JPH08255834A - ０．５および０．５以下のｕｌｓｉ回路用の中間レベル誘電体内要素としての水素シルシクイオクサンをベースとした流動性酸化物 - Google Patents

０．５および０．５以下のｕｌｓｉ回路用の中間レベル誘電体内要素としての水素シルシクイオクサンをベースとした流動性酸化物

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JPH08255834A
JPH08255834A JP7330694A JP33069495A JPH08255834A JP H08255834 A JPH08255834 A JP H08255834A JP 7330694 A JP7330694 A JP 7330694A JP 33069495 A JP33069495 A JP 33069495A JP H08255834 A JPH08255834 A JP H08255834A
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dielectric
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ティー．アールバーン バイロン
Thomas R Seha
アール．シーハ トーマス
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Texas Instruments Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 より少ない処理工程で、先行技術より低い誘
電率を有するプレーナ形誘電体層を中間接続パターン上
に形成する。 【解決手段】 （イ）電気的中間接続パターンをその上
に有する基板を提供し、（ロ）前記中間接続パターン上
に誘電体の第１の層を形成し、（ハ）前記第１の誘電体
層上に前記第１の層とは異なる第２のケイ素含有誘電体
層を、無機ケイ素含有組成から形成し、そして（ニ）前
記第２の誘電体層上に、前記第２の層とは異なる第３の
誘電体層を形成する段階を含む、中間接続パターン上に
プレーナ形誘電体層を形成する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は中間接続パターン上
のプレーナ形誘電体層の形成方法および完成構造体に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体回路の幾何学的配列は０．５ミク
ロン以下に縮小し、半導体回路中の中間接続パターン用
中間レベル誘電体（ＩＬＤ）膜に対する要求が厳しくな
ってきている。ＩＬＤ膜はより高い比率で隙間を充填
し、現在使用されているＩＬＤ膜に要求される以下の誘
電率を提供しなければならない。誘電率を減少させる
と、レベル間およびレベル内双方の容量を減少させ、現
在電気的アイソレーションに使用されている酸化物で処
理された回路の動作を減速させる。この減速化効果が、
回路の複雑化の促進と共に一層問題となっていることは
よく知られている。
【０００３】リード線を狭くせずに、または公知の他の
問題を起こさずに、多重レベル中間接続システムにおい
て第２の及びその後の金属レベルが露光され、現像され
そしてエッチングされるために、先行技術においては、
隙間を充填しそしてチップまたはウヱーハの１部または
全表面をプレーナ化するために、スピンオングラス（Ｓ
ＯＧ）を利用している。先行技術で使用されるＳＯＧは
事実上有機物、一般にメチルシロキサン等である。幾何
学的配列が小さい場合、有機ＳＯＧが露光される時に、
一方ビアホールにおいては、電気的に導電性の金属がビ
アホール中にスパッタされる時にビアホール中に高抵抗
が発生するのは、気体を除いた湿気または他の物質によ
ってである。この問題はビアホールの有害化（ｖｉａ
ｐｏｉｓｏｎｉｎｇ）として知られ、そしてメチルシロ
キサンをベースとしたスピンオングラスが隙間の充填の
ために、そして多重レベルの金属中間接続を備えた集積
回路のプレーナ化のために使用される時に、この問題は
起こる。ビアホール側壁で露光するような有機ＳＯＧを
有する、ビアホール中の化学蒸着によるタングステンの
品質はかなり悪化し、しばしば不完全充填のビアホー
ル、高抵抗のビアホールおよびビアホールの上端から金
属成長（ヒルロック（塚部））を発生させ、この金属成
長は他の金属ラインとの間に短絡回路を発生させてしま
う。有機ＳＯＧの有機物部分がタングステン源の材料と
逆方向の反応を起こすと考えられている。
【０００４】ビアホールの有害化の問題の一般的な解決
法はＳＯＧの部分的なプラズマエッチバックを実行し、
金属リード線の側部間にまたは側部に沿ってのみＳＯＧ
を残すことである。この解決法においては、プラズマエ
ッチング装置中でのエッチバックと共に、半有機ガラス
がウヱーハ全体上に付着される必要がある。この方法
は、非常に遅く、非常に汚く、ウヱーハ上に粒子を残
し、かつ均一ではない。他の方法は、ＳＯＧ層が薄い位
置にビアホールを移動させることによって、または成功
確立が変動するが注意深く硬化、エッチング、焼き付け
および金属付着の処理工程を実行することによって達成
される薄いＳＯＧ被膜を使用することである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】現在、金属リード線の
間隔が減少したことに関連する高い寄生容量の問題につ
いて、製造に結び付ける価値のある解決法は知られてい
ない。検討中の解決法は、フッ化酸素の高密度プラズマ
付着、ＣＶＤパリレーン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）および特
別の処理を必要とする他のスピンオン材料の選択を包含
している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、ＳＯＧ
のプラズマエッチバックに関する工程および装置が除外
され、それによりサイクルタイムとコスト低減が達成さ
れる。ＳＯＧ厚みの増加とＳＯＧの下の酸化物の厚みの
減少によるプレーナ化が改善される。さらに、ＳＯＧと
共に使用される付着酸化物層に要求される工程の複雑さ
がはるかに減少する。
【０００７】要約すると、ここに述べる方法は、無機Ｓ
ＯＧの単一の厚い層を使用し、全ての無機ＳＯＧをウヱ
ーハ上に残す。硬化、エッチングまたは金属付着処理工
程において、特別の処理は必要とされない。ケイ素酸化
物の無機源、好ましくは水素シルシクイオクサン（ＨＳ
Ｑ）は化学式（ＨＳｉＯ3/2 ）n を有し、ダウコーニン
グ社の９−５１１５誘電体材料として知られ、スピンオ
ンガラス中の有機メチルシロキサンの代わりに使用され
る。この材料は、簡単な製造プロセスおよび低い誘電率
の両方を実現するための注意深い設計と簡単な工程の組
み合わせと共に使用される。ＨＳＱ膜の誘電率は、この
膜中のＳｉＨおよび−ＯＨ結合に関連すると考えられて
おり、現在使用されている中間レベルの誘電体材料であ
るプラズマＴＥＯＳ酸化物またはオゾンＴＥＯＳ酸化物
よりも低い誘電率を有する。また、この誘電体膜の密度
および多孔率は、水分の吸収または排出を通して誘電率
に悪影響を及ぼす。本発明に従えば、４．０以下の誘電
率が無機ケイ素含有組成にとって望ましい。ＳＯＧの誘
電率は約３．０まで下げられるが、一方現在使用されて
いる材料は約４．１の誘電率を有している。ケイ酸塩ベ
ースのＳＯＧはビアホールの有害化を発生させることな
く使用できるが、それは硬化処理において実質的に収縮
し、そして制御不可能なまた許容できない割れを起こ
す。また、ビアホールの抵抗および割れの双方を避ける
ために、全体的な酸素プラズマ処理と、次工程の熱処理
を組み合わせることによって、ある種の有機ＳＯＧが硬
化されるという最近の証拠があるが、これには付加的な
プロセスが必要となる。
【０００８】本発明に従う処理工程は、ＤＲＡＭおよび
論理回路の形成の双方に使用でき、最初に先行技術にお
けるような基板に、例えばタングステン、アルミニウ
ム、銅その他の適当な金属から形成された中間接続パタ
ーンを形成することを包含する。約３０００から約５０
００オングストロームそして好ましくは４０００オング
ストローム厚のプラズマテトラエチルオルソシリケート
（ＴＥＯＳ）酸化物が次に露光面上に付着され、中間接
続パターンの部分の間の領域に、刻み目またはくぼみを
残す。約３５００から約７３００オングストローム、好
ましくは５４００オングストローム厚のＨＳＱの被覆
が、次にＴＥＯＳ酸化物上に形成される。次に、約３７
５℃から約４２５℃好ましくは４００℃の温度で、約３
０分乃至約９０分好ましくは４５分間、約６００mTorr
から約７６０mTorr の圧力で、酸素または水分を本質的
に含まない本質的に純粋な窒素雰囲気中で加熱されるこ
とによって、この構造が硬化され、ＨＳＱを本質的に−
ＯＨ結合をその中に含まないケイ素酸化物に転換する。
水分が少ないほど、−ＯＨ結合は存在しなくなり、その
−ＯＨ結合の存在数に依存して誘電率は４．１と約３．
０の間にある。結果としての酸化物は、ＳｉＯx の構造
で、１≦Ｘ≦２である。この酸化物は、代表的なＳｉＯ
2 に比べていくらか密度だ低いけれども、水分の吸い上
げに対して相対的に浸透性がない。ケイ素酸化物の誘電
率は約３．０±約０．１である。次ぎに、窒素中の焼き
付けに続いて、約２０００から約４０００オングストロ
ーム好ましくは３０００オングストローム厚のＴＥＯＳ
酸化物層が、真空室中で約３乃至約１５Torr好ましくは
９Torrの圧力で約３７０℃から約４１０℃好ましくは３
９０℃の温度で、ＨＳＱ上に付着され、誘電体をその上
に備えた中間接続層を完成させる。ここで、ビアホール
が通常の方法で中間接続パターンまでエッチングされ、
そして次に中間接続の別の層が誘電体層上に形成でき、
その上にさらに別の誘電体を上記の処理工程の繰り返し
により形成できる。
【０００９】次に、水素シルシクイオクサン（ｓｉｌｓ
ｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）をベースとしたＳＯＧの硬化の
間、適切に時間、温度およびガス雰囲気を選択すること
により、現在使用されている中間レベルの誘電体膜に比
べ、付加的な処理時間や複雑性を必要とせずに、より低
い容量が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１Ａから図１Ｇを参照すると、
ＤＲＡＭ用のプレーナ化された誘電体層を中間接続パタ
ーン上に提供するための先行技術の処理フローが示され
ている。まづ、図１Ａに示すように、中間接続パターン
３が、例えばタングステンのような中間接続金属を基板
１上に付着させ、そして次工程のパターン化とエッチン
グによって形成される。７０００オングストロームのプ
ラズマＴＥＯＳ酸化物５の層が次に露出面上に付着さ
れ、図１Ｂに示すように中間接続パターンの部分の間の
領域に、刻み目またはくぼみ７を残す。６２００乃至６
４００オングストロームの有機ＳＯＧ層８が、次に図１
Ｂの構造上に付着され、そして図１Ｃに示すように硬化
され、またはエッチバック後に硬化される。図１Ｃの構
造は、もし以前にエッチバックされていない場合には、
つぎに図１Ｄに示すようにＴＥＯＳ酸化物５が露出する
までエッチバックされ、次いでこの構造上に生成したポ
リマー９が図１Ｅに示すように酸化物プラズマ処理によ
って取り除かれる。残りのポリマーとほこりが、次に図
１Ｆに示すように水洗いによって、この表面から取り除
かれる。次に、この構造は４１０℃で約２ １／２分焼
かれ、そして図１Ｇに示すように、プレーナ化された表
面を提供するように、５０００オングストロームのＴＥ
ＯＳ酸化物１１の層を付着させる。
【００１１】図２Ａから図２Ｉを参照すると、論理回路
用のプレーナ化された誘電体層を中間接続パターン上に
提供するための先行技術の処理フローが示されている。
まづ、図２Ａに示すように、中間接続パターン２３が、
例えばアルミニウムのような中間接続金属を基板２１上
に付着させ、そして次工程のパターン化とエッチングに
よって形成される。アルミニウムは中間接続層との間で
短絡を引き起こす可能性のある塚部（ヒルロック）を形
成することがあり、ＤＲＡＭの実施例に比べて厚い誘電
体層を与える必要がある。それ故、３０００オングスト
ロームのプラズマＴＥＯＳ酸化物２５の層が露出面上に
付着され、図２Ｂに示すように中間接続パターンの部分
の間の領域に、刻み目またはくぼみ２７を残す。次に窒
素プラズマ処理が成され、さらに図２Ｃに示す３０００
オングストロームのオゾンＴＥＯＳ酸化物２９層、そし
て図２Ｄに示す４０００オングストロームのプラズマＴ
ＥＯＳ酸化物３１層が形成される。それ以降の工程は、
ＤＲＡＭについての図１Ｃ−１Ｇに関する説明と同一で
あり、それは図２Ｅ−図２Ｉに対応する。
【００１２】図３Ａから図３Ｄを参照すると、ＤＲＡＭ
および論理回路の製作に使用できる本発明に従う処理工
程が示されている。まづ、図３Ａに示すように、例えば
タングステン、アルミニウム、銅のような適当な金属か
ら作られる中間接続パターンによって、中間接続パター
ン３３を先行技術の基板３５上に付着させる。４０００
オングストロームのプラズマＴＥＯＳ酸化物３７の層が
次に露出面上に付着され、図３Ｂに示すように中間接続
パターンの部分の間の領域に、刻み目またはくぼみ３９
を残す。５４００オングストロームのＨＳＱの被覆４１
が、次に図３Ｃに示すようにＴＥＯＳ酸化物３７上に形
成される。次に、図３Ｃの構造が硬化され、３０００オ
ングストロームのＴＥＯＳ酸化物４３の層が次いで図３
Ｄに示すようにＨＳＱ上に付着され、誘電体をその上に
備えた中間接続層が完成する。ビアホールが通常の方法
で中間接続パターン３３までエッチングされ、そして別
の中間接続層が層４３上に、その上のさらに別の誘電体
と共に形成されてもよい。これは、図３Ａ−図３Ｄに関
してすでに述べた処理工程の繰り返しによる。
【００１３】誘電体を備えたプレーナ形金属中間接続層
が提供され、上述の先行技術に固有の問題を克服し、ま
た先行技術において要求される処理工程よりもはるかに
少ない工程ですむことが解る。
【００１４】さらに他の実施例として、層３７および４
３は、その誘電率を低くするために、付着工程でフッ素
をドープしてもよい。これは、層３７および／または４
３を形成する間に、フッ素系の標準的なドープ剤を添加
することによって達成される。フッ素を含む使用可能な
典型的な材料は、フッ素含有酸化ケイ素を形成するため
の、例えばＴＥＯＳおよび酸素と共に４フッ化炭素（Ｃ
Ｆ4 ）である。
【００１５】本発明が特定の好適実施例について説明さ
れたが、当業者にとって多くの変更および修正が容易に
可能であることは自明である。それ故、付随の特許請求
の範囲の発明は、先行技術に鑑み、そのような変更およ
び修正を含むように可能な限り広く解釈される。
【００１６】以上の説明に関して以下の項を開示する。 （１）中間接続パターン上にプレーナ形誘電体層を形成
する方法であって、（イ）電気的中間接続パターンをそ
の上に有する基板を提供し、（ロ）前記中間接続パター
ン上に誘電体の第１の層を形成し、（ハ）前記第１の誘
電体層上に前記第１の層とは異なる第２のケイ素含有誘
電体層を、無機ケイ素含有組成から形成し、そして
（ニ）前記第２の誘電体層上に、前記第２の層とは異な
る第３の誘電体層を形成する段階を含む前記の方法。 （２）前記第１の層がプラズマ生成ＴＥＯＳ酸化物であ
る、第（１）項記載の方法。
【００１７】（３）前記ケイ素含有組成がＨＳＱであ
る、第（１）項記載の方法。 （４）前記ケイ素含有組成がＨＳＱである、第（２）項
記載の方法。 （５）前記第３の層がプラズマ生成ＴＥＯＳ酸化物であ
る、第（１）項記載の方法。 （６）前記第３の層がプラズマ生成ＴＥＯＳ酸化物であ
る、第（２）項記載の方法。 （７）前記第３の層がプラズマ生成ＴＥＯＳ酸化物であ
る、第（３）項記載の方法。 （８）前記第３の層がプラズマ生成ＴＥＯＳ酸化物であ
る、第（４）項記載の方法。 （９）前記第２の層を形成する段階が、段階（ロ）の構
造上に熱分解的にケイ素酸化物に転換可能な無機ケイ素
含有組成を付着させる段階と、その結果生ずる構造を本
質的に純粋な窒素で本質的に水分の無い環境において大
気圧又はそれ以下の圧力下に置く段階と、前記ケイ素含
有組成を約３７５℃から約４２５℃で約３０分から約９
０分間加熱し前記ケイ素含有組成をケイ素酸化物に転換
する段階を有している、第（１）項記載の方法。
【００１８】（１０）前記ケイ素含有組成がＨＳＱであ
る、第（９）項記載の方法。 （１１）前記温度が約４００℃で約４５分である、第
（９）項記載の方法。 （１２）前記温度が約４００℃で約４５分である、第
（１０）項記載の方法。 （１３）前記第３の層を形成する段階が、段階（ハ）の
構造を真空室に置く段階と、窒素雰囲気中で約３乃至約
１５Torrr の圧力で約３７０℃から約４１０℃の温度で
約３０秒から９０秒間加熱する段階、および前記構造上
に約２０００から約４０００オングストローム厚のプラ
ズマ生成ＴＥＯＳ酸化物の層を付着させる段階を有す
る、第（１）項記載の方法。 （１４）前記温度が約３９０℃で約６０秒間である、第
（１３）項記載の方法。 （１５）前記圧力が約９Torrr である、第（１３）項記
載の方法。 （１６）前記厚みが約３０００オングストロームであ
る、第（１３）項記載の方法。
【００１９】（１７）（イ）電気的中間接続パターンを
有する基板（ロ）前記中間接続パターン上の誘電体の第
１の層、（ハ）ケイ素酸化物を形成することができる無
機ケイ素含有組成から形成される前記第１の誘電体層上
の前記第１の層とは異なる第２のケイ素含有誘電体層、
（ニ）前記第２の誘電体層上の、前記第２の層とは異な
る第３の誘電体層、および（ホ）前記第３の層上に置か
れる電気的中間接続パターンを有する多重レベル中間接
続パターン。 （１８）前記ケイ素含有組成がＨＳＱである、第（１
７）項記載の方法。 （１９）前記第２の層が４．０以下の誘電率を有する、
第（１７）項記載の方法。 （２０）前記第２の層が４．０以下の誘電率を有する、
第（１８）項記載の方法。
【００２０】（２１）より少ない処理工程で、先行技術
より低い誘電率を有するプレーナ形誘電体層を中間接続
パターン上に形成する方法。この方法は、電気的中間接
続パターン３３をその上に有する基板３５を提供し、好
ましくはプラズマ生成ＴＥＯＳ酸化物によって、中間接
続パターン上に誘電体３７の第１の層を形成し、第１の
誘電体層上に第１の層とは異なる低い誘電率層４３を備
えたケイ素含有誘電体の第２の多孔性の層４１を、無機
ケイ素含有組成、好ましくは水素シルシクイオクサンか
ら形成し、そして好ましくはプラズマ生成ＴＥＯＳ酸化
物によって、第２の誘電体層上に第２の層とは異なる第
３の誘電体層を形成する。第２の層を形成する段階は、
第１の層上に熱分解的にケイ素酸化物に転換可能な無機
ケイ素含有組成を付着させる段階と、その結果生ずる構
造を本質的に純粋な窒素で本質的に水分の無い環境にお
いて大気圧又はそれ以下の圧力下に置く段階と、このケ
イ素含有組成を約３７５℃から約４２５℃で約３０分か
ら約９０分間加熱しこのケイ素含有組成をケイ素酸化物
に転換する段階を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＤＲＡＭ用のプレーナ化された誘電体層を中間
接続パターン上に提供するための先行技術の処理フロー
図。
【図２】論理回路用のプレーナ化された誘電体層を中間
接続パターン上に提供するための先行技術の処理フロー
図。
【図３】ＤＲＡＭおよび論理回路の製作に使用できる本
発明に従う処理工程図。
【符号の説明】
３３ 電気的中間接続パターン ３５ 基板 ３７ 第１の誘電体層 ３９ くぼみ ４１ ケイ素含有誘電体の第２の多孔性の層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 中間接続パターン上にプレーナ形誘電体
    層を形成する方法であって、 （イ）電気的中間接続パターンをその上に有する基板を
    提供し、 （ロ）前記中間接続パターン上に誘電体の第１の層を形
    成し、 （ハ）前記第１の誘電体層上に前記第１の層とは異なる
    第２のケイ素含有誘電体層を、無機ケイ素含有組成から
    形成し、そして （ニ）前記第２の誘電体層上に、前記第２の層とは異な
    る第３の誘電体層を形成する段階を含む前記の方法。
  2. 【請求項２】 （イ）電気的中間接続パターンを有する
    基板 （ロ）前記中間接続パターン上の誘電体の第１の層、 （ハ）ケイ素酸化物を形成することができる無機ケイ素
    含有組成から形成され、前記第１の誘電体層上の前記第
    １の層とは異なるケイ素含有誘電体の第２の層、 （ニ）前記第２の誘電体層上の、前記第２の層とは異な
    る第３の誘電体層、および （ホ）前記第３の層上に置かれる電気的中間接続パター
    ンを有する多重レベル中間接続パターン。
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