專利名稱：碳氟膜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介電材料層(dielectric material layer)的制造方法，且特別涉及一種碳氟膜(fluorocarbon film)的制造方法。
背景技術(shù)：
在集成電路(Integrated Circuits，IC)中，當器件的線寬持續(xù)的向下縮小，由多層金屬內(nèi)連線間所導致的電阻-電容時間延遲(Resistance-Capacitance Delay，RC Delay)將會對集成電路的時鐘脈沖造成相當大的影響。而且，由于此電阻-電容時間延遲會受到內(nèi)連線電阻(interconnect resistance)以及介電電容(dielectric capacitance)相當大的影響，因此，近年來對于介電材料的開發(fā)無不致力于發(fā)展具有低介電常數(shù)以及低電阻率的新介電材料。在介電材料中碳氟膜的介電常數(shù)低，并且具有高熱穩(wěn)定性以及良好的機械強度，因此相當適于取代傳統(tǒng)的介電材料例如二氧化硅，以作為新一代的低介電常數(shù)介電材料使用。
在數(shù)種以不同方式所形成的碳氟膜中，由于以等離子方式沉積的碳氟膜與其它方式所形成的碳氟膜相較之下，具有較致密的密度以及較強的機械強度，因此，公知此碳氟膜的形成方法，通常使用等離子增強型化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)裝置，通過射頻(Radio Frequency，RF)電源(13.56千赫)將反應氣體離子化，再將反應氣體離子沉積至基底的表面上以形成碳氟膜。
然而，上述使用等離子增強型化學氣相沉積裝置形成碳氟膜的方法，由于僅在PECVD的上極板裝設一射頻電源進行沉積工藝，對于反應氣體離子對材料層表面的沉積狀態(tài)(depositing condition)并無法有效的加以控制。尚且，隨著半導體器件的尺寸縮小化以及集成度的提高，此種無法有效控制沉積狀態(tài)的問題將會顯得更形嚴重，進而產(chǎn)生例如是沉積薄膜的均勻度(conformity不佳、對于溝渠或是導線間的溝填(gap filling)能力不佳以及對具有高低起伏圖案的材料層的階梯覆蓋(step coverage)能力不佳等的種種問題。
此外，由于公知的方法無法有效的控制材料層表面的沉積狀態(tài)，因此并無法形成厚度較薄或是極薄的碳氟膜，并不利于半導體器件尺寸的繼續(xù)向下縮小，并且，對于一些需要應用到較薄或是極薄的碳氟膜的工藝而言，公知的碳氟膜并無法符合需求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在提供一種碳氟膜的制造方法，能夠控制反應氣體離子對材料層表面的沉積狀態(tài)。
本發(fā)明的另一目的在提供一種碳氟膜的制造方法，能夠形成具有較佳薄膜均勻度、較佳溝填能力以及較佳階梯覆蓋能力的碳氟膜。
本發(fā)明的再一目的在提供一種碳氟膜的制造方法，能夠形成沉積厚度較薄的碳氟膜。
本發(fā)明提出一種碳氟膜的制造方法，此制造方法是將基底置入反應器中。接著，將高碳/氟比的反應氣體導入反應器中，并且此反應氣體的組成式為CxFy，其中y/x的比例≤2.0。然后，提供一個與反應器的上極板電性連接的第一電源，以離子化此反應氣體，并于基底的底部提供一個第二電源，以供給基底一自我偏壓(Seld-bias)，以于基底或是材料層上形成碳氟膜。
由上述可知，本發(fā)明的特征為使用雙電源(第一電源、第二電源)進行碳氟膜的沉積，并通過雙電源的控制，而能夠控制基底或是材料層表面的沉積狀態(tài)。進而能夠在基底或是材料層表面形成具有較佳薄膜均勻度、較佳溝填能力以及較佳階梯覆蓋能力的碳氟膜。
而且，由于本發(fā)明沉積碳氟膜所使用的反應氣體具有高碳/氟比，有利于碳氟膜的形成，因此能夠輕易的在基底或是材料層上形成碳氟膜。
尚且，由于能夠控制材料層表面的沉積狀態(tài)，因此能夠形成厚度相當薄的碳氟膜，有利于器件尺寸的縮小，并且能夠應用于一些必須形成厚度較薄或是極薄的碳氟膜工藝。


為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文配合附圖，作詳細說明圖1是本發(fā)明較佳實施例的一種碳氟膜的制造方法的剖面示意圖；圖2是本發(fā)明較佳實施例的一種碳氟膜的制造方法的流程示意圖；
圖3A至圖3B是將碳氟膜應用于器件關(guān)鍵尺寸縮小工藝的示意圖。
圖中標記分別是100、300基底102材料層104反應氣體離子150反應器152載物臺(下極板)154上極板156第一電源158第二電源202、204、206工藝步驟302待蝕刻層304罩幕層306薄碳氟膜層308圖案層具體實施方式
圖1所繪示的是本發(fā)明較佳實施例的一種碳氟膜的制造方法的剖面示意圖。
圖1中的反應器150至少具有載物臺152、上極板154、第一電源156以及第二電源158。基底100置于反應器150的載物臺152上，其中此載物臺152依反應器種類的不同，亦可能為一下極板。上極板154設置于載物臺152的上方，此上極板154與第一電源156電性連接，并且第二電源158與載物臺152電性連接。
圖2所示是本發(fā)明較佳實施例的一種碳氟膜的制造方法的流程示意圖，本發(fā)明較佳實施例的碳氟膜的制造方法，請同時參照圖1以及圖2并說明如下。
首先，步驟202將基底100置入反應器150中，其中此基底100例如是硅晶圓，尚且，在基底100之上亦可以形成材料層102，此材料層102例如是介電層、絕緣層、導體層、光阻層以及底層抗反射層等材質(zhì)。反應器150的種類并沒有特別的限定，較佳為能夠提供兩個電源的反應器。
接著，在步驟204中，將反應氣體104導入反應器150中，其中此反應氣體204例如是C5F8或是C4F6等具有高碳/氟比的全氟取代氫類的反應氣體，并且此全氟取代氫類的反應氣體的通式表示為CxFy，其中的y/x的值較佳為≤2.0。
對于反應氣體CxFy而言，其碳/氟比愈高(亦即是y/x的值愈小)的話，則愈有助于碳氟膜的形成，因此在步驟204中使用具有高碳/氟比的反應氣體，將能夠使碳氟膜更容易的形成。
接著，在步驟206中，由第一電源156提供一個電源功率至上極板154，以將導入反應器150中的反應氣體離子化為反應氣體離子104，并以此第一電源156控制反應氣體離子104的濃度，再將反應氣體離子104沉積至基底100或是材料層102的表面上，于此同時，由第二電源158所提供的電源功率以供給基底200一個自我偏壓，用以控制反應氣體離子104在基底100或是材料層102表面的化學反應，并增強反應氣體離子104對基底100或材料層102表面的沉積能力。其中此處第一電源156與第二電源158例如是使用射頻電源。
由于在步驟106中，反應氣體離子104的濃度由第一電源控制，基底100或材料層102表面的沉積反應由第二電源控制，通過此雙電源的控制，能夠控制反應氣體離子對材料層表面的沉積狀態(tài)，因此所形成的碳氟膜將具有較佳的薄膜均勻度、較佳的溝填能力以及較佳的階梯覆蓋能力等良好的特性。
此外，此種使用具有高碳/氟比的反應氣體以及雙電源以形成碳氟膜的方法，能夠在較低的工藝溫度下進行，以本發(fā)明為例，能夠在晶圓表面溫度低至20℃至70℃的溫度下形成，因此能夠應用于下述的器件關(guān)鍵尺寸(Critical Dimension，CD)縮小工藝中。
對于現(xiàn)今的微影工藝而言，由于受到曝光的條件限制，在光阻層上所形成的關(guān)鍵尺寸具有其極限存在，因此單靠形成光阻層并無法得到更小的線寬或是線距。
對于上述的問題，以往已提出許多的解決方案，其中一種較佳的解決方案，亦即是在光阻層上形成共形的薄碳氟膜的方法。然而，使用此種方法具有幾項限制，其一便是必須要能形成極薄的碳氟膜，否則對于線寬或線距無法做有效的控制，其二是此碳氟膜的均勻度以及階梯覆蓋能力必須良好，否則光阻圖案有變形的疑慮，其三是此薄膜的沉積溫度不能太高(低于150℃)，否則光阻層的特性有遭受高溫破壞之虞。
依照上述本發(fā)明較佳實施例的方法所形成的碳氟膜，不僅能形成極薄的厚度，并且此碳氟膜具有良好的均勻度以及階梯覆蓋能力，更能在相當?shù)偷臏囟认滦纬桑虼四軌蛲耆仙鲜鰧μ挤ぬ匦缘南拗?，而應用于以碳氟膜縮小器件關(guān)鍵尺寸的工藝。
請參照圖3A至圖3B。圖3A至圖3B所示是將碳氟膜應用于器件關(guān)鍵尺寸縮小工藝的示意圖。首先請參照圖3A，提供一基底300，并且此基底300上形成有待蝕刻層302，并且在待蝕刻層302上形成有圖案化的罩幕層304，其中此基底300例如是硅晶圓，待蝕刻層302例如是介電層、絕緣層、導體層，且罩幕層例如是光阻層。接著，依照本發(fā)明較佳實施例所述的形成碳氟膜的方法，在圖案化的罩幕層304上形成共形的薄碳氟膜306。其中所形成的薄碳氟膜306通過使用全氟取代氫類的反應氣體(C5F8、C4F6)以及控制自我偏壓，能夠形成在罩幕層304上厚度較厚，并且在待蝕刻層302上厚度較薄的薄碳氟膜306，以增加罩幕層304的抗蝕刻能力。
接著，請參照圖3B，以薄碳氟膜306以及罩幕層304為蝕刻罩幕，進行蝕刻工藝以去除部分待蝕刻層302，以使剩余部分的待蝕刻層302形成圖案層308。
由于在圖3A中，能夠在圖案化的罩幕層304表面上形成具有良好特性的共形薄碳氟膜306，因此能夠縮減罩幕層304圖案的間距，進而能夠通過蝕刻工藝將已縮小線寬的罩幕層304圖案轉(zhuǎn)移至待蝕刻層302上，以于基底300上形成線寬或是線距縮小的圖案層308。
而且，此處如果使用高密度等離子干蝕刻裝置進行碳氟膜的沉積，則碳氟膜的沉積工藝與罩幕層的蝕刻工藝能夠在同一機臺上進行。尚且，由于沉積碳氟膜所使用的反應氣體CxFy對于部分材質(zhì)例如氧化硅而言，原本就是作為蝕刻氣體使用，因此能夠完全兼容于待蝕刻層的蝕刻工藝中，并不會增加工藝的復雜度。
于上述應用例中，本發(fā)明較佳實施例所形成的碳氟膜是應用于縮小器件關(guān)鍵尺寸的工藝，然而本發(fā)明并不限定于此，亦可以應用在任何需要使用碳氟膜的工藝上。
綜上所述，本發(fā)明使用雙電源進行碳氟膜的沉積，通過雙電源的控制，能夠控制材料層表面的沉積狀態(tài)。進而能夠在基底或材料層表面形成具有較佳薄膜均勻度、較佳溝填能力以及較佳階梯覆蓋能力的碳氟膜。
而且，本發(fā)明使用具有高碳/氟比的反應氣體進行碳氟膜的沉積，由于碳/氟比愈高，則愈容易形成碳氟膜，因此本發(fā)明能夠輕易的在基底或材料層上形成碳氟膜。
尚且，由于能夠控制材料層表面的沉積狀態(tài)，因此能夠形成厚度相當薄的碳氟膜，而有利于器件尺寸的縮小，以及應用于一些必須形成厚度較薄或是極薄的碳氟膜工藝。
此外，由于此碳氟膜的沉積工藝能夠于相當?shù)偷臏囟认逻M行，因此本發(fā)明的碳氟膜能夠形成于需要低溫操作的有機材料層上。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉該項技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所作的各種更動與潤飾，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種碳氟膜的制造方法，其特征在于該制造方法包括下列步驟將一基底置入一反應器中；將一反應氣體導入該反應器中，其中該反應氣體的組成式為CxFy，并且y/x的比例≤2.0；提供該反應器的上極板一第一電源，以離子化該反應氣體，并提供該基底的底部一第二電源，以供給該基底一自我偏壓，以在該基底上形成該碳氟膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳氟膜的制造方法，其特征在于該反應氣體包括C5F8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳氟膜的制造方法，其特征在于該反應氣體包括C4F6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳氟膜的制造方法，其特征在于該第一電源包括射頻電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳氟膜的制造方法，其特征在于該第二電源包括射頻電源。
6.一種碳氟膜的制造方法，適用于一組件關(guān)鍵尺寸縮小工藝，其特征在于該制造方法包括下列步驟將一基底置入一反應器中，其中該基底上依序形成有一待蝕刻層以及圖案化的一罩幕層；將一反應氣體導入該反應器中，其中該反應氣體的組成式為CxFy，并且y/x的比例≤2.0；提供該反應器的上極板一第一電源，以離子化該反應氣體，并提供該基底的底部一第二電源，以提供該基底一自我偏壓，以于圖案化的該罩幕層上形成共形的該碳氟膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳氟膜的制造方法，其特征在于該反應氣體包括C5F8。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳氟膜的制造方法，其特征在于該反應氣體包括C4F6。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳氟膜的制造方法，其特征在于該第一電源包括射頻電源。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳氟膜的制造方法，其特征在于該第二電源包括射頻電源。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳氟膜的制造方法，其特征在于該罩幕層的材質(zhì)包括光阻。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳氟膜的制造方法，其特征在于該沉積工藝的操作溫度低于攝氏150度。
13.一種器件關(guān)鍵尺寸縮小工藝，其特征在于該器件關(guān)鍵尺寸縮小工藝包括下列步驟將一基底置入一反應器中，其中該基底上依序形成有一待蝕刻層以及圖案化的一罩幕層；將一反應氣體導入該反應器中，其中該反應氣體的組成式為CxFy，并且y/x的比例≤2.0；提供該反應器的上極板一第一電源以離子化該反應氣體，并提供該基底的底部一第二電源以提供該基底一自我偏壓，以于圖案化的該罩幕層上形成共形的該碳氟膜；以該碳氟膜與該罩幕層為蝕刻罩幕，蝕刻去除部分的該待蝕刻層以形成一圖案層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的器件關(guān)鍵尺寸縮小工藝，其特征在于該反應氣體包括C5F8。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的器件關(guān)鍵尺寸縮小工藝，其特征在于該反應氣體包括C4F6。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的器件關(guān)鍵尺寸縮小工藝，其特征在于該第一電源包括射頻電源。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的器件關(guān)鍵尺寸縮小工藝，其特征在于該第二電源包括射頻電源。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的器件關(guān)鍵尺寸縮小工藝，其特征在于該罩幕層的材質(zhì)包括光阻。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的器件關(guān)鍵尺寸縮小工藝，其特征在于該沉積工藝的操作溫度低于攝氏150度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳氟膜的制造方法，此制造方法是將一基底置入反應器中。接著，將高碳/氟比的反應氣體導入反應器中，并且此反應氣體的組成式為C
文檔編號H01L21/31GK1482652SQ02141700
公開日2004年3月17日 申請日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月13日
發(fā)明者蔡信誼, 梁明中 申請人:旺宏電子股份有限公司