專(zhuān)利名稱(chēng)：使用十字型烴類(lèi)化合物形成無(wú)定形碳層和形成低k值介電層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成無(wú)定形碳層的方法和形成低k值介電層的方法，并 且更具體地，涉及使用十字型烴類(lèi)化合物作為前體形成無(wú)定形碳層的方 法和形成低k值介電層的方法。
相關(guān)技術(shù)的討論
通常，使用含有烴類(lèi)化合物的氣體混合物和諸如Ar和He的惰性氣 體，通過(guò)等離子體或熱活化作用沉積無(wú)定形碳層。沉積的無(wú)定形碳層被 應(yīng)用于仿生材料、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、半導(dǎo)體集成電路、硬掩模等 各種領(lǐng)域。
根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第US2006-0084280號(hào)(2006年4月20日)或美國(guó) 專(zhuān)利第7，079，740號(hào)(2006年7月18日)中公開(kāi)的相關(guān)技術(shù)，無(wú)定形碳層 沉積被應(yīng)用于硬掩模、ARC (抗反射涂層)、DARC (介電抗反射涂層)、 BARC (底部抗反射涂層)等，其中主要使用直鏈型烴類(lèi)化合物或環(huán)狀型 烴類(lèi)化合物作為前體。
烷烴系列(CnH2n+2)、烯烴系列(CnHh)或炔烴系列(CnH^.2)是直鏈型烴
類(lèi)化合物的代表。并且苯系列或環(huán)己烷系列是環(huán)狀型烴類(lèi)化合物的代
表。

圖1顯示丁烷(C4Hn))和丙烯(C3H6)作為直鏈型烴類(lèi)化合物的代表性
實(shí)例。圖2顯示苯((:6116)和三甲基苯((:91112)作為環(huán)狀型烴類(lèi)化合物的代
表性實(shí)例。
通過(guò)PECVD等沉積的無(wú)定形碳層具有直鏈型、支鏈型或環(huán)狀型結(jié)
構(gòu)的復(fù)雜構(gòu)成和包括單鍵、雙鍵或三鍵在內(nèi)的鍵結(jié)構(gòu)。復(fù)雜構(gòu)成的比率 根據(jù)前體結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)而變化。特別地，在使用直鏈型烴類(lèi)化合物作為 前體的情況下，沉積的無(wú)定形碳層的結(jié)構(gòu)主要成為直鏈型或支鏈型。在使用環(huán)狀型烴類(lèi)化合物作為前體的情況下，沉積的無(wú)定形碳層主要具有 連接在直鏈型和支鏈型之間的環(huán)狀型構(gòu)型。
向反應(yīng)室供給用于沉積的液相或氣相前體。如果向反應(yīng)室供給氣相 前體，則電離能很高。因此，沉積層氫含量高。該方法中產(chǎn)生顆粒。可 提高層的硬度。但沉積速率非常低。當(dāng)向反應(yīng)室供給液相前體時(shí)，沉積 速率高。但其缺點(diǎn)是沉積層的硬度降低。
發(fā)明概述
因此，本發(fā)明涉及使用十字型烴類(lèi)化合物作為前體形成無(wú)定形碳層
所述方法充分地消除了由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺點(diǎn)而產(chǎn)生的一個(gè)或多 個(gè)問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是提供沉積無(wú)定形碳層的方法，通過(guò)該方法能夠沉積 用于硬掩?；虻蚹值電介質(zhì)的無(wú)定形碳層，該方法使用十字型烴類(lèi)化合 物或與先前作為前體的化合物結(jié)構(gòu)類(lèi)似的烴類(lèi)化合物，以沉積無(wú)定形碳 層。
本發(fā)明的另 一 目的是提供使用氣體分離型花灑沉積無(wú)定形碳層的 方法，該方法使用十字型烴類(lèi)化合物或與先前作為前體的化合物結(jié)構(gòu)類(lèi) 似的烴類(lèi)化合物以沉積無(wú)定形碳層。
本發(fā)明的另一目的是提供形成低k值介電層的方法，該方法使用十 的材料。
本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)、目的和特征一部分將在下文的說(shuō)明書(shū)中闡明， 一部分經(jīng)本領(lǐng)域技術(shù)人員考查下文的說(shuō)明后對(duì)其是顯而易見(jiàn)的或是其 可從本發(fā)明的實(shí)踐中學(xué)到的。通過(guò)說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中具體 指出的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)并獲得本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)。
為了達(dá)到這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本發(fā)明的目的，如本文中體現(xiàn) 的和廣泛描述的，本發(fā)明的使用十字型烴類(lèi)化合物形成無(wú)定形碳層的方 法包括步驟(a)蒸發(fā)含有十字型烴類(lèi)化合物的前體，步驟(b)通過(guò)花灑向反 應(yīng)室供給蒸發(fā)的前體和添加的氣體，其中將所述前體和所述添加的氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子態(tài)；以及步驟(c)在所述反應(yīng)室中沉積用于硬掩?；虻蚹值 電介質(zhì)的無(wú)定形碳層。
在本發(fā)明的另一方面中，本發(fā)明的使用十字型烴類(lèi)化合物形成低k 值介電層的方法包括步驟(a)蒸發(fā)包含含有Si-0的第一前體和含有十字 型烴類(lèi)化合物的第二前體的前體，步驟(b)通過(guò)花灑向反應(yīng)室供給蒸發(fā)的 前體和添加的氣體，其中將所述前體和所述添加的氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子 態(tài)；以及步驟(c)在所述反應(yīng)室中沉積低k值介電層。
的，并旨在提供對(duì)要求專(zhuān)利保護(hù)的本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明
包括用于提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，以及被并入以形成本申請(qǐng)一 部分的附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案并與說(shuō)明書(shū)一起解釋本發(fā)明的原 理。在附圖中
圖1是相關(guān)技術(shù)中用于形成無(wú)定形碳層的方法的前體的示例性圖； 圖2是相關(guān)技術(shù)中用于形成無(wú)定形碳層的方法的前體的另 一示例性
圖3是本發(fā)明 一 實(shí)施方案中形成無(wú)定形碳層的方法的流程圖； 圖4是本發(fā)明 一實(shí)施方案中用于形成無(wú)定形碳層的方法的沉積裝置 的方框圖5是本發(fā)明一實(shí)施方案中用于形成無(wú)定形碳層的方法的烴類(lèi)化合 物的示例性圖6是本發(fā)明一實(shí)施方案中用于形成無(wú)定形碳層的方法的花灑的
圖7是如圖6所示的花灑中散射部分和注入部分的詳圖8是本發(fā)明一實(shí)施方案中形成低k值介電層的方法的流程圖；以
及
圖9是DMCPSO構(gòu)型的示意圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述現(xiàn)將詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其實(shí)例在附圖中說(shuō)明。只要 可能，在整個(gè)附圖中提到相同的或類(lèi)似的部分時(shí)會(huì)使用相同的標(biāo)號(hào)。
圖3是本發(fā)明一實(shí)施方案中形成無(wú)定形碳層的方法的流程圖。圖4 是用于圖3所示的形成無(wú)定形碳層的方法300的沉積裝置的方框圖。在 描述如圖3所示的形成無(wú)定形碳層的方法300時(shí)，參考圖4所示的無(wú)定 形碳層沉積裝置400。
參考圖3，形成無(wú)定形碳層的方法300包括前體蒸發(fā)步驟S310，供 給前體和添加的氣體的步驟s320，以及沉積步驟S330。
在前體蒸發(fā)步驟S310中，諸如蒸發(fā)器、鼓泡器等蒸發(fā)裝置410被 用于蒸發(fā)含有烴類(lèi)化合物的液相前體。當(dāng)使用鼓泡器時(shí)，前體能夠與諸 如Ar、 H2、 02、 N2、 He等氣體一起鼓泡。
圖5是本發(fā)明一實(shí)施方案中用于形成無(wú)定形碳層的方法的烴類(lèi)化合 物的示例性圖。
參考圖5，每一烴類(lèi)化合物是十字型烴類(lèi)化合物，其構(gòu)型方式為一 對(duì)官能團(tuán)以單鍵、雙鍵和/或三鍵與指定的碳原子結(jié)合，所述指定的碳原 子為包含N(等于或大于3的自然數(shù))個(gè)直鏈結(jié)合的碳原子的結(jié)構(gòu)中除了 第一個(gè)和第N個(gè)碳原子的碳原子。在這種情況下，代表性的官能團(tuán)包括 曱基(-CH3)、乙基(-C2Hs)、千基(-CH2-C6Hs)、苯基(-C6Hs)等。每一官能 團(tuán)可選地能夠包括至少一個(gè)選自氮、氧、氟和氯的原子，所述官能團(tuán)例 如腸CxFy、 -NH2、 -NO、 -OH、 -CHO、畫(huà)COOH等。
例如，十字型烴類(lèi)化合物包括2，2-二甲基丙烷、2，2-二曱基丙烯、 2，2-二曱基丁烷、3,3-二甲基-1-丁烯、3,3-二曱基-1,3-丁二烯、3,3-二曱 基戊烷、3，3-二曱基-1-戊烯、3，3-二甲基-1，4-戊二烯、3，3-二乙基戊烷、 3,3-二乙基-1-戊烯、3,3-二乙基-1，4-戊二烯、3,3-二甲基己烷、3,3-二曱 基-l畫(huà)己烯、3,3-二曱基-1,4-己二烯、3,3-二曱基-1,5-己二烯、3,3-二乙基 己烷、3，3-二乙基-1-己烯、3，3-二乙基-1,4-己二烯、3,3-二乙基-1，5-己二 烯等。上述化合物中至少一種可用作前體?；蛘?，上述化合物之一和另 外的烴類(lèi)化合物可用作前體。
除了使用構(gòu)型方式為兩個(gè)官能團(tuán)與直鏈型鏈中的指定碳原子結(jié)合 的十字型烴類(lèi)化合物之外，還可使用構(gòu)型方式為一個(gè)官能團(tuán)與指定的碳原子結(jié)合，另外的官能團(tuán)與另一個(gè)碳原子結(jié)合的烴類(lèi)化合物，所述指定
的碳原子為包含M個(gè)(等于或大于4的自然數(shù))直鏈結(jié)合的碳原子的結(jié)構(gòu) 中除了第一個(gè)和第M個(gè)碳原子的碳原子。例如，該烴類(lèi)化合物包括2,3-二曱基丁烷、2,3-二曱基-1-丁烯、2,3-二曱基-1，3-丁二烯等中的一種。另 外，對(duì)于烴類(lèi)化合物的另一實(shí)例，官能團(tuán)能夠位于上文列舉的物質(zhì)的基 本骨架結(jié)構(gòu)的不同位置。
具體地，與直鏈型或環(huán)狀型烴類(lèi)化合物相比，十字型烴類(lèi)化合物具 有相對(duì)低的電離能。因此，其能夠以低能量增加無(wú)定形碳層的沉積速率。 由于十字型構(gòu)型的特點(diǎn)，等離子態(tài)有利于直鏈型結(jié)構(gòu)的聚合并且能夠?qū)?現(xiàn)環(huán)狀型無(wú)定形碳層的沉積。因此，同時(shí)提供了直鏈型和環(huán)狀型前體性 質(zhì)以形成各種結(jié)構(gòu)不同的無(wú)定形碳層。并且十字型烴類(lèi)化合物能夠補(bǔ)償 氣相前體沉積速率低的缺點(diǎn)。另外，十字型烴類(lèi)化合物有利于補(bǔ)償液相 前體硬度低的缺點(diǎn).
在供給前體和添加的氣體的步驟S320中，通過(guò)花灑420向反應(yīng)室 430 —起供給蒸發(fā)步驟S310中蒸發(fā)的前體與添加的氣體。在這種情況 下，添加的氣體選自He、 Ar、 H2、 02、 N2、 N20、 NO、烴類(lèi)化合物CxHy (其中1 Sx S9、 4 Sy ^20)。并且，添加的氣體包括選自含氮的材料如 NH3、含氟的材料如CF4以及含硅的材料如SiH4中的一種。此時(shí)，能夠 以a-CN、 a-CF和a-SiCH沉積這樣的含N、 F或Si的碳層。
如圖4所示，將蒸發(fā)的前體和添加的氣體混合，然后向花灑420供 給。在供給前體和添加的氣體的步驟S320中，即使將產(chǎn)生等離子體的 能量施加于花灑420，前體也至少能夠進(jìn)入等離子態(tài)。在這種情況下， 將施加于花灑420的產(chǎn)生等離子體的能量設(shè)置為10W至1.5kW。并且， RF (射頻)能量、DC (直流電)能量或微波能量被用作產(chǎn)生等離子體的能 量，然后^皮施加于花灑420。
除了提前混合之外，能夠?qū)⒄舭l(fā)的前體和添加的氣體在花灑420中 混合，并且更具體地，就在被注入反應(yīng)室430之前。圖6顯示了花灑的 實(shí)例，并且圖7是圖6所示的花灑600中散射部分620和注入部分630 的詳圖。
圖6所示的花灑600包括供給部分610、散射部分620以及注入部分630。供給部分610用于從一對(duì)供給管道610a和610b分別供給前體 和添加的氣體，散射部分620分別散射單獨(dú)供給的前體和單獨(dú)供給的添 加的氣體，并且注入部分具有多個(gè)孔635,以-便通過(guò)多個(gè)孔635共同注 入凈皮散射部分620分別散射的前體和添加的氣體。
散射部分620包括置于供給部分610下方具有單一區(qū)域的第一散射 區(qū)域620a、置于第 一散射區(qū)域620a下方凈皮位于多個(gè)區(qū)域之間的通道622 分隔為多個(gè)區(qū)域的第二散射區(qū)域620b,以及連接于第二散射區(qū)域620b 的多個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)區(qū)域的多個(gè)出口 624b。能夠在第二散射區(qū)域620b 的每一分隔區(qū)域提供氣體分布板626以均勻分布?xì)怏w。在這種情況下， 前體和添加的氣體之一被第一散射區(qū)域620a散射，然后通過(guò)第二散射 區(qū)域620b的多個(gè)區(qū)域之間的通道622排至圍繞每一 出口 624b的多個(gè)空 間624a。前體和添加的氣體中的另一種被第二散射區(qū)域620b散射，然 后排至每一出口 624b。
當(dāng)將產(chǎn)生等離子體的能量施加于散射部分620或注入部分630時(shí)， 前體至少進(jìn)入等離子態(tài)。這樣，能夠?qū)⒌入x子體前體注入到反應(yīng)室430 中。
還能夠包括絕緣環(huán)640，使散射部分620和注入部分630之間電絕 緣?；蛘?，能夠在散射部分620或注入部分630上涂覆能夠電絕緣的絕 緣材料。在這種情況下，絕緣物能夠包括諸如A1203、 A1N等陶瓷物質(zhì)。 諸如特富龍等聚合物以及陶瓷物質(zhì)和聚合物的復(fù)合材料。
能夠?qū)a(chǎn)生等離子體的能量同時(shí)施加于散射部分620和注入部分 630。具體地，能夠?qū)ι⑸洳糠?20和注入部分630分別施加不同的產(chǎn) 生等離子體的能量。
在沉積步驟S330中，使用所供給的等離子態(tài)的前體和添加的氣體 使無(wú)定形碳層的沉積在反應(yīng)室430內(nèi)進(jìn)行。在這種情況下，為了增加沉 積效率，將產(chǎn)生等離子體的能量持續(xù)施加于花灑420或?qū)⒑愣ǖ哪芰渴?加于反應(yīng)室430內(nèi)部。
在沉積步驟S330中，能夠?qū)⒎磻?yīng)室430的內(nèi)部環(huán)境維持在25°C至 500。C和O.lTorr至10Torr。能夠以5nm/min至500nm/min的沉積速率 進(jìn)行沉積步驟S330。通常，在相同的條件下如果沉積速率高，主要得到較低層密度的大分子沉積。如果沉積速率低，則層密度增加。因此，根 據(jù)處理目的，能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)沉積速率。
能夠?qū)⑾蚍磻?yīng)室430供給的、用于無(wú)定形碳層沉積的前體的比率設(shè) 定為全部前體和添加的氣體的5%至100%。
用于硬掩模的無(wú)定形層
根據(jù)前體的構(gòu)型能夠?qū)o(wú)定形碳層的結(jié)構(gòu)分為PLC (類(lèi)聚合物碳)、 GLC(類(lèi)石墨碳)、DLC(類(lèi)金剛石碳)等。
在將無(wú)定形碳層施加于用于半導(dǎo)體裝置制作的硬掩模的情況下，所 形成的無(wú)定形碳層應(yīng)該具有高硬度。為此，所形成的無(wú)定形碳層優(yōu)選具 有DLC結(jié)構(gòu)。
為了由前體形成DLC型無(wú)定形碳層，需要多個(gè)曱基(-CH3)，每一曱 基包括碳原子(C)和三個(gè)結(jié)合在碳原子上的氫原子(H)。優(yōu)選地，十字型 烴類(lèi)化合物或與十字型烴類(lèi)化合物類(lèi)似的另一烴類(lèi)化合物的兩個(gè)官能 團(tuán)中的至少一個(gè)為甲基(-CH3)。
通過(guò)圖3所示的方法沉積的無(wú)定形碳層能夠具有PLC、 GLC、 DLC 等多種結(jié)構(gòu)中的一種。并且無(wú)定形碳層能夠具有O.lGPa至90GPa之間 很寬范圍的楊氏模量。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)本發(fā)明的使用十字型烴類(lèi)化合物形成無(wú)定形碳層的 方法，當(dāng)使用3,3-二曱基-1-丁烯的前體氣體作為前體將用于硬掩模的無(wú) 定形石友層沉積至500nm至1,500nm的厚度時(shí)，在248nm的波長(zhǎng)出現(xiàn)1.0 至2.0的折射率和0.1至0.3的消光系數(shù)，其顯著低于相關(guān)技術(shù)中無(wú)定形 碳層的折射率和消光系數(shù)。
用于低k值電介質(zhì)的無(wú)定形碳層
用于低k值電介質(zhì)的無(wú)定形碳層通過(guò)來(lái)自前體的活性物質(zhì)最終包括 多個(gè)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)或交聯(lián)結(jié)構(gòu)。在這種情況下，在最終無(wú)定形碳層的交聯(lián)結(jié) 構(gòu)中產(chǎn)生納米孔。如果形成很多納米孔，則在無(wú)定形碳層內(nèi)部提供更多 的空間。因此，其能夠降低無(wú)定形碳層的介電常數(shù)值。所以，在用于低 k值電介質(zhì)的無(wú)定形碳層的步驟中，優(yōu)選形成更多的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，在加入He作為添加的氣體的情況下，介電常數(shù)值高于 加入Ar的情況下的介電常數(shù)值。如果在相同能量下降低壓力，則介電 常數(shù)值增加。通過(guò)本發(fā)明的使用十字型烴類(lèi)化合物形成無(wú)定形碳層的方 法沉積而成的低k值介電無(wú)定形碳層具有2.0至3.2的介電常數(shù)值，因 此可用作低k值電介質(zhì)。這歸因于無(wú)定形碳層的多個(gè)交聯(lián)結(jié)構(gòu)以及被多 個(gè)納米孔所降低的介電常數(shù)值。
相關(guān)技術(shù)中的用于低k值電介質(zhì)的無(wú)定形碳層其缺點(diǎn)是低硬度。但 通過(guò)本發(fā)明的使用十字型烴類(lèi)化合物形成無(wú)定形碳層的方法，使用十字 型烴類(lèi)化合物或與十字型烴類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)類(lèi)似的烴類(lèi)化合物作為前體 沉積而成的低k值介電無(wú)定形碳層能夠增加層硬度。
低k值介電層
圖8是本發(fā)明一實(shí)施方案中形成低k值介電層的方法的流程圖。圖 8所示的形成低k值介電層的方法800能夠照原樣使用圖4所示的無(wú)定 形碳層形成裝置400。
參考圖8，形成低k值介電層的方法800包括蒸發(fā)前體的步驟S810、 供給前體和添加的氣體的步驟S820以及沉積步驟S830。
在蒸發(fā)前體的步驟S810中，使用如蒸發(fā)器、鼓泡器等蒸發(fā)裝置410 以蒸發(fā)液相前體。前體包括含有通常使用的Si-O的第一前體和含有十字 型烴類(lèi)化合物的第二前體。在使用鼓泡器的情況下，能夠?qū)⑶绑w與諸如 Ar、 H2、 02、 N2、 He等一起鼓泡。能夠以提前將第一和第二前體混合 的方式蒸發(fā)前體(參見(jiàn)圖4)?；蛘?，能夠以將第一前體和第二前體分別 蒸發(fā)，然后將蒸發(fā)的第 一和第二前體混合的方式使用前體(未示出)。
第一前體包括DMCPSO (十曱基環(huán)戊基硅氧烷)、TEOS (正硅酸乙 酯)、HMDSO(六曱基二硅氧烷)等中的至少一種。圖9是DMCPSO的構(gòu) 型的示意圖。
在供給前體和添加的氣體的步驟S820中，通過(guò)花灑420向反應(yīng)室 430 —起供給在蒸發(fā)步驟S810中蒸發(fā)的前體與添加的氣體。
在這種情況下，添加的氣體選自He、 Ar、 H2、 02、 N2、 N20、 NO、 烴類(lèi)化合物CxHy(其中1 Sx S9、 4 Sy ^20)。并且，添加的氣體包括選自含氮的材料如NH3、含氟的材料如CF4以及含硅的材料如SiH4。
如圖4所示，將蒸發(fā)的前體和添加的氣體混合，然后向花灑420供 給。在供給前體和添加的氣體的步驟S820中，即使將用于產(chǎn)生等離子 體的能量施加于花灑420,前體也能至少進(jìn)入等離子態(tài)。在這種情況下， 可將應(yīng)用于花灑420、用于產(chǎn)生等離子體的能量設(shè)定為10W至1.5kW。 并且，RF (射頻)能量、DC (直流電)能量或微波能量被用作產(chǎn)生等離子 體的能量，然后纟皮施加于花灑420。
除了提前混合之外，能夠?qū)⒄舭l(fā)的前體和添加的氣體就在被注入反 應(yīng)室430之前混合。為此，可使用圖6或圖7所示的氣體分離型花灑600。
在沉積步驟S830中，使用所供給的等離子態(tài)的前體和添加的氣體 使低k值電介質(zhì)的沉積在反應(yīng)室430內(nèi)進(jìn)行。在這種情況下，為了增加 沉積效率，將產(chǎn)生等離子體的能量持續(xù)施加于花灑420或?qū)⒑愣ǖ哪芰?施加于反應(yīng)室430內(nèi)部。
在沉積步驟S830中，能夠?qū)⒎磻?yīng)室430的內(nèi)部環(huán)境維持在25°C至 500。C和O.lTorr至10Torr。能夠以5nm/min至500nm/min的沉積速率 進(jìn)行沉積步驟S830。
通常，在相同的條件下如果沉積速率高，主要得到較低層密度的大 分子沉積。如果沉積速率低，則層密度增加。因此，根據(jù)處理目的，能 夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)沉積速率。
在將向反應(yīng)室430供給的、用于沉積低k值電介質(zhì)的前體比率中， 能夠?qū)⑾蚍磻?yīng)室430供給的前體中第一前體如DMCPSO等的比率設(shè)定 為全部前體和添加的氣體的5%至99%。
因此，本發(fā)明具有包括在前體中的十字型烴類(lèi)化合物，因此形成具 有相當(dāng)?shù)偷慕殡姵?shù)k的低k值介電層。并且本發(fā)明增強(qiáng)了低k值介電 層的硬度和模量。
在本發(fā)明的使用十字型烴類(lèi)化合物形成無(wú)定形碳層的方法中，使用 具有多個(gè)曱基官能團(tuán)(-CH3)的十字型烴類(lèi)化合物或構(gòu)型為與十字型烴類(lèi) 化合物類(lèi)似的烴類(lèi)化合物能夠提高層硬度。因此，所形成的無(wú)定形碳層 可被用于硬掩模。
在本發(fā)明的使用十字型烴類(lèi)化合物形成無(wú)定形碳層的方法中，使用十字型烴類(lèi)化合物或構(gòu)型為與十字型烴類(lèi)化合物類(lèi)似的烴類(lèi)化合物有
利于納米孔的形成。因此，所形成的無(wú)定形碳層可被用于低k值電介質(zhì)。 在使用十字型烴類(lèi)化合物形成低k值介電層的方法中，使用十字型 烴類(lèi)化合物以及含有通常使用的Si-O的材料增加了沉積速率。并且，還 能夠得到具有相當(dāng)?shù)偷慕殡姵?shù)(k)和改善的硬度和模量的低k值介電 層。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員很顯然，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況 下，能夠?qū)Ρ景l(fā)明進(jìn)行各種修改和變化。因此，本發(fā)明旨在覆蓋本發(fā)明 的修改和變化，條件是其落在所附權(quán)利要求及其等同范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 形成用于硬掩模的無(wú)定形碳層的方法，其包括步驟(a)，蒸發(fā)含有烴類(lèi)化合物的前體，所述烴類(lèi)化合物的構(gòu)型方式為一對(duì)官能團(tuán)與指定的碳原子結(jié)合，所述指定的碳原子為包含N(等于或大于3的自然數(shù))個(gè)直鏈結(jié)合的碳原子的結(jié)構(gòu)中除了第一個(gè)和第N個(gè)碳原子的碳原子，其中所述官能團(tuán)中的至少一個(gè)包含甲基(-CH3)；步驟(b)，通過(guò)花灑向反應(yīng)室供給所述蒸發(fā)的前體和添加的氣體He或Ar，其中將所述前體和所述添加的氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子態(tài)；以及步驟(c)，在所述反應(yīng)室中沉積用于硬掩模的無(wú)定形碳層。
2. 形成用于硬掩模的無(wú)定形碳層的方法，其包括步驟(a)，蒸發(fā)含有烴類(lèi)化合物的前體，所述烴類(lèi)化合物的構(gòu)型方 式為一對(duì)官能團(tuán)與一對(duì)碳原子結(jié)合，所述一對(duì)碳原子為包含M (等于 或大于4的自然數(shù))個(gè)直鏈結(jié)合的碳原子的結(jié)構(gòu)中除了第一個(gè)和第M 個(gè)碳原子的碳原子，其中所述官能團(tuán)中的至少 一 個(gè)包含甲基(-CH3);步驟(b),通過(guò)花灑向反應(yīng)室供給所述蒸發(fā)的前體和添加的氣體 He或Ar,其中將所述前體和所述添加的氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子態(tài)；以及步驟(c)，在所述反應(yīng)室中沉積用于硬掩模的無(wú)定形碳層。
3. 形成用于低k值電介質(zhì)的無(wú)定形碳層的方法，其包括 步驟(a),蒸發(fā)含有烴類(lèi)化合物的前體，所述烴類(lèi)化合物的構(gòu)型方式為一對(duì)官能團(tuán)與指定的碳原子結(jié)合，所述指定的碳原子為包含N(等 于或大于3的自然數(shù))個(gè)直鏈結(jié)合的碳原子的結(jié)構(gòu)中除了第一個(gè)和第N 個(gè)碳原子的碳原子，其中所述官能團(tuán)中的至少一個(gè)包含曱基(-CH3);步驟(b),通過(guò)花灑向反應(yīng)室供給所述蒸發(fā)的前體和添加的氣體 He或Ar，其中將所述前體和所述添加的氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子態(tài)；以及步驟(c),在所述反應(yīng)室中沉積用于包含交聯(lián)結(jié)構(gòu)的低k值電介質(zhì) 的無(wú)定形碳層。
4. 形成用于低k值電介質(zhì)的無(wú)定形碳層的方法，其包括 步驟(a),蒸發(fā)含有烴類(lèi)化合物的前體，所述烴類(lèi)化合物的構(gòu)型方式為一對(duì)官能團(tuán)與一對(duì)碳原子結(jié)合，所述一對(duì)碳原子為包含M (等于 或大于4的自然數(shù))個(gè)直鏈結(jié)合的碳原子的結(jié)構(gòu)中除了第一個(gè)和第M 個(gè)碳原子的碳原子，其中所述官能團(tuán)中的至少一個(gè)包含曱基(-013);步驟(b),通過(guò)花灑向反應(yīng)室供給所述蒸發(fā)的前體和添加的氣體 He或Ar,其中將所述前體和所述添加的氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子態(tài)；以及步驟(c)，在所述反應(yīng)室中沉積用于包含交聯(lián)結(jié)構(gòu)的低k值電介質(zhì) 的無(wú)定形碳層。
5. 形成無(wú)定形碳層的方法，其包括步驟(a),蒸發(fā)含有烴類(lèi)化合物的前體，所述烴類(lèi)化合物的構(gòu)型方 式為一對(duì)官能團(tuán)與指定的碳原子結(jié)合，所述指定的碳原子為包含N(等 于或大于3的自然數(shù))個(gè)直鏈結(jié)合的碳原子的結(jié)構(gòu)中除了第一個(gè)和第N 個(gè)碳原子的碳原子；步驟(b),通過(guò)花灑向反應(yīng)室供給所述蒸發(fā)的前體和添加的氣體， 所述花灑包括用于分別供給所述前體和所述添加的氣體的供給部分、 分別散射單獨(dú)供給的前體和單獨(dú)供給的添加的氣體的散射部分以及具 有多個(gè)孔的注入部分，以便通過(guò)所述孔共同注入被散射部分分別散射 的所述前體和所述添加的氣體，其中將產(chǎn)生等離子體的能量施加于所 述散射部分和所述注入部分中的至少一個(gè)；以及步驟(c),在所述反應(yīng)室中沉積無(wú)定形碳層。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述添加的氣體包括選自He、 Ar、 H2、 02、 N2、 N20、 NO、烴類(lèi)化合物CxHy(其中1 Sx S9、 4 Sy ^20)、含氮的物質(zhì)、含氟的物質(zhì)以及含珪的物質(zhì)中的至少一種。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中每一所述官能團(tuán)包括選自-CH3、 -C2H5、 -CH2-C6H5、 -C6H5、 -CxFy、 -NH2、 -NO、 -OH、 -CHO和-COOH中的至少一種。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述花灑還包括絕緣環(huán)，所述 絕緣環(huán)使所述散射部分和所述注入部分電絕緣，或其中所述散射部分 和所述注入部分中的至少一個(gè)涂覆能夠電絕緣的絕緣材料。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中如果在步驟(b)中，將產(chǎn)生等離 子體的能量施加于所述散射部分和所述注入部分，則對(duì)所述散射部分 和所述注入部分分別施加不同的能量。
10. 如權(quán)利要求5所述的方法，所述散射部分包括 置于所述供給部分下方、具有單一區(qū)域的第一散射區(qū)域； 置于所述第一散射區(qū)域下方被位于多個(gè)區(qū)域之間的通道分隔為多個(gè)區(qū)域的第二散射區(qū)域；以及連接于所述第二散射區(qū)域的多個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)區(qū)域的多個(gè)出n ,其中所述前體和所述添加的氣體之一被所述第 一散射區(qū)域散射， 然后通過(guò)所述第二散射區(qū)域的多個(gè)區(qū)域之間的所述通道排至圍繞每一 所述出口的多個(gè)空間，并且其中所述前體和所述添加的氣體中的另一 種被所述第二散射區(qū)域散射，然后排至每一所述出口 。
11. 形成無(wú)定形碳層的方法，其包括步驟(a)，蒸發(fā)含有烴類(lèi)化合物的前體，所述烴類(lèi)化合物的構(gòu)型方 式為一對(duì)官能團(tuán)與一對(duì)碳原子結(jié)合，所述一對(duì)碳原子為包含M (等于 或大于4的自然數(shù))個(gè)直鏈結(jié)合的碳原子的結(jié)構(gòu)中除了第一個(gè)和第M 個(gè)碳原子的碳原子；步驟(b)，通過(guò)花灑向反應(yīng)室供給所述蒸發(fā)的前體和添加的氣體， 所述花灑包括用于分別供給所述前體和所述添加的氣體的供給部分、 分別散射單獨(dú)供給的前體和單獨(dú)供給的添加的氣體的散射部分以及具 有多個(gè)孔的注入部分，以4更通過(guò)所述孔共同注入^皮散射部分分別散射 的所述前體和所述添加的氣體，其中將產(chǎn)生等離子體的能量施加于所述散射部分和所述注入部分中的至少一個(gè)；以及 步驟(c)，在所述反應(yīng)室中沉積無(wú)定形碳層。
12. 形成低k值介電層的方法，其包括步驟(a)，蒸發(fā)包含第一前體和第二前體的前體，所述第一前體含 有Si-O，所述第二前體含有烴類(lèi)化合物，所述烴類(lèi)化合物的構(gòu)型方式 為一對(duì)官能團(tuán)與指定的碳原子結(jié)合，所述指定的碳原子為包含N(等于 或大于3的自然數(shù))個(gè)直鏈結(jié)合的碳原子的結(jié)構(gòu)中除了第一個(gè)和第N個(gè) 碳原子的碳原子；步驟(b),通過(guò)花灑向反應(yīng)室供給所述蒸發(fā)的前體和添加的氣體， 其中將所述前體和所述添加的氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子態(tài)；以及步驟(c)，在所述反應(yīng)室中沉積低k值介電層。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第一前體包括選自 DMCPSO (十曱基環(huán)戊基硅氧烷)、TEOS (正硅酸乙酯)、HMDSO (六曱 基二硅氧烷)中的至少 一種。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述添加的氣體包括選自 He、 Ar、 H2、 02、 N2、 N20、 NO、烴類(lèi)化合物CxHy(其中1 ^9、 4 ^20)、含氮的物質(zhì)、含氟的物質(zhì)和含硅的物質(zhì)中的至少一種。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中每一官能團(tuán)包括選自-CH3、 -C2H5、 -CH2-C6H5、 -C6H5、 —CxFy、 -NH2、匿N(xiāo)O、 -OH、 -CHO和隱COOH 中的至少一種。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，所述花灑包括用于分別供給所述前體和所述添加的氣體的供給部分； 分別散射單獨(dú)供給的前體和單獨(dú)供給的添加的氣體的散射部分；以及具有多個(gè)孔的注入部分，以便通過(guò)所述孔共同注入凈皮散射部分分別散射的所述前體和所述添加的氣體，其中在步驟(b)中將產(chǎn)生等離子體的能量施加于所述散射部分和 所述注入部分中的至少 一個(gè)。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述花灑還包括絕緣環(huán)，所 述絕緣環(huán)使所述散射部分和所述注入部分電絕緣，或其中所述散射部 分和所述注入部分中的至少一個(gè)涂覆能夠電絕緣的絕緣材料。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中在步驟(b)中，如果將產(chǎn)生等 離子體的能量施加于所述散射部分和所述注入部分，則對(duì)所述散射部 分和所述注入部分分別施加不同的能量。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，所述散射部分包括 置于所述供給部分下方、具有單一區(qū)域的第一散射區(qū)域；置于所述第 一散射區(qū)域下方被位于多個(gè)區(qū)域之間的通道分隔為多 個(gè)區(qū)域的第二散射區(qū)域；以及連接于所述第二散射區(qū)域的多個(gè)區(qū)域中的每一區(qū)域的多個(gè)出口 ， 其中所述前體和所述添加的氣體之一被所述第 一散射區(qū)域散射， 然后通過(guò)所述第二散射區(qū)域的多個(gè)區(qū)域之間的所述通道排至圍繞每一 所述出口的多個(gè)空間，并且其中所述前體和所述添加的氣體中的另一 種被所述第二散射區(qū)域散射，然后排至每一所述出口。
全文摘要
公開(kāi)了使用十字型烴類(lèi)化合物作為前體形成無(wú)定形碳層的方法和使用十字型烴類(lèi)化合物形成低k值介電層的方法。本發(fā)明包括步驟(a)蒸發(fā)含有十字型烴類(lèi)化合物的前體，步驟(b)通過(guò)花灑向反應(yīng)室供給蒸發(fā)的前體和添加的氣體，其中將所述前體和所述添加的氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子態(tài)，以及步驟(c)在所述反應(yīng)室中沉積用于硬掩?；虻蚹值電介質(zhì)的無(wú)定形碳層。
文檔編號(hào)C23C16/452GK101435073SQ20071017037
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
發(fā)明者裵根鶴, 金京洙, 金昊植 申請(qǐng)人:韓商奧拓股份有限公司