專(zhuān)利名稱(chēng)：等離子體成膜方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由等離子體方法形成例如作為層間絕緣膜而使用的、添加氟的碳膜(碳氟化合物膜)的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
作為達(dá)到半導(dǎo)體設(shè)備的高集成化的方法之一，有使配線多層化的技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)多層配線的結(jié)構(gòu)，在第n層配線層與第(n+1)層配線層之間由導(dǎo)電層而連接，同時(shí)在導(dǎo)電層以外的區(qū)域形成被稱(chēng)為層間絕緣膜的薄膜。具有代表性的該層間絕緣膜有氧化硅膜(SiO2膜)，但近年來(lái)對(duì)于設(shè)備的工作，為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的高速化，要求層間絕緣膜的比介電常數(shù)更低。
根據(jù)這樣的要求，作為碳(C)與氟(F)的化合物的、添加氟的碳膜引起了注目，該添加氟的碳膜與氧化硅膜相比，比介電常數(shù)能夠大幅度地下降。這里，該添加氟的碳膜，是通過(guò)使由碳(C)與氟(F)構(gòu)成的原料氣體等離子體化而得到的成膜種而進(jìn)行成膜的。作為原料氣體，已知的有C4F8氣體等，還有，如果使用C5F8氣體，則該分解生成物容易形成立體結(jié)構(gòu)，其結(jié)果是C-F的結(jié)合牢固，能夠得到介電常數(shù)低、熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)異的層間絕緣膜。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，記述了以下的技術(shù)，作為原料氣體使用環(huán)狀結(jié)構(gòu)的C5F8氣體，通過(guò)2.45GHz的微波與875高斯的磁場(chǎng)的相互作用，引起電子回旋加速共振，使氬氣Ar等的等離子體發(fā)生用的氣體等離子體化，由該等離子體使上述C5F8氣體等離子體化，在半導(dǎo)體晶片(以下簡(jiǎn)稱(chēng)晶片)上形成添加氟的碳膜。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本專(zhuān)利特開(kāi)平11-162960號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容然而，在上述原料氣體中含有水分，例如，現(xiàn)有的氣體鋼瓶中原料氣體的水分濃度是在卡爾·費(fèi)希爾(Karl fischer)法等的測(cè)定界限以下，所以不能對(duì)其量進(jìn)行正確地把握。但是，在采用這樣含有不可測(cè)定的微量水分的C5F8氣體形成添加氟的碳膜時(shí)，膜中雖然含有水(H2O)分子，但這樣水分子進(jìn)入添加氟的碳膜時(shí)，構(gòu)成水分子的氫(H)會(huì)與氟(F)結(jié)合而生成氟化氫(HF)，因此，在設(shè)備制造工序中，例如加熱到350℃以上時(shí)，氟化氫(HF)會(huì)從膜逸出。就是說(shuō)，在加熱添加氟的碳膜時(shí)，F(xiàn)會(huì)從膜中蒸發(fā)，所以熱穩(wěn)定性差，這樣，在加熱工序中發(fā)生脫氣時(shí)，膜就會(huì)產(chǎn)生空洞而變脆，致密性變差，在疊層層間絕緣膜時(shí)發(fā)生膜剝離，會(huì)使層間絕緣膜對(duì)電線的推壓作用下降，容易發(fā)生電線的彎曲及電遷移，同時(shí)有產(chǎn)生的氟化氫腐蝕電線的擔(dān)憂(yōu)。
本發(fā)明是這樣的背景而提出，其目的在于，在對(duì)C5F8氣體等離子體化，形成添加氟的碳膜時(shí)，提供能夠得到具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性的添加氟的碳膜的等離子體成膜方法及其裝置。
本發(fā)明的等離子體成膜方法的特征在于將水分含有量為60×10-9體積比以下的C5F8氣體等離子體化，形成添加氟的碳膜。而且，本發(fā)明的另一等離子體成膜方法的特征在于將通過(guò)對(duì)填充了具有親水性或還原作用的表層的物質(zhì)的精制器進(jìn)行通氣而去除了水分的C5F8氣體等離子體化，形成添加氟的碳膜。這里，所述通過(guò)對(duì)精制器進(jìn)行通氣而去除了水分的C5F8氣體，是水分含有量為60×10-9體積比以下的C5F8氣體。
進(jìn)而本發(fā)明的等離子體成膜裝置的特征在于具有C5F8氣體的供給源；將C5F8氣體等離子體化、在基板上形成添加氟的碳膜的成膜處理部；連接所述供給源與所述成膜處理部、用于向成膜處理部供給C5F8氣體的供給路；以及設(shè)置在該供給路上、填充了具有親水性或還原作用的表層的物質(zhì)的精制器。這里，所述精制器的氣體排出口優(yōu)選設(shè)置在成膜處理部的氣體導(dǎo)入口的附近。這里，向所述成膜處理部供給的C5F8氣體，通過(guò)對(duì)精制器進(jìn)行通氣而使其水分含有量為60×10-9體積比以下。
根據(jù)本發(fā)明，由于是使水分含有量為60×10-9體積比以下的C5F8氣體等離子體化，形成添加氟的碳膜，所以進(jìn)入添加氟的碳膜的水分為極微量。所以，就不容易發(fā)生由添加氟的碳膜中的水分所引起的在后續(xù)工序中加熱時(shí)氟的脫離，能夠確保高的熱穩(wěn)定性。
而且，根據(jù)另一發(fā)明，由于是通過(guò)精制器向成膜處理部供給C5F8氣體，所以即使是在由溫度的變化引起氣罐內(nèi)氣相中的水蒸氣壓力的變動(dòng)，在精制器的上游側(cè)C5F8氣體中的水分不穩(wěn)定的情況下，也能夠通過(guò)精制器而去除水分，使精制器的下游側(cè)C5F8氣體中的水分大體保持一定，在水分含有量穩(wěn)定的狀態(tài)下向成膜處理部供給C5F8氣體。
進(jìn)而，根據(jù)另一發(fā)明，由于是在成膜處理部附近設(shè)置所述精制器，即在成膜處理部的氣體導(dǎo)入口附近內(nèi)設(shè)置精制器的氣體排出口，所以即使是在精制器的下游側(cè)的供給路的內(nèi)面上附著有水分，也能夠極力抑制其影響，在水分含有量更為穩(wěn)定的狀態(tài)下向成膜處理部供給C5F8氣體。


圖1是表示實(shí)施本發(fā)明中等離子體成膜方法的等離子體成膜裝置的一例的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖2是所述等離子體成膜裝置中使用的精制器與成膜處理部的截面圖。
圖3是表示以添加氟的碳膜作為層間絕緣膜而設(shè)置的半導(dǎo)體裝置的一例的截面圖。
圖4是表示所述成膜處理部中使用的第二氣體供給部的平面圖。
圖5是表示所述成膜處理部中使用的天線的部分截面的立體圖。
圖6是表示使用水分含有量不同的C5F8氣體形成添加氟的碳膜、對(duì)該膜進(jìn)行的TDS分析的結(jié)果的特性圖。
圖7是表示使用水分含有量不同的C5F8氣體形成添加氟的碳膜、對(duì)該膜進(jìn)行的TDS分析的結(jié)果的特性圖。
具體實(shí)施例方式
對(duì)本發(fā)明的等離子體成膜方法，例如對(duì)由添加氟的碳膜構(gòu)成層間絕緣膜的成膜方法的實(shí)施方式加以說(shuō)明。圖1是表示本發(fā)明中等離子體成膜裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。作為基板，例如使用包含CMOS的集成電路形成用的半導(dǎo)體晶片(以下稱(chēng)為“晶片”)W。
圖中1是本發(fā)明的原料氣體的供給源，例如設(shè)置有填充了所述原料氣體的容器11。作為原料氣體，例如可以使用水分含有量為100×10-9體積比(100ppb)以下、例如可以使用60×10-9體積比(60ppb)左右的C5F8氣體。這里作為C5F8氣體，例如可以使用環(huán)狀C5F8氣體(1，2，3，3，4，4，5，5-Octafluoro-1-cyclopentene)，具有一個(gè)三重鍵的C5F8氣體(1，3，3，4，4，5，5，5-Octafluoro-1-pentyne)，具有共軛二重鍵的C5F8氣體(1，1，2，3，4，5，5，5-Octafluoro-1，3-pentadiene)。
而且，在本發(fā)明中，所述原料氣體中水分的含有量用體積比表示，由下式而求得。
H2O體積/原料氣體體積＝H2O體積/(C5F8氣體體積+H2O體積)在該氣體容器11的下游側(cè)設(shè)置有用于由選擇性吸收水分的物質(zhì)去除所述原料氣體中的水分，例如得到水分含有量為20×10-9體積比(20ppb)左右的C5F8氣體的精制器2。以下對(duì)以氣體容器11內(nèi)填充的水分含量為60×10-9體積比左右的C5F8氣體作為原料氣體，以由精制器2去除水分，使水分含量為20×10-9體積比左右的C5F8氣體作為成膜氣體加以說(shuō)明。
所述精制器2，例如如圖2所示，在精制容器21內(nèi)，填充平均粒徑為2～3mm的多孔材料，例如沸石、氧化硅、氧化鋁、金屬氧化物等所構(gòu)成的小球而構(gòu)成。對(duì)所述小球?qū)嵤┮?guī)定的活化處理，使其表層具有親水性或還原作用。即該小球具有親水性或還原作用的表層。
在這樣的精制器2中，在精制容器21內(nèi)通入原料氣體時(shí)，原料氣體就會(huì)通過(guò)小球22之間的間隙而向下游側(cè)通氣，此時(shí)原料氣體與具有親水性或還原作用的小球22的表面相接觸時(shí)，原料氣體中的水分就會(huì)由小球22的表面的化學(xué)吸附而去除。這樣，由后面的實(shí)施例可知，精制器2可以將例如水分含量為60×10-9體積比左右的C5F8氣體中所含有的微量水分去除，得到水分含量為20×10-9體積比左右的C5F8氣體。
在該精制器2的下游側(cè)，設(shè)置有將由該精制器2去除了微量水分的成膜氣體等離子體化，在晶片W上形成添加氟的碳膜的成膜處理部3。在該成膜處理部3中，將晶片W裝載于裝載臺(tái)62，從微波發(fā)生器79向在裝載臺(tái)62的上部側(cè)、與裝載臺(tái)62對(duì)面設(shè)置的例如徑向線縫隙天線所構(gòu)成的平面天線部件76上供給微波，在裝載臺(tái)62與平面天線部件76之間，導(dǎo)入原料氣體，作為等離子體氣體的氬氣(Ar)，由所述平面天線部件76所放出的微波使成膜氣體等離子體化，由此形成添加氟的碳膜。圖1、2中的閥V1是氣體容器11的開(kāi)關(guān)閥，閥V2、V3是為了開(kāi)閉設(shè)置于精制器2前后的供給路4的閥。
所述氣體容器11、精制器2與成膜處理部3的氣體供給部68(參照?qǐng)D2)與供給路4相連接，精制器2設(shè)置于成膜處理部3的氣體供給部68附近。在本發(fā)明中，對(duì)精制器2的配置位置沒(méi)有特別的限制，但是如果精制器2離開(kāi)成膜處理部3，例如在運(yùn)行的初期在精制器2的下游側(cè)的管道上附著了水分時(shí)，該水分會(huì)進(jìn)入成膜處理部3，或是有水分從管道的材質(zhì)飛散的情況，所以?xún)?yōu)選精制器2設(shè)置于成膜處理部3附近。
這里所說(shuō)的“附近”的具體數(shù)值，會(huì)因包含等離子體成膜裝置本體的系統(tǒng)全體的結(jié)構(gòu)而變化，但優(yōu)選在該結(jié)構(gòu)中精制器2盡量設(shè)置于成膜處理部3附近。例如優(yōu)選在膜處理部3的氣體導(dǎo)入口上直接連接精制器2。一般地，在半導(dǎo)體制造工廠中，包含氣體罐的氣體箱與成膜處理部3的距離相當(dāng)遠(yuǎn)，在中途設(shè)置有配置閥及流量計(jì)等機(jī)器組的供給控制單元，如果是將精制器2與該控制單元相比配置于更接近成膜處理部3的一側(cè)，就可稱(chēng)為配置于“附近”。
在這樣的等離子體成膜裝置中，將成膜處理部3的腔體61內(nèi)設(shè)定為規(guī)定的減壓氣氛，打開(kāi)閥V1、V2、V3時(shí)，包含氣體容器11內(nèi)的60×10-9體積比左右的水分的C5F8氣體通入精制器2，導(dǎo)入成膜處理部3。這里，所述C5F8氣體通入精制器2時(shí)，由于如上所述，C5F8氣體中的水分已經(jīng)由化學(xué)吸附而去除，所以向成膜處理部3供給的C5F8氣體的水分能夠降低到20×10-9體積比左右，含有極低的水分。而且，在成膜處理部3中，該水分量為20×10-9體積比左右的C5F8氣體被等離子體化的氬氣所活化，由此在晶片W上形成添加氟的碳膜。
這里將設(shè)置有這樣形成的添加氟的碳膜構(gòu)成的層間絕緣膜的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)例示于圖3。41是p型硅層，42、43分別是成為源極、漏極的n型區(qū)域，44是柵極氧化膜，45是柵極電極，由此構(gòu)成MOS晶體管。而且，46是BPSG膜(摻雜硼(B)及磷(P)的硅酸鹽玻璃膜)，47是鎢(W)構(gòu)成的電線，48是側(cè)墊。而且，在BPSG膜46上，例如多層疊層有由埋入了銅構(gòu)成的電線層51的添加氟的碳膜(CF膜)構(gòu)成的層間絕緣膜52(圖3中為了方便為2層)。還有，53是例如氮化硅或添加氮碳化硅(SiCN)構(gòu)成的硬掩膜，54是為了防止電線金屬的擴(kuò)散而由氮化鈦或氮化鉭所構(gòu)成的保護(hù)層，55是保護(hù)膜。
在這樣的半導(dǎo)體裝置的制造工序中有加熱基板的工序，因此，層間絕緣膜52加熱到該加熱工序的工藝溫度。作為加熱工序的例，可以列舉出絕緣膜的成膜、銅電線的退火，硬掩膜例如可以列舉出氮化鉭的退火，形成層間絕緣膜52后的加熱工序中的最高處理溫度例如為350℃～420℃。還有，隨著半導(dǎo)體裝置向微細(xì)化時(shí)代的進(jìn)展，熱處理的溫度還可能降低。
在這樣的上述實(shí)施方式中，由于是使用填充了具有親水性或還原作用的表層的小球的精制器2，所以原料氣體中所包含的水分由所述小球的化學(xué)吸附而去除，由后面的實(shí)施例可知，C5F8氣體的水分含量能夠降低到20×10-9體積比左右。
這里是對(duì)確認(rèn)所述精制器2的有效性時(shí)使用的水分檢測(cè)方法進(jìn)行的簡(jiǎn)單的說(shuō)明。以往，由氟與碳構(gòu)成的CF氣體中水分濃度的測(cè)定，是由水晶振動(dòng)式或Karl Fischer法等而進(jìn)行，在這些方法中，不能測(cè)定大體6000×10-9體積比以下的水分含量。本專(zhuān)利的發(fā)明者確立了使用紅外激光吸光法能夠測(cè)定CF系氣體中100×10-9體積比以下的水分含量的方法。所謂該紅外激光吸光法，是指例如由紅外激光，對(duì)測(cè)定對(duì)象照射1392.53nm波長(zhǎng)的光，檢測(cè)透過(guò)測(cè)定對(duì)象的光，從該檢測(cè)的光到達(dá)閾值的時(shí)間，使用朗伯(Lanbert)式而計(jì)算出水分濃度的方法。根據(jù)該方法，檢測(cè)下限為3σ＝9×10-9體積比，定量下限為10σ＝20×10-9體積比，能夠檢測(cè)100×10-9體積比以下的水分含量。這里，所述所謂σ，是噪音的偏差指標(biāo)值。由該方法測(cè)定現(xiàn)有的氣體罐中原料氣體(C5F8氣體)的水分濃度，為100×10-9體積比左右。
這樣，本次通過(guò)確立能夠高精度地檢測(cè)CF氣體中的100×10-9體積比以下的微量水分含量的技術(shù)，從后述的實(shí)施例可知，在使用C5F8氣體形成添加氟的碳膜時(shí)，C5F8氣體中包含的100×10-9體積比以下的極微量的水分，不會(huì)對(duì)所得到的添加氟的碳膜的熱穩(wěn)定性有大的影響。由此，本發(fā)明者注目于水分含量為100×10-9體積比以下的C5F8氣體，進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，使用水分含量為60×10-9體積比以下的C5F8氣體形成添加氟的碳膜，對(duì)提高膜的熱穩(wěn)定性極為有效，因而確立了本發(fā)明。
這里，所謂熱穩(wěn)定性，是指在對(duì)成膜后的添加氟的碳膜加熱時(shí)，氟、氟化氫、碳化氟等氟系列的氣體脫離得少。就是說(shuō)，如上所述，由于如果添加氟的碳膜中的水分少，則與添加氟的碳膜中的氟結(jié)合的氫就少，所以在加熱時(shí)作為氟化氫而蒸發(fā)的氟就少。這樣，在加熱的工序中如果脫出的氣體少，就能夠抑制膜的空洞化與密切結(jié)合性的惡化，同時(shí)能夠抑制層間絕緣膜對(duì)電線的推壓作用，所以能夠防止電線的彎曲及電遷移的發(fā)生。
由后述的實(shí)施例可知，由水分含量為60×10-9體積比左右的C5F8氣體形成的添加氟的碳膜，與由水分含量為100×10-9體積比左右的C5F8氣體形成的添加氟的碳膜相比，在對(duì)膜加熱時(shí)，氟化氫、碳化氟等氟系列的氣體脫離得少，進(jìn)而由水分含量為20×10-9體積比左右的C5F8氣體形成的添加氟的碳膜，氟的逸出量少得到了確認(rèn)，這樣，就能夠理解，優(yōu)選使用水分含量為60×10-9體積比以下，進(jìn)而水分含量為20×10-9體積比左右的C5F8氣體，形成添加氟的碳膜，由此，即使是在以后的工序中例如加熱到350℃左右，也能夠得到作為特性不低下的層間絕緣膜的絕緣膜的最佳添加氟的碳膜。
而且，由于在本發(fā)明的原料氣體的供給源1與成膜處理部3之間設(shè)置有精制器2，所以能夠?qū)⑺趾繛?0×10-9體積比左右的C5F8氣體在穩(wěn)定的狀態(tài)下供給到成膜處理部3。就是說(shuō)，在精制器2的上游側(cè)，存在溫度的變化引起氣體容器11中氣相中的水蒸氣壓力的變動(dòng)，從而引起C5F8氣體中水分含量不穩(wěn)定的情況。例如，在氣體容器11中，由于C5F8氣體是在氣相與液相分離的狀態(tài)下而填充，所以溫度的變化會(huì)引起C5F8氣體中水分量的變化。就是說(shuō)，由于H2O的蒸汽壓曲線與C5F8氣體蒸汽壓曲線對(duì)于溫度的變化(曲線的彎曲程度)不同，所以在某溫度區(qū)域，氣相中的水分濃度變化，氣體容器11中H2O/C5F8比變化。所以，即使是氣體容器11內(nèi)的C5F8氣體中水分的含有量在規(guī)定的溫度區(qū)域內(nèi)為60×10-9體積比以下，但在從該溫度區(qū)域偏離時(shí)有成為60×10-9體積比以上的情況，在不設(shè)置精制器2的情況下，有C5F8氣體中的水分含有量隨溫度變化的擔(dān)憂(yōu)。
與此相比，在設(shè)置了精制器2的情況下，則不論原料氣體中的水分濃度如何，通過(guò)精制器2，原料氣體中的水分都能夠由具有親水性或還原作用的表層而去除，所以在精制器2的下游側(cè)，C5F8氣體中水分的含有量能夠經(jīng)常地調(diào)整為大體一定，能夠?qū)⑺趾辛糠€(wěn)定的C5F8氣體供給到成膜處理部3。由此使得到的添加氟的碳膜的水分含量穩(wěn)定。
而且，在上述實(shí)施方式中，由于即使是溫度變化，也能夠由精制器2將C5F8氣體中水分含有量經(jīng)常去除到20×10-9體積比左右，所以能夠?qū)⑺趾辛繛?0×10-9體積比左右的C5F8氣體穩(wěn)定地供給到成膜處理部3。
此時(shí)，優(yōu)選精制器2設(shè)置于成膜處理部3的附近。雖然供給路4的內(nèi)面是由經(jīng)化學(xué)研磨的管道所構(gòu)成，但是由于如果精制器2設(shè)置于成膜處理部3的附近，則由于精制器2與成膜處理部3之間的供給路4短，所以即使是在該供給路4的內(nèi)面上附著水分，也能夠極力抑制其影響，在水分含量更穩(wěn)定的狀態(tài)下供給到成膜處理部3。
以上，如果有已經(jīng)敘述的水分含量為60×10-9體積比以下的C5F8氣體，與使用水分含量為100×10-9體積比左右的C5F8氣體形成的添加氟的碳膜相比，由于能夠降低加熱膜時(shí)的脫氣量，所以能夠提高膜的熱穩(wěn)定性。從這一點(diǎn)上講，如果能夠使用水分含量為60×10-9體積比以下的C5F8氣體形成的添加氟的碳膜，也并非一定要設(shè)置精制器2。
接著由圖2及圖4對(duì)對(duì)所述成膜處理部3的一例加以說(shuō)明。該成膜處理部3是使用徑向線縫隙天線(radial line slot antenna)而發(fā)生等離子體的CVD(Chemical Vapor Deposition，化學(xué)氣相沉積)裝置。圖中61是處理容器(真空腔體)，62是具有調(diào)溫裝置的裝載臺(tái)，在該裝載臺(tái)62上，例如連接有13.56MHz的偏置高頻電源63，裝載面作為靜電吸盤(pán)而構(gòu)成。
在所述處理容器61的上面，例如與裝載臺(tái)62對(duì)面形成平面形狀為大體圓形結(jié)構(gòu)的第一氣體供給部64。該第一氣體供給部64例如由氧化鋁構(gòu)成，在與裝載臺(tái)62相對(duì)的面上形成多個(gè)第一氣體供給孔65。該第一氣體供給孔65通過(guò)氣體流路66而與第一氣體供給路67相連通。該第一氣體供給路67與供給等離子體氣體氬(Ar)及氪(Kr)等氣體的供給源及供給氫(H2)的供給源相連接。
而且，在裝載臺(tái)62與第一氣體供給部64之間，具有例如形成平面形狀為大體圓形結(jié)構(gòu)的第二氣體供給路68。該第二氣體供給路68例如由含鎂(Mg)的鋁合金及添加鋁的不銹鋼等導(dǎo)體所構(gòu)成，在與裝載臺(tái)62相對(duì)的面上形成多個(gè)第二氣體供給孔69。在該第二氣體供給路68的內(nèi)部，例如如圖4所示，形成與氣體供給孔69的一端側(cè)相連通的格子狀的氣體通路71，該氣體通路71與所述供給路4的一端相連接。而且，在氣體供給部68上形成多個(gè)開(kāi)口部72，與該第二氣體供給路68貫通。該開(kāi)口部72，是使等離子體及等離子體中的原料氣體通過(guò)該氣體供給路68的下方側(cè)的空間的開(kāi)口，例如在相鄰接的氣體通路71之間形成。
這里第二氣體供給部68，通過(guò)供給路4、精制器2而與原料氣體的C5F8氣體的氣體容器11相連接，該C5F8氣體通過(guò)供給路4而順次流通到氣體通路71，同樣通過(guò)所述氣體供給孔69而供給到第二氣體供給部68的下方側(cè)的空間。
在所述第一氣體供給部64的上部側(cè)，例如設(shè)置有由氧化鋁等介電體所構(gòu)成的蓋板73，在該蓋板73的上部側(cè)，設(shè)置有與該蓋板73緊密連接的天線部74。該天線部74，如圖5所示，設(shè)置有平面形狀為圓形、下面?zhèn)乳_(kāi)口的扁平狀天線本體75，以及堵塞該天線本體75的下面?zhèn)乳_(kāi)口部而設(shè)置、形成多個(gè)槽溝的圓板狀的平面天線部件(槽溝板)76，由該天線本體75與平面天線部件76構(gòu)成導(dǎo)體，形成扁平狀的中空的圓形導(dǎo)波管。而且，在所述平面天線部件76的下面，連接有所述蓋板73。
而且，在平面天線部件76與天線本體75之間，例如設(shè)置有由氧化鋁、氮化硅(Si3N4)等低損失介電材料所構(gòu)成的滯相板(lagging plate)77。該滯相板77是用于縮短微波的波長(zhǎng)、縮短所述導(dǎo)波管內(nèi)的波長(zhǎng)的元件。在本實(shí)施方式中，由這些天線本體75、平面天線部件76、滯相板77形成徑向線縫隙天線(Radial Line Slot AntennaRLSA)。
這樣結(jié)構(gòu)的天線部74，通過(guò)未圖示的密封部件而安裝于處理容器61，使平面天線部件76與蓋板73緊密連接。而且，該天線部74通過(guò)同軸導(dǎo)波管78與外部的微波發(fā)生器79相連接，例如供給頻率為2.45GHz或8.3GHz的微波。此時(shí)，同軸導(dǎo)波管78外側(cè)的導(dǎo)波管78A與天線本體75相連接，中心導(dǎo)體78B通過(guò)滯相板77上形成的開(kāi)口部與平面天線部件76相連接。
所述平面天線部件76，例如由厚度為1mm左右的銅板所構(gòu)成，如圖5所示，例如形成多個(gè)用于發(fā)生圓偏振波的狹縫81。該狹縫81是由大體為“T”字型、稍微間隔配置的一對(duì)狹縫81a、81b作為一組，例如沿周?chē)较蛐纬赏膱A狀或旋渦狀。由于該狹縫81a、狹縫81b是大體呈垂直關(guān)系而配置，所以能夠放射出包含2個(gè)垂直的偏振波成分的圓偏振波。此時(shí)通過(guò)將狹縫對(duì)81a、81b以與滯相板77所壓縮的微波的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的間隔而配置，微波能夠由平面天線部件76作為大體平面波而放射。而且，在處理容器61的底部連接有排氣管82，該排氣管82通過(guò)壓力調(diào)整部83而連接于真空排氣裝置的真空泵84，對(duì)處理容器61內(nèi)抽真空，至規(guī)定的壓力。
接著，對(duì)該裝置實(shí)施的成膜工序的一例加以說(shuō)明。首先，將作為基板的晶片W搬入，裝載于裝載臺(tái)62。接著，對(duì)處理容器61內(nèi)部抽真空，至規(guī)定的壓力，通過(guò)第一氣體供給路67向第一氣體供給部64，以規(guī)定的流量、例如300sccm供給等離子體氣體、例如氬氣Ar，同時(shí)通過(guò)供給路4向第二氣體供給部68，以規(guī)定的流量、例如150sccm供給成膜氣體。這里該成膜氣體，是由精制器2將水分含有量處理到20×10-9體積比左右的C5F8氣體。而且，例如將處理容器61內(nèi)維持為60Pa的處理壓力，將裝載臺(tái)62的表面溫度設(shè)定為350℃。
另一方面，從微波發(fā)生器79供給2.45GHz，2000W的高頻(微波)時(shí)，該微波以TM模式、TE模式、或TEM模式在同軸導(dǎo)波管78內(nèi)傳播，到達(dá)天線部74的平面天線部件76，通過(guò)同軸導(dǎo)波管的內(nèi)部導(dǎo)體78B，從平面天線部件76的中心部向周?chē)鷧^(qū)域放射性地傳播，其間微波從狹縫對(duì)81a、81b，通過(guò)蓋板73、第一氣體供給部64，向該第一氣體供給部64的下方側(cè)的處理空間放出。
此時(shí)，如已經(jīng)敘述的那樣，由于配置有狹縫對(duì)81a、81b，所以在整個(gè)平面天線部件76的平面上能夠均勻地放出圓偏振波，使其下方的處理空間內(nèi)的電場(chǎng)均勻。而且，由該微波的能量，能夠在寬的處理空間的整個(gè)區(qū)域激勵(lì)高密度、均勻的等離子體。而且，該等離子體通過(guò)第二氣體供給部68的開(kāi)口部72而流入所述供給部68下方側(cè)的處理空間，使從該氣體供給部68向處理空間供給的C5F8氣體活化，即等離子體化，形成活性種。這樣生成的活性種堆積于晶片W的表面，形成由添加氟的碳膜構(gòu)成的層間絕緣膜。
在以上所述的例子中，雖然是以層間絕緣膜為例，但本發(fā)明的添加氟的碳膜也可以作為層間絕緣膜以外的絕緣膜使用。而且，作為本發(fā)明的成膜處理部，也不限于上述由徑向線縫隙天線發(fā)生等離子體的方式，也可以使用平行平板型等離子體成膜裝置、利用電子回旋加速共振的等離子體成膜裝置等。
實(shí)施例接著對(duì)為了確認(rèn)本發(fā)明效果而進(jìn)行的實(shí)施例加以說(shuō)明。實(shí)施例1是精制器2的下游側(cè)C5F8氣體中水分含有量的測(cè)定試驗(yàn)，實(shí)施例2、3是關(guān)于添加氟的碳膜的成分脫離的試驗(yàn)，實(shí)施例4是關(guān)于添加氟的碳膜的緊密接合性的試驗(yàn)。
(實(shí)施例1)使用上述等離子體成膜裝置，將氣體容器11中的水分濃度為60×10-9體積比以下的C5F8氣體通過(guò)精制器2，由上述紅外激光吸光法測(cè)定精制器2的下游側(cè)的供給路4內(nèi)的C5F8氣體的水分濃度。這里測(cè)定對(duì)象的C5F8氣體在測(cè)定點(diǎn)P(參照?qǐng)D1)取樣，同樣的測(cè)定進(jìn)行多次，每次C5F8氣體中水分含有量都是20×10-9體積比左右。
由此可以確認(rèn)，通過(guò)使用精制器2，能夠去除水分濃度為60×10-9體積比左右的C5F8氣體中的水分，能夠得到水分含有量達(dá)到20×10-9體積比左右的C5F8氣體。
(實(shí)施例2)使用設(shè)置有圖2所示的成膜處理部3的上述等離子體成膜裝置，將水分濃度為60×10-9體積比左右的C5F8氣體，由精制器2精制處理成為水分含有量達(dá)到20×10-9體積比左右，供給到成膜處理部3，成膜處理部3中的處理?xiàng)l件為，處理氣氛的壓力60Pa，微波電力2000W，C5F8氣體的流量200sccm，氬氣(Ar)的流量300sccm，對(duì)8英寸的晶片W形成添加氟的碳膜。此時(shí)，精制器2至成膜處理部3中氣體導(dǎo)入口的管道的長(zhǎng)度距離L(參照?qǐng)D2)為1m。對(duì)于這樣所得到的添加氟的碳膜，成膜后立即測(cè)定膜厚，切出約10mm見(jiàn)方的試樣，進(jìn)行TDS(Thermal Desorption Spectroscopy，熱脫附光譜)測(cè)定。此時(shí)，由紅外激光吸光法測(cè)定接近成膜處理部3的測(cè)定點(diǎn)P處C5F8氣體的水分含有量，確認(rèn)了水分含有量為20×10-9體積比左右。該結(jié)果示于圖6(a)、圖7(a)。
(實(shí)施例3)在實(shí)施例3中，除了不使用實(shí)施例2中所使用的精制器2之外，使用與實(shí)施例2同樣的等離子體成膜裝置，將水分濃度為60×10-9體積比左右的C5F8氣體供給到成膜處理部3，在與實(shí)施例2同樣的條件下形成添加氟的碳膜，進(jìn)行同樣的TDS測(cè)定。此時(shí)，由紅外激光吸光法測(cè)定接近成膜處理部3的測(cè)定點(diǎn)P處C5F8氣體的水分含有量，確認(rèn)了水分含有量為60×10-9體積比左右。該結(jié)果示于圖6(b)、圖7(b)。
(實(shí)施例4)在硅裸露晶片上順次疊層添加氮的碳化硅膜(SiCN膜)，添加氟的碳膜(CF膜)，SiCN膜，氧化硅膜(SiO2膜)，實(shí)施帶試驗(yàn)。
這里SiCN膜是上下同一，使用設(shè)置有圖2所示的成膜處理部3的成膜裝置，形成10nm厚的膜。對(duì)于其成膜條件，設(shè)定微波功率1500W，處理壓力39.9Pa(300mTorr)，晶片溫度380℃，供給氣體流量為三甲基硅烷氣體40sccm，氬氣800sccm，氮?dú)?0sccm。
而且，添加氟的碳膜，是使用設(shè)置有圖2所示的成膜處理部3的成膜裝置，形成厚度為120nm的膜。對(duì)于其成膜條件，設(shè)定微波功率2750W，處理壓力7.4Pa(56mTorr)，晶片溫度380℃，供給氣體流量為C5F8氣體200sccm，氬氣(Ar)250sccm。作為C5F8氣體，使用其水分濃度為20×10-9體積比左右的氣體。
SiO2膜是使用TEOS(四乙烷基正硅酸鹽，tetraethylorthosilicate)等有機(jī)氣體與氧氣，由這些氣體活化而得到的等離子體，形成40nm厚的膜。
對(duì)這樣疊層膜得到的試樣晶片，經(jīng)過(guò)實(shí)際的半導(dǎo)體裝置制作工序中預(yù)想的400℃、1小時(shí)退火工序，實(shí)施帶試驗(yàn)(tape test)。所謂帶試驗(yàn)，是在試樣晶片上做2mm左右見(jiàn)方的大小，在其上貼附思高(Scotch)帶，對(duì)該思高帶進(jìn)行剝離，在各疊層膜接合力不足的情況下，疊層膜會(huì)與被剝離的帶一起被剝離，所以由此能夠評(píng)價(jià)薄膜的緊密接合性。
(比較例1)不使用精制器，將氣體容器中的水分濃度為100×10-9體積比左右的C5F8氣體供給到成膜處理部3，在與實(shí)施例2同樣的條件下形成添加氟的碳膜，進(jìn)行同樣的TDS測(cè)定。此時(shí)，由紅外激光吸光法測(cè)定接近成膜處理部3的測(cè)定點(diǎn)P處C5F8氣體的水分含有量，確認(rèn)了水分含有量為100×10-9體積比左右。該結(jié)果示于圖6(c)、圖7(c)。
(比較例2)而且，除了作為C5F8氣體是使用水分濃度為100×10-9體積比左右的氣體，其余都與實(shí)施例4同樣，制作試樣晶片，同樣實(shí)施帶試驗(yàn)。
(結(jié)果與考察)圖6(a)、(b)、(c)中橫坐標(biāo)表示溫度，縱坐標(biāo)表示分子的量。測(cè)定對(duì)象為氫氣(H2)、水(H2O)、氟(F)、氟化氫(HF)、一氧化碳(CO)、氟化碳(CF)等，圖中是表示各種數(shù)據(jù)的重疊狀態(tài)。而且，圖7(a)、(b)、(c)分別是改變刻度與測(cè)定對(duì)象而表示圖6(a)、(b)、(c)的主要部分。這里測(cè)定對(duì)象僅表示了氫氣(H2)、水(H2O)、氟(F)、氟化碳(CF)。這些都是基于測(cè)定后的膜厚及試樣面積而進(jìn)行規(guī)格化(校正)的情況。
該結(jié)果是確認(rèn)了比較例1與實(shí)施例2、實(shí)施例3的添加氟的碳膜相比，從膜脫離的H2O、H2、CF、HF、CO的量非常多。由此，在使用水分含有量為100×10-9體積比左右的C5F8氣體所形成的添加氟的碳膜中，進(jìn)入膜中的H2O的量多，通過(guò)對(duì)添加氟的碳膜加熱，膜中所包含的H2O自身會(huì)蒸發(fā)，H2O分解，生成H2、HF，它們會(huì)脫離，進(jìn)而這些氣體脫離，由此推斷膜脆化，CF自身也容易脫離。
與此相比，將實(shí)施例2與實(shí)施例3比較，從添加氟的碳膜脫離的H2O、H2、CF、CO、HF的量為相同的程度，這些量與比較例1相比，降低到大約1/4以下，由此可以確認(rèn)，如果使用水分含有量為60×10-9體積比左右的C5F8氣體，能夠減少膜的加熱時(shí)脫離氣體的量，形成熱穩(wěn)定性高的添加氟的碳膜。
進(jìn)而注目于F，脫離氣體的量急劇增加的溫度，比較例1最低，接著按照實(shí)施例3、實(shí)施例2的順序而升高。該傾向?qū)τ贑F也是同樣，由此確認(rèn)，水分含有量越少的C5F8氣體，F(xiàn)的脫離溫度越高，F(xiàn)為難以脫離的狀態(tài)，即熱穩(wěn)定性高。
這里將實(shí)施例2與實(shí)施例3比較，在實(shí)施例3中超過(guò)200℃時(shí)，脫離氣體的量急劇增加，與此相比，在實(shí)施例2中超過(guò)250℃時(shí)，脫離氣體的量急劇增加，F(xiàn)脫離的溫度不同，由此可以推測(cè)，在實(shí)施例2中高溫度下脫離的F是膜中游離的F的脫離，而在實(shí)施例3中200℃附近脫離的F，是由H2O的存在使CF分解，游離的F。
如實(shí)施例4，由水分濃度為20×10-9體積比左右的氣體制作的試樣晶片中不發(fā)生膜的剝離，進(jìn)而為4點(diǎn)彎曲法(例如參照EngineeringFracture Mechanics 61(1998)141-162)中測(cè)定的4.6～5.0J/m2。這里在Cu雙重大馬士革(Cu Damascene fabricating)的制作工序中使用的CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學(xué)機(jī)械拋光)中，一般地，如果4點(diǎn)彎曲法測(cè)定的值為2.7J/m2以上，就可以認(rèn)為不發(fā)生剝離，所以4.6～5.0J/m2的值充分滿(mǎn)足了這一范圍。
另一方面，在比較例2中，由水分濃度為100×10-9體積比左右的C5F8氣體制作的試樣晶片，5片中有3片發(fā)生了剝離。剝離發(fā)生的場(chǎng)所，雖然是由于SiCN膜僅有10nm的厚度而難以特別確定，但是是發(fā)生在CF膜與上層SiCN膜的界面，或上層SiCN膜與SiO2膜的界面。對(duì)發(fā)生剝離的晶片，進(jìn)而由4點(diǎn)彎曲法測(cè)定了緊密接合力，其值為2.1～2.5J/m2。
這樣，即使是C5F8氣體含有微量的水分，也會(huì)對(duì)CF膜的質(zhì)量產(chǎn)生影響，所以可以理解，水分的量的管理十分重要。這里，本發(fā)明者探索了微量水分的檢測(cè)方法，研究了水分的微量區(qū)域內(nèi)水分的量與膜的質(zhì)量的關(guān)系，即使是在100×10-9體積比的極微量區(qū)域，與100×10-9體積比相比，如果能夠?qū)⑺至恳种频?0×10-9體積比，就能夠大幅度地提高膜的質(zhì)量，而且，如果能夠?qū)⑺至恳种频?0×10-9體積比，就能夠使膜的質(zhì)量進(jìn)一步提高。
添加氟的碳膜，如“背景技術(shù)”中所述，已知作為層間絕緣膜是有效的，但考慮到良好質(zhì)量的添加氟的碳膜的制造極為困難，從這一背景出發(fā)，把握微量水分區(qū)域中水分量的指標(biāo)，是向著實(shí)現(xiàn)添加氟的碳膜的一大進(jìn)步，所以本發(fā)明是極為有效的。
權(quán)利要求
1.一種等離子體成膜方法，其特征在于將水分含有量為60×10-9體積比以下的C5F8氣體等離子體化，形成添加氟的碳膜。
2.一種等離子體成膜方法，其特征在于將通過(guò)對(duì)填充了具有親水性或還原作用的表層的物質(zhì)的精制器進(jìn)行通氣而去除了水分的C5F8氣體等離子體化，形成添加氟的碳膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等離子體成膜方法，其特征在于通過(guò)對(duì)所述精制器進(jìn)行通氣而去除了水分的C5F8氣體，其水分含有量為60×10-9體積比以下。
4.一種等離子體成膜裝置，其特征在于具有C5F8氣體的供給源；將C5F8氣體等離子體化、在基板上形成添加氟的碳膜的成膜處理部；連接所述供給源與所述成膜處理部、用于向成膜處理部供給C5F8氣體的供給路；以及設(shè)置在該供給路上、填充了具有親水性或還原作用的表層的物質(zhì)的精制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體成膜裝置，其特征在于所述精制器的氣體排出口設(shè)置在成膜處理部的氣體導(dǎo)入口的附近。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的等離子體成膜裝置，其特征在于向成膜處理部供給的C5F8氣體，通過(guò)對(duì)所述精制器進(jìn)行通氣而除去水分，使其水分含有量為60×10-9體積比以下。
全文摘要
本發(fā)明提供等離子體成膜方法及其裝置，使用水分含量為60×10
文檔編號(hào)H01L21/70GK101032005SQ200580028448
公開(kāi)日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2005年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月25日
發(fā)明者小林保男, 西澤賢一, 龜嵨隆季, 伊崎隆一郎, 神力學(xué) 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社, 大陽(yáng)日酸株式會(huì)社, 大見(jiàn)忠弘