[go: up one dir, main page]

TWI581331B - 降低多孔低ｋ膜的介電常數之方法 - Google Patents

降低多孔低ｋ膜的介電常數之方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI581331B
TWI581331B TW102120427A TW102120427A TWI581331B TW I581331 B TWI581331 B TW I581331B TW 102120427 A TW102120427 A TW 102120427A TW 102120427 A TW102120427 A TW 102120427A TW I581331 B TWI581331 B TW I581331B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
low
dielectric film
containing dielectric
lanthanum
exposing
Prior art date
Application number
TW102120427A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201405658A (zh
Inventor
陳勁文
徐瑾
任康樹
狄摩斯亞歷山卓Ｔ
Original Assignee
應用材料股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 應用材料股份有限公司 filed Critical 應用材料股份有限公司
Publication of TW201405658A publication Critical patent/TW201405658A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI581331B publication Critical patent/TWI581331B/zh

Links

Classifications

    • H10P50/242—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment
    • H10P72/0436—
    • H10P72/0462—
    • H10P95/00—
    • H10W20/072—
    • H10W20/081—
    • H10W20/095—
    • H10W20/096—
    • H10W20/46—
    • H10P14/665—
    • H10P14/6922—

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)

Description

降低多孔低K膜的介電常數之方法
本發明之具體實施例一般是關於用於降低半導體製造中所使用之低k介電質薄膜的介電常數之方法。
半導體製造中的介電質薄膜的介電常數(k)係隨著元件持續縮小而繼續降低。為能繼續降低特徵尺寸，使對低介電常數(低k)之薄膜的整合破壞達最小化是重要的。然而，隨著特徵尺寸縮減，介電質薄膜的阻抗性電容和可靠度的提升則變成一項重要挑戰。
包括例如碳摻雜之氧化物(CDO)之多孔的低k介電質薄膜在暴露於整合步驟(例如、但不限於拋光、蝕刻、灰化以及清潔)時，會受到對該等薄膜的鍵結結構之破壞。具有較高的k值的介電質薄膜比較能夠在接續的整合步驟中倖存；然而，隨著特徵尺寸縮減，一般都希望在最終薄膜中有較低的k值。舉例而言，對於鑲嵌製程而言，圖案化之低k介電質薄膜一般係填有銅，然後再進行化學機械平坦化(CMP)製程來平坦化銅薄膜。具有較高k值的介電質薄膜 係更為機械強健性且較能夠在CMP製程中存留而不受明顯破壞。反之，具有較低的介電常數之介電質薄膜則較不具機械強健性，並且會受到CMP製程明顯破壞。
因此，為能增進效率並得到更小的元件尺寸，需要一種用於降低介電質薄膜的k值之方法。
本發明之具體實施例一般是關於半導體製造中用於降低低k介電質薄膜的介電常數之方法。在一具體實施例中，一種用於降低低介電常數(k)之含矽介電質薄膜的介電常數之方法包括使多孔的低k之含矽介電質薄膜暴露於氫氟酸溶液，及接著使該低k之含矽介電質薄膜暴露於矽烷化作用劑。
在另一具體實施例中，提供一種用於降低低介電常數(k)之含矽介電質薄膜的介電常數(k)之方法。該方法包括使多孔的低k之含矽介電質薄膜暴露於氫氟酸溶液，使該低k之含矽介電質薄膜暴露於氣化之矽烷化作用劑，以及使該低k之含矽介電質薄膜暴露於紫外線(UV)固化製程。
100‧‧‧介電質薄膜
101‧‧‧結構
102‧‧‧孔洞
103‧‧‧受損孔洞
104‧‧‧特徵結構
106‧‧‧擴散阻障層
107‧‧‧金屬材料
200‧‧‧方法
210‧‧‧方塊
220‧‧‧方塊
230‧‧‧方塊
240‧‧‧方塊
250‧‧‧方塊
300‧‧‧處理腔室
301‧‧‧本體
302‧‧‧燈泡
303‧‧‧罩蓋
305‧‧‧外殼
306‧‧‧加熱座
308‧‧‧基板
310‧‧‧柄部
312‧‧‧驅動系統
313‧‧‧功率來源
314‧‧‧窗部
315‧‧‧孔口
316‧‧‧兩個入流口通道
317‧‧‧處理或清潔氣體
318‧‧‧共同出流口
320‧‧‧處理區域
為使本發明之上述記載特徵能夠被詳細理解，現將參照具體實施例(該等具體實施例中的部分係已說明於如附圖式中)來對上述簡要記載之本發明進行更具體描述。然應注意，如附圖式係僅說明本發明之典型具體實施例，因此不應被視為對本發明範疇之限制，因為本發明也允許其他的等效具體實施例。
第1A圖至第1D圖說明在根據本文所述之具體實施 例的各個處理階段中的介電質薄膜；第2圖為製程流程圖，該流程圖說明了根據本文所述之具體實施例的一種用於降低低k介電質薄膜的k值的方法；第3圖是可用於實施本文所述之具體實施例的一種例示處理腔室的截面圖。
為幫助理解，係已盡可能使用相同的元件符號來代表圖式間共同的相同元件。應知一個具體實施例的元件及/或製程步驟係可有利的併入其他具體實施例，而不需額外載述。
本發明的具體實施例一般是關於用於降低在半導體製造中所使用之低k介電薄膜的介電常數的方法。VLSI/ULSI需要使用具有顯著為低的介電常數之後端介電質。本文所述之具體實施例的一種可能應用為使介電質薄膜具有高介電常數(亦即，較少的碳)以於某些整合步驟中存留，並接著進行處理以具有增加之碳濃度(亦即，較低的k)。多孔的低k介電質薄膜之碳含量的微調則為另一項可能應用。
含有多孔的低k介電質薄膜(例如CDO)或多孔的低k介電質薄膜層之基板係浸泡於氫氟酸(HF)溶液中。相較於在HF暴露之前的低k介電質薄膜，氫氟酸會與多孔的低k介電質薄膜反應，以於該低k介電質薄膜中產生較高濃度之Si-OH官能基。接著以潤洗溶劑/溶液來潤洗該基板，然後使該基板乾燥。在HF暴露之後，基板係接著暴露於氣相或液相之矽烷化作用劑。矽烷化作用劑與多孔的低k介電質薄膜中 的Si-OH官能基反應，以增加低k介電質薄膜中的碳濃度。如果需要的話，潤洗並乾燥基板。該基板係同時暴露於矽烷化作用劑與UV光兩者。該基板係在暴露於矽烷化作用劑之後才暴露於UV光。由於增加之碳濃度，多孔的低k介電質薄膜之介電常數會比在HF暴露之前更低。在此，濃度指的是每單位體積的莫耳數。HF暴露製程可經定時以控制Si-OH官能基的量。此一控制係接著支配最終的碳濃度，並因而支配所產生的介電常數。
第1A圖說明了沉積在結構101上的介電質薄膜100。結構101係基板(例如矽晶圓)或是先前所形成的層(舉例而言，如金屬化或互連層)。該低k介電質薄膜100可為任何傳統的多孔、低k、以矽為基礎之介電質材料，該介電質材料具有的k值約為3或更低。例示的低k介電質薄膜包括：例如SiO2、SiOC、SiON、SiCOH、SiOCN以及其他的相關薄膜。在一具體實施例中，低k介電質薄膜係有機矽酸玻璃(OSG，也稱為SiCOH)，該有機矽酸玻璃係含有碳與氫原子之矽氧化物。SiCOH具有之k值係介於約2和3之間，且可從加州聖塔克萊應用材料公司取得(即「Black Diamond IITM」)。該低k介電質薄膜100具有形成於該薄膜中之孔洞102。這些孔洞可為奈米孔洞。奈米孔洞具有介於約0.5奈米至約20奈米之間的直徑。低k介電質薄膜可藉由電漿增強之化學氣相沉積(PECVD)製程或任何其他適合的沉積技術沉積而成。該低k介電質薄膜100係多孔的碳摻雜之氧化物(CDO)薄膜。該低k介電質薄膜100具有的k值係大於在 薄膜處理之後的介電質薄膜的k值。
第1B圖說明了在經過平坦化與蝕刻以於該低k介電質薄膜100中形成特徵結構104之後的低k介電質薄膜100。低k介電質薄膜100係藉由例如化學機械平坦化(CMP)製程而進行平坦化。低k介電質薄膜100係藉由遮蔽低k介電質薄膜100的一部分、使低k介電質薄膜100的未遮蔽部分與由氫氟酸(HF)蒸氣所形成之電漿接觸、並利用例如由氧(O2)氣體或CO2氣體所形成的電漿來灰化移除遮罩。在進行使用本文所述之具體實施例的任何處理步驟之後，低k介電質薄膜100的k值即會降低。
第1C圖說明了在擴散阻障層106沉積在低k介電質薄膜100的特徵結構104中及金屬材料107(舉例而言，例如銅或銅合金)沉積在特徵結構104中之後的低k介電質薄膜100。如第1D圖所示，需要平坦化該金屬材料107並自金屬材料107移除在平坦化期間所形成的任何氧化物。常見的金屬氧化物移除技術涉及了氫或氨電漿的使用。若該低k介電質薄膜100具有較低的k值時，平坦化及/或金屬氧化物移除製程便會破壞低k介電質薄膜100的表面。因此，低k介電質薄膜100在處理之前與處理期間需要具有比進行各種處理步驟後之介電質薄膜100的k值更高之k值。在進行了使用本文所述之k值降低製程的任何前述處理步驟之後，介電質薄膜100的k值即降低。
第2圖為製程流程圖，該流程圖說明了根據本文所述之具體實施例的一種用於降低低k介電質薄膜的k值之方 法200。在方塊210，將基板(該基板具有置於該基板上之低k介電質薄膜)定位於處理腔室中。基板與低k介電質薄膜係類似於第1A圖至第1D圖中所述之低k介電質薄膜100和結構101。低k介電質薄膜一般係具有初始k值，該初始k值高於在進行方法200之後的薄膜的最終k值。處理腔室係類似於第3圖中所述之處理腔室300。
在方塊220，基板係視需要而進行原位處理或在獨立處理腔室中進行處理，以利用任何適當的乾式或濕式蝕刻製程而於低k介電質薄膜中形成特徵結構，例如通孔及/或溝槽。留在基板上的任何遮罩材料及/或由蝕刻製程所產生的殘餘物係利用灰化製程或任何其他適當技術而於原位或在專用處理腔室中進行清除/移除。可用於形成特徵結構的其他整合製程包括平坦化製程、擴散阻障層沉積製程、金屬沉積製程及前述製程之組合。
在方塊230，低k介電質薄膜係暴露於氫氟酸(HF)溶液。氫氟酸溶液可為液相或氣相。氫氟酸溶液係稀釋之氫氟酸(DHF)溶液。氫氟酸溶液係緩衝的緩衝氫氟酸(BHF)或非緩衝的。用於緩衝HF之例示緩衝劑包括氟化銨(NH4F)。選擇氫氟酸溶液是因為相信氫氟酸溶液會使低k介電質薄膜中Si-O-Si鍵結網路的一部分斷裂而形成Si-OH鍵。在低k介電質薄膜中的Si-OH鍵將使額外的碳可插入低k介電質薄膜中，而導致低k介電質薄膜的k值降低。例如稀釋之氫氟酸溶液的濃度與低k介電質薄膜對稀釋之HF暴露的時間將影響Si-O-Si網路的斷裂數量。
低k介電質薄膜係被浸泡於稀釋之酸溶液中達例如約30秒至約800秒的時間。在某些具體實施例中，係將稀釋之酸溶液噴灑於低k介電質薄膜上。視情況者，在低k介電質薄膜暴露於氫氟酸溶液之後，利用例如去離子(DI)水之暴露後潤洗製程係可用以清潔基板表面。在視需要而進行之清潔製程之後係接以視需要之乾燥製程，該乾燥製程係使用該領域中所習知的乾燥方法。
氫氟酸溶液係氫氟酸(HF)之去離子水稀釋溶液。氫氟酸溶液係介於體積百分率為約0.1%至約100%之間的氫氟酸。氫氟酸溶液係形成為約氫氟酸體積百分率為約1%至約70%。氫氟酸溶液可包括體積百分濃度為約0.1%至約5%、例如體積百分濃度約0.5%至約1%之氫氟酸。氫氟酸之浸泡係在室溫下進行(例如約攝氏20度)。浸泡時間係依據氫氟酸濃度與需要的Si-O-Si鍵斷裂量而定。
在方塊230，低k介電質薄膜係暴露於矽烷化作用劑。在一具體實施例中，矽烷化製程係在UV基礎之處理腔室中進行，例如關於第3圖所討論之處理腔室300。矽烷化製程係用以恢復或修復在方塊220期間對該低k介電質薄膜所產生的至少部分破壞，同時於低k介電質薄膜中插入額外的碳而進一步降低低k介電質薄膜的k值。多孔的低k介電質薄膜100對矽烷化作用劑的暴露會將介電質薄膜100中的Si-OH基團轉化為疏水性基團，例如Si-O-Si(CH3)3基團。疏水性基團可幫助將水驅出介電質薄膜100的受損孔洞103。
低k介電薄膜100對矽烷化作用劑的暴露可在氣相 或液相中進行。氣相之矽烷化製程包括將低k介電質薄膜100與氣化之矽烷化作用劑接觸，以在上述低k介電質薄膜100中產生Si-O-Si(CH3)3基團。將矽烷化作用劑氣化可使矽烷化作用劑深層穿透至低k介電質薄膜100。矽烷化作用劑的例子包括六甲基二矽氮烷(HMDS)、四甲基二矽氮烷(TMDS)、三甲基氯矽烷(TMCS)、二甲基二氯矽烷(DMDCS)、甲基三氯矽烷(MTCS)、三甲基甲氧基矽烷(TMMS)(CH3-O-Si-(CH3)3)、二甲基二甲氧基矽烷(DMDMS)((CH3)2-Si-(OCH3)2)、甲基三甲氧基矽烷(MTMS)((CH3-O)3-Si-CH3)、苯基三甲氧基矽烷(PTMOS)(C6H5-Si-(OCH3)3)、苯基二甲基氯矽烷(PDMCS)(C6H5-Si(Cl)-(CH3)2)、二甲基胺基三甲基矽烷(DMATMS)((CH3)2-N-Si-(CH3)3)、雙(二甲基胺基)二甲基矽烷(BDMADMS)或其他包含Si、H及C的化合物。矽烷化作用劑可採取氣體或氣化液體蒸氣的形式。
氣相之矽烷化製程係藉由將低k介電質薄膜100置入處理腔室中、使矽烷化作用劑氣化以及使氣化之矽烷化作用劑流入處理腔室中而進行。矽烷化作用劑亦可替代地在處理腔室中被氣化。矽烷化作用劑係經由位於處理腔室的上部部分處之噴淋頭而被注入到處理腔室中。載氣(例如He、Ar、N2、H2及前述氣體之組合)係用以輔助矽烷化作用劑流入處理腔室中。此外，在氣相之矽烷化製程中添加觸媒(例如水)。氣相之矽烷化製程係在介於約50毫托耳至約500托耳(例如約200毫托耳至約6托耳)之處理腔室壓力下進行。在矽烷 化製程中，介電質薄膜會被加熱至介於約100℃至約400℃(例如介於約200℃至約390℃)之溫度。矽烷化作用劑的流量係介於1sccm至10000sccm之間，例如介於約100sccm至約2000sccm之間。矽烷化作用劑的流量係介於約400sccm至約2000sccm之間。矽烷化作用劑的流量矽介於約1mgm與10000mgm之間，例如介於約100mgm至約2000mgm之間。矽烷化作用劑的流量係介於1000mgm與2000mgm之間。視需要之載氣的流量係介於1sccm與10000sccm之間，例如約2000sccm至約3000sccm。視需要之載氣的流量係介於400sccm與2000sccm之間。氣相矽烷化的處理時間為約1分鐘至約10分鐘。處理腔室內的壓力可於氣相矽烷化製程中加以變化；舉例而言，該壓力可變化於50托耳與500托耳之間。
使受損的低k介電質薄膜暴露於氣化之矽烷化作用劑係可對受損薄膜補充碳，也可將額外的碳加至低k介電質薄膜中。舉例而言，含甲基或苯基之矽烷化作用劑係可與低k介電質薄膜中的Si-OH基團反應，以將親水性的Si-OH基團轉化為疏水性的Si-O-Si鍵(例如Si-O-Si(CH3)3或Si-O-Si(CH3)2-O-Si基團)。由於疏水性薄膜比親水性薄膜更不喜於保留水氣，因此水氣不會影響經處理之低k介電質薄膜的性質。因此，低k介電質薄膜的k值即可回復(亦即降低)。
在方塊250，視需要而使低k介電質薄膜暴露於紫外線固化製程。利用配置在UV透明氣體分佈噴淋頭與UV透明窗部上方之UV單元的UV能量，該低k介電質薄膜可在與 方塊240中所進行之k回復製程相同的處理腔室中進行固化。方塊250的UV固化製程係可於方塊240的製程之前進行、與方塊240的製程同時進行、在方塊240的製程之後進行或前述次序的任何組合。UV固化製程可藉由將該低k介電質薄膜100放置到處理腔室中並連接UV輻射來源以使該低k介電質薄膜100與UV輻射接觸而進行。舉例而言，該UV輻射來源係UV燈。UV輻射來源可置於處理腔室的外部，且該處理腔室係具有可讓UV輻射通過之石英窗部。該低k介電質薄膜100係置於惰性氣體環境中，舉例而言，如氦氣或氬氣。該處理腔室也可包含微波源，用以於使該低k介電質薄膜100暴露於UV輻射之前、或與該低k介電質薄膜100暴露於UV輻射同時，加熱該低k介電質薄膜100。UV固化製程也可利用電漿模擬UV輻射波長而進行。電漿可藉由對處理氣體(例如He、Ar、O2、N2或前述氣體之組合)耦接RF功率而形成。電漿係由遠端電漿源(RPS)形成，並且被傳送至該處理腔室。
該UV固化製程係在介於1托耳與100托耳之間(例如6托耳)的處理腔室壓力、介於20℃與400℃之間(例如385℃)的介電質薄膜溫度、介於8000sccm與24000sccm之間(例如16000sccm)的環境氣體流量、介於2000sccm與20000sccm之間(例如12000sccm)的處理氣體流量、介於50W與1000W之間(例如500W)的RF功率、RF功率頻率為13.56MHz、介於10秒與180秒之間(例如60秒)的處理時間、介於100W/m2與2000W/m2之間(例如1500W/m2)的UV輻照功率以及介於100nm與400nm間之UV波長下進 行。上述UV固化製程可有利地修復在特徵結構104的側壁中之受損孔洞103。
在一具體實施例中，UV固化溫度是從約100℃至約800℃，例如約400℃。UV固化時間為約10秒至約600秒。UV固化氣體係通過UV透明氣體分佈噴淋頭而流到處理腔室中。在一具體實施例中，惰性固化氣體(例如氦氣或氬氣)係以介於約1000sccm至約27000sccm的流量流至處理腔室中。
在另一具體實施例中，方塊240中的矽烷化製程與方塊250中的UV固化係可同時進行。在此情形中，UV單元係與矽烷化製程同時間開啟/關閉。在另一具體實施例中，方塊250中的UV固化是在方塊240中的矽烷化製程之前進行。在又一具體實施例中，方塊240中的矽烷化製程與方塊250中的UV固化係可交替地進行。舉例而言，可進行UV固化以移除表面/側壁的水分。接著進行矽烷化以恢復表面疏水性。然後進行UV固化來進一步恢復低k薄膜損害。在此情形中，矽烷化與UV固化係分別進行約15至約30秒。可推知矽烷化與UV固化製程的矽烷化作用劑流量、時間、UV功率、基板溫度、腔室壓力係可根據應用而加以變化。如有需要，UV固化係可於與矽烷化製程之處理腔室不同的個別處理腔室中進行。
在方法200中可進行各種清洗氣體和排空製程。舉例而言，在將低k介電質薄膜置入處理腔室之後、在方塊240的矽烷化製程之前排空處理腔室會是有利的。可藉由真空泵 的使用來排空處理腔室。
在進行方法200之後，從處理腔室移出基板(該基板上係配置有低k介電質薄膜)，並使該基板暴露於潤洗溶劑/溶液，然後接以視需要之乾燥製程。
第3圖是例示處理腔室的截面圖，該處理腔室係用以實施本文所述之具體實施例。第3圖是基於應用材料公司目前製造之PRODUCER®腔室的特徵。PRODUCER CVD腔室(200mm或300mm)具有兩個隔離的處理區域，該等區域係用以沉積碳摻雜之矽氧化物與其他材料。
第3圖說明串接處理腔室300，該串接處理腔室300係配置以進行UV固化。串接處理腔室300包括本體301以及可鉸接至該本體301之罩蓋303。耦接至該罩蓋303的是兩個外殼305，該兩個外殼305係各耦接至入流口與出流口，以使冷卻空氣流通於外殼305的內部。冷卻空氣可為室溫或大致為攝氏22度。中央加壓空氣來源(未圖示)提供了充分的空氣流量置入流口，以確保任何UV燈燈泡及/或與該串接處理腔室300相關聯之燈泡之功率來源313的適當運作。
第3圖說明了串接處理腔室300的部分截面圖，該串接處理腔室300具有罩蓋303、外殼305以及用於UV固化之功率來源313。每一個外殼305係覆蓋分別配置在本體301內所限定的兩個處理區域320上方的兩個UV燈燈泡302中之個別UV燈燈泡302。各處理區域320包括加熱座306，用於在處理區域302內支撐基板308。加熱座306可由陶瓷或金屬(例如鋁)製成。較佳為，加熱座306係耦接至延伸通過本 體301的底部之柄部310，並由驅動系統312運作以於處理區域320中使加熱座306朝向及遠離該UV燈燈泡302而移動。驅動系統312也可使加熱座306在固化期間旋轉及/或平移，以進一步增進基板照射的均勻性。除了根據光線傳送系統設計考量的本質(例如焦距)來進行基板308上之入射UV輻照等級的可能精密調整以外，加熱座306之可調整定位更可控制揮發性固化副產物以及清洗與清潔氣體流動樣式和殘餘時間。
一般而言，本發明之具體實施例係考量了任何UV來源，例如汞微波弧燈、脈衝式氙閃光燈或高效率UV發光二極體陣列。UV燈燈泡302為密封之電漿燈泡，其中係填有一或多種氣體，例如氙(Xe)或汞(Hg)，以由功率來源313激發。較佳為，功率來源313為微波產生器，該微波產生器可包括一或多個磁電管(未圖示)與用以對磁電管的燈絲供給能量之一或多個變壓器(未圖示)。在具有千瓦微波(MW)功率來源之具體實施例中，每一個外殼305係包括與功率來源313相鄰之孔口315，以自功率來源313接收高達6000瓦的微波功率，續而自每一燈泡302產生高達約100瓦的UV光。在另一具體實施例中，UV燈燈泡302中可包括電極或燈絲，使得功率來源313呈現為供應至電極之電路及/或電流，例如直流(DC)或脈衝式DC。
某些具體實施例之功率來源313可包括射頻(RF)能量來源，該等能量來源可激發在UV燈燈泡302內之氣體。燈泡中之RF激發型態可為電容式或電感式。電感式耦接電漿 (ICP)燈泡係可用以藉由產生比電容式耦接放電更緻密的電漿而有效增加燈泡輝度。此外，ICP燈可消除因電極衰減所致之UV輸出衰減，因而產生用於增進系統生產率之較長壽命的燈泡。以RF能量來源作為功率來源313的優點包括效率的增加。
較佳為，燈泡302發出在170nm至400nm之寬波長帶間的光。被選擇以用於燈泡302內的氣體會決定發射波長。由於在氧存在時，較短波長係傾向於產生臭氧，因此可調整燈泡302所發出之UV光，以主要大量產生200nm以上的寬帶UV光，以於固化製程中避免臭氧產生。
UV燈燈泡302所發出的UV光藉由通過配置在罩蓋303的孔口中之窗部314而進入處理區域320。窗部314較佳是由不含OH之合成石英玻璃所製成，且窗部314具有足以保持真空而不破裂之厚度。此外，窗部314較佳為熔化之二氧化矽，該熔化之二氧化矽可傳送低至約150nm的UV光。因為罩蓋303對本體301密封且窗部314對罩蓋303密封，處理區域320係可提供可維持大約1托耳至大約650托耳之壓力之空間。處理或清潔氣體317係經由兩個入流口通道316中的個別入流口通道316進行處理區域320。處理或清潔氣體317接著經由共同出流口318而離開處理區域320。此外，供應至外殼305的內部的冷卻空氣係循環通過燈泡302，但藉由窗部314而與處理區域320隔離。
實例
藉由下述實例來進一步說明本文所述之具體實施例 的目的與優勢。在這些實例中所記載的特定材料與該等材料的數量以及其他條件和細節皆不應用以限制本文所述之具體實施例。
關於樣品1與樣品2，晶圓係於不破壞真空下傳送於處理腔室之間。就樣品1和樣品2中所進行的修復製程而言，有兩道製程步驟。關於第一道製程，UV並未被施用。UV是在第二道製程中被施用。雖然樣品1與樣品2係於個別腔室中進行，但也可使用單一腔室同時進行化學與UV暴露。
樣品1：低k介電質薄膜(Black Diamond IITM)係被浸泡於蝕刻劑溶液(氫氟酸：水為1：100)中達1分鐘，以於該低k介電質薄膜中產生損傷。受損的低k介電質薄膜係經去離子(DI)水潤洗以移除過剩的氫氟酸，並進行乾燥。受損的低k介電質薄膜被置放於PRODUCER CVD處理腔室中。該低k介電質薄膜被加熱至大約385℃。處理腔室中的壓力係調整為大約6托耳。使二甲基胺基三甲基矽烷(DMATMS)以及氦載氣流至處理腔室中。DMATMS與氦載氣的流量分別約為1000mgm與2000sccm。氣相之矽烷化的處理時間大約為3分鐘。
在矽烷化製程之後，低k介電質薄膜係傳送至第二處理腔室進行UV暴露。低k介電質薄膜被加熱至約385℃。處理腔室中的壓力係調整為大約6托耳。使氦氣和氬氣流入處理腔室中。氦氣與氬氣的流量分別為大約16000sccm與16000sccm。以大約95%的UV輸出和介於100nm與400nm 之間的UV波長之UV暴露時間約為30秒。
樣品2：低k介電質薄膜(Black Diamond IITM)係被浸泡於蝕刻劑溶液(氫氟酸：水為1：100或稀釋之HF(DHF))中達5分鐘，以於該低k介電質薄膜中產生損傷。受損的低k介電質薄膜係經DI水潤洗以移除過剩的氫氟酸，並進行乾燥。受損的低k介電質薄膜被置放於PRODUCER CVD處理腔室中。該低k介電質薄膜被加熱至大約385℃。處理腔室中的壓力係調整為大約6托耳。使二甲基胺基三甲基矽烷(DMATMS)以及氦載氣流至處理腔室中。DMATMS與氦載氣的流量分別約為1000mgm與2000sccm。氣相之矽烷化的處理時間大約為3分鐘。
在矽烷化製程之後，低k介電質薄膜係傳送至第二處理腔室進行UV暴露。低k介電質薄膜被加熱至約385℃。處理腔室中的壓力係調整為大約6托耳。使氦氣和氬氣流入處理腔室中。氦氣與氬氣的流量分別為大約16000sccm與16000sccm。以大約95%的UV輸出和介於100nm與400nm之間的UV波長之UV暴露時間約為30秒。
樣品3：低k介電質薄膜(Black Diamond IITM)係被浸泡於蝕刻劑溶液(氫氟酸：水為1：100或稀釋之HF(DHF))中達10分鐘，以於該低k介電質薄膜中產生損傷。受損的低k介電質薄膜係經DI水潤洗以移除過剩的氫氟酸，並進行乾燥。受損的低k介電質薄膜被置放於PRODUCER CVD處理 腔室中。該低k介電質薄膜被加熱至大約385℃。處理腔室中的壓力係調整為大約6托耳。使二甲基胺基三甲基矽烷(DMATMS)以及氦載氣流至處理腔室中。DMATMS與氦載氣的流量分別約為1000mgm與2000sccm。氣相之矽烷化的處理時間大約為3分鐘。
樣品3並未對UV暴露，因為薄膜在暴露於蝕刻劑溶液期間係已毀壞。
結果：
如表1所載，在HF暴露之後，樣品2(5分鐘之DHF暴露)具有比樣品1(1分鐘之DHF暴露)更高的k值。因此DHF暴露時間係影響DHF後之k值。不受理論所限，相信樣品2之對DHF的增加暴露時間會產生較多的損傷(例如Si-OH)。由於在樣品2中增加之損傷，樣品2在矽烷化之後具有較低的k值。
對損傷後與修復後的薄膜進行單光束測量。從另一單光束光頻減去一單光束光譜係產生頻譜差異，該頻譜差異顯示了在各個波數下的強度增益與損失。FTIR差異光譜(修復的減掉損傷的)之比較證明了樣品2在矽烷化期間具有較大的碳與Si-O-Si之增加量以及較大的Si-OH之減少量。這些 結果全都是在DHF暴露之後具有較多SiOH的結果(SiOH+DMATMS→Si-O-Si-Me3+DMA)。FTIR分析是反應數量的測量，而較多的Si-OH代表有較多的反應。二甲基胺(DMA)是DMATMS與Si-OH反應的副產物。
利用本文所述之某些具體實施例，低k介電質薄膜的介電常數會從具有k值為2.54之低k介電質薄膜降低成具有k值為2.24之低k介電質薄膜。為了降低低k薄膜的介電常數，吾人必須破壞較大的範圍(在DHF暴露與對矽烷化作用劑暴露之間的中間k值必須更高)；因此，DHF製程控制了結果。然而，若DHF暴露時間過長，則低k介電質薄膜會被毀壞，如樣品3所示，樣品3係暴露達10分鐘之時間。除時間以外，例如溫度和濃度等其他因素將會支配製程要如何變化以及最終薄膜的介電常數有多低。
前述內容係關於本發明之具體實施例，然可變化出本發明之其他與進一步具體實施例而不背離本發明之基本範疇，本發明之範疇是由下述申請專利範圍所決定。
200‧‧‧方法
210‧‧‧方塊
220‧‧‧方塊
230‧‧‧方塊
240‧‧‧方塊
250‧‧‧方塊

Claims (20)

  1. 一種用於降低一低介電常數(k)之含矽介電質薄膜的一介電常數之方法，該方法包括以下步驟：使一低k之含矽介電質薄膜暴露於一氫氟酸溶液；使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一氣化之矽烷化作用劑；以及使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一紫外線(UV)固化製程。
  2. 如請求項1所述之方法，其中使一低k之含矽介電質薄膜暴露於一氣化之矽烷化作用劑之步驟以及使一低k之含矽介電質薄膜暴露於一紫外線固化製程之步驟係在相同的處理腔室中進行。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該UV固化製程係在介於約攝氏100度至約攝氏800度的一UV固化溫度下進行。
  4. 如請求項3所述之方法，進一步包括使用一電漿來模擬UV輻射波長。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該電漿是由一遠端電漿源所形成。
  6. 如請求項1所述之方法，其中使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一氣化之矽烷化作用劑之步驟以及使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一UV固化製程之步驟係同時進行。
  7. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟：重複使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一氣化之矽烷化作用劑之步驟以及使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一UV固化製程之步驟。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該低k之含矽介電質薄膜在暴露至該矽烷化作用劑之後，具有比在暴露至該氫氟酸溶液之前的該低k之含矽介電質薄膜的介電質常數(k)更低的一介電質常數(k)。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該低k之含矽介電質薄膜係一以矽為基礎之介電質材料，該以矽為基礎之介電質材料具有3或更低之一初始介電常數。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該低k之含矽介電質薄膜係一含碳與氫之矽氧化物。
  11. 如請求項1所述之方法，其中在使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一氫氟酸溶液之前，使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一整合製程，該整合製程係選自：一平坦化製程、一 蝕刻製程、一擴散阻障層沉積製程、一金屬層沉積製程或前述製程之組合。
  12. 如請求項1所述之方法，其中使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一紫外線固化製程之步驟是在使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一矽烷化作用劑之前進行、與使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一矽烷化作用劑同時進行、在使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一矽烷化作用劑之後進行、或前述各者之組合。
  13. 如請求項12所述之方法，其中使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一紫外線固化製程之步驟是在使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一矽烷化作用劑之後進行。
  14. 如請求項1所述之方法，其中暴露該低k之含矽介電質薄膜的該步驟包含使該低k之含矽介電質薄膜浸泡於該氫氟酸溶液或將該氫氟酸溶液噴灑於該低k之含矽介電質薄膜上。
  15. 如請求項1所述之方法，進一步包括：在使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一紫外線固化製程之前或與使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一紫外線固化製程同時，加熱該低k之含矽介電質薄膜。
  16. 如請求項1所述之方法，其中該低k之含矽介電質薄膜 具有形成於該低k之含矽介電質薄膜中的奈米孔洞，該些奈米孔洞具有介於0.5奈米至20奈米之間的直徑。
  17. 如請求項1所述之方法，其中該矽烷化作用劑為氣相，且選自由下列所組成的群組：六甲基二矽氮烷(HMDS)、四甲基二矽氮烷(TMDS)、三甲基氯矽烷(TMCS)、二甲基二氯矽烷(DMDCS)、甲基三氯矽烷(MTCS)、三甲基甲氧基矽烷(TMMS)、二甲基二甲氧基矽烷(DMDMS)、甲基三甲氧基矽烷(MTMS)、苯基三甲氧基矽烷(PTMOS)、苯基二甲基氯矽烷(PDMCS)、二甲基胺基三甲基矽烷(DMATMS)、雙(二甲基胺基)二甲基矽烷(BDMADMS)及前述矽烷化作用劑之組合。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該矽烷化作用劑為DMATMS。
  19. 一種用於降低一低介電常數(k)之含矽介電質薄膜的一介電常數之方法，該方法包括以下步驟：在一低k之含矽介電質薄膜中形成特徵結構；沉積一金屬材料至該低k之含矽介電質薄膜的該些特徵結構中；平坦化該金屬材料；使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一氫氟酸溶液；使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一氣化之矽烷化作用 劑；以及使該低k之含矽介電質薄膜暴露於一紫外線(UV)固化製程。
  20. 如請求項19所述之方法，進一步包括：移除由該金屬材料所形成的氧化物，該氧化物係在使用氫或氨電漿處理該低k之含矽介電質薄膜以平坦化該金屬材料期間所形成。
TW102120427A 2012-07-13 2013-06-07 降低多孔低ｋ膜的介電常數之方法 TWI581331B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261671191P 2012-07-13 2012-07-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201405658A TW201405658A (zh) 2014-02-01
TWI581331B true TWI581331B (zh) 2017-05-01

Family

ID=49914335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102120427A TWI581331B (zh) 2012-07-13 2013-06-07 降低多孔低ｋ膜的介電常數之方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8993444B2 (zh)
JP (1) JP2015529011A (zh)
KR (1) KR102109482B1 (zh)
CN (1) CN104471687A (zh)
TW (1) TWI581331B (zh)
WO (1) WO2014011364A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012054206A2 (en) * 2010-10-19 2012-04-26 Applied Materials, Inc. Quartz showerhead for nanocure uv chamber
US9318364B2 (en) 2014-01-13 2016-04-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device metallization systems and methods
US9362107B2 (en) * 2014-09-30 2016-06-07 Applied Materials, Inc. Flowable low-k dielectric gapfill treatment
TWI752221B (zh) * 2017-04-27 2022-01-11 日商東京威力科創股份有限公司 使用有機矽酸鹽做為圖案化膜之方法及系統
US11469100B2 (en) 2019-05-30 2022-10-11 Applied Materials, Inc. Methods of post treating dielectric films with microwave radiation
KR20250172717A (ko) * 2020-04-20 2025-12-09 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 공유 가스 전달 및 배기 시스템을 갖는 다중-열 cvd 챔버들
US12410523B1 (en) * 2024-03-29 2025-09-09 Applied Materials, Inc. Integrated low k recovery and ALD metal deposition process for advanced technology node

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6593251B2 (en) * 2000-07-10 2003-07-15 Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) Method to produce a porous oxygen-silicon layer
US7541200B1 (en) * 2002-01-24 2009-06-02 Novellus Systems, Inc. Treatment of low k films with a silylating agent for damage repair

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000340651A (ja) * 1999-05-28 2000-12-08 Hitachi Chem Co Ltd 低誘電率膜の製造法
US6475930B1 (en) * 2000-01-31 2002-11-05 Motorola, Inc. UV cure process and tool for low k film formation
US6348407B1 (en) * 2001-03-15 2002-02-19 Chartered Semiconductor Manufacturing Inc. Method to improve adhesion of organic dielectrics in dual damascene interconnects
US7709371B2 (en) * 2003-01-25 2010-05-04 Honeywell International Inc. Repairing damage to low-k dielectric materials using silylating agents
US7049247B2 (en) * 2004-05-03 2006-05-23 International Business Machines Corporation Method for fabricating an ultralow dielectric constant material as an intralevel or interlevel dielectric in a semiconductor device and electronic device made
JP5057647B2 (ja) * 2004-07-02 2012-10-24 東京エレクトロン株式会社 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置
EP1632956A1 (en) * 2004-09-07 2006-03-08 Rohm and Haas Electronic Materials, L.L.C. Compositions comprising an organic polysilica and an arylgroup-capped polyol, and methods for preparing porous organic polysilica films
US7678682B2 (en) * 2004-11-12 2010-03-16 Axcelis Technologies, Inc. Ultraviolet assisted pore sealing of porous low k dielectric films
CN1787186A (zh) * 2004-12-09 2006-06-14 富士通株式会社 半导体器件制造方法
US20060251827A1 (en) 2005-05-09 2006-11-09 Applied Materials, Inc. Tandem uv chamber for curing dielectric materials
US7482281B2 (en) * 2005-09-29 2009-01-27 Tokyo Electron Limited Substrate processing method
US8465991B2 (en) * 2006-10-30 2013-06-18 Novellus Systems, Inc. Carbon containing low-k dielectric constant recovery using UV treatment
US7500397B2 (en) * 2007-02-15 2009-03-10 Air Products And Chemicals, Inc. Activated chemical process for enhancing material properties of dielectric films
US20090061633A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Fujitsu Limited Method of manufacturing semiconductor device
JP5304033B2 (ja) * 2007-08-31 2013-10-02 富士通株式会社 半導体装置の製造方法
US20100065758A1 (en) * 2008-09-16 2010-03-18 Tokyo Electron Limited Dielectric material treatment system and method of operating
US20100087062A1 (en) 2008-10-06 2010-04-08 Applied Materials, Inc. High temperature bd development for memory applications
JP2010287655A (ja) * 2009-06-10 2010-12-24 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
US8242460B2 (en) * 2010-03-29 2012-08-14 Tokyo Electron Limited Ultraviolet treatment apparatus
KR101928348B1 (ko) 2011-04-08 2018-12-12 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 자외선 처리, 화학적 처리, 및 증착을 위한 장치 및 방법
US8492170B2 (en) * 2011-04-25 2013-07-23 Applied Materials, Inc. UV assisted silylation for recovery and pore sealing of damaged low K films
US8216861B1 (en) 2011-06-28 2012-07-10 Applied Materials, Inc. Dielectric recovery of plasma damaged low-k films by UV-assisted photochemical deposition

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6593251B2 (en) * 2000-07-10 2003-07-15 Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) Method to produce a porous oxygen-silicon layer
US7541200B1 (en) * 2002-01-24 2009-06-02 Novellus Systems, Inc. Treatment of low k films with a silylating agent for damage repair

Also Published As

Publication number Publication date
US20140017895A1 (en) 2014-01-16
CN104471687A (zh) 2015-03-25
KR20150035509A (ko) 2015-04-06
WO2014011364A1 (en) 2014-01-16
KR102109482B1 (ko) 2020-05-12
JP2015529011A (ja) 2015-10-01
TW201405658A (zh) 2014-02-01
US8993444B2 (en) 2015-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6422536B2 (ja) 気相化学曝露による低誘電率誘電体の損傷修復
TWI581331B (zh) 降低多孔低ｋ膜的介電常數之方法
JP5905476B2 (ja) Ｎａｎｏｃｕｒｅｕｖチャンバ用の石英シャワーヘッド
US7851232B2 (en) UV treatment for carbon-containing low-k dielectric repair in semiconductor processing
US8702870B2 (en) Superimposition of rapid periodic and extensive post multiple substrate UV-ozone clean sequences for high throughput and stable substrate to substrate performance
US9017933B2 (en) Method for integrating low-k dielectrics
US8657961B2 (en) Method for UV based silylation chamber clean
US9058980B1 (en) UV-assisted photochemical vapor deposition for damaged low K films pore sealing
CN107743651B (zh) 针对侧壁孔密封及通孔清洁度的互连整合
TWI465298B (zh) 用於高產量及穩定逐基材表現之快速週期和廣泛的後期紫外臭氧清洗程序之添加
CN102437102A (zh) 用于活化能辅助烘烤的方法和装置