低k电介质膜的形成的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及半导体加工领域，更具体涉及低k电介质膜的形成。
【背景技术】
[0002] 随着集成电路（1C)特征尺寸的减小，增加的电阻和电阻-电容（RC)耦合的问题 抵消了小器件尺寸得到的任何速度优势，从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导电性金属，例如，铜，并且采用低介电常数（低k)材料。
[0003] 低k材料是介电常数（k)低于二氧化硅Si02的介电常数（k)(即，3. 9)的半导体 等级的绝缘材料。由于越来越先进的技术需求，使用了 k小于2. 5的超低k电介质（ULK) 材料。ULK电介质可以通过在低k电介质中并入空隙从而形成多孔电介质材料来获得。ULK 电介质的应用包括后段制程（BE0L)夹层电介质（ILD)。
【发明内容】
[0004] 本文公开的方法的一个方面涉及一种形成多孔电介质膜的方法。所述方法涉及提 供包括电介质基质和成孔剂的前体膜并且使所述前体膜暴露于从包含还原剂和弱氧化剂 的工艺气体产生的下游等离子体以去除成孔剂并且形成多孔电介质膜。在一些实施例中， 所述多孔电介质膜可以暴露于紫外线辐射以增加交联。这种暴露可以涉及暴露于一种或多 种发射光谱。例如，在一些实施例中，所述多孔电介质膜暴露于第一发射光谱，然后使暴露 的膜暴露于第二发射光谱，其中所述第一和第二发射光谱不同。
[0005] 弱氧化剂的实例包括二氧化碳、水、甲醇、乙醇、异丙醇和它们的组合。还原剂的实 例包括分子氢气、氨气、乙酸、甲酸和它们的组合。在一些实施例中，所述还原剂是分子氢气 并且所述弱氧化剂是二氧化碳。在一些实施例中，弱氧化剂：还原剂的体积流量的比例是 1 :1或更大。在一些实施例中，弱氧化剂：还原剂的体积流量的比例在1 :1至2 :1之间。
[0006] 在一些实施例中，所述等离子体可以由电感耦合等离子体发生器产生。自由基物 质在所述下游等离子体中可以是主要的。在一些实施例中，用于产生所述下游等离子体的 功率在约1. 〇瓦特至1. 8瓦特每平方厘米上面设有所述前体膜的衬底的表面积之间。
[0007] 本公开的另一个方面是一种用于形成多孔电介质膜的设备。所述设备可以包括： 加工室；衬底支撑件，其用于在所述加工室中保持衬底；所述衬底支撑件上方的远程等离 子体源；所述远程等离子体源与所述衬底支撑件之间的喷头；以及具有执行以下操作的指 令的控制器：(a)接收包括前体膜的衬底，所述前体膜包括电介质基质和成孔剂；(b)使还 原剂和弱氧化剂气体进入所述远程等离子体源中；（c)给所述远程等离子体发生器施加功 率以从所述还原剂和弱氧化剂气体产生等离子体物质；（d)引导包含弱氧化剂和还原剂物 质的远程等离子体物质穿过所述喷头；以及（e)使衬底暴露于（c)中的所述远程等离子体 物质。
[0008] 在一些实施例中，所述控制器包括使所述还原剂和氧化剂气体进入所述远程等离 子体发生器中的指令，弱氧化剂：还原剂的体积流量的比例在1 :1至2 :1之间。在一些实 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衬底的表面积之间的功 率。所述设备可以进一步包括紫外线固化室。在一些实施例中，所述控制器包括在（e)之 后使所述衬底暴露于紫外线辐射的指令。所述控制器可以包括使所述多孔电介质膜暴露于 第一发射光谱、然后使所述多孔电介质膜暴露于第二发射光谱的指令，其中所述第一和第 二发射光谱不同。
[0009] 以下参照附图描述这些和其他方面。
【附图说明】
[0010]图1是描绘了从电介质前体膜去除成孔剂的方法的一实例的工艺流程图。
[0011] 图2是描绘了形成低k电介质膜的方法的实例的工艺流程图。
[0012] 图3是随以下变量变化的使用C02/H2等离子体处理的成孔剂去除和损坏的单变量 图：射频功率、〇)2与总气流比例以及基座温度。
[0013] 图4示出了 SiCH3交联与灯泡B的固化时间的关系曲线以及与灯泡AB的固化时 间的关系曲线。
[0014] 图5a不出了具有加工室的等尚子体设备的剖视不意图的实例。
[0015] 图5b示出了具有加工室的紫外线设备的剖视示意图的实例。
[0016] 图6示出了布置等离子体设备和紫外线固化设备的框图的实例。
【具体实施方式】
[0017] 在以下说明中，阐述了多个具体细节以便提供对本发明的透彻理解，这些细节属 于在衬底上形成多孔电介质材料期间的成孔剂去除。本发明的实现方式可以在不具有这些 具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他实例中，未详细描述公知的方法操作以便 不会不必要地模糊说明书。尽管将会结合具体实施例描述本公开的主题，但是应当理解，这 些实施例并不旨在限制这些实施例的公开范围。
[0018] 对于许多实施例，衬底是半导体晶片。本文中讨论的半导体晶片是在集成电路的 生产中的各种制造/制备状态中的任意状态下的半导体衬底。要指出的是，本文公开的方 法和设备不限于半导体晶片。例如，这些方法和设备可以用于制备或处理介孔分子筛。
[0019] 本文所述的方法涉及通过电介质前体层形成低k电介质材料，该电介质前体层包 含成孔剂以及形成在成孔剂周围区域中的电介质基质。从前体层去除成孔剂以形成低k电 介质层。在前体层内，成孔剂留在随后在最终电介质层中变成空隙位置的位置处。从而， 成孔剂和电介质基质通常作为前体层内的单独的相存在。在一定程度上，成孔剂限定了孔 隙度、空隙体积、弯曲度以及表征最终的低k电介质材料的孔形貌的其他参数。在一些情况 下，在去除成孔剂之前设定孔形貌。在其他情况下，在成孔剂去除工艺中设定孔形貌。另外， 在成孔剂去除工艺之前亦或期间，电介质基质可以呈现其最终成分和结构。在替代方法中， 以两阶段工艺单独沉积结构形成物和成孔剂。例如，在一些介孔膜中，模板形成前体、溶剂 和催化剂通过旋涂或印刷方法来混合和涂覆以在第一工艺阶段中形成模板，然后在第二工 艺步骤，例如，在超临界输注中，在形成的模板上引入硅形成前体到聚合物基质中。根据涂 覆的情况，在一些实例中，前体膜的厚度可以在约10纳米与3微米的范围内。
[0020] -般来讲，成孔剂是限定电介质基质中的空隙区的任何可去除材料。成孔剂不包 括能够从前体膜上去除的结构形成物主干上的小的有机端基，尽管这些有机端基优选为不 去除。
[0021] 在有序多孔或介孔电介质基质的情况下，成孔剂通常称为"模板"。在许多情况下， 成孔剂是或包括有机材料。
[0022] 在一些情况下，成孔剂随机分布在整个前体膜上，并且在其他情况下，成孔剂在整 个膜的重复结构中是有序的。一种类型的有序成孔剂，例如，是具有分离成单独的相的不同 化学成分的嵌段共聚物（例如，聚环氧乙烷（ΡΕ0)和聚环氧丙烷（ΡΡ0))。本文中的讨论通 常指的是成孔剂和成孔剂材料，并且旨在包括任何类型的有序或无序、有机或无机的成孔 剂，除非另外指明。
[0023] 通常情况下，成孔剂是烃类。下面是可能合适的前体膜的不全面的列表（按照成 孔剂分子的类型列举）。"低温成孔剂"在约200°C以下沉积，而"高温成孔剂"在约200Γ 以上沉积。
[0024] -类成孔剂是多官能团环状非芳族化合物，例如α -萜品烯（ATRP)。合适的α -萜 品烯衍生物包括，例如，α-萜品烯本身、经取代的α-萜品烯和包含α-萜品烯核的多 环化合物。其他化合物包括官能团，例如-CH = CH2、-CH = CH-、-C三CH、-C三c-、-C = 0、-0CH3。这些化合物之一的实例是1，2, 3, 4-四甲基-1，3-环戊二烯（TMCP) (C9H14)。三维 多环化合物，例如，5-亚乙基-2-降冰片烯（ENB)也是合适的。可以使用的另一种ATRP化 合物是D-柠檬烯。
[0025] 在一些情况下，成孔剂和结构形成物留在同一化合物中。也就是说，成孔剂在包含 与用作成孔剂的部分共价键合的用作结构形成物的部分的化合物中是可去除的部分。名义 上讲，成孔剂部分是在所得的电介质膜中留下孔的大体积有机取代基。这些物质的实例是 有机硅烷，例如，^叔丁基硅烷，苯基^甲基硅烷，和烷氧基硅烷，例如，5- ( 二环庚烯基）甲 基二甲氧基硅烷（BMDS)和5-(二环庚烯基）三乙氧基硅烷（BTS) (SiCl303H24)。例如，这些 化合物可以通过使用例如CVD或旋涂方法来沉积。
[0026] 如所指出的那样，结构形成物用作所得的多孔低k膜的主干。许多不同的