KR20090033922A - 플라즈마 성막방법 및 플라즈마 성막장치 - Google Patents

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KR20090033922A
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gas
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야스오 고바야시
도모히로 오타
송윤 강
이쿠오 사와다
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

기밀인 처리 용기(1) 내에 얹어 놓여진 기판(W)에 대해, 래디얼 라인 슬롯 안테나(4)에 마이크로파를 도입함으로써 플라즈마를 발생시킨다. 처리 용기내의 압력이 7.32Pa 이상 8.65Pa 이하, 마이크로파 전력이 2000W 이상 2300W 이하, 기판 표면과 원료 가스 공급 부재(3)의 대향면과의 사이의 거리(L1)가 70mm 이상 105mm 이하, 기판 표면과 방전 가스 공급 부재(2)와의 거리(L2)가 100mm 이상 140mm 이하의 조건을 설정한다. 그 조건하에서, 환상 C5F8가스로 이루어진 원료 가스를 마이크로파의 에너지에 기초하여 활성화한다. 이것에 의해, C4F6의 이온이나 래디칼을 많이 포함한 성막종을 얻을 수 있다. 이것에 의해 누설 특성이나 열적 안정성이 뛰어난 불소 첨가 카본막을 성막한다.
Figure P1020097004983
반도체, 플라즈마, 성막, 불소, 카본막, 플루오르

Description

플라즈마 성막방법 및 플라즈마 성막장치{PLASMA FILM FORMING METHOD AND PLASMA FILM FORMING DEVICE}
본 발명은, 플라즈마를 이용하여 불소 첨가 카본막(플루오르카본막)을 성막하는 기술에 관한 것이다.
반도체디바이스의 고집적화를 도모하기 위한 하나의 수법으로서 다층 배선 구조가 채택되고 있다. 다층 배선 구조를 취하기 위해서는, 인접한 배선층끼리의 사이를 도전층으로 접속함과 함께, 도전층 이외의 영역은 층간절연막으로 불리는 박막이 형성된다. 이 층간절연막의 대표적인 것으로서 실리콘 산화막이 있는데, 디바이스의 동작 속도를 보다 한층 빨리 하기 위해서 층간절연막의 비유전율을 낮게 하는 것이 요구되고 있다.
이러한 배경으로부터, 실리콘 산화막에 비해 대폭적으로 비유전율을 내릴 수 있는 불소 첨가 카본막이 주목받고 있다. 이 불소 첨가 카본막은, 탄소(C)와 불소 (F)로 이루어진 원료 가스를 플라즈마화하여 얻은 성막종(Film forming seed)에 의해 성막된다. 원료 가스로서는, C4F8 가스나 C5F8 가스 등이 알려져 있다. 그 중 C5F8가스를 이용함으로써, 그 분해생성물이 입체 구조를 만들기 쉽고, C-F결합이 강고해지는 것이 알려져 있다. 그 결과, 유전율이 낮고, 누설(Leak) 전류도 작으며, 열안정성이 더 뛰어난 층간절연막을 얻을 수 있다.
일본 특개평11-162960호 공보에는, 원료 가스로서 환상(環狀) 구조의 C5F8 가스를 이용하여 불소 첨가 카본막을 성막하는 기술이 기재되어 있다. 구체적으로는, 전자 사이클로트론 공명(ECR)에 의해서 Ar가스 등의 플라즈마 발생용 가스를 플라즈마화하여, 이 플라즈마에 의해 C5F8가스를 활성화하여, 불소 첨가 카본막을 반도체 웨이퍼(이하 웨이퍼라고 한다) 상에 성막하고 있다.
그러나, C5F8가스를 원료 가스로서 이용했을 경우에도, 형성된 막의 누설 전류, 열안정성 등의 막특성이 다른 경우가 있는 것이 인정된다. 본 발명자들은, 이 불소 첨가 카본막의 막특성에는 성막 조건이 크게 관계되어 있다고 파악하고 있다. 상세하게는, 성막 조건에 따라서 C5F8가스로부터 얻어지는 성막종이 달라, 이 성막종의 차이에 따라 막특성이 크게 변화한다고 인식하고 있다. 따라서, 성막 조건의 적정화를 도모함으로써, 막특성이 양호한 불소 첨가 카본막을 형성할 수 있다고 파악하고 있다.
본 발명은, 이러한 사정하에서 이루어진 것으로, 성막 조건의 적정화에 의해 원하는 성막종을 얻는 것으로, 누설 특성이나 열안정성이 뛰어난 특성을 가진 불소 첨가 카본막의 성막을 실시할 수 있는 플라즈마 성막방법 및 플라즈마 성막장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 그러한 성막을 실시하도록 플라즈마 성막장치를 제어하는 프로그램을 격납한 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 탄소와 불소로 이루어지고, 단일의 3중 결합, 1개 이상의 2중 결합, 혹은 공역 2중 결합을 가진 화합물의 원료 가스를 마이크로파의 에너지에 기초하여 활성화하고, 이것에 의해 얻어진 성막종에 의해 불소 첨가 카본막을 성막하는 플라즈마 성막방법에 있어서, 활성화후의 원료 가스 농도가 활성화전의 원료 가스 농도의 0.05배 이상 0.5배 이하가 되도록 원료 가스를 활성화하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막방법을 제공한다.
예를 들면, 상기 단일의 삼중 결합을 1개 가진 화합물은 옥타플루오르펜틴이다. 예를 들면, 상기 1개 이상의 2중 결합을 가진 화합물은, 옥타플루오르시클로펜텐, 데카플루오르시클로헥센, 및 옥타플루오르시클로헥사디엔으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 예를 들면, 상기 공역 2중 결합을 가진 화합물은 옥타플루오르펜타디엔이다.
또한 본 발명은, 탄소와 불소로 이루어지고, 단일의 3중 결합, 1개 이상의 2중 결합, 혹은 공역2중 결합을 가진 화합물의 원료 가스를 마이크로파의 에너지에 기초하여 활성화하고, 이것에 의해 얻어진 성막종에 의해 기판 표면에 불소 첨가 카본막을 성막하는 플라즈마 성막장치에 있어서,
상기 기판을 얹어 놓는 재치대가 내부에 설치된 기밀인 처리 용기와,
이 처리 용기내의 분위기를 배기하는 배기 시스템과,
상기 원료 가스를 유량 조정하여 공급하는 원료 가스 공급 시스템과,
원료 가스 공급구가 형성되어 상기 재치대에 대향하는 대향면을 가지며, 상기 원료 가스 공급 시스템으로부터 공급되는 원료 가스를 상기 공급구로부터 상기 처리 용기내에 토출하는 원료 가스 공급 부재와,
상기 재치대에 대향해서 설치된 래디얼 라인 슬롯 안테나(Radial line slot antenna)와,
이 안테나에 대해서 마이크로파를 전력 조정하여 공급하는 마이크로파 공급 시스템을 구비하고,
성막시에 있어서, 활성화후의 원료 가스 농도가 활성화전의 원료 가스 농도의 0.05배 이상 0.5배 이하가 되도록 상기 원료 가스가 활성화 되도록, 상기 배기 시스템, 상기 원료 가스 공급 시스템, 및 상기 마이크로파 공급 시스템을 제어하는 제어기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막장치를 제공한다.
또한 본 발명은, 탄소와 불소로 이루어지고, 단일의 3중 결합, 1개 이상의 2중 결합, 혹은 공역 2중 결합을 가진 화합물의 원료 가스를 마이크로파의 에너지에 기초하여 활성화하고, 이것에 의해 얻어진 성막종에 의해 기판 표면에 불소 첨가 카본막을 성막하는 플라즈마 성막장치에 있어서,
상기 기판을 얹어 놓는 재치대가 내부에 설치된 기밀인 처리 용기와,
이 처리 용기내의 분위기를 배기하는 배기 시스템과,
상기 원료 가스를 유량 조정하여 공급하는 원료 가스 공급 시스템과,
원료 가스 공급구가 형성되어 상기 재치대에 대향하는 대향면을 가지며, 상기 원료 가스 공급 시스템으로부터 공급되는 원료 가스를 상기 공급구로부터 상기 처리 용기내로 토출하는 원료 가스 공급 부재와,
방전 가스를 유량 조정하여 공급하는 방전 가스 공급 시스템과,
방전 가스 공급구가 형성되어 상기 재치대에 대향하는 대향면을 가지며, 상기 방전 가스 공급 시스템으로부터 공급되는 방전 가스를 상기 공급구로부터 상기 처리 용기내에 토출하는 방전 가스 공급 부재와,
상기 재치대에 대향해서 설치된 래디얼 라인 슬롯 안테나와,
이 안테나에 대해서 마이크로파를 전력 조정하여 공급하는 마이크로파 공급 시스템을 구비하고,
상기 재치대 위의 기판 표면과 상기 원료 가스 공급 부재의 대향면과의 사이의 거리가 70mm 이상 105mm 이하이며,
상기 재치대 위의 기판 표면과 상기 방전 가스 공급 부재의 대향면과의 사이의 거리가 100mm 이상 140mm 이하이며,
성막시에 있어서, 상기 처리 용기내의 압력이 7.32Pa 이상 8.65Pa 이하가 되도록 상기 배기 시스템, 상기 원료 가스 공급 시스템, 및 상기 방전 가스 공급 시스템을 제어함과 함께, 상기 안테나 부재에 공급되는 마이크로파의 전력이 2000W 이상 2300W 이하가 되도록 상기 마이크로파 공급 시스템을 제어하는 제어기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막장치를 제공한다.
여기서 '방전 가스'란, 원료 가스와는 달리, 플라즈마화되어도 그 자체는 퇴적물을 일으키지 않는 물질의 가스로서, 예를 들면 아르곤 가스나 크립톤가스가 해당한다.
그리고, 본 발명에 있어서 '마이크로파의 에너지에 기초하여 원료 가스를 활성화하는' 것이란, 마이크로파의 에너지에 의해 원료 가스 자체를 직접 플라즈마화하여 활성화하는 경우와, 마이크로파의 에너지에 의해 방전 가스를 플라즈마화하여, 이 플라즈마화한 방전 가스에 의해 원료 가스를 활성화하는 경우의 양쪽 모두의 경우를 포함한 개념이다.
또한 본 발명은, 기판을 얹어 놓는 재치대가 내부에 설치된 기밀인 처리 용기와,
이 처리 용기내의 분위기를 배기하는 배기 시스템과,
상기 원료 가스를 유량 조정하여 공급하는 원료 가스 공급 시스템과,
원료 가스 공급구가 형성되어 상기 재치대에 대향하는 대향면을 가지며, 상기 원료 가스 공급 시스템으로부터 공급되는 원료 가스를 상기 공급구로부터 상기 처리 용기내에 토출하는 원료 가스 공급 부재와,
상기 재치대에 대향해서 설치된 래디얼 라인 슬롯 안테나와,
이 안테나에 대해서 마이크로파를 전력 조정하여 공급하는 마이크로파 공급 시스템을 구비한 플라즈마 성막장치를 이용하여,
탄소와 불소로 이루어지고, 단일의 3중 결합, 1개 이상의 2중 결합, 혹은 공 역 2중 결합을 가진 화합물의 원료 가스를 마이크로파의 에너지에 기초하여 활성화하고, 이것에 의해 얻어진 성막종에 의해 기판 표면에 불소 첨가 카본막을 성막할 때에,
활성화후의 원료 가스 농도가 활성화전의 원료 가스 농도의 0.05배 이상 0.5배 이하가 되도록 상기 원료 가스가 활성화되도록, 상기 배기 시스템, 상기 원료 가스 공급 시스템, 및 상기 마이크로파 공급 시스템을 제어하는 프로그램을 격납한 기억 매체를 제공한다.
또한 본 발명은, 기판을 얹어 놓는 재치대가 내부에 설치된 기밀인 처리 용기와,
이 처리 용기내의 분위기를 배기하는 배기 시스템과,
상기 원료 가스를 유량 조정하여 공급하는 원료 가스 공급 시스템과,
원료 가스 공급구가 형성되어 상기 재치대에 대향하는 대향면을 가지며, 상기 원료 가스 공급 시스템으로부터 공급되는 원료 가스를 상기 공급구로부터 상기 처리 용기내에 토출하는 원료 가스 공급 부재와,
방전 가스를 유량 조정하여 공급하는 방전 가스 공급 시스템과,
방전 가스 공급구가 형성되어 상기 재치대에 대향하는 대향면을 가지며, 상기 방전 가스 공급 시스템으로부터 공급되는 방전 가스를 상기 공급구로부터 상기 처리 용기내에 토출하는 방전 가스 공급 부재와,
상기 재치대에 대향해서 설치된 래디얼 라인 슬롯 안테나와,
이 안테나에 대해서 마이크로파를 전력 조정하여 공급하는 마이크로파 공급 시스템을 구비하고,
상기 재치대 위의 기판 표면과 상기 원료 가스 공급 부재의 대향면과의 사이의 거리가 70mm 이상 105mm 이하이며,
상기 재치대 위의 기판 표면과 상기 방전 가스 공급 부재의 대향면과의 사이의 거리가 100mm 이상 l40mm 이하인 플라즈마 성막장치를 이용하여,
탄소와 불소로 이루어지고, 단일의 3중 결합, 1개 이상의 2중 결합, 혹은 공역 2중 결합을 가진 화합물의 원료 가스를 마이크로파의 에너지에 기초하여 활성화하고, 이것에 의해 얻어진 성막종에 의해 기판 표면에 불소 첨가 카본막을 성막할 때에,
상기 처리 용기내의 압력이 7.32Pa 이상 8.65Pa 이하가 되도록 상기 배기 시스템, 상기 원료 가스 공급 시스템, 및 상기 방전 가스 공급 시스템을 제어함과 동시에, 상기 안테나 부재에 공급되는 마이크로파의 전력이 2000W 이상 2300W 이하가 되도록 상기 마이크로파 공급 시스템을 제어하는 프로그램을 격납한 기억 매체를 제공한다.
본 발명에 의하면, 플라즈마에 의한 원료 가스의 활성화 상태의 적정화를 도모하는 것으로, 원료 가스의 분해에 의해 C4F6나 C4F5를 많이 포함한 성막종을 선택적으로 얻을 수 있다. 그리고, 이러한 성막종을 이용하여 성막을 실시하는 것에 의해서, 누설 특성이나 열안정성이 뛰어난 특성을 가진 불소 첨가 카본막을 성막할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 플라즈마 성막장치의 하나의 실시형태에 대해서 설명한다. 이 플라즈마 성막장치는, 래디얼 라인 슬롯 안테나(RLSA)를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치이다. 도 1에 나타내는 플라즈마 성막장치는, 대략 원통형의 기밀인 처리 용기(1)를 구비하고 있다. 이 처리 용기(1)의 측벽이나 바닥부는, 도체 예를 들면 알루미늄 첨가 스테인레스강 등에 의해 구성되고, 내벽면에는 산화 알루미늄으로 된 보호막이 형성되어 있다.
처리 용기(1) 내에는, 그 바닥면의 거의 중앙에, 웨이퍼(기판)(W)를 얹어 놓기 위한 재치대(11)가 절연재(11a)를 개재하여 설치되어 있다. 이 재치대(11)는, 예를 들면 질화알루미늄(AlN) 혹은 산화알루미늄(A12O3)으로 구성된다. 재치대(11)의 내부에는, 냉각 매체를 흐르게 하는 냉각 쟈켓(11b)이 설치됨과 함께, 이 냉각 자켓(11b)과 더불어 온도조절 시스템을 형성하는, 도시하지 않은 히터가 설치되어 있다. 재치대(11)의 상면은 정전 척으로서 구성되어 있다. 또한 재치대(11)에는, 예를 들면 13.56MHz의 바이어스용 고주파 전원(12)이 접속되는 도시하지 않는 전극이 내장되고, 바이어스용 고주파에 의해 재치대(11)의 표면을 음전위로 함으로써 플라즈마중의 이온을 높은 수직성으로 끌어들이도록 하고 있다.
처리 용기(1)의 천정은, 예를 들면 산화 알루미늄으로 형성된 대략 원반 형상의 방전 가스 공급 부재(2)에 의해서 기밀로 덮여 있다. 이 방전 가스 공급 부 재(2)의 재치대(11)와 대향하는 대향면인 바닥면에는, 복수의 방전 가스 공급구 (21)가 형성되어 있다. 이러한 가스 공급구(21)는, 공급 부재(2) 내부에 형성된 가스 유로(22)를 통하여, 방전 가스 공급로(23)와 연이어 통하고 있다. 방전 가스 공급로(23)는, 방전 가스인 아르곤(Ar) 가스의 공급원(24)과 수소(H2) 가스의 공급원(25)에 접속되어 있다. 공급원(24,25)으로부터 공급되는 가스는, 방전 가스 공급로(23) 및 가스 유로(22)를 통해서, 가스 공급구(21)로부터 공급 부재(2)의 아래쪽의 공간을 향해 일정하게 토출된다. 방전 가스 공급 부재(2)의 바닥면(대향면)과 재치대(11)상의 웨이퍼(W)의 표면과의 사이의 거리 L2는 100mm 이상 140mm 이하로 설정되어 있다.
재치대(11)와 방전 가스 공급 부재(2)의 사이에는, 예를 들면 마그네슘(Mg)을 포함한, 알루미늄 합금이나 알루미늄 첨가 스테인레스 스틸 등의 도전체에 의해 형성되는 대략 원반 형상의 원료 가스 공급 부재(3)가 설치되어 있다. 이 원료 가스 공급 부재(3)는, 처리 용기(1)내를 위쪽의 플라즈마 생성 공간(S1)과 아래쪽의 처리 공간(S2)으로 나누고 있다. 이 공급 부재(3)의 재치대(11)와 대향하는 대향면인 바닥면에는, 복수의 원료 가스 공급구(31)가 형성되어 있다. 도 2에도 나타낸 바와 같이, 이들 가스 공급구(31)는, 공급 부재(3) 내부에 격자형상으로 형성된 가스 유로(32)를 통하여, 원료 가스 공급로(33)와 연이어 통하고 있다. 원료 가스 공급로(33)는, 원료 가스인 C5F8 가스의 공급원(35)과 접속되고 있다. 공급원(35)으로부터 공급되는 원료 가스는, 원료 가스 공급로(33) 및 가스 유로(32)를 통해 서, 가스 공급구(31)로부터 공급 부재(3)의 아래쪽의 공간을 향하여 일정하게 토출된다. 원료 가스 공급 부재(3)의 바닥면(대향면)과 재치대(11)상의 웨이퍼(W)의 표면과의 사이의 거리 L1는 70mm 이상 105mm 이하로 설정되어 있다.
도 2에도 나타낸 바와 같이, 원료 가스 공급 부재(3)에는, 복수의 수직 방향의 관통구멍(34)이 형성되어 있다. 이들 관통구멍(34)은, 플라즈마나 플라즈마중의 원료 가스를 아래쪽으로 통과시키기 위한 것이며, 인접하는 가스 유로(32)끼리의 사이에 형성되어 있다.
도 1중, 부호 V1, V2, V3으로 나타내는 것은 밸브, 부호 101, 102, 103으로 나타내는 것은 매스 플로우 콘트롤러(MFC)이다. 그리고, 주로 아르곤 가스의 공급원(24) 및 MFC 101에 의해, 방전 가스인 아르곤 가스를 유량 조정하여 공급하는 방전 가스 공급 시스템(7)이 구성되어 있다. 또한, 주로 C5F8가스의 공급원(35) 및 MFC 103에 의해, 원료 가스를 유량 조정하여 공급하는 원료 가스 공급 시스템(8)이 구성되어 있다.
방전 가스 공급 부재(2) 위에는, 예를 들면 산화 알루미늄 등의 유전체에 의해 구성된 커버 플레이트(13)가 기밀로 부착되고, 이 커버 플레이트(13) 위에는, RLSA(4)가 설치되어 있다. 이 RLSA(4)는, 도 3에도 나타낸 바와 같이, 대략 원반 형상의 도체로 이루어지는 안테나 본체(41)와, 이 본체(41)의 아랫면에 부착된 원반 형상의 도체로 이루어진 평면 안테나 부재(슬롯판)(42)를 가지고 있다. 이들 안테나 본체(41)와, 평면 안테나 부재(42)에 의해, 편평한 속이 빈 원형 도파관이 구성되어 있다. 평면 안테나 부재(42)와 안테나 본체(41)의 사이에는, 예를 들면 산화 알루미늄이나 질화 규소(SiN) 등의 저손실의 유전체 재료에 의해 구성된 지상판(43)이 설치되어 있다. 이 지상판(43)은, 마이크로파의 원형 도파관내에서의 관내 파장을 짧게 하기 위한 것이다.
이와 같이 구성된 RLSA(4)는, 평면 안테나 부재(42)가 커버 플레이트(13)에 밀접하도록, 도시하지 않은 시일 부재를 통하여 처리 용기(1)에 장착되어 있다. 이 RLSA(4)는, 동축(同軸) 도파관(44)을 개재하여 전력 조정이 가능한 마이크로파 발생기(45)와 접속되어 있다. 이러한 도파관(44) 및 마이크로파 발생기(45)에 의해, 예를 들면 주파수가 2.45GHz 혹은 8.3GHz의 마이크로파를 전력 조정하여 RLSA(4)에 공급하는 마이크로파 공급 시스템(9)이 구성되어 있다. 한편, 동축 도파관(44)의 바깥측의 도파관(44A)은 안테나 본체(41)에 접속되고, 중심 도체(44B)는 지상판(遲相板, 43)을 관통하여 평면 안테나 부재(42)에 접속되어 있다.
평면 안테나 부재(42)는, 예를 들면, 두께 1mm 정도의 강판으로 이루어지고, 도 3에 나타낸 바와 같이 다수의 슬롯 부분(46)이 형성되어 있다. 각 슬롯 부분 (46)은, 서로 약간 이간해서 배치된 한 쌍의 슬롯(46a,46b)과 대략 T자 형상으로 형성되어 있다. 그러한 슬롯 부분(46)은, 평면 안테나 부재(42)의 둘레방향을 따라서, 예를 들면 동심원형상이나 소용돌이형상으로 배치되어 있다. 이와 같이, 각 슬롯 부분(46)에 있어서 슬롯(46a)과 슬롯(46b)을 서로 대략 직교하는 관계로 배열하고 있으므로, 2개의 직교하는 편파 성분을 포함한 원편파가 방사되게 된다. 한 쌍의 슬롯(46a,46b)끼리를, 지상판(43)에 의해 압축된 마이크로파의 파장에 대응한 간격으로 배열함으로써, 마이크로파가 평면 안테나 부재(71)로부터 대략 평면파로서 방사된다.
구체적으로는, 각 슬롯(46a,46b)의 슬롯길이가 평면 안테나 부재(42)에 있어서의 동축 도파관(44)측의 마이크로파의 파장의 1/2 이하의 크기로서, 또한 평면 안테나 부재(42)에 있어서의 플라즈마 생성 공간측 S1의 마이크로파의 파장의 1/2보다 큰 치수로 설정되어 있다. 이에 따라, 마이크로파가 슬롯 부분(46)을 통과하여 플라즈마 생성 공간측 S1에 들어가고, 플라즈마 생성 공간측 S1으로부터는 동축 도파관(44)측으로 되돌아오지 않도록 되어 있다. 또한, 평면 안테나 부재(42)의 바닥면에 있어서, 복수의 슬릿 부분(46)은 동심원형상으로 배열됨과 동시에, 슬릿 부분(46) 끼리의 반경 방향의 간격은, 예를 들면 동축 도파관(44)측의 마이크로파의 파장의 1/2로 설정되어 있다.
처리 용기(1)의 바닥부에는 배기관(14)이 접속되고, 이 배기관(14)은 배기압 조정기(51)를 통하여 진공 펌프(50)에 접속되어 있다. 이들 배기관(14), 진공 펌프(50) 및 배기압 조정기(51)에 의해, 배기압을 조정하면서 처리 용기(1)내의 분위기를 배기하는 배기 시스템(5)이 구성되어 있다.
이 플라즈마 성막장치는, 배기 시스템(5)[배기압 조정기(51)], 원료 가스 공급 시스템(8)[MFC(103)], 방전 가스 공급 시스템(7)[MFC(101,102)], 및 마이크로파 공급 시스템(9)[마이크로파 발생기(45)]를 제어하는 제어기(6)를 구비하고 있다. 이 제어기(6)는, 그 외, 고주파 전원부(12)나 밸브(V1∼V3) 등의 제어도 실시하는 것이다. 이 제어기(6)는, 소정의 성막 조건으로 불소 첨가 카본막의 성막을 하도 록 작성된 제어 프로그램을 실행한다. 그러한 프로그램은, 예를 들면 플렉시블 디스크나 콤팩트 디스크, 플래시 메모리, MO(Magneto-Optical Disk) 등의 기억 매체에 격납해 둘 수 있다.
계속해서, 이 장치에서 실시되는 본 발명의 플라즈마 성막방법에 대하여 설명한다.
먼저, 예를 들면 표면에 알루미늄 배선이 형성된 웨이퍼(W)를 처리 용기(1)내에 반입하여 재치대(11)상에 얹어놓는다. 계속해서, 배기 시스템(5)에 의해 처리 용기(1)의 분위기를 배기하면서, 방전 가스 공급 시스템(7)으로부터 방전 가스 공급 부재(2)를 통해서 Ar 가스를 예를 들면 300sccm로, 원료 가스 공급 시스템(8)으로부터 원료 가스 공급 부재(3)를 통해서 C5F8가스를 예를 들면 150sccm로, 각각 처리 용기(1)내에 공급한다. 그리고 처리 용기(1)내를 예를 들면 7.32Pa(55mTorr) 이상 8.65Pa(65mTorr) 이하의 프로세스 압력, 예를 들면 7.71Pa로 유지한다. 또한, 재치대(11)의 표면 온도를 380℃까지 상승하게 한다.
한편, 마이크로파 공급 시스템(9)에 의해 RLSA(4)에 2.45GHz, 2000W 이상 2300W 이하의 마이크로파를 공급한다. 구체적으로는, 마이크로파 발생기(45)에 의해서 발생된 마이크로파가, TM모드, TE모드 내지 TEM 모드로 동축 도파관(44)내를 전파하여, RLSA(4)의 평면 안테나 부재(42)에 도달한다. 평면 안테나 부재(42)에 도달한 마이크로파는, 평면 안테나 부재(42)의 중심부로부터 둘레가장자리영역을 향해서 방사형상으로 전파되는 동안에, 각 슬롯 부분(46)으로부터 커버 플레이트 (13), 방전 가스 공급 부재(2)를 통해서 하부의 플라즈마 생성 공간(S1)에 방출된다.
여기서 커버 플레이트(13)와 방전 가스 공급 부재(2)는 마이크로파가 투과 가능한 재료인 산화 알루미늄에 의해 구성되어 있으므로, 마이크로파는 이들을 효율적으로 투과하고 있다. 이때, 이미 설명한 바와 같은 평면 안테나 부재(42)의 슬릿 구성에 의해, 원편파가 평면 안테나 부재(42)의 평면에 걸쳐 균일하게 방출되고, 아래쪽의 플라즈마 생성 공간(S1)의 전계 밀도가 균일화된다. 그리고 이 마이크로파의 에너지에 의해, 플라즈마 생성 공간(S1)의 전역에 걸쳐, 방전 가스가 고밀도로 균일한 플라즈마가 여기된다.
그리고, 이 방전 가스의 플라즈마는, 원료 가스 공급 부재(3)의 관통구멍(34)을 통해서 하부의 처리 공간(S2)에 흘러들어 가고, 상기 공급 부재(3)로부터 처리 공간(S2)에 공급되는 C5F8 가스를 활성화한다.
이렇게 C5F8가스가 활성화되면, C5F8가스가 분해되어 후술하는 바와 같이 활성종으로서 C4F6 이온 내지 C4F6 래디칼이 생성하고, C4F6 이온이나 C4F6래디칼을 많이 포함한 성막종이 된다. 웨이퍼(W)의 표면상에 도달한 성막종은 불소 첨가 카본 (CF) 막으로서 성막된다. 그 때, 플라즈마 인입용 바이어스 전압에 의해, 방전 가스의 플라즈마에 포함되는 Ar이온이 웨이퍼(W)표면으로 인입되고, 스퍼터 에칭 작용에 의해 웨이퍼(W)표면의 패턴상의 모서리부에 성막한 CF막을 지워낸다. 이에 따라, 패턴홈의 폭을 넓히면서, 패턴홈의 바닥부로부터 CF막을 성막해 나가고, 패 턴 홈내에도 CF막이 파묻힌다. 이렇게 해서 CF막이 성막된 웨이퍼(W)는, 처리 용기(1)로부터 반출된다.
이와 같이, C5F8가스를 원료 가스로서 RLSA를 이용한 플라즈마 성막장치를 이용하여, 처리 용기내의 압력이 7.32Pa(55mTorr) 이상 8.65Pa(65mTorr) 이하;
마이크로파 전력이 2000W 이상 2300W 이하[안테나 부재(42)의 직경이 368mm인 점에서, 1.88W/㎠∼2.16W/㎠라고도 말할 수 있다) ;
웨이퍼(W)표면과 원료 가스 공급 부재(3)의 대향면과의 사이의 거리 L1가 70mm 이상 105mm 이하; 및,
웨이퍼(W)표면과 방전 가스 공급 부재(2)의 대향면과의 사이의 거리 L2가 100mm 이상 140mm 이하의 성막 조건하에서, 원료 가스를 플라즈마화하여 불소 첨가 카본막을 성막하면, 누설 전류가 9×10-8A/cm 이하로 작고, 열안정성이 뛰어난 불소 첨가 카본막을 형성할 수 있다.
이 이유는, 이미 설명한 바와 같이 성막 조건의 적정화를 도모함으로써, 원료 가스인 C5F8 가스로부터 원하는 성막종인 C4F6을 많이 포함한 성막종을 선택적으로 생성할 수 있기 때문이라고 추측된다.
원료 가스로서는, C5F8가스에 한정하지 않고, 탄소와 불소로 이루어지고, 단일의 3중 결합, 1개 이상의 2중 결합, 혹은 공역 2중 결합을 가진 화합물의 가스를 이용할 수 있다. 그러한 가스로서는, 예를 들면 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같 이, 환상 C5F8 가스(1,2,3,3,4,4,5,5-Octafluoro-l-cyclopentene, 도 4(a)), 환상 C6F10 가스(1,2,3,3,4,4,5,5,6,6-Decafluoro-l-cyclohexene, 도 4(b)), 환상 C6F8 가스(1,2,3,3,4,5,6,6-Octafluoro-l,4-cyclohexadiene, 도 4(c)), 단일의 3중 결합을 가지는 C5F8 가스(1,3,3,4,4,5,5,5-Octafluoro-l-pentyne, 도 5(a)), 공역 2중 결합을 가진 C5F8가스(1,1,2,3,4,5,5,5-Octatluoro-1,3-pentadiene, 도 5(b)) 등을 들 수 있다.
여기서 C4F6이 불소 첨가 카본막의 성막종으로서 유효하다고 발견한 경위에 대하여 설명한다. 우선, 본 발명자들은, 원료 가스로서 환상의 C5F8가스를 이용하여 얻어진 불소 첨가 카본막이, 성막 조건에 의해서 누설 특성이나 열적 안정성 등의 막 품질이 다른 점에 주목하였다. 그리고, 여러 가지 성막 조건으로 얻어진 불소 첨가 카본막의 막 품질을 측정한 바, 처리 용기내의 압력, 마이크로파 전력, 웨이퍼(W)와 원료가스 공급 부재(3)의 대향면과의 사이의 거리 L1, 웨이퍼(W)와 방전 가스 공급 부재(2)와의 거리 L2와 같은 파라메타가, 불소 첨가 카본막의 막 품질에 큰 영향을 주고 있는 것이 인정되었다.
그리고, 불소 첨가 카본막의 바람직한 누설 특성 및 열적 안정성을 확보하기 위해 성막 조건으로서 RLSA를 이용한 CVD 플라즈마 성막장치에 있어서, 처리 용기내의 압력이 7.32Pa(55mTorr) 이상 8.65Pa (65mTorr) 이하, 마이크로파 전력이 2000W 이상 2300W 이하, 웨이퍼(W) 표면과 원료 가스 공급 부재(3)의 대향면과의 사이의 거리 L1가 70mm 이상 105mm 이하, 웨이퍼(W)와 방전 가스 공급 부재(2)와의 거리 L2가 100mm 이상 140mm 이하와 같은 조건을 발견하였다. 이하, 이들 성막 조건을 '적정화 조건'이라고 한다.
한편, C5F8가스의 각 원자끼리의 결합 에너지에 기초하여, C5F8에 에너지를 더해 나가면 어느 결합을 끊어져 나갈지를 컴퓨터에 의해 시뮬레이션하였다. 계속해서, 그 결과 얻어진 분해생성물에 대해서도, 동일하게 하여 어느 결합이 끊어져 나갈지에 대해서 시뮬레이션을 실시하였다. 그렇게 하면, 먼저 플라즈마가 발생하고 있지 않을 때에는 C5F8가스의 농도가 높고, C5F8가스에 에너지가 부여되면, C5F8가스가 분해하여 C4F6 이온이나 C4F6 래디칼을 생성하기 시작한다고 하는 계산 결과를 얻었다. 또한, 부여하는 에너지량을 서서히 많게 해 나가거나, 시간이 경과하거나 하면, C4F6 이온이나 C4F6 래디칼의 양이 점차 많아진다. 그리고, 에너지를 더 부여하거나, 시간이 더 경과하거나 하면, C4F6 이온이나 C4F6 래디칼이 분해하기 시작하여, C3F3 이온이나 C3F3 래디칼을 생성한다고 하는 계산 결과를 얻었다.
도 6은 이 모양을 그래프로서 나타낸 것이다. 세로축은 가스의 농도, 가로축은 가스에 부여되는 여러 가지 조건(파라메타)의 조합이다. 이 조건의 조합은, 개념으로서는, (가스의 단위체적당에 가해지는 에너지)×(에너지가 부여되는 시간)이 될 것이라고 말할 수 있다. 실제로 여러 가지 조건을 설정하여 가스를 플라즈마화해 나가면, C5F8의 농도와 분해 생성물인 C4F6 및 C3F3의 농도와의 조합을 여러 가지로 얻을 수 있지만, 이것을 예측하여 플롯한 것이 도 6의 그래프가 된다. 어떻게 하든 이 그래프는 C5F8 분해에 따라서 C4F6, C3F3이 생성되는 모양을 시각화한 것이다.
한편, C5F8가스에 에너지를 부여하지 않는 경우와 에너지를 부여한 경우의 각각에 대하여 질량 분석 측정을 실시하였다. 그렇게 하면, C5F8 가스에 에너지를 부여하지 않은 경우에는, C5F8 가스의 존재를 나타내는 피크가 크고, C4F6이나 C3F3의 존재를 나타내는 피크는 검출되지 않았다. 이에 대해서, 에너지를 부여했을 경우에는, C5F8의 존재를 나타내는 피크가 작아지고, C4F6나 C3F3의 존재를 나타내는 피크가 검출되었다. 이것에 의해 C5F8 가스에 에너지를 부여하는 것에 의해서, C5F8은 분해되어 양이 적어지고, C5F8의 분해 생성물인 C4F6, C3F3이 생성되는 것이 인정된다. 이러한 점으로부터 이미 설명한 시뮬레이션 결과와 C4F6, C3F3의 생성을 확인한 질량 분석 결과에 의해, 도 6의 분해 예측도는 정확하다고 할 수 있다.
앞의 결과를 대조하면, 도 6에서 적정화 조건에 대응하는 영역은, C4F6의 농도가 C5F8 및 C3F3의 농도보다 높은 영역이라고 생각된다. 그 이유에 대하여 설명한다. 적정화 조건에 비해 처리 용기내의 압력을 낮게, 마이크로파 전력을 작게, 거리 L1를 짧게, 혹은 거리 L2를 짧게 하면, 상대적으로 처리공간이 좁아진 것과 같은 상태가 되어, 가스가 빨리 배기되어 버린다. 이 때문에, 분자끼리의 충돌 확률 이 작아지므로, 도 6에서는 C5F8의 농도가 높아지는 방향으로 슬라이드한다. 실제로, 처리 용기내의 압력을 6.92Pa(52mTorr)로 했을 때의 C5F8의 양을 질량 분석에 의해 측정한 바, 분해하지 않은 C5F8의 양은 65% 정도였다. 또한 전력을 2400W로 했을 때에는, C5F8은 검출할 수 없었다.
C5F8의 농도가 높으면 성막 레이트가 작아져 성막 시간이 길어지고, C-C결합이 많아져 누설 전류가 많아지며, 막 내부의 C5F8이 분해하는 등의 이유로부터 열적 안정성도 나빠진다. 또한 C5F8이 거의 존재하지 않거나 전혀 존재하지 않으면 C3F3의 농도가 높고, C-C결합이 많아져 누설 전류가 많아지고, CF로서 이탈하기 쉬운 등의 이유로부터 열적 안정성도 나빠진다. 실제로, 적정화 조건으로부터 빗나간 조건에서는, 누설 특성, 열적 안정성이 모두 나쁘다.
또한 본 발명자들이 적정화 조건의 범위에서 여러 가지 실험을 실시하여 최적 포인트를 좁힌 바, 처리 용기내의 압력이 7.71Pa(58mTorr), 마이크로파 전력이 2300W, 거리 L1가 85mm, 거리 L2가 100mm과 같은 조건일 때에, 가장 누설 전류가 작아지는 것을 파악하였다. 이로부터, C4F6의 농도가 가장 높아지는 성막 조건이 최적 조건 P(도 6)이라고 추측된다. 이 때의 누설 전류로서는, 8인치 사이즈의 웨이퍼(W)에 대해서 두께 0.1㎛의 불소 첨가 카본막을 형성했을 때의 누설 전류를 측정하고, 이 때의 측정 조건은 1MV/cm로 하였다.
이와 같이 본 발명에서는, 성막 조건의 적정화를 도모함으로써, C5F8 가스에 부여되는 에너지를 적정화하고 있으므로, C4F6의 농도가 높은 성막종을 선택적으로 얻을 수 있고, 누설 특성이나 열적 안정성이 양호한 불소 첨가 카본막을 형성할 수 있다. 여기서 누설 특성이 양호하다는 것이란, 누설 전류가 9×10-8A/cm 이하인 것을 말한다.
여기서, 중간체로서 C4F6이온 내지 C4F6래디칼을 얻을 수 있는 원료 가스로서 도 4에 나타내는 화합물의 가스를 이용하여, 적정화 조건으로 불소 첨가 카본막의 성막 처리를 실시한 바, 모두에 대해서 누설 특성, 열적 안정성이 뛰어난 불소 첨가 카본막을 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
또한, C4F6이온이나 C4F6래디칼 뿐만 아니라, C4F5이온이나 C4F5래디칼도 성막종으로서 유효하다. 따라서, 중간체로서 C4F5이온 내지 C4F5래디칼을 얻을 수 있는 원료 가스로서 도 5에 나타내는 화합물의 가스를 이용하여, 적정화 조건으로 불소 첨가 카본막의 성막 처리를 실시한 바, 이들에 대해서도 누설 특성, 열적 안정성이 뛰어난 불소 첨가 카본막을 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 한편 도 4 및 도 5 에 있어서의 화살표의 오른쪽에 나타나는 생성물은, 이들 화합물의 가스에 에너지를 부여했을 경우, 최초로 생성되는 이온종, 래디칼종을 나타내고 있다.
이상과 같이, 플라즈마 성막장치의 종류에 따르지 않고, C5F8가스에 소정의 에너지를 부여하여 불소 첨가 카본막의 성막 처리를 실시하면, C4F6의 비율이 C5F8 및 C3F3보다 많은 성막종을 이용하여 성막 처리를 실시하게 되어, 누설 특성이나 열적 안정성 등의 막 품질이 양호한 불소 첨가 카본막을 얻을 수 있다.
이 때, 도 6의 분해 예상도에 나타낸 바와 같이, C5F8 가스의 농도와 C4F6의 농도와의 사이, 및 C4F6의 농도와 C3F3의 농도와의 사이에는, 각각 상관관계가 있다. 여기서 C5F8 가스의 농도는, 예를 들면 질량분석법이나 FTIR 분광계 등에 의해 정밀도 좋게 측정할 수 있다. 그러나, C4F6, C3F3에 대해서는 질량분석법에 의해 피크는 검출되지만, 플라즈마를 OFF 했을 때의 레벨이 너무 낮아서 농도를 정확하게 측정하는 것이 곤란하다. 따라서, 본 발명자들은, C5F8가스의 농도에 기초하여, C4F6의 비율이 바람직한 영역을 규정하는 것에 주목하였다.
구체적으로는, 도 6의 분해 예상도에 의하면, C5F8 가스에 적정화 조건의 에너지를 부여했을때에 얻어지는 성막종은, 그 에너지에 의한 활성화후의 C5F8 가스 농도가 활성화전의 C5F8 가스 농도의 0.05배 이상 0.5배 이하가 되는 조건으로 C5F8을 활성화했을 때에 얻어지는 성막종에 상당한다.
즉 C5F8이 분해하는 양과 C4F6이 생성하는 양은 같은 양이므로, C5F8의 분해 곡선과 C4F6의 생성 곡선이 교차하는 것은, C5F8가스 농도가 활성화전의 50%까지 저 하한 시점이다.
또한, C4F6의 농도가 최대가 되는 최적 조건 P에서 성막한 불소 첨가 카본막에 대해서 질량 분석을 실시한 바, 에너지를 부여했을 때의 C5F8의 피크가, 에너지를 부여하지 않을 때의 C5F8의 피크의 1/10 크기가 되고 있다. 이로부터 최적 조건 P는, 분해하고 있지 않은 C5F8 가스가 10% 존재하는 시점(C5F8가스가 90% 분해된 시점), 즉 C5F8가스 농도가 활성화전의 10%까지 저하한 시점에 상당한다.
그리고, C4F6이 C3F3보다 적어지는 영역에서는, C5F8은 거의 존재하지 않을 것이고, C5F8의 농도는 활성전의 1% 이하로 매우 작다고 생각된다. 그러나, 이 포인트를 정확하게 측정할 수 없기 때문에, 본 발명에서는 C5F8의 농도가 활성전의 5% 이상과 같은 조건으로 설정하고 있다. 이 조건의 영역은, 도 6의 C4F6과 C3F3의 농도 곡선이 교차하는 포인트보다 왼쪽에 치우쳐 있는 것은 확실하다.
또한 이미 설명한 바와 같이, 성막 조건과 불소 첨가 카본막의 누설 특성은 대응하고 있으며, 적정화 조건의 범위로부터 벗어나면, 누설 특성이 악화되어 버린다. 즉 누설 특성은, 성막종 중의 C4F6과 C3F3의 비율에 관계하며, C3F3의 농도가 높아지면 누설 전류는 커져 간다. 이것은 성막종 중의 C가 F에 비해 많아져, 이것이 절연성을 방해하기 때문이라고 추측된다.
따라서 C4F6의 양이 최대가 되는 최적 조건 P로 성막된 불소 첨가 카본막은, 후술의 실험예로부터 명백하듯이 누설 전류가 최소가 된다. 이에 대해서, 도 6에 있어서, 최적 조건 P보다 왼쪽으로 이동한 C4F6과 C5F8이 거의 같은 양이 되는 점이나, 최적 조건 P보다 오른쪽으로 이동한 C4F6과 C3F3이 거의 같은 양이 되는 점에서는, C4F6의 농도가 최적 조건 P보다 작아지므로, 최적 조건 P보다 누설 전류가 약간 커진다.
이와 같이 적정화 조건의 범위와 누설 특성이 대응하고 있으므로, 이 적정화 조건의 범위 내에서 파라메타를 바꾸어 불소 첨가 카본막을 얻고, 그때의 누설 전류를 측정함으로써, 적정화 조건의 범위내에서 최대의 누설 전류를 파악할 수 있다. 후술의 실험예에 의하면, 적정화 조건의 범위내에서 성막된 불소 첨가 카본막의 누설 전류의 최대치는, 9×10-8A/cm이며, 최적 조건 P의 누설 전류 최적치(최소 누설 전류)가 8.5×10-9A/cm이다. 이로부터, 본 발명자들은 적정화 조건의 범위내에서 성막된 불소 첨가 카본막의 누설 전류는, 최소 누설 전류의 10배 이내의 값이라고 파악하고 있다.
이상과 같이, 본 발명에서는, C5F8가스에 적정화된 에너지를 부여함으로써 C4F6의 농도가 높은 성막종을 선택적으로 생성시키는 것이 요건이다. 이 때문에, 예를 들면 ECR를 이용한 플라즈마 성막장치 등과 같이, C5F8가스에 부여되는 에너지가 너무 큰 장치에서는 C4F6의 형태로 존재하는 시간이 너무 짧으므로, 결과적으로 C4F6이 적어져, 누설 특성이나 열적 안정성이 뛰어난 불소 첨가 카본막을 성막하는 것은 극히 곤란하다고 생각할 수 있다. 그러나, ICP(유도 결합 플라즈마)를 이용한 플라즈마 성막장치 등에서는 본 발명을 적용할 수 있다고 생각할 수 있다.
계속해서 본 발명의 효과를 확인하기 위해서 실시한 실험예에 대하여 설명한다.
(실험예 1)
상술한 플라즈마 성막장치를 이용하여, 누설 전류가 최소가 되는 상기 최적 조건 P로, C5F8가스의 유량은 200sccm, Ar가스의 유량은 300sccm로서 8인치 사이즈의 웨이퍼(W)에 대해서, 두께 0.1㎛의 불소 첨가 카본막을 성막하여, 이 때의 누설전류를 이미 설명한 수법에 의해 측정하였다. 또한 마찬가지로, 처리 용기내의 압력을 바꾼 것 외에는 동일한 조건으로 불소 첨가 카본막을 성막하고, 이 때의 누설 전류를 측정하여, 누설 전류의 압력 특성을 조사하였다. 이 결과를 도 7에 나타낸다.
이 결과로부터, 압력이 7.32Pa(55mTorr)∼8.65Pa(65mTorr)일 때에는, 누설 전류가 9×10-8(A/cm)∼8.5×10-9(A/cm)의 범위로서, 매우 작아지는 것이 인정된다. 따라서, 누설 전류는 처리 용기내의 압력에 의존하고, 압력은 7.32Pa∼8.65Pa가 바람직한 것을 알 수 있다. 한편, 압력이 6.92Pa(52mTorr) 이하일 때에는, 누설 전류가 1×10-7(A/cm)보다 커져 버리는 것이 인정된다. 이 조건은, 이미 설명한 바와 같이 분해되어 있지 않은 C5F8가스가 65% 정도 존재하고, C4F6의 생성량이 적은 영역이라고 생각된다.
(실험예 2)
상술한 플라즈마 성막장치를 이용하여, 실험예 1과 마찬가지로 최적 조건 P로 불소 첨가 카본막을 성막하고, 이 때의 누설 전류를 기술의 수법에 의해 측정하였다. 이 때, 마이크로파 전력을 바꾼 것 외에는 동일한 조건으로 불소 첨가 카본막을 성막하여 누설 전류를 측정하고, 누설 전류의 마이크로파 전력 특성을 조사하였다. 이 결과를 도 8에 나타낸다.
이 결과로부터, 마이크로파 전력이 2000W∼2300W의 범위에서는, 누설 전류가 8.1×10-8(A/cm)∼8.5×10-9(A/cm)의 범위로서, 매우 작아지는 것이 인정된다. 따라서, 누설 전류는 마이크로파 전력에 의존하고, 마이크로파 전력은 2000W∼2300W가 바람직한 것을 알 수 있다. 한편, 마이크로파 전력이 2400W 이하일 때에는, 누설 전류는 6.5×10-7(A/cm)보다 커져 버리는 것이 인정된다. 이 조건은, 이미 설명한 바와 같이, 모든 C5F8이 분해되어, C5F8이 존재하지 않는 영역으로서, C4F6의 분해가 진행하여 C3F3의 농도가 높아져 버려, C4F6의 양이 적은 영역이라고 생각할 수 있다.
(실험예 3)
상술한 플라즈마 성막장치를 이용하여, 실험예 1과 마찬가지로 최적 조건 P로 불소 첨가 카본막을 성막하고, 이 때의 누설 전류를 이미 설명한 수법에 의해 측정하였다. 이 때, 웨이퍼(W) 표면과 원료 가스 공급 부재(3)의 대향면과의 사이의 거리 L1를 바꾼 것 외에는 동일한 조건으로 불소 첨가 카본막을 성막하여 누설 전류를 측정하고, 누설 전류와 거리 L1와의 관계를 조사하였다. 이 결과를 도 9에 나타낸다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 거리 Ll가 70mm, 85mm 및 105mm일 때, 누설 전류가 각각 7.3×10-8(A/cm), 9×10-9(A/cm) 및 2×10-8(A/cm)이었다.
이 결과로부터, 거리 L1가 70mm∼105mm의 범위에서는, 누설 전류가 9×10-9(A/cm)∼7.3×10-8(A/cm)으로 매우 작아지는 것이 인정된다. 따라서, 누설 전류는 거리 L1에 의존하고, 거리 L1는 70mm∼105mm가 바람직한 것을 알 수 있다.
(실험예 4)
상술한 플라즈마 성막장치를 이용하여 실험예 1과 마찬가지로 최적 조건 P로 불소 첨가 카본막을 성막하고, 이 때의 누설 전류를 이미 설명한 수법에 의해 측정하였다. 이 때, 웨이퍼(W) 표면과 방전 가스 공급 부재(2)와의 거리 L2를 바꾼 것 외에는 동일한 조건으로 불소 첨가 카본막을 성막하여 누설 전류를 측정하고, 누설 전류와 거리 L2와의 관계를 조사하였다.
이 결과로부터, 거리 L2가 100mm∼140mm의 범위에서는, 누설 전류가 1×10-8(A/cm) 이하로 작아지는 것이 인정되었다. 한편, 본 발명자는, 이 거리 L2는, 누설 전류에 미치는 영향이 상기 거리 Ll보다 작다고 생각하고 있다. 다만, 거리 L2가 너무 커지면, 성막 속도가 저하할 우려가 있다. 그러나, 거리 L2가 140mm정도 이면, 성막 속도의 저하를 염려할 필요는 없다.
(실험예 5)
상술한 플라즈마 성막장치를 이용하여 플라즈마를 발생시키지 않는 것 외에는, 실험예 1과 마찬가지로, 최적 조건 P로 불소 첨가 카본막을 성막하고, 이 때의 질량 분석 스펙트럼을 측정하였다. 또한 동일한 조건으로 플라즈마를 발생시킨 상태에 대해서도 마찬가지로 질량 분석 스펙트럼을 측정하였다. 이 결과를 플라즈마를 발생시키지 않을 때에 대해서는 도 10에, 플라즈마를 발생시켰을 때에 대해서는 도 11에 각각 나타낸다.
또한 여기서, 도 6의 가로축에 대해서는, 적어도 (에너지)×(시간)의 요인을 포함하고 있는 점에서, 스펙트럼의 측정점은 중요하다. 본 실험예에서는, 도 1에 나타내는 재치대(11)의 웨이퍼 재치대의 면에서 아래쪽 10cm의 지점의 측정 포인트 MP로 측정하였다. 이 측정 포인트 MP는, 가스가 에너지를 부여하지 않고, 더 이상 분해를 일으키지 않는 장소이다.
이 결과로부터, 플라즈마를 발생시키지 않을 때에는, 질량 219에 C5F8의 피크를 볼 수 있지만, C4F6나 C3F3에 상당하는 피크는 검출되지 않는다. 한편, 플라즈마를 발생시켰을 때에는, 질량219에 C5F8의 피크, 질량 169에 C4F6의 피크가 검출되고, 질량 100에 C3F3의 피크가 검출되었다. 또한, 질량 219의 피크는 플라즈마를 발생시키지 않는 경우에서의 약 1/10의 크기가 되는 것이 인정되었다.
이로부터, 최적 조건으로, 불소 첨가 카본막을 성막했을 때에는, C5F8가스가 분해되어 C4F6, C3F3이 생성되고, 이 때의 C5F8 가스의 농도는 플라즈마의 에너지를 부여하지 않을 때의 약 1/10이며, 이 시점에서는 90%의 C5F8 가스가 분해되고 있는 것을 알 수 있다.
또한 이 질량 분석 스펙트럼은, 측정 대상 물질에 Li이온을 부착시킨 상태로 측정되었다. 이 Li이온이 붙을 확률이 물질에 따라서 다르므로, 예를 들면 C5F8과 C4F6과 같이 다른 물질에서는 양을 비교할 수 없다. 그러나, 동일한 물질이면 피크의 크기에 따라 양을 비교할 수 있다.
[도 1]은, 본 발명에 따른 플라즈마 성막장치의 일실시 형태를 나타내는 종단 단면도이다.
[도 2]는, 도 1의 성막장치에 이용되는 원료 가스 공급 부재를 나타내는 평면도이다.
[도 3]은, 도 1의 성막장치에 이용되는 안테나부를 일부 단면으로 나타내는 사시도이다.
[도 4]는, 도 1의 성막장치에 이용되는 원료 가스의 화합물을 나타내는 도면이다.
[도 5]는, 도 1의 성막장치에서 이용되는 원료 가스의 화합물을 나타내는 도면이다.
[도 6]은, C5F8가스를 플라즈마화했을 때의 C5F8가스의 분해 예상도이다.
[도 7]은, 성막시의 압력 조건을 확정하기 위해서 실시한, 누설 전류와 압력과의 관계를 나타내는 특성도이다.
[도 8]은, 성막시의 마이크로파 전력 조건을 확정하기 위해서 실시한, 누설 전류와 마이크로파 전력과의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 9]는, 성막 조건으로서의 웨이퍼 표면과 원료 가스 공급 부재의 대향면과의 사이의 거리를 확정하기 위해서 실시한, 누설 전류와 상기 거리와의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 10]은, C5F8가스를 플라즈마화하지 않을 때의 C5F8가스의 질량 분석 스펙트럼도이다.
[도 11]은, C5F8가스를 플라즈마화했을 때의 C5F8가스의 질량 분석 스펙트럼도이다.

Claims (5)

  1. 탄소와 불소로 이루어지고, 단일의 3중 결합, 1개 이상의 2중 결합, 혹은 공역 2중 결합을 가진 화합물의 원료 가스를 마이크로파의 에너지에 기초하여 활성화하고, 이것에 의해 얻어진 성막종에 의해 기판 표면에 불소 첨가 카본막을 성막하는 플라즈마 성막방법에 있어서,
    상기 기판을 얹어 놓는 재치대가 내부에 설치된 기밀인 처리 용기와,
    이 처리 용기내의 분위기를 배기하는 배기 시스템과,
    상기 원료 가스를 유량 조정하여 공급하는 원료 가스 공급 시스템과,
    원료 가스 공급구가 형성되어 상기 재치대에 대향하는 대향면을 가지며, 상기 원료 가스 공급 시스템으로부터 공급되는 원료 가스를 상기 공급구로부터 상기 처리 용기내에 토출하는 원료 가스 공급 부재와,
    방전 가스를 유량 조정하여 공급하는 방전 가스 공급 시스템과,
    방전 가스 공급구가 형성되어 상기 재치대에 대향하는 대향면을 가지며, 상기 방전 가스 공급 시스템으로부터 공급되는 방전 가스를 상기 공급구로부터 상기 처리 용기내에 토출하는 방전 가스 공급 부재와,
    상기 재치대에 대향해서 설치된 래디얼 라인 슬롯 안테나와,
    이 안테나에 대해서 마이크로파를 전력 조정하여 공급하는 마이크로파 공급 시스템을 구비하고,
    상기 재치대 위의 기판 표면과 상기 원료 가스 공급 부재의 대향면과의 사이 의 거리가 70mm 이상 105mm 이하이며,
    상기 재치대 위의 기판 표면과 상기 방전 가스 공급 부재의 대향면과의 사이의 거리가 100mm 이상 140mm 이하인 플라즈마 성막장치를 이용하여,
    상기 처리 용기내의 압력이 7.32Pa 이상 8.65Pa 이하, 또한, 상기 안테나 부재에 공급되는 마이크로파의 전력이 2000W 이상 2300W 이하인 조건 하에서 불소 첨가 카본막을 성막하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 원료 가스로서, 상기 단일의 3중 결합을 가진 화합물인 옥타플루오르펜틴의 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 원료 가스로서, 상기 1개 이상의 2중 결합을 가진 화합물의 가스를 이용하고, 상기 1개 이상의 2중 결합을 가진 화합물은, 옥타플루오르시클로펜텐, 데카플루오르시클로헥센, 및 옥타플루오르시클로헥사디엔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 원료 가스로서, 상기 공역 2중 결합을 가진 화합물인 옥타플루오르펜타디엔의 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막방법.
  5. 탄소와 불소로 이루어지고, 단일의 3중 결합, 1개 이상의 2중 결합, 혹은 공 역 2중 결합을 가진 화합물의 원료 가스를 마이크로파의 에너지에 기초하여 활성화하고, 이것에 의해 얻어진 성막종에 의해 기판 표면에 불소 첨가 카본막을 성막하는 플라즈마 성막장치에 있어서,
    상기 기판을 얹어 놓는 재치대가 내부에 설치된 기밀인 처리 용기와,
    이 처리 용기내의 분위기를 배기하는 배기 시스템과,
    상기 원료 가스를 유량 조정하여 공급하는 원료 가스 공급 시스템과,
    원료 가스 공급구가 형성되어 상기 재치대에 대향하는 대향면을 가지며, 상기 원료 가스 공급 시스템으로부터 공급되는 원료 가스를 상기 공급구로부터 상기 처리 용기내에 토출하는 원료 가스 공급 부재와,
    방전 가스를 유량 조정하여 공급하는 방전 가스 공급 시스템과,
    방전 가스 공급구가 형성되어 상기 재치대에 대향하는 대향면을 가지며, 상기 방전 가스 공급 시스템으로부터 공급되는 방전 가스를 상기 공급구로부터 상기 처리 용기내에 토출하는 방전 가스 공급 부재와,
    상기 재치대에 대향해서 설치된 래디얼 라인 슬롯 안테나와,
    이 안테나에 대해서 마이크로파를 전력 조정하여 공급하는 마이크로파 공급 시스템을 구비하고,
    상기 재치대 위의 기판 표면과 상기 원료 가스 공급 부재의 대향면과의 사이의 거리가 70mm 이상 105mm 이하이며,
    상기 재치대 위의 기판 표면과 상기 방전 가스 공급 부재의 대향면과의 사이의 거리가 100mm 이상 140mm 이하이고,
    성막시에, 상기 처리 용기내의 압력이 7.32Pa 이상 8.65Pa 이하가 되도록 상기 배기 시스템, 상기 원료 가스 공급 시스템, 및 상기 방전 가스 공급 시스템을 제어함과 함께, 상기 안테나 부재에 공급되는 마이크로파의 전력이 2000W 이상 2300W 이하가 되도록 상기 마이크로파 공급 시스템을 제어하는 제어기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막장치.
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