[发明专利]致孔剂,致孔的前体以及使用其来提供低介电常数的多孔有机硅玻璃膜的方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2002年4月17日提交的临时美国专利申请No.60/373,104的优先权，且是2003年4月7日提交的美国专利申请No.10/409,468(其又是2002年5月17日提交的美国专利申请No.10/150,798的部分继续)的部分继续，将其公开内容引入本文中作为参考。

技术领域

本发明涉及通过CVD法制得的低介电常数材料的领域。特别地，本发明涉及用于制备这种材料的膜的方法和它们作为电子器件中绝缘层的用途。

背景技术

电子工业利用介电材料作为电路和集成电路(IC)组件以及相关电子器件之间的绝缘层。为了提高微电子器件(例如计算机芯片)的速度和记忆储存能力，一直都在降低线尺寸。随着线尺寸降低，对于层间绝缘(ILD)的绝缘要求变得越来越苛刻。间距缩短需要更低的介电常数以使RC时间常数最小化，其中R为导线的电阻且C为绝缘介电中间层的电容。C值与间距成反比且与层间绝缘(ILD)的介电常数(k)成正比。由SiH₄或TEOS(Si(OCH₂CH₃)₄，四乙基原硅酸盐)和O₂制得的传统硅石(SiO₂)CVD介电膜具有大于4.0的介电常数k。存在几种工业尝试制备基于硅石的较低介电常数的CVD膜的方式，最成功的是采用有机基团掺杂绝缘硅氧化物膜，提供了范围为2.7～3.5的介电常数。这种有机硅玻璃典型地由有机硅前体如甲基硅烷或硅氧烷和氧化剂如O₂或N₂O沉积为致密膜(密度～1.5g/cm³)。有机硅玻璃在本文中将称作OSG。随着介电常数或“k”值降到低于2.7，且同时具有更高的器件密度和更小的尺寸，工业已耗尽了大部分适应于致密膜的低k组分且转向用于改进绝缘性能的各种多孔材料。

通过CVD法获得的多孔ILD领域中已知的专利和申请包括：EP 1119 035 A2和US 6,171,945，其描述了由具有不稳定基团的有机硅前体在氧化剂如N₂O和任选地过氧化物的存在下沉积OSG膜的方法，随后采用热退火除去不稳定基团以提供多孔OSG；US 6,054,206和6,238,751，其教导了采用氧化退火从沉积的OSG中除去基本上全部有机基团以获得多孔无机SiO₂；EP 1 037 275，其描述了沉积氢化的碳化硅膜，通过采用氧化等离子体的随后处理使其转化为多孔无机SiO2；和US 6,312,793B1、WO 00/24050、以及文章Grill、A.Patel、V.Appl.Phys.Lett.(2001)、79(6)，第803-805页，其均教导了由有机硅前体和有机化合物共沉积膜，且随后热退火以提供多相OSG/有机膜，其中保留一部分聚合的有机组分。这些后者参考文献中，该膜的最终组成显示残留的致孔剂和高的烃膜含量(80～90原子％)。优选地，最终膜保持类似SiO₂的网络，其中一部分氧原子替换为有机基团。

本文中公开的所有参考文献全部内容引入本文中作为参考。

发明内容

一种用于制备式Si_vO_wC_xH_yF_z所示的多孔有机硅玻璃膜的化学气相沉积方法，其中v+w+x+y+z＝100％，v为10～35原子％，w为10～65原子％，x为5～30原子％，y为10～50原子％和z为0～15原子％，所述方法包括：在真空室内提供基底；在真空室内引入气态反应物，其包含至少一种选自有机硅烷和有机硅氧烷的前体，和不同于该前体的致孔剂，其中该致孔剂为具有非支化结构和等于或小于2的不饱和度的C4～C14环状烃化合物；在真空室中将能量施加到气态反应物以引发气态反应物的反应，由此在基底上沉积初级膜(preliminary film)，其中该初级膜含有致孔剂；和从该初级膜中充分除去全部不稳定的有机材料，由此提供具有孔隙和小于2.6的介电常数的多孔膜。