JP2000021868A - 半導体製造装置およびポリイミド膜の形成方法 - Google Patents
半導体製造装置およびポリイミド膜の形成方法Info
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Landscapes
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 層間絶縁膜用の高分子膜を効率よく形成
するための半導体製造装置およびポリイミド膜を高い成
膜速度で形成するための方法の開発。 【解決手段】 半導体製造装置において、蒸着重合室に
蒸着重合する際のウエハーの表面を冷却するための手段
を設ける。かかる装置を用いて、ウエハー上に原料モノ
マーを蒸着重合せしめてポリイミド膜を形成するに際
し、該ウエハーの表面温度を３０℃より低くして蒸着重
合し、成膜する。
するための半導体製造装置およびポリイミド膜を高い成
膜速度で形成するための方法の開発。 【解決手段】 半導体製造装置において、蒸着重合室に
蒸着重合する際のウエハーの表面を冷却するための手段
を設ける。かかる装置を用いて、ウエハー上に原料モノ
マーを蒸着重合せしめてポリイミド膜を形成するに際
し、該ウエハーの表面温度を３０℃より低くして蒸着重
合し、成膜する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子内の層
間絶縁膜を蒸着重合により形成するための半導体製造装
置およびこの装置を用いるポリイミド膜の形成方法に関
する。
間絶縁膜を蒸着重合により形成するための半導体製造装
置およびこの装置を用いるポリイミド膜の形成方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】最近、ＬＳＩの高集積化の進展により層
間絶縁膜の低比誘電率化が大きな課題とされており、比
誘電率が４以下の層間絶縁膜が要求されるようになって
いる。例えば、低誘電率を満足させる材料としてフッ素
化ポリイミドを用いることが提案されており、蒸着重合
法により従来のＣＶＤ法に近い成膜装置で低誘電率のポ
リイミドをコーティングできるようになった。本発明者
等は、蒸着重合で作製した様々なフッ素化ポリイミド材
料が２．５以下の比誘電率を有することを見いだしてい
る。
間絶縁膜の低比誘電率化が大きな課題とされており、比
誘電率が４以下の層間絶縁膜が要求されるようになって
いる。例えば、低誘電率を満足させる材料としてフッ素
化ポリイミドを用いることが提案されており、蒸着重合
法により従来のＣＶＤ法に近い成膜装置で低誘電率のポ
リイミドをコーティングできるようになった。本発明者
等は、蒸着重合で作製した様々なフッ素化ポリイミド材
料が２．５以下の比誘電率を有することを見いだしてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来技術においては、次のような問題があった。すなわ
ち、蒸着重合法に用いるモノマーのうちジアミン成分の
蒸気圧が高く、そのため基板への付着確率が小さく、成
膜速度を大きくできないということである。なお、ジア
ミン成分の酸無水物成分との反応性が高ければ、蒸気圧
の低い酸無水物成分が基板に付着したとき、ジアミン成
分との反応が起こるので、ジアミン成分の蒸気圧が高く
ても成膜は容易であるが、フッ素化ジアミン成分のよう
な場合は、フッ素化していないジアミン成分に比べ反応
性が低いため、成模速度はジアミン成分の付着確率に依
存してしまう。
従来技術においては、次のような問題があった。すなわ
ち、蒸着重合法に用いるモノマーのうちジアミン成分の
蒸気圧が高く、そのため基板への付着確率が小さく、成
膜速度を大きくできないということである。なお、ジア
ミン成分の酸無水物成分との反応性が高ければ、蒸気圧
の低い酸無水物成分が基板に付着したとき、ジアミン成
分との反応が起こるので、ジアミン成分の蒸気圧が高く
ても成膜は容易であるが、フッ素化ジアミン成分のよう
な場合は、フッ素化していないジアミン成分に比べ反応
性が低いため、成模速度はジアミン成分の付着確率に依
存してしまう。
【０００４】本発明は、このような従来の技術の問題点
を解決するためになされたものであり、層間絶縁膜用の
高分子膜を効率よく形成するための半導体製造装置およ
びこの装置を用いて半導体素子内の層間絶縁膜用のポリ
イミド膜を高い成膜速度で形成するための方法を提供す
ることを目的とするものである。
を解決するためになされたものであり、層間絶縁膜用の
高分子膜を効率よく形成するための半導体製造装置およ
びこの装置を用いて半導体素子内の層間絶縁膜用のポリ
イミド膜を高い成膜速度で形成するための方法を提供す
ることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
を解決すベく鋭意研究を重ねた結果、基板の表面温度を
低くすることにより、従来に比べ数倍以上高い成膜速度
が得られることを見いだし、本発明を完成するに至っ
た。
を解決すベく鋭意研究を重ねた結果、基板の表面温度を
低くすることにより、従来に比べ数倍以上高い成膜速度
が得られることを見いだし、本発明を完成するに至っ
た。
【０００６】本発明の半導体製造装置は、ウエハーの出
し入れのための室とウエハーの搬送用ロボットを備えた
コア室と複数の半導体製造プロセス室とからなり、該プ
ロセス室の少なくとも一室が蒸着重合用原料モノマーの
蒸発源を有する蒸着重合室である枚葉式の半導体製造装
置において、該蒸着重合室が該ウエハーの表面温度を３
０℃より低く冷却する手段を備えている。この半導体製
造装置において、該蒸発源から該蒸着重合室へ導入され
る該原料モノマーの供給量を制御するための気体流量コ
ントローラーが該蒸着重合室と該原料モノマー蒸発源と
の間に設けられていてもよい。
し入れのための室とウエハーの搬送用ロボットを備えた
コア室と複数の半導体製造プロセス室とからなり、該プ
ロセス室の少なくとも一室が蒸着重合用原料モノマーの
蒸発源を有する蒸着重合室である枚葉式の半導体製造装
置において、該蒸着重合室が該ウエハーの表面温度を３
０℃より低く冷却する手段を備えている。この半導体製
造装置において、該蒸発源から該蒸着重合室へ導入され
る該原料モノマーの供給量を制御するための気体流量コ
ントローラーが該蒸着重合室と該原料モノマー蒸発源と
の間に設けられていてもよい。
【０００７】また、本発明のポリイミド膜の形成方法
は、上記半導体製造装置を用いてポリイミド膜を形成す
る方法において、該蒸着重合室内で、該ウエハー上に該
原料モノマーを蒸着重合せしめてポリイミド膜を形成す
るに際し、該ウエハーの表面温度を３０℃より低く、好
ましくは２５℃以下にして蒸着重合を行い、該ウエハー
上にポリイミド膜を形成することからなる。この方法は
また、該蒸着重合室内で、該ウエハー上に該原料モノマ
ーを蒸着重合せしめてポリイミド膜を形成するに際し、
該蒸着重合室と該原料モノマー蒸発源との間に設けてあ
る気体流量コントローラーによって、該蒸発源で気化さ
れた該原料モノマーの供給量を制御して該蒸着重合室へ
導入し、該蒸着重合室内のウエハーの表面温度を３０℃
より低く、好ましくは２５℃以下にして蒸着重合を行っ
てもよい。
は、上記半導体製造装置を用いてポリイミド膜を形成す
る方法において、該蒸着重合室内で、該ウエハー上に該
原料モノマーを蒸着重合せしめてポリイミド膜を形成す
るに際し、該ウエハーの表面温度を３０℃より低く、好
ましくは２５℃以下にして蒸着重合を行い、該ウエハー
上にポリイミド膜を形成することからなる。この方法は
また、該蒸着重合室内で、該ウエハー上に該原料モノマ
ーを蒸着重合せしめてポリイミド膜を形成するに際し、
該蒸着重合室と該原料モノマー蒸発源との間に設けてあ
る気体流量コントローラーによって、該蒸発源で気化さ
れた該原料モノマーの供給量を制御して該蒸着重合室へ
導入し、該蒸着重合室内のウエハーの表面温度を３０℃
より低く、好ましくは２５℃以下にして蒸着重合を行っ
てもよい。
【０００８】本発明で用いる前記原料モノマーのうちジ
アミンモノマー成分としては、例えばＴＦＤＢ、１６Ｆ
ＰＤ、１３ＦＰＤ、４ＦＭＰＤ、１７ＦＭＰＤ（ＴＦＤ
Ｂ：２，２′-ビス（トリフロロメヂル）５-４，４′ジ
アミノビフェニル、４ＦＭＰＤ：テトラフロロ-ｍ-フェ
ニレンジアミン、８ＦＯＤＡ：ビス（２，３，５，６-
テトラフロロ-４-アミノフェニル）エーテル、１６ＦＰ
Ｄ：４，４′-ビス（４-テトラフロロアミノフェノキ
シ）オクタフロロビフェニル、１３ＦＰＰＤ：２，５-
ジアミノトリデカンフロロ-ｎ-ヘキシルベンゼン、また
は１７ＦＭＰＤ：５-（パ-フロロノネニルオキシ）-
１，３-ジアミノベンゼン）を挙げることができる。ま
た、前記原料モノマーのうち酸無水物モノマー成分とし
ては、例えばＰ２ＦＤＡ、Ｐ６ＦＤＡ、６ＦＤＡ、１０
ＦＥＤＡ（１０ＦＥＤＡ：４，４-ビス［３，４-ジカル
ボキシリトリフロロフェノキシ］テトラフロロベンゼン
二無水物、Ｐ２ＦＤＡ：１，４-ジフロロ-２，３，５，
６-ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、Ｐ６ＦＤＡ：
１，４-ビス（フロロメチル-２，３，５，６-ベンゼン
テトラカルボン酸二無水物）を挙げることができる。
アミンモノマー成分としては、例えばＴＦＤＢ、１６Ｆ
ＰＤ、１３ＦＰＤ、４ＦＭＰＤ、１７ＦＭＰＤ（ＴＦＤ
Ｂ：２，２′-ビス（トリフロロメヂル）５-４，４′ジ
アミノビフェニル、４ＦＭＰＤ：テトラフロロ-ｍ-フェ
ニレンジアミン、８ＦＯＤＡ：ビス（２，３，５，６-
テトラフロロ-４-アミノフェニル）エーテル、１６ＦＰ
Ｄ：４，４′-ビス（４-テトラフロロアミノフェノキ
シ）オクタフロロビフェニル、１３ＦＰＰＤ：２，５-
ジアミノトリデカンフロロ-ｎ-ヘキシルベンゼン、また
は１７ＦＭＰＤ：５-（パ-フロロノネニルオキシ）-
１，３-ジアミノベンゼン）を挙げることができる。ま
た、前記原料モノマーのうち酸無水物モノマー成分とし
ては、例えばＰ２ＦＤＡ、Ｐ６ＦＤＡ、６ＦＤＡ、１０
ＦＥＤＡ（１０ＦＥＤＡ：４，４-ビス［３，４-ジカル
ボキシリトリフロロフェノキシ］テトラフロロベンゼン
二無水物、Ｐ２ＦＤＡ：１，４-ジフロロ-２，３，５，
６-ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、Ｐ６ＦＤＡ：
１，４-ビス（フロロメチル-２，３，５，６-ベンゼン
テトラカルボン酸二無水物）を挙げることができる。
【０００９】上記蒸着重合の条件は、一般に、高真空中
（１×１０-3Ｐａ）で両モノマーの組成比が化学量論比
になるよう加熱蒸着するものである。ただし、基板温度
はモノマーの種類により異なる。
（１×１０-3Ｐａ）で両モノマーの組成比が化学量論比
になるよう加熱蒸着するものである。ただし、基板温度
はモノマーの種類により異なる。
【００１０】なお、蒸着重合による成膜プロセスにおい
ては、一般に、原料モノマーの反応性と蒸気圧とが成膜
に大きく影響する。反応性が低いモノマー同士の組み合
わせでは、基板温度を上げれば、モノマーの反応律速条
件で重合が起こり成膜するので、各モノマーの蒸着重合
室への導入量を精密に制御する必要はない。しかし、反
応性が高く、かつ蒸気圧の低いモノマー同士の組み合わ
せでは、モノマーの供給律速条件で重合が起こり成膜す
るので、各モノマーの蒸着重合室への導入量を精密に制
御することが必要になる。２種以上のモノマーを使う蒸
着重合では、各モノマーの組成比が１：１に近いほど、
得られる重合体材料の耐熱性、機械的特性、電気的特性
等の物性は向上するが、逆に、組成比がずれるほど物性
は低下する。従来の方法では、モノマー供給量と気化温
度のみで各モノマーの蒸着重合室への導入量を制御して
いただけなので、この方法では精密な制御ができ難く、
かくして得られた膜の特性がばらつくという欠点があっ
た。しかし、好ましくは、気体流量コントローラーを用
いて各モノマーの蒸着重合室への導入量を精密に制御す
れば、得られる膜の物性のばらつきは極めて小さくな
る。例えば、気体流量コントローラーを使用しないで成
膜した膜の物性値のばらつきは平均値±１０％程度であ
るが、気体流量コントローラーを使用して成膜した膜の
物性値のばらつきは平均値±３％程度のように低くなる
と共に、物性値自体も５〜１０％向上する。
ては、一般に、原料モノマーの反応性と蒸気圧とが成膜
に大きく影響する。反応性が低いモノマー同士の組み合
わせでは、基板温度を上げれば、モノマーの反応律速条
件で重合が起こり成膜するので、各モノマーの蒸着重合
室への導入量を精密に制御する必要はない。しかし、反
応性が高く、かつ蒸気圧の低いモノマー同士の組み合わ
せでは、モノマーの供給律速条件で重合が起こり成膜す
るので、各モノマーの蒸着重合室への導入量を精密に制
御することが必要になる。２種以上のモノマーを使う蒸
着重合では、各モノマーの組成比が１：１に近いほど、
得られる重合体材料の耐熱性、機械的特性、電気的特性
等の物性は向上するが、逆に、組成比がずれるほど物性
は低下する。従来の方法では、モノマー供給量と気化温
度のみで各モノマーの蒸着重合室への導入量を制御して
いただけなので、この方法では精密な制御ができ難く、
かくして得られた膜の特性がばらつくという欠点があっ
た。しかし、好ましくは、気体流量コントローラーを用
いて各モノマーの蒸着重合室への導入量を精密に制御す
れば、得られる膜の物性のばらつきは極めて小さくな
る。例えば、気体流量コントローラーを使用しないで成
膜した膜の物性値のばらつきは平均値±１０％程度であ
るが、気体流量コントローラーを使用して成膜した膜の
物性値のばらつきは平均値±３％程度のように低くなる
と共に、物性値自体も５〜１０％向上する。
【００１１】さらに、上記した蒸着重合を実施した場合
に、蒸発したモノマーや反応して生成した重合膜やこれ
らの混合膜が蒸着重合室の内壁面に付着し、成膜操作を
繰り返すにつれて目的とする膜の物性が不安定になるこ
とがある。この場合、成膜毎に蒸着重合室内に付着した
モノマーや高分子膜等を酸素プラズマによりクリーニン
グすれば、ダストの発生がなく安定した半導体素子が得
られる。そのためには、蒸着重合室内に酸素の導入およ
び放電が可能な電極またはアンテナを設ければよい。例
えば、蒸着重合室に、クリーニングガスとして酸素また
は酸素を含むガスを導入するためのガス導入口を設け、
かつ装置内部に放電のためのプラズマ用電極を有する構
造（ＲＦまたはＤＣ放電）を設け、あるいはまた放電の
ために、蒸着重合室の内側の壁面に石英製の棒着板を配
置し、その棒着板の外側の壁面にアンテナを有する（ヘ
リコンプラズマ）構造または該蒸着重合室の外側に磁石
を配置した構造（ＮＬＤ放電）としてもよい。酸素プラ
ズマの条件は、例えば、酸素流量：約２００ｓｃｃｍ、
時間：６０秒/膜厚１μｍ、圧力：０．０５〜１．０Ｔ
ｏｒｒ、ＲＷパワー：１００〜２００Ｗであるのが望ま
しく、この放電が蒸着重合室全体に行き渡るようにする
ためには、円形の電極を蒸着重合室から５０ｍｍ以内に
なるように設置するのが望ましい。また、この蒸着重合
室はヒーターまたは温媒によって１５０℃以上に加熱可
能なように構成し、これによりかかる膜が該室の内壁面
に付着し難いようにする。
に、蒸発したモノマーや反応して生成した重合膜やこれ
らの混合膜が蒸着重合室の内壁面に付着し、成膜操作を
繰り返すにつれて目的とする膜の物性が不安定になるこ
とがある。この場合、成膜毎に蒸着重合室内に付着した
モノマーや高分子膜等を酸素プラズマによりクリーニン
グすれば、ダストの発生がなく安定した半導体素子が得
られる。そのためには、蒸着重合室内に酸素の導入およ
び放電が可能な電極またはアンテナを設ければよい。例
えば、蒸着重合室に、クリーニングガスとして酸素また
は酸素を含むガスを導入するためのガス導入口を設け、
かつ装置内部に放電のためのプラズマ用電極を有する構
造（ＲＦまたはＤＣ放電）を設け、あるいはまた放電の
ために、蒸着重合室の内側の壁面に石英製の棒着板を配
置し、その棒着板の外側の壁面にアンテナを有する（ヘ
リコンプラズマ）構造または該蒸着重合室の外側に磁石
を配置した構造（ＮＬＤ放電）としてもよい。酸素プラ
ズマの条件は、例えば、酸素流量：約２００ｓｃｃｍ、
時間：６０秒/膜厚１μｍ、圧力：０．０５〜１．０Ｔ
ｏｒｒ、ＲＷパワー：１００〜２００Ｗであるのが望ま
しく、この放電が蒸着重合室全体に行き渡るようにする
ためには、円形の電極を蒸着重合室から５０ｍｍ以内に
なるように設置するのが望ましい。また、この蒸着重合
室はヒーターまたは温媒によって１５０℃以上に加熱可
能なように構成し、これによりかかる膜が該室の内壁面
に付着し難いようにする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の
半導体製造装置の一例の概略構成を示すものであり、図
２は図１の一部を構成する蒸着重合室の一例の概略構成
を示すものであり、図３は図１の一部を構成する蒸着重
合室の別の一例の概略構成を示すものである。
態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の
半導体製造装置の一例の概略構成を示すものであり、図
２は図１の一部を構成する蒸着重合室の一例の概略構成
を示すものであり、図３は図１の一部を構成する蒸着重
合室の別の一例の概略構成を示すものである。
【００１３】図１に示すように、この装置においては、
シリコン基板等の基板の搬送用ロボットが組み込まれた
コア室１、シリコン基板等の基板のＬ／ＵＬ室２、蒸着
重合室（第１室）３、加熱処理室（第２室）４、および
アルミスパッタ室（第３室）５が設けられており、コア
室１を中心として、このコア室にＬ／ＵＬ室２、第１室
３、第２室４、および第３室５がそれぞれ、ゲートバル
ブ７を介して連結されるように構成されている。なお、
これらの室は、真空ポンプ等の真空排気系（図示せず）
に連結されている。コア室１に設けられた既知の基板搬
送用ロボットは、基板を、コア室を軸にしてＬ／ＵＬ室
２、蒸着重合室３、加熱処理室４、アルミスパッタ室５
等からまたこれらの各室に搬入・搬出可能なように設定
されており、Ｌ／ＵＬ室からこれらの各室にまたこれら
の室相互間で自由に搬送可能なようになっている。
シリコン基板等の基板の搬送用ロボットが組み込まれた
コア室１、シリコン基板等の基板のＬ／ＵＬ室２、蒸着
重合室（第１室）３、加熱処理室（第２室）４、および
アルミスパッタ室（第３室）５が設けられており、コア
室１を中心として、このコア室にＬ／ＵＬ室２、第１室
３、第２室４、および第３室５がそれぞれ、ゲートバル
ブ７を介して連結されるように構成されている。なお、
これらの室は、真空ポンプ等の真空排気系（図示せず）
に連結されている。コア室１に設けられた既知の基板搬
送用ロボットは、基板を、コア室を軸にしてＬ／ＵＬ室
２、蒸着重合室３、加熱処理室４、アルミスパッタ室５
等からまたこれらの各室に搬入・搬出可能なように設定
されており、Ｌ／ＵＬ室からこれらの各室にまたこれら
の室相互間で自由に搬送可能なようになっている。
【００１４】また、図２および３に示すように、蒸着重
合室３には、２種類の原料モノマーＡ、Ｂの供給源が気
化（蒸発）器１１ａ、１１ｂと所望により気体流量コン
トローラー１２ａ、１２ｂ（図３）を介して配置されて
おり、蒸着重合室へ気化された原料モノマーを導入でき
るようになっている。各モノマー供給源のハウジング１
３ａ、１３ｂにはそれぞれ、モノマーＡ、Ｂのモノマー
容器１４ａ、１４ｂが設けられ、また各容器の周りには
それぞれに各モノマーを加熱するためのヒーターのよう
な気化用熱源１５ａ、１５ｂが設けられている。供給源
（気化器１１ａ、１１ｂ）、随時気体流量コントローラ
ー１２ａ、１２ｂ、および蒸着重合室３を連結し、かつ
蒸着重合室へ各モノマーを導入するための導入管１６
ａ、１６ｂは、ヒーター等の熱源Ｈで温度制御可能なよ
うになっている。また、導入管１６ａ、１６ｂの蒸着重
合室３への連結部と基板支え部材１７上に載置された基
板１８との間には、各モノマーが基板上に均一に供給で
きるようにするためヒーター等の熱源Ｈにより保温され
たモノマー混合槽１９が配置されている。
合室３には、２種類の原料モノマーＡ、Ｂの供給源が気
化（蒸発）器１１ａ、１１ｂと所望により気体流量コン
トローラー１２ａ、１２ｂ（図３）を介して配置されて
おり、蒸着重合室へ気化された原料モノマーを導入でき
るようになっている。各モノマー供給源のハウジング１
３ａ、１３ｂにはそれぞれ、モノマーＡ、Ｂのモノマー
容器１４ａ、１４ｂが設けられ、また各容器の周りには
それぞれに各モノマーを加熱するためのヒーターのよう
な気化用熱源１５ａ、１５ｂが設けられている。供給源
（気化器１１ａ、１１ｂ）、随時気体流量コントローラ
ー１２ａ、１２ｂ、および蒸着重合室３を連結し、かつ
蒸着重合室へ各モノマーを導入するための導入管１６
ａ、１６ｂは、ヒーター等の熱源Ｈで温度制御可能なよ
うになっている。また、導入管１６ａ、１６ｂの蒸着重
合室３への連結部と基板支え部材１７上に載置された基
板１８との間には、各モノマーが基板上に均一に供給で
きるようにするためヒーター等の熱源Ｈにより保温され
たモノマー混合槽１９が配置されている。
【００１５】各導入管１６ａ、１６ｂの管路の途中には
バルブ２０ａ、２０ｂが配置されており、蒸着重合膜形
成時にこれらのバルブを開閉することにより膜厚を制御
できる。基板支え部材１７は冷媒系（図示せず）に連結
され、基板１８の表面がこの冷媒手段によって所定の温
度に冷却可能なようになっている。
バルブ２０ａ、２０ｂが配置されており、蒸着重合膜形
成時にこれらのバルブを開閉することにより膜厚を制御
できる。基板支え部材１７は冷媒系（図示せず）に連結
され、基板１８の表面がこの冷媒手段によって所定の温
度に冷却可能なようになっている。
【００１６】上記装置を用いて基板１８上に層間絶縁膜
を成膜する場合には、基板をコア室１を経由してＬ／Ｕ
Ｌ室２から蒸着重合室３へ移動した後バルブ２０ａ、２
０ｂを開け、所定の時間の間成膜プロセスを実施し、次
いでバルブ２０ａ、２０ｂを閉め、基板を加熱処理室４
に搬送する。この加熱処理室内で、所定の条件下熱処理
を行う。一般に、熱処理は、昇温速度１０℃／分で４０
０℃まで加熱し、１時間この温度に保持し、最後に自然
冷却するようにして行われる。雰囲気としては、高真空
中または不活性ガス中のような条件下で行われる。ま
た、必要に応じ、基板をアルミスパッタ５室へ搬送し
て、一般に、Ａｒ：１０００ｓｃｃｍ、１×１０-2Ｐ
ａ、ＲＦパワー：２ＫＷ、基板バイアスなし、成膜速度
（ｒａｔｅ）：５０Å／ｓｅｃ、膜厚：２００ｎｍのよ
うな条件下でアルミ電極を成膜することもできる。
を成膜する場合には、基板をコア室１を経由してＬ／Ｕ
Ｌ室２から蒸着重合室３へ移動した後バルブ２０ａ、２
０ｂを開け、所定の時間の間成膜プロセスを実施し、次
いでバルブ２０ａ、２０ｂを閉め、基板を加熱処理室４
に搬送する。この加熱処理室内で、所定の条件下熱処理
を行う。一般に、熱処理は、昇温速度１０℃／分で４０
０℃まで加熱し、１時間この温度に保持し、最後に自然
冷却するようにして行われる。雰囲気としては、高真空
中または不活性ガス中のような条件下で行われる。ま
た、必要に応じ、基板をアルミスパッタ５室へ搬送し
て、一般に、Ａｒ：１０００ｓｃｃｍ、１×１０-2Ｐ
ａ、ＲＦパワー：２ＫＷ、基板バイアスなし、成膜速度
（ｒａｔｅ）：５０Å／ｓｅｃ、膜厚：２００ｎｍのよ
うな条件下でアルミ電極を成膜することもできる。
【００１７】以下、本発明の装置を用いてポリイミド膜
からなる半導体素子の層間絶縁膜を形成する工程の一つ
の実施の形態を示す。
からなる半導体素子の層間絶縁膜を形成する工程の一つ
の実施の形態を示す。
【００１８】まず、ポリイミド膜を形成するための半導
体基板として、基板表面に形成され、かつ所定の位置に
窓開けがされたシリコン熱酸化膜と、その上に成膜され
かつパターニングが施された第１層目の配線とを有す
る、例えばＳｉからなる基板を用意する。この基板の表
面に、上述の蒸着法によってポリイミド膜を所望の厚み
に全面成膜して層間絶縁膜を形成する。次いで、この層
間絶縁膜の表面に所定のパターニングが施されたレジス
ト膜を形成し、通常のドライエッチングを行ってレジス
ト膜の窓開け部分に露出した層間絶縁膜を除去する。そ
して、上述のレジスト膜を除去した後、配線薄膜を全面
成膜し、パターニングを施して第２層目の配線を形成す
る。このようにすることにより、層間絶縁膜が除去され
た窓開け部分で、第１層目の配線と第２層目の配線とが
電気的に接続され、その結果、多層配線を有する半導体
素子を得ることができる。
体基板として、基板表面に形成され、かつ所定の位置に
窓開けがされたシリコン熱酸化膜と、その上に成膜され
かつパターニングが施された第１層目の配線とを有す
る、例えばＳｉからなる基板を用意する。この基板の表
面に、上述の蒸着法によってポリイミド膜を所望の厚み
に全面成膜して層間絶縁膜を形成する。次いで、この層
間絶縁膜の表面に所定のパターニングが施されたレジス
ト膜を形成し、通常のドライエッチングを行ってレジス
ト膜の窓開け部分に露出した層間絶縁膜を除去する。そ
して、上述のレジスト膜を除去した後、配線薄膜を全面
成膜し、パターニングを施して第２層目の配線を形成す
る。このようにすることにより、層間絶縁膜が除去され
た窓開け部分で、第１層目の配線と第２層目の配線とが
電気的に接続され、その結果、多層配線を有する半導体
素子を得ることができる。
【００１９】本実施の形態によれば、低比誘電率化した
ポリイミド膜によって層間絶縁膜を構成しているので、
第１層目の配線と第２層目の配線との間で形成されるコ
ンデンサーの容量が小さくなり、半導体素子の動作速度
を向上させることが可能になる。
ポリイミド膜によって層間絶縁膜を構成しているので、
第１層目の配線と第２層目の配線との間で形成されるコ
ンデンサーの容量が小さくなり、半導体素子の動作速度
を向上させることが可能になる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例を比較例とと
もに説明する。
もに説明する。
【００２１】（実施例１）図１および２に示す装置を用
いて次のようにして基板上にポリイミド膜を形成した。
まず、コア室１に設けられた基板搬送用ロボットを用い
て、コア室を経由してＬ／ＵＬ室２から導電率が０．０
２Ωｃｍである６インチ寸法のシリコン基板１８を真空
蒸着室３へ搬送し、冷媒を用いてこの基板表面を１５℃
に冷却した後、ここでポリイミド膜を蒸着重合した。ポ
リイミド膜を形成するための原料モノマーとして、１７
ＦＭＰＤとＰ２ＦＤＡとを用い、これらをそれぞれ気化
器１１ａ、１１ｂ内の容器１４ａ、１４ｂへ入れ、熱源
（１５ａ、１５ｂ）を用いて蒸発させた。１７ＦＭＰＤ
は６０．０℃で、またＰ２ＦＤＡは１３０．０℃の温度
で蒸発させ、各モノマーの供給量を制御した。得られた
各蒸気をそれぞれ導入管１６ａ、１６ｂを通し、その一
定量をモノマー混合槽１９を経て蒸着重合室３に供給
し、基板１８上で蒸着重合せしめた。この場合、図３に
示すように、所望により気体流量コントローラー１２
ａ、１２ｂを用いて、各蒸気の一定量（例えば、１００
ｓｃｃｍ）を蒸着重合室へ３供給してもよい。なお、モ
ノマーの組成比は化学量論比で１：１となるように制御
し、また導入管１６ａ、１６ｂを通過する間にモノマー
温度が下がらないように導入管を所定の温度に保温し
た。この蒸着重合条件は、到達圧力１×１０-4Ｐａ、蒸
着中圧力１×１０-2Ｐａであった。
いて次のようにして基板上にポリイミド膜を形成した。
まず、コア室１に設けられた基板搬送用ロボットを用い
て、コア室を経由してＬ／ＵＬ室２から導電率が０．０
２Ωｃｍである６インチ寸法のシリコン基板１８を真空
蒸着室３へ搬送し、冷媒を用いてこの基板表面を１５℃
に冷却した後、ここでポリイミド膜を蒸着重合した。ポ
リイミド膜を形成するための原料モノマーとして、１７
ＦＭＰＤとＰ２ＦＤＡとを用い、これらをそれぞれ気化
器１１ａ、１１ｂ内の容器１４ａ、１４ｂへ入れ、熱源
（１５ａ、１５ｂ）を用いて蒸発させた。１７ＦＭＰＤ
は６０．０℃で、またＰ２ＦＤＡは１３０．０℃の温度
で蒸発させ、各モノマーの供給量を制御した。得られた
各蒸気をそれぞれ導入管１６ａ、１６ｂを通し、その一
定量をモノマー混合槽１９を経て蒸着重合室３に供給
し、基板１８上で蒸着重合せしめた。この場合、図３に
示すように、所望により気体流量コントローラー１２
ａ、１２ｂを用いて、各蒸気の一定量（例えば、１００
ｓｃｃｍ）を蒸着重合室へ３供給してもよい。なお、モ
ノマーの組成比は化学量論比で１：１となるように制御
し、また導入管１６ａ、１６ｂを通過する間にモノマー
温度が下がらないように導入管を所定の温度に保温し
た。この蒸着重合条件は、到達圧力１×１０-4Ｐａ、蒸
着中圧力１×１０-2Ｐａであった。
【００２２】蒸着重合室３で成膜後、得られた基板を基
板搬送用ロボットを用いてコア室１を経由して加熱処理
室４へ搬送し、熱処理を行った。この熱処理は、昇温速
度１０℃／ｍｉｎで４００℃まで加熱することによって
行った。この時点での膜厚は５００ｎｍであった。
板搬送用ロボットを用いてコア室１を経由して加熱処理
室４へ搬送し、熱処理を行った。この熱処理は、昇温速
度１０℃／ｍｉｎで４００℃まで加熱することによって
行った。この時点での膜厚は５００ｎｍであった。
【００２３】上記熱処理後、基板をアルミスパッタ室６
内に搬送し、基板上にアルミ電極をスパッタにより２０
０ｎｍの膜厚で形成し、比誘電率測定用の素子を作製し
た。この素子についての比誘電率を測定したところ、
２．５５であった。この場合、比誘電率の値は、横河ヒ
ューレットパッカード社製のマルチ・フリケンシＬＣＲ
メータ（モデル４２７５Ａ）を使用して静電容量Ｃを測
定し、計算によって求めた。
内に搬送し、基板上にアルミ電極をスパッタにより２０
０ｎｍの膜厚で形成し、比誘電率測定用の素子を作製し
た。この素子についての比誘電率を測定したところ、
２．５５であった。この場合、比誘電率の値は、横河ヒ
ューレットパッカード社製のマルチ・フリケンシＬＣＲ
メータ（モデル４２７５Ａ）を使用して静電容量Ｃを測
定し、計算によって求めた。
【００２４】（比較例１）比較のために、実施例１にお
ける蒸着重合中の基板表面の温度１５℃を３０℃にした
ことを除いて、実施例１の操作を繰り返した。得られた
素子の膜厚は１５０ｎｍであり、比誘電率は２．６０で
あった。
ける蒸着重合中の基板表面の温度１５℃を３０℃にした
ことを除いて、実施例１の操作を繰り返した。得られた
素子の膜厚は１５０ｎｍであり、比誘電率は２．６０で
あった。
【００２５】上記実施例及び比較例の結果、基板温度１
５℃で蒸着重合を行った場合の成膜速度は３０ｎｍ／ｍ
ｉｎであり、３０℃の場合は５ｎｍ／ｍｉｎ以下であ
り、成膜速度に基板温度が影響することがわかった。
５℃で蒸着重合を行った場合の成膜速度は３０ｎｍ／ｍ
ｉｎであり、３０℃の場合は５ｎｍ／ｍｉｎ以下であ
り、成膜速度に基板温度が影響することがわかった。
【００２６】（実施例２）原料モノマーとして、実施例
１における１７ＦＭＰＤおよびＰ２ＦＤＡの代わりに１
３ＦＰＤおよびＰ２ＦＤＡを用い、１３ＦＰＤは５５．
０＋０．１℃、Ｐ２ＦＤＡは１３０＋０．１℃の温度で
蒸発させ、各モノマーの供給量を制御したこと、また蒸
着重合室内での基板表面の温度を２５℃にしたことを除
いて、実施例１の操作を繰り返した。得られた素子の膜
厚は２００ｎｍであり、比誘電率は２．７２であった。
本実施例における成膜速度は１５ｎｍ／ｍｉｎであっ
た。
１における１７ＦＭＰＤおよびＰ２ＦＤＡの代わりに１
３ＦＰＤおよびＰ２ＦＤＡを用い、１３ＦＰＤは５５．
０＋０．１℃、Ｐ２ＦＤＡは１３０＋０．１℃の温度で
蒸発させ、各モノマーの供給量を制御したこと、また蒸
着重合室内での基板表面の温度を２５℃にしたことを除
いて、実施例１の操作を繰り返した。得られた素子の膜
厚は２００ｎｍであり、比誘電率は２．７２であった。
本実施例における成膜速度は１５ｎｍ／ｍｉｎであっ
た。
【００２７】
【発明の効果】本発明の半導体製造装置によれば、蒸着
重合室には、層間絶縁膜用の高分子膜を蒸着重合する際
のウエハーの表面を冷却するための手段が設けられてあ
るので、かかる高分子膜を効率よく形成することができ
るようになっている。
重合室には、層間絶縁膜用の高分子膜を蒸着重合する際
のウエハーの表面を冷却するための手段が設けられてあ
るので、かかる高分子膜を効率よく形成することができ
るようになっている。
【００２８】また、かかる半導体製造装置を用いて、蒸
着重合室内でウエハー上に原料モノマーを蒸着重合せし
めて層間絶縁膜を形成する際に、該ウエハーの表面温度
を３０℃より低くして蒸着重合を行うので、ポリイミド
膜を高い成膜速度で容易に得ることができる。
着重合室内でウエハー上に原料モノマーを蒸着重合せし
めて層間絶縁膜を形成する際に、該ウエハーの表面温度
を３０℃より低くして蒸着重合を行うので、ポリイミド
膜を高い成膜速度で容易に得ることができる。
【図１】本発明の半導体製造装置の一例の概略構成を示
す模式的平面図。
す模式的平面図。
【図２】本発明の半導体製造装置の一部を構成する蒸着
重合室の一例の概略構成を示す模式的断面図。
重合室の一例の概略構成を示す模式的断面図。
【図３】本発明の半導体製造装置の一部を構成する蒸着
重合室の別の一例の概略構成を示す模式的断面図。
重合室の別の一例の概略構成を示す模式的断面図。
１ コア室 ２ Ｌ／ＵＬ室 ３ 蒸着重合室 ４ 加熱処理室 ５ アルミスパッタ室 ６ ゲートバルブ １１ａ、１１ｂ 気化器 １２ａ、１２ｂ
気体流量コントローラー １３ａ、１３ｂ ハウジング １４ａ、１４ｂ
モノマー容器 １５ａ、１５ｂ 気化用熱源 １６ａ、１６ｂ
導入管 １７ 基板支え部材 １８ 基板 １９ モノマー混合槽 ２０ａ、２０ｂ
バルブ Ａ、Ｂ モノマー Ｈ 熱源
気体流量コントローラー １３ａ、１３ｂ ハウジング １４ａ、１４ｂ
モノマー容器 １５ａ、１５ｂ 気化用熱源 １６ａ、１６ｂ
導入管 １７ 基板支え部材 １８ 基板 １９ モノマー混合槽 ２０ａ、２０ｂ
バルブ Ａ、Ｂ モノマー Ｈ 熱源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浮島 禎之 茨城県つくば市東光台５−９−７ 日本真 空技術株式会社筑波超材料研究所内 Ｆターム(参考） 4J043 PA02 PC065 PC135 QB15 QB26 QB31 RA35 SA06 SA43 SA54 SA55 SA56 SA72 SB01 TA22 TA47 TB01 UA121 UA131 UA142 UA151 UA632 UA662 UA672 UB121 UB131 UB132 UB401 VA011 VA021 VA022 VA041 VA042 VA051 VA071 XA07 XA40 XB39 XB40 ZA43 ZA46 ZB11 4K030 BA35 EA01 FA10 GA12 JA05 KA26 KA41 5F031 CC11 KK03 KK07 LL02 5F045 AA03 AB39 DC63 DQ17 EB08 EE04 EJ02 HA16 5F058 AC02 AF01 AG01 AH01
Claims (6)
- 【請求項１】 ウエハーの出し入れのための室とウエハ
ーの搬送用ロボットを備えたコア室と複数の半導体製造
プロセス室とからなり、該プロセス室の少なくとも一室
が蒸着重合用原料モノマーの蒸発源を有する蒸着重合室
である枚葉式の半導体製造装置において、該蒸着重合室
が該ウエハーの表面温度を３０℃より低く冷却する手段
を備えていることを特徴とする半導体製造装置。 - 【請求項２】 ウエハーの出し入れのための室とウエハ
ーの搬送用ロボットを備えたコア室と複数の半導体製造
プロセス室とからなり、該プロセス室の少なくとも一室
が蒸着重合用原料モノマーの蒸発源を有する蒸着重合室
である枚葉式の半導体製造装置において、該蒸発源から
該蒸着重合室へ導入される該原料モノマーの供給量を制
御するための気体流量コントローラーが該蒸着重合室と
該原料モノマー蒸発源との間に設けられ、かつ該蒸着重
合室が該ウエハーの表面温度を３０℃より低く冷却する
手段を備えていることを特徴とする半導体製造装置。 - 【請求項３】 ウエハーの出し入れのための室とウエハ
ーの搬送用ロボットを備えたコア室と複数の半導体製造
プロセス室とからなり、該プロセス室の少なくとも一室
が蒸着重合用原料モノマーの蒸発源を有する蒸着重合室
である枚葉式の半導体製造装置を用いてポリイミド膜を
形成する方法において、該蒸着重合室内で、該ウエハー
上に該原料モノマーを蒸着重合せしめてポリイミド膜を
形成するに際し、該ウエハーの表面温度を３０℃より低
くして蒸着重合を行い、該ウエハー上にポリイミド膜を
形成することを特徴とするポリイミド膜の形成方法。 - 【請求項４】 ウエハーの出し入れのための室とウエハ
ーの搬送用ロボットを備えたコア室と複数の半導体製造
プロセス室とからなり、該プロセス室の少なくとも一室
が蒸着重合用原料モノマーの蒸発源を有する蒸着重合室
である枚葉式の半導体製造装置を用いてポリイミド膜を
形成する方法において、該蒸着重合室内で、該ウエハー
上に該原料モノマーを蒸着重合せしめてポリイミド膜を
形成するに際し、該蒸着重合室と該原料モノマー蒸発源
との間に設けてある気体流量コントローラーによって、
該蒸発源で気化された該原料モノマーの供給量を制御し
て該蒸着重合室へ導入し、該蒸着重合室内のウエハーの
表面温度を３０℃より低くして蒸着重合を行い、該ウエ
ハー上にポリイミド膜を形成することを特徴とするポリ
イミド膜の形成方法。 - 【請求項５】 前記原料モノマーのうちジアミンモノマ
ー成分として、ＴＦＤＢ、１６ＦＰＤ、１３ＦＰＤ、４
ＦＭＰＤ、１７ＦＭＰＤ（ＴＦＤＢ：２，２′-ビス
（トリフロロメヂル）５-４，４′ジアミノビフェニ
ル、４ＦＭＰＤ：テトラフロロ-ｍ-フェニレンジアミ
ン、８ＦＯＤＡ：ビス（２，３，５，６-テトラフロロ-
４-アミノフェニル）エーテル、１６ＦＰＤ：４，４′-
ビス（４-テトラフロロアミノフェノキシ）オクタフロ
ロビフェニル、１３ＦＰＰＤ：２，５-ジアミノトリデ
カンフロロ-ｎ-ヘキシルベンゼン、または１７ＦＭＰ
Ｄ：５-（パ-フロロノネニルオキシ）-１，３-ジアミノ
ベンゼン）を用いることを特徴とする請求項３または４
記載のポリイミド膜の形成方法。 - 【請求項６】 前記原料モノマーのうち酸無水物モノマ
ー成分として、Ｐ２ＦＤＡ、Ｐ６ＦＤＡ、６ＦＤＡ、１
０ＦＥＤＡ（１０ＦＥＤＡ：４，４-ビス［３，４-ジカ
ルボキシリトリフロロフェノキシ］テトラフロロベンゼ
ン二無水物、Ｐ２ＦＤＡ：１，４-ジフロロ-２，３，
５，６-ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、Ｐ６ＦＤ
Ａ：１，４-ビス（フロロメチル-２，３，５，６-ベン
ゼンテトラカルボン酸二無水物）を用いることを特徴と
する請求項３〜５のいずれかに記載のポリイミド膜の形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19180098A JP4283911B2 (ja) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | 半導体製造装置およびポリイミド膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19180098A JP4283911B2 (ja) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | 半導体製造装置およびポリイミド膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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