專利名稱：等離子體處理方法及等離子體灰化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體處理方法及等離子體灰化裝置，特別是涉及抑制對低介電常數(shù)膜(下面稱作“Low-k膜”)造成膜損傷的等離子體處理方法及等離子體灰化裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體元件中，為了器件的運(yùn)行速度的高速化，銅配線和將介質(zhì)的介電常數(shù)與真空的介電常數(shù)之比，即比介電常數(shù)在3. O以下的Low-k膜用作層間絕緣膜，用金屬填埋晶片上的溝后，剩余的金屬通過化學(xué)機(jī)械研磨法(并用藥品的研磨技術(shù))加以去除的大馬士革工藝(damascene process)是主流。今后，為了進(jìn)一步謀求處理速度的高速化，作為Low_k膜，要求介電常數(shù)更小的Low-k膜。一般，Low-k膜是以SiOC作為主成分的化合物，為了降低比介電常數(shù)(k)，嘗試采用增加成分中的碳含量或在膜中設(shè)置孔進(jìn)行多孔化的方法。
作為等離子體處理這樣的Low-k膜時(shí)的問題，存在等離子體蝕刻或等離子體灰化后，由于Low-k膜的膜損傷而使比介電常數(shù)增加的問題。作為原因，通過蝕刻或灰化的等離子體處理時(shí)，抽出SiOC的膜中的碳(C)，Si0鍵成為主體，故比介電常數(shù)上升。另外，在蝕刻或灰化處理中采用氟系氣體時(shí)，由于抽出SiOC膜的硅(Si)，膜厚減少，故發(fā)生機(jī)械強(qiáng)度降低的問題。針對這樣的問題，作為修復(fù)多孔Low-k膜的膜質(zhì)的方法，專利文獻(xiàn)I中記載了供給具有Si-C-Si鍵的材料，修復(fù)膜質(zhì)的方法。另外，專利文獻(xiàn)2中記載了采用結(jié)合了 Si-CH3基的材料，修復(fù)膜損傷的方法。另外，專利文獻(xiàn)3中記載了在蝕刻領(lǐng)域，對硫化鋅(ZnS)等含鋅(Zn)的被蝕刻構(gòu)件，采用甲烷氣與氬氣，以大的蝕刻速度容易地進(jìn)行蝕刻處理的干蝕刻法，專利文獻(xiàn)4中記載了對Low-k介電體材料，在含氫及任意的氮、大量的水蒸氣、更大量的氬或氦的等離子體中，再添加甲烷等烴類氣體體，進(jìn)行灰化的方法?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)[專利文獻(xiàn)I]特開2008-117903號公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]特開2008-98418號公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]特開平9-326298號公報(bào)[專利文獻(xiàn)4]特開2008-277812號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)，作為Low-k膜的等離子體蝕刻后的等離子體灰化，探討了采用甲烷氣的灰化。然而，專利文獻(xiàn)3的采用甲烷氣與氬氣的等離子體處理方法，是如硫化鋅(ZnS)等含Zn的被蝕刻構(gòu)件的蝕刻方法，被蝕刻了的試樣，特別是對被蝕刻了的Low-k膜的灰化處理未進(jìn)行探討。另外，在專利文獻(xiàn)4的使用甲烷氣與氬氣的灰化方法中，灰化氣中含有氫，或大量水蒸汽，不能充分進(jìn)行對Low-k膜的膜損傷的抑制。另外，由于甲烷氣是易堆積的氣體，甲烷氣難以有效從氣體供給部向灰化處理的晶片供給。因此，采用甲烷氣進(jìn)行灰化處理時(shí)，難以在高速下進(jìn)行抑制膜損傷的灰化處理。因此，本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種在具有Low-k膜的試樣的等離子體灰化處理中，邊高速進(jìn)行灰化處理，邊抑制或減少對Low-k膜的膜損傷的處理方法。用于解決課題的手段本發(fā)明的等離子體處理方法，其是對具有Low-k膜的試樣進(jìn)行等離子體處理 的等離子體處理方法，其特征在于，具有如下工序采用包含烴類氣體與稀有氣體的混合氣體，在等離子體蝕刻工序中對經(jīng)等離子體蝕刻的試樣進(jìn)行等離子體灰化的工序。另外，本發(fā)明的等離子體處理方法，其是采用等離子體灰化裝置的等離子體處理方法，其特征在于，試樣具有Low-k膜，對經(jīng)等離子體蝕刻的上述試樣采用包含烴類氣體與稀有氣體的混合氣體進(jìn)行等離子體灰化；所述等離子體灰化裝置具有真空處理室，該真空處理室包含電介質(zhì)內(nèi)筒、處于該內(nèi)筒上方的氣體導(dǎo)入部、以及處于該內(nèi)筒下方的處理容器；于該內(nèi)筒外周卷繞的感應(yīng)線圈；供給該感應(yīng)線圈高頻電力的高頻電源；以及，設(shè)置于上述真空處理室內(nèi)的放置試樣的試樣臺；對上述試樣進(jìn)行等離子體灰化。另外，本發(fā)明的等離子體灰化裝置，其特征在于，具有真空處理室，該真空處理室包含電介質(zhì)的內(nèi)筒、處于該內(nèi)筒上方的氣體導(dǎo)入部、以及處于該內(nèi)筒下方的處理容器；于該內(nèi)筒的外周卷繞的感應(yīng)線圈；供給該感應(yīng)線圈高頻電力的高頻電源；以及設(shè)置于上述真空處理室內(nèi)的放置具有Low-k膜的試樣的試樣臺；在對上述試樣進(jìn)行等離子體灰化的等離子體灰化裝置中，具有將經(jīng)等離子體蝕刻的上述具有Low-k膜的試樣放置于上述試樣臺上的裝置；以及向上述試樣臺上放置的具有上述Low-k膜的試樣供給包含烴類氣體與稀有氣體的混合氣體的裝置。發(fā)明效果按照本發(fā)明的構(gòu)成，能夠抑制或降低對Low-k膜的膜損傷，進(jìn)行高速的灰化處理。


圖I為本發(fā)明中使用的等離子體灰化裝置的概略斷面圖。圖2為表示進(jìn)行本發(fā)明的灰化處理的蝕刻處理后的Low-k膜的斷面結(jié)構(gòu)之一例的圖。圖3為表示實(shí)施本發(fā)明的灰化處理時(shí)的反應(yīng)模型的圖。圖4為表示除去反應(yīng)生成物后的過灰化處理時(shí)的反應(yīng)模型圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明對膜厚損失量的評價(jià)結(jié)果。[符號的說明]I頂板、2護(hù)罩、3冷卻配管、4鋁容器、5石英容器、6感應(yīng)線圈、7高頻電源、8晶片臺、9晶片臺支持體、10阻流板、11排氣裝置、12灰化用氣體、13抗蝕劑掩模、14碳硬質(zhì)掩模、15Low-k膜、16反應(yīng)生成物、17氬(Ar)氣、18碳(C+)自由基、19甲烷(CH4)氣、20氫(H+)自由基、21抽掉的碳(C)
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明的實(shí)施方案參照附圖加以說明。圖I為本發(fā)明中使用的等離子體灰化裝置的概略斷面圖。本發(fā)明的等離子體灰化裝置是結(jié)構(gòu)簡單、易得到高密度的等離子體的電感稱合等離子體(Inductively Coupled Plasma :下稱“ICP”)方式的采用螺旋天線型的向下流動(dòng)式灰化裝置。在內(nèi)部產(chǎn)生等離子體的真空處理室，如以下所示，由頂板I、石英容器5和鋁容器4等構(gòu)成。石英容器5，由圓筒形石英構(gòu)成，其外周等間隔地卷繞感應(yīng)線圈6，通過高頻電源7向感應(yīng)線圈6供給高頻電力，從感應(yīng)線圈6產(chǎn)生感應(yīng)磁場。另外，石英容器5的高度，應(yīng)使晶片臺8上放置的試樣即晶片上的等離子體分布達(dá)到均勻的高度。另外，在感應(yīng)線圈6的外周，為了防止高頻泄漏，設(shè)置帶冷卻配管3的護(hù)罩2?；一脷怏w12從石英容器5上部設(shè)置的頂板I的中心供給，在頂板I的緊靠下邊設(shè)置石英制檔·板10，用檔板10使灰化用氣體12 —次向外周方向分散。然后，向外周方向分散的灰化用氣體12沿石英容器5的內(nèi)壁，朝向下方的晶片臺8上設(shè)置的試樣即晶片，通過等離子體的擴(kuò)散，均勻地向晶片表面供給。另外，灰化用氣體12沿上述石英容器5的內(nèi)壁的流動(dòng)，是為了向感應(yīng)線圈6的附近供給灰化用氣體12。一般來說，ICP型等離子體源，由于感應(yīng)線圈6的附近的等離子體密度高，故通過上述灰化用氣體12的流動(dòng)，可產(chǎn)生高密度的等離子體。另外，由于在與石英容器5的外周鄰近，以石英容器5的中心軸作為縱向的方向上均等地卷繞感應(yīng)線圈6，因此，例如通過向感應(yīng)線圈6供給1000W的高頻電力，可將石英容器5在200°C均勻地進(jìn)行溫控。把放置了試樣即晶片的晶片臺8，設(shè)置在鋁容器4內(nèi)，由鋁制的晶片臺支持體9來支撐。還有，鋁容器4由鋁制成。晶片臺8的表面，為了不接觸晶片的端部而形成無階梯的平坦結(jié)構(gòu)。還有，在晶片臺8的表面，嵌入9個(gè)鋁釘(未圖示)，通過該鋁釘，形成晶片背面與晶片臺8的表面不直接接觸(點(diǎn)接觸)的結(jié)構(gòu)，謀求降低晶片背面的污染。另外，具有對晶片臺8進(jìn)行溫控的溫控裝置(未圖示)，能夠?qū)_8從0°C至400°C進(jìn)行溫控。實(shí)施例I下面對采用上述等離子體灰化裝置的灰化處理加以說明。采用等離子體蝕刻裝置進(jìn)行了蝕刻的抗蝕劑掩模13與碳硬質(zhì)掩模14的疊層結(jié)構(gòu)掩模作為掩模，采用傳送裝置(未圖示)于晶片臺8上設(shè)置具有SiOC膜15的晶片。將甲烷(CH4)氣19與氬(Ar)氣17以表I所示的氣體流量供給石英容器5，將真空處理室內(nèi)的壓力通過排氣裝置11調(diào)整至200Pa。接著，向感應(yīng)線圈6供給1000W的高頻電力，使等離子體產(chǎn)生，對晶片臺8上放置的晶片進(jìn)行灰化。還有，將晶片在灰化中的臺溫調(diào)整至300°C。灰化僅進(jìn)行預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，在經(jīng)過該時(shí)間后，晶片臺8上設(shè)置的晶片通過傳送裝置從等離子體灰化裝置送出。表I
權(quán)利要求
1.等離子體處理方法，其是對具有L0W-k膜的試樣進(jìn)行等離子體處理的等離子體處理方法，其特征在于，具有采用包含烴類氣體與稀有氣體的混合氣體，在等離子體蝕刻工序中對經(jīng)等離子體蝕刻的上述試樣進(jìn)行等離子體灰化的工序。
2.按照權(quán)利要求I所述的等離子體處理方法，其特征在于，上述烴類氣體為甲烷氣，上述稀有氣體為IS氣。
3.等離子體處理方法，其是采用等離子體灰化裝置的等離子體處理方法，其特征在于，試樣具有Low-k膜，對經(jīng)等離子體蝕刻的上述試樣采用包含烴類氣體與稀有氣體的混合氣體進(jìn)行等離子體灰化； 所述等離子體灰化裝置具有真空處理室，該真空處理室包含電介質(zhì)內(nèi)筒、處于該內(nèi)筒上方的氣體導(dǎo)入部、以及處于該內(nèi)筒下方的處理容器；于該內(nèi)筒外周卷繞的感應(yīng)線圈；供給該感應(yīng)線圈高頻電力的高頻電源；以及，設(shè)置于上述真空處理室內(nèi)的放置試樣的試樣臺；對上述試樣進(jìn)行等離子體灰化。
4.按照權(quán)利要求3所述的等離子體處理方法，其特征在于，上述烴類氣體為甲烷氣，上述稀有氣體為IS氣。
5.按照權(quán)利要求3所述的等離子體處理方法，其特征在于，上述烴類氣體為甲烷氣，上述稀有氣體為氬氣，烴類氣體與氬氣體的混合氣的氣體流量比為1:100以上。
6.按照權(quán)利要求3所述的等離子體處理方法，其特征在于，上述烴類氣體為甲烷氣，上述稀有氣體為氬氣，供給上述感應(yīng)線圈的高頻電力為1000W以上。
7.按照權(quán)利要求3所述的等離子體處理方法，其特征在于，上述烴類氣體為甲烷氣，上述稀有氣體為氬氣，向上述感應(yīng)線圈供給1000W以上的高頻電力，上述試樣臺將溫度調(diào)整為250°C以上。
8.等離子體處理方法，其是對具有Low-k膜的試樣進(jìn)行等離子體處理的等離子體處理方法體，其特征在于，具有采用包含烴類氣體與稀有氣體與氫氣的混合氣體，在等離子體蝕刻工序中對經(jīng)等離子體蝕刻的上述試樣進(jìn)行等離子體灰化的工序。
9.等離子體灰化裝置，具有真空處理室，該真空處理室包含電介質(zhì)內(nèi)筒、處于該內(nèi)筒上方的氣體導(dǎo)入部、以及處于該內(nèi)筒下方的處理容器；于該內(nèi)筒外周卷繞的感應(yīng)線圈；供給該感應(yīng)線圈高頻電力的高頻電源；以及，設(shè)置于上述真空處理室內(nèi)的放置具有Low-k膜的試樣的試樣臺；在對上述具有Low-k膜的試樣進(jìn)行等離子體灰化的等離子體灰化裝置中，其特征在于，具有將經(jīng)等離子體蝕刻的上述具有Low-k膜的試樣放置于上述試樣臺上的裝置；以及，向上述試樣臺上放置的具有上述Low-k膜的試樣供給包含烴類氣體與稀有氣體的混合氣體的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及等離子體處理方法及等離子體灰化裝置,目的是提供在具有Low-k膜的試樣的等離子體灰化處理中，邊高速進(jìn)行灰化處理，邊抑制或減少對Low-k膜的膜損傷的處理方法。在對具有Low-k膜(15)的試樣進(jìn)行等離子體處理的等離子體處理方法中，具有對上述試樣進(jìn)行等離子體蝕刻的工序；采用包含烴類氣體即甲烷(CH4)氣(19)與稀有氣體即氬(Ar)氣的混合氣體，將等離子體蝕刻工序中經(jīng)等離子體蝕刻的抗蝕劑掩模(13)、碳硬質(zhì)掩模(14)、附著了反應(yīng)生成物(16)的具有Low-k膜(15)的試樣，采用來自甲烷(CH4)氣(19)的碳(C+)自由基(18)與氫(H+)自由基(20)，進(jìn)行等離子體灰化的工序。
文檔編號H01J37/32GK102891061SQ20121025267
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者工藤豐, 檜山真 申請人:株式會社日立高新技術(shù), 株式會社日立國際電氣