[发明专利]制造多孔绝缘膜的方法和包含所述多孔绝缘膜的半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及制造多孔绝缘膜的方法和包含所述多孔绝缘膜的半导体器件。

背景技术

随着半导体器件的尺寸继续减小，已经需要采取更有效的措施来防止铜互连线之间的电容性串音。因为电容性串音不仅取决于导体间的距离，而且取决于其中形成导体的互连层的材料的介电常数(k)，所以已经进行尝试以开发用于这种互连层中的新型低k介电材料。

“低k”是指介电常数小于二氧化硅的介电常数，即小于约3.9的材料。低k介电材料包括由具有固有的低介电常数的材料以及以具有微孔性的方式形成的材料制成的那些材料。在后一种情况下，考虑到空气的介电常数近似为1，材料内的空隙用于降低其有效k值。

可以通过使用致孔剂而将孔隙引入到低k电介质中，其中必须将所述致孔剂从低k层中除去以产生空隙。在美国专利号7,629,272中描述了这种方法的实例。

然而，本发明人已经发现，致孔剂的除去不仅留下了空隙，而且留下了在低k层的表面上开口的路径，该路径使得低k层在后续加工期间易于受等离子体诱导损伤(PID)影响。该PID用于增加所述层的有效k值。

也可以通过使用不含致孔剂的材料如美国专利7,968,471中所述的材料而引入孔隙。然而，这种低k层具有不足的机械强度。多孔低k层的局限性通常在于，孔隙降低了最经常按照其弹性模量表示的层的机械强度。从特别是在半导体产品的包装加工期间维持机械可靠性的观点来看，低k层的足够高的弹性模量是重要的。低k层的机械强度不足可由此导致其中引入了低k层的全部半导体器件失效。

美国专利7,968,471的低k膜通过包含不饱和侧链的烷基化的环状硅氧烷的等离子体CVD而形成。因为环状硅氧烷的环结构在低k膜中形成孔，所以期望活化侧链以在不破坏环的情况下实现聚合。然而，足够低而避免断裂环结构内的Si-O键的等离子体中的能量供应有时不能提供足以形成紧密键合结构的能量，由此降低所得膜的模量。

发明内容

本发明人已经发现，可以通过如下形成改善的低k绝缘膜：将环状硅氧烷前体化合物沉积在半导体衬底上，且随后通过在受控的条件下将前体层暴露于UV能量而形成多孔绝缘膜。

因此，本发明一方面涉及一种制造多孔绝缘膜的方法，其包括：通过经由CVD沉积具有至少一个烃侧链的至少一种环状硅氧烷化合物而在半导体衬底上形成前体层；和通过在如下条件下将绝缘膜暴露于UV能量从而将所述前体层转化成多孔绝缘膜，该条件使得所述至少一种环状硅氧烷化合物的相邻分子经由烃基而键合，并且所述多孔绝缘膜具有大于5GPa的通过纳米压痕仪测量的弹性模量。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，通过等离子体增强CVD形成所述前体层。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，在所述形成步骤期间将所述至少一种环状硅氧烷化合物引入到等离子体中。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，在所述前体层形成之后利用等离子体对所述至少一种环状硅氧烷化合物进行原位处理。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，所述多孔绝缘膜具有比所述前体层更低的碳含量。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，在所述多孔绝缘膜内的相邻硅氧烷环的硅原子通过亚甲基(-CH₂-)连接基连接。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，在250~400℃范围内的温度下通过等离子增强CVD形成所述前体层。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，在150~400W范围内的RF(射频)功率下通过等离子体增强CVD形成所述前体层。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，在250~400℃的温度下将所述前体层暴露于UV能量并持续少于300秒的时间。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，所述时间为75~250秒。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，所述时间为100~200秒。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，所述时间为15~150秒。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，所述时间为15~75秒。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，在300~350℃的温度下将所述前体层暴露于UV能量。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，通过包括至少200±50nm波长的宽带UV光源供应所述UV能量。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，所述前体层不含致孔剂。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，所述至少一种环状硅氧烷化合物选自下式的化合物：