(57)【要約】【課題】  Ｌｏｗ−ｋ膜の材料に依存せず、Ｌｏｗ−ｋ膜にダメージを与えないドライ表面処理方法、さらに、この表面処理方法を実現するドライ表面処理装置を提供することを課題とする。【解決手段】  低誘電率層間絶縁膜の疎水表面を親水化する表面処理方法において、所定の圧力の真空中で希ガス放電しプラズマを生成し、上記低誘電率層間絶縁膜表面をこのプラズマ雰囲気中に曝すことを特徴とする低誘電率層間絶縁膜のドライ表面処理方法およびこの表面処理方法を実現するドライ表面処理装置により、信頼性の高いＬＳＩデバイスを提供することが可能になった。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低誘電率層間絶縁膜の疎水表面を親水化する表面処理方法において、所定の圧力の真空中で希ガス放電しプラズマを生成し、上記低誘電率層間絶縁膜表面をこのプラズマ雰囲気中に曝すことを特徴とする低誘電率層間絶縁膜のドライ表面処理方法。
【請求項２】
上記所定の圧力が１Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１記載の低誘電率層間絶縁膜のドライ表面処理方法。
【請求項３】
上記希ガスが少なくともＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅの１種であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の低誘電率層間絶縁膜のドライ表面処理方法。
【請求項４】
上記低誘電率層間絶縁膜表面を上記希ガスのプラズマ雰囲気中に５秒乃至１０秒程度曝すこと特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の低誘電率層間絶縁膜のドライ表面処理方法。
【請求項５】
低誘電率層間絶縁膜付きの基板を０℃に保持して、低誘電率層間絶縁膜表面を上記希ガスのプラズマ雰囲気中に曝すこと特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の低誘電率層間絶縁膜のドライ表面処理方法。    
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩデバイス等に設ける絶縁膜、特に低誘電率層間絶縁膜の表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩデバイスの高密度化、高集積化の進歩に伴ない、配線が微細化、多層化し、配線間の配線容量が増大している。配線容量が増大すると、上記デバイスの速度低下をひき起こすことになり、製品の信頼性を損なうという問題が生じている。
【０００３】
近年、この問題に対して、回路と構成部品との間に設ける絶縁膜に低誘電率層間絶縁膜（以下「Ｌｏｗ−ｋ膜」という。）を用い、配線容量を小さくすることが検討されている。
【０００４】
ところで、表面が疎水性であるＬｏｗ−ｋ膜をエッチングするために、マスクを重ねて露光する場合には、まず、このＬｏｗ−ｋ膜表面に有機膜からなるレジスト材を塗布しなければならない。
【０００５】
しかし、Ｌｏｗ−ｋ膜の表面が上記のとおり疎水性を有している場合には、このレジスト材が均一に塗布できないという問題が生じていた。
【０００６】
この問題を解決するために、従来より、Ｌｏｗ−ｋ膜表面を親水化する表面処理方法が検討されてきた。
【０００７】
親水化の表面処理方法としては、例えば、古くは溶液による表面処理方法や紫外線照射による表面処理方法等が用いられてきた。また、近年、表面改質を目的とした酸素プラズマや水素プラズマによる表面処理を行う方法も用いられている（例えば、特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３２２５９７号公報（特許請求の範囲、請求項６の記載）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の親水化の表面処理方法では、下記の問題点があった。
【００１０】
まず、溶液による表面処理方法では、化学反応による表面処理であるため、Ｌｏｗ−ｋ膜にダメージを与えるおそれがあった。従って、化学反応によらないドライ表面処理方法の検討が必要である。
【００１１】
次に、紫外線照射による表面処理方法では、例えば酸化チタンなど、特定の材料には、効果的ではあるが、限られた材料にのみ有効な方法であるために、有用性、汎用性に欠けるという問題があった。従って、材料に依存しない表面処理方法の検討が必要である。
【００１２】
また、酸素プラズマや水素プラズマによる表面処理方法では、Ｌｏｗ−ｋ膜の深い領域にわたって膜が壊れるために吸湿性が増し、時間の経過とともに比誘電率が大幅に上昇するという問題が生じていた。従って、Ｌｏｗ−ｋ膜にダメージを与えない表面処理方法の検討が必要である。
【００１３】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、Ｌｏｗ−ｋ膜の材質に依存せず、Ｌｏｗ−ｋ膜にダメージを
与えないドライ表面処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明にかかる表面処理方法は、ＬＳＩデバイス等の回路と構成部品との間に設ける低誘電率層間絶縁膜の疎水表面を親水化する表面処理方法において、所定の圧力の真空中で希ガス放電しプラズマを生成し、上記低誘電率層間絶縁膜表面をこのプラズマ雰囲気中に曝すことを特徴とする。
【００１５】
これは、希ガスの場合、反応性がほとんどないために、Ｌｏｗ−ｋ膜の深い領域にまでダメージを与えることはなく、Ｌｏｗ−ｋ膜の最表面に形成されている原子（分子）配列または電子配列を僅かに壊して疎水表面から親水表面へと改質しているためと考えられる。
【００１６】
上記所定の圧力は、１Ｐａ以下であることが望ましい。処理圧力が１Ｐａを超えると、電子の拡散が抑えられるので、プラズマ電位が低下し、イオンエネルギーが低下する。このため、表面処理の効果が低下するからである。
【００１７】
上記希ガスとしては、例えばＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどが挙げられる。
【００１８】
上記低誘電率層間絶縁膜表面を上記希ガスのプラズマ雰囲気中曝す時間は、５秒乃至１０秒程度が望ましい。これは、５乃至１０秒の範囲を外れると、膜の内部までイオンダメージが入るからである。
【００１９】
さらに、低誘電率層間絶縁膜付きの基板を０℃に保持し、上記希ガスのプラズマ雰囲気中に曝せば、より好ましい親水効果が得られる。これは、０℃に保持することにより膜表面から脱離した活性な水素原子（Ｈ）等の再反応を抑えることができるからである。
【発明の効果】
【００２０】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、Ｌｏｗ−ｋ膜に大きなダメージを与えることなく、最表面を親水化させることが可能になり、この最表面の上に、レジスト材、その他のＳＯＧを均一に塗布することができるようになるため、信頼性の高いＬＳＩデバイスを製造することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１を参照して、１は、本発明にかかるドライ表面処理方法を実施する処理装置の１例である。このドライ表面処理装置１は、ＬＳＩデバイス等の回路と構成部品との間に設けるＬｏｗ−ｋ膜の疎水表面を親水化することが可能なものであり、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段１１ａを備えた真空チャンバー１１を有する。その上部には、誘電体円筒状壁により形成されたプラズマ発生部１２がその下部は基板電極部１３が設けられている。プラズマ発生部１２を区画する壁（誘電体側壁）１４の外側には、三つの磁場コイル１５、１６、１７が設けられ、この磁場コイル１５、１６、１７によって、プラズマ発生部１２内に環状磁気中性線（図示せず）が形成される。中間の磁場コイル１６と誘電体側壁１４の外側との間にはプラズマ発生用高周波アンテナコイル１８が配置され、この高周波アンテナコイル１８は、高周波電源１９に接続され、三つの磁場コイル１５、１６、１７によって形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するように構成されている。
【００２２】
磁気中性線の作る面と対向させて基板電極部１３内には、処理基板Ｓが載置される基板電極２０が、絶縁体２０ａを介して設けられている。この絶縁体２０ａにより、基板電極２０は、フローティング状態になり、プラズマからの電子拡散により形成される自己バイアス電位を持つようになるので、バイアスパワーは印加されない。
【００２３】
これは、フローティング状態にしてバイアスをかけないことにより、プラズマ処理時にＬｏｗ−ｋ膜にダメージを与えないためである。
また、プラズマ発生部１２の天板２３は、誘電体側壁１４の上部フランジに密封固定され、電位的に浮遊状態とし対向電極を形成する。この天板２３の内面には、真空チャンバ１１内に希ガスを導入するガス導入ノズル２４が設けられ、このガス導入ノズル２４が、ガス流量制御手段（図示せず）を介してガス源に接続されている。
【００２４】
なお、Ｌｏｗ−ｋ膜付きの基板Ｓを０℃に保持するためには、例えば、このドライ表面処理装置１にヘリウムガスなどによって０℃に冷却可能な静電チャック基板台（図示せず）を設け、この基板台に基板Ｓを載置すればよい。
【００２５】
上記処理基板Ｓ上に形成されるＬｏｗ−ｋ膜としては、ＨＳＱやＭＳＱのようにスピンコートによって形成されたＳｉＯＣＨ系材料（例えば、商品名ＬＫＤ５１０９ｒ５／ＪＳＲ社製、商品名ＨＳＧ−７０００／日立化成社製、商品名ＨＯＳＰ／Honeywell Electronic Materials社製、商品名Ｎａｎｏｇｌａｓｓ E／Honeywell Electronic Materials社製、商品名ＯＣＤ T-１２／東京応化社製、商品名ＯＣＬ T-１２／東京応化社製、商品名ＩＰＳ ２．４／触媒化成工業社製、商品名ＩＰＳ ２．２／触媒化成工業社製、商品名ＡＬＣＡＰ−Ｓ ５１００／旭化成社製、）、ＣＶＤによって形成されるＳｉＯＣ系材料（例えば、商品名Black Diamond／ＡＭＡＴ社製、商品名Ａｕｒｏｌａ２．７／日本ＡＳＭ社製、商品名Ａｕｒｏｌａ２．４／日本ＡＳＭ社製、商品名Ｏｒｉｏｎ２．２／ファーストゲート社およびＴＲＩＫＯＮ社製、商品名Ｃｏｒａｌ／Novellus社製、商品名NCS／富士通、）、あるいはSOD方式による有機系材料（商品名SiLK／Dow Chemial社製、商品名porous-SiLK／Dow Chemial社製、商品名FLARE／Honeywell Electronic Materials社製、porous-FLARE／Honeywell Electronic Materials社製、商品名GX-3P／Honeywell Electronic Materials社製）で比誘電率が２．０〜３．０のものがある。
【実施例】
【００２６】
本実施例では、図１のドライ表面処理装置１を利用して、親水処理させるＬｏｗ−ｋ膜付きウエハを静電チャック基板台に設置し、このウェハの裏面にヘリウムガスを導入して基板Ｓを０℃に冷却し、これに希ガスのプラズマを放電し、Ｌｏｗ−ｋ膜の親水処理を行った。
【００２７】
このときの条件は、アンテナパワーが１０００Ｗ、バイアスパワーが０Ｗ（すなわち、基板Ｓをフローティング状態の基板電極部１３上に載置してバイアスパワーを印加しない）、処理圧力が、０．７Ｐａ、ガス流量が１００ｓｃｃｍであり、ガス種は、Ｏ２、ＮＨ３、Ａｒの３種について行った。
【００２８】
図２の写真は、上記各ガスにおいて、親水処理を５秒間行った場合のＬｏｗ−ｋ膜の表面を写したものである。この写真からも明らかなとおり、どのガス種においても約５秒で疎水性が低下し、親水化することは可能であることがわかる。
【００２９】
図３のａ）は、親水処理の処理時間を約５秒〜４０秒の間で変化させ、各処理時間における親水処理後の比誘電率の変化率（Δｋ）について、１１分放置した場合と１日放置した場合の測定結果を比較できるようにグラフ化したものである。
【００３０】
このグラフによれば、Ｏ２やＮＨ３の場合は、比誘電率の経時的変化が現れるが、Ａｒでは、ほとんど経時的変化が現れない。
【００３１】
図３のｂ）は、上記ａ）同様、親水処理の処理時間を約５秒〜４０秒変化させ、各処理時間における親水処理後の膜厚の変化率（Δｄ）について、１１分放置した場合と１日放置した場合の測定結果を比較できるようにグラフ化したものである。
【００３２】
このグラフによれば、Ｏ２やＮＨ３の場合は、膜厚の経時的変化が現れるが、Ａｒでは、ほとんど経時的変化が現れない。
【００３３】
以上より、反応性を伴うガス（例えばＯ２やＮＨ３）では、Ｌｏｗ−ｋ膜の深い領域にわたって膜が壊れるために吸湿性が増し比誘電率が上昇するが、希ガスでは、膜の最表面部に形成されている原子（分子）配列を僅かに壊し、疎水表面から親水表面に改質していると考えられる。
【００３４】
従って、表面が疎水性であるＬｏｗ−ｋ膜の親水処理を行う場合、希ガスのプラズマを放電し、Ｌｏｗ−ｋ膜表面をこのプラズマ雰囲気中に曝せば、Ｌｏｗ−ｋ膜にダメージを与えずに親水化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明にかかるドライ表面処理方法を実施する処理装置の概略図
【図２】各ガスのプラズマを使用して親水処理を５秒間行った場合のＬｏｗ−ｋ膜の表面の変化を示す写真
【図３】親水処理の処理時間を約５秒〜４０秒の間で変化させた場合で、ａ）は各処理時間における親水処理後の比誘電率の変化率（Δｋ）について、ｂ）は各処理時間における親水処理後の膜厚の変化率（Δｄ）について、それぞれ１１分放置した場合と１日放置した場合の測定結果を比較するグラフ
【符号の説明】
【００３６】
１      ドライ表面処理装置
１１    真空チャンバ
１２    プラズマ発生部
１３    基板電極部
Ｓ      基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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