專利名稱：等離子體處理方法及等離子體灰化裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及等離子體處理方法及等離子體灰化裝置，特別是涉及抑制對低介電常數膜(下面稱作“Low-k膜”)造成膜損傷的等離子體處理方法及等離子體灰化裝置。
背景技術：
在半導體元件中，為了器件的運行速度的高速化，銅配線和將介質的介電常數與真空的介電常數之比，即比介電常數在3. O以下的Low-k膜用作層間絕緣膜，用金屬填埋晶片上的溝后，剩余的金屬通過化學機械研磨法(并用藥品的研磨技術)加以去除的大馬士革工藝(damascene process)是主流。今后，為了進一步謀求處理速度的高速化，作為Low_k膜，要求介電常數更小的Low-k膜。一般，Low-k膜是以SiOC作為主成分的化合物，為了降低比介電常數(k)，嘗試采用增加成分中的碳含量或在膜中設置孔進行多孔化的方法。
作為等離子體處理這樣的Low-k膜時的問題，存在等離子體蝕刻或等離子體灰化后，由于Low-k膜的膜損傷而使比介電常數增加的問題。作為原因，通過蝕刻或灰化的等離子體處理時，抽出SiOC的膜中的碳(C)，Si0鍵成為主體，故比介電常數上升。另外，在蝕刻或灰化處理中采用氟系氣體時，由于抽出SiOC膜的硅(Si)，膜厚減少，故發生機械強度降低的問題。針對這樣的問題，作為修復多孔Low-k膜的膜質的方法，專利文獻I中記載了供給具有Si-C-Si鍵的材料，修復膜質的方法。另外，專利文獻2中記載了采用結合了 Si-CH3基的材料，修復膜損傷的方法。另外，專利文獻3中記載了在蝕刻領域，對硫化鋅(ZnS)等含鋅(Zn)的被蝕刻構件，采用甲烷氣與氬氣，以大的蝕刻速度容易地進行蝕刻處理的干蝕刻法，專利文獻4中記載了對Low-k介電體材料，在含氫及任意的氮、大量的水蒸氣、更大量的氬或氦的等離子體中，再添加甲烷等烴類氣體體，進行灰化的方法。現有技術文獻專利文獻[專利文獻I]特開2008-117903號公報[專利文獻2]特開2008-98418號公報[專利文獻3]特開平9-326298號公報[專利文獻4]特開2008-277812號公報

發明內容
發明要解決的課題鑒于上述現有技術，作為Low-k膜的等離子體蝕刻后的等離子體灰化，探討了采用甲烷氣的灰化。然而，專利文獻3的采用甲烷氣與氬氣的等離子體處理方法，是如硫化鋅(ZnS)等含Zn的被蝕刻構件的蝕刻方法，被蝕刻了的試樣，特別是對被蝕刻了的Low-k膜的灰化處理未進行探討。另外，在專利文獻4的使用甲烷氣與氬氣的灰化方法中，灰化氣中含有氫，或大量水蒸汽，不能充分進行對Low-k膜的膜損傷的抑制。另外，由于甲烷氣是易堆積的氣體，甲烷氣難以有效從氣體供給部向灰化處理的晶片供給。因此，采用甲烷氣進行灰化處理時，難以在高速下進行抑制膜損傷的灰化處理。因此，本發明的目的是為了解決上述問題，提供一種在具有Low-k膜的試樣的等離子體灰化處理中，邊高速進行灰化處理，邊抑制或減少對Low-k膜的膜損傷的處理方法。用于解決課題的手段本發明的等離子體處理方法，其是對具有Low-k膜的試樣進行等離子體處理 的等離子體處理方法，其特征在于，具有如下工序采用包含烴類氣體與稀有氣體的混合氣體，在等離子體蝕刻工序中對經等離子體蝕刻的試樣進行等離子體灰化的工序。另外，本發明的等離子體處理方法，其是采用等離子體灰化裝置的等離子體處理方法，其特征在于，試樣具有Low-k膜，對經等離子體蝕刻的上述試樣采用包含烴類氣體與稀有氣體的混合氣體進行等離子體灰化；所述等離子體灰化裝置具有真空處理室，該真空處理室包含電介質內筒、處于該內筒上方的氣體導入部、以及處于該內筒下方的處理容器；于該內筒外周卷繞的感應線圈；供給該感應線圈高頻電力的高頻電源；以及，設置于上述真空處理室內的放置試樣的試樣臺；對上述試樣進行等離子體灰化。另外，本發明的等離子體灰化裝置，其特征在于，具有真空處理室，該真空處理室包含電介質的內筒、處于該內筒上方的氣體導入部、以及處于該內筒下方的處理容器；于該內筒的外周卷繞的感應線圈；供給該感應線圈高頻電力的高頻電源；以及設置于上述真空處理室內的放置具有Low-k膜的試樣的試樣臺；在對上述試樣進行等離子體灰化的等離子體灰化裝置中，具有將經等離子體蝕刻的上述具有Low-k膜的試樣放置于上述試樣臺上的裝置；以及向上述試樣臺上放置的具有上述Low-k膜的試樣供給包含烴類氣體與稀有氣體的混合氣體的裝置。發明效果按照本發明的構成，能夠抑制或降低對Low-k膜的膜損傷，進行高速的灰化處理。


圖I為本發明中使用的等離子體灰化裝置的概略斷面圖。圖2為表示進行本發明的灰化處理的蝕刻處理后的Low-k膜的斷面結構之一例的圖。圖3為表示實施本發明的灰化處理時的反應模型的圖。圖4為表示除去反應生成物后的過灰化處理時的反應模型圖。圖5為根據本發明對膜厚損失量的評價結果。[符號的說明]I頂板、2護罩、3冷卻配管、4鋁容器、5石英容器、6感應線圈、7高頻電源、8晶片臺、9晶片臺支持體、10阻流板、11排氣裝置、12灰化用氣體、13抗蝕劑掩模、14碳硬質掩模、15Low-k膜、16反應生成物、17氬(Ar)氣、18碳(C+)自由基、19甲烷(CH4)氣、20氫(H+)自由基、21抽掉的碳(C)
具體實施例方式下面對本發明的實施方案參照附圖加以說明。圖I為本發明中使用的等離子體灰化裝置的概略斷面圖。本發明的等離子體灰化裝置是結構簡單、易得到高密度的等離子體的電感稱合等離子體(Inductively Coupled Plasma :下稱“ICP”)方式的采用螺旋天線型的向下流動式灰化裝置。在內部產生等離子體的真空處理室，如以下所示，由頂板I、石英容器5和鋁容器4等構成。石英容器5，由圓筒形石英構成，其外周等間隔地卷繞感應線圈6，通過高頻電源7向感應線圈6供給高頻電力，從感應線圈6產生感應磁場。另外，石英容器5的高度，應使晶片臺8上放置的試樣即晶片上的等離子體分布達到均勻的高度。另外，在感應線圈6的外周，為了防止高頻泄漏，設置帶冷卻配管3的護罩2。灰化用氣體12從石英容器5上部設置的頂板I的中心供給，在頂板I的緊靠下邊設置石英制檔·板10，用檔板10使灰化用氣體12 —次向外周方向分散。然后，向外周方向分散的灰化用氣體12沿石英容器5的內壁，朝向下方的晶片臺8上設置的試樣即晶片，通過等離子體的擴散，均勻地向晶片表面供給。另外，灰化用氣體12沿上述石英容器5的內壁的流動，是為了向感應線圈6的附近供給灰化用氣體12。一般來說，ICP型等離子體源，由于感應線圈6的附近的等離子體密度高，故通過上述灰化用氣體12的流動，可產生高密度的等離子體。另外，由于在與石英容器5的外周鄰近，以石英容器5的中心軸作為縱向的方向上均等地卷繞感應線圈6，因此，例如通過向感應線圈6供給1000W的高頻電力，可將石英容器5在200°C均勻地進行溫控。把放置了試樣即晶片的晶片臺8，設置在鋁容器4內，由鋁制的晶片臺支持體9來支撐。還有，鋁容器4由鋁制成。晶片臺8的表面，為了不接觸晶片的端部而形成無階梯的平坦結構。還有，在晶片臺8的表面，嵌入9個鋁釘(未圖示)，通過該鋁釘，形成晶片背面與晶片臺8的表面不直接接觸(點接觸)的結構，謀求降低晶片背面的污染。另外，具有對晶片臺8進行溫控的溫控裝置(未圖示)，能夠對晶片臺8從0°C至400°C進行溫控。實施例I下面對采用上述等離子體灰化裝置的灰化處理加以說明。采用等離子體蝕刻裝置進行了蝕刻的抗蝕劑掩模13與碳硬質掩模14的疊層結構掩模作為掩模，采用傳送裝置(未圖示)于晶片臺8上設置具有SiOC膜15的晶片。將甲烷(CH4)氣19與氬(Ar)氣17以表I所示的氣體流量供給石英容器5，將真空處理室內的壓力通過排氣裝置11調整至200Pa。接著，向感應線圈6供給1000W的高頻電力，使等離子體產生，對晶片臺8上放置的晶片進行灰化。還有，將晶片在灰化中的臺溫調整至300°C。灰化僅進行預先設定的時間，在經過該時間后，晶片臺8上設置的晶片通過傳送裝置從等離子體灰化裝置送出。表I
權利要求
1.等離子體處理方法，其是對具有L0W-k膜的試樣進行等離子體處理的等離子體處理方法，其特征在于，具有采用包含烴類氣體與稀有氣體的混合氣體，在等離子體蝕刻工序中對經等離子體蝕刻的上述試樣進行等離子體灰化的工序。
2.按照權利要求I所述的等離子體處理方法，其特征在于，上述烴類氣體為甲烷氣，上述稀有氣體為IS氣。
3.等離子體處理方法，其是采用等離子體灰化裝置的等離子體處理方法，其特征在于，試樣具有Low-k膜，對經等離子體蝕刻的上述試樣采用包含烴類氣體與稀有氣體的混合氣體進行等離子體灰化； 所述等離子體灰化裝置具有真空處理室，該真空處理室包含電介質內筒、處于該內筒上方的氣體導入部、以及處于該內筒下方的處理容器；于該內筒外周卷繞的感應線圈；供給該感應線圈高頻電力的高頻電源；以及，設置于上述真空處理室內的放置試樣的試樣臺；對上述試樣進行等離子體灰化。
4.按照權利要求3所述的等離子體處理方法，其特征在于，上述烴類氣體為甲烷氣，上述稀有氣體為IS氣。
5.按照權利要求3所述的等離子體處理方法，其特征在于，上述烴類氣體為甲烷氣，上述稀有氣體為氬氣，烴類氣體與氬氣體的混合氣的氣體流量比為1:100以上。
6.按照權利要求3所述的等離子體處理方法，其特征在于，上述烴類氣體為甲烷氣，上述稀有氣體為氬氣，供給上述感應線圈的高頻電力為1000W以上。
7.按照權利要求3所述的等離子體處理方法，其特征在于，上述烴類氣體為甲烷氣，上述稀有氣體為氬氣，向上述感應線圈供給1000W以上的高頻電力，上述試樣臺將溫度調整為250°C以上。
8.等離子體處理方法，其是對具有Low-k膜的試樣進行等離子體處理的等離子體處理方法體，其特征在于，具有采用包含烴類氣體與稀有氣體與氫氣的混合氣體，在等離子體蝕刻工序中對經等離子體蝕刻的上述試樣進行等離子體灰化的工序。
9.等離子體灰化裝置，具有真空處理室，該真空處理室包含電介質內筒、處于該內筒上方的氣體導入部、以及處于該內筒下方的處理容器；于該內筒外周卷繞的感應線圈；供給該感應線圈高頻電力的高頻電源；以及，設置于上述真空處理室內的放置具有Low-k膜的試樣的試樣臺；在對上述具有Low-k膜的試樣進行等離子體灰化的等離子體灰化裝置中，其特征在于，具有將經等離子體蝕刻的上述具有Low-k膜的試樣放置于上述試樣臺上的裝置；以及，向上述試樣臺上放置的具有上述Low-k膜的試樣供給包含烴類氣體與稀有氣體的混合氣體的裝置。
全文摘要
本發明涉及等離子體處理方法及等離子體灰化裝置,目的是提供在具有Low-k膜的試樣的等離子體灰化處理中，邊高速進行灰化處理，邊抑制或減少對Low-k膜的膜損傷的處理方法。在對具有Low-k膜(15)的試樣進行等離子體處理的等離子體處理方法中，具有對上述試樣進行等離子體蝕刻的工序；采用包含烴類氣體即甲烷(CH4)氣(19)與稀有氣體即氬(Ar)氣的混合氣體，將等離子體蝕刻工序中經等離子體蝕刻的抗蝕劑掩模(13)、碳硬質掩模(14)、附著了反應生成物(16)的具有Low-k膜(15)的試樣，采用來自甲烷(CH4)氣(19)的碳(C+)自由基(18)與氫(H+)自由基(20)，進行等離子體灰化的工序。
文檔編號H01J37/32GK102891061SQ20121025267
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月20日 優先權日2011年7月20日
發明者工藤豐, 檜山真 申請人:株式會社日立高新技術, 株式會社日立國際電氣