專利名稱：最小化濕法蝕刻底切度并提供極低k值(k<2.5)電介質(zhì)封孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各實(shí)施方式主要涉及集成電路的制造。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的各 實(shí)施方式涉及一種用于在低介電常數(shù)層上沉積包含硅、碳，以及選擇性的包括 氧和/或氮的薄層的工藝。
背景技術(shù)：
自從幾十年前首次發(fā)明集成電路器件以來(lái)，集成電路幾何構(gòu)型的尺寸已經(jīng) 顯著地縮小。自從那時(shí)起，集成電路一般都服從兩年尺寸減半的規(guī)則(通常稱 為摩爾法則)，這就意味著在芯片上的器件的數(shù)量每?jī)赡暝黾右槐?。目前的?造設(shè)備常規(guī)可生產(chǎn)具有0.13Mm甚至0.1pm特征尺寸的器件，未來(lái)的設(shè)備將很 快就能生產(chǎn)具有更小特征尺寸的器件。
對(duì)器件幾何構(gòu)型的不斷縮小產(chǎn)生了對(duì)具有更低介電常數(shù)(k)值的夾層的 需要，因?yàn)楸仨毥档拖噜徑饘倬€之間的電容耦合以進(jìn)一步減小集成電路上器件 的尺寸。特別是需要具有較低介電常數(shù)的絕緣體，其介電常數(shù)小于大約4.0。
近來(lái)，已開(kāi)發(fā)出介電常數(shù)小于大約3.0的低介電常數(shù)有機(jī)硅薄膜。還開(kāi)發(fā) 了介電常數(shù)小于2.5的極低k (ELK)有機(jī)硅薄膜。 一種用于形成低介電常數(shù) 和極低介電常數(shù)有機(jī)硅薄膜的方法已用來(lái)由一種包含有機(jī)硅化合物以及一種 如碳?xì)浠衔锏?，包含遇熱不穩(wěn)定或易揮發(fā)基團(tuán)的化合物的氣體混合物沉積該 薄膜，然后，對(duì)沉積出的薄膜進(jìn)行后處理，以從所沉積的薄膜中去除遇熱不穩(wěn) 定或易揮發(fā)基團(tuán)，例如有機(jī)基團(tuán)。從已沉積的薄膜中去除遇熱不穩(wěn)定或易揮發(fā) 基團(tuán)會(huì)在薄膜中引起納米尺寸的孔洞或孔隙，這將降低該薄膜的介電常數(shù)，因 為空氣的介電常數(shù)近似為1。
去除光刻膠或底抗反射圖層(BARC)的灰化工藝，可從K值較低的薄膜 中脫出碳，并使該薄膜表面氧化。在后續(xù)的濕法蝕刻工藝中，經(jīng)氧化的K值 較低的薄膜表面將被去除，并促成底切和臨界尺寸(CD)損失。
低介電常數(shù)薄膜的多孔性也可導(dǎo)致應(yīng)用于在該薄膜上的后續(xù)各層的沉積
的前驅(qū)物的滲透，例如BARC層或金屬間化合物阻擋層(TaN，等等)。阻擋 層前驅(qū)物向多孔低介電常數(shù)薄膜中的擴(kuò)散造成了器件中的漏電流。
因此，目前仍然需要一種處理低介電常數(shù)薄膜的方法，其可以在后續(xù)的工 藝步驟中使對(duì)薄膜的損害最小化，這些后續(xù)工藝步驟例如濕法工藝以及例如 BARC層和阻擋層的后續(xù)各層的沉積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要提供一種在腔室中襯底上的低介電常數(shù)薄膜上沉積一種較薄、
共形封孔表面層的方法。此方法包括從已構(gòu)圖的低介電常數(shù)薄膜上去除光刻
膠，并隨后通過(guò)沉積一層具有已控制的厚度在約4A到大約iooA之間的薄、
共形層處理具有任意深寬比或通孔尺寸的已構(gòu)圖的低介電常數(shù)薄膜，所述共形 層包在已構(gòu)圖的低介電常數(shù)薄膜的表面上，含硅以及碳，并選擇性地包含氧和
/或氮。在一種實(shí)施方式中，該層的沉積包括在低RF功率級(jí)別的存在下使八甲 基環(huán)四硅氧烷起反應(yīng)。光刻膠的灰化工藝從低介電常數(shù)薄膜的表面中脫碳，而 且其表面變?yōu)橛H水性的。在灰化后，封孔層表面恢復(fù)了低介電常數(shù)薄膜的表面 碳濃度并為已構(gòu)圖的低介電常數(shù)薄膜提供了一個(gè)疏水表面。當(dāng)?shù)徒殡姵?shù)薄膜 的表面疏水時(shí)，低介電常數(shù)薄膜的濕法蝕刻速率是最小的。該層在后續(xù)的可能 在襯底上執(zhí)行的濕法清洗工藝中保護(hù)低介電常數(shù)薄膜并防止底切和CD損失。 該薄層所提供的疏水表面防止?jié)駳庠诘徒殡姵?shù)薄膜中吸附。
在光刻膠灰化后，低介電常數(shù)薄膜表面變得氧化并包括氫氧(OH)基。 該表面吸收濕氣，而且極大地增加了其介電常數(shù)。光刻膠灰化后所述薄層的沉 積驅(qū)出了附著在表面中的濕氣并去除了在低介電常數(shù)薄膜表面的OH基，并從 而恢復(fù)了低介電常數(shù)。該薄層的沉積提供了能防止進(jìn)一步濕氣附著的疏水密封 層。
薄共形層可沉積在任何表面包含OH， NH，或NH2基的覆層或已構(gòu)圖的 薄膜上，作為保護(hù)層以防止?jié)駳飧街蜐穹ɑ瘜W(xué)蝕刻，或作為封孔層以防止前 驅(qū)物或化學(xué)物質(zhì)或前驅(qū)物的穿透，包括表面具有氧化物(例如Cu/CuO或 A1/A1203)的介電薄膜以及金屬薄膜。該薄層也可作為封孔層用于表面具有 OH， NH，或NH2基的多孔介電薄膜或金屬薄膜。


因此，為了可以詳細(xì)了解本發(fā)明的上述特征，下面，將參照各實(shí)施方式對(duì) 主要如上概述的本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)描述，其中一些實(shí)施方式將在附圖中進(jìn)行說(shuō) 明。應(yīng)該注意的是，附圖只說(shuō)明本發(fā)明的典型實(shí)施方式，因此不應(yīng)將其視為對(duì) 本發(fā)明范圍的限制，對(duì)本發(fā)明的其它等效實(shí)施方式也是可行的。
圖1A-1F為描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式在工藝順序中的不同階段的襯底 結(jié)構(gòu)的示意性截面視圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在灰化之前和之后低介電常數(shù)薄膜 的介電常數(shù)(k)，以及在灰化后，其上沉積較薄OMCTS層的低介電常數(shù)薄 膜的介電常數(shù)(k)的曲線圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在灰化之前或之后低介電常數(shù)薄膜 的濕潤(rùn)角，以及在灰化后，其上沉積較薄OMCTS層的低介電常數(shù)薄膜的濕潤(rùn) 角的曲線圖4A為根據(jù)現(xiàn)有工藝在灰化之后和濕法清洗之前隧道剖面(密集分布) 的示意圖；圖4B為根據(jù)現(xiàn)有工藝在灰化和濕法清洗之后隧道剖面(密集分布) 的示意圖；圖4C為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式在灰化和濕法清洗之后隧道剖 面(密集分布)的示意圖5A為根據(jù)現(xiàn)有工藝在灰化之后濕法清洗之前隧道剖面(相同結(jié)構(gòu)/開(kāi)口 面積)的示意圖；圖5B為根據(jù)現(xiàn)有工藝在灰化和濕法清洗之后隧道剖面(相 同結(jié)構(gòu)/開(kāi)口面積)的示意圖；圖5C為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式在灰化和濕法清 洗之后隧道剖面(相同結(jié)構(gòu)/開(kāi)口面積)的示意圖6為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的較薄OMCTS層濕潤(rùn)角相對(duì)于該層 氦等離子體后處理的時(shí)間長(zhǎng)度的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種在已構(gòu)圖的襯底上沉積包含硅、碳，以及選 擇性的包括氧和/或氮的薄、共形層的方法。在一方面，本發(fā)明的實(shí)施方式提 供一種用于構(gòu)圖低介電常數(shù)薄膜的光刻膠從該薄膜上去除后，保護(hù)已構(gòu)圖的低 介電常數(shù)薄膜的方法。在另外一些方面，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種控制相 互聯(lián)接的金屬線的臨界尺寸和一種將沉積層的厚度控制在大約4A到大約
iooA之間的方法。
在一種實(shí)施方式中，應(yīng)用光刻膠以及光刻技術(shù)在襯底上構(gòu)圖低介電常數(shù)薄 膜以在那里形成垂直互聯(lián)孔或水平互聯(lián)孔。所述低介電常數(shù)薄膜可以是一種包 含硅、碳，并選擇性地包含氧和/或氮的薄膜。所述低介電常數(shù)薄膜可由一種 包含諸如有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷的有機(jī)硅化合物的氣體混合物沉積。氣體混合 物也可以包括一種氧化氣體。在一種實(shí)施方式中，所述氣體混合物包括一種有 機(jī)硅化合物和一種成孔劑，例如碳?xì)浠衔?，其在該薄膜沉積之后，從該薄膜 上去除以在該薄膜中造成孔洞或孔隙并降低該薄膜的介電常數(shù)。所述成孔劑可
通過(guò)uv (紫外)處理、電子束處理、熱處理或其組合去除。形成多孔低介電
常數(shù)薄膜的方法在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利號(hào)6936551以及美國(guó)專利號(hào)7060330 中得到進(jìn)一步的詳細(xì)描述，在這里引用參考。應(yīng)該注意的是具有其它成分和/ 或由不同氣體混合物沉積的低介電常數(shù)薄膜可應(yīng)用于本發(fā)明的實(shí)施方式中。
值得注意的，除低介電常數(shù)薄膜外的其它薄膜也可應(yīng)用于實(shí)施方式中，例 如表面包含OH， NH，或NH2基的任意薄膜。概括而言，可應(yīng)用的薄膜具有 富氧或富氮表面，這一表面可選擇性地沉積一種其上包含硅、碳，并選擇性地 包含氧和/或氮的薄膜。如這里的定義，富氧表面的Si:O(硅:氧)比例在大約1:1 到大約1:3之間。如這里的定義，富氮表面的Si:N(硅:氮)比例在大約l:l到大 約1:2之間。
雖然可將薄膜沉積在富氧或富氮表面上，該薄膜一般不會(huì)在富碳表面上生 長(zhǎng)，并因而，可將該薄膜在富氧或富氮表面上的沉積描述為選擇沉積工藝。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)是可應(yīng)用于沉積在此描述的薄層的前驅(qū)物的 一個(gè)例子。除八甲基環(huán)四硅氧烷外，前驅(qū)物的通式為Rx-Si-(OR，)y，例如二甲 基二甲氧基硅烷(CH3)2-Si-(0-CH3)2，其中每個(gè)I^H、 CH3、 CH2CH3，或其它 垸基，每個(gè)R^CH3、 CH2CH3，或其它烷基，x的取值范圍為0到4， y的取 值范圍為0到4，同時(shí)x+y:4，適當(dāng)?shù)墓に嚧翱谝部杀挥糜诔练e薄共形層。其 它可采用的前驅(qū)物包括結(jié)構(gòu)為(Rx-Si-O-Si-Ry)z的有機(jī)二硅氧垸，例如l， 3-二 甲基二硅氧烷(CH3-SiH2-0 SiH2-CH3)、l， l，3，3-四甲基二硅氧垸((CH3)2-SiH-0-SiH-(CH3)2)、 六甲基二硅氧烷((CH3)3-Si-0-Si-(CH3)3)，等。其它可應(yīng)用的前驅(qū) 物包括環(huán)有機(jī)二硅氧烷(Rx-Sr0)y，其中y的值大于2， x的取值范圍為1到2， 以及RX=CH3、 CH2 CH3，或其它烷基?？蓱?yīng)用的環(huán)有機(jī)硅化合物包括具有3
個(gè)或更多硅原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)以及進(jìn)一步包括一個(gè)或更多氧原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。巿 售可購(gòu)得的環(huán)有機(jī)硅化合物包括具有交替的硅和氧原子，和一個(gè)或兩個(gè)烷基與 硅原子結(jié)合的環(huán)。例如，環(huán)有機(jī)硅化合物將包括一個(gè)或更多以下的化合物
1， 3， 5， 7-四甲基環(huán)四硅氧垸(TMCTS) (-SiH(CH3)2-0-)4-環(huán)，
所述薄層包含硅、碳，并選擇性地包含氧。在另一種實(shí)施方式中，前驅(qū)物 可為含硅和氮前驅(qū)物，其用于沉積包含硅、氮，并選擇性地包含碳的薄共形層。 前驅(qū)物可包括直鏈型硅氮烷和環(huán)型硅氮烷。直鏈型硅氮烷可包括R-Si-NH-Si-R'結(jié)構(gòu)，其中R二CH3、 CH2CH3，或其它烷基，每個(gè)R，H、 CH3、 CH2CH3， 或其它烷基。環(huán)型硅氮烷可包括(Rx-Si-NH)Y結(jié)構(gòu)，其中y的值大于2， x的取 值范圍為從1到2，以及Rx^CH3、 CH2 CH3，或其它烷基。環(huán)型硅氮烷化合 物可包括具有三個(gè)或更多硅原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)并進(jìn)一步包括一個(gè)或更多氮離子 的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。市售可購(gòu)得的環(huán)型硅氮烷化合物包括具有交替的硅的和氮原子， 和一個(gè)或兩個(gè)垸基與硅原子結(jié)合的環(huán)。例如，環(huán)型硅氮烷化合物將包括以下物 質(zhì)
1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8-八甲基環(huán)四硅氮烷， 1， 2， 3， 4， 5， 6-六甲基環(huán)三硅氮烷， 1， 1， 3， 3， 5， 5-六甲基環(huán)三硅氮烷，以及 1， 1， 3， 3， 5, 5， 7， 7-八甲基環(huán)四硅氮烷。
圖1A示出了在襯底100上低介電常數(shù)薄膜102的一個(gè)例子。圖1B示出 了在低介電常數(shù)薄膜102上的已構(gòu)圖的光刻膠104。
例如，隨后通過(guò)去膠或灰化處理從低介電常數(shù)薄膜上除去光刻膠。圖1C 示出了通過(guò)光刻膠104構(gòu)圖以形成互聯(lián)106以及光刻膠被去除后的低介電常數(shù) 薄膜102。薄共形層108，即厚度為大約4A至約IOOA的層，該層包括硅、碳， 并選擇性地包括氧和/或氮，隨后沉積在已構(gòu)圖的低介電常數(shù)薄膜表面，如圖 1D所示。在RF功率存在的條件下，該層可通過(guò)反應(yīng)一種氣體混合物沉積， 例如一種包含硅、氧，以及碳的氣體混合物。硅、氧，和碳元素是由有機(jī)硅化 合物提供的，例如八甲基環(huán)四硅氧烷。有機(jī)硅化合物典型情況下是和載氣注入
六甲基二硅氧烷
(-Si(CH3)2-0-)3-環(huán)，
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)
1， 3， 5， 7， 9-五甲基環(huán)五硅氧垸
(-Si(CH3)2-0-)4-環(huán)，以及 (-SiH(CH3)-0-)5-環(huán)。
腔室的。優(yōu)選地，載氣為氦氣。但是也可應(yīng)用其他惰性氣體，例如氬氣或氮?dú)狻?br> 在該層沉積之后，將對(duì)襯底進(jìn)行濕法清洗，例如應(yīng)用100:1HF溶液。隨后， 如圖1E所示，層110，例如PVD (化學(xué)氣相沉積)阻擋層或ALD (原子層沉 積)阻擋層，舉例來(lái)說(shuō)，ALD氮化鉭(TaN)層可以沉積在該層上。作為另一種 選擇，如圖1F所示， 一層，例如阻擋抗反射涂層(BARC)的層120，將沉積在 層108上并填充互聯(lián)106。
在RF功率存在的情況下，在化學(xué)氣相沉積腔室或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉 積腔室中，通過(guò)使一種包含有機(jī)硅化合物的氣體混合物起反應(yīng)，沉積包括硅/ 碳，并選擇性地包括氧和/或氮的層?？捎糜诔练e該層的腔室的實(shí)例包括具 有兩個(gè)獨(dú)立處理區(qū)域的PRODUCEI^腔室以及0"@腔室，這兩種腔室都可以 從Santa Clam, California的Applied Materials,Inc.(加利福尼亞的圣克拉拉市的 應(yīng)用材料公司)市售購(gòu)得。在此提供的工藝條件是為具有兩個(gè)單獨(dú)處理區(qū)域的 300mm 11001^￡11@腔室而提供。因而，每個(gè)襯底處理區(qū)域和每個(gè)襯底的流 速是腔室中的流速的 -半。
典型情況下，腔室中，在所述層沉積于襯底上的過(guò)程中，將襯底的溫度維 持在大約150°C至約400°C之間。用于300mm襯底提供的RF功率的功率值 為大約100W或更低，例如在大約30W至約75W之間。 一般而言，RF功率 可以大約0.109W/cn^或更低提供，例如在大約0.033W/cn^到約0.082W/cm2 之間。RF功率將提供到噴頭，例如，氣體分配裝置，和/或腔室的襯底支架。 以大約13MHz至14MHz之間的高頻率提供RF功率，優(yōu)選的情況下為 i3.56MHz。 RF功率可為周期的或脈沖的。RF功率也可為連續(xù)的或不連續(xù)的。 噴頭和襯底支架之間的間隔大于約200mil，例如在大約200mil至約1400mil 之間。腔室中的壓力為大約1.5Torr或更高，例如在大約1.5Torr至約8Torr之 間。
有機(jī)硅化合物可以大約100sccm至約1000sccm之間的流速注入該腔室。 載氣將以大約100sccm至約7000sccm之間的流速注入該腔室。在腔體中，有 機(jī)硅化合物的流速，例如八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS，sccm),與載氣的流速，例 如氦氣(sccm)，之比為大約0.1或更高。根據(jù)已構(gòu)圖的襯底的深寬比，該層可 能沉積一段時(shí)間，諸如時(shí)間范圍在0.1秒到600秒之間，以沉積厚度在約4A 至約100A之間的層。典型情況下，當(dāng)應(yīng)用更高深寬比時(shí)，該層的沉積需要更
長(zhǎng)的時(shí)間以提供共形表面。
現(xiàn)己發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用上述的RF功率值，間隔，壓力以及流速比，當(dāng)應(yīng)用一種 自飽和有機(jī)硅化合物作為前驅(qū)物時(shí)，可以可靠地沉積厚度僅在大約4A至約
iooA之間的薄、均勻的共形層。應(yīng)用在此提供的條件，已經(jīng)獲得了在單個(gè)
300mm襯底中厚度范圍為1 A的層。如在此所述，"自飽和前驅(qū)物"是在襯 底上沉積一薄層，例如，不考慮沉積時(shí)間長(zhǎng)度下前驅(qū)物的僅一個(gè)分子層。厚度 可通過(guò)前驅(qū)物的選擇來(lái)控制，由于不同的前驅(qū)物具有不同的分子尺寸，導(dǎo)致不 同前驅(qū)物的分子層的不同厚度。該薄層的存在，在用于沉積該薄層的工藝條件 下阻礙了前驅(qū)物進(jìn)一步沉積為附加層。 一般而言，自飽和前驅(qū)物包括甲基，選 用該甲基以抑制該薄層繼續(xù)生長(zhǎng)。OMCTS是一種首選的自飽和前驅(qū)物，由于 其包含大量甲基，這些甲基導(dǎo)致一層的自飽和沉積，因?yàn)榧谆逯械奶继峁┏?分抑制其上進(jìn)一步沉積的富碳薄膜表面。也即是說(shuō)，可以由OMCTS沉積共形 第一層，因?yàn)橄路揭r底的表面一旦由OMCTS分子覆蓋，在所沉積層表面 Si-CH3鍵的存在就提供抑制進(jìn)一步沉積的富碳表面，直至一些甲基基團(tuán)通過(guò)其 他一些該層的處理去除。從而，就可很好地控制OMCTS的每個(gè)分子層的沉積， 這將提高最終層的臺(tái)階覆蓋性。
除八甲基環(huán)四硅氧烷外，其他可用的前驅(qū)物包括二乙氧甲基硅烷(DEMS)、 六甲基二硅氧垸(HMDOS)，以及六甲基二硅烷(HMDS)。其他包含Si、 C，以 及H的前驅(qū)物可用于本工藝，例如三甲基硅烷、四甲基硅烷，等等。
在未暴露于灰化工藝的低介電常數(shù)薄膜上，并在暴露于光刻膠灰化的低介 電常數(shù)薄膜上執(zhí)行X射線光電子譜(XPS)分析。在暴露于光刻膠灰化并隨后由 其上沉積的薄層處理的低介電常數(shù)薄膜上也執(zhí)行XPS分析，根據(jù)本發(fā)明的實(shí) 施方式，該薄層由OMCTS沉積并包含硅、碳，以及氧。XPS分析表明，將該 薄層沉積在灰化的低介電常數(shù)薄膜上，在經(jīng)灰化的低介電常數(shù)薄膜上沉積薄層 與其上未通過(guò)沉積薄膜處理的低介電常數(shù)薄膜相比，提供更高的碳含量(原子 數(shù)％碳)。例如，經(jīng)灰化的低介電常數(shù)薄膜可能具有大約3個(gè)原子％碳，而未經(jīng) 灰化的低介電常數(shù)薄膜上的薄膜在表面上提供約15個(gè)原子％碳。因而，從一 方面說(shuō)，該薄層為富碳層。該薄層的碳含量在大約5個(gè)原子％碳至約30個(gè)原 子％碳之間?；一^(guò)程消耗低介電常數(shù)薄膜的表面的碳濃度，然而在灰化過(guò)的 低介電常數(shù)薄層上沉積該薄層恢復(fù)了表面碳濃度。
XPS分析也表明了與用該薄層處理的低介電常數(shù)薄膜表面的氧含量低于 那些在灰化后沒(méi)有用該薄層一起處理的低介電常數(shù)薄膜表面的氧含量，因?yàn)橐?灰化薄膜表面的OH基被包含碳的薄層取代。用包含碳的薄層取代已灰化薄膜 表面的OH基也降低了已灰化薄膜的介電常數(shù)。圖2示出了在低介電常數(shù)薄膜
上應(yīng)用OMCTS沉積薄層降低了經(jīng)過(guò)三個(gè)不同灰化工藝中一個(gè)工藝的薄膜的 灰化后介電常數(shù)。
灰化前以及灰化后用于低介電常數(shù)薄膜的濕潤(rùn)角(在圖3中分別為ELK ILD，即極低k夾層介電質(zhì)，以及己灰化的ELKILD)，以及灰化后并且其上具 有薄OMCTS層的低介電常數(shù)薄膜也得到測(cè)量。其結(jié)果如圖3所示。在圖3中， 灰化后的低介電常數(shù)薄膜上沉積薄OMCTS層增加了低介電常數(shù)薄膜的濕潤(rùn) 角。增加的濕潤(rùn)角表明薄OMCTS層增加了低介電常數(shù)薄膜表面的疏7K性。疏 水性的所述提高是期望得到的結(jié)果，因?yàn)槭杷砻婵煞乐節(jié)駳馕皆诘徒殡姵?數(shù)薄膜中，這種吸附將影響薄膜性能或至少導(dǎo)致需要加入一些用于去除濕氣的 耗時(shí)步驟。
灰化后濕法清洗后，在互聯(lián)的剖面上沉積薄共形層的效果也得到了檢驗(yàn)。 在薄膜在濕法清洗工藝中浸泡在100:1的HF溶液中后，對(duì)具有或不具有薄 OMCTS層的低介電常數(shù)薄膜中隧道密度高的區(qū)域和隧道密度低的區(qū)域的隧道 剖面進(jìn)行檢驗(yàn)。
圖4A-4C示出了隧道密度高的區(qū)域的隧道剖面。圖4A示出了灰化后和濕 法清洗前的隧道剖面。圖4B和4C示出了灰化后并在濕法清洗后，低介電常 數(shù)薄膜分別具有和不具有薄OMCTS層時(shí)的隧道剖面。圖4B示出了在其上不 具有薄OMCTS層的低介電常數(shù)薄膜隧道中，濕法清洗將引起大約30nm的臨 界尺寸損失。圖4C示出了在濕法清洗前其上沉積薄OMCTS層的低介電薄膜 中將不會(huì)觀察到這樣的CD損失。
圖5A-5C示出了隧道密度低的區(qū)域的隧道剖面。圖5A示出了灰化后和濕 法清洗前的隧道剖面。圖5B和5C示出了灰化后并在濕法蝕刻后，低介電常 數(shù)薄膜分別具有和不具有薄OMCTS層時(shí)的隧道剖面。圖5B示出了在其上不 具有薄OMCTS層的低介電常數(shù)薄膜隧道中，濕法清洗將引起大于大約30nm 的底切。圖5C示出了在濕法清洗前其上沉積薄OMCTS層的低介電薄膜中將 不會(huì)觀察到這樣的底切。
因此，該薄OMCTS層提供了一個(gè)富碳表面，其進(jìn)而可提供一個(gè)用于防止
低k值薄膜在濕法蝕刻過(guò)程中臨界尺寸的損失及底切的疏水表面。
我們可以看出，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式所提供的薄層，充當(dāng)了致密的封孔層
的角色，可用于阻止諸如用作之后沉積BARC層的BARC材料，以及用作之 后沉積阻擋層的一種PVD阻擋前驅(qū)物或例如ALD TaN前驅(qū)物的一種ALD前 驅(qū)物，對(duì)該薄層沉積于其上的多孔低k值薄膜的滲透。
例如，在通孔蝕刻以及第一個(gè)通孔金屬鑲嵌(damascene)工藝中的光刻 膠灰化之后，該薄層可沉積在低介電常數(shù)薄膜上。隨后的BARC填充可在該 層上進(jìn)行。該薄層提供了用于防止BARC材料滲透到絕緣薄膜中的封孔層。 然后，在低介電常數(shù)薄膜與下面諸如銅的導(dǎo)體材料之間的絕緣阻擋，將被蝕刻 以使下面的導(dǎo)電材料，在隧道蝕刻以及光刻膠移除后暴露出來(lái)。在蝕刻絕緣阻 擋之后，可使用還原化學(xué)反應(yīng)將清洗通過(guò)移除絕緣阻擋所暴露出來(lái)的導(dǎo)電表 面，并從該表面中移除諸如氧化銅(CuO)的氧化物。該薄層提供了一個(gè)封孔層， 以阻止之后阻擋層前驅(qū)物，對(duì)該低介電常數(shù)薄膜的滲透。
在濕法清洗襯底之后將BARC層是沉積在該薄層上的實(shí)施方式中，該薄 層可用氦(或其他惰性氣體)等離子體進(jìn)行后處理，以調(diào)整該薄層的表面的碳 濃度和該薄層的濕潤(rùn)角。該濕潤(rùn)角可降至約70°C或更少，以促進(jìn)BARC層的 濕潤(rùn)和沉積。圖6示出了隨著等離子體處理時(shí)間的增加濕潤(rùn)角的降低。溫和工 藝條件，例如，使用在大約30W至約IOOW之間的RF功率以及在大約100sccm 至約10000sccm之間的He流速，以便等離子體處理將不會(huì)毀壞該薄層的封孔 特性。
如果需要調(diào)整表面濕潤(rùn)或接觸角，在除BARC層的其他層在其上沉積以 前，也可對(duì)薄層進(jìn)行氦等離子體后處理，所述其他層例如ALD阻擋層?？蓱?yīng) 用不同氣體等離子后處理該薄層，例如02、 C02、 N20、 NH3、 H2、氦、氮、 氬，或它們的組合。等離子體后處理可以改善該層表面的特性和性質(zhì)，例如表 面張力和表面接觸角。
在另一種實(shí)施方式中，提供了一種控制互聯(lián)中金屬連線臨界尺寸的方法。 如前面實(shí)施方式中所述，這種方法包括在已構(gòu)圖的低介電常數(shù)薄膜上沉積薄 層。在薄層沉積于低介電在常數(shù)薄膜上之前，該已構(gòu)圖的低介電常數(shù)薄膜可包 含一個(gè)富氧或富碳表面。在該層沉積后，將終止用于沉積該層的前驅(qū)物的流動(dòng)，
例如OMCTS，并僅通過(guò)向腔室中注入載氣，例如He載氣，將任何剩余前驅(qū) 物從腔室中清除?？蓪⑶皇覂艋虺楦苫?qū)⑶皇覂艋⒊楦伞?br> 在將腔室凈化和/或抽千后，在一種實(shí)施方式中，在腔室中執(zhí)行氧等離子 處理以處理由前驅(qū)物沉積在襯底上的層并開(kāi)始下一沉積循環(huán)，例如OMCTS沉 積。在另一種實(shí)施方式中，如果要求氮慘雜氧化物或SiN層，可應(yīng)用加入或不 加入H2的NH3等離子體處理。氧等離子體可由任何能夠產(chǎn)生氧化該層表面的 氧游離基的含氧氣體提供。例如，該氣體可包括02、 C02、 N20，或它們的組 合。含氧氣體可以某一流速注入腔體中。含氧氣體將需要一段時(shí)間注入腔室中， 這一時(shí)間為大約0.1秒至約60秒之間，取決于通道/隧道構(gòu)圖剖面。氧等離子 體將以頻率13.56MHz，功率在50W至1000W之間的RF功率提供到腔體中。 可應(yīng)用混合頻率RF功率。為了使等離子體處理對(duì)底層(諸如低介電常數(shù)薄膜) 的沖擊或損害最小化，首選應(yīng)用低值高頻RF功率，例如在大約30W至約100W 之間，其對(duì)應(yīng)大約0.033W/cm2至約0.082 W/cm2之間。
通過(guò)終止含氧氣體流入腔室可終止等離子體處理?？蛇x的，然后可對(duì)沉積 層的厚度進(jìn)行測(cè)量。隨后，恢復(fù)前驅(qū)物的流動(dòng)，使其流入腔室中，以沉積該薄 層的附加量。凈化該腔室并隨后進(jìn)行上述的氧等離子體處理。執(zhí)行沉積、凈化， 以及等離子體處理的多重循環(huán)直至得到該層的要求厚度。通過(guò)控制沉積在互聯(lián) 中的層的厚度，可以控制隨后在互聯(lián)中沉積的金屬連線的厚度。
在另一種實(shí)施方式中，提供了一種將沉積在襯底上層的厚度控制在約4A 至約100A之間的方法?？赡馨谎趸蚋坏韺拥脑撘r底，在等離子體存在 的情況下，將暴露在含硅前驅(qū)物下，以在該襯底上沉積一層，然后，使用由含 H2或不含H2的NH3產(chǎn)生的等離子體，或使用由一選自包含02、 C02和N20 組成的組中的含氧氣體產(chǎn)生的等離子體，來(lái)處理該層。上述將襯底暴露在含硅 前驅(qū)物下以沉積層，以及用等離子體處理該層的過(guò)程將持續(xù)反復(fù)進(jìn)行，直到該 層達(dá)到理想的厚度。
在再一實(shí)施方式中，提供了 一種制造包含任一氧化物或氮化物的高密度介 電隔離墊的方法。該方法包括，在等離子體存在的情況下，在含硅前驅(qū)物下， 暴露包含富氧或富氮表面的柵極的構(gòu)圖的襯底，以在該柵極上沉積一層，并然 后用由選自包含02、 C02、 N20、含氮?dú)怏w，以及包含或不包含H2的NH3的 組組成的含氧或含氮?dú)怏w產(chǎn)生的等離子體處理該層。上述含硅前驅(qū)物，以及關(guān)
于控制在互連中金屬線臨界尺寸的方法的等離子體處理工藝，可用于制造高密 度介電隔離墊的方法中，以及控制層厚度在約4A至約100A之間的方法中。
盡管前面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作出了描述，在不背離由下面的權(quán)利要求規(guī) 定的本發(fā)明基本范圍的情況下，可設(shè)計(jì)出其他或進(jìn)一步的實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種在腔室中將薄膜處理于襯底上的方法，其特征在于，包含通過(guò)在薄膜的富氧或富氮表面上選擇性地沉積厚度在4埃至100埃之間并包含硅、碳，以及選擇性地包含氧或氮的薄層沉積來(lái)處理該薄膜，其中該層的沉積包括在RF功率存在的條件下使包含Si、C，以及H的前驅(qū)物起反應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驅(qū)物選取自前驅(qū)物組成的組，這些前驅(qū)物的通式為Rx-Si-(OR，)y，其中11= 、 CH3、 CH2CH3， 或其它垸基，R'=CH3、 CH2CH3，或其它烷基，x的取值范圍為0到4， y的 取值范圍為0到4，同時(shí)x+y二4;具有(IVSi-O- SrRy)z結(jié)構(gòu)的有機(jī)二硅氧烷， 其中Rx二CH3、 CH2CH3，或其它烷基，Ry = H， CH3、 CH2 CH3，或其它烷 基；包括(Rx-Si-O)y結(jié)構(gòu)的環(huán)有機(jī)硅氧垸，其中R^CHs、 CH2CH3，或其它垸 基；包括具有3個(gè)或更多硅原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的環(huán)有機(jī)硅化合物，而且該環(huán)狀結(jié) 構(gòu)可選擇性包括一個(gè)或更多氧原子；以及包括具有交替的硅和氧原子環(huán)，及一 個(gè)或兩個(gè)烷基與硅原子相結(jié)合的環(huán)有機(jī)硅化合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驅(qū)物飽含甲基，以 抑制所述薄層的繼續(xù)生長(zhǎng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述層具有與所述薄膜表 面的富氧或富氮表面相比更高的碳含量，同時(shí)所述層為所述薄膜上提供了一個(gè) 碳飽和表面層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述層沉積后濕法清洗該表面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供的RF功率的功率值在大約0.109W/cm2或更低。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述腔體中的壓力為大約 1.5Torr或更高。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述腔體中噴頭與所述腔 體中襯底支架的間隔為大于大約200mil。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括應(yīng)用一種氣體 等離子體后處理所述層，所述氣體選自由02、 C02、 N20、 NH3、 H2、氦、氬，以及氮組成的組。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括等離子后處理 所述層，其中所述等離子體后處理改變了所述層的表面特性，以及，其中所述 表面特性選自由表面張力以及表面接觸角組成的組。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在所述層上沉 積底抗反射涂層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一歩包括通過(guò)原子層沉 積或物理氣相沉積在厚度為4A至100A并包含硅和碳，以及選擇性包括氧和/ 或氮的所述層上沉積阻擋層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄層提供了一個(gè)致密層，該致密層可防止抗反射涂層材料以及ALD或PVD阻擋層前驅(qū)物滲透到所述 層中。
14. 一種處理表面上具有低k介質(zhì)薄膜的襯底的方法，包括在RF功率存在的條件下，通過(guò)使前驅(qū)物起反應(yīng)選擇性地在所述薄膜的富 氧或富氮表面沉積富碳層，其中所述前驅(qū)物包含由硅、碳、氧和氮組成的組的 元素。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述富碳層的厚度在4 埃至IOO埃之間。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述前驅(qū)物是自飽和的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述前驅(qū)物選取自前 驅(qū)物組成的組，該前驅(qū)物的通式為Rx-Si-(OR，)y，其中I^H、 CH3、 CH2CH3， 或其它烷基，R，=CH3、 CH2CH3，或其它烷基，x的取值范圍為0到4， y的 取值范圍為0到4，同時(shí)x+y二4;具有(Rx-Si-O-Si-Ry)z結(jié)構(gòu)的有機(jī)二硅氧烷， 其中Rx:CH3、 CH2CH3，或其它烷基，Ry = H、 CH3、 CH2CH3，或其它垸 基；包括(Rx-Si-O)y結(jié)構(gòu)的環(huán)有機(jī)硅氧烷，其中R^CH3、 CH2CH3，或其它烷 基；包括具有3個(gè)或更多硅原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的環(huán)有機(jī)硅化合物，而且該環(huán)狀結(jié) 構(gòu)可選擇性包括一個(gè)或更多氧原子；以及包括具有交替的硅和氧原子的環(huán)，及 一個(gè)或兩個(gè)烷基與硅原子相結(jié)合的環(huán)有機(jī)硅化合物。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括應(yīng)用一種氣 體等離子體后處理所述層，所述氣體選自由02、 C02、 N20、 NH3、 H2、氦、氬，以及氮組成的組。
19. 一種在腔室中處理襯底上的薄膜的方法，包含在RF功率存在的條件下，通過(guò)使前驅(qū)物起反應(yīng)，將厚度在4埃至100埃 之間的富碳層沉積在所述襯底的富氧或富氮表面上，其中，所述前驅(qū)物包含從 由硅，碳，氧，或氮組成的組選取的元素。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述富碳 層暴露于等離子體，所述等離子體由選自由02、 C02、 N20、 NH3、 H2、氦、 氬，以及氮組成的組的化合物形成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了處理位于襯底上的薄膜的方法。在一方面，這些方法包括在從薄膜上去除光刻膠之后，通過(guò)在薄膜上沉積包含硅、碳，以及選擇性地包含氧和/或氮的薄層，處理已構(gòu)圖的低介電常數(shù)薄膜。所述的薄層為已構(gòu)圖的低介電常數(shù)薄膜提供一個(gè)富碳、疏水的表面。所述薄層也在后續(xù)的濕法清洗工藝中保護(hù)了低介電常數(shù)薄膜并使其不被后續(xù)沉積在低介電常數(shù)薄膜上的各層的前驅(qū)物滲透。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101202227SQ20071016514
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者夏立群, 希姆·M·薩德, 徐惠文, 德里克·威蒂, 石美儀, 阿米爾·阿爾-巴亞提 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司