JP2006517061A - 多孔性低ｋ誘電体膜上への不透過性膜の堆積方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】多孔性低ｋ誘電体膜上に不透過性膜を堆積させる方法を提供する。
【解決手段】相互接続構造における多孔性低ｋ誘電体膜のようなデバイス上への不透過性膜の接着性を改善するための方法。本方法は、多孔性低ｋ誘電体膜の水、アルコール、ＨＣｌ、ＨＦ蒸気のような捕捉された蒸気又は吸着された分子を放出するために、不透過性膜の堆積前の原位置アニーリング段階を提供する。本方法はまた、多孔性低誘電性膜の堆積に続いて、捕捉可能分子を含む大気に露出することなく不透過性膜の原位置堆積を提供する。本方法は、更に、多孔性低ｋ誘電体膜の一部分の除去に続いて、捕捉可能分子を含む大気に露出することなく不透過性膜の原位置堆積を提供する。実質的に全ての捕捉又は吸着分子を多孔性低ｋ誘電体膜から除去することにより、堆積した不透過性膜と低ｋ誘電体膜の間の接着性が改善される。本方法は、多孔性ハイドロシルセスキオキサン又は多孔性メチルシルセスキオキサン、エアロゲルのような多孔性シリカ構造体、低温堆積シリコン炭素膜、低温堆積Ｓｉ−Ｏ−Ｃ膜、及びメチルドープ多孔性シリカのような多くの多孔性低ｋ誘電体膜に特に適用可能である。
【解決手段】相互接続構造における多孔性低ｋ誘電体膜のようなデバイス上への不透過性膜の接着性を改善するための方法。本方法は、多孔性低ｋ誘電体膜の水、アルコール、ＨＣｌ、ＨＦ蒸気のような捕捉された蒸気又は吸着された分子を放出するために、不透過性膜の堆積前の原位置アニーリング段階を提供する。本方法はまた、多孔性低誘電性膜の堆積に続いて、捕捉可能分子を含む大気に露出することなく不透過性膜の原位置堆積を提供する。本方法は、更に、多孔性低ｋ誘電体膜の一部分の除去に続いて、捕捉可能分子を含む大気に露出することなく不透過性膜の原位置堆積を提供する。実質的に全ての捕捉又は吸着分子を多孔性低ｋ誘電体膜から除去することにより、堆積した不透過性膜と低ｋ誘電体膜の間の接着性が改善される。本方法は、多孔性ハイドロシルセスキオキサン又は多孔性メチルシルセスキオキサン、エアロゲルのような多孔性シリカ構造体、低温堆積シリコン炭素膜、低温堆積Ｓｉ−Ｏ−Ｃ膜、及びメチルドープ多孔性シリカのような多くの多孔性低ｋ誘電体膜に特に適用可能である。
Description
本発明は、一般的に集積回路処理と製造、及び、より具体的には多孔性低ｋ誘電体膜上に不透過性膜を堆積させる方法に関する。
次第により小さく、それほど高価でなく、より強力な電子製品に対する要望は、より小さい幾何学形状の集積回路（ＩＣ）及びより大きい基板に対する必要性をもたらしている。それはまた、ＩＣ基板上への回路のより高密度なパッケージ化の要求をもたらすものである。より小さな幾何学形状のＩＣ回路に対する要望は、構成要素と誘電体層の間の相互接続の寸法ができるだけ小さいことを要求する。従って、最近の研究は、金属線間の低誘電率（ｋ）を有する絶縁材料と共に、低抵抗材料（例えば、銅）の使用に継続的に焦点があてられている。
低抵抗材料の使用は、バイア相互接続と接続線の断面積の減少のために必要とされる。相互接続の導電度は、相互接続の表面積が減少すると共に減少し、得られる相互接続抵抗の増加は、ＩＣ設計における障害となっている。高抵抗を有する導電体は、高インピーダンスと大きな伝播遅延を有する導電路を作り出す。これらの問題は、その結果、信頼性に欠ける信号タイミング、信頼性に欠ける電圧レベル、及びＩＣ内の構成要素間の長い信号遅延をもたらすものである。伝播の不連続性もまた、接続性の弱い交差導電面から又は非常に異なる抵抗特性を有する導電体の接合からもたらされる。
低抵抗性と揮発性処理環境に耐える機能とを有する相互接続とバイアに対する必要性が存在する。アルミニウム及びタングステン金属は、電気的活性領域間の相互接続又はバイアを作るために集積回路の製造に度々用いられる。これらの金属は、これらの金属に対する処理技術が利用可能であるために、製造環境において長い間使用されてきた。これらの金属に対する経験と専門的知識もまた、その長期の使用によりその処理において得られている。
銅は、電気回路における配線とバイアの大きさを減ずる努力の中でアルミニウムに取って代わるものとして自然な選択である。銅の導電度は、アルミニウムの約２倍でタングステンの３倍以上である。その結果、同じ電流をアルミニウム線の半分の幅を有する銅線を通じて搬送することができる。
しかし、ＩＣ処理において銅の使用に付随するいくつかの問題がある。銅は、シリコンデバイスの活性領域を毒し、それによって予測できない応答を生ぜしめる。銅はまた、ＩＣ処理において使用される多くの材料を通して容易に拡散するために、銅が移動しないように注意すべきである。
しかし、ＩＣ処理において銅の使用に付随するいくつかの問題がある。銅は、シリコンデバイスの活性領域を毒し、それによって予測できない応答を生ぜしめる。銅はまた、ＩＣ処理において使用される多くの材料を通して容易に拡散するために、銅が移動しないように注意すべきである。
様々な手段が集積回路材料内への銅の拡散問題を対処するために提案されている。金属と金属合金を含むいくつかの材料を銅拡散を防ぐ障壁として使用することが提案されている。典型的な導電性拡散障壁材料は、ＴｉＮ、ＴａＮ、及びＷＮである。ＴｉＳｉＮ、ＴａＳｉＮ、及びＷＳｉＮを得るためにこれらの材料内にシリコンを添加することで、拡散障壁特性を改善することができるであろう。窒化珪素は、最も良い非導電性拡散障壁材料である。
拡散障壁材料は、化学蒸着（ＣＶＤ）によって堆積させることができると考えられる。例えば、ＴｉＮのＣＶＤ堆積の場合、Ｔｉと任意的に窒素を含む前駆体が使用される。選択された表面で前駆体は分解し、分解した元素は、それらの選択された表面上でＴｉＮ層を形成するために互いに反応する。反応副生成物（前駆体の分解と、選択表面上で堆積しない次の反応とによって生成する生成物）は、往々にして揮発性であり、除去すべきである。
相互接続線において低抵抗材料を使用するに際し同等に大事なことは、相互接続線間を絶縁するための低誘電率材料（低ｋ誘電体）の導入である。低ｋ誘電体は、二酸化珪素（ｋ値は約４）、窒化珪素（ｋ値は約７）、及びオキシ窒化珪素（ｋ値は約４と７の間）のような従来のＩＣ誘電体のそれよりも小さい誘電率を示す絶縁性誘電体である。
様々な低ｋ誘電体が導入されており、それらは、フッ素ドープ二酸化珪素（ｋ値は約３−３．６）、炭素ドープ二酸化珪素（ｋ値は約２．５−３．３）、フッ素化炭素（ｋ値は約２．５−３．６）、及びパリレン（ｋ値は約３．６−３．８）、ポリイミド（ｋ値は約３−３．７）のような有機材料を含む。これらの材料のいくつかは、ＩＣ製造処理の中に問題なく導入されたが、集積化に伴う様々な困難によって成功しないものもあった。低ｋ誘電体は、ＣＶＤ又はスピンオン技術によって堆積させることができる。
様々な低ｋ誘電体が導入されており、それらは、フッ素ドープ二酸化珪素（ｋ値は約３−３．６）、炭素ドープ二酸化珪素（ｋ値は約２．５−３．３）、フッ素化炭素（ｋ値は約２．５−３．６）、及びパリレン（ｋ値は約３．６−３．８）、ポリイミド（ｋ値は約３−３．７）のような有機材料を含む。これらの材料のいくつかは、ＩＣ製造処理の中に問題なく導入されたが、集積化に伴う様々な困難によって成功しないものもあった。低ｋ誘電体は、ＣＶＤ又はスピンオン技術によって堆積させることができる。
更なる研究は、その潜在的低誘電率（２〜３）のために、多孔性低ｋ誘電体に集中している。多孔性低誘電性材料の例は、多孔性ハイドロシルセスキオキサン又は多孔性メチルシルセスキオキサン、エアロゲルのような多孔性シリカ構造体、低温堆積シリコン炭素膜、低温堆積Ｓｉ−Ｏ−Ｃ膜、及びメチルドープ多孔性シリカである。
多孔性低ｋ誘電体の集積化は、低機械的強度、寸法安定性の悪さ、温度安定性の悪さ、高吸湿性、浸透性、接着性の悪さ、大きな熱膨張係数、及び不安定な応力レベルのような様々な問題のために困難である。
多孔性低ｋ誘電体の集積化は、低機械的強度、寸法安定性の悪さ、温度安定性の悪さ、高吸湿性、浸透性、接着性の悪さ、大きな熱膨張係数、及び不安定な応力レベルのような様々な問題のために困難である。
ＩＣ処理における多孔性低ｋ誘電体に関連した問題の１つは、多孔性低ｋ誘電体内の小さな分子の捕捉である。Ｈｕ他に付与された米国特許第６，４１７，１１８号においては、低温アニーリングによって全ての捕捉された水分を除去した後に、反応性溶液で多孔性膜を処理することで親水性状態（水分を引き付ける）から疎水性状態（水分を反発する）へ多孔性低ｋ誘電体表面を変え、多孔性低ｋ誘電体中に水分を更に吸収することを防ぐ方法が開示されている。Ｘｉａ他に付与された米国特許第６，４８６，０６１号は、ＮＨ3又はＨ2のような還元雰囲気下で膜を高密度化する後堆積処理を使用する、接着性と安定性の向上した誘電体膜を提供する方法を開示している。この技術は、一週間雰囲気に露出されてもより耐湿性があって低誘電率を保持する誘電体膜をもたらすものとされた。
しかし、多孔性低ｋ誘電体の集積化は問題を残したままであった。処理された低ｋ誘電体膜を用いても、銅相互接続のための拡散障壁膜のような次の膜の接着性は問題を抱えたままである。次に堆積した膜は、多くの場合に、水分、アルコール蒸気、ＨＣｌ蒸気、及びＨＦ蒸気のような捕捉分子に対して不透性であるために、これらの捕捉分子を放出することは、デバイスの故障に導く層間剥離を生じさせる可能性がある。
従って、多孔性低ｋ誘電体膜のようなデバイス上に堆積された不透過性膜の接着性を改善する方法が提供される。
開示される方法は、基本的には、多孔性低ｋ誘電体膜が、導電拡散障壁（ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＷＮx、ＷＳｉＮ）又は誘電拡散障壁（ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4）のような不透過性膜が続いて堆積する前に、水分のような捕捉可能な分子を含む大気に露出されないことを保証するものである。
開示される方法は、基本的には、多孔性低ｋ誘電体膜が、導電拡散障壁（ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＷＮx、ＷＳｉＮ）又は誘電拡散障壁（ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4）のような不透過性膜が続いて堆積する前に、水分のような捕捉可能な分子を含む大気に露出されないことを保証するものである。
従来技術は、水分吸収量を改善するために多孔性低ｋ誘電体膜を処理するための種々な方法を開示している。しかし、本出願人の研究は、全てのこれらの方法は水分吸収量を低減することができるだけで、それを本質的に除去できないことを示している。Ｘｉａ他は、還元環境における彼らのアニール処理が耐水性を向上させ、一週間空気に露出した後に、誘電率の値を保持するのに有効であることを開示しているが、その処理が、拡散障壁のような次に堆積される不透過性膜の接着特性に与える効果の有無については説明していない。本出願人の研究は、この処理が、たとえ数時間でも空気に露出された後では、多孔性低ｋ誘電体膜上のＴｉＮの接着性を改善するのに効果がないことを示している。様々な処理の広範な評価の後に、多孔性低ｋ誘電体膜に対する拡散障壁のような次に堆積する不透過性膜の接着性を改善することが見出された唯一の有効な処理は、水分含有環境に多孔性低ｋ誘電体膜を露出するのを避けることである。水分は、多孔性低ｋ誘電体膜が空気に露出される時に細孔内部に捕捉されることになり、捕捉された水分が除去されなければ、多孔性低ｋ誘電体膜に次に堆積した不透過性膜の接着性は、捕捉された水分の放出により次第に低下する。
多孔性低ｋ誘電体膜が既に水分を含む場合には、本方法は、不透過性膜の原位置堆積の前に低ｋ誘電体膜の細孔に捕捉された水分を除去するための付加的な段階を提供する。
第１の好ましい実施形態では、本方法は、
ａ．多孔性低ｋ誘電体膜の細孔の内部に捕捉された揮発性分子を除去するために、多孔性低ｋ誘電体膜をアニールする段階、及び
ｂ．捕捉可能な分子を含む大気へ多孔性低ｋ誘電体膜を露出することなく、多孔性低ｋ誘電体膜上に不透過性膜を堆積させる段階、
という２段階を含む。
第１の実施形態は、多孔性低ｋ誘電体膜が空気に露出されており、従って、多くの水分が細孔内に捕捉されている状況に関するものである。多孔性低ｋ誘電体膜上に誘電体膜に接着する不透過性膜をうまく堆積させるために、水分は除去する必要があり、不透過性膜は、次に、多孔性低ｋ誘電体膜が捕捉可能な分子を含む大気に露出されない条件下で堆積される。
第１の好ましい実施形態では、本方法は、
ａ．多孔性低ｋ誘電体膜の細孔の内部に捕捉された揮発性分子を除去するために、多孔性低ｋ誘電体膜をアニールする段階、及び
ｂ．捕捉可能な分子を含む大気へ多孔性低ｋ誘電体膜を露出することなく、多孔性低ｋ誘電体膜上に不透過性膜を堆積させる段階、
という２段階を含む。
第１の実施形態は、多孔性低ｋ誘電体膜が空気に露出されており、従って、多くの水分が細孔内に捕捉されている状況に関するものである。多孔性低ｋ誘電体膜上に誘電体膜に接着する不透過性膜をうまく堆積させるために、水分は除去する必要があり、不透過性膜は、次に、多孔性低ｋ誘電体膜が捕捉可能な分子を含む大気に露出されない条件下で堆積される。
多孔性低ｋ誘電体膜の細孔内に捕捉されている最も一般的な揮発性分子は水分である。他の揮発性分子は、（１）小さな有機分子、例えばアルコール、（２）ＨＣｌ、及び（３）ＨＦである。小さな有機分子は、一般的にエーテルとケトンを含むＣ2−Ｃ5分子である。揮発性分子は、室温又はより高温で気体状態にある分子である。揮発性分子は、有機又は無機材料とすることができる。
アニール温度は、５０℃から５００℃の間とすることができる。より高温では、短時間で水分を追い出すことができるが、多孔性低ｋ誘電体膜に損傷を与えることもある。アニール時間は、好ましくは１０秒から２時間であり、アニール温度と多孔性低ｋ誘電体膜の状態に依存する。抵抗又は放射加熱器をアニール処理のために使用することができる。アニール処理は、非反応性ヘリウム、アルゴン、又は窒素を含むもののような不活性気体環境下で行うことができる。アニール処理はまた、ＮＨ3又は水素内のような反応性環境下でも行うことが可能である。アニール処理はまた、大気圧以下の雰囲気、一般的には数トル又は数ミリトルの圧力で行うことが可能である。
アニール温度は、５０℃から５００℃の間とすることができる。より高温では、短時間で水分を追い出すことができるが、多孔性低ｋ誘電体膜に損傷を与えることもある。アニール時間は、好ましくは１０秒から２時間であり、アニール温度と多孔性低ｋ誘電体膜の状態に依存する。抵抗又は放射加熱器をアニール処理のために使用することができる。アニール処理は、非反応性ヘリウム、アルゴン、又は窒素を含むもののような不活性気体環境下で行うことができる。アニール処理はまた、ＮＨ3又は水素内のような反応性環境下でも行うことが可能である。アニール処理はまた、大気圧以下の雰囲気、一般的には数トル又は数ミリトルの圧力で行うことが可能である。
アニール段階と堆積段階は、同じチャンバ又は異なるチャンバ内で処理することができる。後者の場合、本発明は、アニールチャンバから堆積チャンバへ多孔性低ｋ誘電体膜を含む加工中の製品を移送する付加的段階を提供する。この移送は、不活性気体環境（ヘリウム、アルゴン、又は窒素）、又は反応性雰囲気（ＮＨ3又は水素）、又は一般的には数トル又は数ミリトルの圧力での大気圧以下の雰囲気のような、いかなる捕捉可能分子も含まない環境下で行われる。加工中の製品を一時的に置いておく移送チャンバを設けることもできる。アニールチャンバ又は堆積チャンバは、１つの加工中の製品を処理するチャンバ又は複数の加工中の製品を処理するチャンバとすることができる。アニールチャンバと堆積チャンバは、両方が１つの加工中の製品を処理するチャンバとすることができ、又は両方が複数の加工中の製品を処理するチャンバとすることもでき、任意の組合せが可能である。チャンバの選択は、部分的には望ましい処理量に依存する可能性がある。アニール段階が堆積段階よりも遥かに長い場合、１つの加工中の製品堆積チャンバに対して複数の加工中の製品アニールチャンバを使用する方が有利である。
多孔性低ｋ誘電体膜は、例えば、多孔性ハイドロシルセスキオキサン（多孔性ＨＳＱ）又は多孔性メチルシルセスキオキサン（多孔性ＭＳＱ）、エアロゲルのような多孔性シリカ構造体、低温堆積シリコン炭素膜、低温堆積Ｓｉ−Ｏ−Ｃ膜、又はメチルドープ多孔性シリカとすることができる。多孔性低ｋ誘電体膜は、その上面に保護層を有することができる。不透過性膜は、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮx、ＴｉＳｉＮ、ＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮ、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、シリコンカーバイド、銅、タングステン、アルミニウムのような金属膜、ポリシリコンのようなＳｉ膜、及び無定形シリコンとすることができる。不透過性膜は、ＣＶＤ（化学蒸着）技術、ＮＬＤ（ナノ層堆積）技術、ＡＬＤ（原子層堆積）技術、又はスパッタリング技術によって堆積させることができる。
第２の好ましい実施形態では、本方法は、
ａ．多孔性低ｋ誘電体膜を堆積させる段階、及び
ｂ．捕捉可能分子を含む大気に多孔性低ｋ誘電体膜を露出することなく、多孔性低ｋ誘電体膜上に不透過性膜を堆積させる段階、
という２つの段階を含む。
第２の実施形態は、多孔性低ｋ誘電体膜が空気に露出されておらず、従って、多孔性低ｋ誘電体膜内部に捕捉された水分がない状況に関するものである。多孔性低ｋ誘電体膜上に誘電体膜に接着する不透過性膜をうまく堆積させるために、不透過性膜は、多孔性低ｋ誘電体膜が捕捉可能な分子を含む大気に露出されない条件下で堆積される。
多孔性低ｋ誘電体膜は、スピンオン技術又はＣＶＤ技術によって堆積させることができる。堆積技術は、実際の堆積段階に加えて、使用可能な多孔性低ｋ誘電体膜を保証するために膜硬化段階のような必要な他の任意の段階を含むことが可能である。本方法は、多孔性低ｋ誘電体膜の堆積後に、多孔性低ｋ誘電体膜の上に保護層を堆積させる更に別の段階を含むことも可能である。
ａ．多孔性低ｋ誘電体膜を堆積させる段階、及び
ｂ．捕捉可能分子を含む大気に多孔性低ｋ誘電体膜を露出することなく、多孔性低ｋ誘電体膜上に不透過性膜を堆積させる段階、
という２つの段階を含む。
第２の実施形態は、多孔性低ｋ誘電体膜が空気に露出されておらず、従って、多孔性低ｋ誘電体膜内部に捕捉された水分がない状況に関するものである。多孔性低ｋ誘電体膜上に誘電体膜に接着する不透過性膜をうまく堆積させるために、不透過性膜は、多孔性低ｋ誘電体膜が捕捉可能な分子を含む大気に露出されない条件下で堆積される。
多孔性低ｋ誘電体膜は、スピンオン技術又はＣＶＤ技術によって堆積させることができる。堆積技術は、実際の堆積段階に加えて、使用可能な多孔性低ｋ誘電体膜を保証するために膜硬化段階のような必要な他の任意の段階を含むことが可能である。本方法は、多孔性低ｋ誘電体膜の堆積後に、多孔性低ｋ誘電体膜の上に保護層を堆積させる更に別の段階を含むことも可能である。
第３の好ましい実施形態では、本方法は、
ａ．多孔性低ｋ誘電体膜の一部分を除去する段階、及び
ｂ．捕捉可能分子を含む大気に多孔性低ｋ誘電体膜を露出することなく、多孔性低ｋ誘電体膜上に不透過性膜を堆積させる段階、
という２つの段階を含む。
第３の実施形態は、多孔性低ｋ誘電体膜が空気に露出されておらず、又は実質的に全ての水分を除去するためアニールされており、従って、多孔性低ｋ誘電体膜内部に捕捉された水分のない状況に関するものである。しかし、拡散障壁層のような不透過性膜の堆積前に、多孔性低ｋ誘電体膜は、パターン化段階を経る必要がある。パターン化段階は、多孔性低ｋ誘電体膜の選択された部分を除去することになる。多孔性低ｋ誘電体膜の選択された部分の除去は、たとえそれが保護層を有する場合でも、多孔性低ｋ誘電体膜を露出させることになる。多孔性低ｋ誘電体膜上に誘電膜に接着する不透過性膜をうまく堆積させるために、不透過性膜は、多孔性低ｋ誘電体膜の一部分の除去の後に、多孔性低ｋ誘電体膜が捕捉可能分子を含む大気に露出されない条件下で堆積される。
ａ．多孔性低ｋ誘電体膜の一部分を除去する段階、及び
ｂ．捕捉可能分子を含む大気に多孔性低ｋ誘電体膜を露出することなく、多孔性低ｋ誘電体膜上に不透過性膜を堆積させる段階、
という２つの段階を含む。
第３の実施形態は、多孔性低ｋ誘電体膜が空気に露出されておらず、又は実質的に全ての水分を除去するためアニールされており、従って、多孔性低ｋ誘電体膜内部に捕捉された水分のない状況に関するものである。しかし、拡散障壁層のような不透過性膜の堆積前に、多孔性低ｋ誘電体膜は、パターン化段階を経る必要がある。パターン化段階は、多孔性低ｋ誘電体膜の選択された部分を除去することになる。多孔性低ｋ誘電体膜の選択された部分の除去は、たとえそれが保護層を有する場合でも、多孔性低ｋ誘電体膜を露出させることになる。多孔性低ｋ誘電体膜上に誘電膜に接着する不透過性膜をうまく堆積させるために、不透過性膜は、多孔性低ｋ誘電体膜の一部分の除去の後に、多孔性低ｋ誘電体膜が捕捉可能分子を含む大気に露出されない条件下で堆積される。
多孔性低ｋ誘電体膜は、上面を保護するために不透過性膜の堆積の後に保護層を有することが可能である。この除去段階は、ウェットエッチング段階又はプラズマ助長ドライエッチング段階とすることができる。本方法は、これらの２つの段階の間に付加的段階を更に含むことができる。この付加的段階は、多孔性低ｋ誘電体膜を洗浄し、不透過性膜の堆積前に多孔性低ｋ誘電体膜を調製するための洗浄段階とすることができる。この付加的段階はまた、多孔性低ｋ誘電体膜が、パターン化の方法としてフォトレジストを使用するパターン化のフォトリソグラフィ段階を経た場合には、フォトレジスト剥離段階とすることもできる。この付加的段階はまた、不透過性膜の堆積段階前に多孔性低ｋ誘電体膜の細孔内の全ての可能な水分又は捕捉分子のいずれをも追い出すためのアニール段階とすることもできる。
図１は、集積回路上の多孔性低ｋ誘電体膜のようなデバイス又は基板上への不透過性膜の接着性を改善する方法の第１の実施形態における段階を示す流れ図である。本発明を適用することができる他のデバイス又は基板は、それへの不透過性膜の接着性に関連して捕捉分子が問題となり得るようなものである。そのようなデバイスは、例えば、集積回路、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、微小電気機械構造体（ＭＥＭＳ）、及び表面音波（ＳＡＷ）デバイスなどを含む。段階１１は、多孔性低ｋ誘電体膜を含む選択された集積回路を準備するものである。多孔性低ｋ誘電体膜は、水分を含む空気雰囲気のような捕捉可能な有機分子を含む大気に露出されている。（本明細書で使用される場合、「捕捉可能分子」という用語は、（１）多孔性低ｋ誘電体膜のようなデバイス又は基板内に組み込まれることが可能な分子、及び（２）デバイス又は基板表面上に吸着されることが可能な分子を含むように意味する。）
段階１２は２つの段階、すなわち、段階１４と段階１５を含む本発明の接着性改善処理を示すものである。段階１４は、多孔性低ｋ誘電体膜から全ての捕捉可能有機分子を除去するためのアニール処理を提供する。次に、段階１５は、多孔性低ｋ誘電体膜を捕捉可能有機分子を含む環境に露出することなく、多孔性低誘電性膜の上への不透過性膜の堆積を提供するものである。段階１３は、相互接続と保護のような集積回路処理の残りを提供する。捕捉可能有機分子を含む環境へ多孔性低ｋ誘電体膜を露出するのを避けるために、アニール段階１４と堆積段階１５は、同じ処理チャンバ又はクラスターシステムにおいて処理することができる。クラスターシステムは、１つの処理チャンバから別の処理チャンバへウェーハを移送することができるロボットシステムを有する移送チャンバに接続された４つから６つの処理チャンバを有することができる。処理チャンバと移送チャンバは、一般的に、ミリトル又はマイクロトルの圧力の真空下にある。クラスターシステムにおけるチャンバは、水分と他の有機分子の量を確実に最小限にするように十分に維持されている。適切な処理システムは、引用により組み込まれている、ＤｅＯｒｎｅｌｌａｓに付与された米国特許第５，６７２，２３９号に開示されている。
図２は、集積回路内の多孔性低ｋ誘電体膜上への不透過性膜の接着性を改善する方法の第２の実施形態における段階を示す流れ図である。段階２１は、選択された集積回路を準備するものである。段階２２は、３つの段階、すなわち、段階２４、任意的な段階２６、及び段階２５を含む本発明の接着性改善処理を示すものである。段階２４は、多孔性低ｋ誘電体膜の堆積を提供する。次に、段階２６は、捕捉可能有機分子を含む大気に多孔性低ｋ誘電体膜を露出することなく、全ての他の処理又は移送処理を提供する。最後に、段階２５は、捕捉可能有機分子を含む大気に多孔性低ｋ誘電体膜を露出することなく、多孔性低ｋ誘電体膜の上への不透過性膜の堆積を提供する。段階２３は、相互接続又は保護のような集積回路処理の残りを提供する。段階２６は、任意的であり、多孔性低ｋ誘電体膜の上に保護又は被覆層を堆積させる段階、又は不透過性膜の堆積前に多孔性低ｋ誘電体膜をエッチング又はパターン化する段階を含むことができる。一般的に、多孔性低ｋ誘電体膜の堆積と不透過性膜の堆積は、クラスターシステムに接続された２つの別々の処理チャンバで行われる。クラスターシステムは、４つから６つの処理チャンバを有することができるので、望ましくない雰囲気に多孔性低ｋ誘電体膜を露出することなく、他方の処理チャンバを任意的な処理のために使用することができる。
図３は、集積回路内の多孔性低ｋ誘電体膜上への不透過性膜の接着性を改善する方法の第３の実施形態における段階を示す流れ図である。段階３１は、多孔性低ｋ誘電体膜を含む選択された集積回路を準備するものである。段階３２は、３つの段階、すなわち、段階３４、任意的な段階３６、及び段階３５を含む本発明の接着性改善処理を示すものである。段階３４は、一般的にプラズマエッチング処理による多孔性低ｋ誘電体膜の一部分の除去を提供する。次に、段階３６は、捕捉可能有機分子を含む大気へ多孔性低ｋ誘電体膜を露出することなく、全ての他の処理又は移送処理を提供するものである。最後に、段階３５は、捕捉可能有機分子を含む大気に多孔性低ｋ誘電体膜を露出することなく、多孔性低ｋ誘電体膜の上への不透過性膜の堆積を提供する。段階３３は、相互接続又は保護のような集積回路処理の残りを提供する。段階３６は、任意的であり、多孔性低ｋ誘電体膜の一部分の除去段階３４の後に、洗浄又はフォトレジスト剥離段階を含むことができる。除去段階３４は、一般的に、パターン転写のためのフォトレジスト堆積の使用を必要とし、従って、段階３６は、不透過性膜の堆積前に残留フォトレジストを除去し、多孔性低ｋ誘電体膜を洗浄する中間段階を提供する。一般的に、多孔性低ｋ誘電体膜のエッチングと不透過性膜の堆積は、クラスターシステムに接続された２つの別々の処理チャンバで行われる。クラスターシステムは、４つから６つの処理チャンバを有することができるので、望ましくない雰囲気に多孔性低ｋ誘電体膜を露出することなく、他方の処理チャンバをレジスト剥離又は洗浄又は更にアニーリングのような任意的な処理のために使用することができる。
図４ａ−４ｆは、本発明を組み込む典型的な集積化処理を示すものである。図４ａは、典型的な相互接続下層を示している。この下層は、底部導電線４２を有する底部誘電体層４０と上部誘電体層４４を含む。底部導電層４２は、拡散障壁層４１で覆われている。層４３は、底部導電層４２のための上部拡散障壁であり、エッチング停止層としても役立っている。層４５は、任意的であり、誘電体層４４のための被被覆層又は保護層として役立つものである。誘電体層４０及び４４は、伝播遅延を小さくするための多孔性低ｋ誘電体膜とすることができる。
図４ｂは、多孔性低ｋ誘電体膜４４のパターン化段階を示すものである。フォトレジスト膜４６は、被覆層４５上（又は、被覆層４６がない場合は、多孔性低誘電性膜４５上）にコーティングされる。フォトレジストは、次に、パターンマスクによって露出され、次に、露出されたフォトレジストは、現像されて除去される。フォトレジストは、この時点でマスクからのパターンを含んでいる。
図４ｃは、プラズマエッチング処理による多孔性低ｋ誘電体膜上へのフォトレジストパターンの転写を示すものである。フォトレジストは下層を保護し、エッチング処理は、図４ｃに示すような露出された区域のみをエッチングする。
図４ｃは、プラズマエッチング処理による多孔性低ｋ誘電体膜上へのフォトレジストパターンの転写を示すものである。フォトレジストは下層を保護し、エッチング処理は、図４ｃに示すような露出された区域のみをエッチングする。
図４ｄは、残留フォトレジストを除去し、多孔性低ｋ誘電体膜４４を洗浄する次の段階を示すものである。
図４ｅは、拡散障壁のような中間膜４７の堆積段階を示すものである。最後に、図４ｆは、金属導電線４８の堆積段階を示している。半導体相互接続のための典型的な拡散障壁は、銅相互接続及びアルミニウム相互接続と共に使用するためのＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＷＮ、及びＷＳｉＮを含む。
図４ｅは、拡散障壁のような中間膜４７の堆積段階を示すものである。最後に、図４ｆは、金属導電線４８の堆積段階を示している。半導体相互接続のための典型的な拡散障壁は、銅相互接続及びアルミニウム相互接続と共に使用するためのＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＷＮ、及びＷＳｉＮを含む。
１１、１２、１３、１４、１５ 本発明の第１の実施形態における段階
Claims (31)
- デバイスの表面上への不透過性膜の接着性を改善する方法であって、
デバイスの内部に捕捉された又は該デバイスの表面上に吸着した揮発性分子を除去するために、該デバイスを加熱することにより該デバイスをアニールする段階と、
前記デバイスの表面上に、捕捉可能又は吸着可能な分子を含む環境に該デバイスを露出することなく不透過性膜を堆積させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - デバイスの表面上への不透過性膜の接着性を改善する方法であって、
捕捉された揮発性分子又は表面上に吸着可能な分子のいずれも含まないデバイスを形成する段階と、
前記デバイス上に、捕捉可能又は吸着可能な分子を含む環境に該デバイスを露出することなく不透過性膜を堆積させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - デバイスの表面上への不透過性膜の接着性を改善する方法であって、
いかなる捕捉可能又は吸着可能な分子も含まないデバイスから表面の一部分を除去する段階と、
前記一部分が除去された前記デバイス上に、捕捉可能又は吸着可能な分子を含む環境に該デバイスを露出することなく不透過性膜を堆積させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記デバイスは、多孔性低誘電性膜を含むことを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の方法。
- 前記分子は、Ｈ2Ｏ、小さな有機分子、アルコール蒸気、ＨＣｌ蒸気、ＨＦ蒸気、及びそれらの混合物から成る群から選択されることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の方法。
- 前記多孔性低誘電性膜は、多孔性ＭＳＱ、多孔性ＨＳＱ、多孔性シリカ構造体、低温堆積シリコン炭素膜、低温堆積Ｓｉ−Ｏ−Ｃ膜、メチルドープ多孔性シリカ、及びそれらの混合物から成る群から選択された材料であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 前記不透過性膜は、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮ、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、金属、及びそれらのＳｉ混合物から成る群から選択されることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の方法。
- 前記不透過性膜は、ＣＶＤ、ＡＬＤ、及びナノ層堆積（ＮＬＤ）、又はスパッタリングによって堆積されることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の方法。
- 前記多孔性低ｋ誘電体膜は、上に保護層を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 前記不透過性膜の堆積の前に、前記デバイスの内部に捕捉された又は該デバイスの表面上に吸着した分子を除去するために、十分な長さの時間に亘って該デバイスを加熱することによって該デバイスをアニールする中間段階を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
- デバイスは、集積回路であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
- 前記アニール処理の温度は、５０℃から５００℃の間であることを特徴とする請求項１又は請求項１０に記載の方法。
- 前記アニール時間は、１０秒から２時間の間であることを特徴とする請求項１又は請求項１０に記載の方法。
- 前記アニール処理は、抵抗式加熱器又は放射式加熱器により実行されることを特徴とする請求項１又は請求項１０に記載の方法。
- アニールする段階は、非反応性気体を含む環境で行われることを特徴とする請求項１又は請求項１０に記載の方法。
- 前記アニール処理の圧力は、大気圧よりも低いことを特徴とする請求項１又は請求項１０に記載の方法。
- 前記アニール段階と前記堆積段階は、２つの別々のチャンバで実行され、
前記デバイスをアニールチャンバから堆積チャンバへ、捕捉可能又は吸着可能な分子を含む環境に該デバイスを露出することもなく移送する中間段階、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記デバイスは、大気圧以下の環境を通して移送されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記アニール処理は、バッチ処理であり、前記堆積処理は、単一の処理であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記多孔性低誘電性膜は、加工中の製品上に堆積されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 前記加工中の製品は、集積回路であることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
- 前記アニール処理は、前記デバイスから実質的に全ての有機材料と水分を除去することを特徴とする請求項１又は請求項１０に記載の方法。
- 前記除去段階は、プラズマエッチングによるものであることを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 前記不透過性膜の堆積の前に前記デバイスを洗浄する中間段階を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 前記洗浄する段階は、フォトレジストを剥離する段階を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
- 表面に不透過性膜を取り付けたデバイスであって、
揮発性又は吸着可能な分子が実質的に存在しない、
ことを特徴とするデバイス。 - 多孔性低誘電性膜を含むことを特徴とする請求項２６に記載のデバイス。
- 前記多孔性材料は、多孔性ＭＳＱ、多孔性ＨＳＱ、多孔性シリカ構造体、低温堆積シリコン炭素膜、低温堆積Ｓｉ−Ｏ−Ｃ膜、及びメチルドープ多孔性シリカから成る群から選択されることを特徴とする請求項２６に記載のデバイス。
- 前記不透過性膜は、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＳｉＮ、ＷＳｉＮ、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、金属、及びそれらのＳｉ混合物から成る群から選択されることを特徴とする請求項２６に記載のデバイス。
- 加工中の製品を含むことを特徴とする請求項２６に記載のデバイス。
- 集積回路であることを特徴とする請求項２６に記載のデバイス。
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