(57)【要約】  空隙を含む低誘電率誘電体層を形成する方法および装置が提供される。一実施形態では、基板を処理する方法が提供される。この方法は、処理領域内に基板を配置することと、酸化ガスで有機ケイ素化合物およびポロゲン提供前駆体をプラズマの存在下で反応させて、基板上にケイ素、酸素、および炭素を含むポロゲン含有低誘電率誘電体層を堆積させることと、ポロゲン含有低誘電率誘電体層上にケイ素、酸素、および炭素を含む多孔性誘電体キャッピング層を堆積させることと、ポロゲン含有低誘電率誘電体層および多孔性誘電体キャッピング層を紫外線（ＵＶ）硬化させて、多孔性誘電体キャッピング層を通じてポロゲン含有低誘電率誘電体層からポロゲンの少なくとも一部分を取り除き、ポロゲン含有低誘電率誘電体層を、空隙を有する多孔性低誘電率誘電体層に変換することと、を含む。
2014505356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する方法であって、
処理領域内に基板を配置することと、
酸化ガスで有機ケイ素化合物およびポロゲン提供前駆体をプラズマの存在下で反応させて、前記基板上にケイ素、酸素、および炭素を含むポロゲン含有低誘電率誘電体層を堆積させることと、
前記ポロゲン含有低誘電率誘電体層上にケイ素、酸素、および炭素を含む多孔性誘電体キャッピング層を堆積させることと、
前記ポロゲン含有低誘電率誘電体層および前記多孔性誘電体キャッピング層を紫外線（ＵＶ）硬化させて、前記多孔性誘電体キャッピング層を通じて前記ポロゲン含有低誘電率誘電体層から前記ポロゲンの少なくとも一部分を取り除き、前記ポロゲン含有低誘電率誘電体層を、空隙を有する多孔性低誘電率誘電体層に変換することと、を含む方法。
【請求項２】
前記多孔性誘電体キャッピング層が、同じ材料から形成された固体膜に対して約１０％〜約２０％の多孔率を有し、前記空隙を有する多孔性低誘電率誘電体層が、同じ材料から形成された固体膜に対して約２５％〜約４０％の多孔率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
有機ケイ素化合物を反応させることと、多孔性誘電体キャッピング層を堆積させることが、同じ処理チャンバ内で連続して実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記多孔性誘電体キャッピング層が、ポロゲンのない誘電体キャッピング層である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
酸化ガスで有機ケイ素化合物およびポロゲンを反応させてポロゲン含有低誘電率誘電体層を堆積させることが、
５００〜１，５００ｍｇｍの流量で前記有機ケイ素化合物を前記処理領域内へ流すことと、
１，０００〜２，０００ｍｇｍの流量で前記ポロゲン提供前駆体を前記処理領域内へ流すことと、
１００〜５００ｓｃｃｍの流量で酸化ガスを前記処理領域内へ流すことと、
１，５００〜２，２００ｓｃｃｍの流量で希釈剤を前記処理領域内へ流すことと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ポロゲン含有低誘電率誘電体層上にケイ素、酸素、および炭素を含む多孔性誘電体キャッピング層を堆積させることが、
５００〜１，５００ｍｇｍの流量で前記有機ケイ素化合物を前記処理領域内へ流すことと、
１００〜５００ｓｃｃｍの流量で前記酸化ガスを前記処理領域内へ流すことと、
２，４００〜３，４００ｓｃｃｍの流量で前記希釈剤を前記処理領域内へ流すことと、を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記多孔性誘電体キャッピング層にポロゲンがない、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記空隙を有する多孔性低誘電率誘電体層が、ＵＶ硬化ステップ後に２．２以下の誘電率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記空隙を有する多孔性低誘電率誘電体層が酸炭化ケイ素層である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記多孔性誘電体キャッピング層が酸炭化ケイ素層である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記多孔性誘電体キャッピング層が、約２００Å〜約６００Åの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ポロゲン提供前駆体がビニルシクロヘキサンであり、前記酸化剤が酸素であり、前記希釈剤がヘリウムである、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記有機ケイ素化合物が、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、ヘキサメトキシジシロキサン（ＨＭＤＯＳ）（ＣＨ３Ｏ）３−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−（ＯＣＨ３）３、ジメチルジメトキシシラン（ＤＭＤＭＯＳ）（ＣＨ３Ｏ）２−Ｓｉ−（ＣＨ３）２、ジメトキシメチルビニルシラン（ＤＭＭＶＳ）（ＣＨ３Ｏ）２−Ｓｉ−（ＣＨ３）−ＣＨ２−ＣＨ３を含む群から選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
紫外線（ＵＶ）硬化させることが、
約２トル〜約１２トルのチャンバ圧力を提供することと、
約５０℃〜約６００℃のチャンバ温度を提供することと、
約２００ｎｍ〜約３００ｎｍのＵＶ源波長を提供することと、
ヘリウムガスを約１００ｓｃｃｍ〜約２０，０００ｓｃｃｍの流量で流すことと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
基板を処理する方法であって、
処理チャンバの処理領域内に位置決めされた基板上にケイ素、酸素、および炭素を含むポロゲン含有低誘電率誘電体層を堆積させることであり、
５００〜１，５００ｍｇｍの流量で有機ケイ素化合物を前記処理領域内へ流すこと、
１，０００〜２，０００ｍｇｍの流量でポロゲン提供前駆体を前記処理領域内へ流すこと、
１００〜５００ｓｃｃｍの流量で酸化ガスを前記処理領域内へ流すこと、および
１，５００〜２，２００ｓｃｃｍの流量で希釈剤を前記処理領域内へ流すことを含む方法によって行われ、前記有機ケイ素化合物、前記ポロゲン提供前駆体、前記酸化ガス、および前記希釈剤をプラズマの存在下で反応させる、堆積させることと、
前記ポロゲン含有低誘電率誘電体層上にケイ素、酸素、および炭素を含む多孔性誘電体キャッピング層を堆積させることであり、
５００〜１，５００ｍｇｍの流量で前記有機ケイ素化合物を流すこと、
１００〜５００ｓｃｃｍの流量で前記酸化ガスを流すこと、および
２，４００〜３，４００ｓｃｃｍの流量で前記希釈剤を流すこと、を含むポロゲンのない方法によって行われ、前記有機ケイ素化合物、前記酸化ガス、および前記希釈剤をプラズマの存在下で反応させる、堆積させることと、
前記ポロゲン含有低誘電率誘電体層および前記多孔性誘電体キャッピング層を紫外線（ＵＶ）硬化させて、前記多孔性誘電体キャッピング層を通じて前記ポロゲン含有低誘電率誘電体層から前記ポロゲンの少なくとも一部分を取り除き、前記ポロゲン含有低誘電率誘電体層を、空隙を有する多孔性低誘電率誘電体層に変換することと、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、一般に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、空隙を含む低誘電率誘電体層を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の形状寸法は、そのようなデバイスが数十年前に最初に導入されて以来、劇的に小型化してきた。導入以来、集積回路は概ね、２年で半分の法則（ムーアの法則と呼ばれることが多い）をたどってきた。これは、チップ上のデバイスの数が２年ごとに２倍になることを意味する。現在の製造設備では、０．１ミクロンの特徴寸法を有するデバイスを日常的に生産しているが、将来の設備では、さらに小さい特徴寸法を有するデバイスをすぐに生産するようになるであろう。
【０００３】
デバイスの形状寸法が低減し続けることで、集積回路上のデバイスの寸法をさらに低減させるために隣接する金属線間の容量結合を低減させなければならないので、より低い誘電率（ｋ）値を有する層が求められてきた。具体的には、約４．０未満の低い誘電率を有する絶縁体が望ましい。低い誘電率を有する絶縁体の例には、スピンオンガラス、フッ素がドープされたシリコンガラス（ＦＳＧ）、炭素がドープされた酸化物、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が含まれる。これらはすべて市販されている。
【０００４】
より最近では、約３．５未満のｋ値を有する低い誘電率の有機ケイ素層が開発されてきた。低い誘電率の有機ケイ素層を開発するために使用されてきた１つの方法は、有機ケイ素化合物を含む混合ガスおよび熱不安定性の種または揮発性の基を含む化合物から層を堆積させ、次いで堆積させた層を後処理して、堆積させた層から有機基などの熱不安定性の種または揮発性の基を取り除くことである。堆積させた層から熱不安定性の種または揮発性の基を取り除くことで、これらの層内にはナノメートル寸法のボイドまたは「空隙」が生じ、空気が約１の誘電率を有するため、それによってこれらの層の誘電率はたとえば約２．５まで低下する。しかし、そのような誘電体膜の多孔性は、さらなる集積ステップ（たとえばエッチングまたは化学機械研磨（ＣＭＰ））後に望ましくない損傷を招く。
【０００５】
集積回路の特徴寸法が低減し続け、回路密度が増大することを考えると、さらに低い誘電率を有する誘電体層を有するデバイスおよび膜を形成する方法がやはり必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は、一般に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、空隙を含む低誘電率誘電体層を形成する方法に関する。一実施形態では、基板を処理する方法が提供される。この方法は、処理領域内に基板を配置することと、酸化ガスで有機ケイ素化合物およびポロゲン提供前駆体をプラズマの存在下で反応させて、基板上にケイ素、酸素、および炭素を含むポロゲン含有低誘電率誘電体層を堆積させることと、ポロゲン含有低誘電率誘電体層上にケイ素、酸素、および炭素を含む多孔性誘電体キャッピング層を堆積させることと、ポロゲン含有低誘電率誘電体層および多孔性誘電体キャッピング層を紫外線（ＵＶ）硬化させて、多孔性誘電体キャッピング層を通じてポロゲン含有低誘電率誘電体層からポロゲンの少なくとも一部分を取り除き、ポロゲン含有低誘電率誘電体層を、空隙を有する多孔性低誘電率誘電体層に変換することと、を含む。
【０００７】
別の実施形態では、基板を処理する方法が提供される。この方法は、処理チャンバの処理領域内に位置決めされた基板上にケイ素、酸素、および炭素を含むポロゲン含有低誘電率誘電体層を堆積させることであり、有機ケイ素化合物を処理領域内へ５００〜１，５００ｍｇｍの流量で流すこと、ポロゲン提供前駆体を処理領域内へ１，０００〜２，０００ｍｇｍの流量で流すこと、酸化ガスを処理領域内へ１００〜５００ｓｃｃｍの流量で流すこと、および希釈剤を処理領域内へ１，５００〜２，２００ｓｃｃｍの流量で流すことを含む方法によって行われ、有機ケイ素化合物、ポロゲン提供前駆体、酸化ガス、および希釈剤をプラズマの存在下で反応させる、堆積させることと、ポロゲン含有低誘電率誘電体層上にケイ素、酸素、および炭素を含む多孔性誘電体キャッピング層を堆積させることであり、有機ケイ素化合物を５００〜１，５００ｍｇｍの流量で流すこと、酸化ガスを１００〜５００ｓｃｃｍの流量で流すこと、および希釈剤を２，４００〜３，４００ｓｃｃｍの流量で流すことを含むポロゲンのない方法によって行われ、有機ケイ素化合物、酸化ガス、および希釈剤をプラズマの存在下で反応させる、堆積させることと、ポロゲン含有低誘電率誘電体層および多孔性誘電体キャッピング層を紫外線（ＵＶ）硬化させて、多孔性誘電体キャッピング層を通じてポロゲン含有低誘電率誘電体層からポロゲンの少なくとも一部分を取り除き、ポロゲン含有低誘電率誘電体層を、空隙を有する多孔性低誘電率誘電体層に変換することと、を含む。
【０００８】
本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明を得ることができる。これらの実施形態のいくつかを、添付の図面に示す。しかし、本発明は他の等しく効果的な実施形態も許容しうるため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本明細書に記載の実施形態による膜を堆積させる装置の横断面概略図である。
【図２】本明細書に記載の実施形態による多孔性誘電体キャッピング層で空隙を有する多孔性低誘電率誘電体層を形成するプロセスを示す流れ図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｅは、図２のプロセスによって基板上に堆積させた層の概略図である。
【図４】多孔性誘電体キャッピング層の存在および不在下で堆積させた様々な低誘電率誘電体膜内に存在する炭素の割合を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
理解を容易にするために、複数の図に共通の同一の要素を指すには、可能な場合は必ず、同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素および／またはプロセスステップは、さらなる記述がなくても、他の実施形態で有益に組み込むことができることが企図される。
【００１１】
本発明の実施形態について、ポロゲン含有低誘電率誘電体層の上に多孔性誘電体キャッピング層を堆積させる方法および装置を参照することによって説明する。次いで、誘電体キャッピング層およびポロゲン含有低誘電率誘電体層をＵＶ処理プロセスに露出させて、多孔性誘電体キャッピング層を通じてポロゲン含有低誘電率誘電体層からポロゲンを遊離および除去し、ポロゲン含有低誘電率誘電体層を、空隙を有する低誘電率誘電体層に変換することができる。
【００１２】
プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）方法によって形成されたＳｉＣＯＨ材料に基づく低誘電率誘電体材料が開発されてきた。しかし、すでに論じたように、電子装置の寸法が低減されるにつれて、マイクロデバイスには２．５未満の低い誘電率（低誘電率）を有する材料が必要とされている。超低誘電率材料に対する１つの手法は、有機官能基がケイ素原子に化学的に付着したケイ素前駆体を使用して有機−無機混合膜を製造することである。その後、これらの膜をアニールし、混合膜内の弱有機分子を劣化させる。しかし、そのような低誘電率膜（ｋ＜２．２）の多孔性は、さらなる集積ステップ後に望ましくない損傷を引き起こす。本明細書に記載の実施形態では、多孔性低誘電率膜をキャッピングする新しい方式を使用して、そのような望ましくない損傷を低減させる。本明細書に記載の特定の実施形態では、空隙の形成前に、ポロゲン含有低誘電率誘電体層の上に多孔性インシトゥキャッピング層を堆積させる。この多孔性誘電体キャッピング層は、下にある低誘電率膜に対してより低い多孔率を有するより高密度の低誘電率膜とすることができ、その結果、下にある誘電体膜の多孔率を増大させてｋ値を低下させるためにポロゲンを除去するのに十分な透過性を有しながら、バリア堆積およびＣＭＰプロセス中のプラズマ処理などの集積損傷に対してより良好な耐性を得ることができる。
【００１３】
本明細書では、「有機ケイ素化合物」という用語は、有機基内に炭素原子を含有する化合物を指すものとし、環式または直鎖式とすることができる。有機基は、アルキル基、アルケニル基、シクロヘキセニル基、およびアリール基、加えてそれらの官能誘導体を含むことができる。好ましくは、有機ケイ素化合物は、ケイ素原子に付着した１つまたは複数の炭素原子を含み、それによって炭素原子は、適した処理条件の酸化によって容易に取り除かれなくなる。有機ケイ素化合物はまた、１つまたは複数の酸素原子を含むことができることが好ましい。特定の実施形態では、好ましい有機ケイ素化合物は、少なくとも１：１、より好ましくは少なくとも２：１、たとえば約４：１の酸素対ケイ素の原子比を有する。
【００１４】
適した環式有機ケイ素化合物は、３つ以上のケイ素原子および任意選択で１つまたは複数の酸素原子を有する環状構造を含む。市販の環式有機ケイ素化合物は、ケイ素原子と酸素原子を交互に有する環を含み、１つまたは２つのアルキル基がケイ素原子に結合される。いくつかの例示的な環式有機ケイ素化合物には、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）（ＳｉＨＣＨ３−Ｏ−）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）、およびヘキサメチルシクロトリシロキサンＳｉ（ＣＨ３）２−Ｏ−）３−（環式）が含まれる。
【００１５】
適した直鎖式有機ケイ素化合物は、１つまたは複数のケイ素原子および１つまたは複数の炭素原子を有する直鎖式、分岐式構造、または環式側基を有する有機ケイ素化合物を含む。有機ケイ素化合物は、１つまたは複数の酸素原子をさらに含むことができる。いくつかの例示的な直鎖式有機ケイ素化合物には、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、ヘキサメトキシジシロキサン（ＨＭＤＯＳ）（ＣＨ３Ｏ）３−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−（ＯＣＨ３）３、ジメチルジメトキシシラン（ＤＭＤＭＯＳ）（ＣＨ３Ｏ）２−Ｓｉ−（ＣＨ３）２、ジメトキシメチルビニルシラン（ＤＭＭＶＳ）（ＣＨ３Ｏ）２−Ｓｉ−（ＣＨ３）−ＣＨ２−ＣＨ３が含まれる。
【００１６】
少なくとも１つの環式基を有する１つまたは複数の有機化合物を含むポロゲン提供前駆体を、ポロゲンまたはポロゲン材料と呼ぶ。本明細書では、「環式基」という用語は、環状構造を指すものとする。環状構造は、わずか３つの原子を含むこともある。これらの原子は、たとえば、炭素、ケイ素、窒素、酸素、フッ素、およびこれらの組合せを含むことができる。環式基は、１つまたは複数の単結合、２重結合、３重結合、およびこれらの任意の組合せを含むことができる。たとえば、環式基は、１つまたは複数の芳香族、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、およびこれらの組合せを含むことができる。環式基はまた、２環式または３環式とすることができる。さらに、環式基は、直鎖式または分岐式官能基に結合されることが好ましい。直鎖式または分岐式官能基は、アルキルまたはビニルアルキル基を含み、１〜２０個の炭素原子を有することが好ましい。直鎖式または分岐式官能基はまた、ケトン、エーテル、およびエステルなどの酸素原子を含むことができる。少なくとも１つの環式基を有するいくつかの例示的な化合物には、ほんの一例を挙げると、α−テルピネン（ＡＴＰ）、ビニルシクロヘキサン（ＶＣＨ）、およびフェニル酢酸が含まれる。
【００１７】
適した酸化ガスには、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）、２，３−ブタンジオン、またはこれらの組合せが含まれる。堆積チャンバに入れる前に、マイクロ波チャンバ内で酸素または酸素含有化合物の解離を行って、ケイ素含有化合物の過度の解離を低減させることができる。好ましくは、反応区間に無線周波数（ＲＦ）電力を印加して、解離を増大させる。
【００１８】
適した希釈剤には、非反応性ガスおよび／または不活性ガス、たとえばヘリウムまたはアルゴンが含まれる。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態による層を堆積させる化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ１００の横断面概略図である。そのようなチャンバの一例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）システムのデュアルまたはツインチャンバである。ツインチャンバは、２つの分離された処理領域（２つの基板、すなわち１つの処理領域につき１つの基板を処理する）を有し、したがって各領域内を流れる流量がチャンバ全体に入る流量の約２分の１になる。以下の例および本明細書全体で説明する流量は、３００ｍｍの基板当たりの流量である。２つの分離された処理領域を有するチャンバは、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第５，８５５，６８１号にさらに記載されている。使用できるチャンバの別の例は、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）システムのＤｘＺ（登録商標）チャンバであり、どちらもＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。
【００２０】
ＣＶＤチャンバ１００は、別個の処理領域１１８、１２０を画定するチャンバ本体１０２を有する。各処理領域１１８、１２０は、ＣＶＤチャンバ１００内で基板（図示せず）を支持するペデスタル１２８を有する。各ペデスタル１２８は通常、加熱要素（図示せず）を含む。好ましくは、各ペデスタル１２８は、チャンバ本体１０２の底部を通って延びるステム１２６によって処理領域１１８、１２０のうちの１つの中に移動可能に配置され、各ペデスタル１２８は、底部内で駆動システム１０３に接続される。
【００２１】
また、処理領域１１８、１２０はそれぞれ、処理領域１１８、１２０内へガスを供給するために、チャンバリッド１０４を貫通するように配置されたガス分配アセンブリ１０８を含むことが好ましい。各処理領域のガス分配アセンブリ１０８は通常、ガス流コントローラ１１９からガス分配マニホルド１４２内へガスを供給するガス入り口通路１４０を含み、これはシャワーヘッドアセンブリとしても知られている。ガス流コントローラ１１９は通常、チャンバ内への異なるプロセスガスの流量を制御および調節するために使用される。他の流れ制御構成要素は、液体の前駆体が使用される場合、液体流噴射弁および液体流コントローラ（図示せず）を含むことができる。ガス分配マニホルド１４２は、円環状の基礎板１４８、面板１４６、および基礎板１４８と面板１４６との間の遮蔽板１４４を備える。ガス分配マニホルド１４２は複数のノズル（図示せず）を含み、それらのノズルを通って、処理中にガス混合物が噴射される。シャワーヘッドアセンブリとペデスタル１２８との間でプラズマの生成を容易にするように、ＲＦ（無線周波数）電源１２５がガス分配マニホルド１４２にバイアス電位を提供する。プラズマ化学気相堆積プロセス中、ペデスタル１２８は、チャンバ本体１０２内にＲＦバイアスを生成するカソードとして働くことができる。カソードは、電極電源に電気的に結合され、ＣＶＤチャンバ１００内に容量性電界を生成する。通常、チャンバ本体１０２が電気的に接地されている間に、カソードにＲＦ電圧が印加される。ペデスタル１２８に電力を印加することで、基板の上面に負電圧の形で基板バイアスが生じる。この負電圧を使用して、ＣＶＤチャンバ１００内に形成されたプラズマからのイオンを基板の上面へ引き付ける。
【００２２】
処理中は、基板表面全体にわたってプロセスガスが放射状に均一に分散される。プラズマは、電力供給された電極として作用するガス分配マニホルド１４２へＲＦ電源１２５からのＲＦエネルギーを印加することによって、１つもしくは複数のプロセスガスまたは混合ガスから形成される。基板がプラズマに露出されると膜の堆積が行われ、反応性ガスが中に提供される。チャンバ壁１１２は通常、接地されている。ＲＦ電源１２５は、ガス分配マニホルド１４２に単一周波数または混合周波数のＲＦ信号を供給して、処理領域１１８、１２０内へ導入されたあらゆるガスの分解を高めることができる。
【００２３】
システムコントローラ１３４は、ＲＦ電源１２５、駆動システム１０３、ガス流コントローラ１１９、および他の関連するチャンバなどの様々な構成要素の機能、ならびに／または処理機能を制御する。システムコントローラ１３４は、メモリ１３８内に記憶されているシステム制御ソフトウェアを実行し、好ましい実施形態では、ハードディスクドライブであり、アナログおよびデジタル入出力基板、インターフェース基板、ならびにステッパモータコントローラ基板を含むことができる。通常、光および／または磁気センサを使用して、移動可能な機械アセンブリの位置を移動および決定する。
【００２４】
上記のＣＶＤシステムの説明は例示を主な目的としており、他のプラズマ処理チャンバを用いて本発明の実施形態を実施することもできる。
【００２５】
３００ｍｍの基板上に堆積中は通常、図１に示すＲＦ電源１２５を使用してシャワーヘッドにＲＦエネルギーを印加することによって、基板に隣接するチャンバ内に制御されたプラズマが形成される。別法として、ＲＦ電力を基板支持体に提供することもできる。プラズマは、高周波ＲＦ（ＨＦＲＦ）電力ならびに低周波ＲＦ（ＬＦＲＦ）電力（たとえば、デュアル周波ＲＦ）、一定のＲＦ、パルスＲＦ、または任意の他の周知もしくは未知のプラズマ生成技法を使用して生成することができる。ＲＦ電源１２５は、約５ＭＨｚ〜約３００ＭＨｚの単周波ＲＦを供給することができる。さらに、ＲＦ電源１２５はまた、約３００Ｈｚ〜約１，０００ｋＨｚの単周波ＬＦＲＦを供給して混合周波数を供給し、プロセスチャンバ内へ導入されたプロセスガスの反応種の分解を高めることができる。ＲＦ電力をサイクル化またはパルス化して基板の加熱を低減させ、堆積させた膜内の多孔率をより大きくすることができる。適したＲＦ電力は、約１０Ｗ〜約５，０００Ｗの範囲内、好ましくは約２００Ｗ〜約１，０００Ｗの範囲内の電力とすることができる。適したＬＦＲＦ電力は、約０Ｗ〜約５，０００Ｗの範囲内、好ましくは約０Ｗ〜約２００Ｗの範囲内の電力とすることができる。
【００２６】
堆積中、基板は、約−２０℃〜約５００℃、好ましくは約１００℃〜約４５０℃の温度で維持することができる。基板とマニホルドとの間の間隔は、約２００ミル〜約１，２００ミルとすることができる。堆積圧力は、約１トル〜約２０トル、好ましくは約４トル〜約１０トルとすることができる。堆積速度は、約２，０００Å／分〜約２０，０００Å／分とすることができる。
【００２７】
多孔性誘電体キャッピング層の堆積
図２は、本明細書に記載の実施形態による多孔性誘電体キャッピング層で空隙を有する多孔性低誘電率誘電体層を形成するプロセス２００を示す流れ図である。ブロック２０２で、処理チャンバの処理領域内へ基板を位置決めすることができる。処理チャンバは、図１に示すＰＥＣＶＤチャンバなどのＰＥＣＶＤチャンバとすることができる。処理領域は、図１に示す処理領域１１８または１２０などの処理領域とすることができる。
【００２８】
ブロック２０４で、基板の上にライニング層を堆積させることができる。ライニング層は、反応性ケイ素含有化合物を含むプラズマからのＰＥＣＶＤプロセスによって堆積させたバリア層とすることができる。バリア層に対する堆積プロセスは、本明細書に記載の実施形態によって容量結合プラズマまたは容量結合および誘導結合プラズマを処理領域内に形成することを含むことができる。プラズマ形成中には、ヘリウムまたはアルゴンなどの不活性ガスを使用することができる。
【００２９】
ブロック２０６で、基板の上にポロゲン含有低誘電率誘電体層が堆積される。ライニング層が存在する実施形態では、ポロゲン含有低誘電率誘電体層は、ライニング層の上に堆積させることができる。ポロゲン含有低誘電率誘電体層は、熱不安定性の有機基またはポロゲンをさらに含有するケイ素／酸素含有材料を堆積させることによって堆積させることができる。
【００３０】
次いで、ブロック２０８で、ポロゲン含有低誘電率誘電体層の上に本発明の多孔性誘電体キャッピング層を堆積させることができる。多孔性誘電体キャッピング層は、ポロゲン含有低誘電率誘電体層と同じ処理領域および／または処理チャンバ内で堆積させることができる。多孔性誘電体キャッピング層は、連続プラズマプロセスを使用して堆積させることができる。多孔性誘電体キャッピング層は、多孔性誘電体キャッピング層にポロゲンがほぼないことを除いて、ブロック２０６で堆積させたポロゲン含有低誘電率誘電体層と同じ前駆体を使用して堆積させることができる。多孔性誘電体キャッピング層はまた、ポロゲン含有低誘電率誘電体層に使用される処理条件に類似の処理条件を使用して堆積させることができる。基板は、処理チャンバから取り出してＵＶ処理チャンバへ伝達することができる。多孔性誘電体キャッピング層は、多孔性誘電体低誘電率キャッピング層とすることができる。特定の実施形態では、多孔性誘電体キャッピング層は、多孔性酸化物誘電体キャッピング層である。１つの例示的な多孔性酸化物誘電体キャッピング層は、米国特許出願第２００３／０２２４５９１号に記載されている。
【００３１】
ブロック２１０で、ポロゲン含有低誘電率誘電体層および多孔性誘電体キャッピング層は、ＵＶ処理または「硬化」プロセスに露出される。ポロゲン含有低誘電率誘電体層および多孔性誘電体キャッピング層をＵＶ硬化プロセスへ露出させる結果、ポロゲン含有低誘電率誘電体層からポロゲン含有化合物が遊離され、誘電体層内に空気ポケットまたは「空隙」が形成される。多孔性誘電体キャッピング層は通常、空隙を有する低誘電率誘電体層より低い多孔率を有する。ＵＶ硬化プロセス中、ガス状のポロゲン含有化合物は、多孔性誘電体キャッピング層を通って逃げる。したがって、多孔性誘電体キャッピング層は、多孔性低誘電率誘電体層が後の集積ステップ中に崩壊しないように十分な構造上の完全性を維持しながら、ガス状のポロゲン含有化合物を逃がすのに十分な透過性を有することが重要である。
【００３２】
図３Ａ〜３Ｅを参照すると、下にある基板３０４の表面上に、ライニング層３００を堆積させることができる。ライニング層３００は、後のポロゲン含有低誘電率誘電体層３０２と下にある基板３０４の表面との間の分離層として作用し、基板３０４の表面上には金属線３０６、３０８、３１０が形成される。ポロゲン含有低誘電率誘電体層３０２は、本明細書に記載の多孔性誘電体キャッピング層３１２によって覆われる。
【００３３】
図３Ａを参照すると、ライニング層３００は、処理領域１１８、１２０内で、反応性ケイ素含有化合物および酸化ガスを導入することによって堆積させることができる。プロセスガスは、プラズマ強化環境内で反応して、基板３０４の表面および金属線３０６、３０８、３１０上に共形の酸化ケイ素層を形成する。
【００３４】
図３Ｂを参照すると、ポロゲン含有低誘電率誘電体層３０２は、ケイ素含有前駆体、たとえば有機ケイ素含有前駆体、ポロゲン提供前駆体、任意選択の酸化ガス、および希釈剤からなる処理ガスから堆積される。ポロゲン含有低誘電率誘電体層３０２は、酸炭化ケイ素層とすることができる。ケイ素含有前駆体ガスは、約１００〜約３，０００ｍｇｍの流量で流れることができる。ポロゲン提供前駆体ガスは、約１００〜約３，０００ｍｇｍの流量で流れることができる。任意選択の酸化ガスは、約０〜約５，０００ｓｃｃｍの流量で流れることができる。希釈剤ガスは、約５００〜約５，０００ｓｃｃｍの流量で流れることができる。好ましいガス流量は、ケイ素含有前駆体に対して約２００〜約１，０００ｍｇｍ、ポロゲン提供前駆体に対して約２００〜約１，０００ｍｇｍ、酸化ガスに対して約１００〜約１，０００ｓｃｃｍ、希釈剤に対して約１，５００ｓｃｃｍ〜約２，２００ｓｃｃｍの範囲である。好ましくは、処理領域はポロゲン含有低誘電率誘電体層３０２の堆積中に約２〜約１５トルの圧力で維持される。より好ましくは、処理領域は約５トル〜約１０トルの圧力で維持される。基板は約０℃〜約４００℃の温度で維持することができる。好ましくは、基板は約２００℃〜約３５０℃の温度で維持することができる。
【００３５】
ポロゲン含有低誘電率誘電体層３０２は、約１０Å〜２０，０００Åの厚さを有することができる。好ましくは、ポロゲン含有低誘電率誘電体層３０２は、約５００Å〜１０，０００Åの厚さを有することができる。
【００３６】
図３Ｃを参照すると、好ましくはポロゲン含有低誘電率誘電体層３０２の堆積に使用されるものと類似の材料および方法を使用して、ポロゲン含有低誘電率誘電体層３０２上に多孔性誘電体キャッピング層３１２が堆積される。多孔性誘電体キャッピング層３１２は、酸炭化ケイ素層とすることができる。多孔性誘電体キャッピング層３１２の多孔率は、ケイ素含有前駆体、酸化ガス、および／または希釈剤ガスの流量を含む前述の処理条件のいずれかを変動させることによって制御することができる。多孔性誘電体キャッピング層３１２は、表１に記載の処理条件を使用して堆積させることができる。
【００３７】
2014505356.tif 000003
【００３８】
多孔性誘電体キャッピング層３１２は、約１００Å〜１，０００Åの厚さを有することができる。好ましくは、多孔性誘電体キャッピング層３１２は、約２００Å〜６００Åの厚さを有することができる。
【００３９】
図３Ｄおよび図３Ｅに示すように、ポロゲン含有低誘電率誘電体層３０２および多孔性誘電体キャッピング層３１２は、ＵＶ硬化プロセスを使用して硬化される。ＵＶ硬化プロセスでは、ポロゲン含有化合物を揮発させ、多孔性誘電体キャッピング層３１２の孔を通じて除去し、ポロゲン含有低誘電率誘電体層３０２を、空隙３１６を有する多孔性低誘電率誘電体層３１４に変換する。
【００４０】
紫外線硬化プロセスの一例は、約２トル〜約１２トルのチャンバ圧力、約５０℃〜約６００℃のチャンバ温度、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍのＵＶ源波長、約１００ｓｃｃｍ〜２０，０００ｓｃｃｍのヘリウムガス流量を提供することを含み、任意選択で、アルゴン、窒素、および酸素、またはこれらの任意の組合せなどの追加のガスをＵＶプロセスに提供することができる。ＵＶ電力は、約２５％〜約１００％とすることができ、処理期間は、約０分〜約２００分とすることができる。プロセスは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．製のＵＶシステム、たとえばＮａｎｏＣｕｒｅシステムを使用して実施することができる。本明細書に一致する範囲に対する参照により本明細書に組み込まれている、米国特許出願公開第２００６／０２５１８２７号として公開された、２００５年５月９日出願の「ＴＡＮＤＥＭ  ＵＶ  ＣＨＡＭＢＥＲ  ＦＯＲ  ＣＵＲＩＮＧ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ」という名称の米国特許出願第１１／１２４，９０８号に記載されているシステムなどの他のＵＶシステムを使用することもできる。このプロセスは、静的またはデュアル掃引源を使用して実施することができる。
【００４１】
多孔性誘電体キャッピング層は、同じ材料から形成された固体膜に対して約１０％〜約２０％の多孔率を有することができ、空隙を有する多孔性低誘電率誘電体層は、同じ材料から形成された固体膜に対して約２５％〜約４０％の多孔率を有することができる。
【実施例１】
【００４２】
本明細書に記載の実施形態の目的および利点について、以下の例によってさらに示す。これらの実施例に示す特定の材料およびそれらの量、ならびに他の条件および詳細を使用して、本明細書に記載の実施形態を限定するべきではない。以下の実施例は、空隙を有する多孔性低誘電率誘電体層を堆積させ、その上に多孔性誘電体キャッピング層の堆積をさせることを実証する。この実施例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）システムを使用して行われる。
【００４３】
空隙を有する多孔性低誘電率誘電体層および多孔性誘電体キャッピング層を、表２に示す処理条件を使用してバックツーバックプロセスで堆積させた。表２に示すように、多孔性誘電体キャッピング層は、ポロゲンのない堆積プロセスを使用して堆積させた。
【００４４】
2014505356.tif 000004
【００４５】
ポロゲン含有低誘電率誘電体層は約５，０００Åの厚さまで堆積させ、多孔性誘電体キャッピング層は約４００Åの厚さまで堆積させた。ポロゲン含有低誘電率誘電体層および多孔性誘電体キャッピング層の堆積には、同一のケイ素含有前駆体を使用した。
【００４６】
図４は、多孔性誘電体キャッピング層の存在および不在下で堆積させた様々な低誘電率誘電体膜内に存在する炭素の割合を示すグラフ４００である。図４に示すデータは、フーリエ変換赤外（ＦＴ＿ＩＲ）分光法を使用して得られた。線４０２は、多孔性誘電体キャッピング層を使用しなかったＵＶ処理前の制御を表す。線４０４は、キャッピング層を使用しなかったＵＶ処理後の制御を表す。線４０６は、約２％の多孔率を有する多孔性誘電体キャッピング層Ａを表す。線４０８は、約７％の多孔率を有する多孔性誘電体キャッピング層Ｂを表す。線４１０は、約１７％の多孔率を有する多孔性誘電体キャッピング層Ｃを表す。線４１２は、約２１％の多孔率を有する多孔性誘電体キャッピング層Ｄを表す。グラフ４００に実証したように、キャップＣおよびキャップＤを有する場合、硬化後にポロゲンがポロゲン含有低誘電率誘電体層から完全に取り除かれたが、キャップＡおよびキャップＢはポロゲンの除去を阻止し、その結果、２９００ｃｍ−１付近でＣ−Ｈピークの残留が高くなった。グラフ４００に示した結果から、約１５％以上の多孔率を有する多孔性誘電体キャッピング層は、ポロゲンの除去に十分な透過性を有すると考えられる。
【００４７】
本明細書に記載の特定の実施形態は、多孔性低誘電率誘電体膜に対するインシトゥキャッピングの新しいプロセスを提供する。キャッピング層は、低い多孔率を有するより高密度のＳｉＣＯＨ材料を含むことで、ポロゲンを除去して下に低誘電率膜を作るのに十分な透過性を有する一方、後の集積ステップに対する耐損傷性が改善される。
【００４８】
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他のさらなる実施形態を考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
2014505356.tif 000005
【図２】
2014505356.tif 000006
【図３】
2014505356.tif 000007
【図４】
2014505356.tif 000008
【国際調査報告】
2014505356.tif 000009
2014505356.tif 000010