JP3739081B2 - 低誘電率の炭素含有酸化ケイ素の作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、集積回路において使用される種類の誘電材料を形成する方法に関し、より詳細には、低誘電率絶縁材料を形成する、プラズマ増強化学蒸着法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大規模集積回路の設計者および製造者は、より小さなデバイスを作製し続けており、これらのデバイスにより、より大きな速度およびデバイスの増加した記録密度が可能となる。超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路上の個々のフィーチャー（例えば、トランジスタゲート長）のサイズは、２００ｎｍ未満にまで減少している。結果として得られる、半導体チップ上の増加した記憶密度、および関連した機能性の増加は、各チップ上の相互接続の数および密度を、大いに増加させてきた。
【０００３】
互いに近接してパックされる、機能性および複雑さが増加したより小さなチップ上デバイスは、より小さく、より複雑な（例えば、より高い配線レベル）、そしてより密な間隔の相互接続（ライン、バイアなど）を要求する。より小さなサイズの相互接続は、抵抗を増加させ、そして相互接続間隔を密にし、これによりキャパシタンスが増加し、ＲＣ（抵抗−キャパシタンス）結合の問題（伝播遅延、およびインターレベル導体とイントラレベル導体との間のクロストークノイズを含む）を生じさせる。相互接続ラインとして、インターレベルおよびイントラレベルの両方が、より小さく、より密な間隔となり、ＲＣ遅延が、全シグナル遅延の増加部分となり、より小さなデバイスサイズから誘導される速度平均の大部分を、オフセットする。従って、ＲＣ遅延は、デバイス性能の改善を制限する。小さな導体サイズは、金属ラインの抵抗率（Ｒ）を増加させ、そしてより小さなインターラインおよびインターレベル間隔は、ライン間のキャパシタンス（Ｃ）を増加させる。銅などの低抵抗率金属の使用および開発は、相互接続ラインの抵抗率を減少させ続けている。しかし、キャパシタンスを減少させることもまた、重要である。
【０００４】
キャパシタンス（Ｃ）は、相互接続誘電体の誘電率（ｋ）に正比例するので、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を利用することにより、キャパシタンスは減少され得る。キャパシタンス（Ｃ）を減少させることは、ＵＬＳＩ回路においてＲＣ結合に関する問題を減少させる助けとなる。産業が求めるものは、集積回路において誘電として長く使用されてきた二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の、適切な代用物である。二酸化ケイ素は、優れた熱安定性および比較的良好な誘電特性を有し、約４．０の誘電率を有する。しかし、現在は、集積回路の相互接続において使用するために適切であり、ＳｉＯ2より低い誘電率を有する、相互接続誘電材料に対する必要性が存在する。
【０００５】
ＵＬＳＩ回路における相互接続誘電体として使用されるべき可能な低誘電率材料に対する長い探索の後に、候補物は、用途に依存して、数個に絞られてきた。前途有望な材料の１つは、炭素ドープした酸化ケイ素、すなわち炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）である。
【０００６】
炭素含有酸化ケイ素は、メチルシランベースの前駆体（例えば、トリメチルシランまたはテトラメチルシラン）を使用して、化学蒸着（ＣＶＤ）により首尾よく堆積されてきた。メチルシランベースのＳｉＯＣ材料は、約２．５と３．１との間の誘電率を有する。しかし、メチルシランベースの前駆体は、極度に揮発性かつ可燃性の、有機ケイ素化合物である。これらはまた、高価である。これらの様々な欠点により、メチルシランベースの前駆体の使用は、集積回路デバイスの製造のためには、決して理想的ではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、メチルシランベースの前駆体を使用せずにＳｉＯＣを形成する方法を得ることである。
【０００８】
本発明の課題はまた、容易に入手可能な前駆体材料および装置を使用して、ＳｉＯＣを形成する方法を得ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、集積回路の相互接続構造において使用するために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方法であって、以下の工程：ａ）プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャンバー内に上記基板を配置する工程；ｂ）ケイ素の供給源、酸素の供給源、および炭素の供給源を、上記蒸着チャンバーに導入する工程；ならびにｃ）ケイ素含有フリーラジカル、酸素含有フリーラジカル、および炭素含有フリーラジカルのプラズマを形成するに十分なエネルギーを適用する工程であって、これによって、ケイ素、酸素、および炭素が、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フィルムを形成するために利用可能である、工程；を包含する、方法であり、これにより上記課題が解決される。
【００１０】
本発明の一つの局面は、上記基板が、２００℃より高い温度に加熱される、上記に記載の方法である。
【００１１】
本発明の一つの局面は、上記基板が、約２００℃〜約３００℃の範囲の温度に加熱される、上記に記載の方法である。
【００１２】
本発明の一つの局面は、上記基板が、約２５０℃の温度に加熱される、上記に記載の方法である。
【００１３】
本発明の一つの局面は、上記ケイ素の供給源が、シラン（ＳｉＨ4）を含む、上記に記載の方法である。
【００１４】
本発明の一つの局面は、上記酸素の供給源が、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を含む、上記に記載の方法である。
【００１５】
本発明の一つの局面は、上記炭素の供給源が、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）を含む、上記に記載の方法である。
【００１６】
本発明の一つの局面は、上記炭素の供給源が、メタン（ＣＨ4）を含む、上記に記載の方法である。
【００１７】
本発明の一つの局面は、上記炭素の供給源が、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）およびメタン（ＣＨ4）を含む、上記に記載の方法である。
【００１８】
さらに本発明は、集積回路の相互接続構造において使用するために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方法であって、以下の工程：ａ）ＰＥＣＶＤチャンバー内に上記基板を配置する工程、および上記基板を２００℃より高い温度に加熱する工程；ｂ）ケイ素前駆体、酸素前駆体、網目構造終結性前駆体、および改質剤前駆体を、上記ＰＥＣＶＤチャンバーに導入する工程；ならびにｃ）ケイ素フリーラジカル、酸素フリーラジカル、網目構造終結性フリーラジカル、および改質剤フリーラジカルを含むプラズマを形成するに十分なエネルギーを適用する工程であって、これによって、ケイ素、酸素、および炭素を含むプラズマが提供され、網目構造終結性種を含む炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フィルムを形成する、工程；を包含する、方法であり、これにより上記課題が解決される。
【００１９】
本発明の一つの局面は、上記ケイ素前駆体が、シランである、上記に記載の方法である。
【００２０】
本発明の一つの局面は、上記酸素前駆体が、一酸化二窒素または酸素である、上記に記載の方法である。
【００２１】
本発明の一つの局面は、上記網目構造終結性前駆体が、飽和炭化水素である、上記に記載の方法である。
【００２２】
本発明の一つの局面は、上記飽和炭化水素前駆体が、メチルフリーラジカルを生成する、上記に記載の方法である。
【００２３】
本発明の一つの局面は、上記飽和炭化水素が、メタンである、上記に記載の方法である。
【００２４】
本発明の一つの局面は、上記飽和炭化水素が、プロピルフリーラジカルを生成する、上記に記載の方法である。
【００２５】
本発明の一つの局面は、上記飽和炭化水素が、プロパンである、上記に記載の方法である。
【００２６】
本発明の一つの局面は、上記改質剤前駆体が、アルキンである、上記に記載の方法である。
【００２７】
本発明の一つの局面は、上記アルキンが、アセチレンである、上記に記載の方法である。
【００２８】
本発明の一つの局面は、上記改質剤前駆体が、アルケンである、上記に記載の方法である。
【００２９】
本発明の一つの局面は、上記アルケンが、エチレンである、上記に記載の方法である。
【００３０】
またさらに本発明は、集積回路の相互接続構造において使用するために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方法であって、以下の工程：ａ）ＰＥＣＶＤチャンバー内に上記基板を配置する工程、および上記基板を２００℃より高い温度に加熱する工程；ｂ）ケイ素フリーラジカル、酸素フリーラジカル、網目構造終結性フリーラジカル、架橋性フリーラジカル、および改質剤フリーラジカルを含むプラズマを形成するに十分なエネルギーの適用下で、シラン、一酸化二窒素、メタン、およびアセチレンを、上記ＰＥＣＶＤチャンバーに導入する工程であって、これによって、上記改質剤フリーラジカルが、上記架橋性フリーラジカルと反応し、そして上記架橋性フリーラジカルを減少させて、上記網目構造終結性フリーラジカルを残し、上記網目構造終結性フリーラジカルが反応して所望の炭素含有酸化ケイ素を形成する、工程；ならびにｃ）上記基板をアニールする工程、を包含する、方法であり、これにより上記課題が解決される。
【００３１】
本発明の一つの局面は、メタンおよびアセチレンが、５：１と１：５との間の比で導入される、上記に記載の方法である。
【００３２】
本発明の一つの局面は、メタンおよびアセチレンが、５：２の比で導入される、上記に記載の方法である。
【００３３】
本発明の一つの局面は、メタンおよびアセチレンが、１：１の比で導入される、上記に記載の方法である。
【００３４】
従って、半導体デバイスのための相互接続誘電材料を形成するための方法が、提供される。この方法は、以下の工程：
ａ）基板をプラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャンバー内に配置する工程：ならびに
ｂ）ケイ素含有フリーラジカル、酸素含有フリーラジカルおよび炭素含有フリーラジカルのプラズマを形成するに十分なエネルギーの適用下で、ケイ素の供給源、酸素の供給源、および炭素の供給源を、蒸着チャンバーに導入する工程であって、これによって、ケイ素、酸素、および炭素が、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フィルムを形成するために利用可能である、工程、を包含する。本発明の好ましい実施形態においては、ケイ素の供給源はシランであり、酸素の供給源は一酸化二窒素または酸素であり、そして炭素の供給源はメタン、アセチレンまたはその両方である。これらの前駆体は、容易に入手可能であり、そして４．０未満の誘電率を有する材料を生成する。メタンおよびアセチレンの両方を使用する、好ましい実施形態においては、この方法は、３．０未満の誘電率を有する材料を生成する。
【００３５】
より低い密度およびより低い誘電率を有する材料は、より多くの網目構造終結性種を導入すること、および架橋材種の数を減少させることによって、生成される。誘電率の減少は、メチル（−ＣＨ3）基をＳｉＯ2網目構造にドープしてＳｉＯＣを形成することにより達成され得、ここでいくつかのＳｉ−Ｏ結合は、Ｓｉ−ＣＨ3結合で置換される。
【００３６】
炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）とは、本明細書中において、酸化ケイ素および炭素を含有する材料を表し、さらなる材料が存在し得、そして望ましくさえあり得る。特に、所望のメチル基を形成する水素が望ましい。本発明の方法の好ましい実施形態の例として、相互接続誘電材料が、メチル基（−ＣＨ3）により提供される炭素成分を用いて生成され、Ｈ3Ｃ−ＳｉＯ8に類似の構造を形成する。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態においては、メタンとアセチレンとの両方が、プラズマチャンバーに導入される。このチャンバー内のプラズマエネルギーは、メタンをメチル（−ＣＨ3）およびカルベン（−ＣＨ2−）に転換する。メチルは、網目構造終結性フリーラジカル（すなわち、種）であり、そしてカルベンは、架橋性フリーラジカル（すなわち、種）である。種とは、本明細書中において、プラズマ中でフリーなままであるフリーラジカル、および材料の形成の際に一旦結合したフリーラジカルをも表す。例えば、以下：
【００３８】
【化１】
のような、網目構造終結性種（−ＣＨ3）を有する構造は、より低い密度およびより低い誘電率の材料を生成するので、これらは好ましい。架橋性種を組み込む構造は、例えば、以下：
【００３９】
【化２】
のような、所望でないアモルファスシリコンカーバイド型の結合を形成する傾向があり、好ましくは減少または排除される。
【００４０】
本発明の方法の別の好ましい実施形態においては、気体前駆体が、プラズマチャンバー内に導入される。これらの気体前駆体は、ケイ素前駆体（好ましくは、シラン）、酸素前駆体（好ましくは、一酸化二窒素）、網目構造終結性前駆体（好ましくは、メタン）、および改質剤前駆体（好ましくは、アセチレン）を含有する。メタンとアセチレンとの両方は、炭素を含み、そして可能な炭素の供給源として作用するが、これらの組み合わせが好ましい。メタンは、網目構造終結性フリーラジカルであるメチル（−ＣＨ3）を、あまり好ましくない架橋性フリーラジカルであるカルベン（−ＣＨ2−）と共に提供する。改質剤前駆体（この場合には、アセチレン）の存在によって、網目構造終結性種の生成が増強されるか、または所望でない種が減少されるかのいずれかであり、これによって、メチルの大部分がＳｉ−Ｏ結合と置換し、より誘電率の低い材料を生成し得る。
【００４１】
プラズマチャンバー内での処理に続いて、この基板はさらに、−ＯＨを減少させてフィルムを調整するために、アニールされる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明は、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）を、シリコンウェハまたは他の基板上に堆積させる方法を提供する。このウェハは、集積回路（ＩＣ）フィーチャー（例えば、トランジスタならびに他の能動デバイスおよび受動デバイス）をウェハ上に形成するための周知の技術を使用することによって、調製されてきた。ウェハ上の集積回路フィーチャーのタイプおよび数は、低誘電率ＳｉＯＣが超大規模集積（ＵＬＳＩ）デバイス上に最も有利に利用されることを除き、本発明のプロセスに対して重要ではない。相互接続構造において使用されるフォーム、アーキテクチャおよび導電性材料、ならびにこのような構造を形成する方法は、本明細書中には記載しない。これらは、当業者に周知の設計的選択事項である。本発明は、適切な低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）誘電フィルムを形成する方法に関し、これらのフィルムは、ウェハ上に堆積され、そして導電性ライン、バイア、およびＩＣデバイスにおける他の導体の間および周囲での使用に適する。
【００４３】
図１は、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）プロセスを、ウェハ１２などの基板上で実施するために適切な装置１０の概略図である。装置１０は、１つ以上のウェハ１２を保持するに適したサイズのＰＥＣＶＤチャンバー１６を備え、このウェハは、チャック２０上で、チャンバー１６内に支持される。このようなチャンバーについて典型的であるように、内部２２は、適切なポンプおよびバルブ装置（これは、図１においてポンプ２６として概略的に示される）によって、所望のように排気または加圧され得る。個々のウェハ１２は、適切なウェハハンドラー３０によって、チャンバー１６の壁のゲートバルブ３２を通してチャック２０の上に置くか、またはそこから離すことによって、チャンバー１６の内外に移動される。
【００４４】
ＰＥＣＶＤにおいて使用される、選択された気体が、適切なマニホルドシステム３６を通し、様々な気体供給リザーバ（包括的に４０で示す）から、バルブ４２により制御されて、チャンバーに導入される。例示の目的で、３つのみの供給リザーバが示されるが、必要なだけ多くのリザーバが使用される。本発明の好ましい実施形態においては、少なくとも４つの気体が使用され、その結果、４つまでの供給リザーバが使用される。チャンバー１６への導入前に、単一の供給リザーバ内で１つ以上の前駆体気体を組み合わせることもまた可能である。これらの気体は、気体を分配する、シャワーヘッド４６と通常呼ばれるものを通して、チャンバー１６に導入される。チャック２０は、所望の温度に加熱され得、加熱要素５０が概略的に示される。加熱要素５０およびチャック２０は、一緒に使用されて、ＰＥＣＶＤプロセスの間にウェハ１２の温度を選択する。
【００４５】
プラズマエネルギーは、無線周波数（ＲＦ）ジェネレータ５２を通してチャンバー１６に供給される。無線周波数（ＲＦ）ジェネレータ５２は、シャワーヘッド４６を通して放射される、高周波数（ＨＦ）ＲＦ出力を供給する。ＰＥＣＶＤチャンバーにおけるＨＦプラズマエネルギーの業界標準は、１３．５６ＭＨｚであるが、本発明は、いずれの特定の高周波数値にも限定されない。装置１０はまた、チャンバー１６の内部に低周波数（ＬＦ）出力を供給するための、ＬＦジェネレータ５６を含む。ＬＦ出力は、チャック１６とシャワーヘッド４６との間に、当業者に周知の様式で、適用される。ＬＦ出力は利用可能であるが、本発明に必ずしも必要ではない。
【００４６】
図２は、本発明の方法の工程を示す。この方法を、図１および図２を参照して記載する。ウェハ１２が調製され、次いでウェハハンドラー３０によって、ＰＥＣＶＤチャンバー１６内のチャック２０上に配置される。ウェハ１２は、典型的に、任意の所望の回路構造を用いて調製されるシリコンウェハであり、そして本発明の方法に従う、さらなる処理の準備ができている。ウェハ１２は、低誘電率材料を受容するための上面５８を有する。図２における第一工程は、工程７０であり、この工程は、ウェハ１２を２００℃より高い温度に加熱する工程である。本発明の好ましい実施形態においては、ウェハ１２は、一般に２００℃〜３００℃の範囲の温度に、好ましくは２５０℃に、加熱される。
【００４７】
工程７２は、ケイ素の供給源（好ましくは、シラン（ＳｉＨ4））を、適切な供給器４０からマニホルド３６を通して、チャンバー１６へと導入する工程である。
【００４８】
工程７４は、酸素の供給源（好ましくは、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）または酸素）を、適切な供給器４０からマニホルド３６を通して、チャンバー１６へと導入する工程である。
【００４９】
工程７６は、炭素の供給源を導入する工程である。炭素の供給源は、好ましくは、メチル基（−ＣＨ3）をプラズマ中に提供する。本発明の好ましい実施形態においては、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、メタン（ＣＨ4）、または好ましくは、これら両方の組み合わせが、炭素の供給源として使用される。
【００５０】
工程７２、７４、および７６から明らかであるように、ケイ素の供給源、酸素の供給源、および炭素の供給源は、好ましくは、別個の供給源からである。これらの別個の供給源は、一般に、より複雑な有機ケイ素前駆体よりも、容易に入手可能であり、そして安価である。
【００５１】
工程７２、７４、および７６の間に、工程７８に示すように、適切なプラズマ出力が、チャンバー１６に適用される。ＰＥＣＶＤ処理の当業者に公知であるように、チャンバー１６内のプラズマエネルギーは、導入した気体をイオン化させ、ポリマーラジカルを生成させ、このポリマーラジカルが、ウェハ１２の表面５８に堆積する。本発明において、適切なプラズマ出力は、基板表面（すなわち、上面５８の表面積）の１ｃｍ2あたり０．５Ｗと３Ｗとの間のエネルギーレベルで、ＨＦエネルギー（１３．８６ＭＨｚ）を含む。
【００５２】
本発明の好ましい方法においては、炭素供給源（工程７６）は、網目構造終結性前駆体および改質剤前駆体を含む。本明細書中において使用する場合には、「網目構造終結性前駆体」とは、少なくとも１つの網目構造終結性フリーラジカル（すなわち、種）を、ＰＥＣＶＤチャンバー内で生成する前駆体を表す。例えば、好ましい実施形態における網目構造終結性前駆体は、メタン（ＣＨ4）であり、これは、メチルフリーラジカル（−ＣＨ3）を生成する。一旦、メチルフリーラジカルがケイ素原子に結合すると、その炭素原子の周りの末端水素原子に対してはさらなる結合が形成され得ないという点で、メチルフリーラジカルは、網目構造終結性である。
【００５３】
例えばメタンが、網目構造終結性フリーラジカルであるメチルを生成するのみであるならば、このことは非常に率直である。不運なことに、ＰＥＣＶＤチャンバー内のメタンはまた、カルベン（−ＣＨ2−）をも生成する。カルベンは、２つのフリー結合を有し、これによって炭素原子が、誘電材料中の２つの原子と結合し得る。炭素原子へのさらなる結合を可能にする、フリーラジカル（すなわち、種）は、本明細書中において、不飽和（または「架橋性」）フリーラジカル（すなわち、種）と呼ばれる。さらに、水素が一般に、処理中にカルベンから除去される。この水素の除去により、炭素原子が４つのケイ素原子と結合して、所望でないシリコンカーバイドタイプの構造を形成し得る。
【００５４】
本発明の好ましい実施形態においては、改質剤前駆体がＰＥＣＶＤチャンバーに導入されて、架橋性フリーラジカル（すなわち、種）を減少または排除する。改質剤前駆体とは、プラズマ内で反応して、所望でないフリーラジカル（すなわち、種）を減少または排除するか、あるいは所望のフリーラジカル（すなわち、種）を増強または増加させるかのいずれかである、前駆体である。改質剤種は、好ましくは、アセチレンなどのアルキン（三重結合した炭素原子を有する分子）である。アセチレン化学は、飽和種の生成を増強するか、またはカルベンおよび他の不飽和種を減少させるかのいずれかによって、メチルまたは他の飽和種の割合を増加させる。この結果として、アモルファスシリコンカーバイドタイプの構造の形成と比較して、ＳｉＯＣの形成に、メチルがさらにより効率的に組み込まれる。メチルの組み込みにより、Ｓｉ−Ｃ−Ｓｉタイプの構造の代わりに、Ｓｉ−ＣＨ3タイプの構造に類似の構造が生成する。ＳｉＯＣにおけるメチル構造の存在は、フィルムが本質的に固体のままであってさえも、低誘電率に直接寄与する。アセチレンが好ましいが、本発明の方法には絶対的に必要ではない。エチレンなどのアルケン（二重結合した炭素原子を有する分子）もまた、使用され得る。本発明を、いずれの改質剤前駆体もなしに実施することもまた、可能である。
【００５５】
ＰＥＣＶＤチャンバー中の反応を、以下のように要約する。
【００５６】
（プラズマ重合化学）
前駆体： （ＳｉＨ4＋Ｎ2Ｏ）＋（Ｃ2Ｈ2＋ＣＨ4）
プラズマ放電により生成するフリーラジカル：
工程７２において、シラン（ＳｉＨ4）をチャンバー１６に導入する。工程７８において、プラズマエネルギーを適用し、ケイ素含有フリーラジカルであるシリル、および水素原子を生成する。
【００５７】
【化３】
工程７４において、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）をチャンバー１６に導入する。工程７８において、プラズマエネルギーを適用し、酸化窒素、酸素原子、および窒素原子を生成する。
【００５８】
【化４】
工程７６において、メタン（ＣＨ4）をチャンバー１６に導入する。工程７８において、プラズマエネルギーを適用し、炭素含有フリーラジカル（好ましくは、メチル）を生成する。より望ましくない炭素含有フリーラジカルである、カルベン（これは、架橋性フリーラジカルとして作用する）もまた、水素原子と共に生成する。
【００５９】
【化５】
工程７６において、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）が、チャンバー１６に導入される。工程７８において、プラズマエネルギーを適用し、さらなる炭素含有フリーラジカルを生成する。別の可能な炭素の供給源を提供することに加えて、アセチレンおよびそのラジカル（すなわち、カルビン）は、プラズマ中で改質剤として作用し、メチルを増強するか、またはカルベンを減少させる。
【００６０】
【化６】
本発明の方法の好ましい実施形態において、チャンバー１６に導入されるシラン、一酸化二窒素、メタンおよびアセチレンの割合は、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によりウェハ１２上に炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）を堆積するよう選択される。メタン対アセチレンの選択される割合は、約５：１と１：５との間であり、好ましくは１：１である。
【００６１】
本発明の方法に従って、ウェハ１２の上に堆積される炭素含有酸化ケイ素は、二酸化ケイ素より低い誘電率を有する。好ましい実施形態においては、ＳｉＯＣは、メチルシラン前駆体の使用により提供される誘電率に匹敵する誘電率を有するが、より容易に利用可能であり、かつより安価な前駆体を使用する。
【００６２】
最後に、ウェハ１２を、ハンドラー３０などの任意の適切な手段によって、チャンバー１６から取り出し、そして適切なアニールオーブン内で、一般には３００℃〜５００℃の範囲の温度、好ましくは４００℃で、１〜５時間アニールする（工程１１０）。本発明の代替の実施形態においては、堆積が約４００℃より高い温度でなされる場合には、このアニール工程は排除され得る。このことは、本発明に付随する費用を減少させ得る。
【００６３】
以下は、本発明の方法の特定の実験実施例である。
【００６４】
【実施例】
Ｏｘｆｏｒｄ ｐｌａｓｍａ ｌａｂ １００ ＰＥＣＶＤシステムチャンバー内で、６インチウェハ１２をチャック２０上に配置し、そして２５０℃の温度に加熱した。ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＣＨ4、およびＣ2Ｈ2の気体流を、約１５：３０：５０：２０のＳｉＨ4：Ｎ2Ｏ：ＣＨ4：Ｃ2Ｈ2の比を提供するように、チャンバー１６へと導入する。ＨＦ出力（１３．５６ＭＨｚ）を、５０Ｗの出力レベルで適用する。チャンバー内の周囲圧力を、約０．４Ｔｏｒｒに維持する。
【００６５】
上記の条件により、１分間あたり約３７０ÅのＳｉＯＣが堆積する。堆積を、所望の厚さの材料が堆積するに十分な時間、継続する。上記の条件を使用して生成する相互接続誘電材料は、約２．８５の誘電率を有し、これは、二酸化ケイ素の誘電率４．１より十分に低い。
【００６６】
チャンバー１６内での処理に続いて、ウェハ１２を、４００℃の温度で２時間アニールする。
【００６７】
アセチレンおよびメタンの代わりに、アセチレンを使用すると、３．４の誘電率を有する相互接続誘電体が、１分間あたり７７０Åの速度で堆積する。アセチレンおよびメタンの代わりに、メタンのみを使用すると、３．４５の誘電率を有する相互接続誘電体が、１分間あたり２２０Åの速度で堆積する。これらの代替例の両方が、ＳｉＯ2より低い誘電率を有するＳｉＯＣ材料を提供するが、上記で堆積する、２．８５の誘電率を有するＳｉＯＣ材料が、好ましい。
【００６８】
上記では、メタンが網目構造終結性前駆体として使用されるが、他の網目構造終結性前駆体が使用されてもよい。好ましくは、網目構造終結性前駆体は、飽和炭化水素である。または、本発明の別の実施形態においては、網目構造終結性前駆体の例は、プロパンである。プロパンは、プロピルを、プラズマ内に、所望でないフリーラジカルと共に生成する。プロパンのさらなる複雑さに起因して、多くのさらなるフリーラジカルが形成される。このことは、１つ以上の改質剤前駆体が、存在するあらゆる架橋性フリーラジカル（すなわち、種）を適切に減少または排除することを要求する。
【００６９】
アセチレンは、好ましい改質剤前駆体であるが、他の改質剤前駆体もまた、本発明の範囲内である。
【００７０】
さらなる代替の実施形態が、本発明の範囲内で可能である。本発明は、種々の前駆体材料を使用して、実施され得る。本発明の範囲内の方法の他の改変は、当業者に想到される。従って、上述の開示およびその説明は、例示の目的のみであり、本発明を限定するとは意図されない。本発明は、特許請求の範囲により規定される。
【００７１】
低誘電率相互接続誘電材料を作製する方法であって、ＰＥＣＶＤプロセスおよび容易に入手可能な前駆体を使用して、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）を生成する。ＳｉＯＣ誘電材料は、シランおよび一酸化二窒素の従来のシランベースの気体前駆体を、炭化水素気体と共に使用して、生成される。シランベースの気体前駆体と組み合わせての、メタンおよびアセチレンの使用が提供される。メタンは、網目構造終結性種、特にメチルを生成し、これが二酸化ケイ素網目構造中のＳｉ−Ｏ結合の酸素と置換する。これにより、材料の容量が増加し、密度および誘電率が減少する。アセチレンは、炭素の可能な供給源として、および改質剤として作用し、カルベンなどの所望でない架橋種を減少もしくは排除するか、またはメチルなどの所望の網目構造終結性種を増強する。打込みに続いて、−ＯＨを減少させるため、および誘電率を潜在的にさらに低下させるために、この材料をアニールする。
【００７２】
【発明の効果】
本発明により、メチルシランベースの前駆体を使用せずにＳｉＯＣを形成することが可能となった。さらに、容易に入手可能な前駆体材料および装置を使用して、ＳｉＯＣを形成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のプロセスにおいて選択した工程を実施するための、ＰＥＣＶＤチャンバーの概略図である。
【図２】図２は、本発明に従って、図１に示すようなチャンバー内で、基板上にＳｉＯＣを堆積させるための方法における工程を示す、ブロック図である。
【符号の説明】
１２ ウェハ
１６ ＰＥＣＶＤチャンバー
２０ チャック
２６ ポンプ
３０ ウェハハンドラー
３２ ゲートバルブ
３６ マニホルド
４０ 供給器
４２ バルブ
４６ シャワーヘッド
５０ 加熱要素
５２ ＲＦジェネレータ
５６ ＬＦジェネレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、集積回路において使用される種類の誘電材料を形成する方法に関し、より詳細には、低誘電率絶縁材料を形成する、プラズマ増強化学蒸着法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大規模集積回路の設計者および製造者は、より小さなデバイスを作製し続けており、これらのデバイスにより、より大きな速度およびデバイスの増加した記録密度が可能となる。超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路上の個々のフィーチャー（例えば、トランジスタゲート長）のサイズは、２００ｎｍ未満にまで減少している。結果として得られる、半導体チップ上の増加した記憶密度、および関連した機能性の増加は、各チップ上の相互接続の数および密度を、大いに増加させてきた。
【０００３】
互いに近接してパックされる、機能性および複雑さが増加したより小さなチップ上デバイスは、より小さく、より複雑な（例えば、より高い配線レベル）、そしてより密な間隔の相互接続（ライン、バイアなど）を要求する。より小さなサイズの相互接続は、抵抗を増加させ、そして相互接続間隔を密にし、これによりキャパシタンスが増加し、ＲＣ（抵抗−キャパシタンス）結合の問題（伝播遅延、およびインターレベル導体とイントラレベル導体との間のクロストークノイズを含む）を生じさせる。相互接続ラインとして、インターレベルおよびイントラレベルの両方が、より小さく、より密な間隔となり、ＲＣ遅延が、全シグナル遅延の増加部分となり、より小さなデバイスサイズから誘導される速度平均の大部分を、オフセットする。従って、ＲＣ遅延は、デバイス性能の改善を制限する。小さな導体サイズは、金属ラインの抵抗率（Ｒ）を増加させ、そしてより小さなインターラインおよびインターレベル間隔は、ライン間のキャパシタンス（Ｃ）を増加させる。銅などの低抵抗率金属の使用および開発は、相互接続ラインの抵抗率を減少させ続けている。しかし、キャパシタンスを減少させることもまた、重要である。
【０００４】
キャパシタンス（Ｃ）は、相互接続誘電体の誘電率（ｋ）に正比例するので、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を利用することにより、キャパシタンスは減少され得る。キャパシタンス（Ｃ）を減少させることは、ＵＬＳＩ回路においてＲＣ結合に関する問題を減少させる助けとなる。産業が求めるものは、集積回路において誘電として長く使用されてきた二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の、適切な代用物である。二酸化ケイ素は、優れた熱安定性および比較的良好な誘電特性を有し、約４．０の誘電率を有する。しかし、現在は、集積回路の相互接続において使用するために適切であり、ＳｉＯ2より低い誘電率を有する、相互接続誘電材料に対する必要性が存在する。
【０００５】
ＵＬＳＩ回路における相互接続誘電体として使用されるべき可能な低誘電率材料に対する長い探索の後に、候補物は、用途に依存して、数個に絞られてきた。前途有望な材料の１つは、炭素ドープした酸化ケイ素、すなわち炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）である。
【０００６】
炭素含有酸化ケイ素は、メチルシランベースの前駆体（例えば、トリメチルシランまたはテトラメチルシラン）を使用して、化学蒸着（ＣＶＤ）により首尾よく堆積されてきた。メチルシランベースのＳｉＯＣ材料は、約２．５と３．１との間の誘電率を有する。しかし、メチルシランベースの前駆体は、極度に揮発性かつ可燃性の、有機ケイ素化合物である。これらはまた、高価である。これらの様々な欠点により、メチルシランベースの前駆体の使用は、集積回路デバイスの製造のためには、決して理想的ではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、メチルシランベースの前駆体を使用せずにＳｉＯＣを形成する方法を得ることである。
【０００８】
本発明の課題はまた、容易に入手可能な前駆体材料および装置を使用して、ＳｉＯＣを形成する方法を得ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、集積回路の相互接続構造において使用するために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方法であって、以下の工程：ａ）プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャンバー内に上記基板を配置する工程；ｂ）ケイ素の供給源、酸素の供給源、および炭素の供給源を、上記蒸着チャンバーに導入する工程；ならびにｃ）ケイ素含有フリーラジカル、酸素含有フリーラジカル、および炭素含有フリーラジカルのプラズマを形成するに十分なエネルギーを適用する工程であって、これによって、ケイ素、酸素、および炭素が、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フィルムを形成するために利用可能である、工程；を包含する、方法であり、これにより上記課題が解決される。
【００１０】
本発明の一つの局面は、上記基板が、２００℃より高い温度に加熱される、上記に記載の方法である。
【００１１】
本発明の一つの局面は、上記基板が、約２００℃〜約３００℃の範囲の温度に加熱される、上記に記載の方法である。
【００１２】
本発明の一つの局面は、上記基板が、約２５０℃の温度に加熱される、上記に記載の方法である。
【００１３】
本発明の一つの局面は、上記ケイ素の供給源が、シラン（ＳｉＨ4）を含む、上記に記載の方法である。
【００１４】
本発明の一つの局面は、上記酸素の供給源が、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を含む、上記に記載の方法である。
【００１５】
本発明の一つの局面は、上記炭素の供給源が、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）を含む、上記に記載の方法である。
【００１６】
本発明の一つの局面は、上記炭素の供給源が、メタン（ＣＨ4）を含む、上記に記載の方法である。
【００１７】
本発明の一つの局面は、上記炭素の供給源が、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）およびメタン（ＣＨ4）を含む、上記に記載の方法である。
【００１８】
さらに本発明は、集積回路の相互接続構造において使用するために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方法であって、以下の工程：ａ）ＰＥＣＶＤチャンバー内に上記基板を配置する工程、および上記基板を２００℃より高い温度に加熱する工程；ｂ）ケイ素前駆体、酸素前駆体、網目構造終結性前駆体、および改質剤前駆体を、上記ＰＥＣＶＤチャンバーに導入する工程；ならびにｃ）ケイ素フリーラジカル、酸素フリーラジカル、網目構造終結性フリーラジカル、および改質剤フリーラジカルを含むプラズマを形成するに十分なエネルギーを適用する工程であって、これによって、ケイ素、酸素、および炭素を含むプラズマが提供され、網目構造終結性種を含む炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フィルムを形成する、工程；を包含する、方法であり、これにより上記課題が解決される。
【００１９】
本発明の一つの局面は、上記ケイ素前駆体が、シランである、上記に記載の方法である。
【００２０】
本発明の一つの局面は、上記酸素前駆体が、一酸化二窒素または酸素である、上記に記載の方法である。
【００２１】
本発明の一つの局面は、上記網目構造終結性前駆体が、飽和炭化水素である、上記に記載の方法である。
【００２２】
本発明の一つの局面は、上記飽和炭化水素前駆体が、メチルフリーラジカルを生成する、上記に記載の方法である。
【００２３】
本発明の一つの局面は、上記飽和炭化水素が、メタンである、上記に記載の方法である。
【００２４】
本発明の一つの局面は、上記飽和炭化水素が、プロピルフリーラジカルを生成する、上記に記載の方法である。
【００２５】
本発明の一つの局面は、上記飽和炭化水素が、プロパンである、上記に記載の方法である。
【００２６】
本発明の一つの局面は、上記改質剤前駆体が、アルキンである、上記に記載の方法である。
【００２７】
本発明の一つの局面は、上記アルキンが、アセチレンである、上記に記載の方法である。
【００２８】
本発明の一つの局面は、上記改質剤前駆体が、アルケンである、上記に記載の方法である。
【００２９】
本発明の一つの局面は、上記アルケンが、エチレンである、上記に記載の方法である。
【００３０】
またさらに本発明は、集積回路の相互接続構造において使用するために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方法であって、以下の工程：ａ）ＰＥＣＶＤチャンバー内に上記基板を配置する工程、および上記基板を２００℃より高い温度に加熱する工程；ｂ）ケイ素フリーラジカル、酸素フリーラジカル、網目構造終結性フリーラジカル、架橋性フリーラジカル、および改質剤フリーラジカルを含むプラズマを形成するに十分なエネルギーの適用下で、シラン、一酸化二窒素、メタン、およびアセチレンを、上記ＰＥＣＶＤチャンバーに導入する工程であって、これによって、上記改質剤フリーラジカルが、上記架橋性フリーラジカルと反応し、そして上記架橋性フリーラジカルを減少させて、上記網目構造終結性フリーラジカルを残し、上記網目構造終結性フリーラジカルが反応して所望の炭素含有酸化ケイ素を形成する、工程；ならびにｃ）上記基板をアニールする工程、を包含する、方法であり、これにより上記課題が解決される。
【００３１】
本発明の一つの局面は、メタンおよびアセチレンが、５：１と１：５との間の比で導入される、上記に記載の方法である。
【００３２】
本発明の一つの局面は、メタンおよびアセチレンが、５：２の比で導入される、上記に記載の方法である。
【００３３】
本発明の一つの局面は、メタンおよびアセチレンが、１：１の比で導入される、上記に記載の方法である。
【００３４】
従って、半導体デバイスのための相互接続誘電材料を形成するための方法が、提供される。この方法は、以下の工程：
ａ）基板をプラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャンバー内に配置する工程：ならびに
ｂ）ケイ素含有フリーラジカル、酸素含有フリーラジカルおよび炭素含有フリーラジカルのプラズマを形成するに十分なエネルギーの適用下で、ケイ素の供給源、酸素の供給源、および炭素の供給源を、蒸着チャンバーに導入する工程であって、これによって、ケイ素、酸素、および炭素が、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フィルムを形成するために利用可能である、工程、を包含する。本発明の好ましい実施形態においては、ケイ素の供給源はシランであり、酸素の供給源は一酸化二窒素または酸素であり、そして炭素の供給源はメタン、アセチレンまたはその両方である。これらの前駆体は、容易に入手可能であり、そして４．０未満の誘電率を有する材料を生成する。メタンおよびアセチレンの両方を使用する、好ましい実施形態においては、この方法は、３．０未満の誘電率を有する材料を生成する。
【００３５】
より低い密度およびより低い誘電率を有する材料は、より多くの網目構造終結性種を導入すること、および架橋材種の数を減少させることによって、生成される。誘電率の減少は、メチル（−ＣＨ3）基をＳｉＯ2網目構造にドープしてＳｉＯＣを形成することにより達成され得、ここでいくつかのＳｉ−Ｏ結合は、Ｓｉ−ＣＨ3結合で置換される。
【００３６】
炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）とは、本明細書中において、酸化ケイ素および炭素を含有する材料を表し、さらなる材料が存在し得、そして望ましくさえあり得る。特に、所望のメチル基を形成する水素が望ましい。本発明の方法の好ましい実施形態の例として、相互接続誘電材料が、メチル基（−ＣＨ3）により提供される炭素成分を用いて生成され、Ｈ3Ｃ−ＳｉＯ8に類似の構造を形成する。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態においては、メタンとアセチレンとの両方が、プラズマチャンバーに導入される。このチャンバー内のプラズマエネルギーは、メタンをメチル（−ＣＨ3）およびカルベン（−ＣＨ2−）に転換する。メチルは、網目構造終結性フリーラジカル（すなわち、種）であり、そしてカルベンは、架橋性フリーラジカル（すなわち、種）である。種とは、本明細書中において、プラズマ中でフリーなままであるフリーラジカル、および材料の形成の際に一旦結合したフリーラジカルをも表す。例えば、以下：
【００３８】
【化１】
【００３９】
【化２】
【００４０】
本発明の方法の別の好ましい実施形態においては、気体前駆体が、プラズマチャンバー内に導入される。これらの気体前駆体は、ケイ素前駆体（好ましくは、シラン）、酸素前駆体（好ましくは、一酸化二窒素）、網目構造終結性前駆体（好ましくは、メタン）、および改質剤前駆体（好ましくは、アセチレン）を含有する。メタンとアセチレンとの両方は、炭素を含み、そして可能な炭素の供給源として作用するが、これらの組み合わせが好ましい。メタンは、網目構造終結性フリーラジカルであるメチル（−ＣＨ3）を、あまり好ましくない架橋性フリーラジカルであるカルベン（−ＣＨ2−）と共に提供する。改質剤前駆体（この場合には、アセチレン）の存在によって、網目構造終結性種の生成が増強されるか、または所望でない種が減少されるかのいずれかであり、これによって、メチルの大部分がＳｉ−Ｏ結合と置換し、より誘電率の低い材料を生成し得る。
【００４１】
プラズマチャンバー内での処理に続いて、この基板はさらに、−ＯＨを減少させてフィルムを調整するために、アニールされる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明は、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）を、シリコンウェハまたは他の基板上に堆積させる方法を提供する。このウェハは、集積回路（ＩＣ）フィーチャー（例えば、トランジスタならびに他の能動デバイスおよび受動デバイス）をウェハ上に形成するための周知の技術を使用することによって、調製されてきた。ウェハ上の集積回路フィーチャーのタイプおよび数は、低誘電率ＳｉＯＣが超大規模集積（ＵＬＳＩ）デバイス上に最も有利に利用されることを除き、本発明のプロセスに対して重要ではない。相互接続構造において使用されるフォーム、アーキテクチャおよび導電性材料、ならびにこのような構造を形成する方法は、本明細書中には記載しない。これらは、当業者に周知の設計的選択事項である。本発明は、適切な低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）誘電フィルムを形成する方法に関し、これらのフィルムは、ウェハ上に堆積され、そして導電性ライン、バイア、およびＩＣデバイスにおける他の導体の間および周囲での使用に適する。
【００４３】
図１は、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）プロセスを、ウェハ１２などの基板上で実施するために適切な装置１０の概略図である。装置１０は、１つ以上のウェハ１２を保持するに適したサイズのＰＥＣＶＤチャンバー１６を備え、このウェハは、チャック２０上で、チャンバー１６内に支持される。このようなチャンバーについて典型的であるように、内部２２は、適切なポンプおよびバルブ装置（これは、図１においてポンプ２６として概略的に示される）によって、所望のように排気または加圧され得る。個々のウェハ１２は、適切なウェハハンドラー３０によって、チャンバー１６の壁のゲートバルブ３２を通してチャック２０の上に置くか、またはそこから離すことによって、チャンバー１６の内外に移動される。
【００４４】
ＰＥＣＶＤにおいて使用される、選択された気体が、適切なマニホルドシステム３６を通し、様々な気体供給リザーバ（包括的に４０で示す）から、バルブ４２により制御されて、チャンバーに導入される。例示の目的で、３つのみの供給リザーバが示されるが、必要なだけ多くのリザーバが使用される。本発明の好ましい実施形態においては、少なくとも４つの気体が使用され、その結果、４つまでの供給リザーバが使用される。チャンバー１６への導入前に、単一の供給リザーバ内で１つ以上の前駆体気体を組み合わせることもまた可能である。これらの気体は、気体を分配する、シャワーヘッド４６と通常呼ばれるものを通して、チャンバー１６に導入される。チャック２０は、所望の温度に加熱され得、加熱要素５０が概略的に示される。加熱要素５０およびチャック２０は、一緒に使用されて、ＰＥＣＶＤプロセスの間にウェハ１２の温度を選択する。
【００４５】
プラズマエネルギーは、無線周波数（ＲＦ）ジェネレータ５２を通してチャンバー１６に供給される。無線周波数（ＲＦ）ジェネレータ５２は、シャワーヘッド４６を通して放射される、高周波数（ＨＦ）ＲＦ出力を供給する。ＰＥＣＶＤチャンバーにおけるＨＦプラズマエネルギーの業界標準は、１３．５６ＭＨｚであるが、本発明は、いずれの特定の高周波数値にも限定されない。装置１０はまた、チャンバー１６の内部に低周波数（ＬＦ）出力を供給するための、ＬＦジェネレータ５６を含む。ＬＦ出力は、チャック１６とシャワーヘッド４６との間に、当業者に周知の様式で、適用される。ＬＦ出力は利用可能であるが、本発明に必ずしも必要ではない。
【００４６】
図２は、本発明の方法の工程を示す。この方法を、図１および図２を参照して記載する。ウェハ１２が調製され、次いでウェハハンドラー３０によって、ＰＥＣＶＤチャンバー１６内のチャック２０上に配置される。ウェハ１２は、典型的に、任意の所望の回路構造を用いて調製されるシリコンウェハであり、そして本発明の方法に従う、さらなる処理の準備ができている。ウェハ１２は、低誘電率材料を受容するための上面５８を有する。図２における第一工程は、工程７０であり、この工程は、ウェハ１２を２００℃より高い温度に加熱する工程である。本発明の好ましい実施形態においては、ウェハ１２は、一般に２００℃〜３００℃の範囲の温度に、好ましくは２５０℃に、加熱される。
【００４７】
工程７２は、ケイ素の供給源（好ましくは、シラン（ＳｉＨ4））を、適切な供給器４０からマニホルド３６を通して、チャンバー１６へと導入する工程である。
【００４８】
工程７４は、酸素の供給源（好ましくは、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）または酸素）を、適切な供給器４０からマニホルド３６を通して、チャンバー１６へと導入する工程である。
【００４９】
工程７６は、炭素の供給源を導入する工程である。炭素の供給源は、好ましくは、メチル基（−ＣＨ3）をプラズマ中に提供する。本発明の好ましい実施形態においては、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、メタン（ＣＨ4）、または好ましくは、これら両方の組み合わせが、炭素の供給源として使用される。
【００５０】
工程７２、７４、および７６から明らかであるように、ケイ素の供給源、酸素の供給源、および炭素の供給源は、好ましくは、別個の供給源からである。これらの別個の供給源は、一般に、より複雑な有機ケイ素前駆体よりも、容易に入手可能であり、そして安価である。
【００５１】
工程７２、７４、および７６の間に、工程７８に示すように、適切なプラズマ出力が、チャンバー１６に適用される。ＰＥＣＶＤ処理の当業者に公知であるように、チャンバー１６内のプラズマエネルギーは、導入した気体をイオン化させ、ポリマーラジカルを生成させ、このポリマーラジカルが、ウェハ１２の表面５８に堆積する。本発明において、適切なプラズマ出力は、基板表面（すなわち、上面５８の表面積）の１ｃｍ2あたり０．５Ｗと３Ｗとの間のエネルギーレベルで、ＨＦエネルギー（１３．８６ＭＨｚ）を含む。
【００５２】
本発明の好ましい方法においては、炭素供給源（工程７６）は、網目構造終結性前駆体および改質剤前駆体を含む。本明細書中において使用する場合には、「網目構造終結性前駆体」とは、少なくとも１つの網目構造終結性フリーラジカル（すなわち、種）を、ＰＥＣＶＤチャンバー内で生成する前駆体を表す。例えば、好ましい実施形態における網目構造終結性前駆体は、メタン（ＣＨ4）であり、これは、メチルフリーラジカル（−ＣＨ3）を生成する。一旦、メチルフリーラジカルがケイ素原子に結合すると、その炭素原子の周りの末端水素原子に対してはさらなる結合が形成され得ないという点で、メチルフリーラジカルは、網目構造終結性である。
【００５３】
例えばメタンが、網目構造終結性フリーラジカルであるメチルを生成するのみであるならば、このことは非常に率直である。不運なことに、ＰＥＣＶＤチャンバー内のメタンはまた、カルベン（−ＣＨ2−）をも生成する。カルベンは、２つのフリー結合を有し、これによって炭素原子が、誘電材料中の２つの原子と結合し得る。炭素原子へのさらなる結合を可能にする、フリーラジカル（すなわち、種）は、本明細書中において、不飽和（または「架橋性」）フリーラジカル（すなわち、種）と呼ばれる。さらに、水素が一般に、処理中にカルベンから除去される。この水素の除去により、炭素原子が４つのケイ素原子と結合して、所望でないシリコンカーバイドタイプの構造を形成し得る。
【００５４】
本発明の好ましい実施形態においては、改質剤前駆体がＰＥＣＶＤチャンバーに導入されて、架橋性フリーラジカル（すなわち、種）を減少または排除する。改質剤前駆体とは、プラズマ内で反応して、所望でないフリーラジカル（すなわち、種）を減少または排除するか、あるいは所望のフリーラジカル（すなわち、種）を増強または増加させるかのいずれかである、前駆体である。改質剤種は、好ましくは、アセチレンなどのアルキン（三重結合した炭素原子を有する分子）である。アセチレン化学は、飽和種の生成を増強するか、またはカルベンおよび他の不飽和種を減少させるかのいずれかによって、メチルまたは他の飽和種の割合を増加させる。この結果として、アモルファスシリコンカーバイドタイプの構造の形成と比較して、ＳｉＯＣの形成に、メチルがさらにより効率的に組み込まれる。メチルの組み込みにより、Ｓｉ−Ｃ−Ｓｉタイプの構造の代わりに、Ｓｉ−ＣＨ3タイプの構造に類似の構造が生成する。ＳｉＯＣにおけるメチル構造の存在は、フィルムが本質的に固体のままであってさえも、低誘電率に直接寄与する。アセチレンが好ましいが、本発明の方法には絶対的に必要ではない。エチレンなどのアルケン（二重結合した炭素原子を有する分子）もまた、使用され得る。本発明を、いずれの改質剤前駆体もなしに実施することもまた、可能である。
【００５５】
ＰＥＣＶＤチャンバー中の反応を、以下のように要約する。
【００５６】
（プラズマ重合化学）
前駆体： （ＳｉＨ4＋Ｎ2Ｏ）＋（Ｃ2Ｈ2＋ＣＨ4）
プラズマ放電により生成するフリーラジカル：
工程７２において、シラン（ＳｉＨ4）をチャンバー１６に導入する。工程７８において、プラズマエネルギーを適用し、ケイ素含有フリーラジカルであるシリル、および水素原子を生成する。
【００５７】
【化３】
【００５８】
【化４】
【００５９】
【化５】
【００６０】
【化６】
【００６１】
本発明の方法に従って、ウェハ１２の上に堆積される炭素含有酸化ケイ素は、二酸化ケイ素より低い誘電率を有する。好ましい実施形態においては、ＳｉＯＣは、メチルシラン前駆体の使用により提供される誘電率に匹敵する誘電率を有するが、より容易に利用可能であり、かつより安価な前駆体を使用する。
【００６２】
最後に、ウェハ１２を、ハンドラー３０などの任意の適切な手段によって、チャンバー１６から取り出し、そして適切なアニールオーブン内で、一般には３００℃〜５００℃の範囲の温度、好ましくは４００℃で、１〜５時間アニールする（工程１１０）。本発明の代替の実施形態においては、堆積が約４００℃より高い温度でなされる場合には、このアニール工程は排除され得る。このことは、本発明に付随する費用を減少させ得る。
【００６３】
以下は、本発明の方法の特定の実験実施例である。
【００６４】
【実施例】
Ｏｘｆｏｒｄ ｐｌａｓｍａ ｌａｂ １００ ＰＥＣＶＤシステムチャンバー内で、６インチウェハ１２をチャック２０上に配置し、そして２５０℃の温度に加熱した。ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＣＨ4、およびＣ2Ｈ2の気体流を、約１５：３０：５０：２０のＳｉＨ4：Ｎ2Ｏ：ＣＨ4：Ｃ2Ｈ2の比を提供するように、チャンバー１６へと導入する。ＨＦ出力（１３．５６ＭＨｚ）を、５０Ｗの出力レベルで適用する。チャンバー内の周囲圧力を、約０．４Ｔｏｒｒに維持する。
【００６５】
上記の条件により、１分間あたり約３７０ÅのＳｉＯＣが堆積する。堆積を、所望の厚さの材料が堆積するに十分な時間、継続する。上記の条件を使用して生成する相互接続誘電材料は、約２．８５の誘電率を有し、これは、二酸化ケイ素の誘電率４．１より十分に低い。
【００６６】
チャンバー１６内での処理に続いて、ウェハ１２を、４００℃の温度で２時間アニールする。
【００６７】
アセチレンおよびメタンの代わりに、アセチレンを使用すると、３．４の誘電率を有する相互接続誘電体が、１分間あたり７７０Åの速度で堆積する。アセチレンおよびメタンの代わりに、メタンのみを使用すると、３．４５の誘電率を有する相互接続誘電体が、１分間あたり２２０Åの速度で堆積する。これらの代替例の両方が、ＳｉＯ2より低い誘電率を有するＳｉＯＣ材料を提供するが、上記で堆積する、２．８５の誘電率を有するＳｉＯＣ材料が、好ましい。
【００６８】
上記では、メタンが網目構造終結性前駆体として使用されるが、他の網目構造終結性前駆体が使用されてもよい。好ましくは、網目構造終結性前駆体は、飽和炭化水素である。または、本発明の別の実施形態においては、網目構造終結性前駆体の例は、プロパンである。プロパンは、プロピルを、プラズマ内に、所望でないフリーラジカルと共に生成する。プロパンのさらなる複雑さに起因して、多くのさらなるフリーラジカルが形成される。このことは、１つ以上の改質剤前駆体が、存在するあらゆる架橋性フリーラジカル（すなわち、種）を適切に減少または排除することを要求する。
【００６９】
アセチレンは、好ましい改質剤前駆体であるが、他の改質剤前駆体もまた、本発明の範囲内である。
【００７０】
さらなる代替の実施形態が、本発明の範囲内で可能である。本発明は、種々の前駆体材料を使用して、実施され得る。本発明の範囲内の方法の他の改変は、当業者に想到される。従って、上述の開示およびその説明は、例示の目的のみであり、本発明を限定するとは意図されない。本発明は、特許請求の範囲により規定される。
【００７１】
低誘電率相互接続誘電材料を作製する方法であって、ＰＥＣＶＤプロセスおよび容易に入手可能な前駆体を使用して、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）を生成する。ＳｉＯＣ誘電材料は、シランおよび一酸化二窒素の従来のシランベースの気体前駆体を、炭化水素気体と共に使用して、生成される。シランベースの気体前駆体と組み合わせての、メタンおよびアセチレンの使用が提供される。メタンは、網目構造終結性種、特にメチルを生成し、これが二酸化ケイ素網目構造中のＳｉ−Ｏ結合の酸素と置換する。これにより、材料の容量が増加し、密度および誘電率が減少する。アセチレンは、炭素の可能な供給源として、および改質剤として作用し、カルベンなどの所望でない架橋種を減少もしくは排除するか、またはメチルなどの所望の網目構造終結性種を増強する。打込みに続いて、−ＯＨを減少させるため、および誘電率を潜在的にさらに低下させるために、この材料をアニールする。
【００７２】
【発明の効果】
本発明により、メチルシランベースの前駆体を使用せずにＳｉＯＣを形成することが可能となった。さらに、容易に入手可能な前駆体材料および装置を使用して、ＳｉＯＣを形成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のプロセスにおいて選択した工程を実施するための、ＰＥＣＶＤチャンバーの概略図である。
【図２】図２は、本発明に従って、図１に示すようなチャンバー内で、基板上にＳｉＯＣを堆積させるための方法における工程を示す、ブロック図である。
【符号の説明】
１２ ウェハ
１６ ＰＥＣＶＤチャンバー
２０ チャック
２６ ポンプ
３０ ウェハハンドラー
３２ ゲートバルブ
３６ マニホルド
４０ 供給器
４２ バルブ
４６ シャワーヘッド
５０ 加熱要素
５２ ＲＦジェネレータ
５６ ＬＦジェネレータ
Claims (23)
- 集積回路の相互接続構造において使用するために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方法であって、以下の工程：
ａ）プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）チャンバー内に該基板を配置して、該基板を２００℃〜３００℃の範囲の温度に加熱する工程；
ｂ）ケイ素の供給源、酸素の供給源、および炭素の供給源を、該蒸着チャンバーに導入する工程；ならびに
ｃ）ケイ素含有フリーラジカル、酸素含有フリーラジカル、および炭素含有フリーラジカルのプラズマを形成するに十分なエネルギーを適用する工程であって、これによって、ケイ素、酸素、および炭素が、炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フィルムを形成するために利用可能である、工程；
を包含する、方法。 - 前記基板が、２５０℃の温度に加熱される、請求項１に記載の方法。
- 前記ケイ素の供給源が、シラン（ＳｉＨ4）を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記酸素の供給源が、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記炭素の供給源が、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記炭素の供給源が、メタン（ＣＨ4）を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記炭素の供給源が、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）およびメタン（ＣＨ4）を含む、請求項１に記載の方法。
- 集積回路の相互接続構造において使用するために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方法であって、以下の工程：
ａ）ＰＥＣＶＤチャンバー内に該基板を配置する工程、および該基板を２００℃より高い温度に加熱する工程；
ｂ）ケイ素前駆体、酸素前駆体、網目構造終結性前駆体、および改質剤前駆体を、該ＰＥＣＶＤチャンバーに導入する工程；ならびに
ｃ）ケイ素フリーラジカル、酸素フリーラジカル、網目構造終結性フリーラジカル、および改質剤フリーラジカルを含むプラズマを形成するに十分なエネルギーを適用する工程であって、これによって、ケイ素、酸素、および炭素を含むプラズマが提供され、網目構造終結性種を含む炭素含有酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）フィルムを形成する、工程；
を包含する、方法。 - 前記ケイ素前駆体が、シランである、請求項８に記載の方法。
- 前記酸素前駆体が、一酸化二窒素または酸素である、請求項８に記載の方法。
- 前記網目構造終結性前駆体が、飽和炭化水素である、請求項８に記載の方法。
- 前記飽和炭化水素前駆体が、メチルフリーラジカルを生成する、請求項１１に記載の方法。
- 前記飽和炭化水素が、メタンである、請求項１１に記載の方法。
- 前記飽和炭化水素が、プロピルフリーラジカルを生成する、請求項１１に記載の方法。
- 前記飽和炭化水素が、プロパンである、請求項１１に記載の方法。
- 前記改質剤前駆体が、アルキンである、請求項８に記載の方法。
- 前記アルキンが、アセチレンである、請求項１６に記載の方法。
- 前記改質剤前駆体が、アルケンである、請求項８に記載の方法。
- 前記アルケンが、エチレンである、請求項１８に記載の方法。
- 集積回路の相互接続構造において使用するために、炭素含有酸化ケイ素を基板上に形成する方法であって、以下の工程：
ａ）ＰＥＣＶＤチャンバー内に該基板を配置する工程、および該基板を２００℃より高い温度に加熱する工程；
ｂ）ケイ素フリーラジカル、酸素フリーラジカル、網目構造終結性フリーラジカル、架橋性フリーラジカル、および改質剤フリーラジカルを含むプラズマを形成するに十分なエネルギーの適用下で、シラン、一酸化二窒素、メタン、およびアセチレンを、該ＰＥＣＶＤチャンバーに導入する工程であって、これによって、該改質剤フリーラジカルが、該架橋性フリーラジカルと反応し、そして該架橋性フリーラジカルを減少させて、該網目構造終結性フリーラジカルを残し、該網目構造終結性フリーラジカルが反応して所望の炭素含有酸化ケイ素を形成する、工程；ならびに
ｃ）該基板をアニールする工程、
を包含する、方法。 - 前記メタンおよびアセチレンが、５：１と１：５との間の流量比で導入される、請求項２０に記載の方法。
- 前記メタンおよびアセチレンが、５：２の流量比で導入される、請求項２０に記載の方法。
- 前記メタンおよびアセチレンが、１：１の流量比で導入される、請求項２０に記載の方法。
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