专利名称：淀积低介电材料(Low－k)过程中减少产生颗粒的方法
技术领域：
本发明涉及一种采用等离子体化学气相沉积(PECVD)法淀积低介电材料(Low-k)的方法，具体涉及一种淀积低介电材料(Low-k)过程中减少产生颗粒的方法。
背景技术：
随着集成电路的发展，晶体管的尺寸越来越小。对后道的互连要求也越来越高。传统的后道(Backend)介电材料SiO2和作为互连金属的铝已不能满足技术发展的需求。为了减少互连延迟，功率耗散和交调失真，铜(Cu)和Low-k正逐步被人们应用。
Low-k的制备方法有两种化学气相沉积(CVD)法和悬涂(Spin-on)法。由于采用CVD法制备的Low-k材料具有良好的附着力、硬度和较高的热稳定性，并且与Spin-on方法相比不需要额外的设备，得到了工业界的很大应用。在化学气相沉积中，等离子体辅助(PE)的CVD法由于淀积温度低、薄膜致密、膜质均匀，得到了广泛的应用。在国际上也有许多著名的PECVD的设备公司并有着自己代表性的PECVD Low-k材料，诸如美国的应用材料(Applied Matierals)的Black Diamond，诺发公司(Novellus)的Coral等。
在半导体工业中，等离子体是有中性原子或分子、负电(电子)和正电(离子)所构成。在等离子体中，电子的浓度大约和离子的浓度相等。电子浓度对所有气体浓度的比例则被定义为离化率(Ionization Rate)。在大多数的PECVD淀积中，反应腔中所产生的离化率是非常低的约为百万分之一到千万分之一，高密度等离子体(High density plasma)除外。在PECVD淀积中，各种粒子在相互发生碰撞。有三种碰撞是最重要的离子化碰撞，激发和以及分解等离子体的主要参数有平均自由程(Mean Free path，MFP)，热速度(Thermal Velocity)，鞘层(sheath)等。其中平均自由程是粒子和粒子碰撞前能够移动的平均距离，与反应腔室内气体的气压成反比。当等离子体反应腔室的压力改变时，MFP也随之变化。在PECVD中，当压力较高时，等离子体集中在电极附近；但是当压力较低时，等离子体则会分布在反应室的各处。热速度是指在等离子体中各种粒子都在以一定的速度运动，并具有一定的温度。此速度与温度的平方根成正比。在大多数等离子体中，通常使用射频功率(RF power)，射频功率会产生一个交流的电场，它能快速地变换方向。电子在射频电场的正周期中快速地加速并且开始碰撞过程，如游离，激发和分解等，并在负周期中重复这些过程。由于离子太重而无法立即对这个交流的电场作出反应，于是大部分的射频能量都被反应快且重量轻的电子所吸收。由于电子的移动速度比离子要快得多，因此当等离子体一开时产生后，任何接近等离子体的东西(包括反应腔壁和电极)都会带上负电。带负电的电极会排斥带负电的电子而吸引带正电的离子，因此在电极附近的离子会比电子要多。因正电荷与负电荷的差值而在附近所形成的一个电场就称为鞘层电位(sheath potential)。由于该区的电子较少而且也较少发生激发—松弛的碰撞，因此该区的发光没有像等离子体那样强烈。所以可以在电极的附近观察到一个黑暗区域。鞘层电位会加速离子朝向电极移动，并造成离子轰击。将硅片放置在电极的上方，就可利用鞘层电位所造成的离子加速而使硅片表面受到轰击。
用PECVD制备Low-k材料一般是通过降低材料的极化来实现降低材料的介电系数。F掺杂二氧化硅(FSG)就是利用在SiO2中加入F元素形成Si-F键取代部分Si-O键来降低材料的极化，Si-F键的极化小于Si-O键的极化，在C013中通常采用FSG作为互连介质。碳掺杂SiO2(SiO:CH3)中，甲烷基团(-CH3)的加入取代氧原子，使得部分Si-O键被Si-CH3键所取代。在C009及更先进的技术中，通常采用SiOC:H。
在PECVD制备SiOC:H这种材料中，通常采用的前驱体(Precursor)有三甲基硅烷(3MS)，四甲基硅烷(4MS)等。这些前驱体的分子结构通常都很类似，都是以Si作为骨架，然后辅之以(-CH3，-O)等。其实，集成电路中常用来淀积SiO2的前驱体TEOS也是这种结构。这些前驱体在常温下通常以液体的状态存在，并且具有较低的蒸气压。在实际应用中，有一液体输送系统将液态转化为气态，主要有两种方法沸腾法、气泡法。沸腾法的原理是加热前驱体，使其温度升高，气压上升，从而气化。蒸气压如大于腔体内的压强，则气体留入腔体，流速与蒸气压和腔体内气压的压强差成正比。气泡法则是由载气(通常是氦气)产生气泡通过前驱体携带蒸气进入腔体。气体的流速与载气的流量，前驱体的蒸气压，分子量成正比。在淀积刚结束的时候，腔体内还有残留的反应气体。此时进入抽气步骤，因硅片上带有电荷，极易吸引残留的气体分子，从而使残留气体的化学反应不完全，则极易造成颗粒，特别是对于液态的前驱体而言。并且，在淀积刚结束的时候，由于硅片和基座上是带有异性电荷，互相吸引，此时立刻抽气，顶针上升(见图2)，容易使硅片破裂，污染腔体。
发明内容
本发明提供一种淀积低介电材料(Low-k)过程中减少产生颗粒的方法，其通过使硅片放电从而减少Low-k材料在以液态前驱体PECVD淀积时产生颗粒的方法。
本发明是在采用的Low-k材料的PECVD淀积时，在低介电材料淀积完后，把反应气体的流量置零，使硅片放电(decharging)。
在淀积(见图1)这个步骤刚结束的时候，保持原有的气压，间距，温度等条件不变，仅把反应气体的流量置零，时间维持3-5秒。在淀积完毕，维持等离子体存在并保持其他条件不变，使硅片完全放电，残留气体充分反应，则会大大减少硅片上的颗粒。
本发明的特点是，在低介电材料淀积完后，把反应气体的流量置零，使硅片放电(decharging)，在把反应气体的流量置零的过程中，使其参数与所述淀积低介电材料时的气压、惰性气体流量、间距、温度参数保持一致，反应气体流量置零的时间为3到5秒，反应气体可包括三甲基硅烷(3MS)与氧气，惰性气体可为氦气。
实现上述方法的工艺过程包括如下步骤(1)使用等离子体化学气相沉积(PECVD)法淀积低介电材料；(2)所述低介电材料淀积完后，将反应气体的流量置零，使硅片放电；(3)进行抽气步骤。
本发明通过在淀积结束后维持等离子体几秒钟，并保持其他条件不变，在几乎不影响产能的条件下，通过使硅片放电(见图3)，从根本上解决了淀积产生颗粒的问题，并且大大减少了硅片在淀积时破损的概率。
图1在硅片上淀积Low-k(淀积步骤---Deposition)的示意图；图2抽气结束，顶针上升的示意图；图3本发明淀积低介电材料(Low-k)过程中减少产生颗粒的方法的放电步骤(Decharging)的示意图；其中1为等离子体(Plasma)；2为腔体(chamber)；3为硅片；4为基座(Susceptor)；5为顶针(Liftpin)。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。
首先，如图1所示，用PECVD在腔体2(如在应用材料公司的DxZ腔体)内，在硅片3上淀积低介电材料(Low-k)，硅片放置于基座4上。
其次，如图3所示，在Low-k淀积完毕后，不立刻进入抽气状态，而是将反应气体流量置零，该反应气体为三甲基硅烷(3MS)与氧气，实施例中反应气体为应用材料公司的3MS前驱体与氧气，同时维持除反应气体流量外的气压参数、惰性气体流量参数、间距参数、温度参数等其他参数不变，维持等离子体3到5秒(该惰性气体通常是氦气)。
最后，如图2所示，抽气结束，顶针5上升进行取片动作。
本发明通过硅片放电，从根本上解决了淀积产生的颗粒，并且大大减少了硅片在淀积时破损的概率。
权利要求
1.一种淀积低介电材料(Low-k)过程中减少产生颗粒的方法，其特征在于在低介电材料淀积完后，把反应气体的流量置零，使硅片放电(decharging)。
2.根据权利要求1所述的淀积低介电材料(Low-k)过程中减少产生颗粒的方法，其特征在于包括如下步骤(1)使用等离子体化学气相沉积(PECVD)法淀积低介电材料；(2)所述低介电材料淀积完后，将反应气体的流量置零，使硅片放电；(3)进行抽气步骤。
3.根据权利要求1所述的淀积低介电材料(Low-k)过程中减少产生颗粒的方法，其特征在于在所述把反应气体的流量置零的过程中，使其参数与所述淀积低介电材料时的气压、惰性气体流量、间距、温度参数保持一致。
4.根据权利要求1所述的淀积低介电材料(Low-k)过程中减少产生颗粒的方法，其特征在于所述反应气体流量置零的时间为3到5秒。
5.根据权利要求1所述的淀积低介电材料(Low-k)过程中减少产生颗粒的方法，其特征在于所述反应气体可包括三甲基硅烷(3MS)与氧气。
6.根据权利要求3所述的减淀积低介电材料(Low-k)过程中减少产生颗粒的方法，其特征在于所述惰性气体可为氦气。
全文摘要
本发明属于半导体集成电路制造工艺技术领域，具体涉及到一种减少采用等离子体化学气相沉积(PECVD)法淀积低介电材料(Low－k)时产生颗粒的方法。在采用PECVD淀积Low－k材料时，淀积时产生的颗粒会大大影响到良率。本发明采用在淀积刚完毕之后，反应气体流量置零，气压参数、惰性气体流量参数、间距参数、温度参数条件与淀积时保持不变，维持等离子体3至5秒就可解决。
文档编号C23C16/50GK1824831SQ200510023988
公开日2006年8月30日 申请日期2005年2月22日 优先权日2005年2月22日
发明者胡正军 申请人:上海集成电路研发中心有限公司, 上海华虹(集团)有限公司