專利名稱：作為半導(dǎo)體器件中的層內(nèi)或?qū)娱g介質(zhì)的超低介電常數(shù)材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及到制造具有超低介電常數(shù)(或超低k)的介電材料以及包含這種介電材料的電子器件的方法。更確切地說，本發(fā)明涉及到制造用作超大規(guī)模集成(“ULSI”)后端線工藝(“BEOL”)布線結(jié)構(gòu)中的層內(nèi)或?qū)娱g介質(zhì)的熱穩(wěn)定超低k膜的方法以及用此方法形成的電子結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年用于ULSI電路中的電子器件尺寸的不斷縮小已經(jīng)導(dǎo)致了BEOL金屬化電阻的增大以及層內(nèi)和層間介質(zhì)電容的增大。這一組合效果增大了ULSI電子器件中的信號延遲。為了改善將來ULSI電路的開關(guān)性能，需要用低介電常數(shù)(k)絕緣體，特別是k明顯地低于氧化硅的那些絕緣體來減小電容。具有低的k值的介質(zhì)材料(亦即介質(zhì))已有市售。例如，一種這樣的材料是聚四氟乙烯(“PTFE”)，其k值為2.0。但當(dāng)暴露于300-350℃以上的溫度時，這些介質(zhì)材料不熱穩(wěn)定。這些介質(zhì)在ULSI芯片中的集成要求至少在400℃下熱穩(wěn)定。因此，這些介質(zhì)在集成中無法使用。
已經(jīng)被考慮用于ULSI器件的低k材料包括諸如甲基硅氧烷、甲基倍半硅氧烷之類的含有Si、C、O、H的聚合物、以及其它的有機(jī)和無機(jī)聚合物。例如，論文(N.Hacker et al.，“Properties of new lowdielectric constant spin-on silicon oxide based dielectrics”，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.，476(1997)25)描述了一些看來滿足熱穩(wěn)定性要求的材料，雖然當(dāng)用甩涂技術(shù)制備膜時，這些材料中的有一些在達(dá)到互連結(jié)構(gòu)中進(jìn)行集成所需厚度時容易傳播裂紋。而且，前體材料的成本很高，阻礙了其在大規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用。于此形成對照的是，甚大規(guī)模集成(“VLSI”)和ULSI芯片的大多數(shù)制造步驟是用等離子體增強(qiáng)化學(xué)或物理氣相淀積技術(shù)來進(jìn)行的。采用容易得到的工藝設(shè)備，用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(“PECVD”)來制造低k材料的能力，將簡化材料在制造工藝中的集成，降低制造成本，并產(chǎn)生更少的有害廢料。受讓于本發(fā)明共同受讓人的此處全部列為參考的在案申請(1998年6月19日提交的題為“Hydrogenated Oxidized Silicon CarbonMaterial”的美國申請No.09/107567)描述了一種超低介電常數(shù)材料，它由Si、C、O、H原子組成，其介電常數(shù)不大于3.6，并表現(xiàn)出非常低的裂紋傳播速度。
受讓于本發(fā)明共同受讓人的此處全部列為參考的另一在案申請(1999年5月16日提交的題為“Multiphase Low Dielectric ConstantMaterial and Method of Deposition”的美國申請No.09/320495)描述了一種雙相材料，它包含由Si、C、O、H原子組成的基質(zhì)，一個相主要由C和H組成，且介電常數(shù)不大于3.2。應(yīng)該指出的是，這種材料的介電常數(shù)的不斷減小將進(jìn)一步改善組合有這種介質(zhì)的電子器件的性能。
考慮到上述情況，對于開發(fā)一種介電常數(shù)不大于2.6且杜絕裂紋的介質(zhì)材料，存在著持續(xù)不斷的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制造介電常數(shù)不大于大約2.6的超低介電常數(shù)材料的方法。更確切地說，超低k材料的介電常數(shù)約為1.6-2.6，更優(yōu)選的是介電常數(shù)約為1.8-2.2。應(yīng)該指出的是，除非另有說明，所有的介電常數(shù)是對真空而言的。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造包含來自至少二種前體混合物的Si、C、O、H原子的超低介電常數(shù)材料的方法，其中，第一前體選自具有包含SiCOH組分的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子，而第二前體是一種選自具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子的有機(jī)分子。
本發(fā)明的另一目的是提供一種熱穩(wěn)定的超低介電常數(shù)材料，它包含Si、C、O、H且具有至少包含Si-O、Si-C、Si-H、C-H、C-C鍵的共價鍵合的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。要指出的是，本發(fā)明的材料不是聚合物，而是一種包含至少具有上述共價鍵的隨機(jī)三維結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種在平行板等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(“PECVD”)反應(yīng)器中制造超低介電常數(shù)膜的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造超低介電常數(shù)材料的改進(jìn)了的方法，此方法借助于在存在CO2或CO2與O2的情況下，在襯底上淀積膜，從而改善淀積的膜的均勻性以及穩(wěn)定PECVD反應(yīng)器中的等離子體。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造用于電子結(jié)構(gòu)中作為后端工藝(“BEOL”)互連結(jié)構(gòu)中的層內(nèi)或?qū)娱g介質(zhì)的超低介電常數(shù)材料的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種熱穩(wěn)定的超低介電常數(shù)材料，其具有低的內(nèi)應(yīng)力以及不大于大約2.6的介電常數(shù)。更確切地說，超低k材料的介電常數(shù)約為1.6-2.6，更優(yōu)選的是介電常數(shù)約為1.8-2.2。
本發(fā)明的另一目的是提供一種在后端工藝(“BEOL”)互連結(jié)構(gòu)中組合有作為層內(nèi)或?qū)娱g介質(zhì)的絕緣材料層的電子結(jié)構(gòu)，其中，至少二個絕緣材料層包含本發(fā)明的超低介電常數(shù)材料。
本發(fā)明的另一目的是提供一種電子結(jié)構(gòu)，它具有在后端工藝(“BEOL”)互連結(jié)構(gòu)中作為層內(nèi)或?qū)娱g介質(zhì)的本發(fā)明超低介電常數(shù)材料層，且還包含至少一個作為反應(yīng)離子刻蝕(“RIE”)掩膜和拋光停止層或擴(kuò)散勢壘的介質(zhì)帽層。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造熱穩(wěn)定介質(zhì)材料的方法，此介質(zhì)材料具有包含Si、C、O、H原子的基質(zhì)，并具有包含Si-O、Si-C、Si-H、C-H、C-C共價鍵以及具有納米多孔原子層的共價鍵合的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此介質(zhì)材料還可以可選地包括F和N以及具有部分地被Ge取代的Si原子。此外，此介質(zhì)材料可以具有共價鍵合的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。在一個優(yōu)選實施方案中，介質(zhì)材料具有主要由Si、C、O、H組成的基質(zhì)。本發(fā)明還提供了一種制造介質(zhì)材料的方法，此方法借助于使包含Si、C、O、H原子的第一前體氣體、包含C、H、并可選地包含O、F、N原子的第二前體氣體、以及至少可選地包含Ge的第三前體氣體在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(“PECVD”)反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)來制造介質(zhì)材料。本發(fā)明還提供了使第一前體氣體與CO2進(jìn)行混合，或使第一和第二前體氣體與CO2和O2進(jìn)行混合，從而穩(wěn)定PECVD反應(yīng)器中的等離子體并改善淀積在襯底上的介質(zhì)膜的均勻性的方法。本發(fā)明還提供了一種電子結(jié)構(gòu)(亦即襯底)，它具有作為用于后端工藝(“BEOL”)布線結(jié)構(gòu)中的層內(nèi)或?qū)娱g介質(zhì)的絕緣材料層，其中，此絕緣材料可以是本發(fā)明的超低k膜。
在一個優(yōu)選實施方案中，提供了一種制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)(超低k)膜的方法，它包含下列步驟提供等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(“PECVD”)反應(yīng)器；將電子結(jié)構(gòu)(亦即襯底)置于反應(yīng)器中；使包含Si、C、O、H原子的第一前體氣體流入到反應(yīng)器中；使包含C、H、并可選地包含O、F、N原子的第二前體氣體混合物流入到反應(yīng)器中；可選地使包含Ge的第三前體氣體流入；以及在襯底上淀積超低k膜。此淀積步驟可以在存在CO2或CO2與O2的情況下進(jìn)行。第一前體最好選自包含SiCOH組分的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子，例如1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(“TMCTS”即“C4H16O4Si4”)。第二前體可以是選自具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子，最好分子中具有一個以上環(huán)的有機(jī)分子。特別有用的是包含多個稠環(huán)的物質(zhì)，其中至少一個環(huán)包含異質(zhì)原子，最好是氧。在這些物質(zhì)中，最適合的是那些包括其尺寸產(chǎn)生顯著環(huán)應(yīng)變的亦即3或4個原子和/或7個或更多個原子的環(huán)的。特別有吸引力的是熟知的雜二環(huán)物，例如環(huán)戊烯氧化物(“CPO”即“C5H8O”)。第三前體可以由氫化鍺或任何其它包含鍺源的反應(yīng)劑組成。
本發(fā)明的淀積膜可以可選地在不低于大約300℃的溫度下被熱處理至少大約0.25小時。此方法還可以包含提供平行板反應(yīng)器的步驟，此反應(yīng)器具有大約300-700平方厘米的襯底吸盤導(dǎo)電面積，并在襯底與頂部電極之間具有大約1-10厘米的間隙。高頻RF功率以大約12-15MHZ的頻率被施加到電極之一。額外的低頻功率可以可選地被施加到電極之一。熱處理步驟還可以在不高于300℃的溫度下進(jìn)行第一時間周期，然后在不低于380℃的溫度下進(jìn)行第二時間周期，第二時間周期比第一時間周期更長。第二時間周期可以是第一時間周期的至少大約10倍。
本發(fā)明的超低介電常數(shù)膜的淀積步驟還可以包含下列步驟將襯底溫度設(shè)定在大約25-400℃；將高頻RF功率密度設(shè)定在大約每平方厘米0.05-2.0W；將第一前體流速設(shè)定在大約5-1000sccm；將第二前體流速設(shè)定在大約5-1000sccm；將反應(yīng)器壓力設(shè)定在大約50-5000毫乇；以及將高頻RF功率設(shè)定在大約15-500W。大約10-300W的超低頻率功率可以可選地被加入到等離子體。當(dāng)襯底吸盤的導(dǎo)電面積被改變X倍時，施加到襯底吸盤的RF功率也被改變X倍。
在另一優(yōu)選實施方案中，提供了一種制造超低k膜的方法，它包含下列步驟提供具有等離子體增強(qiáng)的平行板化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器；將預(yù)先加工過的晶片置于襯底吸盤上，此吸盤具有大約300-700平方厘米的導(dǎo)電面積，并在晶片與頂部電極之間保持大約1-10厘米的間隙；使包含環(huán)硅氧烷分子的第一前體氣體流入到反應(yīng)器中；使包含具有包括C、H、O原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子的至少第二前體氣體流入；使包含鍺的第三前體氣體流入；以及在晶片上淀積超低k膜。淀積步驟可以在存在CO2或CO2與O2的情況下進(jìn)行。此工藝還可以包含在淀積步驟之后于不低于大約300℃的溫度下對膜進(jìn)行至少大約0.25小時的熱處理的步驟。此工藝還可以包含將RF功率施加到晶片的步驟。熱處理步驟還可以在不高于300℃的溫度下進(jìn)行第一時間周期，然后在不低于380℃的溫度下進(jìn)行第二時間周期，第二時間周期比第一時間周期更長。第二時間周期可以是第一時間周期的至少大約10倍。
所用的環(huán)狀硅氧烷前體可以是四甲基環(huán)四硅氧烷(“TMCTS”)，而有機(jī)前體可以是環(huán)戊烯氧化物(“CPO”)。超低k膜的淀積步驟還可以包含下列步驟將晶片溫度設(shè)定在大約25-400℃；將RF功率密度設(shè)定在大約每平方厘米0.05-2.0W；將環(huán)硅氧烷的流速設(shè)定在大約5-1000sccm；將有機(jī)前體的流速設(shè)定在大約5-1000sccm；將第三前體的流速設(shè)定在大約5-1000sccm；以及將反應(yīng)器的壓力設(shè)定在大約50-5000毫乇；此外，淀積步驟還可以包含將環(huán)戊烯氧化物對四甲基環(huán)四硅氧烷的流速比設(shè)定在大約0.1-0.7，最好在0.2-0.4之間。襯底吸盤的導(dǎo)電面積可以被改變X倍，這導(dǎo)致RF功率也同樣被改變X倍。
在另一優(yōu)選實施方案中，提供了一種制造熱穩(wěn)定超低k介質(zhì)膜的方法，它包含下列步驟提供平行板型的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器；將晶片置于襯底吸盤上，此吸盤具有大約300-700平方厘米的導(dǎo)電面積，并在晶片與頂部電極之間保持大約1-10厘米的間隙；使具有環(huán)有機(jī)分子的環(huán)硅氧烷與鍺的前體氣體混合物流入到反應(yīng)器中的晶片上，此晶片被保持在大約室溫到400℃之間，最好在大約60-200℃之間，在反應(yīng)器壓力保持在大約100-5000毫乇的情況下，總流速在大約25-500sccm之間；在RF功率密度為大約每平方厘米0.25-0.8W下，在晶片上淀積介質(zhì)膜；以及在不低于300℃的溫度下對超低k膜進(jìn)行至少大約0.25小時退火。淀積步驟可以在存在CO2或CO2與O2的情況下進(jìn)行。本發(fā)明的方法還可以包含在不高于大約300℃的溫度下對膜進(jìn)行第一周期時間的退火，然后在不低于380℃的溫度下對膜進(jìn)行第二周期時間的退火，其中，第二時間周期比第一時間周期更長。第二時間周期可以被設(shè)定為第一時間周期的至少大約10倍。環(huán)狀硅氧烷前體可以是四甲基環(huán)四硅氧烷(“TMCTS”)，而環(huán)狀有機(jī)前體可以是環(huán)戊烯氧化物(“CPO”)。
本發(fā)明的另一目標(biāo)是一種電子結(jié)構(gòu)，它具有絕緣材料層作為后端工藝(“BEOL”)互連結(jié)構(gòu)中的層內(nèi)或?qū)娱g介質(zhì)，此電子結(jié)構(gòu)包括預(yù)先加工過的半導(dǎo)體襯底，此襯底具有埋置在第一絕緣材料層中的第一金屬區(qū)、埋置在本發(fā)明超低k介質(zhì)的第二絕緣材料層中的第一導(dǎo)體區(qū)、包含Si、C、O、H并具有共價鍵合的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和不大于大約2.6的介電常數(shù)的超低k介質(zhì)、與第一絕緣材料層緊密接觸的第二絕緣層、與第一金屬區(qū)電連接的第一導(dǎo)體區(qū)、以及與第一導(dǎo)體區(qū)電連接且埋置在包含本發(fā)明超低k介質(zhì)的第三絕緣材料層中的第二導(dǎo)體區(qū)，第三絕緣材料層與第二絕緣材料層緊密接觸。此電子結(jié)構(gòu)還可以包含位于第二絕緣材料層與第三絕緣材料層之間的介質(zhì)帽層。此電子結(jié)構(gòu)還可以包含第二絕緣材料層與第三絕緣材料層之間的第一介質(zhì)帽層以及第三絕緣材料層頂部上的第二介質(zhì)帽層。
介質(zhì)帽層的材料可以選自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、難熔金屬氮化硅(其中的難熔金屬選自Ta、Zr、Hf、W)碳化硅、摻碳的氧化物或SiCOH、以及它們的氫化化合物。第一和第二介質(zhì)帽層可以選自同一組介質(zhì)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變種，例如磷硅酸鹽玻璃(“PSG”)或硼磷硅酸鹽玻璃(“BPSG”)。此電子結(jié)構(gòu)還可以包括淀積在第二和第三絕緣材料層之一上的介質(zhì)材料的擴(kuò)散勢壘層。此電子結(jié)構(gòu)還可以包含第二絕緣材料層頂部上的介質(zhì)，此介質(zhì)用作反應(yīng)離子刻蝕(“RIE”)的硬掩模和拋光停止層，以及介質(zhì)RIE硬掩模和拋光停止層頂部上的介質(zhì)擴(kuò)散勢壘層。此電子結(jié)構(gòu)還可以包含第二絕緣材料層頂部上的第一介質(zhì)RIE硬掩模/拋光停止層、第一介質(zhì)拋光停止層頂部上的第一介質(zhì)RIE硬掩模/擴(kuò)散勢壘層、第三絕緣材料層頂部上的第二介質(zhì)RIE硬掩模/拋光停止層、以及第二介質(zhì)拋光停止層頂部上的第二介質(zhì)擴(kuò)散勢壘層。此電子結(jié)構(gòu)還可以包含超低k介質(zhì)的層間介質(zhì)與超低k介質(zhì)的層內(nèi)介質(zhì)之間的與上述相同的材料的介質(zhì)帽層。


從下列的詳細(xì)描述和附圖中，本發(fā)明的上述目的、特點(diǎn)、以及優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，其中圖1示出了也稱為雜二環(huán)物的二環(huán)醚的一般電子結(jié)構(gòu)，此二環(huán)醚是一種優(yōu)選的第二前體化合物。在此一般示意圖中，此化合物包括二個環(huán)，其中之一包含一個氧原子。各個環(huán)的尺寸決定于各個環(huán)核中重復(fù)的甲撐原子團(tuán)的數(shù)目m和n。在環(huán)戊烯氧化物的非常優(yōu)選的情況下，m＝0，n＝2。
圖2示出了也稱為不飽和雜二環(huán)物的不飽和二環(huán)醚的一般電子結(jié)構(gòu)，此不飽和二環(huán)醚是一種優(yōu)選的第二前體化合物。在此一般示意圖中，此化合物包括二個環(huán)，其中之一包含一個氧原子。各個環(huán)的尺寸決定于各個環(huán)核中重復(fù)的甲撐原子團(tuán)的數(shù)目l、m和n。不飽和鍵的位置決定于m和n。在9-雜二環(huán)[6.1.0]壬-4-烯的例子中，l＝0，m＝2，n＝2。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的平行板化學(xué)氣相淀積反應(yīng)器的剖面圖。
圖4示出了從四甲基環(huán)四硅氧烷(“TMCTS”)和He淀積的SiCOH得到的傅立葉轉(zhuǎn)換紅外(“FTIR”)譜。
圖5示出了從根據(jù)本發(fā)明的由TMCTS+He和環(huán)戊烯氧化物淀積的本發(fā)明超低k材料得到的FTIR譜。
圖6示出了具有根據(jù)本發(fā)明的超低k材料的層內(nèi)介質(zhì)層和層間介質(zhì)層的電子器件的放大剖面圖。
圖7示出了具有根據(jù)本發(fā)明的超低k材料頂部上的額外擴(kuò)散勢壘介質(zhì)帽層的圖6電子結(jié)構(gòu)的放大剖面圖。
圖8示出了具有根據(jù)本發(fā)明的額外RIE硬掩模/拋光停止層介質(zhì)帽層以及拋光停止層頂部上的介質(zhì)帽擴(kuò)散勢壘的圖7電子結(jié)構(gòu)的放大剖面圖。
圖9示出了具有根據(jù)本發(fā)明的層間超低k材料膜頂部上的額外RIE硬掩模/拋光停止介質(zhì)層的圖8電子結(jié)構(gòu)的放大剖面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明公開了一種在平行板等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(“PECVD”)反應(yīng)器中制造熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)膜的方法。優(yōu)選實施方案中公開的材料包含氫化的氧化硅碳材料(SiCOH)的基質(zhì)，此材料在共價鍵合的三維網(wǎng)絡(luò)中包含Si、C、O、H，并具有不大于大約2.6的介電常數(shù)。此材料可以具有共價鍵合的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。此材料可以包含F(xiàn)和N，并可以可選地具有部分地被鍺原子替換的硅原子。此材料最好包含直徑約為0.3-50nm，最好直徑約為0.4-10nm的分子尺寸的空洞(亦即納米尺寸的孔)，進(jìn)一步將介電常數(shù)降低到小于大約2.0的數(shù)值。納米尺寸的孔占據(jù)了材料體積的大約0.5-50％。更優(yōu)選的是，超低k膜的介電常數(shù)約為大約1.6-2.6，而最優(yōu)選的是介電常數(shù)約為1.8-2.2。本發(fā)明的膜最好具有不大于1.3微米的厚度且水中的裂紋傳播速度小于每秒10-9米，最優(yōu)選的是膜的水中裂紋傳播速度小于每秒10-10米。
為了產(chǎn)生超低k熱穩(wěn)定膜，特定生長條件的淀積反應(yīng)器必須有特定的幾何形狀。例如，在平行板反應(yīng)器中，襯底吸盤的導(dǎo)電面積應(yīng)該在大約300-700平方厘米之間，襯底與頂部電極之間的間隙在大約1-10厘米之間。RF功率被施加到襯底。根據(jù)本發(fā)明，超低介電常數(shù)膜由諸如TMCTS之類的環(huán)狀硅氧烷前體和第二前體的氣體混合物在特殊構(gòu)造的反應(yīng)器中于特定反應(yīng)條件下形成，此第二前體是一種選自具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子的有機(jī)分子，例如環(huán)戊烯氧化物。包含鍺的第三前體可以可選地被用來形成氣體混合物，超低介電常數(shù)膜由此氣體混合物形成，從而用鍺原子部分地替換硅原子。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，超低介電常數(shù)膜可以在存在CO2或CO2與O2的情況下進(jìn)行。本發(fā)明的低介電常數(shù)膜還可以在不低于大約300℃的溫度下被熱處理至少大約0.25小時，以便降低介電常數(shù)。在此熱處理步驟中，由包含碳和氫且可選地包含氧的第二前體氣體(或混合物)產(chǎn)生的分子碎片可以被熱分解，并可以被轉(zhuǎn)換成更小的分子而從膜中釋放。利用轉(zhuǎn)換過程和分子碎片的釋放，膜中還可以可選地發(fā)生空洞的進(jìn)一步發(fā)展。膜的密度從而被降低。
本發(fā)明提供了一種制備材料的方法，此材料具有超低亦即低于大約2.6的介電常數(shù)，適合于BEOL布線結(jié)構(gòu)的集成。更優(yōu)選的是，本發(fā)明超低k膜的介電常數(shù)約為大約1.6-2.6，而最優(yōu)選的是介電常數(shù)約為2.0-2.2。如下面所述，可以借助于選擇至少二種合適的前體和加工參數(shù)的特定組合來制備本發(fā)明的膜。第一前體最好選自具有包含SiCOH組分的環(huán)結(jié)構(gòu)的分子，例如1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷(“TMCTS”即“C4H16O4Si4”)或八甲基環(huán)四硅氧烷(“OMCTS”即“C8H24O4Si4”)。更一般的是，第一前體是一種環(huán)狀烷基硅氧烷，它包含包括以交替方式鍵合的相等數(shù)目的硅原子和氧原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，烷基原子團(tuán)(例如甲基、乙基、丙基或以上或支鏈相似物以及諸如環(huán)丙基、環(huán)戊基、環(huán)己基、以及更高基相似物)被共價鍵合到至少一個硅原子，包括所有硅原子具有二個附著的烷基原子團(tuán)的情況。這些烷基原子團(tuán)可以是相似的或不相似的。此外，這種環(huán)狀硅氧烷的硅原子可以被鍵合到氫，在此情況下，這些化合物可以被認(rèn)為是部分地烷基化的氫化硅氧烷。
第二前體可以選自有機(jī)分子，這些有機(jī)分子包含C、H、O原子，切包含至少一個環(huán)，具有適當(dāng)?shù)膿]發(fā)性，致使借助于控制溫度和壓力而被引入到淀積反應(yīng)器作為蒸汽。此外，諸如N、S、Si、或鹵素之類的其它原子可以被包含在前體分子中。特別有用的是包含稠環(huán)的物質(zhì)，至少其中之一包含異質(zhì)原子，最好是氧。最適合的是那些包括其尺寸產(chǎn)生顯著環(huán)應(yīng)變的亦即3或4個原子和/或7個或更多個原子的環(huán)的。特別有吸引力的是熟知的雜二環(huán)物化合物。在這些容易得到的例子中，有6-雜二環(huán)[3.1.0]己烷或環(huán)戊烯氧化物(760mm汞柱下的沸點(diǎn)為102℃)；7-雜二環(huán)[4.1.0]庚烷或環(huán)庚烯氧化物(760mm汞柱下的沸點(diǎn)為129℃)；9-雜二環(huán)[6.1.0]壬烷或環(huán)辛烯氧化物(5mm汞柱下的沸點(diǎn)為55℃)；以及7-雜二環(huán)[2.2.1]庚烷或1，4-環(huán)氧環(huán)己烷(713mm汞柱下的沸點(diǎn)為119℃)。更一般的是，滿足圖1所示公式的各種物質(zhì)可以被認(rèn)為是合適的。
此外，如在9-雜二環(huán)[6.1.0]壬-4-烯(760mm汞柱下的沸點(diǎn)為195℃)或圖2所示一般結(jié)構(gòu)的化合物中那樣，第二前體可以具有一定的不飽和度。而且，如在7-雜二環(huán)[4.1.0]庚烷-2-酮(15mm汞柱下的沸點(diǎn)為77℃)和3-雜環(huán)氧環(huán)[3.1.0]己烷-2-4-雙酮(5mm汞柱下的沸點(diǎn)為100℃)中那樣，第二前體可以具有包括但不局限于下列的功能酮、醛、胺、酰胺、酰亞胺、醚、酯、酐、碳酸酯、硫醇、硫醚等。
如上所述，借助于選擇至少二種合適的前體，可以制備本發(fā)明的膜。在本發(fā)明的某些實施方案中，包含鍺的第三前體材料可以可選地被用來形成超低介電常數(shù)膜。在這種實施方案中，鍺原子部分地替換本發(fā)明膜中的硅原子。
而且，在PECVD反應(yīng)器中，第一前體還可以與作為載氣的CO2進(jìn)行混合，或第一和第二前體氣體可以與CO2或CO2與O2的混合物進(jìn)行混合。在PECVD反應(yīng)器中將CO2加入到第一前體作為載氣，或?qū)O2或CO2與O2的混合物加入到第一和第二前體，提供了對PECVD反應(yīng)器中的等離子體的穩(wěn)定作用，從而改善了淀積在襯底上的膜的均勻性。當(dāng)CO2與第一和第二前體混合時，CO2的量可以是大約25-1000sccm，約為50-500sccm更優(yōu)選。當(dāng)CO2和O2的混合物與第一和第二前體混合時，混合的CO2的量可以是大約25-1000sccm，混合的O2的量可以是大約0.5-50sccm。更優(yōu)選的是，CO2的量約為50-500sccm，O2的量約為1-30sccm。
如圖3所示，平行板等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(“PECVD”)反應(yīng)器10是用來加工200mm晶片類型的。反應(yīng)器10的內(nèi)徑X約為13英寸，其高度Y約為8.5英寸。襯底吸盤12的直徑約為10.8英寸。反應(yīng)氣體通過與襯底吸盤12分隔開大約1英寸間隙Z的氣體分配板(“GDP”)16被引入到反應(yīng)器10中，并通過3英寸的出氣口被抽出反應(yīng)器10。RF功率20被連接到與反應(yīng)器10電絕緣的GDP 16，且襯底吸盤12被接地。為了實際的目的，反應(yīng)器的所有其它零件都被接地。在一個不同的實施方案中，RF功率20可以被連接到襯底吸盤12并傳輸?shù)揭r底22。在此情況下，襯底需要負(fù)偏壓，其數(shù)值依賴于反應(yīng)器的幾何形狀和等離子體參數(shù)。在另一實施方案中，可以使用一個以上的電源。例如，二個電源可以工作于同一個RF頻率下，或一個可以工作于低頻而另一個工作于高頻。二個電源可以都連接到同一個電極或連接到分別的電極。在另一實施方案中，RF電源可以在淀積過程中脈沖開關(guān)。低k膜淀積過程中被控制的工藝變量是RF功率、前體混合和流速、反應(yīng)器中的壓力、以及襯底的溫度。
可以用絕緣涂敷材料來涂敷反應(yīng)器10的表面24。例如，一種特殊類型的涂層被涂敷在反應(yīng)器壁24上，厚度為幾個密耳?？梢杂糜谝r底吸盤12上的另一種涂層材料是薄的氧化鋁涂層或其它抗氧等離子體腐蝕的絕緣體涂層。被加熱的晶片吸盤的溫度控制著襯底的溫度。
根據(jù)本發(fā)明，采用了上面所述的適當(dāng)?shù)牡谝缓偷诙绑w以及工藝參數(shù)的特定組合，以便制備的本發(fā)明超低k材料最好包含大約5-40原子百分比的硅；大約5-45原子百分比的碳；大約0-50原子百分比的氧；以及大約10-55原子百分比的氫。
膜的淀積工藝過程中被控制的主要工藝變量是RF功率；第一、第二、以及可選地第三前體的流速；CO2的流速或CO2和O2的流速；反應(yīng)器的壓力、以及襯底的溫度。下面提供的是根據(jù)本發(fā)明利用第一前體四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)和第二前體環(huán)戊烯氧化物(“CPO”)以及在存在CO2或CO2和O2的情況下淀積膜的幾個實施例。在實施例1-2中，用He作為載氣，將TMCTS前體蒸汽輸運(yùn)到反應(yīng)器中，而在實施例3中，用液體供給系統(tǒng)來輸運(yùn)TMCTS。在實施例5-7中，用CO2作為載氣，將TMCTS前體蒸汽輸運(yùn)到反應(yīng)器中，而在實施例8中，用液體供給系統(tǒng)來輸運(yùn)TMCTS。各個膜在淀積之后可以可選地在400℃的溫度下被熱處理，以便降低k。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)本發(fā)明的制造方法僅僅可能以唯一確定的生長條件利用具有特定幾何形狀的淀積反應(yīng)器。當(dāng)在確定的生長條件下使用不同幾何形狀的反應(yīng)器時，產(chǎn)生的膜可能達(dá)不到超低的介電常數(shù)。例如，根據(jù)本發(fā)明的平行板反應(yīng)器應(yīng)該具有大約300-700平方厘米，最好約為500-600平方厘米的襯底吸盤面積。襯底與氣體分配板(或頂部電極)之間的間隙約為1-10厘米，最好約為1.5-7厘米。RF功率在大約12-15MHZ下，最好在13.56MHZ下被施加到電極之一。低于1MHZ的低頻功率可以在每平方厘米0-0.3W的功率密度下可選地被施加到與RF功率相同的電極，或施加到相反的電極。
為了能夠成功地進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的淀積工藝，所用的淀積條件也是很關(guān)鍵的。例如，采用了約為25-325℃，最好約為60-200℃的晶片溫度。采用了約為每平方厘米0.05-1.0W，最好約為每平方厘米0.25-0.8W的RF功率密度。采用了約為5-1000sccm，最好約為25-200sccm的TMCTS反應(yīng)氣體流速。采用了約為5-1000sccm，最好約為10-120sccm的CPO反應(yīng)氣體流速。鍺的反應(yīng)氣體流速約為5-1000sccm，最好約為5-50sccm。TMCTS-CO2的總反應(yīng)氣體流速約為25-1000sccm，其中的CO2被用作載氣，CO2和O2的混合物的流速分別是CO2約為25-1000sccm而O2約為0.5-50sccm，且CO2的流速約為15-1000sccm。TMCTS-CO2的總反應(yīng)氣體流速最好約為50-500sccm，其中的CO2被用作載氣，CO2和O2的混合物的流速最好分別是CO2約為50-500sccm而O2約為1-30sccm，且CO2的流速最好約為50-500sccm。淀積過程中采用了約為50-5000毫乇，最好約為100-3000毫乇的反應(yīng)器壓力。
應(yīng)該指出的是，襯底吸盤面積改變X倍，亦即從范圍約為300-700平方厘米內(nèi)的數(shù)值改變，將使RF功率從先前規(guī)定的數(shù)值改變X倍。同樣，從先前規(guī)定的數(shù)值，襯底吸盤面積改變Y倍，且氣體分配板與襯底吸盤之間的間隙改變Z倍，將使氣體流速從先前規(guī)定的數(shù)值改變YZ倍。若采用多工作站的淀積反應(yīng)器，則襯底的面積指的是各個單獨(dú)襯底吸盤，且氣體流速指的是一個單獨(dú)的淀積站。因此，輸入到反應(yīng)器的總的流速和總的功率要被乘以反應(yīng)器內(nèi)淀積站的總數(shù)。
此淀積膜在經(jīng)歷進(jìn)一步集成處理之前被穩(wěn)定。此穩(wěn)定工藝可以在爐子退火步驟中于大約300-400℃下執(zhí)行大約0.5-4小時。此穩(wěn)定工藝也可以在快速熱退火工藝中于大約300℃以上的溫度下執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明得到的膜的介電常數(shù)小于大約2.6。根據(jù)本發(fā)明在高達(dá)至少大約400℃溫度的非氧化氣氛中得到了膜的熱穩(wěn)定性。
圖6-9示出了根據(jù)本發(fā)明制作的電子器件。應(yīng)該指出的是，圖6-9所示的器件僅僅是作為根據(jù)本發(fā)明的例子而示出的，根據(jù)本發(fā)明還能夠制作無數(shù)其它的器件。
圖6示出了制作在硅襯底32上的電子器件30。在硅襯底32的頂部上，絕緣材料層34被形成為具有埋置在其中的第一金屬區(qū)36。在第一金屬區(qū)36上進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(“CMP”)工藝之后，諸如超低k膜38之類的膜被淀積在第一絕緣材料層34和第一金屬區(qū)36的頂部上。第一絕緣材料層34可以由氧化硅、氮化硅、這些材料的摻雜變種、或任何其它適當(dāng)?shù)慕^緣材料適當(dāng)?shù)亟M成。用光刻工藝對超低k膜38進(jìn)行圖形化，并在其中淀積導(dǎo)體層40。在第一導(dǎo)體層上進(jìn)行CMP工藝之后，用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(“PECVD”)工藝淀積第二層超低k膜44，將第一超低k膜38和第一導(dǎo)體層40覆蓋。導(dǎo)體層40可以由金屬導(dǎo)電材料或非金屬導(dǎo)電材料來淀積。例如，可以利用鋁或銅的金屬導(dǎo)電材料或者諸如氮化物或多晶硅之類的非金屬材料。第一導(dǎo)體40與第一金屬區(qū)36電連接。
在第二超低k膜層44中進(jìn)行光刻工藝之后，形成第二導(dǎo)體區(qū)50，隨之以第二導(dǎo)體材料的淀積工藝。相似于淀積第一導(dǎo)體層40所用的那樣，第二導(dǎo)體50也可以由金屬材料或非金屬材料來淀積。第二導(dǎo)體區(qū)50與第一導(dǎo)體區(qū)40電連接，并被埋置在第二層超低k絕緣體44中。第二層超低k膜與第一層絕緣材料38緊密接觸。在此具體例子中，是為根據(jù)本發(fā)明的超低k材料的第一層絕緣材料38用作層內(nèi)介質(zhì)材料，而第二層絕緣材料亦即超低k膜44用作層內(nèi)和層間介質(zhì)?；诔蚹膜的低介電常數(shù)，利用第一絕緣層38和第二絕緣層44就能夠得到優(yōu)異的絕緣性質(zhì)。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的電子器件60，與圖6所示的電子器件30相似，但具有淀積在第一絕緣材料層38與第二絕緣材料層44之間的額外的介質(zhì)帽層62。介質(zhì)帽層62可以由諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅(SiCO)、修正的超低k及其氫化化合物之類的材料、以及難熔金屬氮化硅適當(dāng)?shù)亟M成，其中的難熔金屬選自Ta、Zr、Hf、W。額外的介質(zhì)帽層62起擴(kuò)散勢壘層的作用，用來防止第一導(dǎo)體層40擴(kuò)散進(jìn)入到第二絕緣材料層44中或進(jìn)入到下方的各個層中，特別是進(jìn)入到層34和32中。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的電子器件70的另一變通實施方案。在電子器件70中，采用了用作RIE掩模和CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)拋光停止層的二個額外的介質(zhì)帽層72和74。第一介質(zhì)帽層72被淀積在第一絕緣材料層38的頂部上。介質(zhì)層72的功能是提供整平第一導(dǎo)體層40所用的CMP工藝的終點(diǎn)。拋光停止層72可以由諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅(SiCO)、修正的超低k及其氫化化合物之類的適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)材料、以及難熔金屬氮化硅適當(dāng)?shù)氐矸e，其中的難熔金屬選自Ta、Zr、Hf、W。介質(zhì)層72的頂部表面與第一導(dǎo)體層40處于同一個水平。為了同一個目的，第二介質(zhì)層74可以被加在第二絕緣材料層44的頂部上。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的電子器件80的另一變通實施方案。在此變通實施方案中，淀積了額外的介質(zhì)層82，從而將第二絕緣材料層44分成二個分隔的層84和86。如圖8所示的層內(nèi)和層間介質(zhì)層44因此在互連92與互連94之間的邊界處被分成層間介質(zhì)層84和層內(nèi)介質(zhì)層86，如圖9所示。額外的擴(kuò)散勢壘層96被進(jìn)一步淀積在上部介質(zhì)層74的頂部上。電子器件80的這一變通實施方案所提供的額外好處在于，介質(zhì)層82用作RIE腐蝕停止層，提供了優(yōu)異的互連深度控制。
下列各個實施例被用來說明根據(jù)本發(fā)明的超低k介質(zhì)膜的制造以及用來演示從中能夠得到的各種優(yōu)點(diǎn)。
實施例1在本實施例中，根據(jù)圖3，首先借助于通過縫隙閥門14將晶片引入到反應(yīng)器10中，并用氬氣對晶片進(jìn)行預(yù)腐蝕，來制備晶片。在此晶片制備工藝中，晶片溫度被設(shè)定在大約180℃，氬氣流速被設(shè)定在大約25sccm，以便得到大約100毫乇的壓力。然后將RF功率開通到大約125W，停留大約60秒鐘。然后關(guān)斷RF功率和氬氣流。
用He作為載氣，將TMCTS前體載入到反應(yīng)器中；He在TMCTS容器入口處的壓力約為每平方英寸5磅。借助于首先將TMCTS+He和CPO的氣流固定為所需的流速和壓力，亦即大約20sccm的TMCTS+He和大約6sccm的CPO以及大約100毫乇，能夠淀積根據(jù)本發(fā)明的超低k膜。然后將RF功率開通到大約15W，停留大約50分鐘。然后關(guān)斷RF功率和氣流。然后將晶片從反應(yīng)器10中取出。
為了降低淀積的膜的介電常數(shù)和進(jìn)一步改善其熱穩(wěn)定性，亦即為了使之在高于300℃的溫度下穩(wěn)定，對膜進(jìn)行后退火，以便蒸發(fā)揮發(fā)性組分并穩(wěn)定膜的尺寸。可以用下列步驟在退火爐子中進(jìn)行后退火工藝。首先用氮以大約每分鐘10升的流速對爐子進(jìn)行大約5分鐘的沖洗(膜樣品位于裝料站中)。然后將膜樣品傳送到爐子反應(yīng)器中，以便開始后退火工藝，即以大約每分鐘5℃的加熱速率將膜加熱到大約280℃，在大約280℃下保持大約5分鐘，以大約每分鐘5℃的第二加熱速率加熱到大約400℃，在大約400℃下保持大約4小時，關(guān)斷爐子，使膜樣品冷卻到低于大約100℃的溫度。適當(dāng)?shù)牡谝槐３譁囟瓤梢约s為280-300℃，而適當(dāng)?shù)牡诙３譁囟瓤梢约s為300-400℃。
下面參照圖4和5來討論第一實施方案的結(jié)果。圖4提供了典型SiCOH膜的傅立葉轉(zhuǎn)換紅外(“FTIR”)譜。此譜顯示了大約1000-1100cm-1處的一個強(qiáng)的Si-O吸收帶、1275cm-1處的一個Si-CH3吸收峰、2150-2250cm-1處的一個Si-H吸收帶、以及2900-3000cm-1處的一些小的C-H吸收峰。下面的表1提供了SiCOH膜的CH峰、SiH峰、以及SiCH3峰相對于SiO峰的強(qiáng)度。
圖5提供了根據(jù)本發(fā)明從(TMCTS+He)+CPO制備的超低k膜得到的FTIR譜。如在圖4中那樣，此譜顯示了Si-O、Si-CH3、以及C-H吸收峰。但Si-H峰消失了，超低k膜在大約2900-3000cm-1處的C-H吸收帶的強(qiáng)度，比圖4所示的SiCOH的強(qiáng)得多。表1也示出了此膜的CH峰和SiCH3峰相對于SiO峰的強(qiáng)度。如表1確切所示，超低k膜的C-H峰的積分面積是SiCH3峰的40％，而在SiCOH膜中僅僅是SiCH3峰的2％。這明顯地表明除了SiCOH相之外，超低k膜包含了顯著數(shù)量的次要CHx(碳?xì)浠衔?相。如圖5所示，超低k膜的FTIR譜的另一特性是Si-O峰分裂成大約1139cm-1處和大約1056cm-1處的二個峰。
表1.FTIR吸收峰的相對積分強(qiáng)度

實施例2在本實施例中，如實施例1所述來制備晶片，但晶片溫度被設(shè)定在大約300℃。然后，用He作為載氣，將TMCTS前體載入到反應(yīng)器中；He在TMCTS容器入口處的壓力約為每平方英寸5磅。借助于首先將TMCTS+He和CPO的氣流固定為所需的流速和壓力，亦即大約150sccm的TMCTS+He和大約50sccm的CPO以及大約2000毫乇，能夠淀積根據(jù)本發(fā)明的超低k膜。然后將RF功率開通到大約150W，停留大約10分鐘。然后關(guān)斷RF功率和氣流。然后將晶片從反應(yīng)器10中取出，并如實施例1所述進(jìn)行退火。
實施例3
在本實施例中，采用包含6個淀積站的反應(yīng)器。晶片吸盤的溫度被設(shè)定在大約350℃。用液體供給系統(tǒng)以大約每分鐘5毫升的流速，將TMCTS前體載入到反應(yīng)器中，并使CPO以大約900sccm的速率流動，壓力被穩(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。在各個站中，于晶片上執(zhí)行超低k膜淀積，在預(yù)定時間長度之后，將晶片移動到下一站。在通過最后的淀積站之后，將晶片從反應(yīng)器中取出，并如實施例1所述進(jìn)行退火。
在上述各個實施例中，等離子體工作于連續(xù)模式。在下面的實施例4中，等離子體工作于脈沖模式。
實施例4在本實施例中，在相似于實施例1的條件下執(zhí)行淀積，但等離子體工作于脈沖模式，亦即，占空比為大約50％，等離子體開通時間大約50-100毫秒。在將晶片從反應(yīng)器10中取出之后，淀積有膜的晶片如實施例1所述被退火。
如上述各個實施例所述，制備的膜具有大約1.8-2.2的介電常數(shù)。
實施例5在本實施例中，根據(jù)圖3，首先借助于通過縫隙閥門14將晶片引入到反應(yīng)器10中，并用氬氣對晶片進(jìn)行預(yù)腐蝕，來制備晶片。在此晶片制備工藝中，晶片溫度被設(shè)定在大約180℃，氬氣流速被設(shè)定在大約25sccm，以便得到大約100毫乇的壓力。然后將RF功率開通到大約125W，停留大約60秒鐘。然后關(guān)斷RF功率和氬氣流。
用CO2作為載氣，將TMCTS前體載入到反應(yīng)器中；CO2在TMCTS容器入口處的壓力約為每平方英寸5磅。借助于首先將TMCTS+CO2和CPO的氣流固定為所需的流速和壓力，亦即大約20sccm的TMCTS+CO2和大約10sccm的CPO以及大約100毫乇，能夠淀積根據(jù)本發(fā)明的超低k膜。然后將RF功率開通到大約15W，停留大約50分鐘。然后關(guān)斷RF功率和氣流。然后將晶片從反應(yīng)器10中取出。
為了降低淀積的膜的介電常數(shù)和進(jìn)一步改善其熱穩(wěn)定性，亦即為了使之在高于300℃的溫度下穩(wěn)定，對膜進(jìn)行后退火，以便蒸發(fā)揮發(fā)性組分并穩(wěn)定膜的尺寸?？梢杂孟铝胁襟E在退火爐子中進(jìn)行后退火工藝。首先用氮以大約每分鐘10升的流速對爐子進(jìn)行大約5分鐘的沖洗(膜樣品位于裝料站中)。然后將膜樣品傳送到爐子反應(yīng)器中，以便開始后退火工藝，即以大約每分鐘5℃的加熱速率將膜加熱到大約280℃，在大約280℃下保持大約5分鐘，以大約每分鐘5℃的第二加熱速率加熱到大約400℃，在大約400℃下保持大約4小時，關(guān)斷爐子，使膜樣品冷卻到低于大約100℃的溫度。適當(dāng)?shù)牡谝槐３譁囟瓤梢约s為280-300℃，而適當(dāng)?shù)牡诙３譁囟瓤梢约s為300-400℃。
實施例6在本實施例中，如實施例5所述來制備晶片，但晶片溫度被設(shè)定在大約300℃。然后，用CO2作為載氣，將TMCTS前體載入到反應(yīng)器中；CO2在TMCTS容器入口處的壓力約為每平方英寸5磅。借助于首先將TMCTS+CO2和CPO的氣流固定為所需的流速和壓力，亦即大約150sccm的TMCTS+CO2和大約75sccm的CPO以及大約2000毫乇，能夠淀積根據(jù)本發(fā)明的超低k膜。然后將RF功率開通到大約150W，停留大約10分鐘。然后關(guān)斷RF功率和氣流。然后將晶片從反應(yīng)器10中取出，并如實施例5所述進(jìn)行退火。
在上述各個實施例中，等離子體工作于連續(xù)模式。在下面的實施例3中，等離子體工作于脈沖模式。
實施例7在本實施例中，在相似于實施例5的條件下執(zhí)行淀積，但等離子體工作于脈沖模式，亦即，占空比為大約50％，等離子體開通時間大約50-100毫秒。在將晶片從反應(yīng)器10中取出之后，淀積有膜的晶片如實施例5所述被退火。
實施例8在本實施例中，采用包括6個淀積站的反應(yīng)器。晶片吸盤的溫度被設(shè)定在大約350℃。用液體供給系統(tǒng)以大約每分鐘5毫升的流速，將TMCTS前體載入到反應(yīng)器中，使CPO以大約250sccm的速率流動，壓力被穩(wěn)定在大約4000毫乇。流速約為5000sccm的CO2和流速約為250sccm的O2在反應(yīng)器中與TMCTS和CPO的氣體混合物混合。CO2和O2混合物的加入穩(wěn)定了等離子體，從而改善了膜的均勻性。大約600W的總高頻RF功率和大約300W的低頻RF功率被施加到反應(yīng)器。在各個站中，于晶片上執(zhí)行超低k膜淀積，在預(yù)定時間長度之后，將晶片移動到下一站。在通過最后的淀積站之后，將晶片從反應(yīng)器中取出，并如上面實施例5所述進(jìn)一步可選地進(jìn)行退火。
快速熱退火(“RTA”)工藝也可以被用來穩(wěn)定超低k膜。根據(jù)本發(fā)明得到的膜的特征在于，介電常數(shù)小于大約2.6，并在后端工藝(“BEOL”)互連結(jié)構(gòu)的集成中是熱穩(wěn)定的，此后端工藝通常在高達(dá)大約400℃的溫度下進(jìn)行。因此，本發(fā)明的論述可以容易地適合于生產(chǎn)作為邏輯器件和存儲器件后端工藝中的層內(nèi)和層間介質(zhì)的各種膜。
因此，在上面的描述和附圖1-9中，已經(jīng)透徹地演示了根據(jù)本發(fā)明的方法和制作的電子結(jié)構(gòu)。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，圖6-9所示電子結(jié)構(gòu)的實施例僅僅是用來說明能夠被應(yīng)用于無數(shù)電子器件的制造中的本發(fā)明的方法。
雖然以說明的方式已經(jīng)描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解的是，所用的術(shù)語是為了描述詞意而不是為了限制。
而且，雖然參照優(yōu)選實施方案和一些變通實施方案已經(jīng)具體描述了本發(fā)明，但可以理解的是，本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員可以容易地將這些論述應(yīng)用于本發(fā)明的其它可能的變種而不偏離本發(fā)明的構(gòu)思與范圍。
權(quán)利要求
1.一種介質(zhì)材料，它包含Si、C、O、H，所述介質(zhì)材料具有共價鍵合的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及不大于2.6的介電常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)材料，其中，所述介電常數(shù)約為1.6-2.6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)材料，其中，所述介電常數(shù)約為1.8-2.2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)材料，其中，所述介電常數(shù)不大于2.2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)材料，其中，所述介電常數(shù)不大于2.1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)材料，其中，所述共價鍵合的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包含Si-O、Si-C、Si-H、C-H、C-C鍵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)材料，其中，所述介質(zhì)材料包含大約5-40原子百分比的Si；大約5-45原子百分比的C；0-大約50原子百分比的O；以及大約10-55原子百分比的H。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)材料，其中，所述介質(zhì)材料還具有共價鍵合的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)材料，其中，所述介質(zhì)材料對至少350℃的溫度是熱穩(wěn)定的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)材料，其中，所述Si至少部分地被Ge替換。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)材料，其中，所述介質(zhì)材料還包含至少一種選自F、N、Ge的元素。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)材料，其中，所述介質(zhì)材料還包含多重納米尺寸的孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的介質(zhì)材料，其中，所述多重納米尺寸的孔的直徑約為0.3-50nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的介質(zhì)材料，其中，所述多重納米尺寸的孔的直徑約為0.4-10nm。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的介質(zhì)材料，其中，所述多重納米尺寸的孔占據(jù)所述介質(zhì)材料體積的大約0.5-50％。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)材料，其中，所述介質(zhì)材料的厚度不大于1.3微米，且在水中的裂紋傳播速度小于每秒10-9米。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的介質(zhì)材料，其中，所述介質(zhì)材料的厚度不大于1.3微米，且在水中的裂紋傳播速度小于每秒10-10米。
18.一種后端線工藝互連結(jié)構(gòu)，它包含作為BEOL絕緣體、帽、或硬掩模層的介質(zhì)材料，所述介質(zhì)材料包含元素Si、C、O、H，且具有共價鍵合的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及不大于2.6的介電常數(shù)。
全文摘要
提供了一種熱穩(wěn)定的超低介電常數(shù)膜，它包含Si、C、O、H原子，并具有共價鍵合的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和不大于2.6的介電常數(shù)。此介電常數(shù)膜還可以具有共價鍵合的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。共價鍵合的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包含Si－O、Si－C、Si－H、C－H、C－C共價鍵，并可以可選地包含F(xiàn)和N。在此膜中，硅原子可以可選地被鍺原子部分地替換。此介電常數(shù)膜的厚度不大于1.3微米，且在水中的裂紋傳播速度小于每秒10
文檔編號C23C16/30GK1659685SQ03813609
公開日2005年8月24日 申請日期2003年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月19日
發(fā)明者阿爾弗雷德·格里爾, 維施努伯?！·帕特爾 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司