JPH049470A

JPH049470A - プラズマ重合絶縁膜の製造方法

Info

Publication number: JPH049470A
Application number: JP11375290A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Suzuki; 鈴木　悦人
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1992-01-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はプラズマ重合絶縁膜の製造方法に関し、更に詳
しくは、体積抵抗率が大きく、絶縁破壊電圧も高い絶縁
膜をプラズマ重合によって基体の表面に製膜する方法に
関する。

（従来の技術）各種の半導体やＩＣ基板は、その表面が、厚みが均一な
絶縁膜で被覆されている。その膜厚は、通常、数μｍの
オーダーであり、また薄膜の構成材料としては、一般に
、Ｓ　ｉＯｔ、　Ａ　ｉ！　ｔｏ　ｓ、　Ｓ　１ｓＮ　
＋などの無機質材料や、ポリイミドなどの有機質材料が
使用されている。

ところで、上記した絶縁薄膜は、例えば、プラズマＣＶ
Ｄ法、スパッタリング法などの製膜技術を適用して形成
されているが、製膜操作が管理しやすいことや、各種の
バラエティ−に富む膜形成が可能であることなどからし
て、プラズマＣＶＤ法が広く行われている。

このプラズマＣＶＤ法は、一般に、次のようにして行わ
れる。すなわち、まず、例えばＲＦ電極とそれに対向し
て配置されたアース電極とを内蔵する真空チャンバの内
部を真空状態にする。このとき、アース電極の上には、
膜形成をすべき基体を載置しておく。

ついで、真空チャンバの中に、水素ガス、希ガス、また
はそれらの混合気体のようなプラズマ媒体気体を導入し
、ＲＦ電極とアース電極（したがって基体）との間で放
電を起こし、両極間に上記したプラズマ媒体気体のプラ
ズマを形成する。

そして、この形成されたプラズマの中に、絶縁膜となる
べき原料を導入し、プラズマによってそれを分解する。

得られた分解生成物は、複雑な組成であるが、いずれに
してもこの分解生成物が、基体の表面で重合することに
より、基体表面には絶縁膜がプラズマ重合膜として製膜
される。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上記した各種材料は、その体積抵抗率が１０
１４〜１０１６Ω・口程度と大きい。しかしながら、こ
の値はバルク状態のときのそれであって、半導体やＩＣ
基板の場合のように、例えばプラズマＣＶＤ法で厚み数
μｍオーダーの薄膜にすると、その抵抗値は低くなり、
絶縁膜として実用上は不適当である。そのため、絶縁破
壊電圧も低くなり、半導体やＩＣ基板の故障を招くなど
の事故が多発する。

本発明は上記した問題を解決し、プラズマＣＶＤ法によ
り、体積抵抗率が１０１７〜ｘｏｌａΩ・国と大きく、
また絶縁破壊電圧も高いプラズマ重合絶縁膜を製造する
方法の提供を目的とする。

（課題を解決するための手段・作用）上記した目的を達成するために、本発明においては、プ
ラズマで原料を分解し、得られた分解生成物を基体の表
面で重合させることにより、前記基体の表面に、プラズ
マ重合絶縁膜を製造する方法において、前記材料が、炭
素数４以上１２以下の炭化水素であり、プラズマ媒体気
体が水素ガス。

希ガス、またはそれらの混合ガスであり、プラズマが前
記プラズマ媒体気体の残光プラズマであり、かつ、前記
原料を、前記基体の表面から２０ｃｍ以内の位置で分解
することを特徴とするプラズマ重合絶縁膜の製造方法が
提供され、更に好ましくは、上記方法で製膜されたプラ
ズマ重合膜を、更に、ガス状または液状の炭化水素に接
触させることを特徴とするプラズマ重合絶縁膜の製造方
法が提供される。

まず、本発明方法で用いる原料は、後述する炭化水素で
ある。したがって、製膜されるプラズマ重合絶縁膜は、
ポリエチレンに類似した構造になっている。

原料である炭化水素は、炭素数が４以上１２以下の炭化
水素である。炭素数が３以下の炭化水素を原料にすると
、他の条件が同じであっても、形成されたプラズマ重合
膜はアモルファス炭化水素構造となって、その体積抵抗
率が１０１＠Ω・ω以下に低下し、また、炭素数が１３
以上の炭化水素を原料にすると、プラズマ重合膜は、そ
の架橋密度が低下し、かつその構造が高分子量ポリエチ
レン構造から太き（偏倚し、結局、その体積抵抗率が低
下してしまう。

用いる原料の炭化水素としては、例えば、ブタン、イソ
ブタン、ペンタン、ネオペンタン、ヘキサン、ヘプタン
、オクタン、ノナン、デカン、のような炭素数が４以上
１２以下の飽和炭化水素；ｌ−ブテン、２−ブテン、ブ
タジェン、ブチン。

ペンテン、ペンタジェン、ネオペンタン、ペンチン、ヘ
キセン、オクテン、オクチン、デカジエンのような炭素
数が４以上Ｊ２以下の不飽和炭化水素、シクロヘキサン
、シクロヘキセン、シクロオクチン、シクロオクタンの
ような炭素数が６以上１２以下の脂環式炭化水素とその
誘導体；または、ベンゼン、トルエン、ｐ−ジエチルベ
ンゼンのような炭素数が６以上１２以下の芳香族炭化水
素とその誘導体；をあげることができる。

これらの炭素水素は、それぞれ単独で用いてもよいし、
また２種以上を適宜に組合せて用いてもよい。

つぎに、本発明におけるプラズマ媒体気体は、水素ガス
、希ガスまたはこれらの混合ガスである。

希ガスとしては、例えば、アルゴンガス、ネオンガス、
ヘリウムガスなどをあげることができる。

また、混合ガスの場合、水素ガスと希ガスの混合割合は
格別限定されるものではないが、前者と後者は、体積比
で３ニア〜ｌＯ：ｏ程度であることが好ましい。

本発明において、前記した原料の炭化水素を分解し、そ
の分解生成物をプラズマ重合させる場（フィールド）で
あるプラズマは、前記プラズマ媒体気体の残光プラズマ
である。

なお、ここでいう残光プラズマとは、放電発生場所以外
の場所に存在しているプラズマである。

炭化水素の分解を、上記した残光プラズマの場で行わな
い場合は、炭化水素の分解が過度に進行し、その結果、
得られるプラズマ重合膜には、多数の活性部位が残存し
ている可能性がある。

プラズマ重合絶縁膜に、このような活性部位が残存して
いると、この活性部位は大気中の水分と反応し、膜中に
、水酸基やケトン基などの極性基が導入された状態にな
る。そして、これらの極性基の作用により、大気中の水
分が膜中に吸収され、その結果、プラズマ重合絶縁膜の
体積抵抗率の低下、絶縁破壊電圧の低下を招く。

また、上記した炭化水素の分解の場所、すなわち、残光
プラズマのフィールドは、基体の表面から２０ｃｍ以内
の位置とする。

この位置が、基体の表面から２０ａｎより遠く離れてい
ると、基体の表面に形成されるプラズマ重合絶縁膜は、
その架橋密度が低下し、また、その構造が超高分子量ポ
リエチレンの構造から大きくずれてしまい、結局は、そ
の体積抵抗率が低下する。

なお、形成するプラズマ絶縁膜の厚みは、用途に応じて
変えることができ、通常、５０ｎｍ〜１０μｍ、好まし
くは１１００ｎ〜５μｍである。

また、上記した方法で製膜されたプラズマ重合絶縁膜に
は、残光プラズマの条件によっては、前記したような活
性部位が残存している場合もある。

この状態を放置しておくと、前記したように、その膜の
体積抵抗率や絶縁破壊電圧の低下を招くので、それを防
止するために、本発明においては、この膜を更にガス状
または液状の炭化水素に接触させる。

このような処置を施すと、膜中の活性部位はそこに接触
する炭化水素と反応して消滅するので、その結果、膜の
絶縁特性が長期に亘って良好な状態に保持される。

製膜したプラズマ重合絶縁膜への上記炭化水素の接触は
、例えば、製膜が終了した時点でその膜に炭化水素のガ
スを吹きつけたり、または、製膜された基体を液状の炭
化水素中に浸漬したりして行うことができる。

このときに用いる炭化水素としては、前記した原料の炭
化水素であればよく、格別限定されるものではない。

（発明の実施例）第１図の概略図で示したようなプラズマＣＶＤ装置を用
意した。

この装置において、まず、真空排気系１を備えた真空チ
ャンバ２の中に、基体３を支持するアース電極４が立設
されている。真空チャンバ２の上方外部には、プラズマ
媒体気体の供給装置５が配置され、配管５ａを介して、
プラズマ媒体気体が真空チャンバ２内に導入されるよう
になっている。

配管５ａにはＲＦ誘導コイル６ａが巻回され、これはＲ
Ｆ電源６に接続されている。このとき、気体３０表面と
配管５ａの先端との距離は、約５国となるようにした。

真空チャンバ２の側方外部には、原料である炭化水素の
供給装置７が配置され、配管７ａを介して、炭化水素が
真空チャンバ２内に導入され、立設するアース電極４に
支持された基体３の表面に、上記した導入炭化水素が供
給されるようになっている。なお、基体３としては、各
種の金属、高分子フィルム、ガラス、セラミックスなど
、製膜時の周囲温度やガス環境に耐え得るような、耐熱
性や耐食性を備えている材料であれば何であってもよく
、格別限定されるものではない。

この装置を用いて、まず、水素をプラズマ媒体基体とし
、原料の炭化水素としてヘキサンを用い、真空チャンバ
２内を真空にし、配管５ａとアース電極４の間に通電し
、水素の残光プラズマによるヘキサンの分解生成物の状
態を調べた。その結果を、第２図に示した。

第２図から明らかなように、ヘキサン分子の破壊は軽微
であること、すなわち、残光プラズマにより、高分子量
の膜形成の可能性が明らかである。

ついで、供給装置５から供給するプラズマ媒体気体の種
類、供給装置７から供給する炭化水素の種類を、第１表
で示したように変化させて、基体３の表面にいずれも厚
みが２μｍであるプラズマ重合膜を形成した。

得られたプラズマ重合膜のそれぞれにつき、その体積抵
抗率（Ω・ａｎ）と絶縁破壊電圧（ＫＶ／ｍｍ）を測定
した。その結果を一括して第１表に示した。表中、（）
内の数値は、絶縁破壊電圧を表す。

（以下余白）第１表から明らかなように、本発明方法で製膜したプラ
ズマ重合膜は、その体積抵抗率が１０１７〜１０１１Ω
・国、絶縁破壊電圧が５００〜６００Ｋ　Ｖ　／　ｍ　
ｍであり、その絶縁特性は非常に優れている。

つぎに、プラズマ媒体基体として水素、原料の炭化水素
としてヘキサン（ＣｓＨ＋ｚ）を用いて、第１図で示し
た装置により、本発明方法で厚み２μｍのプラズマ重合
膜を形成した。

製膜後、プラズマを停止し、その状態のまま、供給装置
７からヘキサンの蒸気を約２０分間、形成されているプ
ラズマ重合膜に吹きつけた。

また、製膜後、基体３を真空チャンバ２から取り出し、
これをオクタン（ＣａＨｌ、）溶媒に５分間浸漬した。

上記した処理を施した２種類の基体を大気中に放置し、
その表面のプラズマ重合膜の体積抵抗率（Ω・印）およ
び絶縁破壊電圧（ＫＶ／ｍｍ）の経時変化を測定した。

比較のために、上記した処理を施さず、製膜後、そのま
ま大気中に放置した場合についても同様の測定を行った
。

以上の結果を、第３図（体積抵抗率）、第４図（絶縁破
壊電圧）にした。

図中、曲線ａはヘキサン蒸気吹きつけの場合、曲線すは
オクタン溶媒浸漬の場合、曲線Ｃは何の処理も施さない
比較例の場合をそれぞれ示す。

第３図、第４図から明らかなように、製膜後、その膜に
炭化水素を接触せしめた場合は、体積抵抗率、絶縁破壊
電圧の経時的な低下は少なく、長期に亘って、膜の絶縁
性能を維持することができる。

（発明の効果）以上の説明で明らかなように、本発明方法によれば、体
積抵抗率が１０１７〜１０１ｓΩ・σであり、絶縁破壊
電圧も高いプラズマ重合絶縁膜を形成することができる
。そして、この膜の表面と、炭化水素のガスや溶媒とを
接触させることにより、上記重合絶縁膜の絶縁性能を長
期に亘って維持することができる。本発明方法は、各種
半導体やＩＣ４゜基板の表面に絶縁膜を形成する方法として、その工業的
価値は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法で用いるプラズマＣＶＤ装置例の概
略図、第２図は水素の残光プラズマによるヘキサンの分
解生成物の状態を示すグラフ、第３図はプラズマ重合膜
の体積抵抗率の経時変化を示すグラフ、第４図はプラズ
マ重合膜の絶縁破壊電圧の経時変化を示すグラフである
。１・・・真空排気系、２・・・真空チャンバ、３・・・
基体、４・・・アース電極、５・・・プラズマ媒体気体
の供給装置、５ａ・・・配管、６・・・ＲＦ電源、６ａ
・・・ＲＦ誘導コイル、７・・・炭化水素の供給装置、
７ａ・・・配管。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラズマで原料を分解し、得られた分解生成物を
基体の表面で重合させることにより、前記基体の表面に
、プラズマ重合絶縁膜を製造する方法において、前記原
料が炭素数４以上１２以下の炭化水素であり、プラズマ
媒体気体が水素ガス，希ガス、またはそれらの混合ガス
であり、プラズマが前記プラズマ媒体気体の残光プラズ
マであり、かつ、前記原料を前記基体の表面から２０ｃ
ｍ以内の位置で分解することを特徴とするプラズマ重合
絶縁膜の製造方法。
（２）請求項１の方法で得られたプラズマ重合絶縁膜を
、更に、ガス状または液状の炭化水素と接触させること
を特徴とするプラズマ重合絶縁膜の製造方法。