JP2003530481A - 無機／有機誘電体フィルムを堆積させるシステム及び方法 - Google Patents

無機／有機誘電体フィルムを堆積させるシステム及び方法

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Abstract

(57)【要約】 基体の表面上に誘電体フィルムを堆積させるシステム及び方法が提供される。システムは処理チャンバを有し、処理チャンバは基体を支持するための基体支持体と、処理チャンバへガスを輸送するための１つまたはそれ以上のガス入口とを有している。チャンバ内に第１のプラズマゾーンを限定する第１のプラズマ源と、前記チャンバ内に第２のプラズマゾーンを限定する第２のプラズマ源とが設けられている。ガスは、第１及び第２のプラズマゾーンにおいて異なるイオン化レベルで別々にイオン化され、これらの別々にイオン化されたガスが反応して基体の表面上に誘電体フィルムを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （関連出願との相互参照） 本出願は、1999年11月19日付米国仮特許出願第60/166,662号の利益を主張する
。
【０００２】 （技術分野） 本発明は、酸化物フィルムを堆積させるシステム及び方法に関し、詳述すれば
、低誘電定数（κ）を有する無機／有機酸化物フィルムを、基体の表面上に堆積
させるシステム及び方法に関する。
【０００３】 （従来の技術） 極めて近い将来におけるマイクロエレクトロニクス産業の最大のチャレンジの
１つは、金属層間誘電体、及び金属層内誘電体として二酸化シリコンに代わるこ
とができる進歩した誘電体材料の認定である。誘電体フィルム層は、集積回路及
び半導体の基本成分である。これらのフィルムは、成分間を電気的に絶縁する。
デバイス密度が増加するにつれて、デバイスフィーチャを絶縁するために多層誘
電体フィルムが一般的に使用されてきた。誘電体フィルムを形成させる場合、そ
のフィルムが、良好なギャップ充填性、熱安定度、及び好ましい電気特性のよう
なある特性を呈することが重要である。最も広く使用されている誘電体層である
二酸化シリコン（ＳiＯ2）は、さまざまな方法によって形成される。最も一般的
に使用されている方法は、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ、及びスピン・
オンコーティングである。
【０００４】 デバイス密度を増加させたいという主たる理由は、動作速度をより速くするこ
とである。集積回路の素子間の距離を短くする程、信号をより高速で伝送するこ
とができる。しかしながら、デバイス密度を増加させるにつれてライン間のギャ
ップが小さくなり、絶縁用フィルムに対する要求がより厳格になる。臨界的なフ
ィーチャサイズを約0.25ミクロン以下に減少させる場合には、絶縁用誘電体材料
の誘電定数（κ）が益々重要になる。詳述すれば、誘電定数がデバイスの容量を
決定するので、（ａ）容量性相互接続遅延、（ｂ）信号伝送にエラーをもたらし
得るクロストーク、及び（ｃ）電力消費にも影響を与える。これらの影響の全て
は、絶縁用材料の誘電定数を低くすることによって最小になる。
【０００５】 伝送速度を最高にするためには、容量性相互接続、即ちＲＣ遅延を最小にしな
ければならない。所与のデバイスのＲＣ遅延を減少させるためには、大別して２
つの方法がある。第１は、異なる材料を使用することによって相互接続ラインの
抵抗を減少させることである。第２の方法は、誘電体材料を変更するか、または
異なる誘電体材料を使用することによって誘電定数を減少させることである。両
方法共、従来技術において追求されてきてはいるが、第１の方法は１つの代替（
銅）しか有しておらず、第２の方法は、数多くの代替アプローチを有している。
【０００６】 現在では、デバイスは全て二酸化シリコンからなる５層または６層の誘電体層
を組み入れることができる。従って、ＳiＯ2を適当な低誘電定数（低κ）材料に
置換すれば、デバイスの速度が劇的に改善され、電力消費が低下する。
【０００７】 最低可能な誘電定数は1.0（真空の誘電定数）であり、一方二酸化シリコンＳi
Ｏ2は約3.9乃至4.0の誘電定数を有している。二酸化シリコンより低い誘電定数
値を、典型的に“低κ”フィルムと呼んでいる。3.0より小さい誘電定数を有す
るどのようなフィルムも、当業界では漠然と“極低κ”フィルムと考えている。
論文には“超低κ”フィルムも出現しており、これは漠然と2.0より小さい誘電
定数を有するフィルムに適用されている。
【０００８】 低誘電定数を有するフィルムは、デバイス内に適当に集積するための他の要求
をも満たさなければならない。即ち、他の主要フィルム特性は、限定するもので
はないが、（１）降伏電界強度または降伏電圧、（２）漏洩電流、（３）熱安定
度、及び（４）他のフィルム層への付着を含む。
【０００９】 降伏電界強度は、ボルト／単位長の単位で表され、絶縁用材料が最早絶縁せず
に降伏して短絡をもたらす点である。最小降伏電界強度は、回路の動作電圧を、
隣接する導電素子間の分離距離によって除すことによって決定される。例えば、
0.25μｍデバイスを3.3Ｖの動作電圧で作動させる場合、降伏電圧が13.2Ｖ／μ
ｍまたは0.132ＭＶ／ｃｍを越えてはならない。安全マージンが望まれており、
誘電体フィルムの降伏電界強度の業界標準は、0.5ＭＶ／ｃｍよりも大きい。
【００１０】 漏洩電流は、降伏電界強度より小さい指定された電界強度において絶縁体を通
る電流束の量である。誘電体フィルムの漏洩電流密度として受入れられている標
準は、0.05ＭＶ／ｃｍの印加電界強度において2×10-8Ａ／ｃｍ2以下である。
【００１１】 もし誘電強度が十分に高く（例えば、要望される＞0.50ＭＶ／ｃｍに合致する
）、またもし漏洩電流が十分に低ければ（例えば、0.05ＭＶ／ｃｍの印加電界に
おける＜2×10-8Ａ／ｃｍ2の要求に合致する）、他の誘電体バリヤーを使用する
ことなく、その誘電体層を単独で使用することができる。しかしながら、もし誘
電強度が低いか（例えば、＜100Ｖ／μｍ）、または漏洩電流が十分に高ければ
（例えば、0.1ＭＶ／ｃｍの印加電界において＞10-10Ａ／ｃｍ2）、ＳiＯ2また
はＳiＮ4の順応性蒸着コーティングのような付加的な誘電体バリヤーが必要にな
り得る。
【００１２】 ＳiＯ2またはＳiＮ4のような薄い高誘電強度ライナーと低誘電定数材料とを組
合せると、総合的な誘電体性能を改善することができる。しかしながら、組合さ
れた誘電体層の正味の誘電定数は、低誘電定数材料自体のそれよりも高い。好ま
しいアプローチは、低誘電定数及び高誘電強度を併せ持つ単一の誘電体材料を組
み入れて、バリヤー層を含ませるために必要な特別な製造ステップを最小にし、
その単一材料の低誘電定数を利用することである。
【００１３】 高温における機械的な安定度に対する要求は、回路を製造するために典型的な
、半導体ウェハが受ける多くの処理の故にもたらされるものである。爾後の層が
堆積される、または処理される温度は400℃にも達し得る。従って、この値はフ
ィルム材料の生存能力を判定するために使用されることが多い。
【００１４】 最後に、絶縁用フィルムの付着特性は、爾後の処理にとって、並びに安定な熱
的及び電気的性能を保証するために適していなければならない。その要求とは、
誘電体フィルムが他の層及び基体と良好に結合することである。
【００１５】 薄い誘電体フィルムを作成するための従来方法は、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ
）及びスピン・オンを含む。ＣＶＤ方法は、典型的には、前駆化学物質及び反応
物にエネルギを印加して化学反応を可能にする。他の支持されているＣＶＤ方法
は、化学反応を促進するために液体またはプラズマを使用することができる。多
くの場合、前駆化学物質はガスであるが、気化させてチャンバ内へ注入される液
体も使用される。代替として、スピン・オン方法は典型的に、液体キャリヤー内
に懸濁させた前駆物質を、スピンしている基体上に堆積させて薄い均一なフィル
ムを形成させる。次いで、基体上のコーティングを硬化させる。スピン・オンフ
ィルムのための装置は、極めて簡単とすることができる。しかしながら、化学的
前駆物質のクラス、基体上の小さい構造的フィーチャを充填する能力、満足させ
ることができるフィルムプロセスウィンドウ及びパラメータのゆらぎ、及び得ら
れるフィルム化学及び特性に合わせる能力は、ＣＶＤ方法の方がより良好に対処
する。
【００１６】 半導体を製造するために、低κ誘電体層としてさまざまな材料が検討されてい
る。フィルムの誘電定数を引き下げるための試みとして、フッ素をＳiＯ2に添加
した。プラズマＣＶＤによって形成されたフッ素をドープしたＳiＯ2フィルムは
、典型的に3.5乃至3.7の誘電定数を有している。しかしながら、0.25ミクロンよ
りも十分に小さいデバイスジオメトリの場合には、更に低い誘電定数を有する材
料が望まれる。
【００１７】 低κフィルムを作成するための別のプラズマＣＶＤアプローチは、一般にフッ
素化アモルファス炭素と称される高度に架橋された過フッ化炭化水素（フルオロ
カーボン）の堆積である。これらのフィルムのより有望なバージョンの誘電定数
は、最初の焼鈍の後に、一般に2.5と3.0の間の誘電定数を有していると報告され
ている。しかしながら、フッ素化アモルファス炭素に伴う問題が、付着性、熱安
定度（寸法の安定度を含む）、及びフィルムの集積に関して最も顕著に残ってい
る。
【００１８】 ポリマー材料も検討されてきた。例えば、スピンコートされたポリマー材料が
使用されてきた。これらの誘電定数が低いにも拘わらず、処理及び材料の制約か
らこれらのポリマーは完全に満足できるものではない。ポリマーは、約400℃乃
至450℃の標準処理状態において、一般に熱的に及び寸法的に不安定である。こ
れらの材料は埋込み構造のためのものと考えられてきたが、一般的に、これらは
完全スタックギャップ充填またはダマシーン構造には適していない。
【００１９】 スピンコートされたポリマーの欠陥の故に、低誘電定数材料の準備のための代
替方法として気相重合が検討されている。気相重合によって準備された１つの特
定のクラスのポリマーは、パリレンＮ（ppx-N）、及びパリレンＦ（ppx-F）のよ
うなポリキシリレン（パリレンとしても知られている）である。パリレンは、典
型的に2.3から2.7までの範囲にわたる誘電定数値を有しており、従って集積回路
に使用するための低誘電材料として魅力的である。しかしながら、今日までに準
備されたパリレンは、ppx-Nでは熱安定度が貧弱であり、ppx-Fでは高価であり、
または機械的安定度が貧弱である。
【００２０】 上述したように、フッ素化材料は、典型的には総合誘電定数値を低下させる。
極めて低い誘電定数を有する１つの材料は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）であり、誘電定数は約1.9である。より近年の開発では、それらをより多
孔質にする、即ち、フィルム内に空気の低誘電特性を組み入れることによって適
度な誘電定数を有するより低い材料を得ることが探求されている。材料の気孔率
が高い程、その誘電定数は低くなる。しかしながら、高気孔率材料は、構造的に
よりもろく、平面化要求を満足しなくなり得る。更に、フッ素を含む材料は、処
理中の、及び時間の経過に伴うフッ素移動を最小にするために、バリヤー層を追
加する必要があるという欠陥を有している。
【００２１】 残念なことに、フッ素を含む材料は、処理中の、及び時間の経過に伴うフッ素
移動を最小にするために、バリヤー層を追加する必要があるという欠陥を有して
いる。それ自体が移動する傾向がある銅を使用する製造プロセスにおいては、問
題は更に悪化する。フッ素移動を実効的に阻止するＴiＮのようなバリヤー層は
高い誘電定数を有しており、従ってフッ素化フィルムによって導入される長所を
相殺し得る。
【００２２】 より最近になって、低誘電定数フィルムの製造方法が米国特許第6,068,884号
に開示された。この特許のフィルムは、無機及び有機グループのハイブリッドで
ある。このようなフィルム及び方法は大いに有望であると考えられ、さらなる開
発が望まれる。
【００２３】 要約すれば、上述したように、低誘電定数フィルムの選択には多くの考察が必
要である。低誘電定数フィルムを堆積させるための改良されたシステム及び方法
に対する要望が継続している。
【００２４】 （発明の概要） 従って、本発明の目的は、低誘電フィルムを堆積させるための改良されたシス
テム及び方法を提供することである。本発明の１つの広い面においては、基体の
表面上に誘電フィルムを堆積させるためのシステムが提供され、本システムは処
理チャンバを有し、処理チャンバは基体を支持するための基体支持体と、処理チ
ャンバへガスを輸送するための１つまたはそれ以上のガス入口とを有している。
チャンバ内に第１のプラズマゾーンを限定する第１のプラズマ源が設けられ、前
記チャンバ内に第２のプラズマゾーンを限定する第２のプラズマ源が設けられて
いる。ガスは、第１及び第２のプラズマゾーンにおいて異なるイオン化レベルで
別々にイオン化され、これらの別々にイオン化されたガスが反応して基体の表面
上に誘電フィルムを形成する。
【００２５】 本発明の別の面においては、処理チャンバ内において基体の表面上に誘電フィ
ルムを堆積させる方法が提供され、本方法では、１つのまたはそれ以上のガスが
処理チャンバ内へ輸送される。１つまたはそれ以上のガスの何れか１つまたはそ
れらの組合せは、第１のプラズマゾーンにおいてイオン化される。１つまたはそ
れ以上のガスの何れか１つまたはそれらの組合せは、第２のプラズマゾーンにお
いて別にイオン化される。これらの別々にイオン化されたガスが反応して基体の
表面上に誘電フィルムを形成する。
【００２６】 以下の添付図面に基づく本発明の詳細な説明から、本発明の他の目的及び長所
が明白になるであろう。
【００２７】 （実施の形態） 図１及び２には本発明のシステムの２つの代替実施の形態が示されており、両
図においては類似成分に対しては類似参照番号を付してある。システム１０は処
理組立体１１を含み、処理組立体１１は処理チャンバ１２、処理チャンバ１２内
に配置されている中空管陰極１４、及び基体支持体１６を有している。主電極１
８は、処理チャンバ１２の外側表面に接して位置決めされている。頂板２０が処
理チャンバ１２の上端をシールし、中空管陰極１４は頂板２０を通って処理チャ
ンバ１２内へ延びている。頂板２０は、処理チャンバ１２へ１つまたはそれ以上
のガスを輸送するための１つまたはそれ以上のガス入口２２を含むことができる
。処理チャンバ１２には真空システムが結合され、処理チャンバ１２を排気する
。詳細を後述するように、真空システムは真空プレナム及びポンプを含み、この
真空システムは、別個のポンピング通路を与えるために、処理チャンバの底部に
配置することも、または処理チャンバの頂部に配置することも、または両位置に
配置することもできる。
【００２８】 図１及び２に示すように、処理組立体１１は、円筒形状の処理チャンバ１２を
含んでいる。しかしながら、この形状に限定されず、如何なる適当な形状を使用
しても差し支えない。処理チャンバ１２は外壁２４を有している。外壁２４は、
石英またはセラミックのような低損失絶縁材料製であることが好ましい。主電極
１８は、処理チャンバの外壁２４に接して位置決めされている。処理組立体１１
は、図１及び２に示すように、処理チャンバ１２の外周及び主電極１８を取り囲
む外囲２８を更に含むことができる。
【００２９】 主電極１８は多くの形状であることができる。１つの例では、主電極は、処理
チャンバ１２の外周に沿って延びる連続コイル、または連続シリンダの形状であ
ることができる。代替として、主電極は、処理チャンバ１２の外周の周りに所望
の間隔で互いに離間させることができる複数の分離した円筒形区分で形成するこ
とができる。好ましくは、主電極は連続コイルである。主電極１８は、主電極１
８から処理チャンバ１２の内部までの電力結合効率を最大にするために、処理チ
ャンバ１２の外面上に密にフィットさせるべきである。主電極１８は、普通の電
源３２から給電される。典型的には、13.56ＭＨｚの周波数で、3000ＷまでのＲ
Ｆ電力を印加することができる。本発明のシステムに使用するのに適する主電極
及び電源の一例が、米国特許第6,015,595号に詳細開示されているので参照され
たい。
【００３０】 中空管陰極１４は、頂板２０内の開口を介して処理チャンバ１２内に配置され
ている。中空管陰極１４は対電極として働き、接地されている。代替として、中
空陰極１４へ普通の電源３２から給電し、主電極を接地することができる。電源
は13.56ＭＨｚで動作させることが好ましいが、１ｋＨｚ程度の低い周波数で動
作させることができる。
【００３１】 中空管陰極は、処理チャンバ１２へ１つまたはそれ以上のガスを輸送するガス
入口としても役立たせることができる。中空管陰極１４は、典型的には約0.25イ
ンチまたはそれ以下の、より一般的には約0.25乃至1.0インチの範囲内の内径を
有する細長い管である。好ましい実施の形態では、中空管陰極はチャンバ１２の
中心軸に沿うように心合わせされて配置されているが、もし望むならば、陰極１
４は中心からずらせても差し支えない。従って、中空管陰極１４の位置によって
処理化学物質を導入する点を選択的に制御することができる。
【００３２】 頂板２０は、頂板の周縁の周りにフランジ３５を含み、このフランジ３５は外
囲２８に取付けられて処理チャンバ１２の頂部をシールしている。頂板２０は、
処理チャンバ１２へ１つまたはそれ以上のガスを輸送するための１つまたはそれ
以上のガス入口ポートを含んでいる。例えば、図示した実施の形態では、第１の
ガス入口ポート２２が頂板２０内に形成されており、第１のガス源３８に結合さ
れている。多くの型の化学物質ガスを処理チャンバ１２へ輸送することができ、
限定するものではないが、前駆物質または反応物、不活性ガス、キャリヤーガス
、またはクリーニング化学物質を含む。流れ制御デバイス４０が、ガス入口ポー
ト２２と第１のガス源３８との間に結合され、チャンバへ反復して供給されるガ
スを計量する。ガスの計量に適する市販の流れ制御デバイスは、質量流量計（Ｍ
ＦＭ）、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）、及び直接液体注入システムを含む。
化学物質が液体である場合には、その、またはそれらの化学物質を気化させる液
体供給システム（図示してない）が必要である。市販されている液体供給システ
ムは、液体気化供給システム、及びキャリヤーガスを液体化学物質を通して気泡
にするバブラーシステムを含む。
【００３３】 処理チャンバ１２内には基体支持体１６が配置されており、この基体支持体１
６は処理される半導体基体またはウェハ４２のような基体を支持する。好ましく
は、基体支持体１６は処理チャンバの中心軸に実質的に心合わせする。基体支持
体１６は、ガス入口及び中空管陰極の下方の処理チャンバ１２の底部付近に配置
する。ウェハ４２を処理チャンバ１２内に確保するために、及びウェハの背後に
堆積する量を最小にするために、支持体１６によってウェハに静電力を印加する
ことができる。本発明には、どのような従来技術の基体支持体またはチャックを
も使用することができる。普通は直流電源（図示してない）を使用し、ウェハを
静電的にクランプする。静電チャックを用いてウェハを静電的にクランプするこ
とが好ましいが、他の型の支持体またはチャックを使用することもできる。典型
的には、冷却用流体のような温度制御手段が支持体１６を通って循環しており、
支持体及びウェハを所望の温度に維持する。処理温度は室温より高くすることも
、または低くすることもできる。典型的には、基体支持体は、チャンバ組立体１
１に取付けられている基体支持体へ／からウェハを転送するメカニズム（図示し
てない）を更に含んでいる。このメカニズムは、普通は、ウェハを受入れたり、
取り除いたりするために支持体１６上を伸縮する。ロボットアーム及びエンドエ
フェクタを有するウェハ輸送システム（図示してない）が、基体支持体上にウェ
ハをロードしたり、アンロードしたりするために典型的に使用される。これらの
フィーチャは当分野においては公知であり、従って詳細な説明は省略する。
【００３４】 真空システムが処理チャンバ１２に結合され、システム１０の排気及び／また
はガス抜きを行う。図１及び２に示すように、真空システムはいろいろな代替形
状を取ることができる。図１に例示した実施の形態では、真空システムはそれぞ
れ、処理チャンバ１２の反対端に位置する２つの分離したシステム５０Ａ及び５
０Ｂからなる。本発明のこの特色により別々のポンピング通路を選択することが
でき、詳細を後述するように、堆積プロセスを有利に適合させる。
【００３５】 詳述すれば、真空システムは、処理チャンバ１２の頂部または底部の何れか一
方、または代替として両方からチャンバを排気するために設けることができる。
図１及び２においては、真空システム５０Ａは、ウェハ面より下方の処理チャン
バ１２の底部付近に配置されている。図６は、本発明のこの一実施の形態による
真空システムの部分断面上面図である。概述すれば、真空システム５０Ａは、ポ
ンピングプレナム５２、弁５４、及びポンプ５６を含む。ターボポンプに限定す
るものではなく、どのような適当なポンプを使用することもできる。好ましくは
、弁５４は、普通の圧力制御フィードバックシステム（図示してない）を介して
圧力を制御する。特に図６に示すように、この例示した実施の形態におけるポン
ピングプレナム５２は環状であってウェハ支持体を取り囲んでおり、ウェハ４２
上を円周方向に流れるガスを実質的に均一にする。ポンピングプレナム５２は、
弁５４、及び空間的な見地から典型的には離軸して配置されているポンプ５６入
口にＴ結合されている。ポンピングプレナム５２は、十分なポンピング及び圧力
が得られるような内径及び外径を有するようなサイズである。ポンピングプレナ
ム５２は、ウェハ４２の周縁の周りに実質的に均一な流れが得られるような長さ
及びギャップ寸法に狭められている。動作圧力は処理の型に依存し、典型的には
真空システムは、約1000ｓｃｃｍまでのガス流量で、約10ミリトル乃至100トル
の安定且つ再現可能な圧力動作レジーム(regime)において動作するように設計さ
れている。処理チャンバ１２内の圧力は、普通の圧力変換器５５、または他の適
当な圧力測定手段を使用して測定される。これらは、処理チャンバ１２の外面内
の圧力ポート５７を通してチャンバ１２に曝され、普通の圧力制御フィードバッ
クシステム（図示してない）に結合されている。
【００３６】 真空システムは、ポンピングプレナム５２を通して実質的に均一なポンピング
が可能であり、ガス流／排気通路を円周上に制限することによって実質的に均一
なガス流が更に促進される。図６に示す別の実施の形態では、ガス流の制限は、
離心した外周を有する取外し可能な環状リング５８によって更に制御することが
できる。離心または偏心した外周は、選択的に寸法を変えることができるギャッ
プ５９を作る。例えば、図６に示すように、ギャップ５９は、ポンプ５６に近い
位置“Ａ”として示す方が大きく、ウェハ輸送ポート１９に近い位置“Ｂ”とし
て示す方が小さい。代替として、環状リング５８は、例えば長円形リングのよう
な他の形状、または偏心外径を有する他の何等かの形状であることができる。
【００３７】 代替の真空システム５０Ｂを、図１及び２を参照して説明する。この実施の形
態では、真空システム５０Ｂは、ウェハ面より上に位置決めされている。これは
、処理チャンバ１２を通って上昇するガスを排気するようになっている。この真
空システム５０Ｂは、処理チャンバ１２と通じているポンピングプレナム６０、
弁６２、及びポンプ６４を含む。好ましくは、ポンピングプレナム６０を処理チ
ャンバ１２の中心軸に沿って配置し、ガスを実質的に均一に、そして対称的に除
去させる。ポンピングプレナム６０の一方の端は頂板２０に取付けられ、反対端
はＴカップラ６５を介してポンプ６４に取付けられている。排気ガス流の均一性
を改善し、処理中に形成されることが多い粒状物質を捕捉及び／または制御する
ために、バッフル（図示してない）をポンピングプレナム６０内に位置決めする
ことができる。これは、これらの粒子が処理チャンバ１２内へ落下してウェハ上
のフィルムを汚染するのを阻止することを援助する。
【００３８】 システム１０が両真空システムを含むような実施の形態では、真空システム５
０Ａ及び５０Ｂは交互に動作させることができる。即ち、処理中に一方の真空シ
ステムを動作させ、他方を動作させないことができる。別の実施の形態では、処
理中に両真空システム５０Ａ及び５０Ｂを動作させることができる。この実施の
形態では、ガスは処理チャンバの頂部及び底部の両方から排気され、各システム
５０Ａ及び５０Ｂを通して排気されるガス流の量は、各弁５４及び６２の設定を
選択することによって望む通りに制御される。
【００３９】 低κ誘電体フィルム、そして特に無機／有機フィルムを堆積させるために、本
発明のシステムは、以下に説明する種々の方法で動作させることができる。本明
細書を通して使用している用語“無機／有機”とは、無機グループ及び有機グル
ープの組合せからなる誘電体フィルムのことをいう。無機／有機ハイブリッドフ
ィルムのさらなる詳細に関しては、米国特許第6,068,884号を参照されたい。無
機／有機誘電体フィルムが低κ特性であることから、好ましい実施の形態はこれ
らを堆積させる方法を目指すものであるが、本発明はこれらのフィルムの堆積だ
けに制限されるものではなく、他の所望の誘電体フィルムを堆積させるために使
用することができる。
【００４０】 発明者らは、基体の表面上に低κ誘電体フィルムを堆積させるための独特なシ
ステム及び方法を開発した。伝統的には、プラズマをベースとする堆積システム
は、シリコンウェハの表面にシリコン含有材料（例えば、シラン、トリメチルシ
ラン（ＴＭＳ）、トリメトキシシラン、またはテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ
））を均一層流型の流れパターンで供給するように設計されている。この従来技
術のアプローチは、シリコン含有前駆物質を可能な限り完全に解離させる高度に
イオン化したプラズマを発生するように設計された改装高密度プラズマシステム
に集中していた。次いで、シリコンは、典型的に酸素と反応して高度に薄い無機
の二酸化シリコンフィルムに成長する。しかしながら、従来の技術の章において
述べたように、これらのアプローチは殆ど成功せず、2.7以下の低い誘電定数を
有するフィルムを再現性よく生産できないことが分かっている。
【００４１】 従来技術とは異なり、本発明は前駆物質のイオン化を最小にすることを意図し
ている。更に、本発明は、ウェハの全表面にイオン化されたガスを直接流すよう
にしている。これは、処理チャンバ１２内に２つの実質的に別々のプラズマゾー
ンを設けることによって達成される。本発明の広い面は、処理チャンバ内に第１
のプラズマゾーン６６を限定する第１のプラズマ源と、前記チャンバ内に第２の
プラズマゾーン６８を限定する第２のプラズマ源とを有する処理チャンバ１２を
提供する。処理チャンバへ輸送されたガスは、第１及び第２のプラズマゾーンに
おいて別々にイオン化され、これらの別々にイオン化されたガスが反応して前記
基体の表面上に誘電体フィルムを形成する。ガスは、２つのプラズマソーン内で
異なるイオン化レベルでイオン化することができる。
【００４２】 詳述すれば、この実施の形態では主電極１８として選択されている第１のプラ
ズマ源は、給電されると、処理チャンバ１２の容積内に第１の、上側プラズマゾ
ーン６６を形成する。この実施の形態では中空管陰極１４として選択されている
第２のプラズマ源は、給電されると、ウェハの表面付近の領域内に第２の、下側
プラズマゾーン６８を形成する。上側ゾーン６６はウェハの表面から実質的に隔
離されており、この領域内により高度にイオン化されたプラズマを生成すること
ができる。より高度にイオン化されたプラズマを有するこの上側ゾーンは、例え
ば励起されたアルゴン原子のようなイオン化された中性種を発生し、これらは排
気ガス流によって抽出され、上側ゾーン６６程高度にイオン化されていない下側
プラズマゾーン６８へ拡散する。好ましくは、下側プラズマゾーン６８は、中空
管陰極１４の尖端６７の周りの、ウェハの表面まで下方に延びる領域によって限
定される。代替実施の形態では、詳細を後述するコーン７０を中空管陰極１４の
尖端に配置し、下側プラズマゾーン６８の形状を更に限定し、指向させている。
更に、コーン７０のピッチ、長さ、及び／または配置は、第３のプラズマゾーン
（後述）を形成させるように変化させることができる。
【００４３】 異なるプラズマゾーン内にプラズマを形成させるために、１つまたはそれ以上
のガスを処理チャンバ１２へ輸送する。ガスは、１つまたはそれ以上のガス入口
２２を通して、またオプションとして、付加的に中空管陰極１４を通して輸送さ
れる。説明の都合上、ガス入口２２は典型的に頂板２０内に形成されているが、
このようにすることが必須ではなく、ガス入口は他の適当な位置に位置決めする
ことができる。
【００４４】 特定の長所として、本発明は、図３Ａ乃至３Ｅを参照して以下に説明するさま
ざまな化学物質供給オプションを提供する。１つまたは複数のガス状化学物質は
ガス入口２２の他に中空管陰極１４を通して処理チャンバ１２内へ輸送すること
ができ、陰極１４を通してガスを導入することによって、ガスは処理チャンバ１
２のより大きい容積、及びその上側プラズマゾーン６６から隔離され、その代わ
りとして基体の表面により近い特定領域に導かれる。更に、ガスは、下側プラズ
マソーン６８内の中空管陰極１２において別個にイオン化される。これら２つの
プラズマ領域、即ち、チャンバの大きい容積の上側プラズマゾーン６６と、陰極
及びウェハに接している領域内の下側プラズマゾーン６８とにより、これらのガ
スをチャンバ内へ導入する領域を選択することによって、いろいろなガスのイオ
ン化の程度を選択的に制御することができる。
【００４５】 １つの例示実施の形態では、アルゴンのような不活性ガスが、頂板２０内に配
置されている入口２２を介してチャンバへ輸送される。アルゴン原子は、主電極
１８によって上側プラズマゾーン６６においてイオン化される。シリコン含有前
駆物質、または有機シリコンのような反応物ガス、及び何等かの必要キャリヤー
ガスは、中空管陰極１４を通して輸送される。前駆物質は、それが陰極を通って
走行する際に、及びそれが下側プラズマゾーン６８内へ出て行く際にイオン化さ
れる。前駆物質は上側プラズマゾーン６６からのイオン化された不活性原子と相
互作用し、真空システムによるウェハ表面から離れたポンピング作用によってウ
ェハの表面上へフィルムを堆積させる（構造及び組成に関して制御されている）
。これが、少なくとも部分的に前駆物質構造を保存しているフィルムの堆積を可
能にする。例えば、もし前駆物質が環状有機シリコンであれば、本発明は、有機
シリコン前駆物質構造の鎖またはリングがフィルム内に存在するようなフィルム
を堆積させ、またプラズマの存在が成分を架橋させてポリマー及びセラミックの
特色、構造、及び性能を有する連続した薄いフィルムを形成させる。本発明によ
る異なるプラズマゾーンを使用することによって、各プラズマゾーンに曝される
ガスのイオン化レベルが異なり、この有利な堆積が促進される。更にこの有利な
堆積は、プロセスを加熱することを必要とせずに達成される。本発明のシステム
及び方法は、外部加熱を必要とせずに、反応を生じさせるための十分なエネルギ
を有する比較的“長寿命”の励起された反応物を鼓舞する。
【００４６】 代替として、シリコン含有前駆物質は、処理チャンバ１２の頂板２０内のガス
入口２２のような異なるガス入口を介してチャンバへ輸送することができる。ア
ルゴンのような不活性ガスは、中空管陰極１４を通して輸送することができる。
オプションとして、中空管陰極１４を通して前駆物質の一部分を輸送して下側プ
ラズマソーンにおいてイオン化させ、残余の部分はガス入口２２を通して輸送し
て上側プラズマゾーンにおいてイオン化させることができる。一般的に言えば、
ガスの化学構造及び得られる結合エネルギが必要なイオン化の程度を、従ってガ
スの望ましい注入位置を決定する。
【００４７】 図１及び３A−３Bに示す実施の形態では、下側プラズマゾーン６８は、中空管
陰極の尖端６７の位置によって限定される。中空管陰極１４は、基体の表面付近
に位置決めされている。好ましくは、陰極１４は、基体支持体の上に位置決めし
、チャンバ１２の軸に沿って心合わせする。中空陰極１４の尖端６７と、基体の
表面との間の距離は、殆ど０から約10インチまで、より一般的には約３インチか
ら６インチまで変化させることができ、約３インチの距離が最も好ましい。中空
管陰極の直径は、望ましいガス流量に依存する適当なサイズであることができる
が、中空陰極の好ましいサイズは約１インチまでの外径と、約0.90インチまでの
内径に変化させることができる。
【００４８】 上述したように、本発明の別の面では、図２、３Ｄ−３Ｅ、及び５Ａ−５Ｂに
示すコーン７０が、第２の、即ち下側プラズマゾーンのジオメトリまたは領域を
更に限定するために使用され、または代替として、第３のプラズマゾーン７２を
限定するために使用することができる。第３のプラズマゾーン７２を形成させる
ために、コーンは普通の電源から給電することも、または接地することもでき、
典型的には中空管陰極１４に電気的に接続される。詳述すれば、コーン７０は中
空管陰極１４の尖端に沿って配置され、コーン内にあるが、中空管陰極１４の外
側にある容積として限定される第３のプラズマゾーン７２を作る。この実施の形
態では、第２の、即ち下側プラズマゾーン６８は中空管陰極の内側の容積として
陰極１４の出口に限定されている。コーン７０のピッチ７１及び直径７３は、第
２及び第３のゾーン内のプラズマの相対強度を決定し、従って、各ゾーンまたは
領域において発生するイオン化の程度をも決定する。コーン７０は、例えば図３
Ｅに示すように中空管陰極１４の尖端６７に配置することも、または図３Ｄに示
すように尖端から上方へ離間させた陰極上に配置することもできる。
【００４９】 コーン７０のサイズはかなり変化させることができ、またコーン７０は処理チ
ャンバ１２の高さと同一までのピッチを有することができ、処理チャンバ１２の
直径よりも僅かに小さい直径を有している。一例を示せば、コーン７０の直径７
３は約７インチから10インチまでの範囲であることができ、コーン７０のピッチ
(pitch)７１は約１インチから７インチまでにわたることができる。直径８イン
チのウェハ４２を処理する場合、コーン直径７３が約９インチ、ピッチ７１は約
１インチであることが好ましい。コーンの形状も変化させることができ、例えば
、それは図３Ｄ及び３Ｅに示すような単純なコーンであることも、また図５に示
すようにコーン７０はシングルエンド型の中空シリンダ７４の形状であることも
できる。
【００５０】 従って、コーン７０へ給電すると、中空管陰極１４を通過するガスは２つの分
離したプラズマゾーンに曝される。中空管陰極内においてガスの直接的な解離が
達成され、コーン内においてさらなる解離が達成される。特定の長所として、コ
ーン７０の導入によって、前駆物質ガスのイオン化を、より詳しく言えばイオン
化が発生するレジームを制御する更に別の手段が可能になる。イオン化の程度及
び位置を制御することによって、本発明は、得られるフィルムの所望の誘電定数
の、またウェハの大きい表面積全体にわたるフィルムの均一性の、より良好な制
御を提供する。
【００５１】 ガスを選択的にイオン化し、解離させるために、主電極１８または中空管陰極
１４の何れかへ電源３２から電力を供給する。従来のプラズマシステムは、ガス
を高度にイオン化してウェハ上に稠密なフィルムを形成させるように設定されて
おり、これらの稠密なフィルムは高い誘電定数を有している。これに対して発明
者らは、より少ない電力を使用し、低誘電定数を有するフィルムを堆積させるこ
とができることを発見した。本発明による適当な印加電力範囲は、ウェハのサイ
ズ、及び正確な装置形態に依存し、この電力範囲は本発明の教示に基づく普通の
実験から得ることができる。一実施例における印加電力範囲は、８インチのウェ
ハ及び約900平方インチのプラズマ源容積の場合に、典型的には500Ｗより小さく
、より好ましくは約300Ｗである。更に、約100℃を越えるウェハ表面温度を必要
とするＨＤＰまたは類似の従来のプラズマシステムとは異なり、本発明は室温で
、または室温付近で堆積を遂行する。これは、必要な反応を促進するために必要
な全エネルギがプラズマ状態で供給されるので可能なのである。
【００５２】 ウェハの処理中に、処理チャンバ１２は頂部、底部の何れかから、または両方
から排気することができるが、チャンバの頂部からの排気が好ましいことが分か
った。何れの場合も、上述したように、基体の表面の周りに実質的に均一なガス
の流れを生じさせるためには、ガスは、好ましくは軸合わせして、即ちチャンバ
の中心軸に対して対称的に排気する。基体の表面の周りに実質的に均一なガスの
流れを生じさせると、より均一なフィルムの堆積が得られる。特定のポンピング
通路の選択は、所望の処理の型と共に変化し得る。
【００５３】 本発明の別の面においては、基体の表面上に低誘電定数フィルムを堆積させる
ための方法が提供される。従来の技術の章において説明したように、ＰＥＣＶＤ
によって低κ（即ち、＜3.0）誘電定数材料を達成するために使用されてきた多
くの従来技術の方法は、ＳiＯxのフッ素ドーピングを必要としている。スピン・
オンコーティングは良好な性能を示したが、多くの制限を有している。κ＜3.0
であって、フッ素を有していないＰＥＣＶＤ材料が高度に望まれている。即ち、
システムは、3.0より小さい、好ましくは約2.7に等しいか、それよりも小さい誘
電定数を呈するフィルムを達成する。約2.5程度に低い誘電定数も、本発明のシ
ステムを用いて達成されている。本発明は、有機シリコン前駆物質を使用し、そ
れが高度に解離されず、それによってウェハ上に堆積された最終フィルム内に少
なくとも部分的に前駆物質の元の化学構造が保存されるように、あるエネルギレ
ベルで前駆物質をイオン化／活性化する。
【００５４】 本発明は、シリコンウェハに対する関係において前駆物質材料をイオン化／活
性化する点、及び一酸化（及び二酸化）炭素の他に水及び炭化水素のような揮発
性副産物をシステムから除去する点を制御する。発明者らは、低誘電定数フィル
ムは、低密度の架橋されたシリコン及び酸素をベースとする組成を有するのが好
ましく、ＯＨ基の発生が低いことを示した。このような低密度の架橋されたシリ
コン及び酸素をベースとし、最少量のＯＨ基を有する誘電体フィルムを達成する
ために、発明者らは、前駆物質のイオン化／活性化の後に、且つ気相反応が達成
されて副産物反応が発生した後に、フィルムの堆積を行うべきであることを発見
した。気相反応を最小にすることを企図し、また開始材料の100％（理論的に不
可能）のイオン化を目指している従来のシステム及び方法とは異なり、本発明は
、100％のイオン化を達成することを試みる代わりに、フィルムを成長させるこ
とができるレベルまで前駆物質材料を活性化するだけである。
【００５５】 更に、従来のシステム及び方法は、気相核形成を存在させないように、またフ
ィルム形成がシリコン表面だけに生ずるように、最低可能な圧力で動作する。こ
れに対して、本発明は気相反応を活性化するために最高可能な圧力で動作し、そ
れによって気相内の凝集したグループからシリコン表面にフィルムを形成させる
。これにより、高度に多孔質の構造と、望ましい低κ特性とが得られる。これを
達成するために、本発明は、最適の気相核形成を生じさせ、しかもシリコンウェ
ハ上に良好な付着性と構造的完全性とを有するフィルムを形成することができる
圧力で動作する。
【００５６】 詳述すれば、本発明の方法は、無機及び有機材料、またはグループかならる低
誘電定数フィルムを堆積させる。有機シリコン前駆物質が本発明の方法に使用さ
れる。本発明に使用できる適当な有機シリコン前駆物質は、米国特許第6,068,88
4号に開示されているので参照されたい。一実施の形態では、有機シリコン前駆
物質は、 ＲnＳi（ＯＳi）mＸ(2m-n+4) （１） の一般式を有している。ここに、ｎは１乃至（2m＋4）であり、ｍは０乃至４で
あり、有機シリコンは線状または枝分かれであることができ、ＸはＨ及びハロゲ
ンからなるグループから選択され、Ｒは酸素リンケージを有する、及び有してい
ない脂肪族、オレフィン、及び芳香族炭化水素、及び脂肪族、オレフィン、及び
芳香族過フッ化炭化水素からなるグループから選択される。適当な脂肪族、オレ
フィン、及び芳香族炭化水素基はメチル、エチル、ブチル、及びフェニル等を含
む。
【００５７】 別の実施の形態では、有機シリコン前駆物質は、
【数３】 なる式の環状有機シロキサンからなることができる。但し、ｎは１乃至２ｍであ
り、ｍは３乃至10であり、ＸはＨ及びハロゲンからなるグループから選択され、
Ｒは上述した脂肪族、オレフィン、及び芳香族炭化水素及び脂肪族、オレフィン
、及び芳香族過フッ化炭化水素からなるグループから選択される。
【００５８】 本発明の更に別の実施の形態では、有機シリコン前駆物質は、 ＲnＳi（ＮＳi）mＸ(3m-n+4) （３） なる式の有機シラザンからなる。ここに、有機シラザンは線状または枝分かれで
あることができ、ｎは１乃至（３ｍ＋４）であり、ｍは１乃至４であり、ＸはＨ
及びハロゲンからなるグループから選択され、Ｒは脂肪族、オレフィン、及び芳
香族炭化水素及び脂肪族、オレフィン、及び芳香族過フッ化炭化水素からなるグ
ループから選択される。
【００５９】 更に別の実施の形態では、有機シリコン前駆物質は、
【数４】 なる式の環状有機シラザンからなる。但し、ｎは１乃至３ｍであり、ｍは３乃至
10であり、ＸはＨ及びハロゲンからなるグループから選択され、Ｒは脂肪族、オ
レフィン、及び芳香族炭化水素及び脂肪族、オレフィン、及び芳香族過フッ化炭
化水素からなるグループから選択される。
【００６０】 従って本発明による適当な前駆物質は、限定するものではないが、有機シロキ
サン、フルオロシロキサン、シクロシロキサン、フッ素含有シクロシロキサン、
有機シラザン、フルオロシラザン、シクロシラザン、ケイ酸塩、ＴＥＯＳ、及び
ＴＭＳ、及びそれらの混合体を含む。適当な側基は、-H、-CH3、-F、-C2H5、-CF3 、-C2F5、-C6H5、-C6F5、-CF2CF3、及びC-H2-CF3を含む。反応器内で混合され
た時に、上述した前駆物質と類似の化学組成を最終形状として形成させることが
できる例えばシラン、四フッ化シリコン、及び有機前駆物質のような組合わせも
適当である。
【００６１】 特定の長所として、本発明は前駆物質の細片化を最小にし、それによってフィ
ルム内に堆積される一般構造を保存する。従って、有機側基を有する無機骨格を
有するフィルム構造を形成する成分を有する前駆物質を使用することができる。
本発明に適当な有機シリコン前駆物質の例は、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭ
ＤＳＯ）、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン（ＴＭＤＳＯ）、等を含む。テ
トラエチオキシシラン（ＴＥＯＳ）のような他の有機シリコン前駆物質も使用す
ることができる。上述した材料は、一般に高価ではなく、容易に入手可能である
。これらの材料は加熱した時に揮発性であり、従ってプラズマＣＶＤ反応器シス
テム内へ導入できる。
【００６２】 代替実施の形態では、リング及び鎖構造を有する本発明のフィルムを、環状有
機シリコンまたは環状有機シラザン前駆物質によって形成させる。環状有機シリ
コンまたは環状有機シラザンは、１つまたはそれ以上のフッ素原子で置換するこ
とができる。更に、これらは飽和させることも、または飽和させないこともでき
る。適当な環状有機シリコンの例は、オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｏ
ＭＣＴＳ）、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、ヘキサフェニルシクロトリシ
ロキサン、オクタフェニルシクロテトラシロキサン、1,3,5−トリメチル−1,3,5
−トリス−3,3,3−トリフルオロプロピルシクロトリシロキサン、フッ素含有シ
クロシロキサンの組合わせのようなシクロシロキサン、及び上述したものと同一
の化学成分を作る化学物質を含む。有機シラザン前駆物質も使用することができ
る。最も好ましい前駆物質は、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴ
Ｓ）である。
【００６３】 有機シリコン前駆物質は、約0.05乃至5.0ｃｃ／分の範囲、より一般的には約0
.05乃至1.0ｃｃ／分の範囲内の流量で処理チャンバへ輸送されるが、約0.3ｃｃ
／分の流量が最も好ましい。アルゴンガスも約０乃至８ｓｃｃｍの範囲内の流量
でチャンバへ典型的に加えられる。処理中のチャンバ圧は、一般的に約10乃至10
00ミリトルであり、約50ミリトルの圧力が好ましい。一実施例では、主電極１８
であるプラズマ源の内側寸法は、典型的に、約８インチの高さと12インチ直径と
を有している。
【００６４】 開始材料構造は、有機シリコンが低κ材料を形成させるのに適するか否かを決
定する。一実施例では、液体有機シリコンは排気済みのチャンバ内へ約10ｓｃｃ
ｍ（標準立方センチメートル／分）で注入される。有機シリコンに付加的なガス
は添加されない。有機シリコン材料は、尖端６７が基体４２の表面から約３イン
チの距離に位置決めされている中空管陰極１４を通して供給される（堆積前の材
料のイオン化／細片化を最小にするために）。プロセスプラズマを低電力（この
例では200ｍｍウェハの場合に、＜300Ｗ）に、且つ高圧力（この例では、＞25ミ
リトル）に制御することによって、熱損失（重量％）を＜1.0％に維持しながら3
.0以下の誘電定数が達成される。有機シリコン材料が気相にある時に限ってプラ
ズマを点弧させることが望ましい。堆積時間が経過したならば電源をターンオフ
し、ガス流を終了させ、ウェハを取出して次のウェハを導入する前にチャンバを
排気する。
【００６５】 別の例示実施の形態では、本発明の方法は以下のように遂行される。ウェハを
システム内へロードする（大気圧から真空まで排気した後に）。１つまたは複数
のガスを、中空管陰極またはガス入口の何れかを通して、または中空陰極及びガ
ス入口の両方を通して、処理チャンバ内へ輸送する。ガスのエントリ点は、半導
体ウェハ上に堆積されるフィルムの所望フィルム特性に依存する。例えば、もし
高度に環状の、多孔質ＳiＯＣフィルムを望むのであれば、中空陰極を通して、
またはガス入口を通してオクタメチルシクロテトラシロキサンを供給することが
できる。主電極内でプラズマを点弧させると、（もし25ミリトル以上の圧力が選
択されていれば）中空陰極のチップにおけるプラズマゾーン内に、及び処理チャ
ンバの全体容積内の別のプラズマゾーン内に，プラズマが確立される。ガス流及
び圧力は、半導体ウェハ上に十分な量のＳiＯＣ材料を堆積させるように選択さ
れる。流出ガスは、処理チャンバの頂部に結合されているポンピングプレナムを
介してチャンバから排気される。
【００６６】 本発明の別の面においては、例えば、上述したＳiＯＣフィルム（但し、フィ
ルムのバルク全体にテフロンTMまたは他の何等かの適当な材料のような付加的な
材料を分散させてある）のようなナノ複合材料を堆積させることができる。前記
付加的な材料を中空管陰極内に配置することを除いて、上述したような類似方法
が遂行される。テフロンを有する複合フィルムを望む実施の形態では、中空管陰
極をテフロンで作るか、または典型的に金属陰極にテフロン挿入物を取付ける。
１実施例では、テフロン挿入物は、約0.125インチの最小内径を有している。ア
ルゴンガスを中空陰極を通して輸送し、オクタメチルシクロテトラシロキサンの
ような前駆物質を、所望の圧力及びウェハ上のフィルム堆積を達成するための比
でガス入口を通して輸送する。１実施例では、アルゴンとオクタメチルシクロテ
トラシロキサンとの比は約１：１である。中空陰極の端における中空陰極放電は
、挿入物または固体のテフロンパイプからテフロンを十分にイオン化させ、スパ
ッタさせるように選択される。この放電は、光放出プロファイルを監視すること
によって観測することができる。
【００６７】 本発明の別の面においては、低誘電定数ＳiＯＣフィルムを堆積させるために
、水素（Ｈ）引抜き(abstraction)を遂行する方法が提供される。Ｈ引抜きは、
元の前駆物質構造の大部分を損なわずに残す。詳述すれば、水素原子は、Ｆ-、
Ｆ2、Ｏ、Ｏ2、Ｈ等のような原子を使用してＳi-Ｈのような不安定なグループか
ら引抜かれる。従って、環状シロキサン上に遊離基（フリーラジカル）を生成さ
せるために、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）のような完全
にメチル化された有機シリコン前駆物質を使用する代わりに、テトラメチルシク
ロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）のような空間的にメチル化された分子が使用
される。この遊離基は、フィルム形成をもたらす化学反応を開始させる。
【００６８】 ＨＦは極めて高い結合強度を有しているので、水素引抜き中にＦ2を使用する
ことができる。代替として、有機シリコン前駆物質上に遊離基の形成を開始させ
るために、Ｆ-、Ｈ-、またはＯ、Ｏ2のような電気的陰性の分子を使用すること
ができる。
【００６９】 前記参照に報告されている傾向は、非多孔質（完全に稠密な）フィルム内に最
低可能なκ（誘電定数）を発生させるための最適の組成が、アモルファス有機シ
リコン（ＳiＯＣ）フィルム内に存在し得ることを示唆している。この最適さは
、炭素対シリコン比（Ｃ／Ｓi）を約３／１、そして酸素対シリコン比（Ｏ／Ｓi
）を約２：１とすることによって与えられる。
【００７０】例 複数の実験を以下に示す。これらの実験は単なる例示の目的でなされたもので
あり、本発明の範囲を制限する意図はない。
【００７１】 中空陰極源を特徴付けるための実験を行った。各条件毎に、シリコンウェハの
“片”（少なくとも0.5インチ平方）をダミーウェハ上に配置した。更に、ガラ
ススライドを被膜してテープマスクと共に配置し、Dektakプロフィロメータを使
用して厚みを測定するためのステップを作成した。実験の試験条件を、以下の表
１に示す。 表 １ 中空陰極 ウェハまでの 有機シリコン 圧力 電力 の直径 中空陰極の距離 （OMCTS）流 （ミリトル） （W） （ｃｃｍ） 中空陰極をガス入口として使用する場合： 0.375” 6 0.4 50 250 0.375 3 0.4 50 250 0.375 9 0.4 50 250 0.25” 6 0.4 50 250 0.25 3 0.4 50 250 0.25 9 0.4 50 250 シャワーヘッドをオクタメチルシクロテトラシロキサンのためのガス入口とし
て使用する場合： 0.375” 6 0.4 50 250 0.375 3 0.4 50 250 0.375 9 0.4 50 250 0.375” 6 0.4 100 250 0.375 3 0.4 100 250 0.375 9 0.4 100 250 0.375” 6 0.4 100 350 0.375 3 0.4 100 350 0.375 9 0.4 100 350
【００７２】 表１に示すように、本発明の方法を遂行するために使用したプロセス条件は次
の通りである。 有機シリコン流：約0.3ｃｃｍ 圧力：約50ミリトル 電力：約250W 中空陰極直径：約0.375（3/8インチ） ウェハまでの中空陰極の距離：約３インチ
【００７３】 別の実験では、頂板２０内のガス入口２２を通してアルゴンガスを処理チャン
バ１２へ供給し、中空陰極管１４を通してオクタメチルシクロテトラシロキサン
（OMCTS）を供給した。中空管（陰極）１４の尖端６７は、ウェハ表面から約３
インチに位置決めした。プロセス条件及び得られたフィルムの誘電定数を、以下
の表２に示す。 表 ２ 誘電定数は、OMCTS流量と共に変化することを見出した。
【００７４】 別の実験では、頂板２０内のガス入口２２を通してアルゴンガスを処理チャン
バ１２へ供給し、中空陰極管１４を通してオクタメチルシクロテトラシロキサン
（OMCTS）を供給した。中空管（陰極）１４の尖端６７は、ウェハ表面から約６
インチに位置決めした。プロセス条件及び得られたフィルムの誘電定数を、以下
の表３に示す。 表 ３
【００７５】 別の実験では、アルゴンガスは供給せずに、中空陰極管１４を通してオクタメ
チルシクロテトラシロキサン（OMCTS）を供給した。コーン７０を中空管（陰極
）１４の端に取付け、コーンの端をウェハ表面から約３インチに位置決めした。
プロセス条件及び得られたフィルムの誘電定数を、以下の表４に示す。 表 ４
【００７６】 以上に説明したように、基体の表面上に低誘電定数フィルムを堆積させる改良
されたシステム及び方法が提供されている。処理チャンバ内に形成される複数の
プラズマゾーンは、化学物質供給形態と組合って、前駆物質のイオン化の程度及
びイオン化の位置を制御し、低κ誘電定数フィルムの再現可能な、そして均一な
堆積を促進する。更に、ポンピング通路が別個に配置されていることによって、
ウェハ面より上方の排気通路を使用して、所望のフィルムから不要な低分子量副
産物を引き離すことも、またはその代わりとして、ウェハ面より下方の排気通路
を使用して、ウェハを横切る、またはウェハの周りに実効的に軸合わせされた均
一なガス流を供給することもできる。
【００７７】 本発明の特定の実施の形態及び実施例についての以上の説明は、単なる例示に
過ぎない。本発明を幾つかの特定の実施の形態に関して説明したが、この説明は
例示であって、本発明を限定する意図の下になされたものではない。当業者なら
ば、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、多くの変更を考案することが
可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態によるシステムの概要断面図である。
【図２】 本発明の別の実施の形態によるシステムの概要断面図である。
【図３Ａ】 代替実施の形態による本発明のシステムを示す簡易化された部分概要図である
。
【図３Ｂ】 代替実施の形態による本発明のシステムを示す簡易化された部分概要図である
。
【図３Ｃ】 代替実施の形態による本発明のシステムを示す簡易化された部分概要図である
。
【図３Ｄ】 代替実施の形態による本発明のシステムを示す簡易化された部分概要図である
。
【図３Ｅ】 代替実施の形態による本発明のシステムを示す簡易化された部分概要図である
。
【図４】 本発明の別の実施の形態による中空陰極を示す断面図である。
【図５Ａ】 本発明の一実施の形態による中空陰極コーンの断面図である。
【図５Ｂ】 本発明の一実施の形態による中空陰極コーンの底面図である。
【図６】 本発明の代替実施の形態によるシステムの部分断面平面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 フェルツ ジョン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94501 アラメダ カルホーン ストリー ト 2624 (72)発明者 ロパタ ユージーン エス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95066 スコッツ ヴァリー ウィスパリ ング パインズ ドライヴ 444−52 Ｆターム(参考） 4K030 AA02 AA06 AA09 BA42 BA44 CA04 CA12 FA03 FA04 KA28 KA30 LA02 LA15 5F045 AA08 AB31 AB39 AC08 AC09 AC16 CB05 EH04 EH11 EM05

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基体の表面上に誘電体フィルムを堆積させるシステムにおい
    て、 処理チャンバを備え、 前記処理チャンバは、基体を支持するための基体支持体、及び処理チャンバへ
    ガスを輸送するための１つまたはそれ以上のガス入口を有し、 前記システムは更に、 前記チャンバ内に第１のプラズマゾーンを限定する第１のプラズマ源と、 前記チャンバ内に第２のプラズマゾーンを限定する第２のプラズマ源と、 を備え、 前記ガスは、前記第１及び第２のプラズマゾーンにおいて異なるイオン化レベ
    ルで別々にイオン化され、前記別々にイオン化されたガスが反応して前記基体の
    表面上に誘電体フィルムを形成する、 ことを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 前記処理チャンバ内に限定されている第３のプラズマゾーン
    を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 前記第２のプラズマ源は、前記基体支持体に近接しているこ
    とを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記第１のプラズマ源は、前記処理チャンバの外壁に接して
    位置決めされている電極からなることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  5. 【請求項５】 前記第２のプラズマ源は、前記処理チャンバ内へ延びている
    中空管陰極からなることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  6. 【請求項６】 前記１つまたはそれ以上のガスは、前記中空管陰極を通して
    前記処理チャンバへ輸送されることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
  7. 【請求項７】 前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバから前記ガ
    スを排気する真空システム、 を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  8. 【請求項８】 前記真空システムは更に、 前記処理チャンバの頂部に配置されているポンピングプレナムと、 前記ポンピングプレナムに結合され、前記処理チャンバの頂部から前記ガスを
    排気するポンプと、 を備えていることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  9. 【請求項９】 前記真空システムは更に、 前記処理チャンバの底部に配置され、且つ前記基体支持体の外周を取り囲んで
    いるポンピングプレナムと、 前記ポンピングプレナムに結合され、前記処理チャンバの底部から前記ガスを
    排気するポンプと、 を備えていることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】 前記ポンピングプレナム内に配置され、偏心した外周を有
    している環状リングを更に備えていることを特徴とする請求項９に記載のシステ
    ム。
  11. 【請求項１１】 前記中空管陰極に電気的に結合されているコーンを更に備
    え、前記コーンの内側の領域が第３のプラズマゾーンを限定していることを特徴
    とする請求項５に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 基体の表面上に誘電体フィルムを堆積させるシステムにお
    いて、 処理チャンバと、 前記処理チャンバ内に配置されている基体支持体と、 １つまたはそれ以上のガスを前記処理チャンバ内へ輸送するための１つまたは
    それ以上のガス入口と、 前記処理チャンバに結合されているポンピングプレナム及びポンプを有する真
    空システムと、 を備え、 前記ガスは、前記処理チャンバの頂部または底部の何れか一方、または両方か
    ら排気され、 前記処理チャンバは、第１のプラズマゾーンを形成させるための第１のプラズ
    マ源、及び第２のプラズマゾーンを形成させるための第２のプラズマ源を有し、 前記１つまたはそれ以上のガスは、前記第１及び第２のプラズマゾーンにおい
    て別々にイオン化され、前記別々にイオン化されたガスが反応して前記基体の表
    面上に誘電体フィルムを形成する、 ことを特徴とするシステム。
  13. 【請求項１３】 前記処理チャンバ内に配置され、前記プラズマ源の一方に
    電気的に結合されているコーンを更に備え、前記コーンの内側の領域が第３のプ
    ラズマゾーンを限定していることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
  14. 【請求項１４】 処理チャンバ内の基体の表面上に誘電体フィルムを堆積さ
    せる方法において、 １つまたはそれ以上のガスを前記チャンバへ輸送するステップと、 前記１つまたはそれ以上のガスの何れか１つ、またはそれらの組合わせを、第
    １のプラズマゾーンにおいて第１のイオン化するステップと、 前記１つまたはそれ以上のガスの何れか１つ、またはそれらの組合わせを、第
    ２のプラズマゾーンにおいて第２のイオン化するステップと、 前記別々にイオン化されたガスを反応させて、前記基体の表面上に誘電体フィ
    ルムを形成させるステップと、 を含むことを特徴とする方法。
  15. 【請求項１５】 前記ガスは、前記第１のプラズマゾーンにおいて、前記第
    ２のプラズマゾーンにおけるより大きいレベルでイオン化されることを特徴とす
    る請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記１つまたはそれ以上のガスの何れかを、第３のプラズ
    マゾーンにおいて第３のイオン化するステップ、 を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記１つまたはそれ以上のガスは、有機シリコンを含むこ
    とを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記１つまたはそれ以上のガスは、環状有機シリコンを含
    むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記１つまたはそれ以上のガスは、オクタメチルシクロテ
    トラシロキサンを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記方法は、約10乃至1000ミリトルの範囲内の圧力で遂行
    されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記方法は、約50ミリトルの圧力で遂行されることを特徴
    とする請求項１４に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記第１及び第２のイオン化ステップは、約900平方イン
    チのプラズマ源容積の場合に、プラズマ源を使用して約500ワットより低い範囲
    内の印加電力で遂行されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記１つまたはそれ以上のガスは、約0.05乃至5.0ｃｃ／
    分の範囲内の流量で前記処理チャンバへ輸送されることを特徴とする請求項１４
    に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記方法は、ほぼ室温において遂行されることを特徴とす
    る請求項１４に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記１つまたはそれ以上のガスの少なくとも１つは、前記
    イオン化ステップ中に高度に解離されないことを特徴とする請求項１４に記載の
    方法。
  26. 【請求項２６】 前記１つまたはそれ以上のガスの少なくとも１つは、 ｎを１乃至（2m＋4）とし、ｍを０乃至４とし、ＸがＨ及びハロゲンからなる
    グループから選択され、Ｒが酸素リンケージを有している、及び有していない脂
    肪族、オレフィン、及び芳香族炭化水素、及び脂肪族、オレフィン、及び芳香族
    過フッ化炭化水素からなるグループから選択されるものとして、 ＲnＳi（ＯＳi）mＸ(2m-n+4) （１） なる一般式からなることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記１つまたはそれ以上のガスの少なくとも１つは、 ｎを１乃至２ｍとし、ｍを３乃至10とし、ＸがＨ及びハロゲンからなるグルー
    プから選択され、Ｒが脂肪族、オレフィン、及び芳香族炭化水素、及び脂肪族、
    オレフィン、及び芳香族過フッ化炭化水素からなるグループから選択されるもの
    として、 【数１】 なる一般式からなることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記１つまたはそれ以上のガスの少なくとも１つは、 ｎを１乃至（３ｍ＋４）とし、ｍを１乃至４とし、ＸがＨ及びハロゲンからな
    るグループから選択され、Ｒが脂肪族、オレフィン、及び芳香族炭化水素、及び
    脂肪族、オレフィン、及び芳香族過フッ化炭化水素からなるグループから選択さ
    れるものとして、 ＲnＳi（ＮＳi）mＸ(3m-n+4) （３） なる一般式からなることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記１つまたはそれ以上のガスの少なくとも１つは、 ｎを１乃至３ｍとし、ｍを３乃至10とし、ＸがＨ及びハロゲンからなるグルー
    プから選択され、Ｒが脂肪族、オレフィン、及び芳香族炭化水素、及び脂肪族、
    オレフィン、及び芳香族過フッ化炭化水素からなるグループから選択されるもの
    として、 【数２】 なる一般式からなることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
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