低誘電率誘電体を含む超小型電子構造およびその構造内の炭素分配を制御する方法
本発明の実施形態は、超小型電子構造の形成に関する。３２ｎｍの次のテクノロジーノード向けの低誘電率誘電体材料は、約２．６未満の誘電率を呈する必要がある。本発明により、全体として超小型電子構造の曲げおよび剪断強度の完全性を向上させながら、そのような低誘電率誘電体材料を使用する半導体デバイスを形成することが可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、バリア層と上にある低誘電率誘電体層との間の接着を制御するために使用される超小型電子機器の製造方法に関する。本願と共通の発明者を有する関連特許および出願には、２００６年１２月１９日発行の「Ｍｅｔｈｏｄ Ｏｆ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｏｘｙｇｅｎ−Ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｉｎ Ｄａｍａｓｃｅｎｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」という名称のＬｅｅらの米国特許第７，１５１，０５３号、２００７年３月１３日発行の「Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌａｙｅｒｓ Ａｎｄ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒｓ Ｗｉｔｈ Ａｎ Ｏｘｉｄｅ Ｌａｙｅｒ Ｏｆ Ｖａｒｙｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｐｒｏｆｉｌｅ」という名称のＬａｋｓｈｍａｎａｎらの米国特許第７，１８９，６５８号、２００７年１１月２０日発行の「Ｍｅｔｈｏｄ Ｔｏ Ｒｅｄｕｃｅ Ｇａｓ−Ｐｈａｓｅ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ Ｉｎ Ａ ＰＥＣＶＤ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｗｉｔｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ａｎｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ Ｔｏ Ｄｅｐｏｓｉｔ Ｄｅｆｅｃｔ−Ｆｒｅｅ Ｉｎｉｔｉａｌ Ｌａｙｅｒｓ」という名称のＹｉｍらの米国特許第７，２９７，３７６号、２００９年１１月３日発行の「Ｍｕｌｔｉ−Ｓｔａｇｅ Ｃｕｒｉｎｇ Ｏｆ Ｌｏｗ ｋ Ｎａｎｏ−Ｐｏｒｏｕｓ Ｆｉｌｍｓ」という名称のＳｃｈｍｉｔｔらの米国特許第７，６１１，９９６号、および２００９年１１月１０日発行の「Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｐｏｒｏｕｓ ＳｉＣＯＨ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌａｙｅｒｓ Ａｎｄ Ａｄｈｅｓｉｏｎ Ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ Ｏｒ Ｅｔｃｈ Ｓｔｏｐ Ｌａｙｅｒｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ Ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ」という名称のＥｄｅｌｓｔｅｉｎらの米国特許第７，６１５，４８２号が含まれる。これらの関連特許および出願のいずれにおいても優先権を主張しないが、これらの特許および出願における主題は、本明細書内の本発明の教示に対して不適合ではない程度に、参照により本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００２】
超小型電子機器業界の誘電率要件を満たす複数の低誘電率材料は炭素を含有し、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって堆積される。炭素を含有する低誘電率誘電体では、炭素を均一に分配する必要がある。さらに、炭素の存在は、低誘電率誘電体層と下または上にある拡散バリア層との間の接着に影響を与える。
【０００３】
本章は、本発明の開示の実施形態に関係する背景事項について説明する。本章に論じる背景技術は、明示的にも暗示的にも従来技術を法的に構成しようとするものではない。
【０００４】
次世代の半導体デバイスは、３２ｎｍの「テクノロジーノード」になるであろう。この小さい特徴寸法では、デバイス構造の一部を形成する各材料層は、以前に利用可能であったものより小さい空間内でその機能を実行できる必要がある。その結果、デバイスを構成する非常に薄い材料層（３５０Å以下）の堆積中、材料の組成および構造の急激な変化が生じることがあり、それによって望ましくない影響をもたらす（デバイス機能に問題を引き起こす）。たとえば、低誘電率材料層は、電気絶縁機能を提供する目的で適用されるが、電気信号の伝達を制御する一方でデバイスの機能を全体として減速させないようにちょうど適用される。近年、複数の低誘電率材料が開発されており、これらの材料は、拡散バリア層の表面に接触して使用されることが多く、それによって導電性材料が隣接する半導体または誘電体層内へマイグレーションするのを防止する。
【０００５】
低誘電率誘電体層と拡散バリア層との間に良好な接着が存在することが重要である。これは、デバイス性能の完全性にとって重要である。これはまた、「多層金属」デバイス（すなわち、デバイス寸法を低減させるのに有用な多層接続性デバイス）を作るために最も一般に使用される処理は化学機械研磨などの平延べ処理を使用するダマシン処理であるため、デバイスの製造中にも重要である。これらの圧延処理は、圧延の時点でデバイス構造内に存在する層間のインターフェースに応力を生じさせる。
【０００６】
化学機械研磨（ＣＭＰ）などの処理中にデバイス層間に生じる応力は、デバイスを変形させてインターフェース面を分離し、性能の欠陥を引き起こす可能性がある。
【０００７】
近年開発されてきた低誘電率誘電体材料、およびこれらの材料が使用される方法については、たとえば、本明細書ですでに引用した関連特許および出願、ならびに後述する他の関連特許および出願に記載されている。これは、背景技術の包括的な一覧ではなく、本発明によって改善される技術の概略的な理解を提供しようとするものである。
【０００８】
２００２年９月２４日発行の「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｄａｍａｓｃｅｎｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｂｉ−ｌａｙｅｒ Ｃａｒｂｏｎ ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ／Ｃａｒｂｏｎ Ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ Ｅｔｃｈ Ｓｔｏｐ Ｌａｙｅｒ」という名称のＢａｏらの米国特許第６，４５５，４１７号は、超小型電子構造を形成するダマシン方法について記載しており、この方法では、基板上に形成された第１のエッチング停止／ライナ層を用い、第１のエッチング停止／ライナ層は炭素がドープされた窒化ケイ素材料を含み、第１の層上には第２の層が形成され、第２の層は炭素がドープされた酸化ケイ素誘電体材料である（要約）。Ｂａｏらの構造の好ましい実施形態では、ＰＥＣＶＤ方法を用いることによって、炭素がドープされた窒化ケイ素材料と炭素がドープされた酸化ケイ素材料との両方が形成される。典型的には、ＰＥＣＶＤ処理で使用される開始前駆体は、ケイ素および炭素源材料としてオルガノシランを含む。オルガノシラン材料は、たとえば窒素、アンモニア、またはヒドラジンなどの窒素源材料と反応して、炭素がドープされた窒化ケイ素を形成することができる。オルガノシラン材料は、酸素、オゾン、亜酸化窒素、一酸化窒素、一酸化炭素、および二酸化炭素などの酸素源材料と反応して、炭素がドープされた酸化ケイ素を形成することができる。
【０００９】
Ｓｃｈｍｉｔｔらの米国特許第７，６１１，９９６号は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、好ましくはプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）を使用して低誘電率誘電体層を堆積することについて記載しており、堆積膜を生じさせるために使用される反応ガスは、プラズマによって励起することができ、膜の堆積にはより低い温度が必要とされる。様々なＣＶＤ堆積膜およびそれらの機能に関する議論は、デバイスがより小さくなるにつれて複数の積層膜の構造からの抵抗率の寄与が増大し、デバイスの性能を減速させるという問題を含む。さらに、デバイスの形状寸法がより小さくなる結果、デバイス間の寄生容量が増大する。回路内の同じ層または隣接する層上の金属相互接続間の寄生容量の結果、金属線もしくは相互接続間のクロストークおよび／または抵抗容量（ＲＣ）遅延を生じさせ、それによってデバイスの応答時間を低減させ、デバイスの全体的な性能を劣化させる可能性がある。この問題は、金属相互接続の階層数が増大するにつれて悪化する。
【００１０】
同じ層または隣接する層上の金属相互接続間の寄生容量を低減させるには、金属線または相互接続間で使用される低誘電率誘電体材料をさらに低い誘電率を有する材料に変更することが必要とされてきた。Ｓｃｈｍｉｔｔらの特許では、２．５を下回る誘電率が望ましいと述べている。この誘電率を得るために開発された材料は、分散された微細なガスボイドを有するナノ多孔質酸化ケイ素膜であった。この低誘電率誘電体材料は典型的に、ＰＥＣＶＤ酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、または水素化炭化ケイ素から構成されるバリア層の表面を覆って堆積されると述べている。
【００１１】
Ｌｅｅらの特許（米国特許第７，１５１，０５３号）は、酸素を含有する有機ケイ素化合物、酸素および炭素を含む化合物、ならびに酸素のない有機ケイ素化合物を含むガスを反応させることによって、基板上にバリア層を堆積させる方法を記載しており、その結果堆積される膜は、約１５原子％以下の酸素含有率を有する酸素がドープされた炭化ケイ素層である。別の実施形態では、反応物質は、酸素および炭素を含む化合物ならびに酸素のない有機ケイ素化合物を含み、これらを使用して、約１５原子％以下の酸素含有率を有する酸素がドープされた炭化ケイ素層を生じさせることもできる。
【００１２】
低い誘電率と所望の化学的かつ機械的特性との両方を有する酸炭化ケイ素膜の開発は、困難であることがわかってきた。２．５未満の低い誘電率を有することが望ましい酸炭化ケイ素膜は、ケイ素および炭素を含有するバリア層など、下にあるバリア層にうまく接着しないことが多いことが観察されている。Ｌａｋｓｈｍａｎａｎらの特許（米国特許第７，１８９，６５８号）に記載されている発明の実施形態は、低誘電率誘電体層を堆積させる方法を記載しており、低誘電率誘電体層は、堆積された層内に酸素濃度の勾配が生じるように堆積される。下にあるバリア層は、炭化ケイ素、窒素がドープされた炭化ケイ素、酸素がドープされた炭化ケイ素、または酸素および窒素がドープされた炭化ケイ素層とすることができる。バリア層を覆って堆積される低誘電率誘電体層は、ＰＥＣＶＤ処理を使用して形成され、処理ガスの供給は有機ケイ素化合物および酸化ガスを含み、堆積が進むにつれて有機ケイ素化合物の流量が増大される。これによりバリア層と低誘電率誘電体層との間のインターフェースでは、酸素含有率がより高くなり、炭素含有率がより低くなる。
【００１３】
ＰＥＣＶＤ処理チャンバ内で一連の層を生じさせて所望の特性を有する超小型電子構造を作るという概念は、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許（米国特許第７，６１５，４８２号）にも記載されている。開始基板表面が誘電体または導電性材料層である方法が開示されている。基板表面上に酸化物（酸化ケイ素）層が形成され、この酸化物層は炭素を本質的に含有しない。次いで、酸化物層を覆ってグレーデッド遷移層が形成され、グレーデッド遷移層は酸化物層とのインターフェースに炭素を本質的に含まず、多孔質ＳｉＣＯＨ層の方へ進むと炭素含有率が段階的に増大し、低誘電率層の上部部分を形成する。ＳｉＣＯＨ層を生じさせるために使用される前駆体材料は、ＰＥＣＶＤ供給ガス内の酸素濃度が減少すると増加すると述べている。
【００１４】
Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許の図２および図３を参照して論じられているように、異なる化学組成を有する様々な層間の接着には問題が伴う可能性が高い。例示を目的として、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの２つの金属化層構造の例に番号を振りなおしたものを示す本願の図１を参照されたい。デバイス構造に応じて最高７つ以上の金属化層が存在しうることが、当業者には理解されるであろう。図１Ａでは、半導体構造１００は半導体材料１０２を含み、半導体材料１０２は、金属線１０６を含有する低誘電率誘電体層１０４の下にある。金属線１０６の上にはキャッピング層１１０があり、キャッピング層１１０は、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許に記載のように、ＳｉＣＨまたはＳｉＣＨＮなどの炭化ケイ素材料とすることができる。キャッピング層１１０の上にはインターフェース構造１１２があり、インターフェース構造１１２は、図１Ｂにより詳細に示すように、２つの層１１２ａおよび１１２ｂから構成されると述べている。
【００１５】
層１１２ａは、炭素を本質的に含まない酸化物層であると言われており、ここで「本質的に」とは、０．１から３原子パーセントの炭素の範囲であると定義される。この量の炭素含有率は、酸化物層１１２ａの性能に悪影響を与えないと述べている。層１１２ｂは、遷移層であると言われており、炭素を本質的に含まない酸化物層から多孔質ＳｉＣＯＨ層へ遷移する。層１１２ｂの表面の上には、層１１４として示す均質な低誘電率誘電体ＳｉＣＯＨ層がある。低誘電率誘電体層１１４は、低誘電率誘電体層１０４と同等である。低誘電率誘電体層１０４によって、導電性充填材料１０８を含有する接続性コンタクトビア１０８が取り囲まれる。接続性ビア１０８内に存在する導電性材料には、第２の階層の金属線１１６が接触する。
【００１６】
第２の金属線１１６の上には第２のキャッピング層１２０があり、第２のキャッピング層１２０は、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許に記載のように、ＳｉＣＨまたはＳｉＣＨＮなどの炭化ケイ素材料とすることができる。第２のキャッピング層１２０の上には第２のインターフェース構造１２２があり、第２のインターフェース構造１２２は、図１Ｂに示す層１１２ａおよび１１２ｂと同等であるはずの２つの層（図示せず）から構成される。導電性材料で充填された第２の階層のコンタクトビア１１８が、第２の金属線１１６との接続を形成しており、第２の階層のビア１１８より上は図示しないが、追加の金属化層に接続することができる。第３の均質な低誘電率誘電体ＳｉＣＯＨ層１２４が、コンタクトビア１１８を取り囲む。
【００１７】
Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許に論じられているように、従来技術の図１Ａおよび図１Ｂ（本願）に示す構造に伴う問題は、ＳｉＣＯＨ層（１０４、１１４、および１２４）と、下にある層との間の接着が不十分になる傾向があることであると言われており、この下層は、半導体材料１０２（たとえば、ケイ素など）とすることができ、または典型的に炭化ケイ素ベースの材料であるキャッピング（バリア）材料層（１１２および１２２）とすることができる。従来技術の図１Ｂ（本願に示す）に１１２ｂとして示す遷移層は、層１１２ｂと下にある層１１２ａとの間の接着を改善するためのものであり、層１１２ａは、炭素を本質的に含有しない酸化ケイ素層である。さらに、層１１２ａは、低誘電率誘電体ＳｉＣＯＨ層（１０４、１１４、および１２４）の表面にうまく結合することが実証されたと述べている。
【００１８】
Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許では、遷移層（本願の従来技術の図１Ｂに１１２ｂとして示す）を堆積させる鍵は、炭素量が増大するにつれて堆積膜内に存在する炭素量が平滑に遷移することであると述べている。しかし、この平滑な遷移を実現する方法を見出すことは達成できそうになかった。たとえば、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許は、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許の図５に示されている反応性前駆体の供給の結果、形成された炭素のグレーデッド遷移層内に大きな炭素ピークが生じ、最終的に下にある表面とのインターフェース層が機械的に弱くなることを教示している。この問題を解決するために、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの図６に示されている種類のチャンバ内への反応物質の異なる導入予定が使用された。この結果、やはり膜の堆積中に炭素ピークおよび酸素低下が生じたと言われており、これらはどちらも、下にある表面にあるインターフェース層を機械的に弱くする。最後に、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの図７（本願の従来技術の図２）に示されている種類のチャンバ内への反応物質の改訂された導入予定は、炭素と多孔率がどちらも段階的かつ均一に増大する遷移層を提供すると述べている。
【００１９】
上記のように、本願の従来技術の図２は、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの図７を示す。図２００は、軸２０４上に様々な前駆体材料の相対的な流量を示し、軸２０２上に流れが発生しているＰＥＣＶＤ膜堆積処理に関係する期間を示すグラフである。Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎの開示では、実際の流量は指定されていない。期間は指定されており、Ｔ１は１〜４秒の範囲であり、Ｔ２は２〜４秒の範囲であり、そしてＴ３はＴ２より大きいとされている。Ｔ４は、多孔質ＳｉＣＯＨ低誘電率誘電体膜を堆積させるための値ですべての流れが安定する時間として記載されている。Ｔ４は典型的に、１０秒から２００秒の範囲であると述べている。曲線２０６は、ポロゲン（ｐｏｒｏｇｅｎ）（当技術分野では周知の種類のもの）前駆体の流れを表し、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許では、その正確な組成は定義されていない。曲線２０８は酸素の流を表し、曲線２１０はＳｉＣＯＨ低誘電率誘電体前駆体の流れを表す。低誘電率誘電体前駆体材料については、具体的に記載されていない。Ｔ２は、誘電体前駆体の流れが安定する時間であると述べている。ポロゲン前駆体は、Ｔ１〜Ｔ２の間隔中に導入されると述べている。Ｔ３は、ポロゲン前駆体の流れが安定する時間であると述べている。従来技術の図２に示すように、ポロゲン前駆体の増加率は誘電体前駆体の増加率より低くすることができる。Ｔ２とＴ３の間隔は、可能な限り短いことが好ましいと述べている。
【００２０】
こうしたあらゆる努力にかかわらず、バリア層と低誘電率誘電体層との間の接着は、低誘電率誘電体層を含む全体的な多層金属構造の構成上の安定性に関して問題を引き起こし続けてきた。本発明は、従来技術の問題の多くを本質的に解決する改善されたデバイス構造を提供することによって、上述の従来技術を改善する。本発明は、当技術分野で記載されているものと同じ前駆体材料の多くを使用するが、材料が適用される方法は異なり、これにより改善されたデバイス構造を提供する。
【発明の概要】
【００２１】
半導体デバイスの特徴寸法がますます小さくなり、次のデザインノードが３２ｎｍになると、堆積させる材料の化学組成および厚さの制御、ならびにその結果得られるデバイスの全体的な構造上の安定性は困難なものになる。本発明の実施形態の焦点は、誘電体材料の誘電率を２．６未満、好ましくは２．５未満になるように制御することに関する。同時に、本発明の方法は、デバイス構造の最も困難な領域全体にわたって良好な曲げおよび引っ張り強度を提供し、構造全体の接着強度の改善は、超小型電子構造を評価するために当技術分野で現在使用されている種類の４点屈曲試験を使用して測定することができる。
【００２２】
本発明の概略的な実施形態では、半導体デバイス構造は、３原子％より大きく約１２原子％までの範囲の濃度で炭素を含む、少なくとも１つの炭素がドープされた低誘電率拡散バリア材料領域を用いる。拡散バリア材料の上には第１の遷移領域があり、第１の遷移領域は、３原子％以下の濃度で炭素を含む酸化ケイ素を含む。第１の遷移領域の上には第２の遷移領域ができ、第２の遷移領域は、炭素濃度が３原子％から上にある多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料領域の炭素濃度まで増大する酸化ケイ素を含む。典型的には、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料内の炭素濃度は、約１２原子％未満である。この多層構造は、超小型電子機器デバイス内に数回存在することがあり、炭素がドープされた低誘電率拡散バリアまたは他の拡散バリアが存在するときに存在する。本発明のデバイス構造は、拡散バリア材料に続いて（の上に）、拡散バリア材料に比べて貧弱な接着強度を有する炭素がドープされた低誘電率拡散バリア材料が適用されるとき、構造全体に接着強度を提供するのを助けるために使用される。
【００２３】
図３を参照すると、関連する概念のよりよい理解を容易にするために、３．０原子％以下の炭素原子を含有する材料を含む酸化ケイ素である第１の遷移領域を、遷移領域３０６として示すことができる。第２の遷移領域３０８は、３．０原子％より大きく炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層３０９内の炭素含有率までの範囲の濃度で炭素原子を含有する材料を含む酸化ケイ素であり、３．０原子％より大きく約１２原子％までの範囲の濃度で炭素原子を含有する。３．０原子％以下の炭素原子を含有する酸化ケイ素を含む材料３０６は、領域３０４に存在する炭素がドープされた窒化ケイ素バリア層または炭化ケイ素バリア材料からの遷移として存在することができる。炭素がドープされた低誘電率窒化ケイ素バリア材料３０４または炭化ケイ素バリア材料（図示せず）は、半導体層３０２または導電層３１０もしくは３１２に隣接していることがわかり、バリア層材料は、導電性材料が半導体デバイス構造内の隣接する材料層内へマイグレーションするのを防止するために使用される。
【００２４】
炭素がドープされた窒化ケイ素を含むバリア層（または炭化ケイ素バリア層）、３．０原子％以下の炭素原子を含有する酸化ケイ素を含む遷移材料、３．０原子％より大きい炭素から約１２原子％の高さの炭素までを含有する酸化ケイ素を含む遷移材料、および炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層をすべて、望みに応じてデバイス構造を調整できるように、類似の前駆体材料を使用して同じ処理チャンバ内で製造することができる。連続して順次実行されるすべての堆積処理中にプラズマを維持することができ、したがってすべての遷移は段階的であり、遷移材料内の炭素含有率は「でこぼこ」しない。さらに、典型的に低減された接着強度を呈するインターフェース面が存在する明確な層が存在する必要はない。記載の構造およびその構造を生じさせる方法を使用すれば、５．９から６．６Ｊ／ｍ２の範囲内の曲げ強度Ｇｃ値を一貫して得ることが可能である。Ｇｃ値は、厚さが低減された遷移領域を得るために、ある程度犠牲になることもある。５．９〜６．６Ｊ／ｍ２の接着強度値は、これに相当する得られた最善のＧｃ（４点曲げ試験）値が４．０〜５．０Ｊ／ｍ２の範囲内であった従来技術と比較すると、著しい改善である。ＳＩＭＳデータに基づいて、低誘電率バリア層と低誘電率誘電体層との間の第１の遷移層と第２の遷移層とを組み合わせた厚さは、約１６０Åまで低くすることができる。
【００２５】
本発明の実施形態の主な焦点は、炭素がドープされた低誘電率拡散バリア材料から後に堆積される炭素がドープされた低誘電率誘電体材料まで遷移する遷移材料の形成中に膜形成プラズマに対する特定のガス供給を増加および減少させることに当てられてきた。これらの遷移材料は、限定ではなく例として、炭素がドープされた拡散バリア層の表面を覆って多孔質の炭素がドープされた低誘電率誘電体層を堆積させたときに発生した結合が貧弱であったために開発された。図３には、炭素がドープされた窒化ケイ素バリア材料３０４を覆って堆積させた領域３０６および３０８として、また炭素がドープされた窒化ケイ素バリア材料３１４を覆って堆積させた領域３１６および３１８として、遷移材料を示す。遷移材料の堆積中の相対的なガス供給の制御では、構造全体で許容できる誘電率、膜の厚さ、膜の均一性、および十分な接着強度を提供しながら、平滑に遷移する炭素含有率の形成を可能にしなければならない。
【００２６】
Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎの文献に関して上述したように、誘電体前駆体、ポロゲン前駆体、および酸素反応ガスの相対的なガス供給率および減少または増加率はすでに研究されてきた。しかし、上記で論じた遷移材料領域の開発中に、驚くべき発見がなされた。ケイ素前駆体および酸素反応ガスを輸送するために使用されるヘリウムキャリアガスの相対的な減少率は、全体的な構造の接着強度に非常に著しい影響を与えた（すでに論じた４点接着強度試験によって示す）。ヘリウムキャリアガスの量は、遷移領域内の膜の厚さを低減させるのと同時に遷移領域内の接着強度を増大させる目的で、急速に減少させる必要がある。遷移領域の形成中に、遷移領域の膜の厚さの低減と機械的な強度の低減の両方において予想外の改善をもたらすヘリウムキャリアガスの減少率と酸素反応ガスの減少率との間の関係が開発された。良好な結果は、酸素反応物質が減少していないときでも、ヘリウムキャリアガスを減少させることによって実現することができるが、流れは直ちに中断される。これが発生したとき、それでもなお処理チャンバ内に酸素が存在する滞留時間があり、その結果、ヘリウム減少率と「デフォルト」の酸素減少率との比は約３：５（ヘリウム：酸素）になる。ヘリウムキャリアガスと酸素反応ガスがどちらも減少したが、減少比が低く、３：５の減少比の範囲内であるとき、この処理では、第１の遷移領域と第２の遷移領域とを組み合わせた厚さ（ＳＩＭＳによる）は約１５７Åであり、４点接着強度は約５．３Ｊ／ｍ２であり、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層に対して得られる誘電率は約２．５５であった。しかし、ヘリウム減少率と酸素減少率との比が約６０：１の範囲内であるとき、より良好な接着強度結果を実現することができる。この例では、組み合わせた遷移領域の厚さは約２１５Åであり、４点接着強度は約６．６Ｊ／ｍ２であったが、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層に対して得られた誘電率は約２．５７であった。接着強度は改善された一方、組み合わせた遷移領域の厚さは増大した。約３０：１というヘリウム減少率：酸素減少率の比を使用することによって、全体的な改善された結果を得ることができる。この例では、遷移領域の厚さは約１６０Åであり、４点接着強度は約５．９Ｊ／ｍ２であったが、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層に対して得られた誘電率は約２．５５であった。この減少率を、例として図４に示す。上記で論じたヘリウムキャリアガス：酸素の相対的な減少率のいずれにおいても、プラズマアークは発生しなかった。
【００２７】
上述した方法でヘリウムキャリアガスの流れを低減させることができなかった結果、遷移領域の接着強度（Ｇｃ）が低減した。ヘリウム：酸素の減少比が３：５であったときに得られたＧｃは４．８Ｊ／ｍ２であり、これは、得られた最善のＧｃが約４Ｊ／ｍ２から約５Ｊ／ｍ２の範囲であった周知の技術（バリア層が窒化ケイ素ではなく炭化ケイ素であったとき）と同等である。炭素がドープされた拡散バリア材料と炭素がドープされた低誘電率誘電体材料との間の組み合わせた遷移領域の堆積中にヘリウムキャリアガスの急速な減少と相対的なヘリウム：酸素の減少率とを組み合わせて使用することによって得られた４．８Ｊ／ｍ２から６．６Ｊ／ｍ２への接着強度の改善は顕著であり、完全に予想外であった。推奨される相対的な減少率比は約６０：１から約１：２であり、減少率が約６０：１から約３０：１の範囲であるときにより高い接着強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】半導体デバイス構造１００の従来技術の断面概略図であり、層１０２がケイ素基板を表し、層１０４が第１の多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層を表す。層１０６は金属化層を表す。層１１０は、金属化層から上にある炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層１１４内へ金属がマイグレーションするのを防止するために使用されるキャッピング層（バリア層）を表す。この従来技術に示すキャッピング層１１０は、ＳｉＣＨまたはＳｉＣＨＮなどの炭化ケイ素ベースの材料であった。層１１２は、上にある炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層１１４とキャッピング／バリア層１１２との接着を改善するように設計されたデュアル層（図１Ｂに示す）のインターフェース構造を表す。
【図１Ｂ】図１Ａに示す半導体デバイス構造の一部分の断面概略図である。図１Ｂは、第１のインターフェース構造１１２をより詳細に示す。
【図２】低誘電率誘電体層のＰＥＣＶＤ処理、および低誘電率拡散バリア層の表面を覆う炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層の形成中の前駆体の相対的な流量に関する従来技術の図である。
【図３】本発明の一実施形態による半導体デバイス構造３００の断面概略図である。層３０２はケイ素基板を表す。領域３０４は、典型的に少なくとも３．０原子％から約１２原子％の範囲の原子％で炭素を含有する炭素がドープされた窒化ケイ素バリア材料を表す。領域３０６は、３原子％以下の炭素を含有する酸化ケイ素材料を含む第１の遷移領域を表す。領域３０８は、３原子％以下の炭素を含み、多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層の炭素誘電率に等しい炭素含有率まで遷移し、このとき炭素含有率を約１２原子％の高さとすることができる第２の遷移領域を表す。領域３０９は、３原子％より大きく約１２原子％の炭素までの範囲の原子％で炭素を含有する多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層を表す。層３１０は金属導体層を表す。
【図４】曲線４０５によって示すヘリウムキャリアガスと曲線４０７によって示す酸素試薬ガスとの間の相対的な流れ減少率の重要な関係４００を示す図である。これらのガスは、図３に示す種類のデバイスの製造中にＰＥＣＶＤチャンバ内へ供給され、領域３０４から領域３１０へ遷移する。
【図５】本明細書に記載する様々な構造に対するＰＥＣＶＤ反応を実施できる処理システム５００の従来技術の断面概略図である。平行板プラズマ化学気相堆積リアクタ５１０を、処理チャンバ５１０へキャリアガスおよび反応ガスを投入するためのガス投入ライン５１８と組み合わせて示す。スロットルバルブ（図示せず）を有する真空ポンプ５３２が、処理チャンバ５１０からのガスおよびプラズマ種の排気率を制御する。
【図６】本発明の方法を実施するために図５に示す処理システム５００と組み合わせて使用できるシステムコントローラ６００の従来技術のブロック図である。
【図７】半導体基板のＳＩＭＳプロファイル７００を示す図であり、基板の一部分は、約１２原子％の炭素を含有する炭素がドープされた窒化ケイ素拡散バリア層から約１０．５原子％の炭素を有する多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体へ遷移する遷移膜構造である。７０３に示すように、遷移膜の全体的な厚さは約２１５Åであった。
【図８】半導体基板のＳＩＭＳプロファイル８００を示す図であり、基板の一部分は、約１２原子％の炭素を含有する炭素がドープされた窒化ケイ素拡散バリア層から約１０．４原子％の炭素を有する多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体へ遷移する遷移膜構造である。８０３に示すように、遷移膜の全体的な厚さは約１６１Åであった。
【図９】半導体基板のＳＩＭＳプロファイル９００を示す図であり、基板の一部分は、約１２原子％の炭素を含有する炭素がドープされた窒化ケイ素拡散バリア層から約１０．５原子％の炭素を有する多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体へ遷移する遷移膜構造である。９０３に示すように、遷移膜の全体的な厚さは約１５７Åであった。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
詳細な説明の前書きとして、本明細書および添付の特許請求の範囲では、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上別途明示しない限り、複数の指示対象を含むことに留意されたい。
【００３０】
本明細書では「約」という単語は、提示される公称の値が±１０％の範囲内で正確であることを意味するものとする。
【００３１】
本発明の実施形態における焦点は、誘電体層の誘電率を２．６未満、好ましくは２．５未満に下げる一方、堆積させたデバイス構造内の構造上の機械的強度を実現することにある。
【００３２】
本発明の概略的な実施形態では、半導体デバイス構造は、約１２原子％の範囲内の炭素含有率を有する少なくとも１つの炭素がドープされた低誘電率拡散バリア材料を用いる。拡散バリア材料の表面を覆って３原子％より大きい炭素、典型的に約１２原子％の高さの炭素までを含有する多孔質の炭素がドープされた低誘電率誘電体材料を堆積させることが望ましい。これらの２つの材料間で良好な曲げ／剪断強度（または接着強度）を得るには、拡散バリア材料から低誘電率誘電体材料への遷移領域を作ることが必要である。全体的な遷移領域は、３．０原子％以下の炭素を含有し、約１２原子％の炭素、より典型的には約１０原子％の炭素から１１原子％の炭素までを含有する炭素がドープされた酸化ケイ素を含む材料まで遷移する酸化ケイ素を含む材料である。
【００３３】
図３を参照すると、３．０原子％以下の炭素原子を含有する酸化ケイ素を含む材料を第１の遷移領域３０６として示し、３．０原子％以下の炭素から１２原子％以下の炭素を含有する炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料まで遷移する酸化ケイ素を含む材料を第２の遷移領域３０８として示す。上にある多孔質の炭素がドープされた低誘電率誘電体材料を、領域３０９として示す。これと同じ構造を第２の例にも示し、遷移領域３１６および３１８は拡散バリア材料３１４の上にあり、上にある多孔質の炭素がドープされた低誘電率誘電体材料３１９まで上方へ延びる。それぞれ領域３０６および３０８、または３１６および３１８の間の違いは、領域３０６が本質的に酸化ケイ素であり、領域３１８が酸化ケイ素から上にある多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料層の炭素含有率まで遷移することである。
【００３４】
従来技術の図１Ａは、半導体デバイス構造１００の断面概略図を示し、基層１０２はケイ素層である。ケイ素層１０２の上には、第１の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料層１０４がある。この低誘電率誘電体層は、第１の金属化層１０６を含む。金属化層１０６および周囲の低誘電率誘電体材料１０４の上部表面の上にはバリア／キャッピング層１１０があり、バリア／キャッピング層１１０は、金属化層１０６から、第２の金属化層１１６の表面を提供する第２の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層１１４内へ、金属がマイグレーションするのを防止するために使用される。また低誘電率誘電体層１１４を導電ビア１０８が貫通しており、導電ビア１０８も典型的に、金属を含む特徴である。従来技術の図１Ａに示すキャッピング層１１０および１２０は、ＳｉＣＨまたはＳｉＣＨＮなどの炭化ケイ素ベースの材料である。第１のキャッピング層１１０の上には、第１のキャッピング層１１０と上にある炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層１１４との間の接着を改善するように設計された第１のインターフェース構造１１２がある。第２のキャッピング層１２０と上にある第２の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体１２４との間の接着を改善するように、第２のインターフェース構造１２２が設計される。また第２の低誘電率誘電体層１２４を導電ビア１１８が貫通しており、導電ビア１１８は、半導体処理デバイス１００内の第３の金属化層に至ることができる。
【００３５】
従来技術の図１Ｂは、図１Ａからの第１のキャッピングインターフェース構造１１２をより詳細に示し、上にある第２の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層１１４と下にあるキャッピング／バリア層１１０との接着を改善するように設計されたデュアル層のインターフェース構造を示す。インターフェース構造１１２内には、３原子％の炭素を下回る低い炭素含有率を含有する層１１２ａと、低い炭素含有率から約２．６以下の範囲内の誘電率を提供するのに十分なほどより高い炭素含有率まで遷移する層１１２ｂとがある。
【００３６】
従来技術の図２はＥｄｅｌｓｔｅｉｎらの文献から得たものであり、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの文献ではこの図は図７と表示されていた。図７は、通常１〜４秒の時間Ｔ１にわたるＰＥＣＶＤ処理チャンバ内への酸素および誘電体前駆体の供給を示すとされている。この説明によれば、酸素を有する処理チャンバ内へ、任意選択でヘリウムまたはアルゴンを導入することができる。軸２０４に示すように、処理チャンバへの様々な前駆体の流量によって処理２００を示す。様々な関連する期間を軸２０２上に示す。誘電体前駆体材料（オルガノシランなど）の供給率を曲線２０８上に示し、ポロゲン（当技術分野では周知の種類）の流量を曲線２０６上に示し、酸素の流量を曲線２０８上に示す。遷移層の形成中、Ｔ１から始まる誘電体前駆体材料２１０およびポロゲン前駆体２０６の供給率の増加と、Ｔ３から始まる酸素の供給２０８の減少とを組み合わせることで、炭素ピークまたは炭素低下を発生させることなく炭素グレーデッド遷移層を生じさせると述べている。これは、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎの文献でカラム６〜８に論じられている。
【００３７】
図３は、本発明の一実施形態による半導体デバイス構造３００の断面概略図を示す。層３０２はケイ素基板を表す。領域３０４は、典型的に約３原子％より大きく約１２原子％までの炭素の原子％で炭素を含有する炭素がドープされた窒化ケイ素バリア材料を表す。領域３０６は、炭素含有率が３原子％未満の酸化ケイ素を含む遷移領域を表す。すでに論じたように、領域３０８は、材料が堆積されるにつれて炭素含有率が３原子％の炭素から約１２原子％の炭素まで、より典型的には約１０原子％の炭素から１１原子％の炭素まで増大する遷移領域を表す。領域３０９は、３原子％より大きく約１１原子％の炭素までの範囲の原子％で炭素を含有する多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層を表す。層３１０は金属導体層を表す。領域３１４は、３原子％より大きい炭素から約１２原子％の炭素までを含有する第２の炭素がドープされた窒化ケイ素低誘電率バリア材料を表す。領域３１６は、３原子％以下の炭素を含有する遷移領域を表す。領域３１８は、本質的に３．０原子％未満の炭素から約１２原子％の炭素まで遷移する酸化ケイ素を含有する遷移領域を表す。領域３１９は、３原子％より大きく約１１原子％の炭素までの範囲の原子％で炭素を含有する炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料を表す。領域３１２は、金属導電性材料で充填されたコンタクトビアを表す。
【００３８】
図４は、図３に示す種類のデバイスの製造中に、具体的には領域３０８から領域３１０へ遷移するために、ＰＥＣＶＤチャンバ内へ供給されるヘリウムキャリアガス４０５と酸素試薬ガス４０７との間の相対的な流れ減少率の重要な関係４００を示す。領域３０８では、材料は酸化ケイ素誘電体であり、炭素含有率は３原子％未満である。領域３１０では、材料は炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体であり、炭素含有率は３原子％より大きく約１１原子％までの範囲である。図４の軸４００は、ヘリウムキャリアガスおよび酸素反応ガスの相対的な流量を示す。軸４０２は、曲線４０５に示すＰＥＣＶＤチャンバへのヘリウムキャリアガス供給の減少の始端４１０、および曲線４０７によって示す対応する酸素反応ガスの減少の始端からの相対的な期間を示す。ヘリウムキャリアガスの減少期間の終端を点４１２で示し、酸素反応ガスの減少期間の終端を点４１４で示す。図４に示す実施形態では、ヘリウムキャリアガスの減少率は約３，０００ｓｃｃｍ／秒であり、酸素反応ガスの減少率は約１００ｓｃｃｍ／秒であった。
【００３９】
図４は本発明の一実施形態を表し、これらの流量は処理チャンバの１つの寸法を示す。他の実施形態では、異なる処理装置ならびに異なる流量および減少率を使用することが企図される。重要なことは、ヘリウムキャリアガスの流量と酸素反応性ガスの流量との間の関係であり、遷移領域の形成中のこれらの２つのガスの相対的な減少率については上記で論じた。熱および質量伝達の技術に関する当業者であれば、堆積膜の炭素含有率の平滑な遷移を提供するのに必要なヘリウムキャリアガスおよび酸素反応ガスの開始率を推定することができ、最小限の実験後には本明細書に記載するものに類似の結果に到達することができる。
【００４０】
ＰＥＣＶＤ処理チャンバへのヘリウムキャリアガスおよび酸素反応ガスの流量の変更は、有機ケイ素化合物および炭素源を含む化合物（たとえば、ポロゲン前駆体化合物）の追加の前駆体材料の供給を使用して、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料が形成されることを背景にしていることも重要である。これらの他の前駆体材料が変更されると、本明細書に論じた反応性酸素化合物および関連するヘリウムキャリアガスの減少率の調整を加えることが必要になることがある。しかし、本発明の概略的な概念は同じままであり、当業者であれば、本開示を見て調整を加えることができる。
【００４１】
本実験例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．によって製造されたＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）処理チャンバ内で実施した。Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）処理チャンバ（２００ｍｍまたは３００ｍｍ）は、炭素がドープされた酸化ケイ素および他の材料を堆積させるために使用できる２つの分離された処理領域を有する。２つの分離された処理領域を有するチャンバについては、１９９９年１月５日発行の「Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ Ｗａｆｅｒ Ｖａｃｕｕｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称のＭａｙｄａｎらの米国特許第５，８５５，６８１号に記載されている。同特許を参照により本明細書に組み込む。
【００４２】
本明細書に記載する種類の炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料を形成するために使用される有機ケイ素化合物は、テトラメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ペンタメチルシクロペンタシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、ジエトキシメチルシラン、ジメチルジシロキサン、テトラシラノ−２，６−ジオキシ−４，８−ジメチレン、テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、１，３−ビス（シラノメチレン）−ジシロキサン、ビス（１−メチルジシロキサニル）メタン、ビス（１−メチルジシロキサニル）プロパン、ヘキサメトキシジシロキサン、ジメチルジメトキシシラン、およびジメトキシメチルビニルシラン、ならびにこれらの組合せからなる群から選択することができる。これらの前駆体材料は、限定ではなく例として示す。本明細書に記載する種類の炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料を形成するために使用されるポロゲン化合物は、シクロヘキサジエン、ビシクロヘプタジエン、１−メチル−４−（１−メチル−エチル）−１，３−シクロヘキサジエン、１−メチル−４−（１−メチルエチル）−ベンゼン、α−テルピネン、３−カレン、フェンコン、リモネン、酸化シクロペンテン、ビニル−１，４−ジオキシニルエーテル、ビニルフリルエーテル、ビニル−１，４−ジオキシン、ビニルフラン、フロン酸メチル、蟻酸フリル、酢酸フリル、フルアルデヒド、ジフリルケトン、ジフリルエーテル、ジフルフリルエーテル、フラン、１，４ジオキシン、およびこれらの組合せからなる群から選択することができる。
【００４３】
本発明の実施形態を生みだした開発作業において、ケイ素を含有する前駆体のｍｇｍ供給率は、約３００ｍｇｍから約２２００ｍｇｍの範囲であった。ポロゲン供給率は、約２００ｍｇｍから約３５００ｍｇｍの範囲であった。酸素流量は、約５０ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍの範囲であった。ヘリウムキャリアガス流量は、約５００から約５５００ｓｃｃｍの範囲であった。印加されたプラズマ出力は、約４５０Ｗから約６５０Ｗの範囲であった。印加された出力は、周波数１３．５６ＭＨＺでＲＦ出力であった。
【００４４】
組み合わせた遷移領域を形成する１つの例示的な処理では、第１の遷移領域を開始する際、処理チャンバへの酸素の流量は約５００ｓｃｃｍの範囲内であり、処理チャンバへのヘリウムキャリアガスの流量は約５５００ｓｃｃｍであり、有機ケイ素前駆体化合物の典型的な流量は約３００ｍｇ／分（ｍｇｍ）であり、ポロゲン化合物の流量は２００ｍｇｍであった。第２の遷移領域が形成されるにつれて、炭素がドープされた低誘電率誘電体層の形成の始端まで、有機ケイ素前駆体流量は約１０００ｍｇｍまで増大され、ポロゲン化合物前駆体流量は約１２５０ｍｇｍまで増大された。同時に、酸素供給率は約５０ｓｃｃｍまで低減され、ヘリウムキャリアガス供給率は約１０００ｓｃｃｍまで低減された。多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体のバルク堆積が始まった時点で、ケイ素前駆体ヘリウムキャリアガスは約３，０００ｓｃｃｍであり、ポロゲン前駆体ヘリウムキャリアガスは約３，０００ｓｃｃｍであり、合計約６，０００ｓｃｃｍのヘリウムキャリアガスの流れを提供した。膜の形成中に印加されたＲＦ出力の量は、第１の遷移領域の開始時の約６５０Ｗから、遷移材料の終端時および多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料の堆積の開始時の約４５０Ｗまでの範囲であった。有機ケイ素前駆体の流量の増加率は約１０００ｍｇｍ／秒であり、有機（ポロゲン）前駆体の流量の増加率は約５００ｍｇｍ／秒であった。有機ケイ素前駆体向けのヘリウムキャリアガスの減少率は約１０００ｓｃｃｍ／秒であり、ポロゲン前駆体向けのヘリウムキャリアガスの減少率は約５００ｓｃｃｍ／秒であった。低誘電率バリア材料と炭素がドープされた低誘電率誘電体材料との間の遷移材料の形成中、処理チャンバ内でアークの兆候は見られなかった。炭素がドープされた低誘電率誘電体層のバルク形成中、ケイ素前駆体ヘリウムガスの流れは典型的に、約４，０００から約５，０００ｓｃｃｍの範囲であり、良好な膜の均一性を提供した。有機（ポロゲン）前駆体ヘリウムガスの流れは典型的に、約５００から約２，５００ｓｃｃｍの範囲であり、良好な膜の均一性を提供した。これにより、ヘリウムキャリアガスは合計約４，５００ｓｃｃｍから約７，５００ｓｃｃｍになる。
【００４５】
従来技術の図５は、本明細書に記載する様々な構造に対するＰＥＣＶＤ反応を実施できる処理システム５００の断面概略図示す。平行板プラズマ化学気相堆積リアクタ５１０を、処理チャンバ５１０へキャリアガスおよび反応ガスを投入するためのガス投入ライン５１８と組み合わせて示す。スロットルバルブ（図示せず）を有する真空ポンプ５３２が、処理チャンバ５１０からのガスおよびプラズマ種の排気率を制御する。
【００４６】
平行板化学気相堆積リアクタ５１０は、高真空領域５１５を有する。リアクタ５１０はガス分配マニホルド５１１を含み、ガス分配マニホルド５１１は、リフトモータ１４によって上下される基板支持板またはサセプタ５１２上に位置する基板（図示せず）へ、マニホルド内の穿孔を通ってプロセスガスを分散させる。液体の反応物質を噴射するために、典型的には有機ケイ素化合物の液体の噴射に使用されるような液体噴射システム（図示せず）を設けることもできる。
【００４７】
リアクタ５１０は、抵抗性加熱コイル（図示せず）または外部ランプ（図示せず）などによってプロセスガスおよび基板を加熱することを含む。サセプタ５１２は、下部のローディング／オフローディング位置（図示せず）とマニホルド５１１に密接している上部の処理位置との間でサセプタ５１２を制御可能に動かすことができるように、支持棒５１３上に取り付けられる。
【００４８】
サセプタ５１２および基板は、処理位置５１４にあるときは絶縁体５１７によって取り囲まれ、プロセスガスがマニホルド５２４内へ排気される。処理中、マニホルド５１１へのガス入り口は、基板の表面全体にわたって放射状に均一に分配される。スロットルバルブを有する真空ポンプ５３２が、チャンバからの排気率を制御する。マニホルド５１１に到達する前に、堆積ガスおよびキャリアガスがガスライン５１８を通って混合システム５１９内へ投入され、混合システム５１９において組み合わされ、次いでマニホルド５１１へ送られる。酸化ガス用の投入ガスライン上に、アプリケータ管５２０を有する任意選択のマイクロ波システム（図示せず）を配置して、リアクタ１１０へ入る前に酸化ガスだけを解離させる追加のエネルギーを提供することができる。本発明では酸化ガスについて酸素として説明しているが、酸化ガスは、本発明の方法を参照して説明した酸素量を生じさせる酸素を含有する化合物とすることができることが当業者には理解されるであろう。マイクロ波アプリケータは、約０から約６０００Ｗの間の出力を提供する。通常、各プロセスガス用のプロセスガス供給ライン５１８は、（ｉ）チャンバ内へのプロセスガスの流れを自動または手動で遮断するために使用できる安全遮断バルブ（図示せず）と、（ｉｉ）ガス供給ラインを通るガスの流れを測定する質量流量コントローラ（図示せず）とを含む。処理中に有毒なガスが使用されるとき、従来の構成における各ガス供給ライン上にいくつかの安全遮断バルブが位置決めされる。
【００４９】
リアクタ５１０内で実行される堆積処理は、冷却された基板ペデスタル上の非プラズマ処理、またはプラズマ処理のいずれかとすることができる。本発明の方法では、プラズマ処理、すなわちＰＥＣＶＤ処理を使用した。ＰＥＣＶＤ処理では、ＲＦ電源５２５から分配マニホルド５１１に印加したＲＦエネルギーによって、制御されたプラズマを基板付近に形成した（サセプタ５１２は接地させた）。別法として、サセプタ５１２にＲＦ出力を提供することができ、または異なる周波数で異なる構成要素にＲＦ出力を提供することができる。ＲＦ電源５２５は、単一または混合周波数のＲＦ出力を供給して、高真空領域５１５内へ導入された反応性種の分解を促進させることができる。混合周波数のＲＦ電源は典型的に、約１３．５６ＭＨＺの高ＲＦ周波数（ＲＦ１）の出力を分配マニホルド５１１に供給し、約３６０ＫＨｚの低ＲＦ周波数（ＲＦ２）の出力をサセプタ５１２に供給する。本発明の酸化ケイ素を含む層は、低レベルまたはパルスレベルの高周波数ＲＦ出力を使用して作られることが多い。パルスＲＦ出力は、約１０％から約３０％のデューティーサイクル中に約２０から約２００Ｗで１３．５６ＭＨＺのＲＦ出力を提供することが好ましい。パルス以外のＲＦ出力で典型的に１３．５６ＭＨＺのＲＦ出力は典型的に、約１０Ｗから約７００Ｗの範囲にわたって印加される。低出力の堆積は、約−２０℃から約４０℃の温度範囲で行われることが多い。好ましい温度範囲にわたって、堆積される炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料は、堆積中に部分的に重合し、重合はその膜の後の硬化中に完了する。本明細書で本発明の実施形態に説明した遷移材料は典型的に、約２００℃から約４００℃の範囲の温度に加熱された基板上に堆積される。遷移材料の堆積中の処理チャンバの圧力は、約１から約１０トルの範囲とすることができるが、典型的には７．５トル±０．５トルの範囲内である。リアクタ内への前駆体ガスの流量は変動することがあり、堆積されている材料の化学的および物理的構成に依存する。所与の遷移材料の堆積期間は典型的に、約１秒から約６秒の範囲である。遷移材料の堆積中は、絶対に必要というわけではないが、プロセスガス流量の変化に基づいてスロットルバルブの位置を調整できるようにすることによって、一定のチャンバ圧力が維持されることが多い。絶対に必要というわけではないが、より再現可能な膜の組成および厚さを提供するために、所与の遷移材料の堆積中には同じ出力レベルが維持されることが多い。
【００５０】
従来技術の図６は、図５に示す処理システム５００と組み合わせて使用できるシステムコントローラ６００のブロック図を示す。システムコントローラ６００は、メモリ６１０とともに動作可能なプログラム可能な中央処理装置（ＣＰＵ）６２０、ならびに大容量記憶デバイス６１５、入力制御ユニット６４５、およびディスプレイユニット６５５を含む。メモリ６１０は、処理システム５００の動作を容易にするためにＣＰＵ６２０が実行する命令を含む。ＣＰＵ６２０は汎用コンピュータを形成し、本発明の方法の実施形態を実施するために使用できるプログラム６０５などのプログラムを実行するときは専用コンピュータになる。
【００５１】
システムコントローラ６００は、システムバス６３０およびＩ／Ｏ回路６４０を介して、本発明による堆積処理で用いられる処理システムの要素に結合される。Ｉ／Ｏ回路６４０は、ＣＰＵ６２０およびシステムバス６３０を介して、メモリ６１０内に記憶されたプログラム６０５からの命令を受け取る。プログラム６０５は、Ｉ／Ｏ回路６４０がリアクタの基板／サセプタ位置決め制御６５０、プロセスガス制御６６０、圧力制御６７０、加熱器制御６８０、およびプラズママイクロ波制御６９０を実現できるようにするプログラムサブルーチンを提供する。
【００５２】
図７は、半導体基板のＳＩＭＳプロファイル７００を示し、基板の一部分は、炭素がドープされた窒化ケイ素を含む低誘電率バリア層材料（約１２原子％の炭素を含有する）から炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料（約１０．５原子％の炭素を含有する）へ遷移する遷移材料である。遷移材料は酸窒化ケイ素材料および酸化ケイ素材料を含み、これらの材料はそれぞれ、３原子％以下の濃度で炭素を含む。７０３に示すように、遷移膜の全体的な厚さは約２１５Åであった。遷移膜は、膜の堆積中にヘリウムを約３０００ｓｃｃｍ／秒の率で減少させ、酸素を約５０ｓｃｃｍ／秒の率で減少させる処理を使用して作られた。４点屈曲試験によって試験した遷移膜の接着強度は６．６Ｊ／ｍ２であり、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体に対して測定したｋは２．５７であった。
【００５３】
図８は、半導体基板のＳＩＭＳプロファイル８００を示し、基板の一部分は、３原子％未満の炭素を有する酸化ケイ素誘電体から約１０．４原子％の炭素を有する炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体への遷移膜である。８０３に示すように、遷移膜の全体的な厚さは約１６１Åである。遷移膜は、膜の堆積中にヘリウムを約３０００ｓｃｃｍ／秒の率で減少させ、酸素を約３００ｓｃｃｍ／秒の率で減少させる処理を使用して作られた。４点屈曲試験によって試験した遷移膜の接着強度は５．６Ｊ／ｍ２であり、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体に対して測定したｋは２．５５であった。
【００５４】
図９は、半導体基板のＳＩＭＳプロファイル９００を示し、基板の一部分は、３原子％未満の炭素を有する酸化ケイ素誘電体から約１０．１原子％の炭素を有する炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体への遷移膜である。９０３に示すように、遷移膜の全体的な厚さは約１５７Åである。遷移膜は、膜の堆積中にヘリウムを３０００ｓｃｃｍ／秒の率で減少させ、酸素を３０００ｓｃｃｍ／秒の率で減少させる処理を使用して作られた。４点屈曲試験によって試験した遷移膜の接着強度は５．９Ｊ／ｍ２であり、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体に対して測定したｋは２．５５であった。
【００５５】
前述の例示的な実施形態は、本発明の範囲を限定しようとするものではなく、当業者であれば、本開示を読めば、以下に主張する本発明の主題に一致するようにそのような実施形態を拡大することができる。
【技術分野】
【０００１】
本願は、バリア層と上にある低誘電率誘電体層との間の接着を制御するために使用される超小型電子機器の製造方法に関する。本願と共通の発明者を有する関連特許および出願には、２００６年１２月１９日発行の「Ｍｅｔｈｏｄ Ｏｆ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｏｘｙｇｅｎ−Ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｉｎ Ｄａｍａｓｃｅｎｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」という名称のＬｅｅらの米国特許第７，１５１，０５３号、２００７年３月１３日発行の「Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌａｙｅｒｓ Ａｎｄ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒｓ Ｗｉｔｈ Ａｎ Ｏｘｉｄｅ Ｌａｙｅｒ Ｏｆ Ｖａｒｙｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｐｒｏｆｉｌｅ」という名称のＬａｋｓｈｍａｎａｎらの米国特許第７，１８９，６５８号、２００７年１１月２０日発行の「Ｍｅｔｈｏｄ Ｔｏ Ｒｅｄｕｃｅ Ｇａｓ−Ｐｈａｓｅ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ Ｉｎ Ａ ＰＥＣＶＤ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｗｉｔｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ａｎｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ Ｔｏ Ｄｅｐｏｓｉｔ Ｄｅｆｅｃｔ−Ｆｒｅｅ Ｉｎｉｔｉａｌ Ｌａｙｅｒｓ」という名称のＹｉｍらの米国特許第７，２９７，３７６号、２００９年１１月３日発行の「Ｍｕｌｔｉ−Ｓｔａｇｅ Ｃｕｒｉｎｇ Ｏｆ Ｌｏｗ ｋ Ｎａｎｏ−Ｐｏｒｏｕｓ Ｆｉｌｍｓ」という名称のＳｃｈｍｉｔｔらの米国特許第７，６１１，９９６号、および２００９年１１月１０日発行の「Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｐｏｒｏｕｓ ＳｉＣＯＨ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌａｙｅｒｓ Ａｎｄ Ａｄｈｅｓｉｏｎ Ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ Ｏｒ Ｅｔｃｈ Ｓｔｏｐ Ｌａｙｅｒｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ Ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ」という名称のＥｄｅｌｓｔｅｉｎらの米国特許第７，６１５，４８２号が含まれる。これらの関連特許および出願のいずれにおいても優先権を主張しないが、これらの特許および出願における主題は、本明細書内の本発明の教示に対して不適合ではない程度に、参照により本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００２】
超小型電子機器業界の誘電率要件を満たす複数の低誘電率材料は炭素を含有し、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって堆積される。炭素を含有する低誘電率誘電体では、炭素を均一に分配する必要がある。さらに、炭素の存在は、低誘電率誘電体層と下または上にある拡散バリア層との間の接着に影響を与える。
【０００３】
本章は、本発明の開示の実施形態に関係する背景事項について説明する。本章に論じる背景技術は、明示的にも暗示的にも従来技術を法的に構成しようとするものではない。
【０００４】
次世代の半導体デバイスは、３２ｎｍの「テクノロジーノード」になるであろう。この小さい特徴寸法では、デバイス構造の一部を形成する各材料層は、以前に利用可能であったものより小さい空間内でその機能を実行できる必要がある。その結果、デバイスを構成する非常に薄い材料層（３５０Å以下）の堆積中、材料の組成および構造の急激な変化が生じることがあり、それによって望ましくない影響をもたらす（デバイス機能に問題を引き起こす）。たとえば、低誘電率材料層は、電気絶縁機能を提供する目的で適用されるが、電気信号の伝達を制御する一方でデバイスの機能を全体として減速させないようにちょうど適用される。近年、複数の低誘電率材料が開発されており、これらの材料は、拡散バリア層の表面に接触して使用されることが多く、それによって導電性材料が隣接する半導体または誘電体層内へマイグレーションするのを防止する。
【０００５】
低誘電率誘電体層と拡散バリア層との間に良好な接着が存在することが重要である。これは、デバイス性能の完全性にとって重要である。これはまた、「多層金属」デバイス（すなわち、デバイス寸法を低減させるのに有用な多層接続性デバイス）を作るために最も一般に使用される処理は化学機械研磨などの平延べ処理を使用するダマシン処理であるため、デバイスの製造中にも重要である。これらの圧延処理は、圧延の時点でデバイス構造内に存在する層間のインターフェースに応力を生じさせる。
【０００６】
化学機械研磨（ＣＭＰ）などの処理中にデバイス層間に生じる応力は、デバイスを変形させてインターフェース面を分離し、性能の欠陥を引き起こす可能性がある。
【０００７】
近年開発されてきた低誘電率誘電体材料、およびこれらの材料が使用される方法については、たとえば、本明細書ですでに引用した関連特許および出願、ならびに後述する他の関連特許および出願に記載されている。これは、背景技術の包括的な一覧ではなく、本発明によって改善される技術の概略的な理解を提供しようとするものである。
【０００８】
２００２年９月２４日発行の「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｄａｍａｓｃｅｎｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｂｉ−ｌａｙｅｒ Ｃａｒｂｏｎ ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ／Ｃａｒｂｏｎ Ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ Ｅｔｃｈ Ｓｔｏｐ Ｌａｙｅｒ」という名称のＢａｏらの米国特許第６，４５５，４１７号は、超小型電子構造を形成するダマシン方法について記載しており、この方法では、基板上に形成された第１のエッチング停止／ライナ層を用い、第１のエッチング停止／ライナ層は炭素がドープされた窒化ケイ素材料を含み、第１の層上には第２の層が形成され、第２の層は炭素がドープされた酸化ケイ素誘電体材料である（要約）。Ｂａｏらの構造の好ましい実施形態では、ＰＥＣＶＤ方法を用いることによって、炭素がドープされた窒化ケイ素材料と炭素がドープされた酸化ケイ素材料との両方が形成される。典型的には、ＰＥＣＶＤ処理で使用される開始前駆体は、ケイ素および炭素源材料としてオルガノシランを含む。オルガノシラン材料は、たとえば窒素、アンモニア、またはヒドラジンなどの窒素源材料と反応して、炭素がドープされた窒化ケイ素を形成することができる。オルガノシラン材料は、酸素、オゾン、亜酸化窒素、一酸化窒素、一酸化炭素、および二酸化炭素などの酸素源材料と反応して、炭素がドープされた酸化ケイ素を形成することができる。
【０００９】
Ｓｃｈｍｉｔｔらの米国特許第７，６１１，９９６号は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、好ましくはプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）を使用して低誘電率誘電体層を堆積することについて記載しており、堆積膜を生じさせるために使用される反応ガスは、プラズマによって励起することができ、膜の堆積にはより低い温度が必要とされる。様々なＣＶＤ堆積膜およびそれらの機能に関する議論は、デバイスがより小さくなるにつれて複数の積層膜の構造からの抵抗率の寄与が増大し、デバイスの性能を減速させるという問題を含む。さらに、デバイスの形状寸法がより小さくなる結果、デバイス間の寄生容量が増大する。回路内の同じ層または隣接する層上の金属相互接続間の寄生容量の結果、金属線もしくは相互接続間のクロストークおよび／または抵抗容量（ＲＣ）遅延を生じさせ、それによってデバイスの応答時間を低減させ、デバイスの全体的な性能を劣化させる可能性がある。この問題は、金属相互接続の階層数が増大するにつれて悪化する。
【００１０】
同じ層または隣接する層上の金属相互接続間の寄生容量を低減させるには、金属線または相互接続間で使用される低誘電率誘電体材料をさらに低い誘電率を有する材料に変更することが必要とされてきた。Ｓｃｈｍｉｔｔらの特許では、２．５を下回る誘電率が望ましいと述べている。この誘電率を得るために開発された材料は、分散された微細なガスボイドを有するナノ多孔質酸化ケイ素膜であった。この低誘電率誘電体材料は典型的に、ＰＥＣＶＤ酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、または水素化炭化ケイ素から構成されるバリア層の表面を覆って堆積されると述べている。
【００１１】
Ｌｅｅらの特許（米国特許第７，１５１，０５３号）は、酸素を含有する有機ケイ素化合物、酸素および炭素を含む化合物、ならびに酸素のない有機ケイ素化合物を含むガスを反応させることによって、基板上にバリア層を堆積させる方法を記載しており、その結果堆積される膜は、約１５原子％以下の酸素含有率を有する酸素がドープされた炭化ケイ素層である。別の実施形態では、反応物質は、酸素および炭素を含む化合物ならびに酸素のない有機ケイ素化合物を含み、これらを使用して、約１５原子％以下の酸素含有率を有する酸素がドープされた炭化ケイ素層を生じさせることもできる。
【００１２】
低い誘電率と所望の化学的かつ機械的特性との両方を有する酸炭化ケイ素膜の開発は、困難であることがわかってきた。２．５未満の低い誘電率を有することが望ましい酸炭化ケイ素膜は、ケイ素および炭素を含有するバリア層など、下にあるバリア層にうまく接着しないことが多いことが観察されている。Ｌａｋｓｈｍａｎａｎらの特許（米国特許第７，１８９，６５８号）に記載されている発明の実施形態は、低誘電率誘電体層を堆積させる方法を記載しており、低誘電率誘電体層は、堆積された層内に酸素濃度の勾配が生じるように堆積される。下にあるバリア層は、炭化ケイ素、窒素がドープされた炭化ケイ素、酸素がドープされた炭化ケイ素、または酸素および窒素がドープされた炭化ケイ素層とすることができる。バリア層を覆って堆積される低誘電率誘電体層は、ＰＥＣＶＤ処理を使用して形成され、処理ガスの供給は有機ケイ素化合物および酸化ガスを含み、堆積が進むにつれて有機ケイ素化合物の流量が増大される。これによりバリア層と低誘電率誘電体層との間のインターフェースでは、酸素含有率がより高くなり、炭素含有率がより低くなる。
【００１３】
ＰＥＣＶＤ処理チャンバ内で一連の層を生じさせて所望の特性を有する超小型電子構造を作るという概念は、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許（米国特許第７，６１５，４８２号）にも記載されている。開始基板表面が誘電体または導電性材料層である方法が開示されている。基板表面上に酸化物（酸化ケイ素）層が形成され、この酸化物層は炭素を本質的に含有しない。次いで、酸化物層を覆ってグレーデッド遷移層が形成され、グレーデッド遷移層は酸化物層とのインターフェースに炭素を本質的に含まず、多孔質ＳｉＣＯＨ層の方へ進むと炭素含有率が段階的に増大し、低誘電率層の上部部分を形成する。ＳｉＣＯＨ層を生じさせるために使用される前駆体材料は、ＰＥＣＶＤ供給ガス内の酸素濃度が減少すると増加すると述べている。
【００１４】
Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許の図２および図３を参照して論じられているように、異なる化学組成を有する様々な層間の接着には問題が伴う可能性が高い。例示を目的として、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの２つの金属化層構造の例に番号を振りなおしたものを示す本願の図１を参照されたい。デバイス構造に応じて最高７つ以上の金属化層が存在しうることが、当業者には理解されるであろう。図１Ａでは、半導体構造１００は半導体材料１０２を含み、半導体材料１０２は、金属線１０６を含有する低誘電率誘電体層１０４の下にある。金属線１０６の上にはキャッピング層１１０があり、キャッピング層１１０は、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許に記載のように、ＳｉＣＨまたはＳｉＣＨＮなどの炭化ケイ素材料とすることができる。キャッピング層１１０の上にはインターフェース構造１１２があり、インターフェース構造１１２は、図１Ｂにより詳細に示すように、２つの層１１２ａおよび１１２ｂから構成されると述べている。
【００１５】
層１１２ａは、炭素を本質的に含まない酸化物層であると言われており、ここで「本質的に」とは、０．１から３原子パーセントの炭素の範囲であると定義される。この量の炭素含有率は、酸化物層１１２ａの性能に悪影響を与えないと述べている。層１１２ｂは、遷移層であると言われており、炭素を本質的に含まない酸化物層から多孔質ＳｉＣＯＨ層へ遷移する。層１１２ｂの表面の上には、層１１４として示す均質な低誘電率誘電体ＳｉＣＯＨ層がある。低誘電率誘電体層１１４は、低誘電率誘電体層１０４と同等である。低誘電率誘電体層１０４によって、導電性充填材料１０８を含有する接続性コンタクトビア１０８が取り囲まれる。接続性ビア１０８内に存在する導電性材料には、第２の階層の金属線１１６が接触する。
【００１６】
第２の金属線１１６の上には第２のキャッピング層１２０があり、第２のキャッピング層１２０は、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許に記載のように、ＳｉＣＨまたはＳｉＣＨＮなどの炭化ケイ素材料とすることができる。第２のキャッピング層１２０の上には第２のインターフェース構造１２２があり、第２のインターフェース構造１２２は、図１Ｂに示す層１１２ａおよび１１２ｂと同等であるはずの２つの層（図示せず）から構成される。導電性材料で充填された第２の階層のコンタクトビア１１８が、第２の金属線１１６との接続を形成しており、第２の階層のビア１１８より上は図示しないが、追加の金属化層に接続することができる。第３の均質な低誘電率誘電体ＳｉＣＯＨ層１２４が、コンタクトビア１１８を取り囲む。
【００１７】
Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許に論じられているように、従来技術の図１Ａおよび図１Ｂ（本願）に示す構造に伴う問題は、ＳｉＣＯＨ層（１０４、１１４、および１２４）と、下にある層との間の接着が不十分になる傾向があることであると言われており、この下層は、半導体材料１０２（たとえば、ケイ素など）とすることができ、または典型的に炭化ケイ素ベースの材料であるキャッピング（バリア）材料層（１１２および１２２）とすることができる。従来技術の図１Ｂ（本願に示す）に１１２ｂとして示す遷移層は、層１１２ｂと下にある層１１２ａとの間の接着を改善するためのものであり、層１１２ａは、炭素を本質的に含有しない酸化ケイ素層である。さらに、層１１２ａは、低誘電率誘電体ＳｉＣＯＨ層（１０４、１１４、および１２４）の表面にうまく結合することが実証されたと述べている。
【００１８】
Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許では、遷移層（本願の従来技術の図１Ｂに１１２ｂとして示す）を堆積させる鍵は、炭素量が増大するにつれて堆積膜内に存在する炭素量が平滑に遷移することであると述べている。しかし、この平滑な遷移を実現する方法を見出すことは達成できそうになかった。たとえば、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許は、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許の図５に示されている反応性前駆体の供給の結果、形成された炭素のグレーデッド遷移層内に大きな炭素ピークが生じ、最終的に下にある表面とのインターフェース層が機械的に弱くなることを教示している。この問題を解決するために、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの図６に示されている種類のチャンバ内への反応物質の異なる導入予定が使用された。この結果、やはり膜の堆積中に炭素ピークおよび酸素低下が生じたと言われており、これらはどちらも、下にある表面にあるインターフェース層を機械的に弱くする。最後に、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの図７（本願の従来技術の図２）に示されている種類のチャンバ内への反応物質の改訂された導入予定は、炭素と多孔率がどちらも段階的かつ均一に増大する遷移層を提供すると述べている。
【００１９】
上記のように、本願の従来技術の図２は、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの図７を示す。図２００は、軸２０４上に様々な前駆体材料の相対的な流量を示し、軸２０２上に流れが発生しているＰＥＣＶＤ膜堆積処理に関係する期間を示すグラフである。Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎの開示では、実際の流量は指定されていない。期間は指定されており、Ｔ１は１〜４秒の範囲であり、Ｔ２は２〜４秒の範囲であり、そしてＴ３はＴ２より大きいとされている。Ｔ４は、多孔質ＳｉＣＯＨ低誘電率誘電体膜を堆積させるための値ですべての流れが安定する時間として記載されている。Ｔ４は典型的に、１０秒から２００秒の範囲であると述べている。曲線２０６は、ポロゲン（ｐｏｒｏｇｅｎ）（当技術分野では周知の種類のもの）前駆体の流れを表し、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの特許では、その正確な組成は定義されていない。曲線２０８は酸素の流を表し、曲線２１０はＳｉＣＯＨ低誘電率誘電体前駆体の流れを表す。低誘電率誘電体前駆体材料については、具体的に記載されていない。Ｔ２は、誘電体前駆体の流れが安定する時間であると述べている。ポロゲン前駆体は、Ｔ１〜Ｔ２の間隔中に導入されると述べている。Ｔ３は、ポロゲン前駆体の流れが安定する時間であると述べている。従来技術の図２に示すように、ポロゲン前駆体の増加率は誘電体前駆体の増加率より低くすることができる。Ｔ２とＴ３の間隔は、可能な限り短いことが好ましいと述べている。
【００２０】
こうしたあらゆる努力にかかわらず、バリア層と低誘電率誘電体層との間の接着は、低誘電率誘電体層を含む全体的な多層金属構造の構成上の安定性に関して問題を引き起こし続けてきた。本発明は、従来技術の問題の多くを本質的に解決する改善されたデバイス構造を提供することによって、上述の従来技術を改善する。本発明は、当技術分野で記載されているものと同じ前駆体材料の多くを使用するが、材料が適用される方法は異なり、これにより改善されたデバイス構造を提供する。
【発明の概要】
【００２１】
半導体デバイスの特徴寸法がますます小さくなり、次のデザインノードが３２ｎｍになると、堆積させる材料の化学組成および厚さの制御、ならびにその結果得られるデバイスの全体的な構造上の安定性は困難なものになる。本発明の実施形態の焦点は、誘電体材料の誘電率を２．６未満、好ましくは２．５未満になるように制御することに関する。同時に、本発明の方法は、デバイス構造の最も困難な領域全体にわたって良好な曲げおよび引っ張り強度を提供し、構造全体の接着強度の改善は、超小型電子構造を評価するために当技術分野で現在使用されている種類の４点屈曲試験を使用して測定することができる。
【００２２】
本発明の概略的な実施形態では、半導体デバイス構造は、３原子％より大きく約１２原子％までの範囲の濃度で炭素を含む、少なくとも１つの炭素がドープされた低誘電率拡散バリア材料領域を用いる。拡散バリア材料の上には第１の遷移領域があり、第１の遷移領域は、３原子％以下の濃度で炭素を含む酸化ケイ素を含む。第１の遷移領域の上には第２の遷移領域ができ、第２の遷移領域は、炭素濃度が３原子％から上にある多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料領域の炭素濃度まで増大する酸化ケイ素を含む。典型的には、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料内の炭素濃度は、約１２原子％未満である。この多層構造は、超小型電子機器デバイス内に数回存在することがあり、炭素がドープされた低誘電率拡散バリアまたは他の拡散バリアが存在するときに存在する。本発明のデバイス構造は、拡散バリア材料に続いて（の上に）、拡散バリア材料に比べて貧弱な接着強度を有する炭素がドープされた低誘電率拡散バリア材料が適用されるとき、構造全体に接着強度を提供するのを助けるために使用される。
【００２３】
図３を参照すると、関連する概念のよりよい理解を容易にするために、３．０原子％以下の炭素原子を含有する材料を含む酸化ケイ素である第１の遷移領域を、遷移領域３０６として示すことができる。第２の遷移領域３０８は、３．０原子％より大きく炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層３０９内の炭素含有率までの範囲の濃度で炭素原子を含有する材料を含む酸化ケイ素であり、３．０原子％より大きく約１２原子％までの範囲の濃度で炭素原子を含有する。３．０原子％以下の炭素原子を含有する酸化ケイ素を含む材料３０６は、領域３０４に存在する炭素がドープされた窒化ケイ素バリア層または炭化ケイ素バリア材料からの遷移として存在することができる。炭素がドープされた低誘電率窒化ケイ素バリア材料３０４または炭化ケイ素バリア材料（図示せず）は、半導体層３０２または導電層３１０もしくは３１２に隣接していることがわかり、バリア層材料は、導電性材料が半導体デバイス構造内の隣接する材料層内へマイグレーションするのを防止するために使用される。
【００２４】
炭素がドープされた窒化ケイ素を含むバリア層（または炭化ケイ素バリア層）、３．０原子％以下の炭素原子を含有する酸化ケイ素を含む遷移材料、３．０原子％より大きい炭素から約１２原子％の高さの炭素までを含有する酸化ケイ素を含む遷移材料、および炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層をすべて、望みに応じてデバイス構造を調整できるように、類似の前駆体材料を使用して同じ処理チャンバ内で製造することができる。連続して順次実行されるすべての堆積処理中にプラズマを維持することができ、したがってすべての遷移は段階的であり、遷移材料内の炭素含有率は「でこぼこ」しない。さらに、典型的に低減された接着強度を呈するインターフェース面が存在する明確な層が存在する必要はない。記載の構造およびその構造を生じさせる方法を使用すれば、５．９から６．６Ｊ／ｍ２の範囲内の曲げ強度Ｇｃ値を一貫して得ることが可能である。Ｇｃ値は、厚さが低減された遷移領域を得るために、ある程度犠牲になることもある。５．９〜６．６Ｊ／ｍ２の接着強度値は、これに相当する得られた最善のＧｃ（４点曲げ試験）値が４．０〜５．０Ｊ／ｍ２の範囲内であった従来技術と比較すると、著しい改善である。ＳＩＭＳデータに基づいて、低誘電率バリア層と低誘電率誘電体層との間の第１の遷移層と第２の遷移層とを組み合わせた厚さは、約１６０Åまで低くすることができる。
【００２５】
本発明の実施形態の主な焦点は、炭素がドープされた低誘電率拡散バリア材料から後に堆積される炭素がドープされた低誘電率誘電体材料まで遷移する遷移材料の形成中に膜形成プラズマに対する特定のガス供給を増加および減少させることに当てられてきた。これらの遷移材料は、限定ではなく例として、炭素がドープされた拡散バリア層の表面を覆って多孔質の炭素がドープされた低誘電率誘電体層を堆積させたときに発生した結合が貧弱であったために開発された。図３には、炭素がドープされた窒化ケイ素バリア材料３０４を覆って堆積させた領域３０６および３０８として、また炭素がドープされた窒化ケイ素バリア材料３１４を覆って堆積させた領域３１６および３１８として、遷移材料を示す。遷移材料の堆積中の相対的なガス供給の制御では、構造全体で許容できる誘電率、膜の厚さ、膜の均一性、および十分な接着強度を提供しながら、平滑に遷移する炭素含有率の形成を可能にしなければならない。
【００２６】
Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎの文献に関して上述したように、誘電体前駆体、ポロゲン前駆体、および酸素反応ガスの相対的なガス供給率および減少または増加率はすでに研究されてきた。しかし、上記で論じた遷移材料領域の開発中に、驚くべき発見がなされた。ケイ素前駆体および酸素反応ガスを輸送するために使用されるヘリウムキャリアガスの相対的な減少率は、全体的な構造の接着強度に非常に著しい影響を与えた（すでに論じた４点接着強度試験によって示す）。ヘリウムキャリアガスの量は、遷移領域内の膜の厚さを低減させるのと同時に遷移領域内の接着強度を増大させる目的で、急速に減少させる必要がある。遷移領域の形成中に、遷移領域の膜の厚さの低減と機械的な強度の低減の両方において予想外の改善をもたらすヘリウムキャリアガスの減少率と酸素反応ガスの減少率との間の関係が開発された。良好な結果は、酸素反応物質が減少していないときでも、ヘリウムキャリアガスを減少させることによって実現することができるが、流れは直ちに中断される。これが発生したとき、それでもなお処理チャンバ内に酸素が存在する滞留時間があり、その結果、ヘリウム減少率と「デフォルト」の酸素減少率との比は約３：５（ヘリウム：酸素）になる。ヘリウムキャリアガスと酸素反応ガスがどちらも減少したが、減少比が低く、３：５の減少比の範囲内であるとき、この処理では、第１の遷移領域と第２の遷移領域とを組み合わせた厚さ（ＳＩＭＳによる）は約１５７Åであり、４点接着強度は約５．３Ｊ／ｍ２であり、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層に対して得られる誘電率は約２．５５であった。しかし、ヘリウム減少率と酸素減少率との比が約６０：１の範囲内であるとき、より良好な接着強度結果を実現することができる。この例では、組み合わせた遷移領域の厚さは約２１５Åであり、４点接着強度は約６．６Ｊ／ｍ２であったが、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層に対して得られた誘電率は約２．５７であった。接着強度は改善された一方、組み合わせた遷移領域の厚さは増大した。約３０：１というヘリウム減少率：酸素減少率の比を使用することによって、全体的な改善された結果を得ることができる。この例では、遷移領域の厚さは約１６０Åであり、４点接着強度は約５．９Ｊ／ｍ２であったが、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層に対して得られた誘電率は約２．５５であった。この減少率を、例として図４に示す。上記で論じたヘリウムキャリアガス：酸素の相対的な減少率のいずれにおいても、プラズマアークは発生しなかった。
【００２７】
上述した方法でヘリウムキャリアガスの流れを低減させることができなかった結果、遷移領域の接着強度（Ｇｃ）が低減した。ヘリウム：酸素の減少比が３：５であったときに得られたＧｃは４．８Ｊ／ｍ２であり、これは、得られた最善のＧｃが約４Ｊ／ｍ２から約５Ｊ／ｍ２の範囲であった周知の技術（バリア層が窒化ケイ素ではなく炭化ケイ素であったとき）と同等である。炭素がドープされた拡散バリア材料と炭素がドープされた低誘電率誘電体材料との間の組み合わせた遷移領域の堆積中にヘリウムキャリアガスの急速な減少と相対的なヘリウム：酸素の減少率とを組み合わせて使用することによって得られた４．８Ｊ／ｍ２から６．６Ｊ／ｍ２への接着強度の改善は顕著であり、完全に予想外であった。推奨される相対的な減少率比は約６０：１から約１：２であり、減少率が約６０：１から約３０：１の範囲であるときにより高い接着強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】半導体デバイス構造１００の従来技術の断面概略図であり、層１０２がケイ素基板を表し、層１０４が第１の多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層を表す。層１０６は金属化層を表す。層１１０は、金属化層から上にある炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層１１４内へ金属がマイグレーションするのを防止するために使用されるキャッピング層（バリア層）を表す。この従来技術に示すキャッピング層１１０は、ＳｉＣＨまたはＳｉＣＨＮなどの炭化ケイ素ベースの材料であった。層１１２は、上にある炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層１１４とキャッピング／バリア層１１２との接着を改善するように設計されたデュアル層（図１Ｂに示す）のインターフェース構造を表す。
【図１Ｂ】図１Ａに示す半導体デバイス構造の一部分の断面概略図である。図１Ｂは、第１のインターフェース構造１１２をより詳細に示す。
【図２】低誘電率誘電体層のＰＥＣＶＤ処理、および低誘電率拡散バリア層の表面を覆う炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層の形成中の前駆体の相対的な流量に関する従来技術の図である。
【図３】本発明の一実施形態による半導体デバイス構造３００の断面概略図である。層３０２はケイ素基板を表す。領域３０４は、典型的に少なくとも３．０原子％から約１２原子％の範囲の原子％で炭素を含有する炭素がドープされた窒化ケイ素バリア材料を表す。領域３０６は、３原子％以下の炭素を含有する酸化ケイ素材料を含む第１の遷移領域を表す。領域３０８は、３原子％以下の炭素を含み、多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層の炭素誘電率に等しい炭素含有率まで遷移し、このとき炭素含有率を約１２原子％の高さとすることができる第２の遷移領域を表す。領域３０９は、３原子％より大きく約１２原子％の炭素までの範囲の原子％で炭素を含有する多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層を表す。層３１０は金属導体層を表す。
【図４】曲線４０５によって示すヘリウムキャリアガスと曲線４０７によって示す酸素試薬ガスとの間の相対的な流れ減少率の重要な関係４００を示す図である。これらのガスは、図３に示す種類のデバイスの製造中にＰＥＣＶＤチャンバ内へ供給され、領域３０４から領域３１０へ遷移する。
【図５】本明細書に記載する様々な構造に対するＰＥＣＶＤ反応を実施できる処理システム５００の従来技術の断面概略図である。平行板プラズマ化学気相堆積リアクタ５１０を、処理チャンバ５１０へキャリアガスおよび反応ガスを投入するためのガス投入ライン５１８と組み合わせて示す。スロットルバルブ（図示せず）を有する真空ポンプ５３２が、処理チャンバ５１０からのガスおよびプラズマ種の排気率を制御する。
【図６】本発明の方法を実施するために図５に示す処理システム５００と組み合わせて使用できるシステムコントローラ６００の従来技術のブロック図である。
【図７】半導体基板のＳＩＭＳプロファイル７００を示す図であり、基板の一部分は、約１２原子％の炭素を含有する炭素がドープされた窒化ケイ素拡散バリア層から約１０．５原子％の炭素を有する多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体へ遷移する遷移膜構造である。７０３に示すように、遷移膜の全体的な厚さは約２１５Åであった。
【図８】半導体基板のＳＩＭＳプロファイル８００を示す図であり、基板の一部分は、約１２原子％の炭素を含有する炭素がドープされた窒化ケイ素拡散バリア層から約１０．４原子％の炭素を有する多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体へ遷移する遷移膜構造である。８０３に示すように、遷移膜の全体的な厚さは約１６１Åであった。
【図９】半導体基板のＳＩＭＳプロファイル９００を示す図であり、基板の一部分は、約１２原子％の炭素を含有する炭素がドープされた窒化ケイ素拡散バリア層から約１０．５原子％の炭素を有する多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体へ遷移する遷移膜構造である。９０３に示すように、遷移膜の全体的な厚さは約１５７Åであった。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
詳細な説明の前書きとして、本明細書および添付の特許請求の範囲では、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上別途明示しない限り、複数の指示対象を含むことに留意されたい。
【００３０】
本明細書では「約」という単語は、提示される公称の値が±１０％の範囲内で正確であることを意味するものとする。
【００３１】
本発明の実施形態における焦点は、誘電体層の誘電率を２．６未満、好ましくは２．５未満に下げる一方、堆積させたデバイス構造内の構造上の機械的強度を実現することにある。
【００３２】
本発明の概略的な実施形態では、半導体デバイス構造は、約１２原子％の範囲内の炭素含有率を有する少なくとも１つの炭素がドープされた低誘電率拡散バリア材料を用いる。拡散バリア材料の表面を覆って３原子％より大きい炭素、典型的に約１２原子％の高さの炭素までを含有する多孔質の炭素がドープされた低誘電率誘電体材料を堆積させることが望ましい。これらの２つの材料間で良好な曲げ／剪断強度（または接着強度）を得るには、拡散バリア材料から低誘電率誘電体材料への遷移領域を作ることが必要である。全体的な遷移領域は、３．０原子％以下の炭素を含有し、約１２原子％の炭素、より典型的には約１０原子％の炭素から１１原子％の炭素までを含有する炭素がドープされた酸化ケイ素を含む材料まで遷移する酸化ケイ素を含む材料である。
【００３３】
図３を参照すると、３．０原子％以下の炭素原子を含有する酸化ケイ素を含む材料を第１の遷移領域３０６として示し、３．０原子％以下の炭素から１２原子％以下の炭素を含有する炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料まで遷移する酸化ケイ素を含む材料を第２の遷移領域３０８として示す。上にある多孔質の炭素がドープされた低誘電率誘電体材料を、領域３０９として示す。これと同じ構造を第２の例にも示し、遷移領域３１６および３１８は拡散バリア材料３１４の上にあり、上にある多孔質の炭素がドープされた低誘電率誘電体材料３１９まで上方へ延びる。それぞれ領域３０６および３０８、または３１６および３１８の間の違いは、領域３０６が本質的に酸化ケイ素であり、領域３１８が酸化ケイ素から上にある多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料層の炭素含有率まで遷移することである。
【００３４】
従来技術の図１Ａは、半導体デバイス構造１００の断面概略図を示し、基層１０２はケイ素層である。ケイ素層１０２の上には、第１の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料層１０４がある。この低誘電率誘電体層は、第１の金属化層１０６を含む。金属化層１０６および周囲の低誘電率誘電体材料１０４の上部表面の上にはバリア／キャッピング層１１０があり、バリア／キャッピング層１１０は、金属化層１０６から、第２の金属化層１１６の表面を提供する第２の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層１１４内へ、金属がマイグレーションするのを防止するために使用される。また低誘電率誘電体層１１４を導電ビア１０８が貫通しており、導電ビア１０８も典型的に、金属を含む特徴である。従来技術の図１Ａに示すキャッピング層１１０および１２０は、ＳｉＣＨまたはＳｉＣＨＮなどの炭化ケイ素ベースの材料である。第１のキャッピング層１１０の上には、第１のキャッピング層１１０と上にある炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層１１４との間の接着を改善するように設計された第１のインターフェース構造１１２がある。第２のキャッピング層１２０と上にある第２の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体１２４との間の接着を改善するように、第２のインターフェース構造１２２が設計される。また第２の低誘電率誘電体層１２４を導電ビア１１８が貫通しており、導電ビア１１８は、半導体処理デバイス１００内の第３の金属化層に至ることができる。
【００３５】
従来技術の図１Ｂは、図１Ａからの第１のキャッピングインターフェース構造１１２をより詳細に示し、上にある第２の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層１１４と下にあるキャッピング／バリア層１１０との接着を改善するように設計されたデュアル層のインターフェース構造を示す。インターフェース構造１１２内には、３原子％の炭素を下回る低い炭素含有率を含有する層１１２ａと、低い炭素含有率から約２．６以下の範囲内の誘電率を提供するのに十分なほどより高い炭素含有率まで遷移する層１１２ｂとがある。
【００３６】
従来技術の図２はＥｄｅｌｓｔｅｉｎらの文献から得たものであり、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎらの文献ではこの図は図７と表示されていた。図７は、通常１〜４秒の時間Ｔ１にわたるＰＥＣＶＤ処理チャンバ内への酸素および誘電体前駆体の供給を示すとされている。この説明によれば、酸素を有する処理チャンバ内へ、任意選択でヘリウムまたはアルゴンを導入することができる。軸２０４に示すように、処理チャンバへの様々な前駆体の流量によって処理２００を示す。様々な関連する期間を軸２０２上に示す。誘電体前駆体材料（オルガノシランなど）の供給率を曲線２０８上に示し、ポロゲン（当技術分野では周知の種類）の流量を曲線２０６上に示し、酸素の流量を曲線２０８上に示す。遷移層の形成中、Ｔ１から始まる誘電体前駆体材料２１０およびポロゲン前駆体２０６の供給率の増加と、Ｔ３から始まる酸素の供給２０８の減少とを組み合わせることで、炭素ピークまたは炭素低下を発生させることなく炭素グレーデッド遷移層を生じさせると述べている。これは、Ｅｄｅｌｓｔｅｉｎの文献でカラム６〜８に論じられている。
【００３７】
図３は、本発明の一実施形態による半導体デバイス構造３００の断面概略図を示す。層３０２はケイ素基板を表す。領域３０４は、典型的に約３原子％より大きく約１２原子％までの炭素の原子％で炭素を含有する炭素がドープされた窒化ケイ素バリア材料を表す。領域３０６は、炭素含有率が３原子％未満の酸化ケイ素を含む遷移領域を表す。すでに論じたように、領域３０８は、材料が堆積されるにつれて炭素含有率が３原子％の炭素から約１２原子％の炭素まで、より典型的には約１０原子％の炭素から１１原子％の炭素まで増大する遷移領域を表す。領域３０９は、３原子％より大きく約１１原子％の炭素までの範囲の原子％で炭素を含有する多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体層を表す。層３１０は金属導体層を表す。領域３１４は、３原子％より大きい炭素から約１２原子％の炭素までを含有する第２の炭素がドープされた窒化ケイ素低誘電率バリア材料を表す。領域３１６は、３原子％以下の炭素を含有する遷移領域を表す。領域３１８は、本質的に３．０原子％未満の炭素から約１２原子％の炭素まで遷移する酸化ケイ素を含有する遷移領域を表す。領域３１９は、３原子％より大きく約１１原子％の炭素までの範囲の原子％で炭素を含有する炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料を表す。領域３１２は、金属導電性材料で充填されたコンタクトビアを表す。
【００３８】
図４は、図３に示す種類のデバイスの製造中に、具体的には領域３０８から領域３１０へ遷移するために、ＰＥＣＶＤチャンバ内へ供給されるヘリウムキャリアガス４０５と酸素試薬ガス４０７との間の相対的な流れ減少率の重要な関係４００を示す。領域３０８では、材料は酸化ケイ素誘電体であり、炭素含有率は３原子％未満である。領域３１０では、材料は炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体であり、炭素含有率は３原子％より大きく約１１原子％までの範囲である。図４の軸４００は、ヘリウムキャリアガスおよび酸素反応ガスの相対的な流量を示す。軸４０２は、曲線４０５に示すＰＥＣＶＤチャンバへのヘリウムキャリアガス供給の減少の始端４１０、および曲線４０７によって示す対応する酸素反応ガスの減少の始端からの相対的な期間を示す。ヘリウムキャリアガスの減少期間の終端を点４１２で示し、酸素反応ガスの減少期間の終端を点４１４で示す。図４に示す実施形態では、ヘリウムキャリアガスの減少率は約３，０００ｓｃｃｍ／秒であり、酸素反応ガスの減少率は約１００ｓｃｃｍ／秒であった。
【００３９】
図４は本発明の一実施形態を表し、これらの流量は処理チャンバの１つの寸法を示す。他の実施形態では、異なる処理装置ならびに異なる流量および減少率を使用することが企図される。重要なことは、ヘリウムキャリアガスの流量と酸素反応性ガスの流量との間の関係であり、遷移領域の形成中のこれらの２つのガスの相対的な減少率については上記で論じた。熱および質量伝達の技術に関する当業者であれば、堆積膜の炭素含有率の平滑な遷移を提供するのに必要なヘリウムキャリアガスおよび酸素反応ガスの開始率を推定することができ、最小限の実験後には本明細書に記載するものに類似の結果に到達することができる。
【００４０】
ＰＥＣＶＤ処理チャンバへのヘリウムキャリアガスおよび酸素反応ガスの流量の変更は、有機ケイ素化合物および炭素源を含む化合物（たとえば、ポロゲン前駆体化合物）の追加の前駆体材料の供給を使用して、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料が形成されることを背景にしていることも重要である。これらの他の前駆体材料が変更されると、本明細書に論じた反応性酸素化合物および関連するヘリウムキャリアガスの減少率の調整を加えることが必要になることがある。しかし、本発明の概略的な概念は同じままであり、当業者であれば、本開示を見て調整を加えることができる。
【００４１】
本実験例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．によって製造されたＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）処理チャンバ内で実施した。Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）処理チャンバ（２００ｍｍまたは３００ｍｍ）は、炭素がドープされた酸化ケイ素および他の材料を堆積させるために使用できる２つの分離された処理領域を有する。２つの分離された処理領域を有するチャンバについては、１９９９年１月５日発行の「Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ Ｗａｆｅｒ Ｖａｃｕｕｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称のＭａｙｄａｎらの米国特許第５，８５５，６８１号に記載されている。同特許を参照により本明細書に組み込む。
【００４２】
本明細書に記載する種類の炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料を形成するために使用される有機ケイ素化合物は、テトラメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ペンタメチルシクロペンタシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、ジエトキシメチルシラン、ジメチルジシロキサン、テトラシラノ−２，６−ジオキシ−４，８−ジメチレン、テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、１，３−ビス（シラノメチレン）−ジシロキサン、ビス（１−メチルジシロキサニル）メタン、ビス（１−メチルジシロキサニル）プロパン、ヘキサメトキシジシロキサン、ジメチルジメトキシシラン、およびジメトキシメチルビニルシラン、ならびにこれらの組合せからなる群から選択することができる。これらの前駆体材料は、限定ではなく例として示す。本明細書に記載する種類の炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料を形成するために使用されるポロゲン化合物は、シクロヘキサジエン、ビシクロヘプタジエン、１−メチル−４−（１−メチル−エチル）−１，３−シクロヘキサジエン、１−メチル−４−（１−メチルエチル）−ベンゼン、α−テルピネン、３−カレン、フェンコン、リモネン、酸化シクロペンテン、ビニル−１，４−ジオキシニルエーテル、ビニルフリルエーテル、ビニル−１，４−ジオキシン、ビニルフラン、フロン酸メチル、蟻酸フリル、酢酸フリル、フルアルデヒド、ジフリルケトン、ジフリルエーテル、ジフルフリルエーテル、フラン、１，４ジオキシン、およびこれらの組合せからなる群から選択することができる。
【００４３】
本発明の実施形態を生みだした開発作業において、ケイ素を含有する前駆体のｍｇｍ供給率は、約３００ｍｇｍから約２２００ｍｇｍの範囲であった。ポロゲン供給率は、約２００ｍｇｍから約３５００ｍｇｍの範囲であった。酸素流量は、約５０ｓｃｃｍから約３０００ｓｃｃｍの範囲であった。ヘリウムキャリアガス流量は、約５００から約５５００ｓｃｃｍの範囲であった。印加されたプラズマ出力は、約４５０Ｗから約６５０Ｗの範囲であった。印加された出力は、周波数１３．５６ＭＨＺでＲＦ出力であった。
【００４４】
組み合わせた遷移領域を形成する１つの例示的な処理では、第１の遷移領域を開始する際、処理チャンバへの酸素の流量は約５００ｓｃｃｍの範囲内であり、処理チャンバへのヘリウムキャリアガスの流量は約５５００ｓｃｃｍであり、有機ケイ素前駆体化合物の典型的な流量は約３００ｍｇ／分（ｍｇｍ）であり、ポロゲン化合物の流量は２００ｍｇｍであった。第２の遷移領域が形成されるにつれて、炭素がドープされた低誘電率誘電体層の形成の始端まで、有機ケイ素前駆体流量は約１０００ｍｇｍまで増大され、ポロゲン化合物前駆体流量は約１２５０ｍｇｍまで増大された。同時に、酸素供給率は約５０ｓｃｃｍまで低減され、ヘリウムキャリアガス供給率は約１０００ｓｃｃｍまで低減された。多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体のバルク堆積が始まった時点で、ケイ素前駆体ヘリウムキャリアガスは約３，０００ｓｃｃｍであり、ポロゲン前駆体ヘリウムキャリアガスは約３，０００ｓｃｃｍであり、合計約６，０００ｓｃｃｍのヘリウムキャリアガスの流れを提供した。膜の形成中に印加されたＲＦ出力の量は、第１の遷移領域の開始時の約６５０Ｗから、遷移材料の終端時および多孔質の炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料の堆積の開始時の約４５０Ｗまでの範囲であった。有機ケイ素前駆体の流量の増加率は約１０００ｍｇｍ／秒であり、有機（ポロゲン）前駆体の流量の増加率は約５００ｍｇｍ／秒であった。有機ケイ素前駆体向けのヘリウムキャリアガスの減少率は約１０００ｓｃｃｍ／秒であり、ポロゲン前駆体向けのヘリウムキャリアガスの減少率は約５００ｓｃｃｍ／秒であった。低誘電率バリア材料と炭素がドープされた低誘電率誘電体材料との間の遷移材料の形成中、処理チャンバ内でアークの兆候は見られなかった。炭素がドープされた低誘電率誘電体層のバルク形成中、ケイ素前駆体ヘリウムガスの流れは典型的に、約４，０００から約５，０００ｓｃｃｍの範囲であり、良好な膜の均一性を提供した。有機（ポロゲン）前駆体ヘリウムガスの流れは典型的に、約５００から約２，５００ｓｃｃｍの範囲であり、良好な膜の均一性を提供した。これにより、ヘリウムキャリアガスは合計約４，５００ｓｃｃｍから約７，５００ｓｃｃｍになる。
【００４５】
従来技術の図５は、本明細書に記載する様々な構造に対するＰＥＣＶＤ反応を実施できる処理システム５００の断面概略図示す。平行板プラズマ化学気相堆積リアクタ５１０を、処理チャンバ５１０へキャリアガスおよび反応ガスを投入するためのガス投入ライン５１８と組み合わせて示す。スロットルバルブ（図示せず）を有する真空ポンプ５３２が、処理チャンバ５１０からのガスおよびプラズマ種の排気率を制御する。
【００４６】
平行板化学気相堆積リアクタ５１０は、高真空領域５１５を有する。リアクタ５１０はガス分配マニホルド５１１を含み、ガス分配マニホルド５１１は、リフトモータ１４によって上下される基板支持板またはサセプタ５１２上に位置する基板（図示せず）へ、マニホルド内の穿孔を通ってプロセスガスを分散させる。液体の反応物質を噴射するために、典型的には有機ケイ素化合物の液体の噴射に使用されるような液体噴射システム（図示せず）を設けることもできる。
【００４７】
リアクタ５１０は、抵抗性加熱コイル（図示せず）または外部ランプ（図示せず）などによってプロセスガスおよび基板を加熱することを含む。サセプタ５１２は、下部のローディング／オフローディング位置（図示せず）とマニホルド５１１に密接している上部の処理位置との間でサセプタ５１２を制御可能に動かすことができるように、支持棒５１３上に取り付けられる。
【００４８】
サセプタ５１２および基板は、処理位置５１４にあるときは絶縁体５１７によって取り囲まれ、プロセスガスがマニホルド５２４内へ排気される。処理中、マニホルド５１１へのガス入り口は、基板の表面全体にわたって放射状に均一に分配される。スロットルバルブを有する真空ポンプ５３２が、チャンバからの排気率を制御する。マニホルド５１１に到達する前に、堆積ガスおよびキャリアガスがガスライン５１８を通って混合システム５１９内へ投入され、混合システム５１９において組み合わされ、次いでマニホルド５１１へ送られる。酸化ガス用の投入ガスライン上に、アプリケータ管５２０を有する任意選択のマイクロ波システム（図示せず）を配置して、リアクタ１１０へ入る前に酸化ガスだけを解離させる追加のエネルギーを提供することができる。本発明では酸化ガスについて酸素として説明しているが、酸化ガスは、本発明の方法を参照して説明した酸素量を生じさせる酸素を含有する化合物とすることができることが当業者には理解されるであろう。マイクロ波アプリケータは、約０から約６０００Ｗの間の出力を提供する。通常、各プロセスガス用のプロセスガス供給ライン５１８は、（ｉ）チャンバ内へのプロセスガスの流れを自動または手動で遮断するために使用できる安全遮断バルブ（図示せず）と、（ｉｉ）ガス供給ラインを通るガスの流れを測定する質量流量コントローラ（図示せず）とを含む。処理中に有毒なガスが使用されるとき、従来の構成における各ガス供給ライン上にいくつかの安全遮断バルブが位置決めされる。
【００４９】
リアクタ５１０内で実行される堆積処理は、冷却された基板ペデスタル上の非プラズマ処理、またはプラズマ処理のいずれかとすることができる。本発明の方法では、プラズマ処理、すなわちＰＥＣＶＤ処理を使用した。ＰＥＣＶＤ処理では、ＲＦ電源５２５から分配マニホルド５１１に印加したＲＦエネルギーによって、制御されたプラズマを基板付近に形成した（サセプタ５１２は接地させた）。別法として、サセプタ５１２にＲＦ出力を提供することができ、または異なる周波数で異なる構成要素にＲＦ出力を提供することができる。ＲＦ電源５２５は、単一または混合周波数のＲＦ出力を供給して、高真空領域５１５内へ導入された反応性種の分解を促進させることができる。混合周波数のＲＦ電源は典型的に、約１３．５６ＭＨＺの高ＲＦ周波数（ＲＦ１）の出力を分配マニホルド５１１に供給し、約３６０ＫＨｚの低ＲＦ周波数（ＲＦ２）の出力をサセプタ５１２に供給する。本発明の酸化ケイ素を含む層は、低レベルまたはパルスレベルの高周波数ＲＦ出力を使用して作られることが多い。パルスＲＦ出力は、約１０％から約３０％のデューティーサイクル中に約２０から約２００Ｗで１３．５６ＭＨＺのＲＦ出力を提供することが好ましい。パルス以外のＲＦ出力で典型的に１３．５６ＭＨＺのＲＦ出力は典型的に、約１０Ｗから約７００Ｗの範囲にわたって印加される。低出力の堆積は、約−２０℃から約４０℃の温度範囲で行われることが多い。好ましい温度範囲にわたって、堆積される炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料は、堆積中に部分的に重合し、重合はその膜の後の硬化中に完了する。本明細書で本発明の実施形態に説明した遷移材料は典型的に、約２００℃から約４００℃の範囲の温度に加熱された基板上に堆積される。遷移材料の堆積中の処理チャンバの圧力は、約１から約１０トルの範囲とすることができるが、典型的には７．５トル±０．５トルの範囲内である。リアクタ内への前駆体ガスの流量は変動することがあり、堆積されている材料の化学的および物理的構成に依存する。所与の遷移材料の堆積期間は典型的に、約１秒から約６秒の範囲である。遷移材料の堆積中は、絶対に必要というわけではないが、プロセスガス流量の変化に基づいてスロットルバルブの位置を調整できるようにすることによって、一定のチャンバ圧力が維持されることが多い。絶対に必要というわけではないが、より再現可能な膜の組成および厚さを提供するために、所与の遷移材料の堆積中には同じ出力レベルが維持されることが多い。
【００５０】
従来技術の図６は、図５に示す処理システム５００と組み合わせて使用できるシステムコントローラ６００のブロック図を示す。システムコントローラ６００は、メモリ６１０とともに動作可能なプログラム可能な中央処理装置（ＣＰＵ）６２０、ならびに大容量記憶デバイス６１５、入力制御ユニット６４５、およびディスプレイユニット６５５を含む。メモリ６１０は、処理システム５００の動作を容易にするためにＣＰＵ６２０が実行する命令を含む。ＣＰＵ６２０は汎用コンピュータを形成し、本発明の方法の実施形態を実施するために使用できるプログラム６０５などのプログラムを実行するときは専用コンピュータになる。
【００５１】
システムコントローラ６００は、システムバス６３０およびＩ／Ｏ回路６４０を介して、本発明による堆積処理で用いられる処理システムの要素に結合される。Ｉ／Ｏ回路６４０は、ＣＰＵ６２０およびシステムバス６３０を介して、メモリ６１０内に記憶されたプログラム６０５からの命令を受け取る。プログラム６０５は、Ｉ／Ｏ回路６４０がリアクタの基板／サセプタ位置決め制御６５０、プロセスガス制御６６０、圧力制御６７０、加熱器制御６８０、およびプラズママイクロ波制御６９０を実現できるようにするプログラムサブルーチンを提供する。
【００５２】
図７は、半導体基板のＳＩＭＳプロファイル７００を示し、基板の一部分は、炭素がドープされた窒化ケイ素を含む低誘電率バリア層材料（約１２原子％の炭素を含有する）から炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料（約１０．５原子％の炭素を含有する）へ遷移する遷移材料である。遷移材料は酸窒化ケイ素材料および酸化ケイ素材料を含み、これらの材料はそれぞれ、３原子％以下の濃度で炭素を含む。７０３に示すように、遷移膜の全体的な厚さは約２１５Åであった。遷移膜は、膜の堆積中にヘリウムを約３０００ｓｃｃｍ／秒の率で減少させ、酸素を約５０ｓｃｃｍ／秒の率で減少させる処理を使用して作られた。４点屈曲試験によって試験した遷移膜の接着強度は６．６Ｊ／ｍ２であり、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体に対して測定したｋは２．５７であった。
【００５３】
図８は、半導体基板のＳＩＭＳプロファイル８００を示し、基板の一部分は、３原子％未満の炭素を有する酸化ケイ素誘電体から約１０．４原子％の炭素を有する炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体への遷移膜である。８０３に示すように、遷移膜の全体的な厚さは約１６１Åである。遷移膜は、膜の堆積中にヘリウムを約３０００ｓｃｃｍ／秒の率で減少させ、酸素を約３００ｓｃｃｍ／秒の率で減少させる処理を使用して作られた。４点屈曲試験によって試験した遷移膜の接着強度は５．６Ｊ／ｍ２であり、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体に対して測定したｋは２．５５であった。
【００５４】
図９は、半導体基板のＳＩＭＳプロファイル９００を示し、基板の一部分は、３原子％未満の炭素を有する酸化ケイ素誘電体から約１０．１原子％の炭素を有する炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体への遷移膜である。９０３に示すように、遷移膜の全体的な厚さは約１５７Åである。遷移膜は、膜の堆積中にヘリウムを３０００ｓｃｃｍ／秒の率で減少させ、酸素を３０００ｓｃｃｍ／秒の率で減少させる処理を使用して作られた。４点屈曲試験によって試験した遷移膜の接着強度は５．９Ｊ／ｍ２であり、炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体に対して測定したｋは２．５５であった。
【００５５】
前述の例示的な実施形態は、本発明の範囲を限定しようとするものではなく、当業者であれば、本開示を読めば、以下に主張する本発明の主題に一致するようにそのような実施形態を拡大することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散バリア材料と、遷移領域と、炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料とを含む超小型電子デバイス構造を製造する方法であって、
前記遷移領域を形成するために使用されるガスの組合せの流量を制御しながら、ＰＥＣＶＤ処理チャンバ内に前記超小型電子デバイス構造を形成するステップを含み、前記遷移領域の形成中に、反応性ガスを輸送するために使用されるヘリウムキャリアガスの流量を減少させ、前記遷移領域の形成中に、酸素を含むガスの流量を減少させるもので、前記ヘリウムキャリアガスおよび前記酸素を含むガスの相対的な減少率が、前記ヘリウムキャリアガスの減少率と前記酸素を含むガスの減少率との比が約６０：１から約１：２の範囲になるような関係を有する、方法。
【請求項２】
前記ヘリウムキャリアガスの前記減少率と前記酸素を含むガスの前記減少率との前記比が約６０：１から約１：１の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ヘリウムキャリアガスの前記減少率と前記酸素を含むガスの前記減少率との前記比が約３０：１から約１：２の範囲である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ヘリウムキャリアガスの前記減少率と前記酸素を含むガスの前記減少率との前記比が約３０：１から約１：１の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記超小型電子デバイス構造の製造中に前記プラズマを形成する前記ガスが、有機ケイ素化合物、ポロゲン化合物、酸素含有源、およびヘリウムからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記超小型電子デバイス構造の製造中、本明細書に記載する種類の前記炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料を形成するために使用される前記有機ケイ素化合物が、テトラメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ペンタメチルシクロペンタシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、ジエトキシメチルシラン、ジメチルジシロキサン、テトラシラノ−２，６−ジオキシ−４，８−ジメチレン、テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、１，３−ビス（シラノメチレン）−ジシロキサン、ビス（１−メチルジシロキサニル）メタン、ビス（１−メチルジシロキサニル）プロパン、ヘキサメトキシジシロキサン、ジメチルジメトキシシラン、およびジメトキシメチルビニルシラン、ならびにこれらの組合せからなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ポロゲンが、シクロヘキサジエン、ビシクロヘプタジエン、１−メチル−４−（１−メチル−エチル）−１，３−シクロヘキサジエン、１−メチル−４−（１−メチルエチル）−ベンゼン、α−テルピネン、３−カレン、フェンコン、リモネン、酸化シクロペンテン、ビニル−１，４−ジオキシニルエーテル、ビニルフリルエーテル、ビニル−１，４−ジオキシン、ビニルフラン、フロン酸メチル、蟻酸フリル、酢酸フリル、フルアルデヒド、ジフリルケトン、ジフリルエーテル、ジフルフリルエーテル、フラン、１，４ジオキシン、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記酸素を含むガスが、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記酸素を含むガスがＯ２である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料を含む超小型電子構造であって、拡散バリア材料と、遷移材料と、前記炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料とを含み、前記拡散バリア材料と前記炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料との間の遷移領域内に存在する前記遷移材料が、前記拡散バリア材料に隣接して、酸化ケイ素が３原子％未満の炭素含有率を呈する酸化ケイ素を含み、約１２原子％以下の炭素含有率を含む前記炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料と同じ高さのより高い炭素含有率へ遷移し、前記拡散バリア層と前記ドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体との間に明確なインターフェースがない、超小型電子構造。
【請求項１１】
前記構造の４点接着強度が約７．０Ｊ／ｍ２から約２．５Ｊ／ｍ２の範囲である、請求項１０に記載の超小型電子構造。
【請求項１２】
前記構造の前記接着強度が約７．０Ｊ／ｍ２から約５．０Ｊ／ｍ２の範囲である、請求項１１に記載の超小型電子構造。
【請求項１３】
前記構造の前記接着強度が約７．０Ｊ／ｍ２から約５．９Ｊ／ｍ２の範囲である、請求項１２に記載の超小型電子構造。
【請求項１４】
前記炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料が約２．６以下の誘電率を呈する、請求項１１ないし１３のいずれか一項に記載の超小型電子構造。
【請求項１５】
前記炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料内に存在する前記炭素が約１１原子％以下である、請求項１０に記載の超小型電子構造。
【請求項１６】
前記炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料内に存在する前記炭素が約１０原子％以下である、請求項１０に記載の超小型電子構造。
【請求項１】
拡散バリア材料と、遷移領域と、炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料とを含む超小型電子デバイス構造を製造する方法であって、
前記遷移領域を形成するために使用されるガスの組合せの流量を制御しながら、ＰＥＣＶＤ処理チャンバ内に前記超小型電子デバイス構造を形成するステップを含み、前記遷移領域の形成中に、反応性ガスを輸送するために使用されるヘリウムキャリアガスの流量を減少させ、前記遷移領域の形成中に、酸素を含むガスの流量を減少させるもので、前記ヘリウムキャリアガスおよび前記酸素を含むガスの相対的な減少率が、前記ヘリウムキャリアガスの減少率と前記酸素を含むガスの減少率との比が約６０：１から約１：２の範囲になるような関係を有する、方法。
【請求項２】
前記ヘリウムキャリアガスの前記減少率と前記酸素を含むガスの前記減少率との前記比が約６０：１から約１：１の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ヘリウムキャリアガスの前記減少率と前記酸素を含むガスの前記減少率との前記比が約３０：１から約１：２の範囲である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ヘリウムキャリアガスの前記減少率と前記酸素を含むガスの前記減少率との前記比が約３０：１から約１：１の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記超小型電子デバイス構造の製造中に前記プラズマを形成する前記ガスが、有機ケイ素化合物、ポロゲン化合物、酸素含有源、およびヘリウムからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記超小型電子デバイス構造の製造中、本明細書に記載する種類の前記炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料を形成するために使用される前記有機ケイ素化合物が、テトラメチルシクロテトラシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、ペンタメチルシクロペンタシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、ジエトキシメチルシラン、ジメチルジシロキサン、テトラシラノ−２，６−ジオキシ−４，８−ジメチレン、テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、１，３−ビス（シラノメチレン）−ジシロキサン、ビス（１−メチルジシロキサニル）メタン、ビス（１−メチルジシロキサニル）プロパン、ヘキサメトキシジシロキサン、ジメチルジメトキシシラン、およびジメトキシメチルビニルシラン、ならびにこれらの組合せからなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ポロゲンが、シクロヘキサジエン、ビシクロヘプタジエン、１−メチル−４−（１−メチル−エチル）−１，３−シクロヘキサジエン、１−メチル−４−（１−メチルエチル）−ベンゼン、α−テルピネン、３−カレン、フェンコン、リモネン、酸化シクロペンテン、ビニル−１，４−ジオキシニルエーテル、ビニルフリルエーテル、ビニル−１，４−ジオキシン、ビニルフラン、フロン酸メチル、蟻酸フリル、酢酸フリル、フルアルデヒド、ジフリルケトン、ジフリルエーテル、ジフルフリルエーテル、フラン、１，４ジオキシン、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記酸素を含むガスが、Ｏ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記酸素を含むガスがＯ２である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料を含む超小型電子構造であって、拡散バリア材料と、遷移材料と、前記炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料とを含み、前記拡散バリア材料と前記炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料との間の遷移領域内に存在する前記遷移材料が、前記拡散バリア材料に隣接して、酸化ケイ素が３原子％未満の炭素含有率を呈する酸化ケイ素を含み、約１２原子％以下の炭素含有率を含む前記炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料と同じ高さのより高い炭素含有率へ遷移し、前記拡散バリア層と前記ドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体との間に明確なインターフェースがない、超小型電子構造。
【請求項１１】
前記構造の４点接着強度が約７．０Ｊ／ｍ２から約２．５Ｊ／ｍ２の範囲である、請求項１０に記載の超小型電子構造。
【請求項１２】
前記構造の前記接着強度が約７．０Ｊ／ｍ２から約５．０Ｊ／ｍ２の範囲である、請求項１１に記載の超小型電子構造。
【請求項１３】
前記構造の前記接着強度が約７．０Ｊ／ｍ２から約５．９Ｊ／ｍ２の範囲である、請求項１２に記載の超小型電子構造。
【請求項１４】
前記炭素がドープされた酸化ケイ素低誘電率誘電体材料が約２．６以下の誘電率を呈する、請求項１１ないし１３のいずれか一項に記載の超小型電子構造。
【請求項１５】
前記炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料内に存在する前記炭素が約１１原子％以下である、請求項１０に記載の超小型電子構造。
【請求項１６】
前記炭素がドープされた酸化ケイ素を含む低誘電率誘電体材料内に存在する前記炭素が約１０原子％以下である、請求項１０に記載の超小型電子構造。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１３−５２０７９２（Ｐ２０１３−５２０７９２Ａ）
【公表日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５３８９６（Ｐ２０１２−５５３８９６）
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０００２１５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０６０７５
【国際公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０００２１５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０６０７５
【国際公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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