JP2009021442A - Method of forming film for porous membrane and computer-readable recording medium - Google Patents

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康弘 大島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a porous low dielectric constant membrane with stability and with good repeatability by a plasma CVD process using organic silicon compound materials. <P>SOLUTION: Oxygen plasma treatment of a surface of a SiOCH film formed by a plasma CVD process using organic silicon compound materials is carried out to form a surface densification layer. In addition, by hydrogen plasma treatment, a CHx group and an OH group are emitted from the SiOCH film under the surface densification layer via the surface densification layer at a controlled rate to form a porous low dielectric constant membrane with stability. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は一般に誘電体膜の形成方法に係り、特にSiOCH膜の形成方法に関する。   The present invention generally relates to a method for forming a dielectric film, and more particularly to a method for forming a SiOCH film.

最近の微細化された半導体装置では、基板上に形成された莫大な数の半導体素子を電気的に接続するのに、いわゆる多層配線構造が使われる。多層配線構造では、配線パターンを埋設した層間絶縁膜を多数積層し、一の層の配線パターンは、隣接する層の配線パターンと、あるいは基板中の拡散領域と、前記層間絶縁膜中に形成したコンタクトホールを介して相互接続される。   In recent miniaturized semiconductor devices, a so-called multilayer wiring structure is used to electrically connect a huge number of semiconductor elements formed on a substrate. In the multilayer wiring structure, a large number of interlayer insulating films in which wiring patterns are embedded are stacked, and a wiring pattern of one layer is formed in a wiring pattern of an adjacent layer or a diffusion region in a substrate and the interlayer insulating film. They are interconnected via contact holes.

かかる微細化された半導体装置では、層間絶縁膜中において複雑な配線パターンが近接して形成されるため、層間絶縁膜中の寄生容量による電気信号の配線遅延(RC遅延)が深刻な問題になる。つまり、高速化・低消費電力化の配線技術として、配線抵抗Rと配線容量Cの積を小さくすることが重要になってきている。   In such a miniaturized semiconductor device, complicated wiring patterns are formed close to each other in the interlayer insulating film, so that the wiring delay (RC delay) of the electric signal due to the parasitic capacitance in the interlayer insulating film becomes a serious problem. . That is, it is important to reduce the product of the wiring resistance R and the wiring capacitance C as a wiring technology for high speed and low power consumption.

このため、特に最近のいわゆるサブミクロン、あるいはサブクォータミクロンと呼ばれる超微細化半導体装置では、多層配線構造を構成する層間絶縁膜として、比誘電率が4程度の従来のシリコン酸化膜(SiO2膜)の代わりに、比誘電率が3〜3.5程度のF添加シリコン酸化膜(SiOF膜)が用いられている。 For this reason, in recent ultra-miniaturized semiconductor devices called so-called sub-micron or sub-quarter micron, a conventional silicon oxide film (SiO 2 film) having a relative dielectric constant of about 4 is used as an interlayer insulating film constituting a multilayer wiring structure. ), An F-added silicon oxide film (SiOF film) having a relative dielectric constant of about 3 to 3.5 is used.

しかし、SiOF膜では比誘電率の低減にも限界があり、このようなSiO2ベースの絶縁膜では、設計ルール0.1μm以降の世代の半導体装置で要求される、3.0未満の比誘電率を達成するのは困難であった。 However, there is a limit to the reduction of the dielectric constant in the SiOF film. In such an SiO 2 -based insulating film, the dielectric constant of less than 3.0 required for the semiconductor device of the generation after the design rule of 0.1 μm. The rate was difficult to achieve.

一方、比誘電率がより低い、いわゆる低誘電率(low-K)絶縁膜には様々な材料があるが、多層配線構造に使われる層間絶縁膜には、比誘電率が低いだけでなく、高い機械的強度と熱処理に対する安定性を備えた材料を使う必要がある。   On the other hand, there are various materials for the so-called low dielectric constant (low-K) insulating film having a lower relative dielectric constant, but the interlayer dielectric used for the multilayer wiring structure not only has a low relative dielectric constant, It is necessary to use materials with high mechanical strength and stability against heat treatment.

SiOCH膜は、十分な機械的強度を有し、かつ2.5以下の比誘電率を実現できる点、さらに半導体装置の製造プロセスに好都合なCVD法により形成できる点で、次世代の超高速半導体装置に使われる低誘電率層間絶縁膜としてとして有望である。
WO2005/045916号公報 特開2005−093721号公報 特開2004−158793号公報 特開2004−158794号公報 特開2005−017085号公報 特開2005−093721号公報 特開2005−175085号公報 特開2005−026468号公報 WO2003/019645号公報 特表2003−503849号公報 特表2002−538604号公報 特開2004−200626号公報 特開平8−236520号公報 WO2001/097296号公報 特開2004−158793号公報 WO2001/097269号公報 特開2004−200626号公報 特表2003−503849号公報 特表2002−538604号公報 特開2002−110636号公報 特開平7−106299号公報 特開平6−84888号公報 特許公報第2506539号 A. Grill and D. A. Neumayer, J. Appl. Phys. vol.94, No.10, Nov.15, 2003
The SiOCH film is a next-generation ultrahigh-speed semiconductor in that it has sufficient mechanical strength and can achieve a relative dielectric constant of 2.5 or less, and can be formed by a CVD method that is convenient for the manufacturing process of semiconductor devices. It is promising as a low dielectric constant interlayer insulating film used in devices.
WO2005 / 045916 JP 2005-093721 A JP 2004-158793 A JP 2004-158794 A JP 2005-017085 A JP 2005-093721 A JP 2005-175085 A JP 2005-026468 A WO2003 / 019645 Japanese translation of PCT publication No. 2003-503849 Special table 2002-538604 gazette JP 2004-200626 A JP-A-8-236520 WO2001 / 097296 publication JP 2004-158793 A WO2001 / 097269 JP 2004-200626 A Japanese translation of PCT publication No. 2003-503849 Special table 2002-538604 gazette JP 2002-110636 A JP 7-106299 A Japanese Patent Laid-Open No. 6-84888 Patent Publication No. 2506539 A. Grill and DA Neumayer, J. Appl. Phys. Vol. 94, No. 10, Nov. 15, 2003

従来、SiOCH膜は、平行平板型プラズマ処理装置により形成できることが報告されている。しかし、通常のCVDプロセスで形成されたSiOCH膜は3〜4の間の比誘電率を有し、有機SOGやSiLK(登録商標)などの塗布型絶縁膜が達成している2.2近辺の比誘電率には到達していない。   Conventionally, it has been reported that the SiOCH film can be formed by a parallel plate type plasma processing apparatus. However, the SiOCH film formed by the normal CVD process has a relative dielectric constant between 3 and 4, and is around 2.2, which is achieved by coating type insulating films such as organic SOG and SiLK (registered trademark). The relative dielectric constant has not been reached.

SiOCH膜において、このような塗布型絶縁膜に匹敵する比誘電率を実現しようとする手段の一つとして、膜を多孔質膜とすることが考えられる。例えば特許文献9は、CVD法により堆積されたSiOCH膜をマイクロ波プラズマ励起した水素ラジカルに曝露し、基板上に堆積されたSiOCH膜からCHx基やOH基を膜外に排出し、多孔質膜を得る技術を記載している。   In the SiOCH film, as one means for achieving a relative dielectric constant comparable to such a coating type insulating film, it can be considered that the film is a porous film. For example, in Patent Document 9, a SiOCH film deposited by a CVD method is exposed to hydrogen radicals excited by microwave plasma, and CHx groups and OH groups are discharged out of the film from the SiOCH film deposited on the substrate. Describes the technology to obtain

しかし、このように基板上に形成されたSiOCH膜に水素プラズマ処理を施して改質する手法では、改質プロセスに微妙な制御が必要となり、量産工程において安定して改質処理を実行するのが困難であった。   However, in the method of reforming the SiOCH film formed on the substrate by performing hydrogen plasma treatment as described above, delicate control is required for the reforming process, and the reforming process is executed stably in the mass production process. It was difficult.

すなわち上記従来技術においては、プラズマ励起された水素ラジカルが膜中のSi−CHx結合あるいはSi−OH結合を切断し、切断されたCHx基およびOH基がメタン(CH4)分子の形で膜外に放出されるが、改質処理が最適な条件で行われた場合、このようにして形成されたメタン分子がSiOCH膜を膨張させるように作用し、その結果、膜中に空間、すなわち空孔が形成され、SiOCH膜の比誘電率が低下する。 That is, in the above prior art, plasma-excited hydrogen radicals break Si—CHx bonds or Si—OH bonds in the film, and the broken CHx groups and OH groups are in the form of methane (CH 4 ) molecules outside the film. However, when the reforming process is performed under optimum conditions, the methane molecules thus formed act to expand the SiOCH film, and as a result, spaces in the film, that is, vacancies are formed. As a result, the relative dielectric constant of the SiOCH film decreases.

しかし、この従来の改質プロセスでは、改質プロセス条件が狭い最適範囲を外れると、SiOCH膜は膨張するかわりに収縮してしまい、収縮に伴う密度の増大により、膜の比誘電率は、かえって増大してしまう。   However, in this conventional reforming process, when the reforming process conditions are outside the narrow optimum range, the SiOCH film shrinks instead of expanding, and the relative dielectric constant of the film is rather increased due to the increase in density accompanying the shrinking. It will increase.

一の側面によれば本発明は、基板上に有機シリコン化合物原料により、有機官能基および水酸基を含む誘電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜表面に、前記有機官能基を除去する緻密化処理を行い、前記誘電体膜表面に、表面緻密化層を形成する工程と、前記表面緻密化層を形成された誘電体膜を、プラズマ励起された水素ラジカルに曝露し、前記有機官能基および水酸基を除去することにより前記誘電体膜本体中に空孔を形成する工程と、を含むことを特徴とする多孔質膜の成膜方法を提供する。   According to one aspect, the present invention provides a step of forming a dielectric film containing an organic functional group and a hydroxyl group on a substrate using an organic silicon compound raw material, and a dense layer for removing the organic functional group on the surface of the dielectric film. Forming a surface densified layer on the surface of the dielectric film, exposing the dielectric film formed with the surface densified layer to plasma-excited hydrogen radicals, and And a step of forming pores in the dielectric film body by removing hydroxyl groups, and providing a method for forming a porous film.

他の側面によれば本発明は、汎用コンピュータにより基板処理システムを制御させ、前記基板処理システムに、シリコン基板上への多孔質膜の成膜処理を実行させるプログラムを記録したコンピュータ可読記録媒体であって、前記基板処理システムは、第1の基板処理装置と第2の基板処理装置とを結合してなり、前記多孔質膜の成膜処理は、被処理基板を前記第1の基板処理装置に導入する工程と、前記第1の基板処理装置中において、前記基板上に有機シリコン化合物原料により、有機官能基および水酸基を含む誘電体膜を形成する工程と、前記第1の基板処理装置において、前記誘電体膜表面に、前記有機官能基を除去する緻密化処理を行い、前記誘電体膜表面に、表面緻密化層を形成する工程と、前記緻密化処理を行った前記被処理基板を、前記第2の基板処理装置に導入する工程と、前記第2の基板処理装置において、前記表面緻密化層を形成された誘電体膜を、プラズマ励起された水素ラジカルに曝露し、前記有機官能基を除去することにより前記誘電体膜本体中に空孔を形成する工程と、を含むことを特徴とするコンピュータ可読記録媒体を提供する。   According to another aspect, the present invention provides a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for causing a substrate processing system to be controlled by a general-purpose computer and causing the substrate processing system to execute a porous film forming process on a silicon substrate. The substrate processing system is formed by combining a first substrate processing apparatus and a second substrate processing apparatus, and in forming the porous film, the substrate to be processed is the first substrate processing apparatus. In the first substrate processing apparatus, in the first substrate processing apparatus, in the first substrate processing apparatus, a step of forming a dielectric film containing an organic functional group and a hydroxyl group from the organic silicon compound raw material on the substrate; Performing a densification treatment to remove the organic functional group on the surface of the dielectric film, and forming a surface densification layer on the surface of the dielectric film; and the substrate to be processed on which the densification treatment has been performed. In the second substrate processing apparatus, and in the second substrate processing apparatus, the dielectric film formed with the surface densified layer is exposed to plasma-excited hydrogen radicals, and the organic functional group is exposed. Forming a hole in the dielectric film body by removing a group, and providing a computer-readable recording medium.

本発明によれば、多孔質膜の成膜を、基板上に有機シリコン化合物原料により、有機官能基および水酸基を含む誘電体膜を形成し、前記誘電体膜表面に、前記有機官能基および水酸基を除去する緻密化処理を行い、前記誘電体膜表面に、前記誘電体膜本体よりも密度の高い表面緻密化層を形成し、前記表面緻密化層を形成された誘電体膜を、プラズマ励起された水素ラジカルに曝露し、前記有機官能基および水酸基を除去することにより前記誘電体膜本体中に空孔を形成する工程により実行することにより、前記空孔形成工程において、前記誘電体膜中に含まれる、一般にCHxと略記されるCH3,C25,・・・などの有機官能基や水酸基(OH)が制御されたレートで膜外に排出され、前記空孔形成の際の誘電体膜の収縮を効果的に抑制することが可能となる。その結果、誘電体膜の密度増加が抑制され、低い誘電率の多孔質膜を得ることが可能になる。 According to the present invention, the porous film is formed by forming a dielectric film containing an organic functional group and a hydroxyl group on the substrate by using an organic silicon compound raw material, and the organic functional group and the hydroxyl group are formed on the surface of the dielectric film. A surface densification layer having a higher density than the dielectric film body is formed on the surface of the dielectric film, and the dielectric film on which the surface densification layer is formed is plasma-excited. In the hole forming step, by performing the step of forming holes in the dielectric film main body by removing the organic functional groups and hydroxyl groups by exposing to the generated hydrogen radicals. , Organic functional groups such as CH 3 , C 2 H 5 ,... Generally abbreviated as CHx, and hydroxyl groups (OH) are discharged out of the film at a controlled rate, Effective shrinkage of dielectric film It is possible to win to become. As a result, an increase in the density of the dielectric film is suppressed, and a porous film having a low dielectric constant can be obtained.

またこのように成膜工程の後に、成膜原料ガスのみを遮断し、プラズマガスおよび酸化ガスの供給およびプラズマパワーの供給を継続することにより、成膜工程終了時に生じるパーティクル発生が効果的に抑制され、成膜の歩留まりが大きく向上する。   Further, after the film formation process, only the film formation source gas is shut off, and the supply of plasma gas and oxidizing gas and the supply of plasma power are continued, thereby effectively suppressing the generation of particles at the end of the film formation process. As a result, the yield of film formation is greatly improved.

[第1の実施形態]
図1は、本発明で誘電体膜の成膜処理に使われる平行平板型基板処理装置11の構成を示す。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows the configuration of a parallel plate type substrate processing apparatus 11 used for forming a dielectric film in the present invention.

図1を参照するに、基板処理装置11は陽極酸化処理されたアルミニウムなどの導電性材料よりなり排気口13を介してターボ分子ポンプなどの排気装置14により排気される処理容器12を含み、前記処理容器12内部には、被処理基板Wを保持するサセプタ17が、略円柱状のサセプタ支持台16に支持されて設けられている。前記サセプタ17は、平行平板型基板処理装置11の下部電極としても機能し、サセプタ支持台16とサセプタ17との間には、セラミックなどの絶縁体18が設けられている。また前記処理容器12は接地されている。   Referring to FIG. 1, a substrate processing apparatus 11 includes a processing container 12 made of a conductive material such as anodized aluminum and exhausted by an exhaust apparatus 14 such as a turbo molecular pump through an exhaust port 13. Inside the processing container 12, a susceptor 17 that holds the substrate W to be processed is supported by a substantially cylindrical susceptor support 16. The susceptor 17 also functions as a lower electrode of the parallel plate type substrate processing apparatus 11, and an insulator 18 such as ceramic is provided between the susceptor support 16 and the susceptor 17. The processing container 12 is grounded.

前記サセプタ支持台16内部には冷媒流路19が設けられ、前記冷媒流路19中に冷媒を循環させることにより、前記サセプタ17およびその上の被処理基板Wが、基板処理プロセスの際に、所望の基板温度に制御される。   A refrigerant flow path 19 is provided inside the susceptor support base 16, and by circulating the refrigerant in the refrigerant flow path 19, the susceptor 17 and the substrate W to be processed thereon are subjected to a substrate processing process. It is controlled to a desired substrate temperature.

また前記処理容器12の側壁にはゲートバルブ15が設けられ、前記ゲートバルブ15を開放した状態で、前記処理容器12に対し、被処理基板Wが搬入され、また搬出される。   Further, a gate valve 15 is provided on the side wall of the processing container 12, and the substrate W to be processed is carried into and out of the processing container 12 with the gate valve 15 opened.

前記排気装置はさらに除害装置36に接続され、前記除外装置36は、排気装置14により排出された処理容器12からの排出ガスを無害化する。例えば前記除害装置36は、所定の触媒により雰囲気ガスを燃焼あるいは熱分解して、無害な物質に変換する装置であってもよい。   The exhaust device is further connected to an abatement device 36, and the exclusion device 36 renders the exhaust gas discharged from the processing container 12 discharged by the exhaust device 14 harmless. For example, the abatement device 36 may be a device that converts atmospheric gas into a harmless substance by burning or pyrolyzing the atmosphere gas with a predetermined catalyst.

前記サセプタ支持台16には、半導体被処理基板Wの受け渡しをするためのリフトピン20が、昇降機構(図示せず)により昇降自在に設けられている。また前記サセプタ17は、その上面中央部に凹円板状部分が形成され、前記凹円板状部分上に被処理基板Wに対応した形状の静電チャック(図示せず)が設けられる。前記サセプタ17上に載置された被処理基板Wは、直流電圧が印加されることにより前記静電チャックに静電吸着される。   The susceptor support 16 is provided with lift pins 20 for transferring the semiconductor substrate W to be moved up and down by an elevating mechanism (not shown). The susceptor 17 has a concave disk-shaped portion formed at the center of the upper surface thereof, and an electrostatic chuck (not shown) having a shape corresponding to the substrate to be processed W is provided on the concave disk-shaped portion. The substrate W to be processed placed on the susceptor 17 is electrostatically attracted to the electrostatic chuck when a DC voltage is applied.

さらに前記サセプタ17の上方には、前記サセプタ17に略平行に、前記サセプタ17上の被処理基板Wに対向するようにシャワーヘッド23が設けられる。   Further, a shower head 23 is provided above the susceptor 17 so as to face the substrate W to be processed on the susceptor 17 so as to be substantially parallel to the susceptor 17.

前記シャワーヘッド23の前記サセプタ17に対向する面には、多数のガス供給孔24を有し、アルミニウム等からなる電極板25が設けられ、前記シャワーヘッド23は、電極支持体26により、前記処理容器12の天井部分に支持されている。前記シャワーヘッド23の内部には、別の冷媒流路27が形成され、前記冷媒流路27に冷媒を循環させることにより、前記シャワーヘッド23を、基板処理プロセスの際に、所望の温度に維持される。   The surface of the shower head 23 facing the susceptor 17 has a number of gas supply holes 24 and is provided with an electrode plate 25 made of aluminum or the like. The shower head 23 is connected to the treatment by an electrode support 26. The container 12 is supported on the ceiling portion. Another coolant channel 27 is formed inside the shower head 23, and the coolant is circulated through the coolant channel 27 to maintain the shower head 23 at a desired temperature during the substrate processing process. Is done.

さらに、前記シャワーヘッド23にはガス導入管28が接続され、一方前記ガス導入管28は、トリメチルシラン((CH3)3SiH)原料を保持した原料容器29と、酸素ガスを保持した酸化剤ガス源30と、アルゴン(Ar)ガスを保持したArガス源31に、図示しないそれぞれのマスフローコントローラおよびバルブ等を介して接続されている。 Further, a gas introduction pipe 28 is connected to the shower head 23, while the gas introduction pipe 28 comprises a raw material container 29 holding trimethylsilane ((CH 3 ) 3 SiH) raw material and an oxidant holding oxygen gas. The gas source 30 is connected to an Ar gas source 31 holding argon (Ar) gas via respective mass flow controllers and valves (not shown).

前記ガス源29〜31からの原料ガス及び処理ガスは、ガス導入管28を介してシャワーヘッド23の内部に形成された中空部(図示せず)において混合され、前記シャワーヘッド23のガス供給孔24から、前記被処理基板Wの表面近傍のプロセス空間に供給される。   The source gas and the processing gas from the gas sources 29 to 31 are mixed in a hollow portion (not shown) formed in the shower head 23 via the gas introduction pipe 28, and the gas supply holes of the shower head 23 are mixed. 24 to the process space near the surface of the substrate W to be processed.

前記シャワーヘッド23には、さらに第2の高周波電源32が、第2の整合器33を介して接続されており、前記高周波電源32は、周波数が450kHz〜300MHz,好ましくは13.56〜150MHzの範囲の高周波パワーを前記シャワーヘッド23に供給する。このように高い周波数の高周波パワーを供給されることにより、前記シャワーヘッド23は上部電極として機能し、前記処理容器12内に、プラズマが形成される。またプラズマ源としては、マイクロ波方式、ICP方式も適用可能である。   The shower head 23 is further connected with a second high-frequency power source 32 via a second matching unit 33. The high-frequency power source 32 has a frequency of 450 kHz to 300 MHz, preferably 13.56 to 150 MHz. A range of high frequency power is supplied to the showerhead 23. By supplying such high frequency high frequency power, the shower head 23 functions as an upper electrode, and plasma is formed in the processing vessel 12. As the plasma source, a microwave method and an ICP method are also applicable.

さらに図1の基板処理装置11は、被処理基板Wへの成膜処理を含む、処理装置11全体の動作を制御する制御部34を有する。前記制御部34は、MPU(Micro Processing Unit)、メモリ等を備えるマイコン制御装置よりなり、装置各部を所定の処理シーケンスに従って制御するためのプログラムをメモリに記憶し、このプログラムにしたがって、装置各部を制御する。   Further, the substrate processing apparatus 11 of FIG. 1 includes a control unit 34 that controls the operation of the entire processing apparatus 11 including a film forming process on the substrate W to be processed. The control unit 34 includes a microcomputer control device including an MPU (Micro Processing Unit), a memory, and the like, and stores a program for controlling each part of the device according to a predetermined processing sequence in the memory. Control.

図2(A)〜(C)は、本発明の第1の実施形態による成膜方法の概要を示す。   2A to 2C show an outline of a film forming method according to the first embodiment of the present invention.

図2(A)を参照するに、シリコン基板41が図1の基板処理装置11中に導入され、13.3〜13333Pa、好ましくは100〜1000Paの圧力下、室温〜200℃の基板温度において、Arガスを100〜6000SCCM,好ましくは100〜1000SCCM,酸素ガスを50〜2000SCCM,好ましくは50〜200SCCM,トリメチルシラン(3MS)などの有機シリコン化合物ガスを50〜2000SCCM,好ましくは50〜200SCCMの流量で前記処理容器12中に供給し、さらに前記シャワーヘッド23に前記高周波源32より周波数が13〜150MHzの高周波を、50〜3000W,好ましくは100〜750Wのパワーで供給することにより、前記シリコン基板41の表面に、Siと酸素を主な構成元素とし、これに炭素および水素を含んだ、いわゆるSiOCH膜42を、500〜2000nm/分の成膜速度で100〜1000nm,好ましくは200〜400nmの膜厚に、形成する。   Referring to FIG. 2 (A), a silicon substrate 41 is introduced into the substrate processing apparatus 11 of FIG. 1, and the substrate temperature is from 13.3 to 13333 Pa, preferably from 100 to 1000 Pa at room temperature to 200 ° C. Ar gas at a flow rate of 100 to 6000 SCCM, preferably 100 to 1000 SCCM, oxygen gas at 50 to 2000 SCCM, preferably 50 to 200 SCCM, organosilicon compound gas such as trimethylsilane (3MS) at a flow rate of 50 to 2000 SCCM, preferably 50 to 200 SCCM The silicon substrate 41 is supplied into the processing container 12 and further supplied with a high frequency of 13 to 150 MHz from the high frequency source 32 to the shower head 23 with a power of 50 to 3000 W, preferably 100 to 750 W. Si and oxygen on the surface of And Do constituent elements, to which contained carbon and hydrogen, the so-called SiOCH film 42, 100 to 1000 nm at 500-2000 nm / min deposition rate, preferably a film thickness of 200 to 400 nm, it is formed.

例えば前記SiOCH膜の成膜を、300Paの圧力下、45℃の基板温度において、前記処理容器12中にArガスを600SCCM,酸素ガスを100SCCM,トリメチルシランガスを100SCCMの流量で供給し、前記シャワーヘッド23に周波数が13.56MHzの高周波を500Wのパワーで供給し、前記SiOCH膜42を約400nmの膜厚に、1500nm/分の成膜速度で形成することができる。ただし前記基板処理装置11において、前記シャワーヘッド23とサセプタ17の間隔は25mmに設定している。前記間隔は、広い方がプラズマダメージを低減でき、均一性が向上する。前記間隔としては、10〜500mmの範囲を使うのが好ましい。   For example, the SiOCH film is formed by supplying Ar gas at 600 SCCM, oxygen gas at 100 SCCM, and trimethylsilane gas at 100 SCCM into the processing vessel 12 at a substrate temperature of 45 ° C. under a pressure of 300 Pa, and the shower head. 23 is supplied with a high frequency of 13.56 MHz with a power of 500 W, and the SiOCH film 42 can be formed to a thickness of about 400 nm at a deposition rate of 1500 nm / min. However, in the substrate processing apparatus 11, the distance between the shower head 23 and the susceptor 17 is set to 25 mm. A wider gap can reduce plasma damage and improve uniformity. The interval is preferably in the range of 10 to 500 mm.

このようにして形成されたSiOCH膜は比較的高い、約3〜4程度の比誘電率を有している。   The SiOCH film thus formed has a relatively high relative dielectric constant of about 3-4.

次に本実施例においては図2(B)の工程において、前記図2(A)の構造に対し、同じ平行平板型基板処理装置11中、前記トリメチルシランガスの供給を遮断し、一方前記Arガスおよび酸素ガスおよび高周波パワーの供給を継続し、室温から200℃までの基板温度、好ましくは前記SiOCH膜42の成膜時と同じ基板温度において前記SiOCH膜42の表面をプラズマ処理し、その表面に、前記表面のCH3やC25などのCHx基やOH基を酸素により置換することにより、表面から5〜20nm,好ましくは10〜15nmの厚さで、酸素濃度が高く、SiO2に近い組成の緻密化層43が形成される。なお図2(B)の改質工程は、表面反射プラズマ、マグネトロンプラズマ、あるいは図3で説明するマイクロ波プラズマで形成した酸素ラジカルを使って実行してもよい。図2(B)の改質工程を低エネルギプラズマにより実行することで、SiOCH膜42へのダメージが低減される。前記緻密化層の割合は、前記SiOCH膜42の膜厚の0.5〜20%、特に2.5〜7.5%とするのが好ましい。 Next, in this embodiment, in the process of FIG. 2B, the supply of the trimethylsilane gas is shut off in the same parallel plate type substrate processing apparatus 11 with respect to the structure of FIG. And the surface of the SiOCH film 42 is plasma-treated at a substrate temperature from room temperature to 200 ° C., preferably at the same substrate temperature as when the SiOCH film 42 is formed. , by replacing the CHx group and OH group such as CH 3 or C 2 H 5 of the surface by oxygen, 5 to 20 nm from the surface, preferably with a thickness of 10 to 15 nm, high oxygen concentration, the SiO 2 A densified layer 43 having a close composition is formed. Note that the modification step in FIG. 2B may be performed using oxygen radicals formed by surface reflection plasma, magnetron plasma, or microwave plasma described with reference to FIG. The damage to the SiOCH film 42 is reduced by executing the modification process of FIG. The proportion of the densified layer is preferably 0.5 to 20%, particularly 2.5 to 7.5% of the thickness of the SiOCH film 42.

前記図2(B)の工程は、例えば10〜300秒間、好ましくは10〜60秒間行われる。その後、本実施例においてはさらに図2(C)の工程において、図2(B)の緻密化層を形成された基板を、図3,4に示すマイクロ波プラズマ処理装置に導入し、プラズマ励起された水素ラジカルにより、前記緻密化層43の下のSiOCH膜を改質して膜中に空孔を形成し、SiOCH組成の多孔質膜42Aを形成する。   The step of FIG. 2B is performed, for example, for 10 to 300 seconds, preferably for 10 to 60 seconds. Thereafter, in this embodiment, in the step of FIG. 2C, the substrate on which the densified layer of FIG. 2B is formed is introduced into the microwave plasma processing apparatus shown in FIGS. The formed hydrogen radicals modify the SiOCH film under the densified layer 43 to form pores in the film, thereby forming a porous film 42A having a SiOCH composition.

図3を参照するに、プラズマ処理装置50はプロセス空間51Aを形成された処理容器51を含み、前記処理容器51中、前記プロセス空間51A内には、被処理基板Wを保持する基板保持台52が設けられている。前記処理容器51は排気ポート51Cにおいて、前記基板保持台52を囲むように形成された空間51Bを介して、APC51Dおよび排気装置11Eにより排気される。   Referring to FIG. 3, the plasma processing apparatus 50 includes a processing container 51 in which a process space 51A is formed. In the processing container 51, a substrate holding table 52 for holding a substrate W to be processed is provided in the process space 51A. Is provided. The processing vessel 51 is evacuated by the APC 51D and the evacuation device 11E through a space 51B formed so as to surround the substrate holder 52 at the exhaust port 51C.

前記基板保持台52はヒータ52Aを設けられ、前記ヒータ52Aは電源52Cにより、駆動ライン52Bを介して駆動される。   The substrate holder 52 is provided with a heater 52A, and the heater 52A is driven by a power source 52C through a drive line 52B.

さらに前記処理容器51には基板搬入/搬出口51gおよびこれに協働するゲートバルブ51Gが設けられており、前記基板搬入/搬出口51gを介して被処理基板Wが処理容器11中に搬入され、また搬出される。   Further, the processing container 51 is provided with a substrate loading / unloading port 51g and a gate valve 51G cooperating with the substrate loading / unloading port 51g, and the substrate W to be processed is loaded into the processing container 11 through the substrate loading / unloading port 51g. , Will be carried out again.

前記処理容器51上には、前記被処理基板Wに対応して開口部が形成されており、前記開口部は石英ガラス等の誘電体よりなる天板53により塞がれている。また前記天板53の下方には、ガス入口およびこれに連通する多数のガス導入口を設けられたガスリング54が、前記被処理基板Wに対向するように設けられている。   An opening is formed on the processing container 51 corresponding to the substrate to be processed W, and the opening is closed by a top plate 53 made of a dielectric such as quartz glass. A gas ring 54 provided with a gas inlet and a number of gas inlets communicating therewith is provided below the top plate 53 so as to face the substrate W to be processed.

ここで前記天板53はマイクロ波窓として機能し、前記天板53の上部には、ラジアルラインスロットアンテナよりなる平面アンテナ55が設けられている。   Here, the top plate 53 functions as a microwave window, and a flat antenna 55 formed of a radial line slot antenna is provided on the top plate 53.

図示の例ではラジアルラインスロットアンテナが前記マイクロ波アンテナ55として使われており、従って前記アンテナ55は、天板53上に平面アンテナ板55Bを配置され、平面アンテナ55Bを覆うように石英等の誘電体よりなる遅波板55Aを配置する。遅波板55Aを覆うように導電性のカバー55Dで構成する。カバー55Dには冷却ジャケットが形成され、天板53、平面アンテナ板55B、遅波板55Aを冷却して熱的破損を防止し、安定なプラズマを生成させる。   In the illustrated example, a radial line slot antenna is used as the microwave antenna 55. Therefore, the antenna 55 has a planar antenna plate 55B disposed on the top plate 53, and a dielectric such as quartz so as to cover the planar antenna 55B. A slow wave plate 55A made of a body is arranged. The conductive cover 55D is configured to cover the slow wave plate 55A. A cooling jacket is formed on the cover 55D, and the top plate 53, the flat antenna plate 55B, and the slow wave plate 55A are cooled to prevent thermal damage and generate stable plasma.

平面アンテナ板55Bは図4で説明する多数のスロット55a,55bを形成されており、さらにアンテナ55の中央部には、外部導体56Aと内部導体56Bで構成する同軸導波管56が接続され、内部導体56Bが前記遅波板55Aを貫通し平面アンテナ55Bの中央に接続され、結合されている。   The planar antenna plate 55B is formed with a number of slots 55a and 55b described with reference to FIG. 4, and a coaxial waveguide 56 composed of an outer conductor 56A and an inner conductor 56B is connected to the center of the antenna 55, An internal conductor 56B passes through the slow wave plate 55A and is connected to and coupled to the center of the planar antenna 55B.

前記同軸導波管56はモード変換部110Aを介して矩形断面の導波路110Bに接続され、前記導波管110Bはマイクロ波源112にインピーダンス整合器111を介して結合される。そこで前記マイクロ波源112で形成されたマイクロ波は矩形導波管110Bおよび同軸導波管56を介して平面アンテナ55Bに供給される。   The coaxial waveguide 56 is connected to a waveguide 110B having a rectangular cross section via a mode conversion unit 110A, and the waveguide 110B is coupled to a microwave source 112 via an impedance matching unit 111. Therefore, the microwave formed by the microwave source 112 is supplied to the planar antenna 55B via the rectangular waveguide 110B and the coaxial waveguide 56.

図4は、前記ラジアルラインスロットアンテナ55の構成を詳細に示す。ただし図4は、前記平面アンテナ板55Bの正面図になっている。   FIG. 4 shows the configuration of the radial line slot antenna 55 in detail. However, FIG. 4 is a front view of the planar antenna plate 55B.

図4を参照するに、前記平面アンテナ板55Bには多数のスロット55aが同心円状に、かつ隣接するスロットが直交するような向き(T字状またはハ字に)で形成されているのがわかる。   Referring to FIG. 4, it can be seen that the planar antenna plate 55B has a number of slots 55a formed concentrically and in an orientation (T-shaped or C-shaped) so that adjacent slots are orthogonal to each other. .

そこで、このようなラジアルラインスロットアンテナ55Bにマイクロ波が同軸導波管56から供給されると、マイクロ波はアンテナ55B中を径方向に広がりながら伝播し、その際に前記遅波板55Aにより波長圧縮を受ける。そこでマイクロ波は前記スロット55aから、一般に平面アンテナ板55Bに略垂直方向に、円偏波として放射される。   Therefore, when the microwave is supplied to the radial line slot antenna 55B from the coaxial waveguide 56, the microwave propagates while spreading in the radial direction in the antenna 55B, and at that time, the wavelength is transmitted by the slow wave plate 55A. Undergo compression. Therefore, the microwave is radiated as a circularly polarized wave from the slot 55a, generally in a direction substantially perpendicular to the planar antenna plate 55B.

さらに図3に示すように前記マイクロ波プラズマ処理装置50ではArなどの希ガス源101Aと水素ガス源101H,酸素ガス源101Oが前記ガスリング54に、それぞれのMFC103A,103H,103Oおよびそれぞれのバルブ104A,104H,104Oおよび共通バルブ106を介して接続されている。先にも説明したように前記ガスリング54には、前記基板保持台52を一様に囲むように、多数のガス導入口が形成されており、その結果、前記Arガスと水素ガスは前記処理容器内のプロセス空間51Aに、一様に導入される。   Further, as shown in FIG. 3, in the microwave plasma processing apparatus 50, a rare gas source 101A such as Ar, a hydrogen gas source 101H, and an oxygen gas source 101O are connected to the gas ring 54, the respective MFCs 103A, 103H, and 103O and the respective valves. 104A, 104H, 104O and the common valve 106 are connected. As described above, the gas ring 54 is formed with a large number of gas inlets so as to uniformly surround the substrate holding table 52. As a result, the Ar gas and the hydrogen gas are treated with the treatment gas. It is uniformly introduced into the process space 51A in the container.

動作時には、前記処理容器51内のプロセス空間51Aが、前記排気口51Cを介した排気により、所定の圧力に設定される。またArの他にKr,Xe,Neなどの希ガスが使用できる。   During operation, the process space 51A in the processing vessel 51 is set to a predetermined pressure by exhausting through the exhaust port 51C. In addition to Ar, a rare gas such as Kr, Xe, or Ne can be used.

さらに前記プロセス空間51Aには周波数が数GHz、例えば2.45GHzのマイクロ波が、前記マイクロ波源112からアンテナ115を介して導入され、その結果、前記被処理基板Wの表面にはプラズマ密度が1011〜1013/cm3の高密度プラズマが励起される。 Further, a microwave having a frequency of several GHz, for example, 2.45 GHz, is introduced into the process space 51A from the microwave source 112 via the antenna 115. As a result, a plasma density of 10 is formed on the surface of the substrate W to be processed. A high density plasma of 11 to 10 13 / cm 3 is excited.

このプラズマは、0.5〜2eVの低い電子温度を特徴とし、その結果、前記プラズマ処理装置50においては被処理基板Wのプラズマダメージのない処理がされる。また、プラズマ励起に伴って形成されたラジカルが被処理基板Wの表面に沿って流れ速やかにプロセス空間51Aから排除されるため、ラジカル相互の再結合が抑制され、非常に一様で効果的な基板処理が、例えば500℃以下で可能である。   This plasma is characterized by an electron temperature as low as 0.5 to 2 eV. As a result, the plasma processing apparatus 50 performs processing without plasma damage on the substrate W to be processed. In addition, since radicals formed by plasma excitation flow along the surface of the substrate W to be processed and are quickly eliminated from the process space 51A, recombination of radicals is suppressed, which is very uniform and effective. Substrate processing is possible, for example, at 500 ° C. or lower.

そこで前記図2(C)の工程において、前記プロセス空間51Aにこのように低電子温度プラズマを形成し、さらにかかる低電子温度プラズマ中に水素ガスを前記ガスリング54より導入すると、前記水素ガスはプラズマ励起され、水素ラジカルH*が形成される。形成された水素ラジカルH*は前記緻密化層43を容易に拡散通過してその下のSiOCH膜42に到達し、そこでCH、CなどのCHx基、あるいはOH基を置換する。置換されたCHx基あるいはOH基は、前記緻密化層43を通ってガスとして放出される。しかしCHx基やOH基は水素ラジカルのように前記緻密化層43中を自由に通過することはできず、前記水素ラジカルの通過速度よりもはるかに遅い速度で徐々に放出されるので、加熱して排気速度を上げるのが好ましい。 Therefore, in the process of FIG. 2C, when the low electron temperature plasma is formed in the process space 51A and hydrogen gas is introduced into the low electron temperature plasma from the gas ring 54, the hydrogen gas is Plasma excitation generates hydrogen radicals H *. The formed hydrogen radical H * easily diffuses through the densified layer 43 and reaches the underlying SiOCH film 42, where it replaces CHx groups such as CH 3 and C 2 H 5 or OH groups. The substituted CHx group or OH group is released as a gas through the densified layer 43. However, CHx groups and OH groups cannot freely pass through the densified layer 43 like hydrogen radicals, and are gradually released at a speed much slower than the passing speed of the hydrogen radicals. It is preferable to increase the exhaust speed.

その結果、前記図2(C)の工程においては、前記SiOCH膜42中で遊離したCHx基やOH基が内圧を形成し、これらの基が前記緻密化層43を通って徐々に膜外に放出されても、膜42に実質的な密度の増大など、膜の収縮も生じることがない。このため、前記SiOCH膜42中、前記CHx基あるいはOH基が脱離して水素に置換された原子位置(サイト)は空孔を形成し、前記図2(C)の工程により、前記SiOCH膜42のうち、前記緻密化膜43の下の本体部分は多孔質膜42Aに変化する。すなわち、図2(C)の工程は、前記SiOCH膜中に空孔を形成する空孔形成工程になっている。   As a result, in the process of FIG. 2C, CHx groups and OH groups liberated in the SiOCH film 42 form an internal pressure, and these groups gradually pass through the densified layer 43 to the outside of the film. Even when released, there is no contraction of the film, such as a substantial increase in density in the film 42. Therefore, in the SiOCH film 42, atomic positions (sites) where the CHx groups or OH groups are eliminated and replaced with hydrogen form vacancies, and the SiOCH film 42 is formed by the process of FIG. 2C. Of these, the main body portion under the densified film 43 is changed to a porous film 42A. That is, the process of FIG. 2C is a hole forming process for forming holes in the SiOCH film.

一例では、図2(C)の工程は400℃の基板温度において、267Paの圧力下、水素ガスおよびArガスをそれぞれ200SCCMおよび1000SCCMの流量で供給し、前記マイクロ波アンテナ55に周波数が2.45GHzのマイクロ波を3kWのパワーで360秒間供給することにより、行われる。ここで、図2(C)の工程での基板温度は、前記図2(A),(B)の各工程における基板温度よりも100℃以上高い、ただし400℃を超えないように設定される。図2(C)の基板温度を400℃以上に設定すると、特に大規模半導体集積回路装置などの製造の際には、基板上に先の工程ですでに形成されている超微細化トランジスタなどにおいて、基板処理の熱により不純物元素の分布プロファイルが変化してしまうなどの問題が生じる。また前記図2(C)の工程は、20〜1333Pa,特に20〜650Paの範囲のプロセス圧で実行することが好ましい。その際、500W〜6kW,特に500W〜3kWの範囲のプラズマパワーを使うことが好ましい。あるいは、133.3〜1333Paの高圧力下、低プラズマエネルギ条件下で実行するのが好ましい。   In one example, in the process of FIG. 2C, hydrogen gas and Ar gas are supplied at a flow rate of 200 SCCM and 1000 SCCM, respectively, at a substrate temperature of 400 ° C. and a pressure of 267 Pa, and a frequency of 2.45 GHz is supplied to the microwave antenna 55. This is performed by supplying a microwave of 360 kW with a power of 3 kW for 360 seconds. Here, the substrate temperature in the step of FIG. 2C is set to be 100 ° C. higher than the substrate temperature in the steps of FIGS. 2A and 2B, but not to exceed 400 ° C. . When the substrate temperature in FIG. 2C is set to 400 ° C. or higher, particularly in the manufacture of a large-scale semiconductor integrated circuit device or the like, in an ultrafine transistor or the like already formed on the substrate in the previous process. There arises a problem that the distribution profile of the impurity element is changed by the heat of the substrate processing. 2C is preferably executed at a process pressure in the range of 20 to 1333 Pa, particularly 20 to 650 Pa. At that time, it is preferable to use plasma power in the range of 500 W to 6 kW, particularly 500 W to 3 kW. Or it is preferable to carry out under a low plasma energy condition under a high pressure of 133.3 to 1333 Pa.

図5中、データA〜Dは、図6に示す条件で実行された実験に対応している。   In FIG. 5, data A to D correspond to an experiment performed under the conditions shown in FIG.

図5を参照するに、前記図2(B)の酸化処理を省略して、図2(A)のSiOCH膜の成膜工程の後、いきなり図2(C)の空孔形成工程に移行した場合、得られる比誘電率は2.8程度(プロセス条件A)であり、図2(C)の水素プラズマ処理の際にCHx基あるいはOH基の除去が速やかに生じる一方で、SiOCH膜42も収縮してしまい、満足できる空孔形成および比誘電率の低下が生じないことがわかる。   Referring to FIG. 5, the oxidation process of FIG. 2B was omitted, and after the SiOCH film forming process of FIG. 2A, the process suddenly shifted to the vacancy forming process of FIG. 2C. In this case, the relative dielectric constant obtained is about 2.8 (process condition A), and the removal of the CHx group or OH group occurs rapidly during the hydrogen plasma treatment of FIG. It can be seen that the shrinkage does not cause satisfactory void formation and a decrease in the dielectric constant.

これに対し、図2(B)の酸化処理工程を10〜60秒間実施した場合、比誘電率の値は酸化処理時間とともに減少し、例えば前記酸化処理工程を60秒間実行した場合、プロセス条件Bで2.55、プロセス条件Cで2.52、プロセス条件Dで2.4と、比誘電率が低くなるのがわかる。この比誘電率は、前記緻密化層43を含んだ状態のものであり、前記図2(C)の工程の後で前記緻密化層43を除去した場合、比誘電率の値はさらに減少する。   In contrast, when the oxidation process of FIG. 2B is performed for 10 to 60 seconds, the value of the relative dielectric constant decreases with the oxidation process time. For example, when the oxidation process is performed for 60 seconds, the process condition B It can be seen that the relative dielectric constant is 2.55 at 2.5, 2.52 at process condition C, and 2.4 at process condition D. This relative permittivity is in a state including the densified layer 43, and when the densified layer 43 is removed after the step of FIG. 2C, the value of the relative permittivity further decreases. .

また、前記図6のプロセス条件Bと同じ条件で、ただし成膜時の圧力を400Paとした実験(プロセス条件E)において、図2(B)の酸素プラズマ処理を10秒間とした場合でも、2.28の比誘電率が達成されるのが確認された。このように、SiOCH膜成膜時の圧力、成膜後の酸素プラズマ照射時間、さらに空孔形成工程における水素プラズマ照射時間を制御することにより、得られるSiOCH膜の比誘電率を制御することが可能であり、さらに比誘電率を下げられると考えられる。   Further, in the experiment (process condition E) under the same conditions as the process condition B in FIG. 6 except that the pressure during film formation is 400 Pa, even when the oxygen plasma treatment in FIG. A dielectric constant of .28 was confirmed to be achieved. In this way, the relative dielectric constant of the obtained SiOCH film can be controlled by controlling the pressure at the time of forming the SiOCH film, the oxygen plasma irradiation time after the film formation, and the hydrogen plasma irradiation time in the vacancy formation step. It is possible to further reduce the relative dielectric constant.

すなわち、前記SiOCH膜42の成膜時の圧力を133.3Pa以上、好ましくは300Pa以上とし、次に酸素プラズマ処理および/または水素プラズマ処理を実行することにより、前記SiOCH膜のk値を3.0未満に低減させることができる。また成膜時の圧力を400Pa以上に設定することで、前記k値を2.3以下に低減することが可能である。   That is, the pressure at the time of forming the SiOCH film 42 is set to 133.3 Pa or more, preferably 300 Pa or more, and then the oxygen plasma treatment and / or the hydrogen plasma treatment is performed, whereby the k value of the SiOCH film is set to 3. It can be reduced to less than 0. In addition, the k value can be reduced to 2.3 or less by setting the pressure during film formation to 400 Pa or more.

図7は、図2(C)の緻密化処理工程および水素プラズマ処理により得られた超低誘電率SiOCH膜42AのFTIRスペクトルを、図2(A)の成膜のみの状態(As−depo)と比較して示す。ただし図7は、前記SiOCH膜42A上に緻密化層43が形成された状態についてのものである。また図7中、各吸収ピークの同定は、非特許文献1に従って行っている。   FIG. 7 shows the FTIR spectrum of the ultra-low dielectric constant SiOCH film 42A obtained by the densification treatment step and hydrogen plasma treatment of FIG. 2C, in the state of only film formation (As-depo) in FIG. It shows in comparison with. However, FIG. 7 shows a state in which a densified layer 43 is formed on the SiOCH film 42A. In FIG. 7, each absorption peak is identified according to Non-Patent Document 1.

図7を参照するに、緻密化処理および水素プラズマ処理を行った膜を、As−depoの膜と比較すると、メチル基やOH基が減少し、一方Si−O−Siケージ構造に対応する位置において吸収が増大しているのがわかるが、これは、CHx基やOH基の脱離により、SiOCH膜42A中に空孔が実際に形成されていることを示している。また図2(C)の状態ではSi−O−Siネットワークに対応する吸収が増大していることから、機械的強度も増大したと考えられる。   Referring to FIG. 7, when the film subjected to the densification treatment and the hydrogen plasma treatment is compared with the As-depo film, the positions corresponding to the Si—O—Si cage structure are reduced while the methyl groups and OH groups are reduced. It can be seen that the absorption is increased in FIG. 5, which indicates that vacancies are actually formed in the SiOCH film 42A due to the elimination of the CHx group and the OH group. In addition, in the state of FIG. 2C, since the absorption corresponding to the Si—O—Si network is increased, it is considered that the mechanical strength is also increased.

図7より、図2(B)の表面緻密化工程の後で図2(C)の多孔質膜形成工程を行うことにより、前記SiOCH膜42A中には空孔が実際に形成され、膜42Aが多孔質膜になっていることが示される。   From FIG. 7, by performing the porous film forming step of FIG. 2 (C) after the surface densification step of FIG. 2 (B), pores are actually formed in the SiOCH film 42A, and the film 42A Is a porous membrane.

図8は、前記図2(A)〜(C)の工程を実行するクラスタ型基板処理装置60の概要を示す。   FIG. 8 shows an outline of a cluster type substrate processing apparatus 60 that executes the processes of FIGS.

図8を参照するに、前記クラスタ型基板処理装置60は、真空搬送室601と、前記真空搬送室601内に設けられた可動式搬送アーム602と、前記真空搬送室601に接続され、先の基板処理装置11が収納された処理室200と、前記真空搬送室601に結合され先の基板処理装置50が収納された処理室300と、前記真空搬送室601に結合されたロードロック室603、604を含む。   Referring to FIG. 8, the cluster type substrate processing apparatus 60 is connected to a vacuum transfer chamber 601, a movable transfer arm 602 provided in the vacuum transfer chamber 601, and the vacuum transfer chamber 601. A processing chamber 200 in which the substrate processing apparatus 11 is stored, a processing chamber 300 in which the substrate processing apparatus 50 is connected to the vacuum transfer chamber 601, a load lock chamber 603 in which the substrate transfer apparatus 601 is connected, 604.

前記処理室200,300、前記真空搬送室601、ロードロック室603および604には、図示しない排気手段が接続される。   Exhaust means (not shown) is connected to the processing chambers 200 and 300, the vacuum transfer chamber 601, and the load lock chambers 603 and 604.

また、前記処理室200,300、ロードロック室603,604は、それぞれ開閉自在のゲートバルブ601a〜601b,601dおよび601eを介して前記真空搬送室601と接続され、被処理基板は上記のゲートバルブのいずれかを開放することで、前記真空搬送室601からいずれかの基板処理室に、あるいはいずれかの基板処理室から前記真空搬送室601に搬送される。   The processing chambers 200 and 300 and the load lock chambers 603 and 604 are connected to the vacuum transfer chamber 601 via openable and closable gate valves 601a to 601b, 601d and 601e, respectively, and the substrate to be processed is the gate valve described above. By opening any of these, the substrate is transferred from the vacuum transfer chamber 601 to any substrate processing chamber or from any substrate processing chamber to the vacuum transfer chamber 601.

さらに前記ロードロック室603および604には、それぞれ開閉自在のゲートバルブ603aおよび604aが設けられ、前記ゲートバルブ603aを開放することにより、前記ロードロック室603に、被処理基板を複数収納したウェハカセットC1が装填される。同様に、前記ゲートバルブ103bを開放することで、前記ロードロック室604に、被処理基板を複数収納したウェハカセットC2が装填される。   Further, the load lock chambers 603 and 604 are provided with gate valves 603a and 604a which can be opened and closed, respectively, and by opening the gate valve 603a, a wafer cassette containing a plurality of substrates to be processed in the load lock chamber 603. C1 is loaded. Similarly, by opening the gate valve 103b, the load lock chamber 604 is loaded with a wafer cassette C2 containing a plurality of substrates to be processed.

基板処理を行う場合は、例えば、被処理基板Wが、カセットC1またはC2から、前記搬送アーム602によって前記真空搬送室601を介して処理室200に搬送され、前記処理室200での処理を終了した被処理基板は、前記搬送アーム102により、前記真空搬送室601を介して前記処理室300に搬送される。前記処理室300での処理を終えた被処理基板Wは、前記ロードロック室603のカセットC1あるいはロードロック室604のカセットC2に収納される。 When performing substrate processing, for example, the substrate W 0 to be processed is transferred from the cassette C 1 or C 2 to the processing chamber 200 by the transfer arm 602 via the vacuum transfer chamber 601, and the processing in the processing chamber 200 is performed. The completed substrate to be processed is transferred to the processing chamber 300 by the transfer arm 102 via the vacuum transfer chamber 601. The substrate W to be processed after the processing in the processing chamber 300 is stored in the cassette C1 in the load lock chamber 603 or the cassette C2 in the load lock chamber 604.

図8では、真空搬送室601に処理室が2つ結合された例を示したが、例えば真空搬送装置の面601Aまたは601Bにさらに処理容器を接続して、いわゆるマルチチャンバシステムとして用いることが可能である。これにより、成膜、緻密化処理および水素プラズマ処理を効率よく行うことができ、低密度膜を高いスループットで形成可能である。   FIG. 8 shows an example in which two processing chambers are coupled to the vacuum transfer chamber 601, but a processing container can be further connected to the surface 601A or 601B of the vacuum transfer device, for example, so that it can be used as a so-called multi-chamber system. It is. Accordingly, film formation, densification treatment, and hydrogen plasma treatment can be performed efficiently, and a low-density film can be formed with high throughput.

この場合、成膜と緻密化処理を同一処理装置で実行し、水素プラズマ処理を部悦の処理装置で実行することにより、あるいは成膜処理と緻密化処理と水素プラズマ処理を別々の処理装置で実行することにより、全体的な成膜処理のスループットを向上させることができる。   In this case, the film formation and the densification process are executed by the same processing apparatus, and the hydrogen plasma process is executed by the processing apparatus of the department, or the film formation process, the densification process, and the hydrogen plasma process are performed by separate processing apparatuses. By executing this, overall throughput of the film forming process can be improved.

図9は、図8のクラスタ型基板処理装置60全体の動作を説明するフローチャートである。   FIG. 9 is a flowchart for explaining the overall operation of the cluster type substrate processing apparatus 60 of FIG.

図9を参照するに、ステップ1において前記被処理基板Wが前記処理室200に搬送され、前記処理容器11中において前記図2(A)に対応する工程が実行され、SiOCH膜42の堆積が行われる。   Referring to FIG. 9, in step 1, the substrate W to be processed is transferred to the processing chamber 200, the process corresponding to FIG. 2A is performed in the processing container 11, and the deposition of the SiOCH film 42 is performed. Done.

次にステップ2において同じ処理容器11中でプラズマを維持したまま、かつ酸素ガスおよびArガスの供給を継続したまま、前記有機シラン原料ガスの供給のみが遮断され、前記図2(B)の工程に対応して、前記SiOCH膜42の表面に表面緻密化層42Aが形成される。   Next, in step 2, only the supply of the organic silane source gas is shut off while maintaining the plasma in the same processing vessel 11 and continuing the supply of oxygen gas and Ar gas, and the process of FIG. Corresponding to the above, a surface densified layer 42A is formed on the surface of the SiOCH film 42.

次にステップ3において前記被処理基板Wが、前記処理室200から処理室300に搬送され、図3,4の基板処理装置50により、図2(C)の空孔形成工程が行われる。   Next, in step 3, the substrate W to be processed is transferred from the processing chamber 200 to the processing chamber 300, and the hole forming step shown in FIG. 2C is performed by the substrate processing apparatus 50 shown in FIGS.

図8の基板処理装置60では、このような一連の基板処理プロセスを制御するため、制御装置600Aを備えている。なお、前記ステップ2の表面緻密化層42Aの形成工程は、処理室300で行うようにしてもよく、また前記ステップ2の表面緻密化層42Aの形成後、水素プラズマ処理のために昇温する必要があることから、水素プラズマ処理だけを別の処理室300で行うのが好ましい。   The substrate processing apparatus 60 of FIG. 8 includes a control device 600A in order to control such a series of substrate processing processes. The step of forming the surface densified layer 42A in step 2 may be performed in the processing chamber 300. After the formation of the surface densified layer 42A in step 2, the temperature is increased for hydrogen plasma treatment. Since it is necessary, it is preferable to perform only the hydrogen plasma processing in another processing chamber 300.

前記制御装置600Aは、実際には汎用コンピュータであり、図7のプロセスに対応したプログラムコード手段を記録された記憶媒体を読み込み、前記プログラムコート手段に従って、前記基板処理装置60の各部を制御する。   The control device 600A is actually a general-purpose computer, reads a storage medium recorded with program code means corresponding to the process of FIG. 7, and controls each part of the substrate processing apparatus 60 according to the program coating means.

なお、本実施形態において、前記図2(A)の成膜工程は、プラズマCVD工程に限定されるものではなく、塗布工程により行うことも可能である。

[第2の実施形態]
図10(A)〜(D)は、本発明の第2の実施形態による成膜方法の概要を示す。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。
In the present embodiment, the film forming process in FIG. 2A is not limited to the plasma CVD process, and can be performed by a coating process.

[Second Embodiment]
10A to 10D show an outline of a film forming method according to the second embodiment of the present invention. However, in the figure, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description will be omitted.

図10(A)〜(D)を参照するに、図10(A)〜(C)は先の図2(A)〜(C)と同一であるが、本実施形態では、図10(D)の工程において、図10(C)の工程で得られた構造を、プラズマ励起された酸素ラジカルO*、あるいは酸素ラジカルO*および水素ラジカルH*により、さらに処理することを特徴とする。   Referring to FIGS. 10A to 10D, FIGS. 10A to 10C are the same as FIGS. 2A to 2C, but in this embodiment, FIG. 10), the structure obtained in the step of FIG. 10C is further processed by plasma-excited oxygen radical O * or oxygen radical O * and hydrogen radical H *.

例えば図10(C)の工程で得られた構造を、同じマイクロ波プラズマ処理装置中、同一の基板温度(例えば400℃)において、プロセス圧を略同じ20〜1333Pa,好ましくは20〜650Paのプロセス圧、例えば260Paのプロセス圧に設定し、Arガスを250SCCM,酸素ガスを200SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を500W〜2kWのパワー、例えば2kWのパワーで供給する。これにより、前記SiOCH膜42Aは、特にその表面が酸素ラジカルO*により改質され、SiOCH膜42Bに変化する。かかる改質処理の結果、前記SiOCH膜42Aの表面に図10(B)の酸素プラズマ処理あるいは図10(C)の水素プラズマ処理で生じていたダメージが解消ないし軽減される。   For example, the structure obtained in the step of FIG. 10C is processed in the same microwave plasma processing apparatus with the same substrate temperature (for example, 400 ° C.) and the process pressure of approximately 20 to 1333 Pa, preferably 20 to 650 Pa. The pressure is set to a process pressure of, for example, 260 Pa, Ar gas is supplied at a flow rate of 250 SCCM, oxygen gas is supplied at a flow rate of 200 SCCM, and a microwave having a frequency of 2.45 GHz is supplied at a power of 500 W to 2 kW, for example, a power of 2 kW. As a result, the surface of the SiOCH film 42A is modified by oxygen radicals O *, and changes to the SiOCH film 42B. As a result of such a modification process, damage caused by the oxygen plasma process of FIG. 10B or the hydrogen plasma process of FIG. 10C on the surface of the SiOCH film 42A is eliminated or reduced.

図11A,11B、および図12A,12Bは、このような改質処理工程によるSiOCH膜のリーク電流特性の変化を示す。ただし図11A,11Bは、前記SiOCH膜のリーク電流と改質処理時間の関係を、様々な酸素ガス/Arガス流量比について示しており、図12A,12Bは、リーク電流と改質処理時間の関係を、様々な酸素ガス/水素ガス流量比について示している。   11A and 11B and FIGS. 12A and 12B show changes in leakage current characteristics of the SiOCH film due to such a modification process. However, FIGS. 11A and 11B show the relationship between the leakage current of the SiOCH film and the modification processing time for various oxygen gas / Ar gas flow ratios, and FIGS. 12A and 12B show the relationship between the leakage current and the modification processing time. The relationship is shown for various oxygen gas / hydrogen gas flow ratios.

図11A,11Bおよび図12A,12Bの全ての実験において、SiOCH膜として、前記図1の成膜処理装置11を使い、p型シリコン基板上に100Paの圧力下、25℃の温度で、トリメチルシランを100SCCM,酸素ガスを100SCCM、Arガスを600SCCMの流量で供給し、周波数が27.12MHzの高周波を250Wのパワーで供給しながら形成した膜を使っている。   11A and 11B and FIGS. 12A and 12B, the film forming apparatus 11 of FIG. 1 is used as the SiOCH film, and the trimethylsilane is formed on a p-type silicon substrate at a temperature of 25 ° C. under a pressure of 100 Pa. Is used, and a film formed while supplying a high frequency of 27.12 MHz with a power of 250 W is supplied at a flow rate of 100 SCCM, oxygen gas at 100 SCCM, and Ar gas at a flow rate of 600 SCCM.

SiOCH膜のリーク電流値は1×10-8A/cm2以下に抑制するのが望ましい。 The leakage current value of the SiOCH film is desirably suppressed to 1 × 10 −8 A / cm 2 or less.

以下の図13は、図10(D)の改質処理を酸素ラジカルのみにより行った実験の詳細を示す。   FIG. 13 below shows details of an experiment in which the modification treatment of FIG. 10D was performed using only oxygen radicals.

図13を参照するに、実験#11では、前記図10(C)の工程で得られたSiOCH膜(以下、初期SiOCH膜と称する)に対し、図3の基板処理装置50中、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで120秒間照射し、水素プラズマ処理を行っている。   Referring to FIG. 13, in Experiment # 11, a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. 3 is applied to the SiOCH film obtained in the process of FIG. 10C (hereinafter referred to as the initial SiOCH film). Below, at a temperature of 400 ° C., Ar gas is supplied at a flow rate of 500 SCCM, hydrogen gas is supplied at a flow rate of 1000 SCCM, and a microwave having a frequency of 2.45 GHz is irradiated at a power of 2 kW for 120 seconds to perform hydrogen plasma treatment.

実験#12では、前記初期SiOCH膜に対し、図3の基板処理装置50中において、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで120秒間照射して水素プラズマ処理を行い、さらにこれに引き続き、全てのガスおよびマイクロ波パワーを55秒間遮断した後、267Paの圧力下、400℃においてArガスを2000SCCM,酸素ガスを200SCCMの流量で供給し、さらに周波数が2.45GHzのマイクロ波を1.5kWのパワーで5秒間供給し、酸素プラズマ処理を行っている。   In Experiment # 12, Ar gas was supplied at a flow rate of 500 SCCM and hydrogen gas was supplied at a flow rate of 1000 SCCM at a temperature of 400 ° C. under a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. A hydrogen plasma treatment was performed by irradiating a 2.45 GHz microwave at a power of 2 kW for 120 seconds, and subsequently, all gases and microwave power were shut off for 55 seconds, and then Ar at 400 ° C. under a pressure of 267 Pa. Gas plasma is supplied at a flow rate of 2000 SCCM, oxygen gas is supplied at a flow rate of 200 SCCM, and a microwave with a frequency of 2.45 GHz is supplied at a power of 1.5 kW for 5 seconds to perform oxygen plasma treatment.

実験#13では、前記初期SiOCH膜に対し、図3の基板処理装置50中において、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで120秒間照射して水素プラズマ処理を行い、さらにこれに引き続き、全てのガスおよびマイクロ波パワーを55秒間遮断した後、400Paの圧力下、400℃においてArガスを2000SCCM,酸素ガスを200SCCMの流量で供給し、さらに周波数が2.45GHzのマイクロ波を1.5kWのパワーで5秒間供給し、酸素プラズマ処理を行っている。   In Experiment # 13, Ar gas was supplied at a flow rate of 500 SCCM and hydrogen gas was supplied at a flow rate of 1000 SCCM at a temperature of 400 ° C. under a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. 2. 45 GHz microwave is irradiated at a power of 2 kW for 120 seconds to perform hydrogen plasma treatment. Subsequently, all gases and microwave power are shut off for 55 seconds, and then Ar at 400 ° C. under a pressure of 400 Pa. Gas plasma is supplied at a flow rate of 2000 SCCM, oxygen gas is supplied at a flow rate of 200 SCCM, and a microwave with a frequency of 2.45 GHz is supplied at a power of 1.5 kW for 5 seconds to perform oxygen plasma treatment.

実験#14では、前記初期SiOCH膜に対し、図3の基板処理装置50中において、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで120秒間照射して水素プラズマ処理を行い、さらにこれに引き続き、全てのガスおよびマイクロ波パワーを55秒間遮断した後、267Paの圧力下、400℃においてArガスを2000SCCM,酸素ガスを5SCCMの流量で供給し、さらに周波数が2.45GHzのマイクロ波を1.5kWのパワーで20秒間供給し、酸素プラズマ処理を行っている。   In Experiment # 14, Ar gas was supplied at a flow rate of 500 SCCM and hydrogen gas was supplied at a flow rate of 1000 SCCM at a temperature of 400 ° C. under a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. A hydrogen plasma treatment was performed by irradiating a 2.45 GHz microwave at a power of 2 kW for 120 seconds, and subsequently, all gases and microwave power were shut off for 55 seconds, and then Ar at 400 ° C. under a pressure of 267 Pa. Gas plasma is supplied at a flow rate of 2000 SCCM, oxygen gas is supplied at a flow rate of 5 SCCM, and a microwave with a frequency of 2.45 GHz is supplied at a power of 1.5 kW for 20 seconds to perform oxygen plasma treatment.

実験#15では、前記初期SiOCH膜を、図3の基板処理装置50中において、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで120秒間照射して水素プラズマ処理を行い、さらにこれに引き続き、全てのガスおよびマイクロ波パワーを55秒間遮断した後、267Paの圧力下、400℃においてArガスを2000SCCM,酸素ガスを200SCCMの流量で供給し、さらに周波数が2.45GHzのマイクロ波を1.5kWのパワーで20秒間供給し、酸素プラズマ処理を行っている。   In Experiment # 15, the initial SiOCH film was supplied at a flow rate of 500 SCCM for Ar gas and 1000 SCCM for hydrogen gas at a temperature of 400 ° C. under a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. A hydrogen plasma treatment was performed by irradiating a 45 GHz microwave at a power of 2 kW for 120 seconds, followed by shutting off all gas and microwave power for 55 seconds, and then Ar gas at 400 ° C. under a pressure of 267 Pa. Is supplied at a flow rate of 2000 SCCM and oxygen gas at a flow rate of 200 SCCM, and a microwave with a frequency of 2.45 GHz is supplied at a power of 1.5 kW for 20 seconds to perform oxygen plasma treatment.

実験#16では、前記初期SiOCH膜を、図3の基板処理装置50中において、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで120秒間照射して水素プラズマ処理を行い、さらにこれに引き続き、全てのガスおよびマイクロ波パワーを55秒間遮断した後、267Paの圧力下、400℃においてArガスを2000SCCM,酸素ガスを5SCCMの流量で供給し、さらに周波数が2.45GHzのマイクロ波を1.5kWのパワーで40秒間供給し、酸素プラズマ処理を行っている。   In Experiment # 16, the initial SiOCH film was supplied at a flow rate of 500 SCCM for Ar gas and 1000 SCCM for hydrogen gas at a temperature of 400 ° C. under a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. A hydrogen plasma treatment was performed by irradiating a 45 GHz microwave at a power of 2 kW for 120 seconds, followed by shutting off all gas and microwave power for 55 seconds, and then Ar gas at 400 ° C. under a pressure of 267 Pa. Is supplied at a flow rate of 2000 SCCM, oxygen gas is supplied at a flow rate of 5 SCCM, and a microwave with a frequency of 2.45 GHz is supplied at a power of 1.5 kW for 40 seconds to perform oxygen plasma treatment.

実験#17では、前記初期SiOCH膜を、図3の基板処理装置50中において、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで120秒間照射して水素プラズマ処理を行い、さらにこれに引き続き、全てのガスおよびマイクロ波パワーを55秒間遮断した後、267Paの圧力下、400℃においてArガスを2000SCCM,酸素ガスを200SCCMの流量で供給し、さらに周波数が2.45GHzのマイクロ波を1.5kWのパワーで40秒間供給し、酸素プラズマ処理を行っている。   In Experiment # 17, the initial SiOCH film was supplied at a flow rate of 500 SCCM for Ar gas and 1000 SCCM for hydrogen gas at a temperature of 400 ° C. under a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. A hydrogen plasma treatment was performed by irradiating a 45 GHz microwave at a power of 2 kW for 120 seconds, followed by shutting off all gas and microwave power for 55 seconds, and then Ar gas at 400 ° C. under a pressure of 267 Pa. Is supplied at a flow rate of 2000 SCCM, oxygen gas at a flow rate of 200 SCCM, and a microwave with a frequency of 2.45 GHz is supplied at a power of 1.5 kW for 40 seconds to perform oxygen plasma treatment.

図14は、図12A,12Bに示す、図10(D)の改質処理を酸素ラジカルおよび水素ラジカルにより行った実験の詳細を示す。   FIG. 14 shows the details of an experiment in which the modification treatment of FIG. 10D shown in FIGS. 12A and 12B was performed with oxygen radicals and hydrogen radicals.

実験#1は、前記実験#11と同じであり、前記図10(C)の工程で形成された初期SiOCH膜に対し、図3の基板処理装置50中において、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCMの流量で供給し、さらに周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで120秒間照射して水素プラズマ処理を行っている。   Experiment # 1 is the same as Experiment # 11. The initial SiOCH film formed in the process of FIG. 10C is 400 ° C. under a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. At temperature, hydrogen plasma treatment is performed by supplying Ar gas at a flow rate of 500 SCCM and hydrogen gas at a flow rate of 1000 SCCM, and further irradiating a microwave with a frequency of 2.45 GHz at a power of 2 kW for 120 seconds.

実験#2は、前記初期SiOCH膜に対し、図3の基板処理装置50中において、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで100秒間照射して水素プラズマ処理を行い、さらにこれに引き続き、流量が5SCCMの酸素ガスを加え、プラズマパワーを1.5kWとした以外、同一条件で20秒間水素酸素プラズマ処理を行っている。   In Experiment # 2, Ar gas was supplied at a flow rate of 500 SCCM and hydrogen gas at a flow rate of 1000 SCCM at a temperature of 400 ° C. under a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. A hydrogen plasma treatment was performed by irradiating a 2.45 GHz microwave at a power of 2 kW for 100 seconds, followed by addition of oxygen gas with a flow rate of 5 SCCM, and a plasma power of 1.5 kW. Hydrogen oxygen plasma treatment is performed for 2 seconds.

実験#3では、前記初期SiOCH膜に対し、図3の基板処理装置50中において、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで60秒間照射して水素プラズマ処理を行い、さらにこれに引き続き、流量が5SCCMの酸素ガスを加え、プラズマパワーを1.5kWとした以外、同一条件で60秒間水素酸素プラズマ処理を行っている。   In Experiment # 3, Ar gas was supplied at a flow rate of 500 SCCM and hydrogen gas was supplied at a flow rate of 1000 SCCM at a temperature of 400 ° C. under a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. A hydrogen plasma treatment was performed by irradiating a 2.45 GHz microwave at a power of 2 kW for 60 seconds, followed by addition of oxygen gas with a flow rate of 5 SCCM, and a plasma power of 1.5 kW. Hydrogen oxygen plasma treatment is performed for 2 seconds.

実験#4では、前記初期SiOCH膜に対し、図3の基板処理装置50中において、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCM、酸素ガスを5SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで120秒間照射して水素酸素プラズマ処理を行っている。   In Experiment # 4, Ar gas was 500 SCCM, hydrogen gas was 1000 SCCM, and oxygen gas was 5 SCCM at a flow rate of 400 ° C. under a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. 3 with respect to the initial SiOCH film. A hydrogen-oxygen plasma treatment is performed by irradiating a microwave having a frequency of 2.45 GHz with a power of 2 kW for 120 seconds.

実験#5では、前記初期SiOCH膜に対し、図3の基板処理装置50中において、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで100秒間照射して水素プラズマ処理を行い、さらにこれに引き続き、流量が25SCCMの酸素ガスを加え、プラズマパワーを1.5kWとした以外、同一条件で20秒間水素酸素プラズマ処理を行っている。   In Experiment # 5, Ar gas was supplied at a flow rate of 500 SCCM and hydrogen gas was supplied at a flow rate of 1000 SCCM at a temperature of 400 ° C. under a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. A hydrogen plasma treatment is performed by irradiating a 2.45 GHz microwave at a power of 2 kW for 100 seconds, followed by addition of oxygen gas with a flow rate of 25 SCCM and a plasma power of 1.5 kW. Hydrogen oxygen plasma treatment is performed for 2 seconds.

実験#6では、前記初期SiOCH膜を、図3の基板処理装置50中において、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで60秒間照射して水素プラズマ処理を行い、さらにこれに引き続き、流量が25SCCMの酸素ガスを加え、プラズマパワーを1.5kWとした以外、同一条件で60秒間水素酸素プラズマ処理を行っている。   In Experiment # 6, the initial SiOCH film was supplied at a flow rate of 500 SCCM for Ar gas and 1000 SCCM for hydrogen gas at a temperature of 400 ° C. under a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. .45 GHz microwave irradiation at a power of 2 kW for 60 seconds, followed by hydrogen plasma treatment, followed by addition of oxygen gas with a flow rate of 25 SCCM and a plasma power of 1.5 kW for 60 seconds under the same conditions. Hydrogen oxygen plasma treatment is performed.

さらに図示していない実験#7では、前記初期SiOCH膜に対し、図3の基板処理装置50中において、267Paの圧力下、400℃の温度において、Arガスを500SCCM,水素ガスを1000SCCM、酸素ガスを25SCCMの流量で供給し、周波数が2.45GHzのマイクロ波を2kWのパワーで120秒間照射して水素酸素プラズマ処理を行っている。   Further, in Experiment # 7 (not shown), Ar gas is 500 SCCM, hydrogen gas is 1000 SCCM, oxygen gas at a temperature of 400 ° C. under a pressure of 267 Pa in the substrate processing apparatus 50 of FIG. 3 with respect to the initial SiOCH film. Is supplied at a flow rate of 25 SCCM, and a microwave with a frequency of 2.45 GHz is irradiated at a power of 2 kW for 120 seconds to perform a hydrogen-oxygen plasma treatment.

なお前記図13,14の実験の全てにおいて、プラズマ処理装置50のギャップ長は、55mmに設定している。   In all the experiments of FIGS. 13 and 14, the gap length of the plasma processing apparatus 50 is set to 55 mm.

図11Aおよび11B、あるいは図12Aおよび12Bを参照するに、このような水素ラジカルおよび酸素ラジカルによる後処理、あるいは酸素ラジカルのみによる後処理を行うことにより、形成されたSiOCH膜に対して低い比誘電率を保持しつつ、そのリーク電流特性を、改質処理を図10(C)の段階で打ち切った場合に比べ、向上させることができ、1×10-8A/cm2以下のリーク電流密度を実現することができるのがわかる。 Referring to FIGS. 11A and 11B, or FIGS. 12A and 12B, by performing such post-treatment with hydrogen radicals and oxygen radicals, or post-treatment with only oxygen radicals, the dielectric constant of the formed SiOCH film is low. While maintaining the rate, the leakage current characteristics can be improved as compared with the case where the reforming process is terminated at the stage of FIG. 10C, and the leakage current density is 1 × 10 −8 A / cm 2 or less. It can be seen that can be realized.

より具体的には、水素ラジカル処理のみを120秒間行い、酸素ラジカル処理を行わなかった実験#1では、平均比誘電率が3.79でリーク電流が1.58×10-8A/cm2であるのに対し、100秒間の水素ラジカル処理の後、5SCCMの酸素ガス流量で20秒間、水素ラジカルおよび酸素ラジカルによる処理を行った実験#2では、平均比誘電率が3.64で、リーク電流が1.29×10-8A/cm2となり;60秒間の水素ラジカル処理の後、5SCCMの酸素ガス流量で60秒間、水素ラジカルおよび酸素ラジカルによる処理を行った実験#3では、平均比誘電率が3.29で、リーク電流が7.82×10-9A/cm2となり;初めから5SCCMの酸素ガス流量で120秒間、水素ラジカルおよび酸素ラジカルによる処理を行った実験#4では、平均比誘電率が3.36で、リーク電流が3.53×10-9A/cm2となり;100秒間の水素ラジカル処理の後、25SCCMの酸素ガス流量で20秒間、水素ラジカルおよび酸素ラジカルによる処理を行った実験#5では、平均比誘電率が3.34で、リーク電流が8.55×10-9A/cm2となり;60秒間の水素ラジカル処理の後、25SCCMの酸素ガス流量で60秒間、水素ラジカルおよび酸素ラジカルによる処理を行った実験#6では、平均比誘電率が3.24で、リーク電流が6.98×10-9A/cm2となっている。 More specifically, in Experiment # 1 in which only hydrogen radical treatment was performed for 120 seconds and oxygen radical treatment was not performed, the average relative dielectric constant was 3.79 and the leakage current was 1.58 × 10 −8 A / cm 2. In contrast, in Experiment # 2, in which hydrogen radical treatment for 100 seconds was followed by treatment with hydrogen radicals and oxygen radicals for 20 seconds at an oxygen gas flow rate of 5 SCCM, the average relative dielectric constant was 3.64 and leakage was observed. In experiment # 3, where the current was 1.29 × 10 −8 A / cm 2 ; treatment with hydrogen radicals for 60 seconds, followed by treatment with hydrogen radicals and oxygen radicals for 60 seconds at an oxygen gas flow rate of 5 SCCM, the average ratio a dielectric constant of 3.29, leakage current 7.82 × 10 -9 a / cm 2 next; 120 seconds at an oxygen gas flow rate 5SCCM from the beginning, treatment with hydrogen radicals and oxygen radicals In experiments conducted # 4, the average relative dielectric constant 3.36, leakage current 3.53 × 10 -9 A / cm 2 next; After hydrogen radical treatment for 100 seconds, 20 seconds at an oxygen gas flow rate of 25SCCM In Experiment # 5, where treatment with hydrogen radicals and oxygen radicals was performed, the average relative dielectric constant was 3.34 and the leakage current was 8.55 × 10 −9 A / cm 2 ; after the hydrogen radical treatment for 60 seconds In Experiment # 6, in which treatment with hydrogen radicals and oxygen radicals was performed for 60 seconds at an oxygen gas flow rate of 25 SCCM, the average relative dielectric constant was 3.24 and the leakage current was 6.98 × 10 −9 A / cm 2 . It has become.

また水素ラジカル処理のみを120秒間行い、酸素ラジカル処理を行わなかった実験#11は、実験#1と同じで、平均比誘電率が3.79でリーク電流が1.58×10-8A/cm2であるのに対し、120秒間の水素ラジカル処理の後、200SCCMの酸素ガス流量で5秒間、酸素ラジカルによる処理を行った実験#12では、平均比誘電率が3.72で、リーク電流が1.47×10-8A/cm2となり;120秒間の水素ラジカル処理の後、200SCCMの酸素ガス流量で5秒間、400Paの圧力において酸素ラジカルによる処理を行った実験#13では、平均比誘電率が3.53で、リーク電流が8.94×10-9A/cm2となり;120秒間の水素ラジカル処理の後、5SCCMの酸素ガス流量で20秒間、酸素ラジカルによる処理を行った実験#14では、平均比誘電率が3.50で、リーク電流が7.60×10-9A/cm2となり;120秒間の水素ラジカル処理の後、200SCCMの酸素ガス流量で20秒間、酸素ラジカルによる処理を行った実験#15では、平均比誘電率が3.50で、リーク電流が8.54×10-9A/cm2となり;120秒間の水素ラジカル処理の後、5SCCMの酸素ガス流量で40秒間、酸素ラジカルによる処理を行った実験#16では、平均比誘電率が3.35で、リーク電流が4.75×10-9A/cm2となり;120秒間の水素ラジカル処理の後、200SCCMの酸素ガス流量で40秒間、酸素ラジカルによる処理を行った実験#17では、平均比誘電率が3.58で、リーク電流が7.96×10-9A/cm2となっている。 Experiment # 11, in which only hydrogen radical treatment was performed for 120 seconds and oxygen radical treatment was not performed, is the same as Experiment # 1, with an average relative dielectric constant of 3.79 and a leakage current of 1.58 × 10 −8 A / whereas the cm 2, and after 120 seconds of hydrogen radical treatment for 5 seconds with an oxygen gas flow rate of 200 SCCM, in the oxygen experiments # 12 radicals by the processing was carried out, the mean relative permittivity is 3.72, the leakage current In experiment # 13, in which hydrogen radical treatment was performed for 120 seconds, followed by treatment with oxygen radicals at a pressure of 400 Pa for 5 seconds at a hydrogen gas flow rate of 200 SCCM, the average ratio was 1.47 × 10 −8 A / cm 2 a dielectric constant of 3.53, leakage current 8.94 × 10 -9 a / cm 2 next; after hydrogen radical treatment for 120 seconds, 20 seconds at an oxygen gas flow rate of 5 SCCM, oxygen radicals In Experiment # 14 processing was performed by an average relative dielectric constant 3.50, leakage current 7.60 × 10 -9 A / cm 2 next; After hydrogen radical treatment for 120 seconds, the oxygen gas flow rate 200SCCM In experiment # 15 where the treatment with oxygen radicals was performed for 20 seconds at an average relative dielectric constant of 3.50 and a leak current of 8.54 × 10 −9 A / cm 2 ; after 120 seconds of hydrogen radical treatment In Experiment # 16, in which treatment with oxygen radicals was performed at an oxygen gas flow rate of 5 SCCM for 40 seconds, the average relative dielectric constant was 3.35, and the leakage current was 4.75 × 10 −9 A / cm 2 ; 120 seconds In experiment # 17 in which treatment with oxygen radicals was performed for 40 seconds at an oxygen gas flow rate of 200 SCCM after hydrogen radical treatment, an average relative dielectric constant of 3.58 and a leakage current of 7.96 × 10 −9 A / cm 2

図11A,11Bは、前記図13より、プロセス時間とリーク電流の関係を、酸素ラジカル処理時におけるArガスに対する酸素ガス流量比が0.1および0.025の試料について、示している。また図11A,11B中には、酸素ラジカル処理を行っていない標準試料(#11)の結果、および酸素ラジカル処理時の圧力を400Paとした試料の結果が、合わせて示されている。ただし図11Aでは横軸はプロセス時間を示し、図11Bでは酸素ガス/Arガス流量比を示す。   FIGS. 11A and 11B show the relationship between the process time and the leakage current for the samples having an oxygen gas flow rate ratio of 0.1 and 0.025 to Ar gas during the oxygen radical treatment from FIG. 11A and 11B also show the results of the standard sample (# 11) not subjected to the oxygen radical treatment and the results of the sample with the pressure during the oxygen radical treatment being 400 Pa. In FIG. 11A, the horizontal axis indicates the process time, and in FIG. 11B, the oxygen gas / Ar gas flow rate ratio.

図11A,11Bより、リーク電流値は酸素ラジカル処理時間とともに急激に減少し、特に酸素ラジカル処理時における酸素ガス/Arガス流量比が0.0025の試料のほうが、0.1の試料よりもリーク電流が低いことがわかる。   11A and 11B, the leak current value decreases rapidly with the oxygen radical treatment time, and in particular, the sample with an oxygen gas / Ar gas flow rate ratio of 0.0025 during the oxygen radical treatment has a leak more than the sample with 0.1. It can be seen that the current is low.

図11A,11Bの関係より、このような酸素ラジカル処理は10秒以上、より好ましくは20秒以上実行するのが好ましいことがわかる。   From the relationship between FIGS. 11A and 11B, it is understood that such oxygen radical treatment is preferably performed for 10 seconds or longer, more preferably for 20 seconds or longer.

図12A,12Bは、前記図14に基づいたプロセス時間とリーク電流の関係を、酸素ラジカル処理時における水素ガスに対する酸素ガス流量比が0.005および0.025の試料について示す。また図12Bは、酸素ラジカル処理を行っていない標準試料(#1)の結果を合わせて示している。ただし図12Aでは横軸はプロセス時間を示し、図12Bでは酸素ガス/水素ガス流量比を示す。   12A and 12B show the relationship between the process time and the leakage current based on FIG. 14 for samples having an oxygen gas flow rate ratio of 0.005 and 0.025 to hydrogen gas during the oxygen radical treatment. FIG. 12B also shows the result of the standard sample (# 1) not subjected to the oxygen radical treatment. However, in FIG. 12A, the horizontal axis indicates the process time, and in FIG. 12B, the oxygen gas / hydrogen gas flow rate ratio.

図12A,12Bを参照するに、リーク電流値は酸素ラジカル処理の進行とともに減少するが、特に酸素ラジカル処理時における酸素ガス/水素ガス流量比が0.025の試料の場合、プロセス時間が約60秒間を超えるとリーク電流値が上昇に転じることがわかる。   Referring to FIGS. 12A and 12B, the leakage current value decreases with the progress of the oxygen radical treatment. In particular, in the case of a sample having an oxygen gas / hydrogen gas flow rate ratio of 0.025 during the oxygen radical treatment, the process time is about 60 times. It can be seen that the leakage current value starts to rise after the second.

一方、前記水素ガスに対する酸素ガスの流量比が0.005の実験では、より長いプロセス時間を使っても、k値およびリーク電流値の増大は見られない。   On the other hand, in the experiment in which the flow ratio of oxygen gas to hydrogen gas is 0.005, the k value and the leakage current value are not increased even when a longer process time is used.

図12A、12Bの関係より、このような酸素ラジカル処理は10秒以上、より好ましくは20秒以上、実行するのが好ましいことがわかる。   From the relationship between FIGS. 12A and 12B, it is understood that such oxygen radical treatment is preferably performed for 10 seconds or more, more preferably for 20 seconds or more.

図15は、前記図13の#2および前記図14の#12の実験で得られたSiOCH膜試料のXPS(Xray-photoelectron spectroscopy)スペクトルを、前記図13の#1、従って図14の#1の比較対照実験で得られたSiOCH膜試料のXPSスペクトルと比較して示す。   FIG. 15 shows the XPS (Xray-photoelectron spectroscopy) spectra of the SiOCH film samples obtained in the experiment # 2 in FIG. 13 and the experiment # 12 in FIG. 14, and the # 1 in FIG. It shows in comparison with the XPS spectrum of the SiOCH film sample obtained in the comparative control experiment.

図15を参照するに、比較対照の試料では、Si−CあるいはSi−Si結合に対応するピークが観測されるのに対し、図10(D)の後処理を行うことにより、これをH*(Hラジカル)とO*(Oラジカル)で行った場合でも、O*のみで行った場合でも、膜中におけるこれらの結合が減少し、実質的に消滅していることがわかる。これは、SiOCH膜の表面がO*により、SiO2リッチな組成に改質されていることを意味する。 Referring to FIG. 15, in the comparative sample, a peak corresponding to Si—C or Si—Si bond is observed. It can be seen that these bonds in the film are reduced and substantially disappeared both when (H radical) and O * (O radical) are used, and when only O * is used. This means that the surface of the SiOCH film is modified to a SiO 2 rich composition by O *.

図16,17は、このようにして形成されたSiOCH膜について求められた、Si,O,CのXPSデプスプロファイルを示す。   16 and 17 show XPS depth profiles of Si, O, and C obtained for the SiOCH film thus formed.

図16,17を参照するに、「Ref」と記載したデータは、図10(A)〜(C)までの工程で打ち切った試料を、「Post O2」と記載したデータは、図10(D)の工程において、SiOCH膜表面を酸素プラズマ処理した試料を、さらに「H2+O2」と記載した試料は、図10(D)の工程において、SiOCH膜表面を酸素ラジカルと窒素ラジカルで処理した試料を示す。 Referring to FIGS. 16 and 17, the data described as “Ref” indicates that the sample censored in the steps of FIGS. 10A to 10C is the data described as “Post O 2”. 10), the sample in which the surface of the SiOCH film was subjected to oxygen plasma treatment and the sample described as “H 2 + O 2 ” were treated with oxygen radicals and nitrogen radicals in the step of FIG. 10D. Samples are shown.

特に図17の拡大図より、基準試料(#1および#11)を構成するSiOCH膜の、厚さが20〜30nmの表面部分には、図10(C)の水素ラジカルにより還元されたダメージ層が形成されているのがわかるが、このような表面ダメージ層においては、Si−C結合の割合が増加し、リーク電流の増大や、比誘電率の増大などの問題が生じる。また水素プラズマ処理により、前記SiOCH膜42Aの表面に形成されている酸素リッチな表面緻密化層43では、酸素の離脱が生じていることがわかる。つまり、前記図10(B)の工程で形成される表面緻密化層は、20〜30nm程度の厚さを有しているものと考えられる。   In particular, from the enlarged view of FIG. 17, on the surface portion of the SiOCH film constituting the reference samples (# 1 and # 11) having a thickness of 20 to 30 nm, a damage layer reduced by hydrogen radicals of FIG. However, in such a surface damage layer, the ratio of Si—C bonds increases, causing problems such as an increase in leakage current and an increase in relative dielectric constant. It can also be seen that oxygen desorption occurs in the oxygen-rich surface densified layer 43 formed on the surface of the SiOCH film 42A by the hydrogen plasma treatment. That is, the surface densified layer formed in the process of FIG. 10B is considered to have a thickness of about 20 to 30 nm.

これに対し、本実施形態では、図10(D)の工程において、酸素プラズマ処理あるいは水素および酸素プラズマ処理を後処理として行うことにより、このようなSiOCH膜表面部分における酸素の枯渇が補充され、さらにダメージが修復され、図11A,図Bに示したような、比誘電率の低減とリーク電流の低減が実現される。   On the other hand, in this embodiment, by performing oxygen plasma treatment or hydrogen and oxygen plasma treatment as post-treatment in the step of FIG. 10D, such depletion of oxygen in the surface portion of the SiOCH film is replenished. Further, the damage is repaired, and the reduction of the relative dielectric constant and the leakage current as shown in FIGS. 11A and 11B are realized.

なお、前記図10(D)の工程は、先に図8で説明したクラスタ型基板処理装置60を使う場合、前記処理室300において引き続き、上記の処理を行うことで実行できる。

[第3の実施形態]
先に説明した実施形態では、形成された多孔質SiOCH膜42A上に緻密化層43が残されているが、このような緻密化層43は、SiOCH膜全体の比誘電率を増大させるように作用するため、除去することが望ましい。
Note that the process of FIG. 10D can be executed by performing the above process in the process chamber 300 when the cluster type substrate processing apparatus 60 described in FIG. 8 is used.

[Third Embodiment]
In the embodiment described above, the densified layer 43 is left on the formed porous SiOCH film 42A. The densified layer 43 increases the relative dielectric constant of the entire SiOCH film. Since it works, it is desirable to remove it.

そこで本実施形態では、さらに前記図2(C)の工程に引き続く図18の緻密化層除去工程において、前記緻密化層43を、例えばArスパッタ処理あるいはCMP工程により、除去する。   Therefore, in the present embodiment, the densified layer 43 is removed by, for example, an Ar sputtering process or a CMP process in the densified layer removing process of FIG. 18 subsequent to the process of FIG.

例えば、図18の工程を、プラズマ処理装置400を使い、280℃の基板温度においてArガスを5SCCMの流量で供給し、例えば高周波コイルに周波数が13.56MHzの高周波を300Wのパワーで供給し、被処理基板に周波数が2MHzの高周波バイアスを300Wのパワーで印加し、スパッタエッチングを130秒間おこなうことにより、前記緻密化層43を除去することができる。この結果、表面緻密化層が除去されて、2.2程度の比誘電率を2.0まで低減することができ、超低誘電率膜が形成できる。   For example, the process of FIG. 18 is performed using a plasma processing apparatus 400, supplying Ar gas at a flow rate of 5 SCCM at a substrate temperature of 280 ° C., for example, supplying a high frequency of 13.56 MHz to a high frequency coil with a power of 300 W, The densified layer 43 can be removed by applying a high-frequency bias having a frequency of 2 MHz to the substrate to be processed with a power of 300 W and performing sputter etching for 130 seconds. As a result, the surface densified layer is removed, the relative dielectric constant of about 2.2 can be reduced to 2.0, and an ultra-low dielectric constant film can be formed.

図19は、前記図18の工程まで含めて本実施形態による成膜工程を行うクラスタ型基板処理装置60Aの構成を示す。ただし図19中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。   FIG. 19 shows the configuration of a cluster type substrate processing apparatus 60A for performing the film forming process according to the present embodiment including the process of FIG. However, in FIG. 19, the same reference numerals are assigned to the portions corresponding to the portions described above, and the description thereof is omitted.

図19を参照するに、基板処理装置60Aは前記真空搬送室601に、ゲートバルブ601cを介して結合された処理室400を備え、前記処理室400には、図示の例ではICPプラズマ処理装置が設けられている。他に、マイクロ波プラズマ処理装置を処理室400に設けることも可能である。   Referring to FIG. 19, a substrate processing apparatus 60A includes a processing chamber 400 coupled to the vacuum transfer chamber 601 through a gate valve 601c. In the processing chamber 400, an ICP plasma processing apparatus is provided in the illustrated example. Is provided. In addition, a microwave plasma processing apparatus can be provided in the processing chamber 400.

そこで、前記処理室300において図2(C)の工程あるいは図10(D)の工程が終了した被処理基板は前記搬送機構602により真空処理室601を介して前記処理室400に搬送され、図18の表面緻密化層除去処理が、スパッタ法により行われる。   Therefore, the substrate to be processed after the step of FIG. 2C or the step of FIG. 10D in the processing chamber 300 is transferred to the processing chamber 400 via the vacuum processing chamber 601 by the transfer mechanism 602. The surface densified layer removing process 18 is performed by a sputtering method.

また、前記処理室300おいて図2(C)の工程あるいは図10(D)の工程が終了した被処理基板を、前記ロードロック室603あるいは604から取り出し、別のCMP装置において前記図18の工程を行うことも可能である。

[第4の実施形態]
さて、先に説明した図2(B)あるいは図10(B)の工程では、SiOCH膜42が図2(A)あるいは図10(A)の工程で形成された後、Arガスおよび酸素ガス、および高周波パワーを引き続き供給し、有機シラン原料ガスのみを遮断して、所望の表面緻密化層形成工程を行っている。
Further, the substrate to be processed which has completed the process of FIG. 2C or the process of FIG. 10D in the process chamber 300 is taken out from the load lock chamber 603 or 604, and is transferred to another CMP apparatus in FIG. It is also possible to carry out the process.

[Fourth Embodiment]
2B or 10B described above, after the SiOCH film 42 is formed in the process of FIG. 2A or 10A, Ar gas and oxygen gas, Further, a desired surface densified layer forming step is performed by continuously supplying high-frequency power and shutting off only the organosilane source gas.

本発明の発明者は、前記図2(A)〜(C)の実験の際、特に図2(A)のSiOCH膜成膜工程の終了処理において、被処理基板表面に多量のパーティクルが発生する場合があることを見出した。   The inventor of the present invention generates a large amount of particles on the surface of the substrate to be processed in the experiment of FIGS. 2A to 2C, particularly in the termination process of the SiOCH film forming process of FIG. Found that there is a case.

図20は、本発明の発明者が行った実験を示す。   FIG. 20 shows an experiment conducted by the inventors of the present invention.

図20を参照するに、ステップ1においてSiOCH膜42の成膜が行われ、ステップ2〜4において、成膜終了工程が行われる。なお、SiOCH膜42の成膜は、45℃の基板温度で行っている。   Referring to FIG. 20, a SiOCH film 42 is formed in step 1, and a film formation end process is performed in steps 2-4. The SiOCH film 42 is formed at a substrate temperature of 45 ° C.

実験#21では、トリメチルシラン原料ガスの供給および酸素ガスの供給を、高周波パワーの遮断と同時に遮断し、ステップ2においてArガスを0.1秒間流した後、ステップ3で処理を終了している。この実験#21では、SEMによる観察で、被処理基板表面に粒径が0.1μm以上のパーティクルが、1×108個/cm2の密度で形成されるのが確認された。 In Experiment # 21, the supply of trimethylsilane source gas and the supply of oxygen gas were shut off at the same time as the radio frequency power was shut off, and after Ar gas was flowed for 0.1 second in Step 2, the processing was finished in Step 3. . In this experiment # 21, it was confirmed by SEM observation that particles having a particle size of 0.1 μm or more were formed on the surface of the substrate to be processed at a density of 1 × 10 8 particles / cm 2 .

実験#22では、ステップ1においてトリメチルシラン原料ガスの供給、酸素ガスの供給およびArガスの供給を続けたまま、高周波パワーを遮断し、ステップ2において10秒後にトリメチルシラン原料ガス、酸素ガスおよびArガスの供給を遮断している。この実験#22では、SEMによる観察で、被処理基板表面に粒径が0.13μm以上のパーティクルが、5×107個/cm2の密度で形成されるのが確認された。 In Experiment # 22, the high-frequency power was cut off while continuing the supply of the trimethylsilane source gas, the supply of oxygen gas, and the supply of Ar gas in Step 1, and after 10 seconds in Step 2, the trimethylsilane source gas, oxygen gas and Ar The gas supply is shut off. In Experiment # 22, it was confirmed by SEM observation that particles having a particle size of 0.13 μm or more were formed on the surface of the substrate to be processed at a density of 5 × 10 7 particles / cm 2 .

実験#23では、ステップ2において酸素ガスおよびArガスの供給を続けたまま、また高周波パワーの供給を続けたまま、トリメチルシラン原料ガスの供給のみを遮断し、ステップ3において0.1秒後にArガスの供給を続けたまま、酸素ガスおよび高周波パワーの供給を遮断している。さらにステップ4において10秒後にArガスの供給を遮断している。この実験#23では、パーティクルカウンタによる測定で、被処理基板表面に粒径が0.13μm以上のパーティクルが、0.06個/cm2の密度で形成されるのが確認された。 In Experiment # 23, the supply of the trimethylsilane source gas was shut off while continuing the supply of oxygen gas and Ar gas in Step 2 and the supply of high-frequency power. The supply of oxygen gas and high frequency power is cut off while the supply of gas is continued. Further, in step 4, the supply of Ar gas is cut off after 10 seconds. In this experiment # 23, it was confirmed by measurement with a particle counter that particles having a particle size of 0.13 μm or more were formed on the surface of the substrate to be processed at a density of 0.06 particles / cm 2 .

実験#24では、ステップ2においてArガスおよび高周波パワーの供給を続けたまま、酸素ガスおよびトリメチルシラン原料ガスの供給を遮断し、ステップ3において0.1秒後にArガスの供給を続けたまま、高周波パワーの供給を遮断している。さらにステップ4において10秒後にArガスの供給を遮断している。この実験#24では、SEMによる観察で、被処理基板表面に粒径が0.1μm以上のパーティクルが、2×107個/cm2の密度で形成されるのが確認された。 In Experiment # 24, the supply of oxygen gas and trimethylsilane source gas was shut off while continuing the supply of Ar gas and high-frequency power in Step 2, and the supply of Ar gas was continued in 0.1 seconds after Step 3 The supply of high-frequency power is cut off. Further, in step 4, the supply of Ar gas is cut off after 10 seconds. In Experiment # 24, it was confirmed by SEM observation that particles having a particle size of 0.1 μm or more were formed on the surface of the substrate to be processed at a density of 2 × 10 7 particles / cm 2 .

実験#25では、ステップ2においてArガスの供給を続けたまま、トリメチルシラン原料ガス、酸素ガスおよび高周波パワーを遮断し、ステップ3において10秒後にArガスの供給を遮断している。この実験#22では、被処理基板表面に粒径が0.13μm以上のパーティクルが、2×107個/cm2の密度で形成されるのが確認された。 In Experiment # 25, while the Ar gas was continuously supplied in Step 2, the trimethylsilane source gas, oxygen gas, and high-frequency power were shut off, and in Step 3, the Ar gas supply was shut off after 10 seconds. In this experiment # 22, it was confirmed that particles having a particle size of 0.13 μm or more were formed on the surface of the substrate to be processed at a density of 2 × 10 7 particles / cm 2 .

実験#26では、ステップ2においてトリメチルシランガス、Arガスおよび高周波パワーの供給を続けたまま、酸素ガスの供給のみを遮断し、ステップ3において0.1秒後にArガスの供給を続けたまま、トリメチルシランガスおよび高周波パワーの供給を遮断している。さらにステップ4において10秒後にArガスの供給を遮断している。この実験#26では、SEMによる観察で、被処理基板表面に粒径が0.13μm以上のパーティクルが、5×107個/cm2の密度で形成されるのが確認された。 In Experiment # 26, only the supply of oxygen gas was cut off while continuing the supply of trimethylsilane gas, Ar gas, and high-frequency power in Step 2, and in Step 3, the supply of Ar gas was continued 0.1 seconds later. The supply of silane gas and high frequency power is cut off. Further, in step 4, the supply of Ar gas is cut off after 10 seconds. In Experiment # 26, it was confirmed by SEM observation that particles having a particle size of 0.13 μm or more were formed on the surface of the substrate to be processed at a density of 5 × 10 7 particles / cm 2 .

上記の結果から、実験#23におけるように、SiOCH膜を平行平板型基板処理装置においてプラズマCVD法により形成する場合には、先にトリメチルシラン原料ガスの供給を停止し、その後で酸素ガスと高周波パワーの供給を停止するのが、パーティクル発生を抑制するのに効果的であることがわかる。   From the above results, when the SiOCH film is formed by the plasma CVD method in the parallel plate type substrate processing apparatus as in Experiment # 23, the supply of the trimethylsilane source gas is first stopped, and then the oxygen gas and the high frequency are supplied. It can be seen that stopping the power supply is effective in suppressing particle generation.

このような成膜終了シーケンスは、実際には図2(A)の成膜工程の後、図2(B)の緻密化処理工程を行うことと同等であり、先の図2(A)〜(C)の工程、あるいは図10(A)〜(D)の工程においては、結果的にSiOCH膜の成膜終了に伴うパーティクル発生が最小化されていることがわかる。   Such a film formation end sequence is actually equivalent to performing the densification process step of FIG. 2B after the film formation step of FIG. In the step (C) or the steps in FIGS. 10A to 10D, it can be seen that as a result, the generation of particles accompanying the completion of the formation of the SiOCH film is minimized.

さらに本発明の発明者は、図1の平行平板型基板処理装置11を使い、パーティクル発生を抑制できる最適な後処理条件について、探索を行った。   Furthermore, the inventor of the present invention searched for optimum post-processing conditions that can suppress the generation of particles using the parallel plate type substrate processing apparatus 11 of FIG.

図21(A)〜(C)は、前記図2(A),(B)のプロセスを、最もパーティクルが発生しやすい600Paのプロセス圧において、図2(B)の酸素プラズマ処理の時間を変化させた場合の、パーティクル発生の様子を示す。ただし図21(A)〜(C)では基板処理装置11のギャップを25mmに、また基板温度を45℃に設定し、図2(A)の工程ではトリメチルシランガス、酸素ガスおよびArガスの流量を、それぞれ100SCCM、100SCCMおよび600SCCMに設定し、13.56MHzの高周波を6.8秒間供給することでSiOCH膜の成膜を行い、一方図2(B)の工程では、同じ条件で、ただしトリメチルシランガスのみを遮断し、20〜45秒間の酸素プラズマ処理を行っている。図21(A)〜(C)中、上の図は基板表面におけるパーティクルの面内分布を、下の図は発生したパーティクルの粒径分布を示している。   FIGS. 21A to 21C show the process of FIGS. 2A and 2B with the oxygen plasma treatment time of FIG. 2B changed at a process pressure of 600 Pa where particles are most likely to be generated. The state of particle generation when the However, in FIGS. 21A to 21C, the gap of the substrate processing apparatus 11 is set to 25 mm and the substrate temperature is set to 45 ° C. In the process of FIG. 2A, the flow rates of trimethylsilane gas, oxygen gas and Ar gas are set. The SiOCH film was formed by supplying a high frequency of 13.56 MHz for 6.8 seconds while setting to 100 SCCM, 100 SCCM and 600 SCCM, respectively, while in the process of FIG. Only the oxygen plasma treatment is performed for 20 to 45 seconds. 21A to 21C, the upper diagram shows the in-plane distribution of particles on the substrate surface, and the lower diagram shows the particle size distribution of the generated particles.

図21(A)は、図2(B)の酸素プラズマ処理時間を20秒間に設定した場合を示しているが、約0.4μm以上の粒径のパーティクルが多数発生しているのがわかる。   FIG. 21A shows a case where the oxygen plasma treatment time of FIG. 2B is set to 20 seconds, and it can be seen that many particles having a particle diameter of about 0.4 μm or more are generated.

これに対し、図21(B)は、図2(B)の酸素プラズマ処理時間を30秒間に設定した場合を示しているが、約0.4μm以上の粒径のパーティクル発生が抑制され、発生しているパーティクルは、ほとんどが粒径0.2μm以下のものであることがわかる。同様の傾向は、前記酸素プラズマ処理時間を45秒間とした図21(C)においても、観察される。   On the other hand, FIG. 21B shows a case where the oxygen plasma treatment time of FIG. 2B is set to 30 seconds, but the generation of particles having a particle diameter of about 0.4 μm or more is suppressed and generated. It can be seen that most of the particles are those having a particle size of 0.2 μm or less. A similar tendency is also observed in FIG. 21C where the oxygen plasma treatment time is 45 seconds.

このように図21(A)〜(C)の結果によれば、先の図20の結果と同様に、先に説明した図2(B)の酸素プラズマ処理工程を、30秒間以上行うことにより、成膜終了時におけるパーティクル発生を効果的に抑制できることがわかるが、粒径が0.13μm以下のパーティクルについてみると、効果的なパーティクル発生を抑制できておらず、パーティクル数は、この粒径範囲では、逆に増加している。   As described above, according to the results of FIGS. 21A to 21C, the oxygen plasma treatment process of FIG. 2B described above is performed for 30 seconds or more as in the case of the results of FIG. It can be seen that the generation of particles at the end of film formation can be effectively suppressed. However, when the particles having a particle size of 0.13 μm or less are observed, the effective generation of particles cannot be suppressed. The range has increased conversely.

これに対し、前記図2(A)の工程に引き続き、図2(B)の工程において、基板温度、プロセス圧、プラズマパワーは同一条件のまま、トリメチルシランガス、酸素ガスおよびArガスの流量を2倍に増大させた場合のパーティクル発生状況を図22(A)に示す。   On the other hand, following the process of FIG. 2 (A), in the process of FIG. 2 (B), the flow rates of trimethylsilane gas, oxygen gas and Ar gas are set to 2 while the substrate temperature, process pressure and plasma power remain the same. FIG. 22 (A) shows the state of particle generation when the number is doubled.

図22(A)を参照するに、状況は図21(C)の場合よりは多少改善されているが、粒径が0.1μm以下のパーティクルが多量に発生しているのがわかる。   Referring to FIG. 22A, the situation is slightly improved from the case of FIG. 21C, but it can be seen that a large amount of particles having a particle size of 0.1 μm or less are generated.

さらに図22(B)は、前記図2(A)のSiOCH膜成膜工程を、先に説明した図21(A)と同じ条件で行った後、図2(B)の酸素プラズマ処理工程を、同じプロセス条件下、ただし酸素ガスおよびArガスの流量を2倍に増大させて30秒間行った場合の、パーティクル発生状況を示す。   Further, in FIG. 22B, after the SiOCH film forming process of FIG. 2A is performed under the same conditions as those of FIG. 21A described above, the oxygen plasma treatment process of FIG. The particle generation state is shown under the same process conditions, except that the flow rates of oxygen gas and Ar gas are doubled for 30 seconds.

図22(B)を参照するに、このように成膜後の酸素プラズマ処理の際のArガスおよび酸素ガスの流量を増大させることにより、パーティクル発生を劇的に低減することができるのがわかる。   Referring to FIG. 22B, it can be seen that the generation of particles can be dramatically reduced by increasing the flow rates of Ar gas and oxygen gas during the oxygen plasma treatment after the film formation. .

さらに図22(C)は、前記図2(A)のSiOCH膜成膜工程を、先に説明した図21(A)と同じ条件で行った後、図2(B)の酸素プラズマ処理工程を、同じプロセス条件下、ただしプロセス圧を250Paに低減し、30秒間行った場合の、パーティクル発生状況を示す。   Further, in FIG. 22C, after the SiOCH film forming process of FIG. 2A is performed under the same conditions as those of FIG. 21A described above, the oxygen plasma treatment process of FIG. The particle generation state is shown under the same process conditions, but with the process pressure reduced to 250 Pa for 30 seconds.

図22(C)を参照するに、この場合にも、成膜処理後のパーティクル発生が劇的に低減しているのがわかる。   Referring to FIG. 22C, it can be seen that also in this case, the generation of particles after the film forming process is dramatically reduced.

図23(A)は、図2(B)の酸素プラズマ処理を、図2(A)の成膜処理の際のプロセス圧よりも低い250Paにおいて、酸素ガスおよびArガスの流量を図2(A)の成膜処理の場合の2倍に増大させて行った場合の、パーティクル発生の状況を示す。   FIG. 23A shows the flow rates of oxygen gas and Ar gas in the oxygen plasma treatment of FIG. 2B at 250 Pa, which is lower than the process pressure in the film formation treatment of FIG. ) Shows the state of particle generation when the film forming process is increased twice as much as in the film forming process.

図23(A)を参照するに、パーティクル発生が、図22(B)および(C)のいずれに対しても、さらに抑制されているのがわかる。   Referring to FIG. 23 (A), it can be seen that particle generation is further suppressed with respect to both of FIGS. 22 (B) and 22 (C).

さらに図23(B)は、図2(A)の成膜時のプロセス圧を500Paに設定し、図23(A)と同様な成膜終了プロセスを、図2(B)の工程に対応して行った場合の、パーティクル発生の状況を示す。   Further, in FIG. 23B, the process pressure at the time of film formation in FIG. 2A is set to 500 Pa, and the film formation end process similar to that in FIG. 23A corresponds to the process in FIG. Shows the state of particle generation.

図23(B)を参照するに、パーティクル発生はさらに抑制されていることがわかる。   As can be seen from FIG. 23B, the generation of particles is further suppressed.

このように、先に説明した図2(B)あるいは図10(B)の酸素プラズマ処理工程を、図2(A)あるいは図10(A)の成膜処理工程よりも低い圧力で、さらに酸素ガスおよびArガス流量を増加させた条件で行うことにより、パーティクル発生をさらに効果的に抑制することが可能である。   As described above, the oxygen plasma treatment step of FIG. 2B or FIG. 10B described above is further performed at a lower pressure than the film formation treatment step of FIG. 2A or FIG. By performing the process under conditions where the gas and Ar gas flow rates are increased, it is possible to more effectively suppress the generation of particles.

また、このような成膜終了時における酸素プラズマ処理は、図1に示したような平行平板型基板処理装置においてSiOCH膜を成膜する場合のみならず、図3,4に示したようなマイクロ波プラズマ処理装置において、例えばトリメチルシランガスとArガスと酸素ガスを供給してSiCO膜の成膜を行う場合においても有効である。   In addition, the oxygen plasma treatment at the end of the film formation is not only performed when the SiOCH film is formed in the parallel plate type substrate processing apparatus as shown in FIG. 1, but also as shown in FIGS. In the wave plasma processing apparatus, for example, it is also effective when forming a SiCO film by supplying trimethylsilane gas, Ar gas, and oxygen gas.

なお以上の説明では、有機シリコン化合物原料としてトリメチルシラン(TMS:SiH(CH33)を使った場合を説明したが、本発明の有機シリコン化合物原料はトリメチルシランに限定されるものではなく、ジメチルシラン(SiH2(CH32),テトラメチルシラン(Si(CH34),ジメチルジメトキシシラン(DMDMOS:Si(CH32(OCH32),ジメチルジエトキシシラン(Si(CH32(OC252),ジメチルエトキシシラン(Si(CH32(OC25)),メトキシトリメチルシラン(Si(CH33(OC25)),メチルトリエトキシシラン(Si(CH3)(OC253),ジエチルメチルシラン(Si(C252(CH3)),エチルトリメチルシラン(Si(C252(CH33),エトキシトリメチルシラン(Si(CH33(OC25)),ジエトキシメチルシラン(DEMS:SiH(OC252(CH3)),エチルトリメトキシシラン(Si(C25)(OCH33)、などを使うことも可能である。 In the above description, the case where trimethylsilane (TMS: SiH (CH 3 ) 3 ) is used as the organic silicon compound raw material has been described. However, the organic silicon compound raw material of the present invention is not limited to trimethylsilane, Dimethylsilane (SiH 2 (CH 3 ) 2 ), tetramethylsilane (Si (CH 3 ) 4 ), dimethyldimethoxysilane (DMDMOS: Si (CH 3 ) 2 (OCH 3 ) 2 ), dimethyldiethoxysilane (Si ( CH 3) 2 (OC 2 H 5) 2), dimethyl ethoxy silane (Si (CH 3) 2 ( OC 2 H 5)), methoxy trimethylsilane (Si (CH 3) 3 ( OC 2 H 5)), methyl triethoxysilane (Si (CH 3) (OC 2 H 5) 3), diethyl methyl silane (Si (C 2 H 5) 2 (CH 3)), trimethylsilane ( i (C 2 H 5) 2 (CH 3) 3), ethoxy trimethyl silane (Si (CH 3) 3 ( OC 2 H 5)), diethoxymethylsilane (DEMS: SiH (OC 2 H 5) 2 (CH 3 )), ethyltrimethoxysilane (Si (C 2 H 5 ) (OCH 3 ) 3 ), etc. can also be used.

以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる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。   Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.

本発明によれば、多孔質膜の成膜を、基板上に有機シリコン化合物原料により、有機官能基および水酸基を含む誘電体膜を形成し、前記誘電体膜表面に、前記有機官能基および水酸基を除去する緻密化処理を行い、前記誘電体膜表面に、前記誘電体膜本体よりも密度の高い表面緻密化層を形成し、前記表面緻密化層を形成された誘電体膜を、プラズマ励起された水素ラジカルに曝露し、前記有機官能基および水酸基を除去することにより前記誘電体膜本体中に空孔を形成する工程により実行することにより、前記空孔形成工程において、前記誘電体膜中に含まれる、一般にCHxと略記されるCH3,C25,・・・などの有機官能基や水酸基(OH)が制御されたレートで膜外に排出され、前記空孔形成の際の誘電体膜の収縮を効果的に抑制することが可能となる。その結果、誘電体膜の密度増加が抑制され、低い誘電率の多孔質膜を得ることが可能になる。 According to the present invention, the porous film is formed by forming a dielectric film containing an organic functional group and a hydroxyl group on the substrate by using an organic silicon compound raw material, and the organic functional group and the hydroxyl group are formed on the surface of the dielectric film. A surface densification layer having a higher density than the dielectric film body is formed on the surface of the dielectric film, and the dielectric film on which the surface densification layer is formed is plasma-excited. In the hole forming step, by performing the step of forming holes in the dielectric film main body by removing the organic functional groups and hydroxyl groups by exposing to the generated hydrogen radicals. , Organic functional groups such as CH 3 , C 2 H 5 ,... Generally abbreviated as CHx, and hydroxyl groups (OH) are discharged out of the film at a controlled rate, Effective shrinkage of dielectric film It is possible to win to become. As a result, an increase in the density of the dielectric film is suppressed, and a porous film having a low dielectric constant can be obtained.

またこのように成膜工程の後に、成膜原料ガスのみを遮断し、プラズマガスおよび酸化ガスの供給およびプラズマパワーの供給を係属することにより、成膜工程終了時に生じるパーティクル発生が効果的に抑制され、成膜の歩留まりが大きく向上する。   In addition, after the film forming process, only the film forming source gas is shut off, and the supply of plasma gas and oxidizing gas and the supply of plasma power are engaged, thereby effectively suppressing the generation of particles at the end of the film forming process. As a result, the yield of film formation is greatly improved.

本発明で使われる成膜処理装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the film-forming processing apparatus used by this invention. (A)〜(C)は、本発明の第1の実施形態による成膜方法を示す図である。(A)-(C) are figures which show the film-forming method by the 1st Embodiment of this invention. 本発明において多孔質膜形成に使われる基板処理装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the substrate processing apparatus used for porous film formation in this invention. 本発明において多孔質膜形成に使われる基板処理装置の構成を示す別の図である。It is another figure which shows the structure of the substrate processing apparatus used for porous film formation in this invention. 本発明の前記第1実施形態の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of the said 1st Embodiment of this invention. 図2(A)〜(C)の工程のプロセス条件と、得られた多孔質膜のk値を示す表である。It is a table | surface which shows process value of the process of FIG. 2 (A)-(C), and k value of the obtained porous membrane. 本発明の第1実施形態により得られたSiOCH膜のFTIRスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the FTIR spectrum of the SiOCH film | membrane obtained by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態で使われるクラスタ型基板処理装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cluster type substrate processing apparatus used by 1st Embodiment of this invention. 図7のクラスタ型基板処理装置を使って行われる本発明第1実施形態による成膜方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the film-forming method by 1st Embodiment of this invention performed using the cluster type substrate processing apparatus of FIG. (A)〜(D)は、本発明の第2の実施形態による成膜方法を示す図である。(A)-(D) are figures which show the film-forming method by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態による処理時間とリーク電流の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the processing time by the 2nd Embodiment of this invention, and leakage current. 本発明の第2の実施形態によるO2/Ar流量比とリーク電流の関係を示す図である。Is a diagram showing the relationship between O 2 / Ar flow ratio and the leakage current according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による処理時間とリーク電流の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the processing time and leakage current by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態によるO2/H2流量比とリーク電流の関係を示す図である。It is a diagram showing a relationship of a second embodiment of the O 2 / H 2 flow rate ratio and the leakage current of the present invention. 第2の実施形態における実験条件を示す表である。It is a table | surface which shows the experimental condition in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における実験条件を示す別の表である。It is another table | surface which shows the experimental condition in 2nd Embodiment. 本発明の前記第2実施形態により得られたSiOCH膜のXPSスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the XPS spectrum of the SiOCH film | membrane obtained by the said 2nd Embodiment of this invention. 本発明の前記第2実施形態により得られたSiOCH膜のSIMSプロファイルを示す図である。It is a figure which shows the SIMS profile of the SiOCH film | membrane obtained by the said 2nd Embodiment of this invention. 図16の一部を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows a part of FIG. 本発明の第3の実施形態を示す図である。It is a figure which shows the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の前記第3実施形態で使われるクラスタ型基板処理装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cluster type substrate processing apparatus used by the said 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態における実験条件を示す表である。It is a table | surface which shows the experimental conditions in the 4th Embodiment of this invention. (A)〜(C)は、本発明の第4の実施形態を説明する図である。(A)-(C) are the figures explaining the 4th Embodiment of this invention. (A)〜(C)は、本発明の第4の実施形態を説明する別の図である。(A)-(C) are another figures explaining the 4th Embodiment of this invention. (A),(B)は、本発明の第4の実施形態を説明するさらに別の図である。(A), (B) is another figure explaining the 4th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 平行平板型基板処理装置
12 処理容器
13 排気口
14 排気装置
15 ゲートバルブ
16 サセプタ支持台
17 サセプタ
18 絶縁体
19,27 冷媒通路
20 リフタピン
21,32 高周波源
22,33 整合器
23 シャワーヘッド
24 ガス供給孔
25 電極板
26 電極支持体
28 ガス導入口
29 トリメチルシランガス源
30 酸素ガス源
31 Arガス源
34 制御装置
36 除害装置
41 シリコン基板
42 SiOCH膜
42A 多孔質SiOCH膜
43 緻密化層
50 マイクロ波プラズマ処理装置
51 処理容器
51A プロセス空間
51B 空間
51C 排気口
51D APD
51E 排気系
51G ゲートバルブ
51g 基板搬入搬出口
52 基板保持台
52A ヒータ
52B 駆動ライン
52C ヒータ電源
52D リフタピン
52E 昇降機構
53 天板
54 ガスリング
55 マイクロ波アンテナ
55A 導体部
55B 遅波板
55C 平面アンテナ板
55a,55b スロット
56 同軸導波管
56A 外側導波管
56B 内側導体
60,60A クラスタ型基板処理装置
101A,101H,101O ガス源
103A,103H,103O MFC
104A,104H,104O、105A,105H,105O,106 バルブ
110A モード変換部
110B 矩形導波管
111 インピーダンス整合器
112 マイクロ波源
200,300,400 処理室
601 真空搬送室
601a〜601e ゲートバルブ
602 基板搬送機構
603,604 ロードロック室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Parallel plate type substrate processing apparatus 12 Processing container 13 Exhaust port 14 Exhaust apparatus 15 Gate valve 16 Susceptor support stand 17 Susceptor 18 Insulator 19, 27 Refrigerant passage 20 Lifter pin 21, 32 High frequency source 22, 33 Matching device 23 Shower head 24 Gas Supply hole 25 Electrode plate 26 Electrode support 28 Gas inlet 29 Trimethylsilane gas source 30 Oxygen gas source 31 Ar gas source 34 Controller 36 Detoxifier 41 Silicon substrate 42 SiOCH film 42A Porous SiOCH film 43 Densified layer 50 Microwave Plasma processing apparatus 51 Processing vessel 51A Process space 51B Space 51C Exhaust port 51D APD
51E Exhaust system 51G Gate valve 51g Substrate loading / unloading 52 Substrate holding base 52A Heater 52B Drive line 52C Heater power supply 52D Lifter pin 52E Lifting mechanism 53 Top plate 54 Gas ring 55 Microwave antenna 55A Conductor 55B Slow wave plate 55C Flat antenna plate 55a , 55b Slot 56 Coaxial waveguide 56A Outer waveguide 56B Inner conductor 60, 60A Cluster type substrate processing apparatus 101A, 101H, 101O Gas source 103A, 103H, 103O MFC
104A, 104H, 104O, 105A, 105H, 105O, 106 Valve 110A Mode converter 110B Rectangular waveguide 111 Impedance matcher 112 Microwave source 200, 300, 400 Processing chamber 601 Vacuum transfer chamber 601a-601e Gate valve 602 Substrate transfer mechanism 603,604 Load lock room

Claims (21)

基板上に有機シリコン化合物原料により、有機官能基および水酸基を含む誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜表面に、前記有機官能基を除去する緻密化処理を行い、前記誘電体膜表面に、表面緻密化層を形成する工程と、
前記表面緻密化層を形成された誘電体膜を、プラズマ励起された水素ラジカルに曝露し、前記有機官能基および水酸基を除去することにより前記誘電体膜本体中に空孔を形成する工程と、を含む多孔質膜の成膜方法。
Forming a dielectric film containing an organic functional group and a hydroxyl group from an organic silicon compound raw material on a substrate;
Performing a densification treatment to remove the organic functional group on the dielectric film surface, and forming a surface densification layer on the dielectric film surface;
Exposing the dielectric film formed with the surface densified layer to plasma-excited hydrogen radicals and removing the organic functional groups and hydroxyl groups to form vacancies in the dielectric film body; and A method for forming a porous film comprising:
前記誘電体膜を形成する工程は、プラズマCVD法により、室温から200℃までの範囲の第1の温度で実行され、
前記表面緻密化層を形成する工程は、室温から200℃までの範囲の第2の温度でプラズマ処理により実行され、
前記空孔を形成する工程は、前記第1および第2の温度よりも高い、第3の温度で実行される請求項1記載の成膜方法。
The step of forming the dielectric film is performed by a plasma CVD method at a first temperature ranging from room temperature to 200 ° C.,
The step of forming the surface densified layer is performed by plasma treatment at a second temperature ranging from room temperature to 200 ° C.,
The film forming method according to claim 1, wherein the step of forming the holes is performed at a third temperature that is higher than the first and second temperatures.
前記第1および第2の温度は約45℃であり、前記第3の温度は約400℃である請求項2記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 2, wherein the first and second temperatures are about 45 ° C., and the third temperature is about 400 ° C. 4. 前記誘電体膜を形成する工程と前記緻密化処理を行う工程は、同一の基板処理装置中において連続して実行され、前記空孔を形成する工程は、別の基板処理装置中において実行される請求項1記載の成膜方法。   The step of forming the dielectric film and the step of performing the densification process are continuously performed in the same substrate processing apparatus, and the step of forming the holes is performed in another substrate processing apparatus. The film forming method according to claim 1. 前記誘電体膜形成工程は、前記基板表面に前記有機シリコン化合物原料の原料ガスを、酸化ガスおよび不活性ガスとともに供給することにより実行され、前記表面緻密化層を形成する工程は、前記誘電体膜形成工程に引き続き、プラズマを維持したまま前記酸化ガスおよび不活性ガスを供給し続け、前記原料ガスの供給のみを遮断することにより実行される請求項1記載の成膜方法。   The dielectric film forming step is performed by supplying a raw material gas of the organosilicon compound raw material together with an oxidizing gas and an inert gas to the substrate surface, and the step of forming the surface densified layer includes the dielectric material 2. The film forming method according to claim 1, wherein the film forming process is performed by continuing to supply the oxidizing gas and the inert gas while maintaining plasma, and cutting off only the supply of the source gas. 前記表面緻密化層を形成する工程は、前記不活性ガスの供給を続けたまま、前記プラズマおよび前記酸化ガスの供給を遮断することにより終了される請求項5記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 5, wherein the step of forming the surface densified layer is terminated by shutting off the supply of the plasma and the oxidizing gas while continuing the supply of the inert gas. 前記表面緻密化層を形成する工程は、前記誘電体膜形成工程よりも、前記酸化ガスおよび不活性ガスの流量を増大させて実行される請求項5記載の成膜方法。   6. The film forming method according to claim 5, wherein the step of forming the surface densified layer is performed by increasing the flow rates of the oxidizing gas and the inert gas as compared with the step of forming the dielectric film. 前記表面緻密化層を形成する工程は、前記誘電体膜形成工程よりも低いプロセス圧で実行される請求項1記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 1, wherein the step of forming the surface densified layer is performed at a lower process pressure than the step of forming the dielectric film. 前記誘電体膜はSiOCH膜であり、前記緻密化処理工程は、前記基板上に形成された誘電体膜表面を、プラズマ励起された酸素ラジカルにより処理する工程よりなり、前記表面緻密化層を、前記誘電体膜本体よりも高い濃度で酸素を、前記誘電体膜本体よりも低い濃度で炭素を含むように形成する請求項1記載の成膜方法。   The dielectric film is a SiOCH film, and the densification treatment step includes a step of treating the surface of the dielectric film formed on the substrate with plasma-excited oxygen radicals, and the surface densification layer is The film forming method according to claim 1, wherein oxygen is formed at a higher concentration than the dielectric film main body and carbon is contained at a lower concentration than the dielectric film main body. 前記緻密化処理工程は、前記表面緻密化層を、30nmを超えない厚さに形成する請求項1記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 1, wherein in the densification treatment step, the surface densification layer is formed to a thickness not exceeding 30 nm. 前記緻密化処理工程は、前記誘電体膜本体中に、Si−O−Siケージ構造が形成されるように実行される請求項1記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 1, wherein the densification treatment step is performed such that a Si—O—Si cage structure is formed in the dielectric film body. 前記誘電体膜形成工程および前記緻密化処理工程は、平行平板型プラズマCVD装置中において、100〜1000Paの圧力下、100〜750Wのプラズマパワーを供給しながら実行され、前記空孔形成工程は、マイクロ波プラズマ処理装置中において、100〜1000Paの圧力下、100〜750Wのプラズマパワーを供給しながら実行される請求項2記載の成膜方法。   The dielectric film forming step and the densifying treatment step are performed in a parallel plate type plasma CVD apparatus while supplying a plasma power of 100 to 750 W under a pressure of 100 to 1000 Pa. The film-forming method of Claim 2 performed while supplying the plasma power of 100-750 W under the pressure of 100-1000 Pa in a microwave plasma processing apparatus. 前記空孔形成工程の後、さらに前記表面緻密化層を有する誘電体膜を、酸化性雰囲気により後処理する工程を含む請求項1記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 1, further comprising a step of post-processing the dielectric film having the surface densified layer in an oxidizing atmosphere after the hole forming step. 前記後処理工程は、プラズマ励起された酸素ラジカルにより実行される請求項13記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 13, wherein the post-processing step is performed by plasma-excited oxygen radicals. 前記後処理工程では、さらにプラズマ励起された水素ラジカルが添加される請求項14記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 14, wherein in the post-processing step, plasma-excited hydrogen radicals are further added. 前記後処理工程は、前記空孔形成工程に連続して、同一のプラズマ処理装置中において実行される請求項13記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 13, wherein the post-processing step is performed in the same plasma processing apparatus in succession to the hole forming step. さらに前記空孔形成工程の後、前記表面緻密化層を除去する工程を含む請求項1記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 1, further comprising a step of removing the surface densified layer after the hole forming step. 前記表面緻密化層の除去工程は、前記後処理工程の後で実行される請求項17記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 17, wherein the step of removing the surface densified layer is performed after the post-processing step. 前記除去工程は、希ガスを含むプラズマによりスパッタリングされる請求項17記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 17, wherein the removing step is performed by sputtering with a plasma containing a rare gas. 前記除去工程は、化学機械研磨工程により実行される請求項18記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 18, wherein the removing step is performed by a chemical mechanical polishing step. 汎用コンピュータにより基板処理システムを制御させ、前記基板処理システムに、シリコン基板上への多孔質膜の成膜処理を実行させるプログラムを記録したコンピュータ可読記録媒体であって、前記基板処理システムは、第1の基板処理装置と第2の基板処理装置とを結合してなり、前記多孔質膜の成膜処理は、
被処理基板を前記第1の基板処理装置に導入する工程と、
前記第1の基板処理装置中において、前記基板上に有機シリコン化合物原料により、有機官能基および水酸基を含む誘電体膜を形成する工程と、
前記第1の基板処理装置において、前記誘電体膜表面に、前記有機官能基を除去する緻密化処理を行い、前記誘電体膜表面に、表面緻密化層を形成する工程と、
前記緻密化処理を行った前記被処理基板を、前記第2の基板処理装置に導入する工程と、
前記第2の基板処理装置において、前記表面緻密化層を形成された誘電体膜を、プラズマ励起された水素ラジカルに曝露し、前記有機官能基を除去することにより前記誘電体膜本体中に空孔を形成する工程と、を含むことを特徴とするコンピュータ可読記録媒体。
A computer-readable recording medium recording a program for controlling a substrate processing system by a general-purpose computer and causing the substrate processing system to perform a porous film forming process on a silicon substrate, wherein the substrate processing system includes: The substrate processing apparatus of 1 and the second substrate processing apparatus are combined, and the film forming process of the porous film is as follows:
Introducing a substrate to be processed into the first substrate processing apparatus;
In the first substrate processing apparatus, a step of forming a dielectric film containing an organic functional group and a hydroxyl group on the substrate with an organic silicon compound raw material;
In the first substrate processing apparatus, performing a densification treatment to remove the organic functional group on the dielectric film surface, and forming a surface densification layer on the dielectric film surface;
Introducing the substrate to be processed that has undergone the densification treatment into the second substrate processing apparatus;
In the second substrate processing apparatus, the dielectric film on which the surface densified layer is formed is exposed to plasma-excited hydrogen radicals, and the organic functional groups are removed to empty the dielectric film body. Forming a hole, and a computer-readable recording medium.
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