CHF3等离子体刻蚀SiCOH低k薄膜时C：F沉积的影响与控制

论文摘要

随着超大规模集成电路（ULSI）中器件密度不断提高、特征线宽不断减小,器件密度和连线密度的增加使得器件内部金属连线的电阻和绝缘介质层的电容增大,导致阻容（RC）耦合的增大,进而使得信号传输延时增加、干扰噪声增强和功率耗散增大。为了解决这些问题,用低介电常数（低k）和超低介电常数（k < 2）材料替代传统的SiO2层间绝缘介质,降低绝缘介质的介电常数,成为可能的途径。作为最有希望替代SiO2的材料,多孔（超）低k的SiCOH薄膜材料得到人们高度关注。在SiCOH低k薄膜材料应用于超大规模集成电路（ULSI）时,薄膜的刻蚀是关键的工艺之一。与传统的SiO2介质刻蚀相比较,因为SiCOH薄膜中存在孔隙,所以薄膜刻蚀率会随着薄膜密度的降低而增加,从而导致薄膜粗糙度增加、侧向微枝结构的形成和刻蚀深度发生改变,这使得薄膜刻蚀变得难以精确控制。为了解决这些问题,用双频电容耦合放电产生的碳氟等离子体,在SiCOH薄膜的刻蚀中得到重要应用。但是,使用碳氟等离子体刻蚀SiCOH薄膜时,在SiCOH薄膜的表面会沉积C:F层,表面C:F层的存在抑制了有效刻蚀的活性基团和能量向SiCOH薄膜表面的传输,从而影响SiCOH薄膜刻蚀性能。本论文以实现SiCOH薄膜的可控刻蚀为目标,研究了CHF3双频电容耦合等离子体（DF-CCP）刻蚀SiCOH薄膜时,C:F沉积对SiCOH薄膜刻蚀的影响。本文采用60MHz/2MHz CHF3的双频电容耦合等离子体,通过改变低频信号的功率,控制SiCOH薄膜表面的C:F沉积,研究了C:F沉积对SiCOH薄膜刻蚀行为的影响。通过刻蚀后SiCOH薄膜结构的傅立叶变换红外光谱（FTIR）分析、表面成分的X射线光电子能谱分析、表面形貌的原子力显微镜（AFM）分析,发现通过提高低频功率,SiCOH薄膜表面的C:F层发生了从致密覆盖层,到多孔C:F层,进而到填充SiCOH薄膜孔隙的C:F层的演变。在C:F层致密覆盖SiCOH薄膜时,不能实现SiCOH薄膜的刻蚀;当C:F层呈多孔覆盖层或填充SiCOH薄膜间隙时,可以实现SiCOH薄膜的刻蚀。通过SiCOH薄膜刻蚀时的放电等离子体光谱分析,C:F沉积状态的变化与等离子体空间CF2的密度有关。因此,采用CHF3双频电容耦合等离子体技术,通过提高低频功率,控制SiCOH薄膜表面的C:F沉积层,可以实现SiCOH薄膜的可控刻蚀。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 低介电常数材料的研究背景
• 1.2 本课题组的主要研究内容
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 实验样品的制备及性能表征方法
• 2.1 多孔SiCOH 低k 薄膜的制备方法
• 2.1.1 微波电子回旋共振等离子体原理简介
• 2.1.2 微波ECR-CVD 沉积系统
• 2.1.3 实验参数
• 2.2 SiCOH 薄膜的刻蚀方法
• 2.2.1 双频电容耦合等离子体系统（DF-CCP）
• 2.2.2 实验参数
• 2.3 SiCOH 薄膜结构的傅立叶变换红外光谱表征
• 2.4 SiCOH 薄膜成分的x 射线光电子能谱（XPS）分析
• 2.5 SiCOH 薄膜表面形貌的原子力显微镜表征
• 3 等离子体发射光谱分析'>2.6 SiCOH 薄膜刻蚀的CHF₃等离子体发射光谱分析
• 3等离子体刻蚀的SiCOH 薄膜结构与性能分析'>第三章 CHF₃等离子体刻蚀的SiCOH 薄膜结构与性能分析
• 3.1 低频功率对SiCOH 薄膜刻蚀率的影响
• 3 DF-CCP 等离子体刻蚀的SiCOH 薄膜键结构分析'>3.2 CHF₃ DF-CCP 等离子体刻蚀的SiCOH 薄膜键结构分析
• 3 DF-CCP 等离子体刻蚀的SiCOH 薄膜表面成分分析'>3.3 CHF₃ DF-CCP 等离子体刻蚀的SiCOH 薄膜表面成分分析
• 3等离子体刻蚀的SiCOH 薄膜表面形貌分析'>第四章 CHF₃等离子体刻蚀的SiCOH 薄膜表面形貌分析
• 第五章 C:F 沉积的等离子体关联及对SiCOH 薄膜刻蚀的影响
• 第六章 结论
• 6.1 本文研究的主要结果
• 6.2 存在的主要问题和进一步的研究方向
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 致谢