專利名稱：用于低k膜形成的紫外矯正方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工領(lǐng)域，更具體地涉及使用具有降低的熱平衡的矯正方法制備低k介電膜的領(lǐng)域。
在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中，低介電常數(shù)膜(低k膜)用于后置(后晶體管)組件來降低總電容串擾。典型地，低k介電膜是用自旋法或是用化學(xué)汽相沉積(CVD)法沉積或形成的。低k介電膜形成后，一般要進行一個矯正過程來完善化學(xué)鍵的形成、殘余成分的除氣以及降低薄膜的介電常數(shù)。這個矯正過程通常在爐子中采用批處理方式進行或是在電爐上以單個晶片方式進行。在任何一種情況下，傳統(tǒng)的矯正方法由于要持續(xù)一段時間都會使晶片溫度升高(即在大約1小時以上的時間里溫度超過約300℃)，而這是矯正過程中所不希望的。除了消耗一個特定過程明顯的一部分熱衡算之外，傳統(tǒng)的矯正方法還需要耗時的生產(chǎn)步驟，而這可能需要制造商購置額外的加工設(shè)備。因此，就希望在低溫下做短持續(xù)時間的紫外曝光對低k介電膜進行矯正，從而實現(xiàn)所需的膜的介電特性。
本發(fā)明是通過實例而不是限定于附圖來說明的，其中相同標號表示的是相同的組件，其中

圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一套裝置。
圖2說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個半導(dǎo)體晶片的紫外照射。
本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到，附圖中的組件為圖示得簡單、清晰，不必按比例繪制。比如，圖中一些組件的尺寸相對于其他組件來說可能被夸張了，這樣有助于更好地理解本發(fā)明的實施例。
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制備方法，其中低k介電膜是用紫外(UV)矯正方法而形成的。低k介電膜可用于，例如，使集成電路中相鄰的導(dǎo)體層(通常指金屬層)之間絕緣。首先，把介電膜沉積在普通的半導(dǎo)體晶片上。在一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明生成的低介電常數(shù)介電膜用作中間層絕緣(ILD)，晶片可能事先通過一些制備步驟被加工，包括隔離結(jié)構(gòu)的形成，勢阱結(jié)構(gòu)的形成，以及p型和n型晶體管的形成。在一個實施例中，介電膜沉積是用化學(xué)汽相沉積(CVD)方法完成的。在另一個實施例中，介電膜是用自旋工藝沉積而成的。因為用于沉積氧化物和其他絕緣材料的化學(xué)汽相沉積裝置在大量的半導(dǎo)體制備設(shè)施中已經(jīng)存在了，本發(fā)明中介電膜沉積的化學(xué)汽相沉積(CVD)方案可以有利地使用在制備設(shè)施中的現(xiàn)有設(shè)備。在優(yōu)選實施例中，沉積的介電膜具有相對較低的介電常數(shù)(一種低k介電膜)。這種低k介電膜可以包括摻碳的硅氧化物膜。在一個實施例中，比如，低k介電膜是通過把有機硅烷氣體和諸如N2O這類含氧的氣體，導(dǎo)入一個放置半導(dǎo)體晶片的化學(xué)汽相沉積反應(yīng)室而形成的。適于形成碳基硅氧化物的有機硅烷包括，比如，甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷以及四甲基硅烷。除了有機硅烷和含氧類氣體之外，像氦和氬這些惰性氣體也可以在沉積階段導(dǎo)入反應(yīng)室。
低k介電膜的化學(xué)汽相沉積(CVD)生成可以適當?shù)赝ㄟ^低溫方法和高溫方法完成。在一個實施例中，低溫方法是通過保持化學(xué)汽相沉積反應(yīng)室中晶片卡盤的溫度大約為10～25℃，氣壓大約為3托實現(xiàn)的。盡管低溫沉積法可能需要更長的沉積時間，所得的介電膜可以具有更低的介電常數(shù)。另外，低溫法適于熱衡算有限的制備過程。在另一個實施例中，高溫沉積法是通過在介電膜沉積過程中保持晶片卡盤的溫度范圍大約在350～400℃之間。由于高溫沉積法具有相對較高的沉積速度，所以比較理想。
有機硅烷基沉積產(chǎn)生的介電膜其特征在于包含甲基和附著于硅和游離的硅烷醇的CHx群(其中x≤3)的Si-O-Si網(wǎng)。沉積的介電膜的介電常數(shù)一般在約3.4～4.0的范圍內(nèi)。為了制成介電常數(shù)低于3.0的介電膜，本發(fā)明的優(yōu)選實施例包括一個矯正過程。該矯正過程在沉積膜中進行一個凝聚反應(yīng)，其中硅烷醇分子相互反應(yīng)形成Si-O-Si鍵和水。在優(yōu)選實施例中，該矯正過程去除水以及其他殘余成分，諸如氨、Si-CH碎片以及其他殘余成分，制成具有SiOxCyHz成分的低k膜。在進一步處理之前對低k膜的矯正能很好地阻止殘余成分污染或是影響后面的沉積層。
本發(fā)明的一個實施例中，對沉積介電膜的矯正是通過用電磁能(光能)輻射晶片，優(yōu)選為，用電磁能波譜(即波長約小于400納米的光能)中紫外部分的光能。介電膜的紫外輻射可以通過把薄膜在像汞弧燈這樣的紫外能源上曝光來完成。在這樣一個實施例中，由所選的紫外能源所發(fā)射的整個輻射譜的至少30％其頻率比可見光的頻率要高(即其波長約小于400納米)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，紫外矯正過程是在保持晶片的溫度低于約425℃以消耗盡可能少的熱衡算來完成的。更佳地，保持晶片溫度在約200～250℃范圍內(nèi)、持續(xù)時間少于約10分鐘，更優(yōu)選為少于1分鐘。低溫(即低于250℃)紫外矯正對熱預(yù)算有限的應(yīng)用是理想的，較高溫的紫外法(即溫度低于425℃)可以在更短的時間內(nèi)制備成具有更低介電常數(shù)的介電膜。優(yōu)選為，紫外能源本身不會明顯改變晶片的溫度。換句話說，光能對晶片沒有明顯的熱效應(yīng)。在快速加溫退火型的輻射中，光能是晶片受熱的主要途徑，與之相比，這里考慮的矯正方法可以通過一個或是非常有限數(shù)量的紫外輻射源來完成。在晶片逐個矯正(即單晶片模式)的實施例中，一個紫外能源就足夠了。在多個晶片同時矯正的實施例中，需要多個紫外能源，而紫外源的數(shù)量最好少于或是等于每批矯正的晶片的數(shù)量。
本發(fā)明的一個實施例考慮一個就地生成低k介電膜的方法，其中晶片在沉積介電和矯正過程之間不與大氣接觸(即沉積和矯正步驟是用一個裝置完成的)。圖1說明的是適合完成這種就地生成低k介電膜的一套裝置(系統(tǒng))100的實施例。在所述實施例中，系統(tǒng)100包括復(fù)合反應(yīng)室(組件)102a直到102e(一般總稱為組件102)以及一個控制晶片在不同的102組件之間運動的自動部件(緩沖室)104，這對化學(xué)汽相沉積系統(tǒng)的技術(shù)人員來說是熟悉的。優(yōu)選為，緩沖室104適于在不同的102組件之間傳輸晶片而不必把晶片曝光在大氣中。優(yōu)選為，102的每個組件包括一個容納晶片的卡盤。102的每個組件可以作為一種氧化物沉積組件，一個紫外矯正組件，或是作其他適當?shù)慕M件。在所述實施例中，例如，組件102a被用于紫外組件，而102b被用于化學(xué)汽相沉積的低k介電室。其他的102c、102d、和102e組件可作沉積組件或是紫外組件，這取決于具體需要。在一個實施例中，要制備一個復(fù)合材料或是集成的介電結(jié)構(gòu)，比如，希望把102c設(shè)置成抗反射涂層(ARC)或是鈍化組件，組件102d設(shè)置成TEOS沉積組件、102e室設(shè)成紫外組件。在另一實施例中，系統(tǒng)100可以用于一種特殊的沉積過程。在此實施例中，系統(tǒng)100可以用于一種特殊的沉積過程。在此實施例中，例如，組件102a和102e可以用作紫外矯正組件而組件102b、102c、和102d用作低k介電沉積。
這樣，系統(tǒng)100適于完成沉積和低k介電材料矯正，該系統(tǒng)通過把晶片傳輸?shù)?02b室完成低k沉積過程，此后再把晶片傳輸?shù)?02a完成紫外矯正過程。在沉積過程中，通過把紫外矯正過程一體化到同一設(shè)備中，本發(fā)明的這一實施例考慮了一種一體化的制備過程，這樣可以有益地降低處理過程的費用同時又能使提高加工生產(chǎn)量并能減少加工的缺陷。在一個實施例中，系統(tǒng)100中包括一個由標號106所表示的冷卻區(qū)域，組件102可以通過把冷卻區(qū)106與紫外能源做在一起而保留，這樣介電膜的紫外矯正就可以在冷卻區(qū)106中完成。在此實施例中，冷卻區(qū)106可以做成具有多槽晶片處理能力，從而完成多晶片的處理。盡管所述的實施例說明了適于把矯正過程與沉積過程一體化后的多室裝置，還應(yīng)該理解，本發(fā)明的其他實施例可以使用分離的裝置來完成沉積和矯正過程。
在所述實施例中，系統(tǒng)100的102a室是有紫外燈或是紫外能源的氣壓可變的室，這使得本發(fā)明的紫外矯正過程能在102a組件中完成。在一個實施例中，102a室中的紫外能源產(chǎn)生的能量主要是紫外能量。在所述實施例中，系統(tǒng)100的102b室連接到適于完成本發(fā)明的介電沉積過程的不同的氣體源上。在所述的實施例中，連接到第二室102b上的氣體源包括一個諸如甲基硅樣的有機硅烷源，一個諸如一氧化二氮(N2O)這樣的氧化源以及像氦氣這樣的惰性氣體源。這樣，系統(tǒng)100適于完成一個過程，其中晶片放在102b室的第一卡盤上。摻碳的硅氧化物接著通過102b室中進行的化學(xué)汽相沉積被沉積在晶片上。在一個實施例中，第一卡盤的溫度保持在大約25℃以下。在另一個實施例中，第一卡盤的溫度大約保持在17℃以下。在化學(xué)汽相沉積摻碳的氧化物之后，晶片通過104室被傳送到102a室的第2卡盤上。在102a室中，摻碳的氧化物對光能曝光，所用光能最好是像汞弧燈這樣的主要是紫外能量的適當?shù)脑?。?卡盤最好是能控制溫度的卡盤，晶片在紫外能源下曝光時保持其溫度升高的范圍大約是在250～425℃之間。102a室中的氣壓可以降低至20托以下，更佳地在大約3～5托之間。另外，102a室可以耦合到一個氮氣源上，這樣就可以在氮氣環(huán)境中進行紫外曝光。參見圖2，所示的是紫外輻射法的一個實施例。在此實施例中，晶片202被放在卡盤204上，而且受到由標號206所示的來自紫外能源208的紫外能的照射。晶片202在傳送到204卡盤之前已經(jīng)覆蓋了一層介電材料(在圖2中沒有具體表示)。在一個實施例中，紫外燈208是汞弧燈，產(chǎn)生的能量206主要是由紫外能量組成的。
在上述說明書中，本發(fā)明已通過具體實施例做了描述?？墒牵绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以作各種修改和變化而不偏離權(quán)利要求書所闡明的本發(fā)明的范圍。同樣，說明書和附圖應(yīng)被看作說明性的而非限制性的，而且所有這些修改都應(yīng)看作包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)。好處，其他優(yōu)點和問題的解決方案已經(jīng)參照具體實施例描述。然而，這種好處、優(yōu)點、解決方案，和可能導(dǎo)致任何好處、優(yōu)點，或解決方案產(chǎn)生或變得顯著的任何因素都不應(yīng)解釋為任何或全部權(quán)利要求的首要、必需或基本的特征或要素。
權(quán)利要求
1．一種在半導(dǎo)體晶片上形成低k介電層的方法，其特征在于步驟在半導(dǎo)體晶片上沉積摻碳的硅氧化物膜；把光能作用于摻碳的硅氧化物膜，其中至少30％的光能其頻率高于可見光的頻率。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，摻碳硅氧化物是通過化學(xué)汽相沉積法沉積而成的。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，光能對晶片沒有明顯的熱效應(yīng)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，光能主要是紫外光。
5．一套裝置，其特征在于耦合于有機硅烷源的第一室；容納半導(dǎo)體晶片并施用光能的第二室，其中至少30％的光能其頻率比可見光頻率高；以及一個自動部件，用于控制晶片在第一室和第二室之間運動。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的一套裝置，其中，有機硅烷源提供甲基硅烷。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的一套裝置，進一步的特征在于耦合于第一室的一氧化二氮源。
8．根據(jù)權(quán)利要求6的一套裝置，進一步的特征在于耦合于第一室的氦源。
9．根據(jù)權(quán)利要求5的一套裝置，其中，第二室有一個溫度控制卡盤。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的一套裝置，其中，第二室耦合于一個氮源。
全文摘要
公開了一種在半導(dǎo)體制備過程中用于形成低k介電膜的方法和系統(tǒng)。首先,在半導(dǎo)體晶片上沉積摻碳的硅氧化物膜。然后用諸如紫外能量的光能來矯正沉積的膜。在一個實施例中,至少30%的光能其頻率比可見光的頻率高,用于晶片上的光能不會明顯地使之加熱。適于形成和矯正介電膜的一套裝置包括:耦合到有機硅烷源的第一室,向容納其中的晶片施加光能的第二室,還包括自動部件,其控制晶片在一室和二室之間運動。
文檔編號C23C16/40GK1319883SQ01101738
公開日2001年10月31日 申請日期2001年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月31日
發(fā)明者庫爾特·H·瓊克, 尼古拉·R·格羅夫, 馬利揚·E·阿茲拉克 申請人:摩托羅拉公司