[发明专利]烷氧基硅杂环状或酰氧基硅杂环状化合物和使用其沉积膜的方法

说明书

提供了一种通过化学气相沉积制备多孔低k介电膜的方法和组合物。在一个方面中，所述方法包括以下步骤：在反应室内提供衬底；将气体试剂引入所述反应室中，所述气体试剂包括至少一种结构形成前体而具有或不具有成孔剂，所述结构形成前体包含烷氧基硅杂环状或酰氧基硅杂环状化合物；向所述反应室中的所述气体试剂施加能量以诱导所述气体试剂的反应以在所述衬底上沉积初始膜，其中所述初始膜包含该成孔剂，并且所述初始膜被沉积；和从所述初始膜除去其中包含的所述成孔剂的至少一部分，并且向所述膜提供孔和3.2或更小的介电常数。在某些实施方式中，所述结构形成前体还包含硬化添加剂。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2017年8月30日提交的美国临时专利申请第62/552,040号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

本文描述了用于使用烷氧基硅杂环状或酰氧基硅杂环状化合物作为结构形成前体形成介电膜的组合物和方法。更具体地，本文描述了用于形成多孔低介电常数膜(“低k”膜或具有约3.2或更小的介电常数的膜)的组合物和方法，其中用于沉积所述膜的方法是化学气相沉积(CVD)方法。通过本文所述的组合物和方法产生的低介电膜可以用作例如电子器件中的绝缘层。

电子工业利用介电材料作为集成电路(IC)和相关电子器件的电路和组件之间的绝缘层。为了提高微电子器件(如计算机芯片)的速度和记忆存储能力，线尺寸正在减小。随着线尺寸减小，对层间介电质(ILD)的绝缘要求变得严格得多。缩小间距需要较低的介电常数来最小化RC时间常数，其中R是导电线的电阻，和C是绝缘介电夹层的电容。电容(C)与间距成反比，而与层间介电质(ILD)的介电常数(k)成正比。从SiH₄或TEOS(Si(OCH₂CH₃)₄，原硅酸四乙酯)和O₂制备的常规二氧化硅(SiO₂)CVD介电膜具有大于4.0的介电常数k。存在着其中工业界尝试制备具有较低介电常数的硅基CVD膜的多种方式，最成功的是用有机基团掺杂绝缘氧化硅膜，从而提供范围为约2.7至约3.5的介电常数。该有机硅玻璃通常从有机硅前体(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称为OSG。由于介电常数或“k”值随着更高的器件密度和更小的尺寸降低到低于2.7，工业界已经用尽了大多数适合于致密膜的低k组合物，并已转向用于改善的绝缘性能的各种多孔材料。

通过CVD方法制备多孔ILD的领域中的专利、已公布的申请、和出版物包括：EP1119035A2和美国专利号6,171,945，其描述了在氧化剂(例如N₂O，和任选地，过氧化物)存在下从具有不稳定基团的有机硅前体沉积OSG膜，随后通过热退火除去所述不稳定基团以提供多孔OSG的方法；美国专利号6,054,206和6,238,751，其教导了通过氧化退火从沉积的OSG除去基本上所有的有机基团以获得多孔无机SiO₂；EP1037275，其描述了氢化碳化硅膜的沉积，所述膜通过采用氧化等离子体的后续处理转化为多孔无机SiO₂；和美国专利号6,312,793B1，WO00/24050，和文献文章Grill，A.Patel，V.Appl.Phys.Lett.(2001)，79(6)，第803-805页，其均教导了从有机硅前体和有机化合物共沉积膜，和随后热退火以提供多相OSG/有机膜，其中保留了聚合的有机组分的一部分。在后者参考文献中，膜的最终成品组成指示残余成孔剂和大约80至90原子％的高烃膜含量。此外，最终膜保留了SiO₂样网络，其中一部分的氧原子替代有机基团。