TWI423331B - 電漿處理方法 - Google Patents

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Description

電漿處理方法
本案主張美國臨時專利申請案第61/269,686號之優先權，其申請於2009年6月26日，名稱為「Plasma Treatment Method」，其全文係以參考文獻之方式合併於此。
本發明係關於半導體裝置及其製造方法。更特別是關於一種氟碳化物(CFx)形成處理，用以改善CFx層與其它金屬或絕緣層的黏著性，同時維持氟碳化物(CFx)層的低電容率值。
近年來，多層互連結構已被用來達成半導體裝置之高速運作和微型化。然而，由於總佈線電阻和佈線層寄生電容的增加，這些結構已產生佈線延遲的問題。
使用低電阻佈線材料(例如銅(Cu))作為互連主體會減低佈線電阻。另一方面，使用低電容率或低介電值材料(例如添加氟之碳，氟碳化物：CFx)作為絕緣層會減低寄生電容。然而，儘管有降低多層互連結構之寄生電容的便利性，氟碳化物(CFx)層仍未被廣泛使用於半導體裝置中作為電子電路的一部分。這主要是因為在堆疊於氟碳化物(CFx)層表面上時展現有良好黏著性之絕緣層或金屬層的數目是相當受限的。
當使用氟碳化物(CFx)作為絕緣層材料時，氟碳化物(CFx)層中所含的氟會造成在氟碳化物(CFx)層與其它金屬或絕緣層間之界面的氟化反應。因此，CFx層和其它金屬或絕緣層之間的黏著性會由於在其界面之氟化物產生而惡化。氟碳化物(CFx)層內之氟化物(包含氟離子)的存在亦被認定為限制可在堆疊於氟碳化物(CFx)層表面上時於較高溫度區(高於350 ℃)展現良好黏著性之絕緣層或金屬層數目的主因。
日本專利申請案公開號第2006-326041號提出一種用以減低氟碳化物(CFx)層之氟化物的處理。在此處理中，在氟碳化物層中之氟對碳的成分比(F/C)會藉由施加高頻(RF)功率到微波電漿(其已被產生來形成氟碳化物(CFx)層)處理中而減低。然而，同於習知處理，在沉積之後，氟化物仍留存在靠近氟碳化物(CFx)層之表面。因此，其會大幅影響氟碳化物(CFx)層與其它絕緣或金屬層之黏著性。
有鑑於上述問題而提出本發明。本發明提供一種用以形成氟碳化物(CFx)層之處理，用以抑制在較高溫度區(高於350 ℃)的氟化物脫附，同時維持低電容率值(k：小於2.6)。
依據本發明之第一態樣，提供一種具有作為絕緣層之氟碳化物層之半導體裝置的製造方法。此方法包含以下步驟：利用由微波功率激活之電漿來形成第一氟碳化物(CFx1 )層；以及利用由RF功率激活之電漿來形成第二氟碳化物(CFx2 )層。
依據本發明之第二態樣，提供一種半導體裝置，包含：第一氟碳化物(CFx1 )層和第二氟碳化物(CFx2 )層，其中在第二氟碳化物層中之氟對碳的成分比(F2 /C2 )小於在第一氟碳化物層中之氟對碳的成分比(F1 /C1 )。
依據本發明之第三態樣，提供一種利用電漿反應處理來形成氟碳化物層之方法。此方法包含以下步驟：利用由微波功率激活之電漿來形成第一氟碳化物(CFx1 )層；以及利用由RF功率激活之電漿來形成第二氟碳化物(CFx2 )層。
本發明之實施例將參照顯示有本發明之較佳例示性實施例之隨附圖式加以敘述如下。隨後之敘述並非用以限定本揭露內容之範疇、應用性或配置。而隨後關於較佳例示性實施例之敘述當提供熟悉本技藝者可據以實施所揭露之較佳例示性實施例的敘述。吾人應當了解本發明可在不偏離隨附之申請專利範圍所提出之本發明的精神和範疇下以不同的形式加以具體表現。
本案揭露內容大致上關於半導體裝置及其製程。更特別是，關於一種新的氟碳化物(CFx)形成處理，用以改善氟碳化物(CFx)層與其它金屬或絕緣層的黏著性，同時維持低電容率值。
本發明之實施例係關於一種具有增強黏著性之氟碳化物(CFx)絕緣層的形成處理，用以抑制在高於350 ℃之溫度下的氟化物脫附，同時維持低電容率值(k：小於約2.6)。藉由選擇第一預定處理條件而利用由微波功率激活之電漿來形成第一氟碳化物(CFx1 )層，以及藉由選擇第二處理條件而利用由RF功率激活之電漿來形成第二氟碳化物(CFx1 )層，而達成上述功效。
如此，依照本發明之處理所形成之氟碳化物(CFx)層的有效相對電容率可維持在低數值，同時抑制了在氟碳化物(CFx)層和其它金屬或絕緣層間之界面的非期望氟化物形成。
依據本發明之一實施例，藉由選擇第一預定處理條件而產生微波激活電漿以形成第一氟碳化物(CFx1 )層。此第一氟碳化物(CFx1 )層是利用徑向開槽天線(radial line slot antenna，RLSA)電漿處理裝置來形成。當施加微波功率大於1000 W時會產生微波激活電漿。即使施加高RF功率於RLSA電漿處理裝置之目標電極仍是如此。在較佳的實施例中，施加微波功率在從1200 W到3000 W之範圍內，而施加RF功率在從0 W到120 W之範圍內。
再者，第一預定處理條件可包含範圍從20毫托到80毫托之壓力和範圍從20到150秒之處理時間。在此實施例中，分別使用流速小於或等於200 sccm之電漿激活氣體(例如氬(Ar)氣)與流速為從約150 sccm到750 sccm之間的薄膜形成製程氣體(例如C5 F8 氣體)，來產生電漿與形成厚度為約100 nm之第一氟碳化物(CFx1 )層。
藉由選擇第二預定處理條件而產生RF激活電漿以形成第二氟碳化物(CFx2 )層。第二預定處理條件可包含範圍從0 W到1000 W之微波功率、範圍從15 W到120 W之施加RF功率、和範圍從5到60秒之處理時間。在較佳的實施例中，藉由設定微波功率為0 W且只用RF功率產生電漿，來形成第二氟碳化物(CFx2 )層。這主要是因為若結合RF電漿而施加微波功率，會使下方材料層的損傷更為嚴重。在此實施例中，第二氟碳化物(CFx2 )層的厚度為約1 nm到10 nm。
再者，同於第一預定處理條件，分別將RLSA電漿處理裝置之內部壓力、電漿激活氣體流速、薄膜形成製程氣體流速設定為範圍從20毫托到80毫托之壓力、小於或等於200 sccm之氬(Ar)流速、和範圍從約150 sccm到750 sccm之C5 F8 流速。上述壓力範圍可確保穩定的RF電漿產生和氟碳化物(CFx)沉積。第二氟碳化物(CFx2 )層與第一氟碳化物(CFx1 )層可在相同之RLSA電漿處理裝置的處理室中形成。
當使用微波激活電漿來形成第一氟碳化物(CFx1 )層時，可在不造成薄膜形成製程氣體(例如C5 F8 氣體)的過度脫附下而形成產物層。這主要是因為微波激活電漿具有較低的電子溫度，其可防止C5 F8 氣體內之碳鍵的過度破壞。因此，第一氟碳化物(CFx1 )層為展現類鑽石特性之堅硬層，具有實質上相同數目之氟和碳原子與低電容率值。
另一方面，當使用RF激活電漿來形成第二氟碳化物(CFx2 )層時，會在薄膜形成製程氣體(例如C5 F8 氣體)的過度解離下形成產物層。這是因為RF激活電漿與微波激活電漿相比具有較高之電子溫度。因此，氟原子會從第二氟碳化物(CFx2 )層解離，且抑制在第二氟碳化物(CFx2 )層和其它絕緣或金屬層之界面的非期望氟化物產生。所以，可改善第二氟碳化物(CFx2 )層和其它金屬或絕緣層之間的黏著性。如此，在堆疊於氟碳化物(CFx)層表面上時展現良好黏著性之絕緣層或金屬層的數目可大幅增加，其促成了設計的靈活性與對製程選擇之更大的自由度。
再者，當使用RF激活電漿時，第二氟碳化物(CFx2 )層之相對電容率會增加。這主要是因為RF激活電漿會減少相對碳密度且由於其高電子溫度會損傷所得之氟碳化物(CFx2 )層。在較佳的實施例中，藉由限制施加RF功率於數十瓦的範圍內(例如15W到120W)來抑制有效電容率的增加。此外，可藉由將第二氟碳化物(CFx2 )層與具有比第二氟碳化物(CFx2 )層更低之相對電容率的第一氟碳化物(CFx1 )層相堆疊，來抑制有效電容率的增加。
選擇RF功率下限為15 W的原因在於，當施加RF功率小於15 W時，RF激活電漿在RLSA電漿處理裝置內會變得不穩定。另一方面，將RF功率上限設定為120 W以將由RF激活電漿所造成之所得氟碳化物(CFx2 )層的損傷減至最小或降低。
習知技術乃使用平行板式電漿處理裝置來產生RF激活電漿。在此習知裝置中，藉由在平行板式電漿處理裝置的兩個相對電極之間　施加範圍300 W到400 W內之RF功率，來產生電漿。然而，上述RF功率是相對較高的且會對所得氟碳化物(CFx2 )層造成損傷。對所得氟碳化物(CFx2 )層的損傷可藉由降低RF功率的量而減至最小。藉由使用本發明之RLSA電漿處理裝置(其中可對目標電極施加120 W之最大RF功率)可達成上述功效。
依據本發明之一實施例，在形成第一氟碳化物(CFx1 )層之後將微波功率關閉。如此，RLSA電漿處理裝置內所產生之微波電漿會變成RF激活電漿。然後，利用RF電漿將第二氟碳化物(CFx2 )層形成於第一氟碳化物(CFx1 )層之上。
依據另一實施例，在第二氟碳化物層中之氟對碳的成分比(F2 /C2 )小於在第一氟碳化物層中之氟對碳的成分比(F1 /C1 )。
依據又一實施例，在形成第二氟碳化物(CFx2 )層之前，於第一氟碳化物(CFx1 )層之表面上執行表面修正處理，以減低此表面上之氟濃度。在此實施例中，藉由在氬(Ar)氣環境中以約200 ℃之基板溫度來退火第一氟碳化物(CFx1 )層，而執行第一氟碳化物(CFx1 )層的表面修正步驟。其它實施例可使用其它技術來減低第一氟碳化物(CFx1 )層表面上之氟濃度。本發明之表面修正處理包含那些被完整揭露於PCT專利申請案第PCT/JP2010/000347號(申請日為2010年1月22日)中之處理，其所有揭露內容係以參考文獻之方式合併於此。
依據再一實施例，在第一氟碳化物(CFx1 )層表面上進行之表面修正處理，提供了第三氟碳化物(CFx3 )層，其中在第三氟碳化物層中之氟對碳的成分比(F3 /C3 )大於在第二氟碳化物層中之氟對碳的成分比(F2 /C2 )，但小於在第一氟碳化物層中之氟對碳的成分比(F1 /C1 )。
依據另一實施例，在形成第一氟碳化物(CFx1 )層之前，在一第三或下方材料層之上形成第二氟碳化物(CFx2 )層。然後將第一氟碳化物(CFx1 )層形成於第二氟碳化物(CFx2 )層上。如此，可改善此第三或下方材料層與氟碳化物(CFx)層之間的黏著性。此第三或下方材料層的例子可包含矽系列化合物層(例如碳氧化矽(SiCO)和碳氮化矽(SiCN)層)、金屬層、和碳系列化合物層(例如非晶碳(aC)層)。
如前述，依據本發明之較佳實施例，利用RLSA電漿處理裝置來形成第一和第二氟碳化物(CFx1 和CFx2 )絕緣層。並且，可利用相同的RLSA電漿處理裝置來執行於第一氟碳化物(CFx1 )層表面上所進行之表面修正處理。圖1展示RLSA電漿處理裝置10之一實施例的示意圖。如此圖所示，RLSA電漿處理裝置10可包含處理容器50、徑向開槽天線62、和安裝檯51。
處理容器50內部被區分為電漿產生區R1(位在徑向開槽天線62側)與薄膜形成區R2(位在安裝檯51側)。外部微波源66對徑向開槽天線62提供預定頻率(例如2.45 GHz)之微波功率。來自微波源66之微波造成由氣體供應埠70釋入電漿產生區R1之電漿氣體(例如氬(Ar)之類的惰性氣體)的激活。將電漿氣體從電漿氣體供應源71經由上氣體埠72通入氣體供應埠70，然後釋入電漿產生區R1。
將外部高頻電源53與安裝檯51電性連接。高頻電源53產生預定頻率(例如400 KHz或13.56 MHz)之RF偏壓功率，以控制被吸引到基板W的離子能量。如圖1所示，高頻電源53與RLSA電漿處理裝置10的下部相連接，而與RLSA電漿處理裝置10的上部分隔，其中RLSA電漿處理裝置10的上部係經由同軸導波管67而與微波源66相連接。
RLSA電漿處理裝置10更包含製程氣體供應結構80，亦稱為噴淋板80。圖1亦展示了製程氣體供應結構80的平面圖。製程氣體供應結構80包含配置在電漿產生區R1和薄膜形成區R2之間的製程氣體供應管線81，作為面對被安裝在安裝檯51上之基板W的網格狀噴淋板。製程氣體供應管線81可包含環狀管線81a和網格管線81b。環狀管線81a被環狀配置在製程氣體供應結構80的外圍部份。網格管線81b被配置在環狀管線81a內側使得複數個矩陣管線互相垂直。
在製程氣體供應結構80的下表面，均勻形成有數個製程氣體供應埠83於基板W上方。製程氣體供應源84經由氣體管線85與製程氣體供應管線81相連接。在此實施例中，製程氣體供應源84經由氣體管線85將氮(N2 )氣和/或氧(O2 )氣與CF系列製程氣體(例如C5 F8 )的混合物提供到製程氣體供應管線81。請注意可選擇性加入氮(N2 )氣和/或氧(O2 )氣。
實驗樣品：
為了評估氟碳化物(CFx)絕緣層的絕緣性、黏著性、以及可靠效用，依據本發明所揭露之處理來製造數個實驗樣品。此等實驗樣品接著經過不同的測試以評估上述之特性。這些評估的結果將詳細說明如下。
接著參照圖2，展示目標結構與施加膠帶後之實驗樣品的橫剖面圖和平面圖。為了評估由RF激活電漿所形成之氟碳化物(CFx)絕緣層的黏著性，製造兩個具有不同目標結構的實驗樣品。用於第一實驗樣品的目標結構(見圖2(a))，包含矽基板、非晶碳(aC)層、多層氟碳化物(CFx)結構、摻雜矽之非晶碳(aC:Si)層、和密封覆蓋層。圖2(a)之多層氟碳化物(CFx)結構可包含由RF激活電漿所形成之第二氟碳化物(CFx2 )層、由微波激活電漿所形成之第一氟碳化物(CFx1 )層、以及由RF激活電漿所形成之第二氟碳化物(CFx2 )層。
用於第二實驗樣品之目標結構(見圖2(b))，包含矽基板、非晶碳(aC)層、由微波激活電漿所形成之氟碳化物(CFx1 )層、摻雜矽之非晶碳(aC:Si)層、和密封覆蓋層。用於第二實驗樣品之目標結構不同於第一實驗樣品之目標結構，不同點在於其氟碳化物(CFx1 )層是由微波激活電漿所形成之單層)。
兩個實驗樣品接著經過氣泡測試與膠帶測試。圖2亦展示將透明膠帶黏在兩個實驗樣品表面後之兩者的平面圖與其橫剖面圖。如此圖所示，含有多層氟碳化物結構(其中兩層由RF激活電漿形成)的第一實驗樣品，通過了膠帶測試與氣泡測試兩者。再者，在此樣品中沒有觀察到密封覆蓋層的分層或剝離。此外，在CF-基板界面中沒有觀察到氣泡產生。相反的，具有由微波激活電漿形成之單一氟碳化物(CFx1 )層的第二實驗樣品，在CF-基板界面中出現了大量氣泡，且其密封覆蓋層亦從氟碳化物(CFx1 )層上剝離。
如前述，由RF功率激活之電漿會由於其高電子溫度而損傷所得氟碳化物(CFx2 )層。藉由減低用以造成電漿氣體(例如氬(Ar)氣)激活之施加RF功率的量，使對所得氟碳化物(CFx2 )層的損傷減至最小。藉由選擇本發明之第二預定處理條件而使用RLSA電漿處理裝置來達成上述功效。
以下對RF電漿所造成之所得氟碳化物層的損傷進行探討。為此目的，製造兩個實驗樣品。圖3展示目標結構和兩個實驗樣品的橫剖面圖。如圖3所示，兩個實驗樣品的目標結構可包含矽基板、由微波激活電漿形成之第一氟碳化物(CFx1 )層、和由RF激活電漿形成之第二氟碳化物(CFx2 )層。將由微波激活電漿形成之第一氟碳化物(CFx1 )層形成在矽基板上，同時將由RF激活電漿形成之第二氟碳化物(CFx2 )層形成於第一氟碳化物(CFx1 )層之上。
第二實驗樣品的目標結構不同於第一實驗樣品的目標結構，不同點在於由摻雜矽非晶碳(aC:Si)層製成之覆蓋層被形成於第二氟碳化物(CFx2 )層上。形成此覆蓋層以作為後續蝕刻期間的硬遮罩，並作為防止銅擴散之阻隔層。如圖3之橫剖面圖所示，在兩個實驗樣品中都沒有觀察到損傷。
參照圖4，展示對各個實驗樣品，以氟碳化物(CFx)層總厚度為函數之相對電容率。為了此評估，利用RLSA電漿處理裝置10來製造各具有不同目標結構之四組實驗樣品。在每一組中，形成含有不同氟碳化物(CFx)層厚度同時具有相同目標結構的數個實驗樣品。
用於第一組實驗樣品的目標結構可包含矽(Si)基板、由微波激活電漿形成之第一氟碳化物(CFx1 )層、和由RF激活電漿形成之第二氟碳化物(CFx2 )層。用於第二組實驗樣品的目標結構可包含矽(Si)基板、由RF激活電漿形成之第一氟碳化物(CFx2 )層、由微波激活電漿形成之第二氟碳化物(CFx1 )層、和由RF激活電漿形成之第三氟碳化物(CFx2 )層。此目標結構不同於用於第一組實驗樣品的目標結構，不同點在於其由微波激活電漿形成之氟碳化物(CFx1 )被夾在兩個由RF激活電漿形成之氟碳化物(CFx2 )層之間。
用於第三和第四組實驗樣品的目標結構分別相似於用於第一和第二組實驗樣品的目標結構。其唯一的不同點在於將覆蓋層(例如摻雜矽之非晶碳(aC:Si)層)沉積在由RF激活電漿形成之最後一氟碳化物(CFx2 )層上。用於第三和第四組實驗樣品中的摻雜矽之非晶碳層皆有約10 nm之厚度。
如圖4所示，各組實驗樣品中的相對電容率取決用於各組實驗樣品的目標結構而有所不同。例如，氟碳化物層多層結構(Si/CFx1 /CFx2 與Si/CFx2 /CFx1 /CFx2 )具有最低的相對電容率(k：小於2.4)。另一方面，當將摻雜矽之非晶碳(aC:Si)層堆疊在多層氟碳化物結構(Si/CFx1 /CFx2 /aC:Si與Si/CFx2 /CFx1 /CFx2 /aC:Si)上時，會增加相對電容率。儘管有此增加，相對電容率在存在有摻雜矽之非晶碳(aC:Si)層下仍維持在低數值(k：小於2.5)。在此實驗中，使用了由摻雜矽之非晶碳材料所製成的單一覆蓋層。其它實施例可使用以非晶碳(aC)層堆疊於另一絕緣層(例如碳氮化矽(SiCN))之多層結構。
再者，當氟碳化物(CFx)層總厚度增加時，所有目標結構的相對電容率皆減少。依據這些結果，藉由以下處理可獲得小於2.4之有效電容率：1)藉由抑制在非晶碳(aC:Si)層和氟碳化物層(CFx2 )間之界面的氟化反應；以及2)藉由減少摻雜矽之非晶碳(aC:Si)覆蓋層的厚度。
圖5展示作為氟碳化物(CFx)層總厚度之函數之漏電流。同於先前之實驗，利用RLSA電漿處理裝置10來製造各具有不同目標結構之四組實驗樣品。用於各組實驗樣品之目標結構與用於先前實驗中者完全相同。這表示第一和第二組實驗樣品使用以下氟碳化物多層結構：1) Si/CFx1 /CFx2 、2) Si/CFx2 /CFx1 /CFx2 ；同時第三和第四組實驗樣品使用了分別堆疊在第一和第二氟碳化物多層結構上之摻雜矽之非晶碳(aC:Si)層：3)Si/CFx1 /CFx2 /aC:Si、和4)Si/CFx2 /CFx1 /CFx2 /aC:Si。
在每一組中，四個實驗樣品以不同的氟碳化物(CFx)層厚度來形成，同時具有相同的目標結構。所有實驗樣品都是利用本發明之薄膜形成處理來製造。在此實驗中，施加負電壓來量測每個實驗樣品的漏電流。如圖5所示，氟碳化物多層結構越厚，則漏電流值越低。因此，用於第二和第四組實驗樣品的目標結構(Si/CFx2 /CFx1 /CFx2 與Si/CFx2 /CFx1 /CFx2 /aC:Si)展現最低的漏電流。此外，當使用以下層狀氟碳化物結構CFx2 /CFx1 /CFx2 時，漏電流值不會取決於摻雜矽之非晶碳(aC:Si)層的存在。
相反的，當沉積摻雜矽之非晶碳(aC:Si)層於以下多層氟碳化物結構CFx1 /CFx2 之上時，漏電流值會增加。再者，當在每個實驗樣品中增加氟碳化物(CFx)層總厚度時，所有目標結構的漏電流值皆維持相對穩定。應注意漏電流值是在將施加電壓設定為1MV/cm(Jg＠1MV/cm)時加以量測。
接著參照圖6，展示當施加正電壓來量測漏電流時，以氟碳化物(CFx)層總厚度為函數之漏電流。如此圖所示，當將摻雜矽之非晶碳(aC:Si)層沉積在兩個氟碳化物多層結構：1) CFx1 /CFx2 和2)CFx2 /CFx1 /CFx2 之上時，會觀察到漏電流值增加。然而，雖然有此增加，所有四組實驗樣品的漏電流值皆維持在等於或低於1.0×10-8 A/cm2 。
以下將探討各種參數作為處理條件(用於以由RF功率激活之電漿來形成氟碳化物層)之函數的效應。為此目的，形成具有不同處理條件的數種實驗樣品。
圖7展示以施加RF功率為函數之由RF激活電漿形成之氟碳化物(CFx2 )層的沉積速率。依照前述之第二預定處理條件，利用RLSA電漿處理裝置10來製造所有實驗樣品。在此實驗中，將所施加之RF功率分別設定為以下功率：15 W、30 W、50 W，來形成三組實驗樣品。再者，以如下施加RF功率：60 W和100 W，來形成另外兩個實驗樣品。如圖7所示，當施加RF功率增加時，氟碳化物(CFx2 )層的沉積速率會傾向於增加。
接著參照圖8，顯示對於各個實驗樣品，作為壓力之函數之氟碳化物(CFx2 )層的沉積速率。為此評估，利用RLSA電漿處理裝置10來形成三組實驗樣品。在每一組中，在以下壓力之下來形成各個實驗樣品：20毫托、50毫托和80毫托。圖8展示依據本發明之處理而形成之氟碳化物(CFx2 )層的沉積速率量測結果。
如此圖所示，就第一和第二組實驗樣品(這是指當壓力被設定為20毫托和50毫托時)而言，氟碳化物(CFx2 )沉積速率會傾向於維持相對穩定。然而，就第三組實驗樣品(當壓力被設定為80毫托時)而言，氟碳化物(CFx2 )沉積速率會傾向於增加。因此，依據這些結果，較佳是依照本發明之處理而使用較低的壓力來形成氟碳化物層。再者，依據這些結果，氟碳化物(CFx2 )沉積速率可藉由改變第二預定處理條件中的壓力條件來自由調整。換句話說，可在20毫托、50毫托或80毫托之任一壓力下選擇任一沉積速率。
圖9顯示作為施加RF功率之函數之平均RF峰對峰值電壓(peak-to-peak voltage，Vpp)。如此圖所示，當施加RF功率增加時，平均RF峰對峰值電壓(Vpp)會傾向於增加。然而，如前述，增加施加RF功率會增加損傷所得氟碳化物(CFx2 )層的可能性。因此，較佳是施加較低的RF功率值，使得平均RF峰對峰值電壓(Vpp)維持在低於800V，其對應於約40W之施加RF功率。
參照圖10，展示對各個實驗樣品，以C5 F8 流速為函數之氟碳化物(CFx2 )層厚度。為此目的，利用RLSA電漿處理裝置10形成五組實驗樣品。在每一組中，在以下C5 F8 流速：20 sccm、60 sccm、100 sccm、140 sccm和200 sccm之下形成數個實驗樣品。再者，將C5 F8 流速分別設定為280 sccm和310 sccm來形成另外兩個實驗樣品。如圖10所示，當C5 F8 薄膜形成製程氣體的流速增加時，氟碳化物(CFx2 )層之厚度會傾向於增加。然而，當利用由RF功率激活之電漿來形成氟碳化物層時，較佳是使用較低的C5 F8 流速。這主要是因為就第二氟碳化物(CFx2 )層之厚度均勻性而言，較低的C5 F8 流速能提供對第二氟碳化物(CFx2 )層較好的控制。
以下評估可供替換之實施例以更進一步改善第二氟碳化物(CFx2 )絕緣層之特性。更特別是，可供替換之實施例提供第二氟碳化物(CFx2 )層較低的電容率值(k：少於2.3)。在此實施例中，將氧(O2 )氣經由氣體管線85並通過製程氣體供應管線81(亦稱為網格狀噴淋板81)而通入RLSA電漿處理裝置10之處理容器50中。
為評估此可供替換實施例之效果，製造四組實驗樣品。表1概述各組實驗樣品與用以產生電漿來形成不同氟碳化物層的功率源。
如表1所示，第一組實驗樣品對應於第一氟碳化物(CFx1 )層，其中只使用微波功率在處理容器50內產生電漿。據此，第二組實驗樣品對應於CFx4 層，其中同時使用微波功率和RF功率兩者在處理容器50內產生電漿以形成氟碳化物(CFx4 )層。第三和第四組實驗樣品分別對應於第二氟碳化物(CFx2 and CFx2o )層，其中只使用RF功率在處理容器50內產生電漿。
第四組和第三組實驗樣品之不同點在於製程氣體供應源84是經由網格狀噴淋板81來供應氧(O2 )氣與C5 F8 氣之混合物(請參照圖1)。在此可供替換之實施例中，以範圍從15 W到120 W之RF功率在約400 kHz頻率下施加RF功率源。應注意其亦可使用較高之頻率範圍(例如13.56 MHz)。
藉由將氧(O2 )氣加入氣體環境中，所得之第二氟碳化物(CFx2 )層會變得更加多孔，其接著造成較低的電容率值。圖11展示對各個實驗樣品，以折射率為函數之介電常數。如此圖所示，當將氧(O2 )氣加入處理容器50之氣體環境中時，第四組實驗樣品的介電常數值較低。其造成第四組實驗樣品的電容率(k：少於約2.25)較低(low-k)。
儘管本發明揭露之原則已針對特定設備和方法加以敘述如上，吾人應當清楚了解此敘述僅作為例示用途而非用以限定本發明之範疇。
10．．．RLSA電漿處理裝置
50．．．處理容器
51．．．安裝檯
53．．．高頻電源
62．．．徑向開槽天線
66．．．微波源
67．．．同軸導波管
70．．．氣體供應埠
71．．．電漿氣體供應源
72．．．上氣體埠
80．．．製程氣體供應結構
81．．．製程氣體供應管線
81a．．．環狀管線
81b．．．網格管線
83．．．製程氣體供應埠
84．．．製程氣體供應源
85．．．氣體管線
R1．．．電漿產生區
R2．．．薄膜形成區
W．．．基板
圖1描繪徑向開槽天線(RLSA)電漿處理裝置之一實施例的示意圖；
圖2(a)及(b)展示目標結構與施加膠帶之後實驗樣品的橫剖面圖和平面圖，及其氣泡測試結果和膠帶測試結果；
圖3(a)及(b)展示目標結構和各個實驗樣品的橫剖面圖；
圖4展示對具有不同目標結構之各個實驗樣品，以氟碳化物層總厚度為函數之相對電容率；
圖5展示當施加負電壓時，對具有不同目標結構之各個實驗樣品，以氟碳化物層總厚度為函數之漏電流；
圖6展示當施加正電壓時，對具有不同目標結構之各個實驗樣品，以氟碳化物層總厚度為函數之漏電流；
圖7展示對各個實驗樣品，以施加RF功率為函數之沉積速率；
圖8展示對各個實驗樣品，以壓力為函數之沉積速率；
圖9展示對各個實驗樣品，以施加RF功率為函數之平均RF峰對峰值電壓；
圖10展示對各個實驗樣品，以製程氣體(C5 F8 )流速為函數之氟碳化物層厚度；
圖11展示對各個實驗樣品，以折射率為函數之介電常數。
10．．．RLSA電漿處理裝置
50．．．處理容器
51．．．安裝檯
53．．．高頻電源
62．．．徑向開槽天線
66．．．微波源
67．．．同軸導波管
70．．．氣體供應埠
71．．．電漿氣體供應源
72．．．上氣體埠
80．．．製程氣體供應結構
81．．．製程氣體供應管線
81a．．．環狀管線
81b．．．網格管線
83．．．製程氣體供應埠
84．．．製程氣體供應源
85．．．氣體管線
R1．．．電漿產生區
R2．．．薄膜形成區
W．．．基板

Claims (23)

  1. 一種半導體裝置的製造方法，該半導體裝置具有作為絕緣層之氟碳化物層，該方法包含以下步驟：利用由微波功率激活之電漿來形成一第一氟碳化物(CFx1 )層；以及利用由RF功率激活之電漿來形成一第二氟碳化物(CFx2 )層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第一氟碳化物(CFx1 )層係形成於一基板之上；且該第二氟碳化物(CFx2 )層係形成於該第一氟碳化物(CFx1 )層之上。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之半導體裝置的製造方法，更包含以下步驟：在形成該第二氟碳化物(CFx2 )層之前，於該第一氟碳化物(CFx1 )層之一表面上進行一表面修正處理，以便減少該表面上之氟化物。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之半導體裝置的製造方法，其中進行該表面修正處理之步驟包含以下步驟：在一氬氣環境中，將該第一氟碳化物(CFx1 )層之該表面暴露於該由RF功率激活之電漿中。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置的製造方法，其中在形成該第一氟碳化物(CFx1 )層之前，將該第二氟碳化物(CFx2 )層形成在沉積於一基板上之一第三層之上；且將該第一氟碳化物(CFx1 )層形成於該第二氟碳化物(CFx2 )層之上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第一氟碳化物(CFx1 )層，係利用範圍從20秒到150秒之處理時 間，於範圍從1200W到3000W之微波功率、範圍從0W到120W之RF功率、範圍從20毫托到80毫托之壓力下而形成。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第一氟碳化物(CFx1 )層之厚度為約100nm。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第二氟碳化物(CFx2 )層，係利用範圍從5秒到60秒之處理時間，於範圍從0W到1000W之微波功率、範圍從15W到120W之RF功率、範圍從20毫托到80毫托之壓力下而形成。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第二氟碳化物(CFx2 )層之厚度範圍為從約0nm到10nm。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第二氟碳化物(CFx2 )層係藉由一含氟碳化物氣體和一含氧氣體而形成。
  11. 一種半導體裝置，包含：一第一氟碳化物(CFx1 )層；以及一第二氟碳化物(CFx2 )層，其中在該第二氟碳化物層中之氟對碳的成分比(F2 /C2 )小於在該第一氟碳化物層中之氟對碳的成分比(F1 /C1 )，該第二氟碳化物層為多孔性且實質上包含氧原子。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置，更包含形成於該第二氟碳化物(CFx2 )層上之一第三層，其中該第二氟碳化物(CFx2 )層係形成於該第一氟碳化物(CFx1 )層之上，而該第一氟碳化物(CFx1 )層係形成於一基板之上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之半導體裝置，更包含一第三氟碳化物(CFx3 )層，配置於該第一氟碳化物(CFx1 )層與該第二氟碳化物(CFx2 )層之間，其中在該第三氟碳化物層中之氟對碳的成分比(F3 /C3 )大於在該第二氟碳化物層中之氟對碳的成分比(F2 /C2 )，且小於在該第一氟碳化物層中之氟對碳的成分比(F1 /C1 )。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置，更包含一第三層，形成於一半導體基板與該第二氟碳化物(CFx2 )層之間，其中該第一氟碳化物(CFx1 )層係形成於該第二氟碳化物(CFx2 )層之上。
  15. 一種利用電漿反應處理來形成氟碳化物層之方法，包含以下步驟：利用由微波功率激活之電漿來形成一第一氟碳化物(CFx1 )層；以及利用由RF功率激活之電漿來形成一第二氟碳化物(CFx2 )層。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之利用電漿反應處理來形成氟碳化物層之方法，其中該第一氟碳化物(CFx1 )層係形成於一基板之上；且該第二氟碳化物(CFx2 )層係形成於該第一氟碳化物(CFx1 )層之上。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之利用電漿反應處理來形成氟碳化物層之方法，更包含以下步驟：在形成該第二氟碳化物(CFx2 )層之前，於該第一氟碳化物(CFx1 )層之一表面上進行一表面修正處理，以便減少該表面上之氟化物。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之利用電漿反應處理來形成氟碳化物層之方法，其中進行該表面修正處理之步驟包含以下步驟：在一氬氣環境中，將該第一氟碳化物(CFx1 )層之該表面暴露於由RF功率激活之電漿中。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之利用電漿反應處理來形成氟碳化物層之方法，其中在形成該第一氟碳化物(CFx1 )層之前，將該第二氟碳化物(CFx2 )層形成在沉積於一基板上之一第三層之上；且將該第一氟碳化物(CFx1 )層形成於該第二氟碳化物(CFx2 )層之上。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之利用電漿反應處理來形成氟碳化物層之方法，其中該第一氟碳化物(CFx1 )層，係利用範圍從20秒到150秒之處理時間，於範圍從1200W到3000W之微波功率、範圍從0W到120W之RF功率、範圍從20毫托到80毫托之壓力下而形成。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之利用電漿反應處理來形成氟碳化物層之方法，其中該第一氟碳化物(CFx1 )層之厚度為約100nm。
  22. 如申請專利範圍第15項所述之利用電漿反應處理來形成氟碳化物層之方法，其中該第二氟碳化物(CFx2 )層，係利用範圍從5秒到60秒之處理時間，於範圍從0W到1000W之微波功率、範圍從15W到120W之RF功率、範圍從20毫托到80毫托之壓力下而形成。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之利用電漿反應處理來形成氟碳化物層之方法，其中該第二氟碳化物(CFx2 )層之厚度範圍為從 約0nm到10nm。
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