(57)【要約】【課題】相互接続構造およびセンシング構造を含む電子構造中で使用するための高い皮膜引張強さを有する低ｋ誘電体材料を提供すること。【解決手段】この低ｋ誘電体材料は、Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨ原子を含み、Ｃ原子の一部分がＳｉ−ＣＨ３官能基として結合されており、Ｃ原子の別の部分がＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されており、Ｒが、フェニル、−［ＣＨ２］ｎ−（ｎは１以上）、ＨＣ＝ＣＨ、Ｃ＝ＣＨ２、Ｃ≡Ｃまたは［Ｓ］ｎ結合（ｎは先に定義したとおり）である。【選択図】図８
2006216541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨ原子を含み、共有結合性３次元ランダム網目構造を有し、前記Ｃ原子の一部分がＳｉ−ＣＨ３官能基として結合されており、前記Ｃ原子の別の部分がＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されており、Ｒが、フェニル、−［ＣＨ２］ｎ−（ｎは１以上）、ＨＣ＝ＣＨ、Ｃ＝ＣＨ２、Ｃ≡Ｃまたは［Ｓ］ｎ結合（ｎは先に定義したとおり）である誘電体材料。
【請求項２】
Ｆ、ＮおよびＧｅのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載の誘電体材料。
【請求項３】
前記材料中の全炭素原子のうちＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されている炭素原子の割合が０．０１から０．９９である、請求項１に記載の誘電体材料。
【請求項４】
緻密（ｄｅｎｓｅ）または多孔質材料であり、乾燥した環境で約６Ｊ／ｍ２超の皮膜引張強さを有し、約３．２未満の誘電率を有する、請求項１に記載の誘電体材料。
【請求項５】
緻密または多孔質材料であり、乾燥した環境で約３Ｊ／ｍ２超の皮膜引張強さを有し、約２．５未満の誘電率を有する、請求項１に記載の誘電体材料。
【請求項６】
緻密または多孔質材料であり、水圧１５７０Ｐａ、２５℃で約３Ｊ／ｍ２超の皮膜引張強さを有し、約３．２未満の誘電率を有する、請求項１に記載の誘電体材料。
【請求項７】
緻密または多孔質材料であり、水圧１５７０Ｐａ、２５℃で約２．１Ｊ／ｍ２超の皮膜引張強さを有し、約２．５未満の誘電率を有する、請求項１に記載の誘電体材料。
【請求項８】
図２または３の陰影のついた領域にある皮膜引張強さを有する、請求項１に記載の誘電体材料。
【請求項９】
基板上に位置し、少なくとも１つの誘電体材料を含む相互接続構造であって、前記少なくとも１つの誘電体材料が、少なくともＳｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈ原子を含み、共有結合性３次元網目構造を有し、前記Ｃ原子の一部分がＳｉ−ＣＨ３官能基として結合されており、前記Ｃ原子の別の部分がＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されており、Ｒが、フェニル、−［ＣＨ２］ｎ−（ｎは１以上）、ＨＣ＝ＣＨ、Ｃ＝ＣＨ２、Ｃ≡Ｃまたは［Ｓ］ｎ結合（ｎは先に定義したとおり）である相互接続構造。
【請求項１０】
前記誘電体材料が、Ｆ、ＮおよびＧｅのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項９に記載の相互接続構造。
【請求項１１】
前記誘電体材料中の全炭素原子のうちＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されている炭素原子の割合が０．０１から０．９９である、請求項９に記載の相互接続構造。
【請求項１２】
前記誘電体材料が多孔質または緻密材料であり、約６Ｊ／ｍ２超の皮膜引張強さおよび約３．２未満の誘電率を有する、請求項９に記載の相互接続構造。
【請求項１３】
前記誘電体材料が多孔質または緻密材料であり、約３Ｊ／ｍ２超の皮膜引張強さおよび約２．５未満の誘電率を有する、請求項９に記載の相互接続構造。
【請求項１４】
前記誘電体材料が多孔質または緻密材料であり、水圧１５７０Ｐａ、２５℃で約３Ｊ／ｍ２超の皮膜引張強さを有し、約３．２未満の誘電率を有する、請求項９に記載の相互接続構造。
【請求項１５】
前記誘電体材料が緻密または多孔質材料であり、水圧１５７０Ｐａ、２５℃で約２．１Ｊ／ｍ２超の皮膜引張強さを有し、約２．５未満の誘電率を有する、請求項９に記載の相互接続構造。
【請求項１６】
前記誘電体材料が、図２または３の陰影のついた領域にある皮膜引張強さを有する、請求項９に記載の相互接続構造。
【請求項１７】
少なくとも２つの金属導体要素と絶縁誘電体とを含む電子構造であって、前記誘電体が、少なくとも原子Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈからなり、共有結合性３次元網目構造を有し、前記Ｃ原子の一部分がＳｉ−ＣＨ３官能基として結合されており、前記Ｃ原子の別の部分がＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されており、Ｒが、フェニル、−［ＣＨ２］ｎ−（ｎは１以上）、ＨＣ＝ＣＨ、Ｃ＝ＣＨ２、Ｃ≡Ｃまたは［Ｓ］ｎ結合（ｎは先に定義したとおり）である電子構造。
【請求項１８】
前記少なくとも２つの金属導体要素が、受動または能動回路要素の機能のために必要な形状にパターニングされている、請求項１７に記載の電子構造。
【請求項１９】
前記受動または能動回路要素が、インダクタ、抵抗器、コンデンサおよび共振器のうちの１つを含む、請求項１８に記載の電子構造。
【請求項２０】
絶縁誘電体によって取り囲まれた電子センシング構造であって、前記誘電体が、少なくとも原子Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈからなり、共有結合性３次元網目構造を有し、前記Ｃ原子の一部分がＳｉ−ＣＨ３官能基として結合されており、前記Ｃ原子の別の部分がＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されており、Ｒが、フェニル、−［ＣＨ２］ｎ−（ｎは１以上）、ＨＣ＝ＣＨ、Ｃ＝ＣＨ２、Ｃ≡Ｃまたは［Ｓ］ｎ結合（ｎは先に定義したとおり）である電子センシング構造。
【請求項２１】
ＳｉＣＯＨ誘電体材料を製作する方法であって、
基板をリアクタの中に置くステップと、
Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨ原子を含み、カルボシランまたはアルコキシカルボシラン分子を含む少なくとも１つの第１の前駆体を準備するステップと、
３．２以下の誘電率を有するＳｉＣＯＨ誘電体を形成するのに有効な条件を選択することによって、前記第１の前駆体に由来する誘電膜を前記基板上に付着させるステップと
を含み、前記誘電膜が、少なくともＳｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈ原子を含み、共有結合性３次元網目構造を有し、前記Ｃ原子の一部分がＳｉ−ＣＨ３官能基として結合されており、前記Ｃ原子の別の部分がＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されており、Ｒが、フェニル、−［ＣＨ２］ｎ−（ｎは１以上）、ＨＣ＝ＣＨ、Ｃ＝ＣＨ２、Ｃ≡Ｃまたは［Ｓ］ｎ結合（ｎは先に定義したとおり）である
方法。
【請求項２２】
前記第１の前駆体が環状カルボシラン分子であり、前記分子の環状部分を形成する結合が、Ｓｉ−ＣＨ２−Ｓｉ結合と少なくとも１つのＳｉ結合を両方ともに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の前駆体が、ジシラシクロオクタン、テトラシラシクロオクタン、ジシラシクロヘキサンまたはシラシクロヘキサンの誘導体である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の前駆体が、オクタメチル−１，５−ジシロキサン−３，７−ジシラシクロオクタン、１，３，５，７−テトラメチル−１，５−ジシロキサン−３，７−ジシラシクロオクタン、１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラシラシクロオクタン、１，３，５−トリメチル−１，３，５−トリシラシクロヘキサン、１，３，５−トリメチル−１，３−ジシロキサン−５−シラシクロヘキサンおよび１，３，５−トリメチル−１−シロキサン−３，５−ジシラシクロヘキサンのうちの１つを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の前駆体にポーロゲン前駆体を加えるステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記付着させた誘電膜を、熱エネルギー源、ＵＶ光、電子ビーム、化学物質、マイクロ波またはプラズマを含む、少なくとも１つのエネルギー源で処理するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのエネルギー源が、パルス光でもまたは連続光でもよいＵＶ光であり、前記処理ステップが、３００〜４５０℃の基板温度で、１５０〜３７０ｎｍの少なくとも１つのＵＶ波長を含む光を用いて実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記供給ステップと前記付着ステップの間に前記リアクタにエネルギー源を適用するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
不活性気体と酸化剤のうちの少なくとも一方を前記第１の前駆体に加えるステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の前駆体が、オクタメチル−１，５−ジシロキサン−３，７−ジシラシクロオクタン、１，３，５，７−テトラメチル−１，５−ジシロキサン−３，７−ジシラシクロオクタン、１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラシラシクロオクタン、１，３，５−トリメチル−１，３，５−トリシラシクロヘキサン、１，３，５−トリメチル−１，３−ジシロキサン−５−シラシクロヘキサン、１，３，５−トリメチル−１−シロキサン−３，５−ジシラシクロヘキサン、１，１，３，３−テトラヒドリド−１，３−ジシラシクロブタン、１，１，３，３−テトラメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシラシクロブタン、１，３−ジメチル−１，３−ジメトキシ−１，３−ジシラシクロブタン、１，３−ジシラシクロブタン、１，３−ジメチル−１，３−ジヒドリド−１，３−ジシリルシクロブタン、１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジシラシクロブタン、１，１，３，３，５，５−ヘキサメトキシ−１，３，５−トリシラン、１，１，３，３，５，５−ヘキサヒドリド−１，３，５−トリシラン、１，１，３，３，５，５−ヘキサメチル−１，３，５−トリシラン、１，１，１，３，３，３−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシラプロパン、１，１，３，３−テトラメトキシ−１−メチル−１，３−ジシラブタン、１，１，３，３−テトラメトキシ−１，３−ジシラプロパン、１，１，１，３，３，３−ヘキサヒドリド−１，３−ジシラプロパン、３−（１，１−ジメトキシ−１−シラエチル）−１，４，４−トリメトキシ−１−メチル−１，４−ジシルペンタン、メトキシメタン、２−（ジメトキシシラメチル）−１，１，４−トリメトキシ−１，４−ジシラブタン、メトキシメタン、１，１，４−トリメトキシ−１，４−ジシラ−２−（トリメトキシシリルメチル）ブタン、ジメトキシメタン、メトキシメタン、１，１，１，５，５，５−ヘキサメトキシ−１，５−ジシラペンタン、１，１，５，５−テトラメトキシ−１，５−ジシラヘキサン、１，１，５，５−テトラメトキシ−１，５−ジシラペンタン、１，１，１，４，４，４−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，４−ジシリルブタン、１，１，１，４，４，４−ヘキサヒドリド−１，４−ジシラブタン、１，１，４，４−テトラメトキシ（エトキシ）−１，４−ジメチル−１，４−ジシラブタン、１，４−ビス−トリメトキシ（エトキシ）シリルベンゼン、１，４−ビス−ジメトキシメチルシリルベンゼン、１，４−ビス−トリヒドロシリルベンゼン，１，１，１，４，４，４−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，４−ジシラブト−２−エン、１，１，１，４，４，４−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，４−ジシラブト−２−イン、１，１，３，３−テトラメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシロラン、１，３−ジシロラン、１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジシロラン、１，３，３−テトラメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシラン、１，３−ジメトキシ（エトキシ）−１，３−ジメチル−１，３−ジシラン、１，３−ジシラン、１，３−ジメトキシ−１，３−ジシラン、１，１−ジメトキシ（エトキシ）−３，３−ジメチル−１−プロピル−３−シラブタンおよび２−シラプロパンからなるグループから選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の前駆体が、１，１，３，３−テトラヒドリド−１，３−ジシラシクロブタン、１，１，３，３−テトラメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシラシクロブタン、１，３−ジメチル−１，３−ジメトキシ−１，３−ジシラシクロブタン、１，３−ジシラシクロブタン、１，３−ジメチル−１，３−ジヒドリド−１，３−ジシリルシクロブタン、１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジシラシクロブタン、１，１，３，３，５，５−ヘキサメトキシ−１，３，５−トリシラン、１，１，３，３，５，５−ヘキサヒドリド−１，３，５−トリシラン、１，１，３，３，５，５−ヘキサメチル−１，３，５−トリシラン、１，１，１，３，３，３−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシラプロパン、１，１，３，３−テトラメトキシ−１−メチル−１，３−ジシラブタン、１，１，３，３−テトラメトキシ−１，３−ジシラプロパン、１，１，１，３，３，３−ヘキサヒドリド−１，３−ジシラプロパン、３−（１，１−ジメトキシ−１−シラエチル）−１，４，４−トリメトキシ−１−メチル−１，４−ジシルペンタン、メトキシメタン、２−（ジメトキシシラメチル）−１，１，４−トリメトキシ−１，４−ジシラブタン、メトキシメタン、１，１，４−トリメトキシ−１，４−ジシラ−２−（トリメトキシシリルメチル）ブタン、ジメトキシメタン、メトキシメタン、１，１，１，５，５，５−ヘキサメトキシ−１，５−ジシラペンタン、１，１，５，５−テトラメトキシ−１，５−ジシラヘキサン、１，１，５，５−テトラメトキシ−１，５−ジシラペンタン、１，１，１，４，４，４−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，４−ジシリルブタン、１，１，１，４，４，４−ヘキサヒドリド−１，４−ジシラブタン、１，１，４，４−テトラメトキシ（エトキシ）−１，４−ジメチル−１，４−ジシラブタン、１，４−ビス−トリメトキシ（エトキシ）シリルベンゼン、１，４−ビス−ジメトキシメチルシリルベンゼン、１，４−ビス−トリヒドロシリルベンゼン，１，１，１，４，４，４−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，４−ジシラブト−２−エン、１，１，１，４，４，４−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，４−ジシラブト−２−イン、１，１，３，３−テトラメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシロラン、１，３−ジシロラン、１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジシロラン、１，３，３−テトラメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシラン、１，３−ジメトキシ（エトキシ）−１，３−ジメチル−１，３−ジシラン、１，３−ジシラン、１，３−ジメトキシ−１，３−ジシラン、１，１−ジメトキシ（エトキシ）−３，３−ジメチル−１−プロピル−３−シラブタンおよび２−シラプロパンからなるグループから選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項３２】
前記付着させた誘電膜を、熱エネルギー源、ＵＶ光、電子ビーム、化学物質、マイクロ波またはプラズマを含む、少なくとも１つのエネルギー源で処理するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３３】
前記少なくとも１つのエネルギー源が、パルス光でもまたは連続光でもよいＵＶ光であり、前記ステップが、３００〜４５０℃の基板温度で、１５０〜３７０ｎｍの少なくとも１つのＵＶ波長を含む光を用いて実行される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記少なくとも１つの第１の前駆体を供給する前に前記基板の温度を調整するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３５】
前記供給ステップと前記付着ステップの間に前記リアクタにエネルギー源を適用するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３６】
Ｃ、Ｈ原子を含み、任意選択でＯ、ＦまたはＮおよびＧｅのうちの少なくとも１つを含む第２の前駆体を提供するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３７】
付着の前にポーロゲン前駆体を前記第１の前駆体に加えるステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３８】
付着の前に不活性気体と酸化剤のうちの少なくとも一方を前記第１の前駆体に加えるステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３９】
Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨ原子からなり、ジエトキシメチルシラン、ジメチルジメトキシシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、テトラメチルシクロテトラシロキサン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルジメチルエトキシシラン、シクロヘキセニルエチルトリエトキシシラン、１，１−ジエトキシ−１−シラシクロペント−３−エン、ジビニルテトラメチルジシロキサン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、エポキシヘキシルトリエトキシシラン、ヘキサビニルジシロキサン、トリビニルメトキシシラン、トリビニルエトキシシラン、ビニルメチルエトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルペンタメチルジシロキサン、ビニルテトラメチルジシロキサン、ビニルトリエトキシシランおよびビニルトリメトキシシランからなるグループから選択された第２の前駆体を提供するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項４０】
ＳｉＣＯＨ誘電体材料を製作する方法であって、
基板をリアクタの中に置くステップと、
Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨ原子を含む少なくとも１つの第１の前駆体を準備するステップであって、前記第１の前駆体が環状カルボシラン分子を含み、前記環を形成する結合が、Ｓｉ-ＣＨ２−Ｓｉ結合と少なくとも１つのＳｉ結合を両方ともに含むステップと、
３．２以下の誘電率を有するＳｉＣＯＨ誘電体を準備するのに有効な条件を選択することによって、前記第１の前駆体に由来する誘電膜を前記基板上に付着させるステップと
を含み、前記誘電膜が、少なくともＳｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈ原子を含み、共有結合性３次元網目構造を有し、前記Ｃ原子の一部分がＳｉ−ＣＨ３官能基として結合されており、前記Ｃ原子の別の部分がＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されており、Ｒが、フェニル、−［ＣＨ２］ｎ−（ｎは１以上）、ＨＣ＝ＣＨ、Ｃ＝ＣＨ２、Ｃ≡Ｃまたは［Ｓ］ｎ結合（ｎは先に定義したとおり）である
方法。
【請求項４１】
前記第１の前駆体が、オクタメチル−１，５−ジシロキサン−３，７−ジシラシクロオクタン、１，３，５，７−テトラメチル−１，５−ジシロキサン−３，７−ジシラシクロオクタン、１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラシラシクロオクタン、１，３，５−トリメチル−１，３，５−トリシラシクロヘキサン、１，３，５−トリメチル−１，３−ジシロキサン−５−シラシクロヘキサンおよび１，３，５−トリメチル−１−シロキサン−３，５−ジシラシクロヘキサンのうちの１つを含む、請求項４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨ原子（ＳｉＣＯＨ）を含み、低い誘電率（ｋ）を有する誘電体材料の組、これらの材料の膜を製作するための方法、ならびにこのような膜を含む電子デバイスに関する。このような材料は、Ｃ（炭素）ドープ酸化物（Ｃ  ｄｏｐｅｄ  ｏｘｉｄｅ：ＣＤＯ）または有機ケイ酸塩ガラス（ｏｒｇａｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ：ＯＳＧ（オルガノシリケート・ガラス））とも呼ばれている。本発明の材料は、改良された皮膜引張強さ（ｃｏｈｅｓｉｖｅ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）（あるいはこれと等価の改良された破壊靭性または低い脆性）を示し、応力腐食割れ、Ｃｕの進入および他の重要な特性などの特性の水による劣化に対する高い抵抗性を示す。本発明は、本発明の材料を製作する方法を含み、超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路の後工程（ＢＥＯＬ）相互接続構造および関連電子構造のレベル内またはレベル間誘電体膜、誘電体キャップあるいはハード・マスク／研磨ストップとしての前記誘電体材料の使用に関する。本発明はさらに、少なくとも２つの導体を含む電子デバイスまたは電子センシング構造での本発明の誘電体材料の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、米国特許第6,147,009号、米国特許第6,312,793号、米国特許第6,441,491号、米国特許第6,437,443号、米国特許第6,541,398号、米国特許第6,479,110 B2号および米国特許第6,497,963号に関する。本出願はさらに、２００２年６月１９日出願の米国出願番号第10/174,749号、２００３年１月２３日出願の米国出願番号第10/340,000号および２００３年３月１８日出願の米国出願番号第10/390,801号に関する。
【０００３】
ＵＬＳＩ回路内で利用される電子デバイスの寸法が近年縮小し続けている結果、ＢＥＯＬメタライゼーションの抵抗ならびに層内および層間誘導体の静電容量は増大した。この両方が組み合わさった効果はＵＬＳＩ電子デバイス内の信号遅延を増大させる。将来のＵＬＳＩ回路のスイッチング性能を向上させるためには、静電容量を低減させるために、低誘電率（ｋ）絶縁体、特に酸化シリコンよりもかなり低いｋを有する低ｋ絶縁体が必要となる。
【０００４】
超大規模集積（「ＶＬＳＩ」）およびＵＬＳＩチップの製造ステップの大部分は、プラズマ化学蒸着または物理蒸着技術によって実行される。したがって、以前に設置された使用可能な処理装置を使用したプラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）技法によって低ｋ材料を製作できれば、製造プロセスにおけるその集積化が単純になり、製造コストが低下し、有害な廃棄物が減る。米国特許第6,147,009号および米国特許第6,497,963号には、Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨ原子からなり、３．６以下の誘電率を有し、非常に低い割れ伝播速度を示す低誘電率材料が記載されている。
【０００５】
米国特許第6,312,793号、米国特許第6,441,491号および米国特許第6,479,110 B2号には、Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨ原子からなるマトリックスと、主にＣおよびＨからなり３．２以下の誘電率を有する相とからなる多相低ｋ誘電体材料が記載されている。
【０００６】
当技術分野では２．７未満（好ましくは２．３未満）の誘電率を有する超低ｋ誘電体材料も知られている。従来技術の超低ｋ  ＳｉＣＯＨ膜の主要な問題には例えば以下のものが含まれる。（ａ）これらの膜はもろく（すなわち皮膜引張強さが低く、破壊に至るまでの伸びが小さく、破壊靭性が低く）、（ｂ）液体の水および水蒸気が材料の皮膜引張強さをさらに低下させる。水圧ＰＨ２Ｏまたは湿度（％）に対する皮膜引張強さＣＳ（Ｃｏｈｅｓｉｖｅ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）のプロットは「ＣＳ湿度プロット」と呼ばれ、このプロットは、それぞれのｋ値および材料に対して特徴的な傾きを有する。（ｃ）これらの膜は、引張応力および低い破壊靭性を持つ傾向があり、したがって膜がある臨界の厚さよりも厚いときに水と接触すると割れやすい。（ｄ）多孔質膜であるときこれらの膜は、水および他のプロセス化学物質を吸収し、これらが、電界の下でのＣｕ電気化学腐食の増大を引き起こし、多孔質誘電体に進入し、電気的な漏れおよび導体間の高い導電性をもたらす。（ｅ）ＣがＳｉ−ＣＨ３基として結合されているとき、従来技術のＳｉＣＯＨ誘導体は、レジスト・ストリップ（剥離）プラズマ、ＣＭＰプロセスおよび他の集積化プロセスと容易に反応して、ＳｉＣＯＨ誘電体の「損傷」を引き起こし、その結果、表層がより親水性になる。
【０００７】
例えばケイ酸塩および有機ケイ酸塩ガラスの皮膜引張強さは、図１に示す誘電率に対する皮膜引張強さの普遍曲線（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｃｕｒｖｅ）上にある傾向がある。この図は、従来の酸化物（点Ａ）、従来のＳｉＣＯＨ誘電体（点Ｂ）、ｋ＝２．６の従来のＳｉＣＯＨ誘電体（点Ｃ）、およびｋが約２．２の従来のＣＶＤ超低ｋ誘電体（点Ｄ）を含む。両方の量がＳｉ−Ｏ結合の体積密度によって主に決定されることが、両者の比例関係を説明する。極めて低い誘電率（例えばｋ＜２．４）を有するＯＳＧ材料の皮膜引張強さは基本的に、完全に乾燥した環境で約３Ｊ／ｍ２以下に限定されることも示唆される。皮膜引張強さはさらに，湿度が増大するにつれて低下する。
【０００８】
従来技術のＳｉＣＯＨ膜の他の問題は、それらの膜の強度がＨ２Ｏによって低下する傾向があることである。従来技術のＳｉＣＯＨ膜の劣化に対するＨ２Ｏの効果は、例えばM. W. Lane, X.H. Liu, T.M. Shaw, "Environmental Effects onCracking and Delamination of Dielectric Films",IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 4, 2004, pp. 142-147に記載されている４点曲げ技法（４−ｐｏｉｎｔ  ｂｅｎｄ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用して測定することができる。図２はこの文献からのものであり、これは、約２．９の誘電率ｋを有する一般的なＳｉＣＯＨ膜の強度に対してＨ２Ｏが有する効果を示すプロットである。データは、水圧（ＰＨ２Ｏ）が制御、変更された室の中で４点曲げ技法を実施することによって測定されたものである。具体的には、図２は、制御された室内のＨ２Ｏ圧力の自然対数（ｌｎ）に対してプロットされた皮膜引張強さを示す。このプロットの傾きは使用された単位で約−１である。Ｈ２Ｏの圧力を増大させると皮膜引張強さは低下する。図２の直線の上側の陰影のついた領域は、従来技術のＳｉＣＯＨ誘電体では達成が難しい皮膜引張強さの領域を表す。
【０００９】
図３も、前掲のM. W. Laneらの文献からとったものであり、図２と同様の図である。具体的には、図３は、図２と同じ手順を使用して測定された別のＳｉＣＯＨ膜の皮膜引張強さのプロットである。この従来技術のＳｉＣＯＨ膜は２．６の誘電率を有し、このプロットの傾きは使用された単位で約−０．６６である。図３の直線の上側の陰影のついた領域は、従来技術のＳｉＣＯＨ誘電体では達成が難しい皮膜引張強さの領域を表す。
【００１０】
Ｓｉ−Ｃ結合はＳｉ−Ｏ結合よりも極性が弱いことが知られている。さらに、有機ポリマー誘電体は、有機ケイ酸塩ガラスよりも高い破壊靭性を有し、（Ｓｉ−Ｏベースの誘電体に比べて）応力腐食割れを受けにくいことが知られている。このことは、ＳｉＣＯＨ誘電体により多くの有機ポリマー含量およびより多くのＳｉ−Ｃ結合を追加することによって、先に説明した水による劣化の効果を低減させ、可塑性などの非線形エネルギー散逸機構を増大させることができることを示唆する。ＳｉＣＯＨにより多くの有機ポリマー含量を追加すると、高い破壊靭性（ｆｒａｃｔｕｒｅ  ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）および低い環境感度（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を有する誘電体が得られる。
【００１１】
他の分野では、架橋化学結合を誘導し形成する追加された化学種を含むある種の架橋反応によって、ある材料、例えば有機エラストマーの機械特性を向上させることができることが知られている。これによって、材料の弾性率、ガラス転移温度および皮膜引張強さ、場合によっては、酸化に対する抵抗性、水の取込みに対する抵抗性および関連劣化に対する抵抗性を増大させることができる。これらの架橋結合は折りたたみを形成することができ、それによってこれらは引張応力下で、分子を破壊することなく分子主鎖のある量の伸びを支持することができ、材料の破壊靭性を事実上増大させる。最も有名な１つの例は、Charles GoodyearおよびThomas Hancockによってそれぞれ独立に発明されたイオウまたは過酸化物の添加および硬化による天然および合成ゴムの「加硫（ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ）」である。イオウまたは過酸化物が、しばしばアニリンまたは他の促進剤とともにゴムに加えられると、熱および圧力の下で材料は硬化し、イオウは、ポリマー鎖間に折りたたまれまたは傾斜したポリマー架橋を形成し、ポリマー鎖を弾力的に１つに結合する。その結果、高い皮膜引張強さならびに水分および他の化学物質に対する高い抵抗性を有する非常に強い材料が得られる。加硫は実質上、世界中の多くの応用および産業におけるゴムの使用を可能にした。
【００１２】
従来技術の低ｋおよび超低ｋ  ＳｉＣＯＨ誘電体の上記の欠点を考慮すれば、約３．２以下の誘電率値を有し、図１に画定された普遍曲線の上側にあるｋ曲線に対してかなり高い皮膜引張強さを有する、多孔質（ｐｏｒｏｕｓ）および緻密（ｄｅｎｓｅ）ＳｉＣＯＨ誘電体を開発する必要がある。図１の特定のケースでは破壊靭性と皮膜引張強さが等価である。さらに、おそらくＳｉ−Ｓ、Ｓ−ＳおよびＳ−ＣＨ結合を含む特定のＣ結合形態を有し、より大きな有機的性質を有し、特に図２および３の陰影のついた領域内で水に対する高い抵抗性を有し、新しい応用においてＵＬＳＩデバイス内でこのような膜を使用することを可能にする有利な機械的特性を有する、多孔質および緻密ＳｉＣＯＨ誘電体を開発する必要がある。
【特許文献１】米国特許第6,147,009号
【特許文献２】米国特許第6,312,793号
【特許文献３】米国特許第6,441,491号
【特許文献４】米国特許第6,437,443号
【特許文献５】米国特許第6,541,398号
【特許文献６】米国特許第6,479,110 B2号
【特許文献７】米国特許第6,497,963号
【特許文献８】米国出願番号第10/174,749号
【特許文献９】米国出願番号第10/340,000号
【特許文献１０】米国出願番号第10/390,801号
【特許文献１１】米国特許第6,737,727号
【非特許文献１】M. W. Lane, X.H. Liu, T.M. Shaw,"Environmental Effects on Cracking and Delaminationof Dielectric Films", IEEE Transactions on Device and MaterialsReliability, 4, 2004, pp. 142-147
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の１つの目的は、Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨ原子（以下「ＳｉＣＯＨ」）を含み、３．２以下の誘電率を有し、チャネル・クラッキング（ｃｈａｎｎｅｌ  ｃｒａｃｋｉｎｇ）またはサンドイッチ４点曲げ破壊力学試験（sandwiched 4 point bend fracture mechanics test）によって測定された約６Ｊ／ｍ２以上、好ましくは約７Ｊ／ｍ２以上の高い皮膜引張強さを有する低ｋまたは超低ｋ誘電率材料を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、Ｓｉ−ＣＨ３として結合されたＣおよびＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されたＣを含む共有結合性３次元網目構造を有するＳｉＣＯＨ誘電体を提供することにある。Ｒは、フェニル（すなわち−Ｃ６Ｈ４−）、−［ＣＨ２］ｎ−（ｎは１以上）、ＨＣ＝ＣＨ（すなわち２重結合）、Ｃ＝ＣＨ２、Ｃ≡Ｃ（すなわち３重結合）または［Ｓ］ｎ結合（ｎは先に定義したとおり）である。好ましい一実施形態では、このＳｉＣＯＨ誘電体がＳｉ−［ＣＨ２］ｎ−Ｓｉを含み、ｎが１または３である。
【００１５】
本発明の他の目的は、（固体ＮＭＲおよびＦＴＩＲによって検出された）Ｓｉ−ＣＨ２−Ｓｉとして結合されたＣ原子の割合が従来技術のＳｉＣＯＨ誘電体よりも大きいＳｉＣＯＨ誘電体材料を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、３．２以下の誘電率を有し、湿度（％）に対するＣＳ（皮膜引張強さ）のプロットが湿度に対する弱い依存性を示す、ＳｉＣＯＨ誘電体材料を提供することにある。すなわち、本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料は、所与の誘電率で、図２および３に示されたプロットよりも小さな傾きを有し、したがって特定のＰＨ２Ｏ値における皮膜引張強さが、図２または３の直線の上側の陰影の領域にある。「弱い依存性」は、本発明のＳｉＣＯＨ誘電体のプロットの傾きが、従来技術の材料のそれよりも小さいことを意味する。本発明ではこれが、反応部位（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）の数を減らすことによって達成される。ＣＳ対ｌｎ  ＰＨ２Ｏ曲線の傾きは、反応性Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ部位の密度によって決まる。Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ部位の数を減らすことは水分に対する感度を減らすことにつながるが、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ部位の減少は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合密度に直線的に依存する皮膜引張強さも低下させる。しかし、本発明の誘電体材料は、（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の密度の低下に起因する）皮膜引張強さのこの初期の低下を、先に述べたようにＳｉ−Ｃ型の結合を組み込むことによって克服する。Ｓｉ−Ｃ型の結合は、材料の機械的強度をさらに増大させる非線形変形挙動を示す場合と示さない場合がある。正味の結果は、乾燥した環境で、同じ誘電率を有するＳｉ−Ｏベースの誘電体に少なくとも等しい皮膜引張強さを有する誘電体、好ましくは同じ誘電率を有するＳｉ−Ｏベースの誘電体よりも大きな皮膜引張強さを有する誘電体であり、本発明の誘電体材料はかなり低い環境感度を有する。
【００１７】
本発明の他の目的は、３．２以下の誘電率を有し、水中での割れ形成に対する抵抗性を含め、Ｈ２Ｏ蒸気（湿度）への暴露に対して非常に安定なＳｉＣＯＨ誘電体材料を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、ＢＥＯＬ配線構造中のレベル内またはレベル間誘導体あるいはその両方として本発明のＳｉＣＯＨ材料を含む電子構造を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料を付着させるＰＥＣＶＤ法、および本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料を硬化させる適当な方法を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、その中に本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料が使用された他の電子構造（回路ボード、受動アナログ・デバイスなど）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
広く言えば、本発明は、Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨからなり、Ｃ原子の一部分がＳｉ−ＣＨ３官能基として結合されており、Ｃ原子の別の部分がＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されており、Ｒが、フェニル（すなわち−Ｃ６Ｈ４−）、−［ＣＨ２］ｎ−（ｎは１以上）、ＨＣ＝ＣＨ（すなわち２重結合）、Ｃ＝ＣＨ２、Ｃ≡Ｃ（すなわち３重結合）または［Ｓ］ｎ結合（ｎは先に定義したとおり）である誘電体材料を提供する。本発明によれば、この材料中の全炭素原子のうち、固体ＮＭＲによって決定されたＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されている全炭素原子の割合は一般に０．０１から０．９９である。好ましい一実施形態では、このＳｉＣＯＨ誘電体がＳｉ−［ＣＨ２］ｎ−Ｓｉを含み、ｎが１または３である。
【００２２】
本発明の第１の実施形態では、誘電率が３．０、引張応力が３０ＭＰａ以下、弾性率が１５ＧＰａ超、皮膜引張強さが約６Ｊ／ｍ２よりもかなり大きく、例えば約６から約１２Ｊ／ｍ２、膜厚３ミクロンでの水中での割れ発達速度が１×１０−１０ｍ／秒以下である安定な超低ｋ  ＳｉＣＯＨ誘電体材料が提供され、Ｃ原子の一部分が、官能基Ｓｉ−ＣＨ２−Ｓｉ中に結合されており、Ｃ固体ＮＭＲによって測定された前記メチレンＣＨ２炭素の割合が約０．０５から約０．５である。
【００２３】
本発明の第２の実施形態では、誘電率が約２．５未満、引張応力が約４０ＭＰａ未満、弾性率が約５ＧＰａ超、皮膜引張強さが約３から約６Ｊ／ｍ２超、膜厚３ミクロンでの水中での割れ発達速度（ｃｒａｃｋ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ）が１×１０−１０ｍ／秒以下の安定な超低ｋ  ＳｉＣＯＨ誘電体材料が提供され、Ｃ原子の一部分が、官能基Ｓｉ−ＣＨ２−Ｓｉ中に結合されており、Ｃ固体ＮＭＲによって測定されたこの炭素の割合（ｃａｒｂｏｎ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）が約０．０５から約０．５である。
【００２４】
本発明の代替実施形態では、Ｓｉ−ＣＨ３として結合された炭素およびＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合された炭素が存在し、Ｒはさまざまな有機基であることができる。
【００２５】
本発明の材料の全ての実施形態では、従来技術のＳｉＣＯＨおよびｐＳｉＣＯＨ誘電体に特徴的なＳｉ−ＣＨ３結合に比べて向上したＣ−Ｓｉ結合がこの材料の特徴である。
【００２６】
本発明の代替実施形態では、Ｃ−Ｓ、Ｓｉ−Ｓおよび任意選択のＳ−Ｓ結合が存在する。
【００２７】
これまでに述べた特性に加えて、本発明の誘電体材料は疎水性であって、水との接触角が７０°超、より好ましくは８０°超あり、図２および３の陰影のついた領域の皮膜引張強さを示す。図２に示した直線の式は、γ（Ｊ／ｍ２）＝−１．０９４Ｊ／ｍ２・Ｘ＋１０．９７Ｊ／ｍ２、ＸはＰＨ２Ｏのｌｎ、Ｐの単位はＰａである。図３に示した直線の式は、γ（Ｊ／ｍ２）＝−０．６６２Ｊ／ｍ２・Ｘ＋６．７５９Ｊ／ｍ２、ＸはＰＨ２Ｏのｌｎ、Ｐの単位はＰａである。
【００２８】
本発明はさらに、本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料を、電子構造中のレベル間もしくはレベル内誘電体、キャッピング層、またはハード・マスク／研磨ストップ層として、あるいはこれらの任意の組合せとして使用することができる電子構造に関する。
【００２９】
具体的には、本発明の電子構造は、前処理された半導体基板を含み、この基板が、第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域と、第２の絶縁材料層に埋め込まれた第１の導体領域とを有し、第２の絶縁材料層が第１の絶縁材料層と密に接触し、第１の導体領域が第１の金属領域と電気的に連絡し、さらに、第１の導体領域と電気的に連絡し、第３の絶縁材料層に埋め込まれた第２の導体領域を有し、第３の絶縁材料層が第２の絶縁材料層と密に接触する。
【００３０】
上記の構造では、それぞれの絶縁層が、本発明の改良されたＣ結合を有する本発明の低ｋまたは超低ｋ  ＳｉＣＯＨ誘電体材料を含むことができる。
【００３１】
この電子構造はさらに、第１の絶縁材料層と第２の絶縁材料層の間に誘電体キャップ層を含むことができ、第２の絶縁材料層と第３の絶縁材料層の間に誘電体キャップ層を含むことができる。この電子構造はさらに、第２の絶縁材料層と第３の絶縁材料層の間の第１の誘電体キャップ層と、第３の絶縁材料層の上の第２の誘電体キャップ層とを有することができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、この誘電体キャップ自体が、本発明の低ｋまたは超低ｋ  ＳｉＣＯＨ誘電体材料を含む。
【００３３】
この電子構造はさらに、第２の絶縁材料層と第３の絶縁材料層のうちの少なくとも一方の層の上に付着された誘電体材料の拡散障壁層を含むことができる。この電子構造はさらに、ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層として使用される第２の絶縁材料層の上の誘電体層体と、この誘電ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層の上の誘電拡散障壁層とを含むことができる。この電子構造はさらに、第２の絶縁材料層の上の第１の誘電ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層と、第１の誘電研磨ストップ層の上の第１の誘電ＲＩＥ拡散障壁層と、第３の絶縁材料層の上の第２の誘電ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層と、第２の誘電研磨ストップ層の上の第２の誘電拡散障壁層とを含むことができる。この誘電ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層も本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料からなることができる。
【００３４】
本発明はさらに、本発明のＳｉＣＯＨ材料を製作するさまざまな方法に関する。
【００３５】
本発明はさらに、少なくとも２つの導体を含む構造および光の検出に使用する光電子センシング構造を含む他の電子構造内での本発明のＳｉＣＯＨ誘電膜の使用に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
先に述べたとおり、本発明は、Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨ元素を含む共有結合性３次元網目の形態の水素化／酸化シリコン炭素材料（ＳｉＣＯＨ）のマトリックスを含み、約３．２以下の誘電率を有する、（多孔質または緻密すなわち非多孔質）誘電体材料を提供する。用語「３次元網目」は、本出願全体を通じて、ｘ、ｙおよびｚ方向に相互に接続され相互に関係づけられたシリコン、炭素、酸素および水素を含むＳｉＣＯＨ誘電体材料を指示する目的に使用される。
【００３７】
本発明は、Ｓｉ−ＣＨ３として結合されたＣおよびＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されたＣを含む共有結合性３次元網目構造を有するＳｉＣＯＨ誘導体を提供する。Ｒは、フェニル（すなわち−Ｃ６Ｈ４−）、−［ＣＨ２］ｎ−（ｎは１以上）、ＨＣ＝ＣＨ（すなわち２重結合）、Ｃ＝ＣＨ２、Ｃ≡Ｃ（すなわち３重結合）または［Ｓ］ｎ結合（ｎは先に定義したとおり）である。本発明のいくつかの実施形態では、本発明の誘電体材料の全炭素原子のうち、固体ＮＭＲによって決定されたＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合されている炭素原子の割合が０．０１から０．９９である。好ましい一実施形態では、このＳｉＣＯＨ誘電体がＳｉ−［ＣＨ２］ｎ−Ｓｉを含み、ｎが１または３である。この好ましい実施形態では、材料中の炭素原子のうち、固体ＮＭＲによって測定されたＳｉ−ＣＨ２−Ｓｉとして結合されている炭素原子の割合が０．０５から０．５である。
【００３８】
本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料は、Ｓｉを約５から約４０原子パーセント、より好ましくは約１０から約２０原子パーセント、Ｃを約５から約５０原子パーセント、より好ましくは約１５から約４０原子パーセント、Ｏを０から約５０原子パーセント、より好ましくは約１０から約３０原子パーセント、Ｈを約１０から約５５原子パーセント、より好ましくは約２０から約４５原子パーセント含む。
【００３９】
いくつかの実施形態では、本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料がさらにＦまたはＮあるいはその両方を含む。本発明の他の実施形態では、任意選択で、ＳｉＣＯＨ誘電体材料が、Ｇｅ原子によって部分的に置換されたＳｉ原子を有する。本発明の誘電体材料中に存在するこれらの任意選択の元素の量は、付着時に使用されるこれらの任意選択の元素を含む前駆体の量に依存する。
【００４０】
本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料は任意選択で、直径約０．３から約１０ナノメートル、最も好ましくは直径約０．４から約５ナノメートルの分子規模の空隙（ｖｏｉｄ）（すなわちナノメートルサイズの細孔（ｐｏｒｅ））を含み、これらの空隙はＳｉＣＯＨ誘電体材料の誘電率をさらに低下させる。これらのナノメートルサイズの細孔は、材料の体積の約０．５％から約５０％を占める。これらの空隙が存在するとき、その材料は多孔質ＳｉＣＯＨまたは「ｐＳｉＣＯＨ」として知られる。
【００４１】
図４に、図１に示した従来技術の誘電体および本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料を含む、誘電率に対する皮膜引張強さの普遍曲線を示す。図４のプロットは、本発明のＳｉＣＯＨ誘電体が、同じｋ値の従来技術の誘電体よりも高い皮膜引張強さを有することを示している。図１および４ではｋが比誘電率として表示されている。
【００４２】
本発明の第１の実施形態では、誘電率が３．０、引張応力が３０ＭＰａ以下、弾性率が１５ＧＰａ超、皮膜引張強さが約６Ｊ／ｍ２超、膜厚３ミクロンでの水中での割れ発達速度が１×１０−１０ｍ／秒以下の安定な超低ｋ  ＳｉＣＯＨ誘電体材料が提供され、Ｃ原子の一部分が、官能基Ｓｉ−ＣＨ２−Ｓｉ中に結合されており、前記メチレンＣＨ２炭素の割合が約０．１である。先に述べたとおり本発明では、Ｃ固体ＮＭＲによって測定されるこの割合を約０．０５から約０．５とすることができる。
【００４３】
本発明の第２の実施形態では、誘電率が２．５未満、引張応力が約３０から約４０ＭＰａ、弾性率が５ＧＰａ超、皮膜引張強さが約４Ｊ／ｍ２超、膜厚３ミクロンでの水中での割れ発達速度が１×１０−１０ｍ／秒以下の安定な超低ｋ  ＳｉＣＯＨ誘電体材料が提供され、Ｃ原子の一部分が、官能基Ｓｉ−ＣＨ２−Ｓｉ中に結合されており、Ｃ固体ＮＭＲによって測定されたメチレン炭素の割合が約０．０５から約０．５である。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態では、Ｓｉ−ＣＨ３として結合された炭素およびＳｉ−Ｒ−Ｓｉとして結合された炭素が存在し、Ｒはさまざまな有機基であることができる。
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態では、本発明の誘電体材料が、（ｉ）緻密または多孔質材料であり、乾燥環境すなわち水が全くない環境で約３Ｊ／ｍ２超の皮膜引張強さを有し、約２．５未満の誘電率を有し、あるいは（ii）緻密または多孔質材料であり、水圧１５７０Ｐａ、２５℃で約３Ｊ／ｍ２超の皮膜引張強さを有し、約３．２未満の誘電率を有し（相対湿度５０％）、あるいは（iii）緻密または多孔質材料であり、水圧１５７０Ｐａ、２５℃で約２．１Ｊ／ｍ２超の皮膜引張強さを有し、約２．５未満の誘電率を有することを特徴とする。
【００４６】
本発明のＳｉＣＯＨ誘電体は、従来技術のＳｉＣＯＨおよびｐＳｉＣＯＨ誘電体に特徴的なＳｉ−ＣＨ３結合よりも、２つのＳｉ原子を橋絡する有機基中に結合された炭素を多く有する。
【００４７】
本発明の他のいくつかの実施形態では、本発明のＳｉＣＯＨ誘電体中にＣ−Ｓ、Ｓｉ−Ｓおよび任意選択のＳ−Ｓ結合が存在する。
【００４８】
これまでに述べた特性に加えて、本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料は疎水性であって、水との接触角が７０°超、より好ましくは８０°超あり、図２および３の陰影のついた領域の皮膜引張強さを示す。
【００４９】
本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料は一般に、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）を使用して付着させる。ＰＥＣＶＤに加えて本発明はさらに、化学蒸着（ＣＶＤ）、高密度プラズマ（ＨＤＰ）、パルスＰＥＣＶＤ、スピンオン塗布または他の関連方法を利用してＳｉＣＯＨ誘電体材料を形成できることを予期する。
【００５０】
この付着プロセスでは、本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料を、Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨ原子を含む少なくとも１つの第１のカルボシラン（ｃａｒｂｏｓｉｌａｎｅ）またはアルコキシカルボシラン前駆体（液体、気体または蒸気）およびＨｅ、Ａｒなどの不活性キャリヤを、リアクタ、好ましくはＰＥＣＶＤリアクタに供給し、次いで、前記第１の前駆体に由来する膜を、本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料を形成するのに有効な条件を利用して適当な基板上に付着させることによって形成する。本発明はさらに任意選択で、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＣＯ２などの酸化剤またはこれらの組合せをこの気体混合物に加え、それによってリアクタ内の反応物を安定させ、基板上に付着される誘電膜の特性および均一性を向上させる。第１の前駆体はイオウまたはイオウ誘導体を含むことができる。
【００５１】
本発明では第１の前駆体が、以下の化合物のうちの少なくとも１つを含む：１，３−ジシラシクロブタン、１，３−ジシラプロパン、１，５−ジシラペンタン、１，４−ビス−トリヒドロシリルベンゼン、これらの化合物のメトキシおよびエトキシ置換誘導体。
本発明で使用することができる第１の前駆体の他の例は、オクタメチル−１，５−ジシロキサン−３，７−ジシラシクロオクタン、１，３，５，７−テトラメチル−１，５−ジシロキサン−３，７−ジシラシクロオクタン、１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラシラシクロオクタン、１，３，５−トリメチル−１，３，５−トリシラシクロヘキサン、１，３，５−トリメチル−１，３−ジシロキサン−５−シラシクロヘキサンおよび１，３，５−トリメチル−１−シロキサン−３，５−ジシラシクロヘキサンを含む環状前駆体である。ただしこれらに限定されるわけではない。本発明はさらに、関連するジシラシクロオクタン、テトラシラシクロオクタン、ジシラシクロヘキサン、シラシクロヘキサンの誘導体および同様の環状カルボシラン前駆体を企図する。
【００５２】
先に具体的に述べた好ましい環式化合物の構造は、本発明が企図する環式化合物のタイプを例示するために示したものである（したがって示されたそれらの構造は本発明を一切限定しない）。
【００５３】
【化１】
2006216541.tif 000003
【００５４】
【化２】
2006216541.tif 000004
【００５５】
【化３】
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【００５６】
【化４】
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【００５７】
【化５】
2006216541.tif 000007
【００５８】
【化６】
2006216541.tif 000008
【００５９】
本発明において先に述べた環式化合物が好ましいのは、それらの前駆体が比較的に低い沸点を有し、それらが、製造規模ＰＥＣＶＤプロセスで機能することが分かっている前駆体に似ており、それらが、１つの分子の中に、Ｓｉ-ＣＨ２−Ｓｉ結合基と少なくとも１つのＳｉ−Ｏ結合の組合せを含むためである。
【００６０】
本発明のＳｉＣＯＨ誘電体を形成する際に使用される好ましい化合物の例には、１，１，３，３−テトラヒドリド−１，３−ジシラシクロブタン、１，１，３，３−テトラメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシラシクロブタン、１，３−ジメチル−１，３−ジメトキシ−１，３−ジシラシクロブタン、１，３−ジシラシクロブタン、１，３−ジメチル−１，３−ジヒドリド−１，３−ジシリルシクロブタン、１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジシラシクロブタン、１，１，３，３，５，５−ヘキサメトキシ−１，３，５−トリシラン、１，１，３，３，５，５−ヘキサヒドリド−１，３，５−トリシラン、１，１，３，３，５，５−ヘキサメチル−１，３，５−トリシラン、１，１，１，３，３，３−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシラプロパン、１，１，３，３−テトラメトキシ−１−メチル−１，３−ジシラブタン、１，１，３，３−テトラメトキシ−１，３−ジシラプロパン、１，１，１，３，３，３−ヘキサヒドリド−１，３−ジシラプロパン、３−（１，１−ジメトキシ−１−シラエチル）−１，４，４−トリメトキシ−１−メチル−１，４−ジシルペンタン、メトキシメタン、２−（ジメトキシシラメチル）−１，１，４−トリメトキシ−１，４−ジシラブタン、メトキシメタン、１，１，４−トリメトキシ−１，４−ジシラ−２−（トリメトキシシリルメチル）ブタン、ジメトキシメタン、メトキシメタン、１，１，１，５，５，５−ヘキサメトキシ−１，５−ジシラペンタン、１，１，５，５−テトラメトキシ−１，５−ジシラヘキサン、１，１，５，５−テトラメトキシ−１，５−ジシラペンタン、１，１，１，４，４，４−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，４−ジシリルブタン、１，１，１，４，４，４−ヘキサヒドリド−１，４−ジシラブタン、１，１，４，４−テトラメトキシ（エトキシ）−１，４−ジメチル−１，４−ジシラブタン、１，４−ビス−トリメトキシ（エトキシ）シリルベンゼン、１，４−ビス−ジメトキシメチルシリルベンゼンおよび１，４−ビス−トリヒドロシリルベンゼンが含まれる。さらに、１，１，１，４，４，４−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，４−ジシラブト−２−エン、１，１，１，４，４，４−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，４−ジシラブト−２−イン、１，１，３，３−テトラメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシロラン、１，３−ジシロラン、１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジシロラン、１，１，３，３−テトラメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシラン、１，３−ジメトキシ（エトキシ）−１，３−ジメチル−１，３−ジシラン、１，３−ジシラン、１，３−ジメトキシ−１，３−ジシラン、１，１−ジメトキシ（エトキシ）−３，３−ジメチル−１−プロピル−３−シラブタン、２−シラプロパンなどの対応するメタ置換異性体。
【００６１】
これまでに述べた材料に加えて、本発明はさらにそれらのイオウ誘導体を企図する。
【００６２】
図５に、本発明においてＳｉＣＯＨ誘電体材料を形成する際に使用することができる好ましい第１の前駆体を示す。図６は、本発明においてＳｉＣＯＨ誘電体材料を形成する際に使用できる追加のＣＶＤカルボシラン前駆体を示す図である。図５および６に示した化合物のイオウ誘導体も企図される。
【００６３】
任意選択で、第２のＳｉＣＯＨ前駆体、例えばジエトキシメチルシラン、オクタメチルテトラシロキサン、テトラメチルテトラシロキサン、トリメチルシランまたは他の一般的な任意のアルキルシランまたはアルコキシシラン（環状または線状）分子をリアクタに加えることができる。
【００６４】
任意選択で、Ｃ−Ｓ−ＣまたはＣ−［Ｓ］ｎ−ＣあるいはＳｉ−Ｓ−ＳｉまたはＳｉ−［Ｓ］ｎ−Ｓｉ結合を含む前駆体をリアクタに加えることができる。
【００６５】
第１の前駆体に加えて、Ｃ、Ｈ原子を含み、任意選択でＯ、ＦまたはＮ、あるいはこれらの任意の組合せを含む第２の前駆体（気体、液体または蒸気）を使用することができる。任意選択で、Ｇｅを含む第３の前駆体（気体、液体または気体）を使用することもできる。
【００６６】
第２または第３の前駆体は、米国特許第6,147,009号、米国特許第6,312,793号、米国特許第6,441,491号、米国特許第6,437,443号、米国特許第6,441,491号、米国特許第6,541,398号、米国特許第6,479,110 B2号および米国特許第6,497,963号に記載されている炭化水素分子とすることができる。
【００６７】
本発明の方法はさらに、基板チャックの導電領域が約８５ｃｍ２から約７５０ｃｍ２、基板と上部電極の間の間隔が約１ｃｍから約１２ｃｍの平行プレート・リアクタを準備するステップを含むことができる。周波数約０．４５ＭＨｚから約２００ＭＨｚの高周波ＲＦ電力を１つの電極に加える。任意選択で、第１のＲＦ電力よりも低い周波数の追加のＲＦ電力を、１つの電極に加えることができる。
【００６８】
付着ステップに対して使用される条件は、本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料の最終的な所望の誘電率に応じて変更することができる。Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈ元素を含み、誘電率が約３．２以下、引張応力が４５ＭＰａ未満、弾性率が約２から約１５ＧＰａおよび硬度が約０．２から約２ＧＰａの安定な誘電体材料を提供するために使用される条件には、大まかに、基板温度を約１００℃から約４２５℃にセットすること、高周波ＲＦ出力密度を約０．１Ｗ／ｃｍ２から約２．０Ｗ／ｃｍ２にセットすること、第１の液体前駆体流量を約１０ｍｇ／分から約５０００ｍｇ／分にセットすること、任意選択で第２の液体前駆体流量を約１０ｍｇ／分から約５，０００ｍｇ／分にセットすること、任意選択で第３の液体前駆体流量を約１０ｍｇ／分から約５０００ｍｇ／分にセットすること、任意選択でヘリウム（またはアルゴンあるいはその両方）などの不活性キャリヤ・ガス流量を約１０ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍにセットすること、リアクタ圧力を約１０００ミリトルから約１０，０００ミリトルにセットすること、高周波ＲＦ電力を約５０Ｗから約１０００Ｗにセットすることが含まれる。任意選択で、約２０Ｗから約４００Ｗの超低周波電力をプラズマに加えることができる。基板チャックの導電領域がＸ倍に変更されると、基板チャックに加えられるＲＦ電力もＸ倍に変更される。
【００６９】
本発明において酸化剤を使用するときには、酸化剤を、約１０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの流量でＰＥＣＶＤリアクタに流入させる。
【００７０】
上記の例では液体前駆体を使用したが、（トリメチルシランなどの）気相有機シリコン前駆体もこの付着に使用できることは当技術分野で知られている。
【００７１】
上記のプロセスによって生み出された膜を本明細書では「付着膜」と呼ぶ。
【００７２】
本発明によれば、本発明の安定なＳｉＣＯＨ誘電体材料の製作に、以下のいくつかのステップの組合せが必要となることがある。
【００７３】
−第１のステップでは、後述するプロセス実施形態において与えられる特定の値域の付着ツール・パラメータを使用して基板上に材料を付着させて、付着膜を形成する。
【００７４】
−熱、ＵＶ光、電子ビーム照射、化学エネルギーまたはこれらのうちの２つ以上の組合せを使用してこの材料を硬化させまたは処理して、所望の機械特性または本明細書に記載された他の特性を有する最終的な膜を形成する。例えば、付着後に、（熱エネルギーおよび第２のエネルギー源を使用した）ＳｉＣＯＨ膜の処理を実行して、膜を安定させ、改良された特性を得ることができる。この第２のエネルギー源は、電磁放射（ＵＶ、マイクロ波など）、荷電粒子（電子またはイオンビーム）または化学源（水素原子またはプラズマ内に形成される他の反応性気体を使用）とすることができる。
【００７５】
好ましい１つの処理では、（上記のプロセスに従って付着させた膜を含む）基板を、制御された環境（真空または低いＯ２およびＨ２Ｏ濃度を有する極めて純粋な不活性気体）を有する紫外線（ＵＶ）処理ツールの中に入れる。パルスまたは連続ＵＶ源を使用することができる。
【００７６】
本発明では、このＵＶ処理ツールを付着ツールに接続し（「クラスター化（ｃｌｕｓｔｅｒｅｄ）」）、またはＵＶ処理ツールを別個のツールとすることができる。
【００７７】
当技術分野で知られているとおり、本発明ではこれらの２つのプロセス・ステップが、単一のプロセス・ツール上にクラスター化することができる２つの別個のプロセス室で実施され、またはこれらの２つのプロセス室を別個のプロセス・ツール内に配置する（「非クラスター化（ｄｅｃｌｕｓｔｅｒｅｄ）」）ことができる。多孔質ＳｉＣＯＨ膜では、硬化ステップが、本発明の誘電体材料と一緒に付着させた犠牲炭化水素（ポーロゲン（ｐｏｒｏｇｅｎ））成分の除去を含むことができる。本発明で使用することができる適当な犠牲炭化水素成分には、米国特許第6,147,009号、米国特許第6,312,793号、米国特許第6,441,491号、米国特許第6,437,443号、米国特許第6,441,491号、米国特許第6,541,398号、米国特許第6,479,110 B2号および米国特許第6,497,963号に記載されている第２の前駆体が含まれる。ただしこれらに限定されるわけではない。
【００７８】
以下は、本発明の材料実施形態およびプロセス実施形態を例示する実施例である。
【実施例１】
【００７９】
ＳｉＣＯＨ材料Ａ
この実施例では、ＳｉＣＯＨ膜Ａと呼ぶ本発明に従って製作されたＳｉＣＯＨ誘電体が、図８および下表１のデータによって特徴づけられた。比較のため、図８および表１には、約２．７〜２．８の誘電率を有する従来技術の「一般的」なＳｉＣＯＨ膜であるＳｉＣＯＨ膜ＢおよびＣも示されている。
【００８０】
図８を参照すると、この図は、ＳｉＣＯＨ膜Ａの１３Ｃ核の固体ＮＭＲ（核磁気共鳴）スペクトルを示している。ピーク３３は、Ｓｉに結合したメチル基ＣＨ３の１３Ｃに対応し、ピーク３３に幅があるのは、ＣＨ３基がさまざまな磁気環境にあるためである。ピーク３２は、２つのＳｉ原子間の架橋Ｓｉ−ＣＨ２−Ｓｉを与える−ＣＨ２−種の１３Ｃに起因した。ピーク３２の高さを基にすると、膜の全Ｃのうち、メチレン架橋基−ＣＨ２−として存在するＣの割合は約０．１であった。ピーク３３と３２は重なっていたため、これは推定値でしかない。面積は測定しなかった。図８にはさらに、ＳｉＣＯＨ膜Ｂから測定された曲線３５およびＳｉＣＯＨ膜Ｃから測定された曲線３７が示されている。従来技術の「一般的」なＳｉＣＯＨ膜である他のＳｉＣＯＨ膜からのスペクトル３５および３７（ＮＭＲスペクトル）はＣＨ３基に起因するピーク３３を含んでいることが分かった。スペクトル３５および３７はピーク３２を含まない。
【００８１】
下表１は、ＳｉＣＯＨ膜Ａ、ＢおよびＣから測定されたＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光）スペクトルを要約したものである。表の数値はＦＴＩＲピークの積分面積であり、最後の欄はこれらの２つのＦＴＩＲピークの面積比である。この比（ＣＨ２＋ＣＨ３）／ＳｉＣＨ３は、本発明のＳｉＣＯＨ膜Ａでは、（ＣＨ２＋ＣＨ３）ＦＴＩＲピーク面積に対するＣＨ２種の寄与が高いことを示すために計算したものである。この比は本発明のＳｉＣＯＨ膜Ａでは約０．９、ＳｉＣＯＨ膜Ｂ、Ｃなどの一般的なＳｉＣＯＨ膜では約０．６であることが分かった。さらに、ＳｉＣＯＨ膜Ａは、膜ＢまたはＣよりも多くのＣＨ２種を含んでいた。ＮＭＲ分析によれば、これらは、本発明のＳｉＣＯＨ膜ＡのＳｉ−ＣＨ２−Ｓｉに起因するものであった。
【００８２】
【表１】
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【実施例２】
【００８３】
第１のプロセス実施形態
【００８４】
ＰＥＣＶＤリアクタの中の３５０℃に加熱されたウェーハ・チャックの上に３００ｍｍまたは２００ｍｍ基板を置いた。３００〜４２５℃の温度を使用してもよい。本発明では任意のＰＥＣＶＤリアクタを使用することができる。次いで、０．１〜１０トルの範囲の圧力に達するように気体および液体前駆体流を安定させ、リアクタのシャワーヘッドに約５から約５００秒間、ＲＦ放射を当てた。
【００８５】
具体的には、高められたＳｉ−ＣＨ２−Ｓｉ架橋メチレン炭素（前述）を含む本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料Ａを成長させるために、単一のＳｉＣＯＨ前駆体を、流量２５００ｍｇ／分にセットされたＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシロキサン）とし、酸素Ｏ２流量を２２０ｓｃｃｍ、ヘリウムＨｅガス流量を２０００ｓｃｃｍにセットし、５トルのリアクタ圧力に達するように前記流量を安定させた。ウェーハ・チャックを３５０℃にセットし、周波数１３．６ＭＨｚ、４００Ｗの高周波ＲＦ電力をシャワーヘッドに加え、周波数１３．６ＭＨｚ、６０Ｗの低周波ＲＦ電力を基板に加えた。膜付着速度は２０２５オングストローム／分であった。
【実施例３】
【００８６】
第２のプロセス実施形態
ＰＥＣＶＤリアクタの中の３００〜４２５℃、好ましくは３５０〜４００℃に加熱されたウェーハ・チャックの上に３００ｍｍまたは２００ｍｍ基板を置いた。本発明では任意のＰＥＣＶＤ付着リアクタを使用することができる。次いで、０．１から１０トルの範囲の圧力に達するように気体および液体前駆体流を安定させ、リアクタのシャワーヘッドに約５から５００秒間、ＲＦ放射を当てた。
【００８７】
具体的には、高められたＳｉ−ＣＨ２−Ｓｉ架橋メチレン炭素（前述）を含む本発明のＳｉＣＯＨ誘電体を成長させるために、使用される条件は以下のものを含み：１，１，１，３，３，３−ヘキサメトキシ−１，３−ジシラプロパン流量２５００ｍｇ／分、酸素Ｏ２流量２２０ｓｃｃｍ、ヘリウムＨｅガス流量２０００ｓｃｃｍ、５トルのリアクタ圧力に達するように前記流量を安定させた。ウェーハ・チャックを３５０℃にセットし、周波数１３．６ＭＨｚ、５００Ｗの高周波ＲＦ電力をシャワーヘッドに加え、周波数１３．６ＭＨｚ、１６０Ｗの低周波ＲＦ電力を基板に加えた。膜付着速度は１０〜１００オングストローム／秒であった。
【００８８】
当技術分野で知られているとおり、上記のそれぞれのプロセス・パラメータは、先に記載した本発明の範囲内で調整することができる。例えば、本発明では、０．２６、０．３５、０．４５ＭＨｚを含むさまざまなＲＦ周波数を使用することができる。ただし使用できる周波数はこれらに限定されるわけではない。さらに例えば、Ｏ２流量をゼロとすることができ、Ｏ２の代わりにＮ２Ｏ、ＣＯまたはＣＯ２を含む代替の酸化剤を使用することができる。さらに、前駆体１，１，１，３，３，３−ヘキサメトキシ−１，３−ジシラプロパンにおいて、メトキシ置換基を、ヒドリド、メチルまたはエトキシ基に置き換えることができる。さらに、代替実施形態では、前駆体１、３−ジシラブタン（Ｈ３Ｓｉ−ＣＨ２−Ｓｉ（Ｈ２）−ＣＨ３）を使用することができ、当技術分野で知られているとおり、Ｏ２および他の気体の流量は調整される。
【００８９】
他の代替実施形態では、図５〜７に示した任意のカルボシラン前駆体を使用することができる。
【実施例４】
【００９０】
第３のプロセス実施形態
ＰＥＣＶＤリアクタの中の３００〜４２５℃、好ましくは３５０〜４００℃に加熱されたウェーハ・チャックの上に３００ｍｍまたは２００ｍｍ基板を置いた。本発明では任意のＰＥＣＶＤ付着リアクタを使用することができる。次いで、１から１０トルの範囲の圧力に達するように気体および液体前駆体流を安定させ、リアクタのシャワーヘッドに約５から５００秒間、ＲＦ放射を当てた。
【００９１】
１．８以上のｋを有し、高められたＳｉ−ＣＨ２−Ｓｉ架橋メチレン炭素を有するＳｉＣＯＨ材料を成長させるために、２つの前駆体、具体的には１，３−ジシラシクロブタンおよびＤＥＭＳ（ジエトキシメチルシラン）を使用した。本発明では、ＤＥＭＳの代わりに、ＯＭＣＴＳ、ＴＭＣＴＳまたはジメチルジメトキシシランを含む任意のアルコキシシラン前駆体を使用することができる。ただし使用できるアルコキシシラン前駆体これらに限定されるわけではない。さらに、本発明では、（ＤＥＭＳの代わりに使用される）アルコキシシラン前駆体を、内蔵ポーロゲンを有する有機シリコン前駆体とすることができ、このアルコキシシラン前駆体は、任意選択で、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルジメチルエトキシシラン、シクロヘキセニルエチルトリエトキシシラン、１，１−ジエトキシ−１−シラシクロペント−３−エン、ジビニルテトラメチルジシロキサン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、エポキシヘキシルトリエトキシシラン、ヘキサビニルジシロキサン、トリビニルメトキシシラン、トリビニルエトキシシラン、ビニルメチルエトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルペンタメチルジシロキサン、ビニルテトラメチルジシロキサン、ビニルトリエトキシシランおよびビニルトリメトキシシランのうちの１つを含むことができる。
【００９２】
当技術分野で知られているとおり、Ｏ２などの気体を加えることができ、Ｈｅを、Ａｒ、ＣＯ２、他の希ガスなどの気体に置き換えることができる。
【００９３】
使用される条件には、ＤＥＭＳ流量２０００ｍｇ／分、１，３−ジシラシクロブタン流量１００から１０００ｍｇ／分、Ｈｅガス流量１０００ｓｃｃｍが含まれ、６トルのリアクタ圧力に達するように前記流量を安定させた。ウェーハ・チャックを３５０℃にセットし、４７０Ｗの高周波ＲＦ電力をシャワーヘッドに加え、低周波ＲＦ（ＬＲＦ）電力は０Ｗとし、そのため基板にはＬＲＦを加えなかった。膜付着速度は２，０００〜４，０００オングストローム／秒であった。
【００９４】
当技術分野で知られているとおり、上記のそれぞれのプロセス・パラメータは、先に記載した本発明の範囲内で調整することができる。例えば、本発明では、０．２６、０．３５、０．４５ＭＨｚを含むさまざまなＲＦ周波数を使用することができる。ただし使用できる周波数はこれらに限定されるわけではない。さらに例えば、Ｏ２などの酸化剤、あるいはＮ２Ｏ、ＣＯまたはＣＯ２を含む代替酸化剤を使用することができる。具体的には、ウェーハ・チャック温度を低くすることができ、例えば１５０〜３５０℃にすることができる。
【００９５】
Ｓｉ−ＣＨ２−Ｓｉ架橋メチレン炭素の割合を高めるための好ましいカルボシランは１，３−ジシラシクロブタンだが、図５〜７に示した前駆体を含む前述の他のカルボシランまたはアルコキシカルボシラン前駆体を使用することができる。ただし使用できる前駆体はこれらに限定されるわけではない。
【００９６】
代替実施形態では、１．８から２．７までの誘電率を有するＳｉＣＯＨ膜を製作するために条件が調整される。
【００９７】
代替実施形態では、選択されたカルボシラン前駆体を使用して、ＳｉとＳｉの間の架橋基として他の官能基を加えることができる。ここではいくつかの例を示す。Ｓｉ原子を橋絡する−ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＨ２−官能基を加えるためには、選択のカルボシラン前駆体を、１，３−ジシロラン、１，１，３，３−テトラメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシロランまたは１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジシロランから選択することができる。
【００９８】
Ｓｉ原子を橋絡するフェニル官能基を加えるためには、選択のカルボシラン前駆体を、１，４−ビス−トリメトキシ（エトキシ）シリルベンゼン、１，４−ビス−ジメトキシメチルシリルベンゼン、１，４−ビス−トリヒドロシリルベンゼンまたは関連するＳｉ含有ベンゼン誘導体から選択することができる。
【００９９】
Ｓｉ原子を橋絡する（ｂｒｉｄｇｉｎｇ）ＨＣ＝ＣＨ官能基を加えるためには、選択のカルボシラン前駆体を、１，１，１，４，４，４−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，４−ジシラブト−２−エンまたは他のＳｉ含有エチレン誘導体から選択することができる。
【０１００】
Ｓｉ原子を橋絡するＣ≡Ｃ（３重結合）官能基を加えるためには、選択のカルボシラン前駆体を、１，１，１，４，４，４−ヘキサメトキシ−１，４−ジシラブト−２−イン、１，１，１，４，４，４−ヘキサエトキシ−１，４−ジシラブト−２−インまたは他のＳｉ含有アセチレン誘導体とすることができる。
【０１０１】
以上の実施例では、メトキシおよびエトキシ置換基を有する前駆体を記載したが、これらの置換基はヒドリドまたはメチル基に置き換えることができ、本発明では、メトキシ、エトキシ、ヒドリドおよびメチル置換基の混合物を含むカルボシラン分子を使用することができる。
【実施例５】
【０１０２】
第４のプロセス実施形態
ＰＥＣＶＤリアクタの中の３００〜４２５℃、好ましくは３５０〜４００℃に加熱されたウェーハ・チャックの上に３００ｍｍまたは２００ｍｍ基板を置いた。本発明では任意のＰＥＣＶＤ付着リアクタを使用することができる。次いで、０．１から１０トルの範囲の圧力に達するように気体および液体前駆体流を安定させ、リアクタのシャワーヘッドに約５から５００秒間、ＲＦ放射を当てた。
【０１０３】
１．８以上のｋを有し、高められたＳｉ−ＣＨ２−Ｓｉ架橋メチレン炭素を有するＳｉＣＯＨ材料を成長させるために、単一のアルコキシカルボシラン前駆体を使用した。図５に示した線状前駆体が好ましい。
【０１０４】
使用される条件には、単一の前駆体流量２０００ｍｇ／分、Ｈｅガス流量１０００ｓｃｃｍが含まれ、６トルのリアクタ圧力に達するように前記流量を安定させた。ウェーハ・チャックは３５０℃にセットし、４７０Ｗの高周波ＲＦ電力をシャワーヘッドに加え、低周波ＲＦ（ＬＲＦ）電力は０Ｗとし、そのため基板にはＬＲＦを加えなかった。膜付着速度は１，０００〜５，０００オングストローム／秒であった。
【０１０５】
当技術分野で知られているとおり、上記のそれぞれのプロセス・パラメータは、本発明の範囲内で調整することができる。具体的には、ウェーハ・チャック温度を低くすることができ、例えば１５０〜３５０℃にすることができる。当技術分野で知られているとおり、Ｏ２などの気体を加えることができ、Ｈｅを、Ａｒ、ＣＯ２、他の希ガスなどの気体に置き換えることができる。
【０１０６】
代替実施形態では、１．８から２．７までの誘電率を有するＳｉＣＯＨ膜を製作するために条件が調整される。
【０１０７】
Ｓｉ−ＣＨ２−Ｓｉ架橋メチレン炭素の割合を高めるための好ましいアルコキシカルボシランは図５の線状前駆体だが、発明を実施するための最良の形態の項で先に述べた任意のアルコキシカルボシランを使用することができる。選択されたカルボシラン前駆体を使用して他の官能基を加えることができる。ここではいくつかの例を示す。Ｓｉ原子を橋絡する−ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＨ２−官能基を加えるためには、選択のカルボシラン前駆体を、１，３−ジシロラン、１，１，３，３−テトラメトキシ（エトキシ）−１，３−ジシロランまたは１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ジシロランから選択することができる。
【０１０８】
Ｓｉ原子を橋絡するフェニル官能基を加えるためには、選択のカルボシラン前駆体を、１，４−ビス−トリメトキシ（エトキシ）シリルベンゼン、１，４−ビス−ジメトキシメチルシリルベンゼン、１，４−ビス−トリヒドロシリルベンゼンまたは関連するＳｉ含有ベンゼン誘導体から選択することができる。
【０１０９】
Ｓｉ原子を橋絡するＨＣ＝ＣＨ官能基を加えるためには、選択のカルボシラン前駆体を、１，１，１，４，４，４−ヘキサメトキシ（エトキシ）−１，４−ジシラブト−２−エンまたは他のＳｉ含有エチレン誘導体から選択することができる。
【０１１０】
Ｓｉ原子を橋絡するＣ≡Ｃ（３重結合）官能基を加えるためには、選択のカルボシラン前駆体を、１，１，１，４，４，４−ヘキサメトキシ−１，４−ジシラブト−２−イン、１，１，１，４，４，４−ヘキサエトキシ−１，４−ジシラブト−２−インまたは他のＳｉ含有アセチレン誘導体とすることができる。
【０１１１】
以上の実施例では、メトキシおよびエトキシ置換基を有する前駆体を記載したが、これらの置換基はヒドリドまたはメチル基に置き換えることができ、本発明では、メトキシ、エトキシ、ヒドリドおよびメチル置換基の混合物を含むカルボシラン分子を使用することができる。
【実施例６】
【０１１２】
第５のプロセス実施形態
ＰＥＣＶＤリアクタの中の３００〜４２５℃、好ましくは３５０〜４００℃に加熱されたウェーハ・チャックの上に３００ｍｍまたは２００ｍｍ基板を置いた。本発明では任意のＰＥＣＶＤ付着リアクタを使用することができる。次いで、１から１０トルの範囲の圧力に達するように気体および液体前駆体流を安定させ、リアクタのシャワーヘッドに約５から５００秒間、ＲＦ放射を当てた。
【０１１３】
この実施例では、１．８以上のｋを有し、２つのＳｉ原子を橋絡する高められたＳｉ-ＣＨ２−Ｓｉ架橋メチレン炭素または他の有機官能基を有する多孔質ＳｉＣＯＨ材料を成長させるために、当技術分野で知られている方法に従ってポーロゲンが加えられる。ポーロゲンは、ビシクロヘプタジエン（ＢＣＨＤ）、または例えば米国特許第6,147,009号、米国特許第6,312,793号、米国特許第6,441,491号、米国特許第6,437,443号、米国特許第6,441,491号、米国特許第6,541,398号、米国特許第6,479,110 B2号および米国特許第6,497,963号に記載されている他の分子とすることができる。
【０１１４】
このＳｉＣＯＨ前駆体に対しては、図５に示した線状アルコキシシラン前駆体が好ましい。
【０１１５】
使用される条件には、前駆体流量１００〜２０００ｍｇ／分、Ｈｅガス流量１０〜５００ｓｃｃｍ、ポーロゲン（ｐｏｒｏｇｅｎ）流量約５０〜２０００ｍｇ／分が含まれ、７トルのリアクタ圧力に達するように前記流量を安定させた。ウェーハ・チャックは２２５℃にセットし、３００Ｗの高周波ＲＦ電力をシャワーヘッドに加え、低周波ＲＦ（ＬＲＦ）電力は０Ｗとし、そのため基板にはＬＲＦを加えなかった。膜付着速度は１，０００から５，０００オングストローム／秒であった。
【０１１６】
当技術分野で知られているとおり、上記のそれぞれのプロセス・パラメータは、本発明の範囲内で調整することができる。例えば、ウェーハ・チャック温度は１５０〜３５０℃とすることができる。
【０１１７】
図５の好ましい線状アルコキシカルボシランが有用だが、本発明では先に述べた任意のアルコキシカルボシランを使用することができる。さらに本発明では、２つのＳｉＣＯＨ前駆体、例えばＤＥＭＳおよび先に述べたカルボシランまたはアルコキシカルボシランを使用することができる。当技術分野では知られているとおり、Ｏ２、Ｎ２Ｏなどの気体または他の酸化剤（ｏｘｉｄｉｚｅｒ）を加えることができ、Ｈｅを、Ａｒ、ＣＯ２、他の希ガスなどの気体に置き換えることができる。この場合も、以上の実施例に記載された他の官能基を使用して、２つのＳｉ原子間に架橋基を形成することができる。
【実施例７】
【０１１８】
第６のプロセス実施形態
ＰＥＣＶＤリアクタの中の３００〜４２５℃、好ましくは３５０〜４００℃に加熱されたウェーハ・チャックの上に３００ｍｍまたは２００ｍｍ基板を置いた。本発明では任意のＰＥＣＶＤ付着リアクタを使用することができる。次いで、１から１０トルの範囲の圧力に達するように気体および液体前駆体流を安定させ、リアクタのシャワーヘッドに約５から５００秒間、ＲＦ放射を当てた。
【０１１９】
具体的には、高められたＳｉ−ＣＨ２−Ｓｉ架橋メチレン炭素（前述）を含む本発明のＳｉＣＯＨ誘電体を成長させるために、使用される条件は、前駆体オクタメチル−１，５−ジシロキサン−３，７−ジシラシクロオクタンを選択し、この前駆体の流量を２５００ｍｇ／分にセットし、Ｏ２流量を２００ｓｃｃｍ、ヘリウム・ガス流量を２０００ｓｃｃｍにセットすることを含み、５トルのリアクタ圧力に達するように前記流量を安定させた。ウェーハ・チャックを３５０℃にセットし、周波数１３．６ＭＨｚ、５００Ｗの高周波ＲＦ電力をシャワーヘッドに加えた。膜付着速度は１０〜１００Å／秒であった。
【０１２０】
当技術分野で知られているとおり、上記のそれぞれのプロセス・パラメータは、本発明の範囲内で調整することができる。例えば、本発明では、０．２６、０．３５、０．４５ＭＨｚを含むさまざまなＲＦ周波数を使用することができる。ただし使用できる周波数はこれらに限定されるわけではない。さらに例えば、Ｏ２流量をゼロとし、または１から５００ｓｃｃｍとすることができ、Ｏ２の代わりにＮ２Ｏ、ＣＯまたはＣＯ２を含む代替の酸化剤を使用することができる。さらに、カルボシラン前駆体の流量を１００〜５０００ｍｇ／分とすることができる。さらに、膜を改良するためにＲＦ電力を調整することができ、一般的な範囲は１０から１０００ワットであり、圧力は０．１から５０トルとすることができる。
【０１２１】
他の代替実施形態ではさらに、１，３，５，７−テトラメチル−１，５−ジシロキサン−３，７−ジシラシクロオクタン、１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラシラシクロオクタン、１，３，５−トリメチル−１，３，５−トリシラシクロヘキサン、１，３，５−トリメチル−１，３−ジシロキサン−５−シラシクロヘキサン、１，３，５−トリメチル−１−シロキサン−３，５−ジシラシクロヘキサン、およびジシラシクロオクタン、テトラシラシクロオクタン、ジシラシクロヘキサン、シラシクロヘキサンの誘導体、ならびに同様の環状カルボシラン前駆体のうちの任意の１つの前駆体を本発明の範囲内で使用することができる。
【実施例８】
【０１２２】
第７のプロセス実施形態
ＰＥＣＶＤリアクタの中の３００〜４２５℃、好ましくは３５０〜４００℃に加熱されたウェーハ・チャックの上に３００ｍｍまたは２００ｍｍ基板を置いた。本発明では任意のＰＥＣＶＤ付着リアクタを使用することができる。次いで、１から１０トルの範囲の圧力に達するように気体および液体前駆体流を安定させ、リアクタのシャワーヘッドに約５から５００秒間、ＲＦ放射を当てた。
【０１２３】
具体的には、高められたＳｉ−ＣＨ２−Ｓｉ架橋メチレン炭素（前述）を含む本発明のＳｉＣＯＨ誘電体を成長させるために、使用される条件は、前駆体オクタメチル−１，５−ジシロキサン−３，７−ジシラシクロオクタンおよびポーロゲン分子を選択し、この環状前駆体およびポーロゲンの流量を１００から５０００ｍｇ／分にセットすることを含む。ポーロゲンは、当技術分野で知られている方法に従って選択することができる。ポーロゲンは、例えば米国特許第6,147,009号、米国特許第6,312,793号、米国特許第6,441,491号、米国特許第6,437,443号、米国特許第6,541,398号、米国特許第6,479,110 B2号および米国特許第6,497,963号に記載されている任意の分子とすることができる。
【０１２４】
Ｏ２流量は２００ｓｃｃｍにセットし、ヘリウム・ガス流量は２０００ｓｃｃｍにセットした。本発明に従って、５トルのリアクタ圧力に達するようにこれらの流量を安定させた。ウェーハ・チャックを３５０℃にセットし、周波数１３．６ＭＨｚ、５００Ｗの高周波ＲＦ電力をシャワーヘッドに加えた。膜付着速度は１０〜１００Å／秒であった。
【０１２５】
当技術分野で知られているとおり、上記のそれぞれのプロセス・パラメータは、本発明の範囲内で調整することができる。例えば、本発明では、０．２６、０．３５、０．４５ＭＨｚを含むさまざまなＲＦ周波数を使用することができる。ただし使用できる周波数はこれらに限定されるわけではない。さらに例えば、Ｏ２流量をゼロとし、または１から５００ｓｃｃｍとすることができ、Ｏ２の代わりにＮ２Ｏ、ＣＯまたはＣＯ２を含む代替の酸化剤を使用することができる。さらに、カルボシラン前駆体の流量を１００〜５０００ｍｇ／分とすることができる。さらに、膜を改良するためにＲＦ電力を調整することができ、一般的な範囲は１０から１０００ワットであり、圧力は０．１から５０トルとすることができる。
【０１２６】
他の代替実施形態ではさらに、１，３，５，７−テトラメチル−１，５−ジシロキサン−３，７−ジシラシクロオクタン、１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラシラシクロオクタン、１，３，５−トリメチル−１，３，５−トリシラシクロヘキサン、１，３，５−トリメチル−１，３−ジシロキサン−５−シラシクロヘキサン、１，３，５−トリメチル−１−シロキサン−３，５−ジシラシクロヘキサン、およびジシラシクロオクタン、テトラシラシクロオクタン、ジシラシクロヘキサン、シラシクロヘキサンの誘導体、ならびに同様の環状カルボシラン前駆体のうちの任意の１つの前駆体を本発明の範囲内で使用することができる。
【０１２７】
本発明のＳｉＣＯＨ誘電体を含むことができる電子デバイスを図９〜１２に示す。図９〜１２に示したデバイスは本発明の例にすぎず、本発明の新規の方法によって他の無数のデバイスを形成することができることに留意されたい。
【０１２８】
図９には、シリコン基板３２上に構築された電子デバイス３０が示されている。最初にシリコン基板３２の上に絶縁材料層３４を形成し、その中に第１の金属領域３６を埋め込む。第１の金属領域３６にＣＭＰプロセスを実施した後、第１の絶縁材料層３４および第１の金属領域３６の上に、本発明のＳｉＣＯＨ誘電膜３８を付着させる。適当には第１の絶縁材料層３４は、酸化シリコン、窒化シリコン、ドープされたこれらの材料、または他の適当な絶縁材料から形成することができる。次いで、フォトリソグラフィ・プロセスおよびそれに続くエッチングによってＳｉＣＯＨ誘電膜３８をパターニングし、その上に導体層４０を付着させる。第１の導体層４０にＣＭＰプロセスを実施した後、第１のＳｉＣＯＨ誘電膜３８および第１の導体層４０の上に、本発明の第２のＳｉＣＯＨ膜層４４をプラズマ化学蒸着プロセスによって付着させる。導体層４０は、金属材料または非金属導電材料の付着によって形成することができる。例えば、アルミニウムまたは銅の金属材料、あるいは窒化物またはポリシリコンの非金属材料。第１の導体４０は、第１の金属領域３６と電気的に連絡している。
【０１２９】
次いで、ＳｉＣＯＨ誘電膜４４にフォトリソグラフィ・プロセスを実施した後に、これをエッチングし、第２の導体材料の付着プロセスを実施することによって、第２の導体領域５０を形成する。第２の導体領域５０も、第１の導体層４０を付着させる際に使用した材料と同様の金属材料または非金属材料の付着によって形成することができる。第２の導体領域５０は第１の導体領域４０と電気的に連絡しており、第２の導体領域５０は、第２のＳｉＣＯＨ誘電膜層４４の中に埋め込まれている。この第２のＳｉＣＯＨ誘電膜層は第１のＳｉＣＯＨ誘電体材料層３８と密に接触している。この例では、第１のＳｉＣＯＨ誘電体材料層３８がレベル内誘電体材料であり、第２のＳｉＣＯＨ誘電膜層４４がレベル内およびレベル間誘電体である。本発明のＳｉＣＯＨ誘電膜の低い誘電率を基にして、第１の絶縁層３８および第２の絶縁層４４によって優れた絶縁特性を達成することができる。
【０１３０】
図１０に、第１の絶縁材料層３８と第２の絶縁材料層４４の間に追加の誘電体キャップ層６２が付着されている以外は図９に示した電子デバイス３０と同様の本発明の電子デバイス６０を示す。適当には誘電体キャップ層６２は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、炭化シリコン、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、炭酸化シリコン（ＳｉＣＯ）、これらの水素化化合物などの材料から形成することができる。追加の誘電体キャップ層６２は、第２の絶縁材料層４４への、または下層、特に層３４および３２への第１の導体層４０の拡散を防ぐ拡散障壁層として機能する。
【０１３１】
本発明の電子デバイス７０の他の代替実施形態を図１１に示す。電子デバイス７０には、ＲＩＥマスクおよびＣＭＰ（化学機械研磨）研磨ストップ層の働きをする２つの追加の誘電体キャップ層７２および７４が使用されている。第１の誘電体キャップ層７２は、第１の超低ｋ絶縁材料層３８の上に付着され、ＲＩＥマスクおよびＣＭＰストップとして使用され、そのため、ＣＭＰの後、第１の導体層４０と層７２はほぼ共面となる。第２の誘電体層７４の機能は層７２と同様だが、層７４は、第２の導体層５０を平坦化する際に利用される。研磨ストップ層７４は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、炭化シリコン、炭酸化シリコン（ＳｉＣＯ）、これらの水素化化合物などの適当な誘電体材料の付着によって形成することができる。層７２または７４向けの好ましい研磨ストップ層組成はＳｉＣＨまたはＳｉＣＯＨである。同じ目的で第２のＳｉＣＯＨ誘電膜４４の上に第２の誘電体層を追加することができる。
【０１３２】
本発明の電子デバイス８０の他の代替実施形態を図１２に示す。この代替実施形態では、追加の誘電体材料層８２が付着されており、したがってこれが、第２の絶縁材料層４４を２つの別個の層８４および８６に分割する。したがって本発明の超低ｋ材料から形成されたレベル内およびレベル間誘電体層４４は、バイア９２と相互接続９４の間の境界で、層間誘電体層８４とレベル内誘電体層８６とに分割されている。上誘電体層７４の上にはさらに追加の拡散障壁層９６が付着されている。この代替実施形態の電子構造８０によって提供される追加の利益は、誘電体層８２が、優れた相互接続深さ制御を提供するＲＩＥエッチング・ストップの働きをすることである。したがって、層８２の組成は、層８６に対するエッチング選択性を提供するように選択される。
【０１３３】
他の代替実施形態は、配線構造のレベル内またはレベル間誘電体として絶縁材料層を有する電子構造であって、前処理された半導体基板を含み、この基板が、第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域と、第２の絶縁材料層に埋め込まれた第１の導体領域とを有し、第２の絶縁材料層が第１の絶縁材料層と密に接触し、第１の導体領域が第１の金属領域と電気的に連絡し、さらに、第１の導体領域と電気的に連絡し、第３の絶縁材料層に埋め込まれた第２の導体領域を有し、第３の絶縁材料層が第２の絶縁材料層と密に接触し、さらに、第２の絶縁材料層と第３の絶縁材料層の間の第１の誘電体キャップ層と、第３の絶縁材料層の上の第２の誘電体キャップ層とを有し、第１および第２の誘電体キャップ層が、Ｓｉ、Ｃ、ＯおよびＨ原子を含む材料、または好ましくは本発明のＳｉＣＯＨ誘電膜から形成されている電子構造を含む。
【０１３４】
本発明の他の代替実施形態は、配線構造のレベル内またはレベル間誘電体として絶縁材料層を有する電子構造であって、前処理された半導体基板を含み、この基板が、第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域と、第１の絶縁材料層と密に接触した第２の絶縁材料層に埋め込まれた第１の導体領域とを有し、第１の導体領域が第１の金属領域と電気的に連絡し、さらに、第１の導体領域と電気的に連絡し、第３の絶縁材料層に埋め込まれた第２の導体領域を有し、第３の絶縁材料層が第２の絶縁材料層と密に接触し、さらに、第２の絶縁材料層と第３の絶縁材料層のうちの少なくとも一方の層の上に付着された本発明の誘電膜から形成された拡散障壁層とを有する電子構造を含む。
【０１３５】
他の代替実施形態は、配線構造のレベル内またはレベル間誘電体として絶縁材料層を有する電子構造であって、前処理された半導体基板を含み、この基板が、第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域と、第１の絶縁材料層と密に接触した第２の絶縁材料層に埋め込まれた第１の導体領域とを有し、第１の導体領域が第１の金属領域と電気的に連絡し、さらに、第１の導体領域と電気的に連絡し、第３の絶縁材料層に埋め込まれた第２の導体領域を有し、第３の絶縁材料層が第２の絶縁材料層と密に接触し、さらに、第２の絶縁材料層の上の反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）ハード・マスク／研磨ストップ層と、このＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層の上の拡散障壁層とを有し、ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層および拡散障壁層が本発明のＳｉＣＯＨ誘電膜から形成されている電子構造を含む。
【０１３６】
他の代替実施形態は、配線構造のレベル内またはレベル間誘電体として絶縁材料層を有する電子構造であって、前処理された半導体基板を含み、この基板が、第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域と、第１の絶縁材料層と密に接触した第２の絶縁材料層に埋め込まれた第１の導体領域とを有し、第１の導体領域が第１の金属領域と電気的に連絡し、さらに、第１の導体領域と電気的に連絡し、第３の絶縁材料層に埋め込まれた第２の導体領域を有し、第３の絶縁材料層が第２の絶縁材料層と密に接触し、さらに、第２の絶縁材料層の上の第１のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層と、第１のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層の上の第１の拡散障壁層と、第３の絶縁材料層の上の第２のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層と、第２のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層の上の第２の拡散障壁層とを有し、ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層および拡散障壁層が本発明のＳｉＣＯＨ誘電膜から形成されている電子構造を含む。
【０１３７】
本発明の他の代替実施形態は、配線構造のレベル内またはレベル間誘電体として絶縁材料層を有する、直前の段落に記載した構造と同様の電子構造であって、レベル間誘電体層とレベル内誘電体層の間に位置する本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料から形成された誘電体キャップ層をさらに含む電子構造を含む。
【０１３８】
例えば図１３に示すようないくつかの実施形態では、少なくとも２つの金属導体要素（参照符号９７および１０１として標識されている）と、ＳｉＣＯＨ誘電体材料（参照符号９８として標識されている）とを含む電子構造。任意選択で、導体９７および１０１に電気的に接触するために金属コンタクト９５および１０２が使用される。本発明のＳｉＣＯＨ誘電体９８は、これらの２つの導体間の電気的な分離および低静電容量を提供する。この電子構造は、米国特許第6,737,727号に記載されている技法などの当業者によく知られている従来の技法を使用して製作される。
【０１３９】
これらの少なくとも２つの金属導体要素は、例えばインダクタ、抵抗器、コンデンサまたは共振器を含む受動または能動回路要素の機能のために必要な形状にパターニングされる。
【０１４０】
さらに、本発明のＳｉＣＯＨを、図１４または１５に示す光電子センシング要素（検出器）が本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料の層によって取り囲まれた電子センシング構造中で使用することができる。この電子構造は、当業者によく知られている従来の技法を使用して製作される。図１４を参照すると、ＩＲ信号用のＳｉベースの高速光検出器とすることができるｐ−ｉ−ｎダイオード構造が示されている。ｎ＋基板が１１０であり、その上に真性半導体領域１１２があり、領域１１２の中にｐ＋領域１１４が形成されており、これらがｐ−ｉ−ｎ層シーケンスを完成させる。層１１６は、金属コンタクト１１８を基板から分離するために使用される（ＳｉＯ２などの）誘電体である。コンタクト１１８はｐ＋領域への電気的接続を提供する。この構造は全体が、本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料１２０によって覆われている。この材料はＩＲ領域において透明であり、パッシベーション層の役目を果たす。
【０１４１】
第２の光センシング構造が図１５に示されており、これは、高速ＩＲ光検出器とすることができる単純なｐ−ｎ接合フォトダイオードである。図１５を参照すると、基板への金属コンタクトが１２２であり、その上にｎ型半導体領域１２４があり、この領域の中にｐ＋領域１２６が形成されており、これらがｐｎ接合構造を完成させる。層１２８は、金属コンタクト１３０を基板から分離するために使用される（ＳｉＯ２などの）誘電体である。コンタクト１３０はｐ＋領域への電気的接続を提供する。この構造は全体が、本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料１３２によって覆われている。この材料はＩＲ領域において透明であり、パッシベーション層の役目を果たす。
【０１４２】
本発明を例示的に説明してきたが、使用した用語は説明を意図したものであって、限定を意図したものではないことを理解されたい。また、好ましいいくつかの代替実施形態に関して本発明を説明したが、当業者なら、これらの教示を、本発明の他の可能な変形形態に容易に適用できることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】従来技術の誘電体を示す、誘電率に対する皮膜引張強さの普遍（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ）曲線である。
【図２】制御された室内のＨ２Ｏ圧力の自然対数（ｌｎ）に対してプロットされた従来技術のＳｉＣＯＨ誘電体の皮膜引張強さを示す図である。
【図３】制御された室内のＨ２Ｏ圧力の自然対数（ｌｎ）に対してプロットされた従来技術のＳｉＣＯＨ誘電体の皮膜引張強さを示す図である。
【図４】図１に示した従来技術の誘電体および本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料を含む、誘電率に対する皮膜引張強さの普遍曲線である。
【図５】本発明においてＳｉＣＯＨ誘電体材料を形成する際に使用することができる好ましい第１の前駆体を示す図である。
【図６】使用できる追加のＣＶＤカルボシラン前駆体を示す図である。
【図７】使用できる追加のＣＶＤカルボシラン前駆体を示す図である。
【図８】本発明のＳｉＣＯＨ膜Ａ（曲線３１）、従来技術のＳｉＣＯＨ膜Ｂ（曲線３５）および従来技術の他のＳｉＣＯＨ膜Ｃ（曲線３７）の１３Ｃ核の固体ＮＭＲ（核磁気共鳴）スペクトルである。
【図９】本発明のＳｉＣＯＨ誘電膜をレベル内誘電体層およびレベル間誘電体層として含む本発明の電子デバイスの拡大断面図である。
【図１０】本発明のＳｉＣＯＨ誘電膜の上に付着された追加の拡散障壁誘電体キャップ層を有する図９の電子構造の拡大断面図である。
【図１１】追加のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ誘電体キャップ層およびこの研磨ストップ層の上に付着された誘電体キャップ拡散障壁層を有する図１０の電子構造の拡大断面図である。
【図１２】本発明のＳｉＣＯＨ誘電膜の上に付着された追加のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ誘電体層を有する図１１の電子構造の拡大断面図である。
【図１３】少なくとも２つの導体と本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料とを含む電子構造を示す図（断面図）である。
【図１４】センシング要素と本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料とを含む電子構造を示す図（断面図）である。
【図１５】センシング要素と本発明のＳｉＣＯＨ誘電体材料とを含む電子構造を示す図（断面図）である。
【符号の説明】
【０１４４】
３０  電子デバイス
３２  シリコン基板
３４  第１の絶縁材料層
３６  第１の金属領域
３８  第１のＳｉＣＯＨ誘電膜層
４０  第１の導体領域
４４  第２のＳｉＣＯＨ誘電膜層
５０  第２の導体領域
６０  電子デバイス
６２  誘電体キャップ層
７０  電子デバイス
７２  第１の誘電体キャップ層
７４  第２の誘電体キャップ層
８０  電子デバイス
８２  誘電体材料層
８４  層間誘電体層
８６  レベル内誘電体層
９２  バイア
９４  相互接続
９５  金属コンタクト
９６  拡散障壁層
９７  金属導体要素
９８  ＳｉＣＯＨ誘電体材料
１０１  金属導体要素
１０２  金属コンタクト
１１０  ｎ＋基板
１１２  真性半導体領域
１１４  ｐ＋領域
１１６  誘電体層
１１８  金属コンタクト
１２０  ＳｉＣＯＨ誘電体材料
１２２  金属コンタクト
１２４  ｎ型半導体領域
１２６  ｐ＋領域
１２８  誘電体層
１３０  金属コンタクト
１３２  ＳｉＣＯＨ誘電体材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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