KR101180551B1 - 반도체 장치의 제조방법, 반도체 장치용 절연막 및 그의 제조장치 - Google Patents

반도체 장치의 제조방법, 반도체 장치용 절연막 및 그의 제조장치 Download PDF

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데루히코 구마다
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다쿠야 가미야마
데츠야 야마모토
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
가부시키가이샤 닛폰 쇼쿠바이
미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

저유전율, 저리크전류, 고기계강도의 특성을 갖추고, 이러한 특성의 시간 경과에 따른 변화가 작고, 내수성을 갖춘 반도체 장치용 절연막 및 그의 제조장치, 상기 반도체 장치용 절연막을 이용한 반도체 장치의 제조방법을 제공한다. 그를 위해, 캐리어 가스와 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스를 함유하는 혼합 원료 가스를 챔버 내에 공급하고, 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하고, 챔버 내에 재치된 기판에 바이어스를 인가하고, 보라진 골격계 분자를 기본 단위로 하여 기상 중합하여, 챔버 내에 재치된 기판에 반도체 장치용 절연막으로서 성막하는 성막 공정과, 성막 공정 후, 기판에 인가하는 바이어스를 성막 공정에서의 바이어스와는 다른 크기로 하고, 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스만 점감하면서 공급하고, 캐리어 가스가 주가 되는 플라즈마로 상기 막을 처리하는 반응 촉진 공정을 갖는다.

Description

반도체 장치의 제조방법, 반도체 장치용 절연막 및 그의 제조장치{PROCESS FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR DEVICE, INSULATING FILM FOR SEMICONDUCTOR DEVICE, AND APPARATUS FOR PRODUCING THE INSULATING FILM}
본 발명은, 층간 절연막, 배리어 메탈층(barrier metal layer), 에치 스토퍼층(etch stopper layer), 패시베이션막(passivation layer), 하드 마스크(hard mask) 등에 사용되는 반도체 장치용 절연막을 갖는 반도체 장치의 제조방법, 상기 반도체 장치용 절연막 및 그의 제조장치에 관한 것이다.
최근, 정보 통신 사회의 발전에 따라 정보 처리량이 증대하고 있어, 그 신호 처리를 행하는 LSI(Large Scale Integrated circuit)의 고집적화, 고속화가 요구되고 있다. LSI의 고집적화, 고속화를 위해, 그의 미세화가 진행되고 있지만, 미세화에 따른 배선간의 절연층의 용량에 의한 손실이 문제가 되고 있어, 절연층의 저유전율화가 필요해지고 있다. 절연층으로는, 저유전율화에 더하여, LSI의 가공 프로세스 상, 높은 기계적 강도가 필요해지고 있다. 또한, 배선 재료를 알루미늄 합금으로부터 구리재로 변경함으로써 배선의 저저항화도 도모되고 있지만, 배선에 접촉하는 배리어막 등의 박막에는, 저유전율화는 물론, 금속, 특히 구리에 대한 확산 방지 기능도 필요해지고 있다.
전술한 과제에 근거하여, 차세대의 절연층 재료로서, 불소 함유 실리콘 산화막(SiOF), 다공질 실리콘 산화막, 불소 함유 폴리이미드막, 다공질 유기 도포막, SiC계 막 등 다양한 재료가 검토되고 있다.
그러나, SiOF로 층간 절연막을 형성하는 경우는, 종래의 것에 비해 층간 절연막의 유전율이 낮아지지만, 유전율이 3.2 내지 3.5 정도이고, 따라서 배선간의 용량 저감이나 배선의 신호 전파 지연의 방지 등이 충분히 도모되고 있지 않다.
또한, 유기 화합물 재료로 층간 절연막을 형성하는 경우는, 폴리이미드에 불소 원자를 도입한 막이나 아릴에터계 고분자로 유전율 2.7가 달성되고 있지만 아직도 불충분하다. 그리고, 파릴렌(parylene)의 증착막으로 유전율 2.4를 달성할 수 있지만, 내열성이 200 내지 300℃ 정도밖에 얻어지지 않기 때문에, 반도체 소자의 제조 프로세스에 제한을 가해 버린다.
또한, 다공질 SiO2 막에 있어서는, 유전율 2.0 내지 2.5의 값이 보고되어 있지만, 기공율이 높기 때문에 기계적 강도(CMP 연마 프로세스 내성)가 약하고, 또 기공 직경이 고르지 않다는 문제가 있다.
또한, 이러한 고분자 재료 및 다공질 SiO2 막은, 종래의 SiO2 층간 절연막보다도 열전도성이 뒤떨어지기 때문에, 배선 온도 상승에 의한 배선 수명 열화(electro-migration)가 우려되고 있다.
또한, 구리는 전계에 의해 이러한 절연막 중으로 확산하기 때문에, 구리 배 선을 적용하는 경우, 구리의 표면을 확산 방지막으로 피복해야 한다. 그 때문에, 구리 배선의 상면 및 측벽은 도전성 배리어 메탈을 피복하고, 상면은 절연성 질화 실리콘으로 피복하고 있지만, 이 질화 실리콘 막의 유전율은 7 정도이고, 배리어 메탈의 저항은 구리보다도 훨씬 높아, 그 결과, 배선 전체의 저항값이 증가하기 때문에, 반도체 장치의 고속화가 제한된다는 문제점이 있었다.
또, 저유전율 절연막을 이용하는 경우에는, 신뢰성 열화를 피하기 위해, 열전도가 양호한 종래의 산화 실리콘막을, 상하 배선을 접속하는 접속공(接續孔)의 계층(階層)에 이용하기 때문에, 배선 용량이 더 증가하게 된다. 이러한 배선 용량 증가는 신호 지연을 야기하여, 반도체 장치의 고속화가 제한된다는 문제점이 있었다.
이와 같이, 상기한 절연층 재료는, 낮은 유전율화, 높은 기계적 강도, 금속 확산 방지 기능 모두를 충분히 만족하는 수준의 것이 아니고, 또 내열성이 낮고, 열전도성이 낮은 등, 절연층으로 적용할 때에 해결해야 할 문제점이 많이 남아 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 제3508629호 공보
특허문헌 2: 일본 특허 제3778045호 공보
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
상기와 같은 문제점을 해결하는, 저유전율과 내열성을 갖는 재료로서, 무기 또는 유기 재료의 분자 중에 보라진 골격계 분자를 갖는 저유전율 재료가 특허문헌 1, 2에 기재되어 있다. 그러나, 상기 저유전율 재료는, 가수분해성을 갖고 있다는 점에서, 시간 경과에 따른 변화에 의해, 막의 팽창, 비유전율 및 리크 전류의 악화가 야기된다는 문제가 있어, 이러한 특성의 시간 경과에 따른 변화가 작고, 안정된 보라진 골격 구조막을 제작할 수 있는 기술이 요구되고 있었다. 또한, 보다 낮은 저유전율을 얻기 위해서는, 보라진 골격 구조막에 있어서, 보라진 골격끼리의 가교 반응이 충분히 행해질 필요가 있어, 가교 반응을 충분히 얻을 수 있는 기술이 요구되고 있었다.
본 발명은 상기 과제에 비추어 이루어진 것으로서, 저유전율, 저리크전류, 고기계강도의 특성을 갖추고, 이러한 특성의 시간 경과에 따른 변화가 작고, 내수성이 우수한 반도체 장치용 절연막 및 그의 제조장치, 상기 반도체 장치용 절연막을 이용한 반도체 장치의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 과제를 해결하는 제 1 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은,
캐리어 가스와 하기 화학식으로 표시되는 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스를 함유하는 혼합 가스를 챔버 내에 공급하고,
상기 챔버 내에 전자파를 입사하여, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하고,
상기 보라진 골격계 분자를 기본 단위로 하여 기상 중합하여, 챔버 내에 재치(載置)된 기판에 반도체 장치용 절연막으로서 성막하는 성막 공정과,
상기 성막 공정 후, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 반응 촉진 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
Figure 112009078068215-pct00001
상기 화학식 중의 R1 및 R2는, 수소 원자 또는 탄소수 5 이하의 알킬기, 알켄일기, 모노알킬아미노기 또는 다이알킬아미노기이며, 같거나 다를 수 있고, 단, R1 및 R2 모두가 수소 원자인 경우를 제외한다.
상기 과제를 해결하는 제 2 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은,
상기 제 1 발명에 기재된 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 캐리어 가스는, 헬륨, 아르곤, 질소, 수소, 산소, 암모니아, 메테인 중 적어도 1종류 이상의 가스로 구성되고, 상기 성막 공정과 상기 반응 촉진 공정에서 같거나 다를 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 3 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은,
상기 제 1 발명 또는 제 2 발명에 기재된 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 성막 공정에서는, 상기 기판에 바이어스를 인가하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 4 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은,
상기 제 3 발명에 기재된 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 성막 공정에서의 바이어스의 파워를 3180W/m2 이하로 하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 5 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은,
상기 제 1 발명 내지 제 4 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 반응 촉진 공정에서는, 상기 기판에 바이어스를 인가하고,
상기 원료 가스를 함유하지 않는 가스가 주가 되는 플라즈마로, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 6 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은,
상기 제 1 발명 내지 제 4 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 반응 촉진 공정에서는, 상기 기판에 바이어스를 인가하고,
상기 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스만 점감(漸減)하면서 공급하고,
상기 캐리어 가스가 주가 되는 플라즈마로, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 7 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은,
상기 제 5 발명 또는 제 6 발명에 기재된 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 반응 촉진 공정에서의 바이어스의 파워는 상기 성막 공정에서의 바이어스와는 다른 크기로 하고, 상기 파워와 인가 시간의 곱을 95550W/m2?초 이상으로 하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 8 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은,
상기 제 1 발명 내지 제 7 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 성막 공정 및 상기 반응 촉진 공정에서의 전자파의 파워를 1590W/m2 이상이고 127400W/m2 이하로 하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 9 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은,
상기 제 1 발명 내지 제 8 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 기판 근방의 전자 밀도가 플라즈마 중의 가장 높은 전자 밀도의 1/20 이하가 되는 높이 위치에 상기 기판을 배치하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 10 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은,
상기 제 1 발명 내지 제 4 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 반응 촉진 공정에서는, 열처리에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 11 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은,
상기 제 1 발명 내지 제 4 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 반응 촉진 공정에서는, 자외선 조사 처리에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 12 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은,
상기 제 1 발명 내지 제 4 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 반응 촉진 공정에서는, 전자선 조사 처리에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 13 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은,
상기 제 1 발명 내지 제 4 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
상기 반응 촉진 공정에서는, 이온 조사 처리에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 14 발명에 따른 반도체 장치 제조장치는,
캐리어 가스와 하기 화학식으로 표시되는 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스를 함유하는 혼합 가스를 챔버 내에 공급하는 가스 공급 수단,
상기 챔버 내에 전자파를 입사하여, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성 수단,
보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 촉진 수단, 및
상기 가스 공급 수단, 상기 플라즈마 발생 수단, 상기 촉진 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
상기 제어 수단은,
상기 가스 공급 수단에 의해, 상기 혼합 가스를 상기 챔버 내에 공급하고,
상기 플라즈마 생성 수단에 의해, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하고,
상기 보라진 골격계 분자를 기본 단위로 하여 기상 중합하여, 상기 챔버 내에 재치된 기판에 반도체 장치용 절연막으로서 성막하는 성막 공정을 실시하며,
상기 성막 공정 후, 상기 촉진 수단에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 반응 촉진 공정을 실시하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure 112009078068215-pct00002
상기 화학식 중의 R1 및 R2는, 수소 원자 또는 탄소수 5 이하의 알킬기, 알 켄일기, 모노알킬아미노기 또는 다이알킬아미노기이며, 같거나 다를 수 있고, 단, R1 및 R2 모두가 수소 원자인 경우를 제외한다.
상기 과제를 해결하는 제 15 발명에 따른 반도체 장치 제조장치는,
상기 제 14 발명에 기재된 반도체 장치 제조장치에 있어서,
상기 캐리어 가스는, 헬륨, 아르곤, 질소, 수소, 산소, 암모니아, 메테인 중 적어도 1종류 이상의 가스로 구성되고, 상기 성막 공정과 상기 반응 촉진 공정에서 같거나 다를 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 16 발명에 따른 반도체 장치 제조장치는,
상기 제 14 발명 또는 제 15 발명에 기재된 반도체 장치 제조장치에 있어서,
상기 기판에 바이어스를 인가하는 바이어스 인가 수단을 설치하고,
상기 제어 수단은, 상기 성막 공정에서, 상기 바이어스 인가 수단에 의해, 상기 기판에 바이어스를 인가하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 17 발명에 따른 반도체 장치 제조장치는,
상기 제 16 발명에 기재된 반도체 장치 제조장치에 있어서,
상기 바이어스 인가 수단은, 상기 성막 공정에서의 바이어스의 파워를 3180W/m2 이하로 하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 18 발명에 따른 반도체 장치 제조장치는,
상기 제 14 발명 내지 제 17 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치 제조장치에 있어서,
상기 반응 촉진 공정에서의 상기 촉진 수단으로서,
상기 제어 수단은, 상기 바이어스 인가 수단에 의해, 상기 기판에 바이어스를 인가하고,
상기 가스 공급 수단 및 상기 플라즈마 생성 수단에 의해, 상기 원료 가스를 함유하지 않는 가스가 주가 되는 플라즈마를 생성하며,
상기 플라즈마로, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 19 발명에 따른 반도체 장치 제조장치는,
상기 제 14 발명 내지 제 17 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치 제조장치에 있어서,
상기 반응 촉진 공정에서의 상기 촉진 수단으로서,
상기 제어 수단은, 상기 바이어스 인가 수단에 의해, 상기 기판에 바이어스를 인가하고,
상기 가스 공급 수단에 의해, 상기 보라진 골격계 분자를 기화한 원료 가스의 공급만 점감하고,
상기 플라즈마 생성 수단에 의해 상기 캐리어 가스가 주가 되는 플라즈마를 생성하며,
상기 플라즈마로, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 20 발명에 따른 반도체 장치 제조장치는,
상기 제 18 발명 또는 제 19 발명에 기재된 반도체 장치 제조장치에 있어서,
상기 바이어스 인가 수단은, 상기 반응 촉진 공정에서의 바이어스의 파워를 상기 성막 공정에서의 바이어스와는 다른 크기로 하고, 상기 파워와 인가 시간의 곱을 95550W/m2?초 이상으로 하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 21 발명에 따른 반도체 장치 제조장치는,
상기 제 14 발명 내지 제 20 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치 제조장치에 있어서,
상기 플라즈마 생성 수단은, 상기 성막 공정 및 상기 반응 촉진 공정에서의 전자파의 파워를 1590W/m2 이상이고 127400W/m2 이하로 하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 22 발명에 따른 반도체 장치 제조장치는,
상기 제 14 발명 내지 제 21 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치 제조장치에 있어서,
상기 기판의 높이 위치를 변경하는 승강 수단을 설치하고,
상기 승강 수단은, 상기 기판 근방의 전자 밀도가 플라즈마 중의 가장 높은 전자 밀도의 1/20 이하가 되는 높이 위치에 상기 기판을 배치하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 23 발명에 따른 반도체 장치 제조장치는,
상기 제 14 발명 내지 제 17 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치 제조장치에 있어서,
상기 촉진 수단으로서, 상기 기판에 열처리를 행하는 열처리 수단을 설치하고,
상기 반응 촉진 공정에서는, 상기 열처리 수단에 의한 열처리에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 24 발명에 따른 반도체 장치 제조장치는,
상기 제 14 발명 내지 제 17 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치 제조장치에 있어서,
상기 촉진 수단으로서, 상기 기판에 자외선을 조사하는 자외선 조사 수단을 설치하고,
상기 반응 촉진 공정에서는, 상기 자외선 조사 수단에 의한 자외선 조사에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 25 발명에 따른 반도체 장치 제조장치는,
상기 제 14 발명 내지 제 17 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치 제조장치에 있어서,
상기 촉진 수단으로서, 상기 기판에 전자선을 조사하는 전자선 조사 수단을 설치하고,
상기 반응 촉진 공정에서는, 상기 전자선 조사 수단에 의한 전자선 조사에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 26 발명에 따른 반도체 장치 제조장치는,
상기 제 14 발명 내지 제 17 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치 제조장치에 있어서,
상기 촉진 수단으로서, 상기 기판에 이온을 조사하는 이온 조사 수단을 설치하고,
상기 반응 촉진 공정에서는, 상기 이온 조사 수단에 의한 이온 조사에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 27 발명에 따른 반도체 장치용 절연막은,
보라진 골격계 구조를 갖고,
상기 보라진 골격계 구조의 적외 흡수 측정에 있어서, 상기 측정에 있어서의 파수 1200 내지 1600cm-1에서의 흡수 피크 강도 A와 파수 3000 내지 3600cm-1에서의 흡수 피크 강도 B와의 비[B/A]가 0.5 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 28 발명에 따른 반도체 장치용 절연막은,
보라진 골격계 구조를 갖고,
Kr 레이저를 광원으로 하는 여기 파장 413nm에서의 상기 보라진 골격계 구조의 레이저 라만 분광 측정에 있어서, 상기 측정에 있어서의 파수 1100 내지 1400cm-1의 스펙트럼 피크 정점의 강도를 D라고 하고, 파수 1400 내지 1700cm-1의 스펙트럼 피크 정점의 강도를 G라고 할 때, 비[D/(D+G)]가 0.4 이상 0.6 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 29 발명에 따른 반도체 장치용 절연막은,
보라진 골격계 구조를 갖고,
상기 보라진 골격계 구조의 X선 광전자 분광 측정에 있어서, 막 내부의 붕소 원자, 질소 원자, 탄소 원자의 스펙트럼 피크 정점의 위치가 각각 189.0eV 내지 191.0eV, 397.0eV 내지 399.0eV, 283.0eV 내지 285.5eV이며, 또한 막 내부의 구성 원소 중 산소 원자의 비율이 10% 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 30 발명에 따른 반도체 장치용 절연막은,
상기 제 27 발명 내지 제 29 발명 중 어느 하나의 발명에 기재된 반도체 장치용 절연막에 있어서,
상기 반도체 장치용 절연막의 유전율의 변화가, 온도 25℃, 습도 50%Rh의 환경 하에서 0.1 이하인 것을 특징으로 한다.
발명의 효과
제 1 발명 내지 제 26 발명에 의하면, 저유전율, 저리크전류, 고기계강도의 특성을 갖추고, 이러한 특성의 시간 경과에 따른 변화가 작은 반도체 장치용 절연막을 제조할 수 있다.
제 27 발명 내지 제 30 발명에 의하면, 저유전율, 저리크전류, 고기계강도의 특성을 갖추고, 이러한 특성의 시간 경과에 따른 변화가 작은 반도체 장치용 절연막으로 할 수 있고, 이러한 특성을 갖는 반도체 장치용 절연막을 반도체 장치에 적 용함으로써, 반도체 장치의 고집적화, 고속화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 장치 제조장치를 설명하는 투시 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 기판상 높이 위치에 대한 플라즈마의 전자 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 2에 나타내는 반응 촉진 프로세스에 있어서의 [LF 파워×인가 시간]과 O 조성비와의 상관을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막을 적외선 흡수 측정을 이용하여 평가한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막을 레이저 라만 분광 측정을 이용하여 평가한 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막을 XPS 측정을 이용하여 평가한 그래프로서, (a)는 적정한 성막 상태, (b)는 부적정인 성막 상태를 나타내는 것이다.
<부호의 설명>
1: 플라즈마 CVD 장치 2: 진공 챔버
3: 천장판 4: 고주파 안테나
5: 정합기 6: 고주파 전원
7: 지지대 8: 기판
9: 승강 장치 10: 플라즈마
11: 전극 12: 정합기
13: 저주파 전원 14: 가스 노즐
15: 가스 제어 장치 16: 주제어 장치
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명은, 저유전율, 저리크전류, 고기계강도의 특성을 갖춘 반도체 장치용 절연막을 실현하는 것에 더하여, 추가로 프로세스를 연구함으로써 저유전율, 저리크전류, 고기계강도 특성의 시간 경과에 따른 변화가 작은 반도체 장치용 절연막을 실현하는 것이다.
또한 구체적으로는, 후술하는 화학식 1로 나타내는 보라진 골격계 분자를 원료로 하여, 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, 반도체 장치용 절연막인 보라진 골격 구조막을 성막하는 것이고, 그 특성으로서, 저유전율화(비유전율 3.5 이하), 저리크전류화(리크 전류 5E-8A/cm2@2MV/cm 이하), 고기계강도(영율 10GPa 이상)를 실현함과 동시에, 특성의 안정성으로서, 비유전율의 안정성(비유전율의 시간 경과에 따른 변화 0.1 이하)을 실현하는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막 및 그의 제조장치, 상기 반도체 장치용 절연막을 이용한 반도체 장치의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 장치 제조장치를 설명하는 투시 측면도이다.
한편, 도 1에서는, 일례로서, TCP(Transfer Coupled Plasma)형의 플라즈마 CVD 장치(1)을 나타내고 있지만, ICP(Inductively Coupled Plasma)형 등, 다른 플라즈마 CVD 장치에 있어서도, 후술하는 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은 실시 가능하다. 단, 후술하는 (Bld)기판 위치를 제어하는 경우에는, 평행 평판형의 플라즈마 CVD 장치에서의 실시는 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막의 플라즈마 CVD 장치(1)는, 원통상의 진공 챔버(2)의 내부가 성막실로서 구성되는 것으로서, 진공 챔버(2)의 상부 개구부에는 세라믹제의 원판상 천장판(3)이 개구부를 막도록 배설되어 있다.
또, 천장판(3)의 상부에는, 예를 들면, 복수의 원형 고리로 이루어지는 고주파 안테나(4)가 배치되어 있고, 고주파 안테나(4)에는 정합기(5)를 통해 고주파 전원(6)이 접속되어 있다(플라즈마 발생 수단). 이 고주파 전원(6)은, 후술하는 저주파 전원(13)보다 높은 발진 주파수(예를 들면, 13.56MHz)를 고주파 안테나(4)에 급전 가능하게 되어 있어, 진공 챔버(2) 내에서 플라즈마를 생성하는 전자파를 천장판(3)을 투과하여 입사할 수 있다.
또, 진공 챔버(2)의 하부에는 지지대(7)가 구비되어 있고, 예를 들면, 정전척 등에 의해 반도체 등의 기판(8)이 지지대(7)의 상면에 정전기적으로 흡착 유지되도록 하고 있다. 이 지지대(7)는, 승강 장치(9)(승강 수단)에 의해, 그 위치가 상하로 승강 가능하게 되어 있고, 성막시에 진공 챔버(2) 내에 발생하는 플라즈마(10)와 기판(8)과의 거리를 조정할 수 있도록 되어 있다. 또, 지지대(7)에는, 전극부(11)가 설치되어 있고, 전극부(11)에는 정합기(12)를 통해 저주파 전원(13)이 접속되어 있다(바이어스 인가 수단). 저주파 전원(13)은, 고주파 전원(6)보다 낮은 발진 주파수(예를 들면, 4MHz)를 전극부(11)에 인가하여, 기판(8)에 바이어스를 인가할 수 있도록 되어 있다. 또, 지지대(7)에는, 기판(8)의 온도를 제어하는 온도 제어 장치(히터, 냉매 유로 등; 도시 생략)가 설치되어 있고, 온도 제어 장치에 의해 기판(8)을 원하는 온도(예를 들면, 100 내지 500℃)로 설정 가능하게 되어 있다.
또, 진공 챔버(2)의 측벽 부분에는, 천장판(3)보다 낮고 지지대(7)보다 높은 위치에 복수의 가스 노즐(14)이 설치되어 있고, 가스 제어 장치(15)에 의해 제어함으로써, 가스 노즐(14)로부터 진공 챔버(2) 내부로 원하는 유량의 가스를 공급할 수 있다(가스 공급 수단). 공급되는 가스로는, 하기 화학식 1로 나타내는 보라진 골격계 분자 및 캐리어 가스가 사용된다. 보라진 골격계 분자는, 상온 상압 하에서 액체이기 때문에, 기화한 후, 불활성 가스를 캐리어 가스로서 이용하여, 진공 챔버(2)로 공급된다. 또, 캐리어 가스로는, 헬륨, 아르곤 등의 희가스(rare gas)나 질소가 일반적으로 사용되지만, 이들의 혼합 가스나, 필요에 따라, 수소, 산소, 암모니아, 메테인 등을 첨가한 혼합 가스를 사용할 수도 있다.
한편, 보라진 골격계 분자로는, 이하의 화학식을 갖는 것이 해당한다.
[화학식 1]
Figure 112009078068215-pct00003
여기서, 상기 화학식 1 중의 R1 및 R2는, 수소 원자 또는 탄소수 5 이하의 알킬기, 알켄일기, 모노알킬아미노기 또는 다이알킬아미노기이며, 같거나 다를 수 있고, 단, R1 및 R2의 모두가 수소 원자인 경우를 제외한다.
또, 진공 챔버(2)에는, 압력 제어 장치(진공 펌프 등; 도시 생략)가 접속되어 있고, 압력 제어 장치에 의해 진공 챔버(2) 내부의 압력을 원하는 압력으로 조정할 수 있다.
그리고, 상기 고주파 전원(6), 승강 장치(9), 저주파 전원(13), 가스 제어 장치(15), 온도 제어 장치, 압력 제어 장치 등은, 주제어 장치(16)(제어 수단)에 의해 통합적으로 제어되고 있고, 미리 설정한 원하는 프로세스 공정, 프로세스 조건에 따라 제어되고 있다.
다음으로, 플라즈마 CVD 장치(1)에서 실시하는 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
<A. 프로세스 공정>
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은, 성막 프로세스, 반응 촉진 프로세스의 2단계 프로세스 공정으로 구성된다.
(A1) 성막 프로세스
성막 프로세스는, 보라진 골격계 분자 원료의 보라진 골격 구조(6원환 구조)를 깨뜨리지 않고, 보라진 골격계 분자의 측쇄기의 R1 및 R2를 해리하여, 각 분자끼리를 기상 중합하기 위한 프로세스이며, 그를 위해, 저주파 전원(13)으로부터 인가되는 전력 LF1을, 반응 촉진 프로세스에 있어서의 전력 LF2보다 작게 하고 있다. 또, 고주파 전원(6)으로부터 인가되는 전력 RF는, 그의 플라즈마를 안정화시키기 위해, 프로세스 당초는, 불활성 가스만으로 플라즈마 상태를 형성하고, 안정화 한 후, 저주파 전원(13)으로부터 전력 LF1을 인가하는 동시에, 보라진 골격계 분자 및 불활성 가스를 원하는 유량까지 점증(漸增)해 간다. 이 때, 보라진 골격계 분자는, 그의 골격이 깨지지 않고 기상 중합되어, 기판(8)에 성막되어 간다. 이 프로세스에 의해, 보라진 골격 구조를 갖는 박막이 성막되어, 보라진 골격 구조막의 기본적 특성, 구체적으로는, 저유전율화, 저리크전류, 고기계강도의 특성이 확립된다. 그리고, 소정 시간의 성막 프로세스가 종료하면, 반응 촉진 프로세스로 이행한다.
(A2) 반응 촉진 프로세스
반응 촉진 프로세스는, 기판(8)에 성막된 박막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하기 위한 프로세스로서, 플라즈마 처리, 열처리, 자외선 조사 처리, 전자선 조사 처리, 이온 조사 처리 등이 유효하다.
기판(8)에 성막된 박막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응의 촉진 수단으로서, 플라즈마 처리를 행하는 경우에는, 상기 플라즈마 CVD 장치(1)에 있어서, 저주파 전원(13)으로부터 인가되는 전력 LF2를, 성막 프로세스에 있어서의 전력 LF1보다 크게 하고 있다. 또, 성막은 불필요해지기 때문에, 보라진 골격계 분자를 점감해가고, 주로 캐리어 가스의 플라즈마를 이용하여 성막된 박막의 처리를 행하고 있다. 이 때, 반응 촉진 프로세스에서 사용하는 캐리어 가스는, 박막 자체와의 반응을 없애기 위해, 희가스(He, Ar 등)이나 N2 등의 가스가 특히 바람직하다.
한편, 열처리를 행하는 경우에는, 가교 반응의 촉진 수단으로서, 기판(8)을 가열하는 열처리 수단을 플라즈마 CVD 장치(1)에 설치하고, 박막 자체와의 반응이 없는 가스 중에서 100℃ 이상 500℃ 이하의 온도로 열처리를 행하는 것에 의해, 기판(8)에 성막된 박막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응 촉진 효과를 발생시킨다. 열처리 수단으로서는, 예를 들면 지지대(7)에 설치된 온도 제어 장치를 이용하도록 해도 된다.
또, 자외선 조사 처리를 행하는 경우에는, 가교 반응의 촉진 수단으로서, 기판(8)에 자외선을 조사하는 자외선 조사 수단을 플라즈마 CVD 장치(1)에 설치하고, 박막 자체와의 반응이 없는 가스 중에서 400nm 이하의 파장의 자외선을 조사함으로써, 기판(8)에 성막된 박막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응 촉진 효과를 발생시킨다.
또, 전자선 조사 처리를 행하는 경우에는, 가교 반응의 촉진 수단으로서, 기판(8)에 전자선을 조사하는 전자선 조사 수단을 플라즈마 CVD 장치(1)에 설치하고, 박막 자체와의 반응이 없는 가스 중에서 전자선을 조사함으로써, 기판(8)에 성막된 박막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응 촉진 효과를 발생시킨다.
또, 이온 조사 처리를 행하는 경우에는, 가교 반응의 촉진 수단으로서, 기판(8)에 이온을 조사하는 이온 조사 수단을 플라즈마 CVD 장치(1)에 설치하고, 박막 자체와의 반응이 없는 가스 중에서 이온을 조사함으로써, 기판(8)에 성막된 박막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응 촉진 효과를 발생시킨다.
이 반응 촉진 프로세스는, 성막 프로세스에서 형성된 보라진 골격 구조의 박막 중에 잔존하는 반응 활성기를 축합시키는 것에 의해 가교 반응을 촉진하는 동시에, B-H 결합을 제거하고 있다. 따라서, 가교 반응의 촉진에 의해, 추가로 저유전율화가 촉진되는 동시에, 수분과의 반응의 활성점으로 되는 B-H 결합의 제거에 의해 시간 경과에 따른 변화가 억제되어 안정성이 향상된다. 또, 가교 반응의 촉진에 의해, 추가로 고기계강도가 도모되어(기계적 강도 영율 10GPa 이상), 그 결과, 내약품성의 향상, 가공성의 향상, CMP(Chemical Mechanical Polish) 내성이 향상된다. 한편, 내열화를 달성할 수 있는 것은, 유기계 고분자 재료와 비교하여 내열성이 우수한 무기 고분자계 재료를 이용하고 있기 때문이다.
특히, 반응 촉진 프로세스에 의한 효과는 현저한 것이어서, 성막 프로세스의 조건이 동일하더라도, 반응 촉진 프로세스가 없는 경우에는, 유전율이 그의 초기값으로부터 일시(日時)와 함께 크게 증대되어, 7일 경과 후에는 유전율이 초기값의 약 1.4배로 증가되고 있는데 비해, 반응 촉진 프로세스가 있는 경우에는, 2주간이 지나도 유전율이 그의 초기값과 거의 다르지 않아, 시간 경과에 따른 변화를 억제할 수 있음을 알 수 있다. 한편, 이 비유전율의 안정성의 확인은, 온도 25℃, 습도 50%Rh의 환경 하에 방치하여 평가하고 있다.
<B. 프로세스 조건>
계속해서, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법에 있어서, 바람직한 프로세스 조건에 대하여 설명한다. 여기서는, 전술한 (A1) 성막 프로세스, (A2) 반응 촉진 프로세스의 각각의 프로세스 공정에 대해 바람직한 프로세스 조건에 관하여 설명한다.
본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막은, 적어도, 저유전율화, 저리크전류, 고기계강도 및 안정성 등의 특성을 실현하는 것이다. 따라서, 저유전율화, 저리크전류, 고기계강도 및 안정성 등의 관점에서, 바람직한 프로세스 조건을 규정했다. 구체적으로는, 저유전율화로는 비유전율이 3.5 이하일 것, 저리크전류로는 리크 전류가 5E-8A/cm2@2MV/cm 이하일 것, 또 특성의 안정성으로는 비유전율 변화 0.1 이하일 것을 조건으로 하여, 적합한 프로세스 조건을 규정했다. 이하, 프로세스 공정마다 또한 프로세스 조건마다 바람직한 조건을 나타낸다.
(B1) 성막 프로세스
성막 프로세스는, 본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막의 기본적 특성에 관계되는 프로세스로서, 비유전율이 3.5 이하일 것, 저리크전류로는 리크 전류가 5E-8A/cm2@2MV/cm 이하일 것을 조건으로 하여, 바람직한 프로세스 조건을 각각 규정했다.
(B1a) LF 파워
성막 프로세스에 있어서는, 전술한 것처럼, 보라진 골격 구조를 깨지 않고, 보라진 골격계 분자의 측쇄기의 R1 및 R2를 해리하여, 각 분자끼리를 기상 중합하는 것이 중요하다. 그래서, LF 파워와 비유전율 및 리크 전류와의 상관을 확인하면, 비유전율은 LF 파워의 증가에 따라 조금씩 증가하는 경향이 있다. 리크 전류도 LF 파워의 증가에 따라 증가하는 경향이 있지만, LF 파워가 3180W/m2보다 커지면 5E-8A/cm2@2MV/cm보다 커졌다. 이것은, LF 파워가 너무 높아지면, 보라진 골격 구조가 파괴되는 확률이 높아지고, 그 결과, 기상 중합된 보라진 골격계 분자의 흑연화가 진행되어, 비유전율이나 특히 리크 전류의 특성에 악영향을 미치게 한 것으로 생각된다. 따라서, 성막 프로세스에 있어서의 LF 파워는, 단위면적당 파워로 환산하면, 3180W/m2 이하인 것이 바람직하다.
(B1b) 기판 온도
다음으로, 기판 온도와 비유전율 및 리크 전류와의 상관을 확인하면, 비유전율은 온도의 증가에 따라 증가하고, 300℃를 초과하면 포화되어 일정한 값이 되는 경향이 있어, 어떠한 온도에서도 3.5 이하였다. 또, 리크 전류는 온도의 증가에 관계하지 않고 일정한 값이 되는 경향이 있어, 어떠한 온도에서도 5E-8A/cm2@2MV/cm 이하였다. 이러한 점에서, 비유전율 및 리크 전류는 기판 온도에 좌우되지 않음을 알 수 있다. 따라서, 성막 프로세스에 있어서의 기판 온도는, 원료 가스의 기화 온도를 하한, 진공 챔버(2) 내부에 사용되는 재료의 내열 온도를 상한으로 하면 되고, 예를 들면 150℃ 내지 450℃ 이하로 하면 된다. 한편, 기판 온도의 조건은, 하기 반응 촉진 프로세스에서는 같은 조건이어도 되고 달라도 된다.
(B1c) RF 파워
다음으로, RF 파워와 비유전율 및 리크 전류와의 상관을 확인하면, 비유전율은 RF 파워의 증가에 따라 증가하는 경향이 있어, RF 파워가 127400W/m2를 초과하면 3.5보다 커졌다. 또, 리크 전류도 RF 파워의 증가에 따라 증가하는 경향이 있지만, 어떠한 RF 파워에서도 5E-8A/cm2@2MV/cm 이하였다. 이것은, LF 파워와 마찬가지로, RF 파워가 너무 높아지면, 보라진 골격 구조가 파괴되는 확률이 높아지고, 그 결과, 기상 중합된 보라진 골격계 분자의 흑연화가 진행되어, 리크 전류나 특히 비유전율의 특성에 악영향을 미치게 한 것으로 생각된다. 따라서, 성막 프로세스에 있어서의 RF 파워는, 127400W/m2 이하인 것이 바람직하다. 또, RF 파워의 하한측은, RF 파워가 낮을수록 비유전율 및 리크 전류는 좋아지는 경향이 있지만, 플라즈마를 안정적으로 점화하는 것을 고려하면, 하한값으로서 1590W/m2 이상인 것이 바람직하다. 이와 같이, 성막 프로세스에 있어서의 RF 파워는, 단위면적당 파워로 환산하면 1590W/m2 이상이고 127400W/m2 이하인 것이 바람직하다. 한편, RF 파워의 조건은, 하기 반응 촉진 프로세스에서는 같은 조건이어도 되고 달라도 된다.
(B1d) 기판 위치
한편, 기판(8)의 높이 위치로는, 플라즈마(10) 중의 가장 높은 전자 밀도에 대해, 기판(8) 근방의 전자 밀도가 1/20 이하가 되는 위치로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 1에 나타낸 플라즈마 CVD 장치(1)에 있어서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 플라즈마(10) 중의 전자 밀도가 가장 높은 위치(플라즈마 밀도 중심)로부터 10cm 이상 떨어진 위치에 기판(8)을 배치하면, 전자 밀도가 1/20 이하가 된다. 따라서, 승강 장치(9)를 이용하여, 전자 밀도가 1/20 이하가 되는 위치로 기판(8)(지지대(7))의 높이 위치를 조정한다. 이와 같이, 기판(8)의 높이 위치를 조정함으로써, 플라즈마(10)에 의한 영향을 저감하여, 예를 들면 300℃ 이하의 저온 성막을 실시하는 것이 가능해진다. 또, 지지대(7)의 위치가 고정되어 있는 경우에는, 고주파 안테나(4)(천장판(3))의 높이 위치를 조정하여, 플라즈마(10) 중의 가장 높은 전자 밀도에 대해, 기판(8) 근방의 전자 밀도가 1/20 이하가 되도록 할 수도 있다. 한편, 기판 위치의 조건은, 하기 반응 촉진 프로세스에서도 같은 조건을 이용하고 있다.
(B2) 반응 촉진 프로세스
반응 촉진 프로세스는, 본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막의 특성의 안정성에 관계되는 프로세스이며, 비유전율의 안정성이 비유전율 변화 0.1 이하인 것을 조건으로 하여, 바람직한 프로세스 조건을 각각 규정했다. 한편, 여기서는 일례로서, 플라즈마 처리를 이용한 경우의 프로세스 조건을 나타낸다.
(B2a) LF 파워×시간
반응 촉진 프로세스에 있어서는, 전술한 것처럼, 성막 프로세스에서 기상 중합된 보라진 골격 구조의 박막 중에 포함되는 반응 활성 잔기 사이에서 중합을 진행시켜, 가교 반응을 촉진하는 것이 중요하다. 그래서, XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy; X선 광전자 분광)를 이용하여, [LF 파워×인가 시간]과 박막 중의 O(산소) 조성비와의 상관을 확인하면, 도 4에 나타내는 바와 같은 결과가 얻어졌다. 한편, XPS에 의한 O 조성비의 측정은, 시간 경과에 따른 변화의 정도를 재는 지표로서 이용되고 있다. 또, 여기서는 막 표면으로부터 깊이 25Å 이상의 막 내부에서의 O 조성비를 측정하고 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 막 중의 O 조성비는 [LF 파워×인가 시간]의 증가에 따라 급격히 감소되어, 95550W/m2?초를 초과하면 대략 일정한 수준(약 3atm.%)까지 저감하는 경향이 있었다. 이제까지의 지견으로부터, 막 중의 산소량이 많으면 흡습하기 쉬워지고, 그 결과, 특성이 시간 경과에 따른 변화를 일으키는 것을 알 수 있고, 막 중의 O 조성비를 10atm.% 이하로 억제하면, 시간 경과에 따른 변화를 억제할 수 있음을 알 수 있다. 또, 백그라운드를 측정하면 약 3atm.% 정도의 O 조성비를 검출하는 점에서, 측정된 O 조성비가 약 3atm.%인 것은, 막 중의 O 조성비가 실질적으로는 약 0이라고 추정된다. 이러한 점으로부터, 반응 촉진 프로세스를 적용함으로써 박막 특성의 안정성에 현저히 기여하는 것을 알 수 있다. 따라서, 반응 촉진 프로세스에 있어서의 [LF 파워×인가 시간]은 95550W/m2?초 이상인 것이 바람직하다.
(B2b) LF 파워
또, LF 파워와 박막 특성의 안정성(비유전율의 시간 경과에 따른 변화)과의 상관을 확인하기 위해, LF 파워가 1590W/m2인 경우, 3180W/m2인 경우, 15900W/m2인 경우의 유전율의 시간 경과에 따른 변화를 평가하면, 1590W/m2인 경우는, 수일에 비유전율이 급격히 커지는 것에 비해, 3180W/m2, 15900W/m2인 경우는, 비유전율이 대략 일정하여, 그 차이가 명백하다. 따라서, 반응 촉진 프로세스에 있어서의 LF 파워는, 단위면적당 파워로 환산하면 3180W/m2 이상인 것이 바람직하다. 한편, LF 파워를 너무 크게하면, 스퍼터링 효과에 의해 박막에의 손상이 발생하기 때문에, LF 파워의 상한으로는 127400W/m2 이하인 것이 바람직하다.
(B2c) RF 파워
다음으로, RF 파워와 비유전율 및 리크 전류와의 상관을 확인하면, 성막 프로세스시의 RF 파워의 경향과는 달리, 비유전율, 리크 전류 모두, RF 파워의 값에 그다지 영향을 받지 않는다. 한편, 막질 안정성에 관해서는, RF 파워가 증대할수록 향상하는 경향이 있다. 따라서, 반응 촉진 프로세스에 있어서의 RF 파워는 높은 편이 바람직하지만, 127400W/m2를 초과하면, 기계강도가 현저히 저하되는 경향이 있다. 이러한 점을 고려하면, 반응 촉진 프로세스에 있어서의 RF 파워는 127400W/m2 이하인 것이 바람직하다. 또, RF 파워의 하한측은, 플라즈마를 안정적으로 점화하는 것을 고려하면, 하한값으로 1590W/m2 이상인 것이 바람직하다. 이와 같이, 반응 촉진 프로세스에 있어서의 RF 파워는 1590W/m2 이상이고 127400W/m2 이하인 것이 바람직하다.
여기서, 전술한 프로세스 공정, 프로세스 조건을 이용한, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법의 바람직한 실시 형태의 일례를 이하에 나타낸다.
(스텝 1)
도시하지 않은 반송 장치를 이용하여, 진공 챔버(2) 내로 기판(8)을 반송하여, 지지대(7) 상에 재치하는 동시에 정전 척으로 기판(8)을 흡착 유지한다. 지지대(7)는, 온도 제어 장치에 의해, 미리 500℃ 이하의 온도, 바람직하게는 130℃ 내지 400℃의 온도로 제어해 두고, 지지대(7)의 온도 제어에 의해 기판(8)의 온도를 원하는 설정 온도로 프로세스할 수 있도록 해 둔다(상기 (B1b) 참조). 또, 지지대(7)의 높이 위치는, 플라즈마 밀도 중심으로부터 10cm 이상 떨어진 위치로, 승강 장치(9)에 의해 이동해 둔다(상기 (B1d) 및 도 3 참조).
(스텝 2)
가스 제어 수단(15)을 이용하여, 진공 챔버(2) 내에 가스 노즐(14)로부터 He 가스를 공급하고, 진공 챔버(2) 내의 진공도를 진공 제어 장치에 의해 20mTorr 정도로 제어하는 동시에, 정합기(5)를 통해 고주파 전원(6)으로부터 주파수 13.56MHz의 RF 파워를 고주파 안테나(4)에 급전하고, 진공 챔버(2) 내에 전자파를 입사하여, 진공 챔버(2) 내에 플라즈마(10)를 생성한다. 고주파 전원(6)이 급전하는 RF 파워는, 일련의 프로세스가 종료할 때까지, 1590W/m2 내지 127400W/m2의 범위의 전력으로 제어된다(상기 (B1c) 참조). 한편, 가스 노즐(14)로부터 공급되는 캐리어 가스의 유량은, 일련의 프로세스가 종료할 때까지 적당한 유량으로 제어되지만, 바람직하게는 200sccm 내지 1000sccm 정도가 좋다.
(스텝 3)
플라즈마(10)의 안정화 후, 정합기(12)를 통해 저주파 전원(13)으로부터 주파수 4MHz의 LF 파워를 전극(11)에 급전하는 동시에, 진공 챔버(2) 내에 가스 노즐(14)로부터 기화된 보라진 골격계 분자를 소정량까지 점증하면서 공급하여, 진공 챔버(2) 내의 진공도를 20mTorr 정도로 제어한다. 저주파 전원(13)이 급전하는 LF 파워는, 성막 프로세스에서는 3180W/m2 이하의 전력으로 제어된다(상기 (B1a) 참조). 그리고, 이상의 프로세스 조건에 의해, 성막 프로세스 공정에서의 성막 반응, 즉 플라즈마 상태가 된 보라진 골격계 분자끼리가 기상 중합되어, 기판(8)에 흡착되는 것에 의해 원하는 보라진 골격 구조막이 형성되는 성막 반응이 행해지게 된다.
(스텝 4)
성막 프로세스 공정이 소정 시간 실시되어, 원하는 막 두께의 박막이 기판(8) 상에 성막되면 성막 프로세스 공정은 종료하고, 계속해서 반응 촉진 프로세스 공정이 실시된다.
플라즈마에 의해 본 공정을 실시하는 경우, 전극(11)에 급전하는 저주파 전원(13)으로부터의 LF 파워를, 성막 반응 프로세스 공정에서의 LF 파워와는 다른 크기로 하는 동시에, 가스 노즐(14)로부터 진공 챔버(2) 내에 공급하는 보라진 골격계 분자를 서서히 점감하면서 공급하여, 진공 챔버(2) 내의 진공도를 10 내지 50mTorr 정도로 제어하고 있다. 이 반응 촉진 프로세스에 있어서, 저주파 전원(13)에 의한 [LF 파워×인가 시간]은 3000W?초(95550W/m2?초) 이상이며, 또한 그의 LF 파워가 3180W/m2 이상이거나, 또는 그의 인가 시간이 35초 이상이라는 조건으로 제어된다(상기 (B2a) 내지 (B2b) 및 도 4 참조). 그리고, 이상의 프로세스 조건에 의해, 반응 촉진 프로세스 공정에서의 반응 촉진, 즉 보라진 골격계 분자끼리의 가교 반응이 촉진되게 된다.
한편, 열처리에 의해 본 공정을 실시하는 경우, 박막 자체와의 반응이 없는 가스 중에서 100℃ 이상 500℃ 이하의 온도로 열처리를 행한다.
또, 자외선 조사 처리에 의해 본 공정을 실시하는 경우, 박막 자체와의 반응이 없는 가스 중에서 400nm 이하 파장의 자외선을 조사한다.
또, 전자선 조사 처리에 의해 본 공정을 실시하는 경우, 박막 자체와의 반응이 없는 가스 중에서 전자선을 조사한다.
또, 이온 조사 처리에 의해 본 공정을 실시하는 경우, 박막 자체와의 반응이 없는 가스 중에서 이온을 조사한다.
부가하여, 본 공정에서는 이러한 처리를 조합시켜 실시할 수도 있다.
또한, 성막 프로세스 공정과 반응 촉진 프로세스 공정을, 동일 장치 내에서 처리를 행해도 되고, 또한 진공 반송계를 갖춘 별도 장치 내에서 처리를 행해도 된다.
<C. 본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막의 특징>
전술한 프로세스 공정, 프로세스 조건을 이용하여 형성된 본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막은, 저유전율화(비유전율 3.5 이하), 저리크전류화(리크 전류 5E-8A/cm2@2MV/cm 이하)의 특성을 갖는 동시에, 이하에 나타내는 특징을 갖는다. 본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막은, 플라즈마에 의해 보라진 골격계 분자의 측쇄기의 해리가 행해지는 동시에, 해리에 의해 생성된 라디칼이나 이온의 반응 활성종에 의한 중합 반응에 의해 가교가 진행하기 때문에, 본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막에 대한 하기의 각종 정성 분석 결과는, 해리하는 보라진 환의 측쇄의 치환기가 다름에 의해 크게 영향을 받지 않는 경향이 있다. 따라서, 이하에 나타내는 특징은, 특성의 안정성, 특히 비유전율의 안정성을 추정(평가)하는 지표가 된다.
(C1) 적외선 흡수 측정
적외선 흡수 측정은 작용기의 정보나 화합물의 정성 등을 측정할 수 있는 것이다. 본 발명에 의해 제작된 반도체 장치용 절연막을, 적외선 흡수 측정을 이용하여 평가하면, 도 5에 나타내는 바와 같이, B-N 결합에 대응하는 큰 흡수 피크가 파수 1200 내지 1600cm-1의 영역에서 관측되고, 또 O-H 결합에 대응하는 흡수 피크가 파수 3000 내지 3600cm-1의 영역에서 관측된다. 또한, B-N 결합에 대응하는 파수 1200 내지 1600cm-1의 영역에서의 흡수 피크 강도를 A라고 하고, O-H 결합에 대응하는 파수 3000 내지 3600cm-1의 영역에서의 흡수 피크 강도를 B라고 하면, 본 발명에 의해 제작된 반도체 장치용 절연막에 있어서는, 비[B/A]가 0.5 이하라는 특징을 확인할 수 있다(도 5 참조). 이 비[B/A]는 상기 막의 흡습도에 상당하는 것으로 규정할 수 있어, 비[B/A]가 작은 경우, 즉 O-H 결합이 적은 경우에는 흡습도가 작게 되어, 그 결과, 시간 경과에 따른 변화를 일으키지 않게 된다. 즉, 비유전율의 시간 경과에 따른 안정성을 위해서는, O-H 결합이 상대적으로 적은 것이 좋고, 비[B/A]가 0.5 이하인 경우, 본 발명에 의해 제작된 반도체 장치용 절연막에 있어서는, 시간 경과에 따른 변화를 일으키지 않는 것을 확인했다. 이와 같이, 비[B/A]는 비유전율의 시간 경과에 따른 안정성을 추정(평가)하는 지표가 된다.
(C2) 레이저 라만 분광 측정
레이저 라만 분광 측정은 분자의 결합 상태 등을 측정할 수 있는 것이다. 본 발명에 의해 제작된 반도체 장치용 절연막을, Kr 레이저를 광원으로 하는 여기 파장 413nm에서의 레이저 라만 분광 측정을 이용하여 평가하면, 도 6에 나타내는 바와 같이, sp3 결합에 근거하는 스펙트럼 피크가 파수 1100 내지 1400cm-1의 영역에서 관측되고, 또 sp2 결합에 근거하는 스펙트럼 피크가 파수 1400 내지 1700cm-1의 영역에서 관측된다. 또한, sp3 결합에 근거하는 파수 1100 내지 1400cm-1의 영역에서의 스펙트럼 피크 정점의 강도를 D라고 하고, sp2 결합에 근거하는 파수 1400 내지 1700cm-1의 영역에서의 스펙트럼 피크 정점의 강도를 G라고 하면, 본 발명에 의해 제작된 반도체 장치용 절연막에 있어서는, 비[D/(D+G)]가 0.4 이상이고 0.6 이하인 것을 확인할 수 있다(도 6 참조).
강도 D는 sp3 결합에 근거하는 피크이다. 이 강도 D가 높은 것은, 가교 밀도가 높은 것, 즉 기계 강도가 높은 것을 의미한다. 또, 강도 G는 sp2 결합에 근거하는 피크이며, 흑연 구조에 관계하는 것이다. 이 강도 G가 높은 것은, 유전율 및 리크 전류의 증대에 관련된 흑연 성분이 많은 것을 의미한다. 따라서, BN의 벤젠환 구조를 깨지 않고, 가교 밀도를 높이는 동시에, 유전율, 리크 전류의 증대에 관련된 탄소의 흑연 구조를 저감하기 위해서는, D 성분 비율을 높이면서 G 성분 비율을 낮출 필요가 있다. 고기계강도와 막 안정성의 양립의 관점에서, 비[D/(D+G)]가 0.4 이상이고 0.6 이하인 경우, 본 발명에 의해 제작된 반도체 장치용 절연막에 있어서는, 고기계강도 및 저유전율?저리크전류의 특성을 더불어 갖는 것을 확인했다. 이와 같이, 비[D/(D+G)]는 고기계강도 및 저유전율?저리크전류를 추정(평가)하는 지표가 된다.
(C3) XPS 측정
XPS 측정은, 원소의 결합 에너지 등을 측정할 수 있는 것이다. 본 발명에 의해 제작된 반도체 장치용 절연막을, XPS 측정을 이용하여 평가하면, 막 표면으로부터 25Å 이상의 막 내부에 있어서, 붕소 원자의 스펙트럼 피크 정점의 위치는, B-N 결합에서 유래하여 189.0eV 내지 191.0eV의 영역에서 관측되고, 질소 원자의 스펙트럼 피크 정점의 위치는, N-B 결합에서 유래하여 397.0eV 내지 399.0eV의 영역에서 관측되며, 탄소 원자의 스펙트럼 피크 정점의 위치는, C-B 결합에서 유래하여 283.0eV 내지 285.5eV의 영역에서 관측된다. 그리고, 각 원소의 스펙트럼 피크가 상기 범위 내에 있으면, 보라진 골격을 유지한 비정질 구조를 취하는 것을 확인했다.
반대로, 막 표면으로부터 25Å 이상의 막 내부에 있어서, 산소 원자의 비율이 10atm.% 이상인 경우에는, 각 원소의 스펙트럼 피크가 상기 범위로부터 벗어나 버리는 것도 확인했다. 예를 들면, 붕소 원자의 스펙트럼 피크 정점의 위치는, 본 발명에 의해 제작된 반도체 장치용 절연막에서는, B-N 결합에서 유래하여 189.0eV 내지 191.0eV의 영역에서 관측된다. 일례로서는, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 190.5eV 부근에서 관측되고, 이러한 경우에는 성막 상태가 적정하다고 판정할 수 있다. 그러나, 막 내부의 산소 원자의 비율이 10atm.% 이상인 경우에는, B-O 결합이 많아지고, 이 B-O 결합에서 유래하여, 붕소 원자의 스펙트럼 피크 정점의 위치가, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 192eV 부근으로 시프트해 버려, 이러한 경우에는 성막 상태가 부적정하다고 판정할 수 있다. 이것은, 대상 원소의 스펙트럼 피크 정점의 위치가, 대상 원소와 결합하는 다른 원소와의 결합에너지에 좌우되어 시프트하기 때문이다. 즉, 구성 원소의 각 스펙트럼 피크 정점이 전술한 범위 내에 있으면, 본 발명에 의해 제작된 반도체 장치용 절연막에 있어서는, 보라진 골격을 유지한 비정질 구조를 취하는 것, 막 내부의 산소 원자의 비율이 10atm.% 이하인 것을 확인할 수 있게 된다. 그리고, 비유전율의 안정성을 위해서는, 막 중의 산소 원자가 적은 것이 바람직하고, 본 발명에 의해 제작된 반도체 장치용 절연막에 있어서, 구성 원소의 각 스펙트럼 피크 정점이 전술한 범위내에 있는 것, 막 내부의 산소 원자의 비율이 10atm.% 이하인 것은, 비유전율의 시간 경과에 따른 안정성을 추정(평가)하는 지표가 된다.
따라서, 상기 (C1) 내지 (C3)의 특징을 갖은 본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막은, 저유전율, 저리크전류, 고기계강도의 특성을 갖추는 동시에, 이러한 특성의 시간 경과에 따른 변화가 작기 때문에, 반도체 장치, 예를 들면 CPU, RAM, ASIC 등의 반도체 디바이스에 층간 절연막으로서 이용하면, 반도체 장치의 고집적화, 고속화를 실현할 수 있다.
<D. 실시예 및 비교예>
표 1에 본 발명에 있어서의 실시예 1 내지 15와 비교예 1 내지 3을 나타낸다.
(실시예 1 내지 15)
실시예 1 내지 15는, 표 1의 원료란에 나타내는 보라진 골격 분자를 이용하여, 표 1에 나타내는 막 형성 조건에 의해 기판상에 막을 형성하는 동시에, 형성된 막의 각 특성을 측정하여, 그 결과를 표 1에 병기한 것이다.
표 1의 실시예 1 내지 15의 결과로부터는, 모든 경우, 형성된 막은 접착 강도가 우수하고, 또한 저유전율과 고기계강도, 및 상기 특성의 장기적인 안정성을 나타내는 것을 알 수 있다. 한편, 기판 위치는, 플라즈마 중의 전자 밀도가 가장 높은 위치(플라즈마 밀도 중심)로부터 10cm 떨어진 위치에 기판(8)을 배치하고 있다. 또, 성막 공정의 시간은, 형성막 두께가 2000Å 내지 3000Å가 되도록 설정하고 있다.
(비교예 1)
비교예 1은, 원료 가스로서, R1=R2=H로 이루어지는 보라진 골격 분자의 가스를 이용하여, 표 1에 나타내는 실시예 6과 마찬가지의 막 형성 조건으로 기판 상에 막을 형성하는 동시에, 형성된 막의 각 특성을 측정하여, 그 결과를 표 1에 병기한 것이다.
표 1의 비교예 1의 결과로부터는, 막 형성 초기부터 저유전율성과 기계 특성은 나쁘고, 무균실 분위기(23℃, 상대습도 50%)에서 2주간 경과한 후에는 상기 양 특성이 더 저하되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, R1=R2=H로 이루어지는 보라진 골격 분자가, 실시예 1 내지 15에 나타내는 바와 같은 유기기를 측쇄에 갖는 분자에 비해, 플라즈마 중에서 라디칼이나 이온의 활성종을 형성하기 어려워, 성막 공정 및 반응 촉진 공정에서의 플라즈마 중에서 가교 반응이 충분히 진행되지 않기 때문이다. 따라서, 성막 후에도 반응성이 높은 B-H 결합이 많이 잔존해 있기 때문에, 막 자체의 흡습성이 높아, 챔버로부터의 취출 직후로부터 흡습에 의한 막 열화가 일어나, 막 특성 및 막 안정성이 나빠지고 있다고 생각된다.
(비교예 2)
비교예 2는 표 1에 나타내는 실시예 6의 막 형성 조건으로부터 반응 촉진 공정을 배제한 조건으로 기판 상에 막을 형성하는 동시에, 형성된 막의 각 특성을 측정하여, 그 결과를 표 1에 병기한 것이다.
표 1의 비교예 2의 결과로부터는, 막 형성 초기부터 저유전율성과 기계 특성은 나쁘고, 무균실 분위기(23℃, 상대습도 50%)에서 2주간 경과한 후에는 상기 양 특성이 더 저하되어 있다. 이것은 반응 촉진 공정을 실시하지 않은 조건으로 성막했기 때문에, 성막 후에 가교되지 않은 반응성이 높은 활성 사이트가 많이 잔존하고 있어, 막 자체의 흡습성이 높고, 챔버로부터의 취출 직후부터 흡습에 의한 막 열화가 일어나, 막 특성 및 막 안정성이 나빠지고 있다고 생각된다.
(비교예 3)
비교예 3은, 표 1에 나타내는 실시예 6의 막 형성 조건에 있어서, 반응 촉진 공정의 LF 파워를 1430W/m2로 한 조건으로 기판상에 막을 형성하는 동시에, 형성된 막의 각 특성을 측정하여, 그 결과를 표 1에 병기한 것이다.
표 1의 비교예 3의 결과로부터는, 막 형성 초기부터 저유전율성과 기계 특성은 나쁘고, 무균실 분위기(23℃, 상대습도 50%)에서 2주간 경과한 후에는 상기 양 특성이 더 저하되어 있다. 이것은 반응 촉진 공정에서 인가된 바이어스의 파워가 불충분한 조건이기 때문에, 성막 후에 가교되지 않은 반응성이 높은 활성 사이트가 많이 잔존하고 있어, 막 자체의 흡습성이 높고, 챔버로부터의 취출 직후부터 흡습에 의한 막 열화가 일어나, 막 특성 및 막 안정성이 나빠지고 있다고 생각된다.
Figure 112009078068215-pct00004
Figure 112009078068215-pct00005
Figure 112009078068215-pct00006
본 발명에 따른 반도체 장치용 절연막은, 반도체 디바이스의 층간 절연막에 적합한 것이고, 또 반도체 디바이스의 배리어 메탈층, 에치 스토퍼층, 패시베이션막, 하드 마스크 등에도 적용 가능하다.

Claims (30)

  1. 캐리어 가스와 하기 화학식으로 표시되는 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스를 함유하는 혼합 가스를 챔버 내에 공급하고,
    상기 챔버 내에 전자파를 입사하여, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하고,
    상기 보라진 골격계 분자를 기본 단위로 하여 기상 중합하여, 챔버 내에 배치된 기판에 반도체 장치용 절연막으로서 성막하는 성막 공정과,
    상기 성막 공정 후, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 반응 촉진 공정을 갖고,
    상기 반응 촉진 공정에서는, 상기 기판에 스퍼터링 효과를 피하는 크기의 파워의 바이어스를 인가하고,
    상기 원료 가스를 함유하지 않는 가스가 주가 되는 플라즈마로, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure 112011042601144-pct00016
    상기 화학식 중의 R1 및 R2는, 수소 원자 또는 탄소수 5 이하의 알킬기, 알켄일기, 모노알킬아미노기 또는 다이알킬아미노기이며, 같거나 다를 수 있고, 단, R1 및 R2 모두가 수소 원자인 경우를 제외한다.
  2. 캐리어 가스와 하기 화학식으로 표시되는 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스를 함유하는 혼합 가스를 챔버 내에 공급하고,
    상기 챔버 내에 전자파를 입사하여, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하고,
    상기 보라진 골격계 분자를 기본 단위로 하여 기상 중합하여, 챔버 내에 배치된 기판에 반도체 장치용 절연막으로서 성막하는 성막 공정과,
    상기 성막 공정 후, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 반응 촉진 공정을 갖고,
    상기 반응 촉진 공정에서는, 상기 기판에 스퍼터링 효과를 피하는 크기의 파워의 바이어스를 인가하고,
    상기 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스만 점차 감소시키면서 공급하고,
    상기 캐리어 가스가 주가 되는 플라즈마로, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure 112011042601144-pct00017
    상기 화학식 중의 R1 및 R2는, 수소 원자 또는 탄소수 5 이하의 알킬기, 알켄일기, 모노알킬아미노기 또는 다이알킬아미노기이며, 같거나 다를 수 있고, 단, R1 및 R2 모두가 수소 원자인 경우를 제외한다.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는, 헬륨, 아르곤, 질소, 수소, 산소, 암모니아, 메테인 중 적어도 1종류 이상의 가스로 구성되고, 상기 성막 공정과 상기 반응 촉진 공정에서 같거나 다를 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 성막 공정에서는, 상기 기판에 바이어스를 인가하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 성막 공정에서의 바이어스의 파워를 3180W/m2 이하로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 반응 촉진 공정에서의 바이어스의 파워는 상기 성막 공정에서의 바이어스와는 다른 크기로 하고, 상기 파워와 인가 시간의 곱을 95550W/m2?초 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 성막 공정 및 상기 반응 촉진 공정에서의 전자파의 파워를 1590W/m2 이상이고 127400W/m2 이하로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 근방의 전자 밀도가 플라즈마 중의 가장 높은 전자 밀도의 1/20 이하가 되는 높이 위치에 상기 기판을 배치하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  9. 캐리어 가스와 하기 화학식으로 표시되는 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스를 함유하는 혼합 가스를 챔버 내에 공급하고,
    상기 챔버 내에 전자파를 입사하여, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하고,
    상기 보라진 골격계 분자를 기본 단위로 하여 기상 중합하여, 챔버 내에 배치된 기판에 반도체 장치용 절연막으로서 성막하는 성막 공정과,
    상기 성막 공정 후, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 반응 촉진 공정을 갖고,
    상기 반응 촉진 공정에서는, 자외선 조사 처리에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure 112011042601144-pct00018
    상기 화학식 중의 R1 및 R2는, 수소 원자 또는 탄소수 5 이하의 알킬기, 알켄일기, 모노알킬아미노기 또는 다이알킬아미노기이며, 같거나 다를 수 있고, 단, R1 및 R2 모두가 수소 원자인 경우를 제외한다.
  10. 캐리어 가스와 하기 화학식으로 표시되는 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스를 함유하는 혼합 가스를 챔버 내에 공급하고,
    상기 챔버 내에 전자파를 입사하여, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하고,
    상기 보라진 골격계 분자를 기본 단위로 하여 기상 중합하여, 챔버 내에 배치된 기판에 반도체 장치용 절연막으로서 성막하는 성막 공정과,
    상기 성막 공정 후, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 반응 촉진 공정을 갖고,
    상기 반응 촉진 공정에서는, 전자선 조사 처리에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure 112011042601144-pct00019
    상기 화학식 중의 R1 및 R2는, 수소 원자 또는 탄소수 5 이하의 알킬기, 알켄일기, 모노알킬아미노기 또는 다이알킬아미노기이며, 같거나 다를 수 있고, 단, R1 및 R2 모두가 수소 원자인 경우를 제외한다.
  11. 캐리어 가스와 하기 화학식으로 표시되는 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스를 함유하는 혼합 가스를 챔버 내에 공급하고,
    상기 챔버 내에 전자파를 입사하여, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하고,
    상기 보라진 골격계 분자를 기본 단위로 하여 기상 중합하여, 챔버 내에 배치된 기판에 반도체 장치용 절연막으로서 성막하는 성막 공정과,
    상기 성막 공정 후, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 반응 촉진 공정을 갖고,
    상기 반응 촉진 공정에서는, 스퍼터링 효과를 피하는 크기의 파워의 이온 조사 처리에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure 112011042601144-pct00020
    상기 화학식 중의 R1 및 R2는, 수소 원자 또는 탄소수 5 이하의 알킬기, 알켄일기, 모노알킬아미노기 또는 다이알킬아미노기이며, 같거나 다를 수 있고, 단, R1 및 R2 모두가 수소 원자인 경우를 제외한다.
  12. 캐리어 가스와 하기 화학식으로 표시되는 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스를 함유하는 혼합 가스를 챔버 내에 공급하는 가스 공급 수단,
    상기 챔버 내에 전자파를 입사하여, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성 수단,
    보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 촉진 수단,
    상기 챔버 내에 배치된 기판에 바이어스를 인가하는 바이어스 인가 수단, 및
    상기 가스 공급 수단, 상기 플라즈마 발생 수단, 상기 촉진 수단 및 상기 바이어스 인가 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은,
    상기 가스 공급 수단에 의해, 상기 혼합 가스를 상기 챔버 내에 공급하고,
    상기 플라즈마 생성 수단에 의해, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하고,
    상기 보라진 골격계 분자를 기본 단위로 하여 기상 중합하여, 상기 기판에 반도체 장치용 절연막으로서 성막하는 성막 공정을 실시하며,
    상기 성막 공정 후,
    상기 촉진 수단으로서, 상기 제어 수단은,
    상기 바이어스 인가 수단에 의해, 상기 기판에 스퍼터링 효과를 피하는 크기의 파워의 바이어스를 인가하고,
    상기 가스 공급 수단 및 상기 플라즈마 생성 수단에 의해, 상기 원료 가스를 함유하지 않는 가스가 주가 되는 플라즈마를 생성하며,
    상기 플라즈마로, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 반응 촉진 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조장치:
    [화학식 1]
    Figure 112012010660763-pct00021
    상기 화학식 중의 R1 및 R2는, 수소 원자 또는 탄소수 5 이하의 알킬기, 알켄일기, 모노알킬아미노기 또는 다이알킬아미노기이며, 같거나 다를 수 있고, 단, R1 및 R2 모두가 수소 원자인 경우를 제외한다.
  13. 캐리어 가스와 하기 화학식으로 표시되는 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스를 함유하는 혼합 가스를 챔버 내에 공급하는 가스 공급 수단,
    상기 챔버 내에 전자파를 입사하여, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성 수단,
    보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 촉진 수단,
    상기 챔버 내에 배치된 기판에 바이어스를 인가하는 바이어스 인가 수단, 및
    상기 가스 공급 수단, 상기 플라즈마 발생 수단, 상기 촉진 수단 및 상기 바이어스 인가 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은,
    상기 가스 공급 수단에 의해, 상기 혼합 가스를 상기 챔버 내에 공급하고,
    상기 플라즈마 생성 수단에 의해, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하고,
    상기 보라진 골격계 분자를 기본 단위로 하여 기상 중합하여, 상기 기판에 반도체 장치용 절연막으로서 성막하는 성막 공정을 실시하며,
    상기 성막 공정 후,
    상기 촉진 수단으로서, 상기 제어 수단은,
    상기 바이어스 인가 수단에 의해, 상기 기판에 스퍼터링 효과를 피하는 크기의 파워의 바이어스를 인가하고,
    상기 가스 공급 수단에 의해, 상기 보라진 골격계 분자를 기화한 원료 가스의 공급만 점차 감소시키고,
    상기 플라즈마 생성 수단에 의해 상기 캐리어 가스가 주가 되는 플라즈마를 생성하며,
    상기 플라즈마로, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 반응 촉진 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조장치:
    [화학식 1]
    Figure 112012010660763-pct00022
    상기 화학식 중의 R1 및 R2는, 수소 원자 또는 탄소수 5 이하의 알킬기, 알켄일기, 모노알킬아미노기 또는 다이알킬아미노기이며, 같거나 다를 수 있고, 단, R1 및 R2 모두가 수소 원자인 경우를 제외한다.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는, 헬륨, 아르곤, 질소, 수소, 산소, 암모니아, 메테인 중 적어도 1종류 이상의 가스로 구성되고, 상기 성막 공정과 상기 반응 촉진 공정에서 같거나 다를 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조장치.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 성막 공정에서, 상기 바이어스 인가 수단에 의해, 상기 기판에 바이어스를 인가하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 바이어스 인가 수단은, 상기 성막 공정에서의 바이어스의 파워를 3180W/m2 이하로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 바이어스 인가 수단은, 상기 반응 촉진 공정에서의 바이어스의 파워를 상기 성막 공정에서의 바이어스와는 다른 크기로 하고, 상기 파워와 인가 시간의 곱을 95550W/m2?초 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조장치.
  18. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 수단은, 상기 성막 공정 및 상기 반응 촉진 공정에서의 전자파의 파워를 1590W/m2 이상이고 127400W/m2 이하로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조장치.
  19. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 기판의 높이 위치를 변경하는 승강 수단을 설치하고,
    상기 승강 수단은, 상기 기판 근방의 전자 밀도가 플라즈마 중의 가장 높은 전자 밀도의 1/20 이하가 되는 높이 위치에 상기 기판을 배치하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조장치.
  20. 캐리어 가스와 하기 화학식으로 표시되는 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스를 함유하는 혼합 가스를 챔버 내에 공급하는 가스 공급 수단,
    상기 챔버 내에 전자파를 입사하여, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성 수단,
    보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 촉진 수단, 및
    상기 가스 공급 수단, 상기 플라즈마 발생 수단 및 상기 촉진 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 촉진 수단은, 상기 챔버 내에 배치된 기판에 자외선을 조사하는 자외선 조사 수단이고,
    상기 제어 수단은,
    상기 가스 공급 수단에 의해, 상기 혼합 가스를 상기 챔버 내에 공급하고,
    상기 플라즈마 생성 수단에 의해, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하고,
    상기 보라진 골격계 분자를 기본 단위로 하여 기상 중합하여, 상기 기판에 반도체 장치용 절연막으로서 성막하는 성막 공정을 실시하며,
    상기 성막 공정 후,
    상기 제어 수단은,
    상기 자외선 조사 수단에 의한 자외선 조사에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 반응 촉진 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조장치:
    [화학식 1]
    Figure 112012010660763-pct00023
    상기 화학식 중의 R1 및 R2는, 수소 원자 또는 탄소수 5 이하의 알킬기, 알켄일기, 모노알킬아미노기 또는 다이알킬아미노기이며, 같거나 다를 수 있고, 단, R1 및 R2 모두가 수소 원자인 경우를 제외한다.
  21. 캐리어 가스와 하기 화학식으로 표시되는 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스를 함유하는 혼합 가스를 챔버 내에 공급하는 가스 공급 수단,
    상기 챔버 내에 전자파를 입사하여, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성 수단,
    보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 촉진 수단, 및
    상기 가스 공급 수단, 상기 플라즈마 발생 수단 및 상기 촉진 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 촉진 수단은, 상기 챔버 내에 배치된 기판에 전자선을 조사하는 전자선 조사 수단이고,
    상기 제어 수단은,
    상기 가스 공급 수단에 의해, 상기 혼합 가스를 상기 챔버 내에 공급하고,
    상기 플라즈마 생성 수단에 의해, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하고,
    상기 보라진 골격계 분자를 기본 단위로 하여 기상 중합하여, 상기 기판에 반도체 장치용 절연막으로서 성막하는 성막 공정을 실시하며,
    상기 성막 공정 후,
    상기 제어 수단은,
    상기 전자선 조사 수단에 의한 전자선 조사에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 반응 촉진 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조장치:
    [화학식 1]
    Figure 112012010660763-pct00024
    상기 화학식 중의 R1 및 R2는, 수소 원자 또는 탄소수 5 이하의 알킬기, 알켄일기, 모노알킬아미노기 또는 다이알킬아미노기이며, 같거나 다를 수 있고, 단, R1 및 R2 모두가 수소 원자인 경우를 제외한다.
  22. 캐리어 가스와 하기 화학식으로 표시되는 보라진 골격계 분자를 갖는 재료를 기화한 원료 가스를 함유하는 혼합 가스를 챔버 내에 공급하는 가스 공급 수단,
    상기 챔버 내에 전자파를 입사하여, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하는 플라즈마 생성 수단,
    보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 촉진 수단, 및
    상기 가스 공급 수단, 상기 플라즈마 발생 수단 및 상기 촉진 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 촉진 수단은, 상기 챔버 내에 배치된 기판에 이온을 조사하는 이온 조사 수단이고,
    상기 제어 수단은,
    상기 가스 공급 수단에 의해, 상기 혼합 가스를 상기 챔버 내에 공급하고,
    상기 플라즈마 생성 수단에 의해, 상기 혼합 가스를 플라즈마 상태로 하고,
    상기 보라진 골격계 분자를 기본 단위로 하여 기상 중합하여, 상기 기판에 반도체 장치용 절연막으로서 성막하는 성막 공정을 실시하며,
    상기 성막 공정 후,
    상기 제어 수단은,
    상기 이온 조사 수단에 의한 스퍼터링 효과를 피하는 크기의 파워로 상기 기판에 이온을 조사하고, 상기 이온 조사에 의해, 성막된 상기 반도체 장치용 절연막에 있어서의 보라진 골격계 분자의 가교 반응을 촉진하는 반응 촉진 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조장치:
    [화학식 1]
    Figure 112012010660763-pct00025
    상기 화학식 중의 R1 및 R2는, 수소 원자 또는 탄소수 5 이하의 알킬기, 알켄일기, 모노알킬아미노기 또는 다이알킬아미노기이며, 같거나 다를 수 있고, 단, R1 및 R2 모두가 수소 원자인 경우를 제외한다.
  23. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 반도체 장치의 제조방법에 의해 형성된 것으로서,
    보라진 골격계 구조를 갖고,
    상기 보라진 골격계 구조의 적외 흡수 측정에 있어서, 상기 측정에 있어서의 파수 1200 내지 1600cm-1에서의 흡수 피크 강도 A와 파수 3000 내지 3600cm-1에서의 흡수 피크 강도 B와의 비[B/A]가 0.5 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 절연막.
  24. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 반도체 장치의 제조방법에 의해 형성된 것으로서,
    보라진 골격계 구조를 갖고,
    Kr 레이저를 광원으로 하는 여기 파장 413nm에서의 상기 보라진 골격계 구조의 레이저 라만 분광 측정에 있어서, 상기 측정에 있어서의 파수 1100 내지 1400cm-1의 스펙트럼 피크 정점의 강도를 D라고 하고, 파수 1400 내지 1700cm-1의 스펙트럼 피크 정점의 강도를 G라고 할 때, 비[D/(D+G)]가 0.4 이상 0.6 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 절연막.
  25. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 반도체 장치의 제조방법에 의해 형성된 것으로서,
    보라진 골격계 구조를 갖고,
    상기 보라진 골격계 구조의 X선 광전자 분광 측정에 있어서, 막 내부의 붕소 원자, 질소 원자, 탄소 원자의 스펙트럼 피크 정점의 위치가 각각 189.0eV 내지 191.0eV, 397.0eV 내지 399.0eV, 283.0eV 내지 285.5eV이며, 또한 막 내부의 구성 원소 중 산소 원자의 비율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 절연막.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 반도체 장치용 절연막의 유전율의 변화가, 온도 25℃, 습도 50%Rh의 환경 하에서 0.1 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 장치용 절연막.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
KR1020097026331A 2007-06-18 2008-06-13 반도체 장치의 제조방법, 반도체 장치용 절연막 및 그의 제조장치 KR101180551B1 (ko)

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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009102234A (ja) * 2007-10-20 2009-05-14 Nippon Shokubai Co Ltd 放熱材料形成用化合物
JP5330747B2 (ja) * 2008-06-30 2013-10-30 三菱重工業株式会社 半導体装置用絶縁膜、半導体装置用絶縁膜の製造方法及び製造装置、半導体装置及びその製造方法
US8749053B2 (en) * 2009-06-23 2014-06-10 Intevac, Inc. Plasma grid implant system for use in solar cell fabrications
US8709956B2 (en) 2011-08-01 2014-04-29 Avalanche Technology Inc. MRAM with sidewall protection and method of fabrication
US8796795B2 (en) * 2011-08-01 2014-08-05 Avalanche Technology Inc. MRAM with sidewall protection and method of fabrication
US8536063B2 (en) 2011-08-30 2013-09-17 Avalanche Technology Inc. MRAM etching processes
CN106847736B (zh) 2011-11-08 2020-08-11 因特瓦克公司 基板处理系统和方法
US8574928B2 (en) 2012-04-10 2013-11-05 Avalanche Technology Inc. MRAM fabrication method with sidewall cleaning
US10832904B2 (en) 2012-06-12 2020-11-10 Lam Research Corporation Remote plasma based deposition of oxygen doped silicon carbide films
US9234276B2 (en) 2013-05-31 2016-01-12 Novellus Systems, Inc. Method to obtain SiC class of films of desired composition and film properties
US10325773B2 (en) 2012-06-12 2019-06-18 Novellus Systems, Inc. Conformal deposition of silicon carbide films
US8883520B2 (en) 2012-06-22 2014-11-11 Avalanche Technology, Inc. Redeposition control in MRAM fabrication process
JP6007031B2 (ja) * 2012-08-23 2016-10-12 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
MY178951A (en) 2012-12-19 2020-10-23 Intevac Inc Grid for plasma ion implant
JP6159143B2 (ja) 2013-05-10 2017-07-05 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
KR102194823B1 (ko) * 2014-03-06 2020-12-24 삼성디스플레이 주식회사 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터 기판, 표시 장치 및 박막 트랜지스터 제조 방법
US20160314964A1 (en) 2015-04-21 2016-10-27 Lam Research Corporation Gap fill using carbon-based films
US10002787B2 (en) 2016-11-23 2018-06-19 Lam Research Corporation Staircase encapsulation in 3D NAND fabrication
US10840087B2 (en) * 2018-07-20 2020-11-17 Lam Research Corporation Remote plasma based deposition of boron nitride, boron carbide, and boron carbonitride films
WO2020081367A1 (en) 2018-10-19 2020-04-23 Lam Research Corporation Doped or undoped silicon carbide deposition and remote hydrogen plasma exposure for gapfill

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001015496A (ja) * 1999-06-28 2001-01-19 Mitsubishi Electric Corp 耐熱低誘電率薄膜、その形成方法、その耐熱低誘電率薄膜からなる半導体層間絶縁膜及びこの半導体層間絶縁膜を用いた半導体装置
KR100514670B1 (ko) * 2002-02-01 2005-09-13 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 플라즈마 ｃｖｄ 장치 및 반도체 제조 방법
WO2006043432A1 (ja) * 2004-10-19 2006-04-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 膜の製造方法および当該方法で製造された膜を用いた半導体装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020197402A1 (en) * 2000-12-06 2002-12-26 Chiang Tony P. System for depositing a film by modulated ion-induced atomic layer deposition (MII-ALD)
US7085616B2 (en) * 2001-07-27 2006-08-01 Applied Materials, Inc. Atomic layer deposition apparatus
JP3778164B2 (ja) * 2002-12-06 2006-05-24 三菱電機株式会社 低誘電率膜の形成方法
US7097886B2 (en) * 2002-12-13 2006-08-29 Applied Materials, Inc. Deposition process for high aspect ratio trenches
JP2007324536A (ja) * 2006-06-05 2007-12-13 Renesas Technology Corp 層間絶縁膜およびその製造方法、ならびに半導体装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001015496A (ja) * 1999-06-28 2001-01-19 Mitsubishi Electric Corp 耐熱低誘電率薄膜、その形成方法、その耐熱低誘電率薄膜からなる半導体層間絶縁膜及びこの半導体層間絶縁膜を用いた半導体装置
KR100514670B1 (ko) * 2002-02-01 2005-09-13 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 플라즈마 ｃｖｄ 장치 및 반도체 제조 방법
WO2006043432A1 (ja) * 2004-10-19 2006-04-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 膜の製造方法および当該方法で製造された膜を用いた半導体装置

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