[发明专利]通过无定形碳(少量添加硅)的含氧掺杂改善氟碳化合物(CFx)膜的粘附性的技术

说明书

本申请要求2009年6月26日递交的题为″Technique for Improving Adhesiveness with Fluorocarbon(CFx)Film by Oxygen-containing Doping to Amorphous Carbon(A Small Amount of Silicon Added)″的美国临时申请No.61/269,687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，本发明涉及无定形碳(aC)层形成工艺，其用于改善由氟碳化合物(CFx)制成的层间绝缘层与无定形碳(aC)层之间的粘附性。

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。而且，将低介电常数或低k材料(例如氟碳化合物(CFx))用于绝缘层，可以减小寄生电容。另一方面，为了防止铜(Cu)扩散到绝缘层中，在互连主体和绝缘层之间设置阻挡层。为了实现半导体器件的高速运行，还高度推荐通过使用诸如无定形碳(aC)的绝缘材料来降低阻挡层的寄生电容。

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)层和由无定形碳(aC)制造的阻挡层之间的界面处导致氟化反应。氟化反应是由于在半导体器件的制造过程中执行的后续热处理过程导致的。因此，随着氢气(H₂)和氟(F)的反应发生气体解吸反应(例如氟化氢(HF))。结果，无定形碳(aC)阻挡层可能由于其粘附性能的显著劣化而从氟碳化合物(CFx)绝缘层或铜互连主体上剥离。

为了抑制氟化氢(HF)的解吸反应，在日本专利申请公布No.2008-141009中提出了一种用于形成无定形碳层的方法。在该方法中，用诸如硅(Si)的掺杂剂掺杂无定形碳(aC)层。虽然无定形碳(aC:Si)层的硅掺杂抑制了氟化氢(HF)的生成，但是该方法导致三氟化硅(SiF₃)的生成，这回过头来使得氟碳化合物(CFx)绝缘层和硅掺杂无定形碳(aC:Si)层之间的粘附性劣化。因此，无定形碳(aC)层可能以与前述相同的方式从绝缘层或互连主体上剥离。

鉴于上述问题，提出了本发明。本发明提供了一种无定形碳(aC)层形成方法，用于增强无定形碳(aC)层和氟碳化合物(CFx)绝缘层之间的粘附性，同时抑制它们之间的氟化反应。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于形成无定形碳层的方法。所述方法包括利用等离子体反应工艺形成无定形碳层的步骤。所述无定形碳层在包含等离子体激发气体、C_xH_y系气体、含硅气体和含氧气体的气氛中形成。

根据本发明的第二个方面，提供了一种用于制造具有无定形碳层作为阻挡层的半导体器件的方法。所述方法包括如下步骤：在衬底上形成氟碳化合物(CFx)层；以及利用等离子体反应工艺在所述氟碳化合物(CFx)层上形成无定形碳层。所述无定形碳层在包含等离子体激发气体、C_xH_y系气体、含硅气体和含氧气体的气氛中形成。

附图说明

图1描绘了等离子体膜形成装置的示意图。

图2示出了等离子体膜形成装置的气体供应单元的俯视图。

图3示出了等离子体膜形成装置的天线部分的局部横截面图。

图4是处理气体的次序和时序引入的示意图。

图5示出了各种实验样品的目标结构和HF气体解吸的TDS分析。

图6示出了对于各种具有与图4中所示的相同的目标结构的实验样品的SiF₃气体解吸的TDS分析。

图7示出了各种实验样品的目标结构和表面视图以及其鼓泡和胶带测试结果。

具体实施方式

将在下文中参考附图来描述本发明的实施例，所述附图中示出了本发明的优选示例性实施例。下面的描述并非意在限制本发明的范围、可应用性或构造。更确切地，下面对优选示例性实施例的描述将向本领域技术人员提供能够实现本发明的优选示例性实施例的描述。应当理解，在不脱离由权利要求书所阐明的本发明的精神和范围的情况下，可以以不同的形式来实施本发明。