JP6849792B2 - 表面フィーチャを充填する低ｋ膜を作るための前駆体および流動性ＣＶＤ法 - Google Patents

表面フィーチャを充填する低ｋ膜を作るための前駆体および流動性ＣＶＤ法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１６年８月３０日出願の仮出願第62/381,222号および２０１７年８月１８日出願の出願第15/681,102号の利益を主張するものであり、それらの全ての開示を参照することによって本明細書の内容とする。
ここに記載されているのは、電子装置の製造のためのプロセスである。より具体的には、ここに記載されているのは、堆積プロセス、例えば流動性化学気相堆積でケイ素含有膜を形成するための組成物である。ここに記載された組成物および方法を用いて堆積することができる例示的なケイ素含有膜としては、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素または炭素ドープ酸化ケイ素または炭素ドープ窒化ケイ素膜が挙げられる。
流動性酸化物堆積法は、典型的にはケイ素含有膜のための前駆体としてアルコキシシラン化合物を用い、それらが制御された加水分解および縮合反応によって堆積される。そのような膜は、基材上に、例えば水とアルコキシシランとの混合物を、随意選択的に溶媒および／または他の添加剤、例えば界面活性剤およびポロゲンと共に、基材上に適用することによって堆積することができる。それらの混合物の適用のための典型的な方法としては、スピンコーティング、浸漬コーティング、スプレーコーティング、スクリーン印刷、共縮合およびインクジェット印刷が挙げられる。基材への適用の後に、そして１つもしくは２つ以上のエネルギー源、例えば熱、プラズマおよび／または他の源の適用に際して、混合物内部の水が、アルコキシシランと反応してアルコキシドおよび／またはアルコキシド基を加水分解することができ、そしてシラノール種を生成し、これが更に他の加水分解された分子と縮合して、そしてオリゴマー構造または網目構造を形成する。
物理的堆積または前駆体の基材への適用に加えて、流動性誘電体堆積（ＦＣＶＤ）のための水およびケイ素含有の蒸気源を用いる気相堆積プロセスが、例えば、米国特許第7,541,297号、第8,449,942号、第8,629,067号、第8,741,788号、第8,481,403号、第8,580,697号、第8,685,867号、第7,498,273号、第7,074,690号、第7,582,555号、第7,888,233号、第7,915,131号明細書、ならびに米国特許出願公開第2013/0230987号明細書に記載されており、参照することによってそれらを本明細書の内容とする。典型的方法は、通常は基材上の間隙を、固体誘電体材料で、その間隙の中に流動性の液体膜を形成することによって充填することに関する。この流動性の膜は、Ｓｉ−Ｃ結合を有することのできる誘電体前駆体を酸化剤と反応させて、誘電体材料を形成させることによって形成される。特定の態様では、誘電体前駆体は、縮合し、そして次いで酸化剤と反応して誘電体材料を形成する。特定の態様では、気相反応物は、反応して縮合された流動性の膜を形成する。Ｓｉ−Ｃ結合は、比較的に水との反応に対して不活性であるので、結果として生じる網目構造は、有機官能基で有利に官能化されている可能があり、それが結果として生じる膜に所望の化学的および物理的性質を与える。例えば、網目構造への炭素の付加は、結果として生じる膜の誘電率を低下させる可能性がある。
流動性化学気相堆積プロセスを用いた酸化ケイ素膜を堆積するための他の取り組みは、気相重合である。例えば、従来技術では、Ｓｉ、Ｈ、Ｎ含有オリゴマーを堆積させて、それを次いでオゾン暴露を用いてＳｉＯｘ膜へと酸化させるのに、トリシリルアミン（ＴＳＡ）などの化合物を用いることに焦点が当てられてきた。そのような取り組みの例としては、米国特許出願公開第2014/0073144号、第2013/230987号明細書、米国特許第7,521,378号、第7,557,420号、第8,575,040号、および第7,825,040号明細書が挙げられ、それらを参照することによって、本明細書の内容とする。
トリシリルアミン（ＴＳＡ）を用いるプロセスについては、ＴＳＡは典型的には反応チャンバ中に気体として、アンモニアと混合されて、供給され、そして遠隔プラズマ反応器中で活性化されてＮＨ２、ＮＨ、Ｈおよび／またはＮラジカルもしくはイオンを発生させる。ＴＳＡはプラズマで活性化されたアンモニアと反応し、そしてオリゴマー化し始めて、より高分子量のＴＳＡ二量体および三量体または、Ｓｉ、ＮおよびＨを含む他の種を形成する。基材は、反応器中に置かれ、そして約０〜約５０℃の範囲の１つもしくは２つ以上の温度まで、特定のチャンバ圧力で冷却され、そしてＴＳＡ／活性化されたアンモニア混合物オリゴマーが、それらが「流動」することができて、トレンチの表面フィーチャを満たすような仕方で、ウエハ上に凝縮し始める。このようにして、Ｓｉ、ＮおよびＨを含む材料が、ウエハ上に堆積し、そしてトレンチを満たす。特定の態様では、予備アニール工程が行われて、膜をよりＳｉＮ様にさせる。ＳｉＮ材料を有することが望ましい、何故ならば、次のプロセス工程は、１００〜７００℃の範囲の１つもしくは２つ以上の温度での、オゾンまたは水を用いた酸化であるからである。ＳｉＮ結合の距離および角度の故に、ＳｉＮがＳｉＯ２へと酸化されるときに、単位格子体積の増加があり、それが、膜が収縮することを防止させることが知られている。
流動性化学気相堆積および他の膜堆積プロセスに関する当技術分野における最近の活動にも拘わらず，問題がなお残っている。それらの問題の１つは、膜の組成に関する。例えば、前駆体トリシリルアミン（ＴＳＡ）から気相重合プロセスで堆積された流動性酸化物膜は、Ｓｉ−Ｈ結合の高い密度を有し、そして高品質の熱酸化物よりも２．２〜２．５倍速い希ＨＦ中のエッチング速度を有する膜をもたらす。そのような膜は、低ｋ膜の用途には好適ではない。
多くの環境では、硬化プロセス、例えば熱アニール、ＵＶ硬化、またはイオン／ラジカル高密度化、を流動性膜に適用することができる。硬化プロセスは、炭素基、ヒドロキシル基およびより小さな分子量の種を、堆積された材料から取り除く可能性がある。ここで、図１を参照すると、このことは、しばしば空隙、割れ目または空間を硬化された材料中に残してしまう。そのような膜はまた、低ｋ膜の用途には好適ではない。
従って、低ｋの酸化ケイ素含有膜材料として成功裏に機能する、機械的な完全性および気孔率を有するケイ素含有膜を、流動性ＣＶＤ技術によって生成させる、代替の前駆体化合物を提供する必要性が存在する。
ここに記載された組成物もしくは配合物およびそれを用いた方法は、従来技術のそれらの問題を、基材表面の少なくとも一部の上に、堆積後処理によって所望の膜特性を与えるケイ素含有膜を堆積させることによって、克服する。本発明は、ｉ）約２〜約１５ＧＰａ、約４〜約１２、そして幾つかの場合には約６〜約１０のヤング率による機械的な完全性、ｉｉ）約１０〜約３０体積％、約１２〜約２５、そして幾つかの場合には、約１６〜約２２の気孔率（例えば、エリプソメトリーポロシメーターによって測定された）、ならびに、ｉｉｉ）約２．２〜約３．０、約２．４〜約２．８、そして幾つかの場合には、約２．５〜約２．７の誘電率を有するケイ素含有膜を提供することができる。
１つの態様では、ここに記載された本発明は、ケイ素含有膜を堆積させるための方法を提供するものであり、この方法は、少なくとも１つの表面フィーチャを含む基材を、約−２０℃〜約４００℃の温度である反応器中に配置すること、この反応器中に少なくとも１種のアセトキシ基を有する少なくとも１種のケイ素含有化合物を導入すること、この少なくとも１種のケイ素含有化合物は、以下のＩ（ａ）〜Ｉ（ｃ）からなる群から選択され、
Ｉ（ａ）： 式（ＲＣＯＯ）ｍＲ１ ｎＳｉＨｐを有するアシルオキシシラン、ここでＲは水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＝４である、
Ｉ（ｂ）： 式（ＲＣＯＯ）ｍ（Ｒ２Ｏ）ｎＳｉＨｐＲ１ ｑを有するアシルオキシアルコキシシラン、ここでＲは水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、Ｒ２は直鎖または分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、ｑ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝４である、ならびに、
Ｉ（ｃ）： 式（ＲＣＯＯ）ｍ（Ｒ３Ｒ４ＮＯ）ｎＳｉＨｐＲ１ ｑを有するアシルオキシアミノオキシシラン、ここでＲは水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、そしてＲ３は水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ１０アルキル基から選択され、Ｒ４は直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、ｑ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝４である、ならびに、
プラズマを反応器中に与えて、少なくとも１種のケイ素含有化合物を少なくとも部分的に反応させて、流動性の液体オリゴマーを形成させ、ここで流動性の液体オリゴマーは、基材上にコーティングを形成し、そして少なくとも１つの表面フィーチャの少なくとも一部を少なくとも部分的に満たすこと、を含んでいる。
他の態様では、本発明の方法は、そのコーティングを約１００℃〜約１０００℃の範囲の１つもしくは２つ以上の温度で、そのコーティングの少なくとも一部を高密度化し、そして硬化された層を形成するように、熱処理に付す工程を更に含んでいる。
更に他の態様では、本発明の方法は、その硬化された層を、プラズマ、赤外線、化学的処理、および電子線、または紫外線からなる群から選択されたエネルギーに暴露して、最終的なケイ素含有膜を形成させる工程を更に含んでいる。
本発明の他の態様は、少なくとも１種のアセトキシ基を有する少なくとも１種のケイ素含有化合物を含む前駆体組成物に関し、ここで少なくとも１種のケイ素含有化合物は、Ｉ（ａ）〜Ｉ（ｃ）からなる群から選択される、
Ｉ（ａ）： 式（ＲＣＯＯ）ｍＲ１ ｎＳｉＨｐを有するアシルオキシシラン、ここでＲは水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＝４である、
Ｉ（ｂ）： 式（ＲＣＯＯ）ｍ（Ｒ２Ｏ）ｎＳｉＨｐＲ１ ｑを有するアシルオキシアルコキシシラン、ここでＲは水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、Ｒ２は直鎖または分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、ｑ＝０もしくは１そしてｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝４である、ならびに、
Ｉ（ｃ）： 式（ＲＣＯＯ）ｍ（Ｒ３Ｒ４ＮＯ）ｎＳｉＨｐＲ１ ｑを有するアシルオキシアミノオキシシラン、ここでＲは水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、そしてＲ３は水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ１０アルキル基から選択され、Ｒ４は直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、ｑ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝４である。
本発明の他の態様は、本発明の方法および組成物によって得られた膜に関する。
本発明の他の特徴および利点は、例示として、本発明の原理を示す添付の図面をとともに考慮して、以下の好ましい態様のより詳細な説明から明らかとなるであろう。
本発明の態様および特徴は、単独で、または互いに組み合わせて用いることができる。
本発明は、これ以降、添付の図面と関連付けて説明され、同じ符号は、同じ要素を示している。
図１は、基材のトレンチ中に形成された従来技術の酸化ケイ素膜を示すＳＥＭ顕微鏡写真であり、ここでは硬化プロセスの間に空隙が形成されている。
図２は、本発明のプロセスに従って形成された、ジアセトキシジメチルシランのＯ２との堆積による、酸化ケイ素膜を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。
図３は、本発明のプロセスによる、３００℃での５分間の熱アニールの後の、図２の酸化ケイ素膜を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。
図４は、本発明のプロセスによる、４００℃での１０分間のＵＶ暴露の後の図３の酸化ケイ素膜を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。
以下の詳細な説明は、好ましい例示的な態様を提供するだけであり、そして本発明の範囲、適用範囲、または構成を限定することは意図されていない。むしろ、好ましい例示的な態様の以下の詳細な説明は、当業者に、本発明の好ましい例示的な態様を実施するための実施可能な説明を提供するものである。添付の特許請求の範囲に規定した、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、種々の変更を、要素の機能および配置に加えることができる。
特許請求の範囲において、文字記号（例えば、ａ、ｂおよびｃ）が、特許請求された方法の工程を識別するのに用いられる可能性がある。それらの文字記号は、本方法の工程を参照することを援けるのに用いられており、そして特許請求された工程が実施される順序を示すことは、そのような順序が特許請求の範囲に特に記載されていない限り、そして特に記載されている範囲においてのみしか、意図されていない。
ここに記載された組成物および配合物ならびにそれらを用いた方法は、従来技術の問題を、基材表面の少なくとも一部の上に、堆積後処理で所望の膜特性を与えるケイ素含有膜を堆積させることによって、克服する。
本発明は、半導体薄膜プロセス技術に向けられている。方法およびシステムが、種々のデバイス構造の上に形態学的に適用される誘電体膜の品質を向上させるために説明されている。より具体的には、本発明の態様は、高いアスペクト比を有するトレンチのためのボイドのない間隔充填を達成するための増大した密度を有する酸化ケイ素膜を形成する方法およびシステムを提供する。例えば、本発明は、他の用途の中で、狭いＳＴＩトレンチを充填するための高品質の酸化ケイ素膜を形成するのに適用される。
従って、１つの態様では、この開発は、ケイ素含有膜を堆積させるための方法を提供するものであり、この方法は、少なくとも１つの表面フィーチャを含む基材を、約−２０℃〜約４００℃の温度である反応器中に配置すること、この反応器中に少なくとも１種のアセトキシ基を有する少なくとも１種のケイ素含有化合物を導入すること、この少なくとも１種のケイ素含有化合物は、以下のＩ（ａ）〜Ｉ（ｃ）からなる群から選択され、
Ｉ（ａ）： 式（ＲＣＯＯ）ｍＲ１ ｎＳｉＨｐを有するアシルオキシシラン、ここでＲは水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＝４である、
Ｉ（ｂ）： 式（ＲＣＯＯ）ｍ（Ｒ２Ｏ）ｎＳｉＨｐＲ１ ｑを有するアシルオキシアルコキシシラン、ここでＲは水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、Ｒ２は直鎖または分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、ｑ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝４である、ならびに、
Ｉ（ｃ）： 式（ＲＣＯＯ）ｍ（Ｒ３Ｒ４ＮＯ）ｎＳｉＨｐＲ１ ｑを有するアシルオキシアミノオキシシラン、ここでＲは水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、そしてＲ３は水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ１０アルキル基から選択され、Ｒ４は直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、ｑ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝４である、ならびに、
プラズマを反応器中に与えて、少なくとも１種のケイ素含有化合物を少なくとも部分的に反応させて、流動性の液体オリゴマーを形成させ、ここで流動性の液体オリゴマーは、基材上にコーティングを形成し、そして少なくとも１つの表面フィーチャの少なくとも一部を少なくとも部分的に満たすこと、を含んでいる。
「流動性の液体オリゴマー」は、堆積条件の下で流動性であるポリシロキサン材料を意味しており、ポリシロキサンは、ＦＴＩＲによって測定される。硬化の後に、流動性の」液体オリゴマーは、固体の炭素ドープ多孔質ＯＳＧを形成する。
ケイ素含有膜は、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、炭素ドープ窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、および炭素ドープ酸窒化ケイ素膜からなる群から選択される。この組成物は、予備混合された組成物、予備混合物（堆積プロセスで用いられる前に混合される）、またはインサイチュ混合物（堆積プロセスの間に混合される）であることができる。従って、本明細書において、用語「混合物」、「配合物」および「組成物」は互換性がある。
本明細書をとおして、ここで用いられる用語「酸化ケイ素」は、化学量論のもしくは非化学量論の酸化ケイ素、炭素ドープ酸化ケイ素、シリコンカルボキシニトライドおよびそれらの混合物からなる群から選択されたケイ素および酸素を含む膜を表している。
本発明の方法では、典型的には第１の工程は、少なくとも１つの表面フィーチャを含む基材を、約−２０℃〜約４００℃の温度である反応器中に配置することである。好適な基材としては、限定するものではないが、半導体材料、例えば、ヒ化ガリウム（「ＧａＡｓ」）、窒化ホウ素（「ＢＮ」）シリコン、およびケイ素を含む組成物、例えば、結晶シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、エピタキシャルシリコン、二酸化ケイ素（「ＳｉＯ２」）、炭化ケイ素（「ＳｉＣ」）、酸炭化ケイ素（「ＳｉＯＣ」）、窒化ケイ素（「ＳｉＮ」）、炭窒化ケイ素（「ＳｉＣＮ」）、有機ケイ酸塩ガラス（「ＯＳＧ」）、有機フルオロケイ酸塩ガラス（「ＯＦＳＧ」）、フルオロケイ酸塩ガラス（「ＦＳＧ」）、および他の適切な基材またはそれらの混合物が挙げられる。基材は、種々の層を更に含んでいることができ、その層の上にその膜が適用されるが、例えば反射防止コーティング、フォトレジスト、有機ポリマー、多孔質の有機および無機材料、金属、例えば銅およびアルミニウム、または拡散障壁層、例えば、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ）Ｎ、ＴａＮ、Ｔａ（Ｃ）Ｎ、Ｔａ、Ｗ、ＷＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴａＳｉＮ、ＳｉＣＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＴａＳｉＣＮ、またはＷ（Ｃ）Ｎである。本発明の有機ケイ酸塩ガラス膜は、好ましくは慣用の引張試験、例えばＡＳＴＭ Ｄ３３５９−９５ａ、テープ剥離試験に合格するように、少なくとも１種の前記の材料に十分に接着することができる。
幾つかの態様では、基材は、単結晶シリコンウエハ、炭化ケイ素のウエハ、酸化アルミニウムのウエハ（サファイア）、ガラスのシート、金属箔、有機ポリマー膜であることができ、あるいはポリマーの、ガラスの、シリコンの、または金属の３次元の物品であることができる。基材は、当技術分野においてよく知られている種々の材料、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、アモルファス炭素、酸炭化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ガリウムなどの膜、でコーティングされていることができる。それらのコーティングは、基材を完全にコーティングしていることができ、種々の材料の多層の中にあることができ、そして下にある材料の層を暴露するように部分的にエッチングされていることができる。また、表面は、その上に、パターンを有して暴露され、そして基材を部分的にコーティングするように現像された、フォトレジストを有していることができる。
幾つかの態様では、基材は表面フィーチャを含んでいる。ここで用いられる用語「表面フィーチャ」は、以下の孔、トレンチ、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）、ビア、レエントラントフィーチャ、などの１つもしくは２つ以上を含む、基材または部分的に加工された基材を意味している。１つの特定の態様では、表面フィーチャは、１００μｍ以下の幅、１μｍ以下の幅、または０．５μｍ以下の幅、または５０ｎｍ以下の幅を有している。この態様または他の態様では、表面フィーチャのアスペクト比（深さの幅に対する比）は、存在するのであれば、０．１：１以上、または１：１以上、または１０：１以上、または２０：１以上、または４０：１以上である。
ここで記載された膜またはコーティングを形成するのに用いられる方法は、流動性化学堆積プロセスである。ここに開示された方法のために好適な堆積プロセスの例として、限定するものではないが、熱化学気相堆積（ＣＶＤ）またはプラズマ促進サイクルＣＶＤ（ＰＥＣＣＶＤ）プロセスが挙げられる。例示的な流動性ＣＶＤ反応器は、米国特許出願公開第2014/0073144号明細書に開示されており、参照することによって本明細書の内容とする。ここで用いられているように、用語「流動性化学気相堆積プロセス」は、基材が１種もしくは２種以上の揮発性前駆体に暴露され、それが基材表面上で反応および／または分解して流動性のオリゴマーのケイ素含有種を与え、そして次いで更なる処理で固体の膜もしくは材料を生成させる、いずれかのプロセスを表している。ここで用いられる前駆体、試薬および供給源はしばしば「気体状の」と記載されている可能性があるが、これらの前駆体は、液体または固体のいずれかであることができ、それらは不活性ガスのあり、もしくはなしで、直接の蒸発、バブリングもしくは昇華によって、反応器中に移送されることが理解される。幾つかの場合には、蒸発された前駆体は、プラズマ発生器を通過することができる。１つの態様では、膜は、プラズマを基にした（例えば、遠隔で発生された、またはインサイチュの）ＣＶＤプロセスを用いて堆積される。ここで用いられる用語「反応器」としては、限定するものではないが、反応チャンバまたは堆積チャンバが挙げられる。
特定の態様では、基材は、膜の１つもしくは２つ以上の性質に影響を与えるように、１種もしくは２種以上の堆積前処理、限定するものではないが、例えばプラズマ処理、熱処理、化学的処理、紫外線曝露、電子線曝露、およびそれらの組合せに曝露することができる。それらの堆積前処理は、不活性、酸化および／または還元から選択された雰囲気の下で起こることができる。
ここで用いられる化学試薬はしばしば「気体状」と記載される可能性があるが、この化学試薬は、気体として反応器に直接に供給される、蒸発している液体もしくはキャリアガス、例えば窒素、ヘリウムもしくはアルゴンを用いたバブリングしている液体からの蒸気として、昇華している固体からの、および／または不活性のキャリアガスによって運ばれる蒸気として、反応器中に供給される、ことが理解される。
本発明の開発による方法は、反応器中に、少なくとも１つのアセトキシ基を有するケイ素含有化合物（ここでは「前駆体」とも表される）を導入する工程を含んでおり、ここで少なくとも１つの第２の化合物は以下の式Ｉ（ａ）〜Ｉ（ｃ）からなる群から選択される。
Ｉ（ａ）： 式（ＲＣＯＯ）ｍＲ１ ｎＳｉＨｐを有するアセトキシシラン、ここでＲおよびＲ１は独立して直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＝４である。
Ｉ（ｂ）： 式（ＲＣＯＯ）ｍ（Ｒ１Ｏ）ｎＳｉＨｐを有するアセトキシアルコキシシラン、ここでＲおよびＲ１は、独立して直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＝４である。
Ｉ（ｃ）： 式（ＲＣＯＯ）ｍ（Ｒ２Ｒ３ＮＯ）ｎＳｉＨｐを有するアセトキシアミノシラン、ここでＲは直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ２は水素、分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、およびＣ４〜Ｃ１０アリール基から選択され、そしてＲ３は直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ１０アルキル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＝４である。
上記の、および本明細書を通して上記の式における用語「直鎖アルキル」は、１〜１０個、３〜１０個または１〜６個の炭素原子を有する直鎖の官能基を示している。上記の、および本明細書を通して上記の式における用語「分岐アルキル」は、３〜１０個または１〜６個の炭素原子を有する直鎖の官能基を示している。例示的な直鎖アルキル基としては、限定されるものではないが、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチルおよびヘキシル基が挙げられる。例示的な分岐アルキル基としては、限定するものではないが、イソプロピル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、iso−ペンチル、tert−ベンチル、iso−ヘキシル、およびネオヘキシルが挙げられる。特定の態様では、アルキル基は、それらに結合された、１種もしくは２種以上の官能基、例えば、限定するものではないが、アルコキシ基、ジアルキルアミノ基またはそれらの組み合わせを有することができる。他の態様では、アルキル基は、それらに結合された１種もしくは２種以上の官能基を有していない。アルキル基は、飽和されていても、あるいは不飽和でもよい。
上記の、および本明細書を通して上記の式における用語「アリール」は、３〜１０個の炭素原子、５〜１０個の炭素原子、または６〜１０個の炭素原子を有する芳香族の環状官能基を示している。例示的なアリール基としては、限定するものではないが、フェニル、ベンジル、クロロベンジル、トリルおよびｏ−キシリルが挙げられる。
上記の、および本明細書を通して上記の式における用語「アルケニル基」は、１つもしくは２つ以上の炭素−炭素二重結合を有し、そして２〜１２個、２〜１０個、または２〜６個の炭素原子を有する基を示している。例示的なアルケニル基としては、限定するものではないが、ビニルまたはアリル基が挙げられる。
用語「アルキニル基」は、１つもしくは２つ以上の炭素−炭素三重結合を有し、そして２〜１０個、または２〜６個の炭素原子を有する基を示している。例示的なアルキニル基としては、限定するものではないが、エチニルが挙げられる。
特定の態様では、前記の式中の１種もしくは２種以上のアルキル基またはアリール基は、「置換されて」いることができ、または例えば、水素原子の代わりに置換された、１種もしくは２種以上の原子または原子の群を有していることができる。例示的な置換物としては、限定するものではないが、酸素、硫黄、ハロゲン原子（例えば、Ｆ、Ｃｌ、ＩまたはＢｒ）、窒素、アルキル基、およびリンが挙げられる。他の態様では、前記の式中のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、芳香族および／またはアリール基の１つもしくは２つ以上は、非置換であることができる。
特定の態様では、上記の式中の置換基Ｒ１、Ｒ２およびＲ３のいずれか１つもしくは２つ以上は、それらが水素でない場合には、上記の式中で、Ｃ−Ｃ結合で結合されて環構造を形成することができる。当業者が理解するように、この置換基は、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ１０アルキレン部分、Ｃ２〜Ｃ１２アルケニレン部分、Ｃ２〜Ｃ１２アルキニレン部分、Ｃ４〜Ｃ１０環状アルキル部分、およびＣ５〜Ｃ１０アリーレン部分から選択されることができる。それらの態様では、環状構造は、不飽和、例えば、環状アルキル環であることができ、または飽和、例えばアリール環であることができる。更に、それらの態様では、環状構造はまた、置換されているか、または置換されていることができる。他の態様では、置換基Ｒ１、Ｒ２およびＲ３のいずれか１つもしくは２つ以上は、結合されていない。
ケイ素含有前駆体が、式Ｉ（ａ）を有する化合物を含む１つの態様では、前駆体の例としては、以下のものが挙げられる。
Figure 0006849792
式Ｉ（ａ）の化合物の例としては、ジアセトキシジメチルシラン、ジアセトキシメチルシラン、トリアセトキシメチルシラン、ジアセトキシジビニルシラン、ジアセトキシメチルビニルシラン、トリアセトキシビニルシラン、ジアセトキシジエチニルシラン、ジアセトキシメチルエチニルシラン、およびトリアセトキシエチニルシランが挙げられる。
ケイ素含有前駆体が式Ｉ（ｂ）を有する化合物を含む１つの態様では、前駆体の例としては以下のものが挙げられる。
Figure 0006849792
式Ｉ（Ｂ）の化合物の例としては、ジアセトキシメトキシメチルシラン、ジアセトキシジメトキシシランおよびトリアセトキシメトキシシランが挙げられる。
１つの態様では、ケイ素含有前駆体は式Ｉ（ｃ）を有する化合物を含む。
Figure 0006849792
式Ｉ（ｃ）の化合物の例としては、ジアセトキシジメチルアミノオキシメチルシラン、ジアセトキシジ（メチルエチル）アミノオキシメチルシラン、およびジアセトキシジエチルアミノオキシメチルシランが挙げられる。
ここに記載されたケイ素含有前駆体は、反応チャンバ、例えばＣＶＤまたはＡＬＤ反応器へと、種々の方法で、供給することができる、１つの態様では、液体供給システムを用いることができる。代替の態様では、液体供給およびフラッシュ蒸発プロセス装置の組み合わせ、例えば、MSP Corporation（Shoreview、ミネソタ州）によって製造されたターボ蒸発器を、低揮発性の材料が、容量的に供給されることを可能にするように、用いることができ、このことが前駆体の熱分解なしに、再現性のある移送および堆積をもたらす。液体供給の配合物では、ここに記載された前駆体は、単体の液体の形態で供給されることができ、あるいはそれを含んだ溶媒配合物または組成物で用いることができる。従って、特定の態様では、前駆体配合物は、基材上に膜を形成する所定の最終用途で、望ましく、そして有利であることができるような好適な特徴の溶媒成分を含むことができる。
ケイ素含有前駆体化合物は、好ましくはハロゲン化物イオン、例えばクロリドまたは金属イオン、例えばＡｌを実質的に含まない。ここで用いられる用語「実質的に含まない」は、ハロゲン化物イオン（またはハライド）または金属イオン、例えばクロリド、フルオリド、ブロミド、ヨージド、Ａｌ３＋イオン、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｎｉ２＋、Ｃｒ３＋に関しては、それぞれのハライドまたは金属イオンが、５ｐｐｍ未満（質量基準）、好ましくは３ｐｐｍ未満、そしてより好ましくは１ｐｐｍ未満、そして最も好ましくは０ｐｐｍを意味している。クロリドまたは金属イオンは、ケイ素前駆体の分解触媒として作用することが知られている。最終的な製品中のクロリドの有意な量は、ケイ素前駆体が分解することを引き起こす可能性がある。ケイ素前駆体の漸次の分解は、膜の堆積プロセスに直接的に影響する可能性があり、半導体製造者が膜の仕様に合格させるのを困難にさせる。更に、貯蔵寿命または安定性は、ケイ素前駆体のより高い分解速度によってマイナスの影響を受け、従って１〜２年の貯蔵寿命を保証することを困難にさせる。更に、ケイ素前駆体は、分解によって、可燃性および／または自然発火性のガス、例えば水素およびシランを形成することが知られている。当該前駆体化合物を含む組成物は、そのような分解生成物を実質的に含まない。従って、ケイ素含有前駆体の促進された分解は、それらの可燃性および／または自然発火性のガスの副生成物の形成に関して、安全性および性能への懸念を与える。
ハロゲン化物を実質的に含まない本発明によるケイ素含有前駆体は、（１）化学合成の間にクロリド源を低減する、または排除すること、および／または（２）最終的な精製された生成物が、クロリドを実質的に含まないように、粗生成物からクロリドを除去する効果的な精製プロセスを実行すること、によって得ることができる。クロリド源は、ハライド、例えばクロロジシラン、ブロモジシラン、またはヨードジシランを含まない試薬を用い、それによってハライドイオンを含む副生成物の生成を回避することによって、合成の間に低減されることができる。更に、前記の試薬は、結果として得られる粗生成物がクロリド不純物を実質的に含まないように、クロリド不純物を実質的に含まないものでなければならない。同様にして、その合成は、ハライド系の溶媒、触媒、または容認できない高水準のハライド不純物を含む溶媒を用いてはならない。また、粗生成物は、種々の精製方法によって処理されて、最終的な生成物が、ハライド、例えばクロリドを実質的に含まなくさせることができる。そのような方法は、従来技術によく記載されており、限定するものではないが、精製プロセス、例えば蒸留または吸着を挙げることができる。蒸留は、通常、不純物を所望の生成物から、沸点の差異を利用することによって、分離するのに用いられる。また、吸着は、最終生成物が実質的にハライドを含まないような分離をもたらすように、成分の異なる吸着特性を利用するように用いることができる。吸着剤、例えば商業的に入手可能なＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３混合物を、ハライド、例えばクロリドを除去するために用いることができる。
ここに記載した溶媒および少なくとも１種のケイ素含有化合物を含む組成物に関するこれらの態様では、選択された溶媒またはそれらの混合物は、ケイ素化合物とは反応しない。この組成物における溶媒の質量パーセントでの量は、０．５質量％〜９９．５質量％、または１０質量％〜７５質量％の範囲である。この態様または他の態様では、溶媒は、式Ｉ（ａ）、Ｉ（ｂ）およびＩ（ｃ）の前駆体のｂ．ｐ．と同様の沸点（ｂ．ｐ．）を有しているか、あるいは溶媒のｂ．ｐ．と式Ｉ（ａ）、Ｉ（ｂ）およびＩ（ｃ）のケイ素前駆体のｂ．ｐ．との間の差異は、４０℃以下、３０℃以下、または２０℃以下、１０℃以下、または５℃以下である。あるいは、沸点の間の差異は、以下の端点０、１０、２０、３０または４０℃のいずれか１つもしくは２つ以上の範囲である。好適なｂ.ｐ.差異の範囲の例としては、限定するものではないが、０℃〜４０℃、２０℃〜３０℃、または１０℃〜３０℃が挙げられる。この組成物中の好適な溶媒の例としては、限定するものではないが、エーテル（例えば、１，４−ジオキサン、ジブチルエーテル）、第３級アミン（例えば、ピリジン、１−メチルピペリジン、１−エチルピペリジン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルピペラジン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’、Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン）、ニトリル（例えば、ベンゾニトリル）、アルキル炭化水素（例えば、オクタン、ノナン、ドデカン、エチルシクロヘキサン）、芳香族炭化水素（例えば、トルエン、メシチレン）、第３級アミノエーテル（例えば、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル）、またはそれらの混合物が挙げられる。
１つの具体的な態様では、少なくとも１種のケイ素含有化合物が反応器中に導入される、導入工程は、−２０℃〜１０００℃、または約４００℃〜約１０００℃、または約４００℃〜約６００℃、または約−２０℃〜約４００℃の範囲の少なくとも１つもしくは２つ以上の温度で行われる。それらの態様または他の態様では、基材は、表面フィーチャを含む半導体基材を含んでいる。
本発明の方法は、インサイチュプラズマまたは遠隔プラズマ源を、少なくとも１種のケイ素含有化合物が、少なくとも部分的に反応して、流動性の液体オリゴマーを形成するように、提供する工程を含んでおり、この流動性の液体オリゴマーは、基材上にコーティングを形成し、そして少なくとも１つの表面フィーチャの少なくとも一部を少なくとも部分的に充填する。エネルギーが、少なくとも１種のケイ素含有化合物、窒素含有源（用いられる場合には）、酸素源、他の前駆体またはそれらの組み合わせに加えられて、反応を誘発し、そしてケイ素含有膜またはコーティングを基材上に形成させる。そのようなエネルギーは、限定するものではないが、熱、プラズマ、パルスプラズマ、ヘリコンプラズマ、高密度プラズマ、誘導結合プラズマ、Ｘ線、電子線、フォトン、遠隔プラズマ法、およびそれらの組み合わせによって与えることができる。特定の態様では、二次ＲＦ周波数源を、基材表面におけるプラズマ特性を変更するのに用いることができる。堆積がプラズマを含む態様では、プラズマ発生プロセスは、プラズマが反応器内で直接発生される直接プラズマ発生プロセス、あるいはプラズマが反応器の外部で発生されて、反応器内に供給される遠隔プラズマ発生プロセスを含むことができる。
前駆体の酸素もしくは窒素含有源に対する体積流量比は、約４０：１〜約０．２：１、約２０：１〜約１：１、そして幾つかの場合には約６：１〜約２：１の範囲であることができる。本発明の１つの態様では、組成物は、本発明のケイ素含有前駆体および、酸素もしくは窒素含有源の少なくとも１種を含んでいる。本発明の他の態様では、組成物は、本発明の前駆体および酸素もしくは窒素含有源の少なくとも１種から得られたオリゴマーを含んでいる。
１つの特定の態様では、プラズマは、限定するものではないが、窒素プラズマ、窒素およびヘリウムを含むプラズマ、窒素およびアルゴンを含むプラズマ、アンモニアプラズマ、アンモニアおよびヘリウムを含むプラズマ、アンモニアおよびアルゴンを含むプラズマ、ヘリウムプラズマ、アルゴンプラズマ、水素プラズマ、水素およびヘリウムを含むプラズマ、水素およびアルゴンを含むプラズマ、アンモニアおよび水素を含むプラズマ、有機アミンプラズマ、酸素を含むプラズマ、酸素および水素を含むプラズマ、ならびにそれらの混合物からなる群から選択される。
他の態様では、プラズマ源は、限定するものではないが、炭素源プラズマ、例えば炭化水素プラズマ、炭化水素およびヘリウムを含むプラズマ、炭化水素およびアルゴンを含むプラズマ、二酸化炭素プラズマ、一酸化炭素プラズマ、炭化水素および水素を含むプラズマ、炭化水素および窒素源を含むプラズマ、炭化水素および酸素源を含むプラズマ、ならびにそれらの混合物からなる群から選択される。
前述のように、本方法は、膜を、表面フィーチャを含む基材の表面の少なくとも一部の上に堆積させる。基材は、反応器中に置かれ、そして基材は、約−２０℃〜約４００℃の範囲の１つもしくは２つ以上の温度に維持される。１つの具体的な態様では、基材の温度は、チャンバの壁よりも低い。基材温度は、１００℃未満の温度、好ましくは２５℃未満の温度、そして最も好ましくは１０℃未満で−２０℃超の温度に保持される。
特定の態様では、反応器は、大気圧未満の圧力または７５０トール（１０５パスカル（Ｐａ））以下、または１００トール（１３３３２Ｐａ）以下である。１つの態様では、反応器の圧力は、約０．１トール（１３Ｐａ）〜約１０トール（１３３３Ｐａ）の範囲に維持される。
プラズマエネルギーの存在下で、ケイ素含有化合物は互いに反応し、そしてオリゴマーを形成し、それが液体（液体オリゴマー）として、基材の表面上に凝縮し、そして基材上のフィーチャを少なくとも部分的に充填する。しかしながら、堆積されたままの膜の直接の使用は、多孔質に過ぎ、そして適切な機械的強度を有していない誘電体をもたらす可能性がある。従って、本発明の開発の特定の態様は、堆積されたままの酸化ケイ素層の更なる処理を行うように適用されて、向上した密度を有するように膜品質を向上させ、そして更にボイドのない間隔充填を達成させる。「ボイドのない」とは、堆積され、そして硬化された膜のＳＥＭまたはＴＥＭ観察によって得られる目視の確認を意味している。
好ましい態様では、流動性の液体オリゴマーは、約１００℃〜約１０００℃の範囲の１つもしくは２つ以上の温度で熱的にアニールされて、材料の少なくとも一部で高密度化され、次いで１００℃〜１０００℃の範囲の温度で、広帯域のＵＶ処理を受ける。
ボイドの形成を防止するように、処理の間に架橋が必要とされる。例えば、ジアセトキシジメチルシランが加熱される場合には、無水酢酸分子が失われ、そしてＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が形成される。無水酢酸分子の消失は、ナノスケールの細孔の生成を招く。それぞれのケイ素原子には２つのアセトキシ基が存在するので、架橋の形成は、長鎖をもたらす。３Ｄの架橋を生成させるには、３つのアセトキシ官能基を有する前駆体が必要とされる。他の態様では、酸化剤（Ｏ２またはＣＯ２）が、３Ｄ架橋を生成させるように好ましく加えられる。膜密度は、典型的には酸化ケイ素または炭素ドープ酸化ケイ素では、１．５〜２．０ｇ／ｃｍ３、窒化ケイ素または炭素ドープ窒化ケイ素では１．８〜２．８ｇ／ｃｍ３の範囲である。従って、そのような膜は、低ｋ材料用としての使用に好適である。誘電率、ｋは、典型的には、炭素ドープ酸化ケイ素では、２．５〜２．８、または２．５〜３．０の範囲で得られる。
特定の態様では、結果として得られるケイ素含有膜またはコーティングは、膜の１つもしくは２つ以上の性質に影響を及ぼすように、堆積後処理、例えば、限定するものではないが、プラズマ処理、例えば、限定するものではないが、水素プラズマ、ヘリウムプラズマ、アルゴンプラズマ、アンモニアプラズマ、水（Ｈ２Ｏ）プラズマ、酸素プラズマ、オゾン（Ｏ３）プラズマ、ＮＯプラズマ、Ｎ２Ｏプラズマ、一酸化炭素（ＣＯ）プラズマ、二酸化炭素（ＣＯ２）プラズマ、およびそれらの組み合わせ、化学的処理、紫外線暴露、赤外線暴露、電子線暴露ならびに／あるいは他の処理に暴露することができる。
幾つかの態様では、熱処理後の材料は、プラズマ、赤外線、化学処理、電子線、またはＵＶ線に曝露されて、高密度の膜を形成する。
上記の工程は、ここに記載された方法の１つのサイクルを画定し、そしてこのサイクルは、ケイ素含有膜の所望の厚さが得られるまで繰り返すことができる。この態様、または他の態様では、ここに記載された方法のそれらの工程は、種々の順序で実施することができ、逐次的にまたは同時に（例えば、他の工程の少なくとも一部の間に）、そしてそれらのいずれかの組み合わせで行われることができることが理解される。それらの化合物および他の試薬を供給するそれぞれの工程は、結果として得られるケイ素含有膜の化学量論的組成を変更するように、それらを供給するための時間の継続時間を変えることによって行うことができる。
本発明の１つの態様では、下記の膜またはフィーチャの少なくとも１つが、本発明のケイ素含有膜の上に形成または堆積されることができる：ｉ）平坦化の対象、ｉｉ）銅（例えば、ビアを充填するための）、およびｉｉｉ）誘電体膜。１つの態様では、本発明は、少なくとも１つのフィーチャ（例えば、ビアまたはトレンチ）を有するパターン化された構造を含む基材を含み、その上に、本発明の膜（例えば、炭素ドープ酸化ケイ素）が堆積され、そしてバリア層（例えば、コバルト、炭窒化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化炭素、ＴｉＮおよびＴａＮの少なくとも１種）を含む膜が、本発明の膜の上に堆積される。
以下の例は、本発明を更に説明する目的のために提供されるが、しかしながら本発明を限定することを決して意味してはいない。
例
流動性化学気相堆積（ＦＣＶＤ）膜が、中間的抵抗（８〜１２Ωｃｍ）の単結晶シリコンウエハ基材およびＳｉパターンウエハ上に堆積された。特定の例では、結果として得られるケイ素含有膜またはコーティングは、その膜の１つもしくは２つ以上の性質に影響を与えるように、堆積前処理、例えば、限定するものではないが、プラズマ処理、熱処理、化学処理、紫外線曝露、赤外線曝露、電子線曝露および／または他の処理に曝露することができる。
Applied Materials Precision 5000 system上の修正されたＦＣＶＤチャンバ上での堆積を、シランまたはＴＥＯＳプロセスキットのいずれかを用いて行うことができる。このチャンバは、直接の液体注入（ＤＬＩ）供給能力を有している。前駆体は、前駆体の沸点に応じた供給温度を有する液体である。
初期の流動性の炭素ドープ酸化物膜を堆積するために、典型的な液体前躯体の流量は、１００〜５０００ｍｇ／分であり、酸素（または、代わりに二酸化炭素）の流量は２０〜４０ｓｃｃｍであり、インサイチュプラズマの出力密度は０．２５〜３．５Ｗ／ｃｍ２であり、圧力は０．７５〜１２トールであった。堆積されたままの流動性の膜を高密度化するために、それらの膜は、真空中で、内付けＰＥＣＶＤチャンバを用いて、１００〜１０００℃、好ましくは３００〜４００℃で、熱アニールおよび／またはＵＶ硬化された。厚さおおび６３２ｎｍでの屈折率（ＲＩ）は、ＳＣＩ反射率計またはＷｏｏｌｌａｍ楕円偏光測定器によって測定された。典型的な膜厚は、１０〜２０００ｎｍの範囲であった。ケイ素系膜の結合特性および水素含有量（Ｓｉ−Ｈ、Ｃ−ＨおよびＮ−Ｈ）が、Nicolet transmissionフーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）機器によって測定および解析された。全ての密度測定は、Ｘ線反射率（ＸＲＲ）を用いて行われた。Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）および二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）分析が、それらの膜の元素組成を測定するために行われた。パターン化されたウエハへの流動性およびギャップ充填効果が、断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって、Hitachi S-4800装置を用いて、２．０ｎｍの解像度で観察された。膜の多孔性が、エリプソメータポロシメトリーによって測定された。
流動性ＣＶＤ堆積は、実験計画法（ＤＯＥ）方法論を用いて行われた。実験計画は、１００〜５０００ｍｇ／分、好ましくは５００〜２０００ｍｇ／分の前駆体流量、０ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍ、好ましくは０〜１００ｓｃｃｍの酸素（またはＣＯ２）流量、０．７５〜１２トール、好ましくは６〜１０トールの圧力、５０〜１０００Ｗ、好ましくは１００〜５００ＷのＲＦ出力（１３．５６ＭＨｚ）、０〜１００Ｗの低周波（ＬＦ）出力、および−２０〜４００℃、好ましくは−２０℃〜４０℃の範囲の堆積温度、を含んでいる。ＤＯＥ実験は、どのプロセスパラメータが、良好な流動性を備えた最適な膜を生成させたかを決定するのに用いられた。
前駆体としてジアセトキシジメチルシランを有する低ｋ膜の堆積
この実験では、最も好ましい膜特性を有する流動性の多孔性低ｋ膜を堆積させるのに用いられたプロセス条件は、以下のものである：出力＝２００Ｗ、間隔＝２００ミル、圧力＝６〜１０トール、温度＝３０〜３５℃、ジアセトキシジメチルシラン＝１５００〜２０００ｍｇ／分、Ｈｅ＝２００ｓｃｃｍ、Ｏ２＝４０〜６０ｓｃｃｍ。流動性膜は、３００℃で５分間熱アニールされ、次いで１０分間に亘って４００℃でＵＶ硬化された。
１．３７のＲＩおよび２．６〜２．７のｋを有する膜が、ブランケット基材上に得られた。この膜の多孔性は、１９〜２０％であった。８トールの処理圧力で、この膜の弾性率は１０．４ＧＰａであり、硬度は、１．８４ＧＰａであった。この弾性率および硬度は、慣用のＲＥＣＶＤ多孔質低ｋ膜に適合した。
ここで図２を参照すると、図２には、断面ＳＥＭが示されており、ジアセトキシジメチルシランのＯ２との堆積によって、良好なギャップ充填が達成されたことが示されている。ここで図３を参照すると、図３には、図２の膜の断面ＳＥＭが示されており、これは３００℃で５分間に亘って熱アニールされ、そして４００℃で１０分間に亘ってＵＶ硬化されたものである（図４）。ここで図４を参照すると、図４は、ＳＥＭ顕微鏡写真であり、４００℃で１０分間に亘るＵＶ暴露の後の、図３の酸化ケイ素膜を示している。
本発明の原理が、好ましい態様との関連で上記に説明されてきたが、この説明は、例示としてのみになされており、そして本発明の範囲を限定するものではないことが明確に理解されなければならない。

Claims (17)

  1. ケイ素含有膜を堆積する方法であって、
    少なくとも１つの表面フィーチャを含む基材を、約−２０℃〜約４００℃の温度である反応器中に配置すること、
    該反応器中に、少なくとも１つのアセトキシ基を有する少なくとも１種のケイ素含有化合物を導入すること、該少なくとも１種のケイ素含有化合物は、以下のＩ（ａ）〜Ｉ（ｃ）からなる群から選択される、
    Ｉ（ａ） 式（ＲＣＯＯ）ｍＲ１ ｎＳｉＨｐを有するアシルオキシシラン、ここでＲは、水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＝４である、
    Ｉ（ｂ） 式（ＲＣＯＯ）ｍ（Ｒ２Ｏ）ｎＳｉＨｐＲ１ ｑを有するアシルオキシアルコキシシラン、ここでＲは、水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、Ｒ２は、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、ｑ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝４である、ならびに、
    Ｉ（ｃ） 式（ＲＣＯＯ）ｍ（Ｒ３Ｒ４ＮＯ）ｎＳｉＨｐＲ１ ｑを有するアシルオキシアミノオキシシラン、ここでＲは、水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、そしてＲ３は、水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ１０アルキル基から選択され、Ｒ４は、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、ｑ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝４である、ならびに、
    インサイチュプラズマまたは遠隔プラズマ源を前記反応器へ供給して、前記少なくとも１種のケイ素含有化合物を少なくとも部分的に反応させて、流動性の液体オリゴマーを形成させて、この流動性の液体オリゴマーは、前記基材上にコーティングを形成し、そして少なくとも１つの表面フィーチャの少なくとも一部を少なくとも部分的に充填する、
    を含んでなる、方法。
  2. 前記プラズマが、窒素を含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、窒素およびヘリウムを含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、窒素およびアルゴンを含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、アンモニアを含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、アンモニアおよびヘリウムを含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、アンモニアおよびアルゴンを含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、ヘリウムプラズマ、アルゴンプラズマ、水素プラズマ、水素およびヘリウムを含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、水素およびアルゴンを含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、アンモニアおよび水素を含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、インサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースの有機アミンプラズマ、酸素を含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、酸素および水素を含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、ならびにそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
  3. 前記プラズマが、炭素または炭化水素を含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、炭化水素およびヘリウムを含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、炭化水素およびアルゴンを含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、二酸化炭素を含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、一酸化炭素を含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、炭化水素および水素を含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、炭化水素および窒素を含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、炭化水素および酸素を含むインサイチュまたは遠隔プラズマ源ベースのプラズマ、ならびにそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
  4. 前記コーティングを、約１００℃〜約１０００℃の範囲の１つもしくは２つ以上の温度で、熱処理に付して、該コーティングの少なくとも一部を高密度化し、そして硬化された層を形成させる工程を更に含む、請求項１記載の方法。
  5. 前記硬化された層を、プラズマ、赤外線、化学処理、電子線、またはＵＶ線から選択されたエネルギーに曝露して、最終的なケイ素含有膜を形成させる工程を更に含む、請求項４記載の方法。
  6. 前記工程が、前記方法のための１つのサイクルを画定し、そして該サイクルは、前記ケイ素含有膜の所望の厚さが得られるまで繰り返すことができる、請求項５記載の方法。
  7. 少なくとも１つのアセトキシ基を有する前記少なくとも１種のケイ素含有化合物が、ジアセトキシジメチルシランを含む、請求項１記載の方法。
  8. 式Ｉ（ａ）を有する前記アシルオキシシランが、
    Figure 0006849792
     式中、Ｒは、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソ−プロピル、tert−ブチル、ｎ−ブチル、sec−ブチルおよびイソ−ブチルからなる群から選択され、そしてＲ１は、メチル、エチル、ビニル、アリル、およびエチニルからなる群から選択される、
    からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
  9. 前記ケイ素含有化合物が、
    Figure 0006849792
     式中、Ｒは、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソ−プロピル、tert−ブチル、ｎ−ブチル、sec−ブチルおよびイソ−ブチルからなる群から選択され、Ｒ１は、メチル、エチル、ビニル、アリル、およびエチニルからなる群から選択され、そしてＲ２は、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソ−プロピル、tert−ブチル、ｎ−ブチル、sec−ブチルおよびイソ−ブチルからなる群から選択される、
    からなる群から選択される式Ｉ（ｂ）を有するアシルオキシアルコキシシランである、請求項１記載の方法。
  10. 前記アシルオキシアミノオキシシランが式Ｉ（ｃ）
    Figure 0006849792
     式中、ＲおよびＲ１は、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソ−プロピル、tert−ブチル、ｎ−ブチル、sec−ブチルおよびイソ−ブチルからなる群から独立して選択され、Ｒ１は、メチル、エチル、ビニル、アリルおよびエチニルからなる群から選択され、そしてＲ３およびＲ４は、メチルおよびエチルからなる群から独立して選択される、
    を有する、請求項１記載の方法。
  11. 前記ケイ素含有膜が、静電容量−電圧測定によって測定された３．０未満の誘電率、エリプソメータポロシメトリーによって測定された１０％超の多孔性を有する、請求項１記載の方法。
  12. Ｉ（ａ） 式（ＲＣＯＯ）ｍＲ１ ｎＳｉＨｐを有するアシルオキシシラン、ここでＲは、水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＝４である、
    Ｉ（ｂ） 式（ＲＣＯＯ）ｍ（Ｒ２Ｏ）ｎＳｉＨｐＲ１ ｑを有するアシルオキシアルコキシシラン、ここでＲは、水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、Ｒ２は、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、ｑ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝４である、ならびに、
    Ｉ（ｃ） 式（ＲＣＯＯ）ｍ（Ｒ３Ｒ４ＮＯ）ｎＳｉＨｐＲ１ ｑを有するアシルオキシアミノオキシシラン、ここでＲは、水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、Ｒ１は、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルケニル基、直鎖もしくは分岐Ｃ２〜Ｃ６アルキニル基から選択され、そしてＲ３は、水素、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ１０アルキル基から選択され、Ｒ４は、直鎖もしくは分岐Ｃ１〜Ｃ６アルキル基から選択され、ｍ＝２もしくは３、ｎ＝１もしくは２、ｐ＝０もしくは１、ｑ＝０もしくは１、そしてｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝４である、
    からなる群から選択された少なくとも１種のケイ素含有化合物を含む、流動性化学気相堆積でケイ素含有膜を形成するためのケイ素含有膜前駆体であって、該ケイ素含有化合物は、プラズマと反応して、ケイ素含有膜を形成させる、流動性化学気相堆積でケイ素含有膜を形成するためのケイ素含有膜前駆体。
  13. 少なくとも１種の溶媒を更に含む、請求項１２記載の前駆体。
  14. 酸素含有源および窒素含有源の少なくとも１種を更に含む、請求項１２記載の前駆体。
  15. 少なくとも１種の前記ケイ素含有化合物の少なくとも１種のオリゴマーを更に含む、請求項１２記載の前駆体。
  16. ジアセトキシジメチルシランおよび少なくとも１種の酸素含有源を含む、請求項１４記載の前駆体。
  17. 少なくとも１つの表面フィーチャを有する基材上に前記方法によって得られたケイ素含有膜が、静電容量−電圧測定によって測定された３．０未満の誘電率、エリプソメータポロシメトリーによって測定された１０体積％超の多孔性を有する、請求項１記載の方法。
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