專利名稱：用于制造在制成的半導(dǎo)體器件和電子器件內(nèi)用作層內(nèi)或?qū)娱g電介質(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)明一般涉及用于制造具有超低的介電常數(shù)(或超低k)的電介質(zhì)材料的方法和包含該電介質(zhì)材料的電子器件。更特別地，本發(fā)明涉及制造熱穩(wěn)定的超低k的膜的方法，該膜在超大規(guī)模集成(“ULSI”)線后端(“BEOL”)配線結(jié)構(gòu)中用作層內(nèi)或?qū)娱g的電介質(zhì)，和由此方法形成的電子結(jié)構(gòu)。
近年在ULSI電路中使用的電子器件尺寸上的不斷收縮已經(jīng)導(dǎo)致BEOL鍍覆金屬的電阻增加以及層內(nèi)和層間電介質(zhì)的電容的增加。這二者結(jié)合的效果增加了ULSI電子器件內(nèi)的信號延遲。為了提高未來ULSI電路的開關(guān)性能，需要低介電常數(shù)(k)絕緣體和尤其是具有顯著低于氧化硅的k的那些絕緣體來降低電容。具有低k值的電介質(zhì)材料(即電介質(zhì))市售可得。例如，一種這樣的市售可得的材料是聚四氟乙烯(“PTFE”)，其介電常數(shù)約為2.0。但是當(dāng)對超過300℃的溫度曝光時，大多數(shù)市售可得的電介質(zhì)材料是非熱穩(wěn)定的。在目前ULSI芯片中低k電介質(zhì)的集成化要求至少400℃的熱穩(wěn)定性。
已經(jīng)考慮在ULSI器件中應(yīng)用的低k材料包括含Si、C、O和H元素的聚合物，如甲基硅氧烷、甲基硅倍半氧烷及其它有機(jī)和無機(jī)聚合物。例如，論文(N.Hacker等人，“新型低介電常數(shù)的旋涂氧化硅基電介質(zhì)的性質(zhì)”Mat.Res.Soc.Symp.Proc.476(1997)25)描述了看起來滿足熱穩(wěn)定性要求的材料，即使當(dāng)膜是由旋涂技術(shù)制備時，當(dāng)這些材料中的一些達(dá)到在互連的結(jié)構(gòu)中用于集成所需要的厚度時，它們很容易傳播裂紋。此外，這些現(xiàn)有技術(shù)的前體材料成本很高并在大量生產(chǎn)中應(yīng)用受限。而且，非常大規(guī)模的集成(“VLSI”)和ULSI芯片的大多數(shù)制造步驟都是通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)或物理氣相沉積技術(shù)完成的。
這樣，使用預(yù)先安置并可得到的加工設(shè)備，通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)制造低k材料的能力將簡化其在制造工藝中的集成化作用、降低制造成本并產(chǎn)生更少的有害廢物。美國專利號6,147,009和6,497,963描述了由元素Si、C、O和H原子組成的低介電常數(shù)材料，其介電常數(shù)不超過3.6和呈現(xiàn)出非常低的裂紋蔓延速度。
美國專利號6,312,793、6,441,491、6,541,398和6,479,110 B2描述了多相低k電介質(zhì)材料，其包括由元素Si、C、O和H組成的基質(zhì)相和主要由C和H組成的另一相。在上述專利中公開的電介質(zhì)材料具有不超過3.2的介電常數(shù)。
美國專利號6,437,443描述了具有兩相或多相的低k電介質(zhì)材料，其中第一相由SiCOH材料形成。通過將第一種含Si、C、O和H原子的前體氣體與至少一種主要含C、H并任選F、N和O原子的第二種前體氣體，在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積室內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)提供該低k電介質(zhì)材料。
盡管公開了眾多的低k電介質(zhì)材料，但仍持續(xù)需要開發(fā)具有不超過大約2.5的介電常數(shù)的電介質(zhì)材料，其在目前的ULSI技術(shù)中使用的加工溫度范圍內(nèi)具有低應(yīng)力和熱穩(wěn)定性。
本發(fā)明提供制造具有不超過大約2.5的介電常數(shù)的超低介電常數(shù)(即超低k)材料的方法。更優(yōu)選地，本發(fā)明提供的超低k材料的介電常數(shù)為約1.5-約2.5，和最優(yōu)選地，介電常數(shù)為約1.8-約2.25。應(yīng)當(dāng)指出，除非另有說明，所有介電常數(shù)都是相對于真空的。
本發(fā)明還提供由至少兩種前體的混合物制造包括Si、C、O和H原子的超低介電常數(shù)材料的方法，其中第一種前體選自具有分子式SiRR’R”R的硅烷(SiH4)衍生物，其中R、R’、R”和R可以是也可以不是相同或不同的，且選自H、烷基和烷氧基。優(yōu)選地，R、R’、R”和R相同或不同并且是甲基、乙基、甲氧基和乙氧基。優(yōu)選的第一種前體包括但是不限于二乙氧基二甲基硅烷、二乙氧基甲基硅烷(DEMS)、乙氧基三甲基硅烷、乙氧基二甲基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、二甲氧基甲基硅烷、三乙氧基硅烷和三甲氧基甲基硅烷。
在本申請中使用的第二種前體是選自下式的有機(jī)化合物烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以是或不是相同的，并且選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的和可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化。優(yōu)選的第二種前體包括但是不限于環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、氧化環(huán)戊烯、氧化異丁烯、2，2，3-三甲基環(huán)氧乙烷、一氧化丁二烯、雙環(huán)庚二烯、1，2-環(huán)氧基-5-己烯、2-甲基-2-乙烯基環(huán)氧乙烷、1-異丙基-環(huán)己-1，3-二烯和叔丁基甲基醚。
包括硅烷衍生物的第一種前體與第二種有機(jī)前體的結(jié)合使用可以在SiCOH基質(zhì)中有效引入孔形成相和制備比用現(xiàn)有技術(shù)中描述的前體更低成本的SiCOH膜。
根據(jù)本發(fā)明的方法，包括硅烷衍生物的第一種前體與第二種有機(jī)前體的結(jié)合使用可以得到具有降低的張應(yīng)力的多孔SiCOH電介質(zhì)。
本發(fā)明進(jìn)一步提供在平行板等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(“PECVD”)反應(yīng)器內(nèi)制造超低k電介質(zhì)的方法，以及在電子結(jié)構(gòu)中用作線后端(“BEOL”)互連結(jié)構(gòu)中層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的超低k材料的制造方法。
在另一方面，本發(fā)明還提供具有低內(nèi)應(yīng)力和不超過約2.5的介電常數(shù)的熱穩(wěn)定的超低k材料。更優(yōu)選地，該超低k材料的介電常數(shù)為約1.5-約2.5，和最優(yōu)選地，介電常數(shù)為約1.8-約2.25。
然而在另一方面，本發(fā)明提供插入絕緣材料層在線后端(“BEOL”)配線結(jié)構(gòu)中用作層內(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層包括本發(fā)明的超低k材料。
更進(jìn)一步，本發(fā)明提供一種電子結(jié)構(gòu)，其具有本發(fā)明的超低k材料層，在線后端(“BEOL”)配線結(jié)構(gòu)中用作層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)，和其進(jìn)一步包含至少一種電介質(zhì)蓋層，作為活性離子蝕刻(“RIE”)停止層或化學(xué)-機(jī)械拋光停止層或擴(kuò)散阻擋層。
根據(jù)本發(fā)明，提供了制造具有包括Si、C、O和H原子的基質(zhì)和原子級別超小多孔性的熱穩(wěn)定的電介質(zhì)材料的方法。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，電介質(zhì)材料具有基本由Si、C、O和H組成的基質(zhì)。本發(fā)明進(jìn)一步提供在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(“PECVD”)反應(yīng)器內(nèi)，由第一種含硅的包括Si、C、O和H原子的前體氣體與至少一種包括C、H原子和任選地O、F和N原子的第二種含有機(jī)物的前體氣體反應(yīng)，制造電介質(zhì)材料的方法。本發(fā)明的電介質(zhì)材料的FTIR譜圖含可以被解卷積成三個峰的Si-O吸收譜帶。本發(fā)明進(jìn)一步提供具有絕緣材料層作為在線后端(“BEOL”)配線結(jié)構(gòu)中使用的層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)(即基體)，其中絕緣材料可以是本發(fā)明的超低k膜。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，提供了制造熱穩(wěn)定的超低k膜的方法，包括下列步驟提供等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(“PECVD”)反應(yīng)器；在反應(yīng)器內(nèi)定位電子結(jié)構(gòu)(即基體)；在反應(yīng)器內(nèi)充入包括Si、C、O和H原子的第一種含硅的前體氣體；在反應(yīng)器內(nèi)充入包括C、H原子和任選地O、F和N原子的第二種含有機(jī)物的前體氣體混合物；并將超低k膜沉積在基體上。
優(yōu)選地，第一種前體選自具有分子式SiRR’R”R的硅烷(SiH4)衍生物，其中R、R’、R”和R可以相同或不相同，且選自H、烷基和烷氧基，優(yōu)選甲基、乙基、甲氧基和乙氧基。優(yōu)選的前體包括二乙氧基二甲基硅烷、二乙氧基甲基硅烷(DEMS)、乙氧基三甲基硅烷、乙氧基二甲基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、二甲氧基甲基硅烷、三乙氧基硅烷和三甲氧基甲基硅烷。
在本申請中使用的第二種前體是選自下式的有機(jī)化合物烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以是或不是相同的并選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化。優(yōu)選的第二種前體包括環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、氧化環(huán)戊烯、氧化異丁烯、2，2，3-三甲基環(huán)氧乙烷、一氧化丁二烯、雙環(huán)庚二烯(也稱作2，5-降冰片二烯)、1，2-環(huán)氧基-5-己烯、2-甲基-2-乙烯基環(huán)氧乙烷、1-異丙基-環(huán)己-1，3-二烯和叔丁基甲基醚。
任選地，可以將本發(fā)明的沉積膜在不低于約300℃的溫度下進(jìn)行熱處理至少約0.25小時的時間。或者，可以將本發(fā)明的沉積膜進(jìn)行UV或電子束處理。
本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包括下列步驟提供一個平行板反應(yīng)器，其基體卡盤的面積在約300cm2-約800cm2之間和基體與頂部電極間的縫隙為約1cm-約10cm。
或者，還可以使用多站反應(yīng)器進(jìn)行膜的沉積。以約12MHz-約15MHz的頻率施加高頻RF功率到一個電極上。任選地，可以施加例如2MHz或更低頻率(350-450KHz)的附加的低頻功率到一個電極上。
熱處理步驟可以進(jìn)一步在不高于約300℃的溫度下進(jìn)行第一段時間和然后在不低于約380℃的溫度下進(jìn)行第二段時間，其中第二段時間比第一段時間長。第二段時間可以至少約是第一段時間的10倍?？梢詫⒋藷崽幚磉^的膜任選地對UV照射或電子束曝光處理。
本發(fā)明的超低k膜的沉積步驟可以進(jìn)一步包括下列步驟設(shè)定基體溫度在約25℃-約400℃之間；設(shè)定高頻RF功率密度在約0.05W/cm2-約3.5W/cm2之間；設(shè)定第一種前體流速在約5sccm-約1000sccm之間；設(shè)定第二種前體的流速在約5sccm-約1000sccm之間；設(shè)定載氣體(He)流速在0sccm-約1000sccm之間；和設(shè)定反應(yīng)器壓力在約50mtorr-約8000mtorr壓力之間。任選地，可以將約10W-約300W之間的超低頻率功率加到等離子體上。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，提供了制造超低k膜的方法，其包括下列步驟提供具有等離子體增強(qiáng)的平行板型化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器；將預(yù)加工的晶片定位在面積為約300cm2-約800cm2之間的基體卡盤上并保持晶片和頂部電極之間的縫隙為約1cm-約10cm之間；在反應(yīng)器內(nèi)充入包括具有分子式SiRR’R”R的硅烷衍生物分子的第一種前體氣體，其中R、R’、R”和R相同或不同并選自H、烷基和烷氧基，其中R、R’、R”和R相互獨(dú)立地是甲基、乙基、甲氧基或乙氧基；充入至少一種包括來自下列結(jié)構(gòu)的化合物的有機(jī)分子的第二種前體氣體；烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同，并且選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化；和將超低k膜沉積在晶片上。
本方法可以進(jìn)一步包括在沉積步驟后，在不低于約300℃的溫度下，將膜熱處理至少約0.25小時的步驟或在沉積后將膜進(jìn)行UV或電子束處理的步驟。此方法可以進(jìn)一步包括施加RF功率到晶片上的步驟。熱處理步驟可以進(jìn)一步在不高于約300℃的溫度下進(jìn)行第一段時間和然后在不低于約380℃的溫度下進(jìn)行第二段時間，第二段時間比第一段時間長。第二段時間可以至少約是第一段時間的10倍。
使用的硅烷衍生物前體可以是二乙氧基甲基硅烷(DEMS)和有機(jī)前體可以是雙環(huán)庚二烯(BCHD)。超低k膜的沉積步驟可以進(jìn)一步包括下列步驟設(shè)定晶片溫度在約25℃-約400℃之間；設(shè)定RF功率密度在約0.05W/cm2-約3.5W/cm2之間；設(shè)定硅烷衍生物的流速在約5sccm-約1000sccm之間；設(shè)定有機(jī)前體的流速在約5sccm-約1000sccm之間；設(shè)定載氣(He)流速在0sccm-約1000sccm之間；和設(shè)定反應(yīng)器壓力在約50mtorr-約8000mtorr壓力之間。另外，沉積步驟可以進(jìn)一步包括設(shè)定雙環(huán)庚二烯與二乙氧基甲基硅烷的流速比率在約0.1-約3之間，優(yōu)選0.2-0.6之間?；w卡盤的傳導(dǎo)面積可以由因素X改變，這樣由相同的因素X會導(dǎo)致RF功率的改變。
在另一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，提供了制造熱穩(wěn)定的超低k電介質(zhì)膜的方法，包括下列步驟提供平行板型的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器；將晶片定位在傳導(dǎo)面積約300cm2-約800cm2之間的基體卡盤上并保持晶片和頂部電極之間的縫隙約1cm-約10cm；在溫度保持在約25℃-約400℃之間的反應(yīng)器內(nèi)晶片上，以約25sccm-約1000sccm之間的總流速充入上述硅烷衍生物與有機(jī)分子的前體氣體混合物，同時保持反應(yīng)器壓力在約100mtorr-約8000mtorr之間；在約0.25W/cm2-約3W/cm2之間的RF功率密度下將電介質(zhì)膜沉積在晶片上；和任選地在不低于約300℃的溫度下將此超低k膜退火至少約0.25小時。
本發(fā)明的方法可以進(jìn)一步包括將此膜在不高于約300℃的溫度下進(jìn)行第一段時間的退火和然后在不低于約380℃的溫度下進(jìn)行第二段時間退火的步驟，其中第二段時間比第一段時間長。第二段時間可以設(shè)定為至少約是第一段時間的10倍。硅烷衍生物可以是二乙氧基甲基硅烷(DEMS)和有機(jī)前體可以是雙環(huán)庚二烯(BCHD)。
本發(fā)明的目的進(jìn)一步在于具有絕緣材料層在線后端(“BEOL”)互連結(jié)構(gòu)中用作層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，其包括一個預(yù)加工的半導(dǎo)電基體，該基體帶有嵌入在第一層絕緣材料內(nèi)的第一個金屬區(qū)，嵌入在本發(fā)明的超低k電介質(zhì)的第二層絕緣材料內(nèi)的第一個半導(dǎo)體區(qū)，上述超低k電介質(zhì)包括Si、C、O和H和多個納米尺寸的孔并且介電常數(shù)不超過約2.5，其中第二層絕緣材料與第一層絕緣材料緊密接觸，第一個半導(dǎo)體區(qū)與第一個金屬區(qū)進(jìn)行電連通，和第二個半導(dǎo)體區(qū)與第一個半導(dǎo)體區(qū)進(jìn)行電連通并且被嵌入到包括本發(fā)明的超低k電介質(zhì)的第三層絕緣材料內(nèi)，第三層絕緣材料與第二層絕緣材料緊密接觸。該電子結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包括位于第二層絕緣材料和第三層絕緣材料中間的電介質(zhì)蓋層。該電子結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包括第二層絕緣材料和第三層絕緣材料之間的第一個電介質(zhì)蓋層，和在第三層絕緣材料頂部的第二個電介質(zhì)蓋層。
電介質(zhì)蓋材料可以選自氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、碳氮化硅(SiCN)、碳氧氮化硅(SiCON)、難熔的金屬硅氮化物(其中難熔的金屬選自Ta、Zr、Hf和W)、碳化硅、碳摻雜氧化物或SiCOH及它們的氫化化合物。第一個和第二個電介質(zhì)蓋層可以選自同組的電介質(zhì)材料。第一層絕緣材料可以是氧化硅或氮化硅或這些材料的各種摻雜體，如磷硅酸鹽玻璃(“PSG”)或硼磷硅酸鹽玻璃(“BPSG”)。電子結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包括沉積在至少第二層絕緣材料和第三層絕緣材料之一上的電介質(zhì)材料的擴(kuò)散阻擋層。電子結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包括在第二層絕緣材料上面的電介質(zhì)，其作為活性離子蝕刻(“RIE”)硬掩模和拋光停止層，和在電介質(zhì)RIE硬掩模和拋光停止層的上面的電介質(zhì)擴(kuò)散阻擋層。電子結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包括在第二層絕緣材料上面的第一個電介質(zhì)RIE硬掩模/拋光停止層、在第一個電介質(zhì)拋光停止層上面的第一個電介質(zhì)RIE硬掩模/擴(kuò)散阻擋層、在第三層絕緣材料上面的第二個電介質(zhì)RIE硬掩模/拋光停止層和在第二個電介質(zhì)拋光停止層的上面的第二個電介質(zhì)擴(kuò)散阻擋層。電子結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步包括如上所述相同材料的電介質(zhì)蓋層，位于超低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。
本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將由下列詳述和附圖明確，其中


圖1描述了可以在本發(fā)明中使用的平行板化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器的剖視圖。
圖2描述了由本發(fā)明的超低k材料得到的傅立葉變換紅外(“FTIR”)譜圖，其中超低k材料由二乙氧基甲基硅烷(“DEMS”)和雙環(huán)庚二烯(“BCHD”)的混合物沉積。
圖3描述了由另一種本發(fā)明的超低k材料得到的傅立葉變換紅外(“FTIR”)譜圖，其中超低k材料由二乙氧基甲基硅烷(“DEMS”)和氧化環(huán)戊烯(“CPO”)的混合物沉積。
圖4描述了具有根據(jù)本發(fā)明的超低k材料的層內(nèi)電介質(zhì)層和層間電介質(zhì)層的電子器件的放大的剖視圖。
圖5描述了具有在根據(jù)本發(fā)明的超低k材料膜上面的附加的擴(kuò)散阻擋電介質(zhì)蓋層的圖4的電子結(jié)構(gòu)的放大的剖視圖。
圖6描述了具有附加RIE硬掩模/拋光停止電介質(zhì)蓋層和在根據(jù)本發(fā)明的拋光停止層上面的電介質(zhì)蓋擴(kuò)散阻擋層的圖5的電子結(jié)構(gòu)的放大的剖視圖。
圖7描述了具有在根據(jù)本發(fā)明的層間超低k材料膜上面的附加的RIE硬掩模/拋光停止電介質(zhì)層的圖6的電子結(jié)構(gòu)的放大的剖視圖。
圖8是具有沉積在多相材料膜上面的附加的RIE硬掩模/拋光停止電介質(zhì)層的圖7的電子結(jié)構(gòu)的放大的剖視圖。
本發(fā)明公開了在平行板等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(“PECVD”)反應(yīng)器內(nèi)制造熱穩(wěn)定的超低介電常數(shù)膜的方法。在優(yōu)選的實(shí)施方案中公開的材料包含氫化氧化的硅碳材料(SiCOH)基質(zhì)，其包括Si、C、O和H，處于無規(guī)共價鍵合的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且介電常數(shù)不超過約2.5，其可以進(jìn)一步包含分子尺寸的洞，直徑約0.5-20納米，進(jìn)一步降低介電常數(shù)到低于約2.0的數(shù)值。更優(yōu)選地，超低k膜的介電常數(shù)是從約1.5-約2.5，和最優(yōu)選介電常數(shù)為從約1.8-約2.25。本發(fā)明的超低k電介質(zhì)材料一般特征在于多相膜和多個納米尺寸的孔，該多相膜包括基本由Si、C、O和H組成的第一相和基本由C和H組成的第二相。
為了制造超低k熱穩(wěn)定膜，需要帶有特定生長條件的特定幾何形狀的沉積反應(yīng)器。例如，在平行板反應(yīng)器內(nèi)，基體卡盤的導(dǎo)電面積應(yīng)介于約300cm2-約800cm2之間，基體和頂部電極之間的縫隙約1cm-約10cm。施加RF功率到基體上。根據(jù)本發(fā)明，由硅烷衍生物如DEMS和第二種前體的混合物在特定構(gòu)型的沉積反應(yīng)器內(nèi)，在特定反應(yīng)條件下形成超低k膜，其中第二種前體是有機(jī)分子，選自下列化合物，包括烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同并選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化，如雙環(huán)庚二烯(BCHD)。本發(fā)明的超低k膜可以進(jìn)一步在不低于約300℃的溫度下進(jìn)行熱處理至少約0.25小時，以降低介電常數(shù)。此膜還可以在沉積后或在熱處理之后進(jìn)行UV或電子束處理。在此后沉積處理步驟過程中，由包括碳和氫和任選地氧原子的第二種前體氣體(或氣體混合物)得到的分子碎片會熱分解并轉(zhuǎn)變成更小的分子，這些小分子被從膜中釋放掉。任選地，在膜中通過分子碎片的轉(zhuǎn)變和釋放過程，可以得到進(jìn)一步形成的空洞。這樣膜密度降低，介電常數(shù)和折光指數(shù)相應(yīng)降低。
本發(fā)明提供制備具有超低k即低于約2.5的材料的方法，該材料適用于BEOL配線結(jié)構(gòu)中的集成化。更優(yōu)選地，本發(fā)明的超低k膜的介電常數(shù)為從約1.5-約2.5，和最優(yōu)選地，介電常數(shù)為從約1.8-約2.25?？梢酝ㄟ^至少兩種合適前體的選擇和如下所述的加工參數(shù)的特定的結(jié)合來制備本發(fā)明的膜。優(yōu)選地，第一種前體選自具有分子式SiRR’R”R的硅烷(SiH4)衍生物，其中R、R’、R”和R可以相同或不同，且選自H、烷基和烷氧基，優(yōu)選甲基、乙基、甲氧基和乙氧基。優(yōu)選的前體包括二乙氧基二甲基硅烷、二乙氧基甲基硅烷(DEMS)、乙氧基三甲基硅烷、乙氧基二甲基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、二甲氧基甲基硅烷、三乙氧基硅烷和三甲氧基甲基硅烷。
在本申請中使用的第二種前體是選自下式的有機(jī)化合物烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不同并選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化。此外，在第二種前體分子中可以包含其它原子如S、Si或其它鹵素。在這些物質(zhì)中，最合適的是環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、氧化環(huán)戊烯、氧化異丁烯、2，2，3-三甲基環(huán)氧乙烷、一氧化丁二烯、雙環(huán)庚二烯、1，2-環(huán)氧基-5-己烯、2-甲基-2-乙烯基環(huán)氧乙烷、1-異丙基-環(huán)己-1，3-二烯和叔丁基甲基醚。
如圖1所示，平行板等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(“PECVD”)反應(yīng)器10是用于加工200mm晶片使用的類型。反應(yīng)器10的內(nèi)徑X大約為13英寸，而其高Y大約為8.5英寸?；w卡盤12的直徑大約為10.8英寸。通過氣體分配板(“GDP”)16將反應(yīng)物氣體引入到反應(yīng)器10中，氣體分配板被約1英寸的縫隙Z與基體卡盤12分隔開，和通過3英寸的排氣口18將反應(yīng)物氣體排出反應(yīng)器10。RF功率20與GDP16連接，GDP16與反應(yīng)器10電絕緣，基體卡盤12接地。為了實(shí)用的目的，反應(yīng)器的所有其它部件都接地。在不同的實(shí)施方案中，RF功率20可以與基體卡盤12連接并被傳輸?shù)交w22上。在此情況下，基體要求負(fù)偏壓，其值取決于反應(yīng)器的幾何形狀和等離子體參數(shù)。在另一個實(shí)施方案中，可以使用多于一個的電源。例如，兩個電源可以以相同的RF頻率工作，或一個以低頻工作而另一個以高頻工作。兩個電源可以都與相同的電極連接或被連接到單獨(dú)的電極上。在另一個實(shí)施方案中，在沉積過程中可以啟動或關(guān)閉RF電源。在低k膜的沉積過程中控制的工藝變量是RF功率密度、前體混合物和流速、反應(yīng)器內(nèi)壓力、電極間距和基體溫度(加熱的晶片卡盤的溫度控制基體溫度)。
根據(jù)本發(fā)明，使用合適的第一種和第二種前體和上述工藝參數(shù)的特定結(jié)合，這樣制備的本發(fā)明的超低k材料優(yōu)選包括約5-約40原子百分比的Si；約5-約70原子百分比的C；0-約50原子百分比的O；和約5-約55原子百分比的H。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，C含量可以高達(dá)約70％。
在膜的沉積工藝過程中控制的主要工藝變量是RF功率、前體的流速、反應(yīng)器壓力和基體溫度。在下文中提到的是根據(jù)本發(fā)明由第一種前體二乙氧基甲基硅烷(DEMS)和第二種前體雙環(huán)庚二烯(BCHD)沉積膜的一些例子。在一些實(shí)施例中，通過使用He(或Ar)作為載氣將DEMS前體蒸汽輸送到反應(yīng)器內(nèi)。任選地，將膜在沉積后，在400℃下進(jìn)行熱處理以降低k。另外，例如，如在美國申請系列號10/758,724中所述，將膜進(jìn)行UV或電子束處理以降低k和增加交聯(lián)。熱處理可以單獨(dú)使用或與在‘724申請中公開的處理方法之一一起使用。
特定地，根據(jù)‘724申請，可以使用一種能量源任選地處理該沉積膜，以穩(wěn)定此膜并提高其性能(電的、機(jī)械的、粘合的)，生成最終優(yōu)化的膜。合適的能量源包括熱、化學(xué)、紫外線(UV)、電子束(e-束)、微波和等離子體。在本發(fā)明中也可以使用上述能量源的結(jié)合。利用在本發(fā)明中使用的能量源來改善該沉積的電介質(zhì)的Si-O鍵合的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改善材料中的其它鍵，形成更多的Si-O交聯(lián)，和在一些情況下去除烴相，其中所有上述改性均導(dǎo)致較高的彈性模量、較高的硬度或較低的內(nèi)應(yīng)力，或是上述性能的結(jié)合。無論較高的模量還是較低的應(yīng)力均導(dǎo)致較低的裂紋擴(kuò)展速度，而較高模量和較低應(yīng)力的結(jié)合是能量處理的優(yōu)選結(jié)果。
熱能源包括任何來源例如加熱元件或燈，其可以將沉積的電介質(zhì)材料加熱到約300℃-約500℃的溫度。更優(yōu)選地，熱能源能夠加熱沉積的電介質(zhì)材料到約350℃-約430℃的溫度。此熱處理工藝可以進(jìn)行各種時間段，其中該時間段一般為約1分鐘-約300分鐘。此熱處理步驟一般在惰性氣體如He和Ar存在下進(jìn)行。該熱處理步驟可以被稱作為退火步驟，其中使用快速熱退火、爐內(nèi)退火、激光退火或點(diǎn)火(spike)退火狀態(tài)。
使用能夠產(chǎn)生波長為約500-約150nm的光的能量源進(jìn)行UV光處理步驟，來照射基體，同時晶片溫度保持在25℃-500℃，其中優(yōu)選300℃-450℃的溫度。＞370nm的照射對于分裂或活化重要的鍵是不足的能量，因此波長范圍150-370nm是優(yōu)選的范圍。利用文獻(xiàn)資料和對沉積膜測量的吸收譜圖，本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由于SiCOH膜的降解，＜170nm的照射可能是不利的。進(jìn)一步，由于310-370nm中每光子的相對低的能量，310-370nm的能量范圍不如150-310nm范圍有用。在150-310nm范圍內(nèi)，可以任選地使用該沉積膜的吸收譜圖的最佳交疊和膜性能(如疏水性)的最小降解，以選擇最有效的UV譜圖區(qū)用于改變SiCOH的性能。
使用能夠在晶片上產(chǎn)生均勻的電子流量的能量源進(jìn)行電子束處理步驟，其中能量為0.5-25keV和電流密度為0.1-100微安/cm2(優(yōu)選1-5微安/cm2)，同時晶片溫度保持在25℃-500℃，優(yōu)選300℃-450℃的溫度。在電子束處理步驟中使用的優(yōu)選的電子劑量為50-500微庫侖/cm2，最優(yōu)選100-300微庫侖/cm2。
使用能夠產(chǎn)生原子氫(H)和任選地CH3或其它烴基團(tuán)的源進(jìn)行等離子體處理步驟。優(yōu)選下游等離子體源勝過直接等離子體照射。在等離子體處理過程中，晶片溫度保持在25℃-500℃，優(yōu)選300℃-450℃的溫度。
通過將氣體引入到能產(chǎn)生等離子體的反應(yīng)器內(nèi)和之后氣體轉(zhuǎn)變成等離子體進(jìn)行等離子體處理步驟。等離子體處理可以使用的氣體包括惰性氣體如Ar、N、He、Xe或Kr，其中優(yōu)選He；氫或原子氫的相關(guān)來源、甲烷、甲基硅烷、CH3基團(tuán)的相關(guān)來源及其混合物。等離子體處理氣體的流速可以根據(jù)使用的反應(yīng)器體系改變。室壓可以在0.05-20torr范圍內(nèi)的任意點(diǎn)，但是工作壓力的優(yōu)選范圍是1-10torr。等離子體處理步驟進(jìn)行一段時間，盡管在本發(fā)明中可以使用較長的時間，但其一般為約-約10分鐘。
一般使用RF或微波功率源產(chǎn)生上述等離子體。RF功率源可以在高頻范圍(在約100W或更高的數(shù)量級)或低頻范圍(低于250W)內(nèi)工作或者可以使用它們的結(jié)合。高頻功率密度可以在0.1-2.0W/cm2范圍內(nèi)任意點(diǎn)，但是優(yōu)選的工作范圍是0.2-1.0W/cm2。低頻功率密度可以在0.1-1.07W/cm2范圍內(nèi)任意點(diǎn)，但是優(yōu)選的工作范圍是0.2-0.5W/cm2。選擇的功率水平必須足夠低，以避免曝光的電介質(zhì)表面顯著的濺射蝕刻(＜5納米去除)。
使用的沉積條件也很嚴(yán)格，以能夠成功的進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的沉積工藝。例如，使用約25℃-約420℃之間，和優(yōu)選60℃-約350℃之間的晶片溫度。使用約0.05W/cm2-約3.5W/cm2之間，和優(yōu)選約0.25W/cm2-約1W/cm2之間的RF功率密度。在優(yōu)選的工藝中，不僅將照射頻率能量以13.6MHz和約350W的功率(盡管可以使用200-450W)施加到氣體引入板(“淋浴頭”)，而且將其以13.6MHz和約100W的功率(盡管可以使用50-200W)施加到晶片卡盤上。如現(xiàn)有技術(shù)中已知，在本發(fā)明中也可以使用不同的RF頻率(0.26、0.35、0.45MHz)。
使用約5sccm-約1000sccm之間，和優(yōu)選地約25sccm-約200sccm之間的DEMS反應(yīng)物氣體流速。使用約5sccm-約1000sccm之間，和優(yōu)選地約10sccm-約120sccm之間的BCHD的反應(yīng)物氣體流速。當(dāng)使用液體前體釋放輸送時，每種前體使用500-5000mg/分鐘的液體流速。任選地，可以加入He和優(yōu)選的He的流速在100-2000sccm范圍內(nèi)，盡管在本發(fā)明中可以使用其它流體。沉積過程中反應(yīng)器壓力一般在約50mtorr-約10000mtorr之間。
如果使用多站沉積反應(yīng)器，基體的面積參照每一個單個基體卡盤和氣體流速參照每一個單個沉積站。因此，到反應(yīng)器的總流速和總的功率輸入被反應(yīng)器內(nèi)沉積站點(diǎn)的總數(shù)相乘。
在進(jìn)行進(jìn)一步的集成加工之前，沉積膜是穩(wěn)定的。穩(wěn)定化工藝可以在爐內(nèi)退火步驟中約300℃-約430℃下進(jìn)行約0.5小時-約4小時。穩(wěn)定化工藝也可以在快速熱退火步驟中在超過300℃的溫度下進(jìn)行。穩(wěn)定化工藝還可以在UV或電子束室內(nèi)在超過300℃的溫度下進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明得到的膜的介電常數(shù)低于約2.5。在非氧化環(huán)境中，根據(jù)本發(fā)明得到的膜的熱穩(wěn)定性高達(dá)至少約430℃的溫度。
根據(jù)本發(fā)明形成的電子器件示于圖4-7。應(yīng)當(dāng)指出圖4-7中所示的器件僅作為根據(jù)本發(fā)明的例子說明，而根據(jù)本發(fā)明也可以形成無數(shù)其它的器件。
圖4描述了建在硅基體32上的電子器件30。在硅基體32的頂部形成絕緣材料層34，其中嵌入第一個金屬區(qū)36。在第一個金屬區(qū)36上進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(“CMP”)工藝后，諸如超低k膜38的一層膜就沉積在了第一層絕緣材料34和第一個金屬區(qū)36的上面。任選地，可以在層34和層38之間加入一層附加的電介質(zhì)蓋層(未示意出)。第一層絕緣材料34可以由氧化硅、氮化硅、這些材料的多種摻雜體，或者任何其它合適的絕緣材料恰當(dāng)?shù)匦纬?。超低k膜38由光刻蝕工藝形成圖案和導(dǎo)體層40沉積在其中。在第一個導(dǎo)體層40上進(jìn)行CMP工藝之后，由等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(“PECVD”)工藝在第一個超低k膜38和第一個導(dǎo)體層40上面沉積第二層超低k膜44。導(dǎo)體層40可以由金屬導(dǎo)電材料或非金屬導(dǎo)電材料沉積而成。例如，可以使用鋁或銅的金屬導(dǎo)電材料，或如氮化物或聚硅的非金屬材料。第一個導(dǎo)體40與第一個金屬區(qū)36電連通。
在第二個超低k膜層44內(nèi)進(jìn)行光刻蝕工藝之后，形成第二個導(dǎo)體區(qū)50，隨后進(jìn)行第二個導(dǎo)體材料的沉積工藝。第二個導(dǎo)體50也可以由金屬材料或非金屬材料沉積而成，與沉積第一個導(dǎo)體層40中使用的材料相似。第二個導(dǎo)體區(qū)50與第一個導(dǎo)體區(qū)40電連通并嵌入在第二層超低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。在此特定的實(shí)施例中，是根據(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)電介質(zhì)材料，而第二層絕緣材料即超低k膜44既用作層內(nèi)又用作層間電介質(zhì)。以超低k膜的低的介電常數(shù)為基礎(chǔ)，可以由第一個絕緣層38和第二個絕緣層44獲得超級絕緣性能。
圖5描述了根據(jù)本發(fā)明的電子器件60，與圖4中示意的電子器件30相似，但是具有沉積在第一個絕緣材料層38和第二個絕緣材料層44之間的附加電介質(zhì)蓋層62。電介質(zhì)蓋層62可以由諸如氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、碳氮化硅(SiCN)、碳氧化硅(SiCO)、改性的超低k及其氫化化合物以及難熔金屬氮化硅等材料恰當(dāng)?shù)匦纬桑渲须y熔金屬選自Ta、Zr、Hf和W。此外，電介質(zhì)蓋層62用作擴(kuò)散阻擋層以阻止第一個導(dǎo)體層40擴(kuò)散進(jìn)入第二個絕緣材料層44中或進(jìn)入下面的層，尤其是層34和32中。
圖6描述了根據(jù)本發(fā)明的電子器件70的另一個替代的實(shí)施方案。在電子器件70中，使用兩個用作RIE掩模和CMP(化學(xué)-機(jī)械拋光)拋光停止層的附加的電介質(zhì)蓋層72和74。第一個電介質(zhì)蓋層72沉積在第一個絕緣材料層38上面。電介質(zhì)層72的功能是提供一個在平面化第一個導(dǎo)體層40中使用的CMP工藝的端點(diǎn)。拋光停止層72可以由合適的電介質(zhì)材料如氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、碳氧化硅(SiCO)、碳氮化硅(SiCN)改性的超低k及其氫化化合物以及難熔金屬氮化硅沉積形成，其中難熔金屬選自Ta、Zr、Hf和W。電介質(zhì)層72的上表面與第一個導(dǎo)體層40處于同一水平面。第二個電介質(zhì)層74可以加在第二個絕緣材料層44的上面用于相同的目的。
圖7又描述了根據(jù)本發(fā)明的電子器件80的另一個替代的實(shí)施方案。在此替代實(shí)施方案中，沉積了附加的電介質(zhì)層82，這樣將第二個絕緣材料層44分成了兩個單獨(dú)的層84和86。因此，如圖7所述，層內(nèi)和層間電介質(zhì)層44在互連體92和互連體94間的界面處被分成層內(nèi)電介質(zhì)層84和層間電介質(zhì)層86，如圖8所述。附加的擴(kuò)散阻擋層96被進(jìn)一步沉積在上部的電介質(zhì)層74的上面。由此電子結(jié)構(gòu)80的替代的實(shí)施方案提供的額外的好處是電介質(zhì)層82作為RIE蝕刻停止，提供優(yōu)良的互連深度控制，和因此對導(dǎo)體電阻的優(yōu)良控制。
舉出下列實(shí)施例來說明根據(jù)本發(fā)明的超低k電介質(zhì)膜的制造并證明由此得到的膜的優(yōu)點(diǎn)實(shí)施例1在此實(shí)施例中，根據(jù)圖1，首先通過槽閥(slit valve)14將晶片引入到反應(yīng)器10內(nèi)制備晶片和將晶片任選地由氬氣進(jìn)行預(yù)蝕刻。在此晶片制備工藝中，晶片溫度設(shè)定在約180℃和氬氣流速設(shè)定為約25sccm，以獲得約100mtorr的壓力。然后接通約125W的RF功率持續(xù)約60秒。然后關(guān)掉RF功率和氬氣流。
加入DEMS前體到反應(yīng)器內(nèi)。通過首先將DEMS和BCHD的氣流固定在預(yù)期的流速和壓力，即約4sccm的DEMS和約3sccm的BCHD和約500mtorr，沉積根據(jù)本發(fā)明的超低K膜。然后接通約30W的RF功率持續(xù)約50分鐘。再關(guān)掉RF功率和氣流。然后從反應(yīng)器10中移出該晶片。
為了降低該沉積膜的介電常數(shù)和進(jìn)一步提高它們的熱穩(wěn)定性，即使它們在大于300℃的溫度下穩(wěn)定，將此膜進(jìn)行后處理，以蒸發(fā)易揮發(fā)的成分并在尺寸上穩(wěn)定該膜。后處理工藝可以由下列步驟在退火爐內(nèi)進(jìn)行。首先將爐用氮?dú)庖约s10升/分鐘的流速清洗約5分鐘(其中膜樣品在負(fù)載站內(nèi))。然后將膜樣品轉(zhuǎn)移到爐反應(yīng)器內(nèi)，開始如下后退火循環(huán)以約5℃/分鐘的加熱速度加熱該膜到約280℃，在約280℃下保持約5分鐘，以約5℃/分鐘的加熱速度第二次加熱到約400℃，在約400℃下保持約4小時，關(guān)掉爐子并使膜樣品冷卻到低于約100℃的溫度。合適的第一個保持溫度可以在約280℃-約300℃之間，而合適的第二個保持溫度可以在約300℃-約400℃之間。這樣得到的膜的介電常數(shù)為1.81。此外，該膜可以在超過300℃下進(jìn)行UV或電子束處理達(dá)30分鐘。
現(xiàn)在參見圖2討論第一個實(shí)施方案的結(jié)果。圖2代表由根據(jù)本發(fā)明的DEMS+BCHD的混合物制備的超低k膜得到的FTIR譜圖。該譜圖顯示出在約1000-1100cm-1處Si-O吸收段、在約1268cm-1處Si-CH3吸收峰和在約2900-3000cm-1處C-H吸收峰。該超低k膜的此FTIR譜圖的一個特征是Si-O峰可以被解卷積為中心在1141cm-1、1064cm-1和1030cm-1處的3個峰，如圖2中特別示意。
實(shí)施例2在此實(shí)施例中，在如實(shí)施例1相同的設(shè)備中制備晶片。首先將晶片引入到反應(yīng)室內(nèi)。晶片溫度設(shè)定在約180℃。將DEMS前體裝入反應(yīng)器內(nèi)。通過首先將DEMS和一氧化丁二烯(BMO)的氣流固定在預(yù)期的流速和壓力，即約1sccm的DEMS和約4sccm的BMO和約500mtorr下，沉積根據(jù)本發(fā)明的超低K膜。然后接通約30W的RF功率持續(xù)約50分鐘。再關(guān)掉RF功率和氣流。然后從反應(yīng)器10中移出晶片。
然后將此膜以實(shí)施例1中所述的相同方法進(jìn)行處理。得到的膜的介電常數(shù)為1.77。
實(shí)施例3在此實(shí)施例中，在如實(shí)施例1相同的設(shè)備中制備晶片。首先將晶片引入到反應(yīng)室內(nèi)。晶片溫度設(shè)定在約180℃。將DEMS前體裝入反應(yīng)器內(nèi)。通過首先將DEMS和2-甲基-2-乙烯基環(huán)氧乙烷(MVOX)的氣流固定在預(yù)期的流速和壓力，即約2sccm的DEMS和約3sccm的MVOX和約500mtorr下，沉積根據(jù)本發(fā)明的超低K膜。然后接通約30W的RF功率持續(xù)約50分鐘。再關(guān)掉RF功率和氣流。然后從反應(yīng)器10中移出晶片。
然后將此膜以實(shí)施例1中所述的相同方法進(jìn)行處理。
得到的膜的介電常數(shù)為2.08。
實(shí)施例4在此實(shí)施例中，在一個8英寸的工業(yè)PECVD設(shè)備中制備晶片。首先將晶片引入到反應(yīng)室內(nèi)。晶片溫度設(shè)定在約200℃。使用He作為載氣將DEMS和氧化環(huán)戊烯(CPO)都裝入反應(yīng)器內(nèi)。通過首先將DEMS和CPO的氣流和He固定在預(yù)期的流速和壓力，即約70sccm的DEMS和約320sccm的CPO和約300sccm的He和約2000mtorr下，沉積根據(jù)本發(fā)明的超低K膜。然后接通約300W的RF功率持續(xù)約10分鐘。再關(guān)掉RF功率和氣流。然后從反應(yīng)室中移出晶片。
然后將此膜以實(shí)施例1中所述的相同方法進(jìn)行處理。得到的膜的介電常數(shù)為2.19。
現(xiàn)在參見圖3討論結(jié)果。圖3代表得自于由DEMS/CPO和He制備的超低k膜的FTIR譜圖。該譜圖顯示出在約1000-1100cm-1處Si-O吸收段、在約1267cm-1處Si-CH3吸收峰和在約2900-3000cm-1處C-H吸收峰。該超低k膜的FTIR譜圖的一個特征是Si-O峰可以被解卷積為中心在1132cm-1、1058cm-1和1024cm-1處的3個峰，如圖3中特別示意。
也可以使用快速熱退火(“RTA”)工藝來穩(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)k小于約2.5，和它們對于在線后端(“BEOL”)互連結(jié)構(gòu)中的集成化是熱穩(wěn)定的，該互連結(jié)構(gòu)通常在達(dá)到約400℃的溫度下進(jìn)行加工。因此，本發(fā)明的教導(dǎo)可以很容易地適用于生產(chǎn)在線后端工藝中用作層內(nèi)和層間電介質(zhì)的膜，用于邏輯和記憶元件。
因此，在上述描述和附圖4-8中已經(jīng)完全證明了根據(jù)本發(fā)明的方法和形成的電子結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)圖4-8中所示的電子結(jié)構(gòu)的例子僅是用于說明本發(fā)明的方法，其可以適用于無數(shù)電子器件的制造。
正如現(xiàn)有技術(shù)已知，當(dāng)使用液體質(zhì)量流動控制時，在上面4個工藝實(shí)施例中列出的氣流單元可以由液體流單元代替。
盡管已經(jīng)以說明的方式描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解使用的術(shù)語意圖是描述性用詞而非限制性。
而且，盡管已經(jīng)就優(yōu)選的實(shí)施方案和幾個替代的實(shí)施方案特別示意并說明了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解熟練的技術(shù)人員可以輕易地將這些教導(dǎo)應(yīng)用于本發(fā)明的其它可能的變體，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
在下面附帶的權(quán)利要求書中定義了本發(fā)明的實(shí)施方案，其中要求了專有性質(zhì)或特權(quán)。
權(quán)利要求
1.制造超低介電常數(shù)膜的方法，包括下列步驟在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)反應(yīng)器的室內(nèi)充入具有分子式SiRR’R”R的第一種前體氣體，其中R、R’、R”和R相同或不同并選自H、烷基和烷氧基；向所述室內(nèi)充入具有下式之一的第二種前體氣體烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同，并且選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化；和從所述前體氣體在基體上沉積超低k膜。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述超低k膜是多相膜，其包括在所述基體上的基本由Si、C、O和H組成的第一相和至少一個基本由C、H和多個納米尺寸的孔組成的第二相。
3.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括將惰性氣體與一種或兩種所述前體氣體混合。
4.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在沉積之后，在不小于約300℃的溫度下加熱所述超低k膜至少約0.25小時。
5.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在沉積之后，用能量源處理所述超低k膜來穩(wěn)定該超低k膜并提高其性能，所述能量源包括熱源、化學(xué)源、紫外(UV)線源、電子束(e-束)源、微波源或等離子體源之一。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述超低k膜具有不超過約2.5的介電常數(shù)。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述超低k膜具有約1.5-約2.5的介電常數(shù)。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述超低k膜包括約5-約40原子百分比的Si；約5-約45原子百分比的C；0-約50原子百分比的O；和約10-約55原子百分比的H。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述PECVD反應(yīng)器具有約300cm2-約800cm2之間的基體卡盤面積和基體與頂部電極之間約1cm-約10cm的縫隙。
10.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括施加RF功率到所述PECVD反應(yīng)器的電極上的步驟。
11.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在不低于約300℃的溫度下UV或電子束處理所述超低k膜達(dá)30分鐘的步驟。
12.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括熱處理和UV或電子束處理所述超低k膜的結(jié)合步驟。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一種前體氣體是二乙氧基甲基硅烷(DEMS)。
14.權(quán)利要求1的方法，其中所述第二種前體包括雙環(huán)庚二烯(BCHD)、氧化環(huán)戊烯(CPO)、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、氧化異丁烯、2，2，3-三甲基環(huán)氧乙烷、一氧化丁二烯、1，2-環(huán)氧基-5-己烯、2-甲基-2-乙烯基環(huán)氧乙烷、叔丁基甲基醚、1-異丙基-環(huán)己-1，3-二烯或其混合物。
15.權(quán)利要求1的方法，其中所述沉積超低k膜的步驟進(jìn)一步包括下列步驟設(shè)定所述基體的溫度在約25℃-約400℃之間；和設(shè)定RF功率密度在約0.05W/cm2-約3.5W/cm2之間。
16.權(quán)利要求1的方法，其中所述沉積超低k膜的步驟進(jìn)一步包括下列步驟設(shè)定所述第一種前體氣體的流速在約5sccm-約1000sccm之間，或者當(dāng)使用液體傳遞時，在約30-約6,000mg/分鐘之間。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述第一種前體氣體的所述流速在約25sccm-約200sccm之間，或者當(dāng)使用液體傳遞時，在約150-約1200mg/分鐘之間。
18.權(quán)利要求1的方法，其中沉積所述超低k膜的所述步驟進(jìn)一步包括設(shè)定所述第二種前體氣體的流速在約5sccm-約1000sccm之間，或者當(dāng)使用液體傳遞時在約30-約6,000mg/min之間。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述第二種前體氣體的所述流速在約25sccm-約200sccm之間，或者當(dāng)使用液體傳遞時在約150-約1200mg/min之間。
20.權(quán)利要求1的方法，其中沉積所述超低k膜的所述步驟進(jìn)一步包括設(shè)定所述PECVD反應(yīng)器的壓力在約50mtorr-約10000mtorr之間。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述PECVD反應(yīng)器的所述壓力在約100mtorr-約5000mtorr之間。
22.權(quán)利要求1的方法，其中沉積所述超低k膜的所述步驟進(jìn)一步包括設(shè)定作為所述第二種前體氣體的雙環(huán)庚二烯與作為所述第一種前體氣體的二乙氧基甲基硅烷的流速比率在約0.1-約3之間。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述雙環(huán)庚二烯與所述二乙氧基甲基硅烷的所述流速比率在約0.2-約0.6之間。
24.權(quán)利要求1的方法，其中所述PECVD反應(yīng)器以連續(xù)模式運(yùn)轉(zhuǎn)。
25.權(quán)利要求1的方法，其中所述PECVD反應(yīng)器以脈沖模式運(yùn)轉(zhuǎn)。
26.制造熱穩(wěn)定超低k膜的方法，包括下列步驟提供等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)型反應(yīng)器；將預(yù)加工的晶片定位在面積為約300cm2-約800cm2之間的基體卡盤上并保持所述晶片和頂部電極之間的縫隙為約1cm-約10cm之間；向所述PECVD反應(yīng)器內(nèi)充入包括硅烷衍生物分子的第一種前體氣體；向所述PECVD反應(yīng)器內(nèi)充入至少一種第二種前體氣體，其包括具有下式之一的化合物；烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同，并且選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化；和將超低k膜沉積在所述晶片上。
27.制造熱穩(wěn)定超低k膜的方法，包括下列步驟提供等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)型反應(yīng)器；將晶片定位在面積為約300cm2-約800cm2之間的基體卡盤上，并保持該晶片和頂部電極之間的縫隙為約1cm-約10cm之間；向所述反應(yīng)器內(nèi)，在溫度保持在約25℃-約400℃之間的所述晶片上，以約5sccm-約1000sccm之間的流速充入第一種硅烷衍生物的前體氣體和以約5sccm-約1000sccm之間的流速充入第二種前體氣體，同時保持所述反應(yīng)器內(nèi)的壓力在約50mtorr-約8000mtorr之間，所述第二種前體氣體包括含下式之一的化合物烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同，并且選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化；在約0.05W/cm2-約3.0W/cm2之間的RF功率密度下將超低k膜沉積在所述晶片上；和處理所述超低k膜以提高該膜的穩(wěn)定性，該處理包括選自熱、化學(xué)、紫外(UV)線、電子束(e-束)、微波、等離子體及其結(jié)合的能量源。
28.權(quán)利要求27的方法，其中所述處理包括在不低于約300℃的溫度下退火至少約0.25小時。
29.包括元素Si、C、O和H的電介質(zhì)材料，所述電介質(zhì)材料具有無規(guī)共價鍵合的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、不超過2.5的介電常數(shù)和具有可以解卷積成三個峰的Si-O吸收譜帶的FTIR譜圖，所述Si、C、O和H元素是由具有分子式SiRR’R”R的第一種前體和第二種前體衍生得到的，在第一種前體中R、R’、R”和R相同或不同，并選自H、烷基和烷氧基，和第二種前體具有下式之一烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同，并且選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化。
30.權(quán)利要求29的電介質(zhì)材料，其中所述無規(guī)共價鍵合的三維結(jié)構(gòu)包括Si-O、Si-C、Si-H、C-H和C-C鍵。
31.權(quán)利要求29的電介質(zhì)材料，其中所述電介質(zhì)材料可熱穩(wěn)定到至少430℃的溫度。
32.權(quán)利要求29的電介質(zhì)材料，其中所述電介質(zhì)材料進(jìn)一步包括多個納米尺寸的孔。
33.權(quán)利要求32的電介質(zhì)材料，其中所述多個納米尺寸的孔的直徑為約0.3-約50納米之間。
34.線后端(BEOL)互連結(jié)構(gòu)，包括作為BEOL絕緣體的電介質(zhì)材料、蓋或硬掩模層，所述電介質(zhì)材料包括Si、C、O和H元素，和具有無規(guī)共價鍵合的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、不超過2.5的介電常數(shù)和具有可以解卷積成三個峰的Si-O吸收譜帶的FTI R譜圖，所述Si、C、O和H元素是由具有分子式SiRR’R”R的第一種前體和第二種前體衍生得到的，在第一種前體中R、R’、R”和R相同或不同，并選自H、烷基和烷氧基，和第二種前體具有下式之一烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同，并且選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化。
35.具有絕緣材料層在配線結(jié)構(gòu)中作為層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，包括具有嵌入在第一層絕緣材料內(nèi)的第一個金屬區(qū)的預(yù)加工的半導(dǎo)電基體；嵌入在由超低k材料形成的第二層絕緣材料內(nèi)的第一個導(dǎo)體區(qū)，所述超低k材料包括Si、C、O和H和多個納米尺寸的孔，所述超低k材料具有不超過約2.5的介電常數(shù)和具有可以解卷積成三個峰的Si-O吸收譜帶的FTIR譜圖，所述Si、C、O和H元素是由具有分子式SiRR’R”R的第一種前體和第二種前體衍生得到的，在第一種前體中R、R’、R”和R相同或不同，并選自H、烷基和烷氧基，和第二種前體具有下式之一烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同，并且選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化，所述第二層絕緣材料與所述第一層絕緣材料緊密接觸，所述第一個導(dǎo)體區(qū)與所述第一個金屬區(qū)電連通；和與所述第一個導(dǎo)體區(qū)電連通并且嵌入在包括所述超低k材料的第三層絕緣材料內(nèi)的第二個導(dǎo)體區(qū)，該第三層絕緣材料與所述第二層絕緣材料緊密接觸。
36.權(quán)利要求35的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括位于所述第二層絕緣材料和第三層絕緣材料之間的電介質(zhì)蓋層。
37.權(quán)利要求35的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括在所述第二層絕緣材料和所述第三層絕緣材料之間的第一個電介質(zhì)蓋層；和在所述第三層絕緣材料上面的第二個電介質(zhì)蓋層。
38.權(quán)利要求36的電子結(jié)構(gòu)，其中所述電介質(zhì)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、碳氮化硅、碳氧化硅和碳摻雜的氧化物及它們的含氫化合物的材料形成。
39.權(quán)利要求35的電子結(jié)構(gòu)，其中所述難熔的金屬硅氮化物包括選自Ta、Zr、Hf和W的難熔金屬。
40.權(quán)利要求37的電子結(jié)構(gòu)，其中所述第一個電介質(zhì)蓋層和所述第二個電介質(zhì)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、碳氮化硅、碳氧化硅、碳摻雜氧化物及它們的含氫化合物的材料形成。
41.權(quán)利要求40的電子結(jié)構(gòu)，其中所述難熔的金屬硅氮化物包括選自Ta、Zr、Hf和W的難熔金屬。
42.權(quán)利要求35的電子結(jié)構(gòu)，其中所述第一層絕緣材料是選自氧化硅、氮化硅、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)和這些材料的其它摻雜變體的一種。
43.權(quán)利要求35的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括沉積在所述第二層絕緣材料和所述第三層絕緣材料至少一個上的電介質(zhì)材料的擴(kuò)散阻擋層。
44.權(quán)利要求35的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括在所述第二層絕緣材料上面的電介質(zhì)活性離子蝕刻(RIE)硬掩模/拋光停止層，和在該RIE硬掩模/拋光停止層上面的電介質(zhì)擴(kuò)散阻擋層。
45.權(quán)利要求35的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括在所述第二層絕緣材料上面的第一個電介質(zhì)RIE硬掩模/拋光停止層；在所述第一個電介質(zhì)RIE硬掩模/拋光停止層上面的第一個電介質(zhì)擴(kuò)散阻擋層；在所述第三層絕緣材料上面的第二個電介質(zhì)RIE硬掩模/拋光停止層；和在所述第二個電介質(zhì)RIE硬掩模/拋光停止層上面的第二個電介質(zhì)擴(kuò)散阻擋層。
46.權(quán)利要求45的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括位于超低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)蓋層。
47.具有絕緣材料層在配線結(jié)構(gòu)中作為層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，包括具有嵌入在第一層絕緣材料內(nèi)的第一個金屬區(qū)的預(yù)加工的半導(dǎo)電基體；和至少一個嵌入在由超低k材料形成的至少一個第二層絕緣材料內(nèi)的第一個導(dǎo)體區(qū)，所述超低k材料基本由Si、C、O和H和多個納米尺寸的孔組成，所述超低k材料具有不超過約2.8的介電常數(shù)和具有可以解卷積成三個峰的Si-O吸收譜帶的FTIR譜圖，所述Si、C、O和H元素是由具有分子式SiRR’R”R的第一種前體和第二種前體衍生得到的，在第一種前體中R、R’、R”和R相同或不同，并選自H、烷基和烷氧基，和第二種前體具有下式之一烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同，并且選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化，所述至少一個第二層絕緣材料之一與所述第一層絕緣材料緊密接觸，所述至少一個第一個導(dǎo)體區(qū)之一與所述第一個金屬區(qū)電連通。
48.權(quán)利要求47的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括位于所述至少一個第二層絕緣材料之間的電介質(zhì)蓋層。
49.權(quán)利要求47的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括位于所述至少一個第二層絕緣材料每一個之間的第一個電介質(zhì)蓋層；和在所述最上面的第二層絕緣材料上面的第二個電介質(zhì)蓋層。
50.權(quán)利要求49的電子結(jié)構(gòu)，其中所述第一個電介質(zhì)蓋層和所述第二個電介質(zhì)蓋層由超低k材料形成。
51.權(quán)利要求49的電子結(jié)構(gòu)，其中所述第一個電介質(zhì)蓋層和所述第二個電介質(zhì)蓋層由改性的超低k材料形成。
52.權(quán)利要求49的電子結(jié)構(gòu)，其中所述電介質(zhì)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、碳氮化硅、碳氧化硅、碳摻雜氧化物及它們的含氫化合物的材料形成。
53.權(quán)利要求47的電子結(jié)構(gòu)，其中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.具有絕緣材料層在配線結(jié)構(gòu)中作為層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，包括帶有嵌入在第一層絕緣材料內(nèi)的第一個金屬區(qū)的預(yù)加工的半導(dǎo)電基體；嵌入在第二層絕緣材料內(nèi)的第一個導(dǎo)體區(qū)，該第二層絕緣材料與該第一層絕緣材料緊密接觸，此第一個導(dǎo)體區(qū)與所述第一個金屬區(qū)電連通；第二個導(dǎo)體區(qū)與所述第一個導(dǎo)體區(qū)電連通并嵌入在第三層絕緣材料內(nèi)，此第三層絕緣材料與所述第二層絕緣材料緊密接觸；在所述第二層絕緣材料和所述第三層絕緣材料間的第一個電介質(zhì)蓋層，和在所述第三層絕緣材料上面的第二個電介質(zhì)蓋層，其中所述第一個和所述第二個電介質(zhì)蓋層由超低k電介質(zhì)材料形成，該超低k材料包括Si、C、O和H，和多個納米尺寸的孔，此超低k材料具有不超過約2.5的介電常數(shù)和具有可以解卷積成三個峰的Si-O吸收譜帶的FTIR譜圖，所述Si、C、O和H元素是由具有分子式SiRR’R”R的第一種前體和第二種前體衍生得到的，其中R、R’、R”和R相同或不同，并選自H、烷基和烷氧基，第二種前體具有下式之一烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同，并且選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化。
55.具有絕緣材料層在配線結(jié)構(gòu)中作為層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，包括帶有嵌入在第一層絕緣材料內(nèi)的第一個金屬區(qū)的預(yù)加工的半導(dǎo)電基體；嵌入在第二層絕緣材料內(nèi)的第一個導(dǎo)體區(qū)，該第二層絕緣材料與所述第一層絕緣材料緊密接觸，此第一個導(dǎo)體區(qū)與所述第一個金屬區(qū)電連通；與所述第一個導(dǎo)體區(qū)電連通并嵌入在第三層絕緣材料內(nèi)的第二個導(dǎo)體區(qū)，此第三層絕緣材料與所述第二層絕緣材料緊密接觸；和由包括超低k電介質(zhì)材料的材料形成的擴(kuò)散阻擋層，該超低k材料沉積在所述第二層和所述第三層絕緣材料至少一個上，此超低k材料包括Si、C、O和H，和多個納米尺寸的孔，此超低k材料具有不超過約2.5的介電常數(shù)和具有可以解卷積成三個峰的Si-O吸收譜帶的FTIR譜圖，所述Si、C、O和H元素是由具有分子式SiRR’R”R的第一種前體和第二種前體衍生得到的，其中R、R’、R”和R相同或不同，并選自H、烷基和烷氧基，第二種前體具有下式之一烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同，并且選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化。
56.具有絕緣材料層在配線結(jié)構(gòu)中作為層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，包括帶有嵌入在第一層絕緣材料內(nèi)的第一個金屬區(qū)的預(yù)加工的半導(dǎo)電基體；嵌入在第二層絕緣材料內(nèi)的第一個導(dǎo)體區(qū)，該第二層絕緣材料與所述第一層絕緣材料緊密接觸，此第一個導(dǎo)體區(qū)與所述第一個金屬區(qū)電連通；與所述第一個導(dǎo)體區(qū)電連通并嵌入在第三層絕緣材料內(nèi)的第二個導(dǎo)體區(qū)，此第三層絕緣材料與所述第二層絕緣材料緊密接觸；在所述第二層絕緣材料上面的活性離子蝕刻(RIE)硬掩模/拋光停止層，和在所述RIE硬掩模/拋光停止層上面的擴(kuò)散阻擋層，其中所述RIE硬掩模/拋光停止層和所述擴(kuò)散阻擋層由超低k電介質(zhì)材料形成，該超低k材料包括Si、C、O和H，和多個納米尺寸的孔，此超低k材料具有不超過約2.5的介電常數(shù)和具有可以解卷積成三個峰的Si-O吸收譜帶的FTIR譜圖，所述Si、C、O和H元素是由具有分子式SiRR’R”R的第一種前體和第二種前體衍生得到的，其中R、R’、R”和R相同或不同，并選自H、烷基和烷氧基，第二種前體具有下式之一烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同，并且選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化。
57.具有絕緣材料層在配線結(jié)構(gòu)中作為層內(nèi)或?qū)娱g電介質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，包括帶有嵌入在第一層絕緣材料內(nèi)的第一個金屬區(qū)的預(yù)加工的半導(dǎo)電基體；嵌入在第二層絕緣材料內(nèi)的第一個導(dǎo)體區(qū)，該第二層絕緣材料與所述第一層絕緣材料緊密接觸，此第一個導(dǎo)體區(qū)與所述第一個金屬區(qū)電連通；與所述第一個導(dǎo)體區(qū)電連通并嵌入在第三層絕緣材料內(nèi)的第二個導(dǎo)體區(qū)，此第三層絕緣材料與所述第二層絕緣材料緊密接觸；在所述第二層絕緣材料上面的第一個RIE硬掩模/拋光停止層；在所述第一個RIE硬掩模/拋光停止層上面的第一個擴(kuò)散阻擋層；在所述第三層絕緣材料上面的第二個RIE硬掩模/拋光停止層；和在所述第二個RIE硬掩模/拋光停止層上面的第二個擴(kuò)散阻擋層，其中所述RIE硬掩模/拋光停止層和所述擴(kuò)散阻擋層由超低k電介質(zhì)材料形成，該超低k電介質(zhì)材料包括Si、C、O和H，和多個納米尺寸的孔，此超低k材料具有不超過約2.8的介電常數(shù)和具有可以解卷積成三個峰的Si-O吸收譜帶的FTIR譜圖，所述Si、C、O和H元素是由具有分子式SiRR’R”R的第一種前體和第二種前體衍生得到的，其中R、R’、R”和R相同或不同，并選自H、烷基和烷氧基，第二種前體具有下式之一烯烴 炔烴 醚 和環(huán)氧烷烴 其中R1、R2、R3、R4、R5和R6可以相同或不相同，并且選自氫、烷基、烯基或炔基，這些基團(tuán)可以是線型的、支化的、環(huán)狀的、多環(huán)的并可以用含氧、氮或氟的取代基團(tuán)官能化。
58.權(quán)利要求57的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括由包括所述超低k電介質(zhì)材料的材料形成的電介質(zhì)蓋層，該超低k電介質(zhì)材料位于層間電介質(zhì)層和層內(nèi)電介質(zhì)層之間。
59.權(quán)利要求1的方法，其中所述PECVD反應(yīng)器是平行板反應(yīng)器。
60.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在所述PECVD反應(yīng)器內(nèi)形成等離子體。
61.權(quán)利要求26的方法，其中所述PECVD反應(yīng)器是平行板反應(yīng)器。
62.權(quán)利要求26的方法，進(jìn)一步包括在所述PECVD反應(yīng)器內(nèi)形成等離子體。
63.權(quán)利要求27的方法，其中所述PECVD反應(yīng)器是平行板反應(yīng)器。
64.權(quán)利要求27的方法，進(jìn)一步包括在所述PECVD反應(yīng)器內(nèi)形成等離子體。
全文摘要
公開了以平行板化學(xué)氣相沉積工藝，利用離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(“PECVD”)工藝制造包括Si、C、O和H原子的熱穩(wěn)定的超低介電常數(shù)膜的方法。進(jìn)一步公開了包含由本方法制造的熱穩(wěn)定超低介電常數(shù)材料的絕緣層的電子器件。為了制造熱穩(wěn)定的超低介電常數(shù)膜，使用特殊的前體材料，如硅烷衍生物例如二乙氧基甲基硅烷(DEMS)和有機(jī)分子例如雙環(huán)庚二烯和環(huán)戊烯氧化物。
文檔編號H01L21/316GK1950932SQ200580011628
公開日2007年4月18日 申請日期2005年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月3日
發(fā)明者S·M·蓋茨, A·格里爾, D·R·梅代羅斯, D·諾伊邁爾, S·V·源, V·V·帕特爾, 王新輝 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司