WO1998021747A1 - Procede de formage d'un film au plasma et dispositif de fabrication d'un film au plasma - Google Patents

Procede de formage d'un film au plasma et dispositif de fabrication d'un film au plasma Download PDF

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WO1998021747A1
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gas
film
fluorine
carbon
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PCT/JP1997/004098
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Takashi Akahori
Masaki Tozawa
Yoko Naito
Risa Nakase
Osamu Yokoyama
Shuichi Ishizuka
Shunichi Endo
Masahide Saito
Takeshi Aoki
Tadashi Hirata
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Tokyo Electron Limited
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for performing a plasma treatment on a fluorine-added carbon film that can be used for an interlayer insulating film of a semiconductor device, for example.
  • a conductive connection is made between the n-th layer and the (n + 1) -th layer, and a thin film called an interlayer insulating film is formed in a region other than the conductive layer.
  • this interlayer Ife film is a SiO 2 film, but in recent years, it has been required to lower the relative dielectric constant of the interlayer insulating film in order to further increase the speed of device operation. Studies have been made on the material of the interlayer insulating film. That S i 0 2 is 4 relative dielectric constant of approximately, force excavation of smaller material than this is poured. As one of them, the force of the realization of Si OF having a relative dielectric constant of 3.5 is being pursued. The present inventor pays attention to a fluorine-added carbon film having a smaller relative dielectric constant.
  • the interlayer insulating film is strongly required to have not only a small relative dielectric constant but also a large adhesion, a large target, and excellent thermal stability.
  • Teflon polytetrafluoroethylene
  • ⁇ ⁇
  • the present invention is such that in and its purpose was made under the circumstances, c present invention is to provide a method and apparatus for producing a fluorine-containing force one carbon suitable for semiconductor devices is carbon and
  • a plasma film forming method comprising: a step of plasma-forming a gas containing a fluorine compound gas and a hydrocarbon gas; and a step of forming an insulating film made of a fluorine-added carbon film on an object to be processed by the plasma.
  • the present invention further introduces a microwave of 1 O kw or more per unit volume (1 cubic meter) in a vacuum atmosphere into a plasma chamber of a plasma processing apparatus, applies a magnetic field, and generates plasma ⁇ ffl gas by electron cyclotron resonance.
  • the present invention provides a plasma 5 ⁇ M method comprising: a step of forming a plasma; and a step of forming an insulating film made of a fluorine-added carbon film using the plasma-converted fi2 gas.
  • the present invention further provides a gas containing a compound gas of carbon, fluorine, and hydrogen, and a gas containing a compound gas of carbon, fluorine, and hydrogen in a vacuum vessel provided with a mounting table for the object to be processed. Applying a bias power of 3.14 W / cm 2 or more per unit area of the mounting surface of the mounting table to draw the ions in the plasma into the object to be processed. It is another object of the present invention to provide a plasma method comprising a step of forming a film comprising a fluorine film on a target object by the plasma.
  • the present invention further comprises a step of converting a processing gas containing a compound gas of carbon and fluorine or a compound gas of carbon, fluorine and hydrogen, and an oxygen plasma ⁇ gas into a plasma; A method of forming an insulating film made of an added carbon film.
  • the present invention further comprises a step of converting a compound gas of carbon and fluorine or a sulfur-containing gas containing a compound gas of carbon, fluorine and hydrogen into plasma, and forming a fibrous film made of a fluorine-added carbon film on an object to be processed by the plasma; A step of generating oxygen plasma by switching from the film forming gas to oxygen plasma: ⁇ ffl gas and etching a part of the insulating film by using the oxygen plasma; and switching from oxygen plasma to gas as described above to generate plasma. And a step of forming an insulating film made of a fluorine film on the object to be processed by the plasma.
  • the present invention further provides a step of applying an AC power to the processing gas to generate a plasma; and turning the AC power on and off by a pulse having a frequency lower than the frequency of the AC power while covering the processing gas with the plasma. And a step of forming a thin film on the processing object.
  • the present invention further provides: a plasma chamber for converting a gas for plasma into plasma; a first generator for generating a microphone mouth wave in the plasma chamber; and a generator for forming a magnetic field in the plasma chamber.
  • a first supply unit for supplying the plasma ⁇ gas into the plasma chamber; a ⁇ chamber for forming an insulating film on the object to be processed; and a compound gas of carbon and fluorine or carbon, fluorine and hydrogen in the chamber.
  • a second supply unit for supplying a gas containing the compound gas of the formula (1) and a hydrocarbon gas, wherein the gas for ⁇ plasma-excited by electron cyclotron resonance using the microwave and the magnetic field.
  • a plasma processing apparatus is provided in which a gas is introduced into a chamber, the gas is turned into plasma, and the plasma-formed film forming gas forms an insulating film made of a fluorine-added carbon film.
  • FIG. 1 is a vertical sectional side view showing one example of a plasma processing apparatus used for performing a plasma film forming method of the present invention
  • Figure 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the type of gas and the relative dielectric constant of the CF film;
  • Figure 3 is a characteristic diagram showing the type of ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ gas and the adhesion of the CF film;
  • Figure 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the type of S3 ⁇ 4M gas and the hardness of the CF film
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the result of X-ray photoelectron spectrum of the CF film
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing the result of mass spectrometry of gas generated when the value of the CF film is changed;
  • FIG. 7 is an explanatory view showing the structure of a film forming gas
  • Figure 8 is a characteristic diagram showing the results of mass spectrometry of gas generated when the temperature of the CF film is changed;
  • FIG. 9 is an explanatory view showing the reaction of the film forming gas
  • Figure 10 is a characteristic diagram showing the results of mass spectrometry of gas generated when 'i ⁇ is changed for the CF film;
  • Figure 11 is a characteristic diagram showing the results of mass spectrometry of gas generated when-is changed for a CF film
  • Figure 12 is a characteristic diagram showing the relationship between bias power and speed for each process pressure
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing the relationship between the process pressure and the stress of the CF film
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing the state of the stress of the CF film
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing the dependence of the microphone mouth wave power on the adhesion of the CF film.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing the dependence of the microphone mouth wave power on the film thickness uniformity of the CF film;
  • FIG. 17 is an explanatory diagram showing the dependence of the bias power on the adhesion of the CF film
  • FIG. 18 is an explanatory diagram showing the dependence of the bias power on the film thickness uniformity of the CF film
  • FIG. 19 is an illustration showing the relationship between the bias power and the aspect ratio of the buried recess;
  • FIG. 20 is an explanatory view showing a state of burying between wirings by a CF film;
  • FIG. 21 is an explanatory view showing a state of burying between wirings by a CF film;
  • FIG. 22 is another embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an explanatory view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus used for the apparatus;
  • Figure 23 is a waveform diagram showing how the microwave power supply and bias power supply are turned on and off;
  • Figure 24 is a characteristic diagram showing the relationship between microwave power, plasma density, and electrons
  • Figure 25 is a characteristic diagram showing the relationship between microwave power, plasma density, and electron- ⁇ .
  • FIG. 26 is a characteristic diagram showing a relationship between the duty ratio and the ⁇ 3 ⁇ 4 speed when the microwave power and the bias power are turned on and off.
  • Embodiments of the present invention are based on, for example, the process conditions for producing fluorinated carbon (hereinafter referred to as “CF film”) suitable for an interlayer insulating film of a semiconductor device, such as the type and pressure of a source gas and the film quality of the CF film. It is characterized by examining the relationship between and finding the optimal (process conditions).
  • CF film fluorinated carbon
  • FIG. 1 an example of a plasma processing apparatus used in this embodiment is shown in FIG.
  • the plasma processing apparatus 1 has a vacuum vessel 2 formed of, for example, aluminum or the like.
  • the vacuum vessel 2 is located above and has a cylindrical plasma chamber 21 for generating plasma.
  • the plasma chamber 21 has a cylindrical film forming chamber 22 having a larger diameter than the plasma chamber 21.
  • the vacuum vessel 2 is grounded and has a zero potential.
  • a transparent window 23 made of a material such as quartz is provided in this portion in an airtight manner. Is to be maintained. Outside of this transmission window 23, for example, A waveguide 25 connected to a high-frequency power supply 24 as a high-frequency supply means for generating 2.4-GHz plasma is provided, and the microphone mouth wave M generated in the high-frequency power supply 24 is conducted. It can be guided by the wave tube 25 and introduced into the plasma chamber 21 from the transmission window 23.
  • a plasma gas nozzle 26 is provided on the side wall that partitions the plasma chamber 21 evenly along the circumferential direction.
  • the nozzle 26 has a plasma gas source (not shown) such as Ar gas or O 2 gas. gas source is connected, and by the upper portion of the plasma chamber 2 within 1 may uniformly supplied evenly plasma gas such as a r gas and O n gas UniNatsu. Although only two nozzles 26 are shown in the figure to avoid complexity, more nozzles 26 are actually provided.
  • a ring-shaped main electromagnetic coil 27 is disposed as a magnetic field forming means close to the outer periphery of the side wall that partitions the plasma chamber 21, and a ring-shaped lower part of the chamber 22 is provided below the chamber 22.
  • An auxiliary electromagnetic coil 28 is arranged to form a magnetic field from top to bottom from the plasma chamber 21 to the film formation chamber 22, for example, a magnetic field B of 875 gauss. I am satisfied. Note that a permanent magnet may be used instead of the electromagnetic coil.
  • this apparatus constitutes an electron cyclotron resonance (ECR) plasma processing apparatus.
  • a ring-shaped gas supply unit 30 is provided in the upper part of the M chamber 22, that is, in the part communicating with the plasma chamber 21, so that gas can be ejected from the inner peripheral surface.
  • a mounting table 3 is provided so as to be able to move up and down.
  • the mounting table 3 has a built-in heater, for example, on a main body 31 made of aluminum.
  • An electric chuck 32 is provided.
  • a high-frequency power supply unit 34 is connected to the electrode 33 of the electrostatic chuck 32 so as to apply a bias voltage for drawing an ion into the wafer W.
  • the exhaust pipe 35 is strongly connected to the bottom of the ⁇ ⁇ chamber 22.
  • a method for forming an interlayer insulating film made of a CF film on the wafer 10 as a processing object using the above-described apparatus will be described.
  • a gate valve (not shown) provided on the side wall of the vacuum vessel 2 is opened, and a transfer arm (not shown) loads a wafer 10, for example, an object to be processed having aluminum I ⁇ formed on its surface, into a load (not shown). It is carried in from the lock room and placed on the mounting table 3.
  • the internal atmosphere is exhausted from the exhaust pipe 35 and evacuated to a predetermined level, and plasma is generated from the plasma gas nozzle 26 into the plasma chamber 21.
  • a gas such as Ar gas is introduced, and a film forming gas such as CF 4 gas and C 2 H 4 gas are introduced from the gas supply unit 30 into the film forming chamber 22 at flow rates of 60 sccm and 30 sccm, respectively. .
  • the inside of the vacuum vessel 2 is maintained at a process pressure of, for example, 0.1 Pa, and a bias ⁇ E of 13.56 MHz and 150 W is applied to the mounting table 3 by the high-frequency power supply section 34, and The surface- ⁇ of the mounting table 3 is set to 320 ° C.
  • the high-frequency (microwave) of 2.45 GHz from the high-frequency power supply 24 for plasma generation is transported through the waveguide 25 and reaches the ceiling of the vacuum vessel 2, where it passes through the transmission window 23.
  • the microwave M is introduced into the plasma chamber 21.
  • a magnetic field B generated by the electromagnetic coils 27 and 28 is applied with a strength of, for example, 875 gauss from the upper side to the lower side.
  • Electron cyclotron resonance is generated by the interaction of E (electric field) and XB (magnetic field), and this resonance turns the Ar gas into a plasma and densifies it. Stabilizes.
  • the plasma flow from the plasma chamber 21 into the S 2M chamber 22 is supplied here.
  • the activated C 4 Fg gas and C 2 H 4 gas are activated to form active species.
  • plasma ions in this example, Ar ions are drawn into the wafer 10 by the plasma pulling bias ⁇ E, and the corners of the CF film deposited on the pattern (recess) on the surface of the wafer 10 are sputter-etched by the Ar ions. The CF film is removed and buried in the recesses while shaving and widening the frontage.
  • n, m, k, or s are integers.
  • C n F- a 'between the gas and the C K H s gas was respectively 60 sc cm and 30 sc cm, other process conditions and the thickness were the same as the form of the above H3 ⁇ 4 of 1; the CF film
  • the CF film thus obtained was examined for specific dielectric constant, adhesion and hardness.
  • C n F—Gas include CF A , C 2 Fe and C 3 F. , C 4 F. And the like can be used, also C K
  • the H s gas can be used as H 2, CH 4, C 2 H o C 2 H 6, C 3 Hg, C 4 Hg.
  • Figures 2-4 respectively dielectric constant shows the results for tight adhesion beauty hardness, the horizontal axis represents the ratio of C n F ffl gas m and n, and s of the C K Hg gas on the vertical axis The ratio with K is taken.
  • the numerical value described at the intersection of the vertical and horizontal axes is the data.
  • the relative dielectric constant of the combination of F 8 gas and C 2 H 4 gas is 2.2.
  • data 3 ⁇ 4 ⁇ stage are those with H Q gas as C K H s gas.
  • a CF film is formed on the bare silicon surface, aluminum is further formed thereon, and a dielectric constant meter is connected between the silicon layer and the electrode. The relative dielectric constant of the CF film was measured.
  • adhesion a CF film is formed on the surface of bare silicon, an adhesion tester is fixed on the surface of this CF film with an adhesive, and the test sample is lifted up by one bow to remove the CF film from bare silicon.
  • Specimen unit ® Bow I The lifting force (kg gcm 2 ) was used as an index (Sebastian method).
  • Measurements were conducted using a Shimadzu Dynamic Ultra-Micro Hardness Tester DUH-200, with a test load of 500 mg f and a load speed of 29 mg f / sec using a triangular pyramid indenter with a ridge spacing of 115 degrees and an indenter tip curvature radius of 0.1 m or less.
  • An indentation test was performed on the CF film under the conditions of a time of 5 sec. When the indentation depth to D ( ⁇ m), was used as an index of factor (3 7. 838) X load / D 2 a hardness (dynamic hardness).
  • the relative dielectric constant In order to cope with high-speed device shading, the relative dielectric constant must be 3.0 or less, preferably 2.5 or less, and the range of gas combinations satisfying this range is indicated by oblique lines in FIG. .
  • the adhesion in the case of the above-mentioned test, if it is 20 O kg / cm 2 or more, there is no danger of film peeling when incorporated into the device, and this range is shown by hatching in FIG. If the hardness is too low, for example, it becomes difficult to perform an etch-back process for polishing and flattening the surface, it is necessary to set the hardness to 40 or more, preferably 50 or more. Indicated by Considering these results, the relative dielectric constant can be reduced by increasing the ratio of F in the film.
  • the CF film ⁇ - ⁇ with the combination of F 8 gas and C 2 H 2 has a specific dielectric constant of 2.4, an adhesion of 412, and a 3 ⁇ 4 of 192, and is preferred as an interlayer insulating film. I understand strongly that it is a good thing. Note in the above example may be added of H2 gas in addition to the C n F ffl gas and C k H s gas.
  • a double or triple bond gas such as a C 2 F 2 gas or a C 2 gas is used as a CF-based gas as a source gas.
  • the CF film has an effect of having excellent thermal stability. Thermal stability means that less F (fluorine) escapes even at high temperatures. That is, in order to electrically connect the upper and lower wiring layers, for example, aluminum wiring, to each other, a via hole is formed after the interlayer insulating film is formed by ⁇ 3 ⁇ 4, and for example, W (tungsten) burying force is performed. This embedding process is performed, for example, at about 450 ° C.
  • aluminum may be poured into via holes, and this reflow process is performed at about 400 ° C or higher.
  • the force that pulls out the F force Compared to F, the power is less.
  • Aluminum can corrode in the presence of C1 and F, which are used during wiring etching. Therefore, it is desirable that the thermal stability is large.
  • the other process conditions were the same as in the previous embodiment, and a 1 ⁇ m-thick CF film was used.This is referred to as “m Example 11.”
  • the C 4 Fg gas and the C 9 H 4 gas were 70 sccm and The CF film was ⁇ -coated in the same manner as in Example 11 except that the film was supplied at ⁇ 40 sccm.
  • Example 11 had a stronger release of F, CF, CF 0 , and CF 3 and a higher thermal stability.
  • the force of F ⁇ less is that the C-C bond is formed in a three-dimensional network, that is, a C-C network structure is formed, and even if the C-F bond dissociates, F It is presumed that it is hard to fall out.
  • a double bond or a 3F-based C-F-based gas is used, a network structure is formed by the polymerization reaction of the raw material gas itself, and the dissociation of C-F bond F is not required. Therefore, it is thought that the number of C—C bonds with C-F bonds increased.
  • the force that can increase the number of CC bonds by increasing the ratio of C 2 gas ⁇ In this case, the ratio of F decreases and the relative dielectric constant increases. .
  • a CF-based gas which is a raw material gas
  • a gas having a ⁇ ? Structure in which four CF groups are bonded to one C such as C (CF,) 4 scallops (C 2 F 5 ) May be used in combination with ⁇ 3 ⁇ 4 or the previously described C 4 F 8 gas or C 2 F gas.
  • C (CF,) 4 scallops C 2 F 5
  • Mosquitoes can be take extent rigid network structure is as shown in the case of cyclic structure diagram 7 (b) as F 8 contrast, C-C bond is the number of F with respect to four Since the number is as small as eight, the relative permittivity becomes high.
  • Fig. 7 (C) in the case of a simple linear bond such as C 4 F i 0, when CF bond breaks, C does not always bond, but the force that bonds F It is considered that C—C bonds are difficult to spread in a chain in the three-dimensional direction, and a strong network structure cannot be obtained.
  • Example 21 The m21 and the CF film of Comparative Example 21 were measured by a mass spectrometer in the same manner as in Example 11 and the like, and the results shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b) were obtained.
  • the relative permittivity of Example 21 and Comparative Example 21 was 2.1 and 2.7, respectively. As can be seen from the results,! 1 ⁇ 2Example 21 has a lower relative dielectric constant and higher thermal stability than Comparative Example 21.
  • a CHF-based gas as a preferable raw material gas, a CHF-based gas can be exemplified.
  • CHF-based gases include CH (CH 2 ) 3 CH 2 F and CH 3 (CH 2 ) 4 CH 2 F, CH 3 (CH 2 ) 7 CH 2 F, CHCH 3 F— 2 , CHF 3 , CHg F, CH 2 F 2 and the like.
  • the deposition rate is faster than a mixed gas of CF-based gas and CH-based gas.
  • F of C 4 Fg and H of C 2 H 4 are combined to form HF and fly, forming a C—C bonding force. It is thought that the F of one C 4 Fg and the F of the other C 4 F g combine to fly as F 2 to form a C—C bond.
  • CHF-based gas it is preferable to use a gas having several powers of F as compared with the number of C, such as CHF 3 gas, in order to keep the relative dielectric constant as low as possible.
  • CF-based gas may be added in addition to CHF-based gas and CH-based gas.
  • CHF 3 gas and C 2 H 4 gas were supplied at flow rates of 60 sccm and 30 sccm, respectively, and the other process conditions were the same as in Example 11 above.
  • Example 31 The measurement of this Example 31 with a mass spectrometer in the same manner as in Example 11 of Example II above gave the results shown in FIG. As can be seen by comparing the results of FIG. 10 with Comparative Example 11 shown in FIG. 6 (b), the use of CHF-based gas is superior in thermal stability. Furthermore, the measurement results of the dynamics of speed and gE3 ⁇ 4 in Hi3 ⁇ 4 Example 31 and Comparative Example 21 are shown below. However, applying a high frequency bias to the wafer If there is no hardness, the hardness is also described for reference.
  • FIG. 12 shows the relationship between the bias power applied to the mounting table 3 and the ⁇ 3 ⁇ 4 speed for each pressure.
  • the microwave power was 2.7 kw
  • the flow rates of C 4 F 8 gas, C 2 H 4 gas and Ar gas were 60 sccm, 30 sccm and 150 sccm, respectively
  • the surface of the mounting table ⁇ was set to 200 ° C.
  • Other conditions such as the magnetic field are the same as the conditions described in the above embodiment.
  • the bias power increases, and the film speed decreases. It is considered that the higher the pressure, the shorter the mean free path of the ions, and the smaller the collision energy between the ions and the molecules. Also, it is considered that when the bias power is increased, the etching effect by ions is increased, and the film forming speed is reduced.
  • the inventor of the present invention based on the presumption that if the pressure is reduced, the mean free path of the ion becomes longer, the rate at which active species are incorporated into the film increases, and a dense film can be formed. In this example, the adhesion to the silicon substrate was examined in terms of film stress.
  • Figure 13 shows that the bias power was 0 W under the process conditions when the data in Figure 12 was taken, and the magnitude of the stress and the presence or absence of film peeling were examined for the CF film obtained on the silicon-based fe: The result. However, the case where the pressure was set to 1.2 Pa and 1.5 Pa and the process was performed is also shown. The stress was calculated as follows:
  • IJs Compression and tension in stress are the IJs that indicate the force applied to the silicon substrate when viewed from the CF film. Such stress is applied when the wafer returns to room temperature. This is because there is a difference in ⁇ . Then, as shown in Fig. 14, when the CF film is going to be dense, the C film is trying to spread itself because the C gradually enters into the film later, and the silicon substrate tries to suppress the elongation. Therefore, the CF film is compressed from the silicon substrate.
  • the CF film is not dense enough, it will try to shrink strongly.
  • the film tends to peel off.
  • the method of examining the presence or absence of film peeling was performed by attaching an adhesive tape to the surface of the CF film and checking whether or not the CF film peeled from the silicon substrate when peeling this tape.
  • the pressure is 1 Pa or less in order to prevent film peeling.
  • the bias power is required to be at least 500 W ⁇ ⁇ g in order to secure the etching characteristics of the shoulder portion of the concave portion due to the ions and to perform good filling, but at this time, the male speed is set to 400 ⁇ Zm.
  • the pressure is preferably 1 Pa or less from the graph of FIG. The magnitude of this speed was calculated by back-calculating the processing of 10 to 11 sheets per hour, taking into account the cleaning process when performing a 1 m CF film. is there.
  • the bias power was set to 150 W under the process conditions when the data in Fig. 12 was taken, and the aspect ratio (depth Z width of the concave portion) that could be embedded at 0.2 Pa and 1 Pa, respectively, was examined. However, they were 2 and 0.8, respectively. Therefore, it can be said that the lower the pressure, the better the embedding characteristics. Furthermore, the lower the pressure, the greater the collision energy of the and the ions, the greater the energy of the active species, the greater the number of C-C bonds, and the more the F in the film is knocked out, the greater the number of C-C bonds and the greater the heat. It is presumed that the target stability will increase.
  • the microwave power was increased to 100 W, 150 W 0 W 200 W 0 250 W 0 250 W 0 0 W, 3 0 0 0 W ⁇ 3 5 0 0 W, each set to thickness 1 0 0 0 0
  • Process conditions other than microwave power were the same, and C 4 Fg gas, C 2 H 4 gas, and Ar gas were supplied by 6 Osccm, 30 sccm, and 150 sccm thighs, respectively.
  • the surface temperature of the mounting table was set to 320 ° C
  • the bias power of the mounting table 3 was set to 1500 W.
  • Other conditions are the same as those of the embodiment.
  • the adhesion to the utility for incorporation into the device as gKB is 200 kg / cm 2 or more Since the power is preferable, the microwave power must be 1000 W or more in terms of adhesion.
  • the in-plane film thickness uniformity " ⁇ " of the obtained CF film was examined for each microphone mouth wave power, the result shown in Fig. 16 was obtained. In practice, the film thickness uniformity is preferably 20% or less. Therefore, when combined with the adhesion data, it is desirable that the microwave power be at least 2000 W.
  • the volume in the vacuum vessel 2 is 0.2 ⁇ ⁇ , it is necessary per unit volume of the vacuum vessel 2.
  • the microwave power is more than 1000 OWZm 3.
  • the hardness of the CF film formed under the condition that the microwave power is 2000 W or more was sufficiently obtained when the hardness was examined. It is presumed that the larger the value is, the better the adhesion is because the energy of the active species in the film-forming gas is large and the number of C-C bonds is increased. This is probably because the uniformity of the density is improved.
  • the microwave power was set to 2700 W, and the dependence of the bias power on the adhesion of the CF film and the uniformity of the in-plane film thickness was investigated by changing the bias power of the mounting table.
  • Figure 17 and Figure 18 The result was strong.
  • Other process conditions are the same as those when the data shown in Fig. 15 were measured. From this result, it is preferable that the magnitude of the bias power be 1000 W or more.
  • ®3 ⁇ 4 on the upper surface of the mounting table 3 is 3. Since 1 is 4 x 1 0- 2 m 2, preferably the power per unit area 3. is 1 4W / m 2 or more.
  • the relative dielectric constant of the CF film under these conditions was 3.0 or less, which was sufficiently low.
  • Fig. 19 shows the dependence of the bias power on the embedding characteristics.
  • the process conditions are the same as when the data in Figs. 17 and 18 were taken.
  • the center in Fig. 19 indicates that the embedding was successfully performed, and the X mark indicates that void mosquitoes were generated.
  • the width between the aluminum used for embedding is 0. From this result, it can be understood that the embedding characteristics are improved when the bias power is increased. The reason is considered to be that the sputter etching effect on the shoulder of the concave portion due to the ion is increased.
  • the Hii they are intended to'll improve the filling characteristics by adding ⁇ 2 gas to the raw material gas.
  • CF film is gradually removed by a C 0 2 undergoes 0 9 chemical reaction (going chemically etched) particular interest, the gas supply unit 3 shown in FIG. 1 0 thought to improve the embedding in high ⁇ scan Bae transfected ratio by supplying Omicron eta gas in addition to the film forming gas, for example C 4 F g gas and C 2 eta gas.
  • 2 0 is a diagram showing a »to embed between the aluminum wiring in the case of adding 0 2 gas continuously. 0 9 since the gas is considered to be active I arsenide reacts with C in the CF film C 0 2 next CF film I ⁇ etched, the etching and deposition proceed simultaneously.
  • the o 2 gas supplied from the film forming gas supply unit is activated by the energy of the plasma and further by electron cyclotron resonance to become ions. Impact on the wafer with high perpendicularity by the bias power. As a result, as shown in FIG. 20, the etching speed is particularly large at the shoulder (the frontage portion), and the embedding force is performed while sufficiently widening the frontage. be able to. On the other hand, since the etching rate is low in the sputter etching using only Ar ions, when burying a concave portion having a large aspect ratio, the etching of the frontage cannot catch up with the burying, and a void is easily formed. .
  • 0 2 confirm the effect of the gases, in order to, using the apparatus shown in FIG. 1, C 4 F 8 gas, C 2 Eta ,, gas and 0.
  • the concave part where the distance between the aluminum wiring is 0.2 / m when the gas is supplied from the film forming gas supply unit at 60 sccm, 30 sccm, and 20 sccm, respectively, and when the 02 gas is not added. was subjected to the embedding test, 0 2 is the aspect ratio in the case of not adding gas was observed the occurrence of voids exceeds 4, 0 2 aspect ratio in the case of addition of gas is 5 met However, no voids were generated and good embedding was achieved.
  • the microwave power was set to 270 W
  • the bias power of the mounting table was set to 150 W
  • the pressure was set to 0.2 Pa
  • the surface temperature of the mounting table was set to 350 ° C.
  • Other conditions are the same as those of the form of gfc ⁇ .
  • FIG. 21 is a view showing a state in which the process force is performed by such a method
  • FIG. 21 (a) shows a state in which, for example, an aluminum hidden four force is formed on a phosphorus- and boron-doped SiO 2 film.
  • FIG. 21 (b) shows a state in which, for example, an aluminum hidden four force is formed on a phosphorus- and boron-doped SiO 2 film.
  • timing of switching the 0 2 gas from ⁇ 3 ⁇ 4 gas is not limited to this example, for example, it may be at when about to blocked frontage force as shown in FIG. 20 above reporting, or any other evening timing.
  • the switching between the deposition gas and 0 2 gas may be performed twice or more in one step is not limited to one as described above. Further, when supplying the second gas, the gas may be supplied at the same time.
  • F 8 gas and CH 4 gas were supplied at 60 sccm and 30 sc 111 respectively for 60 seconds, and then O 2 gas After switching to 50 sccm and etching for 60 seconds, and then switching to C 4 F ⁇ ⁇ gas and C 2 H 4 gas for film deposition for 120 seconds, the distance between E ⁇ 0.2 m Good embedding was achieved in the recesses between the aluminum layers, which were 4 in each case.
  • the microwave power was set to 2700 W
  • the bias power of the mounting table was set to 1500 W
  • the pressure was set to 0.2 Pa
  • the surface temperature of the mounting table was set to 350 ° C.
  • the other conditions are the same as those of the form of K3 ⁇ 4.
  • This form of ⁇ is a method in which electrical energy for generating plasma is applied in a pulse shape with a certain duty ratio.
  • the configuration of the device uses a pulse microwave power source 51 as a microwave oscillating unit and a pulse high frequency power source 52 as a bias power source for the mounting table 3 as shown in FIG.
  • a synchronization circuit 53 for synchronizing the power supplies 51 and 52 is provided.
  • the pulsed microwave power supply 51 is provided with a high-frequency power supply that outputs, for example, a microwave of 2.45 GHz, and turns on the microwaves from here by a pulse of, for example, 10 Hz to 10 KHz output from the synchronization circuit 53.
  • the pulse high-frequency power supply 52 is provided with a high-frequency power supply that outputs a high frequency of, for example, 13.56 MHz.
  • Fig. 23 shows an example of the power waveforms of the power supplies 51 and 52. The force schematically shows the pulse waveform in the figure, and when this pulse is on, a power waveform of 2.45 GHz (or 13.56 MHz) is included.
  • the pulse oscillation repeats on and off, so each time it is turned on, the initial transient phenomenon of the above-mentioned continuous vibration occurs, and therefore the electron rapidly rises and is maintained continuously. become.
  • the pulse oscillation causes electrons to rise strongly and become 3 ⁇ 4 at the time, especially high-energy radicals.
  • the number of dikar's force is increased. As a result, the speed is increased and the film becomes dense because it is pushed deep into the radical force film.
  • the speed will decrease. This is due to the high plasma power of the electron ' ⁇ at the same time as the application of the pulse power; however, the pulse power is turned off before the avalanche force is sufficiently generated, and as a result, the generation of active species contributing to It is thought that this was due to the decrease. Therefore, it is important to improve the deposition rate by optimizing the duty ratio.
  • the bias power may be applied by applying a high frequency as in the past, or when ⁇ 3 ⁇ 4 of a film other than the CF film, for example, a SiO film is performed. May be applied.
  • the present invention may be applied to a plasma processing apparatus other than the ECR plasma processing apparatus.
  • a CF film having good film quality suitable for an interlayer insulating film can be formed, and a high speed can be obtained.

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Description

明 細 書 ブラズマ成膜方法及びブラズマ成膜装置 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 カーボン膜をブラズマ処理により ^する方法及び装置に関する。
背 景 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 »化、 回路の多層化と いった工夫力進められており、 そのうちの一つとして ΙΕ^を多層化する技術があ る。 多層 構造をとるためには、 n層目の 層と （n + 1 ) 番目の 層の 間を導 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。
この層間 Ife 膜の代表的なものとして S i 0 2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 こと力要求されており、 層間絶縁膜の材質についての検討がなされている。 即ち S i 02 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 S i O Fの実現化が進 められている力 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に注目 している。
ところで層間絶縁膜については、 小さい比誘電率であることの他に密着性が大 きいこと、 ,的 が大きいこと、 熱的安定性に優れていることなど力く要求さ れる。 フッ素添加カーボンとして商品名テフロン （ポリテトラフルォロエチレン） がよく知られている力 これは極めて密着性が悪く、 ^^も小さい。 従ってフッ 素添加力一ボン膜を層間絶縁膜として用いるといっても、 膜質に未知な部分力く多 く、 現状では実用化が困難である。 ―
発 明 の 開 示
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、 半導体デバ イスに適したフッ素添加力一ボンを製造する方法及び装置を提供することにある c 本発明は、炭素及びフッ素の化合物ガスと炭化水素ガスとを含む ガスをプ ラズマ化する工程と；そして前記プラズマにより被処理体上にフッ素添加カーボ ン膜よりなる絶縁膜を成膜する工程とを備えたプラズマ成膜方法を提供する。 本発明はさらに、 プラズマ処理装置のプラズマ室内に、 真空雰囲気内の単位体 積 （1立方メートル） 当たり 1 O k w以上のマイクロ波を導入すると共に磁界を 印加して電子サイクロトロン共鳴によりプラズマ^ fflガスをプラズマ化するェ 程と；前記プラズマを前記プラズマ処理装置の成膜室内に導入し、 炭素及びフッ 素の化合物ガスあるいは炭素、 フッ素及び水素の化合物ガスと、 炭ィ b7j素ガスと を含む ガスをプラズマ化する工程と；そして前記プラズマ化された fi¾ガス によりフッ素添加力一ボン膜よりなる絶縁膜を する工程とを備えたプラズマ 5¾M方法を提供する。
本発明はさらに、 被処理体の載置台を備えた真空容器内で炭素及びフッ素の化 合物ガスある ヽは炭素、 フッ素及び水素の化合物ガスと、 炭ィ j素ガスとを含む ガスをプラズマ化する工程と；そして前記載置台に、 該載置台の載置面の単 位面積当たり 3. 1 4W/ c m2 以上のバイアス電力を印加してプラズマ中のィ ォンを被処理体に引き込みながら前記ブラズマにより被処理体上にフッ素添加力 —ボン膜よりなる!^膜を^ する工程を備えたプラズマ 方法を提供する。 本発明はさらに、 炭素及びフッ素の化合物ガスあるいは炭素、 フッ素及び水素 の化合物ガスと、 酸素プラズマ^ ^ガスとを含む処理ガスをプラズマ化するェ 程と；そして前記プラズマにより被処理体上にフッ素添加カーボン膜よりなる絶 縁膜を する工程とを備えたブラズマ成膜方法を提供する。 本発明はさらに、 炭素及びフッ素の化合物ガスあるいは炭素、 フッ素及び水素 の化合物ガスを含む S¾ ガスをプラズマ化し、 このプラズマにより被処理体上に フッ素添加カーボン膜よりなる繊膜を纏する工程と；前記成膜ガスから酸素 プラズマ:^ fflガスに切換えて酸素ブラズマを生成し、 この酸素ブラズマにより 前記絶縁膜の一部をエッチングする工程と；そして酸素プラズマから前言 ¾¾ ガ スに切換えてプラズマを^^し、 このプラズマにより被処理体上にフッ素添加力 —ボン膜よりなる絶縁膜を する工程とを備えたプラズマ 方法を提供する。 本発明はさらに、 処理ガスに交流電力を与えてプラズマを^^する工程と；そ して前記交流電力を該交流電力の周波数よりも低い周波数のパルスによりオン、 オフしながら、前記プラズマにより被処理体上に薄膜を する工程とを備えた ブラズマ 方法を提供する。
本発明はさらに、 プラズマ: ^用ガスをプラズマ化するためのプラズマ室と； 前記プラズマ室内にマイク口波を発生させる第一の発生器と、前記プラズマ室内 に磁界を形成する形成器と；前記プラズマ室内に前記プラズマ ^^ガスを供給 する第一の供給部と；被処理体上に絶縁膜を ¾¾ するための β¾ 室と；前言 ¾ 室内に炭素及びフッ素の化合物ガスあるいは炭素、 フッ素及び水素の化合物ガス と、炭化水素ガスとを含む ガスを供給する第二の供給部とを備え、前記マイ ク口波と前記磁界とによる電子サイクロトロン共鳴によりプラズマィヒされた前記 ^^用ガスか 記成膜室に導入されて、 前記 ガスがプラズマ化され、該プラ ズマ化された成膜ガスによりフッ素添加力一ボン膜よりなる絶縁膜が される プラズマ処理装置を提供する。
図面の簡単な説明
図 1は本発明のブラズマ成膜方法を実施するために用いるブラズマ処理装置の 一例を示す縦断側面図である；
図 2は ガスの種類と C F膜の比誘電率との関係を示す特性図である； 図 3は δ¾Μガスの種類と C F膜の密着性とを示す特性図である；
図 4は S¾Mガスの種類と C F膜の硬さとの関係を示す特性図である ；。
図 5は C F膜の X線光電子 スぺクトルの結果を示す特性図である； 図 6は C F膜について' を変化させたときに発生する気体の質量分析の結果 を示す特性図である；
図 7は成膜ガスの^子構造を示す説明図である；
図 8は C F膜について温度を変化させたときに発生する気体の質量分析の結果 を示す特性図である；
図 9は成膜ガスの反応の様子を示す説明図である；
図 1 0は C F膜について' i^を変化させたときに発生する気体の質量分析の結 果を示す特性図である；
図 1 1は C F膜について- を変化させたときに発生する気体の質量分析の結 果を示す特性図である；
図 1 2はプロセス圧力別のバイアス電力と 速度との関係を示す特性図であ る；
図 1 3はプロセス圧力と C F膜のストレスとの関係を示す説明図である； 図 1 4は C F膜のストレスの様子を示す説明図である；
図 1 5は C F膜の密着性に対するマイク口波電力の依存性を示す説明図である 図 1 6は C F膜の膜厚均一性に対するマイク口波電力の依存性を示す説明図で ある；
図 1 7は C F膜の密着性に対するバイアス電力の依存性を示す説明図である； 図 1 8は C F膜の膜厚均一性に対するバイアス電力の依存性を示す説明図であ る；
図 1 9はバイアス電力と埋め込み可能な凹部のァスぺクト比との関係を示す説 明図である； 図 2 0は C F膜による配線間の埋め込みの様子を示す説明図である； 図 2 1は C F膜による 間の埋め込みの様子を示す説明図である； 図 2 2は本発明の他の の形態に用いられるプラズマ処理装置の概略構成を 示す説明図である；
図 2 3はマイクロ波電源及びバイアス電源をオン、 オフする様子を示す波形図 である；
図 2 4はマイクロ波電力、 プラズマ密度、 及び電子- の関係を示す特性図で ある；
図 2 5はマイクロ波電力、 プラズマ密度、 及び電子-^の関係を示す特性図で ある；そして
図 2 6はマイクロ波電力及びバイアス電力をオン、 オフしたときのデューティ 比と β¾ 速度との関係を示す特性図である。
発明を するための最良の形態
本発明の実施の形態は、 例えば半導体デバイスの層間絶縁膜に適したフッ素添 加カーボン （以下「C F膜」 という） を製造するプロセス条件、 例えば原料ガス の種類や圧力などと C F膜の膜質との関係を調べ、 最適な （プロセス条件） を見 出した点に特徴がある。 先ずこの の形態に用いられるブラズマ処理装置の一 例を図 1に示す。 図示するようにこのプラズマ処理装置 1は、例えばアルミニゥ 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プラズマ室 2 1と、 この下方に連通させて ¾ さ れ、 プラズマ室 2 1よりは口径の大きい筒状の成膜室 2 2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つている。
この真空容器 2の上端は、 開口されてこの部分にマイク口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 2 3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 2 3の外側には、例えば 2. 4 5 G H zのブラズマ発生用高周波供給手段としての高周波電源部 2 4に接 続された導波管 2 5力設けられており、 高周波電源部 2 4に発生したマイク口波 Mを導波管 2 5で案内して透過窓 2 3からプラズマ室 2 1内へ導入し得るように なっている。
プラズマ室 2 1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 プラズマガスノズル 2 6力《設けられると共にこのノズル 2 6には、 図示しないプ ラズマガス源、 例えば A rガスや 02 ガス源が接続されており、 プラズマ室 2 1 内の上部に A rガスや O n ガス等のプラズマガスをムラなく均等に供給し得るよ うになつている。 なお図中ノズル 2 6は の煩雑化を避けるため 2本しか記載 していないが、 実際にはそれ以上設けている。
また、 プラズマ室 2 1を区画する側壁の外周には、 これに接近させて磁界形成 手段として例えばリング状の主電磁コイル 2 7が配置されると共に、 室 2 2 の下方側にはリング状の補助電磁コイル 2 8が配置され、 プラズマ室 2 1から成 膜室 2 2に亘つて上から下に向かう磁界例えば 8 7 5ガウスの磁界 Bを形成し得 るようになっており、 E C Rプラズマ条件力満たされている。 なお電磁コイルに 代えて永久磁石を用いてもよい。
このようにプラズマ室 2 1内に周波数の制御されたマイク口波 Mと磁界 Bとを 形成することにより、 これらの相互作用により上記 E C Rブラズマが発生する。 この時、 前記周波数にて前記導入ガスに共鳴作用力生じてブラズマが高い密度で 形成されることになる。 すなわちこの装置は、 電子サイクロトロン共鳴 （E C R) プラズマ処理装置を構成することになる。
一; 言 ¾¾M室 2 2の上部即ちプラズマ室 2 1と連通している部分には、 リン グ状の ガス供給部 3 0力設けられており、 内周面から ガスが噴出するよ うになつている。 また成膜室 2 2内には、載置台 3力昇降自在に設けられている。 この載置台 3は、 例えばアルミニウム製の本体 3 1の上に、 ヒータを内蔵した静 電チヤック 3 2を設けてなり、 静電チヤック 3 2の電極 3 3にはウェハ Wにィォ ンを引き込むためのバイアス電圧を印加するように例えば高周波電源部 3 4が接 続されている。 そしてまた β¾ 室 2 2の底部には排気管 3 5力く接続されている。 次に上述の装置を用いて被処理体であるウェハ 1 0上に C F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 ないゲ一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二 ゥム I ^が形成された被処理体であるウェハ 1 0を図示しないロードロック室か ら搬入して載置台 3上に載置する。
続いて、 このゲートバルブを閉じて内部を密閉した後、 排気管 3 5より内部雰 囲気を排出して所定の真^まで真空引きし、 プラズマガスノズル 2 6からブラ ズマ室 2 1内へプラズマ発生用ガス例えば A rガスを導入すると共に ガス供 給部 3 0から成膜室 2 2内へ成膜ガス例えば C F 4 ガス及び C 2 H 4 ガスを夫々 流量 6 0 s c c m及び 3 0 s c c mで導入する。 そして真空容器 2内を例えば 0. 1 P aのプロセス圧に維持し、 かつ高周波電源部 3 4により載置台 3に 1 3. 5 6 MH z、 1 5 0 0 Wのバイアス ¾Eを印加すると共に、 載置台 3の表面-^^ を 3 2 0 °Cに設定する。
プラズマ発生用高周波電源部 2 4からの 2. 4 5 G H zの高周波 （マイクロ波） は、 導波管 2 5を搬送されて真空容器 2の天井部に至り、 ここの透過窓 2 3を透 過してマイクロ波 Mがプラズマ室 2 1内へ導入される。 このプラズマ室 2 1内に は、 電磁コイル 2 7、 2 8により発生した磁界 B力上方から下方に向けて例えば 8 7 5ガウスの強さで印加されており、 この磁界 Bとマイクロ波 Mとの相互作用 で E (電界） X B (磁界） を して電子サイクロトロン共鳴が生じ、 この共鳴 により A rガスがプラズマ化され、 且つ高密度^ (匕される。 なお A rガスを用いる ことによりプラズマが安定化する。
プラズマ 室 2 1より S¾M室 2 2内に流れ込んだプラズマ流は、 ここに供給 されている C4 Fg ガス及び C2 H4 ガスを活性ィヒさせて活性種を形成する。一 方プラズマイオン、 この例では A rイオンはプラズマ引き込み用のバイアス ¾E によりウェハ 10に引き込まれ、 ウェハ 10表面のパターン （凹部） に堆積され た CF膜の角を A rイオンのスパッタエッチング作用により削り取って間口を広 げながら、 CF膜が ¾されて凹部内に埋め込まれる。
ここで本発明者は成膜ガスとして Cn Fm ガスと CK Hs ガスとを組み合わせ た場合、 n、 m、 k、 sと膜質とがどのように対応するかを調べた。 ただし n、 m、 k、 sは整数である。 実験としては、 Cn F— ガスと CK Hs ガスとの' を夫々 60 s c cm及び 30 s c cmとし、 その他のプロセス条件は上述の H¾ の形態と同じにして厚さ 1； の CF膜を成膜し、 得られた CF膜について比誘 電率、 密着 tt¾び硬さを調べた。
Cn F— ガスとしては、 CFA、 C2 Fe、 C3 F。、 C4 F。 などを用いる ことができ、 また C K H sガスとしては H 2、 CH 4、 C 2 H o C 2 H 6 、 C3 Hg、 C4 Hg などを用いることができる。 図 2〜図 4は夫々比誘電率、 密 着 び硬さについての結果を示し、横軸に Cn Fffl ガスの mと nとの比をとり、 縦軸に CK Hg ガスの sと Kとの比をとつている。 縦軸と横軸の の交点に記 載した数値がデータであり、 例えば図 2でいえば F8 ガス及び C2 H4 ガス の組み合わせでは、 比誘電率は 2. 2である。 ただし ¾±段のデータは CK Hs ガスとして HQ ガスを用いたものである。
比誘電率の測定については、 ベアシリコン表面に CF膜を形成し、 更にその上 にアルミニゥム «@を形成し、 シリコン層と電極との間に比誘電率メ一タの ¾@ を接続して CF膜の比誘電率を測定した。 密着性の測定については、 ベアシリコ ン表面に CF膜を形成し、 この CF膜表面に密着試験子を接着剤で固定し、試験 子を弓 1き上げて C F膜がベアシリコンから剥がれたときの試験子単位 ®¾当りの 弓 Iき上げ力 （k gZcm2 ) の大きさを指標とした （セバスチャン法） 0 硬さの 測定については島津ダイナミック超微小硬度計 DUH— 200を用い、 稜間隔 115度、 圧子先端曲率半径 0. 1 m以下の三角錐圧子により試験荷重 500 mg f、 負荷速度 29mg f/s e c試験荷重保持時間 5 s e cの条件で CF膜 に対して押し込み試験を行った。 押し込み深さを D (^m) とすると、 係数 （3 7. 838) X荷重/ D2 を硬さの指標 （ダイナミック硬度） とした。
デバイスの高速ィ匕に対応するためには比誘電率が 3. 0以下好ましくは 2. 5 以下であることが必要であり、 この範囲を満足する ガスの組み合わせの範囲 を図 2中斜線で示す。 密着性については上述の試験の場合、 20 O k g/cm2 以上あればデバイスに組み込んだときに膜剥がれのおそれはなく、 この範囲を図 3中斜線で示す。 硬さについては、 あまり小さいと、 例えば表面を ^«的研磨し て平坦化するエツチバック工程が困難になるため、 40以上好ましくは 50以上 であることが必要であり、 この範囲を図 4中斜線で示す。 このような結果に対し て考察すると、 比誘電率を下げるためには膜中の Fの比率を多くすればよいが、 Fの比率が多過ぎると密着性力悪くかつ硬さ力小さくなる。 この理由は密着 び硬さは膜中の C— C結合に寄与していると考えられ、 Fの比率が多いと、 C— C結合が少なくなるためと考えられる。
従って比誘電率が低く、 かつ十分な密着性、 硬さを確保するためには図 2〜図 4の斜線領域がオーバラップする範囲であることが好ましい。 ただし硬さについ ては、 図 4の斜線領域から外れている場合 C F膜の表面に硬度の大きい膜を付け て表面を保護する方法もある。 図 5は C4 F。 ガス及び C9 H4 ガスの混合ガス を成膜ガスとした ¾Bのプロセス条件における C F膜の X線光電子^:スぺクト ルの結果を示し、 この結果から CF3 基、 CF2、 CF基及び C— CFx基が含 まれていることが分かる。
以上のことから F8 ガス及び C2 H2 との組^fで β¾ した CF膜は比誘 電率が 2. 4、 密着性が 412、 ¾ ^が 192であり、 層間絶縁膜として好まし いものであること力く分かる。 なお上述の例では Cn Fffl ガス及び Ck Hs ガスに 加えて H2 ガスを添加してもよい。
本発明の他の実施の形態では、 原料ガスである C F系のガスとして二 合あ るいは三重結合のガス、 例えば C2 F2 ガスや C2 ガスを用いる。 この場合 CF膜は熱的安定性に優れているという効果がある。 熱的安定性とは、 高温にな つても F (フッ素） の抜けが少ないということである。 即ち上段側及び下段側の 各配線層例えばアルミニウム配線を互に電気的に接続するために、 層間絶縁膜を β¾ した後ビアホ一ルを形成して例えば W (タングステン） の埋め込み力行われ るが、 この埋め込み工程は例えば 450°C程度の' 下で行われる。 またビアホ 一ルヘアルミ二ゥムを流し込む場合もある力く、 このリフロー工程は約 400°C以 上で行われる。 このように層間絶縁膜が成膜温度よりも高い に加熱されたと きに F力抜ける力 原料ガスとして Cと Fとが二 M 合ある Lヽは三 合のガス を用いれば一次結合のガスに比べて Fの抜け力く少ない。 Fの抜けが多いと比誘電 率が上がるし、 CF膜自体の ΐΚϋによる膜剥離力 <起こり、 更にはガスとして抜け ることから CF膜と W膜との界面での剥離も起こりやすく、 またアルミニウム配 線のエッチング時に用いられる C 1と Fとの存在下でアルミニウムを腐食するお それもある。 従って熱的安定性力大きい方が望ましい。
(実験例）
ここで図 1に示すプラズマ ^装置を用い、 C4 H。 ガス、 C2 F4 (CF2 = CF2 ) ガス及び C2 H4 ガスを原料ガスとして夫々 70 s c cm、 30 s c cm及び 15 s c (：111の«で成膜室22内に供給し、 その他のプロセス条件は 先の の形態と同様として膜厚が 1 μ mの C F膜を した。 これを m例 1 1とする。 また C4 Fg ガス及び C9 H4 ガスとして夫々 70 s c cm及び 40 s c cmの- で供給した以外は 例 11と同様にして CF膜を β¾ した。 こ れを比較例 11とする。 これらの CF膜について、 各^^における F、 CF、 CF2、 CF3 の放出量 を質量分析計で測定したところ図 6 (a)、 (b) に示す結果が得られた。 また 比誘電率及び成膜速度は下記の結果であつた。
比誘電率 成膜速度 （オングストローム Zm i n ) 例 11 2. 0 2650
比較例 11 2. 75 2300
この結果から分かるように原料ガス以外の条件を同じにした場合には 例 1 1の方が F、 CF、 CF0、 CF3 の放出量が少なく、 熱的安定性が大きいこと 力く分かる。 このように Fの抜け力 <少ないのは C— C結合が三次元綱状的に形成さ れ、 つまり C— Cのネットワーク構造が形成され、 C— F結合が解離しても Fが 外に抜けにくいのではないかと推測される。 そして二重結合や 3S 合の C— F 系ガスを用いた場合には、 原料ガス自体の重合反応により、 ネットワーク構造が 形成される、 C一 F結合の Fの解離を必要としない反 であるため C一 F結 合を持ったままの C—C結合が多くなるものと考えられる。
一方比較例の原料ガスにおいては C2 ガスの比率を大きくすることにより C-C結合を多くすることができる力^ この場合には Fの比率が低くなつてしま い比誘電率カ让がってしまう。
そしてまた本発明では、 原料ガスである CF系のガスとして、 一つの Cに 4個 の CF基が結合している^?構造のガス例えば C (CF, ) 4 やじ (C2 F5 ) などを Φ¾あるいは既に述べた C4 F8 ガスや C2 F ガスなどと混合して用 いてもよい。 このようにすれば C— Cネットワーク構造が作られやすく熱的安定 性が大きい。
その理由については、 図 7 (a) に示すように C (CF3 ) 4 の場合、 C-F 結合が切れてそこに Cまたは Fが結合することになると考えられる力く、 C力く結合 すると、 当該 Cは で囲む 4つの C— C結合を有しているため、 C— C結合の 数が多くなり、 し力、も各 Cに対して C— C結合の連鎖が 4方向に広がっていく格 好になるため、 C— C結合による強固なネットワーク構造力形成される。 また C 一 C結合が 4個に対して Fの数が 12個であるため、 全体として Fの数が多く、 低い比誘電率を確保することができる。
これに対して F8 のように環状構造の場合図 7 (b) に示すようにある程 度強固なネットワーク構造をとることはできるカ、 C— C結合が 4個に対して F の数が 8個と少ないため比誘電率力高くなつてしまう。 また図 7 (C) に示すよ うに C 4 F i 0のように単純な一次結合の場合、 C-F結合が切れたときに必ず C が結合するわけではなく Fも結合すること力、ら、 結果的に三次元方向に C— C結 合が連鎖して広がっていきにくく、 それ程強固なネットワーク構造をとることが できないと考えられる。
(実験例）
ここで図 1に示すプラズマ 装置を用い、 C4 F。 ガス、 （CF3 ) 4 Cガ ス及び C2 H9 ガスを夫々 60 s c cm、 40 s c cm及び 20 s c c mの流量 で供給すると共に圧力を 0. 18Paとし、 その他のプロセス条件は先の 例 11と同様にして膜厚が 1〃 mの C F膜を成膜した。 これを 例 21とする。 また C4 Fg ガス及び C2 H4 ガスを夫々 100 s c cm及び 20 s c cmの で供給した以外は同様にして CF膜を成膜した。 これを比較例 21とする。 m21及び比較例 21の CF膜について先の 例 11等と同様に質量分 析計で測定を行ったところ図 8 (a) (b) に示す結果力 <得られた。 また^例 21及び比較例 21について比誘電率を調べたところ比誘電率は夫々 2. 1及び 2. 7であつた。 この結果から分かるように !½例 21の方が比較例 21に比べ て比誘電率が低く、 また熱的安定性が大きい。
更に本発明において、 好ましい原料ガスとしては C H F系のガスを挙げること ができる。 CHF系ガスとしては CH (CH2 ) 3 CH2 F、 CH3 (CH2 ) 4 CH2 F、 CH3 (CH2 ) 7 CH2 F、 CHCH3 F—2、 CHF3、 CHg F及び CH2 F2 などを挙げることができる。 この場合次のような利点がある。 先ず C F系ガスと C H系ガスとの混合ガスに比べて成膜速度が早 、。 例えば C Α Fg と C2 ガスとの混合ガスにおいては図 9に示すように C4 Fg の Fと C 2 H4 の Hとが結合して HFとなって飛び、 C— C結合力形成されるか、 または —方の C4 Fg の Fと他方の C4 Fg の Fとが結合して F2 となって飛び、 C— C結合が形成されると考えられる。
F— F結合になるよりは H— F結合になる方が小さなエネルギーで済むが、 C4 F8 の の隣りに C2 H4 の^ H1がくる確率は、 実際には 比等に応じ た確率であるが、 単純に考えれば 50%である。 これに対して CHF系のガスで あれば図 7に示すようにどの^?も Fと Hとを備えているので一の の Fと他 の の Hと力く結合しやすく C一 C結合が形成されやすいと推測される。 このこ とはガスに与えられるエネルギーが同じであれば ffi速度力早いことを意味して いる。 CHF系のガスを用いる場合比誘電率をできるだけ低く抑えるために、 C の数に比べて Fの数力多いガス例えば CHF3 ガスなどを用いること力好ましい。 また CHF系のガスと CH系のガスとに加えて C F系のガスを添加してもよい。 (実験例）
ここで図 1に示すプラズマ 装置を用い、 CHF3 ガス及び C2 H4 ガスを 夫々 60 s c cm及び 30 s c cmの流量で供給し、 その他のプロセス条件は先 の 例 11と同様にして膜厚が 2. の CF膜を した。 これを 例
31とする。 この 例 31について先の H¾例 11等と同様に質量分析計で測 定を行ったところ図 10に示す結果が得られた。 図 10の結果と先の図 6 (b) に示す比較例 11とを比べて分かるように CHF系のガスを用いた方が熱的安定 性に優れている。 更に Hi¾例 31及び比較例 21における 速度と gE¾のダイ ナミック 5¾gの測定結果を下記に示す。 ただしウェハに高周波バイアスを印加し なかった場合の硬度についても参考に記載しておく。
成膜速度 （オングストローム Zmi n) 硬 度 鍾例 31 4300 200. 6
H¾例 31 (バイアスなし） 6800 80. 8 比較例 11 2300 106. 6 比較例 11 (バイアスなし） 3100 56. 5 この結果から分かるように CHF系のガスを用いれば、 成膜速度が早く、 スル —プットが向上すると共に硬度の大きな CF膜力得られる。
以上において CF膜の膜質とウェハの載置台表面温度との関係を調べるために、 既 の実施の形態のプロセス条件 (Cn Ffflガス + Ck Hs ガスの説明に用いた 条件） において載置台表面 を 350°C及び 220°Cに夫々設定し、 成膜され た CF膜について既述の質量分析を行ったところ図 11 (a)、 （b) に示す結 果が得られた。 この理由については、 ウェハ表面における熱エネルギーが高温に なる程大きくなり、 このため活性種のエネルギーが大きくなって C— C結合が多 くなると共に Fの離脱力 <進むものと考えられる。 また 力《形成された半導体デ バイスについては高温にするといつても 450°C程度が限界であるため、 C4 F 8 ガスと C2 H4 ガスとの組み合わせは、 350°C程度のプロセス温度で熱的安 定性が大きくなるので有効な組み合わせである。
ここで図 1の装置を用いて真空容器 2内の圧力と C F膜の膜質、 密着 び成 膜速度との関係を調べたところ図 12及び図 13の結果が得られた。 図 12は載 置台 3へ印加されるバイアス電力と δ¾ 速度との関係を圧力毎に求めた結果であ る。 プロセス条件については、 マイクロ波のパワーを 2. 7kw、 C4 F8 ガス、 C2 H4 ガス及び A rガスの流量を夫々 60 s c cm、 30 s c cm及び 150 s c cmとし、 載置台の表面^^を 200°Cとした。 磁場などの他の条件は先の の形態で述べた条件と同様である。 図 1 2の結果から分かるように圧力が高くなる程、 またバイアス電力が大きく なる ¾ ^膜速度が遅くなつている。 これは圧力が高くなるとイオンの平均自由ェ 程が短くなり、 イオンと分子の衝突エネルギー力小さくなるので活性種が膜内に 取り込まれる速度力遅くなると考えられる。 またバイアス電力を大きくすると、 イオンによるエツチング効果が大きくなり成膜速度が遅くなると考えられる。 本発明者は圧力を低くするとィォンの平均自由工程が長くなり、 活性種が膜内 に取り込まれる速度が早くなって、 緻密な膜ができるのではないかという推測を 基に C F膜とその下地膜この例ではシリコン基板との密着性を膜応力 （ストレス） という点から調べた。
図 1 3は、 図 1 2のデータをとつたときのプロセス条件の中でバイアス電力を 0 Wとし、 シリコン基 fe :に得られた C F膜についてストレスの大きさと膜剥れ の有無を調べた結果である。 ただし圧力を 1. 2 P a、 1. 5 P aに設定してプ 口セスを行った場合についても併せて示してある。 ストレスの計算は次式により ίτつた。
S = E (D) 2 / 6 ( 1 - V) R T
ただし S ：ストレス、 E ： シリコン基板のヤング率、 V： シリコン基板のポア ソン比、 D ： シリコン基板の厚さ、 R： ウェハ全体の湾曲半径、 T ： C F膜の膜 厚 （Tは Dよりも十分に小さいものとする）
ストレスにおける圧縮、 引張りとは、 C F膜から見てシリコン基板がどのよう な力をかけているかの区另 IJであり、 このようなストレス力く作用するのは、 ウェハ 力室温に戻るときに材料によって ιΚϋに差が生じるからである。 そして図 1 4に 示すように C F膜が緻密になろうとする場合には後から順次 Cが膜内に潜り込ん でくるので C F膜自体力広がろうとし、 シリコン基板はその伸びを抑えようとす るので C F膜がシリコン基板から圧縮をかけることになる。
これに対して C F膜の緻密性が悪い場合には C F膜自体力く縮まろうとするので、 C F膜がシリコン基板から引張られることになるカ^ 引張りのストレスがかかる と膜が剥がれやすくなる。 膜剥がれの有無を調べる方法は、 粘着テープを C F膜 の表面に貼り付け、 このテープを剥がすときに C F膜がシリコン基板から剥がれ るか否かを見ることによって行った。
なお従来の S i 02 膜も同様の傾向にあるが、 S i 02 の場合にはシリコンと 纖脹係数の差力大きいので、 膜の緻密性の影響以前に、 大きな圧縮応力が作用 しているので両者の密着性が高 、。
図 1 3の結果から膜剥がれを防止するためには圧力を 1 P a以下にすることが 好ましい。 また埋め込み時にイオンによる凹部の肩部分のエッチング特性を確保 して良好な埋め込みを行うためにはバイアス電力は少なくとも 5 0 0W¾gは必 要と考えられるが、 このとき雄速度として 4 0 0 0オングストローム Zm i n 以上を確保しょうとすると図 1 2のグラフから圧力は 1 P a以下であることが好 ましい。 この 速度の大きさは、 1 mの C F膜の,するにあたって、 クリ —ニング工程も考慮して、 1時間当り 1 0〜1 1枚の処理をしょうとする場合に 逆算して求めたものである。
また図 1 2のデータをとつたときのプロセス条件においてバイアス電力を 1 5 0 0Wとし、 0. 2 P a及び 1 P aにおいて夫々埋め込み可能なアスペクト比 (凹部の深さ Z幅） を調べたところ夫々 2及び 0. 8であった。 従って圧力が低 い方力埋め込み特性力良いといえる。 更にまた圧力が低い方が、 とイオンの 衝突エネルギー力大きいので、 活性種のエネルギーが大きくなり、 C一 C結合が 多くなると共に膜中の Fを叩き出し、 C— C結合を多くして熱的安定性が大きく なると推測される。
次いでマイク口波電力の大きさと C F膜と密着性との関係について調べるため に、 マイクロ波電力を 1 0 0 0 W、 1 5 0 0Wヽ 2 0 0 0 Wヽ 2 5 0 0 Wヽ 2 7 0 0 W、 3 0 0 0 Wヽ 3 5 0 0Wに夫々設定して厚さ 1 0 0 0 0オングストロー ムの CF膜を 8インチウェハ上に繊し、 既述したセバスチヤン法によって密着 性を測定したところ図 15に示す結果が得られた。 マイクロ波電力以外のプロセ ス条件は、 同様の条件とし、 C4 Fg ガス、 C2 H4 ガス及び A rガスを夫々 6 O s c cm、 30 s c cm及び 150 s c cmの腿で供給し、 圧力を 0. 2P a、 載置台表面温度を 320°C、 載置台 3のバイアス電力を 1500Wに夫々設 定した。 その他の条件は の実施の形態の場合と同じである。
図 15の結果から分かるようにマイク口波電力を大きくするにつれて C F膜の 密着性が向上し、 gKBのようにデバイスに組み込むための実用性からすると密着 性は 200 k g/cm2 以上であること力 <好ましいことから、 密着性という点か らだけするとマイクロ波電力は 1000W以上であること力必要である。 一方各 マイク口波電力毎に、 得られた C F膜の面内の膜厚力均 "^を調べたところ図 1 6に示す結果となり、 実用上膜厚均 は 20 %以下であること力好ましいこと から、 密着性のデータと合わせるとマイクロ波電力は 2000W以上であること が望ましい。 この例では真空容器 2内の容積が 0. 2πιύ であることから、真空 容器 2の単位容積当りに必要なマイクロ波電力は 1000 OWZm3 以上である。 マイクロ波電力が 2000W以上の条件で成膜された CF膜の硬さについても調 ベたところ十分に硬度力得られていた。 マイク口波電力を大きくすると密着性が 向上するのは、 成膜ガスの活性種のエネルギーが大きく、 C一 C結合の数が多く なるのではないかと推測される。 また膜厚均 "^が向上するのはプラズマ密度の 均一性が向上するからであると考えられる。
更にまたマイクロ波電力を 2700Wに設定し、 載置台のバイアス電力を変え て C F膜の密着性及び面内膜厚の均 ~¾に対するバイアス電力の依存性を調べた ところ図 17及び図 18に示す結果力得られた。 他のプロセス条件は図 15に示 すデータを測定したときと同一条件である。 この結果からバイァス電力の大きさ は 1000W以上であること力好ましい。 この例では載置台 3の上面の ®¾は 3. 1 4 x 1 0— 2m2 であることから、 単位面積当りの好ましい電力は 3. 1 4W/ m2 以上である。 なおこのような条件における C F膜の比誘電率は 3. 0以下と 十分低いものであった。
図 1 9は埋め込み特性に対するバイアス電力の依存性を調べたものであり、 プ ロセス条件は図 1 7、 図 1 8のデータをとつたときと同じである。 図 1 9中〇は 良好な埋め込みができたことを示し、 X印はボイドカ発生したことを示す。埋め 込みに使用したアルミニウム 間の幅は 0. である。 この結果からバイ ァス電力を大きくすると埋め込み特性力良くなること力分かる。 その理由は、 ィ オンによる凹部の肩部のスパッタエツチング効果が大きくなるためであると考え 次 ^、で本発明の他の^の形態にっ 、て説明する。 この Hiiの形態では原料ガ スに〇2 ガスを添加することにより埋め込み特性を良くしょうとするものである。 "^に ie ^間に絶縁膜を埋め込む場合、 埋め込み途中で凹部の両肩の部分力膨ら んできて間口力 <塞がってしまうため、載置台にバイアス電力を印加して A rィォ ンをウェハ上に垂直に引き込み、 間口を削りながら成膜を行っている力 ァスぺ クト比が 4を越えると A rスパッ夕の効果があまり発揮されなくなり、 ボイド (空隙） 力く形成されやすくなる。
そこで本発明者は、 C F膜が 09 と化学反応を起こして C 02 となって除去さ れていく （化学的エッチングされていく） ことに着目し、 図 1に示す ガス供 給部 3 0から成膜ガス例えば C 4 F g ガス及び C 2 Η ガスに加えて Ο η ガスを 供給することにより高ァスぺクト比における埋め込みを向上させることを考えた。 図 2 0は 02 ガスを連続的に添加した場合のアルミニウム配線間の埋め込みを 行う »を示す図である。 09 ガスは活性ィヒされて C F膜の Cと反応して C 02 となり C F膜をィ匕学的にエッチングすると考えられるので、 このエッチングと成 膜とが同時に進行する。 この化学的ェッチングは後述の埋め込み特性の実験例か らも分かるように A rスパッ夕の作用よりも大きく、 つまり C F膜に対しては 02 によるエッチング速度が A rイオンによるエッチング速度よりも大きいと考 えられる。 ただしこの発明では従来の A rイオンによるスパッ夕エツチング効果 と併用してもよい。
A rガスをプラズマガスとして用いた場合、 成膜ガス供給部から供給された o2 ガスはプラズマのエネルギーにより、 更に電子サイクロトロン共鳴により活 性化されてイオンになり、 このため載置台のノくィァス電力によりウェハに対して 高い垂直性で衝突する。 この結果図 2 0に示すように特に肩部 （間口の部分） の エッチング速度力大きいため、十分に間口を広げながら埋め込み力行われるため、 ァスぺクト比カ高い凹部に対しても埋め込みを行うことができる。 これに対して A rイオンのみのスパッタエッチングではエッチング速度が小さいため、 ァスぺ クト比が大きい凹部を埋め込む場合には、埋め込みに対して間口のエッチングが 追いつかなくなりボイドが形成されやすくなつてしまう。
0 2ガスの効果を確認、するために、 図 1に示す装置を用い、 C 4 F 8ガ ス、 C 2 Η ,, ガス及び 0。 ガスを成膜ガス供給部から夫々 6 0 s c c m、 3 0 s c c m及び 2 0 s c c mの で供給した場合と、 02 ガスを添加しなかった場合と において、 アルミニウム配線間が 0. 2 / mである凹部の埋め込み試験を行った ところ、 02 ガスを添加しなかった場合にはアスペクト比が 4を越えるとボイド の発生が見られたが、 02 ガスを添加した場合にはアスペクト比が 5であっても ボイドの発生がなく、 良好な埋め込みを行うことができた。
ただしこの実験において、 マイクロ波電力を 2 7 0 0 W、 載置台のバイアス電 力を 1 5 0 0 W、 圧力を 0. 2 P a、載置台の表面温度を 3 5 0 °Cに夫々設定し ており、 その他の条件は gfc^の の形態の条件と同様である。
また上述のように〇 2 ガスによる化学的ェッチングを利用して埋め込みを行う 手法としては、 はじめは 02 ガスを供給せずに ガスである F 8 ガス及び C2 H4 ガスによる成膜を行い、 途中で成膜ガスの供給から 02 ガスの供給に切 り替えてエッチングを行い、 その後再び 02 ガスの供給から成膜ガスの供給に切 り替えるようにしてもよい。
図 21はこのような方法によりプロセス力行われる様子を示す図であり、 図 2 1 (a) は例えばリン、 ボロンドープ S i 02 膜の上にアルミニウム隱 4力形 成された状態を示している。 この表面に対して C4 Fg ガス及び C2 H ガスに より成膜を行うと図 21 (b) に示すように配線 4間が CF膜 42により埋め込 まれる力 ァスぺクト比力く大きいとボイド 41力形成される。
続いて 02 ガスにより CF膜 42をエッチングすると、 図 21 (C) に示すよ うに の側壁に CF膜 42力残存し、 間口側が広く、奥の方力く狭い凹部 43 が形成された格好になる。 その後再び o2 ガスから ガスに切り替えて を 行うと、 図 21 (d) に示すようにボイドのない良好な埋め込みが行われる。 β¾ ガスから 02 ガスに切り替えるタイミングは、 この例に限らず、 例えば上 記の図 20に示すように間口力塞がりかけたときであってもよいし、 その他の夕 イミングでもよい。 また成膜ガスと 02 ガスとの切り替えは、 上述のように 1回 に限らず一工程の中で 2度以上行ってもよい。 更に〇2 ガスを供給するときに同 時に ガスを供給するようにしてもよい。
このような方法の効果を確認するために図 1に示す装置を用い、 F8 ガス、 C H4 ガス夫々 60 s c cm及び 30 s cじ 111の'«で60秒間供給し、 次い で 02 ガス 50 s c cmに切り替えて 60秒間エッチングを行い、 更に C4 F„ ガス及び C2 H4 ガスに切り替えて 120秒間成膜を行ったところ、 E ^間距離 0. 2 mァスぺクト比が 4であるアルミニウム 1£ ^間の凹部に良好な埋め込み を行うことができた。
ただしこの実験において、 マイクロ波電力を 2700W、載置台のバイアス電 力を 1500W、 圧力を 0. 2 P a、 載置台の表面温度を 350°Cに夫々設定し ており、 その他の条件は K¾の の形態の条件と同様である。
次に本発明の他の の形態について説明する。 この^の形態はプラズマを 発生させるための電気エネルギーを、 あるデューティ一比をもってパルス状に印 加する方法である。 ECRプラズマ装置を例にとって説明すると、 装置構成につ いては図 22に示すようにマイクロ波発振部としてパルスマイクロ波電源 51を 用いると共に載置台 3へのバイアス電源としてパルス高周波電源 52を用い、 こ れら電源 51、 52の同期をとる同期回路 53を設けている。 ここでパルスマイ クロ波電源 51とは、 例えば 2. 45 GHzのマイクロ波を出力する高周波電源 を備え、 ここからのマイクロ波を、 同期回路 53から出力される例えば 10Hz 〜10 KH zのパルスによりオン、 オフして出力するものであり、 いわばマイク 口波をパルスにより変調している。 またパルス高周波電源 52とは例えば 13. 56MHzの高周波を出力する高周波電源を備え、 ここからの高周波を、前記パ ルスによりオン、 オフして出力するものである。 図 23に電源 51、 52の電力 波形の一例を示す。 図中模式的にパルス波形を描いてある力、 実際にはこのパル スがオンのときには 2. 45GHz (あるいは 13. 56MHz) の電力波形が 含まれている。
このような方法による利点について説明する。 従来のようにマイク口波を連続 発振させてプラズマを発生させると、 発振の開始時には電子 '^^が急激に上昇す る。 そして電子力 崩現象で次々に好に衝突し、 電子の カ 均化して例え ば 12 e Vから 4 e Vまで下がる。 これに伴いプラズマ密度も例えば 10 個 Z cm3 に飽和し、 安定状態になる。 この様子を図 24に示す。
これに対してパルス発振は、 オン、 オフを繰り返すのでオンになる度に上記の 連繊振の初期の過渡現象が起こり、 従って電子 が急激に上昇する状態力く連 続的に維持されることになる。 この様子を図 25に示す。 パルス発振とすること により電子 力く上昇し、 ¾ 時に ¾となるラジカル、 特に高エネルギーのラ ジカルの数力 <多くなり、 この結果 速度が早くなる上、 ラジカル力膜の奥まで 押し込まれるので緻密な膜となる。
C4 F。 ガス、 C2 H4 ガス及び A rガスを夫々 60 s c cm、 30 s c cm、 及び 150 s c cmで供給し、 電源 51、 52のパルス周波数を 300 H zとし、 デューティ一比を種々変えたときの β¾ 速度を調べたところ図 26に示す結果が 得られた。 他のプロセス条件については、 マイクロ波電力及びバイアス電力を夫 々2700W及び 1500W、 圧力を 0. 2 P aとし、 載置台の表面温度を 32 0°Cとし、 その他の条件は の の形態と同様である。
パルスプラズマを利用してデューティ比を 100%から 40%まで下げるに従 い、 電子温度の高いプラズマを生成することが可能になり、 結果として、 成膜に 寄与する活性種のエネルギーを高め、 成膜速度が上昇する。
デューティ比を更に、 40%以下に低下すると、 速度の低下現象が!^さ れる。 これは、 パルス電力の印加と同時に、 電子 '^^の高いプラズマ力；^され るが、雪崩現象力十分に生じる前にパルス電力がオフになり、 結果として、 に寄与する活性種の生 が減少したためであると考えられる。 従ってデューテ ィ比を最適化することにより、 成膜速度を向上すること力河能である。
このようにパルスプラズマを利用する方法においては、 バイアス電力の印加に ついては従来のような高周波を印加するようにしてもよいし、 CF膜以外の膜例 えば S i O 膜の β¾ を行う場合に適用してもよい。 以上において本発明は E C Rプラズマ処理装置以外のブラズマ処理装置、 に適用してもよい。
以上のように本発明によれば、 例えば層間絶縁膜に適した膜質の良い CF膜を することができ、 また早い 速度が得られる。

Claims

請 求 の 範 囲 ―
1. 炭素及びフッ素の化合物ガスと炭化水素ガスとを含む成膜ガスをプラズ マ化する工程と；そして
前記ブラズマにより被処理体上にフッ素添加力一ボン膜よりなる絶縁膜を する工程とを備えたブラズマ成膜方法。
2. 前記化合物ガスは、 炭素とフッ素との二重結合または三重結合を含む請 求項 1のプラズマ成膜方法。
3. 前記化合物ガスは、 4個の C F基が結合された炭素を含む請求項 1のプ ラズマ成膜方法。
4. 前記化合物ガスはさらに水素を含む請求項 1のブラズマ成膜方法。
5. 前言誠膜工程はさらに、前記フッ素添加力一ボン膜を、処理雰囲気の圧 力が 1 P a以下で前記被処理体であるシリコン基板上に する工程を備える請 求項 1のプラズマ成膜方法。
6. プラズマ処理装置のプラズマ室内に、 真空雰囲気内の単位体積 （1立方 メートル） 当たり 1 0 k w以上のマイクロ波を導入すると共に磁界を印加して電 子サイクロトロン共鳴によりプラズマ生成用ガスをプラズマ化する工程と； 前記プラズマを前記プラズマ処理装置の成膜室内に導入し、炭素及びフッ 素の化合物ガスあるいは炭素、 フッ素及び水素の化合物ガスと、 炭ィ b K素ガスと を含む^ ^ガスをプラズマ化する工程と；そして
前記プラズマ化された β¾Μガスによりフッ素添加力一ボン膜よりなる fe 膜を する工程とを備えたブラズマ S¾ 方法。
7. 被処理体の載置台を備えた真空容器内で炭素及びフッ素の化合物ガスあ るいは炭素、 フッ素及び水素の化合物ガスと、 炭化水素ガスとを含む ガスを プラズマ化する工程と；そして 前記載置台に、 該載置台の載置面の単位面積当たり 3. 1 4 W/ c m2 以上のバイアス電力を印加してプラズマ中のイオンを被処理体に引き込みながら 前記ブラズマにより被処理体上にフッ素添加力一ボン膜よりなる絶縁膜を成膜す る工程を備えたブラズマ成膜方法。
8. 炭素及びフッ素の化合物ガスあるいは炭素、 フッ素及び水素の化合物ガ スと、 酸素プラズマ:^用ガスとを含む処理ガスをプラズマ化する工程と；そし て
前記ブラズマにより被処理体上にフッ素添加力―ボン膜よりなる絶縁膜を 成膜する工程とを備えたブラズマ β¾Ε方法。
9. 炭素及びフッ素の化合物ガスあるいは炭素、 フッ素及び水素の化合物ガ スを含む β¾ ガスをブラズマ化し、 このプラズマにより被処理体上にフッ素添加 カーボン膜よりなる！ ^膜を する工程と；
前言 ¾¾mガスから酸素プラズマ 用ガスに切換えて酸素プラズマを し、 この酸素プラズマにより前言 Ξ¾縁膜の一部をエッチングする工程と；そして 酸素ブラズマから前言 ¾ ^ガスに切換えてブラズマを^^し、 このブラズ マにより被処理体上にフッ素添加力一ボン膜よりなる絶縁膜を成膜する工程とを 備えたプラズマ 方法。
1 0. 処理理ガスに交流電力を与えてプラズマを する工程と；そして 前記交流電力を該交流電力の周波数よりも低い周波数のパルスにより オン、 オフしながら、前記プラズマにより被処理体上に薄膜を する工程とを 備えたプラズマ成膜方法。
1 1. プラズマ:^用ガスをプラズマ化するためのプラズマ室と；
前記プラズマ室内にマイク口波を発生させる第一の発生器と、
前記プラズマ室内に磁界を形成する形成器と；
前記プラズマ室内に前記プラズマ 用ガスを供給する第一の供給部 と； ―
被処理体上に絶縁膜を するための 室と；
前記 5¾Μ室内に炭素及びフッ素の化合物ガスあるいは炭素、 フッ素及 び水素の化合物ガスと、 炭化水素ガスとを含む ガスを供給する第二の供給部 とを備え、
前記マイク口波と前記磁界とによる電子サイクロトロン共鳴によりプ ラズマイ匕された前言 用ガスカ 記成膜室に導入されて、前言 ¾^ガスがブラ ズマ化され、 該プラズマ化された β¾ ガスによりフッ素添加力一ボン膜よりなる 絶縁膜が されるブラズマ処 置。
1 2. 前記第一の発生器は真空雰囲気内の単位体積 ( 1立方メ一トル） 当た り 1 0 k w以上のマイクロ波を発生させる請求項 1 1のプラズマ処3¾置。
1 3. 前記被処理体を載置する載置台の載置面の単位 ®¾当たり 3. 1 4 W / c m2 以上のバイアス電力を印加する手段をさらに備えた請求項 1 1のプラズ マ処職置。
1 4. 前記マイクロ波の周 より低い周波数のパルスを発生させ、該パル スにより前記マイク口波をオンオフさせる第二の発生器をさらに備えた請求項 1 1のプラズマ処理装置。
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