電路中訊號(hào)傳輸速度受限的主要因素。因此，現(xiàn)有技術(shù)在半導(dǎo)體工藝中采用新的低電阻材料銅作為互連導(dǎo)線和低k值 介電材料作為絕緣材料以降低傳輸延遲，所述低k值介電材料通常包括氟摻雜的氧化硅 (FSG)和聚四氟乙烯(PTFE)，在申請(qǐng)?zhí)枮?00480000214. 3的中國(guó)專(zhuān)利中能發(fā)現(xiàn)更多的低k 值介電材料形成方法的更多資料。但是，后續(xù)形成在采用現(xiàn)有工藝形成的低k值介電薄膜表面上的其他金屬薄膜或 者介電薄膜電學(xué)性能比較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是防止形成的低k值介電薄膜粗糙度大。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種低k值介電薄膜形成方法，包括提供襯底，所述襯底表面形成有低k值介電薄膜；對(duì)所述低k值介電薄膜進(jìn)行等離子體處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)對(duì)低k值介電薄膜的表面進(jìn) 行等離子體處理去除懸掛鍵，同時(shí)采用修復(fù)離子修復(fù)驅(qū)逐離子造成的損傷，有效的降低了 低k值介電薄膜的粗糙度。且本發(fā)明利用離子半徑較小的He、N或者Ar離子以避免低k值 介電薄膜損傷過(guò)大；同時(shí)采用隊(duì)0修復(fù)損傷并避免再次形成懸掛鍵。


通過(guò)附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按 實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的低k值介電薄膜形成方法的流程示意圖；圖2至圖4為發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的低k值介電薄膜形成方法的過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施例方式發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，后續(xù)形成在采用現(xiàn)有工藝形成的低k值介電薄膜表面上的其他金屬 薄膜或者介電薄膜電學(xué)性能比較差的原因是由于現(xiàn)有工藝形成的低k值介電薄膜粗糙度(Roughness Value)比較大，而較大粗糙度的低k值介電薄膜是由于現(xiàn)有工藝形成的低k值 介電薄膜表面形成有大量的懸掛鍵(-0H鍵、-COH鍵或-H鍵)，所述懸掛鍵形成Si-OH結(jié) 構(gòu)、Si-COH結(jié)構(gòu)或者Si-H結(jié)構(gòu)，使得形成的低k值介電薄膜表面粗糙度(Roughness Value) 大，而介電薄膜粗糙度大，導(dǎo)致后續(xù)形成在低k值介電薄膜表面上的其他金屬薄膜或者介 電薄膜電學(xué)性能比較差。為此，本發(fā)明的發(fā)明人提出一種優(yōu)化的低k值介電薄膜形成方法，包括提供襯底，所述襯底表面形成有低k值介電薄膜；對(duì)所述低k值介電薄膜進(jìn)行等離子體處理。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況 下做類(lèi)似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表 示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的低k值介電薄膜形成方法的流程示意圖，圖2至圖4 為發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的低k值介電薄膜形成方法的過(guò)程示意圖，下面結(jié)合圖1至圖4對(duì)本 發(fā)明的低k值介電薄膜形成方法進(jìn)行說(shuō)明。步驟S101，提供襯底，所述襯底表面形成有低k值介電薄膜。參考圖2，襯底100可以為多層基片(例如，具有覆蓋電介質(zhì)和金屬膜的硅襯底)、 分級(jí)基片、絕緣體上硅基片(SOI)、外延硅基片、部分處理的基片(包括集成電路及其他元 件的一部分)、圖案化或未被圖案化的基片。參考圖3，所述襯底100表面形成有低k值介電薄膜110。所述低k值介電薄膜110為含碳的介電薄膜，所述含碳的介電薄膜形成工藝為在 形成介質(zhì)薄膜時(shí)選用二環(huán)庚二烯(BCHD)、C1(1H18、二乙氧基甲基硅烷(DEMS)或者二甲氧基二 甲基硅烷(DMDM0Q對(duì)所述介質(zhì)薄膜進(jìn)行摻雜。所述低k值介電薄膜110的形成工藝為現(xiàn)有的薄膜沉積工藝，例如化學(xué)氣相沉積 工藝或者化學(xué)氣相旋涂工藝(SOG)，在這里不再贅述。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)有的形成工藝形成的低k值介電薄膜表面形成有大 量的懸掛鍵(-0H鍵、-COH鍵或-H鍵)，所述懸掛鍵形成Si-OH結(jié)構(gòu)、Si-COH或Si-H結(jié)構(gòu)， 使得形成的低k值介電薄膜表面粗糙度大，導(dǎo)致后續(xù)形成在低k值介電薄膜表面上的其他 金屬薄膜或者介電薄膜電學(xué)性能比較差。為此，本發(fā)明提出一種優(yōu)化低k值介電薄膜的形成方法，在SlOl之后加入S102步 驟，如步驟S102所述，參考圖4，對(duì)所述低k值介電薄膜進(jìn)行等離子體處理111。所述等離子體處理111工藝具體包括采用去除離子去除懸掛鍵(-0H鍵、-COH鍵 或-H鍵)和采用修復(fù)離子修復(fù)所述去除離子轟擊造成的低k值介電薄膜損傷，在修復(fù)離子 修復(fù)介電薄膜損傷時(shí)，修復(fù)離子形成活化基，在低k值介電薄膜形成交聯(lián)鍵(Cross-Link) 以減小所述低k值介電薄膜的粗糙度。所述去除離子包括氮離子，氦離子或者氬離子；所述修復(fù)離子為等離子化的N2O, 需要特別指出的是本發(fā)明利用離子半徑較小的He、N或者Ar離子以避免低k值介電薄膜損傷過(guò)大；同時(shí)采用隊(duì)0修復(fù)損傷并避免再次形成懸掛鍵。在一實(shí)施例中，所述等離子體處理111工藝具體工藝參數(shù)包括腔室壓力為1托至 10托，功率為300瓦至580瓦，腔室溫度為300°C至400°C，N2流量為ISCCM至2000SCCM，He 流量為ISCCM至2000SCCM，N2O流量為400SCCM至500SCCM，處理時(shí)間與需處理的低k值介 電薄膜相關(guān)，低k值介電薄膜厚，處理時(shí)間長(zhǎng)，低k值介電薄膜薄，處理時(shí)間短。具體實(shí)施例包括腔室壓力為8托，功率為380瓦，腔室溫度為350°C，N2流量為 1000SCCM, He流量為1500SCCM，N2O流量為450SCCM，處理時(shí)間為3分鐘。在上述實(shí)施例中，等離子體化的隊(duì)和He用于去除懸掛鍵(-0H鍵、-COH鍵或-H 鍵)，隊(duì)0等離子體形成活化基，在低k值介電薄膜形成交聯(lián)鍵(Cross-Link)以減小所述低 k值介電薄膜的粗糙度，且所述修復(fù)離子能夠在低k值介電薄膜表面形成Si-N鍵，進(jìn)一步抑 制懸掛鍵的形成，降低了所述低k值介電薄膜的粗糙度。還需要特別指出的是，N2、He的離子體積較小，選用N2、He的離子去除懸掛鍵(_0H 鍵、-COH鍵或-H鍵)時(shí)不會(huì)對(duì)所述低k值介電薄膜造成較大損傷，使得隊(duì)0等離子體易于 修復(fù)低k值介電薄膜損傷。在另一實(shí)施例中，所述等離子體處理工藝111具體工藝參數(shù)包括腔室壓力為1托 至10托，功率為300瓦至580瓦，腔室溫度為300°C至400°C，Ar流量為ISCCM至2000SCCM， N2O流量為400SCCM至500SCCM，處理時(shí)間與需處理的低k值介電薄膜相關(guān)，低k值介電薄 膜厚，處理時(shí)間長(zhǎng)，低k值介電薄膜薄，處理時(shí)間短。具體實(shí)施例包括腔室壓力為5托，功率為480瓦，腔室溫度為380°C，Ar流量為 500SCCM, N2O流量為480SCCM，處理時(shí)間為50秒。在上述實(shí)施例中，等離子體化的Ar用于去除懸掛鍵(-0H鍵、-COH鍵或-H鍵)， N2O等離子體用于修復(fù)去除離子轟擊造成的低k值介電薄膜損傷，且所述修復(fù)離子能夠在低 k值介電薄膜表面形成Si-N鍵，進(jìn)一步抑制懸掛鍵的形成，降低了所述低k值介電薄膜的粗糙度。在另一實(shí)施例中，所述等離子體處理工藝111具體工藝參數(shù)包括腔室壓力為1托 至10托，功率為300瓦至580瓦，腔室溫度為300°C至400°C，He流量為ISCCM至2000SCCM， N2O流量為400SCCM至500SCCM，處理時(shí)間與需處理的低k值介電薄膜相關(guān)，低k值介電薄 膜厚，處理時(shí)間長(zhǎng)，低k值介電薄膜薄，處理時(shí)間短。具體實(shí)施例包括腔室壓力為3托，功率為340瓦，腔室溫度為340°C，He流量為 1000SCCM, N2O流量為410SCCM，處理時(shí)間為20秒。在上述實(shí)施例中，等離子體化的He用于去除懸掛鍵(-0H鍵、-COH鍵或-H鍵)， N2O等離子體用于修復(fù)去除離子轟擊造成的低k值介電薄膜損傷，且所述修復(fù)離子能夠在低 k值介電薄膜表面形成Si-N鍵，進(jìn)一步抑制懸掛鍵的形成，降低了所述低k值介電薄膜的粗糙度。在另一實(shí)施例中，所述等離子體處理工藝111具體工藝參數(shù)包括腔室壓力為1托 至10托，功率為300瓦至580瓦，腔室溫度為300°C至400°C，N2流量為ISCCM至2000SCCM， N2O流量為400SCCM至500SCCM，處理時(shí)間與需處理的低k值介電薄膜相關(guān)，低k值介電薄 膜厚，處理時(shí)間長(zhǎng)，低k值介電薄膜薄，處理時(shí)間短。具體實(shí)施例包括腔室壓力為8托，功率為360瓦，腔室溫度為360°C，N2流量為1800SCCM, N2O流量為490SCCM，處理時(shí)間為50秒。在上述實(shí)施例中，等離子體化的隊(duì)用于去除懸掛鍵(-0H鍵、-COH鍵或-H鍵)，隊(duì)0 等離子體用于修復(fù)去除離子轟擊造成的低k值介電薄膜損傷，且所述修復(fù)離子能夠在低k 值介電薄膜表面形成Si-N鍵，進(jìn)一步抑制懸掛鍵的形成，降低了所述低k值介電薄膜的粗糙度。本發(fā)明通過(guò)對(duì)低k值介電薄膜的表面進(jìn)行等離子體去除懸掛鍵并采用修復(fù)離子 修復(fù)等離子體的損傷，有效的降低了低k值介電薄膜的粗糙度。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種低k值介電薄膜形成方法，其特征在于，包括提供襯底，所述襯底表面形成有低k值介電薄膜；對(duì)所述低k值介電薄膜進(jìn)行等離子體處理。
2.如權(quán)利要求1所述的低k值介電薄膜形成方法，其特征在于，對(duì)所述低k值介電薄膜 進(jìn)行等離子體處理包括采用去除離子去除懸掛鍵；采用修復(fù)離子修復(fù)所述去除離子轟擊 造成的低k值介電薄膜損傷。
3.如權(quán)利要求2所述的低k值介電薄膜形成方法，其特征在于，所述去除離子包括氮 離子、氦離子或者氬離子。
4.如權(quán)利要求3所述的低k值介電薄膜形成方法，其特征在于，所述修復(fù)離子為等離子 化的N2O。
5.如權(quán)利要求4所述的低k值介電薄膜形成方法，其特征在于，所述等離子體處理工藝 具體工藝參數(shù)包括腔室壓力為1托至10托，功率為300瓦至580瓦，腔室溫度為300°C至 400 0C，N2 流量為 ISCCM 至 2000SCCM，He 流量為 ISCCM 至 2000SCCM，N2O 流量為 400SCCM 至 500SCCM。
6.如權(quán)利要求4所述的低k值介電薄膜形成方法，其特征在于，所述等離子體處理工藝 具體工藝參數(shù)包括腔室壓力為1托至10托，功率為300瓦至580瓦，腔室溫度為300°C至 4000C，Ar 流量為 ISCCM 至 2000SCCM，N2O 流量為 400SCCM 至 500SCCM。
7.如權(quán)利要求4所述的低k值介電薄膜形成方法，其特征在于，所述等離子體處理工藝 具體工藝參數(shù)包括腔室壓力為1托至10托，功率為300瓦至580瓦，腔室溫度為300°C至 4000C，He 流量為 ISCCM 至 2000SCCM，N2O 流量為 400SCCM 至 500SCCM。
8.如權(quán)利要求4所述的低k值介電薄膜形成方法，其特征在于，腔室壓力為1托至10 托，功率為300瓦至580瓦，腔室溫度為300°C至400°C，N2流量為ISCCM至2000SCCM，N2O 流量為 400SCCM 至 500SCCM。
9.如權(quán)利要求1所述的低k值介電薄膜形成方法，其特征在于，所述低k值介電薄膜為 含碳的介電薄膜。
10.如權(quán)利要求9所述的低k值介電薄膜形成方法，其特征在于，所述含碳的介電薄膜形成工藝為在形成介質(zhì)薄膜時(shí)選用二環(huán)庚二烯、CltlH18、二乙氧基甲基硅烷或者二甲氧基二 甲基硅烷進(jìn)行摻雜。
全文摘要
一種低k值介電薄膜形成方法，包括提供襯底，所述襯底表面形成有低k值介電薄膜；對(duì)所述低k值介電薄膜進(jìn)行等離子體處理。本發(fā)明通過(guò)對(duì)低k值介電薄膜的表面進(jìn)行等離子體去除懸掛鍵并采用修復(fù)離子修復(fù)等離子體的損傷，有效的降低了低k值介電薄膜的粗糙度。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102122632SQ20101002258
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者李景倫 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司