JP2004047996A - 窒素がドープされたシリコンカーバイド膜の蒸着方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】エッチストップ層として機能するＳｉ−Ｃ−Ｎ材料をＰＥＣＶＤを使って基板上に蒸着するための改良された方法を与える。
【解決手段】炭素窒化物シリコン（Ｓｉ−Ｃ−Ｎ）材料を蒸着するための処理はプラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）に関し、そこではシリコン及び炭素用の化学前駆物質が窒素ガス（Ｎ２）によって補助される。窒素ガスは他の化学前駆物質及びＰＥＣＶＤ処理中のプラズマ種を補助するだけでなく、膜形成に関与する。窒素キャリアガスは他の化学前駆物質と同様にプラズマエネルギーによって活性化される。窒素ガスの励起種は基板上にＳｉ−Ｃ−Ｎ材料を蒸着するようシリコン及び炭素の励起種と反応する。窒素ガスの使用はプラズマの安定性を改善しかつＰＥＣＶＤ処理中のアーキングを排除する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は概して集積回路製造過程での膜蒸着に関し、特に窒素がドープされたシリコンカーバイド膜の蒸着に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】
集積回路が製造される際、所望の構造を作り出すため絶縁体材料、導体材料及び半導体材料が蒸着されかつパターン化される。“バックエンド”若しくは金属化処理はコンタクト形成及び金属線若しくは導線形成を含む。コンタクト形成は絶縁層を通じて導体層を垂直方向に結合する。従来、コンタクトビア若しくは開口は、典型的にボロフォスフォシリケートグラス（ＢＰＳＧ）のような酸化物、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）前駆物質若しくはより新規な低ｋ材料から形成される酸化物から成る絶縁層内に形成される。その後、ビアは導電材料で充填され、それによって電気デバイスと配線とが絶縁層の上下で連結される。典型的に、垂直コンタクトによって連結された層は集積回路を横切って延びる水平金属線を含む。従来そのような導線は、絶縁層上に金属層を蒸着し、該金属層を所望の配線パターンでマスキングし、所望の配線若しくは導線の間から金属をエッチングすることによって形成されている。
【０００３】
ダマシン加工は、所望の導線パターン内にトレンチを形成し、該トレンチを金属若しくは他の導電材料で充填し、該金属を絶縁層までエッチバック若しくは研磨する工程を含む。配線はトレンチ内に残り、所望のパターン内で互いに絶縁される。エッチバック処理は、従来の金属線画成（特に銅メタライゼーション用）のより困難なフォトリソグラフィーマスク及びエッチング処理を回避する。
【０００４】
ダマシン加工の発展型である、デュアルダマシンとして知られる加工は、エッチストップ材料によって典型的に分離される２つの絶縁層を形成する工程、及びダマシン加工に対して上述されたように上部絶縁層内にトレンチを形成する工程を含む。コンタクトビアは、接触させたい下側の導電部材を露出させるようトレンチの床及び下側絶縁層を通じてエッチングされる。当業者が認識するように、デュアルダマシン加工には多くの処理方法が利用できる。例えば、トレンチは上側の絶縁層を通じてエッチングされ、その後コンタクトビアをエッチングするのにさらにマスクが使用されてもよい。他の方法において、絶縁層間に埋められたハードマスクがコンタクトビアを画成し、該ハードマスクを通じて続けられるエッチングがトレンチの床からビアを延ばす。変形的実施例において、最初にコンタクトビアが上側及び下側の絶縁膜を通じてエッチングされ、その後他のマスクを使ってトレンチを形成するべく上側の絶縁層内のビアが広げられる。
【０００５】
ビア若しくはトレンチ壁内部に蒸着材料を閉じ込めるのを助けるよう、しばしば保護バリアがビア若しくはトレンチ壁と基板アセンブリ内の金属との間に形成される。その後これらの一列のビア若しくはトレンチは、化学気相成長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）及び電気メッキを含むさまざまな処理のいずれかによって金属で充填される。
【０００６】
図１は、好適にはバリア層１５を介在して導電配線層１４の上に下側絶縁層１２が形成され、続いてその上に上側絶縁層１０が形成されるところの自己整合デュアルダマシン加工を示す。このバリア層１５は下層金属層１４から上層絶縁層１２への銅若しくは他の導電材料の拡散を減少させるか若しくは防止するよう機能し、同時にビア形成中のエッチストップとしても機能する。
【０００７】
所望の配線パターンでトレンチ１６及びコンタクトビア２０をパターン化しかつエッチングするのにマスクが使用される。図示された実施例において、トレンチ１６は２つの絶縁層１０、１２の間に形成されるエッチストップ層１９のレベルまでエッチングされる。自己整合デュアルダマシン加工において、典型的にこのエッチストップ層１９はトレンチ１６の底部から伸長するべく所望のコンタクトビアの水平寸法を画成する埋め込みハードマスクを形成するよう上側の絶縁層１０の蒸着に先立ってパターン化及びエッチングされる。トレンチ１６が上側の絶縁層１０を通じてエッチングされた後、ハードマスク１９を通じて続けられるエッチングによりトレンチ１６の底部から下側導電配線層１４へコンタクトビア２０が開口される。図１は当業者によって認識されるように、後の平坦化工程をやめるための上側の絶縁層１０上の上部エッチストップ若しくは化学的機械的研磨（ＣＭＰ）ストップ層２１を示す。トレンチ１６及びコンタクトビア２０が形成されると、典型的にそれらはバリア層２２と一列に並べられ、導電配線層１４と接続するために銅若しくは他の導電材料２３で充填される。その後、トレンチ１６及びコンタクトビア２０を充填した銅若しくは他の導電材料は研磨によってエッチバック（図示せず）され、金属線をトレンチ１６内に及びコンタクトをビア２０内に残す。
【０００８】
上述したように、典型的に層１５、１９、２１はダマシン加工においてドライエッチもＣＭＰ処理工程の間ストップ層として働く。ストップ層として働く際、エッチストップはエッチング若しくはＣＭＰ処理による下層絶縁層及び／または導電材料層の磨耗を防止する。また、エッチストップ層は付加的に拡散バリアとして機能し、銅若しくは他の導電材料が絶縁層内に拡散するのを防止する。従来これらのエッチストップ層は窒化シリコン、特にＳｉ３Ｎ４であった。しかし最近は炭化シリコン（ＳｉＣ）及び酸化炭化シリコン（ＳｉＯＣ）が使用されている。
【０００９】
典型的に、エッチストップ層はプラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）によって蒸着される。ＰＥＣＶＤは気相化学前駆物質を使って基板上に所望の材料を蒸着するための化学気相成長（ＣＶＤ）技術の一種である。概して、ＣＶＤ技術は化学前駆物質を供給しながら、それらを反応させ基板上に蒸着させることによって実行される。化学前駆物質は、ひとつ若しくはそれ以上の化学結合を解くことによって前駆物質を破壊するのに有効な量のエネルギーへ化学前駆物質をさらすことによって活性化される。ＰＥＣＶＤにおいて、プラズマ相内で活性の高い種に変えるために気相化学前駆物質へ電磁場が印加される。これらの活性種は互いに反応し、基板上に所望の組成材料を蒸着させる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明のひとつの態様に従って、基板上に炭素窒化物シリコン（Ｓｉ−Ｃ−Ｎ）材料を蒸着するための方法は、面を有する基板を処理チャンバ内にロードする工程を含む。少なくともひとつの化学前駆物質及び窒素ガスを含むキャリアガスが処理チャンバ内に導入される。電磁エネルギーが少なくともひとつの化学前駆物質及びキャリアガスに印加され、それによって基板面上にＳｉ−Ｃ−Ｎ材料が蒸着される。
【００１１】
発明の他の態様に従って、プラズマ強化化学気相成長により炭素窒化物シリコン材料を形成する方法は、面を有する基板をチャンバ内に与える工程を含む。シリコン元素、炭素元素及び窒素元素から成る励起種が窒素ガス（Ｎ２）から成るプラズマ補助ガス内に生成される。基板面はプラズマ補助ガスによって補助された励起種に晒される。
【００１２】
発明の他の態様に従って、集積回路製造におけるシリコン及び炭素から成る層を形成するための処理方法が与えられる。当該方法は、化学前駆物質を伴出するキャリアガスとともにひとつ若しくはそれ以上の化学前駆物質をプラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）用のチャンバ内に導入する工程を含む。該化学前駆物質はシリコン及び炭素を含む。ＰＥＣＶＤは、キャリアガスがそれ自身の励起種を生成するよう活性化され、それによってシリコン、炭素及びキャリアガスの元素から成る層がチャンバ内の基板上に蒸着されるようにチャンバ内で実行される。
【００１３】
【発明の実施の態様】
本発明の好適実施例はプラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）によるＳｉ−Ｃ−Ｎ材料の蒸着に関する。本開示において、用語Ｓｉ−Ｃ−Ｎは、それに関連する材料全体の化学量を示していないため通常の意味での化学式を表すものではない。Ｓｉ−Ｃ−Ｎは少なくともシリコン元素、炭素元素及び窒素元素を含む組成材料であり、ひとつ若しくはそれ以上の付加的元素を含んでもよい。Ｓｉ−Ｃ−Ｎ材料は、“炭素窒化物シリコン”若しくは“窒素ドープされたシリコンカーバイド”と呼ばれる。同様にして、“シリコンカーバイド”と呼ばれるＳｉ−Ｃは少なくともシリコン元素及び炭素元素を含む材料であり、窒素のようなひとつ若しくはそれ以上の付加的元素を含んでも良くその場合Ｓｉ−Ｃ−ＮはＳｉ−Ｃの一種として扱われる。
【００１４】
従来技術で説明したように、ハードマスク、エッチストップ若しくは不動態化層として使用するためのＳｉ−Ｃ層はＰＥＣＶＤ処理を使って蒸着されてきた。典型的に、ひとつ若しくはそれ以上の化学前駆物質ガスがプラズマを形成するべく活性化される。化学前駆物質の活性種は基板表面上で互いに反応し、Ｓｉ−Ｃ膜を形成する。化学前駆物質ガスに加え、典型的なＰＥＣＶＤ処理はキャリアガスを利用する。概して、キャリアガスは化学前駆物質をＰＥＣＶＤチャンバへの通路へ伴出するための流れを与えるガス若しくはガスの混合物である。キャリアガスは、振動電場内でプラズマを点火するために適当なガス密度を与えるという意味で“プラズマ補助ガス”としても機能する。ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン若しくはキセノンのような不活性若しくは貴ガスがしばしばキャリアガスとして使用される。例えば、典型的にＳｉ−Ｃ膜のＰＥＣＶＤはＳｉ及びＣ元素に対して化学前駆物質分子を補助するのに不活性ガスを使用する。不活性ガスは化学前駆物質のプラズマ種との成膜反応に関与しない。
【００１５】
本発明者らは、不活性ガスとともに有機シリコン前駆物質を使用すると、プラズマが不安定になり、蒸着中にアーキングが生じすることを発見した。この不安定のひとつの可能な説明は、不活性ガスが化学種の活性化用のガスに結合されたエネルギーを吸収し、該エネルギーをアーキングによって放電し、ＰＥＣＶＤ処理の効率を低下させるというものである。そのようなアーキングは蒸着されたＳｉ−Ｃ膜内に欠陥を生じさせる。また、アーキング無しで蒸着されたＳｉ−Ｃ膜でも比較的不安定であり、エージング効果を示す。蒸着後、例えばその後の最初の１週間で、膜の屈折率及び応力は時間の関数として大きく変化する。
【００１６】
本発明の好適実施例に従い、Ｓｉ−Ｃ−Ｎハードマスク、エッチストップ若しくは不動態化層用のＰＥＣＶＤが、変形的に“窒素ガス”とも呼ばれる２元素窒素（Ｎ２）の存在下で実行される。窒素ガスは貴ガスの替わりのキャリア若しくはプラズマ補助ガスとして機能する。窒素キャリアガスは運搬中及びＳｉ−Ｃ−Ｎ材料の蒸着中に化学前駆物質及びプラズマ種を補助する。付加的に、窒素ガスは窒素種に対する化学前駆物質として機能する。窒素ガス及び化学前駆物質はさまざまなＮ、Ｃ及びＳｉ種を含むプラズマ組成を作成するようプラズマエネルギーによって活性化される。活性窒素種はプラズマ中でシリコン及び炭素種と反応することにより膜形成に関与する。好適には、窒素ガスは生成されるＳｉ−Ｃ−Ｎ材料内の窒素元素の唯一のソースである。
【００１７】
２元素窒素キャリアガスの存在はプラズマを安定化し、アーキングを生じさせないか若しくは貴ガスキャリアを使用する場合に比べ蒸着中に発生するアーキングは少なくとも非常に小さくなる。さらに、発明者らは、蒸着された膜中に組み込まれる窒素は生成膜に安定性を与えるが、膜中での窒素の存在はハードマスク若しくは不動態化層としての膜の応用にとって不利ではないことを見出した。生成膜のエージング効果は減少を示した。例えば、膜の屈折率は窒素の替わりに貴キャリアガスを使い同じ処理を行って蒸着されたＳｉ−Ｃ膜より小さい変化を有する。また、膜の熱安定性が改善される。
【００１８】
Ｓｉ−Ｃ−Ｎ層を形成するための処理は周知である。しかし典型的に、従来の窒素ソースは素早い調整が可能な方法で使用される。例えば、前駆物質としてＮＨ３を有する従来のＣＶＤを使用する際アンモニアはたやすく分解し、化学前駆物質の相対濃度を変化させ、組み込まれる窒素の比率に影響を及ぼす。対照的に、ＰＥＣＶＤ用のキャリアガスとして窒素ガスを使用すると、窒素濃度の調整にそれほど影響しない。
【００１９】
一方、アンモニアガスを使用する際、生成層は大量の水素を含む。本発明の好適実施例に従う窒素ガスの使用は、従来のプラズマ補助ガス（例えば、貴ガス）を使用するときより安定なプラズマを与える。また、生成材料中の水素含有量はアンモニアガスの代わりに前駆物質として窒素ガスを使用することで非常に減少する。ハードマスク若しくは不動態化層の作成には低濃度の水素が好適である。生成膜の窒素含有量は制御可能ではないが、生成膜はエッチストップ層として適していることがわかった。
【００２０】
図示の都合上、図２はＰＥＣＶＤ蒸着システム３０の例を単純化したものである。このシステム３０はプラズマを保持するのに適した圧力まで真空排気され得る処理チャンバ３２を含む。チャンバ３２において、２つの平面電極３４及び３６が対向して配置され、それらの間に空間３７を画成する。これらの電極３４及び３６はチャンバ３２の外側に配置されたプラズマエネルギー発生器３８へ電気的に接続されている。プラズマエネルギー発生器３８は好適にはＲＦ発生器である。プラズマエネルギー発生器３８が作動されると、高エネルギーの電磁場が電極３４と３６との間の空間３７に作成される。下側の電極３６はひとつ若しくはそれ以上の基板４２を上に載置するよう構成される。好適には、下側の電極３６は内部に動作中基板４２を加熱するための加熱コイル若しくは加熱ブロック（図示せず）を有する。ガス輸送ライン４０はガス状の化学前駆物質をチャンバ３２内に輸送するよう構成される。好適には上側の電極３４は、ガス状の化学前駆物質を受け入れるようガス輸送ライン４０へ結合される。好適には上側の電極３４は複数の穴を有し、図２の点線で示されるように、それを通じてガス輸送ライン４０からのガス状前駆物質が基板４２方向へ放出される。反応チャンバはさまざまな他の構成を有することが可能であることが理解できよう。例えば、チャンバの壁は電極のひとつとして機能し得る。変形的に、誘導結合のような他のエネルギーソースがプラズマエネルギーを与えることもできる。また、基板は内部加熱基板要素によって輻射加熱されることもできる。
【００２１】
動作中、ひとつ若しくはそれ以上の半導体基板４２がチャンバ３２内の下側電極３６上にロードされる。好適には、基板４２は、Ｓｉ−Ｃ−Ｎ材料が蒸着されるそれぞれの基板４２のひとつの面のみが空間３７に晒されるように配置される。必要なら、チャンバ３２はチャンバ内部に残存する材料を除去するべく真空排気される。基板４２はウエハ支持体若しくは下側電極３４の内部加熱によって所望の温度に加熱される。好適にはチャンバ３２の壁もまた汚染を避けるべく加熱コイル４４によって加熱される。
【００２２】
システム３０がＰＥＣＶＤ蒸着を実行する準備ができると、少なくともひとつの化学前駆物質及びキャリアガスのガス状混合物がチャンバ３２内に導入される。本発明の好適実施例において、キャリアガスは窒素ガス（Ｎ２）である。少なくともひとつの化学前駆物質はシリコンソースガス及び炭素ソースガスを含む。好適には、有機シリコンガスのような単一の化学化合物はシリコン及び炭素ソースの両方として機能する。ガス状混合物がチャンバ３２を満たすと、電極３４と３６との間の空間３７に高エネルギー電磁場を作成するようプラズマエネルギー発生器３８が作動される。空間３７内の窒素ガス及び他の化学前駆物質分子は電磁場の高エネルギーを受け、それによって分子中のひとつ若しくはそれ以上の化学結合が破壊され、プラズマ状態が形成される。プラズマ状態は、Ｎ、Ｓｉ及びＣ元素及び化合物の種を含むイオン及びラジカルのようなさまざまな活性種を含むことが知られている。プラズマ状態のこれらの活性種は互いに及び／または基板４２と反応し、それによって基板４２上にＳｉ−Ｃ−Ｎの層が形成される。
【００２３】
ここで使用される“化学前駆物質”は、Ｓｉ−Ｃ−Ｎ材料を形成するべくここで説明された条件の下で活性化され若しくは化学的に反応されるシリコン、炭素及び／または窒素の元素を含む化学化合物である。ここで適用可能な化学前駆物質は、シリコン含有（Ｓｉ含有）化学化合物、炭素含有（Ｃ含有）化学化合物、窒素含有（Ｎ含有）化学化合物、３つの元素すべてを含む（Ｓｉ−Ｃ−Ｎ含有）化学化合物またはシリコン及び炭素の両方を含む（Ｓｉ−Ｃ含有）化学化合物、シリコン及び窒素の両方を含む（Ｓｉ−Ｎ含有）化学化合物若しくは炭素及び窒素の両方を含む（Ｃ−Ｎ含有）化学化合物を含む。
【００２４】
ここで議論されるように、好適には窒素キャリアガスはキャリアガスであると同時に窒素ソース材料として機能する。したがって、Ｎ含有化学前駆物質は窒素ガスを含む。好適には、ここで議論されるように、２原子窒素キャリアガスは付加的なＮ含有化学前駆物質を有しない唯一のＮ含有化学前駆物質である。他の例において、窒素ガス以外にひとつ若しくはそれ以上のＮ含有化学前駆物質がＳｉ−Ｃ−Ｎの蒸着中に窒素含有量を補給するために加えられる。
【００２５】
好適実施例において、生成されたＳｉ−Ｃ−Ｎ材料内のシリコン及び炭素元素の少なくとも一部は、ひとつ若しくはそれ以上のＣ−Ｓｉ結合を有するＳｉ−Ｃ含有若しくは“有機シリコン”化学前駆物質によって供給される。より好適には、Ｓｉ−Ｃ含有化学前駆物質は実質的にすべてのシリコン及び炭素元素を与える。他の例において、シリコン及び炭素原子の少なくとも一部がＳｉ含有化学前駆物質及び別のＣ含有化学前駆物質の混合物によって供給される。さまざまな有機シリコン化合物がＳｉ−Ｃソースとして使用されるが、好適例としてジメチルシラン、トリメチルシラン及びテトラメチルシランが含まれ、特にトリメチルシラン（ＴＭＳ）が好適である。
【００２６】
好適なＳｉ含有化学前駆物質は、化学式ＳｉＸ４、Ｘ３ＳｉＳｉＸ３、Ｘ３ＳｉＳｉＸ２ＳｉＸ３、ＳｉＸｎＲ４−ｎ、（Ｘ３Ｓｉ）４−ｎＣＸｎ、及び（Ｒ３−ｎＳｉＸｎ）２Ｏの化学物質を含み、ここで、ｎは０、１、２若しくは３であり、各ＸはＦ、Ｃｌ、Ｈ及びＤから成るグループから個別に選択され、各Ｒはメチル、エチル、フェニル及び第三級ブチルから成るグループから個別に選択される。Ｓｉ−Ｃ及びＳｉ−Ｎ含有前駆物質は、それらがシリコンを含んでいるためＳｉ含有前駆物質として機能する。Ｓｉ含有化学前駆物質の特別の例は、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、ＨＳｉＣｌ３、ＨＳｉＢｒ３等を含む。
【００２７】
好適なＣ含有化学前駆物質は化学式ＣｎＨ２ｎ＋２、ＣｎＨ２ｎの化学物質を含む。Ｓｉ−Ｃ若しくはＣ−Ｎ含有前駆物質はそれらが炭素を含むためＣ含有前駆物質の一種である。好適なＣ含有化学前駆物質の特別な例は、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、Ｃ４Ｈ１０及びＣ２Ｈ４を含む。窒素キャリアガスに付加してＮ含有化学前駆物質が与えられるところの実施例において、Ｎ含有化学前駆物質はＲｍＮＸ３−ｍ、Ｘ２−ｐＲｐＮ−ＮＲｐＸ２−ｐ及びＸＮ＝ＮＸから成るグループから選択され、ここでｍは０、１若しくは２であり、ｐは０若しくは１であり、各ＸはＦ、Ｃｌ、Ｈ及びＤから成るグループから個別に選択され、各Ｒはメチル、エチル、フェニル及び第三級ブチルから成るグループから個別に選択される。好適なＮ含有化学前駆物質の非制限的例は、ＮＦ３、ＮＣｌ３、ＨＮ３、Ｆ２ＮＮＦ２及びＦＮＮＦを含む。
【００２８】
好適に、化学前駆物質はガス若しくはキャリアとしての窒素ガスを有する気相の形式で容易に与えられる。汚染を最小化しかつより高品質の膜を製造するために、チャンバ内に基板を配置しかつチャンバへ化学前駆物質を導入することによって基板上にＳｉ−Ｃ−Ｎ材料を蒸着するのが好適である。密閉チャンバは制御された条件の下で化学前駆物質の導入及び不所望な種の排除を可能にするため、その使用が好適である。液体化学前駆物質は例えばキャリアガスを化学前駆物質を通じてバブリングするバブラーを使用するか若しくは蒸発器を使用することによって気相形式で与えられる。
【００２９】
好適にはＳｉ−Ｃ−Ｎが基板上に蒸着される。“基板”はＳｉ−Ｃ−Ｎ材料が蒸着されるか若しくは適用されるあらゆる下層面を含む通常の意味で使用される。好適な基板は、無制限の金属、シリコン、ゲルマニウム、プラスチック、及び／またはガラス、好適にはシリコン、シリコン化合物（Ｓｉ−Ｏ−Ｃ−Ｈ低誘電率膜を含む）及びシリコン合金を含む、仮想的にあらゆる材料から作られる。特に好適な基板は、例えばシリコンウエハ及びマイクロエレクトロニクス及び集積回路の製造に使用されるＩＩＩ−Ｖ族材料の層である半導体基板を含む。用語“集積回路”はマイクロ電子デバイスが存在したか若しくは適用される基板を含むマイクロエレクトロニクス分野での通常の意味で使用され、製造途中にありまだ機能しない集積回路を含む。好適に本発明のＰＥＣＶＤ処理に晒される基板はプレハブ構造を含み、その上にＳｉ−Ｃ−Ｎが蒸着される。より好適には、蒸着されたＳｉ−Ｃ−Ｎ層が図１に示されるエッチストップ、バリア若しくはハードマスクのひとつとして機能するように、プレハブ構造の最上層は導体配線層（Ｃｕ）若しくは絶縁（誘電体）層である。
【００３０】
ＰＥＣＶＤにおいて、マイクロ波若しくはラジオ周波数エネルギーのような電磁場を化学前駆物質に印加することによって化学前駆物質を活性化するのにプラズマエネルギーが使用される。好適には、プラズマエネルギーは約４００ｋＨｚから約４０ＭＨｚの周波数で動作するＲＦ発生器３８によって生成される。例えば、２０ｍｍ若しくは３００ｍｍウエハを処理するように設計されたリアクタに対し、１３．５６ＭＨｚの高周波数におけるＲＦ電力は、好適には約１００Ｗから約１０００Ｗ、より好適には約１５０Ｗから約７５０Ｗである。同じリアクタに対し、高周波数は２７．１２ＭＨｚに設定することもでき、好適な電力レベルは約５００Ｗから約５０００Ｗ、より好適には約３０００Ｗから約４０００Ｗである。例えば、４３０ｋＨｚの低周波数でのＲＦ電力は、好適には約０Ｗから約１０００Ｗ、より好適には約１５０Ｗから約５００Ｗである。当業者によって認識されるように高及び低周波数は蒸着中にマッチングネットワーク内で混合される。図１に示されるように、電極３４と３６との間のギャップは好適には約３ｍｍから約４０ｍｍ、より好適には約１０ｍｍから約２５ｍｍの範囲に設定される。
【００３１】
好適には、ＰＥＣＶＤ蒸着は、熱ＣＶＤほど高くはないが、プラズマ種中の膜形成反応を促進するよう上昇した温度で実行される。好適には、チャンバ３２にはチャンバを所望の温度へプレヒートするための加熱コイル４４のような加熱装置が取り付けられている。変形的に、加熱装置は基板若しくはその近傍のみをプレヒートすることができる。好適な蒸着温度の範囲は約２５℃から約６５０℃であり、より好適には約３５０℃から約４５０℃である。
【００３２】
好適には、窒素キャリアガス及び化学前駆物質の量はガスの分圧若しくは流量を調節することによって制御される。当該量は化学前駆物質とキャリアガスを混合しかつ混合ガス中の化学前駆物質の全圧若しくは分圧を調節することによっても制御される。好適には、チャンバが使用され、その結果化学前駆物質の流量は真空ポンプ若しくは類似の装置を使って全圧を操作することによって制御されることも可能である。窒素ガスの流量の範囲は好適には約３００ｓｃｃｍから約５．０ｓｌｍであり、より好適には１．０ｓｌｍから約３．０ｓｌｍである。例えば有機シラン及びより特定的にはＳｉ−Ｃ含有前駆物質のようなトリメチルシランのような化学前駆物質の流量は、好適には約１００ｓｃｃｍから約１ｓｌｍの範囲、より好適には約２００ｓｃｃｍから約７００ｓｃｃｍの範囲に制御される。好適な全圧は約２００Ｐａから約８００Ｐａの範囲にあり、より好適には約４００Ｐａから約６００Ｐａの範囲にある。
【００３３】
ＰＥＣＶＤを実行するための適当なチャンバは商業的に入手でき、好適モデルは日本国東京にある日本ＡＳＭ　株式会社から商業的に入手できるＥａｇｌｅシリーズのリアクタを含む。例えば、Ｅａｇｌｅ１０は２００ｍｍウエハを処理するように設計され、Ｅａｇｌｅ１２は３００ｍｍウエハ用に設計されている。商業的に入手可能なＰＥＣＶＤチャンバは、マイクロエレクトロニクス応用に適した高品質な膜を終始一貫して製造するべく操作される温度、ガス流量及び切替、並びにチャンバ圧力のコンピュータ制御のような多くの特徴を具備する。当業者はそのような方法及び装置に精通しており、ここで説明した化学前駆物質を使ってＳｉ−Ｃ−Ｎ材料を蒸着するための適当な条件を選択するのにルーチン試験が使用される。
【００３４】
ここで使用されるように、Ｓｉ−Ｃ−Ｎ材料は主にシリコン元素、炭素元素及び窒素元素から構成される。Ｓｉ−Ｃ−Ｎ材料において、窒素の量は好適には約５重量％から約５０重量％の範囲であり、より好適には約１０重量％から約２５重量％の範囲であり、最も好適には約１５重量％から約１７重量％の範囲である。Ｓｉ−Ｃ−Ｎ材料中のシリコンと炭素の比率（Ｓｉ：Ｃ）は好適には約１：２から約４：１の範囲であり、より好適には約１：１から約３：１の範囲である。Ｓｉ−Ｃ−Ｎ材料は酸素若しくは水素のような付加的元素を含む合金であっても良い。シリコン、炭素及び窒素以外の元素の量は好適には約５原子％以下、より好適には約３原子％以下、最も好適には約０原子％から約１原子％の間である。
【００３５】
蒸着材料中に含まれる窒素の量は可変である。しかし窒素ガスが唯一の窒素ソースであるところの好適実施例において、生成材料中の窒素含有量は窒素ガスの分圧を含むＰＥＣＶＤ処理条件のさまざまなパラメータとともに実質的に変化する傾向にある。しかし窒素含有量は付加的な窒素ソースガスを使って調節可能である。しかし好適には付加的ソースガスは使用されず、むしろ貴キャリアガスを窒素ガス（Ｎ２）と置換することによってＰＥＣＶＤのＳｉ−Ｃ蒸着用の既知の処理レシピが修正される。発明者らは上記した最も好適な範囲での窒素含有レベルの生成がバリア及びエッチストップ機能並びに膜安定性の改善に特に有利であることを見出した。
【００３６】
他の元素の組成（特にＳｉ：Ｃ）は互いに関連して変化する。多くの場合、所望の組成を有する膜を蒸着するために化学前駆物質の混合物を与えることが所望される。以下のガイドラインを使ったルーチン試験は所望の化学組成を有する膜の蒸着を一緒に生じさせる特定の化学前駆物質の適当な比率を選択するのに使用される。
【００３７】
開始点として、蒸着されるべきシリコン及び炭素の所望の相対的組成に比較的近い元素組成を有する前駆物質若しくは前駆物質の混合物が好適に選択される。前駆物質若しくは前駆物質混合物中の各元素の重量％は前駆物質の分子量及び混合物中の各前駆物質の分子量に基づいて容易に計算される。
【００３８】
開始前駆物質若しくは混合物を選択したら、最初の膜が通常の方法で蒸着される。概して、この膜の元素組成は開始前駆物質若しくは混合物の元素組成と同一ではない。例えば、蒸着温度は、前駆物質の分解の相対速度ばかりでなく、水素及びハロゲン含有量に影響を及ぼす傾向がある。最初の膜の蒸着後、開始前駆物質若しくは混合物及び／または処理は所望の組成を有する膜を生成するために反復形式で調節される。好適には、生成膜の化学的組成及び／または物理的性質に対するさまざまな処理変数及びその組合せの効果を決定するのに試験的設計方法が使用される。試験的設計方法それ自体は周知であり、例えば、Ｄｏｕｇｌａｓ　Ｃ．　Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙによる　”Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ”１９８４年Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　ａｎｄ　Ｓｏｎｓ出版第２版を参照されたい。特定の処理に対して、化学組成及び／または物理的性質に対するさまざまな処理変数及びその組合せの効果がこれらの試験的設計方法によって決定された後、次の製造時の一貫性を保証するために処理は好適にコンピュータ制御により自動化される。
【００３９】
蒸着されたＳｉ−Ｃ−Ｎ材料中のシリコン及び炭素の相対組成は付加的な所望の元素の補給ソース、好適には補給シリコンソース、窒素ソース、及び／または炭素ソースを与えることによって調節若しくは制御される。補給ソースはさまざまな物理的形式で与えられる。好適には、化学前駆物質及び補給ソースを同時に構成するガスが与えられ、生成されたＳｉ−Ｃ−Ｎ材料中の各元素の量が上で与えられたガイダンスに従ってルーチン試験を使って各元素の分圧を調節することにより制御される。例えば、上述したように、好適には化学前駆物質及び補給ソースの開始混合物は、選択された特定の蒸着処理の効果のあらゆる知識によって修正されるように、蒸着されたＳｉ−Ｃ−Ｎ材料の元素組成に近似したＳｉ：Ｃ比率を有するよう選択される。
【００４０】
補給ソースの内、好適なシリコンソースは、シラン、四塩化シリコン、四フッ化シリコン、ジシラン、トリシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、シロキサン、ジシロキサン、ジメチルシロキサン、メトキシシラン、ジメトキシシラン、及びジメチルジメトキシシランを含む。好適な補給窒素ソースは、アンモニア、三フッ化窒素、三塩化窒素及び亜酸化窒素を含む。好適な炭素ソースは、メチルシラン、ジシリルメタン、トリシシルメタン及びテトラシリルメタンを含む。好適な補給ソースは２つ若しくはそれ以上の元素用のソースであり、例えばジメチルシロキサンは炭素及びシリコンのソースである。しかし上記したように、最も好適には、ＰＥＣＶＤレシピは有機シリコンソース及び窒素キャリアガスのみを使用する。
【００４１】
ここで説明されるＳｉ−Ｃ−Ｎ材料は、例えばパターン化、エッチング、アニール、ドープ等のさまざまな処理に晒される。例えば、集積回路の製造において、誘電体層、金属線若しくは半導体層のような他の材料の付加的層がここで述べられたように形成されたＳｉ−Ｃ−Ｎ材料の面上に蒸着され得る。そのような蒸着はさまざまなソース材料を与えかつ通常の方法で付加的層を蒸着することによって実行される。集積回路を完成するためのさらなる処理として典型的にフォトリソグラフィー、エッチング、蒸着、アニール及びさまざまな他の工程が含まれることは当業者の知るところである。
【００４２】
本発明に従って製造されたＳｉ−Ｃ−Ｎ材料は粒子若しくは繊維のようなさまざまな形式であり得るが、好適には膜形式である。“膜”は自立した膜及び基板に適用される層若しくは被覆の両方を含む通常の意味で使用される。膜は平坦若しくは下層の３次元面に合致し、いずれの場合も一定若しくは可変の厚さ、好適には一定の厚さを有する。好適には、平均的厚さの膜は、例えばエッチストップ、拡散バリア、ゲート誘電体、不動態層、スペーサ−材料等のような所望の機能を与えるのに効果的である。しばしば、平均膜厚は、約１００Åから約１００００Å、好適には約２００Åから約５０００Å、より好適には約３００Åから約３０００Åの範囲内にある。
【００４３】
ここで述べられたＳｉ−Ｃ−Ｎ膜はさまざまな応用に対し有用であり、特定的にハードマスク、エッチストップ層、拡散バリア若しくは不動態化層、より特定的に図１に示されるデュアルダマシン金属化の態様において有用である。
【００４４】
【実施例】
例１
本発明の実施例にしたがって、Ｓｉ−Ｃ−Ｎ膜がＰＥＣＶＤ処理によって蒸着された。この例において、シリコン及び炭素の両方に対する有機シリコン化学前駆物質としてトリメチルシランが使用された。窒素ガス（Ｎ２）がキャリアガスとして使用された。処理条件は以下の通りである。トリメチルシラン流量＝３００ｓｃｃｍ、Ｎ２流量＝１．８ｓｌｍ、Ｐ＝５００Ｐａ、高周波ＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）＝３００Ｗ、低周波ＲＦ電力（４３０ｋＨｚ）＝３００Ｗ、Ｔ＝４２０℃、電極間距離＝１４ｍｍ。この処理は２００ｍｍのウエハを使ってＥａｇｌｅ１０ＰＥＣＶＤ装置によって実行された。
【００４５】
蒸着された膜はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって分析された。蒸着された膜の組成は次の通りであった。Ｓｉ＝４６原子％、Ｃ＝３５原子％、Ｎ＝１７原子％、及びＯ＝２原子％。この膜の圧縮応力は約１５０ＭＰａであると測定された。この膜応力は実質的に１２０時間以上変化しなかった。蒸着膜の屈折率は１．９７であると測定されたが、より一般的には膜厚に依存することがわかった。
【００４６】
例２
本発明の実施例に従い、Ｅａｇｌｅ１０ＰＥＣＶＤ装置を使って、Ｓｉ−Ｃ−Ｎ膜が２００ｍｍウエハ上に蒸着された。処理条件は変更され、温度及び電極間距離はそれぞれ４００℃及び１５ｍｍに設定された。変更された処理条件には、トリメチルシラン流量、窒素流量、リアクタ圧力、高周波ＲＦ電力及び低周波ＲＦ電力が含まれる。
【００４７】
膜の平均蒸着速度、厚さ均一性、屈折率、膜応力、誘電率及びリーク電流が測定され、図３〜７に示されている。図３はトリメチルシラン流量を２００、３００及び４００ｓｃｃｍとし、他の条件を窒素流量＝１．０ｓｌｍ、Ｐ＝５００Ｐａ、高周波ＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）＝３００Ｗ、低周波ＲＦ電力（４３０ｋＨｚ）＝３００Ｗとした場合の蒸着を表す。図４は窒素流量を１．０、１．５及び２ｓｌｍとし、他の条件をトリメチルシラン流量＝２００ｓｃｃｍ、Ｐ＝５００Ｐａ、高周波ＲＦ電力＝３００Ｗ、低周波ＲＦ電力＝３００Ｗとした場合の蒸着を表す。図５は、リアクタ圧力を４００、５００若しくは６００Ｐａに設定し、他の条件をトリメチルシラン流量＝２００ｓｃｃｍ、窒素流量＝１．０ｓｌｍ、高周波ＲＦ電力＝３００Ｗ、低周波ＲＦ電力＝３００Ｗとした場合の蒸着を表す。図６は、高周波ＲＦ電力を変化させ、他の条件をトリメチルシラン流量＝２００ｓｃｃｍ、窒素流量１．０ｓｌｍ、Ｐ＝５００Ｐａ、低周波ＲＦ電力＝３００Ｗとした場合の蒸着を表す。図７において、低周波ＲＦ電力が変化し、他の条件はトリメチルシラン流量＝２００ｓｃｃｍ、窒素流量＝１．０ｓｌｍ、Ｐ＝５００Ｐａ、高周波ＲＦ電力＝３００Ｗに設定されている。
【００４８】
本発明の思想から離れることなく多くのさまざまな修正が可能であることは当業者の知るところである。したがって、上記された実施例及び例はほんの例証的なものであり、本発明の態様を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、デュアルダマシン加工におけるエッチストップ層部分を示すデュアルダマシン構造の断面略示図である。
【図２】図２は、本発明のひとつの実施例に従うＰＥＣＶＤで使用するための蒸着装置の略示図である。
【図３】図３は、本発明のひとつの実施例に従って蒸着された炭素窒化物シリコンの平均成長速度及びさまざまな物理的特性を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明のひとつの実施例に従って蒸着された炭素窒化物シリコンの平均成長速度及びさまざまな物理的特性を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明のひとつの実施例に従って蒸着された炭素窒化物シリコンの平均成長速度及びさまざまな物理的特性を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明のひとつの実施例に従って蒸着された炭素窒化物シリコンの平均成長速度及びさまざまな物理的特性を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明のひとつの実施例に従って蒸着された炭素窒化物シリコンの平均成長速度及びさまざまな物理的特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　　　上側絶縁層
１２　　　下側絶縁層
１４　　　下側導電配線層
１５　　　バリア層
１６　　　トレンチ
１９　　　エッチストップ層
２０　　　コンタクトビア
２１　　　エッチストップ層
２２　　　バリア層
２３　　　導電材料

Claims (13)

  1. 炭素窒化シリコン（Ｓｉ−Ｃ−Ｎ）材料を面上に蒸着する方法であって、
    面を有する基板を処理チャンバ内へロードする工程と、
    少なくとも一つの化学前駆物質及びキャリアガスを処理チャンバ内に導入する工程であって、キャリアガスは窒素ガスから成るところの工程と、
    電磁エネルギーを少なくとも一つの化学前駆物質及びキャリアガスに印加する工程であって、それによって基板面上にシリコン、炭素及び窒素から成るＳｉ−Ｃ−Ｎ材料が蒸着される、ところの工程と、
    から成り、
    蒸着された材料内に含まれる実質的にすべての窒素は窒素ガスから生じるところの方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、電磁エネルギーはプラズマ状態を作るために少なくとも一つの化学前駆物質及びキャリアガスの分子を活性化するのに充分である、ところの方法。
  3. 請求項１に記載の方法であって、少なくとも一つの化学前駆物質はシリコン用の化学前駆物質及び炭素用の化学前駆物質を含む、ところの方法。
  4. 請求項３に記載の方法であって、シリコン用の化学前駆物質は、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、Ｓｉ３Ｈ８、ＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＣｌ３及びＨＳｉＢｒ３から成るグループから選択される、ところの方法。
  5. 請求項３に記載の方法であって、炭素用の化学前駆物質は、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、Ｃ４Ｈ１０及びＣ２Ｈ４から成るグループから選択された一つ若しくはそれ以上である、ところの方法。
  6. 請求項１に記載の方法であって、少なくとも一つの化学前駆物質はシリコン及び炭素元素から成る単一の化学化合物である、ところの方法。
  7. 請求項６に記載の方法であって、単一の化学化合物は、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン及びテトラメチルシランから成るグループから選択される、ところの方法。
  8. 請求項１に記載の方法によって基板上に蒸着される炭素窒化物シリコン（Ｓｉ−Ｃ−Ｎ）材料。
  9. プラズマ強化化学気相成長によって炭素窒化物シリコン材料を形成する方法であって、
    面を有する基板をチャンバ内に与える工程と、
    シリコン種、炭素種及び窒素種から成る元素の励起種を生成する工程と、
    から成り、
    生成された種は窒素ガスから成るプラズマ補助ガスによって補助され、実質的にすべての窒素種は窒素ガスから生じ、及び基板の面はプラズマ補助ガスによって補助された励起種に晒される、ところの方法。
  10. 請求項９に記載の方法であって、励起種は基板の面の近傍で生成される、ところの方法。
  11. 集積回路製造においてシリコン及び炭素から成る層を形成するための処理方法であって、
    化学前駆物質をチャンバ内に伴出するキャリアガスとともにシリコン及び炭素から成る一つ若しくはそれ以上の化学前駆物質をプラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）用のチャンバ内に導入する工程と、
    キャリアガスがそれ自身の励起種を生成するよう活性化されるようにチャンバ内でＰＥＣＶＤを実行する工程であって、それによってシリコン、炭素及びキャリアガスからの元素から成る層がチャンバ内の基板上に蒸着される、ところの工程と、
    から成り、
    キャリアガスは層に対する元素の専用ソースである、ところの方法。
  12. 請求項１１に記載の処理方法であって、キャリアガスからの元素は窒素である、ところの方法。
  13. 請求項１２に記載の処理方法であって、キャリアガスは窒素ガスから成る、ところの方法。
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