JP2005064516A - 低誘電率を有するシリコン系絶縁膜の形成方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(i)複数の架橋可能基を含むシリコン系炭化水素化合物から成るソースガスと、(ii)架橋ガスと、(iii)不活性ガスと、を含む反応ガスを基板が載置される反応チャンバに導入することによって、プラズマ反応によってシリコン系絶縁膜が基板上に形成される。その後絶縁膜は、電子線照射に晒され、それによって膜の比誘電率を実質的に変更することなく膜の機械的強度を増加することができる。
【選択図】図1
Description
ひとつの実施例において、架橋ガスは、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、及びイソプロピルアルコールのようなC2-4アルカノールである。他の実施例において、架橋ガスはジエチルエーテルのようなC4-6エーテルである。さらに他の実施例において、架橋ガスはC2H4、C3H4、C3H6、C4H8、C3H5(CH3)及びC3H4(CH3)2のようなC2-5不飽和炭化水素である。C4-12芳香族炭化水素及びC4-12脂環式炭化水素のようなより多数の炭素原子の骨格を有する化合物は、それらが反応基を有するのであれば架橋剤として使用される。その化合物はこれらに限定されないが、1,4-シクロヘキサンジオール(沸点150℃/20mm)、1,4-シクロヘキサンジメタノール(沸点283℃)及び1,3-シクロペンタンジオール(80〜85℃/0.1Torr)のようなC4-12シクロアルカノール、並びに1,2,4-トリビニルシクロヘキサン(沸点85〜88℃/20mm)のようなC4-12脂環式炭化水素不飽和化合物を含む。
S=0.0667V5/3/ρ
ここで、S:材料面に垂直な電子経路長(μm)、V:加速電圧、ρ=密度(g/cm3)。
図1に示した電子線照射装置を用いて、φ300mmのシリコン基板上に形成した低誘電率シリコン系絶縁膜に電子線を照射する実験を行った。尚、ドーズ量はエミッション電流/スキャン面積をもとに算出し、本実験の場合、10mA/(52cm×52cm)=3.7μC/cm2・sec(すなわち、1分処理で約220μC/cm2)とした。
処理膜形成時の反応ガス:DMDMOS、ヘリウム
膜厚:500nm
加速電圧:4kV
被照射部内圧力:処理開始前2×10−6Torr(処理時、ガス導入無し);処理中10−5Torr台(処理中に圧力が徐々に低下する)
エミッション電流:10mA
基板温度:150℃〜450℃
磁場発生:X軸=49Hz;Y軸=500Hz
表1に基板の温度を150℃〜450℃に変化させたときの比誘電率及び弾性率の時間依存性を示す(処理前の比誘電率及び弾性率は、弾性率が破壊試験のため、個々のサンプルの値ではなく、代表的な値を使用している)。
図1に示した電子線照射装置を用いて、φ300mmのシリコン基板上に形成した低誘電率シリコン系絶縁膜に電子線を照射する実験を行った。
処理膜形成時の反応ガス:DMDMOS、ヘリウム
膜厚:500nm
加速電圧:4kV
被照射部内圧力:処理開始前2×10−6Torr(処理時、ガス導入無し);処理中10−4Torr〜10−5Torr台(処理中に圧力が徐々に低下する)
エミッション電流:40mA
基板温度:150℃〜450℃
磁場発生:X軸=49Hz;Y軸=500Hz
表2に基板の温度を150℃〜450℃へ変化させたときの比誘電率及び弾性率の時間依存性を示す。
図1に示した電子線照射装置を用いて、φ300mmのシリコン基板上に形成した低誘電率シリコン系絶縁膜に電子線を照射する実験を行った。
処理膜形成時の反応ガス:DMDMOS、ヘリウム
膜厚:500nm
加速電圧:4kV
被照射部内圧力:処理開始前2×10−6Torr〜5×10−4Torr;処理中10−4Torrから10−5Torr台(処理中に圧力が徐々に低下する)
エミッション電流:20mA
基板温度:300℃
磁場発生:X軸=49Hz;Y軸=500Hz
表3に被照射部内の処理開始前圧力を2×10−6Torr〜5×10−4Torrへ変化させたときの比誘電率及び弾性率の圧力依存性を示す。表から、比誘電率が2.8またはそれ以上かつ弾性率が15GPa以上となる絶縁膜を製造できることがわかる。
図1に示した電子線照射装置を用いて、φ300mmのシリコン基板上に形成した低誘電率シリコン系絶縁膜に電子線を照射する実験を行った。
処理膜形成時の反応ガス:DMDMOS、ヘリウム
加速電圧:膜厚300nmで3.0kV;膜厚2000nmで9.2kV
被照射部内圧力:処理開始前2×10−6Torr(処理時、ガス導入無し);処理中10−5Torr台(処理中に圧力が徐々に低下する)
エミッション電流:10mA
基板温度:300℃
磁場発生:X軸=49Hz;Y軸=500Hz
表4に基板の膜厚が300nmと2000nmのときの比誘電率及び弾性率の変化を示す。
図1に示した電子線照射装置を用いて、φ300mmのシリコン基板上に形成した低誘電率シリコン系絶縁膜に電子線を照射する実験を行った。
膜厚:1000nm(膜形成時の不活性ガスはすべてHe)
加速電圧:6kV近傍(各膜の密度より、加速電圧を調整:5.5kV〜6.3kV)
被照射部内圧力:2×10−6Torr
エミッション電流:20mA
基板温度:300℃
処理時間:4分
ドーズ量:1760μC/cm2
磁場発生:X軸=49Hz;Y軸=500Hz
表5に各反応ガス(原料ガス、架橋性ガス、酸素供給ガス)で形成した低誘電率シリコン系絶縁膜での誘電率及び弾性率の照射前後の値を示す。
Claims (56)
- 基板上にシリコン系絶縁膜を形成するための方法であって、
(i)複数の架橋可能基を含むシリコン系炭化水素化合物から成るソースガスと、(ii)架橋ガスと、(iii)不活性ガスと、から成る反応ガスを基板が載置されている反応チャンバ内に導入する工程と、
反応チャンバの内部にプラズマ反応空間を形成するべく高周波電力を印加する工程と、
基板上にシリコン系絶縁膜を得るべく反応ガスの流量及び高周波電力の強度を制御する工程と、
電子線装置内で絶縁膜を電子線照射に晒す工程と、
から成る方法。 - 請求項1に記載の方法であって、電子ビーム照射は、絶縁膜の比誘電率を実質的に変化させることなく絶縁膜の機械的強度を増加させるべく実行される、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、電子線照射は、
基板を処理チャンバ内に配置する工程と、
処理チャンバに結合された電子線銃チャンバを排気する工程であって、処理チャンバと電子線銃チャンバとの間に仕切壁が配置され、前記仕切壁は開口部を有するところの工程と、
電子線銃チャンバ内に設けられた電子線銃から前記開口部を通って基板方向へ電子を放出する工程と、
から成る、ところの方法。 - 請求項3に記載の方法であって、電子線銃は、単一のフィラメント及びアノードから成り、前記開口部はフィラメントから基板上へ放出された電子の軌道外周に沿って形成されている、ところの方法。
- 請求項3に記載の方法であって、処理チャンバ内の圧力は10−6Torrから10−5Torrである、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、電子線照射の前に、絶縁膜は5.0GPaまたはそれ以上の弾性率、及び2.8またはそれ以下の比誘電率を有し、また電子線照射は実質的に比誘電率を変化させることなく1GPa〜10GPaだけ弾性率を増加するべく実行される、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、電子線照射は、
基板を処理チャンバ内に配置する工程と、
処理チャンバに結合された電子線銃チャンバ内に不活性ガスを導入する工程であって、処理チャンバと電子線銃チャンバとの間に仕切壁が配置され、前記仕切壁は開口部を有するところの工程と、
電子線装置から不活性ガスを流出させながら、電子線銃チャンバ内に設けられた電子線銃から前記開口部を通って基板方向へ電子を放出する工程と、
から成る、ところの方法。 - 請求項7に記載の方法であって、処理チャンバ内の圧力は10−6Torrから10−4Torrである、ところの方法。
- 請求項7に記載の方法であって、不活性ガスはヘリウムである、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、電子は25cm2〜3125cm2の照射面積で単一のフィラメントから放出される、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、電子線ドーズ量は50μC/cm2〜10000μC/cm2である、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、シリコン系炭化水素化合物の架橋可能基はアルコキシ基及び/またはビニル基である、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、架橋ガスは、アルコール、エーテル、不飽和炭化水素、CO2及びN2から成る集合から選択される、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、反応ガスはさらに酸素供給ガスから成る、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、架橋ガスはC2-4アルカノールである、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、架橋ガスはC4-6エーテルである、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、架橋ガスはC2-4不飽和炭化水素である、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、架橋ガスはソースガスの化合物のオリゴマーを架橋するのに有効な流量で供給され、それによって基板上に形成される絶縁膜の硬度が増加する、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、反応ガスは反応チャンバの上流側で励起される、ところの方法。
- 請求項1に記載の方法であって、高周波電力の強度は1.5W/cm2またはそれ以上である、ところの方法。
- 基板上にシリコン系絶縁膜を形成するための方法であって、
(i)複数のアルコキシ基を含むシリコン系炭化水素化合物から成るソースガスと、(ii)C1-6アルカノール、C1-6エーテル、C1-6不飽和炭化水素、CO2及びN2から成る集合から選択される架橋ガスと、(iii)不活性ガスと、から成る反応ガスを基板が載置されている反応チャンバ内に導入する工程と、
反応チャンバの内部にプラズマ反応空間を形成するべく高周波電力を印加する工程と、
反応ガスの流量及び高周波電力の強度を制御する工程と、
電子線装置内で絶縁膜を電子線照射に晒す工程と、
から成る方法。 - 基板上に形成されたシリコン系絶縁膜の機械的強度を増加させるための方法であって、
架橋可能基を含むシリコン系炭化水素化合物から成るソースガスへ選択された架橋ガスを不活性ガスとともに混合する工程と、
基板が載置されるところの反応チャンバ内へ反応ガスとして混合ガスを導入する工程と、
反応ガスの流量及び高周波電力の強度を制御する工程と、
電子線装置内で絶縁膜を電子線照射に晒す工程と、
から成る方法。 - 請求項22に記載の方法であって、高周波電力は高周波電力及び低周波電力の組合せである、ところの方法。
- 請求項22に記載の方法であって、高周波電力は2MHzまたはそれ以上の周波数を有し、低周波電力は2MHz以下の周波数を有する、ところの方法。
- 請求項22に記載の方法であって、シリコン系炭化水素化合物の架橋可能基はアルコキシ基及び/またはビニル基である、ところの方法。
- 請求項22に記載の方法であって、架橋ガスは、アルコール、エーテル、不飽和炭化水素、CO2及びN2から成る集合から選択される、ところの方法。
- 表面にシリコン系絶縁膜を有する基板を生成するための方法であって、
プラズマCVD装置内でプラズマ反応によって基板上にシリコン系絶縁膜を形成する工程と、
電子線装置内で絶縁膜を電子線照射に晒す工程であって、
処理チャンバ内に基板を配置する工程と、
処理チャンバに結合された電子線銃チャンバを排気する工程であり、処理チャンバと電子線銃チャンバとの間に仕切壁が配置され、前記仕切壁は開口部を有するところの工程と、
電子線銃チャンバ内に設けられた電子線銃から開口部を通って基板方向へ電子を放出する工程であり、電子線銃はフィラメント及びアノードから成り、開口部はフィラメントから基板上へ放出される電子の軌道外周に沿って形成される、 ところの工程と、
から成る工程と、
から成る方法。 - 請求項27に記載の方法であって、電子線照射は比誘電率を実質的に変化させることなく絶縁膜の機械的強度を増加させるために実行される、ところの方法。
- 請求項27に記載の方法であって、処理チャンバ内の圧力は10−6Torrから10−5Torrである、ところの方法。
- 請求項27に記載の方法であって、電子は25cm2〜3125cm2の照射面積でフィラメントから放出される、ところの方法。
- 請求項27に記載の方法であって、電子線ドーズ量は50μC/cm2〜10000μC/cm2である、ところの方法。
- 請求項27に記載の方法であって、開口部は円形または頭部開口の円錐台状に形成されている、ところの方法。
- 請求項27に記載の方法であって、さらに、絶縁膜の表面を2次元的に走査するべく電子の軌道を制御するよう絶縁膜の表面に関してX軸方向及びY軸方向へ別々に磁場を生成する工程から成る、方法。
- 請求項33に記載の方法であって、X軸方向に使用される周波数は10Hz〜100Hzであり、Y軸方向に使用される周波数は100Hz〜1000Hzである、ところの方法。
- 請求項34に記載の方法であって、Y軸方向に使用される周波数はX軸方向に使用される周波数で数学的に割り切れない、ところの方法。
- 請求項27に記載の方法であって、電子線照射の前に、絶縁膜は5.0GPaまたはそれ以上の弾性率、及び2.8またはそれ以下の比誘電率を有し、また電子線照射は実質的に比誘電率を変化させることなく1GPa〜10GPaだけ弾性率を増加するべく実行される、ところの方法。
- 表面にシリコン系絶縁膜を有する基板を生成するための方法であって、
プラズマCVD装置内でプラズマ反応によって基板上にシリコン系絶縁膜を形成する工程と、
電子線装置内で絶縁膜を電子線照射に晒す工程であって、
処理チャンバ内に基板を配置する工程と、
処理チャンバに結合された電子線銃チャンバ内に不活性ガスを導入する工程であり、処理チャンバと電子線銃チャンバとの間に仕切壁が配置され、前記仕切壁は開口部を有するところの工程と、
電子線装置から不活性ガスを流出させながら、電子線銃チャンバ内に設けられた電子線銃から開口部を通って基板方向へ電子を放出する工程であり、電子線銃はフィラメント及びアノードから成り、開口部はフィラメントから基板上へ放出される電子の軌道外周に沿って形成される、ところの工程と、
から成る工程と、
から成る方法。 - 請求項37に記載の方法であって、処理チャンバ内の圧力は10−6Torrから10−4Torrである、ところの方法。
- 請求項37に記載の方法であって、不活性ガスはヘリウムである、ところの方法。
- 請求項37に記載の方法であって、電子は25cm2〜3125cm2の照射面積でフィラメントから放出される、ところの方法。
- 請求項37に記載の方法であって、電子線ドーズ量は50μC/cm2〜10000μC/cm2である、ところの方法。
- 請求項37に記載の方法であって、開口部は円形または頭部開口の円錐台状に形成されている、ところの方法。
- 請求項37に記載の方法であって、さらに、絶縁膜の表面を2次元的に走査するべく電子の軌道を制御するよう絶縁膜の表面に関してX軸方向及びY軸方向へ別々に磁場を生成する工程から成る、方法。
- 請求項37に記載の方法であって、X軸方向に使用される周波数は10Hz〜100Hzであり、Y軸方向に使用される周波数は100Hz〜1000Hzである、ところの方法。
- 請求項44に記載の方法であって、Y軸方向に使用される周波数はX軸方向に使用される周波数で数学的に割り切れない、ところの方法。
- 請求項37に記載の方法であって、電子線照射の前に、絶縁膜は5.0GPaまたはそれ以上の弾性率、及び2.8またはそれ以下の比誘電率を有し、また電子線照射は実質的に比誘電率を変化させることなく1GPa〜10GPaだけ弾性率を増加するべく実行される、ところの方法。
- 基板上に形成された膜を処理するための電子線照射装置であって、
電子を生成するための単一フィラメント及びアノードから成るフィラメント電子線銃と、電子の軌道を制御するためのコイルとから成る電子線銃チャンバと、
電子線銃チャンバに結合された、基板を処理するための処理チャンバであって、基板を支持するための支持体から成る処理チャンバと、
処理チャンバと電子線銃チャンバとの間に配置された仕切壁であって、前記仕切壁はフィラメントから基板上へ放出される電子の軌道外周に基づいて形成される開口部を有する、ところの仕切壁と、
前記開口部近傍に配置された排気装置と、
から成る電子線照射装置。 - 請求項47に記載の装置であって、フィラメント、アノード、開口部及び支持体が同軸に配置されている、ところの装置。
- 請求項47に記載の装置であって、前記開口部は円形または頭部開口の円錐台形状に形成されている、ところの装置。
- 請求項47に記載の装置であって、前記開口部は頭部開口の円錐台形状に形成されている、ところの装置。
- 請求項47に記載の装置であって、前記開口部は電子の軌道外周に沿って形成されている、ところの装置。
- 請求項47に記載の装置であって、前記排気装置は前記開口部の上流側に配置されている、ところの装置。
- 請求項47に記載の装置であって、さらに、電子線銃チャンバと処理チャンバとの間に配置された中間チャンバから成り、前記中間チャンバは排気装置を具備し、仕切壁が中間チャンバ内部または中間チャンバと処理チャンバとの間に設けられている、ところの装置。
- 請求項47に記載の装置であって、前記コイルは基板の表面を2次元的に走査するべく電子の軌道を制御するよう基板の表面に関してX軸方向及びY軸方向に別々に磁場を生成するためのものである、ところの装置。
- 請求項47に記載の装置であって、さらに、処理チャンバ内に設けられた静電除去装置から成り、前記静電除去装置はUV照射装置及び処理チャンバ内にイオン化ガスを導入するための装置から成る集合から選択される、ところの装置。
- 請求項47に記載の装置であって、処理チャンバはマルチチャンバタイプのプラズマCVD装置に結合できるように作られている、ところの装置。
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