[发明专利]等离子体处理方法

说明书

本申请要求2009年2月17日递交的题为“等离子体处理方法”的美国临时申请No.61/207973的优先权，该专利申请的内容通过引用整体结合于此。

技术领域

本发明涉及半导体装置及其制造方法。具体来说，本发明涉及氟碳化合物(CFx)形成工艺，所述氟碳化合物形成工艺用于提高CFx层与其他金属或绝缘层的的粘合性并同时保持氟碳(CFx)层的介电常数是低值。

背景技术

近年来，多层布线结构已被用于实现半导体装置的高速运行和小型化。但是，由于全体布线电阻的增大和布线层的寄生电容的增大，这些结构产生了连线延迟问题。

使用低电阻布线材料(例如，铜(Cu))作为互连主体会减少布线电阻。另一方面，低介电常数或低k材料可以用于减小寄生电容。具体地，加氟碳(氟碳化合物：CFx)可以用作绝缘层，以减小寄生电容，然后提高半导体装置的运行速度。

通常的等离子体反应工艺用于形成具有低介电常数的氟碳(CFx)层。使用微波等离子体处理装置来执行等离子体反应工艺，在所述微波等离子体处理装置中通过使用来自外部微波源的微波来激发等离子气体(例如，氩气(Ar)或氪气(Kr))以产生等离子体。当将CF系处理气体(例如，C₅F₈或C₆F₆气体)引入维持在至少约50mTorr的压力下的等离子体区域中时，使用等离子增强化学气相沉积(PE-CVD)方法来进行沉积过程。这提供了相对于蚀刻速度的更高的膜形成速度，以用于形成氟碳(CFx)层。

但是，在上述形成条件(仅使用一个能量源(例如，微波等离子体)作为等离子体激发源)下所形成的氟碳(CFx)层会产生对于CFx层的绝缘特性和解吸气体特性的不利结果。结果，在沉积时，CFx层与气体层(例如，金属或绝缘层)的表面的粘合性会变差。

鉴于上述问题，提出了本发明。本发明提供了用于形成氟碳(CFx)层的工艺，所述氟碳层具有优良的绝缘特性和解吸气体特性、并同时保持介电常数为低值。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了用于形成氟碳(CFx)绝缘层的方法。该方法包括如下步骤：在不小于20mTorr并且不大于60mTorr的压力下，施加微波功率和RF偏压。

根据本发明的第二方面，提供了用于形成氟碳(CFx)绝缘层的方法。该方法包括如下步骤：在压力下施加微波功率和RF偏压，在所述压力下、在没有施加所述RF偏压的情况下所述氟碳层并不沉积，其中，所述压力不小于20mTorr。

根据本发明的第三方面，提供了用于制造具有氟碳层的半导体装置的方法，所述氟碳层作为绝缘层。该方法包括如下步骤：使用等离子体反应处理在衬底上形成氟碳层。当在从20mTorr到60mTorr的压力下施加微波功率和RF偏压时，执行所述形成步骤。

根据本发明的第四方面，提供了用于使用等离子体反应处理来形成氟碳层的方法。该方法包括如下步骤：施加微波功率和RF偏压；并且除了等离子激发气体和CF系处理气体之外，还将氧气(O)引入处理室中。

附图说明

图1示意性示出了在等离子体反应处理中沉积率作为压力的函数的示例。

图2示意性示出了氟碳(CFx)层的介电常数曲线作为压力的函数。

图3示出了绝缘层形成装置的实施例的示意图。

图4示出了目标结构、和实验试样与其应力测试结果的俯视图。

图5示出了用于测量CFx4试样的厚度和折射率的等高线图。

图6示出了用于评估实验试样表面形貌的CFx实验试样的截面视图。

图7示出了各种实验试样的泄漏电流作为施加电池的函数。

图8示出了各种实验试样的TDS强度。

图9示出了各种实验试样的TDS强度。

图10示出了各种实验试样的泄漏电流作为RF偏压的函数。

图11示出了各种实验试样的泄漏电流作为氟碳层厚度的函数。

图12示出了各种实验试样的相对介电常数作为压力的函数。

图13示出了各种实验试样的平均相对介电常数作为压力的函数。

图14示出了替换实施例的等高线图。

图15示出了各种实验试样的相对介电常数作为折射率的函数。

具体实施方式