專(zhuān)利名稱(chēng)：用電子束硬化低介電常數(shù)膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及集成電路的制造。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例涉及在襯底上沉積介電層的方法。
背景技術(shù)：
集成電路從其在幾十年前被首次引入之后，在幾何尺寸上已經(jīng)顯著下降。從此，集成電路一般遵循每?jī)赡瓿叽鐪p小一半的規(guī)律(通常稱(chēng)為莫爾定律)，這意味著芯片上器件的數(shù)量每?jī)赡昃头环．?dāng)今的制備設(shè)施常規(guī)地生成具有0.13μm甚至0.1μm特征尺寸的器件，而今后的設(shè)施將很快生產(chǎn)出具有更小特征尺寸的器件。
器件幾何尺寸的持續(xù)減小已經(jīng)引起了對(duì)具有更低k值的膜的需求，因?yàn)橄噜徑饘倬€(xiàn)之間的電容耦合必須被降低以進(jìn)一步減小集成電路上器件的尺寸。具體來(lái)說(shuō)，具有小于約4.0的低介電常數(shù)(k)的絕緣體是期望的。具有低介電常數(shù)的絕緣體的例子包括旋涂玻璃、未摻雜硅玻璃(USG)、摻氟硅玻璃(FSG)和聚四氟乙烯(PTFE)，這些都是可在市場(chǎng)上購(gòu)得的。
降低k值的一種有效方法是在膜中引入孔。結(jié)果是，低k膜通常具有低的機(jī)械強(qiáng)度(例如硬度)，這可能妨礙將膜集成到器件的制造中。當(dāng)前使用等離子后處理來(lái)增加低k膜的機(jī)械強(qiáng)度。但是，等離子體處理導(dǎo)致k值的增加。
因此，需要一種用于增加低k膜的機(jī)械強(qiáng)度而不增加k值的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及在襯底上沉積低介電常數(shù)膜的方法。該方法包括在化學(xué)氣相沉積室中沉積包括硅、碳、氧和氫的低介電常數(shù)膜。該方法還包括在足以增加低介電常數(shù)膜的硬度的條件下將低介電常數(shù)膜暴露于電子束中。


因此，參照在附圖中圖示的實(shí)施例，給出了可以詳細(xì)地了解本發(fā)明的上述特征的方式，以及對(duì)在上面已簡(jiǎn)單概括的發(fā)明的更加詳細(xì)的描述。但是，要注意，附圖只是圖示了本發(fā)明的一般實(shí)施例，因此不能認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其他等同有效的實(shí)施例。
圖1是根據(jù)這里描述的實(shí)施例的使用而配置的示例性CVD反應(yīng)器的橫截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子束室。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子束室的局部圖。
圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有反饋控制電路的電子束室。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將給出具體的描述。這里所使用的各種術(shù)語(yǔ)在下面定義。對(duì)于在權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)沒(méi)有在下面給出定義的情況，該術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被給予相關(guān)領(lǐng)域中的人員所給予該術(shù)語(yǔ)的最廣義的定義，如在印刷出版物和授權(quán)專(zhuān)利中所反映的。本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)超低介電常數(shù)膜的硬度、斷裂閾值和電學(xué)性能(例如泄漏電流和損壞電壓)都提供了顯著而出乎意料的改進(jìn)。在一個(gè)實(shí)施例中，在足以形成超低介電常數(shù)膜(k小于2.5)的條件下，在襯底表面上沉積包括硅、碳、氧和氫的膜。然后，對(duì)超低介電常數(shù)膜進(jìn)行電子束后處理。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，通過(guò)電子束(“e-beam”)處理改進(jìn)了一種或多種膜性能，例如但不限于機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、介電常數(shù)、刻蝕選擇性、抗各向同性帶處理(strip process)(例如，非交聯(lián)聚合物可以用各向同性下游等離子體帶處理而容易地刻蝕)和銅擴(kuò)散阻礙特性。我們認(rèn)為電子束處理至少在一個(gè)方面提供了這樣的改進(jìn)，因?yàn)殡娮邮幚韺?duì)膜進(jìn)行了脫氫交聯(lián)(即，我們認(rèn)為電子束處理的作用是優(yōu)先去除氫鍵，從而使碳鍵能夠交聯(lián))，從而使膜致密并增加表面硬度和楊氏模量。我們還認(rèn)為，至少在大部分情況下都可以實(shí)現(xiàn)這種效果且基本上沒(méi)有改變其大部分的成分。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，在生產(chǎn)低k介電膜方法的第一步驟中，使用CVD沉積工藝(以下面詳細(xì)描述的方式)沉積低k介電膜，其中低k介電膜可以具有預(yù)定的孔隙率。通常，這種CVD沉積出的膜很柔軟并包含亞穩(wěn)粒種(species)。當(dāng)這種CVD沉積膜被熱退火時(shí)，亞穩(wěn)粒種被去除，并且膜收縮——這種膜可能具有2.6的k值。已經(jīng)通過(guò)將膜暴露于等離子體環(huán)境中，使用等離子體退火工藝來(lái)減少熱退火的時(shí)間。但是，等離子體退火工藝效率低，因?yàn)槠溆绊懴抻谀さ谋砻?。接下?lái)，根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例，在生產(chǎn)低k介電膜的第二步驟中，在CVD沉積的膜上進(jìn)行電子束處理(包括同時(shí)加熱膜)以將其轉(zhuǎn)變成硬、高度交聯(lián)的膜。最后，根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例，在生產(chǎn)低k介電膜的可選第三步驟中，可以對(duì)電子束處理的膜進(jìn)行熱退火。其優(yōu)點(diǎn)是，用電子束處理CVD沉積的膜增強(qiáng)了膜的結(jié)構(gòu)，同時(shí)去除了亞穩(wěn)粒種以防止收縮。
用于沉積包括硅、氧和碳的低介電常數(shù)膜的方法的一個(gè)實(shí)施例，需要使用由一種或多種環(huán)狀的基于有機(jī)硅的化合物組成的前驅(qū)體。此外，這種實(shí)施例需要混合一種或多種環(huán)狀的基于有機(jī)硅的化合物和一種或多種無(wú)環(huán)的有機(jī)硅化合物。一方面，環(huán)狀的有機(jī)硅化合物、無(wú)環(huán)的有機(jī)硅化合物以及碳?xì)浠衔镌谧阋孕纬蒶小于2.5的低介電常數(shù)膜的條件下與氧化氣體反應(yīng)。環(huán)狀的有機(jī)硅化合物包括至少一個(gè)硅碳鍵。無(wú)環(huán)的有機(jī)硅化合物包括，例如但不限于硅氫鍵或硅氧鍵。碳?xì)浠衔锟梢允蔷€(xiàn)性的或環(huán)狀的，并且可以包括碳碳雙鍵或三鍵。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，如果至少一種有機(jī)硅氣體包含氧，那么可能不需要氧化氣體。
CVD膜包含-Si-O-Si-環(huán)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)，所述結(jié)構(gòu)與一種或多種線(xiàn)性有機(jī)化合物交聯(lián)。由于交聯(lián)，產(chǎn)生了在環(huán)狀結(jié)構(gòu)之間具有更大間距的反應(yīng)性穩(wěn)定的網(wǎng)，因此，所沉積的膜具有更大的孔隙率。
超低介電常數(shù)膜一般通過(guò)混合一種或多種前驅(qū)氣體形成，所述前驅(qū)氣體可以包括環(huán)狀的有機(jī)硅化合物、脂肪族化合物、碳?xì)浠衔锖脱趸衔铩－h(huán)狀的有機(jī)硅化合物可以包括具有三個(gè)或更多個(gè)硅原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該環(huán)狀結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)氧原子。市場(chǎng)上可購(gòu)得的環(huán)狀的有機(jī)硅化合物包括硅氧原子交替的環(huán)，并且一個(gè)或多個(gè)烷基鍵合到硅原子。例如，環(huán)狀的有機(jī)硅化合物可以包括下面化合物中的一種或多種1，3，5-三硅烷基-2，4，6-三亞甲基，(-SiH2-CH2-)3-(環(huán)狀)1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)， (-SiH(CH3)-O-)4-(環(huán)狀)八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)， (-Si(CH3)2-O-)4-(環(huán)狀)1，3，5，7，9-五甲基環(huán)五硅氧烷， (-SiH(CH3)-O-)5-(環(huán)狀)1，3，5，7-四硅烷基-2，6-二氧-4，8-二亞甲基， (-SiH2-CH2-SiH2-O-)2-(環(huán)狀)六甲基環(huán)三硅氧烷， (-Si(CH3)2-O-)3-(環(huán)狀)脂肪族化合物包括具有一個(gè)或多個(gè)硅原子和一個(gè)或多個(gè)碳原子的線(xiàn)性或帶支鏈的(即無(wú)環(huán)的)有機(jī)硅化合物，以及具有至少一個(gè)非飽和碳鍵的線(xiàn)性或帶支鏈的碳?xì)浠衔?。所述結(jié)構(gòu)還可以包括氧。市場(chǎng)上可購(gòu)得的脂肪族有機(jī)硅化合物包括在硅原子間不包含氧的有機(jī)硅烷和在兩個(gè)或多個(gè)硅原子間包含氧的有機(jī)硅氧烷。例如，脂肪族有機(jī)硅化合物可以包括下面化合物中的一種或多種甲基硅烷 CH3-SiH3二甲基硅烷(CH3)2-SiH2三甲基硅烷(CH3)3-SiH二乙氧基甲基硅烷(DEMS)CH3-SiH-(O-CH2-CH3)2二甲基二甲氧基硅烷(DMDMOS)(CH3O)2-Si-(CH3)2二甲基二甲氧基硅烷(CH3)2-Si-(O-CH3)2乙基硅烷 CH3-CH2-SiH3二硅烷基甲烷 SiH3-CH2-SiH3二(甲基硅烷基)甲烷CH3-SiH2-CH2-SiH2-CH31，2-二硅烷基乙烷 SiH3-CH2-CH2-SiH3
1，2-二(甲基硅烷基)乙烷 CH3-SiH2-CH2-CH2-SiH2-CH32，2-二硅烷基丙烷SiH3-C(CH3)2-SiH31，3-二甲基二硅氧烷 CH3-SiH2-O-SiH2-CH31，1，3，3-四甲基二硅氧烷(TMDSO) (CH3)2-SiH-O-SiH-(CH3)2六甲基二硅氧烷(HMDS) (CH3)3-Si-O-Si-(CH3)31，3-二(硅烷基亞甲基)二硅氧烷(SiH3-CH2-SiH2-)2-O二(1-甲基甲硅醚基)甲烷 (CH3-SiH2-O-SiH2-)2-CH22，2-二(1-甲基甲硅醚基)丙烷 (CH3-SiH2-O-SiH2-)2-C(CH3)2六甲氧基二硅氧烷(HMDOS) (CH3-O)3-Si-O-Si-(O-CH3)3二乙基硅烷 (C2H5)2SiH2丙基硅烷 C3H7SiH3乙烯基甲基硅烷 CH2＝CH-SiH2-CH31，1，2，2-四甲基二硅烷 (CH3)2-SiH-SiH-(CH3)2六甲基二硅烷 (CH3)3-Si-Si-(CH3)31，1，2，2，3，3-六甲基三硅烷(CH3)2-SiH-Si(CH3)2-SiH-(CH3)21，1，2，3，3-五甲基三硅烷 (CH3)2SiH-SiH(CH3)-SiH(CH3)2二甲基二硅烷基乙烷 CH3-SiH2-(CH2)2-SiH2-CH3二甲基二硅烷基丙烷 CH3-SiH-(CH2)3-SiH-CH3四甲基二硅烷基乙烷 (CH3)2-SiH-(CH2)2-SiH-(CH3)2四甲基二硅烷基丙烷 (CH3)2-SiH-(CH2)3-Si-(CH3)2碳?xì)浠衔锞哂?個(gè)到約20個(gè)相鄰的碳原子。碳?xì)浠衔锟梢园ㄍㄟ^(guò)單鍵、雙鍵和三鍵的任意組合而鍵合的相鄰碳原子。例如，有機(jī)化合物可以包括具有2個(gè)到約20個(gè)碳原子的烯烴和亞烴基，例如乙烯、丙稀、乙炔、丁二烯、叔丁基乙烯、1，1，3，3-四甲基丁基苯、叔丁基醚、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和叔丁基糠基醚。
有機(jī)硅化合物還包括具有一個(gè)或多個(gè)不飽和碳碳鍵的烴成分的有機(jī)硅化合物，所述不飽和碳碳鍵例如碳碳雙鍵、碳碳三鍵或芳基。例如，具有一個(gè)或多個(gè)不飽和碳碳鍵的烴成分的有機(jī)硅化合物可以包括下面化合物中的一種或多種乙烯基甲基硅烷 CH2＝CHSiH2CH3二甲氧基甲基乙烯基硅烷(DMMVS) (CH3O)2-Si(CH3)-CH＝CH2三甲基甲硅烷基乙炔 (CH3)3Si-C≡CH1-(三甲基甲硅烷基)-1，3-丁二烯 (CH3)3Si-HC≡CH-HC≡CH2三甲基甲硅烷基環(huán)戊二烯 (CH3)3Si-C5H5三甲基甲硅烷基醋酸酯 (CH3)3Si-O(C＝O)CH3二-叔丁氧基二乙酸基硅烷((CH3)3(C＝O))2-Si-((C＝O)(CH3)3)2在一個(gè)實(shí)施例中，在足以在襯底上沉積低介電常數(shù)膜的條件下，具有包含一個(gè)或多個(gè)不飽和碳碳鍵的烴成分的一種或多種有機(jī)硅化合物與一種或多種氧化氣體反應(yīng)，并且被傳送到襯底表面。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在足以在襯底上沉積低介電常數(shù)膜的條件下，一種或多種有機(jī)硅化合物以及一種或多種脂肪族烴與一種或多種氧化氣體反應(yīng)，并且被傳送到襯底表面。脂肪族烴類(lèi)化合物可以包括1個(gè)到約20個(gè)的相鄰碳原子。烴類(lèi)化合物可以包括通過(guò)單鍵、雙鍵和三鍵的任意組合而鍵合的相鄰碳原子。優(yōu)選地，脂肪族烴類(lèi)化合物包括至少一個(gè)不飽和碳碳鍵。例如，脂肪族化合物可以包括具有2到約20個(gè)碳原子的烯烴、亞烴基和二烯烴，例如乙烯、丙烯、異丁烯、乙炔、丙炔、乙基乙炔、1，3-丁二烯、異戊二烯、2，3-二甲基-1，3-丁二烯和間戊二烯。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括通過(guò)在足以形成預(yù)處理膜網(wǎng)的條件下，混合具有至少一個(gè)環(huán)狀基團(tuán)的一種或多種化合物、一種或多種有機(jī)硅化合物以及可選的氧化氣體，顯著而出乎意料地減小了含有硅、氧和碳的膜的介電常數(shù)。一方面，以足以在半導(dǎo)體襯底上沉積低介電常數(shù)膜的量，具有至少一個(gè)環(huán)狀基團(tuán)的一種或多種有機(jī)化合物以及一種或多種有機(jī)硅化合物與氧化氣體反應(yīng)。
在能夠進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)的處理室內(nèi)，使用等離子體輔助可以沉積膜。使用脈沖RF、高頻RF、雙頻、雙相RF或者任何其他公知的或?qū)l(fā)現(xiàn)的等離子體產(chǎn)生技術(shù)，可以產(chǎn)生等離子體。在膜沉積之后，用電子束硬化膜，以去除有機(jī)側(cè)基(pendant organic groups)，例如在沉積過(guò)程中已經(jīng)結(jié)合到膜網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的有機(jī)化合物的環(huán)狀基團(tuán)。
硬化步驟向膜網(wǎng)結(jié)構(gòu)提供能量，以揮發(fā)和去除膜網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的至少一部分環(huán)狀基團(tuán)，而留下具有更低介電常數(shù)的更多孔的膜網(wǎng)。在大部分情況下，硬化的膜與根據(jù)這里所述實(shí)施例沉積的未硬化膜相比，顯示出高出至少兩倍的硬度，最多可高出600％。使用電子束硬化的膜的k值出乎意料地降低，硬度出乎意料地增加，這通過(guò)傳統(tǒng)的硬化技術(shù)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。典型地，硬化的膜具有約2.5或更小的介電常數(shù)，優(yōu)選為約2.2或更小，硬度大于約0.6GPa。
關(guān)于具有至少一個(gè)環(huán)狀基團(tuán)的一種或多種化合物，這里所用的“環(huán)狀基團(tuán)”意指環(huán)狀結(jié)構(gòu)。該環(huán)狀結(jié)構(gòu)可以包括少至三個(gè)的原子。這些原子例如可以包括碳、硅、氮、氧、氟和它們的任意組合。環(huán)狀基團(tuán)可以包括一個(gè)或多個(gè)單鍵、雙鍵、三鍵和它們的任意組合。例如，環(huán)狀基團(tuán)可以包括一種或多種芳族烴、芳基、苯基、環(huán)己烷、環(huán)己二烯、環(huán)庚二烯以及它們的組合。環(huán)狀基團(tuán)還可以是雙環(huán)或三環(huán)。此外，環(huán)狀基團(tuán)優(yōu)選地鍵合到線(xiàn)性或帶支鏈的官能團(tuán)。線(xiàn)性或帶支鏈的官能團(tuán)優(yōu)選地包含烷基或乙烯基烷基基團(tuán)，并具有1個(gè)到20個(gè)的碳原子。線(xiàn)性或帶支鏈的官能團(tuán)還可以包含氧原子，例如酮、醚和酯。具有至少一個(gè)環(huán)狀基團(tuán)的一些示例性化合物包括α萜品烯(ATP)、乙烯基環(huán)己烷(VCH)和醋酸苯基酯，這里只是列出一些。
上述前驅(qū)體中的一些包含氧，因此可以不需要額外的氧化劑。但是，在這里描述的任意實(shí)施例中，可以使用一種或多種氧化氣體。在需要一種或多種氧化氣體或液體的情況下，它們可以包括氧氣(O2)、臭氧(O3)、一氧化二氮(N2O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、水(H2O)、過(guò)氧化氫(H2O2)、含氧有機(jī)化合物或者它們的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，氧化氣體是氧氣。在另一個(gè)實(shí)施例中，氧化氣體是臭氧。當(dāng)使用臭氧作為氧化氣體時(shí)，臭氧發(fā)生器將源氣中重量占6％到20％、一般約為15％的氧氣轉(zhuǎn)變成臭氧，而殘余的一般是氧氣。但是，根據(jù)期望的臭氧用量以及所使用的臭氧發(fā)生器的類(lèi)型，可以增加或減少臭氧濃度。向反應(yīng)氣體混合物中加入一種或多種氧化氣體，以提高反應(yīng)性并在沉積的膜中獲得期望的碳含量。
超低介電常數(shù)膜的沉積可以在單個(gè)沉積室中連續(xù)進(jìn)行或不連續(xù)進(jìn)行?；蛘?，可以在兩個(gè)或多個(gè)沉積室中順序地沉積膜，例如在如可從加州圣塔克萊拉的應(yīng)用材料公司獲得的ProducerTM這樣的組合工具(cluster tool)中進(jìn)行。
所沉積膜的碳含量在約5到約30原子百分比之間(不包括氫原子)，優(yōu)選在約5到約20原子百分比之間。所沉積膜的碳含量是指對(duì)一般不包含大量未成鍵碳?xì)浠衔锏哪そY(jié)構(gòu)進(jìn)行原子分析。碳含量由沉積膜中碳原子的百分比表示，并排除了難以量化的氫原子。例如，平均具有一個(gè)硅原子、一個(gè)氧原子、一個(gè)碳原子和兩個(gè)氫原子的膜含有約20原子百分比(每5個(gè)原子中有一個(gè)碳原子)的碳，或者在排除氫原子的情況下約為33原子百分比的碳(除了氫原子之外的每三個(gè)原子中有一個(gè)碳原子)。
可以使用能夠進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)的任意處理室來(lái)沉積膜。現(xiàn)在參照?qǐng)D1，圖示了平行板CVD處理室10的垂直橫截面視圖。室10包括高真空區(qū)15和氣體分配歧管11，氣體分配歧管11具有用于通過(guò)其將處理氣體分散到襯底的穿孔(未示出)。襯底安置在襯底支撐板或基座12上?；?2安裝在支撐桿13上，支撐桿13將基座12連接到提升發(fā)動(dòng)機(jī)14。提升發(fā)動(dòng)機(jī)14在處理位置和更低的襯底加載位置之間升高和降低基座12，使得基座12(以及支撐在基座12上表面上的襯底)可以在較低的加載/卸載位置與緊靠歧管11的較高處理位置之間可控地移動(dòng)。當(dāng)基座12和襯底位于較高的處理位置時(shí)，絕緣體17圍繞著它們。
引入到歧管11的氣體沿徑向被均勻分配到襯底的表面。具有節(jié)流閥的真空泵32控制通過(guò)歧管24從室10排氣的速度。沉積氣體和載氣(如果需要的話(huà))通過(guò)氣體管道18流入混和系統(tǒng)19，然后到達(dá)歧管11。一般地，每一個(gè)處理氣供應(yīng)管道18包括(i)安全切斷閥(未示出)，其可以自動(dòng)或手動(dòng)地切斷進(jìn)入室的處理氣氣流，以及(ii)質(zhì)量流量控制器(也未示出)，其用于測(cè)量通過(guò)氣體供應(yīng)管道18的氣體流量。當(dāng)工藝中使用有毒氣體時(shí)，在傳統(tǒng)的配置中，每一個(gè)氣體供應(yīng)管道18上都設(shè)置幾個(gè)安全切斷閥。
在沉積過(guò)程中，一種或多種環(huán)狀有機(jī)硅化合物和一種或多種脂肪族化合物的混合物與氧化氣體反應(yīng)，以在襯底上形成超低k膜。環(huán)狀有機(jī)硅化合物可以與至少一種脂肪族有機(jī)硅化合物和至少一種脂肪族碳?xì)浠衔锝Y(jié)合。例如，混合物包含體積百分比為約5到約80的一種或多種環(huán)狀有機(jī)硅化合物、體積百分比為約5到約15的一種或多種脂肪族有機(jī)硅化合物，以及體積百分比為約5到約45的一種或多種脂肪族碳?xì)浠衔??；旌衔镞€包含體積百分比為約5到約20的一種或多種氧化氣體?；蛘?，混合物可以包含體積百分比為約45到約60的一種或多種環(huán)狀有機(jī)硅化合物，體積百分比為約5到約10的一種或多種脂肪族有機(jī)硅化合物，以及體積百分比為約5到約35的一種或多種脂肪族碳?xì)浠衔铩?br> 一般以約100到約10,000sccm、優(yōu)選為約520sccm的流速將一種或多種環(huán)狀有機(jī)硅化合物引入混合系統(tǒng)19。以約100到約1,000sccm、優(yōu)選為約600sccm的流速將一種或多種脂肪族有機(jī)硅化合物引入混合系統(tǒng)19。以約100到約10,000sccm、優(yōu)選為約2000sccm的流速將一種或多種脂肪族碳?xì)浠衔镆牖旌舷到y(tǒng)19。含氧氣體的流速在約100到約6000sccm之間，優(yōu)選為約1,000sccm。可以以約100sccm到約10,000sccm的流速將包含具有一個(gè)或多個(gè)不飽和碳碳鍵的烴基成分的一種或多種有機(jī)硅化合物引入混合系統(tǒng)19。優(yōu)選地，環(huán)狀有機(jī)硅化合物是1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷或它們的混合，脂肪族有機(jī)硅化合物是三甲基硅烷、1，1，3，3-四甲基二硅氧烷或者它們的混合物。脂肪族碳?xì)浠衔飪?yōu)選為乙烯。
另一方面，脂肪族碳?xì)浠衔锇ㄒ环N或多種亞穩(wěn)前驅(qū)體。一種或多種亞穩(wěn)前驅(qū)體以約100sccm到約5,00sccm的量加入。優(yōu)選地，亞穩(wěn)前驅(qū)體是叔丁基醚。
沉積處理可以是熱處理或者等離子增強(qiáng)處理。在等離子增強(qiáng)處理中，通常通過(guò)使用RF功率源25向氣體分配歧管11施加RF功率，而在鄰近襯底處形成受控等離子體?；蛘?，可以向基座12提供RF功率。向沉積室的RF功率可以是周期的或脈沖的，以減少襯底的發(fā)熱，并促進(jìn)所沉積的膜形成更大的孔隙率。對(duì)于300mm的襯底，等離子體的功率密度在約0.014W/cm2和約2.8W/cm2之間，其對(duì)應(yīng)于約10W到約2000W的RF功率水平。優(yōu)選地，RF功率水平在約300W到約1700W之間。
RF功率源25可以提供在約0.01MHz和300MHz之間的單頻RF功率?；蛘?，可以使用混合的同時(shí)頻率來(lái)傳遞RF功率，以增強(qiáng)引入到高真空區(qū)域15的反應(yīng)物種的分解。在一個(gè)實(shí)施例中，混頻是約12KHz的較低頻率和約13.56MHz的較高頻率。在另一個(gè)實(shí)施例中，較低頻率可以在約400KHz到約14MHz的范圍內(nèi)，而較高頻率可以在約20MHz到約100MHz的范圍內(nèi)。另一方面，較低頻率可以在約300Hz到約100KHz的范圍內(nèi)，而較高頻率可以在約5MHz到約50MHz的范圍內(nèi)。
在沉積過(guò)程中，將襯底保持在約-20℃到約500℃之間，優(yōu)選地在約100℃到約400℃之間的溫度下。沉積壓力一般在約0.5Torr到約20Torr之間，優(yōu)選地在約2Torr到約8Torr之間。沉積速度一般在約5,000/min和約20,000/min之間。
當(dāng)期望遠(yuǎn)程離解氧化氣體時(shí)，可以使用可選的微波室28來(lái)在氣體進(jìn)入處理室10之前，向氧化氣體輸入在約50W到約6,000W之間的功率。附加的微波功率可以避免有機(jī)硅化合物在與氧化氣體反應(yīng)之前發(fā)生過(guò)度離解。當(dāng)向氧化氣體施加微波功率時(shí)，具有用于有機(jī)硅化合物和氧化氣體的獨(dú)立通道的氣體分配板(未示出)是優(yōu)選的。
一般地，室的襯里、分配歧管11、基座12和各種其他反應(yīng)器硬件的任意一個(gè)或全部，都由例如鋁或陽(yáng)極氧化鋁的材料制成。這種CVD反應(yīng)器的實(shí)例在授予Wang等人、并轉(zhuǎn)讓給作為本發(fā)明受讓人的應(yīng)用材料公司的標(biāo)題為“A Thermal CVD/PECVD Reactor and Use for Thermal ChemicalVapor Deposition of Silicon Dioxide and In-situ Multi-step PlanarizedProcess”的美國(guó)專(zhuān)利No.5,000,113中有所描述，這里通過(guò)保持與本發(fā)明一致的引用將該專(zhuān)利的內(nèi)容包含在內(nèi)。
系統(tǒng)控制器34控制發(fā)動(dòng)機(jī)14、氣體混合系統(tǒng)19以及高頻功率源25，它們通過(guò)控制線(xiàn)36連接到控制器34。系統(tǒng)控制器34控制CVD反應(yīng)器的活動(dòng)，并且一般包括硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)和插卡導(dǎo)軌(card rack)。插卡導(dǎo)軌包括單板計(jì)算機(jī)(SBC)、模擬和數(shù)字輸入/輸出板、接口板和步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器板。系統(tǒng)控制器34符合VME(Versa ModularEuropeans)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定板、插卡架和連接器的尺寸和類(lèi)型。VME標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定具有16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)和24位地址總線(xiàn)的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。
用于形成本發(fā)明預(yù)處理層的預(yù)處理和方法不限于任何特定的裝置或者任何特定的等離子體激活方法。上面的CVD系統(tǒng)描述主要用于說(shuō)明的目的，并且可以使用其他CVD設(shè)備，例如電極回旋共振(ECR)等離子CVD設(shè)備、電感耦合的RF高密度等離子CVD設(shè)備或者類(lèi)似設(shè)備。此外，上述系統(tǒng)的各種變化，如襯底支撐基座設(shè)計(jì)、加熱器設(shè)計(jì)、功率連接位置的改變以及其他改變都是可能的。例如，襯底可以由電阻加熱的襯底支撐基座支撐和加熱。
在這里描述的任何實(shí)施例中，在沉積低介電常數(shù)膜之后，優(yōu)選地用電子束(e-beam)處理膜。電子束處理一般在約1到約20千電子伏(KeV)下具有在每平方厘米約50到約2000微庫(kù)侖(μc/cm2)之間的劑量。一般在約室溫到約450℃之間的溫度下進(jìn)行約1分鐘到約15分鐘，例如約2分鐘的電子束處理。優(yōu)選地，在約400℃下進(jìn)行約2分鐘的電子束處理。一方面，電子束處理?xiàng)l件包括在400℃下的4.5KV，1.5mA和500μc/cm2。在電子束處理過(guò)程中可以存在氬或氫。雖然可以使用任何電子束設(shè)備，但是一種示例性設(shè)備是EBK室，其可以從應(yīng)用材料公司獲得。在沉積低介電常數(shù)膜之后，用電子束對(duì)該低介電常數(shù)膜進(jìn)行處理，將使膜中的至少一些有機(jī)基團(tuán)揮發(fā)，從而在膜中形成孔洞?？梢员粨]發(fā)的有機(jī)基團(tuán)來(lái)自這里描述的前驅(qū)體的有機(jī)成分，例如包含具有一個(gè)或多個(gè)不飽和碳碳鍵的烴基成分的有機(jī)硅化合物的烴基成分或者這里描述的脂肪族碳?xì)浠衔?。我們認(rèn)為在膜中形成孔洞會(huì)降低膜的介電常數(shù)。優(yōu)選地，在大于150℃的溫度下沉積膜，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為更高的溫度將阻礙將被揮發(fā)的有機(jī)基團(tuán)充分進(jìn)入膜中。
下面將進(jìn)一步描述示例性電子束室和處理的細(xì)節(jié)。可以在真空破壞或者在真空(即沒(méi)有任何真空破壞)下傳遞襯底。圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子束室200。電子束室200包括真空室220、大面積陰極222、位于無(wú)電場(chǎng)區(qū)域238中的靶板230以及定位在靶板230與大面積陰極222之間的柵格陽(yáng)極226。電子束室200還包括使柵格陽(yáng)極226與大面積陰極222絕緣的高壓絕緣體224，位于真空室220外面的陰極覆蓋絕緣體228，用于控制真空室220內(nèi)部壓力的可調(diào)泄漏閥232，連接到大面積陰極222的可調(diào)高壓電源229，以及連接到柵格陽(yáng)極226的可調(diào)低壓電源231。
室還可以包括照射并加熱襯底(未示出)、從而控制室溫度的燈。燈可以位于靶板230的下面。因?yàn)橐r底處于真空環(huán)境中，并且絕熱，所以襯底可以由輻射加熱或冷卻。如果將燈熄滅，那么襯底將會(huì)向周?chē)谋砻孑椛錈?，并逐漸冷卻。在整個(gè)過(guò)程中，襯底可以同時(shí)由燈加熱并由電子束照射。例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，紅外石英燈一直開(kāi)著，直到襯底的溫度達(dá)到處理操作溫度。之后，以變化的占空因數(shù)關(guān)掉和打開(kāi)燈，來(lái)控制晶片溫度。襯底被電子連續(xù)照射，直到已經(jīng)積累了足夠的劑量，并且襯底已經(jīng)被處理。使用這種技術(shù)，可以在例如但不限于小于10分鐘內(nèi)硬化襯底上的較厚層。
根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例，不使用紅外燈加熱襯底。根據(jù)這種實(shí)施例，使用電子束來(lái)照射和加熱襯底。在這種情況下，束電流和束電壓的乘積(功率＝電流×電壓)大于襯底輻射掉的功率，因此襯底被電子束加熱。根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例，可以使用冷卻盤(pán)來(lái)冷卻襯底。這會(huì)將襯底保持在接近預(yù)定溫度下。
在操作中，將要暴露于電子束的襯底(未示出)被放置在靶板230上。對(duì)真空室220抽氣，使其從大氣壓降到在約1mTorr到約200mTorr范圍中的壓力。精確的壓力由可變速泄漏閥232控制，其能夠?qū)毫刂凭_到約0.1mTorr。電子束一般是在由高壓電源229施加到大面積陰極222上足夠高的電壓下產(chǎn)生的。所述電壓可以在約-500伏到約30,000伏或更高的范圍內(nèi)。高壓電源229可以是由紐約的Bertan of Hickville制造的Bertan Model #105-30R，或者是由紐約Hauppauge的Spellman HighVoltage Electronics公司制造的Spellman Model #SL30N-1200X 258?？烧{(diào)低壓電源231向柵格陽(yáng)極226施加電壓，該電壓相對(duì)于施加給大面積陰極222的電壓為正。使用這個(gè)電壓來(lái)控制從大面積陰極222的電子發(fā)射?？烧{(diào)低壓電源231可以是從賓夕法尼亞州的Acopian of Easton獲得的Acopian Model #150PT12電源。
為了激發(fā)電子發(fā)射，在柵格陽(yáng)極226與靶板230之間的無(wú)電場(chǎng)區(qū)域238中的氣體必須變?yōu)殡婋x的，這可以通過(guò)自然發(fā)生的伽馬射線(xiàn)產(chǎn)生。還可以通過(guò)高壓火花隙在真空室220內(nèi)部人工激發(fā)電子發(fā)射。一旦發(fā)生了這種最初的電離，陽(yáng)離子342(在圖3中示出)被施加給柵格陽(yáng)極226的稍微負(fù)的電壓(約0到約-200伏量級(jí))吸引到柵格陽(yáng)極226。這些陽(yáng)離子342進(jìn)入設(shè)置在大面積陰極222與柵格陽(yáng)極226之間的加速電場(chǎng)區(qū)域236，并由于施加給大面積陰極222的高壓而被加速向大面積陰極222運(yùn)動(dòng)。在撞擊大面積陰極222之后，這些高能離子即產(chǎn)生二次電子344，它們被加速返回柵格陽(yáng)極226。一般垂直于陰極表面運(yùn)動(dòng)的這些電子344中的某些撞擊柵格陽(yáng)極226，但是這些電子344中的許多電子都穿過(guò)柵格陽(yáng)極226并向靶板230運(yùn)動(dòng)。柵格陽(yáng)極226優(yōu)選地放置在距離小于由大面積陰極222所發(fā)射電子的平均自由路程處，例如，柵格陽(yáng)極226優(yōu)選地放置在與大面積陰極222距離小于約4mm的位置。由于柵格陽(yáng)極226與大面積陰極222之間的較短距離，在位于柵格陽(yáng)極226與大面積陰極222之間的加速電場(chǎng)區(qū)域236中不會(huì)發(fā)生電離，或者即使有也是極少的。
在傳統(tǒng)的氣體放電設(shè)備中，電子在加速電場(chǎng)區(qū)域中將進(jìn)一步產(chǎn)生陽(yáng)離子，而陽(yáng)離子將被吸引到大面積陰極222，從而產(chǎn)生甚至更多的電子發(fā)射。放電較容易雪崩成不穩(wěn)定的高壓擊穿。但是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在柵格陽(yáng)極226外部產(chǎn)生的離子342可以由施加給柵格陽(yáng)極226的電壓控制(排斥或吸引)。換句話(huà)說(shuō)，電子發(fā)射可以通過(guò)改變柵格陽(yáng)極226上的電壓而被持續(xù)控制。或者，電子發(fā)射可以由可調(diào)泄漏閥232控制，可調(diào)泄漏閥232被配置成用于增加或減少在靶板230與大面積陰極222之間的電離區(qū)域中分子的數(shù)量?？梢酝ㄟ^(guò)給柵格陽(yáng)極226施加正電壓，即柵格陽(yáng)極的電壓超過(guò)在柵格陽(yáng)極226與靶板230之間的空間中產(chǎn)生的任意陽(yáng)離子粒種的能量，來(lái)完全停止電子發(fā)射。
圖4圖示了具有反饋控制電路400的電子束室200。在一些應(yīng)用中，在不同電子束能量下提供恒定束電流可能是期望的。例如，可能期望暴露或硬化在襯底上形成的膜的上層，而不包括底層。這可以通過(guò)降低電子束能量，使得大部分電子都被吸收到膜的上層中來(lái)實(shí)現(xiàn)。在硬化上層之后，可能期望硬化膜的全部厚度。這可以通過(guò)升高電子束的加速電壓以完全透過(guò)膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。反饋控制電路400被配置成用于維持恒定的束電流，使其不依賴(lài)于加速電壓的改變。反饋控制電路400包括積分器466。束電流由檢測(cè)電阻490采樣，檢測(cè)電阻490位于靶板230與積分器466之間。束電流還可以在當(dāng)一部分電子束在柵格陽(yáng)極226處被截取時(shí)在那里被采樣。兩個(gè)相同的增益電壓跟隨器492緩沖通過(guò)檢測(cè)電阻490獲得的信號(hào)，并將其饋送到帶有可變電阻494的放大器496。這個(gè)放大器的輸出控制柵格陽(yáng)極226上的電壓，使得束電流的增加將導(dǎo)致柵格陽(yáng)極226上偏壓的下降以及來(lái)自大面積陰極222的束電流的下降。通過(guò)可變電阻494調(diào)節(jié)放大器496的增益，使得由加速電壓的改變所導(dǎo)致的束電流的任意改變都由偏壓的改變所抵消，從而保持在靶處的恒定束電流。或者，放大器496的輸出端可以被連接到電壓控制的可變速泄漏閥298，以通過(guò)增加或降低電離區(qū)域238中的壓力來(lái)抵消束電流的改變。此外，通過(guò)使用到可變速泄漏閥298和柵格陽(yáng)極226的反饋信號(hào)，可以提供更廣范圍的束電流控制。在授予William R.Livesay、并被轉(zhuǎn)讓給Electron Vision Corporation(其現(xiàn)在由本發(fā)明的受讓人所有)的題目為“Large-Area Uniform Electron Source”的美國(guó)專(zhuān)利No.5,003,178中描述了電子束室200的其他細(xì)節(jié)，這里通過(guò)引用將與本發(fā)明一致的部分包含在內(nèi)。
下面是電子束處理的工藝條件。室中的壓強(qiáng)可以在約10-5到約102Torr的范圍內(nèi)變化，并且優(yōu)選地在從約10-3到10-1Torr的范圍內(nèi)。襯底與柵格陽(yáng)極之間的距離應(yīng)該足以滿(mǎn)足電子在柵格陽(yáng)極與襯底表面之間傳遞時(shí)產(chǎn)生離子。晶片的溫度可以在約0℃到約1050℃的范圍內(nèi)變化。電子束能量可以在約0.1到約100KeV的范圍內(nèi)變化。電子的總劑量可以在約1到約100,000μC/cm2的范圍內(nèi)變化。所選擇的劑量和能量應(yīng)該與待處理的膜厚成比例。在電子束工具裝置中的環(huán)境氣體可以是任意的下列氣體氮?dú)?、氧氣、氫氣、氬氣、氦氣、氨氣、硅烷、氙氣或這些氣體的任意組合。電子束電流可以在約0.1到約100mA的范圍內(nèi)變化。優(yōu)選地，使用來(lái)自均勻的大面積電子束源的大束電子來(lái)進(jìn)行電子束處理，所述均勻的大面積電子束源覆蓋待處理膜的表面區(qū)域。此外，對(duì)于較厚的膜來(lái)說(shuō)，電子束劑量可以被分到降低電壓的步驟中，這提供了均勻的劑量處理，其中材料由底部向上被硬化。這樣，在處理工藝中，電子束滲透的深度可以改變。處理的時(shí)間長(zhǎng)短可以在約0.5分鐘到約120分鐘的范圍內(nèi)。如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將容易理解的，電子束處理的時(shí)間長(zhǎng)短可以由上述標(biāo)識(shí)的參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)而定，并且該特定的參數(shù)集根據(jù)這里給出的詳細(xì)描述而不需要過(guò)多的實(shí)驗(yàn)就可以常規(guī)地確定。
在另一個(gè)實(shí)施例中，電子束室200工作的溫度可以在約-200℃到約600℃的范圍內(nèi)，例如在約200℃到約400℃。電子束能量在約0.5KeV到約30KeV的范圍內(nèi)。暴露劑量在約1μc/cm2到約400μc/cm2范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選地在約50到約200μc/cm2之間，例如約70μc/cm2。電子束一般在約1mTorr到約100mTorr的壓強(qiáng)下產(chǎn)生。電子束室220中的環(huán)境氣體可以是任意下列氣體氮?dú)狻⒀鯕?、氫氣、氬氣、氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w、氨氣、氙氣或這些氣體的任意組合。電子束電流在約1mA到約40mA的范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選地在約5mA到約20mA。電子束可以覆蓋從約4平方英寸到約700平方英寸的面積。
下面的實(shí)施例說(shuō)明了具有改進(jìn)硬度的低介電膜。該膜是使用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積室沉積的。具體來(lái)說(shuō)，該膜是使用可從加州圣塔克萊拉的應(yīng)用材料公司獲得的“Producer”系統(tǒng)沉積的。
低介電常數(shù)膜是在約5.75Torr的室壓和約400℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體沉積在300mm的襯底上的。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約520sccm；三甲基硅烷(TMS)，流速約600sccm；乙烯，流速約2,000sccm；氧氣，流速約1,000sccm；以及氦氣，流速約1,000sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向氣體分配歧管施加頻率為13.56MHz的約800W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。膜以約12,000/min的速度沉積，并且在0.1MHz下測(cè)得其介電常數(shù)(k)約為2.54。
然后，在下面描述的條件下，使用例如上述的電子束室200之類(lèi)的電子束裝置對(duì)膜處理約90秒。在后處理過(guò)程中，室的溫度約為400℃，電子束能量約為4KeV，并且電子束電流約為3mA。電子束的暴露劑量約為70μc/cm2。在整個(gè)硬化處理過(guò)程中，氬氣以約150sccm的速度流進(jìn)室中。在后處理之后，膜的介電常數(shù)保持為大致相同，即約2.54。膜的硬度從約0.66GPa增加到約1.40GPa，而膜的模量從約4.2GPa增加到約8.3GPa。模的厚度斷裂閾值從約8000增加到約24,000。膜的泄漏電流減小至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，例如從約3.46×10-10A/cm2減小到約5.72×10-11A/cm2(在約1MV/cm)。膜的擊穿電壓從約4.2MV增加到約4.7MV。
本發(fā)明的其他實(shí)施例需要制造在這里稱(chēng)為配方II的低k介電膜。在制造該膜時(shí)，其中前驅(qū)體是八甲基環(huán)四硅氧烷(“OMCTS”)、三甲基硅烷((CH3)3-SiH)、氧氣、乙烯和作為稀釋劑的氦氣。根據(jù)一個(gè)這樣的實(shí)施例，工藝條件是對(duì)于OMCTS約5000mgm的流速；對(duì)于三甲基硅烷約600sccm的流速；對(duì)于氧氣約1000sccm的流速；對(duì)于乙烯約2000sccm的流速；對(duì)于氦氣約1000sccm的流速；約5.75Torr的室壓；約400℃的晶片基座溫度；約1050密爾的從晶片到噴頭的間距；以及約800W的RF功率。其他有用的沉積工藝條件可以由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這里給出的詳細(xì)描述常規(guī)地確定，而不需要過(guò)多的實(shí)驗(yàn)。
在沉積膜之后，對(duì)其進(jìn)行電子束處理。工藝條件是約100μC/cm2的處理劑量進(jìn)行約2分鐘，對(duì)于環(huán)境氣體(氬氣)約15mTorr的室壓，約4.5KeV的電壓，約3mA的電子電流，以及約400℃的晶片溫度。這樣得到的膜，其硬度和楊氏模量從控制晶片(即沒(méi)有電子束處理)的約0.699GPa和約4.902GPa分別增加到電子束處理的晶片的約1.414GPa和約9.563GPa，同時(shí)介電常數(shù)保持基本不變，即控制晶片的k值為約2.52，而電子束處理的晶片的k值為約2.49。厚度從控制晶片的約5000(5292.1)的名義值變?yōu)殡娮邮幚淼木募s4889.3。這些結(jié)果是較重要的，因?yàn)樗鼈儽砻麟娮邮幚碓黾恿四さ膹?qiáng)度(否則膜的機(jī)械強(qiáng)度較弱)，而相對(duì)地又沒(méi)有改變其他性能。機(jī)械強(qiáng)度較弱的膜在用于制造例如邏輯電路的具有許多層的集成電路時(shí)可能會(huì)存在問(wèn)題，因?yàn)橛捎跈C(jī)械強(qiáng)度較弱材料的使用而產(chǎn)生的應(yīng)力可能導(dǎo)致上層的應(yīng)力斷裂。
對(duì)于電子束處理的配方II，除上述改進(jìn)之外，電子束處理的晶片的潤(rùn)濕角減小；從而表明電子束處理的膜變得親水。具體來(lái)說(shuō)，潤(rùn)濕角從控制晶片的高于約80度的值變?yōu)殡娮邮幚淼木牡陀诩s40度的值。這是很重要的，因?yàn)樵S多光刻膠不能在憎水表面上沉積。
本發(fā)明的另外實(shí)施例需要使用氧化劑(例如但不限于H2O2、O3等)以及穩(wěn)定的硅前驅(qū)體(例如但不限于三甲基硅烷(“TMS”)，或四甲基硅烷)，或具有內(nèi)置亞穩(wěn)官能團(tuán)的前驅(qū)體，例如但不限于1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)來(lái)制造低k介電膜。例如，可以使用前面參照?qǐng)D2描述的室，在較低的溫度下進(jìn)行CVD沉積，但不限于此。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于一種使用TMS和O3這樣的熱沉積處理的工藝配方需要約100Torr的室壓，約100℃的晶片保持溫度，對(duì)于O3約4000sccm的流速，對(duì)于例如但不限于氦氣的稀釋劑的約8000sccm的流速，以及TMS的約125sccm的流速。接下來(lái)，對(duì)膜進(jìn)行電子束處理(包括同時(shí)加熱膜)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，制造包括亞穩(wěn)基團(tuán)的膜。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)這樣的實(shí)施例，前驅(qū)體包括乙烯基環(huán)己烷(“VCH”)、八甲基環(huán)四硅氧烷(“OMCTS”)以及作為稀釋劑的氦氣，并且這種膜的實(shí)施例使用上面參照?qǐng)D2描述的室來(lái)制造。根據(jù)一個(gè)這樣的實(shí)施例，工藝條件是對(duì)于OMCTS約500mgm的流速；對(duì)于VCH約500mgm的流速；對(duì)于氦氣約1000sccm的流速；約5Torr的室壓；約100℃的晶片基座溫度；約800密爾的從晶片到噴頭的距離；約300W的RF功率(13.56MHz)；以及約100W的低頻功率(356KHz)。該膜的沉積速率約為12,000/min。其他有用的沉積工藝條件可以由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這里給出的詳細(xì)描述常規(guī)地確定，而不需要過(guò)多的實(shí)驗(yàn)。在該膜被沉積之后，其具有等于約1.47的折射率(“RI”)，以及等于約2.77的介電常數(shù)k。膜在爐子中在440℃下被熱退火約30分鐘。在熱退火之后，RI等于約1.37，k等于約2.45。
在該膜被退火后，對(duì)其進(jìn)行電子束處理。工藝條件是約200μC/cm2的處理劑量進(jìn)行約2分鐘，對(duì)于環(huán)境氣體(氬氣)約15mTorr的室壓，約4KeV的電壓，約3mA的電子電流，以及約400℃的晶片溫度。這樣得到的膜具有等于約1.43的RI，等于約2.46的k，以及增加了的硬度和楊氏模量。
根據(jù)該方法，其他實(shí)施例包括使用提供亞穩(wěn)粒種(例如但不限于膜中的環(huán)己烷或苯基)的前驅(qū)體，以及提供硅的前驅(qū)體。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)這樣的實(shí)施例，提供亞穩(wěn)粒種的前驅(qū)體包括例如但不限于降冰片二烯和丁二烯，并且提供硅的前驅(qū)體包括例如但不限于OMCTS、TMCTS、DMDMOS和DEMS(單鍵鍵合到H、CH3和(OC2H5)2的Si)中的一個(gè)或多個(gè)。根據(jù)該方法，其他實(shí)施例包括使用這樣的前驅(qū)體，其中亞穩(wěn)官能團(tuán)可以被連接到例如VCH的有機(jī)化合物，或者其可以被內(nèi)置到例如叔丁基TMCTS的硅前驅(qū)體中。
本發(fā)明的其他實(shí)施例需要進(jìn)行多個(gè)處理步驟循環(huán)(即，熱沉積/電子束處理工藝步驟循環(huán))。最后，并可選地，對(duì)得到的膜進(jìn)行熱退火。根據(jù)一個(gè)這樣的實(shí)施例，電子束處理步驟較短，從而減少收縮并獲得小于2.5的k值。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在上述實(shí)施例中的任意一個(gè)中，在可選的熱退火步驟之前和/或之后，都可以進(jìn)行進(jìn)一步的處理工藝，以進(jìn)一步硬化基于有機(jī)硅的膜。例如但不限于，這種進(jìn)一步的處理工藝可以包括暴露于例如氦氣或氫氣等離子體的相對(duì)惰性等離子體。但是，在更高能量的電子沒(méi)有穿透膜的情況下，例如硬化的這些效果可能主要與由于離子將有機(jī)成分濺射掉而引起表面組分改變有關(guān)，而與認(rèn)為在電子束處理過(guò)程中起作用的交聯(lián)處理無(wú)關(guān)。但是，對(duì)于碳含量足夠高的非常薄的阻擋膜來(lái)說(shuō)，使用這種工藝仍然會(huì)是有利的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)這樣的實(shí)施例，等離子體處理可以在傳統(tǒng)的PECVD或等離子刻蝕硬件中進(jìn)行。
實(shí)例理想實(shí)例1在約6Torr的室壓以及約100℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在200mm的襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約520sccm；乙烯，流速約2,000sccm；氧氣，流速約1,000sccm；以及氦氣，流速約1,000sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約1200W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。在沉積低介電常數(shù)膜之后，在EBK室中，在約400℃下將襯底暴露于約50C/cm2的劑量中來(lái)對(duì)其進(jìn)行電子束處理。以約200sccm的速度向室中引入氬氣。室壓被保持在約35mTorr。
理想實(shí)例2在約14Torr的室壓以及約125℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在200mm的襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約210sccm；二乙氧基甲基硅烷，流速約600sccm；1，3-丁二烯，流速約1,000sccm；氧氣，流速約600sccm；以及氦氣，流速約800sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約1200W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。在沉積低介電常數(shù)膜之后，在EBK室中，在約400℃下將襯底暴露于約50μC/cm2的劑量中來(lái)對(duì)其進(jìn)行電子束處理。以約200sccm的速度向室中引入氬氣。室壓被保持在約35mTorr。
理想實(shí)例3
在約6Torr的室壓以及約125℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體中在200mm的襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約520sccm；丙烯，流速約2,000sccm；氧氣，流速約1,000sccm；以及氦氣，流速約1,000sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約800W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。在沉積低介電常數(shù)膜之后，在約200℃到約400℃之間的溫度下將襯底退火約30分鐘。以約100到約10,000sccm的速度將例如氦氣、氫氣、氮?dú)饣蚱浠旌蠚怏w的非反應(yīng)氣體引入室中。室壓被保持在約2Torr到約10Torr之間。RF功率在約13.56MHz的頻率下在約200W到約1,000W之間，并且優(yōu)選的襯底間距在約300密爾到約800密爾之間。
理想實(shí)例4在約6Torr的室壓以及約100℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在200mm的襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)，流速約700sccm；二乙氧基甲基硅烷，流速約600sccm；2，3-二甲基-1，3-丁二烯，流速約2,000sccm；氧氣，流速約1,000sccm；以及氦氣，流速約1,000sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約800W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。在沉積低介電常數(shù)膜之后，在約200℃到約400℃之間的溫度下將襯底退火約30分鐘。以100到約10,000sccm的速度將例如氦氣、氫氣、氮?dú)饣蚱浠旌蠚怏w的非反應(yīng)氣體引入室中。室壓被保持在約2Torr到約10Torr之間。RF功率在約13.56MHz的頻率下在約700W到約1,000W之間，并且優(yōu)選的襯底間距在約300密爾到約800密爾之間。
理想實(shí)例5
在約6Torr的室壓以及約130℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
乙烯基甲基硅烷，流速約600sccm；氧氣，流速約800sccm；以及二氧化碳，流速約4,800sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約1200W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。在沉積低介電常數(shù)膜之后，在EBK室中，在約400℃下將襯底暴露于約50μC/cm2的劑量中來(lái)對(duì)其進(jìn)行電子束處理。以約200sccm的速度向室中引入氬氣。室壓被保持在約35mTorr。
理想實(shí)例6在約6Torr的室壓以及約130℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在300mm的襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約483sccm；乙烯，流速約1,600sccm；二氧化碳，流速約4,800sccm；氧氣，流速約800sccm；以及氬氣，流速約1,600sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約800W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。在沉積低介電常數(shù)膜之后，在EBK室中，在約400℃、1.5mA下將襯底暴露于約70μC/cm2的劑量中來(lái)對(duì)其進(jìn)行電子束處理。
下面的實(shí)例說(shuō)明了本發(fā)明的低介電膜。該膜是使用作為集成處理平臺(tái)的一部分的化學(xué)氣相沉積室沉積的。具體來(lái)說(shuō)，該膜是使用可從加州圣塔克萊拉的應(yīng)用材料公司獲得的Producer系統(tǒng)沉積的。
實(shí)例1在約6Torr的室壓以及約400℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在200mm的襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約520sccm；
三甲基硅烷(TMS)，流速約200sccm；乙烯，流速約2,000sccm；氧氣，流速約1,000sccm；以及氦氣，流速約1,000sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約800W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。膜以約12,000/min的速度沉積，并且在0.1MHz下測(cè)得其介電常數(shù)(k)約為2.54。
實(shí)例2在約6Torr的室壓以及約400℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在200mm的襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約520sccm；三甲基硅烷(TMS)，流速約400sccm；乙烯，流速約2,000sccm；氧氣，流速約1,000sccm；以及氦氣，流速約1,000sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約800W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。膜以約12,000/min的速度沉積，并且在0.1MHz下測(cè)得其介電常數(shù)(k)約為2.51。
實(shí)例3在約6Torr的室壓以及約400℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在200mm的襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約520sccm；三甲基硅烷(TMS)，流速約600sccm；乙烯，流速約2,000sccm；氧氣，流速約1,000sccm；以及氦氣，流速約1,000sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約800W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。膜以約12,000/min的速度沉積，并且在0.1MHz下測(cè)得其介電常數(shù)(k)約為2.47。
實(shí)例4在約6Torr的室壓以及約400℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在200mm的襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約520sccm；三甲基硅烷(TMS)，流速約800sccm；乙烯，流速約2,000sccm；氧氣，流速約1,000sccm；以及氦氣，流速約1,000sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約800W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。膜以約12,000/min的速度沉積，并且在0.1MHz下測(cè)得其介電常數(shù)(k)約為2.47。
實(shí)例5在約6Torr的室壓以及約400℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在200mm的襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約520sccm三甲基硅烷(TMS)，流速約900sccm；乙烯，流速約2,000sccm；氧氣，流速約1,000sccm；以及氦氣，流速約1,000sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約800W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。膜以約12,000/min的速度沉積，并且在0.1MHz下測(cè)得其介電常數(shù)(k)約為2.48。
實(shí)例6在約14Torr的室壓以及約350℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約210sccm；三甲基硅烷(TMS)，流速約400sccm；氧氣，流速約600sccm；以及氦氣，流速約800sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭450密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約800W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。所沉積膜的介電常數(shù)(k)在0.1MHz下測(cè)得約為2.67。
實(shí)例7在約6Torr的室壓以及約400℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約520sccm；乙烯，流速約2,000sccm；氧氣，流速約1,000sccm；以及氦氣，流速約1,000sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約800W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。所沉積膜的介電常數(shù)(k)在0.1MHz下測(cè)得約為2.55。
實(shí)例8在約6Torr的室壓以及約130℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約483sccm；乙烯，流速約3,200sccm；氧氣，流速約800sccm；以及二氧化碳，流速約4,800sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭1,050密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約1200W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。在沉積低介電常數(shù)膜之后，在EBK室中，在約400℃下將襯底暴露于約50μC/cm2的劑量中來(lái)對(duì)其進(jìn)行電子束處理。以約200sccm的速度向室中引入氬氣。室壓被保持在約35mTorr。
實(shí)例9在約5Torr的室壓以及約400℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在約300mm的襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約302sccm；三甲基硅烷，流速約600sccm；氧氣，流速約600sccm；乙烯，流速約1000sccm；以及氦氣，流速約1200sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭350密爾處。施加頻率為13.56MHz的約800W的功率水平和頻率為356KHz的約250W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。在沉積低介電常數(shù)膜之后，用氦氣對(duì)襯底進(jìn)行后處理。膜以13,000/min的速度沉積，并且具有約2.97到約3.06的平均介電常數(shù)。平均折射率為1.453。膜的硬度約為2.2GPa，并且均勻度小于2％。模量約為13.34。泄漏電流在1MV/cm下約為4.55×10-10amp/cm2。泄漏電流在2MV/cm下約為2.68×10-9amp/cm2。擊穿電壓約為5.93MV/cm。應(yīng)力約為4.00×108dynes/cm2，斷裂閾值大于7μm。
實(shí)例10在約4.5Torr的室壓以及約400℃的襯底溫度下，由下面的反應(yīng)氣體在200mm的襯底上沉積低介電常數(shù)膜。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速約151sccm；三甲基硅烷，流速約300sccm；氧氣，流速約300sccm；乙烯，流速約500sccm；以及氦氣，流速約600sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭350密爾處。施加頻率為13.56MHz的約400W的功率水平以及頻率為356KHz的約150W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。在沉積低介電常數(shù)膜之后，用氫氣對(duì)襯底進(jìn)行后處理。膜以10,000/min的速度沉積，并且具有約2.96到約3.01的平均介電常數(shù)。平均折射率為1.454。膜的硬度為約2.03到約2.08GPa，并且均勻度為2.2％。模量約為12.27。泄漏電流在1MV/cm下約為4.27×10-10amp/cm2。泄漏電流在2MV/cm下約為1.88×10-9amp/cm2。擊穿電壓約為4.31MV/cm。應(yīng)力約為5.40×108dynes/cm2，斷裂閾值大于7μm。
雖然實(shí)例9和10使用氦氣作為載氣，但是也可以使用氬氣作為載氣。我們認(rèn)為，使用氬氣作為載氣提高了所沉積膜的孔隙率，并降低了所沉積膜的介電常數(shù)。我們認(rèn)為，使用氬氣和混頻RF功率通過(guò)提高前驅(qū)體的離解效率而增加了膜的沉積速度。此外，我們認(rèn)為使用氬氣和混頻RF功率增加了膜的硬度和模量強(qiáng)度，而沒(méi)有增大膜的介電常數(shù)。此外，我們認(rèn)為使用氬氣和混頻RF功率減少了材料可能在襯底邊緣發(fā)生的傾斜沉積。
我們很驚訝地發(fā)現(xiàn)，在實(shí)例1至5中，介電常數(shù)隨著TMS的流速在約200sccm到約600sccm之間的增加而顯著降低。脂肪族碳?xì)浠衔锱c脂肪族有機(jī)硅化合物的比例在約15∶1到約1∶1之間時(shí)，可獲得低的介電常數(shù)。如在實(shí)例6中解釋的，向環(huán)狀有機(jī)硅和脂肪族有機(jī)硅化合物中添加足量的脂肪族碳?xì)浠衔锼峁┑慕殡姵?shù)，比沒(méi)有添加脂肪族碳?xì)浠衔锒@得的介電常數(shù)至少低7％。此外，向環(huán)狀有機(jī)硅和脂肪族碳?xì)浠衔镏刑砑幼懔康闹咀逵袡C(jī)硅化合物所提供的介電常數(shù)，比在實(shí)例7中示出的沒(méi)有添加脂肪族有機(jī)硅化合物而獲得的介電常數(shù)至少約低3％。
下面的實(shí)例解釋了本發(fā)明的低介電膜。使用化學(xué)氣相沉積室，例如可從加州圣塔克萊拉的應(yīng)用材料公司獲得的“Producer DxZ”系統(tǒng)，在200mm的襯底上沉積膜。
實(shí)例11在約8Torr以及約200℃的溫度下，在三個(gè)200mm的襯底中的每一個(gè)上沉積低介電常數(shù)膜。使用下面的處理氣體和流速α萜品烯(ATP)，流速3,000mgm；二乙氧基甲基硅烷(DEMS)，流速800mgm；以及二氧化碳，流速1,000sccm。
每個(gè)襯底都被放置在距離氣體分配噴頭300密爾處。施加頻率為13.56MHz的約600W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。每個(gè)膜都以約2,700/min的速度沉積，并且在0.1MHz下使用SSM 5100Hg CV測(cè)量工具，測(cè)得膜具有約5.4的介電常數(shù)(k)。每個(gè)膜都顯示出約0.1GPa的硬度。
熱退火對(duì)第一沉積膜進(jìn)行熱退火處理。退火處理在惰性氣體環(huán)境中在約425℃的溫度、約10Torr的壓強(qiáng)下約進(jìn)行4小時(shí)。更短的退火時(shí)間導(dǎo)致更高的k值。經(jīng)熱退火的膜的最低k值約為2.1，硬度約為0.2GPa。
在400℃下的電子束處理在約400℃、約4.5KeV和1.5mA下，使用約300μC/cm2的劑量，對(duì)第二沉積膜進(jìn)行高溫電子束(e-beam)處理。電子束處理持續(xù)約2分鐘。在電子束處理之后，膜顯示出約2.1的介電常數(shù)，這比未硬化膜的介電常數(shù)約小60％，并且與經(jīng)熱退火膜的最低值接近。電子束膜還顯示出約0.7GPa的硬度，這與未硬化膜相比約有600％的增加，與經(jīng)熱退火膜相比有250％的增加。
在室溫下的電子束處理在約35℃、約4.5KeV和1.5mA下，使用約300μC/cm2的劑量對(duì)第三沉積膜進(jìn)行低溫電子束(e-beam)處理。電子束處理持續(xù)約2分鐘。在電子束處理之后，膜顯示出約2.3的介電常數(shù)，這比未硬化膜的介電常數(shù)約小57％。電子束膜還顯示出約0.5GPa的硬度，這與未硬化膜相比有約400％的增加，與經(jīng)熱退火膜相比有150％的增加。
實(shí)例12在約8Torr以及約225℃的溫度下，在三個(gè)襯底中的每一個(gè)上沉積低介電常數(shù)膜。使用下面的處理氣體和流速α萜品烯(ATP)，流速3,000mgm；二乙氧基甲基硅烷(DEMS)，流速800mgm；二氧化碳，流速1,500sccm；以及氧氣，流速100sccm。
每個(gè)襯底都被放置在距離氣體分配噴頭300密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約600W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。每個(gè)膜以約1,800/min的速度沉積，并且在0.1MHz下使用SSM 5100Hg CV測(cè)量工具，測(cè)得膜具有約2.85的介電常數(shù)(k)。每個(gè)膜都顯示出約0.23GPa的硬度。
熱退火對(duì)第一沉積膜進(jìn)行熱退火處理。退火處理在惰性氣體環(huán)境中在約450℃的溫度、約10Torr的壓強(qiáng)下約進(jìn)行30分鐘。更短的退火時(shí)間導(dǎo)致更高的k值。經(jīng)熱退火的膜具有約1.29的折射率(RI)，約2.08的最低k值，以及約0.23GPa的硬度。
在400℃和200μC/cm2下的電子束處理在約400℃、約4.5KeV和1.5mA下，使用約200μC/cm2的劑量對(duì)第二沉積膜進(jìn)行高溫電子束(e-beam)處理。電子束處理持續(xù)約100秒。在電子束處理之后，膜顯示出約2.07的介電常數(shù)，這比未硬化膜的約小27％，并且與經(jīng)熱退火膜的最低值接近。電子束膜還顯示出約0.42GPa的硬度，這與未硬化膜和經(jīng)熱退火膜相比有約80％的增加。
在400℃和500μC/cm2下的電子束處理在約35℃、約4.5KeV和1.5mA下，使用約500μC/cm2的劑量對(duì)第三沉積膜進(jìn)行低溫電子束(e-beam)處理。電子束處理持續(xù)約250秒。在電子束處理之后，膜顯示出約2.14的介電常數(shù)，這比未硬化膜的介電常數(shù)約小25％。電子束膜還顯示出約0.74GPa的硬度，這與未硬化膜和經(jīng)熱退火膜相比有約220％的增加。
實(shí)例13在約8Torr以及約225℃的溫度下，在兩個(gè)襯底中的每一個(gè)上沉積低介電常數(shù)膜。使用下面的處理氣體和流速α萜品烯(ATP)，流速4,000mgm；八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)，流速200mgm；氧氣，流速200sccm；以及二氧化碳，流速2,000sccm。
每個(gè)襯底都被放置在距離氣體分配噴頭300密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的約500W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。每個(gè)膜都以約1,000/min的速度沉積，并且在0.1MHz下使用SSM 5100Hg CV測(cè)量工具，測(cè)得膜具有約4.0的介電常數(shù)(k)。每個(gè)膜還顯示出約0.1GPa的硬度。
在400℃和120μC/cm2下的電子束處理在約400℃、約4.5KeV和1.5mA下，使用約120μC/cm2的劑量對(duì)第一沉積膜進(jìn)行高溫電子束(e-beam)處理。電子束處理持續(xù)約30秒。在電子束處理之后，膜顯示出約1.9的介電常數(shù)，這比未硬化膜的約小52％。電子束膜還顯示出約0.5GPa的硬度，這與未硬化膜相比有約400％的增加。
在400℃和600μC/cm2下的電子束處理在約400℃、約4.5KeV和1.5mA下，使用約600μC/cm2的劑量對(duì)第二沉積膜進(jìn)行低溫電子束(e-beam)處理。電子束處理持續(xù)約150秒。在電子束處理之后，膜顯示出約2.2的介電常數(shù)，這比未硬化膜的介電常數(shù)約小45％。電子束膜還顯示出約0.8GPa的硬度，這與未硬化膜相比有約700％的增加。
實(shí)例14在約8Torr以及約225℃的溫度下，在襯底上沉積低介電常數(shù)膜。使用下面的處理氣體和流速ATP，流速3,000mgm；TMS，流速500sccm；DEMS，流速600mgm；氧氣，流速100sccm；以及二氧化碳，流速1,500sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭約300密爾處。施加頻率為13.56MHz的約600W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。膜以約2,000/min的速度沉積，并且在0.1MHz下使用SSM 5100Hg CV測(cè)量工具測(cè)得膜具有約4.3的介電常數(shù)(k)。膜還顯示出約0.1GPa的硬度。
在400℃和200μC/cm2下的電子束處理
在約400℃、約4.5KeV和1.5mA下，使用約200μC/cm2的劑量對(duì)所沉積的膜進(jìn)行高溫電子束(e-beam)處理。電子束處理持續(xù)約30秒。在電子束處理之后，膜顯示出約2.2的介電常數(shù)，這比未硬化膜的約小50％。電子束膜還顯示出約0.7GPa的硬度，這與未硬化膜相比有約600％的增加。
實(shí)例15在約8Torr以及約225℃的溫度下，在襯底上沉積低介電常數(shù)膜。使用下面的處理氣體和流速ATP，流速4,000mgm；TMS，流速1,000sccm；OMCTS，流速200mgm；氧氣，流速100sccm；以及二氧化碳，流速1,500sccm。
襯底被放置在距離氣體分配噴頭約300密爾處。向噴頭施加頻率為13.56MHz的500W的功率水平，用于膜的等離子增強(qiáng)沉積。膜以約1,600/min的速度沉積，并且在0.1MHz下使用SSM 5100Hg CV測(cè)量工具測(cè)得膜具有約4.5的介電常數(shù)(k)。膜還顯示出約0.1GPa的硬度。
在400℃和200μC/cm2下的電子束處理在約400℃、約4.5KeV和1.5mA下，使用約200μC/cm2的劑量對(duì)所沉積的膜進(jìn)行高溫電子束(e-beam)處理。電子束處理持續(xù)約30秒。在電子束處理之后，膜顯示出約2.3的介電常數(shù)，這比未硬化膜的約小50％。電子束膜還顯示出約0.7GPa的硬度，這與未硬化膜相比有約600％的增加。
雖然上面描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是可以設(shè)計(jì)本發(fā)明的其他實(shí)施例而不脫離本發(fā)明的基本范圍，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種在襯底上沉積低介電常數(shù)膜的方法，包括在化學(xué)氣相沉積室中沉積包含硅、碳、氧和氫的低介電常數(shù)膜；以及在足以增加所述低介電常數(shù)膜的硬度的條件下，將所述低介電常數(shù)膜暴露于電子束中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述化學(xué)氣相沉積室是等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積室。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述沉積步驟包括向所述等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積室中引入氣體混合物，所述氣體混合物包括一種或多種化合物，該化合物選自由環(huán)狀有機(jī)硅化合物、脂肪族有機(jī)硅化合物、碳?xì)浠衔锖脱趸瘹怏w組成的組；以及使所述氣體混合物反應(yīng)以在所述襯底上形成所述低介電常數(shù)膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述條件包括在約1mA到約15mA范圍內(nèi)的電子束電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電子束的暴露劑量在約50μc/cm2到約400μc/cm2之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以約150sccm的速度使氬氣流經(jīng)所述低介電常數(shù)膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述有機(jī)硅化合物包括至少一個(gè)硅碳鍵和至少一個(gè)硅氫鍵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述碳?xì)浠衔锇ú伙柡吞继兼I。
9.一種沉積低介電常數(shù)膜的方法，包括在足以沉積非硬化膜的沉積條件下，將包括具有至少一個(gè)環(huán)狀基團(tuán)的一種或多種碳?xì)浠衔锱c一種或多種有機(jī)硅化合物的氣體混合物傳送到襯底表面，所述非硬化膜在所述襯底表面上包括所述的至少一個(gè)環(huán)狀基團(tuán)并且具有小于約0.3GPa的硬度；以及在足以提供小于2.5的介電常數(shù)和大于0.5GPa的硬度的硬化條件下，使用電子束從所述非硬化膜中基本上去除所述至少一個(gè)環(huán)狀基團(tuán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述一種或多種有機(jī)硅化合物中氧和硅的比例至少為2∶1。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述至少一個(gè)環(huán)狀基團(tuán)是五個(gè)或六個(gè)碳原子的部分飽和環(huán)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述具有至少一個(gè)環(huán)狀基團(tuán)的一種或多種化合物包括α萜品烯。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述硬化條件包括從約200到約400微庫(kù)侖每平方厘米的電子束劑量。
14.一種沉積低介電常數(shù)膜的方法，包括在足以沉積非硬化膜的沉積條件下，將包括一種或多種有機(jī)硅化合物、具有至少一個(gè)環(huán)狀基團(tuán)的一種或多種碳?xì)浠衔镆约皟煞N或多種氧化氣體的氣體混合物傳送到襯底表面，所述非硬化膜在所述襯底表面上包括所述的至少一個(gè)環(huán)狀基團(tuán)并且具有小于0.3GPa的硬度；以及在足以提供小于2.2的介電常數(shù)和大于0.4GPa的硬度的硬化條件下，使用電子束從所述非硬化膜中基本上去除所述至少一個(gè)環(huán)狀基團(tuán)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述兩種或多種氧化氣體包括氧氣和二氧化碳。
16.一種沉積具有約3.0或更小的介電常數(shù)的低介電常數(shù)膜的方法，包括使氣體混合物反應(yīng)，所述氣體混合物包括一種或多種有機(jī)硅化合物；一種或多種脂肪族碳?xì)浠衔铮渚哂幸粋€(gè)或多個(gè)不飽和碳碳鍵；以及一種或多種氧化氣體；在足以在襯底表面上沉積所述低介電常數(shù)膜的條件下向所述襯底表面?zhèn)魉退鰵怏w混合物；以及用電子束對(duì)所述低介電常數(shù)膜進(jìn)行后處理，以減小所述膜的介電常數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述一種或多種有機(jī)硅化合物包括至少一個(gè)硅碳鍵和至少一個(gè)硅氫鍵。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述脂肪族碳?xì)浠衔锇▋煞N或多種不飽和碳碳鍵。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述條件包括頻率為13.56MHz和頻率為356KHz的混頻射頻功率。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述氣體混合物還包括氬氣。
全文摘要
一種在襯底上沉積低介電常數(shù)膜的方法。該方法包括在化學(xué)氣相沉積室中沉積包含硅、碳、氧和氫的低介電常數(shù)膜。該方法還包括在足以增加所述低介電常數(shù)膜的硬度的條件下將所述低介電常數(shù)膜暴露于電子束中。
文檔編號(hào)C23C16/56GK1662676SQ03814617
公開(kāi)日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2003年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月8日
發(fā)明者費(fèi)爾哈德·D·穆加達(dá)姆, 趙軍, 蒂莫西·韋德曼, 里克·J·羅伯茨, 夏立群, 亞歷山德羅斯·T·迪莫斯, 文·H·朱, 黃楚范, 李麗華, 埃利·Y·易, 鄭毅, 斯里尼瓦斯·D·內(nèi)曼尼, 埃里克·霍拉, 亦康蘇, 源松文, 萊斯特·A·德克魯埃, 特洛伊·金, 戴安·蘇吉阿托, 彼得·韋曼·李, 希沙姆·穆薩德, 梅利沙·M·塔姆 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司