[发明专利]等离子体处理方法

说明书

本申请要求2009年6月26日递交的题为“等离子体处理方法”的美国临时申请No.61/269,686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

本发明涉及半导体器件及其制造方法。更具体而言，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粘附性并同时保持氟碳化合物(CFx)层的介电常数为低值。

背景技术

近年来，多层互连结构已被用于实现半导体器件的高速运行和小型化。但是，由于布线层的总布线电阻的增大和寄生电容的增大，这些结构产生了接线延迟问题。

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，使用低介电常数或低k材料(例如加氟碳(氟碳化合物：CFx))作为绝缘层，可以减小寄生电容。然而，尽管便于降低多层互连结构的寄生电容，但是氟碳化合物(CFx)层还没有被广泛用作半导体器件中的电子电路的一部分。这主要是由于如下的事实：在层叠在氟碳化合物(CFx)层的表面上时表现出良好的粘附性能的绝缘层或金属层的数量是相当有限的。

当氟碳化合物(CFx)被用作用于绝缘层的材料时，氟碳化合物(CFx)层中所包含的氟在氟碳化合物(CFx)层和其他金属或绝缘层之间的界面处导致氟化反应。结果，CFx层和其他金属或绝缘层之间的粘附性由于在其界面处生成氟化合物而劣化。氟碳化合物(CFx)层内氟化合物(包括氟离子)的存在还被认为是造成在层叠在氟碳化合物(CFx)层的表面上时在较高的温度区域(超过350℃)可以表现出良好的粘附性能的绝缘层或金属层的数量有限的主要原因。

在日本专利申请公布No.2006-326041中提出了用于减少氟碳化合物(CFx)层的氟化合物的方法。在此方法中，通过在已被产生用于形成氟碳化合物(CFx)层的微波等离子体工艺中施加高频(RF)功率，减小氟碳化合物层中的氟与碳的组成比(F/C)。但是，与常规方法相似，在沉积之后，氟化合物仍然留在氟碳化合物(CFx)层的表面附近。因此，其大大地影响氟碳化合物(CFx)层与其他绝缘层或金属层的粘附性。

鉴于上述问题，提出了本发明。本发明提供了用于形成氟碳化合物(CFx)层的方法，用于抑制在较高温度区域(高于350℃)的氟化合物解吸，同时保持低的介电常数值(k：小于2.6)。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造具有氟碳化合物层作为绝缘层的半导体器件的方法。所述方法包括如下步骤：利用由微波功率激发的等离子体形成第一氟碳化合物(CFx1)层；以及利用由RF功率激发的等离子体形成第二氟碳化合物(CFx2)层。

根据本发明的第二个方面，提供了一种半导体器件，其包括：第一氟碳化合物(CFx1)层；以及第二氟碳化合物(CFx2)层，其中，所述第二氟碳化合物(CFx2)层中的氟与碳的组成比(F₂/C₂)小于所述第一氟碳化合物(CFx1)层中的氟与碳的组成比(F₁/C₁)。

根据本发明的第三个方面，提供了一种利用等离子体反应工艺形成氟碳化合物层的方法。所述方法包括如下步骤：利用由微波功率激发的等离子体形成第一氟碳化合物(CFx1)层；以及利用由RF功率激发的等离子体形成第二氟碳化合物(CFx2)层。

附图说明

图1描绘了径向线缝隙天线(RLSA)等离子体处理装置的实施例的示意图。

图2示出了实验样品在施加胶带之后的目标结构、横截面图和俯视图，给出了其鼓泡测试结果和胶带测试结果。

图3示出了各种实验样品的目标结构和横截面图。

图4示出了对于各种具有不同目标结构的实验样品，相对介电常数随氟碳化合物层的总厚度的变化。

图5示出了对于各种具有不同目标结构的实验样品，当施加负电压时，漏电流随氟碳化合物层的总厚度的变化。

图6示出了对于各种具有不同目标结构的实验样品，当施加正电压时，漏电流随氟碳化合物层的总厚度的变化。

图7示出了对于各种实验样品，沉积速率随所施加的RF功率的变化。

图8示出了对于各种实验样品，沉积速率随压强的变化。

图9示出了对于各种实验样品，平均RF峰-峰电压随所施加的RF功率的变化。