作为半导体器件中的层内或层间介质的超低介电常数材料制造技术

提供了一种热稳定的超低介电常数膜，它包含Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈ原子，并具有共价键合的三维网络结构和不大于２．６的介电常数。此介电常数膜还可以具有共价键合的环状网络。共价键合的三维网络结构包含Ｓｉ－Ｏ、Ｓｉ－Ｃ、Ｓｉ－Ｈ、Ｃ－Ｈ、Ｃ－Ｃ共价键，并可以可选地包含Ｆ和Ｎ。在此膜中，硅原子可以可选地被锗原子部分地替换。此介电常数膜的厚度不大于１．３微米，且在水中的裂纹传播速度小于每秒１０↑［－１０］米。还提供了一种后端工艺（ＢＥＯＬ）互连结构，它包含作为ＢＥＯＬ绝缘体、帽或硬掩模层的本发明专利技术的介质膜。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及到制造具有超低介电常数(或超低k)的介电材料以及包含这种介电材料的电子器件的方法。更确切地说，本专利技术涉及到制造用作超大规模集成(“ULSI”)后端线工艺(“BEOL”)布线结构中的层内或层间介质的热稳定超低k膜的方法以及用此方法形成的电子结构。
技术介绍
近年用于ULSI电路中的电子器件尺寸的不断缩小已经导致了BEOL金属化电阻的增大以及层内和层间介质电容的增大。这一组合效果增大了ULSI电子器件中的信号延迟。为了改善将来ULSI电路的开关性能，需要用低介电常数(k)绝缘体，特别是k明显地低于氧化硅的那些绝缘体来减小电容。具有低的k值的介质材料(亦即介质)已有市售。例如，一种这样的材料是聚四氟乙烯(“PTFE”)，其k值为2.0。但当暴露于300-350℃以上的温度时，这些介质材料不热稳定。这些介质在ULSI芯片中的集成要求至少在400℃下热稳定。因此，这些介质在集成中无法使用。已经被考虑用于ULSI器件的低k材料包括诸如甲基硅氧烷、甲基倍半硅氧烷之类的含有Si、C、O、H的聚合物、以及其它的有机和无机聚合物。例如，论文(N.Hacker et al.，“Properties of new lowdielectric constant spin-on silicon oxide based dielectrics”，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.，476(1997)25)描述了一些看来满足热稳定性要求的材料，虽然当用甩涂技术制备膜时，这些材料中的有一些在达到互连结构中进行集成所需厚度时容易传播裂纹。而且，前体材料的成本很高，阻碍了其在大规模生产中的应用。于此形成对照的是，甚大规模集成(“VLSI”)和ULSI芯片的大多数制造步骤是用等离子体增强化学或物理气相淀积技术来进行的。采用容易得到的工艺设备，用等离子体增强化学气相淀积(“PECVD”)来制造低k材料的能力，将简化材料在制造工艺中的集成，降低制造成本，并产生更少的有害废料。受让于本专利技术共同受让人的此处全部列为参考的在案申请(1998年6月19日提交的题为“Hydrogenated Oxidized Silicon CarbonMaterial”的美国申请No.09/107567)描述了一种超低介电常数材料，它由Si、C、O、H原子组成，其介电常数不大于3.6，并表现出非常低的裂纹传播速度。受让于本专利技术共同受让人的此处全部列为参考的另一在案申请(1999年5月16日提交的题为“Multiphase Low Dielectric ConstantMaterial and Method of Deposition”的美国申请No.09/320495)描述了一种双相材料，它包含由Si、C、O、H原子组成的基质，一个相主要由C和H组成，且介电常数不大于3.2。应该指出的是，这种材料的介电常数的不断减小将进一步改善组合有这种介质的电子器件的性能。考虑到上述情况，对于开发一种介电常数不大于2.6且杜绝裂纹的介质材料，存在着持续不断的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制造介电常数不大于大约2.6的超低介电常数材料的方法。更确切地说，超低k材料的介电常数约为1.6-2.6，更优选的是介电常数约为1.8-2.2。应该指出的是，除非另有说明，所有的介电常数是对真空而言的。本专利技术的另一目的是提供一种制造包含来自至少二种前体混合物的Si、C、O、H原子的超低介电常数材料的方法，其中，第一前体选自具有包含SiCOH组分的环状结构的分子，而第二前体是一种选自具有环状结构的分子的有机分子。本专利技术的另一目的是提供一种热稳定的超低介电常数材料，它包含Si、C、O、H且具有至少包含Si-O、Si-C、Si-H、C-H、C-C键的共价键合的三维网络结构。要指出的是，本专利技术的材料不是聚合物，而是一种包含至少具有上述共价键的随机三维结构。本专利技术的另一目的是提供一种在平行板等离子体增强化学气相淀积(“PECVD”)反应器中制造超低介电常数膜的方法。本专利技术的另一目的是提供一种制造超低介电常数材料的改进了的方法，此方法借助于在存在CO2或CO2与O2的情况下，在衬底上淀积膜，从而改善淀积的膜的均匀性以及稳定PECVD反应器中的等离子体。本专利技术的另一目的是提供一种制造用于电子结构中作为后端工艺(“BEOL”)互连结构中的层内或层间介质的超低介电常数材料的方法。本专利技术的另一目的是提供一种热稳定的超低介电常数材料，其具有低的内应力以及不大于大约2.6的介电常数。更确切地说，超低k材料的介电常数约为1.6-2.6，更优选的是介电常数约为1.8-2.2。本专利技术的另一目的是提供一种在后端工艺(“BEOL”)互连结构中组合有作为层内或层间介质的绝缘材料层的电子结构，其中，至少二个绝缘材料层包含本专利技术的超低介电常数材料。本专利技术的另一目的是提供一种电子结构，它具有在后端工艺(“BEOL”)互连结构中作为层内或层间介质的本专利技术超低介电常数材料层，且还包含至少一个作为反应离子刻蚀(“RIE”)掩膜和抛光停止层或扩散势垒的介质帽层。根据本专利技术，提供了一种制造热稳定介质材料的方法，此介质材料具有包含Si、C、O、H原子的基质，并具有包含Si-O、Si-C、Si-H、C-H、C-C共价键以及具有纳米多孔原子层的共价键合的三维网络结构。此介质材料还可以可选地包括F和N以及具有部分地被Ge取代的Si原子。此外，此介质材料可以具有共价键合的环状网络。在一个优选实施方案中，介质材料具有主要由Si、C、O、H组成的基质。本专利技术还提供了一种制造介质材料的方法，此方法借助于使包含Si、C、O、H原子的第一前体气体、包含C、H、并可选地包含O、F、N原子的第二前体气体、以及至少可选地包含Ge的第三前体气体在等离子体增强化学气相淀积(“PECVD”)反应器中进行反应来制造介质材料。本专利技术还提供了使第一前体气体与CO2进行混合，或使第一和第二前体气体与CO2和O2进行混合，从而稳定PECVD反应器中的等离子体并改善淀积在衬底上的介质膜的均匀性的方法。本专利技术还提供了一种电子结构(亦即衬底)，它具有作为用于后端工艺(“BEOL”)布线结构中的层内或层间介质的绝缘材料层，其中，此绝缘材料可以是本专利技术的超低k膜。在一个优选实施方案中，提供了一种制造热稳定超低介电常数(超低k)膜的方法，它包含下列步骤提供等离子体增强化学气相淀积(“PECVD”)反应器；将电子结构(亦即衬底)置于反应器中；使包含Si、C、O、H原子的第一前体气体流入到反应器中；使包含C、H、并可选地包含O、F、N原子的第二前体气体混合物流入到反应器中；可选地使包含Ge的第三前体气体流入；以及在衬底上淀积超低k膜。此淀积步骤可以在存在CO2或CO2与O2的情况下进行。第一前体最好选自包含SiCOH组分的环状结构的分子，例如1，3，5，7-四甲基环四硅氧烷(“TMCTS”即“C4H16O4Si4”)。第二前体可以是选自具有环状结构的有机分子，最好分子中具有一个以上环的有机分子。特别有用的是包含多个稠环的物质，其中至少一个环包含异质原子，最好是氧。在这些物质中，最适合的是那些包括其尺寸产生显著环应变的亦即3或4个原子和/或7个或更多个原子的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介质材料，它包含Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈ，所述介质材料具有共价键合的三维网络结构以及不大于２．６的介电常数。

【技术特征摘要】
US 2002-6-19 10/174,7491.一种介质材料，它包含Si、C、O、H，所述介质材料具有共价键合的三维网络结构以及不大于2.6的介电常数。2.根据权利要求1的介质材料，其中，所述介电常数约为1.6-2.6。3.根据权利要求1的介质材料，其中，所述介电常数约为1.8-2.2。4.根据权利要求1的介质材料，其中，所述介电常数不大于2.2。5.根据权利要求1的介质材料，其中，所述介电常数不大于2.1。6.根据权利要求1的介质材料，其中，所述共价键合的三维网络结构包含Si-O、Si-C、Si-H、C-H、C-C键。7.根据权利要求1的介质材料，其中，所述介质材料包含大约5-40原子百分比的Si；大约5-45原子百分比的C；0-大约50原子百分比的O；以及大约10-55原子百分比的H。8.根据权利要求1的介质材料，其中，所述介质材料还具有共价键合的环状网络。9.根据权利要求1的介质材料，其中，所述介质材料对至少350℃的温度是热稳定的。10.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔弗雷德格里尔，维施努伯海V帕特尔，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]