多孔低介電常數(shù)薄膜材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多孔低介電常數(shù)薄膜材料及其制備方法，其中制備方法包括如下步驟：提供硅襯底，對(duì)其進(jìn)行清洗，并將其置于電子回旋共振等離子體設(shè)備中；將D5環(huán)有機(jī)硅置于恒溫蒸發(fā)器中，將氣化后的D5環(huán)有機(jī)硅送入電子回旋共振等離子體設(shè)備中；調(diào)節(jié)電子回旋共振等離子體設(shè)備的控制器，使D5環(huán)有機(jī)硅形成等離子體，并沿其運(yùn)動(dòng)方向在下游發(fā)生分解，在硅襯底表面上沉積形成多孔SiCOH薄膜；將多孔SiCOH薄膜真空熱處理。本發(fā)明的制備方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中高能量離子對(duì)薄膜的轟擊所導(dǎo)致的薄膜損傷較大的缺點(diǎn)。由上述方法制備低介電常數(shù)薄膜材料的介電常數(shù)值為2.8，表面均勻，粗糙度低，絕緣性能和熱穩(wěn)定性好，并與微電子工藝具有較好的兼容性。
【專利說明】多孔低介電常數(shù)薄膜材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地涉及一種多孔低介電常數(shù)薄膜材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著超大規(guī)模集成電路(ULSI)的發(fā)展，器件集成度不斷提高，集成電路內(nèi)部RC延遲、功耗、串?dāng)_不斷增加成為制約集成電路性能的主要因素。傳統(tǒng)的互連為AVSiO2，如果用Cu代替Al，低介電常數(shù)薄膜材料代替SiO2，不僅可以降低RC延遲，同時(shí)還可以降低功耗和信號(hào)串?dāng)_。多孔低介電常數(shù)SiCOH薄膜因含有極化強(qiáng)度更低的S1-C鍵、C-C鍵和納米孔隙，且熱穩(wěn)定性較好，絕緣性能優(yōu)越，被認(rèn)為是45/32nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)上比較好的候選低k材料。
[0003]一般來說，多孔低介電常數(shù)SiCOH薄膜的制備方法主要有兩種:旋涂技術(shù)和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)。旋涂技術(shù)操作簡單，成本低，但是采用此技術(shù)制備的多孔材料，力學(xué)性能差、熱穩(wěn)定性差，尤其是這種工藝與微電子工藝不夠兼容，在材料集成時(shí)，面臨著巨大的困難。對(duì) 于等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)制備的多孔低介電常數(shù)SiCOH薄膜，雖然其孔隙率較高，有利于降低介電常數(shù)，但是SiCOH薄膜制備過程中氣壓較高，高能量的離子對(duì)薄膜的轟擊所導(dǎo)致的薄膜損傷較大，不宜獲得高質(zhì)量的納米薄膜。
[0004]因此，有必要提出一種改良的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法，以克服現(xiàn)有制備方法的不足，同時(shí)本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用上述方法制備的低介電常數(shù)薄膜材料。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的之一，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下:
[0007]—種多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法，其包括如下步驟:
[0008]提供硅襯底，對(duì)其進(jìn)行清洗，并將清洗過的硅襯底置于電子回旋共振等離子體設(shè)備中；
[0009]將D5環(huán)有機(jī)娃置于恒溫蒸發(fā)器中，以惰性氣體為載氣將氣化后的D5環(huán)有機(jī)娃送入電子回旋共振等離子體設(shè)備中；
[0010]調(diào)節(jié)電子回旋共振等離子體設(shè)備的控制器，使D5環(huán)有機(jī)硅形成等離子體，并沿其運(yùn)動(dòng)方向在下游發(fā)生分解，并在所述硅襯底表面上沉積形成多孔SiCOH薄膜；
[0011]將得到的多孔SiCOH薄膜在原位進(jìn)行真空熱處理。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述硅襯底為(100)取向的n型硅襯底。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氣化后的D5環(huán)有機(jī)硅與載氣的流量比為6:1，總氣體流量為5-20sccm。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述恒溫蒸發(fā)器中恒溫溫度為80°C。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氣化后的D5環(huán)有機(jī)硅通過傳輸管道輸送至電子回旋共振等離子體設(shè)備中，所述傳輸管道的溫度保持在80°C。[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述多孔SiCOH薄膜的厚度為200-600nm。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電子回旋共振等離子體設(shè)備中具有第一磁場線圈和第二磁場線圈，所述電子回旋共振等離子體設(shè)備的工作條件為:第一磁場線圈中電流為150A，第二磁場線圈中電流為50-150A，電子回旋共振等離子體設(shè)備中微波入射功率范圍為150-350W,反射功率小于3%。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述真空熱處理時(shí)的溫度控制在400-500°C，時(shí)間為Ih0
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，沉積多孔SiCOH薄膜之前，本底真空度為lX10_3Pa，沉積多孔SiCOH薄膜時(shí)，氣壓為0.1Pa0
[0020]為實(shí)現(xiàn)上述另一發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種由上述制備方法得到的低介電常數(shù)薄膜材料，所述低介電常數(shù)薄膜材料為硅襯底上的SiCOH薄膜層，低介電常數(shù)薄膜材料的介電常數(shù)值為2.8。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中因氣壓較高造成的高能量離子對(duì)薄膜的轟擊所導(dǎo)致的薄膜損傷較大，不宜獲得高質(zhì)量的納米薄膜的缺點(diǎn)。同時(shí)，由上述方法制備多孔低介電常數(shù)薄膜材料的介電常數(shù)值為2.8，且其表面均勻，粗糙度低，具有良好的絕緣性能和熱穩(wěn)定性，并與微電子工藝具有較好的兼容性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法中使用的D5環(huán)有機(jī)硅的化學(xué)結(jié)構(gòu)式；
[0023]圖2為本發(fā)明的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法一【具體實(shí)施方式】制得的低介電常數(shù)薄膜材料的原子力顯微鏡(AFM)圖；
[0024]圖3為本發(fā)明的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法中實(shí)施例1、2、3制得的低介電常數(shù)薄膜材料的SiCOH薄膜層的FTIR圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]本發(fā)明的一種多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法，其包括如下步驟:
[0027](I)提供硅襯底，對(duì)其進(jìn)行清洗，并將清洗過的硅襯底置于電子回旋共振等離子體設(shè)備中。優(yōu)選地，上述硅襯底為(100)取向的n型硅襯底。且上述清洗的方式為標(biāo)準(zhǔn)清洗。
[0028](2)將D5環(huán)有機(jī)娃置于恒溫蒸發(fā)器中，以惰性氣體為載氣將氣化后的D5環(huán)有機(jī)娃通過傳輸管道輸送至電子回旋共振等離子體設(shè)備中。其中，D5環(huán)有機(jī)硅為單環(huán)形結(jié)構(gòu)，由五個(gè)S1-O鍵和十個(gè)甲基構(gòu)成。
[0029]如圖1所示 ，其為上述D5環(huán)有機(jī)硅的化學(xué)結(jié)構(gòu)式。
[0030]恒溫蒸發(fā)器中恒溫溫度優(yōu)選為80°C，同時(shí)，為了防止氣化后的D5環(huán)有機(jī)硅在傳輸過程中液化，上述傳輸管道的溫度保持在80°C。上述氣化的D5環(huán)有機(jī)硅與載氣的流量比為6:1，且總的氣體流量控制在5-20sccm。
[0031](3)調(diào)節(jié)電子回旋共振等離子體設(shè)備的控制器，使D5環(huán)有機(jī)硅形成等離子體，并沿其運(yùn)動(dòng)方向在下游發(fā)生分解，并在上述硅襯底表面上沉積形成厚度為200-600nm的多孔SiCOH薄膜。
[0032]具體地，上述電子回旋共振等離子體設(shè)備具有第一磁場線圈和第二磁場線圈，電子回旋共振等離子體設(shè)備的工作條件為:第一磁場線圈中電流I1為150A，第二磁場線圈中電流I2為50-150A，電子回旋共振等離子體設(shè)備中微波入射功率范圍為150-350W，反射功率小于3%。此外，在沉積多孔SiCOH薄膜之前，本底真空度為I X 10_3Pa，在沉積多孔SiCOH薄膜時(shí)，氣壓為0.1Pa0可通過調(diào)節(jié)第二磁場線圈中的電流來改變磁場的場強(qiáng)，例如第二磁場線圈中電流為50A ；90A ；110A ；130A ;150A等。
[0033](4)將得到的多孔SiCOH薄膜在原位進(jìn)行真空熱處理。其中，真空熱處理時(shí)的溫度控制在400-500°C，時(shí)間為Ih。
[0034]本發(fā)明還涉及一種由上述制備方法獲得的一種低介電常數(shù)薄膜材料，其為硅襯底上的SiCOH薄膜層，且該低介電常數(shù)薄膜材料的介電常數(shù)值為2.8。
[0035]現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法進(jìn)行舉例說明。
[0036]實(shí)施例1
[0037]提供低阻單晶硅襯底，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清，置于電子回旋共振等離子體設(shè)備中。準(zhǔn)備純度為98%的D5環(huán)有機(jī)硅作為前驅(qū)體，并將D5環(huán)有機(jī)硅放入80°C的恒溫蒸發(fā)器中使其氣化。利用氬氣作為載氣將氣化后的D5環(huán)有機(jī)硅通過80°C的傳輸管道送入電子回旋共振等離子體設(shè)備的腔體中，氣化的D5環(huán)有機(jī)硅和氬氣的流量比保持在6:1，總的氣體流動(dòng)速率控制在15sCCm?？刂齐娮踊匦舱竦入x子體設(shè)備中的兩個(gè)線圈的電流I1和I2分別為150A和90A，微波入射的功率為300W，反射功率2%。D5環(huán)有機(jī)硅形成等離子體，并發(fā)生分解，在磁場力的作用下在硅襯底上沉積形成SiCOH薄膜。其中，本底真空為0.0OlPa，沉積氣壓為
0.1Pa0將沉積得到的多孔SiCOH薄膜在原位進(jìn)行真空熱處理，退火溫度控制在400°C，保溫時(shí)間I小時(shí)。
[0038]實(shí)施例2
[0039]本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于，控制電子回旋共振等離子體設(shè)備中的兩個(gè)線圈的電流I1和I2分別為150A和110A，其他步驟與實(shí)施例1相同，此處不再進(jìn)行重復(fù)敘述。
[0040]實(shí)施例3
[0041]本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于，控制電子回旋共振等離子體設(shè)備中的兩個(gè)線圈的電流I1和I2分別為150A和130A，其他步驟與實(shí)施例1相同，此處不再進(jìn)行重復(fù)敘述。
[0042]如圖2、圖3所示，由圖2可知，上述實(shí)施例中制備的低介電常數(shù)薄膜材料表面比較均勻，粗糙度比較低。
[0043]由圖3可以可知，隨著離子化程度的增加，S1-OH基團(tuán)，C=C基團(tuán)的吸收峰變小，S1-O-Si基團(tuán)出現(xiàn)很強(qiáng)的吸收峰。當(dāng)兩個(gè)線圈的電流I1和I2分別為150A、130A時(shí)，S1-OH基團(tuán)，C=C基團(tuán)的吸收峰最小，S1-O-Si基團(tuán)的吸收峰最強(qiáng)，此時(shí)所得到低介電常數(shù)薄膜性能最佳。經(jīng)測量后得到的介電常數(shù)為2.8，在lMV/cm的外電場作用下，漏電流密度為8.9Xl(T6A/cm2。
[0044]綜上所述，本發(fā)明的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中因氣壓較高造成的高能量離子對(duì)薄膜的轟擊所導(dǎo)致的薄膜損傷較大，不宜獲得高質(zhì)量的納米薄膜的缺點(diǎn)。同時(shí)，由上述方法制備多孔低介電常數(shù)薄膜材料的介電常數(shù)值為2.8，且其表面均勻，粗糙度低，具有良好的絕緣性能和熱穩(wěn)定性，并與微電子工藝具有較好的兼容性。
[0045]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
[0046]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他 實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟: 提供硅襯底，對(duì)其進(jìn)行清洗，并將清洗過的硅襯底置于電子回旋共振等離子體設(shè)備中； 將D5環(huán)有機(jī)娃置于恒溫蒸發(fā)器中，以惰性氣體為載氣將氣化后的D5環(huán)有機(jī)娃送入電子回旋共振等離子體設(shè)備中； 調(diào)節(jié)電子回旋共振等離子體設(shè)備的控制器，使D5環(huán)有機(jī)硅形成等離子體，并沿其運(yùn)動(dòng)方向在下游發(fā)生分解，并在所述硅襯底表面上沉積形成多孔SiCOH薄膜； 將得到的多孔SiCOH薄膜在原位進(jìn)行真空熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述硅襯底為(100)取向的n型硅襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述氣化后的D5環(huán)有機(jī)硅與載氣的流量比為6:1，總氣體流量為5-20SCCm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述恒溫蒸發(fā)器中恒溫溫度為80°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述氣化后的D5環(huán)有機(jī)硅通過傳輸管道 輸送至電子回旋共振等離子體設(shè)備中，所述傳輸管道的溫度保持在80°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述多孔SiCOH薄膜的厚度為200-600nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述電子回旋共振等離子體設(shè)備中具有第一磁場線圈和第二磁場線圈，所述電子回旋共振等離子體設(shè)備的工作條件為:第一磁場線圈中電流為150A，第二磁場線圈中電流為50-150A，電子回旋共振等離子體設(shè)備中微波入射功率范圍為150-350W，反射功率小于3%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述真空熱處理時(shí)的溫度控制在400-500°C，時(shí)間為Ih。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法，其特征在于，沉積多孔SiCOH薄膜之前，本底真空度為I X 10?,沉積多孔SiCOH薄膜時(shí)，氣壓為0.1Pa0
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔低介電常數(shù)薄膜材料的制備方法制備的低介電常數(shù)薄膜材料，其特征在于，所述低介電常數(shù)薄膜材料為硅襯底上的SiCOH薄膜層，低介電常數(shù)薄膜材料的介電常數(shù)值為2.8。
【文檔編號(hào)】C23C16/42GK103526179SQ201310533755
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】葉超, 廖良生, 袁大星, 王響英 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)