JPH08222557A - フッ素化非晶質炭素膜の製造方法 - Google Patents
フッ素化非晶質炭素膜の製造方法Info
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- JPH08222557A JPH08222557A JP7021429A JP2142995A JPH08222557A JP H08222557 A JPH08222557 A JP H08222557A JP 7021429 A JP7021429 A JP 7021429A JP 2142995 A JP2142995 A JP 2142995A JP H08222557 A JPH08222557 A JP H08222557A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体装置及び実装基板等に使用が検討され
ているフッ素化非晶質炭素膜、を高速に及び良質に製造
する手法を提供する。 【構成】 プラズマ発生部と堆積させる基板とが分離し
ている構造の、高密度プラズマ源を用いてフッ素化非晶
質炭素膜を形成する。この様な高密度プラズマを用いた
場合、成膜に寄与するラジカル密度を高くすることがで
きるので、これにより成膜速度を上昇させることができ
る。またプラズマ発生部と堆積部とを分離することによ
り、イオンエネルギーを小さく抑えることができるた
め、エッチング反応が抑制され、水素源の添加無しにフ
ッ素化非晶質炭素膜を堆積させることが可能となる。さ
らに堆積させる基板に高周波電力を印加し、バイアス電
圧を変化させることにより、イオンのエネルギーを最適
化させる事ができ、膜の耐熱性等の膜質向上が可能とな
る。
ているフッ素化非晶質炭素膜、を高速に及び良質に製造
する手法を提供する。 【構成】 プラズマ発生部と堆積させる基板とが分離し
ている構造の、高密度プラズマ源を用いてフッ素化非晶
質炭素膜を形成する。この様な高密度プラズマを用いた
場合、成膜に寄与するラジカル密度を高くすることがで
きるので、これにより成膜速度を上昇させることができ
る。またプラズマ発生部と堆積部とを分離することによ
り、イオンエネルギーを小さく抑えることができるた
め、エッチング反応が抑制され、水素源の添加無しにフ
ッ素化非晶質炭素膜を堆積させることが可能となる。さ
らに堆積させる基板に高周波電力を印加し、バイアス電
圧を変化させることにより、イオンのエネルギーを最適
化させる事ができ、膜の耐熱性等の膜質向上が可能とな
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置、及び高密度
実装基板等に絶縁材料として用いられるフッ素化非晶質
炭素膜の製造方法に関する。
実装基板等に絶縁材料として用いられるフッ素化非晶質
炭素膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】今後の半導体装置、及びその実装基板等
の配線幅、配線間隔の減少によって、配線浮遊容量、及
び配線抵抗が増大するようになる。それにともなう配線
遅延の増大から、半導体装置の高速動作に障害が生じる
ようになってくる。一般に配線遅延は、絶縁材料の比誘
電率の平方根に比例するので、絶縁材料に比誘電率の低
いものを用いることによって配線遅延を減少させること
が可能になり、多層配線層における絶縁材料の見直しが
行われている。従来から半導体装置の層間絶縁膜には主
としてＳｉＯ2 が用いられており、成膜速度を向上させ
るために高密度プラズマを用い、さらに配線パターンへ
の埋め込み特性向上のために、基板にバイアス電圧を印
加して製造する方法が確立されている。しかしこの方法
で製造されるＳｉＯ2 膜の比誘電率は約４程度であり、
比誘電率がそれ以下である膜の堆積方法の開発が望まれ
ている。そこで次世代の低誘電率層間絶縁材料として、
比誘電率が３以下になるフッ素化非晶質炭素材料が有力
視されている。このフッ素化非晶質炭素材料の製造方法
としては、従来からプラズマによる化学気相成膜法が用
いられており、主に平行平板型低密度プラズマを用いた
製造方法が用いられている。第５５回応用物理学会学術
講演会予稿集Ｎｏ．３．２１ａ−Ｇ−１１（１９９４年
９月１９日）にはフッ素プラズマ処理によるポリイミド
樹脂の含フッ素化により比誘電率を３以下にした例が記
載されている。
の配線幅、配線間隔の減少によって、配線浮遊容量、及
び配線抵抗が増大するようになる。それにともなう配線
遅延の増大から、半導体装置の高速動作に障害が生じる
ようになってくる。一般に配線遅延は、絶縁材料の比誘
電率の平方根に比例するので、絶縁材料に比誘電率の低
いものを用いることによって配線遅延を減少させること
が可能になり、多層配線層における絶縁材料の見直しが
行われている。従来から半導体装置の層間絶縁膜には主
としてＳｉＯ2 が用いられており、成膜速度を向上させ
るために高密度プラズマを用い、さらに配線パターンへ
の埋め込み特性向上のために、基板にバイアス電圧を印
加して製造する方法が確立されている。しかしこの方法
で製造されるＳｉＯ2 膜の比誘電率は約４程度であり、
比誘電率がそれ以下である膜の堆積方法の開発が望まれ
ている。そこで次世代の低誘電率層間絶縁材料として、
比誘電率が３以下になるフッ素化非晶質炭素材料が有力
視されている。このフッ素化非晶質炭素材料の製造方法
としては、従来からプラズマによる化学気相成膜法が用
いられており、主に平行平板型低密度プラズマを用いた
製造方法が用いられている。第５５回応用物理学会学術
講演会予稿集Ｎｏ．３．２１ａ−Ｇ−１１（１９９４年
９月１９日）にはフッ素プラズマ処理によるポリイミド
樹脂の含フッ素化により比誘電率を３以下にした例が記
載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】配線間の層間絶縁材料
には、比誘電率ができるだけ低く、パターンの埋め込み
特性が良く、さらに単位時間当たりの製造量を増大させ
るために、堆積速度が少なくとも０．１μm ／ｍｉｎ程
度はあることが要求される。現在使用されているＳｉＯ
2 層間絶縁膜は、高密度プラズマを用いて、しかも基板
にバイアス電力を印加する事により、上記の絶縁材料に
要求される特性のうち、パターンの埋め込み特性、及び
堆積速度に関しては要求を満たす膜が得られている。し
かし比誘電率は約４程度であり、それ以下に低減させる
ことは困難である。そこで別の絶縁材料として比誘電率
が３以下になるフッ素化非晶質炭素膜を使用した場合、
比誘電率的には低い値を示すが、成膜速度及び埋め込み
平坦性に関してはＳｉＯ2 膜より劣っていた。
には、比誘電率ができるだけ低く、パターンの埋め込み
特性が良く、さらに単位時間当たりの製造量を増大させ
るために、堆積速度が少なくとも０．１μm ／ｍｉｎ程
度はあることが要求される。現在使用されているＳｉＯ
2 層間絶縁膜は、高密度プラズマを用いて、しかも基板
にバイアス電力を印加する事により、上記の絶縁材料に
要求される特性のうち、パターンの埋め込み特性、及び
堆積速度に関しては要求を満たす膜が得られている。し
かし比誘電率は約４程度であり、それ以下に低減させる
ことは困難である。そこで別の絶縁材料として比誘電率
が３以下になるフッ素化非晶質炭素膜を使用した場合、
比誘電率的には低い値を示すが、成膜速度及び埋め込み
平坦性に関してはＳｉＯ2 膜より劣っていた。
【０００４】従来のフッ素化非晶質炭素膜の成膜速度が
遅く、埋め込み平坦性が悪いのは、低密度のプラズマに
よって成膜が行われるため、プラズマによる原料モノマ
ーの分解速度が遅く、従って成膜に寄与するフッ素化炭
素ラジカル密度が小さいためである。そのため膜厚１μ
m の膜を堆積させるのに３０分以上の時間を要し、実用
化のためには成膜速度を少なくとも倍以上に向上させる
必要がある。また従来の平行平板型の低密度プラズマ源
では、原料のフッ化炭素ガスのみでは非晶質炭素膜を堆
積させることはできず、成膜時に水素ガス等を添加して
初めて非晶質炭素膜が堆積される。すると添加した水素
は炭素原子と結合して膜中に取り込まれ、膜の架橋度を
低下させるので耐熱性の劣化が生じる。したがって水素
添加無しに成膜を行う新たな技術の開発が必要とされて
いる。また非晶質炭素膜の膜構造はイオン照射により大
きく変化するが、従来の平行平板型の場合、基板に印加
される自己バイアスのために照射されるイオンのエネル
ギーが大きく、非晶質炭素膜の堆積に最適なエネルギー
値にイオンエネルギーを制御することが原理的に困難で
あり、埋め込み平坦性の悪化をもたらしていた。
遅く、埋め込み平坦性が悪いのは、低密度のプラズマに
よって成膜が行われるため、プラズマによる原料モノマ
ーの分解速度が遅く、従って成膜に寄与するフッ素化炭
素ラジカル密度が小さいためである。そのため膜厚１μ
m の膜を堆積させるのに３０分以上の時間を要し、実用
化のためには成膜速度を少なくとも倍以上に向上させる
必要がある。また従来の平行平板型の低密度プラズマ源
では、原料のフッ化炭素ガスのみでは非晶質炭素膜を堆
積させることはできず、成膜時に水素ガス等を添加して
初めて非晶質炭素膜が堆積される。すると添加した水素
は炭素原子と結合して膜中に取り込まれ、膜の架橋度を
低下させるので耐熱性の劣化が生じる。したがって水素
添加無しに成膜を行う新たな技術の開発が必要とされて
いる。また非晶質炭素膜の膜構造はイオン照射により大
きく変化するが、従来の平行平板型の場合、基板に印加
される自己バイアスのために照射されるイオンのエネル
ギーが大きく、非晶質炭素膜の堆積に最適なエネルギー
値にイオンエネルギーを制御することが原理的に困難で
あり、埋め込み平坦性の悪化をもたらしていた。
【０００５】本発明の課題は平行平板型に変えて、別の
プラズマ源を用いることによって、これらの問題点を解
決し、高成膜速度で良好な埋め込み特性を示す、低誘電
率のフッ素化非晶質炭素膜の製造方法を提供する事にあ
る。
プラズマ源を用いることによって、これらの問題点を解
決し、高成膜速度で良好な埋め込み特性を示す、低誘電
率のフッ素化非晶質炭素膜の製造方法を提供する事にあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、原料にＣx Ｆy （ｘ＝１−４，ｙ＝４−
８）ガスだけを用い、膜を堆積させる基板がプラズマ発
生部外に存在する高密度プラズマを用いてフッ素化非晶
質炭素膜の製造を行う。この様な高密度プラズマ源を用
いた場合、成膜に寄与するラジカル密度を高くすること
ができるので、これにより成膜速度を上昇させることが
できる。さらに、基板をプラズマ発生部外に存在させる
ため、基板に照射されるイオンエネルギーを小さく抑え
ることができ、水素源の添加無しにフッ素化非晶質炭素
膜を堆積させることが可能となる。さらに堆積させる基
板に高周波電力を印加し、基板の電位を制御し最適化す
ることにより、イオンのエネルギーを変化させ、耐熱
性、膜の平坦性等の膜質を制御する。
決するために、原料にＣx Ｆy （ｘ＝１−４，ｙ＝４−
８）ガスだけを用い、膜を堆積させる基板がプラズマ発
生部外に存在する高密度プラズマを用いてフッ素化非晶
質炭素膜の製造を行う。この様な高密度プラズマ源を用
いた場合、成膜に寄与するラジカル密度を高くすること
ができるので、これにより成膜速度を上昇させることが
できる。さらに、基板をプラズマ発生部外に存在させる
ため、基板に照射されるイオンエネルギーを小さく抑え
ることができ、水素源の添加無しにフッ素化非晶質炭素
膜を堆積させることが可能となる。さらに堆積させる基
板に高周波電力を印加し、基板の電位を制御し最適化す
ることにより、イオンのエネルギーを変化させ、耐熱
性、膜の平坦性等の膜質を制御する。
【０００７】
【作用】本発明で製造するフッ素化非晶質炭素膜は、Ｃ
Ｆ4 、Ｃ2 Ｆ6 、Ｃ3 Ｆ8 、Ｃ4 Ｆ8 等のフッ素化炭素
系のモノマー分子をプラズマで励起させ、ラジカル分
子、イオンなどを基板上で反応させて形成される。一般
にプラズマによる膜の堆積現象は、堆積性のラジカル等
による堆積反応と、イオンあるいはエッチング性のラジ
カルによるエッチング反応の組み合わせで起こっている
と考えられている。プラズマ源に高密度プラズマを用い
ると、平行平板型に比べてモノマー分子の解離速度が早
くなるため、堆積性のフッ化炭素ラジカル密度が高くな
り、堆積反応が促進されて成膜の高速化を行うことがで
きる。
Ｆ4 、Ｃ2 Ｆ6 、Ｃ3 Ｆ8 、Ｃ4 Ｆ8 等のフッ素化炭素
系のモノマー分子をプラズマで励起させ、ラジカル分
子、イオンなどを基板上で反応させて形成される。一般
にプラズマによる膜の堆積現象は、堆積性のラジカル等
による堆積反応と、イオンあるいはエッチング性のラジ
カルによるエッチング反応の組み合わせで起こっている
と考えられている。プラズマ源に高密度プラズマを用い
ると、平行平板型に比べてモノマー分子の解離速度が早
くなるため、堆積性のフッ化炭素ラジカル密度が高くな
り、堆積反応が促進されて成膜の高速化を行うことがで
きる。
【０００８】また従来の平行平板型では、基板に印加さ
れる自己バイアス電圧によりイオンが加速されるため、
イオン照射によるエッチング反応が促進される。従って
ＣＦ系のガスのみでプラズマを発生させた場合、エッチ
ング反応速度が堆積反応速度よりも高くなり、フッ素化
非晶質炭素膜の堆積は見られない。この場合に膜を堆積
させるには、エッチング物質と考えられているフッ素原
子を、水素ガス等を添加して除去しなければならない。
しかしヘリコン波やマイクロ波放電等の高密度プラズマ
を用いて、しかもプラズマ発生部と成膜部を別にしたプ
ラズマ源では、イオン密度が多いにも関わらずイオンエ
ネルギーを小さく抑えることができ、これらの高密度プ
ラズマ源ではエッチング反応が抑制され、水素ガスの添
加無しに成膜を行うことが可能となり、従来の平行平板
型で膜中に取り込まれ、膜の耐熱性を劣化させていた水
素原子を除外することができる。さらに試料に高周波電
力を印加して試料の電位を制御することにより、照射イ
オンエネルギーを最適化して、膜の耐熱性、平坦性等の
向上を図る。
れる自己バイアス電圧によりイオンが加速されるため、
イオン照射によるエッチング反応が促進される。従って
ＣＦ系のガスのみでプラズマを発生させた場合、エッチ
ング反応速度が堆積反応速度よりも高くなり、フッ素化
非晶質炭素膜の堆積は見られない。この場合に膜を堆積
させるには、エッチング物質と考えられているフッ素原
子を、水素ガス等を添加して除去しなければならない。
しかしヘリコン波やマイクロ波放電等の高密度プラズマ
を用いて、しかもプラズマ発生部と成膜部を別にしたプ
ラズマ源では、イオン密度が多いにも関わらずイオンエ
ネルギーを小さく抑えることができ、これらの高密度プ
ラズマ源ではエッチング反応が抑制され、水素ガスの添
加無しに成膜を行うことが可能となり、従来の平行平板
型で膜中に取り込まれ、膜の耐熱性を劣化させていた水
素原子を除外することができる。さらに試料に高周波電
力を印加して試料の電位を制御することにより、照射イ
オンエネルギーを最適化して、膜の耐熱性、平坦性等の
向上を図る。
【０００９】
【実施例】本発明を図面に基づいて説明する。図１及び
図２は、本発明で使用するフッ素化非晶質炭素膜を形成
させるための装置の概略図である。図１はヘリコン波プ
ラズマ源、図２はマイクロ波プラズマ源が装着されてい
る。試料１０１、２０１はそれぞれ試料台１０２及び２
０２に装着され、試料台はプラズマ発生部以外に存在し
ている。試料台にはプラズマ源に供給する高周波電力１
０３またはマイクロ波電力２０３とは別に、高周波電力
１０４または２０４を印加することができ、試料にバイ
アス電圧を印加することが可能である。また試料台は任
意の温度に加熱及び冷却を行うことができる。まずシリ
コン基板等の試料１０１、２０１をそれぞれ試料台１０
２、２０２に設置し、その後装置にＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 、
Ｃ3 Ｆ8 、Ｃ4 Ｆ8 等のフッ素化炭素ガスを導入し、真
空度１０-3Ｔｏｒｒで、高周波及びマイクロ波を印加し
て放電させ、フッ化炭素のプラズマを発生させる。この
フッ化炭素プラズマにより非晶質炭素膜を堆積させる。
図で１０７、２０７は磁石、１０８、２０６は真空ポン
プ、１０９、２０５は原料のガスボンベである。
図２は、本発明で使用するフッ素化非晶質炭素膜を形成
させるための装置の概略図である。図１はヘリコン波プ
ラズマ源、図２はマイクロ波プラズマ源が装着されてい
る。試料１０１、２０１はそれぞれ試料台１０２及び２
０２に装着され、試料台はプラズマ発生部以外に存在し
ている。試料台にはプラズマ源に供給する高周波電力１
０３またはマイクロ波電力２０３とは別に、高周波電力
１０４または２０４を印加することができ、試料にバイ
アス電圧を印加することが可能である。また試料台は任
意の温度に加熱及び冷却を行うことができる。まずシリ
コン基板等の試料１０１、２０１をそれぞれ試料台１０
２、２０２に設置し、その後装置にＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 、
Ｃ3 Ｆ8 、Ｃ4 Ｆ8 等のフッ素化炭素ガスを導入し、真
空度１０-3Ｔｏｒｒで、高周波及びマイクロ波を印加し
て放電させ、フッ化炭素のプラズマを発生させる。この
フッ化炭素プラズマにより非晶質炭素膜を堆積させる。
図で１０７、２０７は磁石、１０８、２０６は真空ポン
プ、１０９、２０５は原料のガスボンベである。
【００１０】次に具体的な実施例を示す。従来の平行平
板型での成膜では、全ガス流量を５０ｓｃｃｍに固定
し、ＣＦ4 ガスにＣＨ4 ガスを添加して高周波電力（１
３．５６ＭＨｚ）を２００Ｗ印加して成膜した。図３、
図４は、それぞれ従来の場合の成膜速度、比誘電率とガ
ス流量比の関係を示す図である。成膜速度及び膜の比誘
電率（１ＭＨｚ）は原料の混合比によって変化し、それ
ぞれ図３及び図４に示す値となる。このように比誘電率
が３以下の膜が得られているが、成膜速度が遅いために
単位時間当たりの量産数が少ないという製造上の問題が
存在していた。
板型での成膜では、全ガス流量を５０ｓｃｃｍに固定
し、ＣＦ4 ガスにＣＨ4 ガスを添加して高周波電力（１
３．５６ＭＨｚ）を２００Ｗ印加して成膜した。図３、
図４は、それぞれ従来の場合の成膜速度、比誘電率とガ
ス流量比の関係を示す図である。成膜速度及び膜の比誘
電率（１ＭＨｚ）は原料の混合比によって変化し、それ
ぞれ図３及び図４に示す値となる。このように比誘電率
が３以下の膜が得られているが、成膜速度が遅いために
単位時間当たりの量産数が少ないという製造上の問題が
存在していた。
【００１１】そこで高密度プラズマ源を用いて、成膜に
寄与するラジカル量を増加させれば、成膜速度は上昇す
ると考えられるので、まずヘリコン波により発生された
高密度プラズマを用いて成膜を行った。原料ガスにＣＦ
4 及びＣ2 Ｆ6 を用いて、希釈する水素ガスとしてはＨ
2 を用いた。ヘリコン波を発生させるのに用いた高周波
電力（１３．５６ＭＨｚ）は２ｋＷ一定とした。試料台
の温度は冷却により５０℃に抑えた。成膜速度の水素希
釈量依存性を図５に示す。図中の曲線１がＣＦ4 を用い
た場合、曲線２がＣ2 Ｆ6 を用いた場合である。なお原
料のＣＦ4 及びＣ2 Ｆ6 ガス流量は１００ｓｃｃｍに固
定して成膜した。この場合の電子密度は測定の結果５×
１０12／cm3 、プラズマポテンシャルは２０Ｖであっ
た。ここで図から分かるように、ヘリコンプラズマを用
いることで、フッ素化非晶質炭素膜を水素添加無しで成
膜させることができた。すなわち発明者らは、基板とプ
ラズマ発生部が別々に存在する高密度プラズマ源を用い
ることによって、完全に炭素とフッ素原子のみから成る
フッ素化非晶質炭素を形成する手法を見いだした。さら
に、非晶質炭素膜の成膜速度を平行平板型に比べて約１
０倍程度に向上させる手法を確立した。
寄与するラジカル量を増加させれば、成膜速度は上昇す
ると考えられるので、まずヘリコン波により発生された
高密度プラズマを用いて成膜を行った。原料ガスにＣＦ
4 及びＣ2 Ｆ6 を用いて、希釈する水素ガスとしてはＨ
2 を用いた。ヘリコン波を発生させるのに用いた高周波
電力（１３．５６ＭＨｚ）は２ｋＷ一定とした。試料台
の温度は冷却により５０℃に抑えた。成膜速度の水素希
釈量依存性を図５に示す。図中の曲線１がＣＦ4 を用い
た場合、曲線２がＣ2 Ｆ6 を用いた場合である。なお原
料のＣＦ4 及びＣ2 Ｆ6 ガス流量は１００ｓｃｃｍに固
定して成膜した。この場合の電子密度は測定の結果５×
１０12／cm3 、プラズマポテンシャルは２０Ｖであっ
た。ここで図から分かるように、ヘリコンプラズマを用
いることで、フッ素化非晶質炭素膜を水素添加無しで成
膜させることができた。すなわち発明者らは、基板とプ
ラズマ発生部が別々に存在する高密度プラズマ源を用い
ることによって、完全に炭素とフッ素原子のみから成る
フッ素化非晶質炭素を形成する手法を見いだした。さら
に、非晶質炭素膜の成膜速度を平行平板型に比べて約１
０倍程度に向上させる手法を確立した。
【００１２】続いてマイクロ波を用いて成膜を行った。
原料は同様にＣＦ4 とＣ2 Ｆ6 ガスを用いた。成膜速度
の水素希釈量依存性をそれぞれ図６に示す。曲線１がＣ
Ｆ4を用いた場合、曲線２がＣ2 Ｆ6 を用いた場合であ
る。なおガス流量及びマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）電
力はヘリコンと同様に、１００ｓｃｃｍ及び２ｋＷとし
た。また試料台の温度は同様に冷却により５０℃に抑え
た。マイクロ波を用いた場合の電子密度は２×１０12／
cm3 、プラズマポテンシャルは１６Ｖであった。ヘリコ
ンと同様にマイクロ波放電によっても、水素希釈無しで
フッ素化非晶質炭素膜が成膜されることが分かった。成
膜速度はヘリコンに対しては遅くなったが、平行平板型
からは大幅に上昇させることができた。
原料は同様にＣＦ4 とＣ2 Ｆ6 ガスを用いた。成膜速度
の水素希釈量依存性をそれぞれ図６に示す。曲線１がＣ
Ｆ4を用いた場合、曲線２がＣ2 Ｆ6 を用いた場合であ
る。なおガス流量及びマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）電
力はヘリコンと同様に、１００ｓｃｃｍ及び２ｋＷとし
た。また試料台の温度は同様に冷却により５０℃に抑え
た。マイクロ波を用いた場合の電子密度は２×１０12／
cm3 、プラズマポテンシャルは１６Ｖであった。ヘリコ
ンと同様にマイクロ波放電によっても、水素希釈無しで
フッ素化非晶質炭素膜が成膜されることが分かった。成
膜速度はヘリコンに対しては遅くなったが、平行平板型
からは大幅に上昇させることができた。
【００１３】このように高密度プラズマを用いることに
より、成膜速度を従来の平行平板型に比べて大幅に上昇
させることができるのは、平行平板型に比べて成膜に寄
与するラジカル密度が上昇するためと考えられる。また
水素希釈無しでもフッ素化非晶質炭素膜を堆積できるの
は、これらの高密度プラズマ源では、基板とプラズマと
の電位差で加速され、膜に照射されるイオンのエネルギ
ーを、平行平板型に比べて小さく抑えることができ、エ
ッチング反応を抑制させることができるためと考えられ
る。
より、成膜速度を従来の平行平板型に比べて大幅に上昇
させることができるのは、平行平板型に比べて成膜に寄
与するラジカル密度が上昇するためと考えられる。また
水素希釈無しでもフッ素化非晶質炭素膜を堆積できるの
は、これらの高密度プラズマ源では、基板とプラズマと
の電位差で加速され、膜に照射されるイオンのエネルギ
ーを、平行平板型に比べて小さく抑えることができ、エ
ッチング反応を抑制させることができるためと考えられ
る。
【００１４】以上ＣＦ4 及びＣ2 Ｆ6 を用いて成膜した
場合について記載したが、Ｃ3 Ｆ8、Ｃ4 Ｆ8 等の他の
フッ化炭素ガスを用いた場合でも、同様に平行平板型で
は膜堆積が起こらないのに対し、高密度プラズマを用い
た場合は膜が堆積し、堆積速度はＣ2 Ｆ6 を用いた場合
と同等であった。
場合について記載したが、Ｃ3 Ｆ8、Ｃ4 Ｆ8 等の他の
フッ化炭素ガスを用いた場合でも、同様に平行平板型で
は膜堆積が起こらないのに対し、高密度プラズマを用い
た場合は膜が堆積し、堆積速度はＣ2 Ｆ6 を用いた場合
と同等であった。
【００１５】この様に水素ガスの添加無しにフッ素化非
晶質炭素膜を成膜する手法を確立したので、続いて水素
ガスの添加無しにＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 ガスのみを用いて、
さらに試料台に高周波（４００ｋＨｚ）を印加して、試
料の電位を制御し、試料に照射されるイオンのエネルギ
ーを変化させてフッ素化非晶質炭素膜の膜質に与える影
響を調べた。試料台の温度はこの場合も５０℃とした。
平行平板型の場合、電極に設置された試料には自己バイ
アス電圧が印加されるので、バイアス電圧を制御するこ
とによるイオンエネルギーの制御は困難であるが、ヘリ
コン波、マイクロ波等の高密度プラズマを用いて、しか
も成膜部とプラズマ発生部を別にすると、試料台に高周
波電力を印加する事により試料台の電位を制御すること
ができ、これにより基板に照射されるイオンのエネルギ
ーを制御することが可能になる。
晶質炭素膜を成膜する手法を確立したので、続いて水素
ガスの添加無しにＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 ガスのみを用いて、
さらに試料台に高周波（４００ｋＨｚ）を印加して、試
料の電位を制御し、試料に照射されるイオンのエネルギ
ーを変化させてフッ素化非晶質炭素膜の膜質に与える影
響を調べた。試料台の温度はこの場合も５０℃とした。
平行平板型の場合、電極に設置された試料には自己バイ
アス電圧が印加されるので、バイアス電圧を制御するこ
とによるイオンエネルギーの制御は困難であるが、ヘリ
コン波、マイクロ波等の高密度プラズマを用いて、しか
も成膜部とプラズマ発生部を別にすると、試料台に高周
波電力を印加する事により試料台の電位を制御すること
ができ、これにより基板に照射されるイオンのエネルギ
ーを制御することが可能になる。
【００１６】ＣＦ4 ガスを用いて高周波バイアス電力を
変化させたときの成膜速度の変化を図７に示す。曲線１
はヘリコン波を用いて成膜した場合、曲線２はマイクロ
波を用いて成膜した場合である。バイアス電力の上昇に
伴い、両者ともに成膜速度が減少していき、電力２００
Ｗ以上では両者とも非晶質炭素膜が成膜されない事が分
かった。これは電力上昇に伴い、イオンのエネルギーが
上昇するため、エッチング反応が促進されたためと考え
られる。従来の平行平板型の場合、ＣＦ系ガスのみでは
膜が堆積しなかったのは、この高密度プラズマ源でバイ
アス電力を２００Ｗ以上印加したときに相当するエネル
ギーのイオンが存在しているためであると考えられる。
またＣ3 Ｆ8 、Ｃ4 Ｆ8 等の他のフッ化炭素ガスについ
ても、高密度プラズマを用いて成膜したところ、バイア
ス電力の印加によって膜の成膜速度が減少していく同じ
現象が見られた。
変化させたときの成膜速度の変化を図７に示す。曲線１
はヘリコン波を用いて成膜した場合、曲線２はマイクロ
波を用いて成膜した場合である。バイアス電力の上昇に
伴い、両者ともに成膜速度が減少していき、電力２００
Ｗ以上では両者とも非晶質炭素膜が成膜されない事が分
かった。これは電力上昇に伴い、イオンのエネルギーが
上昇するため、エッチング反応が促進されたためと考え
られる。従来の平行平板型の場合、ＣＦ系ガスのみでは
膜が堆積しなかったのは、この高密度プラズマ源でバイ
アス電力を２００Ｗ以上印加したときに相当するエネル
ギーのイオンが存在しているためであると考えられる。
またＣ3 Ｆ8 、Ｃ4 Ｆ8 等の他のフッ化炭素ガスについ
ても、高密度プラズマを用いて成膜したところ、バイア
ス電力の印加によって膜の成膜速度が減少していく同じ
現象が見られた。
【００１７】バイアス電力印加が膜の耐熱性、比誘電
率、パターン埋め込み性に与える効果について評価し
た。真空雰囲気中で加熱したとき、膜が分解して膜の重
量が減少し始める温度、膜中のフッ素含有量、および膜
の比誘電率（１ＭＨｚ）を調べた。結果を表１に示す。
率、パターン埋め込み性に与える効果について評価し
た。真空雰囲気中で加熱したとき、膜が分解して膜の重
量が減少し始める温度、膜中のフッ素含有量、および膜
の比誘電率（１ＭＨｚ）を調べた。結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】この様にバイアスを印加していくことによ
り、膜の誘電率は若干上昇するが、いずれも膜の耐熱性
が向上することがわかった。すなわち発明者らは、高密
度プラズマを用いて、しかも成膜時に試料に高周波電力
を印加する事が、フッ素化非晶質炭素膜の耐熱性の向上
に有効であることを見いだした。またバイアス電力を印
加して照射エネルギーを上昇させると、膜中のフッ素量
は減少していく事が分かった。膜中のフッ素量が減少す
ると、より炭素−炭素結合が膜中に形成されることにな
り、すなわち膜の架橋度が上昇すると考えられる。一般
に樹脂材料等の耐熱性は膜の架橋構造で決まり、従って
バイアス電力印加による耐熱性の向上は、膜の架橋度が
上昇したためであると考えられる。また表１の比較例の
平行平板型では、高密度プラズマでバイアス電力を印加
したときに相当するエネルギーのイオンが膜に照射され
ていると考えられるが、それにも関わらず膜の耐熱性が
低いのは、成膜時に水素ガスの添加を行わなければなら
ず、そのためより低温で脱離する水素原子が膜中に存在
するためであると考えられる。
り、膜の誘電率は若干上昇するが、いずれも膜の耐熱性
が向上することがわかった。すなわち発明者らは、高密
度プラズマを用いて、しかも成膜時に試料に高周波電力
を印加する事が、フッ素化非晶質炭素膜の耐熱性の向上
に有効であることを見いだした。またバイアス電力を印
加して照射エネルギーを上昇させると、膜中のフッ素量
は減少していく事が分かった。膜中のフッ素量が減少す
ると、より炭素−炭素結合が膜中に形成されることにな
り、すなわち膜の架橋度が上昇すると考えられる。一般
に樹脂材料等の耐熱性は膜の架橋構造で決まり、従って
バイアス電力印加による耐熱性の向上は、膜の架橋度が
上昇したためであると考えられる。また表１の比較例の
平行平板型では、高密度プラズマでバイアス電力を印加
したときに相当するエネルギーのイオンが膜に照射され
ていると考えられるが、それにも関わらず膜の耐熱性が
低いのは、成膜時に水素ガスの添加を行わなければなら
ず、そのためより低温で脱離する水素原子が膜中に存在
するためであると考えられる。
【００２０】続いてアルミニウム配線を公知の微細加工
技術によって形成したシリコン基板上にフッ素化非晶質
炭素膜を堆積させ、パターンの埋め込み特性について調
べた。配線幅、配線間隔０．４μm 、配線高さ０．８μ
m のパターンを用いてヘリコン、及びマイクロ波で、基
板にバイアス電力を印加しないで成膜した場合、Ｃ
Ｆ4 、Ｃ2 Ｆ6 、Ｃ3 Ｆ8 、Ｃ4 Ｆ8 のどのガスを用い
た場合も、パターンを完全に埋め込むことができず、配
線間にボイドの発生が見られた。しかしバイアス電力を
印加して成膜した場合は、いずれの場合も、ボイドの発
生なくパターン中にフッ素化非晶質炭素膜を埋め込む事
ができた。通常ボイドの発生は、アルミニウム等の配線
材料の側壁への堆積速度が、配線材料上への堆積速度に
比べて遅い場合に見られる。バイアス電力印加が埋め込
み特性向上に効果的であるのは、バイアス電力印加によ
ってイオンを加速し、配線材料上で生じるエッチング反
応のみを選択的に促進させ、配線材料側壁と上部との成
膜速度の差を減少させるためであると考えられる。
技術によって形成したシリコン基板上にフッ素化非晶質
炭素膜を堆積させ、パターンの埋め込み特性について調
べた。配線幅、配線間隔０．４μm 、配線高さ０．８μ
m のパターンを用いてヘリコン、及びマイクロ波で、基
板にバイアス電力を印加しないで成膜した場合、Ｃ
Ｆ4 、Ｃ2 Ｆ6 、Ｃ3 Ｆ8 、Ｃ4 Ｆ8 のどのガスを用い
た場合も、パターンを完全に埋め込むことができず、配
線間にボイドの発生が見られた。しかしバイアス電力を
印加して成膜した場合は、いずれの場合も、ボイドの発
生なくパターン中にフッ素化非晶質炭素膜を埋め込む事
ができた。通常ボイドの発生は、アルミニウム等の配線
材料の側壁への堆積速度が、配線材料上への堆積速度に
比べて遅い場合に見られる。バイアス電力印加が埋め込
み特性向上に効果的であるのは、バイアス電力印加によ
ってイオンを加速し、配線材料上で生じるエッチング反
応のみを選択的に促進させ、配線材料側壁と上部との成
膜速度の差を減少させるためであると考えられる。
【００２１】以上はヘリコン、及びマイクロ波を用いた
実施例であるが、そのほかにも高密度で、しかもプラズ
マ発生部と堆積させる基板とを別の場所に分離する事が
できるプラズマ源であれば、誘導結合型など他のプラズ
マ源に関しても同様に本発明を適用でき、本発明と同様
の効果を得ることができる。
実施例であるが、そのほかにも高密度で、しかもプラズ
マ発生部と堆積させる基板とを別の場所に分離する事が
できるプラズマ源であれば、誘導結合型など他のプラズ
マ源に関しても同様に本発明を適用でき、本発明と同様
の効果を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は半導体装
置及び実装基板等の多層配線用絶縁膜用の低誘電率絶縁
材料である。フッ素化非晶質炭素膜の製造方法に関し
て、高密度プラズマ源を用いて、プラズマ発生部と成膜
部を分離することにより、水素の含有されていない良質
の膜を高速で成膜可能とする手法を確立した。さらに成
膜中に試料に高周波電力を印加することにより、イオン
のエネルギーを最適化し、耐熱性の高い膜を形成する手
法及び、フッ素化非晶質炭素膜の埋め込み特性を向上さ
せる手法を確立した。
置及び実装基板等の多層配線用絶縁膜用の低誘電率絶縁
材料である。フッ素化非晶質炭素膜の製造方法に関し
て、高密度プラズマ源を用いて、プラズマ発生部と成膜
部を分離することにより、水素の含有されていない良質
の膜を高速で成膜可能とする手法を確立した。さらに成
膜中に試料に高周波電力を印加することにより、イオン
のエネルギーを最適化し、耐熱性の高い膜を形成する手
法及び、フッ素化非晶質炭素膜の埋め込み特性を向上さ
せる手法を確立した。
【図１】ヘリコン波プラズマ源を用いたフッ素化非晶質
炭素膜の製造装置の概略図である。
炭素膜の製造装置の概略図である。
【図２】マイクロ波プラズマ源を用いたフッ素化非晶質
炭素膜の製造装置の概略図である。
炭素膜の製造装置の概略図である。
【図３】平行平板型プラズマ源を用いた場合のフッ素化
非晶質炭素膜の成膜速度を示す図である。
非晶質炭素膜の成膜速度を示す図である。
【図４】平行平板型プラズマ源を用いた場合のフッ素化
非晶質炭素膜の比誘電率を示す図である。
非晶質炭素膜の比誘電率を示す図である。
【図５】ヘリコン波プラズマ源を用いた時の成膜速度の
水素添加量依存性を示す図である。
水素添加量依存性を示す図である。
【図６】マイクロ波プラズマ源を用いた時の成膜速度の
水素添加量依存性を示す図である。
水素添加量依存性を示す図である。
【図７】成膜速度のバイアス電力依存性を示す図であ
る。
る。
１０１ 試料 １０２ 試料台 １０３ 高周波電源 １０４ 高周波電源 １０５ 石英管 １０６ アンテナ １０７ 磁石 １０８ 真空ポンプ １０９ ガスボンベ １１０ 真空漕 ２０１ 試料 ２０２ 試料台 ２０３ マイクロ波発生装置 ２０４ 高周波電源 ２０５ ガスボンベ ２０６ 真空ポンプ ２０７ 磁石 ２０８ 真空漕
Claims (4)
- 【請求項１】プラズマを用いたフッ素化非晶質炭素膜の
製造方法に関して、原料にＣx Ｆy（ｘ＝１−４，ｙ＝
４−８）ガスのみを用いて、しかもプラズマ源として当
該炭素膜を堆積させる基板がプラズマ発生部外に存在す
る高密度プラズマを用いることを特徴とするフッ素化非
晶質炭素膜の製造方法。 - 【請求項２】プラズマ発生装置にマイクロ波放電を用い
ることを特徴とする請求項１に記載のフッ素化非晶質炭
素膜の製造方法。 - 【請求項３】プラズマ発生装置にヘリコン波放電を用い
ることを特徴とする請求項１に記載のフッ素化非晶質炭
素膜の製造方法。 - 【請求項４】プラズマを用いたフッ素化非晶質炭素膜の
製造方法において、プラズマに供給する電力以外に、当
該炭素膜を堆積させる基板にも高周波電力を供給するこ
とを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３
に記載のフッ素化非晶質炭素膜の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7021429A JP2751851B2 (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | フッ素化非晶質炭素膜の製造方法 |
| CA002157257A CA2157257C (en) | 1994-09-12 | 1995-08-30 | Semiconductor device with amorphous carbon layer and method of fabricating the same |
| EP95114253A EP0701283A3 (en) | 1994-09-12 | 1995-09-11 | Semiconductor device comprising an amorphous carbon layer and manufacturing method |
| KR1019950029566A KR100188573B1 (ko) | 1994-09-12 | 1995-09-11 | 비정질-탄소층을 가지는 반도체 소자 및 그의 제조방법 |
| US08/526,902 US5698901A (en) | 1994-09-12 | 1995-09-12 | Semiconductor device with amorphous carbon layer for reducing wiring delay |
| US08/782,573 US6033979A (en) | 1994-09-12 | 1997-01-10 | Method of fabricating a semiconductor device with amorphous carbon layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7021429A JP2751851B2 (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | フッ素化非晶質炭素膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08222557A true JPH08222557A (ja) | 1996-08-30 |
| JP2751851B2 JP2751851B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=12054752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7021429A Expired - Lifetime JP2751851B2 (ja) | 1994-09-12 | 1995-02-09 | フッ素化非晶質炭素膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2751851B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5866920A (en) * | 1996-03-07 | 1999-02-02 | Nec Corporation | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
| WO1999027574A1 (fr) * | 1997-11-20 | 1999-06-03 | Tokyo Electron Limited | Procede de traitement au plasma |
| WO1999049705A1 (fr) * | 1998-03-20 | 1999-09-30 | Tokyo Electron Limited | Dispositif de traitement plasmique |
| US6091081A (en) * | 1996-12-02 | 2000-07-18 | Nec Corporation | Insulating film comprising amorphous carbon fluoride, a semiconductor device comprising such an insulating film |
| US6104092A (en) * | 1997-04-02 | 2000-08-15 | Nec Corporation | Semiconductor device having amorphous carbon fluoride film of low dielectric constant as interlayer insulation material |
| US6121162A (en) * | 1997-06-03 | 2000-09-19 | Nec Corporation | Method of forming a fluorine-added insulating film |
| US6468603B1 (en) | 1998-09-18 | 2002-10-22 | Tokyo Electron Limited | Plasma film forming method utilizing varying bias electric power |
| WO2006077802A1 (ja) * | 2005-01-18 | 2006-07-27 | Tohoku University | 半導体装置 |
| JP2012518276A (ja) * | 2009-02-17 | 2012-08-09 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0574960A (ja) * | 1991-03-25 | 1993-03-26 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1995
- 1995-02-09 JP JP7021429A patent/JP2751851B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0574960A (ja) * | 1991-03-25 | 1993-03-26 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5866920A (en) * | 1996-03-07 | 1999-02-02 | Nec Corporation | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
| US6180531B1 (en) | 1996-03-07 | 2001-01-30 | Nec Corporation | Semiconductor manufacturing method |
| US6372628B1 (en) | 1996-12-02 | 2002-04-16 | Nec Corporation | Insulating film comprising amorphous carbon fluoride, a semiconductor device comprising such an insulating film, and a method for manufacturing the semiconductor device |
| US6091081A (en) * | 1996-12-02 | 2000-07-18 | Nec Corporation | Insulating film comprising amorphous carbon fluoride, a semiconductor device comprising such an insulating film |
| US6104092A (en) * | 1997-04-02 | 2000-08-15 | Nec Corporation | Semiconductor device having amorphous carbon fluoride film of low dielectric constant as interlayer insulation material |
| US6329295B1 (en) | 1997-04-02 | 2001-12-11 | Nec Corporation | Semiconductor device capable of having amorphous carbon fluoride film of low dielectric constant as interlayer insulation material and method of manufacturing the same |
| US6121162A (en) * | 1997-06-03 | 2000-09-19 | Nec Corporation | Method of forming a fluorine-added insulating film |
| WO1999027574A1 (fr) * | 1997-11-20 | 1999-06-03 | Tokyo Electron Limited | Procede de traitement au plasma |
| US6773762B1 (en) | 1997-11-20 | 2004-08-10 | Tokyo Electron Limited | Plasma treatment method |
| WO1999049705A1 (fr) * | 1998-03-20 | 1999-09-30 | Tokyo Electron Limited | Dispositif de traitement plasmique |
| US6433298B1 (en) | 1998-03-20 | 2002-08-13 | Tokyo Electron Limited | Plasma processing apparatus |
| US6468603B1 (en) | 1998-09-18 | 2002-10-22 | Tokyo Electron Limited | Plasma film forming method utilizing varying bias electric power |
| WO2006077802A1 (ja) * | 2005-01-18 | 2006-07-27 | Tohoku University | 半導体装置 |
| JP2006202818A (ja) * | 2005-01-18 | 2006-08-03 | Tohoku Univ | 半導体装置 |
| US7893537B2 (en) | 2005-01-18 | 2011-02-22 | Tohoku Uinversity | Semiconductor device |
| JP2012518276A (ja) * | 2009-02-17 | 2012-08-09 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2751851B2 (ja) | 1998-05-18 |
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