JP4180393B2 - 低誘電率層間絶縁膜を形成する方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は概して半導体技術に関し、特にプラズマCVD（化学気相成長）装置を使って半導体基板上に低誘電率（低-k）の層間絶縁膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】
最近の半導体デバイスの高集積化への要求の高まりにより、多層配線技術が非常に注目されている。しかし、これらの多層構造において、個々の配線間の容量は高速動作を妨げる。容量を減少させるためには、絶縁膜の誘電率（比誘電率）を下げる必要がある。したがって、比較的低い誘電率を有するさまざまな材料が絶縁膜用に開発されてきた。
【０００３】
以下の表に示されるように、デバイスノードの減少に伴い、関連するデバイスに使用される層間絶縁膜に対し低誘電率値（低-k）が要求される。
【０００４】
適用時間 デバイスノード k値
2001 130nm 3.0-3.6
2003 100nm 3.0-3.6
2005 80nm 2.6-3.1
2007 65nm 2.3-2.7
【０００５】
約2.7の誘電率を有する低-k膜に関して、CVD法、コーティング法等の多くの蒸着方法が提案されたことにより、高品質な低-k蒸着が最近になって可能となった。結果として、0.10〜0.13μmのデバイスノードを有する大量生産されるデバイスへ膜を適用することが始まった。次世代の高速デバイス用に、約k=2.5若しくはそれ以下の低誘電率を有する低-k膜が要求される。付加的に、デバイスを製造するために、低-k膜の頂部、中間若しくは底部面上に高誘電率を有する比較的堅い層を組み込むことによってデバイスの信頼性を改善する試みが為されている。堅い層がこのように組み込まれると誘電率は増加するため、できるだけ低い誘電率を有する低-k膜が要求される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、CVD法を使って酸化性ガスのパルス制御流をシリコン含有ガスに導入することによってk＜2.40の低誘電率膜を形成するのを可能にする。また、酸素を制御する従来の方法は本発明と異なるが、本発明は従来の装置に適用することができ、約k=2.7蒸着用のCVD低-k蒸着装置は本発明で使用できるように簡単に改良可能であるため設備投資製造コストを削減することが可能となる。本発明において、酸化性ガスはパルス状に導入され、反応領域内のシリコンから成るソースガス（膜形成用の材料ガス）と混合されかつ反応する。プラズマCVD処理において酸化性ガスの流量をパルス制御することによって、反応ガス（ソースガス及び酸化性ガスから成る）の反応性は低誘電率膜を形成しながら有効に制御される。反応領域内での反応ガスの滞留時間若しくはSiαOα -1R2 α - β +1(OCHnH2n+1)βのようなタイプのシリコン含有ガスは本発明を実施するのに不可欠ではない。しかし、これらの成分は制御され、実施例においてDM-DMOS（ジメチルジメトキシシランSi(CH3)2(OCH3)2）及び酸素が使用され、酸化剤として酸素が使用されて、2002年4月6日出願の米国特許出願第09/827,606号に開示されるように低誘電率膜が形成される。該出願の開示は全体としてここに参考文献として組み込まれる。
【０００７】
実施例において、本発明は半導体基板上に絶縁膜を形成する方法を与え、当該方法は、(i)少なくともSi、C及びHで構成される化合物から成るソースガスをチャンバ内に導入する工程、(ii)酸化性ガスをパルス状にチャンバ内に導入する工程であって、ソースガス及び酸化性ガスが反応ガスを形成するところの工程、(iii)反応ガスのプラズマ処理によって半導体基板上に絶縁膜を形成する工程、から成る。上記において、プラズマ処理はプラズマCVD処理である。プラズマCVD処理はプラズマ強化CVD(PECVD)処理及び反応領域と成膜領域が異なるところの遠隔プラズマ処理を含む。あらゆる適当なCVD処理が採用されうる。
【０００８】
酸化性ガスの流量を増加させると反応領域の反応性及び反応領域内に形成されるフラグメントのサイズが増加する。得られた膜は蓄積されたフラグメント間の空孔若しくは気孔を含むため、それによって誘電率の値が低下する。酸化性ガスの流量が増加すると、反応領域内に形成されるフラグメントのサイズが増加し、膜の空孔率若しくは気孔率が増加し、誘電率が減少すると推論される。しかし、たとえ酸化性ガスの流量が増加しても、k値をほぼ2.45まで低下されるのが限界であると思われる。もし酸化性ガスの量をそれ以上増加させると、反応領域内に粉塵が生成され、高品質な膜が得られなくなる。このような膜は有意な誘電率を全く有しない。付加的に、プラズマは不安定になり、安定な反応は維持できない。本発明において、酸化性ガスをパルス状に導入することによって、驚異的に、上記問題が解消される。
【０００９】
実施例において、化合物はSixCyOzHa（ここで、a、x、y及びzは整数）の有機シリコンである。ソースガスはシリコン含有ガス及び（例えば、シリコン含有ガスの半分以下の）He及びArのような付加的な不活性ガスから成る。酸化性ガスは膜形成反応に応じて不活性ガス若しくは還元ガスをさらに含む添加ガス内に含まれる。
【００１０】
酸化性ガスは５ミリ秒から１０秒のサイクルでチャンバ内に導入されるが、ひとつのサイクル間隔は膜形成の反応に応じて、１ミリ秒及び２０秒を含んでそれより短く若しくは長くなりえる。パルスサイクルは膜形成処理の間に、１０、１００、１０００回を含む例えば２〜１００００の複数回繰り返される。ひとつの実施例において、酸化性ガスは１００ミリ秒から５秒のサイクルでチャンバ内に導入される。酸化性ガスは、酸素、N2O若しくはCO2、H2Oを含む酸化剤として機能するあらゆる他のガス、1,3,5-トリオキサンのような化学式(CH2O)nを有する環式有機化合物、またはエタノール、メタノール、n-プロパノール若しくはi-プロパノールのような化学式CxH2x+1OH（xは整数）を有するアルカノール化合物である。上記において、アルカノール自身は還元剤であると考えられるが、アルカノールが成膜用の有機シリコンガスと混合されると、ソースガス酸化反応が生じる。したがって、アルカノールは酸化剤として機能する。使用可能な酸化剤は上記に限定されず、上述のいくつかが単独で若しくは組み合わされて使用される。
【００１１】
実施例において、パルス状の酸化性ガスの導入は、(i)ベース流量のソースガス及びベース流量の５０％若しくはそれ以上の流量の酸化性ガスから成る第１反応ガス、及び(ii)ベース流量のソースガス及び全く無いかまたはベース流量の５０％若しくはそれ以下の流量の酸化性ガスから成る第２反応ガスを択一的に導入することによって達成される。酸化性ガスの総流量はソースガスの流量より少なく、実施例ではソースガスの５０％以下である。
【００１２】
本発明において、酸化性ガスのパルス及び流量は絶縁膜の誘電率を2.45若しくはそれ以下に調節するよう選択される。
【００１３】
マイクロ波パワーが実施例では使用されるが、プラズマはRFパワーによって形成されても良い。また、RFパワーが使用される際、RFパワーの強度は酸化性ガスのパルス状流と同期したサイクルでパルス化され、その結果低誘電率膜が効果的に形成される。実施例において、RFパワーの強度は酸化性ガス流が大きいときのサイクルより酸化性ガス流が小さいときのサイクルの方がより高い。実施例において、RFパワーの強度は、酸化性ガス流のパルスとは独立に１ミリ秒若しくはそれ以上のサイクルでパルス化される。
【００１４】
付加的に、絶縁膜の形成は反応ガスがチャンバ中へ導入される際通過するシャワープレートの温度を１５０℃若しくはそれ以上に維持しながら実行される。
【００１５】
膜のタイプ若しくは使用は限定されるべきではないが、絶縁膜は実施例において１０ナノメートル若しくはそれ以上の厚さを有するキャップ層である。
【００１６】
本発明はプラズマCVD法による低誘電率膜の形成を可能にする。次世代の高集積半導体デバイス用の絶縁膜としてこの低誘電率膜を使用することにより、配線容量によって生じる遅延は低減されかつ半導体デバイスの動作速度は実質的に増加する。
【００１７】
発明及び従来技術に対する利点を要約するために、発明の目的及び利点が上述されてきた。もちろん、そのような目的若しくは利点は本発明の特定の実施例によって必ずしも達成されるものではないことが理解されよう。したがって、例えば発明はここに教示され若しくは提案されるような他の目的若しくは利点を必ずしも達成することなくここに教示されるようなひとつ若しくは複数の利点を達成し若しくは最適化するような方法で実施若しくは実行されるということは当業者の知るところである。
【００１８】
本発明の他の態様、特徴及び利点は以下の好適実施例の詳細な説明から明らかとなる。
【００１９】
【発明の実施の態様】
本発明は酸化性ガスがパルス状サイクルで導入される点に特徴を有する。
【００２０】
この特徴はシリコンガスの代わりに酸化性ガスを使用して低-k膜を形成するあらゆる方法に応用可能でありかつ有効である。
【００２１】
本発明が適用される製造処理には制限がない。例えば、本発明は反応ガスの滞留時間が制御されるところの低-kポリシロキサン重合体膜を形成する方法に適用される。そのような方法の一例は２００１年４月６日に出願された米国特許出願第09/827,616号に記載されている。該米国特許出願の開示は全体としてここに参考文献として組み込まれる。
【００２２】
本発明において、使用可能な材料ガスのタイプは上記米国特許出願に開示された内容に限定されるものではなく、さまざまな材料ガスから選択可能である。例えば、SixOx-1R2x-y+1(OCnH2n+1)y（ここで、xは１〜３の整数、yは0、1若しくは2、nは1〜3の整数、RはSiに結合するC1-6炭化水素）及びSixOx-1R2x+1（ここで、xは１〜３の整数、RはSiに結合するC1-6炭化水素）のような有機シリコンガスが使用可能である。
【００２３】
使用可能な材料ガスにはSi(CH3)3-O-Si(CH3)3、Si(CH3)3-O-Si(CH3)-O-Si(CH3)3が含まれる。
【００２４】
使用可能な材料ガスとしてさらに、SiHn(CH3)4-n、Si(CH3)4、Si(CH3)3、SiH4が含まれる。
【００２５】
2002年9月24日に発行された米国特許第6,455,445号、2002年3月5日に発行された米国特許第6,352,945号、2002年5月7日に発行された米国特許第6,383,955号、2002年6月25日に発行された米国特許第6,410,463号及び2002年8月13日に発行された米国特許第6,432,846号は、本発明で使用可能な材料ガスを開示する。これらの米国特許は全体としてここに参考文献として組み込まれる。
【００２６】
ひとつの実施例における本発明の目的は低-k膜を形成することであり、有機シリコンガスばかりでなくSiH4のようなシリコンガスもまた使用される。また酸化性ガスをパルス状サイクルで導入することによって、多孔構造を有する膜が効果的に形成される。
【００２７】
また、本発明において、上部電極と下部電極との間に中間電極が配置されるところの装置を含むあらゆる適当なCVD装置が使用され得る。例えば、本発明は2000年11月24日に出願された米国特許出願第09/851,809号に開示された装置及び方法に適用可能である。該米国特許出願の開示は全体としてここに参考文献として組み込まれる。
【００２８】
酸化性ガスをパルス状サイクルで導入することによって、導入される酸化性ガスの総和が増加する。すなわち、もし酸化性ガスの流量が増加すると、粉塵（ナノ粒子）が増加し、それによって反応性が増加しプラズマが不安定になる。酸化性ガスをパルス状サイクルで導入することによって、粉塵（ナノ粒子）の形成を抑制し若しくはあるサイズで粉塵の成長を停止させると同時に酸化性ガスの流量を増加させることが可能となる。
【００２９】
酸化性ガスのサイクル的な導入は、導入される酸化性ガスの量に無関係にナノ粒子の成長を抑制することによってプラズマを安定させるのに有効である。小さい流量の酸化性ガスの場合でも、パルス状サイクルで導入することにより、酸化性ガスの定常導入と比べて低-k膜が効果的かつ安定して形成される。小さい流量の酸化性ガス導入工程において反応性は減少するが、一方大きい流量の酸化性ガス導入工程においてナノ粒子（粉塵）の成長を抑制しかつプラズマを安定化しながら反応性は増加する。高品質な低-k膜が形成される。
【００３０】
酸化性ガスは以下を含むパルス状サイクルで導入される。
【００３１】
大流量工程での酸化性ガス流量は小流量工程での酸化性ガス流量よりある程度大きい。
【００３２】
例えば、酸化性ガスの大流量工程において、酸化性ガスの流量はシリコンガス流量の約５０％若しくはそれ以上、好適には５０％から３００％（１００％〜２００％を含む）である。実施例では、これは酸化性ガス約５０sccmから３００sccm（１００sccmから２００sccmを含む）に相当する。
【００３３】
酸化性ガスの小流量工程において、酸化性ガスの流量はシリコンガス流量の約５０％若しくはそれ以下、好適には０％から５０％（１０％から３０％を含む）である。実施例において、これは酸化性ガス約０sccmから５０sccm（１０sccmから３０sccmを含む）に相当する。
【００３４】
大流量及び小流量のひとつのサイクルは約１０ミリ秒から１０秒、好適には０.０５秒から５秒（０.１秒から１秒を含む）に設定される。
【００３５】
サイクルはオン−オフパルス（例えば、デジタルパルス）若しくは正弦波（例えば、アナログパルス）またはあらゆる他の波形である。
【００３６】
酸化性ガスのサイクル式導入は、酸化性ガスが導入されるすべてのとき、若しくは酸化性ガスの流量が酸化性ガスの導入（例えば、シリコンガスの５０％以上）によりプラズマが不安定となるあるレベルを超えた後にのみ実行される。
【００３７】
酸化性ガスはO2、N2O若しくはプラズマ反応による重合の間に酸化を生じさせることができるあらゆる他のガスである。
【００３８】
反応ガスはシリコンガス、酸化性ガス及び適切ならHe、Ar及びKrのような不活性ガスを含む。これらのガス流量はガス制御器によって別々に制御される。
【００３９】
プラズマ反応の条件及び装置は上述の米国特許出願のいくつかに開示されている。
【００４０】
実施例
本発明の実施例が図面及び例を参照して説明される。しかし、本発明はこの実施例に制限されない。
【００４１】
装置構成
図１は本発明で使用可能な容量結合システムを使用する平行平板タイプのCVD装置を示す。１対の導体平板電極1、2を平行に配置しかつ反応チャンバ4内で互いに対面させることによって、また一方に２７MHzのRFパワーを印加し他方を接地することによって、これら１対の電極1、2の間にプラズマが励起される。基板3は下部電極2上に載置される。温度調節器が下部ステージ2内にインストールされ約４００℃（他の実施例では４００℃から４５０℃）の一定温度が下部ステージ内で維持される。DM-DMOS（ジメチルジメトキシシラン、Si(CH3)2(OCH3)2）、He、Ar及びKrのような不活性ガス並びにO2及びN2Oのような酸化性ガスが混合され反応ガスとして使用される。これらのガスの流量は流量調節装置（図示せず）によって所定の流量にそれぞれ調節される。これらのガスは混合され反応ガスとして上部電極（シャワープレート）の頂部に与えられる吸気口6に導入される。酸化性ガスの流量について、２つの工程、すなわちシリコンガス流量の半分から約３倍の所定の比較的大きい流量（約５０sccmから５００sccm）及びゼロからシリコンガス流量の約半分の所定の比較的小さい流量（約０sccmから１００sccm）が約１０ミリ秒から１０秒のサイクルでパルス制御によって繰り返される。上部電極1には約0.5mmの直径を有する500から10000個の細孔が作成されており（実施例では3000個の細孔が作成されている）、導入された反応ガスがこれらの細孔を通じて反応領域7内に流れる。付加的に、上部電極1は１２０℃から３５０℃の範囲で一定温度に維持される。反応ガスの反応を促進するために、より高温が好適である。反応領域7内の空気は真空ポンプを使って排気口5を通じて排気され、反応領域内の圧力は約１３０Paから２０００Pa（他の実施例では４００Paから１０００Pa）の所定の一定圧力に維持される。
【００４２】
蒸着反応
2002年4月6日出願の米国特許出願第09/827,616号に記載されるように、材料ガスとしてDM-DMOS及びO2を反応ガスに加えることによって、約k=2.45の膜が形成された。
【００４３】
比較のために、本発明に従う技術によってRFパワーが一定レベルに維持されるところのプラズマCVD装置を使ってDM-DMOSへ付加される酸素の量を変化させて形成される膜の誘電率を測定した。圧力は６２０Pa、上部電極（シャワープレート）の温度は２４０℃に維持され、サセプタの温度は４００℃に維持された状態で、膜はシャワープレートとサセプタとの間の２４mmに設定されたギャップで形成された。反応領域内では、１４０sccmのDM-DMOS及び８０sccmのHeが混合された。混合ガスに付加される酸素の流量を０sccmから７０sccmまで変化させることによって、それぞれの条件のもとで形成される膜の誘電率値が測定された。今回、１０００Wの２７MHzのRFパワーが印加された。付加されたO2が０sccmであったときk値は2.75であった。付加される酸素の流量を増加させることにより誘電率は減少した。O2を７０sccmまで増加することによって、誘電率はk=2.46まで減少した（図２）。
【００４４】
しかし、もし酸素の流量が７０sccm以上に増加すれば、反応領域内に粉塵が生成され膜上にも堆積するため高品質な膜は得られなくなった。付加的に、生成された粒子は安定なプラズマ位置を乱し、蒸着は続けられなくなった。このため、これ以上酸素の流量を増加させることは不可能であり、誘電率を2.45以下に低下させることは不可能であった。
【００４５】
酸素の流量を増加することは反応領域の反応性及び反応領域内に形成されるフラグメントのサイズを増加させ、そうして得られた膜は堆積したフラグメントの間に空孔若しくは気孔を含むため、誘電率が低下すると考えられる。酸素の流量が増加すると、反応領域内に形成されるフラグメントのサイズが増加し、膜の空孔率若しくは気孔率が増加し、誘電率が低下すると推論される。しかし、この方法ではk値を約2.45まで低下させるのが限界である。もし酸素の量をそれ以上増加させると、反応領域内に粉塵が生成され高品質な膜が得られなくなり、これらの膜の誘電率が測定できなくなる。付加的に、プラズマは不安定になり、安定な反応が維持できなくなる。
【００４６】
本発明は酸素をパルス状に導入することにより低誘電率膜を形成することができる。比較実験と同じ条件（圧力：６２０Pa、RFパワー（２７MHz）：１０００W、DM-DMOS：１４０sccm、He：３０sccm）を使って、酸素は０.５秒間２００sccm供給し、続いて０.５秒間２０sccm供給する工程を繰り返すパルス制御によって導入された。この制御によって、平均流量１１０sccmの酸素が常に流れた。比較例の技術の場合、７５sccm若しくはそれ以上の量の酸素を流すと、プラズマは不安定になり安定な蒸着が維持されなくなる。パルス制御で酸素を導入することによって、平均流量１１０sccmの酸素が導入されても、安定な蒸着が維持されかつk=2.35の低誘電率膜が得られた。
【００４７】
実験結果
＜共通条件＞
・リアクタ設定
上部電極（シャワープレート）温度：２４０℃
サセプタ温度：４００℃
シャワープレートとサセプタとのギャップ：２４mm
・処理条件
DM-DMOS：１４０sccm
He：３０sccm
RFパワー ２７MHz：１０００W
圧力：６２０Pa
成膜処理時間：以下の表参照
＜比較実験の条件＞
酸素は定常状態で導入され、蒸着はSi基板上に実行され、誘電率値が測定された。
【００４８】
【表１】
【００４９】
＜パルス化されたO2プロセス＞
０.５秒間１８０sccm供給し、つづいて０.５秒間２０sccm供給する工程を繰り返すパルス制御によって酸素を導入することにより、低誘電率膜がSi基板上に形成され、誘電率が測定された。この制御により、平均流量１１０sccmの酸素が常に流された。パルス制御で酸素を導入することにより、パルスは安定のままでありかつk=2.35の低誘電率膜が得られた。
【００５０】
付加的に、最後に酸素の供給を停止し、DM-DMOS及びHeを使用して５０ナノメートルの保護膜を形成することにより、吸湿を防止することが可能である。
【００５１】
本発明において、酸化性ガスはパルスでチャンバ内に導入され、RFパワーの強度は酸化性ガスのパルス化された流量と同期したサイクルでパルス化される。上記態様はさまざまな方法で達成される。例えば、膜形成処理は順次連続的に実行される膜形成の複数の工程から成る。異なる工程において、酸化性ガスの流量及び／またはRFパワーの強度は異なるサイクルでパルス化される。他の実施例において、酸化性ガスの流量及び／またはパルス内のRFパワーの強度は異なる工程において変化する。また、異なる工程は少なくともひとつのパルス実行工程及び少なくともひとつの非パルス実行工程から成る。例えば、処理は第１工程がパルス実行工程であり、第２工程が非パルス実行工程であるところの２つの工程から成る。
【００５２】
さらに、本発明において、酸化性ガスがパルス状に導入されるところのチャンバは反応チャンバ自身である必要はない。チャンバは機能的に画成された適当な反応空間であればよく、物理的な構造物によって画成される必要はない。例えば、もし反応チャンバが、温度、圧力、及び／またはガス流量に依存していくつかの領域に分割されれば、プラズマ反応が発生するところの領域が反応空間である。
【００５３】
本発明はそれには限定されないが以下を含むさまざまな実施例で実現される。
【００５４】
１）１ミリ秒若しくはそれ以上のサイクルでパルス制御することにより、酸化性ガスは反応領域内に導入されk＜３.０の低誘電率膜がCVD法で形成される。
【００５５】
２）少なくともSi、C及びH化学元素を含む反応ガスと一緒に酸化性ガスをパルス状に導入することにより、低誘電率膜がCVD法で形成される。
【００５６】
３）項目２で使用される酸化性ガスとして酸素若しくはN2Oを使用して低誘電率膜を形成する方法。
【００５７】
４）低誘電率膜が容量結合システムを使用するプラズマCVD法によって形成されるところの項目３に記載の方法。
【００５８】
５）SixCyOzHa（ここで、a、x、y及びzは少なくともひとつの整数である）の少なくとも有機シリコンガスを含む反応ガスを使用して低誘電率膜が形成される、ところの項目４に記載の方法。
【００５９】
６）項目５に記載された有機シリコンガスとしてSiαOα -1R2 α - β +1(OCnH2n+1)β（ここで、αは１〜３の整数、βは０、１若しくは２、nは１から３の整数及びRはSiに結合するC1-6炭化水素である）を使用するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６０】
７）項目５に記載された有機シリコンガスとしてSiαOα -1R2 α +1（ここで、αは１〜３の整数、RはSiに結合するC1-6炭化水素である）を使用するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６１】
８）項目５に記載された有機シリコンガスとしてSi4O4(CH3)8若しくはSi4O4(CH3)4H4を使用するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６２】
９）項目６に記載された有機シリコンガスとしてジメチルジメトキシシラン若しくはジメトキシテトラメチルジシロキサンを使用するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６３】
１０）５ミリ秒から１０秒のサイクルで酸素を導入するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６４】
１１）１００ミリ秒から５秒のサイクルで酸素を導入するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６５】
１２）酸素の流量が材料ガスとして取込まれる有機シリコンガスの流量の半分若しくはそれ以上であるところの大流量工程と、酸素の流量が有機シリコンガスの流量の半分若しくはそれ以下（ゼロを含む）であるところの小流量工程とから成るサイクルで周期的に酸素流を添加し、これらの混合ガスを反応ガスとして使用することにより、低誘電率膜を形成するための方法。
【００６６】
１３）k＜2.45の誘電率を有する低誘電率膜を形成するための方法。
【００６７】
１４）酸化性ガスの流量変化のサイクルと同じサイクルで高い状態と低い状態にRFパワーが制御されるところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６８】
１５）反応領域内の酸化性ガス濃度が増加するタイミングでRFパワーが上昇し、酸化性ガス濃度が減少するタイミングでRFパワーが下降するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６９】
１６）反応領域に印加されるRFパワーが１ミリ秒若しくはそれ以上のサイクルで高電力状態と低電力状態に制御されるところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００７０】
１７）低誘電率膜はシャワープレートの温度を１５０℃若しくはそれ以上で維持することによって形成される。
【００７１】
１８）膜形成の最後に小流量工程で使用される流量若しくはゼロを含む小さい流量の酸化性ガスによって１０ナノメートル若しくはそれ以上のキャップ層を形成することにより、最終保護膜が形成されるところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００７２】
また、本発明によって形成される薄膜は所望の膜性質を達成するために付加的な処理にさらされる。例えば、膜形成の完了と同時に、膜形成後に外部環境に曝されるときの吸湿現象を防止するために、比較的高い密度及び誘電率を有しかつ厚さが５０〜１００ナノメートルである薄いキャップ膜層が膜表面に形成される。膜表面を親水性にするために、膜表面を酸化性ガスプラズマに曝すことによって表面が処理される。また、膜表面を電子線若しくはUV光で照射することによって、若しくは膜表面をプラズマに曝すことによって、膜の強度が改善される。
【００７３】
本発明の思想から離れることなくさまざまな修正が可能であることは当業者の知るところである。したがって、本発明の形式は説明上のものであって本発明の態様を限定するものではないことは明確に理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、絶縁膜を形成するのに使用されるプラズマCVD装置を示す略示図である。
【図２】図２は、絶縁膜のk値と非パルス状酸化性ガス流との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 シャワーヘッド
2 サセプタ
3 半導体基板
4 反応チャンバ
5 排気口
6 吸気口
7 反応領域
【発明の属する技術分野】
本発明は概して半導体技術に関し、特にプラズマCVD（化学気相成長）装置を使って半導体基板上に低誘電率（低-k）の層間絶縁膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】
最近の半導体デバイスの高集積化への要求の高まりにより、多層配線技術が非常に注目されている。しかし、これらの多層構造において、個々の配線間の容量は高速動作を妨げる。容量を減少させるためには、絶縁膜の誘電率（比誘電率）を下げる必要がある。したがって、比較的低い誘電率を有するさまざまな材料が絶縁膜用に開発されてきた。
【０００３】
以下の表に示されるように、デバイスノードの減少に伴い、関連するデバイスに使用される層間絶縁膜に対し低誘電率値（低-k）が要求される。
【０００４】
適用時間 デバイスノード k値
2001 130nm 3.0-3.6
2003 100nm 3.0-3.6
2005 80nm 2.6-3.1
2007 65nm 2.3-2.7
【０００５】
約2.7の誘電率を有する低-k膜に関して、CVD法、コーティング法等の多くの蒸着方法が提案されたことにより、高品質な低-k蒸着が最近になって可能となった。結果として、0.10〜0.13μmのデバイスノードを有する大量生産されるデバイスへ膜を適用することが始まった。次世代の高速デバイス用に、約k=2.5若しくはそれ以下の低誘電率を有する低-k膜が要求される。付加的に、デバイスを製造するために、低-k膜の頂部、中間若しくは底部面上に高誘電率を有する比較的堅い層を組み込むことによってデバイスの信頼性を改善する試みが為されている。堅い層がこのように組み込まれると誘電率は増加するため、できるだけ低い誘電率を有する低-k膜が要求される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、CVD法を使って酸化性ガスのパルス制御流をシリコン含有ガスに導入することによってk＜2.40の低誘電率膜を形成するのを可能にする。また、酸素を制御する従来の方法は本発明と異なるが、本発明は従来の装置に適用することができ、約k=2.7蒸着用のCVD低-k蒸着装置は本発明で使用できるように簡単に改良可能であるため設備投資製造コストを削減することが可能となる。本発明において、酸化性ガスはパルス状に導入され、反応領域内のシリコンから成るソースガス（膜形成用の材料ガス）と混合されかつ反応する。プラズマCVD処理において酸化性ガスの流量をパルス制御することによって、反応ガス（ソースガス及び酸化性ガスから成る）の反応性は低誘電率膜を形成しながら有効に制御される。反応領域内での反応ガスの滞留時間若しくはSiαOα -1R2 α - β +1(OCHnH2n+1)βのようなタイプのシリコン含有ガスは本発明を実施するのに不可欠ではない。しかし、これらの成分は制御され、実施例においてDM-DMOS（ジメチルジメトキシシランSi(CH3)2(OCH3)2）及び酸素が使用され、酸化剤として酸素が使用されて、2002年4月6日出願の米国特許出願第09/827,606号に開示されるように低誘電率膜が形成される。該出願の開示は全体としてここに参考文献として組み込まれる。
【０００７】
実施例において、本発明は半導体基板上に絶縁膜を形成する方法を与え、当該方法は、(i)少なくともSi、C及びHで構成される化合物から成るソースガスをチャンバ内に導入する工程、(ii)酸化性ガスをパルス状にチャンバ内に導入する工程であって、ソースガス及び酸化性ガスが反応ガスを形成するところの工程、(iii)反応ガスのプラズマ処理によって半導体基板上に絶縁膜を形成する工程、から成る。上記において、プラズマ処理はプラズマCVD処理である。プラズマCVD処理はプラズマ強化CVD(PECVD)処理及び反応領域と成膜領域が異なるところの遠隔プラズマ処理を含む。あらゆる適当なCVD処理が採用されうる。
【０００８】
酸化性ガスの流量を増加させると反応領域の反応性及び反応領域内に形成されるフラグメントのサイズが増加する。得られた膜は蓄積されたフラグメント間の空孔若しくは気孔を含むため、それによって誘電率の値が低下する。酸化性ガスの流量が増加すると、反応領域内に形成されるフラグメントのサイズが増加し、膜の空孔率若しくは気孔率が増加し、誘電率が減少すると推論される。しかし、たとえ酸化性ガスの流量が増加しても、k値をほぼ2.45まで低下されるのが限界であると思われる。もし酸化性ガスの量をそれ以上増加させると、反応領域内に粉塵が生成され、高品質な膜が得られなくなる。このような膜は有意な誘電率を全く有しない。付加的に、プラズマは不安定になり、安定な反応は維持できない。本発明において、酸化性ガスをパルス状に導入することによって、驚異的に、上記問題が解消される。
【０００９】
実施例において、化合物はSixCyOzHa（ここで、a、x、y及びzは整数）の有機シリコンである。ソースガスはシリコン含有ガス及び（例えば、シリコン含有ガスの半分以下の）He及びArのような付加的な不活性ガスから成る。酸化性ガスは膜形成反応に応じて不活性ガス若しくは還元ガスをさらに含む添加ガス内に含まれる。
【００１０】
酸化性ガスは５ミリ秒から１０秒のサイクルでチャンバ内に導入されるが、ひとつのサイクル間隔は膜形成の反応に応じて、１ミリ秒及び２０秒を含んでそれより短く若しくは長くなりえる。パルスサイクルは膜形成処理の間に、１０、１００、１０００回を含む例えば２〜１００００の複数回繰り返される。ひとつの実施例において、酸化性ガスは１００ミリ秒から５秒のサイクルでチャンバ内に導入される。酸化性ガスは、酸素、N2O若しくはCO2、H2Oを含む酸化剤として機能するあらゆる他のガス、1,3,5-トリオキサンのような化学式(CH2O)nを有する環式有機化合物、またはエタノール、メタノール、n-プロパノール若しくはi-プロパノールのような化学式CxH2x+1OH（xは整数）を有するアルカノール化合物である。上記において、アルカノール自身は還元剤であると考えられるが、アルカノールが成膜用の有機シリコンガスと混合されると、ソースガス酸化反応が生じる。したがって、アルカノールは酸化剤として機能する。使用可能な酸化剤は上記に限定されず、上述のいくつかが単独で若しくは組み合わされて使用される。
【００１１】
実施例において、パルス状の酸化性ガスの導入は、(i)ベース流量のソースガス及びベース流量の５０％若しくはそれ以上の流量の酸化性ガスから成る第１反応ガス、及び(ii)ベース流量のソースガス及び全く無いかまたはベース流量の５０％若しくはそれ以下の流量の酸化性ガスから成る第２反応ガスを択一的に導入することによって達成される。酸化性ガスの総流量はソースガスの流量より少なく、実施例ではソースガスの５０％以下である。
【００１２】
本発明において、酸化性ガスのパルス及び流量は絶縁膜の誘電率を2.45若しくはそれ以下に調節するよう選択される。
【００１３】
マイクロ波パワーが実施例では使用されるが、プラズマはRFパワーによって形成されても良い。また、RFパワーが使用される際、RFパワーの強度は酸化性ガスのパルス状流と同期したサイクルでパルス化され、その結果低誘電率膜が効果的に形成される。実施例において、RFパワーの強度は酸化性ガス流が大きいときのサイクルより酸化性ガス流が小さいときのサイクルの方がより高い。実施例において、RFパワーの強度は、酸化性ガス流のパルスとは独立に１ミリ秒若しくはそれ以上のサイクルでパルス化される。
【００１４】
付加的に、絶縁膜の形成は反応ガスがチャンバ中へ導入される際通過するシャワープレートの温度を１５０℃若しくはそれ以上に維持しながら実行される。
【００１５】
膜のタイプ若しくは使用は限定されるべきではないが、絶縁膜は実施例において１０ナノメートル若しくはそれ以上の厚さを有するキャップ層である。
【００１６】
本発明はプラズマCVD法による低誘電率膜の形成を可能にする。次世代の高集積半導体デバイス用の絶縁膜としてこの低誘電率膜を使用することにより、配線容量によって生じる遅延は低減されかつ半導体デバイスの動作速度は実質的に増加する。
【００１７】
発明及び従来技術に対する利点を要約するために、発明の目的及び利点が上述されてきた。もちろん、そのような目的若しくは利点は本発明の特定の実施例によって必ずしも達成されるものではないことが理解されよう。したがって、例えば発明はここに教示され若しくは提案されるような他の目的若しくは利点を必ずしも達成することなくここに教示されるようなひとつ若しくは複数の利点を達成し若しくは最適化するような方法で実施若しくは実行されるということは当業者の知るところである。
【００１８】
本発明の他の態様、特徴及び利点は以下の好適実施例の詳細な説明から明らかとなる。
【００１９】
【発明の実施の態様】
本発明は酸化性ガスがパルス状サイクルで導入される点に特徴を有する。
【００２０】
この特徴はシリコンガスの代わりに酸化性ガスを使用して低-k膜を形成するあらゆる方法に応用可能でありかつ有効である。
【００２１】
本発明が適用される製造処理には制限がない。例えば、本発明は反応ガスの滞留時間が制御されるところの低-kポリシロキサン重合体膜を形成する方法に適用される。そのような方法の一例は２００１年４月６日に出願された米国特許出願第09/827,616号に記載されている。該米国特許出願の開示は全体としてここに参考文献として組み込まれる。
【００２２】
本発明において、使用可能な材料ガスのタイプは上記米国特許出願に開示された内容に限定されるものではなく、さまざまな材料ガスから選択可能である。例えば、SixOx-1R2x-y+1(OCnH2n+1)y（ここで、xは１〜３の整数、yは0、1若しくは2、nは1〜3の整数、RはSiに結合するC1-6炭化水素）及びSixOx-1R2x+1（ここで、xは１〜３の整数、RはSiに結合するC1-6炭化水素）のような有機シリコンガスが使用可能である。
【００２３】
使用可能な材料ガスにはSi(CH3)3-O-Si(CH3)3、Si(CH3)3-O-Si(CH3)-O-Si(CH3)3が含まれる。
【００２４】
使用可能な材料ガスとしてさらに、SiHn(CH3)4-n、Si(CH3)4、Si(CH3)3、SiH4が含まれる。
【００２５】
2002年9月24日に発行された米国特許第6,455,445号、2002年3月5日に発行された米国特許第6,352,945号、2002年5月7日に発行された米国特許第6,383,955号、2002年6月25日に発行された米国特許第6,410,463号及び2002年8月13日に発行された米国特許第6,432,846号は、本発明で使用可能な材料ガスを開示する。これらの米国特許は全体としてここに参考文献として組み込まれる。
【００２６】
ひとつの実施例における本発明の目的は低-k膜を形成することであり、有機シリコンガスばかりでなくSiH4のようなシリコンガスもまた使用される。また酸化性ガスをパルス状サイクルで導入することによって、多孔構造を有する膜が効果的に形成される。
【００２７】
また、本発明において、上部電極と下部電極との間に中間電極が配置されるところの装置を含むあらゆる適当なCVD装置が使用され得る。例えば、本発明は2000年11月24日に出願された米国特許出願第09/851,809号に開示された装置及び方法に適用可能である。該米国特許出願の開示は全体としてここに参考文献として組み込まれる。
【００２８】
酸化性ガスをパルス状サイクルで導入することによって、導入される酸化性ガスの総和が増加する。すなわち、もし酸化性ガスの流量が増加すると、粉塵（ナノ粒子）が増加し、それによって反応性が増加しプラズマが不安定になる。酸化性ガスをパルス状サイクルで導入することによって、粉塵（ナノ粒子）の形成を抑制し若しくはあるサイズで粉塵の成長を停止させると同時に酸化性ガスの流量を増加させることが可能となる。
【００２９】
酸化性ガスのサイクル的な導入は、導入される酸化性ガスの量に無関係にナノ粒子の成長を抑制することによってプラズマを安定させるのに有効である。小さい流量の酸化性ガスの場合でも、パルス状サイクルで導入することにより、酸化性ガスの定常導入と比べて低-k膜が効果的かつ安定して形成される。小さい流量の酸化性ガス導入工程において反応性は減少するが、一方大きい流量の酸化性ガス導入工程においてナノ粒子（粉塵）の成長を抑制しかつプラズマを安定化しながら反応性は増加する。高品質な低-k膜が形成される。
【００３０】
酸化性ガスは以下を含むパルス状サイクルで導入される。
【００３１】
大流量工程での酸化性ガス流量は小流量工程での酸化性ガス流量よりある程度大きい。
【００３２】
例えば、酸化性ガスの大流量工程において、酸化性ガスの流量はシリコンガス流量の約５０％若しくはそれ以上、好適には５０％から３００％（１００％〜２００％を含む）である。実施例では、これは酸化性ガス約５０sccmから３００sccm（１００sccmから２００sccmを含む）に相当する。
【００３３】
酸化性ガスの小流量工程において、酸化性ガスの流量はシリコンガス流量の約５０％若しくはそれ以下、好適には０％から５０％（１０％から３０％を含む）である。実施例において、これは酸化性ガス約０sccmから５０sccm（１０sccmから３０sccmを含む）に相当する。
【００３４】
大流量及び小流量のひとつのサイクルは約１０ミリ秒から１０秒、好適には０.０５秒から５秒（０.１秒から１秒を含む）に設定される。
【００３５】
サイクルはオン−オフパルス（例えば、デジタルパルス）若しくは正弦波（例えば、アナログパルス）またはあらゆる他の波形である。
【００３６】
酸化性ガスのサイクル式導入は、酸化性ガスが導入されるすべてのとき、若しくは酸化性ガスの流量が酸化性ガスの導入（例えば、シリコンガスの５０％以上）によりプラズマが不安定となるあるレベルを超えた後にのみ実行される。
【００３７】
酸化性ガスはO2、N2O若しくはプラズマ反応による重合の間に酸化を生じさせることができるあらゆる他のガスである。
【００３８】
反応ガスはシリコンガス、酸化性ガス及び適切ならHe、Ar及びKrのような不活性ガスを含む。これらのガス流量はガス制御器によって別々に制御される。
【００３９】
プラズマ反応の条件及び装置は上述の米国特許出願のいくつかに開示されている。
【００４０】
実施例
本発明の実施例が図面及び例を参照して説明される。しかし、本発明はこの実施例に制限されない。
【００４１】
装置構成
図１は本発明で使用可能な容量結合システムを使用する平行平板タイプのCVD装置を示す。１対の導体平板電極1、2を平行に配置しかつ反応チャンバ4内で互いに対面させることによって、また一方に２７MHzのRFパワーを印加し他方を接地することによって、これら１対の電極1、2の間にプラズマが励起される。基板3は下部電極2上に載置される。温度調節器が下部ステージ2内にインストールされ約４００℃（他の実施例では４００℃から４５０℃）の一定温度が下部ステージ内で維持される。DM-DMOS（ジメチルジメトキシシラン、Si(CH3)2(OCH3)2）、He、Ar及びKrのような不活性ガス並びにO2及びN2Oのような酸化性ガスが混合され反応ガスとして使用される。これらのガスの流量は流量調節装置（図示せず）によって所定の流量にそれぞれ調節される。これらのガスは混合され反応ガスとして上部電極（シャワープレート）の頂部に与えられる吸気口6に導入される。酸化性ガスの流量について、２つの工程、すなわちシリコンガス流量の半分から約３倍の所定の比較的大きい流量（約５０sccmから５００sccm）及びゼロからシリコンガス流量の約半分の所定の比較的小さい流量（約０sccmから１００sccm）が約１０ミリ秒から１０秒のサイクルでパルス制御によって繰り返される。上部電極1には約0.5mmの直径を有する500から10000個の細孔が作成されており（実施例では3000個の細孔が作成されている）、導入された反応ガスがこれらの細孔を通じて反応領域7内に流れる。付加的に、上部電極1は１２０℃から３５０℃の範囲で一定温度に維持される。反応ガスの反応を促進するために、より高温が好適である。反応領域7内の空気は真空ポンプを使って排気口5を通じて排気され、反応領域内の圧力は約１３０Paから２０００Pa（他の実施例では４００Paから１０００Pa）の所定の一定圧力に維持される。
【００４２】
蒸着反応
2002年4月6日出願の米国特許出願第09/827,616号に記載されるように、材料ガスとしてDM-DMOS及びO2を反応ガスに加えることによって、約k=2.45の膜が形成された。
【００４３】
比較のために、本発明に従う技術によってRFパワーが一定レベルに維持されるところのプラズマCVD装置を使ってDM-DMOSへ付加される酸素の量を変化させて形成される膜の誘電率を測定した。圧力は６２０Pa、上部電極（シャワープレート）の温度は２４０℃に維持され、サセプタの温度は４００℃に維持された状態で、膜はシャワープレートとサセプタとの間の２４mmに設定されたギャップで形成された。反応領域内では、１４０sccmのDM-DMOS及び８０sccmのHeが混合された。混合ガスに付加される酸素の流量を０sccmから７０sccmまで変化させることによって、それぞれの条件のもとで形成される膜の誘電率値が測定された。今回、１０００Wの２７MHzのRFパワーが印加された。付加されたO2が０sccmであったときk値は2.75であった。付加される酸素の流量を増加させることにより誘電率は減少した。O2を７０sccmまで増加することによって、誘電率はk=2.46まで減少した（図２）。
【００４４】
しかし、もし酸素の流量が７０sccm以上に増加すれば、反応領域内に粉塵が生成され膜上にも堆積するため高品質な膜は得られなくなった。付加的に、生成された粒子は安定なプラズマ位置を乱し、蒸着は続けられなくなった。このため、これ以上酸素の流量を増加させることは不可能であり、誘電率を2.45以下に低下させることは不可能であった。
【００４５】
酸素の流量を増加することは反応領域の反応性及び反応領域内に形成されるフラグメントのサイズを増加させ、そうして得られた膜は堆積したフラグメントの間に空孔若しくは気孔を含むため、誘電率が低下すると考えられる。酸素の流量が増加すると、反応領域内に形成されるフラグメントのサイズが増加し、膜の空孔率若しくは気孔率が増加し、誘電率が低下すると推論される。しかし、この方法ではk値を約2.45まで低下させるのが限界である。もし酸素の量をそれ以上増加させると、反応領域内に粉塵が生成され高品質な膜が得られなくなり、これらの膜の誘電率が測定できなくなる。付加的に、プラズマは不安定になり、安定な反応が維持できなくなる。
【００４６】
本発明は酸素をパルス状に導入することにより低誘電率膜を形成することができる。比較実験と同じ条件（圧力：６２０Pa、RFパワー（２７MHz）：１０００W、DM-DMOS：１４０sccm、He：３０sccm）を使って、酸素は０.５秒間２００sccm供給し、続いて０.５秒間２０sccm供給する工程を繰り返すパルス制御によって導入された。この制御によって、平均流量１１０sccmの酸素が常に流れた。比較例の技術の場合、７５sccm若しくはそれ以上の量の酸素を流すと、プラズマは不安定になり安定な蒸着が維持されなくなる。パルス制御で酸素を導入することによって、平均流量１１０sccmの酸素が導入されても、安定な蒸着が維持されかつk=2.35の低誘電率膜が得られた。
【００４７】
実験結果
＜共通条件＞
・リアクタ設定
上部電極（シャワープレート）温度：２４０℃
サセプタ温度：４００℃
シャワープレートとサセプタとのギャップ：２４mm
・処理条件
DM-DMOS：１４０sccm
He：３０sccm
RFパワー ２７MHz：１０００W
圧力：６２０Pa
成膜処理時間：以下の表参照
＜比較実験の条件＞
酸素は定常状態で導入され、蒸着はSi基板上に実行され、誘電率値が測定された。
【００４８】
【表１】
＜パルス化されたO2プロセス＞
０.５秒間１８０sccm供給し、つづいて０.５秒間２０sccm供給する工程を繰り返すパルス制御によって酸素を導入することにより、低誘電率膜がSi基板上に形成され、誘電率が測定された。この制御により、平均流量１１０sccmの酸素が常に流された。パルス制御で酸素を導入することにより、パルスは安定のままでありかつk=2.35の低誘電率膜が得られた。
【００５０】
付加的に、最後に酸素の供給を停止し、DM-DMOS及びHeを使用して５０ナノメートルの保護膜を形成することにより、吸湿を防止することが可能である。
【００５１】
本発明において、酸化性ガスはパルスでチャンバ内に導入され、RFパワーの強度は酸化性ガスのパルス化された流量と同期したサイクルでパルス化される。上記態様はさまざまな方法で達成される。例えば、膜形成処理は順次連続的に実行される膜形成の複数の工程から成る。異なる工程において、酸化性ガスの流量及び／またはRFパワーの強度は異なるサイクルでパルス化される。他の実施例において、酸化性ガスの流量及び／またはパルス内のRFパワーの強度は異なる工程において変化する。また、異なる工程は少なくともひとつのパルス実行工程及び少なくともひとつの非パルス実行工程から成る。例えば、処理は第１工程がパルス実行工程であり、第２工程が非パルス実行工程であるところの２つの工程から成る。
【００５２】
さらに、本発明において、酸化性ガスがパルス状に導入されるところのチャンバは反応チャンバ自身である必要はない。チャンバは機能的に画成された適当な反応空間であればよく、物理的な構造物によって画成される必要はない。例えば、もし反応チャンバが、温度、圧力、及び／またはガス流量に依存していくつかの領域に分割されれば、プラズマ反応が発生するところの領域が反応空間である。
【００５３】
本発明はそれには限定されないが以下を含むさまざまな実施例で実現される。
【００５４】
１）１ミリ秒若しくはそれ以上のサイクルでパルス制御することにより、酸化性ガスは反応領域内に導入されk＜３.０の低誘電率膜がCVD法で形成される。
【００５５】
２）少なくともSi、C及びH化学元素を含む反応ガスと一緒に酸化性ガスをパルス状に導入することにより、低誘電率膜がCVD法で形成される。
【００５６】
３）項目２で使用される酸化性ガスとして酸素若しくはN2Oを使用して低誘電率膜を形成する方法。
【００５７】
４）低誘電率膜が容量結合システムを使用するプラズマCVD法によって形成されるところの項目３に記載の方法。
【００５８】
５）SixCyOzHa（ここで、a、x、y及びzは少なくともひとつの整数である）の少なくとも有機シリコンガスを含む反応ガスを使用して低誘電率膜が形成される、ところの項目４に記載の方法。
【００５９】
６）項目５に記載された有機シリコンガスとしてSiαOα -1R2 α - β +1(OCnH2n+1)β（ここで、αは１〜３の整数、βは０、１若しくは２、nは１から３の整数及びRはSiに結合するC1-6炭化水素である）を使用するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６０】
７）項目５に記載された有機シリコンガスとしてSiαOα -1R2 α +1（ここで、αは１〜３の整数、RはSiに結合するC1-6炭化水素である）を使用するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６１】
８）項目５に記載された有機シリコンガスとしてSi4O4(CH3)8若しくはSi4O4(CH3)4H4を使用するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６２】
９）項目６に記載された有機シリコンガスとしてジメチルジメトキシシラン若しくはジメトキシテトラメチルジシロキサンを使用するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６３】
１０）５ミリ秒から１０秒のサイクルで酸素を導入するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６４】
１１）１００ミリ秒から５秒のサイクルで酸素を導入するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６５】
１２）酸素の流量が材料ガスとして取込まれる有機シリコンガスの流量の半分若しくはそれ以上であるところの大流量工程と、酸素の流量が有機シリコンガスの流量の半分若しくはそれ以下（ゼロを含む）であるところの小流量工程とから成るサイクルで周期的に酸素流を添加し、これらの混合ガスを反応ガスとして使用することにより、低誘電率膜を形成するための方法。
【００６６】
１３）k＜2.45の誘電率を有する低誘電率膜を形成するための方法。
【００６７】
１４）酸化性ガスの流量変化のサイクルと同じサイクルで高い状態と低い状態にRFパワーが制御されるところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６８】
１５）反応領域内の酸化性ガス濃度が増加するタイミングでRFパワーが上昇し、酸化性ガス濃度が減少するタイミングでRFパワーが下降するところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００６９】
１６）反応領域に印加されるRFパワーが１ミリ秒若しくはそれ以上のサイクルで高電力状態と低電力状態に制御されるところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００７０】
１７）低誘電率膜はシャワープレートの温度を１５０℃若しくはそれ以上で維持することによって形成される。
【００７１】
１８）膜形成の最後に小流量工程で使用される流量若しくはゼロを含む小さい流量の酸化性ガスによって１０ナノメートル若しくはそれ以上のキャップ層を形成することにより、最終保護膜が形成されるところの低誘電率膜を形成するための方法。
【００７２】
また、本発明によって形成される薄膜は所望の膜性質を達成するために付加的な処理にさらされる。例えば、膜形成の完了と同時に、膜形成後に外部環境に曝されるときの吸湿現象を防止するために、比較的高い密度及び誘電率を有しかつ厚さが５０〜１００ナノメートルである薄いキャップ膜層が膜表面に形成される。膜表面を親水性にするために、膜表面を酸化性ガスプラズマに曝すことによって表面が処理される。また、膜表面を電子線若しくはUV光で照射することによって、若しくは膜表面をプラズマに曝すことによって、膜の強度が改善される。
【００７３】
本発明の思想から離れることなくさまざまな修正が可能であることは当業者の知るところである。したがって、本発明の形式は説明上のものであって本発明の態様を限定するものではないことは明確に理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、絶縁膜を形成するのに使用されるプラズマCVD装置を示す略示図である。
【図２】図２は、絶縁膜のk値と非パルス状酸化性ガス流との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 シャワーヘッド
2 サセプタ
3 半導体基板
4 反応チャンバ
5 排気口
6 吸気口
7 反応領域
Claims (13)
- 絶縁膜を半導体基板上に形成するための方法であって、
ＤＭ−ＤＭＯＳ（ジメチル・ジメトキシシラン）を含むソースガスをチャンバ内に導入する工程と、
酸化性ガスをパルス状にチャンバ内に導入する工程であって、前記ソースガスの流量より前記酸化性ガスの平均流量が少なく、かつ、前記酸化性ガスの平均流量が少なくとも７０ sccm から１１０ sccm の範囲であり、前記ソースガス及び前記酸化性ガスが反応ガスを形成するところの工程と、
反応ガスのプラズマ処理によって半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする方法。 - プラズマ処理はプラズマCVD処理である、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 酸化性ガスは５ミリ秒から１０秒のサイクルでチャンバ内に導入される、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 酸化性ガスは１００ミリ秒から５秒のサイクルでチャンバ内に導入される、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 酸化性ガスは酸素若しくはN2Oである、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 酸化性ガスのパルス状の導入は、(i)ベース流量のソースガス及びベース流量の５０％若しくはそれ以上の流量の酸化性ガスから成る第１反応ガス、及び(ii)ベース流量のソースガス及び全く無いかまたはベース流量の５０％若しくはそれ以下の流量の酸化性ガスから成る第２反応ガスを択一的に導入することによって実行される、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - ソースガスはさらに不活性ガスを含む、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - プラズマはRFパワーによって形成される、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - RFパワーの強度は酸化性ガスのパルス流と同期したサイクルでパルスされる、
ことを特徴とする請求項８記載の方法。 - RFパワーの強度は酸化性ガス流が大きいときのサイクルより酸化性ガス流が小さいときのサイクルの方が高い、
ことを特徴とする請求項９記載の方法。 - RFパワーの強度は１ミリ秒若しくはそれ以上のサイクルでパルスされる、
ことを特徴とする請求項８記載の方法。 - 絶縁膜の形成は反応ガスがチャンバ内に導入される際に通過するシャワープレートの温度を１５０℃若しくはそれ以上に維持しながら実行される、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 絶縁膜は１０ナノメートル若しくはそれ以上の厚さを有するキャップ層である、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
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