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【6h】

SiCOH低k薄膜沟槽的C2F6/O2/Ar双频等离子体刻蚀研究

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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RC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SiCOH低介电常数(低k)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时，图形刻蚀是关键的工艺之一。与传统的SiO2介质刻蚀相比较，由于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，从而导致沟槽刻蚀的粗糙度增加、分枝结构的形成、刻蚀深度的改变，结果使沟槽的刻蚀变得难以精确控制。由于SiCOH低k薄膜材料中除了Si、O外，还包含了C、H，为了有效地控制沟槽刻蚀的粗糙度，需要在刻蚀Si的同时，使C保持同比例的刻蚀，因此，在碳氟等离子体添加O2成为刻蚀低粗糙度沟槽的可能途径。但是，由于O等离子体对光刻胶具有清洗作用，从而严重影响刻蚀的选择性，因此，如何利用O2/碳氟等离子体在SiCOH低k薄膜中刻蚀低粗糙度沟槽成为一个重要的问题。
　　 本论文以实现SiCOH薄膜的槽形可控刻蚀为目标，采用C2F6/O2/Ar混合气体的60MHz/2MHz双频电容耦合等离子体(DF-CCP)，在介电常数k=2.88的多孔SiCOH低k材料中，开展了线宽为0.25μm沟槽的刻蚀研究。通过研究O2的添加量、低频功率对刻蚀槽形的影响，获得了刻蚀低粗糙度沟槽的可能途径。通过对沟槽形貌的扫描电镜(SEM)观察、原子力显微镜(AFM)分析以及对沟槽成份的x射线光电子能谱(XPS)分析，发现在60MHz高频功率为165W、2MHz低频功率为20-30W、O2流量为2sccm、C2F6的流量为20sccm、工作气压为50Pa时，经4min刻蚀的样品呈现很好的槽形，沟槽表面无C：F残留，槽形陡直，底部平整，槽底部的粗糙度为3.32nm。沟槽粗糙度的降低与槽底面O/Si含量比的增加有关，是刻蚀中薄膜表面的Si-CH3键向Si-O键的转变所致。因此，采用60MHz/2MHz双频电容耦合等离子体，在适当的高频、低频功率组合下，通过在C2F6气体添加适量O2，可以实现多孔SiCOH低k材料槽形的可控刻蚀。

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