PECVD沉积低k掺氟氧化硅中泡状缺陷研究

摘要

随着制程技术的不断细密化，到了0.25um以下，集成电路在线路上的电阻，电容延迟（RC-Delay）效应已增大到成为问题，使得线路讯号难以更快速传播，即电晶体的导通，关闭的速率难以更快，并且线路间的串音，杂讯干扰（Cross Talk Noise）也增加，并且功耗也随之上升。 为了克服这一缺陷，必须更换半导体信号线路的材料，从以往的铝（Aluminum）材料换成铜（Copper）材料，换材之后，线路的电阻值降低，铝的阻值为每公分2.8微欧姆（2.8uohm/cm）,而铜则是1.7uohm/cm，因此，寄生RC问题将会得到一定程度改善，从而晶片的时序速度可得到提升。同时，铜线路也有较佳的抗电子漂移能力，使晶片可以更加耐久的工作。 铜导线技术的应用在降低RC-Delay效应起到了一定的作用，它主要是降低材料的R值，但对于线路与线路间的C值却没有得到改善，为了改善线路间的绝缘效果，人们开始思索用新的绝缘材料来替代原有的SiO2绝缘材料，这就是采用低介电质（Low k dielectric）材料。 以FSG而言，事实上有不同的制成方法，以化学气相沉积法（Chemical Vapour Deposition）产生的FSG材质，可使K值达2.6-3.1，而使用旋转式涂布法（Spin-on Dielectric）的FSG材质，则可低至2.0。 本论文主要是利用前者来制造FSG 材质，在实际制造FSG材质过程中，产品在电子显微镜下发现有泡状缺陷产生，严重影响产品良率，通过论文工作，我们取得如下成果： 1．深入剖析IMD Layer的结构，我们发现后层PEOX的厚度以及N2O 使用的时间，对泡状缺陷的改善有一定的影响。 2．对比不同类型机台的差异性，通过实验，分析不同类型机台对同一制程的影响，从而得到，泡状缺陷的产生跟机台类型的差异无关。 3．通过大量对比试验，逐步提高气体反应的预热温度，从而得出随着预热温度的逐步增加，泡状缺陷会逐渐减少，但不会彻底消失。 4．深入分析氟元素的物理化学特性，在main deposition 之前，增加deposition liner oxide,并控制合理的反应时间，目的是trap 多余，游离的氟离子。随着这一方案的实施，泡状缺陷彻底消失。 通过对产品进行一系列的测试，各项指标都达到我们要求，并在良率上比base line 高出两个百分点。本论文的研究课题来源于企业的大规模生产实践，对同类低k 介电质的制造，以及化学气相沉积其他介电质都有着巨大的参考价值。