[发明专利]具有优良集成性能的低k前体

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年12月23日提交的美国临时专利申请61/289,490号和2010年7月22日提交的美国临时专利申请61/366,671号的优先权。

技术领域

本发明涉及通过化学气相沉积(CVD)方法产生的低介电常数材料的领域。特别地，本发明涉及用于制备这些材料的薄膜的方法及其在电子器件中用作绝缘层的用途。

背景技术

随着集成电路尺寸缩小，对于多孔的介电或层间介电(ILD)材料的性能要求变得更加严格。特别是，在图案形成过程中发生的任何结构损伤都可能引起ILD特征(feature)的严重尺寸偏移(dimensionshift)。因此需要提供能够以低的和有限的损伤经受图案形成的多孔ILD材料。先前已经证明，提高低k薄膜中的总碳含量可以提供更好的损伤耐受性并保持关键性能。达到这一目的的手段之一是提高薄膜中的甲基或亚甲基的含量，但是这些方法可能对机械性能具有不利的影响。提供提高ILD薄膜的碳含量而同时保持充分的机械性能的方法正使得下一代集成电路的生产成为可能。

制备含硅的多孔薄膜的方法是已知的，其中提出了多种多样的致孔剂(porogen)前体，包括部分或完全不饱和有机分子的家族(其包括芳香族种类)。

已知芳香族前体如甲苯和二甲苯可以用于制备无定形的碳绝缘或硬掩模(hardmask)薄膜。在这些应用中，该薄膜在高达400℃或更高的温度下是热稳定的。例如，现有技术中描述了介电常数为2.3-2.4的无定形碳或氟化碳薄膜的用途。现有技术中公开了由多种部分或完全不饱和前体得到的碳质薄膜。在这两项发明中，独立于有机硅骨架使用前体，且与本发明不同，有机物质不被释放以形成多孔薄膜。另外，无定形碳薄膜已知具有差的机械性能，这使得它们不适用于层间介电材料。现有技术描述了1，3，5-三甲基苯用作多孔有机硅酸盐薄膜的致孔剂前体的用途。现有技术依赖于应用热的后处理以释放有机物质。

与其它反应性物质相比，这些芳香反应性物质的作用或优势并未说明。

现有技术还确认了使用各种致孔剂前体(包括甲基·异丙基苯和蒈烯)与含硅前体组合，并且描述了氧化剂。氧化物质(如N₂0)以10x过量于含硅前体的量使用以促进氧化。另外，该发明依赖于应用热的后处理以释放有机物质。

最后，现有技术还描述了产生三相介电薄膜的方法，其中第一相是有机硅酸盐骨架，第二相由CH_x构成，和第三相由空气填充的孔构成。其结果是可以提供k＝2.8或更高的介电常数的富含碳的薄膜。现有技术详细描述了傅里叶变换红外光谱(FT-IR)峰积分的结果，其表明该发明的CH_x烃含量比不使用有机前体产生的薄膜高最多20倍。相反，本发明显示了低于k＝2.6的介电常数和如FT-IR分析所证明的富含非含氢碳的相。这一结果与现有技术相比是电的、机械的和集成性能的优良组合。

现有技术US6312793、US6583048、US6846515、US7098149、US 2004/0063336、US 2005/0227502、US 2006/0160374、US2007/0141829、EP794569和WO2008/015533也认为是相关的。

与上述现有技术相反，本发明的关键方面(在下面进行描述)是与含硅物质沉积结合沉积致孔剂衍生的物质，其中超过50％的致孔剂衍生物质可以很容易地通过紫外辐射释放以形成多孔性。具有优良集成性能(如高的总碳含量)的薄膜通过结合使用芳香致孔剂前体与含硅前体获得。优选地，最终的薄膜还具有充分的或改善的机械性能，其防止封装过程中的破裂(failure)。

发明内容

在一个实施方式中，本发明是用于产生多孔有机硅玻璃薄膜(organosilica glass film)的化学气相沉积方法，所述方法包括：

在真空室中提供基底；

将气体试剂引入该真空室中，所述气体试剂包括至少一种选自一种或多种含硅前体的前体和不同于所述前体的致孔剂前体；

其中所述致孔剂前体性质上是芳香性的，并由下式表示：