[发明专利]藉由紫外线辅助的光化学沉积而对等离子体损坏的低介电常数薄膜的介电恢复

说明书

发明背景

技术领域

本发明的实施例大体而言关于用于修复和降低半导体制造中的低k膜的介电常数的方法。

现有技术

随着器件规模持续调整，半导体制造中的介电膜的介电常数（k）持续减小。对于能够持续减小特征尺寸而言，最小化对低介电常数（低k）膜的整合损坏是重要的。然而，随着特征尺寸缩小，在介电膜的电阻电容与可靠度上的改良变成一项严峻的挑战。

当前用于蚀刻或灰化介电膜的技术涉及生成水（H₂O）作为副产物的工艺化学过程（process chemistries）。水副产物可能导入沉积的介电膜中，因而增加介电膜的k值。同样，当前用于移除氧化铜（CuO）与化学机械平坦化（CMP）残余物的技术涉及使用氨（NH₃）等离子体或氢（H₂）等离子体。为了改良金属化结构的电迁移(EM)以及ILD膜的时间相关介电击穿（time dependent dielectric breakdown(TDDB)），移除氧化铜以及CMP残余物是必要的。然而，将低k膜暴露至NH₃与H₂等离子体修正了膜结构并且增加了k值。现存的修复技术涉及液相硅烷化或使用超临界CO₂。然而，这些技术尚未被证实对修复膜中的凹陷特征的侧壁损坏有效。

因此，需要一种用于修复介电膜以降低k值的方法，从而改良效率并且允许更小的器件尺寸。

发明内容

本发明的实施例大体而言涉及用于修复和降低半导体制造中的低k膜的介电常数的方法。

在一个实施例中，提供一种修复损坏的低k介电膜的方法。所述方法通常包含：将介电膜定位在处理腔室中；加热所述处理腔室；使含碳前驱物流入所述处理腔室；将所述含碳前驱物与所述介电膜暴露至紫外线（UV）辐射；分解所述含碳前驱物；以及将含碳化合物沉积至介电膜的孔隙中。

附图说明

藉由参考实施例，可获得以上简要概述的本发明的更特定说明，可详细地了解本发明的上述特征，所述实施例中的一些实施例在附图中图示。然而，应注意附图仅图示本发明的典型实施例，因而不应将所述附图视为限制本发明的范围，因为本发明可容许其它等效实施例。

图1A至图1F绘示在处理的各阶段期间的介电层。

图2A至图2B绘示在处理的各阶段期间具有薄碳膜的介电层。

具体实施方式

本发明的实施例大体而言涉及用于修复和降低半导体制造中的低k膜的介电常数（k值）的方法。

图1A绘示沉积在结构101上的介电膜100。所述结构101可以是基板（诸如举例而言硅晶圆）或者先前形成的层（诸如举例而言金属化或互连的层）。介电膜100可以是多孔含硅低k膜，诸如举例而言SiO₂、Si+O+C、Si+O+N、Si+C+O+H、Si+O+C+N、或其它相关膜。介电膜100可具有形成在所述介电膜中的孔隙102。

图1B绘示在平坦化和蚀刻之后的介电膜100，所述平坦化和蚀刻用于使特征104形成在介电膜100中。介电膜100可通过例如化学机械平坦化（CMP）工艺平坦化。介电膜100可通过例如以下方式蚀刻：遮蔽介电膜100的一部分；使介电膜100未遮蔽部分接触由氢氟酸（HF）蒸汽所形成的等离子体；以及使用由氧（O₂）气或CO₂气体形成的等离子体将所述遮蔽灰化出来。

介电膜100的平坦化、灰化、以及蚀刻将氢和/或水导入介电膜100，从而使Si-OH基形成，所述Si-OH基例如使介电膜100亲水。介电膜100的亲水性质使孔隙102被水填充，从而生成损坏的孔隙103。Si-OH基与损坏的孔隙103二者皆增加了介电膜100的k值。来自平坦化和蚀刻的损坏通常局限在介电膜100的上部并且局限在特征104的侧壁，如图1B所示。

图1C绘示在通过以下描述的修复工艺修复之后的介电膜100。举例而言，所述修复工艺通过将水从损坏的孔隙103移除以因而生成被修复的孔隙105、并且通过将介电膜100中的SiOH基转换成疏水的Si-O-Si(CH₃)₃基来减小介电膜100的k值。所述疏水的Si-O-Si(CH₃)₃基有助于将水从介电膜100的损坏孔隙103汲引出来。