TW200423213A - Plasma filming method and plasma filming device - Google Patents

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200423213 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於藉由電漿以形成絕緣膜’例如添加氟碳 膜（氟碳膜）之電漿薄膜形成方法及電漿薄膜形成裝置。 【先前技術】 謀求半導體裝置之高集成化之手法之一，係採用多層 配線構造。在採用多層配線構造上，以導電層連接第η層 之配線層和第（η+ 1 )層之配線層之間，而且，導電層以 外的領域係形成有稱爲層間絕緣膜之薄膜。此層間絕緣膜 的代表性者雖有矽氧化膜，但是爲了令裝置的動作速度更 快，乃要求需令層間絕緣膜的介電率低。 基於此種背景，添加氟碳膜受到囑目，如依據此添加 氟碳膜，與矽氧化膜比較，可大幅降低介電率。此種添加 氟碳膜之薄膜形成方法，由日本專利特開平11-162960號 公報可知悉。在此文獻的段落0016至0018中，記載有， 作爲此添加氟碳膜的原料氣體係使用環狀構造的C5F8, 藉由2.45GHz之微波和8 7 5高斯之磁場的相互作用，引起 電子迴旋加速器共鳴（ECR)，將Ar氣體等之電漿產生 用的氣體予以電漿化’藉此電漿，將前述C5F8氣體予以 電漿化，在半導體晶圓（以下，稱爲晶圓）上形成添加氟 碳膜。 原料氣體雖也知道有C4F8氣體等，但是如使用 C5F8，如第8圖所示般，其之分解產生物容易做成立體 (2) (2)200423213 構造，其結果爲，具有可獲得C-F結合見得堅固，介電率 低’洩漏電流也小，進而薄膜強度大，且耐應力性也大之 層間絕緣膜的優點。 可是’在進行電漿薄膜形成時，如令製程壓力變高， 則在氣相中容易引起反應，該反應產生粒子附著在晶圓 上，該粒子在輸送中等有飛散之虞。另外，電漿中的電子 密度變低，薄膜形成速度變慢，由於產出降低，無法適應 量產製程。因此，前提係將製程壓力（處理環境壓力）設 定在比例如1 0 0 P a還低的壓力以進行薄膜形成。 但是，如令製程壓力變低，電漿中的電子溫度變高， 原料氣體過度分解，即分子被切細，變成完全不同組成或 構造，無法活用原來之原料組成或構造。例如，在以 C 5 F 8氣體爲原料而加以使用之情形，細微分解之分解產 生物下降堆積在晶圓上，成爲非晶質狀態，因此，無法獲 得介電率低的薄膜，另外，洩漏電流等之電氣特性、薄膜 強度或耐應力等之機械特性、耐水性等之化學特性劣化。 例如，C5F8氣體之優點爲，可獲得（CF2)之立體的聯鎖構 造，能獲得低介電率，機械特性等優異之添加氟碳膜，但 是，現況是，實際上無法充分活用此種優點。如令製程壓 力變高，則電子溫度降低，雖可避免原料的過度分解，但 是，如此一來，如依據敘述般，粒子、薄膜形成速度之問 題浮現，結果爲，這些參數具有妥協之關係，成爲阻礙添 加氟碳膜之實現化的原因之一。 本發明在於提供··於電漿化原料氣體，以形成絕緣膜 -6- (3) (3)200423213 之際’能活用原料組成，可獲得具有本來之分子結合之絕 緣膜的裝置及方法。本發明之其他目的在於提供：可獲得 低介電率’電氣特性優異之絕緣膜的薄膜形成裝置及薄膜 形成方法。 【發明內容】 爲了達成前述目的，申請專利範圍第1項所記載之發 明係一種對於載置在氣密之處理容器內的載置部之基板， 藉由將原料氣體電漿化之電漿，以形成絕緣膜之電漿薄膜 形成方法’其特徵爲：以原料氣體供給口和前述基板的表 面之間的電獎產生空間之平均自乘速度所定義的電子溫 度，係在3eV以下，而且，電子密度在5X1011個/cm3 以上。如依據本發明，電子溫度在3 eV以下故，可抑制過 度分解原料氣體，因此，可獲得活用原料氣體之特性的本 來之分子構造，例如，可獲得低介電率，電氣特性優異的 絕緣膜。 申請專利範圍第2項所記載之發明，其特徵爲：將微 波透過導波管而引導於面對載置部所設置的平面天線構 件’由沿著圓周方向而形成在此平面天線構件之多數的溝 槽而釋出前述微波，藉由此微波之能量以電漿化原料氣 體。 申請專利範圍第3項所記載之發明，其特徵爲：前述 溝槽之長度係設定在前述平面天線構件的前述導波管側之 微波的波長之1/2，和前述平面天線構件之前述電漿產 -7- (4) (4)200423213 生空間側之微波的波長之1 / 2之間的尺寸。 申請專利範圍第4項所記載之發明，其特徵爲：前述 多數的溝槽係以前述平面天線構件的中央部爲中心，排列 呈同心圓狀或渦捲狀。 申請專利範圍第5項所記載之發明，其特徵爲：微波 由前述平面天線構件以圓偏波或直線偏波方式被放射出。 申請專利範圍第6項所記載之發明，其特徵爲：處理 環境壓力係在19.95Pa以下。如依據本發明，由於將處理 容器內的壓力設定在19.95Pa( 150mT〇r〇以下以進行薄 膜形成故，由後述的實驗例也可明白，藉由選擇製程條 件，可獲得低介電率，電氣特性優異之絕緣膜。 申請專利範圍第7項所記載之發明，其特徵爲：形成 在前述基板之絕緣膜係添加氟碳膜。 申請專利範圍第8項所記載之發明，其特徵爲：前述 原料氣體係C5F8氣體。 申請專利範圍第9項所記載之發明，其特徵爲：具備 有，內部設置有載置基板之載置部的氣密處理容器，和將 在前述基板形成絕緣膜用之原料氣體供應給前述處理容器 內之原料氣體供給部，和產生將前述原料氣體電漿化之微 波的微波產生器，和將以此微波產生手段所產生的微波引 導於前述處理容器內之導波管，和連接於此導波管的同 時，面對前述載置部而設置，沿著圓周方向形成有多數的 溝槽之平面天線構件，以前述原料氣體供給部的原料氣體 供給口和前述基板的表面之間的電漿產生空間之平均自乘 -8- (5) (5)200423213 速度所定義的電子溫度，係在3eV以下，而且，電子密度 在5X1011個/ cm3以上。 申請專利範圍第1 〇項所記載之發明，其特徵爲：前 述溝槽之長度係設定在前述平面天線構件的前述導波管側 之微波的波長之1 / 2，和前述.平面天線構件之前述電漿 產生空間側之微波的波長之1 / 2之間的尺寸。 申請專利範圍第1 1項所記載之發明，其特徵爲：前 述多數的溝槽係以前述平面天線構件的中央部爲中心，排 列呈同心圓狀或渦捲狀。 申請專利範圍第1 2項所記載之發明，其特徵爲：微 波由前述平面天線構件以圓偏波或直線偏波方式被放射 出。 申請專利範圍第1 3項所記載之發明，其特徵爲：形 成在前述基板之絕緣膜係添加氟碳膜。 申請專利範圍第1 4項所記載之發明，其特徵爲：前 述原料氣體係C5F8氣體。 【實施方式】 以下，利用第1圖至第7圖來說明本發明之電漿薄膜 形成裝置之一實施形態。如第1圖所示般，此電漿薄膜形 成裝置係使用徑向直線溝槽天線，以令產生電漿之 CVD(chemical vapor deposition:化學氣相沈積）裝置。圖 中，1係例如整體構成爲筒體狀之處理容器（真空腔）， 此處理容器1之側壁或底部係由導體’例如添加A1之不 -9- (6) 200423213 銹鋼等所構成，在內壁面形成有由氧化鋁所成之保護 在處理容器1之幾乎中央處，藉由絕緣材11a而 有載置基板，例如晶圓W之載置部之載置台1 1。此 台1 1例如係由氮化鋁（A1N )或氧化鋁（Al2〇3 ) 成，內部設置有流通冷卻冷媒之冷卻護套1 1 b，而且 置有與此冷卻護套1 1 b —倂構成調溫部之未圖示出的 器。載置台11的載置面係以靜電夾頭方式構成。另 在載置台1 1例如連接13.56MHz之偏壓用高頻電源 藉由偏壓用高頻，另載置台11的表面成爲負電位， 高垂直性引入電漿中的離子。 前述處理容器1之頂部係開放，在此部份係藉 型環等之密封構件（未圖示出），面對載置台11而 有例如平面形狀構成爲略圓形狀之第1氣體供給部： 氣體供給部2例如由Al2〇3所構成，在面對載置台 面形成有多數之第1氣體供給孔2 1。在氣體供給部 內部形成有與氣體供給孔2 1的一端側連通之氣體 22，在此氣體流路22連接有第1氣體供給路23的 側。另一方面，第1氣體供給路23的另一端側係連 電獎熱體之氣（Ar)氣體或氣（Kr)氣體％之供給i 以及氫（H2 )氣體之供給源25，這些氣體係藉由第 體供給路23而供應給氣體流路22，藉由前述氣體供 2 1而一樣地供應給第1氣體供給部2之下方側的空 在此例中，第1氣體供給部2的下面和載置台1 1上 圓W之表面之間的距離係設定爲50mm。 膜。 設置 載置 所構 ，設 加熱 外， 12， 可以 由〇 設置 卜此 1 1之 2的 流路 丄山 接有 原24 1氣 給孔 的晶 -10· (7) (7)200423213 另外’前述處理容器1係在載置台11和第1氣體供 給部2之間，例如具備區分其間之例如平面形狀成爲略圓 形狀之第2氣體供給部3。此第2氣體供給部3例如係藉 由包含鎂（Mg )之鋁（A1 )合金或添加A1之不銹鋼等之 導電體所構成，在面對載置台11之面形成有多束的第2 氣體供給孔3 1。在此氣體供給部3的內部例如如第2圖 所示般’形成有與氣體供給孔3 1之一端側連通之格子狀 之氣體流路3 2，在此氣體流路3 2連接有第2氣體供給路 3 3之一端側。另外，在第2氣體供給部3形成有貫穿該 氣體供給部3之多數的開口部3 4。此開口部3 4係令電漿 或電漿中的原料氣體通過該氣體供給部3之下方側的空間 用之開口 ’例如，形成在相鄰接之氣體流路3 2彼此之 間。 此處’第2氣體供給部3係與藉由第2氣體供給路 33而供給原料氣體之包含氟和碳的原料氣體，例如C5F8 氣體之供給源3 5連接，此原料氣體係藉由第2氣體供給 路3 3而依序流通於氣體流路3 2，藉由前述氣體供給孔3 j 而一樣地供應給第2氣體供給部3之下方側的空間。圖中 VI〜V3係閥門，ι〇1〜1〇3係流量調整部。 在前述第2氣體供給部3的上部側係藉由Ο型環等 之密封構件（未圖示出）而設置由例如A1203等之介電 質所構成的蓋板1 3，在此蓋板丨3的上部側設置與該蓋板 13密接之天線部4。此天線部4係如第3圖所示般，具 備：平面形狀圓形之下面側爲開口之扁平之天線本體 -11 - (8) (8)200423213 4 1，和堵住此天線本體4 1的前述下面側之開口部而設 置，形成有多數之溝槽之圓板狀的平面天線構件（溝槽 板）42，這些天線本體41和平面天線構件42係藉由導體 所構成，構成扁平之中空的圓形導波管。 另外，在前述平面天線構件42和天線本體4 1之間， 例如設置由A1203或氧化矽（Si02 )、氮化矽（Si3N4 ) 等之低損失介電材料所構成之遲相板43。此遲相板43係 令微波的波長變短，以令前述導波管內的管內波長變短。 在此實施形態中，藉由這些天線本體4 1、平面天線構件 42、遲相板43而構成徑向直線溝槽天線。 如此構成之天線部4係該前述平面天線構件42係藉 由未圖示出之密封構件而與蓋板1 3密接地安裝於處理容 器1。然後，此天線部4係藉由同軸導波管44而與外部 的微波產生手段45連接，例如，對其供應頻率2.45GHz 或8.3GHz之微波。此時，同軸導波管44之外側的導波管 44A係連接於天線本體41，中心導體44B係藉由形成在 遲相板43之開口部而與平面天線構件42連接。 前述平面天線構件42例如係由厚度1 mm程度之銅板 所成，如第3圖以及第4圖所示般，例如形成有產生圓偏 波之多數的溝槽46。此溝槽46係以稍微分開配置爲略T 字狀之一對的溝槽46a、46b爲1組，沿著圓周方向而形 成爲例如同心圓狀或渦捲狀。如此，將溝槽46a和溝槽 4 6b以相互略正交之關係加以排列故，變得得以放射包含 2個正交之偏波成分的圓偏波。 -12- (9) (9)200423213 此時，藉由將以平面天線構件42的中央部爲中心而 排列爲同心圓狀或渦捲狀之溝槽對46a、46b以對應藉由 遲相板4 3所壓縮之微波的波長之間隔加以排列’微波藉 由平面天線構件4 2而以略平面波被放射。具體爲，在此 例中，各溝槽46a、46b之溝槽長度L1例如設定爲平面天 線構件42之導波管側的微波之波長的1 / 2，和平面天線 構件42之電漿產生空間側之微波的波長之1 / 2間之尺 寸。即設定爲平面天線構件42之同軸導波管44側之微波 的波長之1 / 2以下的大小，而且大於平面天線構件42之 電漿產生空間（處理容器2內）側之微波的波長之1/2 之尺寸，微波通過溝槽46而進入電漿空間，由電漿空間 而回到同軸導波管44側。進而在排列爲同心圓狀之溝槽 46中，內輪側之溝槽46和外輪側之溝槽46之間隔L2例 如設定爲同軸導波管44側之微波的波長之1 / 2。 另外，在處理容器1的底部連接有排氣管14，此排 氣管14係藉由壓力調整部51而連接於真空排氣手段之真 空泵，將處理容器1內抽真空至特定的壓力。 接著’說明以此裝置所實施之本發明的薄膜形成方法 之一例。首先，藉由未圖示出之閘門閥，搬入例如在表面 形成有鋁配線之基板的晶圓W，載置於載置台Π上。接 著’將處理容器1之內部抽真空至特定的壓力，藉由第i 氣體供給路2 3而對第1氣體供給部2以特定的流量，例 如3 0〇SCCm供給電漿氣體，例如Ar氣體，而且，藉由第 2氣體供給路3 3而對原料氣體供給部之第2氣體供給部3 -13- (10) (10)200423213 以特定的流量’例如1 5 0 s c c m供給原料氣體，例如c 5 F 8 氣體。而且，將處理容器1內維持在例如製程壓力 13.3Pa，將載置台11的表面溫度設定在35〇艽。 另一方面，由微波產生手段一供給2.45GHz、2000W 之高頻（微波），此微波係以TM模式或TE模式或TEM 模式傳輸於同軸導波管4 4內，到達天線部4的平面天線 構件42，在藉由同軸導波管的內部導體44B，由平面天線 構件42的中心部朝向周緣領域而以放射線所傳輸之間， 微波由溝槽對46a、46b而藉由蓋板13、第1氣體供給部 2而朝向該第1氣體供給部2的下方側之處理空間放射 出。此處，蓋板13和第1氣體供給部2係由微波可透過 之材質，例如A12 03所構成故，作用爲微波透過窗，微 波可有效率透過彼等。 此時，如已經敘述般排列溝槽對46a、46b故，圓偏 波涵蓋平面天線構件42的平面而均勻被放射，此下方之 處理空間的電場密度均勻。而且，藉由此微波的能量，涵 蓋廣的處理空間之全領域，激起高密度均勻之電漿。而 且，此電漿藉由第2氣體供給部3之開口部34而流入該 氣體供給部3的下方側之處理空間，令由該氣體供給部3 所供應給此處理空間之C 5 F 8氣體活化’即電漿化而形成 活性種。如此所產生的C5F8氣體之電漿係電子溫度例如 成爲1.2eV之低値。另外，製程壓力低之故，電子密度爲 1012個/ cm3等級。 此處所謂之電子溫度，係設爲以平均自乘速度所定義 -14- (11) (11)200423213 者，其測量手段可爲任何一種。另外，測量點係相當於原 料氣體之供給部的第2氣體供給部3的氣體供給口之氣體 供給孔3 1和晶圓W之間的空間，不包含處理容器1的壁 附近或載置台11的周圍之下不等。另外，所謂以平均自 乘速度加以定義，係指如第5圖所示般，設電子溫度和電 子數的關係成爲馬克斯-波茲曼分布，將各電子數的自乘 相加，以獲得其之平均値之電子溫度。第5圖中P 1〜P 3係 各爲最大確定速度、平均自乘速度、有效速度。 如此，以低電子溫度可獲得高電子密度的電漿之理 由，雖然未能明確加以掌握，但是，可認爲可能係依據由 形成在平面天線構件43的圓周方向之溝槽46所放射的微 波，將原料氣體予以電漿化，對於電場之電子的追隨移動 性變良好。即其原因可推測爲，在追隨電場令電子移動之 情形，如追隨移動性不好，必須令電場變大，但是，如追 隨移動性好，則即使電場不大，原料也電漿化，而且，與 由電場所釋放之處理容器1的壁面衝突而消失之電子也少 吧。 另一方面，被輸送於晶圓W上之活性種雖形成爲C F 膜，但是那時，藉由電漿引入用之偏壓電壓，被引入晶圓 W之Ar離子基於濺鍍蝕刻作用，消除形成在晶圓W表面 之圖案上的角落部之CF膜，令寬度變寬，由圖案溝底部 形成CF膜，在凹部塡埋CF膜。如此形成有CF膜之晶圓 W藉由未圖示出之閘門閥而由處理容器1被搬出。 如依據前述實施形態，以低電子溫度且高密度之電漿 -15- (12) (12)200423213 而形成絕緣膜故，由後述的實施例也可明白，能夠獲得低 介電率’洩漏電流小等之電氣特性良好的CF膜。其理由 可認爲是’不會過度分解作爲原料氣體使用的C5F8，環 狀結合之各元素不會全部被切斷，CF結合適度地被切 斷’即環狀結合的一部份切斷，所被切斷的C 5 F 8彼此相 連’而形成CF長長地聯鎖之立體構造故。因此，此CF 膜其膜強度或應力耐受性大等，機械特性優異，另外，耐 水性等之化學特性也優異。另外，確保高的電子密度故， 不會有由於薄膜形成速度的降低，而無法使用於量產體制 之顧慮。 另外，作爲CF膜之原料氣體，並不限定於C5F8氣 體’例如’也可以爲C3F6氣體、C4F6氣體或者C4F8氣 體等。另外，在本發明中所形成的絕緣膜並不限定於C F 膜，也可以是矽、氧以及氟之化合物之SiOF膜等，在其 他的絕緣膜中，也可以設爲具備活用原料組成之本來的結 合者，能作成電氣特性等優異之絕緣膜。 另外，形成在平面天線構件4 3之溝槽4 6並不如前述 般，將溝槽46a、46b幾乎配置爲T字狀者，另外，也可 形成溝槽成爲微波並非圓偏波，而係以直線偏波所放射。 另外，本發明在使用電子迴旋加速器共鳴以激起電漿之 ECR型電漿處理裝置、平行平板型電漿處理裝置或感應耦 合型電漿處理裝置中，也包含下工夫於製程條件以及裝置 構造，產生電子溫度在3eV以下，且電子密度在5X101 1 個/ cm3以上之電漿以形成絕緣膜之情形。 -16- (13) (13)200423213 (實驗例l ) 使用第1圖之電漿薄膜形成裝置，改變各種原料氣體 種類和製程條件’形成CF膜，關於各CF膜調查介電率 和洩漏電流’獲得第ό圖所示之結果。第6圖中，縱軸爲 在絕緣膜施加lMV/cm之電場時的洩漏電流値，橫軸爲絕 緣腠之介電率。另外’關於各原料氣體，本發明人雖取得 龐大的資料’但是’資料的傾向是相同故，第6圖中，記 載代表性的資料。 原料氣體係，□之資料爲使用C3F6氣體，△之資料 爲使用C4F6氣體，之資料係使用C4F8氣體，◊之資 料係使用C 5 F 8氣體。而且，關於要獲得對應這些資料之 CF膜所設定的製程條件，係設製程壓力爲 6.65 〜19.95Pa(50 〜150mTorr) ’ 微波電力爲 1500 〜3000W， 氬氣體的流量爲100〜500sccm，原料氣體的流量爲 5 0〜2 0 0seem，設晶圓W和第2氣體供給部3之下面的距 離爲40〜105mm之間，產生電子溫度在2eV以下的電漿。 在使用C3F6氣體或者C4F8氣體時，也供應氫氣體。 關於電子溫度的測量係事先以相同條件，就原料氣體 的供給口至晶圓之間的空間，藉由蘭米爾測量儀 (Langmuir probe)加以測量。以平均自乘速度所定義的 電子溫度係l.leV〜2.0eV之間。而且，將製程壓力設定在 6.65〜19.95?3(50〜15〇111丁〇1*〇之低壓力故，電子密度成爲 1 0 12個/ cm3等級，此係藉由蘭米爾測量儀加以確認。另 -17- (14) (14)200423213 外，以某製程條件使用c 3 F 6氣體等之原料氣體而形成薄 膜時，求取該製程條件之電子溫度以及電子密度値之方 法，係設以相同製程條件，使用氬氣體以代替原料氣體’ 令其產生電漿，關於該電漿，藉由蘭米爾測量儀以測量電 子溫度以及電子密度。即電子溫度以及電子密度的測量係 使用氬氣做評估。其理由爲，如使用CF系之氣體，有腐 蝕蘭米爾測量儀之虞，即使改變氣體種類’但是，電子溫 度以及電子密度也幾乎相同故，所以評估方法並無問題。 舉對應介電率爲1.9〜2.1之3點的◊之資料之製程 條件的具體數値以作爲一例，製程壓力爲 13.3Pa(100mT〇r〇，微波電力爲2000W，氬氣體之流量爲 30〇SCCm，原料氣體之流量爲lOOsccm，晶圓W和平面天 線構件的下面之距離爲 50mm，電子溫度爲l.leV。另 外，資料之値係顯示晶圓上之3點的資料之平均値。 另一方面，〇之資料係使用C5F8氣體作爲原料氣 體’薄膜形成裝置是使用前述專利文獻1所記載之ECR 電漿裝置，產生電子溫度5eV〜6eV之電漿，以獲得CF 膜，調查該CF膜所得之資料。 且說在做成優異的層間絕緣膜上，要求介電率低，洩 漏電流小，本發明人係以2.2以下之介電率，洩漏電流爲 1-0E-08(1X1(T8)A/Cm2以下爲目標。由第6圖之結果可知 道，電子溫度如係超過5eV之高的値，則CF膜的介電率 爲2 · 5以上，另外，洩漏電流也大到1 . 〇 £ - 0 7 (1 X l(T7)A/cm2，雖大爲偏離目標區，但是，如電子溫度在 -18- (15) 200423213 2eV以下，則介電率變低，或洩漏電流變小， 變小，知道整體會靠近目標區。 由此資料，即使電子溫度大於 2eV ’ ^ 3eV，與5eV之資料相比，很淸楚可獲得接近 線的左下側之資料，即可獲得介電率低，洩漏 果。因此，藉由設電子溫度在3 eV以下，證明 料氣體之過度分解，可獲得本來之分子構造。 用C 5 F 8氣體作爲原料之情形，相當接近目標ί 之分子中的CF結合被適度地切斷’所被切斷 子彼此相連，形成c F之長的聯鎖構造，因此 介電率低，洩漏電流小之絕緣膜。相對於此’ 高至5 e V，貝ij C 5 F 8零散開，變成無法獲得本 造。 另外，關於電子密度’雖不採用小於5x1 ( 之情形的資料，但是’在以往之E c R等裝置 常之使用方法，提高壓力雖可獲得低電子溫度 時，電子密度變低，在本發明中，爲了與此手 定電子密度。即爲了經驗性地進行氣體之分離 之薄膜形成速度，如電子密度在5X1011個/ 可掌握完全不會有問題，本發明係在以此條件 以低電子溫度進行製程。 (實驗例2 ) 接著，使用第1圖之電漿薄膜形成裝置， 或者兩者都 列如，如爲 第6圖之曲 電流小之效 得以抑制原 例如，在使 E ，各 C5F8 的 C5F8分 ’推測成爲 電子溫度如 來之聯鎖構 )1 1 個 / cm3 中，如以通 ，但是，此 法區分而規 以獲得足夠 cm3以上， 爲前提下， 使用C5F8 -19- (16) (16)200423213 氣體作爲原料氣體的同時，將處理環境之壓力（製程壓 力）設定爲 6.65Pa(50mTorr) 、 1 3 . 3 P a (1 0 0 m T o r r)、 19.95Pa(150mTorr)、2 6 · 6 P a (2 0 0 m T o rr)之 4 種壓力，就各 每一壓力改變各種製程條件，形成CF膜，關於各CF 膜，調查介電率和洩漏電流。結果係如第7圖所示。第7 圖中，縱軸爲在絕緣膜施加1MV/cm之電場時的洩漏電流 値，橫軸爲絕緣膜之介電率。所謂製程條件係第2氣體供 給部3和晶圓之距離（參考第1圖）、微波電力、氬氣體 之流量、原料氣體之流量以及晶圓的溫度等，在此實驗 中，不改變製程壓力，改變製程條件之各種組合，以形成 CF膜。 由第7圖可以明白，藉由改變製程條件，洩漏電流以 及介電率之値大爲偏離。例如，如比較設壓力爲13.3 Pa 所形成之CF膜和設壓力爲26.6Pa所形成之CF膜，有前 者之CF膜比後者之CF膜，洩漏電流以及介電率之任何 一種都優異（變小）之關係的資料，也有相反關係之資 料。關於CF膜，洩漏電流小，且介電率小，其絕緣膜之 特性良好故，就第7圖之資料而言，愈朝曲線之左下，絕 緣膜之特性愈好。 此處，涵蓋先前的實驗例1之結果來檢討第7圖之結 果時，藉由改變也含製程壓力之製程條件，洩漏電流之値 以及介電率之値也改變，另外，即使在設製程壓力成爲一 定之情形中，藉由改變其他的製程條件，資料也產生偏 差，依據製程壓力的大小，資料的擴展方式也不同。即藉 -20- (17) (17)200423213 由縮小製程條件，雖可使資料靠近第7圖之左下方，但 是，依據製程壓力的大小，其靠近方式不同。在製程壓力 爲19.95Pa以下之情形’雖可獲得介電率爲2.2附近，而 且，洩漏電流接近l.〇E-08(lXl(T8)A/cm2之値的資料，在 製程壓力爲26· 6Pa之情形，無法使介電率比2.3小。 如就製程條件和洩漏電流以及介電率之傾向加以敘述 時，雖然如令晶圓的溫度變低，則洩漏電流變小，如令氣 體淋浴頭之第2氣體供給部3和晶圓之距離變小，則介電 率有變小之傾向，但是，要使資料接近第7圖之左下，需 要包含氣體流量而微妙地設定製程條件。由以上的結果， 在令電漿之電子溫度爲3eV以下，更好爲2eV以下，且 電子密度在5X1 011個/ cm3以上以進行製程時，令製程壓 力在19.95Pa(150mT〇rr)以下，知道於獲得良好特性之絕 緣膜上是理想的手法。另外，關於製程壓力的下限，並無 特別規定之意義，如藉由使用真空排氣容量大的泵，可以 實現更低的製程壓力的話，可以該壓力進行製程。另外， 關於第7圖中，介電率在2.3以下，且洩漏電流在5.0E-8(5X10_8)A/cm2以下的資料，由先前的第6圖之結果，當 然電子溫度在2eV以下。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明之實施形態的電漿薄膜形成裝置 之槪略縱剖面圖。 第2圖係顯示前述電漿薄膜形成裝置所使用的第2氣 -21 - (18) (18)200423213 體供給部的平面圖。 第3圖係以一部份剖面顯示前述電漿薄膜形成裝置所 使用的天線部之斜視圖。 第4圖係顯示前述電漿薄膜形成裝置所使用的平面天 線構件之平面圖。 第5圖係顯示爲了說明電子溫度的定義之電子數和電 子溫度的關係之說明圖。 第6圖係顯示記載絕緣膜之介電率和浅漏電流之實驗 結果之說明圖。 第7圖係顯示記載絕緣膜之介電率和浅漏電流之實驗 結果之說明圖。 第8圖係顯示原料氣體之分子構造和絕緣膜之分子構 造之說明圖。 主要元件對照表 1處理容器 2第1氣體供給部 3第2氣體供給部 4天線部 11載置台 1 2偏壓用高頻電源 13蓋板 2 1第1氣體供給孔 22氣體流路 -22- (19) (19)200423213 23第1氣體供給路 3 1第2氣體供給孔 3 2氣體流路 3 3第2氣體供給路 4 1天線本體 42平面天線構件 43遲相板 44同軸導波管 46溝槽

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Claims (1)

1. (1) (1)200423213 拾、申請專利範圍 1 . 一種電漿薄膜形成方法，是針對對於載置在氣密之 處理容器內的載置部之基板，藉由將原料氣體電漿化之電 漿，以形成絕緣膜之電漿薄膜形成方法，其特徵爲： 以原料氣體供給口和前述基板的表面之間的電漿產生 空間之平均自乘速度所定義的電子溫度，係在3eV以下， 而且，電子密度在5X1 011個/ cm3以上。 2.如申請專利範圍第1項所述之電漿薄膜形成方法， 其中，將微波透過導波管而引導於面對載置部所設置的平 面天線構件，由沿著圓周方向而形成在此平面天線構件之 多數的溝槽而釋出前述微波，藉由此微波之能量以電漿化 原料氣體。 3 .如申請專利範圍第2項所述之電漿薄膜形成方法， 其中，前述溝槽之長度係設定在前述平面天線構件的前述 導波管側之微波的波長之1 / 2，和前述平面天線構件之 前述電漿產生空間側之微波的波長之1 / 2之間的尺寸。 4·如申請專利範圍第2項或第3項所述之電漿薄膜形 成方法，其中，前述多數的溝槽係以前述平面天線構件的 中央部爲中心，排列呈同心圓狀或渦捲狀。 5 .如申請專利範圍第2項至第4項中任一項所述之電 漿薄膜形成方法，其中，微波由前述平面天線構件以圓偏 波或直線偏波方式被放射出。 6·如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之電 漿薄膜形成方法，其中，處理環境壓力係在1 9.9 5 P a以 -24- (2) (2)200423213 下。 7.如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之電 漿薄膜形成方法，其中，形成在前述基板之絕緣膜係添加 氟碳膜。 8 ·如申請專利範圍第7項所述之電漿薄膜形成方法， 其中前述原料氣體係C5F8氣體。 9· 一種電漿薄膜形成裝置，其特徵爲：具備有， 內部設置有載置基板之載置部的氣密處理容器， 和將在前述基板形成絕緣膜用之原料氣體供應給前述 處理容器內之原料氣體供給部， 和產生將前述原料氣體電漿化之微波的微波產生器， 和將以此微波產生手段所產生的微波引導於前述處理 容器內之導波管， 和連接於此導波管的同時，面對前述載置部而設置， 沿著圓周方向形成有多數的溝槽之平面天線構件； 以前述原料氣體供給部的原料氣體供給口和前述基板 的表面之間的電漿產生空間之平均自乘速度所定義的電子 溫度，係在3eV以下，而且，電子密度在5X10h個/ cm3 以上。 1 〇·如申請專利範圍第9項所述之電漿薄膜形成裝 置，其中，前述溝槽之長度係設定在前述平面天線構件的 前述導波管側之微波的波長之1 / 2，和前述平面天線構 件之前述電漿產生空間側之微波的波長之1 / 2之間的尺 寸。 -25- (3) (3)200423213 1 1 ·如申請專利範圍第9項或第1 〇項所述之電漿薄膜 形成裝置，其中，前述多數的溝槽係以前述平面天線構件 的中央部爲中心，排列呈同心圓狀或渦捲狀。 1 2 ·如申請專利範圍第9項至第1 1項中任一項所述之 電漿薄膜形成裝置，其中，微波由前述平面天線構件以圓 偏波或直線偏波方式被放射出。 1 3 .如申請專利範圍第9項至第1 2項中任一項所述之 電漿薄膜形成裝置，其中，形成在前述基板之絕緣膜係添 加氟碳膜。 1 4.如申請專利範圍第1 3項所述之電漿薄膜形成裝 置’其中，前述原料氣體係C5F8氣體。 -26-