JP2002289609A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

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JP2002289609A
JP2002289609A JP2001091079A JP2001091079A JP2002289609A JP 2002289609 A JP2002289609 A JP 2002289609A JP 2001091079 A JP2001091079 A JP 2001091079A JP 2001091079 A JP2001091079 A JP 2001091079A JP 2002289609 A JP2002289609 A JP 2002289609A
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silicon oxide
oxide film
nitrogen
film
semiconductor device
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JP2001091079A
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Japanese (ja)
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Katsura Watanabe
桂 渡邉
Yukio Nishiyama
幸男 西山
Kaori Tsutsumi
かおり 堤
Akira Honda
亮 本多
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide semiconductor device that can maintain the low dielectric constant of interlayer insulating films between metallic wires, prevent metallic wiring peeling, etc., and improve metallic wiring orientation. SOLUTION: In the semiconductor device, a nitrogen added silicon dioxide thin film 4B is stacked on a fluorine added silicon dioxide thin film 4A, and on the top of this nitrogen added dioxide thin film 4B, the metallic wires 6 of a second layer are arranged. The nitrogen added silicon dioxide thin film has 0.2% and more of a Si-H coupling quantity and 1.5% and more of a refraction factor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、低誘電率の弗素添加酸化珪素膜を少
なくとも含む層間絶縁膜上に金属配線を有する半導体装
置及びその製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a metal wiring on an interlayer insulating film including at least a fluorine-doped silicon oxide film having a low dielectric constant and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置においては、トランジスタ、
抵抗、容量等の素子間を電気的に接続する金属配線を絶
縁分離するために、SiO膜等の酸化珪素膜が使用さ
れている。この種の酸化珪素膜は、モノシラン(SiH
)、テトラエトキシシラン(TEOS)等の原料ガス
を使用し、減圧又は常圧の化学気相成長法(CVD)に
より成膜されている。特に、400℃程度の低温におい
て成膜することができるので、テトラエトキシシランと
酸素(O)とを原料ガスとするプラズマ化学気相成長
法により成膜された酸化珪素膜は広く使用される傾向に
ある。さらに、化学気相成長法においては、その他の薄
膜形成法に比べて反応ソースに高純度の原料ガスを使用
することが多く、高品質な薄膜を成膜することができる
特徴がある。
2. Description of the Related Art In semiconductor devices, transistors,
A silicon oxide film such as a SiO 2 film is used to insulate and isolate a metal wiring for electrically connecting elements such as a resistor and a capacitor. This type of silicon oxide film is made of monosilane (SiH
4 ) Using a source gas such as tetraethoxysilane (TEOS), the film is formed by chemical vapor deposition (CVD) under reduced pressure or normal pressure. In particular, since a film can be formed at a low temperature of about 400 ° C., a silicon oxide film formed by a plasma enhanced chemical vapor deposition method using tetraethoxysilane and oxygen (O 2 ) as source gases is widely used. There is a tendency. Further, in the chemical vapor deposition method, a high-purity source gas is often used as a reaction source as compared with other thin film forming methods, and thus a feature is that a high quality thin film can be formed.

【0003】半導体装置においては、高集積化並びに素
子の微細化に伴い、信号伝達速度の遅延が懸念されてい
る。つまり、素子の微細化に伴い、金属配線の間隔が狭
くなることによって、同一配線層内の隣接する金属配線
間、上下配線層の金属配線間等に付加される寄生容量が
増大し、金属配線に流れる信号の伝達速度が遅くなると
いう現象である。このような信号伝達速度の遅延は、半
導体装置の回路動作性能の向上を妨げる要因の1つにな
る。このため、金属配線間の層間絶縁膜において、誘電
率をできる限り小さくすることが、重要な課題になって
いる。
[0003] In a semiconductor device, there is a concern that a signal transmission speed is delayed due to high integration and miniaturization of elements. In other words, with the miniaturization of elements, the spacing between metal wirings becomes narrower, so that the parasitic capacitance added between adjacent metal wirings in the same wiring layer, between the metal wirings in the upper and lower wiring layers, and the like increases, This is a phenomenon in which the transmission speed of a signal flowing through the device decreases. Such a delay in signal transmission speed is one of the factors that hinder improvement in circuit operation performance of the semiconductor device. Therefore, it is important to reduce the dielectric constant of an interlayer insulating film between metal wirings as much as possible.

【0004】層間絶縁膜の誘電率を低減するために、弗
素添加酸化珪素膜(FSG)を層間絶縁膜として採用す
る傾向にある。平行平板型化学気相成長法や高密度プラ
ズマ化学気相成長法(HDP−CVD)により、弗素添
加酸化珪素膜を成膜することができる。高密度プラズマ
源には、例えば、ECRを用いた高密度プラズマ源、I
CPコイルやヘリコン等の高密度プラズマ源が使用され
ている。
[0004] In order to reduce the dielectric constant of the interlayer insulating film, there is a tendency to use a fluorine-doped silicon oxide film (FSG) as the interlayer insulating film. A fluorine-added silicon oxide film can be formed by a parallel plate chemical vapor deposition method or a high-density plasma chemical vapor deposition method (HDP-CVD). Examples of the high-density plasma source include a high-density plasma source using ECR,
High-density plasma sources such as CP coils and helicons are used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
半導体装置においては、以下の点について配慮がなされ
ていなかった。
However, the following points have not been considered in the above-described semiconductor device.

【0006】(1)まず、弗素添加酸化珪素膜には吸湿
性の問題がある。すなわち、弗素添加酸化珪素膜におい
ては、弗素(F)濃度が高くなるほど低誘電率化を進め
ることができるが、同時に吸湿性が高くなる。吸湿が生
じると、今度は逆に弗素添加酸化珪素膜の誘電率が増加
してしまい、さらに弗化水素(HF)の遊離により金属
配線に腐食が起こり、金属配線の剥がれ、金属配線の信
頼性の低下、ボンディング耐性の劣化等を生じる可能性
がある。
(1) First, the fluorine-added silicon oxide film has a problem of hygroscopicity. That is, in the fluorine-added silicon oxide film, as the fluorine (F) concentration increases, the dielectric constant can be reduced, but at the same time, the hygroscopicity increases. When moisture absorption occurs, the dielectric constant of the fluorine-doped silicon oxide film increases, and the liberation of hydrogen fluoride (HF) causes corrosion of the metal wiring, peeling of the metal wiring, and reliability of the metal wiring. , Degradation of bonding resistance, and the like may occur.

【0007】(2)そこで、弗素添加酸化珪素膜とその
上層の金属配線との間に、吸湿を防止する無添加酸化珪
素膜を備えることが好ましい。この無添加酸化珪素膜に
は、有機Siソースであるテトラエトキシシランと酸素
とを原料ガスとしてプラズマ化学気相成長法により成膜
された無添加酸化珪素膜(PE−TEOS−SiO
を使用することができる。ところが、半導体装置の製造
過程においては、無添加酸化珪素膜を形成した後に熱処
理工程が組み込まれており、熱処理温度が高いほど、又
熱処理時間が長いほど無添加酸化珪素膜中に弗素が拡散
してしまう。このため、前述と同様に、金属配線の剥が
れ、金属配線の信頼性の低下、ボンディング耐性の劣化
等を生じる可能性がある。
(2) Therefore, it is preferable to provide an undoped silicon oxide film for preventing moisture absorption between the fluorine-added silicon oxide film and the metal wiring thereabove. This non-added silicon oxide film is a non-added silicon oxide film (PE-TEOS-SiO 2 ) formed by plasma-enhanced chemical vapor deposition using tetraethoxysilane as an organic Si source and oxygen as source gases.
Can be used. However, in the manufacturing process of the semiconductor device, a heat treatment step is incorporated after forming the undoped silicon oxide film. As the heat treatment temperature becomes higher and the heat treatment time becomes longer, fluorine diffuses into the undoped silicon oxide film. Would. Therefore, similarly to the above, there is a possibility that the metal wiring is peeled off, the reliability of the metal wiring is reduced, the bonding resistance is deteriorated, and the like.

【0008】(3)本発明者によれば、無添加酸化珪素
膜に代えて、酸化珪素膜中に窒素(N )を添加した窒
素添加酸化珪素膜(PE−SiON)を使用し、この窒
素添加酸化珪素膜中の窒素の添加量を所定の屈折率にな
るように調節することにより、弗素の拡散防止効果を向
上させることが可能になった。窒素添加酸化珪素膜は、
例えば、モノシランと亜酸化窒素(NO)とを原料ガ
スとするプラズマ化学気相成長法により成膜させること
ができる。しかしながら、このような窒素添加酸化珪素
膜の表面あらさは、例えば上記無添加酸化珪素膜の表面
あらさに比べて大きくなってしまう。金属配線には一般
的にアルミニウム(Al)合金配線が使用されているの
で、窒素添加酸化珪素膜上にアルミニウム合金配線を成
膜すると、アルミニウムの(111)配向性が弱く、エ
レクトロマイグレーション(EM)に対する信頼性が低
下してしまう。
(3) According to the present inventors, silicon oxide without addition
Instead of the film, nitrogen (N 2) Added nitrogen
This nitrided silicon oxide film (PE-SiON) is used.
The amount of nitrogen added in the silicon-doped silicon oxide film is adjusted to a predetermined refractive index.
Adjustment to improve the fluorine diffusion prevention effect.
It is possible to make it up. The nitrogen-added silicon oxide film is
For example, monosilane and nitrous oxide (N2O)
Film formation by plasma enhanced chemical vapor deposition
Can be. However, such nitrogen-doped silicon oxide
The surface roughness of the film is, for example, the surface of
It will be bigger than that. General for metal wiring
Aluminum (Al) alloy wiring is used
To form an aluminum alloy wiring on the nitrogen-added silicon oxide film.
When the film is formed, the (111) orientation of aluminum is weak, and
Low reliability for electromigration (EM)
I will drop it.

【0009】(4)上記窒素添加酸化珪素膜の表面あら
さを改善するために、例えばケミカルメカニカルポリッ
シング(CMP)等により窒素添加酸化珪素膜の表面に
平坦化処理を行うことができる。しかしながら、窒素添
加酸化珪素膜に平坦化処理を行っても、アルミニウムの
(111)配向性は、無添加酸化珪素膜の同配向性ほど
には改善されない。
(4) In order to improve the surface roughness of the nitrogen-added silicon oxide film, the surface of the nitrogen-added silicon oxide film can be planarized by, for example, chemical mechanical polishing (CMP). However, even when the nitrogen-added silicon oxide film is subjected to the planarization treatment, the (111) orientation of aluminum is not improved as much as that of the non-added silicon oxide film.

【0010】(5)アルミニウム合金配線のエレクトロ
マイグレーション寿命とアルミニウムの(111)配向
性との間には相関関係があることが知られている。ライ
フタイムτとアルミニウムの(111)配向のロッキン
グカーブのXRD測定による半値全幅(FWHM)ωと
の関係は、次式により表されている。
(5) It is known that there is a correlation between the electromigration life of aluminum alloy wiring and the (111) orientation of aluminum. The relationship between the lifetime τ and the full width at half maximum (FWHM) ω of the rocking curve of the (111) orientation of aluminum by XRD measurement is expressed by the following equation.

【0011】τ ∝ (1/ω) 従って、アルミニウムの(111)配向性が弱いので、
アルミニウム合金配線の寿命が短くなり、結果的に半導
体装置の寿命が短くなる可能性があった。
Τ ∝ (1 / ω) 2 Therefore, since the (111) orientation of aluminum is weak,
The life of the aluminum alloy wiring is shortened, and as a result, the life of the semiconductor device may be shortened.

【0012】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。従って、本発明の目的は、金属配線間の
層間絶縁膜の低誘電率を確保しつつ、金属配線の剥が
れ、金属配線の信頼性の低下、ボンディング耐性の劣化
等を防止することができる半導体装置を提供することで
ある。
The present invention has been made to solve the above problems. Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of preventing peeling of metal wiring, reduction of reliability of metal wiring, deterioration of bonding resistance, and the like while securing a low dielectric constant of an interlayer insulating film between metal wirings. It is to provide.

【0013】さらに、本発明の目的は、層間絶縁膜上の
金属の配向性を高め、金属配線のエレクトロマイグレー
ション耐性を向上することにより、信頼性を向上すると
ともに、長寿命化を実現することができる半導体装置を
提供することである。
A further object of the present invention is to improve the orientation of metal on an interlayer insulating film and improve the electromigration resistance of metal wiring, thereby improving reliability and realizing a longer life. It is to provide a semiconductor device which can be used.

【0014】さらに、本発明の目的は、上記目的を達成
することができる半導体装置の好適な製造方法を提供す
ることである。
It is a further object of the present invention to provide a preferred method of manufacturing a semiconductor device which can achieve the above object.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第1の特徴は、半導体基板上の弗素添加酸
化珪素膜と、弗素添加酸化珪素膜上の、0.2%以上の
Si−H結合量を有する窒素添加酸化珪素膜と、窒素添
加酸化珪素膜上の金属配線とを備えた半導体装置とした
ことである。さらに、本発明の第1の特徴に係る半導体
装置においては、窒素添加酸化珪素膜のSi−H結合量
が1.5%以下であることが好ましい。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, a first feature of the present invention is that a fluorine-added silicon oxide film on a semiconductor substrate and 0.2% or more on a fluorine-added silicon oxide film are provided. A semiconductor device comprising a nitrogen-added silicon oxide film having the amount of Si—H bonds and metal wiring on the nitrogen-added silicon oxide film. Further, in the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the amount of Si—H bonds in the nitrogen-added silicon oxide film is 1.5% or less.

【0016】このように構成される本発明の第1の特徴
に係る半導体装置においては、弗素添加酸化珪素膜と金
属配線との間の窒素添加酸化珪素膜は、弗素添加酸化珪
素膜からの弗素の拡散を抑制することができる。さら
に、窒素添加酸化珪素膜のSi−H結合量を0.2%以
上に設定したので、窒素添加酸化珪素膜上の金属配線の
配向性を高めることができる。
In the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the nitrogen-doped silicon oxide film between the fluorine-doped silicon oxide film and the metal wiring is made of fluorine from the fluorine-doped silicon oxide film. Can be suppressed. Furthermore, since the amount of Si—H bonds in the nitrogen-added silicon oxide film is set to 0.2% or more, the orientation of the metal wiring on the nitrogen-added silicon oxide film can be improved.

【0017】本発明の第2の特徴は、本発明の第1の特
徴に係る半導体装置の窒素添加酸化珪素膜の屈折率が
1.5以上を有する半導体装置としたことである。
A second feature of the present invention is that the semiconductor device according to the first feature of the present invention has a nitrogen-doped silicon oxide film having a refractive index of 1.5 or more.

【0018】このように構成される本発明の第2の特徴
に係る半導体装置においては、窒素添加酸化珪素膜の屈
折率を1.5以上に設定したので、弗素添加酸化珪素膜
からの弗素の拡散を抑制することができ、窒素添加酸化
珪素膜そのものの薄膜化を図ることができる。窒素添加
酸化珪素膜を薄膜化することにより、層間絶縁膜として
の誘電率をさらに低くすることができ、金属配線の信号
伝達速度の高速化を図ることができ、半導体装置の回路
動作性能を向上することができる。
In the semiconductor device according to the second aspect of the present invention, the refractive index of the nitrogen-doped silicon oxide film is set to 1.5 or more. Diffusion can be suppressed, and the nitrogen-added silicon oxide film itself can be made thinner. By reducing the thickness of the nitrogen-doped silicon oxide film, the dielectric constant of the interlayer insulating film can be further reduced, the signal transmission speed of the metal wiring can be increased, and the circuit operation performance of the semiconductor device can be improved. can do.

【0019】本発明の第3の特徴は、(1)半導体基板
上に弗素添加酸化珪素膜を形成する工程と、(2)弗素
添加酸化珪素膜上に、0.2%以上のSi−H結合量を
有する窒素添加酸化珪素膜を形成する工程と、(3)窒
素添加酸化珪素膜の表面を平坦化する工程と、(4)窒
素添加酸化珪素膜の平坦化された表面上に金属配線を形
成する工程とを少なくとも備えた半導体装置の製造方法
としたことである。ここで、窒素添加酸化珪素膜を形成
する工程は、1.5%以下のSi−H結合量の窒素添加
酸化珪素膜を形成する工程であることが好ましい。ま
た、窒素添加酸化珪素膜の表面を平坦化する工程は、窒
素添加酸化珪素膜の表面の中心線平均あらさを0.35
nm以下に平坦化する工程であることが好ましい。さら
に、窒素添加酸化珪素膜を形成する工程は、300W以
下の高周波電力を印加した状態において、窒素添加酸化
珪素膜をプラズマ気相成長させる工程であることが好ま
しい。
A third feature of the present invention is that (1) a step of forming a fluorine-added silicon oxide film on a semiconductor substrate, and (2) a step of forming 0.2% or more of Si—H on the fluorine-added silicon oxide film. A step of forming a nitrogen-doped silicon oxide film having a bonding amount; (3) a step of flattening the surface of the nitrogen-doped silicon oxide film; and (4) a metal wiring on the flattened surface of the nitrogen-doped silicon oxide film. And a step of forming a semiconductor device. Here, the step of forming the nitrogen-added silicon oxide film is preferably a step of forming a nitrogen-added silicon oxide film having a Si—H bond amount of 1.5% or less. Further, the step of flattening the surface of the nitrogen-added silicon oxide film is performed by reducing the center line average roughness of the surface of the nitrogen-added silicon oxide film to 0.35.
Preferably, the step is a step of flattening to nm or less. Further, it is preferable that the step of forming the nitrogen-added silicon oxide film is a step of performing plasma vapor growth of the nitrogen-added silicon oxide film while applying a high-frequency power of 300 W or less.

【0020】このような本発明の第3の特徴に係る半導
体装置の製造方法においては、上記本発明の第1の特徴
に係る半導体装置を実現することができ、さらに窒素添
加酸化珪素膜の表面が平坦化されるので、金属配線の配
向性をより一層高めることができる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the third aspect of the present invention, the semiconductor device according to the first aspect of the present invention can be realized, and the surface of the nitrogen-doped silicon oxide film can be further improved. Is flattened, so that the orientation of the metal wiring can be further enhanced.

【0021】本発明の第4の特徴は、本発明の第3の特
徴に係る半導体装置の製造方法の窒素添加酸化珪素膜を
形成する工程を、弗素添加酸化珪素膜上に、0.2%以
上のSi−H結合量及び1.5以上の屈折率を有する窒
素添加酸化珪素膜を形成する工程とする半導体装置の製
造方法としたことである。
According to a fourth feature of the present invention, the step of forming the nitrogen-doped silicon oxide film in the method of manufacturing a semiconductor device according to the third feature of the present invention is performed by adding 0.2% A method of manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a nitrogen-added silicon oxide film having a Si-H bond amount and a refractive index of 1.5 or more.

【0022】このような本発明の第4の特徴に係る半導
体装置の製造方法においては、本発明の第2の特徴に係
る半導体装置を実現することができ、さらに窒素添加酸
化珪素膜の表面が平坦化されるので、金属配線の配向性
をより一層高めることができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention, the semiconductor device according to the second aspect of the present invention can be realized, and the surface of the nitrogen-doped silicon oxide film can be further reduced. Since the metal wiring is flattened, the orientation of the metal wiring can be further enhanced.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明に
係る半導体装置及びその製造方法を本発明の実施の形態
により説明する。以下の図面の記載において、同一又は
類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但
し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関
係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに
留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下
の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相
互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が
含まれていることは勿論である。
Referring to the drawings, a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the embodiments of the present invention. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. In addition, it is needless to say that dimensional relationships and ratios are different between drawings.

【0024】[半導体装置の基本的構造]図1に示すよ
うに、本発明の実施の形態に係る半導体装置は、半導体
基板1上の弗素添加酸化珪素膜4Aと、弗素添加酸化珪
素膜4A上の、0.2%以上のSi−H結合量を有する
窒素添加酸化珪素膜4Bと、窒素添加酸化珪素膜4B上
の第2層目の金属配線6とを備えて構築されている。
[Basic Structure of Semiconductor Device] As shown in FIG. 1, in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a fluorine-added silicon oxide film 4A on a semiconductor substrate 1 and a silicon oxide film 4A And a second-layer metal wiring 6 on the nitrogen-added silicon oxide film 4B having a Si—H bond amount of 0.2% or more.

【0025】半導体基板1は例えばシリコン単結晶基板
であり、図示していないが、半導体基板1の表面には絶
縁ゲート型電界効果トランジスタ、バイポーラトランジ
スタ、抵抗素子、容量素子等の半導体素子が配設されて
いる。この半導体基板1上には第1の層間絶縁膜2を介
在させて第1層目の金属配線3が配設されている。
The semiconductor substrate 1 is, for example, a silicon single crystal substrate. Although not shown, semiconductor elements such as an insulated gate field effect transistor, a bipolar transistor, a resistor, and a capacitor are provided on the surface of the semiconductor substrate 1. Have been. On the semiconductor substrate 1, a first-layer metal wiring 3 is disposed with a first interlayer insulating film 2 interposed therebetween.

【0026】第1の層間絶縁膜2は、半導体素子とその
上層の第1層目の金属配線3との間を電気的に分離する
機能を少なくとも備えている。図示しないが、第1の層
間絶縁膜2の所定箇所には半導体素子と第1層目の金属
配線3との間を電気的に接続するための接続孔が配設さ
れ、接続孔配線を通して双方の間が電気的に接続される
ようになっている。この第1の層間絶縁膜2は、少なく
とも酸化珪素膜を主体として形成することが好ましく、
本発明の実施の形態に係る半導体装置においては、後述
する第2の層間絶縁膜4と同様の膜構造により形成する
こともできる。
The first interlayer insulating film 2 has at least a function of electrically separating the semiconductor element from the first-layer metal wiring 3 on the semiconductor element. Although not shown, a connection hole for electrically connecting the semiconductor element and the first-layer metal wiring 3 is provided at a predetermined position of the first interlayer insulating film 2. Are electrically connected to each other. This first interlayer insulating film 2 is preferably formed mainly of at least a silicon oxide film,
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, it can be formed with the same film structure as a second interlayer insulating film 4 described later.

【0027】第1層目の金属配線3は、必ずしもこのよ
うな構造に限定されるものではないが、本発明の実施の
形態において、バリアメタル膜3Aと、バリアメタル膜
3A上のアルミニウム合金膜3Bと、アルミニウム合金
膜3B上の反射防止膜3Cとを順次積層した複合膜によ
り構成されている。バリアメタル膜3Aには、例えばチ
タン(Ti)膜及び窒化チタン(TiN)膜の積層膜を
実用的に使用することができる。アルミニウム合金膜3
Bには、例えばシリコン(Si)、銅(Cu)の少なく
ともいずれか一方が適量添加されたAl−Si膜、Al
−Cu膜、Al−Cu−Si膜等を実用的に使用するこ
とができる。反射防止膜3Cには、例えばチタン膜及び
窒化チタン膜の積層膜を実用的に使用することができ
る。
Although the first-layer metal wiring 3 is not necessarily limited to such a structure, in the embodiment of the present invention, the barrier metal film 3A and the aluminum alloy film on the barrier metal film 3A are used. 3B and an antireflection film 3C on the aluminum alloy film 3B. As the barrier metal film 3A, for example, a laminated film of a titanium (Ti) film and a titanium nitride (TiN) film can be practically used. Aluminum alloy film 3
B is, for example, an Al-Si film to which at least one of silicon (Si) and copper (Cu) is added in an appropriate amount,
-Cu film, Al-Cu-Si film, etc. can be used practically. As the antireflection film 3C, for example, a laminated film of a titanium film and a titanium nitride film can be practically used.

【0028】弗素添加酸化珪素膜4A及び窒素添加酸化
珪素膜4Bは第2の層間絶縁膜4として構成されてお
り、この第2の層間絶縁膜4は第1層目の金属配線3上
並びに隣接する第1層目の金属配線3間に配設されてい
る。
The fluorine-added silicon oxide film 4A and the nitrogen-added silicon oxide film 4B are formed as a second interlayer insulating film 4, and the second interlayer insulating film 4 is formed on and adjacent to the first-layer metal wiring 3. Between the first-layer metal wirings 3.

【0029】弗素添加酸化珪素膜4Aは、電気的な絶縁
分離機能を少なくとも備えるとともに、低誘電率化を図
ることを目的として酸化珪素膜中に弗素を添加した絶縁
膜である。
The fluorine-added silicon oxide film 4A is an insulating film in which fluorine is added to a silicon oxide film for the purpose of providing at least an electrical insulation / separation function and lowering the dielectric constant.

【0030】一方、弗素添加酸化珪素膜4A上の窒素添
加酸化珪素膜4Bは、同様に電気的に絶縁分離機能を備
えるとともに、いわゆるキャップ膜として使用され、弗
素添加酸化珪素膜4Aの吸湿を防止する機能を備え、弗
素添加酸化珪素膜4Aの低誘電率化を維持するようにな
っている。
On the other hand, the nitrogen-added silicon oxide film 4B on the fluorine-added silicon oxide film 4A similarly has an electrically insulating and separating function and is used as a so-called cap film to prevent moisture absorption of the fluorine-added silicon oxide film 4A. In this case, the fluorine-added silicon oxide film 4A is kept low in dielectric constant.

【0031】図2には、窒素添加酸化珪素膜4BのSi
−H結合量とアルミニウム(111)配向との関係を示
している。図2中、横軸はSi−H結合量であり、縦軸
はアルミニウム(111)配向性である。ここで、Si
−H結合量は、FT−IRによる測定であり、次式によ
り表される。
FIG. 2 shows that the nitrogen-added silicon oxide film 4B
The relationship between the amount of -H bonds and the orientation of aluminum (111) is shown. In FIG. 2, the horizontal axis is the amount of Si—H bonds, and the vertical axis is the aluminum (111) orientation. Where Si
The -H bond amount is measured by FT-IR and is represented by the following equation.

【0032】[0032]

【数1】 (Equation 1)

【0033】図3及び図4に示すように、Si−H結合
は2100cm−1〜2400cm −1付近の範囲に現
れ、Si−O+Si−N結合は700cm−1〜150
0cm−1付近の範囲に現れる。アルミニウム(11
1)配向性は半値全幅(FWHM)で1.5゜程度であ
る。試料としての窒素添加酸化珪素膜4Bの膜厚は50
0nmである。
As shown in FIGS. 3 and 4, the Si--H bond
Is 2100cm-1~ 2400cm -1Present in the vicinity
And the Si—O + Si—N bond is 700 cm-1~ 150
0cm-1Appears in nearby areas. Aluminum (11
1) The orientation is about 1.5 ° in full width at half maximum (FWHM).
You. The thickness of the nitrogen-added silicon oxide film 4B as a sample is 50
0 nm.

【0034】同図2から明らかなように、窒素添加酸化
珪素膜4BのSi−H結合量が0.2%の時点におい
て、テトラエトキシシランと酸素とを原料ガスとしてプ
ラズマ化学気相成長法により成膜された無添加酸化珪素
膜と同等のアルミニウム(111)配向性を得ることが
できる。すなわち、窒素添加酸化珪素膜4BのSi−H
結合量を0.2%以上に設定することにより、無添加酸
化珪素膜と同等又はそれ以上のアルミニウム(111)
配向性を得ることができる。また、半導体装置の製造
上、ロット毎に若干の値のばらつきが生じるので、再現
性良く若しくは安定性良くアルミニウム(111)配向
性を得るには、Si−H結合量を0.4%〜0.5%の
範囲に設定することが実用的である。一方、Si−H結
合量が増加して行くと、窒素添加酸化珪素膜4Bの膜応
力が圧縮応力から引張応力に変化してしまい、第2の層
間絶縁膜4にクラック等を誘発してしまうので、Si−
H結合量は1.5%以下に設定することが好ましい。
As apparent from FIG. 2, when the amount of Si—H bonds in the nitrogen-added silicon oxide film 4B is 0.2%, tetraethoxysilane and oxygen are used as source gases by plasma enhanced chemical vapor deposition. The same aluminum (111) orientation as that of the formed non-added silicon oxide film can be obtained. That is, the Si—H of the nitrogen-added silicon oxide film 4B
By setting the bonding amount to 0.2% or more, aluminum (111) equivalent to or more than that of the non-added silicon oxide film is obtained.
Orientation can be obtained. In addition, in manufacturing semiconductor devices, slight variations in values occur for each lot. Therefore, in order to obtain aluminum (111) orientation with good reproducibility or stability, the Si—H bond amount should be 0.4% to 0%. It is practical to set it in the range of 0.5%. On the other hand, when the amount of Si—H bonds increases, the film stress of the nitrogen-added silicon oxide film 4B changes from a compressive stress to a tensile stress, and cracks and the like are induced in the second interlayer insulating film 4. So, Si-
It is preferable that the amount of H bond be set to 1.5% or less.

【0035】さらに、本発明の実施の形態に係る半導体
装置において、窒素添加酸化珪素膜4Bの屈折率は1.
50以上に設定されている。図5には、熱処理による窒
素添加酸化珪素膜中への弗素拡散膜厚の屈折率依存性を
示している。図5中、横軸は熱処理(アニール)時間
(min)であり、縦軸は窒素添加酸化珪素膜4B中へ
の弗素の拡散膜厚(nm)である。熱処理温度は400
℃である。
Further, in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the nitrogen-doped silicon oxide film 4B has a refractive index of 1.
It is set to 50 or more. FIG. 5 shows the refractive index dependence of the fluorine diffusion film thickness in the nitrogen-added silicon oxide film by the heat treatment. In FIG. 5, the horizontal axis represents the heat treatment (annealing) time (min), and the vertical axis represents the diffusion film thickness (nm) of fluorine into the nitrogen-added silicon oxide film 4B. Heat treatment temperature is 400
° C.

【0036】図5から明らかなように、測定波長633
nmのエリプソメーターの測定による屈折率が1.50
以上に設定されることにより、窒素添加酸化珪素膜4B
中の弗素拡散膜厚を、熱処理時間に左右されずに、20
0nm程度の浅い範囲に抑制することができる。
As is apparent from FIG.
Refractive index as measured by an ellipsometer of 1.50 nm
With the above setting, the nitrogen-added silicon oxide film 4B
The thickness of the fluorine diffusion layer in
It can be suppressed to a shallow range of about 0 nm.

【0037】さらに、窒素添加酸化珪素膜4Bの表面は
中心線平均あらさ(Ra)が0.35nm以下、好まし
くは0.25nm以下になるように平坦化されており、
アルミニウム(111)配向性がより一層向上されてい
る。通常、窒素添加酸化珪素膜の成膜直後の中心線平均
あらさは約1.80nm〜1.90nm程度である。本
発明の実施の形態に係る半導体装置の窒素添加酸化珪素
膜4Bの表面は、後述の製造方法において説明するが、
ケミカルメカニカルポリッシング(CMP)により機械
的に研磨されており、0.18nm〜0.20nm程度
の範囲の中心線平均あらさになるように平坦化されてい
る。
Further, the surface of the nitrogen-added silicon oxide film 4B is flattened so that the center line average roughness (Ra) becomes 0.35 nm or less, preferably 0.25 nm or less.
The aluminum (111) orientation is further improved. Usually, the center line average roughness immediately after the formation of the nitrogen-added silicon oxide film is about 1.80 nm to 1.90 nm. Although the surface of the nitrogen-added silicon oxide film 4B of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described in a later-described manufacturing method,
It is mechanically polished by chemical mechanical polishing (CMP), and is flattened to have a center line average roughness in a range of about 0.18 nm to 0.20 nm.

【0038】第2の層間絶縁膜4上には第2層目の金属
配線6が配設されている。この第2層目の金属配線6
は、第1層目の金属配線3と同様に、バリアメタル膜6
Aと、バリアメタル膜6A上のアルミニウム合金膜6B
と、アルミニウム合金膜6B上の反射防止膜6Cとを順
次積層した複合膜により構成されている。
A second-layer metal wiring 6 is provided on the second interlayer insulating film 4. This second-layer metal wiring 6
Is a barrier metal film 6 similar to the first-layer metal wiring 3.
A and aluminum alloy film 6B on barrier metal film 6A
And an antireflection film 6C on the aluminum alloy film 6B.

【0039】第2層目の金属配線6は、第2の層間絶縁
膜4に配設された接続孔4H内において埋設された接続
孔配線5を通して、その下層の第1層目の金属配線3に
電気的に接続されている。接続孔配線5は、バリアメタ
ル膜5Aと、バリアメタル膜5A上のメタルプラグ5B
との積層膜により構成されている。
The second layer metal wiring 6 passes through the connection hole wiring 5 buried in the connection hole 4H provided in the second interlayer insulating film 4 and passes through the first layer metal wiring 3 underneath. Is electrically connected to The connection hole wiring 5 includes a barrier metal film 5A and a metal plug 5B on the barrier metal film 5A.
And a laminated film of

【0040】第2層目の金属配線6上にはファイナルパ
ッシベーション膜としての保護膜7が配設されている。
A protective film 7 as a final passivation film is provided on the second-layer metal wiring 6.

【0041】このように構成される本発明の実施の形態
に係る半導体装置においては、弗素添加酸化珪素膜4A
(第2の層間絶縁膜4の下層)と第2層目の金属配線6
との間の窒素添加酸化珪素膜4Bは、窒素が添加されて
いるので、弗素添加酸化珪素膜4Aからの弗素の拡散を
抑制することができる。さらに、窒素添加酸化珪素膜4
BのSi−H結合量を0.2%以上に設定したので、窒
素添加酸化珪素膜4B上の第2層目の金属配線6特にア
ルミニウム合金膜6Bの配向性を高めることができる。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention thus configured, the fluorine-added silicon oxide film 4A
(Lower layer of second interlayer insulating film 4) and metal wiring 6 of second layer
Since nitrogen is added to the nitrogen-added silicon oxide film 4B between them, diffusion of fluorine from the fluorine-added silicon oxide film 4A can be suppressed. Further, the nitrogen-added silicon oxide film 4
Since the Si-H bond amount of B is set to 0.2% or more, the orientation of the second-layer metal wiring 6 on the nitrogen-added silicon oxide film 4B, particularly the aluminum alloy film 6B can be improved.

【0042】さらに、本発明の実施の形態に係る半導体
装置においては、窒素添加酸化珪素膜4Bの屈折率を
1.5以上に設定したので、弗素添加酸化珪素膜4Aか
らの弗素の拡散を抑制することができ、窒素添加酸化珪
素膜4Bそのものの薄膜化を図ることができる。窒素添
加酸化珪素膜4Bを薄膜化することにより、第2の層間
絶縁膜4としての誘電率の上昇を抑えることができ、第
1層目の金属配線3、第2層目の金属配線6の信号伝達
速度の高速化を図ることができ、半導体装置の回路動作
性能を向上することができる。
Further, in the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, since the refractive index of nitrogen-doped silicon oxide film 4B is set to 1.5 or more, diffusion of fluorine from fluorine-doped silicon oxide film 4A is suppressed. It is possible to reduce the thickness of the nitrogen-added silicon oxide film 4B itself. By making the nitrogen-added silicon oxide film 4B thinner, an increase in the dielectric constant of the second interlayer insulating film 4 can be suppressed, and the first-layer metal wiring 3 and the second-layer metal wiring 6 The signal transmission speed can be increased, and the circuit operation performance of the semiconductor device can be improved.

【0043】なお、本発明の実施の形態に係る半導体装
置においては、第1層目の金属配線3及び第2層目の金
属配線6を有する2層配線構造について説明している
が、本発明は、この金属配線層数に限定されるものでは
なく、3層以上の多層配線構造にも適用することができ
る。そして、例えば第2層目の金属配線と第3層目の金
属配線との間に、第2の層間絶縁膜4と同様な構造の層
間絶縁膜を配設することができる。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a two-layer wiring structure having the first-layer metal wiring 3 and the second-layer metal wiring 6 has been described. Is not limited to the number of metal wiring layers, but can be applied to a multilayer wiring structure having three or more layers. Then, for example, an interlayer insulating film having a structure similar to that of the second interlayer insulating film 4 can be provided between the second-layer metal wiring and the third-layer metal wiring.

【0044】[半導体製造装置の構造]上記本発明の実
施の形態に係る半導体装置において、第2の層間絶縁膜
4の窒素添加酸化珪素膜4Bは、図6に示す半導体製造
装置10により成膜することができる。同図6に示すよ
うに、本発明の実施の形態に係る半導体製造装置10は
平行平板型プラズマ化学気相成長装置である。すなわ
ち、半導体製造装置10は、反応容器(メタルチャン
バ)11と、反応容器11内部に配設された基板接地電
極12と、反応容器11内部において基板接地電極12
上に対向して配設されたガス分散板13と、ガス分散板
13上の原料ガス導入部14と、基板接地電極12裏面
に配設されたヒータ15と、反応容器11内部にスロッ
トルバルブ16を介在させ連結されたドライポンプ17
と、高周波電源(RF電源)18とを少なくとも備えて
構築されている。
[Structure of Semiconductor Manufacturing Apparatus] In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the nitrogen-added silicon oxide film 4B of the second interlayer insulating film 4 is formed by the semiconductor manufacturing apparatus 10 shown in FIG. can do. As shown in FIG. 6, a semiconductor manufacturing apparatus 10 according to the embodiment of the present invention is a parallel plate type plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus. That is, the semiconductor manufacturing apparatus 10 includes a reaction vessel (metal chamber) 11, a substrate ground electrode 12 disposed inside the reaction vessel 11, and a substrate ground electrode 12 inside the reaction vessel 11.
A gas dispersing plate 13 disposed on the upper surface of the gas dispersing plate 13, a source gas inlet 14 on the gas dispersing plate 13, a heater 15 disposed on the back surface of the substrate ground electrode 12, and a throttle valve 16 inside the reaction vessel 11. Dry pump 17 connected with
And a high-frequency power supply (RF power supply) 18.

【0045】基板接地電極12はサセプタとして半導体
ウェハ(Siウェハ)を保持するようになっている。基
板接地電極12にはリフト機構21が付随しており、こ
のリフト機構21は基板接地電極12に保持された半導
体ウェハ1Wの表面と上部電極であるガス分散板13と
の間の距離を制御することができる。
The substrate ground electrode 12 holds a semiconductor wafer (Si wafer) as a susceptor. A lift mechanism 21 is attached to the substrate ground electrode 12, and the lift mechanism 21 controls a distance between the surface of the semiconductor wafer 1W held by the substrate ground electrode 12 and the gas distribution plate 13 as an upper electrode. be able to.

【0046】反応容器11上部の原料ガス導入部14に
はマスフローコントローラ(MFC)19を通してガス
供給源20が接続されている。ガス供給源20は、図6
中、簡略化して示してあるが、SiH、NO、N
等の原料ガスを反応容器11に供給するようになってい
る。マスフローコントローラ19においては、反応容器
11に供給される原料ガスの流量を制御することができ
る。
A gas supply source 20 is connected through a mass flow controller (MFC) 19 to the source gas introduction section 14 above the reaction vessel 11. The gas supply source 20 is shown in FIG.
Although shown in a simplified manner, SiH 4 , N 2 O, and N 2
And the like are supplied to the reaction vessel 11. In the mass flow controller 19, the flow rate of the raw material gas supplied to the reaction vessel 11 can be controlled.

【0047】ガス分散板13は、原料ガス導入部14か
ら流入される原料ガスを反応容器11内部に均一に分散
させるようになっている。さらに、ガス分散板13は、
高周波電源18に接続及び接地され、高周波電極として
使用されている。すなわち、高周波電源18からガス分
散板13に高周波電力が供給されると、反応容器11内
部においてガス分散板13と基板接地電極12との間に
プラズマを発生させることができる。
The gas dispersion plate 13 uniformly distributes the source gas flowing from the source gas inlet 14 into the reaction vessel 11. Furthermore, the gas distribution plate 13
It is connected to the high-frequency power supply 18 and grounded, and is used as a high-frequency electrode. That is, when high-frequency power is supplied from the high-frequency power supply 18 to the gas dispersion plate 13, plasma can be generated between the gas dispersion plate 13 and the substrate ground electrode 12 inside the reaction vessel 11.

【0048】ヒータ15は基板接地電極12を介在させ
て半導体ウェハ1Wを加熱保持することができる。例え
ば、ヒータ15は、半導体ウェハ1Wの温度を450℃
程度まで温度制御を行うことができる。
The heater 15 can heat and hold the semiconductor wafer 1W with the substrate ground electrode 12 interposed. For example, the heater 15 sets the temperature of the semiconductor wafer 1W at 450 ° C.
Temperature control can be performed to a degree.

【0049】ドライポンプ17は反応容器11内部を真
空にすることができる。スロットルバルブ16は反応容
器11内部の圧力制御を行うことができる。
The dry pump 17 can evacuate the inside of the reaction vessel 11. The throttle valve 16 can control the pressure inside the reaction vessel 11.

【0050】[半導体装置の製造方法]次に、上記半導
体装置の製造方法を、図7乃至図12を使用して説明す
る。
[Method of Manufacturing Semiconductor Device] Next, a method of manufacturing the semiconductor device will be described with reference to FIGS.

【0051】(1)まず最初に、半導体基板1上に第1
の層間絶縁膜2を形成し、図7に示すように、第1の層
間絶縁膜2上に第1層目の金属配線3を形成する。第1
層目の金属配線3は、バリアメタル膜3A、アルミニウ
ム合金膜3B、反射防止膜3Cのそれぞれを順次成膜し
た後、フォトリソグラフィ技術により形成したマスクを
使用し、エッチングによりパターンニングを行うことに
より形成されている。エッチングには、微細加工を実現
することができる、例えば反応性イオンエッチング(R
IE)を使用することができる。バリアメタル膜3Aに
は、例えば、10nmの膜厚のチタン膜、10nmの膜
厚の窒化チタン膜のそれぞれを順次スパッタリング法に
より成膜した複合膜を使用することができる。アルミニ
ウム合金膜3Bは、例えばスパッタリング法により25
0nmの膜厚に成膜されている。反射防止膜3Cは、例
えば、5nmの膜厚のチタン膜、50nmの膜厚の窒化
チタン膜のそれぞれを順次スパッタリング法により成膜
した複合膜を使用することができる。
(1) First, the first substrate is placed on the semiconductor substrate 1.
Then, a first-layer metal wiring 3 is formed on the first interlayer insulating film 2 as shown in FIG. First
The metal wiring 3 of the layer is formed by sequentially forming a barrier metal film 3A, an aluminum alloy film 3B, and an antireflection film 3C, and then performing patterning by etching using a mask formed by a photolithography technique. Is formed. For the etching, fine processing can be realized, for example, reactive ion etching (R
IE) can be used. As the barrier metal film 3A, for example, a composite film in which a titanium film having a thickness of 10 nm and a titanium nitride film having a thickness of 10 nm are sequentially formed by a sputtering method can be used. The aluminum alloy film 3B is formed of, for example, 25 by sputtering.
The film is formed to a thickness of 0 nm. As the antireflection film 3C, for example, a composite film in which a titanium film having a thickness of 5 nm and a titanium nitride film having a thickness of 50 nm are sequentially formed by a sputtering method can be used.

【0052】(2)図8に示すように、第1層目の金属
配線3を覆うように、半導体基板1上の全面に第2の層
間絶縁膜4を形成するための弗素添加酸化珪素膜4Aを
形成する。弗素添加酸化珪素膜4Aは、例えば平行平板
型化学気相成長法や高密度プラズマ化学気相成長法によ
り、550nm〜650nm程度の膜厚により成膜する
ことができる。
(2) As shown in FIG. 8, a fluorine-doped silicon oxide film for forming a second interlayer insulating film 4 on the entire surface of the semiconductor substrate 1 so as to cover the first-layer metal wiring 3 4A is formed. The fluorine-added silicon oxide film 4A can be formed to a thickness of about 550 nm to 650 nm by, for example, a parallel plate type chemical vapor deposition method or a high density plasma chemical vapor deposition method.

【0053】(3)引き続き、図9に示すように、弗素
添加酸化珪素膜4A上の全面に、0.2%以上のSi−
H結合量を有し、かつ1.5以上の屈折率を有する窒素
添加酸化珪素膜4Bを成膜する。窒素添加酸化珪素膜4
Bは、上記図6に示す半導体製造装置(平行平板型プラ
ズマ化学気相成長装置)10により成膜することができ
る。
(3) Subsequently, as shown in FIG. 9, 0.2% or more Si-
A nitrogen-added silicon oxide film 4B having an H bond amount and a refractive index of 1.5 or more is formed. Nitrogen-added silicon oxide film 4
B can be formed by the semiconductor manufacturing apparatus (parallel plate type plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus) 10 shown in FIG.

【0054】すなわち、まず最初に、半導体製造装置1
0の反応容器11の内部において、基板接地電極12上
に半導体基板1(ダイシング工程前であるので、半導体
ウェハ1Wの状態である。)を保持する。ガス供給源2
0からマスフローコントローラ19、原料ガス導入部1
4のそれぞれを通して反応容器11内部に原料ガスを供
給する。原料ガスにはSiH、NO、Nの混合原
料ガスが使用され、SiHの流量を60sccm、N
Oの流量を500sccm、Nの流量を3000s
ccmとする条件下において、反応容器11内部に原料
ガスが供給される。ここで、SiHの流量を増すこと
により、又逆にNOの流量を減らすことにより、窒素
添加酸化珪素膜4B中にSi−H結合が生じ易くなり、
0.2%以上のSi−H結合量を有する窒素添加酸化珪
素膜4Bを容易に形成することができる。反応容器11
の内部圧力はドライポンプ17及びスロットルバルブ1
6により例えば400Paに制御される。
That is, first, the semiconductor manufacturing apparatus 1
The semiconductor substrate 1 (before the dicing step, the state of the semiconductor wafer 1W) is held on the substrate ground electrode 12 inside the reaction vessel 11 of No. 0. Gas supply source 2
0 to mass flow controller 19, source gas introduction unit 1
4, a raw material gas is supplied into the reaction vessel 11. Source gas SiH 4, N 2 O, a mixed raw material gas N 2 is used for the, 60 sccm flow rate of SiH 4, N
The flow rate of 2 O is 500 sccm, and the flow rate of N 2 is 3000 s.
Under the condition of ccm, the source gas is supplied into the reaction vessel 11. Here, by increasing the flow rate of SiH 4 , and conversely, decreasing the flow rate of N 2 O, Si—H bonds easily occur in the nitrogen-added silicon oxide film 4B,
Nitrogen-added silicon oxide film 4B having a Si-H bond amount of 0.2% or more can be easily formed. Reaction vessel 11
The internal pressure of the dry pump 17 and the throttle valve 1
6 controls the pressure to 400 Pa, for example.

【0055】反応容器11内部において、原料ガスの流
量と内部圧力とが安定したところで、高周波電源18に
例えば250Wの高周波電力を印加する。ここで、高周
波電力が300W以下に設定されることにより、窒素添
加酸化珪素膜4B中にSi−H結合が生じ易くなり、
0.2%以上のSi−H結合量を有する窒素添加酸化珪
素膜4Bを容易に形成することができる。
When the flow rate of the raw material gas and the internal pressure are stabilized in the reaction vessel 11, a high frequency power of, for example, 250 W is applied to the high frequency power supply 18. Here, when the high frequency power is set to 300 W or less, Si—H bonds easily occur in the nitrogen-added silicon oxide film 4B,
Nitrogen-added silicon oxide film 4B having a Si-H bond amount of 0.2% or more can be easily formed.

【0056】上記高周波電力の印加に伴い、基板接地電
極12とガス分散板13との間にプラズマが生成され、
半導体基板板上の弗素添加酸化珪素膜4A上に窒素添加
酸化珪素膜4Bを成膜することができる。平坦化に伴う
膜減りを考慮して、例えば300nmの膜厚において窒
素添加酸化珪素膜4Bを成膜する。
With the application of the high-frequency power, plasma is generated between the substrate ground electrode 12 and the gas dispersion plate 13,
The nitrogen-added silicon oxide film 4B can be formed on the fluorine-added silicon oxide film 4A on the semiconductor substrate. The nitrogen-added silicon oxide film 4B is formed to a thickness of, for example, 300 nm in consideration of the film reduction accompanying the planarization.

【0057】なお、本発明の実施の形態に係る半導体装
置の製造方法においては、弗素添加酸化珪素膜4A及び
窒素添加酸化珪素膜4Bにより第2の層間絶縁膜4を形
成しているが、本発明は、第1の層間絶縁膜2も弗素添
加酸化珪素膜及び窒素添加酸化珪素膜により形成するこ
とができる。また、本発明は、第2の層間絶縁膜4の弗
素添加酸化珪素膜4A並びに窒素添加酸化珪素膜4Bを
同一の半導体製造装置10において連続的に成膜するよ
うにしてもよい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the second interlayer insulating film 4 is formed by the fluorine-added silicon oxide film 4A and the nitrogen-added silicon oxide film 4B. According to the present invention, the first interlayer insulating film 2 can also be formed by a fluorine-added silicon oxide film and a nitrogen-added silicon oxide film. Further, in the present invention, the fluorine-added silicon oxide film 4A and the nitrogen-added silicon oxide film 4B of the second interlayer insulating film 4 may be continuously formed in the same semiconductor manufacturing apparatus 10.

【0058】(4)図10に示すように、第1層目の金
属配線3上の所定箇所において、第2の層間絶縁膜4に
接続孔4Hを形成する。接続孔4Hは、例えばフォトリ
ソグラフィ技術により形成したマスクを使用し、反応性
イオンエッチングにより第2の層間絶縁膜4を部分的に
除去することにより形成することができる。
(4) As shown in FIG. 10, a connection hole 4H is formed in the second interlayer insulating film 4 at a predetermined position on the first-layer metal wiring 3. The connection hole 4H can be formed by partially removing the second interlayer insulating film 4 by reactive ion etching using a mask formed by photolithography, for example.

【0059】(5)図11に示すように、少なくとも接
続孔4Hの内壁並びに接続孔4H内部に露出する第1層
目の金属配線3上が覆われるように、バリアメタル膜5
Aを形成し、引き続きこのバリアメタル膜5A上にメタ
ルプラグ5Bを形成する。バリアメタル膜5Aには、例
えばスパッタリング法又は化学気相成長法によりチタン
膜、窒化チタン膜のそれぞれを順次成膜した複合膜を実
用的に使用することができる。メタルプラグ5Bには、
例えば化学気相成長法により成膜したタングステン
(W)膜を実用的に使用することができる。
(5) As shown in FIG. 11, the barrier metal film 5 is formed so as to cover at least the inner wall of the connection hole 4H and the first-layer metal wiring 3 exposed inside the connection hole 4H.
A is formed, and subsequently a metal plug 5B is formed on the barrier metal film 5A. As the barrier metal film 5A, a composite film in which a titanium film and a titanium nitride film are sequentially formed by, for example, a sputtering method or a chemical vapor deposition method can be practically used. Metal plug 5B has
For example, a tungsten (W) film formed by a chemical vapor deposition method can be used practically.

【0060】(6)図12に示すように、接続孔4H以
外の余分なバリアメタル膜5A及びメタルプラグ5Bを
除去することにより接続孔4H内部に接続孔配線5を形
成するとともに、第2の層間絶縁膜4の窒素添加酸化珪
素膜4Bの表面の一部を除去して平坦化する。余分なバ
リアメタル膜5A及びメタルプラグ5Bの除去と窒素添
加酸化珪素膜4Bの平坦化とは例えばケミカルメカニカ
ルポリッシングにより同時に行われる。平坦化された後
の窒素添加酸化珪素膜4Bの膜厚は例えば200nm程
度になっている。窒素添加酸化珪素膜4Bの平坦化が行
われることにより、窒素添加酸化珪素膜4B上に成膜さ
れる第2層目の金属配線6のアルミニウム合金膜6Bの
アルミニウム(111)配向性を向上することができ
る。
(6) As shown in FIG. 12, by removing the extra barrier metal film 5A and metal plug 5B other than the connection hole 4H, the connection hole wiring 5 is formed inside the connection hole 4H and the second connection hole wiring 5 is formed. A part of the surface of the nitrogen-added silicon oxide film 4B of the interlayer insulating film 4 is removed and flattened. The removal of the extra barrier metal film 5A and the metal plug 5B and the flattening of the nitrogen-added silicon oxide film 4B are simultaneously performed by, for example, chemical mechanical polishing. The thickness of the nitrogen-added silicon oxide film 4B after the planarization is, for example, about 200 nm. By performing the planarization of the nitrogen-added silicon oxide film 4B, the aluminum (111) orientation of the aluminum alloy film 6B of the second-layer metal wiring 6 formed on the nitrogen-added silicon oxide film 4B is improved. be able to.

【0061】(7)前述の図1に示すように、第2の層
間絶縁膜2上すなわち窒素添加酸化珪素膜4Bの平坦化
された表面上に第2層目の金属配線6を形成する。第2
層目の金属配線6は、バリアメタル膜6A、アルミニウ
ム合金膜6B、反射防止膜6Cのそれぞれを順次成膜し
た後、フォトリソグラフィ技術により形成したマスクを
使用し、エッチングによりパターンニングを行うことに
より形成されている。エッチングには、例えば反応性イ
オンエッチングを使用することができる。バリアメタル
膜6Aには、例えば、10nmの膜厚のチタン膜、10
nmの膜厚の窒化チタン膜のそれぞれを順次スパッタリ
ング法により成膜した複合膜を使用することができる。
アルミニウム合金膜6Bは、例えばスパッタリング法に
より250nmの膜厚に成膜されている。反射防止膜6
Cは、例えば、5nmの膜厚のチタン膜、50nmの膜
厚の窒化チタン膜のそれぞれを順次スパッタリング法に
より成膜した複合膜を使用することができる。0.2%
以上のSi−H結合量を有する窒素添加酸化珪素膜4B
上に成膜され、かつ表面の中心線平均あらさが0.35
nm以下に平坦化された窒素添加酸化珪素膜4B上に成
膜されるので、アルミニウム合金膜6Bのアルミニウム
(111)配向性は極めて良好である。
(7) As shown in FIG. 1, the second-layer metal wiring 6 is formed on the second interlayer insulating film 2, that is, on the flattened surface of the nitrogen-added silicon oxide film 4B. Second
The metal wiring 6 of the layer is formed by sequentially forming a barrier metal film 6A, an aluminum alloy film 6B, and an antireflection film 6C, and then performing patterning by etching using a mask formed by photolithography. Is formed. For the etching, for example, reactive ion etching can be used. As the barrier metal film 6A, for example, a titanium film having a thickness of 10 nm,
A composite film in which each of the titanium nitride films having a thickness of nm is sequentially formed by a sputtering method can be used.
The aluminum alloy film 6B is formed to a thickness of 250 nm by, for example, a sputtering method. Anti-reflection film 6
For C, for example, a composite film in which a titanium film with a thickness of 5 nm and a titanium nitride film with a thickness of 50 nm are sequentially formed by a sputtering method can be used. 0.2%
Nitrogen-added silicon oxide film 4B having the above Si-H bond amount
And a center line average roughness of the surface of 0.35
Since the aluminum alloy film 6B is formed on the nitrogen-added silicon oxide film 4B that has been flattened to not more than nm, the aluminum (111) orientation of the aluminum alloy film 6B is extremely good.

【0062】(8)この後、第2層目の金属配線6上に
保護膜7を形成することにより、本発明の実施の形態に
係る半導体装置を完成させることができ、製造工程が完
了する。
(8) Thereafter, by forming a protective film 7 on the second-layer metal wiring 6, the semiconductor device according to the embodiment of the present invention can be completed, and the manufacturing process is completed. .

【0063】このような本発明の実施の形態に係る半導
体装置の製造方法においては、上記半導体装置すなわち
弗素添加酸化珪素膜4Aと第2層目の金属配線6との間
に0.2%以上のSi−H結合量を有し、かつ1.5以
上の屈折率を有する窒素添加酸化珪素膜4Bを備えた半
導体装置を製造することができ、さらに窒素添加酸化珪
素膜4Bの表面が平坦化されるので、第2の金属配線6
のアルミニウム合金膜6Bのアルミニウム(111)配
向性をより一層高めることができる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the distance between the semiconductor device, ie, the fluorine-added silicon oxide film 4A and the second-layer metal wiring 6 is 0.2% or more. A semiconductor device having a nitrogen-added silicon oxide film 4B having a Si—H bond amount of 1.5 and a refractive index of 1.5 or more can be manufactured, and the surface of the nitrogen-added silicon oxide film 4B is flattened. The second metal wiring 6
The aluminum (111) orientation of the aluminum alloy film 6B can be further enhanced.

【0064】(その他の実施の形態)本発明は上記実施
の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述
及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべき
ではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形
態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other Embodiments) Although the present invention has been described with the above embodiments, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operation techniques will be apparent to those skilled in the art.

【0065】例えば、上記実施の形態に係る半導体装置
においては、第2層目の金属配線6を、バリアメタル膜
(チタン膜、窒化チタン膜)6A、アルミニウム合金膜
6B及び反射防止膜(チタン膜、窒化チタン膜)6Cを
含む複合膜としたが、本発明は、最上層の反射防止膜6
Cを窒化チタン膜だけで形成してもよい。
For example, in the semiconductor device according to the above embodiment, the second-layer metal wiring 6 is formed by forming a barrier metal film (titanium film, titanium nitride film) 6A, an aluminum alloy film 6B, and an antireflection film (titanium film). , A titanium nitride film) and a composite film containing 6C.
C may be formed only of a titanium nitride film.

【0066】また、上記実施の形態に係る半導体装置の
製造方法においては、窒素添加酸化珪素膜4Bを生成す
る原料ガスにSiH、NO、Nの混合原料ガスが
使用されているが、本発明は、原料ガスにSiH、N
O、NH、Nの混合原料ガスを使用してもよい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the above embodiment, a mixed source gas of SiH 4 , N 2 O, and N 2 is used as a source gas for forming nitrogen-added silicon oxide film 4B. According to the present invention, SiH 4 , N
A mixed source gas of 2 O, NH 3 and N 2 may be used.

【0067】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。した
がって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特
許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められ
るものである。
As described above, the present invention naturally includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the matters specifying the invention according to the claims that are appropriate from the above description.

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明は、金属配線間の層間絶縁膜の低
誘電率を確保しつつ、金属配線の剥がれ、金属配線の信
頼性の低下、ボンディング耐性の劣化等を防止すること
ができる半導体装置を提供することができる。
According to the present invention, a semiconductor capable of preventing peeling of metal wiring, reduction of reliability of metal wiring, deterioration of bonding resistance, etc., while ensuring a low dielectric constant of an interlayer insulating film between metal wirings. An apparatus can be provided.

【0069】さらに、本発明は、層間絶縁膜上の金属の
配向性を高め、金属配線のエレクトロマイグレーション
耐性を向上することにより、信頼性を向上することがで
きるとともに、長寿命化を実現することができる半導体
装置を提供することができる。
Further, according to the present invention, by improving the orientation of metal on an interlayer insulating film and improving the electromigration resistance of metal wiring, reliability can be improved and a longer life can be realized. The semiconductor device which can be provided can be provided.

【0070】さらに、本発明は、上記半導体装置を実現
することができる好適な製造方法を提供することができ
る。
Further, the present invention can provide a preferable manufacturing method capable of realizing the above semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る半導体装置の要部断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す半導体装置の窒素添加酸化珪素膜の
Si−H結合量とアルミニウム(111)配向との関係
を示す図である。
2 is a diagram showing a relationship between the amount of Si—H bonds in a nitrogen-added silicon oxide film of the semiconductor device shown in FIG. 1 and aluminum (111) orientation.

【図3】図1に示す半導体装置の窒素添加酸化珪素膜の
フルスペクトルプロファイルを示す図である。
3 is a diagram showing a full spectrum profile of a nitrogen-doped silicon oxide film of the semiconductor device shown in FIG.

【図4】図3に示すフルスペクトルプロファイルの要部
を拡大したスペクトルプロファイルを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a spectrum profile in which a main part of the full spectrum profile shown in FIG. 3 is enlarged.

【図5】図1に示す半導体装置の窒素添加酸化珪素膜中
への熱処理による弗素拡散膜厚の屈折率依存性を示す図
である。
5 is a diagram showing the refractive index dependency of the fluorine diffusion film thickness by heat treatment in the nitrogen-added silicon oxide film of the semiconductor device shown in FIG.

【図6】本発明の実施の形態に係る半導体製造装置の概
略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態に係る半導体装置の工程断
面図である。
FIG. 7 is a process sectional view of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;

【図8】図7に続く半導体装置の工程断面図である。FIG. 8 is a process sectional view of the semiconductor device, following FIG. 7;

【図9】図8に続く半導体装置の工程断面図である。FIG. 9 is a process sectional view of the semiconductor device, following FIG. 8;

【図10】図9に続く半導体装置の工程断面図である。FIG. 10 is a process sectional view of the semiconductor device, following FIG. 9;

【図11】図10に続く半導体装置の工程断面図であ
る。
11 is a process sectional view of the semiconductor device, following FIG. 10;

【図12】図11に続く半導体装置の工程断面図であ
る。
FIG. 12 is a process sectional view of the semiconductor device, following FIG. 11;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 1W 半導体ウェハ 2 第1の層間絶縁膜 3 第1層目の金属配線 3A、6A バリアメタル膜 3B、6B アルミニウム合金膜 3C、6C 反射防止膜 4 第2の層間絶縁膜 4A 弗素添加酸化珪素膜 4B 窒素添加酸化珪素膜 4H 接続孔 5 接続孔配線 6 第2層目の金属配線 7 保護膜 10 半導体製造装置 11 反応容器 12 基板接地電極 13 ガス分散板 14 原料ガス導入部 15 ヒータ 16 スロットルバルブ 17 ドライポンプ 18 高周波電源 19 マスフローコントローラ 20 ガス供給源 21 リフト機構 REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor substrate 1W semiconductor wafer 2 first interlayer insulating film 3 first layer metal wiring 3A, 6A barrier metal film 3B, 6B aluminum alloy film 3C, 6C antireflection film 4 second interlayer insulating film 4A fluorine-doped oxidation Silicon film 4B Nitrogen-doped silicon oxide film 4H Connection hole 5 Connection hole wiring 6 Second-layer metal wiring 7 Protective film 10 Semiconductor manufacturing apparatus 11 Reaction vessel 12 Substrate ground electrode 13 Gas dispersion plate 14 Source gas introduction unit 15 Heater 16 Throttle Valve 17 Dry pump 18 High frequency power supply 19 Mass flow controller 20 Gas supply source 21 Lift mechanism

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堤 かおり 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 本多 亮 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 5F033 HH09 HH18 HH33 JJ18 JJ19 JJ33 KK09 KK18 KK33 MM05 MM08 MM13 NN06 NN07 PP06 PP15 QQ03 QQ13 QQ37 QQ48 RR04 RR08 RR11 SS01 SS02 SS04 SS15 WW00 XX01 XX05 XX12 XX14 XX24 XX25 5F058 BD01 BD04 BD06 BD15 BF07 BF23 BF29 BF33 BF34  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Kaori Tsutsumi, 8-8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Inventor Ryo Honda, 8-8 Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa, Japan F-term at Toshiba Yokohama Office (reference) BD15 BF07 BF23 BF29 BF33 BF34

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上の弗素添加酸化珪素膜と、 前記弗素添加酸化珪素膜上の、0.2%以上のSi−H
結合量を有する窒素添加酸化珪素膜と、 前記窒素添加酸化珪素膜上の金属配線とを備えたことを
特徴とする半導体装置。
1. A fluorine-doped silicon oxide film on a semiconductor substrate, and 0.2% or more of Si—H on the fluorine-doped silicon oxide film.
A semiconductor device comprising: a nitrogen-added silicon oxide film having a bonding amount; and a metal wiring on the nitrogen-added silicon oxide film.
【請求項2】 半導体基板上の弗素添加酸化珪素膜と、 前記弗素添加酸化珪素膜上に配設され、0.2%以上の
Si−H結合量及び1.5以上の屈折率を有する窒素添
加酸化珪素膜と、 前記窒素添加酸化珪素膜上の金属配線とを備えたことを
特徴とする半導体装置。
2. A fluorine-doped silicon oxide film on a semiconductor substrate; and nitrogen provided on the fluorine-doped silicon oxide film and having a Si—H bond amount of 0.2% or more and a refractive index of 1.5 or more. A semiconductor device comprising: an added silicon oxide film; and a metal wiring on the nitrogen-added silicon oxide film.
【請求項3】 前記窒素添加酸化珪素膜のSi−H結合
量が、さらに1.5%以下であることを特徴とする請求
項1又は請求項2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the amount of Si—H bonds in the nitrogen-added silicon oxide film is 1.5% or less.
【請求項4】 少なくとも以下の工程を備えたことを特
徴とする半導体装置の製造方法。 (1)半導体基板上に弗素添加酸化珪素膜を形成する工
程 (2)前記弗素添加酸化珪素膜上に、0.2%以上のS
i−H結合量を有する窒素添加酸化珪素膜を形成する工
程 (3)前記窒素添加酸化珪素膜の表面を平坦化する工程 (4)前記窒素添加酸化珪素膜の平坦化された表面上に
金属配線を形成する工程
4. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising at least the following steps. (1) Step of forming a fluorine-doped silicon oxide film on a semiconductor substrate (2) On the fluorine-doped silicon oxide film, 0.2% or more of S
Step of forming a nitrogen-added silicon oxide film having an iH bond amount (3) Step of flattening the surface of the nitrogen-added silicon oxide film (4) Metal on the flattened surface of the nitrogen-added silicon oxide film Step of forming wiring
【請求項5】 少なくとも以下の工程を備えたことを特
徴とする半導体装置の製造方法。 (1)半導体基板上に弗素添加酸化珪素膜を形成する工
程 (2)前記弗素添加酸化珪素膜上に、0.2%以上のS
i−H結合量及び1.5以上の屈折率を有する窒素添加
酸化珪素膜を形成する工程 (3)前記窒素添加酸化珪素膜の表面を平坦化する工程 (4)前記窒素添加酸化珪素膜の平坦化された表面上に
金属配線を形成する工程
5. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising at least the following steps. (1) Step of forming a fluorine-doped silicon oxide film on a semiconductor substrate (2) On the fluorine-doped silicon oxide film, 0.2% or more of S
Step of forming a nitrogen-added silicon oxide film having an iH bond amount and a refractive index of 1.5 or more (3) Step of flattening the surface of the nitrogen-added silicon oxide film (4) Step of forming metal wiring on a planarized surface
【請求項6】 前記窒素添加酸化珪素膜を形成する工程
は、1.5%以下のSi−H結合量の窒素添加酸化珪素
膜を形成する工程であることを特徴とする請求項4又は
請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 4, wherein the step of forming the nitrogen-added silicon oxide film is a step of forming a nitrogen-added silicon oxide film having a Si—H bond amount of 1.5% or less. Item 6. The method for manufacturing a semiconductor device according to Item 5.
【請求項7】 前記窒素添加酸化珪素膜の表面を平坦化
する工程は、窒素添加酸化珪素膜の表面の中心線平均あ
らさを0.35nm以下に平坦化する工程であることを
特徴とする請求項4乃至請求項6のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法。
7. The step of flattening the surface of the nitrogen-doped silicon oxide film is a step of flattening the center line average roughness of the surface of the nitrogen-doped silicon oxide film to 0.35 nm or less. 7. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4.
【請求項8】 前記窒素添加酸化珪素膜を形成する工程
は、300W以下の高周波電力を印加した状態におい
て、窒素添加酸化珪素膜をプラズマ気相成長させる工程
であることを特徴とする請求項4乃至請求項7のいずれ
かに記載の半導体装置の製造方法。
8. The method according to claim 4, wherein the step of forming the nitrogen-doped silicon oxide film is a step of performing plasma vapor deposition of the nitrogen-doped silicon oxide film while applying a high-frequency power of 300 W or less. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011086674A (en) * 2009-10-13 2011-04-28 Canon Inc Photoelectric converter and imaging system using the same
KR101574140B1 (en) * 2007-10-18 2015-12-03 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Method for manufacturing semiconductor device semiconductor device and electronic appliance
JP2017092499A (en) * 2017-02-10 2017-05-25 キヤノン株式会社 Solid state imaging device and imaging system
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WO2024014473A1 (en) * 2022-07-15 2024-01-18 ローム株式会社 Semiconductor device

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