JP2002016062A - 低誘電率の炭素含有酸化ケイ素の作製方法 - Google Patents
低誘電率の炭素含有酸化ケイ素の作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 メチルシランベースの前駆体を使用せずにＳ
ｉＯＣを形成する方法を得て、さらに容易に入手可能な
前駆体材料および装置を使用して、ＳｉＯＣを形成する
方法を得ること。 【解決手段】 集積回路の相互接続構造において使用す
るために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方法
であって、以下の工程：ａ）プラズマ増強化学蒸着（Ｐ
ＥＣＶＤ）チャンバー内に基板を配置する工程；ｂ）ケ
イ素の供給源、酸素の供給源、および炭素の供給源を、
蒸着チャンバーに導入する工程；ならびにｃ）ケイ素含
有フリーラジカル、酸素含有フリーラジカル、および炭
素含有フリーラジカルのプラズマを形成するに十分なエ
ネルギーを適用する工程であって、これによって、ケイ
素、酸素、および炭素が、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯ
Ｃ）フィルムを形成するために利用可能である、工程；
を包含する、方法。
ｉＯＣを形成する方法を得て、さらに容易に入手可能な
前駆体材料および装置を使用して、ＳｉＯＣを形成する
方法を得ること。 【解決手段】 集積回路の相互接続構造において使用す
るために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方法
であって、以下の工程：ａ）プラズマ増強化学蒸着（Ｐ
ＥＣＶＤ）チャンバー内に基板を配置する工程；ｂ）ケ
イ素の供給源、酸素の供給源、および炭素の供給源を、
蒸着チャンバーに導入する工程；ならびにｃ）ケイ素含
有フリーラジカル、酸素含有フリーラジカル、および炭
素含有フリーラジカルのプラズマを形成するに十分なエ
ネルギーを適用する工程であって、これによって、ケイ
素、酸素、および炭素が、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯ
Ｃ）フィルムを形成するために利用可能である、工程；
を包含する、方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、集積回路
において使用される種類の誘電材料を形成する方法に関
し、より詳細には、低誘電率絶縁材料を形成する、プラ
ズマ増強化学蒸着法に関する。
において使用される種類の誘電材料を形成する方法に関
し、より詳細には、低誘電率絶縁材料を形成する、プラ
ズマ増強化学蒸着法に関する。
【０００２】
【従来の技術】大規模集積回路の設計者および製造者
は、より小さなデバイスを作製し続けており、これらの
デバイスにより、より大きな速度およびデバイスの増加
した記録密度が可能となる。超大規模集積（ＵＬＳＩ）
回路上の個々のフィーチャー（例えば、トランジスタゲ
ート長）のサイズは、２００ｎｍ未満にまで減少してい
る。結果として得られる、半導体チップ上の増加した記
憶密度、および関連した機能性の増加は、各チップ上の
相互接続の数および密度を、大いに増加させてきた。
は、より小さなデバイスを作製し続けており、これらの
デバイスにより、より大きな速度およびデバイスの増加
した記録密度が可能となる。超大規模集積（ＵＬＳＩ）
回路上の個々のフィーチャー（例えば、トランジスタゲ
ート長）のサイズは、２００ｎｍ未満にまで減少してい
る。結果として得られる、半導体チップ上の増加した記
憶密度、および関連した機能性の増加は、各チップ上の
相互接続の数および密度を、大いに増加させてきた。
【０００３】互いに近接してパックされる、機能性およ
び複雑さが増加したより小さなチップ上デバイスは、よ
り小さく、より複雑な（例えば、より高い配線レベ
ル）、そしてより密な間隔の相互接続（ライン、バイア
など）を要求する。より小さなサイズの相互接続は、抵
抗を増加させ、そして相互接続間隔を密にし、これによ
りキャパシタンスが増加し、ＲＣ（抵抗−キャパシタン
ス）結合の問題（伝播遅延、およびインターレベル導体
とイントラレベル導体との間のクロストークノイズを含
む）を生じさせる。相互接続ラインとして、インターレ
ベルおよびイントラレベルの両方が、より小さく、より
密な間隔となり、ＲＣ遅延が、全シグナル遅延の増加部
分となり、より小さなデバイスサイズから誘導される速
度平均の大部分を、オフセットする。従って、ＲＣ遅延
は、デバイス性能の改善を制限する。小さな導体サイズ
は、金属ラインの抵抗率（Ｒ）を増加させ、そしてより
小さなインターラインおよびインターレベル間隔は、ラ
イン間のキャパシタンス（Ｃ）を増加させる。銅などの
低抵抗率金属の使用および開発は、相互接続ラインの抵
抗率を減少させ続けている。しかし、キャパシタンスを
減少させることもまた、重要である。
び複雑さが増加したより小さなチップ上デバイスは、よ
り小さく、より複雑な（例えば、より高い配線レベ
ル）、そしてより密な間隔の相互接続（ライン、バイア
など）を要求する。より小さなサイズの相互接続は、抵
抗を増加させ、そして相互接続間隔を密にし、これによ
りキャパシタンスが増加し、ＲＣ（抵抗−キャパシタン
ス）結合の問題（伝播遅延、およびインターレベル導体
とイントラレベル導体との間のクロストークノイズを含
む）を生じさせる。相互接続ラインとして、インターレ
ベルおよびイントラレベルの両方が、より小さく、より
密な間隔となり、ＲＣ遅延が、全シグナル遅延の増加部
分となり、より小さなデバイスサイズから誘導される速
度平均の大部分を、オフセットする。従って、ＲＣ遅延
は、デバイス性能の改善を制限する。小さな導体サイズ
は、金属ラインの抵抗率（Ｒ）を増加させ、そしてより
小さなインターラインおよびインターレベル間隔は、ラ
イン間のキャパシタンス（Ｃ）を増加させる。銅などの
低抵抗率金属の使用および開発は、相互接続ラインの抵
抗率を減少させ続けている。しかし、キャパシタンスを
減少させることもまた、重要である。
【０００４】キャパシタンス（Ｃ）は、相互接続誘電体
の誘電率（ｋ）に正比例するので、低誘電率（ｌｏｗ−
ｋ）材料を利用することにより、キャパシタンスは減少
され得る。キャパシタンス（Ｃ）を減少させることは、
ＵＬＳＩ回路においてＲＣ結合に関する問題を減少させ
る助けとなる。産業が求めるものは、集積回路において
誘電として長く使用されてきた二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ2）の、適切な代用物である。二酸化ケイ素は、優れ
た熱安定性および比較的良好な誘電特性を有し、約４．
０の誘電率を有する。しかし、現在は、集積回路の相互
接続において使用するために適切であり、ＳｉＯ2より
低い誘電率を有する、相互接続誘電材料に対する必要性
が存在する。
の誘電率（ｋ）に正比例するので、低誘電率（ｌｏｗ−
ｋ）材料を利用することにより、キャパシタンスは減少
され得る。キャパシタンス（Ｃ）を減少させることは、
ＵＬＳＩ回路においてＲＣ結合に関する問題を減少させ
る助けとなる。産業が求めるものは、集積回路において
誘電として長く使用されてきた二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ2）の、適切な代用物である。二酸化ケイ素は、優れ
た熱安定性および比較的良好な誘電特性を有し、約４．
０の誘電率を有する。しかし、現在は、集積回路の相互
接続において使用するために適切であり、ＳｉＯ2より
低い誘電率を有する、相互接続誘電材料に対する必要性
が存在する。
【０００５】ＵＬＳＩ回路における相互接続誘電体とし
て使用されるべき可能な低誘電率材料に対する長い探索
の後に、候補物は、用途に依存して、数個に絞られてき
た。前途有望な材料の１つは、炭素ドープした酸化ケイ
素、すなわち炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）である。
て使用されるべき可能な低誘電率材料に対する長い探索
の後に、候補物は、用途に依存して、数個に絞られてき
た。前途有望な材料の１つは、炭素ドープした酸化ケイ
素、すなわち炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）である。
【０００６】炭素含有酸化ケイ素は、メチルシランベー
スの前駆体（例えば、トリメチルシランまたはテトラメ
チルシラン）を使用して、化学蒸着（ＣＶＤ）により首
尾よく堆積されてきた。メチルシランベースのＳｉＯＣ
材料は、約２．５と３．１との間の誘電率を有する。し
かし、メチルシランベースの前駆体は、極度に揮発性か
つ可燃性の、有機ケイ素化合物である。これらはまた、
高価である。これらの様々な欠点により、メチルシラン
ベースの前駆体の使用は、集積回路デバイスの製造のた
めには、決して理想的ではない。
スの前駆体（例えば、トリメチルシランまたはテトラメ
チルシラン）を使用して、化学蒸着（ＣＶＤ）により首
尾よく堆積されてきた。メチルシランベースのＳｉＯＣ
材料は、約２．５と３．１との間の誘電率を有する。し
かし、メチルシランベースの前駆体は、極度に揮発性か
つ可燃性の、有機ケイ素化合物である。これらはまた、
高価である。これらの様々な欠点により、メチルシラン
ベースの前駆体の使用は、集積回路デバイスの製造のた
めには、決して理想的ではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、メチ
ルシランベースの前駆体を使用せずにＳｉＯＣを形成す
る方法を得ることである。
ルシランベースの前駆体を使用せずにＳｉＯＣを形成す
る方法を得ることである。
【０００８】本発明の課題はまた、容易に入手可能な前
駆体材料および装置を使用して、ＳｉＯＣを形成する方
法を得ることである。
駆体材料および装置を使用して、ＳｉＯＣを形成する方
法を得ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、集積回路の相
互接続構造において使用するために、炭素含有酸化ケイ
素を基板上に形成する方法であって、以下の工程：ａ）
プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャンバー内に上
記基板を配置する工程；ｂ）ケイ素の供給源、酸素の供
給源、および炭素の供給源を、上記蒸着チャンバーに導
入する工程；ならびにｃ）ケイ素含有フリーラジカル、
酸素含有フリーラジカル、および炭素含有フリーラジカ
ルのプラズマを形成するに十分なエネルギーを適用する
工程であって、これによって、ケイ素、酸素、および炭
素が、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フィルムを形成
するために利用可能である、工程；を包含する、方法で
あり、これにより上記課題が解決される。
互接続構造において使用するために、炭素含有酸化ケイ
素を基板上に形成する方法であって、以下の工程：ａ）
プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャンバー内に上
記基板を配置する工程；ｂ）ケイ素の供給源、酸素の供
給源、および炭素の供給源を、上記蒸着チャンバーに導
入する工程；ならびにｃ）ケイ素含有フリーラジカル、
酸素含有フリーラジカル、および炭素含有フリーラジカ
ルのプラズマを形成するに十分なエネルギーを適用する
工程であって、これによって、ケイ素、酸素、および炭
素が、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フィルムを形成
するために利用可能である、工程；を包含する、方法で
あり、これにより上記課題が解決される。
【００１０】本発明の一つの局面は、上記基板が、２０
０℃より高い温度に加熱される、上記に記載の方法であ
る。
０℃より高い温度に加熱される、上記に記載の方法であ
る。
【００１１】本発明の一つの局面は、上記基板が、約２
００℃〜約３００℃の範囲の温度に加熱される、上記に
記載の方法である。
００℃〜約３００℃の範囲の温度に加熱される、上記に
記載の方法である。
【００１２】本発明の一つの局面は、上記基板が、約２
５０℃の温度に加熱される、上記に記載の方法である。
５０℃の温度に加熱される、上記に記載の方法である。
【００１３】本発明の一つの局面は、上記ケイ素の供給
源が、シラン（ＳｉＨ4）を含む、上記に記載の方法で
ある。
源が、シラン（ＳｉＨ4）を含む、上記に記載の方法で
ある。
【００１４】本発明の一つの局面は、上記酸素の供給源
が、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を含む、上記に記載の方法
である。
が、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を含む、上記に記載の方法
である。
【００１５】本発明の一つの局面は、上記炭素の供給源
が、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）を含む、上記に記載の方法で
ある。
が、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）を含む、上記に記載の方法で
ある。
【００１６】本発明の一つの局面は、上記炭素の供給源
が、メタン（ＣＨ4）を含む、上記に記載の方法であ
る。
が、メタン（ＣＨ4）を含む、上記に記載の方法であ
る。
【００１７】本発明の一つの局面は、上記炭素の供給源
が、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）およびメタン（ＣＨ4）を含
む、上記に記載の方法である。
が、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）およびメタン（ＣＨ4）を含
む、上記に記載の方法である。
【００１８】さらに本発明は、集積回路の相互接続構造
において使用するために、炭素含有酸化ケイ素を基板上
に形成する方法であって、以下の工程：ａ）ＰＥＣＶＤ
チャンバー内に上記基板を配置する工程、および上記基
板を２００℃より高い温度に加熱する工程；ｂ）ケイ素
前駆体、酸素前駆体、網目構造終結性前駆体、および改
質剤前駆体を、上記ＰＥＣＶＤチャンバーに導入する工
程；ならびにｃ）ケイ素フリーラジカル、酸素フリーラ
ジカル、網目構造終結性フリーラジカル、および改質剤
フリーラジカルを含むプラズマを形成するに十分なエネ
ルギーを適用する工程であって、これによって、ケイ
素、酸素、および炭素を含むプラズマが提供され、網目
構造終結性種を含む炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フ
ィルムを形成する、工程；を包含する、方法であり、こ
れにより上記課題が解決される。
において使用するために、炭素含有酸化ケイ素を基板上
に形成する方法であって、以下の工程：ａ）ＰＥＣＶＤ
チャンバー内に上記基板を配置する工程、および上記基
板を２００℃より高い温度に加熱する工程；ｂ）ケイ素
前駆体、酸素前駆体、網目構造終結性前駆体、および改
質剤前駆体を、上記ＰＥＣＶＤチャンバーに導入する工
程；ならびにｃ）ケイ素フリーラジカル、酸素フリーラ
ジカル、網目構造終結性フリーラジカル、および改質剤
フリーラジカルを含むプラズマを形成するに十分なエネ
ルギーを適用する工程であって、これによって、ケイ
素、酸素、および炭素を含むプラズマが提供され、網目
構造終結性種を含む炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フ
ィルムを形成する、工程；を包含する、方法であり、こ
れにより上記課題が解決される。
【００１９】本発明の一つの局面は、上記ケイ素前駆体
が、シランである、上記に記載の方法である。
が、シランである、上記に記載の方法である。
【００２０】本発明の一つの局面は、上記酸素前駆体
が、一酸化二窒素または酸素である、上記に記載の方法
である。
が、一酸化二窒素または酸素である、上記に記載の方法
である。
【００２１】本発明の一つの局面は、上記網目構造終結
性前駆体が、飽和炭化水素である、上記に記載の方法で
ある。
性前駆体が、飽和炭化水素である、上記に記載の方法で
ある。
【００２２】本発明の一つの局面は、上記飽和炭化水素
前駆体が、メチルフリーラジカルを生成する、上記に記
載の方法である。
前駆体が、メチルフリーラジカルを生成する、上記に記
載の方法である。
【００２３】本発明の一つの局面は、上記飽和炭化水素
が、メタンである、上記に記載の方法である。
が、メタンである、上記に記載の方法である。
【００２４】本発明の一つの局面は、上記飽和炭化水素
が、プロピルフリーラジカルを生成する、上記に記載の
方法である。
が、プロピルフリーラジカルを生成する、上記に記載の
方法である。
【００２５】本発明の一つの局面は、上記飽和炭化水素
が、プロパンである、上記に記載の方法である。
が、プロパンである、上記に記載の方法である。
【００２６】本発明の一つの局面は、上記改質剤前駆体
が、アルキンである、上記に記載の方法である。
が、アルキンである、上記に記載の方法である。
【００２７】本発明の一つの局面は、上記アルキンが、
アセチレンである、上記に記載の方法である。
アセチレンである、上記に記載の方法である。
【００２８】本発明の一つの局面は、上記改質剤前駆体
が、アルケンである、上記に記載の方法である。
が、アルケンである、上記に記載の方法である。
【００２９】本発明の一つの局面は、上記アルケンが、
エチレンである、上記に記載の方法である。
エチレンである、上記に記載の方法である。
【００３０】またさらに本発明は、集積回路の相互接続
構造において使用するために、炭素含有酸化ケイ素を基
板上に形成する方法であって、以下の工程：ａ）ＰＥＣ
ＶＤチャンバー内に上記基板を配置する工程、および上
記基板を２００℃より高い温度に加熱する工程；ｂ）ケ
イ素フリーラジカル、酸素フリーラジカル、網目構造終
結性フリーラジカル、架橋性フリーラジカル、および改
質剤フリーラジカルを含むプラズマを形成するに十分な
エネルギーの適用下で、シラン、一酸化二窒素、メタ
ン、およびアセチレンを、上記ＰＥＣＶＤチャンバーに
導入する工程であって、これによって、上記改質剤フリ
ーラジカルが、上記架橋性フリーラジカルと反応し、そ
して上記架橋性フリーラジカルを減少させて、上記網目
構造終結性フリーラジカルを残し、上記網目構造終結性
フリーラジカルが反応して所望の炭素含有酸化ケイ素を
形成する、工程；ならびにｃ）上記基板をアニールする
工程、を包含する、方法であり、これにより上記課題が
解決される。
構造において使用するために、炭素含有酸化ケイ素を基
板上に形成する方法であって、以下の工程：ａ）ＰＥＣ
ＶＤチャンバー内に上記基板を配置する工程、および上
記基板を２００℃より高い温度に加熱する工程；ｂ）ケ
イ素フリーラジカル、酸素フリーラジカル、網目構造終
結性フリーラジカル、架橋性フリーラジカル、および改
質剤フリーラジカルを含むプラズマを形成するに十分な
エネルギーの適用下で、シラン、一酸化二窒素、メタ
ン、およびアセチレンを、上記ＰＥＣＶＤチャンバーに
導入する工程であって、これによって、上記改質剤フリ
ーラジカルが、上記架橋性フリーラジカルと反応し、そ
して上記架橋性フリーラジカルを減少させて、上記網目
構造終結性フリーラジカルを残し、上記網目構造終結性
フリーラジカルが反応して所望の炭素含有酸化ケイ素を
形成する、工程；ならびにｃ）上記基板をアニールする
工程、を包含する、方法であり、これにより上記課題が
解決される。
【００３１】本発明の一つの局面は、メタンおよびアセ
チレンが、５：１と１：５との間の比で導入される、上
記に記載の方法である。
チレンが、５：１と１：５との間の比で導入される、上
記に記載の方法である。
【００３２】本発明の一つの局面は、メタンおよびアセ
チレンが、５：２の比で導入される、上記に記載の方法
である。
チレンが、５：２の比で導入される、上記に記載の方法
である。
【００３３】本発明の一つの局面は、メタンおよびアセ
チレンが、１：１の比で導入される、上記に記載の方法
である。
チレンが、１：１の比で導入される、上記に記載の方法
である。
【００３４】従って、半導体デバイスのための相互接続
誘電材料を形成するための方法が、提供される。この方
法は、以下の工程： ａ）基板をプラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャン
バー内に配置する工程：ならびに ｂ）ケイ素含有フリーラジカル、酸素含有フリーラジカ
ルおよび炭素含有フリーラジカルのプラズマを形成する
に十分なエネルギーの適用下で、ケイ素の供給源、酸素
の供給源、および炭素の供給源を、蒸着チャンバーに導
入する工程であって、これによって、ケイ素、酸素、お
よび炭素が、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フィルム
を形成するために利用可能である、工程、を包含する。
本発明の好ましい実施形態においては、ケイ素の供給源
はシランであり、酸素の供給源は一酸化二窒素または酸
素であり、そして炭素の供給源はメタン、アセチレンま
たはその両方である。これらの前駆体は、容易に入手可
能であり、そして４．０未満の誘電率を有する材料を生
成する。メタンおよびアセチレンの両方を使用する、好
ましい実施形態においては、この方法は、３．０未満の
誘電率を有する材料を生成する。
誘電材料を形成するための方法が、提供される。この方
法は、以下の工程： ａ）基板をプラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャン
バー内に配置する工程：ならびに ｂ）ケイ素含有フリーラジカル、酸素含有フリーラジカ
ルおよび炭素含有フリーラジカルのプラズマを形成する
に十分なエネルギーの適用下で、ケイ素の供給源、酸素
の供給源、および炭素の供給源を、蒸着チャンバーに導
入する工程であって、これによって、ケイ素、酸素、お
よび炭素が、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フィルム
を形成するために利用可能である、工程、を包含する。
本発明の好ましい実施形態においては、ケイ素の供給源
はシランであり、酸素の供給源は一酸化二窒素または酸
素であり、そして炭素の供給源はメタン、アセチレンま
たはその両方である。これらの前駆体は、容易に入手可
能であり、そして４．０未満の誘電率を有する材料を生
成する。メタンおよびアセチレンの両方を使用する、好
ましい実施形態においては、この方法は、３．０未満の
誘電率を有する材料を生成する。
【００３５】より低い密度およびより低い誘電率を有す
る材料は、より多くの網目構造終結性種を導入するこ
と、および架橋材種の数を減少させることによって、生
成される。誘電率の減少は、メチル（−ＣＨ3）基をＳ
ｉＯ2網目構造にドープしてＳｉＯＣを形成することに
より達成され得、ここでいくつかのＳｉ−Ｏ結合は、Ｓ
ｉ−ＣＨ3結合で置換される。
る材料は、より多くの網目構造終結性種を導入するこ
と、および架橋材種の数を減少させることによって、生
成される。誘電率の減少は、メチル（−ＣＨ3）基をＳ
ｉＯ2網目構造にドープしてＳｉＯＣを形成することに
より達成され得、ここでいくつかのＳｉ−Ｏ結合は、Ｓ
ｉ−ＣＨ3結合で置換される。
【００３６】炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）とは、本
明細書中において、酸化ケイ素および炭素を含有する材
料を表し、さらなる材料が存在し得、そして望ましくさ
えあり得る。特に、所望のメチル基を形成する水素が望
ましい。本発明の方法の好ましい実施形態の例として、
相互接続誘電材料が、メチル基（−ＣＨ3）により提供
される炭素成分を用いて生成され、Ｈ3Ｃ−ＳｉＯ8に類
似の構造を形成する。
明細書中において、酸化ケイ素および炭素を含有する材
料を表し、さらなる材料が存在し得、そして望ましくさ
えあり得る。特に、所望のメチル基を形成する水素が望
ましい。本発明の方法の好ましい実施形態の例として、
相互接続誘電材料が、メチル基（−ＣＨ3）により提供
される炭素成分を用いて生成され、Ｈ3Ｃ−ＳｉＯ8に類
似の構造を形成する。
【００３７】本発明の好ましい実施形態においては、メ
タンとアセチレンとの両方が、プラズマチャンバーに導
入される。このチャンバー内のプラズマエネルギーは、
メタンをメチル（−ＣＨ3）およびカルベン（−ＣＨ
2−）に転換する。メチルは、網目構造終結性フリーラ
ジカル（すなわち、種）であり、そしてカルベンは、架
橋性フリーラジカル（すなわち、種）である。種とは、
本明細書中において、プラズマ中でフリーなままである
フリーラジカル、および材料の形成の際に一旦結合した
フリーラジカルをも表す。例えば、以下：
タンとアセチレンとの両方が、プラズマチャンバーに導
入される。このチャンバー内のプラズマエネルギーは、
メタンをメチル（−ＣＨ3）およびカルベン（−ＣＨ
2−）に転換する。メチルは、網目構造終結性フリーラ
ジカル（すなわち、種）であり、そしてカルベンは、架
橋性フリーラジカル（すなわち、種）である。種とは、
本明細書中において、プラズマ中でフリーなままである
フリーラジカル、および材料の形成の際に一旦結合した
フリーラジカルをも表す。例えば、以下：
【００３８】
【化１】 のような、網目構造終結性種（−ＣＨ3）を有する構造
は、より低い密度およびより低い誘電率の材料を生成す
るので、これらは好ましい。架橋性種を組み込む構造
は、例えば、以下：
は、より低い密度およびより低い誘電率の材料を生成す
るので、これらは好ましい。架橋性種を組み込む構造
は、例えば、以下：
【００３９】
【化２】 のような、所望でないアモルファスシリコンカーバイド
型の結合を形成する傾向があり、好ましくは減少または
排除される。
型の結合を形成する傾向があり、好ましくは減少または
排除される。
【００４０】本発明の方法の別の好ましい実施形態にお
いては、気体前駆体が、プラズマチャンバー内に導入さ
れる。これらの気体前駆体は、ケイ素前駆体（好ましく
は、シラン）、酸素前駆体（好ましくは、一酸化二窒
素）、網目構造終結性前駆体（好ましくは、メタン）、
および改質剤前駆体（好ましくは、アセチレン）を含有
する。メタンとアセチレンとの両方は、炭素を含み、そ
して可能な炭素の供給源として作用するが、これらの組
み合わせが好ましい。メタンは、網目構造終結性フリー
ラジカルであるメチル（−ＣＨ3）を、あまり好ましく
ない架橋性フリーラジカルであるカルベン（−ＣＨ
2−）と共に提供する。改質剤前駆体（この場合には、
アセチレン）の存在によって、網目構造終結性種の生成
が増強されるか、または所望でない種が減少されるかの
いずれかであり、これによって、メチルの大部分がＳｉ
−Ｏ結合と置換し、より誘電率の低い材料を生成し得
る。
いては、気体前駆体が、プラズマチャンバー内に導入さ
れる。これらの気体前駆体は、ケイ素前駆体（好ましく
は、シラン）、酸素前駆体（好ましくは、一酸化二窒
素）、網目構造終結性前駆体（好ましくは、メタン）、
および改質剤前駆体（好ましくは、アセチレン）を含有
する。メタンとアセチレンとの両方は、炭素を含み、そ
して可能な炭素の供給源として作用するが、これらの組
み合わせが好ましい。メタンは、網目構造終結性フリー
ラジカルであるメチル（−ＣＨ3）を、あまり好ましく
ない架橋性フリーラジカルであるカルベン（−ＣＨ
2−）と共に提供する。改質剤前駆体（この場合には、
アセチレン）の存在によって、網目構造終結性種の生成
が増強されるか、または所望でない種が減少されるかの
いずれかであり、これによって、メチルの大部分がＳｉ
−Ｏ結合と置換し、より誘電率の低い材料を生成し得
る。
【００４１】プラズマチャンバー内での処理に続いて、
この基板はさらに、−ＯＨを減少させてフィルムを調整
するために、アニールされる。
この基板はさらに、−ＯＨを減少させてフィルムを調整
するために、アニールされる。
【００４２】
【発明の実施の形態】本発明は、炭素含有酸化ケイ素
（ＳｉＯＣ）を、シリコンウェハまたは他の基板上に堆
積させる方法を提供する。このウェハは、集積回路（Ｉ
Ｃ）フィーチャー（例えば、トランジスタならびに他の
能動デバイスおよび受動デバイス）をウェハ上に形成す
るための周知の技術を使用することによって、調製され
てきた。ウェハ上の集積回路フィーチャーのタイプおよ
び数は、低誘電率ＳｉＯＣが超大規模集積（ＵＬＳＩ）
デバイス上に最も有利に利用されることを除き、本発明
のプロセスに対して重要ではない。相互接続構造におい
て使用されるフォーム、アーキテクチャおよび導電性材
料、ならびにこのような構造を形成する方法は、本明細
書中には記載しない。これらは、当業者に周知の設計的
選択事項である。本発明は、適切な低誘電率（ｌｏｗ−
ｋ）誘電フィルムを形成する方法に関し、これらのフィ
ルムは、ウェハ上に堆積され、そして導電性ライン、バ
イア、およびＩＣデバイスにおける他の導体の間および
周囲での使用に適する。
（ＳｉＯＣ）を、シリコンウェハまたは他の基板上に堆
積させる方法を提供する。このウェハは、集積回路（Ｉ
Ｃ）フィーチャー（例えば、トランジスタならびに他の
能動デバイスおよび受動デバイス）をウェハ上に形成す
るための周知の技術を使用することによって、調製され
てきた。ウェハ上の集積回路フィーチャーのタイプおよ
び数は、低誘電率ＳｉＯＣが超大規模集積（ＵＬＳＩ）
デバイス上に最も有利に利用されることを除き、本発明
のプロセスに対して重要ではない。相互接続構造におい
て使用されるフォーム、アーキテクチャおよび導電性材
料、ならびにこのような構造を形成する方法は、本明細
書中には記載しない。これらは、当業者に周知の設計的
選択事項である。本発明は、適切な低誘電率（ｌｏｗ−
ｋ）誘電フィルムを形成する方法に関し、これらのフィ
ルムは、ウェハ上に堆積され、そして導電性ライン、バ
イア、およびＩＣデバイスにおける他の導体の間および
周囲での使用に適する。
【００４３】図１は、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶ
Ｄ）プロセスを、ウェハ１２などの基板上で実施するた
めに適切な装置１０の概略図である。装置１０は、１つ
以上のウェハ１２を保持するに適したサイズのＰＥＣＶ
Ｄチャンバー１６を備え、このウェハは、チャック２０
上で、チャンバー１６内に支持される。このようなチャ
ンバーについて典型的であるように、内部２２は、適切
なポンプおよびバルブ装置（これは、図１においてポン
プ２６として概略的に示される）によって、所望のよう
に排気または加圧され得る。個々のウェハ１２は、適切
なウェハハンドラー３０によって、チャンバー１６の壁
のゲートバルブ３２を通してチャック２０の上に置く
か、またはそこから離すことによって、チャンバー１６
の内外に移動される。
Ｄ）プロセスを、ウェハ１２などの基板上で実施するた
めに適切な装置１０の概略図である。装置１０は、１つ
以上のウェハ１２を保持するに適したサイズのＰＥＣＶ
Ｄチャンバー１６を備え、このウェハは、チャック２０
上で、チャンバー１６内に支持される。このようなチャ
ンバーについて典型的であるように、内部２２は、適切
なポンプおよびバルブ装置（これは、図１においてポン
プ２６として概略的に示される）によって、所望のよう
に排気または加圧され得る。個々のウェハ１２は、適切
なウェハハンドラー３０によって、チャンバー１６の壁
のゲートバルブ３２を通してチャック２０の上に置く
か、またはそこから離すことによって、チャンバー１６
の内外に移動される。
【００４４】ＰＥＣＶＤにおいて使用される、選択され
た気体が、適切なマニホルドシステム３６を通し、様々
な気体供給リザーバ（包括的に４０で示す）から、バル
ブ４２により制御されて、チャンバーに導入される。例
示の目的で、３つのみの供給リザーバが示されるが、必
要なだけ多くのリザーバが使用される。本発明の好まし
い実施形態においては、少なくとも４つの気体が使用さ
れ、その結果、４つまでの供給リザーバが使用される。
チャンバー１６への導入前に、単一の供給リザーバ内で
１つ以上の前駆体気体を組み合わせることもまた可能で
ある。これらの気体は、気体を分配する、シャワーヘッ
ド４６と通常呼ばれるものを通して、チャンバー１６に
導入される。チャック２０は、所望の温度に加熱され
得、加熱要素５０が概略的に示される。加熱要素５０お
よびチャック２０は、一緒に使用されて、ＰＥＣＶＤプ
ロセスの間にウェハ１２の温度を選択する。
た気体が、適切なマニホルドシステム３６を通し、様々
な気体供給リザーバ（包括的に４０で示す）から、バル
ブ４２により制御されて、チャンバーに導入される。例
示の目的で、３つのみの供給リザーバが示されるが、必
要なだけ多くのリザーバが使用される。本発明の好まし
い実施形態においては、少なくとも４つの気体が使用さ
れ、その結果、４つまでの供給リザーバが使用される。
チャンバー１６への導入前に、単一の供給リザーバ内で
１つ以上の前駆体気体を組み合わせることもまた可能で
ある。これらの気体は、気体を分配する、シャワーヘッ
ド４６と通常呼ばれるものを通して、チャンバー１６に
導入される。チャック２０は、所望の温度に加熱され
得、加熱要素５０が概略的に示される。加熱要素５０お
よびチャック２０は、一緒に使用されて、ＰＥＣＶＤプ
ロセスの間にウェハ１２の温度を選択する。
【００４５】プラズマエネルギーは、無線周波数（Ｒ
Ｆ）ジェネレータ５２を通してチャンバー１６に供給さ
れる。無線周波数（ＲＦ）ジェネレータ５２は、シャワ
ーヘッド４６を通して放射される、高周波数（ＨＦ）Ｒ
Ｆ出力を供給する。ＰＥＣＶＤチャンバーにおけるＨＦ
プラズマエネルギーの業界標準は、１３．５６ＭＨｚで
あるが、本発明は、いずれの特定の高周波数値にも限定
されない。装置１０はまた、チャンバー１６の内部に低
周波数（ＬＦ）出力を供給するための、ＬＦジェネレー
タ５６を含む。ＬＦ出力は、チャック１６とシャワーヘ
ッド４６との間に、当業者に周知の様式で、適用され
る。ＬＦ出力は利用可能であるが、本発明に必ずしも必
要ではない。
Ｆ）ジェネレータ５２を通してチャンバー１６に供給さ
れる。無線周波数（ＲＦ）ジェネレータ５２は、シャワ
ーヘッド４６を通して放射される、高周波数（ＨＦ）Ｒ
Ｆ出力を供給する。ＰＥＣＶＤチャンバーにおけるＨＦ
プラズマエネルギーの業界標準は、１３．５６ＭＨｚで
あるが、本発明は、いずれの特定の高周波数値にも限定
されない。装置１０はまた、チャンバー１６の内部に低
周波数（ＬＦ）出力を供給するための、ＬＦジェネレー
タ５６を含む。ＬＦ出力は、チャック１６とシャワーヘ
ッド４６との間に、当業者に周知の様式で、適用され
る。ＬＦ出力は利用可能であるが、本発明に必ずしも必
要ではない。
【００４６】図２は、本発明の方法の工程を示す。この
方法を、図１および図２を参照して記載する。ウェハ１
２が調製され、次いでウェハハンドラー３０によって、
ＰＥＣＶＤチャンバー１６内のチャック２０上に配置さ
れる。ウェハ１２は、典型的に、任意の所望の回路構造
を用いて調製されるシリコンウェハであり、そして本発
明の方法に従う、さらなる処理の準備ができている。ウ
ェハ１２は、低誘電率材料を受容するための上面５８を
有する。図２における第一工程は、工程７０であり、こ
の工程は、ウェハ１２を２００℃より高い温度に加熱す
る工程である。本発明の好ましい実施形態においては、
ウェハ１２は、一般に２００℃〜３００℃の範囲の温度
に、好ましくは２５０℃に、加熱される。
方法を、図１および図２を参照して記載する。ウェハ１
２が調製され、次いでウェハハンドラー３０によって、
ＰＥＣＶＤチャンバー１６内のチャック２０上に配置さ
れる。ウェハ１２は、典型的に、任意の所望の回路構造
を用いて調製されるシリコンウェハであり、そして本発
明の方法に従う、さらなる処理の準備ができている。ウ
ェハ１２は、低誘電率材料を受容するための上面５８を
有する。図２における第一工程は、工程７０であり、こ
の工程は、ウェハ１２を２００℃より高い温度に加熱す
る工程である。本発明の好ましい実施形態においては、
ウェハ１２は、一般に２００℃〜３００℃の範囲の温度
に、好ましくは２５０℃に、加熱される。
【００４７】工程７２は、ケイ素の供給源（好ましく
は、シラン（ＳｉＨ4））を、適切な供給器４０からマ
ニホルド３６を通して、チャンバー１６へと導入する工
程である。
は、シラン（ＳｉＨ4））を、適切な供給器４０からマ
ニホルド３６を通して、チャンバー１６へと導入する工
程である。
【００４８】工程７４は、酸素の供給源（好ましくは、
一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）または酸素）を、適切な供給器
４０からマニホルド３６を通して、チャンバー１６へと
導入する工程である。
一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）または酸素）を、適切な供給器
４０からマニホルド３６を通して、チャンバー１６へと
導入する工程である。
【００４９】工程７６は、炭素の供給源を導入する工程
である。炭素の供給源は、好ましくは、メチル基（−Ｃ
Ｈ3）をプラズマ中に提供する。本発明の好ましい実施
形態においては、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、メタン（ＣＨ
4）、または好ましくは、これら両方の組み合わせが、
炭素の供給源として使用される。
である。炭素の供給源は、好ましくは、メチル基（−Ｃ
Ｈ3）をプラズマ中に提供する。本発明の好ましい実施
形態においては、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、メタン（ＣＨ
4）、または好ましくは、これら両方の組み合わせが、
炭素の供給源として使用される。
【００５０】工程７２、７４、および７６から明らかで
あるように、ケイ素の供給源、酸素の供給源、および炭
素の供給源は、好ましくは、別個の供給源からである。
これらの別個の供給源は、一般に、より複雑な有機ケイ
素前駆体よりも、容易に入手可能であり、そして安価で
ある。
あるように、ケイ素の供給源、酸素の供給源、および炭
素の供給源は、好ましくは、別個の供給源からである。
これらの別個の供給源は、一般に、より複雑な有機ケイ
素前駆体よりも、容易に入手可能であり、そして安価で
ある。
【００５１】工程７２、７４、および７６の間に、工程
７８に示すように、適切なプラズマ出力が、チャンバー
１６に適用される。ＰＥＣＶＤ処理の当業者に公知であ
るように、チャンバー１６内のプラズマエネルギーは、
導入した気体をイオン化させ、ポリマーラジカルを生成
させ、このポリマーラジカルが、ウェハ１２の表面５８
に堆積する。本発明において、適切なプラズマ出力は、
基板表面（すなわち、上面５８の表面積）の１ｃｍ2あ
たり０．５Ｗと３Ｗとの間のエネルギーレベルで、ＨＦ
エネルギー（１３．８６ＭＨｚ）を含む。
７８に示すように、適切なプラズマ出力が、チャンバー
１６に適用される。ＰＥＣＶＤ処理の当業者に公知であ
るように、チャンバー１６内のプラズマエネルギーは、
導入した気体をイオン化させ、ポリマーラジカルを生成
させ、このポリマーラジカルが、ウェハ１２の表面５８
に堆積する。本発明において、適切なプラズマ出力は、
基板表面（すなわち、上面５８の表面積）の１ｃｍ2あ
たり０．５Ｗと３Ｗとの間のエネルギーレベルで、ＨＦ
エネルギー（１３．８６ＭＨｚ）を含む。
【００５２】本発明の好ましい方法においては、炭素供
給源（工程７６）は、網目構造終結性前駆体および改質
剤前駆体を含む。本明細書中において使用する場合に
は、「網目構造終結性前駆体」とは、少なくとも１つの
網目構造終結性フリーラジカル（すなわち、種）を、Ｐ
ＥＣＶＤチャンバー内で生成する前駆体を表す。例え
ば、好ましい実施形態における網目構造終結性前駆体
は、メタン（ＣＨ4）であり、これは、メチルフリーラ
ジカル（−ＣＨ3）を生成する。一旦、メチルフリーラ
ジカルがケイ素原子に結合すると、その炭素原子の周り
の末端水素原子に対してはさらなる結合が形成され得な
いという点で、メチルフリーラジカルは、網目構造終結
性である。
給源（工程７６）は、網目構造終結性前駆体および改質
剤前駆体を含む。本明細書中において使用する場合に
は、「網目構造終結性前駆体」とは、少なくとも１つの
網目構造終結性フリーラジカル（すなわち、種）を、Ｐ
ＥＣＶＤチャンバー内で生成する前駆体を表す。例え
ば、好ましい実施形態における網目構造終結性前駆体
は、メタン（ＣＨ4）であり、これは、メチルフリーラ
ジカル（−ＣＨ3）を生成する。一旦、メチルフリーラ
ジカルがケイ素原子に結合すると、その炭素原子の周り
の末端水素原子に対してはさらなる結合が形成され得な
いという点で、メチルフリーラジカルは、網目構造終結
性である。
【００５３】例えばメタンが、網目構造終結性フリーラ
ジカルであるメチルを生成するのみであるならば、この
ことは非常に率直である。不運なことに、ＰＥＣＶＤチ
ャンバー内のメタンはまた、カルベン（−ＣＨ2−）を
も生成する。カルベンは、２つのフリー結合を有し、こ
れによって炭素原子が、誘電材料中の２つの原子と結合
し得る。炭素原子へのさらなる結合を可能にする、フリ
ーラジカル（すなわち、種）は、本明細書中において、
不飽和（または「架橋性」）フリーラジカル（すなわ
ち、種）と呼ばれる。さらに、水素が一般に、処理中に
カルベンから除去される。この水素の除去により、炭素
原子が４つのケイ素原子と結合して、所望でないシリコ
ンカーバイドタイプの構造を形成し得る。
ジカルであるメチルを生成するのみであるならば、この
ことは非常に率直である。不運なことに、ＰＥＣＶＤチ
ャンバー内のメタンはまた、カルベン（−ＣＨ2−）を
も生成する。カルベンは、２つのフリー結合を有し、こ
れによって炭素原子が、誘電材料中の２つの原子と結合
し得る。炭素原子へのさらなる結合を可能にする、フリ
ーラジカル（すなわち、種）は、本明細書中において、
不飽和（または「架橋性」）フリーラジカル（すなわ
ち、種）と呼ばれる。さらに、水素が一般に、処理中に
カルベンから除去される。この水素の除去により、炭素
原子が４つのケイ素原子と結合して、所望でないシリコ
ンカーバイドタイプの構造を形成し得る。
【００５４】本発明の好ましい実施形態においては、改
質剤前駆体がＰＥＣＶＤチャンバーに導入されて、架橋
性フリーラジカル（すなわち、種）を減少または排除す
る。改質剤前駆体とは、プラズマ内で反応して、所望で
ないフリーラジカル（すなわち、種）を減少または排除
するか、あるいは所望のフリーラジカル（すなわち、
種）を増強または増加させるかのいずれかである、前駆
体である。改質剤種は、好ましくは、アセチレンなどの
アルキン（三重結合した炭素原子を有する分子）であ
る。アセチレン化学は、飽和種の生成を増強するか、ま
たはカルベンおよび他の不飽和種を減少させるかのいず
れかによって、メチルまたは他の飽和種の割合を増加さ
せる。この結果として、アモルファスシリコンカーバイ
ドタイプの構造の形成と比較して、ＳｉＯＣの形成に、
メチルがさらにより効率的に組み込まれる。メチルの組
み込みにより、Ｓｉ−Ｃ−Ｓｉタイプの構造の代わり
に、Ｓｉ−ＣＨ3タイプの構造に類似の構造が生成す
る。ＳｉＯＣにおけるメチル構造の存在は、フィルムが
本質的に固体のままであってさえも、低誘電率に直接寄
与する。アセチレンが好ましいが、本発明の方法には絶
対的に必要ではない。エチレンなどのアルケン（二重結
合した炭素原子を有する分子）もまた、使用され得る。
本発明を、いずれの改質剤前駆体もなしに実施すること
もまた、可能である。
質剤前駆体がＰＥＣＶＤチャンバーに導入されて、架橋
性フリーラジカル（すなわち、種）を減少または排除す
る。改質剤前駆体とは、プラズマ内で反応して、所望で
ないフリーラジカル（すなわち、種）を減少または排除
するか、あるいは所望のフリーラジカル（すなわち、
種）を増強または増加させるかのいずれかである、前駆
体である。改質剤種は、好ましくは、アセチレンなどの
アルキン（三重結合した炭素原子を有する分子）であ
る。アセチレン化学は、飽和種の生成を増強するか、ま
たはカルベンおよび他の不飽和種を減少させるかのいず
れかによって、メチルまたは他の飽和種の割合を増加さ
せる。この結果として、アモルファスシリコンカーバイ
ドタイプの構造の形成と比較して、ＳｉＯＣの形成に、
メチルがさらにより効率的に組み込まれる。メチルの組
み込みにより、Ｓｉ−Ｃ−Ｓｉタイプの構造の代わり
に、Ｓｉ−ＣＨ3タイプの構造に類似の構造が生成す
る。ＳｉＯＣにおけるメチル構造の存在は、フィルムが
本質的に固体のままであってさえも、低誘電率に直接寄
与する。アセチレンが好ましいが、本発明の方法には絶
対的に必要ではない。エチレンなどのアルケン（二重結
合した炭素原子を有する分子）もまた、使用され得る。
本発明を、いずれの改質剤前駆体もなしに実施すること
もまた、可能である。
【００５５】ＰＥＣＶＤチャンバー中の反応を、以下の
ように要約する。
ように要約する。
【００５６】（プラズマ重合化学） 前駆体： （ＳｉＨ4＋Ｎ2Ｏ）＋（Ｃ2Ｈ2＋ＣＨ4） プラズマ放電により生成するフリーラジカル：工程７２
において、シラン（ＳｉＨ4）をチャンバー１６に導入
する。工程７８において、プラズマエネルギーを適用
し、ケイ素含有フリーラジカルであるシリル、および水
素原子を生成する。
において、シラン（ＳｉＨ4）をチャンバー１６に導入
する。工程７８において、プラズマエネルギーを適用
し、ケイ素含有フリーラジカルであるシリル、および水
素原子を生成する。
【００５７】
【化３】 工程７４において、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）をチャンバ
ー１６に導入する。工程７８において、プラズマエネル
ギーを適用し、酸化窒素、酸素原子、および窒素原子を
生成する。
ー１６に導入する。工程７８において、プラズマエネル
ギーを適用し、酸化窒素、酸素原子、および窒素原子を
生成する。
【００５８】
【化４】 工程７６において、メタン（ＣＨ4）をチャンバー１６
に導入する。工程７８において、プラズマエネルギーを
適用し、炭素含有フリーラジカル（好ましくは、メチ
ル）を生成する。より望ましくない炭素含有フリーラジ
カルである、カルベン（これは、架橋性フリーラジカル
として作用する）もまた、水素原子と共に生成する。
に導入する。工程７８において、プラズマエネルギーを
適用し、炭素含有フリーラジカル（好ましくは、メチ
ル）を生成する。より望ましくない炭素含有フリーラジ
カルである、カルベン（これは、架橋性フリーラジカル
として作用する）もまた、水素原子と共に生成する。
【００５９】
【化５】 工程７６において、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）が、チャンバ
ー１６に導入される。工程７８において、プラズマエネ
ルギーを適用し、さらなる炭素含有フリーラジカルを生
成する。別の可能な炭素の供給源を提供することに加え
て、アセチレンおよびそのラジカル（すなわち、カルビ
ン）は、プラズマ中で改質剤として作用し、メチルを増
強するか、またはカルベンを減少させる。
ー１６に導入される。工程７８において、プラズマエネ
ルギーを適用し、さらなる炭素含有フリーラジカルを生
成する。別の可能な炭素の供給源を提供することに加え
て、アセチレンおよびそのラジカル（すなわち、カルビ
ン）は、プラズマ中で改質剤として作用し、メチルを増
強するか、またはカルベンを減少させる。
【００６０】
【化６】 本発明の方法の好ましい実施形態において、チャンバー
１６に導入されるシラン、一酸化二窒素、メタンおよび
アセチレンの割合は、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶ
Ｄ）によりウェハ１２上に炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯ
Ｃ）を堆積するよう選択される。メタン対アセチレンの
選択される割合は、約５：１と１：５との間であり、好
ましくは１：１である。
１６に導入されるシラン、一酸化二窒素、メタンおよび
アセチレンの割合は、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶ
Ｄ）によりウェハ１２上に炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯ
Ｃ）を堆積するよう選択される。メタン対アセチレンの
選択される割合は、約５：１と１：５との間であり、好
ましくは１：１である。
【００６１】本発明の方法に従って、ウェハ１２の上に
堆積される炭素含有酸化ケイ素は、二酸化ケイ素より低
い誘電率を有する。好ましい実施形態においては、Ｓｉ
ＯＣは、メチルシラン前駆体の使用により提供される誘
電率に匹敵する誘電率を有するが、より容易に利用可能
であり、かつより安価な前駆体を使用する。
堆積される炭素含有酸化ケイ素は、二酸化ケイ素より低
い誘電率を有する。好ましい実施形態においては、Ｓｉ
ＯＣは、メチルシラン前駆体の使用により提供される誘
電率に匹敵する誘電率を有するが、より容易に利用可能
であり、かつより安価な前駆体を使用する。
【００６２】最後に、ウェハ１２を、ハンドラー３０な
どの任意の適切な手段によって、チャンバー１６から取
り出し、そして適切なアニールオーブン内で、一般には
３００℃〜５００℃の範囲の温度、好ましくは４００℃
で、１〜５時間アニールする（工程１１０）。本発明の
代替の実施形態においては、堆積が約４００℃より高い
温度でなされる場合には、このアニール工程は排除され
得る。このことは、本発明に付随する費用を減少させ得
る。
どの任意の適切な手段によって、チャンバー１６から取
り出し、そして適切なアニールオーブン内で、一般には
３００℃〜５００℃の範囲の温度、好ましくは４００℃
で、１〜５時間アニールする（工程１１０）。本発明の
代替の実施形態においては、堆積が約４００℃より高い
温度でなされる場合には、このアニール工程は排除され
得る。このことは、本発明に付随する費用を減少させ得
る。
【００６３】以下は、本発明の方法の特定の実験実施例
である。
である。
【００６４】
【実施例】Ｏｘｆｏｒｄ ｐｌａｓｍａ ｌａｂ １０
０ ＰＥＣＶＤシステムチャンバー内で、６インチウェ
ハ１２をチャック２０上に配置し、そして２５０℃の温
度に加熱した。ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＣＨ4、およびＣ2Ｈ2
の気体流を、約１５：３０：５０：２０のＳｉＨ4：Ｎ2
Ｏ：ＣＨ4：Ｃ2Ｈ2の比を提供するように、チャンバー
１６へと導入する。ＨＦ出力（１３．５６ＭＨｚ）を、
５０Ｗの出力レベルで適用する。チャンバー内の周囲圧
力を、約０．４Ｔｏｒｒに維持する。
０ ＰＥＣＶＤシステムチャンバー内で、６インチウェ
ハ１２をチャック２０上に配置し、そして２５０℃の温
度に加熱した。ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＣＨ4、およびＣ2Ｈ2
の気体流を、約１５：３０：５０：２０のＳｉＨ4：Ｎ2
Ｏ：ＣＨ4：Ｃ2Ｈ2の比を提供するように、チャンバー
１６へと導入する。ＨＦ出力（１３．５６ＭＨｚ）を、
５０Ｗの出力レベルで適用する。チャンバー内の周囲圧
力を、約０．４Ｔｏｒｒに維持する。
【００６５】上記の条件により、１分間あたり約３７０
ÅのＳｉＯＣが堆積する。堆積を、所望の厚さの材料が
堆積するに十分な時間、継続する。上記の条件を使用し
て生成する相互接続誘電材料は、約２．８５の誘電率を
有し、これは、二酸化ケイ素の誘電率４．１より十分に
低い。
ÅのＳｉＯＣが堆積する。堆積を、所望の厚さの材料が
堆積するに十分な時間、継続する。上記の条件を使用し
て生成する相互接続誘電材料は、約２．８５の誘電率を
有し、これは、二酸化ケイ素の誘電率４．１より十分に
低い。
【００６６】チャンバー１６内での処理に続いて、ウェ
ハ１２を、４００℃の温度で２時間アニールする。
ハ１２を、４００℃の温度で２時間アニールする。
【００６７】アセチレンおよびメタンの代わりに、アセ
チレンを使用すると、３．４の誘電率を有する相互接続
誘電体が、１分間あたり７７０Åの速度で堆積する。ア
セチレンおよびメタンの代わりに、メタンのみを使用す
ると、３．４５の誘電率を有する相互接続誘電体が、１
分間あたり２２０Åの速度で堆積する。これらの代替例
の両方が、ＳｉＯ2より低い誘電率を有するＳｉＯＣ材
料を提供するが、上記で堆積する、２．８５の誘電率を
有するＳｉＯＣ材料が、好ましい。
チレンを使用すると、３．４の誘電率を有する相互接続
誘電体が、１分間あたり７７０Åの速度で堆積する。ア
セチレンおよびメタンの代わりに、メタンのみを使用す
ると、３．４５の誘電率を有する相互接続誘電体が、１
分間あたり２２０Åの速度で堆積する。これらの代替例
の両方が、ＳｉＯ2より低い誘電率を有するＳｉＯＣ材
料を提供するが、上記で堆積する、２．８５の誘電率を
有するＳｉＯＣ材料が、好ましい。
【００６８】上記では、メタンが網目構造終結性前駆体
として使用されるが、他の網目構造終結性前駆体が使用
されてもよい。好ましくは、網目構造終結性前駆体は、
飽和炭化水素である。または、本発明の別の実施形態に
おいては、網目構造終結性前駆体の例は、プロパンであ
る。プロパンは、プロピルを、プラズマ内に、所望でな
いフリーラジカルと共に生成する。プロパンのさらなる
複雑さに起因して、多くのさらなるフリーラジカルが形
成される。このことは、１つ以上の改質剤前駆体が、存
在するあらゆる架橋性フリーラジカル（すなわち、種）
を適切に減少または排除することを要求する。
として使用されるが、他の網目構造終結性前駆体が使用
されてもよい。好ましくは、網目構造終結性前駆体は、
飽和炭化水素である。または、本発明の別の実施形態に
おいては、網目構造終結性前駆体の例は、プロパンであ
る。プロパンは、プロピルを、プラズマ内に、所望でな
いフリーラジカルと共に生成する。プロパンのさらなる
複雑さに起因して、多くのさらなるフリーラジカルが形
成される。このことは、１つ以上の改質剤前駆体が、存
在するあらゆる架橋性フリーラジカル（すなわち、種）
を適切に減少または排除することを要求する。
【００６９】アセチレンは、好ましい改質剤前駆体であ
るが、他の改質剤前駆体もまた、本発明の範囲内であ
る。
るが、他の改質剤前駆体もまた、本発明の範囲内であ
る。
【００７０】さらなる代替の実施形態が、本発明の範囲
内で可能である。本発明は、種々の前駆体材料を使用し
て、実施され得る。本発明の範囲内の方法の他の改変
は、当業者に想到される。従って、上述の開示およびそ
の説明は、例示の目的のみであり、本発明を限定すると
は意図されない。本発明は、特許請求の範囲により規定
される。
内で可能である。本発明は、種々の前駆体材料を使用し
て、実施され得る。本発明の範囲内の方法の他の改変
は、当業者に想到される。従って、上述の開示およびそ
の説明は、例示の目的のみであり、本発明を限定すると
は意図されない。本発明は、特許請求の範囲により規定
される。
【００７１】低誘電率相互接続誘電材料を作製する方法
であって、ＰＥＣＶＤプロセスおよび容易に入手可能な
前駆体を使用して、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）を
生成する。ＳｉＯＣ誘電材料は、シランおよび一酸化二
窒素の従来のシランベースの気体前駆体を、炭化水素気
体と共に使用して、生成される。シランベースの気体前
駆体と組み合わせての、メタンおよびアセチレンの使用
が提供される。メタンは、網目構造終結性種、特にメチ
ルを生成し、これが二酸化ケイ素網目構造中のＳｉ−Ｏ
結合の酸素と置換する。これにより、材料の容量が増加
し、密度および誘電率が減少する。アセチレンは、炭素
の可能な供給源として、および改質剤として作用し、カ
ルベンなどの所望でない架橋種を減少もしくは排除する
か、またはメチルなどの所望の網目構造終結性種を増強
する。打込みに続いて、−ＯＨを減少させるため、およ
び誘電率を潜在的にさらに低下させるために、この材料
をアニールする。
であって、ＰＥＣＶＤプロセスおよび容易に入手可能な
前駆体を使用して、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）を
生成する。ＳｉＯＣ誘電材料は、シランおよび一酸化二
窒素の従来のシランベースの気体前駆体を、炭化水素気
体と共に使用して、生成される。シランベースの気体前
駆体と組み合わせての、メタンおよびアセチレンの使用
が提供される。メタンは、網目構造終結性種、特にメチ
ルを生成し、これが二酸化ケイ素網目構造中のＳｉ−Ｏ
結合の酸素と置換する。これにより、材料の容量が増加
し、密度および誘電率が減少する。アセチレンは、炭素
の可能な供給源として、および改質剤として作用し、カ
ルベンなどの所望でない架橋種を減少もしくは排除する
か、またはメチルなどの所望の網目構造終結性種を増強
する。打込みに続いて、−ＯＨを減少させるため、およ
び誘電率を潜在的にさらに低下させるために、この材料
をアニールする。
【００７２】
【発明の効果】本発明により、メチルシランベースの前
駆体を使用せずにＳｉＯＣを形成することが可能となっ
た。さらに、容易に入手可能な前駆体材料および装置を
使用して、ＳｉＯＣを形成することが可能となった。
駆体を使用せずにＳｉＯＣを形成することが可能となっ
た。さらに、容易に入手可能な前駆体材料および装置を
使用して、ＳｉＯＣを形成することが可能となった。
【図１】図１は、本発明のプロセスにおいて選択した工
程を実施するための、ＰＥＣＶＤチャンバーの概略図で
ある。
程を実施するための、ＰＥＣＶＤチャンバーの概略図で
ある。
【図２】図２は、本発明に従って、図１に示すようなチ
ャンバー内で、基板上にＳｉＯＣを堆積させるための方
法における工程を示す、ブロック図である。
ャンバー内で、基板上にＳｉＯＣを堆積させるための方
法における工程を示す、ブロック図である。
１２ ウェハ １６ ＰＥＣＶＤチャンバー ２０ チャック ２６ ポンプ ３０ ウェハハンドラー ３２ ゲートバルブ ３６ マニホルド ４０ 供給器 ４２ バルブ ４６ シャワーヘッド ５０ 加熱要素 ５２ ＲＦジェネレータ ５６ ＬＦジェネレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シェン， テン スー アメリカ合衆国 ワシントン 98607， ケイマス， エヌダブリュー トラウト コート 2216 Ｆターム(参考） 4G072 AA50 BB09 GG01 GG03 HH01 HH04 JJ47 4K030 AA01 AA06 AA09 AA10 BA48 CA04 CA12 DA09 FA03 JA06 JA10 LA02 LA15 5F058 BA20 BC20 BF07 BF23 BF26 BF29 BG03 BH01 BJ02
Claims (25)
- 【請求項１】 集積回路の相互接続構造において使用す
るために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方法
であって、以下の工程： ａ）プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャンバー内
に該基板を配置する工程； ｂ）ケイ素の供給源、酸素の供給源、および炭素の供給
源を、該蒸着チャンバーに導入する工程；ならびに ｃ）ケイ素含有フリーラジカル、酸素含有フリーラジカ
ル、および炭素含有フリーラジカルのプラズマを形成す
るに十分なエネルギーを適用する工程であって、これに
よって、ケイ素、酸素、および炭素が、炭素含有酸化ケ
イ素（ＳｉＯＣ）フィルムを形成するために利用可能で
ある、工程；を包含する、方法。 - 【請求項２】 前記基板が、２００℃より高い温度に加
熱される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記基板が、約２００℃〜約３００℃の
範囲の温度に加熱される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記基板が、約２５０℃の温度に加熱さ
れる、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記ケイ素の供給源が、シラン（ＳｉＨ
4）を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 前記酸素の供給源が、一酸化二窒素（Ｎ
2Ｏ）を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記炭素の供給源が、アセチレン（Ｃ2
Ｈ2）を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 前記炭素の供給源が、メタン（ＣＨ4）
を含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 前記炭素の供給源が、アセチレン（Ｃ2
Ｈ2）およびメタン（ＣＨ4）を含む、請求項１に記載の
方法。 - 【請求項１０】 集積回路の相互接続構造において使用
するために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方
法であって、以下の工程： ａ）ＰＥＣＶＤチャンバー内に該基板を配置する工程、
および該基板を２００℃より高い温度に加熱する工程； ｂ）ケイ素前駆体、酸素前駆体、網目構造終結性前駆
体、および改質剤前駆体を、該ＰＥＣＶＤチャンバーに
導入する工程；ならびに ｃ）ケイ素フリーラジカル、酸素フリーラジカル、網目
構造終結性フリーラジカル、および改質剤フリーラジカ
ルを含むプラズマを形成するに十分なエネルギーを適用
する工程であって、これによって、ケイ素、酸素、およ
び炭素を含むプラズマが提供され、網目構造終結性種を
含む炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フィルムを形成す
る、工程； を包含する、方法。 - 【請求項１１】 前記ケイ素前駆体が、シランである、
請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記酸素前駆体が、一酸化二窒素また
は酸素である、請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記網目構造終結性前駆体が、飽和炭
化水素である、請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記飽和炭化水素前駆体が、メチルフ
リーラジカルを生成する、請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記飽和炭化水素が、メタンである、
請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記飽和炭化水素が、プロピルフリー
ラジカルを生成する、請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記飽和炭化水素が、プロパンであ
る、請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記改質剤前駆体が、アルキンであ
る、請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記アルキンが、アセチレンである、
請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記改質剤前駆体が、アルケンであ
る、請求項１０に記載の方法。 - 【請求項２１】 前記アルケンが、エチレンである、請
求項２０に記載の方法。 - 【請求項２２】 集積回路の相互接続構造において使用
するために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方
法であって、以下の工程： ａ）ＰＥＣＶＤチャンバー内に該基板を配置する工程、
および該基板を２００℃より高い温度に加熱する工程； ｂ）ケイ素フリーラジカル、酸素フリーラジカル、網目
構造終結性フリーラジカル、架橋性フリーラジカル、お
よび改質剤フリーラジカルを含むプラズマを形成するに
十分なエネルギーの適用下で、シラン、一酸化二窒素、
メタン、およびアセチレンを、該ＰＥＣＶＤチャンバー
に導入する工程であって、これによって、該改質剤フリ
ーラジカルが、該架橋性フリーラジカルと反応し、そし
て該架橋性フリーラジカルを減少させて、該網目構造終
結性フリーラジカルを残し、該網目構造終結性フリーラ
ジカルが反応して所望の炭素含有酸化ケイ素を形成す
る、工程；ならびに ｃ）該基板をアニールする工程、 を包含する、方法。 - 【請求項２３】 メタンおよびアセチレンが、５：１と
１：５との間の比で導入される、請求項２２に記載の方
法。 - 【請求項２４】 メタンおよびアセチレンが、５：２の
比で導入される、請求項２２に記載の方法。 - 【請求項２５】 メタンおよびアセチレンが、１：１の
比で導入される、請求項２２に記載の方法。
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