JP2000021867A - 半導体製造装置および該装置のクリーニング方法 - Google Patents
半導体製造装置および該装置のクリーニング方法Info
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Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 層間絶縁膜用の低比誘電率高分子膜を安
定して形成する半導体製造装置および高分子膜を安定し
て形成する方法の開発。 【解決手段】 半導体製造装置において、蒸着重合中に
蒸着重合室の内壁面に付着した原料モノマー、該原料モ
ノマーの重合物、または該モノマーと該重合物との両者
の混合物からなる膜を酸素プラズマでクリーニングする
ために、該蒸着重合室が酸素の導入および放電が可能な
電極またはアンテナを備えている。かかる装置を用い
て、該蒸着重合室内で基板上に該原料モノマーを蒸着重
合せしめて層間絶縁膜を形成した後に、該蒸着重合室の
内壁面に付着した前記膜を酸素プラズマでクリーニング
する。
定して形成する半導体製造装置および高分子膜を安定し
て形成する方法の開発。 【解決手段】 半導体製造装置において、蒸着重合中に
蒸着重合室の内壁面に付着した原料モノマー、該原料モ
ノマーの重合物、または該モノマーと該重合物との両者
の混合物からなる膜を酸素プラズマでクリーニングする
ために、該蒸着重合室が酸素の導入および放電が可能な
電極またはアンテナを備えている。かかる装置を用い
て、該蒸着重合室内で基板上に該原料モノマーを蒸着重
合せしめて層間絶縁膜を形成した後に、該蒸着重合室の
内壁面に付着した前記膜を酸素プラズマでクリーニング
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子内の層
間絶縁膜を蒸着重合により形成するための半導体製造装
置およびこの装置を用いて蒸着重合した後の蒸着重合室
のクリーニング方法に関する。
間絶縁膜を蒸着重合により形成するための半導体製造装
置およびこの装置を用いて蒸着重合した後の蒸着重合室
のクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体素子の層間絶縁膜として
は、ＣＶＤ法（化学蒸着法）によるＳｉＯ2膜が主に用
いられている。この方法によって形成された層間絶縁膜
の比誘電率は約４以上となるが、最近はＬＳＩの高集積
化の進展により層間絶縁膜の低比誘電率化が大きな課題
とされており、比誘電率が４以下の層間絶縁膜が要求さ
れるようになっている。
は、ＣＶＤ法（化学蒸着法）によるＳｉＯ2膜が主に用
いられている。この方法によって形成された層間絶縁膜
の比誘電率は約４以上となるが、最近はＬＳＩの高集積
化の進展により層間絶縁膜の低比誘電率化が大きな課題
とされており、比誘電率が４以下の層間絶縁膜が要求さ
れるようになっている。
【０００３】このような要求に対しては、近年、プラズ
マＣＶＤ法によって形成されたＳｉＯ2膜にフッ素を添
加したＳｉＯＦ膜が提案されており、かかる膜の場合、
層間絶縁膜の比誘電率は３．７−３．２程度である。ま
た、Ｃ4Ｆ8等のガスを用いて同様にプラズマ重合法によ
って比誘電率２．５以下の膜も作製されている。さら
に、本発明者等は、蒸着重合により作製した様々な高分
子材料が比誘電率２．５以下を実現できることを見いだ
している。
マＣＶＤ法によって形成されたＳｉＯ2膜にフッ素を添
加したＳｉＯＦ膜が提案されており、かかる膜の場合、
層間絶縁膜の比誘電率は３．７−３．２程度である。ま
た、Ｃ4Ｆ8等のガスを用いて同様にプラズマ重合法によ
って比誘電率２．５以下の膜も作製されている。さら
に、本発明者等は、蒸着重合により作製した様々な高分
子材料が比誘電率２．５以下を実現できることを見いだ
している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来技術においては、次のような問題があった。すなわ
ち、上述のプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯＦ膜およびプ
ラズマ重合法による膜については、従来のプラズマＣＶ
Ｄ用装置を使用して作製することができかつ低比誘電率
化が達成できる反面、膜の形成方法や成膜条件によって
膜特性が大きく異なったり、また膜中のフッ素や他の有
機成分の脱離や吸湿性が大きいといった膜の不安定性に
より誘電率を悪化させてしまう問題が指摘されており、
将来の低比誘電率材料としての応用は難しい状況にあ
る。
従来技術においては、次のような問題があった。すなわ
ち、上述のプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯＦ膜およびプ
ラズマ重合法による膜については、従来のプラズマＣＶ
Ｄ用装置を使用して作製することができかつ低比誘電率
化が達成できる反面、膜の形成方法や成膜条件によって
膜特性が大きく異なったり、また膜中のフッ素や他の有
機成分の脱離や吸湿性が大きいといった膜の不安定性に
より誘電率を悪化させてしまう問題が指摘されており、
将来の低比誘電率材料としての応用は難しい状況にあ
る。
【０００５】一方、上記蒸着重合法により低誘電性の高
分子層間絶縁膜を形成できることが確認できたものの、
蒸発したモノマーや反応して生成した重合膜やこれらの
混合膜が蒸着重合室の内壁面に付着し出すと、得られた
膜の物性が不安定になる原因となることが分かった。
分子層間絶縁膜を形成できることが確認できたものの、
蒸発したモノマーや反応して生成した重合膜やこれらの
混合膜が蒸着重合室の内壁面に付着し出すと、得られた
膜の物性が不安定になる原因となることが分かった。
【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決するためになされたものであり、層間絶縁膜用の低
比誘電率高分子膜を安定して形成する半導体製造装置お
よびこの装置を用いて高分子膜を安定して形成するため
に随時蒸着重合室をクリーニングする方法を提供するこ
とを目的とするものである。
解決するためになされたものであり、層間絶縁膜用の低
比誘電率高分子膜を安定して形成する半導体製造装置お
よびこの装置を用いて高分子膜を安定して形成するため
に随時蒸着重合室をクリーニングする方法を提供するこ
とを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、酸素の導入および
放電が可能な電極またはアンテナを有する装置を用いか
つ原料モノマー等が蒸着重合室の壁面に付着し難いよう
に該蒸着重合室を１５０℃以上に加熱可能として、成膜
毎に蒸着重合室内に付着したモノマーや高分子膜等を酸
素プラズマによりクリーニングすれば、ダストの発生が
なく安定した半導体素子が得られることを見いだした。
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、酸素の導入および
放電が可能な電極またはアンテナを有する装置を用いか
つ原料モノマー等が蒸着重合室の壁面に付着し難いよう
に該蒸着重合室を１５０℃以上に加熱可能として、成膜
毎に蒸着重合室内に付着したモノマーや高分子膜等を酸
素プラズマによりクリーニングすれば、ダストの発生が
なく安定した半導体素子が得られることを見いだした。
【０００８】本発明の半導体製造装置は、ウエハーの出
し入れのための室とウエハーの搬送ロボットを備えたコ
ア室と複数の半導体製造プロセス室とからなり、該プロ
セス室の少なくとも一室が蒸着重合用原料モノマーの蒸
発源を有する蒸着重合室である枚葉式半導体製造装置に
おいて、該蒸着重合室が、蒸着重合中に該蒸着重合室の
内壁面に付着した該原料モノマー、該原料モノマーの重
合物、または該モノマーと該重合物との両者の混合物か
らなる膜を酸素プラズマでクリーニングするための、酸
素の導入および放電が可能な電極またはアンテナを備え
ている。前記装置において、該蒸発源から該蒸着重合室
へ導入される該原料モノマーの供給量を制御するための
気体流量コントローラーが該蒸着重合室と該原料モノマ
ー蒸発源との間に設けられていてもよい。
し入れのための室とウエハーの搬送ロボットを備えたコ
ア室と複数の半導体製造プロセス室とからなり、該プロ
セス室の少なくとも一室が蒸着重合用原料モノマーの蒸
発源を有する蒸着重合室である枚葉式半導体製造装置に
おいて、該蒸着重合室が、蒸着重合中に該蒸着重合室の
内壁面に付着した該原料モノマー、該原料モノマーの重
合物、または該モノマーと該重合物との両者の混合物か
らなる膜を酸素プラズマでクリーニングするための、酸
素の導入および放電が可能な電極またはアンテナを備え
ている。前記装置において、該蒸発源から該蒸着重合室
へ導入される該原料モノマーの供給量を制御するための
気体流量コントローラーが該蒸着重合室と該原料モノマ
ー蒸発源との間に設けられていてもよい。
【０００９】また、本発明の半導体製造装置の蒸着重合
室のクリーニング方法は、ウエハーの出し入れのための
室とウエハーの搬送用ロボットを備えたコア室と複数の
半導体製造プロセス室とからなり、該プロセス室の少な
くとも一室が蒸着重合用原料モノマーの蒸発源を有する
蒸着重合室である枚葉式の半導体製造装置を用いて層間
絶縁膜を蒸着重合により形成するに際し、該蒸着重合室
内で、ウエハー上に該原料モノマーを蒸着重合せしめて
層間絶縁膜を形成した後に、該蒸着重合室の内壁面に付
着した該原料モノマー、該原料モノマーの重合物、また
は該モノマーと該重合物との両者の混合物からなる膜を
酸素プラズマでクリーニングする。この方法において、
該蒸着重合室内で、ウエハー上に該原料モノマーを蒸着
重合せしめて層間絶縁膜を形成するに際し、該蒸着重合
室と該原料モノマー蒸発源との間に設けてある気体流量
コントローラーによって、該蒸発源で気化された該原料
モノマーの供給量を制御して該蒸着重合室へ導入し、該
ウエハー上に蒸着重合せしめて層間絶縁膜を形成した後
に、該蒸着重合室の内壁面に付着した上記膜を酸素プラ
ズマでクリーニングしてもよい。このクリーニングの
際、前記蒸着重合室を１５０℃以上に加熱することが望
ましい。
室のクリーニング方法は、ウエハーの出し入れのための
室とウエハーの搬送用ロボットを備えたコア室と複数の
半導体製造プロセス室とからなり、該プロセス室の少な
くとも一室が蒸着重合用原料モノマーの蒸発源を有する
蒸着重合室である枚葉式の半導体製造装置を用いて層間
絶縁膜を蒸着重合により形成するに際し、該蒸着重合室
内で、ウエハー上に該原料モノマーを蒸着重合せしめて
層間絶縁膜を形成した後に、該蒸着重合室の内壁面に付
着した該原料モノマー、該原料モノマーの重合物、また
は該モノマーと該重合物との両者の混合物からなる膜を
酸素プラズマでクリーニングする。この方法において、
該蒸着重合室内で、ウエハー上に該原料モノマーを蒸着
重合せしめて層間絶縁膜を形成するに際し、該蒸着重合
室と該原料モノマー蒸発源との間に設けてある気体流量
コントローラーによって、該蒸発源で気化された該原料
モノマーの供給量を制御して該蒸着重合室へ導入し、該
ウエハー上に蒸着重合せしめて層間絶縁膜を形成した後
に、該蒸着重合室の内壁面に付着した上記膜を酸素プラ
ズマでクリーニングしてもよい。このクリーニングの
際、前記蒸着重合室を１５０℃以上に加熱することが望
ましい。
【００１０】本発明で行う酸素プラズマの条件は、例え
ば、酸素流量：約２００ｓｃｃｍ、時間：６０秒/膜厚
１μｍ、圧力：０．０５〜１．０Ｔｏｒｒ、ＲＷパワ
ー：１００〜２００Ｗであるのが望ましい。この放電が
蒸着重合室全体に行き渡るように、円形の電極を該室か
ら５０ｍｍ以内になるように設置するのが望ましい。
ば、酸素流量：約２００ｓｃｃｍ、時間：６０秒/膜厚
１μｍ、圧力：０．０５〜１．０Ｔｏｒｒ、ＲＷパワ
ー：１００〜２００Ｗであるのが望ましい。この放電が
蒸着重合室全体に行き渡るように、円形の電極を該室か
ら５０ｍｍ以内になるように設置するのが望ましい。
【００１１】本発明において層間絶縁膜を成膜するのに
用いられる原料モノマーは、特に制限はなく、反応性が
低いモノマー同士の組み合わせであっても、反応性が高
くかつ蒸気圧の低いモノマー同士の組み合わせであって
もよく、既知のポリイミドを形成するための原料モノマ
ー、例えば、４，４′−ジアミノジフェニル工ーテル
（ＯＤＡ）、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）等を
使用できる。また、蒸着重合の条件は、一般に、高真空
中（１×１０-3Ｐａ以下）で両モノマーの組成比が化学
量論比になるよう加熱蒸着するものである。ただし、基
板温度はモノマーの種類により異なる。
用いられる原料モノマーは、特に制限はなく、反応性が
低いモノマー同士の組み合わせであっても、反応性が高
くかつ蒸気圧の低いモノマー同士の組み合わせであって
もよく、既知のポリイミドを形成するための原料モノマ
ー、例えば、４，４′−ジアミノジフェニル工ーテル
（ＯＤＡ）、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）等を
使用できる。また、蒸着重合の条件は、一般に、高真空
中（１×１０-3Ｐａ以下）で両モノマーの組成比が化学
量論比になるよう加熱蒸着するものである。ただし、基
板温度はモノマーの種類により異なる。
【００１２】かくして、かかる蒸着重合において蒸着重
合室の内壁に付着する膜は、スパッタを行う際にスパッ
タ室の内壁面に付着する膜とは異なり、１００％有機物
からなる。有機物の膜が内壁面に付着するのは、ＭＯ
ＣＶＤやＴＥＯＳ ＣＶＤのような有機成分を含むＣＶ
Ｄ法を行う際にもあるが、この場合には１００％有機物
の膜ではない。従って、スパッタを行う際に内壁面に付
着する膜をクリーニングするには反スパッタ条件でクリ
ーニングすればよいが、ＣＶＤ法を行う際に壁面に付着
する膜を除去するには逆スパッタと反応性ガスによるク
リーニングとの組合せで行わなければならない。しか
し、蒸着重合を行う際に壁面に付着する膜のように１０
０％有機物である場合には、この有機物からなる膜を酸
化によりＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、ＮＯ、ＮＯ2等に変換し
てからクリーニングするので、むしろレジストのアッシ
ングと同じになる。ただし、蒸着重合室の内壁についた
ものをクリーニングするので、アッシングとはその操作
を行う工程が異なるし、クリーニングの条件も緩やかに
なる。この場合、逆スパッタではないため、放電のパワ
ーが小さくてもよい等の利点がある。
合室の内壁に付着する膜は、スパッタを行う際にスパッ
タ室の内壁面に付着する膜とは異なり、１００％有機物
からなる。有機物の膜が内壁面に付着するのは、ＭＯ
ＣＶＤやＴＥＯＳ ＣＶＤのような有機成分を含むＣＶ
Ｄ法を行う際にもあるが、この場合には１００％有機物
の膜ではない。従って、スパッタを行う際に内壁面に付
着する膜をクリーニングするには反スパッタ条件でクリ
ーニングすればよいが、ＣＶＤ法を行う際に壁面に付着
する膜を除去するには逆スパッタと反応性ガスによるク
リーニングとの組合せで行わなければならない。しか
し、蒸着重合を行う際に壁面に付着する膜のように１０
０％有機物である場合には、この有機物からなる膜を酸
化によりＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、ＮＯ、ＮＯ2等に変換し
てからクリーニングするので、むしろレジストのアッシ
ングと同じになる。ただし、蒸着重合室の内壁についた
ものをクリーニングするので、アッシングとはその操作
を行う工程が異なるし、クリーニングの条件も緩やかに
なる。この場合、逆スパッタではないため、放電のパワ
ーが小さくてもよい等の利点がある。
【００１３】なお、蒸着重合による成膜プロセスにおい
ては、一般に、原料モノマーの反応性と蒸気圧とが成膜
に大きく影響する。反応性が低いモノマー同士の組み合
わせでは、基板温度を上げれば、モノマーの反応律速条
件で重合が起こり成膜するので、各モノマーの蒸着重合
室への導入量を精密に制御する必要はない。しかし、反
応性が高く、かつ蒸気圧の低いモノマー同士の組み合わ
せでは、モノマーの供給律速条件で重合が起こり成膜す
るので、各モノマーの蒸着重合室への導入量を精密に制
御することが必要になる。２種以上のモノマーを使う蒸
着重合では、各モノマーの組成比が１：１に近いほど、
得られる重合体材料の耐熱性、機械的特性、電気的特性
等の物性は向上するが、逆に、組成比がずれるほど物性
は低下する。従来の方法では、モノマー供給量と気化温
度のみで各モノマーの蒸着重合室への導入量を制御して
いただけなので、この方法では精密な制御ができ難く、
かくして得られた膜の特性がばらつくという欠点があっ
た。しかし、気体流量コントローラーを用いて各モノマ
ーの蒸着重合室への導入量を精密に制御すれば、得られ
る膜の物性のばらつきは極めて小さくなる。例えば、気
体流量コントローラーを使用しないで成膜した膜の物性
値のばらつきは平均値±１０％程度であるが、気体流量
コントローラーを使用して成膜した膜の物性値のばらつ
きは平均値±３％程度のように低くなると共に、物性値
自体も５〜１０％向上する。
ては、一般に、原料モノマーの反応性と蒸気圧とが成膜
に大きく影響する。反応性が低いモノマー同士の組み合
わせでは、基板温度を上げれば、モノマーの反応律速条
件で重合が起こり成膜するので、各モノマーの蒸着重合
室への導入量を精密に制御する必要はない。しかし、反
応性が高く、かつ蒸気圧の低いモノマー同士の組み合わ
せでは、モノマーの供給律速条件で重合が起こり成膜す
るので、各モノマーの蒸着重合室への導入量を精密に制
御することが必要になる。２種以上のモノマーを使う蒸
着重合では、各モノマーの組成比が１：１に近いほど、
得られる重合体材料の耐熱性、機械的特性、電気的特性
等の物性は向上するが、逆に、組成比がずれるほど物性
は低下する。従来の方法では、モノマー供給量と気化温
度のみで各モノマーの蒸着重合室への導入量を制御して
いただけなので、この方法では精密な制御ができ難く、
かくして得られた膜の特性がばらつくという欠点があっ
た。しかし、気体流量コントローラーを用いて各モノマ
ーの蒸着重合室への導入量を精密に制御すれば、得られ
る膜の物性のばらつきは極めて小さくなる。例えば、気
体流量コントローラーを使用しないで成膜した膜の物性
値のばらつきは平均値±１０％程度であるが、気体流量
コントローラーを使用して成膜した膜の物性値のばらつ
きは平均値±３％程度のように低くなると共に、物性値
自体も５〜１０％向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の
半導体製造装置の一例の概略構成を示すものであり、図
２は図１の一部を構成する蒸着重合室の一例の概略構成
を示すものであり、図３は図１の一部を構成する蒸着重
合室の別の一例の概略構成を示すものでありる。
態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の
半導体製造装置の一例の概略構成を示すものであり、図
２は図１の一部を構成する蒸着重合室の一例の概略構成
を示すものであり、図３は図１の一部を構成する蒸着重
合室の別の一例の概略構成を示すものでありる。
【００１５】図１に示すように、この装置においては、
シリコン基板等の基板の搬送用ロボットが組み込まれた
コア室１、シリコン基板等の基板のＬ／ＵＬ室２、蒸着
重合室（第１室）３、加熱処理室（第２室）４、および
アルミスパッタ室（第３室）５が設けられており、コア
室１を中心として、このコア室にＬ／ＵＬ室２、第１室
３、第２室４、および第３室５がそれぞれ、ゲートバル
ブ７を介して連結されるように構成されている。なお、
これらの室は、真空ポンプ等の真空排気系（図示せず）
に連結されている。コア室１に設けられた既知の基板搬
送用ロボットは、基板を、コア室を軸にしてＬ／ＵＬ室
２、蒸着重合室３、加熱処理室４、アルミスパッタ室５
等からまたこれらの各室に搬入・搬出可能なように設定
されており、Ｌ／ＵＬ室からこれらの各室にまたこれら
の室相互間で自由に搬送可能なようになっている。
シリコン基板等の基板の搬送用ロボットが組み込まれた
コア室１、シリコン基板等の基板のＬ／ＵＬ室２、蒸着
重合室（第１室）３、加熱処理室（第２室）４、および
アルミスパッタ室（第３室）５が設けられており、コア
室１を中心として、このコア室にＬ／ＵＬ室２、第１室
３、第２室４、および第３室５がそれぞれ、ゲートバル
ブ７を介して連結されるように構成されている。なお、
これらの室は、真空ポンプ等の真空排気系（図示せず）
に連結されている。コア室１に設けられた既知の基板搬
送用ロボットは、基板を、コア室を軸にしてＬ／ＵＬ室
２、蒸着重合室３、加熱処理室４、アルミスパッタ室５
等からまたこれらの各室に搬入・搬出可能なように設定
されており、Ｌ／ＵＬ室からこれらの各室にまたこれら
の室相互間で自由に搬送可能なようになっている。
【００１６】また、図２および３に示すように、蒸着重
合室３には、２種類の原料モノマーＡ、Ｂの供給源が気
化（蒸発）器１１ａ、１１ｂと所望により気体流量コン
トローラー１２ａ、１２ｂ（図３）を介して配置されて
おり、蒸着重合室へ気化された原料モノマーを導入でき
るようになっている。各モノマー供給源のハウジング１
３ａ、１３ｂにはそれぞれ、モノマーＡ、Ｂのモノマー
容器１４ａ、１４ｂが設けられ、また各容器の周りには
それぞれ、各モノマーを加熱するためのヒーターのよう
な気化用熱源１５ａ、１５ｂが設けられている。供給源
（気化器１１ａ、１１ｂ）、気体流量コントローラー１
２ａ、１２ｂ、および蒸着重合室３を連結し、かつ蒸着
重合室へ各モノマーを導入するための導入管１６ａ、１
６ｂは、ヒーター等の熱源Ｈで温度制御可能なようにな
っている。また、導入管１６ａ、１６ｂの蒸着重合室３
への連結部と基板支え部材１７上に載置された基板１８
との間には、各モノマーが基板上に均一に供給できるよ
うにするためヒーター等の熱源Ｈにより保温されたモノ
マー混合槽１９が配置されている。
合室３には、２種類の原料モノマーＡ、Ｂの供給源が気
化（蒸発）器１１ａ、１１ｂと所望により気体流量コン
トローラー１２ａ、１２ｂ（図３）を介して配置されて
おり、蒸着重合室へ気化された原料モノマーを導入でき
るようになっている。各モノマー供給源のハウジング１
３ａ、１３ｂにはそれぞれ、モノマーＡ、Ｂのモノマー
容器１４ａ、１４ｂが設けられ、また各容器の周りには
それぞれ、各モノマーを加熱するためのヒーターのよう
な気化用熱源１５ａ、１５ｂが設けられている。供給源
（気化器１１ａ、１１ｂ）、気体流量コントローラー１
２ａ、１２ｂ、および蒸着重合室３を連結し、かつ蒸着
重合室へ各モノマーを導入するための導入管１６ａ、１
６ｂは、ヒーター等の熱源Ｈで温度制御可能なようにな
っている。また、導入管１６ａ、１６ｂの蒸着重合室３
への連結部と基板支え部材１７上に載置された基板１８
との間には、各モノマーが基板上に均一に供給できるよ
うにするためヒーター等の熱源Ｈにより保温されたモノ
マー混合槽１９が配置されている。
【００１７】各導入管１６ａ、１６ｂの管路の途中には
バルブ２０ａ、２０ｂが配置されており、蒸着重合膜形
成時にこれらのバルブを開閉することにより膜厚を制御
できる。また、蒸着重合室には、クリーニングガスとし
て酸素または酸素を含むガスを導入するためのガス導入
口２１が設けられ、かつ装置内部に放電のためのプラズ
マ用電極２２を有する構造（ＲＦまたはＤＣ放電）が設
けられている。あるいはまた、放電のために、蒸着重合
室の内側の壁面に石英製の棒着板を配置し、その棒着板
の外側の壁面にアンテナを有する（ヘリコンプラズマ）
構造または該蒸着重合室の外側に磁石を配置した構造
（ＮＬＤ放電）になっていてもよい。また、この蒸着重
合室はヒーターＨまたは温媒によって１５０℃以上に加
熱可能なように構成されていることが望ましい。
バルブ２０ａ、２０ｂが配置されており、蒸着重合膜形
成時にこれらのバルブを開閉することにより膜厚を制御
できる。また、蒸着重合室には、クリーニングガスとし
て酸素または酸素を含むガスを導入するためのガス導入
口２１が設けられ、かつ装置内部に放電のためのプラズ
マ用電極２２を有する構造（ＲＦまたはＤＣ放電）が設
けられている。あるいはまた、放電のために、蒸着重合
室の内側の壁面に石英製の棒着板を配置し、その棒着板
の外側の壁面にアンテナを有する（ヘリコンプラズマ）
構造または該蒸着重合室の外側に磁石を配置した構造
（ＮＬＤ放電）になっていてもよい。また、この蒸着重
合室はヒーターＨまたは温媒によって１５０℃以上に加
熱可能なように構成されていることが望ましい。
【００１８】上記装置を用いて基板１８上に層間絶縁膜
を成膜する場合には、基板をコア室１を経由してＬ／Ｕ
Ｌ室２から蒸着重合室３へ移動した後バルブ２０ａ、２
０ｂを開け、所定の時間の間成膜プロセスを実施し、次
いでバルブ２０ａ、２０ｂを閉め、基板を加熱処理室４
に搬送する。この加熱処理室内で、所定の条件下熱処理
を行う。一般に、熱処理は、昇温速度１０℃／分で４０
０℃まで加熱し、１時間この温度に保持し、最後に自然
冷却するようにして行われる。雰囲気としては、高真空
中または不活性ガス中のような条件下で行われる。ま
た、必要に応じ、基板をアルミスパッタ５室へ搬送し
て、一般に、Ａｒ：１０００ｓｃｃｍ、１×１０-2Ｐ
ａ、ＲＦパワー：２ＫＷ、基板バイアスなし、成膜速度
（ｒａｔｅ）：５０Å／ｓｅｃ、膜厚：２００ｎｍのよ
うな条件下でアルミ電極を成膜することもできる。
を成膜する場合には、基板をコア室１を経由してＬ／Ｕ
Ｌ室２から蒸着重合室３へ移動した後バルブ２０ａ、２
０ｂを開け、所定の時間の間成膜プロセスを実施し、次
いでバルブ２０ａ、２０ｂを閉め、基板を加熱処理室４
に搬送する。この加熱処理室内で、所定の条件下熱処理
を行う。一般に、熱処理は、昇温速度１０℃／分で４０
０℃まで加熱し、１時間この温度に保持し、最後に自然
冷却するようにして行われる。雰囲気としては、高真空
中または不活性ガス中のような条件下で行われる。ま
た、必要に応じ、基板をアルミスパッタ５室へ搬送し
て、一般に、Ａｒ：１０００ｓｃｃｍ、１×１０-2Ｐ
ａ、ＲＦパワー：２ＫＷ、基板バイアスなし、成膜速度
（ｒａｔｅ）：５０Å／ｓｅｃ、膜厚：２００ｎｍのよ
うな条件下でアルミ電極を成膜することもできる。
【００１９】以下、本発明の装置を用いてポリイミド膜
からなる半導体素子の層間絶縁膜を形成する工程の一つ
の実施の形態を示す。
からなる半導体素子の層間絶縁膜を形成する工程の一つ
の実施の形態を示す。
【００２０】まず、ポリイミド膜を形成するための半導
体基板として、基板表面に形成され、かつ所定の位置に
窓開けがされたシリコン熱酸化膜と、その上に成膜され
かつパターニングが施された第１層目の配線とを有す
る、例えばＳｉからなる基板を用意する。この基板の表
面に、上述の蒸着法によってポリイミド膜を所望の厚み
に全面成膜して層間絶縁膜を形成する。次いで、この層
間絶縁膜の表面に所定のパターニングが施されたレジス
ト膜を形成し、通常のドライエッチングを行ってレジス
ト膜の窓開け部分に露出した層間絶縁膜を除去する。そ
して、上述のレジスト膜を除去した後、配線薄膜を全面
成膜し、パターニングを施して第２層目の配線を形成す
る。このようにすることにより、層間絶縁膜が除去され
た窓開け部分で、第１層目の配線と第２層目の配線とが
電気的に接続され、その結果、多層配線を有する半導体
素子を得ることができる。
体基板として、基板表面に形成され、かつ所定の位置に
窓開けがされたシリコン熱酸化膜と、その上に成膜され
かつパターニングが施された第１層目の配線とを有す
る、例えばＳｉからなる基板を用意する。この基板の表
面に、上述の蒸着法によってポリイミド膜を所望の厚み
に全面成膜して層間絶縁膜を形成する。次いで、この層
間絶縁膜の表面に所定のパターニングが施されたレジス
ト膜を形成し、通常のドライエッチングを行ってレジス
ト膜の窓開け部分に露出した層間絶縁膜を除去する。そ
して、上述のレジスト膜を除去した後、配線薄膜を全面
成膜し、パターニングを施して第２層目の配線を形成す
る。このようにすることにより、層間絶縁膜が除去され
た窓開け部分で、第１層目の配線と第２層目の配線とが
電気的に接続され、その結果、多層配線を有する半導体
素子を得ることができる。
【００２１】本実施の形態によれば、低比誘電率化した
ポリイミド膜によって層間絶縁膜を構成しているので、
第１層目の配線と第２層目の配線との間で形成されるコ
ンデンサーの容量が小さくなり、半導体素子の動作速度
を向上させることが可能になる。
ポリイミド膜によって層間絶縁膜を構成しているので、
第１層目の配線と第２層目の配線との間で形成されるコ
ンデンサーの容量が小さくなり、半導体素子の動作速度
を向上させることが可能になる。
【００２２】
【実施例】（実施例１）以下、本発明の具体的な実施例
を比較例と共に説明する。
を比較例と共に説明する。
【００２３】図１および２に示す装置を用いて次のよう
にして基板上にポリイミド膜を形成した。まず、コア室
１に設けられた基板搬送用ロボットを用いて、コア室を
経由してＬ／ＵＬ室２から導電率が０．０２Ωｃｍであ
る６インチ寸法のシリコン基板１８を真空蒸着室３へ搬
送し、ここでポリイミド膜を蒸着重合した。ポリイミド
膜を形成するための原料モノマーとして、４，４′−ジ
アミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）とピロメリット酸
二無水物（ＰＭＤＡ）とを用い、これらをそれぞれ気化
器１１ａ、１１ｂ内の容器１４ａ、１４ｂへ入れ、熱源
（１５ａ、１５ｂ）を用いて蒸発させた。ＯＤＡは１５
８．０＋０．１℃で、またＰＭＤＡは１８２＋０．１℃
の温度で蒸発させ、各モノマーの供給量を制御した。得
られた各蒸気をそれぞれ導入管１６ａ、１６ｂを通し、
その一定量をモノマー混合槽１９を経て蒸着重合室３に
供給し、基板１８上で蒸着重合せしめた。この場合、図
３に示すように、所望により気体流量コントローラー１
２ａ、１２ｂを用いて、各蒸気の一定量（例えば、１０
０ｓｃｃｍ）を蒸着重合室３に供給してもよい。なお、
モノマーの組成比は化学量論比で１：１となるように制
御し、また導入管１６ａ、１６ｂを通過する間にモノマ
ー温度が下がらないように導入管を所定の温度に保温し
た。この蒸着重合条件は、基板温度：２５℃、圧力：１
×１０-3Ｐａ、成膜速度（ｒａｔｅ）：１００Å／ｓｅ
ｃであった。
にして基板上にポリイミド膜を形成した。まず、コア室
１に設けられた基板搬送用ロボットを用いて、コア室を
経由してＬ／ＵＬ室２から導電率が０．０２Ωｃｍであ
る６インチ寸法のシリコン基板１８を真空蒸着室３へ搬
送し、ここでポリイミド膜を蒸着重合した。ポリイミド
膜を形成するための原料モノマーとして、４，４′−ジ
アミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）とピロメリット酸
二無水物（ＰＭＤＡ）とを用い、これらをそれぞれ気化
器１１ａ、１１ｂ内の容器１４ａ、１４ｂへ入れ、熱源
（１５ａ、１５ｂ）を用いて蒸発させた。ＯＤＡは１５
８．０＋０．１℃で、またＰＭＤＡは１８２＋０．１℃
の温度で蒸発させ、各モノマーの供給量を制御した。得
られた各蒸気をそれぞれ導入管１６ａ、１６ｂを通し、
その一定量をモノマー混合槽１９を経て蒸着重合室３に
供給し、基板１８上で蒸着重合せしめた。この場合、図
３に示すように、所望により気体流量コントローラー１
２ａ、１２ｂを用いて、各蒸気の一定量（例えば、１０
０ｓｃｃｍ）を蒸着重合室３に供給してもよい。なお、
モノマーの組成比は化学量論比で１：１となるように制
御し、また導入管１６ａ、１６ｂを通過する間にモノマ
ー温度が下がらないように導入管を所定の温度に保温し
た。この蒸着重合条件は、基板温度：２５℃、圧力：１
×１０-3Ｐａ、成膜速度（ｒａｔｅ）：１００Å／ｓｅ
ｃであった。
【００２４】蒸着重合室３で成膜後、得られた基板を基
板搬送用ロボットを用いてコア室１を経由して加熱処理
室４へ搬送し、熱処理を行った。この熱処理は、昇温速
度１０℃／ｍｉｎで４００℃まで加熱することによって
行った。この時点での膜厚は５００ｎｍであった。
板搬送用ロボットを用いてコア室１を経由して加熱処理
室４へ搬送し、熱処理を行った。この熱処理は、昇温速
度１０℃／ｍｉｎで４００℃まで加熱することによって
行った。この時点での膜厚は５００ｎｍであった。
【００２５】上記熱処理後、基板をアルミスパッタ室６
内に搬送し、基板上にアルミ電極をスパッタにより２０
０ｎｍの膜厚で形成し、比誘電率測定用の素子を作製し
た。この素子についての比誘電率を測定したところ、
３．００であった。この場合、比誘電率の値は、横河ヒ
ューレットパッカード社製のマルチ・フリケンシＬＣＲ
メータ（モデル４２７５Ａ）を使用して静電容量Ｃを測
定し、計算によって求めた。
内に搬送し、基板上にアルミ電極をスパッタにより２０
０ｎｍの膜厚で形成し、比誘電率測定用の素子を作製し
た。この素子についての比誘電率を測定したところ、
３．００であった。この場合、比誘電率の値は、横河ヒ
ューレットパッカード社製のマルチ・フリケンシＬＣＲ
メータ（モデル４２７５Ａ）を使用して静電容量Ｃを測
定し、計算によって求めた。
【００２６】以上の操作が済んだ毎に、蒸着重合室に酸
素を２００ｓｃｃｍ導入し、ＲＦにより放電させ、該室
内の内壁に付着した各種の膜をクリーニングした。
素を２００ｓｃｃｍ導入し、ＲＦにより放電させ、該室
内の内壁に付着した各種の膜をクリーニングした。
【００２７】（比較例１）比較のために、実施例１の操
作を、クリーニング操作を全く行わないで繰り返した。
作を、クリーニング操作を全く行わないで繰り返した。
【００２８】上記実施例及び比較例の結果、クリーニン
グを行った場合は、安定して素子の耐電圧の測定が可能
であったが、クリーニングを行わなかった場合は、素子
の作製を繰り返す毎に導通した素子が増加することが分
かった。
グを行った場合は、安定して素子の耐電圧の測定が可能
であったが、クリーニングを行わなかった場合は、素子
の作製を繰り返す毎に導通した素子が増加することが分
かった。
【００２９】
【発明の効果】本発明の半導体製造装置によれば、蒸着
重合室に、蒸着重合中に該蒸着重合室の内壁面に付着し
た原料モノマー、該原料モノマーの重合物、または該モ
ノマーと該重合物との両者の混合物からなる膜を酸素プ
ラズマによりクリーニングするための、酸素の導入およ
び放電が可能な電極またはアンテナを、備えることによ
って、層間絶縁用の低比誘電率高分子膜を安定して形成
することができるようにした。
重合室に、蒸着重合中に該蒸着重合室の内壁面に付着し
た原料モノマー、該原料モノマーの重合物、または該モ
ノマーと該重合物との両者の混合物からなる膜を酸素プ
ラズマによりクリーニングするための、酸素の導入およ
び放電が可能な電極またはアンテナを、備えることによ
って、層間絶縁用の低比誘電率高分子膜を安定して形成
することができるようにした。
【００３０】また、かかる半導体製造装置を用いて、蒸
着重合室内で基板上に原料モノマーを蒸着重合せしめて
層間絶縁膜を形成した後に、該蒸着重合室の内壁面に付
着した該原料モノマー、該原料モノマーの重合物の膜、
または該モノマーと該重合物との両者の混合物からなる
膜を酸素プラズマでクリーニングすることにより、層間
絶縁膜用の低比誘電率高分子複合膜を安定して得ること
ができる。
着重合室内で基板上に原料モノマーを蒸着重合せしめて
層間絶縁膜を形成した後に、該蒸着重合室の内壁面に付
着した該原料モノマー、該原料モノマーの重合物の膜、
または該モノマーと該重合物との両者の混合物からなる
膜を酸素プラズマでクリーニングすることにより、層間
絶縁膜用の低比誘電率高分子複合膜を安定して得ること
ができる。
【図１】本発明の半導体製造装置の一例の概略構成を示
す模式的平面図。
す模式的平面図。
【図２】本発明の半導体製造装置の一部を構成する蒸着
重合室の一例の概略構成を示す模式的断面図。
重合室の一例の概略構成を示す模式的断面図。
【図３】本発明の半導体製造装置の一部を構成する蒸着
重合室の別の一例の概略構成を示す模式的断面図。
重合室の別の一例の概略構成を示す模式的断面図。
１ コア室 ２ Ｌ／ＵＬ室 ３ 蒸着重合室 ４ 加熱処理室 ５ アルミスパッタ室 ６ ゲートバルブ １１ａ、１１ｂ 気化器 １２ａ、１２ｂ
気体流量コントローラー １３ａ、１３ｂ ハウジング １４ａ、１４ｂ
モノマー容器 １５ａ、１５ｂ 気化用熱源 １６ａ、１６ｂ
導入管 １７ 基板支え部材 １８ 基板 １９ モノマー混合槽 ２０ａ、２０ｂ
バルブ ２１ ガス導入口 ２２ プラズマ用
電極 Ａ、Ｂ モノマー Ｈ 熱源
気体流量コントローラー １３ａ、１３ｂ ハウジング １４ａ、１４ｂ
モノマー容器 １５ａ、１５ｂ 気化用熱源 １６ａ、１６ｂ
導入管 １７ 基板支え部材 １８ 基板 １９ モノマー混合槽 ２０ａ、２０ｂ
バルブ ２１ ガス導入口 ２２ プラズマ用
電極 Ａ、Ｂ モノマー Ｈ 熱源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/304 ６４５ Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｎ (72)発明者 浮島 禎之 茨城県つくば市東光台５−９−７ 日本真 空技術株式会社筑波超材料研究所内 Ｆターム(参考） 4K030 DA06 GA12 JA05 KA41 4K057 DD01 DG07 DM36 5F004 AA15 BA20 BC03 BC06 DA26 FA01 FA08 5F045 AA08 AA19 AB39 AC11 AD08 AE09 CB05 DC63 DP03 DQ17 EB09 EE02 EE04 EE05 EE10 EH11 EN04 HA11 HA23 5F103 AA01 AA08 BB06 BB42 DD25 DD28 PP01 RR05
Claims (5)
- 【請求項１】 ウエハーの出し入れのための室とウエハ
ーの搬送ロボットを備えたコア室と複数の半導体製造プ
ロセス室とからなり、該プロセス室の少なくとも一室が
蒸着重合用原料モノマーの蒸発源を有する蒸着重合室で
ある枚葉式半導体製造装置において、蒸着重合中に該蒸
着重合室の内壁面に付着した該原料モノマー、該原料モ
ノマーの重合物、または該モノマーと該重合物との両者
の混合物からなる膜を酸素プラズマでクリーニングする
ための、酸素の導入および放電が可能な電極またはアン
テナを、該蒸着重合室が備えていることを特徴とする半
導体製造装置。 - 【請求項２】 ウエハーの出し入れのための室とウエハ
ーの搬送用ロボットを備えたコア室と複数の半導体製造
プロセス室とからなり、該プロセス室の少なくとも一室
が蒸着重合用原料モノマーの蒸発源を有する蒸着重合室
である枚葉式の半導体製造装置において、該蒸着重合室
と該原料モノマー蒸発源との間に、該蒸発源から該蒸着
重合室へ導入される該原料モノマーの供給量を制御する
ための気体流量コントローラーが設けられており、また
蒸着重合中に該蒸着重合室の内壁面に付着した該原料モ
ノマー、該原料モノマーの重合物、または該モノマーと
該重合物との両者の混合物からなる膜を酸素プラズマで
クリーニングするための、酸素の導入および放電が可能
な電極またはアンテナを、該蒸着重合室が備えているこ
とを特徴とする半導体製造装置。 - 【請求項３】 ウエハーの出し入れのための室とウエハ
ーの搬送用ロボットを備えたコア室と複数の半導体製造
プロセス室とからなり、該プロセス室の少なくとも一室
が蒸着重合用原料モノマーの蒸発源を有する蒸着重合室
である枚葉式の半導体製造装置を用いて層間絶縁膜を蒸
着重合により形成するに際し、該蒸着重合室内で、ウエ
ハー上に該原料モノマーを蒸着重合せしめて層間絶縁膜
を形成した後に、該蒸着重合室の内壁面に付着した該原
料モノマー、該原料モノマーの重合物、または該モノマ
ーと該重合物との両者の混合物からなる膜を酸素プラズ
マでクリーニングすることを特徴とする蒸着重合室のク
リーニング方法。 - 【請求項４】 ウエハーの出し入れのための室とウエハ
ーの搬送用ロボットを備えたコア室と複数の半導体製造
プロセス室とからなり、該プロセス室の少なくとも一室
が蒸着重合用原料モノマーの蒸発源を有する蒸着重合室
である枚葉式の半導体製造装置を用いて層間絶縁膜を蒸
着重合により形成するに際し、該蒸着重合室と該原料モ
ノマー蒸発源との間に設けてある気体流量コントローラ
ーによって、該蒸発源で気化された該原料モノマーの供
給量を制御して該蒸着重合室へ導入し、該ウエハー上に
蒸着重合せしめて、層間絶縁膜を形成した後に、該蒸着
重合室の内壁面に付着した該原料モノマー、該原料モノ
マーの重合物、または該モノマーと該重合物との両者の
混合物からなる膜を酸素プラズマでクリーニングするこ
とを特徴とする蒸着重合室のクリーニング方法。 - 【請求項５】 前記蒸着重合室を１５０℃以上に加熱す
ることを特徴とする請求項３または４記載の蒸着重合室
のクリーニング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10191799A JP2000021867A (ja) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | 半導体製造装置および該装置のクリーニング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10191799A JP2000021867A (ja) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | 半導体製造装置および該装置のクリーニング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000021867A true JP2000021867A (ja) | 2000-01-21 |
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-
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