(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身上に誘電膜を有する基板であって、
前記誘電膜は、積層された誘電物質の少なくとも４つの層を備え、
前記積層された層は、圧縮応力に委ねられる圧縮層、及び、引張応力に委ねられる引張層を備え、
各々が、一つ以上の圧縮層に隣接すべく離間された少なくとも２つの引張層が在り、
少なくとも幾つかの隣接する圧縮層及び引張層は、前記誘電物質の遷移区域により分離され、前記遷移区域は、引張層に接触する該遷移区域の領域であって引張応力に委ねられる領域から、圧縮層に接触する該遷移区域の領域であって圧縮応力に委ねられる領域まで、変化する可変的応力に委ねられ、
前記誘電膜は、当該基板における湾曲を少なくとも部分的に補償する正味応力に委ねられる、基板。
【請求項２】
前記誘電膜は、10ミクロン以上の厚みを有する、請求項１に記載の基板。
【請求項３】
前記誘電膜は、15ミクロン以上の厚みを有する、請求項１または２に記載の基板。
【請求項４】
前記誘電膜は、20ミクロン以上の厚みを有する、請求項１から３のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項５】
前記誘電物質は二酸化ケイ素である、請求項１から４のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項６】
前記誘電膜は、前記誘電物質の少なくとも１０個の層を備える、請求項１から５のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項７】
前記誘電膜は、前記誘電物質の少なくとも１２個の層を備える、請求項１から６のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項８】
前記誘電膜は、前記誘電物質の少なくとも１５個の層を備える、請求項１から７のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項９】
前記誘電膜は、前記誘電物質の少なくとも２０個の層を備える、請求項１から８のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項１０】
前記誘電膜の誘電層は各々、0.3〜5ミクロンの範囲の厚みを有する、請求項１から９のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項１１】
前記誘電膜の誘電層は各々、0.3〜2.5ミクロンの範囲の厚みを有する、請求項１から１０のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項１２】
当該基板はポリイミド層を備え、前記誘電膜は、前記ポリイミド層上に析出される、請求項１から１１のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項１３】
前記ポリイミド層は、半導体ウェハ上に配設される、請求項１２に記載の基板。
【請求項１４】
当該基板は、少なくとも一つの半導体構成要素を備えるデバイスまたはデバイスの前駆体の一部を形成する、請求項１から１３のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項１５】
前記誘電膜は、少なくとも３つの引張層を備える、請求項１から１４のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項１６】
全ての隣接する圧縮層及び引張層は、前記誘電物質の遷移区域により分離され、
前記遷移区域は、引張層に接触する該遷移区域の領域であって引張応力に委ねられる領域から、圧縮層に接触する該遷移区域の領域であって圧縮応力に委ねられる領域まで、変化する可変的応力に委ねられる、
請求項１から１５のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項１７】
前記遷移区域は、20〜100nmの範囲の厚みを有する、請求項１から１６のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項１８】
当該基板に直接接触する層、及び、前記誘電膜の最上層は、圧縮層である、請求項１から１７のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項１９】
前記層の内の少なくとも半分は、25MPaより大きい絶対値を有する応力に委ねられる、請求項１から１８のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項２０】
前記誘電膜は、100MPa未満の絶対値を有する正味応力に委ねられる、請求項１から１９のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項２１】
前記誘電膜は、正味の圧縮応力に委ねられる、請求項１から２０のいずれか一つの請求項に記載の基板。
【請求項２２】
基板上に誘電膜を析出させる方法であって、
該方法は、
前記基板上に誘電物質の層を析出させる段階と、
前記誘電物質の少なくとも更に３つの層を析出させて、積層された前記誘電物質の少なくとも４つの層を備える誘電膜を提供する段階と、を有し、
前記積層された層は、圧縮応力に委ねられる圧縮層、及び、引張応力に委ねられる引張応力層を備え、
前記層は、各々が、一つ以上の圧縮層に隣接すべく離間された少なくとも２つの引張層が在る様に析出され、
少なくとも幾つかの隣接する圧縮層及び引張層は、前記誘電物質の遷移区域により分離され、前記遷移区域は、引張層に接触する該遷移区域の領域であって引張応力に委ねられる領域から、圧縮層に接触する該遷移区域の領域であって圧縮応力に委ねられる領域まで、変化する可変的応力に委ねられ、
前記誘電膜は、当該基板における湾曲を少なくとも部分的に補償する正味応力に委ねられる、
方法。
【請求項２３】
全ての隣接する圧縮層及び引張層は、前記誘電物質の遷移区域により分離され、前記遷移区域は、引張層に接触する該遷移区域の領域であって引張応力に委ねられる領域から、圧縮層に接触する該遷移区域の領域であって圧縮応力に委ねられるという領域まで、変化する可変的応力に委ねられる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記層は、前記誘電膜が、10ミクロン以上の厚みを有する様に析出される、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記誘電物質は二酸化ケイ素である、請求項２２から２４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項２６】
前記層の部分集合が、チャンバ内において析出され、
前記層の部分集合の析出に続き、チャンバ・エッチバック工程が実施され、
前記層の少なくとも一つの更なる部分集合が析出される、
請求項２２から２５のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項２７】
前記層の各部分集合は、下側層と、上側層と、該上側層と下側層との中間の少なくとも一つの層とを有する積層体であり、前記上側層及び下側層は圧縮層である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記層は280℃未満の析出温度にて析出される、請求項２２から２７のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項２９】
前記層は単一チャンバ内で析出される、請求項２２から２８のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項３０】
前記層は、単一の析出プロセスを用いて析出される、請求項２２から２９のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項３１】
前記誘電物質は二酸化ケイ素であり、
前記層を析出させる段階は、TEOSと、O2、または、前駆体としての酸素含有種とを用いるPE-CVDプロセスにおいて実施される、請求項２２から３０のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項３２】
前記PE-CVDプロセスは、プラズマを生成する複数のRF周波数を用いて実施される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記PE-CVDプロセスは、プラズマを生成する二重のRF周波数を用いて実施される、請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項３４】
請求項１から２１のいずれか一つの請求項に記載の基板を備える、デバイス。
【請求項３５】
少なくとも一つの半導体構成要素を備える、請求項３４に記載のデバイス。
【請求項３６】
前記半導体構成要素は半導体ウェハである、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項３７】
コンデンサ・デバイスである、請求項３４から３６のいずれか一つの請求項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自身上に誘電膜を有する基板、基板上に誘電膜を析出させる方法、及び、関連するデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのデバイスは、シリコン・ウェハの如き基板上に、複数の薄寸の誘電層、半導体層、及び、金属層を積層することにより作製される。しかし、これらの層の析出は、応力の蓄積に帰着する。各過程において生成された正味応力は、次続的なプロセス段階に対して制約を課す。例えば、付与された正味応力はウェハの反りに帰着し得、これは最終的に、取扱いの問題に依りウェハの損失に帰着し得る。更なる問題は各層の亀裂であり、これは一方で、歩留まりの低下及びウェハ損失に帰着する。ウェハが委ねられる正味応力は、引張応力または圧縮応力であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
半導体ウェハの作製においては、ウェハの反りを最小限にすることを試行することが標準的な手法である。また、亀裂のない各層を析出することを試行することも標準的な手法である。ウェハの反りを最小限とするためには、析出された薄膜内の内部応力を、イオン衝撃またはプロセス化学の如き処理により、容認可能なレベルまで減少させることが知られている。代替的に、各層は、下側に位置する各薄膜内の応力を補償すべく選択され得る。例えば、引張応力に委ねられる薄膜の頂部上に、圧縮応力に委ねられる薄膜を析出することが知られている。しかし、これらの先行技術の手法は、それらの限界を有している。薄膜内の応力を制御すべく採用される典型的な方法は、析出速度及びRFバイアス、選択された材料の固有特性、析出温度、及び、薄膜の厚みの如き、正味の成長速度に影響するプラズマ条件である。しかし、これらのパラメータの多くに対し、デバイス設計態様は制約を課すものであり、これらの制約の結果として、一定の新たな先進デバイスを供与するためには、新規なプロセスが必要とされる。
【０００４】
更なる問題は、高出力で高電圧のコンデンサ・デバイスの製造において生ずる。この種のデバイスは通常、該デバイス中にポリイミドが一体化されることを必要とする。ポリイミドは多くの利点を提供する一方、この材料の使用には幾つかの不都合な制約が伴う。典型的に、析出されたポリイミド薄膜の厚みは、10ミクロン未満に制限される。するとこれは、電圧を制限することから、デバイスに対して印加され得る電界を制限する。同様に、ポリイミドは、比較的に低い熱的余裕を有する。ポリイミドの硬化温度は、280℃である。結果として、一切の誘電絶縁層は、この温度制約に対して適合せねばならない。これは事実上、絶縁層の析出に伴う温度は、280℃を超えるべきでないことを意味する。通常、絶縁層としては、二酸化ケイ素が使用される。
【０００５】
将来的なデバイスは、現在において達成され得るよりも高い電圧にて作動させるという要求が在る。ポリイミドを利用し得る新たなデバイスの要求事項に対処するために、20ミクロン以上の厚みを有する二酸化ケイ素絶縁層を提供することは、非常に望ましいであろう。しかし現在、斯かる厚寸で均一な二酸化ケイ素の層を280℃以下の温度にて析出させることは可能でない。これは、各層が、薄膜内における応力の蓄積に起因して裂開するからである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、その実施形態の内の少なくとも幾つかにおいて、上述された問題及び要望に対処する。特に、その実施形態の少なくとも幾つかにおいて、20ミクロン超の厚みとされ得る厚寸の二酸化ケイ素膜を提供する。該膜は、析出の後で、優れた漏電特性を呈し得ると共に、亀裂は殆どまたは全く呈さない。上記膜は、ゼロの付随応力を以て、または、デバイスの他の箇所において呈される応力を補償すべく使用され得る所望の応力を以て、析出され得る。
【０００７】
本発明の第１の見地に依れば、自身上に誘電膜を有する基板であって、上記誘電膜は、積層された誘電物質製の少なくとも４つの層を備え、上記積層された各層は、圧縮応力に委ねられる圧縮層、及び、引張応力に委ねられる引張層を備え、且つ、各々が、一つ以上の圧縮層に隣接すべく離間された少なくとも２つの引張層が在る、基板が提供される。
【０００８】
上記誘電膜は、10ミクロン以上の厚みを有し得る。好適には、上記誘電膜は、15ミクロン以上の厚みを有する。更に好適には、上記誘電膜は、20ミクロン以上の厚みを有する。本発明に依り提供され得る上記比較的に厚寸の誘電膜は、高電圧に委ねられるデバイスにおける絶縁膜として利用され得る。
【０００９】
上記誘電物質は、二酸化ケイ素であり得る。但し、他の酸化ケイ素の如き他の誘電物質が、代わりに利用され得る。
【００１０】
上記誘電膜は、上記誘電物質製の少なくとも１０個の層を備え得る。好適には、上記誘電膜は、上記誘電物質製の少なくとも１２個の層を備え得る。更に好適には、上記誘電膜は、上記誘電物質製の少なくとも１５個の層を備え得る。更に好適には、上記誘電膜は、上記誘電物質製の少なくとも２０個の層を備え得る。驚くべきことに、比較的に多数の層を使用すると、向上された亀裂耐性に帰着し得ることが見出された。
【００１１】
上記誘電膜の誘電層は各々、0.3〜5ミクロンの範囲の厚みを有し得る。好適には、上記誘電膜の各層の厚みは、各々、0.3〜2.5ミクロンの範囲である。
【００１２】
上記引張層は各々、0.3〜1.5ミクロンの範囲の厚みを有し得る。
【００１３】
上記引張層は各々、1.0ミクロン以下の厚みを有し得る。
【００１４】
上記基板は、ポリイミド層を備え得る。上記誘電膜は、上記ポリイミド層上に析出され得る。上記ポリイミド層は、半導体ウェハ上に配設され得る。
【００１５】
上記基板は、少なくとも一つの半導体構成要素を備えるデバイスまたはデバイスの前駆体の一部を形成し得る。上記基板は、シリコン・ウェハの如き半導体ウェハを備え得る。上記誘電膜は、上記半導体ウェハ上へと直接的に析出され得る。代替的に、上記誘電層は、誘電層、半導体層または金属層の如き、上記基板の付加的要素上へと析出され得る。幾つかの実施形態において、上記付加的要素は、ポリイミド層、または、別のポリマ層であり得る。
【００１６】
上記誘電膜は、少なくとも３つの引張層を備え得る。好適には、上記誘電デバイスは、少なくとも４つの引張層を備える。更に好適には、上記誘電デバイスは、少なくとも８つの引張層を備える。比較的に多数の引張層を含む比較的に多数の層を備える誘電膜は、特に、各層が比較的に薄寸であるときに、優れた亀裂耐性を呈し得ることが見出された。2.5ミクロン以下の厚みを有する層は、比較的に薄寸であると考えられ得る。
【００１７】
少なくとも幾つかの隣接する圧縮層及び引張層は、上記誘電物質製の遷移区域により分離され得る。幾つかの実施形態においては、全ての隣接する圧縮層及び引張層は、上記誘電物質製の遷移区域により分離される。上記遷移区域は、引張層に接触する該遷移区域の領域であって引張応力に委ねられるという領域から、圧縮層に接触する該遷移区域の領域であって圧縮応力に委ねられるという領域まで、変化する可変的応力に委ねられ得る。隣接する圧縮層と引張層との間における遷移区域の使用は、亀裂耐性の更なる向上に帰着し得る。遷移区域が委ねられる平均応力は、ゼロ、または、ゼロ近傍とされ得る。
【００１８】
上記遷移区域は、20〜100nmの範囲の厚みを有し得る。好適には、上記遷移区域は、30〜75nmの範囲の厚みを有する。最も好適には、上記遷移区域は約50nmの厚みを有する。
【００１９】
上記基板に直接接触する層、及び、上記膜の最上層は、圧縮層であり得る。上記各層の内の少なくとも半分は、25MPaより大きい絶対値(modulus)を有する応力に委ねられ得る。このことは、上記層が、＋25MPaより大きい応力に委ねられる引張層、または、25MPaより大きい圧縮応力、すなわち、−25MPaよりも更に負である応力に委ねられる圧縮層であり得ることを意味することは理解される。上記各層の少なくとも半分は、90MPaより大きい絶対値を有する応力に委ねられ得る。上記各層の少なくとも半分は、120MPaより大きい絶対値を有する応力に委ねられ得る。上記各層の少なくとも半分は、約150MPaの絶対値を有する応力に委ねられ得る。
【００２０】
幾つかの実施形態において、上記各層の内の少なくとも90％は、25MPaより大きく、好適には90MPaより大きく、更に好適には120MPaより大きく、最も好適には約150MPaである絶対値を有する応力に委ねられ得る。驚くべきことに、比較的に大きい応力に委ねられる層で構成された誘電膜は、優れた亀裂耐性の如き優れた特性を有することが見出された。これは驚くべきことである、と言うのも、これらの実施形態においては、隣接する圧縮層と引張層との間には比較的に大きな応力差が在り得るからである。
【００２１】
上記誘電膜は、ゼロの正味応力を有し得る。代替的に、上記誘電膜は、上記基板における湾曲を少なくとも部分的に補償する正味応力に委ねられ得る。本発明は、所望の用途に依存する所望の正味応力に委ねられる誘電膜を提供し得ることが有用である。
【００２２】
上記誘電膜は、100MPa未満の絶対値を有する正味応力に委ねられ得る。上記誘電膜は、60MPa未満の絶対値を有する正味応力に委ねられ得る。
【００２３】
上記誘電膜は、正味の圧縮応力に委ねられ得る。代替的に、上記誘電膜は、正味の引張応力に委ねられ得る。
【００２４】
本発明の第２の見地に依れば、
基板上に誘電膜を析出させる方法であって、
該方法は、
上記基板上に誘電物質製の一つの層を析出させる段階と、
上記誘電物質製の少なくとも更に３つの層を析出させて、積層された上記誘電物質製の少なくとも４つの層を備える誘電膜を提供する段階と、を有し、
上記積層された各層は、圧縮応力に委ねられる圧縮層、及び、引張応力に委ねられる引張層を備え、且つ、
上記各層は、各々が、一つ以上の圧縮層に隣接すべく離間された少なくとも２つの引張層が在る様に析出される、
方法が提供される。
【００２５】
上記各層は、上記誘電膜が、10ミクロン以上の厚みを有する様に析出され得る。上記各層は、上記誘電膜が、15ミクロン以上の厚みを有する様に析出され得る。上記各層は、上記誘電膜が、20ミクロン以上の厚みを有する様に析出され得る。
【００２６】
上記誘電物質は、二酸化ケイ素であり得る。
【００２７】
上記各層の部分集合が、チャンバ内において析出され得る。上記各層の上記部分集合の析出に続き、チャンバ・エッチバック工程が実施され得る。上記各層の少なくとも一つの更なる部分集合が析出され得る。上記各層の更なる部分集合の析出は、更あるチャンバ・エッチバック工程により追随され得る。
【００２８】
上記各層の各部分集合は、下側層と、上側層と、該上側層と下側層との中間の少なくとも一つの層とを有する積層体であり得る。上記上側層及び下側層は圧縮層であり得る。この様にして、上記部分集合は、圧縮層内に包まれた引張層を備え得る。これは、背中合わせの析出物が確実に、本質的に同一の応力に委ねられることを支援し得る。更なる利点は、膜の不整合が、阻止され、または、少なくとも低減され得ることである。上記各層の部分集合は任意の適切な厚みとされ得るが、実際問題としては3〜7ミクロンの範囲の厚みが良好に機能することが見出されている。
【００２９】
上記各層は、280℃未満の析出温度にて析出され得る。これは、本発明により提供される相当の利点である。これにより、誘電膜は、比較的に低い熱的余裕を有するポリイミドの如き材料上に析出され得る。
【００３０】
上記各層は、単一チャンバ内で析出され得る。このことは非常に有用である、と言うのも、それによれば、製造プロセスの複雑さが低減されるからである。
【００３１】
上記各層は、単一の析出プロセスを用いて析出され得る。再び、このことは有用である、と言うのも、それによれば、製造プロセスの複雑さが低減されるからである。
【００３２】
幾つかの実施形態において、二酸化ケイ素による誘電物質、及び、各層を析出する各段階は、PE-CVDプロセスにおいて実施される。該PE-CVDプロセスは、TEOSと、O2、または、前駆体としての酸素含有種とを使用し得る。PE-CVDプロセスは、プラズマを生成する複数のRF周波数を用いて実施され得る。典型的には、二重のRF周波数が使用される。
【００３３】
好適には、プロセス・パラメータの比較的に単純な変更により、単一のPE-CVDプロセスの間において、圧縮層及び引張層の両方が析出され得ることが見出された。例えば、複数のRF周波数に付随するプロセス・パラメータが変更され得る。遷移区域もまた、PE-CVDプロセス・パラメータの変更により提供され得る。
【００３４】
本発明の第３の見地に依れば、本発明の第１の見地の基板を備えるデバイスが提供される。該デバイスは、少なくとも一つの半導体構成要素を備え得る。該半導体構成要素は、半導体ウェハであり得る。他の半導体層の如き、他の半導体構成要素が提供され得る。
【００３５】
上記デバイスは、一つ以上の金属層を備え得る。
【００３６】
上記デバイスは、コンデンサ・デバイスであり得る。代替的に、上記デバイスは、別の電気デバイス及び／またはエネルギ蓄積デバイスであり得る。上記デバイスは、高電圧デバイスであり得る。
【００３７】
本発明は上記に記述されてきたが、本発明は、上記にて、または、以下の説明、図面または請求項において示される特徴の一切の発明的な組み合わせまで及ぶものである。例えば、本発明の一つの見地に関して記述された一切の特徴は、本発明の別の見地に関しても開示されたと見做される。
【００３８】
次に、本発明に係る基板、薄膜及び方法の各実施形態は、添付図面に関して記述される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ポリイミド膜／シリコン・ウェハ上の４層誘電膜を示す図である。
【図２】ポリイミド被覆上の誘電膜の(a)析出前及び(b)析出後におけるシリコン・ウェハの湾曲マッピングを示す図である。
【図３】(a)薄膜の亀裂を示す画像を備えた６層誘電膜、(b)薄膜の亀裂を示す画像を備えた１２層誘電膜、及び、(c)２０層誘電膜を示す概略図である。
【図４】誘電膜を析出するPE-CVD装置を示す図である。
【図５】二酸化ケイ素層の部分集合の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明は、複数の層で作成された誘電膜を提供する。該膜における隣接層の内の少なくとも幾つかの層は、交互配置的な応力、すなわち、圧縮応力及び引張応力に委ねられる。上記誘電膜を析出させるために利用されるプロセス・パラメータの賢明な選択により、上記誘電膜が析出された基板もしくは構造に対して何らかの応力を付加することを回避し得る。代替的に、上記誘電膜と共に上記基板または構造が委ねられる全体的応力を変化させることが可能である。典型的に、これは、全体的応力を減少させるべく行われる。
【００４１】
本発明は、広範囲な基板上に析出され得る広範囲な誘電膜に対して適用され得る。自身上に誘電膜が析出される基板は、更に大寸の構造の一部を形成し得る。再び、本発明は、広範囲な構造と共に利用され得る。本発明の利点は、本発明は、比較的に厚寸の誘電膜、すなわち、20ミクロン以上の厚みを有する膜の析出を可能とすることである。但し、当業者であれば、本発明は20ミクロン未満の厚みである更に薄寸の膜を析出させるべく使用され得ることを理解し得よう。但し、本発明を用い、亀裂に対して増進された耐性を有する20ミクロン超の厚みを有する膜が析出され得ることが非常に好適である。次に、ポリイミド被覆された基板上に二酸化ケイ素誘電膜が析出されるという、本発明の代表的であるが非限定的である実施形態が記述される。このポリイミド被覆された基板は、下側に位置するシリコン・ウェハを備える構造の一部を形成し得る。
【００４２】
図１は、別体的に析出された二酸化ケイ素製の４つの層24、26、28、30で構成されて概略的に22にて表される10ミクロン厚の二酸化ケイ素膜を示している。膜22は、シリコン・ウェハ34上のポリイミド被覆32上に析出される。二酸化ケイ素膜22の全厚は10ミクロンであり、且つ、個々の層24、26、28、30の厚みは夫々、2.25、2.75、2.25及び2.75ミクロンである。層24、28は引張応力に委ねられるが、層26、30は圧縮応力に委ねられる。膜22が委ねられる全体的応力は＋1.84MPaであり、すなわち、膜22は引張応力に委ねられる。膜22の析出に先立ち、ウェハ34及びポリイミド膜32は、＋57.53ミクロンの湾曲を有していた。二酸化ケイ素膜の析出の後、湾曲は＋39.87ミクロンまで減少された。
【００４３】
別実施形態においては、シリコン・ウェハ上のポリイミド基板上へと、別の10ミクロン厚の二酸化ケイ素膜が析出された。この第２実施形態において、上記第1及び第3の析出層は各々、圧縮応力に委ねられる4ミクロン厚の層であった。第2及び第4の析出層は、引張応力に委ねられる2ミクロン厚の層であった。４つの二酸化ケイ素層の積層体を備える上記誘電膜は、−52MPaの正味応力に委ねられた。上記誘電膜の析出に先立ち、ポリイミド基板及びシリコン・ウェハは、47.61ミクロンの湾曲(引張応力)を有していた。誘電膜の析出後、この湾曲は40.45ミクロンまで減少された。図２は、誘電膜の析出に(a)先立つ及び(b)その後の、ウェハの湾曲マッピングを示している。
【００４４】
【表１】
0006637681.tif 000002
【００４５】
驚くべきことに、比較的に高い引張応力及び圧縮応力に委ねられる層を析出させることにより、更に良好な結果が達成され得ることが見出された。表１は、３つの範疇の膜を記述している。各々の場合、−30MPaの正味応力に委ねられる二酸化ケイ素誘電膜が生成された。“低圧縮応力”の膜は、各々が比較的に低い引張応力もしくは圧縮応力(圧縮応力下で各層に対する−30MPa)に委ねられる層を析出させることにより生成された。“中程度の応力”の膜は、＋100または−100MPaの応力下の各層を析出させることにより生成された。“高応力”の膜は、＋150または−150MPaの応力下の各層を析出させることにより生成された。“高応力”膜は、相当に改善された亀裂スレッショルド値を有することが理解され得る。亀裂スレッショルド値とは、当該誘電膜が亀裂に委ねられることなく析出され得る誘電膜の最大厚である。“高応力”膜に依れば、圧縮応力に委ねられる層が、引張応力に委ねられる層に隣接するという、比較的に大きな応力の変動が在ることは理解される。但し、これらの実施形態は、相当に厚寸の膜が析出されることを可能とする。
【００４６】
上記誘電膜を構成する個々の析出層の厚みを減少することにより、更なる向上が実現され得る。換言すると、与えられた膜厚に対し、析出層の枚数を増加することにより、向上が実現され得る。図３（ａ）から（ｃ）は、各々が20ミクロン厚である３つの二酸化ケイ素膜を表している。各層が付番される。層1は、基板上に析出される層である。図３に記述された全ての実施形態において、析出層は、＋150MPaの引張応力または−150MPaの圧縮応力に委ねられる。図３及び図５において、“Comp”という語句は圧縮応力に委ねられる層を意味し、且つ、“Tens”という語句は引張応力に委ねられる層を意味する。図３（ａ）において、二酸化ケイ素膜は、６つの層を用いて析出される。各層の内の４つは圧縮応力に委ねられ、且つ、各層の内の２つは引張応力に委ねられる。比較的に厚寸の層が使用される(“圧縮”層は４ミクロン厚であり、且つ、“引張”層は2ミクロン厚である)。６つの層を用いて作製された20ミクロン厚の二酸化ケイ素膜は、相当の亀裂に委ねられる。図３（ｂ）は、減少厚みの１２層で構成された二酸化ケイ素膜を示している。更に詳細には、該層は、2ミクロン厚の８つの“圧縮”層、及び、1ミクロン厚の４つの“引張”層で構成される。相当に減少された亀裂が観察される。図３（ｃ）において、二酸化ケイ素膜は、２０層を用いて作製された。更に詳細には、該ケイ素膜は、1または2ミクロン厚の１２の“圧縮”層と、0.5ミクロン厚の８つの“引張”層とを備える。これは、亀裂のない20ミクロン厚の二酸化ケイ素膜に帰着した。このことから、比較的に高い応力に委ねられる比較的に多数の比較的に薄寸の層を析出することにより、向上された結果が獲得され得ることが結論付けられた。
【００４７】
隣接する“圧縮”層と“引張”層との間に比較的に薄寸の遷移区域が形成される様に析出プロセスを勾配付けることにより、更なる向上が実現され得る。遷移区域が委ねられる内部応力は、各遷移区域を通して勾配付けられる。“引張”層に接触する遷移区域の領域は、該“引張”層が委ねられる応力と同様のまたは同一の応力に委ねられると確信される。同様に、“圧縮”層に接触する遷移区域の領域は、該“圧縮”層が委ねられる応力と同様のまたは同一の圧縮応力に委ねられると確信される。各遷移区域は、低い正味応力に委ねられると確信される。何らかの特定の理論または推測により縛られることは意図されないが、各遷移区域を用いて獲得された更に良好な結果は、誘電膜における各層の順次的な析出間における応力の不整合の排除に起因し得ると確信される。隣接する“引張”層と“圧縮”層との間に遷移区域を取入れた誘電膜を使用することにより、20ミクロン超の厚みを有する誘電膜が、亀裂が少ないもしくは亀裂が無いなどの優れた特性を以て作製され得る。
【００４８】
本発明の二酸化ケイ素膜は、プラズマ増強化学蒸着(PE-CVD)を用いて作製され得る。TEOS及びO2(または酸素含有前駆体)の混合物を用いるPE-CVDは、本発明の膜を調製する好都合な手法である。図４は、本発明の膜を析出させるに適した40にて概略的に表される装置の概略図である。装置40は、チャンバ42と、シャワーヘッド配置の形態のガス取入口44と、ウェハ支持体46と、高周波及び低周波のRF源48、50とを備える。シャワーヘッド44は、TEOS及び酸素前駆体の各ガスを受容すべく配置される。高周波及び低周波のRF源48、50に対しては、夫々、RF整合ユニット52、54が配備される。チャンバ42からは、(不図示の)吸引機構に対して接続された吐出口56を通してプロセスガスが排出される。表２は、圧縮応力に委ねられる膜及び引張応力に委ねられる膜の両方を作製する代表的な析出条件を示している。両方の種類の膜が、プロセス条件の賢明な変更のみにより共通のプロセスを用いる同一チャンバ内で容易に析出され得ることが極めて好都合である。各遷移区域は、RFパワーを連続的に作動させると共に、“圧縮”層に関連するプロセス・パラメータと、“引張”層に関連するプロセス・パラメータとの間で、または、その逆に、プロセス・パラメータを変更することにより作製され得る。プロセス条件間の切換えは、約5秒にわたり行われ得ると共に、これにより、約50nmの厚みを有する遷移区域がもたらされる。
【００４９】
【表２】
0006637681.tif 000003
【００５０】
上記誘電膜は、多数の順次的な層の“下位積層体”を析出させることにより構築することが好都合である。一つの下位積層体が析出された後、チャンバ・エッチバック工程(chamber etch back step)が実施され得る。図５は、1ミクロン厚の“圧縮”層、0.5ミクロン厚の“引張”層、1ミクロン厚の“圧縮”層、0.5ミクロン厚の“引張”層、及び、2ミクロン厚の“圧縮”層で構成された代表的な下位積層体を示している。各層は、付番される。層1は、基板上に析出される層である。隣接する層の各対は、約50nm厚みの遷移区域により分離される。この下位積層体の析出の後、チャンバ・エッチバック工程が実施され得る。これにより、誘電膜は、多数の下位積層体を備える約５ミクロン厚の区画で作成された積層体として構築されることが可能とされる。各下位積層体は、“圧縮”層同士の間に被包された“引張”層を備える。これにより、背中合わせの析出物は同一の応力であり、膜の不整合を阻止することが確実とされる。何らかの特定の理論または推測により縛られることは意図されないが、各遷移区域は、析出プロセスの後のウェハ冷却の間において“引張”膜及び“圧縮”膜に付随する逆向きの応力により付与される力の幾分かを吸収すると確信される。
本明細書に開示される発明は以下の態様を含む。
〔態様１〕
自身上に誘電膜を有する基板であって、
前記誘電膜は、積層された誘電物質製の少なくとも４つの層を備え、
前記積層された各層は、圧縮応力に委ねられる圧縮層、及び、引張応力に委ねられる引張層を備え、
各々が、一つ以上の圧縮層に隣接すべく離間された少なくとも２つの引張層が在る、
基板。
〔態様２〕
前記誘電膜は、10ミクロン以上、好適には15ミクロン以上、更に好適には20ミクロン以上の厚みを有する、態様１に記載の基板。
〔態様３〕
前記誘電物質は二酸化ケイ素である、態様１または２に記載の基板。
〔態様４〕
前記誘電膜は、前記誘電物質製の少なくとも１０個の層を備える、態様１から３のいずれか一つの態様に記載の基板。
〔態様５〕
前記誘電膜は、前記誘電物質製の少なくとも１２個の層を備える、態様４に記載の基板。
〔態様６〕
前記誘電膜は、前記誘電物質製の少なくとも１５個の層を備える、態様５に記載の基板。
〔態様７〕
前記誘電膜は、前記誘電物質製の少なくとも２０個の層を備える、態様６に記載の基板。
〔態様８〕
前記誘電膜の誘電層は各々、0.3〜5ミクロンの範囲、好適には0.3〜2.5ミクロンの範囲の厚みを有する、態様１から７のいずれか一つの態様に記載の基板。
〔態様９〕
ポリイミド層を備える態様１から８のいずれか一つの態様に記載の基板であって、
前記誘電膜は、前記ポリイミド層上に析出される、基板。
〔態様１０〕
前記ポリイミド層は、半導体ウェハ上に配設される、態様９に記載の基板。
〔態様１１〕
当該基板は、少なくとも一つの半導体構成要素を備えるデバイスまたはデバイスの前駆体の一部を形成する、態様１から１０のいずれか一つの態様に記載の基板。
〔態様１２〕
前記誘電膜は、少なくとも３つ、好適には少なくとも４つ、更に好適には少なくとも８つの引張層を備える、態様１から１１のいずれか一つの態様に記載の基板。
〔態様１３〕
少なくとも幾つかの、好適には全ての、隣接する圧縮層及び引張層は、前記誘電物質製の遷移区域により分離され、
前記遷移区域は、引張層に接触する該遷移区域の領域であって引張応力に委ねられるという領域から、圧縮層に接触する該遷移区域の領域であって圧縮応力に委ねられるという領域まで、変化する可変的応力に委ねられる、
態様１から１２のいずれか一つの態様に記載の基板。
〔態様１４〕
前記遷移区域は、20〜100nmの範囲、好適には30〜75nmの範囲、最も好適には約50nmの厚みを有する、態様１３に記載の基板。
〔態様１５〕
当該基板に直接接触する層、及び、前記膜の最上層は、圧縮層である、態様１から１４のいずれか一つの態様に記載の基板。
〔態様１６〕
前記各層の内の少なくとも半分、好適には各層の内の少なくとも90％は、25MPaより大きく、好適には90MPaより大きく、更に好適には120MPaより大きく、最も好適には約150MPaの絶対値を有する応力に委ねられる、態様１から１５のいずれか一つの態様に記載の基板。
〔態様１７〕
前記誘電膜は、当該基板における湾曲を少なくとも部分的に補償する正味応力に委ねられる、態様１から１６のいずれか一つの態様に記載の基板。
〔態様１８〕
前記誘電膜は、100MPa未満、好適には60MPa未満の絶対値を有する正味応力に委ねられる、態様１から１７のいずれか一つの態様に記載の基板。
〔態様１９〕
前記誘電膜は、正味の圧縮応力に委ねられる、態様１８に記載の基板。
〔態様２０〕
基板上に誘電膜を析出させる方法であって、
該方法は、
前記基板上に誘電物質製の一つの層を析出させる段階と、
前記誘電物質製の少なくとも更に３つの層を析出させて、積層された前記誘電物質製の少なくとも４つの層を備える誘電膜を提供する段階と、を有し、
前記積層された各層は、圧縮応力に委ねられる圧縮層、及び、引張応力に委ねられる引張応力層を備え、
前記各層は、各々が、一つ以上の圧縮層に隣接すべく離間された少なくとも２つの引張層が在る様に析出される、
方法。
〔態様２１〕
前記各層は、前記誘電膜が、10ミクロン以上、好適には15ミクロン以上、更に好適には20ミクロン以上の厚みを有する様に析出される、態様２０に記載の方法。
〔態様２２〕
前記誘電物質は二酸化ケイ素である、態様２０または２１に記載の方法。
〔態様２３〕
前記各層の部分集合が、チャンバ内において析出され、
前記各層の前記部分集合の析出に続き、チャンバ・エッチバック工程が実施され、
前記各層の少なくとも一つの更なる部分集合が析出される、
態様２０から２２のいずれか一つの態様に記載の方法。
〔態様２４〕
前記各層の各部分集合は、下側層と、上側層と、該上側層と下側層との中間の少なくとも一つの層とを有する積層体であり、前記上側層及び下側層は圧縮層である、態様２３に記載の方法。
〔態様２５〕
前記各層は280℃未満の析出温度にて析出される、態様２０から２４のいずれか一つの態様に記載の方法。
〔態様２６〕
前記各層は単一チャンバ内で析出される、態様２０から２５のいずれか一つの態様に記載の方法。
〔態様２７〕
前記各層は、単一の析出プロセスを用いて析出される、態様２０から２６のいずれか一つの態様に記載の方法。
〔態様２８〕
前記誘電物質は二酸化ケイ素であり、
前記各層を析出させる前記段階は、TEOSと、O2、または、前駆体としての酸素含有種とを用いるPE-CVDプロセスにおいて実施される、態様２０から２７のいずれか一つの態様に記載の方法。
〔態様２９〕
前記PE-CVDプロセスは、プラズマを生成する複数のRF周波数、好適には二重のRF周波数を用いて実施される、態様２８に記載の方法。
〔態様３０〕
態様１に記載の基板を備える、デバイス。
〔態様３１〕
少なくとも一つの半導体構成要素を備える、態様３０に記載のデバイス。
〔態様３２〕
前記半導体構成要素は半導体ウェハである、態様３１に記載のデバイス。
〔態様３３〕
コンデンサ・デバイスである、態様３０から３２のいずれか一つの態様に記載のデバイス。
【図１】
0006637681.tif 000004
【図２】
0006637681.tif 000005
【図３】
0006637681.tif 000006
【図４】
0006637681.tif 000007
【図５】
0006637681.tif 000008