專利名稱：提供均勻低k電介質(zhì)的淀積裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及半導體加工領(lǐng)域，并且更具體地，涉及用于化學汽相淀積等的裝置。
背景技術(shù)：
在集成電路中經(jīng)常使用幾層金屬互連結(jié)構(gòu)。在這些層中通常優(yōu)選低介電常數(shù)(低K)的材料，因為它們降低了形成在這些層中的導體之間的電容。這不僅提高了工作速度，而且其也有助于減少功耗。
淀積在整個晶片上具有均勻厚度和均勻機械強度的低k電介質(zhì)層已經(jīng)被證明是有挑戰(zhàn)性的。這對如300毫米晶片的大晶片而言尤其如此。


圖1是示出用現(xiàn)有技術(shù)淀積裝置制得晶片上彈性模數(shù)的分布的曲線圖；圖2是示出用現(xiàn)有技術(shù)淀積裝置制得晶片上低k電介質(zhì)厚度的曲線圖；圖3A是其上載有晶片的現(xiàn)有技術(shù)晶片支撐器的剖面、正視圖；圖3B是圖3A中拿走晶片的支撐器的平面圖；圖4是顯示氣體分布“噴灌頭(showerhead)”和晶片支撐器的淀積室的圖；圖5是在圖4的裝置中使用的氣體分布板的平面圖；圖6A是支撐晶片的晶片支撐器的剖面、正視圖；
圖6B是拿走晶片的圖6A的晶片支撐器的平面圖；圖7A是支撐晶片的晶片支撐器的可選實施方式的剖面、正視圖；圖7B是拿走晶片的圖7A的晶片支撐器的平面圖；圖8A是示出用于調(diào)整淀積厚度的支撐結(jié)構(gòu)的晶片支撐器的平面圖；圖8B是圖8A的晶片支撐器的可選實施方式的平面圖。
詳細說明介紹了對用于淀積材料、特別是淀積低k電介質(zhì)的裝置的改進。在下面的說明中，不詳細介紹公知的處理，例如，化學汽相淀積處理和用于這種處理的室，以防止不必要地混淆本發(fā)明。在其它情況下，給出了例如尺寸等細節(jié)，以提供對本發(fā)明的徹底理解。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明可以在沒有這些特定細節(jié)的情況下加以實施。
簡要地參見圖4，示出了淀積室10，其具有支撐晶片16的晶片支撐器15。氣體分布頭12接收輸入氣體13并把它分布到晶片16上。通過具有多個開口的板18來擴散并分布該氣體。通常，額外的緩沖板14用于初始地擴散該氣體。氣體分布頭通常被稱作“噴灌頭”。
圖4的裝置(沒有特定晶片支撐器15)在半導體處理中常常被用于膜的化學汽相淀積。在某些情況下，如對于低k電介質(zhì)，使膜被淀積時的溫度保持相對低，以防止先前淀積的金屬熔化。在這些情況下使用等離子增強化學汽相淀積(PECVD)。將一種或更多的氣態(tài)反應物引導到晶片的表面上并通過使用充電顆?；虻入x子體來加以強化。熱能和射頻能量都被用在該處理中。商業(yè)有售的這種裝置之一是ASMEagle 12 CVD平臺。下面介紹的改進可以和該平臺和其他裝置一起使用。
低k電介質(zhì)材料通常具有比高k電介質(zhì)材料弱的機械強度。重要的是低k材料的強度在整個晶片上要均勻。假如材料在晶片的一部分較強而在另一部分較弱，則較弱的材料的強度可能不足以支撐，例如，與日常使用相關(guān)的化學機械拋光(CMP)、封裝和熱循環(huán)的應力。通常通過至少考慮材料的彈性模量(即楊氏模量(E))、硬度和粘合強度來確定機械強度。
除了機械強度之外，低k電介質(zhì)必需在整個晶片上具有相對均勻的厚度。如果這一厚度變化太大，則可能產(chǎn)生的一個問題就是過蝕刻或蝕刻不足。過蝕刻，在鑲嵌工藝中，可以破壞下面層中的導體。蝕刻不足可能將阻止通孔與下面的導體接觸。
圖1示出了淀積在300毫米晶片上的低k膜的彈性模量?？梢钥闯?，模量在晶片的邊緣處較高而在晶片中心附近則較低。該膜是通過商業(yè)有售(現(xiàn)有技術(shù))的淀積系統(tǒng)淀積的，將結(jié)合圖3A和3B來說明該系統(tǒng)的一部分。
在圖1的曲線中，將彈性模量用作機械強度的指示器。正如先前提及的那樣，然而這只是一個指示器，由于其它指示器通常追隨該模量所以它代表了該膜的機械強度。
圖2示出了300毫米晶片表面上的膜厚。可以看出，該膜在晶片邊緣附近較厚而在晶片中心較薄。對于一個特定的工藝來說，超出虛線25的數(shù)據(jù)點被認為是不可接受的。本例的數(shù)據(jù)被用于用商業(yè)有售(現(xiàn)有技術(shù))淀積系統(tǒng)淀積的膜。
圖1和2都是為摻碳的二氧化硅(CDO)層的淀積繪制的。該層是被用作集成電路的ILD的低k層。
圖3A和3B示出了如用在現(xiàn)有技術(shù)中的支撐晶片32的晶片支撐器30(也被稱作“卡盤”)。外部環(huán)形的支撐器34具有約等于晶片32直徑的外徑。
在淀積膜期間，曾發(fā)現(xiàn)在一次處理中RF能量增加1％則使淀積速率增加1.84每秒。此外，晶片支撐器溫度增加1％則使淀積速率降低1.01每秒。該晶片支撐器為晶片提供熱量和RF能量。
確定的是，通過不支撐晶片的外圍區(qū)域或邊緣，使得膜厚均勻性更好。這如圖6A所示，其中晶片支撐器60包括環(huán)形支撐組件62，該組件62的外徑比晶片61的小?？梢钥闯?，晶片61的外部區(qū)域66沒有得到支撐。這導致為晶片的這個區(qū)域提供的能量較少，這使得該區(qū)域中不需要的層增厚部分大幅減少。對于300毫米的晶片來說，作為未支撐距離的距離65約為50毫米或更大。由此，對于300毫米晶片來說，環(huán)形支撐器62的外徑約為200毫米或更小。
在圖6A的晶片支撐器的一個替換實施例中，使用了多個支撐組件72。然而，該晶片71又沒有沿其邊緣76得到支撐。如尺寸75所示，對于300毫米晶片來說，晶片71的邊緣和與該晶片邊緣最接近的支撐組件之間的距離約為50毫米或更大。
在圖5中，示出了圖4的板18，在該板中具有根據(jù)本發(fā)明一個實施例的開口分布。已經(jīng)確定的是，具有的開口分布，使得在板18的外部邊緣附近每單位面積上的開口比板中心處每單位面積上的開口少，從而改善低k膜的機械強度的均勻性。
如從板50的放大部分60中可以看出的，距離D1比距離D2小。由此，開口62和63比開口64和65離得更遠。同具有均勻分布開口的板相比，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種分布增加了晶片中央部分的淀積材料強度，并朝著晶片邊緣減小了淀積材料強度。這導致了更均勻的機械強度。
據(jù)推理，通過具有這種不均勻的分布，來自該板的氣體速度在板的中央部分較高，而朝著板的邊緣則降低。同利用具有均勻分布開口的板形成的膜相比，這反過來使機械強度在膜的中央部分較高，而在膜的外部邊緣處較低。由此，對于圖1中所示的不均勻E提供了補償。
對于300毫米的晶片來說，板50的直徑約為340-350毫米，并且如開口62-65等的開口具有約0.5毫米的均勻直徑。舉例來說，朝著板18的邊緣，D2可能等于6-10mm，并且在板中心的D1可能等于3-5mm。
圖8A和8B示出了晶片支撐器，其中在圖8A中的一些支撐物80和在圖8B中的一些支撐物81被設(shè)置在晶片邊緣處或邊緣附近。這與圖3A和3B中的現(xiàn)有技術(shù)環(huán)形組件34提供的連續(xù)支撐不同。因此，與圖3A和3B的情況相比，向晶片邊緣提供的能量較少。然而，與圖6和7的晶片支撐器的實施例相比，則提供了更多的能量。
圖8A和8B的晶片支撐器允許用于朝著晶片邊緣對膜厚進行調(diào)節(jié)?？梢詫吘壧幍哪ず裨O(shè)置一個目標，然后例如通過經(jīng)驗性地嘗試不同數(shù)量和直徑的支撐物80和81來提供該目標。這將使得與晶片中央部分相比可以在邊緣處形成受控制的較厚層。
在邊緣處可選擇地增厚的層可能是有用的。作為例子來說，在晶片邊緣處比在晶片中心蝕刻得更快的特定蝕刻工藝可能需要這種不均勻性。于是在晶片邊緣處稍微厚的膜補償了在該區(qū)域蝕刻更多這一事實。
由此，已經(jīng)說明了特別是對于PECVD工藝的改進。通過調(diào)整晶片的支撐物并且由此調(diào)整施加到晶片的能量分布，可以獲得更均勻的膜厚。通過調(diào)整晶片上的氣體分布，可以獲得更均勻的膜機械強度。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括一個室；放置在該室中的晶片支撐器；以及面對著該晶片支撐器的具有多個開口的氣體分布板，所述開口的分布使得在該板的外部邊緣附近比在該板的中心的每單位面積上的開口少。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該板的直徑約為300毫米或更大。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述開口的直徑約為0.5毫米。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該晶片支撐器支撐在環(huán)形支撐物上的晶片，該環(huán)形支撐物的外徑小于該晶片支撐器支撐的晶片的直徑。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中該晶片支撐器適合于容納直徑約為300毫米的若干個晶片，并且該環(huán)形支撐物的外部尺寸約為200毫米或更小。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該晶片支撐器適合于容納晶片，并且該晶片支撐器包括晶片放置在其上的多個支撐物。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述支撐物被設(shè)置偏離該晶片支撐器接合的晶片的邊緣約50毫米或更遠。
8.一種裝置，包括一個室；具有多個開口的氣體分布板；以及面對著該氣體分布板的所述開口放置在該室中的晶片支撐器，該晶片支撐器具有晶片放置在其上的環(huán)形支撐物，該環(huán)形支撐物被設(shè)置偏離與該支撐器接合的晶片邊緣。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中該晶片支撐器容納300毫米的晶片。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中該環(huán)形支撐物的直徑約為200毫米或更小。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中該板的所述開口的分布使得在該板的外部邊緣附近比在該板的中心的每單位面積上的開口少。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中該板的直徑約為300毫米或更大。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述開口的直徑約為0.5毫米。
14.一種裝置，包括一個室；放置在該室中的晶片支撐器，該晶片支撐器具有晶片放置其上的環(huán)形支撐物，該環(huán)形支撐物被設(shè)置偏離與該支撐器接合的晶片邊緣處；以及面對著該晶片支撐器的具有多個開口的氣體分布板，所述開口的分布使得在該板的外部邊緣附近比在該板的中心的每單位面積上的開口少。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中該板的直徑約為300毫米或更大。
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中該晶片支撐器適合于容納直徑約為300毫米的晶片，并且該環(huán)形支撐物的外部尺寸約為200毫米或更小。
17.一種用于選擇在PECVD室中淀積在晶片邊緣處的膜厚度的方法，包括減小在該晶片邊緣處的該晶片和晶片支撐器之間的接觸面積；并且利用減小的面積在該晶片上形成膜。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中減小接觸面積包括提供多個彼此分開的支撐組件以支撐該晶片。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中減小接觸面積包括提供外徑小于該晶片直徑的環(huán)形支撐物。
全文摘要
介紹了為了提供更好的膜厚和機械強度均勻性而在PECVD室中的改進。向晶片外部邊緣提供較少的接觸面積，并且通過調(diào)整氣體分布板而發(fā)生不均勻的氣體分布來提供這種均勻性。
文檔編號C23C16/40GK1961097SQ200580017345
公開日2007年5月9日 申請日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者羅伯特·S·麥克法登, 梁淑榮, 維塔利·G·卡斯佩羅維奇, 曼德亞姆·A·希拉姆 申請人:英特爾公司