JP3219379B2 - 置換フッ化炭化水素重合体層の蒸着方法 - Google Patents
置換フッ化炭化水素重合体層の蒸着方法Info
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマエンハンス
ド熱化学蒸着を用いた材料蒸着方法に関し、詳細には誘
電率の小さい層を蒸着する方法に関する。
ド熱化学蒸着を用いた材料蒸着方法に関し、詳細には誘
電率の小さい層を蒸着する方法に関する。
【0002】
【発明が解消しようとする課題】集積回路においては絶
縁体として誘電体層が一般に用いられる。半導体装置が
高速且つ複雑になるに従って誘電体層の特性が次第に重
要となってきている。
縁体として誘電体層が一般に用いられる。半導体装置が
高速且つ複雑になるに従って誘電体層の特性が次第に重
要となってきている。
【0003】一つの重要な特性は誘電率である。誘電率
は、空気の誘電率を約1とし、誘電体を真空で形成した
コンデンサの容量と誘電体を対象誘電材料で形成したコ
ンデンサの容量との比で表され、その誘電材料が電界の
影響下で電気的エネルギを蓄積する能力の尺度である。
は、空気の誘電率を約1とし、誘電体を真空で形成した
コンデンサの容量と誘電体を対象誘電材料で形成したコ
ンデンサの容量との比で表され、その誘電材料が電界の
影響下で電気的エネルギを蓄積する能力の尺度である。
【0004】誘電率は誘電体層に関連する容量を決定す
るものであり、誘電率の小さい層の容量は小さい。誘電
体層の容量は装置の動作速度に影響する。誘電率の小さ
い誘電体層を用いる装置はより高速で動作する。例え
ば、100メガヘルツ“ペンティアム”(PENTIU
M、インテル社の登録商標)チップは誘電率4.0の誘
電体層を用いて製造されているが、誘電率3.5の誘電
体層を用いてそのチップを製造するとそのチップは11
0メガヘルツで動作できよう。
るものであり、誘電率の小さい層の容量は小さい。誘電
体層の容量は装置の動作速度に影響する。誘電率の小さ
い誘電体層を用いる装置はより高速で動作する。例え
ば、100メガヘルツ“ペンティアム”(PENTIU
M、インテル社の登録商標)チップは誘電率4.0の誘
電体層を用いて製造されているが、誘電率3.5の誘電
体層を用いてそのチップを製造するとそのチップは11
0メガヘルツで動作できよう。
【0005】誘電体層の容量は装置の電力消費にも影響
し、小容量(低誘電率)誘電体層を用いた装置の電力消
費は少ない。この技術分野における低出力、低電圧への
傾向に伴い、低誘電率を有する層を用いて装置を製造す
ることが次第に重要になってきている。
し、小容量(低誘電率)誘電体層を用いた装置の電力消
費は少ない。この技術分野における低出力、低電圧への
傾向に伴い、低誘電率を有する層を用いて装置を製造す
ることが次第に重要になってきている。
【0006】他の重要な特性は高温での誘電体層の機械
的安定性である。高温安定性は次層以降の蒸着の過程で
誘電体層に加わる応力に耐えるために必要である。それ
ら次層以降の層の蒸着時の温度は400℃の高温になる
ことがある。このため、少なくとも400℃の温度にお
いて良好な機械的安定性を有する誘電体層を作ることが
望ましい。
的安定性である。高温安定性は次層以降の蒸着の過程で
誘電体層に加わる応力に耐えるために必要である。それ
ら次層以降の層の蒸着時の温度は400℃の高温になる
ことがある。このため、少なくとも400℃の温度にお
いて良好な機械的安定性を有する誘電体層を作ることが
望ましい。
【0007】誘電体層の他の重要な特性は、その層と他
の層及び基体との間に強力な接着を形成するその層の能
力である。他の層と接着する誘電体層の能力を改善する
ことにより、例えば誘電体層の高温安定性のような誘電
体層の性能の他の面が改善される。従って、他の層と容
易に接着する誘電体層を作ることが望ましい。
の層及び基体との間に強力な接着を形成するその層の能
力である。他の層と接着する誘電体層の能力を改善する
ことにより、例えば誘電体層の高温安定性のような誘電
体層の性能の他の面が改善される。従って、他の層と容
易に接着する誘電体層を作ることが望ましい。
【0008】誘電体層を形成するためにしばしば用いら
れる誘電材料の一つは二酸化シリコンである。二酸化シ
リコンは良好な物理的及び電気的性質を有するために一
般的に選択されている。例えば、二酸化シリコン誘電体
層は高温において良好な機械的安定性を有し、4乃至5
の範囲の誘電率を有する。しかしながら、この分野のよ
り高速、より低電力の傾向に伴い、誘電率が3以下の誘
電体層を作ることが望ましい。
れる誘電材料の一つは二酸化シリコンである。二酸化シ
リコンは良好な物理的及び電気的性質を有するために一
般的に選択されている。例えば、二酸化シリコン誘電体
層は高温において良好な機械的安定性を有し、4乃至5
の範囲の誘電率を有する。しかしながら、この分野のよ
り高速、より低電力の傾向に伴い、誘電率が3以下の誘
電体層を作ることが望ましい。
【0009】一般に“テフロン”(TEFLON,デユ
ポン社の登録商標)と称される炭素フッ素ポリマー(c
arbon fluorine polymer)、す
なわちフッ素樹脂は比較的低い誘電率を有するものとし
て知られている(炭素フッ素ポリマーの一例はポリテト
ラフルオロエチレン((CF2)2)N(但しNは大)で
ある)。この比較的低い誘電率の故に、炭素フッ素ポリ
マーは高密度ハイブリッド集積回路用の誘電体として評
価されている(デユポンデータシート、“Teflon
AF非晶質フルオロポリマー、高性能用Teflon
フルオロカーボン樹脂の新世紀”、14ページ、19
92参照)。しかしながら、半導体装置に炭素フッ素ポ
リマーを使用するに当たっては幾つかの問題がある。一
つの問題は炭素フッ素ポリマーを使用出来る最高温度が
200乃至300℃の範囲であることである。上述のよ
うに誘電体層は少なくとも400℃の温度に耐えること
ができなければならない。 炭素フッ素ポリマーの使
用についての他の問題はその付着特性が悪いということ
である。炭素フッ素ポリマーは本質的に反応性化学官能
性を含まない無極性であり、化学物質に対し極めて抵抗
性が高い。従って、種々の基体への付着性は化学的相互
作用ではなくむしろ主として物理的相互作用により決ま
る(例えば、デユポン“Teflon AF製品情報シ
ート、TEFLON AFについての付着性情報”、2
ページ、1992参照)。
ポン社の登録商標)と称される炭素フッ素ポリマー(c
arbon fluorine polymer)、す
なわちフッ素樹脂は比較的低い誘電率を有するものとし
て知られている(炭素フッ素ポリマーの一例はポリテト
ラフルオロエチレン((CF2)2)N(但しNは大)で
ある)。この比較的低い誘電率の故に、炭素フッ素ポリ
マーは高密度ハイブリッド集積回路用の誘電体として評
価されている(デユポンデータシート、“Teflon
AF非晶質フルオロポリマー、高性能用Teflon
フルオロカーボン樹脂の新世紀”、14ページ、19
92参照)。しかしながら、半導体装置に炭素フッ素ポ
リマーを使用するに当たっては幾つかの問題がある。一
つの問題は炭素フッ素ポリマーを使用出来る最高温度が
200乃至300℃の範囲であることである。上述のよ
うに誘電体層は少なくとも400℃の温度に耐えること
ができなければならない。 炭素フッ素ポリマーの使
用についての他の問題はその付着特性が悪いということ
である。炭素フッ素ポリマーは本質的に反応性化学官能
性を含まない無極性であり、化学物質に対し極めて抵抗
性が高い。従って、種々の基体への付着性は化学的相互
作用ではなくむしろ主として物理的相互作用により決ま
る(例えば、デユポン“Teflon AF製品情報シ
ート、TEFLON AFについての付着性情報”、2
ページ、1992参照)。
【0010】従って、低誘電率であって、高温において
良好な機械的安定性及び良好な付着特性を有する誘電体
層が求められている。
良好な機械的安定性及び良好な付着特性を有する誘電体
層が求められている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は高度の架橋を示
す置換フッ化炭化水素重合体層を蒸着する方法を提供す
る。本発明による置換フッ化炭化水素重合体層は、標準
フッ化炭化水素ポリマーにおける炭素官能性を、通常シ
リコン、酸素又は窒素である代替官能性で選択的に置き
換えた置換フッ化炭化水素ポリマーから形成される。置
換フッ化炭化水素重合体層は高度の架橋を有しており、
したがって置換フッ化炭化水素ポリマーの鎖間に高度の
付着性を有する。この高度の架橋は置換フッ化炭化水素
重合体層の機械的強度及び熱安定性を向上させる。
す置換フッ化炭化水素重合体層を蒸着する方法を提供す
る。本発明による置換フッ化炭化水素重合体層は、標準
フッ化炭化水素ポリマーにおける炭素官能性を、通常シ
リコン、酸素又は窒素である代替官能性で選択的に置き
換えた置換フッ化炭化水素ポリマーから形成される。置
換フッ化炭化水素重合体層は高度の架橋を有しており、
したがって置換フッ化炭化水素ポリマーの鎖間に高度の
付着性を有する。この高度の架橋は置換フッ化炭化水素
重合体層の機械的強度及び熱安定性を向上させる。
【0012】一つの実施例においては、基体をプラズマ
エンハンスドCVD(PECVD)反応炉に配置する。
この反応炉の圧力を100torr未満に維持しながら
フッ化炭化水素を含むガス成分(フッ化炭化水素成分)
と置換官能性を含むガス成分(置換成分)とを含むプロ
セスガスをこの反応炉に導入する。このプロセスガスを
イオン化させ、それにより基体に置換フッ化炭化水素重
合体層を蒸着する。
エンハンスドCVD(PECVD)反応炉に配置する。
この反応炉の圧力を100torr未満に維持しながら
フッ化炭化水素を含むガス成分(フッ化炭化水素成分)
と置換官能性を含むガス成分(置換成分)とを含むプロ
セスガスをこの反応炉に導入する。このプロセスガスを
イオン化させ、それにより基体に置換フッ化炭化水素重
合体層を蒸着する。
【0013】本発明によれば、蒸着した置換フッ化炭化
水素ポリマー層の誘電率は2乃至4の範囲であり、40
0℃を越える温度において機械的に安定であり、良好な
付着特性を有する。
水素ポリマー層の誘電率は2乃至4の範囲であり、40
0℃を越える温度において機械的に安定であり、良好な
付着特性を有する。
【0014】いくつかの実施例では、このフッ化炭化水
素成分は、ヘキサフルオロプロピレンC3F6、フッ化ビ
ニリデンC2F2H2及びテトラフルオルエチレンC2F4
からなるグループから選ばれる。さらに、置換成分はシ
リコン、酸素あるいは窒素の個々の源あるいはそれらの
組合せ源となる材料である。シリコン源となるに適した
材料は四フッ化シリコンSiF4、シランSiH4及び六
フッ化ジシリコンSi2F6を含む。酸素源として適した
材料はテトラエトキシシランSi(C2H5O)4である。
窒素源に適した材料はヘキサメチルジシラザン((C
H3)3Si)2NH、アンモニアNH3及び三フッ化窒素N
F3である。
素成分は、ヘキサフルオロプロピレンC3F6、フッ化ビ
ニリデンC2F2H2及びテトラフルオルエチレンC2F4
からなるグループから選ばれる。さらに、置換成分はシ
リコン、酸素あるいは窒素の個々の源あるいはそれらの
組合せ源となる材料である。シリコン源となるに適した
材料は四フッ化シリコンSiF4、シランSiH4及び六
フッ化ジシリコンSi2F6を含む。酸素源として適した
材料はテトラエトキシシランSi(C2H5O)4である。
窒素源に適した材料はヘキサメチルジシラザン((C
H3)3Si)2NH、アンモニアNH3及び三フッ化窒素N
F3である。
【0015】他の実施例では、基体をCVD反応炉内の
ペデスタルの上に配置する。基体の温度はー20℃乃至
400℃の範囲の温度に調節する。反応炉の圧力を10
0torr未満に維持しながら、フッ化炭化水素成分と
置換成分とを含むプロセスガスを反応炉に導入する。こ
のプロセスガスは基体の表面で反応し、それにより置換
フッ化炭化水素重合体層を蒸着する。このプロセスガス
はイオン化することが出来、そうすることにより蒸着し
た置換フッ化炭化水素重合体層の質を向上させることが
出来る。
ペデスタルの上に配置する。基体の温度はー20℃乃至
400℃の範囲の温度に調節する。反応炉の圧力を10
0torr未満に維持しながら、フッ化炭化水素成分と
置換成分とを含むプロセスガスを反応炉に導入する。こ
のプロセスガスは基体の表面で反応し、それにより置換
フッ化炭化水素重合体層を蒸着する。このプロセスガス
はイオン化することが出来、そうすることにより蒸着し
た置換フッ化炭化水素重合体層の質を向上させることが
出来る。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明による置換フッ化炭化水素
重合体層は、標準フッ化炭化水素ポリマーにおける炭素
官能性を、通常シリコン、酸素又は窒素である代替官能
性で選択的に置き換えた置換フッ化炭化水素ポリマーか
ら形成される。例えば、標準フッ化炭化水素ポリマーが
ポリテトラフルオロエチレン((CF2)2)N(但しN
は大)であるとすれば、置き換えられる炭素官能性はC
F2である。さらに、本発明による置換フッ化炭化水素
重合体層は高度の架橋を有し、即ち置換フッ化炭化水素
ポリマーの鎖間に高度の付着性を有する。この高度の架
橋は置換フッ化炭化水素重合体層の機械的強度及び熱安
定性を向上させる。
重合体層は、標準フッ化炭化水素ポリマーにおける炭素
官能性を、通常シリコン、酸素又は窒素である代替官能
性で選択的に置き換えた置換フッ化炭化水素ポリマーか
ら形成される。例えば、標準フッ化炭化水素ポリマーが
ポリテトラフルオロエチレン((CF2)2)N(但しN
は大)であるとすれば、置き換えられる炭素官能性はC
F2である。さらに、本発明による置換フッ化炭化水素
重合体層は高度の架橋を有し、即ち置換フッ化炭化水素
ポリマーの鎖間に高度の付着性を有する。この高度の架
橋は置換フッ化炭化水素重合体層の機械的強度及び熱安
定性を向上させる。
【0017】図1は本発明による置換フッ化炭化水素重
合体層の蒸着に含まれる主過程のフローチャートを示
す。この蒸着の第一過程はブロック52で示すように反
応炉内のペデスタルの上に通常はシリコンウエハーであ
る基体を置くことである。この反応炉は一般にプラズマ
エンハンスド化学蒸着(PECVD)反応炉である。適
当な反応炉としてはノベラス(Novellus)社の
“コンセプト1(CONCEPT1)”及び“スピード
(SPEED)”反応炉などがある。
合体層の蒸着に含まれる主過程のフローチャートを示
す。この蒸着の第一過程はブロック52で示すように反
応炉内のペデスタルの上に通常はシリコンウエハーであ
る基体を置くことである。この反応炉は一般にプラズマ
エンハンスド化学蒸着(PECVD)反応炉である。適
当な反応炉としてはノベラス(Novellus)社の
“コンセプト1(CONCEPT1)”及び“スピード
(SPEED)”反応炉などがある。
【0018】ブロック54に示すように、この反応炉の
圧力を一般に100torr未満であって通常は0.2
乃至50torrに維持しながら、プロセスガスをこの
反応炉に導入する。反応炉へのプロセスガス流を制御す
るためにガス流コントローラを使用する。
圧力を一般に100torr未満であって通常は0.2
乃至50torrに維持しながら、プロセスガスをこの
反応炉に導入する。反応炉へのプロセスガス流を制御す
るためにガス流コントローラを使用する。
【0019】このプロセスガスは例えばフッ化炭化水素
を含むガス成分と置換官能性を含むガス成分(以下、夫
々フッ化炭化水素成分と置換成分と記す)とを含むガス
混合体である。フッ化炭化水素成分に適した材料として
はヘキサフルオロプロピレンC3F6(以下HFP)、フ
ッ化ビニリデンC2F2H2(以下VDF)及びテトラフ
ルオルエチレンC2F4(以下TFE)などがある。
を含むガス成分と置換官能性を含むガス成分(以下、夫
々フッ化炭化水素成分と置換成分と記す)とを含むガス
混合体である。フッ化炭化水素成分に適した材料として
はヘキサフルオロプロピレンC3F6(以下HFP)、フ
ッ化ビニリデンC2F2H2(以下VDF)及びテトラフ
ルオルエチレンC2F4(以下TFE)などがある。
【0020】置換成分はシリコン、酸素あるいは窒素の
個々の源あるいはそれらの組合せ源となる材料である。
シリコン源となるに適した材料としては四フッ化シリコ
ンSiF4、シランSiH4及び六フッ化ジシリコンSi
2F6を含む。酸素源として適した材料はテトラエトキシ
シランSi(C2H50)4(以下TEOS)である。窒
素源に適した材料はヘキサメチルジシラザン((C
H3)3Si)2NH(以下HMDS)、アンモニアNH3
及び三フッ化窒素NF3である。
個々の源あるいはそれらの組合せ源となる材料である。
シリコン源となるに適した材料としては四フッ化シリコ
ンSiF4、シランSiH4及び六フッ化ジシリコンSi
2F6を含む。酸素源として適した材料はテトラエトキシ
シランSi(C2H50)4(以下TEOS)である。窒
素源に適した材料はヘキサメチルジシラザン((C
H3)3Si)2NH(以下HMDS)、アンモニアNH3
及び三フッ化窒素NF3である。
【0021】ブロック55に示すように、例えば基体を
載せたペデスタルに高周波数(RF)電力(13.56
MHz)を供給することにより基体をバイアスすること
が出来る。
載せたペデスタルに高周波数(RF)電力(13.56
MHz)を供給することにより基体をバイアスすること
が出来る。
【0022】最後に、ブロック56に示すように、この
プロセスガスはイオン化されて基体に置換フッ化炭化水
素重合体層を蒸着する。
プロセスガスはイオン化されて基体に置換フッ化炭化水
素重合体層を蒸着する。
【0023】本発明によれば、この置換フッ化炭化水素
重合体層は2乃至4の範囲の誘電率、400℃を越える
温度での機械的安定性及び良好な付着特性を有する。
重合体層は2乃至4の範囲の誘電率、400℃を越える
温度での機械的安定性及び良好な付着特性を有する。
【0024】第一の実施例において、このプロセスガス
はHFP,VDF及び四フッ化シリコンの混合体であ
る。シラン又は六フッ化ジシリコンを四フッ化シリコン
に変えることが出来る。VDFの対するHFPの分子比
(以下、特に表示しない限り“比”と呼ぶ)は約0.1
乃至1.0の範囲であり、VDFに対する四フッ化シリ
コン(又はシラン又は六フッ化ジシリコン)の比は約
0.1である。これらの比はHFP,VDF及び四フッ
化シリコン(又はシラン又は六フッ化ジシリコン)の流
量を制御するための質量流量コントローラを用いて得ら
れる。例えば、VDFの流量を1000標準立方センチ
メータ/分(以下sccm)、HFPを100scc
m,四フッ化シリコン(又はシラン、又は六フッ化ジシ
リコン)を100sccmとすると、所望の比、即ちV
DFに対するHFPの比が0.1でVDFに対する四フ
ッ化シリコン(又はシラン又は六フッ化ジシリコン)の
比が0.1であるガス混合体が得られる。
はHFP,VDF及び四フッ化シリコンの混合体であ
る。シラン又は六フッ化ジシリコンを四フッ化シリコン
に変えることが出来る。VDFの対するHFPの分子比
(以下、特に表示しない限り“比”と呼ぶ)は約0.1
乃至1.0の範囲であり、VDFに対する四フッ化シリ
コン(又はシラン又は六フッ化ジシリコン)の比は約
0.1である。これらの比はHFP,VDF及び四フッ
化シリコン(又はシラン又は六フッ化ジシリコン)の流
量を制御するための質量流量コントローラを用いて得ら
れる。例えば、VDFの流量を1000標準立方センチ
メータ/分(以下sccm)、HFPを100scc
m,四フッ化シリコン(又はシラン、又は六フッ化ジシ
リコン)を100sccmとすると、所望の比、即ちV
DFに対するHFPの比が0.1でVDFに対する四フ
ッ化シリコン(又はシラン又は六フッ化ジシリコン)の
比が0.1であるガス混合体が得られる。
【0025】このガス混合体はイオン化されて基体の上
に置換フッ化炭化水素重合体層が約2500オングスト
ローム/分の成長速度で蒸着する。この実施例では、結
果として得られるポリマーは((CNSi)xF2N+4の一
般化学組成を有する。但しNは≧3であり、x>100
である。このポリマーは高温で良好な機械的安定性を有
し、化学的劣化に対し極めて抵抗性が高いエラストマー
である。
に置換フッ化炭化水素重合体層が約2500オングスト
ローム/分の成長速度で蒸着する。この実施例では、結
果として得られるポリマーは((CNSi)xF2N+4の一
般化学組成を有する。但しNは≧3であり、x>100
である。このポリマーは高温で良好な機械的安定性を有
し、化学的劣化に対し極めて抵抗性が高いエラストマー
である。
【0026】第二の実施例において、プロセスガスはH
FP,VDF及びTEOSのガス混合体である。HMS
をTEOSの代わりに使用できる。VDFに対するHF
Pの比は約0.1乃至1.0の範囲内であり、VDFに
対するTEOS(又はHMDS)の比は約0.1であ
る。
FP,VDF及びTEOSのガス混合体である。HMS
をTEOSの代わりに使用できる。VDFに対するHF
Pの比は約0.1乃至1.0の範囲内であり、VDFに
対するTEOS(又はHMDS)の比は約0.1であ
る。
【0027】このガス混合体はイオン化されて基体の上
に置換フッ化炭化水素重合体層が約2500オングスト
ローム/分の成長速度で蒸着する。この第二の実施例で
は、結果として得られるポリマーはTEOSを用いるか
HMDSを用いるかにより、(CF2)xSiO2F2又は
(CF2)xSi2NFの一般化学組成を有する。但しx
≧5である。このポリマーはガラス的性質(非晶質構
造)を有し、高温において良好な機械的安定性を有す
る。
に置換フッ化炭化水素重合体層が約2500オングスト
ローム/分の成長速度で蒸着する。この第二の実施例で
は、結果として得られるポリマーはTEOSを用いるか
HMDSを用いるかにより、(CF2)xSiO2F2又は
(CF2)xSi2NFの一般化学組成を有する。但しx
≧5である。このポリマーはガラス的性質(非晶質構
造)を有し、高温において良好な機械的安定性を有す
る。
【0028】第三の実施例において、プロセスガスはH
FP,VDF及びアンモニアのガス混合体である。アン
モニアに代えて三フッ化窒素を使用できる。VDFに対
するHFPの比は約0.1乃至1.0の範囲内であり、
VDFに対するアンモニア(又は三フッ化窒素)の比は
約0.1である。
FP,VDF及びアンモニアのガス混合体である。アン
モニアに代えて三フッ化窒素を使用できる。VDFに対
するHFPの比は約0.1乃至1.0の範囲内であり、
VDFに対するアンモニア(又は三フッ化窒素)の比は
約0.1である。
【0029】このガス混合体はイオン化されて置換フッ
化炭化水素重合体層が蒸着する。この第三の実施例で
は、結果として得られるポリマーは、窒素源の材料とし
てアンモニアを用いる場合には(CF2)xN及び(CF
2)xNHの一般化学組成を有し、三フッ化窒素を用いる
場合には(CF2)xN及び(CF2)XNFの一般化学組
成を有する。但しx≧10である。このポリマーは表面
結合を助長する極性窒素官能性を有する。
化炭化水素重合体層が蒸着する。この第三の実施例で
は、結果として得られるポリマーは、窒素源の材料とし
てアンモニアを用いる場合には(CF2)xN及び(CF
2)xNHの一般化学組成を有し、三フッ化窒素を用いる
場合には(CF2)xN及び(CF2)XNFの一般化学組
成を有する。但しx≧10である。このポリマーは表面
結合を助長する極性窒素官能性を有する。
【0030】第四の実施例において、プロセスガスはT
FE、HFP及び四フッ化シリコンのガス混合体であ
る。四フッ化シリコンに代えて六フッ化ジシリコンを使
用できる。TFEに対するHFPの比は約0.1であ
り、TFEに対する四フッ化シリコン(又は六フッ化ジ
シリコン)の比は約0.1である。
FE、HFP及び四フッ化シリコンのガス混合体であ
る。四フッ化シリコンに代えて六フッ化ジシリコンを使
用できる。TFEに対するHFPの比は約0.1であ
り、TFEに対する四フッ化シリコン(又は六フッ化ジ
シリコン)の比は約0.1である。
【0031】このガス混合体はイオン化されて基体の上
に置換フッ化炭化水素重合体層が成長速度約2500オ
ングストローム/分で蒸着する。この第四の実施例で
は、結果として得られるポリマーは一般化学組成(CN
Si)xF2N+4を有する。但しN≧3であり、x>10
である。このポリマーは高温で良好な機械的安定性を有
するエラストマーであり、科学的劣化に対する抵抗性は
極めて高い。
に置換フッ化炭化水素重合体層が成長速度約2500オ
ングストローム/分で蒸着する。この第四の実施例で
は、結果として得られるポリマーは一般化学組成(CN
Si)xF2N+4を有する。但しN≧3であり、x>10
である。このポリマーは高温で良好な機械的安定性を有
するエラストマーであり、科学的劣化に対する抵抗性は
極めて高い。
【0032】図2は本発明の一実施例により置換フッ化
炭化水素重合体層を蒸着する平行プレートPECVD反
応炉70の概略図である。反応炉70は第一導電プレー
ト72と第二導電プレート74(ペデスタル)を含む、
プレート74の上に基体76が配置される。好適にはR
F発生器である交流発生器78が第一及び第二導電プレ
ート72、74に接続する。
炭化水素重合体層を蒸着する平行プレートPECVD反
応炉70の概略図である。反応炉70は第一導電プレー
ト72と第二導電プレート74(ペデスタル)を含む、
プレート74の上に基体76が配置される。好適にはR
F発生器である交流発生器78が第一及び第二導電プレ
ート72、74に接続する。
【0033】発生器78からのAC電力(RF電力)は
プレート72、74に加えられる。これによりプレート
72と74の間に時間と共に変化する電界が発生し、こ
れが図1のブロック56で示したようにプロセスガスを
イオン化する。一般に、電力レベルは低いものとし、詳
細には基体の表面の電力密度は一般に約2ワット/cm2
未満である。達成されるイオン密度は一般に約1×10
8イオン/cm3乃至1×109イオン/cm3の範囲内であ
る。
プレート72、74に加えられる。これによりプレート
72と74の間に時間と共に変化する電界が発生し、こ
れが図1のブロック56で示したようにプロセスガスを
イオン化する。一般に、電力レベルは低いものとし、詳
細には基体の表面の電力密度は一般に約2ワット/cm2
未満である。達成されるイオン密度は一般に約1×10
8イオン/cm3乃至1×109イオン/cm3の範囲内であ
る。
【0034】図1のブロック55に示すように、RF発
生器である第二交流発生器80からAC電力(RF電
力)をプレート74に供給することにより基体76をバ
イアスすることが出来る。これにより基体76に負の電
荷が生じ(電子の易動度はイオンより大であるため)、
正電荷を持つイオンを基体76に引きつけ、蒸着した置
換フッ化炭化水素重合体層の特性を向上させる。例え
ば、蒸着速度を増大させるように基体76をバイアスす
る。
生器である第二交流発生器80からAC電力(RF電
力)をプレート74に供給することにより基体76をバ
イアスすることが出来る。これにより基体76に負の電
荷が生じ(電子の易動度はイオンより大であるため)、
正電荷を持つイオンを基体76に引きつけ、蒸着した置
換フッ化炭化水素重合体層の特性を向上させる。例え
ば、蒸着速度を増大させるように基体76をバイアスす
る。
【0035】図3は本発明の他の実施例により置換フッ
化炭化水素重合体層を蒸着する誘導結合PECVD反応
炉90の概略図である。反応炉90は一般に石英又はア
ルミナ製の半球ドーム92とこのドームの外表面に巻か
れた誘導コイル94を含む。一般にRF発生器である交
流発生器96が誘導コイル94の第一及び第二端子に接
続される。基体100はペデスタル98に配置され、こ
のペデスタルに、一般易RF発生器である交流発生器1
02が接続する。
化炭化水素重合体層を蒸着する誘導結合PECVD反応
炉90の概略図である。反応炉90は一般に石英又はア
ルミナ製の半球ドーム92とこのドームの外表面に巻か
れた誘導コイル94を含む。一般にRF発生器である交
流発生器96が誘導コイル94の第一及び第二端子に接
続される。基体100はペデスタル98に配置され、こ
のペデスタルに、一般易RF発生器である交流発生器1
02が接続する。
【0036】発生器96からのAC電力(RF電力)は
誘導コイル94に加えられる。これにより反応炉90内
に時間と共に変化する正弦波電界が発生し、これが図1
のブロック56で示したようにプロセスガスをイオン化
する。一般に、電力レベルは低いものとし、詳細には基
体100の表面の電力密度は一般に約10ワット/cm2
未満である。約1X1011イオン/cm3乃至1X1012
イオン/cm3の範囲内の高イオン密度が達成される。発
生器102からAC電力(RF電力)をペデスタル96
に供給することにより基体をバイアスすることが出来
る。
誘導コイル94に加えられる。これにより反応炉90内
に時間と共に変化する正弦波電界が発生し、これが図1
のブロック56で示したようにプロセスガスをイオン化
する。一般に、電力レベルは低いものとし、詳細には基
体100の表面の電力密度は一般に約10ワット/cm2
未満である。約1X1011イオン/cm3乃至1X1012
イオン/cm3の範囲内の高イオン密度が達成される。発
生器102からAC電力(RF電力)をペデスタル96
に供給することにより基体をバイアスすることが出来
る。
【0037】図2及び3の反応炉において基体はプラズ
マ中に置かれる。しかしながら、他の実施例では基体か
ら離して高密度のプラズマが発生され(遠隔プラズマの
イオン密度は約1X1011atom/cm3乃至1X10
12atom/cm3の範囲)そしてイオンはプラズマから
基体に動き置換フッ化炭化水素重合体層を蒸着させる。
高密度遠隔プラズマ反応炉の例としては、電子サイクロ
トロン共鳴(ECR)反応炉及びヘリコン波(heli
con wave)反応炉がある。これら実施例の幾つ
かでは基体はプラズマから基体へのイオンの抽出を促進
するようにバイアスされる。
マ中に置かれる。しかしながら、他の実施例では基体か
ら離して高密度のプラズマが発生され(遠隔プラズマの
イオン密度は約1X1011atom/cm3乃至1X10
12atom/cm3の範囲)そしてイオンはプラズマから
基体に動き置換フッ化炭化水素重合体層を蒸着させる。
高密度遠隔プラズマ反応炉の例としては、電子サイクロ
トロン共鳴(ECR)反応炉及びヘリコン波(heli
con wave)反応炉がある。これら実施例の幾つ
かでは基体はプラズマから基体へのイオンの抽出を促進
するようにバイアスされる。
【0038】図4は本発明の他の実施例による置換フッ
化炭化水素重合体層の蒸着に含まれる主過程のフローチ
ャートを示す。この蒸着の第一過程はブロック62で示
すように反応炉内のペデスタルの上に典型的にはシリコ
ンウエハーである基体を置くことである。この反応炉は
一般に熱CVD反応炉である。
化炭化水素重合体層の蒸着に含まれる主過程のフローチ
ャートを示す。この蒸着の第一過程はブロック62で示
すように反応炉内のペデスタルの上に典型的にはシリコ
ンウエハーである基体を置くことである。この反応炉は
一般に熱CVD反応炉である。
【0039】ブロック64で示すように、基体は従来の
技術を用いてー20℃乃至400℃の範囲の温度に加熱
(又は冷却)される。
技術を用いてー20℃乃至400℃の範囲の温度に加熱
(又は冷却)される。
【0040】ブロック64による基体温度を維持すると
共にこの反応炉の圧力を一般に100torr未満に維
持しつつ、ブロック66に示すようにプロセスガスをこ
の反応炉に導入する。例えばこのプロセスガスは上記四
実施例で述べたガス混合体の一つでよい。
共にこの反応炉の圧力を一般に100torr未満に維
持しつつ、ブロック66に示すようにプロセスガスをこ
の反応炉に導入する。例えばこのプロセスガスは上記四
実施例で述べたガス混合体の一つでよい。
【0041】ブロック68に示すように、このプロセス
ガスはイオン化しうる。このプロセスガスは、例えば蒸
着速度を上げるためにイオン化されて基体に置換フッ化
炭化水素重合体層の蒸着を促進させる。
ガスはイオン化しうる。このプロセスガスは、例えば蒸
着速度を上げるためにイオン化されて基体に置換フッ化
炭化水素重合体層の蒸着を促進させる。
【0042】本発明を実施例及びその変形について説明
したが、それら実施例及び変形は例示のためのものであ
り、本発明の範囲はそれらに限定されるものではない。
従って、ここでは記述しない他の実施例及び変形も本発
明の範囲に含まれるものである。
したが、それら実施例及び変形は例示のためのものであ
り、本発明の範囲はそれらに限定されるものではない。
従って、ここでは記述しない他の実施例及び変形も本発
明の範囲に含まれるものである。
【0043】本発明によれば、低誘電率であって、高温
において良好な機械的安定性及び良好な付着特性を有す
る誘電体層、即ち高度の架橋を示す置換フッ化炭化水素
重合体層を蒸着する方法が得られる。本発明による置換
フッ化炭化水素重合体層は、標準フッ化炭化水素ポリマ
ーにおける炭素官能性を、通常シリコン、酸素又は窒素
である代替官能性で選択的に置き換えた置換フッ化炭化
水素ポリマーから形成される。置換フッ化炭化水素重合
体層は高度の架橋を有しており、したがって置換フッ化
炭化水素ポリマーの鎖間に高度の付着性を有する。この
高度の架橋は置換フッ化炭化水素重合体層の機械的強度
及び熱安定性を向上させる。
において良好な機械的安定性及び良好な付着特性を有す
る誘電体層、即ち高度の架橋を示す置換フッ化炭化水素
重合体層を蒸着する方法が得られる。本発明による置換
フッ化炭化水素重合体層は、標準フッ化炭化水素ポリマ
ーにおける炭素官能性を、通常シリコン、酸素又は窒素
である代替官能性で選択的に置き換えた置換フッ化炭化
水素ポリマーから形成される。置換フッ化炭化水素重合
体層は高度の架橋を有しており、したがって置換フッ化
炭化水素ポリマーの鎖間に高度の付着性を有する。この
高度の架橋は置換フッ化炭化水素重合体層の機械的強度
及び熱安定性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による置換フッ化炭化水素重
合体層の蒸着に含まれる主過程のフローチャートを示
す。
合体層の蒸着に含まれる主過程のフローチャートを示
す。
【図2】本発明の一実施例により置換フッ化炭化水素重
合体層を蒸着する平行プレートPECVD反応炉の概略
図である。
合体層を蒸着する平行プレートPECVD反応炉の概略
図である。
【図3】本発明の他の実施例により置換フッ化炭化水素
重合体層を蒸着する誘導結合PECVD反応炉の概略図
である。
重合体層を蒸着する誘導結合PECVD反応炉の概略図
である。
【図4】本発明の他の実施例による置換フッ化炭化水素
重合体層の蒸着に含まれる主過程のフローチャートを示
す。
重合体層の蒸着に含まれる主過程のフローチャートを示
す。
70 平行プレートPECVD反応炉 72 第一導電プレート 74 第二導電プレート 76 基体 78 交流発生器 80 交流発生器 90 誘導結合PECVD反応炉 92 半球ドーム 94 誘導コイル 96 交流発生器 98 ペデスタル 100 基体 102 交流発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−254592(JP,A) 特開 平8−236519(JP,A) 特開 平4−61333(JP,A) 特開 平9−148323(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/312 - 21/316 C23C 16/00 - 16/56
Claims (28)
- 【請求項1】反応炉内に基体をおく過程と、 フッ化炭化水素を含むガスと置換官能性を含むガスとか
ら構成される第一ガス混合体を、前記反応炉内圧力を1
00torr以下に維持しながら前記反応炉に導入する
過程と、 前記第一ガス混合体をイオン化し、前記基体に置換フッ
化炭化水素重合体層を蒸着する過程とを含むことを特徴
とする置換フッ化炭化水素重合体層の蒸着方法。 - 【請求項2】 前記反応炉内の前記圧力が0.2乃至5
0torrの範囲内であることを特徴とする請求項1の
方法。 - 【請求項3】 前記フッ化炭化水素を含むガスがヘキサ
フルオロプロピレン(HFP),フッ化ビニリデン(V
DF)及びテトラフルオルエチレン(TFE)からなる
グループから選ばれることを特徴とする請求項1の方
法。 - 【請求項4】 前記置換官能性を含むガスがシリコン源
となることを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項5】 前記置換官能性を含むガスが四フッ化硅
素、シラン及び六フッ化ジシリコンからなるグループか
ら選ばれることを特徴とする請求項4の方法。 - 【請求項6】 前記置換官能性を含むガスが酸素源とな
ることを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項7】 前記置換官能性を含むガスがテトラエト
キシシランであることを特徴とする請求項6の方法。 - 【請求項8】 前記置換官能性を含むガスが窒素源とな
ることを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項9】 前記置換官能性を含むガスがヘキサメチ
ルジシラザン(HMDS)、アンモニア及び三フッ化窒
素からなるグループから選ばれることを特徴とする請求
項8の方法。 - 【請求項10】 前記フッ化炭化水素を含むガスがヘキ
サフルオロプロピレン(HFP)及びフッ化ビニリデン
を含む第二ガス混合体であり、前記置換官能性を含むガ
スが四フッ化シリコン、シラン及び六フッ化ジシリコン
からなるグループから選ばれることを特徴とする請求項
1の方法。 - 【請求項11】 前記第一ガス混合体における前記VD
Fに対する前記HFPの分子比が約0.1乃至1.0の
範囲であり、上記第一ガス混合体における上記VDFに
対する前記置換官能性を含むガスの分子比が約0.1で
あることを特徴とする請求項10の方法。 - 【請求項12】 前記置換フッ化炭化水素重合体層がN
を≧3とし、xを>100として一般化学構造式(CN
Si)xF2N+4を有するポリマーからなることを特徴と
する請求項10の方法。 - 【請求項13】 前記フッ化炭化水素を含むガスがヘキ
サフルオロプロピレン(HFP)とフッ化ビニリデン
(VDF)との第二ガス混合体であり、前記置換官能性
を含むガスがテトラエトキシシラン(TEOS)とヘキ
サメチルジシラザン(HMDS)からなるグループから
選ばれることを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項14】 前記第一ガス混合体における前記VD
Fに対する前記HFPの分子比が約0.1乃至1.0の
範囲であり、上記第一ガス混合体における上記VDFに
対する前記置換官能性を含むガスの分子比が約0.1で
あることを特徴とする請求項13の方法。 - 【請求項15】 前記置換フッ化炭化水素重合体層が前
記置換官能性を含むガスがTEOSの場合、x≧5とし
て、一般化学構造式(CF2)xSiO2F2を有し、上記
置換官能性を含むガスがHMDSの場合、(CF2)xS
i2NFを有するポリマーからなることを特徴とする請
求項13の方法。 - 【請求項16】 前記フッ化炭化水素を含むガスがヘキ
サフルオロプロピレン(HFP)とフッ化ビニリデン
(VDF)との第二ガス混合体であり、前記置換官能性
を含むガスがアンモニアと三フッ化窒素からなるグルー
プから選ばれることを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項17】 前記第一ガス混合体における前記VD
Fに対する前記HFPの分子比が約0.1乃至1.0の
範囲であり、上記第一ガス混合体における上記VDFに
対する前記置換官能性を含むガスの分子比が約0.1で
あることを特徴とする請求項16の方法。 - 【請求項18】 前記置換フッ化炭化水素重合体層が前
記置換官能性を含むガスがアンモニアの場合、x≧10
として、一般化学構造式(CF2)xN及び(CF2)xN
Hを有し、上記置換官能性を含むガスが三フッ化窒素の
場合、(CF2)xN及び(CF2)xNHを有するポリマ
ーからなることを特徴とする請求項16の方法。 - 【請求項19】 前記フッ化炭化水素を含むガスがテト
ラフルオルエチレン(TFE)とヘキサフルオロプロピ
レン(HFP)との第二ガス混合体であり、前記置換官
能性を含むガスが四フッ化シリコンと六フッ化ジシリコ
ンからなるグループから選ばれることを特徴とする請求
項1の方法。 - 【請求項20】 前記第一ガス混合体における前記TF
Eに対する前記HFPの分子比が約0.1であり、上記
第一ガス混合体における上記TFEに対する前記置換官
能性を含むガスの分子比が約0.1であることを特徴と
する請求項19の方法。 - 【請求項21】 前記置換フッ化炭化水素重合体層がN
を≧3とし、x>10として、一般化学構造式(CNS
i)xF2N+4を有するポリマーからなることを特徴とす
る請求項19の方法。 - 【請求項22】 前記イオン化段階が前記反応炉にRF
電力を供給する過程を含むことを特徴とする請求項1の
方法。 - 【請求項23】 前記基体の電力密度は約2w/cm2よ
り少であることを特徴とする請求項22の方法。 - 【請求項24】 前記反応炉が平行プレートプラズマエ
ンハンスド化学蒸着(PECVD)反応炉であることを
特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項25】 前記反応炉が誘導結合プラズマエンハ
ンスド化学蒸着(PECVD)反応炉であることを特徴
とする請求項1の方法。 - 【請求項26】 前記第一ガス混合体をイオン化する段
階が前記基体から離れた位置にプラズマを発生させるこ
とを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項27】反応炉内に基体を配置する過程と、 上記基体の温度をー20℃乃至400℃の範囲に調整す
る過程と、 フッ化炭化水素を含むガスと置換官能性を含むガスとか
ら構成されるガス混合体を、上記反応炉内圧力を100
torr以下に維持しながら上記反応炉に導入して上記
基体に上記置換フッ化炭化水素重合体層を蒸着するする
過程とを含むことを特徴とする置換フッ化炭化水素重合
体層を蒸着する方法。 - 【請求項28】 前記ガス混合体をイオン化する過程を
さらに含むことを特徴とする請求項27の方法。
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