專利名稱：電子結(jié)構(gòu)及形成介質(zhì)膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括Si， C， O和H原子(SiCOH)或Si， C， N和H原 子(SiCHN)的介質(zhì)膜的形成方法，這些介質(zhì)膜具有增強的內(nèi)聚強度(或 等價地，增強的斷裂韌度或減小的脆性)，和增加的抗7jc侵蝕特性，例如 應(yīng)力侵蝕破裂，Cu滲入以及其它關(guān)鍵特性。本發(fā)明還涉及作為在超大, 集成(ULSI)電路上的后段制程(BEOL)互連結(jié)構(gòu)中的級內(nèi)或級間介質(zhì) 膜，介質(zhì)覆層或硬掩撒拋光停止的介質(zhì)膜的應(yīng)用和相關(guān)的電子結(jié)構(gòu)。本發(fā) 明還涉^JL明的介質(zhì)材料在包括至少兩個導(dǎo)體或電子傳感結(jié)構(gòu)的電子器件 中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近幾年，在ULSI電路中利用的電子器件的尺寸持續(xù)縮小導(dǎo)致BEOL 金屬化電阻增加以及層內(nèi)介質(zhì)和層間介質(zhì)電容增加。此結(jié)合效應(yīng)增加了 ULSI電子器件中的信號延遲。為了提高未來ULSI電路的開關(guān)性能，需要 低介電常數(shù)(K)絕緣體特別是那些K明顯低于氧化硅的絕緣體以減小電 容。
甚大M^莫集成電路("VLSI")和ULSI芯片的大部分制造步驟是通 過等離子體增強化學(xué)或物理氣相沉積技術(shù)完成的。從而，通過使用先前安 裝并且可獲得的工藝設(shè)備的等離子體增強化學(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，減小制造成本，并且產(chǎn) 生更少的危險廢物。受讓給本發(fā)明的共同受讓人的美國專利Nos. 6，147，009 和6,497,963，描述了由Si， C， O和H原子構(gòu)成的低介電常數(shù)材料，該材 料具有不大于3.6的介電常數(shù)并且表現(xiàn)出很低的裂故擴展速度，通過參考
引入其整個內(nèi)容。
受讓給本發(fā)明的共同受讓人的美國專利Nos. 6，312，793， 6,441,491和 6，479，110B2描述了由Si， C， O和H原子構(gòu)成的基質(zhì)組成的多相低K介 質(zhì)材料，相主要由C和H構(gòu)成，并具有不大于3.2的介電常數(shù)，通過參考 引入其整個內(nèi)容。
同樣，技術(shù)上已公知具有小于2.7 (優(yōu)選小于2.3)的介電常數(shù)的超低 K介電材料?，F(xiàn)有技術(shù)超低KSiCOH膜的關(guān)鍵問題包括，例如(a)它 們比較脆(即，低內(nèi)聚強度，低斷裂伸張度，低斷裂韌度)；(b)液態(tài)水 和水蒸氣進一步減小材料的內(nèi)聚強度。稱為"CS濕度圖"的內(nèi)聚強度CS 與水壓，Ph2o或。/。濕度的圉，對每個K值和材料都具有特征斜率；(c) 它們傾向于擁有拉伸應(yīng)力結(jié)合低斷裂韌度，并且因此當(dāng)膜高于一些臨界厚 度時，與7jc接觸時傾向于破裂；(d)它們當(dāng)為多孔時可以吸收水和其它工 藝化學(xué)物質(zhì)，這又導(dǎo)致在電場下增強的Cu電化學(xué)腐蝕，并且進入多孔介 質(zhì)導(dǎo)致導(dǎo)體間的電泄漏和高電導(dǎo)率；以及(e)當(dāng)C鍵合為Si-CH3基團時， 現(xiàn)有技術(shù)SiCOH介質(zhì)容易與耐剝落等離子體，CMP工藝和其它集成工藝 反應(yīng)，引起SiCOH介質(zhì)的"損壞"，導(dǎo)致更親水的表面層。
例如，硅酸鹽和有機珪酸鹽玻璃傾向于落在如圖l示出的內(nèi)聚強度對 介電常數(shù)的通用曲線上。此圖包括常規(guī)氧化物(點A)，常規(guī)SiCOH介質(zhì) (點B)，常規(guī)K = 2.6 SiCOH介質(zhì)(點C )和具有約2.2的K的常規(guī)CVD 超低K介質(zhì)(點D)。主要通過Si-O鍵合的體積密度決定兩者的數(shù)量的 事實能夠解釋它們之間的比例變化。它還表明具有超低介電常數(shù)(例如， K<2.4)的OSG材料在完全干燥環(huán)境中基本限制為具有約3J/m"或更小的 內(nèi)聚強度。如果濕度增加，內(nèi)聚強度進一步減小。
現(xiàn)有技術(shù)SiCOH膜的另 一個問M它們的強度傾向于被H20退化。 可以使用4點彎曲技術(shù)測量現(xiàn)有技術(shù)SiCOH膜的H20退化效應(yīng)，例如， 在M. W. Lane， X.H. Liu， T.M. Shaw的"Environmental Effects on Cracking and Ddamination of Dielectric Films", IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 4， 2004， pp. 142-147中所描述的。圖
2A取自此參考并且是描述H20對具有約2.9的K的介電常數(shù)的典型 SiCOH膜的強度的影響的圖。通過在可以控制并改變7jC壓(PH20)的室中 的4點彎曲技術(shù)測量數(shù)據(jù)。具體地，圖2A示出了繪制的內(nèi)聚強度與受控 室內(nèi)水壓的自然對數(shù)(In)的關(guān)系。在使用的單位內(nèi)此圖的斜率約是-1。 H20的壓力增加，內(nèi)聚強度降低。在圖2A中線上的區(qū)域，陰影部分，表 示很難用現(xiàn)有技術(shù)SiCOH介質(zhì)獲得的內(nèi)聚強度區(qū)域。
圖2B同樣取自上面引用的M. W.Lane參考，并且與圖2A類似。具 體地，圖2B是使用與圖2A相同的程序測量的另一種SiCOH膜的內(nèi)聚強 度圖。現(xiàn)有技術(shù)SiCOH膜具有2.6的介電常數(shù)并且在使用的單位內(nèi)此圖的 斜率約是-0.66。在圖2B線上的區(qū)域，陰影部分，表示很難用現(xiàn)有技術(shù) SiCOH介質(zhì)獲得的內(nèi)聚強度區(qū)域。
已知，Si-C鍵的極化小于Si-O鍵。另外，已知，有機聚合物介質(zhì)具有 的斷裂軔度高于有機法酸鹽玻璃并且不傾向于應(yīng)力腐蝕斷裂(如Si-O基介 質(zhì)的)。這說明，添加到SiCOH介質(zhì)的有機聚合物的成份越多并且Si-C 鍵合越多，可以降低上述水退化效應(yīng)并且增加如塑性的非線性能量擴散機 制。向SiCOH添加越多的有機聚合物成份，將導(dǎo)致介質(zhì)具有增加的斷裂 韌度和減小的環(huán)境靈敏度。
已知，在其它領(lǐng)域中， 一些材料例如有機彈性體的機械性能，可以通 過引入添加化學(xué)物種以引起和形成交聯(lián)化學(xué)鍵的特定交^i^應(yīng)提高。這可 以增加材料的彈性模量，玻璃轉(zhuǎn)換溫度和內(nèi)聚強度，以及在一些情況下， 耐氧化性，耐吸水性，以及相關(guān)的退化。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)低和超低K SiCOH介質(zhì)具有的上述缺點，存在對提 供具有約3.2或更小的介電常數(shù)的多孔SiCOH介質(zhì)膜的形成方法的需要， 該介質(zhì)膜具有位于圖1限定的通用曲線之上的明顯增加的內(nèi)聚強度對K曲 線。對圖1中的具體情況，斷裂韌度和內(nèi)聚強度相等。還存在對U形成 多孔SiCOH介質(zhì)膜的方法的需要，該介質(zhì)膜具有Si-C鍵合，增加的耐水 性，特別是在圖2A和2B的陰影區(qū)域中，以及允許這樣的膜用于ULSI器 件中的新應(yīng)用的良好的機械性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種低K介質(zhì)材料，包括由元素Si, C， O和H原子構(gòu)成 的基質(zhì)(或基架(skeleton ))并且在此基質(zhì)中有許多納米尺寸的孔。這樣 的介質(zhì)材料以下稱為SiCOH介質(zhì)。
在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種低成本，簡單的方法以微調(diào)或 調(diào)整在多孔SiCOH膜的基架中期望的鍵(即，Si-R-Si鍵)的濃度。通過 調(diào)整Si-R-Si鍵，提高了在50%濕度中的內(nèi)聚強度，應(yīng)力，耐綜合破壞性 和其它類似的性質(zhì)。在上述分子式中，R是-[CH2n-，其中n大于或等于1。 在優(yōu)選實施例中，SiCOH介質(zhì)包括Si-CH2n-Si，其中n為l-3。
因為前體的選擇，形成多孔SiCOH介質(zhì)膜的本方法比現(xiàn)有技術(shù)方法 更具制造性。另外，本發(fā)明提供當(dāng)使用兩種或三種前體時，在整個晶片上 沉積的SiCOH膜的均勻性問題的解決方法。
通常，本發(fā)明提供制造具有提高的和可調(diào)整的性能的多孔SiCOH介 質(zhì)的方法，包括新Si-C鍵。制造提高的多孔SiCOH介質(zhì)的現(xiàn)有技術(shù)方法 使用高成本前體，或高沸點前體，并且不允許調(diào)整或控制在多孔SiCOH 膜的基架中的期望的Si-C鍵的濃度。
概括地說，本發(fā)明的一種方法包括如下步驟
在反應(yīng)室中提供襯底；
在所述反應(yīng)室中流入至少一種前體，其中所述至少一種前體是環(huán)碳硅 烷(carbosilane)或氧碳珪烷(oxycarbosilane); 在所述襯底上沉積介質(zhì)膜；以及
可選地執(zhí)行能量處理步驟，以在所述襯底頂上提供多孑L介質(zhì)膜。 概括地說，本發(fā)明的第二方法包括如下步驟 在反應(yīng)室中提供至少第一前體和第二前體，其中所述前體的至少一種 是烴成孔劑并且所述前體的另 一種是環(huán)碳硅烷或氧碳硅烷； 沉積包括第一相和笫二相的膜；以及 從所述膜除去所述成孔劑以提供多孔介質(zhì)膜。
除了以上所述，本申請的SiCOH介質(zhì)材料具有內(nèi)聚強度(CS)對％ 濕度的曲線，其顯示對濕度的弱依賴。即，以給定的介電常數(shù)，本發(fā)明的 SiCOH介電材料具有比圖2A和2B中示出的曲線更小的斜率，并且因此 在PH20的具體值的內(nèi)聚強度在圖2A或2B中的線上面的陰影區(qū)域中。通 過"弱依賴"意味著發(fā)明的SiCOH介質(zhì)比現(xiàn)有技術(shù)材料具有更低的斜率。 在本發(fā)明中，通過減少反應(yīng)點(Si-O-Si)的數(shù)目獲得此性質(zhì)。Cs對lnPH20 曲線的斜率由反應(yīng)點Si-O-Si的密度決定。而減小Si-O-Si點的數(shù)目降低了 對濕度的敏感度，同樣降低了線性依賴于Si-O-Si鍵密度的內(nèi)聚強度。
另外，本申請的多孔SiCOH介質(zhì)膜對H20蒸氣(濕氣)暴露穩(wěn)定， 包括對晶片中裂紋形成的抵抗性。
本發(fā)明還提供了用作低KCu覆層的相關(guān)的常規(guī)成分SiCNH膜，和從 在環(huán)中包括Si， C和N的單環(huán)前體制備此膜的方法。這樣的前體的實例為 2,25,5-四甲基-2，5-二硅雜-l-氮雜環(huán)戊烷或相關(guān)的氮雜環(huán)戊烷，其為具有兩 個Si和兩個C原子的五成員環(huán)中包含一個N原子的環(huán)分子。
本發(fā)明的SiCNH膜，典型地具有約6.0或更小的介電常數(shù)，利用下列 工藝步驟制備
在反應(yīng)室中4^供襯底；
在所述反應(yīng)室中流入至少一種前體，所述至少一種前體是在具有Si和 C原子的環(huán)結(jié)構(gòu)中包含至少一個N原子的環(huán)化合物；以及
從所述至少一種前體沉積包括Si， C， N和H原子的介質(zhì)膜。 本申請的SiCNH介質(zhì)膜可以是致密的(即，無孔的)或多孔的。通過 包括作為前體的成孔劑并且沉積后從剛沉積膜除去成孔劑形成多孔 SiCNH介質(zhì)膜。
在形成SiCNH介質(zhì)的一些實施例中，向所述至少一種前體添加氣體 流，所述氣體包括NH3， CO， C02， 02， N20， 03， N2和惰性氣體中的 至少一種。


圖l是對現(xiàn)有技術(shù)介質(zhì)的內(nèi)聚強度對介電常數(shù)的通用曲線。
圖2A-2B示出了對現(xiàn)有技術(shù)SiCOH介質(zhì)，繪制的內(nèi)聚強度對受控室 內(nèi)水壓的自然對數(shù)(In)。
圖3示出了內(nèi)聚強度對介電常數(shù)的通用曲線，包括圖l示出的現(xiàn)有技 術(shù)介質(zhì)以^JC明的SiCOH介質(zhì)材料。
圖4A-4B是包括Si-CH2-Si鍵的SiCOH膜的傅里葉變換紅外(FTIR) 鐠，并且示出了通過在1350-1370cm"之間的FTIR峰檢測所述鍵。圖4A 是全傳，而圖4B是從0到1700cm-1的擴展鐠。在圖4A和4B的每個中， 譜(a)來自剛沉積的SiCOH介質(zhì)膜，并且鐠(b )來自430"C退火后的相 同膜。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例制造的多孔SiCOH膜在430匸退火4 小時后的FTIR譜。1351cnT1處的峰對應(yīng)Si-CH2-Si鍵的吸收率。
圖6是本發(fā)明的電子器件的放大截面圖，該器件包括發(fā)明的介質(zhì)膜作 為級內(nèi)介質(zhì)層和級間介質(zhì)層。
圖7是圖6的電子結(jié)構(gòu)的放大截面圖，該結(jié)構(gòu)具有沉積在本發(fā)明的介 質(zhì)膜頂上的另外的擴散阻擋介質(zhì)覆蓋層，所述擴散阻擋可以是本發(fā)明的膜 的一種(即，SiCOH或SiCHN)。
圖8是圖7的電子結(jié)構(gòu)的放大截面圖，該結(jié)構(gòu)具有另外的RIE石更掩模 /拋光停止介質(zhì)覆蓋層和在拋光停止層頂上沉積的^h質(zhì)覆蓋擴散阻擋層，所 述介質(zhì)覆蓋擴散阻擋層可以是本發(fā)明的膜的一種。
圖9是圖8的電子結(jié)構(gòu)的放大截面圖，該結(jié)構(gòu)具有沉積在本發(fā)明的介 質(zhì)膜頂上的另外的RIE硬掩撒拋光停止介質(zhì)層，
圖10的圖示表示(通過截面圖)示出了包括至少兩個導(dǎo)體和本發(fā)明的 介質(zhì)材料的電子結(jié)構(gòu)。
圖11A-11B的圖示表示(通過截面圖)示出了包括傳感元件和本發(fā)明 的介質(zhì)材料的電子結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
在本發(fā)明的一個實施例中，提供了多孔介質(zhì)材料，包括在共價鍵合的
三維網(wǎng)絡(luò)中的Si， C, 0和11元素并且具有約3.2或更小的介電常數(shù)的氫 氧化硅碳材料(SiCOH)基質(zhì)。貫穿本申請使用的術(shù)語"三維網(wǎng)絡(luò)"指包 括在x， y和z方向上互相連接并且互相關(guān)聯(lián)的硅，碳，氧和氫的SiCOH 介質(zhì)材料。
具體地，本發(fā)明提供SiCOH介質(zhì)，該介質(zhì)具有包括鍵合為Si-CH3的 C和鍵合為Si-R-Si的C的共價鍵合的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中R是-CH2n-， 其中n大于或等于l，優(yōu)選n是l-3。在本發(fā)明的一些實施例中，發(fā)明的介 質(zhì)材料具有的鍵合為Si-R-Si的碳原子占整個碳原子的分?jǐn)?shù)在0.01和0.99 之間。
本發(fā)明的SiCOH介質(zhì)材料包括在約5和約40之間，更優(yōu)選從約10 到約20原子百分比的Si;在約5和約50之間，更優(yōu)選從約15到約40原 子百分比的C;在約0和約50之間，更優(yōu)選從約10到約30原子百分比的 O;以及在約10和約55之間，更優(yōu)選從約20到約45原子百分比的H。
在一些實施例中，本發(fā)明的SiCOH介質(zhì)材料還可以包括F和/或N, 在本發(fā)明的另一個實施例中，SiCOH介質(zhì)材料可以可選地具有由Ge原子 部分替代的Si原子?？梢源嬖谟诒景l(fā)明發(fā)明的介質(zhì)材料中的這些可選元素 的量依賴于在沉積期間使用的包括可選元素的前體的量。
本發(fā)明的SiCOH介質(zhì)材料包括直徑在約0.3到約10納米并且更優(yōu)選 直徑在約0.4到約5納米的分子量級的空隙(即，納米尺寸的孔)，其減 小了 SiCOH介質(zhì)材料的介電常數(shù)。納米尺寸的孔占的體積是材料的體積 的約0.5 %和約50 %之間。
圖3示出了內(nèi)聚強度對介電常數(shù)的通用曲線，包括如圖1示出的現(xiàn)有 技術(shù)介質(zhì)以M明的SiCOH介質(zhì)材料。圖3中的曲線顯示，發(fā)明的SiCOH 介質(zhì)比具有相等K值的現(xiàn)有技術(shù)介質(zhì)具有更高的內(nèi)聚強度。在圖l和3中， K是相對介電常數(shù)。
本發(fā)明發(fā)明的SiCOH介質(zhì)材料與現(xiàn)有技術(shù)SiCOH和pSiCOH介質(zhì)的 Si-CH3鍵合特性相比具有更多鍵合在兩個Si原子之間橋連的有機基團中
的碳。
另外，本發(fā)明的SiCOH介質(zhì)材料是疏水的，具有大于70。優(yōu)選大于 80°的7K接觸角并iL^現(xiàn)出相對高的內(nèi)聚強度。在圖2A和2B的陰影部分 中圖示了此SiCOH介質(zhì)材料的特性。
優(yōu)選使用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)沉積發(fā)明的SiCOH 介質(zhì)材料。除了 PECVD以夕卜，本發(fā)明還旨在利用化學(xué)氣相沉積(CVD)， 高密度等離子體(HDP)，脈沖PECVD,旋涂施加或其它相關(guān)方法形成 SiCOH介質(zhì)材料。
在沉積工藝中，發(fā)明的SiCOH介質(zhì)材料這樣形成，通過向反應(yīng)室提 供包括Si， C， O和H原子的至少環(huán)碳硅烷或氧碳珪烷前體(液體，氣體 或蒸汽)和可選地如He或Ar的惰性栽氣，優(yōu)選反應(yīng)室是PECVD反應(yīng)室， 然后，利用對形成^^發(fā)明的SiCOH介質(zhì)材料有效的條件，將源自所述環(huán) 碳硅烷或氧碳硅烷前體的膜沉積到合適襯底上。
在本發(fā)明的選定實施例中，剛沉積膜包括兩個相。剛沉積膜的一個相 是包括C和H的犧牲烴相，而另一個相(即，穩(wěn)定基架相)由Si， O， C 和H構(gòu)成，本發(fā)明還向混合氣M供可選地氧化劑如02， 03， N20, C02 或其組合，從而穩(wěn)定反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)物并且提高沉積在襯底上的介質(zhì)膜的 特性和均勻性。
在本發(fā)明中，環(huán)碳硅烷前體或氧碳硅烷包括至少一種下面的化合物 l，l-二甲基-l-硅雜環(huán)戊烷，1，3-二甲硅烷基環(huán)丁烷，甲基-l-珪雜環(huán)戊烷，硅 雜環(huán)戊烷，硅雜環(huán)丁烷，曱基硅雜環(huán)丁烷，硅雜環(huán)己烷，甲基硅雜環(huán)己烷， 四甲基-二硅雜-呋喃，二珪雜-呋喃，包含l、 2、 3或4曱基或其它烷基的 二硅雜-呋喃的衍生物，前述環(huán)前體的甲氧基矛汙生物，和相關(guān)的含Si-C分 子。
可選地，環(huán)碳硅烷可以包括不飽和環(huán)以使此前體在沉積等離子體(例 如，低能等離子)中更有活性，例如，l，l-二乙氧基-l-硅雜環(huán)戊烯，l，l-二曱基-3-硅雜環(huán)戊烯，1，1-二甲基-1-硅雜環(huán)戊-3-烯，l-硅雜-3-環(huán)戊烯，乙 烯基甲基硅雜環(huán)戊烯，硅雜環(huán)戊烯的甲氧基衍生物，珪雜環(huán)戊烯的其它衍生物，和相關(guān)的其它環(huán)碳硅烷前體。
下面示出了 一些優(yōu)選環(huán)碳硅烷的結(jié)構(gòu)以示出本發(fā)明期望的環(huán)化合物的
類型(然而，示出的結(jié)構(gòu)沒有以任何方式限制本發(fā)明)
Me Me
\ ,0、 Z Me一SiSi—Me
\_/
四甲基-二硅雜-呋喃或四甲基-二硅雜-氧雜環(huán)戊烷
Me、 ,Me Si
l,l-二甲基-l-硅雜環(huán)戊烷
H
Me、 I /Me Me—Si NSi一Me
2，2，5，5-四甲基-2，5-二硅雜-l-氮雜環(huán)戊烷
EtO OEt
1-二乙IU-l-硅雜環(huán)戊-3-烯
H H
\sz
l-硅雜環(huán)戊-3-烯
H3C\ ^= ;i、
乙烯基甲基硅雜環(huán)戊烷
本發(fā)明優(yōu)選上述環(huán)化合物，因為這些前體具有相對低的沸點，并且它
們包括Si-CH2n-Si鍵合基團。
在本發(fā)明中使用的第二前體是烴(即，包括C和H原子和可選地N 和/或F的化合物份子，如在美國專利Nos. 6,147,009，6,312,793，6,441,491， 6,437,443， 6,541,398, 6,479,110 B2和6,497,963中描述的，在此引入其整 個內(nèi)容作為參考。在本發(fā)明中烴分子用作成孔劑。氫前體可以是液體或氣 體。
可選地，可以向反應(yīng)室添加包括烷氧基珪烷或環(huán)硅氧烷前體的SiCOH 基架前體(例如，第三前體)。這樣的SiCOH基架前體的實例包括，例 如，二乙氣基曱M雜，八甲基四硅氧烷，四甲基四硅氧烷，三甲^雜， 或任意其它普通烷M烷或烷^J^烷(環(huán)或線)分子。
可選地，還可以使用包括Ge的前體(氣體，液體或氣體)。 如下面實例中描述的其它官能團可以用于形成在兩Si原子之間的橋連 基團。
上述具有氮的環(huán)碳硅烷前體還可以用于沉積SiCHN覆蓋膜，通過添加 含氮(例如，NH3， N2或N2H2)的氣體。因為兩個Si原子之間N橋連的 存在，SiCHN膜將更加熱穩(wěn)定和對等離子體和其它類型的綜合破壞更加穩(wěn) 定。
本發(fā)明的方法還包括提供平行板反應(yīng)室的步驟，反應(yīng)室具有在約 85 112和約750cm2之間的村底卡盤的導(dǎo)電區(qū)域和在襯底和頂電極之間，在 約lcm和約12cm之間的間隙。向一個電極提供頻率在約0.45MHz和約 200MHz之間的高頻RF功率?？蛇x地，向一個電極提供比第一RF功率頻 率低的另外的RF功率。
沉積步驟使用的條件可以根據(jù)本發(fā)明的SiCOH介質(zhì)材料期望的最終 介電常數(shù)改變。廣義上，用于提供具有約3.2或更小的介電常數(shù)，小于 45MPa拉伸應(yīng)力，從約2到約15GPa的彈性模量，以及從約0.2到約2GPa 的硬度的包括Si， C， O和H元素的穩(wěn)定介質(zhì)材料的條件包括設(shè)置村底 的溫度在約100匸和約425匸之間；設(shè)置高頻RF功率密度在約0.1W/cm2 和約2.0W/cm2之間；設(shè)置第一液體前體流速在約10mg/min和約 5000mg/min之間；可選地設(shè)置第二液體前體流速在約10mg/min到約 5000mg/min之間；可選地設(shè)置第三液體前體流速在約10mg/min到約 5000mg/min之間；可選地設(shè)置如氦(或/和氬)的惰性載氣流速在約10sccm 到約5000sccm之間；設(shè)置反應(yīng)室的壓力在約1000mTorr和約10,000mTorr 之間；并且設(shè)置高頻RF功率在約50W和約IOOOW之間?？蛇x地，可以 向等離子體施加在約20W和約400W之間的超低頻率功率。
當(dāng)在本發(fā)明中使用氧化劑時，其以在約10sccm到約1000sccm之間的 流速流入PECVD反應(yīng)室。
雖然在上述實例中使用液體前體，但是技術(shù)人員應(yīng)該知道還可以使用 氣相前體沉積。
由上述工藝導(dǎo)致的膜這里稱為"剛沉積膜"。
根據(jù)本發(fā)明，制造本發(fā)明的穩(wěn)定SiCOH介質(zhì)材料要求結(jié)合幾個步驟 在1"步驟中，在襯底上沉積材料，使用的沉積工具參數(shù)類似于下面在 工藝實施例中給出的參數(shù)，形成剛沉積膜；并且，然后
使用熱，UV光，電子束照射，化學(xué)能量或其多于一種的組合固化或 處理該材料，形成具有期望的機械或這里描述的其它特性的最終的膜。例 如，沉積后，可以執(zhí)行SiCOH膜的處理(使用熱能和第二能源)以穩(wěn)定 膜并且獲得提高的性能。第二能源可以是電磁輻射(UV,微波，等等)， 帶電粒子(電子或離子束)或可以是化學(xué)的(使用氫原子或其它反應(yīng)氣體， 在等離子體中形成)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很熟悉用于這些處理的^ft。
在優(yōu)選處理中，將襯底(包括才艮據(jù)上述工藝沉積的膜)置入具有可控 環(huán)境(真空或具有低02和1120濃度的超純惰性氣體)的紫外(UV)處理
工具中。可以使用脈沖或連續(xù)uv源。
在本發(fā)明中，uv處理工具可以與沉積工具連接("串接")或者可
以是分離工具。
如技術(shù)上^〉知的，可以在本發(fā)明中，在可以串接到單處理工具上或者 兩個室可以是分離的處理工具("非串接")的兩個分離的處理室中，進
行兩個工藝步驟。對于此多孔SiCOH膜的一些實施例，固化步驟可以包 括犧牲烴部分的除去?？梢杂商脊柰榍绑w或向沉積室添加的附加成孔劑前 體，沉積烴部分?？梢栽诒景l(fā)明中使用的合適的犧牲烴前體包括，但不僅 限于在美國專利Nos. 6,147,009， 6,312,793， 6,441,491， 6,437,443， 6,541,398， 6,479,110 B2和6,497,963中提到的第二前體，在此引入其整個內(nèi)容作為參 考。優(yōu)選烴前體包括二環(huán)庚二烯，己二烯和雙官能二烯烴分子中的一種。
在本發(fā)明的多孔SiCOH膜的另一個實施例中，固化步驟可能會引起 膜結(jié)構(gòu)的重排以制造更多的開口體積，并且因此降低介電常數(shù)而沒有除去 犧牲部分或相。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供了常規(guī)成分SiCNH的介質(zhì)膜。在本 發(fā)明的此實施例中，提供了包括在共價鍵合的三維網(wǎng)絡(luò)中的Si， C， N和 H元素并且具有約6或更小的介電常數(shù)的致密或多孔介質(zhì)材料。貫穿本申 請的術(shù)語"三維網(wǎng)絡(luò)"指包括在x， y和z方向上互相連接并且互相關(guān)聯(lián)的 硅，碳，氮和氫的SiCNH介質(zhì)材料。
可以利用與上述條件基^目同的工藝條件形成本發(fā)明的SiCNH介質(zhì) 膜。在沉積步驟中，使用在環(huán)結(jié)構(gòu)中包括Si， C和N的單環(huán)前體。例如包 括但不僅限于2，2，5，5-四甲基-2,5-二硅雜-1-氮雜環(huán)戊烷，或相關(guān)的氮雜環(huán) 戊烷。
在典型的沉積工藝中，將襯底置入PECVD沉積室中，并且穩(wěn)定在環(huán) 結(jié)構(gòu)中包括Si， C和N的環(huán)前體的流速。在沉積步驟中使用的條件可以包 括，對所有的前體100-3000mg/m的前體流速，10-3000sccm的He氣流速 并且可選地使用具有從10-lOOOsccm的流速的N2，所述流速穩(wěn)定以佳反應(yīng) 室壓力到達(dá)l-10Torr。晶片卡盤溫度典型地設(shè)定在100° -400匸之間，優(yōu)
選具有300° -400'(:的范圍。根據(jù)膜的期望密度，向噴頭施加典型地在從
50-l，000W范圍中的高頻RF功率，并且可以使用在10-500W范圍內(nèi)的低 頻RF (LRF)功率。
如技術(shù)上公知的，在本發(fā)明中可以調(diào)整每個上述工藝參數(shù)。例如，晶 片卡盤的溫度可以在100° -450匸。如在技術(shù)上7^知的，可以添加如C02 的氣體，并且可以用例如Ar， 03或N20或其它惰性氣體的氣體來替代He。 <:2114還可以用來形成發(fā)明的SiCNH介質(zhì)材料。再次，如下面的實例中描 述的，可以用其它官能團形成在兩個Si原子之間的橋連基團。
本發(fā)明的SiCOH介質(zhì)材料包括在約5和約40之間，更優(yōu)選從約10 到約20原子百分比的Si;在約5和約50之間，更優(yōu)選從約15到約40原 子百分比的C;在約0和約50之間，更優(yōu)選從約10到約30原子百分比的 N;以及在約10和約55之間，更優(yōu)選從約20到約45原子百分比的H。
在一些實施例中，本發(fā)明的SiCNH介質(zhì)材料還可以包括F。在本發(fā)明 的另 一個實施例中，SiCNH介質(zhì)材料可以可選地具有由Ge原子部分替代 的Si原子?？梢源嬖谟诒景l(fā)明發(fā)明的介質(zhì)材料中的這些可選元素的量依賴 于在沉積期間使用的包括可選元素的前體的量。
本發(fā)明的SiCNH介質(zhì)材料包括直徑在約0.3到約10納米并且更優(yōu)選 直徑在約0.4到約5納米的分子量級的空隙(即，納米尺寸的孔)，其減 小了 SiCNH介質(zhì)材料的介電常數(shù)。納米尺寸的孔占的體積是材料的體積的 約0.5 %和約50 %之間。通過在沉積工藝中包括一種上述成孔劑制造空隙。
上述本發(fā)明的SiCNH介質(zhì)材料可以用于，例如，形成圖7， 8和9中 示出的層62。此層是在構(gòu)圖金屬導(dǎo)體層間的擴散阻擋/蝕刻停止。
下面是示出本發(fā)明的材料和工藝實施例的實例。
實例l;第一方法實施例
在此實例中，在兩步工藝中制造具有介電常數(shù)K-2.4的多孔SiCOH 材料。在沉積步驟中，選定具有低沸點，低成本，并且提供形成Si-CH2n-Si 的鍵合的一種環(huán)碳硅烷或氧碳硅烷前體.具體地，使用l，l-二甲基-l-硅雜 環(huán)戊烷。在沉積步驟中使用的條件包括8sccm的碳硅烷l，l-二甲基-l-硅雜
環(huán)戊烷前體流速和0.5sccm的氧(02)。將襯底置7^應(yīng)室中并且穩(wěn)定前 體流速以使反應(yīng)室壓力達(dá)到0.5Torr。設(shè)置晶片卡盤的溫度為約180"C。以 30W的功率施加13.6MHz頻率的RF功率。沉積后，膜在430'C下退火4 小時，并且在150。C下測到2.4的介電常數(shù)。通常，其它高能后處理(或固 化)步驟可以引皿結(jié)構(gòu)的重排以制造更多的開口體積，并且因此降低介 電常數(shù)而沒有除去犧牲相。
如技術(shù)上7>知的，在本發(fā)明中可以調(diào)整每個上述工藝M。例如，晶 片卡盤的溫度可以在100。 -4001;。如4支術(shù)上 i^知的，可以添加如He或 C02的氣體，并且其可以用例如Ar或N20或其它惰性氣體的氣體替代。
例如在圖4A和4B中示出了此SiCOH介質(zhì)材料的FTIR鐠。具體地， 圖4A-4B是含Si-CH2-Si鍵的SiCOH膜的FTIR譜并且示出了通過在 1350-1370cnT1之間的FTIR峰檢測所述鍵。圖4A是全語，而圖4B是從0 到1700cnT1的擴展i普。在圖4A和4B的每個中，鐠(a )來自剛沉積SiCOH 介質(zhì)膜，并且語(b)來自退火后的相同的膜。
在圖4A中，虛線1和2示出圖4B中擴展鐠的限制。特征標(biāo)記3和4 是CHx烴物種的C-H伸縮振動的吸收峰。峰4相比峰3的強度減小表明一 些CHx物種(CHx部分)已通過熱處理除去，以在膜內(nèi)制造開口體積(小 范圍多孔性)。注意，在此實施例中沒有使用第二成孔劑前體.在圖4B 中，特征標(biāo)記11是Si-CH2-Si基團的吸收峰，此發(fā)明的SiCOH材料的一 種特征結(jié)構(gòu)。
通?？梢允褂枚喾N環(huán)碳硅烷前體，例如包括，l，l-二甲基-l-硅雜環(huán)戊 烷，甲基-l-硅雜環(huán)戊烷，硅雜環(huán)戊烷，硅雜環(huán)丁烷，甲基硅雜環(huán)丁烷，硅 雜環(huán)己烷，甲基眭雜環(huán)己烷，四甲基-二硅雜-吹喃，二珪雜-呋喃，上述環(huán) 前體的甲lL&衍生物，或包含l、 2、 3或4R基團的二硅雜-呋喃的衍生物， 其中R選自甲基，乙基，乙烯基，丙基，烯丙基，丁基。
實例2;第二方法實施例
在此實例中，在兩步工藝中制造具有K-2.4的多孔SiCOH材料。在 沉積步驟中，使用兩種前體。選定具有低沸點，低成本，并且提供形成
Si-CH山-Si的鍵合的環(huán)前體。使用的環(huán)碳硅烷前體是l，l-二甲基小硅雜環(huán) 戊烷。使用二環(huán)庚二烯(BCHD)作為第二前體并且在此方法中用作成孔 劑。在沉積步驟中使用的條件包括5sccm的l，l-二甲基-l-硅雜環(huán)戊烷前體 流速和2sccm的BCHD和0.5sccm的氧(02)。將襯底置入反應(yīng)室中并且 穩(wěn)定前體流速以偵反應(yīng)室壓力達(dá)到0.5 Torr。設(shè)置晶片卡盤的溫度為約180 r。以50W的功率施加13.6MHz頻率的RF功率。沉積后，膜在430"C下 退火4小時，并且收集圖5的FTIR數(shù)據(jù)，并且在150t;下測到2.4的介電 常數(shù)。圖5中示出的是在1351cm-1處的FTIR峰，其證明膜中存在Si-CH2-Si 物種。
如技術(shù)上公知的，在本發(fā)明中可以調(diào)蒼爭個上述工藝參數(shù)。例如，晶 片卡盤的溫度可以在100。 -400匸。如4支術(shù)上乂>知的，可以添加如He或 C02的氣體，并且其可以用例如Ar或N20或其它惰性氣體的氣體替代。 通常，在沉積后使用高能后處理步驟，并且可以使用上面指定的第一實施 例中的所有環(huán)碳珪烷或氧碳硅烷。
實例3;第三方法實施例
在此實例中，在兩步工藝中^(吏用三前體制造具有K大于或等于1.8， 并且具有在兩個Si原子之間的增強的Si-R-Si橋連碳或其它有機官能橋連 的多孔SiCOH材料。這里，使用R表示如CH2 ， CH2- CH2, CH2- CH2- CH2
或更多常規(guī)[CH2n橋連有機基團。在沉積步驟中，使用三前體，其一為烴
成孔劑(根據(jù)技術(shù)上公知的方法使用)。成孔劑可以是二環(huán)庚二烯(BCHD )， 己二烯(HXD)或其它分子，例如在美國專利Nos. 6,147,009， 6,312,793, 6,441,491， 6,437,443， 6,441,491， 6，541，398， 6,479,110 B2和6，497，963中 描述的。在此實例中使用的另一個前體是SiCOH基架前體DEMS (二乙 氡基甲M烷)。選定的提供期望量的Si-CH2n-Si形式的鍵的第三前體 為l，l-二甲基小硅雜環(huán)戊烷，雖然可以使用其它環(huán)^1硅烷，包括甲基-l-硅 雜環(huán)戊烷，1，3-二甲硅烷基環(huán)丁烷，硅雜環(huán)戊烷，硅雜環(huán)丁烷，甲基硅雜環(huán) 丁烷，硅雜環(huán)己烷，甲基硅雜環(huán)己烷，四曱基-二硅雜-呋喃，二硅雜-呋喃， 上述環(huán)前體的甲氧基衍生物，或包含l、 2、 3或4R基團的二硅雜-呋喃的
衍生物，其中R選自曱基，乙基，乙烯基，丙基，烯丙基，丁基。
在發(fā)明的方法中，比率R1;L^應(yīng)室中碳硅烷前體與SiCOH基架前體 的比率，比率R2 A^應(yīng)室中成孔劑前體與SiCOH基架前體的比率。Rl 決定在最終的多孔SiCOH膜中Si-R-Si橋連碳的濃度。Rl可以在0.01到 100的范圍內(nèi)，但是一般在0.05-1的范圍內(nèi)。R2決定體積％多孔性并且因 此決定最終的多孔SiCOH膜的介電常數(shù)。R2可以在0.1到IO的范圍內(nèi)， 但是一般在0.5-2的范圍內(nèi)。
在沉積步驟中使用的條件包括，對所有的前體100-3000mg/m的前體 流速，10-3000sccm的He氣流速以及約50-3000mg/m的成孔劑流速并且 可選地從10-lOOOsccm的02流速，穩(wěn)定所述流速以使反應(yīng)室壓力到達(dá) 0.1-20Torr，優(yōu)選l-10Torr。晶片卡盤溫度設(shè)定在100° -400^:之間，優(yōu)選 具有200° -300n的范圍。向噴頭施加在50-1,000W范圍內(nèi)的高頻RF功率， 并且低頻RF (LRF)功率為0W這樣以便不向襯底施加LRF。膜沉積速 率在200到10，000A/min。
如技術(shù)上公知的，可以在本發(fā)明中調(diào)整每個上述工藝^lt。例如，晶 片卡盤的溫度可以在100° -350X:。如技術(shù)上公知的，可以添加如COz的 氣體，并且可以用如Ar， 03或N20或其它惰性氣體的氣體替代He。
沉積后，在高能后處理步驟中處理膜，其包括熱，紫外光，電子束或 其它能源的至少一種。此步驟制造多孔膜。
實例4;第四方法實施例
在第四實施例中，使用類似于第一實施例的工藝(碳硅烷l，l-二甲基 -l-硅雜環(huán)戊烷和氧氣02工藝)，但是環(huán)碳硅烷前體選自l，l-二甲基-l-硅 雜環(huán)戊烷，甲基-l-硅雜環(huán)戊烷，硅雜環(huán)戊烷，硅雜環(huán)丁烷和甲基珪雜環(huán)丁 烷，硅雜環(huán)己烷和甲基硅雜環(huán)己烷，四甲基-二硅雜-呋喃，二硅雜-呋喃， 包含l、 2、 3或4甲基基團的二硅雜-呋喃的衍生物，上述環(huán)碳硅烷的曱氧 基衍生物，以及相關(guān)的含Si-C的分子?？蛇x地，碳硅烷可以包括不飽和環(huán) 以使此前體在沉積等離子體(例如低能等離子體)中更有活性，例如l，l-二乙氧基-l-硅雜環(huán)戊烯，1，1-二甲基-3-硅雜環(huán)戊烯，l-硅雜-3-環(huán)戊烯，乙
烯基甲基硅雜環(huán)戊烯，這些不飽和環(huán)碳硅烷的甲氧基衍生物，以及相關(guān)的 其它環(huán)碳硅烷前體。
在沉積步驟中使用的條件包括，對所有的前體100-3000mg/m的前體 流速，10-3000sccm的He氣流速以及約50-3000mg/m的成孔劑流速并且 可選地從10-lOOOsccm的氧流速，穩(wěn)定所述流速以j吏反應(yīng)室壓力到達(dá) l-10Torr。晶片卡盤溫度設(shè)定在100。 -350"€之間，優(yōu)選具有250° -300匸 的范圍。向噴頭施加在從50-l，000W范圍內(nèi)的高頻RF功率，并且低頻RF (LRF)功率為OW這樣以便不向襯底施加LRF。膜沉積速率在200到 10，000A/min。沉積后，使用高能后處理步驟制造最終的多孔介質(zhì)膜。
如技術(shù)上公知的，可以在本發(fā)明中調(diào)整每個上述工藝^lt。例如，晶 片卡盤的溫度可以在100° -400 "C。如技術(shù)上公知的，可以添加如CO2的 氣體，并且可以用如Ar， 03或N20或其它惰性氣體的氣體替代He。此實 施例的膜的成分通常為SiCH，具有可選的少量O成分。
實例5:第五方法實施例
在第五實施例中，使用一種工藝，該工藝使用如2，2，5，5-四甲基-2，5-二 硅雜-l-氮雜環(huán)戊烷或相關(guān)的氮雜環(huán)戊烷的包括氮的環(huán)前體沉積SiCNH成 分膜。
在沉積步驟中使用的條件包括，對所有的前體100-3000mg/m的前體 流速，10-3000sccm的He氣流速以及約50-3000mg/m的成孔劑流速。對 SiCNH成分的此膜，以從10-1000sccm的流速可選地添加NH3 (氨)。穩(wěn) 定所述流速以使反應(yīng)室壓力到達(dá)l-10Torr。晶片卡盤溫度設(shè)定在100。 -400 C之間，優(yōu)選350'C。向噴頭施加在從50-l,000W范圍內(nèi)的高頻RF功率， 并且低頻RF (LRF)功率為0W這樣以便不向襯底施加低頻RF (LRF) 功率。膜沉積速率在200到10,000A/min范圍內(nèi)。沉積后，^^用高能后處 理步驟制造最終的介質(zhì)膜，但不必須。
如技術(shù)上公知的，可以在本發(fā)明中調(diào)整每個上述工藝參數(shù)。例如，晶
片卡盤的溫度可以在ioo。 -400 x:。如技術(shù)上公知的，可以添加如N2的氣
體，并且可以用如Ar或其它惰性氣體的氣體替代He。此實施例的膜的成 分通常為SiCNH。 電子器件
圖6-9示出了包括發(fā)明的SiCOH或SiCNH介質(zhì)的電子器件。注意， 在圖6-9中示出的器件僅是本發(fā)明的示意性實例，通過本發(fā)明的新方法還 可以形成大量其它器件。注意，在這些圖中，本發(fā)明的SiCNH膜僅用于層 62，不用于層38或44。
在圖6中，示出了在硅襯底32上建立的電子器件30。在硅襯底32頂 上，首先形成絕緣材料層34，第一金屬區(qū)域36嵌入其中。在第一金屬區(qū) 域36上進行CMP工藝后，在第一絕緣材料層34和第一金屬區(qū)域36的頂 上沉積本發(fā)明的SiCOH介質(zhì)膜38。第一絕緣材料層34適合由硅氧化物， 氮化硅，這些材料的摻雜種類，或任何其它合適的絕緣材料形成。然后在 接著蝕刻的光刻工藝中構(gòu)圖SiCOH介質(zhì)膜38并且其上沉積導(dǎo)體層40。在 進行第一導(dǎo)體層40上的CMP工藝后，在第一 SiCOH介質(zhì)膜38和第一導(dǎo) 體層40上，通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積工藝沉積第二層發(fā)明的SiCOH 膜44。沉積的導(dǎo)體層40可以是金屬材料或非金屬導(dǎo)電材料。例如，鋁或 銅的金屬材料，或者氮化物或多晶硅的非金屬材料。第一導(dǎo)體層40與第一 金屬區(qū)域36電連接。
然后，在SiCOH介質(zhì)膜44上進行光刻工藝接著蝕刻以及隨后用于第 二導(dǎo)體材料的沉積工藝后，形成第二導(dǎo)體區(qū)域50。第二導(dǎo)體區(qū)域50還可 以沉積金屬材料或非金屬材料，類似于在沉積第一導(dǎo)體層40中使用的。第 二導(dǎo)體區(qū)域50與第一導(dǎo)體區(qū)域40電連接，并且嵌入第二 SiCOH介質(zhì)膜 層44中。第二 SiCOH介質(zhì)膜層與第一 SiCOH介質(zhì)材料層38緊密接觸。 在此實例中，第一 SiCOH介質(zhì)膜層38是級內(nèi)介質(zhì)材料，而第二SiCOH 介質(zhì)膜層44是級內(nèi)和級間介質(zhì)?；诎l(fā)明的SiCOH介質(zhì)膜的低介電常數(shù)， 可以通過第一絕緣層38和第二絕緣層44獲得好的絕緣性能。
圖7示出了本發(fā)明的電子器件60,其類似于圖6示出的電子器件30， 但是具有在第一絕緣材料層38和第二絕緣材料層44之間沉積的附加介質(zhì) 覆蓋層62。適合通過此發(fā)明的第五實施例形成包括SiCNH的介質(zhì)覆蓋層
62。附加介質(zhì)覆蓋層62用作擴散阻擋層用于防止第一導(dǎo)體層40擴散進第 二絕緣材料層44或更下面的層中，特別是ii/v層34和32。
圖8中示出了本發(fā)明的另一可選實施例的電子器件70。在電子器件70 中，使用了用作RIE掩模和CMP (化學(xué)機械拋光)拋光停止層的兩個附 加介質(zhì)覆蓋層72和74。在第一超低K絕緣材料層38頂上沉積第一介質(zhì)覆 蓋層72并且用作RIE掩才莫和CMP停止，因此在CMP后第一導(dǎo)體層40 和層72基本共面。第二介質(zhì)層74的功能與層72類似，然而在平整化第二 導(dǎo)體層50中利用了層74。拋光停止層74可以沉積如硅氧化物，硅氮化物， 硅氧氮化物，珪碳化物，硅碳氧化物(SiCO)以及它們的氫化物的合適的 介質(zhì)材料。對層72或74的優(yōu)選拋光停止層成分是SiCH或SiCOH或 SiCNH?？梢栽诘诙iCOH介質(zhì)膜44頂上添加第二介質(zhì)層，用于相同的 目的。
圖9中示出了本發(fā)明的另一個可選實施例的電子器件80。在此可選實 施例中，沉積介質(zhì)材料附加層82并且因此將第二絕緣材料層44分為兩個 分開層84和86。因此，由發(fā)明的超低K材料形成的級內(nèi)和級間介質(zhì)層44 在過孔92和互連94之間的界面處分為級間^h質(zhì)層84和級內(nèi)^h質(zhì)層86。 還在上^^質(zhì)層74頂上沉積附加擴散阻擋層96。由此可選實施例電子結(jié)構(gòu) 80提供的另外的益處是，介質(zhì)層82用作RIE蝕刻停止，提供好的互連深 度控制。因此，選擇層82的成分以提供關(guān)于層86的蝕刻選擇性。
其它可選實施例還可以包括一種電子結(jié)構(gòu)，該電子結(jié)構(gòu)具有在布線結(jié) 構(gòu)中作為級內(nèi)或級間介質(zhì)的絕緣材料層，布線結(jié)構(gòu)包括預(yù)處理半導(dǎo)體襯底， 該電子結(jié)構(gòu)具有嵌入第 一絕緣材料層中的第一金屬區(qū)域，嵌入第二絕緣材 料層中的第 一導(dǎo)體區(qū)域，其中第二絕緣材料層與第 一絕緣材料層緊密接觸， 并且第一導(dǎo)體區(qū)域與第一金屬區(qū)域電連接，第二導(dǎo)體區(qū)域與第一導(dǎo)體區(qū)域 電連接并且嵌入第三絕緣材料層中，其中第三絕緣材料層與第二絕緣材料 層緊密接觸，第 一介質(zhì)覆蓋層在第二絕緣材料層和第三絕緣材料層之間并 且第二介質(zhì)覆蓋層在第三絕緣材料層頂上，其中第 一和第二介質(zhì)覆蓋層由 本發(fā)明的SiCOH介質(zhì)膜形成.
本發(fā)明的其它可選實施例包括一種電子結(jié)構(gòu)，該電子結(jié)構(gòu)具有在布線 結(jié)構(gòu)中作為級內(nèi)或級間介質(zhì)的絕緣材料層，布線結(jié)構(gòu)包括預(yù)處理半導(dǎo)體襯 底，該電子結(jié)構(gòu)具有嵌入第一絕緣材料層中的第一金屬區(qū)域，嵌入第二絕 緣材料層中的第 一導(dǎo)體區(qū)域，其中第二絕緣材料層與第 一絕緣材料層緊密 接觸，并且第一導(dǎo)體區(qū)域與第一金屬區(qū)域電連接，第二導(dǎo)體區(qū)域與第一導(dǎo) 體區(qū)域電連接并且嵌入第三絕緣材料層中，第三絕緣材料層與第二絕緣材 料層緊密接觸，在絕緣材料的第二和第三層的至少一個上沉積由本發(fā)明的 介質(zhì)膜形成的擴散阻擋層。
還是其它可選實施例包括一種電子結(jié)構(gòu)，該電子結(jié)構(gòu)具有在布線結(jié)構(gòu) 中作為級內(nèi)或級間介質(zhì)的絕緣材料層，布線結(jié)構(gòu)包括預(yù)處理半導(dǎo)體襯底， 該電子結(jié)構(gòu)具有嵌入第 一絕緣材料層中的第 一金屬區(qū)域，嵌入第二絕緣材 料層中的第 一導(dǎo)體區(qū)域，其中第二絕緣材料層與第 一絕緣材料層緊密接觸， 第一導(dǎo)體區(qū)域與第一金屬區(qū)域電連接，第二導(dǎo)體區(qū)域與第一導(dǎo)體區(qū)域電連
接并且嵌入第三絕緣材料層中，第三絕緣材料層與第二絕緣材料層緊密接
觸，在第二絕緣材料層頂上的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)硬掩^/拋光停止層， 和在RIE硬掩4勤拋光停止層頂上的擴散阻擋層，其中RIE硬掩才^/拋光停 止層和擴散阻擋層由本發(fā)明的SiCOH或SiCNH介質(zhì)膜形成。
還是其它可選實施例包括一種電子結(jié)構(gòu)，該電子結(jié)構(gòu)具有在布線結(jié)構(gòu) 中作為級內(nèi)或級間介質(zhì)的絕緣材料層，布線結(jié)構(gòu)包括預(yù)處理半導(dǎo)體村底， 該電子結(jié)構(gòu)具有嵌入第 一絕緣材料層中的第一金屬區(qū)域，嵌入第二絕緣材 料層中的第一導(dǎo)體區(qū)域，其中第二絕緣材料層與第一絕緣材料層緊密接觸， 第一導(dǎo)體區(qū)域與第一金屬區(qū)域電連接，第二導(dǎo)體區(qū)域與第一導(dǎo)體區(qū)域電連 接并且嵌入第三絕緣材料層中，第三絕緣材料層與第二絕緣材料層緊密接 觸，在第二絕緣材料層頂上的第一RIE硬掩^/拋光停止層，在RIE硬掩 才勤拋光停止層頂上的第一擴散阻擋層，在第三絕緣材料層頂上的第二RIE 硬掩才勤拋光停止層，和在第二 RIE硬掩 /拋光停止層頂上的第二擴散阻 擋層，其中RIE硬掩撒拋光停止層和擴散阻擋層由本發(fā)明的SiCOH或 SiCNH介質(zhì)膜形成。
還是本發(fā)明的其它可選實施例包括一種電子結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有在布線 結(jié)構(gòu)中作為級內(nèi)或級間介質(zhì)的絕緣材料層，該電子結(jié)構(gòu)類似于上面剛描述
的電子結(jié)構(gòu)，但是還包括由本發(fā)明的SiCOH或SiCNH介質(zhì)材料形成的位 于級間介質(zhì)層和級內(nèi)介質(zhì)層之間的介質(zhì)覆蓋層。
在一些實施例中，例如圖IO所示，電子結(jié)構(gòu)包括至少兩個金屬導(dǎo)體元 件(如標(biāo)號97和101標(biāo)記的)和SiCOH或SiCNH介質(zhì)材料(如標(biāo)號98 標(biāo)記的)?？蛇x地，使用金屬接觸95和102與導(dǎo)體97和101電接觸。發(fā) 明的SiCOH或SiCNH介質(zhì)98提供電隔離和兩個導(dǎo)體之間的低電容。使 用本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的常規(guī)技術(shù)制造電子結(jié)構(gòu)，例如在美國專利 No.6，737，727中描述的，在此引入其整個內(nèi)容作為參考。
至少兩個金屬導(dǎo)體元件構(gòu)圖為包括，如感應(yīng)器，電阻器，電容器或諧 振器的無源或有源電路元件的功能要求的形狀。
另外，可以在電子傳感結(jié)構(gòu)中使用發(fā)明的SiCOH或SiCNH，其中由 發(fā)明的SiCOH或SiCNH介質(zhì)材料層包圍圖11A或11B中示出的光電傳感 元件(探測器)。使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的常規(guī)技術(shù)制造電子結(jié)構(gòu)。 參考圖IIA，示出了 p-i-n二極管結(jié)構(gòu)，其可以是用于IR信號的高速Si 基光電探測器。n+襯底是110，并且此上是本征半導(dǎo)體區(qū)域112,并且在 區(qū)域112中形成p+區(qū)域114，順序完成p-i-n層。層116是用于將金屬接 觸118與襯底隔離的介質(zhì)(例如Si02)。接觸118提供到p+區(qū)域的電連接。 整個結(jié)構(gòu)由發(fā)明的SiCOH或SiCNH介質(zhì)材料120覆蓋。此材料在IR區(qū) 域中透明，并且用作鈍化層。
在圖IIB中示出了第二光傳感結(jié)構(gòu)，這是一個簡單的p-n結(jié)光電二極 管，其可以是高速IR光探測器。參考圖11B，到襯底的金屬接觸是122， 并且在其頂上是n型半導(dǎo)體區(qū)域124，并且在此區(qū)域中形成p+區(qū)域126， 完成p-n結(jié)結(jié)構(gòu)。層128是介質(zhì)(例如Si02)用于將金屬接觸130與襯底 隔離。接觸130提供到p+區(qū)域的電連接。整個結(jié)構(gòu)由發(fā)明的SiCOH或 SiCNH介質(zhì)材料132覆蓋。此材料在IR區(qū)域透明，并且用作鈍化層。
雖然以示意性方式描述了本發(fā)明，應(yīng)該明白，使用術(shù)語旨在以自然的
語言描述而不是限制。另外，雖然根據(jù)優(yōu)選和幾個可選實施例描述了本發(fā) 明，應(yīng)該認(rèn)識到本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地將這些教導(dǎo)應(yīng)用到本發(fā)明的 其它可能的變化中。
權(quán)利要求
1.一種形成包括Si，C，H和O原子的介質(zhì)膜的方法，包括在反應(yīng)室中提供襯底；在所述反應(yīng)室中流入至少一種前體，其中所述至少一種前體是環(huán)碳硅烷或氧碳硅烷；以及在所述襯底上沉積介質(zhì)膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，還包括向所述至少一種前體添加氣體流， 所述氣體包括02， NH3， CO, C02， N20， 03， N2和惰性氣體中的至少 一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中所述襯底包括由金屬導(dǎo)體區(qū)域和介質(zhì) 區(qū)域構(gòu)成的頂表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中所述環(huán)碳硅烷或氧碳硅烷包括l，l-二曱基-l-硅雜環(huán)戊烷，1，3-二甲硅烷基環(huán)丁烷，甲基-l-硅雜環(huán)戊烷，硅雜 環(huán)戊烷，硅雜環(huán)丁烷，甲基硅雜環(huán)丁烷，硅雜環(huán)己烷，甲基珪雜環(huán)己烷， 四甲基-二硅雜-呋喃，二硅雜-呋喃，上述環(huán)前體的甲氧基衍生物，或包含 1、 2、 3或4R基團的二硅雜-呋喃的衍生物，其中R選自甲基，乙基，乙 烯基，丙基，烯丙基和丁基。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中所述環(huán)碳硅烷包括不飽和環(huán)并且包括 l,l-二乙氧基-l-硅雜環(huán)戊烯，1，1-二甲基-3-硅雜環(huán)戊烯，l，l-二甲基-l-珪雜 環(huán)戊-3-烯，l-硅雜-3-環(huán)戊烯或乙烯基甲基眭雜環(huán)戊烯，或上述環(huán)前體的甲 ^J^衍生物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，還包括添加烴前體流。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述烴前體包括二環(huán)庚二烯，己二烯 和雙官能二烯烴分子中的 一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括選自烷氧基硅烷和環(huán)硅氧烷的 SiCOH基架前體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在反應(yīng)室中的碳硅烷或氧碳硅烷前體與SiCOH基架前體的比率Rl決定SiCOH膜中Si-R-Si橋連碳的濃度，并 且Rl在從0.01到100的范圍內(nèi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，還包括在所述沉積步驟后執(zhí)行高能處理 步驟，所述高能處理包括熱能，UV光，電子束輻射，化學(xué)能或其組合。
11. 一種形成包括Si， C， H和O原子的介質(zhì)膜的方法，包括 在反應(yīng)室中提供至少第一前體和第二前體，其中所述前體的至少一種是烴成孔劑并且所述前體的另 一種是環(huán)碳珪烷或氧碳硅烷； 沉積包括第一相和第二相的膜；以及 從所述膜除去所述成孔劑以提供多孔介質(zhì)膜。
12. —種形成包括Si， C, N和H原子的介質(zhì)膜的方法，包括 在反應(yīng)室中提供襯底；在所述反應(yīng)室中流入至少一種前體，所述至少一種前體是在具有Si和 C原子的環(huán)結(jié)構(gòu)中包含至少一個N原子的環(huán)化合物；以及從所述至少一種前體沉積包括Si， C， N和H原子的介質(zhì)膜。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括向所述至少一種前體添加氣體流， 所述氣體包括NH3， CO， C02， 02, N20， 03， N2和惰性氣體中的至少 一種。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述環(huán)前體是2，2，5，5-四甲基-2，5-二硅雜-l-氮雜環(huán)戊烷或相關(guān)的氮雜環(huán)戊烷。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括添加液體或氣體烴前體流。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述烴前體包括二環(huán)庚二烯，己二 烯和雙官能二烯烴分子中的一種。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括利用熱能，UV光，電子束輻射， 化學(xué)能或其組合執(zhí)行高能處理步驟。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述SiCNH膜包括在約5和約40 原子百分比之間的Si;在約5和約50原子百分比之間的C;在0和約50 原子百分比之間的N;以及在約10和約55原子百分比之間的H。
19. 一種電子結(jié)構(gòu)，包括位于介質(zhì)材料上的介質(zhì)覆層，所述介質(zhì)覆層包括Si， C， N和H原子并且具有位于兩個Si原子之間的N橋連。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的電子結(jié)構(gòu)，其中所述介質(zhì)材料包括具有共價鍵 合的三維網(wǎng)絡(luò)的Si， C， O和H原子，其包括鍵合為Si-CEb的C以及鍵 合為Si-R-Si的C,其中R是-CH2Lr， n大于或等于1。
全文摘要
本發(fā)明提供了形成包括Si，C，O和H原子(SiCOH)或Si，C，N和H原子(SiCHN)的介質(zhì)膜的方法，該介質(zhì)膜具有增強的內(nèi)聚強度(或等價地，增強的斷裂韌度或減小的脆性)，和增加的抗水侵蝕特性，例如應(yīng)力侵蝕破裂，Cu滲入以及其它關(guān)鍵特性。本發(fā)明還提供了包括上述材料的電子結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L23/52GK101101875SQ200710126919
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月5日
發(fā)明者A·格里爾, G·J-M·迪布瓦, R·D·米勒, S·M·蓋茨, S·V·恩古源, V·V·帕特爾, V·Y-W·李 申請人:國際商業(yè)機器公司