[發(fā)明專利]低介電常數(shù)的硅氧烷涂層、制備方法及其在集成電路上的應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680030250.3
• 申請日: 2006-08-16
• 公開（公告）號: CN101283066A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伊夫·吉羅;卡羅爾·韋爾格拉提;迪迪埃·蒂皮尼耶;盧多維克·奧多尼;夏洛特·巴西爾;萊斯·特魯耶
• 申請（專利權(quán)）人: 羅狄亞化學(xué)公司
• 主分類號: C09D183/04
• 分類號: C09D183/04;H01L21/312
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 王達(dá)佐;韓克飛

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及互連材料領(lǐng)域，尤其是用于通過光學(xué)光刻技術(shù)生產(chǎn)集成電路的互連材料領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及低介電常數(shù)的硅氧烷涂層以及制備這種涂層的方法。

發(fā)明內(nèi)容

尋求快速且緊湊的集成電路需要小尺寸晶體管的發(fā)展。

作為集成電路中最重要的組元，互連在集成電路中管理晶體管與其它微型元件之間所有的交換和數(shù)據(jù)。互連是沉積然后蝕刻并遵守一定變換規(guī)則的層的復(fù)雜組合，該變換是在以下部件之間的：

-金屬導(dǎo)線或載流線，在過去的幾代微處理器中由鋁(Al)制成，其在電路中傳輸電信號，以及

-載流線之間的絕緣層，含有二氧化硅(SiO₂)，其通過隔開金屬導(dǎo)線以限制金屬物質(zhì)的擴(kuò)散并因此有助于信號的穩(wěn)定。

Al/SiO₂對的技術(shù)性能特性完全能夠應(yīng)付幾代芯片和微處理器的小型化技術(shù)的改變，直到180nm世代的出現(xiàn)成為主要的技術(shù)障礙。

合并于集成電路中的晶體管越小，晶體管之間的轉(zhuǎn)換速度越大。換句話說，門延遲(GD)降低。同時，電連接的總長度增加，因此互連延遲(ID)增加。

在Al/SiO₂的結(jié)合中，在具有大于180nm尺寸的世代的情況下-即在過去的世代中-切換速度限制了微處理器的速度增加。相反，在具有低于180nm尺寸的世代的情況下-即在更近的世代中-互連速度相對于晶體管之間的切換速度成為限制因素。

這種現(xiàn)象留下功率耗散、信號失真和線之間的部分能量轉(zhuǎn)移(交擾)的潛在危險，即電路性能特性的全面降低。

作為所關(guān)注的內(nèi)容，在半導(dǎo)體領(lǐng)域，指明芯片世代的值(例如180nm)反映了互連間距的一半，即絕緣層的平均厚度與相關(guān)金屬線的平均厚度的總和的一半。

為了克服這個技術(shù)障礙，第一個提議包括采用更低電阻系數(shù)的金屬，例如銅(電阻系數(shù)R_Cu＝1.7Ω.cm)，逐步代替金屬導(dǎo)線的鋁(電阻系數(shù)R_Al＝3.1Ω.cm)。

第二個提議涉及載流線之間的絕緣層。為了未來互連的需要，建議采用低介電常數(shù)的材料，即介電常數(shù)應(yīng)低于3.0的材料，代替硅(相對介電常數(shù)K_SiO2＝4.1)。事實上，電路的互連延遲與電路的電容相關(guān)，而電路的電容本身與絕緣層的介電常數(shù)相關(guān)。

現(xiàn)有技術(shù)

為了獲得具有低介電常數(shù)的互連材料，必須通過降低材料密度或使材料多孔以降低材料內(nèi)化學(xué)鍵的密度。

本領(lǐng)域中已提出了多種多孔絕緣材料。選擇基本上落在封閉-孔隙材料上，一方面是為了避免金屬物質(zhì)越過絕緣層移動的風(fēng)險，而另一方面是為了機(jī)械強(qiáng)度的原因。最近已開發(fā)出多種獲得封閉孔隙的方法。其中可提到以下的方法：

專利US-B-6,214,748涉及在基質(zhì)上形成薄膜。通過涂布包含電絕緣的、可熱交聯(lián)的樹脂與其中之一具有高沸點的溶劑混合物的溶液而制得該膜。首先，在100℃至120℃的溫度下通過常規(guī)干燥沉積物以除去主要溶劑。第二，在300℃以上的高溫處理期間，蒸發(fā)輔助溶劑。該輔助溶劑的蒸發(fā)在所述層的主體中產(chǎn)生孔隙。

專利US-B-6,107,357涉及由一種組合物生產(chǎn)絕緣材料，所述組合物是通過在有機(jī)硅樹脂上通過偶聯(lián)劑接枝在高溫下成孔的有機(jī)單元而制備的。當(dāng)由該組合物形成膜以后，將其進(jìn)行高溫處理以分解成孔劑。

專利US-A-6,022,814涉及由攜帶熱不穩(wěn)定基團(tuán)的有機(jī)硅樹脂的混合物形成的多孔絕緣材料。這種材料的膜的形成是通過沉積所述混合物的層然后加熱以便除去所述熱不穩(wěn)定基團(tuán)而產(chǎn)生多孔性。

專利US-A-5,776,990涉及由聚合物基體與可在所述聚合物基體的降解溫度以下的溫度熱分解的聚合物的共聚物生產(chǎn)的多孔絕緣材料。將所述共聚物排序，使其形成相互分離的微相。在加熱的作用下，除去所述可熱分解的部分。

美國專利申請US-A-2001/0010840涉及基于有機(jī)硅樹脂的組合物。該組合物包含：攜帶與硅原子結(jié)合的氫原子的電絕緣樹脂；以及攜帶能夠與所述樹脂中與硅原子結(jié)合的氫原子發(fā)生反應(yīng)的基團(tuán)的化合物，所述化合物在大氣壓力下的沸點高于250℃。該組合物還包含溶劑。涂層的形成是通過將該組合物的層沉積于基質(zhì)上然后將其加熱至高溫或?qū)⑵溥M(jìn)行高能輻射。這樣產(chǎn)生所述樹脂與能夠與所述樹脂中與硅結(jié)合的氫原子發(fā)生反應(yīng)的化合物的交聯(lián)，以及溶劑的蒸發(fā)。