JP3838614B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比誘電率が低いフッ素含有有機膜を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年めざましく進歩した半導体プロセス技術により半導体素子及び金属配線の微細化及び高集積化が図られているが、これに伴って、金属配線における信号の遅延が半導体集積回路の動作速度に大きな影響を及ぼすようになってきている。
【０００３】
このため、炭素原子及びフッ素原子を主成分とし、比誘電率がＳｉＯ2 膜又はＳｉＯＦ膜等の無機膜よりも低いフッ素含有有機膜（フルオロカーボン膜）を成膜する技術が望まれる。
【０００４】
フッ素含有有機膜の比誘電率は、２程度であって、ＳｉＯＦ膜の比誘電率（３．５〜３．８程度）よりも低いので、フッ素含有有機膜を金属配線同士の間又は上面に堆積すると、金属配線における信号遅延を低減することができる。
【０００５】
ところが、前述のフッ素を含む原料ガスを用いて堆積されたフッ素含有有機膜は、緻密性が低いため、機械的強度、耐熱性及び耐薬品性等が十分でないという問題がある。
【０００６】
そこで、特開平１０−１９９９７６号公報においては、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂又は環状フッ素樹脂・シロキサン共重合体をフルオロカーボン系の溶剤に溶かしてなる溶液を基板上に回転塗布して得たフッ素含有有機膜に対して、不活性ガス例えば窒素ガスの雰囲気中において４００℃の温度下で３０分間保持するアニールを行なうことにより、フッ素含有有機膜を緻密化して、機械的強度、耐酸化性及び耐熱性を向上させる方法が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のように、フッ素含有有機膜をアニールすると、膜が緻密化されて機械的強度は向上するが、膜中のフッ素原子が揮散してしまうので、比誘電率が高くなってしまう。すなわち、アニールを行なわなければ、比誘電率は低いが機械的強度が劣り、アニールを行なうと、機械的強度は優れるが比誘電率は高くなるというように、比誘電率の低減と機械的強度の向上とは完全にトレードオフの関係にあって、いずれか一方のみを選択せざるを得なかった。
【０００８】
前記に鑑みて、本発明は、フッ素含有有機膜中に含まれるフッ素原子の量をコントロールできるようにして、比誘電率の低減と機械的強度の向上とのバランスをとれるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、プラズマ処理装置の反応室内において、フルオロカーボンを主成分とする原料ガスを用いて、半導体基板上に比誘電率が４以下であるフッ素含有有機膜を堆積する半導体装置の製造方法を前提とし、フッ素含有有機膜を堆積する際に、フルオロカーボンを構成するフッ素をスカベンジするスカベンジ用ガスを原料ガスに混合すると共に、混合されたスカベンジ用ガスの原料ガスに対する混合割合を変化させることにより、フッ素含有有機膜の機械的強度及び比誘電率を調整する。
【００１０】
第１の半導体装置の製造方法によると、原料ガスに混合されるスカベンジ用ガスの混合割合を変化させることにより、フッ素含有有機膜の機械的強度及び比誘電率を調整する工程を備えているため、比誘電率の低減が優先されるフッ素含有有機膜においては膜中のフッ素原子の量を相対的に多くして比誘電率を低くすることができると共に、機械的強度が優先されるフッ素含有有機膜においては膜中のフッ素原子の量を相対的に少なくして機械的強度を大きくすることができる。すなわち、原料ガスに混合されるスカベンジ用ガスの混合割合を変化させることにより、比誘電率の低減と機械的強度の向上とのバランスをとることができる。
【００１１】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、プラズマ処理装置の反応室内において、フルオロカーボンガスに、該フルオロカーボンを構成するフッ素をスカベンジするスカベンジ用ガスが相対的に少ない量だけ混合されてなる第１の原料ガスを用いて、半導体基板上に比誘電率が４以下である第１のフッ素含有有機膜を堆積する工程と、反応室内において、フルオロカーボンガスにスカベンジ用ガスが相対的に多い量だけ混合されてなる第２の原料ガスを用いて、第１のフッ素含有有機膜の上に、機械的強度が前記第１のフッ素含有有機膜よりも優れていると共に比誘電率が第１のフッ素含有有機膜よりも高い第２のフッ素含有有機膜を堆積する工程とを備えている。
【００１２】
第２の半導体装置の製造方法によると、第１のフッ素含有有機膜は、フルオロカーボンを構成するフッ素をスカベンジするスカベンジ用ガスの混合割合が相対的に少ない第１の原料ガスを用いて堆積されていると共に、第２のフッ素含有有機膜は、スカベンジ用ガスの混合割合が相対的に多い第２の原料ガスを用いて堆積されているため、第１のフッ素含有有機膜は機械的強度が相対的に小さくなるが比誘電率は相対的に低くなり、また、第２のフッ素含有有機膜は比誘電率が相対的に高くなるが機械的強度は相対的に大きくなる。従って、スカベンジ用ガスの混合割合を変化させるだけで、比誘電率が相対的に低い第１のフッ素含有有機膜及び機械的強度が相対的に大きい第２のフッ素含有有機膜を形成することができる。
【００１３】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、スカベンジ用ガスはＣＯガスであることが好ましい。このようにすると、フルオロカーボンを構成するフッ素を確実にスカベンジすることができる。
【００１４】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、フルオロカーボンは、Ｃ5Ｆ8、Ｃ3Ｆ6又はＣ4Ｆ6であることが好ましい。
【００１５】
このようにすると、堆積されたフッ素含有有機膜における遊離フッ素の数が減少するので、フッ素含有有機膜の膜質が緻密になると共に密着性が向上し、また、Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ3Ｆ6ガス及びＣ4Ｆ6ガスは、他のパーフルオロカーボンガスに比べて地球の温暖化を招き難い。
【００１６】
第２の半導体装置の製造方法において、第１のフッ素含有有機膜は、半導体基板上に形成された複数の金属配線同士の間に堆積されていることが好ましい。
【００１７】
このようにすると、第１のフッ素含有有機膜の比誘電率が低いため、金属配線における静電容量が低減すると共に、第１のフッ素含有有機膜の上に堆積されている第２のフッ素含有有機膜は機械的強度が大きい。従って、金属配線構造における静電容量の低減と機械的強度の向上との両立を図ることができる。
【００１８】
第２の半導体装置の製造方法において、第１の原料ガスには、スカベンジ用ガスが含まれていなくてもよい。このようにすると、第１のフッ素含有有機膜の比誘電率を確実に低くすることができる。
【００１９】
第２の半導体装置の製造方法は、反応室内において、第２のフッ素含有有機膜を希ガスからなるプラズマに曝すことにより、第２のフッ素含有有機膜を緻密化する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００２０】
このようにすると、第２のフッ素含有有機膜の機械的強度が一層大きくなると共に、第２のフッ素含有有機膜の耐熱性及び耐薬品性が向上する。
【００２１】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された複数の金属配線と、少なくとも複数の金属配線同士の間に堆積された第１のフッ素含有有機膜と、第１のフッ素含有有機膜の上に堆積された第２のフッ素含有有機膜とを備え、第２のフッ素含有有機膜に含まれるフッ素原子の量は、第１のフッ素含有有機膜に含まれるフッ素原子の量よりも少ない。
【００２２】
本発明の半導体装置によると、第１のフッ素含有有機膜は機械的強度が相対的に小さいが比誘電率は相対的に低くなり、第２のフッ素含有有機膜は比誘電率が相対的に高いが機械的強度は大きくなるので、金属配線における静電容量の低減と機械的強度の向上との両立を図ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置の製造方法について説明するが、その前提として、該製造方法に用いるプラズマ処理装置について図１を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は誘導結合型のプラズマ処理装置の概略断面構造を示しており、反応室１０の底部には試料台となる下部電極１１が配置され、該下部電極１１は半導体基板１２を保持している。
【００２５】
反応室１０には、Ｃ5Ｆ8ガスを供給する第１のガスボンベ１３Ａ、Ａｒガスを供給する第２のガスボンベ１３Ｂ、及びＣＯガスを供給する第３のガスボンベ１３Ｃが接続されており、反応室１０には第１、第２及び第３のガスボンベ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃから、流量が制御されたＣ5Ｆ8ガス、Ａｒガス及びＣＯガスがそれぞれ導入される。また、反応室１０には、流路開閉弁１４、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１５及びドライポンプ（ＤＰ）１６からなるガス排気手段が設けられている。
【００２６】
反応室１０の側壁の外部には柱状コイル１７が設けられており、柱状コイル１７の一端は第１のマッチング回路１８を介して第１の高周波電源１９に接続されていると共に、柱状コイル１７の他端は反応室１０の側壁に接続されることにより接地されている。第１の高周波電源１９から柱状コイル１７に高周波電力を印加すると、反応室１０に高周波誘導電磁場が発生し、これによって、反応室１０内に供給されるＣ5Ｆ8ガス、Ａｒガス及びＯ2 ガスはプラズマ化される。また、下部電極１１には、コンデンサ２１、第２のマッチング回路２２及び第２の高周波電源２３が接続されており、第２の高周波電源２３から下部電極１１に高周波電力を印加すると、反応室１０内に発生した粒子は下部電極１１ひいては半導体基板１２に向かって照射される。
【００２７】
以下、前記の誘導結合型のプラズマ処理装置を用いて行なう、一実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１及び図２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００２８】
まず、図２（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板１００の上に、例えば熱酸化膜からなる第１のシリコン酸化膜１０１、例えばアルミニウム又は銅からなる金属膜１０２、及び例えばＴＥＯＳからなる第２のシリコン酸化膜を順次形成した後、該第２のシリコン酸化膜をパターニングしてハードマスク１０５を形成する。
【００２９】
次に、ハードマスク１０５を用いて金属膜１０２に対してドライエッチングを行なって、図２（ｂ）に示すように、金属膜１０２からなる複数の金属配線１０６を形成する。
【００３０】
次に、第１の第１のガスボンベ１３ＡからＣ5Ｆ8ガスを、第２のガスボンベ１３ＢからＡｒガスをそれぞれ供給して、Ｃ5Ｆ8ガスとＡｒガスとが混合されてなる第１の原料ガスを反応室１０内に導入すると共に、第１の高周波電源１９から柱状コイル１７に、例えば２．０ＭＨｚの周波数を持つ第１の高周波電力を４００〜３０００Ｗのパワーで印加して、反応室１０内にＣ5Ｆ8／Ａｒプラズマを発生させる。この場合、Ｃ5Ｆ8ガスとＡｒガスとの混合割合は体積流量比で１：１から１：１０までの範囲内が好ましい。
【００３１】
また、第２の高周波電源２３から下部電極１２に、例えば１．８ＭＨｚの周波数を持つ第２の高周波電力を０〜７．０Ｗ／ｃｍ2 のパワー（第２の高周波電力は印加しなくてもよい。）で印加して、図２（ｃ）に示すように、少なくとも複数の金属配線１０６同士の間に、４以下の比誘電率を持つ第１のフッ素含有有機膜１０７を堆積する。
【００３２】
次に、第１の第１のガスボンベ１３ＡからＣ5Ｆ8ガスを、第２のガスボンベ１３ＢからＡｒガスを、第３のガスボンベ１３ＣからＣＯガスをそれぞれ供給して、Ｃ5Ｆ8ガスとＡｒガスとＣＯガスとが混合されてなる第２の原料ガスを反応室１０内に導入すると共に、第１の高周波電源１９から柱状コイル１７に、例えば２．０ＭＨｚの周波数を持つ第１の高周波電力を４００〜３０００Ｗのパワーで印加して、反応室１０内にＣ5Ｆ8／Ａｒ／ＣＯプラズマを発生させる。この場合、Ｃ5Ｆ8ガスとＡｒガスとの混合割合は体積流量比で１：１から１：１０までの範囲内が好ましい。ＣＯガスは、プラズマ中のフッ素をスカベンジ（ｓｃａｖｅｎｇ：物理吸着と共に化学反応を行なう作用）するスカベンジ用ガスとして機能する。尚、ＣＯガスの混合割合については後述する。
【００３３】
また、第２の高周波電源２３から下部電極１２に、例えば１．８ＭＨｚの周波数を持つ第２の高周波電力を０〜７．０Ｗ／ｃｍ2 のパワー（第２の高周波電力は印加しなくてもよい。）で印加して、図２（ｄ）に示すように、第１のフッ素含有有機膜１０７の上に全面に亘って、４以下の比誘電率を持つ第２のフッ素含有有機膜１０８を堆積する。
【００３４】
第２の原料ガスには、プラズマ中のフッ素をスカベンジするスカベンジ用ガスとしてのＣＯガスが添加されているため、Ｃ5Ｆ8／Ａｒ／ＣＯプラズマ中においては、ＣＯイオンとＣ5Ｆ8が分解してなるＦイオンとが反応してＣＯＦが形成されるので、第２の原料ガスからなるプラズマ中のＦイオンの数は、第１の原料ガスからなるプラズマ中のＦイオンの数よりも少ない。このため、第２の原料ガスを用いて堆積された第２のフッ素含有有機膜１０８は、第１の原料ガスを用いて堆積された第１のフッ素含有有機膜１０７に比べて、比誘電率は高いが、機械的強度は優れている。
【００３５】
図３は、Ｃ5Ｆ8ガスとＣＯガスとの合計量に対するＣＯガスの混合割合と、比誘電率との関係を示している。図３から分かるように、ＣＯガスの混合割合を大きくすると、スカベンジされるフッ素イオンの数が増加して、フッ素含有有機膜中に取り込まれるフッ素原子の数が減少するので、フッ素含有有機膜の比誘電率は大きくなる。フッ素含有絶縁膜におけるフッ素原子の含有量と機械的強度とはトレードオフの関係にあり、膜中のフッ素原子の割合が低減するに伴って炭素原子の割合が増加するので、機械的強度は増加する。
【００３６】
尚、本実施形態においては、第１の原料ガスには、スカベンジ用ガスとしてのＣＯガスは添加されていないが、ＣＯガスを若干量添加してもよい。このようにＣＯガスを若干添加すると、ＣＯガスを添加しない場合に比べて、比誘電率は若干高くなるが機械的強度は優れる。
【００３７】
また、本実施形態においては、スカベンジ用ガスとしてＣＯガスを用いたが、これに代えて、Ｈ2 ガス等を用いてもよい。
【００３８】
次に、第１のガスボンベ１３ＡからのＣ5Ｆ8ガスの導入及び第３のガスボンベ１３ＣからのＣＯガスの導入をそれぞれ停止する一方、第２のガスボンベ１３Ｂからのアルゴンガスの導入を継続する。また、第１の高周波電源１９から柱状コイル１７に例えば２．０ＭＨｚの周波数を持つ第１の高周波電力を４００〜３０００Ｗのパワーで印加し且つ第２の高周波電源２３から下部電極１２に例えば１．８ＭＨｚの周波数を持つ第２の高周波電力を０〜７．０Ｗ／ｃｍ2 のパワーで印加して、第２のフッ素含有有機膜１０８をＡｒプラズマに曝す。尚、アルゴンガスの導入量は、特に限定されないが、標準状態における１分間の体積流量として１８０ｍＬ／ｍｉｎ程度が好ましい。
【００３９】
このようにして、第２のフッ素含有有機膜１０８をＡｒプラズマに曝すと、第２のフッ素含有有機膜１０８はプラズマの輻射熱によって加熱され、その温度は３００℃程度まで上昇する。第２のフッ素含有有機膜１０８を３００℃程度の温度下で３０秒間程度保持すると、該第２のフッ素含有有機膜１０８は緻密化されるので、機械的強度、耐熱性及び耐薬品性等が向上する。尚、第２のフッ素含有有機膜１０８の緻密化に用いるプラズマとしては、Ａｒプラズマに代えて、Ｈｅガス等の他の希ガスからなるプラズマを用いてもよい。
【００４０】
図４（ａ）はＡｒプラズマに曝す前のフッ素含有有機膜のポリマー構造を示し、図４（ｂ）はＡｒプラズマに曝した後のフッ素含有有機膜のポリマー構造を示している。図４（ａ）と図４（ｂ）との対比から明らかなように、フッ素含有有機膜をＡｒプラズマに曝すと、フッ素含有有機膜の温度が上昇して、ポリマー構造中に存在していた遊離フッ素が炭素原子と結合する。このため、遊離フッ素の数が減少するので、第１及び第２のフッ素含有有機膜１０７、１０８は緻密化する。
【００４１】
尚、第１及び第２のフッ素含有有機膜１０７、１０８を堆積する際の原料ガスとしては、Ｃ5Ｆ8ガスに代えて、ＣＦ4 ガス、Ｃ2Ｆ6ガス、Ｃ3Ｆ6ガス、Ｃ4Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ8ガス等を用いることができるが、Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ3Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ6ガスは、他のパーフルオロカーボンガスよりも好ましい。以下、その理由について説明する。
【００４２】
まず、第１の理由は、Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ3Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ6ガスはいずれも炭素の二重結合を有しているため、成膜時に炭素の二重結合が切れて各炭素原子が遊離フッ素と結合する。このため、第１及び第２のフッ素含有有機膜１０７、１０８における遊離フッ素の数が減少するので、堆積された第１及び第２のフッ素含有有機膜１０７、１０８は、緻密になると共に密着性が向上する。
【００４３】
第２の理由は、他のパーフルオロカーボンガスに比べて、地球の温暖化を招き難いからである。［表１］は、ガスの種類と、大気寿命及びＧＷＰ100 （二酸化炭素の１００年間の温暖化能力を１としたときの各ガスの温暖化能力を定量化した値）との関係を示している。
【００４４】
【表１】
【００４５】
［表１］から分かるように、Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ3Ｆ6ガス及びＣ4Ｆ6ガスは、大気寿命が短いと共にＧＷＰ100 が小さいため、他のパーフルオロカーボンガスに比べて地球の温暖化を招き難い。
【００４６】
また、第１及び第２のフッ素含有有機膜１０７を堆積するための原料ガスとしては、Ｃ5Ｆ8ガスは、他のパーフルオロカーボンガス例えばＣ2Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ8ガスよりも好ましい。その理由は、Ｃ5Ｆ8ガスを用いて堆積されたフッ素含有有機膜の比誘電率は、他のパーフルオロカーボンガスを用いて堆積されたフッ素含有有機膜の比誘電率に比べて小さいからである。以下、この点について詳細に説明する。
【００４７】
図５は、Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ2Ｆ6ガス及びＣ4Ｆ8ガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜のＸＰＳ測定結果を示している。図５から分かるように、Ｃ5Ｆ8ガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜は、Ｃ2Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ8ガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜に比べて、膜中に含まれるフッ素原子の量が多いことが確認できる。
【００４８】
膜中に含まれるフッ素原子の量が多い理由は、ガス分子量の大きいＣ5Ｆ8ガスを用いてプラズマを生成するため、有機膜を構成するＣxＦy分子におけるフッ素原子の数が多くなるからである。
【００４９】
例えば、Ｃ2Ｆ6ガスとＣ5Ｆ8ガスとを比較すると、Ｃ2Ｆ6及びＣ5Ｆ8は、
Ｃ2Ｆ6→Ｃ2Ｆ5↓＋Ｆ↑
Ｃ5Ｆ8→Ｃ5Ｆ7↓＋Ｆ↑
のように解離する。有機膜となるのはＣ2Ｆ5又はＣ5Ｆ7であるから、Ｃ5Ｆ7が堆積してできた膜は、Ｃ2Ｆ5が堆積してできた膜に比べて、膜中のフッ素は当然多くなる。
【００５０】
従って、Ｃ5Ｆ8ガスを用いて堆積した第１のフッ素含有有機膜１０７からなる線間絶縁膜における配線間容量は、他のパーフルオロカーボンガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜からなる線間絶縁膜の配線間容量よりも小さくなるので、金属配線１０６における配線遅延は低減する。
【００５１】
ところで、前記の実施形態においては、下部電極１１の温度については、特に説明しなかったが、膜を堆積する際には、下部電極１１を低温にして半導体基板１００の温度を低くすると、堆積レートが速くなるので、第１又は第２のフッ素含有有機膜１０７、１０７を効率良く得られる。従って、第１又は第２のフッ素含有有機膜１０７、１０８を堆積する工程においては下部電極１１を冷却して半導体基板１００の温度を低くしておくことが好ましい。
【００５２】
ところが、半導体基板１００の温度を低くしておくと、第２のフッ素含有有機膜１０８をＡｒプラズマに曝して緻密化する際の効率が悪くなる。
【００５３】
そこで、緻密化工程においては、下部電極１１に通常設けられている突き上げピン（図示は省略している。）を押し上げて、下部電極１１に保持されている半導体基板１００を下部電極１１から数ｃｍ程度持ち上げることにより、半導体基板１００を、冷却されている下部電極１１から離すと共にプラズマ発生領域に接近させることが好ましい。このようにすると、低温で堆積することにより効率良く第２のフッ素含有有機膜１０８が得られると共に、第２のフッ素含有有機膜１０８をプラズマ発生領域に接近させることにより緻密にすることができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法によると、比誘電率の低減が優先されるフッ素含有有機膜においては膜中のフッ素原子の量を相対的に多くして比誘電率を低くすることができると共に、機械的強度が優先されるフッ素含有有機膜においては膜中のフッ素原子の量を相対的に少なくして機械的強度を大きくすることができる。
【００５５】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法によると、第１のフッ素含有有機膜は機械的強度が相対的に小さくなるが比誘電率は相対的に低くなり、また第２のフッ素含有有機膜は比誘電率が相対的に高くなるが機械的強度は相対的に大きくなるので、スカベンジ用ガスの混合割合を変化させるだけで、比誘電率が相対的に低い膜及び機械的強度が相対的に大きい膜を形成することができる。
【００５６】
本発明に係る半導体装置によると、第１のフッ素含有有機膜は機械的強度が相対的に小さいが比誘電率は相対的に低くなり、第２のフッ素含有有機膜は比誘電率が相対的に高いが機械的強度は大きくなるので、金属配線における静電容量の低減と機械的強度の向上との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる誘導結合型のプラズマ処理装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図３】フッ素含有有機膜を堆積するための原料ガスにおける、Ｃ5Ｆ8ガスとＣＯガスとの合計量に対するＣＯガスの混合割合と、比誘電率との関係を示す図である。
【図４】（ａ）はプラズマに曝す前のフッ素含有有機膜のポリマー構造を示す図であり、（ｂ）はプラズマに曝した後のフッ素含有有機膜のポリマー構造を示す図である。
【図５】Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ2Ｆ6ガス及びＣ4Ｆ8ガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜のＸＰＳ測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１０ 反応室
１１ 下部電極
１２ 半導体基板
１３Ａ 第１のガスボンベ
１３Ｂ 第２のガスボンベ
１３Ｃ 第３のガスボンベ
１４ 流路開閉弁
１５ ターボ分子ポンプ
１６ ドライポンプ
１７ 柱状コイル
１８ 第１のマッチングコイル
１９ 第１の高周波電源
２１ コンデンサ
２２ 第２のマッチング回路
２３ 第２の高周波電源
１００ 半導体基板
１０１ 第１のシリコン酸化膜
１０２ 金属膜
１０３ 第２のシリコン酸化膜
１０４ レジストパターン
１０５ ハードマスク
１０６ 金属配線
１０７ 第１のフッ素含有有機膜
１０８ 第２のフッ素含有有機膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、比誘電率が低いフッ素含有有機膜を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年めざましく進歩した半導体プロセス技術により半導体素子及び金属配線の微細化及び高集積化が図られているが、これに伴って、金属配線における信号の遅延が半導体集積回路の動作速度に大きな影響を及ぼすようになってきている。
【０００３】
このため、炭素原子及びフッ素原子を主成分とし、比誘電率がＳｉＯ2 膜又はＳｉＯＦ膜等の無機膜よりも低いフッ素含有有機膜（フルオロカーボン膜）を成膜する技術が望まれる。
【０００４】
フッ素含有有機膜の比誘電率は、２程度であって、ＳｉＯＦ膜の比誘電率（３．５〜３．８程度）よりも低いので、フッ素含有有機膜を金属配線同士の間又は上面に堆積すると、金属配線における信号遅延を低減することができる。
【０００５】
ところが、前述のフッ素を含む原料ガスを用いて堆積されたフッ素含有有機膜は、緻密性が低いため、機械的強度、耐熱性及び耐薬品性等が十分でないという問題がある。
【０００６】
そこで、特開平１０−１９９９７６号公報においては、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂又は環状フッ素樹脂・シロキサン共重合体をフルオロカーボン系の溶剤に溶かしてなる溶液を基板上に回転塗布して得たフッ素含有有機膜に対して、不活性ガス例えば窒素ガスの雰囲気中において４００℃の温度下で３０分間保持するアニールを行なうことにより、フッ素含有有機膜を緻密化して、機械的強度、耐酸化性及び耐熱性を向上させる方法が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のように、フッ素含有有機膜をアニールすると、膜が緻密化されて機械的強度は向上するが、膜中のフッ素原子が揮散してしまうので、比誘電率が高くなってしまう。すなわち、アニールを行なわなければ、比誘電率は低いが機械的強度が劣り、アニールを行なうと、機械的強度は優れるが比誘電率は高くなるというように、比誘電率の低減と機械的強度の向上とは完全にトレードオフの関係にあって、いずれか一方のみを選択せざるを得なかった。
【０００８】
前記に鑑みて、本発明は、フッ素含有有機膜中に含まれるフッ素原子の量をコントロールできるようにして、比誘電率の低減と機械的強度の向上とのバランスをとれるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、プラズマ処理装置の反応室内において、フルオロカーボンを主成分とする原料ガスを用いて、半導体基板上に比誘電率が４以下であるフッ素含有有機膜を堆積する半導体装置の製造方法を前提とし、フッ素含有有機膜を堆積する際に、フルオロカーボンを構成するフッ素をスカベンジするスカベンジ用ガスを原料ガスに混合すると共に、混合されたスカベンジ用ガスの原料ガスに対する混合割合を変化させることにより、フッ素含有有機膜の機械的強度及び比誘電率を調整する。
【００１０】
第１の半導体装置の製造方法によると、原料ガスに混合されるスカベンジ用ガスの混合割合を変化させることにより、フッ素含有有機膜の機械的強度及び比誘電率を調整する工程を備えているため、比誘電率の低減が優先されるフッ素含有有機膜においては膜中のフッ素原子の量を相対的に多くして比誘電率を低くすることができると共に、機械的強度が優先されるフッ素含有有機膜においては膜中のフッ素原子の量を相対的に少なくして機械的強度を大きくすることができる。すなわち、原料ガスに混合されるスカベンジ用ガスの混合割合を変化させることにより、比誘電率の低減と機械的強度の向上とのバランスをとることができる。
【００１１】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、プラズマ処理装置の反応室内において、フルオロカーボンガスに、該フルオロカーボンを構成するフッ素をスカベンジするスカベンジ用ガスが相対的に少ない量だけ混合されてなる第１の原料ガスを用いて、半導体基板上に比誘電率が４以下である第１のフッ素含有有機膜を堆積する工程と、反応室内において、フルオロカーボンガスにスカベンジ用ガスが相対的に多い量だけ混合されてなる第２の原料ガスを用いて、第１のフッ素含有有機膜の上に、機械的強度が前記第１のフッ素含有有機膜よりも優れていると共に比誘電率が第１のフッ素含有有機膜よりも高い第２のフッ素含有有機膜を堆積する工程とを備えている。
【００１２】
第２の半導体装置の製造方法によると、第１のフッ素含有有機膜は、フルオロカーボンを構成するフッ素をスカベンジするスカベンジ用ガスの混合割合が相対的に少ない第１の原料ガスを用いて堆積されていると共に、第２のフッ素含有有機膜は、スカベンジ用ガスの混合割合が相対的に多い第２の原料ガスを用いて堆積されているため、第１のフッ素含有有機膜は機械的強度が相対的に小さくなるが比誘電率は相対的に低くなり、また、第２のフッ素含有有機膜は比誘電率が相対的に高くなるが機械的強度は相対的に大きくなる。従って、スカベンジ用ガスの混合割合を変化させるだけで、比誘電率が相対的に低い第１のフッ素含有有機膜及び機械的強度が相対的に大きい第２のフッ素含有有機膜を形成することができる。
【００１３】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、スカベンジ用ガスはＣＯガスであることが好ましい。このようにすると、フルオロカーボンを構成するフッ素を確実にスカベンジすることができる。
【００１４】
第１又は第２の半導体装置の製造方法において、フルオロカーボンは、Ｃ5Ｆ8、Ｃ3Ｆ6又はＣ4Ｆ6であることが好ましい。
【００１５】
このようにすると、堆積されたフッ素含有有機膜における遊離フッ素の数が減少するので、フッ素含有有機膜の膜質が緻密になると共に密着性が向上し、また、Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ3Ｆ6ガス及びＣ4Ｆ6ガスは、他のパーフルオロカーボンガスに比べて地球の温暖化を招き難い。
【００１６】
第２の半導体装置の製造方法において、第１のフッ素含有有機膜は、半導体基板上に形成された複数の金属配線同士の間に堆積されていることが好ましい。
【００１７】
このようにすると、第１のフッ素含有有機膜の比誘電率が低いため、金属配線における静電容量が低減すると共に、第１のフッ素含有有機膜の上に堆積されている第２のフッ素含有有機膜は機械的強度が大きい。従って、金属配線構造における静電容量の低減と機械的強度の向上との両立を図ることができる。
【００１８】
第２の半導体装置の製造方法において、第１の原料ガスには、スカベンジ用ガスが含まれていなくてもよい。このようにすると、第１のフッ素含有有機膜の比誘電率を確実に低くすることができる。
【００１９】
第２の半導体装置の製造方法は、反応室内において、第２のフッ素含有有機膜を希ガスからなるプラズマに曝すことにより、第２のフッ素含有有機膜を緻密化する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００２０】
このようにすると、第２のフッ素含有有機膜の機械的強度が一層大きくなると共に、第２のフッ素含有有機膜の耐熱性及び耐薬品性が向上する。
【００２１】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された複数の金属配線と、少なくとも複数の金属配線同士の間に堆積された第１のフッ素含有有機膜と、第１のフッ素含有有機膜の上に堆積された第２のフッ素含有有機膜とを備え、第２のフッ素含有有機膜に含まれるフッ素原子の量は、第１のフッ素含有有機膜に含まれるフッ素原子の量よりも少ない。
【００２２】
本発明の半導体装置によると、第１のフッ素含有有機膜は機械的強度が相対的に小さいが比誘電率は相対的に低くなり、第２のフッ素含有有機膜は比誘電率が相対的に高いが機械的強度は大きくなるので、金属配線における静電容量の低減と機械的強度の向上との両立を図ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置の製造方法について説明するが、その前提として、該製造方法に用いるプラズマ処理装置について図１を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は誘導結合型のプラズマ処理装置の概略断面構造を示しており、反応室１０の底部には試料台となる下部電極１１が配置され、該下部電極１１は半導体基板１２を保持している。
【００２５】
反応室１０には、Ｃ5Ｆ8ガスを供給する第１のガスボンベ１３Ａ、Ａｒガスを供給する第２のガスボンベ１３Ｂ、及びＣＯガスを供給する第３のガスボンベ１３Ｃが接続されており、反応室１０には第１、第２及び第３のガスボンベ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃから、流量が制御されたＣ5Ｆ8ガス、Ａｒガス及びＣＯガスがそれぞれ導入される。また、反応室１０には、流路開閉弁１４、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１５及びドライポンプ（ＤＰ）１６からなるガス排気手段が設けられている。
【００２６】
反応室１０の側壁の外部には柱状コイル１７が設けられており、柱状コイル１７の一端は第１のマッチング回路１８を介して第１の高周波電源１９に接続されていると共に、柱状コイル１７の他端は反応室１０の側壁に接続されることにより接地されている。第１の高周波電源１９から柱状コイル１７に高周波電力を印加すると、反応室１０に高周波誘導電磁場が発生し、これによって、反応室１０内に供給されるＣ5Ｆ8ガス、Ａｒガス及びＯ2 ガスはプラズマ化される。また、下部電極１１には、コンデンサ２１、第２のマッチング回路２２及び第２の高周波電源２３が接続されており、第２の高周波電源２３から下部電極１１に高周波電力を印加すると、反応室１０内に発生した粒子は下部電極１１ひいては半導体基板１２に向かって照射される。
【００２７】
以下、前記の誘導結合型のプラズマ処理装置を用いて行なう、一実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図１及び図２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００２８】
まず、図２（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板１００の上に、例えば熱酸化膜からなる第１のシリコン酸化膜１０１、例えばアルミニウム又は銅からなる金属膜１０２、及び例えばＴＥＯＳからなる第２のシリコン酸化膜を順次形成した後、該第２のシリコン酸化膜をパターニングしてハードマスク１０５を形成する。
【００２９】
次に、ハードマスク１０５を用いて金属膜１０２に対してドライエッチングを行なって、図２（ｂ）に示すように、金属膜１０２からなる複数の金属配線１０６を形成する。
【００３０】
次に、第１の第１のガスボンベ１３ＡからＣ5Ｆ8ガスを、第２のガスボンベ１３ＢからＡｒガスをそれぞれ供給して、Ｃ5Ｆ8ガスとＡｒガスとが混合されてなる第１の原料ガスを反応室１０内に導入すると共に、第１の高周波電源１９から柱状コイル１７に、例えば２．０ＭＨｚの周波数を持つ第１の高周波電力を４００〜３０００Ｗのパワーで印加して、反応室１０内にＣ5Ｆ8／Ａｒプラズマを発生させる。この場合、Ｃ5Ｆ8ガスとＡｒガスとの混合割合は体積流量比で１：１から１：１０までの範囲内が好ましい。
【００３１】
また、第２の高周波電源２３から下部電極１２に、例えば１．８ＭＨｚの周波数を持つ第２の高周波電力を０〜７．０Ｗ／ｃｍ2 のパワー（第２の高周波電力は印加しなくてもよい。）で印加して、図２（ｃ）に示すように、少なくとも複数の金属配線１０６同士の間に、４以下の比誘電率を持つ第１のフッ素含有有機膜１０７を堆積する。
【００３２】
次に、第１の第１のガスボンベ１３ＡからＣ5Ｆ8ガスを、第２のガスボンベ１３ＢからＡｒガスを、第３のガスボンベ１３ＣからＣＯガスをそれぞれ供給して、Ｃ5Ｆ8ガスとＡｒガスとＣＯガスとが混合されてなる第２の原料ガスを反応室１０内に導入すると共に、第１の高周波電源１９から柱状コイル１７に、例えば２．０ＭＨｚの周波数を持つ第１の高周波電力を４００〜３０００Ｗのパワーで印加して、反応室１０内にＣ5Ｆ8／Ａｒ／ＣＯプラズマを発生させる。この場合、Ｃ5Ｆ8ガスとＡｒガスとの混合割合は体積流量比で１：１から１：１０までの範囲内が好ましい。ＣＯガスは、プラズマ中のフッ素をスカベンジ（ｓｃａｖｅｎｇ：物理吸着と共に化学反応を行なう作用）するスカベンジ用ガスとして機能する。尚、ＣＯガスの混合割合については後述する。
【００３３】
また、第２の高周波電源２３から下部電極１２に、例えば１．８ＭＨｚの周波数を持つ第２の高周波電力を０〜７．０Ｗ／ｃｍ2 のパワー（第２の高周波電力は印加しなくてもよい。）で印加して、図２（ｄ）に示すように、第１のフッ素含有有機膜１０７の上に全面に亘って、４以下の比誘電率を持つ第２のフッ素含有有機膜１０８を堆積する。
【００３４】
第２の原料ガスには、プラズマ中のフッ素をスカベンジするスカベンジ用ガスとしてのＣＯガスが添加されているため、Ｃ5Ｆ8／Ａｒ／ＣＯプラズマ中においては、ＣＯイオンとＣ5Ｆ8が分解してなるＦイオンとが反応してＣＯＦが形成されるので、第２の原料ガスからなるプラズマ中のＦイオンの数は、第１の原料ガスからなるプラズマ中のＦイオンの数よりも少ない。このため、第２の原料ガスを用いて堆積された第２のフッ素含有有機膜１０８は、第１の原料ガスを用いて堆積された第１のフッ素含有有機膜１０７に比べて、比誘電率は高いが、機械的強度は優れている。
【００３５】
図３は、Ｃ5Ｆ8ガスとＣＯガスとの合計量に対するＣＯガスの混合割合と、比誘電率との関係を示している。図３から分かるように、ＣＯガスの混合割合を大きくすると、スカベンジされるフッ素イオンの数が増加して、フッ素含有有機膜中に取り込まれるフッ素原子の数が減少するので、フッ素含有有機膜の比誘電率は大きくなる。フッ素含有絶縁膜におけるフッ素原子の含有量と機械的強度とはトレードオフの関係にあり、膜中のフッ素原子の割合が低減するに伴って炭素原子の割合が増加するので、機械的強度は増加する。
【００３６】
尚、本実施形態においては、第１の原料ガスには、スカベンジ用ガスとしてのＣＯガスは添加されていないが、ＣＯガスを若干量添加してもよい。このようにＣＯガスを若干添加すると、ＣＯガスを添加しない場合に比べて、比誘電率は若干高くなるが機械的強度は優れる。
【００３７】
また、本実施形態においては、スカベンジ用ガスとしてＣＯガスを用いたが、これに代えて、Ｈ2 ガス等を用いてもよい。
【００３８】
次に、第１のガスボンベ１３ＡからのＣ5Ｆ8ガスの導入及び第３のガスボンベ１３ＣからのＣＯガスの導入をそれぞれ停止する一方、第２のガスボンベ１３Ｂからのアルゴンガスの導入を継続する。また、第１の高周波電源１９から柱状コイル１７に例えば２．０ＭＨｚの周波数を持つ第１の高周波電力を４００〜３０００Ｗのパワーで印加し且つ第２の高周波電源２３から下部電極１２に例えば１．８ＭＨｚの周波数を持つ第２の高周波電力を０〜７．０Ｗ／ｃｍ2 のパワーで印加して、第２のフッ素含有有機膜１０８をＡｒプラズマに曝す。尚、アルゴンガスの導入量は、特に限定されないが、標準状態における１分間の体積流量として１８０ｍＬ／ｍｉｎ程度が好ましい。
【００３９】
このようにして、第２のフッ素含有有機膜１０８をＡｒプラズマに曝すと、第２のフッ素含有有機膜１０８はプラズマの輻射熱によって加熱され、その温度は３００℃程度まで上昇する。第２のフッ素含有有機膜１０８を３００℃程度の温度下で３０秒間程度保持すると、該第２のフッ素含有有機膜１０８は緻密化されるので、機械的強度、耐熱性及び耐薬品性等が向上する。尚、第２のフッ素含有有機膜１０８の緻密化に用いるプラズマとしては、Ａｒプラズマに代えて、Ｈｅガス等の他の希ガスからなるプラズマを用いてもよい。
【００４０】
図４（ａ）はＡｒプラズマに曝す前のフッ素含有有機膜のポリマー構造を示し、図４（ｂ）はＡｒプラズマに曝した後のフッ素含有有機膜のポリマー構造を示している。図４（ａ）と図４（ｂ）との対比から明らかなように、フッ素含有有機膜をＡｒプラズマに曝すと、フッ素含有有機膜の温度が上昇して、ポリマー構造中に存在していた遊離フッ素が炭素原子と結合する。このため、遊離フッ素の数が減少するので、第１及び第２のフッ素含有有機膜１０７、１０８は緻密化する。
【００４１】
尚、第１及び第２のフッ素含有有機膜１０７、１０８を堆積する際の原料ガスとしては、Ｃ5Ｆ8ガスに代えて、ＣＦ4 ガス、Ｃ2Ｆ6ガス、Ｃ3Ｆ6ガス、Ｃ4Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ8ガス等を用いることができるが、Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ3Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ6ガスは、他のパーフルオロカーボンガスよりも好ましい。以下、その理由について説明する。
【００４２】
まず、第１の理由は、Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ3Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ6ガスはいずれも炭素の二重結合を有しているため、成膜時に炭素の二重結合が切れて各炭素原子が遊離フッ素と結合する。このため、第１及び第２のフッ素含有有機膜１０７、１０８における遊離フッ素の数が減少するので、堆積された第１及び第２のフッ素含有有機膜１０７、１０８は、緻密になると共に密着性が向上する。
【００４３】
第２の理由は、他のパーフルオロカーボンガスに比べて、地球の温暖化を招き難いからである。［表１］は、ガスの種類と、大気寿命及びＧＷＰ100 （二酸化炭素の１００年間の温暖化能力を１としたときの各ガスの温暖化能力を定量化した値）との関係を示している。
【００４４】
【表１】
［表１］から分かるように、Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ3Ｆ6ガス及びＣ4Ｆ6ガスは、大気寿命が短いと共にＧＷＰ100 が小さいため、他のパーフルオロカーボンガスに比べて地球の温暖化を招き難い。
【００４６】
また、第１及び第２のフッ素含有有機膜１０７を堆積するための原料ガスとしては、Ｃ5Ｆ8ガスは、他のパーフルオロカーボンガス例えばＣ2Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ8ガスよりも好ましい。その理由は、Ｃ5Ｆ8ガスを用いて堆積されたフッ素含有有機膜の比誘電率は、他のパーフルオロカーボンガスを用いて堆積されたフッ素含有有機膜の比誘電率に比べて小さいからである。以下、この点について詳細に説明する。
【００４７】
図５は、Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ2Ｆ6ガス及びＣ4Ｆ8ガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜のＸＰＳ測定結果を示している。図５から分かるように、Ｃ5Ｆ8ガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜は、Ｃ2Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ8ガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜に比べて、膜中に含まれるフッ素原子の量が多いことが確認できる。
【００４８】
膜中に含まれるフッ素原子の量が多い理由は、ガス分子量の大きいＣ5Ｆ8ガスを用いてプラズマを生成するため、有機膜を構成するＣxＦy分子におけるフッ素原子の数が多くなるからである。
【００４９】
例えば、Ｃ2Ｆ6ガスとＣ5Ｆ8ガスとを比較すると、Ｃ2Ｆ6及びＣ5Ｆ8は、
Ｃ2Ｆ6→Ｃ2Ｆ5↓＋Ｆ↑
Ｃ5Ｆ8→Ｃ5Ｆ7↓＋Ｆ↑
のように解離する。有機膜となるのはＣ2Ｆ5又はＣ5Ｆ7であるから、Ｃ5Ｆ7が堆積してできた膜は、Ｃ2Ｆ5が堆積してできた膜に比べて、膜中のフッ素は当然多くなる。
【００５０】
従って、Ｃ5Ｆ8ガスを用いて堆積した第１のフッ素含有有機膜１０７からなる線間絶縁膜における配線間容量は、他のパーフルオロカーボンガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜からなる線間絶縁膜の配線間容量よりも小さくなるので、金属配線１０６における配線遅延は低減する。
【００５１】
ところで、前記の実施形態においては、下部電極１１の温度については、特に説明しなかったが、膜を堆積する際には、下部電極１１を低温にして半導体基板１００の温度を低くすると、堆積レートが速くなるので、第１又は第２のフッ素含有有機膜１０７、１０７を効率良く得られる。従って、第１又は第２のフッ素含有有機膜１０７、１０８を堆積する工程においては下部電極１１を冷却して半導体基板１００の温度を低くしておくことが好ましい。
【００５２】
ところが、半導体基板１００の温度を低くしておくと、第２のフッ素含有有機膜１０８をＡｒプラズマに曝して緻密化する際の効率が悪くなる。
【００５３】
そこで、緻密化工程においては、下部電極１１に通常設けられている突き上げピン（図示は省略している。）を押し上げて、下部電極１１に保持されている半導体基板１００を下部電極１１から数ｃｍ程度持ち上げることにより、半導体基板１００を、冷却されている下部電極１１から離すと共にプラズマ発生領域に接近させることが好ましい。このようにすると、低温で堆積することにより効率良く第２のフッ素含有有機膜１０８が得られると共に、第２のフッ素含有有機膜１０８をプラズマ発生領域に接近させることにより緻密にすることができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法によると、比誘電率の低減が優先されるフッ素含有有機膜においては膜中のフッ素原子の量を相対的に多くして比誘電率を低くすることができると共に、機械的強度が優先されるフッ素含有有機膜においては膜中のフッ素原子の量を相対的に少なくして機械的強度を大きくすることができる。
【００５５】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法によると、第１のフッ素含有有機膜は機械的強度が相対的に小さくなるが比誘電率は相対的に低くなり、また第２のフッ素含有有機膜は比誘電率が相対的に高くなるが機械的強度は相対的に大きくなるので、スカベンジ用ガスの混合割合を変化させるだけで、比誘電率が相対的に低い膜及び機械的強度が相対的に大きい膜を形成することができる。
【００５６】
本発明に係る半導体装置によると、第１のフッ素含有有機膜は機械的強度が相対的に小さいが比誘電率は相対的に低くなり、第２のフッ素含有有機膜は比誘電率が相対的に高いが機械的強度は大きくなるので、金属配線における静電容量の低減と機械的強度の向上との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いられる誘導結合型のプラズマ処理装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図３】フッ素含有有機膜を堆積するための原料ガスにおける、Ｃ5Ｆ8ガスとＣＯガスとの合計量に対するＣＯガスの混合割合と、比誘電率との関係を示す図である。
【図４】（ａ）はプラズマに曝す前のフッ素含有有機膜のポリマー構造を示す図であり、（ｂ）はプラズマに曝した後のフッ素含有有機膜のポリマー構造を示す図である。
【図５】Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ2Ｆ6ガス及びＣ4Ｆ8ガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜のＸＰＳ測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１０ 反応室
１１ 下部電極
１２ 半導体基板
１３Ａ 第１のガスボンベ
１３Ｂ 第２のガスボンベ
１３Ｃ 第３のガスボンベ
１４ 流路開閉弁
１５ ターボ分子ポンプ
１６ ドライポンプ
１７ 柱状コイル
１８ 第１のマッチングコイル
１９ 第１の高周波電源
２１ コンデンサ
２２ 第２のマッチング回路
２３ 第２の高周波電源
１００ 半導体基板
１０１ 第１のシリコン酸化膜
１０２ 金属膜
１０３ 第２のシリコン酸化膜
１０４ レジストパターン
１０５ ハードマスク
１０６ 金属配線
１０７ 第１のフッ素含有有機膜
１０８ 第２のフッ素含有有機膜
Claims (6)
- プラズマ処理装置の反応室内において、フルオロカーボンガスを主成分とする原料ガスを用いて、半導体基板上に比誘電率が４以下であるフッ素含有有機膜を堆積する半導体装置の製造方法において、
前記フッ素含有有機膜を堆積する際に、ＣＯガスを前記原料ガスに混合すると共に、混合された前記ＣＯガスの前記原料ガスに対する混合割合を変化させることにより、前記フッ素含有有機膜の機械的強度及び比誘電率を調整することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - プラズマ処理装置の反応室内において、フルオロカーボンガスに、ＣＯガスが混合されてなる第１の原料ガスを用いて、半導体基板上に比誘電率が４以下である第１のフッ素含有有機膜を堆積する工程と、
前記反応室内において、前記フルオロカーボンガスにＣＯガスが前記第１の原料ガスよりも大きい混合割合で混合されてなる第２の原料ガスを用いて、前記第１のフッ素含有有機膜の上に、第２のフッ素含有有機膜を堆積する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - プラズマ処理装置の反応室内において、フルオロカーボンガスに、該フルオロカーボンガスを構成するフッ素をスカベンジするスカベンジ用ガスが含まれていない第１の原料ガスを用いて、半導体基板上に比誘電率が４以下である第１のフッ素含有有機膜を堆積する工程と、
前記反応室内において、前記フルオロカーボンガスに前記スカベンジ用ガスが混合されてなる第２の原料ガスを用いて、前記第１のフッ素含有有機膜の上に、第２のフッ素含有有機膜を堆積する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - プラズマ処理装置の反応室内において、フルオロカーボンガスに、該フルオロカーボンガスを構成するフッ素をスカベンジするスカベンジ用ガスが混合されてなる第１の原料ガスを用いて、半導体基板上に形成された複数の金属配線同士の間に比誘電率が４以下である第１のフッ素含有有機膜を堆積する工程と、
前記反応室内において、前記フルオロカーボンガスに前記スカベンジ用ガスが前記第１
の原料ガスよりも大きい混合割合で混合されてなる第２の原料ガスを用いて、前記第１のフッ素含有有機膜の上に、第２のフッ素含有有機膜を堆積する工程とを備え、
前記フルオロカーボンガスは、Ｃ 3 Ｆ 6 又はＣ 4 Ｆ 6 であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記フルオロカーボンガスは、Ｃ5Ｆ8、Ｃ3Ｆ6 又はＣ4Ｆ6であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記反応室内において、前記第２のフッ素含有有機膜を希ガスからなるプラズマに曝すことにより、前記第２のフッ素含有有機膜を緻密化する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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