JP2002502114A - シロキサン含有ポリマーの堆積 - Google Patents

シロキサン含有ポリマーの堆積

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Abstract

(57)【要約】 基材をチャンバー（２）内に入れ、前記チャンバーに気体又は気相状態のケイ素含有化合物と、ペルオキシド結合を含有するさらなる化合物と、このペルオキシド結合を含有する化合物と容易に会合する物質とを導入し、前記ケイ素含有化合物と前記さらなる化合物及び会合性物質とを反応させて前記基材上に絶縁層を提供することを含む、基材を処理する方法を開示する。この方法を実施するための装置も開示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、基材、例えば半導体ウェハーを処理する方法及び装置に関し、特に
高品質絶縁層の堆積速度を増加させるための方法及び装置に関するが、これらに
限定するわけではない。さらに、本発明の方法及び装置によって低誘電率（低ｋ
として知られている）も提供される。
【０００２】 引用によりここに含まれていることにする先行特許出願ＷＯ９４／０１８８５
には、シラン（ＳｉＨ4 ）又は高級シランと過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）とを反応さ
せることによる液状短鎖ポリマーを半導体ウェハー上に形成する平坦化技術が記
載されている。さらに、先行する同時係属出願ＰＣＴ／ＧＢ９７／０２２４０で
は、平坦化操作で低誘電率を提供する方法及び装置が開示された。開示されたこ
の方法は、オルガノシラン化合物とペルオキシド結合を含有する化合物とを使用
して半導体基板上に堆積層として短鎖ポリマーを提供する。先行技術に係る方法
において使用されている反応物が半導体基板上に非常に低い堆積速度で生成した
ポリマーの層を与えることが分かっている。例えば、フェニルシランとＨ2 Ｏ2 の反応に関して調べたところ、堆積速度は低く６００Å／分程度であった。
【０００３】 本発明の主な目的は、絶縁体の低誘電率に有害な影響を及ぼさないばかりか誘
電率を改善しつつできるだけ速く高品質絶縁層を形成することである。 我々は、低誘電率等の他の望ましい特性を保ちながら堆積速度を著しく増加で
き、それにより全体的な堆積プロセスを改良できることを見いだした。 本発明の第１の側面では、 基材をチャンバー内に配置し、 前記チャンバーに気体又は気相状態のケイ素含有化合物と、ペルオキシド結合
を含有するさらなる化合物と、このペルオキシド結合を含有する化合物と容易に
会合（ａｓｓｏｃｉａｔｅ）する物質とを導入し、 前記ケイ素含有化合物と前記さらなる化合物及び会合性物質（ａｓｓｏｃｉａ
ｔｉｎｇ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）とを反応させて前記基材上に絶縁層を提供する
こと、 を含む、基材を処理する方法が提供される。
【０００４】 前記会合性物質がペルオキシド結合を含有する化合物とケイ素含有化合物の間
の開始を促進すると考えられるが、出願人はこの考えに固執するわけではない。
すなわち、前記さらなる化合物と会合性物質が、絶縁層の形成の際に互いに反応
する。 ペルオキシド結合を含有する化合物と容易に会合する物質は、好ましくは、酸
化剤、例えば、酸素、オゾン又はテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）である。し
かしながら、ペルオキシド結合を含有する化合物に可溶であればいかなる物質も
適切であり、例えば一酸化炭素又は二酸化炭素が適切である。もっとも好ましい
酸化剤は酸素である。
【０００５】 起こる反応は化学気相成長法であり、補足的なプラズマを必要としないが、必
要であれば、そのようなプラズマ（例えば、弱イオン化したプラズマ）をプロセ
スチャンバー内で使用してもよい。すなわち、反応物が自発的に反応できること
が好ましい。反応は表面反応であると考えられる。 ケイ素含有化合物はオルガノシランであることができ、例えば一般式：Ｃx Ｈ y −Ｓｉn Ｈa 又は（Ｃx Ｈy ）z Ｓｉn Ｈa ［式中ｘ、ｙ、ｚ、ｎ及びａは任
意の適切な値であり、例えば整数である］により表されるものであることができ
る。ケイ素含有化合物は好ましくは一般式：Ｒ−ＳｉＨ3 により表されるもので
ある。Ｒがメチル、エチル、フェニル又はビニル基であることが好ましく、Ｒが
フェニル又はメチル基であることが特に好ましい。代わりに、ケイ素含有化合物
は、シラン類（例えばシラン自体）又は高級シランであることができる。さらに
、代わりにジメチルシランを使用してもよい。ケイ素含有化合物は、ＴＥＯＳで
も他の有機金属化合物でもないことが好ましい。
【０００６】 複数の成分の任意の適切な組み合わせを使用してもよいが、当業者であれば当
然分かるように、特定の組み合わせと圧力は、チャンバー内で爆発性となること
から適切でない場合がある。 ペルオキシド結合を含有する化合物は好ましくは過酸化水素である。 代わりの態様において、本発明の方法は、追加のガス、例えば窒素をチャンバ
ーに導入する工程をさらに含んでもよい。
【０００７】 会合性物質を任意の方式で導入してよい。例えば、会合性物質を、チャンバー
に導入するのに先立って、ペルオキシド結合を含有する化合物又はケイ素含有化
合物と予備混合してもよいが、会合性物質とペルオキシド結合を含有する化合物
とを予備混合した場合には堆積速度が特に増加することが観察された。代わりに
、会合性物質を別成分としてチャンバーに導入してもよい。
【０００８】 Ｒがメチル基である場合、例えばメチルシランがケイ素含有化合物である場合
には、堆積速度は約１．１μｍ／分に増加する。酸素を会合性物質として使用す
る場合には、酸素を使用しなかった場合の速度である約８０００Å／分から堆積
速度が増加した。Ｒがフェニル基である場合には、堆積速度は約６００Å／分か
ら２７００Å／分に増加する。さらに、酸素を会合性物質として使用した場合に
は、シラン又は高級シランを使用した場合の堆積速度は約９０００Å／分から約
１．２μｍ／分に増加した。さらに、会合性物質の添加、特に酸素の添加によっ
て、基材上に形成される皮膜の誘電率がわずかに減少することが確認され、典型
的には誘電率が３．２から２．８に減少した。
【０００９】 チャンバーへのケイ素含有化合物の特に好ましい流量は、２０〜１４５Ｓｃｃ
ｍ（３．４×１０-2〜０．２４Ｐａ・ｍ3 ／ｓ）の間であり、約４５Ｓｃｃｍ（
７．６×１０-2Ｐａ・ｍ3 ／ｓ）がよりいっそう好ましい。チャンバーへのペル
オキシド結合を含有する化合物の流量は好ましくは０．２〜１．０ｇ／分であり
、よりいっそう好ましくは約０．２２ｇ／分である。チャンバーへの会合性物質
の流量は好ましくは５０Ｓｃｃｍ（８．４×１０-2Ｐａ・ｍ3 ／ｓ）以下であり
、よりいっそう好ましくは約１０Ｓｃｃｍ（１．７×１０-2Ｐａ・ｍ3 ／ｓ）以
下である。２０Ｓｃｃｍより高い自発的かつ一時的な圧力では激しい反応を示唆
する噴出が観察され、従って５０Ｓｃｃｍより高い流量は実際上安全でないであ
ろう。チャンバー内で任意の適切な圧力を使用できるが、適切な圧力は大気圧未
満、例えば２００〜５０００ｍＴ、好ましくは約１０００ｍＴである。さらなる
ガスを使用する場合には、チャンバー内へのその流量は好ましくは５０〜１００
０ｍＴ（８．４×１０-2Ｐａ・ｍ3 ／ｓ〜１．７×１０-2Ｐａ・ｍ3 ／ｓ）、よ
りいっそう好ましくは約８０Ｓｃｃｍ（０．１４Ｐａ・ｍ3 ／ｓ）である。単位
Ｓｃｃｍ〔立方センチメートル毎分（標準状態下）〕は標準温度及び圧力のもと
でのものである。
【００１０】 本発明の方法は、必要であれば、短鎖ポリマーから形成された層から水及び／
又はＯＨを除去するさらなる工程を含んでもよい。さらに、本発明の方法は、ポ
リマー層の堆積に先立って下層又はベース層を形成する工程をさらに含んでもよ
い。本発明の方法は、形成された層の表面にキャッピング層（ｃａｐｐｉｎｇ
ｌａｙｅｒ）を堆積又は形成する工程をさらに含んでもよい。このキャッピング
層はＰＥＣＶＤ法で適用されることが好ましい。
【００１１】 本発明の第２の側面では、チャンバーに成分を導入するための手段と基材を支
持する定盤手段とを具備する上記方法を実施するための装置が提供される。この
装置は、化学気相成長法（ＣＶＤ）又はプラズマ促進気相成長法（ＰＥＣＶＤ）
チャンバーを構成していてもよい。 本発明を説明してきたが、上記の説明は上記の態様の任意の組み合わせにも以
下の記載にも及ぶ。
【００１２】 本発明を、以下の実施例及び図面を参照して例示する。 図１を参照すると、半導体ウェハー等を処理するための装置が１で概略的に示
されている。そのような装置の一般構成は当該技術分野で周知であるため本発明
の理解に関係する特徴のみを説明することにする。装置１は、複式シャワーヘッ
ド３及びウェハー基材４を有するチャンバー２を具備する。シャワーヘッド３は
ＲＦ源６に接続されていて１つの電極を形成しており、一方、基材４は接地され
ていてもう１つの電極を形成している。代わりに、ＲＦ源６が、基材４及び接地
されているシャワーヘッド３に接続されていてもよい。シャワーヘッド３は、各
管７及び８により、一方がＯ2 及びＨ2 Ｏ2 の源に接続され、もう一方がフェニ
ルシラン（Ｃ6 Ｈ8 Ｓｉ）の源に接続されている。
【００１３】 使用の際に、この装置は、半導体ウェハー又は他の基材上に短鎖ポリマーを堆
積するように構成されている。この装置によって、局所的又はグローバルに平坦
化を行うことも「絶縁膜埋め込み」を行うこともできる。必要であればキャリヤ
ーガス、例えば窒素と共に、成分をチャンバーに導入して、それらをチャンバー
内で反応させることによりポリマーが形成される。この反応が自発的に起こる場
合も、この反応が例えば外部エネルギー源からの開始を必要とする場合もある。
他の成分の小さな流量のために、プロセスの改良には窒素が必要であり、窒素は
このプロセスの一部を構成する。反応物の流れは所望のレベルに保たれ、それら
は出口９を通じてチャンバーから除去される。生成したポリマーはウェハー上に
堆積する。酸素が関係する機構に関して、出願人は、Ｏ2 がＨ2 Ｏ2 と会合し、
この会合がＨ2 Ｏ2 とＣ6 Ｈ8 Ｓｉの反応を促進すると考えるが、この考えに固
執するわけではない。反応はウェハー表面で起こりうる。実施例 フェニルシラン（Ｃ6 Ｈ8 Ｓｉ）とＨ2 Ｏ2 の反応を調べたところ、堆積速度
は非常に低かった（６００Å／分程度）。反応を促進するために、少量の追加の
酸化剤Ｏ2 をプロセスで添加し、堆積速度を２７００Å／分を上回る程度まで首
尾よく増加させることができた。
【００１４】 この調査に使用したプロセスは以下の通りであった：
【００１５】
【表１】
【００１６】 すでに述べた通り、Ｏ2 流量を２０Ｓｃｃｍを超える程度まで増加させた場合
に、ますます激しい反応が起こり、チャンバー圧力が大きくゆらいだ。 さらに、Ｏ2 の添加が、ケイ素含有化合物としてシラン又は高級シランを使用
するプロセスの堆積速度は約９０００Å／分から約１．２μｍ／分に増加し、Ｍ
ｅＳｉＨ3 を使用するプロセスの堆積速度はおよそ８０００Å／分から約１．１
μｍ／分に増加することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、処理方法を実施するための装置の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA09 AA14 AA18 BA44 CA04 EA04 FA03 JA05 JA09 JA12 LA02 LA15 5F058 BA20 BF07 BF27 BF29 BF37 BJ02

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基材をチャンバー内に配置し、 前記チャンバーに気体又は気相状態のケイ素含有化合物と、ペルオキシド結合
    を含有するさらなる化合物と、このペルオキシド結合を含有する化合物と容易に
    会合する物質とを導入し、 前記ケイ素含有化合物と前記さらなる化合物及び会合性物質とを反応させて前
    記基材上に絶縁層を提供すること、 を含む、基材を処理する方法。
  2. 【請求項２】 前記会合性物質が酸化剤である請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記酸化剤が酸素、オゾン又はテトラエトキシシランから選
    ばれる請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記酸化剤が酸素である請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記ケイ素含有化合物が一般式：Ｃx Ｈy −Ｓｉn Ｈa 又は
    （Ｃx Ｈy ）z Ｓｉn Ｈa により表されるオルガノシランである請求項１〜４の
    いずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ケイ素含有化合物が一般式：Ｒ−ＳｉＨ3 により表され
    るものである請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 Ｒがメチル、エチル、フェニル又はビニル基である請求項６
    記載の方法。
  8. 【請求項８】 Ｒがフェニル又はメチル基である請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記ケイ素含有化合物がシラン又は高級シランである請求項
    １〜４のいずれか１項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記ペルオキシド結合を含有する化合物が過酸化水素であ
    る請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記チャンバーに追加のガスを導入することをさらに含む
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記追加のガスが窒素である請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記会合性物質が、チャンバーへの導入に先立って、前記
    ペルオキシド結合を含有する化合物又は前記ケイ素含有化合物と予備混合される
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記会合性物質が別の成分としてチャンバーに導入される
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 Ｒがメチル基であり、堆積速度が約１．１μｍ／分に増加
    される、請求項８記載の方法。
  16. 【請求項１６】 Ｒがフェニル基であり、堆積速度が約２７００Å／分に増
    加される請求項８記載の方法。
  17. 【請求項１７】 堆積速度が約１．２μｍ／分に増加される請求項９記載の
    方法。
  18. 【請求項１８】 チャンバーに入る前記ケイ素含有化合物の流量が２０〜１
    ４５Ｓｃｃｍの間である請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 チャンバーに入る前記ペルオキシド結合を含有する化合物
    の流量が０．２〜１．０ｇ／分の間である請求項１〜１８のいずれか１項に記載
    の方法。
  20. 【請求項２０】 チャンバーに入る前記会合性物質の流量が５０Ｓｃｃｍ以
    下である請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 チャンバーに入る前記追加のガスの流量が５０〜１０００
    Ｓｃｃｍの間である請求項１１又は１２に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 チャンバー内の圧力が大気圧未満である請求項１〜２１の
    いずれか１項に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 実質的に以下で添付の実施例及び図面を参照して説明され
    、これらの実施例及び図面に示されている通りの方法。
  24. 【請求項２４】 チャンバーに成分を導入するための手段と半導体基板を支
    持する定盤手段とを具備する請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法を実施
    するための装置。
  25. 【請求項２５】 ＣＶＤ及び／又はＰＥＣＶＤチャンバーを具備する請求項
    ２４記載の装置。
  26. 【請求項２６】 実質的に以下で添付の図面を参照して説明され、添付の図
    面に示されている通りの装置。
JP2000529003A 1998-01-23 1999-01-20 シロキサン含有ポリマーの堆積 Pending JP2002502114A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

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