(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマを用いてフッ素添加カーボン膜を成膜するにあたり、原料ガス例えばＣ５Ｆ８ガスの分子結合を適度に分解してＣＦ結合の長い連鎖構造を得、これにより低い誘電率でリーク電流の小さい優れた層間絶縁膜を成膜する。【解決手段】真空チャンバ１の上面開口部３４を誘電体で塞ぎその上面側に平面アンテナ部材４２を設ける。この平面アンテナ部材４２の上面側に同軸導波管４４を設け、この導波管にマイクロ波発生手段４５を接続する。平面アンテナ部材４２には、同心円状に例えばマイクロ波の半波長の長さのスリットを多数設け、これらスリットから例えば円偏波としてマイクロ波を処理雰囲気に放射して原料ガスをプラズマ化し、平均自乗速度で定義した電子温度が３ｅＶ以下であり、かつ電子密度が５×１０１１個／ｃｍ3以上となるプラズマを発生させフッ素添加カーボン膜を成膜する。この場合プロセス圧力を１９．９５Ｐａ以下に設定してプロセスを行うことが好ましい。【選択図】図１
2004311975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密な処理容器内の載置部に載置された基板に対し、原料ガスをプラズマ化したプラズマにより絶縁膜を成膜する方法において、
原料ガス供給口と前記基板の表面との間のプラズマ発生空間における平均自乗速度で定義した電子温度が３ｅＶ以下であり、かつ電子密度が５×１０11個／ｃｍ3以上であることを特徴とするプラズマ成膜方法。
【請求項２】
マイクロ波を導波管を介して、載置部に対向して設けられた平面アンテナ部材に導き、この平面アンテナ部材に周方向に沿って形成された多数のスリットから前記マイクロ波を放出し、このマイクロ波のエネルギーによって原料ガスをプラズマ化することを特徴とする請求項１記載のプラズマ成膜方法。
【請求項３】
スリットの長さは、平面アンテナ部材における導波管側のマイクロ波の波長の１／２と、平面アンテナ部材におけるプラズマ発生空間側のマイクロ波の波長の１／２との間の寸法に設定されていることを特徴とする請求項２記載のプラズマ成膜方法。
【請求項４】
多数のスリットは、平面アンテナ部材の中央部を中心として同心円状または渦巻き状に配列されていることを特徴とする請求項２または３記載のプラズマ成膜方法。
【請求項５】
平面アンテナ部材から円偏波または直線偏波としてマイクロ波が放射されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のプラズマ成膜方法。
【請求項６】
処理雰囲気の圧力が１９．９５Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ成膜方法。  
【請求項７】
基板に成膜される絶縁膜は、フッ素添加カーボン膜であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のプラズマ成膜方法。
【請求項８】
原料ガスはＣ5Ｆ8ガスであることを特徴とする請求項７記載のプラズマ成膜方法。
【請求項９】
基板を載置する載置部が内部に設けられた気密な処理容器と、前記基板に絶縁膜を形成するための原料ガスを前記処理容器内に供給するための原料ガス供給部と、前記原料ガスをプラズマ化するためのマイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、このマイクロ波発生手段にて発生したマイクロ波を前記処理容器内に導くための導波管と、この導波管に接続されると共に前記載置部に対向して設けられ、周方向に沿って多数のスリットが形成された平面アンテナ部材と、を備え、
前記原料ガス供給部の原料ガス供給口と前記基板の表面との間のプラズマ発生空間における平均自乗速度で定義した電子温度が３ｅＶ以下であり、かつ電子密度が５×１０11個／ｃｍ3以上となるように構成されたことを特徴とするプラズマ成膜装置。
【請求項１０】
スリットの長さは、平面アンテナ部材における導波管側のマイクロ波の波長の１／２と、平面アンテナ部材におけるプラズマ発生空間側のマイクロ波の波長の１／２との間の寸法に設定されていることを特徴とする請求項９記載のプラズマ成膜装置。
【請求項１１】
多数のスリットは、平面アンテナ部材の中央部を中心として同心円状または渦巻き状に配列されていることを特徴とする請求項９または１０記載のプラズマ成膜装置。
【請求項１２】
平面アンテナ部材から円偏波または直線偏波としてマイクロ波が放射されることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
【請求項１３】
基板に成膜される薄膜は、フッ素添加カーボン膜であることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載のプラズマ成膜装置。
【請求項１４】
原料ガスはＣ5Ｆ8ガスであることを特徴とする請求項１３記載のプラズマ成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜例えばフッ素添加カーボン膜（フロロカーボン膜）をプラズマによって成膜する装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化を図るための一つの手法として多層配線構造が採用されている。多層配線構造をとるためには、ｎ層目の配線層と（ｎ＋１）層目の配線層と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。この層間絶縁膜の代表的なものとしてシリコン酸化膜があるが、デバイスの動作速度をより一層早くす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いる。
【０００３】
このような背景からフッ素添加カーボン膜が注目されており、このフッ素添加カーボン膜によればシリコン酸化膜に比べて大幅に比誘電率を下げることができる。特許文献１には、このフッ素添加カーボン膜の原料ガスとして環状構造のＣ5Ｆ8を用い、２．４５ＧＨｚのマイクロ波と８７５ガウスの磁場との相互作用により電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を起こしてＡｒガスなどのプラズマ発生用のガスをプラズマ化し、このプラズマにより前記Ｃ5Ｆ8ガスをプラズマ化してフッ素添加カーボン膜を半導体ウエハ（以下ウエハという）上に成膜することが記載されている。
【０００４】
原料ガスとしてはＣ4Ｆ8なども知られているが、Ｃ5Ｆ8を用いれば図８に示すようにその分解生成物は立体構造を作りやすく、この結果Ｃ−Ｆ結合が強固になって誘電率が低く、リーク電流も小さく、更に膜強度が大きくかつ耐ストレス性も大きい層間絶縁膜が得られる利点がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６２９６０号公報（段落００１６〜００１８参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところでプラズマ成膜を行うにあたっては、プロセス圧力を高くすると気相中で反応が起こりやすくなり、その反応生成粒子がウエハ上に付着してその粒子がパーティクルとして搬送中などに飛散するおそれがある。またプラズマ中の電子密度が低くなって成膜速度が遅くなり、スループットの低下から量産プロセスには適応できなくなってしまう。このためプロセス圧力（処理雰囲気の圧力）を例えば１００Ｐａよりも低い圧力に設定して成膜することが前提になる。
【０００７】
しかしながらプロセス圧力を低くすると、プラズマ中の電子温度が高くなり、原料ガスが過度に分解して即ち分子がいわば細切れになって全く異なる組成や構造となってしまい、もともとの原料組成や構造を生かすことができなくなる。例えばＣ5Ｆ8ガスを原料として用いた場合には、細かく分解された分解生成物がウエハ上に降り積もってアモルファス状態になってしまい、このため比誘電率の低い膜が得られず、またリーク電流などの電気特性、膜強度やストレス耐性などの機械的特性、耐水性などの化学的特性が劣化してしまう。例えばＣ5Ｆ8ガスの利点は、（ＣＦ２）の立体的な連鎖構造を得て、低誘電率で機械特性などが優れたフッ素添加カーボン膜を得ることにあるが、実際にはこうした利点を生かし切れないのが現状である。プロセス圧力を高くすれば電子温度が下がり、原料の過度の分解は回避できるが、そうすると既述のようにパーティクル、成膜速度の問題が浮上し、結局これらパラメータはトレードオフの関係にあり、この結果フッ素添加カーボン膜の実現化を阻む要因の一つになっている。
【０００８】
本発明は、原料ガスをプラズマ化して絶縁膜を成膜するにあたって、原料組成を生かし本来の分子結合を有する絶縁膜を得ることのできる装置及び方法を提供することにある。本発明の他の目的は、低誘電率で電気特性に優れた絶縁膜が得られる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、気密な処理容器内の載置部に載置された基板に対し、原料ガスをプラズマ化したプラズマにより絶縁膜を成膜する方法において、
原料ガス供給口と前記基板の表面との間のプラズマ発生空間における平均自乗速度で定義した電子温度が３ｅＶ以下であり、かつ電子密度が５×１０11個／ｃｍ3以上であることを特徴とする。この発明においては、処理雰囲気の圧力が１９．９５Ｐａ（１５０ｍTorr）以下であることが好ましい。またこの方法は、フッ素添加カーボン膜を成膜する場合に好適であり、その場合原料ガスとしてはＣ5Ｆ8ガスが好ましい。
【００１０】
この方法を実施する装置の一例として、基板を載置する載置部が内部に設けられた気密な処理容器と、前記基板に薄膜を形成するための原料ガスを前記処理容器内に供給するための原料ガス供給部と、前記原料ガスをプラズマ化するためのマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段にて発生したマイクロ波を前記処理容器内に導くための導波管と、この導波管に接続されると共に前記載置部に対向して設けられ、周方向に沿って多数のスリットが形成された平面アンテナ部材と、を備えたプラズマ成膜装置を挙げることができる。
【００１１】
スリットの長さは、例えば平面アンテナ部材における導波管側のマイクロ波の波長の１／２と、平面アンテナ部材におけるプラズマ発生空間側のマイクロ波の波長の１／２との間の寸法に設定される。多数のスリットは、例えば平面アンテナ部材の中央部を中心として同心円状または渦巻き状に配列され、また平面アンテナ部材から例えば円偏波または直線偏波としてマイクロ波が放射される。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、電子温度が３ｅＶ以下であることから、原料ガスを過度に分解することを抑制でき、このため原料ガスの特性を生かした本来の分子構造が得られ、例えば低誘電率で電気特性の優れた絶縁膜を得ることができる。また処理容器内の圧力を１９．９５Pa（１５０ｍTorr）以下に設定して成膜を行うようにすれば、後述の実験例からも分かるように、プロセス条件を選択することにより低誘電率で電気特性の優れた絶縁膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明のプラズマ成膜装置の一実施の形態について図１により説明する。このプラズマ成膜装置は、ラジアルラインスロットアンテナを用いてプラズマを発生させるＣＶＤ（chemical  vapor  deposition）装置である。図中１は例えば全体が筒体状に構成された処理容器（真空チャンバ）であり、この処理容器１の側壁や底部は、導体例えばＡｌ添加ステンレススチール等により構成され、内壁面には酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。
【００１４】
処理容器１のほぼ中央には、基板例えばウエハＷを載置するための載置部である載置台１１が絶縁材１１ａを介して設けられている。この載置台１１は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）もしくは酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）より構成され、内部には冷却媒体を通流させる冷却ジャケット１１ｂが設けられると共に、この冷却ジャケット１１ｂと併せて温調部を形成する図示しないヒータが設けられている。載置台１１の載置面は静電チャックとして構成されている。また載置台１１には例えば１３．５６ＭＨｚのバイアス用高周波電源１２が接続され、バイアス用高周波により載置台１１の表面を負電位とすることでプラズマ中のイオンを高い垂直性で引き込むようにしている。
【００１５】
前記処理容器１の天井部は開放されており、この部分にはＯリング等のシール部材（図示せず）を介して、載置台１１と対向するように、例えば平面形状が略円形状に構成された第１のガス供給部２が設けられている。このガス供給部２は例えばＡｌ2Ｏ3により構成され、載置台１１と対向する面には多数の第１のガス供給孔２１が形成されている。ガス供給部２の内部にはガス供給孔２１の一端側と連通するガス流路２２が形成されており、このガス流路２２には第１のガス供給路２３の一端側が接続されている。一方、第１のガス供給路２３の他端側はプラズマガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスやクリプトン（Ｋｒ）ガスなどの供給源２４及び水素（Ｈ2）ガスの供給源２５が接続されており、これらのガスは、第１のガス供給路２３を介してガス流路２２に供給され、前記ガス供給孔２１を介して、第１のガス供給部２の下方側の空間に一様に供給される。この例では、第１のガス供給部２の下面と載置台１１上のウエハＷの表面との間の距離は５０ｍｍに設定されている。
【００１６】
また前記処理容器１は、載遅台１１と第１のガス供給部２との間に、例えばこれらの間を区画するように、例えば平面形状が略円形状に構成された第２のガス供給部３を備えている。この第２のガス供給部３は例えばマグネシウム（Ｍｇ）を含んだアルミニウム（Ａｌ）合金やＡｌ添加ステンレススチール等の導電体により構成され、載置台１１と対向する面には多数の第２のガス供給孔３１が形成されている。このガス供給部３の内部には、例えば図２に示すようにガス供給孔３１の一端側と連通する格子状のガス流路３２が形成されており、このガス流路３２には第２のガス供給路３３の一端側が接続されている。また第２のガス供給部３には、当該ガス供給部３を貫通するように、多数の開口部３４が形成されている。この開口部３４は、プラズマやプラズマ中の原料ガスを当該ガス供給部３の下方側の空間に通過させるためのものであり、例えば隣接するガス流路３２同士の間に形成されている。
【００１７】
ここで第２のガス供給部３は、第２のガス供給路３３を介して原料ガスであるフッ素と炭素とを含む原料ガス例えばＣ5Ｆ8ガスの供給源３５と接続され、この原料ガスは、第２のガス供給路３３を介してガス流路３２に順次通流していき、前記ガス供給孔３１を介して、第２のガス供給部３の下方側の空間に一様に供給される。図中Ｖ１〜Ｖ３はバルブ、１０１〜１０３は流量調整部である。
【００１８】
前記第１のガス供給部３の上部側には、Ｏリング等のシール部材（図示せず）を介して、例えばＡｌ2Ｏ3などの誘電体により構成されたカバープレート１３が設けられ、このカバープレート１３の上部側には、当該カバープレート１３と密接するようにアンテナ部４が設けられている。このアンテナ部４は、図３に示すように、平面形状が円形の下面側が開口する扁平なアンテナ本体４１と、このアンテナ本体４１の前記下面側の開口部を塞ぐように設けられ、多数のスロットが形成された円板状の平面アンテナ部材（スロット板）４２とを備えており、これらアンテナ本体４１と平面アンテナ部材４２とは導体により構成され、扁平な中空の円形導波管を構成している。
【００１９】
また前記平面アンテナ部材４２とアンテナ本体４１との間には、例えばＡｌ2Ｏ3や酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）等の低損失誘電体材料により構成された遅相板４３が設けられている。この遅相板４３はマイクロ波の波長を短くして前記導波管内の管内波長を短くするためのものである。この実施の形態では、これらアンテナ本体４１、平面アンテナ部材４２、遅相板４３によりラジアルラインスロットアンテナが構成されている。
【００２０】
このように構成されたアンテナ部４は、前記平面アンテナ部材４２がカバープレート１３に密接するように図示しないシール部材を介して処理容器１に装着されている。そしてこのアンテナ部４は同軸導波管４４を介して外部のマイクロ波発生手段４５と接続され、例えば周波数が２．４５ＧＨｚあるいは８．３ＧＨｚのマイクロ波が供給されるようになっている。この際、同軸導波管４４の外側の導波管４４Ａはアンテナ本体４１に接続され、中心導体４４Ｂは遅相板４３に形成された開口部を介して平面アンテナ部材４２に接続されている。
【００２１】
前記平面アンテナ部材４２は例えば厚さ１ｍｍ程度の銅板からなり、図３及び図４に示すように例えば円偏波を発生させるための多数のスロット４６が形成されている。このスロット４６は略Ｔ字状に僅かに離間させて配置した一対のスロット４６ａ，４６ｂを１組として、周方向に沿って例えば同心円状や渦巻き状に形成されている。このようにスロット４６ａとスロット４６ｂとを相互に略直交するような関係で配列しているので、２つの直交する偏波成分を含む円偏波が放射されることになる。
【００２２】
この際スロット対４６ａ，４６ｂを遅相板４３により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で配列することにより、マイクロ波が平面アンテナ部材４２より略平面波として放射される。具体的にはこの例では、各スロット４６ａ，４６ｂのスロット長Ｌ１が平面アンテナ部材４２における同軸導波管４４側のマイクロ波の波長の１／２以下の大きさであって、かつ平面アンテナ部材４２におけるプラズマ発生空間（処理容器２内）側のマイクロ波の波長の１／２よりも大きい寸法に設定され、マイクロ波がスロット４６を通ってプラズマ空間に入り、プラズマ空間からは同軸導波管４４側に戻らないようになっている。更にまた同心円状に配列されるスリット４６において内輪側のスリット４６と外輪側のスリット４６との間隔Ｌ２は、例えば同軸導波管４４側のマイクロ波の波長の１／２に設定されている。
【００２３】
また処理容器１の底部には、排気管１４が接続されており、この排気管１４は圧力調整部５１を介して真空排気手段である真空ポンプに接続され、処理容器１内を所定の圧力まで真空引きできるようになっている。
【００２４】
続いてこの装置にて実施される本発明の成膜方法の一例について説明する。先ず図示しないゲートバルブを介して例えば表面にアルミニウム配線が形成された基板であるウエハＷを搬入して載置台１１上に載置する。続いて処理容器１の内部を所定の圧力まで真空引きし、第１のガス供給路２３を介して第１のガス供給部２にプラズマガス例えばＡｒガスを所定の流量例えば３００ｓｃｃｍで供給すると共に、第２のガス供給路３３を介して原料ガス供給部である第２のガス供給部３に原料ガス例えばＣ5Ｆ8ガスを所定の流量例えば１５０ｓｃｃｍで供給する。そして処理容器１内を例えばプロセス圧力１３．３Ｐａに維持し、載置台１１の表面温度を３５０℃に設定する。
【００２５】
一方マイクロ波発生手段から２．４５ＧＨｚ，２０００Ｗの高周波（マイクロ波）を供給すると、このマイクロ波は、ＴＭモード或いはＴＥモード或いはＴＥＭモードで同軸導波管４４内を伝搬してアンテナ部４の平面アンテナ部材４２に到達し、同軸導波管の内部導体４４Ｂを介して、平面アンテナ部材４２の中心部から周縁領域に向けて放射状に伝搬される間に、スロット対４６ａ，４６ｂからマイクロ波がカバープレート１３、第１のガス供給部２を介して当該ガス供給部２の下方側の処理空間に向けて放出される。ここでカバープレート１３と第１のガス供給部２はマイクロ波が透過可能な材質例えばＡｌ2Ｏ3により構成されているので、マイクロ波透過窓として作用し、マイクロ波はこれらを効率良く透過していく。
【００２６】
このとき既述のようにスリット対４６ａ，４６ｂを配列したので、円偏波が平面アンテナ部材４２の平面に亘って均一に放出され、この下方の処理空間の電界密度が均一化される。そしてこのマイクロ波のエネルギ−により、広い処理空間の全域に亘って高密度で均一なプラズマが励起される。そしてこのプラズマは、第２のガス供給部３の開口部３４を介して当該ガス供給部３の下方側の処理空間に流れ込んで行き、当該ガス供給部３からこの処理空間に供給されるＣ5Ｆ8ガスを活性化させてつまりプラズマ化して活性種を形成する。こうして発生したＣ5Ｆ8ガスのプラズマは、電子温度が例えば１．２ｅＶと低い値になっている。またプロセス圧力が低いことから、電子密度は１０12個／ｃｍ3オーダになっている。
【００２７】
ここでいう電子温度とは、平均自乗速度で定義するものとし、その測定手段はいかなるものでもよい。また測定ポイントは、原料ガスの供給部に相当する第２のガス供給部３のガス供給口であるガス供給孔３１とウエハＷとの間の空間であり、処理容器１の壁近傍や載置台１１の周囲の下部などは含まない。また平均自乗速度で定義するとは、図５に示すように、電子温度と電子の数との関係がマックス−ボルツマン分布をなしているものとし、各電子数の自乗を加算してその平均値となる電子温度をいうものである。図５中Ｐ１〜Ｐ３は夫々最大確立速度、平均自乗速度、実効速度である。
【００２８】
このように低い電子温度で高い電子密度のプラズマが得られる理由は、明確には把握できていないが、平面アンテナ部材４３の周方向に形成されたスリット４６から放出されたマイクロ波に基づいて原料ガスをプラズマ化すると、電界に対する電子の追従性が良くなるのではないかと考えられる。即ち電界に追従して電子を運動させる場合、追従性が良くないと電界を大きくしなければならないが、追従性が良好であると電界を大きくしなくても原料がプラズマ化し、また電界から開放されて処理容器１の壁に衝突して消失する電子も少ないことが要因ではないかと推測される。
【００２９】
一方ウエハＷ上に輸送された活性種はＣＦ膜として成膜されるが、その際プラズマ引き込み用のバイアス電圧により、ウエハＷに引き込まれたＡｒイオンが、スパッタエッチング作用によりウエハＷ表面のパターン上の角部に成膜したＣＦ膜を削り取り、間口を広げながら、パターン溝底部からＣＦ膜を成膜し、凹部にＣＦ膜が埋め込まれる。こうしＣＦ膜が成膜されたウエハＷは、図示しないゲートバルブを介して処理容器１から搬出される。
【００３０】
上述実施の形態によれば、低い電子温度でかつ高密度なプラズマにより絶縁膜を成膜しているので、後述の実施例からも明らかなように、低い比誘電率でリーク電流が小さいなどの電気特性が良好なＣＦ膜が得られる。この理由は、原料ガスとして用いたＣ5Ｆ8を過度に分解して環状結合の各々が全て切断されるのではなく、ＣＦ結合が適度に切れてつまり環状結合の一部が切れて、切られたＣ5Ｆ8同士が繋がってＣＦが長く連鎖する立体構造が形成されるためと考えられる。即ち原料組成を生かし本来の分子結合を有するＣＦ膜を得ることができ、このためこのＣＦ膜は、膜強度やストレス耐性が大きいなど機械的特性に優れ、また耐水性などの化学的特性にも優れている。なお高い電子密度を確保しているので、成膜速度の低下により量産体制に適用できない、といった懸念はない。
【００３１】
またＣＦ膜の原料ガスとしては、Ｃ5Ｆ8ガスに限られず、例えばＣ3Ｆ6ガス、Ｃ4Ｆ6ガスまたはＣ4Ｆ8ガスなどであってもよい。更に本発明において成膜する絶縁膜はＣＦ膜に限らずシリコン、酸素及びフッ素の化合物であるＳｉＯＦ膜などであってもよく、他の絶縁膜においても原料組成を生かした本来の結合を備えたものとすることができ、電気特性などの優れた絶縁膜とすることができる。
【００３２】
更にまた平面アンテナ部材４３に形成されるスリット４６は、上述のようにスリット４６ａ、４６ｂをほぼＴ字形に配置したものに限らないし、またマイクロ波が円偏波ではなく、直線偏波で放射されるようにスリットを形成してもよい。また本発明は、電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを励起するＥＣＲ型プラズマ処理装置、平行平板型プラズマ処理装置あるいは誘導結合型プラズマ処理装置においても、プロセス条件及び装置構成を工夫して、電子温度が３ｅＶ以下であり、かつ電子密度が５×１０11個／ｃｍ3以上のプラズマを生成して絶縁膜を成膜する場合も含まれる。
【実施例】
【００３３】
（実験例１）
図１のプラズマ成膜装置を用い、原料ガスの種類とプロセス条件を種々代えてＣＦ膜を成膜し、各ＣＦ膜について比誘電率とリーク電流とを調べところ図６に示す結果が得られた。図６において縦軸は１ＭＶ／ｃｍの電界を絶縁膜に印加したときのリーク電流の値であり、横軸は絶縁膜の比誘電率である。なお各原料ガスについて本発明者は膨大なデータをとっているが、データの傾向が同様であるため、図６では代表的なデータを載せてある。
【００３４】
原料ガスとして、□のデータはＣ3Ｆ6ガスを用い、△のデータはＣ4Ｆ6ガスを用い、■のデータはＣ4Ｆ8ガスを用い、◇のデータはＣ5Ｆ8ガスを用いている。そしてこれらのデータに対応するＣＦ膜を得るために設定したプロセス条件については、プロセス圧力を６．６５〜１９．９５Ｐａ（５０〜１５０ｍTorr）、マイクロ波電力を１５００〜３０００Ｗ、アルゴンガスの流量を１００〜５００ｓｃｃｍ、原料ガスの流量を５０〜２００ｓｃｃｍ、ウエハＷと第２のガス供給部３の下面までの距離を４０〜１０５ｍｍの間で振って電子温度が２ｅＶ以下のプラズマを生成した。Ｃ3Ｆ6ガスまたはＣ4Ｆ8ガスを用いたときには、水素ガスも供給している。
【００３５】
電子温度の測定については、予め同条件で原料ガスの供給口からウエハに至るまでの間の空間について、ラングミュアプローブにより測定した。平均自乗速度で定義した電子温度は、１．１ｅＶ〜２．０ｅＶの間であった。そしてプロセス圧力を６．６５〜１９．９５Ｐａ（５０〜１５０ｍTorr）もの低い圧力に設定しているので、電子密度は１０12個／ｃｍ3オーダになっており、このことはラングミュアプローブ測定により確認している。なお、あるプロセス条件でＣ3Ｆ6ガスなどの原料ガスを用いて成膜したときに、そのプロセス条件における電子温度及び電子密度の値を求める方法は、同じプロセス条件で原料ガスの代わりにアルゴンガスを用いてプラズマを発生させ、そのプラズマについてラングミュアプローブにより電子温度及び電子密度を測定することとした。つまり電子温度及び電子密度の測定については、アルゴンガスを用いて評価することとした。その理由はＣＦ系のガスを用いるとラングミュアプローブを腐蝕するおそれがあるからであるが、電子温度及び電子密度はガス種を変えても略同じであるから、評価方法に問題はない。
【００３６】
一例として比誘電率が１．９〜２．１である３点の◇のデータに対応するプロセス条件の具体的数値を挙げると、プロセス圧力は１３．３Ｐａ（１００ｍTorr）、マイクロ波電力は２０００Ｗ、アルゴンガスの流量は３００ｓｃｃｍ、原料ガスの流量は１００ｓｃｃｍ、ウエハＷと平面アンテナ部材との下面までの距離は５０ｍｍであり、電子温度は、１．１ｅＶである。またデータの値は、ウエハ上の３ポイントのデータの平均値を示している。
【００３７】
一方○のデータは、原料ガスとしてＣ5Ｆ8ガスを用い、成膜装置としては、既述の特許文献１に記載されているＥＣＲプラズマ装置を用い、電子温度が５ｅＶ〜６ｅＶのプラズマを発生させてＣＦ膜を得、そのＣＦ膜について調べたものである。
【００３８】
ところで優れた層間絶縁膜とするには、比誘電率が低く、リーク電流が小さいことが要求され、本発明者は２．２以下の比誘電率で、リーク電流が１．０Ｅ−０８（１×１０−８）Ａ／ｃｍ2以下を目標としている。図６の結果から分かるように、電子温度が５ｅＶを越えた高い値であると、ＣＦ膜の比誘電率は２．５以上で、またリーク電流も１．０Ｅ−０７（１×１０−７）Ａ／ｃｍ2もの大きな値になっており、目標ゾーンからかなり離れているが、電子温度が２ｅＶ以下であると、比誘電率が低くなるかあるいはリーク電流が小さくなるか、または両方とも小さくなって、全体として目標ゾーンに寄っていることが分かる。
【００３９】
このデータからすれば、電子温度が２ｅＶより大きくても、例えば３ｅＶまでであれば、５ｅＶのデータに比べて図６のグラフの左下側に寄ったデータが得られること、つまり比誘電率が低く、リーク電流が小さいという効果が得られることは明らかである。従って電子温度を３ｅＶ以下とすることで、原料ガスの過度の分解が抑えられて本来の分子構造が得られることを裏付けている。例えば原料としてＣ5Ｆ8ガスを用いた場合には、目標ゾーンに可成り近づいており、各Ｃ5Ｆ8の分子中のＣＦ結合が適度に切断され、切断されたＣ5Ｆ8分子同士が繋がってＣＦの長い連鎖構造が形成され、このため比誘電率が低く、リーク電流が小さい絶縁膜になったと推察される。これに対し電子温度が５ｅＶもの高い値であると、Ｃ5Ｆ8がばらけてしまい本来の連鎖構造が得られなくなったものと考えられる。
【００４０】
なお電子密度について、５×１０11個／ｃｍ3よりも小さい場合のデータはとっていないが、従来のＥＣＲなどの装置において通常の使い方をすると、圧力を上げれば低い電子温度が得られるが、このとき電子密度が低くなってしまうので、本発明では、こうした手法と一線を引くために電子密度を規定している。即ち、経験的にガスの分離が進んで十分な成膜速度を得るためには、電子密度が５×１０11個／ｃｍ3以上であれば全く問題ないことを把握しており、本発明はこの条件を前提とした上で低い電子温度でプロセスを行うものである。
（実験例２）  
次に図１のプラズマ成膜装置を用い、原料ガスとしてＣ5Ｆ8ガスを用いると共に処理雰囲気の圧力（プロセス圧力）を６．６５Ｐａ（５０ｍTorr）、１３．３Ｐａ（１００ｍTorr）、１９．９５Ｐａ（１５０ｍTorr）、２６．６Ｐａ（２００ｍTorr）の４通りの圧力に設定し、各圧力毎にプロセス条件を種々変えてＣＦ膜を成膜し、各ＣＦ膜について比誘電率とリーク電流とを調べた。結果は図７に示す通りである。図７において縦軸は１ＭＶ／ｃｍの電界を絶縁膜に印加したときのリーク電流の値であり、横軸は絶縁膜の比誘電率である。プロセス条件とは、第２のガス供給部３の下面とウエハとの距離（図１参照）、マイクロ波電力、アルゴンガスの流量、原料ガスの流量及びウエハの温度などであり、この実験ではプロセス圧力を変えずにこれらプロセス条件の組み合わせを種々変えてＣＦ膜を成膜している。
【００４１】
図７から分かるように、プロセス条件を変えることによりリーク電流及び比誘電率の値が大きく振れている。例えば圧力を１３．３Ｐａに設定して成膜されたＣＦ膜と圧力を２６．６Ｐａに設定して成膜されたＣＦ膜とを比較すると、前者のＣＦ膜の方が後者のＣＦ膜に比べてリーク電流及び比誘電率のいずれについても優れている（小さくなっている）関係のデータもあれば、その逆の関係のデータもある。ＣＦ膜についてはリーク電流が小さくかつ比誘電率が小さいもの程、絶縁膜の特性が良いことから、図７におけるデータとしてはグラフの左下に向かうほど絶縁膜の特性が良いということになる。
【００４２】
ここで先の実験例１の結果も踏まえて図７の結果を検討すると、プロセス圧力も含めてプロセス条件を変えることにより、リーク電流の値も比誘電率の値も変わり、またプロセス圧力を一定にした場合においてもその他のプロセス条件を変えることによりやはりデータがばらついてくるが、プロセス圧力の大きさによってデータの広がり方が変わってくる。即ち、プロセス条件を絞り込むことによりデータを図７の左下に寄せることができるが、プロセス圧力の大きさによってその寄り方が変わってくる。プロセス圧力が１９．９５Ｐａ以下の場合には、比誘電率が２．２付近でかつリーク電流が１．０Ｅ−０８（１×１０−８）Ａ／ｃｍ2に近い値のデータが得られるが、プロセス圧力が２６．６Ｐａの場合には、比誘電率を２．３よりも小さくできない。
【００４３】
プロセス条件とリーク電流及び比誘電率との傾向について述べておくと、ウエハの温度を低くするとリーク電流が小さくなり、ガスシャワーヘッドである第２のガス供給部３とウエハとの距離を小さくすると比誘電率が小さくなる傾向にあるといえるが、データを図７の左下に寄せるためには、ガス流量も含めてプロセス条件を微妙に設定する必要がある。以上の結果から、プラズマの電子温度を３ｅＶ以下好ましくは２ｅＶ以下としかつ電子密度を５×１０11個／ｃｍ3以上にしてプロセスを行う場合には、プロセス圧力を１９．９５Ｐａ（１５０ｍTorr）以下にすることが、良好な特性の絶縁膜を得るにあたって好ましい手法であることが分かる。なおプロセス圧力の下限については特に規定する意味はなく、真空排気容量の大きいポンプを使うことにより、より低いプロセス圧力を実現できるならばその圧力でプロセスを行えばよい。なお図７において、比誘電率が２．３以下でかつリーク電流が５．０Ｅ−８（５×１０−８）Ａ／ｃｍ2以下のデータについては、先の図６の結果から当然に電子温度は２ｅＶ以下である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のプラズマ成膜装置の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図２】上記のプラズマ成膜装置に用いられる第２のガス供給部を示す平面図である。
【図３】上記のプラズマ成膜装置に用いられるアンテナ部を一部断面で示す斜視図である。０
【図４】上記のプラズマ成膜装置に用いられる平面アンテナ部材を示す平面図である。
【図５】電子温度の定義について説明するために電子の数と電子温度との関係を示す説明図である。
【図６】絶縁膜の比誘電率とリーク電流を記載した実験結果を示す説明図である。
【図７】絶縁膜の比誘電率とリーク電流を記載した実験結果を示す説明図である。
【図８】原料ガスの分子構造と絶縁膜の分子構造とを示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      処理容器
１１    載置台
２      第１のガス供給部
２１    ガス供給孔
２２    ガス流路
２３    ガス供給路
３      第２のガス供給部
３１    ガス供給孔
３２    ガス流路
３３    ガス供給路
３４    開口部
４      アンテナ部
４３    平面アンテナ部材
４４    同軸導波管
４５    マイクロ波発生手段
４６、４６ａ、４６ｂ    スリット
５      真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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