(57)【要約】【課題】低誘電率膜を基板上に堆積し、その膜を後処理する方法を提供する。【解決手段】後処理には、低誘電率膜を所望の高温まで急速に加熱し、その所望の高温に膜が露出される時間が約５秒以内になるように急速に冷却することを含む。一態様において、後処理は低誘電率膜を電子ビーム処理及び/又は紫外線処理に露出することも含む。
2007534174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素と炭素を含む低誘電率膜をＲＦパワーの存在下で基板上に堆積し、
堆積させた低誘電率膜を、少なくとも約６００℃の所望の温度に少なくとも約１０℃／秒の速度で加熱し、この所望の温度で低誘電率膜を維持する時間は約５秒以下であり、低誘電率膜を少なくとも約１０℃／秒の速度で冷却することを含む工程によって後処理することとを含む基板の処理方法。
【請求項２】
後処理が低誘電率膜の誘電率を低下させるに十分な条件下で行われる請求項１記載の方法。
【請求項３】
低誘電率膜が約１０℃／秒〜約３００℃／秒で加熱され、約１０℃／秒〜約１００℃／秒で冷却される請求項１記載の方法。
【請求項４】
後処理が低誘電率膜を紫外線で処理することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
低誘電率膜の加熱と冷却を含む工程が、低誘電率膜の紫外線処理と同時に行われる請求項４記載の方法。
【請求項６】
後処理が低誘電率膜を電子ビームで処理することを更に含む請求項５記載の方法。
【請求項７】
加熱と電子ビーム処理との間で低誘電率膜が大気に露出されることがないように、低誘電率膜の後処理を集積処理システム内で行う請求項６記載の方法。
【請求項８】
低誘電率膜の加熱及び冷却を含む工程と低誘電率膜の紫外線処理とを連続して行う請求項４記載の方法。
【請求項９】
後処理が低誘電率膜を電子ビームで処理することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
加熱と電子ビーム処理との間で低誘電率膜が大気に露出されることがないように、低誘電率膜の後処理を集積処理システム内で行う請求項９記載の方法。
【請求項１１】
低誘電率膜が更に酸素を含む請求項１記載の方法。
【請求項１２】
ケイ素と炭素を含む低誘電率膜をＲＦパワーの存在下で基板上に堆積し、
堆積された低誘電率膜を約２５℃〜約２５０℃から約６００℃〜約１０００℃まで加熱し、約６００℃〜約１０００℃のその温度で低誘電率膜が加熱される時間は約５秒以下であり、約６００℃〜約１０００℃から低誘電率膜を冷却し、低誘電率膜の加熱及び冷却は約０．５分〜約５分以内で行われることを含む工程によって後処理することとを含む基板の処理方法。
【請求項１３】
低誘電率膜は約１０℃／秒〜約３００℃／秒で加熱され、約１０℃／秒〜約１００℃／秒で冷却される請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
後処理が低誘電率膜を紫外線で処理することを更に含む請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
後処理が低誘電率膜を電子ビームで処理することを更に含む請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
低誘電率膜の冷却が基板をバックサイドガスに露出することを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
ケイ素と炭素を含む低誘電率膜をＲＦパワーの存在下で基板上に堆積し、
堆積された低誘電率膜を所望の温度まで少なくとも約１０℃／秒の速度で加熱し、この所望の温度で低誘電率膜を維持する時間は約５秒以下であり、低誘電率膜を少なくとも約１０℃／秒で冷却し、低誘電率膜の加熱及び冷却は約０．５分〜約５分以内で行われることを含む工程によって後処理することとを含む基板の処理方法。
【請求項１８】
低誘電率膜を約２５℃〜約２５０℃から加熱し、所望の温度が約８００℃〜約９００℃である請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
後処理が低誘電率膜を紫外線で処理することを更に含む請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
後処理が低誘電率膜を電子ビームで処理することを更に含む請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は集積回路の製造に関する。更に詳細には、本発明の実施形態は低誘電率膜を堆積及び後処理するための方法に関する。
【関連技術の説明】
【０００２】
半導体デバイスの形状は、数十年前にそのようなデバイスが初めて導入されて以来、そのサイズにおいて劇的な縮小を見せてきた。それ以来、集積回路は概して２年／半分のサイズという法則（しばしばムーアの法則と呼ばれる）に従ってきており、これはチップ上に取り付けることの可能なデバイスの数が２年毎に２倍になることを意味している。今日の製造プラントは０．１３μｍ、更には０．１μｍものフィーチャサイズを有するデバイスを日常的に製造しており、更に小さな形状のデバイスが製造される日は目の前である。
【０００３】
集積回路のデバイスのサイズを更に縮小するために、抵抗率の低い導電材料を用い、隣接する金属ライン間の容量結合を低下させるために誘電率（ｋ）が低い絶縁体を使用することが必要になってきている。低誘電率の絶縁膜における近年の開発は、ケイ素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）原子を膜に組み込むことに焦点を当てている。この分野における課題は、低ｋ値及び望ましい熱及び機械的な特性を有するＳｉ、Ｃ、Ｏ含有膜を開発することであった。望ましい誘電率を有するＳｉ、Ｃ、Ｏ含有膜の機械強度は低く、化学エッチング及びそれに続く処理におけるプラズマ照射によって容易に損傷を受け、集積回路の故障を引き起こすことが多い。
【０００４】
低誘電率膜の特性を改善する試みの中で、熱及びプラズマアニール処理が開発された。熱及びプラズマアニール処理は、その上に低誘電率膜を堆積する基板もしくはデバイスのその他の構成部品への損傷を防止するために、典型的には約４００℃未満の温度で行われてきた。熱及びプラズマアニール処理によって、Ｓｉ、Ｃ、Ｏを含有する低誘電率膜を高密度化できることが知られている。しかしながら、こういったアニール処理は典型的には約３０分〜２時間行われるため、基板処理時間が著しく延びる。また、低誘電率膜の機械特性及び誘電特性の更なる向上が依然として求められいてる。
【０００５】
よって、低誘電率膜を後処理してその性質を向上させるための方法への需要が依然としてある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は基板の処理方法を提供し、ケイ素と炭素を含む低誘電率膜をＲＦパワーの存在下で基板上に堆積し、堆積させた低誘電率膜を少なくとも約６００℃の所望の温度に少なくとも約１０℃／秒の速度で加熱し、この所望の温度で低誘電率膜を維持する時間は約５秒以下であり、低誘電率膜を少なくとも約１０℃／秒の速度で冷却することを含む工程によって後処理することとを含む。一実施形態において、低誘電率膜の加熱及び冷却は約０．５分〜約５分内に行われる。
【０００７】
一実施形態において、低誘電率膜は約２５℃〜約２５０℃から約６００℃〜約１０００℃の所望の温度にまで加熱され、その所望の温度で低誘電率膜が加熱される時間は約５秒以下であり、その所望の温度から冷却される。低誘電率膜の加熱及び冷却は約０．５分〜約５分以内に行われる。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、低誘電率膜を所望の温度まで少なくとも約１０℃／秒の速度で加熱し、その所望の温度で低誘電率膜を維持する時間は約５秒以下であり、低誘電率膜を少なくとも約１０℃／秒の速度で冷却し、電子ビーム処理及び紫外線処理から構成される群から選択された１つ以上の処理によって低誘電率膜を処理することで後処理することを含む。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【０００９】
本発明の実施形態は、基板上に低誘電率膜を堆積し、低誘電率膜を例えば約６００℃〜約１０００℃の所望の高温にまで急速に加熱し、低誘電率膜がその所望の高温に露出される時間が約５秒以下になるように低誘電率膜を急速に冷却することを含む工程によって後処理する方法を提供するものである。好ましくは、低誘電率膜をその所望の高温に露出する時間は約１秒以下である。一態様において、低誘電率膜を急速に加熱及び冷却する工程はスパイクアニール処理である。
【００１０】
低誘電率膜の堆積
低誘電率膜の誘電率は約４未満であり、ケイ素、炭素及び好ましくは酸素を含む。低誘電率膜は１つ以上の有機ケイ素化合物を含む混合物から、ＲＦパワーの存在下で堆積される。低誘電率層を堆積するために使用する１以上の有機ケイ素化合物はオルガノシラン、オルガノシロキサン又はその組み合わせであってもよい。ここで使用の「有機ケイ素化合物」という用語は有機基に炭素原子を含む化合物を示すものとし、環式化合物又は直鎖化合物である。有機基には、その官能基誘導体に加えてアルキル、アルケニル、シクロヘキセニル、アリール基が含まれる。有機ケイ素化合物は、適切な処理条件下において酸化によって炭素原子がすぐに除去されないようにケイ素原子に結合させた１つ以上の炭素原子を含むことが好ましい。また、有機ケイ素化合物は好ましくは１つ以上の酸素原子を含む。
【００１１】
適切な環式有機ケイ素化合物は３つ以上のケイ素原子、及び任意で１つ以上の酸素原子を有する環状構造を含む。使用し得る市販の環式有機ケイ素化合物は、ケイ素と酸素原子を交互に有し、１つ又は２つのアルキル基がケイ素原子に結合している環を含む。例示的な環式有機ケイ素化合物は以下のものを含む。
１，３，５−トリシラノ−２，４，６−トリメチレン、-(-SiH2CH2-)3-（環式）
１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン (ＴＭＣＴＳ) 、
-(-SiHCH３O-)4-（環式）
オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、-(-Si(CH3)2-O-)4-（環式）
１，３，５，７，９−ペンタメチルシクロペンタシロキサン、
-(-SiHCH3-O-)5-（環式）
１，３，５，７−テトラシラノ−２，６−ジオキシ−４，８−ジメチレン、
-(-SiH2-CH2-SiH2-O-)２-（環式）
ヘキサメチルシクロトリシロキサン、-(-Si(CH3)2-O-)3-（環式）
【００１２】
適切な直鎖有機ケイ素化合物には、１つ以上のケイ素原子と１つ以上の炭素原子を有する直鎖又は分岐構造の脂肪族有機ケイ素化合物が含まれる。更に、有機ケイ素化合物は１つ以上の酸素原子を含んでいてもよい。模範的な直鎖有機ケイ素化合物には以下のものが含まれる。
メチルシラン、CH3-SiH3
ジメチルシラン、(CH3)2-SiH2
トリメチルシラン、(CH3)3-SiH
エチルシラン、CH3-CH2-SiH3
ジシラノメタン、SiH3-CH2-SiH3
ビス（メチルシラノ）メタン、CH3-SiH2-CH2-SiH2-CH3
１，２−ジシラノエタン、SiH3-CH2-CH2-SiH3
１，２−ビス（メチルシラノ）エタン、CH3-SiH2-CH2-CH2-SiH2-CH3
２，２−ジシラノプロパン、SiH3-C(CH3)2-SiH3
ジエチルシラン、(C2H5)2-SiH2
プロピルシラン、C3H7-SiH3
ビニルメチルシラン、(CH2=CH)-SiH2-CH3
１，１，２，２−テトラメチルジシラン、(CH3)2-SiH-SiH-(CH3)2
ヘキサメチルジシラン、(CH3)3-Si-Si-(CH3)3
１，１，２，２，３，３−ヘキサメチルトリシラン、(CH3)2-SiH-Si(CH3)2-SiH-(CH3)2
１，１，２，３，３−ペンタメチルトリシラン、(CH3)2-SiH-SiH(CH3)-SiH-(CH3)2
１，３−ビス（メチルシラノ）プロパン、CH3-SiH2-(CH2)3-SiH2-CH3
１，２−ビス（ジメチルシラノ）エタン、(CH3)2-SiH-(CH2)2-SiH-(CH3)2
１，３−ビス（ジメチルシラノ）プロパン、(CH3)2-SiH-(CH2)3-SiH-(CH3)2
ジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）、CH3-SiH-(O-CH2-CH3)2
１，３−ジメチルジシロキサン、CH3-SiH2-O-SiH2-CH3
１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、(CH3)2-SiH-O-SiH-(CH3)2
ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ）、(CH3)3-Si-O-Si-(CH3)3
１，３−ビス（シラノメチレン）ジシロキサン、(SiH3-CH2-SiH2-)2-O
ビス（１−メチルジシロキサニル）メタン、(CH3-SiH2-O-SiH2-)2-CH2
２，２−ビス（１−メチルジシロキサニル）プロパン、(CH3-SiH2-O-SiH2-)2-C(CH3)2
ジメチルジメトキシシラン（ＤＭＤＭＯＳ）、(CH3O)2-Si-(CH3)2
フェニルジメトキシシラン、C6H5-SiH-(O-CH3)2
ジフェニルメチルシラン、(C6H5)2-SiH-CH3
ジメチルフェニルシラン、(CH3)2-SiH-C6H5
ジメトキシメチルビニルシラン（ＤＭＭＶＳ）、(CH3O)2-Si(CH3)-CH2=CH3
【００１３】
一実施形態において、低誘電率膜はＲＦパワーの存在下、１つ以上の有機ケイ素化合物及び１つ以上の酸化ガスを含む混合物から堆積される。使用し得る酸化ガスは酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）、２，３−ブタンジオン、又はその組み合わせを含む。オゾンを酸化ガスとして使用する場合、オゾン発生器は供給源となるガス中の６重量％〜２０重量％、典型的には約１５重量％の酸素をオゾンに転化し、残りは典型的には酸素である。しかしながら、オゾン濃度は所望のオゾン量及び使用するオゾン発生装置のタイプによって増加もしくは低下し得る。酸素又は酸素含有化合物の解離は、ケイ素含有化合物の過剰な解離を低減するために、堆積チャンバに入る前にマイクロ波チャンバで行うことが考えられる。好ましくは、無線周波（ＲＦ）パワーを反応帯に印加して解離を向上させる。
【００１４】
任意で、１つ以上の有機ケイ素化合物と任意の１つ以上の酸化ガスに加え、１つ以上の炭化水素化合物を低誘電率膜を堆積するための混合物に含ませてもよい。使用し得る炭化水素化合物には、１〜約２０個の隣接する炭素原子を有する脂肪族炭化水素化合物が含まれる。炭化水素化合物は、単結合、二重結合、三重結合のいずれの組み合わせによって結合された隣接する炭素原子を含むことが可能である。例えば、有機化合物は２〜約２０個の炭素原子を有するアルケン及びアルキレン、例えばエチレン、プロピレン、アセチレン、ブタジエンを含む。
【００１５】
環状基を有する１つ以上の炭化水素化合物も使用し得る。ここで用いる「環状基」という用語は環状構造を示すものである。環状構造は原子を３つしか含まない場合がある。原子には、例えば炭素、ケイ素、窒素、酸素、フッ素及びその組み合わせが含まれる。環状基は１つ以上の単結合、二重結合、三重結合及びそのいずれの組み合わせを含み得る。例えば、環状基は１つ以上の芳香環、アリール、フェニル、シクロヘキサン、シクロヘキサジエン、シクロヘプタジエン及びその組み合わせを含む。また、環状基は二環式もしくは三環式であってもよい。更に、環状基は好ましくは直鎖もしくは分岐官能基に結合している。直鎖もしくは分岐官能基は好ましくはアルキル又はビニルアルキル基を含み、１〜２０個の炭素原子を有している。また、直鎖もしくは分岐官能基は例えばケトン、エーテル及びエステルのように酸素原子を含んでいてもよい。少なくとも１つの環状基を有する模範的な炭化水素化合物には、アルファ−テルピネン（ＡＴＰ）、ビニルシクロヘキサン（ＶＣＨ）、及び酢酸フェニルが含まれる。
【００１６】
低誘電率膜を堆積するために使用する混合物は、任意で１つ以上のキャリアガスを含んでいてもよい。使用し得るキャリアガスにはアルゴン、ヘリウム、二酸化炭素及びその組み合わせが含まれる。
【００１７】
膜は、化学気相成長（ＣＶＤ）が可能ないずれの処理チャンバを用いて堆積してもよい。図１は使用し得る平行平板型ＣＶＤ処理チャンバ１０の垂直断面図である。チャンバ１０は高真空領域１５と、穿孔を有し、この穿孔を通して基板（図示せず）に処理ガスを分散させるためのガス分散マニホルド１１とを含む。基板は基板支持板、即ちサセプタ１２上に置かれている。サセプタ１２は、サセプタ１２と昇降モニタとを繋ぐ支持軸１３上に搭載されている。昇降モータ１４は、低い位置にある装填／除荷位置とマニホルド１１に近接する上方の処理位置との間をサセプタ１２（及びサセプタの上表面に支持された基板）が制御可能に移動できるように、処理位置とそれより低い位置にある基板装填位置との間でサセプタ１２を上下させる。サセプタ１２と基板が上方の処理位置にあるとき、絶縁体１７がサセプタ１２と基板とを取り巻く形になる。
【００１８】
マニホルド１１に導入されたガスは基板表面に放射線状に均一に分散される。スロットルバルブを有する真空ポンプ３２が、チャンバ１０からマニホルド２４を経由してのガスの排気速度を制御する。必要ならば、堆積及びキャリアガスはガス管１８を通って混合システム１９、それからマニホルド１１に流入する。一般的に、各処理ガス供給管１８は（i）自動的又は手動で処理ガスのチャンバへの流入を遮断するために使用可能な安全遮断バルブ（図示せず）と、（ii）ガス供給管１８を通るガス流を測定するための流量制御装置（これも図示せず）とを含む。処理において毒性ガスを使用する場合、従来の構成では各ガス供給管１８に幾つかの安全遮断バルブを位置させている。
【００１９】
一態様において、有機ケイ素化合物は混合システム１９に、２００又は３００ｍｍの基板に対して流量約１００ｓｃｃｍ〜約１００００ｓｃｃｍで導入される。任意の炭化水素化合物は混合システム１９に流量約１００ｓｃｃｍ〜約１００００ｓｃｃｍで導入される。任意の酸化ガスの流量は約１００ｓｃｃｍ〜約６０００ｓｃｃｍである。キャリアガスの流量は約１００ｓｃｃｍ〜約５０００ｓｃｃｍである。好ましい実施形態において、有機ケイ素化合物はオクタメチルシクロテトラシロキサンであり、炭化水素化合物はエチレンである。
【００２０】
堆積処理は好ましくはプラズマ強化法である。プラズマ強化法においては、典型的には、ＲＦパワー供給源２５を用いてガス分散マニホルド１１に印加されたＲＦエネルギーによって、制御されたプラズマが基板に隣接して発生する。あるいは、ＲＦパワーはサセプタ１２に供給することが可能である。堆積チャンバへのＲＦパワーをサイクルもしくはパルス動作させて基板の加熱を低減し、堆積膜の多孔性を促進させてもよい。２００又は３００ｍｍ基板に関しての出力密度は約０．０３Ｗ／ｃｍ２〜約３．２Ｗ／ｃｍ２であり、これは２００ｍｍ基板での約１０Ｗ〜約１０００Ｗ、３００ｍｍ基板での約２０Ｗ〜約２２５０ＷのＲＦパワーに相当する。好ましくは、３００ｍｍ基板でＲＦパワーレベルは約２００Ｗ〜約１７００Ｗである。
【００２１】
ＲＦパワー供給源２５は、約０．０１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの単一周波数ＦＲパワーを供給することが可能である。好ましくは、高真空領域１５に導入された反応種の分解を促進するために、混合した同時周波数を用いてＲＦパワーを供給してもよい。一態様において、混合周波数は約１２ｋＨｚの低周波と約１３．５６ｍＨｚの高周波を有している。他の態様において、低周波は約３００Ｈｚ〜約１０００ｋＨｚ、高周波は約５ｍＨｚ〜約５０ｍＨｚの範囲であってもよい。好ましくは、低周波電力レベルは約１５０Ｗである。好ましくは、高周波電力レベルは約２００Ｗ〜約７５０Ｗ、更に好ましくは約２００Ｗ〜約４００Ｗである。
【００２２】
堆積中、基板は約−２０℃〜約５００℃、好ましくは約１００℃〜約４５０℃で維持される。堆積圧力は典型的には約１Ｔｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒ、好ましくは約４Ｔｏｒｒ〜約７Ｔｏｒｒである。本願に記載の実施形態による低誘電率層を堆積するために使用し得る模範的なチャンバは以下のものである。
【００２３】
酸化ガスの遠隔解離が望ましい場合、ガスを処理チャンバ１０に導入するに先立って、任意のマイクロ波チャンバ２８を用いて約５０ワット〜約６０００ワットの電力を酸化ガスに投入することが可能である。マイクロ波電力を追加することで、酸化ガスと反応する前に有機ケイ素化合物が過剰に解離することを防止することができる。マイクロ波電力を酸化ガスに追加する場合、有機ケイ素化合物と酸化ガス用に別々の流路を有するガス分散板（図示せず）が好ましい。
【００２４】
典型的には、チャンバ内張り、分散マニホルド１１、サセプタ１２、その他の様々な反応装置ハードウェアのいずれか又は全てがアルミニウムもしくは陽極酸化アルミウムから成る。このようなＣＶＤ反応装置の一例が、ワン（Ｗａｎｇ）らに付与され、アプライドマテリアル社の本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５０００１１３号の「熱ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ反応装置及び二酸化ケイ素の熱化学気相成長法と現場の多段階平坦化処理への利用」に記載されており、引用により本発明と矛盾しない範囲で本願に組み込まれる。
【００２５】
システム制御装置３４はモータ１４、ガス混合システム１９及び高周波電力供給源２５を制御し、これらは制御線３６によって接続されている。システム制御装置３４はＣＶＤ反応装置の動作を制御し、典型的にはハードディスクドライブ、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、カードラックを含む。カードラックはシングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログ及びデジタル入力／出力ボード、インターフェースボード、ステッパモータ制御ボードを格納している。システム制御装置３４は、ボード、カードケージ、コネクタの寸法及びタイプを規定するバーサ・モジュラ欧州標準規格（ＶＭＥ）（Ｖｅｒｓａ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｅｕｒｏｐｅａｎｓ ｓｔａｎｄａｒｄ）に準拠する。また、ＶＭＥ標準規格は１６ビットデータバス及び２４ビットアドレスバスを有するバス構造を規定している。システム制御装置３４はハードディスクドライブ３８に記憶されたコンピュータプログラムの制御の下で作動する。
【００２６】
ここに記載の低誘電率膜は、実行すると汎用コンピュータに堆積チャンバを制御せしめるソフトウェアルーチンを格納したコンピュータ記憶媒体を用いて堆積してもよい。ソフトウェアルーチンは本願に記載の全ての実施形態の膜を堆積するための指示を含み得る。
【００２７】
低誘電率膜の後処理
低誘電率膜を堆積した後、低誘電率膜を所望の高温まで急速に加熱し、その後急速に冷却することとを含む工程によって後処理する。所望の高温とは約６００℃〜約１０００℃、例えば約８００℃であってもよい。好ましくは、低誘電率膜は約２５℃〜約２５０℃からその所望の高温まで少なくとも約１０℃／秒の速度で加熱される。例えば、低誘電率膜は約１０℃／秒〜約３００℃／秒の速度で加熱する。好ましくは、低誘電率膜は約１００℃／秒〜約３００℃／秒、例えば約２５０℃／秒で加熱する。低誘電率膜が所望の温度に達したら、低誘電率膜を加熱するのに使用した熱源の電源を切り、低誘電率膜を少なくとも約１０℃／秒、例えば約１０℃／秒〜約１００℃／秒の速度で冷却する。低誘電率膜の冷却を、後処理チャンバの反射板によって強化してもよい。好ましくは、冷却速度は後処理チャンバの反射板の存在と、低誘電率膜を堆積する基板の裏面側をヘリウム等の不活性ガス流に露出することの双方によって促進される。例えば、基板の裏側をヘリウムガス流に速度約１０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで露出する。低誘電率膜を急速に加熱し急速に冷却するため、低誘電率膜の加熱開始と冷却終了との間の時間は典型的には約０．５分〜約５分である。
【００２８】
一般的に、低誘電率膜はアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、又はその組み合わせを含み得るチャンバ雰囲気中で加熱及び冷却される。チャンバ圧は約１００Ｔｏｒｒ〜約７６０Ｔｏｒｒであってもよい。チャンバ圧を調節して、低誘電率膜の冷却速度を変更し得る。
【００２９】
一実施形態において、低誘電率膜はアルゴン環境で加熱及び冷却される。一実施形態において、アルゴンはチャンバへと約１０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍの速度で導入される。
【００３０】
低誘電率膜を所望の温度に約５秒以下、好ましくは１秒以下にわたって急速に加熱し、その後急速に冷却可能ないずれのチャンバも、低誘電率膜の後処理に使用し得る。ここに記載の実施形態による低誘電率膜の後処理に使用し得る模範的なチャンバを以下に挙げる。
【００３１】
使用し得るチャンバの１つが、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手可能なラディアンス（商標名）ＲＴＰチャンバである。図２はラディアンス（商標名）ＲＴＰチャンバの一実施形態であるチャンバ２００を図示する。図２に示されるように、チャンバ２００は側壁２１４と底壁２１５とに囲まれた処理領域２１３を含む。チャンバ２００の側壁２１４の上部はＯリング２１６によってウィンドウ２４８に封止されている。
【００３２】
典型的には、炭化ケイ素製の支持リング２６２によって、基板つまりウェハ２６１はその端部でもって領域２１３内部に支持されている。支持リング２６２は回転式石英シリンダ上に取り付けられている。石英シリンダ２６３を回転させることで、支持リング２６２とウェハ２６１を回転させることができる。炭化ケイ素製アダプタリングを追加して使用することで、直径の異なるウェハ（例えば、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ）を処理することが可能となる。ウェハ２６１の外径から延びる支持リング２６２の外縁部は２インチ未満であることが好ましい。チャンバ２００の容積は、３００ｍｍシステムに関しては、約９リットルである。
【００３３】
チャンバ２００は、処理ガスを領域２１３に注入して領域２１３において様々な処理工程を行うための、側壁２１４に形成されたガス注入口２６９を含む。側壁２１４のガス注入口２６９の反対側にはガス出口２６８が位置している。ガス出口２６８はポンプ等の真空源２８６に連結されており、処理ガスをチャンバ２００から排気し、チャンバ２００内の圧力を低下させる。処理中、処理ガスがチャンバに供給される一方で、真空源２８６は所望の圧力を維持する。
【００３４】
放射エネルギーアセンブリ２１８はウィンドウ２４８上に位置している。放射エネルギーアセンブリ２１８は複数のタングステンハロゲンランプ２１９、例えばシルバニアＥＹＴランプを含み、それぞれはステンレススチール、金、真鍮、アルミニウム、その他の金属から成る光パイプ２２１にはめ込まれている。ランプ２１９は、その中心軸がランプエンベロープの中心軸と平行になるようにコイル状に巻かれたフィラメントを含む。光の大部分は周囲を取り巻く光パイプ２２１の壁方向に向って、中心軸に対して垂直方向に放射される。光パイプの長さは、少なくとも対応するランプの長さになるように選択される。反射が大きくなることでウェハに到達する電力が実質的に減衰することがないならば、光パイプ２２１は対応するランプより長くてもよい。ランプ２１９は六角形配列、つまり「ハニカム形状」に位置される。ランプ２１９は、ウェハ２６１表面全体と支持リング２６２を十分に覆うように位置される。ランプ２１９（約数百になる場合がある）は区画ごとにまとめられており、本方法で望ましいとされるように、個別に制御してウェハ２６１を極めて均一にもしくは不均一に加熱することが可能である。
【００３５】
複数の光パイプ２２１及び対応するランプ２１９を含む放射エネルギー源２１８により、薄い石英ウィンドウ２４８を使用することで排気処理チャンバ内で基板を加熱するための光ポートを設けることが可能になる。ウィンドウ２４８の主要な目的は、ランプ２１９が熱くなりすぎ処理ガスと反応する可能性があることから、処理環境をランプ２１９から隔離することである。光パイプ２２１は水等の冷却剤を様々な熱パイプ間に流すことで冷却することができる。
【００３６】
放射エネルギー源２１８は複数のタングステンハロゲンランプ２１９を含むものとして上述したが、別の実施形態においては、放射エネルギー源２１８は紫外線ランプを含む。
【００３７】
チャンバ２００の底壁２１５はエネルギーをウェハ２６１の裏面に反射するための上面２１１を含む。更に、チャンバ２００はその底壁２１５を貫通して位置される光学温度プローブ２７０を複数含んでおり、その底面全体にわたる複数の位置でウェハ２６１の温度を検知する。シリコンウェハ２６１の裏面と反射表面２１１との間の反射により黒体空洞が形成されるため、温度測定をウェハ裏面の放射率とは独立して行うことができ、正確な温度測定が可能となる。
【００３８】
一実施形態において、反射表面２１１は波長０．７〜０．９６ｎｍで反射する吸収反射板の形態であり、放射エネルギーアセンブリ２１８によって放射されたその他の波長も反射する。反射板の吸収特性により低誘電率膜の冷却は強化される。低誘電率膜の冷却速度を、その上に低誘電率膜を堆積する基板の裏面を不活性ガス流に露出することで更に促進してもよく、例えば不活性ガスを反射板の縁部周辺にもしくは反射板の穴を通して基板の裏面に導入することが挙げられる。
【００３９】
チャンバ２００の状態は、制御システム（図示せず）によって操作される。制御システムは、制御装置、プロセッサ及び入力／出力デバイスをいくつ含んでいてもよい。一実施形態において、制御システムは基板を処理しながら処理チャンバ２００内の様々なパラメータをモニタし、その後、様々な設定点に応じて必要な調整を加えるための１つ以上の制御信号を発信する閉ループフィードバックシステムの構成部品の１つである。一般に、モニタされるパラメータには温度、圧力、ガス流量が含まれる。
【００４０】
更に別の実施形態において、低誘電率膜の後処理には低誘電率膜を所望の高温まで急速に加熱し、この所望の高温から急速に冷却し、電子ビーム処理によって低誘電率膜を処理することを含む。低誘電率膜の電子ビーム処理は、急速加熱及び冷却の前又は後に行うことが考えられる。
【００４１】
電子ビーム（ｅビーム）処理の線量は典型的には、約１〜２０キロ電子ボルト（ＫｅＶ）で１平方センチメートルあたり約５０〜約２０００マイクロクーロン（μｃ／ｃｍ２）である。電子ビーム電流は典型的には約１ｍＡ〜約４０ｍＡであり、好ましくは約１〜約２０ｍＡである。典型的には、電子ビーム処理は室温前後〜約４５０℃で約１０秒〜約１５分行われる。一態様において、厚さ約１ミクロンの膜を処理するための電子ビーム処理条件は、６ｋＶ，１０〜１８ｍＡ及び５０μｃ／ｃｍ２、３５０℃で約１５〜３０秒である。他の態様において、厚さ約５０００Åの膜を処理するための電子ビーム処理条件は、４．５ｋＶ、１０〜１８ｍＡ及び５０μｃ／ｃｍ２、３５０℃で約１５〜約３０秒である。電子ビーム処理中、アルゴン又は水素が存在してもよい。いずれの電子ビーム装置を使用してもよいが、模範的な装置の一例としてはアプライドマテリアル社から入手可能なＥＢＫチャンバが挙げられる。低誘電率膜の堆積後にその膜を電子ビームで処理すると、膜中の有機基の少なくとも一部が揮発し、膜中にボイドが形成される場合がある。
【００４２】
図３は、本発明の一実施形態による電子ビームチャンバ３００を示す。電子ビームチャンバ３００は真空チャンバ３２０、大面積カソード３２２、フィールドフリー領域３３８に設置された標的面３３０、標的面３３０と大面積カソード３２２との間に位置されたグリッドアノード３２６を含む。電子ビームチャンバ３００は更に、グリッドアノード３２６を大面積カソード３２２から隔離する高圧絶縁体３２４及び加速フィールド領域３３６、真空チャンバ３２０の外側に設置されたカソードカバー絶縁体３２８、真空チャンバ３２０内の圧力を制御するための可変リーク弁、大面積カソード３２２に接続された可変高圧電源３２９、グリッドアノード３２６に接続された可変低圧電源３３１を含む。
【００４３】
稼動中、電子ビームに露出する低誘電率膜をその上に有する基板（図示せず）は標的面３３０上に置かれる。真空チャンバ３２０は大気圧から約１ｍＴｏｒｒ〜約２００ｍＴｏｒｒに排気される。正確な圧力は可変速度型リーク弁３３２によって制御され、圧力を約０．１ｍＴｏｒｒまで制御可能である。一般的に、電子ビームは十分な高圧下で発生され、高圧電源３２９によって大面積カソード３２２に印加される。電圧は約−５００ボルト〜約３００００ボルト、もしくはそれ以上であってもよい。高圧電源３２９はニューヨーク州ヒックヴィルのバータン社（Ｂｅｒｔａｎ）製のバータンモデル番号１０５−３０Ｒ、又はニューヨーク州ホップホッグのスペルマンハイボルテージエレクトロニクス社製のスペルマンモデル番号ＳＬ３０Ｎ−１２００Ｘ２５８であってもよい。可変低圧電源３３１は、大面積カソード３２２に印加された電圧に対して正である電圧をグリッドアノード３２６に印加する。この電圧を用いて、大面積カソード３２２からの電子放出を制御する。可変低圧電源３３１はペンシルバニア州イーストンのエーコピアン社（Ａｃｏｐｉａｎ）製のエーコピアンモデル番号１５０ＰＴ１２電源が考えられる。
【００４４】
電子ビームチャンバ３００についてのその他の詳細に関しては、ウィリアム・Ｒ・リブセイに付与され、エレクトロンヴィジョン社に譲渡された（現在は本発明の譲受人によって所有）米国特許第５００３１７８号の「大面積用の均一な電子源」に記載されており、引用により本発明と矛盾しない範囲で本願に組み込まれる。
【００４５】
他の実施形態において、低誘電率膜の後処理は、膜を所望の高温まで急速に加熱し、その所望の高温から急速に冷却し、紫外線で処理することを含む。好ましくは、低誘電率膜の紫外線処理は、膜の急速加熱及び/又は冷却の少なくとも一部と同時に行われる。しかしながら、低誘電率膜の紫外線処理は膜の急速加熱及び冷却の前又は後に行ってもよい。低誘電率膜の紫外線処理を膜の急速加熱及び冷却の前又は後に行う実施形態の場合、好ましくは、低誘電率膜は紫外線処理中、約２００℃〜約６００℃で加熱される。例えば、低誘電率膜は紫外線源を有する炉等のチャンバ内で紫外線に露出される。紫外線処理中、チャンバ内は真空又は周囲大気下のいずれかにある。
【００４６】
低誘電率膜は１つ以上の紫外線波長に露出してもよい。低誘電率膜を紫外線に露出するために使用し得るチャンバ及び方法の一例が、共通して譲渡される米国特許第６６１４１８１号に記載されており、引用により本願に組み込まれる。
【００４７】
更に別の実施形態においては、低誘電率膜は膜を急速に加熱及び冷却し、紫外線で処理し、電子ビームで処理することを含む方法によって後処理される。後処理工程はどの順序で行ってもよい。しかしながら、低誘電率膜を本願に記載の実施形態に従って急速に加熱・冷却、同時に紫外線処理し、続いて電子ビームで処理することが好ましい。
【００４８】
低誘電率膜の急速加熱・冷却と紫外線処理及び/又は電子ビーム処理との双方を含む後処理によって、低誘電率膜の性質が強化されるものと思われる。例えば、急速加熱・冷却及び紫外線処理を含む後処理によって、堆積された膜の誘電率が低下すると考えられる。急速加熱及び冷却、電子ビーム処理、任意の紫外線処理を含む後処理により、堆積された膜の誘電率が低下し、膜の硬度と弾性率が向上すると思われる。
【００４９】
本願に記載のいずれの実施形態においても、低誘電率膜をアプライドマテリアル社から入手可能なセンチュラ（Ｃｅｎｔｕｒａ）又はプロデューサ（Ｐｒｏｄｕｃｅｒ）等の集積処理システム内で堆積及び後処理し得る。よって、低誘電率膜を大気に曝すことなく堆積及び後処理することが可能である。１つ以上の後処理工程を行う実施形態においては、異なる後処理工程間において、低誘電率膜を大気から保護することができる。例えば、低誘電率膜は、別のチャンバ内で急速に加熱・冷却、任意で紫外線処理された後、急速加熱・冷却と電子ビーム処理との間で大気に露出されることなく電子ビームチャンバに搬送される。
【００５０】
以下の実施例は、低誘電率膜をその上に堆積させた基板の処理方法を説明するものである。膜はアプライドマテリアル社から入手可能なプロデューサ（商標名）ＣＶＤチャンバを用いて３００ｍｍ基板上に堆積された。
【００５１】
比較例１
ケイ素、炭素、酸素を含む低誘電率膜を、ＯＭＣＴＳ、トリメチルシラン、エチレンを含むガス混合物から基板上に堆積した。ＯＭＣＴＳは流速５２０ｓｃｃｍ、トリメチルシランは流速３００ｓｃｃｍ、エチレンは流速２２００ｓｃｃｍでチャンバに導入した。ヘリウムは流速１０００ｓｃｃｍ、酸素は流速１０００ｓｃｃｍでチャンバに導入した。膜は４００℃、圧力５．７Ｔｏｒｒで１３．５６ＭＨｚ、８００Ｗ  ＲＦパワーを用いて２０秒間堆積された。堆積後、低誘電率膜の厚さは５．０４３&Aring;、誘電率（ｋ）は２．７７、硬度は０．５９ｇＰａであった。
【００５２】
比較例２
低誘電率膜を比較例１に記載したように基板上に堆積した。低誘電率膜は、８００℃で１分間、熱アニール処理することで後処理した。堆積後、低誘電率膜の厚さは５０８５&Aring;であった。後処理後、低誘電率膜の厚さは４４６３&Aring;であった（収縮率１２．２％）。後処理後、低誘電率膜の誘電率（ｋ）は３．３５、硬度は１．８２ｇＰａであった。
【００５３】
比較例３
低誘電率膜を比較例１に記載したように基板上に堆積した。低誘電率膜は、電流３ｍＡ、線量１００μｃ／ｃｍ２の電子ビーム処理で４．５ｋＶ、４００℃で後処理された。堆積後、低誘電率膜の厚さは５０７４Åであった。後処理後、低誘電率膜の厚さは４７６３Åであった（収縮率６．１％）。後処理後、低誘電率膜の誘電率（ｋ）は２．７４、硬度は１．１４ｇＰａであった。
【００５４】
実施例１
低誘電率膜を比較例１に記載したように基板上に堆積した。低誘電率膜を、室温から８００℃まで急速に加熱し、その後１２０℃まで急速に冷却することでラディアンス（Ｒａｄｉａｎｃｅ、商標名）ＲＴＰチャンバ内で後処理した。膜の加熱及び冷却は３０秒以内になるように行われた。堆積後、低誘電率膜の厚さは５０３６&Aring;であった。後処理後、低誘電率膜の厚さは５０２１&Aring;であった（収縮率０．３％）。後処理後、低誘電率膜の誘電率（ｋ）は２．５３、硬度は０．６２ｇＰａであった。
【００５５】
実施例２
低誘電率膜を比較例１に記載したように基板上に堆積した。低誘電率膜を、室温から８００℃まで急速に加熱し、その後すぐに１２０℃まで冷却することでラディアンス（Ｒａｄｉａｎｃｅ、商標名）ＲＴＰチャンバ内で後処理した。膜の加熱及び冷却は３０秒以内になるように行われた。堆積後、低誘電率膜の厚さは５０１１&Aring;であった。後処理後、低誘電率膜の厚さは４９９６&Aring;であった（収縮率０．３％）。後処理後、低誘電率膜の誘電率（ｋ）は２．４４であった。
【００５６】
実施例１及び２から、本願に記載の実施形態に従って低誘電率膜を急速に加熱・冷却して低誘電率膜の後処理を行うことにより、膜の誘電率が、後処理していない膜又は電子ビーム処理又は通常のアニール処理された膜に比べて低くなることがわかる。ここで得られた、後処理をした膜の低誘電率は、低誘電率膜を後処理した際に有機基等のポロゲンが低誘電率膜から放出されることによって達成されるものと思われる。
【００５７】
更に、実施例１は本願に記載の実施形態による低誘電率膜の急速加熱・冷却は、堆積された膜の硬度に実質的に影響しなかったことを示している。また、本願に記載の実施形態による低誘電率膜の後処理により、他の後処理工程に比べて収縮率が低くなったことが実施例からわかる。
【００５８】
よって、本発明の実施形態は、低誘電率膜の硬度を低下させることなくその誘電率を低下させ、後処理による膜の収縮を最低限に抑える低誘電率膜の後処理方法を提供する。本発明の実施形態による急速加熱・冷却後処理のその他の利点には、迅速な後処理工程に起因するより高い基板スループットと、本発明の実施形態に従って処理した基板のより低いサーマルバジェットが含まれる。
【００５９】
以上の記載は本発明の実施形態を対象としているが、その基本的な範囲から逸脱することなく更に別の実施形態を考案することもでき、本発明の範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
本発明の上述した構成を詳細に理解可能なように、その幾つかを添付の図面に図示した実施形態を参照することで、上記で簡単に概要を述べた本発明を更に詳細に説明する。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを図示するに過ぎず、その他の同等に効果的な実施形態を認め得ることから、本発明の範囲を制限するものではないことに留意すべきである。
【図１】本願に記載の実施形態に従って使用するように構成された例示的なＣＶＤ反応装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバの一部の垂直断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による電子ビームチャンバを示す図である。
【図１】
2007534174.tif 000003
【図２】
2007534174.tif 000004
【図３】
2007534174.tif 000005
【誤訳訂正書】
【提出日】平成19年6月22日(2007.6.22)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】００５１
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【００５１】
比較例１
ケイ素、炭素、酸素を含む低誘電率膜を、ＯＭＣＴＳ、トリメチルシラン、エチレンを含むガス混合物から基板上に堆積した。ＯＭＣＴＳは流速５２０ｓｃｃｍ、トリメチルシランは流速３００ｓｃｃｍ、エチレンは流速２２００ｓｃｃｍでチャンバに導入した。ヘリウムは流速１０００ｓｃｃｍ、酸素は流速１０００ｓｃｃｍでチャンバに導入した。膜は４００℃、圧力５．７Ｔｏｒｒで１３．５６ＭＨｚ、８００Ｗ  ＲＦパワーを用いて２０秒間堆積された。堆積後、低誘電率膜の厚さは５，０４３Å、誘電率（ｋ）は２．７７、硬度は０．５９ｇＰａであった。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】００５２
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【００５２】
比較例２
低誘電率膜を比較例１に記載したように基板上に堆積した。低誘電率膜は、８００℃で１分間、熱アニール処理することで後処理した。堆積後、低誘電率膜の厚さは５，０８５Åであった。後処理後、低誘電率膜の厚さは４，４６３Åであった（収縮率１２．２％）。後処理後、低誘電率膜の誘電率（ｋ）は３．３５、硬度は１．８２ｇＰａであった。
【誤訳訂正３】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】００５４
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【００５４】
実施例１
低誘電率膜を比較例１に記載したように基板上に堆積した。低誘電率膜を、室温から８００℃まで急速に加熱し、その後１２０℃まで急速に冷却することでラディアンス（Ｒａｄｉａｎｃｅ、商標名）ＲＴＰチャンバ内で後処理した。膜の加熱及び冷却は３０秒以内になるように行われた。堆積後、低誘電率膜の厚さは５，０３６Åであった。後処理後、低誘電率膜の厚さは５，０２１Åであった（収縮率０．３％）。後処理後、低誘電率膜の誘電率（ｋ）は２．５３、硬度は０．６２ｇＰａであった。
【誤訳訂正４】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】００５５
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【００５５】
実施例２
低誘電率膜を比較例１に記載したように基板上に堆積した。低誘電率膜を、室温から８００℃まで急速に加熱し、その後すぐに１２０℃まで冷却することでラディアンス（Ｒａｄｉａｎｃｅ、商標名）ＲＴＰチャンバ内で後処理した。膜の加熱及び冷却は３０秒以内になるように行われた。堆積後、低誘電率膜の厚さは５，０１１Åであった。後処理後、低誘電率膜の厚さは４，９９６Åであった（収縮率０．３％）。後処理後、低誘電率膜の誘電率（ｋ）は２．４４であった。
【国際調査報告】
2007534174.tif 000006
2007534174.tif 000007
2007534174.tif 000008
2007534174.tif 000009