專利名稱：等離子成膜方法以及等離子成膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由等離子形成絕緣膜、例如加氟碳膜(氟碳膜)的等離子成膜方法以及等離子成膜裝置。
背景技術(shù)：
作為使半導(dǎo)體器件高度集成化的一種方法，人們采用多層布線結(jié)構(gòu)。為了采用多層布線結(jié)構(gòu)，要使第n層的布線層和第(n+1)層的布線層之間通過導(dǎo)電層相連，并且要在導(dǎo)電層之外的區(qū)域形成被稱作層間絕緣膜的薄膜。具有代表性的層間絕緣膜有氧化硅膜，而為了進(jìn)一步提高器件的工作速度，要使層間絕緣膜的介電常數(shù)降低。
在這種背景下，加氟碳膜受到人們的關(guān)注，與氧化硅膜相比，采用上述加氟碳膜能夠大幅度降低介電常數(shù)。作為這種加氟碳膜的成膜方法，特開平11-162960號公報(bào)已經(jīng)公知。根據(jù)該文獻(xiàn)的段落0016至0018的記載，該加氟碳膜的原料氣體使用的是環(huán)鏈結(jié)構(gòu)的C5F8，通過2.45GHz的微波與875高斯的磁場的相互作用產(chǎn)生電子回旋共振(FCR)使得Ar氣體等用來產(chǎn)生等離子的氣體等離子化，通過該等離子使上述C5F8氣體等離子化而使得加氟碳膜在半導(dǎo)體晶片(以下稱作晶片)上成膜。
作為原料氣體，人們還知道C4F8等，但如圖8所示，使用C5F8則容易使其分解生成物呈立體結(jié)構(gòu)，因而具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，能夠得到C-F鏈更為牢固因而介電常數(shù)低、泄漏電流也小而且膜的強(qiáng)度高且應(yīng)力耐受性高的層間絕緣膜。
然而，在通過等離子形成膜時(shí)，若提高作業(yè)壓力，則容易在氣相條件下發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)所產(chǎn)生的粒子會附著在晶片上，而該粒子在輸送過程中有可能成為粉塵四處飛散。此外，會使等離子的電子密度降低而導(dǎo)致成膜速度降低，由于生產(chǎn)率低而無法適應(yīng)批量化生產(chǎn)的要求。因此，其前提是要將作業(yè)壓力(處理氣氛的壓力)設(shè)定在例如低于100Pa的較低的壓力下進(jìn)行成膜。
但是，若作業(yè)壓力過低，則等離子中的電子溫度提高，導(dǎo)致原料氣體過度分解、即分子被所謂細(xì)細(xì)分?jǐn)喽兂赏耆煌慕M成和結(jié)構(gòu)，無法使原有的原料組成和結(jié)構(gòu)得到利用。在例如將C5F8氣體作為原料使用的場合，被細(xì)細(xì)分解的分解生成物將積淀在晶片上而呈無序狀態(tài)，因而無法得到介電常數(shù)低的膜，而且泄漏電流等電氣性能、膜的強(qiáng)度和應(yīng)力耐受性等機(jī)械性能、以及耐水性等化學(xué)性能變差。雖然C5F8氣體的優(yōu)點(diǎn)是例如可得到(CF2)的立體的鏈結(jié)構(gòu)，可得到介電常數(shù)低且機(jī)械性能等優(yōu)異的加氟碳膜，但現(xiàn)狀是在實(shí)際當(dāng)中這種優(yōu)點(diǎn)未能得到充分的發(fā)揮。雖然提高作業(yè)壓力可使電子溫度降低，避免原料過度分解，但這也會帶來前述粉塵、成膜速度等問題，其結(jié)果，這些參數(shù)存在著相互矛盾的關(guān)系，最終成為阻礙實(shí)現(xiàn)加氟碳膜形成的一個(gè)原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供這樣一種裝置及方法，即，在使原料氣體等離子化而形成絕緣膜時(shí)，能夠使原料組成得到利用而得到具有原有的分子鏈的絕緣膜。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能夠得到介電常數(shù)低且電氣性能優(yōu)異的絕緣膜的成膜裝置以及成膜方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案1是一種在放置在氣密處理容器內(nèi)的放置部上的基片上，由原料氣體等離子化所產(chǎn)生的等離子形成絕緣膜的等離子成膜方法，其特征是，原料氣體供給口和所說基片的表面之間的等離子產(chǎn)生空間內(nèi)的以均方速度進(jìn)行定義的電子溫度為3eV以下，并且電子密度為5×1011個(gè)/cm3以上。
根據(jù)該技術(shù)方案，由于電子溫度為3eV以下，因而能夠避免原料氣體過度分解，因此，能夠得到利用了原料氣體的性能的原有的分子結(jié)構(gòu)，得到例如介電常數(shù)低且電氣性能優(yōu)異的絕緣膜。
本發(fā)明技術(shù)方案2的特征是，將微波經(jīng)由波導(dǎo)管向與放置部相向設(shè)置的平面天線構(gòu)件進(jìn)行引導(dǎo)，從在該平面天線構(gòu)件上沿圓周方向形成的多個(gè)狹縫發(fā)射所說微波，利用該微波的能量使原料氣體等離子化。
本發(fā)明技術(shù)方案3的特征是，所說狹縫的長度尺寸設(shè)定在所說平面天線構(gòu)件的所說波導(dǎo)管一側(cè)的微波的波長的1/2、與所說平面天線構(gòu)件的所說等離子產(chǎn)生空間一側(cè)的微波的波長的1/2之間。
本發(fā)明技術(shù)方案4的特征是，所說多個(gè)狹縫以所說平面天線構(gòu)件的中央為中心呈同心圓形狀或渦旋形狀排列。
本發(fā)明技術(shù)方案5的特征是，微波從所說平面天線構(gòu)件上作為圓偏振波或直線偏振波發(fā)射。
本發(fā)明技術(shù)方案6的特征是，處理氣氛的壓力在19.95Pa以下。根據(jù)該技術(shù)方案，由于是將處理容器內(nèi)的壓力設(shè)定在19.95Pa(150mTorr)以下進(jìn)行成膜的，因此，由后述的實(shí)驗(yàn)的例子中也可知，通過對工藝條件進(jìn)行選擇可得到介電常數(shù)低且電氣性能優(yōu)異的絕緣膜。
本發(fā)明技術(shù)方案7的特征是，在所說基片上形成的絕緣膜是加氟碳膜。
本發(fā)明技術(shù)方案8的特征是，所說原料氣體是C5F8氣體。
本發(fā)明技術(shù)方案9的特征是，包括氣密的處理容器，內(nèi)部設(shè)置有放置基片的放置部；原料氣體供給部，將用來在所說基片上形成絕緣膜的原料氣體向所說處理容器內(nèi)進(jìn)行供給；微波發(fā)生器，產(chǎn)生用來使所說原料氣體等離子化的微波；波導(dǎo)管，將由該微波發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生引導(dǎo)到微波向所說處理容器內(nèi)；以及平面天線構(gòu)件，連接在該波導(dǎo)管上并與所說放置部相向設(shè)置，沿圓周方向形成有多個(gè)狹縫；并且，以可使所說原料氣體供給部的原料氣體供給口和所說基片的表面之間的等離子產(chǎn)生空間中的以均方速度進(jìn)行定義的電子溫度在3eV以下，并且電子密度在5×1011個(gè)/cm3以上。
本發(fā)明技術(shù)方案10的特征是，所說狹縫的長度尺寸設(shè)定在所說平面天線構(gòu)件的所說波導(dǎo)管一側(cè)的微波的波長的1/2、與所說平面天線構(gòu)件的所說等離子產(chǎn)生空間一側(cè)的微波的波長的1/2之間。
本發(fā)明技術(shù)方案11的特征是，所說多個(gè)狹縫以所說平面天線構(gòu)件的中央為中心呈同心圓形狀或渦旋形狀排列。
本發(fā)明技術(shù)方案12的特征是，微波從所說平面天線構(gòu)件上作為圓偏振波或直線偏振波發(fā)射。
本發(fā)明技術(shù)方案13的特征是，在所說基片上形成的絕緣膜是加氟碳膜。
本發(fā)明技術(shù)方案14的特征是，所說原料氣體是C5F8氣體。


圖1是對作為本發(fā)明的實(shí)施形式的等離子成膜裝置的概略構(gòu)成進(jìn)行展示的縱向剖視圖。
圖2是對上述等離子成膜裝置中所使用的第2氣體供給部進(jìn)行展示的俯視圖。
圖3是上述等離子成膜裝置中所使用的天線部的局部剖切后的立體圖。
圖4是上述等離子成膜裝置中所使用的平面天線構(gòu)件的俯視圖。
圖5是為了對電子溫度的定義進(jìn)行說明而對電子數(shù)和電子溫度的關(guān)系進(jìn)行展示的說明圖。
圖6是對絕緣膜的介電常數(shù)和泄漏電流的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行展示的說明圖。
圖7是對絕緣膜的介電常數(shù)和泄漏電流的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行展示的說明圖。
圖8是對原料氣體的分子結(jié)構(gòu)和絕緣膜的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行展示的說明圖。
具體實(shí)施例方式
下面，就本發(fā)明等離子成膜裝置的一個(gè)實(shí)施形式結(jié)合圖1至圖7進(jìn)行說明。如圖1所示，該等離子成膜裝置是利用徑向狹縫天線產(chǎn)生等離子的CVD(chemical vapor deposition)裝置。圖中的1是例如總體上呈筒體狀構(gòu)成的處理容器(真空室)，處理容器1的側(cè)壁和底部例如由摻鋁不銹鋼等構(gòu)成，內(nèi)壁表面上形成有由氧化鋁形成的保護(hù)膜。
在處理容器1的大約正中部位，設(shè)置有下面襯著絕緣材料11a設(shè)置的、作為用來放置基片、例如晶片W的放置部的放置臺11。該放置臺11例如由氮化鋁(AlN)或氧化鋁(Al2O3)構(gòu)成，內(nèi)部設(shè)置有供冷卻介質(zhì)流通的冷卻管11b，并且設(shè)置有與該冷卻管11b一起形成溫調(diào)部的未圖示的加熱器。放置臺11的放置面以具有靜電吸持功能而構(gòu)成。此外，有頻率為例如13.56MHz的偏置用高頻電源12與放置臺11相連，偏置用高頻可使放置臺11的表面成為負(fù)電位從而能夠非常垂直地吸引等離子區(qū)中的離子。
所說處理容器1的頂部是開放的，在這個(gè)部分，與放置臺11相向地設(shè)置地設(shè)置有中間襯著O型環(huán)等密封件(未圖示)、例如俯視時(shí)的形狀大致為圓形的第1氣體供給部2。該氣體供給部2例如由Al2O3構(gòu)成，在與放置臺11相向的面上形成有多個(gè)氣體供給孔21。在氣體供給部2的內(nèi)部形成有與氣體供給孔21的一端連通的氣體流通路徑22，第1氣體供給路徑23的一端與該氣體流通路徑22相連。另一方面，第1氣體供給路徑23的另一端連接到作為等離子氣體的氬氣(Ar)或氪氣(Kr)等的供給源24以及氫氣(H2)的供給源25上，這些氣體經(jīng)由第1氣體供給路徑23向氣體流通路徑22供給，經(jīng)由所說氣體供給孔21均勻地向第1氣體供給部2的下方的空間進(jìn)行供給。在本例中，將第1氣體供給部2的下表面與放置臺11上的晶片W的表面之間的距離設(shè)定為50mm。
此外，所說處理容器1在其放置臺11與第1氣體供給部2之間具有例如將它們之間分隔開的例如俯視時(shí)的形狀大致為圓形的第2氣體供給部3。該第2氣體供給部3由例如含有鎂(Mg)的鋁(Al)合金或摻Al不銹鋼等導(dǎo)電體構(gòu)成，在與放置臺11相向的面上形成有多個(gè)第2氣體供給孔31。在該第2氣體供給部3的內(nèi)部，形成有例如圖2所示與氣體供給孔31的一端連通的格柵狀的氣體流通路徑32，第2氣體供給路徑33的一端與該氣體流通路徑32相連。此外，在第2氣體供給部3上，形成有貫穿該氣體供給部3的多個(gè)開口部34。該開口部34是為了使等離子或等離子中的原料氣體能夠流通到該氣體供給部3下方的空間中去，例如是在相鄰的氣體流通路徑32之間形成的。
在這里，第2氣體供給部3與經(jīng)由第2氣體供給路徑33供給作為原料氣體的含有氟和碳的原料氣體例如C5F8氣體的供給源35相連，該原料氣體經(jīng)由第2氣體供給路徑33依次從氣體流通路徑32中流過，并經(jīng)由所說氣體供給孔31向第2氣體供給部3的下方空間均勻地進(jìn)行供給。圖中的V1～V3是閥，101～103是流量調(diào)整部。
在所說第1氣體供給部3的上部，中間襯著O型環(huán)等密封件(未圖示)設(shè)置有例如由Al2O3等電介質(zhì)構(gòu)成的蓋板13，在該蓋板13的上部，設(shè)置有與該蓋板13緊密接觸的天線部4。該天線部4如圖3所示，具有俯視時(shí)形狀為圓形的下表面一側(cè)開口的扁平的天線本體41、以及將該天線本體41的所說下表面一側(cè)的開口部封堵起來的、形成有多個(gè)狹縫的圓板形的平面天線構(gòu)件(狹縫板)42，上述天線本體41和平面天線構(gòu)件42由導(dǎo)體構(gòu)成，構(gòu)成了扁平的中空的圓形波導(dǎo)管。
此外，在所說平面天線構(gòu)件42與天線本體41之間，設(shè)置有例如由Al2O3或氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)等低損耗介電材料構(gòu)成的滯相板43。該滯相板43是為了縮短微波的波長使其在所說波導(dǎo)管內(nèi)的波長變短。在該實(shí)施形式中，由上述天線本體41、平面天線構(gòu)件42、滯相板43構(gòu)成了徑向狹縫天線。
如上構(gòu)成的天線部4是以其所說平面天線構(gòu)件42中間襯著未圖示的密封件與蓋板13緊密接觸的狀況安裝在處理容器1上的。而且，該天線部4經(jīng)由同軸波導(dǎo)管44與外部的微波發(fā)生機(jī)構(gòu)45相連，供給例如頻率為2.45GHz或8.3GHz的微波。此時(shí)，同軸波導(dǎo)管44的外部的波導(dǎo)管44A與天線本體41相連，而中心導(dǎo)體44B經(jīng)由滯相板43上所形成的開口部與平面天線構(gòu)件42相連。
所說平面天線構(gòu)件42例如由厚度為1mm左右的銅板構(gòu)成，并如圖3和圖4所示，形成有例如用來發(fā)生圓偏振波的多個(gè)狹縫46。該狹縫46是以相隔很小距離呈T字形布置的一對狹縫46a、46b為一組，沿圓周方向例如呈同心圓形狀或渦旋形狀形成。由于狹縫46a和狹縫46b如上所述是以彼此大致相垂直地排列的，因此，能夠發(fā)射出含有相垂直的兩種偏振波成分的圓偏振波。
此時(shí)，以平面天線構(gòu)件42的中央為中心呈同心圓形狀或渦旋形狀排列的狹縫46a、46b是以與微波的被滯相板43壓縮后的波長相應(yīng)的間隔排列的，因此，微波將從平面天線構(gòu)件42上大致成平面波發(fā)射出來。具體地說，在該例子中，將各狹縫46a、46b的狹縫長L1的尺寸設(shè)定為例如介于平面天線構(gòu)件42的波導(dǎo)管一側(cè)的微波的波長的1/2與平面天線構(gòu)件42的等離子產(chǎn)生空間一側(cè)的微波的波長的1/2之間。即，將其尺寸設(shè)定為平面天線構(gòu)件42的同軸波導(dǎo)管44一側(cè)的微波的波長的1/2以下、且大于平面天線構(gòu)件42的等離子產(chǎn)生空間(處理容器1內(nèi))一側(cè)的微波的波長的1/2，使得微波能夠穿過狹縫46進(jìn)入等離子空間而不會從等離子空間返回同軸波導(dǎo)管44一側(cè)。此外，對于呈同心圓形狀排列的狹縫46，將內(nèi)環(huán)的狹縫46與外環(huán)的狹縫46之間的間隔L2設(shè)定為例如同軸波導(dǎo)管44一側(cè)的微波波長的1/2。
此外，在處理容器1的底部有排氣管14與之相連，該排氣管14經(jīng)由壓力調(diào)整部51連接到作為真空排氣機(jī)構(gòu)的真空泵上，能夠?qū)⑻幚砣萜?內(nèi)抽真空到既定的壓力。
下面，就以該裝置實(shí)施的本發(fā)明成膜方法的一個(gè)例子進(jìn)行說明。首先，通過未圖示的閘閥將例如作為表面形成有鋁配線的基片的晶片W送入并放置在放置臺11上。接下來，將處理容器1的內(nèi)部抽真空至既定的壓力，并經(jīng)由第1氣體供給路徑23向第1氣體供給部2以既定的流量例如300sccm供給等離子氣體、例如Ar氣體，經(jīng)由第2氣體供給路徑33以既定的流量、例如150sccm向作為原料氣體供給部的第2氣體供給部3供給原料氣體、例如C5F8.之后，使處理容器1內(nèi)維持例如作業(yè)壓力13.3Pa，將放置臺11的表面溫度設(shè)定為350℃。
另一方面，當(dāng)由微波發(fā)生機(jī)構(gòu)供給2.45GHz、2000W的高頻(微波)時(shí)，該微波將以TM模式或TE模式或TE模式在同軸波導(dǎo)管44內(nèi)傳輸而到達(dá)天線部4的平面天線構(gòu)件42處，在經(jīng)由同軸波導(dǎo)管的內(nèi)部導(dǎo)體44B從平面天線構(gòu)件42的中心部位朝向周邊區(qū)域呈輻射狀傳輸?shù)倪^程中，微波從狹縫對46a、46b經(jīng)由蓋板13、第1氣體供給部2朝向該氣體供給部2的下方的處理空間發(fā)射。在這里，蓋板13和第1氣體供給部2是由微波可穿透的材質(zhì)、例如Al2O3構(gòu)成的，因此，可起到微波穿透窗的作用，微波能夠高效率地透過。
此時(shí)，由于狹縫對46a、46b是如前已說明地進(jìn)行排列的，因此，可從平面天線構(gòu)件42的整個(gè)面均勻地發(fā)射圓偏振波，使得其下方的處理空間的電場密度均勻。在該微波能量的作用下，能夠在較寬的處理空間的整個(gè)區(qū)域范圍激勵(lì)出高密度且均勻的等離子。該等離子經(jīng)由第2氣體供給部3的開口部34流入該氣體供給部3的下方的處理空間中，使得從該氣體供給部3向該處理空間供給的C5F8氣體活化、即等離子化而形成活性物。這樣產(chǎn)生的C5F8氣體的等離子，其電子溫度的值較低例如為1.2eV。此外，由于作業(yè)壓力低，因而電子密度為1012個(gè)/cm3級。
這里所說的電子溫度是以均方速度進(jìn)行定義的，其測定方式可以是任意的。而測定點(diǎn)是在作為與原料氣體的供給部相當(dāng)?shù)牡?氣體供給部3的氣體供給口的氣體供給孔31與晶片W之間的空間內(nèi)，不包括處理容器1的壁附近或放置臺11的周圍的下部等處。此外，所謂以均方速度進(jìn)行定義，是指如圖5所示電子溫度與電子數(shù)之間的關(guān)系呈麥克斯波耳茲曼分布，各電子數(shù)平方后相加再取其平均值時(shí)的電子溫度。圖5中P1～P3分別是最大確立速度、均方速度、有效速度。
之所以如上所述得到電子溫度低且電子密度高的等離子的原因尚不明了，但可以考慮是否是由于從平面天線構(gòu)件42的圓周方向上所形成的狹縫46發(fā)射出來的微波使原料氣體等離子化時(shí)，電子相對于電場的跟隨性變好。也就是說，是否可以這樣推斷其主要原因，即，在使電子跟隨電場運(yùn)動的場合，若跟隨性不好則必須增強(qiáng)電場，但若跟隨性良好則即使不增強(qiáng)電場原料也能夠等離子化，而且擺脫電場與處理容器1的壁相撞而消失的電子也會少。
另一方面，被輸送到晶片W上的活性物雖然將作為CF膜而成膜，但此時(shí)在等離子吸引用偏置電壓的作用下被吸引到晶片W上的Ar離子，因?yàn)R射作用會將形成于晶片W表面的配線圖案的拐角部的CF膜削掉，在間隔擴(kuò)大的同時(shí)，CF膜從配線圖案的槽的底部成膜，CF膜填充到凹部中。CF膜如上形成的晶片W經(jīng)由未圖示的閘閥從處理容器1中被送出。
根據(jù)上述實(shí)施形式，是由電子溫度低且密度高的等離子形成絕緣膜的，因此，由后面的實(shí)施例也能夠得知，可得到介電常數(shù)低且泄漏電流小因而電氣性能良好的CF膜。其理由是，不會使作為原料氣體而使用的C5F8過度分解而導(dǎo)致各環(huán)鏈全部斷開，而能夠使CF鏈適度斷開，也就是說，能夠使一部分環(huán)鏈斷開，而斷開的C5F8之間可相連而得到CF鏈很長的立體結(jié)構(gòu)。也就是說，可使原料組成得到利用而得到具有原有的分子鏈的CF膜，因此，該CF膜因膜的強(qiáng)度高、應(yīng)力耐受性高而機(jī)械性能優(yōu)異，而且耐水性等化學(xué)性能也非常優(yōu)異。由于可以確保很高的電子密度，因此，不必?fù)?dān)心成膜速度低而無法在批量生產(chǎn)體系中得到應(yīng)用。
此外，作為CF膜的原料氣體，并不限于C5F8氣體，例如還可以是C3F6氣體、C4F6氣體或C4F8氣體等。此外，本發(fā)明中所成膜的絕緣膜并不限于CF膜，還可以是作為硅、氧和氟的化合物的SiOF膜等，對于其它的絕緣膜也能夠使原料組成得到利用而具有原有的鏈結(jié)構(gòu)，得到電氣性能等優(yōu)異的絕緣膜。
此外，平面天線構(gòu)件42上所形成的狹縫46并不限于上面所說明的大致呈T字形排列的狹縫46a、46b，也可以將狹縫設(shè)計(jì)成使微波不是以圓偏振波而是以直線偏振波發(fā)射的狹縫。另外，本發(fā)明還包括這樣的方案，即，對于利用電子回旋共振激勵(lì)等離子的ECR型等離子處理裝置、平行平板型等離子處理裝置或電感耦合型等離子處理裝置，通過在工藝條件及裝置的構(gòu)成方面采取措施，生成電子溫度為3eV以下、且電子密度為5×1011個(gè)/cm3以上的等離子而形成絕緣膜。
(實(shí)施例1)使用圖1的等離子成膜裝置，在不同的原料氣體種類和工藝條件下形成CF膜，對于各CF膜檢測其介電常數(shù)和泄漏電流，得到了圖6所示的結(jié)果。在圖6中，縱軸是時(shí)絕緣膜施加1MV/cm的電場時(shí)的泄漏電流的值，橫軸是絕緣膜的介電常數(shù)。對于各原料氣體，本發(fā)明人采集了大量的數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)的變化趨勢是相同的，因此，圖6中只示出具有代表性的數(shù)據(jù)。
□是原料氣體使用C3F6氣體時(shí)的數(shù)據(jù)，△是使用C4F6氣體時(shí)的數(shù)據(jù)，■是使用C4F8氣體時(shí)的數(shù)據(jù)，◇是使用C5F8氣體時(shí)的數(shù)據(jù)。作為與這些數(shù)據(jù)相對應(yīng)的、為得到CF膜而設(shè)定的工藝條件，使作業(yè)壓力在6.65～19.95Pa(50～150mTorr)、微波功率在1500～3000W、氬氣的流量在100～500sccm、原料氣體的流量在50～200sccm、晶片W與第2氣體供給部3的下表面之間的距離在40～105mm之間改變，從而生成了電子溫度為2eV以下的等離子。在使用C3F6氣體或C4F8氣體時(shí)，還要供給氫氣。
關(guān)于電子溫度的測定，是預(yù)先在相同條件下對從原料氣體的供給口至晶片之間的空間以朗繆爾探針進(jìn)行測定的。以均方速度進(jìn)行定義的電子溫度在1.1eV～2.0eV之間。此外，由于將作業(yè)壓力設(shè)定為6.65～19.95Pa(50～150mTorr)這一較低的壓力，因此，電子密度為1012個(gè)/cm3級，這一點(diǎn)通過朗繆爾探針測定得到確認(rèn)。在某一工藝條件下使用諸如C3F6氣體等原料氣體成膜時(shí)，求取該工藝條件下的電子溫度和電子密度的值的方法是，在相同的工藝條件下改換原料氣體而使用氬氣來產(chǎn)生等離子，對該等離子以朗繆爾探針測定電子溫度和電子密度。也就是說，就電子溫度和電子密度的測定而言，是使用氬氣進(jìn)行評價(jià)的。其理由是，雖然使用CF系氣體會對朗繆爾探針產(chǎn)生腐蝕，但作為電子溫度和電子密度來說，即使改變氣體種類也大致相同，因此，作為評價(jià)方法不會出現(xiàn)問題。
作為一個(gè)例子，列舉與介電常數(shù)為1.9～2.1的3點(diǎn)的◇的數(shù)據(jù)相對應(yīng)的工藝條件的具體數(shù)值，其作業(yè)壓力為13.3P(100mTorr)、微波功率為2000W、氬氣的流量為300sccm、原料氣體的流量為100sccm、晶片W與平面天線構(gòu)件的下表面之間的距離為50mm，電子溫度為1.1eV。此外，數(shù)據(jù)的值表示的是晶片上的3點(diǎn)的數(shù)據(jù)的平均值。
另一方面，○表示的是原料氣體使用C5F8氣體時(shí)的數(shù)據(jù)，是成膜裝置使用前述專利文獻(xiàn)1所記載的ECR等離子裝置，產(chǎn)生電子溫度為5eV～6eV的等離子而獲得CF膜，之后對該CF膜進(jìn)行檢測的數(shù)據(jù)。
要使其成為優(yōu)異的層間絕緣膜，要求其介電常數(shù)低、泄漏電流小，本發(fā)明人將2.2以下的介電常數(shù)、1.0E-08(1×10-8)A/cm2以下的泄漏電流作為目標(biāo)。由圖6所示的結(jié)果可知，若電子溫度為較高的超過5eV的值，則CF膜的介電常數(shù)將在2.5以上并且泄漏電流也將為1.0E-07(1×10-7)A/cm2這一較大的值，與目標(biāo)值存在差距，而若電子溫度為2eV以下，則或者介電常數(shù)降低或者泄漏電流減小，亦或二者均減小，總體上向目標(biāo)值靠近。
由該數(shù)據(jù)可知，即使電子溫度大于2eV，只要例如最大為3eV，則與5eV的數(shù)據(jù)相比可得到向圖6的曲線的左下方靠近的數(shù)據(jù)，即，可得到介電常數(shù)降低、泄漏電流減小的效果。因此，使電子溫度為3eV以下可抑制原料氣體過度分解而得到原有的分子結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)得到了證明。例如在原料使用C5F8的場合，與目標(biāo)值相當(dāng)靠近，可做出這樣的推斷，即，各C5F8的分子中的CF鏈被適度切斷，被切斷的C5F8分子之間相連而形成了CF的長鏈結(jié)構(gòu)，因此，使得絕緣膜的介電常數(shù)低、泄漏電流小。而相對于此，可以認(rèn)為，若電子溫度為5eV這一較高的值，C5F8將支離破碎而無法得到原有的鏈結(jié)構(gòu)。
關(guān)于電子密度，未取用小于5×1011個(gè)/cm3時(shí)的數(shù)據(jù)，而現(xiàn)有的ECR等裝置在采用通常的使用方法時(shí)，只要提高壓力便能夠得到低的電子溫度，但此時(shí)電子密度將降低，因此，在本發(fā)明中，為了與這種手法區(qū)分開而對電子密度進(jìn)行了規(guī)定。即，從經(jīng)驗(yàn)上來說，為了使氣體分離而得到足夠高的成膜速度，只要使電子密度達(dá)到5×1011個(gè)/cm3以上便不會有任何問題，這一點(diǎn)已經(jīng)掌握，而本發(fā)明是在以該條件為前提的基礎(chǔ)上以較低的電子溫度進(jìn)行作業(yè)的。
(實(shí)施例2)其次，使用圖1的等離子成膜裝置，原料氣體使用C5F8并將處理氣氛的壓力(作業(yè)壓力)設(shè)定為6.65Pa(50mTorr)、13.3Pa(100mTorr)、19.95Pa(150mTorr)、26.6Pa(200mTorr)4種壓力，在各種壓力下改變工藝條件而形成CF膜后，對各CF膜的介電常數(shù)和泄漏電流進(jìn)行檢測。其結(jié)果如圖7所示。圖7中，縱軸是對絕緣膜施加1MV/cm的電場時(shí)的泄漏電流的值，橫軸是絕緣膜的介電常數(shù)。所謂工藝條件，有第2氣體供給部3與晶片之間的距離(參照圖1)、微波功率、氬氣流量、原料氣體流量和晶片溫度等，在該實(shí)驗(yàn)中，不改變作業(yè)壓力而對上述工藝條件進(jìn)行不同的組合以形成CF膜。
由圖7可知，隨著工藝條件的改變，泄漏電流和介電常數(shù)的值有很大偏擺。例如對壓力設(shè)為13.3Pa時(shí)形成的CF膜和壓力設(shè)為26.6Pa時(shí)形成的CF膜進(jìn)行比較時(shí)發(fā)現(xiàn)，既出現(xiàn)了具有前者CF膜比起后者CF膜在泄漏電流和介電常數(shù)方面均優(yōu)異(要小)的關(guān)系的數(shù)據(jù)，也出現(xiàn)了具有與之相反關(guān)系的數(shù)據(jù)。就CF膜而言，泄漏電流越小且介電常數(shù)越小，絕緣膜的性能越好，因此，作為圖7中的數(shù)據(jù)，越靠曲線的左下方絕緣膜的性能越好。
在這里，也結(jié)合前面的實(shí)驗(yàn)例1的結(jié)果對圖7的結(jié)果進(jìn)行分析，通過改變包括作業(yè)壓力在內(nèi)的工藝條件，可使泄漏電流的值和介電常數(shù)的值均改變，而且，即使在作業(yè)壓力一定的場合，改變其它工藝條件仍能夠使數(shù)據(jù)離散，但數(shù)據(jù)離散的方式會隨著作業(yè)壓力的大小而改變。也就是說，通過調(diào)整工藝條件可使數(shù)據(jù)向圖7的左下方靠近，但其靠近方式會由于作業(yè)壓力的大小的不同而改變。在作業(yè)壓力為19.95Pa以下的場合，可得到介電常數(shù)在2.2附近且泄漏電流接近于1.0E-08(1×10-8)A/cm2的值，而在作業(yè)壓力為26.6Pa的場合，無法使介電常數(shù)達(dá)到2.3以下。
下面，對工藝條件以及泄漏電流和介電常數(shù)的變化趨勢進(jìn)行說明，雖然可以說存在著隨著晶片溫度降低泄漏電流變小，隨著作為氣體噴頭的第2氣體供給部3與晶片之間的距離縮小介電常數(shù)變小的趨勢，但為了使數(shù)據(jù)向圖7的左下方靠近，要對包括氣體流量在內(nèi)的工藝條件做微細(xì)的調(diào)整。由以上的結(jié)果可知，在等離子的電子溫度為3eV以下、最好是2eV以下，并且電子密度為5×1011個(gè)/cm3以上的條件下進(jìn)行作業(yè)的場合，使作業(yè)壓力為19.95Pa(150mTorr)以下，對于獲得具有良好性能的絕緣膜來說是應(yīng)當(dāng)采取的做法。對于作業(yè)壓力的下限，并無特別限定，若通過使用真空排氣容量大的泵而能夠?qū)崿F(xiàn)更低的作業(yè)壓力，則只要在該壓力下進(jìn)行作業(yè)即可。另外，在圖7中，就介電常數(shù)為2.3以下、且泄漏電流為5.0E-8(5×10-8)A/cm2以下的數(shù)據(jù)而言，由前面的圖6的結(jié)果可知其電子溫度當(dāng)然在2eV以下。
權(quán)利要求
1.一種等離子成膜方法，在放置在氣密處理容器內(nèi)的放置部上的基片上，由原料氣體等離子化所產(chǎn)生的等離子形成絕緣膜，其特征是，原料氣體供給口和所說基片的表面之間的等離子產(chǎn)生空間內(nèi)的以均方速度進(jìn)行定義的電子溫度為3eV以下，并且電子密度為5×1011個(gè)/cm3以上。
2.如權(quán)利要求1所記載的等離子成膜方法，其特征是，將微波經(jīng)由波導(dǎo)管向與放置部相向設(shè)置的平面天線構(gòu)件進(jìn)行引導(dǎo)，從在該平面天線構(gòu)件上沿圓周方向形成的多個(gè)狹縫發(fā)射所說微波，利用該微波的能量使原料氣體等離子化。
3.如權(quán)利要求2所記載的等離子成膜方法，其特征是，所說狹縫的長度尺寸設(shè)定在所說平面天線構(gòu)件的所說波導(dǎo)管一側(cè)的微波的波長的1/2、與所說平面天線構(gòu)件的所說等離子產(chǎn)生空間一側(cè)的微波的波長的1/2之間。
4.如權(quán)利要求2或3所記載的等離子成膜方法，其特征是，所說多個(gè)狹縫以所說平面天線構(gòu)件的中央為中心呈同心圓形狀或渦旋形狀排列。
5.如權(quán)利要求2至4之任一權(quán)利要求所記載的等離子成膜方法，其特征是，微波從所說平面天線構(gòu)件上作為圓偏振波或直線偏振波發(fā)射。
6.如權(quán)利要求1至5之任一權(quán)利要求所記載的等離子成膜方法，其特征是，處理氣氛的壓力在19.95Pa以下。
7.如權(quán)利要求1至6之任一權(quán)利要求所記載的等離子成膜方法，其特征是，在所說基片上形成的絕緣膜是加氟碳膜。
8.如權(quán)利要求7所記載的等離子成膜方法，其特征是，所說原料氣體是C5F8氣體。
9.一種等離子成膜裝置，其特征是，包括氣密的處理容器，內(nèi)部設(shè)置有放置基片的放置部；原料氣體供給部，將用來在所說基片上形成絕緣膜的原料氣體向所說處理容器內(nèi)進(jìn)行供給；微波發(fā)生器，產(chǎn)生用來使所說原料氣體等離子化的微波；波導(dǎo)管，將由該微波發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的微波引導(dǎo)到所說處理容器內(nèi)；以及、平面天線構(gòu)件，連接在該波導(dǎo)管上并與所說放置部相向設(shè)置，沿圓周方向形成有多個(gè)狹縫；并且，以可使所說原料氣體供給部的原料氣體供給口和所說基片的表面之間的等離子產(chǎn)生空間中的以均方速度進(jìn)行定義的電子溫度在3eV以下，并且電子密度在5×1011個(gè)/cm3以上。
10.如權(quán)利要求9所記載的等離子成膜裝置，其特征是，所說狹縫的長度尺寸設(shè)定在所說平面天線構(gòu)件的所說波導(dǎo)管一側(cè)的微波的波長的1/2、與所說平面天線構(gòu)件的所說等離子產(chǎn)生空間一側(cè)的微波的波長的1/2之間。
11.如權(quán)利要求9或10所記載的等離子成膜裝置，其特征是，所說多個(gè)狹縫以所說平面天線構(gòu)件的中央為中心呈同心圓形狀或渦旋形狀排列。
12.如權(quán)利要求9至11之任一權(quán)利要求所記載的等離子成膜裝置，其特征是，微波從所說平面天線構(gòu)件上作為圓偏振波或直線偏振波發(fā)射。
13.如權(quán)利要求9至12之任一權(quán)利要求所記載的等離子成膜裝置，其特征是，在所說基片上形成的絕緣膜是加氟碳膜。
14.如權(quán)利要求13所記載的等離子成膜裝置，其特征是，所說原料氣體是C5F8氣體。
全文摘要
在該等離子成膜方法和裝置中，以電介質(zhì)將真空室的上面開口部封堵起來并在上面設(shè)置平面天線構(gòu)件。在該平面天線構(gòu)件的上面設(shè)置同軸波導(dǎo)管，使微波發(fā)生機(jī)構(gòu)連接到該波導(dǎo)管上。在平面天線構(gòu)件上呈同心圓形狀設(shè)置多個(gè)例如長度為微波波長的一半的狹縫，從這些狹縫例如以圓偏振波方式使微波向處理氣氛發(fā)射從而使原料氣體等離子化，產(chǎn)生以均方速度進(jìn)行定義的電子溫度為3eV以下且電子密度為5×10
文檔編號H01L21/31GK1809915SQ20048001061
公開日2006年7月26日 申請日期2004年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月25日
發(fā)明者小林保男, 川村剛平, 淺野明, 寺井康浩, 西澤賢一 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社