JP2008511758A - 粘性前駆物質を用いた化学気相堆積による機能的に段階的な誘電体層の堆積方法 - Google Patents

粘性前駆物質を用いた化学気相堆積による機能的に段階的な誘電体層の堆積方法 Download PDF

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Abstract

下にある層上に段階的な誘電体層を形成する方法であって、シリコン-炭素含有ガスと酸素含有ガスとキャリヤガスの混合物を阻止板と面板を備えたシャワーヘッドに流して、段階的な誘電体層の酸化物を多く含む部分を形成するステップであって、シリコン-炭素含有ガスが初期流量を持つ前記ステップと、シリコン-炭素含有ガスを第１中間流量で約０.５秒以上流すステップであって、第１中間流量が初期流量より大きい前記ステップと、シリコン-炭素含有ガスを第１中間流量より大きい最大流量で流して、段階的な誘電体層の炭素を多く含む部分を形成するステップと、を含む前記方法。
【選択図】 図６

Description

発明の背景
[0001]従来の集積回路（ＩＣ）デバイスの製造にはアルミニウムのような金属層のギャップパターンをエッチングすることが含まれている。その後、ギャップは二酸化シリコンのような誘電材料で充填することができる。最近、ＩＣデバイス製造者らは、電流に対するこれらの金属の低い抵抗を利用するために、アルミニウムから銅や他のより導電性の金属に切り変えている。銅の場合、アルミニウムより高い金属のエッチングに対する抵抗によってダマシンプロセスへの切り替えが奨励され、そこでは、誘電体層が堆積されて集積化スタックが形成され、エッチングされて続いての金属ギャップフィルのためのギャップが作成される。
[0002]ダマシン構造において金属層を分離する誘電体層は、しばしば金属間誘電体（ＩＭＤ）層と呼ばれる。ＩＭＤ材料の容量（Ｃ）と金属層の抵抗（Ｒ）はＩＣ回路のＲＣ定数の重要な要素である。ＲＣ定数が低下するにつれて、回路速度が増加し、容量が小さい（即ち、より低い誘電率“κ”）を持つＩＭＤ層は銅のような低い抵抗の金属を補完する。
[0003]ＩＭＤ層は、典型的には、隣接の誘電体層への金属の拡散を防止するバリヤ層を含んでいる。バリヤ層に用いられる一材料は、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）であり、一般にダマシン構造の形成のためのエッチストップ材料として用いられている。残念なことに、窒化シリコンは誘電率が比較的高く（ＳｉＯ２のκ＝４.０〜４.２と比較してＳｉ３Ｎ４はκ＝７.０〜７.５）、誘電体層の全体のκ値が増加する。
[0004]最近、バリヤ層は誘電率の低い材料から開発されてきている。窒化シリコンより誘電率が低いシリコン-炭素ベースのバリヤ層（シリコン・オキシカーバイド（ＳｉＯＣＨ）バリヤ層）が開発されてきた。このような一層は、例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社により開発されたＢＬＯＫＴＭ（ＢａｒｒｉｅｒＬｏｗ Ｋ）である。これらの低κバリヤ層は、例えば、トリメチルシラン（ＴＭＳ）を用いたプラズマ増強型化学気相堆積によって堆積させることができる。
[0005]シリコンオキシカーバイトや他のシリコン-炭素系低κバリヤ層は、改善された誘電率を有するが、ＩＭＤ層のバルク誘電体部分を作る他の低κシリコン-炭素材料に対する粘着はしばしば不十分である。二酸化シリコン（ＳｉＯ２）のような酸化物膜は、シリコン-炭素系低κバリヤ層に非常に良く付着するが、κ値が高くなり、ＩＭＤ層の全誘電率を上げる。従って、バリヤ層と層のバルク誘電体部分の間の接着が良好な低κＩＭＤ層の形成する方法が求められている。
簡単な発明の概要
[0006]本発明の実施形態は、下にある層上に段階的な誘電体層を形成する方法を含んでいる。上記方法は、シリコン-炭素含有ガスと酸素含有ガスとキャリヤガスの混合物を阻止板と面板を備えたシャワーヘッドに流して、段階的な誘電体層の酸化物を多く含む部分を形成するステップであって、シリコン-炭素含有ガスが初期流量を持つ前記ステップを含んでいる。上記方法は、また、第１中間流量で約０.５秒以上シリコン-炭素含有ガスを流すステップであって、第１中間流量が初期流量より大きい前記ステップを含んでいる。上記方法は、また、シリコン-炭素含有ガスを第１中間流量より大きい最大流量で流して、段階的な誘電体層の炭素を多く含む部分を形成するステップを含んでいる。
[0007]本発明の他の実施形態は、下にある層上に段階的な誘電体層を形成する方法であって、シリコン-炭素含有ガスと酸素含有ガスとキャリヤガスの混合物を阻止板と面板を供えたシャワーヘッドに流して、段階的な誘電体層の酸化物を多く含む部分を形成するステップであって、シリコン-炭素含有ガスが初期流量を持つ前記ステップを含んでいる。上記方法は、また、シリコン-炭素含有ガスを最大流量に増加して、段階的な誘電体層の炭素を多く含む部分を形成するステップであって、キャリヤガスが、シリコン-炭素含有ガスが最大流量に達するまで一定であるキャリヤガス流量を持つ前記ステップを含んでいる。
[0008]発明の実施形態は、更に、下にある層上に段階的な誘電体層を形成するためのシステムを含んでいる。本システムは、阻止板と面板を含むシャワーヘッドであって、シャワーヘッドはガス供給口に結合され、それを通ってシリコン-炭素含有ガスと酸素含有ガスとキャリヤガスを含むプロセスガスがシャワーヘッドに導入される、前記シャワーヘッドを含んでいる。本システムは、また、シャワーヘッドへのシリコン-炭素含有ガスの流量を制御する液体流量メータであって、液体流量メータが、段階的な誘電体層の酸素を多く含む部分を形成している間、シリコン-炭素含有ガスを初期流量で流し、その後、シリコン-炭素含有ガス流量を初期流量から中間流量に増加させ、中間流量を約０.５秒以上維持し、その後更に、シリコン-炭素含有ガスの流量を中間流量から最大流量に増加させて、段階的な誘電体層の炭素を多く含む部分を形成するようにプログラムされている、前記液体流量メータを含んでいる。
[0009]追加の特徴は、以下の説明に部分的に示され、部分的には、以下の明細書を調べる際に当業者に明らかであり、本発明の実施によって知ることもできる。発明の特徴及び利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘した手段、組合わせ、方法によって認識され得られてもよい。
発明の詳細な説明
[0017]本発明の実施形態は、下にある層により良く粘着するための酸化物を多く含む部分（例えば、シリコンオキシカーバイドバリヤ層）とκ値が低い炭素を多く含む部分（例えば、バルク誘電体）を含む、機能的に段階的な低κ膜層を形成する方法を含む。上記方法は、シリコン-炭素含有ガスと酸素含有ガスの混合物を酸素とシリコンの高流量比を容易にする初期流量で流して、機能的に段階的な誘電体層の薄い（約１０オングストローム〜８０オングストローム厚）酸化物を多く含む部分を堆積するステップを含む。その後、機能的に段階的な誘電体層のバルク誘電部分のシリコン-炭素濃度を上げるためにシリコン-炭素含有ガスを増加させてもよい（酸素含有ガスは減少させてもよい）。酸化物を多く含む部分が相対的に小さくなることから、層の全κ値に対して小さな影響がある。
[0018]本発明で用いられたシリコン-炭素ガスは、しばしばオクタメチルシクロテトラシロキサン（“ＯＭＣＴＳ”）［（（ＣＨ３)２ＳｉＯ４）］のような有機シリコン化合物である。ＯＭＣＴＳのような化合物は、室温では粘性液体であり、加熱（例えば、約３５０℃）された場合、キャリヤガスによって堆積チャンバに運ぶことができる蒸気を生じ、そこで機能的に段階的な誘電体層が形成される。
[0019]室温におけるこれら有機シリコン化合物の粘性液体相の特性は、ガスシャワーヘッドを通って堆積チャンバへ、それらの蒸気の一様な分布を分配するための難題を生じる。蒸気の慣性効果は、シャワーヘッドの中心付近がより集中し、端に向かって集中しないことである。結果として、ブロッカープレート（バッフルとして知られる）がシャワーヘッドガス供給口と面板の間に挿入されてもよく、堆積チャンバへ面板を通過するシリコン-炭素蒸気をより一様に分配する。
[0020]しかしながら、ブロッカープレートは、プレート全体にガス混合物の圧力の低下を導入することがあり、ブロッカープレートと面板を通る通路の周りでシリコン-炭素が凝縮する結果となる。これらの通路の凝縮物と、反応チャンバ内の有機シリコンエアゾール粒子の形成によって、基板上に落ちる膜内付加物の数が増加し得る（例えば、約１００００以上の付加物）。その問題は、付加物が基板上に一様に分配されないという事実によって悪化するが、代わりに、シャワーヘッド面板の中央の下の領域が集中される傾向がある。
[0021]本発明の実施形態は、シリコン-炭素含有ガスの流量の変化をモジュレートさせるステップと、シリコン-炭素含有ガスの流量の増加が生じた後まで高キャリヤガス流量を維持するステッを含む多くの技術によってシリコン-炭素蒸気と膜内付加物の凝縮を減少させる。単独で又は組合わせて用いられるこれら技術等は、膜内付加物の数を数万から約１０以下の程度に減少させることができる。技術の実施形態をより詳細に記載する前に、機能的に段階的な誘電体層を含む幾つかの簡易ＩＣ構造の記載を提示する。
例示的な集積回路構造
[0022]図１Ａは、バリヤ層と機能的に段階的な誘電体層が本発明の実施形態に従って形成された層の一実施例を示す図である。層は、導電材料（例えば、銅）で充填したトレンチ１０６を含有する誘電体層１０４を含む。誘電体層１０４とトレンチ１０６は、下にある支持層１０２上に形成されてもよい。支持層１０２は、他の種類の層の中でも、シリコン基板、金属膜層（例えば、銅又はアルミニウム層）、ソース、ドレイン又はゲート電極の最上部に形成されるサリサイド層、又は誘電体層（例えば、ＩＭＤ層）であってもよい。
[0023]図１Ｂを参照すると、図１Ａの下にある層上に形成されたバリヤ層１０８と機能的に段階的な誘電体層１１０が示されている。バリヤ層１０８は、従来の酸化物と窒化物系バリヤ層（例えば、窒化シリコン）よりκ値が低いシリコン-炭素系材料（例えば、シリコンオキシカーバイド）から形成されてもよい。シリコン-炭素系材料から形成されたバリヤ層１０８のκ値は、層における炭素とシリコンの元素の比に左右される。
[0024]炭素とシリコンの原子比（Ｃ：Ｓｉ比）が約５５：４５〜約６５：３５のバリヤ層１０８は、通常は低κ特性を有する層を与える。層におけるＣ：Ｓｉ比が低すぎる場合には、誘電率は大きくなりすぎることがある（例えば、Ｃ：Ｓｉ比が約５０：５０の場合κ＝７.０）。更に、層におけるＣ：Ｓｉ比が減少するにつれて、層の電流漏れが増加する傾向がある。層におけるＣ：Ｓｉ原子比は、層を形成するために用いられるガス混合物のＣ：Ｓｉ原子比に左右される。
[0025]一般的には、ガス混合物におけるＣ：Ｓｉ比は１：１より大きい（例えば、約３：１〜約８：１）。ガス混合物において一定のＣ：Ｓｉ比の場合、基板温度が高くなるほど、堆積した層におけるＣ：Ｓｉ比が小さくなる。高い基板温度でバリヤ層１０８を堆積した場合、ガス混合物において相対的に高いＣ：Ｓｉ比が望ましくてもよい。機能的に段階的な誘電体層が本発明の方法に従って形成することができる例示的なバリヤ層の堆積の詳細は、“ＢＡＲＲＩＥＲＬＡＹＥＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮＵＳＩＮＧ ＨＤＰ-ＣＶＤ”と称する２００２年７月１２日出願の共同譲渡された米国特許第６,７１３,３９０号に記載され、この開示内容は本明細書に援用されている。
[0026]機能的に段階的な誘電体（“ＦＧＤ”）層１１０は、後述された本発明の方法の実施形態に従って、下にあるバリヤ層１０８上に形成されてもよい。ＦＧＤ層１１０は、下にあるバリヤ層１０８と接触している酸化物を多く含む部分と、バリヤ層１０８から更に離れた炭素を多く含む部分（即ち、バルク誘電部分）を含む。層の酸化物を多く含む部分は、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）を含んでもよく、シリコンと酸素の比は、平均より低く、層に存在する酸素の平均濃度より高い濃度を反映している。ＦＧＤ層の酸化物を多く含む部分は、約１０オングストローム〜１００オングストローム厚（例えば、約７０オングストローム〜約８０オングストローム厚）であってもよい。
[0027]ＦＧＤ層１１０の炭素を多く含むバルク誘電部分は、バリヤ層１０８とほぼ同様のＣ：Ｓｉ比（例えば、約５５：４５〜約６５：３５）を有してもよい。バルク誘電部分は、約５０００オングストローム〜約１００００オングストローム厚さであってもよく、全κ値が約３.５以下（例えば、約３.３〜約３.０）のＦＧＤ層を与える。
[0028]図２は、本発明の実施形態に従って形成された機能的に段階的な金属間誘電体（ＦＧＩＭＤ）層２４０、２４２、２４４を含む集積回路２００を示す簡易断面図である。集積回路２００は、ＮＭＯＳとＰＭＯＳのトランジスタ２０３、２０６を含み、シリコン（ＬＯＣＯＳ）、又は他の技術によって形成された酸化物領域２２０により相互に分離され電気的に絶縁されている。或いは、トランジスタ２０３と２０６が双方のＮＭＯＳ又は双方のＰＭＯＳである場合、トランジスタ２０３と２０６は浅いトレンチ絶縁（ＳＴＩ）技術（図示せず）によって相互に分離され電気的に絶縁されてもよい。各トランジスタ２０３と２０６は、ソース領域２１２、ドレイン領域２１５、ゲート領域２１８を備えている。
[0029]プレメタル誘電体（ＰＭＤ）層２２１は、金属層２４０とコンタクト２２４により作られたトランジスタとの間に接続した金属層２４０からトランジスタ２０３と２０６を分離する。金属層２４０は、集積回路２００に含まれる４つの金属層２４０、２４２、２４４、２４６の１つである。各金属層２４０、２４２、２４４、２４６は、それぞれのバリヤ層とＦＧＩＭＤ層２２７、２２８、又は２２９による隣接の金属層から分離されている。隣接の金属層は、バイア２２６によって選ばれた開口で接続される。堆積した平坦化パッシベーション層２３０が金属層２４６上に堆積される。
[0030]簡易集積回路２００が、説明のためであることは理解されなければならない。当業者は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、メモリデバイス等の他の集積回路の製造に関して本発明の使用を実施することができる。更に、本発明は、他のデバイスの中でもＰＭＯＳ、ＮＭＯＳ、ＣＭＯＳ、バイポーラ、又はＢｉＣＭＯＳに適用することができる。
段階的誘電体を形成する例示的方法
[0031]図３を参照すると、本発明の実施形態に従って段階的誘電体層の形成方法のステップを示すフローチャートが示されている。上記方法は、ガス混合物を初期流量３０２でガスシャワーヘッドに流して、下にある層（例えば、低κバリヤ層）上に段階的誘電体層３０４の酸化物を多く含む部分を堆積させることにより開始してもよい。ガス混合物は、シリコン-炭素含有ガス（例えば、ＯＭＣＳ）と、酸素含有ガス（例えば、Ｏ２）と、キャリヤガス（例えば、Ｈｅ）とを含んでもよい。
[0032]シリコン含有ガスは室温で粘性液体であってもよく、そのガス蒸気の流量は毎分ミリグラム（ｍｇｍ）で測定されてもよい。シリコン-炭素含有ガスがＯＭＣＴＳの場合、その初期流量は、段階的誘電体層の酸化物を多く含む部分を堆積している間、例えば、４８００ｓｃｃｍの流量で流れるＨｅキャリヤガスと約５００ｓｃｃｍで流れるＯ２の５００ｍｇｍであってもよい。
[0033]段階的誘電体層の酸化物を多く含む部分が形成される場合、ガス混合物成分の相対量は、炭素とシリコン比が高い（即ち、段階的な誘電体層の炭素を多く含む部分）誘電体層部分を形成するために変化する。これらの変化は、炭素-シリコンガスの流れを第１中間流量へ増加させるステップ（例えば、ＯＭＣＴＳの流量を約５００ｍｇｍから１０００ｍｇｍに増加させるステップ）と、その流量を約０.５秒以上（例えば、０.５秒から２.５秒間）維持するステップを含んでもよい。
[0034]ＯＭＣＴＳのような粘性シリコン-炭素前駆物質の流量の増加を１以上の中間ステップに分けると、シャワーヘッドの通過で凝縮し及び/又は下にある層上に堆積するエアゾール小滴を形成する前駆物質の機会が減少する。図３に示される実施形態においては、シリコン-炭素含有ガスは、最後の最大流量に増加する前に、０.５秒以上、第２中間流量３０８（例えば、約１０００ｍｇｍから約１７５０ｍｇｍに）に増加させる。他の実施形態は、最大流量に達する前に、追加の中間流量（図示せず）の期間にシリコン-炭素ガス流量を停止する。
[0035]炭素-シリコンガスの流量はモジュレート方法で増加させるが、酸素含有ガス及び/又はキャリヤガスの流量は連続して減少させてもよい。例えば、ＯＭＣＴＳ流量が約５００ｍｇｍから１０００ｍｇｍに増加するにつれて、Ｏ２の流量は約５００ｓｃｃｍから１６０ｓｃｃｍに下がってもよく、Ｈｅガス流量は約４８００ｓｃｃｍから１０００ｓｃｃｍに下がってもよい。シリコン-炭素ガス以外の１つ以上のガスの流量は、初期流量から最終流量まであらゆる中間ステップでも連続して減少してもよい。例えば、酸化物を多く含む層を堆積した後、これらのガスの流量は一定の連続した流量で（中間流量のプラトーを含まない）堆積の残りが最終流量に達するまで低下する。
[0036]シリコン-炭素含有ガスが、中間流量３０６と３０８を通って移動した後、最後に最大流量３１０に増加する。例えば、ＯＭＣＴＳ流量は第２中間流量（例えば、約１７５０ｍｇｍ）から最大流量（例えば、約２５００ｍｇｍ）に増加してもよく、最大流量は、段階的な誘電体層３１２の炭素を多く含む部分を堆積している間、約４５秒以上維持されてもよい。
[0037]図４は、本発明の方法に従って段階的な誘電体層を形成するための他の実施形態を示すフローチャートである。これらの実施形態においては、シリコン-炭素含有ガスの流量は、中間のステップで止まらずに初期流量から最後の最大流量まで連続して増加する。しかしながら、シリコン-炭素ガスの凝縮及び/又はエアゾール化は、シリコン-炭素含有ガスが最大流量に近づいた（又は達した）後まで、キャリヤガスの流量を高初期流量に維持することにより回避される。
[0038]上記実施形態と同様に、上記方法は、ガス混合物を初期流量４０２でガスシャワーヘッドに流して、下にある層（例えば、低κバリヤ層）上に段階的な誘電体層４０４の酸素を多く含む部分を堆積させることにより開始してもよい。ガス混合物は、シリコン炭素含有ガス（例えば、ＯＭＣＴＳ）と、酸素含有ガス（例えば、Ｏ２）と、キャリヤガス（例えば、Ｈｅ）とを含んでもよい。
[0039]酸化物を多く含む層が形成された後、シリコン-炭素含有ガスはステップ４０６において初期流量（例えば、約５００ｍｇｍ）から最大流量（例えば、約２５００ｍｇｍ）まで中間流量で止まらずに増加する。シリコン-炭素ガス流量の増加は、例えば、約１３５０ｍｇｍ/secであってもよく、流量は、約１.５秒間で初期流量から最終流量まで連続して増加する。
[0040]一旦シリコン-炭素含有ガスが、最大流量に近づく（例えば、最大流量の約５００ｍｇｍ以内）か又は達すると、キャリヤガスの流量は、段階的な誘電体層４１０の炭素を多く含む部分を堆積するための最終流量４０８に減少されてもよい。例えば、ヘリウム（Ｈｅ）を含むキャリヤガスは約４８００ｓｃｃｍｓの初期Ｈｅ流量を維持してもよく、ＯＭＣＴＳ流量は約５００ｍｇｍから２５００ｍｇｍに増加する。ＯＭＣＴＳ流量が最大流量に近づく（例えば、約２０００ｍｇｍ）か又は達した（例えば、約２５００ｍｇｍ）ときに、Ｈｅ流量は初期キャリヤガス流量から最終流量（例えば、約１０００ｓｃｃｍ）に低下する。
[0041]ある実施形態においては、酸素含有ガスは低下してもよく、シリコン-炭素含有ガスは最大流量に増加する。他の実施形態においては、シリコン-炭素含有ガスが最大流量に近づくか又は達するまで、酸素含有ガスはキャリヤガスと共に初期流量を維持する。例えば、Ｏ２の流量は約５００ｓｃｃｍから１６０ｓｃｃｍに減少してもよく、ＯＭＣＴＳの流量は約５００ｍｇｍから２５００ｍｇｍに増加する。
[0042]図５は、従来方法（破線）と本発明の実施形態に従った方法（実線）を用いた誘電体層の堆積の経過でシリコン含有ガスの流量をプロットした図である。従来の方法は、シリコン-炭素含有ガスをできるだけ短時間（例えば、約０.２秒）で５００ｍｇｍの初期流量から２５００ｍｇｍの最大流量に増加する。シリコン-炭素含有ガスは増加し、キャリヤガス（図示せず）は急速に減少し、下にある基板（例えば、バリヤ層）上に多く（例えば、約１０００以上）の膜内付加物を形成する確率が高い。
[0043]対照的に、本発明（実線）に従ったシリコン-炭素含有ガスの流量の増加のプロットは、２つの中間流量プラトーを経るガスを示し、各プラトーは約２秒間続いている。上で指摘したように、中間のステップは、シャワーヘッドの経過で前駆物質を凝縮し、及び/又は下にある層上に堆積するエアゾールの小滴を形成する機会を減少させる。
例示的なシャワーヘッド＆堆積システム
[0044]図６は、本発明の実施形態において用いることができるシャワーヘッド６００の構造を示す断面図である。複数の通し穴６０４を持つブロッカープレート６０６は、シャワーヘッド６００の面板６０６とガス供給口の接続部分６０８の間に配置されている。ブロッカープレート６０２において、ガス供給口６０８から分配されるガスは、ブロッカープレート６０２の上流側のバッフルスペース６１０に一時的に貯えられる。
[0045]このように、ガス供給口６０８から分配されるガスの動的圧力の不規則性が減少する。従って、通し穴６０４に流れるガスの流量はほとんど一定である。結果として生じるガスは、ブロッカープレート６０２の下流側のシャワープレチャンバ６１２に供給される。
[0046]このように、シャワープレチャンバ６１２における不規則な圧力が減少する。従って、面板通し穴６１４を通って面板６０６から噴霧されるガスの流量は一定である。ガスは下にある基板（図示せず）の表面全体に一様に供給される。
[0047]通し穴６０４に流れるガスの流量を等しくさせるために、通し穴６０４のフロー圧低下を上げるように通し穴６０４の穴径を小さくすることが有効である。通し穴６０４の穴径が小さくなった場合、バッフルスペース６１０の圧力が上がり、それによりガスの動的な圧力のために圧力の不規則性が減少する。更に、ブロッカープレートの上部分の圧力と下部分の圧力（即ち、バッフルスペース６１０の圧力とシャワープレチャンバの圧力）の間の差が大きくなる。従って、ブロッカープレート６０２の各位置の圧力はほとんど等しい。その結果、通し穴６０４から流れるガスの流量はほとんど同じになる。
[0048]上で指摘したように、ＯＭＣＴＳのような粘性前駆物質の流量の急速な増加によって、通し穴６０４及び/又は面板の通し穴６１４のガス蒸気が凝縮することがあり、下にある基板上に膜内付加物を生じ得る。更に、シャワーヘッド６００を出るにつれて凝縮し始める蒸気は、基板上に落ちるエアゾール粒子を形成する核形成位置として働いてもよく、膜内付加物の他の供給源を生成する。
[0049]図７は、本発明の方法及びシステムの実施形態と共に用いることができる平行板プラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）システム１０を示す実施形態である。システム１０は、１つ以上の層が基板（図示せず）上に堆積することができる真空チャンバ１５を含む。システム１０は、シャワーヘッドの面板において貫通した穴を通ってプロセスガスをサセプタ１２上に位置する基板（例えば、２００ｍｍウエハ、３００ｍｍウエハ等）に分散させるためのガス分配シャワーヘッド１１を含有する。サセプタ１２は、熱で反応し、サセプタ１２（と基板）が制御可能に下の装填位置/離れた装填位置と上の処理位置との間を移動することができるように、シャワーヘッド１１近くにある支持体１３に取り付けられている。センターボード（図示せず）は、基板の位置についての情報を与えるセンサを含む。
[0050]サセプタ１２と基板が処理位置１４にある場合、環状真空マニホールド２４へ排出する複数の隔置された穴２３を持つバッフルプレート１７によって囲まれている。堆積ガスとキャリヤガスは、合わせてからシャワーヘッド１１に送られる混合システム１９へ供給ラインを通って供給される。プロセスガスの各々の供給ライン１８は、（ｉ）チャンバへのプロセスガスの流れを自動で又は手動で遮断するために使用し得る安全遮断バルブ（図示せず）と、（ｉｉ）供給ラインを通るガス又は液体の流れを測定するマスフローコントローラ２０を含んでもよい。プロセスにおいて毒性ガスが用いられる場合、幾つかの安全遮断バルブが従来の配置で各ガス供給ライン上に位置している。
[0051]堆積ガスとキャリヤガスの流量は、液体又はガスマスフローコントローラ２０又はバルブによって制御されるガス混合システム１９に供給される。プロセス中、シャワーヘッドに供給されるガスは、矢印２１で示される層流のウエハの表面に向かって放出され表面全体に放射状に一様に分配される。その後、排出システムは、真空ポンプシステム（図示せず）によってポート２３を経て円形の真空マニホールド２４へ排出ライン３１からガスを排出する。ガスが排出ライン３１を通って放出される流量はスロットルバルブ３２により制御される。
[0052]システム１０においてプラズマ増強型プロセスを行う場合、制御されたプラズマは、ＲＦ電源２５からシャワーヘッドに加えられたＲＦエネルギーによって基板に隣接して生成させることができる。シャワーヘッド１１はＲＦ電極として働いてもよく、サセプタ１２は接地されている。ＲＦ電源２５は、単一又は混合周波数ＲＦ電力（又は他の所望される変化）をシャワーヘッド１１へ供給してもよく、チャンバ１５へ導入された反応性化学種の分解を高める。混合周波数ＲＦ電力は、高周波数ＲＦ発生器４０（ＲＦ１）と対応する整合回路４２と、低周波数ＲＦ発生器４４（ＲＦ２）と対応する整合回路４６により生成させる。高周波フィルタ４８は高周波発生器４０によって生じる電圧が低周波発生器を損傷することを防止する。
[0053]熱は、外部ランプモジュール２６により分配される。外部ランプヒータモジュール２６は、サセプタ１２の環状外周部分に石英窓２８を通る光線２７の照射環状パターンを与える。このような熱分配は、サセプタ１２の自然熱損失パターンを補償し、堆積を行うために加熱するサセプタと基板が急速な熱で一様になる。
[0054]チャンバライニング、シャワーヘッド面板、支持体１３、他のハードウエアシステムは、アルミニウム又は陽極酸化アルミニウムのような材料から作られてもよい。このような装置の一実施例は、“二酸化シリコンの熱化学気相堆積のための熱ＣＶＤ/ＰＥＣＶＤリアクタと使用及びインサイチュマルチステップ平坦化プロセス”と称する本発明の譲受人のアプライドマテリアルズ社に譲渡されたＷａｎｇらに発行された米国特許第５,０００,１１３号に記載され、この全体の開示内容は本明細書に援用されている。
[0055]モータ（図示せず）は、サセプタ１２を処理位置１４と下の基板装填位置の間に上下させる。モータと任意のセンサは、スロットバルブ３２とサセプタ１２のような移動可能な機械的アセンブリの位置を移動させ決定するために用いられる。供給ライン１８、ガス分配システム、スロットバルブ３２、ＲＦ電源２５、ランプマグネットドライバに接続されるヒータ、モータ、バルブ、フローコントローラ２０は、制御ライン３６の上のシステムコントローラ３４によって全て制御され、その一部を図７に示す。
[0056]システムコントローラ３４は装置の動作を制御する。システムコントローラは、メモリ３８のようなコンピュータ読取可能な媒体に格納されたコンピュータプログラムであるシステムコントロールソフトウエアを実行する。好ましくは、メモリ３８は、ハードディスクドライブであってもよく、メモリ３８は他の種類のメモリであってもよい。コンピュータプログラムは、例えば、タイミング、ガスの混合物、チャンバ圧、チャンバ温度、ＲＦ電源レベル、サセプタ位置、プロセスの他のパラメータを命令する指示セットを含んでいる。他のコンピュータプログラム（例えば、フロッピーディスクのような他のメモリデバイスに格納されたもの又は他のプログラム記憶媒体）もまた、プロセッサ３４を作動させるために用いられてもよい。
[0057]システムコントローラは、他の要素の中でもハードディスクドライブ（メモリ３８）、フロッピーディスクドライブ、カードラックを含んでもよい。カードラックは、シングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）プロセッサ３７、アナログとデジタルのインプット/アウトプットボード、インタフェースボードとステッパモータコントローラボードを含有する。システム１０の様々なパーツは、ボード、カードケージ、コネクタ寸法やタイプを画成するＶｅｒｓａＭｏｄｕｌａｒ Ｅｕｒｏｐｅａｎ（ＶＭＥ）規格にあてはめてもよい。ＶＭＥ規格は、また、１６ビットデータバスと２４ビットアドレスバスを持つバス構造を画成している。
実験例
[0058]実験例は、段階的な誘電体層を形成するための本発明の方法が下にあるバリヤ層上に堆積した膜内付加物の数を減少させるということを示した。従来の堆積技術を用いた誘電体層を形成する比較例のためのプロセス条件を表１-Ａに示す。
Figure 2008511758
[0059]従来の上記プロセスパラメータを用いてプラズマＣＶＤリアクタ内で３００ｍｍのウエハ上にバルク誘電体層を形成した。プロセスガスを分散させるために用いられるシャワーヘッドには、面板からガス供給口を分割する４９６ホールブロッカープレートが含まれた。用いられる面板は、標準的なＲＥＶ３面板であった。堆積の結果を以下の表１-Ｂに記載する。
Figure 2008511758
[0060]表１-Ｂが示すように、双方の比較ウエハについて測定し、大きさが０.１６μｍを超える膜内付加物は１０,０００を超えた。大多数の付加物は、ウエハの中心で、また、中心付近で（例えば、ウエハの中心から１００ｍｍ以内）に集中し、ウエハの周辺近くでは付加物は計数されなかった。
[0061]その後、実験処理を、本発明の実施形態に従って１ステップの中間ＯＭＣＴＳ流量で段階的な誘電体層を形成するために行った。表２-Ａは、堆積している間に用いられたプロセス条件の一部を示すものである。
Figure 2008511758
[0062]上の比較例と同様に、３００ｍｍのウエハ上にプラズマＣＶＤリアクタ内で表２-Ａに記載されるプロセスパラメータを用いてバルク誘電体層を形成した。同様のシャワーヘッドを用いた。堆積結果は表２-Ｂに記載される。
Figure 2008511758
[0063]表２-Ｂが示すように、段階的な誘電体層が本発明の実施形態に従って形成されたウエハは、大きさが０.１６μｍを超える膜内付加物をかろうじて検知可能な数（即ち、１０未満の付加物）を有した。同様に、ＯＭＣＴＳ要素のための初期流量と最終容量の間の３つの中間流量を含む方法について少数の付加物（９や１６の付加物）を計数した。
[0064]数種の実施形態を記載してきたが、様々な修正、代替的構成、等価物が本発明の精神から逸脱することなく用いられてもよいことは当業者によって認識される。更に、多くの周知のプロセスや要素は、本発明を不必要に不明瞭することを避けるために記載されていない。従って、上の説明は本発明の範囲を限定するものとして用いられるべきではない。
[0065]また、本明細書及び以下の特許請求の範囲に用いられる用語の“備える”“備えている”、１つ又は複数を“含む”、“含んでいる”は、述べた特徴、完全体、要素、又はステップの存在を指定するものであるが、1つ以上の他の特徴、完全体、要素、ステップ又はグループの存在又は追加を除外しない。
図１Ａは、本発明の方法の実施形態に従って金属充填トレンチ上に形成されたバリヤ層と機能的に段階的な誘電体層を示す図である。 図１Ｂは、本発明の方法の実施形態に従って金属充填トレンチ上に形成されたバリヤ層と機能的に段階的な誘電体層を示す図である。 図２は、本発明の方法の実施形態に従って形成された機能的に段階的な誘電体層を含む集積回路デバイスを示す簡易断面図である。 図３は、本発明の方法の実施形態に従って段階的な誘電体層を形成するためのステップを示すフローチャートである。 図４は、本発明の方法の追加の実施形態に従って段階的な誘電体層を形成するためのステップを示すフローチャートである。 図５は、従来の誘電体層堆積と本発明の方法の実施形態による堆積の時間の関数としてのシリコン-炭素含有ガスの流量をプロットした図である。 図６は、本発明の実施形態で用いることができるシャワーヘッドを示す断面図である。 図７は、本発明のシステム及び方法の実施形態において用いられる例示的なプラズマＣＶＤ堆積チャンバを示す簡易断面図である。
符号の説明
１０…システム、１１…シャワーヘッド、１２…サセプタ、１３…支持体、１４…処理位置、１７…バッフルプレート、１８…供給ライン、１９…混合システム、２０…マスフローコントローラ、２３…穴、２４…マニホールド、２５…ＲＦ電源、２６…外部ランプモジュール、２７…光線、３１…排出ライン、３２…スロットルバルブ、３４…システムコントローラ、３６…制御ライン、３７…プロセッサ、３８…メモリ、４０…高周波数ＲＦ発生器、４４…低周波数ＲＦ発生器、４６…整合回路、４８…高周波数フィルタ、１０２…支持層、１０４…誘電体層、１０８…バリヤ層、１１０…機能的に段階的な誘電体層、２００…集積回路、２０３…トランジスタ、２０６…トランジスタ、２２０…酸化物領域、２１２…ソース領域、２１５…ドレイン領域、２１８…ゲート領域、２２１…プレメタル誘電体層、２２７…ＦＧＩＭＤ層、２２８…ＦＧＩＭＤ層、２２９…ＦＧＩＭＤ層、２３０…パッシベーション層、２４０…金属層、２４２…金属層、２４４…金属層、２４６…金属層、６００…シャワーヘッド、６０２…ブロッカープレート、６０４…通し穴、６０６…面板、６０８…ガス供給口、６１０…バッフルスペース、６１２…シャワープレチャンバ、６１４…通し穴。

Claims (23)

  1. 下にある層上に段階的な誘電体層を形成する方法であって、
    シリコン-炭素含有ガスと酸素含有ガスとキャリヤガスの混合物を阻止板と面板を備えたシャワーヘッドに流して、該段階的な誘電体層の酸化物を多く含む部分を形成するステップであって、該シリコン-炭素含有ガスが初期流量を持つ前記ステップと、
    該シリコン-炭素含有ガスを第１中間流量で約０.５秒以上流すステップであって、該第１中間流量が該初期流量より大きい前記ステップと、
    該シリコン-炭素含有ガスを該第１中間流量より大きい最大流量で流して、該段階的な誘電体層の炭素を多く含む部分を形成するステップと、
    を含む前記方法。
  2. 該シリコン-炭素含有ガスが室温で液体である、請求項１記載の方法。
  3. 該シリコン-炭素含有ガスがオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）である、請求項１記載の方法。
  4. 該酸素含有ガスが酸素（Ｏ２）を含む、請求項１記載の方法。
  5. 該キャリヤガスがヘリウム（Ｈｅ）を含む、請求項１記載の方法。
  6. 該下にある層が炭素含有拡散バリヤ層である、請求項１記載の方法。
  7. 該炭素含有拡散バリヤ層がシリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣＨ）を含む、請求項６記載の方法。
  8. 該段階的な誘電体層の該酸化物を多く含む部分の厚さが約７０オングストローム〜約８０オングストロームである、請求項１記載の方法。
  9. 該シリコン-炭素含有ガスが該初期流量から該第１中間流量に約６００ミリグラム/秒以下で増加させる、請求項１記載の方法。
  10. 該方法が、該シリコン-炭素含有ガスを第２中間流量で約０.５秒以上流すステップであって、該第２中間流量が該第１中間流量より大きい前記ステップを含む、請求項１記載の方法。
  11. 該シリコン-炭素含有ガスが該初期流量から該第１中間流量に向かう場合に、該酸素含有ガスの流量が減少する、請求項１記載の方法。
  12. 該シリコン-炭素含有ガスが該初期流量から該第１中間流量に向かう場合に、該キャリヤガスの流量が減少する、請求項１記載の方法。
  13. 下にある層上に段階的な誘電体層を形成する方法であって、
    シリコン-炭素含有ガスと酸素含有ガスとキャリヤガスの混合物を阻止板と面板を備えたシャワーヘッドに流して、該段階的な誘電体層の酸化物を多く含む部分を形成するステップであって、該シリコン-炭素含有ガスが初期流量を持つ前記ステップと、
    該シリコン-炭素含有ガスを最大流量に増加させて、該段階的な誘電体層の炭素を多く含む部分を形成するステップであって、該シリコン-炭素含有ガスが該最大流量に達した後まで一定のままであるキャリヤガス流量を該キャリヤガスが有する前記ステップと、
    を含む前記方法。
  14. 該シリコン-炭素含有ガスがオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）である、請求項１３記載の方法。
  15. 該キャリヤガスがヘリウム（Ｈｅ）を含む、請求項１３記載の方法。
  16. 該酸素含有ガスが酸素（Ｏ２）を含む、請求項１３記載の方法。
  17. 該シリコン-炭素含有ガスが該最大流量に達した後に該キャリヤガス流量が約５０％以上だけ減少する、請求項１３記載の方法。
  18. 該シリコン-炭素含有ガスの該初期流量が約５００ｍｇｍであり、該最大流量が約３０００ｍｇｍである、請求項１３記載の方法。
  19. 該シリコン-炭素含有ガスが該最大流量に達した後に該キャリヤガス流量が約５０００ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍに減少する、請求項１８記載の方法。
  20. 下にある層上に段階的な誘電体層を形成するシステムであって、
    阻止板と面板を備えたシャワーヘッドであって、該シャワーヘッドがガス供給口に結合され、シリコン-炭素含有ガスと酸素含有ガスとキャリヤヘッドを含むプロセスガスが該シャワーヘッドに導入される前記シャワーヘッドと、
    該シリコン-炭素含有ガスの該シャワーヘッドへの流量を制御する液体流量メータであって、該液体流量メータが、該段階的な誘電体層の酸素を多く含む部分を形成する間、該シリコン-炭素含有ガスを初期流量で流し、その後、該シリコン-炭素含有ガス流量を該初期流量から中間流量に増加させ、該中間流量を約０.５秒以上維持し、その後更に、該シリコン-炭素含有ガス流量を該中間流量から最大流量に増加させて、該段階的な誘電体層の炭素を多く含む部分を形成するようにプログラムされている、前記液体流量メータと、
    を備えた前記システム。
  21. 該シリコン-炭素含有ガスがオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）である、請求項２０記載のシステム。
  22. 該酸素含有ガスが酸素（Ｏ２）を含み、該キャリヤガスがヘリウム（Ｈｅ）を含む、請求項２０記載のシステム。
  23. 該システムが、該シャワーヘッドに存在する該プロセスガスからプラズマを形成するように構成されたプラズマ生成システムを備えている、請求項２０記載のシステム。
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