由铝硅酸盐前体形成的低ｋ值介电层制造技术

一种用于用铝硅酸盐前体形成高机械强度、低ｋ值、层间介电材料使得铝容易地被结合到材料的硅基质中的方法，和一种包含一个或多个这样形成的高强度、低ｋ值层间介电层的集成电路设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及半导体集成电路(IC)制造的领域。特别地，本专利技术涉及一种用于形成集成电路设备中的低k值介电材料的方法，和这样形成的材料。
技术介绍
IC制造一般地涉及多层的顺序形成以形成单个集成设备。因为各层材料的性能允许它们固有地满足IC所需设备的性能标准或者因为它们的性能能够通过制造方法被改变使得它们满足那些标准，所以才选择它们。用于在IC设备内形成层的一种类型的材料是电介质。介电材料是电绝缘体，其用于在IC内基本上电隔离导电层或特征。由使用给定介电材料的电容器所能存储的静电能量的量与使用真空作为其电介质的相同电容器所能存储的静电能量的量的比值被定义为其“相对介电常数”并且表示为该材料的“k”值。低k值介电材料可被看作介电常数(“k”值)低于二氧化硅的那些；SiO2的k值为4.0-4.2。由于随着每后续一代IC的开发晶体管栅极宽度的减小，降低互连延迟现在已经变得和降低晶体管转换频率以促进IC运行速度一样的重要。对互连延迟的两个主要贡献是用于电路导线的金属(一般是铝)的电阻和用于层间电介质(ILD)的电介质(一般是二氧化硅；SiO2)的电容。为改进在电路导线中的速度，铜，其电阻比铝大约低30％，已经在许多高性能IC设备中代替了铝。然而，在可容易地结合到IC设备中的金属中，铜具有最低的电阻率，导致减小了ILD介电常数，而这对于在互连延迟时间方面进一步的下降是重要的。对于制造低k值ILD材料来说，已经确定了若干方法。已经使用的或者正积极研究的两种方法包括将碳引入SiO2基质中(以制造掺杂碳的氧化硅，称为CDO、OSG、SiOCH或SiCOH)，和使ILD多孔化。这些技术降低了k值；然而它们还降低了ILD材料的密度和机械强度。结果，这些材料容易被在随后IC设备制造过程中给予ILD的应力所破坏。破坏可以包括穿过ILD的开裂，或分层(其中ILD层与IC设备中的一个或多个相邻层分离)。破坏可起因于在制造过程和正常使用中当IC设备经受热循环时由于ILD和相邻层之间不同的热膨胀系数(CTE)而给予ILD的热机械应力。低k值ILD材料的易碎性是在大体积IC制造中包含它们的一种障碍。附图简述附图说明图1a、1b和1c描述了用于形成二氧化硅介电层的前体的化学结构。图2a描述了根据本专利技术实施方案的铝硅酸盐前体的一般性化学结构。图2b和2c在实质上描述了根据本专利技术实施方案的铝硅酸盐前体的化学结构。图3描述了集成电路衬底的一种实施方案，其包括具有形成在其上的许多集成电路设备的硅片，并且包括根据本专利技术实施方案的低k值介电层。图4是一幅示意图，其举例说明了根据本专利技术实施方案的集成电路设备的互连结构和介电层的剖视图。图5是一幅框图，其举例说明了用铝硅酸盐前体形成低k值介电层的方法的实施方案。图6描述了根据本专利技术实施方案的蚀刻终止材料。专利技术详述公开了使用一类在本文中被称作“铝硅酸盐”前体的含铝前体形成的薄膜层间电介质(ILD)材料的许多实施方案。在一种实施方案中，这些前体可提供具有较高机械强度(用弹性模量、硬度或结合强度表征)的低k值介电材料，与使用不含铝或其它金属原子的低k值硅基前体经由类似的方法或材料获得的相比(其典型实例示于图1a-1c中)。在这种实施方案中形成的介电材料的机械强度的增加可有助于降低由于物理或热应力而对集成电路设备造成的破坏(例如破裂)的发生率。这些应力是其中使用介电材料的IC设备制造过程和最终用途所固有的。前体一般是一些过渡材料或最终材料之前的物质。在集成电路制造中，前体的一种使用涉及了可能被引入沉积过程并且可能在化学上或在结构上有助于材料形成的物质。前体的特征可基本上确定随后形成的材料的性能。在本专利技术实施方案中所述的前体一般表现出在处理和存储过程中几乎没有或没有明显的安全风险，尽管可能存在着其中可能指出要另外小心的一些实施方案。另外，本专利技术的若干实施方案在室温下是液体，而在使其在正常工作状态和配置下适用于某些沉积过程的温度下汽化，如下文所要讨论的。本专利技术的一种实施方案包括使用铝硅酸盐前体形成的低k值介电材料。铝硅酸盐前体具有如图2a所示的一般性结构。它们包括硅原子201，其键合至氧原子202，后者又与铝原子203键合。硅原子201具有三个另外的键合部位，表示为R3206、R4207和R5208。铝原子具有两个另外的键合部位，表示为R1204和R2205。这种硅-氧-铝结构210在本文中被称为“甲硅烷氧基铝基团”或简称为“甲硅烷氧基铝”。键合部位R1-R5204-208被称为“官能团键合部位”。在本专利技术的一些实施方案中，官能团键合部位被有机(含碳)官能团占据。由于可能包括的官能团的巨大变化，存在着许多种具有这种甲硅烷氧基铝基结构的前体。根据本专利技术的实施方案将描述各种变化。在本专利技术的实施方案中，在使用铝硅酸盐前体形成ILD期间，在一个或多个官能团和甲硅烷氧基铝基团之间，键断开。然后，甲硅烷氧基铝基团结合到ILD的总的二氧化硅基质中，其中降低数目的官能团保持连接。在本专利技术的一种实施方案中，前体材料的至少一个或者全部官能团键合部位204-208可能被烷氧基占据。在本专利技术的这种实施方案，在沉积过程和随后的退火过程中，官能团键合部位对反应高度敏感，从而在所形成的材料中提供了含甲硅烷氧基铝基团的较致密的基质。烷氧基的实例包括但不局限于甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基及其他。在这种实施方案中的烷氧基可包括直链构型(例如正丁氧基)或支链构型(例如仲丁氧基)。图2b公开了一种铝硅酸盐前体，二-仲丁氧基铝氧基三乙氧基硅烷，其包含根据本专利技术实施方案的烷氧基。在本专利技术的另一种实施方案中，官能团键合部位中的至少一个被烷基占据。在这种实施方案中的烷基包括直链基团(例如甲基、乙基)、支链基团(例如异丙基、叔丁基)、不饱和非环状基团(例如乙烯基、烯丙基)或饱和或不饱和环状基团(例如环己基、环戊烯基)。另外，在本专利技术的一种实施方案中，官能团可包括上述烷基的卤化衍生物。图2c公开了一种铝硅酸盐前体，三甲基硅氧基二异丙醇铝，其包含根据本专利技术实施方案的烷氧基和烷基。在本专利技术的另一种实施方案中，官能团键合部位中的至少一个被芳基占据。在这种实施方案中芳基包括但不局限于苯基和苄基。另外，在本专利技术的一种实施方案中，官能团可包括上述芳基的卤化衍生物。在一种实施方案中，键合部位R1204和R5208可被限制为仅仅引入烷氧基。这可以有助于确保铝和硅原子将在沉积和后续加工中参与基质形成反应，无需添加外部氧源如氧气或一氧化二氮。添加氧源的目的是为将甲硅烷氧基铝基团键合至二氧化硅基质的氧键供氧。因为在烷氧基中已经存在氧，所以外部氧源是不必要的。在本专利技术的另一种实施方案中，键合部位R2205也可被限制为烷氧基以限制铝原子的反应性，因为直接键合至铝原子的烷基的存在可导致高反应性(自燃)、或许爆炸性的化合物。在本专利技术的一种实施方案中，官能团键合部位中的至少一个被胺基占据。在这种实施方案中的胺基包括二甲胺、二乙胺及其他。胺基可以容易地被氧化以允许在氧源如一氧化二氮(N2O)、氧气(O2)或水(H2O)存在下易于形成铝硅酸盐基质。将键合部位R1204和R5208限制为烷氧基或胺基可有助于限制铝原子的反应性。具有胺基的前体能够具有不同水平的反应性，使得能够在不同的沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：将前体沉积到衬底上；前体中的至少一种包括甲硅烷氧基铝基团，该甲硅烷氧基铝基团包括由氧原子键合在一起的硅原子和铝原子，并且该硅原子和该铝原子还键合至多个官能团。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-11-8 10/984,5951.一种方法，其包括将前体沉积到衬底上；前体中的至少一种包括甲硅烷氧基铝基团，该甲硅烷氧基铝基团包括由氧原子键合在一起的硅原子和铝原子，并且该硅原子和该铝原子还键合至多个官能团。2.权利要求1的方法，其中所述多个官能团包括至少一种烷氧基。3.权利要求2的方法，其中所述至少一种烷氧基包括至少一种直链烷氧基或至少一种支链烷氧基。4.权利要求1的方法，其中所述多个官能团包括至少一种与铝原子键合的烷氧基，至少一种与硅原子键合的烷氧基，和至少一种烷基。5.权利要求4的方法，其中所述至少一种烷基包括直链烷基或其卤化衍生物中的至少一种，支链烷基或其卤化衍生物中的至少一种，不饱和非环状烷基或其卤化衍生物中的至少一种，不饱和环状烷基或其卤化衍生物中的至少一种，或饱和环状烷基或其卤化衍生物中的至少一种。6.权利要求1的方法，其中所述官能团包括至少一种与铝原子键合的烷氧基，至少一种与硅原子键合的烷氧基，和至少一种胺基。7.权利要求6的方法，其中所述前体进一步包括氧气、一氧化二氮或水中的至少一种作为氧源。8.权利要求1的方法，其中所述多个官能团包括至少一种与铝原子键合的烷氧基，至少一种与硅原子键合的烷氧基，和至少一种芳基。9.权利要求1的方法，其中沉积包括化学气相沉积、等离子强化化学气相沉积、原子层沉积或热沉积。10.权利要求1的方法，其中所述前体包括二甲基二甲氧基硅烷，二乙氧基甲基硅烷或八甲基环化四硅氧烷中的至少一种。11.权利要求1的方法，其中所述前体包括至少一种多孔有机前体。12.权利要求1的方法，其中将前体沉积到衬底上包括形成含约2-5mol％的甲硅烷氧基铝的材料。13.权利要求1的方法，其中将前体沉积到衬底上包括形成低k值介电层。14.权利要求1的方法，其中所述衬底包括集成电路衬底。15.权利要求1的方法，其还包括将沉积在衬底上的前体暴露于热、电子束或紫外线能量中的至少一种。16.一种层，其包括含被沉积前体的介电材料，前体中的至少一种包括多个甲硅烷氧基铝基团，该甲硅烷氧基铝基团包括由氧原子键合在一起的硅原子和铝原子，并且该硅原子和该铝原子键合至多个官能团。17.权利要求16的层，其中介电材料是低k值介电材料。18.权利要求16的层，其中介电材料包含约2-5mol％的甲硅烷氧基铝。19.权利要求16的层，其中所述多个官能团包括至少一种烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：M古纳，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]