DE60116216T2 - Verfahren zur Reduzierung der Dielektrizitätskonstante in einer SiOC Schicht - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung integrierter Schaltungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Abscheidung dielektrischer Schichten auf einem Substrat und Strukturen, die durch die dielektrische Schicht gebildet werden.
  • Einer der hauptsächlichen Schritte bei der Herstellung moderner Halbleiterbauteile ist die Ausbildung von Metallfilmen und dielektrischen Filmen auf einem Substrat durch chemische Reaktion von Gasen. Solche Abscheidungsverfahren werden als chemische Abscheidungen aus der Dampfphase oder CVD bezeichnet. Herkömmliche, thermische CVD-Verfahren liefern Reaktionsgase an die Substratoberfläche, wodurch wärmeinduzierte, chemische Reaktionen stattfinden, um eine gewünschte Schicht zu erzeugen.
  • Die Geometrien von Halbleiterbauteilen haben sich in ihrer Größe dramatisch verringert seit solche Bauteile vor mehreren 10 Jahren als erstes eingeführt wurden. Seitdem sind die integrierten Schaltungen im allgemeinen der Zwei- Jahre-/halbe-Größe-Regel (oft als Moorsches Gesetz bezeichnet) gefolgt, was bedeutet, dass die Anzahl der Bauteile, die auf einen Chip paßt, sich nach jeweils zwei Jahren verdoppelt. Die derzeitigen Herstellungsanlagen erzeugen routinemäßig Bauteile, die Merkmalgrößen von 0,35 μm und selbst 0,18 μm haben, und die Anlagen von Morgen werden bald Bauteile erzeugen, die noch kleinere Geometrien haben.
  • Um die Größe der Bauteile auf den integrierten Schaltungen weiter zu reduzieren, wurde es erforderlich, leitfähige Materialien, die einen geringen spezifischen Widerstand haben, und Isolatoren zu verwenden, die ein geringes k (dielektrische Konstante < 4,0) haben, um die kapazitive Kopplung zwischen nebeneinander liegenden Metall-Leitungen zu reduzieren. Ein solches Material mit niedrigem k ist auf geschleudertes Glas, beispielsweise undotiertes Siliziumglas (USG) oder mit Fluor dotiertes Siliziumglas (FSG), die als Spalt-Füllmaterial in dem Halbleiterherstellungsverfahren abgeschieden werden können.
  • Eine Auskleidungs-/Sperrschicht wird typischerweise zwischen danach abgeschiedenen, leitfähigen Materialien und dem dielektrischen Material mit niedrigem k abgeschieden, um eine Diffusion von Nebenprodukten, beispielsweise Feuchtigkeit, auf die leitfähigen Materialien zu verhindern. Beispielsweise diffundiert die Feuchtigkeit, die während der Herstellung eines Isolators mit niedrigem k erzeugt werden kann, leicht zu der Oberfläche des leitfähigen Materials und erhöht den spezifischen Widerstand der leitfähigen Metalloberfläche. Eine Sperr-/Auskleidungsschicht, die aus herkömmlichen Siliziumoxid- oder Siliziumnitrid -Materialien hergestellt sind, können die Diffusion der Nebenprodukte blockieren. Auf ähnliche Weise kann eine Deckschicht auf einer dielektrischen Spaltschicht mit niedrigem k abgeschieden werden, um die Diffusion von Verunreinigungen, beispielsweise Feuchtigkeit, zu verhindern. Die Sperr-/Auskleidungsschichten und Deckschichten haben jedoch typischerweise dielektrische Konstanten, die erheblich größer als 4,0 sind, und die hohen dielektrischen Konstanten resultieren in einem kombinierten Isolator, der die dielektrische Konstante nicht signifikant reduziert.
  • Daher verbleibt der Bedarf nach dielektrischen Schichten, die niedrige dielektrische Konstanten haben, und angrenzenden Auskleidungs-/Sperr-Schichten, die insgesamt eine niedrige dielektrische Konstante liefern.
  • Die vorliegende Erfindung stellt allgemein ein Verfahren zur Verfügung, um eine Siliziumoxikarbidschicht mit einer niedrigen dielektrischen Konstanten abzuscheiden und um eine Silizium und Kohlenstoff enthalte Schicht auf der Siliziumoxikarbidschicht abzuscheiden. In einem Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren bereit, um ein Substrat zu verarbeiten, das die Abscheidung einer dielektrischen Schicht, die Silizium, Sauerstoff und Kohlenstoff umfasst, auf dem Substrat aufweist, worin die dielektrische Schicht einen Kohlenstoffgehalt von wenigstens 1% des atomaren Gewichts und eine dielektrische Konstante von weniger als etwa 3 hat, und das Abscheiden einer Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Schicht auf der dielektrischen Schicht. Die Silizium und Kohlenstoff enthaltende Schicht kann eine amorphe Siliziumkarbidschicht sein, die mit Sauerstoff, Stickstoff oder beiden dotiert ist.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren bereit, um ein Substrat zu verarbeiten, das umfasst das Abscheiden einer dielektrischen Schicht auf dem Substrat durch Reaktion einer Organosilanverbindung und eines oxidierenden Gases, wobei die dielektrische Schicht einen Kohlenstoffgehalt von wenigstens 1% des atomaren Gewichts und eine Dielektrizitätskonstante von weniger als etwa 3 hat, und das Abschreiten einer Siliziumkarbidschicht oder einer dotierten Siliziumkarbidschicht auf der dielektrischen Schicht bei Plasmabedingungen, die ausreichend sind, um die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht zu reduzieren.
  • In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, um ein Substrat zu verarbeiten, das umfasst das Abscheiden einer dielektrischen Schicht auf dem Substrat durch Reaktion einer Organosilanverbindung, die 3 oder mehrere Alkylgruppen umfasst, mit Ozon, wobei die dielektrische Schicht einen Kohlenstoffgehalt zwischen etwa 5% und etwa 50% des atomaren Gewichts und eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 3 hat, und das Abscheiden einer Siliziumkarbidschicht oder einer dotierten Siliziumkarbidschicht auf der dielektrischen Schicht durch Reaktion einer Alkylsilanverbindung bei Plasmabedingungen, die ausreichend sind, um die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht auf weniger als etwa 2,4 zu reduzieren.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung stellt ein Substrat bereit, das eine dielektrische Schicht aufweist, die Silizium, Sauerstoff und Karbon umfasst, worin die dielektrische Schicht einen Kohlenstoffgehalt von wenigstens 1% des atomaren Gewichts hat, und eine Silizium und Kohlenstoff enthaltende Schicht umfasst, die die dielektrische Schicht abdeckt. Die dielektrische Schicht hat vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante weniger als etwa 2,4.
  • Damit die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail zu verstehen sind, wird eine speziellere Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben. Es ist jedoch zu beachten, dass die beigefügten Zeichnungen nur typische Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen und daher nicht als Einschränkung ihres Schutzumfangs zu betrachten sind, da die Erfindung auch andere gleichermaßen effektive Ausführungsbeispiele zuläßt.
  • 1 ist ein Querschnittsdiagramm eines beispielhaften CVD-Reaktors, der für die Verwendung gemäß den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen konfiguriert ist;
  • 2 ist ein Flußdiagramm eines Prozeßsteuerungs-Computerprogrammprodukts, das im Zusammenhang mit dem beispielhaften CVD-Reaktor von 1 verwendet wird;
  • 3 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Damaszene-Struktur zeigt, die eine Siliziumoxikarbidschicht und eine Siliziumkarbid-Deckschicht aufweist, die hier beschrieben wird;
  • 4A–4C sind Querschnittsdarstellungen, die ein Ausführungsbeispiel einer Damaszene-Abscheidungssequenz zeigen;
  • 5 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Doppelt- Damaszene -Struktur zeigt, die zwei Siliziumoxikarbidschichten und zwei Siliziumkarbid-Deckschichten umfasst, die hier beschrieben sind;
  • 6A–6E sind Querschnittsdarstellungen, die ein Ausführungsbeispiel einer Doppelt-Damaszene-Abscheidungssequenz zeigen;
  • 7 ist ein Flußdiagramm, das die Schritte zeigt, die bei der Abscheidung einer Siliziumoxikarbidschicht und einer Siliziumkarbid-Deckschicht in einem Spaltfüllverfahren gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel unternommen werden, das hier beschrieben wird; und
  • 8A–8E ist ein schematisches Diagramm der Schichten, die auf einem Substrat durch das Verfahren nach 7 abgeschieden werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung einer Siliziumoxikarbidschicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstanten und zur Abscheidung einer Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Schicht auf der Siliziumoxikarbidschicht beschrieben. Überraschender Weise und unerwarteter Weise vermindert die durch Plasma unterstützte Abscheidung einer Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Schicht auf der Siliziumoxikarbidschicht die Dielektrizitätskonstante des darunterliegenden Siliziumoxikarbid-Materials offenbar durch Entfernen von einigem Kohlenstoff ohne Schrumpfung oder Deformation der Siliziumoxikarbidschicht.
  • Die Siliziumoxikarbidschicht wird durch eine Reaktion einer Organosiliziumverbindung abgeschieden, um eine dielektrische Schicht zu bilden, die Kohlenstoff Silizium-Bindungen und eine Dielektrizitätskonstante weniger als etwa 3 hat. Die Siliziumoxikarbidschicht kann als eine ebene Schicht oder als eine dielektrische Spaltfüllschicht zwischen leitfähigen Materialien vor der Abscheidung der Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Schicht abgeschieden werden. Die Silizium und Kohlenstoff enthaltende Schicht ist vorzugsweise eine Siliziumkarbid-Deckschicht, die mit Sauerstoff, Stickstoff oder beidem dotiert sein kann.
  • Die Siliziumoxikarbidschicht enthält Kohlenstoff in Silizium-Kohlenstoff-Bindungen, was zu niedrigen Dielektrizitätskonstanten und Sperreigenschaften beiträgt. Der verbleibende Kohlenstoffgehalt der abgeschiedenen Schicht ist zwischen 1% und etwa 50% des atomaren Gewichts und ist vorzugsweise zwischen 5% und etwa 50% des atomaren Gewichts. Die abgeschiedenen Filme können C-H- oder C-F-Bindungen durchgehend enthalten, um der Siliziumoxikarbidschicht hydrophobe Eigenschaften zu verleihen. Es wird angenommen, dass der Einschluß von Kohlenstoff-Silizium-Bindungen in der Siliziumoxikarbidschicht die Dielektrizitätskonstante auf etwa 3 oder weniger reduziert.
  • Die Siliziumoxikarbidschichten werden aus Organosiliziumverbindungen erzeugt, die Kohlenstoff in Organogruppen enthält, die nicht leicht durch Oxidation bei den Prozeßbedingungen entfernt werden können. Geeignete Organogruppen umfassen Alkyl-, Alkenyl-, Cyclohexenyl- und Aryl-Gruppen und funktionale Derivate. Die Organosiliziumverbindungen umfassen beispielsweise:
    Methylsilan CH3-SiH3
    Dimethylsilan (CH3)2-SiH2
    Trimethylsilan (CH3)3-SiH
    Tetramethylsilan (CH3)4-Si
    Dimethylsilandiol (CH3)2-Si-(OH)2
    Ethylsilan CH3-CH2-SiH3
    Phenylsilan C6H5-SiH3
    Diphenylsilan (C6H5)2-SiH2
    Diphenylsilandiol (C6H5)2-Si-(OH)3
    Methylphenylsilan C6H5-SiH2-CH3
    Disilanomethan SiH3-CH2-SiH3
    Bis(methylsilano)methan CH3-SiH2-CH2-SiH2-CH3
    1,2-Disilanoethan SiH3-CH2-CH2-SiH3
    1,2-Bis(methylsilano)ethan CH3-SiH2-CH2-CH2-SiH2-CH3
    2,2-Disilanopropan SiH3-C(CH3)2-SiH3
    1,3,5-Trisilano-2,4,6-trimethylen -(-SiH2CH2-)3-(zyklisch)
    Dimethyldimethoxysilan (CH3)2-Si-(OCH3)2
    Diethyldiethoxysilan (CH3CH2)2-Si-(OCH2CH3)2
    Dimethyldiethoxysilan (CH3)2-Si-(OCH2CH3)2
    Diethyldimethoxysilan (CH3CH2)2-Si-(OCH3)2
    1,3-Dimethyldisiloxan CH3-SiH2-O-SiH2-CH3
    1,1,3,3-Tetramethyldisiloxan (CH3)2-SiH-O-SiH-(CH3)2
    Hexamethyldisiloxan (CH3)3-Si-O-Si-(CH3)3
    1,3-Bis(silanomethylen)disiloxan (SiH3-CH2-SiH2-)2-O
    Bis(1-methyldisiloxanyl)methan (CH3-SiH2-O-SiH2-)2-CH2
    2,2-Bis(1-methyldisiloxanyl)propan (CH3-SiH2-O-SiH2-)2-C(CH3)2
    2,4,6,8-Tetramethylcyclotetrasiloxan -(-SiHCH3-O-)4-(zyklisch)
    Octamethylcyclotetrasiloxan -(-Si(CH3)2-O-)4-(zyklisch)
    2,4,6,8,10-Pentamethylcyclopentasiloxan -(-SiHCH3-O-)5-(zyklisch)
    1,3,5,7-Tetrasilano-2,6-dioxy-4,8-dimethylen -(-SiH2-CH2-SiH2-O-)2-(zyklisch)
    2,4,6-Trisilantetrahydropyran -SiH2-CH2-SiH2-CH2-SiH2-O-(zyklisch)
    2,5-Disilantetrahydrofuran -SiH2-CH2- CH2-SiH2-O-(zyklisch)
    und fluorinierte Derivate davon.
  • In einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird die Siliziumoxikarbidschicht durch Reaktion einer Organosiliziumverbindung, die drei oder mehr Alkylgruppen umfasst, mit einem oxidierenden Gas abgeschieden, das Ozon umfasst. Die Siliziumoxikarbidschicht kann ohne ein Oxidierungsmittel abgeschieden werden, wenn die Organosiliziumverbindung Sauerstoff enthält. Bevorzugte Organosiliziumverbindungen umfassen:
    Trimethylsilan (CH3)3-SiH
    Tetramethylsilan (CH3)4-Si
    1,1,3,3-Tetramethyldisiloxan (CH3)2-SiH-O-SiH-(CH3)2
    Hexamethyldisiloxan (CH3)3-Si-O-Si-(CH3)3
    2,2-Bis(1-methyldisiloxanyl)propan (CH3-SiH2-O-SiH2-)2-C(CH3)2
    2,4,6,8-Tetramethylcyclotetrasiloxan -(-SiHCH3-O-)4-(zyklisch)
    Octamethylcyclotetrasiloxan -(-Si(CH3)2-O-)4-(zyklisch)
    2,4,6,8,10-Pentamethylcyclopentasiloxan -(-SiHCH3-O-)5-(zyklisch)
    und fluorinierte Derivate davon.
  • Die am meisten bevorzugte Organosiliziumverbindung ist Trimethylsilan, welches ein bevorzugtes Alkylsilan zur Herstellung amorpher Siliziumkarbidschichten ist, wie in mehr Detail unten beschrieben wird.
  • Die Organosiliziumverbindungen werden während der Abscheidung der Siliziumoxikarbidschicht vorzugsweise durch Reaktion mit Sauerstoff (O2), Ozon (O3), Distickstoffmonoxid (N2O), Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O) oder Kombinationen davon oxidiert. Wenn Ozon als oxidierendes Gas verwendet wird, setzt ein Ozongenerator typischerweise etwa 15 Gew.-% Sauerstoff in einem Quellgas in Ozon um, wobei der Rest typischerweise Sauerstoff ist. Die Ozonkonzentration kann jedoch auf der Basis der Menge des gewünschten Ozons und nach dem Typ der verwendeten Ausrüstung zur Erzeugung des Ozons erhöht oder vermindert werden. Organosiliziumverbindungen, die Sauerstoff enthalten, können zur Lieferung des Sauerstoffs dissoziieren.
  • Die Organosilanverbindungen werden während der Abscheidung oxidiert, so dass der Kohlenstoffgehalt des abgeschiedenen Films zwischen etwa 1% und etwa 50% des atomaren Gewichts, vorzugsweise etwa 5% und etwa 50%, liegt. Während der Abscheidung der Siliziumoxikarbidschicht wird das Substrat auf eine Temperatur zwischen –20°C und etwa 500°C gehalten, und vorzugsweise auf einer Temperatur zwischen 170°C und etwa 180°C gehalten.
  • Nach der Abscheidung kann das abgeschiedene dielektrische Material bei einer Temperatur zwischen etwa 100°C und etwa 400°C während etwa einer Minute bis etwa 60 Minuten, vorzugsweise bei etwa 30 Minuten, getempert, um den Feuchtigkeitsgehalt zu reduzieren und die Festigkeit und Härte des dielektrischen Materials wenn erwünscht zu reduzieren. Die Temperung wird vorzugsweise nach der Abscheidung der nächsten Schicht durchgeführt, was eine Schrumpfung oder Deformation der dielektrischen Schicht verhindert. Inerte Gase, beispielsweise Argon und Helium, können der Temperungs-Atmosphäre zugegeben werden.
  • Für eine plasmaunterstützte Abscheidung der Siliziumoxikarbidschicht wird das Organosilizium-Material unter Verwendung einer Leistungsdichte im Bereich zwischen etwa 0,05 W/cm2 und etwa 3,2 W/cm2 abgeschieden, was ein RF-Energieniveau zwischen etwa 10 W und etwa 1000 W für ein 200 mm Substrat ist. Die Siliziumoxikarbidschicht kann kontinuierlich oder mit Unterbrechung, beispielsweise beim Wechseln von Kammern oder zur Bereitstellung von Kühlzeit, zur Verbesserung der Porosität abgeschieden werden. Die RF-Energie kann bei einer Hochfrequenz, beispielsweise zwischen 13 MHz und 14 MHz, geliefert werden. Die RF-Energie kann kontinuierlich oder in Zyklen kurzer Dauer geliefert werden, wobei die Energie an den angegebenen Niveaus bei Zyklen von weniger als etwa 200 Hz eingeschaltet ist und die gesamte Einschaltzeit der Zyklen zwischen etwa 10% und etwa 30% des gesamten Arbeitszyklus ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Plasma-unterstützten Abscheidung werden Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Verbindungen dissoziiert, um die Reaktionsfähigkeit zu erhöhen und die erwünschte Oxidation des abgeschiedenen Films zu erreichen. Die RF-Energie ist an die Abscheidungskammer angekoppelt, um die Dissoziation der Verbindungen zu erhöhen. Die Verbindungen können auch in einer Mikrowellenkammer vor dem Eintritt in die Abscheidungskammer dissoziiert werden.
  • Obwohl die Abscheidung vorzugsweise in einer einzigen Abscheidungskammer erfolgt, kann die Siliziumoxikarbidschicht nacheinander in zwei oder mehreren Abscheidungskammern abgeschieden werden, beispielsweise um eine Abkühlung der Schicht während der Abscheidung zu ermöglichen.
  • Die Silizium und Kohlenstoff enthaltende Schicht, die auf der Siliziumoxikarbidschicht abgeschieden ist, kann ein Siliziumkarbid-Material, ein mit Sauerstoff dotiertes Siliziumkarbid-Material, ein mit Stickstoff dotiertes Siliziumkarbid-Material oder Kombinationen davon enthalten. Die Silizium und Kohlenstoff enthaltende Schicht ist vorzugsweise ein amorphes, hydriertes Siliziumkarbid. Die amorphe Siliziumkarbidschicht wird durch Reaktion einer Alkylsilanverbindung oder eines Kohlenstoff enthaltenden Materials und eines Silizium enthaltenden Materials in einem Plasma eines inerten Gases erzeugt. Sauerstoff oder eine Stickstoffquelle, beispielsweise Ammoniak, kann während der Reaktion anwesend sein, um dotierte Siliziumkarbidschichten herzustellen.
  • Geeignete Alkylsilanverbindungen zur Abscheidung der Siliziumkarbidschichten umfassen:
    Methylsilan (CH3-SiH3)
    Dimethylsilan ((CH3)2-SiH2)
    Trimethylsilan ((CH3)3-SiH)
    Diethylsilan ((C2H5)2SiH2)
    Propylsilan (C3H7SiH3)
    Vinylmethylsilan (CH2=CH)CH3SiH2)
    1,1,2,2-Tetramethyldisilan (HSi(CH3)2-Si(CH3)2H)
    Hexamethyldisilan ((CH3)3Si-Si(CH3)3)
    1,1,2,2,3,3-Hexamethyltrisilan (H(CH3)2Si-Si(CH3)2-SiH(CH3)2)
    1,1,2,3,3-Pentamethyltrisilan (H(CH3)2Si-SiH(CH3)-SiH(CH3)2)
    Dimethyldisilanoethan (CH3-SiH2-(CH2)2-SiH2-CH3)
    Dimethyldisilanopropan (CN3-SiH-(CH2)3-SiH-CH3)
    Tetramethyldisilanoethan ((CH)2-SiH-(CH2)2-SiH-(CH)2)
    Tetramethyldisilanopropan ((CH3)2-Si-(CH2)3-Si-(CH3)2)
    und fluorinierte Kohlenstoffderivate davon.
  • Die Alkylsilanverbindungen werden in einem Plasma zur Reaktion gebracht, das ein verhältnismäßig inertes Gas, vorzugsweise ein Edelgas, beispielsweise Helium oder Argon, oder Stickstoff (N2) umfasst. Die abgeschiedenen Siliziumkarbidschichten haben Dielektrizitätskonstanten von etwa 6 oder weniger und vorzugsweise Dielektrizitätskonstanten von etwa 3 oder weniger. Die Abscheidung der Siliziumkarbidschichten reduziert die Dielektrizitätskonstante der Siliziumoxikarbidschicht auf weniger als etwa 2,4.
  • Die bevorzugte Siliziumkarbidschicht wird in einem Ausführungsbeispiel dadurch abgeschieden, dass Trimethylsilan an eine Plasmaverarbeitungskammer mit einer Flußrate zwischen etwa 10 und etwa 1000 Standardkubikzentimeter pro Minute (sccm) zugeführt wird. Ein inertes Gas, beispielsweise Helium, Argon oder eine Kombination davon, wird ebenfalls der Kammer mit einer Flußrate zwischen etwa 50 sccm und etwa 5000 sccm zugeführt. Der Kammerdruck wird zwischen etwa 100 milli Torr und etwa 15 Torr gehalten. Die Substrat-Oberflächentemperatur wird zwischen etwa 100°C und etwa 450°C während des Abscheidungsverfahrens gehalten. Alternativ kann eine dotierte Siliziumkarbidschicht dadurch abgeschieden werden, dass Sauerstoff und/oder eine Stickstoffquelle oder ein anderes Dotierungsmittel in die Verarbeitungskammer mit einer Flußrate zwischen etwa 50 sccm und etwa 10.000 sccm eingeführt wird.
  • Die Organosiliziumverbindung, das inerte Gas und ein optionales Dotierungsmittel werden in die Verarbeitungskammer über eine Gasverteilerplatte zugeführt, die zwischen etwa 200 Millimeter (mm) und etwa 600 mm von dem Substrat beabstandet ist, auf dem die Siliziumkarbidschicht abgeschieden werden soll. Die Energie von einer einzigen 3,57 MHz-RF-Energiequelle wird an die Kammer 10 geliefert, um ein Plasma mit einer Energiedichte zwischen etwa 0,3 Watt/cm2 und etwa 3,2 Watt/cm2 oder ein Energieniveau zwischen etwa 100 Watt und etwa 1000 Watt für ein 200 mm Substrat zu bilden. Eine Energiedichte zwischen etwa 0,9 Watt/cm2 und etwa 2,3 Watt/cm2 oder ein Energieniveau zwischen etwa 300 Watt und etwa 700 Watt bei einem 200 mm Substrat wird vorzugsweise an die Verarbeitungskammer zugeführt, um das Plasma zu erzeugen. Zusätzlich sollte das Verhältnis der Siliziumquelle zu dem Dotierungsmittel in der Gasmischung einen Bereich zwischen etwa 1:1 und etwa 1:10 haben. Die obigen Verfahrensparameter liefern eine Abscheidungsrate für die Siliziumkarbidschicht in einem Bereich zwischen etwa 100 Å/Min und etwa 3000 Å/Min, wenn sie bei einem 200 mm (Millimeter)-Substrat in einer Verarbeitungskammer angewendet werden, die von Applied Materials, Inc., in Santa Clara, California, erhältlich ist.
  • Die Erfindung faßt auch andere Verfahren und Materialien ins Auge, die verwendet werden, um die Siliziumkarbidschichten abzuscheiden.
  • Das Abscheidungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann in einem Substratverarbeitungssystem durchgeführt werden, wie es in größerem Detail unten beschrieben wird.
  • Beispielhafter CVD Reaktor
  • 1 zeigt eine vertikale Schnittdarstellung einer Verarbeitungskammer 10 für die chemische Abscheidung aus der Dampfphase mit zwei parallelen Platten, die einen Hochvakuumbereich 15 hat. Die Verarbeitungskammer 10 enthält eine Gasverteilereinheit 11 um Prozeßgase durch perforierte Löcher in dem Verteiler auf einem Substrat oder ein Substrat (nicht gezeigt) zu versprühen, das auf einer Substrattrageplatte oder einem Suszeptor 12 ruht, der durch einen Hebemotor 14 angehoben oder abgesenkt wird. Ein Flüssigkeits-Einspritzsystem (nicht gezeigt), wie es typischerweise für die Flüssigkeitsinjektion von TEOS verwendet wird, kann ebenfalls vorgesehen sein, um eine flüssige Organosiliziumverbindung einzusprühen.
  • Die Verarbeitungskammer 10 umfasst die Beheizung der Prozeßgase und des Substrats, beispielsweise durch Widerstandsheizspulen (nicht gezeigt) oder durch externe Lampen (nicht gezeigt). Bezugnehmend auf 1 ist der Suszeptor 12 auf einer Trägersäule 13 montiert, so dass der Suszeptor 12 (und das auf der oberen Oberfläche des Suszeptors 12 getragene Substrat) kontrollierbar zwischen einer unteren Lade/Entladeposition und einer oberen Verarbeitungsposition bewegt werden kann, die am nächsten bei dem Verteiler 11 liegt.
  • Wenn der Suszeptor 12 und das Substrat in der Verarbeitungsposition 14 sind, sind sie von einem Isolator 17 umgeben und Prozeßgase werden in einen Verteiler 24 abgeführt. Während der Verarbeitung werden Gase, die in den Verteiler 11 eingelassen werden, radial gleichförmig über der Oberfläche des Substrats verteilt. Eine Vakuumpumpe 32 mit einem Drosselventil steuert die Abführungsrate der Gase von der Kammer.
  • Bevor sie den Verteiler 11 erreichen, werden Abscheidungs- und Trägergase durch Gasleitungen 18 in ein Mischsystem 19 eingegeben, wo sie zusammengeführt und dann an den Verteiler 11 weitergegeben werden. Im allgemeinen umfasst die Prozeßgas-Zufuhrleitung 18 für jedes der Prozeßgase auch (i) Sicherheitsabschaltventile (nicht gezeigt), die verwendet werden können, um die Strömung der Prozeßgase in die Kammer automatisch oder manuell abzuschalten, und (ii) Massenströmungskontroller (ebenfalls nicht gezeigt), die die Gasströmung durch die Gaszufuhrleitungen messen. Wenn toxische Gase in dem Verfahren verwendet werden, sind mehrere Sicherheitsabschaltventile auf jeder Gaszufuhrleitung in herkömmlicher Anordnung positioniert.
  • Das Abscheidungsverfahren, das in der Verarbeitungskammer 10 durchgeführt wird, kann entweder ein thermisches Verfahren oder ein Plasma-unterstütztes Verfahren sein. In einem Plasmaverfahren wird typischerweise ein kontrolliertes Plasma neben dem Substrat durch RF-Energie erzeugt, die an die Verteilereinheit 11 von einer RF-Energiequelle 25 (bei geerdetem Suszeptor 12) angelegt wird. Alternativ kann die RF-Energie an den Suszeptor 12 geliefert werden, oder die RF-Energie kann verschiedenen Komponenten mit unterschiedlichen Frequenzen zugeführt werden. Die RF-Energiequelle 25 kann entweder RF-Energie mit einer einzigen oder mit gemischten Frequenzen liefern, um die Zersetzung der Reaktionsteilnehmer zu verbessern, die in den Hochvakuumbereich 15 eingeführt werden. Eine RF-Energiequelle mit gemischten Frequenzen liefert typischerweise Energie bei einer hohen RF-Frequenz (RF1) von 13,56 MHz an die Verteilereinheit 11 und eine niedere RF-Frequenz (FR2) von 360 KHz an den Suszeptor 12. Die Siliziumoxikarbidschichten der vorliegenden Erfindung werden am meisten bevorzugt unter Verwendung von niedrigen Niveaus einer konstanten Hochfrequenz-RF-Energie oder mit gepulsten Niveaus einer Hochfrequenz-RF-Energie hergestellt.
  • Wenn eine zusätzliche Dissoziation des oxidierenden Gases erwünscht ist, kann eine optionale Mikrowellenkammer 28 verwendet werden, um zwischen etwa 0 Watt und etwa 6000 Watt Mikrowellenenergie an das oxidierende Gas abzugeben, bevor es in die Abscheidungskammer eintritt. Eine separate Zugabe von Mikrowellenenergie würde eine übermäßige Dissoziation der Organosiliziumverbindungen vor der Reaktion mit dem oxidierenden Gas vermeiden. Eine Gasverteilerplatte mit verschiedenen Durchgängen für die Organosiliziumverbindung und das oxidierende Gas wird bevorzugt, wenn dem oxidierenden Gas Mikrowellenenergie zugegeben wird.
  • Typischerweise sind einige oder alle Bestandteile der Kammerauskleidung, der Verteilereinheit 11, des Suszeptors 12 und verschiedener anderer Reaktorhardwareteile aus einem Material, beispielsweise Aluminium oder anodisiertem Aluminium, hergestellt. Ein Beispiel für solch einen CVD Reaktor ist in dem US Patent 5,000,113 mit dem Titel „A Thermal CVD/PECVD Reactor and Use for Thermal Chemical Vapor Deposition of Silicon Dioxide and In-situ Multi-step Planarized Process" ausgegeben an Wang et al. und übertragen an Applied Materials, Inc., den Übertragungsnehmer der vorliegenden Erfindung, beschrieben.
  • Der Hebemotor 14 hebt den Suszeptor 12 zwischen einer Verarbeitungsposition und einer niedrigen Substratleiterposition an und senkt ihn ab. Der Motor, das Gasmischsystem 19 und die RF-Energiezufuhr 25 werden von einem Systemkontroller über Kontrolleitungen 26 gesteuert. Der Reaktor umfasst analoge Einheiten, beispielsweise Massenströmungskontroller (MFCs) und standardartige oder gepulste RF-Generatoren, die von dem Systemkontroller 34 gesteuert werden, der eine Systemsteuerungs-Software ausführt, die in einem Speicher 38 gespeichert ist, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Festplatte ist. Motoren und optische Sensoren werden verwendet, um die Position der bewegbaren, mechanischen Einheiten, beispielsweise des Drosselventils der Vakuumpumpe 32 und des Motors zur Positionierung des Suszeptors 12, zu bewegen und festzustellen.
  • Der Systemkontroller 34 steuert alle Aktivitäten des CVD Reaktors, und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kontrollers 34 umfasst eine Festplatte, ein Diskettenlaufwerk und ein Einschubgestell. Das Einschubgestellt enthält einen auf einer Platine angeordneten Rechner (Single Board Computer = SBC), analoge und digitale Eingangs-(Ausgangsplatinen, Schnittstellenplatinen und Trittmotor-Kontrollerplatinen. Der Systemkontroller führt den Versa Modular Europeans (VME)-Standard aus, der die Dimensionen der Platinen, des Kartencage, und der Verbinder sowie deren Typen. Der VME-Standard definiert auch die Busstruktur, die eine 16-Bit Datenbus und einen 24-Bit Adreßbus hat.
  • Der Systemkontroller 34 arbeitet unter der Kontrolle eines Computerprogramms, das auf der Festplatte 38 gespeichert ist. Das Computerprogramm diktiert die Zeitsteuerung, die Mischung der Gase, die RF-Energieniveaus, die Suszeptorposition und andere Parameter eines speziellen Verfahrens.
  • Bezugnehmend auf 2 kann das Verfahren unter Verwendung eines Computerprogramm-Produkts 210 implementiert werden, welches beispielsweise auf dem Systemkontroller 34 läuft. Der Computer programm-Code kann in einer beliebigen, herkömmlichen, computerlesbaren Programmiersprache, beispielsweise der 68000-Assemblersprache, C, C++ oder Pascal, geschrieben sein. Ein geeigneter Programmcode wird in einen einzigen Ordner oder in mehrere Ordner unter Verwendung eines herkömmlichen Texteditors eingegeben oder in einem Computer-nutzbaren Medium gespeichert oder eingearbeitet, beispielsweise ein Speichersystem des Computers. Wenn der eingegebene Codetext in einer Hochniveausprache ist, wird der Code kompiliert und der resultierende, kompilierte Code wird dann mit dem Objektcode von vorkompillierten Windowsbibliothek-Routinen verknüpft. Um den verknüpften, kompilierten Objektcode auszuführen, ruft der Systembenutzer den Objektcode auf, was bewirkt, dass das Computersystem den Code in den Speicher lädt, von dem die CPU den Code ausliest und ihn ausführt, um die in dem Programm identifizierten Aufgaben auszuführen.
  • 2 zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm einer hierarchischen Steuerstruktur des Computerprogramms 210. Der Benutzer gibt eine Prozeßsatznummer und eine Prozeßkammernummer in eine Prozeßauswahl Unterroutine 220 in Antwort auf Menüs oder Bildschirmdarstellungen ein, die auf dem CRT-Monitor angezeigt werden, indem die Lichtgriffelschnittstelle verwendet wird. Die Prozeßsätze sind vorgegebene Sätze von Prozeßparametern, die notwendig sind, um spezifizierte Verfahren auszuführen, und sie werden durch vordefinierte Satznummern identifiziert. Die Prozeßauswahl Unterroutine 220 wählt (i) eine gewünschte Prozeßkammer auf einem Cluster-Werkzeug, beispielsweise einer Centura®-Plattform (erhältlich von Applied Materials, Inc.) aus und wählt (ii) einen gewünschten Satz von Prozeßparametern aus, die benötigt werden, um die Prozeßkammer zur Durchführung des gewünschten Verfahrens zu betreiben. Die Prozeßparameter zur Durchführung eines spezifischen Verfahrens beziehen sich auf die Verfahrensbedingungen, beispielsweise die Prozeßgas-Zusammensetzung und -Flußraten, die Temperatur, den Druck, die Plasmabedingungen, beispielsweise RF-Vorspannungs-Energieniveaus und Magnetfeld-Energieniveaus, den Kühlgasdruck und die Kammerwand-Temperatur, und sie werden dem Benutzer in Form eines Rezeptes geliefert. Die Parameter, die durch das Rezept spezifiziert sind, werden unter Verwendung einer Lichtgriffel/CRT-Monitor-Schnittstelle eingegeben.
  • Die Signale zur Überwachung des Verfahrens werden durch analoge Eingabe- und digitale Eingabe-Karten des Systemkontrollers geliefert und die Signale zur Steuerung des Verfahrens werden auf den analogen Ausgangs- und digitalen Ausgangs-Karten des Systemkontrollers 34 ausgegeben.
  • Eine Prozeßsequenz Unterroutine 230 umfasst Programmcode zum Akzeptieren der identifizierten Prozeßkammer und des Satzes der Prozeßparameter von der Prozeßwahl Unterroutine 220 und zum Steuern des Betriebs der verschiedenen Prozeßkammern. Mehrere Benutzer können Prozeßsatznummer und Prozeßkammernummern eingeben, oder ein Benutzer kann mehrere Prozeßkammernummern eingeben, so dass die Sequenz Unterroutine 230 arbeitet, um die ausgewählten Verfahren in der gewünschten Sequenz einzuplanen. Vorzugsweise umfasst die Sequenz Unterroutine 230 einen computerlesbaren Programmcode, um die Schritte (i) des Überwachens des Betriebs der Prozeßkammern, um festzustellen, ob die Kammern verwendet werden, (ii) des Bestimmens, welche Verfahren in den benutzten Kammern ausgeführt werden, und (iii) des Ausführens des gewünschten Verfahrens basierend auf der Verfügbarkeit einer Prozeßkammer und des Verfahrenstyps, der ausgeführt werden soll. Herkömmliche Verfahren zur Überwachung der Prozeßkammern können verwendet werden, beispielsweise das Polling-Abrufverfahren. Bei der Planung, welches Verfahren ausgeführt werden soll, kann die Sequenz Unterroutine 230 so ausgelegt sein, dass sie den gegenwärtigen Zustand der benutzten Prozeßkammer vergleicht mit den gewünschten Verfahrensbedingungen für einen ausgewählten Prozeß in Betracht zieht oder das „Alter" jeder von einem speziellen Benutzer eingegebenen Anfrage oder jeden anderen relevanten Faktor, den ein Systemprogrammierer mit aufnehmen will, um die Planungsprioritäten zu bestimmen.
  • Sobald die Sequenz Unterroutine 230 bestimmt, welche Prozeßkammer und welche Prozeßsatzkombination als nächstes ausgeführt werden soll, bewirkt die Sequenz Unterroutine 230 die Ausführung des Prozeßsatzes, indem sie die speziellen Prozeßsatz-Parameter an eine Kammermanager Unterroutine 240 weitergibt, die mehrere Prozeßaufgaben in einer Prozeßkammer 10 gemäß dem Prozeßsatz, der von der Sequenz-Unterroutine 230 bestimmt wurde, steuert. Beispielsweise weist die Kammermanager-Unterroutine 240 einen Programmcode zur Steuerung der CVD-Prozeßschritte in der Prozeßkammer 10 auf. Die Kammermanager-Unterroutine 240 steuert auch die Ausführung verschiedener Kammerkomponenten-Unterroutinen, die den Betrieb der Kammerkomponenten steuern, die erforderlich sind, um den ausgewählten Prozeßsatz auszuführen. Beispiele der Kammerkomponenten-Unterroutinen sind die Suszeptorsteuer-Unterroutine 250, die Prozeßgassteuer-Unterroutine 260, die Drucksteuer-Unterroutine 270, die Heizsteuerungs-Unterroutine 280 und die Plasmasteuerungs-Unterroutine 290. Durchschnittsfachleute werden leicht erkennen, dass andere Kammersteuerungs-Unterroutinen mit eingeschlossen werden können je nach dem, welche Verfahren in der Prozeßkammer 10 durchgeführt werden sollen.
  • Im Betrieb ruft die Kammermanager-Unterroutine 240 wahlweise die Prozeßkomponenten-Unterroutinen entsprechend im speziellen Vertahrenssatz, der ausgeführt wird, auf und plant sie ein. Die Kammermanager-Unterroutine 240 plant die Prozeßkomponenten-Unterroutinen auf ähnliche Wiese wie die Sequenz-Unterroutine 230 plant, welche Prozeßkammer 10 und welcher Prozeßsatz als nächstes ausgeführt werden soll. Typischerweise umfasst die Kammermanager-Unterroutine 240 die Schritte des Überwachens der verschiedenen Kammerkomponenten, der Bestimmung, welche Komponenten betrieben werden müssen auf der Basis der Prozeßparameter für den Prozeßsatz, der ausgeführt werden soll und die Ausführung einer Kammerkomponenten-Unterroutine in Antwort auf die Überwachungs- und Bestimmungsschritte.
  • Die Arbeitsweise spezieller Kammerkomponenten-Unterroutinen wird nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Die Suszeptorsteuerpositionierungs-Unterroutine 250 umfasst einen Programmcode, um die Kammerkomponenten zu steuern, die verwendet werden, um das Substrat in den Suszeptor 12 zu laden, und wahlweise, um das Substrat auf eine gewünschte Höhe in der Prozeßkammer 10 anzuheben, um den Abstand zwischen dem Substrat und der Gasverteilereinheit 11 zu steuern. Wenn ein Substrat in die Verarbeitungskammer 10 geladen wird, wird der Suszeptor 12 abgesenkt, um das Substrat aufzunehmen, und danach wird der Suszeptor 12 auf die gewünschte Höhe in der Kammer angehoben, um das Substrat unter einem ersten Abstand oder einer Beabstandung von der Gasverteilereinheit 11 während des CVD Verfahrens zu halten. Im Betrieb steuert die Suszeptorsteuer-Unterroutine 250 die Bewegung des Suszeptors in Antwort auf die Prozeßsatz-Parameter, die von der Kammermanager-Unterroutine 240 übertragen werden.
  • Die Prozeßgassteuer-Unterroutine 260 hat einen Programmcode, um die Prozeßgas-Zusammensetzung und -flußrate zu steuern. Die Prozeßgaskontroll-Unterroutine 260 steuert die Auf/Zu-Position der Sicherheitsabschaltventile und steuert die Massenströmungs-Kontroller Auf/Zu, um die gewünschte Gasströmungsrate zu erhalten. Die Prozeßgaskontroll-Unterroutine 260 wird durch die Kammermanager-Unterroutine 240 aufgerufen, wie es bei allen Kammerkomponenten-Unterroutinen der Fall ist, und sie empfängt von der Kammermanager-Unterroutine die Prozeßparameter, die sich auf die gewünschten Gasströmungsraten beziehen. Typischerweise arbeitet die Prozeßgassteuer-Unterroutine 260 dadurch, dass sie die Gaszufuhrleitungen öffnet und wiederholt (i), die notwendigen Gasströmungskontroller abliest (ii), die abgelesenen Werte mit den gewünschten Flußraten vergleicht, die von der Kammermanager-Unterroutine 240 erhalten werden, und (iii) die Strömungsraten der Gaszufuhrleitungen nach Bedarf nachgestellt werden. Darüber hinaus umfasst die Prozeßgaskontroll-Unterroutine 260 Schritte, um die Gasströmungsraten im Hinblick auf unsichere Raten zu überwachen und die Sicherheitsabschaltventile zu aktivieren, wenn ein unsicherer Zustand detektiert wird.
  • In einigen Verfahren wird ein inertes Gas, beispielsweise Helium oder Argon, in die Verarbeitungskammer 10 einfließen gelassen, um den Druck in der Kammer zu stabilisieren, bevor Reaktionsprozeßgase in die Kammer eingeführt werden. Bei diesen Verfahren ist die Prozeßgaskontroll-Unterroutine 260 so programmiert, dass sie Schritte umfasst, um das inerte Gas in die Kammer während einer Zeitdauer einströmen zu lassen, die erforderlich ist, um den Druck in der Kammer zu stabilisieren, und dann würden die oben beschriebenen Schritte ausgeführt. Zusätzlich würde, wenn ein Prozeßgas von einem flüssigen Precursor, beispielsweise 1,3,4-Trisilano-2,4,6-trimethylen (1,3,5-trisilanacyclohexan), verdampft werden soll, die Prozeßgassteuer-Unterroutine 260 so geschrieben, dass sie Schritte umfasst, um das Abgabegas, beispielsweise Helium, durch den flüssigen Precursor in einem Rührwerk auf Perlen gelassen wird. Bei diesem Verfahrenstyp regelt die Prozeßgaskontroll-Unterroutine 260 die Strömung des Abgabegases, den Druck des Sprudelgeräts und die Sprudeltemperatur, um die gewünschten Prozeßgas-Strömungsraten zu erhalten. Wie oben diskutiert wurde, werden die gewünschten Prozeßgas-Strömungsraten an die Prozeßgassteuer-Unterroutine 260 als Prozeßparameter übertragen. Ferner umfasst die Prozeßgaskontroll-Unterroutine 260 Schritte, um die erforderliche Abgabegas-Strömungsrate, den Sprudeldruck und die Sprudeltemperatur für die gewünschte Prozeßgas-Strömungsrate zu erhalten, indem auf eine abgespeicherte Tabelle zugegriffen wird, die die notwendigen Werte für eine vorgegebene Prozeßgas-Strömungsrate enthält. Sobald die notwendigen Werte erreicht sind, werden die Abgabegas-Strömungsrate, der Sprudeldruck und die Sprudeltemperatur überwacht, mit den notwendigen Werten verglichen und entsprechend nachgestellt.
  • Die Druckkontroll-Unterroutine 270 umfasst einen Programmcode, um den Druck in der Prozeßkammer 10 zu steuern, indem die Größe der Öffnung des Drosselventils in der Abgaspumpe 32 geregelt wird. Die Größe der Öffnung des Drosselventils wird so eingestellt, dass der Kammerdruck auf das gewünschte Niveau im Bezug auf den gesamten Prozeßgasfluß, die Größe der Prozeßkammer und den eingestellten Pumpensolldruck für die Abgaspumpe 32 zu steuern. Wenn die Druckkontroll-Unterroutine 270 aufgerufen wird, wird das gewünschte oder das Zieldruckniveau als Parameter von der Kammermanager-Unterroutine 240 empfangen. Die Druckkontroll-Unterroutine 270 arbeitet so, dass der Druck in der Prozeßkammer 10 durch Ablesen von einem oder mehreren herkömmlichen Druckmanometern, die mit der Kammer verbunden sind, gemessen wird, dass der Meßwert oder die Messwerte mit dem Zieldruck verglichen werden, dass PID (proportionale, integrale und differenziale) Werte von einer gespeicherten Drucktabelle, die dem Zieldruck entspricht, erhalten werden, und dass das Drosselventil entsprechend den PID-Werten, die von der Drucktabelle erhalten wurden, nachgestellt wird. Alternativ kann die Druckkontroll-Unterroutine 270 so geschrieben sein, dass sie das Drosselventil auf eine spezielle Öffnungsgröße öffnet oder schließt, um die Prozeßkammer 10 au den gewünschten Druck einzuregeln.
  • Die Heizungskontroll-Unterroutine 280 umfasst einen Programmcode, um die Temperatur der Heizmoduln oder die Strahlungswärme zu steuern, die zum Beheizen des Suszeptors 12 verwendet wird. Die Heizungskontroll-Unterroutine 280 wird durch die Kammermanager-Unterroutine 240 aufgerufen und empfängt einen Ziel- oder Sollpunkt-Temperaturparameter. Die Heizungskontroll-Unterroutine 280 misst die Temperatur, indem der Spannungsausgang eines Thermoelements gemessen wird, das in einem Suszeptor 12 angeordnet ist, vergleicht die gemessene Temperatur mit einer Sollpunkt-Temperatur und erhöht oder vermindert den Strom, der an den Heizmodul angelegt wird, um die Solltemperatur zu erhalten. Die Temperatur wird aus der gemessenen Spannung dadurch erhalten, dass eine entsprechende Temperatur in einer abgespeicherten Umrechnungstabelle ausgelesen wird, oder dadurch, dass die Temperatur unter Verwendung eines Polynoms vierter Ordnung berechnet wird. Die Heizungskontroll-Unterroutine 280 steuert graduell die Erhöhung oder Herabsetzung des Stroms, der an den Heizmodul angelegt wird. Das graduelle Erhöhen oder Vermindern vergrößert die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit des Heizmoduls. Zusätzlich kann eine eingebaute Sicherheitsbetriebsweise vorgesehen sein, um eine Übereinstimmung des Prozesses mit Sicherheitsbestimmungen zu detektieren und sie kann den Betrieb des Heizmoduls abschalten, wenn die Verarbeitungskammer 10 nicht ordnungsgemäß eingerichtet ist.
  • Die Plasmakontroll-Unterroutine 290 umfasst einen Programmcode, um das RF-Vorspannungs-Energieniveau einzustellen, das an die Prozeßelektroden der Verarbeitungskammer 10 angelegt wird, und um optional das Niveau des in dem Reaktor erzeugten Magnetfeldes einzustellen. Ähnlich wie bei den oben beschriebenen Kammerkomponenten-Unterroutinen wird die Plasmakontroll-Unterroutine 290 durch die Kammermanager-Unterroutine 240 aufgerufen.
  • Die obige Beschreibung des CVD Systems ist hauptsächlich zum Zwecke der Erläuterung, und eine andere CVD Ausrüstung, beispielsweise Elektronenzyklotronresonanz (ECR)-Plasma-CVD-Geräte, Induktions-gekoppelte RF-Hochdichteplasma-CVD-Geräte oder dergleichen können verwendet werden. Zusätzlich sind Änderungen des oben beschriebenen Systems, beispielsweise Änderungen in der Auslegung des Suszeptors, der Heizungsanordnung, der Lage der RF-Energieanschlüsse und anderer Teile möglich. Beispielsweise könnte das Substrat von einem Widerstands-beheizten Suszeptor unterstützt und beheizt werden. Die Vorbehandlung und das Verfahren zur Herstellung einer vorbehandelten Schicht der vorliegenden Erfindung ist nicht auf eine spezifische Apparatur oder ein spezifisches Plasmaanregungsverfahren beschränkt.
  • Abscheidung der Siliziumoxikarbidschicht und Siliziumkarbid-Materialien.
  • Die Damaszene-Struktur, die eine Siliziumoxikarbidschicht oder eine Siliziumkarbidschicht oder eine dotierte Siliziumkarbidschicht, die darauf abgeschieden ist, umfasst, ist in 3 gezeigt. Leitfähige Muster 310 sind auf einem Substrat 300 angeordnet. Siliziumoxikarbid auf einer dielektrischen Schicht 314 auf einer dielektrischen Auskleidungs- oder Sperrschicht 312 aus Siliziumkarbid abgeschieden, wie hier beschrieben wird. Die Auskleidungs- oder Sperrschicht kann alternativ andere dielektrische Auskleidungs- und Sperrmaterialien, beispielsweise Siliziumnitrid, umfassen. Siliziumkarbid wird wie hier beschrieben als Deckschicht 316 auf der dielektrischen Schicht 314 abgeschieden. Die Deckschicht 316 kann als Ätzstoppschicht während der weiteren Substratverarbeitung oder als Auskleidungsschicht wirken. Die Deckschicht 316, die dielektrische Schicht 314 und die dielektrisch Auskleidungs- oder Sperrschicht 312 werden durch Ätzen bemustert, um die Öffnungen von Zwischenverbindungen 317, beispielsweise Leitungen, zu definieren, die die darunter liegenden Leitungsmuster 310 freilegen. Die leitfähige Auskleidungs-/Sperr-Schicht 318 wird in den Zwischenverbindungen 317 abgeschieden, und ein leitfähiges Material 320 wird darauf abgeschieden, um die Zwischenverbindungen 317 auszufüllen. Das Substrat wird wie dargestellt typischerweise nach der Abscheidung planifiziert.
  • Eine bevorzugte Damaszene-Struktur, die entsprechend der Erfindung hergestellt ist, umfasst eine Siliziumoxikarbidschicht und eine Siliziumkarbidschicht, wie in 3 gezeigt ist, und das Verfahren zur Herstellung der Struktur ist sequenzell schematisch in den 4A–4C gezeigt, die Querschnittsdarstellungen eines Substrats sind, an dem die Schritte der Erfindung durchgeführt werden.
  • Wie in 4A gezeigt ist, wird eine dielektrische Schicht 214 aus Siliziumoxikarbid-Material, das aus einer oder mehreren Organosiliziumverbindungen gebildet ist, unter Verwendung des hier beschriebenen Abscheidungsverfahrens auf der Auskleidungs- oder Sperrschicht 312 bis auf eine Dicke zwischen etwa 5000 Å bis etwa 10.000 Å je nach der Größe der herzustellenden Struktur abgeschieden. Die dielektrische Schicht 314 kann in einem Plasma-unterstützten Abscheidungsverfahren abgeschieden werden, sie wird jedoch vorzugsweise in einem Plasmafreien Abscheidungsverfahren abgeschieden, indem Trimethylsilan mit Sauerstoff, der etwa 15 Gew.-% Ozon umfasst, zur Reaktion gebracht wird.
  • Die Auskleidungs- oder Sperrschicht 312 kann eine Siliziumkarbidschicht aus dem PECVD aus einer Alkylsilanverbindung unter Verwendung eines Plasmas eines inerten Gases sein. Die Siliziumkarbidschicht kann mit Sauerstoff oder Stickstoff dotiert sein. Die Auskleidungs-/Sperrschicht 312 kann alternativ ein anderes Material, beispielsweise Siliziumnitrid, aufweisen, das die Oxidation und/oder Diffusion von leitfähigen Materialien, beispielsweise Kupfer, auf ein Minimum herabsetzt, das leitfähige Muster aufweisen kann, die vorher in dem Substrat 300 ausgebildet wurden.
  • Die Deckschicht 316, die eine Siliziumkarbidschicht oder eine dotierte Siliziumkarbidschicht, die hier beschrieben ist, umfasst, wird dann auf der dielektrischen Schicht 314 durch Reaktion des Trimethylsilan bis zu einer Dicke von etwa 200 bis etwa 1000 Å unter Verwendung einer RF-Energie im Bereich zwischen etwa 10 und etwa 1000 Watt bei einem 200 mm Substrat abgeschieden. Das Siliziumkarbid-Material kann mit Sauerstoff oder Stickstoff dotiert sein.
  • Wie in 4B gezeigt ist, werden die Deckschicht 316, die dielektrische Schicht 314 und die Auskleidungs- oder Sperrschicht 312 durch Ätzen bemustert, um die Zwischenverbindungen 317 zu bilden und das leitfähige Muster 310 in dem Substrat 300 freizulegen. Vorzugsweise werden die Deckschicht 316, die dielektrische Schicht 314 und die Auskleidungs- oder Sperrschicht 312 unter Verwendung herkömmlicher Photolitographie- und Ätzverfahren für Siliziumkarbidschichten durch Ätzen bemustert. Jegliches Photoresist oder anderes Material, das zum Bemustern der Deckschicht 316 verwendet wird, wird unter Verwendung eines Sauerstoff-Ablöseverfahrens oder eines anderen geeigneten Verfahrens entfernt.
  • Nach dem Ätzen des abgeschiedenen Materials und nach dem Entfernen des Photoresist-Materials können die freiliegenden Abschnitte der Deckschicht 316, der dielektrischen Schicht 314 und der Auskleidungs- oder Sperrschicht 312 mit einem reaktiven Vorreinigungsverfahren behandelt werden, um Verunreinigungen, Teilchen, Rückstände und Oxide zu entfernen, die sich auf den freiliegenden Teilen der Zwischenverbindungen 317 und auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet haben können. Das reaktive Vorreinigungsverfahren umfasst das Aussetzen des Substrats einem Plasma, das vorzugsweise Sauerstoff und/oder ein inertes Gas, beispielsweise Argon, enthält, bei einer Energiedichte zwischen 0,03 Watt/cm2 und etwa 3,2 Watt/cm2 oder bei einem Energieniveau zwischen etwa 10 Watt und 1000 bei einem 200 Millimeter Substrat. Die Verarbeitungskammer wird bei einem Druck von etwa 20 Torr oder weniger und bei einer Substrattemperatur von etwa 450°C oder weniger während des reaktiven Reinigungsverfahrens gehalten.
  • Bezugnehmend auf 4C werden, nachdem die Deckschicht 316, die dielektrische Schicht 314 und die Auskleidungs- oder Sperrschicht 312 geätzt worden sind, um die Zwischenverbindungen 317 zu bilden, und nachdem der Photoresist entfernt worden ist, die Zwischenverbindungen 317 mit leitfähigen Materialien 320 ausgefüllt. Die Struktur wird dann vorzugsweise mit einem leitfähigen Material, beispielsweise Aluminium, Kupfer, Wolfram oder Kombinationen davon mit einer leitfähigen Sperrschicht ausgebildet, um eine Diffusion zu verhindern. Gegenwärtig geht der Trend dahin, Kupfer zu verwenden, um die kleinen Muster auszubilden, aufgrund des geringen spezifischen Widerstandes von Kupfer (1,7 Ω-cm im Vergleich zu 1,3 Ω-cm für Aluminium).
  • Vorzugsweise wird die leitfähige Sperrschicht 318 als erstes konform in den Zwischenverbindungen 317 abgeschieden, um eine Wanderung des Kupfers in das umgebende Silizium und/oder dielektrische Material zu verhindern. Sperrschichten umfassen Titan, Titannitrit, Wolfram, Wolframnitrit und Kombinationen davon unter anderem herkömmlichen Sperrschichtmaterialien. Danach wird Kupfer 320 unter Verwendung der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase, der physikalischen Dampfabscheidung, der Elektroplatierung oder Kombinationen davon abgeschieden, um die leitfähige Struktur zu bilden. Sobald die Struktur mit Kupfer oder einem anderen leitfähigen Material gefüllt ist, wird die Oberfläche unter Verwendung einer chemisch mechanischen Polierung planarisiert, um die fertige Damaszene-Struktur herzustellen, die in 3 gezeigt ist.
  • Eine Dual-Damaszene-Struktur, die zwei Siliziumoxikarbidschichten und zwei Siliziumkarbid-Deckschichten oder dotierte Siliziumkarbid-Deckschichten umfasst, die darauf abgeschieden sind, ist in 5 gezeigt. Ein leitfähiges Muster 502 wird in dem Substrat 500 abgeschieden. Die erste Siliziumoxikarbidschicht wird als eine erste dielektrische Schicht 510 auf einer Auskleidungs- oder Sperrschicht 512, beispielsweise aus Siliziumkarbid, wie oben beschrieben wurde, abgeschieden. Eine erste Siliziumkarbid-Deckschicht 514 wird auf der ersten dielektrischen Schicht 510 abgeschieden, wie hier beschrieben ist. Die Siliziumkarbid-Deckschicht 514 vermindert die Dielektrizitätskonstante der Siliziumoxikarbidschicht und wird durch Ätzen bemustert, um die Öffnungen von vertikalen Zwischenverbindungen, beispielsweise Kontakte/Vias zu bilden. Bei dem Dual-Damaszene-Anwendungsfall wird eine zweite dielektrische Schicht 518, die eine zweite Siliziumoxikarbidschicht aufweist, über der bemusterten Siliziumkarbid-Deckschicht 514 abgeschieden. Die zweite Siliziumkarbid-Deckschicht 519 wird auf der zweiten dielektrischen Schicht 518 abgeschieden und durch Ätzen bemustert, um die horizontalen Zwischenverbindungen, beispielsweise Leitungen, zu bilden. Ein Ätzverfahren wird durchgeführt, um die horizontalen Zwischenverbindungen bis hinunter zur ersten Siliziumkarbidschicht 314 auszubilden, die als Ätzstoppschicht funktioniert, und um die vertikalen Zwischenverbindungen auszubilden und das leitfähige Muster 502 in dem Substrat vor dem Ausfüllen der Zwischenverbindungen mit einem leitfähigen Material 526 freizulegen.
  • Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Dual-Damaszene-Struktur, die in 5 gezeigt ist, ist sequenzell in den 6A–6E gezeigt, die Querschnittsdarstellungen eines Substrats sind, an dem die Schritte der Erfindung durchgeführt werden.
  • Wie in 6A gezeigt ist, wird eine anfängliche, erste dielektrische Schicht 510 aus Siliziumoxikarbid-Material aus den Organosiliziumverbindungen und den Abscheidungsverfahren, die hier beschrieben sind, auf der Auskleidungs- oder Sperrschicht 512 bis auf eine Dicke zwischen etwa 5000 Ä und etwa 10.000 Å je nach der Größe der herzustellenden Struktur abgeschieden. Die erste dielektrische Schicht 510 kann in einem Plasma-unterstützten Abscheidungsverfahren abgeschieden werden, sie wird jedoch vorzugsweise in einem Plasmafreien Abscheidungsverfahren abgeschieden, indem Trimethylsilan mit Sauerstoff, der etwa 15 Gew.-% Ozon enthält, zur Reaktion gebracht wird. Die Auskleidungsschicht 512 kann eine Siliziumkarbidschicht sein, die mit Sauerstoff oder Stickstoff dotiert sein kann. Die Auskleidungs-/Sperrschicht 512 kann alternativ andere Materialien, beispielsweise Siliziumnitrid, umfassen, was die Oxidation und/oder Diffusion leitfähiger Materialien, beispielsweise Kupfer, auf ein Minimum herabsetzt, die leitfähige Muster 520 aufweisen können, die vorher in dem Substrat 500 ausgebildet wurden.
  • Wie in 6B gezeigt ist, wird dann die erste Deckschicht 514, die eine Siliziumkarbidschicht oder eine dotierte Siliziumkarbidschicht, die hier beschrieben wird, umfasst, auf der ersten dielektrischen Schicht durch Reaktion von Trimethylsilan bis zu einer Dicke zwischen etwa 200 und etwa 1000 Ä unter Verwendung von HF-Energie im Bereich zwischen etwa 10 und etwa 1000 Watt bei einem 200 mm Substrat abgeschieden. Die erste Deckschicht 514 wird dann durch Ätzen bemustert, um die Kontakt-/Via-Öffnungen 516 zu bilden, und um die erste dielektrische Schicht 510 in den Bereichen freizulegen, wo die Kontakte/Vias ausgebildet werden sollen, wie in 6C gezeigt ist. Vorzugsweise wird die erste Deckschicht 514 durch Ätzen bemustert unter Verwendung herkömmlicher Litographie- und Ätzverfahren für Siliziumkarbidschichten.
  • Nachdem die erste Deckschicht 514 geätzt worden ist, um die Kontakte/Vias 516 zu bemustern, und nachdem der Photoresist entfernt worden ist, wird die zweite dielektrische Schicht 518 über der ersten Deckschicht 514 bis zu einer Dicke zwischen etwa 5000 Å und etwa 10.000 Å abgeschieden, wie bei der ersten dielektrischen Schicht 510 beschrieben wurde, und wie in 6D gezeigt ist.
  • Eine zweite Deckschicht 519, die eine Siliziumkarbidschicht oder dotierte Siliziumkarbidschicht, die hier beschrieben wird, umfasst, wird dann auf der zweiten dielektrischen Schicht 518 wie für die erste Deckschicht 514 beschrieben bis zu einer Dicke von etwa 200 bis etwa 1000 Å abgeschieden. Das Siliziumkarbid-Material kann mit Sauerstoff oder Stickstoff dotiert sein. Die zweite Deckschicht 514 wird dann bemustert, um die Leitung 520 zu bilden, wie für die erste Deckschicht 514 beschrieben wurde und wie in 6E gezeigt ist. Die Leitung 520 und die Kontakte/Vias 516 werden dann unter Verwendung von reaktiver lonenätzung oder anderer anisotroper Ätztechniken geätzt, um das Metallisierungsmuster zu bilden (d.h. die Öffnungen für die Leitungen und die Kontakte/Vias) und um das leitfähige Muster 502 freizulegen, wie in 6F gezeigt ist. Jeglicher Photoresist oder anderes Material, das zum Bemustern und Ätzen der zweiten Deckschicht 519 verwendet wird, wird unter Verwendung von Sauerstoffentfernungs- oder anderen geeigneten Verfahren entfernt.
  • Nach dem Ätzen des abgeschiedenen Materials und nach dem Entfernen des Photoresist-Materials können die freigelegten Abschnitte der zweiten Deckschicht 519, der zweiten dielektrischen Schicht 518, der ersten Deckschicht 514, der ersten dielektrischen Schicht 510 und der Auskleidungs- oder Sperrschicht 512 mit einem reaktiven Vorreinigungs-Verfahren behandelt werden, um Verunreinigungen, Teilchen, Rückstände und Oxide zu entfernen, die sich auf den freiliegenden Abschnitten der Kontakt-Via-Öffnungen 516, den Leitungsöffnungen 520 und dem leitfähigen Muster 502 ausgebildet haben können. Das reaktive Vorreinigungsverfahren umfasst das Aussetzen des Substrats einem Plasma, das vorzugsweise Wasserstoff und/oder ein inertes Gas, beispielsweise Argon, enthält, bei einer Energiedichte zwischen 0,03 Watt/cm2 und etwa 3,2 Watt/cm2 oder einem Energieniveau zwischen etwa 10 Watt und 1000 bei einem 200 mm Substrat. Die Verarbeitungskammer wird auf einem Druck von etwa 20 Torr oder weniger und einer Substrattemperatur von etwa 450°C oder weniger während des reaktiven Reinigungsverfahrens gehalten.
  • Das Metallisierungsmuster wird dann mit einem leitfähigen Material, beispielsweise Aluminium, Kupfer, Wolfram oder Kombinationen davon ausgebildet. Gegenwärtig geht der Trend dahin, Kupfer zu verwenden, um die kleinen Muster zu bilden aufgrund des niedrigen spezifischen Widerstand von Kupfer (1,7 Ω-cm im Vergleich zu 5,1 Ω-cm bei Aluminium). Vorzugsweise wird, wie in 6G gezeigt ist, eine leitfähige Sperrschicht 524 als erstes konform mit dem Metallisierungsmuster abgeschieden, um eine Kupferwanderung in das umgebende Silizium und/oder dielektrische Material zu verhindern. Sperrschichten umfassen Titan, Titannitrit, Wolfram, Wolframnitrit und Kombinationen davon unter anderen herkömmlichen Sperrschicht-Materialien. Danach wird Kupfer 526 unter Verwendung entweder von chemischer Abscheidung aus der Dampfphase, physikalischer Dampfabscheidung, Elektroplatierung oder Kombinationen davon abgeschieden, um das leitfähiger Muster zu bilden. Sobald das Muster mit Kupfer oder anderem Material gefüllt ist, wird die Oberfläche unter Verwendung von chemisch mechanischer Politur planarisiert, wie in 5 gezeigt ist.
  • Die Siliziumoxikarbidschicht und die Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Materialien, die hier beschrieben sind, können in einem Spaltfüll-Verfahren verwendet werden, wie in 7 gezeigt ist, wobei eine CVD Kammer verwendet wird, die oben beschrieben und in 1 gezeigt ist. Bezugnehmend auf 7 wird ein Substrat 700 in der Verarbeitungskammer 10 positioniert, und eine Siliziumkarbid-Auskleidungsschicht wird abgeschieden 705 durch ein CVD oder Plasma-unterstütztes CVD-Verfahren aus einer Reaktion einer oben beschriebenen Alkylsilanverbindung, beispielsweise Trimethylsilan. Der Abscheidungsschritt 705 kann ein kapazitiv gekoppeltes Plasma oder sowohl ein induktiv als auch ein kapazitiv gekoppeltes Plasma in der Prozeßkammer 10 umfassen.
  • Eine Siliziumoxikarbid-Spaltfüllschicht wird dann abgeschieden 701 auf der Auskleidungsschicht durch Reaktion einer Organosiliziumverbindung, beispielsweise Trimethylsilan, mit einem Oxidierungsmittel, beispielsweise einer Kombination von Sauerstoff und Ozon. Die Spaltfüllschicht kann dann in einer inerten Atmosphäre während einer Zeitdauer nach Bedarf getempert werden, um Feuchtigkeit zu entfernen und das abgeschiedene Material zu verfestigen. Eine Siliziumkarbid-Deckschicht wird dann abgeschieden 715 auf der Spaltfüllschicht unter Verwendung eines Plasma-unterstützten CVD-Verfahrens aus einer Reaktion einer oben beschriebenen Alkylsilanverbindung, beispielsweise Trimethylsilan, in einem Plasma eines relativ inerten Gases. Das Substrat wird dann entfernt 720 aus der Verarbeitungskammer 10.
  • Bezugnehmend auf ein Ausführungsbeispiel in den 8A bis 8E liefert der dreischichtige Spaltfüllprozess eine PECVD-Auskleidungsschicht 800 durch Reaktion einer Alkylsilanverbindung, beispielsweise Trimethylsilan, um eine amorphe, hydrierte Siliziumkarbidschicht herzustellen, wie hier beschrieben ist. Die Auskleidungsschicht 800 wirkt als Isolationsschicht zwischen einer nachfolgenden Organosilizium-Spaltfüllschicht 802 und der darunter liegenden Substratoberfläche 804 und Metall-Leitungen 806, 808, 810, die auf der Substratoberfläche ausgebildet sind, Die Spaltfüllschicht 802 wird durch eine Deckschicht 812 aus der amorphen, hydrierten Siliziumkarbidschicht abgedeckt. Dieses Verfahren wird unter Verwendung eines Computerprogramms implementiert und gesteuert, das in dem Speicher 38 eines Computerkontrollers 34 für eine CVD Verarbeitungskammer gespeichert ist.
  • Bezugnehmend auf 8A wird in einem Ausführungsbeispiel die PECVD-Auskleidungsschicht 800 in der Verarbeitungskammer 10 durch Einführen einer Organosilanverbindung, beispielsweise Trimethylsilan (CH3)3SiH, und durch Erzeugen eines Plasmas eines inerten Gases, beispielsweise Helium oder Argon, abgeschieden. Ein beispielhaftes Verarbeitungsregime umfasst das Einführen von Trimethylsilan in die Verarbeitungskammer mit einer Flußrate zwischen 30 sccm und 500 sccm, das Einführen von Helium, Argon oder Kombinationen davon in die Verarbeitungskammer mit einer Rate zwischen etwa 100 sccm und etwa 2000 sccm, wobei ein Kammerdruck zwischen etwa 3 Torr und etwa 10 Torr und einer Substrat-Oberflächentemperatur zwischen etwa 200°C und etwa 400°C gehalten wird, und durch Zuführen von zwischen etwa 300 Watt und 700 Watt an die Kammer, um das Plasma in dem Prozeßgas zu erzeugen. Die Gasverteilerplatte 11 ist zwischen etwa 300 mm und etwa 600 mm von dem Substrat beabstandet.
  • Bezugnehmend auf 8B wird die Spaltfüllschicht 802 unter Verwendung von hier beschriebenen Alkylsilanverbindungen abgeschieden. Bevorzugte Prozeßgase für die Spaltfüllschicht 802 sind Trimethylsilan (CH3)3SiH und Ozon, O3. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Abscheidungsprozeß das Einführen von Trimethylsilan bei einer Flussrate zwischen etwa 50 sccm und etwa 500 sccm, vorzugsweise bei etwa 175 sccm, das Einführen einer Mischung von Sauerstoff und Ozon, wobei Ozon etwa 15 Gew.-% der Mischung umfasst, bei einer Flussrate zwischen etwa 2000 sccm und etwa 6000 sccm, vorzugsweise bei etwa 5000 sccm, reagieren des Trimethylsilan (CH3)3SiH und O3, Aufrechterhalten eines Kammerdrucks zwischen etwa 50 Torr und etwa 500 Torr, vorzugsweise bei etwa 100 Torr, während der Abscheidung der Spaltfüllschicht 802, Die Spaltfüllschicht 802 kann teilweise gereinigt oder getempert werden, wie in 8C gezeigt ist, um Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, vor der Abscheidung einer Deckschicht 812 zu entfernen, wie in 8D gezeigt ist. Das Kurieren wird in der Verarbeitungskammer 10 durch Abpumpen unter einer relativ inerten Gasatmosphäre, beispielsweise Edelgas oder Stickstoff, unter 10 Torr bei einer Temperatur von etwa 400°C während 30 Min durchgeführt.
  • Bezugnehmend auf 8D wird nach der Abscheidung der PECVD-Spaltfüllschicht 802 eine Deckschicht 812 aus amorphem, hydriertem Siliziumkarbid durch den hier beschriebenen Plasma-Prozeß darauf abgeschieden. Bezugnehmend auf 8E wird nach der Abscheidung der Deckschicht, wenn überhaupt, die Spaltfüllschicht 802 vorzugsweise in einem Ofen oder einer anderen Kammer bei einer Temperatur zwischen etwa 100°C und etwa 450°C getempert, um Feuchtigkeit und andere Lösungsmittel zu entfernen. Selbstverständlich ändern sich die Verarbeitungsbedingungen entsprechend den erwünschten Charakteristiken der abgeschiedenen Schichten.
  • Während das vorhergehende auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung entworfen werden, ohne von dem grundlegenden Schutzumfang davon abzuweichen, und der Schutzumfang davon wird durch die Ansprüche bestimmt, die folgen.
  • Beschriftung 2
    • 220
    Prozeßauswahleinheit Kammerauswahl Prozeßgasströmung Temperatur Druck, Plasmaenergie
    230
    Prozeßsequenzeinheit
    240
    Kammermanager
    250
    Suszeptorsteuerung
    260
    Prozeßgassteuerung
    270
    Drucksteuerung
    280
    Heizsteuerung
    290
    Plasmasteuerung
  • Beschriftung von 7
    • 700
    Positioniere Waver
    705
    Scheide Auskleidungsschicht ab
    710
    Scheide Spaltfüllschicht ab
    715
    Scheide Deckschicht ab
    720
    Entferne Waver

Claims (23)

  1. Verfahren zum Bearbeiten eines Substrats, umfassend: Ablagern einer dielektrischen Schicht (314; 510, 518; 802) umfassend Silizium, Sauerstoff und Kohlenstoff auf dem Substrat durch Abscheidung aus der Gasphase CVD, wobei die dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802) einen Kohlenstoffgehalt von wenigstens 1% des atomaren Gewichtes und eine dielektrische Konstante von weniger als 3 hat; und Ablagern einer Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Schicht (319; 514, 519; 812) auf der dielektrischen Schicht (314; 510, 815; 802); dadurch gekennzeichnet, dass die Silizium und Kohlenstoff enthaltende Schicht (316; 514, 519; 812) bei Plasmabedingungen abgelagert wird, die Kohlenstoff aus der dielektrischen Schicht (314; 510, 518; 802) entfernen, ohne die Dikke der dielektrischen Schicht zu reduzieren.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802) durch die Reaktion einer organischen Silanverbindung und eines oxidierenden Gases abgelagert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: das Reduzieren der Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht (314; 510, 518; 802) durch Ablagern einer Silizium und Karbid enthaltenden Schicht oder einer Silizium-Karbid-Schicht oder einer dotierten Silizium-Karbid-Schicht auf der dielektrischen Schicht (314; 510, 518; 802).
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, wobei die dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802) von einer organischen Silanverbindung abgelagert wird, die aus der Gruppe ausgewählt wurde, die Trimethylsilan, Tetramethylsilan, 1,1,3,3-Tetramethyldisiloxan, Hexamethyldisiloxan, 2,2-bis(1-Methyldisiloxanyl)-Propan, 2,4,6,8,-Tetramethylcyclotetrasiloxan, Octamethylcyclotetrasiloxan, 2,4,6,8,10-Pentamethylcyclopentasiloxan,fluorierte Kohlenstoffderivate davon und Kombinationen davon enthält.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das oxidierende Gas aus der Gruppe ausgewählt wurde, die N2O, O2, O3 und Kombinationen davon enthält.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Organosilanverbindung Trimethylsilan und das oxidierende
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Silizium und Kohlenstoff enthaltende Schicht (316; 514, 519; 812) eine Siliziumkarbidschicht ist, die durch die Einleitung einer Alkalisilanverbindung und eines relativ inerten Gases in die Bearbeitungskammer (10) und durch das Anregen eines Plasmas abgelagert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802) vor der Ablagerung der Silizium und Karbid enthaltenden Schicht oder der Siliziumkarbid enthaltenden Schicht einen Kohlenstoffanteil zwischen 1% und 50% des atomaren Gewichtes hat.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802) vor der Ablagerung der Silizium und Karbid enthaltenden Schicht oder Siliziumkarbidschicht eine Dielektrizitätskonstante von 3 oder weniger hat.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Siliziumkarbidschicht durch Einführen einer Alkalisilanverbindung und eines relativ inerten Gases in die Verarbeitungskammer (10) und die Anregung eines Plasmas abgelagert wird.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Alkalisilanverbindung Trimethylsilan ist.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zustände des Plasmas die Kohlenstoff aus der dielektrischen Schicht (314; 510, 518; 802) entfernen, Leerstellen in der dielektrischen Schicht (314; 510, 518; 802) formen.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend: Ablagern einer dielektrischen Schicht (314; 510, 518; 802) auf einem Substrat (300; 500; 804) durch die Reaktion einer organischen Silanverbindung, welche drei oder mehr Alkylgruppen mit Ozon hat, wobei die dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802) einen Kohlenstoffanteil zwischen 5% und 50% des atomaren Gewichtes und eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 3 hat; und Ablagern einer Siliziumkarbidschicht oder einer dotierten Siliziumkarbidschicht auf der dielektrischen Schicht (314; 510, 518; 802) durch die Reaktion einer Alkisilanverbindung bei Plasmabedingungen, die ausreichend sind, um die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht (314; 510, 518; 802) zu reduzieren.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die organische Silanverbindung drei oder mehr Alkylgruppen umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die organische Silanverbindung Trimethylsilan und die Alkylsilanverbindung Trimethylsilan ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die organische Silanverbindung 2,4,6,8-Tetramethylcyclotetrasiloxan ist.
  17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Konstante der dielektrischen Schicht (314; 510, 518; 802) nach dem Ablagern der Silizium und Karbid enthaltenden Schicht oder der Siliziumkarbidschicht kleiner als 2,4 ist.
  18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Plasma durch das Zuführen einer HF-Energiedichte zwischen 4,3 Watt pro cm2 und 10,0 Watt pro cm2 oberhalb des Substrates erzeugt wird.
  19. Substratstruktur, umfassend: eine dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802) die Silizium, Sauerstoff und Kohlenstoff enthält, wobei die dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802) einen Kohlenstoffanteil von weniger als 1% des atomaren Gewichtes, eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 3 und Leerstellen hat; und eine Silizium und Kohlenstoff enthaltende Schicht (316; 514, 519; 812), welche die dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802) bedeckt.
  20. Damaszierungsstruktur, umfassend: eine dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802), die Silizium, Sauerstoff und Kohlenstoff umfasst und eine oder mehrere elektrische Verbindungen definiert, wobei die dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802) einen Kohlenstoffanteil von weniger als 1% des atomaren Gewichtes, eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 3, und Leerstellen hat, die dadurch geformt wurden, dass Kohlenstoff entfernt wurde, ohne die dielektrische Schicht zu schrumpfen; und eine Silizium und Kohlenstoff enthaltende Schicht (316; 514, 519; 812), welche die dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802) bedeckt und zusätzlich die eine oder die mehreren elektrischen Verbindungen definiert.
  21. Struktur nach Anspruch 19 oder 20, wobei die dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802) einen Kohlenstoffanteil zwischen 5% und 50% des atomaren Gewichtes hat.
  22. Struktur nach Anspruch 19 oder 20, wobei die dielektrische Schicht (314; 510, 518; 802) eine dielektrische Konstante von 2,4 oder weniger hat.
  23. Struktur nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Silizium und Kohlenstoff enthaltende Schicht (316; 514, 519; 812) eine amorphe hydrierte Siliziumkarbidschicht ist.
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