(57)【要約】  基板を処理するための方法および装置が提供される。基板上に多孔性誘電体層が形成される。いくつかの実施形態では、誘電体を緻密な誘電体層によって覆うことができる。誘電体層がパターン形成され、基板の上に緻密な誘電体層が共形的に堆積される。緻密な共形の誘電体層は、多孔性誘電体層の孔を、孔に浸入する可能性がある化学種と接触しないように密封する。緻密な共形の封孔誘電体層の、フィールド領域とパターン開口部の底部とを覆う部分が、指向性の選択的なエッチングによって除去される。
2011526078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁および底部を備える開口部を有するパターン形成された多孔性誘電体層が上に堆積されている基板の処理方法であって、
プラズマ支援ＡＬＤプロセスによって、前記基板の上に、前記開口部の少なくとも前記側壁部分で前記多孔性誘電体層に接触する共形の封孔層を形成すること、
指向性エッチングプロセスを実施することによって、前記共形の封孔層の前記開口部の前記底部を覆う部分を除去すること、
ウェットクリーンプロセスを実施することによって前記基板を清浄化すること、ならびに
前記開口部を導電材料で充填すること
を含む方法。
【請求項２】
前記共形の封孔層が酸化物層であり、前記ＡＬＤプロセスが、前記基板を、有機シリコン前駆体を含む第１のガス混合物と酸化剤を含む第２のガス混合物とに順次曝すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記共形の封孔層の厚さが約１０オングストローム未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のガス混合物が有機シロキサンを含み、前記第２のガス混合物が酸素イオンを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のガス混合物が、ＯＭＣＴＳおよびキャリヤガスを含み、前記第２のガス混合物が、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、酸素原子（Ｏ）、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、酸化窒素（Ｎ３Ｏ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）およびそれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたは複数の化合物を含むプラズマである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
基板の処理方法であって、
前記基板上に、側壁および底部を備えた開口部を有するパターン形成された多孔性誘電体層を形成すること、
前記パターン形成された多孔性誘電体層に対して第１の清浄化プロセスを実施すること、
前記パターン形成された多孔性誘電体層を熱処理すること、
前記基板の上に共形の封孔酸化物層を形成すること、
選択的なプロセスを用いて、前記開口部の前記底部から前記共形の封孔酸化物層を除去すること、
前記共形の封孔酸化物層が上に堆積されている前記基板に対して、第２の清浄化プロセスを実施すること、ならびに
前記開口部を導電材料で充填すること
を含む方法。
【請求項７】
前記共形の封孔酸化物層を形成することが、ＡＬＤプロセスで有機シリコン前駆体から共形の酸化物層を堆積させることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
酸化ガスが酸素イオンを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記開口部の前記底部から前記共形の封孔酸化物層を除去することが、１つまたは複数のフッ素化合物のプラズマに前記基板を曝すことを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記共形の封孔酸化物層の厚さが約１０オングストローム未満である、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記パターン形成された多孔性誘電体層を熱処理することが、前記第１の清浄化プロセスに起因する汚染物質を除去するように選択された時間に亘って前記層を高温に曝すことを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の清浄化プロセスがウェットクリーンプロセスである、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の清浄化プロセスがウェットクリーンプロセスであり、前記第２の清浄化プロセスがドライクリーンプロセスである、請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記ウェットクリーンプロセスが、前記基板を水性ＨＦ溶液に曝すことを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
半導体基板上に一の機構を形成する方法であって、
前記基板上に、３．０以下の誘電率を有し、シリコン、酸素、炭素および水素を含む多孔性誘電体層を形成すること、
前記多孔性誘電体層上に緻密な誘電体層を形成すること、
前記緻密な誘電体層および前記多孔性誘電体層をパターン形成して、側壁および底部を有する開口部を形成することであって、前記開口部間の空間が前記基板のフィールド領域を画定すること、
各サイクルが、前記基板の表面を有機シロキサン前駆体に曝すことによって前駆体層を堆積させ、酸素を含有するプラズマで前記前駆体層を処理することを含む、１つまたは複数の処理サイクルを実施することによって前記基板上に共形の封孔層を形成すること、
選択的なエッチングプロセスを用いて、前記共形の封孔層の、前記基板の前記フィールド領域および前記開口部の前記底部に堆積した部分を除去すること、
前記基板に対してウェットクリーンプロセスを実施すること、
前記基板上に共形のバリア層を形成すること、
前記基板上にシード層を形成すること、ならびに
めっきプロセスによって前記開口部を導電材料で充填すること
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、集積回路の製造に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、半導体基板内にフィーチャを形成するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の幾何学的形状のサイズは、そうしたデバイスが数十年前に初めて導入されて以来、劇的に減少してきた。導入以来、集積回路は概して、チップ上のデバイスの数が２年ごとに倍増することを意味する、２年／半サイズルール（しばしばムーアの法則と呼ばれる）に従っている。今日の製造設備は、０．１３μｍ、さらには０．１μｍのフィーチャサイズを有するデバイスを日常的に生産しているが、近い将来の設備は、さらに小さいフィーチャサイズを有するデバイスを生産するようになるであろう。
【０００３】
集積回路上のデバイスのサイズをさらに減少させるには、隣接する金属線間の容量結合を低減しなければならないため、デバイスの幾何学的形状が減少し続けることによって、より低い誘電率（ｋ）値を有する中間層誘電体薄膜に対する需要が生じている。特に、約４．０未満の低い誘電率を有する絶縁体が望ましい。
【０００４】
最近になって、約３．０未満の誘電率を有する低誘電率有機シリコン薄膜が開発されている。２．５未満の誘電率を有する超低ｋ（ＥＬＫ）有機シリコン薄膜も開発されている。低誘電率および超低誘電率の有機シリコン薄膜を開発するために用いられてきた１つの方法は、有機シリコン化合物と、熱に不安定な化学種または揮発性基を含む、炭化水素などの化合物とを含むガス混合物から薄膜を堆積させ、次いで堆積した薄膜を後処理して、堆積した薄膜から有機基などの熱に不安定な化学種または揮発性基を除去することである。堆積した薄膜から熱に不安定な化学種または揮発性基を除去すると、薄膜内にナノメートルサイズの空隙または孔が生成されるが、空気が約１の誘電率を有するため、それによって薄膜の誘電率が低下する。
【０００５】
フォトレジストまたは底部反射防止膜（ＢＡＲＣ）を除去するアッシングプロセスは、低ｋ薄膜から炭素を減少させ、薄膜の表面を酸化することができる。低ｋ薄膜の酸化した表面は、後続のウェットエッチングプロセスの間に除去され、アンダカットおよび限界寸法（ＣＤ）損失の一因になる。
【０００６】
低誘電率薄膜の多孔性によって、ＢＡＲＣ層または金属間バリア層（ＴａＮなど）など、薄膜への後続の層の堆積に用いられる前駆体が侵入する可能性もある。バリア層の前駆体が多孔性の低誘電率薄膜の中に拡散すると、デバイスにおいて電流漏れが生じる。
【発明の概要】
【０００７】
したがって、ウェットエッチングプロセス、ならびにＢＡＲＣ層およびバリア層などの後続の層の堆積など、後続の処理ステップによる薄膜の損傷を最小限に抑える、低誘電率薄膜を処理する方法が依然として求められている。
【０００８】
本発明の実施形態は、側壁および底部を備えた開口部を有する、パターン形成された多孔性誘電体層がその上に堆積した基板を処理する方法であって、プラズマ支援ＡＬＤプロセスによって、基板の上に、少なくとも開口部の側壁部分で多孔性誘電体層に接触する共形の封孔層を形成すること、指向性エッチングプロセスを実施することによって、共形の封孔層の開口部の底部を覆う部分を除去すること、ウェットクリーンプロセスを実施することによって基板を清浄化すること、ならびに開口部を導電材料で充填することを含む方法を提供する。共形の封孔層は、有機シリコン前駆体を用いて堆積させた酸化物層とすることができ、指向性エッチングプロセスは、基板に印加される電気バイアスを用いてフッ素化合物のプラズマに曝すことを特徴とすることができる。
【０００９】
他の実施形態は、基板を処理する方法であって、基板上に、側壁および底部を備えた開口部を有するパターン形成された多孔性誘電体層を形成すること、パターン形成された多孔性誘電体層に対して第１の清浄化プロセスを実施すること、パターン形成された多孔性誘電体層を熱処理すること、基板の上に共形の封孔酸化物層を形成すること、側壁をエッチングしないエッチングプロセスを用いて、共形の封孔酸化物層を開口部の底部から除去すること、共形の封孔酸化物層がその上に堆積した基板に対して、第２の清浄化プロセスを実施すること、ならびに開口部を導電材料で充填することを含む方法を提供する。
【００１０】
他の実施形態は、半導体基板上にフィーチャを形成する方法であって、基板上に、３．０以下の誘電率を有し、シリコン、酸素、炭素および水素を含む多孔性誘電体層を形成すること、多孔性誘電体層上に緻密な誘電体層を形成すること、緻密な誘電体層および多孔性誘電体層をパターン形成して、側壁および底部を有する開口部を形成することであって、開口部間の空間が基板のフィールド領域を画定すること、各サイクルが、基板の表面を有機シロキサン前駆体に曝すことによって前駆体層を堆積させ、酸素を含有するプラズマで前駆体層を処理することを含む、１つまたは複数の処理サイクルを実施することによって基板上に共形の封孔層を形成すること、選択的なプロセスを用いて、共形の封孔層の、基板のフィールド領域および開口部の底部に堆積した部分を除去すること、基板に対してウェットクリーンプロセスを実施すること、基板上に共形のバリア層を形成すること、基板上にシード層を形成すること、ならびにめっきプロセスによって開口部を導電材料で充填することを含む方法を提供する。
【００１１】
本発明の前述の特徴を詳しく理解することができるように、いくつかを添付図面に示す実施形態を参照することによって、これまでに簡単に要約した本発明についてより詳細な説明を行うことができる。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態を示すにすぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものと考えるべきでなく、本発明について、他の等しく有効な実施形態を認め得るものであることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ａは、本発明の一実施形態による方法を示す流れ図である。Ｂ〜Ｅは、図１Ａの方法の様々な段階における基板を示す側面図である。
【図２】Ａは、本発明の他の実施形態による方法を示す流れ図である。Ｂ〜Ｇは、図２Ａの方法の様々な段階における基板を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
理解を容易にするために、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられている。具体的な説明がなくても、１つの実施形態において開示された要素が他の実施形態に有益に利用され得ることが企図される。
【００１４】
本発明の実施形態は一般に、半導体基板にフィーチャを製造する間、多孔性誘電体層への損傷を防止する方法を提供する。いくつかのプロセスにおいて、基板は、多孔性誘電体材料の孔に入り込み、その電気的特性を損なう恐れがある液体に曝されることがある。このような結果を回避するために、他の方法では液体に接触する多孔性誘電体材料の表面の上に、保護層を堆積させることができる。保護層は、一般に液体成分をはじくことができる緻密な材料であり、また一般に低い誘電率を有しており、したがって、保護層を含むことによってデバイスの電気的特性が低下することはない。
【００１５】
一実施形態では、半導体基板上に多孔性の低誘電率薄膜が形成される。多孔性の低誘電率薄膜は、シリコン、炭素、ならびに任意選択で酸素および／または窒素を含む薄膜とすることができる。多孔性の低誘電率薄膜は、有機シランまたは有機シロキサンなどの有機シリコン化合物を含むガス混合物から堆積させることができる。ガス混合物は、酸化ガスを含むこともできる。一実施形態において、ガス混合物は、有機シリコン化合物および炭化水素などのポロゲンを含み、ポロゲンは、薄膜を堆積させた後に薄膜から除去され、薄膜内に空隙または孔を生成して薄膜の誘電率を下げる。ポロゲンは、ＵＶ処理、電子ビーム処理、熱処理またはそれらの組み合わせによって除去することができる。多孔性の低誘電率薄膜を形成する方法は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，９３６，５５１号、および本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，０６０，３３０号にさらに詳しく記載されており、それらを参照によって本明細書に援用する。本発明の実施形態では、他の組成を有する、かつ／または異なるガス混合物から堆積される低誘電率薄膜を用いることが可能であることに留意されたい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、多孔性誘電体層の上に緻密な誘電体薄膜を形成することができる。緻密な誘電体薄膜は低い誘電率を有する任意の物質とすることができ、いくつかの実施形態では研磨停止層として働くことができる。したがって、緻密な誘電体薄膜は酸化物または窒化物の薄膜とすることができ、プラズマ促進式にすることも可能なＣＶＤまたはＡＬＤプロセスによって形成することができる。シリコン、酸素、窒素、炭素、水素またはこれらの任意の組み合わせを含む緻密な誘電体薄膜は、保護層として用いることができる。いくつかの実施形態では、緻密な誘電体薄膜はキャップ層とすることができる。他の実施形態では、緻密な誘電体薄膜を、任意の所望のドーパントでドープすることができる。いくつかの実施形態では、緻密な誘電体層は、その表面の組成または組織を変えるために堆積後処理にかけることができる。例えば、窒化処理または酸化処理などの表面化学プロセスによって、またはプラズマイオン注入などの注入プロセスによって、緻密な誘電体薄膜の表面付近の層に、窒素、酸素、炭素または水素を加えることができる。本発明のほとんどの実施形態の場合、緻密な層が酸化プロセスに対して耐性があることが一般的に好ましい。この目的に有用ないくつかの例示的な緻密な層は、シリコン酸化物層およびシリコン窒化物層である。この目的に用いられる緻密な層は、約５０オングストローム未満の厚さなど一般的に薄いものである。このプロセスに適した例示的な緻密な誘電体薄膜は、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．（カリフォルニア州サンタクララ）から入手可能な製造ツールによって生産されるＢＬＯｋ（商標）誘電体である。
【００１７】
図１Ａは、本発明の一実施形態による方法１００を示す流れ図である。方法１００では、１０２において、多孔性誘電体層を含む誘電体層が、任意の従来型のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターン形成される。そうしたプロセスの１つでは、パターン形成される層にフォトレジストが塗布され、フォトレジストがパターン形成されたＵＶ光に露光されてフォトレジストにパターンを生成し、そのパターンが化学的に現像される。次いで基板は、フォトレジストに影響を及ぼすことなく誘電体材料をエッチングするように選択されたエッチャントに曝される。フォトレジストは、誘電体材料をエッチングするためのパターンマスクとして働く。次いで、酸化処理によってフォトレジストが除去され、下にある誘電体材料に所望のパターンを残す。図１Ｂは、プロセスのこの段階における基板の側面図である。基板１５０は、多孔性誘電体層１５２、およびその上に形成された緻密な誘電体層１５４を含む誘電体層を有し、また開口部１５６を作り出すようにパターン形成されている。開口部１５６は、少なくとも部分的に多孔性である側壁１６４を有している。
【００１８】
１０４では、基板の上に共形の封孔層が形成される。多くの実施形態では、共形の封孔層は緻密な誘電体層である。ほとんどの実施形態では共形の封孔層を薄くする。その理由は、封孔などの目的で配置される薄膜は一般にデバイス構造に組み込まれることになるが、薄い膜はデバイスの電気的特性に最小限の影響しか及ぼさないためである。図１Ｃは、方法１００のこの段階における図１Ｂの基板を示す側面図である。基板１５０、多孔性誘電体層１５２および緻密な誘電体層１５４は、共形の封孔薄膜１５８で覆われている。共形の封孔薄膜１５８は、開口部１５６の底部で基板１５０に、開口部１５６の側壁で多孔性誘電体層１５２に、基板のフィールド領域で緻密な誘電体層１５４に接触している。
【００１９】
本発明の共形の封孔層は、共形的に堆積させることが可能な、低誘電率を有する任意の緻密な誘電体材料とすることができる。一実施形態では、任意選択で炭素、窒素、フッ素、ホウ素または他のドーパントでドープされたシリコン酸化物を、プラズマ支援ＡＬＤプロセスを用いて共形的に堆積させることができる。基板は、プロセスチャンバの中で有機シリコン前駆体を含む第１のガス混合物に曝すことが可能であり、いくつかの実施形態では、有機シリコン前駆体をイオン化するまたはプラズマに変えることができる。有機シリコン前駆体に、窒素、ヘリウム、アルゴンまたはそれらの組み合わせなどのキャリヤガスを混合することもできる。いくつかの実施形態では、有機シリコン前駆体は一般に、暖かいキャリヤガスを液体もしくは固体の形の前駆体を保持する容器を通過させることによって、または液体の前駆体を蒸発器を通して流すことによって気化される。ドーパントの薄膜への組み込みを容易にするために、ドーパント前駆体を供給することもできる。有機シリコン前駆体は、すべての付着部位が塞がれるまで基板の表面に付着している。すべての付着部位が塞がれた時点で反応が停止し、それ以上堆積が起こらなくなる。ドーパント前駆体が供給される場合には、ドーパント前駆体が一部の付着部位を占めることができる。次いで、チャンバから過剰な前駆体が除去される。
【００２０】
次いで、付着した層を、酸化剤を含む第２のガス混合物に曝すことができる。多くの実施形態では、プラズマとすることができる、酸素を含むイオン化ガスが酸化剤として用いられる。いくつかの実施形態では、酸素プラズマが用いられる。他の実施形態では、プラズマとすることができる、オゾン（Ｏ３）、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、酸化窒素（Ｎ３Ｏ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）またはそれらの組み合わせなどの化合物を含有する酸素のイオン化ガスが、酸化環境を作り出すことができる。さらに他の実施形態では、熱酸化を用いることができる。
【００２１】
前駆体ガスは、電場または磁場を印加することによってイオン化することができる。いくつかの実施形態では、プラズマは、容量手段または誘導手段によって発生させることが可能であり、ＤＣ、または好ましくは無線周波数の交流によって電力供給を受けることができる。本発明の実施形態に有用な前駆体は、ガス混合物の様々な成分のイオン化ポテンシャル、および所望される活性化の程度に応じて、約５００ワット〜約５０００ワットの出力を印加することによって適切に活性化することができる。いくつかの実施形態では、基板に電気バイアスを印加して堆積速度を高めることができる。電気バイアスの使用を特徴とする実施形態では、共形の堆積物を得るために、ＤＣバイアスを約５００ワット未満の出力レベルで印加するなど、バイアスを弱くすることが好ましい。
【００２２】
堆積および酸化のサイクルが、所望の厚さに達するまで繰り返される。本発明のいくつかの実施形態は、単一の分子層を含み、厚さが４オングストローム以下である共形の封孔薄膜を特徴とする。場合によって炭素またはフッ素でドープされるシリコン酸化物の共形層は、いくつかの実施形態では電気的特性を低下させることなく、約１５オングストロームの厚さまで有用となり得る。別の実施形態では、共形層は約５０オングストロームまでの厚さを有することができる。
【００２３】
サイクルのそれぞれの暴露は、有機シリコン前駆体を含む第１のガス混合物と、酸化剤を含む第２のガス混合物との間で交互になるガスのパルスとすることができる。それぞれのパルスは、プロセスチャンバ内に約１秒〜約１０秒とどまることができ、次いでチャンバからパージすることができる。別の実施形態では、パージガスまたはキャリヤガスを絶えずチャンバに供給することが可能であり、同時に前駆体ガスが、パージガスまたはキャリヤガスの流動する流れの中へ交互にパルス化される。本発明の実施形態に用いられるパージガスまたはキャリヤガスは、一般に貴ガスまたは非反応性元素のガスなど、処理中に遭遇する条件の下で非反応性のガスである。アルゴン、ヘリウム、ネオンおよびキセノンが、使用可能な貴ガスの例である。いくつかの実施形態では、窒素ガスを用いることもできる。
【００２４】
オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）は、本明細書に記載される共形の封孔層を堆積させるために用いることができる前駆体の一例である。ＯＭＣＴＳに加えて、一般式Ｒｘ−Ｓｉ−（ＯＲ’）ｙ（式中、各ＲはＨ、ＣＨ３、ＣＨ２ＣＨ３または他のアルキル基であり、各Ｒ’はＣＨ３、ＣＨ２ＣＨ３または他のアルキル基であり、ｘは０〜４であり、ｙは０〜４であり、ｘ＋ｙ＝４である）を有する、ジメチルジメトキシシラン（ＣＨ３）２−Ｓｉ−（Ｏ−ＣＨ３）２などの前駆体を用い、適切なプロセスウィンドウによって薄い共形層を堆積させることもできる。使用可能な他の前駆体には、構造（Ｒｘ−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−Ｒｙ）ｚを有する、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（（ＣＨ３）３−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−（ＣＨ３）３）などの有機ジシロキサンが含まれる。使用可能な他の前駆体には、環状有機シロキサン（Ｒｘ−Ｓｉ−Ｏ）ｙ（式中、ｙは２より大きく、ｘは１〜２であり、ＲｘはＣＨ３、ＣＨ２ＣＨ３または他のアルキル基である）が含まれる。使用可能な環状有機シリコン化合物は、３つ以上のシリコン原子を有する環式構造を含むことができ、環式構造はさらに、１つまたは複数の酸素原子を含むことができる。市販の環状有機シリコン化合物は、交互のシリコン原子および酸素原子を有し、１つまたは２つのアルキル基がシリコン原子に結合した環を含む。例えば、環状有機シリコン化合物は、下記化合物の１つまたは複数を含むことができる：
ヘキサメチルシクロトリシロキサン  （−Ｓｉ（ＣＨ３）２−Ｏ−）３−  環状、
１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）  （−ＳｉＨ（ＣＨ３）−Ｏ−）４−  環状、
オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）  （−Ｓｉ（ＣＨ３）２−Ｏ−）４−  環状、および
１，３，５，７，９−ペンタメチルシクロペンタシロキサン  （−ＳｉＨ（ＣＨ３）−Ｏ−）５  環状。
【００２５】
再び図１Ａを参照すると、１０６において、共形の封孔層の開口部の底部１６０を覆う部分が除去される。図１Ｄは、方法１００のこの段階にける図１Ａ〜１Ｃの基板を示している。基板１５０の表面は開口部１５６の底部１６０で露出され、多孔性誘電体層１５２および緻密な誘電体層１５４を含む誘電体層のフィールド領域１６６も露出されている。開口部１５６の側壁１６４を覆う共形の封孔薄膜１５８は乱されておらず、残存して側壁１６４に沿った多孔性誘電体層１５２を保護している。
【００２６】
共形の封孔層１５８の開口部１５６の底部１６０を覆う部分は、層のそれらの部分のみを除去するように適合された選択的なプロセスを用いて除去することができる。いくつかの実施形態では、選択的なプロセスは、反応性イオンエッチングなどの指向性エッチングプロセスとすることができる。いくつかの実施形態では、プラズマとすることができる、フッ素イオンを含有するイオン化ガスを用いて酸化物の共形の封孔層をエッチングすることが可能であり、また基板に電気バイアスを印加して、フィールド領域１６６および開口部１５６の底部１６０のエッチングを促進することができる。電気バイアスは、反応性イオンが基板１５０の表面に向かって加速し、側壁１６４の方へ向きを変える前に開口部１５６の中に深く侵入するのを促進する。こうして、側壁１６４上の材料はほとんどまたは全くエッチングされず、開口部１５６の底部１６０およびフィールド領域１６６を覆う材料は除去される。
【００２７】
この目的のために、１００ワット以上の出力レベルで印加される電気バイアスが有用である場合がある。電気バイアスは、基板がその上に配設された基板支持体またはガス分散プレートに、ＤＣ電圧を印加することによって発生させることができる。他の実施形態では、高域フィルタまたは低域フィルタなどのフィルタによって変調された、ＲＦ電圧などの交流を用いることができる。
【００２８】
共形の酸化物層に対する指向性エッチングを実施するのに有用な化合物には、炭素、硫黄および窒素のハロゲン化物が含まれる。例示的な材料は、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３およびＣＨＦ３である。塩素を含有する類似物も、それらよりやや遅い速度でこうした層をエッチングする。
【００２９】
例示的な一実施形態では、露出したシリコン酸化物層を有する基板をエッチングするために、処理チャンバにエッチャントＳＦ６を供給することができる。エッチャントは、約１００ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍなど約２０ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍの間、例えば約３００ｓｃｃｍの流速で供給することができる。ヘリウム、アルゴン、ネオンまたはキセノンなどの非反応性キャリヤガスを供給することができる。基板は、約２００℃〜約４００℃など約５０℃〜約５００℃の間、例えば約３００℃の温度に維持することができる。チャンバは、約１トル〜約５トルなど約１ミリトル〜約１０トルの間、例えば約２トルの圧力に維持することができる。
【００３０】
１３．５６ＭＨｚの高い単一周波数、もしくは約４００ｋＨｚなど約１００ｋＨｚ〜約６００ｋＨｚの低い単一周波数、または約４００ｋＨｚの第１の周波数および約１３．５６ＭＨｚの第２の周波数を有する混合周波数で、約２００Ｗ〜約５０００ＷのＲＦ出力を印加することができる。ＲＦ出力は、容量的または誘導的に結合することができる。約５００Ｗなど約１００Ｗ〜約１０００Ｗの出力範囲内で基板支持体またはガス分配プレートに電圧を印加することによって、基板に電気バイアスを印加することができる。前述のように、電圧はＤＣ源またはＡＣ源を用いて印加することが可能であり、ＡＣ源は特定の実施形態に従って、低域フィルタまたは高域フィルタを用いて変調させる。ＲＦ出力は、ＳＦ６分子からフッ化物イオンＦ−を解離し、電気バイアスはイオンを基板表面に向かって加速する。イオンは、フィールド領域および開口部１５６の中に向かって加速する（図１Ｃ）。開口部１５６に侵入するイオンは、全体的に底部１６０へ移動し、開口部１５６の底部１６０で共形の封孔薄膜１５８をエッチングする。
【００３１】
別の実施形態では、開口部１５６の底部１６０を、非反応性イオンを用いてエッチングすることができる。アルゴン、ヘリウム、ネオンまたはキセノンなどの貴ガスをイオン化してプラズマにし、前述の方法に従って基板に印加される電圧バイアスによって、基板の表面に向かって加速することができる。こうして生成された強力なイオンは、次いで基板のフィールド領域および開口部１５６の底部１６０に衝突し、高エネルギー衝突によって開口部１５６の底部１６０から共形層を侵食する。他の実施形態では、スパッタリングプロセスを用いて、材料を開口部１５６の底部１６０から選択的に除去することができる。
【００３２】
再び図１Ａを参照すると、導電材料で充填するための準備として、１０８において基板に対するウェットクリーンプロセスを実施し、残留する材料を基板のフィールド領域および開口部１５６から除去することができる。多孔性誘電体層は、頂部に緻密な誘電体層を、側壁に共形の封孔誘電体層を適用することによって保護されており、清浄化用の液体が多孔性誘電体の孔に侵入することはない。したがって、多孔性誘電体はその有益な電気的特性を保持する。任意選択で他の水溶性の化学種もしくはＩＰＡなどの溶媒で緩衝または混合した、水性ＨＦ、希ＨＦなどの反応物を、多孔性の層を損傷することなく基板に適用することができる。
【００３３】
１１０では、電気めっきまたは無電解めっきなどの任意の従来型のプロセスを用いて、開口部を導電材料で充填することができる。図１Ｅは、導開口部１５６が導電材料１６２で充填された基板１５０を示している。この実施形態では、共形の封孔薄膜１５８がデバイスに組み込まれたままであるが、その誘電率が低いため、デバイスの電気的特性に実質的に影響を及ぼさない。
【００３４】
前述したものなど製造手順においてはウェットクリーンプロセスがしばしば用いられるが、多孔性誘電体層を封孔することにより、多孔性誘電体層が多くの液体を通さなくなることに留意すべきである。緻密なシリカまたはシリコンを含有する層に侵入しない、またはそうした層をエッチングしない液体が、多孔性誘電体に達することはない。さらに、緻密な層を貫通してエッチングしない流体、ガス、液体またはプラズマが、多孔性誘電体に達することもない。例えば、本明細書に記載される封孔プロセスの実施形態は、他の場合には多孔性誘電体層を損傷する恐れがあるプラズマクリーンプロセスを伴う製造手順に用いることができる。
【００３５】
本発明の他の実施形態は、多孔性誘電体層がその上に堆積した基板を処理する方法を提供する。図２Ａは、本発明の一実施形態による方法２００を示す流れ図である。２０２において、基板上に多孔性誘電体層が形成される。多孔性誘電体層は、前述のものと同様の方法を用いて、基板上にシリコン、炭素および酸素を含有する層を堆積させることによって形成し、次いで、炭素原子の一部を除去するために堆積した層を後処理し、残りのシリコン原子および酸素原子の間に空隙を残すことができる。除去された炭素原子によって残された空間は、薄膜内部で孔になる。いくつかの実施形態では、そのように形成された薄膜は、３０％超など２０％超、例えば約４０％の多孔度を有することができる。図２Ｂは、前述のように多孔性誘電体層２５２がその上に形成された基板２５０を示している。
【００３６】
２０４では、多孔性誘電体層の上に緻密な誘電体層が形成される。緻密な誘電体層は、後続の処理ステップ中に多孔性誘電体層を損傷から保護すると同時に、デバイスの電気的特性を維持する。いくつかの実施形態では、緻密な誘電体層は、シリコンおよび窒素を含有する層などのキャップ層とすることができる。ほとんどの実施形態では、緻密な誘電体層は、５０オングストローム未満の厚さなど薄いことが好ましい。いくつかの実施形態では、緻密な誘電体層は、シリコン、窒素、酸素、炭素および水素の組み合わせを含有する層とすることができる。緻密な誘電体層はさらに、ホウ素、リン、ヒ素、ゲルマニウム、アルゴン、ヘリウム、フッ素、塩素またはそれらの組み合わせでドープすることができる。緻密な誘電体層は、プラズマ促進の有無にかかわらず、ＣＶＤ、ＡＬＥまたはＡＬＤによって形成することができる。図２Ｃは、多孔性誘電体層２５２および緻密な誘電体層２５４がその上に堆積した基板２５０を示している。
【００３７】
２０６では、図１Ａ〜１Ｅと共に前述したものと同様のプロセスを用いて、多孔性誘電体層および緻密な誘電体層を含む複合誘電体層がパターン形成される。緻密な誘電体層の上に、フォトレジストが塗布される。フォトレジストは、一般に炭素ベースの重合体であり、通常はスピンオン処置で塗布される。一般的には、パターン形成された放射を用いてフォトレジストにパターンを生成する。フォトレジスト材料の変化をもたらすように選択された波長の放射を、パターンマスクまたはレチクルを通過させるが、パターンマスクまたはレチクルは放射の諸部分を遮る。次いで、フォトレジストにパターンが現像され、層を下方にエッチングするための開口部を生じさせる。次いで、パターン形成されたフォトレジストを有する基板が、エッチングプロセスにかけられる。エッチングプロセスは一般に、フォトレジストの下の誘電体をエッチングするように適合される。フォトレジスト層を形成する前に、反射防止膜を塗布することができる。エッチング後、フォトレジスト、および使用される場合には反射防止膜が除去される。図２Ｄは、前述のものなどのパターン形成プロセスによって開口部２５６が形成された基板２５０を示している。
【００３８】
多くの製造プロセスでは、開口部２５６を導電材料で充填する前に、２０８でウェットクリーン操作を実施して、残りのフォトレジストおよび反射防止材料を除去することができる。ウェットクリーン操作は、一般に前述したものと同様でよく、任意選択で他の水溶性の化学種で緩衝または混合した水性ＨＦ溶液を特徴とすることができる。
【００３９】
一般的には、液体成分が多孔性誘電体層２５２の孔に侵入できることが認められる。そうした成分は、除去しなければ、最終的な構造の電気的特性を低下させる恐れがある。多孔性誘電体から汚染物質を除去するために、２１０で基板を熱処理にかけることができる。熱処理はベーキング操作とすること、または基板を短時間の間に高い温度まで急速に加熱し、次いで急速に冷却する急速な熱プロセスとすることができる。熱処理は、基板の方を向いた熱ランプ、対流性の周囲加熱、または加熱された基板支持体などの伝導加熱を用いて実施することができる。別の実施形態では、汚染物質を除去するために、干渉性もしくは非干渉性、単色もしくは多色、偏光性もしくは非偏光性、収束性もしくは拡散性、またはそれらの任意の程度のものとすることが可能な赤外線から紫外線までの波長帯の電磁エネルギーなど、他の形のエネルギーに基板を曝すことができる。
【００４０】
２１２では、基板の上に共形層が形成される。共形層は一般に、共形の堆積が可能なタイプの緻密なシリコン含有層である。図１Ａ〜１Ｅと共に前述した共形層は、この目的に適している。例示的な共形層は、実質的に前述したように、ＡＬＤプロセスによって堆積させたシリコン酸化物層である。図２Ｅは、共形層２５８がその上に形成された基板２５０を示している。ほとんどの実施形態では、共形層が薄いことが好ましく、多くの実施形態では、多孔性誘電体を密封するのにただ１つの分子の単層で十分である。したがって、共形層は、約４オングストローム〜約１５オングストロームの厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、共形層の厚さは約５０オングストロームまでとすることができる。
【００４１】
２１４では、図１Ａ〜１Ｅと共に前述したものと実質的に同様のプロセスを用いて、共形層２５８の、フィールド領域および開口部２５６の底部を覆う部分が除去される。指向性エッチングプロセスは、共形層２５８の所望の部分を選択的にエッチングし、緻密な誘電体層２５４および基板２５０を露出させるように実施される。
【００４２】
２１６では、第２の清浄化プロセスを実施することができる。前述のように、第２の清浄化プロセスは、わずかな表面の汚染物質を除去するために基板をマイルドなエッチング流体に曝すウェットクリーンプロセス、またはドライクリーンプロセスとすることができる。次いで、電気めっき、電着または無電解めっきプロセスなど、めっきまたは堆積によって開口部２５６を導電材料で充填することができる。
【００４３】
一例では、基板上に多孔性誘電体層をプラズマ支援ＡＬＤプロセスで形成し、多孔性誘電体層にパターンを転写した。パターン形成された層を有する基板をプラズマ堆積チャンバ内に配置し、２つの前駆体ガス混合物をチャンバの中へ交互にパルス化した。アルゴンを、約５０００ｓｃｃｍ〜８０００ｓｃｃｍの一定の流れとしてチャンバに供給した。１０００ワットのＲＦ出力によって作動される誘導コアにそれぞれ結合された２つの凹入イオン化管（ｒｅ−ｅｎｔｒａｎｔ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｔｕｂｅ）を設けることによって、誘導結合プラズマを形成した。チャンバの圧力を約２トルに、温度を約３５０℃に維持した。
【００４４】
体積でほぼ同じ割合のＯＭＣＴＳおよびアルゴンガスを含むＯＭＣＴＳのパルスを、約１秒あたり１０００ｓｃｃｍの速度でチャンバに注入した。チャンバを２秒間パージした後、チャンバに酸素ガスのパルスを供給して単一の堆積サイクルを完了した。
【００４５】
第２のチャンバの中で、基板を選択的なエッチングプロセスに曝した。基板支持体に対して高域フィルタを用いて変調した５００ワットのＲＦ出力を印加することによって、基板に２００Ｖの電気バイアスを印加した。５部のアルゴンガス中の１部のＨＦの混合物を、２０００ｓｃｃｍの速度でチャンバに供給し、容量結合した装置に２０００ワットのＲＦ出力を印加することによってイオン化した。チャンバの圧力を約２トルに、温度を２００℃に維持する間、ガス混合物が３０秒間流れた。
【００４６】
この手順の後、基板を２−プロパノール中で浸漬した。６０分曝した後、多孔性誘電体内への侵入は認められなかった。したがって、薄い共形の酸化物薄膜は、液体が入り込まないように多孔性誘電体を密封した。
【００４７】
前述のものは本発明の実施形態を対象にしているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を考案することが可能であり、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって定められる。
【図１】
2011526078.tif 000003
【図２】
2011526078.tif 000004
【国際調査報告】
2011526078.tif 000005
2011526078.tif 000006
2011526078.tif 000007