TWI388687B - 以電漿增強化學氣相沈積而成之具高機械性質的超低ｋ薄膜的新穎矽前驅物 - Google Patents

以電漿增強化學氣相沈積而成之具高機械性質的超低ｋ薄膜的新穎矽前驅物 Download PDF

Info

Publication number
TWI388687B
TWI388687B TW097124578A TW97124578A TWI388687B TW I388687 B TWI388687 B TW I388687B TW 097124578 A TW097124578 A TW 097124578A TW 97124578 A TW97124578 A TW 97124578A TW I388687 B TWI388687 B TW I388687B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
dielectric constant
film layer
chamber
low dielectric
constant film
Prior art date
Application number
TW097124578A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200909606A (en
Inventor
Kang Sub Yim
Alexandros T Demos
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of TW200909606A publication Critical patent/TW200909606A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI388687B publication Critical patent/TWI388687B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

以電漿增強化學氣相沈積而成之具高機械性質的超低K薄膜的新穎矽前驅物
本發明實施方式大致是與積體電路的製造相關，詳言之，與一種沉積用於積體電路之低介電常數薄膜的製程有關。
自從數十年前引入積體電路之後，積體電路的尺寸就一直持續在縮小中。從那時起，積體電路大致依循每兩年尺寸縮減一半的趨勢發展(一般稱此為「摩爾定律(Moor’s Law)」)，此也代表晶片上的元件數目每兩年就會增加一倍。今天的製造廠已能常規進行特徵尺寸為90奈米或甚至65奈米的元件，且預計未來的製造廠將能生產尺寸更小的元件。
元件尺寸持續縮減，也造成低介電常數(k)值膜層的需求持續增加，因為必須降低相鄰金屬線間的電容耦合以進一步降低積體電路上的元件尺寸。特別是，需要介電常數低於4.0的絕緣層。低介電常數絕緣層的實例包括：旋塗玻璃、氟矽酸鹽玻璃(FSG)、摻碳的氧化物和聚四氟乙烯(PTFE)，此均為目前市面有販售的。
近來，已研發出k值小於3.0，甚至小於2.5的低k值有機矽膜。一種用來發展低介電常數有機矽膜的方法是從一種由有機矽化合物及一含有熱不穩定物種或揮發性物種之化合物所共同組成的氣體混合物來沉積出此膜層，接著進行後處理，移除沉積膜層中的熱不穩定物種或揮發性物種(如， 有機基團)。自沉積膜層中移除熱不穩定物種或揮發性物種會在膜層中產生奈米尺寸的空洞，而降低膜層的介電常數，因為空氣的介電常數大約為1。
雖然已研發出上述具有所需之低介電常數的有機矽膜，但某些這類低介電常數有機矽膜的機械性質不如預期(諸如不良的機械強度)，造成膜層容易在後續半導體處理過程中受到損害。可能造成膜層受損的半導體製程包括用來圖案化此低介電常數有機矽膜之電漿型蝕刻處理。此外，自此介電有機矽膜上移除光阻或底部抗反射塗層(BRAC)的灰化處理和濕蝕刻處理也可能成膜層受損。
因此，亟需一種用來製造具有改良機械性質和可耐後續基板處理之低介電常數膜層的方法。
本發明大致提供用來沉積低介電常數膜層的方法。在一種實施方式中，此方法包括引入一或多種有機矽化合物到一腔室中，其中該一或多種有機矽化合物包含一化合物，該化合物具有以下通式結構： 其中每一R1 具有Cn H2n+1 、OCn H2n+1 或Cm H2m-1 的通式，其中m是1至3且n是0至3，且R2 是選自由(CH2 )a 、C=C、C≡C、C6 H4 、C=O、(CF2 )b 及上述該等結構之組合所組成的 群組中(其中a和b分別為1至4)，或是該化合物具有如下通式結構： 其中每一R3 具有Cn H2n+1 、OCn H2n+1 或Cm H2m-1 的通式，其中m是1至3且n是0至3，且c和d分別為1至4。此方法也包括將成孔劑(pyrogen)引入該腔室，且在RF電力下使一或多種有機矽化合物和成孔劑反應，以在腔室內之基板上沉積一低介電常數膜層。之後，對此低介電常數膜層施以後處理，以實質移除此低介電常數膜層上的成孔劑。此後處理可包括紫外線、電子束或熱退火處理。此經後處理的低介電常數膜層包含Si-Cx -Si鍵結。
在另一種實施方式中，一種沉積低介電常數膜層的方法包括引入一或多種有機矽化合物到一腔室中，其中該一或多種有機矽化合物包含一化合物，該化合物具有以下通式結構： 其中每一R5 具有Cn H2n+1 、OCn H2n+1 或Cm H2m-1 的通式，其中m是1至3且n是0至3，且e為1至3，或是該化合物具有如下通式結構： 其中每一R6 具有Cn H2n+1 、OCn H2n+1 或Cm H2m-1 的通式，其中m是1至3且n是0至3，且f為1至4。此方法也包括將成孔劑(pyrogen)引入該腔室，且在RF電力下使一或多種有機矽化合物和成孔劑反應，以在腔室內之基板上沉積一低介電常數膜層。之後，對此低介電常數膜層施以後處理，以實質移除此低介電常數膜層上的成孔劑。此後處理可包括紫外線、電子束或熱退火處理。
在另一額外的實施方式中，一種沉積低介電常數膜層的方法包括引入一或多種有機矽化合物到一腔室中，其中該一或多種有機矽化合物包含二(三乙氧矽基)甲烷，引入一成孔劑一腔室中，在RF電力下使一或多種有機矽化合物與成孔劑反應，以在腔室內之基板上沉積一低介電常數膜層，接著對此低介電常數膜層施以後處理，以實質移除此低介電常數膜層上的成孔劑。
本發明提供一種沉積低介電常數薄膜的方法。此低介電常數薄膜包含矽、氧和碳。此薄膜也包含奈米大小的孔洞。此低介電常數薄膜之介電常數約為3.0或更小，較佳是約2.5或更小，更佳是在約2.0至2.5之間，例如在2.0至2.2之間。 此低介電常數薄膜可具有一至少約6.0 GPa的彈性係數。例如，此低介電常數薄膜可做為一種金屬間介電層。以下將參照第1圖簡述依據本發明一實施方式之一種用來沉積低介電常數膜的方法。
第1圖為總結本發明一實施方式的流程圖。在步驟102中，將一或多種有機矽化合物引入至一腔室中。此一或多種有機矽化合物包含具有-Si-Cx -Si-之通式結構的化合物，其中x介於1至4之間，或是具有-Si-O-(CH2 )n -O-Si-之通式結構的化合物，其中n介於1至4之間。在步驟104中，引入一成孔劑到腔室內。在步驟106中，在RF電力下使此一或多種有機矽化合物與成孔劑反應，以沉積一低介電常數膜層在該腔室內之基板上。在步驟108中，對此低介電常數膜層施以後處理，以實質移除此低介電常數膜層上的成孔劑。
引入有此一或多種有機矽化合物與成孔劑的腔室可為電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)腔室。可利用恆定式無線電頻(RF)電力、脈衝式RF電力、高頻RF電力、雙頻RF電力或上述該等電力之組合來產生沉積步驟中所用的電漿。PECVD腔室的實例之一為PRODUCER®腔室(購自美商應用材料公司)。但是，也可使用其他類型腔室來沉積此低介電常數膜層。
回到步驟102，具有-Si-Cx -Si-通式結構的化合物包括具有以下通式結構的化合物： 其中每一R1 具有Cn H2n+1 、OCn H2n+1 或Cm H2m-1 的通式，其中m是1至3且n是0至3，且R2 是選自由(CH2 )a 、C=C、C≡C、C6 H4 、C=O、(CF2 )b 及上述該等結構之組合所組成的群組中，其中a和b分別為1至4，以及具有以下通式結構的化合物： 其中每一R3 具有Cn H2n+1 、OCn H2n+1 或Cm H2m-1 的通式，其中m是1至3且n是0至3，且c和d分別為1至4。如此所定義的，R基團或其他分別選擇的基團的數值可以相同或是與其他基團不同。在某些實施方式中，R1 和R3 分別選自由CH3 、OCH3 、OC2 H5 、C=CH2 、H和OH組成的群組中。
具有如下通式結構之化合物的實例之一為二(三乙氧矽基)甲烷(C13 H32 O6 Si2 )：
具有如下通式結構之化合物的實例之一為四甲基-1,3-二矽醯基環丁烷(C6 H16 Si2 )：
具有-Si-Cx -Si-通式結構的其他化合物包括具有以下通式結構的化合物： 其中每一R5 具有Cn H2n+1 、OCn H2n+1 或Cm H2m-1 的通式，其中m是1至3且n是0至3，且e為1至3。這類化合物的實例之一為四甲基-2,5-二矽-1-氧環戊烷四甲基二矽呋喃(C6 H16 OSi2 )。在某些實施方式中，每一R5 是分別選自由CH3 、OCH3 、OC2 H5 、C=CH2 、H和OH組成的群組中。
具有-Si-O-(CH2 )n -O-Si-通式結構的一或多種有機矽化合物可包含具有以下結構之化合物： 其中每一R6 具有Cn H2n+1 、OCn H2n+1 或Cm H2m-1 的通式，其中m是1至3且n是0至3，且f為1至4。此類化合物的實例之一為二(三甲基矽氧基)乙烷(C8 H22 O2 Si2 )。在某些實施方式中，每一R6 是分別選自由CH3 、OCH3 、OC2 H5 、C=CH2 、H和OH組成的群組中。
透過使用上述包含Si-Cx -Si鍵結的有機矽化合物和反應條件，可得到在後處理(post-treatment)之前和之後均包含Si-Cx -Si鍵結的低介電常數薄膜(其中x介於1至4之間)。視所用的有機矽化合物種類，膜層中也可包含有Si-O-Si鍵結。包含有Si-Cx -Si鍵結的膜層較為理想，因為已觀察到相較於具有較多Si-CH3 鍵結的膜層來說，具有高Si-Cx -Si/Si-CH3 比例的膜層其耐灰化性、黏性和熱傳導性較佳。
此一或多種有機矽化合物也可包括不含上述通式結構的有機矽化合物。舉例來說，此一或多種有機矽化合物可包括甲基二乙氧矽烷(MDEOS)、四甲基環四矽氧烷(TMCTS)、八甲基環五矽氧烷(OMCTS)、三甲基矽烷(TMS)、五甲基環五矽氧烷、六甲基還三矽氧烷、二甲基二矽氧烷、四甲基二矽氧烷、六甲基二矽氧烷(HMDS)、1,3-二(矽亞甲基)二矽氧烷、二(1-甲基二矽氧基)甲烷、二(1-甲基二矽氧基)丙烷、六甲氧基二矽氧烷(HMDOS)、二甲基二甲氧基矽烷(DMDMOS)或二甲氧基甲基乙烯基矽烷(DMMVS)。
回到步驟104，成孔劑乃是一種包含熱不穩定基團的化合物。此熱不穩定基團可以是一種環狀基團，例如不飽和環狀有機基團。「環狀基團」一詞在此係指一環形結構。此環形結構可能只包含3個原子。這些原子可包括例如碳、氮、氧、氟及上述該等原子之組合。此環狀基團可包括一或多個單鍵、雙鍵、三鍵及上述該等鍵結之組合。舉例來說，一環狀基團可包括一或多個芳香基、芳基、苯基、環己烷、環己 二烯、環庚二烯及上述該等基團之組合。此環狀基團也可以是二環或三環。在一實施方式中，此環狀基團鍵結在直鏈或支鏈官能基上。此直鏈或支鏈官能基較佳是包含烷基或乙烯烷基，且具有1至20個碳原子。此直鏈或支鏈官能基也可包括氧原子，一如在酮、醚和酯類中一樣。此成孔劑可包括一環狀碳氫化合物。某些可使用的成孔劑的實例包括原冰片二烯(BCHD，雙環(2,2,1)庚-2,5-二烯)、α-萜品烯(ATP)、乙烯基環己烷(VCH)、苯乙酸、丁二烯、異戊二烯、環己二烯、1-甲基-4-(1-甲乙基)苯(對異丙基甲苯)、3-蒈烯、葑酮、檸檬烯、環戊烯氧化物、乙烯-1,4-二噁英醚、乙烯呋喃醚、乙烯-1,4-二噁英、乙烯呋喃、呋喃甲酸甲酯、甲酸呋喃酯、乙酸呋喃酯、呋喃醛、二呋喃酮、二呋喃醚、二糠基醚、呋喃和1,4-二噁英。
如步驟106所示，此一或多種有機矽化合物和成孔劑在RF電力下反應，以在腔室中的基板上沉積低介電常數膜層。一或多種成孔劑可和一或多種有機矽化合物反應。成孔劑和一或多種有機矽化合物反應後可沉積出一內含熱不穩定基團的膜層。對膜層施以後處理，如步驟108所述，將分解並釋放膜層中的成孔劑和/或熱不穩定基團，而於膜層中形成空洞或奈米尺寸大小的孔洞。
一或多種有機矽化合物可以介於約10 mgm至約5000 mgm的流速被引入至腔室中。成孔劑可以介於約10 mgm至約5000 mgm的流速被引入至腔室中。非必要地，也可以介於約0 sccm至約10000 sccm的流速在腔室中引入一種氧化 氣體，諸如O2 、N2 O、CO2 或上述該等氣體之組合，並與一或多種有機矽化合物和成孔劑反應。亦可以介於約10 sccm至約10000 sccm的流速在腔室中引入一稀釋或載送氣體，諸如氦氣、氩氣或氮氣。
本申請案所提及的流速都是以具有兩個隔離處理區之300毫米腔室(如，PRODUCER®腔室，購自美商應用材料公司)為標準而訂的。因此，每一基板處理區所感受到的流速是引入腔室中流速的一半。
雖然在步驟102和104中，一或多種有機矽化合物和成孔劑是依序引入到腔室中，但也可同時引入一或多種有機矽化合物和成孔劑到腔室內。然而，在一種較佳實施方式中，一或多種有機矽化合物是在成孔劑之前被引入到腔室內，在此實施方式中，一或多種有機矽化合物是先以第一流速引入，之後再被提升到第二流速。成孔劑則是以第三流速引入，之後再被提升到第四流速。
第2圖為依據一種實施方式來圖示出沉積低介電常數膜層的方法之流程圖，在此實施方式中一或多種有機矽化合物是在成孔劑之前被引入到腔室內。在步驟201中，將基板放在能夠執行PECVD之腔室內的基板支架上。在步驟203中，經由腔室的氣體分配板(例如，噴頭)，將包含有一或多種有機矽化合物和非必要的一或多種氧化氣體之氣體混合物引入到腔室中。在一電極(例如，噴頭)上施加無線電頻(RF)電力，以在腔室內提供處理所需的電漿。氣體混合物在腔室內於RF電力下反應，沉積出包含有氧化矽層且強力黏附於下 方基板的初始層。
在步驟205中，在RF電力下，以介於約100 mg/min/sec到約5000 mg/min/sec之間的提升率調高一或多種有機矽化合物的流速。較佳地，以介於約1000 mg/min/sec到約2000 mg/min/sec間的提升率調高有機矽化合物的流速，以沉積出第一過渡層直到達到預定的有機矽化合物氣體混合物為止。由於執行此調高流速的動作使得氣體分配板上的DC偏壓變化量小於60伏特，較佳是小於30伏特，以避免出現因電漿而誘發的損壞(plasma induced damage,PID)。
在步驟207中，在保持預定之有機矽化合物氣體混合物恆定的同時，經由氣體分配板將成分包括成孔劑的氣體混合物引入到腔室內。在步驟209中，以介於約100 mg/min/sec到約5000 mg/min/sec之間的提升率，調高成孔劑流速。較佳地，以介於約200 mg/min/sec到約1000 mg/min/sec間的提升率調高成孔劑流速，以沉積出第二過渡層直到達到預定的最終氣體混合物為止。
在步驟211中，在RF電力下，讓此預定的最終氣體混合物(即，成分包含該一或多種有機矽化物和成孔劑的最終氣體混合物)在腔室內反應，以沉積出最終層(即，低介電常數膜層)。一旦完成沉積後，即中止RF電力。在中止RF電力期間，藉由不打開腔室的節流閥來維持腔室內的壓力不變。不受制於理論地，一般認為將有機矽化合物與成孔劑兩者的流速提升率區隔開來，可使製程更為穩定，產生具有較少缺陷(如，增加顆粒)的介電膜層。
在步驟213中，接著對低介電常數膜層施以後處理，以實質移除低介電常數膜層內的成孔劑。
第3圖為依據本發明之一實施方式來圖示出一或多種有機矽化合物和成孔劑之流速隨時間變化的關係圖表。如第2圖步驟203所述，將成分包括一或多種有機矽化物與非必要之一或多種氧化氣體的氣體混合物引入至腔室中，以沉積出初始層。此初始層的沉積時間範圍在約1秒至約10秒間。
之後，如第2圖中的步驟205所述，以一提升率調高一或多種有機矽化物的流速以沉積出第一過渡層，直到達到一預定的有機矽化合物氣體混合物為止。此第一過渡層的沉積時間範圍在約1秒至約10秒間。
在保持預定之有機矽化合物氣體混合物恆定的同時，如第2圖中的步驟209所述，將成分包括一或多種成孔劑的氣體混合物引入到腔室內，並以一提升率調高一或多成孔劑的流速，以沉積第二過渡層，直到達到一預定的最終氣體混合物為止。此第二過渡層的沉積時間範圍在約1秒至約180秒間。
如第2圖中的步驟211所述，在RF電力下，讓成分包括一或多種有機矽化物和成孔劑的氣體混合物在腔室內反應，以沉積出最終層(即低介電常數膜層)。此最終層的沉積時間範圍在約15秒至約180秒間。
一般認為，如第2、3圖所述之用來沉積低介電常數膜層的起始程序可改良低介電常數膜層對基板上之下方層的黏附性(此低介電常數膜層沉積於此下方層上)，此係透過 改良控制低介電常數膜層在與下方層介面間的碳含量與孔隙度來達成。
回到第1圖的步驟106，在一或多種有機矽化物和成孔劑反應以在腔室中的基板上沉積出低介電常數膜層之期間，基板溫度通常維持在約100℃至約400℃間。
腔室壓力可介於約1托耳和約20托耳間，且基板支架與腔室噴頭間的間距可介於約200密耳和約1500密耳間。可使用介於約0.14 W/cm2 和約2.8 W/cm2 間的電力密度，即提供300 mm基板介於約100 W和約2000 W間的RF電力。此RF電力是以介於約0.01 MHz至約300 MHz間之頻率來供應，例如以約13.56 MHz之頻率來供應。也可利用混頻方式來提供此RF電力，例如約13.56 MHz之高頻率與約350 kHz之低頻率。RF電力可為循環式或脈衝式以減少加熱基板並提高所沉積膜層中的多孔性。此RF電力也可以是連續的或不連續的。
待沉積出低介電膜層後，如上述步驟108所述，對此膜層施以後處理。可使用的後處理包括電子束處理、紫外線處理、熱退火處理(在沒有電子束處理和/或紫外線處理的情形下)及上述該等處理方法之組合。
可使用之紫外線後處理條件實例包括介於約1托耳和約10托耳間之腔室壓力，及介於約350℃到約500℃的基板支架溫度。此紫外線輻射可由任一種紫外線光源來提供，諸如汞微波電弧燈、脈衝式氙氣閃光燈、或高效能紫外線發光二極體陣列。此紫外線輻射的波長在例如約170 nm和約400 nm 之間。可使用的紫外線腔室與處理條件之進一步細節揭示在2005年5月9日提出申請之美國專利申請案號11/124,908內容中，其全文併入做為參考。美商應用材料公司提供的NanoCureTM 腔室為一種市面上可購得之可用於紫外線後處理的腔室之實例。
可使用之電子束的條件實例包括介於約200℃至約600℃間之腔室溫度，例如，介於約350℃至約400℃間。電子束的能量可以從約0.5keV到約30 keV間。腔室壓力可介於約1毫托耳和約100毫托耳間。腔室中的氣體環境可以是以下任一種：氮氣、氧氣、氫氣、氬氣、氮氫混合氣、氨氣、氙氣或以上氣體之任意組合。電子束電流可介於約0.15 mA至約50mA之間。可執行電子束處理約1分鐘至約15分鐘。雖然可使用任一電子束裝置，美商應用材料公司提供的EBKTM 電子束腔室為一種可用電子束腔室之實例。
熱退火後處理的實例包括在腔室中以介於約200℃至約500℃間的基板溫度對膜層施以退火約2秒至約3小時，較佳是約0.5至約2小時。可以約100至約10,000 sccm的流速將非反應性氣體(諸如氦氣、氫氣、氮氣或上述該等氣體之混合)引入到腔室中。將腔室壓力維持在約1毫托耳和約10托耳間。較佳的基板間距在約300密耳至約800密耳間。
本發明實施方式可透過以下實施例來闡述。實例中的基板為300毫米的基板。低介電常數膜層是在美商應用材料公司所提供的PRODUCER® 腔室內之基板上沉積而成，並在NanoCureTM 腔室中進行紫外線處理。
實施例1
在約7.5托耳的壓力及約300℃的溫度下在基板上沉積低介電常數膜層。間距為300密耳，且以300瓦、13.56 MHz提供RF電力。並使用下列流速的處理氣體：2000 mgm之二(三乙氧矽基)甲烷、300 mgm之原冰片二烯、1500 mgm之氦氣。以紫外線處理對膜層進行後處理。後處理之後，膜層的折射率為1.3702、介電常數為2.44、彈性係數為9.1 GPa、硬度為1.2GPa且收縮率為9.8%。
實施例2
在約7.5托耳的壓力及約225℃的溫度下在基板上沉積低介電常數膜層。間距為400密耳，且以450瓦、13.56 MHz提供RF電力。並使用下列流速的處理氣體：500 mgm之二(三乙氧矽基)甲烷、2000 mgm之α-萜品烯、500 mgm之甲基二乙氧矽烷、50 sccm之氧氣及3500 sccm之氦氣。以紫外線處理對沉積膜層進行後處理。後處理之後，膜層的折射率為1.3443、介電常數為2.51、彈性係數為11.1 GPa、硬度為1.6 GPa且收縮率為15.7%。
第4圖顯示對於經紫外線處理後實施例1之低介電常數膜層的FTIR分析結果。FTIR分析顯示由有機矽化物二(三乙氧矽基)甲烷所提供的Si-C-Si鍵結(Si-C-Si之特徵峰為1630 cm-1 )，於後處理後，仍保留在低介電常數膜層中，因此，此低介電常數膜層具有所需的Si-C-Si網狀結構。
另外也發現使用具有Si-C-Si鍵結之前趨物來獲得具有較高Si-C-Si/SiCH3 比例的膜層，也會導致膜層在後處理後 具有較小尺寸的孔(相較於具有類似介電常數及較低Si-C-Si/SiCH3 比例的膜層而言)。具有較小孔洞的膜層較為理想，因為相對於具有較大孔洞尺寸的膜層，小孔洞膜層的強度較佳，且較不容易在進一步處理時受損。
已知在此所提供的有機矽化物可用在不含成孔劑的氣體混合物中，以進行化學氣相沉積形成低介電常數膜層。但是，雖然預期從包含上述有機矽化物且不含成孔劑的氣體混合物中沉積出來的膜層(相較於從包含其他有機矽化物且不含成孔劑的氣體混合物中沉積出來的膜層)具有較佳的機械性質，通常還是會加入成孔劑以提供所需之約2.4或更小的低介電常數常數。
儘管前述內容係針對本發明之一些實施例，但可在不脫離本發明之基本範圍的情況下設計本發明之其他及進一步實施例，且本發明之範圍由隨後的申請專利範圍決定。
102、104、106、108、201、203、205、207、209、211、213‧‧‧步驟
因此，可詳細理解本發明之上述特徵結構之方式(即上文簡要概述之本發明之更特定描述)，可參照實施例而得到，一些實施例圖示於附加圖式中。然而，應注意到，附加圖式僅圖示本發明之典型實施例，因此不應被視為本發明範圍之限制，因為本發明可允許其他同等有效之實施例。
第1圖為圖示出本發明一實施方式之流程圖。
第2圖為圖示出本發明另一實施方式之流程圖。
第3圖為依據本發明一實施方式之一或多種有機矽化 物與成孔劑的流速圖表。
第4圖是根據本發明各實施方式所提供之經過後處理的低介電常數膜的FTIR分析結果。
201、203、205、207、209、211、213‧‧‧步驟

Claims (13)

  1. 一種沉積低介電常數膜層的方法，包含：引入一或多種環形有機矽化合物到一腔室中，其中該一或多種環形有機矽化合物包含一Si-Cx -Si鍵結於一環中且包含一Si-O-Si鍵結於該環中，其中x為1至4；引入一環形成孔劑到該腔室內；在RF電力下，使該一或多種有機矽化合物與該環形成孔劑反應，以在該腔室內的一基板上沉積出低介電常數膜層；且之後對該低介電常數膜層施以後處理，以實質移除該低介電常數膜層中的該環形成孔劑。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該一或多種有機矽化合物具有以下通式結構： 其中每一個R5 分別選自由CH3 、OCH3 、OC2 H5 、H及OH組成的群組中，且e為1至3。
  3. 一種沉積低介電常數膜層的方法，包含：引入一或多種有機矽化合物到一腔室中，其中該一或多種有機矽化合物包含一種具有以下通式結構的化合物： 其中每一R5 分別選自由CH3 、OCH3 、OC2 H5 、H及OH組成的群組中，且e為1至3；引入一成孔劑到該腔室內；在RF電力下，使該一或多種有機矽化合物與該成孔劑反應，以在該腔室內的一基板上沉積出一低介電常數膜層；且之後對該低介電常數膜層施以後處理，以實質移除該低介電常數膜層上的該成孔劑。
  4. 如請求項3所述的方法，其中該經過後處理之低介電常數膜層包含Si-Cx -Si鍵結，其中x為1至4。
  5. 如請求項3所述的方法，其中該引入一或多種有機矽化合物到一腔室中的步驟包括以一第一流速引入該一或多種有機矽化合物並調高該第一流速到一第二流速，該引入一成孔劑到該腔室內的步驟包括以一第三流速引入該成孔劑並調高該第三流速至一第四流速，且該成孔劑流速被調高至該第四流速之前，調高該一或多種有機矽化合物的流速至該第二流速。
  6. 如請求項5所述的方法，其中該後處理包括紫外線、 電子束或熱退火處理。
  7. 如請求項5所述的方法，其中該成孔劑包含一環狀碳氫化合物。
  8. 一種沉積低介電常數膜層的方法，包含：引入一或多種環狀有機矽化合物到一腔室中，其中該一或多種有機矽化合物包含一Si-Cx -Si鍵結於一環中且包含一Si-O-Si鍵結於該環中，其中x為1至4；引入一成孔劑到一腔室中，其中該成孔劑選自由原冰片二烯(norborndiene)和α-萜品烯(α-terpinene)組成的群組中；在RF電力下，使該一或多種有機矽化合物與該成孔劑反應，以在該腔室內的一基板上沉積出一低介電常數膜層；且之後對該低介電常數膜層施以後處理，以實質移除該介電常數膜層上的成孔劑。
  9. 如請求項8所述的方法，其中該成孔劑包含原冰片二烯。
  10. 如請求項9所述的方法，其中該後處理包含紫外線處理。
  11. 如請求項8所述的方法，其中該成孔劑包含α-萜品 烯。
  12. 如請求項9所述的方法，其中該後處理包含紫外線處理。
  13. 如請求項11所述的方法，其中該一或多種有機矽化合物更包含甲基二乙氧基矽烷。
TW097124578A 2007-07-12 2008-06-30 以電漿增強化學氣相沈積而成之具高機械性質的超低ｋ薄膜的新穎矽前驅物 TWI388687B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/777,185 US7998536B2 (en) 2007-07-12 2007-07-12 Silicon precursors to make ultra low-K films of K<2.2 with high mechanical properties by plasma enhanced chemical vapor deposition

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200909606A TW200909606A (en) 2009-03-01
TWI388687B true TWI388687B (zh) 2013-03-11

Family

ID=40228965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW097124578A TWI388687B (zh) 2007-07-12 2008-06-30 以電漿增強化學氣相沈積而成之具高機械性質的超低ｋ薄膜的新穎矽前驅物

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7998536B2 (zh)
KR (1) KR101154111B1 (zh)
CN (1) CN101743247B (zh)
TW (1) TWI388687B (zh)
WO (1) WO2009009267A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102762763B (zh) 2010-02-17 2014-12-31 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 SiCOH低K膜的气相沉积法
CN103943561B (zh) * 2014-05-08 2016-06-22 上海华力微电子有限公司 一种低介电常数薄膜的成膜方法
CN103943560B (zh) * 2014-05-08 2016-08-31 上海华力微电子有限公司 一种形成低介电常数薄膜及其缓冲层的成膜方法
JP6585724B2 (ja) * 2015-02-06 2019-10-02 バーサム マテリアルズ ユーエス，リミティド ライアビリティ カンパニー 炭素ドープケイ素含有膜のための組成物及びそれを使用する方法
US10397683B2 (en) * 2015-09-30 2019-08-27 Apple Inc. Case with torsion spring over-center mechanism
KR102657787B1 (ko) * 2016-10-12 2024-04-16 삼성전자주식회사 실리콘 막 형성 방법, 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법
US20190382886A1 (en) * 2018-06-15 2019-12-19 Versum Materials Us, Llc Siloxane Compositions and Methods for Using the Compositions to Deposit Silicon Containing Films
WO2023064773A1 (en) * 2021-10-13 2023-04-20 Versum Materials Us, Llc Alkoxysilanes and dense organosilica films made therefrom
KR20230087074A (ko) * 2021-12-09 2023-06-16 에스케이트리켐 주식회사 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성용 전구체, 이를 이용한 저 유전율 실리콘 함유 박막 형성 방법 및 상기 저 유전율 실리콘 함유 박막을 포함하는 반도체 소자.

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3560435A (en) * 1968-10-24 1971-02-02 Dow Corning Method of polymerizing organosilicon compounds using a nitro catalyst
US5118530A (en) * 1990-11-28 1992-06-02 Dow Corning Corporation Use of hydrogen silsesquioxane resin fractions as coating materials
US6303523B2 (en) 1998-02-11 2001-10-16 Applied Materials, Inc. Plasma processes for depositing low dielectric constant films
US6541367B1 (en) 2000-01-18 2003-04-01 Applied Materials, Inc. Very low dielectric constant plasma-enhanced CVD films
KR20010106905A (ko) 2000-05-24 2001-12-07 황 철 주 저유전율 ＳｉＯＣ 박막의 형성방법
US6583048B2 (en) * 2001-01-17 2003-06-24 Air Products And Chemicals, Inc. Organosilicon precursors for interlayer dielectric films with low dielectric constants
US6570256B2 (en) * 2001-07-20 2003-05-27 International Business Machines Corporation Carbon-graded layer for improved adhesion of low-k dielectrics to silicon substrates
US7384471B2 (en) 2002-04-17 2008-06-10 Air Products And Chemicals, Inc. Porogens, porogenated precursors and methods for using the same to provide porous organosilica glass films with low dielectric constants
US7056560B2 (en) 2002-05-08 2006-06-06 Applies Materials Inc. Ultra low dielectric materials based on hybrid system of linear silicon precursor and organic porogen by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD)
US6936551B2 (en) * 2002-05-08 2005-08-30 Applied Materials Inc. Methods and apparatus for E-beam treatment used to fabricate integrated circuit devices
EP1504138A2 (en) * 2002-05-08 2005-02-09 Applied Materials, Inc. Method for using low dielectric constant film by electron beam
US7122880B2 (en) 2002-05-30 2006-10-17 Air Products And Chemicals, Inc. Compositions for preparing low dielectric materials
US7404990B2 (en) * 2002-11-14 2008-07-29 Air Products And Chemicals, Inc. Non-thermal process for forming porous low dielectric constant films
US6897163B2 (en) * 2003-01-31 2005-05-24 Applied Materials, Inc. Method for depositing a low dielectric constant film
US7098149B2 (en) * 2003-03-04 2006-08-29 Air Products And Chemicals, Inc. Mechanical enhancement of dense and porous organosilicate materials by UV exposure
US7345000B2 (en) * 2003-10-10 2008-03-18 Tokyo Electron Limited Method and system for treating a dielectric film
US7373502B2 (en) * 2004-01-12 2008-05-13 Cisco Technology, Inc. Avoiding server storage of client state
US20050161060A1 (en) * 2004-01-23 2005-07-28 Johnson Andrew D. Cleaning CVD chambers following deposition of porogen-containing materials
US7166544B2 (en) * 2004-09-01 2007-01-23 Applied Materials, Inc. Method to deposit functionally graded dielectric films via chemical vapor deposition using viscous precursors
US7138767B2 (en) * 2004-09-30 2006-11-21 Tokyo Electron Limited Surface wave plasma processing system and method of using
US7229934B2 (en) 2004-10-18 2007-06-12 International Business Machines Corporation Porous organosilicates with improved mechanical properties
US7892648B2 (en) * 2005-01-21 2011-02-22 International Business Machines Corporation SiCOH dielectric material with improved toughness and improved Si-C bonding
US7273823B2 (en) * 2005-06-03 2007-09-25 Applied Materials, Inc. Situ oxide cap layer development
US7381659B2 (en) * 2005-11-22 2008-06-03 International Business Machines Corporation Method for reducing film stress for SiCOH low-k dielectric materials
US7521377B2 (en) * 2006-01-11 2009-04-21 International Business Machines Corporation SiCOH film preparation using precursors with built-in porogen functionality
US7297376B1 (en) * 2006-07-07 2007-11-20 Applied Materials, Inc. Method to reduce gas-phase reactions in a PECVD process with silicon and organic precursors to deposit defect-free initial layers

Also Published As

Publication number Publication date
CN101743247A (zh) 2010-06-16
US7998536B2 (en) 2011-08-16
WO2009009267A1 (en) 2009-01-15
TW200909606A (en) 2009-03-01
KR101154111B1 (ko) 2012-06-13
US20090017639A1 (en) 2009-01-15
KR20100054797A (ko) 2010-05-25
WO2009009267A8 (en) 2010-03-18
CN101743247B (zh) 2013-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI388685B (zh) 藉由電漿加強化學氣相沈積製造具有高機械特性的特別低ｋ膜層的新式矽前驅物
TWI388687B (zh) 以電漿增強化學氣相沈積而成之具高機械性質的超低ｋ薄膜的新穎矽前驅物
US7297376B1 (en) Method to reduce gas-phase reactions in a PECVD process with silicon and organic precursors to deposit defect-free initial layers
US7332445B2 (en) Porous low dielectric constant compositions and methods for making and using same
US20120121823A1 (en) Process for lowering adhesion layer thickness and improving damage resistance for thin ultra low-k dielectric film
US7923385B2 (en) Methods for producing low stress porous and CDO low-K dielectric materials using precursors with organic functional groups
JP6845252B2 (ja) ケイ素含有膜の堆積のための組成物及びそれを用いた方法
US20070134435A1 (en) Method to improve the ashing/wet etch damage resistance and integration stability of low dielectric constant films
KR100627098B1 (ko) 저유전율 절연막의 형성 방법
JP2014505356A (ja) 耐集積損傷性を改善するインシトゥ低誘電率キャッピング
JP2004006983A (ja) 低κ誘電性無機／有機ハイブリッドフィルム
KR101376969B1 (ko) 저―κ의 유전 필름의 이중층 캡핑
KR20130043096A (ko) 플라즈마 강화된 화학 기상 증착에 의한 유기 작용기들을 갖는 하이브리드 전구체들 함유 실리콘을 사용하는 초저 유전체 물질들
JP4881153B2 (ja) 水素化シリコンオキシカーバイド膜の生成方法。
JPWO2010090038A1 (ja) 絶縁膜材料、この絶縁膜材料を用いた成膜方法および絶縁膜
TW202012419A (zh) 矽化合物及使用其沉積膜的方法
US20100015816A1 (en) Methods to promote adhesion between barrier layer and porous low-k film deposited from multiple liquid precursors
JP2009277686A (ja) 絶縁膜の成膜方法および絶縁膜