用于制备低介电常数材料的等离子增强化学气相沉积装置

摘要

本发明公开一种用于制备低介电常数材料的等离子增强化学气相沉积装置，包括炉体、位于炉体一侧的液体源喷射机构，炉体前半段缠绕有感应线圈，此感应线圈依次连接到13.36MHz射频电源和匹配器，液体源喷射机构包括耐压不锈钢釜、第一耐压混气罐和第二耐压混气罐，第一耐压混气罐另一端与耐压不锈钢釜一端通过安装有顶针阀的管路连接，耐压不锈钢釜另一端通过安装有顶针阀、第一质量流量计的管路连接到第一喷嘴；第二耐压混气罐一端连接安装有第三进气管、第四进气管，第二耐压混气罐另一端连接到第二喷嘴。本发明结构简单、操作便捷、制造及使用费用低，实现了将不易于控制流量及速率的液态液体源转化为易于控制流量及速率的气体流，从而便捷精确调控薄膜介电常数值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备低介电常数材料的等离子增强化学气相沉积装置，属于半导体技术领域。

背景技术

在集成电路内部，不同的器件之间主要是靠金属导线相互连接，随着集成电路制程的不断缩小，各个互连线之间的距离和间距不算缩小，由此所产生的互联电阻（R）和电容（C）所产生的寄生效应也越来越明显。为了降低RC所带来的延迟，进一步提升集成电路芯片的性能，具有低介电常数（low-k）特性的材料不断被提出并且得到了广泛的研究。

通常用于制备低介电常数（low-k）材料薄膜的方法主要有气相沉积法（CVD）和旋凃（spin-coating）两种方法。其中，气相沉积法由于使用的原料相对较少，沉积厚度较为均匀等特点，在半导体工业中得到了广泛的应用。然而，通常作为气相沉积法的原材料的物质通常为气态的含碳气体如甲烷，乙烯，乙炔和含硅气体如硅烷等，这一类物质由于其常压下是气态因此不利于储存运输和携带。随着半导体工业的发展，液体源材料得到了越来越多的重视，然而，如何用液体源材料制备满足半导体工艺要求的低介电常数材料薄膜仍然具有一定的困难。

发明内容

本发明目的是提供一种用于制备低介电常数材料的等离子增强化学气相沉积装置，该等离子增强化学气相沉积装置结构简单、操作便捷、制造及使用费用低，实现了将不易于控制流量及速率的液态液体源转化为易于控制流量及速率的气体流，从而便捷精确调控薄膜介电常数值。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于制备低介电常数材料的等离子增强化学气相沉积装置，包括两端密封安装有端盖的炉体、位于炉体一侧的液体源喷射机构，所述炉体前半段缠绕有感应线圈，此感应线圈依次连接到13.36MHz射频电源和匹配器，所述液体源喷射机构包括耐压不锈钢釜、第一耐压混气罐和第二耐压混气罐，此第一耐压混气罐一端连接均安装有第一质量流量计的第一进气管、第二进气管，第一耐压混气罐另一端与耐压不锈钢釜一端通过安装有顶针阀的管路连接，耐压不锈钢釜另一端通过安装有顶针阀、第一质量流量计的管路连接到第一喷嘴；所述第二耐压混气罐一端连接安装有第二质量流量计的第三进气管、第四进气管，所述第二耐压混气罐另一端连接到第二喷嘴，所述第一喷嘴、第二喷嘴密封地插入所述炉体一端的端盖从而嵌入炉体内；

一真空泵位于炉体另一侧，连接所述真空泵一端的管路密封地插入炉体另一端的端盖内，一手动挡板阀。

上述技术方案中进一步改进的方案如下：

1. 上述方案中，一尾气净化器安装于端盖和真空泵之间。

2. 上述方案中，所述端盖和真空泵之间的管路上安装有真空计。

3. 上述方案中，所述13.36MHz射频电源、匹配器的功率为25W~300W。

4. 上述方案中，所述第一喷嘴、第二喷嘴均为不锈钢喷嘴。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

本发明用于制备低介电常数材料的等离子增强化学气相沉积装置，其将不易于控制流量及速率的液态液体源转化为易于控制流量及速率的气体流，通过精确调控各气体源的成分以及流量，可以精确地调控所沉积的低介电常数材料薄膜层内的碳含量，从而精确地调控所制备的低介电常数材料薄膜的介电常数值；其次，通过精确调控载气的成分以及流量，可以调整气流的大小，从而调整所沉积的低介电常数材料薄膜的厚度，均匀性以及沉积速率；再次，该沉积装置可调节的成分多，可调节的流量多，因此控制精度高，数据的可靠性及准确性强。该设备还具有结构简单，操作便捷，制造及使用费用低，节约原料，可靠性强等优点；再次，沉积装置在气流量小，真空度高的时候，可以将样品靠前放置（进气端）来获得更高的沉积速率，气流量大，真空度低的时候可以将样品靠后放置来获得均匀，较慢的沉积速率，因而制备出的样品具有更高的均匀性，也不需要额外的负极基板，因此对样品没有任何导电性的要求，此外，由于本装置依靠正负离子的自然重力进行沉积，故对等离子体中的正负离子吸附性相同，因此制备出的样品成分更加符合制定实验时的要求，其成分能够得到保证。

附图说明

附图1为本发明等离子增强化学气相沉积装置结构示意图。

以上附图中：1、炉体；2、端盖；3、液体源喷射机构；4、感应线圈；5、13.36MHz射频电源；6、匹配器；7、耐压不锈钢釜；8、第一耐压混气罐；9、第二耐压混气罐；101、第一质量流量计；102、第二质量流量计；111、第一进气管；112、第二进气管；12、顶针阀；13、第一喷嘴；141、第三进气管；15、第二喷嘴；16、尾气净化器；17、真空泵；18、真空计；19、手动挡板阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例：一种用于制备低介电常数材料的等离子增强化学气相沉积装置，包括两端密封安装有端盖2的炉体1、位于炉体1一侧的液体源喷射机构3，所述炉体1前半段缠绕有感应线圈4，此感应线圈4依次连接到13.36MHz射频电源5和匹配器6，所述液体源喷射机构3包括耐压不锈钢釜7、第一耐压混气罐8和第二耐压混气罐9，此第一耐压混气罐8一端连接均安装有第一质量流量计101的第一进气管111、第二进气管112，第一耐压混气罐8另一端与耐压不锈钢釜7一端通过安装有顶针阀12的管路连接，耐压不锈钢釜7另一端通过安装有顶针阀12、第一质量流量计101的管路连接到第一喷嘴13；所述第二耐压混气罐9一端连接安装有第二质量流量计102的第三进气管141、第四进气管，所述第二耐压混气罐9另一端连接到第二喷嘴15，所述第一喷嘴13、第二喷嘴15密封地插入所述炉体一端的端盖从而嵌入炉体内；

一真空泵17位于炉体1另一侧，连接所述真空泵17一端的管路密封地插入炉体1另一端的端盖2内，一手动挡板阀19。

一尾气净化器16安装于端盖2和真空泵17之间。

上述端盖2和真空泵17之间的管路上安装有真空计18。

上述13.36MHz射频电源5、匹配器6的功率为25W~300W。

上述第一喷嘴13、第二喷嘴15均为不锈钢喷嘴。

生长过程如下：

整个生长过程在炉体1内进行，在进行沉积前，先将正硅酸乙酯与环己烷以体积比1：1的比例混合均匀并注入耐压不锈钢釜7内，关闭所有的顶针阀12、第一质量流量计101和第二质量流量计102。打开手动挡板阀19和真空泵17，当真空计18所示真空度小于10^-3Pa时，启动13.36MHz射频电源5和匹配器6，打开第二质量流量计102，按照工艺要求第三进气管141通入氩气，流量设定为2~5sccm，第四进气管通入氮气，流量设定为2~5sccm。通气10分钟排净炉体1残存气体后，依次打开第一质量流量计101、顶针阀12，第一质量流量计101，按照工艺要求第一进气管111通入氮气，流量设定为8~10sccm，第二进气管112通入甲烷，流量设定为5~8sccm，质量流量计流量调整为20~50sccm，沉积10分钟，沉积结束后，关闭13.36Mhz射频电源，关闭气路阀门及各个阀门，关闭手动挡板阀19，对炉体1进行放气处理，当炉体1内压力恢复至大气压力时，打开端盖2，将样品转移至炉体1加热温区内，关闭端盖2，打开手动挡板阀19，对炉体进行抽真空处理，当真空计18所示真空度小于10^-3Pa 时，启动炉体1加热并恒定温度于400°C进行退火处理60分钟。待退火结束炉体1温度回复至室温时，关闭真空泵，关闭手动挡板阀19，对炉体1进行放气处理，当炉体1内压力恢复至大气压力时，打开端盖2，取出样品即可对样品的介电常数值进行测试，所得介电常数值为2.28。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。