(57)【要約】  ゼオライトを形成する方法-炭素ドープ酸化物(CDO)混合物誘電材料についてここで説明する。ゼオライト粒子は溶媒中で分散可能である。ゼオライト溶媒溶液はたとえばウエハ又は他の誘電層のように基礎をなす層の上に堆積可能である。少なくともある程度の溶媒はゼオライト薄膜を形成するのに除去可能である。CDOはゼオライト-CDO混合膜/誘電体を形成するのにゼオライト膜中に堆積可能である。ゼオライト-CDO混合物膜/誘電体は固層ゼオライト-CDO混合物誘電体を形成するのに焼成することが可能である。
2007511910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゼオライト-溶媒溶液を基本層上に堆積する工程；
ゼオライト膜を形成するため、前記ゼオライト-溶媒溶液から少なくともある程度の量の溶媒を除去する工程；
ゼオライト-CDO混合物膜を形成するため、前記ゼオライト膜中に炭素ドープ酸化物(CDO)を堆積する工程；
を有する方法。
【請求項２】
前記溶媒は水であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記溶媒は有機オリゴマーであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記有機オリゴマーはポリエチレングリコール、ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリエチレン酸化物を有するグループから選択されることを特徴とする、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記ゼオライト-溶媒溶液から前記少なくともある程度の量の溶媒を除去する工程は前記ゼオライト-溶媒溶液を乾燥する工程を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記のゼオライト-溶媒溶液から前記少なくともある程度の量の溶媒を除去する工程は前記ゼオライト-溶媒溶液を真空引きする工程を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記基本層上に前記ゼオライト-溶媒溶液を堆積する工程は前記基本層上に前記ゼオライト-溶媒溶液をスピンコーティングする工程を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記の基本層上に前記ゼオライト-溶媒溶液を堆積する工程は前記基本層上に前記ゼオライト-溶媒溶液をディップコーティングする工程を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記ゼオライト膜中に前記CDOを堆積する工程は化学気相堆積法を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記CDOは酸化シリコンであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記基本層はウエハであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
前記基本層は層間絶縁膜であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
前記層間絶縁膜はゼオライト-炭素ドープ酸化物混合物膜を有することを特徴とする、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
固相ゼオライト-CDO混合物膜を形成するため、前記ゼオライト-CDO混合物膜を焼成する工程をさらに有する、請求項1に記載の方法。
【請求項１５】
前記のゼオライト-CDO混合物膜を焼成する工程は：
前記ゼオライト-CDO混合物膜を加熱する工程；及び、
ゼオライト-CDO混合物膜を冷却する工程；
を有することを特徴とする、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記のゼオライト-CDO混合物膜を加熱する工程はオーブン内にて実行されることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記オーブンは300℃から500℃の範囲であることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
より厚いゼオライト-CDO混合物膜を達成するため、前記のゼオライト-溶媒溶液を堆積する工程、前記のゼオライト-溶媒溶液からある程度の量の溶媒を除去する工程及び前記のCDOを堆積する工程は前記ゼオライト-CDO混合物膜を焼成する前に繰り返されることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
【請求項１９】
基本層上にゼオライト-炭素ドープ酸化物(CDO)混合物層間絶縁膜を形成する工程；
前記ゼオライト-CDO混合物層間絶縁膜にビアホール及び溝をエッチングする工程；及び、
前記ビアホール及び前記溝中に導電性材料を形成する工程；
を有する方法。
【請求項２０】
前記の基本層上にゼオライト-CDO混合物層間絶縁膜を形成する工程は：
前記基本層上にゼオライト-溶媒溶液を堆積する工程；
ゼオライト膜を形成するため、ある程度の前記溶媒を除去するために前記ゼオライト-溶媒溶液を乾燥する工程；及び、
ゼオライト-CDO混合物膜を形成するため、化学気相堆積法によって前記ゼオライト膜にCDOを堆積する工程；
前記ゼオライト-CDO混合物膜を加熱する工程；及び、
前記ゼオライト-CDO混合物膜を冷却する工程；
を有することを特徴とする、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記の基本層上にゼオライト-溶媒溶液を堆積する工程は前記基本層上に前記ゼオライト-溶媒溶液をスピンコーティングする工程を有することを特徴とする、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
前記の基本層上にゼオライト-溶媒溶液を堆積する工程は前記基本層上に前記ゼオライト-溶媒溶液をディップコーティングする工程を有することを特徴とする、請求項20に記載の方法。
【請求項２３】
前記CDOは酸化シリコンであることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
【請求項２４】
前記基本層はウエハであることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
【請求項２５】
基本層上に分配された炭素ドープ酸化物(CDO)-ゼオライト混合物誘電体によって画成される少なくとも1つのビアホール及び溝；
前記炭素ドープ酸化物(CDO)-ゼオライト混合物誘電体の表面上に分配されるバリア層；及び、
前記ビアホール及び前記溝内に分配される導電性材料；
を有する相互接続構造。
【請求項２６】
前記CDOは酸化シリコンであることを特徴とする、請求項25に記載の相互接続構造。
【請求項２７】
前記バリア層はタンタルを有することを特徴とする、請求項25に記載の相互接続構造。
【請求項２８】
前記導電性材料は銅の合金を有することを特徴とする、請求項25に記載の相互接続構造。
【請求項２９】
前記基本層はウエハであることを特徴とする、請求項25に記載の相互接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子、特に混合物低k誘電体の製造の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の集積回路は基板上に作製された複数の層が相互に接続する構造を一般に有する。基板は相互接続構造によって接続されている作動素子及び/又は導体を有しても良い。
【０００３】
相互接続構造、典型的には溝とビアホールを有する、は大抵層間絶縁膜(ILD)内又はILD上に作製される。導体間のキャパシタンスを小さくするために、各ILD内の誘電材料は低誘電率(k)を有しなければならない、ということは、一般的に受け入れられている。低誘電率(k)の使用による導体間のキャパシタンスの減少は、結果としていくつもの長所をもたらす。たとえば、RC遅延の減少、電力損失の減少及び金属線間のクロストークの減少である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低k誘電体/膜を実現するのに一般的に使用される材料は炭素ドープの酸化物(CDOs)又はアモルファスCDOsである。CDOsのkの値は3.5未満になる傾向にあるが、機械的特性の弱さが難点である。これらの機械的特性の弱さは、高応力処理及びパッケージング工程でのCDOの割れを結果としてよく生じさせることになる。
【０００５】
ILDsに使用できる可能性のある別な材料はゼオライト又は、シリカゼオライトである。ゼオライト材料は高い有孔性を有し、比較的均一な孔分布を有するという点で利点がある。ゼオライト材料はまた、良好な機械的強度を有する。さらに、ゼオライト膜は2.7以下の誘電率を有する。しかし、ゼオライトは均一な膜を成膜するのが極端に難しい結晶構造である。
【実施例】
【０００６】
以下の説明では、本発明を完全に理解してもらうために、たとえば、特定の溶媒、堆積方法、炭素ドープ酸化物など、多数ある特定の詳細について説明する。しかしこれらの特定な詳細は、本発明を行うのに使用される必要がないことは当業者には明白となる。他の事例、たとえばスピンコーティング、ディップコーティング及びゼオライトナノ粒子の前処理のような周知の方法及び材料の詳細については説明しない。本発明を不必要に曖昧にするのを防ぐためである。
【０００７】
ここで説明される方法及び相互接続構造はゼオライト-炭素ドープ酸化物(CDO)混合物から層間絶縁膜(ILDs)を形成するためである。混合物は2つ以上の材料、たとえ実際の結合が存在しようがしまいが、たとえば炭素ドープ酸化物及びゼオライトの如何なる組み合わせでも良い。混合物は組成又は形状が異なり、特徴及び特性を保持している材料の組み合わせから形成される材料でも良い。混合物はまた、ゼオライト粒子がナノサイズになるようなナノ混合物を有しても良い。
【０００８】
図1を参照すると、溶媒-ゼオライト溶液115が図示されている。溶媒-ゼオライト溶液115は如何なる懸濁、混合又はコロイドであって、溶媒105及びゼオライト粒子110を有するものであって良い。ゼオライト粒子110は溶媒105中に分散される。溶媒105はたとえば水のような低分子の溶媒であれば如何なるでも良いし、又は有機オリゴマーでたとえば、ポリエチレングリコール、ポリスチレン、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリエチレン酸化物又は他の有機オリゴマーの如何なるものようなものでも良い。ゼオライト粒子110は溶媒105に加えることによって溶媒中で分散される。さらに、ゼオライト粒子110はゼオライト粒子110及び溶媒105の両方を攪拌することで分散される。たとえば、ゼオライト粒子110は、ゼオライト粒子110が溶媒-ゼオライト溶液115に懸濁されるまで、溶液を遠心分離機に入れ、溶媒105を回転させることで分散/攪拌される。
【０００９】
ゼオライト粒子105はナノサイズの粒子を有する如何なるサイズの粒子でも良い。ナノサイズのゼオライト粒子は大きなゼオライト粒子を析出するために、低速でゼオライト-溶媒溶液を回転させることで得ることができる。さらに、ゼオライト粒子110の量は最終的なゼオライト-炭素ドープ酸化物混合物の特性同様、溶媒-ゼオライト溶液115中の異なるゼオライト濃度を得るために変化させることが可能である。これについては図4-7を参照しながら後述する。
【００１０】
図2に移ると、基本層205が図示されている。基本層はよく複数の活性素子及び/又は露出した導体を有する層を有する。基本層205は素子領域、ゲートのような他の構造、局所的相互接続、金属層又は他の能動/受動素子構造又は層を有する半導体ウエハであって良い。
【００１１】
図2では、基本層205が基本となる導体210を有する。基本となる導体210は銅又は銅の合金であって良いし、金のように他の導電性材料でも良い。基本層205はまた、本開示に従った炭素ドープ酸化物-ゼオライト混合物誘電体でも良い。これは前記素子の如何なるものを有しても良い。エッチング停止層215は、基本層205上に成膜される。この層は窒化シリコン(Si3N4)、シリコンカーバイド(SiC)又は他のエッチング耐性の如何なる材料であっても良い。
【００１２】
図3は、たとえば図1で図示されているようなゼオライト-溶媒溶液115のようなゼオライト-溶媒溶液が基本層205上に堆積され、少なくともある程度の量の溶媒が工程305で除去された後の基本層205上に堆積されたゼオライト膜310を図示する。工程305はゼオライト-溶媒溶液であっても良い。ゼオライト-溶媒溶液の堆積は半導体製造における既知の如何なる種類の材料堆積方法であっても良い。たとえば、ゼオライト-溶媒溶液はゼオライト-溶媒溶液中の基本層205をディップコーティングすることで堆積可能である。別な例としては、ゼオライト-溶媒溶液は基本層205上のゼオライト-溶媒溶液をスピンコーティングすることでも堆積可能である。誘電材料を堆積するこれら周知の方法及び他の既知の方法は基本層205上に溶媒溶液を堆積させるのに使用可能だということはすでに明らかである。
【００１３】
さらに、工程305はゼオライト膜310を形成するためにゼオライト-溶媒溶液から少なくともある程度の溶媒を除去する工程を有しても良い。前記の少なくともある程度の溶媒除去工程はゼオライト-溶媒溶液を乾燥する工程を有しても良い。たとえば、乾燥は大気中でも良いし、又真空中でも良い。
【００１４】
図4は、工程405において、図3に図示されているようなゼオライト膜310中にCDOを堆積した後、基本層205上に成膜されたゼオライト-炭素ドープ酸化物(CDO)混合物膜415を図示する。例として、CDO410はシリコン酸化物(SiCxOyHz)又は他のCDOの如何なるものでも良い。工程405はCDO410がゼオライト膜中に堆積される如何なるプロセスでも良い。CDO堆積プロセス405の図示された例として、CDO410は化学気相堆積法によってゼオライト中で堆積可能である。
【００１５】
図5で図示されているように、CDO410の堆積後、ゼオライト-CDOは、たとえば焼成プロセス505のようにリフロー及び、焼成が可能である。焼成プロセス505はゼオライト-CDO誘電層510のようなゼオライト-CDO混合物誘電体/膜を形成することを可能にする。図5の場合のようなゼオライト-CDO混合物誘電層510を形成するため、工程505は図4で図示されているようなゼオライト-CDO混合物膜415を加熱及び冷却するようなプロセスであれば如何なるものでも良い。
【００１６】
たとえば、焼成プロセス505はゼオライト-CDO混合物膜415を加熱する工程を有しても良い。特定の例として、ゼオライト-CDO混合物膜415はある程度の時間で300℃から500℃の範囲の周囲温度で加熱しても良い。加熱はオーブン、加熱炉又は相互接続構造を加熱する他の如何なる装置で行われても良い。加熱はまた、ゼオライト-CDO混合物膜415のCDO成分が連続的な母体のリフロー及び形成をすることも可能である。焼成プロセス505はゼオライト-CDO混合物膜415を酸化する工程をも有する。ゼオライト-CDO混合物膜415を酸化する工程は、ある一定時間大気でゼオライト-CDO混合物415を酸化させることを可能にする工程又は、構造を誘導オゾンに曝す工程を有する。しかも、焼成プロセス505はまた、ゼオライト-CDO混合物膜415から如何なる副生成物をも除去するために真空引きする工程も有して良い。
【００１７】
ゼオライト-CDO混合物膜415から液体を除去する各方法は、ゼオライト-CDO混合物膜415から液体を抽出するのに個別的又は組み合わせで使用可能である。図で例示しているように、ゼオライト-CDO混合物膜415は真空下においてオーブンで加熱可能である。焼成プロセス505はまた、層510を形成し、層510を固体状態にするために、加熱後、ゼオライト-CDO混合物膜415を冷却する工程をも有して良い。冷却する工程は層510がある程度の時間、可変冷却速度で室温冷却することを可能にする工程を有する。冷却する工程はまた、冷蔵庫での冷蔵又は他の冷却装置をも有して良い。
【００１８】
図6及び7で図示されているように、さらにダマシン法がゼオライト-CDO混合物誘電層510上で実行されても良い。図6では、ビアホール605及び溝610がゼオライト-CDO混合物誘電層510内でエッチングされる。図7では、バリア層705がゼオライト-CDO混合誘電膜510の表面上に堆積される。そこで、導電性材料710がビアホール605及び溝610を介して形成される。たとえば化学的機械研磨(CMP)のような他の周知の工程及び、たとえば銅、タンタルなどのダマシン法における材料はゼオライト-CDO混合物材料の議論を曖昧にしないために除外したのは明白である。
【００１９】
従って、上記で議論されたように、低k誘電率を有する混合物ゼオライト-CDO誘電層/膜は作製可能であり、均一な膜を形成することが可能である。混合物ゼオライト-CDO誘電体は、ゼオライトを加えることによって、CDO膜よりも大きな機械的強度を有することが可能である。さらに、純粋なゼオライト膜で大抵作製される不均一な膜の代わりに、均一な膜はCDO材料を混合物に導入することで作製可能となる。
【００２０】
前述の仕様では、本発明は特定の典型的な実施例を参照しながら説明された。しかし、様々な修正及び変更は添付の請求項にて説明されているように、本発明の広い技術的思想及び範囲から逸脱することなく可能である。仕様及び図は従って制限という意味よりは図示という意味とみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】溶媒中に分散するゼオライト粒子と溶液を図示する。
【図２】上に設けられた導体及びエッチング停止層を有する基本層の側面図である。
【図３】図1の溶液が図2の基本層上に堆積された後の溶液の側面図である。
【図４】ゼオライト-CDO膜を形成するために炭素ドープ酸化物先行物質が多孔性ゼオライト膜に堆積された後の図3の側面図である。
【図５】ゼオライト-CDO膜が焼成された後の図4の側面図である。
【図６】ビアホールを開け、溝がエッチングされた後の図5の側面図である。
【図７】バリア層をゼオライト-CDO膜の表面上に堆積し、導電材料をビアホール及び溝中に形成した後の図6の側面図である。
【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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【国際調査報告】
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