專利名稱：低介電常數(shù)層間絕緣膜及低介電常數(shù)層間絕緣膜的成膜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及低介電常數(shù)層間絕緣膜及低介電常數(shù)層間絕緣膜的成膜方法。本申請基于2010年3月I日在日本申請的日本特愿2010-044263號主張優(yōu)先權(quán)，在此引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體裝置的高集成化，配線層被微細(xì)化，然而被指出了若使用微細(xì)的配線層，則配線層中的信號延遲的影響增大，妨礙信號傳遞速度的高速化的問題。該信號延遲與配線層的電阻和配線層間容量成比例，因此為了實(shí)現(xiàn)高速化，要求配線層的低電阻化以及配線層間容量的降低。
因此，最近作為構(gòu)成配線層的材料，替代現(xiàn)有的鋁而使用電阻率低的銅，而且為了降低配線層間容量，使用相對介電常數(shù)低的層間絕緣膜。例如，雖然SiO2膜具有4. I的相對介電常數(shù)、SiOF膜具有3. 7的相對介電常數(shù)，但是逐漸使用相對介電常數(shù)更低的SiOCH膜或有機(jī)膜。然而，由于SiOCH膜或有機(jī)膜形成有大量的空孔或空隙，因此配線銅容易擴(kuò)散到絕緣膜內(nèi)，該銅的擴(kuò)散成為絕緣破壞的主要原因，導(dǎo)致配線的可靠性降低。因此，為了防止銅的擴(kuò)散，多在銅配線的周邊形成具有擴(kuò)散阻擋性的、空孔或空隙少的絕緣膜(以下成為阻擋膜)。對于該阻擋膜，也要求在不會增加空孔或空隙、保持?jǐn)U散阻擋性的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)低介電常數(shù)化(參照專利文獻(xiàn)I、專利文獻(xiàn)2)。此外，在形成多層配線結(jié)構(gòu)的過程中，對于SiOCH膜或有機(jī)膜、阻擋膜等絕緣膜實(shí)施被稱為蝕刻工序、洗滌工序、拋光工序的處理。因此，在這些處理上，要求絕緣膜之間以及金屬-絕緣膜間不會剝離程度的密合性。此外，眾所周知密合性主要起因于絕緣膜的機(jī)械強(qiáng)度(參照非專利文獻(xiàn)I、非專利文獻(xiàn)2)。此外，為了防止絕緣膜損傷，要求包括密合性在內(nèi)提高機(jī)械強(qiáng)度(參照專利文獻(xiàn)3)。然而，被指出了若在絕緣膜中形成空孔或空隙，則機(jī)械強(qiáng)度降低的問題。專利文獻(xiàn)I :日本特開2006-294671號公報專利文獻(xiàn)2 :日本特開2009-176898號公報專利文獻(xiàn)3 :國際公開第06-075578號公報非專利文獻(xiàn)I Proceedings of ADMETA2008、2008 年、pp34_35非專利文獻(xiàn)2 Conference Proceedings AMC XXIV 2009Material ReserchSocietyλpp381_386但是，SiOCH膜等低介電常數(shù)層間絕緣膜通過設(shè)置大量空孔或空隙而達(dá)成低介電常數(shù)化。然而，在現(xiàn)有的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，由于空孔或空隙多，存在氣體及金屬的阻擋性差的問題。此外，在現(xiàn)有的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，存在內(nèi)聚能弱、與其它組成的膜的密合性差的問題。
若阻擋性或密合性差，則成為絕緣膜破裂、電遷移、應(yīng)力遷移等的原因，使配線的可靠性降低。在這種背景下，雖然期望兼具低介電常數(shù)化以及抑制絕緣膜破裂、電遷移或應(yīng)力遷移這樣的性能的層間絕緣膜，然而實(shí)際上難以兼具，不能提供有效適當(dāng)?shù)膶娱g絕緣膜。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述課題，本發(fā)明的第一方案為低介電常數(shù)層間絕緣膜，通過等離子體CVD法形成，至少含有碳和硅，碳相對于硅的比率為2. 5以上，且相對介電常數(shù)為3. 8以下。在本發(fā)明中，碳相對于硅的比率優(yōu)選為3. O以上。在本發(fā)明中，相對介電常數(shù)優(yōu)選為3. 5以下。
在本發(fā)明中，優(yōu)選防止金屬、水分和氧中的至少一種物質(zhì)的擴(kuò)散。本發(fā)明的低介電常數(shù)層間絕緣膜優(yōu)選由硅、碳、氫構(gòu)成(made of)。本發(fā)明的第二方案為低介電常數(shù)層間絕緣膜的成膜方法，具有通過等離子體CVD法使至少含有碳和硅的絕緣膜材料成膜的工序，作為所述絕緣膜材料不使用烴，在形成的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，碳相對于硅的比率為2. 5以上，且相對介電常數(shù)為3. 8以下。在本發(fā)明中，作為絕緣膜材料，優(yōu)選為異丁基三甲基硅烷、二異丁基二甲基硅烷或5-硅雜螺[4，4]壬烷。根據(jù)本發(fā)明，在低介電常數(shù)層間絕緣膜中，可以同時滿足低介電常數(shù)化和阻擋性及密合性的提高，抑制絕緣破壞、電遷移或應(yīng)力遷移，而且可以提高可靠性。


圖I為表示本發(fā)明的實(shí)施方式中使用的成膜裝置的一例的結(jié)構(gòu)簡圖。圖2為表示相對介電常數(shù)、碳相對于硅的比率(C/Si比)與阻擋性的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式以下，對適用本發(fā)明的一實(shí)施方式的低介電常數(shù)層間絕緣膜進(jìn)行具體說明。本實(shí)施方式的低介電常數(shù)層間絕緣膜通過等離子體CVD法形成，以在基板上形成多層配線結(jié)構(gòu)等時防止金屬、水分和氧中的至少一種物質(zhì)的擴(kuò)散為目的而形成的膜。例如，作為使用銅作為配線層時的銅擴(kuò)散阻擋膜來使用。低介電常數(shù)層間絕緣膜為至少含有碳和硅的膜，具體地說，可以舉出SiCH膜、SiOCH膜或SICN膜等。在低介電常數(shù)層間絕緣膜中，碳相對于硅的比率(元素組成比)為2. 5以上，更優(yōu)選為3. O以上。碳相對于硅的比率的上限值優(yōu)選為4. 5，更優(yōu)選為4. O。此外，低介電常數(shù)層間絕緣膜優(yōu)選由硅、碳、氧、氮和氫構(gòu)成，更優(yōu)選由硅、碳和氫構(gòu)成。在低介電常數(shù)層間絕緣膜中，相對介電常數(shù)為3. 8以下，更優(yōu)選為3. 5以下。相對介電常數(shù)的下限值優(yōu)選為2. 5，更優(yōu)選為3. O。接著，對本實(shí)施方式的低介電常數(shù)層間絕緣膜的成膜方法進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的成膜方法為通過等離子體CVD法使絕緣膜材料成膜的方法，作為絕緣膜材料，若形成的低介電常數(shù)層間絕緣膜滿足碳相對于硅的比率為2. 5以上且相對介電常數(shù)為3. 8以上則可以使用任意材料，例如可以使用下述材料。1-1- 一乙稀基_1-娃雜環(huán)戊焼、1_1_ 一稀丙基_1_娃雜環(huán)戊焼、1_1_ 一乙塊基_1_娃雜環(huán)丁焼、1_1_ 一乙稀基_1_娃雜環(huán)丁焼、1_1_ 一 _1_丙塊基_1_娃雜環(huán)丁焼、1_1_ 一 ~2~丙塊基_1_娃雜環(huán)丁焼、1-1_ 一丙稀基_1_娃雜環(huán)丁焼、1_1_ 一稀丙基_1_娃雜環(huán)丁焼、1_1_ 二丙基_1_娃雜環(huán)丁焼、1_1_ 二異丙基_1_娃雜環(huán)丁焼、1_1_ 二 _1_ 丁塊基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1- 二 -2- 丁炔基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1- 二 -3- 丁炔基-I-硅雜環(huán)丁焼、I-I- 一 _1_ 丁稀基_1_娃雜環(huán)丁焼、I-I- 一 ~2~ 丁稀基-I-娃雜環(huán)丁焼、1-1- 一 -3- 丁烯基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1-二環(huán)丁基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1-二丁基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1-二-仲丁基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1-二-叔丁基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1-二-I-戊炔基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1- 二 -2-戊炔基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1- 二 -3-戊炔基-I-硅雜環(huán)丁焼、I-I- 二 _1_戊稀基_1_娃雜環(huán)丁焼、1-1- 二 -2-戊稀基-I-娃雜環(huán)丁焼、1-1- 二 -3-戊烯基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1- 二 -4-戊烯基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1- 二環(huán)戊基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1- 二戊基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1- 二 -叔戊基-I-硅雜環(huán)丁烷、1-1- 二乙炔基-I-硅雜環(huán) 戊焼、1-1- 二乙稀基-I-娃雜環(huán)戊焼、1-1-二-I-丙塊基-I-娃雜環(huán)戊焼、1-1- 二 _2_丙塊基-I-娃雜環(huán)戊焼、1-1- 二丙稀基_1_娃雜環(huán)戊焼、1-1- 二稀丙基_1_娃雜環(huán)戊焼、1-1- 二丙基-I-娃雜環(huán)戊焼、1-1- 二異丙基-I-娃雜環(huán)戊焼、1-1-二-I-丁塊基_i-娃雜環(huán)戊焼、1-1-二 -2- 丁炔基-I-硅雜環(huán)戊烷、1-1- 二 -3- 丁炔基-I-硅雜環(huán)戊烷、1-1- 二 -I- 丁烯基-I-娃雜環(huán)戊焼、1_1_ 二 _2_ 丁稀基-I-娃雜環(huán)戊焼、1-1-二-3-丁稀基-I-娃雜環(huán)戊焼、1-1- 二環(huán)丁基-I-硅雜環(huán)戊烷、1-1- 二丁基-I-硅雜環(huán)戊烷、1-1- 二 -仲丁基-I-硅雜環(huán)戊烷、1-1-二 -叔丁基-I-硅雜環(huán)戊烷、1-1- 二 -I-戊炔基-I-硅雜環(huán)戊烷、1-1- 二 -2-戊炔基-I-硅雜環(huán)戊烷、1-1- 二 -3-戊炔基-I-硅雜環(huán)戊烷、1-1-二 -I-戊烯基-I-硅雜環(huán)戊烷、1-1-二 -2-戊烯基-I-硅雜環(huán)戊烷、1-1-二 -3-戊烯基-I-硅雜環(huán)戊烷、1-1-二 -4-戊稀基_1_娃雜環(huán)戊焼、1_1_ 二環(huán)戊基-I-娃雜環(huán)戊焼、1-1_ 二戊基-I-娃雜環(huán)戊焼、1_1_ 一-叔戊基_1_娃雜環(huán)戊焼、1_1_ 一乙塊基_1_娃雜環(huán)己焼、1_1_ 一乙稀基_1_娃雜環(huán)己焼、1-1-一-1-丙塊基_1_娃雜環(huán)己焼、1-1- 一 ~2~丙塊基_1_娃雜環(huán)己焼、I-I- 一丙稀基_1_娃雜環(huán)己焼、I-I- 一稀丙基_1_娃雜環(huán)己焼、I-I- 一丙基-I-娃雜環(huán)己焼、1-1- 一異丙基-I-硅雜環(huán)己烷、1-1-二-I-丁炔基-I-硅雜環(huán)己烷、1-1-二-2-丁炔基-I-硅雜環(huán)己焼、1_1_ 一 _3~ 丁塊基-I-娃雜環(huán)己焼、1-1-一 _1-丁稀基_1_娃雜環(huán)己焼、1-1- 一 ~2~ 丁烯基-I-硅雜環(huán)己烷、1-1- 二 -3- 丁烯基-I-硅雜環(huán)己烷、1-1- 二環(huán)丁基-I-硅雜環(huán)己烷、1-1-二丁基-I-硅雜環(huán)己烷、1-1-二-仲丁基-I-硅雜環(huán)己烷、1-1-二-叔丁基-I-硅雜環(huán)己烷、1-1-二-I-戊炔基-I-硅雜環(huán)己烷、1-1-二-2-戊炔基-I-硅雜環(huán)己烷、1-1-二-3-戊塊基-I-娃雜環(huán)己焼、1_1_ 一-I-戊稀基-I-娃雜環(huán)己焼、1_1_ 一 ~2~戊稀基_1_娃雜環(huán)己焼、1_1_ 一 _3~戊稀基_1_娃雜環(huán)己焼、1_1_ 一 ~4~戊稀基_1_娃雜環(huán)己焼、1_1_ 一環(huán)戊基-I-硅雜環(huán)己烷、1-1- 二戊基-I-硅雜環(huán)己烷、1-1- 二 -叔戊基-I-硅雜環(huán)己烷、1-1- 二乙炔基-I-硅雜環(huán)庚烷、1-1- 二乙烯基-I-硅雜環(huán)庚烷、1-1- 二 -I-丙炔基-I-硅雜環(huán)庚焼、1_1_ 二 -2-丙塊基-I-娃雜環(huán)庚焼、1-1_ 二丙烯基_1_娃雜環(huán)庚焼、1_1_ 二稀丙基-I-娃雜環(huán)庚焼、1-1-二丙基-I-娃雜環(huán)庚焼、1-1-二異丙基-I-娃雜環(huán)庚焼、1-1- 二 -I- 丁炔基-I-硅雜環(huán)庚烷、1-1- 二 -2- 丁炔基-I-硅雜環(huán)庚烷、1-1- 二 -3- 丁炔基-I-娃雜環(huán)庚燒、1_1_ 二 _1_ 丁稀基_1_娃雜環(huán)庚燒、1_1_ 二 _2_ 丁稀基-I-娃雜環(huán)庚燒、1-1- 二 -3- 丁烯基-I-硅雜環(huán)庚烷、1-1- 二環(huán)丁基-I-硅雜環(huán)庚烷、1-1- 二丁基-I-硅雜環(huán)庚烷、1-1-二 -仲丁基-I-硅雜環(huán)庚烷、1-1-二 -叔丁基-I-硅雜環(huán)庚烷、1-1-二 -I-戊炔基-I-硅雜環(huán)庚烷、1-1-二 -2-戊炔基-I-硅雜環(huán)庚烷、1-1-二 -3-戊炔基-I-硅雜環(huán)庚燒、1-1- 二 -I-戍烯基-I-娃雜環(huán)庚燒、1-1- 二 -2-戍烯基-I-娃雜環(huán)庚燒、1-1- 二 -3-戍烯基-I-硅雜環(huán)庚烷、1-1- 二 -4-戊烯基-I-硅雜環(huán)庚烷、1-1- 二環(huán)戊基-I-硅雜環(huán)庚烷、I-I- 二戍基_1_娃雜環(huán)庚燒、I- - 二-叔戍基-I-娃雜環(huán)庚燒、異丁基二甲基娃燒、二異丁基二甲基娃燒、二異丁基甲基娃燒、二異丁基娃燒、5-娃雜螺[4,4]壬燒、5_娃雜螺[4,3]辛烷、6-硅雜螺[5，4]癸烷等。上述絕緣膜材料中，特別優(yōu)選使用異丁基三甲基硅烷、二異丁基二甲基硅烷或5-硅雜螺[4，4]壬烷。此外，作為絕緣膜材料，優(yōu)選不使用烴。
·
上述絕緣膜材料可以僅單獨(dú)使用一種或者也可以使用兩種以上。對混合使用兩種以上絕緣膜材料時的混合比率不特別限定，所得到的低介電常數(shù)層間絕緣膜若滿足碳相對于硅的比率為2. 5以上且相對介電常數(shù)為3. 8以下則可以任意組合。而且，低介電常數(shù)層間絕緣膜的元素組成比可以通過使用具有特定的元素組成比的絕緣膜材料進(jìn)行調(diào)節(jié)。而且，低介電常數(shù)層間絕緣膜的相對介電常數(shù)為依賴于其元素組成比和空隙率的物性值。通常若空隙率大，則低介電常數(shù)層間絕緣膜的相對介電常數(shù)降低的同時，阻擋性及密合性變差。在本發(fā)明的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，空隙率優(yōu)選為O. 17以下，更優(yōu)選為O. 16以下，最優(yōu)選為O. 15以下。由于從阻擋性及密合性提高方面考慮理想的是空隙率為0，因此無需特意設(shè)定下限值。此外，在成膜時，可以向上述絕緣膜材料添加載氣。此時，送入成膜裝置的腔內(nèi)、供于成膜的氣體變成除了絕緣膜材料氣體之外還混合有載體的混合氣體。不過，為了提高金屬、水分或氧的防擴(kuò)散性，優(yōu)選不使用載氣。而且,對于載氣，除了不含有氧的氣體、例如氦氣、IS氣、氪氣、氣氣等稀有氣體之夕卜，可以舉出氮?dú)?、氫氣等，但并不以這些做出特別限定。載氣可以僅單獨(dú)使用一種或者也可以使用兩種以上，包括絕緣膜材料在內(nèi)并不對其混合比率特別限定。絕緣膜材料及載氣若在常溫下為氣體狀則可以直接使用。絕緣膜材料及載氣若在常溫下為液體狀，則通過使用氦氣等惰性氣體的起泡進(jìn)行的氣化、通過氣化器進(jìn)行的氣化或者通過加熱進(jìn)行的氣化而形成氣體來使用。作為使用等離子體CVD法的成膜裝置可以使用公知的裝置，例如可以使用如圖I所示的平行平板型的成膜裝置I等來成膜。圖I表示的等離子體成膜裝置I具備能夠減壓的腔2，該腔2通過排氣管3、開閉閥4與排氣泵5連接。此外，腔2具備未圖示的壓力計(jì)，可以測定腔2內(nèi)的壓力。在腔2內(nèi)設(shè)置有相對向的一對平板狀的上部電極6和下部電極7。上部電極6與高頻電源8連接，對上部電極6施加高頻電流。下部電極7兼做載置基板9的載置臺，在其內(nèi)部內(nèi)置有加熱器10，可以加熱基板。此外，上部電極6與氣體供給管道11連接。該氣體供給管道11與未圖示的成膜用氣體供給源連接，供給來自該成膜用氣體供給裝置的成膜用的氣體，該氣體通過形成在上部電極6內(nèi)的多個貫通孔向下部電極7擴(kuò)散并流出。此外，上述成膜用氣體供給源具備氣化上述絕緣膜材料的氣化裝置和調(diào)整其流量的流量調(diào)整閥的同時，設(shè)置有供給載氣的供給裝置，這些氣體也流過氣體供給管道11，并從上部電極6流入腔2內(nèi)。在等離子體成膜裝置的腔2內(nèi)的下部電極7上設(shè)置基板9，從成膜用氣體供給源向腔2內(nèi)送入上述成膜用氣體。由高頻電壓8對上部電極6施加高頻電流，在腔2內(nèi)產(chǎn)生等離子體。由此，在基板9上形成由上述成膜用氣體9通過氣相化學(xué)反應(yīng)生成的絕緣膜。作為基板9，主要使用由硅晶片形成的基板，然而在該硅晶片上還可以存在預(yù)先形成的其它的絕緣膜、導(dǎo)電膜、配線結(jié)構(gòu)等。作為等離子體CVD法，除了平行平板型之外，還能夠使用ICP等離子體、ECR等離
子體、磁控等離子體、高頻等離子體、微波等離子體、電容耦合等離子體、電感耦合等離子體等，還可以使用對平行平板型裝置的下部電極也導(dǎo)入高頻的雙頻激發(fā)等離子體。該等離子體成膜裝置中的成膜條件優(yōu)選為以下的范圍，然而由于根據(jù)使用的絕緣膜材料而不同，因此不限于此。絕緣膜材料流量2(Tl00cc/分鐘(兩種以上時為總量)載氣流量(T50cc/分鐘壓力lPa 1330PaRF 功率50 500W、優(yōu)選 50 250W基板溫度400°C以下反應(yīng)時間I秒 1800秒成膜厚度100nm 200nm在本實(shí)施方式的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，由于碳相對于硅的比率為2. 5以上且相對介電常數(shù)為3.8以下，因此可以提高阻擋性、密合性。即，與現(xiàn)有的產(chǎn)生空孔或空隙的低介電常數(shù)層間絕緣膜不同，本實(shí)施方式的低介電常數(shù)層間絕緣膜中不會產(chǎn)生空隙或空孔，而是大量烴進(jìn)入膜中，可以提高阻擋性、密合性。結(jié)果可以抑制絕緣破壞、電遷移或應(yīng)力遷移，提聞可罪性。此外，在本實(shí)施方式的低介電常數(shù)層間絕緣膜的成膜方法中，絕緣膜材料不使用烴。即，混入到所形成的低介電常數(shù)層間絕緣膜中的碳全部起因于含有硅的絕緣膜材料。從而，在所形成的低介電常數(shù)層間絕緣膜中均勻地混入碳，可以進(jìn)一步提高阻擋性、密合性。而且，由于不使用烴，因此還具有容易使每個裝置的成膜條件最優(yōu)化的優(yōu)點(diǎn)，還具有不需要用于管理揮發(fā)性烴的檢測器的優(yōu)點(diǎn)等。實(shí)施例以下，通過實(shí)施例和比較例對本發(fā)明進(jìn)行更具體的說明。其中，本發(fā)明不被以下的實(shí)施例所限定。在以下的實(shí)施例和比較例中，全部使用等離子體CVD法，作為低介電常數(shù)層間絕緣膜形成SiCH膜。對于作為SiCH膜的特性的擴(kuò)散阻擋性的評價方法，與作為現(xiàn)有阻擋膜使用的相對介電常數(shù)4. 8的SiCN膜相比，優(yōu)異的情況評價為A，相等的情況評價為B，稍差的情況評價為C，沒有阻擋性的情況評價為D。具體地說，形成銅電極并測定電流-電壓特性，比較擊穿電壓，從而評價阻擋性。此外，密合性通過膠帶測試來進(jìn)行評價，制作100個Imm見方的方格，利用未剝離分量的數(shù)目比較密合性的大小。碳相對于硅的比率(C/Si比)的測定通過X射線光電子能譜(XPS)進(jìn)行。相對介電常數(shù)的測定通過使用汞探針的容量-電壓測定進(jìn)行?？障堵视擅芏葴y定和膜組成算出。而且，本發(fā)明的低介電常數(shù)層間絕緣膜不限定為SiCH膜。<實(shí)施例1>實(shí)施例I中，作為絕緣膜材料使用異丁基三甲基硅烷(iBTMS)，在流量20SCCm、壓力3Torr、等離子體輸出功率550W的條件下形成SiCH膜，結(jié)果得到相對介電常數(shù)3. 5的SiCH膜。對碳相對于硅的比率(C/Si比)、空隙率、阻擋性、密合性進(jìn)行評價，結(jié)果如表I所 /Jn ο由該結(jié)果可知，在實(shí)施例I的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，C/Si比大，因此空隙率小。此外可知阻擋性與已知的層間絕緣膜相等。<實(shí)施例2>實(shí)施例2中，作為絕緣膜材料使用二異丁基二甲基硅烷(DiBDMS)，在流量20SCCm、壓力3Torr、等離子體輸出功率650W的條件下形成SiCH膜，結(jié)果得到相對介電常數(shù)3. 5的SiCH膜。對碳相對于硅的比率(C/Si比)、空隙率、阻擋性、密合性進(jìn)行評價，結(jié)果如表I所
/Jn ο由該結(jié)果可知，在實(shí)施例2的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，C/Si比大，因此空隙率小。此外可知阻擋性與已知的層間絕緣膜相等，密合性比已知的層間絕緣膜優(yōu)異。<實(shí)施例3>實(shí)施例3中，作為絕緣膜材料使用二異丁基二甲基硅烷(DiBDMS)，在流量20sCCm、壓力3Torr、等離子體輸出功率450W的條件下形成SiCH膜，結(jié)果得到相對介電常數(shù)3. O的SiCH膜。對碳相對于硅的比率(C/Si比)、空隙率、阻擋性、密合性進(jìn)行評價，結(jié)果如表I所
/Jn ο由該結(jié)果可知，在實(shí)施例3的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，C/Si比大，因此空隙率小。此外可知雖然阻擋性比已知的層間絕緣膜稍稍差一些，然而密合性優(yōu)異。<實(shí)施例4>實(shí)施例4中，作為絕緣膜材料使用二異丁基二甲基硅烷(DiBDMS)，在流量20SCCm、壓力3Torr、等離子體輸出功率850W的條件下形成SiCH膜，結(jié)果得到相對介電常數(shù)3. 8的SiCH膜。對碳相對于硅的比率(C/Si比)、空隙率、阻擋性、密合性進(jìn)行評價，結(jié)果如表I所
/Jn ο由該結(jié)果可知，在實(shí)施例4的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，C/Si比大，因此空隙率小。此外可知阻擋性、密合性都比已知的層間絕緣膜優(yōu)異?！磳?shí)施例5>實(shí)施例5中，作為絕緣膜材料使用5-硅雜螺[4，4]壬烷(SSN)，在流量20sCCm、壓力ITorr、等離子體輸出功率100W的條件下形成SiCH膜，結(jié)果得到相對介電常數(shù)3. O的SiCH膜。對碳相對于硅的比率(C/Si比)、空隙率、阻擋性、密合性進(jìn)行評價，結(jié)果如表I所
/Jn ο由該結(jié)果可知，在實(shí)施例5的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，C/Si比大，因此空隙率小。此外可知阻擋性與已知的層間絕緣膜相等，密合性比已知的層間絕緣膜優(yōu)異。<實(shí)施例6>實(shí)施例6中，作為絕緣膜材料使用5-硅雜螺 [4，4]壬烷(SSN)，在流量20sCCm、壓力ITorr、等離子體輸出功率250W的條件下形成SiCH膜，結(jié)果得到相對介電常數(shù)3. 5的SiCH膜。對碳相對于硅的比率(C/Si比)、空隙率、阻擋性、密合性進(jìn)行評價，結(jié)果如表I所
/Jn ο由該結(jié)果可知，在實(shí)施例6的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，C/Si比大，因此空隙率小。此外可知阻擋性、密合性都比已知的層間絕緣膜優(yōu)異。<比較例1>比較例I中，作為絕緣膜材料使用四甲基硅烷(4MS)，在流量20sccm、壓力3Torr、等離子體輸出功率650W的條件下形成SiCH膜，結(jié)果得到相對介電常數(shù)3. 5的SiCH膜。對碳相對于硅的比率(C/Si比)、空隙率、阻擋性、密合性進(jìn)行評價，結(jié)果如表2所示。由該結(jié)果可知，在比較例I的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，C/Si比小，因此空隙率大。此外可知阻擋性、密合性都比已知的層間絕緣膜差。<比較例2>比較例2中，作為絕緣膜材料使用四甲基硅烷(4MS)，在流量20sccm、壓力5Torr、等離子體輸出功率650W的條件下形成SiCH膜，結(jié)果得到相對介電常數(shù)3. 3的SiCH膜。對碳相對于硅的比率(C/Si比)、空隙率、阻擋性、密合性進(jìn)行評價，結(jié)果如表2所示。由該結(jié)果可知，在比較例2的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，C/Si比小，因此空隙率大。此外可知阻擋性、密合性都比已知的層間絕緣膜顯著差。<比較例3>比較例3中，作為絕緣膜材料使用三甲基硅烷(3MS)與乙烯以流量比1:1混合而成的材料，在流量60SCCm、壓力8. 4Torr、等離子體輸出功率550W的條件下形成SiCH膜，結(jié)果得到相對介電常數(shù)4. I的SiCH膜。對碳相對于硅的比率(C/Si比)、空隙率、阻擋性、密合性進(jìn)行評價，結(jié)果如表2所示。由該結(jié)果可知，在比較例3的層間絕緣膜中，C/Si比和空隙率都小，相對介電常數(shù)大、為4. 1，得不到低介電常數(shù)層間絕緣膜。此外阻擋性與已知的層間絕緣膜相等。在上述實(shí)施例和比較例為基礎(chǔ)，將相對介電常數(shù)、碳相對于硅的比率(C/Si比)和阻擋性的關(guān)系示于圖2。由圖2可知，滿足C/Si比> — 2. 2358X相對介電常數(shù)+10. 714時，阻擋性比現(xiàn)在優(yōu)異或相等。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種低介電常數(shù)層間絕緣膜，通過等離子體CVD法形成，至少含有碳和硅，碳相對于硅的比率為2.5以上，且相對介電常數(shù)為3.8以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低介電常數(shù)層間絕緣膜，碳相對于硅的比率為3.O以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低介電常數(shù)層間絕緣膜，相對介電常數(shù)為3.5以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低介電常數(shù)層間絕緣膜，防止金屬、水分和氧中的至少一種物質(zhì)的擴(kuò)散。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低介電常數(shù)層間絕緣膜，由硅、碳和氫構(gòu)成。
6.一種低介電常數(shù)層間絕緣膜的成膜方法，具有通過等離子體CVD法使至少含有碳和硅的絕緣膜材料成膜的工序， 作為所述絕緣膜材料不使用烴， 在形成的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，碳相對于硅的比率為2.5以上，且相對介電常數(shù)為3. 8以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低介電常數(shù)層間絕緣膜的成膜方法，作為絕緣膜材料，使用異丁基三甲基硅烷、二異丁基二甲基硅烷或5-硅雜螺[4，4]壬烷。
全文摘要
本發(fā)明的低介電常數(shù)層間絕緣膜，通過等離子體CVD法形成，至少含有碳和硅，碳相對于硅的比率為2.5以上，且相對介電常數(shù)為3.8以下。此外，本發(fā)明的低介電常數(shù)層間絕緣膜的成膜方法，具有通過等離子體CVD法使至少含有碳和硅的絕緣膜材料成膜的工序，作為所述絕緣膜材料不使用烴，在形成的低介電常數(shù)層間絕緣膜中，碳相對于硅的比率為2.5以上，且相對介電常數(shù)為3.8以下。
文檔編號H01L21/314GK102906865SQ20118001179
公開日2013年1月30日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者清水秀治, 永野修次, 大橋芳, 加田武史, 菅原久勝 申請人:大陽日酸株式會社, 三化研究所股份有限公司