JP5530744B2 - 絶縁膜のダメージ回復方法及びダメージが回復された絶縁膜 - Google Patents
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Description
同時に、ダメージ膜内部を回復することにより、リーク電流等のデバイスの信頼性に関する電気特性を改善するための絶縁膜のダメージ回復方法を提供することにある。
さらに、ダメージが回復された絶縁膜の構造について提供する。
請求項1に係る発明は、プラズマ処理によりダメージを受けた絶縁膜を、炭酸エステル系の化合物である回復剤と接触させてダメージ回復処理を行う絶縁膜のダメージ回復方法であって、前記ダメージ回復処理が、前記絶縁膜中のSi原子に、メチル基及びメトキシ基の両方を結合させ、前記ダメージ回復処理を、回復温度が120℃以下、又は、回復圧力が50Torr以上の条件で行うことを特徴とする絶縁膜のダメージ回復方法である。
また、処理対象絶縁膜は出発材料がシリコン(Si)系材料もしくは炭化水素系材料であればいかなるものでもよい。さらにCVD法とか塗布法といった形成方法にとらわれることはなく、膜が多孔質であってもなくてもよい。
この絶縁膜は、Siなどからなる基板上に半導体素子を構成するものとして成膜された厚さ10〜10000nmのものであって、ダメージ回復処理にあたっては、この基板が実際の処理対象物となる。
(CaHbO)(CcHdO)CO ・・・(1)
ここで、a=1〜6、b=3〜13、c=1〜6、d=3〜13のいずれも整数である。
2SiOH → Si−O−Si + H2O ・・・(2)
そのため、回復反応は、回復温度を120℃以下、または回復圧力を50Torr以上の条件が好適である。
上記条件で回復反応を行なったダメージ膜は、シラノール基の縮合により生じるシロキサン結合が抑制され、Si−O結合の切断部がメチル基およびメトキシ基が結合したダメージが回復された絶縁膜(以下、「回復膜」と記す)となる。なお、図3(b)は、後述する具体例での回復膜の膜構造を示すものである。
シリル化剤の使用量は、回復剤や絶縁膜の組成に応じて適宜決められる。
回復剤の供給からダメージ回復処理に至るまでの回復処理温度を2段以上のステップからなる昇温プログラムで処理を行うことより、効率的なダメージ回復処理の実行が可能である。
また、Hgプローブを用いたリーク電流および絶縁耐圧によっても評価することができる。
(ダメージを与えた絶縁膜1の作成)
低誘電率膜として、CVD法によりSiウェーハー上にSiOCH系Low−k膜を厚さ150nmに成膜した膜を用いた。この膜の2MV/cmにおけるリーク電流を測定したところ8.60×10−10(A/cm2)となり、耐圧は6.2MV/cmとなった。
この低誘電率膜にCF系ガスを用いてプラズマエッチング処理を施し、プラズマダメージを与えた絶縁膜1を製作した。
プラズマCVD法によりTEOS酸化膜を50nm成膜して絶縁膜2を製作した。
絶縁膜1に対して、炭酸ジメチル化合物を90秒間、基板温度120℃、100Torrの条件で接触させた。
接触の前後の絶縁膜をTOF−SIMSで測定(図1及び図2を参照)したところ、メチル化およびメトキシ化した膜構造であることを確認した(図3を参照)。
さらに、図4に示すFTIRスペクトルの結果から、メチル基およびメトキシ基の増加した膜であることを確認した。
したがって、回復膜は、Si原子にメチル基とメトキシ基を有する膜構造となった。
また、図6に示すTOF−SIMSスペクトルから回復膜のN化合物であるNH4 +、CN+、NO2 +が除去された膜となった。
絶縁膜2に対して、炭酸ジメチル化合物を90秒間、基板温度120℃、100Torrの条件で接触させた。
接触の前後の絶縁膜をToF−SIMSで測定した結果を表2に示す。
さらに、炭素化合物が低減されることを確認した。
絶縁膜はSiO2膜であるため、Si−O結合が切断されて、メチル基およびメトキシ基を有する回復膜となった。だたし、表2に示すように、Si−O結合が切断されたまま、メチル化もしくはメトキシ化反応せずに残留する水酸基が存在し、回復処理後にシラノール基は増加した。
絶縁膜1膜に対して、炭酸ジメチルおよびHMDSを90秒間、基板温度120℃、100Torrの条件で接触させた。
図6に示すように、DMCとHMDSを混合した混合液でダメージ回復処理を行うと、DMC単独よりも約2倍に回復率が向上した。
また、図7に示すように、膜表面の水酸基がHMDSにより除去され、接触角が向上した。
また、表1に示すように、リーク電流および耐圧の測定では、DMCとHMDS混合処理、DMCからHMDSへの連続処理およびHMDSからDMSへの連続処理のいずれもリーク電流が1×10−10(A/cm2)台に低下し、耐圧もそれぞれ7.0、7.3および6.6(MV/cm)に向上した。
Claims (7)
- プラズマ処理によりダメージを受けた絶縁膜を、炭酸エステル系の化合物である回復剤と接触させてダメージ回復処理を行う絶縁膜のダメージ回復方法であって、
前記ダメージ回復処理が、前記絶縁膜中のSi原子に、メチル基及びメトキシ基の両方を結合させ、
前記ダメージ回復処理を、回復温度が120℃以下、又は、回復圧力が50Torr以上の条件で行うことを特徴とする絶縁膜のダメージ回復方法。 - 前記ダメージ回復処理と同時に、又は、前記ダメージ回復処理の前後に、
前記絶縁膜を、シリル化剤である疎水化剤と接触させて疎水化処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜のダメージ回復方法。 - 前記ダメージ回復処理の回復温度よりも低い温度で前記疎水化処理を行なうことを特徴とする請求項2に記載の絶縁膜のダメージ回復方法。
- 前記疎水化処理を行った後に昇温し、前記ダメージ回復処理を連続して行なうことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の絶縁膜のダメージ回復方法。
- プラズマ処理によりダメージが生じた絶縁膜を炭酸エステル系の化合物である回復剤と接触させるダメージ回復処理によって回復した絶縁膜であって、
前記ダメージ回復処理が、回復温度が120℃以下、又は、回復圧力が50Torr以上の条件で行われ、
前記絶縁膜中のSiO2構造のSi原子に、メチル基とメトキシ基との両方が結合された構造を有することを特徴とするダメージが回復された絶縁膜。 - プラズマ処理に曝された前記絶縁膜の表面から1nm以上の深さまで、前記構造を有するダメージ回復層が設けられていることを特徴とする請求項5に記載のダメージが回復された絶縁膜。
- 前記ダメージ回復層の下方に、SiO2構造から構成されるダメージ未回復層が残存することを特徴とする請求項6に記載のダメージが回復された絶縁膜。
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