CN1831190A - 一种防止高密度等离子体化学气相沉积对金属损伤的方法 - Google Patents
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Abstract
一种防止高密度等离子体化学气相沉积对金属损伤的方法，在集成电路制造工艺中，完成对金属的刻蚀后，采用等离子体辅助化学气相淀积的方法在刻蚀表面淀积一层二氧化硅，最后再进行高密度等离子体淀积。本发明通过引入淀积薄层介质来减少高密度等离子体化学气相沉积过程中对金属的损伤，以四乙基原硅酸盐为前驱体用等离子体辅助化学气相淀积制备二氧化硅层，具有良好的侧壁覆盖性，从而对金属提供更好的保护。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造工艺技术领域，特别涉及一种防止高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)过程中对金属损伤的方法。
背景技术
铝(Al)作为导电金属，已经在集成电路中得到了充分的应用。在早期，铝(Al)就作为接触孔的填充金属。随着技术的发展，后道的布线越来越多，单层布线已经不能满足要求，出现了多层布线。铝(Al)又作为后道的互连金属得到了广泛的应用。
通常，在集成电路的制造工艺中，对铝(Al)的刻蚀之后是进行高密度等离子体二氧化硅(HDP SiO2)的淀积。高密度等离子体(HDP)，平均自由程较一般的等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)长，并且淀积时气压非常低，达到了毫托(mTorr)级别，并且其离化率是通常PECVD的100倍，约为0.1-10％。高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)和通常的等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)相比，在腔体的主要区别之一在于：高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)不仅仅有电容耦合式的等离子体源，还有电感耦合(ICP)方式的等离子体源来离化气体从而提高离化率。传统的等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)在淀积时由于在金属顶部的入射角比底部大，使得金属顶部的生长速度比底部快，在高宽比(Aspect ratio)较大的情况下，会引起填孔能力不足，在金属线间形成空洞。高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)在进行淀积时有两个部分相结合而成：淀积，溅射。淀积就是依靠化学气体进行化学反应，诸如硅烷，氧气等。溅射是指离化的惰性气体离子在偏置电场的作用下获得能量轰击淀积在金属上的介质。对于高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)，这两个步骤在同一个腔体中同时进行的，一边淀积，一边溅射，从而控制金属底部和顶部的生长速度。淀积和溅射有一个比例，称之为D/S比。对于高宽比大的结构，通常采用较小的D/S，也就是淀积的少，溅射的多。在0.35um特征尺寸以下的工艺中经常会遇到较大的高宽比的结构，必须采用较小的D/S，这样在溅射的过程中，会对金属造成损伤，尤其是对金属的顶部和侧壁，使得对实际产品的良率和可靠性造成一定的影响。
在现有技术中，高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)在刚开始淀积的时候，会先进行原位(in-situ)淀积一层薄的二氧化硅(SiO2)，厚度约为500A。在进行此步骤时，通入气体硅烷(SiH4)、氧气(O2)、氩气(Ar)，腔体偏置功率大概是1000-2000W，小于正式淀积时的功率。这也是为了减少高密度等离子体(HDP)对金属的损伤。但是用此法时，由于偏置功率还处于“开”的状态，仍旧会对金属造成一定的损伤。
还有另外一种防止金属损伤的方法。也就是，在金属淀积完紧接着淀积一层厚度为1000-2000A的二氧化硅(SiO2)。这层二氧化硅(SiO2)可以采用气相化学淀积(APCVD)，低压气相淀积(LPCVD)和等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)进行制备，之后再对金属和二氧化硅(SiO2)进行光刻，刻蚀。由于特征尺寸的缩小，后道工艺对温度的要求也比较低。
在进行等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)淀积二氧化硅(SiO2)主要有两种前驱体，硅烷(SiH4)和四乙基原硅酸盐(TEOS)，分子式为Si(C2H5O)4。在等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)中，硅烷(SiH4)通常是和一氧化二氮(N2O)、氮气(N2)等气体反应，其反应机制为硅烷(SiH4)和一氧化二氮(N2O)在等离子体中产生活性原子和原子团发生反应。四乙基原硅酸盐(TEOS)通常是和氧气(O2)、惰性气体反应，其反应机制主要为惰性气体携带四乙基原硅酸盐(TEOS)蒸气，在等离子体中，氧气(O2)的活性原子俘获四乙基原硅酸盐(TEOS)的乙基从而产生二氧化硅(SiO2)。一般来说，用硅烷(SiH4)为前驱体制备的二氧化硅(SiO2)，其侧壁覆盖性不如四乙基原硅酸盐(TEOS)为前驱体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防止高密度等离子体化学气相沉积对金属损伤的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种防止高密度等离子体化学气相沉积对金属损伤的方法，在集成电路制造工艺中，完成对金属的刻蚀后，采用等离子体辅助化学气相淀积的方法在刻蚀表面淀积一层二氧化硅，最后再进行高密度等离子体淀积。
其中，所述淀积的衬底是经过刻蚀之后的金属，包括铝/铝铜合金、钛和氮化钛。
所述淀积的二氧化硅厚度为100-600A。
在所述等离子体辅助化学气相淀积中的前驱体是四乙基原硅酸盐。
在所述等离子体辅助化学气相淀积中的温度为350-400℃，压强为5-8托。四乙基原硅酸盐的流量为200-700mgm，氧气流量为3800-4500sccm，惰性气体流量为1300-2700sccm。
所述惰性气体是氦气或者氩气。
所述等离子体辅助化学气相淀积的功率参数为300-600瓦。
本发明采用等离子体辅助化学气相淀积的方法，通过引入淀积薄层介质来减少高密度等离子体化学气相沉积过程中对金属的损伤，以四乙基原硅酸盐为前驱体用等离子体辅助化学气相淀积制备二氧化硅层，具有良好的侧壁覆盖性，从而对金属提供更好的保护。
附图说明
图1是金属经过刻蚀后的示意图。
图2是二氧化硅层生长后的示意图。
图中标号：
1是氮化钛(TiN) 2是钛(Ti)
3是铝铜合金/铝(AlCu/Al) 4是二氧化硅(SiO2)层
具体实施方式
请参阅图1，在集成电路制造工艺中，需要完成对金属的刻蚀，在本实施例中，金属层包括氮化钛1、钛2以及铝铜合金/铝3。
请参阅图2，完成对金属的刻蚀后，采用等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)的方法在刻蚀表面淀积一层二氧化硅。图1中金属层作为淀积的衬底。在本实施例中，在已经过金属刻蚀的硅片上进行等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)，如在应用材料公司的Producer CVD的腔体中淀积，形成的二氧化硅(SiO2)层厚度为200A、300A或500A。
其中，在等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)中的前驱体是四乙基原硅酸盐(TEOS)，反应气体为氧气(O2)，在等离子体辅助化学气相淀积中的温度为350℃、380℃或400℃，压强为5托、6托或8托。腔体中四乙基原硅酸盐(TEOS)的流量为200mgm、400mgm、600mgm或700mgm，氧气(O2)流量为3800sccm、4000sccm或4500sccm，氦气(He)流量为1300sccm、2000sccm或2700sccm，反应的气体也可使氩气(Ar)等其他惰性气体。等离子体辅助化学气相淀积的功率参数为300瓦、400瓦或600瓦。
最后再进行高密度等离子体(HDP)淀积。
上述工艺中，在各所选择的不同参数条件下，均获得良好的结果。
本发明采用等离子体辅助化学气相淀积的方法，通过引入淀积薄层介质来减少高密度等离子体化学气相沉积过程中对金属的损伤，以四乙基原硅酸盐为前驱体用等离子体辅助化学气相淀积制备二氧化硅层，具有良好的侧壁覆盖性，从而对金属提供更好的保护。
虽然已公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员将会意识到，在不背离权利要求书中公开的本发明的范围的情况下，任何各种修改、添加和替换均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1、一种防止高密度等离子体化学气相沉积对金属损伤的方法，其特征在于：在集成电路制造工艺中，完成对金属的刻蚀后，采用等离子体辅助化学气相淀积的方法在刻蚀表面淀积一层二氧化硅，最后再进行高密度等离子体淀积。
2、如权利要求1所述的一种防止高密度等离子体化学气相沉积对金属损伤的方法，其特征在于：所述淀积的衬底是经过刻蚀之后的金属。
3、如权利要求1或2所述的一种防止高密度等离子体化学气相沉积对金属损伤的方法，其特征在于：所述金属包括铝/铝铜合金、钛和氮化钛。
4、如权利要求1所述的一种防止高密度等离子体化学气相沉积对金属损伤的方法，其特征在于：所述淀积的二氧化硅厚度为100-600A。
5、如权利要求1所述的一种防止高密度等离子体化学气相沉积对金属损伤的方法，其特征在于：在所述等离子体辅助化学气相淀积中的前驱体是四乙基原硅酸盐。
6、如权利要求1或5所述的一种防止高密度等离子体化学气相沉积对金属损伤的方法，其特征在于：在所述等离子体辅助化学气相淀积中的温度为350-400℃，压强为5-8托。
7、如权利要求1或5所述的一种防止高密度等离子体化学气相沉积对金属损伤的方法，其特征在于：四乙基原硅酸盐的流量为200-700mgm，氧气流量为3800-4500sccm，惰性气体流量为1300-2700sccm。
8、如权利要求7所述的一种防止高密度等离子体化学气相沉积对金属损伤的方法，其特征在于：所述惰性气体是氦气或者氩气。
9、如权利要求1所述的一种防止高密度等离子体化学气相沉积对金属损伤的方法，其特征在于：所述等离子体辅助化学气相淀积的功率参数为300-600瓦。
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