TW478070B - Method to improve stability of low dielectric constant spin on polymer with repetitive thermal treatment and manufacturing process to form low dielectric constant dielectric layer - Google Patents

Description

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五、發明說明（1) 本發明是有關於一種丰邋 種改善半導體製程中常=體土私’且特別是有關於-連續熱處理過程之穩定度之方法。^ I式U在 在積體電路的應用卜道 已被廣泛地使用，i中薄膜\半導體及絕緣層等材料 等製程’主要即是將上述各：料Ϊ:例：化學氣相沉積法 ，以形成半導體元件如ii二:層沉積於待製晶圓表面 案號87108^ j二之；r欠微米製程中’積體電路積集度增加，製 廣泛採用立體架構，如多以二=挽度’因此目前 件其中用來隔離各金屬層之介電材料稱之為內今屬入带 層（IMD)，傳統製程一般為 叶辑之為内金屬厂電 然而，此内金屬介電為;吏是用 層的介電係數（k值）之高低兩^屬層前’因此介電 介：係數之介電材料以減少Rc 文:找 製程中之重要考量。 7疋冰夂微未 低介電係數材料所構成的介 電層（IMD)的應用上變得非常曹丨/層 在取近的内金屬介 主要是一種有機聚合物，如伸芳基鱗聚合物 數材科 (polycarylene ether ; PAE)。現在製程 基喊聚合物例如有Allied Signal產製的心用的伸芳

Schumacher 產製的PAE 2.〇 。 .〇 或 隨半導體元件的尺寸縮小化設 面尺寸的條件下增加元件積隼产，故Σ目，^要在不擴張平 檟集度故現在的積體電路多採 478070 皇號87108_ 五、發明說明（2) ^設計，而各層間用來作為内金屬絕緣層（ILD)或内金 屬”電層（IMD)的該些低介電常數旋塗式聚合物也隨著增 Ϊ ’ ϊ Ϊ在的半導體製程中該些低介電常數聚合物在旋塗 1 f二t I* ί〜3〇 t〇rr) 了進行熱退火，所得到的低 i Ϊ : = Ϊ經過製程中的多重熱處理後，經常出現薄 ΐ ί i ϊ 應力改變等不穩定現象，影響該些旋塗 二二的、阻值:並進而升高其電阻電容延遲時間常數 b處：二y ’使兀件速度變慢。另外’薄膜的厚度收縮以 ^應力的改變會影響到後續的溝填效率、镶嵌式溝渠 (Damascene)的製程，或是化學機械研磨法的研磨率。 有鑑於此，故本發明接φ 3Λ* M ^ ^ f人A A i @ 徒出一種善低介電常數旋塗式 ί:Ϊ;ί續熱處理過程之穩定度的方法，其特徵在於該 ，：電常數旋塗式聚合物經塗佈後，於常壓下之一適當溫 L 火處理。適用於此方法之低介電常數旋塗式聚合 物例如為伸芳基醚聚合物（p〇lycarylene ether ;ρΑΕ)， = AUled Signal產製的FURE 2. 〇或是““㈣扑”產製的 Ε 2· 0或是Dow Chemical所產製的si lk。其中，此方法 的適當退火溫度約為400〜5 0 0 t，可視低介電常數聚合物 的材料種類以及其所形成的薄膜厚度加以調整。而ρΑΕ 2· 〇或FLARE 2· 0之較佳的適當退火溫度則約為425它。 本發明之另一特徵是提出一種低介電常數介電層形成 之方法，其步驟包括：旋塗一低介電常數聚合物層於一表 2土；以及於常壓下以一適當溫度進行熱退火，使該低介 電吊數聚合物層轉變成穩定的低介電常數介電層。其中，

478070 __案號87108010_年月 日 修正 五、發明說明（3) 低介電常數介電層係由一旋塗式聚合物所構成，例如為伸 芳基醚聚合物（polycarylene ether ;PAE)，如 Allied Signal 產製的 FLARE 2·0 或是 Schumacher 產製的 ΡΑΕ 2·〇 或 是Dow Chemical所產製的Silk。其中，此方法的適當退 火溫度約為400〜500 °C，可視低介電常數聚合物的材料種 類以及其所形成的薄膜厚度加以調整。而pAE 2· 〇或FLARE 2 · 0之較佳的適當退火溫度則約為4 2 5 。 為讓本發明更明顯易懂，將配合圖式以及實施例詳細 說明於後。 ' 圖式之簡單說明： 第1 A〜1 B圖所顯示的乃是根據本發明之實施例二的剖 面製造流程圖。 符號說明： 1 0〜基底； 1 2〜旋塗式聚合薄膜； 14〜低介電常數介電層。 貫施例^^ : 根據本發明之上述方法，本發明以ρΑΕ 2· 〇以及flare 2止0作為半導體製程中所用的低介電常數旋塗式聚合物。 ί以習知的旋塗式玻璃塗佈技術，形成一低介電常數旋涂 式聚合物薄膜，然後再於溫度脱，低真空(2〇〜;。數紅土 t^rr)或疋常壓環境丁進行熱退火處理；其中 在溫，真空熱退火的比較組心種=膜 衣兄之低；丨電常數薄膜的特性如表一所示。

478070 案號 87108010 Λ_η 曰 修正 五、發明說明（4)

425€，難 10128Α 9730Α 3.39¾ '4.158ef08 4· 501—8 S72% ΡΑΕ2.0 425X：，麵 9924Γ

9726A im 4.278ef 08 4.404e+ 08 FLARE 2.0 咖，靜 10162A 95Τ8Γ 4.234f0 4.80ef0

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SJA2M 由表一的結果可知，在相同的退火溫度（425 °c)下， PAE 2· 0之薄膜於常壓下退火後，再經過退火處理12小時 後，薄膜之收縮度（2· 00%)以及應力的變異性（2· 94%)比在 真空下退火所得的薄膜來的小（薄膜收縮度：3. 93% ;應力 變異性：8 · 2 5 %)。另外，在相同的真空環境下，以4 2 5 °C 熱退火處理後的薄膜，其再經過退火處理1 2小時後，薄膜 之收縮度以及應力的變異性比在4 2 0 °C下進行熱退火所得 的薄膜來的小（薄膜收縮度：6· 34% ;應力變異性：13. 36% )。此外，FLARE-2· 0之薄膜於常壓下退火後，再經過退火 處理12小時後，薄膜之收縮度（8· 80%)以及應力的變異性 (1 5 · 2 5 %)比在真空下退火所得的薄膜來的小（薄膜收縮度 :9. 67% ;應力變異性：1 9. 54%)。 另外，再測量PAE 2· 0以及FLARE 2· 0於真空或常壓下 以42 5 °C熱退火處理後所獲得薄膜線—線電容值（Line-Line

0503-3586-EFl ; TSMC-l-98-067 ; Ythsieh.ptc 第7頁 478070

capacitance)，並與一標準物（Standard; SA)例如化學氣 相沉積〇3-TE0S之線-線電容值作比較，其比值顯示於表 電常數旋寧式聚含煙蓮膜之線-線電容値

PAE 2.0 FLARE 2.0 425°c，真空熱回火 0.77/SA 0.84/SA 425°C，常壓熱回火 0.75/SA 0.79/SA 因此，由PAE 2· 0以及FLARE 2· 0的例子可知，該些低 介電常數旋塗式聚合物薄膜在大氣壓下，以適當溫度進行 熱退火後’所獲得之低介電常數聚合物薄膜再經過多次的 加熱處理後，其薄膜收縮度以及薄膜應力變異性均小=於 真空中進行熱退火的習知製程所製備之低介電常數聚人； 薄膜，且其線-線電容值亦小於在真空環境下進行熱退2火勿

mu

0503-3586-EF1 ； TSMC-1-98-067 ； Ythsieh.ptc 第 8 頁 478070 Λ 修正 曰 案號 87108010 五、發明說明（6) 斤U得之低；丨電吊數聚合物薄膜，故其電阻-電容延遲時 間常數之變異性比習知製程所獲得之薄膜來得小。 實施例二 ^根據上述實施例之方法，可用來製備一低介電常數介 ，層。百先，請參照第1 Α圖，以旋轉塗佈法將一種低介電 吊數介電物質塗佈於一半導體基底或包含有元件之基底表 面1 〇上’形成一低介電常數旋塗式聚合薄膜丨2。其中，該 低"電#數介電物質可為一伸芳基醚聚合物 imen^\ther;pAE)’如AiHedsignai產製的 2· 0 或疋Schumacher 產製的PAE 2 〇 或是D〇w

Chemical 所產製的si ik。 —接著，請參照第“圖，於常壓環境下以4〇〇〜5〇〇。匸進 退二處理，使得旋塗式聚合薄膜12轉變成一厚度較薄 ϋ Λ的低介電常數介電層14 ’可作為内金屬介電層 ?緣：電層(ILD)。其中，較佳的熱退火溫度約 = 25C二此低介電常數介電層“對於後續的多重熱處理 :/、較佳的穩定性，其收縮度、應力變異性較小，且苴 電阻-電容時間常數提昇的變異性較小。 /、 、依據前述，本發明並未曾有雷同或近似的 露或使用於此一技術領域上，固本 /晏 性及產業之價值性等專利要件，新穎性、進步 請。 守f w受仟麦依專利法之規定提出申 雖然本發明已以較佳實施例揭露如 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離；；；； = 111 0503-3586-EFl；TSMC-1.98-067；Ythsieh.ptc Π 第9頁 478070 案號87108010 年 月 曰 修正 五、發明說明（7) 和範圍内，所作之各種更動與潤飾，均落在本發明之專利 範圍内。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍 所界定者為準。

0503-3586-EF1 ； TSMC-1-98-067 ； Ythsieh.ptc 第10頁

Claims (1)

1. H-/OU/U H-/OU/U

   -tll^I1080^g 六、申請專利範圍 1 · 種改善低介Φ t 程之穩定度的方法電吊數旋塗式聚合物在連續熱處理過 物經塗佈後，於常汽其特徵在於該低介電常數旋塗式聚合 2·如申請專利t下之一既定溫度進行退火處理。 常數旋塗式；合物：圍f1項所述之方法’其中該低介電 ether ; PAE)。 马伸芳基醚聚合物（P〇 1 ycary 1 ene 其中該低介電 其中該低介電 其中該既定溫 其中較佳的既 ，其步驟包括： -數專利範圍第2項所述之方法： 吊數疋主式聚合物為flare 2. 〇。 心:ΐ!?專利範圍第2項所述之方法： 系數旋塗式聚合物為ΡΑΕ 2.0。 _凊專利範圍第1項所述之方法， 度約為400〜500 °c。 6 ·如申清專利範圍第5項所述之方法， 定溫度約為425 t。 7三一種低介電常數介電層形成之製程 旋低介電常數聚合物層於一表面上；以及 於常壓下以一既定溫度進行熱退火，使該低介電常數 聚合物層轉變成穩定的低介電常數介電層。 8 ·如申請專利範圍第7項所述之製程，其中該低介電 常數介電層係由一旋塗式聚合物所構成。 9 ·如申請專利範圍第7項所述之製程，其中該低介電 常數介電層係由一伸芳基鱗聚合物（P〇lyCarylene ether ; PAE)所構成。 1 0 ·如申請專利範圍第9項所述之製程，其中該低介電

   0503-3586-EF1 ; TSMC-l-98-067 ; Ythsieh.ptc 第11頁 478070 _案號87108010_年月日__ 六、申請專利範圍 常數介電層係由一FLARE 2. 0伸芳基醚聚合物所構成。 1 1.如申請專利範圍第9項所述之製程，其中該低介電 常數介電層係由一PAE 2. 0伸芳基醚聚合物所構成。 1 2.如申請專利範圍第7項所述之製程，其中該既定溫 度約為4 0 0〜5 0 0 °C。 1 3.如申請專利範圍第1 2項所述之製程，其中較佳的 既定溫度約為4 2 5 °C。

   0503-3586-EF1 ； TSMC-1-98-067 ； Ythsieh.ptc 第12頁