[发明专利]单烷氧基硅烷及由其制备的致密有机二氧化硅膜

说明书

一种制备具有改善的机械性能的致密有机硅膜的方法，所述方法包括以下步骤：在反应室内提供衬底；向反应室中引入包含新型单烷氧基硅烷的气态组合物；以及在反应室中向包含新型单烷氧基硅烷的气态组合物施加能量以诱导包含新型单烷氧基硅烷的气态组合物的反应，从而在衬底上沉积有机硅膜，其中所述有机硅膜具有约2.80至约3.30的介电常数、约9至约32GPa的弹性模量和通过XPS测量的约10至约30的at.％碳。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年9月13日提交的美国临时申请No.62/899,824的权益。该申请的公开内容在此全文引入作为参考。

背景技术

本文描述了使用单烷氧基硅烷作为膜的前体形成致密有机二氧化硅介电膜的组合物和方法。更具体地，本文描述了用于形成具有介电常数k≥2.7的致密膜的组合物和化学气相沉积(CVD)方法，其中与由常规前体制成的膜相比，该膜具有高弹性模量和优异的对等离子体诱导损伤的抗性。

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部件之间的绝缘层。减小线尺寸以增加微电子器件(例如，计算机芯片)的速度和存储器存储能力。随着线尺寸减小，层间电介质(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以最小化RC时间常数，其中R是导线的电阻，和C是绝缘电介质中间层的电容。电容(C)与间距成反比并且与层间电介质(ILD)的介电常数(k)成正比。由SiH₄或TEOS(Si(OCH₂CH₃)₄，四乙基原硅酸酯)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。工业上有几种方式试图产生具有较低介电常数的二氧化硅基CVD膜，最成功的是用提供约2.7-约3.5的介电常数的有机基团掺杂绝缘氧化硅膜。该有机二氧化硅玻璃通常由有机硅前体(例如甲基硅烷或硅氧烷)和氧化剂(例如O₂或N₂O)沉积为致密膜(密度约1.5g/cm³)。有机二氧化硅玻璃在本文中将被称为OSG。

在通过CVD方法的多孔ILD领域中的专利、公开的申请和公开包括：EP119035A2和美国专利No.6,171,945，其描述了在氧化剂如N₂O和任选地过氧化物的存在下由具有不稳定基团的有机硅前体沉积OSG膜，随后用热退火除去不稳定基团以提供多孔OSG的方法；美国专利No.6,054,206和6,238,751，其教导了通过氧化退火从沉积的OSG中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，该氢化碳化硅膜通过随后用氧化等离子体处理而转化成多孔无机SiO₂；和美国专利No.6,312,793B1、WO00/24050和文献文章Grill，A.Patel，V.Appl.Phys.Lett.(2001)，79(6)，pp.803-805，其全部教导了由有机硅前体和有机化合物共沉积膜，随后热退火以提供其中保留一部分聚合的有机组分的多相OSG/有机膜。在后面的参考文献中，膜的最终组成表明残余的致孔剂和大约80-90原子％的高烃膜含量。此外，最终的膜保留SiO₂样网络，其中一部分氧原子替代有机基团。