专利名称：介电材质的制造方法及低介电材质的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种介电材质的形成方法，且特别是有关于一种低介电材质的形成方法。
背景技术：
在特大规模集成电路(ULSI)的制程上，可以在1至2平方厘米面积的硅表面上配置数量多达数十万个晶体管。并且，为了增加集成电路的积集度，将提高连接各个晶体管或是其他元件的金属线的密度。所以，以往单一金属层的设计，将无法完成整个集成电路的连线工作，两层以上的金属层设计，便逐渐成为许多集成电路制造所必需采用的方式。以逻辑电路为例，目前集成电路所使用的金属已达六层。
随着元件尺寸的缩小，相邻导线的间距亦随之缩小，若无法有效降低做为导线间电性隔离的介电层的介电常数，在窄小的空间中，平行的导线会在相邻接的导线间产生不必要的电容式(capacitive)与电感式(inductive)耦接(coupling)，造成导线之间相互干扰，导致导线之间的电阻-电容时间延迟(RC Time Delay)增加。特别是在经由平行导线进行较高的传输资料速率时，电容式与电感式耦接将降低资料的传输速率。而以此方式增加能量的耗损量，同时亦限制了元件的效能。为此，一些低介电系数的材质被发展出来以适用于形成内金属介电层，例如黑钻石(Black Diamond，BD)。BD是以三甲基硅烷与氧气为前驱物质经化学气相沉积而形成的。低介电系数材质形成的介电层可以降低电容式与电感式耦接，因而增加元件的效能。
BD的材质是以三甲基硅烷气体、氧气、氦气为前驱物，经由化学气相沉积而形成的。BD介电系数约为3.0，虽可适用于铜制程中，但随着集成电路集积度的不断提升，介电系数更低的介电材质也不断的被发展出来。一种以含碳硅氢氧的化合物为前驱物所发展出来的低介电材质可以将介电材质的介电系数降至约2.6至2.7。此一含碳硅氢氧的化合物沉积制程所使用的氧化剂可以为氧气、二氧化碳或一氧化碳。
当制程进入到130奈米以下，对介电材质的介电系数的要求是低于2.5的超低介电材质。寻找新的前驱物是解决问题的一个手段，但是一般而言研发成本颇高，寻找新的制程条件会是一个成本较低廉的解决问题的手段。
发明内容
现有的低介电材质的沉积方法，例如黑钻石，是将前驱物三甲基硅烷气体、氧气、氦气以一流速传送入化学气相沉积制程反应室中，在约400摄氏度或以上以下的温度下进行沉积制程，待低介电材质层沉积完成后，再以一气体等离子体做后处理，后处理可以增加低介电材质层的致密度但对介电系数的降低没有什么帮助。
探讨低介电材质的发展，在介电层中导入某些化学键结是低介电材质发展成功的原因，而这些化学键结牵涉到低介电材质晶格堆积排列的可能影响，由此可知，低介电材质层中晶格堆积排列可能会对低介电材质的介电系数造成影响。
现有介电材质在约400摄氏度或以上以下的制程条件下，可以形成均匀度与平坦度相当好的介电材质，而一般后处理的温度也约为400摄氏度。因此，在沉积制程中所有介电材质的晶格堆积排列不太会因后续的后处理而有所改变。一种低温沉积制程，反应温度低于250摄氏度的沉积制程曾试图运用于低介电材质的沉积之上，但所得的低介电材质品质并不理想。
在实验中发现，低温沉积制程所沉积而得的低介电材质品质虽不理想，但介电系数则和高温沉积所得的低介电材质的介电系数相当，根据前面所做的推论，低温形成的低介电材质的晶格堆积排列在较高温度的后处理条件下应有较大的变化的可能而能更进一步降低低介电材质的介电系数。
因此本发明的目的就是在提供一种介电材质的制造方法，适用于降低现有低介电材质的介电系数。
本发明的另一目的是在提供一种介电材质的制造方法，可以将现有的低介电材质的介电系数降低百分之三至百分之十。
本发明的又一目的是在提供一种介电材质的制造方法，无须发展新的前驱物，即能达成降低介电材质的介电系数的目的。
根据本发明的上述目的，在本发明一较佳实施例中提出一种介电材质的制造方法，是运用原本沉积介电材质的所有前驱物及反应条件，差异是在于前驱物并非在现有约400摄氏度或以上以下的温度下进行，而是在低于250摄氏度的条件下进行的制程。接着，再对沉积完成的低介电材质层以一能量处理制程进行一后处理，可以将现有的低介电材质的介电系数降低百分之三至百分之十。此一能量处理制程包括一化学气相沉积等离子体处理、一电子束处理或是紫外线处理。而此一能量处理制程的温度则介于约0摄氏度至400摄氏度之间，较佳是介于100摄氏度至400摄氏度之间。
根据本发明所揭露的介电材质的制造方法，不需发展新的前驱物，不需变更机台设备的设计而能得到降低介电材质的介电系数百分之三至百分之十，一般而言，藉由本发明所揭露的制造方法可以制造介电系数介于1.9至2.5之间的低介电系数材质。因此，可以有效的提供未来130奈米以下制程对于超低介电材质的需求。
根据本发明所揭露的介电材质的制造方法，不仅适用于化学气相沉积制程反应室，亦可适用于旋涂(Spin On)制程反应室。将反应物旋涂在基材之上后，在以一低温热制程生成一介电层，接着再以一后处理来形成低介电系数的介电层。
图1是本发明所提供的介电材质的制造方法的流程图。
具体实施例方式
为了让本发明所提供的介电材质的制造方法更加清楚起见，且证明本发明所提供的介电材质的制造方法确实可以降低介电材质的介电系数，在本发明实施例1中是以三甲基硅烷气体为前驱物为例，在本发明实施例2中进一步以含碳硅氢氧的化合物为前驱物为例做详细说明。
先请参见图1，图1是绘示本发明所提供的介电材质的制造方法的流程图。请参照步骤100，将前驱物质导入化学气相沉积制程反应室，在250摄氏度以下进行沉积制程。请接着参照步骤200，在沉积制程完成之后，对介电材质层在100摄氏度至400摄氏度之间进行一个后处理。进行后处理的方法包括一化学气相沉积等离子体处理(CVD Plasma Treatment)或是一电子束处理(e-BeamTreatment)。若采用化学气相沉积等离子体处理可以进行原位(in-situ)处理，无须将晶圆片换至另外一反应室中，适用的气体等离子体是选自于氢气、氮气、氨气、二氧化碳、无水气体或其任意组合所组成的族群。若使用电子束处理，虽然需要换反应室，但电子束处理的结果可以得到机械性质，例如硬度和尺寸较佳的低介电材质。但不论是运用哪一种方法进行后处理，对于介电系数均具有相同的影响。另外，以化学气相沉积等离子体处理或是电子束处理对以形成的介电材质层进行后处理，可以降低热预算(Thermal Budget)。
实施例1请参照图1，依步骤100将前驱物三甲基硅烷气体、氧气、氦气传导入一化学气相沉积制程反应室中，其中三甲基硅烷气体、氧气、氦气的流速均为现有的流速，当然，各前驱物的流速亦可依现有不同制程需求而做调整。化学气相沉积制程反应室内所加上的电力功率及所维持的工作压力均和现有相同，但是，化学气相沉积制程反应室内的温度为250摄氏度以下。
待完成介电材质层的沉积之后，请参照步骤200，进行一后处理，后处理的温度为100摄氏度至400摄氏度之间。进行后处理的方法包括一化学气相沉积等离子体处理或是一电子束处理。在完成后处理后，所得到的介电材质的介电系数约介于2.7至2.9之间，与现有高温制程所得的介电材质的介电系数3.0相较，介电系数降低百分之三至百分之十。
实施例2请参照图1，依步骤100将前驱物三甲基硅烷气体、氧气、氦气传导入一化学气相沉积制程反应室中，其中，其中含碳硅氢氧的化合物、二氧化碳、氦气的流速均为现有的流速，当然，各前驱物的流速亦可依现有不同制程需求而做调整。化学气相沉积制程反应室内所加上的电力功率及所维持的工作压力均和现有相同，但是，化学气相沉积制程反应室内的温度为250摄氏度以下。
待完成介电材质层的沉积之后，请参照步骤200，进行一后处理，后处理的温度为100摄氏度至400摄氏度之间。进行后处理的方法包括一化学气相沉积等离子体处理或是一电子束处理。在完成后处理后所得到的介电材质的介电系数约低于2.5，与现有高温制程所得的介电材质约2.6至2.7的介电系数相较，介电系数降低百分之四至百分之十。
根据此二实施例的揭露可知，本发明所提供的介电材质的制造方法，确实可以将现有的介电材质的介电系数降低百分之三至百分之十，例如现有由三甲基硅烷气体、氧气、氦气为前驱物所沉积而得知黑钻石材质，在运用本发明所提供的介电材质的制造方法进行沉积制程后，介电系数由原本的3.0降至2.7。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
权利要求
1.一种介电材质的制造方法，其特征在于该介电材质的制造方法可降低现有介电材质的介电系数，所述方法至少包括导入至少一前驱物进入一反应室并在250摄氏度以下以形成一介电层；以及对该介电材质层进行一后处理。
2.根据权利要求1所述的介电材质的制造方法，其特征在于，所述的前驱物可以为碳化硅烷、含碳硅氢氧的化合物、氧化剂或是氦气，而该氧化剂可以为氧气、二氧化碳或是一氧化碳。
3.根据权利要求1所述的介电材质的制造方法，其特征在于，所述的反应室可以为一化学气相沉积制程反应室或是一旋涂制程反应室。
4.根据权利要求1所述的介电材质的制造方法，其特征在于，所述的后处理包括一化学气相沉积等离子体处理、一电子束处理或是紫外线处理。
5.根据权利要求4所述的介电材质的制造方法，其特征在于，所述的化学气相沉积等离子体处理可以为一原位处理。
6.根据权利要求4所述的介电材质的制造方法，其特征在于，所述的化学气相沉积等离子体处理所使用的气体等离子体是选自于氢气、氮气、氨气、二氧化碳、无水气体或其任意组合所组成的族群。
7.根据权利要求1所述的介电材质的制造方法，其特征在于，所述的介电材质的介电系数约介于1.9至2.5之间。
8.根据权利要求1所述的介电材质的制造方法，其特征在于，所述的后处理的温度约介于0摄氏度至400摄氏度之间。
9.一种介电系数介于1.9至2.5之间的低介电材质，是藉由下述方法所制成，其特征在于所述的方法至少包括导入至少一前驱物进入一反应室并在250摄氏度以下形成一介电层；以及以一能量处理制程处理该介电材质层。
10.根据权利要求9所述的介电系数介于1.9至2.5之间的低介电材质，其特征在于，所述的前驱物可以为碳化硅烷、含碳硅氢氧的化合物、氧化剂或是氦气，而该氧化剂可以为氧气、二氧化碳或是一氧化碳。
11.根据权利要求9所述的介电系数介于1.9至2.5之间的低介电材质，其特征在于，所述的反应室可以为一化学气相沉积制程反应室或是一旋涂制程反应室。
12.根据权利要求9所述的介电系数介于1.9至2.5之间的低介电材质，其特征在于，所述的能量处理制程包括一化学气相沉积等离子体处理、一电子束处理或是紫外线处理。
13.根据权利要求12所述的介电系数介于1.9至2.5之间的低介电材质，其特征在于，所述的化学气相沉积等离子体处理可以为一原位处理。
14.根据权利要求12所述的介电系数介于1.9至2.5之间的低介电材质，其特征在于，所述的化学气相沉积等离子体处理所使用的气体等离子体是选自于氢气、氮气、氨气、二氧化碳、无水气体或其任意组成所组成的族群。
15.根据权利要求9所述的介电系数介于1.9至2.5之间的低介电材质，其特征在于，所述的后处理的温度约介于0摄氏度至400摄氏度之间。
全文摘要
一种介电材质的制造方法，是将适用于形成低介电系数材质的前驱物在低于250摄氏度的条件下进行沉积制程，在沉积完成后对低介电材质进行一处理，可以将低介电材质的介电系数降低百分之三至百分之十，而形成超低介电材质。
文档编号H01L21/02GK1591794SQ20041005685
公开日2005年3月9日 申请日期2004年8月25日 优先权日2003年8月27日
发明者柯忠祁, 卢永诚, 包天一, 张惠林, 章勋明 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司