[发明专利]改善多孔低k薄膜的机械强度的方法

说明书

本发明公开一种改善多孔低k薄膜的机械强度的方法。根据本发明的一种制作多孔低k薄膜的方法，包括：在半导体基片上沉积电介质薄膜；对经沉积的电介质薄膜进行分阶段UV固化，其中，所述分阶段UV固化至少包括：a)施加第一波长范围的UV固化以去除所述电介质薄膜中的有机成分；b)施加第二波长范围的UV固化以强化所述电介质薄膜的机械强度。

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺中的薄膜成形工艺，更具体的，本发明涉及一种改善多孔低k薄膜的机械强度的方法。

背景技术

在半导体工艺的范畴中，低k(low-k)材料通常是指介电常数比氧化硅的介电常数(3.9-4.1)更低的材料。典型的低k介电薄膜可具有小于3.5的介电常数。

一种类型的低k材料是多孔材料(例如多孔氧化硅)。由于材料中的孔洞具有低至1的介电常数，因此多孔材料整体的介电常数低于其基材的介电常数。孔洞越多，则介电常数被拉低越多。

图1示出根据现有技术的一种形成多孔低k薄膜的工艺。首先，通过适当的沉积方式得到电介质薄膜101。适当的沉积工艺可包括化学气相沉积(CVD)工艺、物理气相沉积(PVD)工艺、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺等。接下来，对沉积的电介质薄膜101进行UV固化，得到具多孔结构的低k薄膜102。UV是紫外光的缩写，通常定义为100-400nm混合波长的光。

从半导体制造工艺的角度来看，通过上述工艺所得的多孔低k薄膜所面临的一项挑战是：随着多孔性的增高，薄膜的机械强度会变差。机械强度的劣化会影响后续工艺所形成的结构(BEOL结构)，例如，多孔低k薄膜机械强度的劣化会影响CPI和接线粘合的效果。

现有技术(US6703324B2)尝试给出增强多孔低k薄膜的机械强度的方案。根据该文献记载的技术，在多孔介质的孔洞内加入第二种成分来增强其机械强度。由于要在独立的工艺步骤中引入新的成分，这种技术对多孔低k薄膜成形工艺进行了很复杂的改动。同时，由于多孔材料的孔洞被其他材料填充，因此牺牲了薄膜的总体介电常数。

业界需要一种更为简便且高效的增强多孔低k薄膜的机械强度的方案。

发明内容

如前文结合图1所述，现有技术通过UV固化工艺处理沉积的电介质薄膜以得到多孔结构。发明人发现，UV固化的作用至少包括：消除沉积的电介质薄膜中的有机物质，使电介质薄膜具有多孔特性；通过加强Si-O键的交联来增强机械强度。进一步研究发现，250-400nm范围的UV光给予3-5ev的能量，有利于消除有机物质(形成孔洞)，而100-200nm范围的UV光给予7-9ev的能量，有利于加强Si-O键的交联(加强机械强度)。

基于上述发现，发明人提出一种处理方法，将UV固化分阶段进行，首先用高波长范围(例如250-400nm)的UV光来消除电介质薄膜中的有机物质，然后用低波长范围(例如100-200nm)的UV光来增强机械强度。

根据本发明的一个方面，提出一种制作多孔低k薄膜的方法，包括：在半导体基片上沉积电介质薄膜；对经沉积的电介质薄膜进行分阶段UV固化，其中，所述分阶段UV固化至少包括：a)施加第一波长范围的UV固化以去除所述电介质薄膜中的有机成分；b)施加第二波长范围的UV固化以强化所述电介质薄膜的机械强度。

根据本发明的一个方面，前述方法中，所述第一波长范围是250-400nm。

根据本发明的一个方面，前述方法中，所述第一波长范围是300-400nm。

根据本发明的一个方面，前述方法中，所述第二波长范围是100-200nm。

根据本发明的一个方面，前述方法中，所述第二波长范围的UV固化增强所述电介质薄膜中的Si-O键交联。

根据本发明的一个方面，前述方法中，所述UV固化还包括：