TW593764B - Method for selectively etching low k dielectrics - Google Patents

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Yan Ye
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Description

A7 五、 發明説明（ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明係關於一種低，，k”介電材料的蝕刻方法。該方_ 法 、 ▲。被用於構圖（Patterned)蝕刻或用於回蝕刻的應用上。該 、去對於蝕刻内含至少8 0 %重量百分比之聚合材料的低 、材料特別有用。典型地，該聚合材料為一以有機物為底 的材料。此外，該方法可用於蝕刻具有—無機組成物之 低k材料，該無機組成物很容易受到包括氯及氧在内之 電漿的影響^ ： 在半導體裝置製造領域中，眾所週知的是，當裝置 特徵（feature)的尺吋降至〇·ι8微米或更小時，互連線之Rc 延遲會成為一個限制裝置速度的主要原因。可藉由使用 2或其它電阻（R)比鋁還低的導體來降低互連線導體之 包阻，目前鋁是互連線材料業界的標準。第二個眾所矚 目的領域^是使用具有一介電常數低於二氧化矽之低介 電常數（10¾介電材料，二氧化碎乃是業界的標準介電^ 料。低k介電材料可減低電容（c)之互連線程度。 有兩種其他技術可用來產生半導體之互連線結構。 第種技術被稱為鑲嵌（damascene)技術。在此技術中， 使用銅來作為特徵呎吋在〇·25微米以下之導電材料以製 造一多層結構的典型製程將包括：坦覆沉積一介電材 料，對逐介電材料構圖以形成開口；沉積一擴散阻障層 及’典型地係一圍繞開口之濕層；在該基材上沉積充： 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格 第5頁 (210 Χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部43慧財產¾¾工消費合作社印製 5卩3764 A7 B7 五、發明説明（） 厚度的銅層以填充該等開口；及使用化學機械研磨 (CMP)技術從該基材表面去除過多的導電材料。此方法需 要該介電材料的圖案蝕刻。該鑲嵌方法被詳細地介紹於 由 C· Steinbmchel 所著，發表於 Applied Surface Science 91 (95) 139-146 期刊中之 ’’Patterning of copper for multilevel metallization : reactive ion etching and chemical-mechanical polishing” 的文章中。 另一為涉及該導電銅層圖案蝕刻之技術。在此技術 中，一典型岛製程包括：在一所需要的基材上（典型地為 一具有一阻障層於其表面上之介電材料）沉積一銅層； 施加一硬質的遮罩材料及一光阻於該銅層上；使用濕式 或乾式技術圖案蝕刻該光阻、硬質遮罩材料及銅層：及沉 積一介電材料於該經過構圖的銅層上用以提供絕緣給包 含了許多積體電路之導電線路及接點。在施用介電材料 之後，其典型地需要回蝕刻該介電材料用以露出在該等 線路及接點上之接觸點。 於1997年一月授予Shin-Pun Jeng之美國第5,591，677 號專利揭杀一種具有包埋的低介電常數絕緣體之多層互 連線結構，及製造該結構的方法。詳言之，該結構之介 電部分包括可與二氧化矽層一起使用之低介電常數的有 機聚合物層。該專利描述了因使用該有機聚合物作為介 電質所可能衍生的問題，及熱安定性問題及蝕刻上的困 難。然而，發明人發展出一種回I虫刻該有機低k介電材 料的方法用以露出多條互連線的上表面。詳言之，該蝕 刻係藉帶有小量CF4之一氧氣電漿來進行蝕刻。被建議 _mm_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公慶） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
593764 A7 B7- 五、發明説明（/ ) ' 使用於該方法中之低k介電質為，，鐵氟龍，，（杜邦公司的商 fe)，苯并環丁婦（BCB)，聚對二甲苯基（;聚酸亞 (polyimide)，或其它介電常數低於3.9的材料。較佳實轉 例中係使用聚對二甲苯基。 1995年十月15日授予Havemann之美國第5,565,384 號專利描述了一種使用低電容率（介電質之自動 對齊的介層孔（via)。該低電容率之介電質係用來降低在一 連接層上相知導體之間的電容。製造該介層孔的方法包 括用一包含有機體之介電材料（聯合訊號5〇〇系列）充填 介於經過構圖之導體間的水平間隙，在該包含有機物的 介電材料上形成一無機介電層，並使用一包含碳氟化合 物之高密度電漿在不會姓刻到該含有機物介電材料的情 況下來姓刻該二氧化梦層。該包含有機物之介電材料在 作為一停止蝕刻物的同時，也可降低該裝置之電容，防 止因介層孔沒有與經過構圖的導體對齊或半導體裝置上 不平均表面所造成的過度钱刻。大部分之中間介電層是由 氧化物或i有良好熱傳遞及結構特徵之其它常見的介電 質所構成。 1 997年十月21日授予cheun〇^ ,m # un§寺人之吴國呆5,679,608 號專利揭示了使用一諸如苯并 +汗彡衣丁婦或其衍生物之低介 電常數材料作為在一金屬互 廣互連線上之介電質旋施物 (spin)。詳言之，一低介電當盤 %吊數材料係被界定為一種且有 比二氧化矽介電常數更低（即 、 必V丨小於4.0)之物質。
Lauterbach等人之PCT申嗜奋々 卞，次弟PCT/DE96/02 1 08號揭 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -口 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 五、 發明説明（ A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 :了-種垂直集積之半導體構件，於不同基材上形成該 ::平面並由-苯并環丁晞連接層加以連接。許多含有 ^膜層均宣稱是由包含了 CF4/〇2之電漿所姓刻的。 於洲年九月29日公告之德國專利申請案 h489l A1號中揭帝了使用笨 皙μJ冬并％ 丁烯作為介電 進，二施物的例子，其係使用-〜F4為底的電衆 進仃回蝕刻以露出一導電元件。 :密度丰導體應用中之多層電路所用的無機… =二是習知的。通常’此等材料會包含無錯之無定 开;^爛碎酸鹽坡璃。 炊上述之電侧包含了含氣成分之該電渡源氣體。 …、而’使用含氟㈣劑會對環境造成傷害m 用广刻劑時’典型地會有大量聚合物沉積於電子裝 置表面上。在某些應用中’在低k介電材料底下會有一 :乳切層（或其它可輕易用氟加以⑽q的層）。如果以氣 “〗邊低k介电材料的話’常無法在不蝕刻到相鄰接 厂…嶋下’只選擇…刻該低k介電質。例如， 在低k介電質被蝕刻的同時，—底層之硬質遮罩(如二氧 化1^氮切）亦會被"#。再者，該經過㈣之低k ’丨电貝表面上殘存南於膜層表面組成5 %原子百分比之 I虫刻用氟會造成後續處理上的—些問題。 若是能有一種以一不具上述含氟電漿蝕刻物缺點之 M W㈣以㈣Μ之（及在某些射為無機體 基的)低k介電質材料的方法乃是非常有利的。最好是， 第8頁 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210x1^7^· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
A7 五、 B7 發明説明（ 該餘刻化學物適於用來触刻數種不同種類之低k材料； :蝕J率（大於8000埃/每分鐘）；相對於鄰接的氧化物 η氮化物而"，可對低k材料表現出高度的蝕刻選擇性； 扶供一良好的蝕刻外形及關鍵尺吋控 射氣體；及較低的成本。 制；產生最小的發 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爱二9月目的及: •本發明係關於半導體製程，及關於一種用來蝕刻低 介電常數（低k)材料，特別是一種以聚合物為底之低k材 料的方法。泫聚合物為底的材料包含矽或氟或其混合 物。最好是’該低k介電聚合材料包含至少約1 〇%原子 百刀比的矽及少於5%原子百分比的氟。該方法使用電漿 進行姓刻，主要的電漿蝕刻物包含了除了氟之外的函素 氧取好疋，違鹵素為氣。該姓刻電漿中之鹵素來源 可以是C12、Br2、l2、Icl、Ibr、BrCl或一包含函素的化 合物，如 HC1、BC13、CHC13、cch2ci2、ch2ci2、cci4、 C2H3CI3 > t2H4Cl2 > S1CI4 > HBr > CH3Br > C2H2Br2Cl2 > HI、CCl2〇、CCl3N〇2或其組合，且其不會以一種有害或 不合貫際的方式（在此，不實際意謂一會影響該處理之安 全及有效性之不利反應的發生）起反應。在該蝕刻電漿中 足氧的來源可以是上述包含氧的化合物中的一種，或是 〇2、c〇、c〇2、ch40、C2H6〇、N2〇、N〇2、〇3、 其組合，只要包含鹵素的材料與包含氧的材料之混合物 不會以一種有害或不合實際的方式起反應即可 ϋ H20或 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
訂卜VI 第9苜— 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公慶 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 593764 A7 B7 五、發明説明（） 當蝕刻電漿的來源氣體亦包含可與氧氣混合之氯或 溴或碘氣時，則該iS素氣體：氧氣之體積（流率）比例範圍 約在1 : 2 0至2 0 : 1之間。當鹵素的來源為一包含鹵素 的化合物時，函素：氧之原子比例的範圍約在1 : 20至 20 : 1之間。當該鹵素為氯時，氯對氧之原子比例的範圍 最好是在1 : 1 0至5 : 1之間，如此相對於相鄰之含氧或 含氮之膜層而言，會選擇性較利於低k材料的姓刻。 該電漿來源氣體可包含用來改善低k材料相對於相 鄰材料之蝕刻選擇性或用來提供較佳蝕刻外形之添加 物。當有添加氣體時，一般該等混合氣體體積百分比係 小於總供應電漿來源氣體之1 5 %。可與主要電漿來源氣 體合用之添加物為N2、H2、CxHy(其中X典型地小於3 及y典型地小於8)、CF4及NF3，選擇可與上述含函素及 氧之電漿來源氣體相容之添加物。諸如氦、氖、氬、氪 及氙之鈍氣亦可被用作為添加物。 典型地，使用包含氯/氧的電漿來蝕刻該低k介電材 料之蝕刻4至少約為 8000埃/每分鐘。一鹵素：氧的原 子比例在1 : 1 0至5 : 1範圍内之蝕刻速率視其它電漿處 理參數而異。最好是，相對於相鄰諸如如SiN4之含氮材 料層或一諸如Si02之相鄰含氧材料層而言，該低k材料 之蝕刻選擇性至少是1 0 : 1。此蝕刻選擇性係在電漿氣體 中之鹵素：氧氣的比例隨著其它電漿處理參數而於1 : 1 0 至5 : 1的範圍内變化時所獲得的。 通常，該低k介電材料係使用一有圖案覆蓋在上面 _第10苜_ 本纸張尺度適用中國國家標準（（：>^)八4規格（21〇/< 297公漦） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
oy3764 、 發明説明（ 之，，硬質，，遮罩來進行構圖，該遮罩包含一像疋，化夕二 二氧化矽的材料。在該硬質遮華上的圖案通系田 , 誇柄V八齋材料是值 光&劑來產生。在某些例子中’以- ， 勺各 -硬質遮罩及一光阻劑來進行構圖。當構圖的遮罩匕 - 、#漿爽湄资體對該硬質遮 二氧化矽時，可使用一含氟的私水不源轧膝 ^ ^ 罩進行構圖，接下來是使用包含氯/氧的電漿來源孔=由 將該圖案傳送通過該低k介電廣°當該構_ @ ^ _ 包含氯/氧氣體:以至少1 000埃/每分鐘的速率進灯均勻1 刻（在整個晶圓表面的表面高度上的變化小^ 1Q /°或更7 ) 的材料所組成時，最好避免使用一含氟的氣體源來形成 該蝕刻電漿。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Μ式簡單說明： 第1圖為可用來實施本文所述社刻處理之電漿處理設備 的一較佳實施例的示意圖。 第2Α圖顯示苯并環丁晞（BCB)的蝕刻速率，其係為氯： 氧電漿來源氣體之體積（流率）比函數。 弟2 Β圖顯示以B C Β進行基材表面钱刻時之非均勻性， 其係為氯··氧電漿來源氣體流率比例之函數。 第3Α圖係以射頻（RF)偏壓能量的函數來顯示該BCB的 名虫刻速率。 第SB ®係、以射頻（RF)偏壓能量的函數來顯示@ BCB的 基材表面蝕刻非均勾性。 第4A圖係以射頻（RF)來；^姅旦AA 7 ^ 、；木，原月匕里的函數來顯示該BCB的 _1ϋΜ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（21〇、χ 297公慶） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)、
593764 五、發明説明（ 触刻速率 第4B圖係以射頻（RF)來源能量的、 、 教木顯7F該B C B的 基材表面触刻非均句性。 第5圖顯示一經過氯對氧的比例太低之 氯/氧電漿源氣體 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 蚀刻的BCB表面的三卷其u 准基材表面。（雖然BCB的 表現並非很恰當’但此電靖决 包水；^源氧體對於某些不 含矽的低k介電材料亦作用的很好） 第6A及6B圖分別顯示一經過翕斟备^ - 幻虱對虱的比例較佳（雖然在 该處理反應i的幫浦側的蝕刻率稍慢一些）之氯/ 氧電漿源氣體姓刻的BCB表面的三維基材表面。 第7A至7C圖以SILK低k介電材料為不同蝕刻處理變 數的函數的方式來顯示蝕刻率及一晶圓表面之姓 刻率非均勻性。 第7D至7F圖以不同蝕刻處理變數的函數的方式來顯示 在二氧化碎上之SIL K低k介電材料的姓刻率選擇 性。 第8A至8C圖以FLARE 2.0低k介電材料為不同蝕刻處 理變數的函數的方式來顯示蝕刻率及一晶圓表面 之蝕刻率非均勻性。 第8 D至8 F圖以不同蝕刻處理變數的函數的方式來顯示 在二氧化矽上之FLARE 2.0低k介電材料的蝕刻 率選擇性。 第9A至9C圖顯示一 BCB基材及經歷該BCB基材的圖 案蝕刻中之一系列的處理步驟之蝕刻疊層（etch 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 593764 A7 B7 五、發明説明Γ stack)進行的情形。 第10A圖顯示在該晶圓中心之BCB 0.25微米密集的渠道 之圖案蝕刻的顯微照像。 第10B圖顯示在該晶圓中心之BCB 0.25微米孤立的渠道 之圖案蝕刻的顯微照像。
頁 第1 1圖顯示在該晶圓中心之FPI 0.25微米密集的渠道之 圖案蝕刻的顯微照像。 圖號對照說明： 10 處理室 12 電感線圈天線段 14 基材 16 基材支撐盤（陰極） 18,22 射頻能量產生器 24 阻抗配接網路 30 導電室壁 34 接地極 26 入口埠 27 節流閥 發明詳細說明： 經濟部智慧財/$局P'工消費合作社印製 所揭示的是一種用來蝕刻低k材料的方法，特別是 指聚合物為底的低k材料。該方法使用電漿蝕刻，其中 該電漿的蝕刻物質包含氯及氧。該電漿來源氣體可包含 用來改善該低k介電質相對於一相鄰材料的蝕刻選擇性 或用來提供較佳的蝕刻外形。最好是，使用包含氯/氧的 電漿來蝕刻該低k介電材料之蝕刻率至少約為8000埃/ 每分鐘。最好是，該低k材料相對於相鄰含氮材料層之 蝕刻選擇性至少是1 〇 : 1，且該低k材料相對於一相鄰含 第13頁 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格(210X 297公慶） 593764 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（> ) 氧材料層之蝕刻選擇性至少是1 0 : 1。 雖然用來蝕刻本文所述較佳實施例材料之設備為一 非輕合的電漿源 Centura® Integrated Processing System，但亦可使 用其它種類的蝕刻處理設備，例如藉由電感耦合或電容 耦合或諧襯鶴合，或其的組合之電漿蚀刻處理設備。某 些較佳實施例的例子包括：具有一位在該基材表面上之 整合裝置之處理室，該裝置有助於經由電感韓合來產生 電漿；具有由τ遠距生成之電漿來源的處理室；一處理 室，其具有一位在該室外、有助於經由電感耦合來產生 電漿之裝置；及一使用平行板裝置之處理室，該裝置有 助於經由電容耦合來產生電漿。 I.定義 在進行詳細說明之前，需知在此說明書及申請專 範圍中單數形式的’’一”及，，該，，包含了複數的事物，除 其明確地表示只有一個。因此’，，一半導體，，的稱呼係 括了多種6知具有半導體行為特性之不同材料，，,—導 材料”的稱呼包括1呂、自、白金、銀ϋ及其,且人 合金之金1，及料上述應用而言為適當的其 料。 ^ 對於本發明說明特別重要的特殊術語定義 在本文中所用之“非轉合的（dec〇upied)電裝 或’’DPS”係指對於主要用來. ^ 受用來控制電漿密度（來源 該電感耦合的射頻能量及主I 十t b ^ j 及王要用來控制該基材表面離 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 593764 A7 B7 _ 五、發明説明（’） 轟擊能量之偏壓能量而言具有獨立的控制之電漿蝕刻設 備。 “特徵”一詞係指在一基材上的金屬線及開孔，及構 成基材表面的拓僕之其它結構。特徵尺吋通常是指在該 晶圓上最小特徵之尺17寸。 ‘‘離子轟擊”一詞係指用離子與一表面撞擊。該等離 子係藉由曝露在電漿下之該表面附近的電場作用而朝向 該表面加速： “低k介電質”一詞係指具有低於二氧化矽的k值 (k = 4.0)之任何材料。 “聚合物為底之低k介電質”一詞係指具有至少80% 重量百分比之聚合物成分之低k介電質。 “電漿”一詞係指一被部分離子化的氣體，其包含了 數目相等之正電荷及負電荷，及某些數量之非離子化的 氣體粒子。 “選擇性”一詞係指 a)兩種材料之間的蝕刻比例；及 b)當一種衧料的蝕刻率與另一種材料相比較被提高時， 在蝕刻期間所達成的一個狀況。 “來源能量”一詞係指藉由提供該能源的一主要部分 來將該室中之中性物質離子化以保持該電漿能量。 4‘疊層”或” li刻疊層”一詞係指一層一層地被沉積之 不同材料層的集合，其至少一部分是在一#刻處理期間 被触刻。 “基材” 一詞係指包括半導體材料，玻璃，陶瓷，聚 ___第15頁_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格(：210X 297公f ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
593764 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（# ) 合材料’及其它被使用於半導體工業中之材料。 ‘‘垂直外形”一詞係指一特徵外形，其中該特徵的一 剖面具有與該特徵所在之表面垂直的側壁。或者，一，，正 外形”是該特徵的剖面之在該特徵所在的表面上之寬产 大於與該表面離一段距離處之寬度。 II·實施本發明的設備 本文中所述該蝕刻方法的較佳實施例是用設在美國 加州 Santa Claim 市的 Applied Materials 公司所出售之 Cemura@ Integrated Processing System來實施。該系統被顯示及說明於美 國專利第5，1 8 6，7 1 8號中，該案的揭示内容藉由此參照而 被併於本文中。雖然用於本文例子中之钱刻處理室被示 意地示於第1圖中，但任何此工業之蝕刻處理室，經調 整某些處理參數後，都可使用本文所述之化學物質。第i 圖所示設備包括屬於Yan Ye等人於1 996年五月7日在第 十一屆 International Symposium of Plasma Processing 會議中所描述的 及在 Electrochemical Society Proceedings, Volume 96-12, pp.222-233 (1996) 所發表之#耦合的電漿源（DPS)。該電漿處理室能夠處理 一直徑8英吋（200mm)的矽基材表面。 如第1A圖中所示，該處理室10被建構成包括一電 感線圈天線段1 2，其位在該蝕刻處理室1 0的外面且連接 至一射頻（RF)能量產生器18(具有一可在2MHZ附近作調 整之頻率用以在不同的電漿條件之下作阻抗地配接之來 源能量產生器）。一基材1 4支撐盤1 6(陰極）設在該處理 室内部其經由一阻抗配接網路24連接至一 RF能量產生 - -_____第16 頁______— 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210/ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
593764 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 器22(頻率固定在1356Mhz之偏壓能量產生器）’及一 導電的室壁3 0亦在該室的内部，其作為該偏移偏壓的電 子地極3 4，該偏壓為供應至該基材支撐盤1 6上之RF能 量累積於該基材1 4上的結果。 半導體基材14被置於該支撐盤16上且氣體的成分 經由入口埠26被供應至該處理室中。一電漿是藉由施加 RF能量1 8及22而於該處理室1 〇中被激勵。在該蝕刻 處理室10中」之:壓力是使用一真空幫浦（未示出）及一位在 該處理室1 0與該幫浦之間的節流閥27來控制。在蝕刻 1：壁的表面上之溫度是用内含液體的導管（未示出）來控 制，該導管是位在蝕刻室1 〇的壁内。半導體基材的溫度 是藉由穩足薇支撐托盤的溫度及讓氦氣體流經由基材背 側與在該托盤1 6的表面上之溝槽（未示出）所形成的通道 來加以控制的。該氦氣體是被用來促進基材與托盤之間 的熱傳遞。在蝕刻處理期間，該基材表面被電漿逐漸地 加熱至一穩態溫度，其是高於基材支撐盤之溫度的25_4〇 C ’孩溫度是視處理條件而定。在吾人的實驗期間，基 材表面溫度典型地約在75t：附近。蝕刻室壁的表面係使 用先前所述之冷卻導管而被維持在約8 〇 t。 III·低κ介電材料之姓刻的例子 一特定的電漿蚀刻化學物已被展示用以提供在數個 低k材料蝕刻上的優點。特徵尺寸在〇 25微米的一般蝕 刻（回餘刻技術的展示）及圖案蝕刻已被展示。該蝕刻化學 物是根據使用氯及氧電漿的組合。有希望的蝕刻率，相 ___第17頁 本紙張尺度適用中ii家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公t ~ --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
593764 A7 ____ _B7__ 五、發明説明（^ ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 對於相鄰的材料之蝕刻選擇性，及絕佳的蝕刻外形被獲 得。如先前所述的，該蝕刻處理是在一 2〇〇mmDps Centura® Metal Etch系統中實施的。陰極的溫度被設定在3 〇。匸，這是 在一蝕刻基材表面溫度為75ΐ的結果。基材溫度是藉由 在基材的背側使用氦氣作為熱傳遞媒介而被維持，介於 陰極與該基材背側之間之該氦氣的壓力約為7托耳 (Torr) 〇 四種低：k、介質材料被詳細的評估：苯并環丁烯 (BCB)’其可從位在美國密西根州Midland市之Dow Chemical 公司的CYCLOTENETM產品中獲得’且包含約5 %原子百分比 的石夕’ SILKMTM ’其可從Dow Chemical公司獲得，且其與BCB 非常相似，但不包含矽；FLARE 2.0TM，其可從位在美國加 州 Sunnyvale 市的 Allied Signal Advanced Microelectronic Materials 公司 .4. 取得，其為一專利材料且不論其名稱為何，其並不包含 氟；及氟化的聚合物，FPI-13 6M，其可由位在美國德拉 瓦州威明頓市的杜邦公司獲得。後兩種材料不包含矽。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 雖然 feCB，SILKMTM，FLARE 2·0ΤΜ，及 FPI 在本文中被 詳細討論，但仍有許多其它的低k介電材料其在依據本 發明的方法使用本文中所述的蝕刻化學物被蝕刻時會以 相似的方式表現。這些其它低k介電材料包括聚（亞芳香 基）醚；聚（亞芳香基）醚呤唑；氟化聚（亞芳香基）醚 (FLARE);聚對二甲苯基-N ;聚對二甲苯基-F ;聚對二 甲苯基-AF ;聚對二甲苯基-AF4 ;聚醯亞胺；聚蓁-N ; 聚蓁-F ;全氟環丁烯（PFCB);聚四氣乙烯（PTFE);聚苯 _____第順___ 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公漦) "~ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第19頁 W3764
、發明説明（ 基-對氮雜蓁（PPQ);聚苯幷呤嗅；聚氫化茚；聚原冰片 缔’永表乙稀'，聚亞苯氧化物；聚乙晞；聚丙婦；及其 類似物質。 该四個被詳細的評估之低^介電材料係如在一熱氧 化基材上的單一層般地被蝕刻。該介電材料的厚度約為 10,000 埃。 實施例1 j : 在適¥姓刻化學物（亦即，内容適當、可用來姓刻 BCB之電瘦來源氣體）之研發過程中，將已知最會影響蝕 刻速千之其它處理參數保持恆定。電漿來源氣體的總流 率被保持在約l〇〇sccm。該射頻電漿能量源約為1200 瓦。偏壓能量約為200瓦。處理室壓力約為12mT及基材 支撐盤（陰極）溫度被保持在約3〇。〇。蝕刻時間約為3〇 秒。 下面表1顯示姓刻速率的結果，及在肖BCB基材表 面上之㈣率的均勾性’其為該電漿來源氣體成分的函 數0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公犛 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 593764 A7 B7 五、發明説明（’） 表1 C12 (seem) 〇2 (seem) n2 (seem) chf3 (seem) 餘刻率 (埃/每分鐘） 1 a (%) 60 40 6700 4.57 60 25 15 6000 3.92 60 25 15 6000 4.16 60 40 700 4.52 :8 0: 20 400 7.68 表1之資料清楚地顯示BCB之最佳蝕刻率性能結果 是在只有氯或只有氧被作為電漿來源氣體時所得到的。 添加N2及CHF3會稍微降低蝕刻率，但可明顯改善基材 表面上之蝕刻率均勻性。將少量N2或<：11?3添加至（：12/02 來源氣體中將有助於在蝕刻圖案基材期間對於外形及關 鍵尺忖的控制。 由N2/〇2化學物所獲得的蝕刻速率相當低。這是一 令人相當驚訝的結果，因為使用此化學物之介電質蝕刻 的結果相當好。進一步研究後，認為使用n2/ 02化學物 所獲得之良好結果實際上是因為處理室中含氟的緣故。 該氟是從先前用於硬質遮罩開孔處理步驟中所留下來的 殘餘氟。 實施例2
根據表1中之資料，設計出一 L4正交矩陣以便由關 鍵處理參數的變化結果來尋找趨勢。詳言之，第2A、3 A ___第20頁_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
593764 A7 B7 五、發明説明（/ ) 及4A圖分別顯示電漿來源氣體中之Ci2 :〇2體積比例的 改變對於BCB飯刻率的影響；施加至該基材支撐盤之射 頻偏壓能量的改變對於蝕刻率的影響；及施加至該電漿 之射頻來源能量的改變對於蝕刻率的影響。相對應的第 2B、3B及4B圖分別顯示bcb蝕刻率的非均勻性，其為 相同處理變數的函數。 參照第2A及2B圖：第2A圖的曲線202顯示BCB 的#刻率’其為在電漿來源氣體中之Cl2 : 〇2的體積比 例的函數。蝕刻率是以埃/每分鐘被示刻度2〇4上，及 C12 · Ο2的體積比例被示於刻度2 〇 8上。很明顯地，當該 比例提A時，蝕刻率即會下降。此外，如將於稍後被詳 細討論的，Ch : ο]的體積比例必需加以小心的平衡用以 讓B C B相對於相鄰的材料，如基材蝕刻停止層及阻障 層，的蝕刻率最佳化。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)、 在該基材表面上之蝕刻率的均勻性上之變化被顯示 於第2B圖中。刻度2 1 4顯示經過預蝕刻的及經過後蝕刻 的晶圓之簡在厚度差異上之1 σ差（根據49點測量的標準 差）的％。將該姓刻率均勻性的差異保持在最小是所想要 的。工業標準典型地要求此差異在約5 %以下。 參照第3 Α及3 Β圖：第3 Α圖的曲線2 3 2顯示B C Β 的姓刻率’其為施加至該基材支撐盤之射頻偏壓能量的 的函數。蝕刻率是以埃/每分鐘被示刻度2 3 4上，及該偏 壓能量被示於刻度236上。很明顯地，在所顯示之範圍 内之偏壓能量的增加對於BCB蝕刻率具有非常顯著的影 _______ 第21 百 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（加:/—297公— -- 593764 經濟部智慧財產苟員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（） 響。在所評估的酸項變數中，偏壓能量對於蝕刻率的影 響最為顯著。在B CB基材上之蝕刻率均勻性的變化以第 3B圖的曲線來表不’其為偏壓能賓的函數。在經過預姓 刻的及經過後蝕刻的晶圓之間之在厚度差異上之％ 1 σ差 異被示於刻度244上，而偏壓能量則被示於刻度246上。 偏壓能量從150瓦增加至250瓦之變化獲得了從4%提高 至約5.6 %之基材表面之触刻均勻性。 參照第夂Α ’及4 Β圖··第4 Α圖的曲線2 5 2顯示B C Β 的蝕刻率’其為施加至該電漿之射頻來源能量的的函 數。蝕刻率是以埃/每分鐘被示刻度2 5 4上，及該來源能 量被示於刻度2 5 6上。很明顯地，在所顯示的範圍内之 來源能量的增加對於BCB蝕刻率具有顯著的影響。蝕刻 率均勻性的變化是以射頻來源能量的含函數的方式被示 於第4B圖中。在經過預蝕刻的及經過後蚀刻的晶圓之間 之在厚度差異上之％ icr差異被示於刻度264上，而來源 能量則被示於刻度2 5 6上。很明顯地，在所顯示的範圍 内之來源邊量的增加可顯著地提高BCB蝕刻率。在經過 預蝕刻的及經過後蝕刻的晶圓之間之在厚度差異上之％ 1 σ差異被示於刻度2 6 4上，而來源能量則被示於刻度2 6 6 上。在所顯示的範圍内之來源能量的增加，從8 0 0瓦至 1 6 0 0瓦，獲得了從4.2 %提高至約5 · 4 °/。之基材表面之蝕 刻均勻性。 實施例3 ______ 第22 頁 木纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
593764 A7 B7 i、發明説明（） 有鑑於從C 12 : 0 2的體積比例增加超過1 : 1 (5 〇 s c c m 的Ch及5 0sccm的〇2)會造成BCB蝕刻率的降低之觀察 結果’吾人決定對一低的Cl2 : 的體積比例作研究。 吾人坪估C 12 .〇2的比例為〇 7 : 1.0 (7 0 s c c m的C12及 lOOsccm的〇2)。然而，吾人發現，當一充分富含氧的電 漿來源氣體被使用時’該經過蝕刻的表面之拓樸學會變 得無法被接受。第5圖顯示三維空間之經過蝕刻的bcB 表面。該％ 1-σ差異為3 3.6%。該經過蝕刻之表面的一詳 細的檢驗顯示姓刻並沒有在該BCB表面上的相同位置發 生。其被認為氧氣與在該BCB膜層中之矽起反應而形成 一會讓該蝕刻處理題停止的氧化物硬質遮罩。 實施例4 根據上面富含氧之電漿會造成BCB蝕刻的問題之檢 驗結果’因此決定對於使用c 12 : 〇 2的比例為丨：1之B C Β 相對於其它材料的選擇性加以評估。第及6B圖顯示 二維$間£經過蝕刻的BCB表面，其是使用Cl2 : 02的 比例為1 : 1 (60sccm的Cl2及60sccm的02)來加以蝕刻。 其Έ：的處理參數係如下所列：來源能量為1 2〇〇瓦；偏壓 能量為3 5 0瓦；處理容器壓力為丨2rnT ;在該基材的背側 上（氛氣熱傳遞壓力為7t;支撐該BCB基材之陰極的溫 度約為30°C。飯刻時間約4〇秒。該1 σ差異的％被示於 第6 Α及6 Β圖中之蝕刻表面外形的左側的刻度上。在處 理1：氣體況模式上的調整導致在蝕刻均勾性上之改善被 本纸張尺度適财關家標準（CNS ) Λ«Γ^210 χ 2975^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟舞智。«財產局揚工^1費合作社印». 593764 A7 B7 五、發明説明（） 示於第6A及6B圖之間。 此蝕刻化學物不僅就其對於蝕刻表面均勾性的影響 家以評估，更就其對於蝕刻率及B C B與其它熱沉積的二 氧化矽，氮化矽，及I線光阻之間的蝕刻選擇性的影響 加以評估。此資料被示於表2中。 表2 基材: 名虫刻率 (埃/每分鐘） 1 σ (%) BCB 9200 4.49 氧化物 220 6.22 氮化物 680 11.12 I-線光阻 7900 2.67 使用此蝕刻化學物，吾人同時達成一高B C B蝕刻率 及一相對於二氧化矽及氮化矽之高BCB選擇性。應被注 意的是，該蝕刻速率圖案被彎曲，其在該處理室的幫浦 埠處較低。一硬體的修改被進行以解決此缺點。 實施例5 為了要改善BCB對於氮的選擇性，及蝕刻均勻性， 所以處理室壓力被提高至1 4mT。因為在室壓力的升高被 觀察到對於B C B蝕刻率有負面的衝擊，所以射頻偏壓能 量從 3 5 0瓦被提高至 4 5 0瓦用以將離子更強力地朝向 BCB基材吸引。其它的處理變數被保持在上文中給定的 ______第 24 頁_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
593764 A7 B7 五 、發明説明（ 數值’參照表3。此在處理參數上之改m 於表3中。 、以又的性能資料被示
BCB 8700 3.75 改善 氧化物 氮化杨 220 160 5.12 13.84 I-線光阻 7900 ^~~' ~ ---L-— ----- 〇 · 2 6 BCB相對於氮化矽（氮化物）的選擇性如所預期地 被 經濟部智慧財產局員工浈費合作社印製 根據在独刻BCB中的經驗’兩種額外之低k介電材 料被蝕刻。這兩個材料為SILK及FLARE 2 0。 實施例6 第7A$至7F圖顯示SILK低k介電材料的蝕刻資料。 詳言又，第7A，7B及7C圖顯示分別顯示電漿來源氣體 中之Ch :〇2的體積比例的改變對於sILK的蝕刻率的影 響，施加至該基材支撐盤之射頻偏壓能量的改變對於蝕 刻率的影響；及施加至該電漿之射頻來源能量的改變對 於触刻率的影響。相對應的第，7E及7F圖分別顯示 SIL K |虫刻率的非均勻性，其為相同處理變數的函數。 參照第7A及7D圖：第7A圖的曲線702顯示SILK 的蚀刻率’其為在電漿來源氣體中之Cl2 : ο:的體積比 第25苜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210 X.297公趁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)、
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 593764 A7 __B7_ 五、發明説明（-) 例的函數。姓刻率是以埃/每分鐘被示刻度7 0 6上，及 C12 : 〇2的體積比例被示於刻度708上。第7A圖中之曲 線704顯示1 (J差異的％，其為Cl2 : 02的體積比例的函 數’且1 σ差異的％被示於刻度7 1 0上。很明顯地，當該 比例於所顯示的範圍内被提高時，蝕刻率及1 σ差異這兩 者都會下降。第7D圖的曲線712顯示SILK的選擇性比 例在有存在二氧化矽的情形下為較佳，其為C12 : 〇2的 比例的函數^且選擇性被顯示於刻度7 1 4上及Cl2 : 02 的比例被顯示於刻度7 1 6上。在Cl2 : 〇2之被顯示的比 例範圍之内，該選擇性從95 : 1(SILK:二氧化矽）降至 3 0: 1 〇
參照第7B及第7E圖：第7B圖的曲線722顯示SILK 的餘刻率，其為施加至基材支撐盤（陰極）的射頻偏壓能量 的函數。蝕刻率是以埃/每分鐘被示刻度726上，及射頻 偏壓能量被示於刻度728上。第7B圖中之曲線724顯示 1 σ差異的％，其為射頻偏壓能量的函數，且1 σ差異的％ 被示於刻產7 3 0上。很明顯地，當射頻偏壓能量於所顯 示的範圍内被提高時，蝕刻率及1 σ差異這兩者都會上 升。第7Ε圖的曲線732顯示SILK的選擇性比例在有存 在二氧化碎的情形下為較佳，其為射頻偏壓能量的函 數’且選擇性被顯示於刻度734上及射頻偏壓能量被顯 不於刻度73 6上。在射頻偏壓能量之被顯示的比例範園 之内’該選擇性從75 : 1(SILK:二氧化矽）降至55 : i。 參照第7C及第7F圖：第7C圖的曲線742顯示SILK 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) 21〔)：^7讀） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
593764 A7 B7 五、發明説明（ 的蝕刻率’其為射頻電漿源能量的函數。蝕刻 卞疋以埃/ 每分鐘被示刻度746上，及射頻電漿源能量被示於刻户 748上。第7C圖中之曲線744顯示！ σ差異的％，其為 射頻電漿源能量的函數，且i σ差異的％被示於刻度 上。很明顯地，當射頻電漿源能量於所顯示的範園内被 提南時’蚀刻率及1(7差異這兩者都會上升。第 不/ h圖的 曲線752顯示SILK的選擇性比例在有存在二备 一虱化矽的情 形下為較佳j，其為射頻電漿源能量的函數，且 選擇性被 顯示於刻度754上及射頻電漿源能量被顯示於刻度 上。在射頻電漿源能量之被顯示的比例範圍之、 門，遠選 擇性被大致保持固定。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}
經濟部智慧財產局Μ工消費合作社印製 實施例7 第圖顯示FLARROU介電材料的Μ 資料。詳言之，第8Α，8…C圖顯示分別顯示電聚來 源氣體…丨2 : 〇2的體積比例的改變對於flare2 〇的 蚀刻率“響；施加至該基材支撑盤之射頻偏壓能量的 改變對Μ刻率的影響；及施加至該電漿之射頻來源能 量的改變對於触刻率的影響。相對應的第8D，8Ε及8F 圖分別顯# FLARE2.G㈣率的非均勾性，其為相同處理 變數的函數。 參照第8A及8D圖：第8a圖的曲線8〇2顯示 FLARE2.0的蝕刻_，其為在電漿來源氣體中之ch: 〇2 的體積比例的函數。蝕刻率是以埃/每分鐘被示刻度8〇6 _第27苜 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（210X 297公螯
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經濟部智慧財4局員工消費合作社印製 593764 A7 B7 五、發明説明（’） 上，及Cl2 : 02的體積比例被示於刻度808上。第8A圖 中之曲線8 0 4顯示1 (J差異的％，其為C12 : 0 2的體積比 例的函數，且1 σ差異的％被示於刻度8 1 0上。很明顯地， 當該比例於所顯示的範圍内被提高時，蝕刻率及1 σ差異 這兩者都會下降。第8D圖的曲線812顯示FLARE2.0的 選擇性比例在有存在二氧化矽的情形下為較佳，其為 Cl2 : 〇2的比例的函數，且選擇性被顯示於刻度8 1 4上及 Cl2 : 02的比j’例被顯示於刻度816上。在Cl2 : 02之被顯 示的比例範圍之内，該選擇性從125 : 1(FLARE2.0 :二 氧化矽）降至3 0 : 1。 參照第8B及第8E圖：第8B圖的曲線722顯示 FLARE2.0的蝕刻率，其為施加至基材支撐盤（陰極）的射 頻偏壓能量的函數。蝕刻率是以埃/每分鐘被示刻度826 上’及射頻偏壓能量被示於刻度828上。第8B圖中之曲 線824顯示1 σ差異的％，其為射頻偏壓能量的函數，且 1 σ差異的％被示於刻度83 0上。很明顯地，當射頻偏壓 能量於所_示的範圍内被提高時，姓刻率及1 σ差異這兩 者都會上升。第8Ε圖的曲線832顯示FLARE2.0的選擇 性比例在有存在二氧化矽的情形下為較佳，其為射頻偏 塾能量的函數，且選擇性被顯示於刻度734上及射頻偏 壓能量被顯示於刻度8 3 6上。在射頻偏壓能量之被顯示 的比例範圍之内，該選擇性只稍微地下降。 參照第8C及第8F圖：第8C圖的曲線842顯示 FLARE2.0的蝕刻率，其為射頻電漿源能量的函數。蝕刻 -----.,_ ___第 28 頁— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公H --_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)、 ,ιτ °^764 °^764 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^^-__________ B7 _ 五、發明説明（’） 午是以埃/每分鐘被示刻度846上，及射頻電漿源能量被 示於刻度848上。第8C圖中之曲線844顯示1σ差異的 /〇 ’其為射頻電漿源能量的函數，且1 σ差異的％被示於 到度8 5 0上。很明顯地，當射頻電漿源能量於所顯示的 範圍内被提高時，触刻率及1 σ差異這雨者都會上升。第 7F圖的曲線852顯不FLARE2.0的選擇性比例在有存在 —氧化碎的情形下為較佳’其為射頻電漿源能量的函 數’且選擇检被顯tf於刻度8 5 4上及射頻電漿源能量被 顯不於刻度8 5 6上。在射頻電漿源能量之被顯示的比例 fe圍之内’該選擇性從65 : l(FLARE2.0 :二氧化矽）上升 至 90 : 1。 貫施例8 以上所呈現的資料為在一熱氧化物基材表面上之單 一層的BCB，或SILK ’或FLARE2.0。接下來的步騾是 評估一低k介電層表面之圖案蝕刻。 ， 第9A*至9C圖一 BCB基材及經歷該BCB基材的圖 案蝕刻中之一系列的處理步驟之蝕刻疊層（etch stack)進行 的情形。參照第9 A圖，在一基材上之蝕刻疊層被以結構 900 0來表示。底下的基材9〇2為一矽晶圓。該蝕刻疊層 包括一 0.8微米後之有圖案的光阻層912。該圖案為一系 列的渠道，一渠道的特徵尺吋約為〇. 2 5微米。在該光阻 層9 1 2底下的是一 〇. 〇 7微米厚的以有機物為底的抗反射 塗層（ARC)910。在ARC 910底下的是〇·1微米厚的二氧 _____ 箪 29W ____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 ,< 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
593764 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 1、發明説明厂） 化碎硬質遮罩材料 90S。在該氧化物硬質遮罩材料908 底下的是0.1微米厚的BCB層906。在BCB層906底下 的是0.5微米厚的TEOS層904。在TEOS層904底下的 是矽晶圓基材902。因為ARC層710及氧化物硬質遮罩 層708還未被開洞，所以一 CHFs/Ch基的電漿源氣體化 學物被用來蝕刻穿透該二層，產生第9B圖所示的結構。 該電漿蝕刻條件如下所列：50sccm的CHF3及30sccm的 Ch ;來源能-量：1 400瓦；偏壓能量100瓦；處理室壓力 1 OmT ;對於基材背側之氦氣背側壓力為7Torr ;陰極溫 度3 0 °C ;及蝕刻時間約為6 5秒。 第9b圖顯示在CHF^Ch電漿蝕刻後之BCB基材 906，其中層疊於氧化物硬質遮罩層908層及ARC層910 上之諸層被形成圖案。 接下來，該BCB層使用本發明之蝕刻化學物加以蝕 刻。該特定的蝕刻條件如下所列：60sccm 的 Cl2及 60sccm的〇2;來源能量1200瓦；偏壓能量350瓦；處 理室壓力1 1 OmT ;對於基材背側之氦氣背側壓力為 7Torr ;陰極溫度3 0°C ;及蝕刻時間約為60秒。所得到 的結構被示於第9C圖中，其中有圖案的BCB層疊在由 該碎晶圓所支撐著的TEOS層904上。 第1 0A圖為經過蝕刻之BCB層的一顯微照像圖，其 詳細地顯示被刻以圖案之BCB層之位在晶圓中心附近之 密集的渠道的蝕刻外形。在第1 〇 A圖中，經過蝕刻的b c B 被標以1 006及底下的基材TEOS被標以1 004。垂直的外 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X2Q7公廢） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局Μ工消費合作社印製 593764 A7 B7 五、發明説明（/ ) 形是在一高蝕刻速率下達成的，即使是對於〇. 2 5微米特 徵尺吋而言亦然。對於一空白的B C B基材而言在該晶圓 上之蝕刻非均勻性是相同的。 第1 0B圖為經過蝕刻之BCB層的一顯微照像圖，其 詳細地顯示被刻以圖案之BCB層之一位在晶圓中心附近 之被獨立的渠道的蝕刻外形。再次地，在第1 0B圖中， 經過蝕刻的BCB被標以1 006及底下的基材TEOS被標以 1 0 0 4。一絕佳的垂直外形被達成。 密集的渠道圖案及獨立的渠道之不同的蝕刻速率及 微負載（V -負載）被示於下面的表4中。 表4 位置 密集的渠道姓刻速率 獨立的渠道蝕刻率(埃 V -負載 (埃/每分鐘） /每分鐘） (%) 上 73 00 8200 1 1.6 中心 75 00 8 3 00 10.1 底 ^ 8200 8800 7.1 左 7800 8400 7.4 右 7700 8400 8.7 Max- 12 7.2 平均9.0 Min(%) -負載表示在一獨立的渠道與一密集的渠道之間 的银刻速率差異。 1^&\-^1丨11(%) = 2\[(最大姓刻速率-最小蚀刻速率）/ _______第 31 苜_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公漦） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)、
^93764 A7 B7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (最大蝕刻速率+最小蝕刻速率）]X 1 Ο Ο 其中該等蝕刻速率是跨越該晶圓被加以測量的。 實施例9 · 在例8中被刻以圖案的B C Β含有約5 %重量的石夕 為了要在一不具有矽成分之以有機物為底的低k介如# 上測試本發明之蝕刻化學物，吾人蝕刻一 #仆 4 鼠化的齟合物 低k介電質。:該蝕刻疊層基本上與例8中所使用的相同， 且姓刻步驟亦相同。該ARC層及氧化物硬質遮罩層使用 下列的蝕刻化學物及處理條件加以蝕刻：50sccm的 CHF3及30sccm的C12 ;來源能量1400瓦；偏塾能量1〇0 瓦，處理1：壓力1 〇mT ;對於基材背側之氦氣背側壓力 為7Tonr;陰極溫度30°C ;及蝕刻時間約為67秒。 接下來該FPI層使用本發明之蝕刻化學物加以蝕 刻。該特定的蝕刻條件如下所列：6〇sccm的Cl2及 6〇SCCm的〇2;來源能量1 200瓦；偏壓能量35〇瓦；處 理室壓力t 1 OmT ;對於基材背側之氦氣背側壓力為 7丁〇rr ;陰極溫度3(TC ;及蝕刻時間約為50秒。 第1 1圖為經過蝕刻之F PI層的一顯微照像圖，其詳 細地顯示被刻以圖案之FPI層之位在晶圓中心附近之密 集的渠道的蝕刻外形。該經過蝕刻的FPI被標以1 〇 1 6及 底下的基材Τ Ε Ο S被標以1 〇 1 4。垂直的外形是在一高蚀 刻速率下達成的’即使是對於〇.25微米特徵尺吋而言亦 然。FPI的蚀刻速率比BCB快，很顯然是因為FPI較不 ________第 32 百 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297^^7 --- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)、 訂---- 593764
7 B 五 明説 明發 明 發 本 制 限 來 用 要 是 不 並 例 施 實 佳 較 之 述 。 描 係所 關面 的上 密 緻 佳.的 較明 等發 該本 將之 可定 明界 說所 的圍 述 範 上利 據專 根請 者申 藝案 技本 此至 悉充 。 熟擴圍 一 以範 ， 加的 圍例物 範施的 的實標 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) j1訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 頁 3 3 第 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X2W公釐）

Claims (1)

  1. W764 公告本 g营第顯，(^从號術(1案？0年〜月修正 六 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、申請專利範圍 ι—種選擇性電漿蝕刻"rjTir低k介電材料中之方法， 以產生一結構其實質以一導電材料填充形成一導電特 c請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 徵’其中該低k介電材料相對於相鄰之氧化物或氮化 物或其組合物被選擇性蝕刻，藉由與一電漿源氣體產 生之電槳接觸，該電漿源氣體包含氧及一含鹵素氣體， 其中該_素不是氟，且其中該低k介電材料相斜於相 鄰之氧化物或氮化物或其組合物的蚀刻選擇性至少 10 ： 1 〇 2 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該源氣體包 含含函素氣體，其係選自由下列組成之組群中：C1 ， Br2，I2，ICM，IBr，BrCM，HCn，BC13，CHC13，CH2C1， CC14, C2H3C13, C2H4C12, SiCl4, HBr，CH3Br，C2H2Br2Cl2， HI，CCl2〇，CC13N02，及其組合。 Φ 3.如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該自素 為亂。 4·如申請專利範圍第2項所述之方法，其中氣體源包今 選自下列組群之含氧氣體：〇2, CO, C02, CH4〇, c2H6〇， N20，N02，03，H20 及其組合。 5 ·如申請專利範圍第1、2或4項所述之方法，其中〜添 加物與該氧及該含_素氣體一起使用，及其中該添加 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 593764 A8 B8 C8 D8 六 申請專利範圍 物少於總電漿源氣體供應的1 5 %的體積百分比。 6.如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該添加物是 選自由下列組成之組合中：N2、H2、CxHy、CF4、NF3、 及其組合，其中x小於3及y小於8。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7.如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該添加物是 選自由下列組成之組合中：N2、H2、CxHy、CF4、NF3、 氦、氖、氬、氪、及氙及其組合，其中x小於3及y 小於8 〇 8·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該低k材料 為^一聚合物為底的材料。 9 ·如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該聚合物為 底的材料為一有機物為底的材料。 I 0 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該_素與氧 的原子比例是從1 : 2 0至2 0 ·· 1。 II ·如申請專利範圍第1 〇項所述之方法，其中該齒素與 氧的原子比例是從1 : 1 0至5 : 1。 1 2 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該電漿源氣 第35頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） n n n n ϋ n n n I I · n n n n n n ft 一^In 1 ϋ ϋ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 妒3764 經濟部智慧財產局員工消費合作社印剩衣 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 體包含一 1 5 °/。體積百分比或更少量之添加物，其是用 來改善低k材料相對於相鄰的材料之触刻選擇性，或 用來提供較佳的蝕刻外形，或改善關鍵尺对的控制。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該添加物 改善相對於一氧化物為低k介電材料之独刻的選擇 性，該氧化物包含至少3 0%之原子百分比的氧。 14·如申請專利範圍第13項h这之方法，其中該氧化物 為一矽的氧化物。 1 5 ·如申请專利範圍第1 2項所述之方法，其中該添加物 改善相對於一氮化物為低k介電材料之蝕刻的選擇 性，該氮化物包含至少30%之原子百分比的氮。 16·如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該氮化物 為一矽的氮化物。 I7·如申請專利範圍第！項所述之方法，其中該氧化物與 氮化物的組合物為矽的氮氧化物。 1 8.如申請專利範圍第丨或第12項所述之方法，其中該 低k介電材料不包含碎。 第36貫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 ------I I ^ ^---- I----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 593764 六、申請專利範圍 1 9 ·如申凊專利範圍第3項所述之方法，其中該低k介電 材料之使用包含氯及氧之電漿源氣體的蝕刻速率至少 是8000埃/每分鐘。 20·如申請專利範圍第1或第12項所述之方法，其中該 低k介電材料是從包含聚（芳烯）醚；聚（芳晞）醚膦唑 氟化聚（芳婦）醚（FLARE);聚芳烯基-N ;聚芳婦基 聚芳婦基-AF ;聚芳婦基-AF4 ;聚醯亞胺；聚唑_N 聚唾-F;全氟環丁婦（PFCB);聚四氟乙婦（pTFE);聚 苯基-對氮雜唑（PPQ);聚苯並膦唑；聚氫化噻；聚原 冰片婦；聚苯乙婦；聚亞苯氧化物；聚乙浠；聚丙 埽；α-碳化物，SILKTM及它們的組合的組群中選取的。 2 1 ·如申請專利範圍第丨或第1 2項所述之方法，其中該 低k介電材料是從包含BCB，FPI，SILK™，FLARE™ 2·0，及它們的組合的組群中選取的。 22.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該低k介電 材料在一晶圓表面上是以1 σ之1 〇%或更少的厚度被 均勾地姓刻。 23 · —種選擇性電漿回蝕刻低k介電材料之方法，該低k 介電材料係沉積於一圖案化導電材料之表面，以提供 導線與接觸窗之隔離，其中該低k介電材料相對於相 第37肓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 裝----II (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂Γ· ♦ 593764 ABC 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------- D8六、申請專利範圍 鄰之氧化物吱氣几。 々乳化物或其組合物被選擇性蝕刻，藉由 ;、鼠之遠漿源氣體產生之電漿接觸，該電滎：源 氣心包含氯及氧’其中該低k介電材料相對於相鄰之 氧化物或氮化物或其等之組合的蝕刻選擇性為至少 10: 1 〇 24. 如申w專利範圍第23項所述之方法，其中該源氣體 包含含氯氣體’其係選自由下列組成之組群中：Cl2， IC1’ BrC卜 HC1，BC13, CHC13, CH2C12, CC14, C2H3C13， C2H4C12，SiCl4，（：2Ι12：ΒΓ2(：12，CC120，CC13N02，及其 等之組合。 25. 如申請專利範園第23項所述之方法，其中氣體源包 含選自下列組群之含氧氣體：〇2，CO，C02，CH40， C2H60，N20，no2，03，h20 及其等之組合。 26. 如申請專利範圍第23、24或25項所述之方法，其中 一添加物與該含氧及氯氣體之不含氟氣體一起使用， 及其中該添加物少於總電漿源氣體供應的1 5 %的體積 百分比。 27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中該添加物 是選自由下列組成之組合中：N2、H2、CxHy、CF4、NF3、 及其等之組合，其中x小於3及y小於8。 第38頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · n n §ΜΜβ n n i —ft— · in i-ϋ I Ψ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 593764 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 28. 如申請專利範圍第 26項所述之方法，其中該添加物 是選自由下列組成之組合中：N2、H2、CxHy、CF4、NF3、 氦、氖、氬、氪、及氙及其等之組合，其中x小於3 及y小於8。 29. 如申請專利範圍第23項所述之方法，其中該低k材 料為一聚合物為底的材料。 30. 如申請專利範圍第 23項所述之方法，其中該聚合物 為底的材料為一有機物為底的材料。 3 1.如申請專利範圍第23項所述之方法，其中該氯與氧 的原子比例是從1 : 20至20 : 1。 32.如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該氯與氧 的原子比例是從1 : 1 0至5 : 1。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第39貫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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