(57)【要約】【課題】低誘電率及び低リーク電流を有し、その膜応力が変化しないシリコンカーバイド膜を製造する方法を与える。【解決手段】プラズマCVDにより半導体基板上にシリコンカーバイド膜を形成する方法は、シリコン、炭素及び水素を含む原料ガス、不活性ガス並びに付加的に水素ソースガスを、不活性ガスに対する原料ガスの所定の混合比率で反応チャンバ内に導入する工程と、所定の混合比率で高周波電力を印加しそれによって約４.０またはそれ以上の誘電率を有する未硬化シリコンカーバイド膜を形成する工程と、原料ガス及び水素ソースガスを減少させた混合比率で連続的に高周波電力を印加しそれによって未硬化シリコンカーバイド膜より低い誘電率及びリーク電流を与えるようシリコンカーバイド膜を硬化させる工程とから成る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマCVDにより半導体基板上にシリコンカーバイド膜を形成する方法であって、
(a)シリコン、炭素及び水素を含む原料ガス並びに不活性ガスを不活性ガスに対する原料ガスの所定の混合比率で反応チャンバ内に導入する工程と、
(b)所定の混合比率で反応チャンバ内部の反応空間へRF電力を印加し、それによって約４.０またはそれ以上の誘電率を有する未硬化シリコンカーバイド膜を半導体基板上に形成する工程と、
(c)工程(b)より減少した混合比率で反応空間へRF電力を連続的に印加し、それによって未硬化シリコンカーバイド膜より低い誘電率を与えるようシリコンカーバイド膜を硬化させる工程と、
から成る方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、硬化シリコンカーバイド膜は４００℃の大気中での応力変化が未硬化シリコンカーバイド膜の約１／２以下である、ところの方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、シリコンカーバイド膜はSi-C-H材料から作られる、ところの方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、混合比率の減少は(i)原料ガスの流量を減少させるか、(ii)不活性ガスの流量を増加させるか、(iii)原料ガスの流量を減少させるとともに不活性ガスの流量を増加させることによって達成される、ところの方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、混合比率は、該混合比率が不連続に減少するポイントの前後で一定である、ところの方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、混合比率は該混合比率が減少するポイントの前で一定であり、そのポイントの後で連続的に減少する、ところの方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、減少前の不活性ガスに対する原料ガスの混合比率は約１／１から約１／３である、ところの方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、減少後の不活性ガスに対する原料ガスの混合比率は約１／５から約１／１００である、ところの方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、減少後の不活性ガスに対する原料ガスの混合比率は約ゼロである、ところの方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、原料ガスは、テトラメチルシラン、トリメチルシラン、及び／またはジメチルシランから成る、ところの方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、不活性ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノンまたはクリプトンから成る、ところの方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、さらに、膜形成前に反応空間を安定化する工程であって、原料ガスの流量及び不活性ガスの流量が所定の混合比率に達するまでランプアップ法によりゼロから増加する、ところの工程からなる、ところの方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、RF電力は低周波電力及び高周波電力から成る、ところの方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、低周波電力は２MHz以下の周波数を有する電力であり、高周波電力は２MHz以上の周波数を有する電力である、ところの方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、硬化させるための時間は、厚さ約２０nmから約１００nmの未硬化シリコンカーバイド膜あたり約５秒から約１０秒である、ところの方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法であって、混合比率減少前の原料ガスの流量及び不活性ガスの流量はそれぞれ約１００sccmから約１０００sccm及び約１００sccmから約３０００sccmである、ところの方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の方法であって、シリコンカーバイド膜はエッチストップ膜である、ところの方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法であって、工程(a)において、原料ガス及び不活性ガスに加え、水素ソースガスが反応チャンバ内に導入される、ところの方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、工程(c)において、水素ソースガス流量は水素ソースガス流量を原料ガス流量と同期させることにより変更される、ところの方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法であって、工程(c)において、水素ソースガス流量は工程(b)より減少する、ところの方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、水素ソースガス流量は工程(c)の終わりで約ゼロまで減少する、ところの方法。
【請求項２２】
プラズマCVDにより半導体基板上にシリコンカーバイド膜を形成する方法であって、
(a)所与流量のシリコン、炭素及び水素を含む原料ガス並びに所与流量の不活性ガスを反応チャンバ内に導入し、反応チャンバ内の反応空間へRF電力を印加することにより、反応チャンバ内に配置された半導体基板上に約４.０以上の誘電率を有する未硬化シリコンカーバイド膜を形成する工程と、
(b)RF電力を反応空間に連続的に印加しながら、不活性ガスに対する原料ガスの混合比率を断続的または連続的に減少させその後維持することにより、約４.０以下の誘電率を与えるようシリコンカーバイド膜を硬化させる工程と、
から成る方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、混合比率の減少は、(i)原料ガスの流量を減少させるか、(ii)不活性ガスの流量を増加させるか、または(iii)原料ガスの流量を増加させるとともに不活性ガスの流量を増加させることにより達成される、ところの方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の方法であって、混合比率は、混合比率の不連続減少ポイントの前後で一定である、ところの方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の方法であって、シリコンカーバイド膜はエッチストップ膜である、ところの方法。
【請求項２６】
請求項２２に記載の方法であって、工程(a)において、原料ガス及び不活性ガスに加え、水素ソースガスが反応チャンバ内に導入される、ところの方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、工程(b)において、水素ソースガス流量は水素ソースガス流量を原料ガス流量と同期させることにより変更される、ところの方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法であって、工程(b)において、水素ソースガス流量は工程(a)より減少する、ところの方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法であって、水素ソースガス流量は工程(b)の終わりでゼロまで減少する、ところの方法。
【請求項３０】
プラズマCVDにより半導体基板上にシリコンカーバイド膜を形成する方法であって、
(A)シリコン、炭素及び水素を含む原料ガス、水素ソースガス並びに不活性ガスを所定の混合比率で反応チャンバ内に導入する工程と、
(B)所定の混合比率で反応チャンバ内部の反応空間へRF電力を印加し、それによって未硬化シリコンカーバイド膜を半導体基板上に形成する工程と、
(C)工程(B)より水素ソースガス流量が減少した混合比率で反応空間へRF電力を連続的に印加し、それによって未硬化シリコンカーバイド膜より低い誘電率及びリーク電流を与えるようシリコンカーバイド膜を硬化させる工程と、
から成る方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、RF電力は、低周波電力及び高周波電力から成る、ところの方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、低周波電力は全電力の約１／２以下である、ところの方法。
【請求項３３】
請求項３０に記載の方法であって、工程(B)において水素ソースガス流量は約１０sccmから約５０００sccmである、ところの方法。
【請求項３４】
請求項３０に記載の方法であって、工程(C)において水素ソースガス流量は約０sccmから約１０００sccmである、ところの方法。
【請求項３５】
請求項３０に記載の方法であって、工程(C)は約５秒から約１０秒間実行される、ところの方法。
【請求項３６】
プラズマCVDにより半導体基板上に配線を形成する方法であって、
プラズマCVDにより、シリコン、炭素、酸素及び水素並びに付加的に不活性ガスを含むガスを使用して半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
請求項１の方法により絶縁膜上にエッチストップ層としてシリコンカーバイド膜を形成する工程と、
基板を銅配線用エッチングにさらす工程と、
から成る方法。
【請求項３７】
請求項３０に記載の方法であって、絶縁膜はSi-C-O-H材料から成り、エッチストップ層はSi-C-H材料から成る、ところの方法。
【請求項３８】
銅層と接触する膜を含む層間構造を半導体基板上に製造する方法であって、
(i)半導体基板上に多重層を形成する工程と、
(ii)多重層を層間結合するための穴をエッチングにより形成する工程と、
(iii)穴の中に銅を蒸着する工程と、
(iv)多重層の頂部から余分の銅を除去する工程と、
(v)請求項３０の方法により多重層の頂上にシリコンカーバイド膜を蒸着し、それによって銅がシリコンカーバイド膜により覆われる工程と、
から成る方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の方法であって、工程(i)において、多重層は、基板上に順に積層された下部エッチストップ層、下部低誘電率層、中間エッチストップ層、上部低誘電率層、及び上部エッチストップ層から成り、工程(ii)において穴は上部エッチストップ層の頂上にレジストを形成しかつ該レジストを使って多重層をエッチングすることによりビアホール及びトレンチを形成することによって生成され、工程(iv)においてレジスト及び上部エッチストップ層は余分な銅を除去する際に除去される、ところの方法。
【請求項４０】
請求項３９に記載の方法であって、下部エッチストップ層、中間エッチストップ層、及び上部エッチストップ層は請求項３０の方法により形成される、ところの方法。
【請求項４１】
請求項３９に記載の方法であって、工程(i)から(iv)は少なくとも１回繰り返される、ところの方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願はここに参考文献として組み込まれる２００３年１０月９日出願の米国特許出願第10/682,180号の部分継続出願である。
【０００２】
本発明はプラズマCVDによる蒸着方法に関する。特に、本発明は銅配線用に使用されるエッチストップ膜として作用するシリコンカーバイド膜に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、CPU、メモリ、システムLSIを含むLSIデバイスにおいて、アルミニウム合金が金属配線用に使用されてきた。アルミニウム配線を絶縁するために酸化シリコン膜が使用され、あるLSIデバイスに対してフッ素含有シリコン酸化膜が使用される。
【０００４】
近年、LSIデバイスの実行速度を向上させるべくアルミニウムより電気抵抗が低い銅が金属配線用材料として使用され、信号遅延を引き起こす配線容量を減少させるべく低誘電率を有する炭素含有シリコン酸化膜が層間絶縁膜として使用され始めた。銅配線を有するLSIデバイスにおいて、炭素含有シリコン酸化膜のバリア層内に銅配線用のトレンチまたはビアを形成するためにエッチストップ膜が使用される。過去、ドライエッチング速度が炭素含有シリコン酸化膜と比べ遅くかつ銅の拡散を防止する機能を有する窒化シリコン膜がエッチストップ膜として使用されてきた。しかし窒化シリコン膜の誘電率は約７と高いため、たとえ炭素含有シリコン酸化膜が適用されても窒化シリコン膜が全体として配線容量を増加させるという問題が生じる。
【０００５】
この問題を解決するべく、米国特許第5,800,878号に記載されるようなエッチストップ膜としてシリコンカーバイド膜を使用する技術が開発された。
【特許文献１】米国特許第5,800,878号  シリコンカーバイド膜の誘電率は約５であり、約３の誘電率を有する炭素含有シリコン酸化膜と組み合わせることにより銅配線を使用するLSIデバイスに使用される。
【０００６】
典型的に、シリコンカーバイド膜と呼ばれるものはいくつかの異なる組成を有する。そのひとつはSi、C及びHから成るシリコンカーバイド膜である。この膜は酸素または水分を簡単に吸収する性質を有し、大気中に放置されるとその膜の応力または誘電率が変化するという欠点を有する。また、当該膜は高いリーク電流を有し、電気絶縁性が悪い。これらの問題を解決するべく、米国特許公開第2002-0054962号に記載されるような、不活性プラズマガスにより膜表面を処理することによって水分または酸素が膜表面から侵入することを防止する技術が開発された。シリコンカーバイドのような材料を含む炭素の酸化を、ヘリウム、アルゴンのような不活性ガスプラズマにより最小化する方法が特開２００１−６０５８４号にも記載されている。
【特許文献２】米国特許公開第2002-0054962号
【特許文献３】特開２００１−６０５８４号  しかし、この方法は膜のごく表面の質を改善するのみであり、SiCH膜の内部特性を改善していない。したがって膜は相変わらず高いリーク電流を有し、電気絶縁性が悪い。この膜の誘電率は約４.５から５であるため、この膜をより高速な性能を求める現在のLSIデバイスに適用するのは困難である。
【０００７】
異なる組成を有するシリコンカーバイド膜として、Si、C、N及びHから成るシリコンカーバイド膜、Si、C、O及びHから成るシリコンカーバイド膜他が、米国特許公開第2001-0030369号、米国特許公開第2002-0027286号、米国特許公開第2001-0051445号、米国特許公開第2001-0031563号に開示されている。
【０００８】
これらのシリコンカーバイド膜はより低いリーク電流を有し、上記SiCH膜と比べより良い電気絶縁性を与える。特に、SiCOH膜は酸素の含有量に依存して約４.２の低い誘電率を達成する。しかし、シリコンカーバイド膜は、炭素含有シリコン酸化膜と化学的性質が類似するため、炭素含有シリコン酸化膜とのエッチング速度の差が小さくなり（３から４倍以内）、そのエッチストップ性能が低下するという問題を有する。特に、酸素含有量を増加することによって誘電率が低下したSiCOH膜は配線用の絶縁膜として使用される炭素含有シリコン酸化膜と類似の化学組成を有するため、炭素含有シリコン酸化膜のエッチング速度と近い速度でエッチングされ、C4F8+O2+Arガスを使った反応イオンエッチング(RIE)により形成されるべき銅配線用のビアまたはトレンチを形成することが困難になる。さらに、LSIデバイス性能を高速化するために、４またはそれ以下の低い誘電率を達成することがエッチストップ膜として要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、約４またはそれ以下の誘電率を有し、その膜応力が大気中に放置されても変化せず、低いリーク電流及び炭素含有シリコン酸化膜より極端に小さいドライエッチング速度を有し、銅配線用のエッチストップ膜として使用され得るシリコンカーバイド膜を製造する方法を与えることである。本発明の他の目的は、エッチストップ膜に適した特性を有するシリコンカーバイド膜を製造する方法を与えることである。本発明の他の目的は、大気中で安定かつ環境の変化に耐え実際の十分な使用時間中にその特性を維持するシリコンカーバイド膜を製造する方法を与えることである。本発明の他の目的は、複雑な処理が不要で、成膜処理を中断することなく、高い効率でシリコンカーバイド膜を製造する方法を与えることである。本発明の他の目的は、厚さ方向及び径方向の両方に均一で環境に対して安定なシリコンカーバイド膜を製造する方法を与えることである。本発明の他の目的は、エッチストップ層としてシリコンカーバイド膜を使用する半導体デバイスを製造する方法を与えることである。本発明の他の目的は、半導体デバイス内に銅配線を形成する方法を与えることである。
【００１０】
本発明は、他に、低リーク電流及び圧縮応力とともに低誘電率を有するシリコンカーバイド膜を基板上に蒸着するという目的も有する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に従うシリコンカーバイド膜を製造する方法は２つの工程から成る。第１工程は、環境に対し不安定で、未硬化、半硬化、硬化可能、反応性、未完成または中間（成膜反応が終了していない）であるシリコンカーバイド膜を形成する。これらの用語は交換して使用される。第２工程は、成膜反応を完成することによりシリコンカーバイド膜を硬化させる。第１工程及び第２工程は同じリアクタ内で連続して実行される。本発明において、Si-C-Hタイプを含むあらゆる適当なタイプのシリコンカーバイド膜が形成される。
【００１２】
本発明の態様において、プラズマCVDにより半導体基板上にシリコンカーバイド膜を形成する方法は、(a)シリコン、炭素及び水素を含む原料ガス並びに不活性ガスを、不活性ガスに対する原料ガスの所定の混合比率で反応チャンバ内に導入する工程と、(b)反応チャンバ内の反応空間へ所定の混合比率で高周波電力を印加し、それにより約４.０またはそれ以上（例えば、４.０〜４.５、好適には４.０〜４.２）の誘電率を有する未硬化シリコンカーバイド膜を半導体基板上に形成する工程と、(c)工程(b)のものより減少した不活性ガスに対する原料ガスの混合比で反応空間へ高周波電力を連続的に印加し、それによって未硬化シリコンカーバイド膜の誘電率より低い誘電率（例えば、３.５から４.０、好適には３.７から４.０）を与えるようシリコンカーバイド膜を硬化させる工程と、から成る。上記において、工程(a)及び(b)は成膜工程（第１工程）に対応し、工程(c)は硬化工程（第２工程）に対応する。原料ガスが第２工程で使用される範囲まで膜は形成されるが、第２工程は主に膜を形成するのではなく膜を硬化させるためのものである。しかし、処理条件それ自身は第１工程のものと同様であり、第１工程及び第２工程は連続して実行される。付加的な膜の蒸着は除外されないが、第２工程は膜を硬化させるものであるため、第２工程において膜上に付加的な膜が蒸着される必要はない。第２工程を通じて、第１工程で形成された膜は径方向と同様に厚さ方向にも完全に硬化される。
【００１３】
他の態様において、本発明はプラズマCVDにより半導体基板上にシリコンカーバイド膜を形成する方法を与え、当該方法は、(I)所与流量のシリコン、炭素及び水素を含む原料ガス並びに所与流量の不活性ガスを反応チャンバ内に導入し、かつ反応チャンバ内の反応空間に高周波電力を印加することにより、反応チャンバ内に配置された半導体基板上に約４.０以上の誘電率を有する未硬化シリコンカーバイド膜を形成する工程と、(II)反応空間へ高周波電力を連続的に印加しながら、不活性ガスに対する原料ガスの混合比を断続的または連続的に減少させその後維持することにより、約４.０以下の誘電率を有するシリコンカーバイド膜を硬化させる工程と、から成る。
【００１４】
ある態様において、工程(a)または(I)で、原料ガス及び不活性ガスに付加して水素ソースガスが反応チャンバ内に導入される。水素ソースガスを加えることにより、生成されたシリコンカーバイド膜は低いリーク電流及び圧縮応力とともに低い誘電率を有することができる。
【００１５】
上記において、工程(c)または(II)で、水素ソースガス流量を原料ガス流量と同期させることによってまたは原料ガス流量と独立に工程(b)または(II)でのものより水素ソースガスを減少させることにより、水素ソースガス流量は変更可能である。ある態様において、水素ソースガス流量は工程(c)または(II)の最後でゼロまで減少する。
【００１６】
さらに他の態様において、本発明は、プラズマCVDにより半導体基板上にシリコンカーバイド膜を形成する方法を与え、当該方法は、(A)シリコン、炭素及び水素を含む原料ガス、水素ソースガス並びに不活性ガスを、原料ガス、水素ソースガス及び不活性ガスの所定の混合比で反応チャンバ内に導入する工程と、(B)所定の混合比で反応チャンバ内の反応空間へ高周波電力を印加し、それによって半導体基板上に未硬化シリコンカーバイド膜を形成する工程と、(C)炭素ソースガス流量が工程(B)のものから減少するところの混合比で反応空間へ高周波電力を連続的に印加し、それによって未硬化シリコンカーバイド膜より低い誘電率を与えるべくシリコンカーバイド膜を硬化させる工程と、から成る。上記において、好適にはRF電力は低周波電力及び高周波電力から成り、後者に対する前者の比率は約１／２以下である。
【００１７】
さらに他の態様において、本発明はプラズマCVDにより半導体基板上に配線を形成する方法を与え、当該方法は(1)シリコン、炭素、酸素及び水素を含むガス並びに付加的に不活性ガスを使ってプラズマCVDにより半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、(2)上記いずれかの方法に従い絶縁膜上にエッチストップ層としてシリコンカーバイド膜を形成する工程と、(3)基板を銅配線用のエッチングにさらす工程と、から成る。上記において、絶縁膜はSi-C-O-H材料から作られ、エッチストップ層はSi-C-H材料から作られる。
【００１８】
また、本発明は、銅層と接触する膜を含む層間構造を半導体基板上に製造するための方法を含み、当該方法は、(i)半導体基板上に多重層を形成する工程と、(ii)多重層の層間結合用の穴をエッチングにより形成する工程と、(iii)その穴の中に銅を蒸着する工程と、(iv)多重層の頂上から余分の銅を除去する工程と、(v)上記いずれかの方法に従い多重層の頂上にシリコンカーバイド膜を蒸着する工程と、から成る。実施例として、工程(i)において、多重層は基板上に順に積層された下部エッチストップ層、下部低誘電率層、中間エッチストップ層、上部低誘電率層及び上部エッチストップ層から成り、工程(ii)において、穴は上部エッチストップ層の頂上にレジストを形成し、該レジストを使って多重層をエッチングすることによりビアホール及びトレンチを形成することによって製造され、工程(iv)において、レジスト及び上部エッチストップ層は余分の銅を除去する際に除去される。下部エッチストップ層、中間エッチストップ層、及び上部エッチストップ層は上記いずれかの方法に従い形成される。
【００１９】
本発明及び従来技術を超えて達成される利点を要約するために、本発明のいくつかの目的及び利点が説明されてきた。もちろん、必ずしもすべての目的または利点が発明のある特定の態様に従い達成されるものではないことが理解されよう。したがって、発明はここに教示されまたは提案されるような他の目的または利点を必ずしも達成することなく、ここに教示されたひとつの利点または利点の集合を達成または最適化する方法で実施または実行されることは当業者の知るところである。
【００２０】
本発明の他の態様、特徴及び利点は以下の好適実施例の詳細な説明から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は好適実施例を参照して以下に詳細に説明される。しかし、本発明はこれらの実施例を含むに過ぎず、それに限定されるものではない。
【００２２】
本発明は、実施例で使用されるあらゆる工程、条件及び材料が動作原理が維持される限りあらゆる制限無しに他の実施例において交換可能かつ相補的に使用されるところの以下を含むさまざまな実施例に適用される。
【００２３】
上記したように、本発明の実施例において、プラズマCVDにより半導体基板上にシリコンカーバイド膜を形成する方法は、(a)シリコン、炭素及び水素を含む原料ガスと不活性ガスを、不活性ガスに対する原料ガスの所定の混合比率で反応チャンバ内に導入する工程と、(b)該混合比率で反応チャンバ内の反応空間に高周波電力を印加し、それによって約４.０またはそれ以上の誘電率を有する未硬化シリコンカーバイド膜を半導体基板上に形成する工程と、(c)工程(b)より低減した不活性ガスに対する原料ガスの混合比率で反応空間へ連続して高周波電力を印加し、それにより未硬化シリコンカーバイド膜よりも低い誘電率を与えるようシリコンカーバイド膜を硬化させる工程と、から成る。
【００２４】
上記において、硬化シリコンカーバイド膜は４００℃の大気中で応力変化が未硬化シリコンカーバイド膜の約１／２以下（１／３、１／４、１／５及びそのいずれかを含む範囲を含む）である膜として定義される。未硬化シリコンカーバイド膜はその逆に定義される。
【００２５】
実施例において、混合比率の低減は、(i)原料ガスの流量を減少させるか、(ii)不活性ガスの流量を増加させるか、または(iii)原料ガスの流量を増加させかつ不活性ガスの流量を増加させることにより達成される。実施例において、混合比率はそれが不連続に低減するポイントの前後で一定である。混合比率の変化は断続的に達成される。すなわち、もし混合比率が縦軸で時間が横軸なら混合比率は垂直方向に変化する（つまり、過渡期はない）。他に、混合比率の変化は、ランプアップまたはダウン方法による一定の速度（つまり、線形的変化）で、または連続的に変化する速度（例えば、対数的または指数関数的変化）で達成される。断続的な混合比率の低減が好適であるが、混合比率の低減に関して８通りの組合せがある。
【表１】
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【００２６】
RF電力は第１及び第２工程を通じて連続的に反応チャンバへ印加される。他の条件は第１及び第２工程を通じて同一のままである。すなわち、実施例において、第２工程は実際の成膜用の材料ガスが十分に供給されない成膜条件の下で実行される。
【００２７】
実施例において、不活性ガスに対する原料ガスの混合比率は、低減前（第１工程）は好適に約１／１から約１／３（１／２及びその間の任意の値を含む）であるが、他の実施例では１／０.５〜１／５の範囲が使用される。
【００２８】
実施例において、低減後（第２工程）の不活性ガスに対する原料ガスの混合比率は好適に約１／５から約１／１００であり、他の実施例ではゼロに近い（１／１０、１／２０、１／３０、１／４０、１／５０、１／８０、１／２００、１／５００、１／１０００、及びその間の任意の値を含む）。他の実施例において、低減後の不活性ガスに対する原料ガスの混合比率は約ゼロである。好適には、不活性ガスの流量は連続的または断続的に増加し、それにより材料ガスの流量は徐々にゼロまで減少する（すなわち、連続的な低減または所与の速度の低減）。上記において、低減後の混合比率は第２工程での最終的な混合比率を意味する。
【００２９】
原料ガスは、これらに限定されないが、テトラメチルシラン、トリメチルシラン及びジビニル-ジメチルシランのような有機シランを含む。不活性ガスは、これらに限定されないが、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノンまたはクリプトンを含む。
【００３０】
実施例において、さらに方法は、膜形成前（第１工程前）に、ランプアップ法により所定の混合比率に達するまで原料ガス流量及び不活性ガス流量がゼロから増加するところの、反応空間を安定化する工程を含む。
【００３１】
また、RF電力は低周波電力及び高周波電力から成る。ある実施例において、低周波電力は２MHz以下の周波数を有する電力であり、高周波電力は２MHz以上の周波数を有する電力である。他の実施例において、低周波電力は約１０Wから約６００Wの範囲（５０W、１００W、２００W、３００W、４００W、５００W、及びその間の任意の値を含む）で印加され、高周波電力は約１００Wから約２００Wの範囲（２００W、５００W、７００W、１０００W、１５００W、及びその間の任意の値を含む）で印加され、低周波電力は高周波電力より小さい。
【００３２】
ある実施例において、硬化させるための時間間隔（第２工程）は、約２０nmから約１００nmの厚さを有する未硬化シリコンカーバイド膜あたり約５秒から約１０秒である。時間間隔は膜厚、成膜反応の完成度等に依存して変化する。厚さ１０nmあたりの時間間隔は約０.５から５（１、２、３、４及びその間の任意の値を含む）秒である。膜厚はこれに限定されないが膜の使用目的に応じて１０〜１０００nmの範囲である。
【００３３】
混合比率の低減前の原料ガスの流量及び不活性ガスの流量はそれぞれ約１００sccmから約１０００sccm及び約１００sccmから約３０００sccmである。
【００３４】
シリコンカーバイド膜はエッチストップ層、ハード膜、キャップ層、またはその他のさまざまな目的用の膜として使用される。
【００３５】
他の態様において、本発明はプラズマCVDにより半導体基板上にシリコンカーバイド膜を形成する方法を与え、当該方法は、(I)シリコン、炭素及び水素を含む所与流量の原料ガス及び所与流量の不活性ガスを反応チャンバ内に導入し、反応チャンバ内の反応空間へ高周波電力を印加することにより、反応チャンバ内に配置された半導体基板上に約４.０以上の誘電率を有する未硬化シリコンカーバイド膜を形成する工程と、(II)反応空間に高周波電力を連続的に印加しながら不活性ガスに対する原料ガスの混合比率を断続的または連続的に低減させその後維持することにより約４.０以下の誘電率を有するシリコンカーバイド膜を硬化させる工程と、から成る。
【００３６】
上記において、混合ガスの低減は、(i)原料ガスの流量を減少させるか、(ii)不活性ガスの流量を増加させるか、または(iii)原料ガスの流量を減少させると同時に不活性ガスの流量を増加させることにより達成される。また、混合比率は混合比率の不連続な低減ポイントの前後で一定である。シリコンカーバイド膜はエッチストップ膜である。
【００３７】
他の実施例において、第１工程で、原料ガス及び不活性ガスに加え、水素ソースガスのような他の添加ガスが目的のシリコンカーバイド膜の種類に応じて反応チャンバ内に導入される。水素ソースガスを添加することにより、生成されたシリコンカーバイド膜は低リーク電流及び圧縮応力とともに低誘電率を有する。生成されたシリコンカーバイド膜のリーク電流及び誘電率は、膜中の炭素濃度及び反応チャンバ内に導入されるテトラメチルシランのような原料ガス及び不活性ガスの流量に直接関係する。ある実施例において、シリコンカーバイド膜中の炭素濃度はリーク電流を特定的に減少させるように水素ソースガス流量を制御することによって約１５から約３０原子％（好適には、約２０から約２５原子％）の範囲に制御される。
【００３８】
上記において、水素ソースガス流量は、水素ソースガス流量を原料ガス流量と同期させることにより、または材料ガス流量とは独立に第１工程のものから水素ソースガスを減少させることにより第２工程において変更される。ある実施例において、水素ソースガス流量は第２工程の終わりにほぼゼロまで減少する。
【００３９】
水素ソースガスが使用されるところの態様において、プラズマCVDにより半導体基板上にシリコンカーバイド膜を形成する方法は、(A)シリコン、炭素及び水素を含む原料ガス、水素ソースガス並びに不活性ガスを、原料ガス、水素ソースガス及び不活性ガスの所定の混合比率で反応チャンバ内に導入する工程と、(B)該混合比率で反応チャンバ内部の反応空間へ高周波電力を印加し、それによって半導体基板上に未硬化シリコンカーバイド膜を形成する工程と、(C)水素ソースガス流量が工程(B)のものより減少するところの混合比率で反応空間へ高周波電力を連続的に印加し、それによって未硬化シリコンカーバイド膜よりも低い誘電率を与えるようシリコンカーバイド膜を硬化させる工程と、から成る。上記方法において、水素ソースガス流量はその流量を原料ガス流量と同期させるかまたは以下のように流量を独立に制御することによって工程(C)（第２工程）において変更される。
【表２】
2005117052.tif 000004
【００４０】
ある実施例において、水素ソースガス流量は、第１工程において約１０sccmから約５０００sccm（２０、３０、５０、１００、２００、３００、５００、１０００、２０００、３０００sccm及びその間の任意の値を含み、好適には約２０sccmから約１０００sccm、より好適には約２０sccmから約５００sccm）であり、第２工程において約０sccmから約１０００sccm（１０、２０、３０、５０、１００、２５０、５００、７５０sccm及びその間の任意の値を含み、好適には約０sccmから約５００sccm、より好適には約０sccmから約２５０sccm、さらに好適には約０sccmから約３０sccm）であり、第２工程の流量が第１工程の流量より小さい。ある実施例において、水素ソースガス流量は原料ガス流量の約１０％から約１００％（２０％、３０％、５０％及びそれの間の任意の値を含む）である。
【００４１】
水素ソースガスはこれに限定されないが、メタン及びエタンのような炭水化物ガス及び水素ガスを含む。水素ガス以外の水素ソースガスを使用する際、その流量は水素含量に基づいて決定される。
【００４２】
水素ソースガスを使用しないプラズマCVDに適用される条件は水素ソースガスを使用するプラズマCVDに適用される。例えば、RF電力は低周波電力及び高周波電力から成る。低周波電力は全電力の約５０％以下（１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％及びその間の任意の値を含む）である。第２工程はシリコンカーバイド膜の種類及びその厚さに応じて約５秒から約１０秒間実行される。ある実施例において、第１工程の時間間隔が約１０秒から約１００秒（２０、３０、６０、８０秒及びその間の任意の値を含む）であるのに対し、第２工程の時間間隔は約１秒から約５０秒の範囲（５、１０、２０、３０秒及びその間の任意の値を含む）であり、第２工程は第１工程より短い。
【００４３】
以下の条件は水素ソースガスを使用しないプラズマCVDに対して使用されるが、水素ソースガスを使用するプラズマCVDにも適している。本発明はそれに限定されない。
(1)高周波RF電力は約１３MHzと約３０MHzの間の周波数を有し、約２００ワットと約１０００ワットの間の電力を有する。低周波RF電力は約１００kHzと約５００kHzの間の周波数を有し、約５０ワットと約５００ワットの間の電力を有する。
(2)全RF電力に対する低周波RF電力の比率は約０.５以下である。
(3)電極表面の平均電力は実質的に一定である。
(4)シリコン及び炭素ソースガス（原料ガス）は、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、またはジビニル-ジメチルシランのいずれかである。
(5)不活性ガスは、ヘリウム、アルゴン、またはクリプトンのいずれかである。
(6)水素ソースは、メタン(CH4)または水素(H2)のいずれかまたは両方である。
(7)第１工程における不活性ガスに対するシリコン及び炭素ソースガスの比率は約１：１と約１：１５の間である。
(8)シリコン及び炭素ソースガスは約２００sccmと約５００sccmの間の流量で反応空間内に与えられる。
(9)基板は約２００℃と約４００℃の間の温度に加熱される。
(10)基板は約３２０℃と約３５０℃の間の温度に加熱される。
(11)反応空間は約３００Paと約１０００Paの間の圧力に維持される。
(12) 反応空間は約５００Paと約８００Paの間の圧力に維持される。
(13)シリコンカーバイド膜形成は、i)TMS、H2、Heを流しかつRF電力を印加することにより基板上にベース膜が形成されるところのベース膜形成工程（第１工程）と、ii)ベース膜形成工程後に、プラズマ放電を変更することなくHe流量が増加しTMS及びH2流量が減少するような第２成膜工程が連続して実行されるところの活性プラズマ処理工程（第２工程）と、から成る。
(14)膜形成は活性プラズマ処理工程の間続く。
(15)Heは不活性ガスとして使用され、活性プラズマ処理工程の間その流量は約１５００sccmから３０００sccmの流量まで増加する。
(16)H2ガスは水素ソースガスとして使用され、活性プラズマ処理工程の間その流量は約３０sccmから０sccmの流量まで減少する。
(17)TMS（テトラメチルシラン）が原料ガスとして使用され、活性プラズマ工程中のその流量は約１００sccmから０sccmの流量へ減少する。
(18)He、TMS及びH2が使用され、活性プラズマ処理中、プラズマ放電を変更することなく、それらの流量はそれぞれ増加、減少及び減少する。
(19)プラズマ処理工程としてここに記載された第２工程の時間間隔は、５秒から１０秒の間である。
(20)活性プラズマ処理工程中、全電力に対する低周波RF電力の比率はベース膜形成工程中のものと実質的に同じであり、０.５より低い。
(21)活性プラズマ処理工程中の圧力はベース膜形成工程中のものと実質的に同じであり、約５００Paから約８００Paの間の圧力に維持される。
(22)当該シリコンカーバイド層は約４.０より低い誘電率を有する。
(23)当該シリコンカーバイド層は圧縮膜応力を有する。
(24)当該シリコンカーバイド層は１MV/cmの電場で１×１０−９A/cm2以下のリーク電流を有する。
(25)当該シリコンカーバイド膜はエッチストップ層である。
(26)当該シリコンカーバイド膜はハード膜である。
【００４４】
本発明は上記方法に限定されず、プラズマCVDにより半導体基板上に配線を形成するための方法である他の態様を含み、当該方法は、(a)シリコン、炭素、酸素及び水素並びに付加的に不活性ガスを含むガスを使用してプラズマCVDにより半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、(b)上記方法のいずれかに従い絶縁膜上にシリコンカーバイド膜をエッチストップ層として形成する工程と、(c)基板を銅配線用のエッチングにさらす工程と、から成る。上記において、絶縁膜はSi-C-O-H材料から製造され、エッチストップ層はSi-C-H材料から作られている。
【００４５】
また、本発明の他の態様において、銅層と接触する膜を含む層間構造を半導体基板上に製造するための方法は、(i)半導体基板上に多重層を形成する工程と、(ii)多重層を層間結合するための穴をエッチングにより形成する工程と、(iii)穴の中に銅を蒸着させる工程と、(iv)多重層の頂部から余分な銅を除去する工程と、(v)上記いずれかの方法に従い、多重層の頂部にシリコンカーバイド膜を蒸着し、それによって銅がシリコンカーバイド膜により覆われる、ところの工程と、から成る。
【００４６】
ある実施例において、工程(i)の多重層は基板上に順に積層された下部エッチストップ層、下部低誘電率層、中間エッチストップ層、上部低誘電率層及び上部エッチストップ層から成り、工程(ii)の穴は上部エッチストップ層の頂上にレジストを形成し、該レジストを使って多重層をエッチングすることによりビアホール及びトレンチを形成することにより製造され、工程(iv)で余分な銅を除去する際にレジスト及び上部エッチストップ層が除去される。上記において、下部エッチストップ層、中間エッチストップ層、及び上部エッチストップ層が上記いずれかの方法に従い形成される。ある実施例において、所望のまたは目的とする層間結合構造が形成されるまで、上記工程(i)から(iv)が少なくとも１回繰り返される。
【００４７】
本発明のさまざまな実施例を使って開発されたシリコンカーバイド膜(SiC)のようなエッチストップ層及び銅拡散バリア層の主な特性は実施例において以下のとおりである。
a)誘電率は４.０以下である。
b)膜応力は圧縮性である。
c)２０℃から３０℃の間の温度で空気に直接さらされても、膜応力の変化または膜誘電率の変化のような膜特性の変化は観測されない。
d)リーク電流は１MV/cmで１×１０−９A/cm2以下と非常に低い。
e)SiOC（中間絶縁膜として）に対するSiCのエッチ選択性は５以上である。
【００４８】
水素ソースガスを使用する本発明の好適実施例にしたがって、集積回路製造処理に使用するための圧縮応力を有する低誘電率、低リーク電流シリコンカーバイド膜を形成する方法が与えられる。シリコンカーバイド膜は、ジビニルジメチルシラン(Si(CH=CH2)2(CH3)2)、トリメチルシラン(SiH(CH3)3)、及びTMSと呼ばれるテトラメチルシラン(Si(CH3)4)のようなアルキルシリコン化合物、水素ガス(H2)及びメタンのような水素の実質的なソース、並びにアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、クリプトン(Kr)、ネオン(Ne)及びキセノン(Xe)のような不活性ガスを電場の存在するプラズマCVDリアクタ内へ導入することにより半導体基板上に蒸着される。
【００４９】
高周波RF電力は１３.５６MHzから３０MHzの範囲であり、低周波RF電力は２００kHzから５００kHzの範囲であり、全電力に対する低周波の比率は約０.５以下であるところの高及び低周波混合RF電力が電場を生成する。本発明におけるシリコンカーバイド膜のリーク電流及び誘電率は過剰な量のテトラメチルシラン及び不活性ガスを導入することにより減少する。
【００５０】
上記したように、本発明はさまざまな実施例及び態様を含み、さまざまな方法で使用される。
【００５１】
本発明は図面を参照してさらに詳細に説明される。図１は本発明の実施例に従う半導体基板上にシリコンカーバイド膜を蒸着する方法に使用されるプラズマCVD装置の略示図である。プラズマCVD装置（プラズマ強化CVD、PECVD）1は、反応チャンバ2、反応チャンバ内に与えられ半導体基板を載置するためのサセプタ3、サセプタ3と対向して設置され半導体基板9へ均等に反応ガスを噴射するためのシャワーヘッド4から成る。
【００５２】
反応チャンバ2の側壁には、反応チャンバを排気するための排気口20が与えられ、それは配管19を介して真空ポンプ（図示せず）へ接続される。排気口20と真空ポンプとの間には、反応チャンバ2内部の圧力を調整するためのコンダクタンス調整バルブ21が設置されている。コンダクタンス調整バルブ21は圧力制御器22を介して反応チャンバ内部の圧力を測定するための圧力計23へ電気的に接続されている。
【００５３】
付加的に、反応チャンバ2の側壁には、開口部28が与えられる。開口部28はゲートバルブ30を通じて反応チャンバ2へ半導体基板9を搬入または搬出するための搬送チャンバ（図示せず）に接続される。
【００５４】
サセプタ3の下には、半導体基板9を加熱するためのアルミニウム合金ヒータ5が与えられる。アルミニウム合金ヒータ5内部には、抵抗加熱型シースヒータ24及び熱電対25が埋設され、半導体基板9の温度を所与の温度に制御するための温度制御器26に接続される。サセプタ3及びアルミニウム合金ヒータ5はプラズマ放電用の一方の電力を形成するよう接地27される。サセプタ3及びアルミニウム合金ヒータ5の代わりに、セラミックヒータが使用されてもよい。この場合、セラミックヒータは半導体基板を直接保持するためのサセプタとしても使用される。セラミックヒータは、抵抗加熱型ヒータを焼結によって基体に内蔵させることにより製造されたセラミック基体から成る。セラミック基体の材料として、フッ素または塩素活性種に対して耐性を有するセラミック窒化物または酸化物が使用される。好適には、セラミック基体は窒化アルミニウムから成るが、酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウムであってもよい。
【００５５】
反応チャンバ2内で、シャワーヘッド4はサセプタ3に対向する位置に設置される。シャワーヘッド4の下面4’には、半導体基板9へガスを均等に噴射するための直径約０.５mmから約１.０mmの細孔（図示せず）が約１０００個から約５０００個設けられている。シャワーヘッド4は好適にはマッチング回路10を介して高周波発振器(8,8’)へ電気的に接続され、プラズマ放電のもう一方の電極として機能する。ここで、高周波発振器をサセプタ3へ接続し、シャワーヘッド4を接地してもよい。高周波発振器(8,8’)は、１３MHzまたはそれ以上（通常の工業的実施において、１３.５６MHzまたは２７.１２MHz）及び１００kHzから１MHz（好適には、３００kHzから４００kHz）の２種類の高周波電力を生成する。この２種類の高周波電力はマッチング回路10内で合成され、シャワーヘッド4へ印加される。シャワーヘッド4から半導体基板上の反応空間へ供給される反応ガス（原料ガス及び不活性ガスから成るガス）はシャワーヘッド4に印加される高周波電力により形成されるプラズマ放電により励起されかつ分解され、半導体基板9上に薄膜を蒸着させる。
【００５６】
シャワーヘッド4の上面の中心付近には、ガス導入口29が設けられている。ガス導入口29には配管6が結合されている。配管6の上流側にはバルブ7を介して遠隔プラズマチャンバ17が結合されている。また配管18が遠隔プラズマチャンバ17へ結合されている。配管18の上流側には、バルブ15及び質量流量制御器14が結合されている。配管18の端部はクリーニングガス流入口16として形成される。クリーニングガスの種類に従い、ガス流入口16の数が決定される。質量流量制御器14により所与の流量に制御された流量でガス流入口16から供給されたクリーニングガスは、反応チャンバ2内部を清浄にするべく遠隔プラズマチャンバ17内で活性化される。
【００５７】
配管6のガス導入口29とバルブ7との間の位置にバルブ11を介して配管12が結合されている。配管12の上流側には、バルブ15及び質量流量制御器14が結合されている。配管12の端部は原料ガス流入口13として形成される。反応ガスの種類に応じて、ガス流入口13の数が決定される。質量流量制御器14により所与の流量に制御されたそれぞれの流量でガス流入口16から供給されたさまざまなガスは、配管12及び配管6を通じて流れながら混合され、ガス導入口29を介してシャワーヘッド4へ供給される。
【００５８】
本発明の他の好適実施例において、シリコンソース、炭素ソース、水素ソース及び不活性ガスを含む混合ガスをプラズマ強化化学気相成長(PECVD)チャンバ内で反応させることによりシリコンカーバイド層が形成される。処理装置の詳細は図１に示されている。
【００５９】
ある実施例において、水素ソースガスを使用するプラズマCVDは、これに限定されないが、水素ソースガスの使用を除く以下の条件を使用する（以下の条件及び材料は水素ソースガスが無いプラズマCVDにおいて使用されるものである）。
【００６０】
シリコン及び炭素ソース（材料ガス）は、一般式SixCyHzを有するアルキルシリコン化合物であり、ここでｘは１または２の整数、ｙは１から６の整数、ｚは６から２０の整数である。例えば、とりわけジビニルジメチルシラン、トリメチルシラン及び／またはテトラメチルシランがアルキルシリコン化合物として使用される。水素ソースはテトラメチルシラン(TMS)及び／または水素ガス(H2)である。不活性ガスとして、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、ネオン(Ne)、クリプトン(Kr)及び／またはキセノン(Xe)が使用される。
【００６１】
一般に、２００mmシリコンウエハ上にシリコンカーバイド膜を形成する蒸着処理パラメータは、約２００℃から約４００℃（好適には３００℃から３８０℃）の基板温度範囲、約３００Paから約１０００Paのチャンバ圧力、約１００sccmから約１０００sccmの流量のアルキルシリコン化合物、約１０sccmから約１０００sccmの流量の水素ソース、約２００sccmから約５０００sccmの流量の不活性ガスを含む。このパラメータによるアルキルシリコン化合物に対する不活性ガス流量の比率は、約１：１から約１：１０の範囲である。処理は、約１００ワットから２０００ワットの範囲の電力と約１３MHzから３０MHz（高周波）の範囲の周波数を有する第１RF電力、及び約５０ワットから５００ワットの範囲の電力と約１００kHzから５００kHz（低周波）の範囲の周波数を有する少なくとも第２RF電力を含む。したがって、全電力に対する低周波電力の比率は約０.５以下であり、RF電源は電場を生成する。好適には、第１RF電力は約３００ワットから約１０００Wの範囲であり、第２RF電力は５０Wから２５０Wの範囲である。好適には、約３００kHzから約４５０kHzの周波数を有する第２RF電力が第１RF電力と組み合わせて使用される。
【００６２】
全混合周波数電力に対する第２RF電力の比率は好適には約０.５から１.０より低い。上記処理パラメータは、チャンバ内の２００mm基板上へ蒸着を実行する際に、約１００nm/minから約３５０nm/minの範囲のシリコンカーバイド層の蒸着速度を与える。
【００６３】
シリコンカーバイド膜形成工程及びパラメータは以下に詳細に説明される。
【００６４】
本発明に従い基板上にシリコンカーバイド膜を成長させる処理の例として、表３から５に記述されたパラメータが使用される。
【表３】
2005117052.tif 000005
【表４】
2005117052.tif 000006
【表５】
2005117052.tif 000007
【００６５】
本発明の実施例に従い半導体基板上にシリコンカーバイド膜を形成する方法が以下に説明される。図２は本発明に従いシリコンカーバイド膜を形成する方法に使用される蒸着制御シーケンスの好適実施例を示す。シーケンスAは、反応ガス導入工程(34,35)、蒸着工程(31,32)及びパージ工程36から成る。
【００６６】
反応ガス導入工程は不活性ガス導入工程34及び原料ガス導入工程35から成る。半導体基板9が反応チャンバ2内に搬入され、所与の温度（好適には、約３００℃から約４００℃、より好適には約３２０℃から約３５０℃）で加熱された後、流量が約１００sccmから約３０００sccmの範囲内に制御された不活性ガス（好適にはヘリウム）が不活性ガス導入工程34で反応チャンバ2内に導入される。ヘリウムの代わりに、不活性ガスとしてアルゴン、ネオン、キセノンまたはクリプトンが使用されてもよい。不活性ガスとしてアルゴンまたはアルゴンとヘリウムの混合ガスを使用することにより、大きい膜応力及び大きい膜密度を有する膜が形成される。不活性ガスの導入とともに、反応チャンバ2内の圧力は約１００Paから約１０００Pa（好適には約４００Paから約７００Pa）の範囲内の所定の値に調整される。続いて、原料ガス導入工程35において、流量が約１００sccmから約１０００sccmの範囲内に制御された原料ガス（好適には、テトラメチルシラン(Si(CH3)4)）が反応チャンバ2内に導入される。ここで、原料ガスとして、トリメチルシランが使用されてもよい。反応ガス導入工程において、導入される原料ガスに対する不活性ガスの比率は好適には約１から約３である。反応ガスが反応チャンバ内に導入される際、設定された時間間隔でゼロから所定の値まで流量をランプアップする方法が適応される。これは、急激なガス流入により生じる反応チャンバ内の圧力上昇のためパーティクルが浮遊し、半導体基板9に付着することを防止するためである。
【００６７】
続く蒸着工程は第１蒸着工程31及び第２蒸着工程32から成る。第１蒸着工程の反応ガスの比率は、約３００sccmから約１５００sccmのHeに対し約２００sccmから約５００sccmのテトラメチルシランが好適であり、約３００sccmから約６００sccmのHeに対し約２００sccmから約５００sccmのテトラメチルシランがより好適である。反応ガス流量及び反応チャンバ内部圧力の安定が確認された後、２７.１２MHz及び４００kHzの２種類のRF電力が約２００Wから約１０００W及び約５０Wから約５００W（好適には、約３００Wから約６００W及び約１００Wから約３００W）の範囲内でそれぞれシャワーヘッド4へ印加される。２７.１２MHzの高周波電力を使用することにより、プラズマによって引き起こされる半導体基板9に対するプラズマダメージ及び帯電を減少させる効果を有する。１３.５６MHzは比較的高い周波数の高周波電力として使用される。第1蒸着工程31の実行時間は、シリコンカーバイド膜の目標膜厚及び蒸着速度（好適には、約１００nm/minから約２００nm/min）から計算された時間に基づいて決定される。第1蒸着工程31で、約４.０から約４.２の誘電率を有するシリコンカーバイドベース膜が半導体基板9上に形成される。このシリコンカーバイドベース膜は従来のシリコンカーバイド膜より低い誘電率を有するが、膜形成反応はまだ終了していないのでその膜特性はそのまま放置されると水分または酸素を吸収しまたはそれと反応して変化する。その結果、真剣に調査を遂行した後、本発明の発明者らは第１工程に続いて以下に説明する第２蒸着工程を実行することによりこれらの問題を解決する方法を見出した。
【００６８】
第２蒸着工程32は第１蒸着工程31の次に実行される。第２蒸着工程32において、印加される高周波電力及び反応チャンバ圧力は第１工程と同じである。第２工程において、Heの流量は一定流量に維持されているが、テトラメチルシランの流量のみが約２０sccmから約６００sccmの範囲まで断続的に減少する。第２蒸着工程32において、テトラメチルシランに対するHeの比率は約５またはそれ以上（好適には約５から約１５）である。第２蒸着工程32の実行時間は少なくとも３秒であり、シリコンカーバイド膜の典型的に必要な膜厚である約２０nmから約１００nm（ある場合、約３０nmから約１００nm）の膜厚に対して実行時間は好適には約５秒から約１０秒である。したがって、第２蒸着工程32で反応ガスの混合比を変化させることにより蒸着反応を実行させることで、第１蒸着工程31で形成されたシリコンカーバイド膜の反応は成就し、膜特性の経時変化は停止する。
【００６９】
第２蒸着工程32が完了した後、シャワーヘッド4への高周波電力の印加はパージ工程36で停止され、同時にテトラメチルシランの供給も停止される。Heガスは連続的に反応チャンバ2内へ供給され、残留テトラメチルシランまたはその分解生成物の揮発性成分は反応ガスの外部へ排気される。
【００７０】
図３は本発明に従うシリコンカーバイド膜を製造する方法で使用される蒸着シーケンスの他の実施例を示す。シーケンスBは、反応ガス導入工程(34,35)、蒸着工程(31,40)及びパージ工程36から成る。反応ガス導入工程及びパージ工程は図２に示す蒸着シーケンスAと同じであるから、説明を省略する。図３に示される蒸着シーケンスBの蒸着工程は第１蒸着工程31及び第２蒸着工程40から成る。第１蒸着工程31は蒸着シーケンスAの第１蒸着工程31と同じである。蒸着シーケンスBに関して、第２蒸着工程40でテトラメチルシランの流量は一定流量に維持されるが、He流量のみを断続的に増加させることにより、反応ガスの混合比が変化する。特定的に、第１蒸着工程31において、反応ガスの混合比は、約１００sccmから約３０００sccmのHeに対して約１００sccmから約１０００sccmのテトラメチルシランであり、第２蒸着工程40において、混合比は約５００sccmから約１００００sccmのHeに対して約１００sccmから約１０００sccmのテトラメチルシランである。好適には、第１蒸着工程31において、反応ガスの混合比は約３００sccmから約１５００sccmのHeに対して約２００sccmから約５００sccmのテトラメチルシランであり、第２蒸着工程40において、混合比は約１０００sccmから約５０００sccmのHeに対して約２００sccmから約５００sccmのテトラメチルシランである。より好適には、第１蒸着工程31において、反応ガスの混合比は約３００sccmから約６００sccmのHeに対して約２００sccmから約５００sccmのテトラメチルシランであり、第２蒸着工程40において、混合比は約１５００sccmから約３０００sccmのHeに対して約２００sccmから約５００sccmのテトラメチルシランである。第２蒸着工程40において、テトラメチルシランに対するHeの流量比は約５またはそれ以上（好適には約５から約１０である）。
【００７１】
図４は本発明に従うシリコンカーバイド膜を製造する方法で使用される蒸着シーケンスの第３実施例を示す。蒸着シーケンスCは反応ガス導入工程(34,35)、蒸着工程(31,50)及びパージ工程36から成る。反応ガス導入工程及びパージ工程は図２に示す蒸着シーケンスAと同じなので、説明を省略する。図４に示される蒸着シーケンスCの蒸着工程は第１蒸着工程31及び第２蒸着工程50から成る。第１蒸着工程31は蒸着シーケンスAの第１蒸着工程31と同じである。蒸着シーケンスCに関して、第２蒸着工程50でテトラメチルシランの流量を断続的に減少させ同時にHeの流量を断続的に増加させることにより、反応ガスの混合比が変化する。特定的に、第１蒸着工程31において、反応ガスの混合比は、約１００sccmから約３０００sccmのHeに対して約１００sccmから約１０００sccmのテトラメチルシランであり、第２蒸着工程50において、混合比は約５００sccmから約１００００sccmのHeに対して約２０sccmから約６００sccmのテトラメチルシランである。好適には、第１蒸着工程31において、反応ガスの混合比は約３００sccmから約１５００sccmのHeに対して約２００sccmから約５００sccmのテトラメチルシランであり、第２蒸着工程50において、混合比は約１０００sccmから約５０００sccmのHeに対して約３０sccmから約１００sccmのテトラメチルシランである。より好適には、第１蒸着工程31において、反応ガスの混合比は約３００sccmから約６００sccmのHeに対して約２００sccmから約５００sccmのテトラメチルシランであり、第２蒸着工程50において、混合比は約１５００sccmから約３０００sccmのHeに対して約３０sccmから約５０sccmのテトラメチルシランである。第２蒸着工程50において、テトラメチルシランに対するHeの流量比は約１６またはそれ以上（好適には約３０から約６０である）。
【００７２】
図５は本発明に従うシリコンカーバイド膜を製造する方法で使用される蒸着シーケンスの第４実施例を示す。蒸着シーケンスDは反応ガス導入工程(34,35)、蒸着工程(31,60)及びパージ工程36から成る。反応ガス導入工程及びパージ工程は図２に示す蒸着シーケンスAと同じなので、説明を省略する。図５に示される蒸着シーケンスDの蒸着工程は第１蒸着工程31及び第２蒸着工程60から成る。第１蒸着工程31は蒸着シーケンスAの第１蒸着工程31と同じである。蒸着シーケンスDに関して、第２蒸着工程60でHeの流量は一定流量に維持されるが、テトラメチルシランの流量を連続的に所定の速度でゼロまで減少させることにより、反応ガスの混合比が変化する。特定的に、第１蒸着工程31において、反応ガスの混合比は、約１００sccmから約３０００sccmのHeに対して約１００sccmから約１０００sccmのテトラメチルシランであり、第２蒸着工程60において、Heの流量は一定流量に維持されるが、テトラメチルシランの流量はゼロまで減少する。好適には、第１蒸着工程31において、反応ガスの混合比は約３００sccmから約１５００sccmのHeに対して約２００sccmから約５００sccmのテトラメチルシランであり、第２蒸着工程60において、Heの流量は一定流量に維持されるが、テトラメチルシランの流量はゼロまで減少する。より好適には、第１蒸着工程31において、反応ガスの混合比は約３００sccmから約６００sccmのHeに対して約２００sccmから約５００sccmのテトラメチルシランであり、第２蒸着工程60において、Heの流量は一定流量に維持されるが、テトラメチルシランの流量はゼロまで減少する。第２蒸着工程60において、テトラメチルシランの流量減少速度は第２蒸着工程60の実行時間（少なくとも約３秒、好適には約５秒から約１０秒）及びテトラメチルシランの流量により決定される。
【００７３】
図６は本発明に従うシリコンカーバイド膜を製造する方法で使用される蒸着シーケンスの第５実施例を示す。蒸着シーケンスEは反応ガス導入工程(34,35)、蒸着工程(31,70)及びパージ工程36から成る。反応ガス導入工程及びパージ工程は図２に示す蒸着シーケンスAと同じなので、説明を省略する。図６に示される蒸着シーケンスEの蒸着工程は第１蒸着工程31及び第２蒸着工程70から成る。第１蒸着工程31は蒸着シーケンスAの第１蒸着工程31と同じである。蒸着シーケンスEに関して、第２蒸着工程70でテトラメチルシランの流量を連続的に所定の速度でゼロまで減少させると同時にHeの流量を連続的に所定の速度で増加させることにより、反応ガスの混合比が変化する。特定的に、第１蒸着工程31において、反応ガスの混合比は、約１００sccmから約３０００sccmのHeに対して約１００sccmから約１０００sccmのテトラメチルシランであり、第２蒸着工程70において、テトラメチルシランの流量はゼロまで減少するがHeの流量は約５００sccmから約１００００sccmまで増加する。好適には、第１蒸着工程31において、反応ガスの混合比は約３００sccmから約１５００sccmのHeに対して約２００sccmから約５００sccmのテトラメチルシランであり、第２蒸着工程70において、テトラメチルシランの流量はゼロまで減少するがHeの流量は約１０００sccmから約５０００sccmまで増加する。より好適には、第１蒸着工程31において、反応ガスの混合比は約３００sccmから約６００sccmのHeに対して約２００sccmから約５００sccmのテトラメチルシランであり、第２蒸着工程70において、テトラメチルシランの流量はゼロまで減少するがHeの流量は約１５００sccmから約３０００sccmまで増加する。第２蒸着工程70において、テトラメチルシランの流量減少速度及びHeの流量増加速度は第２蒸着工程70の実行時間（少なくとも約３秒、好適には約５秒から約１０秒）及び第１蒸着工程のテトラメチルシラン及びHeの流量により決定される。
【００７４】
上記それぞれのシーケンスの流量はシリコンカーバイド膜を２００mmシリコン基板上に蒸着する場合に適応される。しかし本発明に従う方法の適用は２００mmシリコン基板に限定されない。当該方法が他のサイズの基板に適用される際、反応ガスの流量は変化するが、反応ガスの混合比はそれぞれのシーケンスに記載されたものと同じである。
【００７５】
図８は水素ソースガスを使用する本発明の他の実施例を示す。２００mmウエハ上にシリコンカーバイド層を蒸着するために、テトラメチルシラン(TMS)のような反応ガスソース及び水素ガス(H2)のような実質的な水素のソースが反応空間内に導入される。ヘリウムは不活性ガスとして使用される。半導体ウエハが反応チャンバ内に搬入され、所与の温度に加熱された後、He導入工程46で不活性ガスであるヘリウムが約１００sccmから約３０００sccmの範囲内の所定の流量で反応チャンバ内に導入され、約３００Paから約１０００Paの範囲内の所定の値に反応チャンバ49内部の圧力を制御する。TMS、H2導入工程47において、TMS50は約２００sccmから約５００sccmの範囲内の所定の流量で反応チャンバに導入され、H2は約１０sccmから約１０００sccmの範囲内の所定の流量で反応チャンバに導入される。He、H2及びTMSを導入するために、所定の時間フレームの間特定の速度でゼロから所与の値までそれぞれのガス流量が増加するところのランプアップ法が適応される。この方法は反応チャンバ内のパーティクルが浮遊し半導体基板に付着するのを防止するために使用される。そのような現象は反応チャンバ内へ大量のガスが流入することにより生じる圧力上昇により引き起こされる。
【００７６】
この実施例において、TMS、H2及びHeを含むガス流が工程53に示されるように安定化すると、２７.１２MHzの周波数を有するRF電力が約２００Wから約１０００Wの範囲で印加され、４００kHzの周波数を有するRF電力が約５０Wから約５００Wの範囲で印加される。上記工程を実行することにより、シリコンカーバイド膜が形成される。
【００７７】
この実施例において、シリコンカーバイド膜蒸着工程は２つの工程に分割される。第１に、図８に示されるようにTMS、H2、Heを流しかつRF電力を印加することにより基板上にベース膜が形成される（TMS＝３００sccm、H2＝５０sccm、He＝４００sccm、４００Wで２７.１２MHz、９５Wで４００kHz、基板温度＝３２０℃、チャンバ圧力＝７２０Pa）。第２に、活性プラズマ処理工程が実行される。ベース膜形成工程の後、連続して第２膜形成工程が実行される。この工程において、ヘリウム流量は増加するがTMS流量及びH2流量はプラズマ放電を変化させることなく減少する。この実施例において、原料ガス流量は断続的に減少しないので、活性プラズマ処理中も膜形成が続けられる（TMS＝０sccmまでランプダウン、H2＝０sccmまでランプダウン、He＝２.５slmまでランプアップ、４００Wで２７.１２MHz、９５Wで４００kHz、基板温度＝３２０℃、チャンバ圧力＝７２０Pa）。
【００７８】
ベース膜形成工程のみにより蒸着されたシリコンカーバイド膜は安定ではなく、室温で空気に晒されると膜応力及び誘電率が変化する。これは表面層の酸化によるものである。SiCのような炭素含有膜の酸化を最小化する方法は米国特許公開第2002/054962A1号に記載されているが、膜特性の変化／改良は観測されていない。また、窒素雰囲気中で１０時間４００℃のアニールを実行すると、膜応力の劇的変化が観測された。応力変化は約４００MPaであり、それは結果的に熱応力安定性が低いことを示している。この実施例の活性プラズマ工程によりシリコンカーバイド膜を安定化する原理は水素ソースガスを使用しないプラズマCVDのものと実質的に同じである。
【００７９】
この実施例の活性プラズマ処理がシリコンカーバイド膜に対して実行されると、膜応力及び誘電率の不安定現象は解決される。また、誘電率及びリーク電流が低下する。
【００８０】
上で蒸着されたシリコンカーバイド膜のベース膜特性が表１２に示されている。また、２０℃から３０℃の室温で空気に晒しても、この膜の誘電率（５％以下）または応力（１０％以下）のいずれも大きな変化は観測されなかった。
【００８１】
さらに、窒素雰囲気中で１０時間の間４００℃でアニールが実行された際、膜応力の非常に小さい変化（５０％以下）が観測された。上記した本発明の実施例に従い蒸着されたシリコンカーバイド膜は良好な熱応力性質を有する。上記したように、圧縮応力を有する導入膜は銅との密着性がよい。膜応力の変化が小さいため、バリア絶縁膜と層間絶縁膜との間の良好な接着性が期待される。シリコンカーバイド膜の１MV/cmで測定されたリーク電流及び誘電率はそれぞれ１×１０−９A/cm2以下及び４.０以下である。したがって、本発明の実施例に従うシリコンカーバイド膜はエッチストップ膜としてばかりでなく銅拡散バリア層としての使用にも適している。
【００８２】
ここで説明されたPECVD処理により蒸着されたシリコンカーバイド膜は、従来のシリコンカーバイド膜に比べ圧縮応力とともに非常に低いリーク電流及び低い誘電率を有する。シリコンカーバイド膜は低及び高周波を混合せずに蒸着されてもよい。しかし、高及び低周波RFの好適な混合は不活性ガスの分子によるシリコンカーバイド膜の衝撃によって生じる悪い膜特性を矯正する。シリコンカーバイド膜中のSi-C結合の比率を増加することにより、膜のより大きな硬度及びより高い弾性率が得られる。
【００８３】
以下の例は本発明に従い蒸着されたシリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。図９Aから９Iは本発明に従い蒸着されたシリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。しかし、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００８４】
最初に、銅(Cu)層31が第１シリコンカーバイド層32で覆われる。この実施例に従うシリコンカーバイド層32は無酸素で低リーク電流及び低誘電率を有するため、銅拡散バリア層として使用するのに最も適した材料であると提案されている。シリコンカーバイド層32を蒸着する前に、表面上に残っている酸化銅を除去することによって銅表面は改善される。典型的に、シリコンカーバイド層32の蒸着前に、水素(H2)、アンモニア(NH3)またはメタン(CH4)プラズマベース還元法が使用される。CMP残留物を除去するこの銅表面還元はPECVDチャンバ内で実行される。
【００８５】
シリコンカーバイド層32の蒸着後、第１層間絶縁膜（この場合SiOC層33）が蒸着される。SiOC層33の蒸着後、第２シリコンカーバイド層34及び第２層間絶縁層（この場合、SiOC層35及びシリコンカーバイド層36）が図９Aに示されるように連続して蒸着される。その後、フォトレジスト37が図９Bに示されるように第３シリコンカーバイド層36の頂上に被覆される。ビアホール及びトレンチを形成するために、あらゆる適当な方法が使用される。以下はその一例である。
【００８６】
ビアホール39はエッチングにより形成される。ビアホールを形成する処理は以下に示される。最初に、フォトレジスト37が図９Bに示されるように除去(38)される。次に、図９Cに示されるように、第３シリコンカーバイド層36から第１シリコンカーバイド層32までビアエッチングが開始される。最後に、第１シリコンカーバイド層32の一部がエッチングされ、金属配線が露出する。
【００８７】
ビア形成後、トレンチのパターニングが開始される。最初に、図９Dに示されるように、フォトレジスト37が除去される。次に、図９Eに示されるように、第３シリコンカーバイド層36から第２シリコンカーバイド層34までをエッチングすることでトレンチ41が形成される。第２シリコンカーバイド層34は第２SiOC層35のエッチングが第１SiOC層33まで達するのを防止する。
【００８８】
TaNまたはTiN42のような銅バリア層がビアホール内に形成され、それは図９Fに示されるようにレジストの頂上を覆う。さらに、図９Gに示されるように、銅シード層43がPVD等により蒸着される。その後、図９Hに示されるように、銅44が電気めっき等によりホール内に蒸着される。CMP等により、銅バリア層42、銅44、レジスト37及び第３シリコンカーバイド層36が除去され、図９Iに示されるように表面45が露出される。
【００８９】
シリコンカーバイド層はデバイスを傷から保護するためのパッシベーション層としても蒸着される。シリコンカーバイド絶縁拡散バリア（DDB）層はSiOC層内への銅の拡散を有効に防止するものとして重要である。これはDDB層が低いリーク電流を有するためである。
【００９０】
従来のシリコンカーバイドバリア層の１MV/cmでのリーク電流及び誘電率はそれぞれ約１×１０−７A/cm2及び５.０であるが、本発明の実施例に従って製造されたシリコンカーバイドバリア層ではそれぞれ約１×１０−９A/cm2以下及び４.０以下である。したがって、従来のシリコンカーバイドバリア層の代わりに上記のように製造されたシリコンカーバイド層を使用すると、２MV/cmの電場で銅の拡散を防止して同じ効果を維持することができる。また、生成されたシリコンカーバイド層は、蒸着中に生成される全周波数に対する低周波の混合比率及びシリコンカーバイド膜を形成するのに使用されるガスの比率に依存して、典型的に約３.２から４.０の比較的低い誘電率を有する。
【００９１】
実施例
発明は以下の実施例を参照して説明される。しかし、発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００９２】
実施例１及び２
従来の方法により蒸着されたシリコンカーバイド膜及び本発明の実施例に従う方法により蒸着されたシリコンカーバイド膜の比較実験が為された。以下の蒸着条件の下でシリコンカーバイド膜が半導体基板（２００mmシリコン基板）上に蒸着された。図１に示されるプラズマCVD装置が蒸着処理に使用された。実施例２を除き反応ガスとしてテトラメチルシラン(TMS)及びヘリウム(He)が使用され、実施例２ではTMS及びArが使用された。
【表６】
2005117052.tif 000008
【表７】
2005117052.tif 000009
【表８】
2005117052.tif 000010
【表９】
2005117052.tif 000011
【表１０】
2005117052.tif 000012
【００９３】
実施例１及び２において、図７に示されたシーケンスFが適用された。すなわち、不活性ガスの流量が断続的に増加し、原料ガスの流量が連続的にゼロまで減少した。他の図と同様に、図７の軸は実際の値と正確に比例してはいない。各処理の時間間隔（秒）は図７に数値で示されている。
【００９４】
実験は、上記した蒸着条件の下で蒸着されたシリコンカーバイド膜の特性を評価するために実行された。以下の特性、すなわち、膜の誘電率、１時間大気中に放置した後の膜応力の変化、膜蒸着後半導体基板を４００℃まで加熱した後の膜応力の変化、１MV/cmの電圧を印加したときのリーク電流値を評価した。表１１は上記蒸着条件の下で蒸着されたシリコンカーバイド膜の特性の評価結果を示す。
【表１１】
2005117052.tif 000013
【００９５】
誘電率の評価結果から、比較例１から３のシリコンカーバイドと比較すると、比較例の誘電率は４またはそれ以上と高いのに対して、本発明に従う方法により蒸着された実施例１及び２のシリコンカーバイド膜は４またはそれ以下の低い誘電率を達成しているのがわかる。
【００９６】
大気中での膜応力の変化の評価結果から、比較例２のシリコンカーバイド膜の場合、圧力の方向へ６５MPaだけ膜応力が変化した結果として膜質が変化したことがわかる。比較例２と比較すると、比較例１及び３のシリコンカーバイド膜の場合、大気中での膜応力の変化は小さく、膜応力は比較的安定であることがわかる。しかし、加熱前後の膜応力の変化に関し、比較例１から３のいずれかのシリコンカーバイド膜では３００MPa以上の膜応力の変化が生じたことがわかる。LSIデバイス用多層配線の製造処理において、半導体基板は約４００℃の環境に晒されるため、互いに接触している膜の境界が剥がれる危険性がある。結果的に、比較例１から３のシリコンカーバイド膜はLSIデバイスでの使用に不適当であると言える。
【００９７】
これに対して、実施例１及び２のシリコンカーバイド膜の場合、大気中での膜応力の変化はほとんどなく、膜は非常に安定であった。さらに、加熱前後の膜応力変化は１００MPaまたはそれ以下であり、比較例の変化に比べ非常に小さかった。これらの結果から、実施例１及び２のシリコンカーバイド膜は非常に安定な内部構造を有することがわかる。
【００９８】
リーク電流値に関して、実施例１及び２は比較例１から３に比べ非常に低いリーク電流を示し、その結果から実施例１及び２のシリコンカーバイド膜は高い絶縁性能を有すると言える。LSIデバイスに適用可能なシリコンカーバイド膜のリーク電流レベルは好適には１MV/cmの電圧印加時に１.０×１０−８A/cm2またはそれ以下である。実施例１及び２のシリコンカーバイド膜はこの条件を満たしている。
【００９９】
参考のために、実施例１の蒸着条件の下で第２蒸着工程を除いたシリコンカーバイド膜の特性が調べられた。結果として、蒸着直後の膜の誘電率は４.０７であり、膜応力は−９８MPaであった。膜が一週間大気中に放置された後に、膜の誘電率は４.１６に変化し、膜応力は−３００MPaに変化した。
【０１００】
実施例３
以下の表１２に示される蒸着条件に従って膜形成が実行された。
【表１２】
2005117052.tif 000014
【０１０１】
蒸着されたシリコンカーバイド層の誘電率及び１MV/cmでのリーク電流はそれぞれ約４.０以下及び１×１０−９A/cm2であり、集積回路内の絶縁材料としての使用に適している。表１２に示された蒸着条件に従って蒸着されたシリコンカーバイド層の誘電率、リーク電流及び膜応力のような膜特性の詳細は表１３に示されている。シリコンカーバイド層の誘電率は、RF電力の混合比率の関数として変化するため調節可能である。特に、全混合電力に対する低周波RF電力の比率が減少するに従い、シリコンカーバイド層の誘電率も減少する。TMSの流量が増加するに従い、シリコンカーバイド層の誘電率は減少する。
【０１０２】
シリコンカーバイド層の誘電率は成膜中の混合ガスの組成の関数として調節可能である。混合ガス中の炭素濃度が増加するに従い、蒸着されるシリコンカーバイド層の炭素含有量が増加し、その結果シリコンカーバイド膜の密度が減少し誘電率が減少する。また、蒸着されるシリコンカーバイド層の炭素濃度が増加するに従い、その膜の疎水性が増加し、その結果その層は集積回路内の水分バリアとしての使用に適する。
【０１０３】
さらに、蒸着されたシリコンカーバイド層は酸素を含有しない。そのような無酸素シリコンカーバイド層は金属拡散を最小化しかつバリア層特性を改善すると思われる。例えば、蒸着されるシリコンカーバイド層は１MV/cmで約１×１０−９A/cm2以下の電流遮蔽能力を有し、それは集積回路配線構造間のクロストークを最小化するのに適している。
【０１０４】
シリコンカーバイド材料のエッチング性能は、RIE（反応性イオンエッチング）モードに基づくSiOCと上記シリコンカーバイドとの間のエッチング選択性が約５から約１０であったことを示す。
【表１３】
2005117052.tif 000015
【０１０５】
上記したように、本発明はさまざまな実施例を含む。ある実施例において、プラズマCVDにより半導体ウエハ上にシリコンカーバイド膜を製造する方法は、所与の流量のシリコン、炭素及び水素を含む原料ガス、所与の流量の不活性ガス及び付加的に水素ソースガスから成るガスを反応チャンバ内に導入する工程と、反応チャンバ内の反応空間へ少なくとも１種類の高周波電力を印加する工程と、少なくとも１種類の高周波電力を印加しながらガス中に含まれる原料ガス、不活性ガス及び付加的な水素ソースガスの混合比率を変化させる工程と、から成る。
【０１０６】
特定的に、混合比率を変化させる工程は、原料ガスの流量のみを断続的に減少させるか、不活性ガスの流量のみを断続的に増加させるか、または原料ガスの流量を断続的に減少させると同時に不活性ガスの流量を断続的に増加させる工程から成る。
【０１０７】
この場合、混合比率の変化後の原料ガスに対する不活性ガスの流量比は約５から約１０である。
【０１０８】
その他として、混合比率を変化させる工程は、原料ガスの流量のみを連続的に減少させるか、不活性ガスの流量のみを連続的に増加させるか、または原料ガスの流量を連続的に減少させると同時に不活性ガスの流量を連続的に増加させる工程から成る。
【０１０９】
この場合において、原料ガスの流用は連続的にゼロまで減少する。
【０１１０】
水素ソースガス流量は原料ガスの有料と同期化することにより、または原料ガス流量と独立に流量を減少させることにより制御される。
【０１１１】
本発明の実施例に従う方法を使って、４またはそれ以下の誘電率を有し、大気中に放置されてもその誘電率及び膜応力は実質的に変化せず安定で、リーク電流が小さく、銅配線用のエッチストップ膜として使用可能なシリコンカーバイド膜が与えられる。
【０１１２】
本発明の実施例に従う方法により蒸着されるシリコンカーバイド膜は、Si、C及びHから成る。このシリコンカーバイド膜はLSIデバイス用の層間絶縁膜として使用される炭素含有シリコン酸化膜(SiCOH)とは化学的組成が異なるため、炭素含有シリコン酸化膜より１０倍遅いエッチング速度でエッチングされる。その結果、設計通りの銅配線用のビアまたはトレンチを形成することが簡単になった。
【０１１３】
水素ソースガスを使用するプラズマCVDにおいて、特に低いリーク電流及び低い誘電率を有するシリコンカーバイド膜が形成される。
【０１１４】
したがって、エッチストップ層及び銅拡散バリア層を形成する方法は、銅ダマシン構造が使用される次世代の１００nm/６５nm-ノード超大規模集積回路(ULSI)技術において効果的に採用される。
【０１１５】
本発明の思想から離れることなくさまざまな修正が可能であることは当業者の知るところである。したがって、本発明の形式は例示に過ぎず、発明の態様を制限するものではないことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】図１は、本発明で使用可能なプラズマCVD装置の略示図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に従うシリコンカーバイド膜を製造するために使用される膜形成制御シーケンス（シーケンスA）を示す。
【図３】図３は、本発明の他の実施例に従うシリコンカーバイド膜を製造するために使用される膜形成制御シーケンス（シーケンスB）を示す。
【図４】図４は、本発明の他の実施例に従うシリコンカーバイド膜を製造するために使用される膜形成制御シーケンス（シーケンスC）を示す。
【図５】図５は、本発明の他の実施例に従うシリコンカーバイド膜を製造するために使用される膜形成制御シーケンス（シーケンスD）を示す。
【図６】図６は、本発明の他の実施例に従うシリコンカーバイド膜を製造するために使用される膜形成制御シーケンス（シーケンスE）を示す。
【図７】図７は、本発明の他の実施例に従うシリコンカーバイド膜を製造するために使用される膜形成制御シーケンス（シーケンスF）を示す。
【図８】図８は、本発明の実施例に従うシリコンカーバイド膜を製造するために使用される水素ガスを使う膜形成制御シーケンスを示す。
【図９Ａ】図９Aは、本発明の実施例に従いシリコンカーバイド層を使ったデュアルダマシン構造の製造シーケンスの一部を示す。
【図９Ｂ】図９Bは、本発明の実施例に従いシリコンカーバイド層を使ったデュアルダマシン構造の製造シーケンスの一部を示す。
【図９Ｃ】図９Cは、本発明の実施例に従いシリコンカーバイド層を使ったデュアルダマシン構造の製造シーケンスの一部を示す。
【図９Ｄ】図９Dは、本発明の実施例に従いシリコンカーバイド層を使ったデュアルダマシン構造の製造シーケンスの一部を示す。
【図９Ｅ】図９Eは、本発明の実施例に従いシリコンカーバイド層を使ったデュアルダマシン構造の製造シーケンスの一部を示す。
【図９Ｆ】図９Fは、本発明の実施例に従いシリコンカーバイド層を使ったデュアルダマシン構造の製造シーケンスの一部を示す。
【図９Ｇ】図９Gは、本発明の実施例に従いシリコンカーバイド層を使ったデュアルダマシン構造の製造シーケンスの一部を示す。
【図９Ｈ】図９Hは、本発明の実施例に従いシリコンカーバイド層を使ったデュアルダマシン構造の製造シーケンスの一部を示す。
【図９Ｉ】図９Iは、本発明の実施例に従いシリコンカーバイド層を使ったデュアルダマシン構造の製造シーケンスの一部を示す。
【符号の説明】
【０１１７】
1  プラズマCVD装置
2  反応チャンバ
3  サセプタ
4  シャワーヘッド
5  ヒータ
6  配管
7  バルブ
8、8’  高周波発振器
9    半導体基板
10  マッチング回路
11  バルブ
12  配管
13  ガス流入口
14  質量流量制御器
15  バルブ
16  ガス流入口
17  遠隔プラズマチャンバ
18  配管
19  配管
20  排気口
21  コンダクタンス調整バルブ
22  圧力制御器
23  圧力計
24  シースヒータ
25  熱電対
26  温度制御器
27  接地
28  開口部
29  ガス導入口
30  ゲートバルブ
【図１】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図９Ｈ】
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【図９Ｉ】
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【外国語明細書】
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