JP2004335791A - Processing method of fluorine added carbon film - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁膜の処理方法に係り、特にはフッ素添加カーボン膜の処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の半導体装置の高性能化に伴い、半導体装置の配線間の浮遊容量を低減して半導体装置の動作速度を高速化することが試みられている。配線間の浮遊容量を低減するには、例えば半導体装置の配線間に形成される層間絶縁膜に、誘電率の低い材料を用いる方法がとられている。
【0003】
前記した層間絶縁膜には、比誘電率が4程度であるシリコン酸化膜(SiO2膜)が用いられてきたが、近年は比誘電率が3〜3.5程度のフッ素添加シリコン酸化膜(SiOF膜)を用いることで、半導体装置の高速化が図られてきた。
【0004】
しかし、前記したSiOF膜では比誘電率を低下させることに限界があり、比誘電率3以下を達成するのは困難であった。
【0005】
比誘電率が低い、いわゆる低誘電率層間絶縁膜には様々な候補材料があるが、比誘電率が低く、かつ半導体装置に用いるに耐えうる機械的強度を持つことが必要条件である。そこで、十分な機械的強度を持ち、かつ比誘電率が2.5程度、もしくはそれ以下にすることが可能であるフッ素添加カーボン膜(CF膜)が着目され、次世代の低誘電率層間絶縁膜としてとして半導体装置に用いる試みが行われてきた。
【0006】
【特許文献1】
特開平11−162962号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したフッ素添加カーボン膜を半導体装置の層間絶縁膜として用いる場合、リーク電流が大きいという問題があった。層間絶縁膜のリーク電流が大きいと、半導体装置を形成した際の回路の動作不良の原因となる。
【0008】
そこで、形成されたフッ素添加カーボン膜の加熱処理を行ってリーク電流を低減する方法が試みられてきた。例えば、処理ガス中で熱処理を行うことにより、フッ素添加カーボン膜のリーク電流を低下させる手法がとられることがあった。
【0009】
しかし、前記した加熱処理を行う場合、温度が高いほどリーク電流を低減させる効果が顕著であり、十分な効果を得るためにはフッ素添加カーボン膜を、例えば350〜400℃程度の高温にする必要があった。
【0010】
しかし前記したような加熱処理を行うと、熱によってフッ素添加カーボン膜が分解してしまい、膜の性質が変化してしまう問題があった。例えば、フッ素添加カーボン膜は350℃程度以上に加熱されると膜中のFが脱離し、比誘電率が上昇してしまい、低誘電率の材料を用いるメリットが小さくなってしまう問題が生じていた。
【0011】
そこで、本発明では上記の課題を解決した、フッ素添加カーボン膜の処理方法を提供することを目的としている。
【0012】
本発明の具体的な課題は、フッ素添加カーボン膜に加熱によるダメージを与えることなく、フッ素添加カーボン膜のリーク電流を低下させる基板処理方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記の課題を解決するために、
請求項1に記載したように、
被処理基板上に形成されたフッ素添加カーボン膜の処理方法であって、
水素ガスを解離して水素ラジカルを形成する工程と、
前記フッ素添加カーボン膜を前記水素ラジカルに曝す工程とを含むことを特徴とするフッ素添加カーボン膜の処理方法により、また、
請求項2に記載したように、
前記水素ラジカルは、前記水素ガスを含むプラズマガスをプラズマ励起することで形成されることを特徴とする請求項1記載のフッ素添加カーボン膜の処理方法により、また、
請求項3に記載したように、
前記プラズマガスはHeガスを含むことを特徴とする請求項2記載のフッ素添加カーボン膜の処理方法により、また、
請求項4に記載したように、
前記プラズマ励起は、基板処理装置によって行われるマイクロ波プラズマ励起であり、前記基板処理装置はマイクロ波を導入するマイクロ波アンテナを有し、前記マイクロ波アンテナは同軸導波管により給電され、開口部を有するアンテナ本体と、前記アンテナ本体上に前記開口部を覆うように設けられた複数のスロットを有するマイクロ波放射面と、前記アンテナ本体と前記マイクロ波放射面との間に設けられた誘電体よりなることを特徴とする請求項2または3記載のフッ素添加カーボン膜の処理方法により、また、
請求項5に記載したように、
前記基板処理装置は、
外壁により画成され、前記被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器を排気する排気口と、
前記処理容器上に、前記被処理基板に対面するように前記外壁の一部として設けられたマイクロ波透過窓と、
前記マイクロ波透過窓上に設けられた、マイクロ波電源が電気的に接続された前記マイクロ波アンテナと、
前記処理容器中に前記プラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記保持台上の前記被処理基板と前記マイクロ波透過窓との間に前記被処理基板に対面するように設けられた荷電粒子除去構造よりなることを特徴とする請求項4記載のフッ素添加カーボン膜の処理方法により、また、
請求項6に記載したように、
前記荷電粒子除去構造は導電材料からなり、接地されていることを特徴とする請求項5記載のフッ素添加カーボン膜の処理方法により、また、
請求項7に記載したように、
前記荷電粒子除去構造は、前記水素ラジカルを通過させる複数の開口部と、荷電粒子を衝突させる衝突部を有することを特徴とする請求項5または6記載のフッ素添加カーボン膜の処理方法により、また、
請求項8に記載したように、
前記プラズマガス供給部は前記処理容器と前記マイクロ波透過窓の間に挿入されて前記外壁の一部を形成することを特徴とする請求項5〜7のうち、いずれか1項記載のフッ素添加カーボン膜の処理方法により、また、
請求項9に記載したように、
前記プラズマガス供給部は、前記マイクロ波透過窓と前記荷電粒子除去構造の間に、前記プラズマガスを供給する構造であることを特徴とする請求項8記載のフッ素添加カーボン膜の処理方法により、また、
請求項10に記載したように、
前記マイクロ波プラズマ励起は、実質的に前記処理容器内の前記マイクロ波透過窓と前記荷電粒子除去構造の間に形成される空間で生じることを特徴とする請求項5〜9のうち、いずれか1項記載のフッ素添加カーボン膜の形成方法により、解決する。
[作用]
本発明によれば、フッ素添加カーボン膜を水素ラジカル中に曝すことにより、加熱処理を行うことなく、フッ素添加カーボン膜のリーク電流を低下させることが可能になる。そのため、熱によるフッ素添加カーボン膜の変質を生じることなく、リーク電流の低い膜質に優れたフッ素添加カーボン膜を形成することが可能になる。
【0014】
【発明の実施の形態】
[原理]
まず、本発明によるフッ素添加カーボン膜の処理方法によって、フッ素添加カーボン膜のリーク電流を低減する原理の概略を図1(A),(B)によって説明する。
【0015】
フッ素添加カーボン膜は、例えば炭素とフッ素を含むフロロカーボン系のガスと、水素または水素を含む炭化水素系のガスをプラズマで解離することにより、形成される。
【0016】
形成されたフッ素添加カーボン膜は、図1(A)に示すように、典型的には、膜中にC−F結合、C−C結合、C−H結合などを有するとともに、未反応結合手D1が存在する。フッ素添加カーボン膜のリーク電流は、おもに前記した未反応結合手D1を伝わって流れると考えられる。すなわち、膜中に未反応結合手D1が存在することが、フッ素添加カーボン膜のリーク電流を大きくしていると考えられる。
【0017】
そこで、本発明では図1(B)に示すように前記未反応結合手D1を水素で終端して、C−H結合である結合D2を形成し、フッ素添加カーボン膜中の電流が流れやすい経路となる未反応結合手を少なくしてリーク電流を小さくする処理を行う。
【0018】
また、前記結合D2を形成するために水素で終端する反応を生じさせる際には水素ラジカルを用いることにより、前記未反応結合手D1との反応性を高めている。例えば、水素ガスを用いて同様に未反応結合手を水素で終端しようとした場合、フッ素添加カーボン膜を加熱して350〜400℃程度にする必要があった。
【0019】
その場合、フッ素添加カーボン膜は熱に弱いため、350℃〜400においてはFが脱離してしまうなど膜が分解を始めてしまうことが知られている。そのためにフッ素添加カーボン膜の比誘電率が上昇してしまう問題があった。
【0020】
本発明では、反応性が高い水素ラジカルを用いているために、フッ素添加カーボン膜を加熱する必要が無く、そのためにフッ素添加カーボン膜に加熱による影響を与えることなく、比誘電率を保持したまま未反応結合手を水素で終端してリーク電流の小さなフッ素添加カーボン膜にすることが可能になる。
【0021】
次に、前記したような処理を行う基板処理装置に関して、以下に説明する。
[第1実施例]
図2(A),(B)は、本発明による基板処理方法を実施する、第1実施例によるプラズマ処理装置10の構成を示す。
【0022】
図2(A)を参照するに、前記プラズマ処理装置10は処理容器11と、前記処理容器11内に設けられ、被処理基板12を静電チャックにより保持する好ましくは熱間等方圧加圧法(HIP)により形成されたAlNもしくはAl2O3よりなる保持台13とを有する。
【0023】
前記処理容器11内は、後述する荷電粒子除去構造24によって、前記保持台13に近い側の空間11Bと、前記空間11Bに当該荷電粒子除去構造24を隔てて対向する空間11Aに大別される。
【0024】
前記処理容器11内を形成する前記空間11A,11Bは、前記保持台13を囲むように等間隔に、すなわち前記保持台13上の被処理基板12に対して略軸対称な関係で少なくとも二箇所、好ましくは三箇所以上に形成された排気ポート11Dを介して真空ポンプなどの排気手段により、排気・減圧される。
【0025】
前記処理容器11は好ましくはAl合金よりなり、前記処理容器11の外壁のうち前記被処理基板12に対応する部分にはマイクロ波を透過するマイクロ波透過窓17が設置され、また前記マイクロ波透過窓17と前記処理容器11の間には、プラズマガスを導入するプラズマガス導入リング14が挿入されて、それぞれ前記処理容器11の外壁を画成している。
【0026】
前記マイクロ波透過窓17はその周縁部に段差形状を有し、当該段差形状部が前記プラズマガス導入リング14に設けられた段差形状と係合し、さらにシールリング16Aによって前記処理空間11内の気密が保持される構造となっている。
【0027】
前記プラズマガス導入リングにはプラズマガス導入口14Aよりプラズマガスが導入され、略環状に形成されたガス溝14B中を拡散する。前記ガス溝14B中のプラズマガスは、前記ガス溝14Bに連通する複数のプラズマガス穴14Cから前記空間11Aに供給される。
【0028】
前記マイクロ波透過窓17上には、前記マイクロ波透過窓17に密接し図2(B)に示す多数のスロット18a,18bを形成されたディスク状のスロット板18と、前記スロット板18を保持するディスク状のアンテナ本体22と、前記スロット板18と前記アンテナ本体22との間に挟持されたAl2O3、SiO2あるいはSi3N4の低損失誘電体材料よりなる遅相板19とにより構成されたラジアルラインスロットアンテナ30が設けられている。
【0029】
前記ラジアルスロットラインアンテナ30は前記処理容器11上に前記プラズマガス導入リング14を介して装着されており、前記ラジアルラインスロットアンテナ30には同軸導波管21を介して外部のマイクロ波源(図示せず)より周波数が2.45GHzのマイクロ波が供給される。
【0030】
供給されたマイクロ波は前記スロット板18上のスロット18a,18bから前記マイクロ波透過窓17を介して前記処理容器11中に放射され、前記マイクロ波透過窓17直下の空間11Aにおいて、前記プラズマガス供給穴15Aから供給されたプラズマガス中にプラズマを励起する。
【0031】
前記同軸導波管21Aのうち、外側の導波管21Aは前記ディスク状のアンテナ本体22に接続され、中心導体21Bは、前記遅波板19に形成された開口部を介して前記スロット板18に接続されている。そこで前記同軸導波管21Aに供給されたマイクロ波は、前記アンテナ本体22とスロット板18との間を径方向に進行しながら、前記スロット18a,18bより放射される。
【0032】
図2(B)は前記スロット板18上に形成されたスロット18a,18bを示す。
【0033】
また、図2(A)のプラズマ処理装置10では、前記処理容器11中、前記マイクロ波透過窓17と前記保持台13上の被処理基板12との間に、例えば略円盤状の導体からなる荷電粒子除去構造24が設置されている。
【0034】
前記荷電粒子除去構造24は、前記処理容器11の側壁に溶接もしくはネジ止めなどの方法で固定され、前記処理容器11と電気的に接続されて、接地された前記処理容器11を介して接地される構造になっている。
【0035】
前記荷電粒子除去構造24には、前記空間11Aから前記空間11Bに連通する複数のガス通過穴24Aが形成されている。前記空間11Aにおいてプラズマ励起されることにより、生成されたラジカルは前記ガス通過穴24を通過して前記空間11Bに供給され、基板処理を行う。次に、前記荷電粒子除去構造24の詳細を説明する。
【0036】
図3は、図2(A)の荷電粒子除去構造24の構成を示す平面図である。
【0037】
図3を参照するに、前記荷電粒子除去構造24は略円盤状の、例えばAl合金等の導電体よりなり、表面から裏面へと貫通する略円筒状の複数の前記ガス通過穴24Aが形成されている。
【0038】
前記処理ガス供給構造24をMg含有Al合金により形成する場合には、表面に弗化物膜または酸化アルミニウムを形成しておくのが好ましい。また前記処理ガス供給構造24をAl添加ステンレススチールにより形成する場合には、表面に酸化アルミニウムの不動態膜を形成しておくのが望ましい。
【0039】
前記荷電粒子構造24があるために、前記空間11Aで励起されるマイクロ波プラズマに、前記空間11Bに保持される前記被処理基板12が直接曝されることがない。また、前記空間11Aでマイクロ波プラズマが励起されることにより生成されるプラズマ中のイオンと電子は前記ガス通過穴24Aの壁面や、構造本体24Bに入射して再結合するため、殆ど前記ガス通過穴24Aを通過することができない。一方、同様に空間11A中のプラズマで生成されるラジカルはイオンに比べて前記ガス通過穴24Aを通過する割合が多い。
【0040】
すなわち、前記荷電粒子除去構造を設けることにより、前記空間11Aで形成されたイオンとラジカルのうち、前記空間11Bに到達する活性種はラジカルが支配的となる。
【0041】
本発明によるフッ素添加カーボン膜の処理方法においては、図1で前記したように、おもに水素ラジカルを用いてフッ素添加カーボン膜中の未反応結合手を水素で終端させる処理を行う。その際にフッ素添加カーボン膜に衝突するエネルギーが大きいイオンが存在すると、フッ素添加カーボン膜がダメージを受けるおそれがある。
【0042】
そこで、前記したような荷電粒子除去構造24を設けることにより、プラズマ励起されたプラズマガス中のイオンを除去して、基板処理に必要な水素ラジカルを選択的に、被処理基板表面に供給することを可能にしている。
【0043】
本発明の基板処理方法においては、Heガスに水素ガスを添加したものをプラズマガスとして当該プラズマガスをマイクロ波プラズマ励起して基板処理を行っている。
【0044】
たとえば、Heガス中に水素ガスを0.1〜20%程度(好ましくは1〜5%)添加してプラズマガスを形成し、前記したプラズマガス供給リング14から前記処理空間11Aに当該プラズマガスを供給する。そこで、前記ラジアルラインスロットアンテナ30から前記マイクロ波透過窓17を介して前記処理容器11内にマイクロ波を導入し、前記空間11Aにマイクロ波プラズマを励起する。
【0045】
その際に励起されたマイクロ波プラズマによって、寿命の長い準安定状態のHe原子が生成され、これと水素分子との衝突により、水素分子が解離して水素ラジカルが発生する。また、電離により、He+イオンやH2 +イオン等も発生する。
【0046】
しかし、前記したように前記荷電粒子除去構造24によって荷電粒子であり、直進性の強いイオンが選択的に除去されるため、ラジカルが支配的にフッ素添加カーボン膜が形成された前記被処理基板12の表面に到達して、イオンによるフッ素添加カーボン膜のダメージを排除した基板処理が可能になる。
【0047】
次に、具体的な基板処理の方法について、説明する。
[第2実施例]
図4は、前記プラズマ処理装置10を用いた、本発明による基板処理方法の一例を示すフローチャートである。
【0048】
図4を参照するに、まずステップ1(図中S1と表記、以下同様)において、フッ素添加カーボン膜が形成された前記被処理基板12が前記保持台13に載置されて基板処理が開始されると、次に、ステップ2において前記プラズマガス供給リング14からプラズマガスが前記空間11Aに導入される。
【0049】
その際、プラズマガスは前記したように、Heガスに水素ガスを5%添加したものを用いている。
【0050】
次に、ステップ3において、前記同軸間21から供給されるマイクロ波が、前記ラジアルラインスロットアンテナ30から前記マイクロ波透過窓17を介して前記空間11Aに導入され、マイクロ波プラズマが励起される。
【0051】
次に、ステップ4で、前記したように、おもに水素ラジカルによるフッ素添加カーボン膜の処理が行われる。その際に、前記したように、フッ素添加カーボン膜中に存在する未反応結合手が水素によって終端される。その結果、未反応結合手、すなわち電流が流れやすくなる経路を減少させて基板処理後のフッ素添加カーボン膜のリーク電流を低く抑えることができる。
【0052】
また、その際に前記したように水素ガスに比べて反応性が高い水素ラジカルを用いているため、低温、例えば200℃以下での基板処理が可能となり、フッ素添加カーボン膜に加熱によるダメージを与えることなく、基板処理を行うことが可能となる。
【0053】
次に、ステップ5でマイクロ波の導入を停止し、ステップ6でプラズマガスの供給を停止して、ステップ7で基板処理を完了する。
【0054】
本実施例に示した基板処理方法において、典型的には、He流量300sccm、水素流量15sccm、マイクロ波周波数2.45GHz、マイクロ波電力900W、基板温度30℃、処理容器内圧力30Paの条件によって、ステップ4の処理を3分間実施することにより、前記したようなフッ素添加カーボン膜のリーク電流の低減効果を得ることが可能である。
【0055】
また、本実施例ではプラズマガスとしてHeガスに水素ガスを5%添加したものを用いているが、これは水素ガスのみをプラズマガスとして用いた場合に比べてプラズマを励起することが容易となることに加えて、以下の理由がある。
[第3実施例]
プラズマ励起にあたっては、Heプラズマを励起して準安定状態のHeを形成し、さらにHe原子と水素分子を気相中で衝突させることによってHe原子のエネルギーによって水素分子を解離して水素ラジカルを形成している。その際に、前記した準安定状態でのHe原子のエネルギーレベルは20eVと高い値を示し、水素分子を解離するのに適している。
【0056】
図5は、Heと、He以外の希ガスであるNe,Ar,Kr,Xeの準安定状態でのエネルギーレベルを比較したものである。図5を参照するに、原子量の小さいHeは、エネルギーレベルが20eVと、Heに比べて原子量の大きい希ガスに比べて高いエネルギーレベルを示しているのがわかる。
【0057】
前記したように、準安定状態でのエネルギーレベルが高いHeを、水素と混合してプラズマガスとして用いることにより、効率良く水素分子を解離して水素ラジカルを形成することが可能となる。
【0058】
また、原子量の小さいHeを用いる場合には電子温度が高くなるためにイオンエネルギーが大きくなり、イオンの衝突によるフッ素添加カーボン膜へのダメージが懸念されるが、前記したように荷電粒子除去構造24でイオンが除去されることにより、イオンによるフッ素添加カーボン膜へのダメージを防止している。
[第4実施例]
次に、第2実施例に記載した条件で基板処理方法を行った場合の、基板処理前後でのフッ素添加カーボン膜のリーク電流の変化を示す。図6は、シリコン基板上に形成されたフッ素添加カーボン膜の、電界強度に対するリーク電流を示したものである。本図中には、本発明による基板処理の前の結果と、本発明による基板処理の後の結果の双方の値を示してある。
【0059】
図6を参照するに、まず本図中実験Bで示す本発明による基板処理を施すまえのフッ素添加カーボン膜のリーク電流は、例えば1MV/cmの電界を印加した場合に2.4×10− 8A/cm2であるのに対し、本発明による第2実施例に前記した基板処理を施したフッ素添加カーボン膜のリーク電流である実験Aは、例えば1MV/cmの電界に対して3.8×10− 9A/cm2と低い値を示している。
【0060】
これは、本発明による基板処理を行ったために、前記したように膜中の未結合反応手が水素により終端されて、電流が流れやすい経路が減少することからリーク電流値が低く抑えられているためと考えられる。
【0061】
また、フッ素添加カーボン膜の比誘電率は基板処理前後で変化が無く、比誘電率が維持されている。これは、前記したように、基板処理時に200℃以下の低温で処理するため、フッ素添加カーボン膜に熱によるダメージを与えること無く、フッ素添加カーボン膜のリーク電流を低減する処理を行うことが可能となっていることを示している。
[第5実施例]
前記したように、本発明によるプラズマ処理装置10では、前記荷電粒子除去構造24を用いることで、イオンを除去してフッ素添加カーボン膜がイオンによるダメージを受けるのを防止している。荷電粒子除去構造は、接地された導体からなり、ガス通過穴と構造本体を有する構造からなるが、以下に示すように形状を変更することが可能である。
【0062】
図7には、前記荷電粒子除去構造24の変更例である荷電粒子除去構造24’を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【0063】
本図に示す荷電粒子除去構造24’の場合、ガス通過穴24A’が直方体形状を有しており、構造本体24B’が格子状である。本実施例の場合においても、第1実施例に示した前記荷電粒子除去構造24の場合と同様の効果があり、前記空間11Aに形成されるラジカルとイオンのうち、荷電粒子であるイオンを除去して、おもにラジカルを前記ガス通過穴24A’より被処理基板表面に供給することが可能になる。また、ガス通過穴の形状は円筒形や直方体にかかわらず、他の形状にも変更することが可能である。
【0064】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【0065】
【発明の効果】
本発明によれば、フッ素添加カーボン膜を水素ラジカル中に曝すことにより、加熱処理を行うことなく、フッ素添加カーボン膜のリーク電流を低下させることが可能になった。そのため、熱によるフッ素添加カーボン膜の変質を生じることなく、リーク電流の低い膜質に優れたフッ素添加カーボン膜を形成することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による処理方法により、フッ素添加カーボン膜のリーク電流を低減する原理を示す図である。
【図2】本発明によるフッ素添加カーボン膜の処理を行うプラズマ処理装置の概略を示す図である。
【図3】図2のプラズマ処理装置に用いる荷電粒子除去構造を示す図(その1)である。
【図4】本発明による処理方法のフローチャートを示す図である。
【図5】希ガスの準安定状態のエネルギーレベルを示す図である。
【図6】本発明による処理を行う前後でのフッ素添加カーボン膜のリーク電流を比較した図である。
【図7】図2のプラズマ処理装置に用いる荷電粒子除去構造を示す図(その2)である。
【符号の説明】
10 プラズマ処理装置
11 処理容器
11D 排気ポート
11A,11B 空間
12 被処理基板
13 保持台
14 プラズマガス導入リング
14A プラズマガス導入口
14B ガス溝
14C プラズマガス穴
16A,16B シールリング
17 マイクロ波透過窓
18 スロット板
18a,18b スロット
19, 遅相板
21 同軸導波管
21A 外側導波管
21B 内側給電線
22 アンテナ本体
23 支持部
24 荷電粒子除去構造
24A ガス通過穴
24B 構造本体
30 ラジアルラインスロットアンテナ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for treating an insulating film, and more particularly, to a method for treating a fluorine-added carbon film.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, with an increase in the performance of a semiconductor device, an attempt has been made to increase the operation speed of the semiconductor device by reducing the stray capacitance between wirings of the semiconductor device. In order to reduce the stray capacitance between wirings, for example, a method of using a material having a low dielectric constant for an interlayer insulating film formed between wirings of a semiconductor device has been adopted.
[0003]
Although a silicon oxide film (SiO 2 film) having a relative dielectric constant of about 4 has been used as the interlayer insulating film, in recent years, a fluorine-added silicon oxide film having a relative dielectric constant of about 3 to 3.5 ( The use of a (SiOF film) has increased the speed of a semiconductor device.
[0004]
However, the above-mentioned SiOF film has a limitation in lowering the relative dielectric constant, and it has been difficult to achieve a relative dielectric constant of 3 or less.
[0005]
Although there are various candidate materials for a so-called low dielectric constant interlayer insulating film having a low relative dielectric constant, it is a necessary condition that the relative dielectric constant is low and the mechanical strength is high enough to be used in a semiconductor device. Therefore, attention has been paid to a fluorine-added carbon film (CF film) having a sufficient mechanical strength and a relative dielectric constant of about 2.5 or less. Attempts have been made to use it as a film in semiconductor devices.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-162962
[Problems to be solved by the invention]
However, when the above-mentioned fluorine-containing carbon film is used as an interlayer insulating film of a semiconductor device, there is a problem that a leak current is large. When the leakage current of the interlayer insulating film is large, it causes a malfunction of a circuit when a semiconductor device is formed.
[0008]
Therefore, a method of reducing the leak current by performing a heat treatment on the formed fluorine-added carbon film has been attempted. For example, a method of reducing the leak current of the fluorinated carbon film by performing a heat treatment in a processing gas has been used in some cases.
[0009]
However, in the case of performing the above-described heat treatment, the effect of reducing the leak current is more remarkable as the temperature is higher, and in order to obtain a sufficient effect, it is necessary to set the fluorine-added carbon film to a high temperature of, for example, about 350 to 400 ° C. was there.
[0010]
However, when the above-described heat treatment is performed, there is a problem that the fluorine-added carbon film is decomposed by heat and the properties of the film are changed. For example, when a fluorine-added carbon film is heated to about 350 ° C. or more, F in the film is desorbed, the relative dielectric constant is increased, and the merit of using a material having a low dielectric constant is reduced. Was.
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for treating a fluorine-added carbon film that has solved the above-mentioned problems.
[0012]
A specific object of the present invention is to provide a substrate processing method for reducing a leakage current of a fluorinated carbon film without damaging the fluorinated carbon film by heating.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to solve the above problems,
As described in
A method for treating a fluorine-containing carbon film formed on a substrate to be processed,
Dissociating hydrogen gas to form hydrogen radicals;
Exposing the fluoridated carbon film to the hydrogen radicals.
As described in claim 2,
The method according to
As described in
The method according to claim 2, wherein the plasma gas includes a He gas.
As described in claim 4,
The plasma excitation is a microwave plasma excitation performed by a substrate processing apparatus, the substrate processing apparatus has a microwave antenna for introducing a microwave, the microwave antenna is fed by a coaxial waveguide, and an opening is provided. An antenna main body, a microwave radiating surface having a plurality of slots provided on the antenna main body so as to cover the opening, and a dielectric material provided between the antenna main body and the microwave radiating surface. The method for treating a fluoridated carbon film according to
As described in
The substrate processing apparatus includes:
A processing container defined by an outer wall and including a holding table that holds the substrate to be processed;
An exhaust port for exhausting the processing container,
On the processing container, a microwave transmission window provided as a part of the outer wall so as to face the substrate to be processed,
The microwave antenna provided on the microwave transmission window, a microwave power supply is electrically connected,
A plasma gas supply unit that supplies the plasma gas into the processing container,
The fluorine-containing carbon according to claim 4, comprising a charged particle removing structure provided between the substrate to be processed and the microwave transmitting window on the holding table so as to face the substrate to be processed. Depending on the processing method of the membrane,
As described in claim 6,
The method according to
As described in
The method for treating a fluoridated carbon film according to
As described in claim 8,
The fluorine-added device according to any one of
As described in claim 9,
The method according to claim 8, wherein the plasma gas supply unit is configured to supply the plasma gas between the microwave transmission window and the charged particle removal structure. Also,
As described in
The microwave plasma excitation is substantially generated in a space formed between the microwave transmission window and the charged particle removing structure in the processing container. The problem is solved by the method for forming a fluorine-added carbon film according to
[Action]
According to the present invention, by exposing the fluorinated carbon film to hydrogen radicals, it is possible to reduce the leak current of the fluorinated carbon film without performing heat treatment. Therefore, it is possible to form a fluorinated carbon film excellent in film quality with low leakage current without causing deterioration of the fluorinated carbon film due to heat.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[principle]
First, the principle of reducing the leakage current of a fluorinated carbon film by the method for treating a fluorinated carbon film according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (A) and 1 (B).
[0015]
The fluorine-added carbon film is formed, for example, by dissociating a fluorocarbon-based gas containing carbon and fluorine and hydrogen or a hydrocarbon-based gas containing hydrogen with plasma.
[0016]
As shown in FIG. 1A, the formed fluorine-added carbon film typically has a CF bond, a CC bond, a CH bond, and the like, and has an unreacted bond. D1 exists. It is considered that the leak current of the fluorine-added carbon film mainly flows through the unreacted bond D1. That is, it is considered that the presence of the unreacted bond D1 in the film increases the leak current of the fluorinated carbon film.
[0017]
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1 (B), the unreacted bond D1 is terminated with hydrogen to form a bond D2 which is a CH bond, and a path through which a current in the fluoridated carbon film easily flows. Is performed to reduce the leak current by reducing the unreacted bonds.
[0018]
Further, when a reaction terminating with hydrogen is caused to form the bond D2, the reactivity with the unreacted bond D1 is increased by using a hydrogen radical. For example, when an unreacted bond is also to be terminated with hydrogen using hydrogen gas, it is necessary to heat the fluorine-added carbon film to about 350 to 400 ° C.
[0019]
In that case, since the fluorine-added carbon film is weak to heat, it is known that the film starts to decompose at 350 ° C. to 400, for example, F is desorbed. Therefore, there is a problem that the relative dielectric constant of the fluorine-added carbon film increases.
[0020]
In the present invention, since a highly reactive hydrogen radical is used, it is not necessary to heat the fluorinated carbon film, and therefore, without affecting the fluorinated carbon film by heating, while maintaining the relative dielectric constant. By terminating unreacted bonds with hydrogen, it becomes possible to form a fluorine-added carbon film having a small leak current.
[0021]
Next, a substrate processing apparatus that performs the above-described processing will be described below.
[First embodiment]
FIGS. 2A and 2B show a configuration of a
[0022]
Referring to FIG. 2 (A), the
[0023]
The inside of the
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
A plasma gas is introduced into the plasma gas introduction ring from the plasma
[0028]
On the
[0029]
The radial
[0030]
The supplied microwave is radiated from the
[0031]
Of the
[0032]
FIG. 2B shows
[0033]
In the
[0034]
The charged
[0035]
The charged
[0036]
FIG. 3 is a plan view showing the configuration of the charged
[0037]
Referring to FIG. 3, the charged
[0038]
When the processing
[0039]
Due to the presence of the charged
[0040]
That is, by providing the charged particle removing structure, the active species that reach the
[0041]
In the method for treating a fluorinated carbon film according to the present invention, as described above with reference to FIG. 1, a treatment for terminating unreacted bonds in the fluorinated carbon film with hydrogen mainly using hydrogen radicals is performed. At that time, if ions having a large energy that collide with the fluorinated carbon film are present, the fluorinated carbon film may be damaged.
[0042]
Therefore, by providing the charged
[0043]
In the substrate processing method of the present invention, the substrate processing is performed by using a gas obtained by adding a hydrogen gas to a He gas as a plasma gas and exciting the plasma gas with a microwave plasma.
[0044]
For example, a plasma gas is formed by adding about 0.1 to 20% (preferably 1 to 5%) of hydrogen gas to He gas, and the plasma gas is supplied from the plasma
[0045]
The microwave plasma excited at that time generates a metastable He atom having a long life, and the collision with the hydrogen molecule dissociates the hydrogen molecule to generate a hydrogen radical. In addition, He + ions, H 2 + ions, and the like are also generated by ionization.
[0046]
However, as described above, since the charged particles are strongly removed by the charged
[0047]
Next, a specific substrate processing method will be described.
[Second embodiment]
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the substrate processing method according to the present invention using the
[0048]
Referring to FIG. 4, first, in step 1 (denoted as S1 in the figure, the same applies hereinafter), the
[0049]
At this time, as described above, a plasma gas obtained by adding 5% of hydrogen gas to He gas is used.
[0050]
Next, in
[0051]
Next, in step 4, as described above, the treatment of the fluorinated carbon film mainly with hydrogen radicals is performed. At that time, as described above, unreacted bonds existing in the fluorine-added carbon film are terminated by hydrogen. As a result, the number of unreacted bonds, that is, the paths through which the current easily flows can be reduced, and the leak current of the fluorinated carbon film after the substrate processing can be suppressed low.
[0052]
In addition, since hydrogen radicals having higher reactivity than hydrogen gas are used as described above, substrate processing can be performed at a low temperature, for example, 200 ° C. or less, and the fluorine-added carbon film is damaged by heating. The substrate processing can be performed without the need.
[0053]
Next, the introduction of the microwave is stopped in
[0054]
In the substrate processing method shown in the present embodiment, typically, under the conditions of a He flow rate of 300 sccm, a hydrogen flow rate of 15 sccm, a microwave frequency of 2.45 GHz, a microwave power of 900 W, a substrate temperature of 30 ° C., and a processing container pressure of 30 Pa, By performing the process of step 4 for 3 minutes, it is possible to obtain the effect of reducing the leak current of the fluorinated carbon film as described above.
[0055]
Further, in this embodiment, a plasma gas obtained by adding 5% of hydrogen gas to He gas is used, but this makes it easier to excite plasma as compared with a case where only hydrogen gas is used as plasma gas. In addition, there are the following reasons.
[Third embodiment]
In the plasma excitation, He plasma is excited to form He in a metastable state, and further, He atoms and hydrogen molecules collide in the gas phase to dissociate the hydrogen molecules by the energy of He atoms to form hydrogen radicals. are doing. At this time, the energy level of He atoms in the metastable state described above shows a high value of 20 eV, which is suitable for dissociating hydrogen molecules.
[0056]
FIG. 5 compares the energy levels of He and rare gases other than He, Ne, Ar, Kr, and Xe, in a metastable state. Referring to FIG. 5, it can be seen that He having a small atomic weight has an energy level of 20 eV, which is higher than that of a rare gas having a large atomic weight as compared with He.
[0057]
As described above, by mixing He having a high energy level in a metastable state with hydrogen and using it as a plasma gas, hydrogen molecules can be efficiently dissociated to form hydrogen radicals.
[0058]
Also, when He having a small atomic weight is used, the electron temperature becomes high and the ion energy becomes large, and there is a concern that the ion-implantation may damage the fluorine-added carbon film. However, as described above, the charged
[Fourth embodiment]
Next, changes in the leak current of the fluorinated carbon film before and after the substrate processing when the substrate processing method is performed under the conditions described in the second embodiment will be described. FIG. 6 shows the leakage current with respect to the electric field strength of the fluorine-added carbon film formed on the silicon substrate. The figure shows both the results before the substrate processing according to the present invention and the results after the substrate processing according to the present invention.
[0059]
Referring to FIG. 6, first, the leakage current of the fluorinated carbon film before the substrate treatment according to the present invention shown in Experiment B in the figure is, for example, 2.4 × 10 − when an electric field of 1 MV / cm is applied. In Experiment A, which is a leakage current of the fluoridated carbon film subjected to the substrate treatment described above in the second embodiment according to the present invention, whereas the current is 8 A / cm 2 , for example, the electric field is 1 MV / cm. shows 9 a / cm 2 and low - 8 × 10.
[0060]
This is because the substrate processing according to the present invention is performed, and as described above, the unbonded reactants in the film are terminated by hydrogen, and the number of paths through which current easily flows is reduced, so that the leak current value is suppressed to be low. It is thought that it is.
[0061]
Further, the relative dielectric constant of the fluorine-added carbon film does not change before and after the substrate processing, and the relative dielectric constant is maintained. This is because, as described above, since the substrate is processed at a low temperature of 200 ° C. or less at the time of substrate processing, it is possible to perform a process of reducing the leak current of the fluorinated carbon film without damaging the fluorinated carbon film by heat. It shows that it becomes.
[Fifth embodiment]
As described above, in the
[0062]
FIG. 7 shows a charged
[0063]
In the case of the charged particle removing structure 24 'shown in this figure, the
[0064]
As described above, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.
[0065]
【The invention's effect】
According to the present invention, by exposing the fluorinated carbon film to hydrogen radicals, the leak current of the fluorinated carbon film can be reduced without performing heat treatment. For this reason, it has become possible to form a fluorinated carbon film excellent in film quality with low leakage current without causing deterioration of the fluorinated carbon film due to heat.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a principle of reducing a leak current of a fluorinated carbon film by a processing method according to the present invention.
FIG. 2 is a view schematically showing a plasma processing apparatus for processing a fluorine-added carbon film according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram (part 1) illustrating a charged particle removing structure used in the plasma processing apparatus of FIG. 2;
FIG. 4 shows a flowchart of a processing method according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an energy level of a rare gas in a metastable state.
FIG. 6 is a diagram comparing the leakage current of a fluorinated carbon film before and after performing the treatment according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram (part 2) illustrating a charged particle removing structure used in the plasma processing apparatus of FIG. 2;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
水素ガスを解離して水素ラジカルを形成する工程と、
前記フッ素添加カーボン膜を前記水素ラジカルに曝す工程とを含むことを特徴とするフッ素添加カーボン膜の処理方法。A method for treating a fluoridated carbon film formed on a substrate to be processed,
Dissociating hydrogen gas to form hydrogen radicals;
Exposing the fluoridated carbon film to the hydrogen radicals.
外壁により画成され、前記被処理基板を保持する保持台を備えた処理容器と、
前記処理容器を排気する排気口と、
前記処理容器上に、前記被処理基板に対面するように前記外壁の一部として設けられたマイクロ波透過窓と、
前記マイクロ波透過窓上に設けられた、マイクロ波電源が電気的に接続された前記マイクロ波アンテナと、
前記処理容器中に前記プラズマガスを供給するプラズマガス供給部と、
前記保持台上の前記被処理基板と前記マイクロ波透過窓との間に前記被処理基板に対面するように設けられた荷電粒子除去構造よりなることを特徴とする請求項4記載のフッ素添加カーボン膜の処理方法。The substrate processing apparatus includes:
A processing container defined by an outer wall and including a holding table that holds the substrate to be processed;
An exhaust port for exhausting the processing container,
On the processing container, a microwave transmission window provided as a part of the outer wall so as to face the substrate to be processed,
The microwave antenna provided on the microwave transmission window, a microwave power supply is electrically connected,
A plasma gas supply unit that supplies the plasma gas into the processing container,
The fluorine-added carbon according to claim 4, further comprising a charged particle removing structure provided between the substrate to be processed and the microwave transmitting window on the holding table so as to face the substrate to be processed. How to treat the membrane.
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JP2008227306A (en) * | 2007-03-14 | 2008-09-25 | Nippon Zeon Co Ltd | Formation method of insulating film and semiconductor device using the same |
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2003
- 2003-05-08 JP JP2003130545A patent/JP2004335791A/en active Pending
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