DE60114383T2 - Verfahren und vorrichtung zur plasmabeschichtung - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Abscheiden eines Isolierfilms mit einer geringen dielektrische Konstante eines Siliziumoxid-Films, zu dem ein vorher festgelegtes Material hinzugefügt wird.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Als eine herkömmliche Zwischenlage aus einem dielektrischen Film einer Vorrichtung ist ein Siliziumoxid-Film (SiO2-Film) verwendet worden. Als eine der Techniken zum Abscheiden eines SiO2-Films gibt es ein Verfahren, welches ein plasmaverarbeitendes System mit parallelen Platten zum Anlegen einer Hochfrequenzenergie zwischen oberen und unteren Elektroden verwendet, die zueinander parallel sind, um Plasma zu erzeugen, um einen dünnen Film mit dem Plasma abzuscheiden. Als Stand der Technik, der dieses System verwendet, gibt es z.B. das japanische Patent Nr. 2,774,367. Dieses Patent offenbart, dass die Frequenz eines Hochfrequenzenergie-Versorgungsgeräts, das an die obere Elektrode angeschlossen wird, auf einen Wert von 100 MHz oder mehr eingestellt wird, und die Frequenz eines Hochfrequenzenergie-Versorgungsgeräts, das an die untere Elektrode angeschlossen wird, auf einen Wert im Bereich von 10 MHz bis 50 MHz eingestellt wird, um eine Hochfrequenzenergie zwischen beiden Elektroden anzulegen, um das Plasma eines Silan enthaltenden Gases und von Sauerstoffgas zu erzeugen, um einen SiO2-Film abzuscheiden.
  • Um den Betrieb von Vorrichtungen weiter zu beschleunigen, ist es in den letzten Jahren erforderlich, dass die dielektrische Konstante (relative dielektrische Konstante) einer Zwischenlage aus einem dielektrischen Film verringert wird. Die dielektrische Konstante (relative dielektrische Konstante) eines SiO2-Films, die herkömmlicherweise verwendet worden ist, beträgt ungefähr 0,4, was einem solchen Erfordernis nicht genügt, so dass erwünscht ist, dass ein Isolierfilm mit einer kleinen dielektrischen Konstante verfügbar gemacht wird. Deshalb hat der Erfinder Isolierfilme untersucht, die einen SiO2-Film als einen hauptsächlichen Bestandteil und andere Bestandteile enthalten, und die eine kleinere dielektrische Konstante aufweisen als der SiO2-Film, z.B. SiOF-Filme, die Fluor (F) enthalten, und SiCHO-Filme, die Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) enthalten.
  • Die „Patent Abstracts of Japan", Band 1999, Nr. 03, 31. März 1999 und das Dokument JP 10 340900 A , 22. Dezember 1998, offenbaren ein Plasmaabscheideverfahren unter Verwendung eines plasmaverarbeitenden Systems, das ein Vakuumgefäß, erste und zweite Elektroden, die in dem Vakuumgefäß verfügbar gemacht werden und die einander parallel gegenüber liegen, und erste und zweite Hochfrequenzenergie-Versorgungsgeräte, die in der Lage sind, Hochfrequenzenergien mit verschiedenen Frequenzen an den betreffenden Elektroden anzulegen, umfasst. Ein Abscheidegas wird in den Raum zwischen den Elektroden eingeführt, und es werden eine Hochfrequenzenergie mit einer Frequenz von 13,56 MHz und eine Hochfrequenzenergie mit einer Frequenz von 2 MHz an die ersten bzw. zweiten Elektroden angelegt, um ein Plasma zu erzeugen, um einen Siliziumoxid-Film, der Fluor enthält, auf ein zu verarbeitendes Objekt, das an der ersten Elektrode angebracht ist, abzuscheiden.
  • Falls allerdings ein Isolierfilm dieses Typs durch das oben beschriebene Verfahren aus dem Stand der Technik abgeschieden wird, gibt es ein Problem insofern, als eine große Menge an den anderen Bestandteilen aus dem Film während einer Hitzebehandlung, die später im Hinblick auf einen Halbleiter-Wafer durchgeführt wird, entfernt werden. Falls beispielsweise F aus dem SiOF-Film entfernt wird, wird eine Metallverdrahtung korrodiert, und falls H (Wasserstoff) aus dem SiCHO-Film entfernt wird, akkumuliert H zwischen dem SiCHO-Film und der Metallverdrahtung, so dass die Metallverdrahtung abgelöst wird. Es wird angenommen, dass der Grund dafür ist, dass die Energie von Ionen zu klein ist, um die Anzahl an freien Bindungen (dangling bonds, unbonded hands) zu verringern, so dass die anderen Bestandteile (Mischbestandteile), wie etwa F, das in den SiO2-Film eingemischt ist, leicht entfernt werden.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor genannten Probleme zu beseitigen und ein Plasmaabscheideverfahren verfügbar zu machen, das in der Lage ist, einen Isolierfilm von hoher Qualität mit einer geringen dielektrischen Konstante abzuscheiden.
  • Die vorliegende Erfindung macht ein Plasmabscheideverfahren nach Anspruch 1 verfügbar.
  • Um die zuvor genannten und andere Zwecke zu erfüllen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Abscheiden eines Siliziumoxid-Films verfügbar gemacht, der ein vorher festgelegtes Material enthält, das eine dielektrische Konstante aufweist, die kleiner ist als die dielektrische Konstante eines Siliziumoxid-Films (SiO2-Films), auf ein zu verarbeitendes Objekt unter Verwendung eines so genannten plasmaverarbeitenden Systems mit parallelen Platten, wobei die Frequenz eine Hochfrequenzenergie ist, die an eine erste Elektrode angelegt wird, an die das Objekt angebracht wird, auf einen Wert im Bereich von 2 MHz bis 9 MHz eingestellt wird, und wobei die Frequenz einer Hochfrequenzenergie, die an eine zweite Elektrode angelegt wird, auf einen Wert von 50 MHz oder mehr eingestellt wird. Als Siliziumoxid-Film, der das vorher festgelegte Material enthält, gibt es F-enthaltende Filme (SiOF-Filme), C- und H-enthaltende Filme (SiCHO-Filme) und C-, H- und N-enthaltende Filme (SiCHNO-Filme). Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die entfernte Menge an vorher festgelegtem Material gering, da die Energie von Ionen während der Verarbeitung eine gemäßigte Stärke aufweist, und die Bindungen im Netzwerk sind in dem Film in ausreichendem Maße gebildet, so dass es möglich ist, einen Isolierfilm von hoher Qualität zu erhalten.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird anhand der Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungen der Erfindung verständlicher werden. Allerdings sollen die Zeichnungen die Erfindung nicht auf eine bestimmte Ausführung einschränken, sondern nur zur Erklärung und zum Verständnis dienen.
  • In den Zeichnungen ist:
  • 1 eine Schnittansicht, welche die gesamte Konstruktion eines Plasmaabscheidesystems zeigt, das bei einem bevorzugten Plasmaabscheideverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 2 ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenz einer Hochfrequenzenergie zeigt, die an eine untere Elektrode (eine erste Elektrode) angelegt wird, und der Menge an F, die aus einem SiOF-Film entfernt wird;
  • 3 ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenz einer an die untere Elektrode angelegten Hochfrequenzenergie und der Ätzrate des SiOF-Films zeigt;
  • 4 ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenz einer an die untere Elektrode angelegten Hochfrequenzenergie und der Eigenvorspannung der unteren Elektrode zeigt;
  • 5 eine Darstellung zum Erklären der Eigenvorspannung;
  • 6 ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenz einer an eine obere Elektrode (eine zweite Elektrode) angelegten Hochfrequenzenergie und der Ätzrate des SiOF-Films zeigt;
  • 7 ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenz einer an die obere Elektrode angelegten Hochfrequenzenergie und der Eigenvorspannung der oberen Elektrode zeigt;
  • 8 ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenz einer an die untere Elektrode angelegten Hochfrequenzenergie und der Menge an H, die aus dem SiCHO-Film entfernt wird, zeigt;
  • 9 ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenz einer an die untere Elektrode angelegten Hochfrequenzenergie und der Ätzrate des SiCHO-Films zeigt;
  • 10 ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenz einer an die untere Elektrode angelegten Hochfrequenzenergie und der Menge an H, die aus dem SiCHNO-Film entfernt wird, zeigt;
  • 11 ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenz einer an die untere Elektrode angelegten Hochfrequenzenergie und der Ätzrate des SiCHNO-Films zeigt;
  • 12 ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenz einer an die untere Elektrode angelegten Hochfrequenzenergie und der Menge an H, die aus dem SiCHNO-Film entfernt wird, zeigt;
  • 13 ein charakteristisches Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenz einer an die untere Elektrode angelegten Hochfrequenzenergie und der Ätzrate des SiCHNO-Films zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
  • Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, insbesondere 1, wird nun ein Plasmaabscheidesystem, das bei einem bevorzugten Plasmaabscheideverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, unten beschrieben werden.
  • Dieses Plasmaabscheidesystem weist ein geerdetes zylindrisches Vakuumgefäß 1 aus z.B. Aluminium auf. Am Boden des Vakuumgefäßes 1 wird ein Suszeptor 2 verfügbar gemacht, um darauf ein zu verarbeitendes Objekt, z.B. einen Halbleiter-Wafer (der im Folgenden hier als ein Wafer, d.h. eine Halbleiterscheibe, bezeichnet werden wird), zu stützen. Der Suszeptor 2 dient auch als eine untere Elektrode, die eine erste Elektrode von parallelen Plattenelektroden ist. Der Suszeptor 2 ist aus z.B. Aluminium und weist eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf. Auf der Oberfläche des Suszeptors 2 wird eine elektrostatische Halterung 3 (electrostatic chuck) verfügbar gemacht. Die elektrostatische Halterung 3 umfasst eine Halterelektrode 31, die in eine dünne dielektrische Schicht eingebettet ist. Wenn eine Gleichstrom(DC)-Spannung an die Halterelektrode 31 von einer Gleichstrom-Spannungsquelle 33 über einen Schalter 32 angelegt wird, nimmt die Halterelektrode 31 einen Wafer W elektrostatisch auf. Die elektrostatische Halterung 3 weist eine Vielzahl von hitzeübertragenden Löchern 34 auf, durch die ein hitzeübertragendes Gas, z.B. Heliumgas, aus einer hitzeübertragenden Versorgungsleitung 35 an eine feine Lücke zwischen dem Wafer und der elektrostatischen Halterung zugeführt wird. Ein Stiftheber (nicht gezeigt), der in der Lage ist, die elektrostatische Halterung 3 und des Suszeptor 2 zu passieren, um sich vertikal zu bewegen, wird zum Abgeben des Wafers W verfügbar gemacht.
  • In dem Suszeptor 2 wird ein Kältemitteldurchgang 21 gebildet, damit ein Kältemittel, das von einer Kältemittelversorgungsleitung 22 zugeführt wird, den Kältemitteldurchgang 21 passiert, In dem Suszeptor 2 wird ein Kältemitteldurchgang 21 gebildet, damit ein Kältemittel, das von einer Kältemittelversorgungsleitung 22 zugeführt wird, den Kältemitteldurchgang 21 passiert, um von einer Kältemittelabführleitung 23 abgelassen zu werden. Die Temperatur des Wafers W wird durch z.B. die Temperatur des Kältemittels und die Effizienz der Hitzeübertragung zwischen dem Wafer W und dem elektrostatischen Halter 3 aufgrund des hitzeübertragenden Gases gesteuert. Am peripheren Randbereich am Kopfende des Suszeptors 2 wird ein Ringkörper 24 aus einem Isoliermaterial verfügbar gemacht, um reaktive Ionen wirksam zu veranlassen, in den Wafer W einzutreten.
  • Der Suszeptor 2 wird in eine Öffnung eingeführt, die in der oberen Oberfläche eines flachen zylindrischen Isolierkörpers 25 gebildet ist, damit sie von dem Vakuumgefäß 1 isoliert ist. Eine passende Vorrichtung 41 und ein erstes Hochfrequenzenergie-Versorgungsgerät 4 wird zwischen dem Suszeptor 2, der die untere Elektrode (erste Elektrode) darstellt, und einem Referenzpotential, z.B. der Erde, verfügbar gemacht. Die Frequenz des ersten Hochfrequenzenergie-Versorgungsgeräts 4 wird auf eine vorher festgelegte Frequenz von 2 MHz bis 9 MHz eingestellt.
  • Der Deckenteil des Vakuumgefäßes 1, eine Elektrodenplatte 51, welche die obere Elektrode bildet, die als die zweite Elektrode dient, wird verfügbar gemacht, um dem Suszeptor 2 parallel gegenüber zu liegen. Die Elektrodenplatte 51 ist aus z.B. Aluminium gebildet, das mit SiO2 beschichtet ist, und weist eine große Anzahl von Gasversorgungslöchern 52 auf. Die Elektrodenplatte 51 wird durch einen die Elektrode stützenden Körper 53 aus einem konduktiven Material gestützt. Zwischen der Elektrodenplatte 51 und dem die Elektrode stützenden Körper 53 ist eine Gasdiffusionsplatte 54 angeordnet, und eine Gasversorgungsleitung 6 ist mit dem die Elektrode stützenden Körper 53 verbunden, um ein Prozessgas in einen Raum zwischen dem die Elektrode stützenden Körper 53 und der Gasdiffusionsplatte 54 einzuspeisen, so dass das Prozessgas aus der Gasversorgungsleitung 6 einem Prozessraum aus den Gasversorgungslöchern 52 der Elektrodenplatte 51 durch die Gasdiffusionsplatte 54 zugeführt wird. Die Elektrodenplatte 51 und der die Elektrode stützende Körper 53 werden von dem Vakuumgefäß 1 mittels eines Isolators 55 isoliert.
  • Zwischen der Elektrodenplatte 51, die als die obere Elektrode (zweite Elektrode) dient und dem Referenzpotential, z.B. der Erde, wird eine passende Vorrichtung 71 und ein zweites Hochfrequenzenergie-Versorgungsgerät 7 verfügbar gemacht. Die Frequenz des zweiten Hochfrequenzenergie-Versorgungsgeräts 7 wird auf 50 MHz oder mehr, z.B. 60 MHz, eingestellt.
  • Die Gasversorgungsleitung 6 wird in eine Vielzahl von sich verzweigenden Durchgängen aufgeteilt, von denen jeder mit einer Prozessgasquelle verbunden ist. Um einen SiOF-Film abzuscheiden, sind in dieser bevorzugten Ausführung vier sich verzweigende Durchgänge 61A bis 61D an Gasversorgungsquellen 62A bis 62D zum Einspeisen von Siliziumtetrafluorid(SiF4)-Gas, Monosilan(SiH4)-Gas, Sauerstoff(O2)-Gas bzw. Argon(Ar)-Gas angeschlossen. Weiterhin bezeichnen MA bis MD Durchflusssteuerteile (Massendurchflusssteuerungen), und V bezeichnet ein Ventil.
  • Wie das Auslasssystem des Vakuumgefäßes 1 ist eine Auslassleitung 11 mit dem Boden des Vakuumgefäßes 1 verbunden, um das Innere des Vakuumgefäßes 1 mittels einer Vakuumpumpe 12 zu evakuieren.
  • Der Betrieb der oben beschriebenen bevorzugten Ausführung wird unten beschrieben werden.
  • Der Wafer W, der als ein zu verarbeitendes Objekt dient, wird aus einer Loadlock-Kammer (nicht gezeigt), welche dem Vakuumgefäß 1 benachbart ist, in das Vakuumgefäß 1, das unter einem vorher festgelegten Grad an Vakuum steht, eingeführt. Dann wird der Wafer W an dem Suszeptor 2, der auf eine vorher festgelegt Temperatur eingestellt worden ist, durch die vertikale Bewegung des Stifthebers (nicht gezeigt) angebracht. Dann wird der Schalter 32 betätigt, um eine Gleichstrom-Spannung an die Halterelektrode 31 anzulegen, so dass der Wafer W durch die elektrostatische Halterung 3 fixiert wird. Anschließend wird das Ventil V geöffnet, um zunächst die Flussrate eines Gases, das selbst nicht zu einer Abscheidereaktion beiträgt, z.B. O2-Gas, an das Vakuumgefäß 1 aus der Gasversorgungsquelle 62C durch die Gasversorgungsleitung 6 und die Gasversorgungslöcher 52 zuzuführen, während das Durchflusssteuerteil MC die Flussrate des Gases steuert.
  • Dann legt ein zweites Hochfrequenzenergie-Versorgungsgerät eine Hochfrequenzenergie mit einem Energiewert von 2,7 kW und einer vorher festgelegten Frequenz von 50 MHz oder mehr, z.B. 60 MHz, zwischen der zweiten Elektrode (Elektrodenplatte) 51 und der Erde an. Danach, z.B. nach 1 bis 2 Minuten, werden SiF4-Gas, SiH4-Gas und Ar-Gas in das Vakuumgefäß 1 durch die Gasversorgungslöcher 52 über die Gasversorgungsleitung 6 eingespeist, während die Durchflussraten dieser Gase durch die Durchflusssteuerteile MA, MB bzw. MD gesteuert werden, und das erste Hochfrequenzenergie-Versorgungsgerät 4 legt eine Hochfrequenzenergie mit einem Energiewert von z.B. 0,3 kW und einer Frequenz von 2 MHz bis 9 MHz, z.B. 8 MHz, zwischen der ersten Elektrode (Suszeptor) 2 und der Erde an.
  • Als ein Ergebnis wird die Hochfrequenzenergie zwischen der ersten Elektrode 2 und der zweiten Elektrode 51 angelegt, und ihre Energie erzeugt das Plasma der oben beschriebenen Gase, um einen SiOF-Film auf dem Wafer W abzuscheiden. Der SiOF-Film ist ein Film, worin F in SiO2, das als ein hauptsächlicher Bestandteil dient, eintritt, und der eine dielekrische Konstante von 0,3 aufweist, die kleiner ist als die dielektrische Konstante eines SiO2-Films. Wenn weiterhin O2-Gas eingeführt wird, können andere Gase, wie etwa Ar- und N2-Gase, zusammen mit O2-Gas eingeführt werden, es ist jedoch erforderlich, dass durch diese Gase kein Film abgeschieden wird.
  • Wie oben beschrieben ist der Grund, warum die Hochfrequenzenergie an die erste Elektrode 2 angelegt wird, nachdem die Hochfrequenzenergie an die zweite Elektrode 51 angelegt worden ist, wie folgt. Wenn die Hochfrequenzenergie zunächst an die erste Elektrode 2 angelegt wird, treten Ionen in den Wafer W ein, der gesputtert werden soll. Deshalb wird die Hochfrequenzenergie zunächst an die zweite Elektrode 51 angelegt und nach der Zeit, die erforderlich ist, damit das Plasma stabil ist und damit die Temperatur des Wafers W auf eine vorher festgelegte Temperatur angestiegen ist, wird die Hochfrequenzenergie an die erste Elektrode 2 angelegt.
  • Als ein Beispiel für Verfahrensbedingungen werden die Durchflussraten von SiF4-Gas, SiH4-Gas, O2-Gas und Ar-Gas auf 0,47 mbar l/s (28 sccm), 0,37 mbar l/s (22 sccm), 4,2 mbar l/s (250 sccm) bzw. 0,85 mbar l/s (50 sccm) eingestellt, und der Druck in dem Vakuumgefäß 1 wird auf 1,3 Pa (10 mTorr) eingestellt.
  • In dieser bevorzugten Ausführung liegt die Frequenz der Hochfrequenzenergie, die an die untere Elektrode (Suszeptor 2), die als die erste Elektrode dient, auf der der Wafer W gestützt wird, angelegt wird, im Bereich von 2 MHz bis 9 MHz, damit die Energie der Ionen während der Abscheidung eine gemäßigte Stärke aufweist, die nicht zu groß und nicht zu klein ist, wie später beschrieben werden wird. Deshalb wird die Menge an F, das aus dem SiOF-Film während des anschließenden Hitzeverfahrens entfernt wird, unterdrückt, falls der SiOF-Film auf die Zwischenlage aus dielektrischem Film aufgetragen wird, die Korrosion der Metallverdrahtung wird unterdrückt. Da zusätzlich die Frequenz der Hochfrequenzenergie, die an die obere Elektrode (Elektrodenplatte 51), die als die zweite Elektrode dient, angelegt wird, auf 50 MHz oder mehr eingestellt wird, kann die obere Elektrode 51 vor dem Sputtering bewahrt werden, wie später beschrieben werden wird, so dass es möglich ist, die Kontamination des SiOF-Films durch den Sputtering-Bestandteil der oberen Elektrode 51 zu vermindern.
  • Zusätzlich kann SiO2 als ein hauptsächlicher Bestandteil verwendet werden, und C und H können darin als andere Bestandteile eingemischt sein. In diesem Fall wird ein SiCHO-Film erhalten. Um einen Film von diesem Typ abzuscheiden, können ein Alkylsilangas [Si(CnH2n+1)mH4-m] und ein Sauerstoffgas, die als Rohmaterialgase dienen, miteinander zur Reaktion gebracht werden. Die Alkylsilangase schließen Methylsilangase, wie etwa Monomethylsilangas [SiH3CH3], Dimethylsilangas [SiH2(CH3)2], Trimethylsilangas [SiH(CH3)3] und Tetrasilangas [Si(CH3)4] und Ethylsilangas ein. Anstelle von Alkylsilangasen kann Alkoxysilangas, wie etwa CH3Si(OCH3)3, verwendet werden, oder diese Gase können zur Verwendung gemischt werden.
  • Die anderen Bestandteile können C, H und N sein. In diesem Fall wird ein SiCHNO-Film erhalten. Um einen Film von diesem Typ abzuscheiden, können ein Alkylsilangas, wie etwa Methylsilangas, Alkoxysilangas, Sauerstoffgas und Stickstoffgas (N2-Gas) miteinander zur Reaktion gebracht werden. Anstelle von N2-Gas können Stickstoffoxidgas, Distickstoffoxidgas, Stickstofftetraoxidgas oder Ammoniumgas verwendet werden, oder diese Gase können zur Verwendung gemischt werden. Die dielektrische Konstante des Films, der auf diese Weise durch Zugabe von N zu dem SiCHO-Film erhalten wird, wird durch die Zugabe von N leicht vergrößert. Allerdings ist dieser Film für z.B. eine Zwischenlage aus einem dielektrischen Film einer Vorrichtung unter Verwendung einer Vorrichtung einer Cu-Verdrahtung geeignet, da er die diffusionshemmende Wirkung auf Cu und die die anti-hygroskopische Eigenschaft steigernde Wirkung (die Wasserisolierwirkung) steigert.
  • Beispiele
  • Beispiel 1
  • Unter den Verfahrensbedingungen in der oben beschriebenen bevorzugten Ausführung wurde die Frequenz f1 der Hochfrequenzenergie, die an die untere Elektrode 2 angelegt wurde, auf 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz, 6 MHz, 8 MHz, 9 MHz, 10 MHz und 13,56 MHz eingestellt, um dünne Filme abzuscheiden. Im Hinblick auf die auf diese Weise erhaltenen dünnen Filme wurde die Menge an entferntem F (die Menge an Entgasung) untersucht, so dass die in 2 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden. Die Menge an entferntem F wurde durch das TDS(Thermal Desorption Spectroscopy)-Spektrum untersucht. Jeder der SiOF-Filme wurde mit 10 Gew.-% HF-Lösung (Fluorwasserstoffsäurelösung) geätzt, um Ätzraten zu untersuchen, so dass die in 3 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden. Die Einheiten der entfernten Mengen und Ätzraten der SiOF-Filme sind arbiträre Einheiten (a.E.).
  • Den in den 2 und 3 gezeigten Ergebnissen kann entnommen werden, dass wenn die Frequenz f1 im Bereich von 2 MHz bis 9 MHz liegt, die Menge an entferntem F klein und die Ätzrate gering ist, so dass ein kompakter SiO2-Film von hoher Qualität mit starken Bindungen erhalten werden kann. Es wird in Betracht gezogen, dass der Grund dafür ist, dass wenn die Frequenz f1 niedriger ist als 2 MHz, die Energie von Ionen im Plasma zu groß ist, so dass die Bindungen im Netzwerk der entsprechenden Atome, insbesondere Si-F- oder O-F-Bindungen, aufgebrochen werden, so dass F in dem Film in einem instabilen Zustand vorliegt. Es wird in Betracht gezogen, dass das Phänomen, dass Bindungen in dem Film aufgebrochen werden, hauptsächlich durch den Einfluss der Kollisionsenergie von Argon-Ionen verursacht wird. Andererseits wird in Betracht gezogen, dass falls die Frequenz f1 zu groß wird, die Energie von Ionen im Plasma zu klein ist, so dass F in dem Film in einem instabilen Zustand vorliegt, ohne ausreichend gebunden zu sein. Deshalb liegt die Frequenz f1 jenseits des Bereichs von 2 MHz bis 9 MHz, und es wird angenommen, dass der Film porös ist, F leicht entfernt wird und die Ätzrate ansteigt.
  • Wenn die dünnen Filme mit den entsprechenden Frequenzen f1, wie oben beschrieben, abgeschieden wurden, wurde der Wert der Eigenvorspannung der unteren Elektrode 2 untersucht, so dass die in 4 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden. Diese Eigenvorspannung wird erreicht, indem ein Oszilloskop zwischen der unteren Elektrode 2 und der Erde verfügbar ge macht wird, und indem eine Differenzialspannung UDC (in den beigefügten Zeichnungen mit VDC bezeichnet) zwischen der Spannungskurve (durchgehende Linie) des ersten Hochfrequenzenergie-Versorgungsgerät 4 erhalten wird und die Spannungskurve (gestrichelte Linie) am Oszilloskop erscheint, wie in 5 gezeigt. Wie 4 entnommen werden kann, steigt UDO mit der Abnahme der Frequenz, und sie ist sehr hoch, wenn die Frequenz geringer ist als 2 MHz, so dass die Annahme Unterstützung findet, dass die Kollisionsenergie von Ionen zu groß ist. Im Hinblick auf das zuvor Diskutierte muss die Frequenz f1 der Hochfrequenzenergie, die an die untere Elektrode 2 angelegt wird, im Bereich von 2 MHz bis 9 MHz liegen.
  • Unter den Verfahrensbedingungen der oben beschriebenen bevorzugten Ausführung wurde keine Hochfrequenzenergie an die untere Elektrode 2 angelegt, d.h. die Energie des ersten Hochfrequenzenergie-Versorgungsgeräts 4 wurde auf Null eingestellt, und die Frequenz f2 der oberen Elektrode 51 wurde auf 13,56 MHz, 27 MHz, 50 MHz, 60 MHz und 100 MHz eingestellt, um auf ähnliche Weise die Ätzrate und die Stärke der Eigenvorspannung (UDO) jedes der SiCF-Filme bei jeder Frequenz zu untersuchen, so dass die in den 6 und 7 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden. Falls die Frequenz f2 niedriger ist als 50 MHz, ist die Ätzrate hoch, wie 6 entnommen werden kann, und UDC ist hoch, wie 7 entnommen werden kann. Es wird in Betracht gezogen, dass dies bedeutet, dass falls die Frequenz f2 niedriger ist als 50 MHz, die Energie von Ionen ansteigt, um die obere Elektrode 51 zu sputtern, so dass ihre gesputterte Substanz in den SiOF-Film aufgenommen wird, um als eine Kontaminierung zu dienen. Dies bedeutet, dass in Betracht gezogen wird, dass die gesputterte Substanz, die eine Unreinheit ist, die von der oberen Elektrode 51 fliegt, in den SiOF-Film aufgenommen wird, um als eine Kontamination zu dienen. Das bedeutet, falls die gesputterte Substanz, welche die Unreinheit ist, die von der oberen Elektrode 51 fliegt, in den SiOF-Film aufgenommen wird, die Unreinheit nicht in einem Netzwerk-gebundenen Stadium vorliegt, so dass der Film porös und brüchig ist. Deshalb ist es erforderlich, dass die Frequenz f2 der Hochfrequenzenergie, die an die obere Elektrode 51 angelegt wird, 50 MHz oder mehr beträgt.
  • Beispiel 2
  • Als Abscheidegase wurden Dimethylsilangas (SiH2(CH3)2) und O2-Gas verwendet, und deren Durchflussraten wurden auf 0,85 mbar l/s (50 sccm) bzw. 4,2 mbar l/s (250 sccm) eingestellt. Die anderen Bedingungen waren dieselben wie die in dem oben beschriebenen Beispiel 1, und die Frequenz der Hochfrequenzenergie, die an die untere Elektrode 2 angelegt wurde, wurde entsprechend eingestellt, dass sie dieselben acht Frequenzwerte wie in Beispiel 1 aufwies, um dünne Filme auf Wafer abzuscheiden. Die auf diese Weise erhaltenen dünnen Filme sind SiCHO-Filme, worin C und H in SiO2, das als ein hauptsächlicher Bestandteil dient, eingemischt sind. Im Hinblick auf jeden dieser dünnen Filme wurden die Mengen an entgastem H und die Ätzrate, die auf die Fluorwasserstoffsäurelösung zurückzuführen ist, ähnlich wie in Beispiel 1 untersucht, so dass die durch die Markierung O (Kreis) in den 8 und 9 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
  • Beispiel 3
  • Auf dieselbe Weise wurden SiCHO-Filme auf Wafer abgeschieden, wie die in dem oben beschriebenen Beispiel 2, abgesehen davon, dass Alkoxysilan-Gas (CH3Si(OCH3)3) anstelle von SiH2(CH3)-Gas verwendet wurde. Im Hinblick auf jeden dieser dünnen Filme wurde die Menge an entgastem H und die Ätzrate, die auf Fluorwasserstoffsäurelösung zurückzuführen ist, auf ähnliche Weise untersucht, so dass die durch die Markierung Δ in den 8 und 9 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
  • Beispiel 4
  • Zusätzlich zu dem in dem oben beschriebenen Beispiel 2 verwendeten Gas wurde N2-Gas als ein Abscheidegas verwendet, und die Durchflussrate von N2-Gas wurde auf 0,85 mbar l/s (50 sccm) eingestellt, um dünne Filme auf Wafer auf dieselbe Weise wie die in Beispiel 2 abzuscheiden. Die auf diese Weise erhaltenen dünnen Filme sind SiCHNO-Filme, worin N zu dem in Beispiel 2 erhaltenen SiCHO-Film zugegeben wird. Im Hinblick auf jeden dieser dünnen Filme wurden die Menge an entgastem H und die Ätzrate, die auf Fluorwasserstoffsäurelösung zurückzuführen ist, auf ähnliche Weise untersucht, so dass die durch die Markierung O (Kreis) in den 10 und 11 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
  • Beispiel 5
  • Zusätzlich zu dem im oben beschriebenen Beispiel 3 verwendeten Gas wurde N2-Gas als ein Abscheidegas verwendet, und die Durchflussrate von N2-Gas wurde auf 0,85 mbar l/s (50 sccm) eingestellt, um SiCHNO-Filme auf Wafer auf dieselbe Weise wie die in Beispiel 2 ab zuscheiden. Im Hinblick auf jeden der dünnen Filme wurde die Menge an entgastem H und die Ätzrate, die auf Fluorwasserstoffsäurelösung zurückzuführen ist, auf ähnliche Weise untersucht, so dass die durch die Markierung Δ in den 10 und 11 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
  • Beispiel 6
  • Als Abscheidegase wurden SiH2(CH3)2-Gas und N2O-Gas verwendet, und deren Durchflussraten wurden auf 0,85 mbar l/s (50 sccm) bzw. 0,85 mbar l/s (50 sccm) eingestellt, um SiCHNO-Filme auf Wafer auf dieselbe Weise wie die in Beispiel 2 abzuscheiden. Im Hinblick auf jeden dieser dünnen Filme wurde die Menge an entgastem H und die Ätzrate, die auf Fluorwasserstoffsäurelösung zurückzuführen ist, auf ähnliche Weise untersucht, so dass die durch die Markierung O (Kreis) in den 12 und 13 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
  • Beispiel 7
  • Als Abscheidegase wurden CH3Si(OCH3)3-Gas und N2O-Gas verwendet, und deren Durchflussraten wurden auf 0,85 mbar l/s (50 sccm) bzw. 0,85 mbar l/s (50 sccm) eingestellt, um SiCHNO-Filme auf Wafer auf dieselbe Weise wie die in Beispiel 2 abzuscheiden. Im Hinblick auf jeden dieser dünnen Filme wurde die Menge an entgastem H und die Ätzrate, die auf Fluorwasserstoffsäurelösung zurückzuführen ist, auf ähnliche Weise untersucht, so dass die durch die Markierung Δ in den 12 und 13 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
  • Wie den Ergebnissen in den Beispielen 2 bis 7 entnommen werden kann, ist die Menge an entferntem H klein, wenn die Frequenz f1 im Bereich von 2 MHz bis 9 MHz liegt, und die Ätzrate ist gering, so dass es möglich ist, kompakte Filme von hoher Qualität mit starken Bindungen zu erhalten. Im Hinblick auf den Einfluss der Frequenz f2 auf die Hochfrequenzenergie, die an die obere Elektrode 51 angelegt wird, sind noch keine speziellen Experimente durchgeführt worden. Allerdings wird nicht befürchtet, dass es keinen schlechten Einfluss auf den Film gibt, wenn die Frequenz f2 auf 50 MHz, ähnlich wie in Beispiel 1, eingestellt wird, da es ein Problem mit der gesputterten Substanz der oberen Elektrode gibt, die in den Film eingemischt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es durch Verwendung eines so genannten Plasmaverarbeitungssystems mit parallelen Platten möglich, einen Isolierfilm von hoher Qualität mit einer geringen dielektrischen Konstante abzuscheiden, so dass es möglich ist, zur Verbesserung von z.B. der Betriebsgeschwindigkeit einer Vorrichtung beizutragen.

Claims (7)

  1. Plasmaabscheideverfahren zum Durchführen einer Plasmaabscheidung unter Verwendung eines plasmaverarbeitenden Systems, umfassend ein Vakuumgefäß (1), erste und zweite Elektroden (2, 51), die in dem Vakuumgefäß (1) vorgesehen werden, und die einander parallel gegenüber liegen, und erste und zweite Hochfrequenzenergie-Versorgungsgeräte (4, 7), die in der Lage sind, hochfrequente Ströme mit verschiedenen Frequenzen an die entsprechenden Elektroden anzulegen, wobei ein Gas, das mindestens Sauerstoff enthält, und ein festgelegtes Abscheidegas, das mindestens Silizium und ein festgelegtes Material enthält, in einen Raum zwischen den Elektroden (2, 51) eingeführt wird, und eine Hochfrequenzenergie mit einer festgelegten Frequenz, ausgewählt aus dem Bereich von 2 MHz bis 9 MHz, und eine Hochfrequenzenergie mit einer festgelegten Frequenz, ausgewällt aus dem Bereich von 50 MHz oder mehr, an die ersten und zweiten Elektroden (2, 51) angelegt werden, um ein Plasma zu erzeugen, um einen Siliziumoxid-Film, der das festgelegte Material enthält, und deshalb eine geringere dielektrische Konstante aufweist als ein reiner Siliziumoxid(SiO2)-Film, auf ein an der ersten Elektrode (2) angebrachtes, zu bearbeitendes Objekt, abzuscheiden.
  2. Plasmaabscheideverfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Anbringen des zu bearbeitenden Objekts an der ersten Elektrode (2); Einführen des Gases, das mindestens Sauerstoff enthält, in das Vakuumgefäß (1); Anlegen der Hochfrequenzenergie mit einer vorbestimmten Frequenz, ausgewählt aus dem Bereich von 50 MHz oder mehr, an die zweite Elektrode; danach Einführen des Abscheidegases, das mindestens Silizium und das festgelegte Material enthält, in das Vakuumgefäß und Anlegen der Hochfrequenzenergie mit einer festgelegten Frequenz, ausgewählt aus dem Bereich von 2 MHz bis 9 MHz, an die erste Elektrode.
  3. Plasmaabscheideverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das festgelegte Material Fluor enthält.
  4. Plasmaabscheideverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das festgelegte Material Kohlenstoff und Wasserstoff enthält.
  5. Plasmaabscheideverfahren nach Anspruch 4, wobei das festgelegte Material weiterhin Stickstoff enthält.
  6. Plasmaabscheideverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abscheidegas mindestens eines der Gase Alkylsilangas und Alkoxysilangas und Wasserstoffgas enthält.
  7. Plasmaabscheideverfahren nach Anspruch 6, wobei das Abscheidegas weiterhin eines der Gase Stickstoffgas, Stickoxidgas, Distickstoffoxidgas, Stickstofftetraoxidgas und Ammoniakgas enthält.
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