电子器件中有机介电薄膜集成化时使用硅氧烷介电薄膜的工艺制造技术

本发明专利技术涉及固化介电薄膜及其可用于集成电路生产的制造工艺。生产了双层介电薄膜，其中，下层包含一种不含硅的有机聚合物，而上层包含一种有机的含硅聚合物。这样的薄膜可用于制造微电子器件例如集成电路（ＩＣ）。在一个方面，上层含硅聚合物有＜４０％（摩尔）含碳取代基，而在另一方面，它有至少约４０％（摩尔）含碳取代基。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及固化双层介电薄膜及其生产工艺。更具体地说，本专利技术涉及双层介电薄膜，其中，下层包含一种不含硅有机聚合物，而上层包含一种有机含硅聚合物。这样的薄膜可用于集成电路(IC)等微电子器件的制造。相关技术的说明半导体
中一个连续的趋势是形成有更多更快的电路在其上的集成电路芯片。这样的超大规模集成已经导致零部件尺寸不断缩小，其结果是在一个单一芯片有一大批器件可供利用。由于芯片表面积有限，因而互连密度典型地在芯片基材上方以多层次排布方式扩展，因此，这些器件不得不跨越这些多层次互连。这些互连必须是彼此电绝缘的，除为使之接触而设计者外。通常电绝缘需要向一个表面上沉积介电薄膜。技术上已知的是，硅氧烷树脂可用于电子和半导体领域，向硅片及其它部件提供一种介电涂层。这样的涂层保护了基材表面，并在IC上的电导体之间形成介电层。这样的涂层可以用来作为保护层、水平间介电层、掺杂介电层，以产生类晶体管器件、电容器和类电容器器件、多层器件、3-D器件、绝缘子上硅器件、超导体被覆等。如以上提到的，半导体器件往往有多个有图案互连水平阵列，这些阵列充当电偶合个体电路元件，从而形成一个集成电路。过去，这些互连水平是用绝缘性介电薄膜例如用化学蒸气沉积或等离子体增强技术形成的氧化硅薄膜隔离开的。然而，随着电路元件的尺寸以及此类元件之间的空间缩小，此类氧化硅薄膜的相对高介电常数已经成为一个问题。为了提供比氧化硅的介电常数低的介电常数，从基于硅氧烷的树脂形成的介电薄膜正在日益广泛地使用。然而，虽然这样的硅氧烷薄膜确实提供了比硅氧烷薄膜低的介电常数，但已经发现，典型地说，此类薄膜的介电常数局限于那些有大约3.0或以上者。此类绝缘薄膜的介电常数在需要低功耗、交扰、和信号延迟的IC的情况下是一个重要因素。随着IC尺寸继续缩小，这个因素的重要性增大了。结果，能提供介电常数低于3.0的绝缘薄膜的硅氧烷基树脂材料是人们非常希望的。进而，提供一种当以大约0.1μm～约1.0μm或更大的厚度形成时有高抗裂性能和低应力的硅氧烷基树脂，也会是所希望的。此外，在微电子器件的生产中，人们通常使用SiO2、SiN或SiON作为低K有机薄膜集成化的硬掩膜或阻刻蚀剂。使用这些薄膜的问题在于，与有机薄膜(k＜3.0)相比，它们有相对高的k值(≥4.0)。本专利技术描述了低k硅氧烷基聚合物薄膜在低K有机薄膜的集成化中的用途。这使得有效介电常数比使用惯常薄膜时还低。与不含硅有机聚合物相比，硅氧烷基聚合物的不同化学结构需要不同的刻蚀化学。对低k不含硅有机聚合物薄膜使用的刻蚀化学典型地不能刻蚀硅氧烷基聚合物、SiO2、或SiN介电体。有机聚合物变成减色铝、波纹或双波纹方案的集成，典型地需要在该有机聚合物上放置一层SiO2、SiN或SiON，以充当图案通道和沟槽的阻刻蚀剂或硬掩膜。这些层有高k值(≥4.0)，从而降低了在各金属线之间使用低k有机聚合物的有效性。以类似于作为硬掩膜或阻刻蚀剂的惯常SiO2、SiON或SiN膜的方式使用一种低k硅氧烷基有机聚合物，将会降低有效的线间电容。按照本专利技术，一种高或低有机含量硅氧烷薄膜旋压到一种不含硅低k介电薄膜的要么烘烤要么固化薄膜上。这种高或低有机含量硅氧烷薄膜，作为类似于标准SiO2、SiON或SiN的阻刻蚀剂或硬掩膜，用于各种各样的集成技术包括减色铝、以及波纹和双波纹工艺。专利技术概要本专利技术提供一种有介电涂层的基材例如微电子器件，包含(a)在一种基材上的第一介电组合物薄膜，包含一种不含硅或实质上不含硅的有机聚合物；和(b)在该第一介电薄膜上的第二介电组合物薄膜，该第二介电组合物包含一种具有选自I和II组成的一组的结构的聚合物I.[H-SiO1.5]n[R-SiO1.5]m，[H0.4-1.0SiO1.5-1.8]n[R0.4-1.0-SiO1.5-1.8]m，[H0-1.0-SiO1.5-2.0]n[R-SiO1.5]m，[H-SiO1.5]x[R-SiO1.5]y[SiO2]z，式中，n与m之和，或x、y与z之和，是约8～约5000，且m和y选择得使含碳取代基的存在量为低于约40％(摩尔)；且式中R选自有取代和无取代的直链与支链烷基、环烷基、有取代和无取代的芳基，及其混合物；II.[HSiO1.5]n[RSiO1.5]m，[H0.4-1.0SiO1.5-1.8]n[R0.4-1.0SiO1.5-1.8]m，[H0-1.0SiO1.5-2.0]n[RSiO1.5]m，式中，n与m之和是约8～约5000，且m选择得使含碳取代基的存在量为约40％(摩尔)或更大；和[HSiO1.5]x[RSiO1.5]y[SiO2]z；式中，x、y和z之和是约8～约5000，且y选择得使含碳取代基的存在量为约40％(摩尔)或更大；且式中R选自有取代和无取代的直链与支链烷基、环烷基、有取代和无取代的芳基，及其混合物。本专利技术也提供在一种基材例如一种微电子器件上形成一种介电涂层的工艺，包含(a)在一种基材上形成一种第一介电组合物薄膜，该薄膜包含一种不含硅或实质上不含硅的有机聚合物；和(b)在该第一介电薄膜上形成一种第二介电组合物薄膜，该第二介电组合物包含一种具有选自I和II组成的一组的结构的聚合物I.[H-SiO1.5]n[R-SiO1.5]m，[H0.4-1.0SiO1.5-1.8]n[R0.4-1.0-SiO1.5-1.8]m，[H0-1.0-SiO1.5-2.0]n[R-SiO1.5]m，[H-SiO1.5]x[R-SiO1.5]y[SiO2]z，式中，n与m之和，或x、y与z之和，是约8～约5000，且m和y选择得使含碳取代基的存在量为低于约40％(摩尔)；且式中R选自有取代和无取代的直链与支链烷基、环烷基、有取代和无取代的芳基，及其混合物；II.[HSiO1.5]n[RSiO1.5]m，[H0.4-1.0SiO1.5-1.8]n[R0.4-1.0SiO1.5-1.8]m，[H0-1.0SiO1.5-2.0]n[RSiO1.5]m，式中，n与m之和是约8～约5000，且m选择得使含碳取代基的存在量为约40％(摩尔)或更大；和[HSiO1.5]x[RSiO1.5]y[SiO2]z；式中，x、y和z之和是约8～约5000，且y选择得使含碳取代基的存在量为约40％(摩尔)或更大；且式中R选自有取代和无取代的直链与支链烷基、环烷基、有取代和无取代的芳基，及其混合物。本专利技术进一步提供一种微电子器件生产工艺，包含(a)在一种基材上形成一个第一介电层，该介电层包含一种不含硅或实质上不含硅的有机聚合物；(b)在该第一介电层上形成一个第二介电层，该第二介电组合物包含一种具有选自I和II组成的一组的结构的聚合物I.[H-SiO1.5]n[R-SiO1.5]m，[H0.4-1.0SiO1.5-1.8]n[R0.4-1.0-SiO1.5-1.8]m，[H0-1.0-SiO1.5-2.0]n[R-SiO1.5]m，[H-SiO1.5]x[R-SiO1.5]y[SiO2]z，式中，n与m之和，或x、y与z之和，是约8～约5000，且m和y选择得使含碳取代基的存在量为低于约40％(摩尔)；且式中R选自有取代和无取代的直链与支链烷基、环烷基、有取代和无取代的芳基，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有介电涂层的基材，包含（ａ）在一种基材上的第一介电组合物薄膜，包含一种不含硅或实质上不含硅的有机聚合物；和（ｂ）在该第一介电薄膜上的第二介电组合物薄膜，该第二介电组合物包含一种具有选自Ⅰ和Ⅱ组成的一组的结构的聚合物：Ⅰ． ［Ｈ－ＳｉＯ↓［１．５］］↓［ｎ］［Ｒ－ＳｉＯ↓［１．５］］↓［ｍ］，［Ｈ↓［０．４－１．０］ＳｉＯ↓［１．５－１．８］］↓［ｎ］［Ｒ↓［０．４－１．０］－ＳｉＯ↓［１．５－１．８］］↓［ｍ］，［Ｈ↓［０－１．０］－ＳｉＯ↓［１．５ －２．０］］↓［ｎ］［Ｒ－ＳｉＯ↓［１．５］］↓［ｍ］，［Ｈ－ＳｉＯ↓［１．５］］↓［ｘ］［Ｒ－ＳｉＯ↓［１．５］］↓［ｙ］［ＳｉＯ↓［２］］↓［ｚ］，式中，ｎ与ｍ之和，或ｘ、ｙ与ｚ之和，是约８～约５０００，且ｍ和ｙ选择得使含碳取代 基的存在量为低于约４０％（摩尔）；且式中Ｒ选自有取代和无取代的直链与支链烷基、环烷基、有取代和无取代的芳基，及其混合物；Ⅱ．［ＨＳｉＯ↓［１．５］］↓［ｎ］［ＲＳｉＯ↓［１．５］］↓［ｍ］，［Ｈ↓［０．４－１．０］ＳｉＯ↓［１． ５－１．８］］↓［ｎ］［Ｒ↓［０．４－１．０］ＳｉＯ↓［１．５－１．８］］↓［ｍ］，［Ｈ↓［０－１．０］ＳｉＯ↓［１．５－２．０］］↓［ｎ］［ＲＳｉＯ↓［１．５］］↓［ｍ］，式中，ｎ与ｍ之和是约８～约５０００，且ｍ选择得使含碳取代基 的存在量为约４０％（摩尔）或更大；和［ＨＳｉＯ↓［１．５］］↓［ｘ］［ＲＳｉＯ↓［１．５］］↓［ｙ］［ＳｉＯ↓［２］］↓［ｚ］；式中，ｘ、ｙ和ｚ之和是约８～约５０００，且ｙ选择得使含碳取代基的存在量为约４０％（摩尔）或更大；且式中Ｒ 选自有取代和无取代的直链与支链烷基、环烷基、有取代和无取代的芳基，及其混合物。...

【技术特征摘要】
US 1999-6-9 09/3286481.一种有介电涂层的基材，包含(a)在一种基材上的第一介电组合物薄膜，包含一种不含硅或实质上不含硅的有机聚合物；和(b)在该第一介电薄膜上的第二介电组合物薄膜，该第二介电组合物包含一种具有选自I和II组成的一组的结构的聚合物I.[H-SiO1.5]n[R-SiO1.5]m，[H0.4-1.0SiO1.5-1.8]n[R0.4-1.0-SiO1.5-1.8]m，[H0-1.0-SiO1.5-2.0]n[R-SiO1.5]m，[H-SiO1.5]x[R-SiO1.5]y[SiO2]z，式中，n与m之和，或x、y与z之和，是约8～约5000，且m和y选择得使含碳取代基的存在量为低于约40％(摩尔)；且式中R选自有取代和无取代的直链与支链烷基、环烷基、有取代和无取代的芳基，及其混合物；II.[HSiO1.5]n[RSiO1.5]m，[H0.4-1.0SiO1.5-1.8]n[R0.4-1.0SiO1.5-1.8]m，[H0-1.0SiO1.5-2.0]n[RSiO1.5]m，式中，n与m之和是约8～约5000，且m选择得使含碳取代基的存在量为约40％(摩尔)或更大；和[HSiO1.5]x[RSiO1.5]y[SiO2]z；式中，x、y和z之和是约8～约5000，且y选择得使含碳取代基的存在量为约40％(摩尔)或更大；且式中R选自有取代和无取代的直链与支链烷基、环烷基、有取代和无取代的芳基，及其混合物2.权利要求1的有介电涂层基材，其中，该第一介电组合物薄膜包含一种选自聚(亚芳基醚)、氟化聚(亚芳基醚)、氟碳化合物、苯并环丁烯、聚酰亚胺和氟化聚酰亚胺组成的一组的材料。3.权利要求1的有介电涂层基材，其中，该基材包含砷化镓、锗、硅、硅-锗、铌酸锂、含硅组合物、及其组合。4.一种微电子器件，包含一种有介电涂层的基材，后者包含(a)在一种基材上的第一介电组合物薄膜，包含一种不含硅或实质上不含硅的有机聚合物；和(b)在该第一介电薄膜上的第二介电组合物薄膜，该第二介电组合物包含一种具有选自I和II组成的一组的结构的聚合物I.[H-SiO1.5]n[R-SiO1.5]m，[H0.4-1.0SiO1.5-1.8]n[R0.4-1.0-SiO1.5-1.8]m，[H0-1.0-SiO1.5-2.0]n[R-SiO1.5]m，[H-SiO1.5]x[R-SiO1.5]y[SiO2]z，式中，n与m之和，或x、y与z之和，是约8～约5000，且m和y选择得使含碳取代基的存在量为低于约40％(摩尔)；且式中R选自有取代和无取代的直链与支链烷基、环烷基、有取代和无取代的芳基，及其混合物；II.[HSiO1.5]n[RSiO1.5]m，[H0.4-1.0SiO1.5-1.8]n[R0.4-1.0SiO1.5-1.8]m，[H0-1.0SiO1.5-2.0]n[RSiO1.5]m，式中，n与m之和是约8～约5000，且m选择得使含碳取代基的存在量为约40％(摩尔)或更大；和[HSiO1.5]x[RSiO1.5]y[SiO2]z；式中，x、y和z之和是约8～约5000，且y选择得使含碳取代基的存在量为约40％(摩尔)或更大；且式中R选自有取代和无取代的直链与支链烷基、环烷基、有取代和无取代的芳基，及其混合物5.权利要求4的微电子器件，其中，该第一介电组合物薄膜包含一种选自聚(亚芳基醚)、氟化聚(亚芳基醚)、氟碳化合物、苯并环丁烯、聚酰亚胺和氟化聚酰亚胺组成的一组的材料。6.权利要求4的微电子器件，其中，该基材包含砷化镓、锗、硅、硅-锗、铌酸锂、含硅组合物、及其组合。7.在一种基材上形成一个介电涂层的工艺，包含(a)在一种基材上形成一种第一介电组合物薄膜，该薄膜包含一种不含硅或实质上不含硅的有机聚合物；和(b)在该第一介电薄膜上形成一种第二介电组合物薄膜，该第二介电组合物包含一种具有选自I和II组成的一组的结构的聚合物I.[H-SiO1.5]n[R-SiO1.5]m，[H0.4-1.0SiO1.5-1.8]n[R0.4-1.0-SiO1.5-1.8]m，[H0-1.0-SiO1.5-2.0]n[R-SiO1.5]m，[H-SiO1.5]x[R-SiO1.5]y[SiO2]z，式中，n与m之和，或x、y与z之和，是约8～约5000，且m和y选择得使含碳取代基的存在量为低于约40％(摩尔)；且式中R选自有取代和无取代的直链与支链烷基、环烷基、有取代和无取代的芳基，及其混合物；II.[HSiO1.5]n[RSiO1.5]m，[H0.4-1.0SiO1.5-1.8]n[R0.4-1.0SiO1.5-1.8]m，[H0-1.0SiO1.5-2.0]n[RSiO1.5]m，式中，n与m之和是约8～约5000，且m选择得使含碳取代基的存在量为约40％(摩尔)或更大；和[HSiO1.5]x[RSiO1.5]y[SiO2]z；式中，x、y和z之和是约8～约5000，且y选择得使含碳取代基的存在量为约40％(摩尔)或更大；且式中R选自有取代和无取代的直链与支链烷基、环烷基、有取代和无取代的芳基，及其混合物。8.权利要求7的工艺，其中，该第一介电组合物薄膜包含一种选自聚(亚芳基醚)、氟化聚(亚芳基醚)、氟碳化合物、苯并环丁烯、聚酰亚胺和氟化聚酰亚胺组成的一组的材料。9.权利要求7的工艺，其中，该基材包含一种选自下列组成的一组的材料砷化镓、锗、铌酸锂、硅、含硅组合物、金属、陶瓷、聚合物树脂、第III/V族化合物、及其组合。10.权利要求7的工艺，其中，把第一介电组合物薄膜施涂到该基材上并固化，然后把第二介电组合物薄膜施涂到固化后的第一介电组合物薄膜上、然后固化。11.权利要求7的工艺，其中，把第一介电组合物薄膜施涂到该基材上，然后把第二介电组合物薄膜施涂到第一介电组合物薄膜上、然后使这两种薄膜固化。12.权利要求7的...

【专利技术属性】
技术研发人员：L菲格，D朱德，W施庆，
申请(专利权)人：联合讯号公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]