TWI397123B - 具改良強度及改良矽-碳鏈結之矽碳氧化物介電材料，含前述介電材料之半導體元件及其製造方法 - Google Patents

具改良強度及改良矽-碳鏈結之矽碳氧化物介電材料，含前述介電材料之半導體元件及其製造方法 Download PDF

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Description

具改良強度及改良矽－碳鏈結之矽碳氧化物介電材料，含前述介電材料之半導體元件及其製造方法
本發明係有關於一種包含矽(Si)、碳(C)、氧(O)與氫(H)原子(SiCOH)且具有低介電常數(k)的介電材料，以及用以製作這些材料之膜層的方法與包含這些膜層之電子元件。這些材料亦稱為摻碳氧化層(CDO)或有機矽酸鹽玻璃(OSG)。本發明之材料呈現出改良的聚合強度(或等效地稱為，改良的韌性或減低的脆性)，以及增加對水降解的抗性－－例如，應力腐蝕破裂(stress－corrosion cracking)、銅進入以及其他關鍵特性。本發明包含製作上述材料之方法，以及有關於使用上述介電材料作為層內或層間介電膜、於超大型積體電路(ULSI)電路之後段(BEOL)內連線結構中使用介電帽蓋層或硬遮罩/研磨終止層，以及相關的電子結構等用途。本發明亦有關於在具有至少兩個導體或一個電子感測結構之電子元件中使用創新的介電材料。
近來，由於不斷地縮小在超大型積體電路中的電子元件尺寸，而造成後段金屬化製程時電阻之增加，以及提高了層內與層間介電之電容。兩者結合的效應提高了超大型積體電子元件中的訊號延遲。為了改進未來ULSI電路之切換效能，需要使用低介電常數(k)絕緣體以及具有遠低於氧化矽之介電常數的介電材料以降低電容。
製作非常大型積體電路(VLSI)與超大型積體電路(ULSI)晶片之大部分步驟係藉由電漿增強型化學氣相沈積或物理氣相沈積技術而進行。利用先前已安裝且可使用之製程設備執行電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)技術以製作低k材料的能力，將因此簡化其於製造製程中之整合、減少製造成本以及產生較少的有害廢料。同樣受讓予本發明受讓人之美國專利號6147009與6497963係闡述含有矽、碳、氧與氫原子之低介電常數材料，此材料具有不大於3.6之介電常數，且呈現出非常低的裂縫擴展速率，在此以參考方式併入此等專利之全部內容。
同樣受讓予本發明受讓人且在此以參考方式併入全文內容之美國專利號6312793、6441491與6479110 B2中，係闡述一種多相低k介電材料，其由矽(Si)、碳(C)、氧(O)與氫(H)原子元素所組成之基質(matrix)、以及主要由碳(C)與氫(H)所組成之相(phase)所構成，且具有不大於3.2之介電常數。
具有低於2.7介電常數(較佳地低於2.3)的超低k介電材料係已為此技藝者所公知。先前技術中超低k SiCOH膜之主要問題包含，例如有：(a)此等材料易碎(即，低聚合強度、低延展、低韌性)；(b)液態水及水蒸氣更會降低材料的聚合強度。聚合強度(CD)與水壓(PH 2 O )或濕度百分比(% humidity)之標繪圖，亦稱為「CS濕度圖」其具有每個k值與材料之特性斜率；(c)此等材料易於具有拉伸應力並結合低韌性，以及當膜大於一臨界厚度且與水接觸時就易產生破裂；(d)當此等材料為有孔時，能吸收水與其他製程化學物，此結果會造成在電場下銅的電化學腐蝕作用增強，且會進入有孔的介電質中而造成漏電與導體間的高傳導性；以及(e)當碳鍵結為Si－CH3 基團時，先前技術之SiCOH介電質隨即與光阻剝除電漿、化學機械研磨及其他整合製程反應，而造成SiCOH介電質受損，而產生更親水的表面層。
例如，矽酸鹽與有機矽酸鹽玻璃容易落在第1圖中聚合強度對介電常數作圖的萬用曲線上。此圖包含習知氧化物(A點)、習知SiCOH介電質(B點)、習知k＝2.6之SiCOH物介電質(C點)以及具有k值大約為2.2之習知CVD超低k介電質(D點)。此兩數值皆主要由矽氧鍵結之體積密度所決定的事實解釋了兩者間成比例性的改變。其亦暗示了具有超低介電常數(例如，k<2.4)之OSG材料在完全乾燥的環境中被限制以具有大約3 J/m2 或更小之聚合強度。聚合強度係進一步隨著濕度增加而減小。
先前技術之矽碳氧化膜之另一個問題在於其強度會被水降低。水在矽碳氧化膜上之降解效應可利用四點抗彎偵測技術來量測，此技術闡述於，例如由M.W.Lane、X.H.Liu、T.M.Shaw等人在2004年4月於IEEE Transactions on Device and Materials Reliability期刊上所發表的「Environmental Effects on Cracking and Delamination of Dielectric Films」論文之第142－147中。第2A圖係引用自此參考文件，此圖係繪示水對於介電常數k大約為2.9之典型SiCOH膜強度之影響。在水壓(PH 2 O )受到控制與改變之反應室內以四點抗彎偵測技術可得到數據。具體而言，第2A圖顯示在受控制的反應室中聚合強度與水壓之自然對數(ln)的繪圖。此圖中的斜率大約為－1。增加水壓則會減少聚合強度。在第2A圖中，該線以上之斜線區域表示使用先前技術之SiCOH介電質難以達到的聚合強度區域。
第2B圖亦取自於上文所引用之M.W.Lane參考文件，且類似於第2A圖。具體而言，第2B圖繪示另一個SiCOH膜之聚合強度，其亦使用與第2A圖相同之量測方式。先前技術之SiCOH膜具有2.6之介電常數，且圖中之斜率係大約為－0.66。在第2B圖中，該線以上之斜線區域表示使用先前技術之SiCOH介電質難以達到的聚合強度區域。
Si－C鏈結所具有之極性係低於Si－O鏈結所具有之極性。再者，有機聚合物介電質所具有之破裂韌性高於有機矽酸鹽玻璃所具有之破裂韌性，且有機聚合物較不易發生應力腐蝕破裂情形(如同以Si－O為基礎之介電質)。此暗示著添加更多的有機聚合物成分與更多Si－C鍵結至SiCOH介電質中，可減少上述之水降解效應，進而增加非線性能量消耗機制，例如可塑性。添加更多有機聚合物成分至SiCOH中將產生破裂韌性增強與環境感受性降低之介電質。
在其他領域中，諸如有機彈性體等材料之機械特性，可藉由增加能誘導與形成交聯化學鍵結的化學物種之交聯反應而得以改進。此可增加材料的彈性模數、玻璃轉換溫度與聚合強度，以及在某些情況下還可增加抗氧化力、對吸水性與其相關降解作用的抗性。此交聯的鍵結可被摺疊，使得在拉伸應力下，此等鍵結可支持分子主鍵之部分伸長量而不會破裂，而可有效增加材料的韌性。其中最著名的實例為自然與合成橡膠之「硫化處理(vulcanization)」，其藉由添加硫與過氧化物並且固化而達成，此方法係由Charles Goodyear與Thomas Hancock所發明。當添加硫與過氧化物至橡膠中，經常合併使用苯胺或其他催化劑，並將材料在熱及壓力下固化，硫在聚合物鏈之間形成摺疊或傾斜的聚合物交聯，而將其彈性地連結在一起。此結果大大強化了材料，使材料具有增強的聚合強度、以及對水氣與其他化學物之高抵抗能力。硫化處理實質上可使橡膠能用於許多遍及全球的應用與工業上。
有鑑於在先前技術中低與超低k的SiCOH介電質之不利條件，因此對於發展有孔且密實之SiCOH介電質存在者需求，此SiCOH介電質具有大約3.2或更小之介電常數，並具有位於第1圖所定義之萬用曲線以上之顯著增加的聚合強度與k之關係曲線。在第1圖之實例中，韌性與聚合強度是等量的。此外還需要發展出一種有孔且密實之SiCOH介電質，其具有特定形式之碳鍵結，可能包含Si－S、S－S與S－CH鍵結，並具有較大的有機特質、較高的抗水性，特別是在第2A圖與第2B圖的斜線區域中，以及具有可使這些膜層能用於ULSI元件中之較佳機械特性。
本發明之目的在於提供低或超低k介電常數之材料，此材料包含矽(Si)、碳(C)、氧(O)與氫(H)原子(以下係使用「SiOCH」表示之)並具有不超過3.2之介電常數以及具有不低於6 J/m2 ，較佳不低於7 J/m2 之強化聚合強度，此聚合強度係藉由通道裂縫或包夾四點抗彎測量機構而測得。
本發明另一個目的係提供具有共價鍵結立體網狀結構的SiCOH介電質，其包含鍵結為Si－CH3 的C以及鍵結為Si－R－Si的碳(C)；其中R係為苯基(即，－C6 H4 －)、－[CH2 ]n －，其中n係大於或等於1、HC＝CH(即，雙鍵)、C＝CH2 、C≡C(即，三鍵)、或[S]n 鏈結，其中n係同上述所定義者。在一較佳實施例中，SiCOH介電質包含Si－[CH2 ]n －Si，其中n為1或3。
本發明之另一個實施例係提供SiCOH介電質材料，其中由固態核磁共振儀與傅立葉轉換紅外光儀所偵測之鍵結為Si－CH2 －Si的C原子部分(fraction)係大於先前技術之SiCOH介電質中之鍵結為Si－CH2 －Si之C原子部分。
本發明另一個實施例係提供具有介電常數不大於3.2之SiCOH介電質材料，其CS對濕度百分比之繪圖顯示出該材料與濕度具有弱相關性。也就是，在一個給定之介電常數時，本發明之SiCOH介電質材料具有小於第2A圖與第2B圖所示的斜率，且在特定水壓(PH 2 O )值時的聚合強度係位於第2A圖與第2B圖中之線上方的斜線區域內。「弱相關性(weak dependence)」一詞係表示本發明之SiCOH介電質在標繪圖中的斜率小於先前技術材料在標繪圖中所具有之斜率。在本發明中，藉由減少反應性位置(Si－O－Si)的數量而達成上述功效。反應性位置(Si－O－Si)的密度可決定在CS與ln PH 2 O 之曲線中的斜率。當減少Si－O－Si位置的數量時，可降低對水氣的敏感性，也降低與Si－O－Si鍵結密度線性相關之聚合強度。然而，本發明之介電質係如上所述般地藉著納入不會呈現非線性形變行為而進一步增加材料之機械強度的Si－C類鍵結，減少了Si－O－Si鍵結密度，而克服介電質在聚合強度上的初步降低。此淨功效係使得介電質具有在乾環境中之聚合強度至少等於，但較佳地大於一介電常數相同之Si－O系介電質所具有之聚合強度，以及本發明之介電材料具有明顯降低之環境敏感性。
本發明另一個目的係提供具有介電常數不大於3.2之SiCOH介電質材料，其暴露在水蒸氣下時(濕度)非常穩定，包含能防止在水中發生破裂的問題。
本發明之另一個目的係提供採用本發明之SiCOH材料作為層內以及/或層間介電質的電子結構，以用於後段線路結構中。
本發明之另一個目的係提供用以沈積本發明SiCOH介電材料的PECVD方法，以及用以固化該創新SiCOH介電材料之合適方法。
本發明之另一個目的係提供使用創新的SiCOH介電材料之另一個電子結構(例如，電路板或被動邏輯元件)。
廣泛來說，本發明係提供由Si、C、O與H組成之介電材料，其中一部分的C原子鏈結為Si－CH3 官能基，以及另一部分的C鍵結為Si－R－Si；其中R為苯基(即，－C6 H4 －)、－[CH2 ]n －，其中n係大於或等於1、HC＝CH(即，雙鍵)、C＝CH2 、C≡C(即，三鍵)、或[S]n 鏈結，其中n係同上述所定義者。根據本發明，在材料內全部的碳原子中，鍵結為Si－R－Si部分之碳原子的分量通常介於0.01與0.99之間，此值係由固態核磁共振儀所測定而得。在一個較佳實施例中，SiCOH介電質包含Si－[CH2 ]n －Si，其中n為1或3。
在本發明之第一個實施例中，提供一種穩定的超低k SiCOH介電材料，其具有3.0的介電常數、30 Mpa或更低之拉伸應力、大於15 GPa之彈性模數、大於6 J/m2 之聚合強度(例如介於約6至約12 J/m2 )、對厚度為3微米之膜層而言具有不大於1x10－ 1 0 m/sec的水中破裂速度，以及一部份之C原子鍵結於官能基Si－CH2 －Si中，其中由碳固態核磁共振(NMR)所量測之亞甲基(CH2 )的碳分量係介於約0.05至約0.5之間。
在本發明之第二個實施例中，提供一個穩定的超低k SiCOH介電材料，其具有小於大約2.5的介電常數、小於40 Mpa之拉伸應力、大於約5 GPa之彈性模數、大於3 J/m2 至約6 J/m2 之聚合強度、對厚度為3微米之膜而言具有不大於1x10－ 1 0 m/sec之水中破裂速度、以及有一部份之C原子鍵結於官能基Si－CH2 －Si中，其中由碳固態核磁共振所量測之亞甲基(CH2 )的碳分量係介於約0.05至約0.5之間。
在本發明之另一個實施例中，具有鍵結為Si－CH3 的碳以及鍵結為Si－R－Si的碳，其中R可為不同的有機基團。
與先前技術之SiCOH與pSiCOH介電質具有Si－CH3 鍵結特性相比，在本發明材料之所有實施例中，改良之C－Si鍵結係為本材料之特徵。
本發明另一個實施例中，可具有C－S、Si－S鍵結與選擇性地具有S－S鍵結。
除了前述之特性，本發明之介電材料為疏水性，其與水之接觸角大於70°，較佳大於80°，以及呈現出落在第2A圖與第2B圖中斜線區域的聚合強度。第2A圖中顯示之線的方程式為γ(J/m2 )＝－1.094 J/m2 *X＋10.97 J/m2 ，其中X係為PH 2 O 之對數值，而P單位為Pa。在第2B圖中顯示之線的方程式為γ(J/m2 )＝－0.662 J/m2 *X＋6.759 J/m2 ，其中X為PH 2 O 之對數值，而P單位為Pa。
本發明亦有關於電子元件，其中本發明之SiCOH介電材料可作為電子結構中之層間或層內介電質、帽蓋層、以及/或硬遮罩/研磨終止層。
具體來說，本發明之電子元件包含預先處理過的半導體基材，其具有嵌入第一絕緣材料層內的第一金屬區、嵌入於第二絕緣材料層內之第一導體區，該第二絕緣材料層與該第一絕緣材料層緊密接觸、該第一導體區係與該第一金屬區電性連結，以及一第二導體區係與該第一導體區電性連結且嵌入一第三絕緣材料層中，該第三絕緣材料層係與該第二絕緣材料層緊密接觸。
在上述之結構中，每層絕緣層可包含本發明之具改良碳鍵的低或超低k SiCOH介電材料。
電子結構可另包含位於該第一絕緣材料層與第二絕緣材料層之間的一介電帽蓋層；以及可另包含位於該第二絕緣層與該第三絕緣層之間的一介電帽蓋層。電子結構可另包含介於該第二絕緣材料層與該第三絕緣材料層之間的一第一介電帽蓋層，以及位於該第三絕緣材料層頂端的一第二介電帽蓋層。
在一些實施例中，該介電帽蓋層本身可包含創新之低或超低k SiCOH介電材料。
電子結構可另包含介電材料之擴散阻障層，其設置於該第二絕緣材料層與第三層中至少一層上。電子結構可另包含位於第二絕緣材料層頂端的一介電層，以當作RIE硬遮罩/研磨終止層；以及包含位於此介電RIE硬遮罩/研磨終止層之頂端的介電擴散阻障層。電子結構可另包含第一介電RIE硬遮罩/研磨終止層位於第二絕緣材料層頂端、第一介電RIE擴散阻障層位於第一介電研磨終止層之頂端、第二介電RIE硬遮罩/研磨終止層位於該第三絕緣材料層頂端、以及第二介電擴散阻障層位於第二介電研磨終止層之頂端。介電RIE硬遮罩/研磨終止層亦可由創新之SiCOH介電質所組成。
本發明亦有關於製作本發明之SiCOH材料之各種方法。
本發明亦有關於在包含至少兩個導體與一個用以偵測光之光電子感測結構的電子元件中使用創新的SiCOH介電膜的用途。
如上所述，本發明提供數種包含氫化氧化的碳化矽材料之基質(SiCOH)的介電材料(有孔或密實，即無孔)，其包含形成共價鍵結立體網狀結構之Si、C、O與H元素，並具有約3.2或更低之介電常數。「立體網狀(tri－dimensional network)」一詞係於本申請案之全文中，用以表示包含互相連接且在x、y與Z方向上有相互關係之矽、碳、氧與氫元素的SiCOH介電材料。
本發明提供具有共價鍵結立體網狀結構的SiCOH介電質，其包含鍵結為Si－CH3 的碳(C)以及鍵結為Si－R－Si的碳；其中R為苯基(即，－C6 H4 －)、－[CH2 ]n －，其中n係大於或等於1、HC＝CH(即，雙鍵)、C＝CH2 、C≡C(即，三鍵)、或[S]n 鏈結，其中n係同上述所定義者。在本發明一些實施例中，本發明介電材料內的全部碳原子中，鍵結為Si－R－Si部分的碳原子分量通常介於0.01與0.99之間，其係由固態核磁共振儀所測得。在一個較佳實施例中，SiCOH介電質包含Si－[CH2 ]n －Si，其中n為1或3。在一個較佳實施例中，材料中鍵結為Si－CH2 －Si的碳原子總分量係介於0.05與0.5之間，其由固態NMR所量測。
本發明之SiCOH介電材料所含之矽的原子百分率介於約5至約40之間，較佳為約10至約20之間；碳的原子百分率係介於約5至約50之間，較佳為介於約15至約40之間；氧的原子百分率係介於0與約50之間，較佳為約10至約30之間；以及氫的原子百分率係介於大約10至約55，較佳為約20至約45之間。
在一些實施例中，本發明之SiCOH介電材料可更包含氟以及/或氮。在本發明之另一個實施例中，SiCOH介電材料可選擇性地以鍺原子取代部分的矽原子。出現在本發明介電材料中之上述選擇性元素的數量係取決於沈積製程中所使用之包含該等選擇性元素之前驅物的量。
本發明之SiCOH介電選擇性地包含原子級空洞(molecular scale voids)(即，奈米大小的孔洞)’直徑約介於0.3至約10奈米之間，且最佳直徑介於約0.4和約5奈米間，且上述特徵可進一步減少SiCOH介電材料之介電常數。奈米大小的孔洞佔材料體積比率約在0.5%至約50%間。當這些空洞存在於材料中時，這些材料即為公知的有孔SiCOH或稱「pSiCOH」。
第3圖係聚合強度與介電常數之萬用曲線，其包含第1圖中所示的習知介電質以及創新之SiCOH介電材料。第3圖之繪圖顯示本發明之SiCOH介電質比具有相同k值的習知介電質而言具有較高聚合強度。第1圖與第3圖中。該k值係描述為相對介電常數。
在本發明之第一個實施例中，提供一個穩定的超低k SiCOH介電材料，其具有3.0的介電常數、30 Mpa或更少之拉伸應力、大於15 Gpa之彈性模數、大於6 J/m2 之聚合強度、對厚度為3微米之膜具有不大於1 x 10－ 1 0 m/sec之水中破裂速度、以及一部份之C原子鍵結於官能基Si－CH2 －Si上，其中亞甲基(CH2 )之碳的分量約為0.1。在本發明以及上述特徵中，此分量可介於約0.05至約0.5之間，且由碳固態NMR所測得。
在本發明之第二實施例中，提供一種穩定的超低k SiCOH介電材料，其具有小於約2.5的介電常數、介於約30至約40 Mpa或更少之拉伸應力、大於5 GPa之彈性模數、大於4 J/m2 之聚合強度、對厚度為3微米之膜具有不大於1 x 10－ 1 0 m/sec之水中破裂速度、以及一部份之C原子鍵結於官能基Si－CH2 －Si上，其中由碳固態核磁共振所量測之亞甲基碳部分的分量係介於約0.05至大約0.5之間。
在本發明一些實施例中，具有碳鍵結為Si－CH3 以及亦有碳鍵結為Si－R－Si，其中R可為不同的有機基團。
在本發明之一些實施例中，本發明介電材料之特徵為(i)密實或有孔，且在乾環境中，即在完全缺水下具有大於約3 J/m2 之聚合強度，並具有小於約2.5之介電常數；(ii)密實或有孔，且在25℃與水壓1570 Pa時具有大於約3 J/m2 之聚合強度，並具有小於約3.2之介電常數(50 %相對濕度)；或(iii)密實或有孔，且在25℃與水壓1570 Pa時具有大於約2.1 J/m2 之聚合強度，並具有小於約2.5之介電常數。
相較於先前技術SiCOH與pSiCOH介電質之Si－CH3 鍵結特性，本發明SiCOH介電質具有更多的碳在有機基團中架橋於兩個矽原子之間。
本發明另一個實施例中，該新穎的SiCOH材料中可具有C－S、Si－S鍵結與選擇性地具有S－S鍵結。
除了前述特性，本發明之介電材料係為疏水性，且具有大於70°之水接觸角，較佳為大於80°，且呈現出落在第2A圖與第2B圖之斜線區域中的聚合強度。
本發明之SiCOH介電材料通常使用電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)加以沈積。除了PECVD外，亦可利用化學氣相沈積(CVD)、高密度電漿(HDP)、脈衝電漿增強型化學氣相沈積(plused PECVD)、旋轉塗佈應用或其他相關方法以形成本發明之SiCOH介電材料。
在沈積製程中，該新穎的SiCOH介電材料係利用以下方式形成：提供至少第一碳矽烷或烷氧基碳矽烷前驅物(液體、氣體或蒸氣)以及惰性載體至反應器中，其中前驅物包含Si、C、O與H原子、惰性載體為例如氦氣或氬氣，而反應器較佳為PECVD反應器；以及接著使用可有效形成本發明SiCOH介電材料之條件，以於合適的基板上沈積出衍生自第一前驅物的薄膜。本發明更可選擇性地提供一氧化劑，例如氧氣、一氧化二氮、二氧化碳或上述氣體混合之組合，藉以穩定在反應器中的反應劑，進而改善沈積於基板上的介電膜之性質與均勻性。上述第一前驅物可包含硫或硫的衍生物。
在本發明中，第一前驅物包含下述化合物中的至少一種：1,3－二矽環丁烷(1,3－disilacyclobutane)、1,3－二矽丙烷(1,3－disilapropane)、1,5－二矽戊烷(1,5－disilapentane)、1,4－雙－三氫矽烷基苯(1,4－bis－trihydrosilyl benzene)、或這些化合物的甲氧基與乙氧基取代衍生物。可用於本發明之第一前驅物的其他實例係多種環狀前驅物，其包含，但不限於：八甲基－1,5－二矽氧烷－3,7－二矽環辛烷(octamethyl－1,5－disiloxane－3,7－disilacyclooctane)、1,3,5,7－四甲基－1,5－二矽氧烷－3,7－二矽環辛烷(1,3,5,7－tetramethyl－1,5－disiloxane－3,7－disilacyclooctane)、1,3,5,7－四甲基－1,3,5,7－四矽環辛烷(1,3,5,7－tetramethyl－1,3,5,7－tetrasilacyclooctane)、1,3,5,－三甲基－1,3,5－三矽環己烷(1,3,5－trimethyl－1,3,5－trisilacyclohexane)、1,3,5－三甲基－1,3－二矽氧烷－5－矽環己烷(1,3,5－trimethyl－1,3－disiloxane－5－silacyclohexane)以及1,3,5－三甲基－1－矽氧烷－3,5－二矽環己烷(1,3,5－trimethyl－1－siloxane－3,5－disilacyclohexane)。此外，本發明亦考慮使用二矽環辛烷、四矽環辛烷、二矽環己烷、矽環己烷的相關衍生物以及類似的環狀碳矽烷前驅物。
前述之較佳環狀化合物結構係示範出本發明所考慮之環狀化合物種類(此繪示之結構並非用以限定本發明)：
上述指出之環狀化合物係為本發明之較佳實例，因為這些前驅物具有相對低沸點，而類似於可於製造級PECVD製程中使用的前驅物；以及此等前驅物的分子中包含了Si－CH2 －Si鏈結基團與至少一個Si－O鍵的組合。
可用來形成本發明SiCOH介電質之其他較佳化合物之範例包含：1,1,3,3,－四氫－1,3－二矽環丁烷(1,1,3,3,－tetrahydrido－1,3－disilacyclobutane)；1,1,3,3－四甲氧基(乙氧基)－1,3二矽環丁烷(1,1,3,3－tetramethoxy(ethoxy)－1,3disilacyclobutane)；1,3－二甲基－1,3－二甲氧基－1,3二矽環丁烷(1,3－dimethyl－1,3－dimethoxy－1,3 disilacyclobutane)；1,3－二矽環丁烷(1,3－disilacyclobutane)；1,3－二甲基－1,3－二氫－1,3－二矽烷環丁烷(1,3－dimethyl－1,3－dihydrido－1,3－disilylcyclobutane)；1,1,3,3－四甲基－1,3－二矽環丁烷(1,1,3,3－tetramethyl－1,3－disilacyclobutane)；1,1,3,3,5,5－六甲氧基－1,3,5－三矽烷(1,1,3,3,5,5－hexamethoxy－1,3,5－trisilane)；1,1,3,3,5,5－六氫－1,3,5－三矽烷(1,1,3,3,5,5－hexahydrido－1,3,5－trisilane)；1,1,3,3,5,5－六甲基－1,3,5－三矽烷(1,1,3,3,5,5－hexamethyl－1,3,5－trisilane)；1,1,1,3,3,3－六甲氧基(乙氧基)－1,3－二矽丙烷(1,1,1,3,3,3－hexamethoxy(ethoxy)－1,3－disilapropane)；1,1,3,3－四甲氧基－1－甲基－1,3－二矽丁烷(1,1,3,3－tetramethoxy－1－methyl－1,3－disilabutane)；1,1,3,3－四甲氧基－1,3－二矽丙烷(1,1,3,3－tetramethoxy－1,3－disilapropane)；1,1,1,3,3,3－六氫－1,3－二矽丙烷(1,1,1,3,3,3－hexahydrido－1,3－disilapropane)；3－(1,1－二甲氧基－1－矽乙基)－1,4,4－三甲氧基－1－甲基－1,4－二矽戊烷(3－(1,1－dimethoxy－1－silaethyl)－1,4,4－trimethoxy－1－methyl－1,4－disilpentane)；甲氧甲烷－2－(二甲氧基矽甲基)－1,1,4－三甲氧基－1,4－二矽丁烷(methoxymethane 2－(dimethoxysilamethyl)－1,1,4－trimethoxy－1,4－disilabutane)；甲氧甲烷－1,1,4－三甲氧基－1,4－二矽－2－(三甲氧矽烷基甲基)丁烷(methoxymethane 1,1,4－trimethoxy－1,4－disila－2－(trimethoxysilylmethyl)butane)；二甲氧基甲烷(dimethoxymethane)；甲氧甲烷(methoxymethane)；1,1,1,5,5,5－六甲氧基－1,5－二矽烷戊烷(1,1,1,5,5,5－hexamethoxy－1,5－disilapentane)；1,1,5,5－tetramethoxy－1,5－disilahexane(1,1,5,5－四甲氧基－1,5－二矽己烷)；1,1,5,5－四甲氧基－1,5－二矽戊烷(1,1,5,5－tetramethoxy－1,5－disilapentane)；1,1,1,4,4,4－六甲氧基(乙氧基)－1,4－二矽烷基丁烷(1,1,1,4,4,4－hexamethoxy(ethoxy)－1,4－disilylbutane)；1,1,1,4,4,4,－六氫－1,4－二矽丁烷(1,1,1,4,4,4,－hexahydrido－1,4－disilabutane)；1,1,4,4－四甲氧基(乙氧基)－1,4－二甲基－1,4－二矽烷丁烷(1,1,4,4－tetramethoxy(ethoxy)－1,4－dimethyl－1,4－disilabutane)；1,4－雙－三甲氧基(乙氧基)矽烷苯(1,4－bis－trimethoxy(ethoxy)silyl benzene)；1,4－雙－二甲氧甲基矽烷苯(1,4－bis－dimethoxymethylsilyl benzene)；以及1,4－雙－三氫矽烷苯(1,4－bis－trihydrosilyl benzene)。以及相對應的間位取代同分異構物，例如：1,1,1,4,4,4－六甲氧基(乙氧基)－1,4－二矽丁－2－烯(1,1,1,4,4,4－hexamethoxy(ethoxy)－1,4－disilabut－2－ene)；1,1,1,4,4,4－六甲氧基(乙氧基)－1,4－二矽丁－2－炔(1,1,1,4,4,4－hexamethoxy(ethoxy)－1,4－disilabut－2－yne)；1,1,3,3－四甲氧基(乙氧基)－1,3－二矽氧烷－1,3－二矽氧烷(1,1,3,3－tetramethoxy(ethoxy)－1,3－disilolane－1,3－disilolane)；1,1,3,3－四甲基－1,3－二矽氧烷(1,1,3,3－tetramethyl－1,3－disilolane)；1,1,3,3－四甲氧基(乙氧基)－1,3－二矽烷；1,3－二甲氧基(乙氧基)－1,3－二甲基－1,3－二矽烷(1,3－dimethoxy(ethoxy)－1,3－dimethyl－1,3－disilane)；1,3－二矽烷(1,3－disilane)；1,3－二甲氧基－1,3－二矽烷(1,3－dimethoxy－1,3－disilane)；1,1－二甲氧基(乙氧基)－3,3－二甲基－1－丙基－3－矽丁烷(1,1－dimethoxy(ethoxy)－3,3－dimethyl－1－propyl－3－silabutane)；或2－矽丙烷(2－silapropane)。
除了上述之材料外，本發明亦考慮上述材料之硫衍生物。
第4A圖為可用於本發明中形成SiCOH介電材料之較佳第一前驅物。第4B圖係顯示可用於本發明中形成SiCOH介電材料之額外CVD碳矽烷前驅物。繪示於第4A圖與第4B圖中化合物之硫衍生物亦可加以使用。
可選擇性地在反應器中加入一第二SiCOH前驅物，例如，二乙氧基甲基矽烷(diethoxymethylsilane)、八甲基四矽氧烷(octamethyltetrasiloxane)、四甲基四矽氧烷(tetramethyltetrasiloxane)、三甲基矽烷(trimethylsilane)、或任何其他烷基矽烷或烷氧基矽烷(環狀或線性)分子。
亦可選擇性地將包含C－S－C、C－[S]n －C、Si－S－Si或Si－[S]n －Si鍵結的前驅物添加於反應器中。
除了第一前驅物之外，包含C、H原子以及選擇性包含O、F及/或N原子的第二前驅物(氣體、液體或蒸氣)亦可以使用。還可選擇性地使用一含鍺之第三前驅物(氣體、液體或蒸氣)。
第二或第三前驅物可以為烴類分子(或稱碳氫化合物分子)，其闡述於美國專利號6,147,009、6,312,793、6,441,491、6,437,443、6,541,398、6,479,110 B2與6,497,963等文中，在此係以參考方式併入上述案件之所有內容。
本發明之方法可更包含下述步驟：提供一平行板反應器，其基板夾盤之導電面積介於約85 cm2 至約750 cm2 之間，以及基板與頂電極間具有約1cm至約12cm之間的間距。介於約0.45MHz與約200MHz之間的高頻率RF功率係施加於其中之一個電極上。除了第一RF功率外，尚可選擇性地施加一較低頻率之額外RF功率於其中之一個電極上。
於沈積步驟中所使用之條件可視本發明之SiCOH介電材料所需的最後介電常數而定。廣泛來說，穩定之介電材料包含Si、C、O、H原子，其具有大約3.2或更小之介電常數、小於45MPa之拉伸應力、約2至約15GPa之彈性模數以及約0.2至約2GPa之硬度，欲形成此穩定介電材料的條件包含：設定基板溫度於約100℃至約425℃之間；設定高頻RF功率密度介於約0.1 W/cm2 至約2.0 W/cm2 之間；設定第一液體前驅物流速於介於約10 mg/min至約5000 mg/min之間；選擇性地設定第二液體前驅物流速介於約10 mg/min至約5000 mg/min之間；選擇性地設定第三液體前驅物流速於介於約10 mg/min與約5000 mg/min之間；選擇性設定諸如氦氣(或/以及氫氣)等惰性載體氣體流速介於約10 sccm至約5000sccm；設定介於約1000 mTorr與約10000 mTorr之間的反應器壓力；以及設定介於約50W與約1000W之間的高頻RF功率。可選擇性地，施加介於約20W與約400W之間的低頻功率至電漿中。當基板夾盤之導電面積改變X倍時，施加至基板夾盤上的RF功率亦改變X倍。
當本發明使用氧化劑時，此氧化劑係以介於約10 sccm至約1000 sccm之流速注入PECVD反應器中。
當液態前驅物在上述實例中使用時，有機矽氣相前驅物(如三甲基矽烷)亦可用於沈積製程中。
由上述製程所形成之薄膜在此稱為「沈積薄膜」。
根據本發明，本發明之穩定SiCOH介電材料之製作可能需要數個步驟之組合：－於第一步驟中，利用在下述製程實施例中給定特定範圍之沈積參數而將此材料沈積在基板上，形成該沈積薄膜；－使用熱、UV光、電子束輻射、化學能量或上述方法中一個以上之組合以固化或處理此材料，以形成具有所需的機械與其他文中所述性質之最終薄膜。例如，在沈積過程後，可處理此SiCOH膜(使用熱能量與第二能量源)以穩定此膜並獲得改良之性質。第二能量源可為電磁輻射(UV、微波等)、帶電粒子(電子或離子束)或可為化學物(使用在電漿中形成之氫原子、或其他反應性氣體)。
在較佳的處理中，基板(包含根據上述製程所沈積之膜)係設置於具有受控制環境(真空或有低濃度氧氣與水的極純惰性氣體)之紫外光處理工具中。脈衝或連續的UV源可加以使用。
在本發明中，UV處理工具可以連接至沈積工具(「群集工具」)上，或可以為獨立之工具。
如同此領域技藝人士所公知，在本發明中之兩個製程步驟係於兩個分開之製程反應室中所進行，此兩個製程反應室可以群集成單一製程工具，或可分置在分開的製程工具中(「非群集工具」)。對有孔SiCOH膜而言，固化步驟可包含移除該些與介電材料共同沉積的犧牲性碳氫化合物(成孔劑)。在本發明中所採用之合適的犧牲性碳氫化合物包含，但不限於：在美國專利號6,147,009、6,312,793、6,441,491、6,437,443、6,541,398、6,479,110 B2、以及6,497,963中所提及的第二前驅物，在此係以參考方式併入上述案件的全部內容。
下列實例係例證本發明之材料與製程。
實例1：SiCOH材料A
在實例中，根據本發明所製作之新穎SiCOH介電質，稱SiCOH膜A，其具有的特徵係由下列第5圖與表1中之數據所界定。作為對照時，SiCOH膜B與C係「典型」的先前技術SiCOH膜，其具有介電常數大約為2.7至2.8，並顯示於第5圖與表1中。
參照第5圖，此圖顯示SiCOH膜A之1 3 C的固態NMR(核磁共振)光譜。尖峰33表示鍵結至Si的甲基團之1 3 C，而尖峰33之寬度為甲基團在不同磁場環境下所形成的。尖峰32為－CH2 －物種的1 3 C光譜，此物種架橋於兩個矽原子之間，形成Si－CH2 －Si。依據尖峰32之高度，在薄膜中總碳原子中，出現在亞甲基架橋團基－CH2 －中之碳的分量約為0.1。因為尖峰33與32係重疊，所以此僅為估計值。面積尚未量測。再者，在第5圖中，曲線35係由量測SiCOH膜B所得到，而曲線37係由量測SiCOH膜C所得到。可見由其他SiCOH膜(典型先前技術SiCOH膜)量測到之NMR光譜35與37包含屬於甲基(CH3 )團之尖峰33。光譜35與37並未包含尖峰32。
表1歸納出SiCOH膜A、B、與C之傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)光譜。表中的數字為FTIR尖峰下的積分面積，且最後一欄係兩個FTIR尖峰面積之比率。計算(CH2 ＋CH3 )/SiCH3 之比率係為了顯示在新穎SiCOH膜A中之CH2 物種對(CH2 ＋CH3 )之FTIR尖峰面積之加強貢獻。可以發現此比率在新穎之SiCOH膜A中約為0.9，以及在諸如SiCOH膜B或C等傳統SiCOH膜中之比率約為0.6。再者，SiCOH膜A比起膜B或C具有較多之亞甲基物種。由NMR分析得知，上述特性係歸功於在發明SiCOH膜A中的Si－CH2 －Si。
實例2：第一製程實施例
一個300毫米或200毫米之基板係設置於PECVD反應器中之350℃的加熱晶圓夾盤上。介於300至425℃之間的溫度亦可以使用。任何PECVD沈積反應器可用於本發明中。使氣態與液態之前驅物流體穩定，以達到介於0.1至10 Torr範圍內之壓力，以及RF輻射係施加至反應器噴頭上約5至約500秒的時間。
具體來說，為成長出含有加強Si－CH2 －Si架橋亞甲基碳(如上述)之本發明SiCOH介電材料A，單一SiCOH前驅物係流速為2500 mg/m之OMCTS、流速為220 sccm之氧氣以及2000 sccm之氦氣，上述流體係被穩定以達到5 Torr之反應器壓力。晶圓夾盤係設定在350℃，以及頻率為13.6MHz且功率為400 W之高頻RF功率係施加至噴頭上，以及頻率為13.6MHz且功率為60 W之低頻RF功率係施加至基板上。膜沈積速率係為每分鐘2025埃()。
實例3：第二製程實施例
一個300毫米或200毫米之基板係設置於PECVD反應器中之300°至425℃的加熱晶圓夾盤上，較佳為介於350℃至400℃。任何PECVD沈積反應器亦可使用於本發明中。氣態與液態之前驅物流體係被穩定以達到在0.1至10 Torr範圍內之壓力，以及RF輻射係施加至反應器噴頭上介於約5至約500秒的時間。
具體來說，為了成長出一包含加強Si－CH2 －Si架橋之亞甲基碳(如上述)的本發明SiCOH介電質，可使用之條件包括：流速為2500 mg/min之1,1,1,3,3,3－六甲氧基－1,3－二矽丙烷(1,1,1,3,3,3－hexamethoxy－1,3－disilapropane)、流速為220 sccm之氧氣、流速為2000 sccm之氦氣，上述流體係被穩定以達到5 Torr之反應器壓力。晶圓夾盤係設定在350℃，以及頻率為13.6MHz而功率為500瓦之高頻RF功率係施加至噴頭上，以及頻率為13.6MHz而功率為160瓦之低頻RF功率係施加至基板上。膜沈積速率係介於每秒10至100埃。
吾人皆知，於本發明之範圍內，每個上述製程參數均可加以調整。舉例來說，包含但不限於，0.26、0.35、0.45MHz之不同RF頻率亦可以用於本發明中。再舉例來說，氧氣流速可以為零，以及包含有一氧化二氮、一氧化碳或二氧化碳之氧化劑可用以取代氧氣。還有，在前驅物1,1,1,3,3,3－六甲氧基－1,3－二矽丙烷(1,1,1,3,3,3－hexamethoxy－1,3－disilapropane)中，甲氧基取代基可以氫、甲基或乙氧基所取代。再者，前驅物1,3－二矽(代)丁烷(H3 Si－CH2 －Si(H2 )－CH3 )可用於另一替代實施例中，以及氧氣流體與其他氣體可加以調整，此部分係為此技藝者所公知。
在另一個實施例中，任何在第4A圖與第4B圖中所示的碳矽烷前驅物皆可使用。
實例4：第三製程實施例
一個300毫米或200毫米之基板係設置於PECVD反應器中之300°至425℃的加熱晶圓夾盤上，較佳為介於350℃至400℃。任何PECVD沈積反應器亦可使用於本發明中。氣態與液態之前驅物流體係被穩定以達到在1至10 Torr範圍內之壓力，以及RF輻射係施加至反應器噴頭上介於約5至約500秒的時間。
為了成長出一k值大於或等於1.8且具有加強Si－CH2 －Si橋接亞甲基碳的SiCOH材料，可使用兩種前驅物，明確而言，係1,3－二矽丁烷(1,3－disilacyclobutane)與二乙氧基甲基矽烷(DEMS，diethoxymethylsilane)。在本發明中，任何烷氧基矽烷前驅物可用以取代DEMS，其包含但不限於：八甲基環四矽氧烷(OMCTS)、四甲基環四矽氧烷(TMCTS)、或二甲氧基二甲氧基矽烷(dimethyldimethoxysilane)。再者，在本發明中，烷氧基矽烷前驅物(用於取代DEMS者)可為具有內建成孔劑之有機矽前驅物，以及可以選擇性地包含下列化合物之其中一種：乙烯甲基二乙氧基矽烷(vinylmethyldiethoxysilane)、乙烯三乙氧基矽烷(vinyltriethoxysilane)、乙烯二甲基乙氧基矽烷(vinyldimethylethoxysilane)、環己基乙基三乙氧基矽烷(cyclohexenylethyltriethoxysilane)、1,1－二乙氧基－1－矽環戊－3－烯(1,1－diethoxy－1－silacyclopent－3－ene)、二乙烯四甲基二矽氧烷(divinyltetramethyldisiloxane)、2－(3,4－環氧環己基)乙基三乙氧基矽烷(2－(3,4－epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane)、2－(3,4－環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷(2－(3,4－epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane)、環氧己基三乙氧矽烷(epoxyhexyltriethoxysilane)、六乙烯二矽氧烷(hexavinyldisiloxane)、三乙烯甲氧基矽烷(trivinylmethoxysilane)、三乙烯乙氧基矽烷(trivinylethoxysilane)、乙烯甲基乙氧基矽烷(vinylmethylethoxysilane)、乙烯甲基二乙氧基矽烷(vinylmethyldiethoxysilane)、乙烯甲基二甲氧基矽烷(vinylmethyldimethoxysilane)、乙烯五甲基二矽氧烷(vinylpentamethyldisiloxane)、乙烯四甲基二矽氧烷(vinyltetramethyldisiloxane)、乙烯三乙氧基矽烷(vinyltriethoxysilane)、或乙烯三甲氧基矽烷(vinyltrimethoxysilane)。
如熟習此技藝者所公知，可以添加例如氧氣等氣體，以及氦氣可以由例如氬氣、二氧化碳或其他惰性氣體所取代。
使用之條件包含流速為2000 mg/m之DEMS、流速為100至1000 mg/m之1,3－乙矽環丁烷(1,3－disilacyclobutane)、以及流速為1000 sccm之氦氣，上述流體係被穩定以達到6 Torr之反應器壓力。晶圓夾盤係設定在350℃，以及具有470瓦之高頻RF功率係施加至噴頭上，而低頻RF(LRF)功率為0瓦，也就是沒有LRF施加在基板上。膜沈積速率係為每秒鐘2,000至4000埃。
熟習此技藝者皆知，在不偏離上述發明之範圍內，每個上述製程參數可加以調整。舉例來說，包含但不限於，0.26、0.35、0.45 MHz之不同RF頻率亦可以用於本發明中。再舉例來說，例如氧氣之氧化劑，或包含有一氧化二氮、一氧化碳或二氧化碳之氧化劑亦可以使用。具體來說，晶圓夾盤溫度可以較低，例如，至150℃至350℃。
1,3－乙矽環丁烷為可以提供較多分量之Si－CH2 －Si橋聯亞甲基碳的較佳碳矽烷時，其他上述之碳矽烷或烷氧基碳矽烷前驅物可以使用，包含但不限於在第4A圖與第4B圖中所顯示的前驅物。
在實施例中，可調整條件以產生介電常數介於1.8至2.7之間的SiCOH膜。
實施例中，使用實例中選定的碳矽烷前驅物，來加入其他官能基，以作為Si與Si間的架橋團。為了增加架橋於Si原子間的－CH2 －CH2 －CH2 －官能基，所選用的碳矽烷前驅物可選自於1,3－二矽氧烷、1,1,3,3－四甲氧基(乙氧基)－1,3－二矽氧烷(1,3－disilolane,1,1,3,3－tetramethoxy(ethoxy)－1,3－disilolane)或1,1,3,3－四甲基－1,3－二矽氧烷(1,1,3,3－tetramethyl－1,3－disilolane)中。
為了增加橋聯於Si原子間之苯官能基，選定的碳矽烷前驅物可以為1,4－雙－三甲氧基(乙氧基)矽苯(1,4－bis－trimethoxy(ethoxy)silyl benzene)、1,4－雙－二甲氧基甲基矽苯(1,4－bis－dimethoxymethylsilyl benzene)、1,4－雙－三氫矽苯(1,4－bis－trihydrosilyl benzene)或相關的含Si之苯衍生物。
為了增加橋聯於Si原子間的HC＝CH官能基，碳矽烷前驅物可由1,1,1,4,4,4－六甲氧基(乙氧基)－1,4－二矽丁－2－烯(1,1,1,4,4,4－hexamethoxy(ethoxy)－1,4－disilabut－2－ene)或其他含Si之乙烯衍生物中選定。
為了增加橋聯於Si原子間的C≡C(三鍵)官能基，碳矽烷前驅物可由1,1,1,4,4,4－六甲氧基－1,4－二矽丁－2－炔(1,1,1,4,4,4－hexamethoxy－1,4－disilabut－2－yne)、1,1,1,4,4,4六乙氧基－1,4－二矽丁－2－炔(1,1,1,4,4,4 hexaethoxy－1,4－disilabut－2－yne)或其他含Si之乙炔衍生物中選定。
在上述實例中，前驅物係具有甲氧基與乙氧基取代基，但其可被氫或甲基取代，以及包含甲氧基、乙氧基、氫與甲基取代基混合之碳矽烷分子可用於本發明中。
實例5：第四製程實施例
一個300毫米或200毫米之基板係設置於PECVD反應器中之300°至425℃的加熱晶圓夾盤上，較佳為介於350℃至400℃。任何PECVD沈積反應器亦可使用於本發明中。氣態與液態之前驅物流體係被穩定以達到在0.1至10 Torr範圍內之壓力，以及RF輻射係施加至反應器噴頭上一段介於約5至約500秒的時間。
為了長成一k值大於或等於1.8以及具有加強之Si－CH2 －Si橋聯亞甲基碳的SiCOH材料，可使用單一的烷氧基碳矽烷(alkoxycarbosilane)前驅物。繪示於第4A圖之線性前驅物係為較佳實例。
使用之條件可以包含流速為2000 mg/m之單一前驅物以及流速為1000 sccm之氦氣，上述流體係被穩定以達到6 Torr之反應器壓力。晶圓夾盤係設定在350℃，以及具有470瓦之高頻RF功率係施加至噴頭上，而低頻RF(LRF)功率為0瓦，也就是沒有LRF施加在基板上。膜沈積速率係約每秒鐘1,000至5000埃。
熟習此技藝者皆知，每個上述之製程參數可加以調整至上述發明之範圍內。具體來說，晶圓夾盤之溫度可以較低，例如為150°至350℃。如熟習此技藝者所公知，可以添加例如氧氣等氣體，以及氦氣可以被例如氬氣、二氧化碳或其他惰性氣體所取代。
在實施例中，可調整條件以產生具有介電常數介於1.8至2.7之間的SiCOH膜。
第4A圖之線性前驅物為較佳的烷氧基碳矽烷，以提供加強的Si－CH2 －Si橋聯亞甲基碳之分量，任何在本發明說明畫中所提及之烷氧基碳矽烷皆可以使用。使用文中所提供的碳矽烷前驅物範例，亦可添入其他官能基。為了增加橋聯於Si原子間的－CH2 －CH2 －CH2 －官能基，碳矽烷前驅物可由1,3－矽氧烷(1,3－disilolane)、1,1,3,3－四甲氧基(乙氧基)－1－二矽氧烷(1,1,3,3－tetramethoxy(ethoxy)－1－disilolane)或1,1,3,3－四甲基－1,3－二矽氧烷(1,1,3,3－tetramethyl－1.3－disilolane)中選出。
為了增加橋聯於Si原子間的苯官能基，選用的碳矽烷前驅物可以為1,4－雙－三甲氧基(乙氧基)矽苯(1,4－bis－trimethoxy(ethoxy)silyl benzene)、1,4－雙－二甲氧基甲基矽苯(1,4－bis－dimethoxymethylsilyl benzene)、1,4－雙－三氫矽苯(1,4－bis－trihydrosilyl benzene)或相關的含Si之苯衍生物。
為了增加橋聯於Si原子間的HC＝CH官能基，碳矽烷前驅物可由1,1,1,4,4,4－六甲氧基(乙氧基)－1,4－二矽丁－2－烯(1,1,1,4,4,4－hexamethoxy(ethoxy)－1,4－disilabut－2－ene)或其他含Si之乙烯衍生物中選出。
為了增加橋聯於Si原子間的C≡C(三鍵)官能基，碳矽烷前驅物可由1,1,1,4,4,4－六甲氧基－1,4－二矽丁－2－炔(1,1,1,4,4,4－hexamethoxy－1,4－disilabut－2－yne)、1,1,1,4,4,4－六乙氧基－1,4－二矽丁－2－炔(1,1,1,4,4,4 hexaethoxy－1,4－disilabut－2－yne)或其他含Si之乙炔衍生物中選定。
在上述實例中，前驅物係具有甲氧基與乙氧基取代基，但其可被氫或甲基所取代，以及包含甲氧基、乙氧基、氫與甲基取代基混合之碳矽烷分子可用於本發明中。
實例6：第五製程實施例
一個300毫米或200毫米之基板係設置於PECVD反應器中之300°至425℃的加熱晶圓夾盤上，較佳為介於350℃至400℃。任何PECVD沈積反應器亦可使用於本發明中。氣態與液態之前驅物流體係被穩定以達到在1至10 Torr範圍內之壓力，以及RF輻射係施加至反應器噴頭上一段介於約5至約500秒的時間。
在實施例中以及為了長成k值大於或等於1.8並具有Si－CH2 －Si橋聯亞甲基碳或其他介於兩個Si原子間之有機官能基的有孔SiCOH材料，可根據習知方法添加一成孔劑。該成孔劑可以為二環庚二烯(bicycloheptadiene,BCHD)、或其他闡述於例如美國專利號6,147,009、6,312,793、6,441,491、6,437,443、6,541,398、6,479,110 B2以及6,497,963中之分子。
以SiCOH前驅物而言，繪示於第4A圖之線性烷氧基矽烷前驅物係為較佳實例。
使用之條件可以包含流速為100至2000 mg/m之前驅物、流速為10至500 sccm之氦氣，以及流速為50至2000 mg/m之成孔劑，上述流體係被穩定以使反應器達到7 Torr之壓力。晶圓夾盤係設定在225℃，以及具有300瓦之高頻RF功率係施加至噴頭上，而低頻RF(LRF)功率為0瓦，也就是沒有LRF施加在基板上。膜沈積速率係為每秒分鐘1,000至5000埃。
熟習此技藝者皆知，每個上述之製程參數可加以調整至上述發明之範圍內。例如，晶圓夾盤溫度可以較低，例如，可介於150℃至350℃之間。
當使用第4A圖之較佳線性烷氧基碳矽烷時，任何上述提及的烷氧基碳矽烷皆可使用。以及在本發明中，可使用兩種SiCOH前驅物，例如使用以上闡述之DEMS與碳矽烷或烷氧基碳矽烷。如熟習此技藝者所公知，可以添加例如氧氣、一氧化二氮或其他氧化劑，以及氦氣可被例如氬氣、二氧化碳或其他惰性氣體所取代。同樣的，如以上實例所闡述，其他官能基可用以形成介於兩個Si原子間的架橋團。
實例7：第六製程實施例
一個300毫米或200毫米之基板係設置於PECVD反應器中之300°至425℃的加熱晶圓夾盤上，較佳為介於350℃至400℃。任何PECVD沈積反應器亦可使用於本發明中。氣態與液態之前驅物流體係被穩定以達到在1至10 Torr範圍內之壓力，以及RF輻射係施加至反應器噴頭上一段介於約5至約500秒的時間。
具體來說，為了長成具有加強的Si－CH2 －Si橋聯亞甲基碳(如上述)之發明的SiCOH介電質，使用的條件包含：選定前驅物為八甲基－1,5－二矽氧烷－3,7－二矽環辛烷(octamethyl－1,5－disiloxane－3,7－disilacyclooctane)，以及設定此前驅物流速為2500 mg/m、並選定流速200 sccm之氧氣、流速2000 sccm之氦氣，其中上述流體係被穩定以達到5 Torr之反應器壓力。晶圓夾盤係設定在350℃，以及具有頻率13.6 MHz與功率500瓦之高頻RF功率係施加至噴頭上。膜沈積速率係介於每秒鐘10至100埃。
熟習此技藝者皆知，每個上述之製程參數可加以調整至上述發明之範圍內。舉例來說，包含但不限於，0.26、0.35、0.45 MHz之不同RF頻率亦可以用於本發明中。再舉例來說，氧氣流速可以為零、或者可在1至500 sccm之範圍內，以及包含有一氧化二氮、一氧化碳或二氧化碳等氧化劑可用以取代氧氣。再者，碳矽烷前驅物之流速可以在100至5000 mg/m之範圍內。還有，RF功率可加以調整至介於100至1000瓦之間，與0.1至50 Torr的範圍內之壓力以改進此薄膜。
在另一個實施例中，包含3,5,7－四甲基－1,5－二矽氧烷－3,7－二矽烷環辛烷(3,5,7－tetramethyl－1,5－disiloxane－3,7－disilacyclooctane)、1,3,5,7－四甲基－1,3,5,7－四矽環辛烷(1,3,5,7－tetramethyl－1,3,5,7－tetrasilacyclooctane)、1,3,5－三甲基－1,3,5－三矽環己烷(1,3,5－trimethyl－1,3,5－trisilacyclohexane)、1,3,5－三甲基－1,3－二矽氧烷－5－矽環己烷(1,3,5－trimethyl－1,3－disiloxane－5－silacyclohexane)、1,3,5－三甲基－1－矽氧烷－3,5－二矽環己烷(1,3,5－trimethyl－1－siloxane－3,5－disilacyclohexane)與二矽環辛烷、四矽環辛烷、二矽環己烷、矽環己烷的衍生物中之任何一種，以及類似之環狀前驅物亦可用於本發明中。
實例8：第七製程實施例
一個300毫米或200毫米之基板係設置於PECVD反應器中之300°至425℃的加熱晶圓夾盤上，較佳為介於350℃至400℃。任何PECVD沈積反應器亦可使用於本發明中。氣態與液態之前驅物流體係被穩定以達到在1至10 Torr範圍內之壓力，以及RF輻射係施加至反應器噴頭上一段介於約5至約500秒的時間。
具體來說，為了長成具有加強的Si－CH2 －Si橋聯亞甲基碳(如上述)之發明的SiCOH介電質，使用的條件包含：選定八甲基－1,5－二矽氧烷－3,7－二矽環辛烷(octamethyl－1,5－disiloxane－3,7－disilacyclooctane)作為前驅物與一成孔劑分子，以及設定此環狀前驅物與成孔劑之流速在100至5000 mg/m之間。成孔劑可根據習知的方法加以選定。成孔劑可為闡述於諸如美國專利號6,147,009、6,312.793、6,441,491、6,437,443、6,541,398、6,479,110 B2、與6,497,963等文獻中之任何分子。
氧氣流速設定在200 sccm，以及氦氣流速係設定在2000 sccm。根據本發明，上述流體係被穩定以使反應器具有5 Torr之壓力。晶圓夾盤係設定在350℃，以及具有頻率13.6MHz與功率500瓦之高頻RF功率係施加至噴頭上。膜沈積速率係介於每秒鐘10至100埃。
熟習此技藝者皆知，每個上述之製程參數可加以調整至上述發明之範圍內。舉例來說，包含但不限於，0.26、0.35、0.45 MHz之不同RF頻率亦可以用於本發明中。再舉例來說，氧氣流速可以為零、或者可在1至500 sccm之範圍內，以及包含一氧化二氮、一氧化碳或二氧化碳等氧化劑可用以取代氧氣。再者，碳矽烷前驅物之流速可以在100至5000 mg/m之範圍內。還有，RF功率可加以調整至具有100至1000瓦之功率，以及壓力範圍可介於0.1至50 Torr內，以改進此薄膜。
在另一個實施例中，諸如3,5,7－四甲基－1,5－二矽氧烷－3,7－二矽環辛烷(3,5,7－tetramethyl－1,5－disiloxane－3,7－disilacyclooctane)、1,3,5,7－四甲基－1,3,5,7－四矽環辛烷(1,3,5,7－tetramethyl－1,3,5,7－tetrasilacyclooctane)、1,3,5－三甲基－1,3,5－三矽環己烷(1,3,5－trimethyl－1,3,5－trisilacyclohexane)、1,3,5－三甲基－1,3－二矽氧烷－5－矽環己烷(1,3,5－trimethyl－1,3－disiloxane－5－silacyclohexane)、1,3,5－三甲基－1－矽氧烷－3,5－二矽環己烷(1,3,5－trimethyl－1－siloxane－3,5－disilacyclohexane)與二矽環辛烷、四矽環辛烷、二矽環己烷、矽環己烷的衍生物中之任何一種，以及類似之環狀前驅物亦可用於本發明中。
可包含發明之SiCOH介電質的電子元件係繪示於第6圖至第9圖中。值得注意的是，在第6圖至第9圖中所顯示的元件僅為本發明之示範範例，藉由本發明新穎之方法亦可以形成非常多之其他元件。
在第6圖中顯示出建立在矽基板32上的電子元件30。在矽基板32之頂端，先形成一絕緣材料層34，且該絕緣材料層34具有一第一金屬區36嵌入其中。該第一金屬區36經過化學機械研磨(CMP)之後，一本發明之SiCOH介電膜38係沈積在該第一絕緣材料層34與該第一金屬區36的頂面上。該第一絕緣材料層34可由合適地氧化矽、氮化矽、經摻雜之上述材料或任何其他適當的絕緣材料所形成。SiCOH介電膜38係接著以光微影蝕刻製程加以圖案化並接著蝕刻，以及隨後一導體層40係沈積其上。在第一導體層40進行過CMP製程之後，一新穎的第二SiCOH膜44係藉由電漿增強型化學氣相沈積製程而被沈積於該第一SiCOH介電膜38與第一導體層40上。該第一導體層40可由金屬材料或非金屬導電材料所沈積而成。例如，可由鋁或銅等金屬材料，或氮化物、多晶矽等非金屬材料所形成。第一導體層40與該第一金屬區36電性連接。
在SiCOH介電膜44經歷光微影製程、蝕刻並接著進行一第二導體材料之沈積製程後，一第二導體區50於是形成。該第二導體區50亦可以由金屬材料或非金屬材料所沈積而成，類似於沈積第一導體層40之方法。第二導體區50係與第一導體區40之電性連接，且嵌入該第二SiCOH膜44中。該第二SiCOH介電膜係與該第一SiCOH層38緊密接觸。在此實施例中，第一SiCOH介電膜38為層內介電材料，而第二SiCOH介電膜44可同時為層內與層間介電質。根據本發明SiCOH介電膜之低介電常數，藉著第一絕緣層38與第二絕緣層44可達成優異的絕緣性質。
第7圖顯示類似於第6圖中繪示之電子元件30的本發明電子元件60，但是電子元件60具有額外之介電帽蓋層62沈積於第一絕緣材料層38與第二絕緣材料層44之間。
介電帽蓋層62可由合適之材料形成，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽、碳氮化矽(SiCN)、碳氧化矽(SiCO)、與上述材料之氫化化合物。額外之介電帽蓋層62之功能為擴散阻障層，用以避免第一導體層40擴散至第二絕緣材料層44或進入其他較下方層中，特別是進入層34與32。
另一本發明實施例之電子元件70係繪示於第8圖中。在電子元件70中，係使用兩層額外之介電帽蓋層72與74以作為RIE遮罩與CMP(化學機械研磨)研磨終止層。第一介電帽蓋層72係沈積於第一超低k絕緣材料層38之頂端，並作為RIE遮罩與CMP終止層，使得第一導體層40與層72在CMP之後係近乎共平面。第二介電層74之功能係類似於層72，然而層74係使用於平坦化第二導體層50的過程中。研磨終止層74可由合適之介電材料所沈積而成，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽、碳氧化矽(SiCO)、與上述材料之氫化化合物。對層72或74而言，較佳的研磨終止層組成係為SiCH或SiCOH。為了相同的目的，第二介電層可增加至第二SiCOH介電膜44之頂面上。
另一個本發明之實施例之電子元件80係繪示於第9圖中。在此實施例中，沈積一額外的介電材料層82，因而將第二絕緣材料層44分隔成兩個分開的層84與86。由本發明超低k材料所形成之層內與層間介電層44係因此在介層窗92與內連線94之間的邊界處，被分割成層內介電層84與層間介電層86。額外之擴散阻障層96係進一步沈積於上層介電層74之頂端。此供選擇的電子結構80所提供之額外好處為：介電層82可當作RIE蝕刻停止層，進而提供較優越的內連線深度控制。因此，層82之組成係被選定以提供相對於層86之蝕刻選擇性。
在另一個可供選擇之實施例中，可包含具有在線路結構中作為層內或層間介電質之絕緣材料層的電子結構，此線路結構可包含一個預處理之半導體基板，此基板具有嵌入於第一絕緣材料層內之第一金屬區、嵌入於第二絕緣材料層內之第一導體區，其中該第二絕緣材料層係與該第一絕緣材料層緊密接觸，以及該第一導體區係與該第一金屬區電性連結，一第二導體區係與該第一導體區電性連結，且該第二導體區係嵌入於一第三絕緣材料層中，其中該第三絕緣材料層係與該第二絕緣材料層緊密接觸，一第一介電帽蓋層係介於第二絕緣材料層與第三絕緣材料層之間，以及一第二介電帽蓋層係位於該第三絕緣材料層的頂面上，其中該第一與第二介電帽蓋層係由包含Si、C、O與H原子之材料所形成，較佳地由本發明之SiCOH介電膜所形成。
在另一個可供選擇之實施例中可包含具有在線路結構中作為層內或層間介電質之絕緣材料層的電子結構，此線路結構可包含一個預處理之半導體基板，此基板具有嵌入一第一絕緣材料層內之第一金屬區、嵌入於一第二絕緣材料層內之第一導體區，其中此第二絕緣材料層係與第一絕緣材料層緊密接觸、第一導體區係與第一金屬區電性連結、第二導體區係與第一導體區電性連結且嵌入於一第三絕緣材料層中，其中此第三絕緣材料層係與第二絕緣材料層緊密接觸，以及由本發明之介電材料所形成的一擴散阻障層係沈積於第二與第三絕緣材料層中至少一層上。
在另一個可供選擇之實施例中可包含具有在線路結構中作為層內或層間介電質之絕緣材料層的電極結構，此線路結構可包含一個預處理之半導體基板，此基板具有嵌入於第一絕緣材料層內之第一金屬區、嵌入於第二絕緣材料層內之第一導體區，其中此第二絕緣材料層係與第一絕緣材料層緊密接觸、該第一導體區係與該第一金屬區電性連結、一第二導體區係與該第一導體區電性連結且嵌入於一第三絕緣材料層中，其中此第三絕緣材料層係與第二絕緣材料層緊密接觸；一反應性離子蝕刻(RIE)硬遮罩/研磨終止層係位於該第二絕緣材料層的頂面上，以及一擴散阻障層係位於RIE硬遮罩/研磨終止層之頂端，其中該RIE硬遮罩/研磨終止層與該擴散阻障層係由本發明之SiCOH介電膜所形成。
在另一可供選擇之實施例中，可包含具有在線路結構中作為層內或層間介電質之絕緣材料層的電子結構，此線路結構可包含一個預處理之半導體基板，此基板具有嵌入於一第一絕緣材料層內之第一金屬區、嵌入於一第二絕緣材料層內之第一導體區，其中此第二絕緣材料層係與該第一絕緣材料層緊密接觸、該第一導體區係與該第一金屬區電性連結、一第二導體區係與該第一導體之第一區電性連結且嵌入於一第三絕緣材料層中，其中此第三絕緣材料層係與該第二絕緣材料層緊密接觸；一第一RIE硬遮罩/研磨終止層係位於該第二絕緣材料層的頂端，一第一擴散阻障層位於該第一RIE硬遮罩/研磨終止層之頂端，以及一第二RIE硬遮罩/研磨終止層係位於該第三絕緣材料層的頂端，以及一第二擴散阻障層係位於該第二RIE硬遮罩/研磨終止層之頂端，其中該等RIE硬遮罩/研磨終止層與擴散阻障層係由本發明之SiCOH介電膜所形成。
在本發明之另一個實施例中包含具有在線路結構中作為層內或層間介電質之絕緣材料層的電子結構，此電子結構類似於上述之結構，但是更包含一由本發明SiCOH介電材料所形成的介電帽蓋層，其位於層間介電層與層內介電層之間。
在例如第10圖中所顯示之一些實施例中，電子結構包含至少兩個金屬導體元件(標示為元件符號97與101)以及SiCOH介電材料(標示為元件符號98)。或者，可使用金屬接觸95與102，以使該等導體97與101電性接觸。本發明之SiCOH介電質98提供在兩導體間的電性絕緣與低電容。電子結構係利用熟習此技藝者所公知之技術而製成，此技術例如闡述於美國專利號6737727中，在此係以參考方式併入此案之全部內容。
至少兩個金屬導體元件係被圖案化成所需的形狀，其可作為被動或主動電路元件，其包含如電感器、電阻器、電容器、或共振器。
此外，本發明之SiCOH可用於電子感測結構中，其中繪示於第11A圖或第11B圖中的光電子感測元件(偵測器)係被該創新的SiCOH介電材料所環繞。電子結構係利用熟習此技藝者所公知之技術所製成。參照第11A圖，繪示之p－i－n二極體結構可用於IR訊號上的Si基礎高速光偵測器。n＋基材為110，而本質半導體區112係位於頂部，以及p＋區域114係形成在區域112中，以此完成p－i－n層順序。層116為介電質(例如二氧化矽)，其可用於隔離金屬接觸118與基板。接觸118提供電性連接至p＋區域。整個結構係由創新的SiCOH介電材料120所覆蓋。此材料對於在紅外線(IR)光譜區中之光線是可穿透的，且作為鈍化層之用。
第二光學感測結構係繪示於第11B圖中，此為簡單的p－n接面光電二極體，其可為高速IR光偵測器。參照第11B圖，接觸基板之金屬為122，以及位於其頂部者為n－型半導體區域124，以及在此區域中有p＋區域126形成其中，以此完成p－n接面結構。層128為介電質(例如二氧化矽)，其可用於隔離金屬接觸130與基板。接觸130提供電性連接至p＋區域。整個結構係由創新的SiCOH介電材料132所覆蓋。此材料在IR光譜區中是可穿透的，且作為鈍化層之用。
本發明已於上文中以示範性的方式加以闡述，應該瞭解的是，所使用的專門用語係為文字敘述之本意，而非加以限定之用。再者，本發明已以較佳與數個可供選擇的實施例進行闡述，熟習此技藝之人士當可隨即應用本發明所闡述之技術應用至本發明其他可能的各種變形中。
30．．．電子元件
34．．．絕緣材料層
32．．．矽基板
36．．．金屬
38．．．介電膜(SiCOH)
40．．．導體層
50．．．導體層
60．．．電子元件
62、72、74．．．介電帽蓋層
92．．．介層窗
96．．．擴散阻障層
84．．．層內介電層
86．．．層間介電層
120．．．SiCOH介電材料
124．．．n－型半導體區域
126．．．p＋區域
132．．．SiCOH介電材料
本發明之圖式如下：第1圖係為聚合強度與介電常數之萬用曲線，顯示先前技術之介電質；第2A圖與第2B圖顯示先前技術SiCOH介電質中，聚合強度與受控制反應器中水壓之自然對數(ln)的繪圖；第3圖係為聚合強度與介電常數之萬用曲線，包含在第1圖中繪示的先前技術介電質以及本發明之SiCOH介電材料；第4A圖係為可用於本發明中形成SiCOG介電材料之較佳第一前驅物，同時第4B圖係顯示可使用之額外CVD碳矽烷前驅物；第5圖係為本發明之SiCOH膜A(曲線37)、先前技術SiCOH膜B(曲線35)以及另一個先前技術SiCOH膜C(曲線37)之1 3 C核的固態NMR(核磁共振)光譜；第6圖係為本發明電子元件之放大、剖面圖，其包含當作層內介電層與層間介電層之本發明的SiCOH介電膜；第7圖係為第6圖電子結構之放大、剖面圖，其具有額外之擴散阻障介電帽蓋層設置於本發明之SiCOH介電膜之頂端；第8圖係為第7圖電子結構之放大、剖面圖，其具有額外之RIE硬遮罩/研磨終止介電帽蓋層以及沈積於研磨終止層頂端之介電帽蓋擴散阻障層；第9圖係為第8圖電子結構之放大、剖面圖，其具有額外之RIE硬遮罩/研磨終止介電層沈積於本發明之SiCOH介電膜之頂端；第10圖係為以剖面圖繪示之電子元件，其包含至少兩導體以及本發明之SiCOH介電材料；第11A圖與第11B圖係以剖面圖顯示包括有感測元件與本發明之SiCOH介電材料的電子結構。
30．．．電子元件
36．．．金屬
50．．．導體層
32．．．矽基板
40．．．導體層
34．．．絕緣材料層
44．．．SiCOH膜
38．．．介電膜

Claims (44)

  1. 一種介電材料，其包含Si、C、O與H原子，並可選擇性地包含F及N原子之一者，且具有一共價鍵結立體無規則(random)網狀結構，相較於具有相同介電常數也包括Si、C、O與H原子且也具有一共價鍵結立體無規則網狀結構的其它介電材料而言，該介電材料包括一減少的Si-O-Si反應性位置密度，該減少的Si-O-Si反應性位置密度係藉由在該立體網狀結構內具有Si-C鍵結所獲得，其中該Si-C鍵結內之一部份的C原子係鍵結為Si-CH3 官能基，且該Si-C鍵結內之另一部份之C原子鍵結為Si-R-Si，其中R為-[CH2 ]n -，其中n為1至3、HC=CH、C=CH2 、或C≡C，該介電材料係藉由以下步驟製備：提供至少一第一前驅物進入一反應器腔室內，該第一前驅物包含碳矽烷或烷氧基碳矽烷分子；以及沈積該第一前驅物，其中該沈積係選自化學氣相沈積、電漿增強型化學氣相沈積、高密度電漿沈積或脈衝電漿增強型化學氣相沈積。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之介電材料，更包含氟及氮之至少其中一種。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之介電材料，其中在該材料內之全部碳原子中，鍵結為Si-R-Si之碳原子的分量 係介於0.01與0.99之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之介電材料，其中該材料係為密實或有孔，且在一乾環境中具有大於約6 J/m2 的一聚合強度以及小於約3.2的一介電常數。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之介電材料，其中該材料係為密實或有孔，且在一乾環境中具有大於約3 J/m2 的一聚合強度，以及小於約2.5的一介電常數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之介電材料，其中該材料係為密實或有孔，且在水壓為1570 Pa且溫度為25℃時具有大於約3 J/m2 的一聚合強度，以及小於約3.2的一介電常數。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之介電材料，其中該材料係為密實或有孔，且在水壓為1570 Pa且溫度為25℃時具有大於約2.1 J/m2 的一聚合強度，以及小於約2.5的一介電常數。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之介電材料，其中該材料具有一聚合強度，其位於方程式γ=-1.094* X+10.97或γ=-0.662* X+6.759的線之上方區域中，其中γ是單位 為J/m2 的聚合強度，且X為H2 O壓力之自然對數(ln)。
  9. 一種位於一基板上之一內連線結構，其包含至少一介電材料，該介電材料包含至少Si、C、O與H原子，且具有一共價鍵結立體無規則網狀結構，該共價鍵結立體無規則網狀結構具有Si-C鍵結，其中該共價鍵結立體無規則網狀結構之該Si-C鍵結的一部份之該C原子係鍵結為Si-CH3 官能基，且其他部分之該C原子鍵結為Si-R-Si，其中R係為-[CH2 ]n -，其中n係1至3、HC=CH、C=CH2 、或C≡C。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之內連線結構，其中該介電材料更包含氟、氮或鍺之至少其中一種。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之內連線結構，其中該材料內之全部碳原子中，鍵結為Si-R-Si的碳原子之分量係介於0.01與0.99之間。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之內連線結構，其中該材料係為有孔或密實，且具有大於約6 J/m2 之一聚合強度以及小於約3.2之一介電常數。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之內連線結構，其中該材 料係為有孔或密實，且具有大於約3 J/m2 之一聚合強度以及小於約2.5之一介電常數。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之內連線結構，其中該材料係為密實或有孔，且在水壓為1570 Pa且溫度為25℃時具有大於約3 J/m2 之一聚合強度，以及小於約3.2之一介電常數。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之內連線結構，其中該材料係為密實或有孔，且在水壓為1570 Pa且溫度為25℃時具有大於約2.1 J/m2 之一聚合強度，以及小於約2.5之一介電常數。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之內連線結構，其中該材料具有一聚合強度，其位於方程式γ=-1.094* X+10.97或γ=-0.662* X+6.759的線之上方區域中，其中γ是單位為J/m2 的聚合強度，且X為H2 O壓力之自然對數(ln)。
  17. 一種電子結構，包含至少兩金屬導體元件與一絕緣介電質，其中該介電質係至少由Si、C、O與H原子組成且具有一共價鍵結立體無規則網狀結構，該共價鍵結立體無規則網狀結構具有Si-C鍵結，其中該共價鍵 結立體無規則網狀結構之該Si-C鍵結的一部分的C原子鍵結為Si-CH3 官能基，且其他部分的C原子鍵結為Si-R-Si，其中R係為-[CH2 ]n -，其中n係1至3、HC=CH、C=CH2 、或C≡C。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之電子結構，其中該至少兩金屬導體元件被圖案化為可當作被動或主動電路元件所需的形狀。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之電子結構，其中該被動或主動電路元件包含一電感器、一電阻器、一電容器或一共振器之其中一者。
  20. 一種電子感測結構，其被絕緣介電質之一層所環繞，其中該介電質係至少由Si、C、O與H原子所組成，且具有一共價鍵結立體無規則網狀結構，該共價鍵結立體無規則網狀結構具有Si-C鍵結，其中該共價鍵結立體無規則網狀結構之該Si-C鍵結的一部分之C原子鍵結為Si-CH3 官能基，且其他部分之C原子鍵結為Si-R-Si，其中R係為-[CH2 ]n -，其中n係1至3、HC=CH、C=CH2 、或C≡C。
  21. 一種製作一SiCOH介電材料之方法，包含： 放置一基板至一反應器中；提供至少一第一氣體前驅物，其包含Si、C、O與H原子，該第一氣體前驅物包含一碳矽烷(carbosilane)或含有Si-CH2 -Si鍵結的烷氧基碳矽烷(alkoxycarbosilane)分子；以及藉由選定可有效提供具有3.2或更低介電常數之SiCOH介電質的條件，將該第一氣體前驅物衍生之一介電膜藉由化學氣相沈積而沈積至該基板上，其中該介電膜至少包含Si、C、O與H原子，且具有一共價鍵結立體網狀結構，其中一部分的C原子係鍵結為Si-CH3 官能基，且其他部分的C原子鍵結為Si-R-Si，其中R係為苯基、-[CH2 ]n -，其中n係大於或等於1、HC=CH、C=CH2 、C≡C、或[S]n 鏈結，其中n如同上述所定義者。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該第一氣體前驅物係為一環狀碳矽烷分子，其中形成該分子之環狀部分之鍵結包含多個Si-CH2 -Si鍵結以及至少一Si-鍵結。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之方法，其中該第一氣體前驅物為二矽環辛烷、四矽環辛烷、二矽環己烷、或矽環己烷之衍生物。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之方法，其中該第一氣體前驅物包含八甲基-1,5-二矽氧烷-3,7-二矽環辛烷(octamethyl-1,5-disiloxane-3,7-disilacyclooctane)、1,3,5,7-四甲基-1,5-二矽氧烷-3,7-二矽環辛烷(1,3,5,7-tetramethyl-1,5-disiloxane-3,7-disilacyclooctane)、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四矽環辛烷(1,3,5,7-tetramethyl-1,3,5,7-tetrasilacyclooctane)、1,3,5,-三甲基-1,3,5-三矽環己烷(1,3,5-trimethyl-1,3,5-trisilacyclohexane)、1,3,5，-三甲基-1,3-二矽氧烷-5-矽環己烷(1,3,5-trimethyl-1,3-disiloxane-5-silacyclohexane)或1,3,5，-三甲基-1-矽氧烷-3,5-二矽環己烷(1,3,5-trimethyl-1-siloxane-3,5-disilacyclohexane)之其中一者。
  25. 如申請專利範圍第22項所述之方法，更包含添加一成孔劑前驅物至該第一氣體前驅物中。
  26. 如申請專利範圍第22項所述之方法，更包含以至少一能量源處理該沈積介電膜，該能量源包含一熱能量源、UV光、電子束、化學物、微波或電漿。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中該至少一能 量源係為一UV光，其可為脈衝或連續式，以及該處理步驟係在一基板溫度介於300℃至450℃間並以包含至少一UV波長介於150至370奈米之光下進行。
  28. 如申請專利範圍第22項所述之方法，更包含施加一能量源至該反應器之步驟，其係介於該提供步驟與該沈積步驟之間。
  29. 如申請專利範圍第22項所述之方法，更包含添加一惰性氣體或一氧化劑之至少其中一者至該第一氣體前驅物中。
  30. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該第一氣體前驅物係選自於由：八甲基-1,5-二矽氧烷-3,7-二矽環辛烷(octamethyl-1,5-disiloxane-3,7-disilacyclooctane)、1,3,5,7-四甲基-1,5-二矽氧烷-3,7-二矽環辛烷(1,3,5,7-tetramethyl-1,5-disiloxane-3,7-disilacyclooctane)、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四矽環辛烷(1,3,5,7-tetramethyl-1,3,5,7-tetrasilacyclooctane)、1,3,5,-三甲基-1,3,5-三矽環己烷(1,3,5-trimethyl-1,3,5-trisilacyclohexane)、1,3,5-三甲基-1,3-二矽氧烷-5-矽環己烷 (1,3,5-trimethyl-1,3-disiloxane-5-silacyclohexane)、1,3,5-三甲基-1-矽氧烷-3,5-二矽環己烷(1,3,5-trimethyl-1-siloxane-3,5-disilacyclohexane)、1,1,3,3,-四氫-1,3-二矽環丁烷(1,1,3,3,-tetrahydrido-1,3-disilacyclobutane)；1,1,3,3-四甲氧基(乙氧基)-1,3-二矽環丁烷(1,1,3,3-tetramethoxy(ethoxy)-1,3-disilacyclobutane)、1,3-二甲基-1,3-二甲氧基-1,3二矽環丁烷(1,3-dimethyl-1,3-dimethoxy-1,3 disilacyclobutane)、1,3-二矽環丁烷(1,3-disilacyclobutane)、1,3-二甲基-1,3-二氫-1,3二矽烷環丁烷(1,3-dimethyl-1,3-dihydrido-1,3 disilylcyclobutane)、1,1,3,3-四甲基-1,3-二矽環丁烷(1,1,3,3-tetramethyl-1,3-disilacyclobutane)、1,1,3,3,5,5-六甲基-1,3,5-三矽烷(1,1,3,3,5,5-hexamethyl-1,3,5-trisilane)、1,1,3,3,5,5-六氫-1,3,5-三矽烷(1,1,3,3,5,5-hexahydrido-1,3,5-trisilane)、1,1,3,3,5,5-六甲氧基-1,3,5-三矽烷(1,1,3,3,5,5-hexamethoxy-1,3,5-trisilane)、1,1,1,3,3,3-六甲氧基(乙氧基)-1,3-二矽丙烷(1,1,1,3,3,3-hexamethoxy(ethoxy)-1,3-disilapropane)、1,1,3,3-四甲氧基-1-甲基-1,3-二矽丁烷 (1,1,3,3-tetramethoxy-1-methyl-1,3-disilabutane)、1,1,3,3-四甲氧基-1,3-二矽丙烷(1,1,3,3-tetramethoxy-1,3-disilapropane)、1,1,1,3,3,3-六氫-1,3-二矽丙烷(1,1,1,3,3,3-hexahydrido-1,3-disilapropane)、3-(1,1-二甲氧基-1-矽乙基)-1,4,4-三甲氧基-1-甲基-1,4-二矽戊烷(3-(1,1-dimethoxy-1-silaethyl)-1,4,4-trimethoxy-1-methyl-1,4-disilpentane)、甲氧甲烷-2-(二甲氧矽甲基)-1,1,4-三甲氧基-1,4-二矽丁烷(methoxymethane 2-(dimethoxysilamethyl)-1,1,4-trimethoxy-1,4-disilabutane)、甲氧甲烷-1,1,4-三甲氧基-1,4-二矽-2-(三甲氧基矽烷基甲基)丁烷(methoxymethane 1,1,4-trimethoxy-1,4-disila-2-(trimethoxysilylmethyl)butane)、二甲氧甲烷,甲氧甲烷-1,1,1,5,5,5-六甲氧基-1,5-二矽戊烷(dimethoxymethane,methoxymethane,1,1,1,5,5,5-hexamethoxy-1,5-disilapentane)、1,1,5,5-四甲氧基-1,5-二矽己烷(1,1,5,5-tetramethoxy-1,5-disilahexane)、1,1,5,5-四甲氧基-1,5-二矽戊烷(1,1,5,5-tetramethoxy-1,5-disilapentane)、1,1,1,4,4,4-六甲氧基(乙氧基)-1,4-二矽烷基丁烷 (1,1,1,4,4,4-hexamethoxy(ethoxy)-1,4-disilylbutane)、1,1,1,4,4,4-六氫-1,4-二矽丁烷(1,1,1,4,4,4,-hexahydrido-1,4-disilabutane)、1,1,4,4-四甲氧基(乙氧基)-1,4-二甲基-1,4-二矽丁烷(1,1,4,4-tetramethoxy(ethoxy)-1,4-dimethyl-1,4-disilabutane)、1,4-雙-三甲氧基(乙氧基)矽烷基苯(1,4-bis-trimethoxy(ethoxy)silyl benzene、1,4-雙-二甲氧基甲基矽烷基苯(1,4-bis-dimethoxymethylsilyl benzene)、1,4-雙-三氫矽烷基苯(1,4-bis-trihydrosilyl benzene)、1,1,1,4,4,4-六甲氧基(乙氧基)-1,4-二矽丁-2-烯(1,1,1,4,4,4-hexamethoxy(ethoxy)-1,4-disilabut-2-ene)、1,1,1,4,4,4-六甲氧基(乙氧基)-1,4-二矽丁-2-炔(1,1,1,4,4,4-hexamethoxy(ethoxy)-1,4-disilabut-2-yne)、1,1,3,3-四甲氧基(乙氧基)-1,3-二矽氧烷(1,1,3,3-tetramethoxy(ethoxy)-1,3-disilolane)、1,3-二矽氧烷(1,3-disilolane)、1,1,3,3-四甲基-1,3-二矽氧烷(1,1,3,3-tetramethyl-1,3-disilolane)、1,3,3-四甲氧基(乙氧基)-1,3-二矽烷(1,3,3-tetramethoxyl(ethoxy)-1,3-disilane)、1,3-二甲氧基(乙氧基)-1,3-二甲基-1,3-二矽烷(1,3-dimethoxy(ethoxy)-1,3-dimethyl-1,3-disilane)、 1,3-二矽烷(1,3-disilane)、1,3-二甲氧基-1,3-二矽烷(1,3-dimethoxy-1,3-disilane)、1,1-二甲氧基(乙氧基)-3,3-二甲基-1-丙基-3-矽丁烷(1,1-dimethoxy(ethoxy)-3,3-dimethyl-1-propyl-3-silabutane)以及2-矽丙烷(2-silapropane)所構成之群組中。
  31. 如申請專利範圍第21項所述之方法，更包含以至少一能量源處理該沈積介電膜，該能量源包含一熱能量源、UV光、電子束、化學物、微波或電漿。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該至少一能量源係一UV光，其可為脈衝或連續式，以及該處理步驟係在一基板溫度介於300℃至450℃時，以包含至少一UV波長介於150至370奈米之光下進行。
  33. 如申請專利範圍第21項所述之方法，更包含在提供一第一氣體前驅物之前調整該基板的一溫度之步驟。
  34. 如申請專利範圍第21項所述之方法，更包含施加一能量源至該反應器之步驟，其係介於該提供步驟與該沈積步驟之間。
  35. 如申請專利範圍第21項所述之方法，更包含提供一第 二前驅物，其包含C、H原子，以及可選擇性地包含O、F或N與Ge中之至少一者。
  36. 如申請專利範圍第21項所述之方法，更包含添加一成孔劑前驅物至該第一氣體前驅物中。
  37. 如申請專利範圍第21項所述之方法，更包含添加一惰性氣體或一氧化劑之至少其中一者至該第一氣體前驅物中。
  38. 如申請專利範圍第21項所述之方法，更包含提供一第二前驅物，其由Si、C、O與H原子所組成，且選自由二乙氧基甲基矽烷(diethoxymethylsilane)、二甲基二甲氧基矽烷(dimethyldimethoxysilane)、八甲基環四矽氧烷(octamethylcyclotetrasiloxane)、四甲基環四矽氧烷(tetramethylcyclotetrasiloxane)、乙烯基甲基二乙氧基矽烷(vinylmethyldiethoxysilane)、乙烯基三乙氧基矽烷(vinyltriethoxysilane)、乙烯基二甲基乙氧基矽烷(vinyldimethylethoxysilane)、環己烯乙基三乙氧基矽烷(cyclohexenylethyltriethoxysilane)、1,1-二乙氧基-1-矽環戊-3-烯(1,1-diethoxy-1-silacyclopent-3-ene)、二乙烯基四甲基二矽氧烷(divinyltetramethyldisiloxane)、2-(3,4-環氧環己基)乙基三乙氧基矽烷 (2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltriethoxysilane)、2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷(2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane)、環氧己基三乙氧基矽烷(epoxyhexyltriethoxysilane)、六乙烯二矽氧烷(hexavinyldisiloxane)、三乙烯甲氧基矽烷(trivinylmethoxysilane)、三乙烯乙氧基矽烷(trivinylethoxysilane)、乙烯甲基乙氧基矽烷(vinylmethylethoxysilane)、乙烯甲基二乙氧基矽烷(vinylmethyldiethoxysilane)、乙烯甲基二甲氧基矽烷(vinylmethyldimethoxysilane)、乙烯五甲基二矽氧烷(vinylpentamethyldisiloxane)、乙烯四甲基二矽氧烷(vinyltetramethyldisiloxane)、乙烯三乙氧基矽烷(vinyltriethoxysilane)、以及乙烯三甲氧基矽烷(vinyltrimethoxysilane)所組成之群組中。
  39. 一種製作一SiCOH介電材料之方法，包含：放置一基板至一反應器中；提供至少一第一氣體前驅物，其包含Si、C、O與H原子，該第一氣體前驅物包含一環狀碳矽烷分子，其中形成該環狀碳矽烷分子中的環狀環之鍵結包含Si-CH2 -Si鍵結與至少一Si-鍵結；以及藉由選定可有效提供具有3.2或較低介電常數之一SiCOH介電質之條件，將由該第一氣體前驅物所衍生 之一介電膜藉由化學氣相沈積而沈積至該基板上，其中該介電膜包含至少Si、C、O與H原子且具有一共價鍵結立體網狀結構，其中一部分之C原子係鍵結為Si-CH3 官能基，以及其他部分之C原子鍵結為Si-R-Si，其中R係為苯基、-[CH2 ]n -，其中n係大於或等於1、HC=CH、C=CH2 、C≡C、或[S]n 鏈結，其中n如同上述所定義者。
  40. 如申請專利範圍第39項所述之方法，其中該第一氣體前驅物包含八甲基-1,5-二矽氧烷-3,7-二矽環辛烷(octamethyl-1,5-disiloxane-3,7-disilacyclooctane)、1,3,5,7-四甲基-1,5-二矽氧烷-3,7-二矽環辛烷(1,3,5,7-tetramethyl-1,5-disiloxane-3,7-disilacyclooctane)、1,3,5,7-四甲基-1,3,5,7-四矽環辛烷(1,3,5,7-tetramethyl-1,3,5,7-tetrasilacyclooctane)、1,3,5,-三甲基-1,3,5-三矽環己烷(1,3,5-trimethyl-1,3,5-trisilacyclohexane)、1,3,5-三甲基-1,3-二矽氧烷-5-矽環己烷(1,3,5-trimethyl-1,3-disiloxane-5-silacyclohexane)或1,3,5-三甲基-1-矽氧烷-3,5-二矽環己烷(1,3,5-trimethyl-1-siloxane-3,5-disilacyclohexane)之其中一者。
  41. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該第一氣體 前驅物係為一烷氧基碳矽烷，該烷氧基碳矽烷具有以下結構式： 其中R1至R6可相同或相異，且係選自由H、-CH3 、-OCH3 及-OCH2 CH3 所組成之群組。
  42. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該第一氣體前驅物係為一烷氧基碳矽烷，該烷氧基碳矽烷具有以下結構式： 其中R1至R6為-CH3 或-OCH3 。
  43. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該第一氣體前驅物係為一烷氧基碳矽烷，該烷氧基碳矽烷具有以下結構式： 其中R1、R2、R3及R4為-CH3 ，且R5及R6為-OCH3 。
  44. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該第一氣體前驅物係為一烷氧基碳矽烷，該烷氧基碳矽烷具有以下結構式： 其中R1、R2、R4及R5為H或-CH3 ，且R3及R6為-OCH3 。
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