TW473828B - Deposition method of silicon carbide film on semiconductor device - Google Patents

Description

473828 五、發明說明α) 5 - 1發明領域： 本發明係有關於一種碳化矽薄膜之沉積方法，特別是 有關於在半導體元件中製作低氧含量之碳化矽薄膜的方法 5 - 2發明背景： 電漿強化之化學氣相沉積法（P 1 a s m a E n h a n c e d Chemical Vapor Deposition，PECVD)所沉積之碳化石夕薄 膜，因其具有低介電常數及優良防止銅擴散之能力，故為 現今半導體製程所積極開發以取代現行之氮化矽，解決半 導體積體電路製程快速縮小所造成之電阻電容延遲（RC de 1 ay)問題。 目前，碳化矽的電漿強化化學氣相沉積一般係採含矽 之烧系化合物的氣態聚膜，可應用之含石夕烧系化合物包括 一、二、三、及四曱基矽烷，而聚膜程序可為一次成形或 多次分段製作。因為以電漿強化化學氣相沉積而成的碳化 矽（Si C)分子極易與氫離子產生鍵結，並以Si-Η及C-Η的 狀態存在，故此處碳化矽的組成以S i C ΧΗ疼表示較為恰當 。以電漿強化化學氣相沉積法所製成的碳化矽和氮化矽具 有一共同的特性，即兩者皆能杜絕濕氣並不易被氧化，因

第4頁 473828 五、發明說明（2) ^ ---- 此適度厚度的聚膜常在半導體製程中#田办、

底材氧化的幕遮（mask)。除此之外，山/作為防止下層 些十分優良的絕緣特性，像是低介雷a 2化矽膜還具有一 散之能力，因此可以是製作銅阻障層7及良好防止銅擴 )或是硬幕遮（hardmask)的極佳^擇⑶ΡΡα ba3：rierS 以矽 化石夕相當 常有數千 所含之氧 在薄膜中 〇 · 5 %之間 會限制其 常數薄膜 低介電常 烧系列之反應氣體丨儿積之石山 ，准其成分因純化不易，二匕fir特性與負 ppm之含量，此將造成其所电二氧”相當高，^ 濃度遠較氮化矽中之氣濃声儿古積之奴化矽薄膜内

之濃度百分比因沉積條件=阿10倍以上，氧原3 ，甚至有接近3%者，此高通常在0·1至 應用範圍。以作為銅之阻二=篁之碳化矽薄膜调 之硬幕遮為例，因其對氧‘：2:為：些低介電 數薄膜持續氧化而使電卩且辦田ii，成銅或 此\加或介電常數升高。 因此，有需要開發出新的 含量，以符合上述半導體製程 製“以降低碳化石夕聚膜的氧 的應用。 ' 5 - 3發明目的及概述： :本發明提供了一種聚膜法，用以降低傳統電漿強化化 车氣相儿積（Plasma Enhanced Chemical Vapor

第5頁 473828 五、發明說明（3)

Deposit ion)之碳化矽膜的氧含量。本發明乃是對傳統製 膜程序加以修飾，使能易於匹配於現有的製程生產。雖然 根據揭露之方法所形成的薄膜仍無可避免地内含氧雜質， 本發明的沉積法可使碳化矽薄膜的氧濃度降低至與氮化矽 相當，而更符合半導體製程的應用。 的除氧目 達成。此 每一回除 沉積反應 量的適用 實際測試 的氧雜質 所沉積的 銅擴散之 的乃是藉 附加之電 並不需在 氧電漿處 室進行， 電漿，利 顯示此附 ，使氧濃 碳化矽薄 障礙能力 由沉積 漿處理 原有製 理皆於 處理的 用此電 加之電 度降低 膜較一 本發明 處理程序而 i η - s i t u )執行，因此 。換言之， 化化學氣相 通入適當能 離沉積膜。 趨離薄膜中 外，本發明 漏電流、南 程序後附加一道電聚 係與沉積步驟同室（ 程環境添加額外設備 沉積薄膜用的電漿強 方法即是在反應室中 浆與氧作用並將氧帶 漿處理程序可有效地 十倍以上的含量。此 般方法沉積者具有低 5 - 4發明詳細說明： 第一圖顯示根據本發明一實施例，在半導體元件中製 作碳化矽薄膜之一簡略流程。方塊1 0 0中，於一電漿強化 化學氣相沉積反應室中，首先在一半導體基底上沉積一碳 化矽層，此半導體基底内可包含形成一積體電路的各種主

第6頁 473828 五、發明說明（4) —" 動區域或主動元件’而此奴化石夕層的沉積厚度則約在$ 〇至 2〇〇埃之間，沉積程序可包含下述條件：電漿強化化學氣 相沉積法選用含矽烷系化合物像是一、二、三、或四^甲基 矽烷為聚膜氣體，並以氮、氦 '或氬為承載氣體。 ^ 碳化矽層沉積完成後，如方塊200所示，在同一反應 ^對沉積物進行氨氣電漿處理’此電漿處理可包含如下:条 .=氣流量約介於2500 s5000sccm、氮氣流量 :力； 間可為5工至m 依沉積厚度此氨氣電聚處理的時 之二二；：聚ΐ理期間’由於氨氣電装所解離 ，盘氧作ϊ开二 下即易擴散進入碳化石夕結購中 物中的氧含量 離開碳化石夕膜，因此可以降低沉積 上述沉積（方塊1 〇 〇 ) 執行至薄膜所需之厚度。 在同一反應室執行，且程 ，因此本方法當可輕易地 具實用性。 及除氧（方塊200 )程序可反覆 而由於薄膜的除氧及沉積程序均 序的更換僅在於電漿條件的切換 套用於現有的生產製程，可謂極 隹一貫際範例中，於$ 氣相沉積反應室内，利用發（Novellus)電漿強化a 碳化矽薄膜，备-A四曱基矽烷作為主要反應物功 '母-人》儿積約150埃，共沉積六次，每次沉

第7頁 473828 五、發明說明（5) 完進行同室（in_s it u)氨氣電漿處理15秒，完成約9 0 0埃 之碳化矽薄膜。表一即列出有無電漿處理所沉積之碳化矽 薄獏性質之比較，其中之氨氣電漿處理條件如下：氨氣流 量約為3500sccm、氮氣流量約在2000 seem、射頻（RF) 電力密度約為1 W / c m 2、壓力約控制在3 . 5托耳。表一中的 傳統碳化矽為一般未經電漿處理步驟所沉積者，而本發明 碳化矽為經氨氣電漿處理步驟所沉積者，且為每次沉積約 1 5 0埃碳化矽後處理1 5秒，總共沉積六次而達目的沉積厚 度約9 0 0埃。以傳統製程製作之氮化矽薄膜也一併列出以 供比較。 表一 薄膜 厚度 (埃） 厚度均勻 度（％ ) 折射 率 折射率均 勻度（％ ) 氧濃度 (Atom%) 本發明 碳化矽 9 12 2.8 1.843 0.15 0.0 14 傳統 碳化矽 905 2.8 1.852 0.14 0.23 傳統 氮化矽 9 10 0.8 2.013 0.12 0.0 13 由表中可知兩碳化矽薄膜的均勻度相當，而本發明形 成之聚膜之折射率較低，傳統氮化石夕薄膜之氧含量較本發 明碳化矽薄膜約高1 5倍。由此可知本發明之氨氣電漿處理

不會影继皆5:f 2 =發現本發明所採用的電漿處理並 次離夕”的分子結構或使聚膜之電性變差。： 、”曰（Secondary Ion Mass Spectrum，SIMS)分析 -果發現本發明之碳化矽所含之元素在薄膜分布除氧外與 傳統碳化矽相同。且由表二的實驗數據中還發現本方法^ 作之碳化矽在崩潰電壓、漏洩電流及銅之阻礙能力等電子 特性的表現上，不僅與傳統碳化矽膜相當，甚至稍更優良 。且介電常數的變化不大。 表二 薄膜 介電常 數 於5 〇 〇埃厚度 之崩潰電壓 (MV/cm) 在 lMV/cm 下之漏洩電 流（A / c m 2 ) 銅擴散障礙冤^ 力（450〇C，3 小時） 傳統 碳化碎 4.42 3.5 9.5E-09 245 埃· 本發明 碳化矽 4.43 3.8 8.7E-09 2 30埃〜 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限

473828 五、發明說明（7) 定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之 精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請 專利範圍内。例如，除碳化矽外，電漿除氧亦可應用在其 他半導體材質；除氨氣外，其他種類的電漿處理也有可能 達到上述除氧的目的；還有，電漿處理並不需必定執行於 每次沉積步驟之後，其亦可執行於數次沉積達到某一聚膜 厚度之後。

第10頁 473828 圖式簡單說明 第一圖顯示根據本發明實施例製作碳化矽薄膜之一流 程圖。 主要部分之代表符號： 1 0 0碳化矽沉積方塊 2 0 0氨氣電漿處理方塊

I

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Claims (1)

1. 473828 六、申請專利範圍 1· 一種形成碳化矽薄膜之方法，至少包括： 提供一半導體基底；以及 利用以有機石夕化物為沉積氣體之電漿強化化學氣相沉 積，（PECVD)沉積至少兩連續碳化矽層於該半導體基底上 ’每一該礙化石夕層以同室之氨氣電漿進行電漿處理以移除 該碳化矽層之内含氧雜質。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中所述至少兩連續碳 化石夕層之每一層的厚度約介於5〇至2〇〇埃。 3 ·如申請專利範圍第2項之方法，其中所述之氨氣電漿處 理包含如下條件：氨氣流量約介於25〇〇至5〇〇〇sccm、氮氣 流量約在1 0 0 0至30 0 0 sccm之間、射頻（RF )電力密度約為 0· 5至1· 5W/cm2、壓力控制在3至5托耳。 4·如申請專利範圍第3項之方法，其中所述之氨氣電漿處 理為時約在5至2 0秒間。

   5:如申請專利範圍第i項之方法，其中所述之有機石夕化物 係為下列之一：一甲基矽烷、二甲基矽烷、三甲基 及四甲基矽烷。 ^ 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述之氨 執行於約4 0 0 °c之溫度 水

   473828 六、申請專利範圍 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述至少兩連續碳 化石夕層係作為一絕緣質或一硬幕遮。 8. —種形成一電子元件之方法，至少包括： 形成一銅質體於一半導體基底内； 利用以有機矽化物為沉積氣體之電漿強化化學氣相沉 積法（PECVD)沉積至少兩連續碳化矽層於該半導體基底上 ；以及 每一該碳化矽層以同室之氨氣電漿進行電漿處理以移 除該碳化矽層之内含氧雜質，而形成一以復合層成形之碳 化矽薄膜，其具有阻障銅擴散的能力。 9.如申請專利範圍第8項之方法，其中所述至少兩連續碳 化矽層之每一層的厚度約介於5 0至2 0 0埃。 1 0 ·如申請專利範圍第9項之方法，其中所述之氨氣電漿處 理包含如下條件：氨氣流量約介於2 5 0 0至5 0 0 0 s c c in、氮氣 流量約在1 0 0 0至3 0 0 0 seem之間、射頻（RF)電力密度約為 0 · 5至1 · 5 W / c m 2、壓力控制在3至5托耳。 1 1.如申請專利範圍第1 0項之方法，其中所述之氨氣電漿 處理為時約在5至2 0秒間。

   第13頁 473828 六、申請專利範圍 1 2 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中所述之有機矽化物 係為下列之一：一甲基矽烷、二甲基矽烷、三甲基矽烷、 及四甲基石夕烧。 1 3·如申請專利範圍第8項之方法，其中所述之氨氣電漿處 理執行於約4 0 0 °C之溫度。 1 4. 一種形成碳化矽薄膜之方法，至少包括： 提供一半導體基底；以及 利用電漿強化化學氣相沉積法（PECVD )沉積一碳化矽4 層於該半導體基底上，該碳化矽層以同室之氨氣電漿進行 至少一次電漿處理以移除該碳化矽層之内含氧雜質。

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