介电常数降低的改进二氧化硅绝缘膜及其形成方法

专利名称：介电常数降低的改进二氧化硅绝缘膜及其形成方法
技术领域：
本发明涉及介电常数降低的二氧化硅绝缘膜及其形成方法，而且涉及在半导体器件的多层互连之间的介电常数降低的二氧化硅层间绝缘体及其形成方法，此外还涉及具有带介电常数降低的二氧化硅层间绝缘体的多层互连结构的半导体器件及其制造方法。
随着超大规模集成电路的集成度的提高，半导体集成器件的特征尺寸已降低至亚微米数量级，而且多层互连技术变得愈加重要。为了使不同层的互连电绝缘，在不同层的互连之间设置层间绝缘体。除了良好的间隙填充特性之外，层间绝缘体需要具有高温下的高稳定性和强的电绝缘特性。在已有技术中，二氧化硅膜、氮化硅膜和磷硅玻璃膜例如用做不同层的互连之间的层间绝缘体。这些层间绝缘体通常由各种化学汽相淀积技术形成。
近年来，根据现代大规模集成电路的设计标准，对进一步降低半导体集成器件的特征尺寸的需求增大。半导体集成器件的特征尺寸的进一步减小已带来严重问题，由于互连之间的寄生电容导致的互连上信号传输的延迟，而不是集成的各个器件的信号延迟。即使能够实现半导体集成器件特征尺寸的明显减小，大规模集成电路的高速性能上的改进，也将受限于由于互连之间的寄生电容导致的互连上信号传输的延迟问题。
为了实现大规模集成电路高速性能的进一步改进，重要的是尽可能地减少互连之间的寄生电容。由于互连之间的寄生电容取决于层间绝缘体的介电常数，即为了减小互连之间的寄生电容，必须减小层间绝缘体的介电常数。二氧化硅膜有利于与LSI工艺的匹配，但难以从εr=3．9大幅度降低介电常数。
在1994年的干法工艺论文集，pp．133中，提出把氟引入二氧化硅膜中，以此减小介电常数。为了把介电常数减小至约3．5，需要在二氧化硅膜中添加百分之几十的氟，从而二氧化硅膜呈现吸湿特性，而且引起氟的水解。结果，二氧化硅膜中的氟不稳定。由于此原因，难以把含氟二氧化硅膜的介电常数减小至约3．5以下。
已有技术中已提出使用旋涂法淀积旋涂玻璃膜。此旋涂玻璃膜存在残留溶剂或残留水分的问题。
在日本专利申请公开8-227888中，提出通过化学汽相淀积法向二氧化硅膜添加烷基。但是，此烷基在高温下不稳定。
在上述情况下，需要开发不存在上述问题的新型二氧化硅膜及其形成方法。
因此，本发明的目的在于提供一种不存在上述问题的新型二氧化硅绝缘膜。
本发明的再一目的在于提供一种介电常数降低的新型二氧化硅绝缘膜。
本发明的又一目的在于提供一种高温下具有足够稳定性的新型二氧化硅绝缘膜。
本发明的另一目的在于提供一种无任何残留杂质例如水分的新型二氧化硅绝缘膜。
本发明的另一目的在于提供一种不存在上述问题的二氧化硅绝缘膜的新型形成方法。
本发明的另一目的在于提供一种介电常数降低的二氧化硅绝缘膜的新型形成方法。
本发明的另一目的在于提供一种高温下具有足够稳定性的二氧化硅绝缘膜的新型形成方法。
本发明的另一目的在于提供一种无任何残留杂质例如水分的二氧化硅绝缘膜的新型形成方法。
本发明的又一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件，该结构具有不存在上述问题的改进二氧化硅层间绝缘体。
本发明的又一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件，该结构具有介电常数降低的改进二氧化硅层间绝缘体。
本发明的又一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件，该结构具有高温下具有足够稳定性的改进二氧化硅层间绝缘体。
本发明的又一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件，该结构具有无任何残留杂质例如水分的改进二氧化硅层间绝缘体。
本发明的又一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件，该结构具有能够降低互连之间的寄生电容的改进二氧化硅层间绝缘体。
本发明的又一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件，该结构具有改进二氧化硅层间绝缘体，由此能够具有不存在因互连之间的寄生电容而产生的在互连上信号传输实质延迟问题的半导体器件。
本发明的又一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件，该结构具有改进二氧化硅层间绝缘体，由此能够具有不存在因互连之间的串扰而产生其它问题的半导体器件。
本发明的又一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件，该结构具有改进二氧化硅层间绝缘体，可使半导体器件呈现高速性能。
本发明的又一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件，该结构具有改进二氧化硅层间绝缘体，可使半导体器件按比例缩小。
本发明的另一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件形成方法，该结构具有不存在上述问题的改进二氧化硅层间绝缘体。
本发明的另一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件形成方法，该结构具有介电常数降低的改进二氧化硅层间绝缘体。
本发明的另一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件形成方法，该结构具有高温下具有足够稳定性的改进二氧化硅层间绝缘体。
本发明的另一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件形成方法，该结构具有无任何残留杂质例如水分的改进二氧化硅层间绝缘体。
本发明的另一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件形成方法，该结构具有能够降低互连之间的寄生电容的改进二氧化硅层间绝缘体。
本发明的另一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件形成方法，该结构具有改进二氧化硅层间绝缘体，由此能够具有不存在因互连之间的寄生电容而产生的在互连上信号传输实质延迟问题的半导体器件。
本发明的另一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件形成方法，该结构具有改进二氧化硅层间绝缘体，由此能够具有不存在因互连之间的串扰而产生其它问题的半导体器件。
本发明的另一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件形成方法，该结构具有改进二氧化硅层间绝缘体，可使半导体器件呈现高速性能。
本发明的另一目的在于提供一种具有多层互连结构的半导体器件形成方法，该结构具有改进二氧化硅层间绝缘体，可使半导体器件按比例缩小。
本发明提供一种具有二氧化硅主成分的绝缘体，其中绝缘体包括至少一种分布于其中的有机聚合物。至少一种有机聚合物在具有二氧化硅主成分的绝缘体中的分布，将导致绝缘体介电常数的降低。亦即，具有有机聚合物分布其中的二氧化硅主成分的绝缘体的介电常数，低于具有二氧化硅主成分而无有机聚合物的绝缘体的介电常数。存在分布的有机聚合物有利于防止形成高密度的Si-O键合。这导致具有二氧化硅主成分的绝缘体或者二氧化硅绝缘体的密度有一定的降低。绝缘体密度的降低导致其介电常数的下降。而且，在二氧化硅中引入有机聚合物，使得二氧化硅中的Si-O键合改变为硅与有机聚合物之间的其它键合结构。键合结构的这种变化引起电子态的变化，以致电极化降低。如果电极化降低，则介电常数也降低。由此原因，把有机聚合物引入二氧化硅引起具有二氧化硅主成分的绝缘体介电常数降低。
通过以下说明将可了解本发明的上述和其它目的、特征和优点。
以下将参考附图具体说明根据本发明的优选实施例。


图1是形成根据本发明的包括苯核分布于其中的二氧化硅绝缘膜所用平行板等离子体化学汽相淀积系统的示意图。
图2是根据本发明在硅烷流速为零、苯基三甲基硅烷流速为50sccm的条件下淀积二氧化硅膜时，测量的二氧化硅膜的红外吸收光谱与波数的曲线图。
图3是根据本发明所用的低压化学汽相淀积系统的示意图。
图4是在根据本发明的第9实施例中的具有多层互连结构的半导体器件的局部正视剖面图，该结构具有含苯核的介电常数降低的二氧化硅膜。
图5A～5H是在根据本发明的第9实施例中的具有多层互连结构的半导体器件形成方法的局部正视剖面图，该结构具有含苯核的介电常数降低的二氧化硅层间绝缘体。
图6是根据本发明的第10实施例中的具有多层互连结构的半导体器件的局部正视剖面图，该结构具有介电常数降低的多孔二氧化硅膜。
图7A～7H是在根据本发明的第10实施例中的具有多层互连结构的半导体器件形成方法的局部正视剖面图，该结构具有介电常数降低的多孔二氧化硅膜。
图8是根据本发明的第11实施例中的具有多层互连结构的半导体器件的局部正视剖面图，该结构具有介电常数降低的多孔二氧化硅膜。
图9A～9H是在根据本发明的第11实施例中的具有多层互连结构的半导体器件形成方法的局部正视剖面图，该结构具有介电常数降低的多孔二氧化硅膜。
本发明第一方案提供一种具有二氧化硅主成分的绝缘体，其中绝缘体包括分布于其中的至少一种有机聚合物。至少一种有机聚合物在具有二氧化硅主成分的绝缘体中的分布，将导致绝缘体介电常数的降低。亦即，具有有机聚合物分布其中的二氧化硅主成分的绝缘体的介电常数，低于具有二氧化硅主成分而无有机聚合物的绝缘体的介电常数。存在分布的有机聚合物有利于防止形成高密度的Si-O键合。这导致具有二氧化硅主成分的绝缘体或者二氧化硅绝缘体的密度有一定的降低。绝缘体密度的降低导致其介电常数的下降。而且，在二氧化硅中引入有机聚合物，使得二氧化硅中的Si-O键合改变为硅与有机聚合物之间的其它键合结构。键合结构的这种变化引起电子态的变化，以致电极化降低。如果电极化降低，则介电常数也降低。由此原因，把有机聚合物引入二氧化硅引起具有二氧化硅主成分的绝缘体介电常数降低。
为了使绝缘体具有高温下的稳定性，有机聚合物最好具有含强键合的桥接结构。如果具有二氧化硅主成分的绝缘体包括具有含强键合的桥接结构的有机聚合物，则绝缘体具有高温下的高稳定性和高的抗分解性，但是挥发性低。这种绝缘体是稳定的。绝缘体的这种高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的特性，允许绝缘体中有机成分含量增加。绝缘体中有机成分含量增加导致具有二氧化硅主成分的绝缘体介电常数进一步降低，同时保持绝缘体的高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的优点和期望的特性。
有机聚合物最好包括苯核。至少一种苯核在具有二氧化硅主成分的绝缘体中的分布，将导致绝缘体介电常数的降低。亦即，具有含苯核分布其中的二氧化硅主成分的绝缘体的介电常数，低于具有二氧化硅主成分而无苯核的绝缘体的介电常数。存在分布的苯核有利于防止形成高密度的Si-O键合。这导致具有二氧化硅主成分的绝缘体或者二氧化硅绝缘体的密度有一定的降低。绝缘体密度的降低导致其介电常数的下降。而且，在二氧化硅中引入苯核，使得二氧化硅中的Si-O键合改变为硅与苯核之间的其它键合结构。键合结构的这种变化引起电子态的变化，以致电极化降低。如果电极化降低，则介电常数也降低。由此原因，把苯核引入二氧化硅引起具有二氧化硅主成分的绝缘体介电常数降低。为了使绝缘体具有高温下的稳定性，苯核具有含强键合的桥接结构。如果具有二氧化硅主成分的绝缘体包括具有含强键合的桥接结构的苯核，则绝缘体具有高温下的高稳定性和高的抗分解性，但是挥发性低。这种绝缘体是稳定的。绝缘体的这种高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的特性，允许绝缘体中有机成分含量增加。绝缘体中有机成分含量增加导致具有二氧化硅主成分的绝缘体介电常数进一步降低，同时保持绝缘体的高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的优点和期望的特性。
此外，苯核最好具有与硅原子的键合结构。可以通过使用苯基三甲基硅烷或苯基三甲氧基硅烷作为苯核源，在用于形成绝缘体的化学汽相淀积中形成这种键合结构。
而且，苯核也可以没有与硅原子的键合结构。可以通过使用具有单苯核结构的有机物质形成这种键合结构，例如甲苯、苯和二甲苯。另外，也可以使用具有多苯核结构的有机物质，例如萘、联二苯和蒽。
绝缘体最好具有不大于30at％的碳成分。
本发明的第二方案提供一种具有二氧化硅主成分的绝缘体，其中绝缘体包括通过除去分布于绝缘体的至少一种有机聚合物而形成的孔隙。在具有二氧化硅主成分的绝缘体中存在许多孔隙导致绝缘体介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅绝缘体的介电常数，低于具有分布于其中的有机聚合物的二氧化硅绝缘体的介电常数。
绝缘体最好包括通过除去有机聚合物而形成的孔隙，该有机聚合物具有含强键合的桥接结构。在具有二氧化硅主成分的绝缘体中存在许多孔隙导致绝缘体介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅绝缘体的介电常数，低于具有分布于其中的有机聚合物的二氧化硅绝缘体的介电常数。
绝缘体最好包括通过除去苯核而形成的孔隙。在具有二氧化硅主成分的绝缘体中存在许多孔隙导致绝缘体介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅绝缘体的介电常数，低于具有分布于其中的有机聚合物的二氧化硅绝缘体的介电常数。
绝缘体最好包括通过除去有与硅原子的键合结构的苯核而形成的孔隙。
绝缘体也可以包括通过除去没有与硅原子的键合结构的苯核而形成的孔隙。
绝缘体也可以包括通过除去分布于绝缘体中的苯核而形成的孔隙，苯核含量对应于不大于30at％的碳含量。
本发明的第三方案提供一种设置在半导体器件中的绝缘膜。此绝缘膜具有二氧化硅主成分，其中绝缘膜包括分布于其中的至少一种有机聚合物。至少一种有机聚合物在具有二氧化硅主成分的绝缘膜中的分布，将导致绝缘膜介电常数的降低。亦即，具有含有机聚合物分布其中的二氧化硅主成分的绝缘膜的介电常数，低于具有二氧化硅主成分而无有机聚合物的绝缘膜的介电常数。存在分布的有机聚合物有利于防止形成高密度的Si-O键合。这导致具有二氧化硅主成分的绝缘膜或者二氧化硅绝缘膜的密度有一定的降低。绝缘膜密度的降低导致其介电常数的下降。而且，在二氧化硅中引入有机聚合物，使得二氧化硅中的Si-O键合改变为硅与有机聚合物之间的其它键合结构。键合结构的这种变化引起电子态的变化，以致电极化降低。如果电极化降低，则介电常数也降低。由此原因，把有机聚合物引入二氧化硅引起具有二氧化硅主成分的绝缘膜介电常数降低。
为了使绝缘膜具有高温下的稳定性，有机聚合物最好具有含强键合的桥接结构。如果具有二氧化硅主成分的绝缘膜包括具有含强键合的桥接结构的有机聚合物，则绝缘膜具有高温下的高稳定性和高的抗分解性，但是挥发性低。这种绝缘膜是稳定的。绝缘膜的这种高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的特性，允许绝缘膜中有机成分含量增加。绝缘膜中有机成分含量增加导致具有二氧化硅主成分的绝缘膜介电常数进一步降低，同时保持绝缘膜的高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的优点和期望的特性。
有机聚合物最好包括苯核。至少一种苯核在具有二氧化硅主成分的绝缘膜中的分布，将导致绝缘膜介电常数的降低。亦即，具有含苯核分布其中的二氧化硅主成分的绝缘膜的介电常数，低于具有二氧化硅主成分而无苯核的绝缘膜的介电常数。存在分布的苯核有利于防止形成高密度的Si-O键合。这导致具有二氧化硅主成分的绝缘膜或者二氧化硅绝缘膜的密度有一定的降低。绝缘膜密度的降低导致其介电常数的下降。而且，在二氧化硅中引入苯核，使得二氧化硅中的Si-O键合改变为硅与苯核之间的其它键合结构。键合结构的这种变化引起电子态的变化，以致电极化降低。如果电极化降低，则介电常数也降低。由此原因，把苯核引入二氧化硅引起具有二氧化硅主成分的绝缘膜介电常数降低。为了使绝缘膜具有高温下的稳定性，苯核具有含强键合的桥接结构。如果具有二氧化硅主成分的绝缘膜包括具有含强键合的桥接结构的苯核，则绝缘膜具有高温下的高稳定性和高的抗分解性，但是挥发性低。这种绝缘膜是稳定的。绝缘膜的这种高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的特性，允许绝缘膜中有机成分含量增加。绝缘膜中有机成分含量增加导致具有二氧化硅主成分的绝缘膜介电常数进一步降低，同时保持绝缘膜的高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的优点和期望的特性。
此外，苯核最好具有与硅原子的键合结构。可以通过使用苯基三甲基硅烷或苯基三甲氧基硅烷作为苯核源，在用于形成绝缘体的化学汽相淀积中形成这种键合结构。
而且，苯核也可以没有与硅原子的键合结构。可以通过使用具有单苯核结构的有机物质形成这种键合结构，例如甲苯、苯和二甲苯。另外，也可以使用具有多苯核结构的有机物质，例如萘、联二苯和蒽。
绝缘体最好具有不大于30at％的碳成分。
本发明的第四方案提供一种设置在半导体器件中的绝缘膜。绝缘膜具有二氧化硅主成分，其中绝缘膜包括通过除去分布于绝缘膜的至少一种有机聚合物而形成的孔隙。在具有二氧化硅主成分的绝缘膜中存在许多孔隙导致绝缘膜介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅绝缘膜的介电常数，低于具有分布于其中的有机聚合物的二氧化硅绝缘膜的介电常数。
绝缘膜最好包括通过除去有机聚合物而形成的孔隙，该有机聚合物具有含强键合的桥接结构。在具有二氧化硅主成分的绝缘膜中存在许多孔隙导致绝缘膜介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅绝缘膜的介电常数，低于具有分布于其中的有机聚合物的二氧化硅绝缘膜的介电常数。
绝缘膜最好包括通过除去苯核而形成的孔隙。在具有二氧化硅主成分的绝缘膜中存在许多孔隙导致绝缘膜介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅绝缘膜的介电常数，低于具有分布于其中的有机聚合物的二氧化硅绝缘膜的介电常数。
绝缘膜最好包括通过除去具有与硅原子的键合结构的苯核而形成的孔隙。
绝缘膜也可以包括通过除去没有与硅原子的键合结构的苯核而形成的孔隙。
绝缘膜也可以包括通过除去分布于绝缘膜中的苯核而形成的孔隙，苯核含量对应于不大于30at％的碳含量。
本发明的第五方案提供一种设置在半导体器件中的第一互连层与第二互连层之间的层间绝缘体，第二互连层位于第一互连层之上。层间绝缘体具有二氧化硅主成分，其中层间绝缘体包括分布于其中的至少一种有机聚合物。至少一种有机聚合物在具有二氧化硅主成分的层间绝缘体中的分布，将导致层间绝缘体介电常数的降低。亦即，具有有机聚合物分布其中的二氧化硅主成分的层间绝缘体的介电常数，低于具有二氧化硅主成分而无有机聚合物的层间绝缘体的介电常数。存在分布的有机聚合物有利于防止形成高密度的Si-O键合。这导致具有二氧化硅主成分的层间绝缘体或者二氧化硅层间绝缘体的密度有一定的降低。层间绝缘体密度的降低导致其介电常数的下降。而且，在二氧化硅中引入有机聚合物，使得二氧化硅中的Si-O键合改变为硅与有机聚合物之间的其它键合结构。键合结构的这种变化引起电子态的变化，以致电极化降低。如果电极化降低，则介电常数也降低。由此原因，把有机聚合物引入二氧化硅引起具有二氧化硅主成分的层间绝缘体介电常数降低。
为了使层间绝缘体具有高温下的稳定性，有机聚合物最好具有含强键合的桥接结构。如果具有二氧化硅主成分的层间绝缘体包括具有含强键合的桥接结构的有机聚合物，则层间绝缘体具有高温下的高稳定性和高的抗分解性，但是挥发性低。这种层间绝缘体是稳定的。层间绝缘体的这种高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的特性，允许层间绝缘体中有机成分含量增加。层间绝缘体中有机成分含量增加导致具有二氧化硅主成分的层间绝缘体介电常数进一步降低，同时保持层间绝缘体的高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的优点和期望的特性。
有机聚合物最好包括苯核。至少一种苯核在具有二氧化硅主成分的层间绝缘体中的分布，将导致层间绝缘体介电常数的降低。亦即，具有含苯核分布其中的二氧化硅主成分的层间绝缘体的介电常数，低于具有二氧化硅主成分而无苯核的层间绝缘体的介电常数。存在分布的苯核有利于防止形成高密度的Si-O键合。这导致具有二氧化硅主成分的层间绝缘体或者二氧化硅层间绝缘体的密度有一定的降低。层间绝缘体密度的降低导致其介电常数的下降。而且，在二氧化硅中引入苯核，使得二氧化硅中的Si-O键合改变为硅与苯核之间的其它键合结构。键合结构的这种变化引起电子态的变化，以致电极化降低。如果电极化降低，则介电常数也降低。由此原因，把苯核引入二氧化硅引起具有二氧化硅主成分的层间绝缘体介电常数降低。为了使层间绝缘体具有高温下的稳定性，苯核具有含强键合的桥接结构。如果具有二氧化硅主成分的层间绝缘体包括具有含强键合的桥接结构的苯核，则层间绝缘体具有高温下的高稳定性和高的抗分解性，但是挥发性低。这种层间绝缘体是稳定的。层间绝缘体的这种高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的特性，允许层间绝缘体中有机成分含量增加。层间绝缘体中有机成分含量增加导致具有二氧化硅主成分的层间绝缘体介电常数进一步降低，同时保持层间绝缘体的高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的优点和期望的特性。
此外，苯核最好具有与硅原子的键合结构。可以通过使用苯基三甲基硅烷或苯基三甲氧基硅烷作为苯核源，在用于形成层间绝缘体的化学汽相淀积中形成这种键合结构。
而且，苯核也可以没有与硅原子的键合结构。可以通过使用具有单苯核结构的有机物质形成这种键合结构，例如甲苯、苯和二甲苯。另外，也可以使用具有多苯核结构的有机物质，例如萘、联二苯和蒽。
绝缘体最好还具有不大于30at％的碳成分。
本发明的第六方案提供一种设置在半导体器件中的第一互连层与第二互连层之间的层间绝缘体，第二互连层位于第一互连层之上。层间绝缘体具有二氧化硅主成分，其中层间绝缘体包括通过除去分布于层间绝缘体的至少一种有机聚合物而形成的孔隙。在具有二氧化硅主成分的层间绝缘体中存在许多孔隙导致层间绝缘体介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅层间绝缘体的介电常数，低于具有分布于其中的有机聚合物的二氧化硅层间绝缘体的介电常数。
层间绝缘体最好包括通过除去有机聚合物而形成的孔隙，该有机聚合物具有含强键合的桥接结构。在具有二氧化硅主成分的层间绝缘体中存在许多孔隙导致层间绝缘体介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅层间绝缘体的介电常数，低于具有分布于其中的有机聚合物的二氧化硅层间绝缘体的介电常数。
层间绝缘体最好包括通过除去苯核而形成的孔隙。在具有二氧化硅主成分的层间绝缘体中存在许多孔隙导致层间绝缘体介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅层间绝缘体的介电常数，低于具有分布于其中的有机聚合物的二氧化硅层间绝缘体的介电常数。
层间绝缘体最好包括通过除去有与硅原子的键合结构的苯核而形成的孔隙。
层间绝缘体也可以包括通过除去没有与硅原子的键合结构的苯核而形成的孔隙。
层间绝缘体也可以包括通过除去分布于层间绝缘体中的苯核而形成的孔隙，苯核含量对应于不大于30at％的碳含量。
本发明第七方案提供一种包括以下元件的多层互连结构。至少一个第一层互连在绝缘层上延伸。层间绝缘体在绝缘层上延伸，以使层间绝缘体覆盖第一层互连。层间绝缘体具有至少一个通孔。层间绝缘体具有二氧化硅主成分。至少一个第二层互连在层间绝缘体上延伸，以便由层间绝缘体使第二层互连与第一层互连分隔，以使第二层互连通过通孔与第一层互连电连接。重要的是层间绝缘体包括分布其中的至少一种有机聚合物。至少一种有机聚合物在具有二氧化硅主成分的层间绝缘体中的分布，将导致层间绝缘体介电常数的降低。亦即，具有有机聚合物分布其中的二氧化硅主成分的层间绝缘体的介电常数，低于具有二氧化硅主成分而无有机聚合物的层间绝缘体的介电常数。存在分布的有机聚合物有利于防止形成高密度的Si-O键合。这导致具有二氧化硅主成分的层间绝缘体或者二氧化硅层间绝缘体的密度有一定的降低。层间绝缘体密度的降低导致其介电常数的下降。而且，在二氧化硅中引入有机聚合物，使得二氧化硅中的Si-O键合改变为硅与有机聚合物之间的其它键合结构。键合结构的这种变化引起电子态的变化，以致电极化降低。如果电极化降低，则介电常数也降低。由此原因，把有机聚合物引入二氧化硅引起具有二氧化硅主成分的层间绝缘体介电常数降低。
为了使层间绝缘体具有高温下的稳定性，有机聚合物最好具有含强键合的桥接结构。如果具有二氧化硅主成分的层间绝缘体包括具有含强键合的桥接结构的有机聚合物，则层间绝缘体具有高温下的高稳定性和高的抗分解性，但是挥发性低。这种层间绝缘体是稳定的。层间绝缘体的这种高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的特性，允许层间绝缘体中有机成分含量增加。层间绝缘体中有机成分含量增加导致具有二氧化硅主成分的层间绝缘体介电常数进一步降低，同时保持层间绝缘体的高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的优点和期望的特性。
有机聚合物最好包括苯核。至少一种苯核在具有二氧化硅主成分的层间绝缘体中的分布，将导致层间绝缘体介电常数的降低。亦即，具有含苯核分布其中的二氧化硅主成分的层间绝缘体的介电常数，低于具有二氧化硅主成分而无任何苯核的层间绝缘体的介电常数。存在分布的苯核有利于防止形成高密度的Si-O键合。这导致具有二氧化硅主成分的层间绝缘体或者二氧化硅层间绝缘体的密度有一定的降低。层间绝缘体密度的降低导致其介电常数的下降。而且，在二氧化硅中引入苯核，使得二氧化硅中的Si-O键合改变为硅与苯核之间的其它键合结构。键合结构的这种变化引起电子态的变化，以致电极化降低。如果电极化降低，则介电常数也降低。由此原因，把苯核引入二氧化硅引起具有二氧化硅主成分的层间绝缘体介电常数降低。为了使层间绝缘体具有高温下的稳定性，苯核具有含强键合的桥接结构。如果具有二氧化硅主成分的层间绝缘体包括具有含强键合的桥接结构的苯核，则层间绝缘体具有高温下的高稳定性和高的抗分解性，但是挥发性低。这种层间绝缘体是稳定的。层间绝缘体的这种高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的特性，允许层间绝缘体中有机成分含量增加。层间绝缘体中有机成分含量增加导致具有二氧化硅主成分的层间绝缘体介电常数进一步降低，同时保持层间绝缘体的高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的优点和期望的特性。
此外，苯核最好具有与硅原子的键合结构。可以通过使用苯基三甲基硅烷或苯基三甲氧基硅烷作为苯核源，在用于形成绝缘体的化学汽相淀积中形成这种键合结构。
而且，苯核也可以没有与硅原子的键合结构。可以通过使用具有单苯核结构的有机物质形成这种键合结构，例如甲苯、苯和二甲苯。另外，也可以使用具有多苯核结构的有机物质，例如萘、联二苯和蒽。
绝缘体最好具有不大于30at％的碳成分。
本发明第八方案提供一种包括以下元件的多层互连结构。至少一个第一层互连在绝缘层上延伸。层间绝缘体在绝缘层上延伸，以使层间绝缘体覆盖第一层互连。层间绝缘体具有至少一个通孔。层间绝缘体具有二氧化硅主成分。至少一个第二层互连在层间绝缘体上延伸，以便由层间绝缘体使第二层互连与第一层互连分隔，以使第二层互连通过通孔与第一层互连电连接。重要的是层间绝缘体包括通过除去分布于层间绝缘体中的至少一种有机聚合物而形成的孔隙。在具有二氧化硅主成分的层间绝缘体中存在许多孔隙导致层间绝缘体介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅层间绝缘体的介电常数，低于具有分布于其中的有机聚合物的二氧化硅层间绝缘体的介电常数。
层间绝缘体最好包括通过除去有机聚合物而形成的孔隙，该有机聚合物具有含强键合的桥接结构。在具有二氧化硅主成分的层间绝缘体中存在许多孔隙导致层间绝缘体介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅层间绝缘体的介电常数，低于具有分布于其中的有机聚合物的二氧化硅层间绝缘体的介电常数。
层间绝缘体最好包括通过除去苯核而形成的孔隙。在具有二氧化硅主成分的层间绝缘体中存在许多孔隙导致层间绝缘体介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅层间绝缘体的介电常数，低于具有分布于其中的有机聚合物的二氧化硅层间绝缘体的介电常数。
层间绝缘体最好包括通过除去具有与硅原子的键合结构的苯核而形成的孔隙。
层间绝缘体也可以包括通过除去没有与硅原子的键合结构的苯核而形成的孔隙。
层间绝缘体也可以包括通过除去分布于层间绝缘体中的苯核而形成的孔隙，苯核含量对应于不大于30at％的碳含量。
本发明的第九方案提供一种通过化学汽相淀积法形成具有二氧化硅主成分的绝缘体的方法，其中至少一种包含苯核的有机物质用做苯核源，以使绝缘体包含苯核。至少一种苯核在具有二氧化硅主成分的层间绝缘体中的分布，将导致层间绝缘体介电常数的降低。亦即，具有含苯核分布其中的二氧化硅主成分的层间绝缘体的介电常数，低于具有二氧化硅主成分而无任何苯核的层间绝缘体的介电常数。存在分布的苯核有利于防止形成高密度的Si-O键合。这导致具有二氧化硅主成分的层间绝缘体或者二氧化硅层间绝缘体的密度有一定的降低。层间绝缘体密度的降低导致其介电常数的下降。而且，在二氧化硅中引入苯核，使得二氧化硅中的Si-O键合改变为硅与苯核之间的其它键合结构。键合结构的这种变化引起电子态的变化，以致电极化降低。如果电极化降低，则介电常数也降低。由此原因，把苯核引入二氧化硅引起具有二氧化硅主成分的层间绝缘体介电常数降低。为了使层间绝缘体具有高温下的稳定性，苯核具有含强键合的桥接结构。如果具有二氧化硅主成分的层间绝缘体包括具有含强键合的桥接结构的苯核，则层间绝缘体具有高温下的高稳定性和高的抗分解性，但是挥发性低。这种层间绝缘体是稳定的。层间绝缘体的这种高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的特性，允许层间绝缘体中有机成分含量增加。层间绝缘体中有机成分含量增加导致具有二氧化硅主成分的层间绝缘体介电常数进一步降低，同时保持层间绝缘体的高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的优点和期望的特性。
苯核最好具有与硅原子的键合结构。
最好使用选自苯基三甲基硅烷和苯基三甲氧基硅烷中的至少一种作为苯核源。
作为苯核源的有机物质最好与硅源材料一起使用。
作为苯核源的有机物质也可以单独使用而无任何硅源材料。
苯核也可以没有与硅原子的键合结构，而且作为苯核源的有机物质与硅源材料一起使用。
有机物质最好具有单苯核的结构。
有机物质最好包括选自甲苯、苯和二甲苯中的至少一种。
有机物质也可以具有多苯核结构。
有机物质最好包括选自萘、联二苯和蒽中的至少一种。
化学汽相淀积法最好是等离子体化学汽相淀积法。例如可采用平行板等离子体化学汽相淀积法、电子回旋加速器谐振等离子体化学汽相淀积法、赫利孔(helicon)波等离子体化学汽相淀积法、和感应耦合等离子体化学汽相淀积法。
化学汽相淀积法最好是低压化学汽相淀积法。
最好在通过化学汽相淀积法形成绝缘体之后，再从绝缘体中除去苯核，从而在绝缘体中形成孔隙。在具有二氧化硅主成分的绝缘体中存在许多孔隙将导致绝缘体介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅绝缘体的介电常数，低于包含有机聚合物分布于其中的二氧化硅绝缘体的介电常数。
最好通过产生用于从绝缘体中消去苯核的消去反应去除苯核。
消去反应最好通过曝露于等离子体中产生的氧基来产生。
消去反应最好通过在不低于450℃温度下的真空中热处理来产生。
消去反应也可以通过在不低于450℃温度下的惰性气氛中热处理来产生。
最好通过在氧气氛中的燃烧反应去除苯核。
最好通过使温度保持不低于约500℃来进行化学汽相淀积法，以便在绝缘体淀积的同时产生苯核的消去反应，从而形成包含孔隙的绝缘体。
本发明的第十方案提供一种通过化学汽相淀积法在半导体器件中形成具有二氧化硅主成分的绝缘膜的方法，其中至少一种包含苯核的有机物质用做苯核源，以使绝缘膜包含苯核。至少一种苯核在具有二氧化硅主成分的层间绝缘体中的分布，将导致层间绝缘体介电常数的降低。亦即，具有含苯核分布其中的二氧化硅主成分的层间绝缘体的介电常数，低于具有二氧化硅主成分而无任何苯核的层间绝缘体的介电常数。存在分布的苯核有利于防止形成高密度的Si-O键合。这导致具有二氧化硅主成分的层间绝缘体或者二氧化硅层间绝缘体的密度有一定的降低。层间绝缘体密度的降低导致其介电常数的下降。而且，在二氧化硅中引入苯核，使得二氧化硅中的Si-O键合改变为硅与苯核之间的其它键合结构。键合结构的这种变化引起电子态的变化，以致电极化降低。如果电极化降低，则介电常数也降低。由此原因，把苯核引入二氧化硅引起具有二氧化硅主成分的层间绝缘体介电常数降低。为了使层间绝缘体具有高温下的稳定性，苯核具有含强键合的桥接结构。如果具有二氧化硅主成分的层间绝缘体包括具有含强键合的桥接结构的苯核，则层间绝缘体具有高温下的高稳定性和高的抗分解性，但是挥发性低。这种层间绝缘体是稳定的。层间绝缘体的这种高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的特性，允许层间绝缘体中有机成分含量增加。层间绝缘体中有机成分含量增加导致具有二氧化硅主成分的层间绝缘体介电常数进一步降低，同时保持层间绝缘体的高温下的高稳定性和高的抗分解性但挥发性低的优点和期望的特性。
苯核最好具有与硅原子的键合结构。
最好使用选自苯基三甲基硅烷和苯基三甲氧基硅烷中的至少一种作为苯核源。
作为苯核源的有机物质最好与硅源材料一起使用。
作为苯核源的有机物质也可以单独使用而无任何硅源材料。
苯核也可以没有与硅原子的键合结构，而且作为苯核源的有机物质与硅源材料一起使用。
有机物质最好具有单苯核的结构。
有机物质最好包括选自甲苯、苯和二甲苯中的至少一种。
有机物质也可以具有多苯核结构。
有机物质最好包括选自萘、联二苯和蒽中的至少一种。
化学汽相淀积法最好是等离子体化学汽相淀积法。例如可采用平行板等离子体化学汽相淀积法、电子回旋加速器谐振等离子体化学汽相淀积法、螺旋波等离子体化学汽相淀积法、和感应耦合等离子体化学汽相淀积法。
化学汽相淀积法最好是低压化学汽相淀积法。
最好在通过化学汽相淀积法形成绝缘膜之后，再从绝缘体膜除去苯核，从而在绝缘膜中形成孔隙。在具有二氧化硅主成分的绝缘膜中存在许多孔隙将导致绝缘膜介电常数的进一步降低。许多孔隙分布于其中的二氧化硅绝缘膜的介电常数，低于包含有机聚合物分布于其中的二氧化硅绝缘膜的介电常数。
最好通过产生用于从绝缘膜中消去苯核的消去反应去除苯核。
消去反应最好通过曝露于等离子体中产生的氧基来产生。
消去反应最好通过在不低于450℃温度下的真空中热处理来产生。
消去反应也可以通过在不低于450℃温度下的惰性气氛中热处理来产生。
最好通过在氧气氛中的燃烧反应去除苯核。
最好通过使温度保持不低于约500℃来进行化学汽相淀积法，以便在绝缘膜淀积的同时产生苯核的消去反应，从而形成包含孔隙的绝缘膜。
第一实施例以下将具体说明根据本发明的第一实施例，其中提供了通过化学汽相淀积法在硅衬底上形成包含苯核的介电常数降低的二氧化硅膜的方法。图1是在根据本发明第一实施例中所用的平行板等离子体化学汽相淀积系统的示意图。平行板等离子体化学汽相淀积系统具有容纳顶电极22和底电极23的反应室21。硅衬底24置于底电极23之上。底电极23与地线连接，以使底电极23保持具有地电位。顶电极22与高频电源25连接，用于从高频电源25接收高频电能。还有未图示的加热器与底电极23相邻设置，对硅衬底24加热。反应室21与原料气体引入系统26连接，由此把原料气体供给反应室21。反应室21还与排气系统27连接，由此用过的气体从反应室21中排出。
在此第一实施例中，使用苯基三甲基硅烷、硅烷和氧气作为原料气体，用于通过化学汽相淀积法形成二氧化硅绝缘膜。通过图中未示出的质量流控制器对各个原料气体进行流速控制，用于后续的通过原料气体引入系统26向反应室21引入原料气体。苯基三甲基硅烷具有硅与苯核的键合结构。苯基三甲基硅烷与氧化剂反应，形成包含苯核的二氧化硅膜。苯基三甲基硅烷在室温是液态。苯基三甲基硅烷的沸点是169℃。首先把液态苯基三甲基硅烷充入不锈钢筒，使不锈钢筒成为真空，随后把不锈钢筒加热至约100℃。把包括质量流控制器的原料气体引入系统26和反应室21也加热至约150℃，防止苯基三甲基硅烷冷凝，从而使气态的苯基三甲基硅烷通过原料气体引入系统26供给反应室21。硅烷和氧气也通过原料气体引入系统26供给反应室21。
硅衬底24包括覆盖有铝层的硅晶片，并置于底电极23上。在以下条件下进行平行板等离子体化学汽相淀积。硅烷流速在0sccm～50sccm的范围内变化。苯基三甲基硅烷的流速也在0sccm～50sccm的范围内变化。氧气流速设定在100sccm。压力为0．1Torr。对顶电极22施加500W的高频电能。衬底温度保持在300℃。
为了证实二氧化硅绝缘膜是否包含苯核，进行红外吸收光谱的测量。图2是二氧化硅膜的红外吸收测量光谱与波数的曲线，二氧化硅膜是在硅烷流速为零、苯基三甲基硅烷流速为50sccm的条件下淀积的。吸收线出现在约1450cm-1、1500cm-1和1600cm-1的波数处。这些吸收线展示因苯核引起的红外线吸收。未检出除苯核之外的碳氢组成。上述事实表明，如果使用具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲基硅烷作为等离子体化学汽相淀积法的原料气体，则形成具有苯核的二氧化硅膜。根据上述红外吸收光谱，在二氧化硅膜中未检出因水分产生的Si-OH键合。这表明二氧化硅膜无残留的水分。
而且，改变苯基三甲基硅烷和硅烷的流速，用于其它二氧化硅膜的进一步等离子体化学汽相淀积，以便测量二氧化硅膜的组成及其介电常数。为了测量每个二氧化硅膜的介电常数，在具有苯核的二氧化硅膜上设置附加电极，以便测量附加电极与衬底之间的电容。从对二氧化硅膜组成的上述分析，可以知道如果等离子体化学汽相淀积中仅使用硅烷，则二氧化硅膜不包含苯核。如果具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲基硅烷的流速比增大，则二氧化硅膜的碳含量也增大。这表明如果提高具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲基硅烷的流速比，则二氧化硅膜中的苯核含量也增大。如果等离子体化学汽相淀积中仅使用苯基三甲基硅烷而不使用硅烷，则二氧化硅膜具有约30at％的碳含量。作为二氧化硅膜介电常数的测量结果，也可以知道如果提高二氧化硅膜的碳含量，则二氧化硅膜的介电常数降低。例如，如果仅使用硅烷，则二氧化硅膜具有εr=4的介电常数，几乎等于二氧化硅的介电常数。苯基三甲基硅烷与硅烷的流速比的提高，导致二氧化硅膜介电常数的降低。如果等离子体化学汽相淀积中仅使用苯基三甲基硅烷，则二氧化硅膜具有εr=3的介电常数。
上述实验结果表明，通过使用具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲基硅烷作为原料气体，可以形成包含苯核的二氧化硅膜。通过控制苯基三甲基硅烷的量，还可以控制二氧化硅膜中的苯核含量。亦即，苯基三甲基硅烷量的增加引起二氧化硅膜中苯核含量的增加，从而二氧化硅膜的介电常数降低。如果等离子体化学汽相淀积中单独使用苯基三甲基硅烷，则二氧化硅膜中的碳含量约为30at％，其介电常数约为εr=3。而且，把气态的苯基三甲基硅烷供给反应室用于后续的等离子体化学汽相淀积，由此可以形成包含苯核的二氧化硅膜，而实质上没有残留杂质、特别是残留水分。此外，二氧化硅膜中的具有强键合的苯核在有机聚合物中是稳定的，从而为二氧化硅膜提供高温下的稳定性。
在此实施例中，利用平行板等离子体化学汽相淀积设备进行等离子体化学汽相淀。但也可以使用其它等离子体化学汽相淀法。例如，已经证实对于使用苯基三甲基硅烷形成具有苯核的二氧化硅膜，还可以使用电子回旋加速器谐振等离子体化学汽相淀积法、螺旋波等离子体化学汽相淀积法、和感应耦合等离子体化学汽相淀积法。
第二实施例以下将再参考图1和2具体说明根据本发明的第二实施例，其中提供通过化学汽相淀积法在硅衬底上形成具有苯核的介电常数降低的二氧化硅膜的另一种方法。在此实施例中，使用与第一实施例相同的平行板等离子体化学汽相淀积系统。将省略参考附图对平行板等离子体化学汽相淀积系统的具体说明。
在此第二实施例中，使用苯基三甲氧基硅烷、硅烷和氧气作为原料气体，用于通过化学汽相淀积法形成二氧化硅绝缘膜。亦即，使用苯基三甲氧基硅烷代替苯基三甲基硅烷。通过图中未示出的质量流控制器对各个原料气体进行流速控制，用于后续的通过原料气体引入系统26向反应室21引入原料气体。苯基三甲氧基硅烷具有硅与苯核的键合结构。苯基三甲氧基硅烷与氧化剂反应，形成包含苯核的二氧化硅膜。苯基三甲氧基硅烷在室温是液态。首先把液态苯基三甲氧基硅烷充入不锈钢筒，使不锈钢筒成为真空，随后加热不锈钢筒。把包括质量流控制器的原料气体引入系统26和反应室21也加热，防止苯基三甲氧基硅烷冷凝，从而使气态的苯基三甲氧基硅烷通过原料气体引入系统26供给反应室21。硅烷和氧气也通过原料气体引入系统26供给反应室21。
硅衬底24包括覆盖有铝层的硅晶片，并置于底电极23上。在以下条件下进行平行板等离子体化学汽相淀积。硅烷流速在0sccm～50sccm的范围内变化。苯基三甲氧基硅烷的流速也在0sccm～50sccm的范围内变化。氧气流速设定在100sccm。压力为0．1Torr。对顶电极22施加500W的高频电能。衬底温度保持在300℃。
为了证实二氧化硅绝缘膜是否包含苯核，进行红外吸收光谱的测量。图2是二氧化硅膜的红外吸收测量光谱与波数的曲线，二氧化硅膜是在硅烷流速为零、苯基三甲氧基硅烷流速为50sccm的条件下淀积的。吸收线出现在约1450cm-1、1500cm-1和1600cm-1的波数处。这些吸收线展示因苯核引起的红外线吸收。未检出除苯核之外的碳氢组成。上述事实表明，如果使用具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲氧基硅烷作为等离子体化学汽相淀积法的原料气体，则形成具有苯核的二氧化硅膜。根据上述红外吸收光谱，在二氧化硅膜中未检出因水分产生的Si-OH键合。这表明二氧化硅膜无残留的水分。
此外，改变苯基三甲氧基硅烷和硅烷的流速，用于其它二氧化硅膜的进一步等离子体化学汽相淀积，以便测量二氧化硅膜的组成及其介电常数。为了测量每个二氧化硅膜的介电常数，在具有苯核的二氧化硅膜上设置附加电极，以便测量附加电极与衬底之间的电容。从对二氧化硅膜组成的上述分析，可以知道如果等离子体化学汽相淀积中仅使用硅烷，则二氧化硅膜不包含苯核。如果具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲氧基硅烷的流速比增大，则二氧化硅膜的碳含量也增大。这表明如果提高具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲氧基硅烷的流速比，则二氧化硅膜中的苯核含量也增大。如果等离子体化学汽相淀积中仅使用苯基三甲氧基硅烷而不使用硅烷，则二氧化硅膜具有约30at％的碳含量。作为二氧化硅膜介电常数的测量结果，也可以知道如果提高二氧化硅膜的碳含量，则二氧化硅膜的介电常数降低。例如，如果仅使用硅烷，则二氧化硅膜具有εr=4的介电常数，几乎等于二氧化硅的介电常数。苯基三甲氧基硅烷与硅烷的流速比的提高，导致二氧化硅膜介电常数的降低。如果等离子体化学汽相淀积中仅使用苯基三甲氧基硅烷，则二氧化硅膜具有εr=3的介电常数。
上述实验结果表明，通过使用具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲氧基硅烷作为原料气体，可以形成包含苯核的二氧化硅膜。通过控制苯基三甲氧基硅烷的量，还可以控制二氧化硅膜中的苯核含量。亦即，苯基三甲氧基硅烷量的增加引起二氧化硅膜中苯核含量的增加，从而二氧化硅膜的介电常数降低。如果等离子体化学汽相淀积中单独使用苯基三甲氧基硅烷，则二氧化硅膜中的碳含量约为30at％，其介电常数约为εr=3。而且，把气态的苯基三甲氧基硅烷供给反应室用于后续的等离子体化学汽相淀积，由此可以形成包含苯核的二氧化硅膜，而实质上没有残留杂质、特别是残留水分。此外，二氧化硅膜中的具有强键合的苯核在有机聚合物中是稳定的，从而为二氧化硅膜提供高温下的稳定性。
在此实施例中，利用平行板等离子体化学汽相淀积设备进行等离子体化学汽相淀。但也可以使用其它等离子体化学汽相淀法。例如，已经证实对于使用苯基三甲基硅烷形成具有苯核的二氧化硅膜，还可以使用电子回旋加速器谐振等离子体化学汽相淀积法、螺旋波等离子体化学汽相淀积法、和感应耦合等离子体化学汽相淀积法。
第三实施例以下将具体说明根据本发明的第三实施例，其中提供了通过化学汽相淀积法在硅衬底上形成包含苯核的介电常数降低的二氧化硅膜的方法。图3是在根据本发明第三实施例中所用的低压化学汽相淀积系统的示意图。低压化学汽相淀积系统具有容纳衬底托架32的石英反应室31，衬底33置于托架32上。而且，围绕石英反应室31设置加热器36，对石英反应室31加热。石英反应室31与原料气体引入系统34连接，由此把原料气体供给石英反应室31。石英反应室31还与排气系统35连接，由此用过的气体从石英反应室31中排出。
在此第三实施例中，使用苯基三甲基硅烷、硅烷和氧气作为原料气体，用于通过低压化学汽相淀积法形成二氧化硅绝缘膜。通过图中未示出的质量流控制器对各个原料气体进行流速控制，用于后续的通过原料气体引入系统34向石英反应室31引入原料气体。苯基三甲基硅烷具有硅与苯核的键合结构。苯基三甲基硅烷与氧化剂反应，形成包含苯核的二氧化硅膜。苯基三甲基硅烷在室温是液态。苯基三甲基硅烷的沸点是169℃。首先把液态苯基三甲基硅烷充入不锈钢筒，使不锈钢筒成为真空，随后加热不锈钢筒。把包括质量流控制器的原料气体引入系统34和石英反应室31也加热，防止苯基三甲基硅烷冷凝，从而使气态的苯基三甲基硅烷通过原料气体引入系统34供给石英反应室31。硅烷和氧气也通过原料气体引入系统34供给石英反应室31。
硅衬底33包括覆盖有铝层的硅晶片，并置于衬底托架32上。在以下条件下进行低压化学汽相淀积。硅烷流速在0sccm～50sccm的范围内变化。苯基三甲基硅烷的流速也在0sccm～50sccm的范围内变化。氧气流速设定在100sccm。压力为0．5Torr。靠近样品的反应管温度保持在500℃。衬底温度保持在300℃。
为了证实二氧化硅绝缘膜是否包含苯核，进行红外吸收光谱的测量。吸收线出现在约1450cm-1、1500cm-1和1600cm-1的波数处。这些吸收线展示因苯核引起的红外线吸收。未检出除苯核之外的碳氢组成。上述事实表明，如果使用具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲基硅烷作为低压化学汽相淀积法的原料气体，则形成具有苯核的二氧化硅膜。根据上述红外吸收光谱，在二氧化硅膜中未检出因水分产生的Si-OH键合。这表明二氧化硅膜无残留的水分。
此外，改变苯基三甲基硅烷和硅烷的流速，用于其它二氧化硅膜的进一步低压化学汽相淀积，以便测量二氧化硅膜的组成及其介电常数。为了测量每个二氧化硅膜的介电常数，在具有苯核的二氧化硅膜上设置附加电极，以便测量附加电极与衬底之间的电容。从对二氧化硅膜组成的上述分析，可以知道如果低压化学汽相淀积中仅使用硅烷，则二氧化硅膜不包含苯核。如果具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲基硅烷的流速比增大，则二氧化硅膜的碳含量也增大。这表明如果提高具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲基硅烷的流速比，则二氧化硅膜中的苯核含量也增大。如果低压化学汽相淀积中仅使用苯基三甲基硅烷而不使用硅烷，则二氧化硅膜具有约30at％的碳含量。作为二氧化硅膜介电常数的测量结果，也可以知道如果提高二氧化硅膜的碳含量，则二氧化硅膜的介电常数降低。例如，如果仅使用硅烷，则二氧化硅膜具有εr=4的介电常数，几乎等于二氧化硅的介电常数。苯基三甲基硅烷与硅烷的流速比的提高，导致二氧化硅膜介电常数的降低。如果低压化学汽相淀积中仅使用苯基三甲基硅烷，则二氧化硅膜具有εr=3的介电常数。
上述实验结果表明，通过使用具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲基硅烷作为原料气体，可以形成包含苯核的二氧化硅膜。通过控制苯基三甲基硅烷的量，还可以控制二氧化硅膜中的苯核含量。亦即，苯基三甲基硅烷量的增加引起二氧化硅膜中苯核含量的增加，从而二氧化硅膜的介电常数降低。如果低压化学汽相淀积中单独使用苯基三甲基硅烷，则二氧化硅膜中的碳含量约为30at％，其介电常数约为εr=3。而且，把气态的苯基三甲基硅烷供给反应室用于后续的低压化学汽相淀积，由此可以形成包含苯核的二氧化硅膜，而实质上没有残留杂质、特别是残留水分。此外，二氧化硅膜中的具有强键合的苯核在有机聚合物中是稳定的，从而为二氧化硅膜提供高温下的稳定性。
在此实施例中，在单一低压化学汽相淀积工艺中处理单一衬底。但也可以在单一低压化学汽相淀积工艺中处理多个衬底。已经证实对多个衬底进行低压化学汽相淀积的分批处理，可以提供与进行单一晶片低压化学汽相淀积工艺相同的二氧化硅膜。
第四实施例以下将具体说明根据本发明的第四实施例，其中提供了通过化学汽相淀积法在硅衬底上形成包含苯核的介电常数降低的二氧化硅膜的方法。使用如图3所示的与第三实施例相同的低压化学汽相淀积系统。将省略对其的具体说明。
在此第四实施例中，使用苯基三甲氧基硅烷代替苯基三甲基硅烷。亦即，使用苯基三甲氧基硅烷、硅烷和氧气作为原料气体，用于通过低压化学汽相淀积法形成二氧化硅绝缘膜。通过图中未示出的质量流控制器对各个原料气体进行流速控制，用于后续的通过原料气体引入系统34向石英反应室31引入原料气体。苯基三甲氧基硅烷具有硅与苯核的键合结构。苯基三甲氧基硅烷与氧化剂反应，形成包含苯核的二氧化硅膜。苯基三甲氧基硅烷在室温是液态。苯基三甲氧基硅烷的沸点是169℃。首先把液态苯基三甲氧基硅烷充入不锈钢筒，使不锈钢筒成为真空，随后加热不锈钢筒。把包括质量流控制器的原料气体引入系统34和石英反应室31也加热，防止苯基三甲氧基硅烷冷凝，从而使气态的苯基三甲氧基硅烷通过原料气体引入系统34供给石英反应室31。硅烷和氧气也通过原料气体引入系统34供给石英反应室31。
硅衬底33包括覆盖有铝层的硅晶片，并置于衬底托架32上。在以下条件下进行低压化学汽相淀积。硅烷流速在0sccm～50sccm的范围内变化。苯基三甲氧基硅烷的流速也在0sccm～50sccm的范围内变化。氧气流速设定在100sccm。压力为0．5Torr。靠近样品的反应管温度保持在500℃。衬底温度保持在300℃。
为了证实二氧化硅绝缘膜是否包含苯核，进行红外吸收光谱的测量。吸收线出现在约1450cm-1、1500cm-1和1600cm-1的波数处。这些吸收线展示因苯核引起的红外线吸收。未检出除苯核之外的碳氢组成。上述事实表明，如果使用具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲氧基硅烷作为低压化学汽相淀积法的原料气体，则形成具有苯核的二氧化硅膜。根据上述红外吸收光谱，在二氧化硅膜中未检出因水分产生的Si-OH键合。这表明二氧化硅膜无残留的水分。
此外，改变苯基三甲氧基硅烷和硅烷的流速，用于其它二氧化硅膜的进一步低压化学汽相淀积，以便测量二氧化硅膜的组成及其介电常数。为了测量每个二氧化硅膜的介电常数，在具有苯核的二氧化硅膜上设置附加电极，以便测量附加电极与衬底之间的电容。从对二氧化硅膜组成的上述分析，可以知道如果低压化学汽相淀积中仅使用硅烷，则二氧化硅膜不包含苯核。如果具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲氧基硅烷的流速比增大，则二氧化硅膜的碳含量也增大。这表明如果提高具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲氧基硅烷的流速比，则二氧化硅膜中的苯核含量也增大。如果低压化学汽相淀积中仅使用苯基三甲氧基硅烷而不使用硅烷，则二氧化硅膜具有约30at％的碳含量。作为二氧化硅膜介电常数的测量结果，也可以知道如果提高二氧化硅膜的碳含量，则二氧化硅膜的介电常数降低。例如，如果仅使用硅烷，则二氧化硅膜具有εr=4的介电常数，几乎等于二氧化硅的介电常数。苯基三甲氧基硅烷与硅烷的流速比的提高，导致二氧化硅膜介电常数的降低。如果低压化学汽相淀积中仅使用苯基三甲氧基硅烷，则二氧化硅膜具有εr=3的介电常数。
上述实验结果表明，通过使用具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲氧基硅烷作为原料气体，可以形成包含苯核的二氧化硅膜。通过控制苯基三甲氧基硅烷的量，还可以控制二氧化硅膜中的苯核含量。亦即，苯基三甲氧基硅烷量的增加引起二氧化硅膜中苯核含量的增加，从而二氧化硅膜的介电常数降低。如果低压化学汽相淀积中单独使用苯基三甲氧基硅烷，则二氧化硅膜的碳含量约为30at％，其介电常数约为εr=3。而且，把气态的苯基三甲氧基硅烷供给反应室用于后续的低压化学汽相淀积，由此可以形成包含苯核的二氧化硅膜，而实质上没有残留杂质、特别是残留水分。此外，二氧化硅膜中的具有强键合的苯核在有机聚合物中是稳定的，从而为二氧化硅膜提供高温下的稳定性。
在此实施例中，在单一低压化学汽相淀积工艺中处理单一衬底。但也可以在单一低压化学汽相淀积工艺中处理多个衬底。已经证实对多个衬底进行低压化学汽相淀积的分批处理，可以提供与进行单一晶片低压化学汽相淀积工艺相同的二氧化硅膜。
第五实施例以下将具体说明根据本发明的第五实施例，其中提供了通过化学汽相淀积法在硅衬底上形成包含苯核的介电常数降低的二氧化硅膜的方法。使用如图1所示的与第一实施例相同的平行板等离子体化学汽相淀积系统。将省略对其的具体说明。
在此第五实施例中，使用甲苯代替苯基三甲基硅烷。亦即，使用甲苯、硅烷和氧气作为原料气体，用于通过等离子体化学汽相淀积法形成二氧化硅绝缘膜。通过图中未示出的质量流控制器对各个原料气体进行流速控制，用于后续的通过原料气体引入系统26向石英反应室21引入原料气体。甲苯是具有苯环的芳族化合物而无硅与苯核的键合结构。甲苯与含硅源气体的氧化剂反应，形成包含苯核的二氧化硅膜。甲苯在室温是液态。首先把液态甲苯充入不锈钢筒，使不锈钢筒成为真空，随后加热不锈钢筒至约50℃。把包括质量流控制器的原料气体引入系统26和反应室21也加热至约100℃，防止甲苯冷凝，从而使气态的甲苯通过原料气体引入系统26供给反应室21。硅烷和氧气也通过原料气体引入系统26供给反应室21。
硅衬底24包括覆盖有铝层的硅晶片，并置于底电极23上。在以下条件下进行平行板等离子体化学汽相淀积。硅烷流速在10sccm～50sccm的范围内变化。甲苯的流速也在0sccm～10sccm的范围内变化。氧气流速设定在100sccm。压力为0．1Torr。对顶电极22施加500W的高频电能。衬底温度保持在300℃。
为了证实二氧化硅绝缘膜是否包含苯核，进行红外吸收光谱的测量。作为红外吸收光谱的测量结果，已经证实出现吸收线，这表明红外射线被苯核吸收。未检出除苯核之外的碳氢组成。上述事实表明，如果使用作为具有苯环而无硅与苯核的键合结构的芳族化合物的甲苯作为等离子体化学汽相淀积法的原料气体，则形成具有苯核的二氧化硅膜。根据上述红外吸收光谱，在二氧化硅膜中未检出因水分产生的Si-OH键合。这表明二氧化硅膜无残留的水分。
此外，改变甲苯和硅烷的流速，用于其它二氧化硅膜的进一步等离子体化学汽相淀积，以便测量二氧化硅膜的组成及其介电常数。为了测量每个二氧化硅膜的介电常数，在具有苯核的二氧化硅膜上设置附加电极，以便测量附加电极与衬底之间的电容。从对二氧化硅膜组成的上述分析，可以知道如果等离子体化学汽相淀积中仅使用硅烷，则二氧化硅膜不包含苯核。如果具有苯核而无硅与苯核的键合结构的甲苯的流速比增大，则二氧化硅膜的碳含量也增大。这表明如果提高具有硅与苯核的键合结构的甲苯的流速比，则二氧化硅膜中的苯核含量也增大。如果甲苯流速与等离子体化学汽相淀积中的硅烷流速相同，则二氧化硅膜具有约30at％的碳含量。作为二氧化硅膜介电常数的测量结果，也可以知道如果提高二氧化硅膜的碳含量，则二氧化硅膜的介电常数降低。例如，如果仅使用硅烷，则二氧化硅膜具有εr=4的介电常数，几乎等于二氧化硅的介电常数。甲苯与硅烷的流速比的提高，导致二氧化硅膜介电常数的降低。如果甲苯流速与等离子体化学汽相淀积中的硅烷流速相同，则二氧化硅膜具有εr=3的介电常数。
上述实验结果表明，通过使用具有苯核而无硅与苯核的键合结构的甲苯与硅源气体例如硅烷一起作为苯核原料气体，可以形成包含苯核的二氧化硅膜。通过控制甲苯的量，还可以控制二氧化硅膜中的苯核含量。亦即，甲苯量的增加引起二氧化硅膜中苯核含量的增加，从而二氧化硅膜的介电常数降低。如果甲苯流速与硅烷相同，则二氧化硅膜的碳含量约为30at％，其介电常数约为εr=3。而且，把气态的甲苯供给反应室用于后续的等离子体化学汽相淀积，由此可以形成包含苯核的二氧化硅膜，而实质上没有残留杂质、特别是残留水分。此外，二氧化硅膜中的具有强键合的苯核在有机聚合物中是稳定的，从而为二氧化硅膜提供高温下的稳定性。
作为本实施例的改进，还可以使用具有苯核而无硅与苯核的键合结构的芳族化合物，例如甲苯与具有包含硅与苯核的键合结构的苯核的有机聚合物的组合，该有机聚合物例如是苯基三甲基硅烷或苯基三甲氧基硅烷。此时，可以把二氧化硅膜的碳含量提高至30at％以上，再把其介电常数降低至εr=3以下。从保持二氧化硅膜的高温下的高稳定性来看，把二氧化硅膜的碳含量抑制在30at％以内更好，因为二氧化硅膜中有过量的碳含量会导致难以保持高温下的高稳定性，即使苯核因其强的桥接键合结构也如此。
在本实施例中，由于沸点较低易于供给反应室，所以使用甲苯作为苯核原材料。另外，也可以使用具有苯核而无硅与苯核的键合结构的其它芳族化合物，例如苯和二甲苯。而且，具有多个苯核而无硅与苯核的键合结构的其它芳族化合物也可使用，例如萘、联二苯和蒽。
此外，在本实施例中，利用平行板等离子体化学汽相淀积设备进行等离子体化学汽相淀。但也可以使用其它任何等离子体化学汽相淀法。例如，已经证实对于使用甲苯形成具有苯核的二氧化硅膜，还可以使用电子回旋加速器谐振等离子体化学汽相淀积法、螺旋波等离子体化学汽相淀积法、和感应耦合等离子体化学汽相淀积法。
第六实施例以下将具体说明根据本发明的第六实施例，其中提供了通过化学汽相淀积法在硅衬底上形成包含苯核的介电常数降低的二氧化硅膜的方法。使用如图3所示的与第三实施例相同的低压化学汽相淀积系统。将省略对其的具体说明。
在此第六实施例中，使用甲苯代替苯基三甲基硅烷。亦即，使用甲苯、硅烷和氧气作为原料气体，用于通过低压化学汽相淀积法形成二氧化硅绝缘膜。通过图中未示出的质量流控制器对各个原料气体进行流速控制，用于后续的通过原料气体引入系统34向反应室31引入原料气体。甲苯是具有苯环而无硅与苯核的键合结构的芳族化合物。甲苯与含硅源气体的氧化剂反应，形成包含苯核的二氧化硅膜。甲苯在室温是液态。首先把液态甲苯充入不锈钢筒，使不锈钢筒成为真空，随后加热不锈钢筒。把包括质量流控制器的原料气体引入系统34和反应室31也加热，防止甲苯冷凝，从而使气态的甲苯通过原料气体引入系统34供给反应室31。硅烷和氧气也通过原料气体引入系统34供给反应室31。
每个硅衬底33包括覆盖有铝层的硅晶片，并置于衬底托架32上。在以下条件下进行低压化学汽相淀积。硅烷流速在10sccm～50sccm的范围内变化。甲苯的流速也在0sccm～10sccm的范围内变化。氧气流速设定在100sccm。压力为0．5Torr。衬底温度保持在300℃。
为了证实二氧化硅绝缘膜是否包含苯核，进行红外吸收光谱的测量。作为红外吸收光谱的测量结果，已经证实出现吸收线，这表明红外射线被苯核吸收。未检出除苯核之外的碳氢组成。上述事实表明，如果使用作为具有苯环而无硅与苯核的键合结构的芳族化合物的甲苯作为低压化学汽相淀积法的原料气体，则形成具有苯核的二氧化硅膜。根据上述红外吸收光谱，在二氧化硅膜中未检出因水分产生的Si-OH键合。这表明二氧化硅膜无残留的水分。
此外，改变甲苯和硅烷的流速，用于其它二氧化硅膜的进一步等离子体化学汽相淀积，以便测量二氧化硅膜的组成及其介电常数。为了测量每个二氧化硅膜的介电常数，在具有苯核的二氧化硅膜上设置附加电极，以便测量附加电极与衬底之间的电容。从对二氧化硅膜组成的上述分析，可以知道如果低压化学汽相淀积中仅使用硅烷，则二氧化硅膜不包含苯核。如果具有苯核而无硅与苯核的键合结构的甲苯的流速比增大，则二氧化硅膜的碳含量也增大。这表明如果提高具有硅与苯核的键合结构的甲苯的流速比，则二氧化硅膜中的苯核含量也增大。如果甲苯流速与低压化学汽相淀积中的硅烷流速相同，则二氧化硅膜具有约30at％的碳含量。作为二氧化硅膜介电常数的测量结果，也可以知道如果提高二氧化硅膜的碳含量，则二氧化硅膜的介电常数降低。例如，如果仅使用硅烷，则二氧化硅膜具有εr=4的介电常数，几乎等于二氧化硅的介电常数。甲苯与硅烷的流速比的提高，导致二氧化硅膜介电常数的降低。如果甲苯流速与等离子体化学汽相淀积中的硅烷流速相同，则二氧化硅膜具有εr=3的介电常数。
上述实验结果表明，通过使用具有苯核而无硅与苯核的键合结构的甲苯与硅源气体例如硅烷一起作为苯核原料气体，可以形成包含苯核的二氧化硅膜。通过控制甲苯的量，还可以控制二氧化硅膜中的苯核含量。亦即，甲苯量的增加引起二氧化硅膜中苯核含量的增加，从而二氧化硅膜的介电常数降低。如果甲苯流速与硅烷相同，则二氧化硅膜的碳含量约为30at％，其介电常数约为εr=3。而且，把气态的甲苯供给反应室用于后续的低压化学汽相淀积，由此可以形成包含苯核的二氧化硅膜，而实质上没有残留杂质、特别是残留水分。此外，二氧化硅膜中的具有强键合的苯核在有机聚合物中是稳定的，从而为二氧化硅膜提供高温下的稳定性。
作为本实施例的改进，还可以使用具有苯核而无硅与苯核的键合结构的芳族化合物，例如甲苯与具有包含硅与苯核的键合结构的苯核的有机聚合物的组合，该有机聚合物例如是苯基三甲基硅烷或苯基三甲氧基硅烷。此时，可以把二氧化硅膜的碳含量提高至30at％以上，再把其介电常数降低至εr=3以下。从保持二氧化硅膜的高温下的高稳定性来看，把二氧化硅膜的碳含量抑制在30at％以内更好，因为二氧化硅膜中有过量的碳含量会导致难以保持高温下的高稳定性，即使苯核因其强的桥接键合结构也如此。
在本实施例中，由于沸点较低易于供给反应室，所以使用甲苯作为苯核原材料。另外，也可以使用具有苯核而无硅与苯核的键合结构的其它芳族化合物，例如苯和二甲苯。而且，具有多个苯核而无硅与苯核的键合结构的其它芳族化合物也可使用，例如萘、联二苯和蒽。
第七实施例以下将具体说明根据本发明的第七实施例，其中提供一种具有孔隙的二氧化硅膜的形成方法，该孔隙是通过从按与第一实施例相同的化学汽相淀积法中已形成的二氧化硅膜中消去苯核而形成的。具有孔隙的二氧化硅膜的介电常数低于具有苯核的二氧化硅膜的介电常数。在本实施例中也使用第一实施例中所使用的相同的平行板等离子体化学汽相淀积系统。将省略对其的具体说明。
在此第七实施例中，使用苯基三甲基硅烷和氧气作为原料气体，用于通过等离子体化学汽相淀积法形成二氧化硅绝缘膜。通过图中未示出的质量流控制器对各个原料气体进行流速控制，用于后续的通过原料气体引入系统26向反应室21引入原料气体。苯基三甲基硅烷具有硅与苯核的键合结构。苯基三甲基硅烷与氧化剂反应，形成包含苯核的二氧化硅膜。苯基三甲基硅烷在室温是液态。苯基三甲基硅烷的沸点是169℃。首先把液态苯基三甲基硅烷充入不锈钢筒，使不锈钢筒成为真空，随后把不锈钢筒加热至约100℃。把包括质量流控制器的原料气体引入系统26和反应室21也加热至约150℃，防止苯基三甲基硅烷冷凝，从而使气态的苯基三甲基硅烷通过原料气体引入系统26供给反应室21。氧气也通过原料气体引入系统26供给反应室21。
硅衬底24包括覆盖有铝层的硅晶片，并置于底电极23上。在以下条件下进行平行板等离子体化学汽相淀积。苯基三甲基硅烷流速设定在50sccm。氧气流速设定在100sccm。压力为0．1Torr。对顶电极22施加500W的高频电能。衬底温度保持在300℃。
作为上述等离子体化学汽相淀积的结果，在衬底上形成具有苯核的二氧化硅膜。由于用于本等离子体化学汽相淀积法的条件，与获得具有约30at％的碳含量和εr=3的介电常数的第一实施例相同，所以本实施例中形成的二氧化硅膜也趋于具有约30at％的碳含量和εr=3的介电常数。
具有苯核的二氧化硅膜的上述等离子体化学汽相淀积之后，再对二氧化硅膜进行真空中的热处理或退火，产生从二氧化硅膜中消去苯核的反应。随着监视成分从二氧化硅膜中的消去而提高温度。已经证实从二氧化硅膜中消去苯核的反应开始于450℃左右的温度。在本实施例中，把温度提高并保持在500℃，以便只有苯核被选择性地从二氧化硅膜中消去，而不会观察到苯核之外的其它成分从二氧化硅膜中消去。苯核从二氧化硅膜中选择地消去导致形成孔隙二氧化硅膜。亦即，二氧化硅膜包含通过从二氧化硅膜消去苯核而形成的许多孔隙。
对二氧化硅膜测量介电常数。已经证实包含许多孔隙的二氧化硅膜具有εr=2．5，这低于在上述实施例中形成的具有苯核的二氧化硅膜的介电常数。这表明从二氧化硅膜中消去苯核，二氧化硅膜中形成许多孔隙，导致二氧化硅膜介电常数进一步降低。多孔二氧化硅膜的密度低于具有苯核的二氧化硅膜的密度。可以考虑二氧化硅膜密度的降低导致其介电常数的降低。从二氧化硅膜中消去苯核，二氧化硅膜中形成许多孔隙，导致二氧化硅膜的介电常数和密度的降低。已经证实经过消去苯核，除密度、介电常数和折射率之外二氧化硅膜的其余特性保持不变。还证实经过至少不高于600℃的热处理，消去苯核而形成的孔隙二氧化硅膜的特性也保持不变。
作为本实施例的改进，可以在惰性气氛例如氩气氛或氮气氛中进行退火，代替真空，用于苯核的消去。
作为本实施例的另一改进，可以使用苯基三甲氧基硅烷代替苯基三甲基硅烷作为苯核原材料。代替具有苯核含硅与苯核的键合结构的有机聚合物、例如苯基三甲氧基硅烷和苯基三甲基硅烷，还可以与硅原料气体一起使用具有苯核而无硅与苯核键合结构的其它有机聚合物，例如甲苯、苯、二甲苯、萘、联二苯和蒽。
作为本实施例的又一改进，可以进行低压化学汽相淀积法，代替等离子体化学汽相淀积。
作为本实施例的再一改进，可以通过利用氧气氛中的燃烧反应从二氧化硅膜中去除苯核，代替上述消去反应。
第八实施例以下将具体说明根据本发明的第八实施例，其中提供一种具有孔隙的二氧化硅膜的形成方法，该孔隙是通过在高温等离子体化学汽相淀积法中从二氧化硅膜中消去苯核而形成的。具有孔隙的二氧化硅膜的介电常数低于具有苯核的二氧化硅膜的。在本实施例中也使用第一实施例中所使用的相同的平行板等离子体化学汽相淀积系统。将省略对其的具体说明。
在此第八实施例中，使用苯基三甲基硅烷和氧气作为原料气体，用于通过等离子体化学汽相淀积法形成二氧化硅绝缘膜。通过图中未示出的质量流控制器对各个原料气体进行流速控制，用于后续的通过原料气体引入系统26向反应室21引入原料气体。苯基三甲基硅烷具有硅与苯核的键合结构。苯基三甲基硅烷与氧化剂反应，形成包含苯核的二氧化硅膜。苯基三甲基硅烷在室温是液态。苯基三甲基硅烷的沸点是169℃。首先把液态苯基三甲基硅烷充入不锈钢筒，使不锈钢筒成为真空，随后把不锈钢筒加热至约100℃。把包括质量流控制器的原料气体引入系统26和反应室21也加热，防止苯基三甲基硅烷冷凝，从而使气态的苯基三甲基硅烷通过原料气体引入系统26供给反应室21。氧气也通过原料气体引入系统26供给反应室21。
硅衬底24包括覆盖有铝层的硅晶片，并置于底电极23上。在以下条件下进行平行板等离子体化学汽相淀积。苯基三甲基硅烷流速设定在50sccm。氧气流速设定在100sccm。压力为0．1Torr。对顶电极22施加500W的高频电能。衬底温度保持在500℃，从而在化学汽相淀积工艺中产生苯核的消去反应。如上第七实施例所述，从二氧化硅膜消去苯核的反应开始于450℃。通过把衬底温度保持在约500℃的化学汽相淀积引起苯核的选择性消去，除苯核之外的其它成分无任何消去。
作为上述等离子体化学汽相淀积的结果，在衬底上形成具有孔隙的二氧化硅膜。
对二氧化硅膜测量介电常数。已经证实包含许多孔隙的二氧化硅膜具有εr=2．5的介电常数，这低于在上述实施例中形成的具有苯核的二氧化硅膜的介电常数。这表明从二氧化硅膜中消去苯核，二氧化硅膜中形成许多孔隙，导致二氧化硅膜介电常数进一步降低。孔隙二氧化硅膜的密度低于具有苯核的二氧化硅膜的密度。可以考虑二氧化硅膜密度的降低导致其介电常数的降低。在通过化学汽相淀积形成二氧化硅膜的同时从二氧化硅膜中消去苯核，导致二氧化硅膜的介电常数和密度的降低。已经证实通过在化学汽相淀积过程中消去苯核而形成的孔隙二氧化硅膜的特性，经过至少不高于600℃的热处理，也保持不变。
作为本实施例的改进，可以使用苯基三甲氧基硅烷代替苯基三甲基硅烷作为苯核原材料。代替具有苯核含硅与苯核的键合结构的有机聚合物、例如苯基三甲氧基硅烷和苯基三甲基硅烷，还可以与硅原料气体一起使用具有苯核而无硅与苯核键合结构的其它有机聚合物，例如甲苯、苯、二甲苯、萘、联二苯和蒽。
作为本实施例的又一改进，可以进行低压化学汽相淀积法，代替等离子体化学汽相淀积。
第九实施例以下将具体说明根据本发明的第九实施例，其中提供了一种具有多层互连结构的半导体器件，该结构具有通过化学气相淀积法形成的包含苯核的介电常数降低的二氧化硅层间绝缘体。图4是具有多层互连结构的半导体器件的局部剖面正视图，该结构具有包含苯核的介电常数降低的二氧化硅膜。
硅衬底1具有有源区。设置由磷硅玻璃制成的绝缘层2在硅衬底1上延伸。在绝缘层2上设置第一层互连层3，其中第一层互连层3通过在绝缘层2中形成的接触孔与硅衬底的有源区电连接。第一层互连层3由Al-Si-Cu合金制成。第一层互连层3的最小宽度是0．25微米，均匀厚度是0．7微米。在第一层互连层3上设置钨制成的通路塞5。除了通路塞5和第一层互连层3之上，在绝缘层2上设置二氧化硅层间绝缘体4a。二氧化硅层间绝缘体4a包含苯核，具有低于正常二氧化硅绝缘膜的介电常数。二氧化硅层间绝缘体4a的厚度是0．5微米。在二氧化硅层间绝缘体4a上设置第二层互连层6，其中第二层互连层6通过通路塞5与第一层互连层3电连接。第二层互连层6由Al-Si-Cu合金制成。第二层互连层6的最小宽度是0．25微米，均匀厚度是0．7微米。
以下将参考图5A～5H说明具有多层互连结构的半导体器件的形成方法，该结构具有包含苯核的介电常数降低的二氧化硅层间绝缘体。
参见图5A，制备硅衬底1，其具有未图示的有源层。
参见图5B，通过已有的方法在硅衬底1上形成磷硅玻璃制成的绝缘层2。在绝缘层2中形成未示出的接触孔。然后在接触孔内形成接触金属层。
参见图5C，通过溅射法在绝缘层2上整体淀积Al-Si-Cu合金层，以使Al-Si-Cu合金层具有0．7微米的厚度。然后通过光刻技术对Al-Si-Cu合金层构图，在绝缘层2上形成第一层互连层3，其中第一层互连层3与接触金属层接触，从而第一层互连层3通过接触金属层与硅衬底1电连接。
参见图5D，通过与第一实施例所用的相同的等离子体化学气相淀积法，在绝缘层2和第一层互连层3上整体淀积包含苯核的二氧化硅层间绝缘体4a。在本实施例中也使用与第一实施例所用相同的平行板等离子体化学气相淀积系统。
在本实施例中，使用苯基三甲基硅烷、硅烷和氧气作为原料气体，用于通过等离子体化学汽相淀积法形成二氧化硅绝缘膜。通过图中未示出的质量流控制器对各个原料气体进行流速控制，用于后续的通过原料气体引入系统26向反应室21引入原料气体。苯基三甲基硅烷具有硅与苯核的键合结构。苯基三甲基硅烷与氧化剂反应，形成包含苯核的二氧化硅层间绝缘膜。苯基三甲基硅烷在室温是液态。苯基三甲基硅烷的沸点是169℃。首先把液态苯基三甲基硅烷充入不锈钢筒，使不锈钢筒成为真空，随后加热不锈钢筒至约100℃。把包括质量流控制器的原料气体引入系统26和反应室21也加热至约150℃，防止苯基三甲基硅烷冷凝，从而使气态的苯基三甲基硅烷通过原料气体引入系统26供给反应室21。硅烷和氧气也通过原料气体引入系统26供给反应室21。
在以下条件下进行平行板等离子体化学汽相淀积。硅烷流速在0sccm～50sccm的范围内变化。苯基三甲基硅烷的流速也在0sccm～50sccm的范围内变化。氧气流速设定在100sccm。压力为0．1Torr。对顶电极22施加500W的高频电能。衬底温度保持在300℃。
此外，改变苯基三甲基硅烷和硅烷的流速，用于其它二氧化硅层间绝缘体4的进一步等离子体化学汽相淀积，以便测量二氧化硅层间绝缘体4的组成及其介电常数。为了测量每个二氧化硅层间绝缘体4的介电常数，在具有苯核的二氧化硅层间绝缘体4a上设置附加电极，以便测量附加电极与衬底之间的电容。从对二氧化硅层间绝缘体4a组成的上述分析，可以知道如果等离子体化学汽相淀积中仅使用硅烷，则二氧化硅层间绝缘体4a不包含苯核。如果具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲基硅烷的流速比增大，则二氧化硅层间绝缘体4a的碳含量也增大。这表明如果提高具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲基硅烷的流速比，则二氧化硅层间绝缘体4a中的苯核含量也增大。如果离子体化学汽相淀积中仅使用苯基三甲基硅烷而不使用硅烷，则二氧化硅层间绝缘体4a具有约30at％的碳含量。作为二氧化硅层间绝缘体4a介电常数的测量结果，也可以知道如果提高二氧化硅层间绝缘体4a的碳含量，则二氧化硅层间绝缘体4a的介电常数降低。例如，如果仅使用硅烷，则二氧化硅层间绝缘体4a具有εr=4的介电常数，几乎等于二氧化硅的介电常数。苯基三甲基硅烷与硅烷的流速比的提高，导致二氧化硅层间绝缘体4a介电常数的降低。如果等离子体化学汽相淀积中仅使用苯基三甲基硅烷，则二氧化硅层间绝缘体4a具有εr=3的介电常数。
上述实验结果表明，通过使用具有硅与苯核的键合结构的苯基三甲基硅烷作为原料气体，可以形成包含苯核的二氧化硅层间绝缘体4a。通过控制苯基三甲基硅烷的量，还可以控制二氧化硅层间绝缘体4a中的苯核含量。亦即，苯基三甲基硅烷量的增加引起二氧化硅层间绝缘体4a中苯核含量的增加，从而二氧化硅层间绝缘体4a的介电常数降低。如果等离子体化学汽相淀积中单独使用苯基三甲基硅烷，则二氧化硅层间绝缘体4a中的碳含量约为30at％，其介电常数约为εr=3。而且，把气态的苯基三甲基硅烷供给反应室用于后续的等离子体化学汽相淀积，由此可以形成包含苯核的二氧化硅层间绝缘体4a，而实质上没有残留杂质、特别是残留水分。此外，二氧化硅层间绝缘体4a中的具有强键合的苯核在有机聚合物中是稳定的，从而为二氧化硅层间绝缘体4a提供高温下的稳定性。
包含苯核的二氧化硅层间绝缘体4a的厚度约是1．5微米。即使相邻两个第一层互连层3之间的缝隙的高宽比约为3-4，包含苯核的二氧化硅层间绝缘体4a也能埋置在相邻两个第一层互连层3之间的缝隙中，而不形成任何孔隙。可以考虑在二氧化硅层间绝缘体中包含有机聚合物例如苯核，可使二氧化硅层间绝缘体4a埋置在高宽比相当大的缝隙中。
上述二氧化硅层间绝缘体4a的上表面具有与第一层互连层3的厚度几乎相同的层差。
参见图5E，使用化学机械抛光法对上述二氧化硅层间绝缘体4a的不平上表面进行平坦化，其中使用碱浆料。对上述二氧化硅层间绝缘体4a抛光约1微米，以便获得二氧化硅层间绝缘体4a的极为平坦的上表面。
参见图5F，在二氧化硅层间绝缘体4a的极为平坦的上表面上整体施加光刻胶膜，用于后续的利用光刻技术对其构图，形成光刻胶图形。使用光刻胶图形作为掩模，用于使用CF4气的干法腐蚀，以便在上述二氧化硅层间绝缘体4a和第一层互连层3上形成通孔。
参见图5G，进行钨层的选择性化学汽相淀积，获得埋置在通孔内的钨通路塞5。
参见图5H，利用溅射法在上述二氧化硅层间绝缘体4a和钨通路塞5之上整体淀积Al-Si-Cu合金层，以使Al-Si-Cu合金层厚度是0．7微米。然后通过光刻技术对Al-Si-Cu合金层构图，在上述二氧化硅层间绝缘体4a和钨通路塞5之上形成第二层互连层6，其中第二层互连层6与钨通路塞5接触，以使第二层互连层6通过钨通路塞5与第一层互连层3电连接。
如上所述，包含苯核的上述二氧化硅层间绝缘体4a具有良好的间隙填充特性，可使二氧化硅层间绝缘体4a埋置在相邻两个第一层互连层3之间的高宽比相当大的缝隙中。
此外，包含苯核的上述二氧化硅层间绝缘体4a具有与第一和第二层互连层3和6两者良好的粘附性。
而且，如第八和第九实施例所述，从二氧化硅层间绝缘体4a中消去苯核的反应开始于450℃。这表明包含在二氧化硅层间绝缘体4a中的苯核在不高于约450℃的温度下是稳定的。如果在二氧化硅层间绝缘体4a形成之后，在不高于约450℃的温度下进行热处理，则没有问题。
此外，如果在二氧化硅层间绝缘体4a形成之后进行热处理，则在第一或第二层互连层3或6中的金属与包含在二氧化硅层间绝缘体4a中的苯核之间不会产生反应。
由于包含苯核的二氧化硅层间绝缘体4a具有低的介电常数，则这种二氧化硅层间绝缘体4a使得半导体器件不存在因互连之间的大寄生电容而对互连上的信号传输产生实质延迟和相邻两个互连上信号串扰而引起的传统严重问题。
在本实施例中，利用平行板等离子体化学汽相淀积设备进行等离子体化学汽相淀。但也可以使用其它任何等离子体化学汽相淀法。例如，已经证实对于使用苯基三甲基硅烷形成具有苯核的二氧化硅膜，还可以使用电子回旋加速器谐振等离子体化学汽相淀积法、螺旋波等离子体化学汽相淀积法、和感应耦合等离子体化学汽相淀积法。
作为本实施例的改进，可以使用苯基三甲氧基硅烷代替苯基三甲基硅烷作为苯核原材料。代替具有苯核含硅与苯核的键合结构的有机聚合物、例如苯基三甲氧基硅烷和苯基三甲基硅烷，还可以与硅原料气体一起使用具有苯核而无硅与苯核键合结构的其它有机聚合物，例如甲苯、苯、二甲苯、萘、联二苯和蒽。
作为本实施例的又一改进，可以进行低压化学汽相淀积法，代替等离子体化学汽相淀积。
第十实施例以下将具体说明根据本发明的第十实施例，其中提供了一种具有多层互连结构的半导体器件，该结构具有通过化学气相淀积法形成的包含苯核的介电常数降低的二氧化硅层间绝缘体。图6是具有多层互连结构的半导体器件的局部剖面正视图，该结构具有介电常数降低的二氧化硅层间绝缘体。
硅衬底1具有有源区。设置由磷硅玻璃制成的绝缘层2在硅衬底1上延伸。在绝缘层2上设置第一层互连层3，其中第一层互连层3通过在绝缘层2中形成的接触孔与硅衬底的有源区电连接。第一层互连层3由Al-Si-Cu合金制成。第一层互连层3的最小宽度是0．25微米，均匀厚度是0．7微米。在第一层互连层3上设置钨制成的通路塞5。除了通路塞5和第一层互连层3之上，在绝缘层2上设置二氧化硅层间绝缘体4b。二氧化硅层间绝缘体4b包含通过从二氧化硅层间绝缘体中消去苯核而形成的孔隙。多孔二氧化硅层间绝缘体4b具有低于包含苯核的二氧化硅绝缘膜的介电常数。多孔二氧化硅层间绝缘体4b的厚度是0．5微米。在多孔二氧化硅层间绝缘体4b上设置第二层互连层6，其中第二层互连层6通过通路塞5与第一层互连层3电连接。第二层互连层6由Al-Si-Cu合金制成。第二层互连层6的最小宽度是0．25微米，均匀厚度是0．7微米。
以下将参考图7A～7H说明具有多层互连结构的半导体器件的形成方法，该结构具有包含苯核的介电常数降低的二氧化硅层间绝缘体。
参见图7A，制备硅衬底1，其具有未图示的有源区。
参见图7B，通过已有的方法在硅衬底1上形成磷硅玻璃制成的绝缘层2。在绝缘层2中形成未示出的接触孔。然后在接触孔内形成接触金属层。
参见图7C，通过溅射法在绝缘层2上整体淀积Al-Si-Cu合金层，以使Al-Si-Cu合金层具有0．7微米的厚度。然后通过光刻技术对Al-Si-Cu合金层构图，在绝缘层2上形成第一层互连层3，其中第一层互连层3与接触金属层接触，从而第一层互连层3通过接触金属层与硅衬底1电连接。
参见图7D，通过与第七实施例所用的相同的等离子体化学气相淀积法，在绝缘层2和第一层互连层3上整体淀积多孔二氧化硅层间绝缘体4b。在本实施例中也使用与第七实施例所用相同的平行板等离子体化学气相淀积系统。省略对其的具体说明。
在本实施例中，使用苯基三甲基硅烷和氧气作为原料气体，用于通过等离子体化学汽相淀积法形成二氧化硅绝缘膜。通过图中未示出的质量流控制器对各个原料气体进行流速控制，用于后续的通过原料气体引入系统26向反应室21引入原料气体。苯基三甲基硅烷具有硅与苯核的键合结构。苯基三甲基硅烷与氧化剂反应，形成包含苯核的二氧化硅层间绝缘体。苯基三甲基硅烷在室温是液态。苯基三甲基硅烷的沸点是169℃。首先把液态苯基三甲基硅烷充入不锈钢筒，使不锈钢筒成为真空，随后加热不锈钢筒至约100℃。把包括质量流控制器的原料气体引入系统26和反应室21也加热至约150℃，防止苯基三甲基硅烷冷凝，从而使气态的苯基三甲基硅烷通过原料气体引入系统26供给反应室21。硅烷和氧气也通过原料气体引入系统26供给反应室21。
在以下条件下进行平行板等离子体化学汽相淀积。苯基三甲基硅烷流速设定为50sccm的范围内变化。氧气流速设定在100sccm。压力为0．1Torr。对顶电极22施加500W的高频电能。衬底温度保持在300℃。
作为上述等离子体化学汽相淀积的结果，在衬底上形成包含苯核的二氧化硅层间绝缘体。由于用于此等离子体化学汽相淀积法的条件与第一实施例相同，以便获得碳含量约为30at％、介电常数εr=3的多孔二氧化硅层间绝缘体4b，则在本实施例形成的二氧化硅层间绝缘体也呈现碳含量约为30at％、介电常数εr=3。
具有苯核的二氧化硅层间绝缘体的上述等离子体化学汽相淀积之后，再对二氧化硅层间绝缘体进行真空中的热处理或退火，产生从二氧化硅层间绝缘体中消去苯核的反应。随着监视成分从二氧化硅层间绝缘体中的消去而提高温度。已经证实从二氧化硅层间绝缘体中消去苯核的反应开始于450℃左右的温度。在本实施例中，把温度提高并保持在500℃，以便只有苯核被选择性地从二氧化硅层间绝缘体中消去，而不会观察到苯核之外的其它成分从二氧化硅层间绝缘体中消去。苯核从二氧化硅层间绝缘体中选择地被消去导致形成多孔二氧化硅膜。亦即，多孔二氧化硅层间绝缘体4b包含通过从二氧化硅层间绝缘体消去苯核而形成的许多孔隙。
对二氧化硅层间绝缘体4b测量介电常数。已经证实多孔二氧化硅层间绝缘体4b具有εr=2．5的介电常数，这低于具有苯核的二氧化硅层间绝缘体的介电常数。这表明从二氧化硅层间绝缘体中消去苯核，二氧化硅层间绝缘体中形成许多孔隙，导致二氧化硅层间绝缘体4b介电常数进一步降低。多孔二氧化硅层间绝缘体4b的密度低于具有苯核的二氧化硅层间绝缘体的密度。可以考虑二氧化硅层间绝缘体4b密度的降低导致其介电常数的降低。从二氧化硅层间绝缘体中消去苯核，形成多孔二氧化硅层间绝缘体4b，导致二氧化硅层间绝缘体的介电常数和密度的降低。已经证实经过消去苯核，除密度、介电常数和折射率之外多孔二氧化硅层间绝缘体4b的其余特性保持不变。还证实经过至少不高于600℃的热处理，消去苯核而形成的多孔二氧化硅层间绝缘体4b的特性也保持不变。
多孔二氧化硅层间绝缘体4b的厚度约是1．5微米。即使相邻两个第一层互连层3之间的缝隙的高宽比约为3-4，多孔二氧化硅层间绝缘体4b也能埋置在相邻两个第一层互连层3之间的缝隙中，而不形成任何空洞。可以考虑在二氧化硅层间绝缘体中包含孔隙，可使多孔二氧化硅层间绝缘体4b埋置在高宽比相当大的缝隙中。亦即，多孔二氧化硅层间绝缘体具有良好的间隙绦填充特性。
上述多孔二氧化硅层间绝缘体4b的上表面具有与第一层互连层3的厚度几乎相同的层差。
参见图7E，使用化学机械抛光法对上述多孔二氧化硅层间绝缘体4b的不平上表面进行平坦化，其中使用碱浆料。对上述多孔二氧化硅层间绝缘体4b抛光约1微米，以便获得多孔二氧化硅层间绝缘体4b的极为平坦的上表面。
参见图7F，在多孔二氧化硅层间绝缘体4b的极为平坦的上表面上整体施加光刻胶膜，用于后续的利用光刻技术对其构图，形成光刻胶图形。使用光刻胶图形作为掩模，用于使用CF4气的干法腐蚀，以便在上述二氧化硅层间绝缘体4b和第一层互连层3上形成通孔。
参见图7G，进行钨层的选择性化学汽相淀积，获得埋置在通孔内的钨通路塞5。
参见图7H，利用溅射法在上述二氧化硅层间绝缘体4b和钨通路塞5之上整体淀积Al-Si-Cu合金层，以使Al-Si-Cu合金层厚度是0．7微米。然后通过光刻技术对Al-Si-Cu合金层构图，在上述多孔二氧化硅层间绝缘体4b和钨通路塞5之上形成第二层互连层6，其中第二层互连层6与钨通路塞5接触，以使第二层互连层6通过钨通路塞5与第一层互连层3电连接。
如上所述，上述多孔二氧化硅层间绝缘体4b具有良好的间隙填充特性，可使二氧化硅层间绝缘体4b埋置在相邻两个第一层互连层3之间的高宽比相当大的缝隙中。
此外，上述多孔二氧化硅层间绝缘体4b具有与第一和第二层互连层3和6两者良好的粘附性。
由于多孔二氧化硅层间绝缘体4b具有低的介电常数，则这种多孔二氧化硅层间绝缘体4b使得半导体器件不存在因互连之间的大寄生电容而对互连上的信号传输产生实质延迟和相邻两个互连上信号串扰而引起的传统严重问题。
在本实施例中，利用平行板等离子体化学汽相淀积设备进行等离子体化学汽相淀。但也可以使用其它任何等离子体化学汽相淀法。例如，已经证实对于使用苯基三甲基硅烷形成具有苯核的二氧化硅膜，还可以使用电子回旋加速器谐振等离子体化学汽相淀积法、螺旋波等离子体化学汽相淀积法、和感应耦合等离子体化学汽相淀积法。
作为本实施例的改进，可以在惰性气氛例如氩气氛或氮气氛中进行退火，代替真空，用于消去苯核。
作为本实施例的另一改进，可以使用苯基三甲氧基硅烷代替苯基三甲基硅烷作为苯核原材料。代替具有苯核含硅与苯核的键合结构的有机聚合物、例如苯基三甲氧基硅烷和苯基三甲基硅烷，还可以与硅原料气体一起使用具有苯核而无硅与苯核键合结构的其它有机聚合物，例如甲苯、苯、二甲苯、萘、联二苯和蒽。
作为本实施例的又一改进，可以进行低压化学汽相淀积法，代替等离子体化学汽相淀积。
作为本实施例的再一改进，可以通过在氧气氛中的燃烧反应代替上述消去反应，从二氧化硅膜中去除苯核。
第十一实施例以下将具体说明根据本发明的第十一实施例，其中提供了一种具有多层互连结构的半导体器件，该结构具有通过化学气相淀积法形成的包含苯核的介电常数降低的二氧化硅层间绝缘体。图8是具有多层互连结构的半导体器件的局部剖面正视图，该结构具有介电常数降低的二氧化硅层间绝缘体。
硅衬底1具有有源区。设置由磷硅玻璃制成的绝缘层2在硅衬底1上延伸。在绝缘层2上设置第一层互连层3，其中第一层互连层3通过在绝缘层2中形成的接触孔与硅衬底的有源区电连接。第一层互连层3由Al-Si-Cu合金制成。第一层互连层3的最小宽度是0．25微米，均匀厚度是0．7微米。在第一层互连层3上设置钨制成的通路塞5。除了通路塞5和第一层互连层3之上，在绝缘层2上设置二氧化硅层间绝缘体4c。二氧化硅层间绝缘体4c包含通过从二氧化硅层间绝缘体中消去苯核而形成的孔隙。多孔二氧化硅层间绝缘体4c具有低于包含苯核的二氧化硅绝缘膜的介电常数。多孔二氧化硅层间绝缘体4c的厚度是0．5微米。在多孔二氧化硅层间绝缘体4c上设置第二层互连层6，其中第二层互连层6通过通路塞5与第一层互连层3电连接。第二层互连层6由Al-Si-Cu合金制成。第二层互连层6的最小宽度是0．25微米，均匀厚度是0．7微米。
以下将参考图9A～9H说明具有多层互连结构的半导体器件的形成方法，该结构具有包含苯核的介电常数降低的二氧化硅层间绝缘体。
参见图9A，制备硅衬底1，其具有未图示的有源区。
参见图9B，通过已有的方法在硅衬底1上形成磷硅玻璃制成的绝缘层2。在绝缘层2中形成未示出的接触孔。然后在接触孔内形成接触金属层。
参见图9C，通过溅射法在绝缘层2上整体淀积Al-Si-Cu合金层，以使Al-Si-Cu合金层具有0．7微米的厚度。然后通过光刻技术对Al-Si-Cu合金层构图，在绝缘层2上形成第一层互连层3，其中第一层互连层3与接触金属层接触，从而第一层互连层3通过接触金属层与硅衬底1电连接。
参见图9D，通过与第七实施例所用的相同的等离子体化学气相淀积法，在绝缘层2和第一层互连层3上整体淀积多孔二氧化硅层间绝缘体4c。在本实施例中也使用与第七实施例所用相同的平行板等离子体化学气相淀积系统。省略对其的具体说明。
在本实施例中，使用苯基三甲基硅烷和氧气作为原料气体，用于通过等离子体化学汽相淀积法形成多孔二氧化硅层间绝缘体4c。通过图中未示出的质量流控制器对各个原料气体进行流速控制，用于后续的通过原料气体引入系统26向反应室21引入原料气体。苯基三甲基硅烷具有硅与苯核的键合结构。苯基三甲基硅烷与氧化剂反应，形成包含苯核的多孔二氧化硅层间绝缘体4c。苯基三甲基硅烷在室温是液态。苯基三甲基硅烷的沸点是169℃。首先把液态苯基三甲基硅烷充入不锈钢筒，使不锈钢筒成为真空，随后加热不锈钢筒至约100℃。把包括质量流控制器的原料气体引入系统26和反应室21也加热，防止苯基三甲基硅烷冷凝，从而使气态的苯基三甲基硅烷通过原料气体引入系统26供给反应室21。硅烷和氧气也通过原料气体引入系统26供给反应室21。
在以下条件下进行平行板等离子体化学汽相淀积。苯基三甲基硅烷流速设定为50sccm。氧气流速设定在100sccm。压力为0．1Torr。对顶电极22施加500W的高频电能。衬底温度保持在500℃，以便在化学汽相淀积工艺中产生苯核消去反应。如上第七实施例所述，从二氧化硅层间绝缘体中消去苯核的反应开始于450℃。通过把衬底温度保持在约500℃的化学汽相淀积产生选择性的苯核消去反应，而无除苯核之外其它成分的任何消去。
作为上述等离子体化学汽相淀积的结果，在衬底上形成多孔二氧化硅层间绝缘体4c。
对多孔二氧化硅层间绝缘体4c测量介电常数。已经证实包含许多孔隙的多孔二氧化硅层间绝缘体4c具有εr=2．5的介电常数，这低于在上述实施例中形成的包含苯核的多孔二氧化硅层间绝缘体的介电常数。这表明消去苯核，在多孔二氧化硅层间绝缘体4c中形成许多孔隙，导致多孔二氧化硅层间绝缘体4c介电常数进一步降低。多孔二氧化硅层间绝缘体4c的密度低于具有苯核的二氧化硅层间绝缘体的密度。可以考虑多孔二氧化硅层间绝缘体4c密度的降低导致其介电常数的降低。在通过化学汽相淀积形成多孔二氧化硅层间绝缘体4c的同时，消去苯核，导致多孔二氧化硅层间绝缘体4c的介电常数和密度的降低。已经证实经过至少不高于600℃的热处理，消去苯核而形成的多孔二氧化硅层间绝缘体4c的特性也保持不变。
多孔二氧化硅层间绝缘体4c的厚度约是1．5微米。即使相邻两个第一层互连层3之间的缝隙的高宽比约为3-4，多孔二氧化硅层间绝缘体4c也能埋置在相邻两个第一层互连层3之间的缝隙中，而不形成任何空洞。可以考虑在二氧化硅层间绝缘体中包含孔隙，可使多孔二氧化硅层间绝缘体4c埋置在高宽比相当大的缝隙中。亦即，多孔二氧化硅层间绝缘体具有良好的间隙绦填充特性。
上述多孔二氧化硅层间绝缘体4c的上表面具有与第一层互连层3的厚度几乎相同的层差。
参见图9E，使用化学机械抛光法对上述多孔二氧化硅层间绝缘体4c的不平上表面进行平坦化，其中使用碱浆料。对上述多孔二氧化硅层间绝缘体4c抛光约1微米，以便获得多孔二氧化硅层间绝缘体4c的极为平坦的上表面。
参见图9F，在多孔二氧化硅层间绝缘体4c的极为平坦的上表面上整体施加光刻胶膜，用于后续的利用光刻技术对其构图，形成光刻胶图形。使用光刻胶图形作为掩膜，用于使用CF4的干法腐蚀，以便在上述二氧化硅层间绝缘体4c和第一层互连层3上形成通孔。
参见图9G，进行钨层的选择性化学汽相淀积，获得埋置在通孔内的钨通路塞5。
参见图9H，利用溅射法在上述二氧化硅层间绝缘体4c和钨通路塞5之上整体淀积Al-Si-Cu合金层，以使Al-Si-Cu合金层厚度是0．7微米。然后通过光刻技术对Al-Si-Cu合金层构图，在上述多孔二氧化硅层间绝缘体4c和钨通路塞5之上形成第二层互连层6，其中第二层互连层6与钨通路塞5接触，以使第二层互连层6通过钨通路塞5与第一层互连层3电连接。
如上所述，上述多孔二氧化硅层间绝缘体4c具有良好的间隙填充特性，可使二氧化硅层间绝缘体4c埋置在相邻两个第一层互连层3之间的高宽比相当大的缝隙中。
此外，上述多孔二氧化硅层间绝缘体4c具有与第一和第二层互连层3和6两者良好的粘附性。
由于多孔二氧化硅层间绝缘体4c具有低的介电常数，则这种多孔二氧化硅层间绝缘体4c使得半导体器件不存在因互连之间的大寄生电容而对互连上的信号传输产生实质延迟和相邻两个互连上信号串扰而引起的传统严重问题。
在本实施例中，利用平行板等离子体化学汽相淀积设备进行等离子体化学汽相淀。但也可以使用其它任何等离子体化学汽相淀法。例如，已经证实对于使用苯基三甲基硅烷形成具有苯核的二氧化硅膜，还可以使用电子回旋加速器谐振等离子体化学汽相淀积法、螺旋波等离子体化学汽相淀积法、和感应耦合等离子体化学汽相淀积法。
作为本实施例的改进，可以使用苯基三甲氧基硅烷代替苯基三甲基硅烷作为苯核原材料。代替具有苯核含硅与苯核的键合结构的有机聚合物、例如苯基三甲氧基硅烷和苯基三甲基硅烷，还可以与硅原料气体一起使用具有苯核而无硅与苯核键合结构的其它有机聚合物，例如甲苯、苯、二甲苯、萘、联二苯和蒽。
作为本实施例的又一改进，可以进行低压化学汽相淀积法，代替等离子体化学汽相淀积。
尽管本发明的改进对于与本发明相关的本领域技术人员是显而易见的，应该知道通过举例展示和说明的实施例并不应认为具有限制含义。因此，处于本发明的精髓和范围内的所有改进均被权利要求书所覆盖。
权利要求
1．一种具有二氧化硅主成分的绝缘体，其中所述绝缘体包含分布于其中的至少一种有机聚合物。
2．根据权利要求1的绝缘体，其中所述有机聚合物具有含强键合的桥接结构。
3．根据权利要求2的绝缘体，其中所述有机聚合物包含苯核。
4．根据权利要求3的绝缘体，其中所述苯核具有与硅原子的桥接结构。
5．根据权利要求3的绝缘体，其中所述苯核没有与硅原子的桥接结构。
6．根据权利要求3的绝缘体，其中所述绝缘体具有不高于30at％的碳含量。
7．一种具有二氧化硅主成分的绝缘体，其中所述绝缘体包含通过去除分布于所述绝缘体中的至少一种有机聚合物而形成的孔隙。
8．根据权利要求7的绝缘体，其中所述绝缘体包含通过去除具有含强键合的桥接结构的所述有机聚合物而形成的孔隙。
9．根据权利要求8的绝缘体，其中所述绝缘体包含通过去除苯核而形成的孔隙。
10．根据权利要求9的绝缘体，其中所述绝缘体包含通过去除具有含强键合的桥接结构的苯核而形成的孔隙。
11．根据权利要求9的绝缘体，其中所述绝缘体包含通过去除没有含强键合的桥接结构的苯核而形成的孔隙。
12．根据权利要求9的绝缘体，其中所述绝缘体包含通过去除分布于所述绝缘体的苯核而形成的孔隙，苯核去除量对应于不高于30at％的碳含量。
13．一种设置于半导体器件中的绝缘膜，所述绝缘膜具有二氧化硅主成分，其中所述绝缘膜包含分布于其中的至少一种有机聚合物。
14．根据权利要求13的绝缘膜，其中所述有机聚合物具有含强键合的桥接结构。
15．根据权利要求14的绝缘膜，其中所述有机聚合物包含苯核。
16．根据权利要求15的绝缘膜，其中所述苯核具有与硅原子的桥接结构。
17．根据权利要求15的绝缘膜，其中所述苯核没有与硅原子的桥接结构。
18．根据权利要求15的绝缘膜，其中所述绝缘膜具有不高于30at％的碳含量。
19．一种设置于半导体器件中的绝缘膜，所述绝缘膜具有二氧化硅主成分，其中所述绝缘膜包含通过去除分布于所述绝缘体中的至少一种有机聚合物而形成的孔隙。
20．根据权利要求19的绝缘膜，其中所述绝缘膜包含通过去除具有含强键合的桥接结构的所述有机聚合物而形成的孔隙。
21．根据权利要求20的绝缘膜，其中所述绝缘膜包含通过去除苯核而形成的孔隙。
22．根据权利要求21的绝缘膜，其中所述绝缘膜包含通过去除具有与硅原子的桥接结构的苯核而形成的孔隙。
23．根据权利要求21的绝缘膜，其中所述绝缘膜包含通过去除没有与硅原子的桥接结构的苯核而形成的孔隙。
24．根据权利要求21的绝缘膜，其中所述绝缘膜包含通过去除分布于所述绝缘膜的苯核而形成的孔隙，苯核去除量对应于不高于30at％的碳含量。
25．一种层间绝缘体，设置于半导体器件中的第一层互连层与第二层互连层之间，所述第二层互连层位于所述第一层互连层之上，所述层间绝缘体具有二氧化硅主成分，其中所述层间绝缘体包含分布于其中的至少一种有机聚合物。
26．根据权利要求25的层间绝缘体，其中所述有机聚合物具有含强键合的桥接结构。
27．根据权利要求26的层间绝缘体，其中所述有机聚合物包含苯核。
28．根据权利要求27的层间绝缘体，其中所述苯核具有与硅原子的桥接结构。
29．根据权利要求27的层间绝缘体，其中所述苯核没有与硅原子的桥接结构。
30．根据权利要求27的层间绝缘体，其中所述层间绝缘体具有不高于30at％的碳含量。
31．一种层间绝缘体，设置于半导体器件中的第一层互连层与第二层互连层之间，所述第二层互连层位于所述第一层互连层之上，所述层间绝缘体具有二氧化硅主成分，其中所述层间绝缘体包含通过去除分布于所述绝缘体中的至少一种有机聚合物而形成的孔隙。
32．根据权利要求31的层间绝缘体，其中所述层间绝缘体包含通过去除具有含强键合的桥接结构的所述有机聚合物而形成的孔隙。
33．根据权利要求32的层间绝缘体，其中所述层间绝缘体包含通过去除苯核而形成的孔隙。
34．根据权利要求33的层间绝缘体，其中所述层间绝缘体包含通过去除具有与硅原子的桥接结构的苯核而形成的孔隙。
35．根据权利要求33的层间绝缘体，其中所述层间绝缘体包含通过去除没有与硅原子的桥接结构的苯核而形成的孔隙。
36．根据权利要求33的层间绝缘体，其中所述层间绝缘体包含通过去除分布于所述层间绝缘体中的苯核而形成的孔隙，苯核去除量对应于不高于30at％的碳含量。
37．一种多层互连结构，包括至少一个在绝缘层上延伸的第一层互连；在所述绝缘层上延伸的层间绝缘体，以使所述层间绝缘体覆盖所述第一层互连，所述层间绝缘体具有至少一个通孔，所述层间绝缘体具有二氧化硅主成分；和至少一个在所述层间绝缘体上延伸的第二层互连，以使所述第二层互连与所述第一层互连被所述层间绝缘体隔开，以便所述第二层互连通过所述通孔与所述第一层互连电连接，其中所述层间绝缘体包含分布于其中的至少一种有机聚合物。
38．根据权利要求37的多层互连结构，其中所述有机聚合物具有含强键合的桥接结构。
39．根据权利要求38的多层互连结构，其中所述有机聚合物包含苯核。
40．根据权利要求39的多层互连结构，其中所述苯核具有与硅原子的桥接结构。
41．根据权利要求39的多层互连结构，其中所述苯核没有与硅原子的桥接结构。
42．根据权利要求39的多层互连结构，其中所述层间绝缘体具有不高于30at％的碳含量。
43．一种多层互连结构，包括至少一个在绝缘层上延伸的第一层互连；在所述绝缘层上延伸的层间绝缘体，以使所述层间绝缘体覆盖所述第一层互连，所述层间绝缘体具有至少一个通孔，所述层间绝缘体具有二氧化硅主成分；和至少一个在所述层间绝缘体上延伸的第二层互连，以使所述第二层互连与所述第一层互连被所述层间绝缘体隔开，以便所述第二层互连通过所述通孔与所述第一层互连电连接，其中所述层间绝缘体包含通过去除分布于所述绝缘体中的至少一种有机聚合物而形成的孔隙。
44．根据权利要求43的多层互连结构，其中所述层间绝缘体包含通过去除具有含强键合的桥接结构的所述有机聚合物而形成的孔隙。
45．据权利要求44的多层互连结构，其中所述层间绝缘体包含通过去除苯核而形成的孔隙。
46．据权利要求45的多层互连结构，其中所述层间绝缘体包含通过去除具有与硅原子的桥接结构的苯核而形成的孔隙。
47．据权利要求45的多层互连结构，其中所述层间绝缘体包含通过去除没有与硅原子的桥接结构的苯核而形成的孔隙。
48．据权利要求45的多层互连结构，其中所述层间绝缘体包含通过去除分布于所述层间绝缘体中的苯核而形成的孔隙，苯核去除量对应于不高于30at％的碳含量。
49．一种通过化学汽相淀积法形成具有二氧化硅主成分的绝缘体的方法，其中使用至少一种包含苯核的有机物质作为苯核源，以使所述绝缘体包含所述苯核。
50．根据权利要求49的方法，其中所述苯核具有与硅原子的键合结构。
51．根据权利要求50的方法，其中使用选自苯基三甲基硅烷和苯基三甲氧基硅烷中的至少一种作为所述苯核源。
52．根据权利要求50的方法，其中作为所述苯核源的所述有机物质与硅源材料一起使用。
53．根据权利要求50的方法，其中作为所述苯核源的所述有机物质单独使用而无硅源材料。
54．根据权利要求49的方法，其中所述苯核没有与硅原子的键合结构，作为所述苯核源的所述有机物质与硅源材料一起使用。
55．根据权利要求54的方法，其中所述有机物质具有单一苯核的结构。
56．根据权利要求55的方法，其中所述有机物质包括选自甲苯、苯和二甲苯中的至少一种。
57．根据权利要求54的方法，其中所述有机物质具有多苯核的结构。
58．根据权利要求57的方法，其中所述有机物质包括选自萘、联二苯和蒽中的至少一种。
59．根据权利要求49的方法，其中所述化学汽相淀积法是等离子体化学汽相淀积法。
60．根据权利要求49的方法，其中所述化学汽相淀积法是低压化学汽相淀积法。
61．根据权利要求49的方法，其中在通过所述化学汽相淀积法形成所述绝缘体之后，再从所述绝缘体中去除所述苯核，从而在所述绝缘体中形成孔隙。
62．根据权利要求61的方法，其中通过产生从所述绝缘体消去苯核的消去反应，去除所述苯核。
63．根据权利要求62的方法，其中通过曝露于在等离子体中产生的氧基来产生所述消去反应。
64．根据权利要求62的方法，其中通过在真空中于不高于450℃的温度的热处理来产生所述消去反应。
65．根据权利要求62的方法，其中通过在惰性气氛中于不高于450℃的温度的热处理来产生所述消去反应。
66．根据权利要求61的方法，其中通过在氧气氛中产生燃烧反应去除所述苯核。
67．根据权利要求49的方法，其中通过保持不低于约500℃的温度进行所述化学汽相淀积法，以便在所述绝缘体的淀积同时产生所述苯核的消去反应，从而形成包含孔隙的所述绝缘体。
68．一种通过化学汽相淀积法在半导体器件中形成具有二氧化硅主成分的绝缘膜的方法，其中使用至少一种包含苯核的有机物质作为苯核源，以使所述绝缘膜包含所述苯核。
69．根据权利要求68的方法，其中所述苯核具有与硅原子的键合结构。
70．根据权利要求69的方法，其中使用选自苯基三甲基硅烷和苯基三甲氧基硅烷中的至少一种作为所述苯核源。
71．根据权利要求69的方法，其中作为所述苯核源的所述有机物质与硅源材料一起使用。
72．根据权利要求70的方法，其中作为所述苯核源的所述有机物质单独使用而无硅源材料。
73．根据权利要求68的方法，其中所述苯核没有与硅原子的键合结构，作为所述苯核源的所述有机物质与硅源材料一起使用。
74．根据权利要求73的方法，其中所述有机物质具有单苯核的结构。
75．根据权利要求74的方法，其中所述有机物质包括选自甲苯、苯和二甲苯中的至少一种。
76．根据权利要求73的方法，其中所述有机物质具有多苯核的结构。
77．根据权利要求76的方法，其中所述有机物质包括选自萘、联二苯和蒽中的至少一种。
78．根据权利要求68的方法，其中所述化学汽相淀积法是等离子体化学汽相淀积法。
79．根据权利要求68的方法，其中所述化学汽相淀积法是低压化学汽相淀积法。
80．根据权利要求68的方法，其中在通过所述化学汽相淀积法形成所述绝缘膜之后，再从所述绝缘膜中去除所述苯核，从而在所述绝缘膜中形成孔隙。
81．根据权利要求80的方法，其中通过产生从所述绝缘膜消去苯核的消去反应，去除所述苯核。
82．根据权利要求81的方法，其中通过曝露于在等离子体中产生的氧基来产生所述消去反应。
83．根据权利要求81的方法，其中通过在真空中于不高于450℃的温度的热处理来产生所述消去反应。
84．根据权利要求81的方法，其中通过在惰性气氛中于不高于450℃的温度的热处理来产生所述消去反应。
85．根据权利要求80的方法，其中通过在氧气氛中产生燃烧反应去除所述苯核。
86．根据权利要求68的方法，其中通过保持不低于约500℃的温度进行所述化学汽相淀积法，以便在所述绝缘膜的淀积同时产生所述苯核的消去反应，从而形成包含孔隙的所述绝缘膜。
全文摘要
本发明提供一种具有二氧化硅主成分的绝缘体及其形成方法,其中绝缘体包含分布于其中的至少一种有机聚合物,例如苯核,以便降低其介电常数。
文档编号H01L23/522GK1204865SQ9810310
公开日1999年1月13日 申请日期1998年6月9日 优先权日1997年6月9日
发明者远藤和彦 申请人:日本电气株式会社