[发明专利]多孔低介电常数组合物、其制备方法及其使用方法

说明书

本申请是申请号为200510129199.9母案的分案申请。该母案的申请日为2005年9月28日；发明名称为“多孔低介电常数组合物、其制备方法及其使用方法”。

相互参照的相关申请

本申请要求2004年9月28日提交的美国临时申请No.60/613,937的优先权。

背景技术

由化学气相沉积(CVD)法生产的低介电常数材料通常用作电子器件的绝缘层。电子工业中将绝缘材料用作集成电路(IC)和相应的电子器件的电路和元件之间的绝缘层。为了增加微电子器件(例如计算机芯片)的速度和器件密度，其线性尺寸正日益减小。随着线性尺寸的减小，对于层间绝缘材料(ILD)的绝缘要求也变得更为苛刻。将间距缩小要求更低的介电常数，以便使RC时间常数最小化，其中，R是导线的电阻，C是层间绝缘介电的电容。C与间距成反比并且与层间绝缘材料(ILD)的介电常数(k)成正比。

由SiH₄或TEOS(Si(OCH₂CH₃)₄，正硅酸四乙酯)和O₂生产的传统的二氧化硅(SiO₂)CVD介电薄膜，其介电常数(k)大于4.0。工业上有若干种试图生产具有低介电常数的二氧化硅-基化学气相沉积(CVD)薄膜的方法，其中最为成功的方法是将有机基团引入绝缘二氧化硅薄膜中，其提供的介电常数在2.7-3.5的范围内。除氧化剂如O₂或N₂O外，该有机硅酸盐(OSG)玻璃通常由含硅前体，如烷基硅烷，烷氧基硅烷和/或硅氧烷，以致密薄膜(密度约1.5g/cm³)的形式沉积。由于越来越高的器件密度和越来越小的器件尺寸要求介电常数或“k”值降低至2.7以下，因此，工业上正转向改善绝缘性能的各种多孔材料。给OSG增加孔隙率将降低该材料的总介电常数，其中空隙空间的固有介电常数为1.0。多孔OSG材料被认为是低k材料，这是因为其介电常数小于传统上在工业-不掺杂石英玻璃中使用的标准材料。这些材料通常由下述方法形成：在沉积过程中作为反应物添加成孔物质或成孔剂(porogen)前体，并从沉积过的或预备的材料中除去成孔剂以便提供多孔材料。其它的材料性能如机械硬度，弹性模数，残余应力，热稳定性，和对各种底物的粘着力取决于多孔材料或薄膜的化学成分和结构。遗憾的是，当给薄膜增加孔隙率时，许多这些薄膜的性能将遭受有害影响。

发明内容

在发明中，将描述由化学式Si_vO_wC_xH_yF_z表示的单相材料组成的多孔有机硅酸盐玻璃(OSG)薄膜，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，而z为0-15％原子，其中所述薄膜带有孔并且介电常数为2.7或更小。

本发明还将描述的是用于生产多孔有机硅酸盐玻璃膜的化学气相沉积方法，包括：在处理室内提供一基材；引入气体试剂，所述试剂包含选自含至少一个Si-H键的有机硅烷和有机硅氧烷的至少一种前体和成孔剂前体；对处理室中的气体试剂施加能量以引发气体试剂的反应并在基材上提供预备的薄膜，其中，预备的薄膜包含成孔剂；然后，从预备的薄膜上除去至少一部分成孔剂，以提供包含孔且介电常数低于2.7的多孔薄膜。

另外，本发明还将描述：包含用于生产多孔OSG薄膜的成孔剂和前体的组合物。

附图说明

图1提供用于形成本发明所述多孔有机硅酸盐玻璃材料的方法的一实施方案的工艺流程图。

图2提供：用于由有机硅烷前体二乙氧基甲基甲硅烷(DEMS)和环己酮(CHO)或1，2，4-三甲基环己烷(TMC)成孔剂前体沉积的薄膜的两种不同成孔剂前体化学计量的折射率。

图3提供：在沉积之后和在暴露于紫外光5分钟之后，由有机硅烷前体DEMS和成孔剂前体CHO或TMC沉积的多孔OSG薄膜的傅里叶变换红外(FT-IR)吸收光谱。

图4提供：由包含DEMS和CHO(22/78摩尔比)的前体混合物沉积的薄膜的FT-IR吸收光谱。

图5提供：由包含DEMS和DMHD(20/80摩尔比)的前体混合物沉积的薄膜的FT-IR吸收光谱。

图6提供：由包含α-萜品烯(ATP)，苎烯(LIM)，CHO，和环己烷氧化物(CHO_x)的前体混合物沉积的薄膜的硬度与介电常数。