等离子体处理方法及等离子体灰化装置的制作方法

专利名称：等离子体处理方法及等离子体灰化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及等离子体处理方法及等离子体灰化装置，特别是涉及抑制对低介电常数膜(下面称作“Low-k膜”)造成膜损伤的等离子体处理方法及等离子体灰化装置。
背景技术：
在半导体元件中，为了器件的运行速度的高速化，铜配线和将介质的介电常数与真空的介电常数之比，即比介电常数在3. O以下的Low-k膜用作层间绝缘膜，用金属填埋晶片上的沟后，剩余的金属通过化学机械研磨法(并用药品的研磨技术)加以去除的大马士革工艺(damascene process)是主流。今后，为了进一步谋求处理速度的高速化，作为Low_k膜，要求介电常数更小的Low-k膜。一般，Low-k膜是以SiOC作为主成分的化合物，为了降低比介电常数(k)，尝试采用增加成分中的碳含量或在膜中设置孔进行多孔化的方法。
作为等离子体处理这样的Low-k膜时的问题，存在等离子体蚀刻或等离子体灰化后，由于Low-k膜的膜损伤而使比介电常数增加的问题。作为原因，通过蚀刻或灰化的等离子体处理时，抽出SiOC的膜中的碳(C)，Si0键成为主体，故比介电常数上升。另外，在蚀刻或灰化处理中采用氟系气体时，由于抽出SiOC膜的硅(Si)，膜厚减少，故发生机械强度降低的问题。针对这样的问题，作为修复多孔Low-k膜的膜质的方法，专利文献I中记载了供给具有Si-C-Si键的材料，修复膜质的方法。另外，专利文献2中记载了采用结合了 Si-CH3基的材料，修复膜损伤的方法。另外，专利文献3中记载了在蚀刻领域，对硫化锌(ZnS)等含锌(Zn)的被蚀刻构件，采用甲烷气与氩气，以大的蚀刻速度容易地进行蚀刻处理的干蚀刻法，专利文献4中记载了对Low-k介电体材料，在含氢及任意的氮、大量的水蒸气、更大量的氩或氦的等离子体中，再添加甲烷等烃类气体体，进行灰化的方法。现有技术文献专利文献[专利文献I]特开2008-117903号公报[专利文献2]特开2008-98418号公报[专利文献3]特开平9-326298号公报[专利文献4]特开2008-277812号公报

发明内容
发明要解决的课题鉴于上述现有技术，作为Low-k膜的等离子体蚀刻后的等离子体灰化，探讨了采用甲烷气的灰化。然而，专利文献3的采用甲烷气与氩气的等离子体处理方法，是如硫化锌(ZnS)等含Zn的被蚀刻构件的蚀刻方法，被蚀刻了的试样，特别是对被蚀刻了的Low-k膜的灰化处理未进行探讨。另外，在专利文献4的使用甲烷气与氩气的灰化方法中，灰化气中含有氢，或大量水蒸汽，不能充分进行对Low-k膜的膜损伤的抑制。另外，由于甲烷气是易堆积的气体，甲烷气难以有效从气体供给部向灰化处理的晶片供给。因此，采用甲烷气进行灰化处理时，难以在高速下进行抑制膜损伤的灰化处理。因此，本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种在具有Low-k膜的试样的等离子体灰化处理中，边高速进行灰化处理，边抑制或减少对Low-k膜的膜损伤的处理方法。用于解决课题的手段本发明的等离子体处理方法，其是对具有Low-k膜的试样进行等离子体处理 的等离子体处理方法，其特征在于，具有如下工序采用包含烃类气体与稀有气体的混合气体，在等离子体蚀刻工序中对经等离子体蚀刻的试样进行等离子体灰化的工序。另外，本发明的等离子体处理方法，其是采用等离子体灰化装置的等离子体处理方法，其特征在于，试样具有Low-k膜，对经等离子体蚀刻的上述试样采用包含烃类气体与稀有气体的混合气体进行等离子体灰化；所述等离子体灰化装置具有真空处理室，该真空处理室包含电介质内筒、处于该内筒上方的气体导入部、以及处于该内筒下方的处理容器；于该内筒外周卷绕的感应线圈；供给该感应线圈高频电力的高频电源；以及，设置于上述真空处理室内的放置试样的试样台；对上述试样进行等离子体灰化。另外，本发明的等离子体灰化装置，其特征在于，具有真空处理室，该真空处理室包含电介质的内筒、处于该内筒上方的气体导入部、以及处于该内筒下方的处理容器；于该内筒的外周卷绕的感应线圈；供给该感应线圈高频电力的高频电源；以及设置于上述真空处理室内的放置具有Low-k膜的试样的试样台；在对上述试样进行等离子体灰化的等离子体灰化装置中，具有将经等离子体蚀刻的上述具有Low-k膜的试样放置于上述试样台上的装置；以及向上述试样台上放置的具有上述Low-k膜的试样供给包含烃类气体与稀有气体的混合气体的装置。发明效果按照本发明的构成，能够抑制或降低对Low-k膜的膜损伤，进行高速的灰化处理。


图I为本发明中使用的等离子体灰化装置的概略断面图。图2为表示进行本发明的灰化处理的蚀刻处理后的Low-k膜的断面结构之一例的图。图3为表示实施本发明的灰化处理时的反应模型的图。图4为表示除去反应生成物后的过灰化处理时的反应模型图。图5为根据本发明对膜厚损失量的评价结果。[符号的说明]I顶板、2护罩、3冷却配管、4铝容器、5石英容器、6感应线圈、7高频电源、8晶片台、9晶片台支持体、10阻流板、11排气装置、12灰化用气体、13抗蚀剂掩模、14碳硬质掩模、15Low-k膜、16反应生成物、17氩(Ar)气、18碳(C+)自由基、19甲烷(CH4)气、20氢(H+)自由基、21抽掉的碳(C)
具体实施例方式下面对本发明的实施方案参照附图加以说明。图I为本发明中使用的等离子体灰化装置的概略断面图。本发明的等离子体灰化装置是结构简单、易得到高密度的等离子体的电感稱合等离子体(Inductively Coupled Plasma :下称“ICP”)方式的采用螺旋天线型的向下流动式灰化装置。在内部产生等离子体的真空处理室，如以下所示，由顶板I、石英容器5和铝容器4等构成。石英容器5，由圆筒形石英构成，其外周等间隔地卷绕感应线圈6，通过高频电源7向感应线圈6供给高频电力，从感应线圈6产生感应磁场。另外，石英容器5的高度，应使晶片台8上放置的试样即晶片上的等离子体分布达到均匀的高度。另外，在感应线圈6的外周，为了防止高频泄漏，设置带冷却配管3的护罩2。灰化用气体12从石英容器5上部设置的顶板I的中心供给，在顶板I的紧靠下边设置石英制档·板10，用档板10使灰化用气体12 —次向外周方向分散。然后，向外周方向分散的灰化用气体12沿石英容器5的内壁，朝向下方的晶片台8上设置的试样即晶片，通过等离子体的扩散，均匀地向晶片表面供给。另外，灰化用气体12沿上述石英容器5的内壁的流动，是为了向感应线圈6的附近供给灰化用气体12。一般来说，ICP型等离子体源，由于感应线圈6的附近的等离子体密度高，故通过上述灰化用气体12的流动，可产生高密度的等离子体。另外，由于在与石英容器5的外周邻近，以石英容器5的中心轴作为纵向的方向上均等地卷绕感应线圈6，因此，例如通过向感应线圈6供给1000W的高频电力，可将石英容器5在200°C均匀地进行温控。把放置了试样即晶片的晶片台8，设置在铝容器4内，由铝制的晶片台支持体9来支撑。还有，铝容器4由铝制成。晶片台8的表面，为了不接触晶片的端部而形成无阶梯的平坦结构。还有，在晶片台8的表面，嵌入9个铝钉(未图示)，通过该铝钉，形成晶片背面与晶片台8的表面不直接接触(点接触)的结构，谋求降低晶片背面的污染。另外，具有对晶片台8进行温控的温控装置(未图示)，能够对晶片台8从0°C至400°C进行温控。实施例I下面对采用上述等离子体灰化装置的灰化处理加以说明。采用等离子体蚀刻装置进行了蚀刻的抗蚀剂掩模13与碳硬质掩模14的叠层结构掩模作为掩模，采用传送装置(未图示)于晶片台8上设置具有SiOC膜15的晶片。将甲烷(CH4)气19与氩(Ar)气17以表I所示的气体流量供给石英容器5，将真空处理室内的压力通过排气装置11调整至200Pa。接着，向感应线圈6供给1000W的高频电力，使等离子体产生，对晶片台8上放置的晶片进行灰化。还有，将晶片在灰化中的台温调整至300°C。灰化仅进行预先设定的时间，在经过该时间后，晶片台8上设置的晶片通过传送装置从等离子体灰化装置送出。表I
权利要求
1.等离子体处理方法，其是对具有L0W-k膜的试样进行等离子体处理的等离子体处理方法，其特征在于，具有采用包含烃类气体与稀有气体的混合气体，在等离子体蚀刻工序中对经等离子体蚀刻的上述试样进行等离子体灰化的工序。
2.按照权利要求I所述的等离子体处理方法，其特征在于，上述烃类气体为甲烷气，上述稀有气体为IS气。
3.等离子体处理方法，其是采用等离子体灰化装置的等离子体处理方法，其特征在于，试样具有Low-k膜，对经等离子体蚀刻的上述试样采用包含烃类气体与稀有气体的混合气体进行等离子体灰化； 所述等离子体灰化装置具有真空处理室，该真空处理室包含电介质内筒、处于该内筒上方的气体导入部、以及处于该内筒下方的处理容器；于该内筒外周卷绕的感应线圈；供给该感应线圈高频电力的高频电源；以及，设置于上述真空处理室内的放置试样的试样台；对上述试样进行等离子体灰化。
4.按照权利要求3所述的等离子体处理方法，其特征在于，上述烃类气体为甲烷气，上述稀有气体为IS气。
5.按照权利要求3所述的等离子体处理方法，其特征在于，上述烃类气体为甲烷气，上述稀有气体为氩气，烃类气体与氩气体的混合气的气体流量比为1:100以上。
6.按照权利要求3所述的等离子体处理方法，其特征在于，上述烃类气体为甲烷气，上述稀有气体为氩气，供给上述感应线圈的高频电力为1000W以上。
7.按照权利要求3所述的等离子体处理方法，其特征在于，上述烃类气体为甲烷气，上述稀有气体为氩气，向上述感应线圈供给1000W以上的高频电力，上述试样台将温度调整为250°C以上。
8.等离子体处理方法，其是对具有Low-k膜的试样进行等离子体处理的等离子体处理方法体，其特征在于，具有采用包含烃类气体与稀有气体与氢气的混合气体，在等离子体蚀刻工序中对经等离子体蚀刻的上述试样进行等离子体灰化的工序。
9.等离子体灰化装置，具有真空处理室，该真空处理室包含电介质内筒、处于该内筒上方的气体导入部、以及处于该内筒下方的处理容器；于该内筒外周卷绕的感应线圈；供给该感应线圈高频电力的高频电源；以及，设置于上述真空处理室内的放置具有Low-k膜的试样的试样台；在对上述具有Low-k膜的试样进行等离子体灰化的等离子体灰化装置中，其特征在于，具有将经等离子体蚀刻的上述具有Low-k膜的试样放置于上述试样台上的装置；以及，向上述试样台上放置的具有上述Low-k膜的试样供给包含烃类气体与稀有气体的混合气体的装置。
全文摘要
本发明涉及等离子体处理方法及等离子体灰化装置,目的是提供在具有Low-k膜的试样的等离子体灰化处理中，边高速进行灰化处理，边抑制或减少对Low-k膜的膜损伤的处理方法。在对具有Low-k膜(15)的试样进行等离子体处理的等离子体处理方法中，具有对上述试样进行等离子体蚀刻的工序；采用包含烃类气体即甲烷(CH4)气(19)与稀有气体即氩(Ar)气的混合气体，将等离子体蚀刻工序中经等离子体蚀刻的抗蚀剂掩模(13)、碳硬质掩模(14)、附着了反应生成物(16)的具有Low-k膜(15)的试样，采用来自甲烷(CH4)气(19)的碳(C+)自由基(18)与氢(H+)自由基(20)，进行等离子体灰化的工序。
文档编号H01J37/32GK102891061SQ20121025267
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者工藤丰, 桧山真 申请人:株式会社日立高新技术, 株式会社日立国际电气