[发明专利]甲硅烷基桥联烷基化合物用于致密OSG膜的用途

说明书

本文公开了在用作集成电路中的层间电介质时确认改善的性能的低介电材料和包含其的膜，以及其制造方法。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2016年11月2日提交的美国临时专利申请No.62/416,302和根据35U.S.C.§120要求2017年10月20日提交的美国专利申请No.15/789,790的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

本发明一般地涉及介电膜的形成。更具体地，本发明涉及介电材料和具有低介电常数和增强的机械性能的包含该介电材料的膜及其制备方法。

本文引用的所有参考文献，包括公开出版物、专利申请和专利均通过引用并入本文，其程度如同每个参考文献被单独且具体地指出通过引用并入并且在本文中完整地阐述。

在微电子工业中持续希望增加多级集成电路器件如存储器和逻辑芯片中的电路密度以提高操作速度并降低功耗。为了持续减小集成电路上的器件尺寸，对防止不同金属化层级之间的电容串扰的要求变得越来越重要。这些要求可以通过表达式“RC”来概括，其中“R”是导线的电阻，而“C”是绝缘介电中间层的电容。电容“C”与线间距成反比，并且与层间电介质(ILD)的介电常数(k)成正比。这样的低介电材料对于用作例如金属前介电层或层间介电层是期望的。

已经使用许多方法制备低介电常数膜。化学气相沉积(CVD)和旋涂介电(SOD)工艺通常用于制备绝缘层的薄膜。其他混杂方法也是已知的，例如液体聚合物前体CVD和传输聚合CVD。通过这些技术沉积的广泛低k材料通常被分类到例如纯无机材料、陶瓷材料、二氧化硅基材料、纯有机材料或无机-有机杂合材料的类别中。同样，已经使用各种方法固化这些材料，例如，以分解和/或除去挥发性组分并使膜基本上交联，例如加热、用等离子体、电子束或UV辐射处理材料。

业界已经尝试通过在硅酸盐晶格内掺入有机物或其他材料来生产具有较低介电常数的二氧化硅基材料。未掺杂的二氧化硅玻璃(SiO₂)，在本文中称为“USG”，表现出约4.0的介电常数。然而，通过将末端基团如氟或甲基掺入硅酸盐晶格中，可以将二氧化硅玻璃的介电常数降低至2.7至3.5的值。这些材料通常沉积为致密膜并使用与形成USG膜类似的工艺步骤集成在IC器件内。

已知二氧化硅(SiO₂)膜的硬度为～7GPa，但也具有3.8-4.2的介电常数(k)。材料的介电常数(k)通常不可能在没有材料的后续机械性能降低(即弹性模量(杨氏模量)、硬度、韧性)的情况下降低。机械强度是后续加工步骤所需要的，例如蚀刻、CMP(“化学机械平面化”)和在产品上沉积附加层，例如铜的扩散屏障、铜金属(“Cu”)和覆盖层。机械完整性或刚度、压缩和剪切强度对于成功完成CMP可能是特别重要的。已经发现，成功完成CMP的能力可以与材料的弹性模量以及其他因素(包括抛光参数，如下向力和压板速度)相关。参见，例如，Wang等,“Advanced processing:CMP of CU/low-.kappa.and Cu/ultralow-klayers,”Solid State Technology，2011年9月；Lin等,“Low-k二elec三csCharacterization for Damascene Integration,”International InterconnectTechnology Conference,Burlingame,Calif.,2001年6月。这些机械性能在最终产品的包封中也很重要。由于在机械性能方面的折衷，使用某些多孔低介电组合物可能是不切实际的。