改善多孔低k薄膜的机械强度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造工艺中的薄膜成形工艺，更具体的，本发明涉及一种改善多孔低k薄膜的机械强度的方法。
【背景技术】
[0002]在半导体工艺的范畴中，低k(low-k)材料通常是指介电常数比氧化硅的介电常数(3.9-4.1)更低的材料。典型的低k介电薄膜可具有小于3.5的介电常数。
[0003]一种类型的低k材料是多孔材料(例如多孔氧化硅)。由于材料中的孔洞具有低至I的介电常数，因此多孔材料整体的介电常数低于其基材的介电常数。孔洞越多，则介电常数被拉低越多。
[0004]图1示出根据现有技术的一种形成多孔低k薄膜的工艺。首先，通过适当的沉积方式得到电介质薄膜101。适当的沉积工艺可包括化学气相沉积(CVD)工艺、物理气相沉积(PVD)工艺、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺等。接下来，对沉积的电介质薄膜101进行UV固化，得到具多孔结构的低k薄膜102。UV是紫外光的缩写，通常定义为100-400nm混合波长的光。
[0005]从半导体制造工艺的角度来看，通过上述工艺所得的多孔低k薄膜所面临的一项挑战是:随着多孔性的增高，薄膜的机械强度会变差。机械强度的劣化会影响后续工艺所形成的结构(BE0L结构)，例如，多孔低k薄膜机械强度的劣化会影响CPI和接线粘合的效果。
[0006]现有技术(US6703324B2)尝试给出增强多孔低k薄膜的机械强度的方案。根据该文献记载的技术，在多孔介质的孔洞内加入第二种成分来增强其机械强度。由于要在独立的工艺步骤中引入新的成分，这种技术对多孔低k薄膜成形工艺进行了很复杂的改动。同时，由于多孔材料的孔洞被其他材料填充，因此牺牲了薄膜的总体介电常数。
[0007]业界需要一种更为简便且高效的增强多孔低k薄膜的机械强度的方案。
【发明内容】
[0008]如前文结合图1所述，现有技术通过UV固化工艺处理沉积的电介质薄膜以得到多孔结构。发明人发现，UV固化的作用至少包括:消除沉积的电介质薄膜中的有机物质，使电介质薄膜具有多孔特性；通过加强S1-O键的交联来增强机械强度。进一步研究发现，250-400nm范围的UV光给予3-5ev的能量，有利于消除有机物质(形成孔洞)，而100_200nm范围的UV光给予7-9ev的能量，有利于加强S1-O键的交联(加强机械强度)。
[0009]基于上述发现，发明人提出一种处理方法，将UV固化分阶段进行，首先用高波长范围(例如250-400nm)的UV光来消除电介质薄膜中的有机物质，然后用低波长范围(例如100-200nm)的UV光来增强机械强度。
[0010]根据本发明的一个方面，提出一种制作多孔低k薄膜的方法，包括:在半导体基片上沉积电介质薄膜；对经沉积的电介质薄膜进行分阶段UV固化，其中，所述分阶段UV固化至少包括:a)施加第一波长范围的UV固化以去除所述电介质薄膜中的有机成分；b)施加第二波长范围的UV固化以强化所述电介质薄膜的机械强度。
[0011]根据本发明的一个方面，前述方法中，所述第一波长范围是250-400nm。
[0012]根据本发明的一个方面，前述方法中，所述第一波长范围是300_400nm。
[0013]根据本发明的一个方面，前述方法中，所述第二波长范围是100_200nm。
[0014]根据本发明的一个方面，前述方法中，所述第二波长范围的UV固化增强所述电介质薄膜中的S1-O键交联。
[0015]根据本发明的一个方面，前述方法中，所述UV固化还包括:
[0016]步骤C)，施加第三波长范围的UV固化作为步骤a)和步骤b)之间的过渡处理，所述第三波长范围在第一波长范围和第二波长范围之间。
[0017]根据本发明的一个方面，前述方法中，所述第三波长范围是200_300nm。
[0018]根据本发明的一个方面，前述方法中，使用滤光器从混合波长UV光获得分阶段UV固化的各阶段所需UV光。
[0019]根据本发明的一个方面，前述方法中，
[0020]根据本发明的一个方面，提出一种制作多孔低k薄膜的方法，包括:在半导体基片上沉积电介质薄膜；对经沉积的电介质薄膜进行分阶段UV固化，其中，所述分阶段UV固化至少包括:施加300-400nm波长的UV固化；施加200_300nm波长的UV固化；以及施加100-200nm波长的UV固化。
[0021]根据本发明的一个方面，提出一种制作多孔低k薄膜的方法，包括:在半导体基片上沉积电介质薄膜；对经沉积的电介质薄膜进行分阶段固化处理，其中，所述固化处理包括:施加第一能量范围的固化处理以去除所述电介质薄膜中的有机成分；施加第二能量范围的固化处理以强化所述电介质薄膜中的机械强度。
[0022]根据本发明的一个方面，前述方法中，所述第一能量范围是3_5ev，所述第二能量范围是7_9ev。
[0023]根据本发明的一个方面，提出一种半导体结构，其特征在于，包括根据任一项前述方法制作的多孔低k薄膜。
[0024]根据本发明的一个方面，提出一种半导体器件，其特征在于，包括根据任一项前述方法制作的多孔低k薄膜。
[0025]本发明的技术效果至少包括:通过分阶段的固化处理改善了多孔低k材料的机械强度；此外，UV固化各个阶段的工艺条件(照射剂量、时间等)可根据质量需求来独立控制，实现更精细的工艺管理。
【附图说明】
[0026]为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其他优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。在附图中，相同的附图标记用于指代若干视图中的相同或类似的元件或功能，并且附图中元件并不一定彼此按比例绘制，个别元件可被放大或缩小以便在本描述的上下文中更容易理解这些元件。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。
[0027]图1示出根据现有技术的一种形成多孔低k薄膜的工艺。
[0028]图2示出根据本发明的实施例的用于形成多孔低k薄膜的一种工艺方法流程图。
[0029]图3示出根据本发明的实施例的用于形成多孔低k薄膜的另一工艺方法流程图。
[0030]图4示出根据本发明的实施例的用于形成多孔低k薄膜的另一工艺方法流程图。
【具体实施方式】
[0031]下面的详细描述参照附图，附图以例示方式示出可实践所要求保护的主题的特定实施例。充分详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员将该主题投入实践。要理解，各实施例尽管是不同的，但不一定是相互排斥的。例如，这里结合一个实施例描述的特定特征、结构或特性可在其它实施例中实现而不脱离所要求保护的主题的精神和范围。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解