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JPH11233501A - Plasma film formation - Google Patents

Plasma film formation

Info

Publication number
JPH11233501A
JPH11233501A JP4287298A JP4287298A JPH11233501A JP H11233501 A JPH11233501 A JP H11233501A JP 4287298 A JP4287298 A JP 4287298A JP 4287298 A JP4287298 A JP 4287298A JP H11233501 A JPH11233501 A JP H11233501A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
film
plasma
vacuum chamber
flow rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4287298A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Kato
良裕 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP4287298A priority Critical patent/JPH11233501A/en
Priority to PCT/JP1998/005218 priority patent/WO1999027575A1/en
Priority to EP98954753A priority patent/EP1033746A4/en
Priority to TW087119197A priority patent/TW430882B/en
Priority to KR10-2000-7005355A priority patent/KR100477402B1/en
Publication of JPH11233501A publication Critical patent/JPH11233501A/en
Priority to US09/573,412 priority patent/US6770332B2/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CF film which has a high thermal stability and less F gas elimination, by making a film forming gas containing C4 F8 gas and acetylene gas in plasma state, and forming a fluorine added carbon film on a substrate to be processed. SOLUTION: Ar gas is introduced into a first vacuum chamber 21 from a gas nozzle 31. From gas introducing pipes 51 and 52, C4 F8 gas and acetylene gas (C2 H2 ) are respectively introduced into a second vacuum chamber 22 through a film forming gas supply part 5. Then, Ar gas is activated and concentrated by electron cyclotron resonance caused by interaction between a magnetic field generated by a major electromagnetic coil 26 and an auxiliary electromagnetic coil 27 and microwaves from a high frequency power supply part 24. Then, C4 F8 gas and C2 H2 gas are activated (made into plasma) by the generated plasma flow, an activation seed (plasma) is formed, and a CF film having strong bond and high thermal stability is formed on a semiconductor wafer 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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熱安定性の高い
フッ素添加カーボン膜を成膜する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a fluorine-containing carbon film having high thermal stability which can be used, for example, as an interlayer insulating film of a semiconductor device.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In order to increase the degree of integration of semiconductor devices, techniques such as miniaturization of patterns and multi-layering of circuits have been devised. One of them is a technique of multi-layer wiring. In order to form a multilayer wiring structure, a conductive layer is connected between the nth wiring layer and the (n + 1) th wiring layer, and a thin film called an interlayer insulating film is formed in a region other than the conductive layer.

【0003】この層間絶縁膜の代表的なものとしてSi
2 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。
A typical example of this interlayer insulating film is Si
Although there is an O 2 film, it has been required in recent years to lower the relative dielectric constant of the interlayer insulating film in order to further increase the operation speed of the device, and the material of the interlayer insulating film has been studied. . That is, the SiO 2 film has a relative dielectric constant of about 4, and efforts are being made to excavate materials smaller than this. One of them is S having a relative dielectric constant of 3.5.
While the realization of iOF films has been promoted, the present inventor has proposed a fluorine-added carbon film (hereinafter referred to as “CF
Film)). When forming the CF film, for example, thermal CVD (Chemical Vapor)
(Deposition) or plasma CVD is used.

【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。
Accordingly, the present inventor has used a plasma apparatus which generates plasma by electron cyclotron resonance, and uses, for example, a gas containing a compound gas of carbon (C) and fluorine (F) and a hydrocarbon gas as a film forming gas. In order to realize a CF film having a high adhesion and a high hardness, the process conditions described above were reduced.

【0005】[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6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。
However, the CF film still has the following problems. FIG. 6 shows a part of a circuit portion formed on the wafer.
3, 14 are conductive layers made of W (tungsten), 15 is a conductive layer made of Al (aluminum), 16 is P, B
Is an SiO 2 film, and 17 is an n-type semiconductor region. The process temperature for forming the W layer 13 is 400 to 450 ° C., and at this time, the CF films 11 and 12 are heated to the process temperature. However, when the CF film is heated to such a high temperature, a part of the CF bond is broken, and mainly the F-based gas is desorbed. Examples of the F-based gas include F, CF, CF 2 and the like.

【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。
[0006] When the F-based gas is desorbed in this manner, the following problem occurs. a) Corrosion of metal wiring such as aluminum and tungsten. b) The insulating film also has a function of pressing down the aluminum wiring to prevent swelling of the aluminum, but the degassing weakens the pressing by the insulating film, resulting in swelling of the aluminum wiring and an electrical defect called electromigration. Is more likely to occur. c) Cracks are formed in the insulating film, and the insulation between the wirings is deteriorated. If the degree is large, the next wiring layer cannot be formed. d) The relative permittivity rises when there is much F loss.

【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。
The present invention has been made under such circumstances, and has as its object to form an insulating film made of a CF film having a strong bond and high thermal stability, for example, an interlayer insulating film of a semiconductor device. It is to provide a method that can do this.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このため本発明のプラズ
マ成膜方法は、C4 8 ガスとアセチレンガスとを含む
成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基
板上にフッ素添加カ−ボン膜を成膜することを特徴とす
る。この際C4 8 ガスとアセチレンガスとの流量比
は、4/7≦C4 8 ガス/アセチレンガス≦1とする
ことが好ましい。
Means for Solving the Problems] The plasma film forming method of the for the invention, C 4 F 8 into plasma the deposition gas containing a gas and acetylene gas, fluoridation mosquitoes on a substrate to be processed by the plasma - It is characterized in that a bon film is formed. At this time, it is preferable that the flow rate ratio between the C 4 F 8 gas and the acetylene gas is 4/7 ≦ C 4 F 8 gas / acetylene gas ≦ 1.

【0009】また本発明は、成膜ガスとしてC4 8
スとアセチレンガスと水素ガスとを用い、C4 8 ガス
とアセチレンガスとの流量比を、0.7≦C4 8 ガス
/アセチレンガス≦4/3とし、かつC4 8 ガスとア
セチレンガスとの混合ガスと水素ガスとの流量比を、1
≦前記混合ガス/水素ガス≦3としてもよい。
In the present invention, C 4 F 8 gas, acetylene gas and hydrogen gas are used as the film forming gas, and the flow rate ratio between C 4 F 8 gas and acetylene gas is 0.7 ≦ C 4 F 8 gas. / Acetylene gas ≦ 4/3, and the flow ratio of a mixed gas of C 4 F 8 gas and acetylene gas to hydrogen gas is 1
≦ the mixed gas / hydrogen gas ≦ 3.

【0010】[0010]

【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。
FIG. 1 shows an example of a plasma processing apparatus used in an embodiment of the present invention. This apparatus has a vacuum vessel 2 made of, for example, aluminum or the like. This vacuum vessel 2 is located above and communicates with a first cylindrical vacuum chamber 21 for generating plasma below the first vacuum chamber 21. The first vacuum chamber 21 is connected to a second vacuum chamber 22 having a larger diameter than the first vacuum chamber 21. The vacuum vessel 2 is grounded and has a zero potential.

【0011】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。
An upper end of the vacuum vessel 2 is opened, and a transparent window 23 made of a material such as quartz, which transmits microwaves, is provided in this portion in an airtight manner. Is to be maintained. Outside the transmission window 23, a waveguide 25 connected to a high-frequency power supply unit 24 for generating a microwave of 2.45 GHz, for example.
The microwave generated by the high-frequency power supply unit 24 is guided by the waveguide 25 in, for example, the TE mode, or the microwave guided by the TE mode is transmitted by the waveguide 25 in the TM mode. To the first window through the transmission window 23.
Can be introduced into the vacuum chamber 21.

【0012】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ガス源が接続されてお
り、第1の真空室21内の上部にArガスをムラなく均
等に供給し得るようになっている。
A gas nozzle 31 is provided on a side wall of the first vacuum chamber 21, for example, which is uniformly arranged along a circumferential direction of the first vacuum chamber 21, and a plasma generating gas source such as an Ar gas source (not shown) is provided on the gas nozzle 31. It is connected so that Ar gas can be evenly and uniformly supplied to the upper part in the first vacuum chamber 21.

【0013】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。
A mounting table 4 for a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as “wafer”) 10 is provided in the second vacuum chamber 22 so as to face the first vacuum chamber 21. The mounting table 4 is provided with an electrostatic chuck 41 on the surface thereof. The electrode of the electrostatic chuck 41 has a DC power supply (not shown) for attracting a wafer and a bias voltage for drawing ions into the wafer. The high frequency power supply unit 42 is connected so as to apply the voltage.

【0014】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。
On the other hand, the upper part of the second vacuum chamber 22, that is, the first
A ring-shaped film-forming gas supply unit 5 is provided in a portion that communicates with the vacuum chamber 21.
For example, two kinds of film forming gases are supplied from, for example, gas supply pipes 51 and 52, and the mixed gas is supplied to a gas hole 53 on the inner peripheral surface.
Is supplied to the inside of the vacuum container 2.

【0015】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。
A ring-shaped main electromagnetic coil 26, for example, is disposed as a magnetic field forming means close to the outer periphery of the side wall which partitions the first vacuum chamber 21 and is disposed below the second vacuum chamber 22. On the side is a ring-shaped auxiliary electromagnetic coil 27
Is arranged. Exhaust pipes 28 are respectively connected to the bottom of the second vacuum chamber 22 at, for example, two positions symmetric with respect to the central axis of the vacuum chamber 22.

【0016】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
法について説明する。先ず真空容器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。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、ガスノズル31から第1の真空室2
1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。
Next, a method for forming an interlayer insulating film made of a CF film on the wafer 10 to be processed by using the above-described apparatus will be described. First, a gate valve (not shown) provided on the side wall of the vacuum vessel 2 is opened, and a wafer 10 having, for example, aluminum wiring formed on its surface is loaded from a load lock chamber (not shown) by a transfer arm (not shown) and placed on the mounting table 4. Then, the wafer 10 is electrostatically attracted by the electrostatic chuck 41. Subsequently, after closing the gate valve to seal the inside, the internal atmosphere is evacuated from the exhaust pipe 28 and evacuated to a predetermined degree of vacuum.
Ar gas is introduced into the first vacuum chamber 22 at a predetermined flow rate, and a film forming gas is introduced from the film forming gas supply unit 5 into the second vacuum chamber 22 at a predetermined flow rate.

【0017】ここで本実施の形態では成膜ガスに特徴が
あり、成膜ガスとしては、CとFとを含むガスとしてC
4 8 ガス、炭化水素ガスとしてアセチレンガス(C2
2ガス)が用いられ、これらのガスは夫々ガス導入管
51、52から成膜ガス供給部5を通じて真空容器内に
供給される。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。
Here, the present embodiment is characterized by a film forming gas, and the film forming gas is a gas containing C and F as a gas containing C and F.
4 F 8 gas, acetylene gas as the hydrocarbon gas (C 2
H 2 gas) is used, and these gases are supplied from the gas introduction pipes 51 and 52 through the film forming gas supply unit 5 into the vacuum vessel. Then, the inside of the vacuum vessel 2 is maintained at a predetermined process pressure, and the high-frequency power supply unit 42 applies 13.
A bias voltage of 56 MHz and 1500 W is applied.

【0018】一方高周波電源部24からの2.45GH
z、2000W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。
On the other hand, 2.45 GH from the high frequency power supply 24
z, 2000 W high frequency (microwave)
Through to the ceiling of the vacuum vessel 2 where the transmission window 23
And is introduced into the first vacuum chamber 21. In the vacuum vessel 2, a main electromagnetic coil 26 and an auxiliary electromagnetic coil 27 are provided.
As a result, a magnetic field from the upper part of the first vacuum chamber 21 to the lower part of the second vacuum chamber 22 is formed.
The magnetic field strength becomes 875 gauss near the lower part of.

【0019】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A
r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2
2内に流れ込んで行き、ここに供給されているC4 8
ガス、C2 2 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。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。
Thus, the interaction between the magnetic field and the microwave causes electron cyclotron resonance.
The r gas is converted into plasma and the density is increased. The generated plasma flow is transmitted from the first vacuum chamber 21 to the second vacuum chamber 2.
C 2 F 8 which flows into 2 and is supplied here.
The gas and C 2 H 2 gas are activated (plasma) to form active species (plasma), and a CF film is formed on the wafer 10. When an actual device is manufactured, the CF film is thereafter etched in a predetermined pattern.
For example, a W film is buried in the groove to form a W wiring.

【0020】このような方法で形成されたCF膜は強固
な結合を有し、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。ここで上述の方法により形
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30sccm、C4 8 ガスを40sc
cm、C2 2 ガスを30sccmの流量で導入してウ
エハ10上にCF膜を成膜し、形成されたCF膜につい
て高温下例えば425℃における重量変化をN2ガス雰
囲気中で425℃の温度に2時間維持して電子天秤によ
り調べた。この重量変化は薄膜の熱安定性の指標であ
り、重量変化の値が小さい程、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。なおマイクロ波
電力及びバイアス電力は夫々2000W、1500Wと
した。
The CF film formed by such a method has a strong bond and high thermal stability. That is, even if the temperature becomes high, the escape of the F-based gas is small. Here, an experimental example performed to examine the thermal stability of the CF film formed by the above-described method will be described. Using the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, an Ar gas of 30 sccm and a C 4 F 8 gas of 40 sc
cm 2 , C 2 H 2 gas is introduced at a flow rate of 30 sccm to form a CF film on the wafer 10, and a change in weight of the formed CF film at a high temperature, for example, 425 ° C. is measured at 425 ° C. in an N 2 gas atmosphere. The temperature was maintained for 2 hours and checked by an electronic balance. This weight change is an index of the thermal stability of the thin film, and the smaller the value of the weight change, the less the F-based gas escapes and the higher the thermal stability. The microwave power and the bias power were 2000 W and 1500 W, respectively.

【0021】また比較例として、C2 2 ガスの代わり
に炭化水素ガスとしてC2 4 ガスを30sccmの流
量で導入してCF膜を成膜した場合についても同様に重
量変化を測定した。この際CF膜を成膜するときの条件
は全て上述の実施例と同様とした。
As a comparative example, the change in weight was measured in the same manner when a CF film was formed by introducing C 2 H 4 gas as a hydrocarbon gas at a flow rate of 30 sccm instead of C 2 H 2 gas. At this time, the conditions for forming the CF film were all the same as in the above-described embodiment.

【0022】この結果、CF膜の重量変化は、C2 2
ガスを用いた場合は2.68%であるのに対し、C2
4 ガスを用いた場合は4.3%であることから、C4
8 ガスとC2 2 ガスとの組み合わせにより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が認められた。
As a result, the change in weight of the CF film is C 2 H 2
When gas is used, it is 2.68%, whereas C 2 H
When 4 gases are used, it is 4.3%, so C 4 F
It was recognized that the change in the weight of the CF film was reduced by the combination of the 8 gas and the C 2 H 2 gas, the release of the F-based gas was reduced, and the thermal stability was increased.

【0023】この理由については次のように推察され
る。つまりC2 2 ガスは炭素−炭素間に3重結合を有
しており、プラズマ化されると図2に示すように3重結
合、2重結合、単結合等の分解生成物が生じ、これらが
4 8 の分解生成物と結合して3重結合、2重結合を
有する立体構造物を作る。一方C2 4 ガスは2重結合
を有するガスであるため、C2 4 とC4 8 の分解生
成物が結合し、2重結合を有する立体構造物を作る。結
合力は単結合、2重結合、3重結合と多重結合になるほ
ど強くなり、熱による切断も起こりにくくCF膜から脱
ガスしにくい。したがって、2重結合、3重結合を有す
るC2 2 ガスを用いて生成されたCF膜は熱安定性が
良いと推定される。またC2 2 ガスから分離したHは
膜中で弱く結合しているFと結合してHFガスが生成さ
れ、CF膜から脱離する。膜中で弱く結合したFは熱に
より脱離しやすいため、このようなFが取り除かれるこ
とによっても熱安定性が向上するものと推定される。
The reason is presumed as follows. In other words, the C 2 H 2 gas has a triple bond between carbon and carbon, and when plasma is formed, decomposition products such as a triple bond, a double bond, and a single bond are generated as shown in FIG. These combine with the decomposition products of C 4 F 8 to form a steric structure having triple bonds and double bonds. On the other hand, since C 2 H 4 gas is a gas having a double bond, decomposition products of C 2 H 4 and C 4 F 8 combine to form a three-dimensional structure having a double bond. The bonding force increases as the number of single bonds, double bonds, and triple bonds increases, and it is difficult to cause thermal disconnection and degassing from the CF film. Therefore, it is presumed that the CF film generated by using C 2 H 2 gas having double bonds and triple bonds has good thermal stability. Further, H separated from the C 2 H 2 gas is combined with F weakly bound in the film to generate HF gas, which is desorbed from the CF film. Since F which is weakly bound in the film is easily desorbed by heat, it is presumed that removal of such F also improves thermal stability.

【0024】続いて本発明者らはC4 8 ガスとC2
2 ガスとの流量比の最適化を図るために次のような実験
を行った。図1に示すプラズマ処理装置を用い、Arガ
スを30sccm、C4 8 ガスを40sccmの流量
で導入し、C2 2 ガスを30sccmから70scc
mの範囲で流量を変えて導入してウエハ10上にCF膜
を成膜し、形成されたCF膜について上述の方法で重量
変化を調べた。この際マイクロ波電力及びバイアス電力
は夫々2000W、1500Wとした。
Subsequently, the present inventors succeeded in developing C 4 F 8 gas and C 2 H
The following experiment was conducted in order to optimize the flow ratio with the two gases. Using the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, Ar gas was introduced at a flow rate of 30 sccm, C 4 F 8 gas was introduced at a flow rate of 40 sccm, and C 2 H 2 gas was introduced at a flow rate of 30 sccm to 70 sccm.
The CF film was formed on the wafer 10 by changing the flow rate in the range of m, and the weight change of the formed CF film was examined by the above-described method. At this time, the microwave power and the bias power were set to 2000 W and 1500 W, respectively.

【0025】この結果を図3に示すが、これによりC2
2 ガスの流量が35sccm以下のときにはCF膜の
重量変化が2.7%付近であるのに対し、C2 2 ガス
の流量が40sccm以上になると重量変化が1.7%
付近であって小さくなることが認められた。ただしC2
2 ガスの流量が75sccmを越えると膜剥がれが起
こる。
[0025] While results are shown in FIG. 3, thereby C 2
When the flow rate of the H 2 gas is 35 sccm or less, the weight change of the CF film is about 2.7%, whereas when the flow rate of the C 2 H 2 gas is 40 sccm or more, the weight change is 1.7%.
It was recognized that it became small in the vicinity. Where C 2
When the flow rate of the H 2 gas exceeds 75 sccm, film peeling occurs.

【0026】これによりC4 8 ガスとC2 2 ガスの
流量比には最適な条件が存在し、C4 8 ガスの流量が
40sccmのときには、C2 2 ガスの流量は40s
ccm〜70sccmであることが好ましいこと、つま
り40sccm/70sccm≦C4 8 ガス/C2
2 ガス≦40sccm/40sccm(4/7≦C4
8 ガス/C2 2 ガス≦1)にすれば、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が確認された。
Thus, there is an optimum condition for the flow ratio of the C 4 F 8 gas and the C 2 H 2 gas. When the flow rate of the C 4 F 8 gas is 40 sccm, the flow rate of the C 2 H 2 gas is 40 s.
ccm to 70 sccm is preferable, that is, 40 sccm / 70 sccm ≦ C 4 F 8 gas / C 2 H
2 gas ≦ 40sccm / 40sccm (4/7 ≦ C 4 F
When 8 gas / C 2 H 2 gas ≦ 1), it was confirmed that the change in weight of the CF film was small, the escape of the F-based gas was reduced, and the thermal stability was increased.

【0027】この理由については、流量比がC4 8
ス/C2 2 ガス≧1となると、成膜ガス中のC2 2
ガスの量が少なくなってしまうので前記立体構造が作り
にくくなり、これによってCF膜中の強固なC−F結合
の割合が小さくなるためと考えられる。
[0027] For this reason, when the flow rate ratio is C 4 F 8 gas / C 2 H 2 gas ≧ 1, C 2 H 2 in the film forming gas
It is considered that the amount of gas is reduced, so that it is difficult to form the three-dimensional structure, thereby reducing the ratio of strong C—F bonds in the CF film.

【0028】続いて本発明の他の例について説明する
が、この例は成膜ガスとしてC4 8ガスとC2 2
スとH2 ガスとを用いることを特徴としており、このよ
うな組み合わせの成膜ガスを用いてもCF膜の熱安定性
を高めることができる。またこれら成膜ガスは上述のプ
ラズマ処理装置において成膜ガス供給部5を介して導入
される。
Next, another example of the present invention will be described. This example is characterized in that C 4 F 8 gas, C 2 H 2 gas and H 2 gas are used as a film forming gas. Even with the use of a combination of film forming gases, the thermal stability of the CF film can be improved. These film forming gases are introduced via the film forming gas supply unit 5 in the above-described plasma processing apparatus.

【0029】ここでこの方法の効果を確認するために実
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30sccm、C4 8 ガスを40s
ccm、C2 2 ガスを30sccm、H2 ガスを25
sccmの流量で導入してウエハ10上にCF膜を成膜
し、形成されたCF膜について上述の方法で重量変化を
調べた。この際マイクロ波電力及びバイアス電力は夫々
2000W、1500Wとした。
An experimental example will now be described to confirm the effect of this method. Using the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, 30 sccm of Ar gas and 40 s of C 4 F 8 gas were used.
ccm, C 2 H 2 gas at 30 sccm, H 2 gas at 25 sccm
A CF film was formed on the wafer 10 at a flow rate of sccm, and a change in weight of the formed CF film was examined by the above-described method. At this time, the microwave power and the bias power were set to 2000 W and 1500 W, respectively.

【0030】この結果CF膜の重量変化は1.89%で
あり、上述の比較例のようにC4 8 ガスとC2 4
スとの組み合わせでCF膜を形成した場合の重量変化
(4.3%)よりも小さいことから、C4 8 ガス、C
2 2 ガスとH2 ガスの組み合わせにより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が認められた。
As a result, the change in weight of the CF film was 1.89%, and the change in weight when the CF film was formed using a combination of C 4 F 8 gas and C 2 H 4 gas as in the above-described comparative example ( 4.3%), C 4 F 8 gas, C
It was recognized that the combination of 2 H 2 gas and H 2 gas reduced the change in weight of the CF film, reduced the escape of the F-based gas, and increased the thermal stability.

【0031】続いて本発明者らは以下の方法で、C4
8 ガス、C2 2 ガス、H2 ガスの流量比の最適化を試
みた。先ずC4 8 ガスとC2 2 ガスとの混合ガス
(以下「混合ガス」という)とH2 ガスとの流量比の最
適化を図るために次のような実験を行った。
Subsequently, the present inventors carried out C 4 F by the following method.
An attempt was made to optimize the flow ratio of eight gases, C 2 H 2 gas, and H 2 gas. First, the following experiment was conducted in order to optimize the flow ratio of a mixed gas of C 4 F 8 gas and C 2 H 2 gas (hereinafter referred to as “mixed gas”) and H 2 gas.

【0032】図1に示すプラズマ処理装置を用い、Ar
ガスを30sccmの流量で導入すると共に、混合ガス
の流量比をC4 8 ガス/C2 2 ガス=4/6に設定
し、かつ混合ガスとH2 ガスの総量を100sccmと
して、H2 ガスを10sccm〜60sccmの範囲で
流量を変えて導入してウエハ10上にCF膜を成膜し、
形成されたCF膜について上述の方法で重量変化を調べ
た。この際マイクロ波電力及びバイアス電力は夫々20
00W、1500Wとした。
Using the plasma processing apparatus shown in FIG.
While introducing a gas at 30sccm flow rate, set the flow rate ratio of the mixed gas to C 4 F 8 gas / C 2 H 2 gas = 4/6, and the total amount of the mixed gas and H 2 gas as 100 sccm, H 2 A gas is introduced at a varied flow rate in the range of 10 sccm to 60 sccm to form a CF film on the wafer 10,
The weight change of the formed CF film was examined by the method described above. At this time, the microwave power and the bias power are 20
00W and 1500W.

【0033】この結果を図4に示すが、CF膜の重量変
化は、H2 ガスの流量が20sccm以下のときには
2.8%付近であるのに対し、H2 ガスの流量が25s
ccm〜50sccmのときには1.7%付近であって
小さくなることが認められた。なおH2 ガスの流量が5
5sccm以上になると膜剥がれが起こる。
FIG. 4 shows the results. The change in the weight of the CF film is about 2.8% when the flow rate of the H 2 gas is 20 sccm or less, while the flow rate of the H 2 gas is 25 s.
At ccm to 50 sccm, it was found to be around 1.7% and smaller. When the flow rate of H 2 gas is 5
If it exceeds 5 sccm, film peeling occurs.

【0034】これにより混合ガスとH2 ガスとの流量比
には最適な条件が存在し、最適な流量比を混合ガス/H
2 ガスで示すとすると、混合ガス/H2 ガスの下限値は
50sccm/50sccmであり、混合ガス/H2
スの上限値は75sccm/25sccmであること、
つまり1≦混合ガス/H2 ガス≦3であることが確認さ
れた。
As a result, there is an optimum condition for the flow ratio of the mixed gas and the H 2 gas.
When indicated by 2 gas, the lower limit of the mixed gas / H 2 gas is 50 sccm / 50 sccm, the upper limit value of the mixed gas / H 2 gas is 75 sccm / 25 sccm,
That is, it was confirmed that 1 ≦ mixed gas / H 2 gas ≦ 3.

【0035】次いで前記混合ガスの混合比の最適化を図
るために次のような実験を行った。図1に示すプラズマ
処理装置を用い、Arガスを30sccm、H2 ガスを
30sccmの流量で導入すると共に、混合ガスを、混
合比を0.6≦C4 8 ガス/C2 2 ガス≦1.6の
範囲で変えて導入してウエハ10上にCF膜を成膜し、
形成されたCF膜について上述の方法で重量変化を調べ
た。この際マイクロ波電力及びバイアス電力は夫々20
00W、1500Wとした。
Next, the following experiment was conducted to optimize the mixing ratio of the mixed gas. Ar gas was introduced at a flow rate of 30 sccm and H 2 gas was introduced at a flow rate of 30 sccm using the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, and the mixed gas was mixed at a mixing ratio of 0.6 ≦ C 4 F 8 gas / C 2 H 2 gas ≦ 1.6, a CF film is formed on the wafer 10 by changing and introducing the same.
The weight change of the formed CF film was examined by the method described above. At this time, the microwave power and the bias power are 20
00W and 1500W.

【0036】この結果を図5に示すが、CF膜の重量変
化は、混合比が1.4より大きいときには2.9%以上
であるのに対し、混合比が0.7〜4/3の場合には
1.7%〜2%程度であって小さくなることが認められ
た。なお混合比が0.65よりも小さいと膜剥がれが起
こる。これにより混合ガスの混合比には最適な条件が存
在し、混合比の最適値は0.7≦C4 8 ガス/C2
2 ガス≦4/3であることが確認された。
FIG. 5 shows the results. The change in the weight of the CF film was 2.9% or more when the mixture ratio was greater than 1.4, whereas the change in the CF film was 0.7 to 4/3 when the mixture ratio was 0.7 to 4/3. In this case, it was recognized that the density was as small as about 1.7% to 2%. If the mixing ratio is smaller than 0.65, film peeling occurs. As a result, there is an optimum condition for the mixing ratio of the mixed gas, and the optimum value of the mixing ratio is 0.7 ≦ C 4 F 8 gas / C 2 H.
It was confirmed that 2 gas ≦ 4/3.

【0037】これらの実験により、成膜ガスとしてC4
8 ガスとC2 2 ガスとH2 ガスとを用いた場合に
は、これらのガスの最適な流量比は、0.7≦C4 8
ガス/C2 2 ガス≦4/3であって、かつ1≦混合ガ
ス/H2 ガス≦3であることが認められ、このような流
量比にすれば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が確認
された。
According to these experiments, C 4 was used as a film forming gas.
When F 8 gas, C 2 H 2 gas and H 2 gas are used, the optimal flow ratio of these gases is 0.7 ≦ C 4 F 8
Gas / C 2 H 2 gas ≦ 4/3, and 1 ≦ mixed gas / H 2 gas ≦ 3, it was recognized that such a flow ratio reduced the weight change of the CF film, It was confirmed that the release of the F-based gas was reduced and the thermal stability was increased.

【0038】また成膜ガスとしてC4 8 ガスとC2
2 ガスとを用いた場合には、最適な流量比は4/7≦C
4 8 ガス/C2 2 ガス≦1であるのに対して、これ
らのガスにH2 ガスを添加した場合には、最適な流量比
の上限が4/3となって上限値が高くなることつまりC
2 2 ガスの下限流量が小さくなることが確認された。
As a film forming gas, C 4 F 8 gas and C 2 H
When two gases are used, the optimal flow rate ratio is 4/7 ≦ C
Where 4 F 8 gas / C 2 H 2 gas ≦ 1, when H 2 gas is added to these gases, the upper limit of the optimal flow rate ratio is 4/3 and the upper limit is high. Becoming C
It was confirmed that the lower limit flow rate of 2 H 2 gas was reduced.

【0039】この理由については、H2 ガスを混入する
とH2 ガスのプラズマ化により生成されたHが、膜中で
弱く結合しているFと結合してHFガスが生成され、C
F膜から脱離する。膜中で弱く結合したFは熱により脱
離しやすいため、このようなFを取り除くことにより熱
安定性が向上するものと推定される。よってH2 を混入
した時にC2 2 の下限流量が小さくなる。
The reason for this is that when H 2 gas is mixed, H generated by the plasma of H 2 gas is combined with F which is weakly bonded in the film to generate HF gas, and C
Desorbs from F film. Since F which is weakly bound in the film is easily desorbed by heat, it is presumed that removing such F improves thermal stability. Therefore, when H 2 is mixed, the lower limit flow rate of C 2 H 2 is reduced.

【0040】以上において本発明ではプラズマはECR
によりプラズマを生成することに限られず、例えばIC
P(Inductive Coupled Plasu
ma)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13.56
MHz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。
In the above, in the present invention, the plasma is ECR
Is not limited to generating plasma by
P (Inductive Coupled Plasu)
The method can also be applied to a case where plasma is generated by a method called ma) that applies an electric field and a magnetic field to a processing gas from a coil wound around a dome-shaped container. Further, for example, 13.56 which is called a helicon wave plasma or the like.
When a plasma is generated by the interaction between a helicon wave of MHz and a magnetic field applied by a magnetic coil, or two parallel cathode-rays called a magnetron plasma or the like are used.
When generating a plasma by applying a magnetic field so as to be almost parallel to the electrode, also apply when generating a plasma by applying high-frequency power between electrodes facing each other called a parallel plate etc. Can be.

【0041】[0041]

【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。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a CF film having high thermal stability and small desorption of F-based gas. Therefore, if this CF film is used, for example, as an interlayer insulating film of a semiconductor device, there is no possibility of corroding metal wiring, and undulation and cracking of aluminum wiring can be prevented. With the demand for miniaturization and high-speed of semiconductor devices, the CF film is attracting attention as an effective insulating film having a small relative dielectric constant. Therefore, the present invention aims at practical use of the CF film as an insulating film. This is an effective method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a vertical sectional side view showing an example of a plasma processing apparatus for carrying out a method of the present invention.

【図2】本発明方法の作用を説明するための模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the method of the present invention.

【図3】C4 8 ガスとC2 2 ガスの流量比と重量変
化との関係を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a flow rate ratio of C 4 F 8 gas and C 2 H 2 gas and a change in weight.

【図4】C4 8 ガスとC2 2 ガスとの混合ガスとH
2 ガスの流量比と重量変化との関係を示す特性図であ
る。
FIG. 4 shows a mixed gas of C 4 F 8 gas and C 2 H 2 gas and H
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a flow rate ratio of two gases and a change in weight.

【図5】H2 ガスの流量を一定とした場合の、C4 8
ガスとC2 2 ガスの流量比と重量変化との関係を示す
特性図である。
FIG. 5 shows C 4 F 8 when the flow rate of H 2 gas is constant.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a flow rate ratio of gas and C 2 H 2 gas and a change in weight.

【図6】半導体デバイスの構造の一例を示す構造図であ
る。
FIG. 6 is a structural diagram showing an example of the structure of a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor wafer 2 Vacuum container 21 1st vacuum chamber 22 2nd vacuum chamber 24 High frequency power supply part 25 Waveguide 26, 27 Electromagnetic coil 28 Exhaust pipe 31 Gas nozzle 4 Mounting table 5 Deposition gas supply part

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 C4 8 ガスとアセチレンガスとを含む
成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマにより被処理基
板上にフッ素添加カ−ボン膜を成膜することを特徴とす
るプラズマ成膜方法。
1. A plasma film forming method comprising forming a film forming gas containing a C 4 F 8 gas and an acetylene gas into plasma, and forming a fluorine-added carbon film on a substrate to be processed by the plasma. .
【請求項2】 C4 8 ガスとアセチレンガスとの流量
比が、4/7≦C48 ガス/アセチレンガス≦1であ
ることを特徴とする請求項1記載の成膜方法。
2. The film forming method according to claim 1, wherein the flow rate ratio of the C 4 F 8 gas to the acetylene gas is 4/7 ≦ C 4 F 8 gas / acetylene gas ≦ 1.
【請求項3】 C4 8 ガスとアセチレンガスと水素ガ
スとを含む成膜ガスをプラズマ化し、このプラズマによ
り被処理基板上にフッ素添加カ−ボン膜を成膜するプラ
ズマ成膜方法において、C4 8 ガスとアセチレンガス
との流量比が、0.7≦C4 8 ガス/アセチレンガス
≦4/3であり、かつC4 8 ガスとアセチレンガスと
の混合ガスと水素ガスとの流量比が、1≦前記混合ガス
/水素ガス≦3であることを特徴とする成膜方法。
3. A plasma film forming method for forming a film forming gas containing a C 4 F 8 gas, an acetylene gas and a hydrogen gas into plasma and forming a fluorine-added carbon film on a substrate to be processed by the plasma. The flow ratio of C 4 F 8 gas to acetylene gas is 0.7 ≦ C 4 F 8 gas / acetylene gas ≦ 4/3, and a mixed gas of C 4 F 8 gas and acetylene gas, hydrogen gas and A flow rate ratio of 1 ≦ the mixed gas / hydrogen gas ≦ 3.
JP4287298A 1997-11-20 1998-02-09 Plasma film formation Pending JPH11233501A (en)

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EP98954753A EP1033746A4 (en) 1997-11-20 1998-11-19 PLASMA FILM FORMATION PROCESS
TW087119197A TW430882B (en) 1997-11-20 1998-11-19 Plasma film forming method
KR10-2000-7005355A KR100477402B1 (en) 1997-11-20 1998-11-19 Method of forming film by plasma
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012531741A (en) * 2009-06-26 2012-12-10 東京エレクトロン株式会社 Plasma processing method

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