多腔室真空系统确认中的多孔电介质、聚合物涂布基板和环氧化物的集成处理的制作方法
【专利说明】多腔室真空系统确认中的多孔电介质、聚合物涂布基板和环氧化物的集成处理
[0001]发明背景发明领域
[0002]本发明实施方式一般涉及使用微波辐射进行基板处理的设备和方法。
[0003]相关技术的描述
[0004]为了满足对于越小且更强大的装置的需求，不断缩减半导体上集成部件的尺寸。当半导体装置上的特征结构变更小时，需研发出先进的聚合物和电介质以允许特征结构可更密集地配置。这些新的电介质和聚合物采用提高的孔隙度以提供与缩减尺寸和提高密集度并存的特性。
[0005]沉积高品质的金属膜需要不含残余物并使挥发性材料脱附(desorpt1n)的干净表面。在半导体制造和封装实践上的一般做法是使用热除气工艺且随后在进行金属沉积之前通常会进行一道清洁步骤。这些工艺一般在原位上进行(在进行金属沉积之前不会暴露于空气中)以避免再污染基板和新进(incoming)薄膜。热除气工艺通常涉及在传统烤炉中的热板上加热基板或由灯阵列使用红外线加热该基板。
[0006]不论通过使用加热板或红外线(IR)辐射灯加热该基板皆可完成预先除气步骤。然而，此两种发热加热法(thermal heating)实施方式不足以使先进薄膜除气。发热加热法耗费相当长的时间，且所述工具的产率极低。此外，标准热处理可能很容易使先进薄膜达到会生成含氧二次气体(oxygen-containing secondary gas)或导致该膜层发生玻璃转化作用的温度。
[0007]因此，在所属技术领域中，需要能使薄膜有效除气，同时保持在沉积薄膜的热处理范围内进行加热的方法和设备。
[0008]发明概述
[0009]在一个实施方式中，真空多腔室沉积工具可包含除气腔室，且该除气腔室可包含腔室主体、配置为支撑具有选定直径基板的基板支座、配置为加热该基板的加热机构、温度测量装置和配置为朝向该基板支座表面输送变频微波辐射的变频微波辐射源；和该工具可包含金属化前预清洁腔室(pre-metallizat1n clean chamber) ο
[0010]在另一个实施方式中，基板除气方法可包括将包含聚合物或环氧化物的基板放置在处理腔室中，其中该腔室保持在除气温度与玻璃转化温度之间，使惰性气体流入该腔室，产生包含该惰性气体的等离子体，使该基板暴露于包含该惰性气体的等离子体，去除该腔室内的含氧化合物，升高该腔室中的惰性气体的压力，和保持该惰性气体的压力且同时冷却该基板至比该除气温度低的温度。
[0011]在另一个实施方式中，基板除气方法可包括将包含聚合物或环氧化物的基板放置在处理腔室中，放置变频微波辐射源以输送微波辐射至该基板，在多个短发射时间(Shortbursts of time)内以一个以上的频率输送微波福射至该基板，同时使该基板的温度保持在高于除气温度的温度下，和去除该腔室内的第一组含氧化合物。
[0012]在另一个实施方式中，真空多腔室沉积工具可包括:负载锁定腔室；第一传送腔室且在该第一传送腔室内安装有第一中心机器人；第二传送腔室且在该第二传送腔室内安装有第二中心机器人；和除气腔室，该除气腔室包括腔室主体、配置为支撑具有选定直径的基板的基板支座、配置为加热该基板的基板加热机构、温度测量装置和变频微波辐射源，该变频微波辐射源使用选自范围介在5.85GHz至7.0GHz之间的两个或更多个频率且该两个或更多个频率间的差异介在200Hz至280Hz之间，且该变频微波辐射源配置为朝向该基板支座表面输送变频微波辐射；金属化前预清洁腔室，且该金属化前预清洁腔室与该除气腔室流体连通并采用包含惰性气体的溅射清洁工艺；和沉积腔室，该沉积腔室与该金属化前预清洁腔室流体连通。
_3] 附图简要说明
[0014]为能详细了解本发明以上所述特征，可参照多个实施方式针对以上简要整理的本发明提出更具体的描述，部分实施方式图示于附图中。然而应注意，所述附图仅图式本发明的典型实施方式，且因此所述附图不应视为是本发明范围的限制，本发明可容许其他同等有效的实施方式。
[0015]图1是根据一个实施方式的除气腔室的示意图；
[0016]图2是根据一个实施方式的除气方法的方块图；
[0017]图3是根据另一个实施方式的除气方法的方块图；和
[0018]图4是根据一个实施方式的真空多腔室沉积工具的平面图。
[0019]为帮助理解，尽可能地使用相同标号代表所述附图中共有的相同元件。无需特别说明便可思及一个实施方式中所公开的元件可有利地应用在其他实施方式上。
[0020]具体描沐
[0021]本文中描述用于处理基板的方法和设备。真空多腔室沉积工具可包括除气腔室，且该除气腔室兼具有加热机构和变频微波源。基板除气方法可包括将包含聚合物或环氧化物的基板放置在处理腔室中且该处理腔室保持在除气温度与玻璃转化温度之间，使该基板暴露于变频微波辐射，使该基板暴露于含有惰性气体的等离子体，去除该腔室内的含氧化合物，升高该腔室中的惰性气体压力，和保持该惰性气体的压力且同时冷却该基板至比该除气温度低的温度。
[0022]半导体制造和封装作业越来越多涉及到使用多孔电介质、环氧化物和聚合物材料。在半导体装置制造上，这些材料可用来作为金属之间的介电膜和最终的钝化膜。在半导体封装上，这些材料可用来作为基板、可作为用来粘合装置晶片与载体基板的接合化合物、和可作为用于晶片上芯片层叠技术(chip-on-wafer stacking)与内连线技术(interconnect)中的底部填充材料。
[0023]当这些电介质、环氧化物和聚合物材料暴露于空气中时容易吸收水分且经常含有残留的挥发性材料，这些挥发性材料可能在后续金属沉积工艺期间释出气体。释出气体可能造成品质不佳且附着力差的金属膜、高电阻、不良的薄膜型态/性质和其他问题。因此，在进行金属沉积之前，聚合物和环氧化物材料需要更积极有力的除气步骤。
[0024]在以下所述实施方式中，在金属化步骤之前采用变频微波(VFM)来减少基板除气处理所需要的时间和温度。在进一步实施方式中可包括在进行金属化前的预清洁步骤之前，使用惰性等离子体来预先释放出聚合物/环氧化物材料中的挥发性副产物。在进一步实施方式中可包括在进行金属化前的预清洁步骤之前，使用惰性气体封住聚合物/环氧化物的孔隙。通过参阅以下附图可更佳地理解本申请的实施方式。
[0025]图1是根据一个实施方式所示的除气腔室100的示意图。一或多个目前可取得的腔室可经调整以适用于以下所述的本发明实施方式。能与本发明实施方式使用的腔室可包括购自位在美国加州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials, Inc.)的ChargerUBM系统。可预想到，在不偏离所公开发明的情况下，根据所述实施方式可使用其他腔室(包括来自其他制造商的腔室在内)。
[0026]除气腔室100可包括用于支撑基板104的基板支座102。基板支座102可由标准材料组成，例如由铝、石英、陶瓷或不锈钢所组成。此外，基板支座102可设计用来支撑任何尺寸的基板，例如用来支撑300毫米的基板。各种加热和冷却装置可埋设在基板支座102或除气腔室内100或放置为与基板支座102或除气腔室100连接，以传递加热或冷却作用至基板104。
[0027]基板104可以是任何可用于半导体应用中的组成物，例如硅、环氧化物或石英基板。在基板104上可沉积有聚合物/环氧化物层105。聚合物/环氧化物层105是可沉积在基板104表面上且随后在基板104上进行硬化的膜层。可通过将液体聚合物旋涂在基板104上而形成聚合物/环氧化物层105。随后可使聚合物/环氧化物层105进行硬化以使聚合物/环氧化物层105硬化和交联(cross-link)。可由多种聚合物或环氧化物(例如，聚酰亚胺类或聚苯并二卩惡挫(polybenzobisoxazole，PBO))的其中之一构成该聚合物/环氧化物层105。
[0028]应理解，用于沉积聚合物/环氧化物层的其他沉积技术可达到良好的等效作用而不会偏离文中所述实施方式。例如能预期到可将聚合物/环氧化物干膜使用真空压合法(vacuum laminat1n)至基板104上以沉积该聚合物/环氧化物层105。进一步实施方式中可包括利用化学气相沉积法(CVD)沉积聚合物/环氧化物层105。
[0029]除气腔室100也可具有热源106，例如本文中所绘示埋设在基板支座102中的热源106。尽管图1中绘示该热源106是埋设在基板支座102中的电阻式热源，但热源106可以是任何可用来使基板进行除气的热源，例如红外线发热灯热源。来自热源106的热能可直接输送至基板104或通过改变腔室温度而间接输送至基板104。热源106可设计成用于加热基板并使基板维持在一稳定温度，例如介于100°C至500°C之间的温度。该热源可采任意一种设计且放置在任何允许输送能量以加热基板的位置中。
[0030]除气腔室100可进一步包括变频微波辐射源108。变频微波辐射源108可包括微波功率源110。微波功率源110可选自所有可取得的微波功率源中，包括磁控管、速度调制电子管(klystron)、回旋管(gyrotron)和行波管(traveling wave tube)。变频微波福射源108也可包含微波腔111。微波腔111可为单模