等离子体处理方法

专利名称：等离子体处理方法
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°C)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°C )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(CFxl)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(CFxl)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(CFxl)层中的氟与碳的组成比(F1Zt1)。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(CFxl)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。



图I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不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。图10示出了对于各种实验样品，氟碳化合物的厚度随处理气体(C5F8)流率的变化。图11示出了对于各种实验样品，介电常数随折射率的变化。
具体实施例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。本发明一般地涉及半导体器件及其制造方法。更具体地，本发明涉及新的氟碳化合物(CFx)形成工艺，所述氟碳化合物形成工艺用于提高氟碳化合物(CFx)层与其他金属或绝缘层的粘附性并同时保持低的介电常数值。本发明的实施例涉及用于形成氟碳化合物(CFx)绝缘层的方法，所述氟碳化合物绝缘层具有改善的粘附性，以抑制在高于350°C的温度下氟化合物的解吸，同时保持低的介电常数值&:小于2.6)。这通过如下来实现选择第一预定工艺条件，所述第一预定工艺条件用于利用由微波功率激发的等离子体形成第一氟碳化合物(CFxl)层，以及选择第二工艺条件，所述第二工艺条件用于利用由RF功率激发的等离子体形成第二氟碳化合物(CFx2)层。
以此方式，根据本发明的方法所形成的氟碳化合物(CFx)层的有效相对介电常数保持为低，同时抑制了在氟碳化合物(CFx)层与其他金属或绝缘层之间的界面处氟化合物的不期望的形成。根据本发明的实施例，通过选择第一预定工艺条件，生成微波激发的等离子体来形成第一氟碳化合物(CFxl)层。第一氟碳化合物(CFxl)层是利用径向线缝隙天线(RLSA)等离子体处理装置来形成的。当所施加的微波功率大于1000W时，产生微波激发的等离子体。即使将高RF功率施加到RLSA等离子体处理装 置的祀电极(target electrode)上时，也是这样的。在优选实施例中，所施加的微波功率在1200W到3000W的范围内，所施加的RF功率在OW到120W的范围内。此外，第一预定工艺条件可以包括在从20mTorr到80mTorr的范围内的压强和在从20到150秒的范围内的处理时间。在本实施例中，流率小于或等于200sccm的等离子体激发气体(诸如氩(Ar)气)和流率在从约150SCCm到750SCCm的范围内的膜形成处理气体(诸如C5F8气体)被分别用于产生等离子体和形成厚度约IOOnm的第一氟碳化合物(CFxl)层。通过选择第二预定工艺条件，生成RF激发的等离子体来形成第二氟碳化合物(CFx2)层。第二预定工艺条件可以包括在从OW到1000W的范围内的微波功率、在从15W到120W的范围内的被施加的RF功率、以及从5到60秒的范围内的处理时间。在优选实施例中，通过将微波功率设为OW并只通过RF功率生成等离子体，来形成第二氟碳化合物(CFx2)层。这主要是由于如下的事实如果结合RF等离子体来施加微波功率，则对于下面的层的损伤变得更强。在本实施例中，第二氟碳化合物(CFx2)层的厚度为约Inm到10nm。此外，与第一预定工艺条件相似，RLSA等离子体处理装置内的压强、等离子体激发气体的流率以及膜形成处理气体的流率被分别设定为在从20mTorr到80mTorr的范围内的压强、小于或等于200sccm的I!气流率和在从约150sccm到750sccm的范围内的C5F8流率。上述压强范围保证稳定的RF等离子体生成和氟碳化合物(CFx)沉积。可以在用于形成第一氟碳化合物(CFxl)层的RLSA等离子体处理装置的同一处理室中形成第二氟碳化合物(CFx2)层。当微波激发的等离子体被用于形成第一氟碳化合物(CFxl)层时，所得的层可以在不导致膜形成处理气体(例如C5F8气体)的过度解吸的情况下来形成。这主要是由于如下的事实微波激发的等离子体具有低的电子温度，这防止了 C5F8气体内碳键的过度破坏。因此，第一氟碳化合物(CFxl)层是表现出类金刚石性质的坚固层，所述第一氟碳化合物层具有基本相同数量的氟原子和碳原子、以及低的介电常数值。另一方面，当RF激发的等离子体被用于形成第二氟碳化合物(CFx2)层时，所得的层在膜形成处理气体(例如C5F8气体)的过度解离的情况下来形成。这是因为RF激发的等离子体较之微波激发的等离子体具有更高的电子温度。结果，氟原子被从第二氟碳化合物(CFx2)层解离，并且可以抑制在第二氟碳化合物(CFx2)层与其他绝缘或金属层的界面处的氟化合物的不期望生成。因此，可以改善第二氟碳化合物(CFx2)层与其他金属或绝缘层之间的粘附性。这样，大大地提高了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，这获得了设计灵活性以及更大的工艺选择自由度。
此外，当使用RF激发的等离子体时，第二氟碳化合物(CFx2)层的相对介电常数增大。这主要是由于如下的事实RF激发的等离子体由于其高的电子温度而降低了相对碳密度并损伤了所得的氟碳化合物(CFx2)层。在优选实施例中，通过将所施加的RF功率限制在数十瓦特(例如15W到120W)的范围内，抑制了有效介电常数的增大。而且，通过将第二氟碳化合物(CFx2)层与第一氟碳化合物(CFxl)层层叠，所述第一氟碳化合物(CFxl)层较之所述第二氟碳化合物(CFx2)层具有更低的相对介电常数，可以抑制有效介电常数的增大。
将RF功率的下限选为15W的原因在于，当所施加的RF功率小于15W时，RF激发的等离子体在RLSA等离子体处理装置内变得不稳定。另一方面，RF功率的上限被设为120W，以使由RF激发的等离子体导致的对于所得氟碳化合物(CFx2)层的损伤最小化或减小。通常，平行板型等离子体处理装置被用于生成RF激发的等离子体。在常规装置中，通过在平行板型等离子体处理装置的两个相对电极之间施加在300W到400W的范围内的RF功率，生成等离子体。但是，上述RF功率较高并导致对于所得的氟碳化合物(CFx2)层的损伤。通过降低RF功率的量可使对于所得的氟碳化合物(CFx2)层的损伤最小化。这通过使用其中120W的最大RF功率可以被施加到靶电极上的本发明的RLSA等离子体处理装置来实现。根据本发明的一个实施例，在形成第一氟碳化合物(CFxl)层之后，微波功率被关断。以此方式，在RLSA等离子体处理装置内生成的微波等离子体变为RF激发的等离子体。然后，利用RF等离子体将第二氟碳化合物(CFx2)层形成在第一氟碳化合物(CFxl)层上。根据另一实施例，第二氟碳化合物层中的氟与碳的组成比(F2/C2)小于第一氟碳化合物层中的氟与碳的组成比(F^C1)15根据另一实施例，在形成第二氟碳化合物(CFx2)层之前，在第一氟碳化合物(CFxl)层的表面上进行表面修饰处理，以减小该表面上的氟浓度。在本实施例中，通过在氩(Ar)气氛中以约200°C的衬底温度对第一氟碳化合物(CFxl)层进行退火，来实现第一氟碳化合物(CFxl)层的表面修饰步骤。其他的实施例可以使用其他的技术来减小第一氟碳化合物(CFxl)层的表面上的氟浓度。本发明的表面修饰处理包括在2010年I月22日递交的PCT申请序列号PCT/JP2010/000347中更充分描述的那些内容，该PCT申请的公开内容通过引用被全文包含于本说明书中。根据另一实施例，在第一氟碳化合物(CFxl)层的表面上进行的表面修饰处理提供了第三氟碳化合物(CFx3)层，其中，第三氟碳化合物层中的氟与碳的组成比(F3/C3)大于第二氟碳化合物层中的氟与碳的组成比(F2/C2)，但是小于第一氟碳化合物层中的氟与碳的组成比(F1ZC1)。根据另一实施例，在形成第一氟碳化合物(CFxl)层之前，在第三层或下部层上形成第二氟碳化合物(CFx2)层。然后，在第二氟碳化合物(CFx2)层上形成第一氟碳化合物(CFxl)层。这样，改善了第三层或下部层与氟碳化合物(CFx)层之间的粘附性。第三层或下部层的示例可以包括Si系化合物层，例如碳氧化硅(SiCO)和碳氮化硅(SiCN)层；金属层；以及C系化合物层，例如无定形碳(aC)层。如前所述，根据本发明的优选实施例的第一和第二氟碳化合物(CFxl和CFx2)绝缘层利用RLSA等离子体处理装置来形成。并且，对第一氟碳化合物(CFxl)层的表面进行的表面修饰处理可以利用同一 RLSA等离子体处理装置来执行。图I示出了 RLSA等离子体处理装置10的实施例的示意图。如该图所示，RLSA等离子体处理装置10可以包括处理容器50、径向线缝隙天线62以及安装台51。处理容器50的内部被划分成处于径向线缝隙天线62侧的等离子体生成区域Rl和处于安装台51侧的膜形成区域R2。外部微波源66将预定频率(例如，2. 45GHz)的微波功率提供至径向线缝隙天线62。来自微波源66的微波引起等离子气体(例如诸如氩气(Ar)的惰性气体)的激发,所述等离子气体被从气体供应端口 70释放进入等离子体生成区域Rl。等离子气体从等离子气体供应源71经过上部气体端口 72被供应至气体供应端口70，然后等离子气体被释放进入等离子体生成区域Rl中。
外部高频功率供应源53与安装台51电连接。高频功率供应源53生成预定频率(例如400KHz或13. 56MHz)的RF偏压功率，用于控制被吸引到衬底W上的离子能量。如图I所示，高频功率供应源53与RLSA等离子体处理装置10的下部连接，该RLSA等离子体处理装置10的下部与RLSA等离子体处理装置10的上部分开，其中，微波功率源66经由同轴波导67连接到所述RLSA等离子体处理装置10的上部。RLSA等离子体处理装置10还包括处理气体供应结构80，其也被称为喷淋板80。图I中还示出了处理气体供应结构80的俯视图。处理气体供应结构80包括处理气体供应管81，所述处理气体供应管81设置在等离子体生成区域Rl和膜形成区域R2之间、作为与安装台51上所安放的衬底W面对的栅格状喷淋板。处理气体供应管81可以包括环形管81a和栅格管81b。环形管81a环状地设置在处理气体供应结构80的外周部分上。栅格管81b设置成使得在环形管81a的内侧、多个矩阵管(matrix pipes)彼此正交。在处理气体供应结构80的下表面处，在衬底W上方均匀地形成多个处理气体供应端口 83。处理气体供应源84通过气体管85连接到处理气体供应管81。在本实施例中，处理气体供应源84将氮气(N2)和/或氧气(O2)与CF系处理气体(例如，C5F8)的混合物经由气体管85提供至处理气体供应管81。请注意，氮气(N2)和/或氧气(O2)的添加是可选的。实验样品为了评价氟碳化合物(CFx)绝缘层的绝缘性能、粘附性以及可靠操作性，根据在本公开中所述的方法制造了若干实验样品。然后，对实验样品进行不同的测试，以评价上述性能。下面将详细解释这些评价的结果。接着参考图2，示出了在施加胶带之后实验样品的目标结构、横截面视图和俯视图。为了评价由RF激发的等离子体所形成的氟碳化合物(CFx)绝缘层的粘附性能，制造了具有不同目标结构的两个实验样品。用于第一实验样品的目标结构(参见图2(a))包括硅衬底、无定形碳(aC)层、多层氟碳化合物(CFx)结构、娃掺杂无定形碳(aC:Si)层以及密封覆盖层。图2(a)的多层氟碳化合物(CFx)结构可以包括由RF激发的等离子体形成的第二氟碳化合物(CFx2)层、由微波激发的等离子体形成的第一氟碳化合物(CFxl)层以及由RF激发的等离子体形成的第二氟碳化合物(CFx2)层。用于第二实验样品的目标结构(参见图2(b))包括硅衬底、无定形碳(aC)层、由微波激发的等离子体形成的氟碳化合物(CFx)层、硅掺杂无定形碳(aC:Si)层以及密封覆盖层。用于第二实验样品的目标结构与第一实验样品的目标结构的不同之处在于氟碳化合物(CFxl)层是由微波激发的等离子体形成的单个层。
然后，对两个实验样品都进行鼓泡测试和胶带测试。在将透明胶带(scotch tape)粘附到这些实验样品的表面之后，两个实验样品的俯视图以及其横截面视图也被示于图2。如此图中所示，具有多层氟碳结构(具有由RF激发的等离子体形成的两个层)的第一实验样品通过了胶带实验和鼓泡测试。此外，在此样品中没有观察到密封覆盖层的分层或剥离。此外，在CF-衬底界面中没有观察到气泡的发生。相反，第二实验样品(具有由微波激发的等离子体形成的单个氟碳化合物(CFxl)层)在CF-衬底界面中显现出大量的气泡，并且其密封覆盖层从氟碳化合物(CFxl)层剥离。如前所述，RF功率激发的等离子体由于其高电子温度而会损伤所得的氟碳化合物(CFx2)层。通过减小引起等离子体气体(例如氩气(Ar))的激发的所施加的RF功率的量，可以使所得的氟碳化合物(CFx2)层的损伤最小化。这通过选择使用RLSA等离子体处理装置的本发明第二预定工艺条件来实现。 下面将研究由于RF等离子体导致的对所得氟碳化合物层的损伤。为此目的，制造了两个实验样品。图3示出了两个实验样品的目标结构和横截面视图。如图3所示，两个实验样品的目标结构可以包括硅衬底、由微波激发的等离子体形成的第一氟碳化合物(CFxl)层以及由RF激发的等离子体形成的第二氟碳化合物(CFx2)层。由微波激发的等离子体形成的第一氟碳化合物(CFxl)层被形成在硅衬底上，而由RF激发的等离子体形成的第二氟碳化合物(CFx2)层被形成在第一氟碳化合物(CFxl)层上。第二实验样品的目标结构与第一实验样品的目标结构的不同之处在于由硅掺杂无定形碳(aC:Si)层制成的覆盖层被形成在第二氟碳化合物(CFx2)层上。覆盖层被形成来充当后续刻蚀期间的硬掩模，并且还充当防止铜扩散的阻挡层。如图3的横截面视图中所示的，在两个实验样品中都没有观察到损伤。参考图4，对于各种实验样品示出了相对介电常数随氟碳化合物(CFx)层的总厚度的变化。为了进行该评价，利用RLSA等离子体处理装置10制造了四组分别具有不同目标结构的实验样品。在每一组中，形成具有不同氟碳化合物(CFx)层厚度、同时具有相同目标结构的若干实验样品。用于第一组实验样品的目标结构可以包括硅(Si)衬底、由微波激发的等离子体形成的第一氟碳化合物(CFxl)层以及由RF激发的等离子体形成的第二氟碳化合物(CFx2)层。用于第二组实验样品的目标结构可以包括硅(Si)衬底、由RF激发的等离子体形成的第一氟碳化合物(CFx2)层、由微波激发的等离子体形成的第二氟碳化合物(CFxl)层以及由RF激发的等离子体形成的第三氟碳化合物(CFx2)层。此目标结构与用于第一组实验样品的目标结构的不同之处在于由微波激发的等离子体形成的氟碳化合物(CFxl)被夹在两个由RF激发的等离子体形成的氟碳化合物(CFx2)层之间。用于第三组和第四组实验样品的目标结构分别与用于第一组和第二组实验样品的目标结构相似。差别仅仅在于在由RF激发的等离子体形成的最后氟碳化合物(CFx2)层上沉积覆盖层(例如，硅掺杂无定形碳(aC:Si)层)。在第三组和第四组实验样品中使用的娃掺杂无定形碳层都具有约IOnm的厚度。如图4中所示，每一组实验样品中的相对介电常数根据用于每一组实验样品的目标结构而不同。例如，氟碳化合物层的多层结构(Si/CFxl/CFx2和Si/CFx2/CFxl/CFx2)具有最低的相对介电常数(k:小于2. 4)。另一方面，当娃掺杂无定形碳(aC:Si)层被层叠在多层氟碳化合物结构(Si/CFxl/CFx2/aC:Si和Si/CFx2/CFxl/CFx2/aC:Si)上时，相对介电常数增大。尽管发生这样的增大，但是在存在娃掺杂无定形碳(aC:Si)层的情况下,相对介电常数保持很低&:小于2.5)。在此实验中，使用由硅掺杂无定形碳材料制成的单一覆盖层。其他实施例可以使用其中另一绝缘层(诸如碳氮化硅(SiCN))与无定形硅(aC)层层叠的多层结构。此外，当氟碳化合物(CFx)层的总厚度增大时，对于所有目标结构相对介电常数都减小。根据这些结果，通过如下处理可以获得小于2. 4的有效介电常数1)抑制在无定形碳(aC:Si)层和氟碳化合物层(CFx2)之间的界面处的氟化反应；以及2)减小硅掺杂无定形碳(aC:Si)覆盖层的厚度。图5示出了漏电流随氟碳化合物(CFx)层的总厚度的变化。与前一的实验相似，利用RLSA等离子体处理装置10制造了四组分别具有不同目标结 构的实验样品。在每一组实验样品中使用的目标结构分别与前一实验中所使用的目标结构完全相同。这意味着第一组和第二组实验样品使用如下的氟碳化合物多层结构1) Si/CFxl/CFx2，2) Si/CFx2/CFxl/CFx2，而第三组和第四组实验样品使用分别层叠在第一和第二氟碳化合物多层结构上的硅掺杂无定形碳(aC:Si)层3)Si/CFxl/CFx2/aC:Si 和 4) Si/CFx2/CFxl/CFx2/aC:Si。在每一组中，形成具有不同氟碳化合物(CFx)层厚度、同时具有相同目标结构的四个实验样品。所有实验样品采用本发明的膜形成方法来制造。在本实验中，施加负电压以测量每一个实验样品的漏电流。如图5所示，氟碳化合物多层结构越厚，漏电流的值越低。因此，用于第二组和第四组的实验样品的目标结构(Si/CFx2/CFxl/CFx2和Si/CFx2/CFxl/CFx2/aC:Si)表现出最低的漏电流。此外，当使用CFx2/CFxl/CFx2这样的叠层氟碳化合物结构时，漏电流的值不依赖于是否存在娃掺杂无定形碳(aC:Si)层。相反，当将娃掺杂无定形碳(aC:Si)层沉积在CFxl/CFx2这样的多层氟碳化合物结构上时，漏电流的值增大。此外，在各个实验样品中，当氟碳化合物(CFx)层的总厚度增大时，对于所有目标结构，漏电流的值保持相对恒定。应该注意，漏电流的值是在所施加的电压被设为lMV/cm(Jg@lMV/cm)时测量的。接着参考图6，示出了当时施加正电压来测量漏电流时漏电流随氟碳化合物(CFx)层的总厚度的变化。如该图中所示，当将硅掺杂无定形碳(aC:Si)层沉积在两种氟碳化合物多层结构l)CFxl/CFx2和2)CFX2/CFxl/CFx2上时，都观察到漏电流值增大。但是，尽管发生这样的增大，对于所有四组实验样品，漏电流的值保持在或低于1.0X10_8A/cm2。下面，将研究各种参数的结果随用于采用由RF功率激发的等离子体形成氟碳化合物层的工艺条件的变化。为此，采用不同的工艺条件形成了若干实验样品。图7示出了由RF激发的等离子体形成的氟碳化合物(CFx2)层的沉积速率随所施加的RF功率的变化。所有实验样品采用RLSA等离子体处理装置10、根据在第-
段中描述的第二预定工艺条件来制造。在本实验中，形成三组实验样品，其中，所施加的RF功率被分别设定在如下的功率15W、30W、50W。此外，利用如下的施加RF功率形成两个额外的实验样品60W和100W。如图7所示，当所施加的RF功率增大时，氟碳化合物(CFx2)层的沉积速率趋向于增大。接着参考图8，对于各种实验样品，示出了氟碳化合物(CFx2)层的沉积速率随压强的变化。为进行此评价，利用RLSA等离子体处理装置10形成了三组实验样品。在每一组中，在如下的压强下形成各种实验样品20mTorr, 50mTorr和80mTorr。图8中示出了根据本发明的方法所形成的氟碳化合物(CFx2)层的沉积速率的测量结果。如该图所示，对于第一组和第二组实验样品(这意味着当压强被设为20mTorr和50mTorr时)，氟碳化合物(CFx2)沉积速率趋向于保持相对恒定。但是，对于第三组实验样品，当压强被设为SOmTorr时，氟碳化合物(CFx2)沉积速率趋向于增大。因此，根据这些结果，优选的是使用较低的压强值来根据本发明的方法形成氟碳化合物层。而且，根据这些结果，通过在第二预定工艺条件内改变压强条件，可以自由地调节氟碳化合物(CFx2)沉积速率。换句话说，可以选择在20mTorr, 50mTorr或80mTorr中的任意一种压强下的任何沉积速率。图9中示出了平均RF峰-峰电压(Vpp)随所施 加的RF功率的变化。如该图所示，当所施加的RF功率增大时，平均RF峰-峰电压(Vpp)趋向于增大。但是如前面所讨论的，增大所施加的RF功率，增大了损伤所得的氟碳化合物(CFx2)层的可能性。因此，优选的是，施加较低的RF功率值，使得平均RF峰-峰电压(Vpp)保持低于800V，这对应于约40W的被施加RF功率。图10示出了对于各种实验样品，氟碳化合物(CFx2)层的厚度随C5F8流率的变化。为此，采用RLSA等离子体处理装置10形成了五组实验样品。在各组中，在如下的C5F8流率下形成了若干实验样品20sccm,60sccm, IOOsccm, 140sccm以及200sccm。此外，在C5F8流率分别被设为280sccm和310sccm的情况下形成两个额外的实验样品。如图10所示，当C5F8膜形成处理气体的流率增大时，氟碳化合物(CFx2)层的厚度趋向于增大。但是，优选的是，当采用由RF功率激发的等离子体形成氟碳化合物层时，使用较低的C5F8流率。这主要是因为就第二氟碳化合物(CFx2)层厚度均一性而言，较低的C5F8流率允许更好地控制第二氟碳化合物(CFx2)层。下面将对可选实施例进行评价，以进一步改善第二氟碳化合物(CFx2)绝缘层的性能。更具体地，可选实施例允许第二氟碳化合物(CFx2)层的更低的介电常数值(k:小于2. 3)。在本实施例中，氧气(O2)通过处理气体供应管81 (也被称为栅格状喷淋板81)、经由气体管85被引入到RLSA等离子体处理装置10的处理容器50中。为了评价该可选实施例的效果，制造了四组实验样品。表I总结了各组实验样品以及用于生成用于形成不同氟碳化合物层的等离子体的功率源。表I :用于形成实验样品的功率源和添加气体
实验样品微波功率 RF功率~ 添加气体 #1是--
#2是是-
~#3 I
#4-是氧气(O2)如表I中所示，第一组实验样品对应于第一氟碳化合物(CFxl)层，其中，仅使用微波功率生成处理容器50内的等离子体。相应地，第二组实验样品对应于氟碳化合物(CFx4)层，其中微波功率和RF功率被同时用于生成处理容器50内的等离子体，以形成氟碳化合物(CFx4)层。第三组和第四组实验样品分别对应于第二氟碳化合物(CFx2和CFx2o)层，其中仅使用RF功率生成处理容器50内的等离子体。第四组与第三组实验样品的不同之处在于，处理气体供应源84通过栅格状喷淋板81 (请参考图I)提供氧气(O2)与C5F8气体的混合物。在本可选实施例中，在约400kHz的频率下、以在从15W到120W范围内的RF功率，来应用RF功率源。应该注意，较高的频率范围诸如13. 56MHz也是可使用的。通过将氧气(O2)添加到气氛中，所得的第二氟碳化合物(CFx2)层变得更多孔，这又导致更低的介电常数值。图11示出了对于各种实验 样品，介电常数随折射率的变化。如该图所示，对于其中氧气(O2)被添加到处理容器50的气氛中的第四组实验样品，介电常数的值更低。这使得第四组实验样品得到较低的介电常数(低k) (k :小于约2. 25)。虽然上面结合具体装置和方法描述了本发明的原理，但是应被清楚地理解的是，本说明书仅仅作为示例，而并不作为对本发明的范围的限制。
权利要求
1.一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(CFxl)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。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述第一氟碳化合物(CFxl)层被形成在衬底上，所述第二氟碳化合物(CFx2)层被形成在所述第一氟碳化合物(CFxl)层上。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括如下步骤在形成所述第二氟碳化合物(CFx2)层之前，对所述第一氟碳化合物(CFxl)层的表面进行表面修饰处理，从而减少所述表面上的氟化合物。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，进行所述表面修饰处理的步骤包括如下步骤在氩气氛中将所述第一氟碳化合物(CFxl)层的所述表面暴露于由RF功率激发的等离子体。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，在形成所述第一氟碳化合物(CFxl)层之前，将所述第二氟碳化合物(CFx2)层形成在沉积在所述衬底上的第三层上，并且所述第一氟碳化合物(CFxl)层被形成在所述第二氟碳化合物(CFx2)层上。
6.根据权利要求I所述的方法，其中，所述第一氟碳化合物(CFxl)层在从1200W到3000W的范围内的微波功率、从OW到120W的范围内的RF功率、从20mTorr到80mTorr的范围内的压强以及从20秒到150秒的范围内的处理时间下形成。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一氟碳化合物(CFxl)层具有约IOOnm的厚度。
8.根据权利要求I所述的方法，其中，所述第二氟碳化合物(CFx2)层在从OW到1000W的范围内的微波功率、从15W到120W的范围内的RF功率、从20mTorr到80mTorr的范围内的压强以及从5秒到60秒的范围内的处理时间下形成。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二氟碳化合物(CFx2)层具有从约Onm到IOnm的范围内的厚度。
10.根据权利要求I所述的方法，其中，所述第二氟碳化合物(CFx2)层由含氟碳化合物气体和含氧气体来形成。
11.一种半导体器件，包括 第一氟碳化合物(CFxl)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(CFxl)层中的氟与碳的组成比(F1ZiC1)。
12.根据权利要求11所述的半导体器件，还包括形成在所述第二氟碳化合物(CFx2)层上的第三层，其中，所述第二氟碳化合物(CFx2)层被形成在所述第一氟碳化合物(CFxl)层上，所述第一氟碳化合物(CFxl)层被形成在衬底上。
13.根据权利要求12所述的半导体器件，还包括布置在所述第一氟碳化合物(CFxl)层和所述第二氟碳化合物(CFx2)层之间的第三氟碳化合物(CFx3)层，其中，所述第三氟碳化合物(CFx3)层中的氟与碳的组成比(F3/C3)大于所述第二氟碳化合物(CFx2)层中的氟与碳的组成比(F2/C2)、但小于所述第一氟碳化合物(CFxl)层中的氟与碳的组成比(F1ZiC1)。
14.根据权利要求11所述的半导体器件，还包括形成在半导体衬底和所述第二氟碳化合物(CFx2)层之间的第三层，其中，所述第一氟碳化合物(CFxl)层被形成在所述第二氟碳化合物(CFx2)层上。
15.根据权利要求11所述的半导体器件，其中，所述第二氟碳化合物(CFx2)层是多孔的，并且本质上包含氧原子。
16.一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(CFxl)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。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一氟碳化合物(CFxl)层被形成在衬底上，所述第二氟碳化合物(CFx2)层被形成在所述第一氟碳化合物(CFxl)层上。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括如下步骤在形成所述第二氟碳化合物(CFx2)层之前，对所述第一氟碳化合物(CFxl)层的表面进行表面修饰处理，从而减少所述表面上的氟化合物。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，进行所述表面修饰处理的步骤包括如下步骤在氩气氛中将所述第一氟碳化合物(CFxl)层的所述表面暴露于由RF功率激发的等离子体。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，在形成所述第一氟碳化合物(CFxl)层之前，将所述第二氟碳化合物(CFx2)层形成在沉积在所述衬底上的第三层上，并且所述第一氟碳化合物(CFxl)层被形成在所述第二氟碳化合物(CFx2)层上。
21.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一氟碳化合物(CFxl)层在从1200W到3000W的范围内的微波功率、从OW到120W的范围内的RF功率、从20mTorr到80mTorr的范围内的压强以及从20秒到150秒的范围内的处理时间下形成。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一氟碳化合物(CFxl)层具有约IOOnm的厚度。
23.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二氟碳化合物(CFx2)层在从OW到IOOOff的范围内的微波功率、从15W到120W的范围内的RF功率、从20mTorr到80mTorr的范围内的压强以及从5秒到60秒的范围内的处理时间下形成。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述第二氟碳化合物(CFx2)层具有从约Onm到IOnm的范围内的厚度。
全文摘要
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，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。
文档编号H01L29/30GK102803552SQ201080028783
公开日2012年11月28日 申请日期2010年6月25日 优先权日2009年6月26日
发明者高羽博之 申请人:东京毅力科创株式会社