WO2005045916A1 - 基板処理方法 - Google Patents

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gas
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Yusaku Kashiwagi
Yasuhiro Oshima
Yoshihisa Kagawa
Gishi Chung
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Tokyo Electron Limited
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    • H01L21/02216—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound comprising silicon and oxygen the compound being a molecule comprising at least one silicon-oxygen bond and the compound having hydrogen or an organic group attached to the silicon or oxygen, e.g. a siloxane
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    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing method, and more particularly, to a substrate processing method for forming an insulating film used for a semiconductor device.
  • the relative permittivity of a CVD—Si ⁇ film conventionally used as an interlayer insulating film is about 3.5-4.
  • a Si_F film is prepared by adding fluorine to a CVD_SiO film.
  • the relative dielectric constant is limited to about 3.3-3.5 even when the IGBT is used, and the required operation speed cannot be obtained because the effect of reducing the parasitic capacitance is not sufficient in recent high-density semiconductor integrated circuits. There is.
  • a film formed by a plasma CVD method using an organic silane gas or by a SOD (Spin On Deposition) method has been proposed as a further low dielectric constant, that is, a so-called low dielectric constant interlayer insulating film.
  • porous films obtained by making these films porous have been proposed, and the development of low dielectric constant interlayer insulating films with a relative dielectric constant of 2.5 or less is in progress.
  • Patent document 2 US 2002-0055275
  • Patent Document 3 GB 2361808
  • Patent Literature 4 WO 00Z51174
  • Patent Document 5 WO 01Z01472
  • an object of the present invention is to provide a new and useful film forming method that solves the above-mentioned problems.
  • a specific object of the present invention is to make it possible to lower the dielectric constant of an insulating film formed by a plasma CVD method using an organic silane gas and to improve mechanical strength.
  • the above problem is solved by supplying a first processing gas containing an organic silane gas to a substrate to be processed to excite plasma, thereby forming an insulating film on the substrate to be processed.
  • the above problem is solved by a computer-implemented substrate processing method using a substrate processing apparatus that performs plasma processing on an insulating film formed using an organosilane gas on a substrate to be processed. Supplying a processing gas containing H gas to the substrate on which the insulating film has been formed, and exciting the processing gas with a microwave plasma antenna.
  • a storage medium storing a program, which includes a plasma processing step of processing the insulating film.
  • the above problem is solved by a substrate transfer chamber for transferring a substrate to be processed, a first processing container connected to the substrate transfer chamber, and a substrate transfer chamber.
  • a storage medium storing a program for causing a computer to operate a substrate processing method of a substrate processing apparatus having a second processing container connected thereto, wherein the first processing container stores the program on the substrate to be processed.
  • a first process gas containing an organic silane gas is supplied to excite plasma to form an insulating film on the substrate, and after the film formation process,
  • a transfer step of transferring from the first processing container to the second processing container via the substrate transfer chamber, and after the transfer step, the substrate to be processed contains H gas in the second processing container.
  • the problem is solved by a storage medium storing a program characterized by having a post-processing step of performing processing of the insulating film by exciting the laser.
  • the present invention it is possible to reduce the dielectric constant of an insulating film formed using an organic silane gas-based gas and to improve mechanical strength.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a substrate processing method according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is an example of a substrate processing apparatus for performing the substrate processing method according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section of a processing container used for the substrate processing apparatus of FIG. 2 (part 1)
  • FIG. 4 is a view (part 2) schematically showing a cross section of a processing container used in the substrate processing apparatus of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a flowchart showing details of plasma processing of the substrate processing method of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the temperature of a substrate to be processed during plasma processing and the relative dielectric constant of an insulating film.
  • FIG. 7A is a diagram showing a change in the relative dielectric constant of an insulating film when the time from when the substrate to be processed is placed to when plasma is excited is changed.
  • FIG. 7B is a diagram showing the rate of change of the thickness of the insulating film when the time from when the substrate to be processed is placed to when plasma is excited is changed.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a processing container for performing the plasma processing.
  • FIG. 9 is a plan view of an antenna plate used for the processing container of FIG.
  • FIG. 10A is a diagram showing a change in an elastic coefficient of an insulating film when a pressure in a processing container is changed.
  • FIG. 10B is a diagram showing a change in the relative dielectric constant of the insulating film when the pressure in the processing container is changed.
  • FIG. 11 is a view showing the relationship between the relative permittivity and the elastic coefficient of an insulating film after plasma processing.
  • FIG. 12 is a view showing the relationship between the relative dielectric constant and elastic modulus of an insulating film when the distance between a microwave transmitting window and a substrate to be processed is changed.
  • FIG. 13 is a diagram schematically illustrating an example of a substrate processing apparatus capable of performing the substrate processing method according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a substrate processing method according to a third embodiment.
  • FIG. 15 is a view (part 1) showing a flowchart showing details of the cleaning processing in the substrate processing method shown in FIG. 14.
  • FIG. 16 is a view (part 2) showing a flowchart showing details of the cleaning processing in the substrate processing method shown in FIG. 14.
  • FIG. 17 is a view (part 3) showing a flowchart showing details of the cleaning processing in the substrate processing method shown in FIG. 14.
  • FIG. 18 is a view (part 4) showing a flowchart showing details of the cleaning processing in the substrate processing method shown in FIG. 14.
  • FIG. 1 is a view showing a flowchart of a substrate processing method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • step 100 when the substrate processing is started, in step 200, an insulating film is placed on a substrate to be processed in a first processing container described later.
  • a film is formed.
  • a plasma CVD method is performed by introducing a first processing gas containing an organic silane gas, for example, a trimethylsilane gas (SiH (CH 3)) into the first processing vessel to excite the plasma.
  • An insulating film (SiC 2 O 3 (H) film) is formed on the substrate to be processed by the method.
  • step 300 the substrate on which the insulating film is formed is transported from the first processing container to a second processing container described later.
  • the transfer is performed by a transfer arm of a vacuum transfer container described later.
  • step 400 plasma processing is performed to lower the relative dielectric constant of the insulating film formed on the substrate to be processed in the second processing container and to improve the mechanical strength.
  • H gas is introduced into the second processing container as the second processing gas to excite the plasma, thereby performing plasma processing on the insulating film.
  • Hydroxyl groups (-OH) and surplus alkyl groups (-CHx) are removed to reduce the dielectric constant of the insulating film, and the mechanical strength of the insulating film is improved to improve the film quality.
  • step 500 substrate processing is completed.
  • the semiconductor having a relative dielectric constant as high as about 4 for example, a semiconductor operating at high speed This is an insufficient value for use as a low dielectric constant interlayer insulating film of the device. Therefore, in order to lower the relative dielectric constant of the insulating film and to improve the film quality of the insulating film, for example, to improve the mechanical strength of the insulating film, H gas is introduced into the second processing chamber to generate plasma. Post-processing, including processing.
  • the temperature of the substrate to be processed is 100 ° C. or lower, typically about room temperature, while the formed insulating film is formed by plasma.
  • the temperature of the substrate to be processed is preferably set to, for example, 350 ° C. or more.
  • the film is conveyed to the second processing container to perform the plasma processing. It is preferable that the temperature of a holding table, which will be described later, for holding the substrate to be processed in the container is raised in advance, so that the temperature of the substrate to be processed can be efficiently raised.
  • the processing container for forming a film and the processing container for plasma processing are separated from each other.
  • the optimum plasma processing method for reducing the dielectric constant will be described later.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of the substrate processing apparatus for performing the substrate processing shown in FIG.
  • the substrate processing apparatus 100 includes a vacuum transfer chamber 101 and the vacuum transfer chamber 10.
  • the apparatus includes a processing container 300 for performing plasma processing of an insulating film, a load lock chamber 103, and a load lock chamber 104, which are containers.
  • Exhaust means (not shown) is connected to the processing container 200, the processing container 300, the vacuum transfer chamber 101, the load lock chamber 103, and the port lock chamber 104, so that the inside can be depressurized. .
  • the processing container 200, the processing container 300, the load lock chamber 103, and the load lock chamber 104 are connected to the vacuum transfer chamber 101 via gate valves 101c, 101d, 101a, and 101b that can be opened and closed, respectively. It is structured to be. For example, when a substrate to be processed is transported, the structure is such that the above-mentioned gate vanoleb is opened.
  • the load lock chambers 103 and 104 have entrance doors 103a and 103 104a is provided.
  • the load cassette 103 can be loaded with the wafer cassette C1 containing a plurality of substrates to be processed.
  • the load lock chamber 104 can be loaded with the cassette C2 containing a plurality of substrates to be processed.
  • the substrate W to be processed is moved from the cassette C1 or C2
  • the transfer arm 102 transfers the wafer to the processing container 200 via the vacuum transfer chamber 101.
  • the substrate to be processed after the film formation in the processing container 200 is completed is transferred by the transfer arm 102 to the processing container 300 via the vacuum transfer chamber 101.
  • the substrate to be processed after the plasma processing in the processing container 300 is returned to the cassette C1 again or stored in the cassette C2 in the port lock chamber 104.
  • FIG. 2 shows an example in which two processing vessels are connected to the vacuum transfer chamber.
  • a processing vessel is further connected to the surface 101A or 101B of the vacuum transfer apparatus to form a so-called multi-chamber. It can be used as a system.
  • the operation of the substrate processing apparatus 100 relating to the substrate processing shown in the flowchart of FIG. 1 is controlled by a storage medium and a control unit 100A incorporating a computer (CPU).
  • a control unit 100A incorporating a computer (CPU).
  • operations such as transport of a substrate to be processed, processing in each processing container, and unloading after processing in each processing container are controlled by the control unit 100A.
  • the operation of the control unit 100A is configured to be performed by a program stored in a storage medium.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the processing container 200.
  • the processing container 200 includes a chamber 201 made of, for example, aluminum or an aluminum alloy, and a holding table 201A installed inside the chamber 201 and holding a substrate Wf to be processed.
  • a heater 201a is provided inside the holding table 201A, and has a structure capable of heating the processing target substrate Wf held by the holding table 201A.
  • the inside of the chamber 201 can be reduced in pressure by an exhaust unit 205 such as a vacuum pump connected to the chamber 201.
  • an exhaust unit 205 such as a vacuum pump connected to the chamber 201.
  • the chamber A shower head 201B is provided on 201, and a first processing gas containing trimethylsilane gas, which is introduced by opening a valve 202A from a gas line 202 connected to the shower head 201B, is supplied to the chamber. It is structured to be introduced into 201.
  • a high-frequency power supply 204 is electrically connected to the shower head 201B through a power supply line 203, and applies high-frequency power to the shower head to excite high-frequency plasma in the chamber 201. It has become possible. Further, the shower head 201B and the chamber 201 are insulated by an insulating part 207, and the gas line 202 and the shower head 201B are insulated by an insulating part 208, respectively.
  • an organic silane gas for example, 100 sccm of trimethylsilane, 100 sccm of O, and 600 sccm of an inert gas (eg, Ar)
  • an inert gas eg, Ar
  • high frequency power of 250 W is applied from the high frequency power supply 204 to the shower head 201 B to excite high frequency plasma in the chamber 201.
  • a high frequency of 27 MHz is preferably used, for example, a frequency of about 13 MHz to 60 MHz.
  • the temperature of the substrate Wf to be processed is preferably 25 ° C. (about room temperature) in the present embodiment, in which the temperature is preferably 100 ° C. or less.
  • the processing gas is decomposed by the plasma to cause deposition on the substrate to be processed, and an insulating film (relative dielectric constant 34) made of SiC ⁇ (H) is formed on the substrate to be processed. It is formed.
  • the substrate to be processed is transferred to the processing container 300 and post-processed.
  • FIG. 4 is a sectional view schematically showing the structure of the processing container 300.
  • the exhaust means 305 are the chamber 201, the holding table 201A, the heater 201a, the shower head 201B, the insulating parts 207 and 208, the gas line 202, the vanoleb 202A, the power supply line 203, the high frequency power supply 204, and the exhaust means in the processing container 200. Since it has the same structure as 205, the description is omitted.
  • the gas line 302 is a gas that can supply H gas.
  • H gas can be supplied into the chamber 302 by being connected to a gas supply source.
  • the substrate to be processed on which the insulating film is formed in the processing container 200 is transferred through the vacuum transfer chamber 101, subjected to post-processing, and an insulating film having a low dielectric constant is formed. It is formed.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of post-processing performed in the processing container 300.
  • step 101 the gate vanoreb 101d is opened, and a substrate on which an insulating film is formed is transferred from the processing container 200 to the processing container via the vacuum transfer chamber 101. Inserted into 300. In this case, the substrate to be processed is held by the transfer arm 102 and transferred to the holding table 301A.
  • step 102 the substrate to be processed is placed on the holding table 301A.
  • the lift pins provided on the holding table 301A (not shown in FIG. 4) for holding the substrate to be moved up and down are raised by raising the substrate held on the transfer arm.
  • the substrate to be processed is placed on the holding table 301A by lowering the lift pins.
  • the holding table 301A is heated to a predetermined temperature by a heater 301a embedded in the holding table 301A, so that the substrate to be processed is, for example, 200 to 500 ° C., preferably It is kept at 300 400 ° C.
  • step 104 by opening the valve 302 A, H gas, for example, 100 to 2000 sccm is introduced into the chamber 301 from the gas line 302.
  • step 105 high frequency power, preferably 500 to 2000 W, in this case, for example, 1500 W is applied from the high frequency power supply 304 to the shower head 301 B, and H gas plasma is supplied into the chamber 301. Get excited.
  • high frequency power preferably 500 to 2000 W, in this case, for example, 1500 W is applied from the high frequency power supply 304 to the shower head 301 B, and H gas plasma is supplied into the chamber 301. Get excited.
  • the frequency is 27 MHz.
  • the dielectric constant of the insulating film is reduced by both the effects of heat and plasma.
  • Step 106 after performing H plasma treatment of the insulating film for, eg, 5 minutes,
  • step 107 the application of the high-frequency power is stopped, the introduction of gas is stopped, and the process is terminated.
  • FIG. 6 shows the relationship between the relative dielectric constant of the insulating film formed by the substrate processing method described in this embodiment and the temperature of the substrate during plasma processing.
  • the effect of reducing the relative dielectric constant of the insulating film by the subsequent treatment with the plasma may not be sufficiently obtained.
  • the time between the placement of the substrate to be heated on the heated holding table and the excitation of the plasma is long, the insulating film will shrink more, the relative dielectric constant will increase, and the subsequent plasma treatment will be required. Even if it does, the effect of reducing the dielectric constant of the insulating film cannot be sufficiently obtained.
  • FIG. 7A shows that in the substrate processing method shown in FIG. 5, the time from placing the substrate to be processed on the holding table in step 102 to performing plasma excitation (plasma ignition) in step 105 was changed.
  • 7 shows the relative dielectric constant of the insulating film after the plasma treatment in the case.
  • the relative dielectric constant of the insulating film becomes larger.
  • S wa power ⁇ For example, when the holding time is 10 seconds, the relative permittivity is 2.24, whereas when the holding time is 60 seconds, the relative permittivity is as high as 2.38. I have.
  • the relative dielectric constant of the insulating film can be reduced. 7A, the relative dielectric constant of the insulating film can be set to 2.5 or less by setting the holding time to 90 seconds or less from FIG. 7A. Further, when the holding time is 30 seconds or less, the relative dielectric constant of the insulating film can be 2.3 or less.
  • FIG. 7B shows the rate of change in the film thickness of the insulating film after the plasma treatment (shrinkage of the film thickness) when the holding time is changed, similarly to the case of FIG. 7A. is there.
  • the numerical values vary, the longer the holding time from when the substrate is placed on the holder to when the plasma is excited, the greater the decrease in the thickness of the insulating film It can be seen that there is a tendency. For example, when the holding time is 10 seconds, the change rate of the film thickness is 3.0% (the reduction rate of the film thickness is 3.0%), whereas when the holding time is 60 seconds, The rate of change in film thickness is 7.0% (the rate of decrease in film thickness is 7.0%), and the rate of decrease in film thickness is increasing.
  • the dielectric constant of the insulating film due to the H plasma treatment is reduced.
  • the temperature of the substrate to be processed is high, typically 300 ° C or more, more preferably 340 ° C or more. It is clear that in order to effectively reduce the relative dielectric constant of the insulating film to 2.5 or less, it is necessary to raise the temperature of the substrate to be processed to 350 ° C or more, but it is also clear that In that case, it is preferable to excite the plasma under the above-described processing conditions that can effectively reduce the dielectric constant.
  • the H plasma when raising the temperature of the substrate to be processed, the H plasma is not excited.
  • the low-dielectric-constant insulating film having a relative dielectric constant of 2.5 or less formed by the present embodiment reduces parasitic capacitance between wirings when used as an interlayer insulating film of a semiconductor device, for example.
  • the effect of wiring delay can be reduced, and it is useful as a dielectric insulating film of a semiconductor device that requires finer and high-speed operation.
  • DMDMOS dimethyldimethoxysilane
  • an organic silane gas for example, dimethyldimethoxysilane 100 sccm, ⁇ 100 sccm
  • a first process gas consisting of 150 sccm of inert gas (eg, Ar) is introduced into the chamber 201, the pressure in the chamber 201 is set to 60 Pa, and the high-frequency power is supplied from the high-frequency power supply 204 to the shower head 201B. Is applied to excite high-frequency plasma in the chamber 201 to perform processing, and the subsequent steps may be performed in the same manner as in the case of using trimethylsilane.
  • the insulating film formed according to this example has a longitudinal elastic modulus (Young's modulus), which is one of the elastic coefficients indicating the mechanical strength, for example, a film thickness of 200 nm, and a relative dielectric constant.
  • Young's modulus Young's modulus
  • the thickness is 350 nm
  • the thickness is 8.3 GPa, all of which are 8 GPa or more. It has reached a level where it can be used as an interlayer insulating film.
  • the plasma processing of the insulating film may be performed in, for example, a processing container 10 shown below. Good.
  • Example 2
  • FIG. 8 is an example of a processing container for performing post-processing (plasma processing) of an insulating film.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing 0.
  • the processing container 10 includes a chamber 11 defining a space 11a therein.
  • a holding table 13 provided in the chamber 11 and holding the substrate 12 to be processed by an electrostatic chuck.
  • the space 11 a in the chamber 11 is provided at the bottom at regular intervals so as to surround the holding table 13, that is, at least two in a substantially axially symmetric relationship with the substrate 12 to be processed on the holding table 13.
  • Evacuation is performed by evacuation means such as a vacuum pump through evacuation ports 11D formed at three, preferably three or more locations.
  • a portion of the outer wall of the chamber 11 corresponding to the substrate to be processed 12 is provided with a microwave transmission window made of a dielectric material such as quartz that transmits microwaves so as to substantially face the substrate to be processed.
  • a plasma gas introduction ring 20 for introducing a plasma gas into the processing container 11 is inserted between the microwave transmission window 17 and the processing container 11, and an outer wall of the chamber 11 is provided between the microwave transmission window 17 and the processing container 11. Is defined.
  • the microwave transmitting window 17 has a stepped shape at the peripheral edge thereof, and the stepped portion engages with the stepped shape provided on the plasma gas introduction ring 20, and is further formed by a seal ring 16 A.
  • the structure maintains the air tightness of the processing space 1 la.
  • a plasma gas is introduced into the plasma gas introduction ring 20 from a plasma gas introduction port 20A, and diffuses in a substantially annular gas groove 20B.
  • the plasma gas in the gas groove 20B is supplied to the space 11a from a plurality of plasma gas holes 20C communicating with the gas groove 20B.
  • a plasma generator 30 is provided on the microwave transmission window 17.
  • the plasma generating section 30 is in close contact with the microwave transmission window 17 and has a plurality of slots 18a and 18b, and is a flat antenna plate 18 made of a material plated with gold on a stainless alloy or an aluminum alloy.
  • a shield case 22 made of a conductor material that holds the antenna plate 18 and shields microwaves, and Al O, SiO or Si sandwiched between the antenna plate 18 and the shield case 22.
  • Slow wave plate made of N low-loss dielectric material 19 and ,have.
  • the engagement between the plasma generation unit 30 and the microwave transmission window 17 has a structure in which airtightness is maintained by a seal ring 16B such as an O-ring.
  • the plasma generation unit 30 is mounted on the chamber 11 via the plasma gas introduction ring 14, and is connected to an external micro tube via a coaxial waveguide 21 connected to the center of the plasma generation unit 30.
  • a microwave having a frequency of, for example, 2.45 GHz is supplied from a wave source (not shown).
  • the supplied microwave is radiated from the slot on the antenna plate 18 into the chamber 11 through the microwave transmission window 17 and introduced into the space 11a immediately below the microwave transmission window 17.
  • the plasma gas supplied from the plasma gas supply ring 20, such as Ar gas and HH gas, is plasma-excited. Because this plasma has a low electron temperature,
  • an outer waveguide 21A is connected to the shield housing 22, and a center conductor 21B is connected to the antenna plate via an opening formed in the slow wave plate 19. Connected to 18 centers. Therefore, the microwave supplied to the coaxial waveguide 21A is radiated from the slot while traveling in the radial direction between the shield casing 22 and the antenna plate 18.
  • the shield housing 22 may be provided with, for example, a cooling unit for cooling the microwave transmission window 17, the antenna plate 18, and the slow wave plate 19.
  • FIG. 9 shows a plan view of the antenna plate 18.
  • a plurality of slots orthogonal to each other are formed in the antenna plate 18, and a plurality of slots 18a from which microwaves are radiated and a number of slots 18b orthogonal thereto are formed.
  • the plasma generating section 30 using the antenna plate 18 configured as described above may be referred to as a radio antenna line slot antenna.
  • the microwave supplied from the coaxial waveguide 21 transmits the microwave between the shield casing 22 and the antenna plate 18 while spreading in the radial direction.
  • the wavelength is compressed by the action of the slow wave plate 19.
  • the slots 18a and 18b are set to correspond to the wavelength of the microwave traveling in the radial direction in this way.
  • the high-density plasma thus formed has a low electron temperature (for example, 0.7 eV 2 eV), so that the substrate 12 to be processed is not damaged, and metal contamination due to sputtering on the side wall of the chamber 11 is reduced. Less likely to occur.
  • the operation of the processing container 10 related to film formation is controlled by a storage medium and a control unit 10A including a computer (CPU).
  • a control unit 10A including a computer (CPU).
  • operations such as supply and discharge of gas and control of microwave plasma are controlled by the control unit 1OA.
  • the operation of the control means 10A is configured to be performed by a program stored in a storage medium.
  • a program (a plasma) recorded in a storage medium of the control unit 10A may be used.
  • This may be referred to as a recipe), whereby the control means 10S controls the processing container 10 based on the flowchart shown in FIG. 5, for example, in the same manner as in the case of the processing container 300 shown in the first embodiment.
  • plasma processing which is post-processing of an insulating film formed on a substrate to be processed, can be performed.
  • the plasma processing was performed under the following conditions.
  • the substrate temperature to be processed is 400 ° C
  • the pressure in the processing space 11a is 260 Pa
  • the microwave frequency is 2.45 GHz
  • the microwave power is 2000 W
  • the second processing gas is Ar250sccm, H500sccm.
  • the insulating film having a film thickness of 220 nm and a relative dielectric constant of 2.44 has a longitudinal elastic modulus of 16.0 GPa, a film thickness of 375 nm, and a dielectric constant of 2.33.
  • the modulus of longitudinal elasticity of the insulating film was 10.7 GPa, each showing a high value of lOGPa or more, and the film was harder and harder than in the case of Example 1, that is, when plasma treatment was performed using parallel plate plasma. This indicates that the strength is high, indicating favorable characteristics.
  • the high elastic modulus of the insulating film means that, for example, when used for an interlayer insulating film having a multilayer wiring structure, the insulating film has high reliability against a strong stress and also has a strong resistance to films such as a CMP (chemical mechanical polishing) process. This indicates that the film has high resistance when subjected to a stress force S.
  • a highly reliable structure can be formed, which is preferable. It is.
  • the conditions in the case of plasma processing as post-processing of the insulating film are as follows. As described in (2), a preferable range is required.
  • FIG. 10A shows a change in the elastic coefficient of the insulating film when the pressure in the processing space 11a is changed during the plasma processing of the insulating film
  • FIG. FIG. 9 shows a change in the relative dielectric constant of the insulating film when the pressure in the processing space 11a is changed during plasma processing.
  • the elastic coefficient of the insulating film also changes in accordance with the change in the pressure of the processing space 11a during the plasma processing, but the elastic coefficient of the insulating film becomes lOGPa or more. It can be seen that the hardness of the insulating film is maintained even in the case of the above.
  • the pressure in the processing container is lower than 10OPa, ions of the active species generated in the processing container increase, and the effect of sputtering by the ions increases, so that the insulating film is etched.
  • the pressure in the processing chamber exceeds lOOOPa, there is a concern that a decrease in the thickness of the insulating film (shrinkage of the film) may increase. Therefore, it is preferable that the pressure in the processing chamber during the plasma processing is not less than lOPa and not more than lOOOPa.
  • the relative dielectric constant of the insulating film changes in response to the change in the pressure in the processing chamber during the plasma processing.
  • the relative dielectric constant decreases with an increase in the pressure in the processing space 11a, but in a region where the pressure exceeds approximately 50 Pa, the pressure increases. Therefore, the relative permittivity tends to increase. Therefore, it can be seen that there is a preferable pressure region in order to set the relative dielectric constant to a desired value.
  • the pressure in the processing space 11a at the time of plasma processing should be lOPa or more and 500 Pa or less.
  • the pressure in the processing space 11a during the plasma processing is more preferably 40 Pa or more and 90 Pa or less, more preferably the force S.
  • the plasma is applied to the plasma generator 30.
  • the microwave power is preferably 500W or more and 2000W or less. This is because if the microwave power is less than 500 W, the dissociation of the second processing gas does not proceed and the effect of the plasma processing cannot be sufficiently obtained, while if the microwave power is 2000 W or more, the insulating film to be processed may be damaged. This is because of the effect.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the relative dielectric constant and the elastic coefficient of the insulating film formed by the substrate processing method according to the first and second embodiments.
  • the conditions for the plasma processing were the results when the high-frequency power was 500 2000 W and the pressure inside the processing vessel was 30 lOOPa.
  • the conditions of the plasma processing were the results when the microwave power was 500 to 2000 W and the pressure in the processing chamber was 50 to 266 Pa.
  • microwaves are plasma-excited using the plasma generation unit 30, and thus it is possible to excite plasma having a high plasma density and a low electron temperature. It is conceivable that. In this case, for example, it is possible that the dielectric constant of the insulating film is 2.5 or less and the elastic coefficient is lOGPa or more.
  • This figure also shows the results of the experimental PPL, in which the processing time was increased by a factor of 5 in the processing using the parallel plate plasma shown in the experimental PP.
  • the processing time was increased by a factor of 5 in the processing using the parallel plate plasma shown in the experimental PP.
  • the microwave plasma generated by the processing vessel 10 is used, an insulating film having a high elastic modulus and excellent mechanical strength can be quickly formed, for example, about 1Z5 in the case of parallel plate plasma. Forming in the processing time Is possible. That is, it is more effective to perform microwave plasma treatment in order to make the dielectric constant of the insulating film 2.5 or less and the elastic coefficient to 8 GPa or more.
  • the relative dielectric constant and mechanical strength of the insulating film vary with the gap G, which is the distance between the microwave transmitting window 17 of the processing container 10 and the substrate 12 shown in FIG. If you do, it will change.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the relative dielectric constant and the elastic coefficient of the processing container 10 in the case where the insulating film is subjected to the plasma processing and the plasma processing in the case where the gap G is changed.
  • FIG. 12 shows the results when the gap G was 35 mm, 55 mm, and 105 mm.
  • the relative dielectric constant of the insulating film tends to be lower and the elastic coefficient tends to be larger than when the gap G is 105 mm. You can see that there is.
  • the gap G is set to 35 mm, the relative dielectric constant of the insulating film tends to be lower and the elastic coefficient tends to be larger than when the gap G is 55 mm. That is, when the gap G is narrowed, the relative dielectric constant, which is preferable for forming an insulating film having a low relative dielectric constant and excellent mechanical strength, is set to 2.5 or less, and the elastic coefficient is 8 GPa. In order to form an insulating film as described above, it is preferable that the gap G be 55 mm or less.
  • the gap G is extremely narrowed, it is difficult to suppress the temperature rise of the substrate to be processed, and there is a concern that the substrate to be processed may be damaged.
  • the processing container 200 shown in FIG. 3 when an insulating film is formed in the processing container 200 shown in FIG. 3, when the insulating film containing Si and C adheres to the inside of the processing container 200, for example, a wall, a shower head, a mounting table, or the like. It may be difficult to remove the edge film by cleaning.
  • SiO film silicon oxide film
  • Gas generated by plasma excitation of a gas containing nitrogen for example, CF gas or NF gas
  • an insulating film containing Si and C for example, a SiC film, a SiCO film, a SiCO (H) film, etc.
  • the etching rate is extremely high for ions and radicals generated from CF gas and NF gas.
  • the processing container is formed of a metal such as A or an A1 alloy.
  • HF etching rate
  • the processing container 200 shown in FIG. 3 may be changed as follows.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a processing container 200A, which is an example of a processing container, capable of performing the cleaning method and the substrate processing method according to the present embodiment.
  • a processing container 200A which is an example of a processing container, capable of performing the cleaning method and the substrate processing method according to the present embodiment.
  • the same parts as those described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the showerhead 201B is supplied with an organic silane gas containing Si and C, for example, a trimethylsilane (SiH (CH)) gas, which is a film forming process gas serving as a raw material for forming an insulating film.
  • an organic silane gas containing Si and C for example, a trimethylsilane (SiH (CH)) gas, which is a film forming process gas serving as a raw material for forming an insulating film.
  • SiH (CH) trimethylsilane
  • a gas line 206 that supplies a processing gas for cleaning the inside of the processing container 201 is connected to the shower head 201B.
  • the gas line 206 was provided with a gas line 206a with a valve 206A for supplying a third processing gas for cleaning, and a valve 206B for supplying a fourth processing gas for cleaning.
  • the gas line 206b is connected.
  • the gas line 206a is connected to a gas supply source (not shown), and a gas containing oxygen, for example, O, which is a third processing gas for cleaning, is supplied from the gas line 206a.
  • a gas containing oxygen for example, O, which is a third processing gas for cleaning
  • the gas line 203b is connected to a gas supply source (not shown), and the gas line 203b is connected to a gas containing fluorine, which is a fourth processing gas for cleaning, such as fluorine.
  • a gas containing fluorine which is a fourth processing gas for cleaning, such as fluorine.
  • NF is supplied into the processing container 201 via the shower head 201B.
  • An inert gas for dilution is supplied from the gas line 203a or 203b as needed.
  • a substrate processing method for forming an insulating film on the substrate to be processed Wf and further cleaning the processing container is performed, for example, as described below with reference to the flowchart shown in FIG. .
  • step 600 (denoted as S100 in the figure, the same applies hereinafter), the gate valve for wafer transfer provided in the processing container 200A, not shown in FIG. 14, is opened. Then, the substrate to be processed is carried into the chamber 201 and placed on the holding table 201A.
  • step 700 a process of forming an insulating film on the substrate to be processed as described in Embodiment 1 is performed.
  • gas is decomposed and deposited on the substrate to be processed by the plasma, and an insulating film containing Si and C, for example, a SiC ⁇ (H) film is formed on the substrate to be processed. .
  • step 800 the substrate to be processed is unloaded from the chamber 201 via the gate valve.
  • the film forming process D from step 600 to step 800 for example, a plurality of times, it is possible to continuously form an insulating film on a plurality of substrates to be processed.
  • the processing container 201 needs to be tapped. Is required.
  • step 900 the processing container is cleaned by performing the tally-jung process C of the processing container.
  • the cleaning process is performed every time one process of forming an insulating film on a substrate to be processed is performed, or when a plurality of films are formed, for example, 25 films are formed. Afterwards, the insulating film adhered by the treatment of 25 sheets may be cleaned at once.
  • the plasma processing is performed with the third processing gas containing oxygen to promote the oxidation of the insulating film, and then the plasma processing is performed with the fourth processing gas containing fluorine. Then, a method of removing the insulating film by etching the oxidized insulating film is performed.
  • the etching rate of the insulating film containing Si and C is increased, so that the cleaning time can be shortened and the insulating film can be cleaned without damaging the processing container.
  • the details of the step 900 are shown in FIG.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating details of the cleaning method according to the present embodiment. Referring to FIG. 15, first, at step 910, the cleaning process is started, and then, at step 920, the valve 206A is opened, so that the third process gas, for example, O is set to 200 sccm.
  • the third process gas for example, O is set to 200 sccm.
  • Step 930 high frequency power of 1000 W is applied to the shower head 201 B from the high frequency power supply 204 to excite high frequency plasma in the chamber 201.
  • oxygen radicals and oxygen ions in the oxygen plasma promote oxidation of the insulating film containing Si and C deposited inside the chamber 201 including the shower head 201B and the holding table 201A.
  • the temperature of the chamber 201 is reduced to 50-200 ° C. by a wall heater installed in the chamber 201, not shown in FIG.
  • the temperature is maintained at about 100 to 150 ° C.
  • the temperature of the holding table is 100 ° C. to 450 ° C. In this case, for example, the temperature is 350 ° C.
  • step 940 the valve 206A is closed, the application of high-frequency power is stopped, and the plasma is turned off.
  • step 950 by opening the valve 206B, a fourth processing gas containing fluorine, for example, NF is set at 150 sccm, and the chamber 20 is set via the shower head 201B.
  • a fourth processing gas containing fluorine for example, NF
  • the pressure inside the chamber 201 is set to 60 Pa.
  • step 960 high frequency power of 1500 W is applied from the high frequency power supply 204 to the shower head 201B to excite high frequency plasma in the chamber 201.
  • the insulating film deposited inside the chamber 201 including the shower head 201B and the holding table 201A is removed by etching with fluorine radicals and fluorine ions in the NF plasma.
  • the insulating film since the oxidation of the insulating film containing Si and C is promoted in step 930, the insulating film is easily etched and removed in the form of the insulating film SSiFx by fluorine radicals and fluorine ions.
  • the temperature of the chamber 201 is reduced to 50-200 ° C. by a wall heater installed in the chamber 201 (not shown in FIG. 13).
  • the temperature is maintained at about 100 to 150 ° C.
  • the temperature of the holding table is 100 ° C. to 450 ° C. In this case, for example, the temperature is 350 ° C.
  • step 970 the valve 206B is closed, the application of high-frequency power is stopped, the plasma is turned off, and the cleaning process is completed in step 980.
  • an insulating film containing Si and C is produced by a plasma of a third treatment gas containing oxygen, for example, ⁇ plasma. Oxidation proceeds. It is also possible that some C may be removed in the form of CO.
  • Steps 950-970 shown in FIG. 15 ie, in the fluorine treatment step C2, oxidation proceeds and the telephoto film from which C (carbon) has been partially removed is subjected to the fourth treatment containing fluorine. Since the etching is performed by the plasma of the processing gas, for example, NF plasma, it is considered that the etching rate of the insulating film is increased as compared with the conventional method.
  • the processing gas for example, NF plasma
  • the cleaning time of the method shown in FIGS. 14 and 15 of the present example was compared with that of the conventional method, the effect of reducing the cleaning time by the present example was confirmed.
  • the cleaning time was compared between the conventional method in which the oxygen treatment step C1 was omitted in the present example and the case of the present example.
  • the film forming step D shown in FIG. 14 the process of forming an insulating film containing Si and C to a thickness of 50 nm on the substrate to be processed was repeated 25 times. In this case, with the conventional method, it was confirmed that the insulating film could not be completely removed even after performing the process of Step 960 for 45 minutes, and that the cleaning time required 45 minutes or more.
  • the processing in step 930 is performed for 10 minutes
  • the processing in step 950 is performed for 15 minutes
  • the plasma processing is performed for a total of 25 minutes. The removal of the insulating film containing Si and C attached to the wall surface, the holding table 201A, the shower head 201B, and the like was completed.
  • the cleaning time can be shortened, the time during which the chamber is exposed to plasma is shortened, and damage to the inside of the chamber 201 due to plasma can be reduced. This has the effect of suppressing metal contamination and generation of particles. Furthermore, since the damage is reduced, the maintenance cycle of the apparatus is lengthened, and the cleaning time is shortened, so that the amount of expensive cleaning gas used is reduced, and the running cost of the apparatus can be reduced.
  • a so-called parallel plate plasma system in which plasma is excited between the shower head 201B and the holding table 201A is employed.
  • a so-called remote plasma method in which plasma is generated in a plasma generation container that is separated from the processing container and radicals generated by the plasma are introduced into the processing container to perform cleaning, the cleaning is performed. Since the amount of the cleaning gas used for cleaning is small, the running cost of the apparatus is suppressed.
  • the plasma source used for film formation and the plasma source used for cleaning can be shared, there is an advantage that the substrate processing apparatus is simplified and the cost of the substrate processing apparatus can be reduced.
  • the parallel plate plasma when compared with a high-density plasma such as an ICP (inductively coupled) plasma source, for example, the parallel plate plasma has a simple shape and can reduce the apparatus cost.
  • the force shown in the example using ⁇ may be used, if necessary, by diluting it with an inert gas such as Ar or He. Further, the same effect as in the present embodiment can be obtained by using a compound gas containing O, for example, N 2 O, or using O or the like.
  • the fourth processing gas it is possible to use a gas having an etching property including F in addition to NF, and it is possible to use a fluorocarbon-based gas such as CF, CF, CF, or S Even when F or the like is used, the same effect as when NF is used can be obtained.
  • DMDMOS dimethyldimethoxysilane
  • silane gas SiH 4
  • ⁇ and hydrocarbon-based gas such as methane or ethane are added to silane gas.
  • SiC film, SiC ⁇ film, SiC ⁇ (H) film, etc. by using it as a film forming process gas.
  • SiC film, a SiCO film, a SiCO (H) film, etc. by adding methanol, ethanol, and the like to silane gas.
  • the insulating film containing Si and C formed according to the present embodiment can be used as a low dielectric constant hard mask when etching an interlayer insulating film in a wiring forming step of a semiconductor device, for example. is there.
  • the hard mask needs to have a low dielectric constant in order not to increase the parasitic capacitance between wirings (interlayers), and the insulating film containing Si and C as described in this embodiment, for example, a SiC-based insulating film
  • the film is preferably used as the hard mask.
  • an interlayer insulating film containing Si and C is preferably used as an interlayer insulating film between wirings of a semiconductor device, for example, because it can reduce parasitic capacitance between wirings as a low dielectric constant interlayer insulating film. It is.
  • the amount of added oxygen or hydrogen may be increased to be used as a SiCO film or a SiCO (H) film as compared with the case where the film is used as a hard mask. It is suitable for lowering.
  • the parasitic capacitance between the wirings can be reduced due to the low dielectric constant as described above, a metal mask, or an interlayer insulating film capable of reducing the parasitic capacitance between the wirings due to the low dielectric constant.
  • This is an effective technique for a cleaning method of a processing container used for formation, and is an effective technique for a substrate processing method for manufacturing a semiconductor device operating at a high speed.
  • FIG. 16 shows an example in which the cleaning process shown in FIG. 15 is changed in the third embodiment. This is an example and shows a flowchart thereof. However, in the figure, the same reference numerals are given to the parts described above, and the description is omitted.
  • step 970 after the end of step 970, the process is controlled to return to step 920 if necessary, and the process of step 920-step 970, ie, the oxygen treatment step C1 and the fluorine-containing gas treatment step C2 Is repeatedly performed.
  • step 920 After the process of step 970 has been performed a predetermined number of times, the process ends at step 980.
  • the oxidation rate of the insulating film is increased because the insulating film can be oxidized or C can be more effectively removed. The effect that can be achieved.
  • the oxygen treatment step C1 and the fluorine-containing gas treatment step C2 are repeatedly performed, the oxygen treatment step C1 is performed again even after the etching of the insulating film proceeds. After the etching, the oxidation of the insulating film and the removal of carbon are effectively performed. Therefore, it is possible to prevent the etching rate from decreasing even after the etching of the insulating film has progressed, and to keep the etching rate high.
  • this embodiment is particularly effective when the insulating film to be etched is thick, for example, after repeating the film forming step D of FIG. 14 a plurality of times, for example, cleaning is performed after forming 25 films. This is particularly effective when performing such operations.
  • the cleaning process is more efficient when collectively performed after a plurality of films are formed, for example, in consideration of the transport time of a substrate to be processed, than when the film formation process is performed every time! Therefore, this embodiment is a technique particularly effective in improving the processing efficiency of the substrate to be processed.
  • FIG. 17 shows an embodiment in which the cleaning process shown in FIG. 15 is changed in the third embodiment, and shows a flowchart thereof.
  • the parts described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • step 930 the valve 206B is opened in step 950A, and the fourth processing gas, for example, NF is set to 150 sccm, and
  • step 970 the valves 206A and 206B are closed, and the application of high-frequency power is stopped, and the process ends in step 980.
  • the fourth processing gas is introduced from the state in which the plasma is excited by the third processing gas, in addition to the effects described in the first embodiment, the control related to the cleaning processing is performed. This has the effect of simplifying the control and reducing the power and time required for the cleaning process.
  • step 950A a force that allows oxidation and removal of C to be performed simultaneously with etching of the insulating film and etching by fluorine. If necessary, in step 950A, the amount of third processing gas introduced is reduced. Alternatively, the introduction may be stopped.
  • FIG. 18 shows still another modification of the third embodiment.
  • FIG. 18 shows an embodiment in which the cleaning process shown in FIG. 15 is changed in the third embodiment, and shows a flowchart thereof.
  • the parts described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • step 920A the valve 206B is opened together with the valve 206A, and the third processing gas and the fourth processing gas are supplied to the gas chamber. It is introduced into the chamber 201 via one head 201B.
  • the effect of oxidizing the insulating film or removing C contributes to the etching speed, which increases the effect.
  • the etching rate may be higher.
  • the cleaning time is shorter in Example 3 to Example 5 than in this example. There are cases. Therefore, it is preferable to use the methods described in Example 3 and Example 6 as necessary in consideration of such influences.

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Abstract

　本発明は、有機シランガスを用いたプラズマＣＶＤ法により成膜される絶縁膜の低誘電率化と、機械的な強度の維持を可能とすることを目的としている。 　そのため、本発明では、被処理基板に有機シランガスを含む第１の処理ガスを供給してプラズマを励起することで、当該被処理基板上に絶縁膜を成膜する成膜工程と、前記成膜工程の後、前記被処理基板にＨ2ガスを含む第２の処理ガスを供給してプラズマ励起することで、当該絶縁膜の処理を行う後処理工程と、を有する基板処理方法であって、前記後処理工程のプラズマ励起は、マイクロ波プラズマアンテナにより行われることを特徴とする基板処理方法を用いている。

Description

明 細 書
基板処理方法
技術分野
[0001] 本発明は、基板処理方法に係り、特には半導体装置に用いる絶縁膜を形成する基 板処理方法に関する。
背景技術
[0002] 近年の半導体装置の高性能化に伴い、例えば、多層配線構造が使用される高速 半導体装置では、当該多層配線構造で配線が微細化されるために配線パターンが 近接し、配線パターン間の寄生容量による配線遅延の問題が生じている。このような 寄生容量は、配線パターンの距離に反比例し、配線パターン間の絶縁物の比誘電 率に比例する。
[0003] そこで、前記多層配線構造中における配線遅延の問題を解決すベぐ多層配線構 造中で層間絶縁膜に比誘電率の低いものを用いて、寄生容量を低下させることが検 討されている。
[0004] 層間絶縁膜として従来使われてきた CVD— Si〇膜の比誘電率は 3. 5— 4程度で
2
ある。この比誘電率を低下させるために、 CVD_SiO膜にフッ素を添カ卩した Si〇F膜
2
を用いた場合でも比誘電率は 3. 3-3. 5程度が限界であり、近年の高密度半導体 集積回路においては寄生容量の低減効果が十分ではなぐ必要な動作速度が得ら れない場合がある。
[0005] そのため、さらに誘電率の低レ、、いわゆる低誘電率層間絶縁膜として、有機シラン ガスを用いたプラズマ CVD法によって、または SOD (Spin On Deposition)法に よって形成された膜が提案されており、さらにこれらの膜を多孔質化したポーラス膜な どが提案され、比誘電率が 2. 5以下の低誘電率層間絶縁膜の開発が進んでいる。
[0006] このように、プラズマ CVD法で形成された絶縁膜は、膜が形成された直後は誘電 率が高ぐ例えばプラズマ処理などの所定の処理を経て比誘電率を低下させる必要 が生じる場合があり、また機械的な強度が不十分であるため、所定の処理を経て機 械的な強度を改善することが必要となる場合があった。 特許文献 1 : US 2001-0030369号公報
特許文献 2 : US 2002-0055275号公報
特許文献 3 : GB 2361808号公報
特許文献 4 :W〇 00Z51174号公報
特許文献 5 :W〇 01Z01472号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] しかし、プラズマ CVD法で形成された絶縁膜に所定の処理を施し、当該絶縁膜の 低誘電率化を図った場合でも、機械的な強度が不十分な場合があり、当該絶縁膜の 低誘電率化と機械的強度の維持を両立することが困難と成る場合があった。
[0008] このため、本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な成膜方法を提供する ことを目的としている。
[0009] 本発明の具体的な課題は、有機シランガスを用いたプラズマ CVD法により成膜さ れる絶縁膜の低誘電率化と、機械的な強度の向上を可能とすることである。
課題を解決するための手段
[0010] 本発明の第 1の観点では、上記の課題を、被処理基板に有機シランガスを含む第 1 の処理ガスを供給してプラズマを励起することで、当該被処理基板上に絶縁膜を成 膜する成膜工程と、前記成膜工程の後、前記被処理基板に Hガスを含む第 2の処 理ガスを供給してプラズマ励起することで、当該絶縁膜の処理を行う後処理工程と、 を有する基板処理方法であって、前記後処理工程のプラズマ励起は、マイクロ波ブラ ズマアンテナにより行われることを特徴とする基板処理方法により、解決する。
[0011] また、本発明の第 2の観点では、上記の課題を、被処理基板上に、有機シランガス を用いて形成された絶縁膜のプラズマ処理を行う基板処理装置による基板処理方法 を、コンピュータに動作させるプログラムを記録した記憶媒体であって、前記絶縁膜 が形成された前記被処理基板に Hガスを含む処理ガスを供給する工程と、前記処 理ガスを、マイクロ波プラズマアンテナによりプラズマ励起することで、当該絶縁膜の 処理を行うプラズマ処理工程と、を有することを特徴とするプログラムを記録した記憶 媒体により、解決する。 [0012] また、本発明の第 3の観点では、上記の課題を、被処理基板を搬送する基板搬送 室と、前記基板搬送室に接続された第 1の処理容器と、前記基板搬送室に接続され た第 2の処理容器と、を有する基板処理装置の基板処理方法を、コンピュータに動 作させるプログラムを記録した記憶媒体であって、前記第 1の処理容器で、前記被処 理基板に有機シランガスを含む第 1の処理ガスを供給してプラズマを励起することで 、当該被処理基板上に絶縁膜を成膜する成膜工程と、前記成膜工程の後、当該被 処理基板を前記第 1の処理容器から前記第 2の処理容器へ前記基板搬送室を介し て搬送する搬送工程と、前記搬送工程の後、前記第 2の処理容器で、前記被処理基 板に Hガスを含む第 2の処理ガスを供給して、マイクロ波プラズマアンテナによりブラ
2
ズマ励起することで、当該絶縁膜の処理を行う後処理工程と、を有することを特徴と するプログラムを記録した記憶媒体により、解決する。
発明の効果
[0013] 本発明によれば、有機シランガス系のガスを用いて形成される絶縁膜の低誘電率 化と、機械的な強度の向上が可能となる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]実施例 1による基板処理方法を示したフローチャートである。
[図 2]実施例 1による基板処理方法を実施する基板処理装置の一例である。
[図 3]図 2の基板処理装置に用レ、られる処理容器の断面を模式的に示した図（その 1
)である。
[図 4]図 2の基板処理装置に用いられる処理容器の断面を模式的に示した図（その 2 )である。
[図 5]図 1の基板処理方法のプラズマ処理の詳細を示すフローチャートである。
[図 6]プラズマ処理時の被処理基板温度と、絶縁膜の比誘電率の関係を示す図であ る。
[図 7A]被処理基板を載置してからプラズマを励起するまでの時間を変更した場合の 絶縁膜の比誘電率の変化を示した図である。
[図 7B]被処理基板を載置してからプラズマを励起するまでの時間を変更した場合の 絶縁膜の膜厚の変化率を示した図である。 [図 8]プラズマ処理を行う処理容器を模式的に示した断面図である。
[図 9]図 8の処理容器に用いられるアンテナ板の平面図である。
[図 10A]処理容器の圧力を変化させた場合の絶縁膜の弾性係数の変化を示した図 である。
[図 10B]処理容器の圧力を変化させた場合の絶縁膜の比誘電率の変化を示した図 である。
[図 11]プラズマ処理後の絶縁膜の比誘電率と弾性係数の関係を示す図である。
[図 12]マイクロ波透過窓と被処理基板の距離を変化させた場合の絶縁膜の比誘電 率と弾性係数の関係を示す図である。
[図 13]実施例 3による基板処理方法を実施可能な基板処理装置の一例を模式的に 示した図である。
[図 14]実施例 3による基板処理方法を示すフローチャートである。
[図 15]図 14に示す基板処理方法の、クリーニング処理の詳細を示すフローチャート を示した図（その 1)である。
[図 16]図 14に示す基板処理方法の、クリーニング処理の詳細を示すフローチャート を示した図（その 2)である。
[図 17]図 14に示す基板処理方法の、クリーニング処理の詳細を示すフローチャート を示した図（その 3)である。
[図 18]図 14に示す基板処理方法の、クリーニング処理の詳細を示すフローチャート を示した図（その 4)である。
符号の説明
100 基板処理装置
101A, 101B 面
101a, 101b, 101c, 101d ゲートノ ノレブ
102 搬送アーム
103, 104 ロードロック室
103a, 104b 挿入扉
CI , C2 カセット 200, 300 処理容器
201 , 301 チャンバ
201A, 301A 保持台
201a, 301a ヒータ
20 IB, 30 IB シャワーヘッド
202, 302 ガスライン
202A, 302A ノ /レブ
203, 303 電源ライン
204, 304 高周波電源
10 処理容器
11 チャンバ
11a 処理空間
11D 排気口
12 被処理基板
13 保持台
13A 高周波電源
17 マイクロ波透過窓
20 プラズマガス導入リング
20A プラズマガス導入口
20B ガス、溝
20C プラズマガス孔
21 同軸導波管
21 A 外側導波管
21B 内側給電線
22 アンテナ本体
発明を実施するための最良の形態
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づき、以下に説明する。 実施例 1 [0017] 図 1は、本発明の実施例 1による基板処理方法のフローチャートを示した図である。
[0018] 図 1を参照するに、まずステップ 100 (図中 S100と表記、以下同様）において、基 板処理を開始すると、ステップ 200で、後述する第 1の処理容器で被処理基板上に 絶縁膜を成膜する。この場合、第 1の処理ガスとして前記第 1の処理容器に有機シラ ンガス、例えばトリメチルシランガス（SiH (CH ) )を含む第 1の処理ガスを導入してプ ラズマを励起することにより、プラズマ CVD法によって被処理基板上に絶縁膜（SiC O (H)膜)を形成する。
[0019] 次に、ステップ 300において、絶縁膜が形成された被処理基板を、前記第 1の処理 容器から、後述する第 2の処理容器に搬送する。また、搬送は後述する真空搬送容 器の搬送アームによって行われる。
[0020] 次に、ステップ 400において、前記第 2の処理容器で被処理基板上に形成された 絶縁膜の比誘電率を低下させるとともに、機械的強度を向上させるために、プラズマ 処理を行う。この場合、第 2の処理ガスとして前記第 2の処理容器に、例えば Hガス を導入してプラズマを励起することにより、当該絶縁膜のプラズマ処理を行レ、、例え ば絶縁膜が含む余剰な水酸基 (- OH)や、余剰なアルキル基 (- CHx)を除去し、絶 縁膜の比誘電率を低下させる処理が行われ、また絶縁膜の機械的強度が向上して 膜質が良好となり、ステップ 500で基板処理が完了する。
[0021] 前記被処理基板上に形成される絶縁膜は、ステップ 200において前記第 1の処理 容器で形成された直後は、比誘電率が 4程度と高ぐ例えば高速度で動作する半導 体装置の、低誘電率の層間絶縁膜として用いるには不十分な値である。そこで、絶 縁膜の比誘電率を下げるため、また、当該絶縁膜の膜質、例えば当該絶縁膜の機械 的強度を良好とするために前記第 2の処理容器内で Hガスを導入してプラズマ処理 を含む後処理を行っている。
[0022] また、前記被処理基板上に成膜する場合は、例えば、被処理基板の温度が 100°C 以下、典型的には室温程度であるのに対し、成膜された絶縁膜をプラズマ処理する 場合には、被処理基板の温度を例えば 350°C以上とすることが好ましい。
[0023] そのため、第 1の処理容器で成膜が終了した後、当該第 1の処理容器でプラズマ処 理を行う場合には、被処理基板の温度を上昇させる必要があり、例えば第 1の処理 容器で成膜を行い、被処理基板の温度を上昇させてプラズマ処理を行う場合には基 板処理に時間を要するため、困難である。
[0024] そのため、本実施例に示したように、第 1の処理容器で成膜を行った後、第 2の処 理容器に搬送してプラズマ処理を行うようにすると、例えば第 2の処理容器内の被処 理基板を保持する、後述する保持台の温度を予め上昇させておくことにより、効率よ く被処理基板の温度を上昇させることが可能となり、好適である。
[0025] またこの場合、後述するように、絶縁膜の比誘電率を低下させるためには被処理基 板の温度の上昇とプラズマ励起のタイミングを最適化する必要が有り、このような温度 とプラズマの制御性からも、成膜を行う処理容器とプラズマ処理の処理容器は分離す ることが好ましい。このような誘電率低下のための最適なプラズマ処理方法に関して は後述する。
[0026] 次に、図 1に示した基板処理を実施する基板処理装置の例について、図 2 図 4を 用いて説明する。
[0027] 図 2は、図 1に示した基板処理を実施する基板処理装置の一例を示す平面図を模 式的に示したものである。
[0028] 図 2を参照するに、基板処理装置 100は、真空搬送室 101と、当該真空搬送室 10
0内に設けられた、可動式の搬送アーム 102および当該真空搬送室 101に接続され た、第 1の処理容器である、被処理基板に絶縁膜を成膜する処理容器 200、第 2の 処理容器である、絶縁膜のプラズマ処理を行う処理容器 300、ロードロック室 103お よびロードロック室 104を有している。
[0029] 前記処理容器 200、処理容器 300、真空搬送室 101、ロードロック室 103および口 ードロック室 104には図示しない排気手段が接続されて、内部を減圧状態にすること が可能になっている。
[0030] また、前記処理容器 200、処理容器 300、ロードロック室 103およびロードロック室 1 04は、それぞれ開閉自在の、ゲートバルブ 101c， 101d, 101aおよび 101bを介し て前記真空搬送室 101と接続される構造になっている。例えば被処理基板を搬送す る場合には、上記のゲートバノレブを開放して行う構造になっている。
[0031] 前記ロードロック室 103および 104には、それぞれ開閉自在の揷入扉 103aおよび 104aが設けられている。例えば、前記挿入扉 103aを開放することで、前記ロード口 ック室 103には、被処理基板を複数収納したウェハカセット C1を装填することができ る。同様に、前記挿入扉 103bを開放することで、前記ロードロック室 104には、被処 理基板を複数収納したゥヱハカセット C2を装填することができる。
[0032] 基板処理を行う場合は、例えば、被処理基板 Wが、カセット C1または C2から、前
0
記搬送アーム 102によって前記真空搬送室 101を介して処理容器 200に搬送される 。前記処理容器 200での成膜を終了した被処理基板は、前記搬送アーム 102によつ て前記真空搬送室 101を介して前記処理容器 300に搬送される。前記処理容器 30 0でプラズマ処理を終えた被処理基板は、再び前記カセット C1に戻されるか、前記口 ードロック室 104のカセット C2に収納される。
[0033] また、図 2はで、真空搬送室に処理容器が 2つ接続された例を示したが、例えば真 空搬送装置の面 101Aまたは 101Bにさらに処理容器を接続して、いわゆるマルチ チャンバシステムとして用いることが可能である。
[0034] また、前記基板処理装置 100の、前記図 1のフローチャートに示された基板処理に 係る動作は、記憶媒体と、コンピュータ（CPU)を内蔵した制御手段 100Aにより、制 御される。例えば、被処理基板の搬送や、各処理容器での処理、また各処理容器で の処理後の搬出などの動作は、前記制御手段 100Aによって制御される。また、前 記制御手段 100Aの動作は記憶媒体に記憶されたプログラムにより行われる構造に なっている。
[0035] 次に、前記処理容器 200および前記処理容器 300について説明する。
[0036] 図 3は、前記処理容器 200の構造を模式的に示した断面図である。図 3を参照する に、前記処理容器 200は、例えばアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなるチヤ ンバ 201と、当該チャンバ 201の内部に設置された、被処理基板 Wfを保持する保持 台 201Aを有している。前記保持台 201Aの内部にはヒータ 201aが坦設されており、 保持台 201Aに保持された被処理基板 Wfを加熱することが可能な構造になっている
[0037] 前記チャンバ 201内部は、前記チャンバ 201に接続された、例えば真空ポンプなど の排気手段 205によって減圧状態とすることが可能となっている。また、前記チャンバ 201上にはシャワーヘッド 201Bが設置されており、当該シャワーヘッド 201Bに接続 されたガスライン 202より、バルブ 202Aを開放することで導入される、トリメチルシラン ガスを含む第 1の処理ガスを前記チャンバ 201内に導入する構造になつている。
[0038] また、前記シャワーヘッド 201Bには、高周波電源 204が、電源ライン 203によって 電気的に接続され、前記シャワーヘッドに高周波電力を印加することで、前記チャン バ 201内に高周波プラズマを励起することが可能になっている。また、前記シャワー ヘッド 201Bと、前記チャンバ 201は、絶縁部品 207によって、また、前記ガスライン 2 02と前記シャワーヘッド 201Bは、絶縁部品 208によって、それぞれ絶縁されている
[0039] なお、前記チャンバ 201に設けられた、前記ゲートバルブ 101cに面した被処理基 板搬入口は図示を省略している。
[0040] 前記処理容器 200において、被処理基板 Wfに絶縁膜を形成する場合には、具体 的には以下のようにして行う。
[0041] まず、図示しないガス供給源に接続されたガスライン 202より、バルブ 202Aを開放 することで、有機シランガス、例えばトリメチルシラン 100sccm、 O 100sccm、および 不活性ガス（例えば Ar) 600sccmからなる第 1の処理ガスを前記チャンバ 201内に 導入し、前記チャンバ 201内の圧力を lOOPaにする。
[0042] 次に、前記高周波電源 204から前記シャワーヘッド 201Bに高周波電力を 250W 印加して、前記チャンバ 201内に高周波プラズマを励起する。本実施例の場合、高 周波の周波数は 27MHzを用いている力 たとえば 13MHz— 60MHz程度の周波 数を用いることが好ましい。
[0043] またこの場合、前記被処理基板 Wfの温度は 100°C以下であることが好ましぐ本実 施例では 25°C (室温程度）としてレ、る。
[0044] ここで、プラズマによって処理ガスの分解反応し、被処理基板上への堆積が生じて 、前記被処理基板上に、 SiC〇（H)からなる絶縁膜 (比誘電率 3 4)が形成される。 次に、形成された絶縁膜を低誘電率の絶縁膜とするために、被処理基板を前記処理 容器 300に搬送して後処理を行う。
[0045] そこで次に、図 4に前記処理容器 300の構造を模式的に示した断面図を示す。図 4 を参照するに、本図におけるチャンバ 301、保持台 301A、ヒータ 301a、シャワーへ ッド 301B、絶縁咅ロ ¾307, 308、ガスライン 302、ノく/レブ 302A、電 ¾gライン 303、高 周波電源 304および排気手段 305は、前記処理容器 200における、チャンバ 201、 保持台 201A、ヒータ 201a、シャワーヘッド 201B、絶縁部品 207， 208、ガスライン 2 02、バノレブ 202A、電源ライン 203、高周波電源 204および排気手段 205と同様の 構造を有しているため、説明を省略する。
[0046] 本図に示す処理容器 300の場合、前記ガスライン 302は、 Hガスを供給可能なガ
2
ス供給源に接続され、前記チャンバ 302内に Hガス供給可能になっている。
2
[0047] 前記処理容器 300には、前記処理容器 200で絶縁膜が形成された被処理基板が 前記真空搬送室 101を介して搬送され、後処理が施されて、低誘電率の絶縁膜が形 成される。
[0048] 次に、処理容器 300で実施されるプラズマ処理を含む後処理の詳細に関して、図 5 に示すフローチャートに従って説明する。
[0049] 図 5は、前記処理容器 300で実施される後処理の手順を示したフローチャートであ る。図 5を参照するに、まずステップ 101で前記ゲートバノレブ 101dが開放されて、絶 縁膜が成膜された被処理基板が前記処理容器 200から、前記真空搬送室 101を介 して、前記処理容器 300内に挿入される。この場合、被処理基板は、前記搬送ァー ム 102に保持され、前記保持台 301A上まで搬送される。
[0050] 次に、ステップ 102で、被処理基板を前記保持台 301Aに載置する。この場合、前 記搬送アーム上に保持された被処理基板を、図 4では図示を省略している前記保持 台 301Aに設けられた、上下に稼動する被処理基板を保持するリフトピンを上昇させ ることにより保持し、当該リフトピンを下降させることによって前記被処理基板を前記 保持台 301A上に載置する。
[0051] ここで、前記保持台 301Aは、前記保持台 301A内に埋設されたヒータ 301aによつ て所定の温度に加熱され、そのため、被処理基板が例えば、 200— 500°C、好ましく は 300 400°Cに保持される。
[0052] 次に、ステップ 104において、前記バルブ 302Aを開放することにより、前記ガスラ イン 302より、例えば Hガスを 100— 2000sccm、前記チャンバ 301内に導入する。
2 [0053] 次に、ステップ 105において、前記高周波電源 304より前記シャワーヘッド 301Bに 高周波電力が、好ましくは、 500— 2000W、この場合、例えば 1500W印加されて、 前記チャンバ 301内に Hガスのプラズマが励起される。本実施例の場合、高周波の
2
周波数は 27MHzを用いている力 たとえば 13. 56MHz 60MHz程度の周波数 を用いることが好ましい。また、この場合、保持台 301に被処理基板が載置されてか ら、 90秒以内にプラズマを励起し、プラズマ処理を行う事が好ましい。以下の処理で は、熱とプラズマの両方の効果で絶縁膜が低誘電率化される。
[0054] 次に、ステップ 106において、絶縁膜の Hプラズマ処理を、例えば 5分間行った後
2
、ステップ 107で高周波電力の印加を停止し、ガスの導入を停止して処理を終了す る。
[0055] 図 6には、本実施例に記載した基板処理方法によって形成された絶縁膜の比誘電 率と、プラズマ処理時の被処理基板の温度の関係を示す。
[0056] 図 6を参照するに、プラズマ処理時の被処理基板の温度を高くすると、絶縁膜の誘 電率が低くなつていることがわかる。これは、絶縁膜中に含まれる水酸基 (一 OH)や、 有機物などが、水素プラズマ (水素イオン、水素ラジカル）によって除去される効果が 、温度を上昇させることによって相乗的に大きくなると推察される。
[0057] しかし、プラズマを励起しない状態で、被処理基板の温度を上昇させると、その後 のプラズマでの処理による絶縁膜の比誘電率の低減効果が充分に得られない場合 がある。例えば、被処理基板を加熱された保持台に載置してからプラズマを励起する までの時間が長いと、絶縁膜の収縮が多きくなり、比誘電率が高くなつて、その後の プラズマ処理を行っても、絶縁膜の誘電率を低減する効果が充分に得られなレ、。
[0058] 図 7Aは、図 5に示す基板処理方法において、ステップ 102で、被処理基板を保持 台に載置してから、ステップ 105のプラズマ励起（プラズマ着火）を行うまでの時間を 変更した場合の、プラズマ処理後の絶縁膜の比誘電率を示したものである。
[0059] 図 7Aを参照するに、被処理基板が保持台に載置されてから、プラズマが励起され るまでの保持時間が長いほど絶縁膜の比誘電率が大きくなつてレ、ること力 Sわ力^)。例 えば、前記保持時間が 10秒の場合は、比誘電率が 2. 24であるのに対して、当該保 持時間が 60秒の場合には、比誘電率が 2. 38と高くなつている。 [0060] このように、前記保持時間、すなわち被処理基板を保持台に載置してからプラズマ が励起されるまでの時間をより短くすることで、絶縁膜の比誘電率を小さくすることが 可能となり、図 7Aより、前記保持時間を 90秒以下とすることで、絶縁膜の比誘電率を 2. 5以下とすることができる。また、さらに前記保持時間を 30秒以下とすると、絶縁膜 の比誘電率を 2. 3以下とすることが可能となる。
[0061] 図 7Bは、図 7Aの場合と同様にして、前記保持時間を変更した場合の、プラズマ処 理後の絶縁膜の膜厚の変化の割合 (膜厚の収縮）を示したものである。図 7Bを参照 するに、数値のばらつきはあるものの、被処理基板が保持台に載置されてから、ブラ ズマが励起されるまでの保持時間が長いほど絶縁膜の膜厚の減少が大きなくる傾向 にあることがわかる。例えば、前記保持時間が 10秒の場合は、膜厚の変化率カ 3. 0% (膜厚の減少率が 3. 0%)であるのに対して、当該保持時間が 60秒の場合には、 膜厚の変化率カ 7. 0% (膜厚の減少率が 7. 0%)と、膜厚の減少率が大きくなつて いる。
[0062] これは、高温の保持台に被処理基板が載置されたことで絶縁膜の温度が上昇して 絶縁膜中で縮重合反応が進行した結果、絶縁膜の密度が増大してレ、ることを示して レ、ると推察され、このために絶縁膜の誘電率が増加していると考えられる。
[0063] し力しながら一方で、上述したように、 Hプラズマ処理による絶縁膜の誘電率を低
2
減させるためには被処理基板の温度が高いこと、典型的には 300°C以上が好ましぐ より好ましくは 340°C以上である。このこと力 、絶縁膜の比誘電率を 2. 5以下に効 果的に低減させるためには、被処理基板の温度を 350°C以上に上昇せせる必要が あることは明らかであるが、またその場合に効果的に誘電率を低下させることが可能 な前記処理条件でプラズマを励起させることが好ましい。
[0064] すなわち、被処理基板の温度を上昇させる場合に、 Hプラズマを励起させていな
2
いと、絶縁膜中での縮重合によって、膜の密度が増加して誘電率が増加してしまう影 響が大きくなる。このため、このような縮重合が進行する前に、被処理基板の温度上 昇に応じて速やかに Hプラズマを励起し、生成した活性水素（H+、 H*)によって、改
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質することで絶縁膜中の余剰な OH基や CHなどのアルキル基などを除去して誘電
3
率が低下する反応が支配的になるように基板処理を行うことが好ましい。 [0065] 本実施例によって形成された、比誘電率が 2. 5以下の低誘電率絶縁膜は、例えば 半導体装置の層間絶縁膜として用いた場合には、配線間の寄生容量を低減させて 配線遅延の影響を小さくすることが可能であり、より微細化された、高速動作を必要と する半導体装置の層間絶絶縁膜として有用である。
[0066] また、本実施例では、有機シランガスの例として、トリメチルシランを用いた例を示し たが、本発明はこれに限定されるものではなぐ他の有機シランガス、例えばジメチル ジメトキシシラン（DMDMOS)を用いることも可能である。
[0067] 例えば、図 1に示したステップ 200の工程において、図示しないガス供給源に接続 されたガスライン 202より、バルブ 202Aを開放することで、有機シランガス、例えばジ メチルジメトキシシラン 100sccm、〇 100sccm、および不活性ガス（例えば Ar) 150 sccmからなる第 1の処理ガスを前記チャンバ 201内に導入し、前記チャンバ 201内 の圧力を 60Paとし、前記高周波電源 204から前記シャワーヘッド 201Bに高周波電 力を 250W印加して、前記チャンバ 201内に高周波プラズマを励起して処理を行い 、後の工程はトリメチルシランを用いた場合と同様にすればよい。
[0068] このように有機シランガスに、例えばジメチルジメトキシシランを用いた場合でも、本 実施例に記載したトリメチルシランを用いた場合と同様の効果を得ることが可能であ る。
[0069] また、本実施例により形成された絶縁膜は、機械的強度を示す指標である弾性係 数の一つである縦弾性係数 (ヤング率）が、例えば、膜厚が 200nm、比誘電率 2. 3 の絶縁膜の場合、 9. 4GPaであり、膜厚が 350nm、比誘電率が 2. 23の絶縁膜の場 合には 8. 3GPaとなり、いずれも 8GPa以上となり、半導体装置の層間絶縁膜として 用いることが可能である水準に達している。
[0070] しかし、例えば今後の高性能の半導体装置の開発においては、多層配線の層の数 が増加することが予想され、また、例えば、強ストレスの膜を使用するためには、層間 絶縁膜の機械的な強度がさらに高レ、ことが好ましレ、。
[0071] そこで、次に示すように、形成された絶縁膜の機械的な強度をさらに良好とするた めに、絶縁膜のプラズマ処理を、例えば次に示す処理容器 10で実施するようにしも よい。 実施例 2
[0072] 図 8は、絶縁膜の後処理 (プラズマ処理）を行う処理容器の一例である、処理容器 1
0を、模式的に示した図である。
[0073] 図 8を参照するに、前記処理容器 10は、内部に空間 11aを画成するチャンバ 11と
、前記チャンバ 11内に設けられ、被処理基板 12を静電チャックにより保持する保持 台 13とを有する。
[0074] 前記チャンバ 11内の空間 11aは、底部に前記保持台 13を囲むように等間隔に、す なわち前記保持台 13上の被処理基板 12に対して略軸対称な関係で少なくともニ箇 所、好ましくは三箇所以上に形成された排気ポート 11Dを介して真空ポンプなどの 排気手段により、排気'減圧される。
[0075] 前記チャンバ 11の外壁のうち前記被処理基板 12に対応する部分には、前記被処 理基板に略対向するように、マイクロ波を透過する石英などの誘電体よりなるマイクロ 波透過窓 17が設置され、また前記マイクロ波透過窓 17と前記処理容器 11の間には 、前記処理容器 11内にプラズマガスを導入するプラズマガス導入リング 20が挿入さ れて、それぞれ前記チャンバ 11の外壁を画成している。
[0076] 前記マイクロ波透過窓 17はその周縁部に段差形状を有し、当該段差形状部が前 記プラズマガス導入リング 20に設けられた段差形状と係合し、さらにシールリング 16 Aによって前記処理空間 1 laの気密が保持される構造となってレ、る。
[0077] 前記プラズマガス導入リング 20にはプラズマガス導入口 20Aよりプラズマガスが導 入され、略環状に形成されたガス溝 20B中を拡散する。前記ガス溝 20B中のプラズ マガスは、前記ガス溝 20Bに連通する複数のプラズマガス穴 20Cから前記空間 11a に供給される。
[0078] 前記マイクロ波透過窓 17上には、プラズマ発生部 30が設置されている。前記ブラ ズマ発生部 30は、前記マイクロ波透過窓 17に密接し、複数のスロット 18a, 18bを形 成された、ステンレス合金またはアルミニウム合金に金メッキが施された材料よりなる 平面状のアンテナ板 18と、前記アンテナ板 18を保持し、マイクロ波をシールドする導 体材料からなる、シールド筐体 22と、前記アンテナ板 18と前記シールド筐体 22との 間に挟持された Al O、 SiOあるいは Si Nの低損失誘電体材料よりなる遅波板 19と 、を有している。また、前記プラズマ発生部 30と前記マイクロ波透過窓 17の係合部で は、〇リングなどのシールリング 16Bによって気密が保たれる構造になっている。
[0079] 前記プラズマ発生部 30は、前記チャンバ 11上に前記プラズマガス導入リング 14を 介して装着されており、前記プラズマ発生部 30の中央に接続する同軸導波管 21を 介して外部のマイクロ波源（図示せず）より、周波数が、例えば 2. 45GHzのマイクロ 波が供給される。
[0080] 供給されたマイクロ波は前記アンテナ板 18上のスロットから前記マイクロ波透過窓 1 7を介して前記チャンバ 11中に放射され、前記マイクロ波透過窓 17直下の空間 11a に導入される、前記プラズマガス供給リング 20から供給されたプラズマガス、例えば Arガスと HHガスを、プラズマ励起する。このプラズマは、低電子温度であるため、
2
被処理基板へのダメージが小さぐまた、高密度のプラズマ（1011 1013/cm3)であ る特長を有している。
[0081] 前記同軸導波管 21のうち、外側の導波管 21Aは前記シールド筐体 22に接続され 、中心導体 21Bは、前記遅波板 19に形成された開口部を介して前記アンテナ板 18 の中心に接続されている。そこで、前記同軸導波管 21Aに供給されたマイクロ波は、 前記シールド筐体 22とアンテナ板 18との間を径方向に進行しながら、前記スロットよ り放射される。
[0082] また、前記シールド筐体 22には、例えば、前記マイクロ波透過窓 17、アンテナ板 1 8や、前記遅波板 19を冷却するための冷却部を設けてもよい。
[0083] 図 9には、前記アンテナ板 18の平面図を示す。図 9を参照するに、当該アンテナ板 18には、互いに直交する複数のスロットが形成されており、マイクロ波が放射される 複数のスロット 18aおよびこれに直交する多数のスロット 18bが形成されている。例え ば、このように構成されたアンテナ板 18を用いた前記プラズマ発生部 30を、ラジアノレ ラインスロットアンテナと呼ぶ場合がある。
[0084] 力、かる構成のプラズマ発生部 30では、前記同軸導波管 21から給電されたマイクロ 波は、前記シールド筐体 22とアンテナ板 18との間を、半径方向に広がりながら進行 する力 その際に前記遅波板 19の作用により波長が圧縮される。そこで、このように して半径方向に進行するマイクロ波の波長に対応して前記スロット 18aおよび 18bを 同心円状に、かつ相互に直交するように形成しておくことにより、円偏波を有する平 面波を前記アンテナ板 18に実質的に垂直な方向に放射することができる。
[0085] 力かるプラズマ発生部 30を使うことにより、前記処理空間 11aに均一な高密度ブラ ズマが形成される。このようにして形成された高密度プラズマは電子温度が低く（例え ば 0. 7eV 2eV)、そのため被処理基板 12にダメージが生じることがなぐまたチヤ ンバ 11の側壁のスパッタリングに起因する金属汚染が生じる可能性が少ない。
[0086] また、前記処理容器 10の、成膜に係る動作は、記憶媒体と、コンピュータ（CPU)を 内蔵した制御手段 10Aにより、制御される。例えば、ガスの供給、排出やマイクロ波 プラズマの制御などの動作は、前記制御手段 1 OAによって制御される。また、前記制 御手段 10Aの動作は記憶媒体に記憶されたプログラムにより行われる構造になって いる。
[0087] 例えば、前記処理容器 10を用いて、被処理基板上に形成された絶縁膜の後処理（ プラズマ処理）を行う場合には、前記制御手段 10Aの記憶媒体に記録されたプログ ラム（これをレシピと呼ぶ場合がある）によって、前記制御手段 10Sが処理容器 10を、 図 5に示したフローチャートに基づいて、例えば、例えば実施例 1に示した前記処理 容器 300の場合と同様にして、被処理基板上に形成された絶縁膜の後処理であるプ ラズマ処理を行う事が可能である。
[0088] この場合、処理の一例として、例えば以下の条件で、プラズマ処理を行った。被処 理基板温度 400°C、前記処理空間 11aの圧力を、 260Pa、マイクロ波の周波数 2. 4 5GHz、マイクロ波電力 2000W、第 2の処理ガスとして、 Ar250sccm、 H 500sccm
2 を用いて 5分間後処理した。
[0089] 上記の条件でプラズマ処理を行った結果、膜厚が 220nm、比誘電率 2. 44の絶縁 膜の縦弾性係数は 16. 0GPa、膜厚が 375nm、比誘電率が 2. 33の絶縁膜の縦弾 性係数は 10. 7GPaとなり、いずれも lOGPa以上の高い値を示し、実施例 1の場合、 すなわち平行平板プラズマによるプラズマ処理を行った場合に比べてさらに膜が硬く 、機械的強度が大きいことを示しており、好適な特性を示している。このように、絶縁 膜の弾性係数が高いことは、例えば多層配線構造の層間絶縁膜に用いた場合には 、強ストレスに対する信頼性が高ぐまた CMP (化学機械研磨）工程などの膜に強い ストレス力 Sかかる場合に膜の耐性が高いことを示しており、特に多層配線構造を有す る半導体装置の層間絶縁膜として用いると、信頼性が高い構造を構成することが可 能となり、好適である。
[0090] また、上記のように信頼性の高い、弾性係数の大きレ、低誘電率の絶縁膜を形成す るために、例えば絶縁膜の後処理であるプラズマ処理の場合の条件は、以下に説明 するように、好ましい範囲が求められる。
[0091] 例えば、図 10Aは、絶縁膜のプラズマ処理時の、前記処理空間 11aの圧力を変化 させた場合の絶縁膜の弾性係数の変化を示したものであり、図 10Bは、絶縁膜のプ ラズマ処理時の、前記処理空間 11aの圧力を変化させた場合の絶縁膜の比誘電率 の変化を示したものである。
[0092] 図 10Aを参照するに、プラズマ処理時の前記処理空間 11aの圧力の変化に対応し て絶縁膜の弾性係数も変化するが、絶縁膜の弾性係数は lOGPa以上となり、圧力を 変化させた場合にも絶縁膜の硬さは維持されていることがわかる。しかし、処理容器 内の圧力が lOPa未満となると、処理容器内に生成される活性種のうち、イオンが多く なり、イオンによるスパッタリングの影響が大きくなつて絶縁膜がエッチングされてしま う。また、処理容器内の圧力が lOOOPaを超えた場合には、絶縁膜の膜厚の減少 (膜 のシュリンク）が大きくなつてしまう懸念がある。そのため、プラズマ処理時の処理容器 内の圧力は、 lOPa以上 lOOOPa以下とすることが好ましい。
[0093] また、図 10Bを参照するに、プラズマ処理時の処理容器内の圧力の変化に対応し て絶縁膜の比誘電率が変化していることがわかる。この場合、前記処理空間 11aの 圧力が略 50Pa程度以下の領域では、当該処理空間 11aの圧力の増大にともない、 比誘電率が低下しているが、圧力が略 50Paを超える領域では圧力の増加に従い比 誘電率が増大する傾向にある。このため、比誘電率を所望の値とするためには、好ま しい圧力領域が存在することがわかる。例えば、比誘電率を、 3以下とするためには、 プラズマ処理時の前記処理空間 11aの圧力は、 lOPa以上 500Pa以下とすること力 S 好ましぐ比誘電率を 2. 5以下とするためには、プラズマ処理時の前記処理空間 11a の圧力は、 40Pa以上 90Pa以下とすること力 S、より好ましい。
[0094] また、プラズマ処理時の、プラズマ励起をするために前記プラズマ発生部 30に印加 するマイクロ波電力は、 500W以上 2000W以下であることが好ましレ、。これは、マイ クロ波電力が 500W未満では第 2の処理ガスの解離が進行せずプラズマ処理の効果 が充分得られず、一方マイクロ波電力を 2000W以上とすると、処理される絶縁膜に ダメージの影響がでるためである。
[0095] また、図 11は、実施例 1と実施例 2による基板処理方法によって形成された絶縁膜 の、比誘電率と弾性係数の関係を示した図である。
[0096] 図 11を参照するに、図中、実験 PPで、実施例 1による結果、すなわち絶縁膜のプ ラズマ処理を処理容器 300の平行平板プラズマで行った場合の結果を示し、実験 M Wで、実施例 2による結果、すなわち、絶縁膜のプラズマ処理を処理容器 10のマイク 口波プラズマで行った場合の結果を示してレ、る。
[0097] 実験 PPの場合、プラズマ処理の条件は、高周波電力を 500 2000W、処理容器 内の圧力を 30— lOOPaとした場合の結果である。一方、実験 MWの場合、プラズマ 処理の条件は、マイクロ波電力を 500— 2000W、処理容器内の圧力を 50— 266Pa とした場合の結果である。
[0098] 図 11を参照するに、実験 MWの場合、すなわち前記処理容器 10のマイクロ波プラ ズマを用いて処理を行った場合には、平行平板プラズマを用いて処理を行った場合 に比べて、弾性係数が高ぐ絶縁膜が硬く機械的強度に優れており、層間絶縁膜と して用いる場合により好適であることがわかる。
[0099] これは、マイクロ波を、前記プラズマ発生部 30用いてプラズマ励起しているために、 プラズマ密度が高ぐかつ電子温度が低いプラズマが励起可能となっていることが寄 与していると考えられる。この場合、例えば、絶縁膜の誘電率が 2. 5以下であって、 かつ弾性係数が lOGPa以上とすることが可能となっている。
[0100] また、本図には実験 PPLで、実験 PPで示した平行平板プラズマを用いた処理にお いて、処理時間を 5倍とした場合の結果を示している。このように平行平板プラズマ処 理によって弾性係数の高い膜、すなわち硬い膜を形成しょうとした場合、処理時間が 長くかかってしまう懸念がある。一方、実験 MWで示すように、前記処理容器 10によ るマイクロ波プラズマを用いた場合、弾性係数の高い、機械的強度に優れた絶縁膜 を速やかに、例えば平行平板プラズマの場合の略 1Z5の処理時間で、形成すること が可能である。すなわち、絶縁膜の比誘電率を 2. 5以下として、弾性係数を 8GPa以 上とするためには、マイクロ波プラズマ処理を行う事がより効果的である。
[0101] また、絶縁膜の比誘電率と機械的な強度は、図 8に示した、前記処理容器 10の、 前記マイクロ波透過窓 17と、被処理基板 12の距離であるギャップ Gを変化させた場 合にも変化する。
[0102] 図 12は、絶縁膜をプラズマ処理する場合の前記処理容器 10の、前記ギャップ Gを 変化させた場合のプラズマ処理後の比誘電率と弾性係数の関係を示した図である。 なお、図 12には、前記ギャップ Gを、 35mmとした場合、 55mmとした場合、および 1 05mmとした場合の結果を示してある。
[0103] 図 12を参照するに、前記ギャップ Gが 105mmの場合に比べて前記ギャップ Gを 5 5mmとした場合の方が、絶縁膜の比誘電率が低ぐまた弾性係数が大きくなる傾向 にあることがわかる。また、同様に、前記ギャップ Gが 55mmの場合に比べて前記ギ ヤップ Gを 35mmとした場合の方力 絶縁膜の比誘電率が低ぐまた弾性係数が大き くなる傾向にあることがわかる。すなわち、前記ギャップ Gを狭くした場合に、比誘電 率が低ぐかつ機械的な強度に優れた絶縁膜を形成するために好ましぐ比誘電率 を 2. 5以下として、また弾性係数を 8GPa以上となる絶縁膜を形成するためには、前 記ギャップ Gを 55mm以下とすることが好ましレ、。
[0104] また、前記ギャップ Gを極端に狭くした場合には、被処理基板の温度上昇を抑制す ることが困難であり、また被処理基板にダメージが入る懸念があるため、前記ギャップ Gは、 10mm以上とすることが好ましい。
実施例 3
[0105] また、例えば、図 3に示した前記処理容器 200で絶縁膜を形成した場合、 Siと Cを 含む、処理容器 200内、例えば、壁、シャワーヘッド、載置台などに付着した当該絶 縁膜をクリーニングによって除去することが困難となる場合がある。
[0106] 例えば、従来から用いられてきたシリコン酸化膜（SiO膜）系の絶縁膜の場合、フッ
2
素を含むガス、例えば CF系のガスや NFガスをプラズマ励起することで生成されるィ
3
オンやラジカルにより、シリコン酸化膜を容易にエッチングすることが可能であった。
[0107] 一方、 Siと Cを含む絶縁膜、例えば SiC膜、 SiCO膜、 SiCO (H)膜などの場合には 、 CF系のガスや NFガスから生成されるイオンやラジカルではエッチング速度が極端
3
に低下してしまい、クリーニング時間が長くなつてしまう。また、クリーニング時間が長 くなるために、クリーニングが行われる処理容器の内部にダメージを与えてしまう懸念 が生じていた。
[0108] また、例えば HFなどのガスを用いればエッチングレートを上昇させることは可能で あるが、例えば処理容器は Aほたは A1合金などの金属で形成されることが好ましレヽ ために、 HFを用いた場合には、処理容器内部にダメージを与えてしまうことが避けら れなかった。
[0109] そこで、本実施例では、上記の課題を解決した処理容器のクリーニング方法を以下 に示す。
[0110] 本実施例によるクリーニング方法を実施する場合、図 3に示した前記処理容器 200 を、次に示すように変更すればよい。
[0111] 図 13は、本実施例に係るクリーニング方法および基板処理方法を実施可能な、処 理容器の一例である処理容器 200Aを模式的に示した図である。ただし図中、先に 説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[0112] 前記シャワーヘッド 201Bには、絶縁膜を成膜するための原料となる成膜処理ガス である、 Siと Cを含む有機シランガス、例えばトリメチルシラン（SiH (CH ) )ガスを供
3 3 給するガスライン 202が接続されている力 これに加えて、本実施例による処理容器
200Aでは、前記シャワーヘッド 201Bには、前記処理容器 201内部をクリーニング するための処理ガスを供給するガスライン 206が接続されている。当該ガスライン 20 6には、クリーニングのための第 3の処理ガスを供給する、バルブ 206Aを付したガス ライン 206aと、クリーニングのための第 4の処理ガスを供給する、バルブ 206Bを付し たガスライン 206bが接続されてレ、る。
[0113] 前記ガスライン 206aは、図示しないガス供給源に接続され、当該ガスライン 206a からは、クリーニングのための第 3の処理ガスである、酸素を含むガス、例えば Oが前
2 記シャワーヘッド 201 Bを介して前記処理容器 201内に供給される。
[0114] 同様に、前記ガスライン 203bは、図示しないガス供給源に接続され、当該ガスライ ン 203b力、らは、クリーニングのための第 4の処理ガスである、フッ素を含むガス、例え ば NFが前記シャワーヘッド 201Bを介して前記処理容器 201内に供給される。また
3
、前記ガスライン 203aまたは 203bからは必要に応じて希釈のための不活性ガスが 供給される。
[0115] 前記処理容器 200Aにおいて、被処理基板 Wfに絶縁膜を形成し、さらに当該処理 容器をクリーニングする基板処理方法は、例えば、図 14に示すフローチャートに基 づいて以下に説明するように行う。
[0116] 図 14を参照するに、まずステップ 600 (図中 S100と表記、以下同様）において、図 14で図示を省略した、前記処理容器 200Aに設けられたウェハ搬送用のゲートバル ブを開放して被処理基板を前記チャンバ 201に搬入し、前記保持台 201Aに載置す る。
[0117] 次に、ステップ 700において、当該被処理基板上に、実施例 1に記載したようにして 絶縁膜を成膜する処理を行う。
[0118] ここで、プラズマによってガスの分解と、被処理基板上への堆積が生じて、前記被 処理基板上に、 Siと Cを含む絶縁膜、例えば SiC〇（H)膜が形成される。
[0119] 次に、ステップ 800において、前記チャンバ 201からゲートバルブを介して被処理 基板処理容器を搬出する。このようなステップ 600からステップ 800までの成膜工程 Dを、例えば複数回繰り返すことで、複数枚の被処理基板上に絶縁膜を連続的に形 成することが可能である。
[0120] しかし、成膜工程 Dにおいて、前記シャワーヘッド 201Bや前記保持台 201Aを含 む、前記チャンバ 201内部には絶縁膜が堆積されるため、当該処理容器 201のタリ 一二ングを行う事が必要になる。
[0121] そこで、本実施例による基板処理では、ステップ 900において、処理容器のタリー ユング工程 Cを実施して、処理容器のクリーニングを行っている。
[0122] また、クリーニング処理は、例えば被処理基板に絶縁膜を形成する処理を 1枚行う 毎に行う場合、また複数枚の成膜を行った後で、例えば 25枚の成膜を行った後に 2 5枚の処理で付着した絶縁膜を一度にクリーンングする場合があり、いずれの方法で
[0123] 従来、 Siと Cを含む絶縁膜のクリーニングに、例えば、シリコン酸化膜と同様のタリ、 ニング方法を適用した場合には、当該絶縁膜のエッチング速度が遅いためにタリー ユングが困難となる場合があった。
[0124] そこで、本実施例では、酸素を含む第 3の処理ガスでプラズマ処理を行い、当該絶 縁膜の酸化を促進させ、その後にフッ素を含む第 4の処理ガスでプラズマ処理を行う ことで、酸化が進行した絶縁膜のエッチングを行って絶縁膜の除去を行う方法を行つ ている。
[0125] このため、 Siと Cを含む絶縁膜のエッチング速度が上昇し、クリーニング時間を短縮 して、処理容器にダメージを与える事無く絶縁膜のクリーニングを行う事が可能にな つている。次に、本実施例によるクリーニング処理に関して、前記ステップ 900の詳細 を図 15に示す。
[0126] 図 15は、本実施例によるクリーニング方法の詳細を示すフローチャートである。図 1 5を参照するに、まず、ステップ 910でクリーニング処理を開始すると、次にステップ 9 20で、前記バルブ 206Aを開放することで、第 3の処理ガス、例えば Oを 200sccm、
2
前記シャワーヘッド 201 Bを介して前記チャンバ 201内に導入し、チャンバ 201内の 圧力を 60Paとする。
[0127] 次に、ステップ 930で、前記高周波電源 204から前記シャワーヘッド 201Bに高周 波電力を 1000W印加して、前記チャンバ 201内に高周波プラズマを励起する。ここ で、酸素プラズマ中の酸素ラジカル、および酸素イオンなどにより、前記シャワーへッ ド 201Bや前記保持台 201Aを含む前記チャンバ 201内部に堆積した、 Siと Cを含む 絶縁膜の酸化を促進させる。
[0128] この場合、絶縁膜のエッチングレートを向上させるために、図 13では図示を省略し た、前記チャンバ 201に設置された壁ヒータによって、前記チャンバ 201の温度は、 5 0— 200°C、好ましくは、 100 150°C程度に維持される。また、前記保持台の温度 は、 100°C 450°Cとすることが好ましぐこの場合、例えば、 350°Cとする。
[0129] 次に、ステップ 940において、前記バルブ 206Aを閉じ、高周波電力の印加を停止 して、プラズマを OFFにする。
[0130] 次に、ステップ 950で、前記バルブ 206Bを開放することで、フッ素を含む第 4の処 理ガス、例えば NFを 150sccm、前記シャワーヘッド 201Bを介して前記チャンバ 20
3 1内に導入し、チャンバ 201内の圧力を 60Paとする。
[0131] 次に、ステップ 960で、前記高周波電源 204から前記シャワーヘッド 201Bに高周 波電力を 1500W印加して、前記チャンバ 201内に高周波プラズマを励起する。ここ で、 NFプラズマ中のフッ素ラジカル、およびフッ素イオンなどにより、前記シャワーへ ッド 201Bや前記保持台 201Aを含む前記チャンバ 201内部に堆積した絶縁膜を、 エッチングして除去する。この場合、前記ステップ 930において Siと Cを含む絶縁膜 の酸化が促進されているため、フッ素ラジカル、およびフッ素イオンなどにより絶縁膜 力 SSiFxの形で容易にエッチングされて除去される。
[0132] この場合、絶縁膜のエッチングレートを向上させるために、図 13では図示を省略し た、前記チャンバ 201に設置された壁ヒータによって、前記チャンバ 201の温度は、 5 0— 200°C、好ましくは、 100 150°C程度に維持される。また、前記保持台の温度 は、 100°C 450°Cとすることが好ましぐこの場合、例えば、 350°Cとする。
[0133] 次に、ステップ 970で、前記バルブ 206Bを閉じ、高周波電力の印加を停止して、 プラズマを OFFにし、ステップ 980でクリーニング処理を完了する。
[0134] 本実施例の場合には、図 15に示すステップ 920— 940、すなわち酸素処理工程 C 1において、酸素を含む第 3の処理ガスのプラズマ、例えば〇プラズマによって Siと C を含む絶縁膜の酸化が進行する。また、一部の Cは COの形で除去される可能性も 考えられる。
[0135] そのため、図 15に示すステップ 950— 970、すなわちフッ素処理工程 C2において は、酸化が進行し、また一部 C (炭素）が除去された絶遠膜を、フッ素を含む第 4の処 理ガスのプラズマ、例えば NFプラズマによってエッチングすることになるため、従来 の方法と比較して当該絶縁膜のエッチング速度が上昇すると考えられる。
[0136] また、本実施例の図 14および図 15に示す方法と、従来の方法でクリーニング時間 を比較したところ、本実施例によるクリーンング時間の短縮効果が確認された。具体 的には、従来の方法として本実施例において酸素処理工程 C1を省略した方法と、 本実施例の場合とでクリーニング時間を比較した。また、図 14に示す成膜工程 Dに おいては、被処理基板上に Siと Cを含む絶縁膜を 50nm成膜する処理を 25回繰り返 した。 [0137] この場合、従来の方法では、ステップ 960の処理を 45分間行っても絶縁膜を完全 に除去できず、クリーニング時間は 45分以上を要することが確認された。一方、本実 施例の場合には、ステップ 930の処理を 10分間、ステップ 950の処理を 15分間、プ ラズマ処理を合計で 25分間行うことで、前記チャンバ 201内の、例えばチャンバ 201 の内壁面や、前記保持台 201A、前記シャワーヘッド 201Bなどに付着した Siと Cを 含む絶縁膜の除去を完了することができた。
[0138] また、クリーニング時間を短縮することが可能となったためにチャンバがプラズマに 曝されている時間が短くなり、プラズマによるチャンバ 201内へのダメージを低減する ことが可能となり、例えばプラズマダメージによる金属汚染や、パーティクルの発生な どが抑制される効果を奏する。さらに、ダメージを低減したために装置のメンテナンス サイクルを長くし、またクリーニング時間を短縮したために、高価なクリーニングガスの 使用量を低減して、装置のランニングコストの低減を可能とする効果を奏する。
[0139] また、本実施例の場合、前記シャワーヘッド 201Bと、前記保持台 201A間とでプラ ズマを励起する、いわゆる並行平板プラズマ方式をとつている。この場合、例えば処 理容器と離間したプラズマ発生容器でプラズマを発生させて、当該プラズマにより発 生したラジカルを処理容器内に導入してクリーニングを行う、いわゆるリモートプラズ マ方式と比較した場合、クリーニングに用いるクリーニングガスの使用量が少ないた め、装置のランニングコストが抑制されるという効果を奏する。
[0140] また、成膜に用いるプラズマ源とクリーニングに用いるプラズマ源が共用できるため 、基板処理装置が単純となり、基板処理装置のコストを低減できる利点がある。
[0141] また、例えば ICP (誘導結合)プラズマ源などの高密度プラズマと比較した場合、平 行平板プラズマは形状が単純であり、装置コストを抑制することができる。
[0142] 本実施例では、第 3の処理ガスとして、〇を用いる例を示した力 必要に応じて例 えば Ar、 Heなどの不活性ガスで希釈して用いてもよい。また、 Oを含む化合物ガス、 例えば N Oを用レ、てもよぐまた Oなどを用レ、ても本実施例と同様の効果を得ること が可能である。
[0143] また、第 4の処理ガスとしては、 NFの他にも Fを含むエッチング性を有するガスを 用いることが可能であり、フロロカーボン系のガス、例えば CF、 C F、 C Fや、また S Fなどを用いても、 NFを用いた場合と同様の効果を得ることが可能である。
[0144] また、本実施例では、成膜処理ガスの有機シランガスとして、トリメチルシランを用い た例を示したが、他の有機シランガスを用いることも可能であり、例えばジメチルジメト キシシラン（DMDMOS)を用いることも可能である。
[0145] また、シランガス（SiH )に他のガスを添カ卩して成膜処理ガスとして用いることも可能 であり、例えばシランガスに、〇と、メタンまたはェタンなどの炭化水素系のガスを添 カロして成膜処理ガスとして用いることで、 SiC膜、 SiC〇膜、 SiC〇（H)膜などを形成 することが可能である。また、同様にしてシランガスに、メタノーノレ、エタノールなどを 添加して、 SiC膜、 SiCO膜、 SiCO (H)膜などを形成することが可能である。また、同 様にして、窒素を含む膜、例えば、 SiCN膜などをクリーンングすることも可能である。
[0146] 本実施例によって形成された、 Siと Cを含む絶縁膜は、例えば半導体装置の配線 形成工程において、層間絶縁膜をエッチングする場合の、低誘電率ハードマスクとし て用いることが可能である。当該ハードマスクは、配線間（層間）での寄生容量を増大 させないために低誘電率であることを要し、本実施例に記載したような Siと Cを含む 絶縁膜、例えば SiC系の絶縁膜は当該ハードマスクとして用いると好適である。
[0147] また、 Siと Cを含む層間絶縁膜は、例えば半導体装置の配線間の層間絶縁膜とし て用いると、低誘電率の層間絶縁膜として、配線間の寄生容量を小さくできるために 好適である。また、層間絶縁膜として用いる場合には、ハードマスクとして用いる場合 にくらべて、酸素または水素の添加量を増やして、 SiCO膜、または SiCO (H)膜とし て用いることがあり、誘電率をさらに低下させるために好適である。
[0148] 本実施例は、このように低誘電率であるために配線間の寄生容量を小さくできるノ、 ードマスク、または低誘電率であるために配線間の寄生容量を小さくできる層間絶縁 膜の形成に用いる処理容器のクリーニング方法に有効な技術であり、高速度で動作 する半導体装置を製造するための基板処理方法として有効な技術である。 実施例 4
[0149] また、上記に示した実施例 3は次に示すように変更することが可能であり、実施例 3 に記載した場合と同様の効果を奏する。
[0150] 図 16は、実施例 3において、図 15に示したクリーニング処理を変更した場合の実 施例であり、そのフローチャートを示している。ただし図中、先に説明した部分には同 一の参照符号を付し、説明を省略する。
[0151] 本実施例においては、ステップ 970の終了後に、必要に応じて処理をステップ 920 に戻すように制御され、ステップ 920—ステップ 970の処理、すなわち酸素処理工程 C1とフッ素含有ガス処理工程 C2が繰り返し実施されるようになっている。ステップ 92 0—ステップ 970の処理が所定の回数実施された後、ステップ 980で処理が終了す る。
[0152] このため、本実施例では、実施例 3に記載した効果に加え、さらに効果的に絶縁膜 の酸化または Cの除去を行うことができるために、絶縁膜のエッチング速度を上昇さ せることができる効果を奏する。
[0153] 例えば、特にエッチングの対象となる絶縁膜が厚レ、場合には、ステップ 920 ステ ップ 940の酸素処理工程 C1において、当該絶縁膜の内部まで酸化が進行せず、ま た当該絶縁膜の内部の Cを除去する効果が充分ではない場合がある。そのため、そ の後のステップ 950— 970のフッ素含有ガス処理工程において、絶縁膜のエツチン グが進行するに従い、絶縁膜のエッチング速度が低下してしまう懸念があった。
[0154] 本実施例では、前記酸素処理工程 C1と前記フッ素含有ガス処理工程 C2を繰り返 して実施するようにしているため、絶縁膜のエッチングが進行した後にも再び前記酸 素処理工程 C1が実施され、エッチングが進行した後の絶縁膜の酸化と Cの除去を効 果的に行うようにしている。そのため、絶縁膜のエッチングが進行した後でもエツチン グ速度が低下することを防止し、エッチング速度を高く維持することが可能となる効果 を奏する。
[0155] また、本実施例は、特にエッチングされる絶縁膜が厚い場合に有効であるため、例 えば図 14の成膜工程 Dを複数回繰り返した後、例えば 25枚の成膜後にクリーニング を行う場合などに特に有効である。また、クリーニング処理は、成膜処理を:!枚行う毎 に実施する場合に比べて、複数の成膜後にまとめて行う場合のほうが、例えば被処 理基板の搬送時間なども考慮すると効率が良いため、本実施例は被処理基板の処 理効率を良好とするのに特に有効な技術である。
実施例 5 [0156] 次に、実施例 3の別の変更例を図 17に示す。図 17は、実施例 3において、図 15に 示したクリーニング処理を変更した場合の実施例であり、そのフローチャートを示して いる。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
[0157] 図 17を参照するに、本実施例の場合には、ステップ 930の後に、ステップ 950Aで 前記バルブ 206Bを開放して、第 4の処理ガス、例えば NFを 150sccm、前記シャヮ
3
一ヘッド 201Bを介して前記チャンバ 201内に導入するようになっている。
[0158] ステップ 970では、前記バルブ 206A， 206Bを閉じると共に、高周波電力の印加を 停止して、ステップ 980で処理を終了している。
[0159] 本実施例では、第 3の処理ガスでプラズマを励起した状態から、第 4の処理ガスを 導入しているために、実施例 1に記載した効果に加えて、クリーニング処理に係る制 御を単純にして、クリーニング処理に力、かる時間を短縮できる効果を奏する。
[0160] また、ステップ 950Aでは、絶縁膜の酸化や Cの除去と、フッ素によるエッチングが 同時に進行することになる力 必要に応じて、ステップ 950Aで、第 3の処理ガスの導 入量を少なくする、または導入を停止するようにしてもよい。
実施例 6
[0161] また、実施例 3のさらに別の変更例を図 18に示す。図 18は、実施例 3において、図 15に示したクリーニング処理を変更した場合の実施例であり、そのフローチャートを 示している。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省 略する。
[0162] 図 18を参照するに、本実施例の場合には、ステップ 920Aで、前記バルブ 206Aと 共に前記バルブ 206Bを開放して、第 3の処理ガスと第 4の処理ガスを、前記シャヮ 一ヘッド 201Bを介して前記チャンバ 201内に導入するようになっている。
[0163] そのため、本実施例では絶縁膜の酸化や Cの除去と、フッ素によるエッチングが同 時に進行することになる。本実施例の場合、実施例 3に記載した効果に加えて、第 3 の処理ガスと第 4の処理ガスを同時に導入しているために、クリーニング処理に係る 制御を単純にして、クリーニング処理に力かる時間を短縮できる効果を奏する。また、 第 3の処理ガスと第 4の処理ガスをまとめて導入することが可能となるために、ガスライ ンの本数を減らして装置のコストを低減する効果もある。 [0164] また、 Siと Cを含む絶縁膜の組成によってエッチングされる速度は異なり、例えば、 組成によっては絶縁膜の酸化または Cの除去の効果がエッチング速度に寄与する影 響が大きくなるために、酸素処理工程 C1がフッ素処理工程 C2の前に実施された場 合にエッチングレートが高くなる場合があり、この場合、クリーニング時間は本実施例 よりも実施例 3—実施例 5のほうが短くなる場合がある。このため、このような影響を考 慮して、必要に応じて実施例 3 実施例 6に記載した方法を使い分けることが好まし レ、。
[0165] 以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施 例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内におレ、て様々な変 形-変更が可能である。
産業上の利用可能性
[0166] 本発明によれば、有機シランガス系のガスを用いて形成される絶縁膜の低誘電率 化と、機械的な強度の向上が可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] 被処理基板に有機シランガスを含む第 1の処理ガスを供給してプラズマを励起する ことで、当該被処理基板上に絶縁膜を成膜する成膜工程と、
前記成膜工程の後、前記被処理基板に Hガスを含む第 2の処理ガスを供給してプ ラズマ励起することで、当該絶縁膜の処理を行う後処理工程と、を有する基板処理方 法であって、
前記後処理工程のプラズマ励起は、マイクロ波プラズマアンテナにより行われること を特徴とする基板処理方法。
[2] 前記マイクロ波プラズマアンテナは、前記後処理工程を行う処理容器に、当該処理 容器内に保持された前記被処理基板に対応するように、マイクロ波透過窓を介して 設置されていることを特徴とする請求項 1記載の基板処理方法。
[3] 前記マイクロ波プラズマアンテナには、マイクロ波を放射する、互いに直交する複数 のスロットが形成されていること特徴とする請求項 1記載の基板処理方法。
[4] 前記成膜工程のプラズマは、平行平板プラズマであることを特徴とする請求項 1記 載の基板処理方法。
[5] 前記被処理基板を内部に保持する、前記後処理工程を行う処理容器内の圧力は 、 lOPa以上 lOOOPa以下であることを特徴とする請求項 1記載の基板処理方法。
[6] 前記処理容器内の圧力は、 40Pa以上 90Pa以下であることを特徴とする請求項 5 記載の基板処理方法。
[7] 前記後処理工程で前記マイクロ波プラズマアンテナに印加されるマイクロ波電力は
、 500W以上 2000W以下であることを特徴とする請求項 1記載の基板処理方法。
[8] 前記マイクロ波透過窓と前記被処理基板の距離は、 10mm以上 55mm以下である ことを特徴とする請求項 2記載の基板処理方法。
[9] 前記後処理工程後の前記絶縁膜の比誘電率は、 2. 5以下であることを特徴とする 請求項 1記載の基板処理方法。
[10] 前記成膜工程を行った成膜処理容器のクリーニングは、
当該成膜処理容器内で、酸素を含む第 3の処理ガスのプラズマを励起する第 1の 工程と、 前記成膜処理容器内で、フッ素を含む第 4の処理ガスのプラズマを励起する第 2の 工程と、を含むクリーニング方法により、行われることを特徴とする請求項 1記載の基 板処理方法。
[11] 前記第 1の工程と前記第 2の工程とが複数回繰り返して実施されることを特徴とする 請求項 10記載の基板処理方法。
[12] 被処理基板上に、有機シランガスを用いて形成された絶縁膜のプラズマ処理を行う 基板処理装置による基板処理方法を、コンピュータに動作させるプログラムを記録し た記憶媒体であって、
前記絶縁膜が形成された前記被処理基板に Hガスを含む処理ガスを供給するェ 程と、
前記処理ガスを、マイクロ波プラズマアンテナによりプラズマ励起することで、当該 絶縁膜の処理を行うプラズマ処理工程と、を有することを特徴とするプログラムを記録 した記憶媒体。
[13] 被処理基板を搬送する基板搬送室と、
前記基板搬送室に接続された第 1の処理容器と、
前記基板搬送室に接続された第 2の処理容器と、を有する基板処理装置の基板処 理方法を、コンピュータに動作させるプログラムを記録した記憶媒体であって、 前記第 1の処理容器で、前記被処理基板に有機シランガスを含む第 1の処理ガス を供給してプラズマを励起することで、当該被処理基板上に絶縁膜を成膜する成膜 工程と、
前記成膜工程の後、当該被処理基板を前記第 1の処理容器から前記第 2の処理 容器へ前記基板搬送室を介して搬送する搬送工程と、
前記搬送工程の後、前記第 2の処理容器で、前記被処理基板に Hガスを含む第 2 の処理ガスを供給して、マイクロ波プラズマアンテナによりプラズマ励起することで、 当該絶縁膜の処理を行う後処理工程と、を有することを特徴とするプログラムを記録 した記憶媒体。
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