專利名稱：用于固化多孔低介電常數(shù)電介質(zhì)膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理電介質(zhì)膜的方法，更具體的，涉及用電磁(electromagnetic,EM)輻射處理低介電常數(shù)(低k)電介質(zhì)膜的方法。
背景技術(shù)：
對于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說眾所周知的，互聯(lián)延遲是推動提高集成電路(IC)的速度和性能中的主要限制因素。一種盡量減小互聯(lián)延遲的方法是通過使用低介電常數(shù)(低k)材料作為IC器件中金屬線的絕緣電介質(zhì)來減小互聯(lián)電容。因此，在近年來，發(fā)展了低k材料(例如二氧化硅)來取代相對高介電常數(shù)的絕緣材料。具體來說，低k膜用于半導(dǎo)體器件中金屬線之間的電介質(zhì)層之間和之內(nèi)。此外，為了進(jìn)一步降低絕緣材料的介電常數(shù)，材料膜形成具有氣孔，即，多孔低k電介質(zhì)膜?？梢耘c施加光阻劑一樣通過旋轉(zhuǎn)涂布電介質(zhì)(SOD)方法，或者通過化學(xué)氣相沉積(CVD)來沉積上述低k膜。因此，使用低k材料容易適應(yīng)現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造工藝。低k材料沒有更傳統(tǒng)的二氧化硅堅固，并且機(jī)械強(qiáng)度隨著引入多孔性而進(jìn)一步下降。在等離子體處理過程中多孔低k膜很容易被損壞，從而更需要機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)過程。已經(jīng)理解了多孔低k電介質(zhì)的材料強(qiáng)度的增強(qiáng)對于成功集成是很重要的。為了增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，開發(fā)可選的固化技術(shù)，以使得多孔低k膜更堅固并適合于集成。聚合物的固化包括處理例如使用旋轉(zhuǎn)涂布或氣相沉積(例如化學(xué)氣相沉積CVD)技術(shù)所沉積的薄膜以引起膜內(nèi)的交聯(lián)的過程。在固化過程中，自由基聚合被認(rèn)為是用于交聯(lián)的主要路徑。由于聚合物鏈交聯(lián)，提高了機(jī)械性能，例如楊氏模量、膜硬度、斷裂韌性和界面粘結(jié)，從而提高了低k膜的構(gòu)造物堅固性。由于有多種形成具有超低介電常數(shù)的多孔電介質(zhì)膜的方法，沉積后處理(固化)的目的可以根據(jù)膜不同而不同，包括例如去除水分、去除溶劑、耗盡用于在多孔電介質(zhì)膜中形成氣孔的成孔劑，和提聞上述I吳的機(jī)械性能等等。對于CVD膜，低介電常數(shù)(低k)材料通常在300°C到400°C的范圍內(nèi)的溫度下熱固化。例如，爐內(nèi)固化足以制造具有大于約2. 5的堅固致密介電常數(shù)的低k膜。但是，當(dāng)以高孔隙度處理多孔電介質(zhì)膜(例如超低k膜)時，熱處理(或熱固化)所實現(xiàn)的交聯(lián)度不再足以為堅固互聯(lián)結(jié)構(gòu)而制造具有足夠強(qiáng)度的膜。在熱固化過程中，將適量的能量傳送到電介質(zhì)膜而不損壞電介質(zhì)膜。但是，在感興趣的溫度范圍內(nèi)，只能產(chǎn)生少量的自由基。由于熱能在與襯底的熱耦合中損失并且熱量損失在周圍環(huán)境中，所以待固化的低k膜中只能實際吸收少量的熱能。因此，通常的低k爐內(nèi)固化需要高溫和長固化時間。但是，即使有高的熱預(yù)算，在熱固化中沒有產(chǎn)生引發(fā)劑并且在所沉積的低k膜中存在大量甲基端基也能使得很難實現(xiàn)所需的交聯(lián)度。

發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明涉及用于處理電介質(zhì)膜的方法，更具體的，涉及固化低介電常數(shù)(低k)電介質(zhì)膜的方法。本發(fā)明還涉及用電磁(EM)輻射處理低k電介質(zhì)膜的方法。根據(jù)實施例，描述了固化襯底上的低介電常數(shù)(低k)電介質(zhì)膜的方法，其中該低k電介質(zhì)膜的介電常數(shù)是小于約4的值。該方法包括將低k電介質(zhì)膜暴露于紅外(IR)輻射和紫外(UV)輻射。根據(jù)另一實施例，描述了固化襯底上的低介電常數(shù)(低k)電介質(zhì)膜的方法，其包括在襯底上形成低k電介質(zhì)膜；將低k電介質(zhì)膜暴露于第一紅外(IR)輻射；在暴露于第
一IR輻射之后，將低k電介質(zhì)膜暴露于紫外(UV)輻射；并且在暴露于UV輻射之后，將低k電介質(zhì)膜暴露于第二紅外(IR)輻射，其中，低k電介質(zhì)膜的介電常數(shù)是小于約4的值。根據(jù)另一實施例，描述了固化襯底上的低介電常數(shù)(低k)膜的方法，其包括在襯底上形成低k電介質(zhì)膜，低k電介質(zhì)膜包括結(jié)構(gòu)形成材料和孔產(chǎn)生材料；在第一持續(xù)時間內(nèi)，將低k電介質(zhì)膜暴露于紅外(IR)輻射；并且在第一持續(xù)時間內(nèi)，將低k電介質(zhì)膜暴露于紫外(UV)輻射達(dá)第二持續(xù)時間，其中，第二持續(xù)時間小于第一持續(xù)時間，并且其中，第二持續(xù)時間起始于第一持續(xù)時間之內(nèi)的第一時間，并且于所述第一持續(xù)時間之內(nèi)的第二時間。根據(jù)另一實施例，描述了一種固化襯底上的低介電常數(shù)(低k)電介質(zhì)膜的方法，其包括在襯底上形成低k電介質(zhì)膜，低k電介質(zhì)膜包括結(jié)構(gòu)形成材料和孔產(chǎn)生材料；從低k電介質(zhì)膜中基本去除孔產(chǎn)生材料，以形成多孔低k電介質(zhì)膜；在去除之后，在多孔低k電介質(zhì)膜中產(chǎn)生交聯(lián)引發(fā)劑；并且在產(chǎn)生交聯(lián)引發(fā)劑之后，使多孔低k電介質(zhì)膜發(fā)生交聯(lián)。


在附圖中圖I是根據(jù)實施例的處理電介質(zhì)膜的方法的流程圖；圖2是根據(jù)另一實施例的處理電介質(zhì)膜的方法的流程圖；圖3是根據(jù)另一實施例的處理電介質(zhì)膜的方法的流程圖；圖4是根據(jù)另一實施例的處理電介質(zhì)膜的方法的流程圖；圖5A到圖5C是根據(jù)實施例的用于干燥系統(tǒng)和固化系統(tǒng)的傳送系統(tǒng)的示意圖6是根據(jù)另一實施例的干燥系統(tǒng)的示意性截面圖；和圖7是根據(jù)另一實施例的干燥系統(tǒng)的示意性截面圖。
具體實施例方式在下面的描述中，為了徹底理解本發(fā)明并且便于說明而且并非加以限制，列出了具體細(xì)節(jié)，例如處理系統(tǒng)的具體幾何形狀和對各種組件和過程的描述。但是，應(yīng)當(dāng)理解，也可以以不同于上述具體細(xì)節(jié)的其他實施例來實施本發(fā)明。發(fā)明人意識到可選固化方法只應(yīng)對了熱固化的一些缺點。例如，與熱固化過程相t匕，可選固化方法在能量傳遞方面更有效，以高能粒子(例如加速電子、離子或中性粒子)形式或者以高能光子形式發(fā)現(xiàn)的更高的能級可以很容易的激發(fā)低k電介質(zhì)膜中的電子，從而有效的破壞化學(xué)鍵并且離解側(cè)基團(tuán)。上述可選固化方法促進(jìn)了產(chǎn)生交聯(lián)引發(fā)劑(自由基)，并且可以改進(jìn)實際交聯(lián)中所需的能量傳遞。結(jié)果，可以在減小熱預(yù)算的情況下增加交聯(lián)度?！ご送?，發(fā)明人認(rèn)識到，當(dāng)膜強(qiáng)度成為對于集成低k和超低k(ULK)電介質(zhì)膜(介電常數(shù)小于約2. 5)而言更重要的問題時，可選固化方法可以提高上述膜的機(jī)械特性。例如，可以使用電子束(EB)、紫外(UV)輻射、紅外(IR)輻射和微波(MW)輻射來固化低k膜和ULK膜，以提高機(jī)械強(qiáng)度，同時不會犧牲介電特性和膜疏水性。但是，盡管EB、UV、IR和麗固化都具有其自身的優(yōu)點，上述技術(shù)也具有缺陷。高能固化源(例如EB和UV)可以提供高能級，以產(chǎn)生足夠的用于交聯(lián)的交聯(lián)引發(fā)劑(自由基)，這引起在額外襯底加熱的情況下大幅提高機(jī)械性能。另一方面，電子和UV光子可以產(chǎn)生無差別的化學(xué)鍵離解，這可能不利的降低膜的所需物理和電學(xué)特性，例如失去疏水性、增加殘余膜應(yīng)力、多孔結(jié)構(gòu)損壞、膜致密化和增大介電常數(shù)。此外，低能量固化源(例如MW固化)可以主要在熱傳遞效率方面提供顯著提高，但是同時具有副作用，例如弧光或者損壞晶體管(MW)。根據(jù)實施例，描述了固化襯底上的低介電常數(shù)(低k)電介質(zhì)膜的方法，其中該低k電介質(zhì)膜的介電常數(shù)是小于約4的值。上述方法包括使低k電介質(zhì)膜暴露于非電離電磁(EM)輻射，包括紫外(UV)輻射和紅外(IR)輻射。暴露于UV輻射可以包括多種暴露于UV輻射，其中每種暴露于UV輻射可以包括或可以不包括不同的強(qiáng)度、功率、功率密度或波長范圍，或者上述各項中兩項或多項的任意組合。暴露于IR輻射可以包括多種暴露于IR輻射，其中每種暴露于IR輻射可以包括或可以不包括不同的強(qiáng)度、功率、功率密度或波長范圍,或者上述各項中兩項或多項的任意組合。在暴露于UV輻射的過程中，可以通過將襯底的溫度提升到從約200攝氏度到約600攝氏度的范圍的UV熱溫度來加熱低k電介質(zhì)膜?；蛘撸琔V熱溫度范圍從約300攝氏度到約500攝氏度。或者，UV熱溫度范圍從約350攝氏度到約450攝氏度?？梢酝ㄟ^傳導(dǎo)加熱、對流加熱或輻射加熱，或者上述各項中兩項或多項的任意組合來執(zhí)行襯底加熱。在暴露于IR輻射得過程中，可以通過將襯底的溫度提升到從約200攝氏度到約600攝氏度的范圍的IR熱溫度來加熱低k電介質(zhì)膜?；蛘?，IR熱溫度范圍從約300攝氏度到約500攝氏度?；蛘?，IR熱溫度范圍從約350攝氏度到約450攝氏度。可以通過傳導(dǎo)加熱、對流加熱或輻射加熱，或者上述各項中兩項或多項的任意組合來執(zhí)行襯底加熱。
此外,加熱可以發(fā)生于暴露于UV福射之前、暴露于UV福射的過程中或暴露于UV輻射之后，或者上述各項中的兩項或多項的任意組合中。此外，加熱可以發(fā)生于暴露于IR輻射之前、暴露于IR輻射的過程中或暴露于IR輻射之后，或者上述各項中的兩項或多項的任意組合中?？梢酝ㄟ^傳導(dǎo)加熱、對流加熱或輻射加熱，或者上述各項中兩項或多項的任意組合來執(zhí)行加熱。此外,暴露于IR福射可以發(fā)生于暴露于UV福射之前、暴露于UV福射的過程中或暴露于UV福射之后,或者上述各項中的兩項或多項的任意組合中。此外，暴露于UV福射可以發(fā)生于暴露于IR輻射之前、暴露于IR輻射的過程中或暴露于IR輻射之后，或者上述各項中的兩項或多項的任意組合中。在暴露于UV福射或者暴露于IR福射或者兩者之如，可 以通過將襯底的溫度提升到從約200攝氏度到約600攝氏度的范圍的預(yù)先熱處理溫度來加熱低k電介質(zhì)膜。或者，預(yù)先熱處理溫度范圍從約300攝氏度到約500攝氏度，優(yōu)選的，預(yù)先熱處理溫度范圍從約350攝氏度到約450攝氏度。在暴露于UV福射或者暴露于IR福射或者兩者之后，可以通過將襯底的溫度提升到從約200攝氏度到約600攝氏度的范圍的后續(xù)熱處理溫度來加熱低k電介質(zhì)膜?；蛘?，后續(xù)熱處理溫度范圍從約300攝氏度到約500攝氏度，優(yōu)選的，后續(xù)熱處理溫度范圍從約350攝氏度到約450攝氏度。現(xiàn)在參考圖1，根據(jù)另一實施例描述處理襯底上的電介質(zhì)膜的方法。待處理的襯底可以是半導(dǎo)體、金屬導(dǎo)體、或者電介質(zhì)膜將形成于其上的任何其他襯底。電介質(zhì)膜可以具有小于SiO2的介電常數(shù)的介電常數(shù)值(在干燥和/或固化之前、或者在干燥和/或固化之后、后者兩者兼有)，SiO2的介電常數(shù)是約4(例如，熱二氧化硅的介電常數(shù)可以在從3. 8到3. 9的范圍內(nèi))。在本發(fā)明的各種實施例中，電介質(zhì)膜可以具有小于3. 0的介電常數(shù)(在干燥和/或固化之前、或者在干燥和/或固化之后、后者兩者兼有)、小于2. 5的介電常數(shù)、小于2. 2的介電常數(shù)、或小于I. 7的介電常數(shù)。電介質(zhì)膜可以被描述為低介電常數(shù)(低k)膜或者超低k膜。電介質(zhì)膜可以包括有機(jī)材料、無機(jī)材料和有機(jī)無機(jī)混合材料中的至少一種材料。此外，電介質(zhì)膜可以是多孔的或者無孔的。例如，電介質(zhì)膜可以包括單相或多相的多孔低k膜，該多孔低k膜包括結(jié)構(gòu)形成材料和孔產(chǎn)生材料。結(jié)構(gòu)形成材料可以包括原子、分子、或從結(jié)構(gòu)形成前驅(qū)體得到的分子片段。孔產(chǎn)生材料可以包括原子、分子、或從孔產(chǎn)生前驅(qū)體(例如，成孔劑)得到的分子片段。單相或多相多孔低k膜在去除孔產(chǎn)生材料之前可以具有比在去除孔產(chǎn)生材料之后更高的介電常數(shù)。例如，形成單相多孔低k膜可以包括在襯底的表面上沉積結(jié)構(gòu)形成分子，該結(jié)構(gòu)形成分子具有弱結(jié)合到結(jié)構(gòu)形成分子的孔產(chǎn)生分子側(cè)基團(tuán)。此外，例如，形成雙相多孔低k膜可以包括在襯底的表面上共聚結(jié)構(gòu)形成分子和孔產(chǎn)生分子。此外，電介質(zhì)膜可以具有濕氣、水、溶劑和/或引起干燥和/或固化之前的介電常數(shù)大于干燥和/或固化之后的其他污染物。可以使用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)或者旋轉(zhuǎn)涂布電介質(zhì)(SOD)技術(shù)來形成電介質(zhì)膜，例如可從 Tokyo Electron Limited(TEL)購得的 Clean Track ACT 8 SOD 和 ACT 12SOD涂覆系統(tǒng)中所提供的技術(shù)。Clean Track ACT 8 SOD和ACT 12 SOD涂覆系統(tǒng)提供了用于SOD材料的涂覆、烘干和固化工具。該Clean Track系統(tǒng)可以配置為處理100mm、200mm、300mm和更大尺寸的襯底。旋轉(zhuǎn)涂布電介質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域和CVD電介質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的用于在襯底上形成電介質(zhì)膜的其他系統(tǒng)和方法也適合于本發(fā)明。例如，電介質(zhì)膜可以包括使用CVD技術(shù)所沉積的有機(jī)硅基材料，例如氧化有機(jī)硅燒(或有機(jī)娃)。上述膜的示例包括可從Applied Materials公司購得的Black Diamond CVD有機(jī)硅酸鹽玻璃(OSG)膜或者可從Novellus System購得的Coral CVD膜。此外，例如，多孔電介質(zhì)膜可以包括單相材料，例如具有終端有機(jī)側(cè)基團(tuán)的二氧化硅基基質(zhì)，該終端有機(jī)側(cè)基團(tuán)在固化過程中抑制交聯(lián)以產(chǎn)生小空隙(或氣孔)。此外，例如，多孔電介質(zhì)膜可以包括雙相材料，例如具有有機(jī)材料夾雜物(例如，成孔劑)的二氧化硅基基質(zhì)，該有機(jī)材料夾雜物在固化過程中分解并蒸發(fā)?；蛘?，電介質(zhì)膜可以包括使用SOD技術(shù)所沉積的無機(jī)硅酸鹽基材料，例如氫倍半娃氧燒(HSQ)或甲基倍半娃氧燒(MSQ)。上述膜的示例包括可從Dow Corning購得的Fox·HSQ、可從 Dow Corning 購得的 Dow Corning, XLK 多孔 HSQ 和可從 JSR Microelectronics購得的 JSR LKD-5109。或者，電介質(zhì)膜可以包括使用SOD技術(shù)所沉積的有機(jī)材料。上述膜的示例包括可從 Dow Chemical 購得的 SiLK-I、SiLK-J, SiLK-H, SiLK-D、多孔 SiLK-T、多孔 SiLK-Y 和多孔SiLK-Z半導(dǎo)體電介質(zhì)樹脂，和可從Honeywell購得的FLARE 和Nanoglass 。本方法包括流程圖500，其開始于510，即在第一處理系統(tǒng)中選擇性的干燥襯底上的電介質(zhì)膜。第一處理系統(tǒng)可以包括干燥系統(tǒng)，干燥系統(tǒng)配置為去除或者部分去除電介質(zhì)膜中的一種或多種污染物，污染物例如包括濕氣、水、溶劑、孔產(chǎn)生材料、殘余孔產(chǎn)生材料、孔產(chǎn)生分子、孔產(chǎn)生分子的片段、或者會干擾后續(xù)固化過程的任何其他污染物。在520中，電介質(zhì)膜暴露于UV福射?？梢栽诘诙幚硐到y(tǒng)中執(zhí)行暴露于UV福射。第二處理系統(tǒng)可以包括固化系統(tǒng)，固化系統(tǒng)配置為通過在電介質(zhì)膜內(nèi)引發(fā)或部分引發(fā)交聯(lián)，來執(zhí)行電介質(zhì)膜的UV輔助固化，以例如提高電介質(zhì)膜的機(jī)械性能。在干燥過程之后，可以在真空下將襯底從第一處理系統(tǒng)傳送至第二處理系統(tǒng)，以盡量減少污染。電介質(zhì)膜暴露于UV福射可以包括將電介質(zhì)膜暴露于來自一個或多個UV燈、一個或多個UV LED (發(fā)光二極管)或者一個或多個UV激光器、或者上述各項中兩項或多項的任意組合的UV輻射。UV輻射可以在從約100納米(nm)到約600nm的波長范圍內(nèi)?；蛘撸琔V輻射可以在從約200nm到約400nm的波長范圍內(nèi)?；蛘?，UV輻射可以在從約150nm到約300nm的波長范圍內(nèi)?；蛘?，UV輻射可以在從約170nm到約240nm的波長范圍內(nèi)?；蛘?，UV輻射可以在從約200nm到約240nm的波長范圍內(nèi)。在將電介質(zhì)膜暴露于UV輻射的過程中，可以通過將襯底的溫度提升到從約200攝氏度到約600攝氏度的UV熱溫度來加熱電介質(zhì)膜?；蛘撸琔V熱溫度的范圍可以從約300攝氏度到約500攝氏度。或者，UV熱溫度的范圍可以從約350攝氏度到約450攝氏度?；蛘?，在將電介質(zhì)膜暴露于UV輻射之前或者在將電介質(zhì)膜暴露于UV輻射之后或者兩者皆有，可以通過提升襯底的溫度來加熱電介質(zhì)膜。加熱襯底可以包括傳導(dǎo)加熱、對流加熱、或輻射加熱、或者上述各項中兩項或多項的任意組合?？蛇x擇的，在將電介質(zhì)膜暴露于UV福射的過程中，可以將電介質(zhì)膜暴露于IR福射。將電介質(zhì)膜暴露于IR福射可以包括將電介質(zhì)膜暴露于來自一個或多個IR燈、一個或多個IR LED (發(fā)光二極管)或者一個或多個IR激光器、或者上述各項中兩項或多項的任意組合的IR輻射。IR輻射可以在從約I微米到約25微米的波長范圍內(nèi)?；蛘?，IR輻射可以在從約2微米到約20微米的波長范圍內(nèi)?；蛘?，IR輻射可以在從約8微米到約14微米的波長范圍內(nèi)。或者，IR輻射可以在從約8微米到約12微米的波長范圍內(nèi)?；蛘?，IR輻射可以在從約9微米到約10微米的波長范圍內(nèi)。在530中，將電介質(zhì)膜暴露于IR福射。將電介質(zhì)膜暴露于IR福射可以包括將電介質(zhì)膜暴露于來自一個或多個IR燈、一個或多個IR LED(發(fā)光二極管)或者一個或多個IR激光器、或者上述各項中兩項或多項的任意組合的IR輻射。IR輻射可以在從約I微米到約25微米的波長范圍內(nèi)?；蛘撸琁R輻射可以在從約2微米到約20微 米的波長范圍內(nèi)。或者，IR輻射可以在從約8微米到約14微米的波長范圍內(nèi)。或者，IR輻射可以在從約8微米到約12微米的波長范圍內(nèi)?；蛘?，IR輻射可以在從約9微米到約10微米的波長范圍內(nèi)。暴露于IR福射可以發(fā)生于暴露于UV福射之前、暴露于UV福射的過程中或暴露于UV福射之后、或者上述各項中兩項或多項的任意組合中。此外，在將電介質(zhì)膜暴露于IR輻射的過程中，可以通過將襯底的溫度提升到從約200攝氏度到約600攝氏度的UV熱溫度來加熱電介質(zhì)膜?；蛘?，UV熱溫度的范圍可以從約300攝氏度到約500攝氏度?；蛘撸琔V熱溫度的范圍可以從約350攝氏度到約450攝氏度?；蛘?，在將電介質(zhì)膜暴露于UV輻射之前或者在將電介質(zhì)膜暴露于UV輻射之后或者兩者皆有，可以通過提升襯底的溫度來加熱電介質(zhì)膜。加熱襯底可以包括傳導(dǎo)加熱、對流加熱、或輻射加熱、或者上述各項中兩項或多項的任意組合。如上所述，在暴露于IR輻射的過程中，可以通過吸收IR能量來加熱電介質(zhì)膜。但是，加熱還可以包括通過將襯底放置于襯底支架上并且使用加熱設(shè)備加熱襯底支架來傳導(dǎo)性的加熱襯底。例如，加熱設(shè)備可以包括電阻加熱元件。發(fā)明人意識到，在固化過程的不同階段所傳遞的能級(hv)可以改變。固化過程可以包括用于去除濕氣和/或污染物、去除孔產(chǎn)生材料、分解孔產(chǎn)生材料、產(chǎn)生交聯(lián)引發(fā)劑、電介質(zhì)膜交聯(lián)和使交聯(lián)引發(fā)劑的擴(kuò)散的過程。每個過程可能需要不同的能級和不同的將能量傳遞到電介質(zhì)膜的速率。例如，在去除孔產(chǎn)生材料的過程中，通過IR波長下吸收光子可以促進(jìn)去除過程。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，暴露于IR輻射比加熱或暴露于UV輻射能更有效的促進(jìn)去除孔產(chǎn)生材料。此外，例如，在去除孔產(chǎn)生材料的過程中，可以通過使孔產(chǎn)生材料分解來促進(jìn)去除過程。去除過程可以包括由暴露于UV輻射輔助的暴露于IR輻射。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，暴露于UV輻射可以通過離解孔產(chǎn)生材料(例如，孔產(chǎn)生分子和/或孔產(chǎn)生分子片段)和結(jié)構(gòu)形成材料之間的鍵，來促進(jìn)具有暴露于IR輻射的去除過程。例如，通過在UV波長(例如，約300nm到約450nm)下吸收光子可以促進(jìn)去除過程和/或分解過程。此外，例如，在產(chǎn)生交聯(lián)引發(fā)劑的過程中，通過使用結(jié)構(gòu)形成材料內(nèi)的鍵離解所感生的光子和聲子可以促進(jìn)引發(fā)劑產(chǎn)生過程。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過暴露于UV輻射可以促進(jìn)引發(fā)劑產(chǎn)生過程。例如，鍵離解需要具有小于或等于約300到400nm的波長的能級。此外，例如，在交聯(lián)過程中，通過足夠鍵生成和重組的熱能可以促進(jìn)交聯(lián)過程。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過暴露于IR輻射或加熱或兩者皆有，可以促進(jìn)交聯(lián)。例如，鍵生成和重組可能需要具有約9微米的波長的能級，例如與硅氧烷基有機(jī)硅酸鹽低k材料中的主吸收峰相對應(yīng)。可以在相同的處理系統(tǒng)中執(zhí)行電介質(zhì)膜的干燥過程、電介質(zhì)膜的暴露于IR福射和電介質(zhì)膜的暴露于UV輻射，或者可以分別的處理系統(tǒng)中執(zhí)行上述每個過程。例如，可以在第一處理系統(tǒng)中執(zhí)行干燥過程，可以在第二處理系統(tǒng)中執(zhí)行暴露于IR輻射和暴露于UV福射?；蛘撸?，可以在與執(zhí)行暴露于UV福射的處理系統(tǒng)不同的處理系統(tǒng)中執(zhí)行電介質(zhì)膜的暴露于IR福射?？梢栽诘谌幚硐到y(tǒng)中執(zhí)行電介質(zhì)膜的暴露于IR福射，其中可以在真空下將襯底從第二處理系統(tǒng)傳送至第三處理系統(tǒng)，以盡量減少污染物。此外，在暴露于UV輻射的過程、暴露于IR輻射的過程和可選擇的干燥過程之后，可以可選擇的在配置為改進(jìn)所固化的電介質(zhì)膜的后處理系統(tǒng)中對電介質(zhì)膜進(jìn)行后處理。例如，后處理可以包括加熱電介質(zhì)膜?；蛘撸?，后處理可以包括在電介質(zhì)膜上旋轉(zhuǎn)涂覆或 氣相沉積另一層膜，以增加對后續(xù)的膜的粘著力或者提高疏水性?；蛘?，例如，在后處理系統(tǒng)中通過用離子輕微轟擊電介質(zhì)膜可以實現(xiàn)提升粘著力。此外，后處理可以包括執(zhí)行在電介質(zhì)膜上沉積另一層膜、清理電介質(zhì)膜或?qū)㈦娊橘|(zhì)膜暴露于等離子體中的一項或多項?，F(xiàn)在參考圖2，根據(jù)另一實施例描述處理襯底上的電介質(zhì)膜的方法。該方法包括流程圖600，其開始于610，即在襯底上形成電介質(zhì)膜(例如低k電介質(zhì)膜)?？蛇x擇的，可以執(zhí)行干燥過程，以去除或部分去除電介質(zhì)膜中的一種或多種污染物，污染物例如包括濕氣、水、溶劑、或者會干擾生成高質(zhì)量低k電介質(zhì)膜或者干擾執(zhí)行后續(xù)過程的任何其他污染物。在620中，將電介質(zhì)膜暴露于第一 IR福射。例如,將電介質(zhì)膜暴露于第一 IR福射可以促進(jìn)從電介質(zhì)膜上完全去除或者部分去除濕氣、水、污染物、孔產(chǎn)生材料、殘余孔產(chǎn)生材料、包括孔產(chǎn)生分子和/或孔產(chǎn)生分子的片段的孔產(chǎn)生材料、交聯(lián)引發(fā)劑或者殘余交聯(lián)引發(fā)劑、或者上述各項中兩項或多項的任意組合?？梢栽谧銐蜷L的持續(xù)時間內(nèi)執(zhí)行將電介質(zhì)膜暴露于輻射，以從電介質(zhì)膜上基本去除所有的濕氣、水、污染物、孔產(chǎn)生材料、殘余孔產(chǎn)生材料、包括孔產(chǎn)生分子和/或孔產(chǎn)生分子的片段的孔產(chǎn)生材料、交聯(lián)引發(fā)劑或者殘余交聯(lián)引發(fā)劑、或者上述各項中兩項或多項的任意組合。將電介質(zhì)膜暴露于第一 IR福射可以包括將電介質(zhì)膜暴露于多色I(xiàn)R福射、單色I(xiàn)R輻射、脈沖IR輻射或連續(xù)波IR輻射、或者上述各項中兩項或多項的組合。例如，將電介質(zhì)膜暴露于第一 IR輻射可以包括將電介質(zhì)膜暴露來自一個或多個IR燈、一個或多個IR LED (發(fā)光二極管)或者一個或多個IR激光器、或者其組合的IR輻射。第一 IR輻射可以包括高達(dá)約20W/cm2的功率密度。例如，第一 IR輻射可以包括從約lW/cm2到約20W/cm2范圍內(nèi)的功率密度。第一 IR輻射可以在約I微米到約25微米的波長范圍內(nèi)。或者，第一 IR輻射可以在從約2微米到約20微米的波長范圍內(nèi)?；蛘撸谝?IR輻射可以在從約8微米到約14微米的波長范圍內(nèi)?；蛘撸谝?IR輻射可以在從約8微米到約12微米的波長范圍內(nèi)。或者，第一 IR輻射可以在從約9微米到約10微米的波長范圍內(nèi)。在暴露于第一 IR輻射的過程中，可以改變第一 IR功率密度或第一 IR波長或者兩者皆可改變?？蛇x擇的，在暴露于第一 IR輻射的過程中，可以通過將襯底的溫度提升到從約200攝氏度到約600攝氏度的范圍的第一 IR熱處理溫度來加熱電介質(zhì)膜?；蛘?，第一 IR熱處理溫度范圍可以從約300攝氏度到約500攝氏度。或者，第一 IR熱處理溫度范圍可以從約350攝氏度到約450攝氏度。
在630中，在暴露于第一 IR福射之后,將電介質(zhì)膜暴露于UV福射。例如,將襯底暴露于UV輻射可以促進(jìn)在電介質(zhì)膜中產(chǎn)生交聯(lián)引發(fā)劑(或自由基)。將電介質(zhì)膜暴露于UV福射可以包括將電介質(zhì)膜暴露于多色UV福射、單色UV福射、脈沖UV輻射或連續(xù)波UV輻射、或者上述各項中兩項或多項的組合。例如，將電介質(zhì)膜暴露于UV輻射可以包括將電介質(zhì)膜暴露于來自一個或多個UV燈、一個或多個UV LED (發(fā)光二極管)或者一個或多個UV激光器、或者上述各項中兩項或多項的任意組合的UV輻射。UV輻射可以包括從約0. lmff/cm2到約2000mW/cm2的功率密度。UV輻射可以在從約100納米(nm)到約600nm的波長范圍內(nèi)。或者，UV輻射可以在從約200nm到約400nm的波長范圍內(nèi)。或者，UV輻射可以在從約150nm到約300nm的波長范圍內(nèi)?；蛘撸琔V輻射可以在從約170nm到約240nm的波長范圍內(nèi)?；蛘?，UV輻射可以在從約200nm到約240nm的波長范圍內(nèi)?？蛇x擇的，在暴露于UV輻射的過程中，可以通過將襯底的溫度提升到從約200攝氏度到約600攝氏度的范圍的UV熱處理溫度來加熱電介質(zhì)膜。或者，UV熱處理溫度范圍從約300攝氏度到約500攝氏度?；蛘撸琔V熱處理溫度范圍從約350攝氏度到約450攝氏·度。在640中，將電介質(zhì)膜暴露于第二 IR福射。例如,將電介質(zhì)膜暴露于第二 IR福射可以促進(jìn)電介質(zhì)膜的交聯(lián)。將電介質(zhì)膜暴露于第二 IR福射可以包括將電介質(zhì)膜暴露于多色I(xiàn)R福射、單色I(xiàn)R輻射、脈沖IR輻射或連續(xù)波IR輻射、或者上述各項中兩項或多項的組合。例如，將電介質(zhì)膜暴露于第二 IR福射可以包括將電介質(zhì)膜暴露來自一個或多個IR燈、一個或多個IR LED (發(fā)光二極管)或者一個或多個IR激光器、或者其組合的IR輻射。第二 IR輻射可以包括高達(dá)約20W/cm2的功率密度。例如，第二 IR輻射可以包括從約lW/cm2到約20W/cm2范圍內(nèi)的功率密度。第二 IR輻射可以在約I微米到約25微米的波長范圍內(nèi)?；蛘?，第二 IR輻射可以在從約2微米到約20微米的波長范圍內(nèi)?；蛘?，第二 IR輻射可以在從約8微米到約14微米的波長范圍內(nèi)?；蛘?，第二 IR輻射可以在從約8微米到約12微米的波長范圍內(nèi)?；蛘?，第二 IR輻射可以在從約9微米到約10微米的波長范圍內(nèi)。在暴露于第二 IR輻射的過程中，可以改變第二 IR功率密度或第二 IR波長或者兩者皆可改變?？蛇x擇的，在暴露于第二 IR輻射的過程中，可以通過將襯底的溫度提升到從約200攝氏度到約600攝氏度的范圍的第二 IR熱處理溫度來加熱電介質(zhì)膜。或者，第二 IR熱處理溫度范圍可以從約300攝氏度到約500攝氏度?；蛘撸诙?IR熱處理溫度范圍可以從約350攝氏度到約450攝氏度。可選擇的，在暴露于第一 IR福射的至少一部分過程中，可以將電介質(zhì)膜暴露于第二 UV輻射。例如，將電介質(zhì)膜暴露于第二 UV輻射可以促進(jìn)破壞或離解電介質(zhì)膜中的鍵，以促進(jìn)去除上述各種材料。第二 UV輻射可以包括從約0. lmff/cm2到約2000mW/cm2的功率密度。第二 UV輻射可以在從約100納米(nm)到約600nm的波長范圍內(nèi)?；蛘?，第二 UV輻射可以在從約200nm到約400nm的波長范圍內(nèi)?；蛘?，第二 UV輻射可以在從約150nm到約300nm的波長范圍內(nèi)?；蛘?，第二 UV輻射可以在從約170nm到約240nm的波長范圍內(nèi)?；蛘撸诙?UV輻射可以在從約200nm到約240nm的波長范圍內(nèi)?？蛇x擇的，在暴露于UV輻射的至少一部分過程中，可以將電介質(zhì)膜暴露于第三IR輻射。第三IR輻射可以包括高達(dá)約20W/cm2的功率密度。例如，第三IR輻射可以包括從約lff/cm2到約20W/cm2范圍內(nèi)的功率密度。第三IR輻射可以在約I微米到約25微米的波長范圍內(nèi)?；蛘?，第三IR輻射可以在從約2微米到約20微米的波長范圍內(nèi)。或者，第三IR輻射可以在從約8微米到約14微米的波長范圍內(nèi)。或者，第三IR輻射可以在從約8微米到約12微米的波長范圍內(nèi)?；蛘?，第三IR輻射可以在從約9微米到約10微米的波長范圍內(nèi)。在暴露于第三IR輻射的過程中，可以改變第三IR功率密度或第三IR波長或者兩者皆可改變。在暴露于UV輻射或暴露于第一 IR輻射或者兩者之前，可以通過將襯底的溫度提升到從約200攝氏度到約600攝氏度的范圍的預(yù)先熱處理溫度來加熱電介質(zhì)膜?；蛘撸A(yù)先熱處理溫度范圍可以從約300攝氏度到約500攝氏度。或者，預(yù)先熱處理溫度范圍可以從約350攝氏度到約450攝氏度。在暴露于UV輻射或暴露于第一 IR輻射或者兩者之后，可以通過將襯底的溫度提升到從約200攝氏度到約600攝氏度的范圍的后續(xù)熱處理溫度來加熱電介質(zhì)膜?；蛘撸蟆だm(xù)熱處理溫度范圍可以從約300攝氏度到約500攝氏度。或者，后續(xù)熱處理溫度范圍可以從約350攝氏度到約450攝氏度。根據(jù)另一實施例，描述固化襯底上的低介電常數(shù)(低k)膜的方法。該方法包括在襯底上形成低k電介質(zhì)膜,其中低k電介質(zhì)膜包括結(jié)構(gòu)形成材料和孔產(chǎn)生材料。在第一持續(xù)時間內(nèi)將低k電介質(zhì)膜暴露于紅外(IR)輻射。在第一持續(xù)時間之內(nèi)，將低k電介質(zhì)膜暴露于紫外(UV)輻射達(dá)第二持續(xù)時間，其中第二持續(xù)時間是第一持續(xù)時間的一部分，并且第二持續(xù)時間起始于開始第一持續(xù)時間之后的第一時間，并且終止于結(jié)束第一持續(xù)時間之前的第二時間。參考圖3，根據(jù)另一實施例描述固化襯底上的低介電常數(shù)(低k)電介質(zhì)膜的方法。該方法包括流程圖700，其開始于710，即，在襯底上形成低k電介質(zhì)膜，其中低k電介質(zhì)膜包括結(jié)構(gòu)形成材料和孔產(chǎn)生材料。在720中，從低k電介質(zhì)膜中基本去除孔產(chǎn)生材料，以形成多孔低k電介質(zhì)膜。此外，在720中，可以基本去除交聯(lián)抑制劑。交聯(lián)抑制劑包括濕氣、水、污染物、孔產(chǎn)生材料、殘余孔產(chǎn)生材料、或包括孔產(chǎn)生分子和/或孔產(chǎn)生分子的片段的孔產(chǎn)生材料、或者上述各項中兩項或多項的任意組合。在730中，在去除孔產(chǎn)生材料之后，在多孔低k電介質(zhì)膜中產(chǎn)生交聯(lián)抑制劑。在740中,在產(chǎn)生交聯(lián)抑制劑之后,使多孔低k電介質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)形成材料發(fā)生交聯(lián)。此外，上述方法可以選擇性的包括破壞低k電介質(zhì)膜中的鍵，以促進(jìn)去除。參考圖4，根據(jù)另一實施例描述固化襯底上的低介電常數(shù)(低k)電介質(zhì)膜的方法。該方法包括流程圖800，其開始于810，S卩，在襯底上形成低k電介質(zhì)膜，其中低k電介質(zhì)膜包括結(jié)構(gòu)形成材料和交聯(lián)抑制劑。交聯(lián)抑制劑包括濕氣、水、污染物、孔產(chǎn)生材料、殘余孔產(chǎn)生材料、弱結(jié)合到結(jié)構(gòu)形成材料的側(cè)基團(tuán)、孔產(chǎn)生分子、或孔產(chǎn)生分子的片段、或者上述各項中兩項或多項的任意組合。例如，交聯(lián)抑制劑可以包括孔產(chǎn)生材料，其中具有結(jié)構(gòu)形成材料和交聯(lián)抑制劑的低k電介質(zhì)膜包括將結(jié)構(gòu)形成分子和孔產(chǎn)生分子共聚在襯底的表面上。此外，例如，交聯(lián)抑制劑可以包括孔產(chǎn)生材料，其中具有結(jié)構(gòu)形成材料和交聯(lián)抑制劑的低k電介質(zhì)膜包括，將結(jié)構(gòu)形成分子沉積在襯底的表面上，該結(jié)構(gòu)形成分子具有弱結(jié)合到結(jié)構(gòu)形成分子的孔產(chǎn)生分子側(cè)基團(tuán)。
在820中，將低k電介質(zhì)膜暴露于紅外(IR)福射。將低k電介質(zhì)膜暴露于IR福射可以包括將低k電介質(zhì)膜暴露于多色I(xiàn)R輻射、單色I(xiàn)R輻射、脈沖IR輻射或連續(xù)波IR輻射、或者上述各項中兩項或多項的組合。將低k電介質(zhì)膜暴露于IR福射可以包括將低k電介質(zhì)膜暴露于具有從約8微米到約12微米范圍內(nèi)的波長的IR輻射。可選擇的，可以將低k電介質(zhì)膜暴露于紫外(UV)福射。將低k電介質(zhì)膜暴露于UV輻射可以包括將低k電介質(zhì)膜暴露于多色UV輻射、單色UV輻射、脈沖UV輻射或連續(xù)波UV輻射、或者上述各項中兩項或多項的組合。將低k電介質(zhì)膜暴露于UV輻射可以包括將低k電介質(zhì)膜暴露于具有從約100納米到約600內(nèi)米范圍內(nèi)的波長的UV輻射。暴露于UV輻射可以在暴露于IR福射之后?；蛘?，暴露于UV福射可以發(fā)生于暴露于IR福 射的全過程中或部分過程中。例如，發(fā)生在暴露于IR輻射的過程中的暴露于UV輻射可以包括從約300納米到約450納米范圍內(nèi)的波長。在830中，調(diào)節(jié)交聯(lián)抑制劑的余量，以調(diào)整低k電介質(zhì)膜的機(jī)械性能、低k電介質(zhì)膜的電學(xué)性能、低k電介質(zhì)膜的光學(xué)性能、低k電介質(zhì)膜的孔隙大小、或者低k電介質(zhì)膜的孔隙率、或者上述各項中兩項或多項的組合。交聯(lián)抑制劑的余量可以影響包括碳濃度、疏水性和等離子體電阻在內(nèi)的其他性能。機(jī)械性能可以包括彈性模量(E)或硬度⑶，或者兩者都有。電學(xué)性能可以包括介電常數(shù)(k)。光學(xué)性能可以包括折射率(n)。調(diào)節(jié)交聯(lián)抑制劑的余量可以包括在暴露于IR輻射的過程中從低k電介質(zhì)膜中基本去除交聯(lián)抑制劑。例如，在任何一種將低k電介質(zhì)膜暴露于紫外(UV)輻射之前，可以基本去除交聯(lián)抑制劑。或者，調(diào)節(jié)交聯(lián)抑制劑的余量可以包括調(diào)節(jié)暴露于IR輻射的持續(xù)時間、暴露于IR輻射的IR強(qiáng)度、或暴露于IR輻射的IR劑量、或者上述各項中兩項或多項的組合。或者，調(diào)節(jié)交聯(lián)抑制劑的余量可以包括調(diào)節(jié)暴露于UV輻射的持續(xù)時間、暴露于UV輻射的UV強(qiáng)度、或暴露于UV輻射的UV劑量、或者上述各項中兩項或多項的組合。上述方法還可以包括在暴露于IR福射之后將低k電介質(zhì)膜暴露于紫外(UV)福射和在暴露于UV福射的過程中將低k電介質(zhì)膜暴露于第二 IR福射。此外，上述方法還可以包括在暴露于UV福射之后將低k電介質(zhì)膜暴露于第三IR福射。此外，上述方法可以包括在暴露于IR福射之后將低k電介質(zhì)膜暴露于第一紫外(UV)輻射和在暴露于IR輻射的過程中將低k電介質(zhì)膜暴露于第二 UV輻射，其中暴露于第
二UV輻射不同于暴露于第一 UV輻射。調(diào)節(jié)交聯(lián)抑制劑的余量可以包括調(diào)節(jié)暴露于IR輻射的過程中的暴露于第二 UV輻射的持續(xù)時間、暴露于第二 UV輻射的UV強(qiáng)度、或者暴露于第二 UV輻射的UV劑量、或者上述各項中兩項或多項的組合。將電介質(zhì)膜暴露于第二 UV輻射可以包括從約300納米到約450納米范圍內(nèi)的波長?？蛇x擇的，可以在暴露于IR福射之間、暴露于IR福射的過程中、或暴露于IR福射之后、或者上述各項中兩項或多項的任意組合中加熱低k電介質(zhì)膜。可以在真空條件下或受控氣氛下執(zhí)行IR處理。根據(jù)一個示例，結(jié)構(gòu)形成材料可以包括二乙氧基甲基硅烷(DEMS)，孔產(chǎn)生材料可以包括萜烯；降冰片烯；5_二甲基-1，4-環(huán)辛乙烯；十氫化萘；乙苯；或檸檬烯；或者上述各項中兩項或多項的組合。例如，孔產(chǎn)生材料可以包括a-松油烯(ATRP)。
根據(jù)另一示例，描述制備襯底上的多孔低k電介質(zhì)膜的方法。該方法包括使用化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝在襯底上形成含SiCOH電介質(zhì)膜，其中CVD工藝使用二乙氧基甲基硅烷(DEMS)和孔產(chǎn)生材料；在足夠長的第一持續(xù)時間內(nèi)將含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于IR輻射，以基本去除孔產(chǎn)生材料；在暴露于IR輻射之后，在第二持續(xù)時間內(nèi)將含SiCOH電介質(zhì)膜膜暴露于UV輻射；并且在第二持續(xù)時間的部分過程或者全部過程中，加熱含SiCOH電介質(zhì)膜。將含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于IR輻射可以包括具有從約9微米到約10微米范圍內(nèi)(例如，9. 4微米)的波長的IR輻射。將含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于UV輻射可以包括具有從約170納米到約240納米范圍內(nèi)(例如，222納米)的波長的UV輻射。加熱含SiCOH電介質(zhì)膜可以包括將襯底加熱到從約300攝氏度到約500攝氏度的溫度范圍內(nèi)?？梢栽诜謩e的處理室內(nèi)執(zhí)行暴露于IR輻射和暴露于UV輻射，或者可以在相同的處理室內(nèi)執(zhí)行暴露于IR輻射和暴露于UV輻射。
·
孔產(chǎn)生材料可以包括萜烯；降冰片烯；5_ 二甲基-1，4-環(huán)辛乙烯；十氫化萘；乙苯；或檸檬烯；或者上述各項中兩項或多項的組合。例如，孔產(chǎn)生材料可以包括a-松油烯(ATRP)。表I提供了用于想要具有約2. 2到2. 25的介電常數(shù)的多孔低k電介質(zhì)膜的數(shù)據(jù)。多孔低k電介質(zhì)膜包括多孔含SiCOH電介質(zhì)膜，該多孔含SiCOH電介質(zhì)膜是用CVD工藝使用包括二乙氧基甲基硅烷(DEMS)的結(jié)構(gòu)形成材料和包括a-松油烯(ATRP)的孔產(chǎn)生材料形成的。首先將具有公稱厚度(±矣，A)和折射率(n)的“原始”含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于IR輻射，產(chǎn)生“IR后”厚度(A)和“IR后”折射率(n)。之后，在加熱“IR后”含SiCOH電介質(zhì)膜的同時將其暴露于UV輻射，產(chǎn)生“UV后+加熱”厚度(A)和“UV后+加熱”折射率(n)。表I
原始的__IR_S__UV+加熱__收縮率__UV 時間 k E
厚度厚度厚度IR后UV后
nnn(nm)(min)(GPa)
(A)(A)(A)(%)(%)
5860 1.49856091.2824837 1.34 4.317.5172102.29 5.37
5880 1.49556441.29153351.309 4 9.322252.09 3.69
5951 1.49256511.285285 1.309 511.2222102.11 4.44還是參考表1，提供了 IR后和UV后+加熱的膜厚度的收縮率(％)。此外，提供了UV波長和暴露于UV輻射時間(分鐘，min)。此外，為生成的固化多孔低k電介質(zhì)膜提供了介電常數(shù)(k)和彈性模量(E) (GPa)。如表I中所示，在UV輻射之前使用IR輻射并且加熱導(dǎo)致介電常數(shù)小于2. 3，低到2. 09。此外，可以實現(xiàn)低介電常數(shù)(即，k = 2. 11)，同時也可以實現(xiàn)可接受的機(jī)械性能(即，E = 4. 44GPa)。為了比較，在未暴露于IR輻射的情況下固化使用相同的CVD工藝形成的含SICOH電解質(zhì)膜。沒有暴露于IR輻射，“UV后+加熱”折射率的范圍從約I. 408到約I. 434，這明顯高于表I中所提供的結(jié)果。更高的折射率表明膜中有過量的殘余孔產(chǎn)生材料(例如，少孔膜)和/或過量的膜氧化。根據(jù)另一示例，描述了在襯底上制備多孔低k電介質(zhì)膜的方法。該方法包括使用化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝在襯底上形成含SiCOH電介質(zhì)膜，其中CVD工藝使用二乙氧基甲基硅烷(DEMS)和孔產(chǎn)生材料；在足夠長的第一持續(xù)時間內(nèi)將含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于第一IR輻射，以基本去除孔產(chǎn)生材料；在暴露于第一 IR輻射之后，在第二持續(xù)時間內(nèi)將含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于UV福射；在暴露于UV福射的過程中，將含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于第二 IR輻射達(dá)第三持續(xù)時間；并且在暴露于UV輻射之后，在第四持續(xù)時間內(nèi)將含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于第三IR輻射。上述方法還可以包括在第二持續(xù)時間的部分過程或全部過程中加熱含SiCOH電介質(zhì)膜。此外，第二持續(xù)時間可以第二持續(xù)時間一致。將含SiCOh電介質(zhì)膜暴露于第一 IR福射可以包括具有從約9微米到約10微米范圍內(nèi)(例如，9. 4微米)的波長的IR輻射。將含SiCOh電介質(zhì)膜暴露于UV輻射可以包括具·有從約170內(nèi)米到約230納米范圍內(nèi)(例如，222nm)的波長的UV輻射。將含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于第IR輻射可以包括具有從約9微米到約10微米范圍內(nèi)(例如，9.4微米)的波長的IR輻射。將含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于第三IR輻射可以包括具有從約9微米到約10微米范圍內(nèi)(例如，9.4微米)的波長的IR輻射。加熱含SiCOH電介質(zhì)膜可以包括將襯底加熱到從約300攝氏度到約500攝氏度范圍內(nèi)的溫度。孔產(chǎn)生材料可以包括萜烯；降冰片烯5-二甲基-1，4-環(huán)辛乙烯；十氫化萘；乙苯；或檸檬烯；或者上述各項中兩項或多項的組合。例如，孔產(chǎn)生材料可以包括a-松油烯(ATRP)。表2提供了用于想要具有約2. 2到2. 25的介電常數(shù)的多孔低k電介質(zhì)膜的數(shù)據(jù)。多孔低k電介質(zhì)膜包括多孔含SiCOH電介質(zhì)膜，該多孔含SiCOH電介質(zhì)膜是用CVD工藝使用包括二乙氧基甲基硅烷(DEMS)的結(jié)構(gòu)形成材料和包括a-松油烯(ATRP)的孔產(chǎn)生材料形成的。使用兩種過程來固化具有公稱厚度(埃，A)和折射率(n)的“原始”含SiCOH電介質(zhì)膜，即(1)通常的UV/熱過程(即，沒有暴露于IR輻射)；和(2)固化過程，其中將原始膜暴露于IR輻射(9. 4微米)，然后暴露約IR輻射(9. 4微米)和UV輻射(222nm)，然后暴露于IR輻射(9. 4微米)。表權(quán)利要求
1.ー種固化襯底上的低介電常數(shù)(低k)膜的方法，其包括如下步驟 在襯底上形成低k電介質(zhì)膜，所述低k電介質(zhì)膜包括結(jié)構(gòu)形成材料和孔產(chǎn)生材料； 在第一持續(xù)時間內(nèi)，將所述低k電介質(zhì)膜暴露于紅外(IR)輻射；并且 在所述第一持續(xù)時間內(nèi)，將所述低k電介質(zhì)膜暴露于紫外(UV)輻射達(dá)第二持續(xù)時間， 其中，所述第二持續(xù)時間小于所述第一持續(xù)時間，并且其中，所述第二持續(xù)時間起始于所述第一持續(xù)時間之內(nèi)的第一時間，并且終止于所述第一持續(xù)時間之內(nèi)的第二時間。
2.ー種固化襯底上的低介電常數(shù)(低k)電介質(zhì)膜的方法，其包括如下步驟 在襯底上形成低k電介質(zhì)膜，所述低k電介質(zhì)膜包括結(jié)構(gòu)形成材料和孔產(chǎn)生材料； 從所述低k電介質(zhì)膜中基本去除所述孔產(chǎn)生材料，以形成多孔低k電介質(zhì)膜； 在上述去除步驟之后，在所述多孔低k電介質(zhì)膜中產(chǎn)生交聯(lián)引發(fā)劑；并且 在產(chǎn)生所述交聯(lián)引發(fā)劑之后，使所述多孔低k電介質(zhì)膜發(fā)生交聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括如下步驟 破壞所述低k電介質(zhì)膜中的鍵，以對上述去除步驟提供輔助。
4.一種制備襯底上的多孔低介電常數(shù)(低k)膜的方法，其包括如下步驟 在襯底上形成低k電介質(zhì)膜，其中所述低k電介質(zhì)膜包括結(jié)構(gòu)形成材料和交聯(lián)抑制劑； 將所述低k電介質(zhì)膜暴露于紅外(IR)輻射；并且 調(diào)節(jié)所述交聯(lián)抑制劑的余量，以調(diào)整所述低k電介質(zhì)膜的機(jī)械性能、所述低k電介質(zhì)膜的電學(xué)性能、所述低k電介質(zhì)膜的光學(xué)性能、所述低k電介質(zhì)膜的孔隙大小、或者所述低k電介質(zhì)膜的孔隙率、或者上述各項中兩項或多項的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述交聯(lián)抑制劑包括濕氣、水、溶剤、污染物、孔產(chǎn)生材料、殘余孔產(chǎn)生材料、弱結(jié)合到結(jié)構(gòu)形成材料的側(cè)基團(tuán)、孔產(chǎn)生分子、或者孔產(chǎn)生分子的片段、或者上述各項中兩項或多項的任意組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述交聯(lián)抑制劑包括孔產(chǎn)生材料，并且其中，形成包括所述結(jié)構(gòu)形成材料和所述交聯(lián)抑制劑的所述低k電介質(zhì)膜包括將結(jié)構(gòu)形成分子和孔產(chǎn)生分子共聚在所述襯底的表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述交聯(lián)抑制劑包括孔產(chǎn)生材料，并且其中，形成包括所述結(jié)構(gòu)形成材料和所述交聯(lián)抑制劑的所述低k電介質(zhì)膜包括將結(jié)構(gòu)形成分子沉積在所述襯底的表面上，所述結(jié)構(gòu)形成分子具有弱結(jié)合到所述結(jié)構(gòu)形成分子的孔產(chǎn)生分子側(cè)基團(tuán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述交聯(lián)抑制劑的所述余量包括在暴露于所述IR輻射的過程中從所述低k電介質(zhì)膜中基本去除所述交聯(lián)抑制劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在任何ー種將所述低k電介質(zhì)膜暴露于紫外(UV)輻射之前，基本去除所述交聯(lián)抑制劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述交聯(lián)抑制劑的所述余量包括調(diào)節(jié)暴露于所述IR輻射的持續(xù)時間、暴露于所述IR輻射的IR強(qiáng)度、或暴露于所述IR輻射的IR劑量、或者上述各項中兩項或多項的組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述機(jī)械性能包括彈性模量(E)或硬度(H)或者兩者皆有。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述電學(xué)性能包括介電常數(shù)(k)。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述光學(xué)性能包括折射率(n)。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括如下步驟 將所述低k電介質(zhì)膜暴露于紫外(UV)輻射。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中暴露于所述UV輻射是在暴露于所述IR輻射之后。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中暴露于所述UV輻射發(fā)生在暴露于所述IR輻射的部分過程或者全部過程中。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述交聯(lián)抑制劑的所述余量包括調(diào)節(jié)在暴露于所述IR輻射的過程中的暴露于所述UV輻射的持續(xù)時間、暴露于所述UV輻射的UV強(qiáng)度、或暴露于所述UV輻射的UV劑量、或者上述各項中兩項或多項的組合。
18.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括如下步驟 在暴露于所述IR輻射之后，將所述低k電介質(zhì)膜暴露于紫外(UV)輻射；并且 在暴露于所述UV福射的過程中,將所述低k電介質(zhì)膜暴露于第二 IR福射。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括如下步驟 在暴露于所述UV福射之后,將所述低k電介質(zhì)膜暴露于第三IR福射。
20.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括如下步驟 在暴露于所述IR輻射之后，將所述低k電介質(zhì)膜暴露于第一紫外(UV)輻射；并且在暴露于所述IR輻射的過程中，將所述低k電介質(zhì)膜暴露于第二 UV輻射，其中所述第ニ UV輻射不同于所述第一 UV輻射。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述交聯(lián)抑制劑的所述余量包括調(diào)節(jié)暴露于所述IR輻射的過程中的暴露于所述第二 UV輻射的持續(xù)時間、暴露于所述第二 UV輻射的UV強(qiáng)度、或暴露于所述第二 UV輻射的UV劑量、或者上述各項中兩項或多項的組合。
22.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括如下步驟 在暴露于所述IR輻射之前、在暴露于所述IR輻射的過程中、或在暴露于所述IR輻射之后，或者在上述各項中的兩項或多項的任意組合中，加熱所述襯底。
23.一種制備襯底上的多孔低介電常數(shù)(低k)膜的方法，其包括如下步驟 使用化學(xué)氣相沉積(CVD)エ藝在襯底上形成含SiCOH電介質(zhì)膜，其中，所述CVDエ藝使用ニこ氧基甲基硅烷(DEMS)和孔產(chǎn)生材料； 在足夠長的第一持續(xù)時間內(nèi)，將所述含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于IR輻射，以基本去除所述孔產(chǎn)生材料； 在暴露于所述IR輻射之后，在第二持續(xù)時間內(nèi)將所訴含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于UV輻射；并且 在所述第二持續(xù)時間的部分過程或者全部過程中，加熱所述含SiCOH電介質(zhì)膜。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述孔產(chǎn)生材料包括萜烯、降冰片烯、5-ニ甲基-1，4_環(huán)辛こ烯、十氫化萘、こ苯、或檸檬烯、或者上述各項中兩項或多項的組合。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述孔產(chǎn)生材料包括a-松油烯(ATRP)。
26.一種制備襯底上的多孔低介電常數(shù)(低k)膜的方法，其包括如下步驟 使用化學(xué)氣相沉積(CVD)エ藝在襯底上形成含SiCOH電介質(zhì)膜，其中，所述CVDエ藝使用ニこ氧基甲基硅烷(DEMS)和孔產(chǎn)生材料； 在足夠長的第一持續(xù)時間內(nèi)將所述含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于第一 IR輻射，以基本去除所述孔產(chǎn)生材料； 在暴露于所述第一 IR福射之后，在第二持續(xù)時間內(nèi)將所述含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于UV福射; 在暴露于所述UV輻射的過程中，將所述含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于第二 IR輻射達(dá)第三持續(xù)時間；并且 在暴露于所述UV輻射之后，在第四持續(xù)時間內(nèi)將所述含SiCOH電介質(zhì)膜暴露于第三IR輻射。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括如下步驟 在所述第二持續(xù)時間的部分過程或者全部過程中，加熱所述含SiCOH電介質(zhì)膜。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述第三持續(xù)時間與所述第二持續(xù)時間一致。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述孔產(chǎn)生材料包括萜烯、降冰片烯、5-ニ甲基-1，4_環(huán)辛こ烯、十氫化萘、こ苯、或檸檬烯、或者上述各項中兩項或多項的組合。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述孔產(chǎn)生材料包括a-松油烯(ATRP)。
31.ー種電介質(zhì)膜，其包括 ニこ氧基甲基硅烷(DEMS)基多孔電介質(zhì)膜，其包括約I. 7或更小的介電常數(shù)、約I. 17或更小的折射率、約I. 5GPa或更大的彈性模量和約0. 2GPa或更大的硬度。
32.—種電介質(zhì)膜,其包括 ニこ氧基甲基硅烷(DEMS)基多孔電介質(zhì)膜，其包括約2. I或更小的介電常數(shù)、約I. 31或更小的折射率、約4GPa或更大的彈性模量和約0. 45GPa或更大的硬度。
全文摘要
本發(fā)明用于固化多孔低介電常數(shù)電介質(zhì)膜的方法，描述了固化襯底上的低介電常數(shù)(低k)電介質(zhì)膜的方法，其中低k電介質(zhì)膜的介電常數(shù)是小于約4的值。該方法包括將低k電介質(zhì)膜暴露于紅外(IR)輻射和紫外(UV)輻射。
文檔編號H01L21/316GK102789975SQ20121024628
公開日2012年11月21日 申請日期2009年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月6日
發(fā)明者劉俊軍, 埃里克·M·李, 多雷爾·I·托瑪 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社