KR20010072415A - 기질상에 필름을 형성하는 방법 및 장치 - Google Patents

기질상에 필름을 형성하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기질상에 필름을 형성하는 장치 및 방법에 관계한다. 본 방법은 플라즈마 존재하에서 가스 또는 증기형태로 실리콘 함유 유기화합물과 산화제를 챔버에 공급하여 기질상에 필름을 침전시키고, 탄소 함유기가 포함되도록 필름을 응고시키는 단계를 포함한다. 한 구체예에서 응고는 필름을 H2플라즈마에 노출시킴으로써 달성된다.

Description

기질상에 필름을 형성하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR FORMING A FILM ON A SUBSTRATE}
반도체 웨이퍼상에 박막 침전 방법은 US 5314724, US 489753, US 5593741, EP-A-0731982 및 EP-A-0726599에 발표된다. 최근까지 유기물 함유 실리콘 선구물질은 침전된 필름으로부터 유기 성분을 제거하도록 처리되었다.(US 5314724)
일부 응용분야에서는 필름이 침전되는 웨이퍼 리세스와 표면에서 양호한 필름 성질 및 양호한 갭-충진성을 둘다 유지시키기가 곤란하였다.
본 발명은 기질상에 필름을 형성하는 장치 및 방법과 반도체 실리콘 웨이퍼상에 유동성을 가지게 침전되며 응고시 탄소함유기를 유지하는 필름에 관계한다.
도1은 본 발명에서 사용하는 장치의 개략도이다.
도2는 본 발명에 따라 침전 및 어닐링된 필름을 보여주는 퓨리에 변환 적외선(FTIR)스펙트럼이다.
도3a 및 3b는 본 발명에 의해 형성된 어닐링 필름을 보여주는 주사전자현미경사진이다.
도4는 산소없이 공정을 실시한 경우 FTIR스펙트럼이다.
도5는 산소존재하에서 공정을 실시한 경우 FTIR스펙트럼이다.
도6은 CHDMMS에 대한 표준 전달 시스템을 사용할 때 초기실험결과를 보여주는 표이다.
도7은 CHDMMS전달에 시린지 펌프를 사용할 때 실험결과를 보여준다.
도8 내지 10은 도7에 관한 FTIR 스펙트럼이다.
도11은 어닐링(FTM)공정후의 H2플라즈마 처리후 (어닐링단계가 수행안됨)TMS로부터 형성된 필름의 FTIR그래프를 보여준다.
도12는 FTM공정, 5분 H2플라즈마 및 10분 H2플라즈마가 TMS 기초 필름의 두께 및 굴절지수에 미치는 효과를 보여주는 그래프이다.
도13 내지 15는 산화스트립이 FTM, 5분 H2플라즈마 및 10분 H2플라즈마 처리된 TMS + O2침전필름에 미치는 효과를 보여주는 막대그래프이다.
도16은 다양한 필름형성 후처리후 전- 및 후- 산화스트립의 필름 스트레스 값을 보여준다.
도17은 다양한 후처리후 TMS 필름의 유전상수를 보여준다.
도18은 한쌍의 기질에 대해 FTM, 5분, 10분 및 30분 플라즈마 처리된 층의 유전상수를 비교하는 막대그래프이다.
도19는 5분 H2플라즈마를 써서 응고된 TMS + O2침전 필름의 SIMS그래프이다.
* 부호설명
1 장치 2 진공챔버
3 샤워헤드 4 웨이퍼 지지부
5 링
본 발명의 제1측면에 따르면 다음 단계를 포함하는 기질상에 필름 형성방법이 제공된다:
(a) 챔버에서 지지부상에 기질을 위치시키고;
(b) 가스 또는 증기형태로 실리콘 함유 유기화합물과 산화제를 플라즈마 존재하에서 챔버에 공급하여 기질상에 필름을 침전시키고;
(c) 탄소함유기가 유지되도록 필름을 응고시키는 단계.
본 발명은 응고안된 필름형성방법을 제공한다. 대체로 필름은 유동성(필름 표면 이동도를 가진다)이어서 기질상에 양호한 갭충진 성질을 제공한다.
예컨대 반도체상의 금속간 유전체(IMD)층과 같이 갭충진 성질이 요구되지 않은 경우에 유동성 중간 필름이 필요하지 않다. 그러나 본 발명에 따라 침전된 중간 필름은 "응고"과정에 의해 거의 모두 제거되는 OH를 함유한다.
OH를 제거하지만 CH를 포함하도록 후속처리되는 OH 및 CH 함유 중간체의 형성은 향상된 유전체층 형성을 가능하게 한다.
기질은 당해분야에서 공지된 형태의 실리콘 반도체 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼일 수 있다.
산화제로서 산소가 선호되지만 H2O2와 같은 다른 산화제가 사용될 수 있다.
실리콘 함유 유기화합물은 오르가노실란 또는 오르가노실록산이다. 실리콘 함유 유기화합물로서 알킬실란, 특히 테트라알킬실란이 선호된다. 본 발명의 구체예에서 실리콘 함유 유기화합물은 테트라메틸실란(TMS)이다. 그러나 1,1,3,3-테트라메틸디실록산(TMDS)와 같은 기타 오르가노실란 및 오르가노실록산이 사용될 수 있다.
메톡시실란, 특히 메톡시메틸실란은 유전상수가 매우 작은 필름을 생성하므로 선호된다.
특히 양호한 결과는 다음 구조를 가진 시클로헥실디메톡시메틸실란(CHDMMS)사용시 달성된다:
또한 메톡시실란(예, CHDMMS)은 플라즈마에 산화제가 존재하지 않아도 위의 방법에 따라 처리될 수 있다. 이것은 Si-O결합이 메톡시기의 일부로서 존재하기 때문이다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면 다음 단계를 포함한 기질상에 필름을 형성하는 방법이 제공된다:
(a) 챔버에서 기질상에 기질을 위치시키고;
(b) 가스 또는 증기 형태로 Si-O결합을 포함한 유기 화합물을 챔버에 공급하여 기질상에 필름을 침전시키고;
(c) 탄소함유기가 유지되도록 필름을 응고(예, 어닐링)시키는 단계.
화합물은 플라즈마 존재하에서 공급되는 것이 선호되지만 기타 에너지원이 활용되어서 필름을 침전시킬 수 있으며 이들은 스핀-온(spin-on)기술과 조합될 수 있다.
필름은 저온(예컨대 0℃)지지부상에 배치된 기질상에 침전된다. 0 내지 70℃, 특히 30 내지 50℃의 온도가 실용적인 결과를 가져온다.
한 구체예에서 본 방법은 필름침전동안 RF전력을 제공하는 단계를 포함한다. RF전력은 샤워헤드에 적용되며, 이를 통해서 가스 선구물질이 챔버로 들어간다.
전형적인 실험조건은 210 sccm의 테트라메틸실란 유속, 200 sccm의 O2유속, 2000 mT의 챔버압력, 0℃의 지지부온도, 100℃의 샤워헤드온도, 샤워헤드에 적용된 380 khz RF전력 250와트이다.
필름응고는 침전된 필름으로부터 물을 제거하도록 약 450℃의 온도에서 어닐링 단계를 수행함으로써 이루어진다. 응고된 필름의 전형적인 k값은 베이스층(필름 침전 이전의 층) 또는 캐핑층(형성된 층상에 있는)을 가지게 침전된 6000Å 두께의 필름의 경우에 산소 존재하에서 450℃에서 어닐링 단계후 약 2.55이다. k값은 유전상수에 대한 측정치이며 본 발명은 낮은 유전상수를 제공한다.
필름을 예비가열하지 않고 침전된 필름을 H2함유 플라즈마에 노출시킴으로써 응고단계가 수행될 수 있다. 이 경우에 이온 폭격으로 인한 가열을 방지하기 위해서 침전단계동안 지지부가 바이어스 되지 않는 것이 좋다.
본 발명의 제3 측면에 따르면 다음 단계를 포함한 기질상에 필름 형성방법이 제공된다:
(a) 챔버내 지지부상에 기질을 위치시키고;
(b) 플라즈마 및 RF전력원 존재하에서 가스 또는 증기 형태로 테트라메틸실란과 산소를 챔버에 공급하여 기질상에 필름을 침전시키고;
(c) 탄소함유기가 유지되도록 필름을 응고시키는 단계
응고단계는 위에서 기재된 방식으로 수행된다.
예열없이 H2플라즈마 처리에 의해 특히 양호한 결과가 수행된다.
본 발명에 따르면 다음을 포함하는 기질상에 필름 형성장치가 제공된다:
(a) 챔버에 위치된 기질의 지지부;
(b) 가스 또는 증기형태로 실리콘함유 유기화합물과 산화제를 플라즈마 존재하에서 챔버에 공급하여 기질상에 필름을 침전시키는 수단;
(c) 탄소함유기가 유지되도록 필름을 응고시키는 수단.
한 구체예에서 본 방치는 기질상에 필름침전의 균일성을 향상시키는 수단을 더욱 포함한다. 이것은 샤워헤드 주변 또는 영역에 배열되며, 침전 균일성 향상은 표면 주위에서 표면 반응을 위한 자리를 제공함으로써 기질 엣지에서 침전속도를향상시킨 결과이다.
도1에서 샤워헤드(3) 및 웨이퍼 지지부(4)를 갖는 진공챔버(2)를 포함한 장치(1)가 도시된다. 샤워헤드(3)는 RF원(도시안된)에 연결되어 하나의 전극을 형성하고 지지부(4)는 접지된다. 혹은 RF원이 지지부(4)에 연결될 수 있다. 샤워헤드(3)는 파이프(도시안된)를 통해 테트라메틸실란 및 산소원에 연결된다. 이러한 장치는 EP-A-0731982에 발표된다. 표준(비-듀플레스)샤워헤드가 보통 사용된다. 샤워헤드(3) 주위에 균일도 링(5)이 배치된다. 링(5)은 웨이퍼 상에 필름의 균일한 침전을 시키는데 중요한 역할을 한다.
사용시 장치(1)는 반도체 디바이스상에 프리-금속 유전체, 얕은 트렌치 분리부 및 금속간 유전체와 같은 분야에 대한 "갭충진"이나 평면층을 생성하는데 사용되며 유동성인 물 또는 OH 함유 중간층을 침전시키도록 배열된다. 필름은 챔버에 테트라메틸실란과 산소를 가스 또는 증기 형태로 도입하고 이들을 챔버내에서 반응시킴으로써 형성된다. 이것은 플라즈마가 존재할 때조차도 표면 이동성을 갖는 중간층을 형성시킨다. 본 발명의 공정에 의해 소형 갭이 충진될 수 있다. 종종 공정조건이 유동하지는 않지만 본 발명의 다른 특성이 유지된 OH 함유 중간층을 생성시킬 수 있다. 반응은 플라즈마 존재하에서 이루어진다. 후속으로 산소 부재하에서 수소함유 플라즈마 존재하에서 가열함으로써 필름이 어닐링된다.
선구물질인 테트라메틸실란(TMS)이 다양한 다른 선구물질과 함께 적용되며, 지지부 온도는 약 0℃이고 380 Khz 또는 13.56 Mhz의 RF전력이 사용된다. 결과는다음과 같다.
TMS + H2O25,000 mT 까지의 압력범위에서 침전이 안됨
TMS + MeSiH3+ H2O2MeSiH3+ H2O2에 비해서 탄소함량이 약간 증가,
침전 속도 : ∼6000Å/분
TMS + DiH4+ H2O2필름에 탄소없음, 침전속도 : ∼900Å/분
TMS + H2O2+ RF 침전속도 : ∼400Å/분, 고굴절지수
TMS + O2+ RF 침전속도 : 2 마이크로미터/분 이상, 고탄소함량
선호되는 공정은 다음과 같은 조건을 전제로 한다:
210sccm TMS(충진속도 검토로 계산된)
200sccm O2
2,000 mT 압력
0℃ 지지부 온도 및 100℃ 샤워헤드 온도
샤워헤드에 적용된 380khz RF전력 250와트.
이것은 산소 부재하에서 약 450℃에서 어닐링한후 베이스 또는 캐핑이 없이 침전된 6000Å두께의 필름의 경우에 2.55의 k값을 가져온다(CV 기술로 측정됨).
도2는 본 발명에 따라 침전 및 어닐링된 필름의 FTIR 스펙트럼을 보여준다. 비교의 편이를 위해 동일한 다이아그램상에 두 개의 스펙트럼이 중첩된다. 침전된 스펙트럼은 둘 중 하부의 것으로서 위치6에서 물과 관련된 O-H 결합 특성 피크를보여준다. 3000 내지 2600 파수에서 유리된 물과 관련된 O-H 결합, 고립된 O-H 및 수소 결합된 O-H가 존재한다. 물은 유리된 물과 수소결합된 O-H를 포함함으로 이 영역에서 넓은 특성 피크를 제공한다. 위치7에서 C-H3피크, 위치8에서 Si-CH3피크(Si-C), 위치9에서 Si-O피크가 나타난다:
따라서 어닐링 단계에서 후속 제거되는 물 또는 OH 함유 필름이 침전되고 CH3가 존재하고 Si에 결합되어서 어닐링 후 필름에 남겨져서 경질 필름을 형성시킨다.
k값이 낮으면 FTIR상에서 Si-C와 Si-O간에 높은 피크 면적 비율(PAR)을 나타낸다. Si-C결합은 Si-O결합을 차단하여 필름이 밀도를 감소시킨다. 따라서 높은 피크 면적비율(Si-C:Si-O)은 저k값 필름을 나타낸다. 그러나 플라즈마 침전 및 어닐링된 필름의 경우에 측정된 k값은 낮지 않은데 이것은 비-플라즈마 침전된 저k값 필름이 메틸실란과 퍼옥사이드의 반응으로부터 침전됨을 암시한다.
도3에 도시된대로 어닐링된 본 발명의 필름은 침전된 필름의 유동성을 보여준다.
일반적으로 공정 매개변수를 변화시킨 효과는 다음과 같다:
매개변수 굴절지수 FTIR 피크 면적비율 균일성
SiC/SiO CH/SiO
압력증가 감소 상승 상승 더양호
전력증가 효과없슴 감소 감소 더양호
질소유속증가 상승 감소 감소 악화
TMS/O2비율증가 감소 상승 상승 효과없슴
총 TMS/O2감소 효과없슴 감소 감소 효과없슴
시클로메톡시메틸실란(CHDMMS)를 사용하여 실험이 수행되었다. 그 결과 유전상수가 크게 감소되었다. 수많은 메톡시실란 화합물(예, 테트라메톡시실란)으로부터 잇점이 예견된다.
도1에 도시된 챔버에서 실험이 수행되거나 공-계류중인 영국특허출원 9914879.3에서 40㎜와 20㎜의 전극갭간격으로 실험이 수행되고 비-플라즈마 기초 공정에서 사용되는 균일성 링 차단부는 제거된다. 전통적인 저 증기압 유량 제어기가 아닌 공-계류중인 영국특허출원 9922691.2에 발표된 시린지 전달 시스템을 사용하여 CHDMMS가 챔버에 공급된다. CHDMMS는 출원 9914879.3에서 발표된 다른 선구물질에 비해서 비교적 높은 끓는점(약 200℃)을 갖기 때문에 전통적인 수단으로는 쉽게 전달되지 못한다.
모든 공정은 샤워헤드에 플라즈마를 적용하여 실시된다. 모든 웨이퍼는 약 480℃에서 30분간 어닐링함으로써 "응고"된다.
다음 매개변수가 고려된다:
압력 : 500 내지 1500mT
전력(380 ㎑) : 50-750 W
지지부온도 : 0 내지 70℃
CHDMMS 유속 : 0.5 내지 1.5g/분
산소 유속 : 0 내지 200 sccm
질소 유속 : 0 내지 400 sccm
퍼옥사이드 유속 : 0 내지 0.75g/분
상대적 유속은 공정에 특히 중요하다. 일반적으로 유속이 높을수록 침전속도가 높아서 넓은 범위의 유속이 유사한 결과를 가져올 수 있다. 따라서 위에서 지정된 범위밖의 값도 적용될 수 있다.
두가지 선호되는 공정실시예가 제시되는데 하나는 산소 존재하에서, 다른 하나는 산소 부재하에서 수행된다.
공정 1(무산소)
압력 900 mT
전력 500 W
지지부온도 50℃
CHDMMS 유속 0.85 g/분
질소 유속 200 sccm
공정 2 (산소 존재하에서)
압력 900 mT
전력 250 W
지지부온도 50℃
CHDMMS 유속 0.85 g/분
산소 유속 50 sccm
질소 유속 150 sccm
결과의 필름이 어닐링되고 어닐링후 결과는 다음과 같다:
공정 1 (무산소)
침전속도 17000Å/분
균일도(최대/분) ±4%
굴절지수 1.370
유전상수 2.55
공정 2 (산소존재하에서)
침전속도 9500Å/분
균일도(최대/분) ±5%
굴절지수 1.340
유전상수 2.25
각경우에 유전상수는 낮지만 산소존재하의 공정이 더욱 유리하다.
도4 및 도5는 어닐링후 FTIR스펙트럼을 보여준다. 둘은 사실상 유사하다. 도5에서 2500 내지 2000에서 특징은 대기 CO2때문에 생긴다.
150℃로 가열된 진공화된 알루미늄 용기내에서 PTFE 단지로 구성된 CHDMMS소스를 사용하여 초기 실험이 수행되었다. 단지는 가스 라인에 의해 전환인자 1.000으로 H2O에 적합한 가스유량 제어기에 연결된다. RF전력은 웨이퍼로부터 40㎜ 간격으로 샤워헤드에 적용된다. RF는 380khz 연속모드이다. 실험결과는 도6에 도시된다. CHDMMS 칼럼에 있는 수치는 유량제어기로 측정된 공칭 가스유량이다. 그러나 안정적인 흐름은 달성될 수 없으므로 이들 결과는 공정 챔버에 전달되는 CHDMMS의 무작위양에 가깝다. 이러한 선구물질에 대한 더 탁월한 전달시스템이 개발될 수 있을 때까지 실험이 중지된다.
CHDMMS는 201.2℃의 끓는점과 0.940 g/cc의 밀도를 갖는다. CHDMMS는 산화제 첨가없이도 저k 절연부를 침전시키므로 저k(k＜3)절연층 형성을 위해 챔버없이도(예컨대 "스핀-온"기술에서 필요한) 반도체 웨이퍼에 액체로 전달되고 열 또는 플라즈마에 의해 반응될 수 있다. 사용된 장치는 액체 선구물질을 증발시키고, 증기로서 전달시키고 선구물질의 끓는점 아래의 온도에서 웨이퍼상에 응축시킴으로써 액체를 효과적으로 침전시킬 수 있다. 선구물질에 대한 반응이 웨이퍼상에서 일어나는지 그밖의 다른 곳에서 일어나는지 반응생성물이 웨이퍼상에 침전되는지 명백하지 않다.
시린지 펌프를 활용하는 더욱 적합한 액체 전달 시스템을 개발하여 추가 실험이 수행되었다. (도7). 도6의 실시번호 13,14 16-23에 대한 FTIF이 도8 내지 10에 도시된다.
다음 조건을 사용하여 추가 실험이 수행되었다:
압력 : 2500mT
13.56 ㎒의 RF전력 : 250와트/200㎜웨이퍼
샤워헤드온도 : 100 ℃
TMS유속 : 100 sccm
산소 유속 : 100 sccm
질소 유속 : 500-600 sccm
산소에 대한 TMS(테트라메틸실란)의 비율은 이전과 동일하지만 총 유속은 절반이다. 이 공저에서 질소는 희석제로서 사용된다.
열처리단계("응고" 또는 "어닐링")
시간 5분
압력 10토르 질소(무산소)
웨이퍼온도 400℃
지지부온도가 변화되었고 결과는 다음과 같다:
T(℃) 침전속도 비-균일도% FTIR 굴절지수평균 유전상수
(Å/분) 최대/분 SiC/SiO SiH/SiO CH/SiO
10 7,778 2.7 0.0608 0.0060 0.0287 1.3825 2.72
20 7,673 3.8 0.0594 0.0057 0.0280 1.3832 2.72
30 7,589 4.8 0.0588 0.0059 0.0282 1.3791 2.65
45 7,543 3.1 0.0584 0.0056 0.0273 1.3867 2.70
55 기록안됨 0.0527 0.0044 0.234 기록안됨
60 6,968 3.9 0.0512 0.0074 0.0293 1.3935 2.69
초기 침전공정은 물 또는 OH함유 중간필름을 형성하므로 물 또는 OH를 제거해서 저k층을 생성하기 위해서는 후속으로 응고될 필요가 있다. 응고는 열처리 단계에 의해 이루어진다. 그러나 다음과 같이 침전후 공정이 수행될 수 있다. 이 실험의 중요한 특징은 유전상수가 3미만이 되게 하고 굴절지수(밀도를 나타내는) 및 유전상수가 30℃의 지지부 온도 사용시 떨어진다는 것이다. 이러한 결과는 유전상수 및 밀도가 필름 조성과 관련되어서 굴절지수가 낮을수록 유전상수가 낮다는 인식과 일치한다.
다음 공정 변수를 사용하여 필름이 형성된다:
ㆍ TMS : 100 sccm
ㆍ O2: 100 sccm
ㆍ N2: 600 sccm
ㆍ 압력 : 2000 mT
ㆍ 기질 지지부 : 30 ℃, DC 접지 전위(바이어스 안됨)
ㆍ 전력 : 샤워헤드에 고주파 13.56 ㎒, 250와트
결과의 필름은 어닐링 공정(이하, FTM 이라 칭함)이나 H2플라즈마 처리에의해 응고된다.
FTM 공정은 다음과 같다:
ㆍ 웨이퍼온도 : 450℃
ㆍ 압력 : 10 Torr(질소)
ㆍ 시간 : 3-5분
H2플라즈마 처리는 다음과 같다:
ㆍ 수소 : 1000 sccm
ㆍ 압력 : 4000 MT
ㆍ 온도 : 400℃
ㆍ 전력 : 2000와트 고주파 13.56㎒가 웨이퍼에 대양하는 전극
에 공급된다.
ㆍ 시간 : 두께에 따라 다르며 6kÅ의 경우에 보통 3분이지만
시간이 더 길면 k값이 더 낮아진다.
혹은 처리될 필름 근처에 이온화된 수소 화학종을 생성 또는 유지하기 위해서 웨이퍼 포함 챔버에 대해 내부적 또는 외부적으로 전극에 다른 RF주파수가 적용될 수 있다. 이것은 마이크로파 및 유도쌍 RF원을 포함한 원격 플라즈마 소스를 포함할 수 있다.
H2플라즈마는 아르곤, 헬륨 또는 기타 가스와 같은 불활성 희석제를 포함할 수도 있다.
도11은 위에서 기술된대로 제조되어 FTM 또는 플라즈마에 의해 처리된 필름의 FTIR 그래프를 보여준다. 각 차트 아래에서 다양한 성분간 결합비율이 표시된다. FTIR그래프에서 그래프의 기울기는 중요하지 않으며 정보를 제공하는 것은 피크이다. 피크의 상대적 높이는 비율 테이블로 표시되며 FTM 침전후 처리를 한 필름에 비해서 플라즈마 처리된 필름에서 성분간 결합이 크게 감소된다. 이것은 수소 플라즈마 처리된 중간 필름이 FTM 처리된 중간 필름과 구조적으로 상이함을 보여준다.
도12에서 상부 그래프는 다양한 후처리 공정간에 필름두께 차이는 없지만 처리시간이 길수록 굴절지수는 상당한 차이가 있음을 보여준다. 10분 H2플라즈마 처리후 굴절지수는 순수한 SiO의 굴절지수에 근접한다. 이것은 유전상수를 크게 증가시키지만 도17에서 도시된 바와 같이 H2플라즈마 처리기간의 증가는 필름이 플라즈마 처리전 열처리를 받지 않는다면 유전상수를 크게 감소시킨다. 따라서 10분간 H2플라즈마 처리후 OH함유 필름이 응고되면 유전상수는 2.2 미만이며, 이것은 화학증착 수단에 의해 달성할 수 없는 매우 낮은 수치이다.
단기간 H2플라즈마 처리(예, 1분)는 필름을 안정화시키지 못하며 다른 보고된 필름에 필적할 정도이지만 유전상수를 FTM어닐링 미만으로 감소시키지도 못한다. 습식엣칭 속도 실험은 수소 플라즈마 처리가 필름 상수에서 개시됨을 보여준다. 플라즈마 공정이 길수록 처리된 깊이가 커지고 처리된 필름의 k값은 감소한다. 수소 플라즈마 처리된 필름은 FTM 처리된 필름보다 느리게 엣칭된다(20배이상). 또한 사전 열처리 또는 어닐링 단계후 H2플라즈마 처리는 유전상수 감소에 효과적이지 못하였다.
도13에서 FTM처리된 필름은 산화공정에 매우 민감하다. 예컨대 포토레지스트 스트립으로부터 탄소 및 수소가 제거된다. 이러한 산화공정은 유전상수에 유리한 효과를 준다고 인식하기전 필름에서 이러한 물질을(특히 선구물질로부터 유기물질) 제거하는데 사용되므로 이러한 사실은 놀라운 일이 아니다. 반면에 도14 및 15에서 플라즈마 처리된 필름은 포토레지스트 스트립 산화공정에 의해 크게 영향을 받지 않는다. 이것은 층을 손상시키지 않고 유전층 표면에서 레지스트를 더욱 용이하게 제거할 수 있게 하므로 중요하다. 도16은 플라즈마 처리된 필름이 스트립 산화 전후에 관계없이 낮은 스트레스값을 가짐을 보여준다.
유사한 결과가 최종 사용된 유전층에 탄소, 특히 CH를 유지하는 대부분의 유동성 또는 물이나 OH 함유 필름에서 달성된다.
따라서 본 발명자들은 산소 부재하에서 H2함유 플라즈마의 존재하에서 열을 사용하여 후속으로 응고되는 유동성이며 OH를 함유한 중간 필름을 침전시켜서 3미만의 유전상수를 갖게 하며 수소 플라즈마를 적용하여 유전상수를 감소시키고 산화에 대한 양호한 내성을 갖게 하였다. 이러한 조합은 H2처리가 유전상수를 감소시키며 굴절지수 증가 및 감소된 습식 에칭속도로 알 수 있는 밀도 증가를 가져온다.
추가 증거가 도18 및 19에 도시된다. 도18은 H2플라즈마 처리가 유전상수를 감소시킴을 보여주는데 30분간 처리된 샘플은 1.8의 k값을 가져온다.
도19는 수소 플라즈마 처리된 필름에 대한 분석결과를 보여준다.
5분간 수소 플라즈마 처리된 TMS+O2침전된 필름에 대한 SIMS(이차 이온 질량 스펙트로미터)데이터가 발생된다. 수평축은 표면 바로 위에서 시작하여 실리콘 웨이퍼에서 끝나는 샘플의 깊이이다. 도시된 것은 유기물 오염된(고C)샘플 표면(무시될)이고 "진짜"분석이 뒤따른다.
SIMS 프로파일은 수소 플라즈마 처리에 의해 탄소 및 수소가 고갈된 필름 표면을 보여준다. 이것은 놀라운 결과이며 표면층과 벌크 필름의 유전상수 차이와 일치한다. 표면이 엣칭될 때 나머지 필름(두께가 감소된)은 표면층 함유 필름보다 낮은 유전상수를 가진다. 탄소 고갈된 표면을 포함한 전체 필름은 FTM 처리된 필름 보다 낮은 k값을 가진다.
습식 엣칭 속도 실험은 수소 플라즈마 처리가 상부 표면에서 개시되어 필름을 통해 진행함을 보여준다. 수소 플라즈마 처리된 필름은 FTM처리된 필름보다 느리게 습식 엣칭되므로 플라즈마 처리시간에 따라 처리 깊이가 증가한다는 증거를 제공한다.
수소 플라즈마 처리는 필름에 있는 Si-CH3를 Si-CH2-Si로 효과적으로 대체하며(수소 이온과 라디칼 간의 중간 반응에 의해)Si-Si 결합 증가는 굴절지수를 증가시킨다.

Claims (29)

  1. (a) 챔버에 있는 지지부상에 기질을 위치시키고;
    (b) 가스 또는 증기형태로 실리콘 함유 유기화합물과 산화제를 플라즈마의 존재하에서 챔버에 공급하여 기질상에 필름을 침전시키고;
    (c) 탄소함유기가 포함되도록 필름을 응고시키는 단계를 포함하는 기질상에 필름을 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 산화제가 산소임을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 실리콘 함유 유기 화합물이 알킬실란임을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  4. 앞선 청구한 중 한 항에 있어서, 실리콘 함유 유기 화합물이 테트라알킬실란임을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 실리콘 함유 유기 화합물이 테트라메틸실란임을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  6. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 실리콘 함유 유기 화합물이 메틸실란임을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 실리콘 함유 유기 화합물이 시클로헥실디메톡시메틸실란임을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  8. 앞선 청구항 중 한 항에 있어서, 필름이 저온 지지부상에 위치된 기질상에 침전됨을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 지지부가 0 내지 60℃의 온도에 유지됨을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  10. 제 6 항 또는 7 항에 있어서, 지지부 온도가 30℃임을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  11. 앞선 청구항 중 한 항에 있어서, 필름침전동안 플라즈마를 제공하는 단계를 더욱 포함하는 필름형성방법.
  12. 앞선 청구항 중 한 항에 있어서, 응고된 필름이 2.55이하의 유전상수를 가짐을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  13. (a) 챔버에 있는 지지부상에 기질을 위치시키고;
    (b) 플라즈마 존재하에서 가스 또는 증기 형태로 테트라메틸실란과 산소를 챔버에 공급하여 기질상에 필름을 침전시키고;
    (c) 탄소함유기가 포함되도록 필름을 응고시키는 단계를 포함하는 기질상에 필름 형성방법.
  14. 앞선 청구항 중 한 항에 있어서, 기질 지지부에 대향하는 전극에 연결되는 RF전력원에서 나오는 플라즈마를 공급하는 단계를 더욱 포함하는 필름형성방법.
  15. 앞선 청구항 중 한 항에 있어서, 플라즈마 적용동안 기질 지지부가 D.C. 접지됨을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  16. 앞선 청구항 중 한 항에 있어서, 사전 어닐링 또는 가열단계 없이 H2함유 플라즈마에 필름을 노출시킴으로써 필름이 응고됨을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  17. 제 16 항에 있어서, H2함유 플라즈마가 H2플라즈마임을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  18. 제 16 항 또는 17항에 있어서, H2함유 플라즈마 처리가 30초 내지 30분간 지속됨을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  19. 제 16 항 또는 17 항에 있어서, H2함유 플라즈마 처리가 1분 내지 10분간 지속됨을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  20. 제 16 항 또는 17 항에 있어서, H2함유 플라즈마 처리가 5분미만 지속됨을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  21. 제 16 항 또는 17 항에 있어서, H2함유 플라즈마 처리가 10분미만 지속됨을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  22. 제 16 항에 있어서, 수소함유 플라즈마가 가열과 동시에 적용됨을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 기질이 400℃로 가열됨을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  24. 첨부 도면 및 실시예에서 기술된 필름형성방법.
  25. 제 1 항에 있어서, 필름 응고가 침전된 필름의 FTIR스펙트럼으로부터 물 또는 OH 피크를 제거함을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  26. (a) 챔버에 위치된 기질 지지부;
    (b) 플라즈마 존재하에서 가스 또는 증기형태로 실리콘 함유 유기 화합물과 산화제를 챔버에 공급하여 기질상에 필름을 침전시키는 수단;
    (c) 탄소함유기가 포함되도록 필름을 응고시키는 수단을 포함하는 기질상에 필름 형성장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 기질 상에 침전된 필름의 균일성을 향상시키는 수단을 더욱 포함하는 필름 형성 장치.
  28. 제 27 항에 있어서, 균일성 향상 수단이 샤워헤드 주변에 배열됨을 특징으로 하는 필름 형성방법.
  29. 첨부도면을 참조로 기술된 필름 형성장치.
KR1020017001796A 1999-06-26 2000-06-26 기질상에 필름을 형성하는 방법 및 장치 KR20010072415A (ko)

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