TWI388685B - 藉由電漿加強化學氣相沈積製造具有高機械特性的特別低k膜層的新式矽前驅物 - Google Patents
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Description
本發明實施例大體而言是關於積體電路的製造。具體而言,本發明實施例是關於用於積體電路之低介電常數膜層的沉積製程。
自從數十年前引入積體電路之後,積體電路的尺寸就一直持續在縮小中。從那時起,積體電路大致依循著摩爾定律(Moor’s Law)來發展,亦即每兩年尺寸縮減一半,這也代表晶片上的元件數目每兩年就會增加一倍。當今的製造廠已能常規進行特徵尺寸為90奈米或甚至65奈米的元件,且預計未來的製造廠將能生產尺寸更小的元件。
元件尺寸持續縮減,也造成低介電常數(k)膜層的需求持續增加,因為必須降低相鄰金屬線間的電容耦合方能降低積體電路上的元件尺寸。特別是,需要介電常數低於4.0的絕緣層。具有低介電常數的絕緣層的實例包括:旋塗玻璃、摻氟的矽玻璃(fluorine-doped silicon glass,FSG)、摻碳的氧化物和聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE),此均為目前市面有販售的。
近來,已研發出介電常數值小於3.0,甚至小於2.5的
低介電常數有機矽膜。目前用來發展低介電常數有機矽膜的方法是從一種由有機矽化合物及一含有熱不穩定物種或揮發性物種之化合物所共同組成的氣體混合物來沉積出此膜層,接著進行後處理以移除沉積膜層中的熱不穩定物種或揮發性物種(如,有機基團)。由沉積膜層中移除熱不穩定物種或揮發性物種時,會在膜層中創造出奈米尺寸的空洞,其可降低膜層的介電常數,如同空氣的介電常數大約為1。
雖然已研發出上述具有所期望介電常數的低介電常數有機矽膜,但一些這類低介電常數有機矽膜的機械性質不如預期,例如機械強度不佳,使得膜層容易在後續半導體處理過程中受到損害。可能造成膜層受損的半導體處理步驟包括用來圖案化此低介電常數有機矽膜之電漿型蝕刻處理。此外,由該介電膜層上移除光阻或底部抗反射塗層(bottom anti-reflective coating,BRAC)的灰化處理和濕蝕刻處理也可能成膜層受損。
因此,亟需一種用來製造具有改良機械性質和可耐後續基板處理之低介電常數膜層的方法。
一般而言,本發明提供了用來沉積低介電常數膜層的方法。在一實施例中,上述方法包含將一或多個有機矽化物引進腔室中,其中該一或多個有機矽化物包含具有
以下通式的化合物:
其中每一個R1具有CnH2n+1、OCnH2n+1或CnH2n-1的通式。在一些實施例中,每一個R1是分別選自由CH3、CH=CH2、H及OH所組成的群組,而R2係選自由(CH2)a、C=C、C≡C、C6H4、C=O、(CF2)b及其組合所組成的群組,且a與b分別為1至4的整數。在一些實施例中,至多一個矽原子會與一個氧原子鍵結。在一些實施例中,上述一或多個有機矽化物包含具有以下通式的化合物:
其中每一個R3具有CnH2n+1,OCnH2n+1或CnH2n-1的通式。在一些實施例中,每一個R3是分別選自由CH3、OCH3、OC2H5、CH=CH2、H及OH所組成的群組,且c與d分別為1至4的整數。上述方法亦包括將成孔劑引進腔室中,以及在存有無線射頻(RF)功率的環境下使一或多個有機矽化物與成孔劑反應,用以在腔室中的基板上沉積低介電常數膜層。之後,對低介電常數膜層進行後處理,以實質移除低介電常數膜層中的成孔劑。該後處理可包含紫外線(UV)、電子束或熱退火處理。經後處理的低介電常數膜層包含Si-Cx-Si鍵結。
在另一實施例中,一種用來沉積低介電常數膜層的方法包含將一或多個有機矽化物引進腔室中,其中該一或多個有機矽化物包含具有以下通式的化合物:
其中每一個R5具有CnH2n+1、OCnH2n+1或CnH2n-1的通式。在一些實施例中,每一個R5是分別選自由CH3、OCH3、OC2H5、CH=CH2、H及OH所組成的群組,且e為1至3的整數。在其他實施例中,該一或多個有機矽化物包含具有以下通式的化合物:
其中每一個R6具有CnH2n+1、OCnH2n+1或CnH2n-1的通式。在一些實施例中,每一個R6是分別選自由CH3、OCH3、OC2H5、CH=CH2、H及OH所組成的群組,且f為1至4的整數。上述方法亦包含將成孔劑引進腔室中,以及在存有RF功率的環境下使一或多個有機矽化物與成孔劑反應,用以在腔室中的基板上沉積低介電常數膜層。之後,對低介電常數膜層進行後處理,以實質移除低介電常數膜層中的成孔劑。該後處理可至少包含UV、電子束或熱退火處理。
在一額外實施例中,一種沉積低介電常數膜層的方法
包含:將一或多個有機矽化物引進腔室中,其中該一或多個有機矽化物包含雙(三乙氧矽基)甲烷(bis(triethoxysilyl)methane);將成孔劑引進該腔室中,在存有RF功率的環境下使一或多個有機矽化物與成孔劑反應,用以在腔室中的基板上沉積低介電常數膜層;以及之後對低介電常數膜層進行後處理,以實質移除低介電常數膜層中的成孔劑。
本發明提供一種沉積低介電常數膜層的方法。該低介電常數膜層包含矽、氧與碳。該膜層亦包含奈米大小的孔洞。該低介電常數膜層的介電常數約為3.0或更小,較佳約為2.5或更小,例如約為2.0與2.2之間。該低介電常數膜層的彈性模數至少約為6 GPa。舉例來說,該低介電常數膜層可作為金屬間的介電層(intermetal dielectric layer)。以下將參照第1圖簡述依據本發明一實施例之用於沉積低介電常數膜層的方法。
第1圖為流程圖,概述了本發明一實施例。在步驟102中,將一或多個有機矽化合物引進腔室中。該一或多個有機矽化合物包含具有-Si-Cx-Si-之通式結構的化合物,其中x介於1至4之間,或是具有-Si-O-(CH2)n-O-Si-之通式結構的化合物,其中n介於1至4之間。在步驟104中,將成孔劑引進腔室中。在步驟106中,在存有
RF功率的環境下使該一或多個有機矽化合物與該成孔劑反應,用以在腔室中的基板上沉積低介電常數膜層。在步驟108中,對該低介電常數膜層進行後處理,以實質移除該低介電常數膜層上的成孔劑。
可用於引入一或多個有機矽化合物與成孔劑的腔室可以是電漿增強化學氣相沉積(Plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)腔室。可利用恆定式無線電射頻(Radio Frequency,RF)功率、脈衝式RF功率、高頻RF功率、雙頻RF功率或其組合來產生沉積步驟中所用的電漿。PECVD腔室的一實例為PRODUCER®腔室(可購自位於加州聖大克勞拉的美商應用材料公司)。然而,也可使用其他類型的腔室來沉積低介電常數膜層。
回到步驟102,具有-Si-Cx-Si-通式結構的化合物包含具有以下結構的化合物:
其中每一個R1具有CnH2n+1、OCnH2n+1或CnH2n-1的通式。在一些實施例中,至少一個R1包含碳。在其他實施例中,至多一個R1基團為甲基矽烷醇(methylsilano)基團。在一些實施例中,R1是分別選自由CH3、OCH3、OC2H5、CH=CH2、H及OH所組成的群組,而R2是選自由(CH2)a、C=C、C≡C、C6H4、C=O、(CF2)b及其組合所
組成的群組,且a與b為1至4。在一些實施例中,至多一個矽原子與一個氧原子鍵結。在一些實施例中,上述具有-Si-Cx-Si-通式的化合物包含具有以下結構的化合物:
其中每一個R3具有CnH2n+1、OCnH2n+1或CnH2n-1的通式。在一些實施例中,每一個R3是分別選自由CH3、OCH3、OC2H5、CH=CH2、H及OH所組成的群組,且c與d分別為1至4。根據本說明書的定義,R基團與其他分別選擇的基團數目可為相同或不同。在一些實施例中,具有-Si-Cx-Si-通式的化合物為聚矽烷(Poly-silanoalkane)。
具有下列通式的化合物之實例為雙(三乙氧矽基)甲烷(C13H32O6Si2)。
具有下列通式的化合物之實例為四甲基-1,3-二矽環丁烷(C6H16Si2)。
具有通式-Si-Cx-Si-的其他化合物包含具有以下結構的化合物:
其中每一個R5具有CnH2n+1、OCnH2n+1或CnH2n-1的通式。在一些實施例中,每一個R5是分別選自由CH3、OCH3、OC2H5、CH=CH2、H及OH所組成的群組,且e為1至3。此化合物的實例為四甲基-2,5-二矽-1-氧環戊烷四甲基二矽呋喃(tetramethyl-2,5-disila-1-oxacyclopentanetetramethyldisilafuran,C6H16OSi2)。
具有通式-Si-O-(CH2)n-O-Si-的一或多個有機矽化物可至少包含具有以下結構的化合物:
其中每一個R6具有CnH2n+1、OCnH2n+1或CnH2n-1的通式。在一些實施例中,每一個R6是分別選自由CH3、OCH3、OC2H5、CH=CH2、H及OH所組成的群組,且f為1至4。上述化合物的實例為雙(三甲基矽氧基)乙烷(bis(trimethylsiloxy)ethane,C8H22O2Si2)。
透過使用包含Si-Cx-Si鍵結的有機矽化物以及在此所述之處理條件,可以得到在後處理之前和之後均包含Si-Cx-Si鍵結(其中x介於1至4之間)的低介電常數膜層。視所使用的有機矽化物種類,上述膜層亦可包含Si-O-Si鍵結。所欲的膜層是包含Si-Cx-Si鍵結的膜層,
因為已經觀察到相較於具有較多Si-CH3鍵結的膜層來說,具有較高Si-Cx-Si/Si-CH3比例的膜層具有較佳的耐灰化性、黏性和熱傳導性。
上述一或多個有機矽化合物亦包含不含上述通式結構的有機矽化合物。舉例來說,該一或多個有機矽化合物可包含甲基二乙氧矽烷(methyldiethoxysilane,MDEOS)、四甲基環四矽氧烷(tetramethylcyclotetrasiloxane,TMCTS)、八甲基環四矽氧烷(octamethylcyclotetrasiloxane,OMCTS)、三甲基矽烷(trimethylsilane,TMS)、五甲基環戊矽氧烷(pentamethylcyclopentasiloxane)、六甲基環三矽氧烷(hexamethylcyclotrisiloxane)、二甲基二矽氧烷(dimethyldisiloxane)、四甲基二矽氧烷(tetramethyldisiloxane)、六甲基二矽氧烷(hexamethyldisiloxane,HMDS)、1,3-雙(矽亞甲基)二矽氧烷(1,3-bis(silanomethylene)disiloxane)、雙(1-甲基二矽氧基)甲烷(bis(1-methyldisiloxanyl)methane)、雙(1-甲基二矽氧基)丙烷(bis(1-methyldisiloxanyl)propane)、六甲氧基二矽氧烷(hexamethoxydisiloxane,HMDOS)、二甲基二甲氧基矽烷(dimethyldimethoxysilane,DMDMOS)或二甲氧甲乙烯基矽烷(dimethoxymethylvinylsilane,DMMVS)。
回到步驟104,成孔劑是包含熱不穩定基團的化合物。該熱不穩定基團可以是環狀基團,例如不飽和環狀有機
基團。「環狀基團」一詞在此是指環形結構。此環形結構可包含的原子數目可少至只有3個原子。舉例來說,環狀基團中的原子可包括碳、氮、氧、氟及其組合。此環狀基團可包含一或多個單鍵、雙鍵、參鍵及其組合。舉例來說,此環狀基團可包含一或多個芳香族類、芳基類、苯基類、環己烷、環己二烯類、環庚二烯類及其組合。此環狀基團也可以是二環或三環。在一實施例中,將環狀基團鍵結在直鏈型或有支鏈的官能基上。此直鏈或有支鏈的官能基較佳是包含烷基或乙烯烷基,且具有1至20個碳原子。此直鏈或有支鏈的官能基也可包括氧原子,例如在酮、醚和酯類中。該成孔劑可包含環狀碳氫化合物。一些可使用的成孔劑的實例包含降冰片二烯(norborndiene,BCHD,雙環(2,2,1)庚-2,5-二烯)、α-松油烯(α-terpinene,ATP)、乙烯基環己烷(vinylcyclohexane,VCH)、苯乙酸酯、丁二烯、異戊二烯、環己二烯、1-甲基-4-(1-甲乙基)苯(又稱為異丙基甲苯,cymene)、3-蒈烯(3-carene)、茴香酮(fenchone)、檸檬烯(limonene)、環戊烯氧化物、乙烯-1,4-二氧雜環己二烯醚、乙烯呋喃醚、乙烯-1,4-二氧雜環己二烯、乙烯呋喃、呋喃甲酸甲酯、甲酸呋喃酯、乙酸呋喃酯、呋喃醛、二呋喃酮、二呋喃醚、二糠基醚、呋喃和1,4-二氧雜環己二烯。
如步驟106所示,該一或多個有機矽化物與成孔劑會在存有RF功率時發生反應,用以在腔室中的基板上沉積
低介電常數膜層。可由一或多個成孔劑和一或多個有機矽化物發生反應。該成孔劑可和一或多個有機矽化物反應用以沉積膜層,在該膜層中保有熱不穩定基團。如步驟108所述,對膜層進行後處理,會導致膜層中的成孔劑及/或熱不穩定基團的分解與排出,進而使得膜層中產生孔隙或奈米大小的孔洞。
以約為10 mgm至約5000 mgm的流速,將一或多個有機矽化物引進腔室中。以約10 mgm至約5000 mgm的流率將成孔劑引進腔室中。可選擇的,以介於約0 sccm至約10000 sccm的流率,將一種氧化氣體引進腔室中,例如O2、N2O、CO2或其組合,並使其與一或多個有機矽化合物和成孔劑反應。以介於約10 sccm至約10000 sccm的流率,將稀釋劑或載氣引進腔室中,例如氦氣、氬氣或氮氣。
以上與本說明書中所提及的流率都是以具有兩隔離處理區之300毫米腔室(如,PRODUCER®腔室,購自位於加州聖大克勞拉的美商應用材料公司)為標準而訂的。因此,每一基板處理區所感受到的流率是引入腔室中流率的一半。
雖然在步驟102和104中,是依序將一或多個有機矽化合物和成孔劑引進腔室中,但也可同時將此兩種反應物引進腔室中。然而,在一較佳實施例中,將一或多個有機矽化物先引進腔室中,而後再引進成孔劑。在此實施例中,先以第一流率將一或多個有機矽化合物引進腔
室中,之後再將流率調升為第二流率。以第三流率將成孔劑引進腔室中,之後調升到第四流率。在成孔劑的流率調升到第四流率之前,將一或多個有機矽化物的流率調升至第二流率。
第2圖為一流程圖,依據本發明一實施例來說明沉積低介電常數膜層的方法,其中一或多個有機矽化合物是在成孔劑之前被引進腔室中。在步驟201中,先將基板放在能夠執行PECVD之腔室內的基板支撐件上。在步驟203中,經由腔室內的氣體分配板(例如,噴頭),將包含有一或多個有機矽化合物和可選擇使用的一或多個氧化氣體之氣體混合物引進腔室中。在電極(例如,噴頭)上施加無線電射頻(RF)功率,以在腔室內提供處理所需的電漿。當腔室中存有RF功率時,上述氣體混合物會在腔室中進行反應,而沉積出一初始層,此一初始層包含氧化矽層且可牢牢地附著於下方基板。
在步驟205中,在存有RF功率的環境下,以介於約100 mg/min/sec到約5000 mg/min/sec(較佳為約1000 mg/min/sec到約2000 mg/min/sec)之間的調升速率來提高該一或多個有機矽化合物的流率,直到達到預定的有機矽化合物氣體混合物的組成為止,用以沉積第一過渡層。執行上述調高流率的條件使得氣體分配板上DC偏壓的變異小於60伏,較佳是小於30伏,以避免出現因電漿而誘發的損壞(plasma induced damage,PID)。
在步驟207中,於保持預定有機矽化物氣體混合物恆
定的同時,經過氣體分配板將包含有成孔劑之組成的氣體混合物引進腔室中。在步驟209中,以介於約100 mg/min/sec到約5000 mg/min/sec(較佳約為200 mg/min/sec到約1000 mg/min/sec)之間的調升率來調高成孔劑的流率,直到達到預定的最終氣體混合物的組成為止,用以沉積出第二過渡層。
在步驟211中,在RF功率的環境下,讓該預定的最終氣體混合物(亦即,最終氣體混合物的組成包含該一或多有機矽化物和成孔劑)在腔室內反應,以沉積出一最終層(即,低介電常數膜層)。一旦完成沉積後,即終止RF功率。在RF功率終止的期間,藉由例如不開啟腔室的節流閥來維持腔室內的壓力。不受理論的限制,一般認為將有機矽化物與成孔劑兩者的調升率區隔開來,可使製程更為穩定,產生具有較少缺陷(如,增加顆粒)的介電層。
在步驟213中,接著對低介電常數膜層進行後處理,以實質移除低介電常數膜層內的成孔劑。
第3圖為一圖表,根據本發明一實施例來說明該一或多個有機矽化合物和成孔劑之流率隨時間變化的關係。如第2圖步驟203中所述,將具有包括一或多個有機矽化物與可選擇使用的一或多個氧化氣體之組成的氣體混合物引進腔室中,以沉積出一初始層。此初始層的沉積時間約在1秒至約10秒間。
之後,如上述關於第2圖中的步驟205,利用所述的
調升率來提高該一或多個有機矽化物的流率,直到達到一預定的有機矽化物氣體混合物為止,用以沉積出一第一過渡層。此第一過渡層的沉積時間約在1秒至約10秒間。
如上述關於第2圖中的步驟209,在保持該預定有機矽化物氣體混合物恆定的同時,將具有包含一或多個成孔劑化合物之組成的氣體混合物引進腔室內,並提高一或多個成孔劑化合物的流率,直到達到預定的最終氣體混合物為止,用以沉積第二過渡層。第二過渡層的沉積時間約在1秒至約180秒間。
如上述關於第2圖中的步驟211,在存有RF功率下,讓具有包括一或多個有機矽化物和成孔劑之組成的氣體混合物在腔室內反應,用以沉積出一最終層(為低介電常數膜層)。最終層的沉積時間約在15秒至約180秒間。
一般認為利用如第2、3圖所述之開始順序來沉積低介電常數膜層,可藉由在低介電常數膜層與該下方層介面間,提供經控制的低介電常數膜層的碳含量與孔隙度來改善低介電常數膜層與基板下層間(低介電常數膜層係沉積在此下方層上)的黏合力。
回到第1圖的步驟106,在一或多個有機矽化物和成孔劑反應用以在腔室中的基板上沉積出低介電常數膜層的過程中,此基板溫度通常維持在約100℃至約400℃間。腔室壓力可介於約1托耳至約20托耳間,且基板支撐件與腔室噴頭間的距離介於約200密耳至約1500密耳
間。可使用介於約0.14 W/cm2和約2.8 W/cm2間的功率密度;以300 mm基材為例,所用的RF功率可介於約100 W至約2000 W間。此RF功率是以介於約0.01 MHz至約300 MHz間之頻率來供應,例如以約13.56 MHz之頻率來供應。也可利用混頻方式來提供此RF功率,例如約13.56 MHz之高頻率與約350 kHz之低頻率。可將該RF功率循環或脈衝,用以減少加熱基板的機會並提高所沉積膜層中的孔隙度。此RF功率也可以是連續的或不連續的。
在沉積出低介電常數膜層後,對此膜層進行後處理,如上述步驟108所述。可使用的後處理包含電子束處理、紫外線處理、熱退火處理(在沒有電子束處理和紫外線處理的情形下)及其組合。
例示性的紫外線後處理條件包括介於約1托耳和約10托耳間的腔室壓力,以及在約350℃到約500℃間的基板支撐件溫度。此UV光可由任一種UV光源來提供,例如汞微波弧燈、脈衝式氙氣閃燈、或高效率UV發光二極體陣列。舉例來說,此UV光的波長在約170 nm至約400 nm之間。可使用的UV腔室與處理條件揭示在2005年5月9日提申且受讓給本案申請人之美國專利申請案11/124,908號內容中,其全文併入做為參考。美商應用材料公司提供的NanoCureTM腔室就是一種商業用的可供紫外線後處理的腔室。
例示性的電子束的條件包括介於約200℃至約600℃間
的腔室溫度,例如,介於約350℃至約400℃間。電子束的能量可以從約0.5keV到約30 keV間。照射劑量可為約1 μC/cm2至約400 μC/cm2之間。腔室壓力可約為1毫托耳至約100毫托耳間。腔室中的氣體環境可以是以下任一種氣體:氮氣、氧氣、氫氣、氬氣、氮氣與氫氣的組合、氨氣、氙氣或以上氣體之任一組合。電子束電流可介於約0.15 mA至約50 mA之間。可執行電子束處理約1分鐘至約15分鐘。雖然可使用任一電子束裝置,在此舉出示例性的電子束腔室為位於加州聖大克勞拉的美商應用材料公司所提供的EBKTM電子束腔室。
熱退火後處理的實例包括在約200℃至約500℃的基板溫度下,於腔室內對膜層進行退火處理,退火時間約2秒至約3小時,較佳是約0.5至約2小時。以約100至約10,000 sccm的流率將諸如氦氣、氫氣、氮氣或其混合物的一種非反應性氣體引進腔室中。將腔室壓力維持在約1毫托耳至約10托耳間。較佳的基板距離在約300密耳至約800密耳間。
本發明實施例可透過以下實例來闡述。在實例中的基板為300毫米的基板。低介電常數膜層是在位於加州聖大克勞拉的美商應用材料公司所生產的PRODUCER®腔室內沉積而成,並於美商應用材料公司所生產的NanoCureTM腔室中進行紫外線處理。
在約7.5托耳的腔室壓力以及約300℃的溫度下,在基板上沉積低介電常數膜層。基板距離為300密耳,且RF功率為300瓦、13.56 MHz。所使用的處理氣體以及流率如下:2000 mgm之雙(三乙氧矽)甲烷、300 mgm之降冰片二烯(norborndiene)、1500 sccm之氦氣。以UV對沉積膜層進行後處理。後處理之後,該膜層的折射率為1.3702、介電常數為2.44、彈性模數為9.1 Gpa、硬度為1.2Gpa且收縮率為9.8%。
在約7.5托耳的腔室壓力以及約225℃的溫度下,在基板上沉積低介電常數膜層。基板距離為400密耳,且RF功率為450瓦、13.56 MHz。所使用的處理氣體及流率如下:500 mgm之雙(三乙氧矽)甲烷、2000 mgm之α-松油烯(α-terpinene,ATP)、500 mgm之甲基二乙氧矽烷、50 sccm之氧氣及3500 sccm之氦氣。以UV對沉積膜層進行後處理。後處理之後,膜層的折射率為1.3443、介電常數為2.51、彈性模數為11.1 Gpa、硬度為1.6 Gpa且收縮率為15.70%。
第4圖繪示在經UV後處理之後,將實例1之低介電常數膜層進行FTIR分析的結果。FTIR分析顯示由雙(三乙氧矽)甲烷之有機矽化物所提供的Si-C-Si鍵結(Si-C-Si波峰出現在1630 cm-1),於後處理後,仍保留在低介電常數膜層中,因此,經後處理的膜層具有所期望
的Si-C-Si網狀結構。
另外也發現使用具有Si-C-Si鍵結之前趨物來獲得具有較高Si-C-Si/SiCH3比例的膜層,也會導致膜層在後處理後具有較小尺寸的孔(相較於具有類似介電常數及低Si-C-Si/SiCH3比例的膜層而言)。具有較小孔隙的膜層較為理想,因為這類膜層的機械強度較佳,比較不容易在膜層進行進一步處理時受損(相較於孔隙度大的膜層來說)。
已知在此所提供的有機矽化物可使用不含成孔劑的氣體混合物,用以化學氣相沉積低介電常數膜層。然而,儘管預期從包含在此所述有機矽化物且不含成孔劑的氣體混合物中沉積出來的膜層具有改良較佳的機械強度(與從包含其他有機矽化物且不含成孔劑的氣體混合物中沉積出來的膜層比較起來),但是一般來說,使用成孔劑可提供膜層所期望的低介電常數,約2.4或更小。
儘管前述是直接說明本發明實施例,但在不偏離本發明的基本範疇下可實施本發明其他以及更進一步的實施例,且本發明之範疇是藉由後附申請專利範圍所界定。
102、104、106、108、201、203、205、207、209、211、213‧‧‧步驟
藉由參考附圖中所描述的實施例可獲得本發明更具體地描述以及上述簡短說明,因而能夠詳細理解上述的本發明特徵。然而,應理解所附圖式僅說明本發明的典型
實施例,且不應將其視為對本發明的限制,對於本發明來說,其涵蓋了其他等效實施例。
第1圖為本發明一實施例的流程圖;第2圖為本發明另一實施例的流程圖;第3圖是依據本發明一實施例來繪示一或多個有機矽化物與成孔劑的流率;第4圖是根據本發明一實例所提供之經過後處理的低介電常數膜的FTIR分析結果。
102、104、106、108‧‧‧步驟
Claims (6)
- 一種沉積一低介電常數膜層的方法,包含:引入一或多個有機矽化物到一腔室中,其中該一或多個有機矽化物包含一種具有以下通式的化合物:
- 如請求項第1項所述的方法,其中該經後處理的低介電常數膜層包含Si-CX-Si鍵結,其中x為1至4。
- 如請求項第1項所述的方法,其中該一或多個有機矽化物包含四甲基-2,5-二矽-1-氧環戊烷或四甲基二矽呋喃。
- 如請求項第1項所述的方法,其中引入該一或多個有機矽化物到該腔室內的步驟包含以一第一流率引入該一或多個有機矽化合物並調高該第一流率到一第二流 率,該引入一成孔劑到該腔室內的步驟包含以一第三流率引入該成孔劑並調高該第三流率至一第四流率,且在該成孔劑流率被調高至該第四流率之前,先調高該一或多個有機矽化合物的流率至該第二流率。
- 如請求項第4項所述的方法,其中該後處理包含紫外線、電子束或熱退火處理。
- 如請求項第4項所述的方法,其中該成孔劑包含一環狀碳氫化合物。
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JP3756666B2 (ja) * | 1998-05-08 | 2006-03-15 | 松下電器産業株式会社 | 多孔質膜の形成方法及びその形成装置 |
US6541367B1 (en) * | 2000-01-18 | 2003-04-01 | Applied Materials, Inc. | Very low dielectric constant plasma-enhanced CVD films |
KR20010106905A (ko) * | 2000-05-24 | 2001-12-07 | 황 철 주 | 저유전율 SiOC 박막의 형성방법 |
SG98468A1 (en) * | 2001-01-17 | 2003-09-19 | Air Prod & Chem | Organosilicon precursors for interlayer dielectric films with low dielectric constants |
US6583048B2 (en) * | 2001-01-17 | 2003-06-24 | Air Products And Chemicals, Inc. | Organosilicon precursors for interlayer dielectric films with low dielectric constants |
US6570256B2 (en) * | 2001-07-20 | 2003-05-27 | International Business Machines Corporation | Carbon-graded layer for improved adhesion of low-k dielectrics to silicon substrates |
US7384471B2 (en) * | 2002-04-17 | 2008-06-10 | Air Products And Chemicals, Inc. | Porogens, porogenated precursors and methods for using the same to provide porous organosilica glass films with low dielectric constants |
US7056560B2 (en) | 2002-05-08 | 2006-06-06 | Applies Materials Inc. | Ultra low dielectric materials based on hybrid system of linear silicon precursor and organic porogen by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) |
US6936551B2 (en) * | 2002-05-08 | 2005-08-30 | Applied Materials Inc. | Methods and apparatus for E-beam treatment used to fabricate integrated circuit devices |
EP1504138A2 (en) * | 2002-05-08 | 2005-02-09 | Applied Materials, Inc. | Method for using low dielectric constant film by electron beam |
US7122880B2 (en) * | 2002-05-30 | 2006-10-17 | Air Products And Chemicals, Inc. | Compositions for preparing low dielectric materials |
US7404990B2 (en) * | 2002-11-14 | 2008-07-29 | Air Products And Chemicals, Inc. | Non-thermal process for forming porous low dielectric constant films |
US6825130B2 (en) * | 2002-12-12 | 2004-11-30 | Asm Japan K.K. | CVD of porous dielectric materials |
US6897163B2 (en) * | 2003-01-31 | 2005-05-24 | Applied Materials, Inc. | Method for depositing a low dielectric constant film |
US7098149B2 (en) * | 2003-03-04 | 2006-08-29 | Air Products And Chemicals, Inc. | Mechanical enhancement of dense and porous organosilicate materials by UV exposure |
US7169715B2 (en) * | 2003-03-21 | 2007-01-30 | Intel Corporation | Forming a dielectric layer using porogens |
JP4295588B2 (ja) * | 2003-09-22 | 2009-07-15 | 大日本印刷株式会社 | 反射防止ガスバリア性基板 |
US7345000B2 (en) * | 2003-10-10 | 2008-03-18 | Tokyo Electron Limited | Method and system for treating a dielectric film |
US20050161060A1 (en) * | 2004-01-23 | 2005-07-28 | Johnson Andrew D. | Cleaning CVD chambers following deposition of porogen-containing materials |
JP4202951B2 (ja) * | 2004-03-08 | 2008-12-24 | 東京エレクトロン株式会社 | 半導体装置の配線形成方法 |
US7547643B2 (en) * | 2004-03-31 | 2009-06-16 | Applied Materials, Inc. | Techniques promoting adhesion of porous low K film to underlying barrier layer |
JP4452546B2 (ja) * | 2004-04-21 | 2010-04-21 | Jsr株式会社 | 積層体膜、積層膜の製造方法、絶縁膜ならびに半導体装置 |
US7166544B2 (en) * | 2004-09-01 | 2007-01-23 | Applied Materials, Inc. | Method to deposit functionally graded dielectric films via chemical vapor deposition using viscous precursors |
US7138767B2 (en) * | 2004-09-30 | 2006-11-21 | Tokyo Electron Limited | Surface wave plasma processing system and method of using |
US7491658B2 (en) * | 2004-10-13 | 2009-02-17 | International Business Machines Corporation | Ultra low k plasma enhanced chemical vapor deposition processes using a single bifunctional precursor containing both a SiCOH matrix functionality and organic porogen functionality |
US7229934B2 (en) * | 2004-10-18 | 2007-06-12 | International Business Machines Corporation | Porous organosilicates with improved mechanical properties |
US7892648B2 (en) * | 2005-01-21 | 2011-02-22 | International Business Machines Corporation | SiCOH dielectric material with improved toughness and improved Si-C bonding |
US7273823B2 (en) * | 2005-06-03 | 2007-09-25 | Applied Materials, Inc. | Situ oxide cap layer development |
US7381659B2 (en) * | 2005-11-22 | 2008-06-03 | International Business Machines Corporation | Method for reducing film stress for SiCOH low-k dielectric materials |
US7521377B2 (en) * | 2006-01-11 | 2009-04-21 | International Business Machines Corporation | SiCOH film preparation using precursors with built-in porogen functionality |
US7297376B1 (en) * | 2006-07-07 | 2007-11-20 | Applied Materials, Inc. | Method to reduce gas-phase reactions in a PECVD process with silicon and organic precursors to deposit defect-free initial layers |
US7615482B2 (en) * | 2007-03-23 | 2009-11-10 | International Business Machines Corporation | Structure and method for porous SiCOH dielectric layers and adhesion promoting or etch stop layers having increased interfacial and mechanical strength |
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