专利名称：介质材料及其制造方法
技术领域：
本发明主要涉及一类具有低介电常数(k)的包括Si、C、O和H原子(SiCOH)的介质材料，以及制造这些材料的膜的方法和包括这样的膜的电子器件。这样的材料又称作C掺杂氧化物(CDO)或有机硅酸盐玻璃(OSG)。本发明的材料展现出提高的内聚强度(或等同地，提高的断裂韧度或减小的脆度)，和增强的对水退化特性例如应力侵蚀破裂、Cu侵入和其它临界特性的抵抗。本发明包括制造本发明材料的方法，并涉及使用所述介质材料作为在甚大规模集成(ULSI)电路和相关电子结构上的后段制程(BEOL)互连中的级内或级间介质膜、介质覆层或硬掩膜/抛光停止层。本发明还涉及在包含至少两种导体或电子传感结构的电子器件中使用本发明的介质材料。
背景技术：
最近几年在ULSI电路中利用的电子器件的尺寸持续缩小，导致增加了BEOL金属的电阻也增加了层内或层间介质的电容。这些复合效应增加了在ULSI电子器件中的信号延迟。为了提高未来ULSI电路的开关性能，需要低介电常数(k)绝缘体，特别是那些k比氧化硅明显低的材料，来减小电容。
超大规模集成电路(“VLSI”)和ULSI芯片的多数制造步骤是通过等离子体增强化学或物理气相沉积技术进行。利用预先安装并可用的处理设备通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制造低k材料的能力，将会简化其在制造工艺中的集成，减小制造成本，并产生较少的危险废料。受让给本发明的共同受让人并在此引入其整个内容作为参考的美国专利6,147,009和6,497,963描述了包括Si、C、O和H原子的元素的低介电常数材料，该材料的介电常数不大于3.6并展现出很低的裂纹扩展速率。
受让给本发明的共同受让人并在此引入其整个内容作为参考的美国专利6,312,793，6,441,491和6,479,110B2描述了包括由Si、C、O和H原子的元素组成的基体的多相低k介质材料，该材料具有的相主要由C和H组成并具有不大于3.2的介电常数。
具有小于2.7(且优选小于2.3)的介电常数的超低k介质材料在现有技术中已公知。现有技术超低k SiCOH膜的关键问题包括，例如(a)脆(即低内聚强度，低断裂延展，低断裂韧度)；(b)液态水和水蒸气进一步减小材料的内聚强度。称为“CS湿度图”的内聚强度CS对水压PH2O或湿度％的图，对于每个k值和材料有一个特征斜率；(c)它们倾向于具有与低断裂韧度相结合的拉伸应力，并因此当膜超过某一临界厚度时在与水接触时倾向于破裂；(d)在多孔时它们可以吸收水和其它工艺化学物质，其又导致在电场下增强Cu的电化学侵蚀，并且进入多孔介质，导致漏电和导体之间的高传导率；以及(e)当C键合为Si-CH3官能团时，现有技术SiCOH介质容易与抗蚀剂带等离子体、CMP过程和其它集成过程起作用，引起SiCOH介质“受损”，导致较高亲水表面层。
例如，如图1中所示，硅酸盐和有机硅酸盐玻璃倾向于落到内聚强度对介电常数的万有曲线。此图包括常规氧化物(点A)，常规SiCOH介质(点B)，常规k＝2.6SiCOH介质(点C)和k约为2.2的常规CVD超低k介质(点D)。这两种材料的数量主要由Si-O键的体积密度决定的事实解释了它们之间的比例变化。这还说明具有超低介电常数(例如，k＜2.4)的OSG材料基本上限制为在完全干燥的环境中具有约3J/m2或更小的内聚强度。当湿度增加时内聚强度进一步减小。
现有技术SiCOH膜的另一个问题是它们的强度倾向于H2O退化。现有技术SiCOH膜的H2O退化效应可以使用如所述的4点弯曲技术测量，例如，M.W.Lane，X.H.Liu，T.M.Shaw的“Environmental Effects onCracking and Delamination of Dielectric Films”IEEE Transactions onDevice and Materials Reliability，4，2004，pp.142-147。图2A取自此参考，并图示了H2O对介电常数k为约2.9的典型SiCOH膜的强度的效应。该数据是在其中控制并改变水压(PH2O)的腔内通过4点弯曲技术测量。特别地，图2A示出了内聚强度对在受控腔内的H2O压的自然log(ln)的曲线。以使用的单位，此曲线的斜率大约为-1。H2O压的增加降低了内聚强度。在图2A中，线以上的阴影区域，表示使用现有技术SiCOH介质很难达到的内聚强度区域。
图2B也取自上面引用的M.W.Lane参考，并且与图2A相似。特别地，图2B是使用与图2A相同的工序测量的另一种SiCOH膜的内聚强度的曲线。现有技术SiCOH膜具有的介电常数是2.6，并且以使用的单位此曲线的斜率约为-0.66。在图2A中，线以上的阴影区域，表示使用现有技术SiCOH介质很难达到的内聚强度区域。
已知，Si-C键的极化比Si-O键小。进一步，已知有机聚合物介质具有比有机硅酸盐玻璃高的断裂韧度，并且不易于应力侵蚀破裂(如Si-O基介质一样)。这说明向SiCOH介质中加入更多的有机聚合物含量和更多的Si-O键可以减小上述水退化效应，并增加如塑性的非线性能量耗散机制。向SiCOH中加入更多的有机聚合物含量将导致介质具有增加的断裂韧度和减小的环境敏感度。
已知在其它领域，一些材料例如有机橡胶的机械特性，可以通过包括加入化学物质以引起或形成交联化学键的特定交联反应提高。这可以增加材料的弹性模量、玻璃转化温度和内聚强度，以及在一些情况下，可以增加对氧化、水吸收及退化的抵抗。这些交联键可以折叠，从而在拉伸应力下它们可以提供一定量的分子轴向伸长而不断裂，有效地增加了材料的断裂韧度。一个最有名的例子是，如由Charles Goodyear和Thomas Hancock各自独立发明的，通过加入硫或过氧化物并进行固化，“硫化”天然或合成橡胶。当向纯胶胶料中加入硫或过氧化物时，经常伴随苯胺或其它催化剂，随后材料在加热、加压下固化，硫在聚合物分子链之间形成折叠或倾斜的聚合物交联，使它们弹性结合。结果是一种具有增强的内聚强度和高的对湿气和其它化学物质的抵抗的大大加强的材料。硫化从根本上使橡胶在许多全球性应用和工业中能普遍使用。
考虑到现有技术低和超低k SiCOH介质具有上述缺点，存在对开发一类SiCOH介质的需要，该介质即多孔又致密，具有约3.2或更小的介电常数值，位于图1中限定的万有曲线之上的显著提高的内聚强度对k曲线。对于图1中的特殊情况，断裂韧度和内聚强度是等同的。还存在对开发一类SiCOH介质的需要，该介质即多孔又致密，具有可能包括Si-S，S-S，S-CH键的特定C键合形式，具有较大的有机特征，特别是在图2A和2B的阴影区域中的增强的防水性，以及允许此膜在ULSI器件的新应用中使用的良好机械性能。
发明内容
本发明的一个目的是提供包括Si、C、O和H原子(下文中“SiCOH”)的低和超低k介电常数材料，该材料具有不大于3.2的介电常数，以及通过沟道断裂或三明治4点弯曲断裂机械测试，不小于约6J/m2并优选不小于约7J/m2的增强的内聚强度。
本发明的另一个目的是提供具有共价键合的三维网状结构的SiCOH介质，该介质包括C键合为Si-CH3官能团，以及C还键合为Si-R-Si、-[CH2]n-、HC＝CH(即双键)、C＝CH2、C≡C(即三键)或[S]n联接，其中R是苯基(即-C6H4-)，n大于或等于1。在一个优选实施例中，SiCOH介质包括Si-[CH2]n-Si，其中n是1或3。
本发明的另一个目的是提供SiCOH介质材料，其中C原子键合为Si-CH2-Si(通过固态NMR和通过FTIR检测)的部分大于在现有技术SiCOH介质中的部分。
本发明的另一个目的是提供具有不大于3.2的介电常数的SiCOH介质材料，该材料具有的CS对％湿度的图显示对湿度的弱依赖性。即，在给定的介电常数下，本发明的SiCOH介质材料具有比图2A和2B中示出的斜率更小的斜率，且因此在PH2O的特定值下的内聚强度位于图2A或2B中的线的上面，在阴影区域内。“弱依赖性”意味着本发明的SiCOH介质在图中具有比现有技术材料更低的斜率。在本发明内，这通过降低反应活性部位(Si-O-Si)的数目获得。CS对ln PH2O的曲线斜率通过反应活性Si-O-Si部位的密度决定。当降低Si-O-Si部位的数目降低对湿度的敏感度时，也降低了线性依赖于Si-O-Si键密度的内聚强度。然而，本发明的介质材料，通过结合成Si-C类型的键，如上所述，其展现出或不展现出进一步提高材料的机械强度的非线性变形行为，克服了内聚强度的初始下降(因为Si-O-Si键密度的降低)。最终结果是在干燥环境中具有的内聚强度与具有相同介电常数的Si-O基介质的内聚强度相比至少相等，但优选大于更大，并且本发明的介质材料具有显著减小的环境敏感度。
本发明的另一个目的是提供具有不大于3.2的介电常数的SiCOH介质材料，该材料暴露在H2O气(湿气)中很稳定，包括防止在水中破裂的形成。
本发明的另一个目的是提供在BEOL布线结构中结合本发明的SiCOH材料作为级内或级间介质的电子结构。
本发明的另一个目的是提供用于沉积的PECVD方法和用于固化本发明的SiCOH介质材料的合适方法。
本发明的另一个目的是提供电子结构(例如，电路板或无源模拟器件)其中使用了本发明的SiCOH介质材料。
概括地说，本发明提供一种介质材料，包括Si、C、O和H，其中部分C原子键合为Si-CH3官能团，以及另一部分C原子键合为Si-R-Si、-[CH2]n-、HC＝CH(即双键)、C＝CH2、C≡C(即三键)或[S]n联接，其中R是苯基(即-C6H4-)，n大于或等于1。根据本发明，在材料的全部碳原子中键合为Si-R-Si的部分通常在0.01到0.99之间，如固态NMR所检测。在一个优选实施例中，SiCOH介质包括Si-[CH2]n-Si，其中n是1或3。
在本发明的第一实施例中，提供了一种稳定的超低k SiCOH介质材料，该材料具有的介电常数为3.0、拉伸应力为30MPa或更小、弹性模量大于15GPa、内聚强度显著大于6J/m2，例如从约6到约12J/m2、对于3微米厚的膜在水中的裂纹扩展速率不大于1×10-10m/sec、以及部分C原子键合为Si-CH2-Si官能团，其中所述亚甲基CH2的C部分从约.05到约.5，如通过C固态NMR所测量。
在本发明的第二实施例中，提供了一种稳定的超低k SiCOH介质材料，该材料具有的介电常数小于约2.5、拉伸应力小于约40MPa、弹性模量大于约5GPa、内聚强度大于约3到约6J/m2、对于3微米厚的膜在水中的裂纹扩展速率不大于1×10-10m/sec、以及部分C原子键合为Si-CH2-Si官能团，其中C部分从约.05到约.5，如通过C固态NMR所测量。
在本发明的可选实施例中，有的C键合为Si-CH3，而有的C键合为Si-R-Si，其中R是不同的有机官能团。
在本发明材料的所有实施例中，与现有技术SiCOH和pSiCOH介质的Si-CH3键特征相比，改善的C-Si键是本材料的一个特征。
在本发明的可选实施例中，也可能有C-S、Si-S和可选的S-S键。
除了前述特性以外，本发明的介质材料是疏水的，水接触角大于70°，更优选大于80°，并展现出在图2A和2B的阴影中的内聚强度。图2A中示出的线的等式是γ(J/m2)＝-1.094J/m2*X+10.97J/m2，其中X是PH2O的ln，P的单位为Pa。图2B中示出的线的等式是γ(J/m2)＝-0.662J/m2*X+6.759J/m2，其中X是PH2O的ln，P的单位为Pa。
本发明还涉及电子结构，其中本发明的SiCOH介质材料在电子结构中可以用作级间或级内介质、覆层、和/或硬掩膜/抛光停止层。
具体，本发明的电子结构包括预处理的半导体衬底，该衬底具有在第一绝缘材料层中嵌入的第一金属区域，在第二绝缘材料层中嵌入的第一导体区域，第二绝缘材料层与第一绝缘材料层紧密接触，第一导体区域与第一金属区域电连接，并且第二导体区域与第一导体区域电连接并嵌入第三绝缘材料层，第三绝缘材料层与第二绝缘材料层紧密接触。
在上述结构中，每个绝缘层可以包括具有本发明的提高的C键的本发明的低或超低k SiCOH介质材料。
电子结构还可以包括位于第一绝缘材料层与第二绝缘材料层之间的介质覆层，并且还包括位于第二绝缘材料层与第三绝缘材料层之间的介质覆层。电子结构还可以包括在第二绝缘材料层与第三绝缘材料层之间的第一介质覆层和在第三绝缘材料层顶部的第二介质覆层。
在一些实施例中，介质覆层本身可以包括本发明的低或超低k SiCOH介质材料。
电子结构可以进一步包括沉积在第二和第三绝缘材料层的至少一个上的介质材料的扩散阻挡层。电子结构还可以包括在第二绝缘材料层顶部的介质层，用作RIE硬掩膜/抛光停止层，以及在介质RIE硬掩膜/抛光停止层顶部的介质扩散阻挡层。电子结构还可以包括在第二绝缘材料层顶部的第一介质RIE硬掩膜/抛光停止层，在第一介质抛光层顶部的第一介质RIE扩散阻挡层，在第三绝缘材料层顶部的第二介质RIE硬掩膜/抛光停止层以及在第二介质抛光停止层顶部的第二介质扩散阻挡层。介质RIE硬掩膜/抛光停止层也可以包括本发明的SiCOH介质材料。
本发明还涉及制造本发明的SiCOH材料的各种方法。
本发明还涉及本发明的SiCOH介质膜在其它电子结构中的应用，包括至少两个导体和一个光电传感结构的结构，用于光探测。
图1是内聚强度对介电常数的万有曲线，示出了现有技术介质。
图2A-2B示出了对于现有技术SiCOH介质的内聚强度对在受控腔内的H2O压的自然log(ln)。
图3是内聚强度对介电常数的万有曲线，包括如图1中所示的现有技术介质以及本发明的SiCOH介质材料。
图4A示出了可以用于本发明形成SiCOH介质材料的优选第一前体，而图4B1和4B2示出了可以使用的其它CVD碳硅烷前体。
图5是固态NMR(核磁共振)谱，对于本发明的SiCOH膜A的13C核素(曲线31)，对于现有技术SiCOH膜B(曲线35)，以及对于另一现有技术SiCOH膜C(曲线37)。
图6是本发明的电子器件的放大截面图，该器件包括本发明的SiCOH介质膜作为级内介质层和级间介质层。
图7是图6的电子结构的放大截面图，该结构具有沉积在本发明的SiCOH介质膜顶部的另外的扩散阻挡介质覆层。
图8是图7的电子结构的放大截面图，该结构具有沉积在抛光停止层顶部的另外的RIE硬掩膜/抛光停止介质覆层和介质覆层扩散阻挡层。
图9是图8的电子结构的放大截面图，该结构具有沉积在本发明的SiCOH介质膜顶部的另外的RIE硬掩膜/抛光停止介质层。
图10(通过截面图)示出了包括至少两个导体和本发明的SiCOH介质材料的电子结构。
图11A-11B(通过截面图)示出了包括传感元件和本发明的SiCOH介质材料的电子结构。
具体实施例方式
如上所述，本发明提供一种介质材料(多孔或致密，即无孔)，包括氢化氧化硅碳材料(SiCOH)基体并具有约3.2或更小的介电常数，所述SiCOH包括以共价键合的三维网状结构中的Si、C、O和H元素。术语“三维网状”在整个本申请中表示包括在x、y和z方向上互连并相关的硅、碳、氧和氢的SiCOH介质材料。
本发明提供SiCOH介质，该介质具有共价键合的三维网状结构，其中C键合为Si-CH3官能团，并且C还键合为Si-R-Si、-[CH2]n、HC＝CH(即双键)、C＝CH2、C≡C(即三键)或[S]n联接，其中R是苯基(即-C6H4-)，n大于或等于1。在本发明的一些实施例中，本发明的介质材料具有全部碳原子的键合为Si-R-Si的部分在0.01到0.99之间，如固态NMR所确定。在一个优选实施例中，SiCOH介质包括Si-[CH2]n-Si其中n是1或3。在优选实施例中，材料中的全部碳原子离子键合为Si-CH2-Si的部分介于0.05和0.5之间，如固态NMR所检测。
本发明的SiCOH介质材料包括在约5和约40之间，优选从约10到约20原子百分比的Si；在约5和约50之间，优选从约15到约40原子百分比的C；在约0和约50之间，优选从约10到约30原子百分比的O；以及在约10和约55之间，优选从约20到约45原子百分比的H。
在一些实施例中，本发明的SiCOH介质材料还可以包括F和/或N。然而在本发明的另一些实施例中，SiCOH介质材料可以可选地使Si原子部分由Ge原子替代。可能出现在本发明的介质材料中的这些可选元素的量，取决于在沉积过程中使用的包括可选元素的前体的量。
本发明的SiCOH介质材料可选地包括分子量级的孔隙(即纳米量级的孔隙)，孔隙直径介于约0.3到约10纳米之间，并优选介于约0.4到约5纳米之间，这可以进一步降低SiCOH介质材料的介电常数。纳米量级的孔隙所占的体积在材料体积的约0.5％到约50％之间。当存在这些孔隙时，该材料已知为多孔SiCOH或“pSiCOH”。
图3示出了内聚强度对介电常数的万有曲线，包括如图1中所示的现有技术介质以及本发明的SiCOH介质材料。图3中的图示出了在相等的k值下本发明的SiCOH介质具有比现有技术介质高的内聚强度。在图1和3中，k为相对介电常数。
在本发明的第一实施例中，提供了一种稳定的超低k SiCOH介质材料，该材料的介电常数为3.0、拉伸应力为30MPa或更小、弹性模量大于15GPa、内聚强度大于约6J/m2、对于3微米的膜厚在水中的裂纹扩展速率不大于1×10-10m/sec、以及部分C原子键合为Si-CH2-Si官能团，其中提供的所述亚甲基CH2的C部分为约0.1。在本发明中并如上所述，这一部分可以介于约0.05到约0.5，如通过C固态NMR测量。
在本发明的第二实施例中，提供了一种稳定的超低k SiCOH介质材料，该材料的介电常数小于2.5、拉伸应力从约30MPa到约40MPa或更小、弹性模量大于5GPa、内聚强度大于约4J/m2、对于3微米的膜厚在水中的裂纹扩展速率不大于1×10-10m/sec、以及部分C原子键合为Si-CH2-Si官能团，其中亚甲基的C部分从约0.05到约0.5，如通过C固态NMR测量。
在本发明的一些实施例中，有的碳键合为Si-CH3，有的C键合为Si-R-Si，这里R是不同的有机团。
在本发明的一些实施例中，本发明的介质材料的特征是(i)致密或多孔并具有在干燥环境，即完全无水环境中大于约3J/m2的内聚强度，以及小于约2.5的介电常数，(ii)致密或多孔并具有在25℃下在1570Pa的水压下大于约3J/m2的内聚强度以及小于约3.2的介电常数(相对湿度为50％)，或(iii)致密或多孔并具有在25℃下在1570Pa的水压下大于约2.1J/m2的内聚强度以及小于约2.5的介电常数。
本发明的SiCOH介质与现有技术SiCOH或pSiCOH介质的Si-CH3键合特征相比，具有更多的碳键合在两个Si原子之间桥接的有机官能团中。
在本发明的一些其它实施例中，在本发明的SiCOH介质中可能有C-S、Si-S和可选的S-S键合。
除了上述特性以外，本发明的SiCOH介质材料是疏水的，水接触角大于70°，更优选大于80°，并展现出在图2A和2B的阴影中的内聚强度。
本发明的SiCOH介质材料典型地利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积。除了PECVD以外，本发明还预期利用化学气相沉积(CVD)、高密度等离子体(HDP)、脉冲PECVD、旋涂装置或其它相关方法形成SiCOH介质材料。
在沉积过程中，这样形成本发明的SiCOH介质材料，通过提供包括Si、C、O和H原子的第一碳硅烷或烷氧基碳硅烷前体(液体，气体或蒸汽)以及如He或Ar的惰性载气进入反应器，优选反应器为PECVD反应器，并随后利用有效形成本发明的SiCOH介质材料的条件在合适衬底上沉积来自所述第一前体的膜。本发明还进一步向混合气体提供如O2、N2O、CO2或其组合的可选氧化剂，从而稳定反应器中的反应物并提高沉积到衬底上的介质膜的特性和均匀性。第一前体可以包括硫或其S衍生物。
在本发明中，第一前体包括下列化合物中的至少一种1，3-二硅环丁烷、1，3-二硅丙烷、1，5-二硅戊烷、1，4-二-三氢甲硅烷基苯或这些化合物的甲氧基和乙氧基替代衍生物。
用于形成本发明的SiCOH介质的一些优选化合物的示例性实例包括1，1，3，3-四氢-1，3-二硅环丁烷，1，1，3，3-四甲氧基(乙氧基)-1，3-二硅环丁烷，1，3-二甲基-1，3-二甲氧基-1，3-二硅环丁烷，1，3-二硅环丁烷，1，3-二甲基-1，3-二氢-1，3-二甲硅烷基环丁烷，1，1，3，3-四甲基-1，3-二硅环丁烷，1，1，3，3，5，5-六甲氧基-1，3，5-丙硅烷，1，1，3，3，5，5-六氢-1，3，5-丙硅烷，1，1，3，3，5，5-六甲基-1，3，5-丙硅烷，1，1，1，3，3，3-六甲氧基(乙氧基)-1，3-二硅丙烷，1，1，3，3-四甲氧基-1-甲基-1，3-二硅丁烷，1，1，3，3-四甲氧基-1，3-二硅丙烷，1，1，1，3，3，3-六氢-1，3-二硅丙烷，3-(1，1-二甲氧基-1-硅乙基)-1，4，4-三甲氧基-1-甲基-1，4-二硅戊烷，甲氧基甲烷，2-(二甲氧基硅甲基)-1，1，4-三甲氧基-1，4-二硅丁烷，甲氧基甲烷，1，1，4-三甲氧基-1，4-二硅-2-(三甲氧基甲硅烷基甲基)丁烷，二甲氧基甲烷，甲氧基甲烷，1，1，1，5，5，5-六甲氧基-1，5-二硅戊烷，1，1，5，5-四甲氧基-1，5-二硅己烷，1，1，5，5-四甲氧基-1，5-二硅戊烷，1，1，1，4，4，4-六甲氧基(乙氧基)-1，4-二甲硅烷基丁烷，1，1，1，4，4，4-六氢-1，4-二硅丁烷，1，1，4，4-四甲氧基(乙氧基)-1，4-二甲基-1，4-二硅丁烷，1，4-双-三甲氧基(乙氧基)甲硅烷基苯，1，4-双-二甲氧基甲基甲硅烷基苯，以及1，4-双-三氢甲硅烷基苯。此外，相应的位替换异构体例如1，1，1，4，4，4-六甲氧基(乙氧基)-1，4-二硅丁-2-烯，1，1，1，4，4，4-六甲氧基(乙氧基)-1，4-二硅丁-2-炔，1，1，3，3-四甲氧基(乙氧基)-1，3-二硅环戊烷，1，3-二硅环戊烷，1，1，3，3-四甲基-1，3-二硅环戊烷，1，1，3，3-四甲氧基(乙氧基)-1，3-乙硅烷，1，3-二甲氧基(乙氧基)-1，3-二甲基-1，3-乙硅烷，1，3-乙硅烷，1，3-二甲氧基-1，3-乙硅烷，1，1-二甲氧基(乙氧基)-3，3-二甲基-1-丙基-3-硅丁烷，或2-硅丙烷。
除了上述材料以外，本发明还预期其硫衍生物。
图4A示出了可以用于本发明形成SiCOH介质材料的优选第一前体。图4B图示了可以用于本发明形成SiCOH介质材料的其它CVD碳硅烷前体。在这里还预期在图4A和4B中示出的化合物的硫衍生物。
可选地，可以向反应器加入第二SiCOH前体，例如，二乙氧基甲基硅烷、八甲基四硅氧烷、四甲基四硅氧烷、三甲基硅烷或可选的其它普通烷基硅烷或烷氧基硅烷(环形或线形)分子。
可选地，可以向反应器加入包括C-S-C或C-[S]n-C或Si-S-Si或Si-[S]n-Si键合的前体。
除了第一前体以外，可以使用包括C、H和可选的O、F和/或N原子的第二前体(液体，气体或蒸汽)。可选地，还可以使用包括Ge的第三前体(液体，气体或蒸汽)。
第二和第三前体可以是碳氢化合物分子，如在美国专利6,147,009，6,312,793，6,441,491，6,437,443，6,441,491，6,541,398，6,479,110B2和6,497,963中描述，在此引入其内容作为参考。
本发明的方法可以进一步包括以下步骤提供平行板反应器，该反应器具有在约85cm2和约750cm2之间的衬底卡盘的传导区域，以及在衬底和顶部电极之间的在约1cm到约12cm之间的间隙。向一个电极提供频率在约0.45MHz和约200MHz之间的高频RF功率。可选地，可以向一个电极提供比第一RF功率频率低的其它RF功率。
用于沉积步骤的条件可以改变，这依赖于本发明的SiCOH介质材料的最终介电常数的要求。概括地，用于提供包括Si、C、O、H元素，具有介电常数约3.2或更小、拉伸应力小于45MPa、弹性模量从约2GPa到约15GPa、以及硬度从约0.2到约2GPa的稳定介质材料的条件包括设置衬底温度在约100℃和约425℃之间；设置高频RF功率密度在约0.1W/cm2和约2.0W/cm2之间；设置第一液体前体流速在约10mg/min和约5000mg/min之间，可选地设置第二液体前体流速在约10mg/min和约5000mg/min之间；可选地设置第三液体前体流速在约10mg/min和约5000mg/min之间；可选地设置惰性载气如氦(或/和氩)流速在约10sccm和约5000sccm之间；设置反应器压力在约1000mTorr和约10,000mTorr之间；以及设置高频RF功率在约50W和约1000W之间。可选地，可以向等离子体施加在约20W和约400W之间的超低频功率。当衬底卡盘的传导区域通过因子X改变时，向衬底卡盘施加的RF功率也通过因子X改变。
当在本发明中采用氧化剂时，它以在约10sccm到约1000sccm之间的流速流入PECVD反应器。
当在上面的实例中使用液体前体时，技术上已知，有机硅气相前体(例如三甲基硅烷)也可以用于沉积。
通过上述方法得到的膜这里称为“沉积后膜”。
根据本发明，本发明的稳定SiCOH介质材料的形成要求几个步骤的组合-采用在方法实施例中如下给定的特定范围值内的沉积设备参数，在第一步骤中在衬底上沉积所述材料，形成沉积后膜；-利用热、UV光、电子束照射、化学能或这些能量中多于一种的组合固化或处理所述材料，形成最终的膜，具有这里描述的希望机械和其它特性。例如，在沉积后处理SiCOH膜(利用热能和第二能源)使膜稳定并获得性能的提高。第二能源可以是电磁辐射(UV、微波，等等)，带电粒子(电子或离子束)或者是化学(利用在等离子体中形成的氢原子、或其它反应气体)在优选处理中，将衬底(包括根据上述方法沉积的膜)放入具有可控环境(真空或具有低O2和H2O浓度的超纯惰性气体)的紫外(UV)处理设备中。可以使用脉冲或连续UV源。
在本发明中，UV处理设备可以与沉积设备相连(“串连”)，或者可以是分离的设备。
如现有技术所公知，将在单个处理设备上串连的两个分离的处理室中在本发明中实施两种方法步骤，或两个室在分离的处理设备中(“解串连”)。对于多孔SiCOH膜，固化步骤可以包括与介质材料共沉积的牺牲碳氢化合物(多孔)成分的去除步骤。在本发明中可以使用的合适的牺牲碳氢化合物成分包括但不限于在美国专利6,147,009，6,312,793，6,441,491，6,437,443，6,441,491，6,541,398，6,479,110B2和6,497,963中提到的第二前体，在此引入其内容作为参考。
下面的实例说明了本发明的材料和方法实施例。
实例1SiCOH材料A在此实例中，本发明的SiCOH介质，称作SiCOH膜A，该膜根据本发明制造，通过图5和下面表1中的数据描述了其特性。用于比较，在图5和表1中还示出了SiCOH膜B和C，具有约2.7-2.8的介电常数的“典型”现有技术SiCOH膜。
参考图5，此图显示用于本发明的SiCOH膜A的13C核素的固态NMR(核磁共振)谱。峰33对应与Si键合的CH3甲基官能团的13C，峰33的峰宽是因为CH3官能团在不同的磁性环境中。峰32归于在两个Si原子之间桥接-CH2-核素的Si-CH2-Si中的13C。基于峰32的高度，在膜中以亚甲基桥连官能团-CH2-存在的C的部分是全部C的约0.1。因为峰33和32交叠，这仅仅只是估计。没有测量该面积。同样，在图5中曲线35是从SiCOH膜B测得并且曲线37是从SiCOH膜C测得。可见，作为典型现有技术SiCOH膜的其它SiCOH膜的谱35和37(NMR谱)包含归于CH3官能团的峰33。谱35和37不包含峰32。
下面的表1总结了从SiCOH膜A、B和C测得的FTIR(傅立叶变换红外光谱)谱。表中的数字是FTIR峰下的积分面积，且最后一列是两个FTIR峰面积的比值。计算(CH2+CH3)/Si-CH3的比率的目的是显示CH2核素在本发明的SiCOH膜A中对(CH2+CH3)的FTIR峰面积的贡献的增强。可见，在本发明的SiCOH膜A中此比率约为0.9，而在典型SiCOH膜例如SiCOH膜B和C中约为0.6。此外，SiCOH膜A比膜B或C包括更多CH2核素。从NMR分析，这些归于在本发明的SiCOH膜A中的Si-CH2-Si。
表1
实例2第一方法实施例将300mm或200mm的衬底放入PECVD反应器中350℃的加热晶片卡盘上。也可以用300℃-425℃之间的温度。在本发明中可以用任何PECVD沉积反应器。随后稳定气体和液体前体流量以达到从0.1到10Torr范围内的气压，并且向反应器喷头(showerhead)施加RF辐射持续约5到约500秒之间的时间。
特别地并对于包含增强Si-CH2-Si桥接亚甲基碳(上述)的本发明的SiCOH介质材料A的生长，单种SiCOH前体是OMCTS(八甲基环四硅氧烷)，设置流量为2500mg/m、氧O2流量为220sccm、氦He气流量为2000sccm，稳定所述流量以达到5Torr的反应器气压。晶片卡盘设置为350℃，且将频率为13.6MHz的400W的高频RF功率施加于喷头，并且向衬底施加频率为13.6MHz的60W的低频RF功率。膜沉积速率是2025埃/min。
实例3第二方法实施例将300mm或200mm的衬底放入PECVD反应器中300℃-425℃，并优选350℃-400℃的加热晶片卡盘上。在本发明中可以用任何PECVD沉积反应器。随后稳定气体和液体前体流量以达到从0.1到10Torr范围内的气压，并且向反应器喷头施加RF辐射持续约5到约500秒之间的时间。
特别地对于包含增强Si-CH2-Si桥接亚甲基碳(上述)的本发明的SiCOH介质的生长，使用的条件包括1，1，1，3，3，3-六甲氧基-1，3-二硅丙烷流量为2500mg/m、氧O2流量为220sccm、氦He气流量为2000sccm，稳定所述流量以达到5Torr的反应器气压。晶片卡盘设置为350℃，且将频率为13.6MHz的500W的高频RF功率施加于喷头，并且向衬底施加频率为13.6MHz的160W的低频RF功率。膜沉积速率在10-100埃/秒范围内。
如技术上已公知的，每个上述方法参数可以在上述本发明的范围内调节。例如，包括但不限于0.26、0.35、0.45MHz的不同RF频率也可以用在本发明中。同样例如，O2流量可以是零，并且包括N2O、CO或CO2的可选氧化剂可用于替代O2。同样，在前体1，1，1，3，3，3-六甲氧基-1，3-二硅丙烷中，甲氧基替代官能团可以由氢、甲基或乙氧基官能团替代。同样前体1，3-二硅环丁烷(H3Si-CH2-Si(H2)-CH3)可以在可选实施例中使用，并且如技术上已公知的，O2以及其它气体的流量可以调节。
在其它可选实施例中，可以使用在图4A和4B中示出的任何碳硅烷前体。
实例4第三方法实施例将300mm或200mm的衬底放入PECVD反应器中300℃-425℃，并优选350℃-400℃的加热晶片卡盘上。在本发明中可以用任何PECVD沉积反应器。随后稳定气体和液体前体流量以达到从0.1到10Torr范围内的气压，并且向反应器喷头施加RF辐射持续约5到约500秒之间的时间。
对于具有k大于等于1.8以及增强Si-CH2-Si桥接亚甲基碳的SiCOH材料的生长，使用两种前体，具体1，3-二硅环丁烷和DEMS(二乙氧基甲基硅烷)。在本发明中，包括不仅限于OMCTS、TMCTS或二甲基二甲氧基硅烷的任何烷氧基硅烷前体可用于替代DEMS。同样，在本发明中，烷氧基硅烷前体(用于替代DEMS)可以是具有内嵌式成孔剂的有机硅前体，并且可以可选地包括如下的一种乙烯基甲基二乙氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基二甲基乙氧基硅烷，环己烯基乙基三乙氧基硅烷，1，1-二乙氧基-1-硅杂环戊-3-烯，二乙烯基四甲基二硅氧烷，2-(3，4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷，2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，环氧己基三乙氧基硅烷，六乙烯基二硅氧烷，三乙烯基甲氧基硅烷，三乙烯基乙氧基硅烷，乙烯基甲基乙氧基硅烷，乙烯基甲基二乙氧基硅烷，乙烯基甲基二甲氧基硅烷，乙烯基五甲基二硅氧烷，乙烯基四甲基二硅氧烷，乙烯基三乙氧基硅烷，以及乙烯基三甲氧基硅烷。
如技术上已公知的，可以加入如O2的气体，并且可以由如Ar、CO2或其它惰性气体的气体替代He气。
使用的条件包括DEMS流量为2000mg/m，1，3-二硅环丁烷流量为100到1000mg/m，且He气流量为1000sccm，稳定所述流量以达到6Torr的反应器气压。晶片卡盘设置为350℃，且将470W的高频RF功率施加于喷头，并且向衬底施加0W即没有LRF的低频RF(LRF)功率。膜沉积速率约为2,000-4,000埃/秒。
如技术上已公知的，每个上述方法参数可以在上述本发明的范围内调节。例如，包括但不限于0.26、0.35、0.45MHz的不同RF频率也可以用在本发明中。同样例如，可以使用如O2的氧化剂或包括N2O、CO或CO2的可选氧化剂。特别地，晶片卡盘的温度可以更低，例如，150℃-350℃。
虽然1，3-二硅环丁烷是提供增强部分的Si-CH2-Si桥接亚甲基碳的优选碳硅烷，但是也可以使用上述其它碳硅烷或烷氧基碳硅烷前体，包括但不限于图4A和4B中示出的前体。
在可选实施例中，调节条件以产生具有从1.8上到2.7的介电常数的SiCOH膜。
在可选实施例中，可以通过这里给定的示例使用选定的碳硅烷前体，加入其它官能团作为在Si和Si之间的桥接官能团。为了加入在Si原子之间桥接的-CH2-CH2-CH2-官能团，可以从1，3-二硅氧烷，1，1，3，3-四甲氧基(乙氧基)-1，3-二硅氧烷或1，1，3，3-四甲基-1，3-二硅氧烷中选择选定的碳硅烷前体。
为了加入在Si原子之间桥接的苯基官能团，可以从1，4-双-三甲氧基(乙氧基)甲硅烷基苯，1，4-双-二甲氧基甲基甲硅烷基苯，1，4-双-三氢甲硅烷基苯或相关的含Si的苯衍生物中选择选定的碳硅烷前体。
为了加入在Si原子之间桥接的HC＝CH官能团，可以从1，1，1，4，4，4-六甲氧基(乙氧基)-1，4-二硅丁-2-烯或其它含Si的乙烯衍生物中选择选定的碳硅烷前体。
为了加入在Si原子之间桥接的C≡C(三键)官能团，选定的碳硅烷前体可以是1，1，1，4，4，4-六甲氧基-1，4-二硅丁-2-烯，1，1，1，4，4，4-六乙氧基-1，4-二硅丁-2-烯或其它含Si的乙炔衍生物。
在上述实例中，前体被描述为具有甲氧基和乙氧基替代官能团，但是这些可以由氢或甲基官能团替代，并且在本发明中可以使用包括甲氧基、乙氧基、氢和甲基替代官能团的混合物的碳硅烷分子。
实例5第四方法实施例将300mm或200mm的衬底放入PECVD反应器中300℃-425℃，并优选350℃-400℃的加热晶片卡盘上。在本发明中可以用任何PECVD沉积反应器。随后稳定气体和液体前体流量以达到从0.1到10Torr范围内的气压，并且向反应器喷头施加RF辐射持续约5到约500秒之间的时间。
对于具有k大于等于1.8以及增强Si-CH2-Si桥接亚甲基碳的SiCOH材料的生长，使用单种烷氧基碳硅烷前体。优选图4A中示出的线性前体。
使用的条件包括单前体流量为2000mg/m，并且He气流量为1000sccm，稳定所述流量以达到6Torr的反应器气压。晶片卡盘设置为350℃，且将470W的高频RF功率施加于喷头，并且向衬底施加0W即没有LRF的低频RF(LRF)功率。膜沉积速率约为1,000-5,000埃/秒。
如技术上已公知的，每个上述方法参数可以在本发明范围内调节。特别地，晶片卡盘温度可以更低，例如150℃-350℃。如技术上已公知的，可以加入如O2的气体，可以由如Ar、CO2或其它惰性气体的气体替代He。
在可选的实施例中，调节条件以产生具有从1.8上升到2.7的介电常数的SiCOH膜。
虽然图4A的线性前体是提供增强部分的Si-CH2-Si桥接亚甲基碳的优选烷氧基碳硅烷，但是可以使用本发明从细节上描述的上述可选烷氧基碳硅烷。可以通过这里给定的示例使用选定的碳硅烷前体加入其它官能团。为了加入在Si原子之间桥接的-CH2-CH2-CH2-官能团，可以从1，3-二硅氧烷，1，1，3，3-四甲氧基(乙氧基)-1，3-二硅氧烷或1，1，3，3-四甲基-1，3-二硅氧烷中选择选定的碳硅烷前体。
为了加入在Si原子之间桥接的苯基官能团，可以从1，4-双-三甲氧基(乙氧基)甲硅烷基苯，1，4-双-二甲氧基甲基甲硅烷基苯，1，4-双-三氢甲硅烷基苯或相关的含Si的苯衍生物中选择选定的碳硅烷前体。
为了加入在Si原子之间桥接的HC＝CH官能团，可以从1，1，1，4，4，4-六甲氧基(乙氧基)-1，4-二硅丁-2-烯或其它含Si的乙烯衍生物中选择选定的碳硅烷前体。
为了加入在Si原子之间桥接的C≡C(三键)官能团，选定的碳硅烷前体可以是1，1，1，4，4，4-六甲氧基-1，4-二硅丁-2-烯，1，1，1，4，4，4-六乙氧基-1，4-二硅丁-2-烯或其它含Si的乙炔衍生物。
在上述实例中，前体被描述为具有甲氧基和乙氧基替代官能团，但是这些可以由氢或甲基官能团替代，并且在本发明中可以使用包括甲氧基、乙氧基、氢和甲基替代官能团的混合物的碳硅烷分子。
实例6第五方法实施例将300mm或200mm的衬底放入PECVD反应器中的300℃-425℃，并优选350℃-400℃的加热晶片卡盘上。在本发明中可以用任何PECVD沉积反应器。随后稳定气体和液体前体流量以达到从0.1到10Torr范围内的气压，并且向反应器喷头施加RF辐射持续约5到约500秒之间的时间。
在此实例中并对于具有k大于等于1.8以及增强Si-CH2-Si桥接亚甲基碳或在两Si原子之间桥接的其它有机官能团的多孔SiCOH材料的生长，根据技术上已公知的方法加入成孔剂。成孔剂可以是二环庚二烯(BCHD)、或其它分子，例如，在美国专利6,147,009，6,312,793，6,441,491，6,437,443，6,441,491，6,541,398，6,479,110B2和6,497,963中描述。
对于SiCOH前体，优选在图4A中示出的线性烷氧基硅烷前体。
使用的条件包括前体流量为100-2000mg/m，He气流量为10-500sccm，且成孔剂流量约50-2000mg/m，稳定所述流量以达到7Torr的反应器气压。晶片卡盘设置为225℃，且将300W的高频RF功率施加于喷头，并且向衬底施加0W即没有LRF的低频RF(LRF)功率。膜沉积速率约为1,000-5,000埃/秒。
如技术上已公知的，每个上述方法参数可以在本发明内调节。例如，晶片卡盘温度可以在150℃-350℃之间。
虽然图4A的优选线性烷氧基碳硅烷是有用的，在本发明内可以用上述任何烷氧基碳硅烷。同样在本发明内，可以使用两种SiCOH前体，例如DEMS和碳硅烷或上述烷氧基碳硅烷。如技术上已公知的，可以加入如O2、N2O或其它氧化剂的气体，并且可以由如Ar、CO2或其它惰性气体的气体替代He。再次，其它官能团，如在上面实例中描述，可以用来形成在两个Si原子之间的桥接官能团。
在图6-9中示出了可以包括本发明的SiCOH介质的电子器件。应该注意在图6-9中示出的器件仅是本发明的示例性实例，通过本发明独创的方法还可以形成无数其它器件。
在图6中，示出了在硅衬底32上形成的电子器件30。在硅衬底32的顶部，首先形成具有第一金属区域36镶嵌其中的绝缘材料层34。在第一金属区域36上实施CMP工艺后，在第一绝缘材料层34和第一金属区域36的顶部沉积本发明的SiCOH介质膜38。第一绝缘材料层34可以合适地由氧化硅、氮化硅、掺杂的各种这些材料或任何其它合适的绝缘材料形成。随后在光刻工艺中构图SiCOH介质膜38，接着进行蚀刻，并在其上沉积导体层40。在第一导体层40上执行CMP工艺后，通过等离子体增强化学沉积工艺在第一SiCOH介质膜38和第一导体层40上沉积本发明的SiCOH膜的第二层44。导体层40可以沉积金属材料或非金属导电材料。例如，铝或铜的金属材料，或氮化物或多晶硅的非金属材料。第一导体40与第一金属区域36电连接。
在SiCOH介质膜44上实施光刻工艺、接着进行蚀刻并接着第二导体材料的沉积工艺之后，形成第二导体区域50。第二导体区域50还可以沉积与在沉积第一导体层40中使用的类似的金属材料或非金属材料。第二导体区域50与第一导体区域40电连接并嵌入SiCOH介质膜的第二层44。SiCOH介质膜的第二层与SiCOH介质材料的第一层38紧密接触。在此实例中，SiCOH介质膜的第一层38是级内介质材料，而SiCOH介质膜的第二层44既是级内又是级间介质。基于本发明的SiCOH介质膜的低介电常数，通过第一绝缘层38和第二绝缘层44可以得到较好的绝缘特性。
图7示出了与图6中示出的电子器件30类似的本发明电子器件60，除了具有在第一绝缘材料层38和第二绝缘材料层44之间沉积的附加介质覆层62。介质覆层62可合适地由如氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、碳氮化硅(SiCN)、碳氧化硅(SiCO)以及它们的氢化化合物的材料形成。附加介质覆层62的功能是作为扩散阻挡层，用于防止第一导体层40扩散进入第二绝缘层44或进入下面的层，特别是进入层34和32。
图8示出了本发明电子器件70的另一可选实施例。在电子器件70中，使用两个附加介质覆层72和74，担当RIE掩膜和CMP(化学机械抛光)抛光停止层。在第一超低k绝缘材料层38顶部沉积第一介质覆层72，并用作RIE掩膜和CMP停止，因此第一导体层40和层72在CMP后近似共面。第二介质层74的功能类似于层72，然而层74用来平整化第二导体层50。抛光停止层74可以沉积合适的介质材料，例如氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、碳氧化硅(SiCO)以及它们的氢化化合物。用于层72或74的优选抛光停止层成分是SiCH或SiCOH。为了相同的目的，可以在第二SiCOH介质膜44顶部添加第二介质层。
图9示出了本发明电子器件80的另一可选实施例。在此可选实施例中，沉积介质材料的附加层82并因此将第二绝缘材料层44分成两个分离层84和86。由本发明的超低k材料形成的级内或级间介质层44因此在过孔92和互连94之间的边界上分成层间介质层84和级内介质层86。还在上介质层74顶部沉积附加扩散阻挡层96。通过此可选实施例电子结构80提供的附加好处是介质层82担当RIE蚀刻停止，提供较好的互连深度控制。从而，选择层82的成分以提供关于层86的蚀刻选择性。
其它可选实施例可以包括这样的电子结构，该结构具有在布线结构中作为级内或级间介质的绝缘材料层，该布线结构包括预处理的半导体衬底，该衬底具有嵌入第一绝缘材料层的第一金属区域，嵌入第二绝缘材料层的第一导体区域，其中第二绝缘材料层与第一绝缘材料层紧密接触，并且第一导体区域与第一金属区域电连接，第二导体区域与第一导体区域电连接并嵌入第三绝缘材料层，其中第三绝缘材料层与第二绝缘材料层紧密接触，在第二绝缘材料层与第三绝缘材料层之间的第一介质覆层和在第三绝缘材料层顶部的第二介质覆层，其中第一和第二介质覆层由包括Si、C、O和H原子的材料或优选本发明的SiCOH介质膜形成。
本发明的其它可选实施例包括这样的电子结构，该结构具有在布线结构中作为级内或级间介质的绝缘材料层，该布线结构包括预处理的半导体衬底，该衬底具有嵌入第一绝缘材料层的第一金属区域，嵌入第二绝缘材料层的第一导体区域，其中第二绝缘材料层与第一绝缘材料层紧密接触，第一导体区域与第一金属区域电连接，第二导体区域与第一导体区域电连接并嵌入第三绝缘材料层，第三绝缘材料层与第二绝缘材料层紧密接触，并且在第二和第三绝缘材料层的至少一层上沉积由本发明的介质膜形成的扩散阻挡层。
本发明的其它可选实施例包括这样的电子结构，该结构具有在布线结构中作为级内或级间介质的绝缘材料层，该布线结构包括预处理的半导体衬底，该衬底具有嵌入第一绝缘材料层的第一金属区域，嵌入第二绝缘材料层的第一导体区域，其中第二绝缘材料层与第一绝缘材料层紧密接触，第一导体区域与第一金属区域电连接，第二导体区域与第一导体区域电连接并嵌入第三绝缘材料层，第三绝缘材料层与第二绝缘材料层紧密接触，第二绝缘材料层顶部的反应离子蚀刻(RIE)硬掩膜/抛光停止层，以及RIE硬掩膜/抛光停止层顶部的扩散阻挡层，其中RIE硬掩膜/抛光停止和扩散阻挡层由本发明的SiCOH介质膜形成。
本发明的其它可选实施例包括这样的电子结构，该结构具有在布线结构中作为级内或级间介质的绝缘材料层，该布线结构包括预处理的半导体衬底，该衬底具有嵌入第一绝缘材料层的第一金属区域，嵌入第二绝缘材料层的第一导体区域，其中第二绝缘材料层与第一绝缘材料层紧密接触，第一导体区域与第一金属区域电连接，第二导体区域与第一导体区域电连接并嵌入第三绝缘材料层，第三绝缘材料层与第二绝缘材料层紧密接触，第二绝缘材料层顶部的第一RIE硬掩膜、抛光停止层，第一RIE硬掩膜/抛光停止层顶部的第一扩散阻挡层，第三绝缘材料层顶部的第二RIE硬掩膜/抛光停止层，以及第二RIE硬掩膜/抛光停止层顶部的第二扩散阻挡层，其中RIE硬掩膜/抛光停止层和扩散阻挡层由本发明的SiCOH介质膜形成。
本发明的其它可选实施例包括这样的电子结构，该结构具有与紧接上面描述类似的布线结构中作为级内或级间介质的绝缘材料层，但是该布线结构还包括位于级间介质层和级内介质层之间的由本发明的SiCOH介质膜形成的介质覆层。
在例如图10中所示的一些实施例中，电子结构包括至少两种金属导体元素(标记为标号97和101)和SiCOH介质材料(标记为标号98)。可选地，金属接触95和102用于电接触导体97和101。本发明的SiCOH介质98提供两个导体之间的电隔离和低电容。利用所述本领域的技术人员公知的常规技术制造电子结构，例如，在美国专利6,737,727中，在此引其整个内容作为参考。
至少两种金属导体元素被构图为包括如感应器、电阻器、电容器或谐振器的无源或有源电路元件的功能要求的形状。
另外，本发明的SiCOH可以用在电子传感结构中，其中在图11A或11B中示出的光电传感元件(探测器)被本发明的SiCOH介质材料层包围。利用本领域的技术人员公知的常规技术制造该电子结构。参考图11A，示出了p-i-n二极管结构，其可以是用于IR信号的高速Si基光探测器。n+衬底是110，且在其上是本征半导体区域112，且在区域112内形成p+区域114，完成p-i-n层的顺序。层116是介质(如SiO2)用于将金属接触118从衬底隔离。接触118提供与p+区域的电连接。整个结构由本发明的SiCOH介质材料120覆盖。此材料在IR区域是透明的，并用作钝化层。
在图11B中示出了第二光传感结构，这是一个简单的p-n结光电二极管，其可以是高速IR光探测器。参考图11B，与衬底的金属接触是122，且其上面是n-型半导体区域124，并且在此区域内形成p+区域126，完成p-n结结构。层128是介质(如SiO2)，用于从衬底隔离金属接触130。接触130提供与p+区域的电连接。整个结构由本发明的SiCOH介质材料132覆盖。此材料在IR区域是透明的，并用作钝化层。
虽然本发明以示例性方式进行了描述，应该明白，使用的术语旨在以自然的词汇描述而不是限制。此外，虽然本发明以优选的和几个可选的实施例进行了描述，应该意识到，本领域的技术人员可以容易地将这些教导用到本发明的其它可能的变形中。
权利要求
1.一种介质材料，包括Si、C、O和H原子，并具有共价键合的三维无规网状结构，其中部分C原子键合为Si-CH3官能团，以及另一部分C原子键合为Si-R-Si、-[CH2]n-、HC＝CH、C＝CH2、C≡C或[S]n联接，其中R是苯基，n大于或等于1。
2.根据权利要求1的介质材料，还包括F、N或Ge中的至少一种。
3.根据权利要求1的介质材料，其中在所述材料中所述全部碳原子的键合为Si-R-Si的所述部分介于0.01和0.99之间。
4.根据权利要求1的介质材料，其中所述材料是致密的或多孔的，并具有在干燥环境中大于约6J/m2的内聚强度和小于约3.2的介电常数。
5.根据权利要求1的介质材料，其中所述材料是致密的或多孔的，并具有在干燥环境中大于约3J/m2的内聚强度和小于约2.5的介电常数。
6.根据权利要求1的介质材料，其中所述材料是致密的或多孔的，并具有在25℃下在1570Pa的水压下大于约3J/m2的内聚强度和小于约3.2的介电常数。
7.根据权利要求1的介质材料，其中所述材料是致密的或多孔的，并具有在25℃下在1570Pa的水压下大于约2.1J/m2的内聚强度和小于约2.5的介电常数。
8.根据权利要求1的介质材料，其中所述材料具有位于图2A或2B的阴影区域中的内聚强度。
9.一种互连结构，位于包括至少一种介质材料的衬底上，所述材料包括至少Si、C、O、H原子，并具有共价键合的三维网状结构，其中部分C原子键合为Si-CH3官能团，以及另一部分C原子键合为Si-R-Si、-[CH2]n-、HC＝CH、C＝CH2、C≡C或[S]n联接，其中R是苯基，n大于或等于1。
10.根据权利要求9的互连结构，其中所述介质材料还包括F、N或Ge中的至少一种。
11.根据权利要求9的互连结构，其中在所述材料中所述全部碳原子的键合为Si-R-Si的所述部分介于0.01和0.99之间。
12.根据权利要求9的互连结构，其中所述材料是多孔的或致密的，并具有大于约6J/m2的内聚强度和小于约3.2的介电常数。
13.根据权利要求9的互连结构，其中所述材料是多孔的或致密的，并具有大于约3J/m2的内聚强度和小于约2.5的介电常数。
14.根据权利要求9的互连结构，其中所述材料是致密的或多孔的，并具有在25℃下在1570Pa的水压下大于约3J/m2的内聚强度和小于约3.2的介电常数。
15.根据权利要求9的互连结构，其中所述材料是致密的或多孔的，并具有在25℃下在1570Pa的水压下大于约2.1J/m2的内聚强度和小于约2.5的介电常数。
16.根据权利要求9的互连结构，其中所述材料具有位于图2A或2B的阴影区域中的内聚强度。
17.一种电子结构，包含至少两种金属导体元素和一种绝缘介质，其中所述介质包括至少Si、C、O、H原子并具有共价键合的三维网状结构，其中部分C原子键合为Si-CH3官能团，以及另一部分C原子键合为Si-R-Si、-[CH2]n-、HC＝CH、C＝CH2、C≡C或[S]n联接，其中R是苯基，n大于或等于1。
18.根据权利要求17的电子结构，其中以无源或有源电路元件的功能要求的形状构图所述至少两种金属导体元素。
19.根据权利要求18的电子结构，其中所述无源或有源电路元件包括感应器、电阻器、电容器或谐振器中的一种。
20.一种电子传感结构，被绝缘介质层包围，其中所述介质包括至少Si、C、O、H原子，并具有共价键合的三维网状结构，其中部分C原子键合为Si-CH3官能团，以及另一部分C原子键合为Si-R-Si、-[CH2]n-、HC＝CH、C＝CH2、C≡C或[S]n联接，其中R是苯基，n大于或等于1。
21.一种制造SiCOH介质材料的方法，包括以下步骤将衬底放入反应器中，提供至少第一前体，所述第一前体包含Si、C、O和H原子，所述第一前体包括碳硅烷或烷氧基碳硅烷分子；以及通过选择条件在所述衬底上沉积源自所述第一前体的介质膜，所述条件有效提供具有3.2或更小的介电常数的SiCOH介质，其中所述介电膜包括至少Si、C、O、H原子，并具有共价键合的三维网状结构，其中部分C原子键合为Si-CH3官能团，以及另一部分C原子键合为Si-R-Si、-[CH2]n-、HC＝CH、C＝CH2、C≡C或[S]n联接，其中R是苯基，n大于或等于1。
22.根据权利要求21的方法，其中所述第一前体选自1，1，3，3-四氢-1，3-二硅环丁烷，1，1，3，3-四甲氧基(乙氧基)-1，3-二硅环丁烷，1，3-二甲基-1，3-二甲氧基-1，3-二硅环丁烷，1，3-二硅环丁烷，1，3-二甲基-1，3-二氢-1，3-二甲硅烷基环丁烷，1，1，3，3-四甲基-1，3-二硅环丁烷，1，1，3，3，5，5-六甲氧基-1，3，5-丙硅烷，1，1，3，3，5，5-六氢-1，3，5-丙硅烷，1，1，3，3，5，5-六甲基-1，3，5-丙硅烷，1，1，1，3，3，3-六甲氧基(乙氧基)-1，3-二硅丙烷，1，1，3，3-四甲氧基-1-甲基-1，3-二硅丁烷，1，1，3，3-四甲氧基-1，3-二硅丙烷，1，1，1，3，3，3-六氢-1，3-二硅丙烷，3-(1，1-二甲氧基-1-硅乙基)-1，4，4-三甲氧基-1-甲基-1，4-二硅戊烷，甲氧基甲烷，2-(二甲氧基硅甲基)-1，1，4-三甲氧基-1，4-二硅丁烷，甲氧基甲烷，1，1，4-三甲氧基-1，4-二硅-2-(三甲氧基甲硅烷基甲基)丁烷，二甲氧基甲烷，甲氧基甲烷，1，1，1，5，5，5-六甲氧基-1，5-二硅戊烷，1，1，5，5-四甲氧基-1，5-二硅己烷，1，1，5，5-四甲氧基-1，5-二硅戊烷，1，1，1，4，4，4-六甲氧基(乙氧基)-1，4-二甲硅烷基丁烷，1，1，1，4，4，4-六氢-1，4-二硅丁烷，1，1，4，4-四甲氧基(乙氧基)-l，4-二甲基-1，4-二硅丁烷，l，4-双-三甲氧基(乙氧基)甲硅烷基苯，1，4-双-二甲氧基甲基甲硅烷基苯，1，4-双-三氢甲硅烷基苯，1，1，1，4，4，4-六甲氧基(乙氧基)-1，4-二硅丁-2-烯，1，1，1，4，4，4-六甲氧基(乙氧基)-1，4-二硅丁-2-炔，1，1，3，3-四甲氧基(乙氧基)-1，3-二硅环戊烷，1，3-二硅环戊烷，1，1，3，3-四甲基-1，3-二硅环戊烷，1，1，3，3-四甲氧基(乙氧基)-1，3-乙硅烷，1，3-二甲氧基(乙氧基)-1，3-二甲基-1，3-乙硅烷，1，3-乙硅烷，1，3-二甲氧基-1，3-乙硅烷，1，1-二甲氧基(乙氧基)-3，3-二甲基-1-丙基-3-硅丁烷，以及2-硅丙烷。
23.根据权利要求21的方法，还包括利用至少一种能量源处理所述沉积介质膜，所述能量源包括热能量源、UV光、电子束、化学、微波或等离子体。
24.根据权利要求21的方法，其中所述至少一种能量源是脉冲或连续的UV光，以及所述步骤在300℃-450℃的衬底温度下并利用包括150-370nm之间的至少一种UV波长的光进行。
25.根据权利要求21的方法，还包括在提供所述至少第一前体之前调节所述衬底的温度的步骤。
26.根据权利要求21的方法，还包括在所述提供和沉积步骤之间将能量源施加到所述反应器的步骤。
27.根据权利要求21的方法，还包括提供第二前体，所述第二前体包括C、H原子和可选地O、F或N和Ge中的至少一种原子。
28.根据权利要求21的方法，还包括在沉积之前向所述第一前体添加成孔剂前体。
29.根据权利要求21的方法，还包括在沉积之前向所述第一前体添加惰性气体或氧化剂中的至少一种。
30.根据权利要求21的方法，还包括提供包括Si、C、O和H原子的第二前体，所述第二前体选自二乙氧基甲基硅烷，二甲基二甲氧基硅烷，八甲基环四硅氧烷，四甲基环四硅氧烷，乙烯基甲基二乙氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基二甲基乙氧基硅烷，环己烯基乙基三乙氧基硅烷，1，1-二乙氧基-1-硅杂环戊-3-烯，二乙烯基四甲基二硅氧烷，2-(3，4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷，2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，环氧己基三乙氧基硅烷，六乙烯基二硅氧烷，三乙烯基甲氧基硅烷，三乙烯基乙氧基硅烷，乙烯基甲基乙氧基硅烷，乙烯基甲基二乙氧基硅烷，乙烯基甲基二甲氧基硅烷，乙烯基五甲基二硅氧烷，乙烯基四甲基二硅氧烷，乙烯基三乙氧基硅烷，以及乙烯基三甲氧基硅烷。
全文摘要
本发明提供了一种低k介质材料，用于包括互连和传感结构的电子结构中，具有增强的内聚强度，包括Si、C、O和H原子，其中部分C原子键合为Si－CH
文档编号H01L21/70GK1819180SQ20061000217
公开日2006年8月16日 申请日期2006年1月18日 优先权日2005年1月21日
发明者D·C·埃德尔斯坦, S·M·盖茨, A·格里尔, M·莱恩, R·D·米勒, D·A·诺伊迈尔, S·V·恩古源 申请人:国际商业机器公司