JPH11162961A - プラズマ成膜方法 - Google Patents
プラズマ成膜方法Info
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- JPH11162961A JPH11162961A JP9343999A JP34399997A JPH11162961A JP H11162961 A JPH11162961 A JP H11162961A JP 9343999 A JP9343999 A JP 9343999A JP 34399997 A JP34399997 A JP 34399997A JP H11162961 A JPH11162961 A JP H11162961A
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- H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
- H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
- H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＦ膜を半導体デバイスの層間絶縁膜として
用いようとすると、タングステンの配線を形成するとき
に例えば４００℃〜４５０℃付近にまでＣＦ膜が加熱さ
れ、このときにＦ系のガスがＣＦ膜から抜け、配線の腐
食や膜減りに伴う種々の不都合が生じるので、これを抑
えるために熱安定性を高めること。 【解決手段】 炭素とフッ素の化合物ガス例えばＣ4 Ｆ
8 ガスと、炭化水素ガス例えばＣ2 Ｈ4 ガスと、シリコ
ンを含むガス例えばＳｉＨ4 ガスとを成膜ガスとして用
い、これらガスをプラズマ化してプロセス温度４００℃
の下でその活性種により半導体ウエハ上にＣＦ膜を成膜
する。ＳｉＨ4 ガスの添加により、ＣＦ膜中にＣ−Ｆ結
合よりも強固なＳｉ−Ｃ結合やＳｉ−Ｆ結合が作られる
ので、結合が強固となり、高温下でも脱ガス量が少なく
なって、熱安定性が向上する。
用いようとすると、タングステンの配線を形成するとき
に例えば４００℃〜４５０℃付近にまでＣＦ膜が加熱さ
れ、このときにＦ系のガスがＣＦ膜から抜け、配線の腐
食や膜減りに伴う種々の不都合が生じるので、これを抑
えるために熱安定性を高めること。 【解決手段】 炭素とフッ素の化合物ガス例えばＣ4 Ｆ
8 ガスと、炭化水素ガス例えばＣ2 Ｈ4 ガスと、シリコ
ンを含むガス例えばＳｉＨ4 ガスとを成膜ガスとして用
い、これらガスをプラズマ化してプロセス温度４００℃
の下でその活性種により半導体ウエハ上にＣＦ膜を成膜
する。ＳｉＨ4 ガスの添加により、ＣＦ膜中にＣ−Ｆ結
合よりも強固なＳｉ−Ｃ結合やＳｉ−Ｆ結合が作られる
ので、結合が強固となり、高温下でも脱ガス量が少なく
なって、熱安定性が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は例えば半導体デバイ
スの層間絶縁膜に用いることのできるフッ素添加カーボ
ン膜をプラズマ処理により成膜する方法に関する。
スの層間絶縁膜に用いることのできるフッ素添加カーボ
ン膜をプラズマ処理により成膜する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの高集積化を図るため
に、パターンの微細化、回路の多層化といった工夫が進
められており、そのうちの一つとして配線を多層化する
技術がある。多層配線構造をとるためには、ｎ層目の配
線層と（ｎ＋１）番目の配線層の間を導電層で接続する
と共に、導電層以外の領域は層間絶縁膜と呼ばれる薄膜
が形成される。
に、パターンの微細化、回路の多層化といった工夫が進
められており、そのうちの一つとして配線を多層化する
技術がある。多層配線構造をとるためには、ｎ層目の配
線層と（ｎ＋１）番目の配線層の間を導電層で接続する
と共に、導電層以外の領域は層間絶縁膜と呼ばれる薄膜
が形成される。
【０００３】この層間絶縁膜の代表的なものとしてＳｉ
Ｏ2 膜があるが、近年デバイスの動作についてより一層
の高速化を図るために層間絶縁膜の比誘電率を低くする
ことが要求されており、層間絶縁膜の材質についての検
討がなされている。即ちＳｉＯ2 は比誘電率がおよそ４
であり、これよりも小さい材質の発掘に力が注がれてい
る。そのうちの一つとして比誘電率が３．５であるＳｉ
ＯＦの実現化が進められているが、本発明者は比誘電率
が更に小さいフッ素添加カーボン膜（以下「ＣＦ膜」と
いう）に注目している。
Ｏ2 膜があるが、近年デバイスの動作についてより一層
の高速化を図るために層間絶縁膜の比誘電率を低くする
ことが要求されており、層間絶縁膜の材質についての検
討がなされている。即ちＳｉＯ2 は比誘電率がおよそ４
であり、これよりも小さい材質の発掘に力が注がれてい
る。そのうちの一つとして比誘電率が３．５であるＳｉ
ＯＦの実現化が進められているが、本発明者は比誘電率
が更に小さいフッ素添加カーボン膜（以下「ＣＦ膜」と
いう）に注目している。
【０００４】このようなＣＦ膜は、例えばマイクロ波と
磁界との相互作用である電子サイクロトロン共鳴（ＥＣ
Ｒ）を利用するプラズマ成膜処理により形成される。例
えばこの成膜処理の一例を図５に基づいて説明すると、
プラズマ生成室１Ａ内に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を
導波管１１を介して供給すると同時に、８７５ガウスの
磁界を電磁コイル１２により印加して、前記電磁サイク
ロトロン共鳴によりプラズマ生成用ガスであるＡｒガス
を高密度にプラズマ化し、このプラズマにより成膜室１
Ｂ内に導入された成膜ガス例えばＣ4 Ｆ8 ガス及びＣ2
Ｈ4 ガスを活性化させて活性種を形成し、載置台１３上
の半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）１０表面に、
密着性及び硬度の大きいＣＦ膜を成膜している。
磁界との相互作用である電子サイクロトロン共鳴（ＥＣ
Ｒ）を利用するプラズマ成膜処理により形成される。例
えばこの成膜処理の一例を図５に基づいて説明すると、
プラズマ生成室１Ａ内に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を
導波管１１を介して供給すると同時に、８７５ガウスの
磁界を電磁コイル１２により印加して、前記電磁サイク
ロトロン共鳴によりプラズマ生成用ガスであるＡｒガス
を高密度にプラズマ化し、このプラズマにより成膜室１
Ｂ内に導入された成膜ガス例えばＣ4 Ｆ8 ガス及びＣ2
Ｈ4 ガスを活性化させて活性種を形成し、載置台１３上
の半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）１０表面に、
密着性及び硬度の大きいＣＦ膜を成膜している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらＣＦ膜に
はまだ以下のような課題がある。図６はウエハ１０に京
成された回路部分の一部であり、１４、１５はＣＦ膜、
１６ａ，１６ｂはＷ（タングステン）よりなる導電層、
１７はＡｌ（アルミニウム）よりなる導電層、１８は、
Ｐ、ＢをドープしたＳｉＯ2 膜、１９はｎ形半導体領域
である。ところでＷ層１６ａを形成するときのプロセス
温度は４００〜４５０℃であり、このときＣＦ膜１４、
１５はそのプロセス温度まで加熱される。しかしながら
上述の方法で形成されたＣＦ膜は熱安定性が悪く、この
ような高温に加熱されると熱により一部のＣ−Ｆ結合が
切れて、主としてＦ（フッ素）系ガスが脱離してしま
う。このＦ系ガスとしてはＦ、ＣＦ、ＣＦ2 などが挙げ
られる。
はまだ以下のような課題がある。図６はウエハ１０に京
成された回路部分の一部であり、１４、１５はＣＦ膜、
１６ａ，１６ｂはＷ（タングステン）よりなる導電層、
１７はＡｌ（アルミニウム）よりなる導電層、１８は、
Ｐ、ＢをドープしたＳｉＯ2 膜、１９はｎ形半導体領域
である。ところでＷ層１６ａを形成するときのプロセス
温度は４００〜４５０℃であり、このときＣＦ膜１４、
１５はそのプロセス温度まで加熱される。しかしながら
上述の方法で形成されたＣＦ膜は熱安定性が悪く、この
ような高温に加熱されると熱により一部のＣ−Ｆ結合が
切れて、主としてＦ（フッ素）系ガスが脱離してしま
う。このＦ系ガスとしてはＦ、ＣＦ、ＣＦ2 などが挙げ
られる。
【０００６】このようにＦ系ガスが脱離すると、次のよ
うな問題が起こる。 ａ）アルミニウムやタングステンなどの金属配線が腐食
する。 ｂ）絶縁膜はアルミニウム配線を押え込んでアルミニウ
ムのうねりを防止する機能をも有しているが、脱ガスに
より絶縁膜による押え込みが弱まり、この結果アルミニ
ウム配線がうねり、エレクトロマイグレーションと呼ば
れる電気的欠陥が発生しやすくなってしまう。 ｃ）絶縁膜にクラックが入り、配線間の絶縁性が悪くな
るし、またその程度が大きいと次段の配線層を形成する
ことができなくなる。 ｄ）Ｆの抜けが多いと比誘電率が上がる。
うな問題が起こる。 ａ）アルミニウムやタングステンなどの金属配線が腐食
する。 ｂ）絶縁膜はアルミニウム配線を押え込んでアルミニウ
ムのうねりを防止する機能をも有しているが、脱ガスに
より絶縁膜による押え込みが弱まり、この結果アルミニ
ウム配線がうねり、エレクトロマイグレーションと呼ば
れる電気的欠陥が発生しやすくなってしまう。 ｃ）絶縁膜にクラックが入り、配線間の絶縁性が悪くな
るし、またその程度が大きいと次段の配線層を形成する
ことができなくなる。 ｄ）Ｆの抜けが多いと比誘電率が上がる。
【０００７】本発明は、このような事情の下になされた
ものであり、その目的は、強固な結合を有し、熱安定性
の高いＣＦ膜よりなる絶縁膜、例えば半導体デバイスの
層間絶縁膜を形成することのできる方法を提供すること
にある。
ものであり、その目的は、強固な結合を有し、熱安定性
の高いＣＦ膜よりなる絶縁膜、例えば半導体デバイスの
層間絶縁膜を形成することのできる方法を提供すること
にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ成膜方
法は、炭素とフッ素の化合物ガスと、シリコンを含むガ
スとを含む成膜ガスをプラズマ化し、そのプラズマによ
り被処理基板上にフッ素添加カ−ボン膜を成膜すること
を特徴とする。ここで成膜ガスには炭化水素ガスを加え
るようにしてもよい。また前記シリコンを含むガスとし
ては、シリコンと水素の化合物ガスや、シリコンとフッ
素の化合物ガスを用いることができる。
法は、炭素とフッ素の化合物ガスと、シリコンを含むガ
スとを含む成膜ガスをプラズマ化し、そのプラズマによ
り被処理基板上にフッ素添加カ−ボン膜を成膜すること
を特徴とする。ここで成膜ガスには炭化水素ガスを加え
るようにしてもよい。また前記シリコンを含むガスとし
ては、シリコンと水素の化合物ガスや、シリコンとフッ
素の化合物ガスを用いることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】先ず本発明の実施の形態に用いら
れるプラズマ処理装置の一例を図１に示す。この装置は
例えばアルミニウム等により形成された真空容器２を有
しており、この真空容器２は上方に位置してプラズマを
発生させる筒状の第１の真空室２１と、この下方に連通
させて連結され、第１の真空室２１よりは口径の大きい
筒状の第２の真空室２２とからなる。なおこの真空容器
２は接地されてゼロ電位になっている。
れるプラズマ処理装置の一例を図１に示す。この装置は
例えばアルミニウム等により形成された真空容器２を有
しており、この真空容器２は上方に位置してプラズマを
発生させる筒状の第１の真空室２１と、この下方に連通
させて連結され、第１の真空室２１よりは口径の大きい
筒状の第２の真空室２２とからなる。なおこの真空容器
２は接地されてゼロ電位になっている。
【００１０】この真空容器２の上端は、開口されてこの
部分にマイクロ波を透過する部材例えば石英等の材料で
形成された透過窓２３が気密に設けられており、真空容
器２内の真空状態を維持するようになっている。この透
過窓２３の外側には、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を発生する高周波電源部２４に接続された導波管２５
が設けられており、高周波電源部２４にて発生したマイ
クロ波を例えばＴＥモードにより導波管２５で、または
ＴＥモ−ドにより案内されたマイクロ波を導波管２５で
ＴＭモ−ドに変換して透過窓２３から第１の真空室２１
内へ導入し得るようになっている。
部分にマイクロ波を透過する部材例えば石英等の材料で
形成された透過窓２３が気密に設けられており、真空容
器２内の真空状態を維持するようになっている。この透
過窓２３の外側には、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を発生する高周波電源部２４に接続された導波管２５
が設けられており、高周波電源部２４にて発生したマイ
クロ波を例えばＴＥモードにより導波管２５で、または
ＴＥモ−ドにより案内されたマイクロ波を導波管２５で
ＴＭモ−ドに変換して透過窓２３から第１の真空室２１
内へ導入し得るようになっている。
【００１１】第１の真空室２１を区画する側壁には例え
ばその周方向に沿って均等に配置したガスノズル３１が
設けられると共にこのノズル３１には、図示しないガス
源例えばＡｒガス源が接続されており、第１の真空室２
１内の上部にプラズマ発生用のガスであるＡｒガスをム
ラなく均等に供給し得るようになっている。
ばその周方向に沿って均等に配置したガスノズル３１が
設けられると共にこのノズル３１には、図示しないガス
源例えばＡｒガス源が接続されており、第１の真空室２
１内の上部にプラズマ発生用のガスであるＡｒガスをム
ラなく均等に供給し得るようになっている。
【００１２】前記第２の真空室２２内には、前記第１の
真空室２１と対向するようにウエハの載置台４が設けら
れている。この載置台４は表面部に静電チャック４１を
備えており、この静電チャック４１の電極には、ウエハ
を吸着する直流電源（図示せず）の他、ウエハにイオン
を引き込むためのバイアス電圧を印加するように高周波
電源部４２が接続されている。
真空室２１と対向するようにウエハの載置台４が設けら
れている。この載置台４は表面部に静電チャック４１を
備えており、この静電チャック４１の電極には、ウエハ
を吸着する直流電源（図示せず）の他、ウエハにイオン
を引き込むためのバイアス電圧を印加するように高周波
電源部４２が接続されている。
【００１３】一方前記第２の真空室２２の上部即ち第１
の真空室２１と連通している部分にはリング状の成膜ガ
ス供給部５が設けられており、この成膜ガス供給部５
は、例えばガス供給管５１〜５３から例えば３種類の成
膜ガスが供給され、その混合ガスを内周面のガス穴５４
から真空容器２内に供給するように構成されている。
の真空室２１と連通している部分にはリング状の成膜ガ
ス供給部５が設けられており、この成膜ガス供給部５
は、例えばガス供給管５１〜５３から例えば３種類の成
膜ガスが供給され、その混合ガスを内周面のガス穴５４
から真空容器２内に供給するように構成されている。
【００１４】前記第１の真空室２１を区画する側壁の外
周には、これに接近させて磁場形成手段として例えばリ
ング状の主電磁コイル２６が配置されると共に、第２の
真空室２２の下方側にはリング状の補助電磁コイル２７
が配置されている。また第２の真空室２２の底部には例
えば真空室２２の中心軸に対称な２個所の位置に各々排
気管２８が接続されている。
周には、これに接近させて磁場形成手段として例えばリ
ング状の主電磁コイル２６が配置されると共に、第２の
真空室２２の下方側にはリング状の補助電磁コイル２７
が配置されている。また第２の真空室２２の底部には例
えば真空室２２の中心軸に対称な２個所の位置に各々排
気管２８が接続されている。
【００１５】次に上述の装置を用いて被処理基板である
ウエハ１０上にＣＦ膜よりなる層間絶縁膜を形成する方
法について説明する。先ず真空容器２の側壁に設けた図
示しないゲートバルブを開いて図示しない搬送アームに
より、例えば表面にアルミニウム配線が形成されたウエ
ハ１０を図示しないロードロック室から搬入して載置台
４上に載置し、静電チャック４１によりウエハ１０を静
電吸着する。
ウエハ１０上にＣＦ膜よりなる層間絶縁膜を形成する方
法について説明する。先ず真空容器２の側壁に設けた図
示しないゲートバルブを開いて図示しない搬送アームに
より、例えば表面にアルミニウム配線が形成されたウエ
ハ１０を図示しないロードロック室から搬入して載置台
４上に載置し、静電チャック４１によりウエハ１０を静
電吸着する。
【００１６】続いてゲートバルブを閉じて内部を密閉し
た後、排気管２８より内部雰囲気を排気して所定の真空
度まで真空引きし、ガスノズル３１から第１の真空室２
１内へＡｒガスを導入すると共に成膜ガス供給部５から
第２の真空室２２内へ成膜ガスを所定の流量で導入す
る。
た後、排気管２８より内部雰囲気を排気して所定の真空
度まで真空引きし、ガスノズル３１から第１の真空室２
１内へＡｒガスを導入すると共に成膜ガス供給部５から
第２の真空室２２内へ成膜ガスを所定の流量で導入す
る。
【００１７】ここで本実施の形態では成膜ガスに特徴が
あり、この成膜ガスとしては、炭素（Ｃ）とＦの化合物
ガス（以下「ＣＦ系のガス」という）例えばＣ4 Ｆ8 ガ
スと、炭化水素ガス例えばＣ2 Ｈ4 ガス、及びシリコン
を含むガス（以下「シリコン系のガス」という）例えば
ＳｉＨ4 ガスが用いられ、これらのガスは夫々ガス導入
管５１〜５３から成膜ガス供給部５内を通じて真空容器
２内に供給される。そして真空容器２内を所定のプロセ
ス圧に維持し、かつ高周波電源部４２により載置台４に
１３．５６ＭＨｚ、１５００Ｗのバイアス電圧を印加す
ると共に、載置台４の表面温度をおよそ４００℃に設定
する。
あり、この成膜ガスとしては、炭素（Ｃ）とＦの化合物
ガス（以下「ＣＦ系のガス」という）例えばＣ4 Ｆ8 ガ
スと、炭化水素ガス例えばＣ2 Ｈ4 ガス、及びシリコン
を含むガス（以下「シリコン系のガス」という）例えば
ＳｉＨ4 ガスが用いられ、これらのガスは夫々ガス導入
管５１〜５３から成膜ガス供給部５内を通じて真空容器
２内に供給される。そして真空容器２内を所定のプロセ
ス圧に維持し、かつ高周波電源部４２により載置台４に
１３．５６ＭＨｚ、１５００Ｗのバイアス電圧を印加す
ると共に、載置台４の表面温度をおよそ４００℃に設定
する。
【００１８】高周波電源部２４からの２．４５ＧＨｚの
高周波（マイクロ波）は、導波管２５を通って真空容器
２の天井部に至り、ここの透過窓２３を透過して第１の
真空室２１内へ導入される。一方真空容器２内には主電
磁コイル２６及び補助電磁コイル２７により第１の真空
室２１の上部から第２の真空室２２の下部に向かう磁場
が形成され、例えば第１の真空室２１の下部付近にて磁
場の強さが８７５ガウスとなり、磁場とマイクロ波との
相互作用により電子サイクロトロン共鳴が生じ、この共
鳴によりＡｒガスがプラズマ化され、且つ高密度化され
る。
高周波（マイクロ波）は、導波管２５を通って真空容器
２の天井部に至り、ここの透過窓２３を透過して第１の
真空室２１内へ導入される。一方真空容器２内には主電
磁コイル２６及び補助電磁コイル２７により第１の真空
室２１の上部から第２の真空室２２の下部に向かう磁場
が形成され、例えば第１の真空室２１の下部付近にて磁
場の強さが８７５ガウスとなり、磁場とマイクロ波との
相互作用により電子サイクロトロン共鳴が生じ、この共
鳴によりＡｒガスがプラズマ化され、且つ高密度化され
る。
【００１９】第１の真空室２１より第２の真空室２２内
に流れ込んだプラズマ流は、ここに供給されているＣ4
Ｆ8 ガス、Ｃ2 Ｈ4 ガス及びＳｉＨ4 ガスを活性化して
活性種を形成し、ウエハ１０上にＣＦ膜を成膜する。な
お実際のデバイスを製造する場合には、その後このＣＦ
膜に対して所定のパターンでエッチングを行い、溝部に
例えばＷ膜を埋め込んでＷ配線が形成される。
に流れ込んだプラズマ流は、ここに供給されているＣ4
Ｆ8 ガス、Ｃ2 Ｈ4 ガス及びＳｉＨ4 ガスを活性化して
活性種を形成し、ウエハ１０上にＣＦ膜を成膜する。な
お実際のデバイスを製造する場合には、その後このＣＦ
膜に対して所定のパターンでエッチングを行い、溝部に
例えばＷ膜を埋め込んでＷ配線が形成される。
【００２０】このような方法で成膜されたＣＦ膜は強固
な結合を有し、後述の実験結果からも分かるように熱安
定性が大きい、つまり高温になってもＦ系ガスの抜けが
少ない。その理由については次のように考えられる。つ
まり成膜ガスとしてＣＦ系のガスと炭化水素ガスとの組
み合わせにＳｉＨ4 ガスを添加すると、Ｃ、Ｈ、Ｓｉの
夫々活性種同士の反応により、Ｃ−Ｆ結合、Ｃ−Ｃ結
合、Ｃ−Ｈ結合の他、Ｓｉ−Ｃ結合やＳｉ−Ｆ結合が形
成される。ここでこれらＳｉ−Ｃ結合やＳｉ−Ｆ結合等
のＳｉＨ4 ガス添加によって生じる結合は、後述する理
由からＣ−Ｆ結合よりも強固な結合であり、例えば４０
０℃〜４５０℃程度の高温になっても結合が切れにく
い。
な結合を有し、後述の実験結果からも分かるように熱安
定性が大きい、つまり高温になってもＦ系ガスの抜けが
少ない。その理由については次のように考えられる。つ
まり成膜ガスとしてＣＦ系のガスと炭化水素ガスとの組
み合わせにＳｉＨ4 ガスを添加すると、Ｃ、Ｈ、Ｓｉの
夫々活性種同士の反応により、Ｃ−Ｆ結合、Ｃ−Ｃ結
合、Ｃ−Ｈ結合の他、Ｓｉ−Ｃ結合やＳｉ−Ｆ結合が形
成される。ここでこれらＳｉ−Ｃ結合やＳｉ−Ｆ結合等
のＳｉＨ4 ガス添加によって生じる結合は、後述する理
由からＣ−Ｆ結合よりも強固な結合であり、例えば４０
０℃〜４５０℃程度の高温になっても結合が切れにく
い。
【００２１】このためＣＦ膜中には、部分的にＣ−Ｆ結
合よりも強固な結合が存在し、高温になって熱により一
部のＣ−Ｆ結合が切断されたとしても、切断されたＦや
ＣＦ等のＦ系ガスは前記強固な結合を通り抜けることが
できずに、ＣＦ膜中に閉じ込められることとなって、こ
れによりＦ系ガスの抜けが抑えられると考えられる。
合よりも強固な結合が存在し、高温になって熱により一
部のＣ−Ｆ結合が切断されたとしても、切断されたＦや
ＣＦ等のＦ系ガスは前記強固な結合を通り抜けることが
できずに、ＣＦ膜中に閉じ込められることとなって、こ
れによりＦ系ガスの抜けが抑えられると考えられる。
【００２２】ここでＳｉ−Ｃ結合やＳｉ−Ｆ結合がＣ−
Ｆ結合よりも強固な結合であるとする根拠について説明
する。先ずＳｉ−Ｃ結合については、この結合を有する
ＳｉＣ膜の密着性や硬度を測定したところ、いずれもＣ
Ｆ膜より大きいことが認められ、このことからＳｉ−Ｃ
結合はＣ−Ｆ結合よりも強固な結合であるといえる。
Ｆ結合よりも強固な結合であるとする根拠について説明
する。先ずＳｉ−Ｃ結合については、この結合を有する
ＳｉＣ膜の密着性や硬度を測定したところ、いずれもＣ
Ｆ膜より大きいことが認められ、このことからＳｉ−Ｃ
結合はＣ−Ｆ結合よりも強固な結合であるといえる。
【００２３】またＳｉ−Ｆ結合については、この結合を
有するＳｉＯＦ膜についてＦ系ガスの脱ガス量を測定し
たところ、脱ガス量はＣＦ膜よりも少ないことが認めら
れた。ここでＳｉＯＦ膜はＳｉ−Ｏ結合とＳｉ−Ｆ結合
等を有しているが、この膜からＦ系ガスが脱ガスすると
は、Ｓｉ−Ｆ結合が切断されるということである。一方
ＣＦ膜からＦ系ガスが脱ガスするとは、既述のようにＣ
−Ｆ結合が切断されるということであるので、Ｓｉ−Ｆ
結合はＣ−Ｆ結合よりも熱によって切断されにくく、強
固な結合であるといえる。
有するＳｉＯＦ膜についてＦ系ガスの脱ガス量を測定し
たところ、脱ガス量はＣＦ膜よりも少ないことが認めら
れた。ここでＳｉＯＦ膜はＳｉ−Ｏ結合とＳｉ−Ｆ結合
等を有しているが、この膜からＦ系ガスが脱ガスすると
は、Ｓｉ−Ｆ結合が切断されるということである。一方
ＣＦ膜からＦ系ガスが脱ガスするとは、既述のようにＣ
−Ｆ結合が切断されるということであるので、Ｓｉ−Ｆ
結合はＣ−Ｆ結合よりも熱によって切断されにくく、強
固な結合であるといえる。
【００２４】このように成膜ガスとして、ＣＦ系のガス
と炭化水素ガスとの組み合わせにＳｉＨ4 ガスを添加す
ると、ＣＦ膜の結合が強固になり、熱安定性が高まる
が、Ｓｉ−Ｃ結合が多くなると誘電率が高くなってしま
うので、ＣＦ膜の誘電率を２．５以下に抑えるために
は、Ｓｉ−Ｃ結合の割合は数％以下であることが好まし
い。このためＣＦ系のガス及び炭化水素ガスに対するシ
リコン系のガスの流量はＳｉ−Ｃ結合の割合が数％以下
となるように設定され、例えば上述の例ではＣ4 Ｆ8 ガ
ス、Ｃ2 Ｈ4 ガス、ＳｉＨ4 ガスの流量は、Ｃ4 Ｆ8 ／
Ｃ2 Ｈ4 ／ＳｉＨ4＝６０ｓｃｃｍ／３０ｓｃｃｍ／５
ｓｃｃｍに設定される。
と炭化水素ガスとの組み合わせにＳｉＨ4 ガスを添加す
ると、ＣＦ膜の結合が強固になり、熱安定性が高まる
が、Ｓｉ−Ｃ結合が多くなると誘電率が高くなってしま
うので、ＣＦ膜の誘電率を２．５以下に抑えるために
は、Ｓｉ−Ｃ結合の割合は数％以下であることが好まし
い。このためＣＦ系のガス及び炭化水素ガスに対するシ
リコン系のガスの流量はＳｉ−Ｃ結合の割合が数％以下
となるように設定され、例えば上述の例ではＣ4 Ｆ8 ガ
ス、Ｃ2 Ｈ4 ガス、ＳｉＨ4 ガスの流量は、Ｃ4 Ｆ8 ／
Ｃ2 Ｈ4 ／ＳｉＨ4＝６０ｓｃｃｍ／３０ｓｃｃｍ／５
ｓｃｃｍに設定される。
【００２５】続いて薄膜の熱安定性を測定するために行
った実験例について説明する。図１に示すプラズマ処理
装置を用い、プラズマ生成用ガスとしてＡｒガス、成膜
ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス、Ｃ2 Ｈ4 ガス、ＳｉＨ4 ガス
を用いてＣＦ膜を成膜した。ここで前記ガスの流量は、
Ａｒガスは１５０ｓｃｃｍ、Ｃ4 Ｆ8 ガス、Ｃ2 Ｈ4ガ
ス、ＳｉＨ4 ガスは夫々６０ｓｃｃｍ、３０ｓｃｃｍ、
５ｓｃｃｍとした。またマイクロ波電力（高周波電源部
２４）及びバイアス電力（高周波電源部４２）は夫々２
７００Ｗ及び１５００Ｗとし、プロセス圧力は０．３Ｐ
ａとした（実施例１）。そして形成されたＣＦ膜につい
てＴＤＳスペクトル（ＴｈｅｒｍａｌＤｉｓｏｒｐｔｉ
ｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分析
法）を測定した。
った実験例について説明する。図１に示すプラズマ処理
装置を用い、プラズマ生成用ガスとしてＡｒガス、成膜
ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス、Ｃ2 Ｈ4 ガス、ＳｉＨ4 ガス
を用いてＣＦ膜を成膜した。ここで前記ガスの流量は、
Ａｒガスは１５０ｓｃｃｍ、Ｃ4 Ｆ8 ガス、Ｃ2 Ｈ4ガ
ス、ＳｉＨ4 ガスは夫々６０ｓｃｃｍ、３０ｓｃｃｍ、
５ｓｃｃｍとした。またマイクロ波電力（高周波電源部
２４）及びバイアス電力（高周波電源部４２）は夫々２
７００Ｗ及び１５００Ｗとし、プロセス圧力は０．３Ｐ
ａとした（実施例１）。そして形成されたＣＦ膜につい
てＴＤＳスペクトル（ＴｈｅｒｍａｌＤｉｓｏｒｐｔｉ
ｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分析
法）を測定した。
【００２６】また成膜ガスとしてＳｉＨ4 ガスを添加し
ない場合についても同様にＣＦ膜を成膜し、ＴＤＳスペ
クトルを測定した。この場合、用いたガスの種類と流量
は、プラズマ生成用ガスとしてＡｒガス（１５０ｓｃｃ
ｍ）、成膜ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス（６０ｓｃｃｍ）、
Ｃ2 Ｈ4 ガス（３０ｓｃｃｍ）とした（比較例１）。
ない場合についても同様にＣＦ膜を成膜し、ＴＤＳスペ
クトルを測定した。この場合、用いたガスの種類と流量
は、プラズマ生成用ガスとしてＡｒガス（１５０ｓｃｃ
ｍ）、成膜ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス（６０ｓｃｃｍ）、
Ｃ2 Ｈ4 ガス（３０ｓｃｃｍ）とした（比較例１）。
【００２７】これらの結果を成膜ガスとしてＳｉＨ4 ガ
スを添加した場合（実施例１）を図２に、添加しない場
合（比較例１）を図３に夫々示すが、これらのスペクト
ルにはＣＦ膜を加熱したときにＣＦ膜から発散されるガ
スの量（脱ガス量）が示されている。またＴＤＳスペク
トル測定時の温度条件は図４に示した通りである。
スを添加した場合（実施例１）を図２に、添加しない場
合（比較例１）を図３に夫々示すが、これらのスペクト
ルにはＣＦ膜を加熱したときにＣＦ膜から発散されるガ
スの量（脱ガス量）が示されている。またＴＤＳスペク
トル測定時の温度条件は図４に示した通りである。
【００２８】図２〜図４から、いずれのＣＦ膜も４２５
℃（測定開始から４０分）付近で、Ｆガス、ＣＦガス、
ＣＦ2 ガス、ＣＦ3 ガス等のＦ系ガスの脱ガスが起こる
が、ＳｉＨ4 ガスを添加した場合には、添加しない場合
に比べてＦ系ガスのいずれのガスも脱ガス量が少なくな
り、成膜ガスにＳｉＨ4 ガスを添加するとＣＦ膜の熱安
定性が高められることが理解される。この際ＳｉＨ4 ガ
スを添加したＣＦ膜の誘電率を測定したところ２．４程
度であり、層間絶縁膜としての使用に問題ないことが認
められた。
℃（測定開始から４０分）付近で、Ｆガス、ＣＦガス、
ＣＦ2 ガス、ＣＦ3 ガス等のＦ系ガスの脱ガスが起こる
が、ＳｉＨ4 ガスを添加した場合には、添加しない場合
に比べてＦ系ガスのいずれのガスも脱ガス量が少なくな
り、成膜ガスにＳｉＨ4 ガスを添加するとＣＦ膜の熱安
定性が高められることが理解される。この際ＳｉＨ4 ガ
スを添加したＣＦ膜の誘電率を測定したところ２．４程
度であり、層間絶縁膜としての使用に問題ないことが認
められた。
【００２９】さらにガスの種類を変えて実験を行った。
つまりプラズマ生成用ガスとしてＡｒガス（１５０ｓｃ
ｃｍ）、成膜ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス（６０ｓｃｃ
ｍ）、Ｃ2 Ｈ4 ガス（３０ｓｃｃｍ）、ＳｉＦ4 ガス
（５ｓｃｃｍ）を用い、他の条件は上述の実施例１と同
様にしてＣＦ膜を成膜した（実施例２）。そして形成さ
れたＣＦ膜の重量変化をＴＧＡ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｇｒ
ａｖｉｍｅｔｒｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により測定し
た。この重量変化は薄膜の熱安定性の指標であり、この
値が小さい程Ｆ系ガスの抜けが少なく、熱安定性が高い
ことを示している。
つまりプラズマ生成用ガスとしてＡｒガス（１５０ｓｃ
ｃｍ）、成膜ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス（６０ｓｃｃ
ｍ）、Ｃ2 Ｈ4 ガス（３０ｓｃｃｍ）、ＳｉＦ4 ガス
（５ｓｃｃｍ）を用い、他の条件は上述の実施例１と同
様にしてＣＦ膜を成膜した（実施例２）。そして形成さ
れたＣＦ膜の重量変化をＴＧＡ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｇｒ
ａｖｉｍｅｔｒｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により測定し
た。この重量変化は薄膜の熱安定性の指標であり、この
値が小さい程Ｆ系ガスの抜けが少なく、熱安定性が高い
ことを示している。
【００３０】この際成膜ガスとしてＳｉＦ4 ガスを添加
しない場合についても同様にＣＦ膜を成膜し、ＴＧＡに
よる重量変化を測定した。この場合、用いたガスの種類
と流量は、プラズマ生成用ガスとしてＡｒガス（１５０
ｓｃｃｍ）、成膜ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス（６０ｓｃｃ
ｍ）、Ｃ2 Ｈ4 ガス（３０ｓｃｃｍ）とした（比較例
２）。
しない場合についても同様にＣＦ膜を成膜し、ＴＧＡに
よる重量変化を測定した。この場合、用いたガスの種類
と流量は、プラズマ生成用ガスとしてＡｒガス（１５０
ｓｃｃｍ）、成膜ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス（６０ｓｃｃ
ｍ）、Ｃ2 Ｈ4 ガス（３０ｓｃｃｍ）とした（比較例
２）。
【００３１】またプラズマ生成用ガスとしてＡｒガス
（１５０ｓｃｃｍ）、成膜ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス（６
０ｓｃｃｍ）、Ｈ2 ガス（３０ｓｃｃｍ）、ＳｉＨ4 ガ
ス（５ｓｃｃｍ）を用い、他の条件は上述の実施例１と
同様にしてＣＦ膜を成膜した場合（実施例３）、プラズ
マ生成用ガスとしてＡｒガス（１５０ｓｃｃｍ）、成膜
ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス（６０ｓｃｃｍ）、Ｈ2 ガス
（３０ｓｃｃｍ）を用い、他の条件は上述の実施例１と
同様にしてＣＦ膜を成膜した場合（比較例３）について
も同様にＣＦ膜を成膜し、ＴＧＡによる重量変化を測定
した。
（１５０ｓｃｃｍ）、成膜ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス（６
０ｓｃｃｍ）、Ｈ2 ガス（３０ｓｃｃｍ）、ＳｉＨ4 ガ
ス（５ｓｃｃｍ）を用い、他の条件は上述の実施例１と
同様にしてＣＦ膜を成膜した場合（実施例３）、プラズ
マ生成用ガスとしてＡｒガス（１５０ｓｃｃｍ）、成膜
ガスとしてＣ4 Ｆ8 ガス（６０ｓｃｃｍ）、Ｈ2 ガス
（３０ｓｃｃｍ）を用い、他の条件は上述の実施例１と
同様にしてＣＦ膜を成膜した場合（比較例３）について
も同様にＣＦ膜を成膜し、ＴＧＡによる重量変化を測定
した。
【００３２】この結果、実施例２，３及び比較例２，３
はいずれも、開始点の温度が４２３．９℃、実験開始か
ら２時間経過後の終了点の温度が４２４．９５℃、ＣＦ
膜の重量変化は、実施例２では１．０５％、比較例２で
は４．１０２％であり、実施例３では０．９８％、比較
例３では４．００８２％であった。これによりシリコン
系のガスであるＳｉＦ4 ガスやＳｉＨ4 ガスを添加した
場合には、添加しない場合に比べてＣＦ膜の重量変化が
小さく、Ｆ系ガスの抜けが少なくなって熱安定性が大き
くなることが認められた。また実施例３により成膜ガス
として炭化水素ガスの代わりに水素ガスを添加した場合
であってもシリコン系のガスの添加により熱安定性が高
められることが確認された。
はいずれも、開始点の温度が４２３．９℃、実験開始か
ら２時間経過後の終了点の温度が４２４．９５℃、ＣＦ
膜の重量変化は、実施例２では１．０５％、比較例２で
は４．１０２％であり、実施例３では０．９８％、比較
例３では４．００８２％であった。これによりシリコン
系のガスであるＳｉＦ4 ガスやＳｉＨ4 ガスを添加した
場合には、添加しない場合に比べてＣＦ膜の重量変化が
小さく、Ｆ系ガスの抜けが少なくなって熱安定性が大き
くなることが認められた。また実施例３により成膜ガス
として炭化水素ガスの代わりに水素ガスを添加した場合
であってもシリコン系のガスの添加により熱安定性が高
められることが確認された。
【００３３】以上において成膜ガスとして添加されるシ
リコン系のガスは、ＳｉＨ4 に限らず、Ｓｉ2 Ｈ 6ガス
等のシリコンと水素の化合物ガスや、ＳｉＦ4 ガスやＳ
ｉ2Ｆ4 ガス等のシリコンとフッ素の化合物ガス、ある
いはＳｉＨ2 Ｆ 6ガス等のシリコンと水素とフッ素の化
合物ガス等でもよい。ＣＦ系のガスとしては、ＣＦ4、
Ｃ2 Ｆ6 、Ｃ3 Ｆ8 等を用いることができるが、ＣＦ系
のガスの代わりにＣ、Ｆ、Ｈの化合物ガス例えばＣＨＦ
3 ガスを用いてもよい。炭化水素ガスとしては、Ｃ
Ｈ4 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｃ2 Ｈ6 、Ｃ3 Ｈ8 、Ｃ4 Ｈ8 等を用
いることができるが、炭化水素ガスの代わりに水素ガス
を用いてもよい。また成膜ガス中にＣとＦとＨとが含ま
れれば、成膜ガスを炭素とフッ素の化合物ガスと、シリ
コンを含むガスとの組み合わせにより構成してもよい。
リコン系のガスは、ＳｉＨ4 に限らず、Ｓｉ2 Ｈ 6ガス
等のシリコンと水素の化合物ガスや、ＳｉＦ4 ガスやＳ
ｉ2Ｆ4 ガス等のシリコンとフッ素の化合物ガス、ある
いはＳｉＨ2 Ｆ 6ガス等のシリコンと水素とフッ素の化
合物ガス等でもよい。ＣＦ系のガスとしては、ＣＦ4、
Ｃ2 Ｆ6 、Ｃ3 Ｆ8 等を用いることができるが、ＣＦ系
のガスの代わりにＣ、Ｆ、Ｈの化合物ガス例えばＣＨＦ
3 ガスを用いてもよい。炭化水素ガスとしては、Ｃ
Ｈ4 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｃ2 Ｈ6 、Ｃ3 Ｈ8 、Ｃ4 Ｈ8 等を用
いることができるが、炭化水素ガスの代わりに水素ガス
を用いてもよい。また成膜ガス中にＣとＦとＨとが含ま
れれば、成膜ガスを炭素とフッ素の化合物ガスと、シリ
コンを含むガスとの組み合わせにより構成してもよい。
【００３４】さらに本発明はＥＣＲによりプラズマを生
成することに限られず例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖ
ｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）などと呼ばれてい
る、ドーム状の容器に巻かれたコイルから電界及び磁界
を処理ガスに与える方法などによりプラズマを生成する
場合にも適用することができる。
成することに限られず例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖ
ｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）などと呼ばれてい
る、ドーム状の容器に巻かれたコイルから電界及び磁界
を処理ガスに与える方法などによりプラズマを生成する
場合にも適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、熱安定性
が大きく、Ｆ系のガスの脱離が小さいＣＦ膜を生成する
ことができる。従ってこのＣＦ膜を例えば半導体デバイ
スの層間絶縁膜に使用すれば、金属配線を腐食するおそ
れがなく、アルミニウム配線のうねりやクラックの発生
も防止できる。半導体デバイスの微細化、高速化が要請
されている中で、ＣＦ膜が比誘電率の小さい有効な絶縁
膜として注目されていることから、本発明はＣＦ膜の絶
縁膜としての実用化を図る上で有効な方法である。
が大きく、Ｆ系のガスの脱離が小さいＣＦ膜を生成する
ことができる。従ってこのＣＦ膜を例えば半導体デバイ
スの層間絶縁膜に使用すれば、金属配線を腐食するおそ
れがなく、アルミニウム配線のうねりやクラックの発生
も防止できる。半導体デバイスの微細化、高速化が要請
されている中で、ＣＦ膜が比誘電率の小さい有効な絶縁
膜として注目されていることから、本発明はＣＦ膜の絶
縁膜としての実用化を図る上で有効な方法である。
【図１】本発明方法を実施するためのプラズマ処理装置
の一例を示す縦断側面図である。
の一例を示す縦断側面図である。
【図２】成膜ガスとしてＳｉＨ4 ガスを添加した場合の
ＣＦ膜のＴＤＳスペクトルを示す特性図である。
ＣＦ膜のＴＤＳスペクトルを示す特性図である。
【図３】成膜ガスにＳｉＨ4 ガスを添加しない場合のＣ
Ｆ膜のＴＤＳスペクトルを示す特性図である。
Ｆ膜のＴＤＳスペクトルを示す特性図である。
【図４】ＴＤＳスペクトルの温度条件を示す特性図であ
る。
る。
【図５】従来のプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図６】半導体デバイスの構造の一例を示す構造図であ
る。
る。
２ 真空容器 ２１ 第１の真空室 ２２ 第２の真空室 ２４ 高周波電源部 ２５ 導波管 ２６、２７ 電磁コイル ２８ 排気管 ３１ ガスノズル ４ 載置台 １０ 半導体ウエハ ５ 成膜ガス供給部 ５１〜５３ ガス供給管
Claims (4)
- 【請求項１】 炭素とフッ素の化合物ガスと、シリコン
を含むガスとを含む成膜ガスをプラズマ化し、そのプラ
ズマにより被処理基板上にフッ素添加カ−ボン膜を成膜
することを特徴とするプラズマ成膜方法。 - 【請求項２】 炭素とフッ素の化合物ガスと、炭化水素
ガスと、シリコンを含むガスとを含む成膜ガスをプラズ
マ化し、そのプラズマにより被処理基板上にフッ素添加
カ−ボン膜を成膜することを特徴とするプラズマ成膜方
法。 - 【請求項３】 シリコンを含むガスは、シリコンと水素
の化合物ガスであることを特徴とする請求項１又は２記
載のプラズマ成膜方法。 - 【請求項４】 シリコンを含むガスは、シリコンとフッ
素の化合物ガスであることを特徴とする請求項１又は２
記載のプラズマ成膜方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9343999A JPH11162961A (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | プラズマ成膜方法 |
| PCT/JP1998/005218 WO1999027575A1 (fr) | 1997-11-20 | 1998-11-19 | Procede de formation d'un film par plasma |
| TW087119197A TW430882B (en) | 1997-11-20 | 1998-11-19 | Plasma film forming method |
| EP98954753A EP1033746A4 (en) | 1997-11-20 | 1998-11-19 | PLASMA DEPOSITION OF A FILM |
| KR10-2000-7005355A KR100477402B1 (ko) | 1997-11-20 | 1998-11-19 | 플라즈마 박막 증착 방법 |
| US09/573,412 US6770332B2 (en) | 1997-11-20 | 2000-05-18 | Method for forming film by plasma |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9343999A JPH11162961A (ja) | 1997-11-27 | 1997-11-27 | プラズマ成膜方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11162961A true JPH11162961A (ja) | 1999-06-18 |
Family
ID=18365882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9343999A Pending JPH11162961A (ja) | 1997-11-20 | 1997-11-27 | プラズマ成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11162961A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100465738B1 (ko) * | 2002-07-04 | 2005-01-13 | 한국과학기술연구원 | 다층 경질 탄소박막과 그 제조방법 |
-
1997
- 1997-11-27 JP JP9343999A patent/JPH11162961A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100465738B1 (ko) * | 2002-07-04 | 2005-01-13 | 한국과학기술연구원 | 다층 경질 탄소박막과 그 제조방법 |
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