TW201142945A - Ultra low dielectric materials using hybrid precursors containing silicon with organic functional groups by plasma-enhanced chemical vapor deposition - Google Patents

Ultra low dielectric materials using hybrid precursors containing silicon with organic functional groups by plasma-enhanced chemical vapor deposition Download PDF

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Description

201142945 、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例大體係關於積體電路製造。更特定言 之’本發明之實施例係關於沉積用於積體電路之低介電 常數層的製程。 【先前技術】 自從數十年前積體電路問世以來，此類裝置的尺寸已 大幅縮小。從那時起，積體電路大致依循兩年/尺寸減半 的規則（通常稱為摩爾定律（Moore’s Law))，該規則意指 Ba片上的裝置數目每兩年即增加一倍。今日生產設施例 行製造特徵尺寸為90奈米（nm)、甚至65 nm之裝置，而 明曰設施不久將製造更小特徵尺寸之裝置。 隨著裝置尺寸不斷微縮，衍生出對低介電常數（k)值膜 的需求，因相鄰金屬線間的電容耦合效應必須降低，才 能進-步料㈣電路上的裝置尺寸1別是期望絕緣 體的介電常數小於約4.0。具低介數之絕緣體實例包 括旋塗式玻璃、心酸鹽玻璃（FSG)、碳摻雜氧化物和聚 四氟乙烯（PTFE)，該等物質皆可商業取得。 近來已發展k值小於約3.〇、甚至小於約2.5的低介電 常數有機㈣。-種用來形成低介電f數有切膜的方 法為使用包含有機矽化合物之混合氣體蛊 ’、CL含熱不籍，钇 物質或揮發性基團之化合物來沉積膜；:… 丧者後處理沉積 201142945 膜以移除/儿積臈的熱不穩定物質或揮發性基團(如有機 基團）移除"L積膜的熱不穩定物質或揮發性基團後會在 膜内形成不米級空隙’以致降低膜的介電常數，此乃因 空氣的介電常數約為1。 儘&已開發出上述低介電常數有機矽膜，該等低介電 常數有機矽膜具預定低介電常數，然一些低介電常數膜 的機械性質仍不如預期，例如機械強度不佳，導致膜於 後續半導體處理步驟期間易遭破壞。可能破壞低介電常 數膜的半導體處理步驟包括電漿應用蝕刻製程，該等電 漿應用㈣製程用來圖案化低介電常數膜。灰化製程和 溼蝕刻製程也會破壞膜，該等灰化製程用以自介電膜移 除光阻或底部抗反射塗層（BARC)。此外，空隙（或孔隙） 遍及沉積材料的尺寸均勻度與分佈均勻度都比預期差。 因此，仍需製造低介電常數膜的製程，該等低介電常 數膜具有較佳的均勻度、良好的機械性質且能抵抗後續 基板處理步驟的破。 【發明内容】 本發明大體提供沉積低介電常數層的方法。在一實施 例中’方法包括將一或更多有機矽化合物引進腔室，其 中一或更多有機矽化合物包含矽原子和成孔劑成分，該 成孔劑成分與矽原子鍵結’其中一或更多有機矽化合物 選自由5-雙環庚烯基三乙氧矽烷、5-雙環庚烯基甲基二 201142945 乙氧矽烷、5-雙環庚烯基二曱基乙氧矽烷、5_雙環庚烯 基三甲基矽院、5 -雙環庚基甲基二乙氧矽烧、5雙環庚 基二曱基乙氧矽烷、5-雙環庚基三甲基矽烷、5_雙環庚 基二甲基氯矽烷、環己基甲基二甲氧矽烷、異丁基甲基 二甲氧矽烷、1-(2-三曱氧基矽基乙基）環己烷_3,4環氧化 物、1，1-二甲基-1-矽雜環戊烷、2_環己烯4 —基氧基三甲 基矽烧、環己基氧基三甲基矽烷、2,4-環戊二烯-1_基三 甲基矽烧、1，1-二曱基矽雜環己烷和上述物質的組合物所 組成之群組；在存有射頻（RF)功率的情況下，使一或更 多有機矽化合物反應而沉積低介電常數層於腔室内的基 板上，以及後處理低介電常數層，以實質移除低介電常 數層的成孔劑成分。矽原子也可與一或更多氧原子鍵 結。可視情況將惰性載氣、氧化氣體或惰性載氣與氧化 氣體伴隨一或更多有機石夕化合物引進處理腔室。後處理 製程可為紫外線輻射固化沉積材料，並且紫外線（uv)固 化製程可同時或依序採行熱、電漿或電子束固化製程。 【實施方式】 本發明提供沉積低介電常數層的方法。低介電常數層 包含矽、氧和碳，該低介電常數層可稱為碳氧化矽或碳 摻雜氧化矽。此層還包含奈米級孔隙。低介電常數層的 介電常數為約3.0或以下，較佳約2.6或以下，例如介於 約2.1至2.5之間。低介電常數層的彈性模數可為至少約 201142945 4吉帕（GPa)，例如約6咖或以上。低介電常數層可用 於分層結構（如多層雙鑲嵌結構）當作金屬間介電層或立 它層，例如阻障層。根據本發明一實施例之沉積低介電 常數層的方法將描述於下。 製程說明如下。將一或更多有機石夕化合物引進處理腔 室。一或更多有機碎化合物可包含鍵結石夕原子和成孔劑 成分，該成孔劑成分與矽原子鍵結。矽原子可選擇性與 -或更多氧原子鍵結。諸如稀有氣體之惰性載氣(如氬氣 或氦氣）可伴隨一或更多有機矽化合物引進。可視情況將 氧化氣體引進處理腔室。 一或更多有機矽化合物和選擇性氧化氣體在存有射頻 (RF)功率的情況下反應而沉積低介電常數材料於腔室内 的基板上。接著可利用紫外線輻射固化製程後處理沉積 材料，以實質移除低介電常數層的成孔劑成分。 引進一或更多有機矽化合物和任何其它選擇性氣體的 腔室可為電漿增強化學氣相沈積(pECVD)腔室。用於沉 積製程的電漿可利用固定式射頻（RF)功率、脈衝式RF功 率、高頻RF功率、雙頻RF功率或該等功率的組合物產 生。可用的PECVD腔室一例為pr〇tjucer(g)腔室，該 Producer®腔室可購自美國加州聖克拉拉市之應用材料 公司。然其它腔室也可用來沉積低介電常數層。 一或更多有機矽化合物（該等有機矽化合物亦可稱為 接枝成孔劑前驅物）包括含矽成分和成孔劑成分，該成孔 劑成分與含矽成分之矽原子鍵結。含矽成分可包括石夕原 201142945 子，該^夕原子與至少一個氧原子鍵結。適合的有機石夕化 合物包括： 雙環庚烯基三乙氧矽烷 5-雙環庚烯基甲基二乙氧矽烷 °^、 5-雙環庚烯基二甲基乙氧矽烷、 5-雙環庚烯基三甲基矽烷、
環己基曱基二曱氧矽烷（CHMDMOS) 異丁基曱基二曱氧矽烷（IBMDMOS) 1-(2-三甲氧基矽基乙基）環己烷-3,4-環氧化物
1,1-二曱基-l-.e夕雜環戊烷 s0、 /-ο 2-環己烯-1-基氧基三曱基矽烷 / HD、 環己基氧基三甲基矽烷卜 2,4-環戊二烯-1-基三甲基矽烷 >〇 1，1-二甲基矽雜環己烷 U 、 雙環庚基曱基二乙氧矽烷 雙環庚基二f基乙氧矽烷 201142945 5-雙環庚基三曱基矽烷^yf、、 5-雙環庚基二曱基氣矽烷/^+一《、 和上述物質的組合物。 含矽成分可包含任何矽基化合物（及選擇性具有至少 個矽-氧鍵結）’且例如包括選自由三甲基矽烷、三乙 氧基碎烧、曱基二乙氧⑦烧、二甲基乙氧⑪烧、二甲基 甲氧矽烷、甲基二曱氧矽烷、二甲基二矽氧烷、四甲基 二石夕氧烧、1，3-雙钱亞甲基二㈣烧、雙（1甲基二石夕 氧烷基）甲烷 '雙（1_甲基二矽氧烷基）丙烷和上述物質的 、且C7物所組成群組之化合物。用於含矽成分且適於與成 孔劑成分鍵結的附加矽基化合物可包括選自由二甲基二 甲氧矽烷（DMDMOS)(與成孔劑成分鍵結後，二甲基二甲 氧矽烷的含矽成分例如可表示成二甲基甲氧矽烷或甲基 一甲氧矽烷）、二甲氧基甲基乙烯基矽烷（DMMVS)、六甲 基一矽氧烷（HMDS)、六甲氧基二矽氧烷（HMD〇s)、四甲 基環四矽氧烷（TMCTS)、八甲基環四矽氧烷（〇MCTS)、 五甲基環戊矽氧烷、六甲基環三矽氧烷和上述物質的組 合物所組成群組之化合物。 成孔劑成分可包含熱不穩定官能基，該熱不穩定官能 基鶴接石夕原子。熱不穩定官能基可包括雙環庚烯基、環 己基、異丁基、環己烯環氧基、環己烯基、環戊二烯基、 上述物質的衍生物和上述物質的組合物。與矽原子鍵結 則的基礎成孔劑化合物可選自由雙環庚二稀（降莰二 201142945 烯）、雙環庚烷（降莰烷）、環己烷、異丁烷、環氧環己烷、 環己烯、環戊二烯和上述物質的組合物所組成之群組。 固化時，熱不穩定基團從沉積材料釋出而於沉積材料中 形成孔隙或空隙。固化製程可為紫外線輻射製程，該紫 外線輻射製程可依序或同時採行熱或電子束固化製程。 一或更多有機矽化合物可與其它含矽前驅物和成孔劑 前驅物混合’以沉積低k介電層。 一或更多選擇性含矽前驅物可和一或更多有機矽前驅 物一起使用。一或更多含矽前驅物可為一或更多無成孔 劑成分之有機矽化合物，例如包括二甲基二甲氧石夕烧 (DMDMOS)、甲基二乙氧矽烧（MDE〇s)、三甲基矽院 (TMS)、三乙氧基矽烷、二甲基乙氧矽烷、二曱基二矽氧 烷、四甲基二矽氡烷、六曱基二矽氧烷（hmds)、雙 矽烷亞曱基二矽氧烷、雙（1_曱基二矽氧烷基）甲烷、雙（1_ 曱基二矽氧烷基）丙烷、六曱氧基二矽氧烷（HMD〇s)、二 甲氧基甲基乙烘基矽烷（DMMVS)和上述物質的組合 物。一或更多含矽前驅物可包括環狀化合物，包括四甲 基環四矽氧烷（TMCTS)、八曱基環四矽氧烷（〇mcts)、 五甲基環戊石夕氧院、六甲基環三石夕氧燒和上述物質的組 合物。 另外，一或更多選擇性成孔劑前驅物可和一或更多有 機石夕前驅物-起使用。較佳的成孔劑前驅物為形成個別 化合物之成孔劑成分的成孔劑化合物，錢佳的成孔劑 前驅祕包括雙環庚二稀(降茨二烯）、冑環庚院(降夜 201142945 烷）、環己烷、異丁烷、α_萜品烯、環氧環己烷、環己烯、 環戊二稀和上述物質的組合物等。 氧化氣體為含氧化合物，該等含氧化合物選自由氧氣 (〇2)、一氧化二氮（Ν20)、臭氧（〇3)、水（η2〇)、二氧化碳 (C〇2)、一氧化碳（C0)和上述物質的組合物所組成群組。 通篇申請案所述之流率係提供用於3〇〇毫米（mm)腔 室，例如購自美國加州聖克拉拉市之應用材料公司的 Producer®腔室，該300毫米（mm)腔室具兩個隔離處理 區。故各基板處理區獲得的流率為供入腔室之流率的一 半。 一或更多有機矽化合物和選擇性氧化氣體與任何惰性 氣體在存有RF功率的情況下反應而沉積低介電常數層 於腔室内的基板上。一或更多有機矽化合物反應而得之 沉積層内保有成孔劑成分（熱不穩定基團）。後處理此層 將使成孔劑（熱不穩定基團）分解及從該層釋出，進而於 層中形成空隙或奈米級孔隙。 應用時，基板放置在處理腔室的基板支撐件上，該處 理腔至此進行PECVD。混合氣體經由腔室的氣體分配板 (如喷淋頭）引至腔室内，該混合氣體具有組成物，該組 成物I括或更多有機矽化合物和選擇性氧化氣體。射 頻（RF)功率施加至電極，例如喷淋頭，以於腔室内提供 電漿處理條件。在腔室中，混合氣體在存有rf功率的情 况下反應而沉積初始層，該初始層包含氧化矽層，該初 始層緊緊黏附於底下基板。低介電常數層經後處理，以 201142945 實質移除低介電常數層的成孔劑。 在一或更多有機矽化合物與氧化氣體反應而沉積低介 電常數層於腔室内之基板上期間，基板一般維持呈約〇 °C至約4〇〇t。腔室壓力可為約0.1托耳至約50托耳， 例如約1托耳至約15托耳，並且基板支撐件與腔室喷淋 頭的間距可為、約100密爾至約15〇〇密爾例如約2〇〇密 爾至約1200密ί爾。 一或更多有機矽化合物可以約1〇毫克/分鐘至約5〇〇〇 毫克’分鐘之流率引進腔室’例如以約100毫克/分鐘至約 3〇〇〇毫克/分鐘之流率。選擇性氧化氣體可以約〇毫克/ 分鐘至約1〇_冑克/分鐘之流率引進腔室，例如以約〇 毫克/刀鐘至約5000毫克/分鐘之流率。稀釋氣體或載氣 (如氦氣、氬氣或氮氣）亦可以約1G毫克/分鐘至約购〇 毫克"77鐘之流率引進腔室，例如以約5〇〇毫克，分鐘至約 5000毫克/分鐘之流率。 對300 _之基板來說，可施加約〇 〇14瓦/平方公分 (w/W至約2.8 w/cm2之功率密度（該功率密度為約ι〇 瓦至約2_瓦之^功率大小）來產生電漿，例如約0.07 W/cm至約1.4 W/em2(該功率密度為約％瓦至約1〇()〇 瓦之RF功率大小）。RF功率可以、約G.G1 __z)至 300 MHZ之頻率提供，例如約13.56 MHz。RF功率可以 混頻提供’例如約13.56 MHz之高頻與約35〇千赫卿) 之低頻。RF功率可循環或脈衝輸入，藉以減少基板加鼽 並提高沉積層料隙度。RF功率切為連料或非連續 12 201142945 式。 沉積低介電常數層後，可後處理該層。在一實施例中， 施加uv輻射來移除成孔劑。1；¥輻射施加可同時或依序 配合採行額外後處理，例如電子束處理、電漿應用處理、 熱退火處理和上述處理的組合方式等。 可用的UV後處理條件一例包括腔室壓力為約1托耳 至約12托耳，例如i托耳至1〇托耳，並且基板支撐件 溫度為約50°C至約60(TC，例如約35〇t至約5〇〇β(： qUv 輻射可由任何UV源提供，例如汞微波弧燈、脈衝式氙 閃光燈或咼效率uv發光二極體陣列。uv輻射波長例如 可為約nOnmt約400 nm。氦氣可以約l〇〇sccm(每分 鐘標準毫升）至約20000 sccm之流率供應。在一些實施 例中，可使用諸如氦氣、氬氣、氮氣、氫氣、氧氣或上 述氣體的任何組合物等氣體。UV功率可為約25%至約 100% ’而處理時間可為約〇分鐘至約2〇〇分鐘。 UV腔室和處理條件的其它細節描述於共同讓渡且於 西元2005年5月9曰申請之美國專利申請案第 11/124’908號’該中請案以引用方式併人本文中。講自 應用材料公司的>|&11〇(：11]^腔室為市售腔室一例， NanoCure™腔室可用於uv後處理。 示例之熱退火後處理包括在腔室中以約2〇〇 °c至約 5 00 C之基板溫度，退火處理層約2秒至約3小時，較佳 約0.5至約2小時。諸如氦氣、氫氣、氮氣或上述氣體 的混合物等不反應氣體可以約100至約10000 sccm之流 13 201142945 率引進腔室。腔室壓力維持在約i毫托耳至約1〇托耳之 間。較佳的基板間距為約300密爾至約8〇〇密爾。 以下實例說明本發明之實施例。實例中的基板為3〇〇 mm之基板。低介電常數層係在Pr〇ducer(g)腔室中沉積於 基板上，並在NanoCure™腔室中進行uv處理，該
Producer⑧腔室購自美國加州聖克拉拉市之應用材料公 司，該Nan〇Cure™腔室購自美國加州聖克拉拉市之應用 材料公司。 以上述使用所述有機石夕化合物之製程沉積的介電層經 退火或後處理後經觀測發現有約2 〇至約2 5之介電常數 (如約2.2至約2.46)、約2G體積％至約3〇體積％之孔隙 體積、約6.5 GPa之彈性模數，和約6埃（幻（()6咖）至 約17埃（1.7 nm:>之平均孔隙半徑（如約6埃（〇 6㈣至約 11埃（1.1 nm)，例如約7埃至約9埃）。 實例1與第1圖 在約7托耳、溫度約3〇(Γ(：下，沉積低介電常數層至 基板上。間距為約刚㈣，並以約13.56 MHz和約400 瓦之條件提供RF功率。採用下列處理氣體和流率：約 gm之環u基甲基二甲氧梦院（c隨腹〇s)、約〇 mgm之氧氣和約3_吻之氦氣。以上述UV處理方
式後處理此層D 處理後，觀測發現該層的介電常數為約2.35、沉積 速率為約2500埃/分鐘、拉伸應力為約55 MPa、彈性模 數為約4.5 GPa、孔隙度為約28%且平均孔隙半徑為约 14 201142945 7.1埃（0.71 nm)、FTIR測量之Si-CH3鍵結與SiO鍵結比 率為約2.7%。 第1圖繪示依上述環己基甲基二甲氧矽烷（CHMDMOS) 有機石夕化合物沉積（粗實線），和依矽成分（甲基二甲氧矽 烧）與成孔劑（雙環庚二烯（BHCD))當作個別化合物沉積 (細實線）之孔隙度（多孔體積）相應平均孔隙結構半徑的 比較結果。如第1圖所示，有機矽化合物沉積層有更大 的孔隙度（波峰下的面積較大）和更均勻的多孔結構尺寸 (峰形比以矽成分與成孔劑當作個別化合物沉積而得的 結構窄）。孔隙體積％和孔隙半徑係利用已知技術測量。 實例2與第2圖 在約7托耳，溫度約300°C下，沉積低介電常數層至 基板上。間距為約800密爾’並以約π.56 MHz和約400 瓦之條件提供RF功率。採用下列處理氣體和流率：約 1000 mgm之5-雙環庚烯基三甲基矽烷、約〇 mgm之氧 氣和約3000 seem之氦氣。以上述UV處理方式後處理此 層。 後處理後，觀測發現該層的介電常數為約2.43、沉積 速率為約2000埃/分鐘、拉伸應力為約6〇 MPa、彈性模 數為約6.5 GPa、孔隙度為約23%且平均孔隙半徑為約 7,〇埃（0.7 nm)、FTIR測量之Si-CH3鍵結與Si0鍵結比 率為約3.2%。 第2圖繪示依上述5-雙環庚烯基三甲基矽烷有機矽化 合物沉積（粗實線），和依矽成分（甲基二曱氧碎規）與成孔 15 201142945 劑（雙環庚二稀’亦稱為降莰二浠）當作個別化合物沉積 (細實線）之孔隙度（多孔體積）相應平均孔隙結構半徑的 比較結果。如K 2圖所示，相較於以矽成分與成孔劑當 作個別化合物沉積而得的膜層，有機矽化合物沉積層有 更大的孔隙度和更均勻的多孔結構尺寸。 觀測發現使用與矽原子鍵結（接枝）之成孔劑沉積介電 材料將於沉積之碳氧化矽材料中形成更受控制的孔隙結 構。第1至2圓以成孔劑體積％相應孔隙半徑之曲線圖 說明受控制的孔隙結構，相較於使用兩種個別前驅物之 製程，該受控制的孔隙結構有較窄的孔隙半徑變化，且 在些情況下，有較大的孔隙體積。改善孔隙結構較能 抵杬層破壞製程，例如用於移除層圖案化製程之光阻材 料的氧灰化。 以所述方法沉積之（多孔）低k介電層可做為下述層間 介電材料。或者，以所述方法沉積之（多孔）低k介電層 可做為另一層間介電材料，例如蝕刻終止或阻障層。 如第3A圖所示，鑲嵌結構提供到處理腔室，該鑲嵌結 構係利用基板300而形成，基板3〇〇具有金屬特徵結構 7金屬特徵結構3〇7形成於基板表面材料3〇5内。第 :阻障層310(如碳化矽阻障層）大致沉積於基板表面，以 2除基板與後續沉積材料間的相互擴散。阻障層材料的 介電常數可至多達約9’較佳介於約2 5至小於約*之 間。碳化矽阻障層的介電常數可為約5或以下’較佳小 於約4。第一阻障層31〇的碳化矽材料可摻雜氮及/或 201142945 氧。阻障層可利用 束處理或上述處理 uv處理、熱處理、電漿處理、 的組合方式處理。 電子 人視情况而定’所述阻障層可由所述—或更多有機砂化 口物之有機矽化合物沉積而得。例如，觀測發現由異 丁基甲基—子氡矽烷沉積而得之介電層比起所述其它有 機矽化口物有較小的孔隙體積和較佳的阻障性質。異丁 基甲基一甲氧矽烷有機矽化合物可伴隨使用惰性氣體、 氧化氣體或f月性載氣與氧化氣體來沉積。比起包括氧化 氣體之沉積製程，無氧氣之沉積製程咸信將有更佳的阻 障性質和更大的介電常數值。 雖未繪示，然無氮之碳化矽或氧化矽蓋層可沉積在第 一阻障層310」：。無氮之碳化石夕或氧化石夕蓋層可藉由調 整處理氣體的紅成而原位沉積。例如，藉由減少或排除 氮源氣體，可原位沉積無氮之碳化矽蓋層於第一碳化矽 阻障層310上。或者，初始層（未繪示）可沉積於第一碳 化矽阻障層3 10上。初始層將更完整描述於名稱為「改
善低k介電質黏著性（ADHESION IMPROVEMENT FOR LOW K DIELECTRICS)」之美國專利第7,〇3〇 〇41號，該 美國專利以引用方式併入本文而不與本發明主張•賤樣和 内容相悖。 利用所述使用所述一或更多有機矽化合物來形成（多 孔）低k介電層的方法，沉積第一介電層3 12於碳化石夕阻 障層310上，視製造結構尺寸而定，第一介電層312之 厚度為約1 〇〇〇埃至約15000埃。接著以所述紫外線製 17 201142945 程，後處理第-介電層312，該紫外線製程可結合電漿 製程、熱製程或電子束製程使用。視情況而定，可增加 所述碳氧化矽沉積製程的氧濃度以移除沉積材料中的 碳，進而原位沉積氧化矽蓋層（未繪示）於第一介電層312 上。第一介電層還可包含其它低k介電材料，例如低聚 cr物材料（包括聚對二甲苯基）或低k旋塗式玻璃（如無摻 雜石夕破璃（USG)或氟矽酸鹽玻璃（FSG))。 接著沉積選擇性低k蝕刻終止層（或第二阻障層）3 14於 第—介電層312上，低k蝕刻終止層314例如為碳化矽 層且可摻雜氮或氧。低k蝕刻終止層3 14可沉積在第一 介電層312上的厚度為約50埃至約1000埃。以所述處 理碳化矽材料或碳氧化矽材料的方式後處理低k蝕刻終 止層314 »低k蝕刻終止層314接著經圖案蝕刻而定義 觸點/通孔3 16的開口，及露出待形成觸點/通孔3丨6區域 的第—介電層312。在一實施例中，低k蝕刻終止層314 之圖案钱刻係利用習知光微影製程和银刻製程，該等飯 刻製程使用氟、碳與氧離子。雖未繪示，然沉積其它材 料前，可選擇性沉積約100埃至約500埃的無氮之碳化 石夕或氧化石夕蓋層於低k钮刻終止層3 14上。 參照第3B圖，移除光阻材料後，接著沉積所述有機矽 化合物之第二介電層318於選擇性圖案化蝕刻終止層 314和第一介電層312上。第二介電層318可包含碳氡 化石夕’該碳氧化矽以所述形成多孔低k介電層之方法沉 積’且第二介電層318厚度可為約5〇〇〇埃至約15000 18 201142945 埃。第二介電層318接著經所述紫外線製程後處理，該 紫外線製程後處理可結合電漿製程、熱製程或電子朿製 程使用，及/或具有以所述製程沉積於上之氧化矽覆蓋材 料。可使用與其一介電$ 312相同或不同的有機矽化合 物來沉積第二介電層318。 如第3B圖所示，光阻材料322接著沉積在第二介霓層 318(或蓋層）上’並利用習知光微影製程圖案化光阻材料 322而定義内連線320。視情況而定，抗反射塗層（arc) 和飯刻遮罩層（如硬光罩層’未繪示）可設置在光阻材料 322與第二介電層318之間，以助於將圖案和特徵結構 轉移到基板3⑽。光阻材料322包含此技藝習知材料， 較佳為高活化能光阻材料，例如購自美國麻州 Marlborough之Shipley公司的UV_5。如第％圖所示， 接著利用反應離子㈣或其它非等向性㈣技術，飯刻 内連線和觸點/通孔，以定義金屬化結構（即内連線和觸 點/通孔）氧剝㊉或其它適合製帛’移除任何光阻 材料或其它用於圖案化蝕刻終止層314或第二介電層 3 1 8的材料。 曰 接著使用如銘、銅、鶴或上述物質的組合物等導電材 料，形成金屬化結構。因銅的電阻率低(17毫歐姆-公分 (—cm)，㈣為m“m)，故目前的趨勢係用鋼二 形成小特徵結構。在一實施例中，適當金屬阻障層(如 氮化鈕）先共形沉積於金屬化圖案，以免銅遷移到周圍的 矽及/或介電材料内。隨後，利用如化學氣相沉積、物理 201142945 氣相沉積、電鍍或上述方式的組合方式等技術沉積銅而 形成導電結構。如第3D圖所示，一旦結構已填滿銅或其 匕導電金屬，卬利用化學機械研磨，平坦化表面及露出 導電金屬特徵結構326的表面。 一或更多有機矽化合物可用於其它沉積方案，例如間 隙填充製程。間隙填充製程一例描述於西元2〇〇〇年4月 25日頒予、名稱為r使用有機矽烷沉積低介電常數介電 質的方法（Method Of Depositing A Low k Dielectric With Organo Silane)」之美國專利第6,〇54,379號，該專利以 引用方式併入本文而不與本發明主張態樣和内容相悖。 雖然以上係針對本發明之實施例，然在不脫離本發明 之基本範圍内’當可推演出其它和進一步之實施例，因 此本發明之保護範圍視後附申請專利範圍所界定者為 準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述概要特徵更明顯易懂，可配合參考 實施例說明’該等實施例部分乃圖示在附圖。然而，須 注意，所附圖式僅說明本發明典塑實施例，故所附圖式 並非用以限定本發明之精神與範圍，因為本發明可接納 其匕等效實施例。 第1圆顯示以+所述有機石夕化合物（環己基曱基二曱氡 矽烷）之成孔劑而得的沉積材料實施例’和以個別的成孔 20 201142945 劑前驅物與含矽化合物而得的沉積材料中，多孔結構之 體積百分比相應半徑大小的曲線圖。 第2圖顯示以含所述有機矽化合物（5-雙環庚烯基三甲 基矽烷）之成孔劑而得的沉積材料實施例，和以個別的成 孔劑前驅物與含矽化合物而得的沉積材料中，多孔結構 之體積百分比相應半徑大小的曲線圖。 第3 A-3D圖為顯示根據所述實施例之一雙鑲嵌沉積順 序實施例的截而圖。 【主要元件符號說明】 300 基板 305 表面材料 307 ' 326 金屬特徵結構 310、 324 阻障層 312、 318 介電層 314 蝕刻終止層 316 觸點/通孔 320 内連線 322 光阻材料 21

Claims (1)

  1. 201142945 七、申請專利範圍： K 一種沉積—低介電常數層的方法，該方法包含以下步 驟： 將-或更多有機矽化合物引進一腔室，其中該一或更多 有機石夕化合物包含—砂原子和_成孔㈣分，該成孔劑 成分與該矽原十鍵結，其中該一或更多有機矽化合物係 選自由5-雙環庚烯基三乙氧矽烷、5雙環庚烯基甲基二 乙氧矽烷、5-雙環庚烯基二甲基乙氧矽烷、5雙環庚烯 基二甲基矽烷、5-雙環庚基甲基二乙氧矽烷、5_雙環庚 基二甲基乙氧矽烷、5-雙環庚基三甲基矽烷、5_雙環庚 基二甲基氯矽烷、環己基曱基二曱氧矽烷、異丁基甲基 二甲氧矽烷、1-1:2-三甲氧基矽基乙基）環己烷_3,4_環氧化 物、1，1-二甲基_1_矽雜環戊烷、2_環己烯基氧基三甲 基矽烷、環己基氧基三曱基矽烷、2,4-環戊二烯-丨_基三 甲基矽烷、1，1-二甲基矽雜環己烷和上述物質的組合物所 組成之群組； 在存有一射頻（RF)功率的情況下，使該一或更多有機矽 化合物反應而沉積一低介電常數層於該腔室内的一基板 上；以及 後處理該低介電常數層，以實質移除該低介電常數層的 該成孔劑成分，其中該低介電常數層具有一孔隙體積和 一平均孔隙半徑，該孔隙體積約20體積°/〇至約30體積％， 該平均孔隙半徑約6埃至約11埃。 22 201142945 2.如申請專利範圍第！項之方法，其中該後處理之步驟 包含一紫外線（UV)固化處理。 3.如申請專利範圍第Μ之方法，其中該低介電常心 包含一介電常數，該介電常數約2〇至約25。 4·如申請專利範圍第i項之方法，該方法進一步包含以 下步驟：將-氧化氣體引進該腔室；以及在存有 (灯)功率的情況下，使該一或更多有機矽化合物與該氧 化氣體反應而沉積一低介電常數層於該腔室内的—基板 5.如申請專利範圍第4項之方法，其中該氧化氣體係選 自由氧氣（〇2)、一氧化二氮（Ν2〇)、臭氧（03)、水（Η2〇)、 二氧化碳（Co,)、一氧化碳（co)和上述物質的組合物2所組 成之群組。 6·如申請專利範圍第1項之方法，該方法進一步包含以 下步驟：引進一或更多化合物，該等化合物選自由一含 石夕前驅物、一成孔劑前驅物和上述物質的組合物所組成 群址。 7.如申請專利範圍第6項之方法，其中該含妙前驅物包 23 201142945 人物1更^ Γ成孔劑之碎化合物，該等無成孔劑之破化 :選自由…二甲氧石夕院、甲基二乙氧残、三甲 土石夕烧、三乙4基钱、二甲基乙氧錢、二甲基二石夕 2、四甲基二石夕氧院、六甲基二彻Μ，3-雙㈣亞 土-矽氧烷、雙(1_甲基二矽氧烷基)甲烷、雙。甲基 ::氧烧基)丙燒、六甲氧基二石夕氧烧、二甲氧基甲|乙 .土矽烧和上述物質的組合物所組成之群組。 人—申明專利圍第6項之方法’其中該含碎前驅物包 或更多無成孔劑之環狀切前驅物，該等無成孔劑 環狀含Μ㈣選自由四甲基環时氧烧（TMCTS)、 八：基環四矽氧烷(〇MCTS)、五甲基環戊矽氧烷、六甲 夕氧烷和上述物質的組合物所組成之群組。 勺：―申:月專利範圍第6項之方法中該成孔劑前驅物 S成孔劑化合物，該成孔劑化合物選自由降莰烷、 :莰-烯、環己烷、異丁烷、α_萜品烯、環氧環己烷、 衣己烯、％戊二烯和上述物質的組合物所組成群組。 W如中請專利範圍第i項之方法，其中該♦原子係與 至夕、個氧原子鍵結。 U.如中請專利範圍第4項之方法，其中該低介電常數 層包含碳氧切，且該低介電常數層具有—介電常數， 24 201142945 該介電常數約2.0至約2.5。 12 _如申睛專利範圍第1項之方法，其中該平均孔隙半 徑為約7埃至約9埃。 13. —種沉積—低介電常數層的方法，該方法包含以下 步驟： 將一或更多有機矽化合物引進一腔室，其中該一或更多 有機矽化合物包含一矽原子和一成孔劑成分，該成孔劑 成分與該矽原子鍵結，其中該一或更多有機矽化合物係 選自由5-雙環庚烯基甲基二乙氧矽烷、5_雙環庚婦基二 甲基乙氧石夕烧、5 -雙環庚稀基三甲基石夕烧、5_雙環庚基 甲基二乙氧矽烷、5-雙環庚基二甲基乙氧矽烷、5_雙環 庚基三甲基矽烷、5-雙環庚基二甲基氯矽烷、異丁基甲 基二甲氧矽烷、1_(2-三甲氧基矽基乙基）環己烷_3,4_環氧 化物、1,1-二甲基矽雜環戊烷、2_環己烯—i-基氧基三 甲基矽烷、環己基氧基三曱基矽烷、2,4_環戊二烯丨基 三甲基矽烷、1，1-二甲基矽雜環己烷和上述物質的組合物 所組成之群組； 在存有-射頻(RF)功率的情況下，使該一或更多有機矽 化合物反應而沉積1介電常數層於該腔室内的一基板 上；以及 後處理該低介電常數層’以實質移除該低介電常數層的 該成孔劑成分。 25 201142945 14. 如申請專柯範圍第U項之方法，其中該低介電常數 層經後處S冑具有一孔隙體積和—平均1隙半徑，該孔 隙體積約20體積％至、約3()體積％’肖平均孔隙半徑約6 埃至約11埃。 I5.如申請專利範圍第14 ϋ夕古、土 ^ ^ 竿u闽乐項之方法，其中該平均孔隙半 徑為約7埃至約9埃。 26
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