專利名稱：成膜方法和成膜裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于形成具有規(guī)定的介質特性的膜的成膜方法和成膜裝置。
背景技術：
近來，以半導體裝置的高速化和小型化要求為背景，希望半導體元件作成多層及線路作得很細。例如，對于0.15μm以下的設計規(guī)則來說，具有多層結構的線路的信號傳播速度延遲，不能達到所希望的高速化。為了防止隨著線路的微細化而造成延遲增大，使用電介質常數(shù)低的層間絕緣膜是有效的。
從這樣的觀點出發(fā)，研究目前各種絕緣膜形成材料。其中，通過在膜中形成原子水平的空孔，實現(xiàn)比材料固有的介電常數(shù)低的介電常數(shù)的多孔質膜引人注目。
作為形成多孔質低介電常數(shù)膜的方法，開發(fā)了以具有環(huán)狀結構的原料作為出發(fā)物質、形成絕緣膜的方法。環(huán)狀結構由于其內部本質上有空孔，可以在維持環(huán)狀結構的狀態(tài)下，通過使多個原料分子結合，形成多孔質膜。這種方法例如在A.Grill等人在Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.565(107)1999年發(fā)表的文章中作了說明。
在這種方法中，具有環(huán)狀結構的原料，例如利用熱燈絲或作為平行平板型的等離子體，直接被激發(fā)，進行膜的形成反應。
例如，在使用環(huán)狀硅氧烷分子作原料的情況下，通過使構成環(huán)狀部分的硅原子的側鏈部分活性化，例如，通過使甲基的碳-氫鍵分離，而互相結合。由于甲基的碳-氫鍵比硅-碳或硅-氧鍵的分解能低。因此，在環(huán)狀結構分解時優(yōu)先分解。這樣，在維持環(huán)狀結構的狀態(tài)下，可形成膜。
但是，如上所述，在作為平行平板型的等離子體直接激發(fā)的情況下，賦予原料的激發(fā)能比較大。由于這樣，在原料激發(fā)時，不僅是所希望的活性部分，而且必要的環(huán)狀結構容易被破壞，因此，使形成的膜中的環(huán)狀結構減少。環(huán)狀結構越少，則膜的空孔度越低，得不到所希望的低的介電常數(shù)。
這樣，在目前的直接激發(fā)具有環(huán)狀結構的出發(fā)原料而形成膜的方法中，激發(fā)時環(huán)狀結構容易喪失，因此，難以得到所希望的低的介電常數(shù)，這是一個問題。

發(fā)明內容
考慮到上述的問題，本發(fā)明的目的是要提供一種可以形成介電常數(shù)低的絕緣膜的成膜方法和成膜裝置。
為了達到上述目的，本發(fā)明的第一個觀點的成膜方法的特征在于，其包括將被處理基板配置在處理室內的工序；將包含具有環(huán)狀結構的物質的處理氣體、導入上述處理室內的處理氣體導入工序；和將用于激發(fā)上述處理氣體用的激發(fā)用氣體以激發(fā)狀態(tài)導入至上述處理室內的激發(fā)用氣體導入工序。
可以在上述激發(fā)用氣體導入工序中，導入上述激發(fā)用氣體的等離子體。
還可以具有在上述被處理基板上施加偏壓的工序。
為了達到上述目的，本發(fā)明的第二個觀點的成膜裝置的特征在于，其包括在內部配置被處理基板的處理室；將包含具有環(huán)狀結構的物質的處理氣體、導入上述處理室內的處理氣體導入部；和將用于激發(fā)上述處理氣體的激發(fā)用氣體以激發(fā)狀態(tài)導入至上述處理室內的激發(fā)用氣體導入部。
還可以具有設置于上述處理室的外部并生成上述激發(fā)用氣體的等離子體的等離子體生成部。
還可以具有用于在上述被處理基板上施加偏壓的電壓施加部。
上述處理氣體，可以由含有至少是環(huán)狀硅氧烷結構、環(huán)狀硅氨烷結構或有機環(huán)狀結構中的任何一種的物質構成，作為環(huán)狀結構。
上述激發(fā)用氣體可以含有氬、氖、氙、氫、氮、氧和甲烷中至少任一種。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式的成膜裝置的結構的圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖來說明本發(fā)明實施方式的成膜方法和制造裝置。
在本實施方式中，以采用由環(huán)狀硅化合物構成的出發(fā)物質、在半導體基板等被處理基板上形成多孔質硅絕緣膜的情況作為例子來說明。
圖1表示本實施方式的成膜裝置11的結構。
如圖1所示，本實施方式的成膜裝置11具有處理室12、排氣部13、處理氣體供給部14、激發(fā)氣體供給部15和系統(tǒng)控制器100。
處理室12形成為大致圓筒形，其內部表面由經(jīng)過氧化鋁膜處理的鋁等構成。
在處理室12的大致中央，從底部立起一個大致為圓筒形的載物臺16。
在載物臺16的上部配置靜電夾具17。靜電夾具17的結構是，用氧化鋁等介電體17b覆蓋鎢等的電極板17a。
介電體17b內部的電極板17a與直流電源18連接，施加規(guī)定電壓的直流電壓。被處理基板19放置在靜電夾具17上。根據(jù)施加在電極板17a上的電壓，在介電體17b的表面上產(chǎn)生電荷，另一方面，在介電體17b上的被處理基板19的背面，產(chǎn)生與上述電荷性相反的電荷。由此，在介電體17b和被處理基板19之間形成靜電力(庫侖力)，被處理基板19被吸附保持在介電體17b上。
電極板17a還與高頻電源20連接，施加規(guī)定頻率(例如2MHz)的高頻電壓。在電極板17a上施加規(guī)定的偏壓例如-300V～-20V左右的電壓。在此，偏壓是為了將處理活性種有效地吸附在被處理基板19上而施加的。
在載物臺16的內部，埋入由電阻體等構成的加熱器21。加熱器21，接受從未圖示的加熱器電源供給的電力，將載物臺16上的被處理基板19加熱至規(guī)定溫度。
加熱溫度設定為可抑制在被處理基板19的表面和所形成的膜的界面附近產(chǎn)生的熱應力、可促進在基板表面產(chǎn)生的膜形成的必要的溫度。例如，加熱溫度可設定在從室溫至400℃的溫度范圍內。根據(jù)所使用的材料、膜厚等，溫度可進行適當?shù)馗淖儭?br> 此時，當加熱溫度太高時，膜中的環(huán)狀結構分解，當加熱溫度過低時，由于熱應力的原因，會在形成于半導體基板的表面附近的膜中產(chǎn)生裂紋等。
排氣部13具有真空泵22，將處理室12內減壓至規(guī)定的真空度。真空泵22通過流量調節(jié)閥24，與設置在處理室12底部的排氣口23連接。流量調節(jié)閥24由APC等構成，利用其開度調節(jié)處理室12內的壓力。真空泵22例如可根據(jù)所希望的壓力范圍從回轉泵、油擴散泵、渦輪分子泵、分子阻力泵等中選擇任何一種，或者將它們組合構成。
另外，真空泵22與除害裝置25連接，將排出的氣體中的有害物質進行無害化處理后排出。
在處理室12的頂部設置貫通頂部的處理氣體供給口26。處理氣體供給口26與后述的處理氣體供給部14連接，處理氣體通過處理氣體供給口26供給至處理室12內。
處理氣體供給口26與設置在處理室12的頂部的噴頭27連接。噴頭27具有中空部27a和多個氣體孔27b。
中空部27a設置在噴頭27的內部，接受從處理氣體供給口26供給的處理氣體。氣體孔27b與中空部27a連通，設置成朝向載物臺16。從處理氣體供給口26供給的處理氣體，在中空部27a中擴散，從多個氣體孔27b向著被處理基板19噴出。
處理氣體供給部14具有原料供給源28、供給控制部29和氣化室30。
原料供給源28供給由具有環(huán)狀結構的硅化合物構成的出發(fā)原料。作為可以使用的硅化合物，例如可舉出硅氧烷化合物、硅氨烷化合物和在硅烷中結合有機環(huán)基構成的硅烷化合物等。
環(huán)狀硅氧烷化合物是構成硅氧烷骨架的硅具有甲基或乙烯基作為側鏈的化合物。作為環(huán)狀硅氧烷化合物來說，可舉出六乙基環(huán)三硅氧烷、六甲基環(huán)三硅氧烷、八苯基環(huán)四硅氧烷、四乙基環(huán)四硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、1，3，5-三甲基-1，3，5-三乙烯基環(huán)三硅氧烷，1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷、1，3，5，7-四乙烯基-1，3，5，7-四甲基環(huán)四硅氧烷。
環(huán)狀硅氨烷化合物是構成硅氨烷骨架的硅具有甲基或乙烯基作為側鏈的化合物。作為環(huán)狀硅氨烷化合物來說，可舉出1，1，3，3，5，5-六甲基環(huán)三硅氨烷、1，2，3，4，5，6-六甲基環(huán)三硅氨烷、八甲基環(huán)四硅氨烷、1，3，5，7-四乙基-2，4，6，8-四甲基環(huán)四硅氨烷、1，3，5，7-四乙烯基-2，4，6，8-四甲基環(huán)四硅氨烷、1，2，3-三乙基-2，4，6-三甲基環(huán)三硅氨烷、1，2，3-三乙烯基-1，3，5-三甲基環(huán)三硅氨烷。
硅烷化合物，除了有機環(huán)基以外，還有以甲基、乙烯基等作為側鏈并可以搖動的化合物。作為硅烷化合物來說，例如可舉出(環(huán)己烯氧基)三甲基硅烷、環(huán)戊基三甲氧基硅烷、二甲基硅-11-冠-4、二甲基硅-14-冠-5、二甲基硅-17-冠-6、二甲基硅-20-冠-7、1，1-二甲基-1-硅-2-氧雜環(huán)己烷、苯乙基三甲氧基硅烷。
作為這些以外的環(huán)狀硅化合物來說，例如可舉出3-苯基庚甲基三硅氧烷、二乙烯基硅氧烷苯并環(huán)丁烯(DVS-BCB)。
甲基的碳-氫鍵或乙烯基的碳-碳雙鍵，與構成環(huán)狀結構的硅-氧鍵、硅-氮鍵、硅-碳鍵相比較，分離能量較低。因此，通過賦予較低的激發(fā)能量，可以減少環(huán)狀結構的分解，并可以激發(fā)甲基、乙烯基等。借助于已激發(fā)的甲基、乙烯基等，原料互相結合，由此可形成較多地維持環(huán)狀結構的多孔質低介電常數(shù)的膜。
如后所述，在本實施方式中，通過與激發(fā)氣體的等離子體接觸，間接地激發(fā)原料(處理氣體)。因此，可以以比較低的能量激發(fā)由上述材料構成的處理氣體，形成環(huán)狀結構含有率高的多孔質膜。
再者，所形成的膜的空孔度由原料的分子結構(特別是環(huán)狀結構)決定。因此，通過適當?shù)剡x擇原料，可以得到具有所希望的低介電特性的絕緣膜。
供給控制部29控制從原料供給源28供給的原料物資。上述的環(huán)狀硅化合物，通常在大氣環(huán)境下為液體或固體。供給控制部29在原料為固體的情況下可以使用規(guī)定形式的定量供料器等，而在原料為液體的情況下，可以使用齒輪泵等。供給控制部29，每單位時間，將規(guī)定量的原料供給至后述的氣化室30中。
氣化室30具有加熱器、加熱燈等加熱機構，由可加熱內部的容器構成。氣化室30的內部加熱至由原料供給部供給的固體或液體的原料進行氣化的溫度(沸點或升華溫度)以上的溫度。氣化室30通過質量流量控制器(MFC)31，與處理氣體供給口26連接。在氣化室30中，原料(環(huán)狀硅化合物)被氣化，由MFC31控制為規(guī)定的流量，供給至處理室12內。
在處理室12的側壁上，設置激發(fā)氣體供給口32。激發(fā)氣體供給口32，例如設置有兩個，在處理室12的側壁上相對置。再者，激發(fā)氣體供給口32也可設置三個以上。激發(fā)氣體供給口32分別與后述的激發(fā)氣體供給部15連接。
激發(fā)氣體供給部15具有激發(fā)氣體源33和激發(fā)器34。
激發(fā)氣體源33，將用于激發(fā)(活性化)上述出發(fā)物質氣體的激發(fā)氣體供給至處理室12內。作為激發(fā)氣體來說，只要能激發(fā)所使用的處理氣體的物質就可以，可從氬(Ar)、氖(Ne)、氙(Xe)、氫(H2)、氮(N2)、氧(O2)、甲烷(CH4)等中選擇。
激發(fā)器34通過MFC35與激發(fā)氣體源33連接。激發(fā)器34具有圖中沒有示出的等離子體發(fā)生機構，在其內部，使通過的激發(fā)氣體活性化，產(chǎn)生等離子體。具有激發(fā)器34的等離子體生成機構例如可以生成磁控管型、ECR型、ICP型、TCP型、螺旋波型等的等離子體。
激發(fā)器34的排氣端與激發(fā)氣體供給口32連接，生成的激發(fā)氣體等離子體，通過激發(fā)氣體供給口32，供給至處理室12內。等離子體含有自由基、電離離子等的高能量活性種。
成膜處理時，將處理氣體和激發(fā)氣體等離子體供給至處理室12內。作為處理氣體的環(huán)狀硅化合物，被激發(fā)氣體的等離子體中所含的自由基等活性種激發(fā)，如以下所詳細說明的那樣，在被處理基板19的表面上形成聚合膜。
系統(tǒng)控制器100是具有MPU(微處理部件)、存儲器等的微型計算機控制裝置。系統(tǒng)控制器100將根據(jù)處理順序控制處理裝置的動作的程序，存儲在存儲器中，根據(jù)該程序將控制信號傳送至處理裝置的排氣部13、處理氣體供給部14和激發(fā)氣體供給部15等各部分。
下面，說明上述結構的成膜裝置11的動作。在以下所示的例子中，以使用化學式1所示的八甲基環(huán)四硅氧烷作為出發(fā)原料、形成硅絕緣膜的情況進行說明。另外，對使用Ar作為激發(fā)氣體的情況進行說明。
(化學式1) 首先，將被處理基板19放置在載物臺16上，由靜電夾具17固定。然后，系統(tǒng)控制器100利用排氣部13將處理室12內調整至規(guī)定的壓力例如1.3Pa～1.3kPa(10mTorr～10Torr)左右。
另一方面，系統(tǒng)控制器100利用加熱器21將被處理基板19加熱至規(guī)定溫度例如100℃左右，將偏壓施加在被處理基板19上。
接著，系統(tǒng)控制器100開始從處理氣體供給部14和激發(fā)氣體供給部15將處理氣體和激發(fā)氣體供給至處理室12內。各氣體按規(guī)定流量供給至處理室12內。當然，從處理氣體供給源將八甲基環(huán)四硅氧烷氣體供給至處理室12內。
接著，系統(tǒng)控制器100將激發(fā)器34接通。由此，將激發(fā)氣體即Ar的等離子體供給至處理室12內。在所生成的等離子體中含有Ar自由基、Ar離子等的高能量活性種。
這些活性種在處理室12內與處理氣體(八甲基環(huán)四硅氧烷)混合，與處理氣體分子等進行沖突，將該處理氣體分子活性化(激發(fā))。通過與激發(fā)氣體等離子體的接觸，在處理室12內生成處理氣體的自由基、離子等。
在處理期間，利用電極板17a將規(guī)定的偏壓例如-100V左右施加在被處理基板19上，所生成的處理氣體的離子等的活性種，被吸附在被處理基板19的表面上。通過吸附在被處理基板19的表面上并且進行加熱，可進行如下所示的在被處理基板19的表面上形成膜的反應。
首先，通過與Ar自由基等活性種的接觸，主要激發(fā)八甲基環(huán)四硅氧烷分子中的鍵分離能量低的鍵。即，分子側鏈甲基的碳-氫鍵最容易被激發(fā)(容易分離)，生成例如下述化學式2所示的八甲基環(huán)四硅氧烷的自由基。另外，還生成氫的正離子與甲基結合的正離子等。
(化學式2) 所生成的八甲基環(huán)四硅氧烷的自由基等的活性種，利用偏壓吸附在被處理基板19的表面上。所吸附的活性種，主要與被激發(fā)的側鏈部分結合，形成例如化學式3所示的聚合體。
(化學式3) 通過側鏈彼此結合，如化學式3所示的那樣，在膜中保持環(huán)狀結構的狀態(tài)下形成膜。在環(huán)狀結構的內部有空孔。另外，由于利用環(huán)狀結構的立體障礙的大小，在其周圍形成空孔，因此，所形成的膜的空孔度高，可構成多孔質低介電常數(shù)的膜。
如上所述，通過激發(fā)環(huán)狀硅化合物，可以形成多孔質膜。這里，處理氣體是利用在處理室12的外部生成的激發(fā)用氣體的等離子體、“間接地”被激發(fā)的。
因此，賦予處理氣體的激發(fā)能量較低，可抑制側鏈部分以外的激發(fā)。即，例如與在處理室12內部生成并激發(fā)處理氣體的等離子體的情況相比，可以抑制環(huán)狀結構的分解和破壞，在所形成的膜中，可以保持更多的環(huán)狀結構。這樣，可以形成介電常數(shù)更低的多孔質絕緣膜。
如上所述，進行膜形成反應，在被處理基板19的表面上形成規(guī)定厚度的膜。系統(tǒng)控制器100，在形成具有所希望的膜厚例如400nm(4000)左右的絕緣膜的時間內，結束成膜處理。系統(tǒng)控制器100斷開激發(fā)器34，接著，停止向處理室12供給處理氣體。然后，在規(guī)定時間內，用沒有激發(fā)的激發(fā)氣體清洗處理室12內，停止偏壓的施加加熱器21的加熱。最后，將被處理基板19從處理室12搬出，以上就結束成膜工序。
如上所述，在本實施方式中，通過與在處理室12外部激發(fā)的激發(fā)用氣體相接觸混合，可間接地激發(fā)由環(huán)狀化合物構成的處理氣體。這樣，間接地激發(fā)處理氣體，可用較低的激發(fā)能量進行激發(fā)。
因為激發(fā)能量低，所以可以抑制環(huán)狀結構的破壞，并同時進行膜形成反應。由此，可以形成膜中環(huán)狀結構含有較多的所謂低介電常數(shù)多孔質膜。
本發(fā)明不限于上述實施方式，其應用及變形等可任意進行。
在上述實施方式中，在載物臺16中埋入加熱器21，加熱被處理基板19。但是，加熱方法不限于此，也可以使用熱壁型、燈加熱型等任意的加熱方法。
在上述實施方式中，激發(fā)氣體是作為等離子體激發(fā)的。但是，激發(fā)氣體的激發(fā)方法不限于此，例如，將用熱燈絲等激發(fā)的激發(fā)氣體導入處理室12內也可以。
在上述實施方式中，使用環(huán)狀硅氧烷化合物、環(huán)狀硅氨烷化合物或結合有環(huán)狀有機基的硅烷化合物，形成至少包含硅和碳的膜(SiC、SiCN、SiOC等)。但是，所用的物質和膜種，不限于上述例子。
例如，使用上述硅烷類化合物和氟類氣體(例如CF4、CClF3、SiF4等)，使用含有氧的氣體的等離子體進行活性化，由此，可以形成膜中有環(huán)狀結構的SiOF膜。另外，本發(fā)明對于SiN、SiOCN、SiON或SiOx膜的成膜也適用。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明在半導體裝置等電子器件的制造中是有用的。
本發(fā)明基于在2001年8月30日提出的日本國發(fā)明專利申請2001-261443號，包括其說明書、權利要求書、說明書附圖和說明書摘要。本說明書中包含了上述申請公開的全部，以供參考。
權利要求
1.一種成膜方法，其特征在于包括將被處理基板(19)配置在處理室(11)內的工序；將包含具有環(huán)狀結構的物質的處理氣體導入至所述處理室(11)內的處理氣體導入工序；和將用于激發(fā)所述處理氣體的激發(fā)用氣體以激發(fā)狀態(tài)導入至所述處理室(11)內的激發(fā)用氣體導入工序。
2.如權利要求1所述的成膜方法，其特征在于在所述激發(fā)用氣體導入工序中，導入所述激發(fā)用氣體的等離子體。
3.如權利要求1所述的成膜方法，其特征在于還包括在所述被處理基板(19)上施加偏壓的工序。
4.如權利要求2所述的成膜方法，其特征在于還包括在所述被處理基板(19)上施加偏壓的工序。
5.一種成膜裝置，其特征在于包括在內部配置被處理基板(19)的處理室(11)；將包含具有環(huán)狀結構的物質的處理氣體導入至所述處理室(11)內的處理氣體導入部(26)；和將用于激發(fā)所述處理氣體的激發(fā)用氣體以激發(fā)狀態(tài)導入至所述處理室(11)內的激發(fā)用氣體導入部(32)。
6.如權利要求5所述的成膜裝置，其特征在于還包括設置在所述處理室(11)的外部并生成所述激發(fā)用氣體的等離子體的等離子體生成部(34)。
7.如權利要求5所述的成膜裝置，其特征在于還包括用于在所述被處理基板(19)上施加偏壓的電壓施加部(20)。
8.如權利要求6所述的成膜裝置，其特征在于還包括用于在所述被處理基板(19)上施加偏壓的電壓施加部(20)。
9.如權利要求5所述的成膜裝置，其特征在于所述處理氣體，作為環(huán)狀結構，至少由含有環(huán)狀硅氧烷結構、環(huán)狀硅氨烷結構或有機環(huán)狀結構中的任意一種的物質構成。
10.如權利要求6所述的成膜裝置，其特征在于所述處理氣體，作為環(huán)狀結構，至少由含有環(huán)狀硅氧烷結構、環(huán)狀硅氨烷結構或有機環(huán)狀結構中的任意一種的物質構成。
11.如權利要求7所述的成膜裝置，其特征在于所述處理氣體，作為環(huán)狀結構，至少由含有環(huán)狀硅氧烷結構、環(huán)狀硅氨烷結構或有機環(huán)狀結構中的任意一種的物質構成。
12.如權利要求8所述的成膜裝置，其特征在于所述處理氣體，作為環(huán)狀結構，至少由含有環(huán)狀硅氧烷結構、環(huán)狀硅氨烷結構或有機環(huán)狀結構中的任意一種的物質構成。
13.如權利要求5所述的成膜裝置，其特征在于所述激發(fā)用氣體包含氬、氖、氙、氫、氮、氧和甲烷中的至少任一種。
14.如權利要求6所述的成膜裝置，其特征在于所述激發(fā)用氣體包含氬、氖、氙、氫、氮、氧和甲烷中的至少任一種。
15.如權利要求7所述的成膜裝置，其特征在于所述激發(fā)用氣體包含氬、氖、氙、氫、氮、氧和甲烷中的至少任一種。
16.如權利要求8所述的成膜裝置，其特征在于所述激發(fā)用氣體包含氬、氖、氙、氫、氮、氧和甲烷中的至少任一種。
全文摘要
將由分子內具有環(huán)狀結構的化合物構成的處理氣體導入至處理室(12)內。另一方面，利用激發(fā)器(34)激發(fā)氬等激發(fā)用氣體，并導入至處理室(12)內，激發(fā)處理氣體。被激發(fā)的處理氣體堆積在被處理基板(19)上，形成在膜中具有環(huán)狀結構的多孔質低介電常數(shù)膜。
文檔編號C23C16/30GK1545724SQ0281648
公開日2004年11月10日 申請日期2002年8月30日 優(yōu)先權日2001年8月30日
發(fā)明者三好秀典, 杉浦正仁, 柏木勇作, 香川惠永, 太田與洋, 仁, 作, 永 , 洋 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社