(57)【要約】  基板の上にプリメタル誘電体（ＰＭＤ）層または金属間誘電体（ＩＭＤ）層を形成する方法は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスチャンバの中に基板を置くこと、およびＣＶＤプロセスチャンバの中で基板の上に第１の酸化物層を形成することを含む。第１の酸化物層は、約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力での熱ＣＶＤプロセスを使用して形成される。この方法は、ＣＶＤプロセスチャンバの中で、第１の酸化物層の上に第２の酸化物層を形成することをも含む。第２の酸化物層は、約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力でのプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスを使用して形成される。基板は、第１の酸化物層および第２の酸化物層の形成期間に、ＣＶＤプロセスチャンバの中に留まる。【選択図】図５
2013522907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にプリメタル誘電体（ＰＭＤ）層および金属層を形成する方法であって、
前記基板を化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスチャンバの中に置くステップと、
前記ＣＶＤプロセスチャンバの中で前記基板の上に第１の酸化物層を形成するステップであって、前記第１の酸化物層が約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力で熱ＣＶＤプロセスを使用して形成され、前記熱ＣＶＤプロセスがオゾンおよびＴＥＯＳを含む第１のプロセスガスを使用するステップと、
前記ＣＶＤプロセスチャンバの中で前記第１の酸化物層の上に第２の酸化物層を形成するステップであって、前記第２の酸化物層が約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力でプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスを使用して形成され、前記ＰＥＣＶＤプロセスが酸素およびＴＥＯＳを含む第２のプロセスガスを使用し、前記基板が前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層の形成期間に前記ＣＶＤプロセスチャンバの中に留まるステップと、
前記基板を前記ＣＶＤプロセスチャンバから取り出すステップと、
バリア堆積チャンバの中で前記第２の酸化物層の上にバリア層を形成するステップと、
金属堆積チャンバの中で前記バリア層の上に前記金属層を形成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の酸化物層が約１０００Å以上の厚さを有し、前記第２の酸化物層が約７５Å以下の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板を前記ＣＶＤプロセスチャンバから取り出すステップ後、かつ前記バリア層を形成するステップ前に、前記基板をガス抜きチャンバの中に置くステップと、
前記基板を約４００℃以上の温度および約１２トル以下の圧力でガス抜きプロセスに曝すステップと、
前記基板を前記ガス抜きチャンバから取り出すステップと
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ガス抜きプロセスが１つまたは複数のサイクルのパージを含み、各サイクルのパージが約０．５トル以下の圧力で不活性ガスの流れを有さないステップと、約８トル以上の圧力で不活性ガスの流れを有するステップとを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
基板上にプリメタル誘電体（ＰＭＤ）層を形成する方法であって、
前記基板を化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスチャンバの中に置くステップと、
前記ＣＶＤプロセスチャンバの中で前記基板の上に第１の酸化物層を形成するステップであって、前記第１の酸化物層が約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力で熱ＣＶＤプロセスを使用して形成されるステップと、
前記ＣＶＤプロセスチャンバの中で前記第１の酸化物層の上に第２の酸化物層を形成するステップであって、前記第２の酸化物層が約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力でプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスを使用して形成され、前記基板が前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層の形成期間に前記ＣＶＤプロセスチャンバの中に留まるステップと、
その後に、前記基板を前記ＣＶＤプロセスチャンバから取り出すステップと、
前記基板をガス抜きチャンバの中でガス抜きプロセスに曝すステップであって、前記ガス抜きプロセスが約４００℃以上の温度および約１２トル以下の圧力であるステップと
を含む方法。
【請求項６】
前記第１の酸化物層が約１０００Å以上の厚さを有し、前記第２の酸化物層が約７５Å以下の厚さを有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ガス抜きプロセスが１つまたは複数のサイクルのパージを含み、各サイクルのパージが約０．５トル以下の圧力で不活性ガスの流れを有さないステップと、約８トル以上の圧力で不活性ガスの流れを有するステップとを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記熱ＣＶＤプロセスがオゾンおよびＴＥＯＳを含む第１のプロセスガスを使用する、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記ＰＥＣＶＤプロセスが酸素およびＴＥＯＳを含む第２のプロセスガスを使用する、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
基板上にプリメタル誘電体（ＰＭＤ）層および金属層を形成する方法であって、
前記基板を化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスチャンバの中に置くステップと、
前記ＣＶＤプロセスチャンバの中で前記基板の上に第１の酸化物層を形成するステップであって、前記第１の酸化物層が約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力で熱ＣＶＤプロセスを使用して形成されるステップと、
前記ＣＶＤプロセスチャンバの中で前記第１の酸化物層の上に第２の酸化物層を形成するステップであって、前記第２の酸化物層が約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力でプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスを使用して形成され、前記基板が前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層の形成期間に前記ＣＶＤプロセスチャンバの中に留まるステップと、
その後に、前記基板を前記ＣＶＤプロセスチャンバから取り出すステップと、
前記基板をガス抜きチャンバの中でガス抜きプロセスに曝すステップであって、前記ガス抜きプロセスが約４００℃以上の温度および約１２トル以下の圧力であるステップと、
その後に、バリア堆積チャンバの中で第２の誘電体層の上にバリア層を形成するステップと、
その後に、金属堆積チャンバの中で前記バリア層の上に前記金属層を形成するステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記第１の酸化物層が約１０００Å以上の厚さを有し、前記第２の酸化物層が約７５Å以下の厚さを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガス抜きプロセスが１つまたは複数のサイクルのパージを含み、各サイクルのパージが約０．５トル以下の圧力で不活性ガスの流れを有さないステップと、約８トル以上の圧力で不活性ガスの流れを有するステップとを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記熱ＣＶＤプロセスがオゾンおよびＴＥＯＳを含む第１のプロセスガスを使用する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＰＥＣＶＤプロセスが酸素およびＴＥＯＳを含む第２のプロセスガスを使用する、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本発明は、その内容の全体が全ての目的のために参照により本明細書に組み込まれる、２０１０年３月１２日出願の米国仮特許出願第６１／３１３，２０６号の、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく優先権の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、一般に半導体処理に関する。より詳細には、本発明は、低水分誘電体膜すなわち含水量が少ない誘電体膜を形成する方法に関する。本発明の実施形態は、ホウ素−リン−ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）層、ホウ素−ケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）層、リン−ケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）層、および非ドープのケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）層など、低水分のドープされたまたはドープされない誘電体層を形成するために使用することができる。そのような誘電体層は、例えば、プリメタル誘電体（ＰＭＤ）層、金属間誘電体（ＩＭＤ）層、浅いトレンチ隔離層、絶縁層などを形成するため使用することができる。
【背景技術】
【０００３】
現在の半導体デバイスを製造する主なステップのうちの１つは、半導体基板上に誘電体層を形成することである。当技術分野で良く知られているように、このような誘電体層は、化学気相堆積（ＣＶＤ）によって堆積することができる。従来型の熱ＣＶＤプロセスにおいて、反応性ガスが基板表面に供給され、そこで熱誘導化学反応が起こり、所望の膜を生成する。従来型のプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プロセスにおいて、制御されたプラズマが形成され、反応性核種を分解および／または反応性核種にエネルギーを与えて、所望の膜を生成する。一般に、熱ＣＶＤプロセスおよびＰＥＣＶＤプロセスにおける反応速度は、温度、圧力、および／または反応ガス流量を使用して制御することができる。
【０００４】
高品質のデバイスを製造するために、誘電体膜に対して、ますます厳しい要件が必要になっている。誘電体膜についての１つの懸念は、含水量または水分親和性である。多くの誘電体膜は、堆積されるとき少ない含水量を有するが、堆積後急速に水分を吸収する。水分に対する親和性は、一般に、膜の堆積温度が低下するにつれて増加する。その結果、より低いサーマルバジェットに向かう最近の傾向では、水分がより重要な考慮事項となっている。水分は、膜構造を変化させ、膜応力を減少し、かつ／または誘電率を増加することができる。ＰＭＤまたはＩＭＤ層として使用される誘電体膜中の水分は、金属層および／またはバリア層の酸化をもたらす可能性がある。このことが、電気的性能および誘電体膜に対する接着に影響をおよぼす場合がある。
【０００５】
したがって、含水量が少なく、かつ／または水分親和性が低い誘電体膜を形成する方法を改善する必要がある。これらおよび他の必要性が、本出願中で対処される。
【発明の概要】
【０００６】
本発明のいくつかの実施形態は、含水量が少なく、かつ／または水分に対する親和性が低い誘電体膜を形成するための改善された方法を提供する。一実施形態によれば、例えば、基板の上にＰＭＤ層および金属層を形成する方法は、ＣＶＤプロセスチャンバの中に基板を置くこと、およびＣＶＤプロセスチャンバの中で基板の上に第１の酸化物層を形成することを含む。第１の酸化物層は、約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力での熱ＣＶＤプロセスを使用して形成される。熱ＣＶＤプロセスは、オゾンおよびＴＥＯＳを含む第１のプロセスガスを使用する。この方法は、ＣＶＤプロセスチャンバの中で、第１の酸化物層の上に第２の酸化物層を形成することも含む。第２の酸化物層は、約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力でのＰＥＣＶＤプロセスを使用して形成される。ＰＥＣＶＤプロセスは、酸素およびＴＥＯＳを含む第２のプロセスガスを使用する。基板は、第１の酸化物層および第２の酸化物層の形成期間に、ＣＶＤプロセスチャンバの中に留まる。この方法は、ＣＶＤプロセスチャンバから基板を取り出すこと、バリア堆積チャンバの中で第２の酸化物層の上にバリア層を形成すること、および金属堆積チャンバの中でバリア層の上に金属層を形成することも含む。
【０００７】
別の実施形態によれば、基板の上にＰＭＤ層を形成する方法は、ＣＶＤプロセスチャンバの中に基板を置くこと、およびＣＶＤプロセスチャンバの中で基板の上に第１の酸化物層を形成することを含む。第１の酸化物層は、約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力での熱ＣＶＤプロセスを使用して形成される。この方法は、ＣＶＤプロセスチャンバの中で、第１の酸化物層の上に第２の酸化物層を形成することも含む。第２の酸化物層は、約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力でのＰＥＣＶＤプロセスを使用して形成される。基板は、第１の酸化物層および第２の酸化物層の形成期間に、ＣＶＤプロセスチャンバの中に留まる。この方法は、ＣＶＤプロセスチャンバから基板を取り出すこと、ガス抜きチャンバの中で、ガス抜きプロセスに基板を曝すことも含む。ガス抜きプロセスは、約４００℃以上の温度および約１２トル以下の圧力である。
【０００８】
さらに別の実施形態によれば、基板の上にＰＭＤ層および金属層を形成する方法は、ＣＶＤプロセスチャンバの中に基板を置くこと、およびＣＶＤプロセスチャンバの中で基板の上に第１の酸化物層を形成することを含む。第１の酸化物層は、約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力での熱ＣＶＤプロセスを使用して形成される。この方法は、ＣＶＤプロセスチャンバの中で、第１の酸化物層の上に第２の酸化物層を形成することも含む。第２の酸化物層は、約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力でのＰＥＣＶＤプロセスを使用して形成される。基板は、第１の酸化物層および第２の酸化物層の形成期間に、ＣＶＤプロセスチャンバの中に留まる。この方法は、ＣＶＤプロセスチャンバから基板を取り出すこと、ガス抜きチャンバの中で、ガス抜きプロセスに基板を曝すことも含む。ガス抜きプロセスは、約４００℃以上の温度および約１２トル以下の圧力である。この方法は、バリア堆積チャンバの中で第２の誘電体層の上にバリア層を形成すること、および金属堆積チャンバの中でバリア層の上に金属層を形成することも含む。
【０００９】
本発明の実施形態を使用して、従来技法を超える多くの利益が達成される。例えば、いくつかの実施形態を使用して、含水量の少ない誘電体層を形成することができる。他の実施形態を使用して、水分親和性の低い誘電体膜を形成することができる。これらの実施形態を使用して、例えば、金属層内の酸化を減少させるまたはなくすことができる、含水量の少ないＰＭＤおよびＩＭＤ層を提供することができる。このことによって、デバイスの電気的な性能および誘電体層への接着を改善することができる。実施形態によっては、１つまたは複数の利益が存在する場合がある。これらおよび他の利益を、本明細書の全体にわたって記載し、より具体的に以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の一実施形態にしたがって、水分の少ない誘電体層を形成するために使用することができる、例示的な化学気相堆積装置の断面図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態にしたがって、水分の少ない誘電体層を形成するために使用することができる、例示的な化学気相堆積装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にしたがう、ＰＥＣＶＤ酸化物層を有して形成された熱ＣＶＤ酸化物層およびＰＥＣＶＤ酸化物層を有さず形成された熱ＣＶＤ酸化物層の、応力対時間のグラフである。
【図３】本発明の一実施形態にしたがう、ＰＥＣＶＤ酸化物層を有して形成された熱ＣＶＤ酸化物層およびＰＥＣＶＤ酸化物層を有さず形成された熱ＣＶＤ酸化物層の、ＦＴＩＲ吸収対波長のグラフである。
【図４】本発明の一実施形態にしたがう、ＰＥＣＶＤ酸化物層を有して形成された熱ＣＶＤ酸化物層およびＰＥＣＶＤ酸化物層を有さず形成された熱ＣＶＤ酸化物層の、Ｈ２Ｏ分圧対時間のグラフである。
【図５】本発明の一実施形態にしたがって、基板の上に水分の少ない誘電体層を形成する例示的な方法を示す、簡単な流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、含水量が少なく、かつ／または水分親和性の低いＰＭＤ層を形成するための方法を提供する。本明細書で使用する場合、ＰＭＤ層は、ＩＭＤ層など第１の金属堆積の後に形成される誘電体層を含む。本発明の一実施形態は、同一のチャンバの中で、熱ＣＶＤ酸化物および被覆ＰＥＣＶＤ酸化物を形成することを含む。熱ＣＶＤ酸化物は、堆積されたときは含水量が少ないが、水分に対する親和性は高い。同一のチャンバの中で両方の層を堆積することにより、熱ＣＶＤ層の、堆積されたままの水分の少ない状態が、層をＰＥＣＶＤ酸化物で密封することによって、維持される。ＰＥＣＶＤ酸化物は、本質的に、熱ＣＶＤ酸化物の中に水分が拡散することを防止する。ＰＥＣＶＤ酸化物は、熱ＣＶＤ酸化物よりも、水分に対してはるかに親和性が低く、ＰＥＣＶＤ酸化物の中に拡散する水分は、層をガス抜きプロセスに曝すことにより、減少することができる。ガス抜きプロセスは、上昇させた温度、減少させた圧力で不活性ガスに曝すことを含み得る。本発明の実施形態にしたがって形成される水分の少ない誘電体層によって、酸化を減少させ、バリア層および金属層の接着を改善することができる。これにより、デバイス性能を改善することができる。
【００１２】
例示的なプロセスチャンバ
図１Ａ〜図１Ｂは、熱ＣＶＤプロセスを使用して、バイアの側壁に沿って酸化物層を形成するために使用することができる、例示的なＣＶＤ装置の断面図である。図１Ａは、チャンバ壁１５ａおよびチャンバリッドアセンブリ１５ｂを含む、処理チャンバ１５を有するＣＶＤシステム１０の断面図を示す。ＣＶＤシステム１０は、プロセスチャンバの中心に置かれ加熱されるペデスタルまたは基板支持体１２上に載せる基板（図示せず）に、プロセスガスを分散させるためのガス分配マニホルド１１を含む。処理期間に、基板（例えば、半導体ウエハ）は、ペデスタル１２の表面１２ａ上に配置される。ペデスタルを、下のローディング位置（図１Ａに描写する）と上の処理位置（図１Ａに点線１４で示し、図１Ｂにも示す）の間で、制御可能に移動することができる。
【００１３】
堆積ガスおよびキャリアガスは、ガス分配部材または面板に開けた孔を通して、チャンバ１５の中に導入される。より具体的には、堆積プロセスガスは、吸入マニホルド１１（図１Ｂに矢印４０により示す）を通り、従来型の孔を開けた遮蔽板４２を通り、ガス分配面板内の孔を通って、チャンバの中に流れる。
【００１４】
マニホルドに到達する前に、堆積ガスおよびキャリアガスは、ガス源７からガス供給ライン８（図１Ｂ）を通して混合システム９の中に投入され、混合システム９で堆積ガスおよびキャリアガスが組み合わされ、次いでマニホルド１１に送られる。
【００１５】
ＣＶＤシステム１０内で実施される堆積プロセスは、プラズマ促進プロセスであって良い。プラズマ促進プロセスにおいては、プロセスガス混合物を励起して面板とペデスタルの間の円筒形の領域内でプラズマを形成するように、ＲＦ電源４４がガス分配面板とペデスタルの間に電力を印加することができる。プラズマの構成成分が反応し、ペデスタル１２上に支持された基板の表面に所望の膜を堆積する。
【００１６】
ＣＶＤシステム１０は、熱堆積プロセスにも使用することができる。熱プロセスにおいては、ＲＦ電源４４は使用されず、プロセスガス混合物が熱的に反応し、ペデスタル１２上に支持された基板の表面に所望の膜を堆積することになる。支持ペデスタル１２は、抵抗加熱され、反応のための熱エネルギーを供給することができる。
【００１７】
チャンバの中で、反応副産物を含む堆積されない反応ガスは、真空ポンプ（図示せず）によってチャンバから排気される。具体的には、ガスは、反応領域を取り囲む環状のスロット形状のオリフィス１６を通って、環状の排気プレナム１７の中に排出される。環状のスロット１６およびプレナム１７は、チャンバの円筒形の側壁１５ａの上部（壁の上部誘電体ライニング１９を含む）と円形のチャンバリッド２０の底部との間の間隙によって画定される。スロットオリフィス１６およびプレナム１７の３６０°の円対称性および均一性は、ウエハ上に均一な膜を堆積するように、プロセスガスがウエハ上に渡る均一な流れを達成するのに役立つ。
【００１８】
排気プレナム１７から、ガスは、排気プレナム１７の横方向延長部２１の下を通り、下向きに延在するガス通路２３を通り、真空遮断バルブ２４を通過し、外部真空ポンプ（図示せず）に前部ライン（同様に図示せず）を通って接続する排気口２５の中に流れる。
【００１９】
ペデスタル１２（好ましくは、アルミニウム、セラミック、またはこれらの組合せ）を、抵抗加熱することができる。ヒータ要素への配線は、ペデスタル１２のステムを通過する。典型的には、チャンバライニング、ガス吸入マニホルド面板、および様々な他のリアクタのハードウェアのうちのいずれかまたは全てが、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、またはセラミックなどの材料から作られる。
【００２０】
ウエハがチャンバ１５の側部内の開口２６を通ってロボットブレードによりチャンバの本体の中へかつチャンバの本体から移送されるとき、リフト機構およびモータ３２（図１Ａ）は、ヒータペデスタルアセンブリ１２およびそのウエハリフトピン１２ｂを上昇および下降させる。モータ、バルブ、流量コントローラ、ガス供給システム、スロットルバルブ、ＲＦ電源、チャンバ、基板加熱システム、および熱交換器は、全てシステムコントローラ３４（図１Ｂ）によって、制御線３６を介して制御される。コントローラ３４は、センサからのフィードバックに依拠して、コントローラ３４の制御の下、適切なモータによって動作するスロットルバルブおよびサセプタなどの移動可能な機械的アセンブリの位置を決定する。
【００２１】
いくつかの実施形態において、システムコントローラは、ハードディスクドライブ（メモリ３８）、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、およびプロセッサ３７を含む。プロセッサは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログおよびデジタル入出力ボード、インターフェースボードおよびステッパモータコントローラボードを含むことができる。
【００２２】
システムコントローラ３４がＣＶＤ装置の作動の全てを制御することができる。システムコントローラ３４は、メモリ３８などコンピュータ可読媒体上にコンピュータプログラムとして記憶されたシステム制御ソフトウェアを実行する。メモリ３８はハードディスクドライブまたは他の種類のメモリであって良い。コンピュータプログラムは、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、サセプタ位置、および特定のプロセスの他のパラメータを定める命令のセットを含む。他のメモリデバイス上に記憶された他のコンピュータプログラムも、コントローラ３４を操作するために使用することができる。
【００２３】
図１Ａ〜図１Ｂで示される例示的なＣＶＤ装置を使用して、本発明のいくつかの実施形態にしたがう水分の少ない誘電体膜を形成するために使用することができる熱ＣＶＤ層およびＰＥＣＶＤ層を形成することができる。例として、熱ＣＶＤ酸化物層は、シリコン前駆体（例えば、シラン（ＳｉＨ４）、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）など）、酸素源（例えば、Ｏ２、オゾンなど）、および必要に応じて不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｈｅ、および／またはＮ２など）を含むプロセスガスを使用して形成することができる。例示的な実施形態において、熱ＣＶＤプロセスは、約１．５ｇｍから約３．５ｇｍの流れのＴＥＯＳおよび約１１０００ｓｃｃｍから約１６０００ｓｃｃｍの流れのオゾンを含むプロセスガスを使用する、大気圧より低い圧力のＣＶＤ（ＳＡＣＶＤ）プロセスである。プロセスガスは、約２５０００ｓｃｃｍから約２９０００ｓｃｃｍの流れのＮ２も含むことができる。熱ＣＶＤプロセス期間の温度は、他の層への損傷を防止するため、約３５０℃から４５０℃の範囲であり得る。
【００２４】
これらの条件を使用して形成された熱ＣＶＤ層は、堆積されたときは含水量が低いが、水分を含む環境に曝されたとき急速に水分を吸収する。熱ＣＶＤ層が水分を吸収するのを防止するために、被覆ＰＥＣＶＤ層を同一のチャンバの中で形成し、したがって熱ＣＶＤ層が水分を含む環境に曝されるのを防止することができる。ＰＥＣＶＤ層は水分に対して親和性が低いため、被覆ＰＥＣＶＤ層を含まない熱ＣＶＤ層と比較して、熱ＣＶＤ層の含水量を減少させることができる。
【００２５】
一実施形態にしたがう被覆ＰＥＣＶＤ層を、シリコン前駆体（例えば、シラン（ＳｉＨ４）、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）など）、酸素源（例えば、Ｏ２、オゾンなど）、および必要に応じて不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｈｅ、および／またはＮ２など）を含むプロセスガスを使用して形成することができる。例示的な実施形態において、ＰＥＣＶＤプロセスは、約０．５ｇｍから約１．５ｇｍの流れのＴＥＯＳおよび約７０００ｓｃｃｍから約９０００ｓｃｃｍの流れのＯ２を含むプロセスガスを使用する。プロセスガスは、約７０００ｓｃｃｍから約１１０００ｓｃｃｍの流れのＨｅも含んでもよい。ＰＥＣＶＤプロセス期間の温度は、約３５０℃から約４５０℃の範囲であり得る。温度は、熱ＣＶＤプロセスで使用される温度とほぼ同じであり得る。
【００２６】
実験結果および測定値
図２は、本発明の一実施形態にしたがう、ＰＥＣＶＤ酸化物層を有して形成された熱ＣＶＤ酸化物層およびＰＥＣＶＤ酸化物層を有さず形成された熱ＣＶＤ酸化物層の、応力対時間のグラフである。この例において、熱ＣＶＤ層およびＰＥＣＶＤ層は、４００℃の温度で堆積された。このグラフは、熱ＣＶＤ誘電体層の応力が堆積後の約３００ＭＰａから約１４００分後には約１００ＭＰａに減少することを示している。応力の減少は、水分の吸収の結果である。このグラフは、被覆ＰＥＣＶＤ誘電体層を有して形成された熱ＣＶＤ誘電体層の応力が、同じ期間に比較的安定なままであることも示す。これはＰＥＣＶＤ層が熱ＣＶＤ層内への水分の拡散を阻止することを示唆している。
【００２７】
図３は、本発明の一実施形態にしたがう、ＰＥＣＶＤ酸化物層を有して形成された熱ＣＶＤ酸化物層およびＰＥＣＶＤ酸化物層を有さず形成された熱ＣＶＤ酸化物層のＦＴＩＲ吸収対波長のグラフである。このグラフは、被覆ＰＥＣＶＤ層を含まない熱ＣＶＤ層がより大きな水吸収ピークを有することを示している。さらに、水吸収ピークは堆積直後に分析された試料よりも、堆積後４８時間で分析された試料の方が大きい。このグラフは、熱ＣＶＤ酸化物層の上の５０ÅのＰＥＣＶＤ酸化物層を使用すると、水吸収ピークが抑制されることも示している。被覆ＰＥＣＶＤ層を使用すると、堆積後４８時間で分析された試料と堆積直後に分析された試料の間に水吸収ピークの増加がない。このことは、ＰＥＣＶＤ層が熱ＣＶＤ層内への水分の拡散を阻止するだけでなく、ＰＥＣＶＤ層が熱ＣＶＤ層よりも水分に対して親和性が低いことを示す。
【００２８】
一実施形態によれば、被覆ＰＥＣＶＤ層は、熱ＣＶＤ層よりも薄くてよい。例えば、特定の適用例によっては熱ＣＶＤ層は、１０，０００Å以上もの厚さにすることもできるが、被覆ＰＥＣＶＤ層を５０Å以下ほどの厚さにすることもできる。熱ＣＶＤ層は、高アスペクト比を有する構造の上に形成されるとき、ＰＥＣＶＤ層よりも、より共形である。そのような応用例において、より共形でないＰＥＣＶＤ層の厚さは最小限にすることが望ましい。熱ＣＶＤ層の共形性は、堆積プロセス期間に大気圧より低い圧力を使用して、さらに改善することができる。図３に示すように、水分が熱ＣＶＤ層の中に拡散することを防止するのに、５０Åの厚さを有するＰＥＣＶＤ層で十分である。
【００２９】
図４は、本発明の一実施形態にしたがう、ＰＥＣＶＤ酸化物層を有して形成された熱ＣＶＤ酸化物層およびＰＥＣＶＤ酸化物層を有さず形成された熱ＣＶＤ酸化物層の、Ｈ２Ｏ分圧対時間のグラフである。このデータは、ガス抜きチャンバに取り付けられた４極質量分析計を使用して収集した。この例において、ガス抜きプロセス期間の温度は、４００℃であり、ガス抜きプロセス期間の圧力については、不活性ガスの流れのないステップ期間の０．５トルと不活性ガスの流れを有するステップ期間の８トルとの間を繰り返した。このグラフは、被覆ＰＥＣＶＤ層を含まない熱ＣＶＤ層では、Ｈ２Ｏ分圧が時間に関して指数関数的に減衰することを示している。熱ＣＶＤ層では、Ｈ２Ｏ分圧が約１０−１１気圧の範囲に到達するのに約１０分かかる。このグラフは、被覆ＰＥＣＶＤ層を有する熱ＣＶＤ層では、Ｈ２Ｏ分圧が同じ範囲に到達する時間は約１分未満になることも示している。被覆ＰＥＣＶＤ層の厚さを１００Åから１０００Åに増やしても、ガス抜き時間に何ら影響をおよぼさなかった。このデータにより示されるように、ガス抜きプロセスをバリア層堆積の前に使用して、熱ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ膜から水分を迅速に除去することができる。
【００３０】
水分の少ない誘電体層を形成する例示的な方法
図５は、本発明の一実施形態にしたがって、基板の上に水分の少ない誘電体層を形成する例示的な方法を示す、簡単な流れ図である。方法は、ＣＶＤプロセスチャンバの中に基板を置くこと（５０２）、約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力で、熱ＣＶＤプロセスを使用してＣＶＤプロセスチャンバの中で基板の上に第１の酸化物層を形成すること（５０４）を含む。この方法は、約４５０℃以下の温度および大気圧より低い圧力で、ＰＥＣＶＤプロセスを使用してＣＶＤプロセスチャンバの中で第１の酸化物層の上に第２の酸化物層を形成すること（５０６）をも含む。基板は、第１の酸化物層および第２の酸化物層の形成期間に、ＣＶＤプロセスチャンバの中に留まる。この方法は、ＣＶＤプロセスチャンバから基板を取り出すこと（５０８）をも含む。
【００３１】
一実施形態によれば、水分の少ない誘電体層を形成する方法は、堆積された熱ＣＶＤ層およびＰＥＣＶＤ層をガス抜きプロセスに曝すことも含むことができる。一実施形態において、ガス抜きプロセスは、堆積された層を、約４００℃以上の温度で約１２トル以下の圧力に曝すことを含む。ガス抜きプロセスは、堆積された熱ＣＶＤ層およびＰＥＣＶＤ層から水分を除去することができる。いくつかの実施形態において、ガス抜きプロセスは、１つまたは複数のサイクルのパージを含むことができる。各サイクルのパージは、約０．１トルと１トルの間の圧力で不活性ガスの流れがないステップ、および約４トルと１２トルの間の圧力で不活性ガスの流れ（例えば、Ａｒ、Ｈｅ、および／またはＮ２）のあるステップを含むことができる。ガス抜きプロセス全体の継続期間は、約１５秒と約１２０秒の間であり得る。
【００３２】
本発明の実施形態にしたがって形成される水分の少ない誘電率層は、ＰＭＤ層として使用することができる。これらの応用例において、バリア層をバリア堆積チャンバの中でＰＥＣＶＤ層の上に形成することができ、金属層を金属堆積チャンバの中でバリア層の上に堆積することができる。バリア層および金属層は、知られた技法にしたがって形成することができる。誘電体層の水分が低いことによって、バリア層および／または金属層の酸化を減少させることができる。これにより、デバイスの性能および誘電体層への接着を改善することができる。
【００３３】
本発明は特定の実施形態に関して記載されてきたが、当業者には、本発明の範囲は、本明細書に記載の実施形態に限定されないことは明らかであろう。例えば、本発明の１つまたは複数の実施形態の特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態の１つまたは複数の特徴と組み合わせることができることを理解されたい。また、本明細書に記載の例および実施形態は、単に説明目的のためであり、本明細書に記載の例および実施形態に照らして、様々な修正形態または変更形態が当業者には明らかとなり、様々な修正形態または変更形態は、本明細書の精神および趣旨ならびに添付の特許請求の範囲の中に含まれるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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