均匀纳米孔ＳｉＯ２低介电薄膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种均匀纳米孔ＳｉＯ↓［２］低介电薄膜的制备方法，该法以均匀有序化学连接的ＰＯＳＳ杂化高分子为模板，通过旋涂或喷涂等薄膜制备方法在基底上形成均匀薄膜，采用原位氧化裂解工艺，制备出适合ＩＣ制程要求的均匀多孔ＩＣ低介电薄膜材料，通过改变网络模板的结构和网络间有机组分的结构控制，实现材料中孔洞大小、均匀性和结构的精确控制。

Method for preparing uniform nano pore SiO2 low dielectric film

The invention relates to a preparation method of a uniform nano porous SiO: 2 low dielectric film, the POSS hybrid polymer uniform ordered chemical connection as a template, by spin coating or spraying method for preparing thin film on the substrate to form a uniform thin films by in situ oxidation cracking process, prepared for IC the process requires uniform porous IC low dielectric film materials, through the change of network structure and network template between controlling the structure of organic components, to achieve precise control of material in the pore size, uniformity and structure.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属纳米孔硅基低介电材料的制备领域，特别是涉及一种均匀纳米孔Si02低介电薄膜的制备方法。
技术介绍
当器件特征尺寸逐渐减小，多层布线和逻辑互联层数增多，导致导线电阻以及导线间和层间电容增加，使得由导线电阻R和电容C产生的RC延迟上升，金属互联的电阻一电 容(RC)延迟以近似二次方增加，信号传输延迟、串扰以及由介电损失而导致的功耗和可靠 性等问题将变得异常突出，仅靠器件设计技术难以解决，解决的关键是材料。除了采用低 电阻率金属材料铜替代铝外，更要要的是降低介质层材料带来的寄生电容。由于介质层的 电容正比于材料的介电常数，因此研究和探索新的具有独立知识产权的新型低介电材料, 取代现有Si02 (k=3.9~4.2)以满足纳米互联技术应用的要求，己是当前我国纳米器件互 联技术和产业发展的刻不容缓的问题。各国政府和国际大企业均投入大量资金和人力进行 研究，力争在未来的IC (集成电路)产业竞争中占据优势地位。美国将此项目列入国家重 大计划。IBM、 Sony公司己投入巨资进行研究，我国也在低介电常数材料研制方面投入了 一定经费进行研究，并正在加大支持的力度。我国不少单位在低介电材料方面进行多年研 究，取得了很大进展。但所研制的材料介电材料均匀性和力学性能还难以满足应用要求， 尤其未来0.09)im IC制备急需的介电常数2.5以下兼容性好、力学性能高的材料和制备技 术已成为IC产业发展的瓶颈。降低电介质的介电常数主要通过减小介质的极化强度来实现，具体有两种途径，即降 低材料自身的极性和降低材料的密度。因此，作为低介电材料，应尽量使用非极性分子。 非极性分子的极化主要来自电子极化，电子极化率与原子半径的三次方成正比，因此，在 材料中引入原子序数低、原子半径小的元素，可有效地降低材料的电子极化率，从而降低 介电常数。另外，材料的极化强度与材料单位体积内的分子数成正比，因此，降低材料的 密度，有助于降低介电材料的介电常数。 一般是通过在材料中引入空气隙达到降低密度目 的。目前低介电材料研究主要分为三类。第一类有机聚合物，如硅基聚合物、多芳基醚、 芳族碳氢化合物和多氟聚合物，前几种有机聚合物的介电常数均在2.3以上，多氟聚合物 的介电常数虽然低于2.0，但机械强度和附着力太差。第二类掺氟Si02和掺碳玻璃。氟的 掺入会明显降低薄膜的介电常数，但是当氟浓度超过一定值时，薄膜的介电常数将变得极不稳定，当它暴露在空气中，由于薄膜易吸水，其介电常数会急剧增加，导致器件可靠性 变差。掺碳玻璃主要利用Si-C以及C-C键所连成的低极性网络结构来降低材料的介电常 数，但降低的程度非常有限，仅能达到3.0左右。第三类纳米孔硅基材料，这类材料具有 介电常数低、相容性好、耐高温和机械强度高等优点，是当前低介电材料的首选材料，然 而材料中孔洞大小、结构与均匀性的控制技术一直是材料应用的瓶颈问题。过去纳米孔硅基低介电材料的制备多采用四烷氧基硅氧垸水解，制备湿凝胶、干凝胶 或气凝胶，然后煅烧制备，采用其它有机表面调节剂控制孔洞的大小，但是材料中孔洞大 小和分布的均匀性很难控制，而且材料结构的不均匀性导致材料差的力学性能和高的散射 损耗，难以实现应用的要求。CN200510038675.6公开了一种利用倍半硅氧烷溶胶-凝胶体 系制备出纳米孔低介电薄膜材料的方法，材料中孔洞的均匀性有一定提高，但很难实现对 孔洞大小和分布的精确控制，而且材料的力学性能的提高也不明显。最近国际上有人报道 采用凝胶溶液水热法制备的纳米悬浮颗粒，离心后旋涂制膜，然后煅烧制备出介电常数降 到1.6~2.2膜，但薄膜的表面粗糙度较大，重复性差。近年，CN01115624.4公开了一种利用非溶剂式高压条件将气体压缩成致密流体或超 临界流体而渗入薄膜表面下层，并利用快速的压力释放手段于该薄膜表面形成孔洞，孔隙 大小介于5 20nm范围。CN01131056.1公开了一种多孔性低介电常数材料的制造方法，主 要是利用临界点干燥的方式，配合压力、温度的变化，将特定湿膜组成物中的液体成分予 以释出，而形成具有多孔性结构的低介电常数材料。CN01133846.6公开了一种组合物，包 含硅氧烷树脂、基本上由硅、碳和氢构成的硅化合物，对该组合物进行热处理以形成低介 电常数膜。CN02813172.X公开了一种通过使用含O2气体等离子体、具有至少一个乙烯基 或乙炔基的有机硅或有机硅酸酯化合物，或饱和有机硅或有机硅酸酯化合物和不饱和烃的 混合物进行化学气相沉积制备了低介电常数的氢化硅-碳氧化物(SiCO: H)膜。 CN200410018233.0公开了一种低介电常数膜及其制造方法。低介电常数膜是在已形成有 铜互连线的膜层上顺序形成的多层膜构成的叠层膜，叠层膜包括SiN或SiC铜扩散阻挡 层；加氟的硅酸盐玻璃。CN200410025643.8公开了一种超低介电常数膜及其制造方法。 超低介电常数膜是在已形成有铜互连线的膜层上顺序形成的多层膜构成的叠层膜，叠层膜 包括SiN或SiC铜扩散阻挡层；加氟的硅酸盐玻璃(FSG)或纯硅酸盐玻璃(USG)。 CN200410044831.5公开了一种低介电常数绝缘介质氧化硅薄膜，该薄膜由具有通式为 SiOxRy的单端基倍半硅氧烷有机物作为致孔模板，薄膜中的化学键是Si-O键、Si-C键和 C-H键，薄膜含有纳米微孔，但孔均匀性一般很难严格控制。CN02102345.X公丌了一种通过在足以在基片上沉积薄膜的化学气相沉积条件下，使包括甲硅烷基醚、甲硅烷基醚低 聚物或含一个或多个活性基团的有机硅化合物的有机硅前体发生反应，以形成介电常数为 3.5或更低的层间聚合物介质薄膜。CN200480000214.3A公开了一种通过化学气相沉积法， 以有机硅小分子为前躯体，在基片上形成低介电常数层间介质薄膜的专利，所形成多孔薄 膜的介电常数可控制在3.5 2.5范围之内。CN200510008055.8公开了一种形成低介电常数 层间介质薄膜的方法，该方法包括在足以在基片上沉积薄膜的化学气相沉积条件下，使包 括一种或多种有机硅化合物的有机硅前体，任选与一种或多种其他反应物质一起发生反 应，以形成介电常数为3.5或更低的层间聚合物介质薄膜。CN200480018730.9公开了一种利用不完全縮合的多面体低聚倍半硅氧烷旋转涂布直 接或经煅烧制备用于半导体或电路的低k介电薄膜的方法，该方法制备的孔结构缺陷大， 难以满足IC制程的应用要求。CN200410094224.X公开了一种使用多面体分子倍半硅氧垸 形成半导体器件所用的层间电介质膜的方法。根据该方法，使用多面体分子倍半硅氧垸作 为硅氧烷基树脂所用的单体或作为多孔形成剂，来制备用于形成电介质膜的组合物，由于 组合物结构的无序，导致孔结构的不均匀。CN00808918.3公开了一种制备基体上的低介电纳米多孔薄膜的方法，该方法利用旋涂 技术，把一种玻璃材料与一种合适的可热降解聚合物在一种或多种相容性溶剂中的混合物 涂布到适合于生产集成电路的基体上以形成带涂层的基体。然后将该带涂层基体在一个或 多个温度下加热一段时间，以有效地除去可热降解聚合物，从而形成所需低介电纳米孔薄 膜，但聚合物与玻璃材料均匀混合是一个难本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种均匀纳米孔ＳｉＯ↓［２］低介电薄膜的制备方法，包括步骤：　（１）在溶液体系中，模板前躯体ＰＯＳＳ与活性有机单体在２０～９０℃，反应０．５～４８ｈ，其中，模板前躯体ＰＯＳＳ与有机单体的质量之比为５～１００∶７０～０，得高分子模板溶胶；　（２）将上述高分子模板溶胶采用旋转涂布或喷涂法，在硅基片表面形成薄膜；　（３）有氧气氛下，加热步骤（２）获得的带薄膜的硅基片，控制升温速率为０．５～２．０℃／ｍｉｎ，从室温升至１０５℃，保温１．５～２．５ｈ，再按０．５～２．０℃／ｍｉｎ的升温速率，升温至４５０℃，保温３．５～４．５ｈ，再按０．５～１．５℃／ｍｉｎ的降温速率冷却至室温，得均匀纳米孔ＳｉＯ↓［２］低介电薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐洪耀，张超，杨本宏，光善仪，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]