JP2002016058A - 誘電体膜の製造方法及びその製造装置並びに誘電体膜 - Google Patents

誘電体膜の製造方法及びその製造装置並びに誘電体膜

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JP2002016058A
JP2002016058A JP2000374904A JP2000374904A JP2002016058A JP 2002016058 A JP2002016058 A JP 2002016058A JP 2000374904 A JP2000374904 A JP 2000374904A JP 2000374904 A JP2000374904 A JP 2000374904A JP 2002016058 A JP2002016058 A JP 2002016058A
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film
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gas
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Katsuyuki Imoto
克之 井本
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 比誘電率2.0以下の低比誘電率の誘電体膜
を得る。 【解決手段】 無機材料と有機材料との超微粉末2−
1、2−2を共通あるいは別々のエアロゾル化1−1、
1−2からキャリアガスで搬送して細径ノズル7より真
空排気中の反応室9内の基板8上に高速噴射すると共
に、細径ノズル7内を伝搬させたレーザ光を基板8上に
照射して、基板8上に誘電体膜を成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無機材料と有機材
料を混合した低比誘電率の誘電体膜の製造方法及びその
製造装置並びに誘電体膜に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体(LSI)のさらなる高機能化・
高速化の研究開発が活発に行なわれている。上記課題を
実現する技術の一つとして、LSI間の多層配線構造に
おける配線の抵抗値を下げ、層間および線間の容量を低
減させる新しいプロセス、新しい材料の開発が極めて重
要になってきている。
【0003】図11は銅(Cu)と低比誘電率(Low
K)膜を用いた電極構造の形成例であり、上記多層配
線ではこの構造が繰り返し形成される。Low K膜と
して水素化シロキサン系材料(HSQ)が用いられ、配
線にCu,窒化チタン(TiN)などの薄膜が積層化さ
れ、さらに同図(e)に示すように、化学的機械研磨
(CMP)での平坦化工程が用いられ、結果的に低抵抗
値配線と、層間及び線間の低容量化が実現されている。
しかし、さらなる高速化をめざすためには、より低い比
誘電率膜が必要になることから、上記材質以外にオルガ
ノシロキサン系材料、有機ポリマー、カーボンドープド
オキサイド、フロロカーボン、SiOF、H含有SiO
2 などが検討されている。上記膜の形成方法としては、
スピンコーターで材料を回転塗布するスピンオン法やC
VD法、表面重合法などが検討されている。また、有機
材料と無機材料との混合膜も別の目的で検討され始め、
分子線蒸着法が試みられている。しかし、この方法で作
られる混合膜は蒸気圧がほぼ近い蒸着源物質を使用しな
ければならず、非線形光学材料(たとえば、SnCl 2
PcとCdSeの混合膜)用として検討されている。ま
た、スピンオン法も検討されているが、まだ具体的手法
が見つかっていない。
【0004】なお、図11において(a)はP−SiN
基板上にHSQ膜、TiN膜及びSiO2 膜を順次形成
し、そのSiO2 膜上に形成されたフォトレジストパタ
ーンをマスクにしてSiO2 膜をドライエッチングする
工程である。(b)は上記SiO2 パターンをマスクに
してTiN膜をドライエッチングする工程である。
(c)は上記TiNパターンをマスクにしてHSQ膜を
ドライエッチングする工程である。(d)は(c)のド
ライエッチング面上にTiNバリアを形成後、Cu層を
CVD法によって堆積、埋め込む工程である。(e)は
上記(d)の表面をCMPによって研磨し、表面を平坦
化する工程である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
低比誘電率膜及びその製造方法には次のような問題点が
ある。 (1)従来の誘電率膜は比誘電率(k)が4.0〜2.
5の範囲であり、2.0以下の膜はまだ実現されていな
い。 (2)有機材料のみ及び無機材料のみでは低k値が実現
されていない。 (3)有機材料と無機材料を混合した膜が別目的(光非
線形材料用)で作成が試みられているが、蒸着法を用い
ているので、蒸気圧の近い材料同士を用いなければなら
ないという、制限条件がつくので、低k膜を実現するこ
とがむずかしい。また、スピンオン法も考えられている
が、具体的実現手段はまだ見い出されていない。
【0006】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、比誘電率が2.0以下の低比誘電率の誘電体膜の製
造方法及びその製造装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の誘電体膜の製造方法は、無機材料の超微粉末
と有機材料の超微粉末とを共通あるいは別々のエアロゾ
ル化室からキャリアガスで搬送して細径ノズルより真空
排気中の反応室内の基板上に高速噴射すると共に、細径
ノズル内を伝搬させたレーザ光を基板上に照射して、基
板上に誘電体膜を成膜するものである。
【0008】上記構成に加え本発明の誘電体膜の製造方
法は、エアロゾル化室の圧力を制御してポーラスな膜を
得るようにするのが好ましい。
【0009】上記構成に加え本発明の誘電体膜の製造方
法は、レーザ光として波長1.1μm以下の光を用いる
のが好ましい。
【0010】上記構成に加え本発明の誘電体膜の製造方
法は、超微粉末を含んだキャリアガスをメタルマスクを
介して基板上に高速噴射して微細パターンの誘電体膜を
成膜するのが好ましい。
【0011】上記構成に加え本発明の誘電体膜の製造方
法は、キャリアガス圧を調節することにより、エアロゾ
ル化室の圧力と反応室の圧力との圧力差を制御するのが
好ましい。
【0012】上記構成に加え本発明の誘電体膜の製造方
法は、ノズルがレーザ光の一部を吸収して発熱する材質
からなるのが好ましい。
【0013】上記構成に加え本発明の誘電体膜の製造方
法は、ノズル内にはキャリアガスがエアロゾル化室を経
由して流れるようにする以外に、別の経路からノズル内
のキャリアガスに重畳されるようにキャリアガスが流れ
るようにしてもよい。
【0014】上記構成に加え本発明の誘電体膜の製造方
法は、反応室内に酸素系ガスあるいはフッ素系ガスを導
入しながら空隙をもったポーラスな誘電体膜を成膜する
のが好ましい。上記構成に加え本発明の誘電体膜の製造
方法は、キャリアガスがHeガスであるのが好ましい。
【0015】本発明の誘電体膜の製造装置は、無機材料
の超微粉末を入れたエアロゾル化室と有機材料の超微粉
末を入れたエアロゾル化室の2つを設けるか、あるいは
無機材料と有機材料の混合された超微粉末を入れたエア
ロゾル化室を設けるようにし、エアロゾル化室にはHe
ガス供給口と超微粉末を含んだHeガスの吹出口が設け
られ、吹出口は細径ノズルに接続されており、細径ノズ
ルは真空排気機構付きの反応室へ導かれ、反応室内には
基板の設置されたXY移動ステージが設けられ、細径ノ
ズル内にはレーザ光源からのレーザ光を伝搬させるよう
にしてあり、細径ノズルから高速噴射された超微粉末を
基板上に吹きつけると共に、レーザ光も照射して誘電体
膜を成膜するものである。
【0016】本発明の誘電体膜は、無機材料の超微粉末
と有機材料の超微粉末とを共通あるいは別々のエアロゾ
ル化室からHeガスで搬送して真空排気中の反応室内の
細径ノズルを通して高速噴射させて誘電体膜を形成し、
あるいは形成しつつその膜表面に有機材料の超微粒子に
エネルギーを吸収させることのできるレーザ光を照射し
て膜中の有機材料の超微粒子を気化させて得た超微細な
空隙を有するものである。
【0017】上記構成に加え本発明の誘電体膜は、エア
ロゾル化室の圧力を制御して得られたポーラスで超微細
な空隙を有するのが好ましい。
【0018】上記構成に加え本発明の誘電体膜は、レー
ザ光として波長0.6μm以下の平行光を用い、その照
射エネルギーとして、有機材料の超微粒子の融点を超え
るように、かつ無機材料の超微粒子の融点を超えないよ
うに制御して誘電体膜上に照射して得た超微細な空隙を
有するのが好ましい。
【0019】上記構成に加え本発明の誘電体膜は、反応
室内に酸素系あるいはフッ素化系ガスを導入しながら成
膜して得られた超微細な空隙を有するのが好ましい。
【0020】上記構成に加え本発明の誘電体膜は、超微
粉末を含んだHeガスをメタルマスクを介して基板上に
高速噴射させることによって得られた超微細な空隙を有
するのが好ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。尚、図11に示した従来例と
同様の部材には共通の符号を用いた。
【0022】図1に本発明の誘電体膜製造装置構成の第
1の実施例を示す。これは、無機材料と有機材料とが混
合された誘電体膜を基板8上に形成するための装置であ
る。すなわち、無機の超微粉末材料2−1はエアロゾル
化室1−1内に入れられており、Heガス3−1を上記
エアロゾル化室1−1内に供給口4−1を通して送り込
み、吹出し口5−1から上記無機の超微粉末材料2−1
を含んだHeガスを送出させ、金属管6を通って細径ノ
ズル7から高速噴射させる。同様に、有機の超微粉末材
料2−2はエアロゾル化室1−2内に入れられており、
Heガス3−2を上記エアロゾル化室1−2内に供給口
4−2を通して送り込み、吹出し口5−2から上記有機
の超微粉末材料2−2を含んだHeガスを送出させ、金
属管6を通って上記無機の超微粉末材料2−1を含んだ
Heガスと共に細径ノズル7から高速噴射させる。反応
室9内には、基板8を少なくともX方向及びY方向に移
動させることができるXY移動ステージ10が設置さ
れ、また上記反応室9は排気装置11によって5×10
3 Pa以下に排気されている。低非誘電率の膜を形成す
るためには、無機材料及び有機材料の選択が重要である
ことと、無機材料と有機材料との比率と、より一層のポ
ーラスな膜を形成することが重要になる。
【0023】まず、無機材料としては、SiOF、Si
2 、SiO2 −B23 、シリカエアロゲルなどを用
いる。有機材料としては、オルガノシロキサン系材料、
フロロカーボン、有機ポリマー、ポリイミド、フッ素化
ポリイミド、Parylene−F、テフロン(登録商
標)などを用いる。上記無機材料と有機材料との比率
は、たとえばそれぞれのHeガスのガス圧(あるいは流
速)を調節することによって制御することができる。上
記Heガス圧は1〜6kg/cm2 の範囲、流速は10
0〜600m/secの範囲が好ましい。ポーラスな膜
を実現する方法として、それぞれのエアロゾル化室1−
1、1−2の圧力P1 ,P2 と反応室9の圧力Ph との
圧力差ΔP1 ,ΔP2 により無機粒子、有機粒子の基板
8上へ成膜される際の密度を制御する方法を用いる。す
なわち、エアロゾル化室の圧力P1 (P2 )と反応室9
の圧力Ph との圧力差を変えていくと基板8表面への粒
子の衝突速度が変化し、膜の密度及び基板8への膜の密
着性を変えることができる。したがって、上記圧力差を
小さくすることによってポーラスな膜、つまり低比誘電
率の膜を成膜することができる。
【0024】細径ノズル7の内径は40μmから80μ
mの範囲が好ましい。細径ノズル7を構成している金属
管6内にはYAGレーザ光源12からのレーザ光がガラ
ス管13、レーザ窓14を通して伝搬するように構成さ
れている。すなわち、金属管6内を微粒子を含んだガス
を搬送させていると、金属管6の内壁の温度がガスの温
度よりも低くなり、上記内壁に微粒子が付着したり、ま
た、それが途中で剥離して凝集体となって内壁内を詰ま
らせたり、膜の密着力を低下させる恐れがある。これを
防ぐためにYAGレーザ光を上記金属管内壁面で多重反
射させながら伝搬させる。これにより上記内壁面が温度
上昇し、内壁面をガスの温度よりも高くすることができ
る。また、基板8の表面へ照射し続けながら成膜するこ
とにより、基板8表面への膜の密着性を高めることがで
きる。特に、低比誘電率の膜は密度が小さいので、基板
との密着性が悪くなるが、これをレーザ光照射で補うこ
とができる。
【0025】また、レーザ光源として、YAGレーザ
(波長1.06μm)の代わりに、より短波長のレーザ
(YAGレーザの高調波発振レーザ、エキシマレーザ、
He−Cdレーザなど)を用いることにより、成膜、部
分的エッチング、成膜、部分的エッチング、…を繰り返
しながら成膜することができ、これにより部分的エッチ
ングでできた多数の空隙をもったポーラスな膜を成膜す
ることが可能となる。特にレーザ光の波長がより短波長
化することにより、上記効果をより強く期待することが
できる。たとえば、基板8上に成膜された有機の超微粒
子を部分的にエッチングしながら無機と有機との混合膜
形成を行なっていけば、大部分が無機材料で部分的に有
機材料が混在し、かつ緻密な空隙をたくさん持ったポー
ラスな膜を得ることができる。上記エッチングをより強
く進行させるために、反応室9内に外部から酸素系のガ
スを矢印16のごとく入れるか、フッ素系のガスを入れ
るようにしてもよい。なお、有機材料の代わりに無機材
料を部分的にエッチングするようにしてもよい。この場
合にはフッ素系のガスを反応室9内に導入しながら行な
うのがよい。なお、図1のレーザ窓14はレーザ光は通
すが、微粒子を含んだHeガスは通さないようにした窓
である。
【0026】図2は、本発明の誘電体膜製造装置構成の
第2の実施例を示したものである。この実施例では、エ
アロゾル化室1内に無機材料と有機材料とを混合した超
微粉末材料2を入れておくようにしたものである。成膜
した膜中の無機材料と有機材料との比率は上記エアロゾ
ル化室1内に入る無機材料と有機材料との比率で調整す
る。
【0027】図3は、本発明の誘電体膜製造装置構成の
第3の実施例を示したものである。これは、図1と同様
にエアロゾル化室を2つ用いた例であるが、エアロゾル
化室1−1と1−2に入れる無機材料及び有機材料を異
ならせて入れることができる。たとえば、1−1内には
SiO2 とフロロカーボンの混合超微粉末材料15−1
を入れ、1−2内にはSiO2 −B32 と有機ポリマ
ーの混合超微粉末材料15−2を入れ、基板8上に上記
4種類の混合膜(SiO2 、SiO2 −B2 3 、フロ
ロカーボン、有機ポリマー)を成膜することができる。
【0028】図4は、本発明の誘電体膜製造装置構成の
第4の実施例を示したものである。これは、よりポーラ
スな誘電体膜を基板8上に形成するために、超微粉末を
含んだHeガスの流速を調節する別の方法を示したもの
である。すなわち、金属管6内に吹出口5−2からHe
ガスを矢印3−2のごとく供給し、細径ノズル7から噴
射させる流速を調節するようにしたものである。
【0029】なお、供給口4−1から導入するHeガス
3−1のガス圧(あるいは流速)は超微粉末材料15の
供給量、すなわち基板8への成膜速度を調節するための
制御用として用いる。
【0030】図5は、本発明の誘電体膜製造装置構成の
第5の実施例を示したものである。これも図4と同様
に、よりポーラスな誘電体膜を基板8上に形成するため
の装置構成である。すなわち、供給口4−2からHeガ
スを矢印3−2のごとく供給して細径ノズル7から噴射
する超微粒子を含んだHeガスの圧力(あるいは流速)
を調節するようにした方法である。
【0031】図6は、本発明の誘電体膜製造装置構成の
第6の実施例を示したものである。これは基板8上に、
パターンのくりぬかれたマスク17(たとえば金属製)
を置き、そのマスク17のパターンのくりぬかれた部分
を通して超微粒子を含んだHeガスを高速噴射させるこ
とにより、基板8上に超微粒子膜パターンを直接的に描
画する方法及び装置構成である。上記方法及び装置によ
り、たとえば図6の(a)及び(b)の工程を省略して
低比誘電率膜パターンを得ることができる。
【0032】本発明は上記実施例に限定されない。ま
ず、誘電体膜は低比誘電率の膜以外に、高比誘電率の膜
も成膜することができる。たとえば、Si34 、Al
23、ZrO2 −SiO2 、Y23 、Gd23
2La23 −3SiO2 、Gd23 −SiO2 、L
23 、Ta25 、ZrO2 、TiO2 等の単体膜
あるいは上記材料を少なくとも2つ混合した膜及びその
成膜方法,並びにその成膜装置にも適用することができ
る。また、複数の無機材料を混合した誘電体膜(たとえ
ば、SiOFとSiO2 との混合膜、SiOFとSiO
2 −B23 との混合膜など)や、複数の有機材料を混
合した誘電体膜(たとえば、フロロカーボンとポリイミ
ドとの混合膜、フッ素化ポリイミドとParylene
−Fとの混合膜など)にも適用することができる。
【0033】図1〜図6において、YAGレーザ光源1
2の代わりに、エキシマレーザ光源を用いれば、誘電体
膜の成膜とその膜の微細エッチングを進行させながら成
膜工程が行なわれるので、膜中に超微細な空隙を一様に
もった誘電体膜を形成することができる。特に有機材料
についてはエキシマレーザ光は化学的分解反応が速いの
で、結果的に超微粒子の無機材料中に超微粒子の有機材
料と超微細な空隙をもった誘電体膜を得ることができ
る。なお、上記有機材料のエキシマレーザ光による化学
的分解反応は、酸素系あるいはフッ素系ガスの付加によ
り、より効果的に促進させることができる。
【0034】図7は本発明の誘電体膜製造装置構成の第
7の実施例を示したものである。
【0035】これは、超微細な空隙を無数に有する誘電
体膜130を基板8上に形成するための装置である。以
下に本装置を用いた誘電体膜の製造方法を示す。
【0036】誘電体膜130を形成するための材料とし
て、無機の超微粉末材料2−1と有機の超微粉末材料2
−2とを用いる。無機の超微粉末材料2−1はエアロゾ
ル化室1−1内に収容されており、Heガス3−1をエ
アロゾル化室1−1内に供給口4−1を通して送り込
み、吹出し口5−1から無機の超微粉末材料2−1を含
んだHeガスを送出させ、管5−3を通って細径ノズル
60から高速噴射される。
【0037】同様に、有機の超微粉末材料2−2はエア
ロゾル化室1−2内に収容されており、Heガス3−2
をエアロゾル化室1−2内に供給口4−2を通して送り
込み、吹出し口5−2から有機の超微粉末材料2−2を
含んだHeガスを送出させ、金属管5−3を通って無機
の超微粉末材料2−1を含んだHeガスと共に細径ノズ
ル60から高速噴射させる。反応室70内には、基板8
を少なくともX方向及びY方向に移動させることができ
るXY移動ステージ10が設置され、矢印18方向に移
動しながら、基板8上に無機材料と有機材料とが混合し
た誘電体膜130が形成される。反応室70は排気装置
11によって102 Pa以下に排気される。
【0038】ここで、低比誘電率の膜を実現するために
は、無機材料及び有機材料の選択が重要であることと、
無機材料と有機材料との比率と、各エアロゾル化室の圧
力が重要である。基板8上に形成しつつあるか、あるい
は形成直後の誘電体膜130の表面に真空排気下でレー
ザビーム150−2を照射して誘電体膜130中の有機
の超微粒子を気化させ、誘電体膜130の外に蒸発さ
せ、誘電体膜130中に超微細な空隙を無数に形成す
る。すなわち、有機材料に効率良く光エネルギーを吸収
するレーザ光源140を用い、このレーザ光源140か
ら出射した平行レーザビーム150−1をレーザガイド
管160−1内を伝搬させ、全反射ミラー170で直角
に曲げ、レーザガイド管160−2内を伝搬させ、矢印
150−2のように出射させて誘電体膜130の表面上
に照射する。このレーザビーム150−2の光エネルギ
ーは誘電体膜130中の有機材料の融点よりも高く、無
機材料の融点よりも低い値に選択する。これにより、誘
電体膜130の中及び表面の有機の超微粒子は気化して
蒸発し、誘電体膜130の外に出るために、誘電体膜1
30中に超微粒子の空隙を作る。レーザビーム150−
2の誘電体膜130表面への照射位置は細径ノズル60
の直ぐ後方に設ける。レーザ光源140としてはYAG
レーザの第二高調波光あるいは第三高調波光を発するレ
ーザか、エキシマレーザ、HeCdレーザ等が適してい
る。基板8を取り付けるXY移動ステージ10の表面
は、上記レーザビーム150−2を反射させる反射層を
設けておくか、レーザビーム150−2を反射させる材
質を用いて構成しておくと、誘電体膜130中の有機の
超微粒子を効率良く気化させることができる。また、図
7において、反応室70内に外部導入ガス90を導入す
ることにより、有機材料の超微粒子をより効果的に気
化、蒸発させることができる。外部導入ガス90とし
て、酸素、オゾン、フッ素系ガスあるいはこれらの混合
ガスを導入しながら無機材料と有機材料とが混合した誘
電体膜の形成と、その誘電体膜中の有機材料の超微粒子
の気化、蒸発を行わせることにより、低比誘電率の誘電
体膜を形成することができる。
【0039】無機の超微粉末材料としては、SiOF、
SiO2 、SiO2 −B23 、シリカエアロゲル等を
用いることができる。有機の超微粉末材料としては、オ
ルガノシロキサン系材料、フロロカーボン、有機ポリ
マ、フッ素化ポリイミド、フォトブリーリチング用ポリ
マ(例えば、ニトロンを含んだシリコーン化合物、ポリ
シラン等)、アクリル系ポリマ(例えば、ポリメタクリ
ル酸メチル、脂環式アクリルポリマ)、光増感剤を含ん
だ感光性ポリマ等を用いることができる。
【0040】中でも融点の低いポリマの方がレーザビー
ム照射による気化、蒸発を生じさせやすいので、好まし
い。これら無機材料と有機材料との比率は、例えば、そ
れぞれのHeガスの圧力(あるいは流速)を調節するこ
とによって制御することができる。Heガスの圧力は1
〜6kg/cm2 の範囲、流速は100〜600m/s
ecの範囲内が好ましい。ポーラスな誘電体膜を実現す
る方法としては、それぞれのエアロゾル化室1−1、1
−2の圧力P1 、P2 と反応室70の圧力Phとの圧力
差ΔP1 、ΔP2 により無機材料の粒子及び有機材料の
粒子の基板8上への成膜される際の密度を制御する方法
を用いる。
【0041】すなわち、エアロゾル化室1−1(1−
2)の圧力P1 (P2 )と反応室70の圧力Ph との差
を変えていくと基板8表面への粒子の衝突速度が変化
し、誘電体膜の密度及び基板8への誘電体膜の密着性を
変えることができる。したがって、圧力差を小さくする
ことによってポーラスな誘電体膜、低比誘電率膜を成膜
することができる。誘電体膜がポーラスである程、レー
ザビーム照射による誘電体膜中の有機材料の超微粒子の
気化、蒸発が起こりやすくなり、さらに低比誘電率の膜
を実現することができるようになる。
【0042】細径ノズル60の内径は40μmから10
0μmの範囲が好ましい。また、細径ノズル60の形状
として、非常に隙間の狭いスリット形状のノズルを用
い、基板8の広い表面上に誘電体膜を形成するようにし
てもよい。レーザビーム150−2のビーム径(ビーム
幅)は細径ノズル60の形状に応じて選択することがで
きる。すなわち、細径ノズル60の断面形状が円形の場
合には、略円形断面形状の平行ビームを用い、細径ノズ
ル60の形状が長さL、スリット幅Wのスリット状吹出
しノズルの場合には、レーザビーム150−2の形状も
長さが少なくともL、幅が少なくともWの線状ビームを
用いるのが好ましい。
【0043】図8は本発明の超微細な空隙を有する誘電
体膜の製造方法の実施例を示したものである。
【0044】8は基板であり、図示しないXY移動ステ
ージ上に貼付けられ、矢印18方向に移動されながら基
板8上に誘電体膜130が形成される。矢印120は図
7に示した細径ノズル60から高速噴射される無機材料
の超微粉末材料を含んだHeガス流であり、基板8上に
吹き付けられて、無機材料と有機材料との混合物(誘電
体膜)130−2を形成する。矢印150−2はレーザ
ビームであり、矢印120のガス流の直ぐ後方に配置さ
れて無機材料と有機材料との混合物130−2上に照射
される。無機材料と有機材料との混合物からなる混合膜
130−2中の有機材料の超微粒子を気化、蒸発させて
矢印19のように混合膜130−2の外へ放出させる。
これにより、レーザビーム150−2の照射された混合
膜130−1のように無数の超微細な空隙を有する膜1
30−1になる。
【0045】図9は本発明の誘電体膜製造装置構成の第
8の実施例を示したものである。
【0046】これはエアロゾル化室1−1、1−2内
に、無機材料と有機材料とを混合した超微粉末材料2−
3、2−4を収容した装置構成としたものである。エア
ロゾル化室1−1、1−2内に収容する無機の超微粉末
材料と有機の超微粉末材料との配合比は任意に選択する
ことができる。エアロゾル化室1−1、1−2内に収容
する無機材料及び有機材料は異なっていてもよい。He
ガス3−1、3−2の流量も任意に選択することができ
る。以上のような種々の選択範囲を駆使することによ
り、k値(比誘電率kの値)を広い範囲で変えることが
できる。
【0047】図10は本発明の誘電体膜製造装置構成の
第9の実施例を示したものである。
【0048】これはエアロゾル化室1を1個だけ用い、
そのエアロゾル化室1内に無機材料と有機材料とを混合
した超微粉末2を収納した装置としたものである。この
構成では、図6及び図8の構成に比べ、誘電体膜のk値
の選択範囲が限定される。しかし、この反面、プロセス
パラメータが少なくなるので、誘電体膜のk値を精度よ
く制御することが容易である。
【0049】本発明は上記実施例に限定されない。図7
から図10に示す方法で誘電体膜を形成中に基板は数十
℃から300℃の範囲内で加熱していてもよい。また、
誘電体膜を形成し終えた後に、誘電体膜の形成された基
板を上記温度で加熱してち密化を図ってもよい。誘電体
膜130は一層以外に、多層状に形成してもよい。すな
わち、薄層形成、レーザビーム照射を繰り返しながら、
厚い誘電体膜を形成するようにしてもよい。細径ノズル
60は二つ用い、一方の細径ノズルからは無機材料の超
微粉末を高速噴射させ、他方の細径ノズルからは有機材
料の超微粉末を高速噴射させるように構成してもよい。
すなわち、吹出し口5−1と吹出し口5−2とは合流さ
せないので、別々の細径ノズルへ導いて噴出させるよう
にしてもよい。細径ノズル60から高速噴射させるHe
ガスを含んだ超微粉末の吹出し方向とレーザビームの照
射方向とは基板8に対して垂直方向以外に斜め方向にし
てもよい。
【0050】レーザビーム150−2の誘電体膜130
の表面への照射によって、誘電体膜130中の有機材料
の超微粒子は全て気化させてもよく、一部を残留させて
もよい。この制御は、レーザビーム150−2のエネル
ギー量によって調節することができる。
【0051】本発明は、上記実施例以外に、基板8上
に、パターンのくり抜かれたマスク(例えば金属マス
ク)を配置し、そのマスクのパターンのくり抜かれた部
分を通して超微粒子を含んだHeガスを高速噴射させて
基板8上に超微粒子膜パターンを直接的に描画すると共
に、その描画パターン上にレーザビーム150−2を照
射して描画パターン中の有機材料の超微粒子を気化、蒸
発させ、超微細な空隙を有する誘電体膜パターンを形成
するようにしてもよい。このような直接描画パターン形
成方法を用いれば、フォトリソグラフィ、ドライエッチ
ング等のプロセスやその後のCMP(化学的機械的研
磨)プロセスが不要となり、より経済的な誘電体膜パタ
ーン形成を実現することができる。特に、超微細な空隙
を有する誘電体膜にフォトリソグラフィプロセス、ドラ
イエッチングプロセスを行うと、超微細な空隙部とそう
でない部分とのエッチングプレートの違いによるエッチ
ングパターンの不均一性が発生しやすいが、これを回避
することができる特長がある。
【0052】本発明には上記以外に次のような効果を得
ることができる。すなわち、誘電体膜を高周波帯で使用
しようとすると、誘電体損(tanδ)が大きくなって
きて、より高い周波数領域での使用に問題があった。こ
れに対し、本発明のように、超微微細な空隙を設けた構
造では誘電体損を小さくすることができ、かつ、周波数
が高い領域でも誘電体損の増加を抑えることができるの
で、より高い周波数領域までの使用が可能となる。この
特長を高比誘電率の膜に適用すれば、より広い分野へ適
用することができる。例えば、マイクロ波帯用のストリ
ップ線路、超高周波回路用のコンデンサ膜、光通信用の
導波路等へ適用可能となる。超微細な空隙を有する高比
誘電率膜としては、Si34 、Al23 、ZrO2
−SiO 2 、Y23 、Gd23 、2La23 −3
SiO2 、Gd23 −SiO2、La23 、Ta2
5 、ZrO2 、TiO2 等の単体膜あるいは上記材料
を少なくとも2種類混合した膜等である。
【0053】
【発明の効果】本発明の誘電体膜の製造方法及び製造装
置並びに誘電体膜は次のような効果を有している。 (1)無機材料と有機材料とを混合した低比誘電率の膜
を得ることができる。 (2)上記膜をポーラスに成膜することができるので、
より低比誘電率を実現することができる。 (3)レーザ光を照射しながら成膜するので、密着性の
良い誘電体膜を得ることができる。 (4)酸素系、あるいはフッ素系のガスを導入しながら
成膜することにより、超微細な空隙の形成を促進するこ
とができ、より低比誘電率の膜を得ることができる。 (5)従来のスピンオン法やCVD法、表面重合法では
成膜することが困難であった種々の無機及び有機材料の
混合した誘電体膜を成膜することができる。 (6)成膜した誘電体膜の密度を容易に制御しながら成
膜することができる。 (7)細径ノズル内壁面への微粒子の付着を阻止するこ
とができる。 (8)種々の無機材料を組み合せた誘電体膜や、種々の
有機材料を組み合せた誘電体膜や、上記無機と有機材料
を混合した誘電体膜を成膜することができるので、低比
誘電率膜以外に高比誘電率膜、光学的非線形材料膜など
を得ることができる。また、マスクを介して微細パター
ン膜を形成することができるので、エッチング工程が不
要となり、低コスト化が可能となる。また、エッチング
しにくい材料を用いた場合でもエッチングレスでパター
ン化できるので、新しい機能をもった誘電体パターンの
デバイスを実現可能となる。 (9)レーザ光として、波長1.1μm以下のレーザ光
を用いることにより、超微細な空隙を一様に分散した低
比誘電率膜を得ることができる。 (10)無機材料と有機材料とを混合した膜にレーザビ
ームを照射することにより、有機材料の大部分を気化、
蒸発させて超微細な空隙を有する誘電体膜を実現すると
共に、レーザビーム照射により気化、蒸発し得なかった
有機材料の超微粒子へのレーザエネルギー吸収による比
誘電率の低下をもたらすことができ、結果的により低比
誘電率の膜を実現することができる。 (11)レーザビームの誘電体膜表面への照射は、超微
細な空隙を有する誘電体膜を有する誘電体膜の形成と共
に、その誘電体膜表面のち密化にも寄与し、その後の低
誘電率膜表面のCMPを容易に行わせることができる。 (12)無機材料と有機材料との超微粒子を基板上に高
速噴射させて、無機材料と有機材料との混合した超微粒
子からなる誘電体膜を形成しつつ、あるいは形成直後に
有機材料の超微粒子に吸収するレーザビームを照射する
ことにより、超微細な空隙を有する低比誘電率膜を容易
に実現することができる。 (13)無機材料の超微粉末と有機材料の超微粉末とを
エアロゾル化室からHeガスで搬送し、基板上に高速噴
射させて低比誘電率膜を形成するので、空隙も超微細
(数nmから数十nmの範囲の町微細)構造を実現する
ことができ、その後のCMP工程の際の膜表面の平坦化
も容易に実現することができる。 (14)誘電体膜として、少なくとも2種類の無機の超
微粒子材料と、少なくとも2種類の有機の超微粒子材料
とを組み合わせて構成することができるので、比誘電率
を広範囲に制御することができる。 (15)誘電体損の低い低比誘電体膜及び高比誘電体膜
を得ることができるので、より高い周波数領域まで使用
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す説明図。
【図2】本発明の実施例を示す説明図。
【図3】本発明の実施例を示す説明図。
【図4】本発明の実施例を示す説明図。
【図5】本発明の実施例を示す説明図。
【図6】本発明の実施例を示す説明図。
【図7】本発明の実施例を示す説明図。
【図8】本発明の実施例を示す説明図。
【図9】本発明の実施例を示す説明図。
【図10】本発明の実施例を示す説明図。
【図11】従来の電極構造の形成例を示す説明図。
【符号の説明】
1 エアロゾル化室 2 超微粉末材料 8 基板 12 YAGレーザ光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F045 AB32 AC17 AE02 AE03 AE05 AE07 AE09 AE11 AE13 AE15 AE17 AE19 AE21 AE23 AF03 BB16 DC63 DP03 EE03 EF02 EK17 EK19 EM10 EN06 5F058 BA20 BC02 BC04 BC20 BF41 BF80 BG01 BG02 BH17

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無機材料の超微粉末と有機材料の超微粉
    末とを共通あるいは別々のエアロゾル化室からキャリア
    ガスで搬送して細径ノズルより真空排気中の反応室内の
    基板上に高速噴射すると共に、該細径ノズル内を伝搬さ
    せたレーザ光を基板上に照射して、該基板上に誘電体膜
    を成膜することを特徴とする誘電体膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記エアロゾル化室の圧力を制御してポ
    ーラスな膜を得るようにしたことを特徴とする請求項1
    に記載の誘電体膜の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記レーザ光として波長1.1μm以下
    の光を用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に
    記載の誘電体膜の製造方法。
  4. 【請求項4】 上記超微粉末を含んだキャリアガスをメ
    タルマスクを介して上記基板上に高速噴射して微細パタ
    ーンの誘電体膜を成膜することを特徴とする請求項1か
    ら請求項3のいずれかに記載の誘電体膜の製造方法。
  5. 【請求項5】 上記キャリアガス圧を調節することによ
    り、上記エアロゾル化室の圧力と上記反応室の圧力との
    圧力差を制御することを特徴とする請求項1から請求項
    4のいずれかに記載の誘電体膜の製造方法。
  6. 【請求項6】 上記ノズルが上記レーザ光の一部を吸収
    して発熱する材質からなることを特徴とする請求項1か
    ら請求項5のいずれかに記載の誘電体膜の製造方法。
  7. 【請求項7】 ノズル内にはキャリアガスがエアロゾル
    化室を経由して流れるようにする以外に、別の経路から
    上記ノズル内のキャリアガスに重畳されるようにキャリ
    アガスが流れるようにしたことを特徴とする請求項1か
    ら請求項6のいずれかに記載の誘電体膜の製造方法。
  8. 【請求項8】 反応室内に酸素系ガスあるいはフッ素系
    ガスを導入しながら空隙をもったポーラスな誘電体膜を
    成膜することを特徴とする請求項1から請求項7のいず
    れかに記載の誘電体膜の製造方法。
  9. 【請求項9】 上記キャリアガスがHeガスであること
    を特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の
    誘電体膜の製造方法。
  10. 【請求項10】 無機材料の超微粉末を入れたエアロゾ
    ル化室と有機材料の超微粉末を入れたエアロゾル化室の
    2つを設けるか、あるいは無機材料と有機材料の混合さ
    れた超微粉末を入れたエアロゾル化室を設けるように
    し、該エアロゾル化室にはHeガス供給口と上記超微粉
    末を含んだHeガスの吹出口が設けられ、該吹出口は細
    径ノズルに接続されており、該細径ノズルは真空排気機
    構付きの反応室へ導かれ、該反応室内には基板の設置さ
    れたXY移動ステージが設けられ、該細径ノズル内には
    レーザ光源からのレーザ光を伝搬させるようにしてあ
    り、該細径ノズルから高速噴射された該超微粉末を基板
    上に吹きつけると共に、レーザ光も照射して誘電体膜を
    成膜する装置。
  11. 【請求項11】 無機材料の超微粉末と有機材料の超微
    粉末とを共通あるいは別々のエアロゾル化室からHeガ
    スで搬送して真空排気中の反応室内の細径ノズルを通し
    て高速噴射させて誘電体膜を形成し、あるいは形成しつ
    つその膜表面に上記有機材料の超微粒子にエネルギーを
    吸収させることのできるレーザ光を照射して膜中の有機
    材料の超微粒子を気化させて得た超微細な空隙を有する
    ことを特徴とする誘電体膜。
  12. 【請求項12】 上記エアロゾル化室の圧力を制御して
    得られたポーラスで超微細な空隙を有する請求項11に
    記載の誘電体膜。
  13. 【請求項13】 上記レーザ光として波長0.6μm以
    下の平行光を用い、その照射エネルギーとして、有機材
    料の超微粒子の融点を超えるように、かつ無機材料の超
    微粒子の融点を超えないように制御して誘電体膜上に照
    射して得た超微細な空隙を有する請求項11又は請求項
    2に記載の誘電体膜。
  14. 【請求項14】 上記反応室内に酸素系あるいはフッ素
    化系ガスを導入しながら成膜して得られた超微細な空隙
    を有する請求項11から請求項13のいずれかに記載の
    誘電体膜。
  15. 【請求項15】 超微粉末を含んだHeガスをメタルマ
    スクを介して基板上に高速噴射させることによって得ら
    れた超微細な空隙を有する請求項11から請求項14の
    いずれかに記載の誘電体膜。
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