JPH08279500A - 絶縁膜の形成方法 - Google Patents

絶縁膜の形成方法

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JPH08279500A
JPH08279500A JP7864095A JP7864095A JPH08279500A JP H08279500 A JPH08279500 A JP H08279500A JP 7864095 A JP7864095 A JP 7864095A JP 7864095 A JP7864095 A JP 7864095A JP H08279500 A JPH08279500 A JP H08279500A
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JP
Japan
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glassy carbon
film
atmosphere
temperature
plasma
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Withdrawn
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JP7864095A
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English (en)
Inventor
Rika Shinohara
理華 篠原
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁膜の形成方法に関し、誘電率がSiOF
膜よりも低く、且つ、耐熱性に優れた有機絶縁膜からな
る層間絶縁膜を提供する。 【構成】 シリコン基板1上にグラッシーカーボン膜2
を堆積させたのち、シリコン基板1をフッ化雰囲気3に
曝すことにより、グラッシーカーボン膜2をフッ化して
フッ化されたグラッシーカーボン膜4に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は絶縁膜の形成方法に関す
るものであり、特に、高集積度半導体集積回路装置の層
間絶縁膜として用いる低誘電率で耐熱性の良好なフッ素
樹脂系の絶縁膜の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路装置におけるデバ
イス設計及びプロセスの進展により、基本ゲートの遅延
の問題が改善されるにしたがって、回路全体における遅
延に占める配線に起因する遅延の割合が大きくなってき
ている。
【0003】SiO2 膜は、安定性及び成膜の容易性等
の観点から従来より半導体集積回路装置の層間絶縁膜と
して広く用いられているが、近年の微細化の進行に伴っ
て寄生容量の増加が問題になってきており、回路性能を
向上させる観点から、多層配線に用いる層間絶縁膜の見
直しが行われている。
【0004】即ち、このプラズマCVD法によって形成
したSiO2 膜の比誘電率εr は約4.1〜4.3と比
較的高いため、この高い比誘電率に伴う寄生容量が集積
度の向上に伴って無視できなくなってきている。
【0005】そこで、本出願人は、さらなる低誘電率化
のためにプラズマCVD法によって安定した経時特性を
有するフッ素含有シリコン酸化膜、即ち、SiOF膜の
形成方法を提案(特願平6−45920号、及び、特願
平7−29137号)している。
【0006】このSiOF膜は、原料ガスとしてテトラ
エチルオルソシリケート(TEOS:Tetra−Et
hyl−Ortho−Silicate)、酸素、及
び、C 2 6 を用いたプラズマCVD法によって形成す
るものであり、SiOF膜の吸湿性を制御することによ
って約3.4〜3.8の比誘電率の層間絶縁膜を得てい
る。
【0007】これらの提案の前者(特願平6−4592
0号)は、印加電源として低周波(250kHz)及び
高周波(13.56MHz)の2周波の電源を用い、低
周波電力の印加量を最適化して、SiOF膜の吸湿性を
制御するものであり、また、後者(特願平7−2913
7号)は、原料ガスであるテトラエチルオルソシリケー
トガスに対する酸素ガス及びC2 6 の体積流量比を最
適化することによってSiOF膜吸湿性を制御するもの
である。
【0008】また、SiO2 膜或いはSiOF膜の誘電
率よりさらに誘電率の低い絶縁膜としては有機絶縁膜も
知られており、PIQ樹脂等は層間絶縁膜に用いること
が提案されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近い将
来の超高速論理LSIにおいては、SiOF膜のような
低誘電率の層間絶縁膜でも高速動作には不十分になるこ
とが予測され、また、より誘電率の低い有機絶縁膜の場
合には、耐熱性に問題があった。
【0010】したがって、本発明は、誘電率がSiOF
膜よりも低く、且つ、耐熱性に優れた有機絶縁膜を提供
することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁膜の形成
方法において、基板(図1の1)上にグラッシーカーボ
ン膜(図1の2)を堆積させたのち、基板(図1の1)
をフッ化雰囲気(図1の3)に曝すことにより、グラッ
シーカーボン膜(図1の2)をフッ化することを特徴と
する。
【0012】また、本発明は、フッ化雰囲気(図1の
3)としてフッ素系プラズマ雰囲気或いはフッ素ガス雰
囲気を用いることを特徴とする。また、本発明は、フッ
化雰囲気(図1の3)としてフッ素系プラズマ雰囲気を
用いる際に、ダウンフロー方式を採用することを特徴と
する。
【0013】また、本発明は、グラッシーカーボン膜
(図1の2)をグラッシーカーボンをターゲットとした
スパッタ法によって形成することを特徴とする。
【0014】また、本発明は、グラッシーカーボン膜
(図1の2)を堆積させる際の基板温度を400℃以
下、さらに好適には50℃以下にすることを特徴とす
る。
【0015】また、本発明は、グラッシーカーボン膜
(図1の2)をフッ化雰囲気中に曝す際の基板温度を2
70℃以下にすることを特徴とする。
【0016】
【作用】カーボン膜をフッ化雰囲気中に曝してフッ化す
ることによって有機絶縁膜を形成する際に、カーボン膜
として、網目構造を微小結晶として持つアモルファスカ
ーボン膜であるグラッシーカーボン膜を用いることによ
って耐熱性を高めることができる。
【0017】また、フッ化雰囲気としてはフッ素系プラ
ズマ雰囲気或いはフッ素ガス雰囲気のどちらを用いても
安定したフッ化が可能になり、特に、フッ化雰囲気とし
てフッ素系プラズマ雰囲気を用いる場合には、ダウンフ
ロー方式が有効になる。
【0018】また、グラッシーカーボンをターゲットと
したスパッタ法を用いることによって、安定した特性の
グラッシーカーボン膜を再現性良く形成することができ
る。
【0019】また、グラッシーカーボン膜を堆積させる
際の基板温度を400℃以下にすることによって、最低
で約1.72の屈折率の膜、したがって、フッ化した絶
縁体とした場合には低誘電率の膜を得ることができ、特
に、基板温度を50℃以下にする場合には、多少誘電率
は高くなるものの、フッ化した場合に耐熱性の良好な絶
縁膜を得ることができる。
【0020】また、グラッシーカーボン膜をフッ化雰囲
気中に曝す際の基板温度を270℃以下にすることによ
って、グラッシーカーボン膜の成膜温度にも依存するが
耐熱性の良好な膜を得ることができる。
【0021】
【実施例】図1を参照して本発明の実施例を説明する。 図1(a)参照 まず、到達真空度が1×10-8Torr以下のスパッタ
装置を用いて、1×10-3TorrのAr雰囲気中でグ
ラッシーカーボンターゲットに3.5W/cm 3 (ター
ゲットの単位体積当たりの印加電力)の電力を印加し
て、基板温度、即ち、成膜温度を室温〜400℃に変え
ながら、50mm離れたシリコン基板1上にグラッシー
カーボン膜2を0.1μm堆積させる。
【0022】図2参照 図2は、この成膜したグラッシーカーボン膜2の屈折率
を測定した結果を示すもので、約1.72〜1.98の
屈折率となっており、成膜温度が高いほど低屈折率のグ
ラッシーカーボン膜2が得られることが理解できる。
【0023】次に、フッ化反応を行なうことになるが、
その前に、図3を参照して本発明の実施に用いるダウン
フロー型のプラズマ反応装置を説明する。 図3参照 このプラズマ反応装置は、ガス導入口7からNF3 等の
反応ガスが供給されるステンレス製のプラズマ室5、及
び、マイクロ波シールド板11によってプラズマ室5と
分離されると共に排気口8を備えたステンレス製の反応
室6とから構成され、プラズマ室5にはマイクロ波導波
管13及びスリータブチューナー14を介してマグネト
ロン12よりマイクロ波が供給される。また、反応室6
には、ステージ9が設けられ、このステージ9上には被
処理基板10としてのシリコン基板1が載置される。
【0024】このようなダウンフロー型のプラズマ反応
装置を用いることにより、活性度の高い成分を除去し
て、活性度の比較的低い成分をフッ化雰囲気として反応
室6内に下ろすことができ、したがって、過剰なエッチ
ング反応を防止してフッ化反応を進めることができる。
【0025】図1(b)及び図3参照 次いで、グラッシーカーボン膜2を堆積させたシリコン
基板1を図3に示すダウンフロー型のプラズマ反応装置
内のステージ9上に載置し、反応系内を1×10-3To
rr以下まで排気したのち、ガス導入口7から反応ガス
としてNF3 を500sccm流し、反応装置内の圧力
を1Torrとした状態でマグネトロン12から1.5
kW(2.4W/cm3 )のマイクロ波電力を供給し
て、プラズマ室5においてNF3 をプラズマ化し、プラ
ズマ化したフッ素をマイクロ波シールド板11を通過さ
せて反応室6に供給する。
【0026】そして、反応室6内におけるプラズマ化し
たフッ化雰囲気3中でグラッシーカーボン膜2をフッ化
して、フッ化されたグラッシーカーボン膜4、即ち、フ
ッ素系樹脂膜に変換する。なお、この場合のシリコン基
板1の温度、即ち、フッ化温度は室温〜270℃と変化
させて行ない、また、反応時間は各3分である。
【0027】この様子を示したのが図4及び図5であ
る。 図4参照 図4は、グラッシーカーボン膜2のフッ化反応の成膜温
度依存性及びフッ化温度依存性をマトリックス状に表示
したものであり、成膜温度及びフッ化温度の双方が低い
とフッ化反応が生じない。
【0028】一方、フッ化温度が高くなると、フッ化反
応を越えてエッチング反応が優勢となり、このエッチン
グ反応はグラッシーカーボン膜2の成膜温度が高いほど
優勢になる。これは、低温での成膜の場合、ターゲット
のグラッシーカーボンの結晶状態が略反映された形で成
膜が行なわれ、膜が密であるのに対して、高温になるに
したがってアモルファス度が強くなるため膜が疎にな
り、炭素原子が飛び出しやすくなるためと考えられる。
【0029】したがって、フッ化を十分に行なうために
は高温処理が望ましいが、処理温度が高すぎるとエッチ
ングが優勢となり、また、処理温度が低すぎるとフッ化
反応が起こらなくなるので、成膜温度との相関でフッ化
温度を決める必要がある。
【0030】図5参照 図5は、各成膜温度により形成したグラッシーカーボン
膜2をエッチングが起こる温度より低温側でフッ化した
場合のフッ化されたグラッシーカーボン膜4の比誘電率
の成膜温度依存性を示す図であり、成膜温度の上昇と共
に比誘電率が約2.5から約2.1へと低減し、この比
誘電率の関係だけからは、高温で成膜することが望まし
いことになる。
【0031】次に、得られたフッ化されたグラッシーカ
ーボン膜4の耐熱性を調べたので、図6を参照してフッ
化されたグラッシーカーボン膜4、即ち、フッ素系樹脂
膜の耐熱性の成膜温度依存性及びフッ化温度依存性を説
明する。
【0032】図6参照 耐熱性を調べるための実験は、常圧のN2 雰囲気中で4
00℃の温度で10分加熱処理することによって行い、
図6においては熱処理前の膜厚に対する熱処理後の膜厚
の比、即ち、(熱処理後の膜厚)/(熱処理前の膜厚)
を残膜率として表したものであり、グラッシーカーボン
膜2の成膜温度が低い室温及び50℃の場合で、且つ、
フッ化温度が270℃の場合に最も残膜率が高く(99
%)、成膜温度の上昇と共に残膜率が低下する傾向が見
られる。
【0033】この残膜率の高い条件のフッ化されたグラ
ッシーカーボン膜4は、比誘電率が約2.5と他の条件
で形成したフッ化されたグラッシーカーボン膜4の比誘
電率よりも高くなっているが、比誘電率が3.4〜3.
8のSiOF膜よりかなり低誘電率の膜が得られ、且
つ、400℃における残膜率、即ち、耐熱性も良好であ
るので十分実用に耐え得るものである。
【0034】本発明と比較するために通常のアモルファ
ス膜であるプラズマCVDカーボン膜をフッ化させた場
合を調べてみたが、成膜温度200℃及びフッ化温度1
80℃で残膜率は13%、成膜温度300℃及びフッ化
温度180℃で残膜率は11%、さらに、成膜温度40
0℃及びフッ化温度180℃で残膜率は10%と非常に
低いものであり、カーボン膜としてグラッシーカーボン
膜を使用することの有効性は明らかであった。
【0035】これは、プラズマCVDカーボン膜は通常
のアモルファス状態であるため、フッ化によって膜の低
分子化が起こり、昇華しやすいのに対して、グラッシー
カーボン膜は、網目構造を微小結晶として持つアモルフ
ァスカーボン膜であるのでフッ化されても、なお、架橋
構造をもつため、その分子量は大きく、昇華しにくいた
めと考えられる。
【0036】なお、本発明のスパッタリング工程におけ
る各条件は実施例に記載した数値に限られるものではな
く、ターゲットへの印加電力は1〜20W/cm3 の範
囲が好適であり、また、圧力は1×10-3〜9×10-3
Torrの範囲が好適である。
【0037】また、フッ化反応条件も実施例に記載した
数値に限られるものではなく、ガス流量は100〜10
00sccmの範囲が好適であり、圧力は1×10-1
1Torrの範囲が好適であり、さらに、印加電力は
1.6×10-1〜3W/cm3の範囲が好適である。
【0038】また、実施例においては、反応ガスとして
フッ素系エッチングガスとして多用されているNF3
用いているが、このガスに限られるものではなく、CF
4 、或いは、C3 8 等のCx y z (x=1〜6,
y=1〜14,z=0〜12)で表されるフッ素系ガス
を用いても良いものである。
【0039】さらに、フッ化反応におけるフッ化雰囲気
はプラズマ雰囲気に限られるものではなく、反応装置内
の圧力を10-3Torr以下まで排気したのち、100
〜1000sccmの流量でフッ素ガスを導入し、反応
室内部を常圧にしたのち、室温〜600℃の温度で1〜
10分反応させてフッ化させても良く、フッ素ガスを用
いた場合には、プラズマ雰囲気は不要となる。
【0040】また、上記実施例の説明においては、説明
を簡単にするためにシリコン基板1上に直接グラッシー
カーボン膜2を形成しており、このようにシリコン基板
1上に直接設けても良いが、層間絶縁膜として用いるも
のである以上、実際にはSiO2 膜等の下地絶縁膜上に
設けた配線層を覆うようにグラッシーカーボン膜2を設
けるものである。
【0041】
【発明の効果】本発明によれば、基板温度を400℃以
下、より好適には50℃以下で成膜したグラッシーカー
ボン膜を270℃以下、より好適には270℃でフッ化
することにより、SiOF膜より比誘電率の低く、且
つ、耐熱性に優れた誘電体膜が得られるので、超高集積
度の半導体集積回路装置の層間絶縁膜として用いること
によって配線の寄生容量に起因する信号遅延を低減で
き、次世代の半導体集積回路装置の高速化に寄与すると
ころが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の製造工程の説明図である。
【図2】グラッシーカーボン膜の屈折率の基板温度依存
性を示す図である。
【図3】本発明の実施に用いるプラズマ反応装置の概略
的構成を示す図である。
【図4】グラッシーカーボンのフッ化反応の成膜温度依
存性及びフッ化温度依存性を示す図である。
【図5】フッ化されたグラッシーカーボン膜の比誘電率
の成膜温度依存性を示す図である。
【図6】フッ化されたグラッシーカーボン膜の耐熱性の
成膜温度依存性及びフッ化温度依存性を示す図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 グラッシーカーボン膜 3 フッ化雰囲気 4 フッ化されたグラッシーカーボン膜 5 プラズマ室 6 反応室 7 ガス導入口 8 排気口 9 ステージ 10 被処理基板 11 マイクロ波シールド板 12 マグネトロン 13 マイクロ波導波管 14 スリータブチューナー

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上にグラッシーカーボン膜を堆積さ
    せたのち、前記基板をフッ化雰囲気に曝すことにより、
    前記グラッシーカーボン膜をフッ化することを特徴とす
    る絶縁膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 上記フッ化雰囲気として、フッ素系プラ
    ズマ雰囲気或いはフッ素ガス雰囲気のいずれかを用いる
    ことを特徴とする請求項1記載の絶縁膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 上記フッ化雰囲気としてフッ素系プラズ
    マ雰囲気を用いる際に、ダウンフロー方式を採用するこ
    とを特徴とする請求項2記載の絶縁膜の形成方法。
  4. 【請求項4】 上記グラッシーカーボン膜を、グラッシ
    ーカーボンをターゲットとしたスパッタ法によって形成
    することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に
    記載の絶縁膜の形成方法。
  5. 【請求項5】 上記グラッシーカーボン膜を堆積させる
    際に、上記基板の温度を400℃以下にすることを特徴
    とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の絶縁膜の
    形成方法。
  6. 【請求項6】 上記グラッシーカーボン膜を堆積させる
    際に、上記基板の温度を50℃以下にすることを特徴と
    する請求項5記載の絶縁膜の形成方法。
  7. 【請求項7】 上記グラッシーカーボン膜をフッ化雰囲
    気中に曝す際に、上記基板の温度を270℃以下にする
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載
    の絶縁膜の形成方法。
JP7864095A 1995-04-04 1995-04-04 絶縁膜の形成方法 Withdrawn JPH08279500A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11091830B2 (en) * 2018-06-13 2021-08-17 Tokyo University Of Science Foundation Moth-eye transfer mold, method of manufacturing moth-eye transfer mold, and method of transferring moth-eye structure

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