[发明专利]用于固化电介质膜的多步系统和方法

说明书

本申请是申请号为200680050790.8、申请日为2006年10月6日、发明名称为“用于固化电介质膜的多步系统和方法”的母案申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于处理电介质膜的多步系统和方法，更具体地涉及一种用于干燥和固化电介质膜的原位多步系统和方法。

背景技术

如半导体领域中的技术人员所知，提高集成电路(IC)的速度和性能的主要限制因素是互连延迟。使互连延迟最小化的一个方法是通过在IC器件中使用低介电常数(低k)材料作为金属导线的绝缘电介质来减小互连电容。因此，近年来，低k材料已经被开发来代替诸如二氧化硅的较高介电常数绝缘材料。具体来说，低k膜正在被用于半导体器件的金属导线之间的层间和层内电介质层。此外，为了进一步减小绝缘材料的介电常数，材料膜形成有多个孔，即多孔低k电介质膜。这样的低k膜可以通过类似于涂敷光刻胶的旋涂电介质(SOD)法或者通过化学气相沉积(CVD)被沉积。因此，低k材料的使用容易适用于现有的半导体制造工艺。

低k材料的坚固性比不上更传统的二氧化硅，而且多孔性的存在使其机械强度进一步降低。多孔低k膜容易在等离子体处理过程中损伤，因而需要对其机械强度进行强化。已经认识到，增强多孔低k电介质材料的强度对于成功地集成该材料来说是必须的。为了提高机械强度，目前正在寻求各种固化技术来使多孔低k膜更坚固并适于集成。

聚合物的固化包括如下过程：对采用例如旋涂或气相沉积(如化学气相沉积，CVD)技术沉积的薄膜进行处理，以使该薄膜中发生交联。在固化过程中，自由基聚合被认为是交联的主要途径。由于聚合物链的交联，诸如杨氏模量、膜硬度、断裂韧度和界面粘附性之类的机械性质得以改善，从而提高了低k膜的制造坚固性。

由于形成具有超低介电常数的多孔电介质膜的方式多种多样，后沉积处理(固化)的目标也依赖于膜而有所不同，例如去除水分、去除溶剂、烧蚀多孔电介质膜中的用于形成孔的成孔剂、提高这种膜的机械性质等等。

对于CVD膜，低介电常数(低k)材料通常在300-400℃的温度下热固化。例如，热炉固化足以制造介电常数大于约2.5的坚固且致密的低k膜。然而，当处理大孔隙率的多孔电介质膜(例如超低k膜)时，通过热处理(或热固化)得到的交联度已不足以制造出对于坚固的互连结构来说强度足够大的膜。

在热固化过程中注意到，在不损伤电介质膜的前提下，适量的能量被输送至该膜。但在期望的温度范围内，只能生成少量的自由基。由于衬底结合热量时会损失热能并且部分热量损失到周围环境中，实际上只有少量热能被吸收到待固化低k膜中。因此，低k热炉固化通常需要较高的温度和较长的固化时间。但即使在热预算较高的条件下，热固化过程中所产生的引发剂的缺乏以及被沉积的低k膜中大量甲基末端的存在也会使达到期望的交联度十分困难。

发明内容

本发明的一个方面可以减轻或消除上述问题或现有技术中与处理电介质膜相关的其它问题。

本发明的另一个方面可以对电介质膜进行处理以使其固化。

本发明的另一个方面可以通过使用彼此耦合的多个工艺模块进行原位多步干燥和固化工艺来处理电介质膜。

根据本发明，上述和/或其它方面可由用于处理电介质膜的处理系统来提供。在一种实施方式中，用于处理衬底上的电介质膜的处理系统包括：干燥系统，被配置成进行干燥工艺以减少电介质膜中或电介质膜上的污染物的量；与干燥系统耦合的固化系统，被配置成进行固化工艺。固化系统包括：紫外(UV)辐射源，被配置成将电介质膜暴露于UV辐射；红外(IR)辐射源，被配置成将电介质膜暴露于IR辐射。该系统还包括与干燥系统和固化系统耦合的转移系统。该转移系统被配置成用于在真空条件下将衬底在干燥系统与固化系统之间交换。

在另一种实施方式中，用于处理衬底上的电介质膜的方法和计算机可读介质包括：将衬底放置在干燥系统中；根据干燥工艺干燥该电介质膜以便于去除或部分去除该电介质膜上或该电介质膜中的污染物；将衬底从干燥系统转移至固化系统，同时在转移过程中保持真空条件；通过将电介质膜暴露于UV辐射和将电介质膜暴露于IR辐射来固化该电介质膜。

附图说明

图1A-1C为根据本发明的一种实施方式的用于干燥系统和固化系统的转移系统的示意图；

图2为根据本发明的另一种实施方式的干燥系统的剖面示意图；

图3为根据本发明的另一种实施方式的固化系统的剖面示意图；