(57)【要約】【課題】大口径の基板上に均一性のよい膜厚で有機絶縁膜を成膜することのできるＣＶＤ装置およびその方法を提供する。【解決手段】原料ガス供給手段により成膜室５内に原料ガスを供給し、成膜室５内に載置された基板６の上に薄膜を形成するＣＶＤ装置は、基板６を載置する基板載置台７と、基板載置台７を冷却する基板載置台冷却手段８と、基板載置台７を回転させる基板載置台回転手段９とを有する。また、原料ガス供給手段は、成膜室５に有機活性種を供給する有機活性種供給手段であり、この有機活性種供給手段は、有機モノマーを分解して活性化する加熱手段を有する。【選択図】  図２
2005033001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス供給手段により成膜室内に原料ガスを供給し、該成膜室内に載置された基板上に薄膜を形成するＣＶＤ装置において、
前記基板を載置する基板載置台と、
前記基板載置台を冷却する基板載置台冷却手段と、
前記基板載置台を回転させる基板載置台回転手段とを有し、
前記原料ガス供給手段は、前記成膜室に有機活性種を供給する有機活性種供給手段であることを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記有機活性種供給手段は、有機モノマーを分解して活性化する加熱手段を有する請求項１に記載のＣＶＤ装置。
【請求項３】
有機モノマーを加熱分解して有機活性種を得る工程と、
前記有機活性種を成膜室内に供給する工程と、
前記成膜室内で前記有機活性種を重合させて、基板の上に有機絶縁膜を形成する工程とを有し、
前記基板は冷却した基板載置台の上に載置されていて、前記基板を回転させながら前記有機活性種の重合を行うことを特徴とする有機絶縁膜の成膜方法。
【請求項４】
前記有機絶縁膜はフッ素化アリレン膜である請求項３に記載の有機絶縁膜の成膜方法。
【請求項５】
前記フッ素化アリレン膜は、式（１）
【化１】
2005033001.tif 000014
（式（１）において、Ｘは水素原子またはフッ素原子を表わす。）
で表される繰り返し単位を有するポリ（テトラフルオロ−ｐ−キシリレン）またはその誘導体からなる膜である請求項４に記載の有機絶縁膜の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＶＤ装置および有機絶縁膜の成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高速化は著しく、多層配線部における配線抵抗と配線間や配線層間の寄生容量に起因する信号伝搬速度の低下による伝送遅延が問題となってきている。このような問題は、半導体デバイスの高集積化に伴う配線幅および配線間隔の微細化につれて配線抵抗が上昇し且つ寄生容量が増大するので、益々顕著となる傾向にある。
【０００３】
従来より、このような配線抵抗および寄生容量の増大に基づく信号遅延を防止するために、アルミニウム配線に代わる銅配線の導入が行われるとともに、層間絶縁膜として低誘電率の絶縁膜材料を用いることが試みられてきた。例えば、ＳｉＯ２（酸化シリコン）膜中にメチル基を導入したＳｉＯＣ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜やポリアリルエーテル誘導体膜等の有機絶縁材料が知られている。しかしながら、これらの膜の誘電率は２．６〜２．９程度であり、よりデザインルールの微細化が進んだ世代の半導体デバイスに向けて更なる誘電率の低下が求められていた。
【０００４】
一方、誘電率が２．０〜２．４程度の低誘電率の絶縁膜としては、ＳｉＯ２（酸化シリコン）を多孔質化した膜も知られている。しかしながら、このような多孔質膜は機械的強度の低下が顕著であるために、製造工程で絶縁膜にクラックが入ったりするという問題があった。また、製造工程で使用または発生するガスや薬液が多孔質膜の空孔に吸着することによる膜特性の低下の問題や該低下防止のために後処理工程が必要になるという問題もあった。
【０００５】
そこで、多孔質化せずに２．０〜２．４程度の低誘電率を満たす絶縁膜材料としてフッ素化アリレン膜が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
フッ素化アリレン膜は、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，以下、ＣＶＤという。）法によって半導体基板上に成膜される。しかしながら、従来のフッ素化アリレン膜の成膜方法では、大口径の基板に対しての膜厚均一性が悪いという問題があった。例えば、直径２００ｍｍの半導体基板上にフッ素化アリレン膜を成膜した場合の膜厚均一性は３％（σ、４９点測定）程度であるが、直径３００ｍｍの半導体基板では８％程度となって著しく低下する。このような膜厚均一性の低下は、半導体装置の電気的特性の低下を招くことから、均一性のよいフッ素化アリレン膜の成膜に対する要望は大きい。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、基板サイズにかかわらず均一性のよい膜厚でフッ素化アリレン膜などの有機絶縁膜を成膜することのできるＣＶＤ装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、基板サイズにかかわらず均一性のよい膜厚でフッ素化アリレン膜などの有機絶縁膜を成膜することのできる方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原料ガス供給手段により成膜室内に原料ガスを供給し、この成膜室内に載置された基板上に薄膜を形成するＣＶＤ装置において、基板を載置する基板載置台と、この基板載置台を冷却する基板載置台冷却手段と、この基板載置台を回転させる基板載置台回転手段とを有し、原料ガス供給手段は、成膜室に有機活性種を供給する有機活性種供給手段であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のＣＶＤ装置において、有機活性種供給手段は、有機モノマーを分解して活性化する加熱手段を有することができる。
【００１２】
また、本発明の有機絶縁膜の成膜方法は、有機モノマーを加熱分解して有機活性種を得る工程と、この有機活性種を成膜室内に供給する工程と、成膜室内で有機活性種を重合させて、基板の上に有機絶縁膜を形成する工程とを有し、基板は冷却した基板載置台の上に載置されていて、基板を回転させながら有機活性種の重合を行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の有機絶縁膜の形成方法において、有機絶縁膜はフッ素化アリレン膜とすることができる。さらに、フッ素化アリレン膜は、式（２）で表される繰り返し単位を有するポリ（テトラフルオロ−ｐ−キシリレン）またはその誘導体からなる膜とすることができる。尚、式（２）において、Ｘは水素原子またはフッ素原子を表わす。
【００１４】
【化２】
2005033001.tif 000003
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態で用いられるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置の構成図の一例である。
【００１７】
図１のＣＶＤ装置１は、モノマー収納容器２、流量制御手段３、加熱手段４および成膜室５を有する。ここで、モノマー収納容器２、流量制御手段３および加熱手段４は、本発明の有機活性種供給手段の構成要素である。また、図１において、ＣＶＤ装置１は、収納容器１０、流量制御手段１１および活性酸素発生手段１２を有する。これらは、活性酸素を用いてＣＶＤ装置１の内部に付着した汚染物を除去する役割を有している。尚、本発明においては、収納容器１０、流量制御手段１１および活性酸素発生手段１２はなくてもよい。
【００１８】
以下、ＣＶＤ装置１を用いて有機絶縁膜を形成する方法について説明する。
【００１９】
本実施の形態においては、有機絶縁膜としてフッ素化アリレン膜を形成する。
【００２０】
【外１】
2005033001.tif 000004
【００２１】
【化３】
2005033001.tif 000005
【００２２】
【化４】
2005033001.tif 000006
【００２３】
【化５】
2005033001.tif 000007
【００２４】
【化６】
2005033001.tif 000008
【００２５】
モノマー収納容器２の中のモノマーは、配管１３を介して流量制御手段３を通った後、さらに配管１４を介して活性酸素発生手段１２を通り、配管１５から加熱手段４へ送られる。この際、収納容器１０のバルブ（図示せず）は閉じておくとともに、活性酸素発生手段１２は作動しないようにしておく。すなわち、フッ素化アリレン膜形成工程での活性酸素発生手段１２は、単にモノマーを通過させるにすぎず、活性酸素を発生することはない。
【００２６】
一方、流量制御手段３は、加熱手段４に送られるモノマーの流量を所定の値に制御する。加熱手段４では、６００℃〜７００℃の温度でモノマーが加熱分解されて、気体状の有機活性種（以下、ポリマー前駆体という。）を生成する。
【００２７】
加熱手段４において生成したポリマー前駆体は、配管１６を経て成膜室５に入る。尚、ポリマー前駆体に、窒素（Ｎ２）ガスやアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスを希釈ガスとして混合し、この混合ガスを成膜室５に供給してもよい。
【００２８】
図２に本実施の形態において使用される成膜室の断面図を示す。尚、図２の成膜室は図１の成膜室に対応し、これらを同じ符号を用いて表わしている。
【００２９】
成膜室５には基板載置台７があり、基板６は、静電チャックを用いて基板載置台７の上に固定される。ここで、基板６としては、例えば、ゲート電極が形成されたシリコン基板などを用いることができる。
【００３０】
また、基板載置台７には基板載置台冷却手段８が設けられており、基板載置台７を介して基板６を冷却できるようになっている。本実施の形態においては、基板６の表面温度を−５０℃〜０℃、好ましくは−４０℃〜−３０℃に保持する。
【００３１】
さらに、基板載置台７には基板載置台回転手段９が設けられている。これにより、基板載置台７を介して基板６を回転させることができる。
【００３２】
尚、図２では、成膜室５の内部に基板載置台冷却手段８および基板載置台回転手段９が設けられているが、本発明はこれに限られるものではない。基板載置台を冷却および回転させることができるのであれば、これらは成膜室５の外部に設けられていてもよい。
【００３３】
本実施の形態では、基板６を回転させた状態で基板６の上にポリマー前駆体を凝縮・重合させることを特徴としている。この際、基板の回転速度が大きいほど膜厚均一性のよいフッ素化アリレン膜を形成することができる。
【００３４】
表１に、基板の回転数と膜厚均一性との関係を示す。
【００３５】
【表１】
2005033001.tif 000009
【００３６】
【外２】
2005033001.tif 000010
【００３７】
このように基板を高速で回転させることによって、基板近傍のガス拡散層を薄くするとともにガス拡散層の流速を大きくすることができる。これにより、ポリマー前駆体の実効的な拡散速度を大きくして、基板中心から基板端部に向かって生じていたポリマー前駆体の濃度勾配を減少させ、均一な濃度とすることができる。したがって、基板サイズにかかわらず大口径の基板であっても膜厚均一性のよいフッ素化アリレン膜を形成することが可能となる。
【００３８】
【外３】
2005033001.tif 000011
【００３９】
【化７】
2005033001.tif 000012
【００４０】
【化８】
2005033001.tif 000013
【００４１】
尚、余剰のポリマー前駆体ガスは、圧力制御装置１７を介し排気装置１８によって、ＣＶＤ装置１の外部へと排出される。
【００４２】
フッ素化アリレン膜の成膜によって、配管１５，１６、加熱手段４および成膜室５などに副生成物などの汚染物質が付着した場合には、フッ素化アリレン膜の成膜工程を一時中断してクリーニングを行う。例えば、モノマー収納容器２のバルブ（図示せず）を閉じ、モノマーが加熱手段４へ供給されないようにすることによって、フッ素化アリレン膜の成膜工程を中断することができる。
【００４３】
図１において、収納容器１０には、酸素（Ｏ２）ガスが入っている。クリーニング時には、まず、収納容器１０のバルブ（図示せず）を開き、配管１９を介して流量制御手段１１へ酸素ガスを送る。流量制御手段１１は、酸素ガスを所望の流量に制御する役割を有する。続いて、配管２０を介して活性酸素発生手段１２へ酸素ガスを送る。
【００４４】
活性酸素発生手段１２は、クリーニング作業時に作動して、その本来の機能が働くような状態に置かれる。具体的には、プラズマ、紫外線または電子線などの作用によって、配管３０を介して供給された酸素ガスから活性酸素を発生させる。活性酸素は、酸素ラジカル、酸素イオンおよびオゾンのいずれであってもよい。
【００４５】
活性酸素発生手段１２で発生した活性酸素は、配管１５から加熱手段４へ向かい、さらには配管１６から成膜室５へ入る。活性酸素は化学的に極めて活性であるから、このようにＣＶＤ装置１の内部を移動していく過程で、装置内に付着した汚染物質を容易にエッチングする。これにより、装置内のクリーニングを行うことができる。
【００４６】
その後、余剰の酸素ガスおよびエッチングの結果生成したガスなどは、排気ガスとなって、圧力制御装置１７から排気装置１８を通って外部へと排気される。
【００４７】
クリーニング終了後は、収納容器１０のバルブを閉じ、活性酸素発生手段１２の電源をオフにする。その後、モノマー収納容器２のバルブを開くことによって、再びフッ素化アリレン膜の成膜を行う。
【００４８】
本実施の形態においては、有機絶縁膜としてフッ素化アリレン膜を用いたが、本発明はこれに限られるものではなく他の有機絶縁膜であってもよい。
【００４９】
また、本実施の形態においては、モノマーが活性酸素発生手段を通って加熱手段に送られる例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。流量制御手段を経たモノマーが配管を通って直接加熱手段に送られてもよい。この場合には、活性酸素手段で発生した活性酸素が、上記の配管を通って加熱手段に送られるようにすることができる。
【００５０】
さらに、本実施の形態においては、加熱手段が１つであるＣＶＤ装置の例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。複数の加熱手段を有するＣＶＤ装置であってもよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、成膜室内で基板を回転させることによって、大口径の基板であっても膜厚均一性のよい有機絶縁膜を基板上に成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１におけるＣＶＤ装置の構成図の一例である。
【図２】実施の形態１におけるＣＶＤ装置の成膜室の断面図である。
【符号の説明】
１  ＣＶＤ装置、  ２  モノマー収納容器、  ３  流量制御手段、  ４  加熱手段、  ５  成膜室、  ６  基板、  ７  基板載置台、  ８  基板載置台冷却手段、  ９  基板載置台回転手段、  １０  収納容器、  １１  流量制御手段、  １２  活性酸素発生手段、  １３，１４，１５，１６，１９，２０  配管、  １７  圧力制御装置、  １８  排気装置。
【図１】
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【図２】
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