[发明专利]一种改善超低介电常数多孔SiCOH薄膜抗吸湿性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于22nm特征尺寸条件下集成电路互连介质处理领域，具体涉及一种改善超低介电常数材料多孔SiCOH薄膜抗吸湿性能的方法。 

背景技术

随着超大规模集成电路（ULSI）的发展，器件特征尺寸不断缩小，互连电阻-电容（RC）延迟效应严重限制了器件性能的提高，为了降低RC延迟，需要采用低介电常数(k)材料来代替传统SiO₂作为互连介质材料，SiCOH材料由于其易于制备以及具有较低的介电常数，目前已成为90nm以下技术节点互连介质的最佳选择。然而，随着特征尺寸的不断减小，需要在材料中引入孔隙以进一步降低介电常数，由此会带来诸多材料性能可靠性的问题,比如抗吸湿特性、力学特性、热稳定性等。当ULSI特征尺寸进入22nm以下时，对低介电常数材料各项性能提出了更高的要求。其中，抗吸湿性能直接影响了低介电常数材料的实际应用性。现如今多数制备的多孔SiCOH薄膜材料在表面区域都会存在一定量亲水性的Si-OH键，暴露在潮湿的环境中会迅速吸收水分；另一方面，由于大量孔隙的引入，水分很容易渗透到材料中去，造成水分对薄膜物理吸附能力的增加，造成k值大幅度增加。  因此，在不改变原有介电性能和其他性能的基础上，对薄膜的抗吸湿性能进行改善就显得非常重要。 

发明内容

鉴于以上技术问题,本发明目的在于提出一种改善超低介电常数多孔SiCOH薄膜抗吸湿性能的方法，经该方法处理后的薄膜能显示出优异的抗吸湿性能。 

为了达到上述目的，本发明提供了一种改善超低介电常数多孔SiCOH薄膜抗吸湿性能的方法，该方法是将k值为1.6-2.0的超低介电常数多孔SiCOH薄膜，在环境温度下，置于紫外光下进行照射，以提高薄膜的抗吸湿性能，其中，紫外光波长范围为200-400nm，环境温度为50-100℃，照射时间为2-10小时。通过紫外照射处理，薄膜的抗吸湿性能显著改善，常温下在湿度为80%的环境中静置12h以上k值仅上升1-5%。 

上述的改善超低介电常数多孔SiCOH薄膜抗吸湿性能的方法，其中，所述的照射时间为2-10小时。 

上述的改善超低介电常数多孔SiCOH薄膜抗吸湿性能的方法，其中，所述的超低介电常数多孔SiCOH薄膜具有Al-SiCOH-Si-Al的结构，该结构是在硅衬底的上表面设置有SiCOH薄膜层，在硅衬底的下表面以及薄膜层上表面分别淀积Al电极。 

上述的改善超低介电常数多孔SiCOH薄膜抗吸湿性能的方法，其中，所述的超低介电常数多孔SiCOH薄膜的制备方法包含： 

步骤1，以1，2-二（三乙氧基硅基）乙烷为前驱体，以嵌段共聚物P123为成孔剂，以稀盐酸为催化剂，并加入乙醇作为溶剂，置于40-80℃的油浴中连续搅拌1-5小时，得到透明成膜液；上述各组分的摩尔比为：1，2-二（三乙氧基硅基）乙烷: P₁₂₃ : H₂O : HCl : EtOH = (3-10) : (0.02-0.15) : (100-300) : (0.09-0.5) : (70-250)； 

步骤2，将上述成膜液滴到洗净的硅片上，旋涂成膜；

步骤3，将上述所得薄膜先置于烘箱中在40-100℃条件下陈化20-100h,然后置于退火炉中,通入氮气,由室温缓慢升至350℃-600℃,并保持1h,最后缓慢降至室温；

步骤4，采用电子束蒸发的方法，在步骤3所得的薄膜上表面及衬底下表面分别淀积一层500nm以上厚度的Al电极，形成Al-SiCOH-Si-Al的结构。

上述的改善超低介电常数多孔SiCOH薄膜抗吸湿性能的方法，其中，所述的旋涂成膜过程分为三个阶段：第一阶段，以500-800 rpm的转速旋转5-15s；第二阶段，以1500-3000 rpm的转速旋转20-45s；第三阶段，以800-1500 rpm的转速旋转5-15s。 

本发明具有以下优点： 

（1）本发明所提出的方法，能够有效改善多孔SiCOH薄膜的抗吸湿性能，而不影响薄膜的其他性能，比如稳定性、介电常数等； 

（2）本发明提出的方法所得到的超低介电常数SiCOH薄膜，具有足够低的介电常数（k<2.0）以及满足集成电路互连工艺所要求的性能（热稳定性、漏电特性以及力学性能），因而能够很好地与22nm特征尺寸下的互连工艺相兼容；

（3）本发明所提出的方法，不仅能够改善薄膜的疏水性能，还能改善薄膜的力学性能（杨氏模量和硬度）以及漏电性能；