JP2009033028A - 半導体製造装置、半導体製造方法及び電子機器 - Google Patents

半導体製造装置、半導体製造方法及び電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】多孔質低誘電率膜と絶縁物バリア膜との誘電率及び機械的強度の制御を容易にする。
【解決手段】反応基が他の官能基に比して切断されやすい状態の反応ガスによって製造対象の半導体ウェハを処理する。典型的には、反応ガス自体を、ＯＣ２Ｈ５基又はＯＣＨ３基等を有するシロキサンガスを反応ガスとし、Ｃ２Ｈ５基等が離脱した後に残る酸素（Ｏ）の相互結合、或いは、Ｃ２Ｈ５基とＯＣ２Ｈ５基又はＯＣＨ３基との反応を経て、低誘電率膜又は絶縁物バリア膜を形成させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体製造装置、半導体製造方法及び電子機器に関し、特に、酸化剤を用いることなく半導体ウェハを製造する、半導体製造装置、半導体製造方法及び電子機器に関する。
従来、プラズマＣＶＤによって半導体デバイスに多孔質低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を形成する場合には、メトキシ基又はエトキシ基を有するメチルシランガス又はメチルシランガスを反応ガスとして用いることが一般的であった。
また、プラズマＣＶＤによって半導体デバイスに銅膜の絶縁物バリア膜を形成する場合には、メチルシランガスとＮ２Ｏガスを組み合わせたガスを反応ガスとして用いることが一般的であった。
しかし、上記のような反応ガスは、多孔質低誘電率膜と絶縁物バリア膜とのいずれも、誘電率を限定的にしか低下させることができないし、十分な機械的強度も得られないという問題があった。
具体的には、多孔質低誘電率膜の誘電率は、せいぜい２．６程度までしか低下させることができなかった。また、機械的強度も、ヤング率が５ＧＰａ未満であった。一方、銅の絶縁バリア膜は、膜厚が２００〜３００Åにまで薄くなると機械的強度が低くなる。また、銅の絶縁バリア膜は、ヤング率が２０ＧＰａ〜６０ＧＰａで誘電率が５．５以上でないと、銅の拡散防止能力がないという問題があった。このこれは、上記反応ガスを用いた場合には、多孔質低誘電率膜と絶縁物バリア膜とにおける、炭素含有量及び窒素含有量を制御することができないことに起因する。
そこで、本発明は、多孔質低誘電率膜と絶縁物バリア膜との低誘電率化、機械的強度の向上を課題とする。
上記課題を解決するために、本発明の半導体製造装置は、
反応基が他の官能基に比して切断されやすい状態の反応ガスによって製造対象の半導体ウェハを処理する手段を備える。
反応基が切断されやすい反応ガスを利用すると、当該反応基の切断量が増加することにより、反応基が切断された反応ガスは、シリコン側又は酸素側が相互に結合することになる。
具体的には、例えば、エチル基は、メチル基に比して結合力が弱いので、切断されやすい。この結果、反応ガスの分子の結合量が増え、多孔質低誘電率膜と絶縁物バリア膜との低誘電率化、機械的強度の向上に寄与する。
すなわち、本発明は、典型的には、反応ガス自体を、ＯＣ２Ｈ５基又はＯＣＨ３基等を有するシロキサンガスを反応ガスとし、Ｃ２Ｈ５基等が離脱した後に残る酸素（Ｏ）の相互結合、或いは、Ｃ２Ｈ５基とＯＣ２Ｈ５基又はＯＣＨ３基との反応を経て、低誘電率膜又は絶縁物バリア膜を形成させる。なお、シロキサンガスとともにシリルガスを反応ガスとして用いると、シリコン、酸素及び炭素の割合を調整できるので、多孔質低誘電率膜と絶縁物バリア膜との誘電率及び機械的強度の制御が容易になり、密閉型の空孔を多く有する低誘電率膜を形成できるし、絶縁物バリア膜内に炭素又は窒素を混入することで、相対的に誘電率を低下させ、かつ銅のバリア性と機械的強度を高めることができる。
この結果、誘電率が低く、かつ、ＣＭＰプロセスに耐えられることが可能な機械的強度の大きい低誘電率膜を有するウェハを得ることができるし、誘電率が比較的低く、銅の拡散防止能力が高い絶縁物バリア膜を形成できる。
前記反応ガスは、シロキサンガス、メチルシランガス、又は、シリルガスを含み、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、又は、エチル基の数が、当該各ガス内のメチル基の数以下であるとよい。この場合、反応ガスは、シロキサンガスは、鎖状シロキサンガスであっても、環状シロキサンガスであってもよいし、更には、これらの混合ガスであってもよい。また、反応ガスは、シロキサンガスとメチルシランガスとシリルガスとのうち少なくともいずれか２つのガスの混合ガスでもよい。また、ＯＨ基、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、又は、エチル基を有するハイドロカーボンガスを反応ガスとしてもよい。
なお、前記反応ガスは、酸素又は炭素を有する反応基の割合が２０％〜３５％とするとよい。この割合は、反応ガスの全体におけるものである。したがって、例えば、混合された環状シロキサンガスを例にとると、メトキシ基の数が５つであり、かつ、メチル基の数が３つのガスが存在してはならない、というわけではない。
また、前記処理がなされた半導体ウェハに紫外線を照射する手段を備えるよく、この場合、前記各手段は、同一チャンバーに設けられていてもよいし、異なるチャンバーに設けられていてもよい。
さらに、本発明の半導体製造方法は、反応基が他の官能基に比して切断されやすい条件の反応ガスによって製造対象の半導体ウェハを処理する。
さらにまた、本発明の半導体ウェハは、
誘電率が２．０〜２．５であり、
ヤング率が５〜８ＧＰａであり、
反応基が他の官能基に比して切断されやすい条件の反応ガスを用いたプラズマＣＶＤによって製造されたる低誘電率膜を有する。
また、本発明の半導体ウェハは、
誘電率が３．５〜５．５であり、
厚さが２００〜４００Åであり、
６３２８Åの波長を有する光の屈折率が１．７以上であり、
銅膜上に形成されており、
反応基が他の官能基に比して切断されやすい条件の反応ガスを用いたプラズマＣＶＤによって製造された絶縁物バリア膜を有する。
発明の実施の形態
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同様の部分には、同一の符号を付している。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の半導体製造装置の模式的な構成図である。本実施形態では、主として、低誘電率膜を改質する装置について説明する。
図１には、ウェハが収容されるフープ４１と、フープ４１から取り出されたウェハの位置決めを行うウェハアライメント４２と、ロードロック機構を有する減圧チャンバーであるロードロックチャンバー４３と、ウェハの配線接続孔に対して絶縁物バリア膜を形成するためのプラズマＣＶＤ処理等を行う第一チャンバー１と、第一チャンバー１において形成された絶縁物バリア膜に紫外光を照射する第二チャンバー２と、ロードロックチャンバー４３と第一チャンバー１と第二チャンバー２との間でウェハを搬送するロボットアームを有するトランスファーチャンバー４４とを示している。
図２は、図１の第一チャンバー１の模式的な構成図である。図２には、各種ガスの供給管として、ジエトキシテトラメチルジシロキサン（（ＯＣ２Ｈ５）（ＣＨ３）２Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）（ＣＨ３）２）ガスの供給管１０２１と、ジメトキシテトラメチルジシロキサン（（ＯＣＨ３）（ＣＨ３）２Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＯＣＨ３）（ＣＨ３）２）ガスの供給管１０２２と、Ｈ２Ｏガスの供給管１０２３と、Ｏ２ガスの供給管１０２４と、Ｎ２ガスの供給管１０２５と、Ａｒガスの供給管１０２６と、Ｈｅガスの供給管１０２７と、ＮＦ３ガスの供給管１０２８とを示している。
また、図２には、これらの各供給管１０２１〜１０２８に接続されたバルブ１０３２及びマスフロー１０３１と、第一チャンバー１上部に設けられているアルミニウム板１０６５と、アルミニウム板１０６５の付近に設けられているアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）絶縁体１０６６と、第一チャンバー１内のガスを排気する排気バルブ１０１４と、排気バルブ１０１４に接続されている排気ポンプ１０１５と、昇降ステージ上に位置しておりウェハ７を加熱する絶縁物（ＡｌＮ）から成るヒーター６と、トランスファーチャンバー４４によって搬送されてきたウェハ７を受けるピン８と、各供給管１０２１〜１０２８を通じて第一チャンバー１内に供給されたガスをウェハ７に対して噴霧するガスシャワー１０６１と、ヒーター６に設けられている下部電極１０６２と、下部電極１０６２及びガスシャワー１０６１と兼用される上部電極（アース）に接続されている３８０〜４２０ＫＨｚの発振器１０６４及び１３．５６ＭＨｚの発振器１０６３とを示している。
図３は、図１の第二チャンバー２の模式的な構成図である。図３には、紫外光を照射する低圧水銀ランプ・Ｘｅエキシマランプなどの複数（例えば４つ）のランプ３と、減圧時 にかかる応力から各ランプ３を保護するとともに各ランプ３への酸素の接触を防止する石英パイプ４と、石英パイプ４内に供給される窒素（Ｎ２）ガスなどの不活性ガスまたは空気５と、連続的・定期的・間歇的にランプ３からの照射光の照度を測定する石英パイプ４内或いは第二チャンバー２の内壁に取り付けられている受光センサー９と、第二チャンバー２内に窒素ガスを供給するための配管１１と、ウェハ７を処理した後に第二チャンバー２内をクリーニングするための酸素（Ｏ２）ガスを供給するための配管１２と、各配管１１，１２とガスタンクとの間に設けられたバルブ１４と、各配管１１，１２を通るガス流量を計測するとともに計測結果に応じてバルブ１４の開閉を制御するマスフロー１３とを示している。なお、必要に応じて、窒素以外の不活性ガスを第二チャンバー２内に供給できるようにしてもよい。また、第一チャンバー１と第二チャンバー２とを兼用した、一つのチャンバーを用意してもよい。
つぎに、図１に示す半導体製造装置による処理手順について説明する。本実施形態では、まず、図示しないクリーンルーム内のＣＶＤ装置からフープ４１に収容された状態で、例えば、配線パターン又は配線接続孔が形成されている１２インチのウェハ７が搬送されてくる。その後、ウェハ７は、フープ４１から取り出され、ウェハアライメント４２側へ搬送される。
ウェハアライメント４２では、ウェハ７の位置決めが行われる。その後、ウェハ７は、第一チャンバー１に搬送されるのに先立って、ロードロックチャンバー４３に搬送される。
つぎに、ロードロックチャンバー４３内が減圧される。そして、ロードロックチャンバー４３内が所望の圧力になると、ロードロックチャンバー４３とトランスファーチャンバー４４との間を仕切っているゲートバルブが開かれる。
その後、ウェハ７は、トランスファーチャンバー４４内に搬送される。つづいて、トランスファーチャンバー４４内のロボットアームによって、ロードロックチャンバー４３内から第一チャンバー１内へ、ウェハ７が搬送されていく。
第一チャンバー１では、ウェハ７を加熱するために、ヒーター６が２００〜４００℃の範囲（例えば、３５０℃）に加熱される。つぎに、固定式のヒーター６に対して予め上方に位置するピン８の上にウェハ７を載置させてから、ピン８を下降させて、ウェハ７をヒーター６上に載置させる。或いは、可動式のヒーター６を予め下降させておき、ピン８の上にウェハ７を載置させてから、ヒーター６を上昇させて、ウェハ７をヒーター６上に載置させる。第一チャンバーは、すでに排気ポンプ１０１５がオンし、かつ、排気バルブ１０１４を開き、第一チャンバー１内を排気している。
この状態で、マスフロー１０３１の制御によってバルブ１０３２を開き、供給管１０２２を通じて、第一チャンバー１内にジメトキシテトラメチルジシロキサンガスを、５０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、１００ｃｃ／ｍｉｎ）で供給する。
この結果、供給されたガスは、ガスシャワー１０６１によって、ウェハ７に噴霧される。その後、２００〜４００℃（例えば、３５０℃）のウェハ温度を保持しつつ、圧力を２５０〜３００Ｐａ（例えば、２６６Ｐａ）に調整して、プラズマパワーを６００〜６５０Ｗ（例えば、６３２Ｗ）印加する。こうして、ウェハ７上に低誘電率膜を形成する。そして、バルブ１０３２を閉じて、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスの供給を止める。なお、上記の括弧書きの条件下で形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．６０で、ヤング率は約５ＧＰａであった。
その後、ウェハ７が、トランスファーチャンバー４４内のロボットアームによって、第一チャンバー１から第二チャンバー２に搬送される。
第二チャンバー２では、ヒーター６が２００〜４００℃の範囲（例えば、３５０℃）に加熱される。つぎに、このヒーター６の上に、ウェハ７が載置される。第二チャンバー２はすでに排気ポンプ１０１５がオンし、かつ、排気バルブ１０１４を開き、第二チャンバー２内の圧力を１００〜３００Ｐａ（例えば、１３３Ｐａ）となる条件で排気する。そして、Ｎ２ガスを１００〜３００ｃｃ／ｍｉｎ（例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ）を流し、かつ、ランプ３から、例えば、波長１８５＋２５４ｎｍ、パワー１０ｍＷ／ｃｍ２の低圧水銀光を、３０〜１２０ｓの範囲（例えば、６０ｓ）で照射することによって、ウェハ７の紫外線アニール処理を行う。なお、上記の括弧書きの条件下で形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．４７まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約８ＧＰａまで向上した。
一方、第一チャンバー１は、ウェハ７の取り出し後に、クリーニングされる。具体的には、マスフロー１０３１の制御によってバルブ１０３２を開き、供給管１０２４，１０２６，１０２７を通じて、第一チャンバー１内に、約１００ｃｃ／ｍｉｎの流量のＡｒガスと、約２００ｃｃ／ｍｉｎの流量のＯ２ガスと、約４００ｃｃ／ｍｉｎの流量のＮＦ３ガスとの混合ガスを供給する。この際、排気ポンプ１０１５をオンし、かつ、排気バルブ１０１４を開くことで、第一チャンバー１内を排気する。排気時の第一チャンバー１内の圧力は、０．５〜１．０Ｔｏｒｒ程度とすればよい。この状態で、発振器１０６３，１０６４をそれぞれオンして、上部電極１０６１，下部電極１０６２に対してそれぞれ１３．５６ＭＨｚ，６００Ｗ、及び、４００ＫＨｚ，３００Ｗのパワーを印加してプラズマを発生させる。
（変形例１）
既述のジメトキシテトラメチルジシロキサンガスの供給に代えて、供給管１０２１を通じて、ジエトキシテトラメチルジシロキサンガスを５０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、１００ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。この場合の温度条件、圧力条件等は、既述の場合と同様でよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．６０で、ヤング率は約５ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．４６まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約８ＧＰａまで向上した。
（変形例２）
供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスからテトラメチルシラン（ＣＨ３）４Ｓｉガスに代える。そして、供給管１０２１を通じて、ジエトキシテトラメチルジシロキサンガスを５０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、７５ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２２を通じて、テトラメチルシランガスを１０〜５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、２５ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．５８で、ヤング率は約５ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．４５まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約８ＧＰａまで向上した。
（変形例３）
供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスからジエトキシジメチルシラン（OC２Ｈ５）２（CH３）２Ｓｉガスに代える。そして、供給管１０２１を通じて、ジエトキシテトラメチルジシロキサンガスを５０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、７５ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２２を通じて、ジエトキシジメチルシランガスを１０〜５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、２５ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．５８で、ヤング率は約５ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．４５まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約８ＧＰａまで向上した。
（変形例４）
供給管１０２１を通じて、ジエトキシテトラメチルジシロキサンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２２を通じて、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．５８で、ヤング率は約５．５ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．４５まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約８ＧＰａまで向上した。
（変形例５）
供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスからヘキサメチルジシロキサン（ＣＨ３）３Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）３ガスに代える。そして、供給管１０２１を通じて、ジエトキシテトラメチルジシロキサンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２２を通じて、ヘキサメチルジシロキサンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２３を通じて、酸化剤であるところのＨ２Ｏガスを５０〜５００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、１００ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．５８で、ヤング率は約４ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．４５まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約７．５ＧＰａまで向上した。
なお、酸化剤は、反応ガスの種別にも依存するが、Ｈ２Ｏガスのみならず、Ｏ２ガス、Ｎ２Ｏガス、又はアルコールガスを用いることもできる。
（変形例６）
供給管１０２１を通じて供給するガスの種別を、ジエトキシテトラメチルジシロキサンガスからジエチルヘキサメチルシクロテトラシロキサン（（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）３（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）４（Ｃ２Ｈ５）（ＣＨ３）３）ガスに代え、供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスからジエトキシヘキサメチルジシロキサン（（ＯＣ２Ｈ５）（ＣＨ３）２（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）（ＯＣ２Ｈ５）（ＣＨ３）２）ガスに代える。
そして、供給管１０２１を通じて、ジエチルヘキサメチルシクロテトラシロキサンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２２を通じて、ジエトキシヘキサメチルジシロキサンガスを１０〜３００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、１００ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．５８で、ヤング率は約５ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．４５まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約８．５ＧＰａまで向上した。
（変形例７）
供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスからテトラエチトキシテトラメチルシクロテトラシロキサン（（ＯＣ２Ｈ５）４（ＣＨ３）４（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）４ガスに代える。そして、供給管１０２１を通じて、ジエトキシテトラメチルジシロキサンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２２を通じて、テトラエチトキシテトラメチルシクロテトラシロキサンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、７５ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．５２で、ヤング率は約４．５ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．４０まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約７．５ＧＰａまで向上した。
（変形例８）
供給管１０２１を通じて、ジエトキシテトラメチルジシリルガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、１００ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．５５で、ヤング率は約６ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．４２まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約９ＧＰａまで向上した。
（変形例９）
供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスからビス（エトキシジメチルシリル）メタン（（ＯＣＨ３）（ＣＨ３）２Ｓｉ−ＣＨ２−Ｓｉ（ＯＣＨ３）（ＣＨ３）２）ガスに代える。そして、供給管１０２２を通じて、ビス（エトキシジメチルシリル）メタンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、１００ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．５５で、ヤング率は約６ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．４２まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約９ＧＰａまで向上した。
（変形例１０）
供給管１０２１を通じて供給するガスの種別を、ジエトキシテトラメチルジシロキサンガスからジエトキシジメチルシランガスに代え、かつ、供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスからビス（エトキシジメチルシリル）メタン（（ＯＣＨ３）（ＣＨ３）２Ｓｉ−ＣＨ２−Ｓｉ（ＯＣＨ３）（ＣＨ３）２）ガスに代える。
そして、供給管１０２１を通じて、ジエトキシジメチルシランガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２２を通じて、ビス（エトキシジメチルシリル）メタンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．５２で、ヤング率は約６ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．３９まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約８ＧＰａまで向上した。
（変形例１１）
供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、ジエトキシテトラメチルジシロキサンガスからアセトンジエチルアセタール（ＯＣ２Ｈ５）２（ＣＨ３）２Ｃガスに代える。
そして、供給管１０２１を通じて、ジメトキシテトラメチルシロキサンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２２を通じて、アセトンジエチルアセタールガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．５２で、ヤング率は約６ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．３９まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約８ＧＰａまで向上した。
（変形例１２）
供給管１０２１を通じて供給するガスの種別を、ジエトキシテトラメチルジシロキサンガスからテトラエトキシテトラメチルシクロテトラシロキサン（（ＯＣ３Ｈ５）４（ＣＨ３）４（ＳｉＯ−Ｓｉ）４）ガスに代え、供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスからビス（エトキシジメチルシリル）メタンガスに代える。
そして、供給管１０２１を通じて、テトラエトキシテトラメチルシクロテトラシロキサンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２２を通じて、ビス（エトキシジメチルシリル）メタンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．５０で、ヤング率は約５ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．３８まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約７ＧＰａまで向上した。
（変形例１３）
供給管１０２１を通じて供給するガスの種別を、ジエトキシテトラメチルジシロキサンガスからメタンジオール（ＣＨ２（ＯＨ）２）ガスなどのハイドロカーボンガスに代え、供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスからヘキサメチルジシロキサンガスに代える。
そして、供給管１０２１を通じて、メタンジオールガスを２００〜４００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、３００ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２２を通じて、ヘキサメチルジシロキサンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、７５ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．６５で、ヤング率は約６ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．５２まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約９ＧＰａまで向上した。
（変形例１４）
供給管１０２１を通じて供給するガスの種別を、ジエトキシテトラメチルジシロキサンガスからエチレングリコール（Ｃ２Ｈ４（ＯＨ）２）ガスに代え、供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスからヘキサメチルジシロキサンガスに代える。
そして、供給管１０２１を通じて、エチレングリコールガスを２００〜４００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、３００ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２２を通じて、ヘキサメチルジシロキサンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、７５ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．６５で、ヤング率は約６ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．５２まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約９ＧＰａまで向上した。
（変形例１５）
供給管１０２１を通じて供給するガスの種別を、ジエトキシテトラメチルジシロキサンガスからアセトンジエチルアセタール（ＯＣ２Ｈ５）２Ｃ（ＣＨ３）２）ガスに代え、供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスからヘキサメチルジシロキサンガスに代える。
そして、供給管１０２１を通じて、アセトンジエチルアセタールを２００〜４００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、３００ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２２を通じて、ヘキサメチルジシロキサンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、７５ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、５０ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した低誘電率膜は、誘電率が約２．６５で、ヤング率は約６ＧＰａであった。また、ウェハ７に対して、第二チャンバー２において既述と同様の処理を行うと、低誘電率膜は、誘電率が約２．５２まで低下し、誘電率の経時変化は認められなかった。また、この低誘電率膜のヤング率は約９ＧＰａまで向上した。
（実施形態２）
つぎに、本発明の実施形態２の半導体製造装置による半導体製造方法について説明する。半導体製造装置の構成は、図１〜図３に示したものと同様でよいが、使用する反応ガスは以下のようにする。
供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、ジメトキシテトラメチルジシロキサンガスからトリメチルシリルトリメチルメタン（ＣＨ３）３（Ｓｉ−ＣＨ２−Ｓｉ）（ＣＨ３）３）ガスに代え、かつ、供給管１０２３を通じて供給するガスの種別を、Ｈ２ＯガスからＮ２Ｏガスに代える。
そして、供給管１０２２を通じて、トリメチルシリルトリメチルメタンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、７５ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２３を通じて、Ｎ２Ｏガスを１００〜８００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、４００ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを５０〜２００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、１００ｃｃ／ｍｉｎ）で供給する。
この際、２００〜４００℃（例えば、３５０℃）のウェハ温度を保持しつつ、圧力を１００〜２００Ｐａ（例えば、１３３Ｐａ）に調整して、４００ＫＨｚ程度のプラズマパワーを下部電極１０６２に１００〜３００Ｗ（例えば、１５０Ｗ）印加する。こうして、ウェハ７上に、１００〜４００Å程度の厚さの絶縁物バリア膜を形成する。そして、バルブ１０３２を閉じて、トリメチルシリルトリメチルメタンガス及びＮ２Ｏガスの供給を止める。なお、上記の括弧書きの条件下で形成した絶縁物バリア膜は、誘電率が約４．３で、ヤング率は約６０ＧＰａであった。さらに、上記の絶縁物バリア膜に対して、Ｈｅ−Ｎｅレーザのように、６３２８Åの波長を有する光を照射したところ、その屈折率は１．７以上であった。
その後、実施形態１の場合と同様の手法によって、ウェハ７を第二チャンバー２に搬送し、第二チャンバー２において、２００〜４００℃の範囲（例えば、３５０℃）で、第二チャンバー２内を１００〜２６６Ｐａ（例えば、１３３Ｐａ）となる条件で排気し、Ｎ２ガスを１００〜３００ｃｃ／ｍｉｎ（例えば、２００ｃｃ／ｍｉｎ）を流し、かつ、ランプ３から、例えば、波長１８５＋２５４ｎｍ、パワー１０ｍＷ／ｃｍ２の低圧水銀光を３０〜１２０ｓの範囲（例えば、６０ｓ）で照射することによって、ウェハ７の紫外線アニール処理を行った。
さらに、絶縁物バリア膜の銅の拡散バリア性を調べるために、４００Å厚の絶縁物バリア膜に、１０００Å程度の厚さの銅薄膜を設けて、Ｎ２中で４００℃、４時間のアニールを行った。その後、銅の拡散を調べるために２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）で銅の絶縁バリア中の銅の拡散を調べた。
その結果、絶縁物バリア膜は、銅薄膜との界面から５ｎｍ以下の深さまでの間にしか、銅膜からの銅拡散は認められなかった。また、絶縁物バリア膜は、アニール処理後のＩ−Ｖ特性は、アニール前と変わらずＩＭＶ／ｃｍの電圧で１０−９Ａ／ｃｍ２台であった。
（変形例）
供給管１０２２を通じて供給するガスの種別を、トリメチルシリルトリメチルメタンガスからヘキサメチルジシラザン（ＣＨ３）３Ｓｉ−ＮＨ−（ＣＨ３）３ガスに代える。そして、供給管１０２２を通じて、ヘキサメチルジシラザンガスを１０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、７５ｃｃ／ｍｉｎ）で供給し、かつ、供給管１０２３を通じて、Ｎ２Ｏガスを１００〜８００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、４００ｃｃ／ｍｉｎ）で供給するとともに、供給管１０２７を通じて、Ｈｅガスを５０〜２００ｃｃ／ｍｉｎの範囲（例えば、１００ｃｃ／ｍｉｎ）で供給してもよい。
このような反応ガスを用いて形成した絶縁物バリア膜は、誘電率が約４．３０で、またヤング率は約６５ＧＰａであった。さらに、上記の絶縁物バリア膜に対して、Ｈｅ−Ｎｅレーザのように、６３２８Åの波長を有する光を照射したところ、その屈折率は１．７以上であった。また、絶縁物バリア膜の厚さは、１００〜４００Åで形成された。さらに、ウェハ７の紫外線アニール処理を行い、実施形態２の場合と銅条件で、２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）で銅の絶縁バリア中の銅の拡散を調べたところ。縁物バリア膜の表面から５ｎｍの深さまでの間にしか、銅膜からの銅拡散は認められなかった。また、絶縁物バリア膜は、アニール処理後のＩ−Ｖ特性は、アニール前と変わらずＩＭＶ／ｃｍの電圧で１０−９Ａ／ｃｍ２台であった。
（実施形態３）
実施形態１，２で説明した半導体製造装置を用いて製造した半導体デバイスは、絶縁物バリア膜の表面の空孔が密閉されていて、十分にバリア効果が高い。このため、この半導体デバイスは、小型・薄型である。このことから、この半導体デバイスは、以下のような電子機器に好適に用いることができる。
（１）液晶・プラズマ・ＥＬ（electroluminescence）などの表示装置
テレビジョン、パーソナルコンピュータなどに付帯する、液晶・プラズマ・有機ＥＬ（electroluminescence）などの表示装置には、各画素を独立的に駆動するための半導体デバイスが備えられている。
半導体デバイスには、走査信号を伝達する走査信号配線と、画像信号を伝達する画像信号線と、走査信号配線及び画像信号線に連結されていて層間絶縁膜を含む薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに連結されている画素電極と、走査信号配線を絶縁する絶縁膜と、薄膜トランジスタ及び画像信号線を絶縁する絶縁膜とを備えている。
薄膜トランジスタは、走査信号配線を通じて伝達される走査信号に従って、画素電極に対する、画像信号線を通じて伝達される画像信号のオン／オフを切り替えるスイッチング素子である。
表示装置は、薄型化の需要が高い。薄型液晶テレビジョン、薄型プラズマテレビジョン、薄型液晶ディスプレイなどが、その典型である。したがって、表示装置に、本実施形態の半導体デバイスを採用すると、表示装置の薄型化が可能となる。
（２）ディジタルカメラ・ディジタルスチルカメラなどの撮像装置
ディジタルカメラ・ディジタルスチルカメラなどにも、表示装置の場合と同様に、小型化・薄型化の需要が高い。特に、ディジタルカメラ等は、通常、携帯されることが多いので、本実施形態の半導体デバイスを採用して、小型化を実現するとよい。したがって、撮像装置に、本実施形態の半導体デバイスを採用すると、撮像装置の小型化が可能となる。
（３）ファクシミリ、プリンタ、スキャナなどの画像形成装置
ファクシミリ等の画像形成装置は、近年、電話などとともに、複合型のものが多い。したがって、画像形成装置はもとより、この種の複合機は、小型化が要求される。したがって、画像形成装置及びこれを含む複合機に、本実施形態の半導体デバイスを採用すると、これら画像形成装置等の小型化が可能となる。
（４）ＣＬＣ素子、発光型レーザ装置等の光学装置
例えば、ＣＤ・ＭＤ・ＤＶＤを含む光磁気記録媒体に対する情報読取等を行う光ピックアップ部には、光磁気記録媒体からの光を電気信号に光電変換素子と、光電変換素子によって変換された光信号を転送するための薄膜トランジスタとを備える半導体デバイスが備えられている。したがって、光学装置に、本実施形態の半導体デバイスを採用すると、これら光学装置の小型化が可能となる。
以上、種々の電子機器装置について例示したが、半導体デバイスを有する電子機器装置であれば、上記例示したものに限定されるものではない。したがって、例えば、携帯電話機などの通信装置、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置に内蔵されている或いは着脱可能なメモリも、本実施形態の電子機器装置に含まれる。
本発明の実施形態１の半導体製造装置の模式的な構成図である。 図１の第一チャンバー１の模式的な構成図である。 図１の第二チャンバー２の模式的な構成図である。
符号の説明
１ 第一チャンバー
２ 第二チャンバー
３ ランプ
４ 石英パイプ
５ 不活性ガス
７ ウェハ
６ ヒーター
８ ピン
９ 受光センサー

Claims (12)

  1. 反応基が他の官能基に比して切断されやすい状態の反応ガスによって製造対象の半導体ウェハを処理する手段を備える半導体製造装置。
  2. 前記反応ガスは、酸素又は炭素を有する反応基の割合が２０％〜３５％である、半導体製造装置。
  3. 前記反応ガスは、シロキサンガス、メチルシランガス、又は、シリルガスを含み、
    メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、又は、エチル基の数が、当該各ガス内のメチル基の数以下である、請求項１記載の半導体製造装置。
  4. 前記反応ガスは、ＯＨ基、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、又は、エチル基を有するハイドロカーボンガスである、請求項１記載の半導体製造装置。
  5. 前記反応ガスには、Ｏ２ガス、ＣＯ２ガス、Ｈ２Ｏガス、Ｎ２Ｏガス、又はアルコールガスを含む酸化剤ガスが混合される、請求項１記載の半導体製造装置。
  6. 前記反応ガスには、Ｈｅガスを含む希釈ガスが混合される、請求項１記載の半導体製造装置。
  7. 前記処理がなされた半導体ウェハに紫外線を照射する手段を備える、請求項１記載の半導体製造装置。
  8. 前記各手段は、同一又は異なるチャンバーに設けられている請求項４記載の半導体製造装置。
  9. 反応基が他の官能基に比して切断されやすい条件の反応ガスによって製造対象の半導体ウェハを処理する半導体製造方法。
  10. 誘電率が２．０〜２．５であり、
    ヤング率が５〜８ＧＰａであり、
    反応基が他の官能基に比して切断されやすい状態の反応ガスを用いたプラズマＣＶＤによって製造されたる低誘電率膜を有する半導体ウェハ。
  11. 誘電率が３．５〜５．５であり、
    厚さが１００〜４００Åであり、
    ６３２８Åの波長を有する光の屈折率が１．７以上であり、
    銅膜上に形成されており、
    反応基が他の官能基に比して切断されやすい条件の反応ガスを用いたプラズマＣＶＤによって製造された絶縁物バリア膜を有する半導体ウェハ。
  12. 請求項９に示す半導体製造方法によって製造された半導体デバイスを備える電子機器。
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