[发明专利]一种低介电常数多孔SiOCNH薄膜及其制备方法

摘要

本发明属于超大规模集成电路制造技术领域，具体为一种低介电常数多孔SiOCNH薄膜及其制备方法。本发明采用PECVD工艺，以MTES以及LIMO为液态源，经过汽化后随氦气载入腔体与氨气混合，通过控制沉积过程中的衬底温度、射频功率、反应腔内的工作压强、反应源配比等工艺参数，沉积得到无机-有机复合薄膜，再经过热退火处理除去有机成分，最终得到低介电常数多孔SiOCNH薄膜。该薄膜的介电常数为2.38±0.06～2.58±0.05；在1MV/cm的电场强度下漏电流密度达到10^-9～10^-8A/cm²数量级；杨氏模量为35.41～36.31GPa，硬度为1.88～2.48GPa。由于薄膜中掺入了氮元素，该低介电常数材料薄膜不仅具有较好电学性能，还具有优异的力学性能。

主权项

一种低介电常数多孔SiOCNH薄膜的制备方法，其特征在于：采用PECVD技术，以NH₃气体、LIMO和MTES蒸汽为反应源，沉积得到无机‑有机复合薄膜，再经过高温热退火处理得到低介电常数多孔SiOCNH薄膜；具体步骤如下：（1）在室温条件下，将晶圆衬底放入PECVD设备反应腔体中的托盘上，接着对反应腔抽真空，使得腔体真空度达到 0.02~0.03 torr；然后，将衬底温度加热至150～300 ℃；（2）通过液态流量计的控制，分别以1～2 g/min、1.5～3 g/min的流量，将MTES和LIMO通入汽化器中；汽化后的MTES、LIMO蒸汽通过He气沿不同气路载入到反应腔中，其中输送MTES蒸汽的载气流量为1000~6000 sccm，输送LIMO蒸汽的载气流量为2000~8000 sccm；这里，LIMO为双戊烯，MTES为三‑乙氧基甲基硅烷；（3）另一路反应气体NH₃通过质量流量计控制直接进入反应腔体中，其流量为100～1000 sccm；（4）NH₃、He载气、汽化后的MTES及LIMO在反应腔体中发生混合，待反应腔体中的压强到达设定值3～7 torr时，稳定1～2 min，而后开启射频电源，频率为13.56MHz，射频功率为100～800W，沉积得到无机‑有机复合薄膜；（5）将得到的无机‑有机复合薄膜置于管式炉、箱式炉或其它腔体中进行热退火处理；退火温度为300～500 ℃，退火时间为1~5小时，退火气氛为氩气、氦气或氮气，压强为0.1~ 800 torr，最终得到低介电常数多孔SiOCNH薄膜。