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Dokumentenidentifikation DE60114304T2 20.07.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001167291
Titel Hexagonal- Bornitrid-Film mit niedriger dielektrischer Konstante ,Film mit dielektrischer Beschichtung und Verfahren zu seiner Herstellung und Plasma-CVD-Apparat
Anmelder Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Sakamoto, Hitoshi, Kanazawa-ku, Kanagawa 236-8515, JP;
Nishimori, Toshihiko, Takasago, Hyogo-ken 676-8686, JP;
Sonobe, Hiroshi, Nagasaki, Nagasaki-ken 851-0392, JP;
Yonekura, Yoshimichi, Kanazawa-ku, Kanagawa 236-8515, JP;
Yamashita, Nobuki, Kanazawa-ku, Kanagawa 236-8515, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 60114304
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 27.06.2001
EP-Aktenzeichen 011148053
EP-Offenlegungsdatum 02.01.2002
EP date of grant 26.10.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.07.2006
IPC-Hauptklasse C01B 21/064(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bornitridschicht, die als ein dielektrisches Schichtlagenmaterial mit niedriger Dielektrizitätskonstante verwendet werden kann, und ein Verfahren zur Herstellung dafür.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Siliziumoxidschichten (spezifische Induktivität &egr; = 4 bis 4,5) sind bisher weithin als dielektrische Schichtlage in integrierten Schaltungen verwendet worden. Schaltungsverzögerung ist jedoch ein Faktor, der die Vorrichtungssignalverzögerung beeinflusst, wenn hohe Integration in der nächsten Generation angestrebt wird. Um diese Situation zu verbessern, ist es notwendig, die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schichtlage niedrig zu machen. Da die spezifische Induktivität hoch ist, können die Siliziumoxidschichten in integrierten Schaltungen der nächsten Generation nicht verwendet werden. Es besteht daher der Bedarf nach dielektrischen Schichtlagenmaterialien mit niedrigeren Dielektrizitätskonstanten. Obwohl es Materialien mit einer sehr niedrigen, weniger als 2,5, Dielektrizitätskonstanten &egr; unter organischen Materialtypen gibt, haben diese Materialien das Problem einer schlechteren Wärmebeständigkeit. Daher ist man auf Bornitrid (BN) mit einer spezifischen Induktivität in der Größenordnung einer Siliziumoxidschicht aufmerksam geworden, und es wurde ein Versuch unternommen, die Dielektrizitätskonstante von Bornitrid zu verringern.

Herkömmlich wird gewöhnlich ein Plasma-CVD-Verfahren zur Bildung einer BN-Dünnschicht verwendet. Dieses Verfahren hat jedoch folgendes Problem. Insbesondere weil z.B. Diboran (B2H6) und Ammoniak (NH3) als Ausgangsgas verwendet werden, werden Wasserstoffbindungen, wie BH und NH, in der BN-Schicht gebildet, so dass eine geringe spezifische Induktivität wie 3,0 oder weniger nicht erzielt werden kann, und eine relativ hohe Substrattemperatur wie 400°C ist bei der Bildung einer Dünnschicht aus kubischem BN (hier im folgenden mit "c-BN" bezeichnet) oder hexagonalem BN (hier im folgenden "h-BN" bezeichnet) erforderlich, was aufgrund der Wärme die Verschlechterung von Metallverdrahtungen verursacht. Daher kann dieses Verfahren auf ein Verfahren zur Herstellung von Metallverdrahtungen nicht angewendet werden.

US 5,324,690 betrifft die Bildung von nicht-silylierten ternären Bornitridschichten, die für Halbleitervorrichtungsanwendungen verwendet werden. Z.B. wird Boroxynitrid (BNO) in einem Plasma-verstärkten chemischen Dampfabscheidungsreaktor unter Verwendung von Ammoniak (NH3), Diboran (B2H6) und Stickoxid (N2O) abgeschieden.

Hyder et al. beschreiben Bornitridschichten, die durch Umsetzung von Ammoniak und Diboran hergestellt werden (J. Electrochem. Soc.: Solid-State Science and Technology, 1976, S. 1721–1724).

Nguyen et al. offenbaren Bornitridschichten, die in einem Plasma-verstärkten chemischen Dampfabscheidungssystem (PECVD) für Einzelwafer unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Chemien der Reaktantengase abgeschieden werden: (i) verdünntes Diboran, Stickstoff und Ammoniak; (ii) Borazin (B3N3H6) und Stickstoff als Precursormaterialien (J. Electrochem. Soc., Bd. 141, Nr. 6, Juni 1994, S. 1633–1638).

Gelatos et al. offenbaren die Bildung einer Bornitridschicht unter Verwendung von Ammoniak und Diboran. Es ist ferner beschrieben, dass die Hauptparameter, die die Dielektrizitätskonstante beeinflussen, das Verhältnis von Ammoniak- zu Diboranfluss sowie die Abscheidungstemperatur sind (Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Bd. 260, 1992, S. 347–354).

In der Zwischenzeit wurden als dielektrische Schichtlagen mit einer niedrigen spezifischen Induktivität (spezifische Induktivität = 2,0 bis 2,7) in Halbleitervorrichtungen organische Schichten (Flare, SiLK: Polymer vom Polyallylethertyp, BCB: Polymer vom Benzocyclobutentyp) und organische und anorganische Hybridschichten (HSG-R7: SOG vom Methylsiloxantyp, HOSP: hydriertes Methylsilsesquioxan), hergestellt durch ein rotierendes Beschichtungsverfahren, und organische Schichten (&agr;-CF: Polymer vom fluorierten Kohlenwasserstofftyp, AF4: Polymer vom fluorierten Valerintyp) und organische und anorganische Hybridschichten (Black Diamond: Methylsilantyp, 4 MS: Tetramethylsilantyp), hergestellt durch ein CVD-Verfahren, entwickelt, und außerdem wurden Untersuchungen hinsichtlich poröser Schichtstrukturen durchgeführt.

Da, wie oben erwähnt, die Dichte von herkömmlichen dielektrischen Schichtlagen mit einer niedrigen spezifischen Induktivität erniedrigt wird, um die spezifische Induktivität zu verringern, wirft die konventionelle dielektrische Schicht Probleme auf, wie herabgesetzte Beständigkeit gegenüber Sauerstoffplasma, schlechtere mechanische Festigkeit, herabgesetzte thermische Diffusionsfähigkeit, erhöhte Feuchtigkeitsabsorption und Permeationsfähigkeit, herabgesetzte Wärmebeständigkeit und herabgesetzte Sperrwirkungen gegen Diffusion von Verunreinigungen. Daher hat die konventionelle dielektrische Schicht Probleme hinsichtlich einer möglichen signifikanten Herabsetzung der Vorrichtungseigenschaften in Verfahren, wie Wärmebehandlung und CMP (chemisch-mechanisches Polieren), nachdem die dielektrische Schichtlage mit einer niedrigen spezifischen Induktivität gebildet wurde.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hexagonale Bornitridschicht mit einer spezifischen Induktivität von 3,0 oder weniger und außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer dielektrischen Schichtlage bei niedrigen Temperaturen, wo Metallverdrahtungen durch Wärme nicht verschlechtert werden, bereitzustellen.

In einer hexagonalen Bornitridschicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante, einer dielektrischen Schichtlage und einem Verfahren zur Herstellung dieser Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine hexagonale Bornitridschicht mit einer spezifischen Induktivität von 3,0 oder weniger bereitgestellt. Ebenfalls bereitgestellt werden eine hexagonale Bornitridschicht, in der der Gesamtgehalt an Bindungen zwischen einem Stickstoffatom und einem Wasserstoffatom und zwischen einem Boratom und einem Wasserstoffatom 4 mol% oder weniger ist, eine hexagonale Bornitridschicht, in der der Abstand in Richtung der c-Achse von 3,3 Å um 5 bis 30% verlängert ist, die Verlängerung des Abstandes in Richtung der a-Achse von 2,2 Å jedoch auf innerhalb von 5% beschränkt ist, und eine hexagonale Bornitridschicht, in der die Richtung der c-Achse parallel zu einem Substrat verläuft. Ebenfalls bereitgestellt wird eine dielektrische Schichtlage, die jede dieser hexagonalen Bornitridschichten verwendet. Außerdem wird in einem Verfahren zur Herstellung einer hexagonalen Bornitridschicht durch Anwendung eines Ionenabscheidungsverfahrens, das die Bestrahlung mit gemischten Ionen, bestehend aus Stickstoffionen oder Stickstoff und Edelgas, und die Abscheidung einer Borversorgungsquelle im Vakuum beinhaltet, ein Verfahren zur Herstellung einer hexagonalen Bornitridschicht bereitgestellt, wobei das Verfahren die Verwendung von Ausgangsgas umfasst, das keine Bindung mit einem Wasserstoffatom enthält.

Darüber hinaus umfasst der in der vorliegenden Erfindung verwendete Plasma-CVD-Apparat eine Schichtbildungseinheit, die eine Schicht mit einer niedrigen spezifischen Induktivität als eine Schutzschicht auf der Oberfläche einer dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht, die auf einem Halbleiterwafer gebildet ist und eine niedrige spezifische Induktivität aufweist, erzeugt, und eine Heizeinheit, die den Halbleiterwafer auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Gemäß dieser Erfindung wird die Schicht mit einer niedrigen spezifischen Induktivität durch die Schichtbildungseinheit auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht gebildet, und anschließend wird der Halbleiterwafer erwärmt, um die Schutzschicht auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht zu bilden, und dadurch können die Beständigkeit gegenüber Sauerstoffplasma, die mechanische Festigkeit, die thermische Diffusionsfähigkeit, Feuchtigkeitsabsorption und Permeationsfähigkeit, Wärmebeständigkeit und Sperrwirkungen gegenüber der Diffusion von Verunreinigungen verbessert werden, verglichen mit solchen, die mit Plasma-CVD-Apparaten, die gegenwärtig verwendet werden, hergestellt wurden. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden außerdem die Bildung der Schicht mit einer niedrigen spezifischen Induktivitätskapazität und die Wärmebehandlung kontinuierlich durchgeführt, wodurch die Verkürzung des Verfahrens ermöglicht wird.

Der in der vorliegenden Anmeldung verwendete Plasma-CVD-Apparat umfasst eine erste Schichtbildungseinheit, die eine Verdrahtungszwischenschicht mit einer niedrigen spezifischen Induktivität auf der Oberfläche des Halbleiterwafers erzeugt, eine zweite Schichtbildungseinheit, die eine Schicht mit einer niedrigen spezifischen Induktivität als eine Schutzschicht auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht erzeugt, und eine Heizeinheit, die den Halbleiterwafer auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Gemäß dieser Erfindung werden die Bildung der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht und die Bildung der Schutzschicht kontinuierlich durchgeführt, wodurch weiteres Verkürzen des Verfahrens ermöglicht wird.

Außerdem umfasst der Plasma-CVD-Apparat ferner eine porositätsfördernde Einheit, die die dielektrische Verdrahtungszwischenschicht porös macht. Gemäß dieser Erfindung kann das Verfahren verkürzt werden, weil die Porosität der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht durch die porositätsfördernde Einheit erhöht und die Schutzschicht auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht erzeugt wird. Darüber hinaus können die Grenzschichteigenschaften, die die Schwachpunkte einer porösen Schicht darstellen, verbessert werden, und außerdem können die Verschlechterung der Schichtqualitäten und eine Erhöhung der Feuchtigkeitsabsorptionsfähigkeit, hervorgerufen durch Schichtbildung, Ätzen und Veraschung, eingeschränkt werden.

Weitere Aufgaben und Merkmale dieser Erfindung werden durch die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen verdeutlicht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines integrierten Schaltelementes zeigt, das eine dielektrische Schichtlage enthält;

2A ist eine Ansicht, die eine herkömmliche h-BN-Schicht zeigt und

2B ist eine Ansicht, die eine h-BN-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

3 ist eine Ansicht, die einen Filmbildungsapparat zeigt, in dem ein Ionenabscheidungsverfahren angewendet und der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

4 zeigt die Ergebnisse von Messungen der Infrarot-Absorptions-Spektralanalyse (FTIR) einer h-BN-Schicht, hergestellt in einer ersten Ausführungsform, worin der Bereich A einen Bereich zeigt, wo ein von einer NH-Bindung stammender Peak erscheint und die Region B eine Region zeigt, wo ein auf einer BH-Bindung basierender Peak erscheint;

5 ist eine Ansicht, die die Struktur eines Plasma-CVD-Apparates zeigt, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

6 ist eine Ansicht, die die Struktur einer Halbleitervorrichtung, hergestellt in der vorliegenden Erfindung, zeigt;

7 ist ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

8 ist ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt und;

9 ist ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen im folgenden beschrieben.

Die h-BN-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann als eine dielektrische Schichtlage mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante verwendet werden.

Die dielektrische Schichtlage bedeutet eine dielektrische Schicht und eine Schutzschicht, die in einer integrierten Schaltungsvorrichtung und elektrisch isolierten Elektroden, Stecker und auf einem Substrat geformte Leitungen beinhaltet sind. Die dielektrische Schichtlage beinhaltet z.B. eine dielektrische Schichtvorrichtung. Ein Beispiel für eine integrierte Schaltungsvorrichtung ist in 1 gezeigt. Hier ist der Verdrahtungsbereich in zwei Schichten strukturiert.

Das Substrat 1, wie ein Siliziumsubstrat, ist mit z.B. der Quelle 2, Gate-Oxidschicht 3, Ableitung 4, Elektrode 5 und dielektrische Schicht 6 versehen, und auf der dielektrischen Schicht ist eine dielektrische Schichtvorrichtung 7 (strukturiert auf z.B. eine Siliziumoxidschicht) gebildet. Die dielektrische Schichtvorrichtung 7 ist mit einer ersten dielektrischen Schichtlage 9 versehen, die einen Verdrahtungsbereich 10 aufweist, der mit einem Kontaktstecker 8 der dielektrischen Schichtvorrichtung 7 verbunden ist. Die zweite dielektrische Schichtlage 12 ist auf der dielektrischen Schichtlage 9 bereitgestellt. Der Verdrahtungsbereich 10 in der zweiten dielektrischen Schichtlage 9 ist mit einem Verdrahtungsbereich 13 in der zweiten dielektrischen Schichtlage 12 über eine Übertragungsstelle 11 verbunden. Die zweite dielektrische Schichtlage 12 ist durch eine abschließende Schutzschicht 14 geschützt. Die abschließende Schutzschicht 14 ist gewöhnlich aus einem Siliziumnitrid oder dgl. aufgebaut.

Die dielektrische h-BN-Schichtlage der vorliegenden Erfindung weist eine Schichtdicke von bevorzugt 0,1 bis 1,0 &mgr;m oder bevorzugter 0,35 &mgr;m auf (3.500 Å) auf. Die dielektrische Schichtlage gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Typ, der durch Verringerung der Dielektrizitätskonstante einer konventionellen dielektrischen Schichtlage erhalten wird. Die dielektrische Schichtlage der vorliegenden Erfindung kann jedoch wie die konventionelle Schichtlage verwendet werden und kann auch verwendet werden beispielsweise als ein Substrat, eine dielektrische Schichtvorrichtung und eine Endschutzschicht, die herkömmlich verwendet werden. Als Verdrahtungsmetalle können Kupfer oder eine Aluminiumlegierung, wie gewöhnlich, verwendet werden.

Gemäß der 0,18 &mgr;m Designregel ist die Leitungsverzögerung, wenn Aluminiumlegierung als ein Verdrahtungsmaterial und SiO2 (spezifische Induktivität: 4,5) als ein dielektrisches Schichtmaterial verwendet wird, 18 ps (siehe z.B. "LATEST TREND OF SEMICONDUCTOR PERIPHERAL MATERIALS" (1999) S. 19, Toray Research Center). Wenn das h-BN gemäß der vorliegenden Erfindung als eine dielektrische Schichtlage verwendet wird, kann eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit erwartet werden, und die Leitungsverzögerung ist in diesem Fall nahe bei etwa 10 ps, was einer Leitungsverzögerung entspricht, die erhalten wird, wenn Kupfer als Verdrahtungsmaterial und ein Isoliermaterial mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante als Isoliermaterialschicht verwendet wird.

Die h-BN-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine reduzierte Anzahl an Bindungen (NH) zwischen Stickstoffatom und Wasserstoffatom und an Bindungen (BH) zwischen Boratom und Wasserstoffatom aufweist. Die Anzahl an Wasserstoffbindungen kann durch die Fourier-Transform-Infrarot-Absorptionsspektroskopie-Methode (FTIR) ermittelt werden und ist auf 4 mol% oder weniger limitiert, bevorzugt 0,1 mol% oder weniger, in der h-BN-Schicht. Die Verringerung der Anzahl an Wasserstoffbindungen, wie BH und NH, macht es möglich, eine niedrige Dielektrizitätskonstante insbesondere eine so geringe spezifische Induktivität von 3,0 oder weniger zu erzielen.

Außerdem ist die h-BN-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Abstand aufweist, der sich in Richtung der c-Achse verlängert. Der Abstand kann gemessen werden durch Röntgendiffraktion (XRD) oder unter Verwendung eines Elektronenmikroskops vom Transmissionstyp (TEM) (siehe z.B. JCPDS-Karte Nr. 34–421). Der Abstand eines gewöhnlichen h-BN ist 3,3 Å in Richtung der c-Achse, 2,2 Å in Richtung der a-Achse und 2,2 Å in Richtung der b-Achse. Verglichen mit dem Abstand des gewöhnlichen h-BN ist der Abstand des h-BN gemäß der vorliegenden Erfindung in Richtung der c-Achse um bevorzugt 5 bis 30% verlängert, bevorzugter 10 bis 20% und besonders bevorzugt 15%, und in Richtung der a-Achse bevorzugt 5% oder weniger und bevorzugter 3% oder weniger. Es wird angenommen, dass sich, wenn der Abstand in Richtung der c-Achse verlängert ist, die Dichte der h-BN-Schicht verringert, und dadurch die Dielektrizitätskonstante verringert wird.

Die h-BN-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die c-Achse in einer Richtung parallel zum Substrat verlängert. 2A zeigt eine konventionelle h-BN-Schicht, und 2B zeigt die h-BN-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung. Obwohl die konventionelle h-BN-Schicht hexagonal ist, ist die Orientierungsrichtung beliebig und dadurch ist die h-BN-Schicht nahezu amorph. Andererseits ist die h-BN-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung ein hexagonales System, worin die c-Achse in einer Richtung parallel zu dem Substrat ausgerichtet ist. Wenn die Richtung der c-Achse horizontal ist, kann die Rotation in gleicher Ebene erzeugt werden. Die Kristallstruktur der h-BN-Schicht kann mit einem Elektronenmikroskop vom Transmissionstyp (TEM) gemessen werden (siehe z.B. T. A. Friedmann et al., Thin Solid Films, 237 (1994) 48–56). Der Gehalt an h-BN, worin die Richtung der c-Achse parallel zu dem Substrat verläuft, ist bevorzugt 30 mol% oder mehr und bevorzugter 70 mol% oder mehr. Es wird angenommen, dass, wenn in der h-BN-Schicht die Richtung der c-Achse parallel zu dem Substrat verläuft, die Polarisierbarkeit der gesamten Schicht reduziert ist, wodurch die Dielektrizitätskonstante reduziert wird.

Es wird erwartet, dass eine Reduktion der Anzahl an Bindungen (NH) zwischen Stickstoffatom und Wasserstoffatom und Bindungen (BH) zwischen Boratom und Wasserstoffatom, die Verlängerung der Ebenenrichtung in c-Achsen-Richtung und die zum Substrat parallele Ausrichtung der c-Achsen-Richtung zu einer Reduzierung der Dielektrizitätskonstanten der h-BN-Schicht beitragen. Die Dielektrizitätskonstante kann durch Kombination dieser Maßnahmen noch mehr verringert werden.

Spezifische Induktivität der h-BN-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann noch mehr reduziert werden durch Einbringung von Wasserstoff durch Ionenimplantation, um eine Unordnung der Verbundenheit der Moleküle zu verursachen, wodurch eine weitere Reduzierung der spezifischen Induktivität ermöglicht wird. Die Unordnung der Verbundenheit von Molekülen kann unter Verwendung eines Elektronenmikroskops vom Transmissionstyp (TEM) gemessen werden (siehe z.B. T. A. Friedmann et al., Thin Solid Films, 237 (1994) 48–56). Um die spezifische Induktivität zu verringern, ist es effektiv, dass der Grad an Unordnung der Verbundenheit bevorzugt ein Maximum von etwa 50 Molekülen darstellt und bevorzugter ein Maximum von etwa 15 Molekülen. Es wird angenommen, dass die Polarisierbarkeit der gesamten Schicht weiter verringert wird, als wenn keine Unordnung der Moleküle vorliegt, und die Dielektrizitätskonstante wird verringert, indem die Verbundenheit von Molekülen in Unordnung gebracht wird.

Außerdem lässt es die h-BN-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung zu, dass amorphes BN (&agr;-BN) durch Einführen von Wasserstoff durch Ionenimplantation eingemischt wird, wodurch es möglich wird, dass die Dielektrizitätskonstante verringert wird. Die Menge an vorliegendem amorphen BN kann unter Verwendung eines Elektronenmikroskops vom Transmissionstyp (TEM) gemessen werden (siehe z.B. T. A. Friedmann et al., Thin Solid Films, 237 (1994), 48–56). Die Menge an amorphem BN, das eingemischt werden soll, ist bevorzugt 40 mol% oder weniger.

Außerdem lässt es die h-BN-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung zu, dass c-BN durch Einführen von Wasserstoff durch Ionenimplantation eingemischt wird, wodurch es ermöglicht wird, dass die Dielektrizitätskonstante verringert wird. Die Menge an vorliegendem c-BN kann unter Verwendung eines Elektronenmikroskops vom Transmissionstyp (TEM) gemessen werden (siehe z.B. T. A. Friedmann et al., Thin Solid Films, 237 (1994), 48–56). Die Menge an c-BN, das eingemischt werden soll, ist bevorzugt 40 mol% oder weniger.

Obwohl es erlaubt ist, dass &agr;-BN und c-BN nebeneinander vorliegen, ist es bevorzugt, dass die beiden in einer Menge von insgesamt 40 mol% in der h-BN-Schicht vorliegen.

Es wird angenommen, dass sich die Polarisationsfähigkeit der gesamten Schicht und sich die Dielektrizitätskonstante verringern, wenn es zugelassen wird, dass &agr;-BN und das c-BN nebeneinander vorliegen.

Als nächstes wird ein Apparat und ein Verfahren zur Herstellung der h-BN-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt.

Das Ionenabscheidungsverfahren, das in der vorliegenden Erfindung angewendet wird, meint ein Abscheidungsverfahren, das die Bestrahlung von Stickstoffionen oder gemischten Ionen aus Stickstoff und Edelgas und die Abscheidung einer Borversorgungsquelle unter Vakuum beinhaltet. Das Vakuum bedeutet hier eines, das die Abscheidung ermöglicht, und gewöhnlich wird ein Vakuum im Bereich von 10–3 und 10–8 Torr verwendet.

3 zeigt ein Beispiel für einen Apparat, der in der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung einer BN-Schicht unter Verwendung eines Ionenabscheidungsverfahrens angewendet wird. Die Vakuumkammer 15 ist eine Kammer, die Vakuumbedingungen halten kann und, obwohl nicht gezeigt, durch eine Auslassöffnung 15A mit einer Vakuumquelle verbunden ist. Der Basismaterialhalter 16 ist in der Vakuumkammer 15 angebracht. Dieser Basismaterialhalter 16 wird durch Kühlwasser, eingeleitet aus einer Kühlspeisung und Abschlussleitung 16A, gekühlt, um das Basismaterial 17, das an dem Halter 16 angebracht ist, auf einer bestimmten Temperatur zu halten. Gemischte Ionen, erhalten durch das gemischte Ionisierungsgas aus Edelgas und Stickstoff, lässt man auf das Basismaterial aus einer Ionenquelle 19 auftreffen, und gleichzeitig wird Bor (B) auf einer Verdampfungsquelle 18 auf dem Basismaterial 17 abgeschieden. Diese Verfahren stellt sicher, dass eine h-BN-Schicht, die eine Zusammensetzung mit einem B/N-Verhältnis von 0,9 bis 1,1 aufweist, auf dem Substrat hergestellt werden kann.

Das vorher erwähnte Edelgas kann Argon oder Krypton sein. Als Stickstoffversorgungsquelle wird Stickstoff oder dgl. ohne Bindung zwischen einem Stickstoffatom und einem Wasserstoffatom anstatt von Ammoniak (NH3) oder dgl., der eine Bindung zwischen einem Stickstoffatom und einem Wasserstoffatom aufweist, verwendet. Bezüglich des Verhältnisses zwischen dem Edelgas und Stickstoff, die gemischt werden sollen, ist Stickstoff in dem gemischten Gas in einer Menge von 20 Vol% oder mehr und bevorzugt 50 bis 90% enthalten. Das gemischte Gas aus Edelgas und Stickstoff wird verwendet, um die Dissoziationsfähigkeit von Stickstoff zu erhöhen. Als Borversorgungsquelle für die Zuführung von Bordampf auf das Basismaterial 17 wird eine Borversorgungsquelle ohne Bindung zwischen einem Boratom und einem Wasserstoffatom anstatt von Diboran (B2H6), das eine Bindung zwischen einem Boratom und einem Wasserstoffatom aufweist, verwendet. Bevorzugte Beispiele für die Borversorgungsquelle können metallisches Bor beinhalten.

Beispiele für die Ionenquelle 19 beinhalten eine Ionenquelle vom Kaufmanntyp und eine Ionenquelle vom Mikrowellenentladungstyp. Als Beispiele für die Verdampfungsquelle 18 wird eine Elektronenstrahlverdampfungsquelle angegeben.

Die Temperatur des Basismaterials 17 wird bevorzugt bei Raumtemperatur bis 200°C durch Kühlen unter Verwendung von Kühlwasser, das durch die Kühlzuführungs- und Abflussleitung 16A eingeführt wird, gehalten. Weil in der vorliegenden Erfindung eine Stickstoffversorgungsquelle und eine Borversorgungsquelle verwendet werden, die weder BH-Bindung noch NH-Bindung enthalten, wird in der BN-Schicht, die gebildet werden soll, keine Wasserstoffbindung (BH und NH) erzeugt, und außerdem kann die Temperatur des Basismaterials niedrig gehalten werden, so dass keine Verschlechterung von Metallverdrahtungen verursacht wird. Dadurch kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Metallverdrahtung angewendet werden.

Die vorliegende Erfindung wird hier im folgenden im Detail durch Beispiele erklärt, die jedoch nicht dazu gedacht sind, die vorliegende Erfindung zu limitieren.

BEISPIEL 1:

Es wurde ein Apparat zur Herstellung einer BN-Schicht unter Verwendung eines Ionenabscheidungsverfahren, wie in 3 gezeigt, verwendet. Ein p-Typ-Siliziumsubstrat wurde als ein Substrat 17 an einen Basismaterialhalter 16 in einer Vakuumkammer 15 befestigt. Ionen (Flussgeschwindigkeit = 5 sccm), erhalten durch Mischen von Argon mit Stickstoff (N) in einem Verhältnis von 64:36, wurde gestattet, auf das Siliziumsubstrat (Substrattemperatur: 200°C) aus einer Ionenquelle vom Kaufmanntyp als eine Ionenquelle 19 bei einer Beschleunigungsspannung von 0,5 kV aufzutreffen, und gleichzeitig wurde Bor (B) aus einer Elektronenstrahlverdampfungsquelle als Verdampfungsquelle 18 mit einer Geschwindigkeit von 0,5 Å/s zugeführt, um eine h-BN-Schicht, die eine Zusammensetzung mit einem B/N-Verhältnis von 1 aufweist, zu erzeugen. Der Vakuumgrad in der Vakuumkammer 1 während der Filmbildung wurde auf 1,0 × 104 Torr gesetzt.

Die Ergebnisse der Messung der resultierenden h-BN-Schicht unter Verwendung von Infrarot-Absorptionsspektrometrie (FTIR) sind in 4 gezeigt. Wie aus 4 deutlich wird, wird keine NH-Bindung (3.340 cm–1) im Bereich A von 4 und keine BH-Bindung (2.520 cm–1) im Bereich B der 4 gefunden.

Die spezifische Induktivität &egr; der resultierenden h-BN-Schicht wurde aus dem Ergebnis von Kapazitätsspannungs-(CV)-Messung berechnet (siehe z.B. M. Z. Karim et al., Surface and Coatings Technology, 60 (1993) 502–505). Die spezifische Induktivität &egr; betrug 2,4.

Der Abschnitt der resultierenden h-BN-Schicht wurde mit einem Elektronenmikroskop vom Transmissionstyp (TEM) untersucht, wodurch gefunden wurde, dass der Abstand in Richtung der c-Achse um 3,73 Å vom gewöhnlichen Abstand 3,3 2,5 Å verlängert war. Zu diesem Zeitpunkt war die c-Achsen-Richtung des h-BN parallel zum Siliziumsubstrat.

BEISPIEL 2:

Eine andere h-BN-Schicht wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die resultierende h-BN-Schicht wurde mit Wasserstoffionen unter solchen Bedingungen implantiert, dass die Energie 15 keV betrug und die zu implantierende Menge 1 × 1016 cm–2 war. Danach wurde eine CV-Messung durchgeführt, um die spezifische Induktivität zu berechnen, wodurch &egr; = 2,2 gefunden wurde. Außerdem wurde der Abschnitt der resultierenden h-BN-Schicht unter Verwendung eines TEM's untersucht, um zu ermitteln, dass der Abstand in der Richtung der c-Achse von dem gewöhnlichen Abstand 3,3 2,5 Å auf 3,73 Å verlängert war. Die Periodizität des Kristalls war weniger als etwa 60 Å, und &agr;-BN und c-BN lagen nebeneinander vor. Zu dem Zeitpunkt war die Richtung der c-Achse des h-BN parallel zum Siliziumsubstrat.

In Beispielen 1 und 2 wurde eine Gasquelle verwendet, die keine Wasserstoffbindung enthielt, weil sie Wasserstoff ausschloss, und eine Gasquelle (Stickstoff) wurde ionisiert und beschleunigt, um Energie bereitzustellen. Daher konnte die h-BN-Schicht bei einer so niedrigen Substrattemperatur wie 200°C erzeugt werden. Außerdem war der Abstand der h-BN-Schicht in der Richtung der c-Achse von 3,3 Å auf 3,7 Å verlängert, und die Richtung der c-Achse der h-BN-Schicht war parallel zum Substrat. Dadurch war der spezifische induktive kapazitive Widerstand der h-BN-Schicht auf 2,4 verringert.

Außerdem wurden Wasserstoffionen in die erhaltene h-BN-Schicht durch Ionenimplantation eingebaut, wodurch die Unordnung der Kristallperiodizität verursacht wurde, &agr;-BN und C-BN nebeneinander vorlagen und die spezifische Induktivität der h-BN-Schicht weiter auf 2,2 verringert wurde.

Wie oben erwähnt, wird die h-BN-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung als eine dielektrische Schichtlage mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante als eine Siliziumoxidschicht (&egr; = 4 bis 4,5) verwendet, wodurch die Herstellung einer Vorrichtung, die höher integriert ist, ermöglicht wird.

Als nächstes wird in den zweiten bis vierten Ausführungsformen, die unten beschrieben werden, ein Plasma-CVD-Apparat, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, im Detail erklärt.

5 ist eine Ansicht, die die Strukturen der zweiten bis vierten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Figur ist ein Plasma-CVD-Apparat zur Erzeugung einer viellagigen Schicht auf einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung von Plasmadampfanregung gezeigt. Dieser Plasma-CVD-Apparat ist ein System, in dem Rohgas, bestehend aus Elementen, die die dünne Schicht aufbauen, zu einem Halbleiterwafer zugeführt wird, um die gewünschte dünne Schicht durch eine chemische Reaktion zu erzeugen, die entweder in einer Dampfphase oder auf der Oberfläche der Halbleitervorrichtung abläuft. Plasmaentladung wird angewendet, um Gasmoleküle anzuregen.

In 5 sind Düsen 21 und 22 zur Emittierung des Rohgases auf der Innenoberfläche eines Reaktionsgefäßes 20 angebracht. Aus der Düse 21 werden 100% N2, 100% NH3 oder N2+NH3 als Rohgas, das aus einer Bombe (nicht gezeigt) zugeführt wird, bei einer Gesamtflussgeschwindigkeit von 100 bis 1.000 sccm freigesetzt. Außerdem wurde von der Düse 22 B2H6, mit H2O, N2, He, Ar oder dgl. auf eine Konzentration von 5% oder weniger verdünnt, als Rohgas, das aus einer Bombe (nicht gezeigt) zugeführt wurde, bei einer Gesamtflussgeschwindigkeit von 100 bis 1.000 sccm freigesetzt.

Die RF-Elektrode 23 ist oben auf dem Reaktionsgefäß 20 angebracht und mit einer Hochfrequenzleistungsquelle 24 verbunden. Eine Biaselektrode 25 ist in dem Reaktionsgefäß 20 auf eine Weise angebracht, dass sie der RF-Elektrode 23 gegenüberliegt und mit einer Hochfrequenzleistungsquelle 26 verbunden ist. Diese RF-Elektrode 23 und Biaselektrode 25 dienen dazu, ein elektrisches Feld zu erzeugen. Die RF-Leistung der RF-Elektrode 23 ist 1 kW oder mehr, und die Biasleistung der Biaselektrode 25 ist 0,5 kW oder mehr.

Die magnetische Feldspule 27 ist um das Reaktionsgefäß 20 gewickelt und arbeitet so, dass sie ein rotierendes horizontales Magnetfeld (10 bis 300 Gauß) erzeugt. Ein Halbleiterwafer 28 mit einem Durchmesser von 12 inch ist auf der Biaselektrode 25 auf eine Weise angebracht, dass er in einem rechten Winkel zum obigen elektrischen Feld steht. Auf der Oberfläche des Halbleiterwafers 28 wird eine BN-Schicht 29 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität durch ein später beschriebenes Verfahren erzeugt. Hier bedeutet die BN-Schicht mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante eine Schutzschicht, die aus einer Borquelle (B): B2H6 oder BCl3 und einer Stickstoffquelle (N): N2 oder NH3 aufgebaut ist und eine niedrige Dielektrizitätskonstante besitzt. Es ist auch zu bemerken, dass die Magnetfeldspule 27 nicht wesentlich ist.

6 ist eine Ansicht, die die Struktur einer Halbleitervorrichtung 100 zeigt, die in den zweiten bis vierten Ausführungsformen hergestellt wurde. In der Halbleitervorrichtung 100, die in dieser Figur gezeigt ist, sind die Basistransistoren 101, 101, ... jeweils durch eine Zwischen-Element-Isolationsschicht 102 isoliert. Die dielektrische Verdrahtungsunterschicht 103, wie BPSG (Bor-Phospho-Silikat-Glas), ist auf der Oberfläche aller Basistransistoren 101, 101, ... gebildet.

Die Metallverdrahtung 104 ist auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungsunterschicht 103 gebildet und mit dem Basistransistor 101 durch das Zwischen-Verdrahtungsmetall 105 verbunden, das in einem Kontaktloch die dielektrische Verdrahtungsunterschicht 103 durchdringt. Darüber hinaus ist eine dielektrische Verdrahtungszwischenschicht 106 auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungsunterschicht 103 gebildet (Metallverdrahtung 104). Die dielektrische Verdrahtungszwischenschicht 106 ist aus einem Material mit einer niedrigen spezifischen Induktivität aufgebaut, um die Parasitärkapazität zu verringern. Auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106 wurde eine BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität als eine Schutzschicht gebildet.

Die Metallverdrahtung 108 wurde auf der Oberfläche der BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität erzeugt und ist mit der Metallverdrahtung 104 durch ein Verdrahtungszwischenmetall 109 verbunden, das in einem Kontaktloch gebildet, welches die dielektrische Verdrahtungszwischenschicht 106 und die BN-Schicht 1O7 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität durchdringt. Darüber hinaus wird die dielektrische Verdrahtungszwischenschicht 110 auf der Oberfläche der BN-Schicht 107 (Metallverdrahtung 108) mit einer niedrigen spezifischen Induktivität erzeugt. Auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 110 ist die BN-Schicht 111 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität als eine Schutzschicht gebildet. Diese dielektrische Verdrahtungszwischenschicht 110 ist zusammengesetzt aus einem Material mit einer niedrigen spezifischen Induktivität, um die Parasitärkapazität zu verringern.

Die Metallverdrahtung 112 ist auf der Oberfläche der BN-Schicht 111 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität gebildet und mit der Metallverdrahtung 108 durch ein Verdrahtungszwischenmetall 113 verbunden, das in einem Kontaktloch gebildet ist, das die dielektrische Verdrahtungszwischenschicht 110 und die BN-Schicht 111 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität durchdringt. Die Halbleitervorrichtung 100 ist so hergestellt, dass sie auf diese Weise eine viellagige Struktur besitzt.

Als nächstes wird das Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf das in 7 gezeigte Flussdiagramm erklärt. Dieses Verfahren zur Herstellung einer BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität, die hauptsächlich in 6 gezeigt ist, wird im wesentlichen hier im folgenden erklärt. In diesem Fall setzen die Erklärungen voraus, dass die Struktur bis zur dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106, wie in 6 gezeigt, auf einem Halbleiterwafer 28, wie in 5 gezeigt, gebildet wurde. Das Verdrahtungszwischenmetall 109 ist jedoch nicht gebildet worden.

Bei dem in 7 gezeigten Schritt SA1 wird eine Schicht mit einer niedrigen spezifischen Induktivität auf der Oberfläche des Halbleiterwafers 28 erzeugt (dielektrische Verdrahtungszwischenschicht 106). Speziell werden aus der Düse 21 100% N2, 100% NH3 oder N2+NH3 als Rohgas emittiert, das aus einer Bombe (nicht gezeigt) bei einer Gesamtflussgeschwindigkeit von 100 bis 1.000 sccm zugeführt wird. Ferner wird aus der Düse 22 B2H6, das mit H2, N2, He, Ar oder dgl. auf eine Konzentration von 5% oder weniger verdünnt wurde, bei einer Gesamtflussgeschwindigkeit von 100 bis 1.000 sccm emittiert. Durch das obige Verfahren wird das obige Rohgas in dem Reaktionsgefäß 20 gemischt, und eine Schicht mit einer niedrigen spezifischen Induktivität wird auf der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106 gebildet.

Bei Schritt SA2 wird solch eine Wärmebehandlung durchgeführt, dass der Halbleiterwafer 28 in dem Reaktionsgefäß 20 auf 300 bis 400°C durch eine Wärmeeinheit (nicht gezeigt) erwärmt wird. Durch diese Wärmebehandlung wird die BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106 in Schritt SA3 gebildet. Die spezifische Induktivität der BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität ist auf 2,2 gesetzt. Außerdem besitzt die BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität im wesentlichen eine hexagonale Kristallstruktur sowie eine Zusammensetzung mit dem Verhältnis [B]/[N] = 1. Ferner ist die Filmdicke der BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität so eingestellt, dass sie 20 bis 100 nm ist, genug um als Schutzschicht wirksam zu sein.

In Schritt SA4 wird Ätzen durchgeführt, um ein Kontaktloch sowohl in der BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität als auch der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106 zu bilden. In Schritt SA5 wird das Verdrahtungszwischenmetall 109 in das geformte Kontaktloch eingebettet. In Schritt SA6 wird die Oberfläche durch CMP poliert. In Schritt SA7 wird die Metallverdrahtung 108 auf der Oberfläche der BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität gebildet. Das Verfahren, das einschließlich und nacheinander nach Schritt SA1 die Schritte beinhaltet, wird wiederholt, um die Halbleitervorrichtung 100 mit einer viellagigen Schichtstruktur, wie in 6 gezeigt, herzustellen.

Es soll angemerkt werden, dass die zweite Ausführungsform eine Struktur besitzen kann, in der die dielektrischen Schichten 103, 106 und 110, wie in 6 gezeigt, aus der oben erwähnten Borquelle (B) und Stickstoffquelle (N) zusammengesetzt sind, und diese Schichten werden als BN-Schichten mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante verwendet.

Wie oben erwähnt, wird in der zweiten Ausführungsform der Halbleiterwafer 28 erwärmt, nachdem die Schicht mit einer niedrigen spezifischen Induktivität auf der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106 erzeugt wurde, um die BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106 zu bilden. Dadurch kann die Beständigkeit gegenüber Sauerstoffplasma, die mechanische Festigkeit, thermische Diffusionsfähigkeit, Feuchtigkeitsabsorption und Durchlässigkeitsfähigkeit, Wärmebeständigkeit und Sperrwirkung gegenüber der Diffusion von Verunreinigungen mehr als gewöhnlich verbessert werden.

Ferner kann die Erzeugung einer Schicht mit einer niedrigen spezifischen Induktivität und die Wärmebehandlung kontinuierlich in einem Reaktionsgefäß 20 durchgeführt werden, und dadurch kann das Verfahren verkürzt werden.

In der zweiten Ausführungsform ist ein Beispiel beinhaltet, worin die BN-Schichten 107 und 111 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität in dem Reaktionsgefäß 20 erzeugt werden. Jedoch können die dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106 und 110 in dem Reaktionsgefäß 20 gebildet werden. Dieser Fall wird als dritte Ausführungsform hier im folgenden erklärt.

Das Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm, das in 8 gezeigt ist, erklärt. Ein Verfahren zur Bildung der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106 und der BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität, hauptsächlich in 6 gezeigt, wird hier im folgenden zunächst erklärt. In diesem Fall setzten die Erklärungen voraus, dass die Struktur bis zur dielektrischen Verdrahtungsunterschicht 103 und der Metallverdrahtung 104, wie in 6 gezeigt, auf dem Halbleiterwafer 8, wie in 5 gezeigt, gebildet werden.

Bei in 8 gezeigten Schritt SB1 wird die dielektrische Verdrahtungszwischenschicht 106 auf der Oberfläche (dielektrische Verdrahtungsunterschicht 103 und Metallverdrahtung 104) des Halbleiterwafers 28 in dem Reaktionsgefäß 20 durch das gut bekannte CVD-Verfahren gebildet. In Schritt SB2 wird die BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106 durch die oben erwähnten Schritte SA1 bis SA3 (siehe 7) erzeugt.

Schritte SB3 bis SB6 sind dieselben wie Schritte SA4 bis SA7 (siehe 7), und daher wird auf ihre Erklärung verzichtet. Das Verfahren, das einschließlich und nacheinander mach Schritt SB1 die Schritte beinhaltet, wird wiederholt, um die Halbleitervorrichtung 100 mit einer viellagigen Schichtstruktur, wie in 6 gezeigt, herzustellen.

Wie oben erwähnt, kann gemäß der dritten Ausführungsform die Bildung der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106 und die Bildung der BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität kontinuierlich in dem Reaktionsgefäß 20 durchgeführt werden, und daher kann das Verfahren weiter verkürzt werden.

In der zweiten Ausführungsform ist ein Beispiel beinhaltet, worin die BN-Schichten 107 und 111 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität in dem Reaktionsgefäß 20 gebildet werden. Eine Durchführung, um die dielektrischen Verdrahtungszwischenschichten 106 und 110 porös zu machen, kann jedoch auch in dem Reaktionsgefäß 20 durchgeführt werden. Dieser Fall wird als eine vierte Ausführungsform hier im folgenden erklärt.

Herstellungsverfahren der vierten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm, das in 9 gezeigt ist, erklärt. Ein Verfahren, um die dielektrische Verdrahtungszwischenschicht 106 porös zu machen, und ein Verfahren zur Bildung der BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität, hauptsächlich in 6 gezeigt, werden hier im folgenden zunächst erklärt. In diesem Fall setzen die Erklärungen voraus, dass die Struktur bis zur dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106, wie in 6 gezeigt, auf dem Halbleiterwafer 28, wie in 5 gezeigt, gebildet wurde. Das Verdrahtungszwischenmetall 109 ist jedoch nicht erzeugt worden.

Bei dem in 9 gezeigten Schritt SC1 wird eine Schicht mit einer niedrigen spezifischen Induktivität auf der Oberfläche (dielektrische Verdrahtungszwischenschicht 106), des Halbleiterwafers 28 auf dieselbe Weise wie in Schritt SA1 (siehe 7) gebildet. Bei Schritt SC2 wird die dielektrische Verdrahtungszwischenschicht 106 durch Verwenden eines gut bekannten Porositäts-fördernden Verfahrens porös gemacht. Dieser Schritt stellt sicher, dass die Dichte der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106 verringert wird, wodurch die spezifische Induktivität der Schicht 106 erniedrig wird.

Bei Schritt SC3 wird die BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106 auf dieselbe Weise wie in den Schritten SA2 und SA3 (siehe 7) gebildet. Schritte SC4 bis SC7 sind dieselben wie die Schritte SA4 bis SA7 (siehe 7) und daher wird auf ihre Erklärung verzichtet. Das Verfahren, das die Schritte einschließlich und nacheinander nach dem Schritt SC1 beinhaltet, wird wiederholt; um die Halbleitervorrichtung 100 mit einer viellagigen Schichtstruktur, wie in 6 gezeigt, herzustellen.

Wie oben erwähnt, wird gemäß der vierten Ausführungsform die dielektrische Verdrahtungszwischenschicht 106 porös gemacht, und die BN-Schicht 107 mit einer niedrigen spezifischen Induktivität wird auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht 106 gebildet. Dadurch kann die Verkürzung des Verfahrens erzielt werden. Darüber hinaus können die Grenzschichtcharakteristiken, die die Schwachpunkte einer porösen Schicht darstellen, verbessert werden, und die Verschlechterung der Schichtqualitäten und hohe hygroskopische Eigenschaften, hervorgerufen durch Filmbildung, Ätzen und Veraschung können limitiert werden.

Wie oben dargestellt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Halbleiterwafer erwärmt, nachdem eine Schicht mit einer niedrigen spezifischen Induktivität auf der Oberfläche einer dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht gebildet wurde, um eine Schutzschicht auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht zu bilden. Daher erzeugt die Erfindung solch eine Wirkung, dass die Beständigkeit gegenüber Sauerstoffplasma, die mechanische Festigkeit, thermische Diffusionsfähigkeit, Feuchtigkeitsabsorption und Durchlässigkeitsfähigkeit, Wärmebeständigkeit und Sperrwirkung gegenüber der Diffusion von Verunreinigungen mehr verbessert werden kann als gewöhnlich.

Ferner kann die Bildung einer Schicht mit einer niedrigen spezifischen Induktivität und die Wärmebehandlung kontinuierlich durchgeführt werden. Daher kann die Erfindung solch eine Wirkung hervorrufen, dass das Verfahren verkürzt werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Bildung der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht und die Bildung einer Schutzschicht kontinuierlich durchgeführt werden. Die vorliegende Erfindung bewirkt daher solch einen Effekt, dass das Verfahren noch mehr verkürzt werden kann.

Ferner wird die dielektrische Verdrahtungszwischenschicht durch Verwenden einer Porositäts-fördernden Einheit porös gemacht, und eine Schutzschicht wird auf der Oberfläche der dielektrischen Verdrahtungszwischenschicht gebildet. Daher erzeugt die vorliegende Erfindung solch eine Wirkung, dass die Verkürzung des Verfahrens erzielt werden kann, die Grenzschichteigenschaften, die die Schwachpunkte einer porösen Schicht sind, verbessert werden können und die Verschlechterung der Schichtqualitäten und hohe hygroskopische Eigenschaften, hervorgerufen durch Filmbildung, Ätzen und Veraschen, limitiert werden können.

Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die speziellen Ausführungsformen im Hinblick auf eine vollständige und klare Offenbarung beschrieben wurden, sind die beigefügten Ansprüche dadurch nicht limitiert, sondern sollen so verstanden werden, dass alle Modifizierungen und alternative Konstruktionen beinhaltet sind, die einem Fachmann einfallen und welche ganz unter die grundlegende Lehre, die hier dargestellt wurde, fallen.


Anspruch[de]
  1. Hexagonale Bornitridschicht, worin die Gesamtzahl der Bindungen zwischen Stickstoff- und Wasserstoffatomen und zwischen Bor- und Wasserstoffatomen 4 mol-% oder weniger beträgt.
  2. Hexagonale Bornitridschicht gemäss Anspruch 1, worin die hexagonale Bornitridschicht eine spezifische Induktivität von 3,0 oder weniger aufweist.
  3. Hexagonale Bornitridschicht gemäss Anspruch 1, worin der Abstand in Richtung der c-Achse von 3,3 Å um 5–30% verlängert ist, die Verlängerung des Abstands in Richtung der a-Achse von 2,2 Å jedoch auf innerhalb von 5% beschränkt ist, und worin die Richtung der c-Achse parallel zum Substrat verläuft.
  4. Dielektrische Schichtlage, die eine hexagonale Bornitridschicht gemäss Anspruch 1 umfasst.
  5. Dielektrische Schichtlage gemäss Anspruch 4, worin das hexagonale Bornitrid 40 mol-% oder weniger amorphes Bornitrid, 40 mol-% oder weniger kubisches Bornitrid oder 40 mol-% oder weniger amorphes Bornitrid und kubisches Bornitrid enthält.
  6. Verfahren zur Herstellung einer hexagonalen Bornitridschicht gemäss Anspruch 1 unter Verwendung eines Ionenabscheidungsverfahrens, das die Bestrahlung mit gemischten Ionen, bestehend aus Stickstoffionen oder Stickstoff und Edelgas, und die Abscheidung einer Borversorgungsquelle im Vakuum beinhaltet, wobei das Verfahren die Verwendung einer Stickstoffversorgungsquelle und einer Borversorgungsquelle umfasst, die keine Bindungen zu Wasserstoffatomen enthalten.
  7. Verfahren zur Herstellung einer hexagonalen Bornitridschicht gemäss Anspruch 6, worin die Schichtbildungstemperatur des Substrats so ausgelegt ist, dass sie 200°C oder weniger beträgt.
  8. Verfahren zur Herstellung einer hexagonalen Bornitridschicht gemäss Anspruch 6, worin das Verfahren ferner einen Schritt der Einführung von Wasserstoff durch Ionenimplantation umfasst.
Es folgen 9 Blatt Zeichnungen






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