JP2004031888A

JP2004031888A - フルオロカーボンフィルムの堆積方法

Info

Publication number: JP2004031888A
Application number: JP2002337011A
Authority: JP
Inventors: Shingi Sai; 蔡　信誼; Meichu Ryo; 梁　明中
Original assignee: Macronix International Co Ltd
Current assignee: Macronix International Co Ltd
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-01-29
Also published as: US20040161946A1

Abstract

【課題】基板上に薄いフルオロカーボンフィルムを堆積させる改良方法を提供する。
【解決手段】プラズマ増強化学蒸着プロセスを適用することにより、薄いフルオロカーボン層を基板の表面上に堆積させる。この場合、基板を反応チャンバ内のチャック上に配置し、第１のプラズマ源及び第２のプラズマ源の影響下でフルオロカーボンガスを反応チャンバ内に導入する。フルオロカーボンガスはＣ_ｘＦ_ｙガスであり、比ｙ／ｘは２未満である。プラズマ源はＲＦプラズマエネルギーを印加することによりフルオロカーボンガスをイオン化し、第２のプラズマ源はＲＦ周波数で基板にセルフバイアスを印加する。イオン化されたフルオロカーボンは基板上に堆積、付着し基板上に薄いフルオロカーボンフィルムが形成される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は一般に半導体基板上で使用するための絶縁構造に関し、より詳しくは、集積回路等の上に薄い誘電体層を形成するためのプラズマ増強化学蒸着法（プラズマ増強化学気相成長法）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路は累進的に小型化され、共により近接して実装されるので、相互接続（インターコネクト：ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）の数及び密度は比例して増加する。相互接続の形状の縮小と共に、これらの相互接続（例えば、導電線及びバイアス）の各線間（インターライン：ｉｎｔｅｒｌｉｎｅ）及び各面間（インターレベル：ｉｎｔｅｒｌｅｖｅｌ）の分離がより小さくなり、相互接続密度の増加が助長される。
【０００３】
しかしながら、相互接続の分離および形状が減少すると、それぞれ、相互接続構造の容量（Ｃ）及び抵抗（Ｒ）が増大し望ましくないことがある。これらの電気特性の増加により、例えば、各面間及び面内（イントラレベル：ｉｎｔｒａｌｅｖｅｌ）の導電相互接続間でクロストークノイズ及び伝搬遅延が誘起されることがある。逆容量結合の減少または排除により、例えば、都合良く装置速度が増大し電力消費量が減少することもある。
【０００４】
集積回路の場合、誘電率のより低い絶縁材料を使用することにより容量を減少させることができることは周知である。このように、装置の形状を減少させる傾向により、適当な装置性能を達成するためには導電経路（相互接続）間での有効絶縁層の堆積の重要性が強調される。
【０００５】
半導体業界で絶縁層の形成に従来使用されている一般的な材料は、誘電率が約４の二酸化珪素（ＳｉＯ_２）である。誘電率が最も低い周知の無機材料の１つであるので、二酸化珪素は長い間主な絶縁材料として集積回路において使用されていた。しかしながら、二酸化珪素フィルムの誘電率は湿気に暴露されると約１０に増加してしまうことがある。
【０００６】
従来の技術において、かなり少量のフッ素を二酸化珪素フィルムに添加すると、実際に誘電率が減少し低〜中間の３の範囲となることが見出されている。しかしながら、さらに誘電率を減少させるには典型的には有機材料の使用を進める必要がある。有機材料については、従来技術では、フルオロカーボン系ポリマー類が場合によっては魅力的な誘電率の低い材料であると認識されている。
【０００７】
プラズマ反応器を使用して、集積回路の表面上に誘電体フィルムを堆積することができる。これらのプラズマ反応器はプラズマチャンバ内で１以上のガスをエネルギーを用いてイオン化する。エネルギーは典型的には無線周波数（ＲＦ）シグナルである。ＲＦプラズマ源からのエネルギーはプラズマチャンバ内に誘導的に導入してもよく、あるいは電極を介して導入してもよい。イオン化したガスはプラズマ反応器内の集積回路の表面に付着し、これにより集積回路上に誘電体フィルムが形成される。これらの技術は一般にプラズマ増強化学蒸着法あるいはプラズマ増強化学気相成長法｛（ＣＶＤ）または（ＰＥＣＶＤ）｝と呼ばれる。例えば、プラズマ反応器内でフルオロカーボンガスをイオン化し、その後にイオン化したガスを集積回路上に堆積させることによりフルオロカーボンフィルムを作成してもよい（例えば、特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−９５６３８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プラズマ増強ＣＶＤプロセスは制御がかなり困難である。特に、例えばかなり低い誘電値を有する、適した薄いおよび／または必要に応じて分布させたフルオロカーボン層を半導体基板上に形成することは困難である。例えば、従来のように基板上にフルオロカーボンフィルムを堆積させる場合、複数のプロセスが必要となり、基板の異なる部分上での堆積膜の厚さの制御がかなり悪くなる。基板がフォトレジストによるパターンや他のパターンニングされたブロックなどの各種パターン類を含む場合、とりわけ制御がかなり悪くなる。
【００１０】
さらに、従来のプラズマ増強ＣＶＤ反応器では、基板表面上にフルオロカーボンフィルムを堆積させるのにかなり高い温度が必要となることがある。基板がフォトレジストパターンを有する基板などのように、有機材料を含んでいる場合、高温により有機材料に望ましくない損傷が生じることがある。
【００１１】
このフォトレジストパターンは温度に敏感であるばかりでなく、そのパターンを形成するのに使用されるフォトリソグラフィープロセスの解像度に基づき、全体の回路密度に影響を及ぼすことがある。集積回路は一般に電子装置の限界寸法（すなわち、サイズ）、および／または単位面積あたりの電子装置の密度により分類される。より密度の高い集積回路を作成するには、必ずパターン相互間の限界寸法を減少させる必要がある。パターンを形成するために使用されるリソグラフィープロセスの限界により電子装置の限界寸法、及びパターン相互間の最小間隔が決定される。
【００１２】
従来技術では薄いフルオロカーボンフィルムを堆積させるのに適した、複雑度の減少した方法が必要とされる。基板表面の各種パターン類の上に、改善された制御可能な厚さ分布を示す薄いフルオロカーボンフィルムを堆積させる方法も必要とされる。有機材料への損害を減少させるあるいは避けるのに十分低い温度で有機材料の表面上に薄いフルオロカーボンフィルムを堆積させる方法または改良方法もまた必要とされる。さらに、単位面積あたりの電子装置の密度を増加させる（すなわち、より高いレベルの装置集積を達成する）ために、集積回路の隣接するパターン相互間の空間距離を減少させる必要もある。
【００１３】
本発明の１つの観点によれば、この発明は半導体回路構成上に改良誘電体フィルムを堆積させる方法を提供することによりこれらの要求を満たそうとするものである。この発明の様々な実施の形態は１以上の次の目的を含んでもよく、あるいはその目的に取り組んでもよい。１つの目的は、プラズマ増強ＣＶＤプロセスに対する制御を改良するための方法を提供することである。他の目的は、集積回路の表面上に薄い誘電性の低いフルオロカーボンフィルムを、ＣＶＤプロセスにより１度に１つのプロセスで堆積させて形成する方法または改良方法を提供することである。他の目的は従来の同様の構造に比べ、基板の各種パターン上に改善された厚さ分布を有するフルオロカーボンフィルムを堆積するための方法を提供することである。本発明のさらに別の目的は有機材料層などの基板の所定の部品または構成物に損傷を与えないようにかなり低い温度で基板表面上にフルオロカーボンフィルムを堆積させるための方法を提供することである。さらに他の目的は基板の各種パターン上にポリマー層を形成しパターン相互間の間隙の限界寸法を減少させることである。このパターンとしては、フォトレジストパターンを含むことができる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上のような発明の目的に従い、これらの及び他の利点を達成するために、この中で具体化され広く説明されているように、この発明は、比ｙ／ｘが２未満のＣ_ｘＦ_ｙガスを含む反応ガスを提供する工程と、第１のプラズマ源と第２のプラズマ源を提供しＣ_ｘＦ_ｙガスを用いて表面上にフルオロカーボンフィルムを堆積させる工程と、を含む基板上にフルオロカーボンフィルムを堆積させるための方法を提供する。反応ガスは本質的にはＣ_ｘＦ_ｙガスから構成されてもよい。本発明の１つの観点によれば反応ガスはＣ_５Ｆ_８を含み、本発明の他の観点によれば反応ガスはＣ_４Ｆ_６を含む。第１のプラズマ源は無線周波数（ＲＦ）プラズマ源を含んでもよく、他の観点によれば第２のプラズマ源は無線周波数プラズマ源を含んでもよい。第１のプラズマ源は反応ガスをイオン化し第２のプラズマ源は堆積プロセスの制御を改善するために基板にセルフバイアスを提供する。
【００１５】
本発明の１つの観点では、基板表面上へのフルオロカーボンフィルムの堆積法は、基板を反応チャンバ内に配置し反応ガスを反応チャンバ内に導入する工程を含み、反応ガスは本質的には比ｙ／ｘが２未満のＣ_ｘＦ_ｙガスから構成される。この方法はさらに第１のプラズマ源により反応ガスをイオン化する工程と、第２のプラズマ源により基板をバイアスする工程と、Ｃ_ｘＦ_ｙガスを用いて基板上にフルオロカーボンフィルムを堆積させる工程と、を含む。例示的な実施の形態では、反応ガスはＣ_５Ｆ_８またはＣ_４Ｆ_６のいずれかを含んでも良い。他の実施の形態によれば、反応ガスは本質的にはＣ_５Ｆ_８またはＣ_４Ｆ_６の少なくとも１つから構成される。第１のプラズマ源は反応ガスをイオン化するための無線周波数プラズマ源を含んでもよく、本発明の他の観点によれば第２のプラズマ源は基板をセルフバイアスするための無線周波数プラズマ源を含んでもよい。
【００１６】
本発明の他の観点によれば、基板上にフルオロカーボンフィルムを堆積させる方法は、Ｃ_ｘＦ_ｙガスをプラズマチャンバ内にポンピングする工程を含み、比ｙ／ｘは２未満である。この方法はさらにＣ_ｘＦ_ｙガスを第１のプラズマ源によりイオン化する工程と、プラズマチャンバ内の基板を第２のプラズマ源によりバイアスする工程と、を含む。フルオロカーボンフィルムはＣ_ｘＦ_ｙガスを用いて基板表面上に堆積される。所定の実施の形態では、フルオロカーボンフィルムは本質的にはＣ_ｘＦ_ｙガスの元素を含むことができ、あるいはＣ_ｘＦ_ｙガスの元素のみから構成されてもよい。Ｃ_ｘＦ_ｙガスはＣ_４Ｆ_６を含むことができ、および／またはＣ_５Ｆ_８を含むことができ、第１及び第２のプラズマ源は無線周波数プラズマ源を含むことができる。
【００１７】
本発明のさらに別の観点によれば、薄いフルオロカーボン層はプラズマ増強化学蒸着プロセスを適用することにより基板表面上に堆積され、この場合基板は反応チャンバ内のチャック上に配置される。フルオロカーボンガスは第１のプラズマ源及び第２のプラズマ源の影響下で反応チャンバ内に導入される。フルオロカーボンガスはＣ_ｘＦ_ｙガスを含み、その比ｙ／ｘは２未満である。第１のプラズマ源はＲＦプラズマエネルギーを印加することによりフルオロカーボンガスをイオン化し、第２のプラズマ源はＲＦ周波数で基板にセルフバイアスを印加する。イオン化されたフルオロカーボンは基板上に堆積し付着する。これにより基板上に薄いフルオロカーボンフィルムが形成される。
【００１８】
以上の観点のそれぞれにおいて、本発明は、フルオロカーボンガスを用いて基板上にフルオロカーボンフィルムをプラズマ増強化学蒸着により堆積させるために、Ｃ_ｘＦ_ｙで表されその比ｙ／ｘが２未満のフルオロカーボンガスを第１のプラズマ源及び第２のプラズマ源の影響下で反応チャンバ内に導入する。
【００１９】
この中で説明したいずれの特徴及び特徴の組合せも、この文脈、この明細書および当業者の知識から明らかなように、任意のそのような組合せに含まれる特徴が互いに矛盾することがない限り、本発明の範囲内に含まれる。
【００２０】
この発明の他の利点及び観点は以下の詳細な説明および特許請求の範囲において明らかになる。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明はどちらも例示であり、請求の範囲に示される本発明をさらに説明しようとするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。それらの例を添付の図面に示す。可能な限り、同じまたは同様の部品については図面及び説明において同じ引用数字を用いる。図面は大いに簡略化されており、正確な縮尺で描かれていない。以下の説明では、多くの特定の細部は本発明を実行するために、及び当業者がこの発明を利用することができるように、出願人の最良の様式を説明するために示したものである。しかしながら、当業者であれば、これらの特定の細部無しで所定の適用において本発明を実行することができると解される。このように、この中で示す実施の形態は例示的なものであり、限定するものではない。
【００２２】
以下の詳細な説明は、特許請求の範囲により規定される本発明の精神及び範囲内にある全ての改良、変更および相当物を含むものである。この中で説明したプロセス工程及び構造は、例えば第１及び第２のプラズマ源を用いて集積回路基板上にフルオロカーボンフィルムを堆積させるための完全なプロセスの流れを含むものではないことを理解すべきである。この発明は当分野において使用される様々なプラズマ増強化学蒸着技術及び集積回路作成法と共に実行することができる。この発明を理解するのに必要なため、一般に実行されるプロセス工程の多くがこの中に含まれるにすぎない。また、場合によっては、周知の機械及びプロセス工程については、この発明を不必要にわかりにくくさせないために、特に詳細には図示、説明しない。
【００２３】
以下、詳細に図面に基づいて説明する。基板上で本発明のプロセスを実行し、基板上に薄い誘電体材料を堆積させるための例示的な装置を図１に示す。この発明のプロセスは、制御された環境において実行することができ、そのような環境は反応チャンバ１００内で作成される。反応チャンバ１００は、例えばステンレス鋼から構成することができ、好ましくは気密である。
【００２４】
図示した実施の形態では、反応チャンバ１００はデュアルプラズマエッチャーを備え、ＣＶＤを使用して直接、１度に１プロセスで、パターン１０４ａ上、及び必要に応じて基板１０５上にフルオロカーボンフィルム１０４を形成する。
【００２５】
反応チャンバ１００は、真空ポンプ及び圧力制御装置（図示せず）などの構造を備え、すなわちチャンバ１００内で所望の圧力が発生するように構成される。ここで具体化されているように、チャンバの壁及び２つの電極１０２、１０６の表面は、実行すべきプラズマ増強ＣＶＤプロセスと化学反応を起こさないフィルムでコートされている。
【００２６】
反応チャンバ１００はさらに、制御された速度で反応チャンバ１００内に１以上のガス１０３を効率よくポンピングするように適合された、タンク及びバルブ（図示せず）などの構成を有することができる。ガス１０３は、リング形状分配器またはシャワーヘッドアセンブリあるいはプラズマ増強ＣＶＤ手順の実行中に反応チャンバ１００内に分配様式でガスを導入するための任意の適した構造などの、１以上のオリフィス構造（図示せず）を介して反応チャンバ１００内に導入することができる。この実施の形態では、各オリフィス構造の位置は電極１０２の近傍である。各オリフィス構造は一般に電極１０２と基板１０５との間に配置され、そのため反応チャンバ１００内に入ったガス１０３は第１のプラズマ源１０１からのＲＦプラズマエネルギーと衝突し、電極１０２とチャック電極（チャックに設けられた電極）１０６との間でイオン化される。反応チャンバ１００はさらに、消費されたプラズマ及びガスを反応チャンバ１００から除去するための排気ポート（図示せず）を備えることができる。
【００２７】
図示した実施の形態によれば、第１のプラズマ源１０１は、反応チャンバ１００内で１以上のガス１０３をイオン化するのに十分な、プラズマエネルギーとして知られるエネルギーを発生させるのに使用される。本発明の方法によれば、第１のプラズマ源１０１を動作させて（例えば、その出力を変化させて）イオン化ガス１０３のイオン濃度を制御することができる。第１のプラズマ源１０１は図１に示されるように、電極１０２と電気的に結合され例えばアルミニウムなどの導電材料を含んでもよい。
【００２８】
他の実施の形態では、プラズマエネルギーは、反応チャンバ１００内のガス１０３に誘導的に伝達されてもよい。反応チャンバ１００内への誘導的なエネルギー伝達は反応チャンバ１００の周りに導電コイルを巻き付け、そのコイルにＲＦエネルギーを印加することにより実行してもよい。このように、コイルが外側にあっても反応チャンバ１００内でプラズマ領域が発生する。
【００２９】
好ましくは、プラズマエネルギーは、無線周波数（ＲＦ）プラズマエネルギーを含む。特に、第１のプラズマ源１０１は高周波数ＲＦシグナルを発生させるために無線周波数（ＲＦ）変調器を含むことができる。このシグナルは、ガス１０３の近傍にある反応チャンバ１００内の第１の電極１０２から伝達される。図示した実施の形態では、ＲＦシグナルは１３．５６ＭＨｚの周波数で伝達される。この周波数はプラズマ増強ＣＶＤチャンバにおけるプラズマエネルギー使用の業界標準である。改良された実施の形態では、ＲＦプラズマエネルギーは、適した条件下でガス１０３に暴露させるとガス１０３がイオン化され基板１０５上に堆積されるポリマーラジカルが発生する任意の他の周波数で供給してもよい。ＲＦプラズマエネルギーは０から３０００ワットの電力レベルで印加することができる。
【００３０】
好ましくは、その上に集積回路が配置された半導体ウエハを含む基板１０５は、本発明の堆積プロセスの開始工程として、反応チャンバ１００内のチャック電極１０６上に配置される。チャック電極１０６は、基板１０５を保持および／または支持し、堆積プロセス中に基板１０５上の温度を制御する熱制御システム（図示せず）の一部として使用されてもよい。熱制御システムは基板１０５の温度を制御するために、例えばチャック電極１０６内またはその上、あるいはその近傍に配置されたプローブまたは熱電対を含んでもよい。この実施の形態では、発熱体及び冷却体はどちらもチャック電極１０６内に配置され、温度制御によりリモート制御される。発熱体は発熱抵抗体を含んでもよく、冷却体は水や液体ヘリウムなどの冷却流体を収容する、あるいは冷却流体と接触するための冷却チャネルおよび／またはチャック電極１０６の表面を含んでもよい。
【００３１】
ここで具体化されているように、温度制御は基板１０５を約１０〜約８０℃の範囲の温度で、図示した実施の形態では約２０℃の温度で維持すように動作することができ、例えば、基板１０５上の１以上の有機部品に損傷が起こらないようにすることができる。図１に示した基板１０５は製造プロセス中の中間処理工程のものであり、このように、例えばフォトレジスト層、底面または障壁反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）層、誘電体層、絶縁層、導電層、あるいはそれらの組合せの最上層を有してもよい。図示した実施の形態では、最上層はフォトレジストブロックなどの表面パターンを含む。図示されているように暴露された基板１０５の表面が平面ではない場合、本発明の堆積方法では、基板の表面パターンまたは基板上に配置されたパターン類の上での厚さ分布の制御が容易になるという利点がある。
【００３２】
第２のプラズマ源１０７を使用して、例えば基板１０５をセルフバイアスすることにより堆積プロセスを制御することができる。第２のプラズマ源１０７は、好ましくは電気的に（例えば、容量的に）チャック電極１０６に接続され、チャック電極１０６は、堆積動作中に基板１０７と接触し、これにより基板１０５がセルフバイアスされる。特に、第２のプラズマ源１０７は、好ましくは高周波数ＲＦシグナルを発生させるための無線周波数（ＲＦ）変調器を含む。このシグナルは、チャック電極１０６に伝達され、そこから放射される。ＲＦシグナルは好ましくは１３．５６ＭＨｚの周波数で伝達されるが、改良された実施の形態では、ＲＦプラズマエネルギーは他の周波数で供給されてもよい。ＲＦプラズマエネルギーは８００〜１５００ワットの電力レベルで印加することができる。
【００３３】
好ましいプロセスについて図１及び２を参照して説明する。実行に際しては、好ましくはその上に集積回路構造が配置されている半導体ウエハである基板１０５をステップ２００で反応チャンバ１００内のチャック電極１０６上に配置する。反応チャンバ１００をシールし、その後に例えば１以上の反応ガスと共に真空ポンプを使用して圧力調整（減圧）をし、約３ｍＴｏｒｒ（約４×１０^−１Ｐａ）から約２００ｍＴｏｒｒ（約２７０×１０^−１Ｐａ）、好ましくは、約７ｍＴｏｒｒ（約９．３×１０^−１Ｐａ）から約３０ｍＴｏｒｒ（約４０×１０^−１Ｐａ）間での雰囲気圧力とする。
【００３４】
所望の圧力及び温度を維持しながら、ステップ２０１に示すように、１以上の反応ガス１０３を制御した比率及び流速で反応チャンバ１００内に導入する。改良した実施の形態では、所望の圧力はガスの流速を設定する前、その間（繰り返し）、その後のいずれかで設定してもよい。好ましい方法では、反応ガスはフルオロカーボンを含み、フルオロカーボンは１立方メートルあたり例えば約１００から８００ｓｃｃｍ（１ｓｃｃｍ＝１×１０^−６［ｍ^３／ｍｉｎ］、以下、同様）の範囲の流速、例示した実施の形態では１立方メートルあたり５００ｓｃｃｍの流速で反応チャンバ内にポンピングされる。
【００３５】
フルオロカーボンガスは、この中ではＣ_４Ｆ_６またはＣ_５Ｆ_８などのＣ_ｘＦ_ｙガス（ｙ／ｘは２未満）として規定される。本発明の１つの観点によれば、Ｆに対しＣの比率が高くなるにつれ、基板１０５の表面上へのフルオロカーボンフィルム１０４の堆積が良好になり最適となる。ステップ２０２を参照して以下で説明するように、十分な印加エネルギー下、フッ素および炭素ガスプラズマが反応チャンバ１００内で形成されるような流速でガス１０３を反応チャンバ１００内に導入する。反応ガスはさらにＣＯ、Ａｒ、Ｎ_２および／またはＯ_２を含んでもよい。この実施の形態では、フルオロカーボンフィルムを形成するための反応ガスはＣＯ、Ａｒ、Ｎ_２およびＯ_２の全てを含む。
【００３６】
本発明の１つの観点によれば、所定の比率でＣＯとＡｒを使用すると、パターン上のフルオロカーボンフィルムのプロファイルの制御が容易になる。例えば、ＣＯの範囲は０から約１５０ｓｃｃｍまで、好ましい実施の形態では約８５から約１１５ｓｃｃｍまで、より好ましくは約１００ｓｃｃｍで制御することができる。Ａｒの範囲は０から約３００ｓｃｃｍ、より好ましくは約１５０から約３００ｓｃｃｍまで制御することができる。
【００３７】
反応チャンバ１００に供給するガス１０３の量は、必要に応じて調節し堆積プロセスを制御してもよい。例えば、プラズマ増強ＣＶＤプロセス中のガス１０３の流速は反応チャンバ１００内の雰囲気圧力を望ましい範囲に維持するのに必要な速度とすることができる。本発明の所定の実施の形態では、堆積速度及びプロセスは、プラズマ増強ＣＶＤが本発明にかかる第１のプラズマ源１０１及び第２のプラズマ源１０７の影響下で維持される限り、ガスの流速、ガス１０３の組成、反応チャンバ１００内の圧力、第１のプラズマ源１０１及び第２のプラズマ源１０７のエネルギー出力、及び基板１０５温度を変化させることにより選択的に制御することができる。改良した実施の形態では、他の炭素含有ガスおよび／またはフッ素含有ガスはそれだけで、あるいは上記ガスと共に供給してもよい。
【００３８】
ステップ２０２では、第１のプラズマ源１０１を使用して、約１３．５６ＭＨｚの周波数でかつ１３００ワットのエネルギーレベルでガス１０３の近傍の電極１０２にＲＦプラズマエネルギーを印加することによりガス１０３をイオン化する。その代わりに、ＲＦプラズマエネルギーを反応チャンバ１００内に誘導的に導入しガス１０３がイオン化してもよい。反応チャンバ１００内のプラズマエネルギーは導入されたガス１０３をイオン化し、例えばモノマー、オリゴマーおよび／またはポリマーラジカルを含むラジカル種が形成され、それらが基板１０５の表面上に堆積される。例えば、反応チャンバ１００内に導入されたＣ_ｘＦ_ｙガスはイオン化されフルオロカーボンラジカル（例えばＣＦまたはＣＦ_２）及びフッ素（ＦまたはＦ_２）原子／分子を含むラジカルとされてもよい。イオン化されたガス１０３、すなわちプラズマは基板１０５表面上に堆積、付着し、薄いフルオロカーボンフィルム１０４が形成される。
【００３９】
ステップ２０３では、約１３．５６ＭＨｚの周波数で電力を第２のプラズマ源１０７に印加することによりプロセスに対する追加の制御が達成される。ＲＦプラズマエネルギーは、約０ワットから約１１００ワットのエネルギー範囲で、好ましくは約２００ワットのエネルギーレベルで、第２のプラズマ源１０７からチャック／電極１０６に印加され、これにより基板１０５にｄｃ電圧セルフバイアスが印加される。この電圧は例えば適当な構造の電圧測定器により測定される。例示的な実施の形態では、基板１０５は約０から３５０Ｖの電位、より好ましくは約２００Ｖの値までセルフバイアスされてもよい。
【００４０】
ステップ２０４で見られるように、イオン化されたガスプラズマ１０３は基板１０５上で堆積、付着し、基板１０５の表面上で材料１０４の薄膜が形成される。この中で説明した本発明のプロセスによれば、イオン化されたフルオロカーボンガスは基板１０５の表面上でフルオロカーボンフィルム１０４を形成し、このように形成された薄いフルオロカーボンフィルムは従来の方法に比べ、基板の表面パターン上でより良好な厚さ分布を有することができる。本発明のプロセスはまた有機材料を有する基板上で実行してもよい。このプロセスは従来の堆積方法で使用される温度に比べより低い温度で実行することができるからである。
【００４１】
フルオロカーボンフィルム１０４の形成に関しては、反応の堆積／エッチング比を制御するための処方と共にエッチャーを使用することができ、フォトレジスト層の側壁および／または表面上にフルオロカーボンフィルム１０４を形成することができる。フルオロカーボンフィルム１０４の厚さは、基板のパターン１０４ａ（フォトレジストブロックとすることができる）および基板の表面を含む表面の各部分において制御することができる。反応処方を変えることにより、パターン１０４ａ相互間の表面にパターン１０４ａの表面上よりも薄い厚さのフルオロカーボン層を配置することができ、フルオロカーボンを配置しないことができ、あるいはわずかにエッチングして除去することさえもできる。本発明によれば、様々な表面上のフィルムの厚さは使用ガスおよび電力などの他の処方に依存する。他の実施の形態では、ガスの流速、ガスの組成、反応チャンバ内の圧力、第１のプラズマ源および／または第２のプラズマ源の相対エネルギー出力、及び基板１０５温度のうちの１つ以上に基づき厚さを空間的に制御してもよい。このように、他のプロセスが必要ない単一のＣＶＤプロセスで、厚さの空間分布を制御して、フルオロカーボンフィルム１０４を形成することができる。
【００４２】
フルオロカーボンフィルム１０４は例えば、全体としてあるいは部分的に、２００１年１０月１８日に出願された共に係属中の米国特許出願番号第０９／９７８，５４６号および「パシベーション層を用いて基板上にフルオロカーボンポリマーフィルムを形成する方法」と題する２００２年６月２４日に出願された共に係属中の米国特許出願番号第１０／１７８，７９５号に開示された方法及び装置を使用してパターン１０４ａの表面上に選択的に形成することができる。これら両方の特許出願の内容は参照により明細書に組み込むものとする。ポリマー層、すなわちフルオロカーボン層を制御してパターン（例えば、フォトレジストブロック）の上面壁及び側壁を異なる厚さで被覆することができる。上面壁上での堆積厚が側壁での堆積厚よりも大きい場合、ポリマー層を保護層として使用してフォトレジストブロックのプロファイルがエッチング中に損傷を受けないようにすることができる。側壁上の堆積厚が比較的大きい場合、ポリマーを使用してフォトレジストパターン間の間隙の限界寸法を減少させることができる。すなわち、側壁上の厚さを下地層（例えば基板）の表面上での厚さよりも大きくすることができる。
【００４３】
ステップ２０４に従い所望の膜厚が達成されると、プロセスを中止してもよく基板１０５を自動ハンドラーなどの従来手段を用いて取り出してもよい。フルオロカーボンフィルム１０４を用いて、誘電率、１以上の異なる位置での厚さ及び／または１以上の位置での分布の均一性を含む適当な堆積特性について試験してもよい。前の段落で、フルオロカーボンフィルム１０４の厚さはパターン１０４ａの表面を含む表面の各部分で制御することができることが述べられている。
【００４４】
このように、本発明の１つの観点によれば、パターンの側壁上でフルオロカーボンフィルム１０４の厚さを制御することができ、これによりパターン間の間隙を変化させることができる。このように、パターン１０４ａがフォトリソグラフィープロセスで得られるほど小さな間隙を有するフォトレジストパターンを含む程度まで、例えば、パターンの側壁上にフルオロカーボンフィルムを追加するとさらにパターン間の空間（すなわち、間隙）の限界寸法が減少する。この実施の形態では、パターンの側壁上のフルオロカーボンフィルムの厚さを変化させてパターン間の空間を制御する場合、さらにそのプロセス条件を制御しフルオロカーボンフィルムをパターン間の基板上には堆積させないようにすることができ、好都合である。
【００４５】
以上を考慮すると、当業者であればこの発明の方法により従来の技術に比べ改良された特徴を有する誘電体層の形成が容易になることは理解されるであろう。上述した実施の形態は例示にすぎず、この発明はこれらの実施例に限定されるものではない。前述した説明を考慮すると当業者であれば、開示された実施の形態について互いに相反することのない程度で様々な変更や改良を行うことができる。しかしながら、そのような変更及び改良は添付の請求の範囲に示されている本発明の範囲内に含まれる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るフルオロカーボンフィルムの堆積方法によれば、薄いフルオロカーボンフィルムを堆積させるのに適した複雑度の減少した手法が実現し、基板表面の各種パターン類の上に、改善された制御可能な厚さ分布を示す薄いフルオロカーボンフィルムを適正に堆積させることが可能となる。
【００４７】
また、集積回路の表面上に薄い誘電性の低いフルオロカーボンフィルムを、ＣＶＤプロセスにより１度に１つのプロセスで堆積させて形成することが可能となる。
【００４８】
さらに、有機材料層などの基板の所定の部品または構成物に損傷を与えないようにかなり低い温度で基板表面上にフルオロカーボンフィルムを堆積させることが可能となる。
【００４９】
加えて、基板の各種パターン上にポリマー層を形成する場合に、パターン相互間の間隙の限界寸法を可及的に減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる基板上に薄膜を堆積させるためのデュアルプラズマ源装置の一律の縮尺に従わずに描かれた拡大断面図である。
【図２】基板上に薄いフルオロカーボンフィルムを堆積させるための本発明のプロセスの流れ図である。
【符号の説明】
１００　反応チャンバ
１０１　第１のプラズマ源
１０２　電極
１０３　ガス
１０４ａ　パターン
１０５　基板
１０６　電極
１０７　第２のプラズマ源

Claims

基板上にフルオロカーボンフィルムを堆積させるための方法であって、
比ｙ／ｘが２未満のＣ_ｘＦ_ｙガスを含む反応ガスを提供する工程と、
Ｃ_ｘＦ_ｙガスにより表面上にフルオロカーボンフィルムを堆積させるために少なくとも１つのプラズマ源を提供する工程と、
を含むことを特徴とするフルオロカーボンフィルムの堆積方法。
基板上にフルオロカーボンフィルムを堆積させる方法であって、
基板を反応チャンバ内に配置する工程と、
前記反応チャンバ内に比ｙ／ｘが２未満のＣ_ｘＦ_ｙガスを含む反応ガスを導入する工程と、
Ｃ_ｘＦ_ｙガスにより前記基板上にフルオロカーボンフィルムを堆積させる工程と、
を含むことを特徴とするフルオロカーボンフィルムの堆積方法。
基板上にフルオロカーボンフィルムを堆積させる方法であって、
比ｙ／ｘが２未満のＣ_ｘＦ_ｙガスをプラズマチャンバ内にポンピングする工程と、
少なくとも１つのプラズマ源を適用する工程と、
Ｃ_ｘＦ_ｙガスにより基板表面上にフルオロカーボンフィルムを堆積させる工程と、
を含むことを特徴とするフルオロカーボンフィルムの堆積方法。