JP2006165573A - 半導体デバイスの層間接続の形成方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラズマCVD装置を使って、半導体基板上に膜の多層接続構造を形成する方法は、低誘電率膜を基板上に形成する工程と、該低誘電率膜にUV(紫外線)を照射してキュアする工程と、UVブロッキング膜を積層する工程と、次の低誘電率膜を積層する工程と、該次の低誘電率膜にUVを照射してキュアする工程と、から成る。ここで、上記UVブロッキング膜は照射するUVの波長に対する消衰係数が0.2以上である。
【選択図】図3
Description
本願発明は以下の態様を包含するが、本願発明はそれらに限定されるものではない。また、ある態様におけるある要件は別の態様におけるほかの要件と相互に交換することができ、あらゆる組み合わせが可能である。
本発明は層間接続構造に広く適用することができ、ある態様においては、low-k膜、UVブロック膜、エッチストッパー膜で膜が構成され、好ましくはUVブロック膜とエッチストッパー膜が両者の機能を備えた単一膜からなる。導電体としては銅が好ましく用いられ、その他、ダマシンスキームにおいて、適宜ハードマスク、フォトレジスト、等が使用される。また、ある態様では、基板上に形成された配線層の表面にはパッシベーション保護膜が形成される。
代表的なlow-k膜としては、Si含有炭化水素化合物(有機シラン)をあげることができるが、それに限定されず、low-k膜として機能する膜であれば用いることができる。
本発明の好ましい態様によれば、これに限定されるものではないが、エッチストッパー膜とUVブロッキング膜を兼用する単一膜を形成する。そのような膜は、キュアに使用する波長での消衰係数と、low-k膜に対するセレクティビティを指標として選択することができる。例えば、消衰係数は使用する波長で0.2以上(0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、及び前記数値の間の数値を含み、好ましくは0.4〜3.0)、low-k膜に対するセレクティビティが5:1〜20:1(10:1、15:1、及び前記数値の間の数値を含み、好ましくは10:1〜15:1)を選択の指標とする。また、電気特性I.V値が1MV/cmで1E−8A/cm2以下(ある態様では1E−9A/cm2以下、好ましくは1E−11A/cm2 〜1E−10A/cm2 )であることを更に選択の指標とすることもできる。
次に、UV照射装置について説明する。図3は本発明で使用することができるUV照射装置の一態様である。UV照射が実施できる装置であれば、これに限定されない。この装置は、真空から大気圧周辺を制御できるチャンバ32とチャンバ上部に設置された紫外光照射ユニット27から構成されている。紫外光照射ユニット27は、連続またはパルス状に発光する紫外光発光体24と、該発光体に平行に対向して設置されたヒーター21と、紫外光発光体24とヒーター21との間にあって該ヒーター21と平行に対向したフィルター25と、からなる。該フィルター25は、均一なUV照射を実現するためのものであり、例えば合成石英で、チャンバを大気と遮断し、且つUVを透過するものであればよい。
多層配線構造は典型的にはシングルダマシンスキームやデュアルダマシンスキームにより構築することができ、以下説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
シングルダマシンでは次のステップにより本発明を実施することができるが、本発明はこれらのステップに限定されるものではなく、その他、目的の構造により適宜変形して実施することができる。
以下にデュアルダマシンスキームの一例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、図1に示す装置を用いて、1,3-ジメトキシ−テトラメチルジシロキサン (DMOTMDS)を材料ガスとしたlow-k膜61を膜厚500nmでシリコン基板60上(直径300mm)に成膜した(図6A)。なお、成膜条件は以下の通りである。DMOTMDS:200sccm、O2:100sccm、He:200sccm、RF電力(27.12MHz):2.5W/cm2、基板温度:360℃、圧力:665Pa。次に図3に示す装置を用いて、UVを以下の条件にて該基板に照射し該low-k膜61を改質し改質low-k膜61’を得た(図6B)。
UV波長:172nm
照度:10mW/cm2
N2:4000sccm
圧力:50Torr
ヒーター温度:430℃
照度:10mW/cm2
N2:4000sccm
圧力:50Torr
ヒーター温度:430℃
一回目の照射によって1層目のlow-k膜61は3.9%収縮した。該low-k膜上にエッチストッパーのSiC膜62を、さらにその上に2層目のlow-k膜63を成膜し2回目のUVを照射した結果、2層目のlow-k膜は4.3%収縮したが、1層目のlow-k膜61’の収縮量は0.8%で、SiC膜62がUVをブロックしていることが確認された。
初期膜厚: 514nm
一回目UV照射後:494nm(変化量=20nm:−3.9%)
二回目UV照射後:490nm(変化量=4nm:−0.8%)
第二層のlow-k膜:
初期膜厚: 511nm
二回目UV照射後:489nm(変化量=22nm:−4.3%)
Claims (24)
- プラズマCVD装置を使って、半導体基板上に膜の多層接続構造を形成する方法であって、
前記半導体基板上に第1低誘電率膜を堆積する工程と、
前記第1低誘電率膜に所定の波長の紫外線(UV)を照射してキュアする工程と、
前記第1低誘電率膜の上にUVブロッキング膜を堆積する工程と、
前記UVブロッキング膜の上に第2低誘電率膜を堆積する工程と、
前記第2低誘電率膜に所定の波長のUVを照射してキュアする工程と、
から成る方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記UVブロッキング膜は、前記所定の波長の紫外線に対して0.2以上の消衰係数を有する、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記UVブロッキング膜は、照射されるUVの少なくとも50%を吸収するだけの膜厚を有する、ところの方法。
- 請求項3に記載の方法であって、前記UVブロッキング膜は、10nmから100nmの膜厚を有する、ところの方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記UVブロッキング膜は、SiC、SiCN、SiCO、及びSiNのいずれかの材料から形成される、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記所定の波長は、100nmから400nmである、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、さらに、前記第2低誘電率膜にUVを照射してキュアした後、前記第2低誘電率膜と前記UVブロッキング膜をエッチングする工程を含む、方法。
- 請求項7に記載の方法であって、前記エッチングする工程において、前記UVブロッキング膜がエッチストッパー膜としても機能する、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記キュアする工程で使用するUVは、波長が100nmから400nm、照射強度が1mW/cm2から1000mW/cm2、照射時間が5秒から300秒である、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記キュアする工程は、前記半導体基板の温度を50℃から600℃に保持する工程を含む、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記キュアする工程は、Ar、He、CO2またはN2を導入する工程を含む、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記第1低誘電率膜は、前記半導体基板上に形成された配線層及びパッシベーション保護膜の上に形成される、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、さらに、前記第1低誘電率膜をキュアする工程の後に、ハードマスクを成膜する工程と、パターニングする工程と、エッチングする工程と、ヴィアまたはヴィア/トレンチを形成する工程と、CMP処理する工程と、を含む方法。
- プラズマCVD装置を使って、半導体基板上に膜の多層接続構造を形成する方法であって、
低誘電率膜をキュアするために、所定の波長の紫外線(UV)を選択する工程と、
前記所定の波長のUVを吸収する材料を、所定の指標に基づいて選択する工程と、
前記半導体基板上に第1低誘電率膜を堆積する工程と、
前記第1低誘電率膜に選択した前記所定の波長のUVを照射してキュアする工程と、
前記第1低誘電率膜の上に、選択した前記材料から成るUVブロッキング膜を堆積する工程と、
前記UVブロッキング膜の上に第2低誘電率膜を堆積する工程と、
前記第2低誘電率膜に選択した前記所定の波長のUVを照射してキュアする工程と、
から成る方法。 - 請求項14に記載の方法であって、前記所定の指標は、前記所定の波長での消衰係数及び第1低誘電率膜に対するエッチングセレクティビティから成る、ところの方法。
- 請求項15に記載の方法であって、前記消衰係数は前記所定の波長が200nmで0.2以上であり、前記第1低誘電率膜に対するエッチングセレクティビティは5:1〜20:1である、ところの方法。
- 請求項15に記載の方法であって、前記所定の指標は、さらに、電気特性I.V値が1MV/cmで、1E−11A/cm2から1E−8A/cm2であることを含む、ところの方法。
- プラズマCVD装置を使って、半導体基板上に膜の多層接続構造を形成する方法であって、
第一の膜厚を有する第1低誘電率膜を前記半導体基板上に堆積する工程と、
前記第1低誘電率膜に所定の波長のUVを照射してキュアする工程であって、その結果、前記第1低誘電率膜の膜厚が第二の膜厚に変化するところの工程と、
前記第1低誘電率膜の上にUVブロッキング膜を堆積する工程と、
前記UVブロッキング膜の上に、前記第一の膜厚を有する第2低誘電率膜を堆積する工程と、
前記第2低誘電率膜に所定の波長のUVを照射してキュアする工程であって、その結果、前記第2低誘電率膜の膜厚は前記第二の膜厚に変化し、同時に前記第1低誘電率膜の膜厚は第三の膜厚に変化し、前記第1低誘電率膜の前記第二の膜厚から前記第三の膜厚への変化率は、前記第一の膜厚から前記第二の膜厚への変化率の1%から30%である、ところの工程と、
から成る方法。 - 請求項18に記載の方法であって、前記UVブロッキング膜はエッチストッパー膜としても機能する、ところの方法。
- 請求項1から19のいずれかに記載の方法において、キュアする工程で使用される、紫外線を照射するための紫外線照射装置であって、
排気可能なチャンバと、
前記チャンバ内に処理ガスを導入するためのガス供給手段と、
前記チャンバ内部で前記半導体基板を支持しかつ所定の温度に保持するためのヒーターと、
前記チャンバの上部に設けられ、前記半導体基板上に成膜された膜に向かって所定の波長の紫外線を照射するための紫外光照射ユニットと、
から成る紫外線照射装置。 - 請求項20に記載の紫外線照射装置であって、前記紫外光照射ユニットは、連続またはパルス状に発光する紫外線発光体と、前記紫外線発光体と前記半導体基板との間に配置されるフィルターとを含む、ところの紫外線照射装置。
- 請求項21に記載の紫外線照射装置であって、前記フィルターはフランジに固定された合成石英から成り、前記チャンバを基板処理部と紫外光発光部とに分離する、ところの紫外線照射装置。
- 請求項21に記載の紫外線照射装置であって、前記紫外線発光体は、互いに平行に配置されたチューブ形状を有する複数の紫外線発光体から成り、各前記紫外線発光体は紫外光を被処理体に対し均一に照射するための反射板を有する、ところの紫外線照射装置。
- 請求項20に記載の紫外線照射装置であって、前記所定の波長は、100nmから400nmである、ところの紫外線照射装置。
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