(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
損傷を受けた低誘電率誘電体膜を回復させる方法であって、
誘電体膜を処理チャンバ内に位置決めすることと、
前記処理チャンバを加熱することと、
前記処理チャンバ内へ炭素含有前駆体を流し込むことと、
前記炭素含有前駆体および前記誘電体膜を紫外線（ＵＶ）放射に露出することと、
前記炭素含有前駆体を分解することと、
前記誘電体膜の孔の中へ炭素含有化合物を堆積させることと、
前記誘電体膜上に炭素含有膜を堆積させることと、
前記誘電体膜から前記炭素含有膜を除去することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記炭素含有前駆体が１，３−ブタジエンおよびイソプレンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＵＶ放射が２００ｎｍと２２０ｎｍとの間の波長を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＵＶ放射が２０ｎｍと２３０ｎｍとの間の波長を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記炭素含有前駆体を分解することが、前記ＵＶ放射で前記炭素含有前駆体を分解することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記処理チャンバが、１トルと１００トルとの間の圧力であり、前記誘電体膜が、０℃と４００℃との間の温度であり、前記炭素含有前駆体が、前記処理チャンバ内へ１０ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍとの間の流量で流し込まれ、前記誘電体膜が、５秒と３００秒との間の処理時間にわたって処理される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記炭素含有膜が、１０Å以下の厚さまで堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記誘電体膜から前記炭素含有膜を除去することが、前記炭素含有膜を昇華させることおよび前記誘電体膜内へ前記炭素含有膜を拡散させることのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、半導体製造向けの低誘電率膜の誘電率を回復および低下させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造における誘電体膜の誘電率（ｋ）は、デバイスのスケーリングが継続するにつれて低減し続ける。特徴寸法を引き続き低減させるには、低誘電率膜上で集積による損傷を最小にすることは重要である。しかし、特徴寸法が縮小するにつれて、誘電体膜の抵抗容量および信頼性の改善は深刻な難題になる。
【０００３】
誘電体膜をエッチングまたは灰化する現在の技法は、水（Ｈ２Ｏ）を副生成物として生成するプロセス化学を伴う。水の副生成物は、堆積させた誘電体膜内に取り込まれ、それによって誘電体膜のｋ値を増大させる可能性がある。また、酸化銅（ＣｕＯ）および化学機械平坦化（ＣＭＰ）残留物を除去する現在の技法は、アンモニア（ＮＨ３）プラズマまたは水素（Ｈ２）プラズマの使用を伴う。酸化銅およびＣＭＰ残留物の除去は、メタライゼーション構造のエレクトロマイグレーション（ＥＭ）およびＩＬＤ膜の時間依存誘電破壊（ＴＤＤＢ）を改善するために必要である。しかし、低誘電率膜をＮＨ３プラズマおよびＨ２プラズマに露出すると、膜の構造が改質され、ｋ値が増大する。現在の回復技法は、液相シリル化または超臨界ＣＯ２の使用を伴う。しかし、そのような技法は、膜内の凹状特徴の側壁損傷を回復させるのに有効であることが証明されていない。
【０００４】
したがって、効率を改善し、より小さいデバイス寸法を可能にするために、誘電体膜を回復させてｋ値を低下させる方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、一般に、半導体製造向けの低誘電率膜の誘電率を回復および低下させる方法に関する。
【０００６】
一実施形態では、損傷を受けた低誘電率誘電体膜を回復させる方法が提供される。この方法は通常、誘電体膜を処理チャンバ内に位置決めすることと、処理チャンバを加熱することと、処理チャンバ内へ炭素含有前駆体を流し込むことと、炭素含有前駆体および誘電体膜を紫外線（ＵＶ）放射に露出することと、炭素含有前駆体を分解することと、誘電体膜の孔の中へ炭素含有化合物を堆積させることとを含む。
【０００７】
本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明は、実施形態を参照することによって得ることができる。これらの実施形態のいくつかを、添付の図面に示す。しかし、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ−１Ｆ】様々な処理段階中の誘電体層を示す図である。
【図２Ａ−２Ｂ】様々な処理段階中の薄い炭素膜を有する誘電体層を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態は、一般に、半導体製造向けの低誘電率膜の誘電率（ｋ値）を回復および低下させる方法に関する。
【００１０】
図１Ａは、構造１０１上へ堆積させた誘電体膜１００を示す。構造１０１は、たとえばシリコンウエハなどの基板、またはたとえばメタライゼーションもしくは相互接続層などの事前に形成された層とすることができる。誘電体膜１００は、たとえばＳｉＯ２、Ｓｉ＋Ｏ＋Ｃ、Ｓｉ＋Ｏ＋Ｎ、Ｓｉ＋Ｃ＋Ｏ＋Ｈ、Ｓｉ＋Ｏ＋Ｃ＋Ｎ、または他の関連する膜などの多孔性のシリコン含有低誘電率膜とすることができる。誘電体膜１００内には、孔１０２を形成することができる。
【００１１】
図１Ｂは、誘電体膜１００内へ特徴１０４を形成するために平坦化およびエッチングされた後の誘電体膜１００を示す。誘電体膜１００は、たとえば化学機械平坦化（ＣＭＰ）処理によって平坦化することができる。誘電体膜１００は、たとえば、誘電体膜１００の一部分をマスキングし、誘電体膜１００のうちのマスキングされていない部分をフッ化水素酸（ＨＦ）の蒸気から形成されたプラズマに接触させ、酸素（Ｏ２）ガスまたはＣＯ２ガスから形成されたプラズマを使用してマスクを灰化して除去することによってエッチングすることができる。
【００１２】
誘電体膜１００を平坦化、灰化、およびエッチングすると、水素および／または水が誘電体膜１００内に取り込まれてＳｉ−ＯＨ基が形成され、それによってたとえば誘電体膜１００が親水性を帯びる。誘電体膜１００の親水特性により、孔１０２が水で充填されて損傷孔１０３が生じる。Ｓｉ−ＯＨ基と損傷孔１０３はどちらも、誘電体膜１００のｋ値を増大させる。通常、平坦化およびエッチングから受ける損傷は、図１Ｂに示すように、誘電体膜１００の上部部分および特徴１０４の側壁に局所化される。
【００１３】
図１Ｃは、後述する回復処理によって回復された後の誘電体膜１００を示す。これらの回復処理では、損傷孔１０３から水を除去し、それによって回復済みの孔１０５を生成することによって、またたとえば誘電体膜１００内のＳｉ−ＯＨ基を疎水性のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）３基に変換することによって、誘電体膜１００のｋ値を低減させる。疎水性のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）３基は、誘電体膜１００の損傷孔１０３から水を取り出すことを支援する。
【００１４】
一実施形態では、誘電体膜１００は、紫外線（ＵＶ）支援型の化学気相堆積（ＣＶＤ）処理によって回復させることができる。ＵＶ−ＣＶＤ処理は、ＵＶ放射の存在下で誘電体膜１００を炭素含有化合物に接触させて上記の誘電体膜１００内にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）３基を生成することを含む。
【００１５】
たとえば、ＵＶ−ＣＶＤ処理は、誘電体膜１００を処理チャンバ内へ配置し、処理チャンバを加熱し、処理チャンバ内へ気相の炭素含有前駆体を流し込み、ＵＶ放射源を用いて炭素含有前駆体および誘電体膜１００をＵＶ放射に接触させ、ＵＶ放射で炭素含有前駆体を分解し、誘電体膜１００の損傷孔１０３の中へ炭素含有化合物を堆積させることによって行うことができる。一実施形態では、ＵＶ放射と炭素含有前駆体は同時に供給される。図２Ａに示すように、回復処理中、回復済みの誘電体膜１００上へ薄い炭素含有膜２０１を堆積させることができる。薄い炭素含有膜２０１は、厚さ最大１０Åとすることができる。任意選択で、薄い炭素含有膜２０１は、図１Ｃに示すように、昇華または誘電体膜１００内への拡散によって除去することができる。
【００１６】
適した炭素含有前駆体には、それだけに限定されるものではないが、エチレン、アセチレン、１，３−ブタジエン、およびイソプレンが含まれる。他の適した炭素含有前駆体には、炭素−炭素２重結合（Ｃ＝Ｃ）および／または炭素−炭素３重結合（Ｃ≡Ｃ）を含有する化合物が含まれる。ＵＶ放射は、回復処理中に炭素含有前駆体を効率的に分解するために使用されている特定の炭素含有前駆体によって吸収される特有の波長を含有するように調整することができる。たとえば、１，３−ブタジエンは、２００ｎｍと２２０ｎｍとの間の波長を有するＵＶ放射に対する吸収性が高く、一方、アセチレンは、１２０ｎｍと１８０ｎｍとの間の波長を有するＵＶ放射に対する吸収性が高い。ＵＶ放射は、１０ｎｍと４００ｎｍとの間、たとえば２０ｎｍと２３０ｎｍとの間の波長を有することができる。処理チャンバはまた、炭素含有前駆体の分解に有益な温度まで加熱することができる。
【００１７】
気相の前駆体を使用する１つの利点は、それらの分子が液相の前駆体より深く膜の中へ浸透できることである。また、ＵＶ放射を使用すると、ＵＶ放射が誘電体膜１００内のＳｉ−ＯＨ基を疎水性のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）３基に変換するのを支援するため有利である。
【００１８】
ＵＶ−ＣＶＤ処理は、１０トルなどの１トルと１００トルとの間の処理チャンバ圧力、２００℃などの０℃と４００℃との間の誘電体膜温度、５００ｓｃｃｍなどの１０ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍとの間の炭素含有前駆体流量、および３０秒などの５秒と３００秒との間の処理時間で行うことができる。
【００１９】
誘電体膜１００を回復させた後、後の処理を実行して、半導体デバイスの製造を継続することができる。たとえば、図１Ｄに示すように、誘電体膜１００の特徴１０４内へ拡散バリア１０６を堆積させることができ、特徴１０４内へたとえば銅または銅合金などの金属材料１０７を堆積させることができる。金属材料１０７を平坦化して、平坦化中に形成されうる酸化物を金属材料１０７から除去することが必要とされることがある。一般的な金属酸化物除去技法は、水素プラズマまたはアンモニアプラズマの使用を伴う。平坦化および／または金属酸化物除去処理は、図１Ｅに示すように、誘電体膜１００の表面を再び損傷することがある。誘電体膜１００は、上記の回復処理を使用して回復させることができる。図２Ｂに示すように、回復処理中、回復済みの誘電体膜１００上へ、炭素含有膜２０１に類似の薄い炭素含有膜２０２を堆積させることができる。薄い炭素含有膜２０２は、厚さ最大１０Åとすることができる。任意選択で、薄い炭素含有膜２０２は、図１Ｆに示すように、昇華または誘電体膜１００内への拡散によって除去することができる。
【００２０】
上記の回復処理は、損傷を受けた誘電体膜のｋ値を実質上低下させ、したがって半導体デバイス特徴のスケーリングを継続することが可能になる。
【００２１】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１Ａ】
0005992519.tif 000002
【図１Ｂ】
0005992519.tif 000003
【図１Ｃ】
0005992519.tif 000004
【図１Ｄ】
0005992519.tif 000005
【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
0005992519.tif 000007
【図２Ａ】
0005992519.tif 000008
【図２Ｂ】
0005992519.tif 000009