(57)【要約】【課題】低電力のプラズマを容易に生成、維持、制御することができるようにし、もって低誘電率のプラズマ重合高分子膜を容易に形成することができるようにする。【解決手段】原料ガスを真空チャンバ１内に導入し、真空チャンバ１内の基板２と該基板２と相対向する対向電極４との間にグロー放電によるプラズマを励起して基板２表面に薄膜を形成する成膜方法において、基板２表面の仕事関数以上のエネルギーの光を基板２へ照射すると共に、基板２と対向電極４間へのＤＣパルス電圧の印加を行うことによって、基板２と対向電極４間にグロー放電を開始させる。【選択図】図１
2008282886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ重合高分子膜を形成可能なモノマーガスである原料ガスを真空チャンバ内に導入し、真空チャンバ内の基板と該基板と相対向する対向電極との間にグロー放電によるプラズマを励起して基板表面に薄膜を形成する成膜方法において、基板表面の仕事関数以上のエネルギーの光を基板へ照射すると共に、基板と対向電極間へのＤＣパルス電圧を印加して、基板と対向電極間にグロー放電を開始させることを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体製造装置、表示装置、記憶装置などの製造に用いられる成膜方法に関する。さらに詳しくは、特に低誘電率のプラズマ重合高分子膜の形成に適した成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体超高集積回路に用いられる配線の層間絶縁膜には、低誘電率の膜が用いられている。高速配線を実現するためには、配線遅延を低減することが必須である。このためには、配線間容量を低減することが必要であり、絶縁膜の低誘電率化、場合によっては２以下の誘電率とすることが求められている。
【０００３】
上記低誘電率化を実現可能な絶縁膜として、プラズマ重合高分子膜、例えばベンゾシクロブテンモノマーを原料としたプラズマ重合高分子膜がある。このプラズマ重合高分子膜の形成は、原料ガスとして供給されるモノマー分子の二重結合を開裂し、他の分子との重合を進めていくことで行われる。二重結合よりも一重結合の方が誘電率が低いため、モノマーを分解せずに、二重結合のみ開裂することが必要となる。
【０００４】
ベンゾシクロブテンモノマーからプラズマ重合高分子膜を形成する場合、電力が０．２Ｗ／ｍ2を超えるとモノマーが分解してしまい、誘電率の低い膜が得られなくなる。このため、高周波のグロー放電による低パワーのプラズマで、電力を０．２Ｗ／ｍ2以下に押さえて成膜することが知られている（特許文献１参照）。また、ベンゾシクロブテンモノマーを原料としたプラズマ重合高分子膜を通常のプラズマで成膜した場合、電力が０．１５Ｗ／ｃｍ2で誘電率が２．６５であり、電力が０．１０Ｗ／ｃｍ2で誘電率が２．６になることも知られている（非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特願２０００−４２２０９号公報
【非特許文献１】Ｍ．Ｔａｄａ，ａｎｄ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ２０００，ｐ５７９．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、通常、プラズマ重合高分子膜の成膜に用いられているプラズマ領域はグロー放電であり、放電開姶電圧または放電維持電圧より低い電圧では、電子やイオンは生じない。放電維持電圧以上のある一定以上のエネルギーを持った電子やイオンでの重合となる。圧力を高くすることで、エネルギーを低くできるが、放電開始電圧、放電維持電圧も高くなり、その結果エネルギーも高くなる。このため、０．１Ｗ／ｃｍ2以下の低電力でプラズマを生成維持、安定させることが難しく、低電力のプラズマとすることで低誘電率のプラズマ重合高分子膜が得られるが、十分な低誘電率化が実現できない問題がある。
【０００７】
本発明は、上記プラズマを用いた成膜方法についての従来の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、低電力（低パワー、低エネルギー）のプラズマを容易に生成、維持、制御することができるようにし、もって低誘電率のプラズマ重合高分子膜を容易に形成することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、プラズマ重合高分子膜を形成可能なモノマーガスである原料ガスを真空チャンバ内に導入し、真空チャンバ内の基板と該基板と相対向する対向電極との間にグロー放電によるプラズマを励起して基板表面に薄膜を形成する成膜方法において、基板表面の仕事関数以上のエネルギーの光を基板へ照射すると共に、基板と対向電極間へのＤＣパルス電圧を印加して、基板と対向電極間にグロー放電を開始させることを特徴とする成膜方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の成膜方法によれば、低電力プラズマによるプラズマ重合高分子膜の形成が可能であり、低誘電率のプラズマ重合高分子膜を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に基づいて本発明に係る成膜方法を説明する。
【００１１】
図１において１は真空チャンバで、この真空チャンバ１内には基板２を保持する基板ホルダ３と、基板ホルダ３に保持された基板２と相対向する対向電極４が設けられている。
【００１２】
真空チャンバ１には、真空ポンプ５によって真空チャンバ１内の排気を行う排気ライン６と、原料ガス（モノマーガス）および必要に応じてその他のガスを真空チャンバ１内に導入するためのガス導入ライン７が接続されている。その他のガスとしては、原料ガスと反応させる反応ガス、キャリアガス、圧力調整用のガスなどがある。
【００１３】
原料ガスとしては、例えばフッ素炭化物ガス、フッ化パレリンガス、ベンゾシクロブテン系モノマーガスなど、プラズマ重合高分子膜を形成可能なモノマーガスが用いられる。反応ガスとしては、例えばＨ2、Ｎ2、ＮＯ2、ＮＨ4などを原料ガスに応じて用いることができる。また、キャリアガスおよび圧力調整用のガスとしては、例えばＨｅ、Ａｒなどの不活性ガスが用いられる。
【００１４】
基板２は、成膜処理対象で、例えばシリコン（Ｓｉ）基板が用いられる。シリコン基板は、その表面（成膜面）に窒化シリコン（ＳｉＮ）などのキャップ層が露出したものを用いることができる。また、表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層を形成したものとすることもできる。
【００１５】
基板ホルダ３は、保持する基板１を加熱するヒータ８を内蔵したものとなっている。この基板ホルダ３と対向電極２には、基板ホルダ３に保持された基板２と対向電極４間にＤＣパルス電圧を印加するＤＣパルス電源９が接続されている。ＤＣパルス電源９は印加電圧を可変としておくことが好ましい。
【００１６】
対向電極４の背面側（基板２の側とは反対側）に対向する真空チャンバ１の壁面には、窓１０が設けられており、この窓１０から真空チャンバ１内の基板２に向かって光を照射する光源１１が設けられている。図示される対向電極４は、網状または格子状をなし、光源１１からの光は、この対向電極４の編み目または格子目を介して基板２の表面へ照射されるものとなっている。窓１０は、使用する光源１１からの光の透過性の高い材質で構成することが好ましく、例えばフッ化マグネシウムなどを用いることができる。
【００１７】
光源１１としては、基板２表面の仕事関数以上のエネルギーの光を基板２へ照射することができるものが用いられる。例えば基板２がシリコン基板の場合、４ｅＶ以上の波長を持つ光を照射できるものが好ましい。具体的には、Ａｒエキシマランプ、Ｋｒエキシマランプ、Ｘｅエキシマランプ、低圧水銀ランプ、紫外線ＬＥＤなどを用いることができる。光源の強さは５０ｍＷ／ｃｍ2以上が好ましい。
【００１８】
図示される例では、対向電極４の背面側に光源１１を設けているが、対向電極４および基板２の側方に光源１１を設け、基板２と対向電極４の対向方向に対して斜め方向から、対向電極４を避けながら基板２へ光を照射することもできる。この場合、対向電極４は網状または格子状ではなく、平板状、その他の形状および構造とすることができる。また、光源１１は、図示されるように真空チャンバ１の外ではなく、真空チャンバ１内に設置することもできる。
【００１９】
上記の成膜装置を用いて成膜を行う場合、十分に排気した真空チャンバ１内に、ガス導入ライン７から原料ガスおよび必要に応じてその他のガスを導入する。真空チャンバ１内の圧力を所定の圧力に調整すると共に、光源１１から窓１０および対向電極１０を介して基板２の表面に光を照射する。これと共に、ＤＣパルス電源９による基板２と対向電極４間へのＤＣパルス電圧を印加して、基板２と対向電極４間にグロー放電を開始させる。グロー放電が開始されると、これに伴ってプラズマが励起され基板２の表面に成膜を施すことができる。
【００２０】
ＤＣパルス電圧の印加は、ＤＣパルス電圧が、光源１１からの光の照射を行わない以外上記グロー放電開始時と同じ条件下でグロー放電を開始させるに必要な電圧未満となる範囲で行われる。なお、この光の照射を行わない以外上記グロー放電開始時と同じ条件下でグロー放電を開始させるに必要な電圧を光非照射放電開始電圧と称する。
【００２１】
光の照射を伴う本発明においては、基板２と対向電極４間に、自然に存在するイオンだけの影響では得にくい電流を低い電圧にて流すことができる。そして、この電流によってイオンや電子が生成され、光非照射放電開始電圧未満の電圧でグロー放電を開始させることができ、これによりプラズマを励起することができる。また、グロー放電開始後は、さらに低い電圧にてグロー放電を維持し、プラズマを維持制御することができる。ＤＣパルス電圧を調整することによって基板２と対向電極間の電流の大きさも制御することができる。従って、低電力のプラズマでの成膜が可能となり、低誘電率の薄膜を得ることができる。
【００２２】
原料ガスの種類、その他のガスの種類、基板２表面の材質の他、基板２と対向電極４間の間隔などによっても相違するが、ＤＣパルス電圧は５０〜３００Ｖで周波数１０〜１ＫＨｚ程度である。
【００２３】
基板２と対向電極４間に流れる電流値は、バイアス電圧によって変わる以外、光の強度、基板２表面の電子放出のしやすさ、真空チャンバ内の圧力などによっても変わるので、これらを考慮して制御することが好ましい。
【００２４】
成膜時の真空チャンバ１内の圧力は、原料ガスの種類などによっても相違するが、１０〜１００００Ｐａであることが好ましい。
【００２５】
光の照射は、連続して行っても、ＤＣパルス電圧の印加に同期して行ってもよい。
【実施例】
【００２６】
実施例１
図１に示されるような成膜装置を用い、ベンゾシクロブテンモノマーガスからベンゾシクロブテン重合膜の成膜を行った。条件は以下の通りである。
【００２７】
・光源：重水素ランプ〔波長１１０ｎｍ（７ｅＶ）、０．１Ｗ／ｃｍ2〕
・基板：Ｓｉ基板
・原料ガス：ベンゾシクロブテンモノマーガス
・真空チャンバ内圧力：５００Ｐａ
・基板加熱温度：３００℃
・基板と対向電極間の間隔：２０ｍｍ
・ＤＣパルス電圧：２５０Ｖ（周波数ｌ００Ｈｚ）
上記のように真空チャンバ内にベンゾシクロブテンモノマーガスとＨ2を導入し、光源から光を連続照射した状態でＤＣパルス電圧を徐々に上げながら印加したところ、ＤＣパルス電圧が２８０Ｖでグロー放電が開始した。開始後ＤＣパルス電圧を２５０Ｖに下げてプラズマを維持しながら成膜を行ったところ、成膜時の電力２．５×１０-2Ｗ／ｃｍ2で、誘電率が２．４の膜を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る成膜装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  真空チャンバ
２  基板
３  基板ホルダ
４  対向電極
５  真空ポンプ
６  排気ライン
７  ガス導入ライン
８  ヒータ
９  ＤＣパルス電源
１０  窓
１１  光源
【図１】
2008282886.tif 000003