DE112005002334T5 - Niedrig-K dielelektrische Schicht gebildet aus Vorläufern eines Aluminiumsilikats - Google Patents

Niedrig-K dielelektrische Schicht gebildet aus Vorläufern eines Aluminiumsilikats Download PDF

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Abstract

Das Verfahren umfassend das Ablagern von Vorläufermaterialen auf einem Substrat, wobei,
– wenigstens eines der Vorläufermaterialien eine Siloxyaluminiumgruppe umfasst,
– die Siloxyaluminiumgruppe ein Siliziumatom und ein Aluminiumatom umfasst, die durch ein Sauerstoffatom miteinander verbunden sind, und
– das Siliziumatom und das Aluminiumatom auch an eine Vielzahl von funktionellen Gruppen gebunden sind.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegenden Erfindung betrifft ganz allgemein das Feld der Integrierten Schaltkreis (IC)-Herstellung mit Halbleitern. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines niedrig-K dielektrischen Materials in einer Integrierten-Schaltkreis-Einrichtung und das so gebildete Material.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die IC-Herstellung umfasst typischerweise das sequentielle Bilden von Vielfachschichten, um eine einzige integrierte Einrichtung zu schaffen. Die Materialien jeder Schicht sind entweder gewählt, da ihre Eigenschaften sie inhärent den entsprechenden Leistungskriterien der IC-Einrichtung anpassen oder deswegen, weil ihre Eigenschaften durch den Herstellungsprozess geändert werden können, um diese Kriterien zu erfüllen. Ein Materialtyp, der benutzt wird, um eine Schicht innerhalb einer IC-Einrichtung zu bilden, ist ein Dielektrikum.
  • Dielektrische Materialien sind elektrische Isolatoren, die dazu benutzt werden, leitende Schichten oder Merkmale innerhalb des IC im Wesentlichen elektrisch zu isolieren. Das Verhältnis der Menge elektrostatischer Energie, die durch eine Kapazität unter Benutzung eines vorgegebenen dielektrischen Materials gespeichert werden kann, im Vergleich zu derselben Kapazität innerhalb eines Vakuums, ist als seine Dielektrizität, definiert als relative dielektrische Konstante wird als der „k"-Wert des Materials bezeichnet. Niedrig-k dielektrische Materialien können diejenige sein, die eine dielektrische Konstante (k-Wert) unterhalb der von Siliziumdioxid besitzen (für Siliziumdioxid beträgt k ca. 4,0–4,2)
  • Während Transistor Gate-Breiten mit jeder nachfolgenden Generation der IC-Entwicklung zusammenschrumpften, ist das Reduzieren der Verbindungsleitungsverzögerung nun als genauso wichtig wie das Reduzieren der Transistorschaltfrequenz zum Erhöhen der IC-Arbeitsgeschwindigkeiten erkannt worden. Zwei der wesentlichen Beiträge der Leitungsverzögerung sind der Widerstand des Metalls (traditionellerweise Aluminium), das für die Leiterbahnen genutzt wird, und die Kapazität des Dielektrikums (traditionellerweise Siliziumdioxid SiO2), das für das Zwischenschichtdielektrikum (ILD) benutzt wird.
  • Um die Geschwindigkeit innerhalb der Leitungsbahnen zu verbessern, wurde Kupfer, das ungefähr 30% niedrigeren elektrischen Widerstand als Aluminium genutzt, das das Aluminium in vielen Hochleistungs-IC-Einrichtungen ersetzt. Jedoch ist nun nach dem Kupfer, das den niedrigsten Widerstand aller Metalle aufweist, die leicht in IC-Einrichtungen verwandt werden können, die Reduktion der dielektrischen Konstante des ILD kritisch, um eine weitere Verringerung in den Leitungsverzögerungszeiten zu realisieren.
  • Verschiedene Versuche sind unternommen worden, um niedrig-k ILD-Materialien herzustellen. Zwei Verfahren, die genutzt wurden, oder die noch aktiv erforscht werden, beinhalten das Einbringen von Kohlenstoff in die SiO2-Matrix (um Kohlenstoff angereichertes Siliziumoxid, sogenanntes CDO, OSG, SiOCH oder SiCOH zu erzeugen) und das ILD porös zu machen. Alle Techniken verringern den k-Wert, jedoch verringern sie gleichzeitig die Dichte und mechanische Stärke des ILD-Materials. Als Ergebnis können diese Materialien leicht durch mechanischen Zug beschädigt werden, der auf das ILD während nachfolgender IC-Geräte-Herstellungsverfahren ausgeübt wird. Der Schaden kann Sprünge durch das ILD oder Delaminierungen umfassen, in denen die ILD Schicht sich von einer oder mehr benachbarten Schichten in der IC-Einrichtung löst. Der Schaden kann durch thermomechanische Belastung erzeugt werden, die auf das ILD ausgeübt werden, wenn es zu thermischen Zyklen während des Herstellungsprozesses oder normaler Benutzung kommt aufgrund verschiedener Koeffizienten, CTE (englisch coefficient of thermal expansion), der thermischen Ausdehnung zwischen dem ILD und benachbarten Schichten. Die Fragilität Niedrig-k-ILD-Materials ist ein Hindernis, sie in die Massen-IC-Fertigung einzuführen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1a, 1b und 1c zeigen chemische Strukturen von Vorläufermaterialien, die bei der Bildung von Siliziumdioxid-dielektrischen Schichten eingesetzt werden.
  • 2a zeigt die allgemeine chemische Struktur eines Vorläufermaterials eines Aluminiumsilikats nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2b und 2c zeigen im wesentlichen die chemische Struktur eines Vorläufermaterials nach der vorliegenden Erfindung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines integrativen Schaltkreissubstrats, das einen Siliziumwafer mit einer Vielzahl integrierter Schaltkreiseinrichtungen zeigt, die darauf gebildet sind, und auch die niedrig-k dielektrischen Schichten nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Querschnittsdarstellung der Verbindungsstrukturen und dielektrischen Schichten einer integrierten Schaltkreiseinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bilden einer Niedrig-k dielektrischen Schicht mit Aluminiumsilikat-Vorläufermaterialien zeigt.
  • 6 zeigt ein Ätzstopp-Material nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Offenbart sind eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen eines Dünnfilm-Zwischenschicht dielektrischen (ILD, englisch: interlayer dielectric) Materials, das unter Benutzung einer Klasse von Aluminium-enthaltenen Vorläufermaterialien gebildet ist, die als Aluminiumsilikat-Vorläufer bezeichnet werden. In einem Ausführungsbeispiel können diese Vorläufermaterialien ein niedrig-k dielektrisches Material ermöglichen, das eine höhere mechanische Stärke (charakterisiert durch das E-Modul, die Härte und die Stärke des Zusammenhalts) aufweist, als durch gleichartige Methoden oder Materialien erreichbar ist, die niedrig-k siliziumbasierte Vorläufermaterialien nutzen, die kein Aluminium oder andere Metallatome enthalten (typische Beispiele dieser Materialien werden in den 1a–1c gezeigt). Der Zuwachs an mechanischer Stärke des dielektrischen Materials in diesem Ausführungsbeispiel kann helfen, die Schadensvorgänge (z. B. das Brechen) zu reduzieren, die aufgrund physischer oder thermisch induzierter Lasten auf die Einrichtung des integrierten Schaltkreises einwirken. Diese Lasten sind dem Herstellungsprozess und der Endnutzung der IC-Geräte inhärent, in denen das dielektrische Material benutzt wird.
  • Die Vorläufermaterialien sind Substanzen, die einigen Übergangs- oder Endmaterialien vorangehen. In der Herstellung integrierter Schaltkreise kann eine Nutzung eines dieser Vorläufermaterialien Substanzen umfassen, die durch einen Ablagerungsprozess eingebracht werden und die chemisch oder strukturell zur Bildung eines Material beitragen. Die Charakteristika des Vorläufermaterials können im wesentlichen die Eigenschaften des im Nachfolgenden gebildeten Materials bestimmen.
  • Die Vorläufermaterialien, die nach einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben werden, beinhalten keine oder keine wesentlichen Sicherheitsrisiken bei der Benutzung und Lagerung, obwohl in einigen Ausführungen zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen angezeigt sind. Zusätzlich sind in einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung die Vorläufermaterialien bei Raumtemperatur flüssig und kochen bei einer Temperatur, die sie für einige Ablagerungsprozesse unter normalen Betriebsbedingungen und Konfigurationen geeignet macht, wie nachfolgend beschrieben.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein niedrig-k dielektrisches Material, das unter Benutzung von Aluminiumsilikat-Vorläufermaterialien gebildet ist. Aluminiumsilikat-Vorläufermaterialien haben eine allgemeine Struktur, wie sie in 2a dargestellt wird. Sie umfassen ein Siliziumatom, 201, das an ein Sauerstoffatom, 202 gebunden ist, das wiederum an ein Aluminiumatom, 203 gebunden ist. Das Siliziumatom 201 besitzt drei zusätzliche Bindungsplätze, die als R3, 206, R4, 207 und R5, 208 bezeichnet sind. Das Aluminiumatom besitzt zwei zusätzliche Bindungsplätze, die als R1, 204 und R2, 205 bezeichnet sind. Die Silizium-Sauerstoff-Aluminium-Struktur 210, wird im Nachfolgenden als „Siloxyaluminiumgruppe" oder einfach „Siloxyaluminium" bezeichnet. Die Bindungsplätze R1–R5, 204–208 werden als „funktionale Gruppenbindungsplätze" bezeichnet. In einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung sind die funktionalen Gruppenbindungsplätze durch orgnaische (Kohlenstoff enthaltende) funktionelle Gruppen besetzt. Es gibt zahllose Varianten von Vorläufermaterialien mit dieser Siloxyaluminiumbasisstruktur aufgrund der unerhörten Variationsbreite der funktionalen Gruppen, die eingeschlossen werden können. Variationen werden in Bezug auf Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Während der Bildung eines ILD unter der Benutzung von Aluminiumsilikat Vorläufermaterialien in einem Ausführungsbeispiel nach dieser Erfindung werden die Bindungsplätze zwischen einer oder mehr der funktionalen Gruppen und der Siloxyaluminiumgruppe aufgebrochen. Die Siloxyaluminiumgruppe wird dann in die Gesamtsiliziumdioxidmatrix des ILD mit einer verringerten Anzahl von Funktionsgruppen, die an ihr haften, eingebaut.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird wenigstens eine oder vielleicht alle der funktionalen Gruppenbindungsplätze 204–208 des Vorläufermaterials durch Alkoxy-Gruppen besetzt. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die funktionellen Gruppenbindungsplätze hochempfänglich auf eine Reaktion während des Ablagerungsprozesses und nachfolgenden Ausheiz-(annealing)-Prozessen, die eine relativ dichte Matrix schaffen, die Siloxyaluminiumgruppen in dem gebildeten Material enthält. Beispiele von Alkoxygruppen umfassen, aber sind nicht darauf beschränkt, Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Butoxy und andere. Alkoxy-Gruppen in diesem Ausführungsbeispiel können gradlinige-Kettenkonfigurationen (z. B. n-Butoxy) oder verzweigte Konfigurationen (z. B. sec-Butoxy) enthalten. 2 offenbart ein Aluminiumsilikat-Vorläufermaterial, di-sec-Butoxyaluminoxytriethoxysilan, umfassend Alkoxygruppen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird wenigstens eine der funktionellen Gruppenbindungsplätze durch eine Alkylgruppe ersetzt. Alkylgruppen in diesem Ausführungsbeispiel umfassen gradlinige Kettengruppen (z.B. Methyl, Ethyl) sich verzweigende Gruppen (Isopropyl, t-Butyl), ungesättigte nicht-zyklische Gruppen (z. B. Vinyl, Allyl), oder gesättigte oder ungesättigte zyklische Gruppen (Cyclohexyl, Cyclopentenyl). Zusätzlich kann in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die funktionelle Gruppe auch halogenierte Derivate der vorgenannten Alkylgruppen umfassen. 2 offenbart einen Aluminiumsilikat-Vorgängermaterial, Trimethylsiloxy-Aluminium-Diisopropoxid, das sowohl Alkoxygruppen und Alkylgruppen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird wenigstens eine der funktionellen Gruppenbindungsplätze durch eine Arylgruppe besetzt. Arylgruppen in diesem Ausführungsbeispiel umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Phenyl- und Benzylgruppen. Zusätzlich kann in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die funktionelle Gruppe haloginierte Derivate der vorgenannten Arylgruppen aufweisen.
  • In einem Ausführungsbeispiel können die Bindungsplätze R1, 204, und R5, 208, darauf beschränkt sein, nur Alkoxygruppen zu umfassen. Dieses kann dabei helfen, sicherzustellen, dass sowohl Aluminiumatome wie Siliziumatome in den matrixbildenden Reaktionen während der Ablagerung nachfolgendenden Vorgänge teilnehmen, ohne die Notwendigkeit, eine externe Sauerstoffquelle, wie z. B. Sauerstoff- oder Stickstoffoxid hinzuzufügen. Der Zweck des Hinzufügens einer Sauerstoffquelle ist es, Sauerstoff für die Sauerstoffbindungen zur Verfügung zu stellen, die die Siloxyaluminiumgruppe an die Siliziumdioxydmatrix bindet. Da Sauerstoff bereits in der Alkoxygruppe vorliegt, ist eine externe Sauerstoffquelle nicht notwendig. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Bindungsplatz R2, 205, auch auf eine Alkoxygruppe beschränkt werden, um die Reaktivität eines Aluminiumsatoms zu beschränken, da das Vorhandensein von Alkylgruppen, die direkt an das Aluminiumatom gebunden sind, in einer hochreaktiven (pyrophorischen) vielleicht explosiven Verbindung endet.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird wenigstens eine der funktionellen Gruppenbindungsplätze durch eine Amin-Gruppe besetzt. Amin-Gruppen in diesem Ausführungsbeispiel umfassen Dimethylamin, Diethylamin und andere. Amin-Gruppen können leicht oxidiert werden, um die Bildung einer Aluminosilikatmatrix bei Vorhandensein einer Sauerstoffquelle wie z. B. Stickstoffoxid (N2O), Sauerstoff (O2) oder Wasser (H2O) zu erlauben. Reduzieren der Bindungsplätze R1, 204, und R5, 208, auf Alkoxygruppen oder Amin-Gruppen kann helfen, die Reaktivität des Aluminiumatoms zu begrenzen. Vorläufermaterialien mit Amin-Gruppen haben ein anderes Reaktivitätsniveau und können unter verschiedenen Ablagerungsbedingungen benutzt werden, die entweder alkoxy- oder alkylfunktionalisierte Vorläufermaterialien sind.
  • In den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung können sogar größer bemessene Elemente der Alkoxy-, Alkyl- und Amin-Klassen als Ersatz an den funktionellen Gruppenbindungsplätzen eingesetzt werden; jedoch wird durch einen Fachmann erkannt werden, dass die Größe der funktionellen Gruppen den Ablauf und das Verfahren der Ablagerung beeinträchtigen werden. Zum Einführen von Vorläufern in einem Ablagerungsprozess ist es üblich, dass die Vorläufermaterialien in gasförmiger Phase bei den Betriebsbedingungen in dem Ablagerungsprozess vorliegen.
  • Es können jedoch auch Vorläufermaterialien genutzt werden, die bei den Ablagerungsbedingungen flüssig sind. In diesem Fall können sie in den Ablagerungsprozess durch direkte Flüssigkeitseinspritzung eingebracht werden, entweder als reiner Vorläuferstoff (unverdünnt) oder als eine Lösung des Vorläuferstoffs, die in einer Trägerlösung gelöst ist.
  • Auf gleiche Weise können feste Vorläuferstoffe erst in einer Trägerlösung gelöst werden und die Lösung, die den Trägerstoff enthält, kann dann direkt in den Ablagerungsprozess in ähnlicher Weise wie ein flüssiger Vorläuferstoff eingebracht werden. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Einspritzen der Vorläuferstoffe in den Ablagerungsprozess mit dem Schritt des Einspritzens in die Ablagerungskammer eines Ablagerungsapparates verbunden, in dem der Ablagerungsprozess stattfindet.
  • Lösungsmittel können für diese Zwecke genutzt werden, sind im allgemeinen nicht-polar, nicht-reaktive Lösungsmittel unter anderem, aber nicht beschränkt auf diese, Hexan und Toluen. Diese Verfahren erweitern den Bereich der Vorläuferstoffe der dazu benutzt werden kann, auf den größerer funktioneller Gruppen. Zusätzlich können abhängig von der Größe und dem Typ der funktionellen Gruppen, die in dem Vorläuferstoff vorhanden sind, verschiedene Mengen funktioneller Gruppen an der Siloxyaluminiumgruppe nach der ILD Ablagerung angelagert verbleiben. Daher können zusätzliche Erhitzungen und andere Verarbeitungsverfahren gewünscht werden, um die Menge der verbleibenden funktionalen Gruppen in dem endgültigen niedrig-k ILD-Material zu verringern.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Aluminosilikatvorläufermaterial mit einem niedrig-k silizium-basierten Vorläufer abgelagert. Beispiele von niedrig-k siliziumbasierten Vorläufermaterialien für die Zusammenablagerung nach dieser Erfindung werden in 1a–1c dargestellt und umfassen Dimetyldimethoxysilan (1a), Diethoxymethylsilan (1b), oder Oktamethylcyclotetrasiloxan (1c). Diese niedrig-k Silizium-basierten Vorläufermaterialien tragen die Mehrheit der Siliziumatome in der endgültigen Matrix des ILD bei und helfen, die niedrig-k Eigenschaften des ILD-Materials zu schaffen, während der Aluminosilikatvorläufer vergrößerte mechanische Stärke schafft mit relativ geringen Auswirkungen auf die dielektrische Konstante des ILD-Materials.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist ein niedrig-k ILD-Material, das Aluminium in der Matrix eingebaut besitzt, unter Benutzung eines Vorläufermaterials gebildet, indem Silizium und Aluminium entweder direkt miteinander in einer Silizium-Aluminiumstruktur verbunden sind oder durch etwas anderes als ein einfaches Sauerstoffatom miteinander verbunden sind. Einige Beispiele einer hierdurch beschriebenen Struktur umfassen Si-Al, Si-(CH2)n-Al (wobei n = 1 oder mehr ist) Si-(NH)-Al und (Si)2N-Al. Die funktionalen Gruppenbindungsplätze können durch Elemente der Alkoxy, Alkyl, Aryl oder Amingruppen wie im Vorangehenden beschrieben, besetzt werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird eine externe Sauerstoffquelle wie z. B. Stickstoffoxid (N2O), Sauerstoff (O2) oder Wasser (H2O) an der Ablagerungsreaktion beteiligt. Durch Schaffen einer Sauerstoffquelle in der Ablagerungsreaktion wird Sauerstoff an die Silizium-Aluminiumstrukturen gebunden werden. Als Ergebnis werden Siloxyaluminiumgruppen gebildet und in die Matrix des ILD-Materials eingebaut.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird Aluminium in die Siliziumdioxidmatrix des ILD-Materials mit einer Konzentration von ungefähr 20 Mol-Prozent eingebaut. Bei dieser Konzentration gibt Aluminium einem ILD-Material vergrößerte mechanische Festigkeit, dann wenn nicht notwendig ist, die niedrig-k Eigenschaften in dem ILD beizubehalten. In einem Ausführungsbeispiel wird Aluminium in die Siliziumdioxidmatrix des ILD-Materials mit einer Konzentration von ungefähr 10 Mol-Prozent eingebaut. Dieses Ausführungsbeispiel schafft ebenfalls eine wesentliche Zunahme in der mechanischen Festigkeit des ILD-Materials während ein niedrigerer k-Wert als in dem Ausführungsbeispiel mit einem höheren Aluminiumanteil ermöglicht wird. Reines Aluminiumoxyd, Alumina, Al2O3, hat eine dielektrische Konstante von k ca. gleich 9,7 im Festkörper. Daher wird eine Begrenzung des Aluminiumanteils in der ILD-Schicht den Anstieg des k-Wertes aufgrund von Aluminium-Zusatz minimieren.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird Aluminium in die Siliziumdioxidmatrix des ILD-Materials in einem Bereich von ungefähr 2-5 Mol-Prozent eingebaut, bei der eine vergrößerte mechanische Festigkeit erkennbar ist, während die niedrig-k dielektrischen Eigenschaften in dem abgelagerten ILD-Material ebenso erreicht werden. In einem Ausführungsbeispiel wird die Hinzufügung von 3-4 Mol-Prozent Aluminium relativ zu dem Silizium in der Matrix die Härte des ILD-Materials von ungefähr 100% anheben, während der k-Wert nur ungefähr 5% ansteigt.
  • 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung 400 mit integriertem Schaltkreis mit einer oder mehr Schichten, 421, aus einem ILD-Material, die durch Ablagerung von Aluminosilikat-Vorläufermaterialien gebildet sind. Diese Schichten können vorgesehen werden, um einer Leistungsanforderung, wie z. B. der elektrischen Isolierung von Kontaktzonen 423, Durchkontaktierungen 424, Spuren 425, oder leitfähige Schichten des integrierten Schaltkreises voneinander zu trennen. Dies ist für die richtige und die beste Leistung des fertiggestellten Produktes bei normaler Benutzung vorteilhaft. Das Gerät 410 mit dem integrierten Schaltkreis umfasst ein Substrat 431 (z. B. einen Siliziumwafer) mit funktionellen Elementen 432 des Gerätes, die auf seiner Oberfläche gebildet sind. Nacheinander können Schichten eines leitfähigen und nicht-leitfähigen Stapels 420 gebildet werden, umfassend leitfähige Elemente 423–425, wie auch nicht-leitfähige Schichten aus ILD-Material 421. Die Schichten des ILD-Materials 421 können Behandlungen erfahren, die sie porös machen, um zu helfen, ihren k-Wert zu reduzieren. Diese Behandlung kann ihr Aussetzen gegenüber Hitze, einem Elektronenstrahl, oder Ultraviolett-Energien umfassen.
  • Die Materialien, die in dem Silizium-Wafer-Abschnitt der Einrichtung 430 und durch den leitfähigen und nicht-leitfähigen Stapel 420 genutzt werden, können verschiedene thermische Expansionskoeffizienten aufweisen. Als Ergebnis kann resultieren, dass wenn die Materialien nicht gleichförmig sich, sie sich ausdehnen aufgrund von Temperaturveränderungen in der IC-Einrichtung, wobei die resultierende Last Schichten dazu veranlassen kann, voneinander zu delaminieren oder zu springen oder einen Riss innerhalb einer Schicht auszubilden. Die niedrig-k dielektrische Schicht 422 ist insbesondere aufgrund der geringen Festigkeit ihrer porösen Schicht betroffen. Wie bereits erwähnt, kann die Hinzufügung von Aluminium in die Siliziumdioxydmatrix der niedrig-k dielektrischen Schicht in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Matrix mechanische Festigkeit verleihen, um beizutragen, die Ereignisse des Rissbildens zu reduzieren oder zu vermeiden zu helfen.
  • Ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung umfasst ein Verfahren zur Ablagerung eines niedrig-k ILD-Materials mit einem Aluminiumsilikat-Vorläufermaterial auf ein Substrat eines integrierten Schaltkreises während der Bildung einer Einrichtung mit einem integrierten Schaltkreis. Zum Beispiel kann in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie in 3 dargestllt, ein integriertes Schaltkreissubstrat 300 einen Siliziumwafer 310 umfassen, auf den eine oder mehr Schichten einer integrierten Schaltkreiseinrichtung 320 nacheinander gebildet werden können inklusive wenigstens einer niedrig-k ILD-Schicht, die mit einem Aluminosilikat-Vorläufermaterial gebildet ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein integrierter Schaltkreis auch eine gedruckte Schaltkarte (manchmal auch als gedruckte Verdrahtungskarte bezeichnet) umfassen. In wiederum einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Schicht eines niedrig-k dielektrischen Materials auf einem Opfermaterial als Teil eines integrierten Schaltkreissubstrates gebildet werden, woraufhin das Opfermaterial entfernt oder durch spätere Bearbeitungsschritte ersetzt wird, während die Einrichtung fertiggestellt wird.
  • Wie in 5 mit Bezugszeichen 510 dargestellt ist, erhält das Substrat jede benötigte Vorbereitungsbehandlung, wie z. B. die Bildung von vorangehenden Schichten, Ätzen, Reinigen und andere Verfahrensschritte, wie sie für das jeweils gebildete Gerät vorgeschrieben sind, wobei ein Ablagerungsapparat oder die vom Benutzer bevorzugten Praktiken genutzt werden. Das Substrat kann dann in eine Ablagerungskammer, mit 520 bezeichnet, eines Ablagerungsvorrichtung eingebracht werden. Die Ablagerungsvorrichtung kann für einige beliebige eine Anzahl von Ablagerungstechniken konstruiert sein inkl. der Ablagerung aus chemischem Dampf (CVD, chemical vapor deposition), der plasmaverstärkten chemischen Dampfablagerung (PE-CVD), der Atomschicht-Ablagerung (ALD) oder thermischer Ablagerung.
  • Die Vorläufermaterialien können vor der Einbringung in eine Ablagerungskammer eines Ablagerungsgerätes eine Präparation benötigen. In einem Ausführungsbeispiel können die Vorläufermaterialien flüssig oder in fester Form unter normalen Ablagerungsbedingungen in dem Ablagerungsapparat benutzt werden und können mit Bezugszeichen 535 bezeichnete vorangehende Behandlung, wie in dieser Beschreibung beschrieben, oder wie von einem Fachmann vorgesehen, benötigen.
  • In einem Ausführungsbeispiel werden, wenn die Ablagerungskammer einmal geschlossen ist, und die Innenatmosphäre die geeigneten Bedingungen für den Ablagerungsprozess 530 erreichen, die Vorläufermaterialien in die Ablagerungkammer 540 eingebracht. In einem Ausführungsbeispiel wird die Einführung der Vorläufermaterialien das Einbringen von Aluminiumsilikat-Vorläufermaterial und eines oder mehrerer niedrig-k sillizium-basierter Vorläufermaterialien umfassen. Organische Vorläufermaterialien, die als Porogene dienen, können ebenso eingeführt werden, um Porositäten in dem ILD-Material zu induzieren. Beispiele porogenischer (Porosität vermittelnder) organischer Vorläufermaterialien können Alpha-Terpine, Beta-Terpine, D-Limonene und andere im Stand der Technik Bekannte umfassen.
  • In einem Ausführungsbeispiel können Vorläufermaterialien genutzt werden, die Amingruppen enthalten und Sauerstoffquellen, wie z. B. Sauerstoff (O2), Stickstoffoxid (N2O) oder Wasser (H2O) können in der Ablagerungskammer zur gleichen Zeit wie die Vorläufermaterialien abgelagert werden. In diesem Fall kann die Sauerstoffquelle als Vorläufermaterial betrachtet werden, da sie den Sauerstoff in die Struktur des abgelagerten ILD einbringt.
  • In einem Ausführungsbeispiel werden Aluminosilikat-Vorläufermaterialien und niedrig-k Silizium-basierte Vorläufermaterialien auf dem Substrat dann zusammen abgelagert. Wenn die interne Atmosphäre der Ablagerungskammer Ablagerungsbedingungen erreicht hat, wird die Ablagerung unmittelbar nach Eingabe der Vorläufermaterialien in die Ablagerungskammer beginnen. Die Dauer und andere Parameter des Ablagerungsprozesses werden dann von der gewünschten Dicke der abgeschiedenen ILD-Schicht und anderer Nebenbedingungen variieren, wie vom Fachmann erwartet. In einem Ausführungsbeispiel wird der Druck innerhalb der Ablagerungskammer zwischen 0,1–50 Torr, vorzugsweise zwischen 1–10 Torr betragen. In einem Ausführungsbeispiel ist die Temperatur in einer Ablagerungskammer zwischen 150 und 500°C gewählt. Vorzugsweise zwischen 200–400°C. In einem Ausführungsbeispiel wird die Ablagerungszeit (Zeitdauer) zwischen 30–300 Sekunden betragen. In einem Ausführungsbeispiel unter der Benutzung von PECVD kann die Radiofrequenzleistung zwischen 250 und 1000 Watt betragen.
  • In einem Ausführungsbeispiel nach Beendigung eines Ablagerungsprozesses kann das Substrat aus der Ablagerungskammer 560 entfernt werden. Zusätzliche Bearbeitung 570, wie ein Annealing oder Ausheilen, kann dann dazu genutzt werden, einen wesentlichen Anteil an funktionalen Gruppen, die innerhalb des ILD-Materials verblieben sind, zu entfernen. Diese Verfahren dienen dazu, die Matrix eines ILD-Materials von funktionalen Gruppen zu reinigen, die an Bindungsplätzen auf den Siloxyaluminiumgruppen nach der Ablagerung verblieben. Sie helfen auch, die Matrix eines ILD-Materials durch vergrößerte Anzahl der Bindungen zwischen den Siloxyaluminiumgruppen und der gesamten Silizuiumdioxidmatrix zu verfestigen. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann Annealing oder eine ausheilende Bearbeitung das Aussetzen gegenüber Hitze, Elektronenstrahl oder ultravioletten Energien umfassen.
  • Weiter kann ein Nutzer die Charakteristika eines ILD-Materials messen, um sicherzustellen, dass die geeignete Leistung und Dimensionsanforderungen erfüllt sind, wie sie durch den Benutzern vorgegeben sind. Zusätzliche Bearbeitung kann stattfinden, um weitere Schichten zu erzeugen, um eine vollständige IC-Einrichtung zu erhalten.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird statt einen Aluminosilikatvorläufer einzuführen, ein Vorläufer umfassend eine Siliziumaluminiumstruktur in die Kammer zusammen mit einer Sauerstoffquelle wie z. B. Sauerstoffstickstoffoxid oder Wasser bei Bezugszeichen 540 eingebracht. Wie in dieser Beschreibung offenbart, umfasst die Siliziumaluminiumstruktur entweder ein Siliziumatom, das direkt an ein Aluminiumatom gebunden ist, oder ein Siliziumatom, das an ein Siliziumatom durch etwas anderes als ein einzelnes Sauerstoffatom gebunden ist. In einem Ausführungsbeispiel wird während der Ablagerung 550 das Silizium- und Aluminiumatom an ein Sauerstoffatom gebunden, das durch die Sauerstoffquelle geschaffen wird, wodurch eine Siloxyaluminiumgruppe geschaffen wird, die in ein ILD-Material während der Ablagerung eingebaut werden kann. Der Rest des Verfahrens kann gleichartig zu dem für Aluminosilikatvorläufermaterialien voranschreiten.
  • Schichten mit einem Aluminosilikatvorläufer nach einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung können auch die Steuerung während der Bildung von verschiedenen Elementen, Merkmalen und Schichten des Gerätes schaffen, während die Gesamtstruktur und niedrig-k Ziele beibehalten werden. Zum Beispiel nutzt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein ILD-Material als Niedrig-k-Ätzstoppschicht, um übertriebenes Ätzen von Materialien in einer integrierten Schaltkreisanordnung zu vermeiden.
  • Während des Ätzens eines Materials kann es eine Aufgabe für den Ätzprozess sein, dann aufzuhören, wenn die gegenständlich beabsichtigten Dimensionen in dem Material, das geätzt wird, erreicht sind. Einige Ätzmethoden sind nicht spezifisch (z. B. werden sie andere Materialien als die, die durch den Ätzprozess betroffen werden sollen, ätzen) daher kann es sinnvoll sein, ein Material einzubauen, das der Ätzflüssigkeit gegenüber widerstandsfähig ist, benachbart zu dem Material, das bestimmungsgemäß geätzt werden soll. Das Einbauen von Aluminium in eine Siliziumdioxidmatrix nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Material dazu bringen, andere Ätzraten als die Siliziumdioxidmatrix aufzuweisen, die kein Aluminium enthält.
  • 6 zeigt eine Struktur 600 die zwei Materialien umfasst. Ein erstes Material 620 ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung abgelagert und befindet sich abgelagert benachbart einem zweiten Material 210, das aus einem ILD-Material oder anderem Material besteht, das nicht Siloxyaluminiumgruppen in einer Matrix enthält, oder aus einem ILD-Material, das eine andere Konzentration von Siloxyaluminiumgruppen enthält. Während eines Ätzprozesses wird ein Material nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Vorteile als Ätzstoppmaterial basierend auf dem Unterschied in den Ätzraten zwischen den beiden Materialien entfalten. Wenn ein beabsichtigtes Material im wesentlichen geätzt ist und ein Ätzstoppmaterial freigelegt wird, bei Bezugszeichen 630, wird das Ätzen sich verlangsamen oder in der Richtung, in der das Ätzstoppmaterial angeordnet ist, stoppen. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Ätzstoppmaterial als eine Schicht ausgebildet sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung kann als Ätzstoppschicht für Feuchtätzprozesse, Trockenätzprozesse oder andere Ätzprozesse dienen, die in dem Stand der Technik bekannt sind. Es kann auch gewünscht werden, dass ein Ätzstoppmaterial niedrig-k Eigenschaften aufweist. Dieser Vorschlag ist in hochintegrierten Schaltkreiseinrichtungen nützlich, in der ein niedrig-k ILD erwünscht wird, da Merkmale solcher Einrichtungen häufig recht klein mit engen dimensionalen Toleranzen versehen sind. Materialien, die als traditionelle Ätzstoppschichten benutzt werden, genügen nicht den niedrig-k Erfordernissen von hochintegrierten Schaltkreisen. Beispiele traditioneller Ätzstoppmaterialien umfassen Siliziumkarbit, Siliziumnitrid und Siliziumoxynitrid.
  • Die vorangehende ausführliche Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen sind nur als Beispiel zu verstehen und schränken den Schutzbereich nicht ein. Sie sind nur für ein klares und umfassendes Verständnis der Ausführungsbeispiele der Erfindung vorgesehen und keine unnötigen Einschränkungen sollen von ihnen abgeleitet werden. Eine Vielzahl von Zusätzen, Auslassungen und Modifikationen der Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, ebenso alternative Ausführungsformen können durch Fachleute erdacht werden, ohne den Geist der Ausführungsbeispiele zu verlassen oder den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche.
  • Zusammenfassung
  • Ein Verfahren zur Bildung eines mechanisch hoch-festen, niedrig-k Zwischenschicht dielektrischen Materials, mit Aluminiumsilikat-Vorläufermaterialien, so dass Aluminium leicht in die Silizium-Matrix des Materials eingebaut wird, und eine so gebildete Integrierter-Schaltkreis-Einrichtung mit einer oder mehr hoch-festen, niedrig-k dielektrischen Zwischenschichten.

Claims (36)

  1. Das Verfahren umfassend das Ablagern von Vorläufermaterialen auf einem Substrat, wobei, – wenigstens eines der Vorläufermaterialien eine Siloxyaluminiumgruppe umfasst, – die Siloxyaluminiumgruppe ein Siliziumatom und ein Aluminiumatom umfasst, die durch ein Sauerstoffatom miteinander verbunden sind, und – das Siliziumatom und das Aluminiumatom auch an eine Vielzahl von funktionellen Gruppen gebunden sind.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von funktionellen Gruppen wenigstens eine Alkoxygruppe umfasst.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine Alkoxygruppe wenigstens eine geradkettige Alkoxygruppe oder wenigstens eine verzweigte Alkoxygruppe umfasst.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von funktionellen Gruppen wenigstens eine Alkoxygruppe umfasst, die mit dem Aluminiumatom verbunden ist, wenigstens eine Alkoxygruppe, die mit dem Siliziumatom verbunden ist, und wenigstens eine Alkylgruppe.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine Alkylgruppe eine gradkettige Alkylgruppe oder wenigstens eines ihrer haloginierten Derivative umfasst, eine verzweigte Alkylgruppe oder wenigstens eines ihrer haloginierten Derivate, eine ungesättigte nicht-zyklische Alkylgruppe oder wenigstens eines ihrer haloginierten Derivate, eine ungesättigte zyklische Alkylgruppe oder wenigstens eine ihrer haloginierten Derivate oder eine gesättigte zyklische Alkylgruppe oder wenigstens eines ihrer haloginierten Derivate.
  6. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die funktionelle Gruppe wenigstens eine Alkoxygruppe, gebunden an das Aluminiumatom, und wenigstens eine Alkoxygruppe, gebunden an das Siliziumatom, und wenigstens eine Amingruppe umfasst.
  7. Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Vorläufermaterialien wenigstens eines aus der Gruppe Sauerstoff, Stickstoffoxid oder Wasser als Sauerstoffquelle enthalten.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Funktionsgruppe wenigstens eine Alkoxygruppe gebunden an das Aluminiumatom oder wenigstens eine Alkoxygruppe gebunden an das Siliziumatom oder wenigstens eine Arylgruppe umfassen.
  9. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ablagern chemische Dampfablagerung, CVD, plasmaverstärkte chemische Dampfablagerung, Atomschichtablagerung oder thermische Ablagerung umfassen.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorläufermaterialien wenigstens eines der Gruppe Dimethyldimethoxysilan, Diethoxymethylsilan oder Octamethylcyclotetrasiloxan umfassen.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorläufermaterialien wenigstens ein porogenisches organisches Vorläufermaterial umfassen.
  12. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ablagern von Vorläufermaterialien auf einem Substrat das Bilden eines Materials umfasst, das zwei bis fünf (2-5) Mol-Prozent Siloxyaluminium enthält.
  13. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ablagern von Vorläufermaterialien auf einem Substrat das Bilden einer niedrig-k dielektrischen Schicht umfasst.
  14. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein integriertes Schaltkreissubstrat umfasst.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend das Exponieren der Vorläufermaterialien, die auf dem Substrat abgelagert sind, zu wenigstens einem der Folgenden: Hitze, Elektronenstrahl oder ultravioletter Energie.
  16. Eine Schicht umfassend: – ein dielektrisches Material mit abgelagerten Vorläufermaterialien, wobei – wenigstens eines der Vorläufermaterialien eine Vielzahl von Siloxyaluminiumgruppen umfasst, – die Siloxyaluminiumgruppen ein Siliziumatom und ein Aluminiumatom, die durch ein Sauerstoffatom miteinander verbunden sind, umfassen und – Silizium- und Aluminiumatome durch eine Vielzahl von funktionellen Gruppen gebunden sind.
  17. Die Schicht nach Anspruch 16, wobei das dielektrische Material ein niedrig-k dielektrisches Material ist.
  18. Die Schicht nach Anspruch 16, wobei das dielektrische Material ungefähr zwei bis fünf (2-5) Mol-Prozent Siloxyaluminium enthält.
  19. Die Schicht nach Anspruch 16, wobei die Vielzahl von funktionellen Gruppen wenigstens eine Alkoxygruppe enthalten.
  20. Die Schicht nach Anspruch 19, wobei die wenigstens eine Alkoxygruppe wenigstens eine gradlinige Alkoxygruppe, oder wenigstens eine verzweigte Alkoxygruppe enthalten.
  21. Die Schicht nach Anspruch 16, wobei die Vielzahl der funktionellen Gruppen wenigstens eine Alkoxygruppe gebunden an ein Aluminiumatom, wenigstens eine Alkoxygruppe gebunden an ein Siliziumatom, und wenigstens eine Gruppe der folgenden enthalten: Alkylgruppe, Amingruppe, oder Arylgruppe.
  22. Die Schicht nach Anspruch 21, wobei die wenigstens eine Alkylgruppe, eine gradkettige Alkylgruppe, oder wenigstens eine ihrer halogenierten Derivate, eine verzweigte Alkylgruppe, oder wenigstens eine ihrer halogenierten Derivate, eine ungesättigte nicht-zyklische Alkylgruppe, oder wenigstens eine ihrer halogenierten Derivate, eine ungesättigte zyklische Alkylgruppe, oder wenigstens eines ihrer halogenierten Derivate, oder eine gesättigte zyklische Alkylgruppe oder wenigstens eines ihrer halogenierten Derivate umfaßt.
  23. Die Schicht nach Anspruch 16, wobei das dielektrische Material mit den abgelagerten Vorläufermaterialien auf einem integrierten Schaltkreissubstrat abgelagert ist.
  24. Die Schicht nach Anspruch 16, wobei das dielektrische Material eine Ätzstoppschicht umfasst.
  25. Eine Einrichtung mit: – einer niedrig-k dielektrischen Schicht umfassend einen abgelagerten Aluminosilikatvorläufer, wobei – der Aluminosilikatevorläufer Siloxaluminiumgruppen gebunden an eine Vielzahl von funktionellen Gruppen umfasst, und – eine Vielzahl von Schichten mit integrierten Schaltkreismerkmalen darauf gebildet sind.
  26. Die Einrichtung nach Anspruch 25, wobei die niedrig-k dielektrische Schicht ungefähr zwei bis fünf (2-5) Mol-Prozent Siloxyaluminium umfasst.
  27. Die Einrichtung nach Anspruch 25, wobei die Vielzahl der funktionellen Gruppen wenigstens eine Alkoxygruppe umfaßt.
  28. Die Einrichtung nach Anspruch 27, wobei die wenigstens eine Alkoxygruppe wenigstens eine gradkettige Alkoxygruppe, oder wenigstens eine verzweigte Alkoxygruppe umfasst.
  29. Die Einrichtung nach Anspruch 25, wobei die Vielzahl der funktionellen Gruppen wenigstens eine Alkoxygruppe gebunden an ein Aluminiumatom, wenigstens eine Alkoxygruppe, gebunden mit einem Siliziumatom umfassen, und wenigstens eine der folgenden Gruppen: Alkylgruppe, Amingruppe oder Arylgruppe.
  30. Die Einrichtung nach Anspruch 29, wobei die wenigstens eine Alkylgruppe eine gradkettige Alkylgruppe, oder wenigstens eines ihrer halogenierten Derivate, eine verzweige Alkylgruppe, oder wenigstens eines ihrer halogenierten Derivate, eine ungesättigte nicht-zyklische Alkylgruppe, oder wenigstens eines ihrer halogenierten Derivate eine ungesättigte nicht-zyklische Alkylgruppe, oder wenigstens eines ihrer halogenierten Derivate oder eine gesättigte zyklische Alkylgruppe, oder wenigstens eines ihrer halogenierten Derivate umfasst.
  31. Ein Verfahren, umfassend: – Einführen eines Vorläufermaterials in einen Ablagerungsapparat, wobei – das Vorläufermaterial eine Silizium-Aluminiumstruktur umfaßt, – die Siliziumstruktur ein Siliziumatom und ein Aluminiumatom umfasst, und – das Siliziumatom und das Aluminiumatom miteinander durch eine Vielzahl von funktionellen Gruppen verbunden sind; – Einführen einer Sauerstoffquelle in den Ablagerungsapparat und – Ablagern eines dielektrischen Materials auf einem Substrat, – wobei das dielektrische Material Siloxyaluminiumgruppen umfasst.
  32. Das Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Siliziumaluminiumstruktur wenigstens eine der folgenden umfaßt: Si-Al, Si-(CH2)n-Al (wobei n = 1 oder größer ist), Si-(NH)-Al, oder (Si)2-N-Al.
  33. Das Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Sauerstoffquelle wenigstens eine der Folgenden ist; Sauerstoff, Stickstoffoxyd, oder Wasser.
  34. Ein Verfahren umfassend das Ablagern einer Aluminiumsilikatvorläufers als Ätzstoppmaterial benachbart zu einem anderen Material.
  35. Das Verfahren nach Anspruch 34, wobei das Ätzstoppmaterial ein niedrig-k dielektrisches Material ist.
  36. Das Verfahren nach Anspruch 34, wobei das Ätzstoppmaterial als Schicht gebildet ist.
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