(57)【要約】  【課題】  誘電率が低く、熱安定性を有する誘電材料を提供する。  【解決手段】  プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）プロセスを利用して、平行板化学気相成長プロセスにおいて、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ原子を含む熱的に安定した超低誘電率膜を製造するための方法を開示する。更に、この方法によって作成された熱的に安定した超低誘電率材料の絶縁層を含む電子デバイスを開示する。熱的に安定した超低誘電率膜の製造を可能とするため、例えばジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）のようなシラン誘導体、および、例えばビシクロヘプタジエンおよび酸化シクロペンテンのような有機分子等、特定の前駆物質材料を用いる。【選択図】  図１
2007536733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超低誘電率膜を製造するための方法であって、
分子式ＳｉＲＲ’Ｒ’ ’Ｒ ’ ’ ’を有する第１の前駆ガスを、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）リアクタのチャンバ内に流すステップであって、Ｒ、Ｒ’、Ｒ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なり、Ｈ、アルキル、およびアルコキシのいずれかである、ステップと、
以下の式の１つを有する第２の前駆ガスを前記チャンバ内に流すステップであって、
【化１】
2007536733.tif 000008
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む、水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含む、ステップと、
前記前駆ガスからの超低ｋ膜を基板上に堆積するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記超低ｋ膜は多相膜であり、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨから成る第１の相と、少なくともＣ、Ｈから成る第２の相と、前記基板上の多数のナノメートル・サイズの孔と、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記前駆ガスの１つまたは双方と不活性ガスを混合するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
堆積後に前記超低ｋ膜を、少なくとも０．２５時間、３００℃以上の温度で加熱するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。    
【請求項５】
堆積後に前記超低ｋ膜をエネルギ源で処理して前記超低ｋ膜を安定化させてその特性を改善するステップを更に含み、前記エネルギ源が、熱源、化学源、紫外（ＵＶ）光源、電子ビーム（ｅビーム）源、マイクロ波源、またはプラズマ源の１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記超低ｋ膜が２．５以下の誘電率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記超低ｋ膜が１．５から２．５の誘電率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記超低ｋ膜が５から４０原子パーセントのＳｉ、５から４５原子パーセントのＣ、０から５０原子パーセントのＯ、１０から５５原子パーセントのＨを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ＰＥＣＶＤリアクタが、基板チャック面積は３００ｃｍ2および８００ｃｍ2の間であり、前記基板と上部電極との間の間隙は１ｃｍおよび１０ｃｍの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＰＥＣＶＤリアクタの電極にＲＦ電力を印加するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。    
【請求項１１】
３００℃以上の温度で３０分間まで、前記超低ｋ膜にＵＶまたはｅビームによる処理を行うステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記超低ｋ膜に加熱処理およびＵＶまたはｅビーム処理の組み合わせを行うステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の前駆ガスがジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の前駆ガスが、ビシクロヘプタジエン（ＢＣＨＤ）、酸化シクロペンテン（ＣＰＯ）、酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化イソブチレン、２，２，３−トリメチルオキシラン、一酸化ブタジエン、１，２−エポキシ−５−ヘキセン、２−メチル−２−ビニルオキシラン、ｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテル、１−イソプロピル−シクロヘキサ−１，３−ジエン、またはそれらの混合物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記超低ｋ膜を堆積する前記ステップが、前記基板の温度を２５℃および４００℃の間に設定するステップと、ＲＦ電力密度を０．０５Ｗ／ｃｍ2および３．５Ｗ／ｃｍ2の間に設定するステップとを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記超低ｋ膜を堆積する前記ステップが、前記第１の前駆ガスの流量を、５ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍの間、または、液体の送出を用いる場合は３０および６０００ｍｇ／分に設定するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の前駆ガスの前記流量が、２５ｓｃｃｍおよび２００ｓｃｃｍの間、または、液体の送出を用いる場合は１５０および１２００ｍｇ／分の間である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記超低ｋ膜を堆積する前記ステップが、前記第２の前駆ガスの流量を、５ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍの間、または、液体の送出を用いる場合は３０および６０００ｍｇ／分に設定するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の前駆ガスの前記流量が、２５ｓｃｃｍおよび２００ｓｃｃｍの間、または、液体の送出を用いる場合は１５０および１２００ｍｇ／分の間である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記超低ｋ膜を堆積する前記ステップが、前記ＰＥＣＶＤリアクタの圧力を５０ｍｔｏｒｒないし１００００ｍｔｏｒｒの間に設定するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。    
【請求項２１】
前記ＰＥＣＶＤリアクタの前記圧力が１００ｍｔｏｒｒおよび５０００ｍｔｏｒｒの間である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記超低ｋ膜を堆積する前記ステップが、前記第１の前駆ガスとしてのジエトキシメチルシランに対する前記第２の前駆ガスとしてのビシクロヘプタジエンの流量比を０．１および３の間に設定するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ジエトキシメチルシランに対する前記ビシクロヘプタジエンの前記流量比が０．２および０．６の間である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＰＥＣＶＤリアクタを連続モードで動作させる、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＰＥＣＶＤリアクタをパルス・モードで動作させる、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
熱的に安定した超低ｋ膜を製造するための方法であって、
プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）タイプのリアクタを用意するステップと、
基板チャック上に前処理したウエハを配置するステップであって、前記基板チャックが３００ｃｍ2および８００ｃｍ2の間の面積を有し、前記ウエハと上部電極との間に１ｃｍおよび１０ｃｍの間の間隙を維持する、ステップと、
シラン誘導体分子を含む第１の前駆ガスを前記ＰＥＣＶＤリアクタ内に流すステップと、
少なくとも、以下の式の１つを有する化合物を含む第２の前駆ガスを前記ＰＥＣＶＤリアクタ内に流すステップであって、
【化２】
2007536733.tif 000009
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含む、ステップと、
超低ｋ膜を前記ウエハ上に堆積するステップと、
を含む、方法。
【請求項２７】
熱的に安定した超低ｋ膜を製造するための方法であって、
プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）タイプのリアクタを用意するステップと、
基板チャック上にウエハを配置するステップであって、前記基板チャックが３００ｃｍ2および８００ｃｍ2の間の面積を有し、前記ウエハと上部電極との間に１ｃｍおよび１０ｃｍの間の間隙を維持する、ステップと、
前記リアクタ内に、２５℃および４００℃の間の温度に維持した前記ウエハ上に、シラン誘導体の第１の前駆ガスを５ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍの間の流量で流し、第２の前駆ガスを５ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍの間の流量で流すステップであって、前記リアクタ内の圧力を５０ｍｔｏｒｒおよび８０００ｍｔｏｒｒの間に維持し、前記第２の前駆ガスが以下の式の１つを有する化合物を含み、
【化３】
2007536733.tif 000010
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む、水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されている、ステップと、
０．０５Ｗ／ｃｍ2および３．０Ｗ／ｃｍ2の間のＲＦ電力密度のもとで、好超低ｋ膜を前記ウエハ上に堆積するステップと、
前記超低ｋ膜を処理して前記膜の安定性を改善するステップを更に含み、前記処理が、熱、化学、紫外（ＵＶ）光、電子ビーム（ｅビーム）、マイクロ波、プラズマ、およびそれらの組み合わせから選択したエネルギ源を含む、ステップと、
を含む、方法。
【請求項２８】
前記処理が、３００℃以上の温度における少なくとも０．２５時間のアニーリングを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨの元素を含む誘電材料であって、前記誘電材料がランダムに共有結合した三次元ネットワーク構造を有し、誘電率が２．５以下であり、ＦＴＩＲスペクトルが３つのピークに解析可能なＳｉ−Ｏ吸収帯を有し、前記Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ元素が第１の前駆物質および第２の前駆物質から誘導され、前記第１の前駆物質が分子式ＳｉＲＲ’Ｒ’ ’Ｒ ’ ’ ’を有し、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なり、Ｈ、アルキル、およびアルコキシのいずれかであり、前記第２の前駆物質が以下の式の１つを有し、
【化４】
2007536733.tif 000011
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含む、誘電材料。
【請求項３０】
前記ランダムに共有結合した三次元構造が、Ｓｉ−Ｏ、Ｓｉ−Ｃ、Ｓｉ−Ｈ、Ｃ−Ｈ、およびＣ−Ｃ結合を含む、請求項２９に記載の誘電材料。
【請求項３１】
前記誘電材料が少なくとも４３０℃の温度まで熱的に安定である、請求項２９に記載の誘電材料。
【請求項３２】
前記誘電材料が多数の名のメートル・サイズの孔を更に含む、請求項２９に記載の誘電材料。
【請求項３３】
前記多数のナノメートル・サイズの孔の寸法が０．３および５０ナノメートルの間である、請求項３２に記載の誘電材料。
【請求項３４】
バックエンド工程（ＢＥＯＬ）絶縁体、キャップ、またはハードマスク層として誘電材料を含むＢＥＯＬ相互接続構造であって、前記誘電材料がＳｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨの元素を含み、ランダムに共有結合した三次元ネットワーク構造を有し、誘電率が２．５以下であり、ＦＴＩＲスペクトルが３つのピークに解析可能なＳｉ−Ｏ吸収帯を有し、前記Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ元素が第１の前駆物質および第２の前駆物質から誘導され、前記第１の前駆物質が分子式ＳｉＲＲ’Ｒ’ ’Ｒ ’ ’ ’を有し、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なり、Ｈ、アルキル、およびアルコキシのいずれかであり、前記第２の前駆物質が以下の式の１つを有し、
【化５】
2007536733.tif 000012
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含む、ＢＥＯＬ相互接続構造。
【請求項３５】
配線構造において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構造であって、
第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域を有する前処理した半導体基板と、
超低ｋ材料で形成された第２の絶縁材料層に埋め込まれた第１の導体領域であって、前記超低ｋ材料がＳｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ、ならびに多数のナノメートル・サイズの孔を含み、前記超低ｋ材料が２．５以下の誘電率を有し、ＦＴＩＲスペクトルが３つのピークに解析可能なＳｉ−Ｏ吸収帯を有し、前記Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ元素が第１の前駆物質および第２の前駆物質から誘導され、前記第１の前駆物質が分子式ＳｉＲＲ’Ｒ’ ’Ｒ ’ ’ ’を有し、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なり、Ｈ、アルキル、およびアルコキシのいずれかであり、前記第２の前駆物質が以下の式の１つを有し、
【化６】
2007536733.tif 000013
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含み、前記第２の絶縁材料層が前記第１の絶縁材料層と密着し、前記第１の導体領域が前記第１の金属領域と電気的に通信状態にある、第１の導体領域と、
前記第１の導体領域と電気的に通信状態にあり、前記超低ｋ材料を含む第３の絶縁材料層に埋め込まれた第２の導体領域であって、前記第３の絶縁材料層が前記第２の絶縁材料層と密着している、第２の導体領域と、
を含む、構造。
【請求項３６】
前記第２の絶縁材料層と前記第３の絶縁材料層との間に位置する誘電キャップ層を更に含む、請求項３５に記載の構造。
【請求項３７】
前記第２の絶縁材料層と前記第３の絶縁材料層との間の第１の誘電キャップ層と、前記第３の絶縁材料層の上の第２の誘電キャップ層と、を更に含む、請求項３５に記載の構造。
【請求項３８】
前記誘電キャップ層が、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、耐熱金属の窒化シリコン、炭化シリコン、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯ、および炭素ドーピング酸化物、およびそれらの水素含有化合物から成る群から選択された材料で形成されている、請求項３６に記載の構造。
【請求項３９】
前記耐熱金属窒化シリコンが、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、およびＷから成る群から選択された耐熱金属を含む、請求項３５に記載の構造。
【請求項４０】
前記第１の誘電キャップ層および前記第２の誘電キャップ層が、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、耐熱金属の窒化シリコン、炭化シリコン、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯ、および炭素ドーピング酸化物、およびそれらの水素含有化合物から成る群から選択された材料で形成されている、請求項３７に記載の構造。
【請求項４１】
前記耐熱金属窒化シリコンが、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、およびＷから成る群から選択された耐熱金属を含む、請求項４０に記載の構造。
【請求項４２】
前記第１の絶縁材料層が、酸化シリコン、窒化シリコン、ＰＳＧ（phosphosilicate glass）、ＢＰＳＧ（borophosphosilicate glass）、および他の、これらの材料にドーピングしたものから成る群から選択したものである、請求項３５に記載の構造。
【請求項４３】
前記第２の絶縁材料層および前記第３の絶縁材料層の少なくとも一方に堆積した誘電材料の拡散バリア層を更に含む、請求項３５に記載の構造。
【請求項４４】
前記第２の絶縁材料層の上の誘電反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）・ハード・マスク／研磨ストップ層、および、前記ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層の上の誘電拡散バリア層を更に含む、請求項３５に記載の構造。
【請求項４５】
前記第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、前記第１の誘電ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層の上の第１の誘電拡散バリア層と、前記第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、前記第２の誘電ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層の上の第２の誘電拡散バリア層と、を更に含む、請求項３５に記載の構造。
【請求項４６】
超低ｋ材料のレベル間誘電体と超低ｋ材料のレベル内誘電体との間の誘電キャップ層を更に含む、請求項４５に記載の構造。
【請求項４７】
配線構造において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構造であって、
第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域を有する前処理した半導体基板と、
超低ｋ材料で形成された少なくとも１つの第２の絶縁材料層に埋め込まれた少なくとも１つの第１の導体領域であって、前記超低ｋ材料が、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ、ならびに多数のナノメートル・サイズの孔から成り、前記超低ｋ材料が２．８以下の誘電率を有し、ＦＴＩＲスペクトルが３つのピークに解析可能なＳｉ−Ｏ吸収帯を有し、前記Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ元素が第１の前駆物質および第２の前駆物質から誘導され、前記第１の前駆物質が分子式ＳｉＲＲ’Ｒ’ ’Ｒ ’ ’ ’を有し、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なり、Ｈ、アルキル、およびアルコキシのいずれかであり、前記第２の前駆物質が以下の式の１つを有し、
【化７】
2007536733.tif 000014
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含み、前記少なくとも１つの第２の絶縁材料層の１つが前記第１の絶縁材料層と密着し、前記少なくとも１つの第１の導体領域の１つが前記第１の金属領域と電気的に通信状態にある、少なくとも１つの第１の導体領域と、
を含む、構造。
【請求項４８】
各前記少なくとも１つの第２の絶縁材料層間に位置する誘電キャップ層を更に含む、請求項４７に記載の構造。
【請求項４９】
前記少なくとも１つの第２の絶縁材料層の各々間の第１の誘電キャップ層と、前記一番上の第２の絶縁材料層の上の第２の誘電キャップ層と、を更に含む、請求項４７に記載の構造。
【請求項５０】
前記第１の誘電キャップ層および前記第２の誘電キャップ層が超低ｋ材料で形成されている、請求項４９に記載の構造。
【請求項５１】
前記第１の誘電キャップ層および前記第２の誘電キャップ層が改質された超低ｋ材料で形成されている、請求項４９に記載の構造。
【請求項５２】
前記誘電キャップ層が、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、耐熱金属の窒化シリコン、炭化シリコン、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯ、および炭素ドーピング酸化物、およびそれらの水素含有化合物から成る群から選択された材料で形成されている、請求項４９に記載の構造。
【請求項５３】
前記耐熱金属窒化シリコンが、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、およびＷから成る群から選択された耐熱金属を含む、請求項４７に記載の構造。
【請求項５４】
配線構造において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構造であって、
第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域を有する前処理した半導体基板と、
第２の絶縁材料層に埋め込まれた第１の導体領域であって、前記第２の絶縁材料層が前記第１の絶縁材料層と密着し、前記第１の導体領域が前記第１の金属領域と電気的に通信状態にある、第１の導体領域と、
前記第１の導体領域と電気的に通信状態にあり、第３の絶縁材料層に埋め込まれている第２の導体領域であって、前記第３の絶縁材料層が前記第２の絶縁材料層と密着している、第２の導体領域と、
前記第２の絶縁材料層と前記第３の絶縁材料層との間の第１の誘電キャップ層と、
前記第３の絶縁材料層の上の第２の誘電キャップ層と、
を含み、前記第１および第２の誘電キャップ層が超低ｋ誘電材料で形成され、前記超低ｋ材料がＳｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ、ならびに多数のナノメートル・サイズの孔を含み、前記超低ｋ材料が２．５以下の誘電率を有し、ＦＴＩＲスペクトルが３つのピークに解析可能なＳｉ−Ｏ吸収帯を有し、前記Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ元素が第１の前駆物質および第２の前駆物質から誘導され、前記第１の前駆物質が分子式ＳｉＲＲ’Ｒ’ ’Ｒ ’ ’ ’を有し、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なり、Ｈ、アルキル、およびアルコキシのいずれかであり、前記第２の前駆物質が以下の式の１つを有し、
【化８】
2007536733.tif 000015
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含む、構造。
【請求項５５】
配線構造において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構造であって、
第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域を有する前処理した半導体基板と、
第２の絶縁材料層に埋め込まれた第１の導体領域であって、前記第２の絶縁材料層が前記第１の絶縁材料層と密着し、前記第１の導体領域が前記第１の金属領域と電気的に通信状態にある、第１の導体領域と、
前記第１の導体領域と電気的に通信状態にあり、第３の絶縁材料層に埋め込まれている第２の導体領域であって、前記第３の絶縁材料層が前記第２の絶縁材料層と密着している、第２の導体領域と、
前記第２の絶縁材料層と前記第３の絶縁材料層の少なくとも１つの上に配置された超低ｋ誘電材料を含む材料で形成された拡散バリア層であって、前記超低ｋ材料がＳｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ、ならびに多数のナノメートル・サイズの孔を含み、前記超低ｋ材料が２．５以下の誘電率を有し、ＦＴＩＲスペクトルが３つのピークに解析可能なＳｉ−Ｏ吸収帯を有し、前記Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ元素が第１の前駆物質および第２の前駆物質から誘導され、前記第１の前駆物質が分子式ＳｉＲＲ’Ｒ’ ’Ｒ ’ ’ ’を有し、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なり、Ｈ、アルキル、およびアルコキシのいずれかであり、前記第２の前駆物質が以下の式の１つを有し、
【化９】
2007536733.tif 000016
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含む、拡散バリア層と、
を含む、構造。
【請求項５６】
配線構造において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構造であって、
第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域を有する前処理した半導体基板と、
第２の絶縁材料層に埋め込まれた第１の導体領域であって、前記第２の絶縁材料層が前記第１の絶縁材料層と密着し、前記第１の導体領域が前記第１の金属領域と電気的に通信状態にある、第１の導体領域と、
前記第１の導体領域と電気的に通信状態にあり、第３の絶縁材料層に埋め込まれている第２の導体領域であって、前記第３の絶縁材料層が前記第２の絶縁材料層と密着している、第２の導体領域と、
前記第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、
前記ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層の上の拡散バリア層と、
を含み、前記ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層および前記拡散バリア層が超低ｋ誘電材料で形成され、前記超低ｋ材料がＳｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ、ならびに多数のナノメートル・サイズの孔を含み、前記超低ｋ材料が２．５以下の誘電率を有し、ＦＴＩＲスペクトルが３つのピークに解析可能なＳｉ−Ｏ吸収帯を有し、前記Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ元素が第１の前駆物質および第２の前駆物質から誘導され、前記第１の前駆物質が分子式ＳｉＲＲ’Ｒ’ ’Ｒ ’ ’ ’を有し、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なり、Ｈ、アルキル、およびアルコキシのいずれかであり、前記第２の前駆物質が以下の式の１つを有し、
【化１０】
2007536733.tif 000017
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含む、構造。
【請求項５７】
配線構造において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構造であって、
第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域を有する前処理した半導体基板と、
第２の絶縁材料層に埋め込まれた第１の導体領域であって、前記第２の絶縁材料層が前記第１の絶縁材料層と密着し、前記第１の導体領域が前記第１の金属領域と電気的に通信状態にある、第１の導体領域と、
前記第１の導体領域と電気的に通信状態にあり、第３の絶縁材料層に埋め込まれている第２の導体領域であって、前記第３の絶縁材料層が前記第２の絶縁材料層と密着している、第２の導体領域と、
前記第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、
前記ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層の上の第１の拡散バリア層と、
前記第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、
前記第２のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層の上の第２の拡散バリア層と、
を含み、前記ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層および前記拡散バリア層が、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ、ならびに多数のナノメートル・サイズの孔を含む超低ｋ誘電材料で形成され、前記超低ｋ材料が２．８以下の誘電率を有し、ＦＴＩＲスペクトルが３つのピークに解析可能なＳｉ−Ｏ吸収帯を有し、前記Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ元素が第１の前駆物質および第２の前駆物質から誘導され、前記第１の前駆物質が分子式ＳｉＲＲ’Ｒ’ ’Ｒ ’ ’ ’を有し、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なり、Ｈ、アルキル、およびアルコキシのいずれかであり、前記第２の前駆物質が以下の式の１つを有し、
【化１１】
2007536733.tif 000018
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含む、構造。
【請求項５８】
レベル間誘電体層とレベル内誘電体層との間に配置された前記超低ｋ誘電材料を含む材料で形成された誘電キャップ層を更に含む、請求項５７に記載の構造。
【請求項５９】
前記ＰＥＣＶＤリアクタが平行板リアクタである、請求項１に記載の方法。    
【請求項６０】
前記ＰＥＣＶＤリアクタ内にプラズマを形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６１】
前記ＰＥＣＶＤリアクタが平行板リアクタである、請求項２６に記載の方法。
【請求項６２】
前記ＰＥＣＶＤリアクタ内にプラズマを形成するステップを更に含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項６３】
前記ＰＥＣＶＤリアクタが平行板リアクタである、請求項２７に記載の方法。
【請求項６４】
前記ＰＥＣＶＤリアクタ内にプラズマを形成するステップを更に含む、請求項２７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、超低誘電率（または超低ｋ）を有する誘電材料およびかかる誘電材料を含む電子デバイスを製造するための方法に関する。更に具体的には、本発明は、ＵＬＳＩ（ultra-large-scale integration：超大規模回路）バックエンド工程（ＢＥＯＬ：back-end-of-the-line）の配線構造においてレベル内またはレベル間誘電体として用いるための熱的に安定した超低ｋ膜を製造するための方法、およびかかる方法によって形成される電子構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＵＬＳＩ回路において利用される電子デバイスの小型化が進んだ結果として、ＢＥＯＬメタライゼーションの抵抗が増大し、層内および層間誘電体の静電容量が大きくなっている。これらの影響が組み合わされたことで、ＵＬＳＩ電子デバイスにおける信号の遅延が増大している。今後のＵＬＳＩ回路のスイッチング性能を向上させるため、低誘電率（ｋ）の絶縁体、特に、酸化シリコンよりも著しく低いｋを有する絶縁体を用いて静電容量を低減することが必要である。低ｋ値を有する誘電材料（すなわち誘電体）は市販されている。かかる市販されている材料の１つは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であり、２．０の誘電率を有する。しかしながら、ほとんどの市販の誘電材料は、３００℃を超える温度に暴露された場合に熱的に安定しない現在のＵＬＳＩチップにおいて低ｋ誘電体を集積するには、少なくとも４００℃における熱安定性が必要である。
【０００３】
ＵＬＳＩデバイスに適用することが検討されている低ｋ材料には、メチルシロキサン、メチルシルセスキオキサン、ならびにその他の有機および無機ポリマ等、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨの元素を含有するポリマが含まれる。例えば、論文（N. Hacker等の「Properties ofnew low dielectric constant spin-on silicon oxide based dielectrics」Mat. Res. Soc. Symp. Proc. ４７６（１９９７年）：２５）は、熱安定性の要求を満足させると思われる材料について記述しているが、スピンオン技法によって膜を作成する場合、これらの材料の一部では、相互接続構造に集積するために必要な厚さになると容易に亀裂が広がる。また、これらの従来技術の先行する材料は、コストが高く、大量生産に用いるには不可能な価格である。更に、ＶＬＳＩ（very-large-scale-integration：超大規模集積回路）およびＵＬＳＩチップの製造ステップのほとんどは、プラズマ化学または物理気相成長法によって実行される。
【０００４】
以前に設置されて利用可能である処理設備を用いて、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ：plasma enhanced chemical vapor deposition）技法によって低ｋ材料を製造することができると、製造プロセスに統合することが簡単であり、製造コストが抑えられ、廃棄物の有害性も低い。米国特許第６，１４７，００９号および第６，４９７，９６３号は、３．６以下の誘電率を有し、亀裂の伝搬速度が極めて低い、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ原子の元素から成る低誘電率材料について記載している。
【０００５】
米国特許第６，３１２，７９３号、第６，４４１，４９１号、第６，５４１，３９８号、および第６，４７９，１１０Ｂ２号は、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨの元素で構成されるマトリックス相と主にＣおよびＨで構成される別の相とから成る多相低ｋ誘電材料について記載している。前述の特許に開示された誘電材料は、誘電率が３．２以下である。
【０００６】
米国特許第６，４３７，４４３号は、２つ以上の相を有する低ｋ誘電材料について記述している。第１の相はＳｉＣＯＨ材料で形成されている。この低ｋ誘電材料を提供するには、プラズマ化学気相成長室において、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨの原子を含む第１の前駆ガスと、少なくとも、主にＣ、Ｈを含み、任意にＦ、Ｎ、およびＯの原子を含む第２の前駆ガスとを反応させる。
【特許文献１】米国特許第６，３１２，７９３号
【特許文献２】米国特許第６，４４１，４９１号
【特許文献３】米国特許第６，５４１，３９８号
【特許文献４】米国特許第６，４７９，１１０Ｂ２号
【特許文献５】米国特許第６，４３７，４４３号
【非特許文献１】N. Hacker等の「Properties ofnew low dielectric constant spin-on silicon oxide based dielectrics」Mat. Res. Soc. Symp. Proc. ４７６（１９９７年）：２５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
低ｋ誘電材料に関する多数の開示があるにもかかわらず、今なお、２．５以下の誘電率を有し、現在のＵＬＳＩ技術において用いられる処理温度において応力が低く、熱安定性を有する誘電材料の開発が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、２．５以下の誘電率を有する超低誘電率（すなわち超低ｋ）材料を製造するための方法を提供する。更に好ましくは、本発明において提供される超低ｋ材料の誘電率は、１．５から２．５であり、最も好ましくは、誘電率は１．８から２．２５である。特に指定しない限り、誘電率は全て真空に対するものであることに留意すべきである。
【０００９】
また、本発明は、少なくとも２つの前駆物質の混合物からＳｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ原子を含む超低誘電率材料を製造するための方法を提供する。第１の前駆物質は、シラン（ＳｉＨ4）誘導体から選択され、分子式ＳｉＲＲ’Ｒ ’ ’Ｒ ’ ’ ’を有し、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なる場合があり、Ｈ、アルキル、およびアルコキシのいずれかである。好ましくは、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なり、メチル、エチル、メトキシ、およびエトキシである。好適な第１の前駆物質は、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）、エトキシルトリメチルシラン、エトキシジメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジメトキシメチルシラン、トリエトキシシラン、およびトリメトキシメチルシランを含むが、これらに限定されない。
【００１０】
本出願において用いる第２の前駆物質は、有機化合物であり、以下から選択される。
【化１】
2007536733.tif 000003
【００１１】
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含む。好適な第２の前駆物質は、酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化シクロペンテン、酸化イソブチレン、２，２，３−トリメチルオキシラン、一酸化ブタジエン、ビシクロヘプタジエン、１，２−エポキシ−５−ヘキセン、２−メチル−２−ビニルオキシラン、１−イソプロピル−シクロヘキサ−１，３−ジエン、およびｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテルを含むが、これらに限定されない。
【００１２】
シラン誘導体を含む第１の前駆物質を第２の有機前駆物質と組み合わせて用いることによって、ＳｉＣＯＨマトリックスに孔を形成する相を効率的に組み込むことができ、従来技術において記載した前駆物質よりも低いコストでＳｉＣＯＨ膜を作成することができる。
【００１３】
本発明の方法に従って、シラン誘導体を含む第１の前駆物質を第２の有機前駆物質と組み合わせて用いることによって、引張り応力が低減した多孔ＳｉＣＯＨ誘電体が可能となる。
【００１４】
本発明は、更に、平行板プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）リアクタにおいて超低ｋ誘電体を製造するための方法、および、バックエンド工程（ＢＥＯＬ）相互接続構造においてレベル内またはレベル間誘電体として電子構造内で用いるための超低ｋ材料を製造するための方法を提供する。
【００１５】
また、別の態様では、本発明は、内部応力が低く誘電率が２．５以下の熱的に安定した超低ｋ材料を提供する。更に好適には、超低ｋ材料の誘電率は１．５から２．５であり、最も好ましくは、誘電率は１．８から２．２５である。
【００１６】
更に別の態様では、本発明は、バックエンド工程（ＢＥＯＬ）配線構造においてレベル内またはレベル間誘電体として絶縁材料層を組み込んだ電子構造を提供する。絶縁材料層の少なくとも２つが、本発明の超低ｋ材料を含む。
【００１７】
更に、本発明が提供する電子構造は、バックエンド工程（ＢＥＯＬ）配線構造においてレベル内またはレベル間誘電体として本発明の超低ｋ材料の層を有し、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）ストップまたは化学機械研磨ストップまたは拡散バリアとして少なくとも１つの誘電キャップ層を更に含む。
【００１８】
本発明によれば、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ原子および原子レベルの微小多孔を含むマトリックスを有する熱的に安定した誘電体材料を製造する方法を提供する。好適な実施形態では、誘電体材料は、基本的にＳｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨから成るマトリックスを有する。本発明は、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨの原子を含む第１のシリコン含有前駆ガスと、Ｃ、Ｈ、ならびに任意にＯ、Ｆ、およびＮの原子を含む少なくとも第２の有機物含有前駆ガスとを、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）リアクタにおいて反応させることによって、誘電体材料を製造するための方法を提供する。本発明の誘電体材料が有するＦＴＩＲスペクトルは、３つのピークに解析可能なＳｉ−Ｏ吸収帯を有する。本発明は、更に、バックエンド工程（ＢＥＯＬ）配線構造において用いられる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（すなわち基板）を提供し、この絶縁材料は本発明の超低ｋ膜とすることができる。
【００１９】
好適な実施形態において、熱的に安定した超低ｋ膜を製造するための方法が提供される。この方法は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）リアクタを用意するステップと、リアクタ内に電子構造（すなわち基板）を配置するステップと、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨの原子を含む第１のシラン含有前駆ガスをリアクタ内に流すステップと、Ｃ、Ｈ、ならびに任意にＯ、ＦおよびＮの原子を含む第２の有機物含有前駆ガス混合物をリアクタ内に流すステップと、基板上に超低ｋ膜を堆積するステップと、を含む。
【００２０】
好ましくは、第１の前駆物質は、シラン（ＳｉＨ4）誘導体から選択され、分子式ＳｉＲＲ’Ｒ ’ ’Ｒ ’ ’ ’を有し、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なる場合があり、Ｈ、アルキル、およびアルコキシのいずれかであり、好ましくは、メチル、エチル、メトキシ、およびエトキシである。好適な前駆物質は、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）、エトキシルトリメチルシラン、エトキシジメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジメトキシメチルシラン、トリエトキシシラン、およびトリメトキシメチルシランを含む。
【００２１】
本出願において用いる第２の前駆物質は、有機化合物であり、以下から選択される。
【化２】
2007536733.tif 000004
【００２２】
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含む。好適な第２の前駆物質は、酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化シクロペンテン、酸化イソブチレン、２，２，３−トリメチルオキシラン、一酸化ブタジエン、ビシクロヘプタジエン（２，５−ノルボルナジエンとしても知られる）、１，２−エポキシ−５−ヘキセン、２−メチル−２−ビニルオキシラン、１−イソプロピル−シクロヘキサ−１，３−ジエン、およびｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテルを含む。
【００２３】
任意に、本発明の堆積膜を、３００℃以上の温度で、少なくとも０．２５時間加熱することができる。あるいは、本発明の堆積膜をＵＶまたは電子ビームによって処理することも可能である。
【００２４】
本発明の方法は、更に、平行板リアクタを用意するステップを含む場合がある。このリアクタは、基板チャック面積が３００ｃｍ2および８００ｃｍ2の間であり、基板と上部電極との間の間隙が１ｃｍおよび１０ｃｍの間である。
【００２５】
あるいは、膜堆積のために、マルチステーション・リアクタを使用可能である。１２ＭＨｚおよび１５ＭＨｚの間の周波数で、電極の一方に高周波数ＲＦ電力を印加する。任意に、例えば２ＭＨｚ以下の周波数（３５０〜４５０ＫＨｚ）の追加の低周波数電力を電極の一方に印加する。
【００２６】
加熱処理ステップは、更に、第１の時間期間は３００℃以下の温度で、次いで第２の時間期間は３８０℃以上の温度で行うことができる。第２の時間期間は第１の時間期間よりも長い。第２の時間期間は、第１の時間期間の少なくとも１０倍とすることができる。任意に、熱的に安定した膜をＵＶ照射または電子ビームに暴露することによって処理することができる。
【００２７】
本発明の超低ｋ膜の堆積ステップは、更に、基板の温度を２５℃および４００℃の間に設定するステップと、高周波数ＲＦ電力密度を０．０５Ｗ／ｃｍ2および３．５Ｗ／ｃｍ2の間に設定するステップと、第１の前駆物質の流量を５ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍの間に設定するステップと、第２の前駆物質の流量を５ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍの間に設定するステップと、キャリア・ガス（Ｈｅ）の流量を０ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍの間に設定するステップと、リアクタ圧力を５０ｍｔｏｒｒおよび８０００ｍｔｏｒｒの間の圧力に設定するステップと、を含むことができる。任意に、１０Ｗおよび３００Ｗの間で、プラズマに超低周波数電力を追加することができる。
【００２８】
別の好適な実施形態では、超低ｋ膜を製造するための方法が提供される。この方法は、プラズマ・エンハンスを提供する平行板タイプの化学気相成長リアクタを用意するステップと、基板チャック上に前処理したウエハを配置するステップであって、基板チャックが３００ｃｍ2および８００ｃｍ2の間の面積を有し、ウエハと上部電極との間に１ｃｍおよび１０ｃｍの間の間隙を維持する、ステップと、シラン誘導体分子を含む第１の前駆ガスをリアクタ内に流すステップであって、この分子が分子式ＳｉＲＲ’Ｒ’ ’Ｒ ’ ’ ’を有し、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なり、Ｈ、アルキル、およびアルコキシのいずれかであり、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は各々独立し、メチル、エチル、メトキシ、またはエトキシである、ステップと、少なくとも、以下を含む化合物の群からの有機分子を含む第２の前駆ガスを流すステップであって、
【化３】
2007536733.tif 000005
【００２９】
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式を含む水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含む、ステップと、超低ｋ膜をウエハ上に堆積するステップと、を含む。
【００３０】
このプロセスは、更に、堆積ステップの後に少なくとも０．２５時間３００℃以上の温度で加熱処理を行うステップ、または、堆積後に膜をＵＶもしくは電子ビームによって処理するステップを含むことができる。このプロセスは、更に、ウエハにＲＦ電力を印加するステップを含むことができる。加熱処理ステップは、更に、第１の時間期間、３００℃以下の温度で実行し、その後、第２の時間期間、３８０℃以上の温度で実行することができる。第２の時間期間は第１の時間期間よりも長い。第２の時間期間は、第１の時間期間の少なくとも１０倍とすることができる。
【００３１】
使用するシラン誘導体の前駆物質はジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）とし、有機前駆物質はビシクロヘプタジエン（ＢＣＨＤ）とすることができる。超低ｋ膜の堆積ステップは、更に、ウエハの温度を２５℃および４００℃の間に設定するステップと、ＲＦ電力密度を０．０５Ｗ／ｃｍ2および３．５Ｗ／ｃｍ2の間に設定するステップと、シラン誘導体の流量を５ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍの間に設定するステップと、有機前駆物質の流量を５ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍの間に設定するステップと、キャリア・ガス（Ｈｅ）の流量を０ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍの間に設定するステップと、リアクタ圧力を５０ｍｔｏｒｒおよび８０００ｍｔｏｒｒの間の圧力に設定するステップと、を含むことができる。更に、堆積ステップは、ジエトキシメチルシランに対するビシクロヘプタジエンの流量比を、０．１および３の間、好ましくは０．２および０．６の間に設定するステップを含むことができる。基板チャックの導電領域は、Ｘ倍に変更することができ、これによって、ＲＦ電力が同じようにＸ倍に変化することになる。
【００３２】
更に別の好適な実施形態では、熱的に安定した超低ｋ誘電膜を製造するための方法が提供される。この方法は、平行板タイプのプラズマ化学気相成長リアクタを用意するステップと、基板チャック上にウエハを配置するステップであって、基板チャックは導電領域が３００ｃｍ2および８００ｃｍ2の間であり、ウエハと上部電極との間の間隙が１ｃｍおよび１０ｃｍの間である、ステップと、前述のシラン誘導体および有機分子の前駆ガス混合物をリアクタ内のウエハ上に流すステップであって、温度は２５℃および４００℃の間に維持し、合計流量は２５ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍの間であり、リアクタ圧力は１００ｍｔｏｒｒおよび８０００ｍｔｏｒｒの間に維持する、ステップと、０．２５Ｗ／ｃｍ2および３Ｗ／ｃｍ2のＲＦ電力密度のもとでウエハ上に誘電膜を堆積するステップと、任意に、３００℃以上の温度で少なくとも０．２５時間、超低ｋ膜をアニーリングするステップと、を含む。
【００３３】
本発明の方法は、更に、第１の時間期間、３００℃以下の温度で、その後、第２の時間期間、３８０℃以上の温度で、膜をアニーリングするステップを含むことができる。第２の時間期間は第１の時間期間よりも長い。第２の時間期間は、第１の時間期間の少なくとも１０倍とすることができる。シラン誘導体はジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）とし、有機前駆物質はビシクロヘプタジエン（ＢＣＨＤ）とすることができる。
【００３４】
本発明は、更に、バックエンド工程（ＢＥＯＬ）相互接続構造において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を対象とする。この電子構造は、第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域を有する前処理した半導体基板と、本発明の超低ｋ誘電体の第２の絶縁材料層に埋め込まれた第１の導体領域と、を含み、超低ｋ材料がＳｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨ、ならびに多数のナノメートル・サイズの孔を含み、２．５以下の誘電率を有し、第２の絶縁材料層が第１の絶縁材料層に密着し、第１の導体領域が第１の金属領域と電気的に通信状態にある。電子構造は、更に、第２の導体領域を含み、これは、第１の導体領域と電気的に通信状態にあり、本発明の超低ｋ誘電体を含み第２の絶縁材料層に密着した第３の絶縁材料層に埋め込まれている。電子構造は、更に、第２の絶縁材料層および第３の絶縁材料層の間に配置された誘電キャップ層を含むことができる。電子構造は、更に、第２の絶縁材料層および第３の絶縁材料層の間に配置された第１の誘電キャップ層と、第３の絶縁材料層の上の第２の誘電キャップ層と、を含むことができる。
【００３５】
誘電キャップ層は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、ＳｉＣＮ（silicon carbon nitride）、ＳｉＣＯＮ（silicon carbon oxynitride）、耐熱金属の窒化シリコン（耐熱金属は、Ｔｚ、Ｚｒ、Ｈｆ、およびＷから成る群から選択される）、炭化シリコン、および炭素ドーピング酸化物、またはＣｉＣＯＨ、およびそれらの水素含有化合物から選択することができる。第１および第２の誘電キャップ層は、誘電材料の同じ群から選択することができる。第１の絶縁材料層は、酸化シリコン、または窒化シリコン、または、ＰＳＧ（phosphorus silicate glass）、ＢＰＳＧ（boron phosphorus silicate glass）等、これらの材料にドーピングしたものとすることができる。電子構造は、更に、第２および第３の絶縁材料層の少なくとも一方の上に堆積した誘電材料の拡散バリア層を含むことができる。電子構造は、更に、第２の絶縁材料層の上に、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）・ハード・マスクおよび研磨ストップ層として機能する誘電体を含み、更に、誘電ＲＩＥハード・マスクおよび研磨ストップ層の上に誘電拡散バリア層を含むことができる。電子構造は、更に、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、第１１の誘電研磨ストップ層の上の第１の誘電ＲＩＥハード・マスク／拡散バリア層、第３の絶縁材料の上の第２の誘電ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層、および、第２の誘電研磨ストップ層の上の第２の誘電拡散バリア層を含むことができる。電子構造は、更に、超低ｋ誘電体のレベル間誘電体および超低ｋ誘電体のレベル内誘電体の間に、上述したものと同じ材料の誘電キャップ層を含むことができる。
【００３６】
本発明の前述の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な説明および添付図面から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明は、平行板プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）リアクタにおいて熱的に安定した超低誘電率膜を製造するための方法を開示する。好適な実施形態において開示する材料は、ランダムに共有結合したネットワークにおけるＳｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨを含む水素化酸化炭化シリコン材料（ＳｉＣＯＨ）のマトリックスを含み、誘電率は２．５以下であり、直径が０．５から２０ナノメートルの分子スケールの空隙を含んで、誘電率を２．０未満の値に低下させることができる。更に好ましくは、超低ｋ膜の誘電率は、１．５から２．５であり、最も好ましくは、誘電率は１．８から２．２５である。本発明の超低ｋ誘電材料は典型的に多相膜であるという特徴を有し、基本的にＳｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨから成る第１の相と、本質的にＣおよびＨ、および多数のナノメートル・サイズの孔から成る第２の相と、を含む。
【００３８】
超低ｋの熱的に安定した膜を作成するため、特定の成長条件を用いた堆積リアクタの特定の形状が必要である。例えば、平行板リアクタでは、基板チャックの導電領域は３００ｃｍ2および８００ｃｍ2の間とし、基板と上部電極との間の間隙は１ｃｍおよび１０ｃｍの間としなければならない。基板にはＲＦ電力を印加する。本発明によれば、ＤＥＭＳ等のシラン誘導体と、以下を含む化合物の群から選択される有機分子である第２の前駆物質との混合物から、超低ｋ膜を形成する。
【化４】
2007536733.tif 000006
【００３９】
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式である場合がある水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、特定の反応条件のもとで目的に合わせて構成した堆積リアクタにおいて、ビシクロヘプタジエン（ＢＣＨＤ）等の置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含む。本発明の超低ｋ膜は、更に、３００℃以上の温度で、少なくとも０．２５時間加熱して、誘電率を低下させることができる。また、膜は、堆積後または熱処理の後、ＵＶまたは電子ビームによって処理することができる。この堆積後の処理ステップの間、炭素および水素および任意に酸素の原子を含む第２の前駆物質（またはガス混合物）から誘導される分子の断片は、熱的に分解し、もっと小さい分子に変換されて、膜から解放される場合がある。任意に、分子断片の変換および解放のプロセスによって、膜には更に別の空隙が生じる場合がある。これによって膜密度は低下し、これに対応して誘電率および屈折率が低下する。
【００４０】
本発明は、ＢＥＯＬ配線構造に集積するために適切な超低ｋ、すなわちｋが２．５未満の材料を作成するための方法を提供する。更に好適には、本発明の超低ｋ膜の誘電率は１．５から２．５であり、最も好ましくは、誘電率は１．８から２．２５である。本発明の膜は、以下で述べるように、少なくとも２つの適切な前駆物質および処理パラメータの具体的な組み合わせを選択することによって作成することができる。好ましくは、第１の前駆物質は、シラン（ＳｉＨ4）誘導体から選択され、分子式ＳｉＲＲ’Ｒ ’ ’Ｒ ’ ’ ’を有し、Ｒ、Ｒ’、Ｒ ’ 、’Ｒ ’ ’ ’は、同一であるかまたは互いに異なる場合があり、Ｈ、アルキル、およびアルコキシのいずれかであり、好ましくはメチル、エチル、メトキシ、およびエトキシである。好適な前駆物質は、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）、エトキシルトリメチルシラン、エトキシジメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジメトキシメチルシラン、トリエトキシシラン、およびトリメトキシメチルシランを含む。
【００４１】
本出願において用いる第２の前駆物質は、以下から選択される有機化合物である。
【化５】
2007536733.tif 000007
【００４２】
ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、およびＲ6は、同一である場合も同一でない場合も含み、直鎖、枝分かれ鎖、環式、多環式である場合がある水素、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基のいずれかであり、置換基を含む酸素、窒素、または弗素のいずれかによって官能化されたものを含む。更に、第２の前駆物質分子には、Ｓ、Ｓｉ、または他のハロゲン等の他の原子が含まれる場合がある。これらの種の中で最も適切なのは、酸化エチレン、酸化プロピレン、酸化シクロペンテン、酸化イソブチレン、２，２，３−トリメチルオキシラン、一酸化ブタジエン、ビシクロヘプタジエン、１，２−エポキシ−５−ヘキセン、２−メチル−２−ビニルオキシラン、１−イソプロピル−シクロヘキサ−１，３−ジエン、およびｔｅｒｔ−ブチルメチルエーテルである。
【００４３】
図１に示すように、平行板プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）リアクタ１０は、２００ｍｍのウエハを処理するために用いるタイプである。リアクタ１０の内径Ｘは１３インチであり、その高さＹは８．５インチである。基板チャック１２の直径は１０．８インチである。基板チャック１２から１インチの間隙Ｚだけ離間したガス分散板（ＧＤＰ：gas distribution plate）１６を介してリアクタ１０内に反応ガスを導入し、３インチの排気ポート１８を介してリアクタ１０から排出する。ＧＤＰ１６にＲＦ電源２０が接続されている。これはリアクタ１０から電気的に絶縁されており、基板チャック１２は接地されている。実用の目的のために、リアクタの全ての部分を接地する。異なる実施形態では、ＲＦ電源２０を基板チャック１２に接続し、基板２２に送電することができる。この場合、基板には負のバイアスがかかり、その値はリアクタの形状およびプラズマ・パラメータに依存する。別の実施形態では、２つ以上の電源供給を使用可能である。例えば、２つの電源が同一のＲＦ周波数で動作することができ、または、１つが低周波数で動作し１つが高周波数で動作することも可能である。２つの電源を双方とも同一の電極に接続したり、または別個の電極に接続したりすることも可能である。別の実施形態では、堆積の間、ＲＦ電源をオンおよびオフで切り替えることができる。低ｋ膜の堆積中に制御されるプロセス変数は、ＲＦ電力密度、前駆物質混合量および流量、リアクタ内圧力、電極間隔、および基板温度である。（基板温度は加熱したウエハ・チャックの温度によって制御される。）
【００４４】
本発明によれば、適切な第１および第２の前駆物質ならびに上述の処理パラメータの具体的な組み合わせを用いて、本発明によって作成される超低ｋ材料が、好ましくは、５および４０原子パーセントの間のＳｉ、５および７０原子パーセントの間のＣ、０および５０原子パーセントの間のＯ、５および５５原子パーセントの間のＨを含むようにする。本発明のいくつかの実施形態では、Ｃの含有率は７０％まで高い場合がある。
【００４５】
膜の堆積プロセス中に制御される主なプロセス変数は、ＲＦ電力、前駆物質の流量、リアクタ圧力、および基板の温度である。本明細書において、以下に示すのは、本発明による第１の前駆物質ジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）および第２の前駆物質ビシクロヘプタジエン（ＢＣＨＤ）から形成する膜の堆積のいくつかの例である。いくつかの例では、キャリア・ガスとしてＨｅ（またはＡｒ）を用いて、ＤＥＭＳ前駆物質の気体をリアクタ内に移送した。任意に、堆積後に膜を４００度に加熱してｋを低下させた。あるいは、膜をＵＶまたは電子ビームによって処理して、ｋを低下させると共に架橋を増大させた。これは、例えば米国特許出願第１０／７５８，７２４号に記載されている。熱処理は、単独で、またはこの第１０／７５８，７２４号に開示されている処理方法の１つと組み合わせて、実行することができる。
【００４６】
具体的には、第１０／７５８，７２４号に従って、堆積した膜をエネルギ源を用いて任意に処理して、膜を安定化させると共にその特性（電気的特性、機械的特性、接着性）を改善し、これによって最終的に最適な膜を得ることができる。適切なエネルギ源は、熱、化学、紫外（ＵＶ）光、電子ビーム（ｅビーム）、マイクロ波、およびプラズマを含む。また、本発明では、上述のエネルギ源を組み合わせたものも使用可能である。本発明で用いるエネルギ源を利用して、堆積した誘電体のＳｉ−Ｏ結合ネットワークを変更させ、材料内の他の結合を変更させ、Ｓｉ−Ｏ架橋を増大させ、更に、場合によっては、炭化水素相を除去する。これらの変更を行った結果として、弾性係数の上昇、硬度の増大、または内部応力の低下、または前述の特性の組み合わせが得られる。係数上昇または応力低下のいずれか一方によって亀裂の伝搬速度が低下する。エネルギ処理の結果として、係数上昇および応力低下の組み合わせが得られると好ましい。
【００４７】
熱エネルギ源は、例えば、堆積した誘電材料を３００℃から５００℃の温度に加熱することができる加熱要素またはランプ等、いずれかの源を含む。更に好ましくは、熱エネルギ源は、堆積した誘電材料を３５０℃から４３０℃の温度に加熱することができる。この熱処理プロセスは様々な時間期間で行うことができるが、１分から３００分の時間期間が典型的である。熱処理ステップは、通常、ＨｅおよびＡｒ等の不活性ガスの存在下で行われる。熱処理ステップは、アニール・ステップと呼ぶことができる。このステップでは、急速熱アニーリング、炉内アニール、レーザ・アニール、またはスパイク・アニール条件が用いられる。
【００４８】
ＵＶ光処理ステップは、５００から１５０ｎｍの波長を有する光を発生可能な源を利用して基板を照射し、ウエハ温度は２５℃から５００℃に維持されるが、３００℃から４５０℃の温度が好適である。３７０ｎｍより大きい波長での照射は、重要な結合を解離または活性化するには不充分なエネルギであるので、波長範囲は１５０〜３７０ｎｍが好ましい。文献のデータおよび堆積膜上で計測した吸光度スペクトルを用いて、本発明者等は、ＳｉＣＯＨ膜が劣化するため、１７０ｎｍより小さい波長の照射は好ましくない場合があることを見出した。更に、エネルギ範囲３１０〜３７０ｎｍでは光子当たりのエネルギが比較的低いので、３１０〜３７０ｎｍは範囲１５０〜３１０ｎｍよりも有用性が低い。１５０〜３１０ｎｍ範囲内で、堆積膜の吸光度スペクトルとの最適な重複部分および膜特性（疎水性等）の最小限の劣化を任意に用いて、ＳｉＣＯＨ特性を変更するための最も有効なＵＶスペクトル領域を選択することができる。
【００４９】
電子ビーム処理ステップは、ウエハ上に均一な電子束を発生可能な源を利用して、０．５〜２５ｋｅＶのエネルギおよび０．１〜１００マイクロアンペア／ｃｍ2（好ましくは１〜５マイクロアンペア／ｃｍ2）の電流密度で行われ、ウエハ温度は２５℃〜５００℃に維持されるが、３００℃〜４５０℃の温度が好適である。電子ビーム処理ステップにおいて用いられる好適な電子量は５０〜５００マイクロクーロン／ｃｍ2であるが、１００〜３００マイクロクーロン／ｃｍ2が最も好適である。
【００５０】
プラズマ処理ステップは、原子状水素（Ｈ）、および、任意にＣＨ3または他の炭化水素基を発生可能な源を利用して行われる。直接プラズマ暴露よりも、下流プラズマ源が好適である。プラズマ処理の間、ウエハ温度は２５℃〜５００℃に維持されるが、３００℃〜４５０℃の温度が好適である。
【００５１】
プラズマ処理ステップを実行するには、プラズマを発生可能なガスをリアクタ内に導入し、その後、これをプラズマに変換する。プラズマ処理に使用可能なガスは、Ａｒ、Ｎ、Ｈｅ、Ｘｅ、またはＫｒ等の不活性ガスを含み、Ｈｅが好適である。また、水素、または原子状水素、メタン、メチルシランの関連ソース、ＣＨ3族の関連ソース、およびそれらの混合物が含まれる。プラズマ処理ガスの流量は、用いるリアクタ・システムによって変動し得る。チャンバ圧力は、０．０５から２０ｔｏｒｒのいずれかの範囲を使用可能であるが、好適な圧力動作範囲は１〜１０ｔｏｒｒである。プラズマ処理ステップは、ある時間期間に行われる。これは、典型的に１／２〜１０分間であるが、本発明においてもっと長い時間期間も使用可能である。
【００５２】
上述のプラズマを発生させるために、通常、ＲＦまたはマイクロ波電源を用いる。ＲＦ電源は、高周波数範囲（１００Ｗ以上のオーダ）または低周波数範囲（２５０Ｗ未満）のいずれかで動作することができるか、または、それらの組み合わせを使用可能である。高周波数電力密度は、０．１〜２．０Ｗ／ｃｍ2のいずれかの範囲を使用可能であるが、好適な動作範囲は０．２〜１．０Ｗ／ｃｍ2である。低周波数電力密度は、０．１〜１．０Ｗ／ｃｍ2のいずれかの範囲を使用可能であるが、好適な動作範囲は０．２〜０．５Ｗ／ｃｍ2である。選択した電力レベルは、露出した誘電体表面の著しいスパッタ・エッチングを回避するために（除去は５ナノメートルよりも小さくする）、充分に低くなければならない。
【００５３】
また、本発明に従った堆積プロセスの実施を成功させるためには、利用する堆積条件が重要である。例えば、ウエア温度は、２５℃および４２０℃間、好ましくは６０℃および３５０℃を用いる。ＲＦ電力密度は、０．０５Ｗ／ｃｍ2および３．５Ｗ／ｃｍ2、好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ2および１Ｗ／ｃｍ2を用いる。好適なプロセスにおいて、無線周波数エネルギを、ガス導入板（「シャワーヘッド」）に対して、周波数１３．６Ｍｈｚおよび電力３５０Ｗ（２００〜４５０Ｗを使用可能である）で適用し、更に、ウエハ・チャックに対して、周波数１３．６ＭＨｚおよび電力１００Ｗ（５０〜２００Ｗを使用可能である）で適用する。当技術分野において既知であるように、本発明では、異なるＲＦ周波数（０．２６、０．３５、０．４５ＭＨｚ）も使用可能である。
【００５４】
ＤＥＭＳの反応ガス流量は、５ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍの間、好ましくは２５ｓｃｃｍおよび２００ｓｃｃｍの間を用いる。ＢＣＨＤの反応ガス流量は、５ｓｃｃｍおよび１０００ｓｃｃｍの間、好ましくは１０ｓｃｃｍおよび１２０ｓｃｃｍの間を用いる。液体の前駆物質の送出を用いる場合、前駆物質ごとに５００〜５０００ｍｇ／分の範囲の液体流量を用いる。任意に、Ｈｅを加えることができ、好ましいＨｅ流量は１００〜２０００ｓｃｃｍの範囲であるが、本発明において他の流量も使用可能である。堆積プロセス中のリアクタ圧力は、典型的に、５０ｍｔｏｒｒおよび１００００ｍｔｏｒｒの間である。
【００５５】
マルチステーション堆積リアクタを用いる場合、基板の領域は個々の基板チャックを示し、ガスの流量は１つの堆積ステーションに対応する。従って、リアクタに投入される総流量および総電力は、リアクタ内の堆積ステーションの総数で乗算される。
【００５６】
堆積膜は、更に別の集積処理を行う前に安定化させる。安定化プロセスは、３００℃〜４３０℃で、０．５時間および４時間の間の時間期間、炉内アニーリング・ステップにおいて実行可能である。また、安定化プロセスは、３００℃を超える温度で、急速熱アニーリング・プロセスにおいても実行することができる。また、安定化プロセスは、３００℃を超える温度で、ＵＶまたは電子ビーム・チャンバにおいて実行可能である。本発明に従って得られた膜の誘電率は、２．５よりも低い。非酸化雰囲気において、本発明に従って得られた膜の熱安定性は、少なくとも４３０℃の温度までである。
【００５７】
図４から図７に、本発明に従って形成した電子デバイスを示す。図４から図７に示すデバイスは、本発明に従った例として単に例示するものであり、本発明に従って他のデバイスも無数に形成可能であることに留意すべきである。
【００５８】
図４は、シリコン基板３２上に構築した電子デバイス３０を示す。シリコン基板３２の上に、第１の金属領域３６が内部に埋め込まれた絶縁材料層３４が形成されている。第２の金属領域３６上に化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを行った後、第１の絶縁材料層３４および第１の金属領域３６の上に、超低ｋ膜３８等の膜を堆積する。任意に、層３４と層３８との間に、追加の誘電キャップ層（図示せず）を追加することも可能である。第１の絶縁材料層３４は、適切には、酸化シリコン、窒化シリコン、これらの材料にドーピングしたもの、または他のいずれかの適切な絶縁材料で形成することができる。超低ｋ膜３８は、フォトリソグラフィ・プロセスによってパターニングし、そこに導体層４０を堆積する。第１の導体層４０にＣＭＰプロセスを行った後、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）プロセスによって、第１の超低ｋ膜３８および第１の導体層４０の上に重ねるように、第２の超低ｋ膜層４４を堆積する。導体層４０は、金属導体材料または非金属導体材料で堆積することができる。例えば、アルミニウムもしくは銅の金属導体材料、または窒化物もしくはポリシリコン等の非金属材料を利用可能である。第１の導体層４０は、第１の金属領域３６と電気的に通信状態にある。
【００５９】
第２の超低ｋ膜層４４にフォトリソグラフィ・プロセスを行った後、第２の導体材料の堆積プロセスを行って、第２の導体領域５０を形成する。また、第２の導体５０は、第１の導体層４０を堆積する際に用いたものと同様の金属材料または非金属材料のいずれかで堆積することも可能である。第２の導体領域５０は、第１の導体領域４０と電気的に通信状態にあり、第２の超低ｋ絶縁体層４４に埋め込まれている。第２の超低ｋ膜層は、第１の絶縁材料層３８に密着している。この具体的な例では、本発明に従った超低ｋ材料である第１の絶縁材料層３８はレベル内誘電材料として機能し、第２の絶縁材料層すなわち超低ｋ膜４４はレベル内およびレベル間誘電体の双方として機能する。超低ｋ膜の低い誘電率に基づいて、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。
【００６０】
図５は、本発明による電子デバイス６０を示す。これは、図４に示す電子デバイス３０と同様であるが、第１の絶縁材料層３８と第２の絶縁材料層４４との間に追加の誘電キャップ層６２が堆積されている。誘電キャップ層６２は、適切には、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、ＳｉＣＮ（silicon carbon nitride）、ＳｉＣＯ（silicon carbo-oxide）改質（modified）超低ｋおよびそれらの水素化化合物、ならびに耐熱金属の窒化シリコン等の材料で形成することができる。この場合、耐熱金属は、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、およびＷから成る群から選択される。更に、誘電キャップ層６２は、拡散バリア層として機能し、第１の導体層４０が第２の絶縁材料層４４内または下部層内、特に層３４および３２内に拡散することを防ぐ。
【００６１】
図６は、本発明による電子デバイス７０の別の実施形態を示す。電子デバイス７０では、２つの追加の誘電キャップ層７２および７４を用い、これらはＲＩＥマスクおよびＣＭＰ（化学機械研磨）の研磨ストップ層として機能する。第１の誘電キャップ層７２は、第１の絶縁材料層３８の上に堆積されている。誘電層７２の機能は、第１の導体層４０を平坦化する際に用いるＣＭＰプロセスに終点を提供することである。研磨ストップ層７２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、ＳｉＣＯ（silicon carbo-oxide）、ＳｉＣＮ（silicon carbon nitride）改質（modified）超低ｋおよびそれらの水素化化合物、ならびに耐熱金属の窒化シリコン等の適切な誘電材料で堆積することができる。この場合、耐熱金属は、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、およびＷから成る群から選択される。誘電層７２の上面は、第１の導体層４０と同じ高さである。第２の誘電層７４は、同じ目的のため、第２の絶縁材料層４４の上に追加することができる。
【００６２】
図７は、本発明による電子デバイス８０の更に別の実施形態を示す。この代替的な実施形態では、追加の誘電層８２が示されており、このため、第２の絶縁材料層４４が２つの別個の層８４および８６に分割されている。従って、図７に示すようなレベル内およびレベル間誘電層４４は、図８に示すように、相互接続９２と相互接続９４との境界で、層間誘電層８４およびレベル内誘電層８６に分割されている。更に、上部の誘電層７４の上に、追加の拡散バリア層９６が堆積されている。電子構造８０のこの代替的な実施形態によって得られる追加の利点は、誘電層８２がＲＩＥエッチ・ストップとして機能して、優れた相互接続の深さ制御を可能とし、従って導体抵抗に対する優れた制御を可能とすることである。
【００６３】
本発明による超低ｋ誘電膜の製造を例示するため、および、そこから得られる利点を例証するため、以下の例を提示する。
【００６４】
実施例１
この例では、図１に従って、スリット・バルブ１４を通してリアクタ１０内にウエハを導入することによって、最初にウエハを準備し、任意にアルゴン・ガスによってウエハにプレエッチングを行った。このウエハ準備プロセスにおいて、ウエハ温度は１８０℃に設定し、アルゴン流量は２５ｓｃｃｍに設定して、１００ｍｔｏｒｒの圧力を達成した。次いで、ＲＦ電力をオンにして、６０秒間、１２５Ｗにした。その後、ＲＦ電力およびアルゴン・ガスをオフにした。
【００６５】
リアクタ内にＤＥＭＳ前駆物質を入れた。最初にＤＥＭＳおよびＢＣＨＤのガス流を所望の流量および圧力に確立することによって、本発明による超低ｋ膜を堆積した。例えばＤＥＭＳは４ｓｃｃｍであり、ＢＣＨＤは３ｓｃｃｍであり、５００ｍｔｏｒｒとした。次いでＲＦ電力をオンにして、５０分間、３０Ｗとした。その後、ＲＦ電力およびガス流をオフにした。次いで、反応リアクタ１０からウエハを取り出した。
【００６６】
堆積膜の誘電率を低下させ、それらの熱安定性を更に向上させるため、すなわち３００℃を超える温度においてそれらを安定させるため、膜に後処理を行って、揮発性の部分を蒸発させ、膜を寸法的に安定させた。後処理プロセスは、以下のステップによって、アニーリング炉内で実行することができる。まず、１０リットル／分の流量の窒素によって、５分間（膜サンプルをロード・ステーションに置いて）炉をパージした。次いで、膜サンプルを炉リアクタ内に移して、後アニーリング・サイクルを開始した。このサイクルでは、５℃／分の加熱速度で膜を２８０℃に加熱し、２８０℃に５分間保持し、５℃／分の第２の加熱速度で４００℃まで加熱し、４００℃で４分間保持し、炉をオフにし、膜サンプルを１００度未満の温度まで冷却させた。適切な第１の保持温度は２８０℃および３００℃の間とすることができ、適切な第２の保持温度は３００℃および４００℃の間とすることができる。このようにして得られた膜の誘電率は１．８１である。あるいは、膜は、ＵＶまたは電子ビームによって、３００℃を超える温度で、３０分まで処理を行うことも可能である。
【００６７】
ここで、図２を参照して、第１の実施形態の結果について考察する。図２は、本発明に従ってＤＥＭＳ＋ＢＣＨＤの混合物から作成した超低ｋ膜によって得られたＦＴＩＲスペクトルを示す。スペクトルは、１０００〜１１００ｃｍ-1においてＳｉ−Ｏ吸収帯を示し、１２６８ｃｍ-1でＳｉ−ＣＨ3吸収ピークを示し、２９００〜３０００ｃｍ-1でＣ−Ｈ吸収ピークを示す。超低ｋ膜のＦＴＩＲスペクトルの１つの特徴は、図２に詳しく示すように、Ｓｉ−Ｏピークが、１１４１ｃｍ-1、１０６４ｃｍ-1、および１０３０ｃｍ-1に中心を有する３つのピークに解析可能であることである。
【００６８】
実施例２
この例では、例１と同じツールにウエハを準備した。まず、ウエハを反応チャンバ内に導入した。ウエハ温度は１８０℃に設定した。リアクタ内にＤＥＭＳ前駆物質を入れた。本発明による超低ｋ膜を堆積するため、まず、ＤＥＭＳおよび一酸化ブタジエン（ＢＭＯ）のガス流を所望の流量および圧力に確立した。すなわち、ＤＥＭＳは１ｓｃｃｍ、ＢＭＯは４ｓｃｃｍ、圧力は５００ｍｔｏｒｒとした。次いでＲＦ電力をオンにし、５０分間、３０Ｗとした。その後、ＲＦ電力およびガス流をオフにした。次いで、リアクタ１０からウエハを取り出した。
【００６９】
次いで、例１に記載した同じ方法で膜を処理した。結果として得られた膜は、誘電率が１．７７であった。
【００７０】
実施例３
この例では、例１と同じツールにウエハを準備した。まず、ウエハを反応チャンバ内に導入した。ウエハ温度は１８０℃に設定した。リアクタ内にＤＥＭＳ前駆物質を入れた。本発明による超低ｋ膜を堆積するため、まず、ＤＥＭＳおよび２−メチル−２−ビニルオシラン（ＭＶＯＸ）のガス流を所望の流量および圧力に確立した。すなわち、ＤＥＭＳは２ｓｃｃｍ、ＭＶＯＸは３ｓｃｃｍ、圧力は５００ｍｔｏｒｒとした。次いでＲＦ電力をオンにし、５０分間、３０Ｗとした。その後、ＲＦ電力およびガス流をオフにした。次いで、リアクタ１０からウエハを取り出した。
【００７１】
次いで、例１に記載した同じ方法で膜を処理した。
【００７２】
結果として得られた膜は、誘電率が２．０８であった。
【００７３】
実施例４
この例では、８インチの市販のＰＥＣＶＤツールにウエハを準備した。まず、ウエハを反応チャンバ内に導入した。ウエハ温度は２０００℃に設定した。キャリア・ガスとしてＨｅを用いて、リアクタ内にＤＥＭＳおよび酸化シクロペンテン（ＣＰＯ）の双方を入れた。本発明による超低ｋ膜を堆積するため、まず、ＤＥＭＳおよびＣＰＯおよびＨｅのガス流を所望の流量および圧力に確立した。すなわち、ＤＥＭＳは７０ｓｃｃｍ、ＣＰＯは３２０ｓｃｃｍ、Ｈｅは３００ｓｃｃｍ、圧力は２０００ｍｔｏｒｒとした。次いでＲＦ電力をオンにし、１０分間、３００Ｗとした。その後、ＲＦ電力およびガス流をオフにした。次いで、反応チャンバからウエハを取り出した。
【００７４】
次いで、例１に記載した同じ方法で膜を処理した。結果として得られた膜は、誘電率が２．１９であった。
【００７５】
ここで、図３を参照して、結果について考察する。図３は、ＤＥＭＳ／ＣＰＯおよびＨｅから作成した超低ｋ膜によって得られたＦＴＩＲスペクトルを示す。スペクトルは、１０００〜１１００ｃｍ-1においてＳｉ−Ｏ吸収帯を示し、１２６７ｃｍ-1でＳｉ−ＣＨ3吸収ピークを示し、２９００〜３０００ｃｍ-1でＣ−Ｈ吸収ピークを示す。超低ｋ膜のＦＴＩＲスペクトルの１つの特徴は、図３に詳しく示すように、Ｓｉ−Ｏピークが、１１３２ｃｍ-1、１０５８ｃｍ-1、および１０２４ｃｍ-1に中心を有する３つのピークに解析可能であることである。
【００７６】
また、超低ｋ膜を安定化させるために、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）プロセスを用いることも可能である。本発明に従って得られる膜は、誘電率ｋが２．５未満であるという特徴を有し、通常４００℃までの温度で処理されるバックエンド工程（ＢＥＯＬ）相互接続構造において集積するために熱的に安定している。従って、本発明の教示は、論理およびメモリ・デバイスのためのバックエンド工程において、レベル内およびレベル間誘電体として膜を製作する際に容易に適合させることができる。
【００７７】
先の説明において、および添付図面の図４から図８において、本発明に従った方法および本発明に従って形成される電子構造について充分に説明した。図４から図８に示す電子構造の例は、単に、無数の電子デバイスの製造に適用可能な本発明の方法を例示するために用いたにすぎないことを強調しておく。
【００７８】
当技術分野において既知のように、先の４つのプロセス実施例において挙げたガス流の単位は、液体の質量流量制御を用いる場合は液体流量の単位によって置換することができる。
【００７９】
本発明について例示のために記載したが、使用した専門用語は、限定のためでなく、説明の言葉として意図されていることは理解されよう。
【００８０】
更に、好適な実施形態およびいくつかの代替的な実施形態に関連付けて本発明を具体的に図示し記載したが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、これらの教示を本発明の他の可能な変形に容易に適用可能であることは認められよう。
【００８１】
独占的な権利または特権を主張する本発明の実施形態は、特許請求の範囲において規定する。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明において使用可能な平行板化学気相リアクタの断面図である。
【図２】ジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）およびビシクロヘプタジエン（ＢＣＨＤ）の混合物から堆積した本発明の超低ｋ材料によって得られたフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトルを示す。
【図３】ジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）および酸化シクロペンテン（ＣＰＯ）の混合物から堆積した本発明の別の超低ｋ材料によって得られたフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトルを示す。
【図４】本発明による超低ｋ材料のレベル内誘電層およびレベル間誘電層を有する電子デバイスの拡大断面図である。
【図５】本発明による超低ｋ材料膜の上に追加の拡散バリア誘電キャップ層を有する図４の電子構造の拡大断面図である。
【図６】本発明による研磨ストップ層の上に追加のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ誘電キャップ層および誘電キャップ拡散バリアを有する図５の電子構造の拡大断面図である。
【図７】本発明によるレベル間超低ｋ材料膜の上に追加のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ誘電層を有する図６の電子構造の拡大断面図である。
【図８】多相材料膜の上に堆積した追加のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ誘電層を有する図７の本発明の電子構造の拡大断面図である。
【図１】
2007536733.tif 000019
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007536733.tif 000023
【図６】
2007536733.tif 000024
【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2007536733.tif 000028
2007536733.tif 000029
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