[发明专利]低介电常数的等离子聚合薄膜及其制造方法

说明书

技术领域

本发明概括来说涉及一种低介电常数的等离子聚合薄膜及其制造方 法，更具体的，涉及一种用于半导体器件的等离子聚合薄膜及制造该薄膜 的方法，该薄膜具有低的介电常数，并显示出改良的绝缘性能，在包括硬 度和弹性模量的机械性能方面也有改善。

背景技术

目前，半导体装置制造中的主要步骤之一是通过气体的化学反应在衬 底上形成金属和电介质薄膜。该沉积过程称为化学气相沉积(CVD)。具 有代表性地，在热化学气相沉积过程中，反应气体被供给到到衬底的表面 上，以便在衬底上发生热致化学反应，从而形成预定厚度的薄膜。这种热 化学气相沉积(CVD)过程在高温下进行，高温肯能会损坏在衬底上形成 层的器件的几何形状。在较低温度下沉积金属和电介质薄膜的方法的优选 实施例包括公开在美国专利号5,362,526中，题目为“使用TEOS沉积氧化 硅的等离子增强CVD工序”的等离子增强化学气相沉积法(PECVD)，其 在此以引证的方式结合到本申请中。

根据PECVD，射频(RF)能量施加到反应区中，从而促使反应气体激 发和/或分解，因而产生高活性种的等离子体。释放种的高活性降低了发生 化学反应所需要的能量，因而降低了这种PECVD所需要的温度。因此，由 于这种装置和方法的引入，半导体器件的几何结构尺寸有显著降低。

此外，为了降低用于ULSL半导体器件集成电路的多层金属膜的RC 延迟，最近正在进行使用具有低介电常数(K≤3.0)的材料来制备用于金属 线的中间层绝缘膜的详细研究。这种低介电常数的薄膜由有机材料或者无 机材料形成，例如掺氟(F)的氧化物膜(SiO₂)和掺氟的非晶形碳膜(a-C:F)。 具有较低介电常数和较好热稳定性的聚合薄膜主要用作有机材料。

到现在非常有用的是二氧化硅(SiO₂)或硅氟氧化物(SiOF)的中间 层绝缘膜，它们在制造0.5μm或更小的超高集成电路时，具有一些缺陷如 高的电容和长的RC延迟时间，因此，最近正在对替代它的新的低介电常 数材料进行集中研究，但是还没有提出令人满意的解决办法。

目前可用的替代SiO₂的低介电常数材料的例子包括用于旋涂的有机聚 合物，例如BCB(苯并环丁烯)、SILK(购自Dow化合物公司)、FLARE(氟化 聚(亚芳基醚)，购自联合信号公司)、以及聚酰亚胺、用于CVD的材料， 例如黑金刚石(购自应用材料公司)、珊瑚(购自Novellus公司)、SiOF、 烷基硅烷和聚对二甲苯、和多孔薄膜材料，例如干凝胶或气凝胶。

大部分聚合薄膜是通过旋模形成的，通过旋模化学合成聚合物，然后 聚合物经由旋模涂覆在衬底上，然后干燥。这样形成的低介电常数薄膜有 利地具有低的介电常数，因为在薄膜中形成具有个位数字的纳米尺寸的孔， 从而降低了薄膜的密度。通常通过旋涂沉积的有机聚合物具有低的介电常 数和优异的平坦度，但由于低于450℃的低耐热临界温度，其热稳定性差， 因此在有效性方面是不足的。此外，上述有机聚合物是有缺陷的，因为由 于它的大尺寸，使孔不均匀地分布在膜中，从而在制造器件时引发了许多 问题。此外，上述有机聚合物的问题在于，它们与上下线材接触不良，使 得由其获得的薄膜在热固化时固有地会发生高应力，而且其介电常数由于 吸水率而变化，不理想地降低了器件的可靠性。

发明内容

为了解决相关技术中碰到的问题，本发明人对制造具有极低介电常数 的薄膜的方法进行了详细研究，从而完成了本发明。结果发现，当使用直 链有机/无机前驱体通过PECVD形成等离子聚合薄膜时，会形成具有纳米 或更小尺寸的孔，能够克服旋模中出现的问题，包括预处理和后处理的复 杂处理过程和长的处理时间，通过退火使薄膜的介电常数和机械性能得以 改善。

因此，本发明提供了一种低介电常数的等离子聚合薄膜，该薄膜在介 电常数、机械性能和绝缘性能方面有所改善，也提供了一种制造该薄膜的 方法。

根据本发明的一个方面，使用由下面的式1和式2代表的前驱体来制 造低介电常数的等离子聚合薄膜。

式1

其中R¹-R⁶各独立地选自由氢原子和取代或未取代的C_1～5烷基基团 组成的组中，且X是氧原子或C_1～5亚烷基基团。

式2