介电常数降低的改进二氧化硅绝缘膜及其形成方法技术

本发明专利技术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。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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专利技术的上述和其它目的、特征和优点。以下将参考附图具体说明根据本专利技术的优选实施例。附图说明图1是形成根据本专利技术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是根据本专利技术在硅烷流速为零、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是根据本专利技术所用的低压化学汽相淀积系统的示意图。图4是在根据本专利技术的第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是在根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
JP 1997-6-9 150762/971．一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：远藤和彦，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]