[發明專利]用于固化電介質膜的多步系統和方法

無效

• 申請號: 201310341426.9
• 申請日: 2006-10-06
• 公開（公告）號: CN103489813A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 劉俊軍;埃里克·M·李;多雷爾·L·托瑪
• 申請（專利權）人: 東京毅力科創株式會社
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;賈萌

本申請是申請號為200680050790.8、申請日為2006年10月6日、發明名稱為“用于固化電介質膜的多步系統和方法”的母案申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種用于處理電介質膜的多步系統和方法，更具體地涉及一種用于干燥和固化電介質膜的原位多步系統和方法。

背景技術

如半導體領域中的技術人員所知，提高集成電路(IC)的速度和性能的主要限制因素是互連延遲。使互連延遲最小化的一個方法是通過在IC器件中使用低介電常數(低k)材料作為金屬導線的絕緣電介質來減小互連電容。因此，近年來，低k材料已經被開發來代替諸如二氧化硅的較高介電常數絕緣材料。具體來說，低k膜正在被用于半導體器件的金屬導線之間的層間和層內電介質層。此外，為了進一步減小絕緣材料的介電常數，材料膜形成有多個孔，即多孔低k電介質膜。這樣的低k膜可以通過類似于涂敷光刻膠的旋涂電介質(SOD)法或者通過化學氣相沉積(CVD)被沉積。因此，低k材料的使用容易適用于現有的半導體制造工藝。

低k材料的堅固性比不上更傳統的二氧化硅，而且多孔性的存在使其機械強度進一步降低。多孔低k膜容易在等離子體處理過程中損傷，因而需要對其機械強度進行強化。已經認識到，增強多孔低k電介質材料的強度對于成功地集成該材料來說是必須的。為了提高機械強度，目前正在尋求各種固化技術來使多孔低k膜更堅固并適于集成。

聚合物的固化包括如下過程：對采用例如旋涂或氣相沉積(如化學氣相沉積，CVD)技術沉積的薄膜進行處理，以使該薄膜中發生交聯。在固化過程中，自由基聚合被認為是交聯的主要途徑。由于聚合物鏈的交聯，諸如楊氏模量、膜硬度、斷裂韌度和界面粘附性之類的機械性質得以改善，從而提高了低k膜的制造堅固性。

由于形成具有超低介電常數的多孔電介質膜的方式多種多樣，后沉積處理(固化)的目標也依賴于膜而有所不同，例如去除水分、去除溶劑、燒蝕多孔電介質膜中的用于形成孔的成孔劑、提高這種膜的機械性質等等。

對于CVD膜，低介電常數(低k)材料通常在300-400℃的溫度下熱固化。例如，熱爐固化足以制造介電常數大于約2.5的堅固且致密的低k膜。然而，當處理大孔隙率的多孔電介質膜(例如超低k膜)時，通過熱處理(或熱固化)得到的交聯度已不足以制造出對于堅固的互連結構來說強度足夠大的膜。

在熱固化過程中注意到，在不損傷電介質膜的前提下，適量的能量被輸送至該膜。但在期望的溫度范圍內，只能生成少量的自由基。由于襯底結合熱量時會損失熱能并且部分熱量損失到周圍環境中，實際上只有少量熱能被吸收到待固化低k膜中。因此，低k熱爐固化通常需要較高的溫度和較長的固化時間。但即使在熱預算較高的條件下，熱固化過程中所產生的引發劑的缺乏以及被沉積的低k膜中大量甲基末端的存在也會使達到期望的交聯度十分困難。

發明內容

本發明的一個方面可以減輕或消除上述問題或現有技術中與處理電介質膜相關的其它問題。

本發明的另一個方面可以對電介質膜進行處理以使其固化。

本發明的另一個方面可以通過使用彼此耦合的多個工藝模塊進行原位多步干燥和固化工藝來處理電介質膜。

根據本發明，上述和/或其它方面可由用于處理電介質膜的處理系統來提供。在一種實施方式中，用于處理襯底上的電介質膜的處理系統包括：干燥系統，被配置成進行干燥工藝以減少電介質膜中或電介質膜上的污染物的量；與干燥系統耦合的固化系統，被配置成進行固化工藝。固化系統包括：紫外(UV)輻射源，被配置成將電介質膜暴露于UV輻射；紅外(IR)輻射源，被配置成將電介質膜暴露于IR輻射。該系統還包括與干燥系統和固化系統耦合的轉移系統。該轉移系統被配置成用于在真空條件下將襯底在干燥系統與固化系統之間交換。

在另一種實施方式中，用于處理襯底上的電介質膜的方法和計算機可讀介質包括：將襯底放置在干燥系統中；根據干燥工藝干燥該電介質膜以便于去除或部分去除該電介質膜上或該電介質膜中的污染物；將襯底從干燥系統轉移至固化系統，同時在轉移過程中保持真空條件；通過將電介質膜暴露于UV輻射和將電介質膜暴露于IR輻射來固化該電介質膜。

附圖說明

圖1A-1C為根據本發明的一種實施方式的用于干燥系統和固化系統的轉移系統的示意圖；

圖2為根據本發明的另一種實施方式的干燥系統的剖面示意圖；

圖3為根據本發明的另一種實施方式的固化系統的剖面示意圖；