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JP2005064518A - 低比誘電率膜を形成する方法 - Google Patents

低比誘電率膜を形成する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ICデバイスの製造に有用な低比誘電率膜であって、機械的強度が高く、高温で使用でき、かつ製造が容易で早いところの膜の製造方法を与える。
【解決手段】基板上にシリコンカーバイド層を蒸着するための方法であって、シリコンソース、炭素ソース及び酸素ソース並びに不活性ガスを基板を含む反応領域内に与える工程と、反応領域内に電場を生成する工程であって、該電場はRF電源によって生成された低及び高周波RFエネルギーを使って生成され、該RF電源は反応領域内でプラズマ放電用に使用される電極表面において平均電力を生成するところの工程と、基板上にシリコンカーバイド膜を蒸着するべくシリコン及び炭素ソースガスを反応させる工程と、から成り、RF電源は処理時間中に高周波RF電力及び低周波RF電力を生成する、ところの方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、SiCOのような酸素がドープされたシリコンカーバイド層に関し、特に高弾性率及び硬度を有する低比誘電率かつ低リーク電流の酸素ドープシリコンカーバイド層を形成する方法に関する。
集積回路は、単一の半導体チップ上で半導体デバイスの不連続層を電気的に相互接続するための複数レベルの金属層を含む複雑なデバイスに発展した。近年、集積回路コンポーネントの高集積化及び高密度化の進化に伴い、より高速のデータ伝送速度が要求されている。このため、RC遅延を小さくするべく高い弾性率及び硬度とともに低リーク電流及び低比誘電率を有する絶縁膜が使用されている。
デバイスの寸法が縮小するに従い、相互接続システムのRC遅延は集積回路性能にとって最も重要な制限要因のひとつとなる。RC遅延は金属の抵抗及び絶縁体の比誘電率と直接比例する。信号伝播遅延を最小化するために、層間及び層内誘電体(ILD)として低比誘電率材料を使用することは避けられない。
低比誘電率膜を与えるための初期のアプローチは、フッ素のような他の成分で酸化シリコン材料をドーピングするというものであり、比誘電率は約３.５から３.９までしか低下しなかった。フッ素がドープされたシリコン酸化膜は比誘電率をわずかしか低下させないので、より低い比誘電率を有する他の解決方法が要求された。また、フッ素ドープシリコン酸化膜の水分に関する安定性には問題がある。
平坦面を有する酸化シリコン層を与えるためのアプローチにおいて、スピン-オン-グラス組成物が米国特許第4,670,299号に与えられるようなポリ有機シルセスキオキサンを使って用意された。この膜の利点は２.６から３.０の低比誘電率を有する点にあり、酸化シリコンタイプの膜の中では高い機械的強度も維持する。
しかし、POQSと呼ばれるポリ有機シルセスキオキサンのような有機ポリシリカから形成される膜の利点とより低い比誘電率（ｋ＜２.５）を組み合わせた最終的な絶縁膜を有することが有利であろう。この結果を達成する最も好ましい方法はPOQSと、低比誘電率を有する他の物質とを混合することである。低比誘電率を有する物質は空気（k＝１）である。より低い比誘電率を達成するためには、多孔性をPOQS材料に導入する必要がある。しかし、多孔性を導入する処理は複雑でかつ遅い。
また、相互接続配線のサイズ及びバイアスを減少するためには、従来のアルミニウムから低電気抵抗を有する銅配線へ配線材料を変えるべきである。しかし、多層銅配線を有する半導体デバイスを製造するために、低比誘電率絶縁層が層間絶縁膜として銅配線上に形成される。
相互接続材料として銅を使用することにはさまざまな問題がある。例えば、銅は銅配線から低比誘電率絶縁膜中へ簡単に拡散され、上部及び下部配線間でリーク電流が増加してしまう。
銅拡散バリア層としてシリコンカーバイド膜を使用することが米国特許第5,800,878号に記載されている。この膜の比誘電率は約５であり、層間絶縁膜の比誘電率が３であるところの１３０nm-ノードの大規模集積回路用の銅拡散バリア層として使用されている。
米国特許第5,800,878号
次世代の１００nm/６５nmノードの超大規模集積回路技術では、電力消費とともに信号遅延を抑制するために相互接続容量の削減が重要である。２.５以下の比誘電率を有する層間絶縁膜が銅ダマシン構造とともに使用される。間隔の狭い配線の有効比誘電率を減少させるには、層間絶縁膜それ自身の比誘電率ばかりでなく、ハードマスク、エッチストップ層及び銅拡散バリア層のような補助絶縁膜の比誘電率をさらに減少することが必要である。しかし、その処理は困難である。
銅と銅拡散バリア層との間のインターフェースは銅相互接続のエレクトロマイグレーション信頼性に対するキーポイントであることが知られている。銅と銅拡散バリア層との間のインターフェースは主要な拡散経路である。しかし、銅相互接続に対する主要経路の同定についての報告は存在しない。一方、インターフェースは主要経路ばかりでなくエレクトロマイグレーション誘導ボイド核形成サイトでもある。
インターフェースでの銅原子が拡散層から剥ぎ取られる際エレクトロマイグレーション誘導ボイド核が形成されるため、銅と拡散層との間の接着の強度はエレクトロマイグレーション誘導ボイド核形成に影響を及ぼす。金属原子のマイグレーションを防止するために、当該膜は約２０から３０℃の室温において空気に直接さらされた後でさえ安定な膜応力を有しなければならない。また、当該膜の１MV/cmでのリーク電流及び比誘電率は、それぞれ１×１０−９A/cm2及び３.５以下でなければならない。１MV/cmでのリーク電流が１×１０−９A/cm2以下であるような３.５以下の比誘電率を有するSiCO膜が当該膜の替わりとして適当であると提案されている。
エッチストップ膜としてシリコンカーバイド膜を使用することは米国特許第5,800,878号に記載されている。シリコンカーバイド膜の比誘電率は約５である。シリコンカーバイド膜は、比誘電率が約３である炭素含有シリコン酸化膜と組み合わせて銅配線を使用するLSIデバイスに適用される。一般にシリコンカーバイド膜と呼ばれるものにはいくつかの異なるタイプの組成が存在する。ひとつのタイプは、Si、C及びHから成るシリコンカーバイド膜である。この膜の応力及び比誘電率は大気中に放置されれば変化する。これはシリコンカーバイド膜の最表面が酸化するためである。シリコンカーバイドのような炭素含有材料の酸化を、ヘリウム、アルゴンのような不活性ガスプラズマによって最小化するための方法が特開２００１−６０５８４に記載されている。この不活性ガスプラズマ処理はシリコンカーバイド膜の最表面の酸化を最小化するのみであるが、膜特性の変更／改善は観測されていない。
窒素ドープシリコンカーバイド(SiCN)、酸素ドープシリコンカーバイド(SiCO)を形成する方法は、米国特許出願公開第２００１／００３０３６９号、第２００２／００２７２８６号、第２００１／００５１４４５号、及び第２００１／００３１５６３号に記載されている。また、これらの膜は銅拡散バリア層として提案された。窒素ドープシリコンカーバイド層は低リーク電流を有する銅拡散バリア層として提案されたが、その比誘電率は５で高い。
したがって、銅拡散バリア層の特性も備えICデバイスの製造に有用な低比誘電率膜であって、機械的強度が高く、高温で使用でき、かつ製造が容易で早いところの膜が要求される。
したがって、銅ダマシン構造が使用される次世代の１００nm／６５nmノードの超大規模集積回路技術に用いられる、銅拡散バリア層特性を備える低比誘電率層を形成する新規な方法を開発することが所望される。
本発明のさまざまな態様を使って開発された酸素ドープシリコンカーバイド膜(SiCO)のような低比誘電率層及び銅拡散バリア層の主な特性は以下のとおりである。
a)比誘電率が３.０以下である。
b)２０℃から３０℃の間の室温で空気に直接さらしたときでも膜応力または膜比誘電率のような膜特性の変化は観測されない。
c)１MV／cmでのリーク電流は非常に低く、５×１０−９A/cm2以下である。
d)弾性率及び硬度はそれぞれ１０GPa及び２GPa以上である。
本発明のひとつの好適な態様に従い、集積回路製造処理に使用するための高い弾性率及び硬度を有する低比誘電率で低リーク電流のシリコンカーバイド膜を形成する方法が与えられる。該シリコンカーバイド膜は、プラズマCVDリアクタ内で電場の存在下において、ジビニルジメチルシラン(Si(CH=CH2)2(CH3)2)、トリメチルシラン(SiH(CH3)3)またはTMSと呼ばれるテトラメチルシラン(Si(CH3)4)のようなアルキルシリコン化合物、酸素(O2)または二酸化炭素(CO2)のような実質的な酸素ソース、及びアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、クリプトン(Kr)、ネオン(Ne)またはキセノン(Xe)を導入することによって、基板上に蒸着される。
高周波RF電力が１３.５６MHzから３０MHzの範囲にあり、低周波RF電力が２００kHzから５００kHzの範囲にあり、全電力に対する低周波電力の比率が約０.５以下となるように混合した高周波及び低周波RF電力が電場を生成する。本発明におけるシリコンカーバイド膜のリーク電流及び比誘電率は過剰な量の酸素及び不活性ガスを導入することによって減少する。
ここに開示された、CVDチャンバ内で基板上に低比誘電率、低リーク電流、高弾性率及び高硬度を有するシリコンカーバイド膜を蒸着するための方法は、基板を含む反応領域内にシリコンソース、炭素ソース、酸素ソース及び不活性ガスを与える工程と、基板上に低比誘電率及び低リーク電流のシリコンカーバイド膜を蒸着するべくプラズマの存在下でシリコン、炭素及び酸素ソースを反応させる工程と、から成る。
混合した高及び低周波RF電力は電場を生成する。ここで全電力に対する低周波の比率は約０.５以下である。生成されたシリコンカーバイド膜のリーク電流及び比誘電率は炭素濃度並びに導入された酸素及び不活性ガスの量に直接関係する。
シリコンカーバイド層形成
本発明の好適実施例において、シリコンカーバイド層は、シリコンソース、炭素ソース、酸素ソース及び不活性ガスを含む混合ガスをプラズマ強化化学気相成長（PECVD）チャンバ内で反応させることによって形成される。処理装置の詳細が図１に示されている。
図１は好適実施例に従うプラズマCVD装置の断面略示図である。半導体基板9または他の基板上に薄膜を形成するのに使用されるプラズマCVD装置1は、反応チャンバ2、半導体ウエハ9を支持するために反応チャンバ内に与えられる支持体3、該支持体3に対向して配置され半導体基板9に反応ガスを均一に噴射するのに使用されるシャワーヘッド4、反応チャンバ2から反応ガス及び副生成物を排気するための排気口20、及び遠隔プラズマ放電チャンバ17から成る。遠隔プラズマ放電チャンバ17用のクリーニングガスは、主流量制御器14、バルブ15及び流入ポート16を有する導管18を通じて供給される。遠隔プラズマ放電チャンバ17は配管6及びバルブ7を介してシャワーヘッドへ結合されている。遠隔プラズマ放電チャンバ17は指定された周波数の高周波振動出力エネルギーを使って活性種を生成し、配管6は活性種によって腐食しない材料から作られている。
反応チャンバ内に設けられ、半導体ウエハ9を支持するのに使用される支持体3は、陽極酸化処理されたアルミニウム合金から成り、プラズマ放電の電極の一方を構成するべく接地27されている。図示された実施例の反応チャンバ2はその場（チャンバ内）プラズマ生成用に構成されたプラズマCVDチャンバである。支持体3は埋設されたリング形状の加熱エレメント24を有するヒータ5を含む。半導体ウエハの温度は温度制御装置26を使って、所定の温度に制御される。支持体3はピストン25を通じて支持体3を上下に移動させる駆動機構（図示せず）に結合されている。
反応チャンバ2内には、支持体3と対向する位置にシャワーヘッド4が設けられている。シャワーヘッド4には、半導体ウエハ9上に反応ガスを噴射するために数千個の細孔が設けられている。シャワーヘッドはマッチング回路10を通じて高周波発振器8、8’に電気的に接続されている。シャワーヘッド4から膜形成用に使用すべき反応ガスを導入するために、反応ガス導管12には、バルブ15及び配管6への流量を制御するバルブ11並びに質量流量制御装置14が結合されている。ガス導管の数はひとつに制限されない。反応ガスの種類に従い、任意の数のガス導管が設置され得る。ガス導管12の一端は反応ガスが流入できるようガス流入ポート13を構成し、他端はガスがシャワーヘッド4の導入口29へ流れるよう反応ガス流出ポートを構成する。
排気口20は配管19を通じて真空ポンプ（図示せず）に結合されている。排気口20と真空ポンプとの間には、反応チャンバ2内部の圧力を調節するためにコンダクタンス制御バルブ21が設けられている。コンダクタンス制御バルブ21は外部のレギュレータ22及び反応チャンバ2内部の圧力を測定するよう与えられた圧力計23へ電気的に接続される。半導体ウエハ9はゲートバルブ30によって制御される開口部28を通じて反応チャンバ2内へ搬入される。
シリコン及び炭素ソースは、一般式SixCyHzを有するアルキルシリコン化合物であり、ここで、ｘは１から２の範囲であり、ｙは１から６の範囲であり、ｚは６から２０の範囲である。例えば、中でもジビニルジメチルシラン、トリメチルシラン、及びテトラメチルシランがアルキルシリコン化合物として使用される。酸素ソースは酸素(O2)及び二酸化酸素(CO2)である。ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、ネオン(Ne)、クリプトン(Kr)、及びキセノン(Xe)が不活性ガスとして使用される。
一般に、２００mmシリコンウエハ上にシリコンカーバイド膜を形成する蒸着処理パラメータは、約２００℃から約４００℃（好適には３００℃から３５０℃）の基板温度範囲、約３００Paから１０００Paのチャンバ圧力、約１００sccmから１０００sccmのアルキルシリコン化合物の流量、約１０sccmから５００sccmの酸素のような酸素ソース流量、及び約２００sccmから５０００sccmの不活性ガス流量を含む。ここで、アルキルシリコン化合物に対する不活性ガスの流量比は約１：１から１：１０の範囲にある。処理はまた、約１００Wから２０００Wの範囲の電力を有する１３MHzから３０MHz（高周波）の範囲の周波数を有する少なくとも第１RF電力、及び約１０Wから５００Wの範囲の電力を有する１００kHzから５００kHz（低周波）の範囲の周波数を有する少なくとも第２RF電力を有する混合周波数RF電力を含む。したがって、全電力に対する低周波電力の比率は約０.５以下であり、RF電力ソースは電場を生成する。好適には、第１RF電力は１００Wから１０００Wの範囲にあり、第２RF電力は１０Wから２５０Wの範囲にある。好適には、３００kHzから４５０kHzの範囲の周波数を有する第２RF電力が第１RF電力と組み合わせて使用される。
全混合周波数電力に対する第２RF電力の比率は好適には約０.５から１.０以下である。反応チャンバ内で２００mm基板上に成膜される場合、上記処理パラメータは約０.２μm/minから１μm/minの範囲のシリコンカーバイド層の蒸着速度を与える。
膜形成工程及びパラメータの詳細は以下に説明されている。
シリコンカーバイド膜形成
本発明に従い基板上にシリコンカーバイド膜を成長させるための処理例として、表１から３に記載されたパラメータが使用された。
Figure 2005064518
Figure 2005064518
Figure 2005064518
シリコンカーバイド膜形成条件／シーケンス
２００mmウエハ上にシリコンカーバイド層を蒸着するために、テトラメチルシラン(TMS)のような反応ガスソースが反応領域内に導入される。酸素は酸素ソースとして使用される。ヘリウムは不活性ガスとして使用される。ガス流量については表１から３を参照。反応チャンバは好適には約３００Paから１０００Paに維持され、より好適には約３００Paから８００Paに維持される。２７.１２MHz及び４００kHzの混合周波数RF電力ソースは、好適にそれぞれ少なくとも約１００Wから２０００W及び少なくとも１０Wから５００Wを分配する。より好適には、４００Wの２７.１２MHzのRF電力及び１００Wの４００kHzのRF電力が成膜用に適用される。
シリコンカーバイド膜蒸着工程は２つの工程に分割される。第１工程において、図３に示されるようにTMS、O2、Heを流しかつRF電力を印加することによって基板上にベース膜（第一層、以下同様）が形成される（TMS＝３００sccm；O2＝１００sccm；He＝４００sccm；４００Wで２７.１２MHz、１００Wで４００kHz、基板温度＝３４０℃；チャンバ圧力＝７３３Pa）。
第２工程において、活性プラズマ処理工程が実行される。ベース膜形成工程の後、第２の膜形成が続けて実行される。この工程において、プラズマ放電を変化させずにTMS及びO2流量を減少させながら、ヘリウム流量を増加させる。活性プラズマ処理中に膜形成が続行されることを考慮しなければならない（TMS＝０sccmへランプダウン；O2＝０sccmまでランプダウン；He＝２.５slmまでランプアップ；４００Wで２７.１２MHz；１００Wで４００kHz；基板温度＝３４０℃；チャンバ圧力＝７３３Pa）。
上記工程及び条件を使って蒸着されたシリコンカーバイド膜のベース膜特性が表４に示されている。
ベース膜形成工程だけで蒸着されたシリコンカーバイド膜は不安定であり、その膜応力及び比誘電率は室温で空気に晒すと変化する。これは表面層の酸化によるものである。SiCのような炭素含有膜の酸化を最小化する方法が米国特許出願公開第２００２/０５４９６２号に記載されているが、膜特性の変化／改善は観測されていない。また、窒素雰囲気中で１０時間の間、４００℃でアニールが実行された場合、膜応力の劇的変化が観測された。応力の変化は約４００MPaであり、それは結果として熱応力の不安定性を意味する。
本発明の活性プラズマ処理がシリコンカーバイド膜に実行されると、膜応力及び比誘電率の不安定な現象が解決される。また、比誘電率及びリーク電流が減少する。さらに、窒素雰囲気中で１０時間の間４００℃でアニールした後、膜特性の変化はほとんど観測されなかった。上記された実施例にしたがって蒸着されたシリコンカーバイド膜は良好な熱応力特性を有すると推定される。
ここで説明されたPECVD処理により蒸着されるシリコンカーバイド膜は、従来のシリコンカーバイド膜に比べ、非常に低い比誘電率及びリーク電流を有する。また、上記にしたがって蒸着されたシリコンカーバイド膜は、高い弾性率及び高い硬度のような機械的特性を有する。シリコンカーバイド膜は低及び高周波を混合することなく蒸着されてもよい。しかし、高及び低周波RF電力の好適な混合は、不活性ガスの分子によるシリコンカーバイド膜の衝撃によって生じる膜特性の悪化を改善する。膜中のSi-C結合の比率を増加させることで、シリコンカーバイド膜中の硬度が大きくなりかつ弾性率が高くなる。
以下の実施例は、本発明に従って蒸着されたシリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。図２(a)から２(j)は本発明に従って蒸着されたシリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。銅(Cu)層31はまずシリコンカーバイド層32に覆われる。この実施例に従うシリコンカーバイド層32は低リーク電流、低比誘電率、高弾性率及び高硬度を有し酸素含有量が低いので、銅拡散バリア層として使用するのに最も適した材料であると言える。シリコンカーバイド層32を蒸着する前に、銅表面は表面に残存するあらゆる銅酸化物を除去することによって改良される。典型的に、水素(H2)、アンモニア(NH3)またはメタン(CH4)プラズマベース還元がシリコンカーバイド層32の蒸着前に使用される。CMP残留物を除去するためのこの銅表面還元はPECVDチャンバ内で実行される。
シリコンカーバイド層32の蒸着後、フォトレジスト33が図２(b)に示されるように被覆される。ビアホール及びトレンチを形成するために、あらゆる適当な方法が用いられる。以下はその一例である。
ビアホール35はエッチングによって形成される。ビアホールを形成する処理が以下に記載される。まず、フォトレジスト33が図２(c)に示されるように除去34される。次に、図２(d)に示されるように、シリコンカーバイド層32を通じてビアエッチングが開始される。最後に、下層の銅層を露出させるためにシリコンカーバイド貫通工程が実行される。
ビア形成後、トレンチパターニングが開始される。図２(e)に示されるように、ビアエッチ及びクリーニングが実行された後、ウエハは犠牲低吸収材料(SLAM)で被覆され、トレンチフォトレジスト（図示せず）によってパターン化される。トレンチエッチ後、SLAMはビアの底及びウエハの頂上部（図示せず）に残る。図２(f)に示されるように、SLAMはトレンチエッチクリーニング工程の間シリコンカーバイドに対し高い選択性を有するウエハ上のいたるところから除去される。
TaNまたはTiN37のような銅バリア層が、図２(g)に示されるようにビアホール内部に形成される。銅シード層38がさらにPVD等によって蒸着される。その後、電気めっき等により穴36内に銅39が蒸着される。CMP等によって、銅バリア層37、銅38、レジスト33及び余分量のシリコンカーバイド層が除去され、表面40が露出する。シリコンカーバイド層はデバイスをキズから保護するための不動態層（図示せず）として蒸着されてもよい。
従来のシリコンカーバイドバリア層の比誘電率及び１MV/cmでのリーク電流はそれぞれ約５及び５×１０−７A/cm2であり、それに対してここで説明されたように製造されたシリコンカーバイド膜ではそれぞれ約２.８及び５×１０−１０A/cm2である。
また、本発明に従うシリコンカーバイド膜は、例えばフルオロシリケート(FSG)、水素シルセスキオキサン(HSQ)、メチルシルセスキオキサン(MSQ)及びその他から典型的に作られる他の低比誘電率膜に比べ、それぞれ約１０GPa以上及び２GPa以上の高い弾性率及び硬度を有して機械的に強い。
本発明の利点は、このシリコンカーバイド層が、（１）より高い降伏電圧、（２）より低いリーク電流、及び（３）より高い膜安定性及び硬度の点で改良された機械的特性、を含む改良された電気的特性を有することである。さらに、本発明に従うシリコンカーバイドは３.０以下の比誘電率を示し、それはデバイスの電気的性能を改善する。
したがって、従来のシリコンカーバイド層を使用した場合と対照的に、ここに説明されたように製造されたシリコンカーバイド層は２MV/cmの電場でも銅拡散を防止する点で同じ効果を維持することができる。また、生成されたシリコンカーバイド層は、蒸着中に生成される混合全周波電力に対する低周波電力の比率及び混合比並びにシリコンカーバイドを形成するのに使用されるガスの比率に依存して、典型的に約３.０以下の比較的低い比誘電率を有する。
膜形成は以下の表４に示される蒸着条件に従って実行された。
Figure 2005064518
蒸着されたシリコンカーバイド層の比誘電率及び１MV/cmでのリーク電流はそれぞれ約３.０及び５×１０−１０A/cm2以下であり、集積回路内で絶縁膜として使用するのに適している。蒸着条件にしたがって蒸着されたシリコンカーバイド層の比誘電率、リーク電流及び膜応力の詳細は表５に示されている。シリコンカーバイド層の比誘電率は、それが混合周波数RF電力の比率の関数として変化するという点で調節可能である。特に、全混合電力に対する低周波RF電力の比率が減少するに従い、シリコンカーバイド層の比誘電率もまた減少する。
シリコンカーバイド層の比誘電率は層形成中の混合ガスの組成の関数としても調節可能である。混合ガス中の炭素濃度が増加するに従い、蒸着されるシリコンカーバイド層の炭素濃度が増加し、シリコンカーバイド膜の密度が小さくなり、比誘電率が減少する。また、シリコンカーバイド層の炭素濃度が増加するに従い、疎水性が増加し、集積回路内での水分バリアとして使用するのに適している。
さらに、シリコンカーバイド層は酸素含有量が小さい。シリコンカーバイド層のバリア能力をチェックするために熱アニール試験が使用された。銅原子のシリコンカーバイド膜中への熱貫入が二次イオン質量分光計(SIMS)によって測定された。シリコンカーバイド層の銅貫入深さは１８nm以下であり、それは銅の熱拡散が効果的にブロックされていることを示している。それは、低酸素含有シリコンカーバイド層は金属拡散を最小化し、バリア層特性を改良することを示す。例えば、シリコンカーバイド層は１MV/cmで約１×１０−８A/cm2以下の電流ブロック能力を有し、それは集積回路相互接続構造間のクロストークを最小化するのに適している。
Figure 2005064518
図１は、プラズマCVD装置の断面略示図である。 図２Aは、シリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。 図２Bは、シリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。 図２Cは、シリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。 図２Dは、シリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。 図２Eは、シリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。 図２Fは、シリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。 図２Gは、シリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。 図２Hは、シリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。 図２Iは、シリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。 図２Jは、シリコンカーバイド層が使用されるところのデュアルダマシン構造を示す。 図３は、SiCO膜を形成するためのシーケンスの例（蒸着レシピ）を示す。

Claims (33)

  1. 基板上にシリコンカーバイド層を蒸着するための方法であって、シリコンソース、炭素ソース及び酸素ソース並びに不活性ガスを基板を含む反応領域内に与える工程と、反応領域内に電場を生成する工程であって、該電場はRF電源によって生成された低及び高周波RFエネルギーを使って生成され、該RF電源は反応領域内でプラズマ放電用に使用される電極表面において平均電力を生成するところの工程と、基板上にシリコンカーバイド膜を蒸着するべくシリコン及び炭素ソースガスを反応させる工程と、から成り、RF電源は処理時間中に高周波RF電力及び低周波RF電力を生成する、ところの方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    高周波RF電力は約１３MHzと約３０MHzとの間の周波数及び約２００ワットと約１０００ワットとの間の電力を有し、
    低周波RF電力は約１００kHzと約５００kHzとの間の周波数及び約５０ワットと約５００ワットとの間の電力を有する、
    ところの方法。
  3. 請求項１に記載の方法であって、全RF電力に対する低周波RF電力の比率が約０.５以下である、ところの方法。
  4. 請求項１に記載の方法であって、電極表面の平均電力は実質的に一定である、ところの方法。
  5. 請求項１に記載の方法であって、シリコン及び炭素ソースは、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、またはジビニルジメチルシランのうちのひとつである、ところの方法。
  6. 請求項１に記載の方法であって、不活性ガスは、ヘリウム、アルゴンまたはクリプトンのうちのひとつである、ところの方法。
  7. 請求項１に記載の方法であって、酸素ソースは、酸素または二酸化炭素のいずれかまたは両方である、ところの方法。
  8. 請求項１に記載の方法であって、不活性ガスに対するシリコン及び炭素ソースガスの流量比は約１：１と１：１０の間である、ところの方法。
  9. 請求項１に記載の方法であって、シリコン及び炭素ソースガスは約２００sccmと約５００sccmの間の流量で反応領域内に与えられる、ところの方法。
  10. 請求項１に記載の方法であって、基板は約２００℃と約４００℃の間の温度に加熱される、ところの方法。
  11. 請求項１に記載の方法であって、基板は約３２０℃と約３５０℃の間の温度に加熱される、ところの方法。
  12. 請求項１に記載の方法であって、反応領域は約３００Paと約１０００Paの間の圧力に維持される、ところの方法。
  13. 請求項１に記載の方法であって、反応領域は約５００Paと約８００Paの間の圧力に維持される、ところの方法。
  14. 請求項１に記載の方法であって、シリコンカーバイド膜形成は、
    i)ベース膜形成工程であって、該ベース膜はテトラメチルシラン、酸素及びヘリウムを流しかつRF電力を印加することによって基板上に形成されるところの工程と、
    ii)活性プラズマ処理工程であって、ベース膜形成工程の後、第２の膜形成工程が続けて実行され、そこではプラズマ放電を変化させずにテトラメチルシラン及び酸素の流量を減少させながらヘリウムの流量を増加させる、ところの工程と、
    から成るところの方法。
  15. 請求項１４に記載の方法であって、膜形成は活性プラズマ処理工程の間に続行される、ところの方法。
  16. 請求項１４に記載の方法であって、活性プラズマ処理工程中のヘリウム流量は約１５００sccmから約３０００sccmまで増加される、ところの方法。
  17. 請求項１４に記載の方法であって、活性プラズマ処理工程中の酸素流量は約５０sccmから０sccmまで減少される、ところの方法。
  18. 請求項１４に記載の方法であって、活性プラズマ処理工程中のテトラメチルシラン流量は約１００sccmから０sccmまで減少される、ところの方法。
  19. 請求項１４に記載の方法であって、活性プラズマ処理工程中のヘリウム、テトラメチルシラン及び酸素流量は、プラズマ放電を変化させることなくそれぞれ増加、減少及び減少される、ところの方法。
  20. 請求項１４に記載の方法であって、活性プラズマ処理工程中に全RF電力に対する低周波RF電力の比率はベース膜形成工程中と実質的に同じであり、それは０.５以下である、ところの方法。
  21. 請求項１４に記載の方法であって、活性プラズマ処理工程中の圧力はベース膜形成工程中と実質的に同じであり、それは約５００Paと約８００Paの間の圧力に維持される、ところの方法。
  22. 請求項１４に記載の方法であって、シリコンカーバイド層は酸素がドープされており、酸素ドープシリコンカーバイド層は約３.０以下の比誘電率を有する、ところの方法。
  23. 請求項１４に記載の方法であって、シリコンカーバイド層は１MV/cmの電場において５×１０−１０A/cm2以下のリーク電流を有する、ところの方法。
  24. 請求項１４に記載の方法であって、シリコンカーバイド層は、フルオロシリケート、水素シルセスキオキサン、メチルシルセスキオキサン及びその他のような他の低比誘電率膜と比べ、弾性率及び硬度がそれぞれ１０GPa以上及び２GPa以上で機械的強度が高い、ところの方法。
  25. 請求項１４に記載の方法であって、シリコンカーバイド層は、i)より高い降伏電圧、ii)より低いリーク電流、iii)より高い膜安定性、を含む改良された電気的特性を有する、ところの方法。
  26. 請求項１４に記載の方法であって、シリコンカーバイド層は金属拡散を最小化しかつバリア層特性を改善する、ところの方法。
  27. 請求項１４に記載の方法であって、シリコンカーバイド層の比誘電率は、それが混合周波数RF電力の比率の関数として変化するという点で調節可能である、ところの方法。
  28. 請求項１４に記載の方法であって、シリコンカーバイド層の比誘電率は膜形成中の混合ガスの組成の関数として調節される、ところの方法。
  29. 請求項１４に記載の方法であって、シリコンカーバイド膜は銅拡散バリア層である、ところの方法。
  30. 請求項１４に記載の方法であって、シリコンカーバイド膜は低比誘電率膜である、ところの方法。
  31. 半導体基板上に銅層と接触する膜を含む構造体を製造するための方法であって、
    i)プラズマ反応によって半導体基板上にシリコンカーバイド層を形成する工程と、
    ii)銅層の一部を露出させるべくシリコンカーバイド層内にビアを形成する工程と、
    iii)ビアホール上のシリコンカーバイド層内にトレンチを形成する工程であって、該トレンチは金属配線を収容するのに使用されるところの工程と、
    iv)穴内に銅を蒸着させる工程と、
    v)余分な銅及びシリコンカーバイド層の頂面上のレジストを除去する工程と、
    から成り、シリコンカーバイド層は化学気相成長処理によって形成された酸素ドープシリコンカーバイド層である、ところの方法。
  32. 請求項３１に記載の方法であって、工程(ii)においてシリコンカーバイド層の表面上にレジストを形成し、該レジストを使ってシリコンカーバイド層をエッチングすることによりビアホール及びトレンチを形成することにより穴が形成され、工程(v)においてCMP等によりレジスト及び余分の銅が除去されその結果表面が露出する、ところの方法。
  33. 請求項３１に記載の方法であって、工程(i)から(iv)は少なくとも１度繰り返される、ところの方法。
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