電子裝置用基板及其處理方法

專利名稱：電子裝置用基板及其處理方法
技術領域：
本發明涉及半導體裝置、液晶顯示裝置、有機EL元件等電子裝置用的基板及其處理方法。
背景技術：
作為用于謀求作為電子裝置的半導體裝置的高集成化的一種方法，已采用了多層配線結構。因為采用多層配線結構，所以，第n層的配線層與第(n+1)層的配線層之間由導電層連接，并且在導電層以外的區域形成被稱為層間絕緣膜的薄膜。作為該層間絕緣膜的代表性的膜有氧化硅膜，但是為了進一步提高半導體裝置的動作速度，需要進一步降低層間絕緣膜的介電常數。
在這種背景下，由加氟碳(碳氟化合物)構成的絕緣膜(以下稱為“CF絕緣膜”)引人注目，利用該CF絕緣膜，與氧化硅膜相比，能夠大幅度地降低介電常數。
CF絕緣膜的成膜，例如在等離子體處理裝置中，通過將激發作為加氟碳的原料氣體的例如C5F8而產生的自由基堆積在基板上而進行。此時，例如利用微波使氬氣等等離子體發生用的等離子體氣體等離子體化，利用該等離子體使原料氣體激發(例如，參照特開平11-162960號公報)。
但是，在成膜CF絕緣膜的情況下，如圖10所示，CF絕緣膜I中的氟原子向膜的表面側取向，在該膜的表面上露出。氟原子具有負電性高、容易吸附水分子的性質。因此，如果在氟原子在膜的表面上露出的狀態下放置，則例如在基板的搬送時等，表面的氟原子會吸附水分子。
而且，在成膜后加熱基板時等，吸附的水分子會與氟原子反應。與水分子反應的氟原子，作為氟化氫氣體從CF絕緣膜I放出。該氟化氫氣體具有腐蝕并破壞膜的性質。例如，氟化氫氣體有時會與在半導體裝置內的導電層和層間絕緣膜之間形成的勢壘金屬(barrier metal)膜反應，破壞該勢壘金屬膜并使其剝離。結果，不能適當地形成半導體裝置的多層配線結構，半導體裝置的生產效率顯著降低。
另外，CF絕緣膜I的表面，由于與水分子的反應而變質，CF絕緣膜I的漏電特性惡化。因此，例如CF絕緣膜I構成的層間絕緣膜的絕緣性降低，使半導體裝置的性能降低。

發明內容
本發明是鑒于該點而做出的，其目的在于提供一種抑制在CF絕緣膜的表面上露出的氟原子與水分子反應的電子裝置用基板及其處理方法。
為了達到上述目的，本發明的電子裝置用基板的處理方法的特征在于，包括準備電子裝置用的基板的工序；在該基板的表面上形成由加氟碳構成的絕緣膜的工序；和使在上述絕緣膜的表面上露出的氟原子從該絕緣膜脫離的工序，至少從上述形成絕緣膜的工序之后直到上述使氟原子脫離的工序結束的期間，維持上述基板不與水分接觸。
根據該方法，通過使在絕緣膜的表面上露出的氟原子在與水分接觸之前從該絕緣膜脫離，能夠抑制該氟原子與水分反應。結果，不會從絕緣膜的表面產生氟化氫，能夠防止因氟化氫而破壞其它膜并使其剝離。另外，能夠防止絕緣膜的表面變質從而介電常數上升。
上述使氟原子脫離的工序，可以通過使在稀有氣體或氮氣的等離子體中生成的活性種與絕緣膜的表面碰撞而進行。在該情況下，通過活性種的物理的碰撞，能夠使絕緣膜表面的氟原子以從該絕緣膜飛出的方式脫離。
上述使氟原子脫離的工序，可以通過使基板暴露在由稀有氣體或氮氣生成的等離子體中而進行。在該情況下，可以利用由作為惰性氣體的稀有氣體或氮氣生成的等離子體本身具有的能量、或該等離子體再次回到氣體時釋放的光子能量，使絕緣膜表面的氟原子脫離。上述稀有氣體例如選自氬氣、氙氣和氪氣。
這樣使基板暴露在等離子體中的工序，優選在電子溫度2eV以下、電子密度1×1011個/cm3以上的等離子體空間內進行。通過使基板暴露在這樣高密度的等離子體空間內，能夠有效率地使氟原子在短時間內脫離。
上述使氟原子脫離的工序，也可以通過向基板上的絕緣膜的表面照射電子射線或紫外線而進行。在該情況下，能夠利用電子射線或紫外線的能量，使絕緣膜表面的氟原子脫離。另外，由于電子射線或紫外線進入到絕緣膜的內部，所以也能夠使絕緣膜中未結合而處于不穩定狀態的氟原子脫離。結果，也能夠使絕緣膜本身的膜質提高。
在該基板的處理方法中，在上述使氟原子脫離的工序之后，可以還包括在絕緣膜上形成用于防止水分與該絕緣膜的表面接觸的防護膜的工序。在該情況下，由于防護膜，水分不與絕緣膜接觸，所以可更可靠地防止氟原子與水分子的反應。
本發明的另一種電子裝置用基板的處理方法，其特征在于，包括準備電子裝置用的基板的工序；在該基板的表面上形成由加氟碳構成的絕緣膜的工序；和在上述絕緣膜上形成用于防止水分與該絕緣膜的表面接觸的防護膜的工序。
根據該方法，利用防護膜防止水分與絕緣膜的表面接觸，絕緣膜的表面上露出的氟原子不會與水分子反應。結果，能夠防止因產生氟化氫氣體而引起的其它膜的破壞、剝離。另外，也能夠防止絕緣膜變質從而絕緣膜的介電常數上升。
在該情況下，優選從上述形成絕緣膜的工序之后直到上述形成防護膜的工序結束的期間，維持基板不與水分接觸。
另外，為了達到上述目的，本發明的電子裝置用基板，其特征在于在其表面上形成由加氟碳構成的絕緣膜，并且在該絕緣膜上形成有用于防止水分與該絕緣膜的表面接觸的防護膜。
根據該電子裝置用基板，利用防護膜防止絕緣膜表面的氟原子與水分子接觸并反應。因此，不會從絕緣膜的表面產生氟化氫氣體，能夠防止電子裝置因該氟化氫氣體而破損。另外，絕緣膜不會變質，能夠防止絕緣膜的介電常數上升。
上述防護膜的材料例如選自無定形碳、SiN、SiCN、SiC、SiCO和CN。通過由這些介電常數低的材料形成防護膜，能夠將包括絕緣膜和防護膜的膜整體的介電常數維持得較低。
上述防護膜優選具有小于200的厚度。由此，能夠抑制包括防護膜和絕緣膜的膜整體的介電常數上升。


圖1是本發明的電子裝置用基板的處理方法中使用的基板處理系統的概略圖。
圖2是圖1所示的系統中的絕緣膜形成裝置的縱截面圖。
圖3是圖2所示的裝置中的原料氣體供給結構體的平面圖。
圖4是圖1所示的系統中的絕緣膜處理裝置的縱截面圖。
圖5是表示氟原子從CF絕緣膜的表面脫離的情形的示意圖。
圖6是包括電子射線照射器的絕緣膜處理裝置的縱截面圖。
圖7是本發明的電子裝置用基板的處理方法中使用的另一種基板處理系統的概略圖。
圖8是圖7所示的系統中的絕緣膜處理裝置的縱截面圖。
圖9是表示在CF絕緣膜上形成防護膜的情形的示意圖。
圖10是表示在CF絕緣膜的表面上氟原子露出的情形的示意圖。
圖11a是表示對形成CF絕緣膜后、沒有進行任何處理的比較例的基板進行TDS測定的結果的圖。
圖11b是表示對形成CF絕緣膜后、在Ar等離子體中暴露5秒鐘的實施例的基板進行TDS測定的結果的圖。
圖11c是表示對形成CF絕緣膜后、在N2等離子體中暴露5秒鐘的實施例的基板進行TDS測定的結果的圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖，對本發明的優選實施方式進行說明。
首先，對本發明的電子裝置用基板的處理方法中使用的基板處理系統進行說明。
如圖1所示，基板處理系統1具有將盒站(cassette station)2與包括多個處理裝置32～35的處理站3在Y方向(圖中的左右方向)上連接為一體的結構。盒站2用于在基板處理系統1與外部之間搬入搬出多塊基板W(例如在收納在盒C中的狀態下)、以及相對于盒C存入取出各基板W。另外，處理站3被構成為在各處理裝置32～35中分別對基板W進行張頁式處理。
盒站2由盒載置臺4和搬送容器5構成。盒載置臺4能夠在X方向(圖1中的上下方向)上并列載置兩個盒C。在搬送容器5內，設置有例如由多關節機械手構成的基板搬送體6和預對準臺(prealignment stage)7。基板搬送體6能夠在盒載置臺4上的盒C、臺7、處理站3的后述的負載鎖定室30、31之間搬送基板W。
處理站3在其中央部具有從盒站2向Y方向形成為直線狀的搬送路8。搬送路8由能夠將該搬送路8內封閉的殼體(casing)8a覆蓋。與干燥氣體的氣體供給裝置20連通的供氣管21，與殼體8a連接，能夠從氣體供給裝置20通過供氣管21向殼體8a內供給干燥氣體。此外，在干燥氣體中，使用例如稀有氣體和氮氣等惰性氣體。在殼體8a上連接有與負壓發生裝置22連通的排氣管23，利用從該排氣管23的排氣，能夠使殼體8a內減壓。因此，在將搬送路8內的氣氛置換成規定的干燥氣體后，能夠將搬送路8內減壓到規定的壓力。即，在從搬送路8內排除水分后，能夠將該搬送路8內維持為不含水分的干燥氣氛。
在搬送路8的兩側，配置有負載鎖定室30、31，絕緣膜形成裝置32、33，和絕緣膜處理裝置34、35。各負載鎖定室30、31和各裝置32～35分別經過閘閥36與搬送路8連接。負載鎖定室30、31與盒站2的搬送容器5鄰接，負載鎖定室30、31與搬送容器5經過閘閥37連接。因此，搬送容器5內的基板W，經由負載鎖定室30、31被搬送到搬送路8內。
在搬送路8內，設置有向Y方向延伸的搬送軌道38、和在該搬送軌道38上自由移動的基板搬送裝置39。基板搬送裝置39構成為多關節機械手，能夠經過閘閥36在負載鎖定室30、31、絕緣膜形成裝置32、33和絕緣膜處理裝置34、35與搬送通路8之間搬送基板W。通過以上的結構，能夠一邊將從負載鎖定室30、31搬入到搬送路8內的基板W維持在干燥氣氛內，一邊選擇性地向各裝置32～35搬送，在各裝置32～35中對基板W實施規定的處理。
接下來，以絕緣膜形成裝置32為例，對上述的絕緣膜形成裝置32、33的結構進行說明。
圖2示意地表示絕緣膜形成裝置32的縱截面。該絕緣膜形成裝置32是使用由高頻生成的等離子體，在基板W上形成由加氟碳構成的CF絕緣膜的等離子體CVD(chemical vapor deposition化學氣相沉積)裝置。
絕緣膜形成裝置32，如圖2所示，具有例如上面開口的有底圓筒狀的處理容器50。處理容器50例如由鋁合金形成，被接地。在處理容器50的底部的大致中央部，設置有用于載置基板W的載置臺51。
在載置臺51中，內置有電極板52，電極板52與設置在處理容器50外部的例如13.56MHz的偏壓用高頻電源53連接。由該高頻電源53向載置臺51的表面施加負的高電壓，能夠吸引等離子體中的帶電粒子。另外，電極板52還與未圖示的直流電源連接，使載置臺51的表面上產生靜電力，能夠將基板W靜電吸附在載置臺51上。
在載置臺51內，設置有加熱器54。加熱器54與設置在處理容器50外部的電源55連接，利用來自該電源55的供電而發熱，能夠將載置臺51加熱到規定溫度。在載置臺51內，例如設置有使冷卻介質流通的冷卻套56。冷卻套56與設置在處理容器50外部的制冷劑供給裝置57連通。利用從制冷劑供給裝置57供給至冷卻套56的規定溫度的制冷劑，能夠對載置臺51進行規定溫度的冷卻。
在處理容器50的上部開口上，經過用于確保氣密性的O形圈等密封件60，設置有由石英玻璃等構成的電介質窗61。利用該電介質窗61將處理容器50內封閉。在電介質窗61的上部，設置有作為供給等離子體生成用微波的高頻供給部的RLSA(radial line slot antenna徑向線縫隙天線)62。
RLSA 62具有下面開口的大致圓筒狀的天線主體63。在天線主體63的下面的開口部上，設置有形成有多個槽(slot)的圓盤狀的槽板64。在天線主體63內的槽板64的上部，設置有由低損失電介質材料形成的滯相板65。與微波振蕩裝置66相通的同軸波導管67，與天線主體63的上面連接。微波振蕩裝置66設置在處理容器50的外部，能夠對RLSA 62振蕩規定頻率、例如2.45GHz的微波。由微波振蕩裝置66振蕩的微波，被傳播至RLSA 62內，由滯相板65壓縮而短波長化后，在槽板64中產生圓偏振波，從電介質窗61向處理容器50內發射。
在處理容器50的上部的內周面，形成有供給等離子體激發用氣體的氣體供給口70。氣體供給口70沿著處理容器50的內周面在多個部位形成。與設置在處理容器50外部的氣體供給源71連通的氣體供給管72，與氣體供給口70連接。在本實施方式中，氣體供給源71中封入有作為稀有氣體的氬氣。
在處理容器50內的載置臺51與RLSA 62之間，設置有原料氣體供給結構體80。供給結構體80形成為外形至少大于基板W的直徑的圓板狀，以與載置臺51和RLSA 62相對的方式設置。處理容器50內被該供給結構體80劃分成RLSA 62側的等離子體激發區域R1、和載置臺51側的等離子體擴散區域R2。
如圖3所示，原料氣體供給結構體80具有在同一平面上大致呈格子狀配置的連續的原料氣體供給管81。氣體供給管81由配置在供給結構體80的外周部分的環狀管81a、和多個管在環狀管81a的內側以相互正交的方式配置的格子狀管81b構成。如圖2所示，氣體供給管81的截面形狀為矩形。
此外，如圖2和圖3所示，原料氣體供給結構體80在原料氣體供給管81彼此之間有多個開口部82。在圖2中，在供給結構體80的上側的等離子體激發區域R1中生成的等離子體，通過這些開口部82進入下側的等離子體擴散區域R2。
各開口部82的平面尺寸設定成比從RLSA 62發射的微波的波長短。這樣，從RLSA 62發射的微波被原料氣體供給結構體80反射，可以抑制微波進入等離子體擴散區域R2內。通過在供給結構體80的表面、也就是原料氣體供給管81的表面上覆蓋鈍化膜，可以防止供給結構體80被等離子體中的帶電粒子濺射。由此，可以防止基板W被因濺射而飛出的粒子金屬污染。
如圖2所示，在原料氣體供給結構體80的供給管81的下面上，形成有多個原料氣體供給口83。這些供給口83在供給結構體80的平面內均勻地配置。這些氣體供給口83也可以僅在與被載置在載置臺51上的基板W相對的區域內均勻地配置。與設置在處理容器50的外部的原料氣體供給源84連通的氣體管85，與原料氣體供給管81連接。在原料氣體供給源84中，封入有作為原料氣體的含有氟和碳的氣體，例如C5F8。從原料氣體供給源84通過氣體管85供給至原料氣體供給管81的原料氣體，從各原料氣體供給口83向下方的等離子體擴散區域R2噴出。
在處理容器50的底部，設置有用于對處理容器50內的氣氛進行排氣的排氣口90。與渦輪分子泵等排氣裝置91相通的排氣管92與排氣口90連接。通過從該排氣口90的排氣，可以將處理容器50內減壓到規定的壓力。
此外，絕緣膜形成裝置33的結構，與絕緣膜形成裝置32相同，省略說明。
接下來，以絕緣膜處理裝置34為例，對上述的絕緣膜處理裝置34、35的結構進行說明。
圖4示意性地表示絕緣膜處理裝置34的縱截面。該絕緣膜形成裝置34是利用高頻由稀有氣體生成等離子體、并使該等離子體中的活性種撞擊在基板W上從而對基板W上的絕緣膜進行處理的等離子體處理裝置。
如圖4所示，絕緣膜處理裝置34具有例如由鋁合金形成、上面開口的有底圓筒狀的處理容器100。在處理容器100的底部的大致中央部，設置有載置臺101。在載置臺101中，內置有電極板102，電極板102與設置在處理容器100外部的、例如13.56MHz的偏壓用高頻電源103連接。通過該高頻電源103，向載置臺101的表面施加負的高壓。由此，可以將在處理容器100內生成的等離子體中的作為活性種的正離子吸引至載置臺101側，使該正離子以高速與載置臺101上的基板W表面碰撞。此外，電極板102還與未圖示的直流電源連接，在載置臺101的表面產生靜電力，可以將基板W靜電吸附在載置臺101上。
在處理容器100的上部開口上，經過用于確保氣密性的O形圈等密封件110，安裝有噴淋板111。噴淋板111由例如Al2O3等電介質構成。處理容器100的上部開口由該噴淋板111封閉。在噴淋板111的上側，隔著蓋板112，設置有用于供給等離子體發生用的微波的RLSA113。
噴淋板111被形成為例如圓板狀，與載置臺101相對地配置。在噴淋板111上，形成有在鉛垂方向上貫通的多個氣體供給孔114。形成有從處理容器100的側面經過噴淋板111的內部水平地貫通至中央部、在噴淋板111的上面上開口的氣體供給管115。利用在噴淋板111的上面上形成的凹部，在噴淋板111與蓋板112之間形成有氣體流路116。氣體流路116與氣體供給管115和各氣體供給孔114連通。因此，供給到氣體供給管115的等離子體氣體通過氣體供給管115輸送到氣體流路116，從氣體流路116通過各氣體供給孔114供給到處理容器100內。
氣體供給管115與設置在處理容器100的外部的氣體供給源117連通。在氣體供給源117中，封入有作為稀有氣體的氪氣。因此，向處理容器110內供給氪氣，作為等離子體激發用氣體。
蓋板112經過O形圈等密封件118與噴淋板111的上面粘結。蓋板112由例如Al2O3等電介質構成。
RLSA 113具有下面開口的大致圓筒狀的天線主體120。在天線主體120的下面的開口部上，設置有槽板121，在該槽板121的上部，設置有滯相板122。與微波振蕩裝置123相通的同軸波導管124，與天線主體120連接。微波振蕩裝置123設置在處理容器100的外部，能夠對RLSA 113振蕩規定頻率、例如2.45GHz的微波。由微波振蕩裝置123振蕩的微波，被傳播至RLSA 113內，由滯相板122壓縮而短波長化后，在槽板121中產生圓偏振波，經過蓋板112和噴淋板111向處理容器100內發射。
在處理容器100的底部，設置有用于對處理容器100內的氣氛進行排氣的排氣口130。與渦輪分子泵等排氣裝置131相通的排氣管132，與排氣口130連接。通過從該排氣口130的排氣，可以將處理容器100內減壓到規定的壓力。通過該減壓，將處理容器100內存在的水分排除，可以將處理容器100內維持為不含水分的干燥氣氛。
如以上所述，絕緣膜處理裝置34與圖2所示的絕緣膜成膜裝置32不同，是在RLSA 113與載置臺101之間不具有原料氣體供給結構體的結構。此外，由于絕緣膜處理裝置35是與絕緣膜處理裝置34同樣的結構，所以省略說明。
接下來，以對作為電子裝置的多層結構的半導體裝置用的基板進行處理的情況為例，對使用像以上那樣構成的基板處理系統1的基板W的處理方法進行說明。
例如，在另一個處理裝置中，形成有作為配線層的導電膜的基板W被收容在盒C內，該盒C如圖1所示被載置在基板處理系統1的盒載置臺4上。此時，基板處理系統1的搬送路8內，例如通過來自供氣管21的供氣而被置換成干燥氣體，然后通過從排氣管23的排氣而減壓到規定的壓力。于是，搬送路8內被維持為不含水分的減壓氣氛。
盒C被載置在盒載置臺4上時，由基板搬送體6從盒C內取出基板W，并搬送到預對準臺7。在臺7中進行位置對準后的基板W，由基板搬送體6經過閘閥37搬送到例如負載鎖定室30。負載鎖定室30的基板W由基板搬送裝置39通過搬送路8搬送到絕緣膜形成裝置32。
被搬送到絕緣膜形成裝置32的基板W，如圖2所示，被吸附保持在處理容器50內的載置臺51上。此時，通過加熱器54的發熱，將基板W維持在例如350℃左右。接著，由排氣裝置51開始對處理容器50內進行排氣，處理容器50內被減壓到規定的壓力、例如13.3Pa(100mTorr)左右。通過該減壓，將處理容器50內維持為不含水分的干燥氣氛。
處理容器50內被減壓時，從氣體供給口70向等離子體激發區域R1供給氬氣。從RLSA 62向正下方的等離子體激發區域R1發射例如2.45GHz的微波。通過發射該微波，在等離子體激發區域R1中，氬氣被等離子體化。此時，從RLSA 62發射的微波被原料氣體供給結構體80反射，留在等離子體激發區域R1內。結果，在等離子體激發區域R1內形成所謂高密度的等離子體空間。
另一方面，由偏壓用高頻電源53向載置臺51施加負的電壓。由此，在等離子體激發區域R1內生成的等離子體，通過原料氣體供給結構體80的開口部82擴散到等離子體擴散區域R2。從原料氣體供給結構體80的原料氣體供給口83向等離子體擴散區域R2供給C5F8氣體。C5F8氣體由例如從等離子體激發區域R1擴散的等離子體活化，利用C5F8氣體的活性種，在基板W上形成由氟原子和碳原子構成的CF絕緣膜。此時，如圖10所示，在CF絕緣膜I的表面上，氟(F)原子并排露出。
這樣形成的CF絕緣膜，因為在成膜中使用的氣體中不含有H原子，所以可以防止膜中的F原子與H原子結合而生成HF，成為具有極其優異的品質的絕緣膜。
在基板W上形成規定厚度的CF絕緣膜I時，停止微波的發射和原料氣體、等離子體氣體的供給，載置臺51上的基板W由基板搬送裝置39從處理容器50中搬出。從絕緣膜形成裝置32中搬出的基板W，通過搬送路8內被搬送到絕緣膜處理裝置34。在此期間，搬送路8內被維持為干燥氣氛，所以水分不會與基板W上的CF絕緣膜I的表面接觸。
絕緣膜處理裝置34通過從排氣口130排氣，預先維持在減壓氣氛、例如33.3Pa(250mTorr)。因此，即使搬入基板W，基板W也繼續維持在干燥氣氛內。被搬送到絕緣膜處理裝置34中的基板W被吸附保持在溫度調節為例如30℃的載置臺101上。基板W被保持在載置臺101上時，利用偏壓用高頻電源103對載置臺101施加負的高電壓。另一方面，從噴淋板111以例如50cm3/min向下方供給氪氣，并且從RLSA113以例如500W的功率發射2.45GHz的微波。通過發射該微波，氪氣被等離子體化，作為該等離子體中的活性種的氪離子Kr+被載置臺101側的負電位吸引。由此，氪離子Kr+以高速與載置臺101上的基板W表面碰撞。如圖5所示，通過該Kr+的碰撞，在基板上的絕緣膜I的表面露出的氟(F)原子脫離絕緣膜I。
例如照射5秒鐘微波、基板W上的CF絕緣膜I表面的氟原子充分地脫離時，停止微波的供給和氪氣的供給。然后，基板W由基板搬送裝置39從絕緣膜處理裝置34搬出。被搬出的基板W通過搬送路8被搬送到負載鎖定室31，由基板搬送體6將其收容在盒載置臺4上的盒C內。然后，在另一個處理裝置中，通過光刻法將基板W上的CF絕緣膜I圖案化后，以規定的圖案形成導電膜、保護膜等，由此制造出半導體裝置。
根據以上的實施方式，在基板W上形成CF絕緣膜I后，一邊維持水分不與該CF絕緣膜I接觸，一邊使活性種以高速與CF絕緣膜I的表面碰撞，使氟原子從CF絕緣膜I的表面脫離。結果，在CF絕緣膜I的表面露出的氟原子消失，以后，氟原子與水分子不會進行反應。因此，可以防止從CF絕緣膜I放出氟化氫氣體，不會發生例如半導體裝置內的其它層的膜破損并剝離。另外，也不會發生CF絕緣膜I的表面劣化從而CF絕緣膜I的介電常數上升。此外，在以上的實施方式中，在絕緣膜處理裝置34中，使用氪氣作為生成等離子體的氣體，但是也可以使用作為其它稀有氣體的氦氣、氙氣、和氬氣，也可以使用氮氣。
在以上的實施方式中，通過使在稀有氣體或氮氣的等離子體中生成的活性種積極地與CF絕緣膜I碰撞，使CF絕緣膜I表面的氟原子脫離。取而代之，也可以通過使形成有CF絕緣膜I的基板W暴露在由稀有氣體或氮氣生成的等離子體中從而使氟原子脫離。
在該情況下，在圖4的絕緣膜處理裝置34中，從噴淋板111供給例如作為稀有氣體的氪氣。然后，通過由RLSA113供給微波，使氪氣等離子體化，在處理容器100內形成高密度，例如電子溫度為2eV以下、電子密度為1×1011個/cm3以上的等離子體空間。通過將基板W暴露于該高密度的等離子體空間，利用例如氪離子本身的能量、或從氪離子返回到氪氣時放出的光子能量，使在基板W上的CF絕緣膜I的表面露出的氟原子脫離。在該情況下，由于使用激發能量高的氪氣，所以能夠在短時間內高效率地使氟原子脫離。此外，在該例子中，作為生成等離子體的氣體，也可以使用氪氣以外的其它稀有氣體，例如氙氣或氬氣，也可以使用氮氣。
也可以代替以上的實施方式中所述的氟原子的脫離方法，對形成有CF絕緣膜I的基板W照射電子射線，使氟原子脫離。
在該情況下，例如使用圖6所示的絕緣膜處理裝置150代替圖4的絕緣膜處理裝置34。該絕緣膜形成裝置150具有能夠封閉的處理容器151。在處理容器151的底部中央，設置有載置臺152。在處理容器151上部與載置臺152相對的位置，安裝有多個電子射線照射器153。這些照射器153配置成能夠對例如被載置在載置臺152上的基板W的表面均勻地照射電子射線。通過由設置在處理容器151外部的高壓電源154施加高電壓，電子射線照射器153能夠照射電子射線。此外，能夠通過例如控制高壓電源154的動作的控制部155來調整電子射線的照射量。
在處理容器151的底部，設置有用于對處理容器151內的氣氛進行排氣的排氣口156。與渦輪分子泵等排氣裝置157連通的排氣管158與排氣口156連接。通過從該排氣口156排氣，可以將處理容器151內減壓到規定的壓力，將處理容器151內維持為不含水分的減壓氣氛。
于是，在使氟原子脫離時，通過從排氣口156排氣，預先將處理容器151內維持為干燥氣氛，然后將基板W搬入到該處理容器151內。被搬入的基板W被載置在載置臺152上，然后，從電子射線照射器153對基板W上的CF絕緣膜I照射電子射線。利用該電子射線的能量，將在CF絕緣膜I的表面露出的氟原子與碳原子斷開并使其脫離。在該情況下，通過照射高能的電子射線，能夠高效率地使氟原子脫離。另外，由于電子射線透射到CF絕緣膜I的內部，所以在CF絕緣膜I的內部，未結合而以不穩定的狀態存在的氟原子也被脫離，可以提高CF絕緣膜I本身的膜質。
此外，根據該例子，對CF絕緣膜I的表面照射電子射線，但也可以代替電子射線而照射紫外線。在該情況下，在圖6所示的絕緣膜處理裝置150中，設置有紫外線照射器160以代替電子射線照射器153。對CF絕緣膜I照射紫外線時，也可以利用高能的紫外線高效率地進行氟原子的脫離。另外，也可以使在CF絕緣膜I內部以不穩定的狀態存在的氟原子脫離。
在以上的實施方式中，通過使在CF絕緣膜I的表面上露出的氟原子脫離，來防止氟原子與水分子的反應。取而代之，也可以通過在基板W上形成的CF絕緣膜上形成用于防止水分接觸的防護膜，來防止氟原子與水分子的反應。
在這種情況下，如圖7所示，使用代替圖1所示的處理系統1的絕緣膜處理裝置34、35而設置有用于形成防護膜的絕緣膜處理裝置170、171的基板處理系統1′。作為絕緣膜處理裝置170、171，使用利用等離子體進行成膜的等離子體CVD裝置。
如圖8所示，絕緣膜處理裝置170分別具有第一、第二和第三氣體供給源202、203、204以及原料氣體供給源215，以代替圖2所示的氣體供給源71和原料氣體供給源84。絕緣膜處理裝置170的其它結構與圖2所示的絕緣膜形成裝置32實質上是同樣的。
在本實施方式中，例如為了在基板W上形成由SiN構成的防護膜，在第一氣體供給源202中封入有氫氣，在第二氣體供給源203中封入有氬氣，在第三氣體供給源204中封入有氮氣。另外，在原料氣體供給源215中封入有作為原料氣體的硅烷氣體。
此外，關于絕緣膜處理裝置171的結構，由于與絕緣膜處理裝置170相同，所以省略說明。
在像以上那樣構成的基板處理系統1′中，首先與上述實施方式同樣地在絕緣膜形成裝置32或33中在基板W的表面上形成CF絕緣膜I。然后，一邊維持CF絕緣膜I不與水分接觸，一邊通過搬送路8將基板W搬送到絕緣膜處理裝置170或171、例如絕緣膜處理裝置170內。絕緣膜處理裝置170內通過從排氣口90排氣而預先減壓，維持為干燥氣氛。被搬送到絕緣膜處理裝置170內的基板W被載置在載置臺51上。
利用載置臺51內的加熱器54將基板W維持在例如350℃左右。從氣體供給口70向等離子體激發區域R1供給氬氣、氫氣和氮氣的混合氣體。從RLSA 62向正下方的等離子體激發區域R1發射2.45GHz的微波，將等離子體激發區域R1內的混合氣體等離子體化。
通過偏壓用高頻電源53向載置臺51施加負的電壓，等離子體激發區域R1內的等離子體通過原料氣體供給結構體80而擴散到等離子體擴散區域R2內。從原料氣體供給口83向等離子體擴散區域R2供給硅烷氣體，該硅烷氣體被從等離子體激發區域R1擴散的等離子體活化。通過該硅烷氣體和氮氣的自由基等，SiN在基板W的CF絕緣膜I的表面上堆積生長。這樣，如圖9所示，在CF絕緣膜I上，形成由小于200、優選小于100、例如30～90左右的厚度的SiN膜(氮化硅膜)構成的防護膜D。
根據本實施方式，不與水分接觸地將形成有CF絕緣膜I的基板W搬送至絕緣膜處理裝置170，在處理裝置170中，可以在CF絕緣膜I的表面上形成由SiN構成的防護膜D。因此，可以防止在CF絕緣膜I的表面上露出的氟原子與水分子發生反應。結果，不會從CF絕緣膜I放出氟化氫氣體，可以防止例如半導體裝置內的其它膜因該氟化氫氣體而破損并剝離。另外，可以防止CF絕緣膜I本身因與水分子的反應而變質從而導致介電常數上升。而且，由于在CF絕緣膜I上形成有厚度小于200的由SiN構成的防護膜D，所以可以維持包括CF絕緣膜I與防護膜D的膜整體的絕緣性。
防護膜D的材料不限于SiN，也可以使用無定形碳、SiCN、SiC、SiCO或CN等介電常數低的其它材料。在此，無定形碳包含加氫無定形碳。在使用這些無定形碳、SiCN、SiC、SiCO或CN材料的情況下，由于介電常數低于SiN，所以可以進一步加厚防護膜D的厚度，能夠更簡單地進行防護膜D的成膜。例如，在防護膜D的材料為無定形碳、SiCN、SiC、SiCO、CN的情況下，優選為5～500左右的厚度。另外，形成防護膜D的絕緣膜處理裝置也可以是利用電子回旋加速器共振的等離子體CVD裝置、濺射裝置、ICP等離子體裝置或平行平板型等離子體裝置等其它成膜裝置。
此外，也可以像前面的實施方式(圖1～圖6)那樣使氟原子從基板W上的CF絕緣膜的表面脫離后，直接使該CF絕緣膜表面的碳氮化。在該情況下，CF絕緣膜的表面發揮作為防護膜的功能。
另外，也可以在像前面的實施方式(圖1～圖6)那樣使氟原子從基板W上的CF絕緣膜I的表面脫離后，在CF絕緣膜I上形成防護膜D。這樣，可以更可靠地防止CF絕緣膜I表面的氟原子與水分子的反應。
圖11a～圖11c表示用于確認根據前面的實施方式(圖1～圖5)進行處理后的CF絕緣膜的性狀的實驗結果。其中，圖11a表示利用TDS(升溫脫離氣體分析法thermal desorption spectroscopy)測定CF絕緣膜形成后未進行任何處理的比較例的基板的結果，圖11b表示利用TDS測定CF絕緣膜形成后在Ar等離子體中暴露5秒鐘的實施例的基板的結果，圖11c表示利用TDS測定CF絕緣膜形成后在N2等離子體中暴露5秒鐘的實施例的基板的結果。
從這些圖可以看出，通過將CF絕緣膜暴露于等離子體，來自膜中的(特別是F的)脫氣減少。在這些圖中僅表示出代表性的脫氣成分，但是實際上也觀測到由于暴露于等離子體而引起的C、CF、CF2、SiF3等成分的減少。這意味著在對CF絕緣膜形成后的基板進行退火處理時來自CF絕緣膜的脫氣量減少。因而，可以防止在CF絕緣膜與疊層于其上的阻擋層、配線層、保護層等的界面上產生空隙，并且關系到維持兩者間的良好的密合性。
此外，在以上所述中，對本發明的實施方式的幾個例子進行了說明，但是本發明不限于這些例子，可以采用各種方式。例如，在以上的實施方式中，形成有CF絕緣膜I的基板W用于作為半導體裝置的半導體裝置，但是也可以用于其它電子裝置，例如液晶顯示裝置、有機EL元件。
產業上的可利用性本發明在半導體裝置、液晶顯示裝置、有機EL元件等電子裝置的制造中，在電子裝置用基板的表面上形成由加氟碳構成的優質的絕緣膜時是有用的。
權利要求
1.一種電子裝置用基板的處理方法，其特征在于包括準備電子裝置用的基板的工序；在該基板的表面上形成由加氟碳構成的絕緣膜的工序；和使在所述絕緣膜的表面上露出的氟原子從該絕緣膜脫離的工序，至少從所述形成絕緣膜的工序之后直到所述使氟原子脫離的工序結束的期間，維持所述基板不與水分接觸。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述使氟原子脫離的工序通過使在稀有氣體或氮氣的等離子體中生成的活性種與所述絕緣膜的表面碰撞而進行。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述使氟原子脫離的工序通過使所述基板暴露在由稀有氣體或氮氣生成的等離子體中而進行。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于所述稀有氣體選自氬氣、氙氣和氪氣。
5.如權利要求3所述的方法，其特征在于所述使氟原子脫離的工序，在電子溫度2eV以下、電子密度1×1011個/cm3以上的等離子體空間內進行。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述使氟原子脫離的工序，通過向所述絕緣膜的表面照射電子射線而進行。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述使氟原子脫離的工序，通過向所述絕緣膜的表面照射紫外線而進行。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于在所述使氟原子脫離的工序之后，還包括在所述絕緣膜上形成用于防止水分與該絕緣膜的表面接觸的防護膜的工序。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于所述防護膜的材料選自無定形碳、SiN、SiCN、SiC、SiCO和CN。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于所述防護膜具有小于200的厚度。
11.一種電子裝置用基板的處理方法，其特征在于，包括準備電子裝置用的基板的工序；在該基板的表面上形成由加氟碳構成的絕緣膜的工序；和在所述絕緣膜上形成用于防止水分與該絕緣膜的表面接觸的防護膜的工序。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于從所述形成絕緣膜的工序之后直到所述形成防護膜的工序結束的期間，維持基板不與水分接觸。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于所述防護膜的材料選自無定形碳、SiN、SiCN、SiC、SiCO和CN。
14.如權利要求11所述的方法，其特征在于所述防護膜具有小于200的厚度。
15.一種電子裝置用基板，其特征在于在其表面上形成由加氟碳構成的絕緣膜，并且在該絕緣膜上形成有用于防止水分與該絕緣膜的表面接觸的防護膜。
16.如權利要求15所述的基板，其特征在于所述防護膜的材料選自無定形碳、SiN、SiCN、SiC、SiCO和CN。
17.如權利要求15所述的基板，其特征在于所述防護膜具有小于200的厚度。
全文摘要
本發明涉及半導體裝置等電子裝置用基板及其處理方法。在該基板的處理方法中，首先，準備電子裝置用基板，在該基板的表面上形成由加氟碳(CF)構成的絕緣膜(I)。接著，通過使在例如氪(Kr)氣的等離子體中生成的活性種(Kr
文檔編號H01L21/314GK1943021SQ200580011029
公開日2007年4月4日 申請日期2005年5月10日 優先權日2004年5月11日
發明者小林保男, 川村剛平 申請人:東京毅力科創株式會社