[發明專利]一種多孔低介電常數材料SiCOH薄膜的刻蝕方法

有效

• 申請號: 201210554308.1
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN103000513A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 丁士進;蔣濤;王鵬飛;張衛
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于超大規模集成電路制造技術領域，具體為一種多孔低介電常數材料SiCOH薄膜的刻蝕方法。

背景技術

隨著集成電路進入超大規模領域，功耗和信號串擾問題已經使得互連工藝中RC耦合延遲成為制約半導體工業繼續向前發展的最大瓶頸之一。根據國際半導體藍圖（ITRS）對低介電常數（low-k）材料介電常數值提出的要求^【1】，在45nm以下工藝中，k值應處于2.0-2.7之間，多孔低介電常數材料SiCOH成為最有潛力的候選材料之一。而對于多孔SiCOH薄膜刻蝕的應用卻遇到了很多瓶頸，比如：邊墻坍塌、刻蝕氣體殘留，有效k值增加等。這使得多孔SiCOH材料在更小特征尺寸下的應用遇到越來越多的挑戰。

傳統刻蝕氣體（CF₄、C₂F₆等）已經廣泛并相對成熟地應用于傳統互連介質SiO₂和致密low-k材料（k>3.0）中，而對于多孔低k材料SiCOH薄膜的刻蝕效果卻不盡如人意。這是因為大量孔隙的存在使得多孔SiCOH薄膜在刻蝕過程中受污染程度要大大高于傳統互連介質，由此引起的有效k值明顯上升的問題給刻蝕工藝帶來了嚴峻的挑戰。另外，傳統刻蝕氣體也會帶來保形性方面的問題，這是因為傳統的刻蝕氣體中氟（F）的自由基濃度較高，在薄膜材料中會發生游離擴散，致使薄膜溝槽兩側形成凹陷，造成圖案歪曲，甚至會引起溝槽圖案崩塌。此外，刻蝕過程中加入氧氣后雖然能夠增加刻蝕速率，但由于大量氧離子的轟擊作用會對薄膜造成較大的損傷，影響薄膜的各項性能。最后，傳統刻蝕方法所得到的材料或多或少都有一定的碳氟顆粒的沉積，這就需要在刻蝕之后通入高氣壓的氧氣來去除碳氟顆粒。除此之外，刻蝕工藝還遇到粗糙度、氣體選擇性、刻蝕速率等問題，這些都給互連工藝帶來了嚴重的制約瓶頸。因此，尋找一種高效（高保形、低污染、低粗糙度等）的刻蝕方法具有非常重要的實際意義。?

參考文獻

【1】International?Technology?Roadmap?for?Semiconductors,?www.itrs.net(2007)

【2】Eiichi?Soda?et?al.,?JOURNAL?OF?VACUUM?SCIENCE?&?TECHNOLOGY?A?,26(4),875?(2008)

【3】劉卉敏等，蘇州大學學報（自然科學版），27(2)，53（2011?）?。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高保形、低污染、低粗糙度，且成本相對較低的多孔低介電常數材料SiCOH薄膜的刻蝕方法。

本發明提供的多孔低介電常數材料SiCOH薄膜的刻蝕方法，具體步驟如下：

（1）在潔凈的單晶硅片上形成一層多孔SiCOH薄膜，其中薄膜介電常數值為2.2-2.7；

（2）對上述薄膜進行曝光和顯影，形成排列有序的光刻圖案；

（3）將上述帶圖案的單晶硅片移入反應離子刻蝕腔體中，進行SiCOH薄膜的刻蝕，刻蝕氣體采用由CF₃I、C₄F₈、O₂組成的混合氣體，其中CF₃I流量范圍為?20-60sccm，C₄F₈流量范圍為20-60sccm，氧氣流量范圍為1.2sccm-8sccm；

所述刻蝕工藝中，調節高頻離子源功率為250W-500W，低頻偏置功率為10-40W；

所述刻蝕工藝中，保持腔體氣體壓強為2-15mTorr；

（4）刻蝕結束后通入流量范圍為400-1000sccm，氣壓為5-10mTorr的氧氣來進行灰化處理，處理持續時間為10-40s；

上述灰化處理過程中，控制高頻離子源功率為100-600W，低頻偏置功率為10-100W。