(57)【要約】【課題】半導体ウェーハ上のｌｏｗ−ｋ（低誘電率）ＰＭＤ構造、およびＰＭＤ構造を作成するための方法を提供すること。【解決手段】ＰＭＤ構造は、特にゲート・スタックなどのフィーチャ（１３０）間に形成されるギャップ（１６０）が約３より大きなアスペクト比をもつ場合に、良好なギャップ充てん特性を有する。ＰＭＤ構造を形成するための方法は、ＴＭＣＴＳやＯＭＣＴＳなどの炭素含有有機金属前駆物質（２６０）と、オゾン含有ガス（２７０）と、誘電体膜（１７０）の望ましい低誘電率およびギャップ充てん特性を達成しながら、アルカリ元素のゲッタリングを行い、誘電体のリフロー温度を低下させるためのドーパント・ソース（２８０）とを含む減圧熱ＣＶＤプロセスを使用する。リンは、ナトリウムなどのアルカリ元素をゲッタリングするための好ましいドーパントである。リフロー温度を低下させるための追加のドーパントには、それだけには限定されないが、ホウ素、ゲルマニウム、ヒ素、フッ素、またはこれらの組合せが含まれる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィーチャをその表面上に有する半導体ウェーハ（２１０）であって、前記フィーチャ（１３０）が、前記フィーチャ間に少なくとも１つのギャップ（１６０）を形成するように間隔を置いて配置され、前記少なくとも１つのギャップが約３より大きなアスペクト比を有する半導体ウェーハと、
ボイドを生じることなしに前記少なくとも１つのギャップを充てんし、ドーパントを含み、前記表面を覆うｌｏｗ−ｋ（低誘電）率膜（１７０）と
を備えるＰＭＤ半導体構造。
【請求項２】
前記低誘電率膜（１７０）が、約３より小さな誘電率を有する、請求項１に記載のＰＭＤ構造。
【請求項３】
前記ドーパントがリンを含む、請求項１に記載のＰＭＤ構造。
【請求項４】
前記ドーパントが、ホウ素、ゲルマニウム、ヒ素、フッ素、およびこれらの組合せからなる群から選択される第２のドーパントをさらに含む、請求項３に記載のＰＭＤ構造。
【請求項５】
前記フィーチャ（１３０）が、ゲート導体スタックを含む、請求項１に記載のＰＭＤ構造。
【請求項６】
前記低誘電率膜（１７０）が約７２５℃より低いリフロー温度を有する、請求項１に記載のＰＭＤ構造。
【請求項７】
化学気相成長（ＣＶＤ）反応チャンバ（２００）を提供するステップ（３２０）と、
前記反応チャンバ内に、フィーチャ間に少なくとも１つのギャップ（１６０）を形成するように間隔を置いて配置されたフィーチャ（１７０）を表面上に有する半導体ウェーハ（２１０）を提供するステップ（３３０）と、
炭素含有有機金属前駆物質（２６０）を提供するステップ（３５２）と、
オゾン含有ガス（２７０）を提供するステップ（３５６）と、
ドーパント含有ガス（２８０）を提供するステップ（２５４）と、
ｌｏｗ−ｋ（低誘電）率膜（１７０）を前記表面上に堆積させるために、前記前駆物質、前記オゾン含有ガス、および前記ドーパント含有ガスを反応させるステップ（３７０）と
を含み、その結果、前記低誘電率膜（１７０）が前記少なくとも１つのギャップ（１６０）を実質的に充てんする、ＰＭＤ構造を形成する方法。
【請求項８】
前記低誘電率膜（１７０）が、約３より小さな誘電率を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＣＶＤ反応チャンバ（２００）が、単一ウェーハ用の反応装置である、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
さらに、前記反応させるステップ（３７０）より以前に、前記炭素含有有機金属前駆物質（２６０）、前記オゾン含有ガス（２７０）、および前記ドーパント含有ガス（２８０）を予備混合するステップ（３５０）をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記反応させるステップ（３７０）が、減圧熱化学気相成長を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記低誘電率膜（１７０）をリフローさせるステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記リフローさせるステップが約７２５℃より低い温度で約２０分間実施される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記炭素含有前駆物質（２６０）が、ＴＭＣＴＳおよびＯＭＣＴＳからなる群から選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
前記ドーパント含有ガス（２８０）を提供するステップ（２５４）が、ＴＥＢの流れ、およびＴＥＰＯの流れを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１６】
前記ドーパント含有ガス（２８０）が、リン、ホウ素、ゲルマニウム、ヒ素、フッ素、およびこれらの組合せからなる群から選択されるドーパントを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１７】
前記ドーパント含有ガス（２８０）がリンを含み、ホウ素、ゲルマニウム、ヒ素、フッ素、およびこれらの組合せからなる群から選択される第２のドーパントをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１８】
前記ウェーハを提供するステップ（２１０）に続いて、前記反応装置（２００）を所定の温度に前もって加熱するステップ（３４０）をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１９】
前記所定の温度が、約１００〜７００℃である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記前駆物質を反応させる前記ステップ（３７０）が、所定の圧力を達成するステップ（３６０）および保持するステップ（３７０）をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項２１】
前記所定の圧力が、約５０〜約８００トールである、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体処理に関し、より詳細には、デバイス要素間のギャップを充てんするためのブランケット誘電体層を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造では、寸法が縮小するにつれて、ＲＣ遅延やクロストークを最小にするために相互接続フィーチャ（feature）とデバイス構成要素の間の十分な電気的絶縁を実現する誘電体膜層を提供することがより困難になってきている。これを行う１つの方法は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコンなど、従来技術による誘電体材料よりも低い誘電率をもつ材料を用いた誘電体層（低誘電率誘電体またはｌｏｗ−ｋ誘電体という）を提供することである。低誘電率誘電体は一般に、空気の誘電率を１とした場合に、約４より小さい誘電率を有する。
【０００３】
特に、相互接続金属レベルを含むＢＥＯＬ（back end of line後工程）モジュールの製造の開始時に、誘電体層は一般に、基板またはＦＥＯＬ（frontend of line前工程）上のゲート導体スタックや、相互接続レベルまたはＢＥＯＬ中の第１金属層など、デバイスまたはフィーチャ間に設けられる。デバイス・レベルと相互接続レベルの間のこの誘電体層は、ＰＭＤ（pre-metaldielectric金属膜着膜前の誘電体）として知られている。各金属層を分離するＩＭＤ（intermetal dielectrics金属間誘電体）を形成するのに用いられるＢＥＯＬプロセスに対して、このＰＭＤを形成するプロセスを以下では、中間工程（middleof line）プロセス、すなわちＭＯＬプロセスと称する。
【０００４】
低誘電率誘電体（以下「ｌｏｗ−ｋ誘電体」ともいう。）ブランケット層を堆積させる方法は、スピンオン、ＣＶＤ（chemical vapor deposition化学気相成長）、およびＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemicalvapor depositionプラズマ化学気相成長）を含むものであったが、より最近ではＰＥＣＶＤが好まれる。ＰＥＣＶＤプロセスは、様々な酸化剤と共に、メチルシラン（１ＭＳ）、トリメチルシラン（３ＭＳ）、テトラメチルシラン（４ＭＳ）などの有機ケイ素化合物前駆物質を使用することを含む。しかしながら、ＣＶＤプロセス、特にＰＥＣＶＤでは、既存の金属フィーチャ間の隙間またはギャップを十分に充てんできないことがあり、誘電体ブランケット層中にボイドが残ることもある。これによって、微小亀裂、構造支持体の欠如、気体または水分のトラッピングなどの問題が引き起こされる可能性もあり、また後続の金属充てんプロセスで近接するボイドが連結する可能性もある。このボイドの連結により、デバイス要素が短絡することもある。スピンオン堆積によって提供される膜は、隙間またはギャップを十分に充てんすることができるが、これらの膜は通常、多孔質であり、上述のような問題を生じやすいことにより、他のＭＯＬ処理ステップとは適合しないものとなる。十分なギャップ充てんの問題は、ギャップの高さと幅の比ＡＲ（aspectratioアスペクト比）が、約１．０を超える場合、特に難しくなることがある。例えば、図１を参照すると、デバイス構造１３０が基板１１０上のドープ領域１２０上に形成されている。ゲート導体スタックなどのデバイス構造１３０は、幅Ｗだけ隔てられ、それぞれ高さがＨである。したがって、各デバイス構造１３０を隔てるギャップ１６０は、Ｈ／Ｗのアスペクト比（ＡＲ）を有する。ＨがＷより大きい場合、ＡＲは、１より大きく、従来技術のＰＥＣＶＤプロセスによって形成されるブランケット誘電体層１４０がギャップ１６０を完全に充てんすることはなく、ボイド１５０が残り、このボイドが上述のような構造上および電気的な欠陥などの問題を引き起こす可能性がある。
【０００５】
例えば、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）などのシクロシロキサン、またはメチルシランなど炭素を含む前駆物質を酸素と共に使用する、ＢＥＯＬレベルの低誘電率誘電体層を堆積させるＰＥＣＶＤ法が、提案されてきている。低誘電率誘電体はまた、ＭＯＬレベルでも必要とされる。ＰＥＣＶＤは、ＢＥＯＬ適用例では十分に速い堆積速度（数百Å／分から数千Å／分の範囲）を実現することができる。ＰＥＣＶＤは、金属フィーチャが存在するため、約４００℃より低い温度、３００℃もの低い温度で動作する必要がある。しかしながら、ＰＥＣＶＤプロセスは、ギャップのＡＲが約１．０を超えるような高アスペクト比のギャップ中にボイドを残すことがあるので、ＭＯＬレベルにおけるＰＥＣＶＤ法を容易に利用することはできない。さらに、プラズマ処理は、ゲート酸化物に対して電荷による損傷を引き起こすこともあるので、ＭＯＬに対する好ましい充てん方法ではない。
【０００６】
熱ＣＶＤプロセスは、誘電体層を堆積させるためにプラズマの使用を必要としない。Ｏ３およびＯ２をそれぞれ酸化剤として使用するＳＡＣＶＤ（Sub-atmospheric thermal CVD減圧熱ＣＶＤ）および低圧熱ＣＶＤが、誘電体の共形堆積を実現するために使用されてきた。ＳＡＣＶＤにおける圧力は、約５０から８００トールの範囲であり、通常約２００〜７６０トールである。低圧ＣＶＤは、一般に約１０トールより低い圧力を要する。低圧ＣＶＤでは、酸素に、ＴＭＣＴＳなどの有機金属または有機ケイ素化合物の前駆物質を加えたものなどの化学物質を用いる場合、良好なギャップ充てん結果が実現されない。良好なギャップの充てんは、一般に、約２００トールを超え、より一般には約６００トールを超える圧力でＳＡＣＶＤを使用することによりもたらされる。しかしながら、ＡＲが１を超える場合に低誘電率材料を使用すると、ＳＡＣＶＤではまた、充てんすべきギャップの形状によっては、ボイドが残ることもある。
【０００７】
低いリフロー温度における堆積後のガラス・リフロー・ステップを使用して、熱損傷を回避する最低限の熱処理で低誘電率膜の堆積後に残されるボイドを充てんすることが望ましい。例えば、誘電率を制御することが設計要件でなかった従来技術の（高誘電率の）誘電体膜のケースでは、ドーパントの追加により、膜をリフローさせるのに必要な温度を下げることができることが知られている。しかしながら、良好なギャップ充てん結果をももたらす低誘電率膜を堆積させるプロセス条件が、反応ガスの組成および充てんすべきギャップの構造の影響をかなり受けやすいので、リフロー温度を下げるドーパントの追加により、必ずしも膜の望ましい低誘電率およびギャップ充てん特性が保持されないことになり、望ましい結果を実現するためには、かなりの実験が必要なこともある。
【０００８】
したがって、ＡＲが１より大きい場合に良好なギャップ充てん結果を実現でき、電荷損傷を回避し、アルカリ元素をゲッタリングすることができ、下部に存在するデバイス要素への熱損傷を回避する最小限の熱処理でリフローさせることができ、望ましい低誘電率特性を有する膜を提供する、プラズマを使用しない低誘電率酸化物ＣＶＤプロセスが必要となっている。
【０００９】
スルフ（Sukharev）（米国特許第５，７１０，０７９号、以下スルフ特許と称する）は、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、ＢＰＴＥＯＳ、ＴＥＢ、ＴＭＯＰ、ＯＭＣＴＳ、ＨＭＤＳ、ＴＭＣＴＳ、ＴＲＩＥＳなどの有機金属化合物を用いたＣＶＤによる、ギャップ中にボイドの形成を防止する二酸化シリコン膜の堆積方法を開示している。この方法は、オゾンと紫外線照射（ＵＶ）の使用を含むもので、ボイドの形成を回避しギャップ充てんを改善するために、ヒドロキシルラジカルの濃度を増すことによって堆積速度を増大させる。しかしながら、ヒドロキシルラジカルの濃度の増大によりＭＯＬ処理と適合しない多孔質膜がもたらされることがあり、ヒドロキシルラジカルの濃度の増大により膜に混入される炭素が減少してしまうことになる。炭素の混入は低誘電率酸化物を実現するために必要なので、スルフ特許は、良好なギャップ充てん結果を実現する低誘電率誘電体膜を堆積させるための解決方法を提供してはいない。さらに、堆積速度を増大させるＵＶ照射の使用には標準的な反応チャンバの改良が必要なこともあり、処理コストを増大させることもある。
【００１０】
ユアン（Yuan）（米国特許第５，８５５，９５７号、以下ユアン特許と称する）は、一様なステップ・カバレージを実現できるオゾン（Ｏ３）を含むＡＰＣＶＤ（atmosphericpressure thermal CVD常圧熱ＣＶＤ）プロセスを使用した酸化物薄膜を堆積させる方法を開示している。このユアン特許は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳＯ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、一般式ＳｉＨｘ（ＯＲ）４−ｘで表される物質（式中「Ｒ」は、アルキル基またはそのオリゴマーであり、ｘ＝０，１，２，３のいずれかである）、およびホウ素、リン、フッ素などを含有するソースまたはそれらの組合せなどの前駆物質の使用について開示している。ユアン特許の方法は、ＡＲが約３までの場合に一様なステップ・カバレージまたはギャップ充てんを実現できることを開示している。さらに、ユアン特許の好ましい実施形態では、反応装置内をウェーハを移動させる必要があり、これによって反応装置設計の複雑さが増大する。ウェーハの移動はまた、基板中の深さと共に元素組成のばらつきが生じ、したがって、エッチング速度が深さと共に変化することになり、これは、ウェットＨＦエッチングなどのＭＯＬ処理ステップと適合しない。さらにユアン特許は、ユアン特許の能力を超える厳密な組成および濃度の制御が必要となる低誘電率膜の堆積を対象としていない。
【００１１】
サイトー（Saito）（米国特許第５，５４５，４３６号、以下サイトー特許と称する）は、ＴＥＯＳ、ＯＭＣＴＳ、テトラプロポキシシラン（ＴＰＯＳ）、ＴＭＣＴＳなどの前駆物質を使用してドープされていないシリコン酸化膜を堆積させる、Ｏ３を含む常圧ＣＶＤ法を開示している。サイトー特許も、ガスの注入装置に対してウェーハを移動させる必要があり、反応装置設計の複雑さを増大し、ユアン特許と同様に組成上の欠点がある。したがって、サイトー特許は、ＡＲが約３よりも大きな場合に良好なギャップ充てんを実現する低誘電率誘電体の堆積には適していない。
【００１２】
ローズ（Rose）他（米国特許第６，０６８，８８４号、以下ローズ特許と称する）は、ＰＥＣＶＤプロセスを使用して低誘電率誘電体膜を堆積させる方法を開示している。ローズ特許は、（４．０より小さい、好ましくは３．０〜１．５の範囲の）低誘電率、および４２５〜４５０℃の範囲の温度で良好な熱安定性を有する有機／無機ハイブリッド誘電体材料を形成するために、シロキサンなどの有機ケイ素化合物の前駆物質を使用することを開示している。ローズ特許で開示された前駆物質には、有機シロキサン、フルオロシロキサン、シクロシロキサン、フッ素含有シクロシロキサン、オルガノシラザン、フルオロシラザン、シクロシラザン、シリケート、ＴＥＯＳ、ＴＭＳ、およびこれらの混合物が含まれる。ローズ特許は、常圧、減圧、または低圧の熱ＣＶＤプロセスを使用することができると示唆しているが、ローズ特許の好ましい実施形態では、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン（ＴＭＤＳＯ）、ＴＥＯＳ、ＯＭＣＴＳなどの有機ケイ素化合物前駆物質を用いたプラズマＣＶＤプロセスの使用が必要となる。したがって、ローズ特許の方法は、プラズマＣＶＤプロセスの使用に起因する電荷損傷が起こり得るという欠点を認識していない。ローズ特許はまた、ＡＲが１より大きい場合にギャップ充てんの問題を解決していない。
【００１３】
ラヴィ（Ravi）他（米国特許第５，９７６，９９３号、以下ラヴィ特許と称する）は、固有応力が低下したシリコン酸化膜を堆積させる方法を開示しており、この方法はまた、ＨＤＰ−ＣＶＤ（highdensity plasma chemical vapor deposition高密度プラズマ化学気相成長）プロセスを使用して、良好なギャップ充てん結果を実現することができる。ラヴィ特許は、ＰＥＣＶＤプロセスの使用を教示するもので、ＴＭＣＴＳやＯＭＣＴＳなどの炭素含有シクロシロキサン前駆物質の使用を示唆するものでないので、ラヴィ特許は、ＡＲが約１より大きい場合に良好なギャップ充てん特性をもつ低誘電率誘電体膜を堆積させるのには適していない。ラヴィ特許の方法もまた、プラズマ処理に起因する電荷損傷を受ける可能性がある。
【００１４】
ラボダ（Laboda）他（ＥＰ０９６０９５８Ａ２号、以下ラボダ引例と称する）は、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシランなどのメチル含有シラン、および酸素提供ガスを使用したプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プロセス、またはオゾンＣＶＤプロセスを使用して低誘電率誘電体膜を堆積させる方法を開示している。ラボダ引例も、ホスフィンもしくはジボラン、フッ素などのハロゲンなどのドーパントを使用できることを示唆しているが、かかるドーパントがどのような利点をもたらすことができるかを示唆してはいない。ラボダ引例もまた、プラズマ・プロセスに起因する電荷損傷の問題を認識してはいない。さらに、ラボダ引例の方法は、ＡＲが約１より大きい場合には、良好なギャップ充てん特性を実現していない。
【特許文献１】
米国特許第５，７１０，０７９号
【特許文献２】
米国特許第５，８５５，９５７号
【特許文献３】
米国特許第５，５４５，４３６号
【特許文献４】
米国特許第６，０６８，８８４号
【特許文献５】
米国特許第５，９７６，９９３号
【特許文献６】
ＥＰ０９６０９５８Ａ２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述の議論を考慮すれば、ボイドなしに、半導体デバイスに対する電荷損傷または熱損傷なしに、高アスペクト比（約３よりも大きなＡＲ）のギャップを充てんすることができ、アルカリ元素のゲッタリングを提供する、ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）誘電体ＰＭＤ層を堆積させる方法を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、良好なギャップ充てんを実現し、ボイドの形成を最小にし、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ元素をゲッタリングするｌｏｗ−ｋ（低誘電率）ＰＭＤを堆積させるための方法を提供することにより、上述の必要に応えるものである。
【００１７】
本発明のさらなる目的は、プロセス温度をデバイスの熱バジェットの範囲内に保つことによって半導体デバイスへの熱損傷を引き起こさないプロセスによる低誘電率ＰＭＤを形成する方法を提供することである。
【００１８】
本発明は、半導体デバイスに対する電荷損傷を引き起こさないプロセスによって、低誘電率ＰＭＤを形成するというさらなる目的を有する。
【００１９】
本発明の一態様によれば、炭素含有前駆物質、オゾン、およびドーパント・ソースを含む減圧熱化学気相成長プロセスにより低誘電率ＰＭＤ層を形成する方法が提供される。
【００２０】
本発明の特徴と思われる新規な特徴を、添付の特許請求の範囲に示している。しかしながら、本発明自体、ならびにその他の目的およびその利点は、例示した好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を添付図面と併せ読むことにより最もよく理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の好ましい実施形態の以下の説明において、中間工程においてＰＭＤ層を堆積させる方法を詳述する。これは例としてのみ示すものであること、本発明を様々な条件の下に、様々な前駆物質を使用して実行することができることを理解されたい。
【００２２】
本発明の好ましい一実施形態において、低誘電率ＰＭＤ層を形成する方法では、炭素含有有機金属または有機ケイ素化合物の前駆物質、オゾン、およびドーパント・ソースを含む減圧熱化学気相成長プロセスを使用する。この炭素含有有機金属または有機ケイ素化合物の前駆物質は、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）やオルソメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）などのシロキサン、またはその他の環状シロキサンを含むことができる。前駆物質によって炭素の含有がもたらされ、それによって膜の微細構造が提供されるので、約３．０より小さな誘電率が見込まれる。リンのドーパントが、ナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属をゲッタリングするために加えられる。リンに加えて、熱損傷をもたらさないような温度および処理時間で膜が比較的容易にリフローできるようにするドーパントが加えられる。ＡＲが増大するにつれて、ボイドの形成が起こりやすくなり、ある程度のリフローが必要なこともある。０．１μ世代のデバイスでは、熱リフロー・サイクルは、約７２５℃より低い温度範囲で約２０分間であることが好ましく、この場合、ＰＭＤレベルでの熱損傷が起こらない。本発明の好ましい実施形態では、所与のＡＲギャップを熱損傷なしに充てんするのに必要なリフロー温度を低下させるリンやホウ素などのドーパントが加えられる。リンは、アルカリ元素をゲッタリングするために必要であり、リフロー温度をある程度まで低下させる作用もするが、一般に熱損傷を回避するのに十分ではない。リフロー温度をさらに低下させる作用をする追加のドーパントには、それだけには限定されないが、ホウ素、ゲルマニウム、ヒ素、フッ素、またはこれらの組合せが含まれる。
【００２３】
図２および図３を参照すると、本発明による方法は、図２に示す従来技術による単一ウェーハＣＶＤ反応装置２００で実施することができる。本方法は、図３のプロセス・ステップ３２０に示すように実現される。プロセス・ステップ３３０において、半導体デバイス・フィーチャをその上に有することができるウェーハ２１０が提供され、反応装置２００内のプラットフォーム２２０上に配置される。プラットフォーム２２０は、反応装置２００内の温度を制御するために使用されるヒータ・サセプタ（heater suscepter）２３０によって制御されるヒータ要素（図示せず）を中に含む。すべての反応装置の構成要素は、図３のプロセス・ステップ３４０に示すように所定の温度に維持される。本発明によれば、反応ガスの流れは、少なくとも炭素含有有機金属前駆物質２６０（プロセス・ステップ３５２）、酸素とオゾンの混合ガス２７０（プロセス・ステップ３５６）、およびドーパント・ソース２８０（プロセス・ステップ３５４）を含めて、プロセス・ステップ３５０中で予備混合チャンバ２５０に供給され、これらの混合ガスが、ウェーハ２１０に与えられる。本発明の好ましい実施形態では、反応を開始させ、望ましい膜特性を得るように作用する予備混合チャンバ２５０内でガスを予備混合することによって、改善されたギャップ充てん結果が得られている。あるいは、予備混合なしに、反応装置の容積中に、ただし、ウェーハ表面から所定の距離、例えば約５０〜５００ミル（約０．０５〜０．５インチ）（０．１２７〜１．２７ｃｍ）の位置に、ガスを別々に放出することもできる。しかしながら、この予備混合の代替技術を用いると、最適特性よりも特性の劣る膜がもたらされることになる。ポンプ２４０を使用して反応装置２００内の圧力を所定の圧力に制御し維持する（プロセス・ステップ３６０）。ガスの混合物を、所定の時間、ウェーハに与えると（プロセス・ステップ３７０）、図４に示すような良好なギャップ充てん特性を有するブランケット低誘電率誘電体層１７０が形成される。最後に、プロセス・ステップ３８０で、過剰ガスをチャンバから取り除く。
【００２４】
炭素含有前駆物質は、ＴＭＣＴＳであることが好ましいが、ＯＭＣＴＳなど任意の炭素含有前駆物質とすることもできる。ドーパント・ソースは、リンのソースであるトリエチルホスフェート（ＴＥＰＯ）、およびホウ素のソースであるトリエチルボラートを含むことができる。ドーパントとしてのリンの存在には、ナトリウムなどのアルカリ元素をゲッタリングするという利点がある。リンのドーパントはまた、リフロー温度を低下させる傾向もあるが、一般にそれ自体だけでは、リフロー温度を低下させて熱損傷が回避されるのには十分ではない。本発明の好ましい実施形態では、熱損傷を回避するために、追加のドーパント、すなわちホウ素を加えて、リフローが起こる温度を低下させる。本発明による、リフロー温度を低下させる目的で加えられるドーパントには、それだけには限定されないが、ホウ素、ゲルマニウム、ヒ素、フッ素、またはこれらの組合せが含まれる。ゲルマニウムは、テトラメチルゲルマンなどの前駆物質によって提供することができる。ヒ素は、テトラメチルアルシンなどの前駆物質によって提供することができる。フッ素は、ＴＭＣＴＳのフッ化類似物質などによって提供することができる。
【００２５】
本実施形態のプロセス条件は、約１００〜７００℃、好ましくは約５００〜６００℃の範囲の温度を含む。本発明による圧力は、５０〜８００トール、好ましくは約２００〜７００トールの範囲にある。約６００〜７００トールの圧力を使用すると最良の結果が期待できる。しかし、２００トールもの低い圧力も使用することができる。プロセスは、１０００〜１００００ｓｃｃｍ、好ましくは約５０００ｓｃｃｍの範囲の酸素（Ｏ２）とオゾン（Ｏ３）の混合ガスを含むガスの流れを含み、ここで、Ｏ２の流れ中のオゾン（Ｏ３）濃度は、約５〜２０ｗｔ％、好ましくは約１５ｗｔ％である。ＴＭＣＴＳの流れは、約１００〜１００００ｍｇｍ、好ましくは約１００〜５００ｍｇｍの範囲にある。トリエチルボラート（ＴＥＢ）の流れは、約１００〜５００ｓｃｃｍの範囲にあり、トリエチルホスフェート（ＴＥＰＯ）の流れは、約１０〜１００ｓｃｃｍの範囲にある。好ましい結果として得られる低誘電率ＰＭＤ層は、約０〜６％、好ましくは約４％のホウ素濃度を有し、約２〜５％、好ましくは約４％のリン濃度を有する必要がある。
【００２６】
本発明を具体的な実施形態に関して説明してきたが、前述の説明を考慮すれば、多くの代替形態、変更形態、変形形態が当業者には明らかであることが明白である。したがって、本発明は、本発明および添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲に含まれる、かかるすべての代替形態、変更形態、変形形態を包含するものとする。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のＰＭＤ半導体構造は、半導体モジュールにおいて有用であり、デバイス・レベルと相互接続レベルの間に形成される誘電体層にとって特に有用であり、デバイス間のギャップが高アスペクト比を有し低誘電率が望まれる場合には特にそうである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術による、ボイドを有するブランケット誘電体層を示す図である。
【図２】本発明による、ＰＭＤ層を堆積させるプロセスを実施するために使用することができる単一ウェーハのＣＶＤ反応装置を示す図である。
【図３】本発明による、ＰＭＤ層を堆積させる好ましい実施形態の諸ステップを示す流れ図である。
【図４】本発明に従って形成される、良好なギャップ充てん特性を有するＰＭＤ層を示す図である。
【図１】
2005501406.tif 000003
【図２】
2005501406.tif 000004
【図３】
2005501406.tif 000005
【図４】
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【国際公開パンフレット】
2005501406.tif 000007
2005501406.tif 000008
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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