Brevet FR2906402A1 — publié le 20080328

La présente invention concerne un procédé de formation de couches contenant du silicium et du carbone sur un substrat. Elle se rapporte plus particulièrement à la formation de couches de matériau diélectrique dense de type SiC ou SiOC ayant une bonne stabilité thermique, pouvant être utilisées comme couches barrière et/ou comme couches isolantes dans les structures d'interconnexions métalliques des circuits intégrés. Les couches barrières (appelées en langue anglaise barrier layers ) utilisées aussi bien pour prévenir la diffusion des couches métalliques dans les couches isolantes (diffusion barrier layer en langue anglaise), pour stopper sélectivement la gravure(etch stop layer), pour améliorer l'adhésion des couches isolantes (capping layers of interlayer dielectric layers) doivent avoir des constantes diélectriques de plus en plus faibles pour ne pas affecter la constante diélectrique globale du matériau diélectrique isolant. Les barrières de diffusion conventionnelles sont généralement constituées par des couches de nitrures de silicium, SiN, ou des nitrures métalliques (TaN, TiN). Malheureusement, ces couches possèdent une constante diélectrique élevée (d'environ 7, cf US7023092, colonne 2, ligne 35), ce qui augmente la constante diélectrique globale des couches isolantes. Les matériaux à base de carbure de silicium ont été identifiés lors de précédents brevets (US6974766), comme bons matériaux anti- réfléchissants et ayant une constante diélectrique faible. Ils peuvent être élaborés à partir de sources séparées de silicium, carbone et hydrogène (US5591566), par conversion en Si-C cristallin (US5360491) d'organosilanes (US6974766), ou bien par réactions de réticulation (US20060183341). 2906402 2 Les matériaux isolants ont historiquement été constitués d'oxyde de silicium, SiO2, de SiOF, de CFH, mais avec les contraintes de réduction des tailles des composants, la 5 constante diélectrique obtenue s'est avérée trop élevée, ou des problèmes d'ordre mécanique ont empêché l'intégration de ces couches dans les circuits intégrés. Plus récemment, des matériaux poreux ont été utilisés car 10 ils présentent l'avantage d'une constante diélectrique faible, due à l'absence de matière). Néanmoins ces couches peuvent présenter une fragilité mécanique, et nécessitent la présence de couches protectrices (capping layers en langue anglaise) ou de traitements spécifiques tels que 15 décrits dans US-A-57037823 pour prévenir la diffusion des couches voisines dans le matériau poreux (voir également US-A-7037835). L'invention se propose de résoudre le problème posé par la 20 sélection de molécules de précurseurs organiques (donc de précurseurs de carbone) qui, en combinaison avec les molécules source de silicium, permettent le dépôt d'un film de précurseur de silicium et de précurseur organique sur un substrat, ayant de préférence une très faible constante 25 diélectrique (k Revendications 1 - Procédé de formation d'une couche contenant du silicium et du carbone sur un substrat, dans le lequel : on introduit un substrat dans un réacteur, on introduit au moins un précurseur de carbone dans le réacteur, on introduit au moins un précurseur de silicium dans le réacteur, on fait réagir les précurseurs à température et pression telle qu'une couche de matériau contenant du silicium et du carbone est déposée sur le substrat ledit précurseur de carbone étant choisi parmi les composés comportant au moins deux groupements réactifs carbonés et/ou comportant une fonction aromatique, la couche obtenue ayant une composition élémentaire comportant une teneur en carbone supérieure à 40%. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins un précurseur de carbone est choisi l'éthylchrysantemate, l'acétoacétate d'éthyl, le maléate de de diethyle, le malonate de diethyle, l'acrylate d'ethyle, le methyl butenal, l'hexadienal et/ou le pentenone. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que au moins un précurseur de carbone est choisi parmi le benzene, le toluene, le xylene, le trimethylbenzene, l'ethylbenzene, le cumène, le cymène. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le cycle aromatique est nu ou 2906402 11 substitué et comporte des fonctions réactives dans ses substituants. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, 5 caractérisé en ce que au moins un précurseur de silicium comporte au moins une fonction réactive, de préférence choisie parmi les fonctions alkoxy (0-R), R étant un radical carboné comportant de 1 à 4 atomes de carbone, les fonctions vinyliques (Si - C = C) et/ou les fonctions 10 hydrures (Si - H). 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le précurseur de silicium est choisi parmi le diethoxymethylsilane (DEOMS), dimethyldimethoxysilane 15 (DMDMOS), tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), dimethyldivinylsilane (DMDVS), hexamethyldisilane (HMDS), dimethylphenylsilane (DMPS). 20 7 - Utilisation d'un précurseur de carbone choisi parmi les composés comportant au moins deux groupements réactifs carbonés et/ou comportant une fonction aromatique pour réaliser une couche dont la composition élémentaire comporte une teneur en carbone supérieure à 40%. 25 8 - Utilisation selon la revendication précédente, dans laquelle le précurseur de carbone est choisi parmi l'éthylchrysantemate, l'acétoacétate d'éthyl, le maléate de de diethyle, le malonate de diethyle, l'acrylate d'ethyle, 30 le methyl butenal, l'hexadienal et/ou le pentenone. 9 - Utilisation selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la couche réalisée est une couche 2906402 12 choisie par les couches de SiC et/ou SiOC ayant une constante diélectrique inférieure à 3. 5