專利名稱：作為在半導(dǎo)體器件中的層內(nèi)和層間絕緣體的超低介電常數(shù)材料及其制造方法、以及包含 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種用于制造具有相關(guān)的超低介電常數(shù)(或者超低-k)的介電材料的方法，以及包含這種介電材料的電子器件。更加具體來說，本發(fā)明涉及一種用于制造熱穩(wěn)定超低k膜的方法，該膜被用作為在超大規(guī)模集成(“ULSI”)線的后端(“BEOL”)布線結(jié)構(gòu)中的層內(nèi)和層間電介質(zhì)，以及用這種方法所形成的電子結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
最近幾年，用于ULSI電路中的電子器件的尺寸不斷縮小，導(dǎo)致BEOL金屬化電阻的增加，以及層內(nèi)和層間電介質(zhì)的電容增加。這種組合效果增加在ULSI電子器件中的信號延遲。為了提高為在ULSI電路的開關(guān)性能，需要低介電常數(shù)(k)絕緣體特別是k值遠小于氧化硅的絕緣體來減小電路。具有低k值的介電材料(即，電介質(zhì))已經(jīng)可以在市場上獲得。例如，一種這樣的材料是聚四氟乙烯(“PTFE”)，其具有2.0的k值。但是，當暴露在超過300～350℃的溫度下時，這些介電材料不是熱穩(wěn)定的。在ULSI芯片中的這些電介質(zhì)需要至少400℃的熱穩(wěn)定性。從而，這些電介質(zhì)在集成過程中是無用的。
已經(jīng)被考慮應(yīng)用于ULSI中的低k材料包括包含Si、C、O的聚合物，例如甲基硅氧烷、甲基硅倍半烷以及其它有機物和無機聚合物。例如，論文(N.Hacker等人的″Properties of new low dielectric constantspin-on silicon oxide based dielectrics.″Mat.Res.Soc.Symp.Proc.476(1997)25)描述了一些滿足熱穩(wěn)定要求的材料，當通過自旋技術(shù)制備薄膜時，其中一些材料在到達集成在互連結(jié)構(gòu)中的厚度時容易傳遞裂紋。另外，其前驅(qū)物材料的成本很高并且不能夠用于大規(guī)模生產(chǎn)。與此相反，大多數(shù)超大規(guī)模集成(″VLSI″)和ULSI芯片的制造步驟通過等離子體增強化學(xué)或物理汽相淀積技術(shù)而執(zhí)行。能夠通過使用容易獲得的處理設(shè)備利用等離子體增強化學(xué)汽相淀積(″PECVD″)來制造低k材料將簡化在制造工藝中材料的集成，減小制造成本，并且產(chǎn)生較少的有害廢物。被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的共同受讓人并且被包含于此以供參考的一個共同未決專利申請(在1998年6月19日遞交的美國專利申請序號No.09/107,567，“Hydrogenated Oxidized Silicon Carbon Material”)描述了一種超低介電常數(shù)材料，其中包含Si、C、O和H原子具有不大于3.6的介電常數(shù)，并且表現(xiàn)出非常低的裂紋傳遞速度。
被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的共同受讓人并且被包含于此以供參考的另一個共同未決申請(在1999年5月16日遞交的美國專利申請序號No.09/320,495，“Multiphase Low Dielectric Constant Material and Methodof Deposition”)描述一種雙相材料，其中包含Si、C、O和H原子，一相主要包括C和H原子，并且具有不大于3.2的介電常數(shù)。應(yīng)當指出，這種材料的介電常數(shù)的繼續(xù)減小將進一步改進包含這種電介質(zhì)的電子器件的性能。
考慮到上文所述，在此還需要開發(fā)一種介電材料，其具有不大于大約2.8的介電常數(shù)并且防止破裂。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種用于制造超低介電常數(shù)材料的方法，該材料具有不大于大約2.8的介電常數(shù)。最好，該超低k材料的介電常數(shù)在大約1.5至大約2.5的范圍內(nèi)，并且最好，該介電常數(shù)在大約2.0至大約2.25的范圍內(nèi)。應(yīng)當指出，除非特別說明，所有介電常數(shù)都是相對于真空的數(shù)值。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于從至少兩種前驅(qū)物的混合物制造包括Si、C、O和H的超低介電常數(shù)材料的方法，其中第一前驅(qū)物選自具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的包括SiCOH成分的分子，第二前驅(qū)物是選自具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子的一種有機分子。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在平行板等離子體增強化學(xué)汽相淀積(″PECVD″)反應(yīng)器中制造超低介電常數(shù)膜的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于用于制造超低介電常數(shù)材料的改進方法，其通過在存在有CO2或CO2和O2的情況下在一個基片上的淀積一層薄膜，從而提高該淀積薄膜的均勻性以及穩(wěn)定在PECVD反應(yīng)器中的等離子體。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于制造用于電子結(jié)構(gòu)中作為在線的后端(back-end-of-the-line″BEOL″)互連結(jié)構(gòu)中的層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的超低介電常數(shù)材料。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有的的內(nèi)部應(yīng)力以及不大于大約2.8的介電常數(shù)的熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)材料。用于超低k材料的介電常數(shù)優(yōu)選在大約1.5至大約2.5的范圍內(nèi)，并且最好，該介電常數(shù)在大約2.0至大約2.25的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種包含絕緣材料層作為在線的后端(″BEOL″)布線結(jié)構(gòu)中的層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，其中至少兩個絕緣材料的層面，包括本發(fā)明的超低介電常數(shù)材料。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種電子結(jié)構(gòu)，其具有本發(fā)明的超低介電常數(shù)材料的層面，作為在線的后端(″BEOL″)布線結(jié)構(gòu)中的層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)，并且進一步包含至少一個電介質(zhì)覆蓋層，作為反應(yīng)離子蝕刻(″RIE″)掩膜拋光停止層或擴散阻擋層。
根據(jù)本發(fā)明，在此提供一種用于制造熱穩(wěn)定介電材料的方法，其具有包括Si、C、O和H原子的基質(zhì)以及原子級的納米孔。一個優(yōu)選實施例中，該介電材料具有基本上由Si、C、O和H所構(gòu)成的基質(zhì)。本發(fā)明進一步提供一種用于制造該介電材料的方法，該方法使包含Si、C、O和H的第一前驅(qū)氣體與包含C、H以及優(yōu)選的O、F和N的至少第二前驅(qū)氣體在等離子體增強化學(xué)汽相淀積(″PECVD″)反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)，而制造該介電材料。本發(fā)明進一步把第一前驅(qū)氣體與CO2混合，或者把第一和第二前驅(qū)氣體CO2和O2相混合，從而穩(wěn)定在PECVD反應(yīng)器中的等離子體，并且提高淀積在該基片上的電介質(zhì)薄膜的均勻度。本發(fā)明還提供一種電子結(jié)構(gòu)(即，基片)，其具有絕緣材料的層面，作為用于線的后端(″BEOL″)布線結(jié)構(gòu)的層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)，其中該絕緣材料可以是本發(fā)明的超低k膜。
在一個優(yōu)選實施例中，在此提供一種用于制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)(超低k)薄膜的方法，其中包括如下步驟提供一個等離子體增強化學(xué)汽相淀積(″PECVD″)反應(yīng)器；把一個電子結(jié)構(gòu)(即，基片)置于該反應(yīng)器中；使包括Si、C、O和H的第一前驅(qū)氣體流到該反應(yīng)器中；使包括C、H以及優(yōu)選的O、F和N的第二前驅(qū)氣體流到該反應(yīng)器中；把超低k膜淀積在該基片上。該淀積步驟可以在具有CO2或CO2和O2的情況下執(zhí)行。最好，第一前驅(qū)物選自具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子，包括SiCOH成分，例如1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(″TMCTS″或″C4H16O4Si4″)。第二前驅(qū)物可以是選自具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子的一種有機分子。特別有用為包含稠環(huán)的種類，至少一種包含雜環(huán)原子，優(yōu)選為氧。在這些種類中，最適合的是包含傳遞的大的環(huán)應(yīng)力的環(huán)形尺寸，即3或4個原子和/或7或更多的原子的環(huán)。特別引人注目的是被稱為草酸雙環(huán)的一類組合物，例如環(huán)戊烯氧化物(″CPO″或″C5H8O″)。
可選地，本發(fā)明的淀積膜可以在不小于大約300℃的溫度下進行至少大約0.25小時的時間段的熱處理。本方法進一步包括提供一個平行板反應(yīng)器的步驟，該平行板反應(yīng)器具有大約300cm2和大約700cm2的基片夾頭的導(dǎo)電面積，以及在該基片和頂部電極之間的間隙在大約1cm和大約10cm之間。高頻RF功率被施加到一個電極，其頻率在大約12MHZ和大約15MHZ之間。可選地，一個附加的低頻功率可以被施加到一個電極。該熱處理步驟可以在不高于大約300℃的溫度下在第一時間周期內(nèi)進行，然后在不低于大約380℃的溫度下在第二時間周期內(nèi)進行。第二時間周期大于第一時間周期。第二時間周期可以至少為大約第一時間周期的10倍。
用于本發(fā)明的超低介電常數(shù)膜的淀積步驟可以進一步包括如下步驟把基片溫度設(shè)置在大約25℃和大約400℃之間；把高頻RF功率密度設(shè)置在大約0.05W/cm2和大約2.0W/cm2之間；把第一前驅(qū)物流率設(shè)置在大約5sccm和大約1000sccm之間；把第二前驅(qū)物的流率設(shè)置在大約5sccm和大約1000sccm之間；把反應(yīng)器氣壓設(shè)置在大約50毫乇和大約5000毫乇之間；以及把高頻RF功率設(shè)置在大約15W和大約500W之間?？蛇x地，可以被添加到等離子體的超低頻功率在大約10W和大約300W之間。當基片夾頭的導(dǎo)電面積被改變因子X時。施加到該基片夾頭的RF功率也改變因子X。
在另一個優(yōu)選實施例中，在此提供一種用于制造超低k膜的方法，其中包括如下步驟提供一個具有等離子體增強的平行板型化學(xué)汽相淀積反應(yīng)器；把一個預(yù)處理晶片置于基片夾頭上，該基片夾頭具有大約300cm2和大約700cm2的導(dǎo)電面積，并且使該晶片和頂部電極之間的間隙在大約1cm和大約10cm之間；使包括環(huán)硅氧烷分子的第一前驅(qū)氣體流入反應(yīng)器；使包括具有包含C、H和O原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有機分子的第二前驅(qū)氣體流過；以及把超低k膜淀積在該晶片上。該淀積步驟可以在存在有CO2或者CO2和O2的情況下執(zhí)行。該處理可以進一步包括在以不低于大約300℃的溫度下在該淀積步驟之后的對該薄膜執(zhí)行至少大約0.25小時的熱處理。該處理可以進一步包括把RF功率施加到該晶片上的步驟。該熱處理步驟可以進一步在不高于大約300℃在的溫度下在第一時間周期內(nèi)執(zhí)行，然后在不低于大約380℃的溫度下在第二時間周期內(nèi)執(zhí)行，第二時間周期大于第一時間周期。第二時間周期可以是至少大約第一時間周期的10倍。
所使用的環(huán)硅氧烷前驅(qū)物可以是四甲基環(huán)四硅氧烷(″TMCTS″)并且該有機前驅(qū)物可以是環(huán)戊烯氧化物(″CPO″)。用于超低k膜的淀積步驟可以進一步包括把晶片溫度設(shè)置在大約25℃和大約400℃之間；把RF功率密度設(shè)置在大約0.05W/cm2和大約2.0W/cm2之間；把環(huán)硅氧烷的流率設(shè)置在大約5sccm和大約1000sccm之間；把有機前驅(qū)物的流率設(shè)置在大約5sccm和大約1000sccm之間；以及把反應(yīng)器氣壓設(shè)置在大約50毫乇和大約5000毫乇之間。另外，該淀積步驟可以進一步包括把環(huán)戊烯氧化物與四甲基環(huán)四硅氧烷的流率比值設(shè)置在大約0.1和大約0.7之間，最好在0.2和0.4之間?；瑠A頭的導(dǎo)電面積可以被改變因子X，這導(dǎo)致RF功率改變相同的因子X。
在另一個優(yōu)選實施例中，在此提供一種用于制造熱穩(wěn)定超低k電介質(zhì)膜的方法，其中包括如下步驟提供一種等離子體增強的平行板型化學(xué)汽相淀積反應(yīng)器；把一個晶片置于基片夾頭上，該基片夾頭具有在大約300cm2和大約700cm2之間的導(dǎo)電面積，并且使該晶片和頂部電極之間的間隙保持大約1cm和大約10cm之間；使環(huán)硅氧烷與環(huán)狀有機分子的前驅(qū)氣體混合物流到反應(yīng)器中在晶片上方，其保持在室溫和大約400℃之間，最好在大約60℃和大約200℃之間，總流率在大約25sccm和大約500sccm之間，并且保持反應(yīng)器氣壓在大約100毫乇和大約5000毫乇之間；在大約0.25W/cm2和大約0.8W/cm2的RF功率密度下把一個電介質(zhì)薄膜淀積在該晶片上；以及在不小于大約300℃的溫度下對超低k膜進行至少大約0.25小時的退火。該淀積可以在存在有CO2或者CO2和O2的情況下進行。本發(fā)明的方法可以進一步包括如下步驟在不高于大約300℃的溫度下在第一時間周期內(nèi)對該薄膜進行退火，然后在不低于大約380℃的溫度下在第二時間周期內(nèi)對該薄膜進行退火，其中第二時間周期大于第一時間周期。第二時間周期可以被設(shè)置為至少大約第一時間周期的10倍。環(huán)硅氧烷前驅(qū)物可以是四甲基環(huán)四硅氧烷(″TMCTS″)，并且該環(huán)狀有機前驅(qū)物可以是環(huán)戊烯氧化物(″CPO″)。
本發(fā)明進一步涉及一種電子結(jié)構(gòu)，其具有絕緣材料層作為在線的后端(″BEOL″)互連體中的層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)，其中包括一個預(yù)處理半導(dǎo)體基片，其具有嵌入在第一絕緣材料層中的第一金屬區(qū)域、嵌入在本發(fā)明的超低k電介質(zhì)的第二絕緣材料層中的第一導(dǎo)體區(qū)域，該超低k電介質(zhì)包括Si、C、O和H以及多個納米尺寸孔，并且具有不大于大約2.8的介電常數(shù)，第二絕緣材料層緊密接觸第一絕緣材料層，第一導(dǎo)體區(qū)域電連接第一金屬區(qū)域，以及第二導(dǎo)體區(qū)電連接第一導(dǎo)體區(qū)域，并且被嵌入在包括超低k電介質(zhì)的第三絕緣材料層中，第三絕緣材料層緊密接觸第二絕緣材料層。該電子結(jié)構(gòu)進一步包括位于第二絕緣材料層和第三絕緣材料層之間的電介質(zhì)覆蓋層。該電子結(jié)構(gòu)可以進一步包括在第二絕緣材料層和第三絕緣材料層之間的應(yīng)第一電介質(zhì)覆蓋層，以及在第三絕緣材料層上方的第二電介質(zhì)覆蓋層。
該電介質(zhì)覆蓋材料可以選自氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、難熔金屬硅氮化物(在此該難熔金屬選自Ta、Zr、Hf和W)、碳化硅、碳摻雜氧化物或SiCOH以及它們的氫化物。第一和第二電介質(zhì)覆蓋層可以選自相同組的介電材料。第一絕緣材料層可以是氧化硅或氮化硅或這些材料的摻雜品種，例如磷硅酸鹽玻璃(″PSG″)或磷硅酸鹽玻璃(″BPSG″)。該電子結(jié)構(gòu)可以進一步包括淀積在至少一個第二和第三絕緣材料層上的介電材料的擴散阻擋層。該電子結(jié)構(gòu)可以進一步包括在第二絕緣材料層上方的電介質(zhì)，其作為反應(yīng)離子蝕刻(″RIE″)硬膜和拋光停止層以及在該電介質(zhì)RIE硬膜上方的擴散阻擋層和拋光停止層。該電子結(jié)構(gòu)可以進一步包括在第二絕緣材料層上方的第一電介質(zhì)RIE硬膜/拋光停止層、在第一電介質(zhì)拋光停止層上方的第一電介質(zhì)RIE硬膜/擴散阻擋層、在第三絕緣材料層上方的第二電介質(zhì)RIE硬膜/拋光停止層、以及在第二電介質(zhì)拋光停止層上方的第二電介質(zhì)擴散阻擋層。該電子結(jié)構(gòu)可以進一步包括與上文所述相目同材料的電介質(zhì)覆蓋層，其在超低k電介質(zhì)的層間電介質(zhì)和超低k電介質(zhì)的層內(nèi)電介質(zhì)之間。


從下文的詳細描述和附圖中本發(fā)明的上述目的、特點和優(yōu)點將變得更加清楚，其中圖1示出作為用于第二前驅(qū)物的優(yōu)選組合物的二環(huán)醚也稱為草酸雙環(huán)的一般電子結(jié)構(gòu)。在該一般示意圖中，該組合物包括兩個環(huán)，其中一個環(huán)包含一個氧原子。每個環(huán)的尺寸由在每個環(huán)中的重復(fù)亞甲基的數(shù)目m和n所決定。在一個優(yōu)選的環(huán)戊烯氧化物的情況中，m＝0和n＝2。
圖2示出作為用于第二前驅(qū)物的優(yōu)選組合物的不飽和二環(huán)醚的也稱為不飽和氧雜二環(huán)類的一般電子結(jié)構(gòu)。在該一般示意圖中，該組合物包括兩個環(huán)，其中一個環(huán)包含一個氧原子。每個環(huán)的尺寸由在每個環(huán)中的重復(fù)亞甲基的數(shù)目l、m和n所決定。不飽和鍵的位置由m和n決定。在9-氧雜二環(huán)[6.1.0]壬-4-烯的例子中，l＝0、m＝2和n＝2。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的平行板化學(xué)汽相淀積反應(yīng)器的截面視圖。
圖4示出從由四甲基環(huán)四硅氧烷(″TMCTS″)和He的混合物淀積的SiCOH膜獲得的傅里葉變換紅外(″FTIR″)頻譜。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明從TMCTS+He和環(huán)戊烯氧化物的混合物淀積的本發(fā)明的超低k材料而獲得的FTIR頻譜。
圖6示出具有根據(jù)本發(fā)明的超低k材料的層間介電層和層間電介質(zhì)的電子器件的放大截面視圖。
圖7示出具有在根據(jù)本發(fā)明的超低k材料上方的附加擴散阻擋層電介質(zhì)覆蓋層的圖2的電子結(jié)構(gòu)的放大截面視圖。
圖8示出具有在根據(jù)本發(fā)明的拋光停止層上方的附加RIE硬膜/拋光停止電介質(zhì)覆蓋層和電介質(zhì)覆蓋擴散阻擋層的圖3的電子結(jié)構(gòu)的放大截面視圖。
圖9示出具有在根據(jù)本發(fā)明的超低k材料上方的附加RIE硬膜/拋光停止電介質(zhì)覆蓋層的圖4的電子結(jié)構(gòu)的放大截面視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明公開一種用于在平行板等離子體增強化學(xué)汽相淀積(″PECVD″(反應(yīng)器中制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)膜的方法。在該優(yōu)選實施例中公開的材料包含氫化氧化硅碳材料(SiCOH)，其中包括在一個共價鍵合網(wǎng)絡(luò)中的Si、C、O和H并且具有不大于大約2.8的介電常數(shù)，其可以進一步包含分子級的空穴，其直徑大約為0.5至20納米，進一步把該介電常數(shù)減小到低于大約2.0的數(shù)值。最好，用于超低k膜的介電常數(shù)在大約).5至大約2.5的范圍內(nèi)，并且最好該介電常數(shù)在大約2.0至大約2.25的范圍內(nèi)。為了產(chǎn)生一個超低k熱穩(wěn)定膜，需要具有特定生長條件的特定幾何形狀的淀積反應(yīng)器。例如，在平行板反應(yīng)器中，基片夾頭的導(dǎo)電面積應(yīng)當在大約300cm2和大約700cm2之間，該基片和頂部電極之間的間隙在大約1cm和大約10cm之間。RF功率被施加到該基片上。根據(jù)本發(fā)明，超低介電常數(shù)膜由例如TMCTS這樣的環(huán)硅氧烷前驅(qū)物與作為選自選自具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子例如環(huán)戊烯氧化物的有機分子的第二前驅(qū)物的混合物，在特定結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器中，在特定的條件下而形成。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，超低介電常數(shù)膜可以在存在CO2或CO2和O2的情況下形成。本發(fā)明的低介電常數(shù)膜可以進一步在不小于大約300℃的溫度下進行至少大約0.25小時的熱處理，以減小該介電常數(shù)。在該熱處理步驟過程中，從包含碳和氫以及可選的氧原子的第二前驅(qū)氣體(或氣體混合物)可能被熱分解，并且可能被轉(zhuǎn)換為較小的分子，其中該薄膜釋放出來。可選地，隨著分子碎片的轉(zhuǎn)換和釋放處理，可能在該薄膜中出現(xiàn)空穴的進一步形成。因此該薄膜的密度降低。
本發(fā)明提供一種用于制備具有超低介電常數(shù)的材料，即低于大約2.8，其適合于集成在BEOL布線結(jié)構(gòu)中。最好，用于本發(fā)明的超低k膜的介電常數(shù)在大約1.5至大約2.5的范圍內(nèi)，最好在大約2.0至大約2.25的范圍內(nèi)。本發(fā)明的薄膜可以通過選擇至少兩個適當?shù)慕殡姵?shù)和下文所述的處理參數(shù)的特定組合而制備。最好，第一前驅(qū)物選自具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子，包括SiCOH組合物，例如，1，3，5，7四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS或C4H16O4Si4)或八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS或C8H24O4Si4)。更加一般來說，第一前驅(qū)物是環(huán)烷基硅氧烷一類，包括以交替的方式鍵合的相當數(shù)目的Si和O，烷基(例如甲基、乙基、丙基或較高或分支的類似物，以及環(huán)碳氫化合物，例如環(huán)丙基、環(huán)戊基、環(huán)己基以及較高類似物)被共價鍵合到至少一個硅原子，包括所有硅原子具有兩個附著的烷基的情況。這種烷基可以相類似或不類似。另外，這種環(huán)硅氧烷的硅原子可以鍵合到氫，在這種情況中這些組合物可以被部分地認為是烷基氫化硅氧烷。
第二前驅(qū)物可以選自包含C、H和O以及包含至少一個環(huán)的有機分子，其具有適當?shù)膿]發(fā)性，可以通過操縱溫度和氣壓使得它們被作為蒸汽導(dǎo)入到淀積反應(yīng)器。另外，例如N、S、Si或鹵素這樣的其它原子可以包含在該前驅(qū)物分子中。特別有用的是包含稠環(huán)的種類，其中至少一個包含雜環(huán)原子，最好為氧。在這些種類中，最適合的是包含傳遞相當大的環(huán)應(yīng)力的大小的環(huán)，即3或4個原子和/或7或更多原子的環(huán)。特別有引人注意的是被稱為草酸雙環(huán)的一類組合物。在這些可用的例子中的是6-氧雜二環(huán)[3.1.0]己烷或環(huán)戊烯氧化物(bp＝102℃在760毫米汞柱下)；7-氧雜二環(huán)[4.1.0]庚烷或環(huán)己烯氧化物(bp＝129℃在760毫米汞柱下)；9-氧雜二環(huán)[6.1.0]壬烷或環(huán)辛烯氧化物(bp＝55℃在5毫米汞柱下)；以及7-氧雜二環(huán)[2.2.1]庚烷或1，4-環(huán)氧環(huán)己烷(bp＝119℃在713毫米汞柱下)。更加一般來說，可以適當?shù)目紤]符合圖1中所示的公式的種類。
另外，第二前驅(qū)物可能具有一些程度的不飽和，例如在9-氧雜二環(huán)[6.1.0]non-4-ene中(bp＝195℃在760毫米汞柱下)，或者在圖2中所示的一般結(jié)構(gòu)的組合物中。另外，第二前驅(qū)物可以具有其它功能，包括但不限于酮、乙醛、胺、酰胺、酰亞胺、醚、酯、酐、碳酸鹽、硫醇、硫醚等等，例如在7-氧雜二環(huán)[4.1.0]庚-2-酮(bp＝77℃在15毫米汞柱下)和3-氧雜二環(huán)[3.1.0]己烷-2，4-二酮(bp 100℃在5毫米汞柱下)。另外，第一前驅(qū)物可以進一步與作為運載氣體的CO2相混合，或者第一和第二前驅(qū)氣體可以與CO2或CO2和O2的混合物在PECVD反應(yīng)器中混合。把CO2作為運載氣體添加到第一前驅(qū)物中，或者把CO2或CO2和O2的混合物添加到PECVD反應(yīng)器中的第一和第二前驅(qū)物對在PECVD反應(yīng)器中的等離子體提供穩(wěn)定的效果，并且提高淀積在該基片上的薄膜的均勻性。當CO2與第一和第二前驅(qū)物相混合時，CO2的量可以在從大約25sccm到大約1000sccm的范圍內(nèi)，最好從大約50sccm到大約500sccm的范圍內(nèi)。當CO2和O2的混合物與第一和第二前驅(qū)物相混合時，被混合的CO2的量可以在從大約25sccm到大約1000sccm的范圍內(nèi)，并且被混合的O2的量可以在從大約0.5sccm到50sccm的范圍內(nèi)。最好，CO2的量在從大約50sccm到大約500sccm的范圍內(nèi)，并且O2的量在從大約1sccm到大約30sccm的范圍內(nèi)。
如圖3中所示，平行板等離子體增強化學(xué)汽相淀積(″PECVD)反應(yīng)器10是用于處理200mm基片的類型。反應(yīng)器10的內(nèi)徑X大約為13英寸，并且其高度Y大約為8.5英寸。基片夾頭12的直徑大約為10.8英寸。反應(yīng)氣體被通過與基片夾頭12大約相距1英寸的間距Z的氣體分配板(″GDP″)16導(dǎo)入到反應(yīng)器10，并且通過3英寸的排氣端口18排出到反應(yīng)器10的外部。RF電源20連接到GDP16，其與反應(yīng)器10電絕緣，并且基片夾頭12接地。為了實用的目的，該反應(yīng)器的所有其他部件被接地。在一個不同的實施例中，RF電源20可以連接到基片夾頭12，并且傳送到基片22。在這種情況中，基片獲得負偏壓，其數(shù)值取決于反應(yīng)器的幾何形狀和等離子體參數(shù)。在另一個實施例中，可以使用一個以上的電源。例如，兩個電源可以工作在相同的RF頻率。兩個電源可以都連接到相同的電極或連接到不同的電極。在另一個實施例中，RF電源可以在淀積過程中脈沖開啟或關(guān)閉。在淀積低k膜的過程中所控制的處理變量是RF功率、前驅(qū)混合物和流率、在反應(yīng)器中的氣壓以及基片溫度。反應(yīng)器10的表面24可以涂有絕緣涂層材料。例如，一種特定類型的涂料被施加到反應(yīng)器壁面24，達到幾個密爾的厚度?？梢杂糜诨瑠A頭12上的另一種涂層材料是氧化鋁或?qū)ρ醯入x子體的蝕刻具有的抵抗力的其他絕緣體的薄涂層。被加熱的晶片夾頭的溫度控制該基片溫度。
根據(jù)本發(fā)明，適當?shù)牡谝缓偷诙膀?qū)物以及在上文所述的處理參數(shù)的特定組合被使用，使得所制備的本發(fā)明的超低k材料最好包括在大約5和大約40原子百分比之間的Si；在大約5和大約45原子百分比之間的C；在0和大約50原子百分比之間的O；以及在大約10和大約55原子百分比之間的H。
在用于一個薄膜的淀積處理過程中所控制的主要處理變量是RF功率、前驅(qū)物的流率、CO2的流率、CO2和O2的流率、反應(yīng)器氣壓以及基片溫度。在下文提供的是根據(jù)本發(fā)明利用第一前驅(qū)物四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)和第二前驅(qū)物環(huán)戊烯氧化物(″CPO″)淀積薄膜，以及在存在有CO2或CO2和O2的情況中薄膜的淀積的幾個例子。在例子1-2中，TMCTS前驅(qū)物蒸汽被通過使用He作為運載氣體傳送到反應(yīng)器，并且在例子3中，TMCTS每一種液體傳送系統(tǒng)所傳送。在例子5-7中，TMCTS前驅(qū)物蒸汽被通過使用CO2作為運載氣體傳送到反應(yīng)器，并且在例子8中，TMCTS被通過一種液體傳送系統(tǒng)所傳送?？蛇x地，在淀積之后該薄膜被在400℃的溫度下進行熱處理，以減小k值。
應(yīng)當強調(diào)，根據(jù)本發(fā)明的制造方法僅僅可以通過具有特定的幾何形狀的淀積反應(yīng)器在唯一確定的生長溫度下而實現(xiàn)。當不同幾何形狀的反應(yīng)器在確定的生長的條件下被使用，則所產(chǎn)生的薄膜可能不能夠獲得超低介電常數(shù)。例如，根據(jù)本發(fā)明的平行板反應(yīng)器應(yīng)當具有在大約300cm2和大約700cm2之間的基片夾頭，并且最好在大約500cm2和大約600cm2之間。該基片和氣體分配板(或頂部電極)之間的間隙在大約1cm和大約10cm之間，并且最好在大約1.5和大約7cm之間。RF功率被施加到其中一個電極上，其頻率在大約12MHZ和大約15MHZ之間，并且最好在大約13.56MHZ。一個低于1MHz的低頻功率可以可選地施加在與RF功率相同的電極上，或者以0至0.3W/cm2的功率密度施加到相反的電極上。
所利用的淀積條件對于成功地實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的淀積處理來說是關(guān)鍵的。例如，采用在大約25℃和大約325℃之間，最好是在大約60℃和大約200℃之間的基片溫度。采用在大約0.05W/cm2和大約1.0W/cm2之間的，最好在大約0.25W/cm2和大約0.8W/cm2之間的RF功率密度。采用在大約5sccm和大約1000sccm之間的，最好在大約25sccm和大約200sccm之間的TMCTS的反應(yīng)氣體流率。采用在大約5sccm和大約1000sccm之間的，最好在大約10sccm和大約120sccm之間的CPO的反應(yīng)氣體流率。以CO2作為運載氣體的TMCTS-CO2的總反應(yīng)氣體流率從大約25sccm至大約1000sccm，對于CO2和O2混合物的流率分別為對于CO2是從大約25sccm至1000sccm，對于O2是從大約0.5sccm至大約50sccm，并且對于CO2的流率為從大約15sccm至大約1000sccm。以CO2作為運載氣體的TMCTS-CO2的總反應(yīng)氣體流率最好從大約50sccm至500sccm，對于CO2和O2混合物的流率最好分別為對于CO2是從大約50sccm至500sccm，對于OZ是從大約1sccm至大約30sccm，并且對于CO2的流率最好為從大約50sccm至大約500sccm。在該淀積處理過程中反應(yīng)器的氣壓在大約50毫乇和大約5000毫乇之間，并且最好在大約100毫乇和大約3000毫乇之間。
應(yīng)當指出，把基片夾頭的面積改變因子X，即，在大約300cm2和大約700cm2之間的范圍內(nèi)改變的數(shù)值，將導(dǎo)致RF功率從以前指定的數(shù)值改變一個因子X。類似的，相對于以前指定的數(shù)值把基片夾頭的面積改變因子Y，并且把氣體分配板和基片夾頭之間的間隙改變因子Z將與相對于以前指定的數(shù)值把氣體流率改變因子YZ相關(guān)聯(lián)。如果使用多狀態(tài)淀積反應(yīng)器，則基片面積參照每個基片夾頭，并且氣體流率參照一個淀積臺。相應(yīng)地，到該反應(yīng)器的總流率和總功率輸入是在該反應(yīng)器內(nèi)的淀積臺的總數(shù)的倍數(shù)。
在進一步集成處理之前，淀積膜被穩(wěn)定化?？梢栽谝粋€熔爐退火步驟中，在大約300℃至大約400℃的溫度下執(zhí)行大約0.5小時和大約4小時的穩(wěn)定處理。該穩(wěn)定處理還可以在快速熱退火處理中在大約300℃以上的溫度執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明所獲得的薄膜的介電常數(shù)低于大約2.8。根據(jù)本發(fā)明所獲得的包括的熱穩(wěn)定性在非氧化環(huán)境中至少達到大約400℃的溫度。
根據(jù)本發(fā)明所形成的電子器件在圖6-9中示出。應(yīng)當指出，圖6-9中所示的器件僅僅是根據(jù)本發(fā)明的例子，根據(jù)本發(fā)明還可以形成無數(shù)其他器件。
圖6示出形成在一個硅基片32上的電子器件30。在硅基片32的上方，形成絕緣材料層34，其中嵌入有第一金屬區(qū)域36。在第一金屬區(qū)域36上執(zhí)行化學(xué)機械拋光(″CMP″)之后，例如超低k膜38這樣的薄膜被淀積在第一絕緣材料層34和第一金屬區(qū)域36上。第一絕緣材料層34可以適用于由氧化硅、氮化硅、這些材料的摻雜物、或者任何其它適當?shù)慕^緣材料。通過光刻處理而對超低k膜38進行構(gòu)圖，并且在其中淀積導(dǎo)體層40。在對第一導(dǎo)體層40執(zhí)行CMP處理之后，通過等離子體增強化學(xué)汽相淀積(″PECVD″)處理淀積第二超低k膜層44，覆蓋第一超低k膜38和第一導(dǎo)體層40。導(dǎo)體層40可以由金屬導(dǎo)電材料和非金屬導(dǎo)電材料所淀積。例如，可以采用鋁或銅這樣的金屬材料或者氮化物或多晶硅這樣的非金屬導(dǎo)電材料。第一導(dǎo)體40電連接第一金屬區(qū)域36。
在第二超低k膜44中進行光刻處理之后，隨后接著第二導(dǎo)體材料的淀積處理，形成第二導(dǎo)體區(qū)50。第二導(dǎo)體50還由金屬材料或非金屬材料所淀積，則類似于在淀積第一導(dǎo)體層40中所用的情況。第二導(dǎo)體區(qū)50與第一導(dǎo)體區(qū)域40電連接，并且嵌入在第二超低k絕緣體層44中。
第二超低k膜層緊密接觸第一絕緣材料層38。在該具體例子中，作為根據(jù)本發(fā)明的超低k材料的第一絕緣材料層38被用作為層內(nèi)絕緣材料，并且第二絕緣材料層，即超低k膜44作為層內(nèi)和層間電介質(zhì)。根據(jù)超低k膜的介電常數(shù)，可以通過第一絕緣層38和第二絕緣層44獲得較高的絕緣性能。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的電子器件60，這類似于圖6中所示的電子器件30，但是具有淀積在第一絕緣材料層38和第二絕緣材料層44之間的附加電介質(zhì)覆蓋層62。電介質(zhì)覆蓋層62可以適當?shù)赜衫缪趸?、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、碳氧化?SiCO)、改進的超低k和它們的氫化物這樣的材料以及難熔金屬硅氮化物所形成，其中難熔金屬選自Ta、Zr、Hf和W。電介質(zhì)覆蓋層62作為擴散阻擋層，用于防止第一導(dǎo)體層40擴散到第二絕緣材料層44或擴散到下層，特別是防止擴散到層面34和32。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明的電子器件70的另一個實施例。在電子器件70中，使用兩個附加電介質(zhì)覆蓋層72和74作為RIE掩膜和CMP(化學(xué)機械拋光)拋光停止層。第一電介質(zhì)覆蓋層72被淀積在第一絕緣材料層38之上。電介質(zhì)層72的功能是提供用于在平面化第一導(dǎo)體層40中所用的CMP處理的一個結(jié)束點。拋光停止層72可以由例如氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、碳氧化硅(SiCO)、改進的超低k和它們的氫化物這樣的適當介電材料以及難熔金屬硅氮化物所淀積，其中難熔金屬選自Ta、Zr、Hf和W。電介質(zhì)層72的上表面在第一導(dǎo)體層40相同的水平面上。為了相同的目的第二電介質(zhì)74可以添加在第二絕緣材料層44的上方。
圖9示出根據(jù)本發(fā)明的電子器件80的另一個實施例。在該實施例中，一個附加的電介質(zhì)層82被淀積，因此把第二絕緣材料層44分為兩個分離層面84和86。因此，如圖8中所示，層內(nèi)和層間電介質(zhì)44在互連體92和互連體94的邊界處被分為層間電介質(zhì)層84和層間介電層86，如圖9中所示。一個附加的擴散阻擋層96進一步淀積在電介質(zhì)層74的上方。由電子結(jié)構(gòu)80的替換實施例提供額外優(yōu)點是電介質(zhì)層82作為提供良好的互連體深度控制的RIE蝕刻停止層。
下文的例子示出根據(jù)本發(fā)明的超低k電介質(zhì)膜的制造方法，以及表明可以從中所獲得的優(yōu)點例子1在本例中，根據(jù)圖3，首先通過把晶片經(jīng)過狹縫閥門14導(dǎo)入到反應(yīng)器10并且通過氬氣預(yù)先蝕刻該晶片而準備一個晶片。在該晶片準備處理中，晶片溫度被設(shè)置為大約180℃，并且氬氣流率大約為25sccm，以獲得大約100毫乇的氣壓。然后，把RF電源調(diào)整到大約125W持續(xù)大約60秒。然后關(guān)閉RF電源和氬氣流。
使用He氣作為運載氣體把TMCTS前驅(qū)物運載到反應(yīng)器；He在到達TMCTS容器的入口處具有大約5psig(磅/英寸表壓)的氣壓。首先通過建立具有所需流率和氣壓的TMCTS+He和CPO氣流而淀積根據(jù)本發(fā)明的超低k膜，即TMCTS+He大約為20sccm以及CPO大約為6sccm以及氣壓大約為100毫乇。然后，把RF電源調(diào)整到大約15W，持續(xù)大約50分鐘的時間周期。然后關(guān)閉RF電源和氣流。接著從反應(yīng)器10上取出晶片。
為了減小淀積膜的介電常數(shù)并且進一步提高它們的熱穩(wěn)定性，即，使它們在300℃以上的溫度保持穩(wěn)定，該薄膜被后退火，以蒸發(fā)揮發(fā)性內(nèi)容并且在尺寸上穩(wěn)定該薄膜?？梢酝ㄟ^如下步驟在退火熔爐中執(zhí)行后退火處理。首先用氮氣以大約10升/分的流率凈化該熔爐大約5分鐘(在裝載臺上具有該薄膜樣本)。然后該薄膜樣本被傳送到熔爐反應(yīng)器以大約5℃/分鐘的加熱速度開始把該薄膜加熱到大約280℃，在大約280℃保持大約5分鐘，以大約5℃/分鐘的第二加熱速度加熱到大約400℃，在大約400℃保持大約4小時，使該熔爐關(guān)閉，并且使該薄膜樣本冷卻到低于大約100℃的溫度。適當?shù)牡谝槐３譁囟瓤梢栽诖蠹s280℃和大約300℃之間，并且適當?shù)牡诙３譁囟瓤梢栽诖蠹s300℃和大約400℃之間。
現(xiàn)在參照圖4和5討論第一實施例的結(jié)果。圖4表示一種典型的SiCOH薄膜的傅里葉變換紅外(″FTIR″)頻譜。該頻譜顯示一個強的Si-O吸收帶在大約1000-1100cm-1，一個Si-CH3吸收峰值在大約1275cm-1，一個Si-H吸收帶在大約2150-2250cm-1，一個C-H吸收峰值在大約2900-3000cm-1。與SiCOH膜的SiO峰值相比，CH、SiH和SiCH3峰值在下文所示的表1中示出。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明(TMCTS+He)+CPO的混合物制備的一種超低k膜所獲得的FTIR頻譜。與圖4中相同，該頻譜顯示Si-O、Si-CH3和C-H吸收峰值。但是，Si-H在大約2900-3000cm-1失去的C-H吸收帶的強度對于超低k膜來說比對于圖4中所示的SiCOH膜更強。CH的相對強度以及與用于該薄膜的SiO峰值相比的SiCH3峰值也在表1中示出。如具體在表1中所示，超低k膜的C-H峰值的集成面積為Si-CH3峰值的40％，并且它僅僅為在SiCOH膜中的Si-CH3峰值的2％。這清楚地表明除了SiCOH相之外，超低k膜包含大量的第二CHX(碳氫化合物)相。超低k膜的FTIR頻譜的另一個特征是把Si-O峰值分離為在大約1139cm-1處和大約1056cm-1的兩個峰值，具體如圖5中所示。
表1FTIR吸收峰值的相對集成強度

例子2在本例中，如例子1中所示準備一個晶片，但是該晶片溫度被設(shè)置在大約300℃。然后使用He作為運載氣體把TMCTS前驅(qū)物傳送到反應(yīng)器；He在到達TMCTS容器的入口處具有大約5psig(磅/英寸表壓)的氣壓。首先通過建立具有所需流率和氣壓的TMCTS+He和CPO氣流而淀積根據(jù)本發(fā)明的超低k膜，即TMCTS+He大約為150sccm以及CPO大約為50sccm以及氣壓大約為2000毫乇。然后，把RF電源調(diào)整到大約150W，持續(xù)大約10分鐘的時間周期。然后關(guān)閉RF電源和氣流。接著從反應(yīng)器10上取出晶片并且如例子1中所述進行退火。
例子3在本例中，使用包含6個淀積臺的反應(yīng)器。該晶片夾頭的溫度被設(shè)置為大約350℃。使用液體傳送系統(tǒng)把TMCTS前驅(qū)物以大約5毫升/分鐘的流率傳送到反應(yīng)器，并且CPO以大約900sccm的流率流動，該氣壓被穩(wěn)定在大約3000毫乇。大約600W的總RF功率和大約300W的低頻功率被施加到反應(yīng)器。對每個臺上的晶片執(zhí)行超低k膜淀積，在預(yù)定時間間隔之后該晶片移動到下一個臺。在通過最后的淀積臺之后，從該反應(yīng)器取出該晶片、并且如例子1中所述執(zhí)行退火。
在上述例子中，以連續(xù)的方式操作等離子體。在下文所述的例子4中，以脈沖的方式操作等離子體。
例子4在本例中，在類似于例子1中所述的條件下執(zhí)行淀積，但是以脈沖的方式操作等離子體，即具有大約50％的占空周期以及大約50毫秒至大約100毫秒的等離子體導(dǎo)通時間。在從反應(yīng)器10除去該晶片之后，具有淀積膜的晶片被退火，如例子1所述。
如上述例子中所述，被制備的薄膜具有在大約2.0至大約2.25的范圍內(nèi)的介電常數(shù)。
例子5在本例中，根據(jù)圖3，首先通過把該晶片經(jīng)過一個狹縫閥門14導(dǎo)入到反應(yīng)器10并且通過用氬氣預(yù)先蝕刻該晶片而制備一個晶片。在該晶片準備處理中，晶片溫度被設(shè)置為大約180℃，并且氬氣流率被設(shè)置為大約25sccm，以獲得大約100毫乇的氣壓。然后把RF電源調(diào)整到大約125W持續(xù)大約60秒。然后切斷RF電源和氬氣流。
使用CO2作為運載氣體把TMCTS前驅(qū)物傳送到反應(yīng)器；CO2在到達TMCTS容器的入口處具有大約5psig(磅/英寸表壓)的氣壓。首先通過建立具有所需流率和氣壓的TMCTS+CO2和CPO氣流而淀積根據(jù)本發(fā)明的超低k膜，即TMCTS+CO2大約為20sccm以及CPO大約為10sccm以及氣壓大約為100毫乇。然后，把RF電源調(diào)整到大約15W，持續(xù)大約50分鐘的時間周期。然后關(guān)閉RF電源和氣流。接著從反應(yīng)器10上取出晶片。
為了減小淀積膜的介電常數(shù)并且進一步提高它們的熱穩(wěn)定性，即，使它們在300℃以上的溫度保持穩(wěn)定，該薄膜被后退火，以蒸發(fā)揮發(fā)性內(nèi)容并且在尺寸上穩(wěn)定該薄膜?？梢酝ㄟ^如下步驟在退火熔爐中執(zhí)行后退火處理。首先用氮氣以大約10升/分的流率凈化該熔爐大約5分鐘(在裝載臺上具有該薄膜樣本)。然后該薄膜樣本被傳送到熔爐反應(yīng)器以大約5℃/分鐘的加熱速度開始把該薄膜加熱到大約280℃，在大約280℃保持大約5分鐘，以大約5℃/分鐘的第二加熱速度加熱到大約400℃，在大約400℃保持大約4小時，使該熔爐關(guān)閉，并且使該薄膜樣本冷卻到低于大約100℃的溫度。適當?shù)牡谝槐３譁囟瓤梢栽诖蠹s280℃和大約300℃之間，并且適當?shù)牡诙３譁囟瓤梢栽诖蠹s300℃和大約400℃之間。
例子6在本例中，如例子5中所示準備一個晶片，但是該晶片溫度被設(shè)置在大約300℃。然后使用CO2作為運載氣體把TMCTS前驅(qū)物傳送到反應(yīng)器；CO2在到達TMCTS容器的入口處具有大約5psig(磅/英寸表壓)的氣壓。首先通過建立具有所需流率和氣壓的TMCTS+CO2和CPO氣流而淀積根據(jù)本發(fā)明的超低k膜，即TMCTS+CO2大約為150sccm以及CPO大約為75sccm以及氣壓大約為2000毫乇。然后，把RF電源調(diào)整到大約150W，持續(xù)大約10分鐘的時間周期。然后關(guān)閉RF電源和氣流。接著從反應(yīng)器10上取出晶片并且如例子5中所述進行退火。
在上述例子中，以連續(xù)的方式操作等離子體。在下文所述的例子7中，以脈沖的方式操作等離子體。
例子7在本例中，在類似于例子5的條件下執(zhí)行淀積，但是以脈沖的方式操作等離子體，即具有大約50％的占空周期以及大約50毫秒至大約100毫秒的等離子體導(dǎo)通時間。在從反應(yīng)器10除去該晶片之后，具有淀積膜的晶片被退火，如例子5所述。
例子8在本例中，使用包含6個淀積臺的反應(yīng)器。該晶片夾頭的溫度被設(shè)置為大約350℃。使用液體傳送系統(tǒng)把TMCTS前驅(qū)物以大約5毫升/分鐘的流率傳送到反應(yīng)器，并且CPO以大約250sccm的流率流動，該氣壓被穩(wěn)定在大約4000毫乇。大約5000sccm流率的CO2和大約250sccm流率的O2與TMCTS和CPO的氣體混合物在反應(yīng)器中混合。添加CO2和O2的混合物穩(wěn)定該等離子體并且提高薄膜均勻度。大約600的總高頻RF功率和大約300W的低頻RF功率被施加到該反應(yīng)器。在具有該晶片的每個臺處的晶片上執(zhí)行超低k膜淀積，在預(yù)定時間間隔之后該晶片移動到下一個臺。在傳送到最后的淀積臺之后該晶片被從該反應(yīng)器取出，并且該晶片可以被進一步可選地退火，如具體在上文的例子5中所述。
快速熱退火(″RTA″)處理還可以被用于穩(wěn)定超低k膜。根據(jù)本發(fā)明所獲得的薄膜的特征在于介電常數(shù)k小于大約2.8，并且是熱穩(wěn)定的，用于集成在線的后端(″BEOL″)互連體結(jié)構(gòu)中，其被正常地在高達大約400℃的溫度下進行處理。因此本發(fā)明的思想可以容易地用于產(chǎn)生薄膜，作為在用于邏輯和存儲器件的線的后端處理中的層內(nèi)和層間電介質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明所形成的方法和電子結(jié)構(gòu)已經(jīng)完整地在上文和圖1-9的附圖中說明。應(yīng)當強調(diào)，圖6-9中所示的電子結(jié)構(gòu)僅僅用于說明可以應(yīng)用于制造無數(shù)的電子器件的本發(fā)明的方法。
盡管本發(fā)明已經(jīng)用示意的方式進行描述，但是應(yīng)當知道在此所用的術(shù)語是描述性的而非限制性的。
另外，盡管本發(fā)明已經(jīng)參照優(yōu)選實施例和幾個替換實施例進行具體的描述，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當知道容易把這些思想應(yīng)用于本發(fā)明的其他可能的變型，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)膜的方法包括如下步驟提供一個等離子體增強化學(xué)汽相淀積(PECVD)反應(yīng)器；把一個基片放置在所述PECVD反應(yīng)器中；把包括環(huán)硅氧烷分子的第一前驅(qū)氣體流到所述PECVD反應(yīng)器中；把至少包括具有C、H和O原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有機分子的第二前驅(qū)氣體流到所述PECVD反應(yīng)器中；在所述基片上淀積包括Si、C、O和H以及多個納米尺寸孔的薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法進一步包括如下步驟混合所述第一前驅(qū)氣體與惰性運載氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述PECVD反應(yīng)器是平行板型反應(yīng)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在淀積之后在不小于大約300℃的溫度下，對所述薄膜執(zhí)行至少大約0.25小時可選加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述薄膜具有不大于大約2.8的介電常數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述薄膜具有不大于大約2.3的介電常數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述薄膜具有在大約1.5至大約2.5的范圍內(nèi)的介電常數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述薄膜包括在大約5和大約40原子百分比之間的Si；在大約5和大約45原子百分比之間的C；在0和大約50原子百分比之間的O；在大約10和大約55原子百分比之間的H。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進一步包括如下步驟提供一個平行板反應(yīng)器，其具有在大約300cm2和大約700cm2之間的基片夾頭的面積，并且該基片和頂部電極之間的間隙在大約1cm和大約10cm之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)膜的方法，所述方法進一步包括如下步驟把RF功率施加到所述平行板PECVD反應(yīng)器的電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進一步包括如下步驟在不高于大約300℃的溫度下在第一時間周期內(nèi)對所述薄膜進行熱處理，并且在不低于大約300℃的溫度下在第二時間周期內(nèi)對所述薄膜進行熱處理，所述第二時間周期大于所述第一時間周期。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述第二時間周期至少為大約所述第一時間周期的十倍。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述環(huán)硅氧烷選自四甲基環(huán)四硅氧烷和八甲基環(huán)四硅氧烷。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述環(huán)硅氧烷是四甲基環(huán)四硅氧烷。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述有機分子包括具有傳遞相當大的環(huán)應(yīng)力的環(huán)結(jié)構(gòu)的稠環(huán)的種類，其特征在于傳遞相當大的環(huán)應(yīng)力的所述環(huán)結(jié)構(gòu)包括3、4、7或者更多的原子。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述有機分子是環(huán)戊烯氧化物。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述淀積薄膜的步驟進一步包括如下步驟把用于所述基片的溫度設(shè)置在大約25℃和大約400℃之間；以及把RF功率密度設(shè)置在大約0.05W/cm2和大約2.0W/cm2之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述淀積薄膜的步驟進一步包括把用于所述環(huán)硅氧烷的流率設(shè)置在大約5sccm和大約1000sccm之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于把用于所述環(huán)硅氧烷的所述流率設(shè)置在大約25sccm和大約200sccm之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述淀積所述薄膜的步驟進一步包括把用于所述有機分子的流率設(shè)置在大約5sccm和大約1000sccm之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用于所述有機分子的所述流率被設(shè)置在大約25sccm和大約200sccm之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于淀積所述薄膜的步驟進一步包括把用于所述PECVD反應(yīng)器的氣壓設(shè)置在大約50毫乇和大約5000毫乇之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于用于所述PECVD反應(yīng)器的所述氣壓在大約100毫乇和大約3000毫乇之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于淀積所述薄膜的所述步驟進一步包括把環(huán)戊烯氧化物與四甲基環(huán)四硅氧烷的環(huán)硅氧烷的有機分子的流率比設(shè)置在大約0.1和大約0.7之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的用于制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)膜的方法，其特征在于所述環(huán)戊烯氧化物與所述四甲基環(huán)四硅氧烷的所述流率比在大約0.2和大約0.4之間。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法進一步包括提供一個平行板等離子體增強化學(xué)汽相淀積腔。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述PECVD反應(yīng)器中的等離子體以連續(xù)模式運行。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述PECVD反應(yīng)器中的等離子體以脈沖模式運行。
29.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述基片夾頭的面積改變因子X使RF功率改變因子X。
30.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于基片夾頭的面積改變因子Y，以及氣體分配板和基片夾頭之間的間距改變因子Z，使氣體流率改變因子YZ，使得在等離子體滯留時間被保持。
31.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于當所述PECVD反應(yīng)器包括多個淀積臺時，則所述環(huán)硅氧烷的流率倍乘在所述PECVD反應(yīng)器中的淀積臺的總數(shù)。
32.一種用于制造熱穩(wěn)定超低k膜的方法，包括如下步驟提供平行板型等離子體增強化學(xué)汽相淀積(PECVD)反應(yīng)器；把一個預(yù)處理晶片置于具有大約300cm2和大約700cm2之間的面積的基片夾頭上，并且保持所述晶片和一個頂部電極之間的間距在大約1cm和大約10cm之間；使包括環(huán)硅氧烷分子的第一前驅(qū)氣體流到所述PECVD反應(yīng)器中；使包含具有C、H和O原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子有機分子的至少第二前驅(qū)氣體流動；以及把一個超低k膜淀積在所述晶片上。
33.一種用于制造熱穩(wěn)定超低k膜的方法，包括如下步驟提供平行板型等離子體增強化學(xué)汽相淀積(PECVD)反應(yīng)器；把一個晶片置于具有大約300cm2和大約700cm2之間的面積的基片夾頭上，并且保持該晶片和頂部電極之間的間距在大約1cm和大約10cm之間；使具有在大約5sccm和大約1000sccm之間的流率的環(huán)硅氧烷前驅(qū)氣體和在大約5sccm和大約1000sccm之間的流率的第二前驅(qū)氣體流入所述反應(yīng)器通過所述晶片上方保持在大約25℃和大約400℃之間的溫度，并且使在所述反應(yīng)器中的氣壓保持在大約50毫乇和大約5000毫乇之間；在大約0.05W/cm2和大約2.0W/cm2之間的RF功率密度下把一個超低k膜淀積在所述晶片上；以及在不小于大約300℃的溫度下使所述超低k膜退火至少大約0.25小時。
34.一種用于制造熱穩(wěn)定超低k膜的方法，包括如下步驟提供一個平行板型等離子體增強化學(xué)汽相淀積(PECVD)反應(yīng)器；把一個晶片置于具有大約500cm2和大約600cm2之間的面積的基片夾頭上，并且保持該晶片和一個頂部電極之間的間隔在大約1cm和大約7cm之間；使環(huán)硅氧烷的前驅(qū)氣體流入所述反應(yīng)器通過所述晶片上方，保持在大約60℃和大約200℃之間的溫度，并且流率在大約25sccm和大約200sccm之間，有機分子的第二前驅(qū)物的流率在大約10sccm和大約120sccm之間，并且使在所述反應(yīng)器中的氣壓保持在大約100毫乇和大約3000毫乇之間；在大約0.25W/cm2和大約0.8W/cm2之間的RF功率密度下把一個超低k膜淀積在所述晶片上；以及在不小于大約300℃的溫度下使所述超低k膜退火至少大約0.25小時。
35.一種在布線結(jié)構(gòu)中具有絕緣材料層作為層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，其中包括一個預(yù)處理的半導(dǎo)體基片，其具有嵌入在第一絕緣材料層中的第一金屬區(qū)域；嵌入在由超低k材料所形成的第二絕緣材料層中的第一導(dǎo)體區(qū)域，所述超低k材料包括Si、C、O和H以及多個納米尺寸孔，所述超低k材料具有不大于大約2.8的介電常數(shù)，所述第二絕緣材料層緊密接觸所述第一絕緣材料層，所述第一導(dǎo)體區(qū)域電連接所述第一金屬區(qū)域；以及第二導(dǎo)體區(qū)電連接所述第一導(dǎo)體區(qū)域，并且嵌入在包括所述超低k材料的第三絕緣材料層，所述第三絕緣材料層緊密接觸所述第二絕緣材料層。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的電子結(jié)構(gòu)，其中進一步包括電介質(zhì)覆蓋層位于所述第二絕緣材料層和所述第三絕緣材料層之間。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的電子結(jié)構(gòu)，其中進一步包括第一電介質(zhì)覆蓋層位于所述第二絕緣材料層和所述第三絕緣材料層之間；第二電介質(zhì)覆蓋層在所述第三絕緣材料層的頂部。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的電子結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電介質(zhì)覆蓋層由選自氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、難熔金屬硅氮化物、碳化硅、碳氧化硅和碳摻雜氧化物和含氫組合物的材料所形成。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的電子結(jié)構(gòu)，其特征在于所述難熔金屬硅氮化物包括選自Ta、Zr、Hf和W的難熔金屬。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電子結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一電介質(zhì)覆蓋層和所述第二電介質(zhì)覆蓋層由選自氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、難熔金屬硅氮化物、碳化硅、碳氧化硅、碳摻雜氧化物和它們的含氫組合物的材料所構(gòu)成。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的電子結(jié)構(gòu)，其特征在于所述難熔金屬硅氮化物包括選自Ta、Zr、Hf和W的難熔金屬。
42.根據(jù)權(quán)利要求35所述的電子結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一絕緣材料層選自氧化硅、氮化硅、磷酸硅玻璃(PSG)、硼磷酸硅玻璃(BPSG)和這些材料的其他摻雜物。
43.根據(jù)權(quán)利要求35所述的電子結(jié)構(gòu)，其中進一步包括淀積在至少一個所述第二絕緣材料層和所述第三絕緣材料層上的介電材料的擴散阻擋層。
44.根據(jù)權(quán)利要求35所述的電子結(jié)構(gòu)，其中進一步包括在所述第二絕緣材料層之上的電介質(zhì)反應(yīng)離子蝕刻(RIE)硬膜/拋光停止層，以及在所述RIE硬膜/拋光停止層之上的擴散阻擋層。
45.根據(jù)權(quán)利要求35所述的電子結(jié)構(gòu)，其中進一步包括在所述第二絕緣材料層之上的第一電介質(zhì)RIE硬膜/拋光停止層；在所述第一電介質(zhì)RIE硬膜/拋光停止層之上的第一擴散阻擋層；在所述第三絕緣材料層之上的第二電介質(zhì)RIE硬膜/拋光停止層；以及在所述第二電介質(zhì)RIE硬膜/拋光停止層之上的第二電介質(zhì)擴散阻擋層。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的電子結(jié)構(gòu)，其中進一步包括在超低k材料的層間電介質(zhì)和超低k材料的層內(nèi)電介質(zhì)之間的電介質(zhì)覆蓋層。
47.一種在布線結(jié)構(gòu)中具有絕緣材料層作為層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，其中包括具有嵌入在第一絕緣材料層中的第一金屬區(qū)域的預(yù)處理的半導(dǎo)體基片；以及嵌入在至少一個超低k材料所形成的第二絕緣材料層中的至少一個第一導(dǎo)體區(qū)域，所述超低k材料基本上由Si、C、O和H和納米尺寸孔所構(gòu)成，所述超低k材料具有不大于大約2.8的介電常數(shù)，所述至少一個第二絕緣材料層緊密接觸所述第一絕緣材料層，所述至少一個第一導(dǎo)體區(qū)域之一電連接所述第一金屬區(qū)域。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的電子結(jié)構(gòu)，其中進一步包括位于所述至少一個第二絕緣材料層之間的電介質(zhì)覆蓋層。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的電子結(jié)構(gòu)，其中進一步包括在所述至少一個第二絕緣材料層之間的第一電介質(zhì)覆蓋層；以及在所述最上方的第二絕緣材料層之上的第二電介質(zhì)覆蓋層。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的電子結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一電介質(zhì)覆蓋層和所述第二電介質(zhì)覆蓋層由超低k材料所形成。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的電子結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一電介質(zhì)覆蓋層和所述第二電介質(zhì)覆蓋層由一種改進的超低k材料所形成。
52.根據(jù)權(quán)利要求48所述的電子結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電介質(zhì)覆蓋層由選自氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、難熔金屬硅氮化物、碳化硅、碳氧化硅、碳摻雜氧化物以及它們的含氫組合物的材料所形成。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的電子結(jié)構(gòu)，其特征在于所述難熔金屬硅氮化物包括選自Ta、Zr、Hf和W的難熔金屬。
54.一種在布線結(jié)構(gòu)中具有絕緣材料層作為層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，其中包括預(yù)處理的半導(dǎo)體基片，其具有嵌入在第一絕緣材料層中的第一金屬區(qū)域；嵌入在第二絕緣材料層中的第一導(dǎo)體區(qū)域，所述第二絕緣材料層緊密接觸所述第一絕緣材料層，所述第一導(dǎo)體區(qū)域電連接所述第一金屬區(qū)域；第二導(dǎo)體區(qū)，其電連接所述第一導(dǎo)體區(qū)域，并且嵌入在第三絕緣材料層中，所述第三絕緣材料層緊密接觸所述第二絕緣材料層；第一電介質(zhì)覆蓋層，其在所述第二絕緣材料層和所述第三絕緣材料層之間，以及第二電介質(zhì)覆蓋層，其在所述第三絕緣材料層之上，其中所述第一所述第二電介質(zhì)覆蓋層由超低k介電材料所形成，所述所述超低k材料包括Si、C、O和H以及多個納米尺寸孔，所述超低k材料具有不大于大約2.8的介電常數(shù)。
55.一種在布線結(jié)構(gòu)中具有絕緣材料層作為層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，其中包括預(yù)處理的半導(dǎo)體基片，其具有嵌入在第一絕緣材料層中的第一金屬區(qū)域；第一導(dǎo)體區(qū)域，其嵌入在第二絕緣材料層中，所述第二絕緣材料層緊密接觸所述第一絕緣材料層，所述第一導(dǎo)體區(qū)域電連接所述第一金屬區(qū)域；第二導(dǎo)體區(qū)，其電連接所述第一導(dǎo)體區(qū)域，并且嵌入在第三絕緣材料層中，所述第三絕緣材料層緊密接觸所述第二絕緣材料層；以及由一種材料所形成的擴散阻擋層，其中包括淀積在絕緣材料的所述第二層和所述第三層中的至少一個層面上的超低k材料，所述超低k材料包括Si、C、O和H以及多個納米尺寸孔，所述超低k材料具有不大于大約2.8的介電常數(shù)。
56.一種在布線結(jié)構(gòu)中具有絕緣材料層作為層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，其中包括預(yù)處理的半導(dǎo)體基片，其具有嵌入在第一絕緣材料層中的第一金屬區(qū)域；第一導(dǎo)體區(qū)域，其嵌入在第二絕緣材料層中，所述第二絕緣材料層緊密接觸所述第一絕緣材料層，所述第一導(dǎo)體區(qū)域電連接所述第一金屬區(qū)域；第二導(dǎo)體區(qū)，其電連接所述第一導(dǎo)體區(qū)域，并且嵌入在第三絕緣材料層中，所述第三絕緣材料層緊密接觸所述第二絕緣材料層；在所述第二絕緣材料層之上的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)硬膜/拋光停止層；以及在所述RIE硬膜/拋光停止層之上的擴散阻擋層，其中所述RIE硬膜/拋光停止層和所述擴散阻擋層由超低k介電材料所形成，所述超低k材料包括Si、C、O和H以及多個納米尺寸孔，所述超低k材料具有不大于大約2.8的介電常數(shù)。
57.一種在布線結(jié)構(gòu)中具有絕緣材料層作為層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，其中包括預(yù)處理的半導(dǎo)體基片，其具有嵌入在第一絕緣材料層中的第一金屬區(qū)域；第一導(dǎo)體區(qū)域，其嵌入在第二絕緣材料層中，所述第二絕緣材料層緊密接觸所述第一絕緣材料層，所述第一導(dǎo)體區(qū)域電連接所述第一金屬區(qū)域；第二導(dǎo)體區(qū)，其電連接所述第一導(dǎo)體區(qū)域，并且嵌入在第三絕緣材料層中，所述第三絕緣材料層緊密接觸所述第二絕緣材料層；在所述第二絕緣材料層之上的第一RIE硬膜/拋光停止層；在所述第一RIE硬膜/拋光停止層之上的第一擴散阻擋層；在所述第三絕緣材料層之上的第二RIE硬膜/拋光停止層；以及在所述第二RIE硬/拋光停止層之上的第二擴散阻擋層，其中所述RIE硬膜/拋光停止層和所述擴散阻擋層由包括Si、C、O和H以及多個納米尺寸孔的超低k介電材料所形成，所述超低k材料具有不大于大約2.8的介電常數(shù)。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的電子結(jié)構(gòu)，其中進一步包括由一種材料所形成的電介質(zhì)覆蓋層，其中包括位于層間電介質(zhì)和層內(nèi)介電層之間的所述超低k介電材料。
59.一種用于制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)膜的方法，包括如下步驟提供一個等離子體增強化學(xué)汽相淀積(PECVD)反應(yīng)器；把一個基片置于所述PECVD反應(yīng)器中；使包括環(huán)硅氧烷分子的第一前驅(qū)氣體流到所述PECVD反應(yīng)器中；使包括具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的包含C、H和O的有機分子的至少第二前驅(qū)氣體流到所述PECVD反應(yīng)器；以及在存在有CO2或CO2和O2的情況下在所述基片上淀積包括Si、C、O和H和多個納米尺寸孔的薄膜。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，進一步包括混合所述第一前驅(qū)氣體與CO2的步驟。
61.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中進一步包括把所述第一前驅(qū)氣體和所述第二前驅(qū)氣體與CO2或CO2和O2的混合物相混合的步驟。
62.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于所述PECVD反應(yīng)器為平行板型反應(yīng)器。
63.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于在淀積之后所述薄膜可選地在不低于大約300℃的溫度下被加熱至少大約0.25小時。
64.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于所述薄膜具有不大于大約2.8的介電常數(shù)。
65.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于所述薄膜具有不大于大約2.3的介電常數(shù)。
66.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于所述薄膜具有從大約1.5到大約2.5范圍內(nèi)的介電常數(shù)。
67.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于所述薄膜包括在大約5和大約40原子百分比之間的Si；在大約5和大約45原子百分比之間的C；在0和大約50原子百分比之間的O；在大約10和大約55原子百分比之間的H。
68.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中進一步包括如下步驟提供一個平行板反應(yīng)器，其具有在大約300cm2和大約700cm2之間的基片夾頭的面積，并且該基片和頂部電極之間的間隙在大約1cm和大約10cm之間。
69.根據(jù)權(quán)利要求62所述的用于制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)膜的方法，所述方法進一步包括如下步驟把RF功率施加到所述平行板PECVD反應(yīng)器的電極。
70.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中進一步包括如下步驟在不高于大約300℃的溫度下在第一時間周期內(nèi)對所述薄膜進行熱處理，并且在不低于大約300℃的溫度下在第二時間周期內(nèi)對所述薄膜進行熱處理，所述第二時間周期大于所述第一時間周期。
71.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其特征在于所述第二時間周期至少為大約所述第一時間周期的十倍。
72.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于所述環(huán)硅氧烷選自四甲基環(huán)四硅氧烷和八甲基環(huán)四硅氧烷。
73.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于所述環(huán)硅氧烷是四甲基環(huán)四硅氧烷。
74.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于所述有機分子包括具有傳遞相當大的環(huán)應(yīng)力的環(huán)結(jié)構(gòu)的稠環(huán)的種類，其特征在于傳遞相當大的環(huán)應(yīng)力的所述環(huán)結(jié)構(gòu)包括3、4、7或者更多的原子。
75.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于所述有機分子是環(huán)戊烯氧化物。
76.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于所述淀積薄膜的步驟進一步包括如下步驟把用于所述基片的溫度設(shè)置在大約25℃和大約400℃之間；以及把RF功率密度設(shè)置在大約0.05W/cm2和大約2.0W/cm2之間。
77.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于所述淀積薄膜的步驟進一步包括把用于所述環(huán)硅氧烷的流率設(shè)置在大約5sccm和大約1000sccm之間，并且把所述CO2的流率設(shè)置在大約25sccm和1000sccm之間。
78.根據(jù)權(quán)利要求77所述的方法，其特征在于把用于所述環(huán)硅氧烷的所述流率設(shè)置在大約25sccm和大約200sccm之間，并且把所述CO2的流率設(shè)置在大約50sccm和500sccm之間。
79.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于所述淀積所述薄膜的步驟進一步包括把用于所述有機分子的流率設(shè)置在大約5sccm和大約1000sccm之間。
80.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其特征在于用于所述有機分子的所述流率被設(shè)置在大約25sccm和大約200sccm之間。
81.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其特征在于淀積所述薄膜的步驟進一步包括把用于所述CO2的流率設(shè)置在大約25sccm和大約1000sccm之間，并且把所述O2的流率設(shè)置在大約0.5sccm和大約50sccm之間。
82.根據(jù)權(quán)利要求81所述的方法，其特征在于用于所述CO2的所述流率在大約50sccm和大約500sccm之間，并且把所述O2的流率設(shè)置在大約1sccm和大約30sccm之間。
83.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中淀積所述薄膜的所述步驟進一步包括把用于所述PECVD反應(yīng)器的氣壓設(shè)置在大約50毫乇和大約5000毫乇之間。
84.根據(jù)權(quán)利要求83所述的方法，其特征在于用于所述PECVD反應(yīng)器的所述氣壓在大約100毫乇和大約4000毫乇之間。
85.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于淀積所述薄膜的所述步驟進一步包括把環(huán)戊烯氧化物與四甲基環(huán)四硅氧烷的環(huán)硅氧烷的有機分子的流率比設(shè)置在大約0.1和大約0.7之間。
86.根據(jù)權(quán)利要求83所述的用于制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)膜的方法，其特征在于所述環(huán)戊烯氧化物與所述四甲基環(huán)四硅氧烷的所述流率比在大約0.2和大約0.4之間。
87.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，所述方法進一步包括提供一個平行板等離子體增強化學(xué)汽相淀積腔。
88.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于在所述PECVD反應(yīng)器中的等離子體以連續(xù)模式運行。
89.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于在所述PECVD反應(yīng)器中的等離子體以脈沖模式運行。
90.根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于所述基片夾頭的面積改變因子X使RF功率改變因子X。
91.根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于基片夾頭的面積改變因子Y，以及氣體分配板和基片夾頭之間的間距改變因子Z，使氣體流率改變因子YZ，使得在等離子體滯留時間被保持。
92.根據(jù)權(quán)利要求77所述的方法，其特征在于當所述PECVD反應(yīng)器包括多個淀積臺時，則所述環(huán)硅氧烷的流率倍乘在所述PECVD反應(yīng)器中的淀積臺的總數(shù)。
93.一種用于制造熱穩(wěn)定超低k膜的方法，包括如下步驟提供平行板型等離子體增強化學(xué)汽相淀積(PECVD)反應(yīng)器；把一個預(yù)處理晶片置于具有大約300cm2和大約700cm2之間的面積的基片夾頭上，并且保持所述晶片和一個頂部電極之間的間距在大約1cm和大約10cm之間；使包括環(huán)硅氧烷分子的第一前驅(qū)氣體流到所述PECVD反應(yīng)器中；使包含具有C、H和O原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子有機分子的至少第二前驅(qū)氣體流動；以及在存在有CO2或CO2和O2的情況下把一個超低k膜淀積在所述晶片上。
94.根據(jù)權(quán)利要求93所述的方法，進一步包括混合所述第一前驅(qū)氣體與CO2的步驟。
95.根據(jù)權(quán)利要求93所述的方法，其中進一步包括把所述第一前驅(qū)氣體和至少所述第二前驅(qū)氣體與CO2或CO2和O2的混合物相混合的步驟。
96.根據(jù)權(quán)利要求94所述的方法，其特征在于所述淀積薄膜的步驟進一步包括把用于所述第一前驅(qū)物的流率設(shè)置在大約5sccm和大約1000sccm之間，并且把所述CO2的流率設(shè)置在大約25sccm和1000sccm之間。
97.根據(jù)權(quán)利要求96所述的方法，其特征在于把用于所述第一前驅(qū)物的所述流率設(shè)置在大約25sccm和大約200sccm之間，并且把所述CO2的流率設(shè)置在大約50sccm和500sccm之間。
98.根據(jù)權(quán)利要求95所述的方法，其特征在于所述淀積所述薄膜的步驟進一步包括把用于所述CO2的流率設(shè)置在大約25sccm和大約1000sccm之間，并且把用于O2的流率設(shè)置在大約0.5sccm和大約50sccm之間。
99.根據(jù)權(quán)利要求98所述的方法，其特征在于用于所述CO2的所述流率被設(shè)置在大約50sccm和大約500sccm之間，并且用于O2的所述流率被設(shè)置在大約1sccm和大約30sccm之間。
100.一種用于制造熱穩(wěn)定超低k膜的方法，包括如下步驟提供平行板型等離子體增強化學(xué)汽相淀積(PECVD)反應(yīng)器；把一個晶片置于具有大約300cm2和大約700cm2之間的面積的基片夾頭上，并且保持所述晶片和一個頂部電極之間的間距在大約1cm和大約10cm之間；使環(huán)硅氧烷的第一前驅(qū)氣體和有機分子的第二前驅(qū)氣體流入所述反應(yīng)器通過所述晶片上方保持在大約25℃和大約400℃之間的溫度，并且使在所述反應(yīng)器中的氣壓保持在大約50毫乇和大約5000毫乇之間；在存在有CO2或CO2和O2的情況下在大約0.05W/cm2和大約2.0W/cm2之間的RF功率密度下把一個超低k膜淀積在所述晶片上；以及在不小于大約300℃的溫度下使所述超低k膜退火至少大約0.25小時。
101.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，進一步包括混合所述第一前驅(qū)氣體與CO2的步驟。
102.根據(jù)權(quán)利要求100所述的方法，其中進一步包括把所述第一前驅(qū)氣體和至少所述第二前驅(qū)氣體與CO2或CO2和O2的混合物相混合的步驟。
103.根據(jù)權(quán)利要求101所述的方法，其特征在于所述淀積薄膜的步驟進一步包括把用于所述第一前驅(qū)物的流率設(shè)置在大約5sccm和大約1000sccm之間，并且把所述CO2的流率設(shè)置在大約25sccm和1000sccm之間。
104.根據(jù)權(quán)利要求103所述的方法，其特征在于把用于所述第一前驅(qū)物的所述流率設(shè)置在大約25sccm和大約200sccm之間，并且把所述CO2的流率設(shè)置在大約50sccm和500sccm之間。
105.根據(jù)權(quán)利要求102所述的方法，其特征在于所述淀積所述薄膜的步驟進一步包括把用于所述CO2的流率設(shè)置在大約25sccm和大約1000sccm之間，并且把用于O2的流率設(shè)置在大約0.5XXsccm和大約50YYsccm之間。
106.根據(jù)權(quán)利要求105所述的方法，其特征在于用于所述CO2的所述流率被設(shè)置在大約50sccm和大約500sccm之間，并且用于O2的所述流率被設(shè)置在大約1sccm和大約30sccm之間。
107.一種用于制造熱穩(wěn)定超低k膜的方法，包括如下步驟提供平行板型等離子體增強化學(xué)汽相淀積(PECVD)反應(yīng)器；把一個晶片置于具有大約500cm2和大約600cm2之間的面積的基片夾頭上，并且保持所述晶片和一個頂部電極之間的間距在大約1cm和大約7cm之間；使環(huán)硅氧烷的第一前驅(qū)氣體和有機分子的第二前驅(qū)氣體流入所述反應(yīng)器通過所述晶片上方保持在大約60℃和大約200℃之間的溫度，并且使在所述反應(yīng)器中的氣壓保持在大約100毫乇和大約3000毫乇之間；在存在有CO2或CO2和O2的情況下在大約0.25W/cm2和大約0.8W/cm2之間的RF功率密度下把一個超低k膜淀積在所述晶片上；以及在不小于大約300℃的溫度下使所述超低k膜退火至少大約0.25小時。
108.根據(jù)權(quán)利要求107所述的方法，進一步包括混合所述第一前驅(qū)氣體與CO2的步驟。
109.根據(jù)權(quán)利要求107所述的方法，其中進一步包括把所述第一前驅(qū)氣體和至少所述第二前驅(qū)氣體與CO2或CO2和O2的混合物相混合的步驟。
110.根據(jù)權(quán)利要求108所述的方法，其特征在于所述淀積薄膜的步驟進一步包括把用于所述第一前驅(qū)物的流率設(shè)置在大約5sccm和大約1000sccm之間，并且把所述CO2的流率設(shè)置在大約25XXsccm和大約1000YYsccm之間。
111.根據(jù)權(quán)利要求110所述的方法，其特征在于把用于所述第一前驅(qū)物的所述流率設(shè)置在大約25sccm和大約200sccm之間，并且把所述CO2的流率設(shè)置在大約50sccm和500sccm之間。
112.根據(jù)權(quán)利要求109所述的方法，其特征在于所述淀積所述薄膜的步驟進一步包括把用于所述CO2的流率設(shè)置在大約25sccm和大約100sccm之間，并且把用于O2的流率設(shè)置在大約0.5XXsccm和大約50sccm之間。
113.根據(jù)權(quán)利要求112所述的方法，其特征在于用于所述CO2的所述流率被設(shè)置在大約50sccm和大約500sccm之間，并且用于O2的所述流率被設(shè)置在大約1sccm和大約30sccm之間。
114.一種用于制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)膜的方法包括如下步驟提供一個等離子體增強化學(xué)汽相淀積(PECVD)反應(yīng)器；把一個基片放置在所述PECVD反應(yīng)器中；使用CO2作為運載氣體使包括環(huán)硅氧烷分子的第一前驅(qū)氣體流到所述PECVD反應(yīng)器中；把包括具有C、H和O原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有機分子的至少第二前驅(qū)氣體流到所述PECVD反應(yīng)器中；以及在存在有所述CO2的情況下在所述基片上淀積包括Si、C、O和H以及多個納米尺寸孔的薄膜。
115.根據(jù)權(quán)利要求114所述的方法，其特征在于所述第一前驅(qū)物的流率在從大約5sccm至大約1000sccm之間，并且所述CO2的流率在從大約25sccm至1000sccm之間。
116.根據(jù)權(quán)利要求115所述的方法，其特征在于用于所述第一前驅(qū)物的流率從大約25sccm至大約200sccm之間，并且所述CO2的流率在從大約50sccm至500sccm之間。
117.一種用于制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)膜的方法包括如下步驟提供一個等離子體增強化學(xué)汽相淀積(PECVD)反應(yīng)器；把一個基片放置在所述PECVD反應(yīng)器中；使包括環(huán)硅氧烷分子的第一前驅(qū)氣體流到所述PECVD反應(yīng)器中；把包括具有C、H和O原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有機分子的至少第二前驅(qū)氣體流到所述PECVD反應(yīng)器中；使以及CO2流到所述PECVD反應(yīng)器中；在存在有所述CO2的情況下在所述基片上淀積包括Si、C、O和H以及多個納米尺寸孔的薄膜。
118.根據(jù)權(quán)利要求117所述的方法，其特征在于所述CO2的流率在從大約25sccm至1000sccm之間。
119.根據(jù)權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于用于所述CO2的流率在從大約50sccm至500sccm之間。
120 一種用于制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)膜的方法包括如下步驟提供一個等離子體增強化學(xué)汽相淀積(PECVD)反應(yīng)器；把一個基片放置在所述PECVD反應(yīng)器中；使包括環(huán)硅氧烷分子的第一前驅(qū)氣體流到所述PECVD反應(yīng)器中；把包括具有C、H和O原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有機分子的至少第二前驅(qū)氣體流到所述PECVD反應(yīng)器中；使CO2和O2的混合物流到PECVD反應(yīng)器中；以及在存在有所述CO2和O2的情況下在所述基片上淀積包括Si、C、O和H以及多個納米尺寸孔的薄膜。
121.根據(jù)權(quán)利要求120所述的方法，其特征在于CO2的流率在從大約25sccm至大約1000sccm之間，并且所述O2的流率在從大約0.5sccm至50sccm之間。
122.根據(jù)權(quán)利要求121所述的方法，其特征在于用于所述CO2的流率從大約50sccm至大約500sccm之間，并且所述O2的流率在從大約1sccm至30sccm之間。
全文摘要
在此公開利用化學(xué)汽相淀積(“PECVD”)處理在平行板化學(xué)汽相淀積處理中制造包括Si、C、O和H原子的熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)膜的方法。進一步公開通過該方法制備的包含熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)材料的絕緣層的電子設(shè)備。為了能夠制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)材料，使用特定的前驅(qū)物材料，例如環(huán)硅氧烷和例如四甲基環(huán)四硅氧烷和環(huán)戊烯氧化物這樣包含環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有機分子。為了穩(wěn)定在PECVD反應(yīng)器中的等離子體，從而提高淀積膜的均勻性，CO
文檔編號C23C16/40GK1479804SQ01820409
公開日2004年3月3日 申請日期2001年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月25日
發(fā)明者阿爾弗雷德·戈利爾, 戴維·R·梅戴洛斯, 維施努柏·V·帕特爾, R 梅戴洛斯, 柏 V 帕特爾, 阿爾弗雷德 戈利爾 申請人:國際商業(yè)機器公司