CN105720005B - 超低k介质层的形成方法 - Google Patents

超低k介质层的形成方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105720005B
CN105720005B CN201410736227.2A CN201410736227A CN105720005B CN 105720005 B CN105720005 B CN 105720005B CN 201410736227 A CN201410736227 A CN 201410736227A CN 105720005 B CN105720005 B CN 105720005B
Authority
CN
China
Prior art keywords
low
ultra
dielectric layer
presoma
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410736227.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105720005A (zh
Inventor
邓浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Original Assignee
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp filed Critical Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority to CN201410736227.2A priority Critical patent/CN105720005B/zh
Publication of CN105720005A publication Critical patent/CN105720005A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105720005B publication Critical patent/CN105720005B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

一种超低K介质层的形成方法，包括：提供基底；提供第一前驱体，所述第一前驱体为乙氧基硅烷；提供第二前驱体，所述第二前驱体为二硅氧烷；将第一前驱体、第二前驱体、造孔剂和氧气供入反应腔室进行反应，在基底上形成超低K介质层；对所述超低K介质层进行UV处理工艺，去除超低K介质层中的造孔剂，在超低K介质层中形成孔洞。本发明的超低K介质层的形成方法提高了形成的超低K介质层的机械强度。

Description

超低K介质层的形成方法
技术领域
本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种超低K介质层的形成方法。
背景技术
随着半导体集成电路技术的不断发展，半导体器件尺寸和互连结构尺寸不断减小，从而导致金属连线之间的间距在逐渐缩小，用于隔离金属连线之间的介质层也变得越来越薄，这样会导致金属连线之间可能会发生串扰。现在，通过降低金属连线层间的介质层的介电常数，可有效地降低这种串扰，且低K的介质层可有效地降低金属连线层间的电阻电容延迟(RC delay)，因此，低K介电材料、超低K介电材料已越来越广泛地应用于互连工艺的介质层，用于形成低K介质或超低K介质层，所述低K介电材料为介电常数小于4、大于等于2.2的材料，所述超低K介电材料为介电常数小于2.2的材料。
由于空气是目前能获得的最低K值的材料(K＝1.0)，为了大幅的降低K值，在介质层中形成空气隙或孔洞以有效的降低介质层的K值。因此，为了能使得介电常数低于2.2，现在广泛应用的超低K介电材料为多孔材料。但是由于多孔材料的多孔性，利用多孔材料形成的介质层的机械强度较低，在进行晶片处理时容易受到损伤；例如，在利用干法刻蚀工艺对超低K介质层进行刻蚀、利用等离子体灰化工艺去除光刻胶或对超低K介质层进行化学机械研磨时，所述等离子体会对暴露出的超低K介质层造成损伤；而且，在除去光刻胶或等离子体刻蚀的过程中，多孔材料容易吸附水汽，且所述水汽可能与多孔材料发生反应，使得原本具有低介电常数的超低K介质层受到损伤，超低K介质层的介电常数增大，影响了互连结构的电学性能。
发明内容
本发明解决的问题是怎样提高形成的超低K介质层的机械强度。
为解决上述问题，本发明提供一种超低K介质层的形成方法，包括：
提供基底；
提供第一前驱体，所述第一前驱体为乙氧基硅烷；
提供第二前驱体，所述第二前驱体为二硅氧烷；
将第一前驱体、第二前驱体、造孔剂和氧气供入反应腔室进行反应，在基底上形成超低K介质层；
对所述超低K介质层进行UV处理工艺，去除超低K介质层中的造孔剂，在超低K介质层中形成孔洞。
可选的，所述二硅氧烷为六甲基二硅氧烷、四甲基二硅氧烷或四甲基二乙烯基二硅氧烷。
可选的，所述乙氧基硅烷为四乙氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷或甲基三乙氧基硅烷。
可选的，所述造孔剂为a-松油烯或二环庚二烯。
可选的，其特征在于，所述超低K介质层包括位于基底上的初始层和位于初始层上的体层。
可选的，超低K介质层的形成过程为：在所述基底上形成初始层；在初始层上形成体层。
可选的，形成所述初始层时，所述第一前驱体的流量为0.2～0.5克/分钟，第二前驱体的流量为0.2～0.5克/分钟，造孔剂的流量为0，氧气的流量为500～1000sccm，反应腔室中的射频功率为400～800瓦，反应腔室压力为3～10托，反应腔室温度为200～350℃。
可选的，形成所述体层时，第一前驱体与第二前驱体的流量比为1:10～1:2。
可选的，形成所述体层时，所述第一前驱体的流量为0.5～3克/分钟，第二前驱体的流量为0.5～3克/分钟，造孔剂的流量为1.5～4克/分钟，氧气的流量为100～1000sccm，反应腔室中的射频功率为500～1500瓦，反应腔室压力为3～10托，反应腔室温度为200～350℃。
可选的，形成超低K介质层时，所述第一前驱体、第二前驱体、造孔剂和氧气在射频功率的作用下解离成等离子体。
可选的，所述等离子体包括Si-O-Si等离子体。
可选的，所述等离子体还包括OC2H5等离子体、CH3等离子体、H等离子体、O等离子体、C-H等离子体、Si-H等离子体、Si-CH3等离子体、Si-C等离子体、Si等离子体、Si-O等离子体。
可选的，所述UV处理工艺时UV光强度为20～300mW/cm2，温度300～400℃，腔室压力2～10托，He流量10000～20000sccm，Ar流量10000～20000sccm，处理时间为100～500S。
可选的，所述超低K介质层中包括Si、C、O和H元素。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明超低K介质层的形成方法，所述第一前驱体采用乙氧基硅烷，第二前驱体采用二硅氧烷，由于二硅氧烷中一个氧与两个硅连接形成Si-O-Si键，在形成超低K介质层时，二硅氧烷被射频功率解离的等离子体中会包括Si-O-Si等离子体，因而二硅氧烷的存在使得反应的等离子中增加了Si-O-Si等离子体，在进行反应时，Si-O-Si等离子体容易与其他的等离子体(比如O等离子体、或Si-O等离子体等)结合形成机械强度更高的网状交联的-Si-O-Si-O-结构，从而增加了形成的超低K介质层中网状交联的-Si-O-Si-O-结构的数量，提高了的形成的超低K介质层的机械强度。
进一步，形成所述体层时，所述第一前驱体的流量为0.5～3克/分钟，第二前驱体的流量为0.5～3克/分钟，造孔剂的流量为1.5～4克/分钟，氧气的流量为100～1000sccm，第一前驱体与第二前驱体的流量比为1:10～1:2，反应腔室中的射频功率为400～800瓦，反应腔室压力为3～10托，反应腔室温度为200～350℃，有利于提高了形成的超低K介质层的机械强度和质量。
附图说明
图1为本发明实施例超低K介质层形成过程的流程示意图。
具体实施方式
如背景技术所言，现有形成的多孔超低K介电材料的机械强度较低。
研究发现，现有技术在形成超低K介电材料时，采用的前驱气体为DEMS(DiEthoxyMethySilane，甲基二乙氧基硅烷)，DEMS解离后形成的等离子体中包括Si-O等离子体、OC2H5等离子体、CH3等离子体、Si等离子体、O等离子体等，各等离子之间相互结合形成超低K介质材料层，但是该方式形成的超低K介质材料层的机械强度仍有待提高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
图1为本发明实施例超低K介质层形成过程的流程示意图。
请参考图1，进行步骤S101，提供基底。
所述基底可以为半导体衬底，比如硅衬底、锗衬底或硅锗衬底等。所述半导体衬底上可以形成半导体器件，比如晶体管等，后续在半导体衬底上形成超低K介质层。
在其他实施例中，所述基底可以包括半导体衬底和位于半导体衬底上的介质层。所述半导体衬底上形成有半导体器件，比如晶体管等，所述介质层覆盖所述半导体衬底和半导体器件，所述介质层中形成有与半导体器件连接的金属互连结构，所述金属互连结构可以为金属插塞、或者包括金属插塞以及与金属插塞连接的金属连线。
接着，进行步骤S102，提供第一前驱体，所述第一前驱体为乙氧基硅烷；提供第二前驱体，所述第二前驱体为二硅氧烷。
所述第一前驱体和第二前驱体为后续形成超低K介质层时通入腔室的前驱气体。
本实施例中，所述前驱气体除了第一前驱体外还包括第二前驱体，所述第二前驱体为二硅氧烷，二硅氧烷中一个氧与两个硅连接形成Si-O-Si键，在后续形成超低K介质层时，二硅氧烷被射频功率解离的等离子体中会包括Si-O-Si等离子体，因而二硅氧烷的存在使得反应的等离子中增加了Si-O-Si等离子体，在进行反应时，Si-O-Si等离子体容易与其他的等离子体(比如O等离子体、或Si-O等离子体等)结合形成机械强度更高的网状交联的-Si-O-Si-O-结构，从而增加了形成的超低K介质层中网状交联的-Si-O-Si-O-结构的数量，提高了的形成的超低K介质层的机械强度。
所述二硅氧烷可以为六甲基二硅氧烷((CH3)3Si-O-Si(CH3)3)、四甲基二硅氧烷((CH3)2HSi-O-SiH(CH3)2)或四甲基二乙烯基二硅氧烷((CH3)2C2H3Si-O-Si C2H3(CH3)2)。需要说明的是，所述二硅氧烷还可以为其他合适的包括Si-O-Si键的硅氧烷。
本实施例中，所述二硅氧烷为六甲基二硅氧烷。
所述第一前驱体为乙氧基硅烷，所述乙氧基硅烷可以为四乙氧基硅烷(Si(OC2H5)4)、甲基二乙氧基硅烷(CH3H-Si-(OC2H5)2)、二乙氧基二甲基硅烷((CH3)2-Si-(OC2H5)2)或甲基三乙氧基硅烷(CH3-Si-(OC2H5)3)。需要说明的是，所述乙氧基硅烷还可以为其他合适的包括OC2H5基的硅烷。
本实施例中，所述乙氧基硅烷为四乙氧基硅烷。
进行步骤S103，将第一前驱体、第二前驱体、造孔剂和氧气供入反应腔室进行反应，在基底上形成超低K介质层。
在一实施例中，所述反应腔室为具有射频源的沉积腔室，所述射频源适于提供射频功率，以解离通入反应腔室中的第一前驱体、第二前驱体、造孔剂和氧气，形成等离子体。需要说明的是，在供应端第一前驱体、第二前驱体、造孔剂是以液体的形式存在，供入反应腔室后，第一前驱体、第二前驱体、造孔剂以气体的形式存在。
第一前驱体、第二前驱体、造孔剂和氧气在通入处理腔室后，第一前驱体、第二前驱体、造孔剂和氧气被射频功率解离为等离子体，所述等离子体包括Si-O-Si等离子体、OC2H5等离子体、CH3等离子体、H等离子体、O等离子体、C-H等离子体、Si-H等离子体、Si-CH3等离子体、Si-C等离子体、Si等离子体、Si-O等离子体。
所述Si-O-Si等离子体为第二前驱体解离后形成，OC2H5等离子体为第一前驱体解离后形成，其他等离子体为第一前驱体、第二前驱体和氧气解离后形成。在进行反应时，Si-O-Si等离子体容易与其他的等离子体(比如O等离子体、或Si-O等离子体等)结合形成稳定性和机械强度更高的网状交联的-Si-O-Si-O-结构，增加了形成的超低K介质层中网状交联的-Si-O-Si-O-结构的数量，从而提高了的形成的超低K介质层的机械强度。
所述造孔剂为a-松油烯(A-TERPINENE)或二环庚二烯(BICYCLO-HEPTA-DIENE)。
所述超低K介质层中包括Si、C、O和H元素，在一实施例中，形成的超低K介质层的介电常数为2.2～2.7。
所述超低K介质层包括位于基底上的初始层和位于初始层上的体层，超低K介质层的形成过程为：在所述基底上形成初始层；在初始层上形成体层。形成的初始层中不会含有造孔剂，因而后续通过UV处理后，初始层中不会存在孔洞，以提高超低K介质层与基底之间的粘附性。
本实施例中，为了使得形成超低K介质层的机械强度和质量较高，所述第一前驱体的流量为0.2～0.5克/分钟，第二前驱体的流量为0.2～0.5克/分钟，造孔剂的流量为0，氧气的流量为500～1000sccm，反应腔室中的射频功率为400～800瓦，反应腔室压力为3～10托，反应腔室温度为200～350℃；形成所述体层时，第一前驱体与第二前驱体的流量比为1:10～1:2，在一具体的实施例中，所述第一前驱体的流量为0.5～3克/分钟，第二前驱体的流量为0.5～3克/分钟，造孔剂的流量为1.5～4克/分钟，氧气的流量为100～1000sccm，第一前驱体与第二前驱体的流量比为1:10～1:2，反应腔室中的射频功率为500～1500瓦，反应腔室压力为3～10托，反应腔室温度为200～350℃。
进行步骤S104，对所述超低K介质层进行UV处理工艺，去除超低K介质层中的造孔剂，在超低K介质层中形成孔洞。
进行UV处理工艺的目的是：去除超低K介质层中的造孔剂，在超低K介质层中形成孔洞，以进一步减小形成的超低K介质层的介电常数。在一实施例中，形成孔洞后，所述超低K介质层的介电常数为1.9～2.6。
所述UV处理工艺时通过UV光照射超低K介质层，超低K介质层中的造孔剂在遇到UV时会分解，在相应的位置形成孔洞。
在一实施例中，所述UV处理工艺时UV光强度为20～300mW/cm2，温度300～400℃，腔室压力2～10托，He流量10000～20000sccm，Ar流量10000～20000sccm，处理时间为100～500S。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种超低K介质层的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底；
提供第一前驱体，所述第一前驱体为乙氧基硅烷；
提供第二前驱体，所述第二前驱体为二硅氧烷；
将第一前驱体、第二前驱体、造孔剂和氧气供入反应腔室进行反应，在基底上形成超低K介质层，所述超低K介质层包括位于基底上的初始层和位于初始层上的体层，超低K介质层的形成过程为：在所述基底上形成初始层，形成的初始层中不会含有造孔剂，后续通过UV处理后，初始层中不会存在孔洞；在初始层上形成体层；形成所述体层时，第一前驱体与第二前驱体的流量比为1:10～1:2；
对所述超低K介质层进行UV处理工艺，去除超低K介质层中的造孔剂，在超低K介质层中形成孔洞。
2.如权利要求1所述的超低K介质层的形成方法，其特征在于，所述二硅氧烷为六甲基二硅氧烷、四甲基二硅氧烷或四甲基二乙烯基二硅氧烷。
3.如权利要求1所述的超低K介质层的形成方法，其特征在于，所述乙氧基硅烷为四乙氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷或甲基三乙氧基硅烷。
4.如权利要求1所述的超低K介质层的形成方法，其特征在于，所述造孔剂为a-松油烯或二环庚二烯。
5.如权利要求1所述的超低K介质层的形成方法，其特征在于，形成所述初始层时，所述第一前驱体的流量为0.2～0.5克/分钟，第二前驱体的流量为0.2～0.5克/分钟，造孔剂的流量为0，氧气的流量为500～1000sccm，反应腔室中的射频功率为400～800瓦，反应腔室压力为3～10托，反应腔室温度为200～350℃。
6.如权利要求1所述的超低K介质层的形成方法，其特征在于，形成所述体层时，所述第一前驱体的流量为0.5～3克/分钟，第二前驱体的流量为0.5～3克/分钟，造孔剂的流量为1.5～4克/分钟，氧气的流量为100～1000sccm，反应腔室中的射频功率为500～1500瓦，反应腔室压力为3～10托，反应腔室温度为200～350℃。
7.如权利要求6所述的超低K介质层的形成方法，其特征在于，形成超低K介质层时，所述第一前驱体、第二前驱体、造孔剂和氧气在射频功率的作用下解离成等离子体。
8.如权利要求7所述的超低K介质层的形成方法，其特征在于，所述等离子体包括Si-O-Si等离子体。
9.如权利要求8所述的超低K介质层的形成方法，其特征在于，所述等离子体还包括OC2H5等离子体、CH3等离子体、H等离子体、O等离子体、C-H等离子体、Si-H等离子体、Si-CH3等离子体、Si-C等离子体、Si等离子体、Si-O等离子体。
10.如权利要求1所述的超低K介质层的形成方法，其特征在于，所述UV处理工艺时UV光强度为20～300mW/cm2，温度300～400℃，腔室压力2～10托，He流量10000～20000sccm，Ar流量10000～20000sccm，处理时间为100～500S。
11.如权利要求1所述的超低K介质层的形成方法，其特征在于，所述超低K介质层中包括Si、C、O和H元素。
CN201410736227.2A 2014-12-04 2014-12-04 超低k介质层的形成方法 Active CN105720005B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410736227.2A CN105720005B (zh) 2014-12-04 2014-12-04 超低k介质层的形成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410736227.2A CN105720005B (zh) 2014-12-04 2014-12-04 超低k介质层的形成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105720005A CN105720005A (zh) 2016-06-29
CN105720005B true CN105720005B (zh) 2019-04-26

Family

ID=56143835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410736227.2A Active CN105720005B (zh) 2014-12-04 2014-12-04 超低k介质层的形成方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105720005B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116190209B (zh) * 2023-02-27 2024-03-22 粤芯半导体技术股份有限公司 低介电常数介质层及金属互连结构的制作方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102113099A (zh) * 2008-07-31 2011-06-29 应用材料股份有限公司 通过等离子体增强化学气相沉积制造具有高机械特性的特别低k膜层的新式硅前驱物
CN102770580A (zh) * 2010-02-25 2012-11-07 应用材料公司 藉由等离子体增强化学气相沉积使用含有具有机官能基的硅的杂化前驱物所形成的超低介电材料

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7491658B2 (en) * 2004-10-13 2009-02-17 International Business Machines Corporation Ultra low k plasma enhanced chemical vapor deposition processes using a single bifunctional precursor containing both a SiCOH matrix functionality and organic porogen functionality
US20080009141A1 (en) * 2006-07-05 2008-01-10 International Business Machines Corporation Methods to form SiCOH or SiCNH dielectrics and structures including the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102113099A (zh) * 2008-07-31 2011-06-29 应用材料股份有限公司 通过等离子体增强化学气相沉积制造具有高机械特性的特别低k膜层的新式硅前驱物
CN102770580A (zh) * 2010-02-25 2012-11-07 应用材料公司 藉由等离子体增强化学气相沉积使用含有具有机官能基的硅的杂化前驱物所形成的超低介电材料

Also Published As

Publication number Publication date
CN105720005A (zh) 2016-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102446511B1 (ko) 리모트 플라즈마 처리를 사용한 실리콘 카바이드 막의 치밀화
KR102406467B1 (ko) 등급화된 실리콘 카바이드 막 또는 다층 실리콘 카바이드 막의 리모트 플라즈마 기반 증착
KR101445344B1 (ko) 저온 실리콘 산화물 변환
JP5592327B2 (ja) 誘電体膜の材料特性を高めるための活性化学的方法
JP2014509081A (ja) 平坦化後の高密度化
JP6290544B2 (ja) 二酸化珪素フィルムを付着させる方法
CN105762109B (zh) 半导体结构的形成方法
TWI638425B (zh) 高深寬比結構中具有改良階梯覆蓋之密閉性ｃｖｄ蓋
JP2014507797A (ja) ラジカル蒸気ｃｖｄ
JP2013507003A (ja) 平坦化後の高密度化
JP2014516477A (ja) 損傷を受けたｌｏｗ−ｋ膜の再生及び細孔封止のためのＵＶ支援シリル化
KR20120102155A (ko) 산화물 라이너를 이용하는 유동성 유전체
TW201442148A (zh) 經控制之氣隙的形成
US9698095B2 (en) Interconnect structure
US20160358811A1 (en) Interconnect structure
WO2014011364A1 (en) Method to reduce dielectric constant of a porous low-k film
CN105720005B (zh) 超低k介质层的形成方法
TW201515101A (zh) 具有對低ｋ膜之減少的損傷之有機遮罩的剝離方法
CN103531535B (zh) 一种修复超低介质常数薄膜侧壁损伤的方法
CN104505344B (zh) 形成多孔超低介电材料的方法
CN105633010B (zh) 互连结构及其形成方法
CN102054751B (zh) 双镶嵌结构及其形成方法
JP5233127B2 (ja) 低誘電率膜の改質剤及び製造方法
CN104103512B (zh) 绝缘层形成方法
CN105990105B (zh) 硬掩膜层的制作方法、层间介质层的制作方法及半导体器件

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant