等離子體成膜方法和等離子體成膜裝置的製作方法
2023-10-11 07:49:14 3
專利名稱：等離子體成膜方法和等離子體成膜裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用等離子體形成加氟碳膜(氟碳膜)的技術。
背景技術：
作為用於實現半導體器件高集成化的一個方法，採用多層配線結構。為了製成多層配線結構，以導電層連接相互相鄰的配線層之間，並且導電層以外的區域形成稱之為層間絕緣膜的薄膜。作為該層間絕緣膜的代表性膜有氧化矽膜，但為了進一步加快器件的運轉速度，要求降低層間絕緣膜的介電常數。
出於這樣的背景，與氧化矽膜相比可以大幅度降低介電常數的加氟碳膜受到關注。該加氟碳膜利用通過將碳(C)和氟(F)構成的原料氣體等離子化得到的成膜種進行成膜。作為原料氣體，已知C4F8氣體和C5F8氣體等。其中，已知通過使用C5F8氣體，其分解生成物容易製成立體結構，C-F鍵變得堅固。其結果能夠得到介電常數低、漏洩電流小，熱穩定性更優異的層間絕緣膜。
在日本特開平11-162960號公報中公開了作為原料氣體使用環狀結構的C5F8氣體，形成加氟碳膜的技術。具體地，通過電子回旋加速器共振(ECR)，將Ar氣體等的等離子體發生用的氣體等離子化，由該等離子體將C5F8氣體活化，在半導體晶片(以下稱為晶片)上形成加氟碳膜。
但是，即使在使用C5F8氣體作為原料氣體的情況下，可以確認形成的膜的漏洩電流、熱穩定性等膜特性存在不同的情況。本發明人掌握了該加氟碳膜的膜特性與成膜條件有很大關係。詳細來說，本發明人認識到根據成膜條件，由C5F8氣體得到的成膜種不同，隨著該成膜種的不同，膜特性有很大變化。因此，本發明人掌握了通過實現成膜條件的適宜化，能夠形成膜特性良好的加氟碳膜。
發明內容
本發明是在這樣的情況下形成的發明，其目的在於提供等離子體成膜方法和等離子體成膜裝置，其能夠通過利用適宜的成膜條件得到所希望的成膜種，由此進行在漏電特性和熱穩定性方面具有優異特性的加氟碳膜的成膜。並且，本發明的目的在於提供一種存儲介質，儲存有控制等離子體成膜裝置，使其進行上述成膜的程序。
為了達到該目的，本發明提供一種等離子體成膜方法，其特徵在於，基於微波的能量，將由碳和氟構成、具有單獨1個三鍵、1個以上雙鍵、或共軛雙鍵的化合物原料氣體活化，利用由此得到的含有C4F6或C4F5成膜種，形成加氟碳膜，在該方法中，對該原料氣體進行活化，使得活化後的原料氣體濃度成為活化前的原料氣體濃度的0.05倍以上、0.5倍以下。
例如，上述具有單獨1個三鍵的化合物是八氟戊炔。例如，上述具有1個以上雙鍵的化合物選自八氟環戊烯、十氟環己烯和八氟環己二烯。例如，上述具有共軛雙鍵的化合物是八氟戊二烯。
此外，本發明提供一種等離子體成膜裝置，其特徵在於，利用微波的能量將由碳和氟構成的、具有單獨1個三鍵、1個以上雙鍵、或共軛雙鍵的化合物原料氣體活化，利用由此得到的含有C4F6或C4F5的成膜種，在基板表面形成加氟碳膜，該等離子體成膜裝置具備在內部設置有載置上述基板的載置臺的氣密處理容器；對該處理容器內的氛圍進行排氣的排氣系統；調整上述原料氣體流量並進行供給的原料氣體供給系統；形成有原料氣體供給口、具有與上述載置臺相對的相對面，將從上述原料氣體供給系統供給的原料氣體從上述供給口噴出到上述處理容器內的原料氣體供給部件；與上述載置臺相對設置的徑向線隙縫天線；和對微波進行電力調整並供給至該天線的微波供給系統，還具備控制器，在成膜時，控制上述排氣系統、上述原料氣體供給系統和上述微波供給系統，使得上述原料氣體被活化，達到活化後的原料氣體濃度為活化前的原料氣體濃度的0.05倍以上0.5倍以下。
此外，本發明提供一種等離子體成膜裝置，其特徵在於，基於微波的能量，將由碳和氟構成、具有單獨1個三鍵、1個以上雙鍵或共軛雙鍵的化合物原料氣體活化，利用由此得到的含有C4F6或C4F5的成膜種，在基板表面形成加氟碳膜，該等離子體成膜裝置具備內部設置有載置上述基板的載置臺的氣密的處理容器；對該處理容器內的氛圍進行排氣的排氣系統；調整上述原料氣體的流量並進行供給的原料氣體供給系統；形成有原料氣體供給口、具有與上述載置臺相對的相對面，將從上述原料氣體供給系統供給的原料氣體從上述供給口噴出到上述處理容器內的原料氣體供給部件；調整放電氣體流量並供給放電氣體的放電氣體供給系統；形成有放電氣體供給口，具有與上述載置臺相對的相對面，將從上述放電氣體供給系統供給的放電氣體從上述供給口噴出到上述處理容器內的放電氣體供給部件；與上述載置臺相對設置的徑向線隙縫天線；和對微波進行電力調整並供給至該天線的微波供給系統，上述載置臺上的基板表面與上述原料氣體供給部件的相對面之間的距離為70mm以上105mm以下，上述載置臺上的基板表面與上述放電氣體供給部件的相對面之間的距離為100mm以上140mm以下，還具備控制器，在成膜時，控制上述排氣系統、上述原料氣體供給系統和上述放電氣體供給系統，使得上述處理容器內的壓力為7.32Pa以上8.65Pa以下，同時控制上述微波供給系統，使得供給上述天線部件的微波的電力為2000W以上2300W以下。
這裡，所謂「放電氣體」，與原料氣體不同，是即使被等離子化、其本身也不生成堆積物的物質的氣體，例如，氬氣和氪氣符合要求。
在本發明中，所謂「基於微波能量將原料氣體活化」，是包含利用微波能量將原料氣體本身直接等離子化而活化的情況，和利用微波的能量將放電氣體等離子化、由該等離子化的放電氣體將原料氣體活化的情況這兩種情況的概念。
此外，本發明提供一種存儲介質，存儲有在使用等離子體成膜裝置進行成膜時，進行控制的程序，
上述等離子體成膜裝置具備在內部設置有載置上述基板的載置臺的氣密處理容器；對該處理容器內的氛圍進行排氣的排氣系統；調整上述原料氣體流量並進行供給的原料氣體供給系統；形成有原料氣體供給口、具有相對上述載置臺的相對面，將從上述原料氣體供給系統供給的原料氣體從上述供給口噴出到上述處理容器內的原料氣體供給部件；與上述載置臺相對設置的徑向線隙縫天線；和對微波進行電力調整並供給該天線的微波供給系統，上述成膜是基於微波的能量，將由碳和氟構成的、具有單獨1個三鍵、1個以上雙鍵、或共軛雙鍵的化合物原料氣體活化，利用由此得到的含有C4F6或C4F5的成膜種，在基板表面形成加氟碳膜，在成膜時，上述程序控制上述排氣系統、上述原料氣體供給系統和上述微波供給系統，使得上述原料氣體被活化，達到活化後的原料氣體濃度為活化前的原料氣體濃度的0.05倍以上0.5倍以下。
此外，本發明提供一種存儲介質，存儲有在使用等離子體成膜裝置進行成膜時，進行控制的程序，上述等離子體成膜裝置具備內部設置有載置上述基板的載置臺的氣密的處理容器；對該處理容器內的氛圍進行排氣的排氣系統；調整上述原料氣體的流量並進行供給的原料氣體供給系統；形成有原料氣體供給口、具有與上述載置臺相對的相對面，將從上述原料氣體供給系統供給的原料氣體從上述供給口噴出到上述處理容器內的原料氣體供給部件；調整放電氣體流量並供給放電氣體的放電氣體供給系統；形成有放電氣體供給口，具有與上述載置臺相對的相對面，將從上述放電氣體供給系統供給的放電氣體從上述供給口噴出到上述處理容器內的放電氣體供給部件；相對於上述載置臺設置的徑向線隙縫天線；和對微波進行電力調整並供給至該天線的微波供給系統，並且上述等離子體成膜裝置中，上述載置臺上的基板表面與上述原料氣體供給部件的相對面之間的距離為70mm以上105mm以下，上述載置臺上的基板表面與上述放電氣體供給部件的相對面之間的距離為100mm以上140mm以下，上述成膜是基於微波的能量將由碳和氟構成的、具有單獨1個三鍵、1個以上雙鍵或共軛雙鍵的化合物原料氣體活化，利用由此得到的含有C4F6或C4F5的成膜種，在基板表面形成加氟碳膜，在成膜時，上述程序控制上述排氣系統、上述原料氣體供給系統和上述放電氣體供給系統，使得上述處理容器內的壓力為7.32Pa以上8.65Pa以下，同時控制上述微波供給系統，使得供給上述天線部件的微波的電力為2000W以上2300W以下。
根據本發明，通過實現利用等離子體的原料氣體的活化狀態的適宜化，能夠利用原料氣體的分解選擇性的得到大量含有C4F6或C4F5的成膜種。通過使用這樣的成膜種進行成膜，能夠形成在漏電特性和熱穩定性方面具有優異特性的加氟碳膜。
圖1是表示本發明的等離子體成膜裝置的一個實施方式的縱截面圖。
圖2是表示在圖1的成膜裝置中使用的原料氣體供給部件的平面圖。
圖3是以部分截面表示在圖1的成膜裝置中使用的天線部的立體圖。
圖4是表示在圖1的成膜裝置中使用的原料氣體的化合物的圖。
圖5是表示在圖1的成膜裝置中使用的原料氣體的化合物的圖。
圖6是將C5F8氣體等離子化時的C5F8氣體分解預測圖。
圖7是表示為了確定成膜時的壓力條件而進行的漏洩電流和壓力的關係的特性圖。
圖8是表示為了確定成膜時的微波電力條件而進行的漏洩電流和微波電力的關係的圖表。
圖9是表示為了確定作為成膜條件的晶片表面與原料氣體供給部件的相對面之間距離，進行的漏洩電流和該距離的關係的圖表。
圖10是沒有將C5F8氣體等離子化時的C5F8氣體的質量分析譜圖。
圖11是將C5F8氣體等離子化時的C5F8氣體的質量分析譜圖。
具體實施例方式
以下，對本發明的等離子體成膜裝置的一個實施方式進行說明。該等離子體成膜裝置，是使用徑向線隙縫天線(RLSA)發生等離子體的CVD(化學氣相澱積Chemical Vapor Deposition)裝置。在圖1中表示的等離子體成膜裝置具備大致圓筒狀的氣密處理容器1。該處理容器1的側壁和底部，由導體、例如添加鋁的不鏽鋼等構成，在內壁面形成由氧化鋁構成的保護膜。
在處理容器1內，在其底面的大致中央處，隔著絕緣材料11a設置有用於載置晶片(基板)W的載置臺11。該載置臺11由例如氮化鋁(AlN)或氧化鋁(Al2O3)構成。在載置臺11的內部，設置使冷卻介質流通的冷卻夾套11b，並設置有未圖示的加熱器，與該冷卻夾套11b一起形成調溫系統。載置臺11的上面構成為靜電卡盤。並且，在載置臺11上內設有與例如13.56MHz的偏置用高頻電源12連接的未圖示的電極，通過該偏置用高頻，使載置臺11的表面形成負電位，使得等離子體中的離子以高的垂直性被引入。
處理容器1的頂部由以例如氧化鋁形成的大致圓盤形狀的放電氣體供給部件2氣密地覆蓋。在為與該放電氣體供給部件2的載置臺11相對的相對面的底面，形成有多個放電氣體供給口21。這些氣體供給口21，通過在供給部件2內部形成的氣體流路22，與放電氣體供給管路23連通。放電氣體供給管路23與作為放電氣體的氬氣(Ar)的供給源24、氫氣(H2)供給源25連接。從供給源24、25供給的氣體，通過放電氣體供給管路23和氣體流路22，從氣體供給口21一起向供給部件2下方的空間噴出。放電氣體供給部件2的底面(相對面)和載置臺11上的晶片W的表面之間的距離L2被設定為100mm以上140mm以下。
在載置臺11和放電氣體供給部件2之間，設置有例如由含有鎂(Mg)的鋁合金或添加鋁的不鏽鋼等的導電體形成的大致圓盤形狀的原料氣體供給部件3。該原料氣體供給部件3將處理容器1內隔開為上側的等離子體生成空間S1和下側的處理空間S2。在作為與該供給部件3的載置臺11相對的相對面的底面，形成有多個原料氣體供給口31。如圖2中所示，這些氣體供給口31通過在供給部件3內部形成為格子狀的氣體流路32，與原料氣體供給管路33連通。原料氣體供給管路33與作為原料氣體的C5F8氣體的供給源35連接。從供給源35供給的原料氣體，通過原料氣體供給管路33和氣體流路32，從氣體供給口31一起向供給部件3下方的空間噴出。原料氣體供給部件3的底面(相對面)與載置臺11上的晶片W表面之間的距離L1被設定為70mm以上、105mm以下。
如圖2中所示，在原料氣體供給部件3中形成有多個垂直方向的貫通孔34。這些貫通孔34用於使等離子體和等離子體中的原料氣體向下方通過，在鄰接的氣體流路32之間形成。
圖1中，以符號V1、V2、V3表示的是閥，以符號101、102、103表示的是質量流量控制器(MFC)。然後，主要通過氬氣供給源24和MFC101，調整作為放電氣體的氬氣流量，供給氬氣，構成放電氣體供給系統7。此外，主要通過C5F8氣體供給源35和MFC103，調整原料氣體的流量、供給原料氣體，構成原料氣體供給系統8。
在放電氣體供給部件2上，氣密安裝有例如由氧化鋁等的介電體構成的蓋板13，在該蓋板13上設置著RLSA4。該RLSA4如圖3所示，具有由大致圓盤形狀的導體構成的天線本體41、和在該本體41的下面安裝的由圓盤形狀的導體構成的平面天線部件(隙縫板)42。由這些天線本體41和平面天線部件42構成扁平的中空圓形波導管。在平面天線部件42和天線本體41之間設置有以例如氧化鋁和氮化矽(Si3N4)等低損失介電體材料構成的滯相板43。該滯相板43用於將微波在圓形波導管內的管內波長變短。
由此構成的RLSA4，隔著未圖示的密封部件安裝在處理容器1上，使得平面天線部件42與蓋板13緊密貼合。該RLSA4通過同軸波導管44與能夠調整電力的微波發生器45連接。通過這些波導管44和微波發生器45，構成為對例如頻率為2.45GHz或8.3GHz的微波進行電力調整，向RLSA4供給微波的供給系統9。此外，同軸波導管44外側的波導管44A與天線本體41連接，中心導體44B貫通滯相板43，與平面天線部件42連接。
平面天線部件42，例如由厚度1mm左右的銅板製成，如圖3所示，形成有多個隙縫部分46。各隙縫部分46，以相互稍離開配置的一對隙縫46a、46b形成為大致T字狀。這些隙縫部分46沿著平面天線部件42的圓周方向配置成為例如同心圓狀或漩渦狀。由此，在各隙縫部分46中，以相互大致正交的關係排列隙縫46a和隙縫46b，所以，包含2個正交的偏振波成分的圓偏振波被放射。一對隙縫46a、46b之間以與通過滯相板43被壓縮的微波波長對應的間隔進行排列，微波從平面天線部件71以大致平面波被放射。
具體地，各隙縫46a、46b的隙縫長是在平面天線部件42中的同軸波導管44一側的微波波長的1/2以下的大小，並且被設定為比平面天線部件42中的等離子體生成空間一側S1的微波波長的1/2大的尺寸。由此，微波通過隙縫部分46進入等離子體生成空間一側S1，不能從等離子體生成空間一側S1返回同軸波導管44一側。並且，在平面天線部件42的底面，多個隙縫部分46被排列為同心圓狀，並且隙縫部分46之間的半徑方向的間隔被設定為例如同軸波導管44一側的微波波長的1/2。
排氣管14與處理容器1的底部連接，該排氣管14通過排氣氣壓調整器51與真空泵50連接。由這些排氣管14、真空泵50和排氣氣壓調整器51構成調整排氣氣壓邊對處理容器1內的氛圍進行排氣的排氣系統5。
該等離子體成膜裝置具備控制排氣系統5(排氣氣壓調整器51)、原料氣體供給系統8(MFC103)、放電氣體供給系統7(MFC101、102)和微波供給系統9(微波發生器45)的控制器6。該控制器6，除此之外，也進行高頻電源部12和閥V1～V3等的控制。該控制器6運行製成的控制程序，使得以規定的成膜條件進行加氟碳膜的成膜。該程序可以存儲在例如軟盤和高密度磁碟(compact disk)、快速存儲器(flashmemory)、MO(磁光碟Magneto-Optical Disk)等的存儲介質中。
接著，說明在該裝置中實施的本發明的等離子體成膜方法。
首先，將例如在表面形成有鋁配線的晶片W搬入處理容器1內，載置在載置臺11上。接著，邊以排氣系統5對處理容器1的氛圍進行排氣，邊分別從放電氣體供給系統7通過放電氣體供給部件2將Ar氣體以例如300sccm供給至處理容器1內，從原料氣體供給系統8通過原料氣體供給部件3將C5F8氣體以例如150sccm供給至處理容器1內。然後，將處理容器1內維持在例如7.32Pa(55mTorr)以上8.65Pa(65mTorr)以下的處理壓力，例如維持在7.71Pa。此外，使載置臺11的表面溫度上升到380℃。
另一方面，通過微波供給系統9向RLSA4供給2.45GHz、2000W以上2300W以下的微波。具體地，由微波發生器45發生的微波，以TM模式、TE模式或TEM模式在同軸波導管44內傳送，到達RLSA4的平面天線部件42。到達平面天線部件42的微波，在從平面天線部件42的中心部向周邊區域以放射狀傳送時，從各隙縫部分46通過蓋板13、放電氣體供給部件2向下方的等離子體生成空間S1放出。
此外，因為蓋板13和放電氣體供給部件2由能夠透過微波的材料氧化鋁構成，所以，微波高效率地透過這些。此時，利用上述那樣的平面天線部件42的隙縫結構，圓偏振波在平面天線部件42的平面中被均勻地放出，下方的等離子體生成空間S1的電場密度被均勻化。然後，由該微波的能量，在等離子體生成空間S1的全部區域，放電氣體的高密度均勻的等離子體被激發。
然後，該放電氣體的等離子體，通過原料氣體供給部件3的貫通孔34，流入下方的處理空間S2，將從該供給部件3供給處理空間S2的C5F8氣體活化。
這樣，C5F8氣體被活化，C5F8氣體被分解，生成如後述的作為活性種的C4F6離子和/或C4F6自由基，成為含有大量C4F6離子和/或C4F6自由基的成膜種。到達晶片W表面上的成膜種被成膜為加氟碳(CF)膜。此時，通過引入等離子體用的偏置電壓，在放電氣體的等離子體中所含的Ar離子被引入晶片W表面，通過濺射蝕刻作用削去在晶片W表面的圖案上的邊部成膜的CF膜。由此，邊擴大圖案槽之間的開口，邊從圖案槽的底部形成CF膜，將CF膜埋入圖案槽內。接著，將形成有CF膜的晶片W，從處理容器1被搬出。
這樣，以C5F8氣體作為原料氣體，使用利用RLSA的等離子體成膜裝置，
在處理容器內的壓力是7.32Pa(55mTorr)以上8.65Pa(65mTorr)以下；微波電力是2000W以上2300W以下(因為天線部件42的直徑是368mm，所以，也可以說是1.88W/cm2～2.16W/cm2)；晶片W表面與原料氣體供給部件3的相對面之間的距離L1是70mm以上105mm以下；和晶片W表面與放電氣體供給部件2的相對面之間的距離L2是100mm以上140mm以下的成膜條件下，將原料氣體等離子化，形成加氟碳膜，漏洩電流小到9×10-8A/cm以下，可以形成熱穩定性優異的加氟碳膜。
推測其理由如下，通過如上所述實現成膜條件的適宜化，從原料氣體C5F8氣體可以選擇性地生成作為期望的成膜種的含有大量C4F6的成膜種。
作為原料氣體，不限於C5F8氣體，可以使用由碳和氟構成，具有單獨1個三鍵、1個以上雙鍵、或共軛雙鍵的化合物的氣體。作為這樣的氣體，例如，如在圖4和圖5中所示地可以列舉環狀C5F8氣體(1，2，3，3，4，4，5，5-八氟-1-環戊烯、圖4(a))、環狀C6F10氣體(1，2，3，3，4，4，5，5，6，6-十氟-1-環己烯、圖4(b))、環狀C6F8氣體(1，2，3，3，4，5，6，6-八氟-1，4-環己二烯、圖4(c))、具有單獨1個三鍵的C5F8氣體(1，3，3，4，4，5，5，5-八氟-1-戊炔、圖5(a))、具有共軛雙鍵的C5F8氣體(1，1，2，3，4，5，5，5-八氟-1，3-戊二烯、圖5(b))等。
此處，對發現C4F6作為加氟碳膜的成膜種是有效的原委進行說明。首先，本發明人著眼於作為原料氣體使用環狀C5F8氣體可以得到的加氟碳膜，根據成膜條件漏電特性和熱穩定性等的膜質量不同。然後，測定在各種成膜條件下得到的加氟碳膜的膜質量，認為處理容器內的壓力、微波電力、晶片W與原料氣體供給部件3的相對面之間的距離L1、晶片W與放電氣體供給部件2的距離L2這些參數，會賦予加氟碳膜的膜質量大的影響。
然後，為了確保加氟碳膜的滿意的漏電特性和熱穩定性，作為成膜條件，在利用RLSA的CVD等離子體成膜裝置中，發現處理容器內的壓力是7.32Pa(55mTorr)以上8.65Pa(65mTorr)以下，微波電力是2000W以上2300W以下，晶片W表面與原料氣體供給部件3的相對面之間的距離L1是70mm以上105mm以下，晶片W與放電氣體供給部件2的距離L2是100mm以上140mm以下的條件。以下，將這些成膜條件稱為「適宜化條件」。
另一方面，基於C5F8氣體的各原子之間的鍵能，通過計算機模擬在C5F8上施加能量哪個鍵會斷開。對其結果得到的分解生成物也同樣操作，針對哪個鍵會斷開進行模擬。於是，首先不發生等離子體時，C5F8氣體的濃度高，將能量賦予C5F8氣體，就得到C5F8氣體分解，開始生成C4F6離子和C4F6自由基的計算結果。再慢慢增加賦予的能量，隨著時間推移，C4F6離子和C4F6自由基的量逐漸增多。然後，再賦予能量，再隨著時間的推移，得到C4F6離子和C4F6自由基開始分解，生成C3F3離子和C3F3自由基的計算結果。
圖6是將該情況以圖表表示的圖。縱軸是氣體濃度、橫軸是賦予氣體的各種條件(參數)的組合。該條件的組合，以概念表示，可以認為是(向每單位體積的氣體施加的能量)×(施加能量的時間)。在實際中，設定各種條件，如果將氣體等離子化，就可以得到各種C5F8濃度和作為分解生成物的C4F6和C3F3的濃度的組合，對其進行預測，繪出的圖為圖6的圖表。總之，該圖表是將伴隨C5F8的分解，C4F6和C3F3生成的情況視覺化的圖表。
另一方面，對不向C5F8氣體賦予能量時和賦予能量時進行質量分析測定。於是，在不向C5F8氣體賦予能量時，表示C5F8氣體存在的峰大，沒有檢測出表示C4F6和C3F3存在的峰。相對於此，在賦予能量時，表示C5F8存在的峰變小，檢測出表示C4F6和C3F3存在的峰。由此，可以確認通過向C5F8氣體賦予予能量，C5F8被分解、量變少，生成作為C5F8分解生成物的C4F6、C3F3。從這樣的現象出發，由上述的模擬結果和確認C4F6、C3F3生成的質量分析結果，可以認為圖6的分解預測圖是正確的。
與先前的結果對照，在圖6中，對應於適宜化條件的區域，可以認為是C4F6濃度比C5F8和C3F3的濃度高的區域。下面敘述其理由；與適宜化條件相比，降低處理容器內的壓力、減小微波電力、縮小距離L1或距離L2，就成為處理空間相對窄小的狀態，氣體很快被排出。因此，因為分子之間的衝撞概率變小，所以，在圖6中，C5F8的濃度向變高的方向滑動。在實際中，由質量分析測定在處理容器內的壓力成為6.92Pa(52mTorr)時的C5F8量，沒有被分解的C5F8量是65％左右。另外，在電力為2400W時，不能檢出C5F8。
因為C5F8的濃度高，會使得成膜速率變小、成膜時間變長，C-C鍵變多、漏洩電流變多，膜中的C5F8分解等的理由，熱穩定性也變差。另外，因為C5F8的幾乎不存在或完全不存在，會使得C3F3的濃度變高，C-C鍵變多、漏洩電流變多，作為CF容易脫離等的理由，所以，熱穩定性也變差。在實際中，在從適宜化條件偏離的條件中，漏電特性、熱穩定性都差。
本發明人在適宜化條件的範圍內進行各種實驗，掌握了在選擇最佳點時，處理容器內的壓力是7.71Pa(58mTorr)、微波電力是2300W、距離L1是85mm、距離L2是100mm的條件時，漏洩電流為最小。由此，推測C4F6的濃度為最高的成膜條件是最佳條件P(圖6)。測定相對於8英寸大小的晶片W形成厚度0.1μm加氟碳膜時的漏洩電流作為此時的漏洩電流，此時的測定條件為1MV/cm。
這樣，在本發明中，通過實現成膜條件的適宜化，將賦予C5F8氣體的能量適宜化，因此可以選擇性地得到C4F6濃度高的成膜種，可以形成漏電特性和熱穩定性良好的加氟碳膜。這裡，所謂漏電特性良好，指漏洩電流為9×10-8A/cm以下。
此處，使用圖4所示的化合物氣體作為原料氣體，能夠得到C4F6離子和/或C4F6自由基作為中間體，以適宜化條件進行加氟碳膜的成膜處理，確認全部可以得到漏電特性、熱穩定性優異的加氟碳膜。
此外，不僅C4F6離子和/或C4F6自由基，而且，C4F5離子和/或C4F5自由基作為成膜種也是有效的。由此，也可以使用圖5所示的化合物氣體作為原料氣體，能夠得到C4F5離子和/或C4F5自由基作為中間體，以適宜化條件進行加氟碳膜的成膜處理，確認這些也可以得到漏電特性、熱穩定性優異的加氟碳膜。其中，在圖4和圖5中的箭頭右側所示的生成物，表示向這些化合物氣體賦予能量時，在最初生成的離子種、自由基種。
如上所述，不取決於等離子體成膜裝置的種類，向C5F8氣體賦予確定的能量進行加氟碳膜的成膜處理，是使用C4F6的比例大於C5F8和C3F3的成膜種進行的成膜處理，可以得到漏電特性和熱穩定性等的膜質量良好的加氟碳膜。
此時，如圖6的分解預測圖所示，在C5F8氣體的濃度與C4F6的濃度之間和C4F6的濃度與C3F3的濃度之間、分別具有相關關係。這裡，C5F8氣體的濃度，可以由例如質量分析法和FTIR分光計等高精度地測定。但是，對C4F6、C3F3是由質量分析法檢出峰得到的，在中止等離子體時的水平太低，難以正確測定濃度。因此，本發明人著眼於基於C5F8氣體的濃度，規定C4F6比例優選的區域。
具體地，如果根據圖6的分解預測圖，向C5F8氣體賦予適宜化條件的能量時得到的成膜種，相當於以由該能量引起活化後的C5F8氣體濃度為活化前的C5F8氣體濃度的0.05倍以上、0.5倍以下的條件將C5F8活化時得到的成膜種。
即，因為C5F8分解量和C4F6生成量是等量的，所以，C5F8分解曲線和C4F6生成曲線相交點是C5F8氣體濃度下降到活化前50％的點。
另外，對以C4F6濃度成為最大的最佳條件P成膜的加氟碳膜進行質量分析，賦予能量時的C5F8的峰為不賦予能量時的C5F8的峰的1/10大小。由此，最佳條件P，相當於沒有被分解的C5F8氣體存在10％時的點(C5F8氣體90％被分解時的點)、即相當於C5F8氣體濃度下降到活化前的10％時的點。
在C4F6變得比C3F3少的區域中，可以認為理論上C5F8幾乎不存在，C5F8的濃度小到為活化前的1％以下。但是，因為不能正確地測定該點，所以，在本發明中設定C5F8的濃度是活化前的5％以上的條件。該條件的區域比圖6的C4F6和C3F3的濃度曲線相交點靠左是可靠的。
另外，如上所述，加氟碳膜的漏電特性和成膜條件對應，從適宜化條件的範圍偏離會使得漏電特性變差。即，漏電特性與成膜種中的C4F6和C3F3的比率相關，C3F3的濃度變高、漏洩電流就變大。推測是由於成膜種中的C相比於F變多，而妨礙絕緣性的緣故。
因此，以C4F6的量為最大的最佳條件P成膜的加氟碳膜，由後述的實驗例可知，漏洩電流最小。相對於此，在圖6中，比最佳條件P向左側偏移的C4F6和C5F8為幾乎等量的點，與比最佳條件P向右偏移的C4F6和C3F3為幾乎等量的點，因為C4F6的濃度變得比最佳條件P還小，所以，漏洩電流變得比最佳條件P大一點。
這樣，因為適宜化條件的範圍和漏電特性對應，所以，通過在該適宜化條件的範圍內，改變參數、得到加氟碳膜，測定此時的漏洩電流，可以掌握在適宜化條件的範圍內最大的漏洩電流。如果根據後述的實驗例，在適宜化條件的範圍內被成膜的加氟碳膜的漏洩電流的最大值是9×10-8A/cm，最佳條件P的漏洩電流最佳值(最小漏洩電流)是8.5×10-9A/cm。由此，本發明人掌握在適宜化條件的範圍內成膜的加氟碳膜的漏洩電流是最小漏洩電流的10倍以內的值。
綜上所述，在本發明中，必要的是，通過向C5F8氣體賦予被適宜化的能量，選擇性的生成C4F6的濃度高的成膜種。因此，例如利用ECR的等離子體成膜裝置等，因為在賦予C5F8氣體的能量過大的裝置中、以C4F6的形式存在的時間過短，結果是C4F6變少，因此可以認為形成漏電特性和熱穩定性優異的加氟碳膜是極其困難的。但是，可以認為在利用ICP(感應耦合等離子體)的等離子體成膜裝置等中可以適用本發明。
接著，為了確認本發明的效果，對進行過的實驗例說明。
(實驗例1)使用上述的等離子體成膜裝置，在漏洩電流為最小的上述最佳條件P下，C5F8氣體流量為200sccm、Ar氣體流量為300sccm，對8英寸大小的晶片W形成厚度為0.1μm的加氟碳膜，通過已經敘述的方法測定此時的漏洩電流。另外，在同樣條件下，變化處理容器內的壓力形成加氟碳膜，測定此時的漏洩電流，分析漏洩電流的壓力特性。結果示於圖7。
由該結果可以確認，在壓力是7.32Pa(55mTorr)～8.65Pa(65mTorr)時，漏洩電流是9×10-8(A/cm)～8.5×10-9(A/cm)的範圍，變得相當小。因此，漏洩電流與處理容器內的壓力相關，理解為壓力優選是7.32Pa～8.65Pa。另一方面，在壓力是6.92Pa(52mTorr)以下時，可以確認漏洩電流大於1×10-7(A/cm)。該條件，如上所述，沒有被分解的C5F8氣體存在65％左右，可以認為是C4F6氣體生成量少的區域。
(實驗例2)使用上述的等離子體成膜裝置，與實驗例1同樣，在最佳條件P下形成加氟碳膜，通過已經敘述的方法測定此時的漏洩電流。此時，除了變化微波電力以外，以同樣條件形成加氟碳膜，測定漏洩電流，分析漏洩電流的微波電力特性。結果示於圖8。
由該結果可以確認，在微波電力是2000W～2300W的範圍時，漏洩電流是8.1×10-8(A/cm)～8.5×10-9(A/cm)的範圍，變得相當小。因此，漏洩電流與微波電力相關，理解為微波電力優選是2000W～2300W。另一方面，在微波電力是2400W以下時，可以確認漏洩電流比6.5×10-7(A/cm)還大。該條件，可以確認如上所述，是全部C5F8氣體被分解，不存在C5F8的區域，是進行C4F6的分解，C3F3的濃度變高，C4F6量少的區域。
(實驗例3)使用上述的等離子體成膜裝置，與實驗例1同樣地在最佳條件P下形成加氟碳膜，由已經敘述的方法測定此時的漏洩電流。此時，除了變化晶片W表面與原料氣體供給部件3的相對面之間的距離L1以外，以同樣條件形成加氟碳膜，測定漏洩電流，分析漏洩電流和距離L1的關係。結果示於圖9。如在圖9中所示，距離L1是70mm、85mm和105mm時，漏洩電流分別是7.3×10-8(A/cm)、9×10-9(A/cm)和2×10-8(A/cm)。
由該結果可以確認，距離L1在70mm～105mm的範圍時，漏洩電流是9×10-9(A/cm)～7.3×10-8(A/cm)的範圍，變得相當小。因此，漏洩電流與距離L1相關，理解為距離L1優選是70mm～105mm。
(實驗例4)使用上述的等離子體成膜裝置，與實驗例1同樣地在最佳條件P下形成加氟碳膜，由已經敘述的方法測定此時的漏洩電流。此時，除了變化晶片W表面與放電氣體供給部件2的距離L2以外，以同樣條件形成加氟碳膜，測定漏洩電流，分析漏洩電流和距離L2的關係。
由該結果可以確認，距離L2在100mm～140mm的範圍時，漏洩電流變小為1×10-8(A/cm)。另外，本發明人認為該距離L2對漏洩電流的影響比上述距離L1小。但是，距離L2變得過大，成膜速度會有可能下降。只要距離L2在140mm左右，就不必擔心成膜速度下降。
(實驗例5)使用上述的等離子體成膜裝置，除了不使等離子體發生以外，與實驗例1同樣地在最佳條件P下形成加氟碳膜，測定此時的質量分析譜圖。此外，以同樣的條件，對使等離子體發生的狀態也同樣測定質量分析譜圖。分別在圖10中表示不使等離子體發生時的結果，在圖11中表示使等離子體發生時的結果。
此外，針對圖6的橫軸，因為至少包含(能量)×(時間)的要素，所以，譜圖的測定點很重要。在本實驗例中，在離開圖1所示的載置臺11的晶片載置面下側10cm處的測定點MP測定。該測定點MP是不賦予氣體能量，不引起以上分解的位置。
由該結果可以確認，在不使等離子體發生時，在質量219中可見C5F8的峰，相當於無法檢測C4F6和C3F3的峰。另一方面，在使等離子體發生時，在質量219中，檢測出C5F8的峰，在質量169中檢測出C4F6的峰，在質量100中檢測出C3F3的峰。另外，可以確認質量219的峰是不使等離子體發生時的約1/10的大小。
由此，在以最佳條件形成加氟碳膜時，C5F8氣體被分解、生成C4F6、C3F3，此時的C5F8氣體的濃度是不賦予等離子體能量時的約1/10，可以理解為此時90％的C5F8氣體被分解。
另外，該質量分析譜圖，在測定對象物質上附著有鋰離子的狀態下進行測定。因為該鋰離子附著概率根據物質而不同，所以，在例如C5F8和C4F6那樣的不同物質中不能進行量的比較。但是，如果是同樣物質，就可以由峰的大小進行量的比較。
權利要求
1.一種等離子體成膜方法，其特徵在於，基於微波的能量，將由碳和氟構成、並具有單獨1個三鍵、1個以上雙鍵、或共軛雙鍵的化合物的原料氣體活化，利用由此得到的含有C4F6或C4F5的成膜種，形成加氟碳膜，其中，對該原料氣體進行活化，使得活化後的原料氣體濃度為活化前的原料氣體濃度的0.05倍以上0.5倍以下。
2.如權利要求1所述的等離子體成膜方法，其特徵在於，具有所述單獨1個三鍵的化合物是八氟戊炔。
3.如權利要求1所述的等離子體成膜方法，其特徵在於，具有所述1個以上雙鍵的化合物選自八氟環戊烯、十氟環己烯和八氟環己二烯。
4.如權利要求1所述的等離子體成膜方法，其特徵在於，具有所述共軛雙鍵的化合物是八氟戊二烯。
5.一種等離子體成膜裝置，其特徵在於，基於微波的能量，將由碳和氟構成、並具有單獨1個三鍵、1個以上雙鍵、或共軛雙鍵的化合物的原料氣體活化，利用由此得到的含有C4F6或C4F5的成膜種，在基板表面形成加氟碳膜，該等離子體成膜裝置具備在內部設置有載置所述基板的載置臺的氣密的處理容器；對該處理容器內的氛圍進行排氣的排氣系統；調整所述原料氣體流量並進行供給的原料氣體供給系統；形成有原料氣體供給口、具有與所述載置臺相對的相對面，將從所述原料氣體供給系統供給的原料氣體從所述供給口噴出到所述處理容器內的原料氣體供給部件；與所述載置臺相對設置的徑向線隙縫天線；和對微波進行電力調整並供給至該天線的微波供給系統，該裝置還具備控制器，在成膜時，控制所述排氣系統、所述原料氣體供給系統和所述微波供給系統，使得所述原料氣體被活化，並使活化後的原料氣體濃度為活化前的原料氣體濃度的0.05倍以上0.5倍以下。
6.一種等離子體成膜裝置，其特徵在於，基於微波的能量，將由碳和氟構成的、並具有單獨1個三鍵、1個以上雙鍵、或共軛雙鍵的化合物原料氣體活化，利用由此得到的含有C4F6或C4F5的成膜種，在基板表面形成加氟碳膜，該等離子體成膜裝置具備內部設置有載置所述基板的載置臺的氣密的處理容器；對該處理容器內的氛圍進行排氣的排氣系統；調整所述原料氣體的流量並進行供給的原料氣體供給系統；形成有原料氣體供給口、具有與所述載置臺相對的相對面，將從所述原料氣體供給系統供給的原料氣體從所述供給口噴出到所述處理容器內的原料氣體供給部件；調整放電氣體流量並進行供給的放電氣體供給系統；形成有放電氣體供給口、具有與所述載置臺相對的相對面，將從所述放電氣體供給系統供給的放電氣體從所述供給口噴出到所述處理容器內的放電氣體供給部件；與所述載置臺相對設置的徑向線隙縫天線；和對微波進行電力調整並供給至該天線的微波供給系統，其中，所述載置臺上的基板表面與所述原料氣體供給部件的相對面之間的距離為70mm以上105mm以下，所述載置臺上的基板表面與所述放電氣體供給部件的相對面之間的距離為100mm以上140mm以下，還具備控制器，在成膜時，控制所述排氣系統、所述原料氣體供給系統和所述放電氣體供給系統，使得所述處理容器內的壓力為7.32Pa以上8.65Pa以下，並控制所述微波供給系統，使得供給所述天線部件的微波的電力為2000W以上2300W以下。
7.一種存儲介質，其特徵在於，存儲有在使用等離子體成膜裝置進行成膜時，進行控制的程序，所述等離子體成膜裝置具備在內部設置有載置所述基板的載置臺的氣密的處理容器；對該處理容器內的氛圍進行排氣的排氣系統；調整所述原料氣體流量並進行供給的原料氣體供給系統；形成有原料氣體供給口、具有與所述載置臺相對的相對面，將從所述原料氣體供給系統供給的原料氣體從所述供給口噴出到所述處理容器內的原料氣體供給部件；與所述載置臺相對設置的徑向線隙縫天線；和對微波進行電力調整並供給至該天線的微波供給系統，所述成膜是基於微波的能量，將由碳和氟構成、並具有單獨1個三鍵、1個以上雙鍵、或共軛雙鍵的化合物原料氣體活化，利用由此得到的含有C4F6或C4F5的成膜種，在基板表面形成加氟碳膜，在成膜時，所述程序控制所述排氣系統、所述原料氣體供給系統和所述微波供給系統，使得所述原料氣體被活化，並使活化後的原料氣體濃度為活化前的原料氣體濃度的0.05倍以上0.5倍以下。
8.一種存儲介質，其特徵在於，存儲有在使用等離子體成膜裝置進行成膜時，進行控制的程序，所述等離子體成膜裝置具備內部設置有載置所述基板的載置臺的氣密的處理容器；對該處理容器內的氛圍進行排氣的排氣系統；調整所述原料氣體的流量並進行供給的原料氣體供給系統；形成有原料氣體供給口、具有與所述載置臺相對的相對面，將從所述原料氣體供給系統供給的原料氣體從所述供給口噴出到所述處理容器內的原料氣體供給部件；調整放電氣體流量並進行供給的放電氣體供給系統；形成有放電氣體供給口、具有與所述載置臺相對的相對面，將從所述放電氣體供給系統供給的放電氣體從所述供給口噴出到所述處理容器內的放電氣體供給部件；與所述載置臺相對設置的徑向線隙縫天線；和對微波進行電力調整並供給至該天線的微波供給系統，其中，所述載置臺上的基板表面與所述原料氣體供給部件的相對面之間的距離為70mm以上105mm以下，所述載置臺上的基板表面與所述放電氣體供給部件的相對面之間的距離為100mm以上140mm以下，所述成膜是基於微波的能量，將由碳和氟構成、並具有單獨1個三鍵、1個以上雙鍵、或共軛雙鍵的化合物原料氣體活化，利用由此得到的含有C4F6或C4F5的成膜種，在基板表面形成加氟碳膜，在成膜時，所述程序控制所述排氣系統、所述原料氣體供給系統和所述放電氣體供給系統，使得所述處理容器內的壓力為7.32Pa以上8.65Pa以下，並控制所述微波供給系統，使得供給所述天線部件的微波的電力為2000W以上2300W以下。
全文摘要
本發明提供一種等離子體成膜方法和等離子體成膜裝置，相對於在氣密處理容器(1)內被載置的基板(W)，通過在徑向線隙縫天線(4)中導入微波而使之發生等離子體。設定條件如下處理容器內的壓力是7.32Pa以上8.65Pa以下，微波電力是2000W以上2300W以下，基板表面與原料氣體供給部件(3)的相對面之間的距離(L1)是70mm以上105mm以下，基板表面與放電氣體供給部件(2)的相對面之間的距離(L2)是100mm以上140mm以下。在該條件下，基於微波能將由環狀C
文檔編號C23C16/26GK101036219SQ200580034009
公開日2007年9月12日 申請日期2005年10月4日 優先權日2004年10月5日
發明者小林保男, 太田與洋, 康松潤, 澤田鬱夫 申請人:東京毅力科創株式會社