ラジカル制御による低誘電率層間絶縁膜のダメージフリープロセスに関する研究

自由基控制低介电常数层间介质薄膜无损伤工艺研究

基本信息

批准号：
09J10187
负责人：
山本洋
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

ラジカル制御による低誘電率層間絶縁膜のダメージフリープロセスを実現するための研究計画に基づき、平成23年度は、低誘電率層間絶縁膜へのプラズマアッシングダメージ発生のメカニズム解明を行った。半導体製造プロセス中にLow-k膜がダメージを受ける状況を再現するため、Siプレート、MgF_2ウィンドウを、チャンバー内で水平移動可能なプローブに吊るし、サンプル上に密着あるいは隙間を空けて配置することでプラズマアッシング時にプラズマ中のイオン、ラジカル、光がポーラスSiOCH膜に与える影響を分離して評価をおこなった。実験では100MHz/2MHz二周波容量結合型プラズマ装置を用い、ポーラスSiOCH膜へH_2/N_2プラズマを曝露させその変化を観測するため、in-situで計測可能な反射型FT-IR、分光エリプソメトリーなどの表面分析を行った。これらの表面計測の結果より、H_2/N_2プラズマおよびその後の大気曝露によりポーラスSiOCH膜中および表面で起こる反応を解明した。特に、ポーラスSiOCH膜中のSi-O-Si構造、Si-CH_3基などの化学構造の変化に着目した。また、これらin situでのFT-IR高感度反射吸収分光法と分光エリプソメトリーによる表面計測およびポーラスSiOCH膜とプラズマの化学反応に直接関わるラジカルの密度を計測した。これらの実験結果から、大気中の水分により形成されたSi-OH基同士の脱水縮合反応により新たなSi-O-Si構造が形成されるメカニズムを提唱し、ポーラスSiOCH膜の低ダメージプラズマプロセスとして、Nラジカルによる表面窒化処理および大気曝露フリープロセスを提案した。

基于通过自由基控制实现低k层间绝缘膜无损伤工艺的研究计划，2011年度我们阐明了等离子灰化对低k层间绝缘膜造成损伤的机理。为了重现半导体制造过程中低 k 薄膜被损坏的情况，Si 板和 MgF_2 窗口悬挂在可在腔室中水平移动的探针上，并放置在靠近样品的位置或与样品一起放置。我们分离并评估了等离子体灰化过程中等离子体中的离子、自由基和光对多孔 SiOCH 薄膜的影响。实验中，我们采用100MHz/2MHz双频电容耦合等离子体装置，将多孔SiOCH薄膜暴露于H_2/N_2等离子体中，并利用反射式FT-IR、光谱椭圆光度法等观察其变化。进行了表面分析。根据这些表面测量结果，我们阐明了由于 H_2/N_2 等离子体和随后的大气暴露而在多孔 SiOCH 薄膜内部和表面上发生的反应。我们特别关注多孔SiOCH薄膜中Si-O-Si结构和Si-CH_3基团等化学结构的变化。我们还使用原位 FT-IR 高灵敏度反射/吸收光谱和光谱椭圆光度法测量了表面，并测量了直接参与多孔 SiOCH 薄膜和等离子体之间化学反应的自由基的密度。基于这些实验结果，我们提出了一种通过大气水分形成的Si-OH基团之间的脱水缩合反应形成新的Si-O-Si结构的机制，并提出了形成新的Si-O-Si的机制结构作为多孔 SiOCH 薄膜的低损伤等离子体工艺，提出了使用 N 自由基和无空气暴露工艺的表面氮化处理。