利用掺氧净化气体提升超低k介电薄膜的uv固化效率的制作方法
利用掺氧净化气体提升超低k介电薄膜的uv固化效率的制作方法
【专利摘要】本发明的实施例提供在紫外线(UV)处理腔室内固化超低k介电薄膜的方法。在一个实施例中，该方法包括：在沉积腔室中在基板上沉积超低k介电层，以及在UV处理腔室中使该沉积的超低k介电层进行UV固化工艺。该方法包括：通过使氧气和净化气体以约1:50000至约1:100的流动速率流入该UV处理腔室来稳定该UV处理腔室。在该掺氧净化气体流动时，使该基板曝露于UV辐射，以固化该沉积的超低k介电层。本发明掺氧净化固化工艺提供了替代路径来建立超低k介电材料的硅-氧网络，从而加速交联效率，而且不会明显影响该沉积的超低k介电材料的膜性质。
【专利说明】利用掺氧净化气体提升超低K介电薄膜的UV固化效率
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例大体而言是关于使用紫外线（UV)能量在基板上处理超低k介电 膜。
【背景技术】
[0002] 具有低介电常数（低k)的材料（例如氧化硅（SiOx)、硅碳化物（SiC x)以及掺碳 硅氧化物（SiOCx))在半导体元件的制造中寻得极广泛的用途。使用低k材料作为导电内 连线之间的金属间及/或层间介电质减少因电容效应而生的信号传播的延迟。介电层的介 电常数愈低，则介电质的电容愈低，且集成电路（IC)的RC延迟愈少。
[0003] 目前的工作重点是集中在改良k值小于2. 5的低k介电材料（通常被称为超低 k(ULK)介电质），以用于最先进的技术需求。超低k介电材料可例如通过以下方式获得：将 空气空隙并入低k介电质基质内，而产生多孔介电材料。制造多孔介电质的方法通常涉及 形成含有以下两个成分的"前体膜":成孔剂（通常是有机材料，例如烃）及结构形成物或 介电材料（例如含硅材料）。一旦前体膜形成在基板上，则可以使用热工艺（例如紫外线 (UV)固化工艺）去除成孔剂成分，而留下结构完整的多孔介电质基质或氧化物网络。UV固 化工艺也通过使基质交联（例如掺碳硅氧化物中的Si-O-Si或Si-C-Si链）来强化膜，而 产生机械性和化学性皆更强的低-k膜。
[0004] 从前体膜去除成孔剂的技术包括例如加热基板到足以分解和汽化有机成孔剂的 温度的热工艺。一种从前体膜去除成孔剂的习知热工艺包括在CVD氧化硅膜的后处理中辅 助的UV固化工艺。然而，光学元件的各个曝露表面（例如以石英为主的真空窗或设置在紫 外线处理腔室中的喷洒头）都会变成涂覆有以有机物为主的残余物（来自成孔剂前体），而 需要定期清洗。总体而言，固化工艺产量（每小时处理的基板数量）是由固化、清洗及基板 传送所需的时间来决定。任何这些步骤的最佳化皆可提高UV工艺的效率，而这也提高了整 体设备的制造效率。
[0005] 因此，存在有提高紫外线效率同时保持沉积的超低k介电材料的膜性质的需求。
【发明内容】
[0006] 本发明的实施例大体而言提供一种在UV处理腔室内固化超低k介电薄膜的改良 方法。本发明的方法通过在UV固化工艺过程中使用掺氧净化气体而有利地缩短了沉积的 超低k介电薄膜的UV固化时间。在一个实施例中，该方法包括以下步骤：在沉积腔室中在 基板上沉积超低k介电层，以及在紫外线（UV)处理腔室中使该沉积的超低k介电层进行致 密化工艺。该致密化工艺包括以下步骤：通过使净化气体和氧气流入该UV处理腔室来稳定 该UV处理腔室，其中该氧气以约Isccm至约500sccm的流动速率流入该UV处理腔室；使该 沉积的超低k介电层曝露于UV辐射；终止该氧气的流动，同时仍使该净化气体流入该UV处 理腔室，并且关闭或仍开启UV辐射；及从该UV处理腔室抽出残余物。
[0007] 在另一个实施例中，提供一种在紫外线（UV)处理腔室中处理基板的方法。该方法 包含以下步骤：在沉积腔室中在基板上沉积低k介电层；以及在UV处理腔室中在掺氧净化 环境下使该沉积的低k介电层曝露于UV辐射，以促进该沉积的低k介电层的背面骨干结构 基质的交联工艺。该低k介电层为多孔的、基于硅的介电材料，例如掺碳且具有Si-O-Si键 背面骨干结构基质的硅氧化物。该方法进一步包括以下步骤：使包含氦气和氩气的净化气 体流入该UV处理腔室。在一个实例中，将氧气和净化气体以约1:32000至约1:50或更宽 范围（例如1:50000至约1:100)的流动速率引入该UV处理腔室。
[0008] 在又另一个实施例中，提供一种处理基板的方法。该方法包括以下步骤：在沉积 腔室中在基板上沉积超低k介电层，该超低k介电层具有小于约2. 5的介电常数；传送该 基板进入紫外线（UV)处理腔室；使包含氦气、氩气和氧气的净化气体流入该UV处理腔 室，其中该氦气以约16000sccm或更小的流动速率（例如约15000sccm)流动，该氩气以 约16000sccm或更小的流动速率（例如约15000sccm)流动，以及该氧气以约Isccm至约 50〇 SCCm的流动速率流动；使该沉积的超低k介电层曝露于UV辐射；关闭UV辐射；终止该 氧气的流动，同时仍使氦气和氩气以约16000 SCCm或更小的流动速率（例如约15000SCCm) 流入该UV处理腔室；以及从该UV处理腔室抽出残余物和不要的产物。在一个实例中，该方 法可以进一步包括以下步骤：在90度和270度之间的不同周边位置及/或在0度和180度 之间的不同周边位置转动UV灯组件。或者，该UV灯可以保持静止，同时持续转动上面放置 基板的基板支座。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 为详细了解上述本发明的特征，可参照实施例及附图而对以上简单概述的本发明 作更特定的描述。然而应注意，【专利附图】
【附图说明】的只是本发明的典型实施例，因而不应将【专利附图】
【附图说明】 视为是对本发明范围作限制，因本发明可认可其他同样有效的实施例。
[0010] 图1为串联处理腔室的部分剖面图，该串联处理腔室具有盖体组件，且两个UV灯 泡分别设置于两个处理区域上方。
[0011] 图2为其中一个没有该盖体组件的处理腔室的一部分的示意性立体剖面图。
[0012] 图3为图2的处理腔室的示意性剖面图，以说明气流路径。
[0013] 图4图示依据本发明的一个实施例用于固化位于UV处理腔室内的低k介电层的 示例性工艺。
[0014] 图5为UV固化的、掺碳氧化硅膜的FTIR光谱间的差异，说明本发明使用掺氧 (5SCCm)的净化气体的UV固化工艺和习知使用无氧净化气体的UV固化工艺之间的主要键 结差异。
[0015] 图6图示使用习知的无氧UV固化工艺（BKM)沉积的掺碳氧化硅膜和使用本发 明以不同掺氧浓度运行氧气的UV固化工艺沉积的掺碳氧化硅膜之间，Si-H键吸收强度 (a. u.)为收缩率（％ )的函数的比较。
[0016] 图7图示使用习知的无氧UV固化工艺沉积的掺碳氧化硅膜和使用本发明以不同 掺氧浓度进行的UV固化工艺沉积的掺碳氧化硅膜之间，Si-O网状结构（network)对笼状 结构（cage)比率为收缩率（％)的函数的比较。
【具体实施方式】
[0017] 本发明的实施例大体而言提供一种在UV处理腔室内固化超低k介电薄膜的改良 方法。在一个实施例中，其中沉积的超低k介电薄膜为掺碳硅氧化物，将掺有少量氧的净化 气体引入在后续UV固化工艺过程中的UV处理腔室。氧可以作为催化剂，以提供替代路径 来连结超低k介电材料的网络，从而加速交联效率。本发明人已经观察到，本发明掺氧净化 固化工艺与习知的无氧UV固化工艺相比可以提高固化工艺效率达到35%，而不会明显影 响沉积的超低k介电材料的膜性质。
[0018] 示例性硬件
[0019] 图1图示可受益于本发明的例示性串联处理腔室100的剖面图。处理腔室100在 处理基板的腔室主体中提供两个分离且相邻的处理区域。处理腔室100具有盖体102、壳 体104和电源106。每个壳体104覆盖两个UV灯泡122中相应的一个，UV灯泡122分别 设置于主体162内界定的两个处理区域160上方。每个处理区域160包括加热基板支座， 如基板支座124,用于在处理区域160内支撑基板126。UV灯泡122发射UV光，UV光透过 窗108和喷洒头110被引导到位于每个处理区域内的每个基板上。基板支座124可以由陶 瓷或诸如铝的金属制成。基板支座124可以连接到杆128,杆128延伸穿过主体162的底 部，并由驱动系统130操作，以在处理区域160中朝向和远离UV灯泡122地移动基板支座 124。在固化过程中，驱动系统130也可以旋转及/或平移基板支座124,以进一步提高基板 的照明均匀度。例示性的串联处理腔室100可以被并入处理系统中，例如可向美国加州圣 克拉拉的应用材料公司（Applied Materials, Inc.，of Santa Clara, California)购得的 Producer?处理系统。可预期的是可在任何处理腔室中使用热、UV或等离子体能量来固化 沉积的介电薄膜以实施本发明。
[0020] UV灯泡122可以是发光二极管或灯泡的阵列，该发光二极管或灯泡是使用任何现 有技术的UV照明光源，包括但不限于微波电弧、射频灯丝（电容耦合等离子体）及电感耦 合等离子体（ICP)灯。在固化工艺的过程中可以将UV光脉冲化。增强基板照明均匀度的 各种概念包括使用灯阵列，也可以使用灯阵列来改变入射光的波长分布、基板和灯头的相 对运动（包括旋转和定期的平移（扫描））及实时修改灯反射体的形状及/或位置。UV灯 泡是一种紫外线辐射源，并可能发送宽波长光谱范围的UV和红外线（IR)辐射。
[0021] UV灯泡122发射的光可横跨从170nm到400nm的宽带波长。选择用于UV灯泡122 内的气体可以决定发射的波长。UV灯泡122发射的UV光藉由通过窗108和气体分散喷洒 头110而进入处理区域160,窗108和气体分散喷洒头110设置在盖体102的孔中。窗108 可由无 OH的合成石英玻璃制成，并且窗108具有足够的厚度，以保持真空而不会裂开。窗 108可以是传送低至约150nm的UV光的熔融硅石。喷洒头110可以由诸如石英或蓝宝石等 透明材料制成并位于窗108和基板支座124之间。由于盖体102与主体162密封且窗108 与盖体102密封，故处理区域160提供能够维持从约1托至约650托的压力的容积。处理 或清洗气体可以经由两个入口通道132中相应的一个进入处理区域160。然后处理或清洗 气体经由共同的出口端口 134离开处理区域160。
[0022] 每个壳体104包括与电源106相邻的孔115。外壳104可以包括由浇铸石英衬垫 136界定的内部抛物面，浇铸石英衬垫136上涂覆有分色膜。分色膜通常构成周期性的多层 膜，且该多层膜由具有交替的高和低折射率的不同介电材料所组成。因此，石英衬垫136可 以传送红外光并反射从UV灯泡122发射的UV光。通过移动和改变内部抛物面的形状，石 英衬垫136可以调整到更好地适配每个工艺或任务。
[0023] 图2图示其中一个处理腔室200的一部分的示意性立体剖面图，处理腔室200可 以单独使用或取代串联处理腔室100的任何一个处理区域而使用。图2中图示的硬件的设 计使得正在UV腔室、灯加热腔室或其他腔室中进行处理的整个基板126上能够有特定的气 流曲线分布，在该等腔室中使用光能量直接在基板126上或在基板126上方处理薄膜或催 化反应。
[0024] 窗组件位在处理腔室200内，以夹持第一窗，如UV真空窗212。窗组件包括真空 窗夹210,真空窗夹210可以直接或间接置于部分的主体162 (图1)上并支撑真空窗212， 来自UV灯泡122的UV光可以通过真空窗212。真空窗212通常位于UV辐射源（如UV灯 泡122)和基板支座124之间。可以由各种透明材料（如石英或蓝宝石）形成的喷洒头214 位在处理区域160内，且在真空窗212和基板支座124之间。透明的喷洒头214形成第二 窗，UV光可以通过该第二窗而到达基板126。透明的喷洒头界定介于真空窗212和透明喷 洒头214之间的上处理区域220,并进一步界定介于透明喷洒头214与基板支座（如基板支 座124)之间的下处理区域222。透明的喷洒头214还具有介于上处理区域220和下处理区 域222之间的一或多个通道216。通道216的尺寸和密度可以是均匀的或者非均匀的，以在 整个基板表面实现所需的流动特性。通道216可以具有均匀的流动曲线，其中在整个基板 126上每个径向区域的流量是均匀的，或者气流可以优先到达基板126的中心或边缘。
[0025] 可以在透明喷洒头214和真空窗212的正面及/或背面涂覆带通滤波器，并改善 所需波长的传输或改善基板的照射曲线。例如，可以将抗反射涂（ARC)层沉积在透明喷洒 头214和真空窗212上，以改善所需波长的传输效率。沉积ARC层的方式可以使在径向方向 上在透明喷洒头214和真空窗212的边缘的反射涂层厚度相对比在中心区域的更厚，使得 设置在真空窗212和透明喷洒头214下方的基板周围可以接收比中心更高的UV照射。ARC 涂层可以是复合层，该复合层具有一或多个形成于真空窗212和透明喷洒头214的表面上 的层。可以基于UV辐射的入射角、波长及/或照射强度订制反射涂层的组成和厚度。进一 步将ARC层的更详细说明/效益描述在由Baluja等人在2011年11月21日申请的、共同 转让的美国专利申请案序号第13/301，558号中，以引用方式将该专利申请案的全部内容 并入本文中。
[0026] 由氧化铝制成的气体分配环224位在处理区域160内邻近UV腔室的侧壁。气体 分配环224可以是单一的器件，或者可以包括气体入口环223和基座分配环221，基座分配 环221具有一或多个气体分配环通道226。气体分配环224设以大体上围绕真空窗212的 周边。气体入口环223可以与基座分配环221结合而一起界定气体分配环内部通道228。 气体供应源242 (图3)被连接到一或多个气体入口（未图示），该气体入口形成于气体入口 环223的表面中，气体可以经由气体入口环223进入气体分配环内部通道228。该一或多 个气体分配环通道226将气体分配环内部通道228与上处理区域220连接，而在内部通道 228和透明喷洒头214上方的处理区域220之间形成气流路径。
[0027] 气体出口环230位于气体分配环224下方，而且可以至少部分地在处理区域160 内的透明喷洒头214下方。气体出口环230设以围绕透明喷洒头214周边，并具有一或多 个气体出口通道236,气体出口通道236连接气体出口环内部通道234和下处理区域222， 而在下处理区域222和气体出口环内部通道234之间形成气流路径。气体出口环230的一 或多个气体出口通道236至少部分地设置于透明喷洒头214下方。
[0028] 图3绘示图2的处理腔室200的示意性剖面图，以说明气流路径。如箭头302所 指示，可将诸如碳基前体、硅基前体、硅烷化剂或其他气体类型的处理气体经由透明喷洒头 214注入并均匀地填满真空窗212和透明喷洒头214之间的上处理区域220,可以将基板 126设置在基板支座124上，而使该等气体从透明喷洒头214往下到达基板。气流从上方洗 过整个基板126、同心地向外扩散、并经由气体出口通道236离开下处理区域222。然后气 体从下处理区域222喷出、进入气体出口环内部通道234、并离开气体出口 238而进入气体 排出口 240且到达泵310。视喷洒头214中通道216的形状而定，可以控制整个基板126上 的气流曲线，以提供所需的均匀或非均匀分布。进一步将处理腔室200描述于由Baluja等 人在2011年9月29日提出申请的、共同转让的美国专利申请案序号第13/248,656号中， 以引用方式将该专利申请案的全部内容并入本文中。
[0029] 示例性固化工艺
[0030] 图4图示依据本发明的一个实施例用于固化位于UV处理腔室内的低k介电层的 示例性工艺400。该UV处理腔室可以是任何基于UV的腔室，例如在图1和图2中图示的处 理腔室100、200。应该注意的是，并无意图将图4中图示的步骤顺序限制为本文所述的发明 范围，因为在不偏离本发明的基本范围下可以添加、删除及/或重新排序一或多个步骤。还 注意到的是，本说明书中所讨论的处理参数是以直径300_的基板为基础。
[0031] 工艺400通过在沉积处理腔室中在基板上沉积低k介电层而开始于步骤402。该 低k介电层可以是任何习知的多孔、低k、基于硅的介电材料，且具有低于约3的k值。在一 个实施例中，该低k介电层为有机硅酸盐玻璃（OSG，亦习知为SiOCH)，且为含有碳和氢原子 的氧化娃。SiOCH可能具有在约2和3之间的k值，且可向应用材料（Applied Materials) 取得为Black Diamond II?。该低k介电层可以具有直径在约0.5nm至约20nm范围中的 微孔。可通过化学气相沉积（CVD)、等离子体增强化学气相沉积（PECVD)或任何其它适当的 沉积技术沉积该低k介电层。
[0032] 在步骤404中，将基板转移到UV处理腔室，并使净化气体流入该UV处理腔室，以 稳定该UV处理腔室中的压力/工艺条件。净化气体的流动也可以从设置在该UV处理腔室 中的光学组件的各个曝露表面去除有机类的残余物，该光学组件例如基于石英的真空窗或 喷洒头。可以使该净化气体以上面参照图3所描述的方式流入该UV处理腔室。在一个实 施例中，该净化气体可以包括氦气、氩气、氮气、上述气体的组合或任何适当的惰性气体。在 一个实例中，该净化气体包括氦气和氩气。该净化气体可以包括少量（例如约l_500sccm) 的掺杂剂元素，以在后续的UV固化工艺过程中促进沉积的超低k介电层的背面骨干结构基 质的交联工艺，如以下将更详细讨论者。该掺杂剂元素可以包括但不限于氧、氢、臭氧或二 氧化碳。在一个实例中，该净化气体包括氧作为掺杂剂元素。虽然这里不作讨论，但可预期 的是，也可以使用任何其他能够与在沉积的超低k介电层中的组成元素反应的元素。
[0033] 在该净化气体含有氦气、氩气及氧气的情况中，可以在稳定过程中经由UV透明气 体分配喷洒头（在图2中图示为214)以约4000sccm至约30000sccm(例如约lOOOOsccm 至约24000sccm，例如约12000sccm至约16000sccm)的流速将氦气引入该UV处理腔室，可 以以约 4000sccm 至约 30000sccm(例如约 lOOOOsccm 至约 24000sccm，例如约 12000sccm 至约16000sccm)的流速将氩气引入该UV处理腔室，以及可以以约Isccm至约500sccm(例 如约Isccm至约30sccm，例如约2sccm至约8sccm，约5sccm至约12sccm，约8sccm至约 14sccm，约 Ilsccm 至约 18sccm，约 14sccm 至约 20sccm，约 17sccm 至约 24sccm，约 20sccm 至约26sccm，或约23sccm至约29sccm)的流速将氧气引入该UV处理腔室。如本揭示中所 描述的流速是基于直径300_的基板。注意到的是，流速可以根据基板的大小而有所不同。
[0034] 在各种实施例中，该掺杂剂元素与该净化气体的比例可以在约1:30000和约1:50 之间，例如在约1:6400和约1:300之间，例如约1:3200至约1:1060,例如1:1600,可以取 决于应用和硬件设计而有所不同。稳定可以在约10秒和约15秒之间进行，使用保持在约 300°C至约450°C的基板温度，例如约380°C至约385°C，以及约2托至约10托的腔室压力， 例如约5托至约6托。
[0035] 在步骤406中，开启紫外线辐射源（例如图1中图示的UV灯泡122)，并使基板曝 露于紫外线辐射，以固化和致密化沉积的超低k介电层。在此UV固化工艺过程中，该净化 气体（即氦气、氩气及氧气）可以在与先前步骤相同的流速下持续流入该UV处理腔室。因 此，该UV固化工艺是在氦气、氩气及氧气的氛围下进行。本发明人已经确定，以能够与沉积 的超低k介电层中的组成元素反应的元素掺杂该净化气体提供了沉积的超低k介电层的背 面骨干结构基质在UV固化工艺的过程中交联的替代路径，进而加速沉积的超低k介电层的 交联效率。
[0036] 在沉积的超低k介电层为SiOCH的情况下，该低k介电层含有的Si-O-Si结构基 质可以具有许多终端基团，例如附接于Si-O-Si基质的自由甲基（-CH3)或乙基（-C 2H5)基 团。在这种情况下，据信该净化气体中的氧气可以经由笼状Si-O结构到网状Si-O结构的 转化而促进Si-O-Si的交联工艺。在该净化气体中加入氧气也增加了沉积的超低k介电层 中的Si-0、C-H及Si-CH^，导致沉积的超低k介电层中的Si-H和Si-C键减少（如图5 所验证）。如下表1所示，已证明的是，在沉积的超低k介电层中促进Si-O-Si结构基质的 交联可以通过在该净化气体中使用多达30sccm的氧气而导致UV固化时间减少高达35%。 因此，增加了生产产量。虽然具有改良的产量和一些结构上的改变，但与现存使用习知上不 含氧气的净化气体固化的、掺碳氧化物膜（例如Black Diamond?系列）相比，沉积的超低 k介电薄膜的膜性质（例如收缩率和折射率）大致上仍保持不变。
[0037] 表 1
【权利要求】
1. 一种在紫外线扣V)处理腔室中处理基板的方法，包含W下步骤： 在沉积腔室中在基板上沉积低k介电层；W及 在UV处理腔室中在渗氧净化气体环境下使所述沉积的低k介电层曝露于UV福射，W 促进所述沉积的低k介电层的背面骨干结构基质的交联工艺。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述渗氧净化气体W能够增加所述沉积的低k介电 层中的C-H、Si-CH3及Si-0键结同时减少所述沉积的低k介电层中的Si-H和Si-c键结的 浓度流入所述UV处理腔室。
3. 如权利要求2所述的方法，其中所述渗氧净化气体包含氧气和含有氮气和氣气的净 化气体。
4. 如权利要求3所述的方法，其中所述氧气和所述净化气体W约1:50000至约1:100 的流动速率引入所述UV处理腔室。
5. -种处理基板的方法，包含W下步骤： 在沉积腔室中在基板上沉积超低k介电层，所述超低k介电层具有小于约2. 5的介电 常数，所述基板由基板支座支撑；W及 在UV处理腔室中使所述沉积的超低k介电层进行紫外线扣V)固化工艺，包含： 通过使净化气体和氧气流入所述UV处理腔室来稳定所述UV处理腔室，其中对于直径 300mm的基板，所述氧气W约1. Osccm至约500sccm的流动速率流入所述UV处理腔室； 使所述沉积的超低k介电层曝露于UV福射； 终止所述氧气的流动，同时仍使所述净化气体流入所述UV处理腔室，并且关闭或仍开 启UV福射；及 从所述UV处理腔室抽出残余物和不要的产物。
6. 如权利要求5所述的方法，其中所述超低k介电层包含渗碳娃氧化物。
7. 如权利要求5所述的方法，其中所述净化气体包含氮气、氣气、氮气或上述气体的组 合。
8. 如权利要求7所述的方法，其中所述氧气和所述净化气体W约1:50000至约1:100 的流动速率引入所述UV处理腔室。
9. 如权利要求5所述的方法，其中所述沉积的超低k介电层曝露于UV强度为约lOOmW/ cm2至约2000mW/cm 2的UV福射持续约2秒至约20分钟。
10. 如权利要求5所述的方法，进一步包含W下步骤： 在90度和270度之间的不同周边位置转动UV源。
11. 如权利要求5所述的方法，进一步包含W下步骤： 在0度和180度之间的不同周边位置转动UV源。
12. 如权利要求5所述的方法，进一步包含W下步骤： 在所述UV固化工艺过程中使所述氧气和所述净化气体只流动一段短的时间，同时持 续转动所述基板支座。
13. -种处理基板的方法，包含W下步骤： 在沉积腔室中在基板上沉积超低k介电层，所述超低k介电层具有小于约2. 5的介电 常数； 传送所述基板进入紫外线扣V)处理腔室； 使氧气和包含氮气和氣气的净化气体流入所述uv处理腔室； 使所述沉积的超低k介电层曝露于UV福射； 关闭UV福射或仍开启UV福射； 终止所述氧气的流动，同时仍使氮气和氣气流入所述UV处理腔室；W及 从所述UV处理腔室抽出残余物和不要的产物。
14. 如权利要求13所述的方法，其中所述超低k介电层包含渗碳娃氧化物。
15. 如权利要求13所述的方法，其中所述氧气和所述净化气体W约1:50000至约 1:100的流动速率引入所述UV处理腔室。
16. 如权利要求13所述的方法，进一步包含W下步骤：在工艺过程中在0度和270度 之间的不同周边位置转动UV源，或持续转动所述基板支座。
17. 如权利要求13所述的方法，进一步包含W下步骤： 传送所述基板离开所述UV处理腔室； 将含氧气体引入所述UV处理腔室的上处理区域，所述上处理区域位于透明窗和透明 喷洒头之间，所述透明窗和透明喷洒头安置于所述UV处理腔室内； 使所述含氧气体流经一或多个形成于所述透明喷洒头中的通道并进入下处理区域，所 述下处理区域位于所述透明喷洒头和基板支座之间，所述透明喷洒头和基板支座位于所述 UV处理腔室内； 使所述含氧气体曝露于UV福射，W产生反应性氧自由基；W及 使用所述反应性氧自由基从存在于所述UV处理腔室中的腔室组件的曝露表面移除不 要的残余物或沉积堆积。
18. 如权利要求17所述的方法，其中将含氧气体引入所述上处理区域进一步包含W下 步骤： 使所述含氧气体从气体分配环径向流入一或多个形成于所述透明喷洒头中的通道，所 述气体分配环设W围绕所述透明窗的周边。
19. 如权利要求18所述的方法，进一步包含W下步骤： 将所述含氧气体从所述下处理区径向逐入气体出口环，所述气体出口环设W围绕所述 透明喷洒头的周边。
20. 如权利要求17所述的方法，其中所述含氧气体包含臭氧（0 3)气、氧（〇2)气、一氧 化二氮（N20)、一氧化氮（NO)、一氧化碳（C0)、二氧化碳（C〇2)或上述气体的组合。
【文档编号】H01L21/3115GK104471688SQ201380038399
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年6月4日 优先权日:2012年6月25日
【发明者】M·查布拉, S·A·亨德里克森, S·巴录佳, 清原勉, J·C·罗查-阿尔瓦雷斯, A·T·迪莫斯 申请人:应用材料公司
【专利摘要】本发明的实施例提供在紫外线(UV)处理腔室内固化超低k介电薄膜的方法。在一个实施例中，该方法包括：在沉积腔室中在基板上沉积超低k介电层，以及在UV处理腔室中使该沉积的超低k介电层进行UV固化工艺。该方法包括：通过使氧气和净化气体以约1:50000至约1:100的流动速率流入该UV处理腔室来稳定该UV处理腔室。在该掺氧净化气体流动时，使该基板曝露于UV辐射，以固化该沉积的超低k介电层。本发明掺氧净化固化工艺提供了替代路径来建立超低k介电材料的硅-氧网络，从而加速交联效率，而且不会明显影响该沉积的超低k介电材料的膜性质。
【专利说明】利用掺氧净化气体提升超低K介电薄膜的UV固化效率
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例大体而言是关于使用紫外线（UV)能量在基板上处理超低k介电 膜。
【背景技术】
[0002] 具有低介电常数（低k)的材料（例如氧化硅（SiOx)、硅碳化物（SiC x)以及掺碳 硅氧化物（SiOCx))在半导体元件的制造中寻得极广泛的用途。使用低k材料作为导电内 连线之间的金属间及/或层间介电质减少因电容效应而生的信号传播的延迟。介电层的介 电常数愈低，则介电质的电容愈低，且集成电路（IC)的RC延迟愈少。
[0003] 目前的工作重点是集中在改良k值小于2. 5的低k介电材料（通常被称为超低 k(ULK)介电质），以用于最先进的技术需求。超低k介电材料可例如通过以下方式获得：将 空气空隙并入低k介电质基质内，而产生多孔介电材料。制造多孔介电质的方法通常涉及 形成含有以下两个成分的"前体膜":成孔剂（通常是有机材料，例如烃）及结构形成物或 介电材料（例如含硅材料）。一旦前体膜形成在基板上，则可以使用热工艺（例如紫外线 (UV)固化工艺）去除成孔剂成分，而留下结构完整的多孔介电质基质或氧化物网络。UV固 化工艺也通过使基质交联（例如掺碳硅氧化物中的Si-O-Si或Si-C-Si链）来强化膜，而 产生机械性和化学性皆更强的低-k膜。
[0004] 从前体膜去除成孔剂的技术包括例如加热基板到足以分解和汽化有机成孔剂的 温度的热工艺。一种从前体膜去除成孔剂的习知热工艺包括在CVD氧化硅膜的后处理中辅 助的UV固化工艺。然而，光学元件的各个曝露表面（例如以石英为主的真空窗或设置在紫 外线处理腔室中的喷洒头）都会变成涂覆有以有机物为主的残余物（来自成孔剂前体），而 需要定期清洗。总体而言，固化工艺产量（每小时处理的基板数量）是由固化、清洗及基板 传送所需的时间来决定。任何这些步骤的最佳化皆可提高UV工艺的效率，而这也提高了整 体设备的制造效率。
[0005] 因此，存在有提高紫外线效率同时保持沉积的超低k介电材料的膜性质的需求。
【发明内容】
[0006] 本发明的实施例大体而言提供一种在UV处理腔室内固化超低k介电薄膜的改良 方法。本发明的方法通过在UV固化工艺过程中使用掺氧净化气体而有利地缩短了沉积的 超低k介电薄膜的UV固化时间。在一个实施例中，该方法包括以下步骤：在沉积腔室中在 基板上沉积超低k介电层，以及在紫外线（UV)处理腔室中使该沉积的超低k介电层进行致 密化工艺。该致密化工艺包括以下步骤：通过使净化气体和氧气流入该UV处理腔室来稳定 该UV处理腔室，其中该氧气以约Isccm至约500sccm的流动速率流入该UV处理腔室；使该 沉积的超低k介电层曝露于UV辐射；终止该氧气的流动，同时仍使该净化气体流入该UV处 理腔室，并且关闭或仍开启UV辐射；及从该UV处理腔室抽出残余物。
[0007] 在另一个实施例中，提供一种在紫外线（UV)处理腔室中处理基板的方法。该方法 包含以下步骤：在沉积腔室中在基板上沉积低k介电层；以及在UV处理腔室中在掺氧净化 环境下使该沉积的低k介电层曝露于UV辐射，以促进该沉积的低k介电层的背面骨干结构 基质的交联工艺。该低k介电层为多孔的、基于硅的介电材料，例如掺碳且具有Si-O-Si键 背面骨干结构基质的硅氧化物。该方法进一步包括以下步骤：使包含氦气和氩气的净化气 体流入该UV处理腔室。在一个实例中，将氧气和净化气体以约1:32000至约1:50或更宽 范围（例如1:50000至约1:100)的流动速率引入该UV处理腔室。
[0008] 在又另一个实施例中，提供一种处理基板的方法。该方法包括以下步骤：在沉积 腔室中在基板上沉积超低k介电层，该超低k介电层具有小于约2. 5的介电常数；传送该 基板进入紫外线（UV)处理腔室；使包含氦气、氩气和氧气的净化气体流入该UV处理腔 室，其中该氦气以约16000sccm或更小的流动速率（例如约15000sccm)流动，该氩气以 约16000sccm或更小的流动速率（例如约15000sccm)流动，以及该氧气以约Isccm至约 50〇 SCCm的流动速率流动；使该沉积的超低k介电层曝露于UV辐射；关闭UV辐射；终止该 氧气的流动，同时仍使氦气和氩气以约16000 SCCm或更小的流动速率（例如约15000SCCm) 流入该UV处理腔室；以及从该UV处理腔室抽出残余物和不要的产物。在一个实例中，该方 法可以进一步包括以下步骤：在90度和270度之间的不同周边位置及/或在0度和180度 之间的不同周边位置转动UV灯组件。或者，该UV灯可以保持静止，同时持续转动上面放置 基板的基板支座。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 为详细了解上述本发明的特征，可参照实施例及附图而对以上简单概述的本发明 作更特定的描述。然而应注意，【专利附图】
【附图说明】的只是本发明的典型实施例，因而不应将【专利附图】
【附图说明】 视为是对本发明范围作限制，因本发明可认可其他同样有效的实施例。
[0010] 图1为串联处理腔室的部分剖面图，该串联处理腔室具有盖体组件，且两个UV灯 泡分别设置于两个处理区域上方。
[0011] 图2为其中一个没有该盖体组件的处理腔室的一部分的示意性立体剖面图。
[0012] 图3为图2的处理腔室的示意性剖面图，以说明气流路径。
[0013] 图4图示依据本发明的一个实施例用于固化位于UV处理腔室内的低k介电层的 示例性工艺。
[0014] 图5为UV固化的、掺碳氧化硅膜的FTIR光谱间的差异，说明本发明使用掺氧 (5SCCm)的净化气体的UV固化工艺和习知使用无氧净化气体的UV固化工艺之间的主要键 结差异。
[0015] 图6图示使用习知的无氧UV固化工艺（BKM)沉积的掺碳氧化硅膜和使用本发 明以不同掺氧浓度运行氧气的UV固化工艺沉积的掺碳氧化硅膜之间，Si-H键吸收强度 (a. u.)为收缩率（％ )的函数的比较。
[0016] 图7图示使用习知的无氧UV固化工艺沉积的掺碳氧化硅膜和使用本发明以不同 掺氧浓度进行的UV固化工艺沉积的掺碳氧化硅膜之间，Si-O网状结构（network)对笼状 结构（cage)比率为收缩率（％)的函数的比较。
【具体实施方式】
[0017] 本发明的实施例大体而言提供一种在UV处理腔室内固化超低k介电薄膜的改良 方法。在一个实施例中，其中沉积的超低k介电薄膜为掺碳硅氧化物，将掺有少量氧的净化 气体引入在后续UV固化工艺过程中的UV处理腔室。氧可以作为催化剂，以提供替代路径 来连结超低k介电材料的网络，从而加速交联效率。本发明人已经观察到，本发明掺氧净化 固化工艺与习知的无氧UV固化工艺相比可以提高固化工艺效率达到35%，而不会明显影 响沉积的超低k介电材料的膜性质。
[0018] 示例性硬件
[0019] 图1图示可受益于本发明的例示性串联处理腔室100的剖面图。处理腔室100在 处理基板的腔室主体中提供两个分离且相邻的处理区域。处理腔室100具有盖体102、壳 体104和电源106。每个壳体104覆盖两个UV灯泡122中相应的一个，UV灯泡122分别 设置于主体162内界定的两个处理区域160上方。每个处理区域160包括加热基板支座， 如基板支座124,用于在处理区域160内支撑基板126。UV灯泡122发射UV光，UV光透过 窗108和喷洒头110被引导到位于每个处理区域内的每个基板上。基板支座124可以由陶 瓷或诸如铝的金属制成。基板支座124可以连接到杆128,杆128延伸穿过主体162的底 部，并由驱动系统130操作，以在处理区域160中朝向和远离UV灯泡122地移动基板支座 124。在固化过程中，驱动系统130也可以旋转及/或平移基板支座124,以进一步提高基板 的照明均匀度。例示性的串联处理腔室100可以被并入处理系统中，例如可向美国加州圣 克拉拉的应用材料公司（Applied Materials, Inc.，of Santa Clara, California)购得的 Producer?处理系统。可预期的是可在任何处理腔室中使用热、UV或等离子体能量来固化 沉积的介电薄膜以实施本发明。
[0020] UV灯泡122可以是发光二极管或灯泡的阵列，该发光二极管或灯泡是使用任何现 有技术的UV照明光源，包括但不限于微波电弧、射频灯丝（电容耦合等离子体）及电感耦 合等离子体（ICP)灯。在固化工艺的过程中可以将UV光脉冲化。增强基板照明均匀度的 各种概念包括使用灯阵列，也可以使用灯阵列来改变入射光的波长分布、基板和灯头的相 对运动（包括旋转和定期的平移（扫描））及实时修改灯反射体的形状及/或位置。UV灯 泡是一种紫外线辐射源，并可能发送宽波长光谱范围的UV和红外线（IR)辐射。
[0021] UV灯泡122发射的光可横跨从170nm到400nm的宽带波长。选择用于UV灯泡122 内的气体可以决定发射的波长。UV灯泡122发射的UV光藉由通过窗108和气体分散喷洒 头110而进入处理区域160,窗108和气体分散喷洒头110设置在盖体102的孔中。窗108 可由无 OH的合成石英玻璃制成，并且窗108具有足够的厚度，以保持真空而不会裂开。窗 108可以是传送低至约150nm的UV光的熔融硅石。喷洒头110可以由诸如石英或蓝宝石等 透明材料制成并位于窗108和基板支座124之间。由于盖体102与主体162密封且窗108 与盖体102密封，故处理区域160提供能够维持从约1托至约650托的压力的容积。处理 或清洗气体可以经由两个入口通道132中相应的一个进入处理区域160。然后处理或清洗 气体经由共同的出口端口 134离开处理区域160。
[0022] 每个壳体104包括与电源106相邻的孔115。外壳104可以包括由浇铸石英衬垫 136界定的内部抛物面，浇铸石英衬垫136上涂覆有分色膜。分色膜通常构成周期性的多层 膜，且该多层膜由具有交替的高和低折射率的不同介电材料所组成。因此，石英衬垫136可 以传送红外光并反射从UV灯泡122发射的UV光。通过移动和改变内部抛物面的形状，石 英衬垫136可以调整到更好地适配每个工艺或任务。
[0023] 图2图示其中一个处理腔室200的一部分的示意性立体剖面图，处理腔室200可 以单独使用或取代串联处理腔室100的任何一个处理区域而使用。图2中图示的硬件的设 计使得正在UV腔室、灯加热腔室或其他腔室中进行处理的整个基板126上能够有特定的气 流曲线分布，在该等腔室中使用光能量直接在基板126上或在基板126上方处理薄膜或催 化反应。
[0024] 窗组件位在处理腔室200内，以夹持第一窗，如UV真空窗212。窗组件包括真空 窗夹210,真空窗夹210可以直接或间接置于部分的主体162 (图1)上并支撑真空窗212， 来自UV灯泡122的UV光可以通过真空窗212。真空窗212通常位于UV辐射源（如UV灯 泡122)和基板支座124之间。可以由各种透明材料（如石英或蓝宝石）形成的喷洒头214 位在处理区域160内，且在真空窗212和基板支座124之间。透明的喷洒头214形成第二 窗，UV光可以通过该第二窗而到达基板126。透明的喷洒头界定介于真空窗212和透明喷 洒头214之间的上处理区域220,并进一步界定介于透明喷洒头214与基板支座（如基板支 座124)之间的下处理区域222。透明的喷洒头214还具有介于上处理区域220和下处理区 域222之间的一或多个通道216。通道216的尺寸和密度可以是均匀的或者非均匀的，以在 整个基板表面实现所需的流动特性。通道216可以具有均匀的流动曲线，其中在整个基板 126上每个径向区域的流量是均匀的，或者气流可以优先到达基板126的中心或边缘。
[0025] 可以在透明喷洒头214和真空窗212的正面及/或背面涂覆带通滤波器，并改善 所需波长的传输或改善基板的照射曲线。例如，可以将抗反射涂（ARC)层沉积在透明喷洒 头214和真空窗212上，以改善所需波长的传输效率。沉积ARC层的方式可以使在径向方向 上在透明喷洒头214和真空窗212的边缘的反射涂层厚度相对比在中心区域的更厚，使得 设置在真空窗212和透明喷洒头214下方的基板周围可以接收比中心更高的UV照射。ARC 涂层可以是复合层，该复合层具有一或多个形成于真空窗212和透明喷洒头214的表面上 的层。可以基于UV辐射的入射角、波长及/或照射强度订制反射涂层的组成和厚度。进一 步将ARC层的更详细说明/效益描述在由Baluja等人在2011年11月21日申请的、共同 转让的美国专利申请案序号第13/301，558号中，以引用方式将该专利申请案的全部内容 并入本文中。
[0026] 由氧化铝制成的气体分配环224位在处理区域160内邻近UV腔室的侧壁。气体 分配环224可以是单一的器件，或者可以包括气体入口环223和基座分配环221，基座分配 环221具有一或多个气体分配环通道226。气体分配环224设以大体上围绕真空窗212的 周边。气体入口环223可以与基座分配环221结合而一起界定气体分配环内部通道228。 气体供应源242 (图3)被连接到一或多个气体入口（未图示），该气体入口形成于气体入口 环223的表面中，气体可以经由气体入口环223进入气体分配环内部通道228。该一或多 个气体分配环通道226将气体分配环内部通道228与上处理区域220连接，而在内部通道 228和透明喷洒头214上方的处理区域220之间形成气流路径。
[0027] 气体出口环230位于气体分配环224下方，而且可以至少部分地在处理区域160 内的透明喷洒头214下方。气体出口环230设以围绕透明喷洒头214周边，并具有一或多 个气体出口通道236,气体出口通道236连接气体出口环内部通道234和下处理区域222， 而在下处理区域222和气体出口环内部通道234之间形成气流路径。气体出口环230的一 或多个气体出口通道236至少部分地设置于透明喷洒头214下方。
[0028] 图3绘示图2的处理腔室200的示意性剖面图，以说明气流路径。如箭头302所 指示，可将诸如碳基前体、硅基前体、硅烷化剂或其他气体类型的处理气体经由透明喷洒头 214注入并均匀地填满真空窗212和透明喷洒头214之间的上处理区域220,可以将基板 126设置在基板支座124上，而使该等气体从透明喷洒头214往下到达基板。气流从上方洗 过整个基板126、同心地向外扩散、并经由气体出口通道236离开下处理区域222。然后气 体从下处理区域222喷出、进入气体出口环内部通道234、并离开气体出口 238而进入气体 排出口 240且到达泵310。视喷洒头214中通道216的形状而定，可以控制整个基板126上 的气流曲线，以提供所需的均匀或非均匀分布。进一步将处理腔室200描述于由Baluja等 人在2011年9月29日提出申请的、共同转让的美国专利申请案序号第13/248,656号中， 以引用方式将该专利申请案的全部内容并入本文中。
[0029] 示例性固化工艺
[0030] 图4图示依据本发明的一个实施例用于固化位于UV处理腔室内的低k介电层的 示例性工艺400。该UV处理腔室可以是任何基于UV的腔室，例如在图1和图2中图示的处 理腔室100、200。应该注意的是，并无意图将图4中图示的步骤顺序限制为本文所述的发明 范围，因为在不偏离本发明的基本范围下可以添加、删除及/或重新排序一或多个步骤。还 注意到的是，本说明书中所讨论的处理参数是以直径300_的基板为基础。
[0031] 工艺400通过在沉积处理腔室中在基板上沉积低k介电层而开始于步骤402。该 低k介电层可以是任何习知的多孔、低k、基于硅的介电材料，且具有低于约3的k值。在一 个实施例中，该低k介电层为有机硅酸盐玻璃（OSG，亦习知为SiOCH)，且为含有碳和氢原子 的氧化娃。SiOCH可能具有在约2和3之间的k值，且可向应用材料（Applied Materials) 取得为Black Diamond II?。该低k介电层可以具有直径在约0.5nm至约20nm范围中的 微孔。可通过化学气相沉积（CVD)、等离子体增强化学气相沉积（PECVD)或任何其它适当的 沉积技术沉积该低k介电层。
[0032] 在步骤404中，将基板转移到UV处理腔室，并使净化气体流入该UV处理腔室，以 稳定该UV处理腔室中的压力/工艺条件。净化气体的流动也可以从设置在该UV处理腔室 中的光学组件的各个曝露表面去除有机类的残余物，该光学组件例如基于石英的真空窗或 喷洒头。可以使该净化气体以上面参照图3所描述的方式流入该UV处理腔室。在一个实 施例中，该净化气体可以包括氦气、氩气、氮气、上述气体的组合或任何适当的惰性气体。在 一个实例中，该净化气体包括氦气和氩气。该净化气体可以包括少量（例如约l_500sccm) 的掺杂剂元素，以在后续的UV固化工艺过程中促进沉积的超低k介电层的背面骨干结构基 质的交联工艺，如以下将更详细讨论者。该掺杂剂元素可以包括但不限于氧、氢、臭氧或二 氧化碳。在一个实例中，该净化气体包括氧作为掺杂剂元素。虽然这里不作讨论，但可预期 的是，也可以使用任何其他能够与在沉积的超低k介电层中的组成元素反应的元素。
[0033] 在该净化气体含有氦气、氩气及氧气的情况中，可以在稳定过程中经由UV透明气 体分配喷洒头（在图2中图示为214)以约4000sccm至约30000sccm(例如约lOOOOsccm 至约24000sccm，例如约12000sccm至约16000sccm)的流速将氦气引入该UV处理腔室，可 以以约 4000sccm 至约 30000sccm(例如约 lOOOOsccm 至约 24000sccm，例如约 12000sccm 至约16000sccm)的流速将氩气引入该UV处理腔室，以及可以以约Isccm至约500sccm(例 如约Isccm至约30sccm，例如约2sccm至约8sccm，约5sccm至约12sccm，约8sccm至约 14sccm，约 Ilsccm 至约 18sccm，约 14sccm 至约 20sccm，约 17sccm 至约 24sccm，约 20sccm 至约26sccm，或约23sccm至约29sccm)的流速将氧气引入该UV处理腔室。如本揭示中所 描述的流速是基于直径300_的基板。注意到的是，流速可以根据基板的大小而有所不同。
[0034] 在各种实施例中，该掺杂剂元素与该净化气体的比例可以在约1:30000和约1:50 之间，例如在约1:6400和约1:300之间，例如约1:3200至约1:1060,例如1:1600,可以取 决于应用和硬件设计而有所不同。稳定可以在约10秒和约15秒之间进行，使用保持在约 300°C至约450°C的基板温度，例如约380°C至约385°C，以及约2托至约10托的腔室压力， 例如约5托至约6托。
[0035] 在步骤406中，开启紫外线辐射源（例如图1中图示的UV灯泡122)，并使基板曝 露于紫外线辐射，以固化和致密化沉积的超低k介电层。在此UV固化工艺过程中，该净化 气体（即氦气、氩气及氧气）可以在与先前步骤相同的流速下持续流入该UV处理腔室。因 此，该UV固化工艺是在氦气、氩气及氧气的氛围下进行。本发明人已经确定，以能够与沉积 的超低k介电层中的组成元素反应的元素掺杂该净化气体提供了沉积的超低k介电层的背 面骨干结构基质在UV固化工艺的过程中交联的替代路径，进而加速沉积的超低k介电层的 交联效率。
[0036] 在沉积的超低k介电层为SiOCH的情况下，该低k介电层含有的Si-O-Si结构基 质可以具有许多终端基团，例如附接于Si-O-Si基质的自由甲基（-CH3)或乙基（-C 2H5)基 团。在这种情况下，据信该净化气体中的氧气可以经由笼状Si-O结构到网状Si-O结构的 转化而促进Si-O-Si的交联工艺。在该净化气体中加入氧气也增加了沉积的超低k介电层 中的Si-0、C-H及Si-CH^，导致沉积的超低k介电层中的Si-H和Si-C键减少（如图5 所验证）。如下表1所示，已证明的是，在沉积的超低k介电层中促进Si-O-Si结构基质的 交联可以通过在该净化气体中使用多达30sccm的氧气而导致UV固化时间减少高达35%。 因此，增加了生产产量。虽然具有改良的产量和一些结构上的改变，但与现存使用习知上不 含氧气的净化气体固化的、掺碳氧化物膜（例如Black Diamond?系列）相比，沉积的超低 k介电薄膜的膜性质（例如收缩率和折射率）大致上仍保持不变。
[0037] 表 1
【权利要求】
1. 一种在紫外线扣V)处理腔室中处理基板的方法，包含W下步骤： 在沉积腔室中在基板上沉积低k介电层；W及 在UV处理腔室中在渗氧净化气体环境下使所述沉积的低k介电层曝露于UV福射，W 促进所述沉积的低k介电层的背面骨干结构基质的交联工艺。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述渗氧净化气体W能够增加所述沉积的低k介电 层中的C-H、Si-CH3及Si-0键结同时减少所述沉积的低k介电层中的Si-H和Si-c键结的 浓度流入所述UV处理腔室。
3. 如权利要求2所述的方法，其中所述渗氧净化气体包含氧气和含有氮气和氣气的净 化气体。
4. 如权利要求3所述的方法，其中所述氧气和所述净化气体W约1:50000至约1:100 的流动速率引入所述UV处理腔室。
5. -种处理基板的方法，包含W下步骤： 在沉积腔室中在基板上沉积超低k介电层，所述超低k介电层具有小于约2. 5的介电 常数，所述基板由基板支座支撑；W及 在UV处理腔室中使所述沉积的超低k介电层进行紫外线扣V)固化工艺，包含： 通过使净化气体和氧气流入所述UV处理腔室来稳定所述UV处理腔室，其中对于直径 300mm的基板，所述氧气W约1. Osccm至约500sccm的流动速率流入所述UV处理腔室； 使所述沉积的超低k介电层曝露于UV福射； 终止所述氧气的流动，同时仍使所述净化气体流入所述UV处理腔室，并且关闭或仍开 启UV福射；及 从所述UV处理腔室抽出残余物和不要的产物。
6. 如权利要求5所述的方法，其中所述超低k介电层包含渗碳娃氧化物。
7. 如权利要求5所述的方法，其中所述净化气体包含氮气、氣气、氮气或上述气体的组 合。
8. 如权利要求7所述的方法，其中所述氧气和所述净化气体W约1:50000至约1:100 的流动速率引入所述UV处理腔室。
9. 如权利要求5所述的方法，其中所述沉积的超低k介电层曝露于UV强度为约lOOmW/ cm2至约2000mW/cm 2的UV福射持续约2秒至约20分钟。
10. 如权利要求5所述的方法，进一步包含W下步骤： 在90度和270度之间的不同周边位置转动UV源。
11. 如权利要求5所述的方法，进一步包含W下步骤： 在0度和180度之间的不同周边位置转动UV源。
12. 如权利要求5所述的方法，进一步包含W下步骤： 在所述UV固化工艺过程中使所述氧气和所述净化气体只流动一段短的时间，同时持 续转动所述基板支座。
13. -种处理基板的方法，包含W下步骤： 在沉积腔室中在基板上沉积超低k介电层，所述超低k介电层具有小于约2. 5的介电 常数； 传送所述基板进入紫外线扣V)处理腔室； 使氧气和包含氮气和氣气的净化气体流入所述uv处理腔室； 使所述沉积的超低k介电层曝露于UV福射； 关闭UV福射或仍开启UV福射； 终止所述氧气的流动，同时仍使氮气和氣气流入所述UV处理腔室；W及 从所述UV处理腔室抽出残余物和不要的产物。
14. 如权利要求13所述的方法，其中所述超低k介电层包含渗碳娃氧化物。
15. 如权利要求13所述的方法，其中所述氧气和所述净化气体W约1:50000至约 1:100的流动速率引入所述UV处理腔室。
16. 如权利要求13所述的方法，进一步包含W下步骤：在工艺过程中在0度和270度 之间的不同周边位置转动UV源，或持续转动所述基板支座。
17. 如权利要求13所述的方法，进一步包含W下步骤： 传送所述基板离开所述UV处理腔室； 将含氧气体引入所述UV处理腔室的上处理区域，所述上处理区域位于透明窗和透明 喷洒头之间，所述透明窗和透明喷洒头安置于所述UV处理腔室内； 使所述含氧气体流经一或多个形成于所述透明喷洒头中的通道并进入下处理区域，所 述下处理区域位于所述透明喷洒头和基板支座之间，所述透明喷洒头和基板支座位于所述 UV处理腔室内； 使所述含氧气体曝露于UV福射，W产生反应性氧自由基；W及 使用所述反应性氧自由基从存在于所述UV处理腔室中的腔室组件的曝露表面移除不 要的残余物或沉积堆积。
18. 如权利要求17所述的方法，其中将含氧气体引入所述上处理区域进一步包含W下 步骤： 使所述含氧气体从气体分配环径向流入一或多个形成于所述透明喷洒头中的通道，所 述气体分配环设W围绕所述透明窗的周边。
19. 如权利要求18所述的方法，进一步包含W下步骤： 将所述含氧气体从所述下处理区径向逐入气体出口环，所述气体出口环设W围绕所述 透明喷洒头的周边。
20. 如权利要求17所述的方法，其中所述含氧气体包含臭氧（0 3)气、氧（〇2)气、一氧 化二氮（N20)、一氧化氮（NO)、一氧化碳（C0)、二氧化碳（C〇2)或上述气体的组合。
【文档编号】H01L21/3115GK104471688SQ201380038399
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年6月4日 优先权日:2012年6月25日
【发明者】M·查布拉, S·A·亨德里克森, S·巴录佳, 清原勉, J·C·罗查-阿尔瓦雷斯, A·T·迪莫斯 申请人:应用材料公司
相关技术
网友询问留言
已有0条留言
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！
1