JP2008519459A - アルミノシリケート前駆体から形成された低いｋの誘電体の層 - Google Patents

アルミノシリケート前駆体から形成された低いｋの誘電体の層 Download PDF

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Abstract

アルミノシリケート前駆体で、高い機械的な強度の、低いｋの、層間の誘電体の材料を、アルミニウムがその材料のケイ素の基材の中へ手軽に組み込まれるように、形成するための方法、及び、そのように形成された一つ又はより多くの高い強度、低いｋの層間の誘電体の層を含む集積回路デバイス。

Description

発明の詳細な説明
本発明は、一般に、半導体の集積回路（integrated circuit）（ＩＣ）を製造する分野に関係する。特に、本発明は、集積回路デバイスにおいて低いｋの誘電体の材料を形成するための方法、及び、そのように形成された材料に関係する。
ＩＣを製造することは、典型的には、単一の集積されたデバイスを形成するために、多数の層の連続した形成を伴う。各々の層のための材料は、それらの性質が、それらがＩＣデバイスについて要求された性能の規準を固有に満たすことを可能にするという理由のため、又は、それらの性質を、それらがそれらの規準を満たすように、製造する工程を通じて変えることができるという理由のためのいずれかで、選ばれる。ＩＣデバイス内の層を形成するために使用された材料の一つのタイプは、誘電体のものである。
誘電体の材料は、ＩＣ内の導電性の層又は特徴を実質的に電気的に絶縁させるために使用された、電気的な絶縁体である。それの誘電体として真空を備えた同じコンデンサに対して比較すると、与えられた誘電体の材料を使用することでコンデンサによって蓄積することができる静電的なエネルギーの量の比は、それの‘相対的な比誘電率’として定義されると共に、その材料の‘ｋ’の値として表現される。低いｋの誘電体の材料は、二酸化ケイ素のものより下の比誘電率（‘ｋ’の値）を備えたものとして見られることもある；（ＳｉＯ２について、ｋ〜４．０−４．２）。
トランジスタのゲートの幅が、ＩＣの開発の各々のその後の世代と共に、縮められてきたが、相互接続の遅延を低減することは、今、ＩＣを動作させるスピードを増大させるためにトランジスタを切り替える周波数を低減することと同じくらい重要なこととなってきた。相互接続の遅延に対する主要な貢献者の二つは、回路の線に使用された金属（伝統的には、アルミニウム）の抵抗及び、層間の誘電体（interlayer dielectric）（ＩＬＤ）に使用された誘電体（伝統的には、二酸化ケイ素；ＳｉＯ２）の容量である。
回路の線内のスピードを改善するために、銅は、それが、アルミニウムよりもおおよそ３０％低い電気的な抵抗を有するが、多数の高い性能のＩＣデバイスにおいてアルミニウムに取って代わってきた。しかしながら、銅は、ＩＣデバイスの中へ簡単に組み込むことができる金属の最も低い抵抗率を有すると共に、相互接続の遅延時間におけるさらなる減少を実現するために重大なＩＬＤの比誘電率の低減をする。
低いｋのＩＬＤ材料を生産するための数個のアプローチが、識別されてきた。使用されてきた又は活発に調査されている二つの方法は、（ＣＤＯ、ＯＳＧ、ＳｉＯＣＨ又はＳｉＣＯＨと称された、炭素がドープされたケイ素の酸化物を作るために）ＳｉＯ２の基材の中へ炭素を導入すること、及び、ＩＬＤを多孔性のものとすることを伴う。これらの技術は、ｋの値を低下させる；しかしながら、それらは、また、ＩＬＤの材料の密度及び機械的な強度を低減する。結果として、これらの材料は、その後のＩＣデバイスの製作の処理の間にＩＬＤへ分与された応力によって、簡単に損傷させられる。損傷は、ＩＬＤを通じて亀裂、又は、層間剥離を含み得るであろうが、そこでは、ＩＬＤの層は、ＩＣデバイスにおける一つ又はより多くの隣接した層から分離する。ＩＣデバイスが、製造する工程及び通常の使用の間に熱サイクルにかけられるとき、ＩＬＤ及び隣接した層の中での熱膨張の異なる係数（coefficient of thermal expansion）（ＣＴＥ）のおかげで、損傷は、ＩＬＤへ分与された熱機械的な応力から起こることもある。低いｋのＩＬＤの材料の脆弱性は、大量のＩＣの製作においてそれらの含有に対する妨害物である。
開示されるものは、ここでは‘アルミノシリケート（aluminosilicate）’前駆体と称された、ある部類のアルミニウムをもつ前駆体を使用することで形成された薄い膜の層間の誘電体（interlayer dielectric）（ＩＬＤ）の材料の非常に多数の実施形態である。ある実施形態において、これらの前駆体は、アルミニウム又は他の金属の原子を含有しない低いｋのケイ素に基づいた前駆体（それらの典型的な例が、図１ａ−１ｃに示される）を使用することで、類似の方法又は材料を介して利用可能なものよりも（弾性係数、硬度、又は、凝集強度によって特徴付けられたもののような）より高い機械的な強度を備えた低いｋの誘電体の材料を提供することもある。この実施形態において形成された誘電体の材料の機械的な強度における増加は、集積回路デバイスへ物理的に又は熱的に誘起された応力によって招かれた損傷（例．亀裂）の発生率を低減することを助けることもある。これらの応力は、その誘電体材料が使用されるＩＣデバイスの製造する工程及び最終の用途に固有のものである。
前駆体は、一般に、何らかの遷移の又は最終的な材料の先に立つ物質である。集積回路を製造する際に、前駆体の一つの使用は、堆積（deposition）の工程の中へ導入されることもあると共にある材料の形成に化学的に又は構造的に寄与することもある物質を伴う。その前駆体の特性は、その後に形成された材料の性質を実質的に決定することもある。
この発明の実施形態に記載された前駆体は、付加的な配慮が指示されることもあるいくつかの実施形態があることもあるとはいえ、一般に、操作すること及び貯蔵を通じた顕著な安全性の危険度を与えることがほとんどないか又は全くない。加えて、本発明の数個の実施形態は、室温で液体であると共に、それらを、以後に議論することにするもののような、通常の動作条件及び構成の下におけるいくつかの堆積の工程における使用に適切なものにする温度で沸騰する。
本発明の実施形態は、アルミノシリケート前駆体を使用することで形成された低いｋの誘電体の材料を含む。アルミノシリケート前駆体は、図２ａに示されたような一般的な構造を有する。それらは、次にはアルミニウムの原子、２０３、と結び付けられる、酸素の原子、２０２、へ結び付けられた、ケイ素の原子、２０１、を含む。ケイ素の原子、２０１、は、Ｒ３、２０６、Ｒ４，２０７、及びＲ５、２０８で明示された、三つの付加的な結合サイトを所有する。アルミニウムの原子は、Ｒ１、２０４、及びＲ２、２０５で明示された、二つの付加的な結合サイトを所有する。このケイ素−酸素−アルミニウムの構造、２１０、は、ここでは、“シロキシアルミニウム（siloxyaluminum）基”、又は、単純に“シロキシアルミニウム”と称される。結合サイトＲ１−Ｒ５、２０４−２０８、は、“官能基結合サイト”と称される。この発明のいくつかの実施形態において、その官能基結合サイトは、有機（炭素を含有する）官能基によって占有される。含められることができる官能基のはなはだしいバリエーションのおかげで、このシロキシアルミニウムベースの構造を備えた前駆体の非常に多数の多様性がある。バリエーションは、本発明の実施形態に関して記載されることになる。
この発明の実施形態においてアルミノシリケート前駆体を使用することでＩＬＤの形成の間に、それら結合は、それら官能基及びそのシロキシアルミニウム基の一つ又はより多くのものの間で破壊される。そして、そのシロキシアルミニウム基は、付けられたままである低減された数の官能基を備えたＩＬＤの全体的な二酸化ケイ素の基材の中へ組み込まれる。
本発明の実施形態においては、その前駆体材料の官能基結合サイト、２０４−２０８、の少なくとも一つ、及び、ことによると、全てが、アルコキシ基によって占有されることもある。本発明のこの実施形態において、それら官能基結合サイトは、その堆積の工程及びその後のアニーリングの工程の間に反応することに対して高度に影響を受けやすいものであると共に、その形成された材料においてシロキシアルミニウム基を含む相対的に密な基材を提供する。アルコキシ基の例は、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、及び他のものを含むが、しかし、それらに限定されるものではない。この実施形態におけるアルコキシ基は、直鎖の構成（例．ｎ−ブトキシ）又は分岐の構成（例．ｓｅｃ−ブトキシ）を含むことができるであろう。図２ｂは、この発明の実施形態に従った、アルコキシ基を含む、アルミノシリケート前駆体、ジ−ｓｅｃ−ブトキシアルミノキシトリエトキシシラン（di-sec-butoxyaluminoxytriethoxysilane）を開示する。
本発明の別の実施形態において、官能基結合サイトの少なくとも一つは、アルキル基によって占有される。この実施形態におけるアルキル基は、直鎖の基（例．メチル、エチル）、分岐の基（例．イソプロピル、ｔ−ブチル）、不飽和の非環状の基（例．ビニル、アリル）、又は、飽和の若しくは不飽和の環式の基（例．シクロヘキシル、シクロペンテニル）を含む。付加的に、この発明の実施形態においては、それら官能基は、前述したアルキル基のハロゲン化された誘導体を含むこともある。図２ｃは、アルミノシリケート前駆体、この発明の実施形態に従った、アルコキシ基及びアルキル基の両方を含む、トリメチルシロキシ−アルミニウム−ジイソプロポキシド（trimethylsiloxy-aluminum-diisopropoxide）を開示する。
本発明の別の実施形態に従って、官能基結合サイトの少なくとも一つは、アリール基によって占有される。この実施形態におけるアリール基は、フェニル基及びベンジル基を含むが、しかし、それらに限定されるものではない。付加的に、この発明の実施形態においては、官能基は、前述したアリール基のハロゲン化された誘導体を含むこともある。
ある実施形態において、結合サイトＲ１、２０４、及び、Ｒ５、２０８、は、アルコキシ基のみを組み込むことに制限されることもある。これは、アルミニウム及びケイ素の原子の両方が、酸素又は亜酸化窒素のような、外部の酸素源を追加することの要望無しに、堆積及びその後の工程の間における基材を形成する反応において関係することになることを保証することを助けることもある。酸素源を追加する目的は、それらシロキシアルミニウム基をその二酸化ケイ素の基材へ結び付ける酸素結合のための酸素を供給することである。酸素が、すでに、アルコキシ基に存在するので、外部の酸素源は、不必要なものである。本発明の別の実施形態において、そのアルミニウムの原子へ直接的に結合させられたアルキル基の存在が、高度に反応性の（自然性の）、ことによると爆発性の、化合物に帰着することもあると、結合サイトＲ２、２０５、は、また、アルミニウムの原子の反応性を限定するために、アルコキシ基に制限されることもある。
本発明のある実施形態において、官能基結合サイトの少なくとも一つは、アミンの基によって占有される。この実施形態におけるアミンの基は、ジメチルアミン、ジエチルアミン、及び他のものを含む。アミンの基を、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、酸素（Ｏ２）、又は水（Ｈ２Ｏ）のような酸素源の存在下におけるアルミノシリケートの基材の手軽な形成を可能にするために、容易に酸化することができる。結合サイトＲ１、２０４、及び、Ｒ５、２０８、をアルコキシ基又はアミンの基に制限することは、アルミニウムの原子の反応性を限定することを、助けることもある。アミンの基を備えた前駆体は、異な水準の反応性を有することができると共に、そのような場合、アルコキシの又はアルキルの官能化された前駆体のいずれかでできるものとは異なる堆積の条件下で使用されることができるであろう。
本発明の記載された実施形態においては、アルコキシの、アルキルの、及びアミンの部類のより大きいサイズの構成員でさえも、その官能基結合サイトにおいて、置換することもある；しかしながら、当業者によって理解されるであろうが、官能基のサイズは、堆積の容易さ及び方法に影響を及ぼすことになる。堆積の工程の中へ前駆体を導入するために、前駆体が、その堆積の工程において使用された動作条件で気体の物理的な状態にあることは、一般的なことである。しかしながら、堆積の条件で液体である前駆体は、また、使用されることができる。この事例において、それらは、純な（希釈されてない）前駆体のもの又は担体の溶媒の中へ溶解させられた前駆体の溶液のもののいずれかの、直接的な液体の注入によって堆積の工程の中へ導入されることもある。同様にして、固体の前駆体は、担体の溶媒の中へ最初に溶解させられることができるが、そして、その前駆体を含有する溶液は、液体の前駆体と類似の様式で堆積の工程の中へ直接的に注入される。本発明の実施形態において、その堆積の工程の中へ前駆体を注入することは、それらを堆積装置の堆積チャンバーの中へ注入することを含むこともあると共に、それの内でその堆積の工程が行われる。
これらの目的に使用されることができる溶媒は、ヘキサン及びトルエンを含むが、しかし、それらに限定されるものではない、一般には、無極性の、非反応性の溶媒である。これらの方法は、より大きい官能基を所有するものに対して使用されることができる前駆体の範囲を膨張させる。付加的に、その前駆体に存在する官能基のサイズ及びタイプに依存して、異なる量の官能基は、ＩＬＤの堆積の後で、シロキシアルミニウム基へ結合させられたままであることもある。従って、いくらかの付加的な加熱する又は他の処理する方法は、最終的な低いｋのＩＬＤの材料における残留する官能基の量を低減することが、望まれることもある。
本発明のある実施形態において、アルミノシリケート前駆体は、低いｋのケイ素に基づいた前駆体と、共同で堆積させられる。この発明における共同の堆積用の低いｋのケイ素に基づいた前駆体の例は、図１ａ−１ｃに示されると共に、ジメチルジメトキシシラン（図１ａ）、ジエトキシメチルシラン（図１ｂ）、又は、オクタメチルシクロテトラシロキサン（図１ｃ）を含む。これらの低いｋのケイ素に基づいた前駆体は、それらケイ素の原子の大部分をそのＩＬＤの最終的な基材へ寄与させると共に、そのアルミノシリケート前駆体が、ＩＬＤの材料の比誘電率への相対的に副次的な影響力と共に、増加した機械的な強度を提供する一方で、そのＩＬＤの材料の低いｋの性質を提供することを助ける。
ある実施形態において、その基材の中へ組み込まれたアルミニウムを備えた低いｋのＩＬＤの材料は、そのケイ素及びアルミニウムが、ケイ素−アルミニウムの構造の中へ互いに直接的に結合させられるか、又は、単一の酸素原子以外の何かによって互いに結合させられるか、のいずれかである、前駆体を使用することによって、形成されることもある。そのように記載された構造のいくつかの例は、Ｓｉ−Ａｌ、Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−Ａｌ（そこでは、ｎ＝１又はより多くのもの）、Ｓｉ−（ＮＨ）−Ａｌ、及び（Ｓｉ）２−Ｎ−Ａｌを含む。それら官能基結合サイトは、先に記載されたようなアルコキシ、アルキル、アリール、又はアミンの基の構成員によって占有されることもある。
ある実施形態においては、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、酸素（Ｏ２）、又は水（Ｈ２Ｏ）のような外部の酸素源は、その堆積の反応に含まれることもある。その堆積の反応において酸素源を提供することによって、酸素は、ケイ素−アルミニウムの構造へ結び付けられたものになる。結果として、シロキシアルミニウム基が、形成されると共にそのＩＬＤの材料の基材の中へ組み込まれる。
本発明のある実施形態において、アルミニウムは、おおよそ２０モルパーセントまでの濃度で、そのＩＬＤの材料の二酸化ケイ素の基材の中へ組み込まれる。この濃度で、アルミニウムは、ＩＬＤの材料へ増加した機械的な強度を提供するが、そこでは、そのＩＬＤにおいて低いｋの性質を維持することは、必ずしも必要なことではない。ある実施形態においては、アルミニウムは、おおよそ１０モルパーセントまでの濃度で、そのＩＬＤの材料の二酸化ケイ素の基材の中へ組み込まれる。この実施形態は、より高いアルミニウムの含有率を有する実施形態よりも、より低いｋの値を提供する一方で、また、そのＩＬＤの材料の機械的な強度における実質的な増加を提供する。純粋なアルミナ、Ａｌ２Ｏ３、は、ｋ〜９．７のバルクの比誘電率を有する。従って、そのＩＬＤの層におけるアルミニウムの含有率を限定することは、アルミニウムの追加のおかげで、ｋの値における増加を最小にすることになる。
本発明のある実施形態において、アルミニウムは、おおよそ２−５モルパーセントの範囲で、そのＩＬＤの材料の二酸化ケイ素の基材の中へ組み込まれるが、そこでは、
低いｋの誘電体の性質が、また、堆積させられたＩＬＤの材料において達成される一方で、増加した機械的な強度が、認識される。本発明のある実施形態において、その基材におけるケイ素に相対した３−４モルパーセントのアルミニウムの付加は、そのｋの値が、おおよそ５％だけ増加するのみである一方で、おおよそ１００％までだけ、そのＩＬＤの材料の硬度を増加させることもある。
図４は、アルミノシリケート前駆体を堆積させることによって形成されたＩＬＤの材料の一つ又はより多くの層、４２１、を含む、集積回路デバイス、４００、の一つの実施形態を図示する。これらの層は、相互からの集積回路の、導電性のパッド、４２３、ビア、４２４、トレース、４２５、又は、導電性の層の電気的な絶縁のような、性能の要件にかなうように、提供されることもある。これは、通常の使用における仕上げられたデバイスの適切な且つ最適な性能に対して有用なものである。集積回路デバイス、４１０、は、基体、４３１、（例えば、ケイ素のウェハ）を、それの表面に形成されたデバイスの機能的な要素、４３２、と共に、含む。連続して、それらＩＬＤの材料の非導電性の層、４２１、のみならず、導電性の要素、４２３−４２５、を含む、導電性の又は非導電性のスタック、４２０、の層が、形成されることもある。ＩＬＤの材料の層、４２１、は、それらのｋの値を低減することを助けるために、それらを多孔性のものとなすための処理を受けることもある。この処理は、熱の、電子ビームの、又は、紫外のエネルギーへの露出を含むこともある。
そのデバイス、４３０、のケイ素のウェハの部分において、並びに、導電性及び非導電性のスタック、４２０、のいたるところで、使用された材料は、熱膨張の異なる係数を有することもある。結果として、それら材料が、そのＩＣデバイスにおける温度の変化に応じて、不均一に膨張するとき、その結果として生じる応力は、層が、相互から離層することを、又は、層内で亀裂が入ること及び破砕することを、引き起こし得る。低いｋの誘電体の層４２２は、それの多孔性の構造の低い強度のおかげで、特に、危険な状態にある。述べたように、本発明の実施形態における低いｋの誘電体の層の二酸化ケイ素の基材の中へのアルミニウムの含有は、亀裂の発生を予防する又は低減することを助けるために、基材へ機械的な強度を加えることもある。
この発明の実施形態は、集積回路デバイスの形成の間に集積回路の基体上へアルミノシリケート前駆体を備えた低いｋのＩＬＤの材料を配置するための方法を含む。例えば、図３に示されるような本発明の実施形態において、集積回路の基体、３００、は、ケイ素のウェハ、３１０、を含むが、それの上へ、アルミノシリケート前駆体で形成された少なくとも一つの低いｋのＩＬＤの層を含む、集積回路デバイス、３２０、の一つ又はより多くの層は、連続して、形成されることもある。本発明の別の実施形態において、集積回路の基体は、（時々、印刷配線板と呼ばれた）印刷回路板を含むこともある。さらに別の実施形態において、低いｋの誘電体の材料の層は、集積回路の基体の一部として、犠牲的な材料に形成されることもあると共に、そして、この犠牲的な材料は、その完成されたデバイスの形成の間に、後の処理を通じて除去される又は取り替えられる。
図５に示されたように、５１０において、その基体は、最初に、先立つ層の形成、エッチング、クリーニング、又は、形成される特定のデバイス、堆積装置、若しくは、使用者の好適な実践について指定されるもののような他の作用のような、いずれの必要とされた予備的な処理をも受ける。そして、その基体は、５２０において、堆積装置の、堆積チャンバーの中へ置かれることもある。堆積装置は、化学気相蒸着（chemical vapor deposition）（ＣＶＤ）、プラズマ促進化学気相蒸着（plasma-enhanced chemical vapor deposition）（ＰＥ−ＣＶＤ）、原子の層の堆積（atomic layer deposition）（ＡＬＤ）、又は、熱的な堆積（thermal deposition）を含む、多数の堆積技術のいずれについても、工作されることもある。
それら前駆体は、堆積装置の堆積チャンバーの中への導入に先立って、調製を要求することもある。ある実施形態において、それら前駆体は、使用される堆積装置のための通常の堆積の条件の下に、液体又は固体の形態にあることもあると共に、この明細書に記載されたような、又は、当業者によって認められると思われるもののような、調製、５３５、を要求することもある。
ある実施形態においては、一度、その堆積チャンバーが、封止されると共にその内部の環境が、堆積の工程、５３０、について適切な条件に到達すると、それら前駆体は、堆積チャンバー、５４０の中へ導入されることもある。ある実施形態においては、それら前駆体の導入が、そのアルミノシリケート前駆体及び一つ又はより多くの低いｋのケイ素に基づいた前駆体を導入することを含むこともある。孔生成剤（porogen）として作用する有機前駆体は、また、そのＩＬＤの材料における多孔性を誘起させるために、導入されることもある。孔生成の（porogenic）（多孔性を誘起させる）（porosity-inducing）有機前駆体の例は、アルファ−テルピネン、ベータ−テルピネン、Ｄ−リモネン、及び、当技術において知られたような他のものを含むこともある。
ある実施形態においては、アミンの基を含む前駆体は、使用されることもあると共に、酸素（Ｏ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、又は水（Ｈ２Ｏ）のような酸素源は、それら前駆体と同時に、その堆積チャンバーの中へ導入されることもある。この事例においては、その酸素源は、それが、その堆積させられたＩＬＤの構造へ酸素を寄与させると、前駆体と考慮されることもある。
そして、ある実施形態においては、アルミノシリケート前駆体及び低いｋのケイ素に基づいた前駆体は、５５０で、その基体の上へ、共同で堆積させられることもある。その堆積チャンバーの内部の環境が、堆積条件に到達してきたとき、堆積が、堆積チャンバーの中への前駆体の導入の際に、直ちに始まることになる。堆積の工程の持続時間及び他のパラメーターは、その堆積させられたＩＬＤの層の所望の厚さ及び当業者によって認められることができるもののような他の考慮事項に依存して、変動することになる。ある実施形態においては、堆積チャンバー内の圧力は、０．１−５０トール（torr）の間に；好ましくは１−１０トールの間に、設定されることもある。ある実施形態においては、堆積チャンバーにおける温度は、１５０−５００℃の間に；好ましくは２００−４００℃の間に、設定されることもある。ある実施形態においては、その堆積時間（持続時間）は、３０−３００秒の間にあることもある。ある実施形態においては、ＰＥＣＶＤを使用するとき、そのＲＦパワーは、２５０−１０００ワットの間に設定されることもある。
ある実施形態においては、堆積の工程の完了の後に、その基体は、堆積チャンバーから取り除かれることもある、５６０。アニーリング又は硬化のような、付加的な処理、５７０、が、ＩＬＤの材料内に残留する実質的な量の官能基を取り除くために、使用されることもある。これらの工程は、堆積の後にシロキシアルミニウム基における結合サイトへ付けられたままであった官能基をさらに取り除くことによって、ＩＬＤの材料の基材を硬化させるために、作用する。それらは、また、それらシロキシアルミニウム基と全体的な二酸化ケイ素の基材との間の結合の数を増加させることによって、ＩＬＤの材料の基材を凝固させることを助ける。本発明の実施形態において、アニーリング又は硬化の処理は、熱の、電子ビームの、又は、紫外のエネルギーへの露出を含むこともある。
その後、使用者は、ＩＬＤの材料の特性を、それが、使用者によって決定されたもののような、適切な性能及び寸法の要件を満たすことを保証するために、測定することもある。付加的な処理が、完成されたＩＣデバイスを達するための付加的な層を生産するために、行われることもある。
ある実施形態においては、アルミノシリケート前駆体を導入することよりもむしろ、ケイ素−アルミニウムの構造を含む前駆体が、５４０において、酸素、亜酸化窒素、又は水、のような酸素源と一緒に、そのチャンバーの中へ導入される。この明細書に記載されたように、そのケイ素−アルミニウムの構造は、アルミニウムの原子へ直接的に結合させられたケイ素の原子又は単一の酸素の原子以外の何らかのものによってアルミニウムの原子へ結合させられたケイ素の原子のいずれかを含む。ある実施形態においては、堆積の間に、５５０、そのケイ素及びアルミニウムの原子は、その酸素源によって提供された酸素の原子へ結び付けられたものになると共に、堆積の間のＩＬＤの材料の中へ組み込まれることもあるシロキシアルミニウム基を形成する。その工程の残りのものは、アルミノシリケート前駆体について記載されたものに類似で進行することもある。
この発明の実施形態に従って、アルミノシリケート前駆体で形成された層は、全体的な構造的な及び低いｋの目的物を維持する一方で、また、そのデバイスの様々な要素、特徴、及び層の形成の間に制御を提供することもある。例えば、本発明の一つの実施形態は、集積回路のデバイスにおける材料の過剰なエッチングを予防するための低いｋのエッチストップ層としてＩＬＤの材料を利用する。
ある材料をエッチングするとき、目的物は、一度それら目標とされた特徴の寸法が、エッチングされる材料において達せられると、停止させるためのエッチング工程についてのものであることもある。いくつかのエッチングの方法は、非特異的なものである（即ち、それらは、そのエッチ工程によって影響を及ぼされることが意図されたもの以外の材料をエッチングすることになる）、従って、あるものは、その目標とされた材料に隣接した、そのエッチング剤に対して、より抵抗性のものである材料を含むこともある。その二酸化ケイ素の基材の中へアルミニウムを組み込むことは、本発明の実施形態においては、その結果として生じる材料が、アルミニウムを組み込むものではない二酸化ケイ素の基材とは異なるエッチ速度を提示することを、引き起こすこともある。
図６は、二つの材料を含む、構造、６００、を示す。本発明の実施形態に従って堆積させられた、第一の材料、６２０、は、ＩＬＤの材料若しくはそれの材料においてシロキシアルミニウム基を組み込むものではない他の材料で、又は、異なる濃度のシロキシアルミニウム基を組み込むＩＬＤの材料で、形成された、第二の材料、６１０、に隣接して、配置される。エッチングの工程の間に、この発明の実施形態に従って形成された材料は、それら二つの材料の間のエッチ速度における差異に基づいたエッチストップ材料として、利益を提供することもある。一度目標とされた材料が、実質的にエッチングされると共にエッチストップ材料が、露出される、６３０、と、そのエッチングは、エッチストップ材料が配置される方向において遅くなる又は停止することもある。本発明の実施形態において、エッチストップ材料は、層として形成されることもある。
本発明の実施形態は、ウェットエッチ工程、ドライエッチ工程、又は、当技術において知られたもののような他のエッチ工程用のエッチストップ層として作用する。また、エッチストップ材料が、低いｋの性質を有することは、望ましいこともある。このアプローチは、低いｋのＩＬＤが望ましいものである進歩した集積回路デバイスのタイプにおいて、このようなデバイスにおける特徴が、頻繁に、厳密な寸法の許容誤差と共に、相当に小さいものであると、有用なものである。伝統的なエッチストップ層に使用された材料は、進歩した集積回路デバイスの低いｋの要件を満たすものではないこともある。伝統的なエッチストップ材料の例は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及び、オキシ窒化ケイ素を含むこともある。
前述の詳細な説明及び添付する図面は、単に例示のものであると共に制限的なものではない。それらは、主として、本発明の実施形態の明りょうな且つ包括的な理解のために、提供されてきたと共に、不必要な限定が無いことは、それらから理解されることである。ここに記載された実施形態への非常に多数の追加、削除、及び変更は、代替の配置のみならず、それら実施形態の主旨及び添付された請求項の範囲から逸脱することなく、当業者によって案出されることもある。
図１ａ、１ｂ、及び１ｃは、二酸化ケイ素の誘電体の層を形成する際に使用された前駆体の化学構造を描く。 図２ａは、本発明の実施形態に従ったアルミノシリケート前駆体の一般的な化学構造を描く。図２ｂ及び２ｃは、実質的に、本発明の実施形態に従ったアルミノシリケート前駆体の化学構造を描く。 図３は、上に形成される非常に多数の集積回路デバイスを備えたケイ素のウェハを含むと共に本発明の実施形態に従った低いｋの誘電体の層を含む、集積回路の基体の実施形態を描く。 図４は、本発明の実施形態に従った集積回路デバイスの相互接続構造及び誘電体の層の断面図を図示する概略的な図である。 図５は、アルミノシリケート前駆体で低いｋの誘電体の層を形成する方法の実施形態を図示するブロック図である。 図６は、本発明の実施形態に従ったエッチストップ材料を描く。

Claims (36)

  1. 基体に前駆体を堆積させること：を含む、方法であって、
    該前駆体の少なくとも一つは、シロキシアルミニウム基を含み、
    該シロキシアルミニウム基は、酸素の原子によって互いに結び付けられたケイ素の原子及びアルミニウムの原子を含むと共に、
    該ケイ素の原子及び該アルミニウムの原子は、また、複数の官能基へ結び付けられる、方法。
  2. 前記複数の官能基は、少なくとも一つのアルコキシ基を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記少なくとも一つのアルコキシ基は、少なくとも一つの直鎖のアルコキシ基又は少なくとも一つの分岐のアルコキシ基を含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記複数の官能基は、前記アルミニウムの原子と結び付けられた少なくとも一つのアルコキシ基、前記ケイ素の原子と結び付けられた少なくとも一つのアルコキシ基、及び、少なくとも一つのアルキル基を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記少なくとも一つのアルキル基は、直鎖のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つ、分岐のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つ、不飽和の非環状のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つ、不飽和の環式のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つ、又は、飽和の環式のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つを含む、請求項４に記載の方法。
  6. 前記官能基は、前記アルミニウムの原子と結び付けられた少なくとも一つのアルコキシ基、前記ケイ素の原子と結び付けられた少なくとも一つのアルコキシ基、及び、少なくとも一つのアミンの基を含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記前駆体は、酸素源として、酸素、亜酸化窒素、又は、水の少なくとも一つをさらに含む、請求項６に記載の方法。
  8. 前記複数の官能基は、前記アルミニウムの原子と結び付けられた少なくとも一つのアルコキシ基、前記ケイ素の原子と結び付けられた少なくとも一つのアルコキシ基、及び少なくとも一つのアリール基を含む、請求項１に記載の方法。
  9. 堆積させることは、化学気相蒸着させること、プラズマ促進化学気相蒸着させること、原子の層を堆積させること、又は、熱的な堆積をさせることを含む、請求項１に記載の方法。
  10. 前記前駆体は、ジメチルジメトキシシラン、ジエトキシメチルシラン、又は、オクタメチルシクロテトラシロキサンの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の方法。
  11. 前記前駆体は、少なくとも一つの孔生成の有機前駆体を含む、請求項１に記載の方法。
  12. 基体に前駆体を堆積させることは、おおよそ二から五（２−５）モルパーセントまでのシロキシアルミニウムを含有する材料を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
  13. 基体に前駆体を堆積させることは、低いｋの誘電体の層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。
  14. 前記基体は、集積回路の基体を含む、請求項１に記載の方法。
  15. 前記基体に堆積させられた前駆体を、熱の、電子ビームの、又は、紫外のエネルギーの少なくとも一つへ露出させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  16. 堆積させられた前駆体を含む誘電体の材料：を含む、層であって、
    該前駆体の少なくとも一つは、複数のシロキシアルミニウム基を含み、
    該シロキシアルミニウム基は、酸素の原子によって互いに結び付けられたケイ素の原子及びアルミニウムの原子を含むと共に、
    該ケイ素及びアルミニウムの原子は、複数の官能基へ結び付けられる、層。
  17. 前記誘電体の材料は、低いｋの誘電体の材料である、請求項１６に記載の層。
  18. 前記誘電体の材料は、おおよそ二から五（２−５）モルパーセントまでのシロキシアルミニウムを含む、請求項１６に記載の層。
  19. 前記複数の官能基は、少なくとも一つのアルコキシ基を含む、請求項１６に記載の層。
  20. 前記少なくとも一つのアルコキシ基は、少なくとも一つの直鎖のアルコキシ基又は少なくとも一つの分岐のアルコキシ基を含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記複数の官能基は、前記アルミニウムの原子と結び付けられた少なくとも一つのアルコキシ基、前記ケイ素の原子と結び付けられた少なくとも一つのアルコキシ基、及び、アルキル基、アミンの基、又はアリール基の少なくとも一つを含む、請求項１６に記載の層。
  22. 前記少なくとも一つのアルキル基は、直鎖のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つ、分岐のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つ、不飽和の非環状のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つ、不飽和の環式のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つ、又は、飽和の環式のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つを含む、請求項２１に記載の層。
  23. 前記堆積させられた前駆体を含む誘電体の層は、集積回路の基体に堆積させられる、請求項１６に記載の層。
  24. 前記誘電体の材料は、エッチストップ層を含む、請求項１６に記載の層。
  25. デバイスであって、
    該デバイスは、堆積させられたアルミノシリケート前駆体を含む低いｋの誘電体の層を含み、
    該アルミノシリケート前駆体は、複数の官能基へ結び付けられたシロキシアルミニウム基；を含むと共に、
    該デバイスは、上に形成された集積回路の特徴を備えた複数の層：を含む、デバイス。
  26. 前記低いｋの誘電体の層は、おおよそ二から五（２−５）モルパーセントまでのシロキシアルミニウムを含む、請求項２５に記載のデバイス。
  27. 前記複数の官能基は、少なくとも一つのアルコキシ基を含む、請求項２５に記載のデバイス。
  28. 前記少なくとも一つのアルコキシ基は、少なくとも一つの直鎖のアルコキシ基又は少なくとも一つの分岐のアルコキシ基を含む、請求項２７に記載のデバイス。
  29. 前記複数の官能基は、前記アルミニウムの原子と結び付けられた少なくとも一つのアルコキシ基、前記ケイ素の原子と結び付けられた少なくとも一つのアルコキシ基、及び、アルキル基、アミンの基、又はアリール基の少なくとも一つを含む、請求項２５に記載のデバイス。
  30. 前記少なくとも一つのアルキル基は、直鎖のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つ、分岐のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つ、不飽和の非環状のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つ、不飽和の環式のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つ、又は、飽和の環式のアルキル基若しくはそれのハロゲン化された誘導体の少なくとも一つを含む、請求項２９に記載のデバイス。
  31. 方法であって、
    該方法は、
    堆積装置へ前駆体を導入することを含み、
    該前駆体は、ケイ素−アルミニウムの構造を含み、
    該ケイ素−アルミニウムの構造は、ケイ素の原子及びアルミニウムの原子を含むと共に、
    該ケイ素の原子及び該アルミニウムの原子は、また、複数の官能基へ結び付けられ；
    該方法は、
    該堆積装置へ酸素源を導入すること；及び
    基体へ誘電体の材料を堆積させること
    ：を含み、
    該誘電体の材料は、シロキシアルミニウム基を含む、
    方法。
  32. 前記ケイ素−アルミニウムの構造は、Ｓｉ−Ａｌ、Ｓｉ−（ＣＨ２）ｎ−Ａｌ（ここで、ｎ＝１以上である）、Ｓｉ−（ＮＨ）−Ａｌ、又は、（Ｓｉ）２−Ｎ−Ａｌの少なくとも一つを含む、請求項３１に記載の方法。
  33. 前記酸素源は、酸素、亜酸化窒素、又は水の少なくとも一つを含む、請求項３１に記載の方法。
  34. 別の材料へ隣接したエッチストップの材料としてアルミノシリケート前駆体を堆積させること：を含む、方法。
  35. 前記エッチストップの材料は、低いｋの誘電体の材料である、請求項３４に記載の方法。
  36. 前記エッチストップの材料は、層として形成される、請求項３４に記載の方法。
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