專利名稱：低k納米多孔膜的多階段固化方法
背景技術(shù)：
制造現(xiàn)代半導(dǎo)體器件的主要步驟之一是通過(guò)氣體化學(xué)反應(yīng)在襯底上形成金屬膜和電介質(zhì)膜。這樣的沉積工藝被稱為化學(xué)氣相沉積或CVD。常規(guī)的熱CVD工藝將反應(yīng)性氣體供給至發(fā)生熱致化學(xué)反應(yīng)的襯底表面，從而形成期望的膜。某些熱CVD工藝操作時(shí)高溫會(huì)損壞具有先前在襯底上形成的層的器件結(jié)構(gòu)。一種在相對(duì)較低的溫度下沉積金屬膜和電介質(zhì)膜的優(yōu)選方法是等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)技術(shù)，該技術(shù)例如描述在題為“Plasma-Enhanced CVD process Using TEOS for Depositing Silicon Oxide”的美國(guó)專利No.5362526中，通過(guò)引用將該文獻(xiàn)結(jié)合于此。等離子體增強(qiáng)CVD技術(shù)通過(guò)對(duì)鄰近襯底表面的反應(yīng)區(qū)施加射頻(RF)能量來(lái)促進(jìn)反應(yīng)氣體的激發(fā)和/或解離，從而生成具有高度反應(yīng)性的等離子體。所釋放的物質(zhì)的高反應(yīng)性降低了發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需的能量，因而降低了PECVD工藝所需的溫度。
自從半導(dǎo)體器件數(shù)十年前問(wèn)世以來(lái)，其幾何尺寸顯著減小。因此，集成電路通常遵循兩年/尺寸減半的規(guī)律(通常稱為摩爾定律)，即芯片上裝有的器件數(shù)量每?jī)赡攴槐丁，F(xiàn)今的制造工廠一般生產(chǎn)特征尺寸為0.35μm甚至0.25μm的器件，而今后的工廠很快將生產(chǎn)幾何尺寸更小的器件。
為了進(jìn)一步減小集成電路上器件的尺寸，使用具有低電阻率的導(dǎo)電材料已成為必須，而且還必須使用具有低介電常數(shù)(介電常數(shù)＜2.5)的絕緣體來(lái)降低相鄰金屬線之間的電容耦合。在導(dǎo)電材料與絕緣體之間使用內(nèi)襯層/阻擋層，以防止例如水分的副產(chǎn)物擴(kuò)散到導(dǎo)電材料上，如1999年8月17日出版的國(guó)際公開No.WO 99/41423中所述。例如，可在形成低k絕緣體的過(guò)程中生成的水分易于擴(kuò)散至導(dǎo)電金屬表面，并增大導(dǎo)電金屬表面的電阻。由有機(jī)硅或有機(jī)硅烷氮化物形成的阻擋層/內(nèi)襯層可以阻止這些副產(chǎn)物的擴(kuò)散。然而，阻擋層/內(nèi)襯層通常具有大于約2.5的介電常數(shù)，而高介電常數(shù)使所得的組合絕緣體不能顯著降低介電常數(shù)。
圖1A-1E示出了如國(guó)際公開No.WO 99/41423中所述的用于沉積氧化有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷聚合物的PEVCD內(nèi)襯層2的三層沉積PECVD工藝。內(nèi)襯層2充當(dāng)后續(xù)層7與下方襯底表面6及形成在襯底表面的金屬線8、9、10之間的絕緣層。層7被氧化有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷聚合物的PECVD覆蓋層12所覆蓋。該P(yáng)EVCD工藝沉積了多組分的電介質(zhì)層，其中含碳二氧化硅(SiO2)被首先沉積在具有形成在襯底6上的金屬線8、9、10的圖案化金屬層上。
參見圖1A，在約50-350℃的溫度下，在惰性氣體(例如，氬)的存在下，通過(guò)有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷(例如甲基硅烷，CH3SiH3)與氧化氣體(例如N2O)的等離子體增強(qiáng)反應(yīng)來(lái)沉積PEVCD內(nèi)襯層2。然后固化所述氧化有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷。沉積的PEVCD內(nèi)襯層2(以約2000/min的速率)改善了對(duì)于圖1B所示的后續(xù)沉積的層7的阻擋特性。由甲基硅烷得到的內(nèi)襯層含有足夠多的C-H鍵數(shù)量以具有疏水性，并且其為優(yōu)異的阻水層。然后，通過(guò)硅烷化合物與過(guò)氧化氫(H2O2)的反應(yīng)來(lái)沉積低k電介質(zhì)層7，沉積層7期間的溫度低于200℃，壓力為約0.2-約5Torr。層7可如圖1C所示被部分固化，以在如圖1D所示沉積覆蓋層12之前去除例如水的溶劑。通過(guò)在10Torr下在惰性氣氛中排空(pumping down)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
常規(guī)的內(nèi)襯層(例如氮化硅(SiN))與氧化硅相比具有較高的介電常數(shù)，并且高k電介質(zhì)內(nèi)襯層與低k電介質(zhì)層的組合在整個(gè)疊層的介電常數(shù)和電容耦合上的改進(jìn)很小或沒(méi)有改進(jìn)。參見圖1D，在沉積層7之后，可通過(guò)有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷化合物與氧化氣體(例如N2O)的等離子體增強(qiáng)反應(yīng)來(lái)沉積可選的覆蓋層12。參見圖1E，在沉積覆蓋層之后，在爐或另一個(gè)室內(nèi)固化所沉積的層，以驅(qū)除殘留的溶劑或水。覆蓋層12也為氧化的有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷膜，其具有良好的阻擋性質(zhì)并具有約4.0的介電常數(shù)。內(nèi)襯層2和覆蓋層12兩者的介電常數(shù)均大于3.0，這些高介電常數(shù)層對(duì)于低k電介質(zhì)層7存在相當(dāng)大的不利影響。
隨著器件變小，具有較高介電常數(shù)的內(nèi)襯層和覆蓋層在多組分電介質(zhì)層的總介電常數(shù)中占有更大的比重。另外，器件幾何尺寸變小導(dǎo)致器件間的寄生電容增大。電路中相同和相鄰層上的金屬互連之間的寄生電容可造成金屬線和互連之間的串?dāng)_和/或電阻-電容延遲，從而縮短器件的響應(yīng)時(shí)間并降低器件的總體性能。由于現(xiàn)有的電路可采用4-5層互連，而下一代的器件可能需要6、7或8層互連，因而電路中相同層和相鄰層上的金屬互連之間的寄生電容的影響尤為值得關(guān)注。
通過(guò)增大電介質(zhì)材料的厚度或減小電介質(zhì)材料的介電常數(shù)，可以降低被電介質(zhì)材料隔開的金屬互連之間的寄生電容。然而，增大電介質(zhì)材料的厚度并未解決處于相同的金屬化層或平面內(nèi)的寄生電容問(wèn)題。結(jié)果，為了減小相同或相鄰層上的金屬互連之間的寄生電容，必須將金屬線或互連之間所用的材料換成介電常數(shù)比目前所用材料(即，k約為3.0)低的材料。
因此，需要一種介電常數(shù)低于約2.5且具有良好的粘附性質(zhì)的電介質(zhì)層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及用于化學(xué)氣相沉積的低k材料的多階段固化工藝。在特定的實(shí)施方式中，可利用電子束輻射和熱輻射步驟的組合來(lái)控制結(jié)合在膜中的成孔劑(porogen)的選擇性排氣，從而形成納米孔。根據(jù)一種具體實(shí)施方式
，可以通過(guò)最初施加熱能然后施加電子束形式的輻射，來(lái)固化由含硅組分和不含硅組分反應(yīng)得到的具有不穩(wěn)定基團(tuán)的低k層。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，固化化學(xué)氣相沉積的低k電介質(zhì)層的方法包括對(duì)具有不穩(wěn)定含碳基團(tuán)的沉積態(tài)(as-deposited)低k電介質(zhì)層施加熱能和電子束輻射中的一種。對(duì)所述沉積態(tài)低k層施加熱能和電子束輻射中的另一種，置換所述不穩(wěn)定含碳基團(tuán)，從而形成納米孔。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，納米多孔低k電介質(zhì)膜包括由化學(xué)氣相沉積膜的含硅組分的多階段固化得到的交聯(lián)骨架?；瘜W(xué)氣相沉積膜的不含硅組分的多階段固化造成的成孔劑排氣，可形成大量納米孔。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，互連金屬化結(jié)構(gòu)包括第一金屬化層、第一金屬化層上方的內(nèi)襯層/阻擋層和第一金屬化層上方的超低k納米多孔電介質(zhì)層。超低k納米多孔電介質(zhì)層包括由化學(xué)氣相沉積膜的含硅組分的多階段固化得到的交聯(lián)骨架，以及由化學(xué)氣相沉積膜的不含硅組分的多階段固化造成的成孔劑排氣得到的大量納米孔。該互連金屬化結(jié)構(gòu)還包括超低k納米多孔電介質(zhì)層上方的第二金屬化層。
通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的實(shí)施方式。


圖1A-1E為通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的工藝在襯底上沉積電介質(zhì)層的示意圖；圖2為用于本發(fā)明的示例性CVD反應(yīng)器的剖面圖；圖3為用于在進(jìn)入圖2所示的反應(yīng)器之前解離處理氣體的遠(yuǎn)程微波室的示意圖；圖4為與圖2所示的示例性CVD反應(yīng)器結(jié)合使用的工藝控制計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的沉積工藝中沉積內(nèi)襯層和覆蓋層所進(jìn)行的步驟的流程圖；圖6A-6E為通過(guò)圖5所示的工藝在襯底上沉積層的示意圖；圖7為本發(fā)明的包括氧化硅層的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖8A-8H為本發(fā)明的雙鑲嵌沉積工序的一種實(shí)施方式的剖面圖；圖9A示出了在表1的條件下沉積的低k電介質(zhì)膜的膜厚度；圖9B示出了在表1的條件下沉積的低k電介質(zhì)膜的膜收縮；圖9C示出了在表1的條件下沉積的低k電介質(zhì)膜的介電常數(shù)；圖9D示出了在表1的條件下沉積的低k電介質(zhì)膜的膜應(yīng)力；圖9E示出了在表1的條件下沉積的低k電介質(zhì)膜的折射率；圖9F示出了在表1的條件下沉積的低k電介質(zhì)膜的均勻度；圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的暴露于高或低固化輻射劑量下的低k電介質(zhì)膜的模量。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及以多個(gè)階段來(lái)固化超低k納米多孔膜的技術(shù)。
通過(guò)引用將美國(guó)專利No.6541367和6596627結(jié)合于此。這些專利描述了沉積具有低介電常數(shù)的納米多孔氧化硅層的方法。通過(guò)對(duì)可選地包含熱不穩(wěn)定有機(jī)基團(tuán)的含硅/氧材料進(jìn)行等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)或微波增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，并且為了形成均勻分布在氧化硅層中的微小氣囊而對(duì)沉積的含硅/氧材料進(jìn)行受控退火，從而形成納米多孔氧化硅層?？刂莆⑿饽遗c氧化硅層的相對(duì)體積，從而優(yōu)選地在退火之后保持可提供低介電常數(shù)的封閉單元泡沫結(jié)構(gòu)。該納米多孔氧化硅層應(yīng)具有小于說(shuō)3.0、優(yōu)選小于約2.5的介電常數(shù)。
通過(guò)使可氧化的含硅化合物或混合物與氧化氣體反應(yīng)來(lái)化學(xué)氣相沉積硅/氧材料，其中所述含硅化合物或混合物包括可氧化的硅組分和具有熱不穩(wěn)定基團(tuán)的不飽和不含硅組分。氧化氣體包括但不限于，氧氣(O2)和例如氧化亞氮(N2O)、臭氧(O3)和二氧化碳(CO2)的含氧化合物，優(yōu)選N2O或O2。
當(dāng)需要在沉積膜中達(dá)到期望的碳含量時(shí)，氧氣和含氧化合物優(yōu)選被解離以提高反應(yīng)性。RF功率可被耦合至沉積室以促進(jìn)氧化化合物的解離。氧化化合物也可在進(jìn)入沉積室之前在微波室中解離，以減少含硅化合物的過(guò)度解離。氧化硅層的沉積可以是連續(xù)的或不連續(xù)的。雖然沉積優(yōu)選發(fā)生在單個(gè)沉積室中，但是層可以在兩個(gè)或多個(gè)沉積室中順序沉積。此外，RF功率可以是周期的或脈沖的，以減少襯底所需熱量并增大沉積膜中的孔隙率。
可氧化含硅化合物或混合物的可氧化硅組分包括有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷，其通常包括以下結(jié)構(gòu) 其中，每個(gè)Si與至少一個(gè)氫原子鍵合并且可與一個(gè)或兩個(gè)碳原子鍵合，C包含于有機(jī)基團(tuán)中，優(yōu)選烷基或烯基，例如-CH3、-CH2-CH3、-CH2-或-CH2-CH2-，或它們的氟化碳衍生物。當(dāng)有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷化合物包括兩個(gè)或更多個(gè)Si原子時(shí)，每個(gè)Si原子與其它Si原子由-O-、-C-或-C-C-分開，其中每個(gè)橋接C原子包含于有機(jī)基團(tuán)中，優(yōu)選烷基或烯基，例如-CH2-、-CH2-CH2-、-CH(CH3)-或-C(CH3)2-或它們的氟化碳衍生物。優(yōu)選的有機(jī)硅烷和有機(jī)硅氧烷化合物是接近室溫的氣體或液體，并且可在高于約10Torr下?lián)]發(fā)。合適的含硅化合物包括甲基硅烷CH3-SiH3二甲基硅烷 (CH3)2-SiH2二硅烷基甲烷SiH3-CH2-SiH3二(甲基硅烷基)甲烷 CH3-SiH2-CH2-SiH2-CH32，4，6-trisilaoxane -(-SiH2-CH2-SiH2-CH2-SiH2-O-)-(環(huán)狀)環(huán)-1，3，5，7-四硅烷基-2，6-二氧--(-SiH2-CH2-SiH2-O-)2-(環(huán)狀)4，8-二亞甲基1，3，5-三硅烷基環(huán)己烷 -(-SiH2-CH2)3-(環(huán)狀)1，3-二甲基二硅氧烷 CH3-SiH2-O-SiH2-CH31，1，3，3-四甲基二硅氧烷 (CH3)2-SiH-O-SiH-(CH3)21，1，5，5-四甲基三硅氧烷 (CH3)2-SiH-O-SiH2-O-SiH-(CH3)21，1，3，5，5-五甲基三硅氧烷(CH3)2-SiH-O-SiH(CH3)-O-SiH-(CH3)2及其氟化碳衍生物，例如1，2-二硅烷基四氟乙烷。有機(jī)硅烷和有機(jī)硅氧烷中的烴基可被部分或全部氟化以將C-H鍵轉(zhuǎn)變?yōu)镃-F鍵。許多優(yōu)選的有機(jī)硅烷和有機(jī)硅氧烷化合物是商業(yè)可得的?？墒褂脙煞N或多種有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷的組合來(lái)提供多種期望性質(zhì)，例如介電常數(shù)、氧化物含量、疏水性、膜應(yīng)力和等離子體蝕刻特性。
當(dāng)可氧化硅組分形成含有具有熱不穩(wěn)定基團(tuán)的不飽和不含硅組分的化合物時(shí)，有機(jī)硅烷或有機(jī)硅氧烷化合物是同時(shí)具有硅氧鍵和硅氫鍵的官能團(tuán)。滿足此鍵合要求的優(yōu)選官能團(tuán)包括甲基甲硅烷氧基 (CH3-SiH2-O-)二甲基甲硅烷氧基 ((CH3)2-SiH-O-)具有熱不穩(wěn)定基團(tuán)的不飽和不含硅組分可以在等離子體維持的氧化環(huán)境中反應(yīng)，形成可沉積的熱不穩(wěn)定分子，當(dāng)這些分子隨后暴露在高溫中時(shí)，發(fā)生熱分解，從而形成具有低沸點(diǎn)的揮發(fā)性物質(zhì)。熱不穩(wěn)定基團(tuán)的揮發(fā)性物質(zhì)分解并從沉積膜揮發(fā)，這會(huì)在結(jié)構(gòu)中留下孔隙，減小結(jié)構(gòu)的密度。通過(guò)熱過(guò)程來(lái)選擇性地去除沉積膜內(nèi)嵌入的已化學(xué)反應(yīng)的固體材料，可得到具有低介電常數(shù)的低密度膜。在退火過(guò)程中，用例如2，4，6-trisilaoxane(2，4，6-三硅四氫吡喃)和環(huán)-1，3，5，7-四硅烷基-2，6-二氧-4，8-二亞甲基的化合物來(lái)形成孔隙，因其如下非平面環(huán)狀結(jié)構(gòu)而不需要加入不穩(wěn)定基團(tuán)環(huán)-1，3，5，7-四硅烷基-2，6-二氧- -(-SiH2-CH2-SiH2-O-)2-(環(huán)狀)4，8-二亞甲基2，4，6-三硅四氫吡喃-SiH2-CH2-SiH2-CH2-SiH2-O-(環(huán)狀)熱不穩(wěn)定有機(jī)基團(tuán)包含足夠的氧，以在氧化硅層退火時(shí)形成氣體產(chǎn)物。
當(dāng)可氧化硅組分形成含有具有熱不穩(wěn)定基團(tuán)的不飽和不含硅組分的化合物時(shí)，優(yōu)選的熱不穩(wěn)定基團(tuán)是不含硅的分子結(jié)構(gòu)中含有氧或氮的多重不飽和環(huán)烷烴(具有兩個(gè)或多個(gè)碳-碳雙鍵)，包括雜環(huán)二烯烴，并且這些熱不穩(wěn)定基團(tuán)通常適合在等離子體環(huán)境中操作。優(yōu)選的不穩(wěn)定基團(tuán)包括二氧芑，C4H4O2-(-CH＝CH-O-CH＝CH-O-)-(環(huán)狀)呋喃，C4H4O -(-CH＝CH-CH＝CH-O-)-(環(huán)狀)富烯，C6H6-(-CH＝CH-CH＝CH-C(CH2)-)-(環(huán)狀)包含可氧化硅組分和熱不穩(wěn)定基團(tuán)的可氧化含硅化合物包括甲基甲硅烷基-1，4-二氧芑基醚 CH3-SiH2-O-(C4H3O2)2-甲基硅氧烷基呋喃-(-CH＝CH-CH＝C(O-SiH2-CH3)-O-)-(環(huán)狀)3-甲基硅氧烷基呋喃-(-CH＝CH-C(O-SiH2-CH3)＝CH-O-)-(環(huán)狀)2，5-二(甲基甲硅烷氧基)-1，4-二氧芑 -(-CH＝C(O-SiH2-CH3)-O-CH＝C(O-SiH2-CH3)-O-)-(環(huán)狀)3，4-二(甲基硅氧烷基)呋喃 -(-CH＝C(O-SiH2-CH3)-C(O-SiH2-CH3)＝CH-O-)-(環(huán)狀)2，3-二(甲基硅氧烷基)呋喃 -(-CH＝CH-C(O-SiH2-CH3)＝C(O-SiH2-CH3)-O-)-(環(huán)狀)2，4-二(甲基硅氧烷基)呋喃 -(-CH＝C(O-SiH2-CH3)-CH＝C(O-SiH2-CH3)-O-)-(環(huán)狀)2，5-二(甲基硅氧烷基)呋喃 -(-C(O-SiH2-CH3)＝CH-CH＝C(O-SiH2-CH3)-O-)-(環(huán)狀)1-甲基硅氧烷基富烯-(-CH＝CH-CH＝CH-C(CH(O-SiH2-CH3))-)-(環(huán)狀)2-甲基硅氧烷基富烯-(-CH＝CH-CH＝CH-C(CH2)(O-SiH2-CH3)-)-(環(huán)狀)6-甲基硅氧烷基富烯-(-C(O-SiH2-CH3)＝CH-CH＝CH-C＝CH-)-(環(huán)狀)二(甲基硅氧烷基)富烯 (C6H4)(O-SiH2-CH3)2(環(huán)狀)二甲基甲硅烷基-1，4-二氧芑基醚(CH3)2-SiH-O-(C4H3O2)(環(huán)狀)2-二甲基硅氧烷基呋喃 -(-CH＝CH-CH＝C(O-SiH-(CH3)2)-O-)-(環(huán)狀)3-二甲基硅氧烷基呋喃 -(-CH＝CH-C(O-SiH-(CH3)2)＝CH-O-)-(環(huán)狀)2，5-二(二甲基甲硅烷氧基)-1，4-二氧芑 -(-CH＝C(O-SiH-(CH3)2)-O-CH＝C(O-SiH-(CH3)2)-O-)-(環(huán)狀)3，4-二(二甲基硅氧烷基)呋喃 -(-CH＝C(O-SiH-(CH3)2)-C(O-SiH-(CH3)2)＝CH-O-)-(環(huán)狀)2，3-二(二甲基硅氧烷基)呋喃 -(-CH＝CH-C(O-SiH-(CH3)2)＝C(O-SiH-(CH3)2)-O-)-(環(huán)狀)2，4-二(二甲基硅氧烷基)呋喃 -(-CH＝C(O-SiH-(CH3)2)-CH＝C(O-SiH-(CH3)2)-O-)-(環(huán)狀)2，5-二(二甲基硅氧烷基)呋喃 -(-C(O-SiH-(CH3)2)＝CH-CH＝C(O-SiH-(CH3)2)-O-)-(環(huán)狀)1-二甲基硅氧烷基富烯 -(-CH＝CH-CH＝CH-C(CH(O-SiH-(CH3)2))-)-(環(huán)狀)
2-二甲基硅氧烷基富烯 -(-CH＝CH-CH＝CH-C(CH2)(O-SiH-(CH3)2)-)-(環(huán)狀)6-二甲基硅氧烷基富烯 -(-C(O-SiH-(CH3)2)＝CH-CH＝CH-C＝CH-)-(環(huán)狀)二(二甲基硅氧烷基)富烯(C6H4)(O-SiH-(CH3)2)2(環(huán)狀)及其氟化碳衍生物。優(yōu)選地，這些化合物在室溫下是液體，并且可在接近10Torr或更高的壓力下?lián)]發(fā)。在低于約50℃的溫度下，這樣的化合物與氧化氣體反應(yīng)，生成凝膠狀含硅/氧材料，該材料保留有許多不穩(wěn)定有機(jī)基團(tuán)。
通過(guò)將反應(yīng)性化合物與包含一個(gè)或多個(gè)不穩(wěn)定有機(jī)基團(tuán)的不含硅組分混合，可以增大存在于含硅/氧材料中的不穩(wěn)定有機(jī)基團(tuán)的量。不穩(wěn)定有機(jī)基團(tuán)包括上述作為含硅反應(yīng)性化合物的二惡烷、呋喃和富烯衍生物化學(xué)劑以及其它含氧有機(jī)基團(tuán)。除了那些不含甲基硅氧烷基的化學(xué)劑(例如1，4-二氧芑和呋喃)之外，不穩(wěn)定有機(jī)基團(tuán)優(yōu)選為結(jié)合在相同分子中的含硅組分和不含硅組分，但是其中的甲基甲硅烷基和甲基硅氧烷基被乙烯基取代，或者甲基硅氧烷基被酯基取代，或者甲基硅氧烷基被其它不含硅的有機(jī)基團(tuán)取代。優(yōu)選的不含硅的多重不飽和環(huán)烷烴(具有兩個(gè)或多個(gè)碳-碳雙鍵)包括乙烯基-1，4-二氧芑基醚 CH2＝CH2-O-(C4H3O2)(環(huán)狀)乙烯基呋喃基醚 CH2＝CH2-O-(C4H3O)(環(huán)狀)乙烯基-1，4-二氧芑 CH2＝CH2-(C4H3O2)(環(huán)狀)乙烯基呋喃 CH2＝CH2-O-(C4H3O)(環(huán)狀)糠酸甲酯 CH3C(O)-O-(C4H3O)(環(huán)狀)呋喃基甲酸酯 (C4H3O)-COOH(環(huán)狀)呋喃基乙酸酯 (C4H3O)-CH2COOH(環(huán)狀)呋喃甲醛 CH(O)-(C4H3O)(環(huán)狀)二呋喃基甲酮 (C4H3O)2C(O)(環(huán)狀)二呋喃基醚 (C4H3O)-O-(C4H3O)(環(huán)狀)二糠基醚 (C4H3O)C(O)-O-C(O)(C4H3O)(環(huán)狀)
呋喃C4H4O(環(huán)狀)1，4-二氧芑 C4H4O2(環(huán)狀)及其氟化碳衍生物。
或者，可將不含硅的組分與不含不穩(wěn)定有機(jī)基團(tuán)的反應(yīng)性含硅材料混合，其中不含不穩(wěn)定有機(jī)基團(tuán)的反應(yīng)性含硅材料例如甲基硅烷 CH3-SiH3二甲基硅烷 (CH3)2-SiH2二硅烷基甲烷 SiH3-CH2-SiH3二(甲基硅烷基)甲烷 CH3-SiH2-CH2-SiH2-CH32，4，6-trisilaoxane-(-SiH2-CH2-SiH2-CH2-SiH2-O-)-(環(huán)狀)1，3，5-三硅烷基環(huán)己烷 -(-SiH2-CH2)3-(環(huán)狀)環(huán)-1，3，5，7-四硅烷基-2，6-二氧- -(-SiH2-CH2-SiH2-O-)2-(環(huán)狀)4，8-二亞甲基1，3-二甲基二硅氧烷CH3-SiH2-O-SiH2-CH31，1，3，3-四甲基二硅氧烷 (CH3)2-SiH-O-SiH-(CH3)21，1，5，5-四甲基三硅氧烷 (CH3)2-SiH-O-SiH2-O-SiH-(CH3)21，1，3，5，5-五甲基三硅氧烷 (CH3)2-SiH-O-SiH(CH3)-O-SiH-(CH3)2及其氟化碳衍生物，可以共同沉積熱不穩(wěn)定化合物與非熱不穩(wěn)定化合物，以調(diào)整膜的性質(zhì)。共同沉積的化合物的優(yōu)選實(shí)例包括選自甲基甲硅烷基-1，4-二氧芑基醚或2-甲基硅氧烷基呋喃的熱不穩(wěn)定化合物以及選自2，4，6-trisilaoxane(2，4，6-三硅四氫吡喃)或環(huán)-1，3，5，7-四硅烷基-2，6-二氧-4，8-二亞甲基的非熱不穩(wěn)定化合物。
可有利地使用的共同沉積的雜環(huán)非熱不穩(wěn)定分子是環(huán)應(yīng)變不顯著的非平面環(huán)狀分子，其在隨機(jī)方向上沉積。對(duì)于2，4，6-trisilaoxane和環(huán)-1，3，5，7-四硅烷基-2，6-二氧-4，8-二亞甲基，甲硅烷基官能團(tuán)與亞甲基之間的鍵可以改善所得到的膜的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能。非平面分子可使沉積膜內(nèi)的疊層密度降低，從而形成低介電常數(shù)的膜。
在含硅/氧材料作為膜被沉積之后，該膜優(yōu)選在逐漸升高的溫度下退火，以使不穩(wěn)定有機(jī)基團(tuán)轉(zhuǎn)化為分散在納米多孔氧化硅層中的氣囊，該層因其優(yōu)選的封閉單元泡沫結(jié)構(gòu)而具有低介電常數(shù)。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的納米多孔氧化硅層被沉積在PECVD氧化硅、氮化硅、氧氮化硅和氫化碳化硅(例如，可從California，Santa的應(yīng)用材料公司獲得的BLOKTM層材料)阻擋層上，該阻擋層通過(guò)一種或多種反應(yīng)性含硅化合物的等離子體輔助反應(yīng)被沉積在圖案化金屬材料上。然后，納米多孔氧化硅層在施加RF功率或遠(yuǎn)程微波功率的同時(shí)在同樣的多室集成CVD系統(tǒng)中被沉積，并隨后用升高的溫度曲線將其可選地加熱至約350℃-約400℃?？蛇x地，在相同的室或用于沉積阻擋層的相鄰的集成設(shè)備處理室中，例如用氫化碳化硅(BLOkTM)涂覆納米多孔氧化硅層。內(nèi)襯層和覆蓋層充當(dāng)保護(hù)納米多孔氧化硅層的阻擋層。
在高溫固化期間或之后，用疏水性化學(xué)劑對(duì)多孔氧化硅層進(jìn)行處理，可改善沉積膜的阻水性。所用的化學(xué)劑優(yōu)選選自六甲基二硅氮烷、三甲基甲硅烷基二乙胺、苯基二甲基甲硅烷基二甲胺、三甲氧基甲硅烷基二甲胺、三(三氟甲基)甲硅烷基二甲胺、二(三甲基甲硅烷基)肼、1-苯基二甲基甲硅烷基-2-甲基-肼、1-三甲氧基甲硅烷基-2-甲基-肼、1-三(三氟甲基甲硅烷基)-2-甲基-肼、三甲基氯硅烷、三甲基溴硅烷、三甲基硅烷，或其組合。
通過(guò)等離子體輔助化學(xué)氣相沉積氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或氫化碳化硅(BLOKTM)，可以沉積內(nèi)襯層和覆蓋層。
本發(fā)明的進(jìn)一步描述將涉及用于沉積本發(fā)明的納米多孔氧化硅層的具體裝置。
示例性CVD等離子體反應(yīng)器可在其中進(jìn)行本發(fā)明的方法的一種合適的CVD等離子體反應(yīng)器是可從California，Santa的應(yīng)用材料公司獲得的“DLK”室，如圖2所示，該圖為具有高真空區(qū)115的平行板化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器110的縱向剖面圖。反應(yīng)器110包括氣體分布歧管(manifold)，用于通過(guò)歧管中的穿孔將處理氣體分散到位于由升降電動(dòng)機(jī)114升高或降低的襯底支撐板或基座112上的襯底(未示出)上。也可提供例如通常用于液體注射TEOS的液體注射系統(tǒng)(未示出)來(lái)注射液體反應(yīng)物。優(yōu)選的液體注射系統(tǒng)包括AMAT氣體精密液體注射系統(tǒng)(GPLIS)和AMAT擴(kuò)展精密液體注射系統(tǒng)(EPLIS)，二者均可從應(yīng)用材料公司獲得。
反應(yīng)器110包括例如通過(guò)熱電阻線圈(未示出)或外部燈(未示出)加熱處理氣體和襯底。參見圖2，基座112安裝在支撐桿113上，使得基座112(和基座112的上表面上支撐的襯底)可以在較低的裝載/卸載位置與較高的緊鄰歧管111的處理位置之間可控地移動(dòng)。
當(dāng)基座112和襯底處于處理位置114時(shí)，它們被絕緣體117圍繞，并且處理氣體排入歧管124。在圖2所示和描述的具體DLK設(shè)計(jì)中，襯底可被置于基座上表面中的凹槽(未示出)內(nèi)，該凹槽的尺寸使得晶片邊緣與凹槽壁面的間隙約為2mm。
在處理過(guò)程中，與歧管111相連的氣體進(jìn)口在整個(gè)襯底表面上徑向均勻分布。具有節(jié)流閥的真空泵132控制氣體從室中的排出速率。
在達(dá)到歧管111之前，沉積氣體和載氣通過(guò)氣體管線118被輸入混合系統(tǒng)119中，在其中它們被混合然后送至歧管111。可選的具有施加器管120的微波系統(tǒng)150(示于圖3)可被定位在氧化氣體的輸入氣體管線上，以在氧化氣體進(jìn)入反應(yīng)器110之前提供僅使其解離的額外能量。微波施加器提供約0-約6000W的功率。通常，每種處理氣體的處理氣體供給管線18包括(i)安全截流閥(未示出)，用于自動(dòng)或手動(dòng)切斷通入室的處理氣體流；和(ii)質(zhì)量流量控制器(未示出)，用于測(cè)量通過(guò)氣體供給管線的氣體流。當(dāng)工藝中使用毒性氣體時(shí)，以常規(guī)配置將數(shù)個(gè)安全截流閥布置在每條氣體供給管線上。
在反應(yīng)器110中進(jìn)行的沉積工藝可以是冷襯底支座上的非等離子體工藝或等離子體增強(qiáng)工藝。在等離子體工藝中，通常通過(guò)由RF功率源125(基座112接地)向分布歧管111施加RF能量，在鄰近襯底處形成受控等離子體。或者，可向基座112提供RF功率或以不同的頻率向不同的部件提供RF功率。RF功率源125可供給單頻或混頻RF功率，以強(qiáng)化被引入高真空區(qū)115的反應(yīng)性物質(zhì)的分解?；祛lRF功率源通常以約13.56MHz的高RF頻率(RF1)向分布歧管111供給功率，并以約360KHz的低RF頻率(RF2)向基座112供給功率。本發(fā)明的氧化硅層最優(yōu)選用低水平或脈沖水平的高頻RF功率來(lái)生成。脈沖RF功率在約10％-約30％的工作周期(duty cycle)期間優(yōu)選提供13.56MHz的約20-約200W的RF功率。如以下更詳細(xì)的描述，非脈沖功率優(yōu)選提供13.56MHz的約10-約150W的RF功率。低功率沉積優(yōu)選在約-20-約40℃的溫度范圍內(nèi)發(fā)生。在優(yōu)選的溫度范圍內(nèi)，沉積膜在沉積期間被部分地聚合，并且聚合在后續(xù)的膜固化期間完成。
當(dāng)需要對(duì)氧化氣體進(jìn)行額外的解離時(shí)，可選的微波室可被用于在氧化氣體進(jìn)入沉積室之前向其輸入約0-約3000W的微波功率。獨(dú)立地施加微波功率可避免硅化合物在于氧化氣體反應(yīng)之前過(guò)度解離。當(dāng)對(duì)氧化氣體施加微波功率時(shí)，具有分開的硅化合物通道與氧化氣體通道的氣體分布板是優(yōu)選的。
通常，室襯套、氣體進(jìn)口歧管面板、支撐桿113和其它反應(yīng)器硬件中的任何一個(gè)或全部是由例如鋁或陽(yáng)極化鋁的材料制成。這樣的CVD反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)例在授予Wang等人、并轉(zhuǎn)讓給作為本發(fā)明受讓人的應(yīng)用材料公司的標(biāo)題為“A Thermal CVD/PECVD Reactor and Use for ThermalChemical Vapor Deposition of Silicon Dioxide and In-situ Multi-step PlanarizedProcess”的美國(guó)專利No.5,000,113中有所描述。
升降電動(dòng)機(jī)114在處理位置與較低的襯底裝載位置之間提升和降低基座112。電動(dòng)機(jī)、氣體混合系統(tǒng)119和RF功率源125由系統(tǒng)控制器134通過(guò)控制線136來(lái)控制。反應(yīng)器包括類似組件，例如由系統(tǒng)控制器134控制的質(zhì)量流量控制器(MFC)以及標(biāo)準(zhǔn)或脈沖RF發(fā)生器，所述系統(tǒng)控制器134執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器210中的系統(tǒng)控制軟件，所述存儲(chǔ)器210在優(yōu)選實(shí)施方式中為硬盤驅(qū)動(dòng)器。電動(dòng)機(jī)和光學(xué)傳感器被用于移動(dòng)和確定可移動(dòng)機(jī)械組件的位置，所述可移動(dòng)機(jī)械組件例如是真空泵132的截流閥和用于定位基座112的電動(dòng)機(jī)。
系統(tǒng)控制器134控制CVD反應(yīng)器的所有活動(dòng)，控制器134的優(yōu)選實(shí)例包括硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器和插卡導(dǎo)軌(card rack)。插卡導(dǎo)軌包括單板計(jì)算機(jī)(SBC)、模擬和數(shù)字輸入/輸出板、接口板和步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器板。系統(tǒng)控制器34符合VME(Versa Modular Europeans)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定板、插卡架和連接器的尺寸和類型。VME標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定具有16位數(shù)據(jù)總線和24位地址總線的總線結(jié)構(gòu)。
圖3為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的遠(yuǎn)程微波系統(tǒng)150的簡(jiǎn)化圖，所述遠(yuǎn)程微波系統(tǒng)150用于在處理氣體(例如水)進(jìn)入DLK反應(yīng)器110之前將其解離。遠(yuǎn)程微波系統(tǒng)150包括施加器管120、包括紫外(UV)燈154和紫外功率源155的等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)、微波波導(dǎo)系統(tǒng)和磁控管168，其中所述微波波導(dǎo)系統(tǒng)包括不同長(zhǎng)度的直和彎的波導(dǎo)段156、波導(dǎo)耦合158和輸出波導(dǎo)段160，所述波導(dǎo)段156與波導(dǎo)耦合158可通過(guò)接頭157連接在一起。波導(dǎo)段156還可具有支撐臂162，用于連接安裝在臂基166上的樞軸臂164。樞軸臂包括與臂接頭163連接的臂單元165，可使臂單元垂直分隔并使臂164繞臂接頭163作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。臂接頭163是垂直布置的圓柱體，其與一個(gè)臂單元165在臂接頭163的底部相連并且與第二臂單元165在臂接頭163的頂部相連。臂單元165通過(guò)臂接頭163的兩端相連接，這可使臂單元垂直分隔，并且在處理反應(yīng)器110的操作和維護(hù)過(guò)程中，使臂164的位置具有靈活性，因而使得微波系統(tǒng)150的位置也可靈活變化。
磁控管168是能夠在頻率為約2.45吉赫茲(GHz)、功率為約0-3000W的微波的連續(xù)波(CW)或脈沖輸出下操作的普通磁控管源。當(dāng)然也可使用其它磁控管。循環(huán)器(未示出)僅允許從磁控管160向施加器管120傳輸微波?？墒褂枚叹€調(diào)諧器或其它調(diào)諧元件的調(diào)諧系統(tǒng)170可使微波系統(tǒng)150具有將波導(dǎo)段160處的負(fù)載與波導(dǎo)管的特性阻抗相匹配的能力。根據(jù)具體實(shí)施方式
，調(diào)諧系統(tǒng)可提供固定調(diào)諧、手動(dòng)調(diào)諧或自動(dòng)調(diào)諧。在具體實(shí)施方式
中，波導(dǎo)段的橫截面為矩形，但是也可使用其它類型的波導(dǎo)管施加器管120是圓形(或其它形狀橫截面)管，其制造材料為復(fù)合材料或陶瓷材料，優(yōu)選鋁，或抗自由基蝕刻的其它材料。在具體實(shí)施方式
中，施加器管120的長(zhǎng)度為約18-24英寸，橫截面直徑為約3-4英寸。配置施加器管120通過(guò)波導(dǎo)段160，該波導(dǎo)管160一端開口用于傳輸微波且另一端用金屬壁封閉。微波通過(guò)波導(dǎo)段160的開口端傳輸給施加器管120內(nèi)的氣體，施加器管120對(duì)于微波是透明的。當(dāng)然，也可使用例如藍(lán)寶石的其它材料作為施加器120的內(nèi)部。在其它實(shí)施方式中，施加器120可具有金屬外部和由復(fù)合材料或陶瓷材料制成的內(nèi)部，其中波導(dǎo)段160中的微波從一窗口通過(guò)施加器120外部進(jìn)入其暴露的內(nèi)部，從而給氣體提供能量。
上述方法可在由處理器基系統(tǒng)控制器(例如圖2所示的控制器134)控制的系統(tǒng)中實(shí)施。圖4示出了具有可以以那樣的容量應(yīng)用的系統(tǒng)控制器134的處理系統(tǒng)或反應(yīng)器110(例如圖2所示)的框圖。系統(tǒng)控制器134包括可與存儲(chǔ)器210一起操作的可編程中央處理單元(CPU)220、大容量存儲(chǔ)設(shè)備215、輸入控制單元245和顯示單元255。此系統(tǒng)控制器還包括公知的支持電路214，例如功率源、時(shí)鐘225、緩存235、輸入/輸出(I/O)電路240等，它們與DLK處理反應(yīng)器110的各種部件耦合，以便控制沉積工藝?？刂破?34還包括通過(guò)室110中的傳感器(未示出)來(lái)監(jiān)視襯底處理的硬件。這樣的傳感器測(cè)量系統(tǒng)參數(shù)，例如襯底溫度、室氣氛壓力等。所有上述元件均與控制系統(tǒng)總線230耦合。
為了便于對(duì)上述室進(jìn)行控制，CPU 220可以是用于控制各種室和子處理器的工業(yè)裝置中的任何一種形式的通用計(jì)算機(jī)處理器。存儲(chǔ)器210與CPU 220耦合，并且對(duì)于系統(tǒng)總線230是可存取的。存儲(chǔ)器210，或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)215，可以是易得的存儲(chǔ)器例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、軟盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤或任何其它形式的本地或遠(yuǎn)程數(shù)字存儲(chǔ)器的一種或多種。支持電路214與CPU 220耦合，用于以常規(guī)方式支持處理器。一般地，沉積工藝通常作為軟件程序存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器210中。該軟件程序也可由與被CPU 220控制的硬件遠(yuǎn)程定位的第二CPU(未示出)存儲(chǔ)和/或執(zhí)行。
存儲(chǔ)器210包含CPU 220執(zhí)行以便操作處理系統(tǒng)10的指令。存儲(chǔ)器210中的指令是程序代碼的形式，例如可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的程序200。該程序代碼可用許多不同的編程語(yǔ)言中的任何一種來(lái)編制。例如，該程序代碼可用C、C++、BASIC、Pascal或其它的一些語(yǔ)言來(lái)編寫。
大容量存儲(chǔ)設(shè)備215存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令，并且從處理器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)(例如磁盤或磁帶)讀取數(shù)據(jù)和程序代碼指令。例如，大容量存儲(chǔ)設(shè)備215可以是硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶驅(qū)動(dòng)器或光盤驅(qū)動(dòng)器。大容量存儲(chǔ)設(shè)備215響應(yīng)從CPU 220收到的指示而存儲(chǔ)和讀取指令。處理器單元220使用由大容量存儲(chǔ)設(shè)備215存儲(chǔ)和讀取的數(shù)據(jù)和程序代碼指令來(lái)操作處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)和程序代碼指令首先由大容量存儲(chǔ)設(shè)備215從介質(zhì)中讀取，然后傳送至存儲(chǔ)器210，以便為CPU 220所用。
輸入控制單元245將數(shù)據(jù)輸入設(shè)備(例如鍵盤、鼠標(biāo)或光筆)經(jīng)由系統(tǒng)總線230耦合至處理器單元220，以使室操縱器輸入接收。顯示單元255在CPU 220的控制下向室處理器提供圖像顯示和字母數(shù)字字符形式的信息。
控制系統(tǒng)總線230在與其耦合的所有設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的傳輸。盡管控制系統(tǒng)總線顯示為直接連接CPU 220中的設(shè)備的單總線，但是控制系統(tǒng)總線230也可以是總線的集合。例如，顯示單元255、輸入控制單元245(具有輸入設(shè)備)和大容量存儲(chǔ)設(shè)備215可被耦合至輸入-輸出外圍總線，而CPU 220和存儲(chǔ)器210被耦合至本地處理器總線。本地處理器總線和輸入-輸出外圍總線耦合在一起以形成控制系統(tǒng)總線230。
系統(tǒng)控制器134經(jīng)由系統(tǒng)總線230和I/O電路240與本發(fā)明的介電沉積工藝所用的處理系統(tǒng)10的元件相耦合。I/O電路240經(jīng)由CPU 220和系統(tǒng)總線230接收來(lái)自存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器210中的程序200的指令。程序200提供子程序，使得I/O電路240提供反應(yīng)器110的襯底定位控制250、處理氣體控制260、壓力控制270、加熱器控制280和等離子體/微波控制290。
當(dāng)執(zhí)行例如圖4的流程圖所示的本發(fā)明方法的實(shí)施方式的程序200時(shí)，CPU 220形成的通用計(jì)算機(jī)變?yōu)閷Ｓ糜?jì)算機(jī)。盡管這里描述的本發(fā)明可以軟件實(shí)施并且在通用計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可用硬件實(shí)施，例如專用集成電路(ASIC)或其它硬件電路。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可用軟件、硬件或兩者來(lái)完全或部分地實(shí)施。
上述對(duì)于CVD系統(tǒng)的描述主要為了說(shuō)明目的，也可以使用其它等離子體CVD裝置，例如電極回旋共振(ECR)等離子體CVD設(shè)備、感應(yīng)耦合RF高密度等離子體CVD設(shè)備等。此外，上述系統(tǒng)也可以有所不同，例如基座設(shè)計(jì)、加熱器設(shè)計(jì)、RF功率連接的位置等方面的差異。例如，襯底可由電阻加熱的基座來(lái)支撐和加熱。預(yù)處理以及形成本發(fā)明的預(yù)處理層的方法并不限于任何具體的裝置或等離子體激發(fā)方法。其它裝置的使用在下面詳細(xì)描述。
納米多孔氧化硅層的沉積本發(fā)明的納米多孔氧化硅層可使用圖2的PECVD或微波室由圖5所示的三層工藝來(lái)沉積。參見圖5，襯底被定位在反應(yīng)器110中(300)，通過(guò)包含反應(yīng)性含硅化合物的等離子體的PECVD工藝來(lái)沉積阻擋層(305)。根據(jù)本領(lǐng)域已知的方法，沉積步驟305可在處理室15中包括電容耦合等離子體或電感耦合等離子體與電容耦合等離子體兩者。PECVD沉積中常用例如氦氣的惰性氣體以促進(jìn)等離子體生成。然后，通過(guò)沉積還含有不穩(wěn)定有機(jī)基團(tuán)的含硅/氧材料，在內(nèi)襯層上沉積本發(fā)明的納米多孔層(310)。
在步驟312中，沉積的含硅/氧材料的受控退火導(dǎo)致在層中均勻分散的微小氣囊的形成。如以下詳細(xì)所述，根據(jù)本發(fā)明，此受控退火可在不同條件下以多階段發(fā)生，例如通過(guò)施加熱輻射然后暴露于電子束輻射中。
接下來(lái)，優(yōu)選采用與沉積內(nèi)襯層類似的工藝在該層上沉積覆蓋層(315)。然后從反應(yīng)器110中移開襯底(320)。
參見圖6A-6E，三層工藝提供了PECVD內(nèi)襯層400。內(nèi)襯層400充當(dāng)后續(xù)的納米多孔層402與下方的襯底表面404和形成在襯底表面上的金屬線406、408、410之間的絕緣層。納米多孔層402被含硅化合物的PECVD覆蓋層412所覆蓋。此工藝通過(guò)存儲(chǔ)在用于CVD反應(yīng)器110的計(jì)算機(jī)控制器134的存儲(chǔ)器220中的計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)施和控制。
參見圖6A，在反應(yīng)器110中，通過(guò)引入反應(yīng)性含硅化合物和氧化氣體來(lái)沉積PECVD內(nèi)襯層400。處理氣體在等離子體增強(qiáng)環(huán)境中反應(yīng)，以在襯底表面和金屬線406、408、410上形成保形的氧化硅層400。
參見圖6B，通過(guò)由含硅和不穩(wěn)定基團(tuán)的化合物和氧化氣體組成的處理氣體來(lái)沉積納米多孔層402。處理氣體的流率對(duì)于含硅和不穩(wěn)定基團(tuán)的化合物為約20-約1000sccm，對(duì)于氧化氣體為約5-約4000sccm。優(yōu)選的氣體流率對(duì)于含硅和不穩(wěn)定基團(tuán)的化合物為約50-約500sccm，氧化氣體的流率為約5-約2000sccm。這些流率是相對(duì)體積為約5.5-6.5升的室而給出的。優(yōu)選地，在沉積納米多孔層402的過(guò)程中，反應(yīng)器110被保持在約0.2-約5Torr的壓力下。
如圖6CA-CB所示對(duì)納米多孔層402進(jìn)行固化，從而在圖6D所示的覆蓋層412沉積之前去除揮發(fā)性成分。如以下結(jié)合圖6CA-6CB詳細(xì)所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，用多階段方法來(lái)固化沉積態(tài)的低k膜。這樣的多階段固化可包括熱固化步驟及隨后的電子束固化步驟?；蛘?，可在熱固化之前進(jìn)行電子束固化。
或者，固化可在惰性氣氛下在反應(yīng)器110中進(jìn)行，同時(shí)逐步將襯底加熱至較高的溫度。納米多孔層402可在遞增的溫度下退火，以保留分散的微小氣泡狀的氣體產(chǎn)物，和/或?qū)⒖蛇x的不穩(wěn)定有機(jī)基團(tuán)轉(zhuǎn)化為分散的微小氣泡，該微小氣泡作為優(yōu)選的封閉單元結(jié)構(gòu)中的孔隙被保留在已固化的氧化硅膜中。優(yōu)選的退火工藝包括約5分鐘的加熱時(shí)期，包括以約50℃/min將溫度逐步升高至約350℃-約400℃的最終溫度。通過(guò)改變溫度/時(shí)間設(shè)置以及通過(guò)控制沉積膜中的不穩(wěn)定有機(jī)基團(tuán)的濃度，可以控制氣泡的分散。
參見圖6D，反應(yīng)器110沉積覆蓋層412，優(yōu)選以與沉積PECVD內(nèi)襯層400所用的相同材料和相同方法來(lái)沉積。參見圖6E，在沉積覆蓋層412之后，在約200℃-約450℃的溫度下，沉積層在爐或另一個(gè)室中被進(jìn)一步退火，以驅(qū)除殘留的揮發(fā)性產(chǎn)物(例如水)。當(dāng)然，處理?xiàng)l件可根據(jù)沉積膜的期望特性而改變。
多階段固化如上所述，形成低k電介質(zhì)層的工藝包括沉積包含含有不穩(wěn)定基團(tuán)的化合物的材料，然后退火或固化以去除不穩(wěn)定材料并生成納米孔。
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及用于沉積低k材料的多階段固化工藝。在特定的實(shí)施方式中，熱暴露和電子束輻射步驟可被用于控制結(jié)合入沉積態(tài)膜的成孔劑的選擇性排氣。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，通過(guò)電子束(e-beam)技術(shù)將沉積膜固化。此電子束處理可在相同的處理系統(tǒng)中原地進(jìn)行，例如，從一個(gè)室轉(zhuǎn)移到另一個(gè)室而不破壞真空。
根據(jù)本發(fā)明的這種多階段固化工藝應(yīng)平衡考慮各種競(jìng)爭(zhēng)因素。特別地，固化必須具有足夠的強(qiáng)度，以釋放膜中的成孔劑，從而形成可減小沉積材料介電常數(shù)所需數(shù)量和尺寸的納米孔。然而，固化強(qiáng)度不宜過(guò)高，以致將過(guò)量的碳從沉積態(tài)膜中去除，從而不期望地提高其介電常數(shù)。
圖6B-6CB示出了本發(fā)明的實(shí)施方式的沉積態(tài)低k膜的多階段固化。圖6B示出了沉積在內(nèi)襯層/阻擋層400上的低k電介質(zhì)材料402。
沉積態(tài)的低k電介質(zhì)層402包括不同的相402a和402b。相402a表示富含不穩(wěn)定基團(tuán)的有機(jī)材料的硅含量低的氣囊，這是不含硅材料的存在造成的。相402b表示碳含量較低的可氧化含硅化合物的基質(zhì)。
圖6CA示出了本發(fā)明的多階段固化工藝的一種實(shí)施方式的初始階段。在此第一固化階段期間，對(duì)工件施加熱能。此熱能的施加導(dǎo)致第一相402a中集中的不穩(wěn)定基團(tuán)開始與不含硅組分解離。這些釋放的不穩(wěn)定組分因其揮發(fā)性而從固化膜中逸出，留下初期的納米孔405(在圖6CA中為了便于描述而將其尺寸顯著放大)。
圖6CA還示出了含硅組分的基團(tuán)的一定程度的熱致交聯(lián)。此交聯(lián)限定了層的骨架，納米孔在其中被定義。
在初始短期熱處理之后，在圖6CB所示的第二固化階段中，施加的熱能被施加的電子束輻射409所取代。施加的電子束輻射409強(qiáng)化并加速固化工藝，以使熱處理后殘留在第一膜相402中的不穩(wěn)定基團(tuán)被釋放并逸出到環(huán)境中，而在其位置留下納米孔405(為了便于描述而將其尺寸顯著放大)。納米孔405在骨架407中定義，而交聯(lián)結(jié)構(gòu)是施加的電子與含硅組分的基團(tuán)之間的相互作用所致。
盡管可以使用各種電子束輻射源，但是一種示例性的設(shè)備是可從California，Santa的應(yīng)用材料公司獲得的EBK室。這樣的大面積均勻電子源在US專利No.5003128中有所描述，通過(guò)引用將其全部包含于此。以下專利(也通過(guò)引用將其全部包含于此)描述了電子束處理的各個(gè)方面美國(guó)專利No.5468595、美國(guó)專利No.6132814、美國(guó)專利No.6204201、美國(guó)專利No.6207555、美國(guó)專利No.6271146、美國(guó)專利No.6319655、美國(guó)專利No.6407399、美國(guó)專利No.6150070、美國(guó)專利No.6218090、美國(guó)專利No.6195246、美國(guó)專利No.6218090、美國(guó)專利No.6426127、美國(guó)專利No.6340556、美國(guó)專利No.6358670、美國(guó)專利No.6255035、美國(guó)專利No.6607991、美國(guó)專利No.6551926、美國(guó)專利No.6548899、美國(guó)專利No.6489225和美國(guó)專利No.6582777。電子束處理還更全面地描述在2002年11月22日提交的題為“Method For Curing Low DielectricConstant Film By Electron Beam”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/302375(AMAT-7625)中，通過(guò)引用將其全部包含于此。
電子束通常在約1mTorr-約100mTorr的壓力下生成。電子束可在包含惰性氣體(包括氮?dú)?、氦氣、氬氣、氙?、氧化氣體(包括氧氣)、還原氣體(氫氣、氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚?、氨?或者這些氣體的任意組合的環(huán)境中形成。電子束電流范圍為約1mA-約40mA，更優(yōu)選約2mA-約20mA。電子束可覆蓋約4平方英寸-約700平方英寸的面積。電子束工藝裝置在約25℃-約450℃(例如約400℃)下操作。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，電子束固化處理可包括施加或暴露小于500微庫(kù)侖每平方厘米(μC/cm2)的劑量，優(yōu)選約20-250μC/cm2，例如約150μC/cm2。電子束固化的能量可為約0.5千電子伏(KeV)至約30KeV，例如約2KeV至約10KeV，例如4KeV。
施加的電子束輻射的劑量可以改變。例如，已觀察到，約10-1000μC/cm2的劑量導(dǎo)致在200mm和300mm的襯底上形成的層固化。
為了評(píng)價(jià)本發(fā)明的多階段固化工藝的實(shí)施方式，低k膜在表1所列的條件下被沉積。
表1


圖9A-F示出了經(jīng)歷8個(gè)不同的固化工藝之一的沉積低k膜的特性。一般地，這些圖主要表明了一種固化工藝，其中首先進(jìn)行所示持續(xù)時(shí)間(以分鐘計(jì))的400℃的熱固化步驟，然后進(jìn)行所示劑量(以μC/cm2計(jì))的電子束固化步驟。術(shù)語(yǔ)“85/85”是指固化步驟后的應(yīng)力步驟，其中固化材料在85℃下暴露于85％的濕度中17個(gè)小時(shí)。術(shù)語(yǔ)“爐”是指應(yīng)力后干燥步驟，其中應(yīng)力材料暴露在400℃下約1小時(shí)。
圖9A示出了在表1的條件下沉積的低k電介質(zhì)膜的膜厚度。圖9A表明，電子束固化劑量的增大導(dǎo)致膜厚度的最大減小，從約6800降至約5000(劑量為150)或約4800(劑量為240)，利用預(yù)沉積熱固化步驟根據(jù)其持續(xù)時(shí)間進(jìn)一步減小膜厚度。為了對(duì)比，具有7093的沉積低k膜，在暴露于400℃的單階段熱固化1小時(shí)之后，其厚度降至6885。
圖9B示出了在表1的條件下沉積的低k電介質(zhì)膜的膜收縮。與圖9A的結(jié)果一致，圖9B示出了不同劑量下的兩種膜收縮分布約0.75(劑量為150)或約0.70(劑量為240)。為了對(duì)比，沉積的低k膜僅暴露于400℃的單階段熱固化1小時(shí)后，其收縮為0.97。
圖9C示出了在表1的條件下沉積的低k電介質(zhì)膜的介電常數(shù)。圖9C示出了不同電子束劑量下的兩種分布k約為2.43(劑量為240)或約為2.37(劑量為150)。此圖表明了過(guò)度固化的不利影響，由于施加較高強(qiáng)度的電子束導(dǎo)致碳去除，從而不期望地提高了介電常數(shù)。為了比較，沉積的低k膜在暴露于400℃的單階段熱固化1小時(shí)后，其介電常數(shù)應(yīng)在2.40左右。
圖9D示出了在表1的條件下沉積的低k電介質(zhì)膜的膜應(yīng)力。與在超低k納米多孔膜中觀察到的應(yīng)力增加一致，圖9D的膜的應(yīng)力通常隨著熱和電子束暴露的增加而提高，范圍在約53-56MPa。為了比較，沉積的低k膜僅暴露于400℃的單階段熱固化1小時(shí)后，其應(yīng)力約為58MPa。
圖9E示出了在表1的條件下沉積的低k電介質(zhì)膜的折射率(RI)。
表2列出了圖9E中所示的數(shù)據(jù)。
表2

表2和圖9E表明，在最長(zhǎng)的熱處理下得到的折射率較低(1.3056和1.3085)。與RI對(duì)施加的固化熱能的強(qiáng)依賴性一致，沉積的低k膜僅暴露于400℃的單階段熱固化1小時(shí)后，其折射率為1.286。
圖9F示出了在表1的條件下沉積的低k電介質(zhì)膜的均勻度。圖9F示出了固化條件之間的復(fù)雜關(guān)系，但是一般性地給出了基于電子束固化強(qiáng)度的兩種分布約4.52％，1σ(劑量為240)或約4％，1σ(劑量為150)。為了對(duì)比，沉積的低k膜僅暴露于400℃的單階段熱固化1小時(shí)后，其均勻度為3.01％，1σ。對(duì)每個(gè)晶片采用49個(gè)點(diǎn)，在3mm的邊緣排除下測(cè)量均勻度。
圖10示出了本發(fā)明的低k電介質(zhì)膜的模量，該膜暴露于初始熱“預(yù)烘焙”固化步驟0-5分鐘，然后用具有低(150)或高(240)劑量的電子束進(jìn)行輻射。圖10表明，固化膜的模量主要依賴于電子束劑量，較少地依賴于預(yù)烘焙熱固化步驟的持續(xù)時(shí)間。
在上述和圖6CA-CB所示的多階段固化工藝的具體實(shí)施方式
中，熱固化在電子束固化之前。這種固化階段的特定順序可能是有利的，可使電子束輻射與沉積態(tài)層的表面的相互作用更強(qiáng)烈，因而促進(jìn)表面交聯(lián)反應(yīng)，以形成硬殼狀或致密的交聯(lián)表面層。這種表面層阻止或抑制結(jié)合在膜中的成孔劑的排氣，而其應(yīng)在固化工藝中被釋放。
然而，本發(fā)明的實(shí)施方式并不要求多階段固化工藝中的電子束輻射在熱暴露之后。根據(jù)特定的可替代實(shí)施方式，電子束固化可在熱固化之前。這種不同的固化步驟順序可能是有利的，例如，其中電子束處理形成表面硬殼，以期望的方式影響材料的排氣。這種不同的固化步驟順序也可能由于保持了高處理量而被證明是有利的，因?yàn)闊峁袒襟E通常是間歇工藝，可在單個(gè)晶片的輻射之后進(jìn)行。
而且，多階段固化工藝中的每個(gè)階段的條件可以改變，以獲得期望的固化膜特性。例如，在熱退火階段，可以改變持續(xù)時(shí)間和溫度變化的曲線。此外，在電子束固化階段，可以控制所施加的電子束輻射的劑量、能量和電流。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在多階段固化工藝過(guò)程中可改變的其它條件包括一個(gè)或多個(gè)固化階段時(shí)存在的氣體環(huán)境?？稍谝粋€(gè)或多個(gè)固化階段時(shí)存在的氣體的實(shí)例包括但不限于，分子氧(O2)、分子氮(N2)、分子氫(H2)和例如氦(He)的稀有氣體。
盡管以上描述涉及利用熱能和電子束能量的多階段固化工藝，但是這也并不是本發(fā)明所要求的。根據(jù)特定的可替代實(shí)施方式，可采用在不同條件下進(jìn)行的多個(gè)電子束暴露步驟來(lái)固化沉積的低k膜。
例如，在處理過(guò)程中，電子束處理劑量可從低值變?yōu)楦咧?，或從高值變?yōu)榈椭??；蛘?，電子束劑量可在處理過(guò)程中逐步升高或降低。類似地，陰極電壓也可在處理過(guò)程中逐步升高或降低。
雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的沉積圖7示出了根據(jù)本發(fā)明制造的優(yōu)選的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)500，形成該結(jié)構(gòu)的方法示例性地示于隨后的圖8A-8H中，這些圖為其上形成本發(fā)明的階梯的襯底的剖面圖。
圖7示出了包括納米多孔金屬間電介質(zhì)層510的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)500。根據(jù)本發(fā)明沉積的金屬間電介質(zhì)層510和514具有小于3的極低介電常數(shù)，通常稱為極低k(或ELk)電介質(zhì)層。優(yōu)選由本發(fā)明的納米多孔氧化硅層組成的第一電介質(zhì)層510被沉積在襯底502上。襯底包括形成在接觸層(contact level)襯底材料504中的圖案化導(dǎo)線506，襯底材料504上沉積第一(或襯底)蝕刻終止層508，蝕刻終止層的材料為氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或無(wú)定型氫化碳化硅(BLOkTM)，優(yōu)選氮化硅。
然后，可如上所述以多個(gè)階段對(duì)沉積的電介質(zhì)層510進(jìn)行退火，釋放不穩(wěn)定基團(tuán)并形成超低k材料的納米孔。
氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或氫化碳化硅(BLOkTM)的第二蝕刻終止層512被沉積在第一電介質(zhì)層510上。
優(yōu)選由本發(fā)明的納米多孔氧化硅層組成的第二電介質(zhì)層514被沉積在第二蝕刻終止層512上，第三蝕刻終止層516被沉積在第二電介質(zhì)層514上。沉積之后，第二電介質(zhì)層514也可以多個(gè)階段被退火，以在其中生成納米孔，這降低了材料的k值。
沉積層被蝕刻以形成過(guò)孔520，隨后在過(guò)孔520內(nèi)保形沉積的阻擋層522上，過(guò)孔520被導(dǎo)電材料524(優(yōu)選銅)填充。然后，此結(jié)構(gòu)被平坦化，并在其上沉積包含氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或氫化碳化硅(優(yōu)選包含氮化硅)的覆蓋層518。覆蓋層518也充當(dāng)襯底蝕刻終止層，并相應(yīng)于第一蝕刻終止層508，用于隨后的雙鑲嵌多層互連。
如圖8A所示，氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或無(wú)定型氫化碳化硅(優(yōu)選氮化硅)的第一(襯底)蝕刻終止層508被沉積在襯底502上至約1000的厚度。襯底502包括形成在接觸層襯底材料504中的圖案化的導(dǎo)電互連或線506。根據(jù)本發(fā)明，第一納米多孔電介質(zhì)層510被沉積在第一蝕刻終止層508上。依賴于所制造的結(jié)構(gòu)的尺寸，第一電介質(zhì)層510具有約5000-約10000的厚度，但優(yōu)選具有約5000的厚度。然后將第一電介質(zhì)層510在約350℃-約400℃的溫度下退火，以從層150中去除揮發(fā)性雜質(zhì)。在第二退火階段，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，第一電介質(zhì)層510被暴露于電子束輻射。
第二蝕刻終止層512(例如氧氮化硅)被沉積在電介質(zhì)層510上至約500的厚度。然后，根據(jù)本發(fā)明在第一蝕刻終止層508上沉積厚度為約5000-約10000(優(yōu)選約5000)的第二納米多孔電介質(zhì)層514，之后在約350℃-約400℃的溫度下將其退火。在第二退火階段，第二電介質(zhì)層514被暴露于電子束輻射。
氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或無(wú)定型氫化碳化硅(BLOkTM)(優(yōu)選氮化硅)的第三蝕刻終止層516被沉積在第二電介質(zhì)層514上至約500-約1000(優(yōu)選約1000)的厚度。然后，厚度約為2000的氧化硅層517被沉積在第三蝕刻終止層516上，其充當(dāng)硬蝕刻掩模并用于將來(lái)的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)步驟。然后，抗反射涂層(ARC)519和包括光刻膠層521的溝槽光掩模被仔細(xì)地沉積在氧化硅層517上。然后用本領(lǐng)域已知的常規(guī)光刻方法對(duì)光刻膠層521進(jìn)行圖案化。
然后，通過(guò)本領(lǐng)域已知的常規(guī)方法，優(yōu)選通過(guò)使用氟化碳化學(xué)劑的蝕刻工藝來(lái)蝕刻氧化硅層517，以暴露圖8B所示的第三蝕刻終止層516。氧化硅層517的初始蝕刻確立了雙鑲嵌結(jié)構(gòu)500的開口寬度，或溝槽寬度。形成在氧化硅層517中的開口寬度定義了形成在第二蝕刻終止層514上方的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)500的水平互連。然后對(duì)殘余的光刻膠層521進(jìn)行灰化或干燥去除，以準(zhǔn)備蝕刻過(guò)孔。為了形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的觸點(diǎn)或過(guò)孔，第二抗反射涂層519和光刻膠層521被仔細(xì)地沉積在氧化硅薄層517上，然后通過(guò)光刻將其圖案化，從而通過(guò)過(guò)孔寬度暴露第三蝕刻終止層516，如圖8C所示。
參見圖8D，在第三蝕刻終止層516和第二電介質(zhì)層514上蝕刻溝槽，以包括第二蝕刻終止層512。然后采用各向異性技術(shù)蝕刻第二電介質(zhì)層514直至第二蝕刻終止層512以形成過(guò)孔520，從而在由氧化硅層517確立的寬度上定義金屬化結(jié)構(gòu)(即，互連和觸點(diǎn)/過(guò)孔)；并在蝕刻第三蝕刻終止層516、第二電介質(zhì)層514和第二蝕刻終止層512時(shí)確立的過(guò)孔寬度上，蝕刻第一電介質(zhì)層510直到第一蝕刻終止層508，如圖8E所示。使用氧氣剝離或其它合適的工藝來(lái)去除用于圖案化第二蝕刻終止層512或第二電介質(zhì)層514的任何光刻膠材料或ARC材料。圖8F示出了用于保護(hù)襯底502的第一蝕刻終止層508的蝕刻，暴露其下方的接觸層襯底材料504中的圖案化金屬線506。圖案化金屬線506優(yōu)選包含導(dǎo)電金屬，例如銅。然后，在后續(xù)層沉積之前，用本領(lǐng)域已知的常規(guī)方法對(duì)雙鑲嵌結(jié)構(gòu)500進(jìn)行預(yù)清潔。
然后，用導(dǎo)電材料例如鋁、銅、鎢或其組合，形成金屬結(jié)構(gòu)。目前的趨勢(shì)是用銅來(lái)形成更小的特征，因?yàn)殂~的電阻低(相對(duì)于鋁的3.1mW-cm，為1.7mW-cm)。優(yōu)選地，如圖8G所示，合適的阻擋層522(例如氮化鉭)首先被保形沉積在金屬化圖案520中，以防止銅遷移到周圍的硅和/或介電材料中。此后，用化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積或電鍍(優(yōu)選通過(guò)電鍍)來(lái)沉積銅層524，以形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。一旦結(jié)構(gòu)已被銅或其它金屬填充，則用化學(xué)機(jī)械拋光對(duì)表面進(jìn)行平坦化，并用覆蓋層518將其覆蓋，該覆蓋層優(yōu)選包含氮化硅并具有約1000的厚度，如圖8H所示。在平坦化表面之前，金屬可在氫氣氛中被退火以對(duì)銅填充物進(jìn)行重結(jié)晶，并去除結(jié)構(gòu)500中已形成的孔隙。盡管并未示出，可在通過(guò)電鍍沉積銅層124之前沉積銅種子層。然后，可重復(fù)雙鑲嵌形成工藝來(lái)沉積其它互連層(現(xiàn)代微處理器集成電路具有5或6層互連層)。
實(shí)施例下面的實(shí)施例說(shuō)明了具有分散微小氣體孔隙的納米多孔氧化硅基膜的沉積。此實(shí)施例是使用化學(xué)氣相沉積室進(jìn)行的，具體來(lái)說(shuō)，是使用由California，Santa的應(yīng)用材料公司制造并出售的CENTURA“DLK”系統(tǒng)進(jìn)行的。
具有含硅組分和熱不穩(wěn)定組分的硅化合物(理想例)在1.0Torr的室壓力和30℃的溫度下，由如下反應(yīng)氣體沉積納米多孔氧化硅基膜，所述反應(yīng)氣體被蒸發(fā)并以如下流率流入反應(yīng)器甲基甲硅烷基-2-呋喃基醚150sccm氧化亞氮(N2O) 1000sccm在進(jìn)入室之前，氧化亞氮在提供2000W的微波能量的微波施加器中被解離。襯底被布置在距離氣體分布噴頭600密爾處，并且用2分鐘將反應(yīng)氣體引入。然后襯底被加熱5分鐘，以50℃/min將襯底的溫度升至400℃，從而對(duì)納米多孔氧化硅基膜進(jìn)行固化和退火。
含硅化合物與附加的熱不穩(wěn)定化合物的混合物(理想例)在1.0Torr的室壓力和30℃的溫度下，由反應(yīng)氣體沉積納米多孔氧化硅基膜，所述反應(yīng)氣體被蒸發(fā)并以如下流率流入反應(yīng)器環(huán)-1，3，5，7-四硅烷基-2，6-二氧-4，8-二亞甲基100sccm乙烯基-2-呋喃基醚 50sccm氧化亞氮(N2O) 1000sccm在進(jìn)入室之前，氧化亞氮在提供2000W的微波能量的微波施加器中被解離。襯底被布置在距離氣體分布噴頭600密爾處，并且用2分鐘將反應(yīng)氣體引入。然后襯底被加熱5分鐘，以50℃/min將襯底的溫度升至400℃，從而對(duì)納米多孔氧化硅基膜進(jìn)行固化和退火。
具有含硅組分與熱不穩(wěn)定組分的硅化合物和附加的含硅化合物(理想例)在1.0Torr的室壓力和0℃的溫度下，由反應(yīng)氣體沉積納米多孔氧化硅基膜，所述反應(yīng)氣體被蒸發(fā)并以如下流率流入反應(yīng)器甲基甲硅烷基-2-呋喃基醚 100sccm環(huán)-1，3，5，7-四硅烷基-2，6-二氧-4，8-二亞甲基50sccm氧化亞氮(N2O) 1000sccm在進(jìn)入室之前，氧化亞氮在提供2000W的微波能量的微波施加器中被解離。襯底被布置在距離氣體分布噴頭600密爾處，并且用2分鐘將反應(yīng)氣體引入。然后襯底被加熱5分鐘，以50℃/min將襯底的溫度升至400℃，從而對(duì)納米多孔氧化硅基膜進(jìn)行固化和退火。
雖然全面描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是可以采用各種改進(jìn)、變化和替代。這些等同和替代包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的范圍不限于所述的實(shí)施方式，而是由所附權(quán)利要求及其等同物來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.化學(xué)氣相沉積的低k電介質(zhì)層的固化方法，所述方法包括向包含不穩(wěn)定含碳基團(tuán)的沉積態(tài)低k電介質(zhì)層施加熱能和電子束輻射中的一種；和向所述沉積態(tài)低k層施加熱能和電子束輻射中的另一種，置換所述不穩(wěn)定含碳基團(tuán)，以形成納米孔。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述熱能是在所述電子束之前施加的。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中所述熱能的施加在所述電子束的施加之前停止。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中所述沉積態(tài)低k電介質(zhì)層得自含硅組分與不含硅組分之間的反應(yīng)。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中所述沉積態(tài)低k電介質(zhì)層得自作為含硅組分的二乙氧基甲基硅烷與作為不含硅組分的α-萜品烯之間的反應(yīng)。
6.如權(quán)利要求4的方法，其中所述沉積態(tài)低k電介質(zhì)層在暴露于500μC/cm2的電子束輻射劑量之前，以在400℃或更高的溫度下處理5分鐘或更短時(shí)間的形式，被暴露于所述熱能中。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中所述沉積態(tài)低k電介質(zhì)層在暴露于150μC/cm2的電子束輻射劑量之前，以在約400℃的溫度下處理5分鐘或更短時(shí)間的形式，被暴露于所述熱能中。
8.如權(quán)利要求4的方法，其中所述沉積態(tài)低k電介質(zhì)層在所述電子束固化步驟之后呈現(xiàn)3.0或更小的介電常數(shù)。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中所述熱能是在所述電子束之后施加的。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中所述熱能是在爐中向一批晶片施加的。
11.納米多孔低k電介質(zhì)膜，其包括由化學(xué)氣相沉積膜的含硅組分的多階段固化所得的交聯(lián)骨架；和由所述化學(xué)氣相沉積膜的不含硅組分的多階段固化導(dǎo)致的成孔劑排氣而得到的大量納米孔。
12.如權(quán)利要求11的膜，其中所述納米孔得自多階段固化工藝，所述固化工藝包括在電子束輻射之前的熱能施加。
13.如權(quán)利要求11的膜，其中所述納米孔得自多階段固化工藝，所述固化工藝包括在電子束輻射之后的熱能施加。
14.如權(quán)利要求11的膜，其中所述含硅組分包括二乙氧基甲基硅烷，所述不含硅組分包括α-萜品烯。
15.互連金屬化結(jié)構(gòu)，其包括第一金屬化層；所述第一金屬化層上方的內(nèi)襯層/阻擋層；所述第一金屬化層上方的超低k納米多孔電介質(zhì)層，所述超低k納米多孔電介質(zhì)層包括由化學(xué)氣相沉積膜的含硅組分的多階段固化所得的交聯(lián)骨架，和由所述化學(xué)氣相沉積膜的不含硅組分的多階段固化導(dǎo)致的成孔劑排氣而得到的大量納米孔；和所述超低k納米多孔電介質(zhì)層上方的第二金屬化層。
16.如權(quán)利要求15的結(jié)構(gòu)，其中所述納米孔得自多階段固化工藝，所述固化工藝包括在電子束輻射之前的熱能施加。
17.如權(quán)利要求15的結(jié)構(gòu)，其中所述納米孔得自多階段固化工藝，所述固化工藝包括在電子束輻射之后的熱能施加。
18.如權(quán)利要求15的結(jié)構(gòu)，其中所述含硅組分包括二乙氧基甲基硅烷，所述不含硅組分包括α-萜品烯。
19.如權(quán)利要求15的結(jié)構(gòu)，其中所述第一和第二金屬化層中的至少一個(gè)包含銅。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及用于化學(xué)氣相沉積的低k材料的多階段固化工藝。在特定的實(shí)施方式中，電子束輻射和熱暴露步驟的組合可被用于控制結(jié)合在膜中的成孔劑的選擇性排氣，從而形成納米孔。根據(jù)一種具體實(shí)施方式
，通過(guò)首先施加熱能然后施加電子束形式的輻射，可以對(duì)得自含硅組分與具有不穩(wěn)定基團(tuán)的不含硅組分之間的反應(yīng)的低k層進(jìn)行固化。
文檔編號(hào)H01L21/312GK1957108SQ200580010033
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者福蘭斯馬爾·斯楚彌特, 鄭毅, 亦康蘇, 安相和, 萊斯特·A·德庫(kù)茲, 達(dá)斯廷·W·霍, 亞歷山德羅斯·T·迪莫斯, 夏立群, 德里克·R·維蒂, 海澈姆·穆薩德 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司