專利名稱：改善低k電介質(zhì)對導(dǎo)電材料粘附性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路的制造，還涉及在襯底上沉積電介質(zhì)層的工藝以 及由該電介質(zhì)層形成的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
制造現(xiàn)代半導(dǎo)體器件的主要步驟之一是通過氣體的化學(xué)反應(yīng)在襯底上 形成金屬層和電介質(zhì)層。這樣的沉積工藝被稱為化學(xué)氣相沉積或CVD。傳 統(tǒng)的熱CVD工藝將反應(yīng)性氣體供給至發(fā)生熱致化學(xué)反應(yīng)的襯底表面，從 而形成期望的層。
自從半導(dǎo)體器件數(shù)十年前首次問世以來，其幾何尺寸顯著減小。從 此，集成電路通常遵循兩年/尺寸減半的規(guī)律(通常稱為摩爾定律)，即芯 片上裝有的器件數(shù)量每兩年翻一倍?，F(xiàn)今的制造工廠一般生產(chǎn)特征尺寸 (feature size)為0.35/mi甚至0.18/mi的器件，而今后的工廠很快將生產(chǎn) 幾何尺寸更小的器件。
為了進一步減小集成電路上器件的尺寸，使用具有低電阻率的導(dǎo)電材 料并使用具有低介電常數(shù)(介電常數(shù)<4.0)的絕緣體已成為必須來降低相 鄰金屬線之間的電容耦合。 一種這樣的低k電介質(zhì)材料是旋涂玻璃，例如 未摻雜的硅玻璃(USG)或摻雜氟的硅玻璃(FSG)，其可在半導(dǎo)體制造 工藝中作為填縫層被沉積。另一種低k電介質(zhì)材料是可在鑲嵌特征的制造 中用作電介質(zhì)層的硅氧碳化物(silicon oxycarbide)。
一種可接受的導(dǎo)電材料是銅及其合金，其已成為次四分之一微米級互
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連技術(shù)所選擇的材料，原因在于銅與鋁相比具有更低的電阻率(1.7/^-
cm，而鋁為3.1 AtQ-cm)、更高的電流和更高的載流量。這些特性對于實
現(xiàn)高集成度下的較高電流密度以及提高器件速度來說是重要的。此外，銅
具有良好的導(dǎo)熱性并且可以以十分純的狀態(tài)獲得。
在半導(dǎo)體器件中使用銅的一個困難是難以對銅進行蝕刻來得到精確的
圖案。采用傳統(tǒng)的形成互連的沉積/蝕刻工藝來蝕刻銅，已經(jīng)不能令人滿 意。因此，正在開發(fā)制造具有含銅材料和低k電介質(zhì)材料的互連的新方 法。
一種形成垂直和水平互連的方法是通過鑲嵌或雙鑲嵌方法。在鑲嵌方 法中， 一種或多種電介質(zhì)材料(例如，低k電介質(zhì)材料)被沉積并被圖案 化蝕刻以形成垂直互連(即，過孔)和水平互連(即，線)。然后將導(dǎo)電 材料(例如，含銅材料)和其它材料(例如，用于防止含銅材料擴散進入 周圍的低k電介質(zhì)的阻擋層材料)鑲嵌在已蝕刻的圖案中。然后，去除已 蝕刻圖案外部(例如襯底表面上)的過量含銅材料和過量阻擋層材料，并 形成平坦化表面。在銅特征上形成電介質(zhì)層(例如絕緣層或阻擋層)用于 后續(xù)處理，例如形成第二層鑲嵌結(jié)構(gòu)。
然而，已發(fā)現(xiàn)，在銅的平坦化與后續(xù)的電介質(zhì)層沉積之間，可通過在 處理室或處理設(shè)備之間暴露，使銅材料進行氧化反應(yīng)。暴露于氧化環(huán)境導(dǎo) 致在銅材料上形成表面氧化物。氧化物抑制了沉積其上的后續(xù)層(例如， 電介質(zhì)層)的粘附性。
因此，需要一種改善低k電介質(zhì)層之間的層間粘附性的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般性地提供在導(dǎo)電材料與電介質(zhì)層之間沉積粘附層的方法。 在一個方面，本發(fā)明提供處理襯底的方法，該方法包括將襯底置于處理 室中，其中所述襯底包括一個或多個圖案化的低k電介質(zhì)層以及在其中形 成的導(dǎo)電材料；將硅基化合物引入所述處理室；形成所述導(dǎo)電材料的硅化 物層；并且，在不破壞真空條件下，在所述硅化物層上沉積硅碳化物層。
本發(fā)明的另一方面提供了處理襯底的方法，該方法包括將襯底置于
處理室中，其中所述襯底包括一個或多個圖案化的低k電介質(zhì)層以及在其 中形成的導(dǎo)電材料；將硅基化合物和還原化合物引入所述處理室；形成所 述導(dǎo)電材料的硅化物層；引發(fā)所述硅基化合物和還原化合物的等離子體； 沉積硅氮化物層；并且，在不破壞真空條件下，在所述硅氮化物層上沉積 硅碳化物層。
本發(fā)明的另一方面提供了處理襯底的方法，該方法包括將襯底置于 處理室中，其中所述襯底包括一個或多個圖案化的低k電介質(zhì)層以及在其 中形成的導(dǎo)電材料；將包含氮和氫的還原化合物引入所述處理室；在所述 處理室中引發(fā)所述還原化合物的等離子體；將所述導(dǎo)電材料暴露于所述還 原化合物的所述等離子體；將有機硅化合物引入所述處理室；將所述有機 硅化合物與所述還原化合物反應(yīng)；在所述一個或多個圖案化的低k電介質(zhì) 層和導(dǎo)電材料上沉積摻雜氮的硅碳化物電介質(zhì)材料；并且，在不破壞真空 條件下，在所述摻雜的硅碳化物層上沉積硅碳化物層。
本發(fā)明的另一方面提供了處理襯底的方法，該方法包括將襯底置于 處理室中，其中所述襯底包括一個或多個圖案化的低k電介質(zhì)層以及在其 中形成的導(dǎo)電材料；將包含氮和氫的還原化合物引入所述處理室；在所述 處理室中引發(fā)所述還原化合物的第一等離子體；將所述導(dǎo)電材料暴露于所 述還原化合物的所述等離子體；終止所述第一等離子體和還原化合物；將 有機硅化合物弓I入所述處理室；在所述處理室中弓I發(fā)所述有機硅化合物的 第二等離子體；與所述有機硅化合物一起引入所述還原化合物；并且，在 不破壞真空條件下，在所述一個或多個圖案化的低k電介質(zhì)層和導(dǎo)電材料 上沉積摻雜氮的硅碳化物電介質(zhì)材料。
本發(fā)明的另一方面提供了處理襯底的方法，該方法包括將襯底置于 處理室中，其中所述襯底包括一個或多個圖案化的低k電介質(zhì)層以及在其 中形成的導(dǎo)電材料；以第一流率將包含氮和氫的還原化合物引入所述處理 室；在所述處理室中引發(fā)所述還原化合物的第一等離子體；將所述導(dǎo)電材 料暴露于所述還原化合物的所述等離子體；終止所述第一等離子體；將有 機硅化合物引入所述處理室；以大于所述第一流率的第二流率引入所述還 原化合物；在所述處理室中引發(fā)所述有機硅化合物和所述還原化合物的第
二等離子體；在所述一個或多個圖案化的低k電介質(zhì)層和導(dǎo)電材料上沉積 摻雜碳的硅氮化物電介質(zhì)材料；終止所述第二等離子體；將所述有機硅化 合物引入所述處理室；以小于所述第二流率的第三流率引入所述還原化合 物；并且，在所述處理室中引發(fā)所述有機硅化合物和所述還原化合物的第 三等離子體；在不破壞真空條件下，在所述一個或多個圖案化的低k電介 質(zhì)層和導(dǎo)電材料上沉積摻雜氮的硅碳化物電介質(zhì)材料。


為了實現(xiàn)上述本發(fā)明的各個方面以及詳細理解本發(fā)明，以下通過參考 附圖所示的實施方式對本發(fā)明進行更具體的描述。
然而應(yīng)當(dāng)注意到，附圖僅說明了本發(fā)明的典型實施方式，因而不應(yīng)看 作是對其范圍的限制，本發(fā)明可容許其它等同效果的實施方式。
圖1A-1D為本發(fā)明的雙鑲嵌沉積順序的一種實施方式的剖面圖2A-2C為本發(fā)明的改善的層間粘附性順序的一種實施方式的剖面圖。
圖3A-3C為本發(fā)明的改善的層間粘附性順序的一種實施方式的剖面圖。
為了更好地理解本發(fā)明的方面，應(yīng)參考以下詳細說明。
具體實施例方式
本文所述的本發(fā)明的方面是指用于改善導(dǎo)電材料對電介質(zhì)層的層間粘 附性的方法與裝置。改善層間粘附性可包括，在沉積后續(xù)電介質(zhì)層之前對 導(dǎo)電材料進行表面處理，在沉積后續(xù)電介質(zhì)層之前形成中間材料，或在沉 積后續(xù)電介質(zhì)層之前沉積具有改善的粘附性的中間層。初始層可包含硅、 碳并且可選地包含氧。優(yōu)選地，這些工藝原位進行，以使再污染最小化并 且提高襯底處理量。
除非另有進一步的定義，在本文中所使用的術(shù)語和短語應(yīng)該具有本領(lǐng) 域技術(shù)人員所理解的普通的和慣用的含義。"原位"應(yīng)作廣義解釋，包括 但不限于，在給定的室中(例如在等離子體室中)，或在系統(tǒng)中(例如集
成設(shè)備)，并未使材料暴露于居間的污染環(huán)境中(例如破壞一個設(shè)備內(nèi)部 的工藝步驟或室之間的真空。與將襯底重新定位到其它處理室或區(qū)域相 比，"原位"工藝通常使工藝時間和可能的污染最小化。
盡管下文詳細描述在雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電材料與電介質(zhì)材料使用層間粘 附層，但是不應(yīng)將本發(fā)明解釋或限制為所示實施例，因此本發(fā)明還意味 著，在其它結(jié)構(gòu)形成工藝和直接沉積工藝中也可利用本發(fā)明的粘附性方 面。
雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的沉積
如圖1A所示，將用具有金屬特征107 (在襯底表面材料105中形成) 的襯底100形成的鑲嵌結(jié)構(gòu)供給至處理室。通常，在襯底表面上沉積第一 硅碳化物阻擋層110，以消除襯底與后續(xù)沉積材料之間的層間擴散。阻擋 層材料的介電常數(shù)可達約9，優(yōu)選在約2.5與小于約4之間。硅碳化物阻 擋層的介電常數(shù)可為約5或更小，優(yōu)選小于約4。
所述第一硅碳化物阻擋層110的硅碳化物材料可摻雜氮和/或氧。盡管 并未示出，可在阻擋層110上沉積無氮硅碳化物或硅氧化物的覆層。所述 無氮硅碳化物或硅氧化物覆層可通過調(diào)節(jié)處理氣體的組成原位沉積。例 如，通過最小化或排除氮源氣體，可在第一硅碳化物阻擋層110上原位沉 積無氮硅碳化物覆層?；蛘撸稍诘谝还杼蓟镒钃鯇?12上沉積初始層 (未示出)。初始層更全面地描述在2004年3月15日提交的美國專利申 請No. 10/801190中，通過引用將其與本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書一致的 部分包含于此。
通過氧化有機硅化合物(可包括三甲基硅烷和/或八甲基環(huán)四硅氧 垸)，在硅碳化物阻擋層110上沉積第一電介質(zhì)層112，依賴于待制造的 結(jié)構(gòu)尺寸，沉積厚度為約5000至約15000 A。然后，可用等離子體或電子 束工藝對第一電介質(zhì)層112進行后處理?？蛇x地，通過提高本文所述的硅 氧碳化物沉積工藝中的氧濃度，可在第一電介質(zhì)層112上原位沉積硅氧化 物覆層(未示出)，從而去除沉積材料中的碳。第一電介質(zhì)層還可包含其 它低k電介質(zhì)材料，例如低聚物材料(包括pamlyne)或低k旋涂玻璃
(例如，未摻雜的硅玻璃(USG)或氟摻雜的硅玻璃(FSG))。然后， 可用本文所述的等離子體工藝來處理第一電介質(zhì)層。
然后在第一電介質(zhì)層112上沉積硅碳化物的蝕刻終止層(或第二阻擋 層)114 (其可慘雜氮或氧)。蝕刻終止層114在第一電介質(zhì)層112上的 沉積厚度可為約100 A至約1000 A。通過本文所述的用于硅碳化物材料或 硅氧碳化物材料的方法，對低k蝕刻終止層114進行等離子體處理。然 后，圖案化蝕刻蝕刻終止層114以定義接觸/過孔開口 116，并且在要形成 接觸/過孔的區(qū)域暴露第一電介質(zhì)層112。優(yōu)選地，通過使用氟、碳和氧離 子的常規(guī)光刻和蝕刻工藝來對低k蝕刻終止層114進行圖案化蝕刻。盡管 并未示出，但是在沉積其它材料之前，可在低k蝕刻終止層114上沉積約 100 A至約500 A的無氮硅碳化物或硅氧化物覆層。
如圖1B所示，在去除抗蝕劑材料之后，在圖案化的蝕刻終止層114 上沉積氧化有機硅烷或有機硅氧垸的第二電介質(zhì)層118。第二電介質(zhì)層 118可包含來自氧化有機硅垸或有機硅氧烷(例如三甲基硅烷)的硅氧碳 化物，通過本文所述的工藝沉積，沉積厚度為約5000 A至約15000 A。然 后，可通過本文所述的工藝對第二電介質(zhì)層118進行等離子體或電子束處 理和/或在其上沉積硅氧化物材料覆層。
然后，如圖1B所示，在第二電介質(zhì)層118 (或覆層)上沉積抗蝕劑材 料122并優(yōu)選使用傳統(tǒng)的光刻工藝圖案化以定義互連線120?？刮g劑材料 122包括現(xiàn)有技術(shù)公知的材料，優(yōu)選為高活化能的抗蝕劑材料，例如UV-5 (可從Massachusetts, Marlborough的Shipley Company Inc.購得)。然 后，如圖1C所示，用反應(yīng)性離子蝕刻或其它各向異性蝕刻技術(shù)來蝕刻互 連和接觸/過孔，從而定義金屬化結(jié)構(gòu)(即，互連和接觸/過孔)。使用氧 剝離或其它合適的工藝來去除所有的用于圖案化蝕刻終止層114或第二電 介質(zhì)層118的抗蝕劑材料或其它材料。
然后，形成了具有導(dǎo)電材料的金屬化結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電材料例如是鋁、銅、 鎢或其組合。由于銅的電阻率低(1.7mQ-cm，而鋁為3.1 mQ-cm)，目 前的趨勢是使用銅來形成更小的特征。優(yōu)選地，如圖2G所示，合適的金 屬阻擋層124 (例如鉭氮化物)首先被保形沉積在金屬化圖案中，以防止
銅遷移進入周圍的硅和/或電介質(zhì)材料中。此后，使用化學(xué)氣相沉積、物理 氣相沉積、電鍍中或其組合來沉積銅以形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。如圖1D所示，一 旦此結(jié)構(gòu)被銅或其它導(dǎo)電金屬填充，則使用化學(xué)機械拋光并暴露導(dǎo)電金屬
特征126的表面對該表面進行平坦化。
粘附工藝和電介質(zhì)層沉積
在一個方面，通過在沉積電介質(zhì)層(例如硅碳化物層)之前將導(dǎo)電材 料暴露于反應(yīng)化合物中以去除氧化物或形成硅化物層或硅化物材料，可以 改善層間粘附性。層間粘附性改善和電介質(zhì)層沉積可在相同的處理室或處 理系統(tǒng)中原位進行。
以下描述的沉積工藝采用300 mm Producer 雙沉積臺處理室，應(yīng)當(dāng) 作相應(yīng)的解釋，例如，流率是指總流率，而當(dāng)描述室內(nèi)的每個沉積站的流 率時，應(yīng)當(dāng)將流率除以2。此外，應(yīng)當(dāng)注意，為了在不同的室中以及對于 不同的襯底尺寸(例如，對于200 mm的襯底)進行等離子體工藝，可以 對各個參數(shù)進行調(diào)整。而且，盡管以下工藝針對銅和硅碳化物描述，但是 本發(fā)明還意味著可將此工藝用于半導(dǎo)體制造中所用的其它導(dǎo)電材料和電介 質(zhì)材料。
層間粘附性可通過以下方法改善如圖2A所示，通過將含氫和氮的 化合物的還原化合物引入處理室至具有導(dǎo)電材料的襯底上，以去除其中形 成的任何氧化物128;然后，如圖2B所示，引入有機硅化合物使其與還原 化合物反應(yīng)，以形成氮化層130。待去除的氧化物也可形成在阻擋材料 上，例如阻擋層124的暴露部分。氮化層130在襯底的暴露表面上可以是 連續(xù)的或非連續(xù)的。在不通過機械排氣去除還原化合物的條件下，優(yōu)選引 入有機硅化合物。如圖2C所示，有機硅化合物可額外地和/或連續(xù)地被引 入處理室，以在氮化層上形成硅碳化物層132。
還原化合物可通過熱和/或等離子體增強工藝與暴露的導(dǎo)電材料反應(yīng)。 優(yōu)選的還原化合物包括含氫和氮的氣體，例如氨氣、氫氣(H2)和氮氣 (N2)的氣體混合物、肼(N2H2)、胺、胺衍生物，或其組合。
具有還原化合物的等離子體增強工藝的一個實例包括以約50 sccm
至約2000 sccm的流率(例如，約100 sccm至約1600 sccm)向處理室提 供還原化合物；可選地，以約50 sccm至約25000 sccm的流率(例如，約 1000 sccm至約20000 sccm)向處理室提供含氮載氣(例如氮氣)；保持 室壓力為約1 Torr至約12 Torr (例如，約2.5 Torr至約9 Torr);保持加 熱器溫度為約IO(TC至約500°C (例如，約250。C至約450°C);在距襯底 表面約200密耳至約IOOO密耳(例如300密耳至500密耳)處設(shè)置氣體分 布器或"噴淋頭"；并且，生成等離子體。等離子體處理可進行約3秒至 約120秒，例如，優(yōu)選使用約5秒至約40秒。
通過在高頻(例如約13 MHz至約14 MHz,如13.56 MHz)下施加約 0.03 W/cii^至約3.2 W/cn^的功率密度(對于200 mm的襯底，為約10 W 至約1000 W的RF功率水平，例如約100 W至約400 W)，可以生成等 離子體。通過在高頻(例如約13 MHz至約14 MHz，如13.56 MHz)下施 加約0.01 W/cn^至約1.4 W/cr^的功率密度(對于300 mm的襯底，為約 10 W至約1000 W的RF功率水平，例如約100 W至約400 W)，可以生 成等離子體?；蛘?，可通過本文所述的雙頻RF功率源來生成等離子體。 或者，所有的等離子體生成可遠程進行，而將生成的基團引入處理室，用 于已沉積的材料的等離子體處理或材料層的沉積。
還原化合物可包括以約50 sccm至約3000 sccm (例如約100 sccm至 約2000 sccm)的流率向處理室提供的單一組分，例如氨或肼。單一組分 輸送還可包括流率為100 sccm至約10000 sccm (例如約1000 sccm至約 5000 sccm)的載氣或惰性氣體(例如，氮氣、氦氣或氬氣)。在多組分系 統(tǒng)中，例如氮氣和氫氣的混合物可通過以下工藝向處理室提供以約50 sccm至約5000 sccm (例如約100 sccm至約1000 sccm)的流率向處理室 提供氮氣；以約50 sccm至約5000 sccm (例如約100 sccm至約1500 sccm)的流率向處理室提供氫氣。
等離子體處理工藝的實例包括以約700 sccm的流率向處理室提供 氨；以約1200 sccm的流率向處理室提供氦；保持室壓力為約4.2Torr;保 持加熱器溫度為約35CTC;在約350密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋 頭"；通過在13.56 MHz的高頻下施加約300 W的功率水平來生產(chǎn)等離子
體，保持約20秒。
等離子體處理工藝的另一個實例包括以約160 sccm的流率向處理室 提供氨；以約18000 sccm的流率向處理室提供氮；保持室壓力為約4.2 Torr;保持加熱器溫度為約350°C;在約350密耳處設(shè)置氣體分布器或 "噴淋頭"；通過在13.56 MHz的高頻下施加約300 W的功率水平來生產(chǎn) 等離子體，保持約20秒。
等離子體處理工藝的另一個實例包括以約75 sccm的流率向處理室 提供氨；以約5000 sccm的流率向處理室提供氮；保持室壓力為約4.2 Torr;保持加熱器溫度為約350°C;在約350密耳處設(shè)置氣體分布器或 "噴淋頭"；通過在13.56 MHz的高頻下施加約150 W的功率水平來生產(chǎn) 等離子體，保持約15秒。
如圖2A所示，通過在還原氣體的存在下將有機硅化合物引入處理 室，可以在襯底和其上暴露的導(dǎo)電材料上沉積氮化層130。這可以通過在 用于原位沉積的等離子體處理過程中或之后立即將有機硅化合物引入處理 室而實現(xiàn)，有機硅化合物可與來自還原氣體的氮反應(yīng)以形成氮化層，例如 摻雜氮的硅碳化物(SiCN:H)或摻雜氮的硅氧碳化物(SiCON:H)。還原 化合物可與有機硅化合物一起供給，或有機硅化合物可與來自等離子體處 理的殘余量的還原化合物反應(yīng)。還原化合物與有機硅化合物之間的反應(yīng)可 以是熱或等離子體增強的沉積過程。合適的有機硅化合物的實例包括三甲 基硅烷(TMS)和二甲基苯基硅烷(DMPS)。
沉積氮化硅碳化物層130的一種實施方式包括以約10 sccm至約 1000 sccm (例如，約50 sccm至約500 sccm)的流率引入有機硅化合物； 以約100 sccm至約2500 sccm (例如，約500 sccm至約2000 sccm)的流 率向處理室提供還原化合物，并且可選地以約1 sccm至約10000 sccm的 流率供給惰性氣體；保持室壓力為約100mTorr至約100 Torr (例如，約 2.5 Torr至約9 Torr);保持加熱器溫度為約IO(TC至約500°C (例如，約 250。C至約450°C);在距襯底表面約200密耳至約1000密耳(例如，200 密耳至400密耳)處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"；可選地，生成等離子 體。
通過在高頻(例如，約13 MHz至約14 MHz,如13.56 MHz)下施加 約0.03 W/cn^至約6.4 W/cn^的功率密度(對于200 mm的襯底，為約10 W至約2000 W的RF功率水平，例如約500 W至約1100 W)，可以生成 等離子體。通過在高頻(例如約13 MHz至約14 MHz，如13.56 MHz)下 施加約0.01 W/cn^至約2.8 W/cn^的功率密度(對于300 mm的襯底，為 約10 W至約2000 W的RF功率水平，例如約500 W至約1100 W)，可 以生成等離子體。
功率可由雙頻RF功率源的第一 RF功率和至少第二 RF功率來施加， 其中，第一RF功率的頻率范圍為約10 MHz至約30 MHz，功率范圍為約 200 W至約1000 W;第二 PF功率的頻率范圍為約100 KHz至約500 KHz，功率范圍為約1 W至約200 W。沉積初始層的時間可為約l秒至約 60秒，例如約1秒至約5秒，如2秒。
沉積氮化層130的實例包括以700 sccm的流率將氨引入處理室；以 1200 sccm的流率將氦引入處理室；以約350 sccm的流率引入三甲基硅烷 (TMS);保持室在約35(TC的加熱器溫度下；保持室壓力為約3.7Torr; 在距襯底表面約280密耳處設(shè)置氣體分布器；在13.56 MHz下施加約900 W的RF功率。
可如本文所述沉積后續(xù)的硅碳化物層132，并且，例如，連續(xù)引入上 述的有機硅化合物，或如本文所述通過調(diào)節(jié)硅碳化物化合物氣體流率以及 任意摻雜物、載氣或其它化合物，從而沉積具有期望性質(zhì)的硅碳化物層。 在還原化合物處理工藝過程中或之后立即形成有機硅化合物的連續(xù)流動， 使得氧化物的去除、氮化層的形成以及硅碳化物層的沉積可在原位進行。 本文公開的實施例2提供了沉積工藝的實例。
此外，在等離子體處理工藝與沉積工藝之間，以及沉積工藝之間，可 以進行處理氣體穩(wěn)定步驟。這種穩(wěn)定步驟通常包括具有按處理或沉積工藝 所需生成的新的等離子體的無等離子體的工藝。
可選地，可以進行所有本文所述的己沉積的硅碳化物材料(包括本文 所述的摻雜氮的硅碳化物材料)的后沉積等離子體處理，以增強已沉積材 料的性質(zhì)，或者去除污染物或在其上后續(xù)沉積材料之前清潔硅碳化物層的暴露表面。后沉積等離子體處理可以與沉積工藝一起原位進行。
可以應(yīng)用惰性氣體、還原氣體或其組合的后沉積等離子體處理。等離 子體惰性氣體包括氦、氬、氖、氙、氪或其組合，其中氦是優(yōu)選的。還原 氣體包括氫、氨或其組合，其中氨是優(yōu)選的。后沉積等離子體處理可以是 等離子體凈化步驟的結(jié)果，在該凈化步驟中，當(dāng)排空處理室時，停止提供 除一種以外的全部氣體。
后沉積等離子體處理的實例包括以950 sccm的流率將氨引入處理 室；保持室在約35(TC的加熱器溫度下；保持室壓力為約3.7Torr;在距襯 底表面約280密耳處設(shè)置氣體分布器；并且，在13.56 MHz下施加約300 W的RF功率，保持約2秒。
在等離子體處理和沉積工藝的一種實施方式中，可在等離子體處理之 后和在沉積工藝之前實施有機硅化合物(例如三甲基硅烷)的等離子體。 有機硅化合物的等離子體被認為在等離子體處理的表面上形成硅化物層， 以改善沉積的硅碳化物層的粘附性。包括有機硅等離子體改性工藝的處理 步驟包括例如，如本文所述使襯底表面暴露于等離子體處理；有機硅化 合物的穩(wěn)定步驟；產(chǎn)生有機硅化合物的等離子體；然后沉積摻雜氮的硅碳 化物。
有機硅化合物等離子體的一個實例包括以約50 sccm至約1500 sccm (例如，約400 sccm至約500 sccm)的流率向處理室提供有機硅化合物； 可選地，以約100 sccm至約20000 sccm (例如，約800 sccm至約1500 sccm)的流率向處理室提供惰性氣體(例如，氦)；保持室壓力為約1 Torr至約12 Torr (例如，約2.5 Torr至約9 Torr);保持加熱器溫度為約 IO(TC至約500°C (例如，約250。C至約450°C);在距襯底表面約200密 耳至約IOOO密耳(例如300密耳至500密耳)處設(shè)置氣體分布器或"噴淋 頭"；生成等離子體。等離子體處理可進行約1秒至約10秒，例如，優(yōu) 選使用約l秒至約5秒。
通過在高頻(例如約13 MHz至約14 MHz，如13.56 MHz)下施加約 0.03 W/cn^至約3.2 W/cn^的功率密度(對于200 mm的襯底，為約10 W 至約1000 W的RF功率水平，例如約100 W至約400 W)，可以生成等
離子體。通過在高頻(例如約13 MHz至約14 MHz，如13.56 MHz)下施 加約0.01 W/cn^至約1.4 W/cm2的功率密度(對于300 mm的襯底，為約 10 W至約1000 W的RF功率水平，例如約100 W至約400 W)，可以生
成等離子體。或者，可通過本文所述的雙頻RF功率源來生成等離子體。 或者，所有的等離子體的生成可遠程進行，而將生成的基團引入處理室， 用于已沉積材料的等離子體處理或材料層的沉積。這里公開的實施例3提 供了一個實例。
在等離子體處理和沉積工藝的另一種實施方式中，在等離子體處理之 后和在沉積工藝之前，可通過有機硅化合物(例如三甲基硅烷)來沉積硅 氮化物層。處理步驟包括例如，如本文所述使襯底表面暴露于等離子體 處理；硅氮化物沉積工藝的穩(wěn)定步驟；沉積硅氮化物層；摻雜氮的硅碳化 物沉積工藝的穩(wěn)定步驟；然后沉積摻雜氮的硅碳化物化合物。硅氮化物材 料可以是摻雜碳的硅氮化物。
硅氮化物沉積工藝的一個實例包括以約50 sccm至約1000 sccm (例 如，約250 sccm至約500 sccm)的流率向處理室提供有機硅化合物；以約 500 sccm至約2500 (例如，約1250 sccm至約1750 sccm)的流率向處理 室提供含氮化合物(例如本文所述的還原化合物)；可選地，以約100 sccm至約20000 sccm (例如，約15000 sccm至約19000 sccm)的流率向 處理室提供惰性氣體(例如，氦或氮)；保持室壓力為約1 Torr至約12 Torr (例如，約2.5 Torr至約9 Torr);保持加熱器溫度為約IO(TC至約 500°C (例如，約250。C至約450。C);在距襯底表面約200密耳至約1000 密耳(例如300密耳至500密耳)處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"；并 且，生成等離子體。等離子體處理可進行約1秒至約10秒，例如，優(yōu)選 使用約l秒至約5秒。
通過在高頻(例如，約13 MHz至約14 MHz，如13.56 MHz)下施加 約0.03 W/cn^至約6.4 W/cn^的功率密度(對于200 mm的襯底，為約10 W至約1200 W的RF功率水平，例如約100 W至約400 W)，可以生成 等離子體。通過在高頻(例如約13 MHz至約14 MHz，如13.56 MHz)下 施加約0.01 W/cn^至約2.8 W/cn^的功率密度(對于300 mm的襯底，為
約10 W至約2000 W的RF功率水平，例如約100 W至約400 W)，可以
生成等離子體?；蛘?，可通過本文所述的雙頻RF功率源來生成等離子 體?；蛘?，所有的等離子體的生成可遠程進行，而將生成的基團引入處理 室，用于已沉積材料的等離子體處理或材料層的沉積。本文公開的實施例 4提供了一個實例。
硅化物的形成
參見圖3A-3C，在本文所述的處理和沉積工藝的另一種實施方式中， 可通過以下方法提供層間粘附性如圖3A所示，在具有導(dǎo)電材料126的 襯底上引入硅基化合物，所述導(dǎo)電材料126可以具有氧化部分128;然 后，如圖3B所示，使硅基化合物與導(dǎo)電材料反應(yīng)，以在導(dǎo)電材料140上 形成硅化物142。硅沉積142可在硅化物形成過程中在電介質(zhì)材料上發(fā) 生。然后，如圖3C所示，將有機硅化合物引入處理室中和沉積在硅化物 層142上和襯底表面上的硅碳化物層144中。可使用摻雜物(例如，含氮 化合物，包括氨)與導(dǎo)電材料一起形成硝基硅化物。此外，合適的硅基化 合物(例如，硅烷(SiH4))可另外作為還原化合物，以去除在導(dǎo)電材料上 形成的任何氧化物。而且，在引入硅基化合物之前，可對襯底表面進行惰 性等離子體處理。
硅基化合物可包括無碳硅化合物，包括硅垸、二硅烷及其衍生物。硅 基化合物還可包括含碳硅化合物，包括本文所述的有機硅化合物，例如三 甲基硅烷(TMS)和/或二甲基苯基硅垸(DMPS)。通過熱和/或等離子體 增強工藝，硅基化合物可與暴露的導(dǎo)電材料反應(yīng)。摻雜物(例如氧和氮) 可與本文所述的硅基化合物一起使用。另外，在硅化物工藝中，可使用惰 性氣體(例如，包括氦和氬的稀有氣體)，所述惰性氣體優(yōu)選用作熱工藝 的載氣或者用作等離子體增強硅化物形成工藝的附加等離子體物質(zhì)。含硅 化合物還可包括慘雜物(例如本文所述的還原化合物)，以形成硝基硅化 物。在這樣的實施方式中，還原化合物可如本文所述被輸送。
采用本文所述的硅基化合物的硅化物工藝的一個實例包括以約10 sccm至約1000 sccm (例如，約75 sccm至約200 sccm)的流率向處理室
提供硅基化合物；保持室壓力為約1 Torr至約12 Torr (例如，約2.5 Torr 至約9Torr);保持加熱器溫度為約IO(TC至約500°C (例如，約250。C至 約450°C);在距襯底表面約200密耳至約1000密耳(例如200密耳至 400密耳)處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"。
硅化物的形成可以通過產(chǎn)生等離子體進一步增強。通過在高頻(例如 約13 MHz至約14 MHz，如13.56 MHz)下施加約0.03 W/cm2至約6.4 W/cn^的功率密度(對于200 mm的襯底，為約10 W至約2000 W的RF 功率水平，例如約100 W至約400 W)，可以生成等離子體。通過在高頻 (例如約13 MHz至約14 MHz，如13.56 MHz)下施加約0.01 W/cm2至約 2.8 W/cn^的功率密度(對于300 mm的襯底，為約10 W至約2000 W的 RF功率水平，例如約100W至約400 W)，可以生成等離子體?；蛘?， 可通過本文所述的雙頻RF功率源來生成等離子體。或者，所有等離子體 的生成可遠程進行，而將生成的基團引入處理室，用于已沉積的材料的等 離子體處理或材料層的沉積。等離子體可生成約1秒至約60秒(例如， 優(yōu)選約1秒至約5秒)，以形成硅化物層。
硅化物工藝的一個實例包括以約125 sccm的流率向處理室提供硅 烷；以約400 sccm的流率向處理室提供氦；以約325 sccm的流率向處理 室提供氨；保持室壓力為約3 Torr;保持加熱器溫度為約350°C;在約300 密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"，保持2.5秒。
可選地，在硅化物形成之后，可如本文所述將襯底表面暴露于還原化 合物的等離子體中。還原等離子體暴露被認為可形成摻雜氮的硅化物層。 摻雜氮的硅化物層(金屬硅氮化物，對于銅則為銅硅氮化物(CuSiN)) 還被認為可改善層間粘附性。
可按本文所述的硅碳化物沉積方法來沉積后續(xù)的硅碳化物層。硅碳化 物沉積也可使用與硅化物工藝所用相同的含碳硅基化合物來進行，并且可 在相同的室內(nèi)進行。硅碳化物層可暴露于本文所述的后沉積等離子體中。
在硅化物形成工藝的一種實施方式中，對襯底進行如本文所述的還原 化合物的等離子體處理，使其暴露于含硅化合物以形成硅化物，然后在其 上沉積摻雜氮的硅碳化物層。處理步驟還可包括在硅化物形成工藝之前的
穩(wěn)定步驟。
在硅化物工藝的另一種實施方式中，可在硅化物形成之后和沉積工藝 之前沉積硅氮化物層。處理步驟包括例如，如本文所述使襯底表面暴露 于等離子體處理；硅化物形成的穩(wěn)定步驟；沉積硅氮化物層；然后沉積摻
雜氮的硅碳化物層。處理步驟還可包括在硅化物形成工藝之前的穩(wěn)定步 驟。硅氮化物材料可以是摻雜碳的硅氮化物。
硅氮化物沉積工藝的一個實例包括以約50 sccm至約1000 sccm (例 如，約50 sccm至約300 sccm)的流率向處理室提供硅烷；以約10 sccm 至約1000sccm (例如，約50sccm至約150sccm)的流率向處理室提供含 氮化合物(例如，本文所述的還原化合物)；可選地，以約10 sccm至約 20000 sccm (例如，約2000 sccm至約10000 sccm)的流率向處理室提供 惰性氣體(例如，氦或氮)；保持室壓力為約1 Torr至約12 Torr (例如， 約2.5 Torr至約9 Torr);保持加熱器溫度為約IO(TC至約500°C (例如， 約250'C至約450°C);在距襯底表面約200密耳至約1000密耳(例如 300密耳至600密耳)處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"；生成等離子體。 等離子體可生成約1秒至約10秒，例如，約1秒至約5秒。
通過在高頻(例如約13 MHz至約14 MHz，如13.56 MHz)下施加約 0.03 W/cn^至約6.4 W/cn^的功率密度(對于200 mm的襯底，為約10 W 至約2000 W的RF功率水平，例如約100 W至約400 W)，可以生成等 離子體。通過在高頻(例如約13 MHz至約14 MHz，如13.56 MHz)下施 加約0.01 W/cn^至約2.8 W/cn^的功率密度(對于300 mm的襯底，為約 10 W至約2000 W的RF功率水平，例如約100 W至約400 W)，可以生 成等離子體?；蛘?，可通過本文所述的雙頻RF功率源來生成等離子體。 或者，所有等離子體的生成可遠程進行，而將生成的基團引入處理室，用 于已沉積材料的等離子體處理或材料層的沉積。
硅氮化物沉積工藝的一個實例包括以約220 sccm的流率向處理室提 供硅烷；以約5000 sccm的流率向處理室提供氮；以約75 sccm的流率向 處理室提供氨；保持室壓力為約4.2Torr;保持加熱器溫度為約350°C;在 約495密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"；并且，在約440 W至約450
W的RF功率水平下生成等離子體，保持約2秒。
可按本文所述的硅碳化物沉積方法來沉積后續(xù)的硅碳化物層。硅碳化 物沉積也可使用與硅化物工藝所用相同的含碳硅基化合物來進行，并且可 在相同的室內(nèi)進行。
實施例
下面的實施例說明了本發(fā)明的粘附工藝的各種實施方式，與標準的層
積相比，本發(fā)明可改善層間粘附性。這些樣品在Producer7"1 300 mm處理 室中進行處理，該裝置包括具有雙片石英工藝套件的固態(tài)雙頻RF匹配單 元，二者均由California, Santa Clara的Applied Materials, Inc制造并出 售。
測試樣品如下制備。按如下方法在硅襯底上沉積電介質(zhì)疊層。所述襯 底包括硅襯底，硅襯底上布置有約1000 A的硅氧化物，硅氧化物上布置 有約250A的鉭，鉭上布置有約4500A的銅，然后對所述襯底進行本文所 述的粘附工藝，通常得到沉積在銅層上的約2000 A的摻雜氮的硅碳化 物。
按如下方法對測試樣品進行粘附性測試。在測試樣品上沉積約120 /mi 至約150 /mi的具有已知的層離特性的環(huán)氧材料。在環(huán)氧材料層上沉積硅 層。然后將測試樣品在約19(TC下烘焙或固化一小時，之后切成1 cm見方 的樣品并用液氮冷卻至-17(TC。然后觀察該樣品以確定層離，在給定溫度 下，層離發(fā)生在最薄弱的層間界面處。給定溫度下的環(huán)氧材料的收縮與造 成剝離所需的力有關(guān)。根據(jù)此觀察，可定量計算粘附力。粘附力(Gc)基 于式crV^計算，其中，h為環(huán)氧層厚度，(7為殘余應(yīng)力。
實施例1
粘附工藝包括氨等離子體處理，之后進行穩(wěn)定工藝，然后在襯底表
面沉積摻雜氮的硅碳化物。該工藝如下進行。
等離子體處理工藝包括以約160 sccm的流率向處理室提供氨；以約 18000 sccm的流率向處理室提供氮；保持室壓力為約4.2 Torr;保持加熱
器溫度為約350°C;在約350密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"；并 且，通過在13.56 MHz的高頻下施加約300 W的RF功率水平，生成等離 子體，保持約20秒。
穩(wěn)定工藝包括以約350 seem的流率向處理室提供三甲基硅垸；以約 700 seem的流率向處理室提供氨；以約1200 seem的流率向處理室提供 氦；保持室壓力為約3.7Torr;保持加熱器溫度為約350°C;在約280密耳 處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"。穩(wěn)定工藝可進行約5秒。在13.56 MHz 的高頻下施加約900 W的RF功率水平以生成等離子體，保持約63秒，由 此引發(fā)有機硅化合物的等離子體，從而沉積摻雜氮的硅碳化物層。
測得的實施例1的襯底的粘附力Gc為約3.8±0.6 J-m2。
實施例2
粘附工藝包括氨等離子體處理，然后在襯底表面形成氮化硅碳化 物。該工藝如下進行。
等離子體處理工藝包括以約700 seem的流率向處理室提供氨；以約 1200 seem的流率向處理室提供氦；保持室壓力為約4.2 Torr;保持加熱器 溫度為約350°C;在約350密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"；通過在 13.56 MHz的高頻下施加約300 W的RF功率水平，生成等離子體，保持 約20秒。
氮化層如下沉積以700 seem的流率向處理室提供氨；以1200 seem 的流率向處理室提供氦；以約350 seem的流率向處理室提供三甲基硅烷 (TMS);保持加熱器溫度為約35(TC;保持室壓力為約3.7 Torr;在距襯 底表面約280密耳處設(shè)置氣體分布器；并且在13.56 MHz下施加約900 W 的RF功率。
測得的實施例2的襯底的粘附力Gc為約3.2±0.3 J-m2。 實施例3
粘附工藝包括氨等離子體處理，之后進行有機硅等離子體處理的穩(wěn) 定工藝；然后在襯底表面上沉積摻雜氮的硅碳化物層。該工藝如下進行。
等離子體處理工藝包括以約160 sccm的流率向處理室提供氨；以約 18000 sccm的流率向處理室提供氮；保持室壓力為約4.2 Torr;保持加熱 器溫度為約350°C;在約350密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"；并 且，通過在13.56 MHz的高頻下施加約300 W的RF功率水平，生成等離 子體，保持約20秒。
穩(wěn)定工藝包括以約450 sccm的流率向處理室提供三甲基硅烷；以約 1200 sccm的流率向處理室提供氦；保持室壓力為約3.7 Torr;保持加熱器 溫度為約35(TC;在約280密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"。穩(wěn)定工 藝可進行約5秒。在13.56 MHz的高頻下施加約300 W的RF功率水平以 生成等離子體，保持約2秒，由此引發(fā)有機硅化合物的等離子體。
摻雜氮的硅碳化物層如下沉積以700 sccm的流率向處理室提供氨； 以約1200 sccm的流率向處理室提供氦；以約350 sccm的流率向處理室提 供三甲基硅烷(TMS);保持加熱器溫度為約35(TC;保持室壓力為約3.7 Torr;在距襯底表面約280密耳處設(shè)置氣體分布器；并且，在13.56 MHz 下施加約900 W的RF功率。
測得的實施例3的襯底的粘附力Gc為約4.0士0.2 J-m2。
實施例4
粘附工藝包括氨等離子體處理；氮化物沉積的穩(wěn)定工藝；沉積約 100 A的氮化物；用于摻雜氮的硅碳化物的氮化物沉積的穩(wěn)定工藝；然后 在襯底表面上沉積摻雜氮的硅碳化物。該工藝如下進行。
等離子體處理工藝包括以約160 sccm的流率向處理室提供氨；以約 18000 sccm的流率向處理室提供氮；保持室壓力為約4.2 Torr;保持加熱 器溫度為約350°C;在約350密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"；并 且，通過在13.56 MHz的高頻下施加約300 W的RF功率水平，生成等離 子體，保持約20秒。
穩(wěn)定工藝包括以約350 sccm的流率向處理室提供三甲基硅烷；以約 1500 sccm的流率向處理室提供氨；以約18000 sccm的流率向處理室提供 氮；保持室壓力為約3.7Torr;保持加熱器溫度為約350°C;在約280密耳
處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"，保持約5秒。在13.56 MHz的高頻下施 加約900 W的RF功率水平以生成等離子體，保持約2-3秒，由此引發(fā)有 機硅化合物的等離子體，從而沉積(摻雜碳的)硅氮化物層。
穩(wěn)定工藝包括以約350 sccm的流率向處理室提供三甲基硅烷；以約 700 sccm的流率向處理室提供氨；以約1200 sccm的流率向處理室提供 氦；保持室壓力為約3.7Torr;保持加熱器溫度為約350°C;在約280密耳 處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"，保持約5秒。在13.56 MHz的高頻下施 加約900 W的RF功率水平以生成等離子體，保持約60秒，由此引發(fā)有機 硅化合物的等離子體，從而沉積摻雜氮的硅碳化物層。
測得的實施例4的襯底的粘附力Gc為約2.9±0.3 J-m2。
實施例5
粘附工藝包括硅化物工藝，包括氨等離子體處理，硅化物形成的穩(wěn) 定工藝；硅化物形成；然后在襯底表面上沉積摻雜氮的硅碳化物。該工藝 如下進行。
等離子體處理工藝包括以約75 sccm的流率向處理室提供氨；以約 5000 sccm的流率向處理室提供氮；保持室壓力為約4.2 Torr;保持加熱器 溫度為約350'C;在約350密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"；并且， 通過在13.56 MHz的高頻下施加約150 W的RF功率水平，生成等離子 體，保持約15秒。
穩(wěn)定工藝包括以約325 sccm的流率向處理室提供氨；以約400 sccm 的流率向處理室提供氦；保持室壓力為約3 Torr;保持加熱器溫度為約 350°C;在約300密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"，保持約10秒。
如下形成硅化物以約125 sccm的流率向處理室提供硅垸；以約400 sccm的流率向處理室提供氦；以約325 sccm的流率向處理室提供氨；保 持室壓力為約3 Torr;保持加熱器溫度為約350°C;在約300密耳處設(shè)置 氣體分布器或"噴淋頭"，保持約2.5秒。
可如下沉積摻雜氮的硅碳化物以約160 sccm的流率向處理室提供三 甲基硅烷；以約325 sccm的流率向處理室提供氨；以約400 sccm的流率
向處理室提供氦；保持室壓力為約3Torr;保持加熱器溫度為約350°C; 在約300密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"；并且通過在13.56 MHz的 高頻下施加約300-310 W的RF功率水平，生成等離子體，保持約76秒。 測得的實施例4襯底的粘附力Gc為約3.9±0.5 J-m2。
實施例6
粘附工藝包括硅化物工藝，包括氨等離子體處理；硅化物形成的穩(wěn) 定工藝；硅化物形成；沉積約100 A的硅氮化物；然后在襯底表面上沉積 摻雜氮的硅碳化物。該工藝如下進行。
等離子體處理工藝包括以約75 sccm的流率向處理室提供氨；以約 5000 sccm的流率向處理室提供氮；保持室壓力為約4.2 Torr;保持加熱器 溫度為約350°C;在約350密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"；通過在 13.56 MHz的高頻下施加約150 W的RF功率水平，生成等離子體，保持 約15秒。
穩(wěn)定工藝包括以約75sccm的流率向處理室提供氨；以約5000 sccm 的流率向處理室提供氮；保持室壓力為約4.2 Torr;保持加熱器溫度為約 35(TC;在約495密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"，保持約5秒。通 過以約125 sccm的流率向處理室提供硅烷來形成硅化物，保持約2.5秒。
如下沉積硅氮化物以約220 sccm的流率向處理室提供硅垸；以約 75 sccm的流率向處理室提供氨；以約5000 sccm的流率向處理室提供氮； 保持室壓力為約4.2Torr;保持加熱器溫度為約350°C;在約495密耳處設(shè) 置氣體分布器或"噴淋頭"；通過在13.56 MHz的高頻下施加約440-450 W的RF功率水平，生成等離子體，保持約2秒。
可如下沉積摻雜氮的硅碳化物以約160 sccm的流率向處理室提供三 甲基硅烷；以約325 sccm的流率向處理室提供氨；以約400 sccm的流率 向處理室提供氦；保持室壓力為約3Torr;保持加熱器溫度為約350°C; 在約300密耳處設(shè)置氣體分布器或"噴淋頭"；通過在13.56 MHz的高頻 下施加約300-310 W的RF功率水平，生成等離子體，保持約72秒。
測得的實施例4的襯底的粘附力Gc為約5.3 J-m2。 層沉積
通過使有機硅化合物反應(yīng)來沉積硅碳化物層，從而形成含碳-硅鍵且介 電常數(shù)小于約4的電介質(zhì)層。硅碳化物層優(yōu)選為無定型氫化硅碳化物。可 以在惰性氣體、氫氣和二者的等離子體中沉積硅碳化物層。硅碳化物電介 質(zhì)層可以是摻雜的硅碳化物層。硅碳化物層可以作為阻擋層沉積在與導(dǎo)電 材料或電介質(zhì)層相鄰的位置，或者硅碳化物電介質(zhì)層可以是沉積在一個或 多個電介質(zhì)層之間的蝕刻終止層。
用于沉積硅碳化物的合適的有機硅化合物的實例優(yōu)選包括以下結(jié)構(gòu)
R-Si-I
其中，R包括有機官能團，包括垸基、鏈烯基、環(huán)己烯基、芳基及其官能 衍生物。有機化合物可具有多于一個的與硅原子連接的R基，本發(fā)明可使 用具有或不具有Si-H鍵的有機硅化合物。
有機硅化合物包括脂族有機硅化合物、環(huán)狀有機硅化合物或其組合 (其具有至少一個硅-碳鍵)并且，任選地，該結(jié)構(gòu)中可以包含氧。環(huán)狀有
機硅化合物通常具有包含三個或更多個硅原子的環(huán)。脂族有機硅化合物具 有包含一個或多個硅原子和一個或多個碳原子的直鏈或支化結(jié)構(gòu)?？少彽?的脂族有機硅化合物包括在硅原子之間不含氧的有機硅垸，而對于摻雜氧 的硅碳化物層，則包括在兩個或更多個硅原子之間含有氧的有機硅氧烷。 在本發(fā)明中，有機硅化合物的氟化衍生物也可用于沉積硅碳化物和硅氧碳 化物層。
合適的脂族和環(huán)狀有機硅化合物的例子包括，例如一種或多種下列化 合物
甲基硅烷 CHrSiH3 二甲基硅垸 (CH3)2-SiH2 三甲基硅烷(TMS) (CH3)3-SiH 乙基硅烷 CH3-CH2-SiH3 二硅烷基甲烷 SiH3-CH2-SiH3
雙(甲基硅垸基)甲垸CH3-SiH2-CH2-SiH2-CH3
1 ，2-二娃院基乙焼SiHrCH2-CH2-SiH3
1，2-雙(甲基硅烷基)乙浣CH3-SiH2-CH2-CH2-SiH2-CH3
2，2-二硅垸基丙垸SiH3-C(CH3)2-SiH3
1,3，5-三硅垸基-2,4,6-三亞甲基-(-SiH2CH2-)3-(環(huán)狀)
二乙基硅烷(C2H5)2SiH2
丙基硅烷C3H7SiH3
乙烯基甲基硅烷(CH2=CH)(CH3)SiH2
二乙烯基二甲基硅烷(DVDMS)(CH2=CH)2(CH3)2Si
1，1,2,2-四甲基二硅烷HSi(CH3)2-Si(CH3)2H
六甲基二硅烷(CH3)3Si-Si(CH3)3
U，2,2,3，3-六甲基三硅垸H(CH3)2Si- Si(CH3)2-SiH(CH3)2
1,1,2，3，3-五甲基三硅垸H(CH3)2Si- SiH(CH3)-SiH(CH3)
二甲基二硅烷基乙垸CH3-SiH2-(CH2)2-SiH2-CH3
二甲基二硅垸基丙垸CH3-SiH2-(CH2)3-SiH2-CH3
四甲基二硅烷基乙烷(CH)2-SiH-(CH2)2-SiH-(CH)2
四甲基二硅烷基丙烷(CH3)2-SiH-(CH2)3-SiH-(CH3)2
以上所列僅為示例性，而不應(yīng)當(dāng)理解或解釋為限制本發(fā)明的范圍。 含苯基的有機硅化合物的苯基也可用于沉積硅碳化物材料，其通常包
括以下結(jié)構(gòu) I
R-Si，H,
其中，R為苯基。例如，合適的含苯基的有機硅化合物通常包括式 SiHa(CH3)b(C6H5)c，其中a為0-3， b為0-3， c為l-4，且a+b+c=4。從此式 得出的合適化合物的例子包括二苯基硅垸、二甲基苯基硅烷、二苯基甲基 硅烷、苯基甲基硅烷及其組合。優(yōu)選使用的是b為1-3且c為1-3的含苯 基的有機硅化合物。最優(yōu)選的作為阻擋層用于沉積的有機硅化合物包括具 有式SiHa(CH3)b(C6Hs)c的有機硅化合物，其中a為l或2、 b為l或2且c
為l或2。優(yōu)選的化合物的例子包括二甲基苯基硅垸和二苯基甲基硅烷。
通常，在包含較具惰性的氣體(例如，氮(N2))和稀有氣體(例如 氦或氬)的等離子體中使有機硅化合物反應(yīng)。沉積的硅碳化物層的介電常
數(shù)為約5或更小，慘雜的硅碳化物層的介電常數(shù)為約3或更小。處理氣體 還可包括氫氣。氫氣通常以約1:1至約10:1 (例如，約1:1至約6:1)的有 機硅化合物與氫氣的摩爾比被添加。優(yōu)選的有機硅化合物與氫氣的沉積工 藝具有約1:1至約1.5:1的有機硅化合物與氫氣的摩爾比。
在一種實施方式中，通過以約10毫克/分鐘(mgm)至約5000毫克/ 分鐘(mgm)的流率將三甲基硅垸供給至等離子體處理室來沉積優(yōu)選的硅 碳化物層。對于不同的有機硅化合物，由于從毫克/分鐘到標準立方分米/ 分鐘(sccm)的轉(zhuǎn)換可能存在差異，因此優(yōu)選使用毫克/分鐘。惰性氣體 (例如氦、氬或其組合)也被以約50 sccm至約5000 sccm的流率供給至 處理室中。室壓力被保持在約100 mTorr至約15 Torr。在沉積過程中，襯 底表面溫度被保持在約IO(TC至約450°C。沉積硅碳化物層的工藝的一個 例子被2003年3月25日授權(quán)的美國專利No. 6537733所公開，通過引用 將其與本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書一致的部分包含于此。
硅碳化物層也可以是含氧、氮、硼、磷或其組合的摻雜的硅碳化物 層。摻雜的硅碳化物通常包含少于約15原子百分比(原子％)或更少的一 種或多種摻雜物。摻雜物可用在處理氣體中，摻雜物與有機硅化合物的比 為約1:5或更小，例如，約1:5至約1:100。
在反應(yīng)過程中，可用氧源或氮源來形成慘雜氧和/或摻雜氮的硅碳化物 層。氧源的例子包括氧化氣體(例如，氧、臭氧、 一氧化碳、二氧化碳、 氧化亞氮)和含氧的有機硅化合物或其組合，例如一氧化碳與含氧的有機 硅化合物。摻雜氧的硅碳化物通常包含少于約15原子％的氧，優(yōu)選約10 原子％或更少的氧。
含氧有機硅化合物包括，例如 二甲基二甲氧基硅烷(DMDMOS) (CH3)2-Si-(OCH3)2 二乙氧基甲基硅浣(DEMS) (CH3)-SiH-(OCH3)2 1 ，3-二甲基二硅氧垸 CH3-SiH2-0-SiH2-CH3
1,1，3,3-四甲基二硅氧烷(TMDSO) 六甲基二硅氧烷(HMDS) 六甲氧基二硅氧垸(HMDSO) 1,3-雙(硅垸基亞甲基)二硅氧烷 雙(l-甲基二硅氧垸基)甲烷 2，2-雙(1-甲基二硅氧垸基)丙垸 1,3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS) 八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS) 2，4，6,8,10-五甲基環(huán)五硅氧垸 1,3,5,7-四硅烷基-2，6-二氧-4，8-二亞甲基 六甲基環(huán)三硅氧烷
1,3-二甲基二硅氧垸 六甲氧基二硅氧垸(HMDOS) 及其氟化衍生物
摻雜氮的硅碳化物可包含高達20原子％的氮，并可通過添加含氮化合 物來沉積，含氮化合物包括例如氨、氮氣、氮氣和氫氣的混合物以及具有 Si-N-Si鍵合基團的化合物(例如，硅氮垸)。合適的硅氮烷化合物包括脂 族化合物(例如六甲基二硅氮烷和二乙烯基四甲基二硅氮烷)和環(huán)狀化合 物(例如六甲基環(huán)三硅氮烷)。
例如，通過以約50 sccm至約10000 sccm的流率將氧源和/或氮源或其 它摻雜物引入處理室，可以沉積摻雜的硅碳化物層。例如，通過在沉積硅 碳化物層時引入氮源(例如氨、氮、氮和氫的混合物，或其組合)，可以 沉積含氮的或摻雜氮的硅碳化物層。
通過在沉積過程中將膦(PH3)或硼垸(BH3)或其硼烷衍生物(例 如，二硼烷(B2H6))引入處理室，可以進行低k硅碳化物層的磷和/或硼 摻雜。認為摻雜物可降低沉積的硅碳化物材料的介電常數(shù)?？梢砸约s50 sccm至約10000 sccm的流率將磷和/或硼摻雜物引入處理室。
處理氣體中也可使用有機化合物(例如，脂族烴化合物)來提高沉積
(CH3)2-SiH-OSiH-(CH3)2 (CH3)3-Si-0-Si-(CH3)3 (CH30)3-Si-0-Si-(OCH3)3 (SiH3-CH2-SiH2-)2-0 (CH3-SiH2-0-SiH2-)2-CH2 (CH3-SiH2-0-SiH2-)2-C(CH3)2 -(-SiHCH3-0-)4-(環(huán)狀) -(-Si(CH3)2-0-)4-(環(huán)狀) -(-SiHCHrO-)5-(環(huán)狀) -(-SiH2-CH2-SiH2-0-)2-(環(huán)狀) -(-Si(CH3)2-0-)3-(環(huán)狀) CH3-SiH2-0-SiH2-CH3 (CH30)3-Si-0-Si-(OCH3)3
的硅碳化物材料的碳含量。合適的脂族烴化合物包括具有1至約20個相
鄰的碳原子的化合物。烴化合物可包含通過單鍵、雙鍵和三鍵的任意組合 而鍵合的相鄰的碳原子。
沉積含氮硅碳化物層的工藝的例子被2000年7月28日、2001年2月 23日提交的美國專利申請No. 09/627667和2003年3月25日授權(quán)的美國 專利No. 6537733所公開，通過引用將其與本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書一 致的部分包含于此。沉積含氧硅碳化物層的工藝的例子被2002年7月15 日提交的美國專利申請No. 10/196498所公開，通過引用將其與本發(fā)明的 權(quán)利要求和說明書一致的部分包含于此。沉積摻雜硼和/或磷的硅碳化物層 的工藝的例子被2003年1月13日提交的美國專利申請No. 10/342079所公 開，通過引用將其與本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書一致的部分包含于此。
通常，通過與其上沉積硅碳化物層的襯底相距約200 mm至約600 mm 的氣體分布板，將有機硅化合物、惰性氣體和可選的摻雜物引入處理室。
可用單頻和雙頻RF功率源來施加功率。例如，通過在高頻(例如， 約13 MHz至約14 MHz，如13.56 MHz)下施加約0.03 W/cm2至約6.4 W/cn^的功率密度(對于200 mm的襯底，為約10 W至約2000 W的RF 功率水平，例如，約500 W至約1100 W)，可以生成等離子體。通過在 高頻(例如，約13 MHz至約14 MHz，如13.56 MHz)下施加約0.01 W/cn^至約2.8 W/cn^的功率密度(對于300 mm的襯底，為約10 W至約 2000 W的RF功率水平，例如，約500 W至約1100 W)，可以生成等離 子體。
可由雙頻RF功率源來施加功率?；旌蟁F功率的雙頻源提供約10 MHz至約30 MHz (例如，約13.56 MHz)的高頻功率以及約100 KHz至 約500 KHz (例如，約350 KHz)的低頻功率?；祛lRF功率施加的例子 可包括第一RF功率和至少第二RF功率，其中，第一RF功率的頻率范圍 為約10 MHz至約30 MHz,功率范圍為約200 W至約1000 W;第二 PF 功率的頻率范圍為約100 KHz至約500 KHz，功率范圍為約1 W至約200 W。第二RF功率與總混頻功率的比優(yōu)選小于約0.2:1.0。
此外，氣體混合物中的硅源與摻雜物的比率應(yīng)為約1:1至約100:1。當(dāng)
在可從California, Santa Clara的Applied Materials, Inc購得的沉積室中對 200 mm的襯底實施時，上述工藝參數(shù)提供了 100 A/min至約3000 A/min
的硅碳化物層沉積速率。
本文所述的沉積硅碳化物層的實施方式用于說明本發(fā)明，所述的具體 實施方式不應(yīng)用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明還涵蓋其它用于沉積硅碳化 物層的工藝和材料。
雖然上面所述涉及本發(fā)明的實施方式，但是可以設(shè)計本發(fā)明的其它和 更多的實施方式，而不偏離本發(fā)明的基本范圍，本發(fā)明的基本范圍有所附 權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1. 一種處理襯底的方法，包括將所述襯底置于處理室中，其中所述襯底包括在其上形成的一個或多個圖案化的低k電介質(zhì)層和導(dǎo)電材料；將有機硅化合物引入所述處理室；形成所述導(dǎo)電材料的硅化物層；并且在不破壞真空條件下，在所述硅化物層上沉積硅碳化物層。
2. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述硅化物是通過熱增強工藝、等離子 體增強工藝或上述二者使所述硅基化合物與所述導(dǎo)電材料反應(yīng)而形成的。
3. 如權(quán)利要求1的方法，還包括在沉積所述硅碳化物層之前，將所述硅化物層暴露于包含氮和氫的還原化合物的等離子體中。
4. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述硅碳化物層如下沉積將選自三甲基硅垸、2，4,6,8-四甲基環(huán)四硅氧垸、八甲基環(huán)四硅氧垸、 二甲基苯基硅垸、二苯基甲基硅烷及其組合的所述有機硅化合物弓I入所述 處理室；并且生成所述有機硅化合物的等離子體。
5. 如權(quán)利要求4的方法，還包括在沉積所述硅碳化物層過程中，引 入惰性氣體、還原化合物、硅基化合物或其組合。
6. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述有機硅化合物包括三甲基硅烷、二 甲基苯基硅烷、二苯基甲基硅垸及其組合。
7. 如權(quán)利要求6的方法，還包括與所述有機硅化合物一起引入惰性 氣體。
8. 如權(quán)利要求7的方法，其中所述惰性氣體包括氦、氬或其組合。
9. 如權(quán)利要求7的方法，其中所述硅化物是在惰性氣體的存在下通過 等離子體增強工藝使所述有機硅化合物與所述導(dǎo)電材料反應(yīng)而形成的。
10. 如權(quán)利要求1的方法，還包括 將包含氮和氫的還原化合物引入所述處理室； 在所述處理室中引發(fā)所述還原化合物的等離子體；并且 在將所述硅基化合物弓I入所述處理室之前，將所述導(dǎo)電材料暴露于所 述還原化合物的所述等離子體中。
11. 如權(quán)利要求10的方法，其中所述還原化合物包含氨或氮氣和氫氣的混合物。
12. 如權(quán)利要求10的方法，還包括與所述還原化合物一起引入惰性 氣體。
13. 如權(quán)利要求1的方法，還包括與所述有機硅化合物一起引入包 含氮和氫的還原化合物。
14. 一種處理襯底的方法，包括將所述襯底置于處理室中，其中所述襯底包括在其上形成的一個或多 個圖案化的低k電介質(zhì)層和導(dǎo)電材料；將包含氮和氫的還原化合物引入所述處理室； 在所述處理室中引發(fā)所述還原化合物的等離子體； 將所述導(dǎo)電材料暴露于所述還原化合物的所述等離子體中； 將有機硅化合物弓I入所述處理室； 將所述有機硅化合物與所述還原化合物反應(yīng)；在所述一個或多個圖案化的低k電介質(zhì)層和導(dǎo)電材料上沉積摻雜氮的 硅碳化物電介質(zhì)材料；并且在不破壞真空條件下，在所述摻雜的硅碳化物層上沉積硅碳化物層。
15. 如權(quán)利要求14的方法，其中所述還原化合物包含氨或氮氣和氫氣 的混合物。
16. 如權(quán)利要求14的方法，還包括與所述還原化合物一起引入惰性 氣體。
17. 如權(quán)利要求14的方法，其中所述有機硅化合物選自三甲基硅烷、 2,4,6，8-四甲基環(huán)四硅氧垸、八甲基環(huán)四硅氧烷、二甲基苯基硅烷、二苯基 甲基硅烷及其組合。
18. 如權(quán)利要求14的方法，還包括與所述有機硅化合物一起引入惰 性氣體、氫氣、所述還原化合物或其組合。
19. 如權(quán)利要求14的方法，其中所述引發(fā)等離子體包括通過單頻RF 功率源或雙頻RF功率源生成等離子體。
20. 如權(quán)利要求14的方法，其中所述導(dǎo)電材料包括銅、摻雜銅或銅合金。
21. 如權(quán)利要求14的方法，其中所述一個或多個圖案化的低k電介質(zhì) 層包括硅碳化物、摻雜的硅碳化物、硅氧碳化物或其組合。
22. —種處理襯底的方法，包括將所述襯底置于處理室中，其中所述襯底包括在其上形成的一個或多 個圖案化的低k電介質(zhì)層和導(dǎo)電材料；將包含氮和氫的還原化合物弓1入所述處理室；在所述處理室中引發(fā)所述還原化合物的第一等離子體；將所述導(dǎo)電材料暴露于所述還原化合物的所述等離子體中；終止所述第一等離子體和還原化合物；將有機硅化合物弓I入所述處理室；在所述處理室中引發(fā)所述有機硅化合物的第二等離子體； 與所述有機硅化合物一起引入所述還原化合物；并且 在不破壞真空條件下，在所述一個或多個圖案化的低k電介質(zhì)層和導(dǎo) 電材料上沉積摻雜氮的硅碳化物電介質(zhì)材料。
23. 如權(quán)利要求22的方法，其中所述還原化合物包含氨或氮氣和氫氣 的混合物。
24. 如權(quán)利要求22的方法，還包括與所述還原化合物一起引入惰性 氣體。
25. 如權(quán)利要求22的方法，其中所述有機硅化合物選自三甲基硅垸、 2，4，6，8-四甲基環(huán)四硅氧垸、八甲基環(huán)四硅氧烷、二甲基苯基硅垸、二苯基 甲基硅垸及其組合。
26. 如權(quán)利要求22的方法，還包括與所述有機硅化合物一起引入惰 性氣體、氫氣、所述還原化合物或其組合。
27. 如權(quán)利要求22的方法，其中所述引發(fā)等離子體包括通過單頻RF 功率源或雙頻RF功率源生成等離子體。
28. 如權(quán)利要求22的方法，其中所述導(dǎo)電材料包括銅、摻雜銅或銅合金。
29. 如權(quán)利要求22的方法，其中所述一個或多個圖案化的低k電介質(zhì) 層包括硅碳化物、摻雜的硅碳化物、硅氧碳化物或其組合。
30. —種處理襯底的方法，包括將所述襯底置于處理室中，其中所述襯底包括在其上形成的一個或多個圖案化的低k電介質(zhì)層和導(dǎo)電材料；以第一流率將包含氮和氫的還原化合物引入所述處理室；在所述處理室中引發(fā)所述還原化合物的第一等離子體；將所述導(dǎo)電材料暴露于所述還原化合物的所述等離子體中；終止所述第一等離子體；將有機硅化合物弓I入所述處理室；以大于所述第一流率的第二流率引入所述還原化合物； 在所述處理室中引發(fā)所述有機硅化合物和所述還原化合物的第二等離 子體；在所述一個或多個圖案化的低k電介質(zhì)層和導(dǎo)電材料上沉積摻雜碳的硅氮化物電介質(zhì)材料；終止所述第二等離子體； 將所述有機硅化合物弓I入所述處理室； 以小于所述第二流率的第三流率引入所述還原化合物； 在所述處理室中引發(fā)所述有機硅化合物和所述還原化合物的第三等離子體；在不破壞真空條件下，在所述一個或多個圖案化的低k電介質(zhì)層和導(dǎo) 電材料上沉積摻雜氮的硅碳化物電介質(zhì)材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了在導(dǎo)電材料與電介質(zhì)層之間沉積粘附層而對襯底進行處理的方法。在一個方面，本發(fā)明提供了處理襯底的方法，該方法包括放置具有位于襯底表面上的導(dǎo)電材料的襯底；使所述襯底暴露于還原化合物、硅基化合物或上述二者中；使所述襯底表面的至少一部分與所述還原化合物、所述硅基化合物或上述二者反應(yīng)；并且，在不破壞真空的條件下沉積硅碳化物層。
文檔編號B05D3/00GK101388359SQ20081021182
公開日2009年3月18日 申請日期2005年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月19日
發(fā)明者夏立群, 安納馬萊·拉克師馬納, 崔振江, 梅彥·水克, 納格哈彥·哈加高帕蘭, 艾伯特·李 申請人:應(yīng)用材料公司