JP3469761B2 - 半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
半導体デバイスの製造方法Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体デバ
イスの層間絶縁膜に用いることのできるフッ素添加カー
ボン膜の熱安定性を高める方法に関する。
イスの層間絶縁膜に用いることのできるフッ素添加カー
ボン膜の熱安定性を高める方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの高集積化を図るため
に、パターンの微細化、回路の多層化といった工夫が進
められており、そのうちの一つとして配線を多層化する
技術がある。多層配線構造をとるためには、n層目の配
線層と(n+1)番目の配線層の間を導電層で接続する
と共に、導電層以外の領域は層間絶縁膜と呼ばれる薄膜
が形成される。
に、パターンの微細化、回路の多層化といった工夫が進
められており、そのうちの一つとして配線を多層化する
技術がある。多層配線構造をとるためには、n層目の配
線層と(n+1)番目の配線層の間を導電層で接続する
と共に、導電層以外の領域は層間絶縁膜と呼ばれる薄膜
が形成される。
【0003】この層間絶縁膜の代表的なものとしてSi
O2 膜があるが、近年デバイスの動作についてより一層
の高速化を図るために層間絶縁膜の比誘電率を低くする
ことが要求されており、層間絶縁膜の材質についての検
討がなされている。即ちSiO2 膜は比誘電率がおよそ
4であり、これよりも小さい材質の発掘に力が注がれて
いる。そのうちの一つとして比誘電率が3.5であるS
iOF膜の実現化が進められているが、本発明者は比誘
電率が更に小さいフッ素添加カーボン膜(以下「CF
膜」という)に注目している。このCF膜の成膜に際し
ては、例えば熱CVD(Chemical Vapor
Deposition)あるいはプラズマCVDが用
いられている。
O2 膜があるが、近年デバイスの動作についてより一層
の高速化を図るために層間絶縁膜の比誘電率を低くする
ことが要求されており、層間絶縁膜の材質についての検
討がなされている。即ちSiO2 膜は比誘電率がおよそ
4であり、これよりも小さい材質の発掘に力が注がれて
いる。そのうちの一つとして比誘電率が3.5であるS
iOF膜の実現化が進められているが、本発明者は比誘
電率が更に小さいフッ素添加カーボン膜(以下「CF
膜」という)に注目している。このCF膜の成膜に際し
ては、例えば熱CVD(Chemical Vapor
Deposition)あるいはプラズマCVDが用
いられている。
【0004】そこで本発明者は、電子サイクロトロン共
鳴によりプラズマを発生させるプラズマ装置を用い、例
えば炭素(C)及びフッ素(F)の化合物ガスと炭化水
素ガスとを含むガスを成膜ガスとし、種々のプロセス条
件を詰めて、密着性及び硬度の大きいCF膜の製造の実
現化を図った。
鳴によりプラズマを発生させるプラズマ装置を用い、例
えば炭素(C)及びフッ素(F)の化合物ガスと炭化水
素ガスとを含むガスを成膜ガスとし、種々のプロセス条
件を詰めて、密着性及び硬度の大きいCF膜の製造の実
現化を図った。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらCF膜に
はまだ以下のような課題がある。図8はウエハに形成さ
れた回路部分の一部であり、11、12はCF膜、1
3、14はW(タングステン)よりなる導電層、15は
Al(アルミニウム)よりなる導電層、16は、P、B
をドープしたSiO2 膜、17はn形半導体領域であ
る。ところでW層13を形成するときのプロセス温度は
400〜450℃であり、このときCF膜11、12は
そのプロセス温度まで加熱される。しかしながらCF膜
は、このような高温に加熱されると一部のC−F結合が
切れて、主としてF系ガスが脱離してしまう。このF系
ガスとしてはF、CF、CF2 などが挙げられる。
はまだ以下のような課題がある。図8はウエハに形成さ
れた回路部分の一部であり、11、12はCF膜、1
3、14はW(タングステン)よりなる導電層、15は
Al(アルミニウム)よりなる導電層、16は、P、B
をドープしたSiO2 膜、17はn形半導体領域であ
る。ところでW層13を形成するときのプロセス温度は
400〜450℃であり、このときCF膜11、12は
そのプロセス温度まで加熱される。しかしながらCF膜
は、このような高温に加熱されると一部のC−F結合が
切れて、主としてF系ガスが脱離してしまう。このF系
ガスとしてはF、CF、CF2 などが挙げられる。
【0006】このようにF系ガスが脱離すると、次のよ
うな問題が起こる。 a)アルミニウムやタングステンなどの金属配線が腐食
する。 b)絶縁膜はアルミニウム配線を押え込んでアルミニウ
ムのうねりを防止する機能をも有しているが、脱ガスに
より絶縁膜による押え込みが弱まり、この結果アルミニ
ウム配線がうねり、エレクトロマイグレーションと呼ば
れる電気的欠陥が発生しやすくなってしまう。 c)絶縁膜にクラックが入り、配線間の絶縁性が悪くな
るし、またその程度が大きいと次段の配線層を形成する
ことができなくなる。 d)Fの抜けが多いと比誘電率が上がる。
うな問題が起こる。 a)アルミニウムやタングステンなどの金属配線が腐食
する。 b)絶縁膜はアルミニウム配線を押え込んでアルミニウ
ムのうねりを防止する機能をも有しているが、脱ガスに
より絶縁膜による押え込みが弱まり、この結果アルミニ
ウム配線がうねり、エレクトロマイグレーションと呼ば
れる電気的欠陥が発生しやすくなってしまう。 c)絶縁膜にクラックが入り、配線間の絶縁性が悪くな
るし、またその程度が大きいと次段の配線層を形成する
ことができなくなる。 d)Fの抜けが多いと比誘電率が上がる。
【0007】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は強固な結合を有し、熱安定性の高
いCF膜よりなる絶縁膜、例えば半導体デバイスの層間
絶縁膜を形成することのできる方法を提供することにあ
る。
のであり、その目的は強固な結合を有し、熱安定性の高
いCF膜よりなる絶縁膜、例えば半導体デバイスの層間
絶縁膜を形成することのできる方法を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体デバイス
の製造方法は、多層配線構造を有する半導体デバイスを
製造する際に形成される層間絶縁膜をプラズマ処理する
工程を含む、半導体デバイスの製造方法であって、水素
プラズマ生成用ガスをプラズマ化して、該水素プラズマ
を被処理基板上に形成された前記層間絶縁膜としてのフ
ッ素添加カ−ボン膜に照射することにより、前記水素プ
ラズマと前記フッ素添加カーボン膜に含まれる未反応の
フッ素とを反応させ、前記未反応のフッ素を除去する工
程と、その後、前記被処理基板を400℃以上の温度で
加熱する工程と、を含むことを特徴とする。また水素の
プラズマを照射する工程は、炭素とフッ素との化合物ガ
スを含む成膜ガスを分解し、化学的気相反応により被処
理基板上にフッ素添加カ−ボン膜を成膜する工程に続い
て行うようにしてもよく、この場合には、多層配線構造
を有する半導体デバイスの製造方法において、層間絶縁
膜の成膜工程の際、炭素とフッ素との化合物ガスを含む
成膜ガスを分解し、化学的気相反応により被処理基板上
に前記層間絶縁膜としてのフッ素添加カ−ボン膜よりな
る層間絶縁膜を成膜する工程と、次いで水素プラズマ生
成用ガスをプラズマ化して、該水素プラズマを前記フッ
素添加カーボン膜に照射することにより、前記水素プラ
ズマと前記フッ素添加カーボン膜に含まれる未反応のフ
ッ素とを反応させ、前記未反応のフッ素を除去する工程
と、その後、前記被処理基板を400℃以上の温度で加
熱する工程と、を含むことを特徴とする。ここで前記水
素プラズマ生成用ガスは、H2,NH3,あるいはこれら
の組み合わせのガスのいずれかを含むものを用いること
が望ましい。
の製造方法は、多層配線構造を有する半導体デバイスを
製造する際に形成される層間絶縁膜をプラズマ処理する
工程を含む、半導体デバイスの製造方法であって、水素
プラズマ生成用ガスをプラズマ化して、該水素プラズマ
を被処理基板上に形成された前記層間絶縁膜としてのフ
ッ素添加カ−ボン膜に照射することにより、前記水素プ
ラズマと前記フッ素添加カーボン膜に含まれる未反応の
フッ素とを反応させ、前記未反応のフッ素を除去する工
程と、その後、前記被処理基板を400℃以上の温度で
加熱する工程と、を含むことを特徴とする。また水素の
プラズマを照射する工程は、炭素とフッ素との化合物ガ
スを含む成膜ガスを分解し、化学的気相反応により被処
理基板上にフッ素添加カ−ボン膜を成膜する工程に続い
て行うようにしてもよく、この場合には、多層配線構造
を有する半導体デバイスの製造方法において、層間絶縁
膜の成膜工程の際、炭素とフッ素との化合物ガスを含む
成膜ガスを分解し、化学的気相反応により被処理基板上
に前記層間絶縁膜としてのフッ素添加カ−ボン膜よりな
る層間絶縁膜を成膜する工程と、次いで水素プラズマ生
成用ガスをプラズマ化して、該水素プラズマを前記フッ
素添加カーボン膜に照射することにより、前記水素プラ
ズマと前記フッ素添加カーボン膜に含まれる未反応のフ
ッ素とを反応させ、前記未反応のフッ素を除去する工程
と、その後、前記被処理基板を400℃以上の温度で加
熱する工程と、を含むことを特徴とする。ここで前記水
素プラズマ生成用ガスは、H2,NH3,あるいはこれら
の組み合わせのガスのいずれかを含むものを用いること
が望ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】先ず本発明の実施の形態に用いら
れるプラズマ処理装置の一例を図1に示す。この装置は
例えばアルミニウム等により形成された真空容器2を有
しており、この真空容器2は上方に位置してプラズマを
発生させる筒状の第1の真空室21と、この下方に連通
させて連結され、第1の真空室21よりは口径の大きい
筒状の第2の真空室22とからなる。なおこの真空容器
2は接地されてゼロ電位になっている。
れるプラズマ処理装置の一例を図1に示す。この装置は
例えばアルミニウム等により形成された真空容器2を有
しており、この真空容器2は上方に位置してプラズマを
発生させる筒状の第1の真空室21と、この下方に連通
させて連結され、第1の真空室21よりは口径の大きい
筒状の第2の真空室22とからなる。なおこの真空容器
2は接地されてゼロ電位になっている。
【0010】この真空容器2の上端は開口されて、この
部分にマイクロ波を透過する部材例えば石英等の材料で
形成された透過窓23が気密に設けられており、真空容
器2内の真空状態を維持するようになっている。この透
過窓23の外側には、例えば2.45GHzのマイクロ
波を発生する高周波電源部24に接続された導波管25
が設けられており、高周波電源部24にて発生したマイ
クロ波を例えばTEモードにより導波管25で案内し
て、またはTEモ−ドにより案内されたマイクロ波を導
波管25でTMモ−ドに変換して、透過窓23から第1
の真空室21内へ導入し得るようになっている。
部分にマイクロ波を透過する部材例えば石英等の材料で
形成された透過窓23が気密に設けられており、真空容
器2内の真空状態を維持するようになっている。この透
過窓23の外側には、例えば2.45GHzのマイクロ
波を発生する高周波電源部24に接続された導波管25
が設けられており、高周波電源部24にて発生したマイ
クロ波を例えばTEモードにより導波管25で案内し
て、またはTEモ−ドにより案内されたマイクロ波を導
波管25でTMモ−ドに変換して、透過窓23から第1
の真空室21内へ導入し得るようになっている。
【0011】第1の真空室21を区画する側壁には例え
ばその周方向に沿って均等に配置したガスノズル31が
設けられると共に、このガスノズル31には図示しない
プラズマ生成用ガス源例えばArガス源及び水素プラズ
マ生成用ガス源例えばH2 (水素)ガス源が接続されて
おり、第1の真空室21内の上部にArガスあるいはH
2 ガスをムラなく均等に供給し得るようになっている。
ばその周方向に沿って均等に配置したガスノズル31が
設けられると共に、このガスノズル31には図示しない
プラズマ生成用ガス源例えばArガス源及び水素プラズ
マ生成用ガス源例えばH2 (水素)ガス源が接続されて
おり、第1の真空室21内の上部にArガスあるいはH
2 ガスをムラなく均等に供給し得るようになっている。
【0012】前記第2の真空室22内には、前記第1の
真空室21と対向するように半導体ウエハ(以下「ウエ
ハ」という)10の載置台4が設けられている。この載
置台4は表面部に静電チャック41を備えており、この
静電チャック41の電極には、ウエハを吸着する直流電
源(図示せず)の他、ウエハにイオンを引き込むための
バイアス電圧を印加するように高周波電源部42が接続
されている。
真空室21と対向するように半導体ウエハ(以下「ウエ
ハ」という)10の載置台4が設けられている。この載
置台4は表面部に静電チャック41を備えており、この
静電チャック41の電極には、ウエハを吸着する直流電
源(図示せず)の他、ウエハにイオンを引き込むための
バイアス電圧を印加するように高周波電源部42が接続
されている。
【0013】一方前記第2の真空室22の上部即ち第1
の真空室21と連通している部分にはリング状の成膜ガ
ス供給部5が設けられており、この成膜ガス供給部5
は、例えばガス供給管51、52から例えば2種類の成
膜ガス、例えばCとFとの化合物ガスであるC4 F8 ガ
スと炭化水素ガスであるC2 H4 ガスとが供給され、そ
の混合ガスを内周面のガス穴53から真空容器2内に供
給するように構成されている。
の真空室21と連通している部分にはリング状の成膜ガ
ス供給部5が設けられており、この成膜ガス供給部5
は、例えばガス供給管51、52から例えば2種類の成
膜ガス、例えばCとFとの化合物ガスであるC4 F8 ガ
スと炭化水素ガスであるC2 H4 ガスとが供給され、そ
の混合ガスを内周面のガス穴53から真空容器2内に供
給するように構成されている。
【0014】前記第1の真空室21を区画する側壁の外
周には、これに接近させて磁場形成手段として例えばリ
ング状の主電磁コイル26が配置されると共に、第2の
真空室22の下方側にはリング状の補助電磁コイル27
が配置されている。また第2の真空室22の底部には例
えば真空室22の中心軸に対称な2個所の位置に各々排
気管28が接続されている。
周には、これに接近させて磁場形成手段として例えばリ
ング状の主電磁コイル26が配置されると共に、第2の
真空室22の下方側にはリング状の補助電磁コイル27
が配置されている。また第2の真空室22の底部には例
えば真空室22の中心軸に対称な2個所の位置に各々排
気管28が接続されている。
【0015】次に上述の装置を用いて被処理基板である
ウエハ10上にCF膜よりなる層間絶縁膜を形成する方
法について図2により説明する。先ず図2(a)に示す
ように、真空容器2の側壁に設けた図示しないゲートバ
ルブを開いて図示しない搬送アームにより、例えば表面
にアルミニウム配線が形成されたウエハ10を図示しな
いロードロック室から搬入して載置台4上に載置し、静
電チャック41によりウエハ10を静電吸着する。
ウエハ10上にCF膜よりなる層間絶縁膜を形成する方
法について図2により説明する。先ず図2(a)に示す
ように、真空容器2の側壁に設けた図示しないゲートバ
ルブを開いて図示しない搬送アームにより、例えば表面
にアルミニウム配線が形成されたウエハ10を図示しな
いロードロック室から搬入して載置台4上に載置し、静
電チャック41によりウエハ10を静電吸着する。
【0016】続いてゲートバルブを閉じて内部を密閉し
た後、排気管28より内部雰囲気を排気して所定の真空
度まで真空引きし、図2(b)に示すように、ガスノズ
ル31から第1の真空室21内へArガスを所定の流量
で導入すると共に、成膜ガス供給部5から第2の真空室
22内へ成膜ガスを所定の流量で導入する。そして真空
容器2内を所定のプロセス圧に維持し、かつ高周波電源
部42により載置台4に13.56MHz、1500W
のバイアス電圧を印加すると共に、載置台4の表面温度
をおよそ300℃に設定する。
た後、排気管28より内部雰囲気を排気して所定の真空
度まで真空引きし、図2(b)に示すように、ガスノズ
ル31から第1の真空室21内へArガスを所定の流量
で導入すると共に、成膜ガス供給部5から第2の真空室
22内へ成膜ガスを所定の流量で導入する。そして真空
容器2内を所定のプロセス圧に維持し、かつ高周波電源
部42により載置台4に13.56MHz、1500W
のバイアス電圧を印加すると共に、載置台4の表面温度
をおよそ300℃に設定する。
【0017】一方高周波電源部24からの2.45GH
z、2700Wの高周波(マイクロ波)は、導波管25
を通って真空容器2の天井部に至り、ここの透過窓23
を透過して第1の真空室21内へ導入される。また真空
容器2内には主電磁コイル26及び補助電磁コイル27
により第1の真空室21の上部から第2の真空室22の
下部に向かう磁場が形成され、例えば第1の真空室21
の下部付近にて磁場の強さが875ガウスとなる。こう
して磁場とマイクロ波との相互作用により電子サイクロ
トロン共鳴が生じ、この共鳴によりArガスがプラズマ
化され、且つ高密度化される。発生したプラズマ流は、
第1の真空室21より第2の真空室22内に流れ込んで
行き、ここに供給されているC4 F8 ガス、C2 H4 ガ
スを活性化(プラズマ化)して活性種(プラズマ)を形
成し、ウエハ10上にCF膜を成膜する。
z、2700Wの高周波(マイクロ波)は、導波管25
を通って真空容器2の天井部に至り、ここの透過窓23
を透過して第1の真空室21内へ導入される。また真空
容器2内には主電磁コイル26及び補助電磁コイル27
により第1の真空室21の上部から第2の真空室22の
下部に向かう磁場が形成され、例えば第1の真空室21
の下部付近にて磁場の強さが875ガウスとなる。こう
して磁場とマイクロ波との相互作用により電子サイクロ
トロン共鳴が生じ、この共鳴によりArガスがプラズマ
化され、且つ高密度化される。発生したプラズマ流は、
第1の真空室21より第2の真空室22内に流れ込んで
行き、ここに供給されているC4 F8 ガス、C2 H4 ガ
スを活性化(プラズマ化)して活性種(プラズマ)を形
成し、ウエハ10上にCF膜を成膜する。
【0018】こうしてウエハ10上にCF膜を成膜した
後、図2(c)に示すように、当該ウエハ10にHのプ
ラズマを照射する。つまり載置台4にウエハ10を載置
したまま、ガスノズル31からH2 ガスを所定の流量で
導入して、マイクロ波電力(高周波電源部24)500
0W、バイアス電力(高周波電源部42)0Wの下、上
述の電子サイクロトロン共鳴によりH2 ガスをプラズマ
化し、これにより生じたHのプラズマをウエハ10上の
CF膜に照射する。なお実際のデバイスを製造する場合
には、その後このCF膜に対して所定のパターンでエッ
チングを行い、溝部に例えばW膜を埋め込んでW配線が
形成される。
後、図2(c)に示すように、当該ウエハ10にHのプ
ラズマを照射する。つまり載置台4にウエハ10を載置
したまま、ガスノズル31からH2 ガスを所定の流量で
導入して、マイクロ波電力(高周波電源部24)500
0W、バイアス電力(高周波電源部42)0Wの下、上
述の電子サイクロトロン共鳴によりH2 ガスをプラズマ
化し、これにより生じたHのプラズマをウエハ10上の
CF膜に照射する。なお実際のデバイスを製造する場合
には、その後このCF膜に対して所定のパターンでエッ
チングを行い、溝部に例えばW膜を埋め込んでW配線が
形成される。
【0019】このような方法で形成されたCF膜は強固
な結合を有し、後述の実験結果からも分かるように熱安
定性が大きい、つまり高温になってもF系ガスの抜けが
少ない。その理由については次のように考えられる。即
ち成膜ガスとしてCF系ガスと炭化水素ガスとを組み合
わせてCF膜を成膜すると、このCF膜中には、図3
(a)に示すようにC−C結合やC−F結合、C−H結
合の他に未反応のFやFイオン(F- )等が存在すると
考えられる。
な結合を有し、後述の実験結果からも分かるように熱安
定性が大きい、つまり高温になってもF系ガスの抜けが
少ない。その理由については次のように考えられる。即
ち成膜ガスとしてCF系ガスと炭化水素ガスとを組み合
わせてCF膜を成膜すると、このCF膜中には、図3
(a)に示すようにC−C結合やC−F結合、C−H結
合の他に未反応のFやFイオン(F- )等が存在すると
考えられる。
【0020】ここで本実施の形態のようにCF膜にHの
プラズマを照射すると、Hは微小であるので、図4に示
すようにCF膜の内部に表面側から入り込んでいく。し
かしながらCF膜の深層部まで到達できるHはかなり少
ないので、CF膜中の水素濃度は図5に示すように、深
層部では小さく、表層部に近くなるほど大きくなってい
くと推察される。
プラズマを照射すると、Hは微小であるので、図4に示
すようにCF膜の内部に表面側から入り込んでいく。し
かしながらCF膜の深層部まで到達できるHはかなり少
ないので、CF膜中の水素濃度は図5に示すように、深
層部では小さく、表層部に近くなるほど大きくなってい
くと推察される。
【0021】ところでCF膜に入り込んだHは、図3
(b)に示すようにCF膜中の未反応のFと反応してH
Fを生成したり、結合力の弱いC−F結合を切断してH
FやCHFを生成して、CF膜の外へ飛散していくと考
えられる。この際CF膜では深層部まで入り込んだHに
より、内部の未反応のF等の一部が除去される。一方表
層部では水素濃度が大きく、未反応のF等と反応できる
Hの存在量が多いので、未反応のF等が十分に除去さ
れ、この結果強い結合が残り、膜が強固となる。
(b)に示すようにCF膜中の未反応のFと反応してH
Fを生成したり、結合力の弱いC−F結合を切断してH
FやCHFを生成して、CF膜の外へ飛散していくと考
えられる。この際CF膜では深層部まで入り込んだHに
より、内部の未反応のF等の一部が除去される。一方表
層部では水素濃度が大きく、未反応のF等と反応できる
Hの存在量が多いので、未反応のF等が十分に除去さ
れ、この結果強い結合が残り、膜が強固となる。
【0022】ここでF系ガスの抜けは、未反応のFや、
高温の熱処理時に熱によってC−C結合が切断されるこ
とにより生じたFやCF、CF2 がガスとなって飛散し
ていくことにより起こる。従ってHのプラズマにより未
反応のFが予め除去されれば、Fガスの抜けは抑えられ
る。
高温の熱処理時に熱によってC−C結合が切断されるこ
とにより生じたFやCF、CF2 がガスとなって飛散し
ていくことにより起こる。従ってHのプラズマにより未
反応のFが予め除去されれば、Fガスの抜けは抑えられ
る。
【0023】また既述のように表層部が強固になると、
この部分では高温下でもC−C結合が切断されにくくな
り、表層部からのF系ガスの抜けが防止される。さらに
仮に内部で未反応のFが残存したり、弱いC−C結合が
切断されたとしても、表層部の強固な膜がバリヤとなっ
てこれらF系ガスの通り抜けを阻止するので、高温の熱
処理時においても、結果としてこれらのガスの脱ガスが
防止され、これによりCF膜の熱安定性が向上すると考
えられる。
この部分では高温下でもC−C結合が切断されにくくな
り、表層部からのF系ガスの抜けが防止される。さらに
仮に内部で未反応のFが残存したり、弱いC−C結合が
切断されたとしても、表層部の強固な膜がバリヤとなっ
てこれらF系ガスの通り抜けを阻止するので、高温の熱
処理時においても、結果としてこれらのガスの脱ガスが
防止され、これによりCF膜の熱安定性が向上すると考
えられる。
【0024】続いて本発明方法により形成されたCF膜
の熱安定性を調べるために行った実験例について説明す
る。図1に示すプラズマ処理装置を用い、Arガスを1
50sccm、C4 F8 ガスを40sccm、C2 H4
ガスを30sccm導入して、ウエハ10上に2μmの
CF膜を成膜した。このときマイクロ波電力及びバイア
ス電力は夫々2700W、1500Wとし、載置台4表
面の温度は300℃、プロセス圧力は0.2Paとし
た。次いでH2 ガスを300sccm導入してプラズマ
化し、ウエハ10上のCF膜にHのプラズマを15秒間
照射した。このときマイクロ波電力及びバイアス電力は
夫々5000W、0Wとし、載置台4表面の温度は30
0℃、プロセス圧力は1Paとした(実施例1)。
の熱安定性を調べるために行った実験例について説明す
る。図1に示すプラズマ処理装置を用い、Arガスを1
50sccm、C4 F8 ガスを40sccm、C2 H4
ガスを30sccm導入して、ウエハ10上に2μmの
CF膜を成膜した。このときマイクロ波電力及びバイア
ス電力は夫々2700W、1500Wとし、載置台4表
面の温度は300℃、プロセス圧力は0.2Paとし
た。次いでH2 ガスを300sccm導入してプラズマ
化し、ウエハ10上のCF膜にHのプラズマを15秒間
照射した。このときマイクロ波電力及びバイアス電力は
夫々5000W、0Wとし、載置台4表面の温度は30
0℃、プロセス圧力は1Paとした(実施例1)。
【0025】こうして形成されたCF膜について、図6
に示す測定装置を用いて薄膜の熱安定性の指標である高
温下での重量変化を調べた。図6において61は真空容
器、62はヒータ、63は軽量天びん機構のビームに吊
り下げられたるつぼ、64は重量測定部である。測定方
法については、ウエハ上のCF膜を削り落としてるつぼ
63内に入れ、He雰囲気下でるつぼ63内の温度を4
25℃まで昇温させ、そのまま2時間加熱して重量測定
部64で重量変化を調べる方法を採った。
に示す測定装置を用いて薄膜の熱安定性の指標である高
温下での重量変化を調べた。図6において61は真空容
器、62はヒータ、63は軽量天びん機構のビームに吊
り下げられたるつぼ、64は重量測定部である。測定方
法については、ウエハ上のCF膜を削り落としてるつぼ
63内に入れ、He雰囲気下でるつぼ63内の温度を4
25℃まで昇温させ、そのまま2時間加熱して重量測定
部64で重量変化を調べる方法を採った。
【0026】ここで重量変化とは、熱を加える前のるつ
ぼ内の薄膜の重量をA、熱を加えた後のるつぼ内の薄膜
の重量をBとすると、{(A−B)/A}×100で表
される値であり、この値が小さい程F系ガスの抜けが少
なく、熱安定性が高いことを示している。
ぼ内の薄膜の重量をA、熱を加えた後のるつぼ内の薄膜
の重量をBとすると、{(A−B)/A}×100で表
される値であり、この値が小さい程F系ガスの抜けが少
なく、熱安定性が高いことを示している。
【0027】また実施例1と同様の条件でウエハ10上
にCF膜を成膜し、次いで実施例1と同様の条件でH2
ガスをプラズマ化し、次いでウエハ10上のCF膜にH
のプラズマを30秒間照射した場合(実施例2)と、実
施例1と同様の条件でウエハ10上にCF膜を成膜し、
Hのプラズマの照射を行わない場合(比較例)について
も同様に重量変化を測定した。なお熱安定性は、TDS
スペクトル(Thermal Disorption
Spectroscopy)による脱ガス量の測定や熱
処理における膜厚の変化等によっても調べることができ
る。
にCF膜を成膜し、次いで実施例1と同様の条件でH2
ガスをプラズマ化し、次いでウエハ10上のCF膜にH
のプラズマを30秒間照射した場合(実施例2)と、実
施例1と同様の条件でウエハ10上にCF膜を成膜し、
Hのプラズマの照射を行わない場合(比較例)について
も同様に重量変化を測定した。なお熱安定性は、TDS
スペクトル(Thermal Disorption
Spectroscopy)による脱ガス量の測定や熱
処理における膜厚の変化等によっても調べることができ
る。
【0028】この結果を図7に示すが、これによりHの
プラズマの照射によってCF膜の重量変化が小さくな
り、F系ガスの抜けが少なくなって熱安定性が大きくな
ること、及びHのプラズマの照射時間が長い程、CF膜
の重量変化が小さくなり、熱安定性が大きくなることが
理解される。
プラズマの照射によってCF膜の重量変化が小さくな
り、F系ガスの抜けが少なくなって熱安定性が大きくな
ること、及びHのプラズマの照射時間が長い程、CF膜
の重量変化が小さくなり、熱安定性が大きくなることが
理解される。
【0029】以上において成膜ガスとしては、CとFと
の化合物ガスとしてはCF4 ガス、C2 F6 ガス、C3
F8 ガス、C5 F8 ガス、C6 F6 ガス等を用いること
ができ、CとFのみならずCとFとHとを含むガス例え
ばCHF3 ガス等を用いることもできる。また炭化水素
ガスとしてはCH4 ガスやC2 H2 ガス、C2 H6 ガ
ス、C3 H8 ガス、C4 H8 ガス等を用いることができ
るが、炭化水素ガスの代りに水素ガスを用いるようにし
てもよい。さらに水素プラズマ生成用ガスとしては、H
2 ガスやNH3 ガス等のHのプラズマを生成でき、しか
もウエハが成膜されないガスを用いることができる。
の化合物ガスとしてはCF4 ガス、C2 F6 ガス、C3
F8 ガス、C5 F8 ガス、C6 F6 ガス等を用いること
ができ、CとFのみならずCとFとHとを含むガス例え
ばCHF3 ガス等を用いることもできる。また炭化水素
ガスとしてはCH4 ガスやC2 H2 ガス、C2 H6 ガ
ス、C3 H8 ガス、C4 H8 ガス等を用いることができ
るが、炭化水素ガスの代りに水素ガスを用いるようにし
てもよい。さらに水素プラズマ生成用ガスとしては、H
2 ガスやNH3 ガス等のHのプラズマを生成でき、しか
もウエハが成膜されないガスを用いることができる。
【0030】さらにまた本発明はCF膜は上述のプラズ
マCVD(炭素とフッ素との化合物ガスを含む成膜ガス
を分解し、化学的気相反応によりフッ素添加カ−ボン膜
を成膜する手法)で成膜することに限られず、熱CVD
(炭素とフッ素との化合物ガスを含む成膜ガスを加熱す
ることにより分解し、化学的気相反応によりフッ素添加
カ−ボン膜を成膜する手法)により成膜するようにして
もよい。またECRによりプラズマを生成することに限
られず、例えばICP(InductiveCoupl
ed Plasuma)などと呼ばれている、ドーム状
の容器に巻かれたコイルから電界及び磁界を処理ガスに
与える方法などによりプラズマを生成する場合にも適用
できる。さらにヘリコン波プラズマなどと呼ばれている
例えば13.56MHzのヘリコン波と磁気コイルによ
り印加された磁場との相互作用によりプラズマを生成す
る場合や、マグネトロンプラズマなどと呼ばれている2
枚の平行なカソ−ドにほぼ平行をなすように磁界を印加
することによってプラズマを生成する場合、平行平板な
どと呼ばれている互いに対向する電極間に高周波電力を
印加してプラズマを生成する場合にも適用することがで
きる。
マCVD(炭素とフッ素との化合物ガスを含む成膜ガス
を分解し、化学的気相反応によりフッ素添加カ−ボン膜
を成膜する手法)で成膜することに限られず、熱CVD
(炭素とフッ素との化合物ガスを含む成膜ガスを加熱す
ることにより分解し、化学的気相反応によりフッ素添加
カ−ボン膜を成膜する手法)により成膜するようにして
もよい。またECRによりプラズマを生成することに限
られず、例えばICP(InductiveCoupl
ed Plasuma)などと呼ばれている、ドーム状
の容器に巻かれたコイルから電界及び磁界を処理ガスに
与える方法などによりプラズマを生成する場合にも適用
できる。さらにヘリコン波プラズマなどと呼ばれている
例えば13.56MHzのヘリコン波と磁気コイルによ
り印加された磁場との相互作用によりプラズマを生成す
る場合や、マグネトロンプラズマなどと呼ばれている2
枚の平行なカソ−ドにほぼ平行をなすように磁界を印加
することによってプラズマを生成する場合、平行平板な
どと呼ばれている互いに対向する電極間に高周波電力を
印加してプラズマを生成する場合にも適用することがで
きる。
【0031】さらにまた本発明では成膜工程を行わず、
水素のプラズマの照射工程のみを行うようにしてもよい
し、成膜工程と水素のプラズマの照射工程とを繰り返し
て行うようにしてもよい。
水素のプラズマの照射工程のみを行うようにしてもよい
し、成膜工程と水素のプラズマの照射工程とを繰り返し
て行うようにしてもよい。
【0032】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、熱的安定
性が大きく、F系のガスの脱離が小さいCF膜を得るこ
とができる。従ってこのCF膜を例えば半導体デバイス
の層間絶縁膜に使用すれば、金属配線を腐食するおそれ
がなく、アルミニウム配線のうねりやクラックの発生も
防止できる。半導体デバイスの微細化、高速化が要請さ
れている中で、CF膜が比誘電率の小さい有効な絶縁膜
として注目されていることから、本発明はCF膜の絶縁
膜としての実用化を図る上で有効な方法である。
性が大きく、F系のガスの脱離が小さいCF膜を得るこ
とができる。従ってこのCF膜を例えば半導体デバイス
の層間絶縁膜に使用すれば、金属配線を腐食するおそれ
がなく、アルミニウム配線のうねりやクラックの発生も
防止できる。半導体デバイスの微細化、高速化が要請さ
れている中で、CF膜が比誘電率の小さい有効な絶縁膜
として注目されていることから、本発明はCF膜の絶縁
膜としての実用化を図る上で有効な方法である。
【図1】本発明方法を実施するためのプラズマ処理装置
の一例を示す縦断側面図である。
の一例を示す縦断側面図である。
【図2】本発明方法を説明するための工程図である。
【図3】本発明方法の作用を説明するための模式図であ
る。
る。
【図4】CF膜にHが入り込む様子を示す模式図であ
る。
る。
【図5】CF膜の深さと水素濃度との関係を示す特性図
である。
である。
【図6】薄膜の重量変化を調べる測定装置を示す略解断
面図である。
面図である。
【図7】Hのプラズマ照射とCF膜の重量変化との関係
を示す特性図である。
を示す特性図である。
【図8】半導体デバイスの構造の一例を示す構造図であ
る。
る。
10 半導体ウエハ
2 真空容器
21 第1の真空室
22 第2の真空室
24 高周波電源部
25 導波管
26、27 電磁コイル
28 排気管
31 ガスノズル
4 載置台
5 成膜ガス供給部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 21/31
H01L 21/312
H01L 21/314
H01L 21/316
H01L 21/318
Claims (7)
- 【請求項1】 多層配線構造を有する半導体デバイスを
製造する際に形成される層間絶縁膜をプラズマ処理する
工程を含む、半導体デバイスの製造方法であって、 水素プラズマ生成用ガスをプラズマ化して、該水素プラ
ズマを被処理基板上に形成された前記層間絶縁膜として
のフッ素添加カ−ボン膜に照射することにより、前記水
素プラズマと前記フッ素添加カーボン膜に含まれる未反
応のフッ素とを反応させ、前記未反応のフッ素を除去す
る工程と、 その後、前記被処理基板を400℃以上の温度で加熱す
る工程と、 を含むことを特徴とする半導体デバイスの製
造方法。 - 【請求項2】 前記水素プラズマ生成用ガスは、H2,
NH3,あるいはこれらの組み合わせのガスのいずれか
を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体デバイス
の製造方法。 - 【請求項3】 多層配線構造を有する半導体デバイスの
製造方法において、 層間絶縁膜の成膜工程の際、炭素とフッ素との化合物ガ
スを含む成膜ガスを分解し、化学的気相反応により被処
理基板上に前記層間絶縁膜としてのフッ素添加カ−ボン
膜よりなる層間絶縁膜を成膜する工程と、 次いで水素プラズマ生成用ガスをプラズマ化して、該水
素プラズマを前記フッ素添加カーボン膜に照射すること
により、前記水素プラズマと前記フッ素添加カーボン膜
に含まれる未反応のフッ素とを反応させ、前記未反応の
フッ素を除去する工程と、 その後、前記被処理基板を400℃以上の温度で加熱す
る工程と、 を含むことを特徴とする半導体デバイスの製
造方法。 - 【請求項4】 前記水素プラズマ生成用ガスは、H2,
NH3,あるいはこれらの組み合わせのガスのいずれか
を含むことを特徴とする請求項3記載の半導体デバイス
の製造方法。 - 【請求項5】 多層配線構造を有する半導体デバイスの
製造方法において、 層間絶縁膜の成膜工程の際、炭素とフッ素との化合物ガ
スを含む成膜ガスを分解し、化学的気相反応により被処
理基板上に前記層間絶縁膜としてのフッ素添加カ−ボン
膜よりなる層間絶縁膜を成膜する工程と、 次いで水素プラズマ生成用ガスをプラズマ化して、該水
素プラズマを前記フッ素添加カーボン膜に照射すること
により、前記水素プラズマと前記フッ素添加カーボン膜
に含まれる未反応のフッ素とを反応させ、前記未反応の
フッ素を除去する工程と、 その後、前記被処理基板を400℃以上の温度で加熱す
る工程と、 を含み、 前記フッ素添加カーボン膜を成膜する前記工程と、水素
プラズマを被処理基板上に形成された前記フッ素添加カ
ーボン膜に照射する前記工程と、を交互に複数回繰り返
すことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 - 【請求項6】 前記フッ素添加カーボン膜を成膜する工
程は、炭素とフッ素との化合物ガスを含む成膜ガスをプ
ラズマ化することにより分解し、化学的気相反応により
被処理基板上にフッ素添加カ−ボン膜よりなる層間絶縁
膜を成膜するものであることを特徴とする請求項3ない
し5のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。 - 【請求項7】 前記フッ素添加カーボン膜を成膜する工
程は、炭素とフッ素との化合物ガスを含む成膜ガスを加
熱することにより分解し、化学的気相反応により被処理
基板上にフッ素添加カ−ボン膜よりなる層間絶縁膜を成
膜するものであることを特徴とする請求項3ないし5の
いずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。
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-
2000
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