JPH11233507A - プラズマ成膜方法 - Google Patents
プラズマ成膜方法Info
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- JPH11233507A JPH11233507A JP4888298A JP4888298A JPH11233507A JP H11233507 A JPH11233507 A JP H11233507A JP 4888298 A JP4888298 A JP 4888298A JP 4888298 A JP4888298 A JP 4888298A JP H11233507 A JPH11233507 A JP H11233507A
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Abstract
用いようとすると、W(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。 【解決手段】 ベンゼン環を有する化合物ガス例えばC
6 F6 ガスを成膜ガスとして用い、このガスをプラズマ
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。C6 F6 ガスの分解
生成物としてベンゼン環を有する化合物が存在するため
再結合物はC−C結合が強固であり、高温下でも結合が
切れにくく脱ガス量が少ない。
Description
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。
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。
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。
された回路部分の一部であり、11、12はCF膜、1
3、14はW(タングステン)よりなる導電層、15は
Al(アルミニウム)よりなる導電層、16は、P、B
をドープしたSiO2 膜、17はn形半導体領域であ
る。ところでW層13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11、12は
そのプロセス温度まで加熱される。しかしながらCF膜
は、このような高温に加熱されると一部の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。
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。
ものであり、その目的は、強固な結合を有し、分解しに
くい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。
法は、ベンゼン環を有する化合物のガスを含む成膜ガス
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−ボン膜よりなる絶縁膜を成膜することを特
徴とする。ベンゼン環を有する化合物は例えばCとFと
からなる化合物やCとFとHとからなる化合物、あるい
はCとHとからなる化合物を挙げることができ、CとH
とからなる化合物を用いる場合には、更にCとFとを含
む化合物からなるガスが添加される。
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。
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で導入し
て、またはTEモードにより案内されたマイクロ波を導
波管25でTMモードに変換して、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。
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
21内の上部にArガスをムラなく均等に供給し得るよ
うになっている。
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。
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51が設けられており、この成膜ガス供給部5
1は、例えばガス供給管52、53から例えば2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5
4から真空容器2内に供給できるように構成されてい
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。
ウエハW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W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Wを静電吸
着する。
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、プラズマガスノズル31から第1
の真空室21内へプラズマ発生用ガス例えばArガスを
導入すると共に成膜ガス供給部5から第2真空室22内
へ成膜ガスを所定の流量で導入する。
あり、この成膜ガスとしてベンゼン環を有する化合物
(芳香族化合物)のガス例えばC6 F6 (ヘキサフルオ
ロベンゼン)を用いる。なお成膜ガスとして例えばC6
F6 一種類を用いる場合には、ガス導入管52、53の
一方から成膜ガス供給部51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に例えば
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。
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内には電磁
コイル26、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る。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。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例えばC6 F6ガスを活性化
して活性種を形成し、ウエハW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C
F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。
な結合を有し、後述の実験結果からも分かるように熱的
安定性が大きい。その理由については、図2に示すよう
にベンゼン環はAとBの状態が共鳴していてC−C間の
結合が一重結合と二重結合の中間の状態にあるため安定
している。従ってCF膜中に存在するベンゼン環中のC
−C結合、及びベンゼン環中のCとその外のCとの結合
力が強く、CF、CF2 CF3 の脱離する量が少ないと
考えられる。
合物の例を図3及び図4に示す。
膜の熱的安定性の指標である高温下での重量変化を調べ
た。図5において61は真空容器、62はヒータ、63
は軽量天びん機構のビームに吊り下げられたるつぼ、6
4は重量測定部である。測定方法については、ウエハ上
のCF膜を削り落としてるつぼ63内に入れ、真空雰囲
気下でるつぼ63内の温度を425℃まで昇温させ、そ
のまま2時間加熱して重量測定部64で重量変化を調べ
た。上述の実施の形態で述べた成膜プロセスにおいて、
C6 F6 (ヘキサフルオロベンゼン)ガス及びArガス
の流量を夫々40sccm及び30sccm、ウエハW
の温度を400℃、プロセス圧力を0.06Paとし、
マイクロ波パワー(高周波電源部24の電力)及びバイ
アス電力(高周波電源部42の電力)を種々の値に設定
し、各条件で得られたCF膜について重量変化を調べ
た。結果は図6に示す通りである。なお重量変化とは、
熱を加える前のるつぼ内の薄膜の重量をA、熱を加えた
後のるつぼ内の薄膜の重量をBとすると{(A−B)/
A×100}で表わされる値である。
パワー1.0kw,バイアス電力1.5kwの条件で得
たCF膜について、高温下での質量分析を行った。この
測定は具体的には所定量の薄膜を真空容器内に置き、こ
の真空容器内を425℃に加熱して、真空容器に接続し
た質量分析計により行った。結果は図7に示す通りであ
る。同図において縦軸はスペクトルの強度に対する無次
元量であり、ピークのある部分が各ガスの脱離を示して
いる。また横軸は真空容器内の昇温を開始した後の時間
であり、室温から10℃/分の速度で昇温を行い、42
5℃に達した後30分間保持している。
8 (オクタフルオロトルエン)ガスを用い、C7F8 ガ
ス及びArガスの流量を夫々40sccm及び40sc
cmとし、プロセス圧力を0.07Pa、マイクロ波パ
ワーを1.0kw、バイアス電力を1.0kwとした他
は実施例1と同様にしてCF膜をウエハ上に成膜した。
このCF膜について実施例1と同様に重量変化を調べた
ところ、重量変化は1.9%であった。(図6参照) (実施例3)C6 F6 ガスの代わりにC4 F8 ガス及び
C7 H5 F3 (トリフルオロメチルベンゼン)ガスを用
い、C4 F8 ガス、C7 H5 F3 ガス及びArガスの流
量を夫々20sccm、20sccm及び30sccm
とし、プロセス圧力を0.07Pa、マイクロ波パワー
を1.0kw、バイアス電力を1.0kwとした他は実
施例1と同様にしてCF膜をウエハ上に成膜した。この
CF膜について実施例1と同様に重量変化を調べたとこ
ろ、重量変化は2.2%であった。(図6参照) (実施例4)C6 F6 ガスの代わりにC4 F8 ガス及び
C7 H8 (トルエン)ガスを用い、C4 F8 ガス、C7
H8 ガス及びArガスの流量を夫々40sccm、15
sccm及び150sccmとし、プロセス圧力を0.
15Pa、マイクロ波パワーを1.0kw、バイアス電
力を0.75kwとした他は実施例1と同様にしてCF
膜をウエハ上に成膜した。このCF膜について実施例1
と同様に重量変化を調べたところ重量変化は2.8%で
あった。(図6参照) (比較例)C6 F6 ガスの代わりにC4 F8 ガス及びC
2 H4 ガスを用い、C4 F8 ガス、C2 H4 ガス及びA
rガスの流量を夫々40sccm、30sccm及び1
50sccmとし、プロセス圧力を0.22Pa、マイ
クロ波パワーを2.0kw、バイアス電力を1.5kw
とした他は4.4%であった。(図6参照) 更にこのCF膜について実施例1と同様にして質量分析
を行った。結果は図8に示す通りである。
6 F6 ガスあるいはC7 F8 ガスを用いた場合には重量
変化は1%台になり熱的安定性が高くて脱ガスが少な
く、特にC6 F6 ガスを用いた場合には熱的安定性が極
めて高い。また図7及び図8を比較して分かるようにC
6 F6 ガスを用いた場合には、C4 F8 ガス及びC2 H
4 ガスを用いた場合に比べてCF、CF2 、CF3 、の
脱離量が少ない。これは既述のように芳香族化合物の原
料ガスを用いた場合にはC−C結合が切れにくいという
推測と合致している。
よりは優れているものの2%台と実施例1、2に比べて
大きい理由は、C7 F8 ガスやC7 H5 F3 ガスを単独
で用いるとFが不足するためC4 F8 ガスを加えてお
り、C4 F8 ガスの分解生成物に基づいて成膜される
分、ネットワーク構造が少なくなり、そのためC−C結
合が切れてCF、CF2 、CF3 となって脱離し、結果
としてC6 F6 ガスやC7F8 ガスを用いた場合に比べ
て重量変化が大きくなっているものと推測される。
6 (1.4−ビストリフロロメチルベンゼン)につい
て、これらの分解生成物を0.002Paの減圧化で気
化させ、質量分析計により分析したところ夫々図9〜図
11に示す結果が得られた。このことからベンゼン環を
有する成分が熱分解生成物として多く存在し、この結果
ネットワーク構造の安定したCF膜が生成されることが
推測できる。
することに限られず例えばICP(Inductive
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。
性が大きい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。
の一例を示す縦断側面図である。
様子を示す説明図である。
面図である。
明図である。
ったときの結果を示す特性図である。
ったときの結果を示す特性図である。
量分析結果を示す特性図である。
質量分析結果を示す特性図である。
解したときの質量分析結果を示す特性図である。
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】 ベンゼン環を有する化合物のガスを含む
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−ボン膜よりなる絶縁膜を成膜する
ことを特徴とするプラズマ成膜方法。 - 【請求項2】 ベンゼン環を有する化合物は、CとFと
からなる化合物であることを特徴とする請求項1記載の
プラズマ成膜方法。 - 【請求項3】 ベンゼン環を有する化合物はCとFとH
とからなる化合物であることを特徴とする請求項1記載
のプラズマ成膜方法
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KR10-2000-7005723A KR100382388B1 (ko) | 1997-11-27 | 1998-11-19 | 플라즈마 박막증착 방법 및 반도체 디바이스 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023074511A1 (ja) * | 2021-11-01 | 2023-05-04 | ダイキン工業株式会社 | エッチングガス及びそれを用いたエッチング方法 |
-
1998
- 1998-02-13 JP JP04888298A patent/JP4018793B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023074511A1 (ja) * | 2021-11-01 | 2023-05-04 | ダイキン工業株式会社 | エッチングガス及びそれを用いたエッチング方法 |
JP2023067527A (ja) * | 2021-11-01 | 2023-05-16 | ダイキン工業株式会社 | エッチングガス及びそれを用いたエッチング方法 |
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JP4018793B2 (ja) | 2007-12-05 |
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