專(zhuān)利名稱(chēng)：超低介電常數(shù)介電層及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種介電層及其形成方法，且特別是有關(guān)于一種超低介 電常數(shù)的介電層及其形成方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路工藝的迅速發(fā)展,后段金屬內(nèi)連線與低介電常數(shù)材料工藝 愈來(lái)愈受到重視。當(dāng)工藝發(fā)展至深次微米元件領(lǐng)域后，金屬內(nèi)連線所造成的
RC延遲現(xiàn)象嚴(yán)重影響元件操作的速度。改善RC延遲的方法可以采用使用 低介電常數(shù)的材料作為多層金屬內(nèi)連線間的絕緣層材料，由此降低金屬層與 金屬層之間的寄生電容大小。
多孔性低介電常數(shù)介電層是一種含有多個(gè)孔隙的介電材料。由于孔隙中 容置介電常數(shù)僅為1的空氣，因此，可大幅減少整個(gè)介電層的介電常數(shù)，使 介電層的介電常數(shù)低于2.5,是目前最可行的一種超低介電常數(shù)(UltraLowk， ULK)的介電材料。
雖然多孔性介電層具有極低的k值，不過(guò)多孔的特性亦增加銅導(dǎo)線工藝 整合的復(fù)雜性。首先是低密度的孔隙結(jié)構(gòu)減弱了薄膜的機(jī)械強(qiáng)度，化學(xué)機(jī)械 研磨(CMP)工藝所形成的剪應(yīng)力將考驗(yàn)多孔性介電層這先天的弱點(diǎn)。多孔性 低介電常數(shù)介電層應(yīng)用在半導(dǎo)體工藝時(shí)，請(qǐng)參照?qǐng)D6所示，典型的做法是在 形成多孔性低介電常數(shù)介電層604之前先在基底600上形成介電阻擋層 (Dielectric Barrier Layer)602。當(dāng)多孔性低介電常數(shù)介電層604形成之后再于 其上方覆蓋氧化硅頂蓋層606。典型的沉積過(guò)程是以單一的溫度以及單一的 壓力來(lái)形成多孔性低介電常數(shù)介電層。然而，采用典型的沉積過(guò)程所形成的 多孔性低介電常數(shù)介電層604與介電阻擋層602的界面或是與頂蓋層606的 界面的粘著性不佳，通常其粘著性小于5焦耳/平方米。在后續(xù)蝕刻的過(guò)程中， 也會(huì)因?yàn)闄C(jī)械強(qiáng)度不足以及蝕刻選擇性的差異，而在多孔性低介電常數(shù)介電 層與介電阻擋層的界面，或是多孔性低介電常數(shù)介電層與氧化硅頂蓋層的界 面產(chǎn)生側(cè)向蝕刻(如圖中D、 C區(qū)所示)，而衍生扭結(jié)輪廓問(wèn)題(Kink Profile
Issue),使得后續(xù)于雙重金屬鑲嵌開(kāi)口中沉積的金屬介電阻擋層階梯覆蓋性 不佳，造成孑L洞(Viod)的形成，進(jìn)而影響金屬化工藝的電性效能與可靠度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是在提供一種介電層，其具有超低介電常數(shù)的多孔性低介電常 數(shù)介電層，且與其上、下層之間具有良好的粘著性。
本發(fā)明就是在提供一種介電層，其具有超低介電常數(shù)的多孔性低介電常 數(shù)介電層，且可減少其與上、下層之間的扭結(jié)輪廓問(wèn)題。
本發(fā)明就是在提供一種介電層，其包括超低介電常數(shù)的多孔性低介電常 數(shù)介電層，具有良好的電性效能與可靠度。
本發(fā)明提出一種超低介電常數(shù)介電層的形成方法。該方法包括以介電基
電基質(zhì)反應(yīng)，以在基底的介電阻擋層上形成具有密度梯度的多層多孔性低介 電常數(shù)介電層。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述超低介電常數(shù)介電層的形成方法中，變溫
禾呈序?yàn)樘荻茸儨睾坛市?Gradient Temperature Varying Program)。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述超低介電常數(shù)介電層的形成方法中，梯度
變溫程序包括兩個(gè)溫度階段，其包括低溫階段與高溫階段。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上迷超低介電常數(shù)介電層的形成方法中，低溫
階段的溫度在攝氏200至250度之間；高溫階段的溫度在攝氏250至350度之間。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上迷超低介電常數(shù)介電層的形成方法中，梯度 變溫程序是先進(jìn)行高溫階段，再進(jìn)行低溫階段，以減少超低介電常數(shù)介電層 與其上方層之間的扭結(jié)現(xiàn)象。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上迷超低介電常數(shù)介電層的形成方法中，梯度 變溫程序是先進(jìn)行低溫階段，再進(jìn)行高溫階段，以提升元件的擊穿電壓。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上迷超低介電常數(shù)介電層的形成方法中，梯度 變溫程序包括三個(gè)溫度階段。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上迷超低介電常數(shù)介電層的形成方法中，三個(gè) 溫度階段依序包括第一低溫階段、高溫階段與第二低溫階段，由此減少所形 成的多孔性低介電常數(shù)介電層的應(yīng)力。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述超低介電常數(shù)介電層的形成方法中，第一
與第二低溫階段的溫度在攝氏200至230度之間；高溫階l殳的溫度在攝氏230 至400度之間。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述超低介電常數(shù)介電層的形成方法中，變壓 程序?yàn)樘荻茸儔撼绦颉?br> 依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述超低介電常數(shù)介電層的形成方法中，梯度 變壓程序包括三個(gè)壓力階段。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述超低介電常數(shù)介電層的形成方法中，三個(gè) 壓力階段依序包括第一低壓階段、高壓階段與第二低壓階段，以改善所形成 的多孔性低介電常數(shù)介電層的電性效能或穩(wěn)定性。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述超低介電常數(shù)介電層的形成方法中，第一 與第二低壓階段的壓力在1托至9托之間；高壓階段的壓力在9托至20托 之間。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述超低介電常數(shù)介電層的形成方法中，在第 一低壓階段的前段程序時(shí)，介電基質(zhì)包括主鏈前體(Backbone Precursor),但 不包括成孔劑，用以形成第一剛性低介電常數(shù)介電層。在第一低壓階段的后 段程序、高壓階段以及第二低壓階段的前段程序時(shí)，介電基質(zhì)中包括主鏈前 體以及成孔劑，用以形成多孔性低介電常數(shù)介電層。在第二低壓階段的后段 程序時(shí)，介電基質(zhì)包括主鏈前體，但不包括成孔劑，用以形成第二剛性低介 電常數(shù)介電層。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述超低介電常lt介電層的形成方法中，在進(jìn) 行沉積過(guò)程時(shí)是使用單頻射頻電源或雙頻射頻電源。
本發(fā)明提出一種介電層。該介電層包括超低介電常數(shù)介電層，位于基底 的介電阻擋層上。超低介電常數(shù)介電層包括多層多孔性低介電常數(shù)介電層， 這些多孔性低介電常數(shù)介電層具有密度梯度。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述介電層中，那些多孔性低介電常數(shù)介電層 中接近介電阻擋層的多孔性低介電常數(shù)介電層的密度高于遠(yuǎn)離介電阻擋層 的多孔性低介電常數(shù)介電層的密度。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述介電層中，那些多孔性低介電常數(shù)介電層 由下而上包括第一剛性低介電常數(shù)介電層、第一多孔性低介電常數(shù)介電層與 第二剛性低介電常數(shù)介電層所形成的夾層堆疊層，其中第一剛性低介電常數(shù)
介電層與第二剛性低介電常數(shù)介電層的密度高于第一多孔性低介電常數(shù)介 電層。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述介電層中，還包括頂蓋層覆蓋超低介電常 數(shù)介電層。
依照本發(fā)明實(shí)施例所述，上述介電層中，頂蓋層包括氧化硅層。
本發(fā)明的介電層的形成方法可以使得所形成的多孔性低介電常數(shù)介電 層具有超低介電常數(shù)。
本發(fā)明的介電層中的形成方法可以使得所形成超低介電常數(shù)的多孔性 低介電常數(shù)介電層與其上、下層之間具有良好的粘著性。'
本發(fā)明的介電層的形成方法可以使得所形成的超低介電常數(shù)的多孔性 低介電常數(shù)介電層可減少其與上、下層之間的扭結(jié)輪廓問(wèn)題。
本發(fā)明的介電層的形成方法可以使得所形成的超低介電常數(shù)的多孔性 低介電常數(shù)介電層具有低的拉伸應(yīng)力。
本發(fā)明的介電層的形成方法可以使得所形成的超低介電常數(shù)的多孔性 低介電常數(shù)介電層具有良好的或穩(wěn)定的電性效能與可靠度。
本發(fā)明的介電層的形成方法筒單且易于控制。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu) 選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1是依照本發(fā)明實(shí)施例所繪示的一種介電層的剖面示意圖。 圖2是依照本發(fā)明第一實(shí)施例所繪示的一種以先高溫再低溫的兩段式 變溫程序進(jìn)行沉積過(guò)程的示意圖。
圖2A是依照本發(fā)明第一實(shí)施例所繪示的一種以先高溫再低溫的兩段式
變溫程序進(jìn)行沉積過(guò)程所形成的介電層的剖面示意圖。
圖2B是繪示依照本發(fā)明第一實(shí)施例的方法所形成的介電層在進(jìn)行蝕刻 過(guò)程之后解決上方的扭結(jié)輪廓問(wèn)題的剖面示意圖。
圖2C是繪示依照本發(fā)明第 一 實(shí)施例的方法所形成的介電層在進(jìn)行蝕刻 過(guò)程之后解決上、下方的扭結(jié)輪廓問(wèn)題的剖面示意圖。
圖3是依照本發(fā)明第二實(shí)施例所繪示的一種以先低溫再高溫的兩段式 變溫程序進(jìn)行沉積過(guò)程的示意圖。
圖3 A是依照本發(fā)明第 一 實(shí)施例所繪示的 一種以先J氐溫再高溫的兩段式 變溫程序進(jìn)行沉積過(guò)程所形成的介電層的剖面示意圖。
圖3B是分別以單一溫度進(jìn)行沉積過(guò)程以及先低溫再高溫兩階段變溫程 序二者所形成的多孔性低介電常數(shù)介電層的歸 一化擊穿電壓與概率的關(guān)系圖。
圖4是依照本發(fā)明第三實(shí)施例所繪示的一種以低溫-高溫-低溫三段式變 溫程序進(jìn)行沉積過(guò)程的示意圖。
圖4A是依照本發(fā)明第一實(shí)施例所繪示的一種以低溫-高溫-低溫的三段 式變溫程序進(jìn)行沉積過(guò)程所形成的介電層的剖面示意圖。
.圖4B是分別繪示本發(fā)明以低溫-高溫-低溫三階段的變溫程序、現(xiàn)有技 術(shù)的單一溫度來(lái)進(jìn)行沉積過(guò)程所形成的多孔性低介電常數(shù)介電層以及剛性 低介電常數(shù)介電層的歸 一化拉伸應(yīng)力以及歸 一化介電常凄t k的柱狀圖。
圖5是依照本發(fā)明第四實(shí)施例所繪示的一種以低壓-高壓-低壓的三段式 變壓程序進(jìn)行沉積過(guò)程的示意圖。
圖5A是依照本發(fā)明第一實(shí)施例所繪示的一種以低壓-高壓-低壓的三段 式變壓程序進(jìn)行沉積過(guò)程所形成的介電層的剖面示意圖。
圖6是繪示依照現(xiàn)有技術(shù)的方法所形成的介電層在進(jìn)行蝕刻過(guò)程之后 所造成的上、下方扭結(jié)輪廓問(wèn)題的剖面示意圖。
主要附圖標(biāo)記說(shuō)明
100、 600:基底
102、 602:介電阻擋層
104、 202、 204、 302、 304、 402、 404、 406、 502、 504、 506、 604:介
電層
106、 606:頂蓋層
20、 22、 30、 32、 40、 42、 44、 46、 50、 52、 54:階段 C、 D:區(qū)域
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參照?qǐng)D1,提供基底100，該基底100上已形成介電阻擋層102。介 電阻擋層102的材質(zhì)包括SiCN、 SiC、 SiN。其形成方法例如是以硅烷型前 體如四曱基硅曱烷(Si(CH3)4))或三曱基硅曱烷(Si(CH3)3H)以及適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)氣
體反應(yīng)而成。接著，在介電阻擋層102上形成超低介電常數(shù)介電層104。超 低介電常數(shù)介電層104例如是由多層多孔性低介電常數(shù)介電層(Porous Low-k Dielectric Layer)所構(gòu)成。這些多孑L性j氐介電常凄t介電層可以采用化學(xué)氣相沉 積過(guò)程(CVD)來(lái)形成?；瘜W(xué)氣相沉積過(guò)程例如是等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉 積(PECVD)過(guò)程。在進(jìn)行沉積過(guò)程時(shí)，經(jīng)由變溫程序或變壓程序的調(diào)控，可 使得這些多孔性低介電常數(shù)介電層具有不同的物理特性，如密度或應(yīng)力。在 進(jìn)行多層多孔性低介電常數(shù)介電層的沉積過(guò)程時(shí)，所通入介電基質(zhì)包括主鏈 前體(Backbone Precursor)以及成孑L劑(Porogen Species),或4又有主鏈前體。主 鏈前體如有機(jī)硅酸鹽型前體(Organosilicate Base Precursor)。有機(jī)硅酸鹽型前 體的實(shí)例包括TMCTS、 DMDMOS、 DEMS、 OMCTS等。
<formula>formula see original document page 9</formula>成孔劑的種類(lèi)會(huì)影響所形成的多孔性低介電常數(shù)介電層的孔隙的孔徑。 通常，在進(jìn)行沉積過(guò)程之后可以通過(guò)照射紫外光的過(guò)程來(lái)趕走成孔劑，以在 介電層中形成具有適當(dāng)尺寸的孔隙。在選擇成孔劑時(shí)可以考慮介電層所需的 介電常數(shù)以及機(jī)械強(qiáng)度。所選擇的成孔劑是可以使得所形成的多孔性低介電
常數(shù)介電層的孔隙的孔徑低于100埃，例如是低于30埃的成孔劑。成孔劑 例如是有機(jī)碳?xì)浠衔?，如CxHy,其中4^x^30; 5《yS50。 CJIy的實(shí)例包括<formula>formula see original document page 10</formula>
在一個(gè)實(shí)施例中，所選擇的成孔劑為A化合物，所形成的多孔性低介 電常數(shù)介電層的孔隙的孔徑為13埃。在一個(gè)實(shí)施例中，所選擇的成孔劑為B 化合物，所形成的多孔性低介電常數(shù)介電層的孔隙的孔徑為14埃。在一個(gè) 實(shí)施例中，所選擇的成孔劑為C化合物，所形成的多孔性低介電常數(shù)介電層 的孔隙的孔徑為15埃。
之后，再于超低介電常數(shù)介電層104上形成頂蓋層106。頂蓋層106的 材質(zhì)例如是氧化硅。氧化硅的形成方法例如是等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積 法(PECVD),其所通入的氣體源例如是四乙氧基硅酸鹽(TEOS)或是硅烷。經(jīng) 由變溫程序或變壓程序的調(diào)控所形成的具有不同物理特性的多孔性低介電 常數(shù)介電層104可以使其與上層的頂蓋層106之間，或與下層的介電阻擋層 102之間具有良好的粘著性，或可減少其與上層的頂蓋層106或與下層的介 電阻擋層102之間的扭結(jié)問(wèn)題，抑或是可以減少應(yīng)力，或提升電性效能與可 靠度。
以下將提供數(shù)種不同的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明通過(guò)變溫程序或變壓程序的調(diào)控 來(lái)形成超低介電常數(shù)介電層的方法。然而，這些實(shí)施例僅是用以說(shuō)明，并非 用以限制本發(fā)明。
請(qǐng)參照?qǐng)D2、 3與4，多孔性低介電常數(shù)介電層的形成方法，是在進(jìn)行 沉積過(guò)程時(shí)，持續(xù)通入介電棊質(zhì)包括主鏈前體以及成孔劑，通過(guò)變溫程序的 調(diào)控，而使其具有不同的物理特性。在該實(shí)施例中，變溫程序是梯度變溫程 序。更具體地說(shuō)，梯度變溫程序包括兩個(gè)溫度階段或三個(gè)溫度階段。
第一實(shí)施例
在本實(shí)施例中，變溫程序是一個(gè)包括兩個(gè)溫度階段的梯度變溫程序，如 圖2所示。在圖2中，這兩個(gè)溫度階段包括依序進(jìn)行的第一溫度階段20與 第二溫度階段22，其中，第一溫度階段20為一個(gè)高溫階段；第二溫度階段
22為一個(gè)低溫階段。各階段20、 22的溫度，與所使用的介電基質(zhì)(Dielectric Matrix)有關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一溫度階段20的溫度例如是攝氏250至 350度之間；第二溫度階段22的溫度例如是攝氏200至250度之間。在一個(gè) 實(shí)施例中，在進(jìn)行第一溫度階段20和第二溫度階段22的沉積過(guò)程時(shí)，通入 相同的主鏈前體以及相同的成孔劑。
各階段20、 22可以在相同的沉積機(jī)臺(tái)臨場(chǎng)進(jìn)行或是在不同的機(jī)臺(tái)中非 臨場(chǎng)進(jìn)行。進(jìn)行各階段20以及22的時(shí)間可以依據(jù)機(jī)臺(tái)或是工藝的需要而改 變。例如，在一個(gè)沉積腔室中具有4個(gè)沉積站(Deposition Station),則第一溫 度階段20與第二溫度階段22的沉積站的數(shù)量比可以是1:3、 2:2或3:1。若 是各沉積站的時(shí)間為定值，則第一溫度階段20與第二溫度階段22的沉積時(shí) 間的比為1:3、 2:2或3:1。當(dāng)然，若是有多個(gè)沉積室串接，而具有更多個(gè)沉 積站，則第一溫度階段20與第二溫度階段22的沉積站或沉積時(shí)間可以依據(jù) 實(shí)際的需要而改變。
所依序形成的具有兩種不同密度的多孔性低介電常數(shù)介電層202與204的示 意圖。以高溫階段所形成的介電層202的孔隙密度較高；而以低溫階段所形 成的介電層204的孔隙密度較低。
請(qǐng)參照?qǐng)D2B,經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，以先進(jìn)行高溫階段再進(jìn)行低溫階段的變溫 程序來(lái)進(jìn)行沉積過(guò)程時(shí)，可以在后續(xù)的蝕刻過(guò)程中，有效改善所形成的多層 多孔性低介電常數(shù)介電層204與其上方的頂蓋層106之間的扭結(jié)輪廓問(wèn)題。
在一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn)行各階段的沉積過(guò)程時(shí)是使用單頻射頻電源，例 如是僅開(kāi)啟高頻射頻電源，但關(guān)閉低頻射頻電源。在另一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn) 行各階li的沉積過(guò)程時(shí)可以使用雙頻射頻電源，也就是在進(jìn)行沉積時(shí)，同時(shí) 開(kāi)啟低頻射頻電源以及高頻射頻電源。低頻射頻電源的功率例如是 200W-2500W;頻率例如是100KHz 500KHz。高頻射頻電源的功率例如是 2000W-5000W;頻率例如是10MHz 50MHz。使用雙頻射頻電源來(lái)進(jìn)行各 階段的沉積過(guò)程，可以增進(jìn)后續(xù)于雙重金屬鑲嵌開(kāi)口中沉積的金屬阻擋層在 多孔性低介電常數(shù)介電層104(即多孔性低介電常數(shù)介電層202)與介電阻擋 層102的界面的階梯覆蓋性、多孔性低介電常數(shù)介電層104的機(jī)械強(qiáng)度、多 孔性低介電常數(shù)介電層104與介電阻擋層102之間的粘著性以及蝕刻選擇 性。
請(qǐng)參照?qǐng)D2C,經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，使用雙頻射頻電源來(lái)進(jìn)行各階段的沉積過(guò) 程，可以在后續(xù)蝕刻過(guò)程中同時(shí)改善多孔性低介電常數(shù)介電層104與其上、
下層102、 106之間的扭結(jié)輪廓的問(wèn)題。
在以上的實(shí)施例中，僅以單一先高溫再低溫的變溫程序來(lái)說(shuō)明，然而， 本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明還可依據(jù)實(shí)際的需要而以多個(gè)循環(huán)的先高溫再低 溫的變溫程序來(lái)進(jìn)行沉積過(guò)程。
第二實(shí)施例
在本實(shí)施例中，變溫程序是一個(gè)包括兩個(gè)溫度階段的梯度變溫程序，如 圖3所示。在圖3中，這兩個(gè)溫度階段包括依序進(jìn)行的第一溫度階段30與 第二溫度階段32，其中，第一溫度階段30為一個(gè)低溫階段；第二溫度階段 32為一個(gè)高溫階段。各階段30、 32的溫度，與所使用的介電基質(zhì)有關(guān)。在 一個(gè)實(shí)施例中，低溫階段的溫度約為攝氏200至250度之間；高溫階段的溫 度約為攝氏250至350度之間。在一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn)行第一溫度階段30 和第二溫度階段32的沉積過(guò)程時(shí)，通入相同的主鏈前體以及相同的成孔劑。
各階段30、 32可以在相同的沉積機(jī)臺(tái)臨場(chǎng)進(jìn)行或是在不同的機(jī)臺(tái)中非 臨場(chǎng)進(jìn)行。進(jìn)行各階段30、 32的時(shí)間可以依據(jù)機(jī)臺(tái)或是工藝的需要而改變。 例如，在一個(gè)沉積腔室中具有4個(gè)沉積站，則第一溫度階段30與第二溫度 階段32的沉積站的數(shù)量比可以是1:3、 2:2或3:1。若是各沉積站的時(shí)間為定 值，則第 一溫度階段30與第二溫度階段32的沉積時(shí)間的比為1:3 、 2:2或3:1 。 當(dāng)然，若是有多個(gè)沉積室串接，而具有更多個(gè)沉積站，第一溫度階段30與 第二溫度階段32的沉積站或沉積時(shí)間，可以依據(jù)實(shí)際的需要而改變。
圖3A,是以先進(jìn)行低溫階段再進(jìn)行高溫階段的變溫程序來(lái)進(jìn)行沉積過(guò) 程所形成的具有兩種不同密度的多孔性低介電常數(shù)介電層302與304的示意 圖。多孔性低介電常數(shù)介電層302的密度較高于多孔性低介電常數(shù)介電層 304的密度，亦即介電層104為下層致密、上層疏松的多孔性低介電常數(shù)介 電層。
圖3B中的曲線350、 360是分別以單一溫度進(jìn)行沉積過(guò)程以及先低溫 再高溫兩階段變溫程序所形成的多孔性低介電常數(shù)介電層的歸 一化擊穿電 壓(Normalized Vbd)與概率(Probability)近20%的提升)的關(guān)系圖。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)， 以先進(jìn)行低溫階段再進(jìn)行高溫階段的變溫程序來(lái)進(jìn)行沉積過(guò)程時(shí)，所形成的
多孔性低介電常數(shù)介電層中有90%以上可以有效提升擊穿電壓(Vbd)達(dá)近
20%,故可有效提升可靠度。
在一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn)行各階段的沉積過(guò)程時(shí)是使用單頻射頻電源，例 如是僅開(kāi)啟高頻射頻電源，但關(guān)閉低頻射頻電源。在另一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn) 行各階段的沉積過(guò)程時(shí)可以使用雙頻射頻電源，也就是在進(jìn)行沉積時(shí)，同時(shí) 開(kāi)啟低頻射頻電源以及高頻射頻電源。低頻射頻電源的功率例如是
200W 2500W;頻率例如是100KHz 500KHz。高頻射頻電源的功率例如是 2000W-5000W;頻率例如是10MHz 50MHz。使用雙頻射頻電源來(lái)進(jìn)行各 階段的沉積過(guò)程，可以增進(jìn)后續(xù)于雙重金屬鑲嵌開(kāi)口中沉積的金屬阻擋層在 多孔性低介電常數(shù)介電層104(即多孔性低介電常數(shù)介電層302)與介電阻擋 層102的界面的階梯覆蓋性、多孔性低介電常數(shù)介電層104的機(jī)械強(qiáng)度、多 孔性低介電常數(shù)介電層104與介電阻擋層102之間的粘著性以及蝕刻選擇 性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，使用雙頻射頻電源來(lái)進(jìn)行各階段的沉積過(guò)程，可以在后續(xù) 蝕刻過(guò)程中同時(shí)改善多孔性低介電常數(shù)介電層104與其上、下層102、 106 之間的扭結(jié)輪廓的問(wèn)題。
在以上的實(shí)施例中，僅以單一先低溫再高溫的變溫程序來(lái)說(shuō)明，然而， 本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明還可依據(jù)實(shí)際的需要而以多個(gè)循環(huán)的先低溫再高 溫的變溫程序來(lái)進(jìn)行沉積過(guò)程。
第三實(shí)施例
在本實(shí)施例中，變溫程序是一個(gè)包括三個(gè)溫度階段的梯度變溫程序，如 圖4所示。在圖4中，這三個(gè)溫度階段包括依序進(jìn)行的第一溫度階段40、第 二溫度階段42與第三溫度階段44,其中，第一溫度階段40為一個(gè)低溫階段； 第二溫度階段42為一個(gè)高溫階段；第三溫度階段44也是一個(gè)低溫階段。第 二溫度階段42的溫度高于第一溫度階段40以及第三溫度階段44的溫度。 第一溫度階段40以及第三溫度階段44的溫度可以相同，或是相異，在圖中 僅以具有同溫的第一溫度階段40以及第三溫度階段44來(lái)表示。各階段的溫 度與所使用的介電基質(zhì)有關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一溫度階段40的低溫階 段的溫度約為攝氏200至230度之間。第二溫度階段42的高溫階段的溫度 約為攝氏230至400度之間。第三溫度階段44的低溫階段的溫度約為攝氏 200至230度之間。在一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn)行第一溫度階段40、第二溫度階
段42和第三溫度階段44的沉積過(guò)程時(shí)，通入相同的主鏈前體以及相同的成 孔劑。
各階段40、 42以及44可以在相同的沉積機(jī)臺(tái)臨場(chǎng)進(jìn)行或是在不同的機(jī) 臺(tái)中非臨場(chǎng)進(jìn)行。進(jìn)行各階段40、 42以及44的時(shí)間可以依據(jù)機(jī)臺(tái)或是工藝 的需要而改變。例如，在一個(gè)沉積腔室中具有4個(gè)沉積站，則第一溫度階段 40、第二溫度階段42與第三溫度階段44的沉積站的數(shù)量比可以是1:2:1 、2:1:1 或1:1:2。若是各沉積站的時(shí)間為定值，則第一溫度階段40、第二溫度階段 42與第三溫度階段42的時(shí)間的比為1:2:1、 2:1:1或1:1:2。當(dāng)然，若是有多 個(gè)沉積室串接，而具有更多個(gè)沉積站，第一溫度階段40、第二溫度階段42 與第三溫度階段44的沉積站或沉積時(shí)間可以依據(jù)實(shí)際的需要而改變。
圖4A是以低溫-高溫-低溫三階段的變溫程序來(lái)進(jìn)行沉積過(guò)程依序形成 具有不同密度的多孔性低介電常數(shù)介電層402、 404與406,其中以高溫階段 所形成的介電層404的孔隙密度高于以低溫階段所形成的介電層402與介電 層406的孔隙密度。
圖4B是分別繪示本發(fā)明以低溫-高溫-低溫三階段的變溫程序、現(xiàn)有技 術(shù)的單一溫度來(lái)進(jìn)行沉積過(guò)程所形成的多孔性低介電常數(shù)介電層以及剛性 低介電常數(shù)介電層的歸 一化拉伸應(yīng)力以及歸 一化介電常數(shù)k的柱狀圖。經(jīng)實(shí) 驗(yàn)證實(shí)，以低溫-高溫-低溫三階段的變溫程序來(lái)進(jìn)行沉積過(guò)程時(shí)，可以使得 所形成的多孔性低介電常數(shù)介電層不僅具有密度的變化，且其介電常數(shù)與典 型使用單一溫度進(jìn)行沉積過(guò)程所形成的多孔性低介電常數(shù)介電層的介電常 數(shù)接近，其k值約為2.56,但可有效減少介電層的拉伸應(yīng)力，使拉伸應(yīng)力由 62MPa減少到52MPa左右，其減少的幅度約為17%,且其值小于剛性低介 電常數(shù)介電材料的應(yīng)力(57MPa)。此外，以低溫-高溫-低溫三階段的變溫程序 沉積形成的多孔性低介電常數(shù)介電層的介電常數(shù)(1<:=2.56)低于剛性低介電常 數(shù)介電層的介電常數(shù)&=3.02),但可有效改善其與下方的介電阻擋層的扭結(jié) 輪廓問(wèn)題。
在一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn)行各階段的沉積過(guò)程時(shí)是使用單頻射頻電源，例 如是僅開(kāi)啟高頻射頻電源，但關(guān)閉低頻射頻電源。在另一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn) 行各階段的沉積過(guò)程時(shí)可以使用雙頻射頻電源，也就是在進(jìn)行沉積時(shí)，同時(shí) 開(kāi)啟低頻射頻電源以及高頻射頻電源。低頻射頻電源的功率例如是 200W 2500W;頻率例如是100KHz 500KHz。高頻射頻電源的功率例如是
2000W 5000W;頻率例如是10MHz 50MHz。 4吏用雙頻射頻電源來(lái)進(jìn)行沉 積過(guò)程，可以增進(jìn)后續(xù)于雙重金屬鑲嵌開(kāi)口中沉積的金屬阻擋層在多孔性低 介電常數(shù)介電層104(即多孔性低介電常數(shù)介電層402)與介電阻擋層102之間 的階梯覆蓋性、多孔性低介電常數(shù)介電層104的機(jī)械強(qiáng)度、多孔性低介電常 數(shù)介電層104與介電阻擋層102之間的粘著性以及蝕刻選擇性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)， 使用雙頻射頻電源來(lái)進(jìn)行各階段的沉積過(guò)程，可以在后續(xù)蝕刻過(guò)程中同時(shí)改 善多孔性低介電常數(shù)介電層104與其上、下層102、 106之間的扭結(jié)輪廓問(wèn) 題。
在以上的實(shí)施例中，僅以單一低溫-高溫-低溫的三階段變溫程序來(lái)說(shuō) 明，然而，本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明還可依據(jù)實(shí)際的需要而以多個(gè)循環(huán)的 低溫-高溫-低溫的三階段變溫程序來(lái)進(jìn)行多階段沉積過(guò)程。
此外，以上的三個(gè)實(shí)施例是以?xún)呻A段式以及三階段式變溫程序的沉積過(guò) 程來(lái)說(shuō)明的，然而，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以加以變化或潤(rùn)飾，例如，可以用三 個(gè)階段以上的變溫程序來(lái)進(jìn)行沉積過(guò)程。
第四實(shí)施例
本實(shí)施例的多孔性低介電常數(shù)介電層的形成方法，是在進(jìn)行沉積過(guò)程 時(shí)，持續(xù)通入介電基質(zhì)中主鏈前體，通過(guò)變壓程序以及成孔劑的調(diào)控，而使 其具有不同的物理特性。
請(qǐng)參照?qǐng)D5，在本實(shí)施例中，變壓程序是一個(gè)包括三個(gè)壓力階段的梯度 變壓程序。.這三個(gè)變壓階段包括依序進(jìn)行的第一壓力階段50、第二壓力階段 52與第三壓力階段54,其中，第一壓力階段50為一個(gè)低壓階段；第二壓力 階段52為一個(gè)高壓階段；第三壓力階段54也是一個(gè)低壓階段。第一壓力階 段50以及第三壓力階段54的溫度可以相同，或是相異，在圖中僅以具有相 同的壓力的第一壓力階段50以及第三壓力階段54來(lái)表示。在一個(gè)實(shí)施例中， 第一壓力階段50的低壓階段的壓力約為l托至9托之間；第二壓力階段52 的高壓階段的壓力約為9托至20托之間。第三壓力階段54的低壓階段的壓 力約為1托至9托之間。
在進(jìn)行各個(gè)壓力階段50、 52、 54時(shí)，可以通過(guò)介電基質(zhì)中成孔劑的含 量的調(diào)整，而使得所形成的介電層具有不同的特性。圖5A為依照本發(fā)明第 四實(shí)施例所繪示的一種含有多孔性低介電常數(shù)材料的夾層介電層的示意圖。
請(qǐng)參照?qǐng)D5、 5A，在一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn)行第一壓力階段50的前段程 序時(shí)，所通入的介電基質(zhì)包括主鏈前體，但不包括成孔劑，由此形成低介電 常數(shù)介電層502。在進(jìn)行第一壓力階段50的后段程序、第二壓力階段52的 全程以及第三壓力階段54的前段程序時(shí)，所通入的介電基質(zhì)包括主鏈前體 以及成孔劑，由此形成低介電常數(shù)介電層504。在進(jìn)行第三壓力階段56的后 段程序時(shí)，所通入的介電基質(zhì)包括主鏈前體，但不包括成孔劑，由此形成低 介電常數(shù)介電層506。由于第一壓力階段50的前段程序以及第三壓力階段 54的后段程序介電基質(zhì)僅包括主鏈前體，而未通入成孔劑，因此，所形成的 低介電常數(shù)介電層502、 506為剛性低介電常數(shù)介電層。另一方面，由于第 二壓力階段52的全程以及第三壓力階段54的前段程序所通入的介電基質(zhì)除 了主鏈前體之外，還包括成孔劑，因此，所形成的低介電常數(shù)介電層504為 多孔性低介電常數(shù)介電層。換言之，低介電常數(shù)介電層502、 504、 506形成 一個(gè)上、下致密而中間疏松的夾層堆疊層。
各低介電常數(shù)介電層502、 504、 506的厚度與各壓力階段50、 52、 54 進(jìn)行的時(shí)間以及所通入的成孔劑的時(shí)機(jī)以及時(shí)間有關(guān)。各階段50、 52以及 54可以在相同的沉積機(jī)臺(tái)臨場(chǎng)進(jìn)行或是在不同的機(jī)臺(tái)中非臨場(chǎng)進(jìn)行。進(jìn)行各 階段50、 52、 54的時(shí)間可以依據(jù)機(jī)臺(tái)或是工藝的需要而改變。例如，在一 個(gè)沉積腔室中具有4個(gè)沉積站，則第一壓力階段50、第二壓力階段52與第 三壓力階段54的沉積站的數(shù)量比可以是1:2:1、 2:1:1或1:1:2。若是各沉積 站的時(shí)間為定值，則第一壓力階段50、第二壓力階段52與第三壓力階段54 的沉積時(shí)間的比為1:2:1、 2:1:1或1:1:2。當(dāng)然，若是有多個(gè)沉積室串接，而 具有更多個(gè)沉積站，第一壓力階段50、第二壓力階段52與第三壓力階段54 的沉積站或沉積時(shí)間，可以依據(jù)實(shí)際的需要而改變。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，以低壓-高壓-低壓三階段的變壓程序來(lái)進(jìn)行沉積過(guò)程時(shí)， 可以使得所形成的夾層型多孔性低介電常數(shù)介電層104的介電常數(shù)k維持在 2.5以下，且可以使其電性效能或穩(wěn)定性，如DD結(jié)果(DD result)以及DD穩(wěn) 定性遠(yuǎn)優(yōu)于雙層低介電常數(shù)介電層(上層為剛性低介電常數(shù)介電層；下層為 多孔性低介電常數(shù)介電層)或單層多孔性低介電常數(shù)介電層。
在一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn)行各階段的沉積過(guò)程時(shí)是使用單頻射頻電源，例 如是僅開(kāi)啟高頻射頻電源，但關(guān)閉低頻射頻電源。在另一個(gè)實(shí)施例中，在進(jìn) 行各階段的沉積過(guò)程時(shí)可以使用雙頻射頻電源，也就是在進(jìn)行沉積時(shí)，同時(shí)
開(kāi)啟4氐頻射頻電源以及高頻射頻電源。低頻射頻電源的功率例如是
200W 2500W;頻率例如是100KHz 500KHz。高頻射頻電源的功率例如是 2000W-5000W;頻率例如是10MHz 50MHz。使用雙頻射頻電源來(lái)進(jìn)行沉 積過(guò)程，可以增進(jìn)后續(xù)于雙重金屬鑲嵌開(kāi)口中沉積的金屬阻擋層在多孔性低 介電常數(shù)介電層104(即多孔性低介電常數(shù)介電層502)與介電阻擋層102的界 面的階梯覆蓋性、多孔性低介電常數(shù)介電層104的機(jī)械強(qiáng)度、多孔性低介電 常數(shù)介電層104與介電阻擋層102之間的粘著性以及蝕刻選擇性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證 實(shí)，使用雙頻射頻電源來(lái)進(jìn)行各階段的沉積過(guò)程，可以在后續(xù)蝕刻過(guò)程中同 時(shí)改善多孔性低介電常數(shù)介電層104與其上、下層102、 106之間的扭結(jié)輪 廓問(wèn)題。
在以上的實(shí)施例中，僅以單一低壓-高壓-低壓的三階段變壓程序來(lái)說(shuō) 明，然而，本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明還可依據(jù)實(shí)際的需要而以多個(gè)循環(huán)的 低壓-高壓-低壓的三階段變壓程序來(lái)進(jìn)行沉積過(guò)程或是以三個(gè)以上的壓力階 段的變壓程序來(lái)進(jìn)行沉積過(guò)程。
層具有超低介電常數(shù)、較低的拉伸應(yīng)力、或具有良好的或穩(wěn)定的電性效能與 可靠度，或與其上、下層之間具有良好的粘著性，減少其與上、下層之間的 扭結(jié)輪廓問(wèn)題。此外，本發(fā)明的介電層的形成方法簡(jiǎn)單且易于控制。
權(quán)利要求
1. 一種超低介電常數(shù)介電層的形成方法，包括以介電基質(zhì)進(jìn)行沉積過(guò)程，在進(jìn)行該沉積過(guò)程中通過(guò)變溫程序或變壓程序的調(diào)控，使該介電基質(zhì)反應(yīng)，以在基底的介電阻擋層上形成具有密度梯度的多層多孔性低介電常數(shù)介電層。
2. 如權(quán)利要求1的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中該變溫程序 為梯度變溫程序。
3. 如權(quán)利要求2的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中該梯度變溫 程序包括兩個(gè)溫度階段，其包括低溫階段與高溫階段。
4. 如權(quán)利要求3的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中該低溫階段 的溫度在攝氏200至250度之間；該高溫階段的溫度在攝氏250至350度之 間。
5. 如權(quán)利要求3的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中該梯度變溫 程序是先進(jìn)行該高溫階段，再進(jìn)行該低溫階段，以減少該超低介電常數(shù)介電 層與上方層之間的扭結(jié)現(xiàn)象。
6. 如權(quán)利要求3的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中該梯度變溫 程序是先進(jìn)行該低溫階段，再進(jìn)行該高溫階段，以提升元件的擊穿電壓。
7. 如權(quán)利要求2的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中該梯度變溫 程序包括三個(gè)溫度階段。
8. 如權(quán)利要求2的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中上述三個(gè)溫 度階段依序包括第一低溫階段、高溫階段與第二低溫階段，以減少所形成的 該多孔性低介電常數(shù)介電層的應(yīng)力。
9. 如權(quán)利要求8的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中該第一與該 第二低溫階段的溫度在攝氏200至230度之間；該高溫階段的溫度在攝氏230 至400度之間。
10. 如權(quán)利要求1的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中該變壓程序 為梯度變壓程序。 ，
11. 如權(quán)利要求10的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中該梯度變壓程序包括三個(gè)壓力階段。
12. 如權(quán)利要求10的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中上述三個(gè) 壓力階段依序包括第一低壓階段、高壓階段與第二低壓階段，以改善所形成 的該多孔性低介電常數(shù)介電層的電性效能或穩(wěn)定性。
13. 如權(quán)利要求12的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中該第一與 該第二低壓階段的壓力在1托至9托之間；該高壓階段的壓力在9托至20 托之間。
14. 如權(quán)利要求12的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中 在該第一低壓階段的前段程序時(shí)，該介電基質(zhì)包括主鏈前體，但不包括成孔劑，用以形成第一剛性低介電常數(shù)介電層；在該第 一低壓階段的后段程序、該高壓階段以及該第二低壓階段的前段 程序時(shí)，該介電基質(zhì)中包括主鏈前體以及成孔劑，用以形成多孔性低介電常 數(shù)介電層；以及在該第二低壓階段的后段程序時(shí)，該介電基質(zhì)包括主鏈前體，但不包括 成孔劑，用以形成第二剛性低介電常數(shù)介電層。
15. 如權(quán)利要求1的超低介電常數(shù)介電層的形成方法，其中在進(jìn)行該沉 積過(guò)程時(shí)是使用單頻射頻電源或雙頻射頻電源。
16. —種介電層，包括超低介電常數(shù)介電層，位于基底的介電阻擋層上，其中該超低介電常數(shù)介電層包括多層多孔性低介電常數(shù)介電層，該多孔性低 介電常數(shù)介電層形成密度梯度。
17. 如權(quán)利要求16的介電層，其中該多孔性低介電常數(shù)介電層中接近 該介電阻擋層的多孔性低介電常數(shù)介電層的密度高于遠(yuǎn)離該介電阻擋層的 多孔性低介電常數(shù)介電層的密度。
18. 如權(quán)利要求16的介電層，其中該多孔性低介電常數(shù)介電層由下而 上包括第一剛性低介電常數(shù)介電層、第一多孔性低介電常數(shù)介電層與第二剛 性低介電常數(shù)介電層所形成的夾層堆疊層，其中該第一剛性低介電常數(shù)介電 層與該第二剛性低介電常數(shù)介電層的密度高于該第一多孔性低介電常數(shù)介 電層。
19. 如權(quán)利要求16的介電層，還包括頂蓋層覆蓋該超低介電常數(shù)介電層。
20. 如權(quán)利要求16的介電層，其中該頂蓋層包括氧化硅層。
全文摘要
一種超低介電常數(shù)介電層的形成方法。該方法是在進(jìn)行沉積過(guò)程中通過(guò)變溫程序或變壓程序的調(diào)控，以使所通入的介電基質(zhì)反應(yīng)，而在基底的介電阻擋層上形成具有密度梯度的多層多孔性低介電常數(shù)介電層。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101393865SQ20071015431
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2007年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月17日
發(fā)明者宋述仁, 陳美玲, 黃建中 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司