JP2000200784A - 比誘電率の低いナノ多孔性コポリマ―膜 - Google Patents

比誘電率の低いナノ多孔性コポリマ―膜

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板上に比誘電率の低いコポリマー薄
層を形成する方法及び装置。 【解決手段】環状p−キシリレン二量体、p−キシレン、
1,4−ビス(ホルマトメチル)ベンゼン、又は1,4−ビス
(N−メチルアミノメチル)ベンゼンのような固体又は液
体前駆材料からp−キシリレン、又はその誘導体のイン
シチュウ形成が含まれる。p−キシリレンを、コポリマ
ー層が基板上に堆積した後に分散した気泡へ変換される
不安定基を有するコモノマーと共重合する。好ましいコ
モノマーは、ジアゾシクロペンタジエニル基、ジアゾキ
ノイル基、ホルミルオキシ基、又はグリオキシロイルオ
キシ基を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上にポリマー
薄層を形成する方法に関する。更に詳細には、本発明
は、集積回路の製造中にp−キシリレンから低誘電率膜
を形成する装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】集積回路製造においては、デバイスの幾
何は絶えず縮小しており、デバイス間の寄生キャパシタ
ンスの増大が生じる。回路内の同一層又は隣接層上のメ
タル相互接続部間の寄生キャパシタンスは、メタルライ
ン又は相互接続部間のクロストークやデバイスの応答時
間の減少を引き起こす。誘電材料で分けられたメタル相
互接続部間の寄生キャパシタンスを減少させることは、
誘電材料の厚さを増大させるか又は誘電材料の比誘電率
を低下させることにより達成される。しかしながら、誘
電材料の厚さを増大させると、同一メタライズ層又は平
面内の寄生キャパシタンスの問題に対処できない。
【0003】その結果、同一又は隣接層のメタル相互接
続部間の寄生キャパシタンスを減少させるためにはメタ
ルライン又は相互接続部間の材料を現在用いられている
材料、即ち、二酸化シリコン(SiO2)、k≒4.0よりも
低い比誘電率の材料に変えなければならない。
【0004】1995年6月に真空テクノロジーの雑誌に発
表されたJengらの『サブクォーターミクロン用の低誘電
率ポリマーが埋め込まれた平坦化多重レベル相互接続部
計画』には、集積回路構造の密接に配列した導電ライン
又は他の戦略的に重要な領域間に二酸化シリコン(Si
2)の代替品としてパリレンのような低誘電率ポリマー
材料を使用することが記載されている。p−キシリレン
と置換p−キシリレンモノマーに基づく熱可塑性ポリマ
ーやコポリマーの総称であるパリレンは、集積回路に用
いるのに適した物理的、化学的、電気的、及び熱的性質
をもつことがわかった。かかるポリマーの安定な環状二
量体の蒸着分解による堆積に続いて得られた反応性モノ
マーの堆積重合は、ポリマーサイエンスの雑誌: Part
A: PolymerChemistry, Vol. 26, p.2953−2971(1988)に
発表されたAshok K. Sharmaの『周囲温度未満のパリレ
ン−C』に記載されている。低誘電率を含むかかるポリ
マーの性質は、更に、ポリマーサイエンスエンジニアリ
ング事典、Vol. 17, sec. Edit., p. 990−1024(1989)
に発表されたR. Olsonの『キシリレンポリマー』に記載
されている。
【0005】集積回路内に堆積させるためのパリレン膜
が数種開発された。パリレン−Nは、約70〜90℃より低
い基板温度で無置換p−キシリレンから堆積する。パリ
レン−N膜は、典型的には、酸化シリコンや他の半導体
表面に十分に付着しない。更に、パリレン−N膜は、典
型的には、約400℃より高い温度で熱安定性が不十分で
ある。パリレン膜の熱安定性は、p−キシリレンの環状
二量体をフッ素化又は塩素化してパリレン−F膜又はパ
リレン−C膜をつくることにより改良される。しかしな
がら、置換p−キシリレン環状二量体は無置換環状二量
体より高価であり、処理が困難である。更に、膜内のフ
ッ素又は塩素はバイアスが加えられる場合にメタル電気
相互接続部を腐食する。
【0006】パリレン前駆材料として典型的に用いられ
るp−キリリレン環状二量体は、固体として形成され、
環状二量体の形成中は反応成分や他の生成物から分かれ
ている。環状二量体は非常に高価であるが、比誘電率の
低いパリレン膜をつくる制御可能な堆積プロセスを与え
る。環状二量体はp−キシリレン、又はその誘導体から
製造される。
【0007】400℃より高い熱安定性を有し比誘電率が
2.1程度のp−キシリレンコポリマーがTaylorら, Paryle
ne Copolymers, Mat. Res. Soc. Symp., Proc. Vol. 4
76(1997), pp. 197−205に記載されている。p−キシリ
レンはテトラビニルテトラメチルシクロテトラシロキサ
ンのようなコモノマーの存在下に基板上で縮合され、得
られたコポリマー膜はパリレン−N膜より良好な熱安定
性と低い比誘電率をもつと述べられている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】比誘電率が約2.1より
低いp−キシリレンコポリマー膜は集積回路性能につい
て更に改善する。しかしながら、膜をつくるのに有効な
コモノマーは同定されていない。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、続いての処理
中に分散した気泡に変換されるp−キシリレン源と熱的
に不安定な基を有するコモノマー源から比誘電率の低い
誘電層を堆積させる方法及び装置を提供する。特に、p
−キシリレンコポリマーの形成を実質的に援助する条件
において基板上でp−キシリレン、又はその誘導体、と
不安定基を有するコポリマーを縮合する方法及び装置が
提供される。p−キシリレンコポリマーの形成後、堆積
膜は基板温度の制御された上昇により硬化して堆積コポ
リマー膜の硬化中に不安定基を顕微鏡的気泡へ変換す
る。顕微鏡的気泡のコポリマーへの相対容量は、低誘電
率を与える密閉セルフォーム構造を維持するように制御
される。
【0010】コモノマーは、十分な酸素又は窒素を含む
熱的に不安定な基を含み、約200℃より高い温度でガス
状分解生成物を生じる。適切な不安定基としては、下記
の基が挙げられる。 ジアゾシクロペンタジエニル −C53=N=N (N2型) ジアゾキノイル −C63=O(=N=N) (N2, CO型) ホルミルオキシ、及び −O−CH=O (CO, H2型) グリオキシロイルオキシ −O−CO−CH=O (CO, H2型) 堆積したコポリマー膜は、好ましくは徐々に上昇する温
度プロファイルで硬化して不安定基を閉鎖セルフォーム
構造による比誘電率の低いナノ多孔性コポリマーの分散
したガスポケットへ変換する。硬化中、堆積した材料の
温度は約400℃以上に上げられる。好ましいナノ多孔性
コポリマー膜は、比誘電率が約2.0未満である。
【0011】ギャップ埋め込みの好適実施態様において
は、本発明のナノ多孔性p−キシリレンコポリマー層
を、1種以上の反応性シリコン含有化合物と亜酸化窒素
のプラズマ援助反応によりパターンメタル層上に堆積し
た酸化シリコンバリヤ層上に、好ましくは低レベルのパ
ルス高周波電力を用いて堆積させる。コポリマー層を硬
化して分散した気泡を形成した後、コポリマー層は同じ
チャンバ内で更に反応性シリコン含有化合物と亜酸化窒
素の反応によりキャップされてもよい。
【0012】本発明の上記特徴、利点及び目的が得られ
る方法が詳細に理解されるように、上記概要の本発明の
具体的な説明は添付図面に示される実施態様によって行
なわれる。
【0013】しかしながら、添付図面は本発明の典型的
な実施態様を示すものであり、本発明として他の等しく
有効な実施態様に加えられる本発明の範囲を制限するも
のとしてみなされないことは留意すべきである。
【0014】
【発明の実施の態様】本発明は、比誘電率の低いナノ多
孔性p−キシリレンコポリマー層を堆積させる方法及び
装置を提供する。ナノ多孔性層は、p−キシリレン、又
はその誘導体、と熱的に不安定な基を含むコモノマーを
基板上で縮合することにより、及び得られたコポリマー
層を硬化してコポリマー層に一様に分散される顕微鏡的
ガスポケットを形成することにより製造される。顕微鏡
的ガスポケットとコポリマーの相対容量は、硬化後の低
誘電率と低透過率を与える閉鎖セルフォーム構造を維持
するために制御される。ナノ多孔性コポリマー層の比誘
電率は約2.0未満である。
【0015】コモノマーは、十分な酸素又は窒素を含む
熱的に不安定な基を含み、約300℃より高い温度で分解
生成物を形成する。適切な不安定基としては、下記の基
が含まれる。 ジアゾシクロペンタジエニル −C53=N=N (N2型) ジアゾキノイル −C63=O(=N=N) (N2, CO型) ホルミルオキシ −O−CH=O (CO, H2型) グリオキシロイルオキシ −O−CO−CH=O (CO, H2型)。
【0016】堆積したコポリマー膜は、好ましくは徐々
に上昇する温度プロファイルで硬化して不安定基を閉鎖
セルフォーム構造による比誘電率の低いナノ多孔性コポ
リマーの分散したガスポケットへ変換する。硬化中、堆
積した材料の温度は約400℃以上に上げられる。
【0017】1個以上の反応性二重結合と熱的に不安定
な基を含む好ましいコポリマーとしては、下記の成分が
挙げられる。ビス(ジアゾシクロペンタジエニルアリル)
シラン、 (CH2=CH−CH2−)2−Si−(−C53=N=N)2 ジアゾキノイルメチルジアリルシラン、 (CH2=CH−CH2−)2−Si(CH3)−C63(=O)(=
N=N) ジイソプロペニルジホルミルオルトシリケート、 (CH2=C(CH3)−O−)2−Si−(O−CH=O)2 1,3−ビス(アリルジアゾシクロペンタジエニルメチル)
ジシロキサン、
【0018】
【化1】
【0019】ジアリルジグリオキシロイルオキシシラ
ン、 (CH2=CH−CH2−)2−Si−(O−C(=O)−CH=
O)2 1,3−ジアリルテトラホルミルオキシジシロキサン、
【0020】
【化2】
【0021】2,4,6,8−テトラビニルテトラホルミルオ
キシシクロテトラシロキサン、 環状(−Si(−CH=CH2)(−O−CH=O)−O−)4 シクロ−1,3,5−トリス(ビニルメチルシラノ)−2,4,6−
トリス(ホルマトメチレン)、 環状(−Si(−CH=CH2)(−CH3)−CH(−O−C
H=O)−)3 シクロ−1,3,5,7−テトラ(ビニルメチルシラノ)−2,6−
ジオキシ−4,8−ビス(グリオキシロイルメチレン)。 環状(−Si(−CH=CH2)(−CH3)−O−Si(−C
H=CH2)(−CH3)−CH(−O−C(=O)−CH=O)
−)2 かかる化合物は、重合して約40℃より低い温度で多くの
不安定基を保持する成形しやすいコーティング層を形成
する。2種以上のコモノマーの組合わせは、比誘電率、
非親和性、膜応力、及びプラズマエッチング特性のよう
な所望の特性のブレンドを与えるために用いられる。
【0022】堆積したシリコン含有材料は、徐々に上昇
する温度で硬化されて不安定基を閉鎖セルフォーム構造
による比誘電率の低いナノ多孔性コポリマーの分散した
ガスポケットへ変換する。
【0023】ギャップ埋め込みの好適実施態様において
は、本発明のナノ多孔性コポリマーを、パターンメタル
層上に堆積した酸化シリコンバリヤ層上に堆積させる。
酸化シリコンバリヤ層は、好ましくは、メチルシラン又
はジメチルシランと亜酸化窒素のプラズマ援助反応によ
り、好ましくは低レベルの一定又はパルス高周波電力を
用いて堆積した酸化シリコン層である。次に、ナノ多孔
性コポリマー層を同じマルチチャンバクラスタCVD装
置において高周波電力の不在下に堆積させ、次に、上昇
温度プロファイルを用いて、任意により約400℃まで加
熱する。バリヤ層を堆積させるために用いた同じチャン
バにおいて低レベルの一定又はパルス高周波電力を用い
て反応性シリコン化合物と亜酸化窒素の反応により更に
ナノ多孔性コポリマー層がキャップされてもよい。ライ
ナー層とキャップ層は、ナノ多孔性コポリマー層を防止
するバリヤとしての働きをする。
【0024】ライナー層とキャップ層は、反応性シリコ
ン含有化合物のプラズマ援助酸化によって堆積させ得
る。好ましい反応性シリコン含有化合物はジメチルシラ
ンであり、約10W〜約150Wの一定高周波電力、又は約2
0W〜約250Wのパルス高周波電力を用いて堆積させる。
パルス高周波電力は、高いピーク電力レベルを作動させ
るとともに低い電力レベルの非パルス高周波電力と同じ
全電力を入力することができる。ライナー層とキャップ
層に残留する炭素は、低誘電率やバリヤ特性に寄与す
る。残留炭素は、好ましくは、良好な水分バリヤである
疎水性層を与えるために十分なC−H又はC−F結合が
含まれる。
【0025】反応性シリコン含有化合物は、亜酸化窒素
(N2O)のような酸素含有化合物の分解により堆積プロ
セス中に形成される酸素とプラズマ援助反応によりライ
ナー層とキャップ層の堆積中に酸化する。亜酸化窒素は
プラズマ援助を含めずに反応せず、酸素−窒素結合は反
応性シリコン含有化合物の結合より小さいエネルギーで
容易に分解する。酸化した化合物は、半導体基板のパタ
ーン層のような接触表面に付着して堆積膜を形成する。
堆積膜を約300℃〜約450℃、好ましくは約400℃の温度
で硬化して膜のバリヤ特性を安定化する。堆積膜は、バ
リヤ特性を与えるのに十分な炭素含量を有する。炭素含
量は、好ましくは、優れた水分バリヤである疎水性膜を
与えるC−H又はC−F結合が含まれる。
【0026】(好適実施態様の説明)本発明は、基板表面
上に比誘電率の低いコポリマー薄膜を形成する方法及び
装置を提供する。コポリマー膜は、好ましくは、p−キ
シリレン、又はその誘導体から熱的に不安定な基を有す
るコモノマーと共につくられる。p−キシリレン又はそ
の誘導体は、環状二量体の分解又はp−キシリレン前駆
材料の脱水素又は分解によりインシチュウ形成される。
p−キシリレンとコモノマーは、典型的には、堆積チャ
ンバへ同時に導入される。
【0027】本明細書に用いられる『パリレン』という
用語は、p−キシリレン(CH2=C64=CH2)又はp−キ
シリレンの誘導体に基づく熱可塑性ポリマー又はコポリ
マーの総称である。p−キシリレンポリマーは、典型的
には下記式: −(CH2−C64−CH2−)n− (式中、nは分子内モノマーの平均数である。)を有す
る。直接測定していないが、nは典型的なパリレン−N
膜では平均約5,000まで推定されており、パリレン−N
膜は推定数平均分子量約500,000を示す。ポリマーは、p
−キシリレン開始剤の両端でモノマーの添加により成長
し、パリレン分子は容易に同定されない末端基を有す
る。末端基は特性に影響しないと思われる。『パリレ
ン』という用語は、モノマー又はポリマーをハロゲン化
することにより製造されるパリレンポリマーの塩素化又
はフッ素化形態が含まれる。
【0028】パリレンポリマーをつくる典型的な出発材
料は安定な環状二量体、ジ−p−キシリレン、又はハロ
ゲン化誘導体であり、固体として利用できる。二量体
は、典型的には、約100〜約200℃の温度で蒸発又は昇華
してから進行する重合に対して約600〜約1000℃の温度
で反応性モノマーに分解する。二量体は、スペシャルテ
ィコーティング社のような会社から市販されている。通
常、固体二量体は取扱いの容易さから微粒状、例えば、
粉末で利用できる。二量体は、充填床とともに用いられ
るか又は二量体の連続供給を容易にするキャリヤ液体に
液化又は溶解される。
【0029】本発明は、又は副反応生成物の生成を最少
にするのに十分な条件下で、p−キシリレン又はその誘
導体の脱水素、又は適切な前駆材料の分解によりインシ
チュウでp−キシリレン又はその誘導体を形成するステ
ップが含まれる。
【0030】実施態様においては、p−キシリレン又は
その誘導体の脱水素を約400〜約900℃の温度を有する白
金又はパラジウム表面上で約1〜100ミリ秒の滞留時間に
より脱水素する装置及び方法が提供される。他の実施態
様においては、該方法はp−キシリレンとキャリヤガス
を約30〜約500mtorrの全圧で作動させた白金又はパラジ
ウム裏打ち管へ連続導入するステップを与える。加熱蒸
発させたp−キシリレンを触媒表面上で脱水素して管を
出るp−キシリレンを形成する。次に、p−キシリレンと
任意のコモノマーを蒸着において基板上で縮合して厚さ
が約0.05ミクロン〜10ミクロンのパリレンポリマー層を
形成する。
【0031】他の代替的実施態様においては、p−キシ
リレンを1,4−ビス(ホルマトメチル)ベンゼン(O=CH
−O−CH264CH2−O−CH=O)又は1,4−ビス
(N−メチルアミノメチル)ベンゼン(CH3NHCH26
4CH2NHCH3)を熱分解により解離すること又は温
度が約400℃〜約900℃の白金、パラジウム、又はニッケ
ル表面上で約1〜100ミリ秒の滞留時間により触媒援助解
離することにより製造する。本実施態様においては、解
離はチューブリアクタ内の熱分解又は触媒援助プロセス
によって起こる。次に、p−キシリレンと1種以上のコモ
ノマーを蒸着チャンバ内で基板上で縮合してパリレンコ
ポリマー層を形成する。
【0032】他の実施態様においては、高周波数高周波
電力を用いてプラズマ励起脱水素反応器内でp−キシリ
レンを脱水素するステップを提供する。高周波電力は、
室温における約100W〜約1000Wの一定高周波電力、又
は約20〜約2000Wのパルス高周波電力である。
【0033】(好適装置の説明)コポリマー膜を堆積する
ために用いられる装置は、特に、下記の物体上にポリマ
ー薄層を堆積させる堆積チャンバが含まれる。コポリマ
ープロセスは、好ましくは、カリフォルニア州サンタク
ララのアプライドマテリアルズ社製のセンチュラ(Centu
ra)(登録商標)処理装置のようなコンピュータ制御マル
チチャンバ集積処理装置に組込まれる。
【0034】図1について説明する。実施態様において
は、固体環状二量体又は液体p−キシリレンのような固
体又は液体p−キシリレン前駆材料を加熱及び蒸発させ
るために加熱要素15及び電源11を設ける。液体前駆材料
に好ましい蒸発器は、AMATガス精密液体注入システム(G
PLIS)とAMAT延長精密液体注入システム(EPLIS)、共にア
プライドマテリアルズ社製、のような液体注入装置を用
いる。液体注入装置は、液体成分の正確な量を蒸発させ
て蒸発させたp−キシリレン前駆材料の連続した供給を
与える。ヘリウムのようなキャリヤガスは、蒸発器内の
固体又は液体前駆材料の滞留時間を制御するために用い
られる。ワトロウ(Watlow)965温度コントローラのよう
な外部加熱コントローラ11が用いられる。
【0035】次に、蒸発器10から、蒸発させた前駆材
料、又は蒸発させた前駆材料とキャリヤガスの任意混合
物が、蒸発させたp−キシリレン前駆材料が実質的に分
解又は脱水素してp−キシリレン、その誘導体を形成す
る反応チャンバ30へゲート弁20を介して通過する。前駆
材料の流速を制御するために反応チャンバ30の前にアル
ゴン又は窒素のようなキャリヤガス源が更に設けられ
る。また、下記のように反応チャンバを洗浄及び調整す
る酸素源と水素源が設けられる。
【0036】蒸発器10内の圧力は、大気圧に維持され
る。しかしながら、全装置(蒸発器10、反応チャンバ3
0、及び堆積チャンバ60)は、好ましくは約30mtorr〜約5
00mtorrの圧力で維持される。約200mtorr〜約500mtorr
までの範囲まで全圧力が上昇するとポリマーの堆積速度
が上がり、堆積チャンバへ供給されるモノマー又はポリ
マーの量を良好に制御することができる。キャリヤガス
は、不活性ガス、好ましくはヘリウム、アルゴン、又は
窒素である。
【0037】上記の圧力範囲内で作動させる場合の蒸発
器10の温度は、通常は、蒸発器圧力においてキシレンが
蒸発しない最低温度から蒸発させた材料が蒸発器圧力に
おいて分解する温度より低い最高温度まで変動する。蒸
発器の作動温度は蒸発されるべき前駆材料によって異な
るが、好ましくは約100℃〜約200℃の温度が維持され
る。
【0038】サーモスタットオーブン386が、例えば、
蒸発していない前駆材料と蒸発した前駆材料を含む蒸発
器10を加熱する蒸発器10の代替的実施態様を図4に示
す。キャリヤガスは、計量ポンプ又はニードルバルブ弁
のようなフローコントローラ382を通過し、蒸発器10内
で蒸発していない前駆材料に通気する。次に、両方のキ
ャリヤガスと蒸発させた前駆材料は反応チャンバ30と堆
積チャンバ60へラフポンプ150によって送られる。マス
フローメーター(図示されていない)を蒸発器10と堆積チ
ャンバ60の間のどこかに配置して蒸発器10を出る全質量
を測定する。次に、蒸発器10へ送られるキャリヤガスの
質量を引くことにより前駆材料の流速が計算される。
【0039】図1及び図2について説明する。蒸発器10に
続く第1弁20は手動であるが、好ましくは自動であり、
重合性材料が蒸発して蒸発チャンバ10から第1弁20を介
して流れるガスが蒸発させた重合性材料、及び蒸発チャ
ンバ10を介して流れる任意の非反応性キャリヤガスを含
む温度に達した後にのみ蒸発チャンバ10と開放弁20の温
度と圧力を読取るバルブコントローラ21へ接続される。
【0040】蒸発器10を反応チャンバ30へ接続するメタ
ル導管を、好ましくは、導管26の周りに巻いた加熱テー
プのような外部ヒータによって加熱して蒸発させた前記
材料を縮合し始めないような十分に高い温度で維持す
る。これは、典型的には少なくとも約120℃の温度であ
る。
【0041】いくつかの実施態様で後述されるように反
応チャンバ30においてp−キシリレン前駆材料を分解又
は脱水素する。次に、p−キシリレン又はその誘導体を
含むガス/蒸気流は反応チャンバ30からT継手44へ進み、
そこでキシレン蒸気が導管46(図1に示されている)から
の蒸発形態のコモノマーとブレンドされる。コモノマー
は、p−キシリレンについて記載されたように固体又は
液体化合物から蒸発する。次に、蒸発させたp−キシリ
レンとコモノマーは第2ゲート弁40と介して弁40と基板
処理チャンバ60へのエントランスポート50とをつなぐ導
管48へ流れる。モノマーは、好ましくはチラー184に接
続される支持部材180によって温度制御される半導体基
板のような物体上で縮重合する。モノマーの縮合は、典
型的には約−30〜約30℃の温度で起こる。
【0042】堆積チャンバ60の壁は蒸発させた重合性材
料の堆積と重合を防止する十分高い温度で維持されるこ
とが好ましい。実施態様においては、チャンバ壁温度
は、ヒータコントローラ71によってヒータ70で維持され
る。次に、残存しているガス/蒸気混合物は、堆積チャ
ンバ60からバルブコントローラ81の制御によってスロッ
トルバルブ80まで進んでから、チラー100へ接続された
冷トラップ90を通過する。次に、残存しているガスは、
ラフポンプ150へバルブコントローラ121によって制御さ
れるゲート弁120を通過する。チャンバ壁が他の加熱手
段によって加熱されることは予想される。
【0043】本発明によれば、基板200が、好ましくは
閉鎖系で処理されることは留意されるべきである。従っ
て、堆積後、基板は堆積チャンバ60から取出され、処理
チャンバ間のロードロックチャンバ内の貯蔵領域に配置
され、周囲温度に達する。これにより、基板はウォーム
アップ中周囲温度に曝露する(許容しえない吸湿を生じ
る)か又は堆積チャンバ内の被覆基板をウォームアップ
したままにする(パリレン堆積チャンバ内のスループッ
ト速度を下げる)ことなく周囲温度に達することができ
る。また、基板はロードロックチャンバから続いての処
理の他のチャンバへ基板を真空環境から動かさずに移動
することができる。例えば、二酸化シリコン(SiO2)
膜をPECVD形成する他のチャンバへ移動することが
できる。
【0044】好適反応チャンバ30を図2及び図3に示す。
脱水素又は熱分解性分解反応器は多くの方法でつくられ
るが、該反応器は蒸発させた材料を急速に及び均一に加
熱する大きな表面積と二量体の形成を最少にする短い滞
留時間を有することが好ましい。図2においては、反応
チャンバ30は、導管26を介して第1ゲート弁20へ接続さ
れるらせん管32を含んでいる。らせん管32は、p−キシ
リレン、又はその誘導体を脱水素する白金又はパラジウ
ム内部表面33をもち、いずれかのメタルからつくられ
る。触媒メタルは、熱分解性解離に用いられる。内部表
面33は、図3に示されるp−キシリレン前駆材料との接触
を高めるために粗くすることが好ましい。また、反応チ
ャンバ30は、ニッケル又はモリブデン管(例えば、OD
0.5インチ、長さ6ft.)の内部表面を白金又はパラジウム
で電気めっきし、続いて該管をらせん構造に巻込むこと
によりつくられる。
【0045】らせん管32は、らせん管32を加熱するヒー
タワイヤが埋め込まれた加熱テープ202、又は内部空洞
のあるセラミック加熱炉が取り囲んでいる。加熱テープ
202又はセラミック炉のヒータワイヤは、ワイヤ35bによ
って外部電源35aへ、温度コントローラ31へ、及びコン
ピュータ制御手段340へ接続されて約400〜約900℃の温
度を維持する。500℃より高い温度、好ましくは約600℃
より高い温度は、副反応生成物の形成を最少にしつつキ
シレンの十分な脱水素を確実にするために必要である。
【0046】ここで図5について説明する。代替的反応
チャンバ30Aは、高周波電力をp−キシリレンのようなp
−キシリレン前駆材料に結合するマイクロウェーブアプ
リケータ32Aを用いる。前駆材料は、マイクロウェーブ
キャビティ38A内に封入された高周波透明管38、例え
ば、Al23又はSiO2を通過する。高周波エネルギー
はマイクロウェーブキャビティへ送られ、管38内にプラ
ズマ放出が生じる。高周波電源は、堆積チャンバ60に入
る前の反応チャンバ30へ導入される蒸発させた前駆材料
へ好ましくは約10W〜約1000Wの一定高周波電力又は約
20W〜約2000Wのパルス高周波電源を出力する高周波電
力(例えば、約13〜約14MHz)を供給する。
【0047】反応チャンバ30は、過度の分解を避けるた
めに約1〜約100ミリ秒の滞留時間を与えることが好まし
い。堆積後、反応チャンバを窒素、アルゴン、又はヘリ
ウムで一掃して反応チャンバ30内に前駆材料の過度の滞
留時間を防止することが好ましい。膜堆積の間に定期的
に反応チャンバが流動酸素で処理されてコーキング堆積
物を除去する。
【0048】図1及び図2に示されるように、反応チャン
バ30から流れるガスはメタルT継手44へ進み、反応性p−
キシリレンガスがコモノマー、即ち、反応性パリレンモ
ノマーが下記のように堆積チャンバ内で反応及び重合す
る単量体又は二量体と任意にブレンドされる。第2ゲー
ト弁40は、バルブコントローラ41とコンピュータ制御手
段340によって作動させて堆積チャンバ60への蒸気流を
制御する。
【0049】つば付メタル導管26のようなT継手44は、
好ましくはT継手44の周りに巻いた加熱テープのような
外部ヒータによって加熱して重合し始めないような十分
高い温度で反応性モノマーを維持する。通常は、少なく
とも約150℃の温度を含む。共重合性供給源が用いられ
る場合、上記蒸発チャンバ10と同様の第2蒸発チャンバ
が共重合性材料を蒸発させるために用いられる。次に、
ガス状の共重合性材料を供給するために用いられる装置
がT継手に接続されて堆積チャンバ60へ導入する前に各
ガス状反応性共重合供給源をT継手内で共にブレンドす
る。
【0050】本発明のコポリマー膜について、p−モノ
マーのガスフローとブレンドされるコモノマー量は、約
25モル%までの範囲である。添加されるコモノマーの量
は、用いられる具体的なコモノマー及び膜特性の最適化
によって調整される。
【0051】堆積チャンバ60は、好ましくは集積回路を
処理する集積化台に用いるように構成される。その集積
化台はMaydanらの米国特許第4,951,601号に記載されて
おり、この開示内容は本明細書に援用されている。パリ
レン堆積については、チャンバ60の内部表面を、反応性
パリレンモノマーの重合温度より高い温度、即ち、100
℃より高いが反応性モノマーが生じる温度より低い温
度、即ち、約750℃より低い温度で維持する。チャンバ6
0の温度は、典型的には約100℃〜約300℃の範囲内に維
持される。
【0052】図6は、本発明を組込んでいる処理チャン
バ60の実施態様を示す断面図である。チャンバ60は、一
般的には、処理領域62を封入しているチャンバ本体54を
含み、化学前駆材料が処理中に導入される。縦に移動す
る温度制御基板支持部材160をチャンバ本体54の下端を
貫通して配置され基板200を支持する。基板支持部材160
は、液体が支持部材160の加熱及び/又は冷却を行うため
に通過する冷却チャネル137を含む。真空ポンプ130へ接
続される環状真空排気チャネル132は、プロセス領域62
からプロセスガスを放出するために設けられる。上方ガ
ス分配アセンブリ104は、リッド106上に配置されてガス
をチャンバ60へ送る。ガス分配アセンブリ104は、ガス
フィードスルー108、ガス注入カバープレート170、ブロ
ッカープレート112、及びマルチチャネルフェースプレ
ート200を含んでいる。フェースプレート103は、ガス分
配アセンブリ104の一部としてチャンバ60へ組込まれて
示されているので、フェースプレート103は処理領域62
の上限を画成する。リッド106はフェースプレート103を
載せ、ガス注入カバープレート170を支持する。フラン
ジ194内に位置するOリング195は、フェースプレートの
フランジ194とリッド106間に密封されている。カバー14
8は、リッド160上に配置される。下で詳述されるフェー
スプレート103は、第1及び第2前駆体ガスをガスチャネ
ルを介して処理領域62を別々に送るようにユニークに設
計されている。一般的には、チャネルは、1998年6月16
日出願の同時係属米国特許仮出願第60/089,413号[AMAT
2829]に詳述されているフェースプレート103に形成され
た垂直及び水平チャネルセットを含み、この内容は本明
細書に援用されている。
【0053】フェースプレート103は、上面210、底面21
2、及び環状周囲部分、又は側壁214を含む。第1ガス通
路は第1チャネルセット64を含み、チャネルはフェース
プレート103を介して伸び上面210に隣接した上部領域19
0と底面212に隣接した下部領域235間で液体が通じ、上
部領域190の上限は図6に示されるガス注入カバープレー
ト166で画成される。第2ガス通路は第2垂直チャネル66
を含み、水平チャネルと処理領域62間で液体が通じる。
上面210を介して垂直に配置された中央ガス入口、又は
ノズル224は、水平チャネルと液体が通じており、図6に
示される導管184の下部で受ける。側壁214の周囲に合う
ように適応させた環状リング230はセットの水平チャネ
ル222の終点を密封している。気密にすることを援助す
るために、リング230と側壁214は共に接合される。ま
た、水平チャネル222の終点は個々に塞がれる。
【0054】フェースプレート103は好ましくはモノリ
シック、即ち、機械加工又は単一の材料として製造さ
れ、穴のサイズや間隔は具体的な用途に従って異なるの
で、プロセスチャンバへの一様な送出が達成される。フ
ェースプレートを単一の材料として製造すると別個のプ
レートを配列することで直面する問題を回避し、プレー
ト間のガス漏れを回避する。
【0055】ガスフィードスルー108は、ガス注入プレ
ート166に載っており、その間に配置された入口マニホ
ールド150、出口マニホールド152、及びハウジング154
を含んでいる。ガス送出管はハウジング154を貫通して
伸び2つのプロセスガスを別個に送る。ガス送出チャネ
ルは、反応チャンバ30からの第1モノマー供給ライン116
と第2モノマー供給ライン118へ各々チャンバ本体54の底
部で接続される。
【0056】ガスフィードスルー108は、液体ポート174
に接続した液体ライン172と通じている冷却材液入口チ
ャネル176と冷却材液出口チャネル178を介してガス注入
カバープレート160内に形成された環状液体通路180を介
して熱伝達液を循環する。
【0057】ガス注入カバープレート160を貫通して配
置された中心ボア182は同軸的に配置されたガス導管184
を収容し、ガスを第2セットの水平チャネル222を含む第
2ガス通路216へ送る。導管184は、第2ガスを導管184の
下端で受けるノズル224へ送る。中心ボア182と導管184
の周囲は、ガスをブロッカープレート112の上に及び第1
セットの垂直チャネルへ送るガス送出通路186を画成す
る。ねじ196で吊るされた穿孔ブロッカープレート112は
上部領域190内に配置される。ブロッカープレート112
は、ガス導管184で垂直に二分され、上部領域190を横切
り上面210近傍で終わるので、導管184と上面210は隣接
しており、Oリング198で密封されている。
【0058】図6は、また、冷却材ライン135によって基
板支持部材160へ接続したリモートクーラー184を示して
いる。水、エチレン、グリコール等の液体冷却材を基板
支持部材180へ送り、らせん冷却チャネル137を介して循
環し、クーラー184へ戻る。液体の循環は、基板支持部
材160の温度をチラーコントローラ181によって制御され
ることを可能にする。高度に効率のよい熱交換を行わせ
るために、基板支持部材160は熱導電性が優れ化学前駆
物質の腐食作用に対して耐性があることからアルミニウ
ムでできていることが好ましい。図6は、基板取付け面1
80に形成された多数のグルーブ138を示している。基板
裏面の真空は、真空ポンプ52をグルーブ138と通じてい
る基板支持部材160へ取付けることにより達成される。
【0059】一般的には、プロセスガスの各々に対する
プロセスガス供給ラインは、(i) プロセスガスフローを
チャンバへ自動又は手動で止めるために用いられる安全
遮断弁、及び(ii) ガス供給ラインによってガスの流量
を測定するマスフローコントローラ(図示されていない)
を含む。プロセスに毒性ガスを用いる場合、慣用構造の
各ガス供給ラインにいくつかの安全遮断弁が配置され
る。
【0060】動作中、基板200は外部ロボット(図示され
ていない)によって基板支持部材160に配置される。次
に、第1ガスを第1垂直通路64を介して送り、第2ガスを
第2垂直通路66を介して送る。第1ガスは、ブロッカープ
レート112の上の上部領域190へ送られる。ブロッカープ
レート112は、初期分散段階として作用し、上部領域190
に充満しブロッカープレート112の上面に拡散するよう
に第1ガスを進める。次に、第1ガスがブロッカープレー
ト112の穿孔を介して移動し、上面21上に一様に衝突
し、第1及び第2垂直チャネル64、66を介して一様に移動
する。
【0061】基板200上にパリレンのような所望のポリ
マーを形成すべきである場合、基板支持体160はチラー
を用いてモノマーの縮合温度より低い温度に維持しなけ
ればならない。例えば、p−キシリレンについては、基
板支持体160は約40℃を超えず、好ましくは約−30℃〜+
30℃の範囲内である。ガス状混合物が、例えば、半導体
基板200の冷却表面に接触する場合、反応性p−キシリレ
ンモノマーの重合、及び他の反応性重合性材料(存在す
る場合)との共重合が始まり、基板の表面上に、例え
ば、半導体基板200の表面上にパリレン又はパリレンコ
ポリマーの所望の誘電膜の形成がもたらされる。
【0062】図1について説明する。パリレン膜のチャ
ンバ壁上の堆積を防止するために、ヒータ70は、熱交換
液、例えば、エチレングリコールと脱イオン水の1:1重
量混合液をチャンバ側壁の通路(図示されていない)によ
って備えていることが好ましい。
【0063】典型的には、チャンバライニング、ガス入
口マニホールドフェースプレート、及び種々の他のリア
クタハードウェアのいずれか又は全部はアルミニウム又
は陽極処理アルミニウムからできている。かかるCVD
装置の一例は、本発明の譲受人であるアプライドマテリ
アルズへ譲渡されたWangらの『熱CVD/PECVDレ
アクタ及び二酸化シリコンの熱化学気相成長及びインシ
チュウ多段平坦化プロセス』と称する米国特許第5,000,
113号に記載されている。この開示内容は本明細書に援
用されている。
【0064】ガスフロー及び高周波電源61は、制御ライ
ン360によりコンピュータ制御手段340によって制御され
る。チャンバは、メモリ380、好ましくはハードディス
クドライブに記憶されたシステムコントロールソフトウ
ェアを行う制御手段340によって制御されるマスフロー
コントローラ(MFC)や高周波電源のようなアナログア
センブリが含まれる。
【0065】ここで図1について説明する。蒸発させた
モノマーと任意のキャリヤガスの混合物がチャンバ60へ
流れた後、パリレンコポリマーは、例えば、反応性p−
キシリレンモノマーとマルチビニルシリコンコモノマー
の縮重合により基板200の表面上に堆積する。モノマー
は、モノマーの相対濃度及び相対重合反応速度によって
異なる速度で基板の表面上で重合する。次に、任意のキ
ャリヤガスの残りと残存している未反応モノマー蒸気は
チャンバ60(図7を参照されたい)からスロットルバルブ8
0を介して冷トラップ90へ進む。スロットルバルブ80の
用途は、チャンバ60内の所望の圧力を維持することであ
る。堆積/重合反応は、通常は約30mtorr〜約0.5torrの
堆積チャンバ60内の圧力を維持しつつ行なわれる。モノ
マーがp−キシリレンである場合、約0.5torrより高い圧
力が低結晶化度膜の堆積を生じるのでチャンバ60内の圧
力は30mtorr〜0.5torrに維持される。堆積チャンバ60内
の圧力が設定圧力から逸脱しない場合、圧力センサに接
続されるスロットルバルブ80は圧力を下げるために開け
られるか又は圧力を上げるために閉じられる。
【0066】ここで図7について説明する。スロットル
バルブ80は、所望される場合、非反応性ガス、例えば、
アルゴン、ヘリウム、又は窒素をチャンバ60からスロッ
トルバルブ80を介して冷トラップ90へ流れるガス流へ添
加させるように変更される。この冷トラップ90へのガス
フローは、更に、コントローラ340の制御下のチャンバ
容量によって典型的には約50標準立方センチメートル/
分(sccm)の流量を含む。添加した非反応性ガスの用途
は、堆積チャンバ60までのキャリヤガスと反応性モノマ
ーのガス流の流量を制御すること、即ち、滞留時間を制
御すること、チャンバ60まで流れるガス流からの熱を完
全に抽出することができること及び重合が完全に反応す
ること、即ち、冷トラップ90で抽出されなければならな
い出口66を経てチャンバ60を出る未反応重合性材料の量
を最少にすることである。
【0067】次に、スロットルバルブを通過する蒸気と
ガスは冷トラップ90に入り、大気圧未満でチャンバ60を
維持することができる真空ポンプ(図1を参照されたい)
に接続される。しかしながら、未反応モノマーと他の共
重合性材料は真空ポンプ150に入らずむしろ冷トラップ9
0においてガス流から除去されることは重要である。冷
トラップ90は、例えば、標準ノーカル(Norcal)冷トラ
ップの慣用の市販冷トラップを含み、スロットルバルブ
80の下流側に接続されてガス流からモノマー又はポリマ
ーを捕捉除去する。
【0068】ガス流の残存するガスがラフ真空ポンプ15
0へ進み所望の低圧を維持するゲートバルブ120は、冷ト
ラップ90の下流側へ接続される。図1及び10に示される
冷トラップ90は、ゲート弁110を介してターボポンプ130
へ及び分離弁140を介してラフ真空ポンプ150へ接続され
る。チャンバ60を堆積チャンバとして、例えば、上記反
応性p−キシリレンモノマーのポリマー堆積として用い
る場合、弁110と140は閉じられ、バルブ120はラフ真空
ポンプを直接冷トラップへつなぐために開放される。し
かしながら、同じチャンバがプラズマエッチングチャン
バとして又は高真空を必要とする他の処理として、例え
ば、上記のようにチャンバのインシチュウプラズマ洗浄
として用いられる場合には、ゲート弁120は閉じられ、
ゲート弁110と分離弁140双方は冷トラップ90とラフ真空
ポンプ150間の流れに高真空ターボポンプ130を配置する
ために開放される。
【0069】反応性モノマーの堆積後の処理チャンバ60
を洗浄するために、酸素が100〜1000sccmの速度でチャ
ンバへ導入され、750〜1200ワットの高周波バイアスが
支持部材に加えられてチャンバの洗浄を達成する。
【0070】図6について説明する。コンピュータコン
トローラ340はCVDチャンバの活性を全て制御し、コ
ントローラ340の好適実施態様はハードディスクドライ
ブ、フロッピーディスクドライブ、及びカードラックが
含まれる。カードラックは、シングルボードコンピュー
タ(SBC)、アナログ及びディジタル入力/出力ボード、
インターフェイスボード及びステッパーモータコントロ
ーラボードを含む。システムコントローラは、ボード、
カードケージ、及びコネクタの寸法と種類を規定するベ
ルサモジュラーユーロピアンズ(VME)規格に従う。VME規
格は、16ビットデータバスと24ビットアドレスバスをも
つバス構造を規定する。コントローラ340は、ハードデ
ィスクドライブ380に記憶されたコンピュータプログラ
ムの制御下で作動する。コンピュータプログラムは、具
体的なプロセスのタイミング、ガスの混合物、高周波電
力レベル、基板支持部材、及び他のパラメーターを決定
する。ユーザーとシステムコントローラ間のインターフ
ェイスは、典型的にはCRTモニタ及びライトペンによ
る。
【0071】プロセスは、例えば、コンピュータコント
ローラ340で行うコンピュータプログラム製品400を用い
て行なわれる。コンピュータプログラムコードは、慣用
のコンピュータリーダブルプログラミング言語、例え
ば、68000アセンブリ言語、C、C++、又はパスカルで
書込まれる。適切なプログラムコードは、慣用のテキス
トエディタを用いて単一ファイル、又は多重ファイルへ
入力し、コンピュータのメモリシステムのようなコンピ
ュータユザラブルメディアムに記憶又は統合される。入
力したコードテキストが高レベル言語である場合には、
コードを編集し、得られた編集コードを前編集ウィンド
ウズライブラリールーチンのオブジェクティブコードと
リンクさせる。リンクした編集オブジェクティブコード
を実行するために、システムユーザーはオブジェクティ
ブコードを利用し、コンピュータシステスがメモリにコ
ードをロードさせ、CPUがコードを読取り実行してプロ
グラムに識別されたタスクを行う。
【0072】図8は、コンピュータプログラム400の階層
的制御構造を示す説明的ブロック図である。ユーザー
は、プロセスセットナンバーとプロセスチャンバナンバ
ーをプロセスセレクタサブルーチン420へCRTモニタに
示されたメニュー又はスクリーンに応じてライトペンイ
ンターフェースを用いることにより入力する。プロセス
セットは、指定のプロセスを行うのに必要なプロセスパ
ラメーターの所定のセットであり、予め特定されたセッ
トナンバーで識別される。プロセスセレクタサブルーチ
ン420は、(i) 所望のプロセスチャンバ、及び(ii) 所望
のプロセスを行うプロセスチャンバを作動させるのに必
要とするプロセスパラメーターの所望のセットを識別す
る。特定のプロセスを行うプロセスパラメーターは、例
えば、プロセスガス組成及び流速、温度、圧力、高周波
バイアス電力レベル及び磁場電力レベルのようなプラズ
マ条件、冷却ガス圧、及びチャンバ壁温度のプロセス条
件に関係し、レシピとしてユーザーに与えられる。
【0073】プロセスをモニタするシグナルは制御手段
340のアナログ入力及びディジタル入力ボードによって
与えられ、プロセスを制御するシグナルは制御手段340
のアナログ出力及びディジタル出力ボードの出力であ
る。
【0074】プロセスシーケンササブルーチン430は、
識別されたプロセスチャンバとプロセスセレクターサブ
ルーチン420からのプロセスパラメーターの設定を受け
入れるプログラムコード及び種々のプロセスチャンバの
動作を制御するプログラムコードを含んでいる。複数の
ユーザーは、プロセス設定ナンバーとプロセスチャンバ
ナンバーを入力することができ、1人のユーザーは多重
プロセス設定ナンバーとプロセスチャンバナンバーを入
力することができるので、シーケンササブルーチン430
は所望の配列で選定プロセスをスケジュールするために
作動する。好ましくは、シーケンササブルーチン430
は、(i) チャンバが用いられる場合に決定するプロセス
チャンバの動作をモニタするステップ、(ii) 用いられ
るチャンバ内で何のプロセスが行なわれるかを決定する
ステップ、及び(iii) 行なわれるプロセスチャンバとプ
ロセスの種類の利用可能性に基づく所望のプロセスを実
行するステップを行うプログラムコードが含まれる。ポ
ーリングのようなプロセスチャンバをモニターする慣用
の方法が用いられる。プロセスが実行すべきことをスケ
ジュールする場合、シーケンササブルーチン430は、選
定プロセスの所望のプロセス条件、又はリクエストを入
力した具体的な各ユーザーの『年齢』、又はスケジュー
ルプライオリティを決定することが含まれるシステムプ
ログラマーが所望する他の適切な要因と比べてプロセス
チャンバが用いる本条件を考慮するように設計される。
【0075】プロセスチャンバとプロセス設定の組合わ
せが次に実行される予定であることをシークエンササブ
ルーチン430が決定すると、シークエンササブルーチン4
30は、シークエンササブルーチン430によって決定され
たプロセス設定に従ってプロセスチャンバ60内の多重処
理タスクを制御するいくつかのチャンバマネージャサブ
ルーチン440の1つに具体的なプロセス設定パラメーター
を送ることによりプロセス設定の実行を引き起こす。チ
ャンバマネージャサブルーチン440は、蒸発器10、反応
チャンバ30、及び冷トラップ90を含む選定プロセスを行
うのに必要なチャンバ成分の動作を制御する種々のチャ
ンバ成分サブルーチンの実行を制御する。チャンバ成分
サブルーチンの例は、蒸発器制御サブルーチン450、プ
ロセスガス制御サブルーチン460、圧力制御サブルーチ
ン470、ヒータ制御サブルーチン480、及びp−キシリレ
ンチャンバ制御サブルーチン490である。何のプロセス
が所望されるかによって他のチャンバ制御サブルーチン
が含まれることは当業者は容易に認識する。動作中、チ
ャンバマネジャサブルーチン440は、実行される具体的
な処理設定に従ってプロセス成分サブルーチンを選択的
にスケジュールするか又は呼び出す。チャンバマネージ
ャサブルーチン440は、プロセスシーケンサ430がプロセ
ス装置とプロセス設定が次に実行されることをどのよう
に実行するかに対して同様にプロセス成分サブルーチン
をスケジュールする。典型的には、チャンバマネジャサ
ブルーチン440は、種々のチャンバ成分をモニタするス
テップ、成分が実行されるプロセス設定のプロセスパラ
メーターに基づいて作動する必要があることを決定する
ステップ、及びモニタステップと決定ステップに応答す
るチャンバ成分サブルーチンの実行を引き起こすステッ
プが含まれる。
【0076】プロセスガス制御サブルーチン460は、プ
ロセスガス組成と流速を制御するプログラムコードを有
する。プロセスガス制御サブルーチン460は、安全遮断
弁の開/閉位置を制御し、マスフローコントローラに上/
下を設けて所望のガス流速を得る。プロセスガス制御サ
ブルーチン460は、全てのチャンバ成分サブルーチンで
あるチャンバマネージャサブルーチン440によって利用
され、所望のガス流速に関連したチャンバマネージャサ
ブルーチンプロセスパラメーターから受け取る。典型的
には、プロセスガス制御サブルーチン460は、ガス供給
ラインを開放し、(i) 必要なマスフローコントローラを
読取る、(ii) その読取りをチャンバマネージャサブル
ーチン440から受け取った所望の流速と比較する、及び
(iii) 必要なようにガス供給ラインの流速を調整するこ
とを反復することにより作動する。更に、プロセスガス
制御サブルーチン460は、安全でない速度のガス流速を
モニタするステップ、及び安全でない条件が検出される
場合に安全遮断弁を活性化するステップが含まれる。
【0077】アルゴンのような不活性ガスは、チャンバ
内の圧力を安定化するためにチャンバ60へ流した後に反
応性ガスをチャンバへ導入することが好ましい。これら
のプロセスについては、プロセスガス制御サブルーチン
460が不活性ガスをチャンバ60へチャンバ内の圧力を安
定化するのに必要な時間流すステップを含むようにプロ
グラムしてから上記ステップが行なわれる。更に、プロ
セスガス、例えば、ジ−p−キシリレンが蒸発器10で生
成すべきである場合、プロセスガス制御サブルーチン46
0は蒸発器制御サブルーチン450からキャリヤフローを得
るように書込まれる。
【0078】圧力制御サブルーチン470は、チャンバの
排気装置においてスロットルバルブ80の開放のサイズを
調節することによりチャンバ60内の圧力を制御するプロ
グラムコードを含んでいる。スロットルバルブ80の開放
のサイズは、全プロセスガスフロー、プロセスチャンバ
のサイズ、及び排気装置のポンプ設定圧に関して所望の
レベルにチャンバ圧を制御するように設定される。圧力
制御サブルーチン470が利用される場合、所望の圧力レ
ベル、又は標的圧力レベルはチャンバマネージャサブル
ーチン440からのパラメーターとして受け取られる。圧
力制御サブルーチン470は、チャンバへ接続した1以上の
慣用の圧力マノメータを読取ることによりチャンバ60の
圧力を測定するために、測定値を標的圧力と比較するた
めに、標的圧力に対応するPID(比例、積分、及び微分)
値を記憶圧力表から得るために、及び圧力表から得られ
たPID値に従ってスロットルバルブ80を調整するために
作動する。また、圧力制御サブルーチン470は、チャン
バ60を所望の圧力へ調節するためにスロットルバルブ80
を具体的な開放サイズへ開放又は閉鎖するために書込ま
れる。
【0079】ヒータ制御サブルーチン480は、チャンバ6
0の温度を制御するプログラムコードを含んでいる。ヒ
ータ制御サブルーチン480がチャンバマネジャサブルー
チン440により利用され、標的温度、又は設定温度パラ
メーターを受け取る。ヒータ制御サブルーチン480は、
チャンバ60に位置する熱電対の電圧出力を測定すること
により温度を測定し、測定した温度を設定温度と比較
し、ランプモジュール260と他の加熱成分へ加える電流
を増減して設定温度を得る。温度は、測定電圧から記憶
変換表で対応する温度を調べることにより、又は4次多
項式を用いて温度を計算することにより得られる。
【0080】上記CVD装置の記載は、主として説明の
ためであり、他のCVD装置も用いられる。更に、基板
支持設計、ヒータ設計、高周波電力接続位置等の変更の
ような上記装置の変更も可能である。
【0081】本発明を更に個々の実施態様を記載する下
記の仮説的実施例によって記載するが、本発明の範囲を
制限するものではない。3層ギャップ埋め込みプロセス
におけるナノ多孔性コポリマーの堆積本発明のナノ多孔
性コポリマー層は、図9に示される3層ギャップ埋め込み
プロセスに用いられる。図9について説明する。ウエハ
を堆積チャンバ内に配置し500、ジメチルシランのよう
な反応性シリコン化合物及び亜酸化窒素を含むプラズマ
からのPECVDプロセスによって酸化シリコン層を堆
積させる505。堆積ステップ505は、当該技術において既
知の方法に従って容量結合プラズマ又は誘導結合プラズ
マと容量結合プラズマの双方が含まれる。ヘリウムのよ
うな不活性ガスは、一般的にはプラズマ生成を援助する
PECVD堆積に用いられる。次に、本発明のナノ多孔
性コポリマー層をp−キシリレン、又はその誘導体、と
不安定基を含むコモノマーを縮合し、堆積したコポリマ
ー層を制御硬化することによりライナー層上に充填層51
0として堆積して充填層に一様に分散する顕微鏡的ガス
ポケットを形成する。次に、キャップ層を、好ましくは
ライニング層を堆積させる同じ方法を用いてコポリマー
層上に堆積させる515。次に、ウエハを堆積チャンバか
ら取出す520。
【0082】図10A〜図10Eについて説明する。3層ギャ
ップ埋め込みプロセスにより反応性酸化シリコン化合物
のPECVDライニング層300が得られる。ライニング
層300は、続いてのナノ多孔性コポリマー層302と基板表
面上に形成された下地基板表面304及びメタルライン30
6、308、310との間の分離層として作用する。ナノ多孔
性コポリマー層302は、反応性酸化シリコン含有化合物
のPECVDキャップ層312によって覆われる。このプ
ロセスをコンピュータプログラムを用いてインプリメン
ト及び制御される。
【0083】図10Aについて説明する。ジメチルシラン
((CH3)2SiH2)、N2Oのような酸化ガス、及びヘリ
ウムのようなキャリヤガスのような反応性シリコン含有
化合物を導入することによりPECVDライニング層30
0を堆積させる。基板を約−20〜約400℃の温度で維持
し、PECVDライニング層の堆積全体に好ましくは約
15〜20℃の温度で維持する。PECVDライニング層30
0を約5sccm〜約500sccmの流速の反応性シリコン含有化
合物と約5sccm〜約2000sccmの流速の酸化ガスの混合物
を含むプロセスガスで堆積させる。プロセスガスは、典
型的には膜に取込まれないHe、Ar、Ne、又は相対して
不活性なガス、例えば、窒素のような不活性ガスによっ
て約0.2〜約20lpmで運ばれる。プロセスガスは、約0.2
〜約20torr、好ましくは10torr未満の圧力で反応して基
板表面304とメタルライン306、308、310上に酸化シリコ
ンコンホーマル層を形成する。反応を0.05W/cm2〜1000
W/cm2の範囲の電力密度、好ましくは約1W/cm2未満、
最も好ましくは0.1〜0.3W/cm2の範囲の電力密度でプラ
ズマ強化される。
【0084】8″の枚葉式ウエハチャンバについては、
約13.56MHzの高周波数電源を好ましくはガス分配装置
へ接続し約10〜約200Wで駆動させるが、約350KHzの低
周波数電源をサセプタへ接続し約0〜約100Wで駆動させ
てもよい。好適実施態様においては、高周波数電源を約
10W〜約150Wの一定高周波電力、又は約200W〜約250
Wのパルス高周波電力で駆動させ、低周波数電源を約0
〜約50Wのパルス高周波電力で駆動させる。
【0085】次に、酸化ライナー層を減圧及び約300〜
約450℃の温度で硬化させる。追加誘電層の堆積後に硬
化が行なわれてもよい。
【0086】上記のプロセス条件により、図6Bに示され
るギャップ埋め込み層302の続いての堆積のためにPE
CVDライニング層300(約2000オングストローム/分)の
堆積が得られる。ジメチルシランから得られたライニン
グ層は、疎水性であるのに十分なC−H結合を有し、優
れた水分バリヤである。
【0087】ナノ多孔性コポリマー層302用プロセスガ
スは、好ましくはp−キシリレン、熱不安定基を有する
ポリビニルコモノマー、及びヘリウムのような不活性ガ
スが含まれる。プロセスガスフローは、p−キシリレン
については5〜200sccm、コモノマーについては2〜120sc
cm、及びHeについては50〜200sccmの範囲である。最も
好ましいガスフローは、p−キシリレンについては15〜6
0sccm、コモノマーについては7〜28sccm、及びHeにつ
いては50〜200sccmの範囲である。これらの流速は、容
量が約5.5〜6.5リットルのチャンバについて示される。
コポリマー層302の堆積中、堆積チャンバを好ましくは
約0.1〜約0.5torrの圧力で維持する。コポリマー層302
を図10Cに示されるように硬化して図10Dに示されるキ
ャッピング層312の堆積前に気泡を生じることが好まし
い。硬化は、リアクタ内で大気圧以上の不活性ガス雰囲
気下で加熱することにより行なわれる。
【0088】コポリマー層を好ましくは漸次増加する温
度で硬化して不安定有機基を閉鎖セル構造の硬化膜内に
維持される分散した顕微鏡的気泡へ変換する。好ましい
硬化プロセスは、約400℃以上の最終温度へ約50℃/min
だけ温度を徐々に上げることを含む約10分間の加熱時間
を含んでいる。気泡の分散は、温度/時間プロファイル
を変えること及び堆積した膜の不安定有機基の濃度を制
御することにより制御される。
【0089】図10Dについて説明する。コポリマー層302
の堆積後、キャッピング層312の堆積のための反応性シ
リコン含有成分の堆積を再開してもよい。図10Eについ
て説明する。キャッピング層の堆積後、堆積層は約200
℃〜約450℃の温度の炉又は他のチャンバ内で硬化され
て残存しているガス又は蒸気が追い出される。処理条件
は、堆積膜の所望の特性に従って異なることは当然のこ
とである。仮説的実施例1 (1,3−ビス(ジアゾシクロペンタジエニル
アリルメチル)ジシロキサン) 本発明のプロセスを更に具体的に説明するために、直径
8インチのシリコンウエハを実質的に図1〜図8に示され
たように構成されたカリフォルニア州サンタクララのア
プライドマテリアルズ社製のC×Z又はD×Z堆積チャン
バ内に約50℃の温度に維持された固定基板支持体上に取
り付ける。約30gの環状p−キシリレン二量体を蒸発器10
に充填してから蒸発器を約150℃〜約200℃まで加熱す
る。蒸発器10を反応チャンバから分けているゲート弁20
を開放し、二量体の蒸気を約650℃の温度に予熱される
分解チャンバ管32へマスフローコントローラによって流
し込む。次に、反応チャンバ30の出口ゲート弁40を開放
してからチャンバ30内に形成された蒸発させた反応性p
−キシリレンが堆積チャンバ60へ約40sccmの速度で流れ
る。堆積チャンバ60のリッドを約150℃の温度で維持
し、チャンバ60の壁を約100℃に維持する。次に、1,3−
ビス(ジアゾシクロペンタジエニルアリルメチル)ジシロ
キサンをチャンバ60へ15sccmの速度で導入する。約50sc
cmの窒素と約25sccmの後方ヘリウムを堆積中に堆積チャ
ンバ60へ導入し、弁80を堆積チャンバ内の圧力を120mto
rrに維持するように設定する。反応性p−キシリレンモ
ノマーとコモノマー蒸気は、シリコンウエハ200に接触
し、そこで共重合する。約2〜3分後、まず蒸発器10と反
応チャンバ30間のゲート弁20を閉じ、次にチャンバ30か
ら窒素とポンプで排出してそのチャンバから全てのモノ
マー蒸気を除去した後に、第2ゲート弁40を遮断するこ
とにより反応性モノマー蒸気の流れを遮断する。次に、
ウエハ200をチャンバ60から取出す。仮説的実施例2 (ジアゾキノイルメチルジアリルシラン) 本発明のプロセスを更に具体的に説明するために、直径
8インチのシリコンウエハを実質的に図1〜図8に示され
たように構成されたカリフォルニア州サンタクララのア
プライドマテリアルズ社製のC×Z又はD×Z堆積チャン
バ内に約50℃の温度に維持された固定基板支持体上に取
り付ける。約30gの環状p−キシリレン二量体を蒸発器10
に充填してから蒸発器を約150℃〜約200℃まで加熱す
る。蒸発器10を反応チャンバから分けているゲート弁20
を開放し、二量体の蒸気を約650℃の温度に予熱される
分解チャンバ管32へマスフローコントローラによって流
し込む。次に、反応チャンバ30の出口ゲート弁40を開放
してからチャンバ30内に形成された蒸発させた反応性p
−キシリレンが堆積チャンバ60へ約40sccmの速度で流れ
る。堆積チャンバ60のリッドを約150℃の温度で維持
し、チャンバ60の壁を約100℃に維持する。次に、ジア
ゾキノイルメチルジアリルシランをチャンバ60へ15sccm
の速度で導入する。約50sccmの窒素と約25sccmの後方ヘ
リウムを堆積中に堆積チャンバ60へ導入し、弁80を堆積
チャンバ内の圧力を120mtorrに維持するように設定す
る。反応性p−キシリレンモノマーとコモノマー蒸気
は、シリコンウエハ200に接触し、そこで共重合する。
約2〜3分後、まず蒸発器10と反応チャンバ30間のゲート
弁20を閉じ、その後に窒素とチャンバ30からポンプで排
出してそのチャンバから全てのモノマー蒸気を除去し、
第2ゲート弁40を遮断することにより反応性モノマー蒸
気の流れを遮断する。次に、ウエハ200をチャンバ60か
ら取出す。
【0090】上記は本発明の好適実施態様に関するが、
本発明の基本的な範囲から逸脱することなく他の実施態
様も講じられる。本発明の範囲は、前記特許請求の範囲
によって決められるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の気相成長装置の概略図である。
【図2】 本発明の脱水素反応器を示す、図1の装置の
一部の部分断面図である。
【図3】 図2に示した脱水素反応管の水平断面図であ
る。
【図4】 p−キシリレン液体前駆材料を脱水素反応器
を介して堆積チャンバへ搬送するキャリヤガス供給装置
の概略図である。
【図5】 図1の脱水素反応器の代替構造の縦断面図で
ある。
【図6】 本発明の実施態様に従って用いられる具体的
なCVD処理チャンバの断面図である。
【図7】 処理チャンバから出るガス/蒸気の処理を示
す図1に示した装置の一部の縦断面図である。
【図8】 図1〜図7の具体的な装置とともにプロセス制
御に用いられるコンピュータプログラムのフローチャー
トである。
【図9】 本発明の実施態様の方法においてp−キシリ
レン層及びライナー層とキャップ層を堆積させるのに行
なわれるステップを示すフローチャートである。
【図10】 図10Aは、図9のプロセスにより基板上に
堆積した層の概略図である。図10Bは、図9のプロセ
スにより基板上に堆積した層の概略図である。図10C
は、図9のプロセスにより基板上に堆積した層の概略図
である。図10Dは、図9のプロセスにより基板上に堆
積した層の概略図である。図10Eは、図9のプロセス
により基板上に堆積した層の概略図である。
【符号の説明】
10…蒸発器、20…第1弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート ピー. マンダル アメリカ合衆国, カリフォルニア州, サラトガ, アロヨ デ アグエロ 12472 (72)発明者 デイヴィッド ツェン アメリカ合衆国, カリフォルニア州, フォスター シティー, ビリングスゲイ ト レーン 235 (72)発明者 ピーター ワイ−マン リー アメリカ合衆国, カリフォルニア州, サン ノゼ, ベントーク レーン 1037 (72)発明者 チ−イ ラン アメリカ合衆国, カリフォルニア州, サニーヴェイル, レンブラント ドライ ヴ 1262

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低誘電率膜を堆積させる方法であって、 p−キシリレン、又はその誘導体、と熱に不安定な基を
    有するコモノマーを基板表面上で縮合するステップ;そ
    の縮合したp−キシリレンとコモノマーをコンホーマル
    コポリマー層内に不安定基を保持する温度で反応させる
    ステップ; 及び該不安定基を分散した気泡へ変換するの
    に十分な温度で該コポリマー層を硬化するステップを含
    む、前記方法。
  2. 【請求項2】 該コモノマーがジアゾシクロペンタジエ
    ニル基、ジアゾキノイル基、ホルミルオキシ基、又はグ
    リオキシロイルオキシ基を含む、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 該コモノマーがビス(ジアゾシクロペン
    タジエニルアリル)シラン、1,3−ビス(アリルジアゾシ
    クロペンタジエニルメチル)ジシロキサン、ジアゾキノ
    イルメチルジアリルシラン、ジイソプロペニルジホルミ
    ルオルトシリケート、ジアリルジグリオキシロイルオキ
    シシラン、1,3−ジアリルテトラホルミルオキシジシロ
    キサン、2,4,6,8−テトラビニルテトラホルミルオキシ
    シクロテトラシロキサン、シクロ−1,3,5−トリス(ビニ
    ルメチルシラノ)−2,4,6−トリス(ホルマトメチレン)、
    シクロ−1,3,5,7−テトラ(ビニルメチルシラノ)−2,6−
    ジオキシ−4,8−ビス(グリオキシロイルメチレン)、及
    びその組合わせからなる群より選ばれる、請求項1記載
    の方法。
  4. 【請求項4】 該p−キシリレンと該コモノマーが40℃
    未満の温度で堆積する、請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 該コポリマー膜が少なくとも300℃の最
    終温度で硬化する、請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】 低誘電率膜を堆積させる方法であって、 1種以上の反応性シリコン含有化合物と酸化ガスを含む
    プロセスガスからパターンメタル層を有する基板上にコ
    ンホーマルライニング層を堆積させるステップ;p−キシ
    リレン、又はその誘導体、と熱に不安定な基を有するコ
    モノマーを該コンホーマルライニング層上で縮合するス
    テップ;その縮合したp−キシリレンとコモノマーをコポ
    リマー層内に不安定基を保持する温度で反応させるステ
    ップ; 及び該不安定基を分散した気泡へ変換するのに十
    分な温度で該コポリマー層を硬化するステップを含む、
    前記方法。
  7. 【請求項7】 該コモノマーがジアゾシクロペンタジエ
    ニル基、ジアゾキノイル基、ホルミルオキシ基又はグリ
    オキシロイルオキシ基を含む、請求項6記載の方法。
  8. 【請求項8】 該コモノマーがビス(ジアゾシクロペン
    タジエニルアリル)シラン、1,3−ビス(アリルジアゾシ
    クロペンタジエニルメチル)ジシロキサン、ジアゾキノ
    イルメチルジアリルシラン、ジイソプロペニルジホルミ
    ルオルトシリケート、ジアリルジグリオキシロイルオキ
    シシラン、1,3−ジアリルテトラホルミルオキシジシロ
    キサン、2,4,6,8−テトラビニルテトラホルミルオキシ
    シクロテトラシロキサン、シクロ−1,3,5−トリス(ビニ
    ルメチルシラノ)−2,4,6−トリス(ホルマトメチレン)、
    シクロ−1,3,5,7−テトラ(ビニルメチルシラノ)−2,6−
    ジオキシ−4,8−ビス(グリオキシロイルメチレン)、及
    びその組合わせからなる群より選ばれる、請求項6記載
    の方法。
  9. 【請求項9】 1種以上の反応性シリコン含有化合物と
    該酸化ガスから該コポリマー層上にキャッピング層を堆
    積させるステップを更に含む、請求項6記載の方法。
  10. 【請求項10】 該シリコン含有化合物がオルガノシラ
    ン化合物又はオルガノシロキサン化合物であり、各シリ
    コン原子が1又は2個の炭素原子及び少なくとも1個の水
    素原子に結合し、同じ分子内の2個以上のシリコン原子
    が2個以下の炭素原子又は1個以下の酸素原子で分けられ
    ている、請求項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 該シリコン含有化合物又は混合物がメ
    チルシラン、ジメチルシラン、1,2−ジシラノエタン、
    1,3−ジメチルジシロキサン、1,3,5−トリシランアシク
    ロヘキサン、又はシクロ−1,3,5,7−テトラシラノ−2,6
    −ジオキシ−4,8−ジメチレンを含む、請求項9記載の
    方法。
  12. 【請求項12】 ポリマー膜を堆積させる装置であっ
    て、 p−キシリレン、又はその誘導体の供給源; 及び不安定
    基を有するコモノマーの供給源と液体が通じている堆積
    チャンバ;コポリマー層を形成する該p−キシリレン、又
    はその誘導体、と該コモノマーの縮重合用チラーを有す
    る基板ホルダ; 及び該コポリマー層を硬化する基板ヒー
    タを含む、前記装置。
  13. 【請求項13】 反応チャンバ及び蒸発チャンバを更に
    含む、請求項12記載の装置。
  14. 【請求項14】 p−キシリレン、又はその誘導体を該
    堆積チャンバへ供給するようにプログラムされたプロセ
    スコントローラを更に含む、請求項13記載の装置。
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