低k電介質(zhì)膜的形成的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體加工領(lǐng)域，更具體涉及低k電介質(zhì)膜的形成。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著集成電路（1C)特征尺寸的減小，增加的電阻和電阻-電容（RC)耦合的問(wèn)題 抵消了小器件尺寸得到的任何速度優(yōu)勢(shì)，從而限制了器件性能的提高。提高器件性能和可 靠性的方式包括使用高導(dǎo)電性金屬，例如，銅，并且采用低介電常數(shù)（低k)材料。
[0003] 低k材料是介電常數(shù)（k)低于二氧化硅Si02的介電常數(shù)（k)(即，3. 9)的半導(dǎo)體 等級(jí)的絕緣材料。由于越來(lái)越先進(jìn)的技術(shù)需求，使用了 k小于2. 5的超低k電介質(zhì)（ULK) 材料。ULK電介質(zhì)可以通過(guò)在低k電介質(zhì)中并入空隙從而形成多孔電介質(zhì)材料來(lái)獲得。ULK 電介質(zhì)的應(yīng)用包括后段制程（BE0L)夾層電介質(zhì)（ILD)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本文公開的方法的一個(gè)方面涉及一種形成多孔電介質(zhì)膜的方法。所述方法涉及提 供包括電介質(zhì)基質(zhì)和成孔劑的前體膜并且使所述前體膜暴露于從包含還原劑和弱氧化劑 的工藝氣體產(chǎn)生的下游等離子體以去除成孔劑并且形成多孔電介質(zhì)膜。在一些實(shí)施例中， 所述多孔電介質(zhì)膜可以暴露于紫外線輻射以增加交聯(lián)。這種暴露可以涉及暴露于一種或多 種發(fā)射光譜。例如，在一些實(shí)施例中，所述多孔電介質(zhì)膜暴露于第一發(fā)射光譜，然后使暴露 的膜暴露于第二發(fā)射光譜，其中所述第一和第二發(fā)射光譜不同。
[0005] 弱氧化劑的實(shí)例包括二氧化碳、水、甲醇、乙醇、異丙醇和它們的組合。還原劑的實(shí) 例包括分子氫氣、氨氣、乙酸、甲酸和它們的組合。在一些實(shí)施例中，所述還原劑是分子氫氣 并且所述弱氧化劑是二氧化碳。在一些實(shí)施例中，弱氧化劑：還原劑的體積流量的比例是 1 :1或更大。在一些實(shí)施例中，弱氧化劑：還原劑的體積流量的比例在1 :1至2 :1之間。
[0006] 在一些實(shí)施例中，所述等離子體可以由電感耦合等離子體發(fā)生器產(chǎn)生。自由基物 質(zhì)在所述下游等離子體中可以是主要的。在一些實(shí)施例中，用于產(chǎn)生所述下游等離子體的 功率在約1. 〇瓦特至1. 8瓦特每平方厘米上面設(shè)有所述前體膜的襯底的表面積之間。
[0007] 本公開的另一個(gè)方面是一種用于形成多孔電介質(zhì)膜的設(shè)備。所述設(shè)備可以包括： 加工室；襯底支撐件，其用于在所述加工室中保持襯底；所述襯底支撐件上方的遠(yuǎn)程等離 子體源；所述遠(yuǎn)程等離子體源與所述襯底支撐件之間的噴頭；以及具有執(zhí)行以下操作的指 令的控制器：(a)接收包括前體膜的襯底，所述前體膜包括電介質(zhì)基質(zhì)和成孔劑；(b)使還 原劑和弱氧化劑氣體進(jìn)入所述遠(yuǎn)程等離子體源中；（c)給所述遠(yuǎn)程等離子體發(fā)生器施加功 率以從所述還原劑和弱氧化劑氣體產(chǎn)生等離子體物質(zhì)；（d)引導(dǎo)包含弱氧化劑和還原劑物 質(zhì)的遠(yuǎn)程等離子體物質(zhì)穿過(guò)所述噴頭；以及（e)使襯底暴露于（c)中的所述遠(yuǎn)程等離子體 物質(zhì)。
[0008] 在一些實(shí)施例中，所述控制器包括使所述還原劑和氧化劑氣體進(jìn)入所述遠(yuǎn)程等離 子體發(fā)生器中的指令，弱氧化劑：還原劑的體積流量的比例在1 :1至2 :1之間。在一些實(shí) 施例中，所述控制器包括施加在1瓦特至1. 8瓦特每平方厘米所述襯底的表面積之間的功 率。所述設(shè)備可以進(jìn)一步包括紫外線固化室。在一些實(shí)施例中，所述控制器包括在（e)之 后使所述襯底暴露于紫外線輻射的指令。所述控制器可以包括使所述多孔電介質(zhì)膜暴露于 第一發(fā)射光譜、然后使所述多孔電介質(zhì)膜暴露于第二發(fā)射光譜的指令，其中所述第一和第 二發(fā)射光譜不同。
[0009] 以下參照附圖描述這些和其他方面。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是描繪了從電介質(zhì)前體膜去除成孔劑的方法的一實(shí)例的工藝流程圖。
[0011] 圖2是描繪了形成低k電介質(zhì)膜的方法的實(shí)例的工藝流程圖。
[0012] 圖3是隨以下變量變化的使用C02/H2等離子體處理的成孔劑去除和損壞的單變量 圖：射頻功率、〇)2與總氣流比例以及基座溫度。
[0013] 圖4示出了 SiCH3交聯(lián)與燈泡B的固化時(shí)間的關(guān)系曲線以及與燈泡AB的固化時(shí) 間的關(guān)系曲線。
[0014] 圖5a不出了具有加工室的等尚子體設(shè)備的剖視不意圖的實(shí)例。
[0015] 圖5b示出了具有加工室的紫外線設(shè)備的剖視示意圖的實(shí)例。
[0016] 圖6示出了布置等離子體設(shè)備和紫外線固化設(shè)備的框圖的實(shí)例。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 在以下說(shuō)明中，闡述了多個(gè)具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解，這些細(xì)節(jié)屬 于在襯底上形成多孔電介質(zhì)材料期間的成孔劑去除。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式可以在不具有這些 具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實(shí)施。在其他實(shí)例中，未詳細(xì)描述公知的方法操作以便 不會(huì)不必要地模糊說(shuō)明書。盡管將會(huì)結(jié)合具體實(shí)施例描述本公開的主題，但是應(yīng)當(dāng)理解，這 些實(shí)施例并不旨在限制這些實(shí)施例的公開范圍。
[0018] 對(duì)于許多實(shí)施例，襯底是半導(dǎo)體晶片。本文中討論的半導(dǎo)體晶片是在集成電路的 生產(chǎn)中的各種制造/制備狀態(tài)中的任意狀態(tài)下的半導(dǎo)體襯底。要指出的是，本文公開的方 法和設(shè)備不限于半導(dǎo)體晶片。例如，這些方法和設(shè)備可以用于制備或處理介孔分子篩。
[0019] 本文所述的方法涉及通過(guò)電介質(zhì)前體層形成低k電介質(zhì)材料，該電介質(zhì)前體層包 含成孔劑以及形成在成孔劑周圍區(qū)域中的電介質(zhì)基質(zhì)。從前體層去除成孔劑以形成低k電 介質(zhì)層。在前體層內(nèi)，成孔劑留在隨后在最終電介質(zhì)層中變成空隙位置的位置處。從而， 成孔劑和電介質(zhì)基質(zhì)通常作為前體層內(nèi)的單獨(dú)的相存在。在一定程度上，成孔劑限定了孔 隙度、空隙體積、彎曲度以及表征最終的低k電介質(zhì)材料的孔形貌的其他參數(shù)。在一些情況 下，在去除成孔劑之前設(shè)定孔形貌。在其他情況下，在成孔劑去除工藝中設(shè)定孔形貌。另外， 在成孔劑去除工藝之前亦或期間，電介質(zhì)基質(zhì)可以呈現(xiàn)其最終成分和結(jié)構(gòu)。在替代方法中， 以兩階段工藝單獨(dú)沉積結(jié)構(gòu)形成物和成孔劑。例如，在一些介孔膜中，模板形成前體、溶劑 和催化劑通過(guò)旋涂或印刷方法來(lái)混合和涂覆以在第一工藝階段中形成模板，然后在第二工 藝步驟，例如，在超臨界輸注中，在形成的模板上引入硅形成前體到聚合物基質(zhì)中。根據(jù)涂 覆的情況，在一些實(shí)例中，前體膜的厚度可以在約10納米與3微米的范圍內(nèi)。
[0020] -般來(lái)講，成孔劑是限定電介質(zhì)基質(zhì)中的空隙區(qū)的任何可去除材料。成孔劑不包 括能夠從前體膜上去除的結(jié)構(gòu)形成物主干上的小的有機(jī)端基，盡管這些有機(jī)端基優(yōu)選為不 去除。
[0021] 在有序多孔或介孔電介質(zhì)基質(zhì)的情況下，成孔劑通常稱為"模板"。在許多情況下， 成孔劑是或包括有機(jī)材料。
[0022] 在一些情況下，成孔劑隨機(jī)分布在整個(gè)前體膜上，并且在其他情況下，成孔劑在整 個(gè)膜的重復(fù)結(jié)構(gòu)中是有序的。一種類型的有序成孔劑，例如，是具有分離成單獨(dú)的相的不同 化學(xué)成分的嵌段共聚物（例如，聚環(huán)氧乙烷（ΡΕ0)和聚環(huán)氧丙烷（ΡΡ0))。本文中的討論通 常指的是成孔劑和成孔劑材料，并且旨在包括任何類型的有序或無(wú)序、有機(jī)或無(wú)機(jī)的成孔 劑，除非另外指明。
[0023] 通常情況下，成孔劑是烴類。下面是可能合適的前體膜的不全面的列表（按照成 孔劑分子的類型列舉）。"低溫成孔劑"在約200°C以下沉積，而"高溫成孔劑"在約200Γ 以上沉積。
[0024] -類成孔劑是多官能團(tuán)環(huán)狀非芳族化合物，例如α -萜品烯（ATRP)。合適的α -萜 品烯衍生物包括，例如，α-萜品烯本身、經(jīng)取代的α-萜品烯和包含α-萜品烯核的多 環(huán)化合物。其他化合物包括官能團(tuán)，例如-CH = CH2、-CH = CH-、-C三CH、-C三c-、-C = 0、-0CH3。這些化合物之一的實(shí)例是1，2, 3, 4-四甲基-1，3-環(huán)戊二烯（TMCP) (C9H14)。三維 多環(huán)化合物，例如，5-亞乙基-2-降冰片烯（ENB)也是合適的?？梢允褂玫牧硪环NATRP化 合物是D-檸檬烯。
[0025] 在一些情況下，成孔劑和結(jié)構(gòu)形成物留在同一化合物中。也就是說(shuō)，成孔劑在包含 與用作成孔劑的部分共價(jià)鍵合的用作結(jié)構(gòu)形成物的部分的化合物中是可去除的部分。名義 上講，成孔劑部分是在所得的電介質(zhì)膜中留下孔的大體積有機(jī)取代基。這些物質(zhì)的實(shí)例是 有機(jī)硅烷，例如，^叔丁基硅烷，苯基^甲基硅烷，和烷氧基硅烷，例如，5- ( 二環(huán)庚烯基）甲 基二甲氧基硅烷（BMDS)和5-(二環(huán)庚烯基）三乙氧基硅烷（BTS) (SiCl303H24)。例如，這些 化合物可以通過(guò)使用例如CVD或旋涂方法來(lái)沉積。
[0026] 如所指出的那樣，結(jié)構(gòu)形成物用作所得的多孔低k膜的主干。許多不同的