[发明专利]烷基-烷氧基硅杂环化合物和利用该化合物沉积薄膜的方法

说明书

提供了用于经由化学气相沉积生产多孔低k介电薄膜的方法和组合物。在一个方面，所述方法包括步骤：在反应室内提供衬底；将气体试剂引入所述反应室，其中所述气体试剂包含至少一种包含烷基‑烷氧基硅杂环化合物的结构形成前体和致孔剂；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步薄膜，其中所述初步薄膜包含所述致孔剂；和沉积所述初步薄膜；和从所述初步薄膜去除至少一部分包含于其中的所述致孔剂以提供具有孔和介电常数为约2.7或更低的所述薄膜。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

该申请要求2014年6月16日提交的美国临时序列号62/012,724的优先权和权益，所述申请通过引用其全部并入本文。

发明背景

本文描述了利用烷基-烷氧基硅杂环化合物作为结构形成前体来形成介电薄膜的组合物和方法。更具体地，本文描述了形成多孔低介电常数(“低k”薄膜或介电常数约为2.7或更低的薄膜)薄膜的组合物和方法，其中用于沉积薄膜的方法是化学气相沉积(CVD)法。由本文描述的组合物和方法制备的介电薄膜例如可用作电子设备中的绝缘层。

电子工业将介电材料用作电路与集成电路(IC)组件和相关电子设备之间的绝缘层。正在减小线路尺寸从而增加微电子设备(例如计算机芯片)的速度和记忆储存能力。由于线路尺寸减小，对于层间介电材料(ILD)的绝缘要求变得更加严格。缩小间距要求较低的介电常数以使RC时间常数最小化，其中R是导电线路的电阻和C是绝缘介电间层的电容。电容(C)与间距成反比并且与层间介电材料(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制备的常规的二氧化硅(SiO₂)CVD介电薄膜的介电常数k大于4.0。存在业界尝试制备具有较低介电常数的基于二氧化硅的CVD薄膜的若干方式，最成功的是用有机基团掺杂绝缘的二氧化硅薄膜，其提供的介电常数为约2.7到约3.5。这种有机硅玻璃通常从有机硅前体例如甲硅烷或硅氧烷和氧化剂例如O₂或N₂O沉积为致密薄膜(密度～1.5g/cm³)。有机硅玻璃将在本文中被称为OSG。由于介电常数或“k”值降至低于2.7伴随较高的设备密度和较小的尺寸，业界穷尽了用于致密薄膜的大部分适合的低k组合物，并已经转向各种多孔材料以改进绝缘性能。

通过CVD法的多孔ILD领域中的专利、公布申请和出版物包括：EP 1 119 035 A2和美国专利号6,171,945，其描述了由具有不稳定基团的有机硅前体在氧化剂例如N₂O和任选的过氧化物存在下沉积OSG薄膜，随后用热退火去除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，其教导了用氧化退火从沉积的OSG去除基本上所有有机基团以获得多孔无机SiO₂；EP 1 037 275，其描述了氢化碳化硅薄膜的沉积，所述薄膜通过随后用氧化等离子体处理而转化为多孔无机SiO₂；和美国专利号6,312,793B1、WO00/24050和文献论文Grill,A.Patel,V.Appl.Phys.Lett.(2001),79(6),803-805页，其均教导了从有机硅前体和有机化合物共沉积薄膜，随后热退火以提供多相OSG/有机薄膜，其中保持了一部分聚合的有机组分。在后一篇参考文献中，最后的薄膜的最终组成显示残余的致孔剂和80-90原子％的高烃薄膜含量。此外，最终薄膜保留了SiO₂-样网络，其中用一部分氧原子替换有机基团。