JPH08227888A - 誘電体膜の形成方法 - Google Patents
誘電体膜の形成方法Info
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- JPH08227888A JPH08227888A JP3196095A JP3196095A JPH08227888A JP H08227888 A JPH08227888 A JP H08227888A JP 3196095 A JP3196095 A JP 3196095A JP 3196095 A JP3196095 A JP 3196095A JP H08227888 A JPH08227888 A JP H08227888A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、誘電体膜の形成方法に関し、埋め
込み能力の向上を図るとともに、酸化ケイ素の誘電率
（＝３．８）よりも低い誘電体膜の実現を図る。 【構成】 化学的気相成長法によって、有機成分を含む
酸化ケイ素膜（低誘電体膜１５）を成膜する誘電体膜の
形成方法において、この化学的気相成長法で用いる原料
気体は、少なくとも、モノシランまたはポリシランのシ
ラン系気体と、Ｃ n Ｈ2n+2〔ｎは正の整数を表す〕で表
される炭化水素と、酸素原子を含む気体からなる酸化剤
とで構成される。
込み能力の向上を図るとともに、酸化ケイ素の誘電率
（＝３．８）よりも低い誘電体膜の実現を図る。 【構成】 化学的気相成長法によって、有機成分を含む
酸化ケイ素膜（低誘電体膜１５）を成膜する誘電体膜の
形成方法において、この化学的気相成長法で用いる原料
気体は、少なくとも、モノシランまたはポリシランのシ
ラン系気体と、Ｃ n Ｈ2n+2〔ｎは正の整数を表す〕で表
される炭化水素と、酸素原子を含む気体からなる酸化剤
とで構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に用いられ
る誘電率が低い誘電体膜、特には０．２５μｍ以下の設
計ルールの半導体装置の層間絶縁膜等に用いられる誘電
体膜の形成方法に関するものである。
る誘電率が低い誘電体膜、特には０．２５μｍ以下の設
計ルールの半導体装置の層間絶縁膜等に用いられる誘電
体膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の微細化，低消費電力化およ
び高速動作化にともない、層間絶縁膜の低誘電率化が検
討されている。現在開示されている誘電率が低い誘電体
膜（以下低誘電体膜と称する）は、炭素原子またはフッ
素原子を含むことで誘電率を下げている。現在のとこ
ろ、誘電率が１．５〜２．５程度の低誘電体膜が実現さ
れている。
び高速動作化にともない、層間絶縁膜の低誘電率化が検
討されている。現在開示されている誘電率が低い誘電体
膜（以下低誘電体膜と称する）は、炭素原子またはフッ
素原子を含むことで誘電率を下げている。現在のとこ
ろ、誘電率が１．５〜２．５程度の低誘電体膜が実現さ
れている。
【０００３】炭素原子を含む低誘電体材料は、有機ＳＯ
Ｇ（Spin on glass ）、ポリイミド、ポリパラキシリレ
ン等が知られている。これらの材料は、炭素原子、いわ
ゆるアルキル基を含むことで、材料の密度を低下させる
こと、および原子自身の分極率を低くすることで、低誘
電率になっているといわれている。また、これらの材料
は、単に誘電率が低いだけでなく、半導体装置の材料と
して不可欠の耐熱性を有している。有機ＳＯＧはシロキ
サン構造を持つことで、ポリイミドはイミド結合を有す
ることで、ポリパラキシリレンはベンゼン環のポリマー
となることで、それぞれ耐熱性を有している。
Ｇ（Spin on glass ）、ポリイミド、ポリパラキシリレ
ン等が知られている。これらの材料は、炭素原子、いわ
ゆるアルキル基を含むことで、材料の密度を低下させる
こと、および原子自身の分極率を低くすることで、低誘
電率になっているといわれている。また、これらの材料
は、単に誘電率が低いだけでなく、半導体装置の材料と
して不可欠の耐熱性を有している。有機ＳＯＧはシロキ
サン構造を持つことで、ポリイミドはイミド結合を有す
ることで、ポリパラキシリレンはベンゼン環のポリマー
となることで、それぞれ耐熱性を有している。
【０００４】フッ素原子を含む低誘電体材料は、酸フッ
化ケイ素〔ＳｉＯＦ〕が知られている。この材料は、Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｓｉ結合をフッ素原子により終端することで、
密度を下げること、フッ素原子自身の分極率が低いこと
等が原因となって誘電率を下げている。当然のことなが
ら、この材料は耐熱性にも優れている。
化ケイ素〔ＳｉＯＦ〕が知られている。この材料は、Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｓｉ結合をフッ素原子により終端することで、
密度を下げること、フッ素原子自身の分極率が低いこと
等が原因となって誘電率を下げている。当然のことなが
ら、この材料は耐熱性にも優れている。
【０００５】また、低誘電体膜に限らず絶縁膜には、配
線間を埋め込むことが要求され、埋め込み能力と広い面
積を平坦化（以下グローバル平坦化という）する能力と
が必要である。その方法として、ＡＰＬ技術が注目され
ている。このＡＰＬ技術とは、英国のＥＴＥ社が開発し
たAdvanced Planarization Layerの略称で、埋め込み能
力とある程度のグローバル平坦化の能力を備えた技術で
ある。この技術は、原料にモノシラン〔ＳｉＨ4 〕と過
酸化水素〔Ｈ2 Ｏ2 〕を用い、基板を０℃前後に冷却し
て、化学的気相成長（以下ＣＶＤという）を行うことに
より、基板表面に、液体を垂らして硬化させたような形
状に絶縁膜（ＳｉＯ2 膜）を形成する方法である。埋め
込み能力に関しては、アスペクト比４程度まで可能であ
る。またグローバル平坦化の能力に関しては、１０μｍ
平方程度を平坦に埋め込むことが可能である。この技術
では、基板温度を１０℃以上に高めると成膜時に液体の
ような挙動を示さなくなり、上記能力が徐々になくなっ
ていくことが知られている。
線間を埋め込むことが要求され、埋め込み能力と広い面
積を平坦化（以下グローバル平坦化という）する能力と
が必要である。その方法として、ＡＰＬ技術が注目され
ている。このＡＰＬ技術とは、英国のＥＴＥ社が開発し
たAdvanced Planarization Layerの略称で、埋め込み能
力とある程度のグローバル平坦化の能力を備えた技術で
ある。この技術は、原料にモノシラン〔ＳｉＨ4 〕と過
酸化水素〔Ｈ2 Ｏ2 〕を用い、基板を０℃前後に冷却し
て、化学的気相成長（以下ＣＶＤという）を行うことに
より、基板表面に、液体を垂らして硬化させたような形
状に絶縁膜（ＳｉＯ2 膜）を形成する方法である。埋め
込み能力に関しては、アスペクト比４程度まで可能であ
る。またグローバル平坦化の能力に関しては、１０μｍ
平方程度を平坦に埋め込むことが可能である。この技術
では、基板温度を１０℃以上に高めると成膜時に液体の
ような挙動を示さなくなり、上記能力が徐々になくなっ
ていくことが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＡＰＬ
技術では、形成される絶縁膜の誘電率が４〜５程度と、
ＳＯＧ膜、オゾン−テトラエトキシシラン〔Ｏ3 −ＴＥ
ＯＳ〕膜等と同等であり、低誘電率（誘電率が１．５〜
２．５程度）の膜を形成することはできない。それは、
ＡＰＬ技術で形成される膜は酸化ケイ素膜であり、理想
的に誘電率を下げたとしても、誘電率３．８が限界であ
る。またＡＰＬ技術による絶縁膜には、誘電率を高める
効果がある水酸基〔−ＯＨ- 〕が含まれているので、酸
化ケイ素膜よりも誘電率が高くなる。
技術では、形成される絶縁膜の誘電率が４〜５程度と、
ＳＯＧ膜、オゾン−テトラエトキシシラン〔Ｏ3 −ＴＥ
ＯＳ〕膜等と同等であり、低誘電率（誘電率が１．５〜
２．５程度）の膜を形成することはできない。それは、
ＡＰＬ技術で形成される膜は酸化ケイ素膜であり、理想
的に誘電率を下げたとしても、誘電率３．８が限界であ
る。またＡＰＬ技術による絶縁膜には、誘電率を高める
効果がある水酸基〔−ＯＨ- 〕が含まれているので、酸
化ケイ素膜よりも誘電率が高くなる。
【０００７】そこで本発明は、埋め込み能力が高く、誘
電率が低い誘電体膜の形成方法を提供することを目的と
する。
電率が低い誘電体膜の形成方法を提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた誘電体膜の形成方法である。すな
わち、化学的気相成長法によって、有機成分を含む酸化
ケイ素膜を成膜する誘電体膜の形成方法において、少な
くとも、モノシランまたはポリシランのシラン系気体
と、Ｃn Ｈ2n+2〔ｎは正の整数を表す〕で表される炭化
水素と、酸素原子を含む気体からなる酸化剤とで構成さ
れる原料気体を用いる化学的気相成長によって、誘電体
膜を形成することにより、上記課題を解決する。
成するためになされた誘電体膜の形成方法である。すな
わち、化学的気相成長法によって、有機成分を含む酸化
ケイ素膜を成膜する誘電体膜の形成方法において、少な
くとも、モノシランまたはポリシランのシラン系気体
と、Ｃn Ｈ2n+2〔ｎは正の整数を表す〕で表される炭化
水素と、酸素原子を含む気体からなる酸化剤とで構成さ
れる原料気体を用いる化学的気相成長によって、誘電体
膜を形成することにより、上記課題を解決する。
【０００９】
【作用】上記誘電体膜の形成方法では、少なくとも、シ
ラン系気体と、Ｃn Ｈ2n+2〔ｎは正の整数を表す〕で表
される炭化水素と、酸素原子を含む気体からなる酸化剤
とで構成される原料気体を用いる化学的気相成長によっ
て、誘電体膜を形成することから、シラン系気体と酸化
剤とが縮合して、シラノールが生成され、このシラノー
ルと炭化水素とが反応して有機成分（例えばアルキル
基）とＳｉとの結合を有する前駆体が生成される。そし
てこの前駆体とシラノールとが反応して、有機成分（例
えばアルキル基）とＳｉとの結合を有する酸化ケイ素か
らなる誘電体膜が形成される。
ラン系気体と、Ｃn Ｈ2n+2〔ｎは正の整数を表す〕で表
される炭化水素と、酸素原子を含む気体からなる酸化剤
とで構成される原料気体を用いる化学的気相成長によっ
て、誘電体膜を形成することから、シラン系気体と酸化
剤とが縮合して、シラノールが生成され、このシラノー
ルと炭化水素とが反応して有機成分（例えばアルキル
基）とＳｉとの結合を有する前駆体が生成される。そし
てこの前駆体とシラノールとが反応して、有機成分（例
えばアルキル基）とＳｉとの結合を有する酸化ケイ素か
らなる誘電体膜が形成される。
【００１０】このように、シリコン原子にアルキル基が
付くことによって、そこで結合のネットワークが断ち切
られ、分子間の電子の行き来がなくなる。すなわち、電
子分極率が小さくなることにより、誘電率が低くなる。
また、化学的な結合が切れるために、膜の密度が小さく
なる。すなわち、単位体積当たりの分極する分子の数が
少なくなることにより、誘電率が低くなる。
付くことによって、そこで結合のネットワークが断ち切
られ、分子間の電子の行き来がなくなる。すなわち、電
子分極率が小さくなることにより、誘電率が低くなる。
また、化学的な結合が切れるために、膜の密度が小さく
なる。すなわち、単位体積当たりの分極する分子の数が
少なくなることにより、誘電率が低くなる。
【００１１】そして、上記形成方法における重合反応は
比較的遅いため、重合反応が進まないうちは、形成され
る膜は成膜表面で液体のように振る舞う。そのため、埋
め込み能力およびグローバル平坦化の能力を有する。
比較的遅いため、重合反応が進まないうちは、形成され
る膜は成膜表面で液体のように振る舞う。そのため、埋
め込み能力およびグローバル平坦化の能力を有する。
【００１２】
【実施例】本発明の第１実施例を、図１の形成方法の概
略構成図、図２の容量結合型のプラズマＣＶＤ装置およ
び図３の低圧ＣＶＤ（以下ＬＰＣＶＤと記す）装置によ
って説明する。またこの第１実施例では、層間絶縁膜に
適用した一例を示す。
略構成図、図２の容量結合型のプラズマＣＶＤ装置およ
び図３の低圧ＣＶＤ（以下ＬＰＣＶＤと記す）装置によ
って説明する。またこの第１実施例では、層間絶縁膜に
適用した一例を示す。
【００１３】まず、上記図２に示す容量結合型のプラズ
マＣＶＤ装置（以下プラズマＣＶＤ装置という）１０１
を簡単に説明する。このプラズマＣＶＤ装置１０１は、
反応室１１１が備えられていて、この反応室１１１に
は、原料気体を導入するための気体導入部１１２と排気
部１１３とが接続されている。また、反応室１１１内に
上部電極１１４と半導体基板１１が載置される下部電極
１１５とが対向する状態に設けられていて、上部電極１
１４に高周波電力を印加するための高周波電源１１６が
接続されている構造のものである。
マＣＶＤ装置（以下プラズマＣＶＤ装置という）１０１
を簡単に説明する。このプラズマＣＶＤ装置１０１は、
反応室１１１が備えられていて、この反応室１１１に
は、原料気体を導入するための気体導入部１１２と排気
部１１３とが接続されている。また、反応室１１１内に
上部電極１１４と半導体基板１１が載置される下部電極
１１５とが対向する状態に設けられていて、上部電極１
１４に高周波電力を印加するための高周波電源１１６が
接続されている構造のものである。
【００１４】次に、図３に示す低圧ＣＶＤ（以下ＬＰＣ
ＶＤと記す）装置２０１を簡単に説明する。このＬＰＣ
ＶＤ装置２０１は、反応室２１１が備えられていて、こ
の反応室２１１には、原料気体を導入するための気体導
入部２１２，２１３と排気部２１４とが接続されてい
る。また、反応室２１１の内部には半導体基板１１が載
置される基板載置部２１５と拡散部２１６とが対向する
状態に設けられている構造のものである。
ＶＤと記す）装置２０１を簡単に説明する。このＬＰＣ
ＶＤ装置２０１は、反応室２１１が備えられていて、こ
の反応室２１１には、原料気体を導入するための気体導
入部２１２，２１３と排気部２１４とが接続されてい
る。また、反応室２１１の内部には半導体基板１１が載
置される基板載置部２１５と拡散部２１６とが対向する
状態に設けられている構造のものである。
【００１５】次いで第１実施例を説明する。図１の
（１）に示すように、基体としての半導体基板１１上に
は絶縁膜１２を介して配線１３が形成され、この配線１
３の表面には保護膜１４が形成されている。
（１）に示すように、基体としての半導体基板１１上に
は絶縁膜１２を介して配線１３が形成され、この配線１
３の表面には保護膜１４が形成されている。
【００１６】上記保護膜１４は、図２によって説明した
プラズマＣＶＤ装置１０１で成膜される。このプラズマ
ＣＶＤ装置１０１の反応室１１１内に、気体導入部１１
２を介して、例えば、モノシラン〔ＳｉＨ4 〕、酸素
〔Ｏ2 〕、および希釈気体（搬送気体）としてヘリウム
〔Ｈｅ〕を混合した気体を導入した。そして排気部１１
３からの排気によって、反応室１１１内の圧力を例えば
１００Ｐａに調整した。また半導体基板１１を載置する
下部電極１１５の温度を例えば３５０℃に設定し、高周
波電源１１６から上部電極１１２と下部電極１１３との
間に、例えば１．０Ｗ／ｃｍ2 の高周波電力を供給し
た。そして、図１の（１）に示したように、反応室１１
１内に配置した上記半導体基板１１上に厚さ５０ｎｍの
ＳｉＯ2 からなる保護膜１４を形成した。
プラズマＣＶＤ装置１０１で成膜される。このプラズマ
ＣＶＤ装置１０１の反応室１１１内に、気体導入部１１
２を介して、例えば、モノシラン〔ＳｉＨ4 〕、酸素
〔Ｏ2 〕、および希釈気体（搬送気体）としてヘリウム
〔Ｈｅ〕を混合した気体を導入した。そして排気部１１
３からの排気によって、反応室１１１内の圧力を例えば
１００Ｐａに調整した。また半導体基板１１を載置する
下部電極１１５の温度を例えば３５０℃に設定し、高周
波電源１１６から上部電極１１２と下部電極１１３との
間に、例えば１．０Ｗ／ｃｍ2 の高周波電力を供給し
た。そして、図１の（１）に示したように、反応室１１
１内に配置した上記半導体基板１１上に厚さ５０ｎｍの
ＳｉＯ2 からなる保護膜１４を形成した。
【００１７】次に、図１の（２）に示すように、上記保
護膜１４上に誘電率２．５〜３．５の低誘電体膜１５を
成膜する。この低誘電体膜１５は、図３に示したような
低圧ＣＶＤ装置２０１で成膜される。上記ＬＰＣＶＤ装
置２０１の反応室２１１内に、気体導入部２１２，２１
３、拡散部２１６を介して、原料気体を導入した。この
原料気体は、シラン系気体（モノシランまたはポリシラ
ン）として例えばモノシラン〔ＳｉＨ4 〕と、Ｃn Ｈ
2n+2〔式中、ｎは正の整数を表す〕で表せる炭化水素と
して例えばエタン〔Ｃ2Ｈ6 〕と、酸素原子を含む気体
からなる酸化剤として例えば過酸化水素〔Ｈ2 Ｏ 2 〕と
で構成されている。このときの気体流量は、ＳｉＨ4 が
５０ｓｃｃｍ、Ｃ 2 Ｈ6 が２５ｓｃｃｍ、Ｈ2 Ｏ2 が２
００ｓｃｃｍとした。そして、排気部２１４からの排気
量を調整して反応室２１１内の圧力を１００Ｐａに保っ
た。また基板載置部２１５に載置した半導体基板１１の
温度を０℃に保ち、さらに半導体基板１１の上方に設け
られている拡散部２１６の温度を１００℃に保った。上
記数値条件は一例であって、ここで示した数値に限定さ
れることはない。上記条件の下で、上記半導体基板１１
上に厚さ８００ｎｍの有機成分（エチル基）を含むＳｉ
Ｏ2 からなる低誘電体膜１５を形成した。
護膜１４上に誘電率２．５〜３．５の低誘電体膜１５を
成膜する。この低誘電体膜１５は、図３に示したような
低圧ＣＶＤ装置２０１で成膜される。上記ＬＰＣＶＤ装
置２０１の反応室２１１内に、気体導入部２１２，２１
３、拡散部２１６を介して、原料気体を導入した。この
原料気体は、シラン系気体（モノシランまたはポリシラ
ン）として例えばモノシラン〔ＳｉＨ4 〕と、Ｃn Ｈ
2n+2〔式中、ｎは正の整数を表す〕で表せる炭化水素と
して例えばエタン〔Ｃ2Ｈ6 〕と、酸素原子を含む気体
からなる酸化剤として例えば過酸化水素〔Ｈ2 Ｏ 2 〕と
で構成されている。このときの気体流量は、ＳｉＨ4 が
５０ｓｃｃｍ、Ｃ 2 Ｈ6 が２５ｓｃｃｍ、Ｈ2 Ｏ2 が２
００ｓｃｃｍとした。そして、排気部２１４からの排気
量を調整して反応室２１１内の圧力を１００Ｐａに保っ
た。また基板載置部２１５に載置した半導体基板１１の
温度を０℃に保ち、さらに半導体基板１１の上方に設け
られている拡散部２１６の温度を１００℃に保った。上
記数値条件は一例であって、ここで示した数値に限定さ
れることはない。上記条件の下で、上記半導体基板１１
上に厚さ８００ｎｍの有機成分（エチル基）を含むＳｉ
Ｏ2 からなる低誘電体膜１５を形成した。
【００１８】次に図１の（３）に示すように、ＣＶＤ法
によって、上記低誘電体膜１５上に絶縁膜１６を形成し
た。この絶縁膜１６は厚さが０．３μｍの酸化シリコン
〔ＳｉＯ2 〕膜からなる。この絶縁膜１６の形成方法と
しては、ＣＶＤ法以外に、スパッタリング、回転塗布法
等がある。
によって、上記低誘電体膜１５上に絶縁膜１６を形成し
た。この絶縁膜１６は厚さが０．３μｍの酸化シリコン
〔ＳｉＯ2 〕膜からなる。この絶縁膜１６の形成方法と
しては、ＣＶＤ法以外に、スパッタリング、回転塗布法
等がある。
【００１９】次に、上記低誘電体膜１５中の水分を除去
するために、アニーリングを行った。このアニーリング
は、例えば一般的な拡散炉を用い、４００℃の窒素（Ｎ
2 ）雰囲気中に１５分間放置することによった。
するために、アニーリングを行った。このアニーリング
は、例えば一般的な拡散炉を用い、４００℃の窒素（Ｎ
2 ）雰囲気中に１５分間放置することによった。
【００２０】さらに上層配線を形成する場合は、図４に
示すように、絶縁膜１６，低誘電体膜１５および保護膜
１４にコンタクトホール１７を形成した後、このコンタ
クトホール１７の内部にプラグ１８を形成する。さらに
上層配線１９を形成する工程を行う。さらに上記図１の
（１）で説明した保護膜１４と同様の方法によって、保
護膜２０を形成し、その後上記図１の（２）で説明した
低誘電体膜１５と同様の方法によって、低誘電体膜２１
を形成する。さらに上記図１の（３）で説明した絶縁膜
１６と同様の方法によって、絶縁膜２２を形成する。こ
のようにして、多層配線構造が形成される。
示すように、絶縁膜１６，低誘電体膜１５および保護膜
１４にコンタクトホール１７を形成した後、このコンタ
クトホール１７の内部にプラグ１８を形成する。さらに
上層配線１９を形成する工程を行う。さらに上記図１の
（１）で説明した保護膜１４と同様の方法によって、保
護膜２０を形成し、その後上記図１の（２）で説明した
低誘電体膜１５と同様の方法によって、低誘電体膜２１
を形成する。さらに上記図１の（３）で説明した絶縁膜
１６と同様の方法によって、絶縁膜２２を形成する。こ
のようにして、多層配線構造が形成される。
【００２１】上記第１実施例における低誘電体膜１５の
形成反応では、反応室２１１内で以下のような反応が起
こると考えられる。まず、
形成反応では、反応室２１１内で以下のような反応が起
こると考えられる。まず、
【化１】 ＳｉＨ4 ＋２Ｈ2 Ｏ2 →Ｓｉ（ＯＨ）4 ＋２Ｈ2 ↑ 〔１〕 なる反応で、Ｓｉ（ＯＨ）4 で表されるシラノールが生
成される。そして、
成される。そして、
【化２】 Ｓｉ（ＯＨ）4 ＋Ｃ2 Ｈ6 →Ｓｉ（ＯＨ）3 （Ｃ2 Ｈ5 ）＋Ｈ2 Ｏ↑ なる反応でＳｉ（ＯＨ）3 （Ｃ2 Ｈ5 ）で表される前駆
体が生成され、
体が生成され、
【化３】 Ｓｉ（ＯＨ）3 （Ｃ2 Ｈ5 ）＋Ｓｉ（ＯＨ）4 →（ＯＨ）3 ＳｉＯＳｉ（ＯＨ）2 （Ｃ2 Ｈ5 ）＋Ｈ2 Ｏ↑ なる反応で、エチル基とＳｉとの結合を有する酸化ケイ
素が生成される。このようにして、有機成分（例えばア
ルキル基の一種のエチル基）とＳｉとの結合を有する酸
化ケイ素の低誘電体膜１５が形成される。
素が生成される。このようにして、有機成分（例えばア
ルキル基の一種のエチル基）とＳｉとの結合を有する酸
化ケイ素の低誘電体膜１５が形成される。
【００２２】上記低誘電体膜１５は、シリコン原子にエ
チル基が付くことによって、そこで結合のネットワーク
が断ち切られ、分子間の電子の行き来がなくなる。すな
わち、電子分極率が小さくなることにより、誘電率が低
くなる。また、化学的な結合が切れるために、膜の密度
が小さくなる。すなわち、単位体積当たりの分極する分
子の数が少なくなることにより、誘電率が２．５〜３．
５と低くなる。
チル基が付くことによって、そこで結合のネットワーク
が断ち切られ、分子間の電子の行き来がなくなる。すな
わち、電子分極率が小さくなることにより、誘電率が低
くなる。また、化学的な結合が切れるために、膜の密度
が小さくなる。すなわち、単位体積当たりの分極する分
子の数が少なくなることにより、誘電率が２．５〜３．
５と低くなる。
【００２３】そして、上記形成方法における重合反応は
比較的遅いため、重合反応が進まないうちは、形成され
る膜は成膜表面で液体のように振る舞う。そのため、埋
め込み能力はアスペクト比４まで可能であり、グローバ
ル平坦化度は配線間隔１０μｍまでほぼ平坦な形状を保
っていた。
比較的遅いため、重合反応が進まないうちは、形成され
る膜は成膜表面で液体のように振る舞う。そのため、埋
め込み能力はアスペクト比４まで可能であり、グローバ
ル平坦化度は配線間隔１０μｍまでほぼ平坦な形状を保
っていた。
【００２４】次に第２実施例を説明する。この第２実施
例は低誘電体膜１５を形成する以外は、上記第１実施例
と同様ある。そのため、ここでは第１実施例と同様の符
号を付与して低誘電体膜１５の形成方法の例を説明す
る。なお、形成方法の図面は図１と同様であるので、こ
こでは省略した。
例は低誘電体膜１５を形成する以外は、上記第１実施例
と同様ある。そのため、ここでは第１実施例と同様の符
号を付与して低誘電体膜１５の形成方法の例を説明す
る。なお、形成方法の図面は図１と同様であるので、こ
こでは省略した。
【００２５】第２実施例の低誘電体膜１５は、上記図３
に示したＬＰＣＶＤ装置２０１で成膜される。このＬＰ
ＣＶＤ装置２０１の反応室２１１内に、シラン系気体の
モノシラン〔ＳｉＨ4 〕と、炭化水素のメタン〔Ｃ
Ｈ4 〕と、酸化剤の水〔Ｈ2 Ｏ〕とオゾン〔Ｏ3 〕とを
混合してなる原料気体を導入した。この時の成膜条件の
一例を以下に説明する。原料気体の流量は、ＳｉＨ4 が
５０ｓｃｃｍ、ＣＨ4 が１００ｓｃｃｍ、Ｈ2 Ｏが２０
０ｓｃｃｍ、Ｏ3 が３０ｓｃｃｍとした。そして、反応
室２１１内の圧力は２００Ｐａ、基板載置部２１５に載
置される半導体基板１１の温度は−５０℃に設定した。
また拡散部２１６の温度は１００℃に保った。上記数値
条件は一例であって、各数値は限定されることはない。
そして上記条件の下で、上記半導体基板１１上に厚さ８
００ｎｍの有機成分（メチル基）を含むＳｉＯ2 からな
る低誘電体膜１５を形成した。
に示したＬＰＣＶＤ装置２０１で成膜される。このＬＰ
ＣＶＤ装置２０１の反応室２１１内に、シラン系気体の
モノシラン〔ＳｉＨ4 〕と、炭化水素のメタン〔Ｃ
Ｈ4 〕と、酸化剤の水〔Ｈ2 Ｏ〕とオゾン〔Ｏ3 〕とを
混合してなる原料気体を導入した。この時の成膜条件の
一例を以下に説明する。原料気体の流量は、ＳｉＨ4 が
５０ｓｃｃｍ、ＣＨ4 が１００ｓｃｃｍ、Ｈ2 Ｏが２０
０ｓｃｃｍ、Ｏ3 が３０ｓｃｃｍとした。そして、反応
室２１１内の圧力は２００Ｐａ、基板載置部２１５に載
置される半導体基板１１の温度は−５０℃に設定した。
また拡散部２１６の温度は１００℃に保った。上記数値
条件は一例であって、各数値は限定されることはない。
そして上記条件の下で、上記半導体基板１１上に厚さ８
００ｎｍの有機成分（メチル基）を含むＳｉＯ2 からな
る低誘電体膜１５を形成した。
【００２６】次に上記第１実施例で説明したのと同様に
して、酸化シリコン〔ＳｉＯ2 〕膜１６を形成した後、
４００℃の窒素（Ｎ2 ）雰囲気中に１５分間放置するア
ニーリングを行って、低誘電体膜１５中の水分を除去し
た。
して、酸化シリコン〔ＳｉＯ2 〕膜１６を形成した後、
４００℃の窒素（Ｎ2 ）雰囲気中に１５分間放置するア
ニーリングを行って、低誘電体膜１５中の水分を除去し
た。
【００２７】この第２実施例における低誘電体膜１５
は、シリコン原子にメチル基が付くことによって、そこ
で結合のネットワークが断ち切られ、分子間の電子の行
き来がなくなる。すなわち、電子分極率が小さくなるこ
とにより、誘電率が低くなる。また、化学的な結合が切
れるために、膜の密度が小さくなる。すなわち、単位体
積当たりの分極する分子の数が少なくなることにより、
誘電率が２．５〜３．５と低くなる。
は、シリコン原子にメチル基が付くことによって、そこ
で結合のネットワークが断ち切られ、分子間の電子の行
き来がなくなる。すなわち、電子分極率が小さくなるこ
とにより、誘電率が低くなる。また、化学的な結合が切
れるために、膜の密度が小さくなる。すなわち、単位体
積当たりの分極する分子の数が少なくなることにより、
誘電率が２．５〜３．５と低くなる。
【００２８】そして、上記形成方法における重合反応は
比較的遅いため、重合反応が進まないうちは、形成され
る膜は成膜表面で液体のように振る舞う。そのため、埋
め込み能力はアスペクト比４まで可能であり、グローバ
ル平坦化度は配線間隔１０μｍまでほぼ平坦な形状を保
っていた。
比較的遅いため、重合反応が進まないうちは、形成され
る膜は成膜表面で液体のように振る舞う。そのため、埋
め込み能力はアスペクト比４まで可能であり、グローバ
ル平坦化度は配線間隔１０μｍまでほぼ平坦な形状を保
っていた。
【００２９】次に第３実施例を説明する。この第３実施
例は低誘電体膜１５を形成する以外は、上記第１実施例
と同様ある。そのため、ここでは第１実施例と同様の符
号を付与して低誘電体膜１５の形成方法の例を説明す
る。なお、形成方法の図面は図１と同様であるので、こ
こでは省略した。
例は低誘電体膜１５を形成する以外は、上記第１実施例
と同様ある。そのため、ここでは第１実施例と同様の符
号を付与して低誘電体膜１５の形成方法の例を説明す
る。なお、形成方法の図面は図１と同様であるので、こ
こでは省略した。
【００３０】第３実施例の低誘電体膜１５は、上記図５
に示すような高密度プラズマＣＶＤ（以下ＨＤＣＶＤと
記す、なおＨＤＣＶＤはHigh Dencity Plasma Enhanced
Chemical Vapor Depositionの略である）装置３０１で
成膜される。
に示すような高密度プラズマＣＶＤ（以下ＨＤＣＶＤと
記す、なおＨＤＣＶＤはHigh Dencity Plasma Enhanced
Chemical Vapor Depositionの略である）装置３０１で
成膜される。
【００３１】まず、上記図５に示すＨＤＣＶＤ装置３０
１を簡単に説明する。このＨＤＣＶＤ装置３０１には、
プラズマ発生室３１１と、このプラズマ発生室３１１に
接続した反応室３１２が備えられている。上記プラズマ
発生室３１１の外側周には高周波電源３１３に接続され
たコイル３１４が設けられ、さらに磁場を発生させる磁
石３１５が設置されている。またプラズマ発生室３１１
には、プラズマ化する気体を導入する気体導入部３１６
が接続されている。一方、上記反応室３１２には、原料
気体を導入するための気体導入部３１７と、内部の圧力
を調整するための排気部３１８とが接続されている。ま
た、反応室３１２の内部には、上記気体導入部３１７に
接続した気体拡散部３１９と、半導体基板１１を載置す
る基板載置部３２０が設けられている。さらに反応室３
１２の外側周には磁石３２１が設置されている構造のも
のである。
１を簡単に説明する。このＨＤＣＶＤ装置３０１には、
プラズマ発生室３１１と、このプラズマ発生室３１１に
接続した反応室３１２が備えられている。上記プラズマ
発生室３１１の外側周には高周波電源３１３に接続され
たコイル３１４が設けられ、さらに磁場を発生させる磁
石３１５が設置されている。またプラズマ発生室３１１
には、プラズマ化する気体を導入する気体導入部３１６
が接続されている。一方、上記反応室３１２には、原料
気体を導入するための気体導入部３１７と、内部の圧力
を調整するための排気部３１８とが接続されている。ま
た、反応室３１２の内部には、上記気体導入部３１７に
接続した気体拡散部３１９と、半導体基板１１を載置す
る基板載置部３２０が設けられている。さらに反応室３
１２の外側周には磁石３２１が設置されている構造のも
のである。
【００３２】低誘電体膜１５を形成するには、上記ＨＤ
ＣＶＤ装置３０１の反応室３１２内に、シラン系気体の
ポリシランの１種であるジシラン〔Ｓｉ2 Ｈ6 〕と、炭
化水素のエタン〔Ｃ2 Ｈ6 〕と、酸化剤の過酸化水素
〔Ｈ2 Ｏ2 〕とを混合してなる原料気体を、気体導入部
３１７および気体拡散部３１９を介して導入した。それ
とともに、プラズマ発生室３１１内に気体導入部３１６
を介して酸化二窒素〔Ｎ 2 Ｏ〕を導入した。この時の気
体流量は、Ｓｉ2 Ｈ6 が５０ｓｃｃｍ、Ｃ2 Ｈ6が１０
０ｓｃｃｍ、Ｈ2 Ｏ2 が２００ｓｃｃｍ、Ｎ2 Ｏが３０
ｓｃｃｍとした。そして、反応室３１２内の圧力は、排
気部３１８の排気量を調整して２００Ｐａに保った。ま
た基板載置部３２０に載置した半導体基板１１の温度は
−５０℃に保持した。なお、上記数値条件は一例であっ
て、ここで示した数値に限定されることはない。そして
上記条件の下で、上記半導体基板１１上に厚さ８００ｎ
ｍの有機成分（エチル基）を含むＳｉＯ2 からなる低誘
電体膜１５を形成した。
ＣＶＤ装置３０１の反応室３１２内に、シラン系気体の
ポリシランの１種であるジシラン〔Ｓｉ2 Ｈ6 〕と、炭
化水素のエタン〔Ｃ2 Ｈ6 〕と、酸化剤の過酸化水素
〔Ｈ2 Ｏ2 〕とを混合してなる原料気体を、気体導入部
３１７および気体拡散部３１９を介して導入した。それ
とともに、プラズマ発生室３１１内に気体導入部３１６
を介して酸化二窒素〔Ｎ 2 Ｏ〕を導入した。この時の気
体流量は、Ｓｉ2 Ｈ6 が５０ｓｃｃｍ、Ｃ2 Ｈ6が１０
０ｓｃｃｍ、Ｈ2 Ｏ2 が２００ｓｃｃｍ、Ｎ2 Ｏが３０
ｓｃｃｍとした。そして、反応室３１２内の圧力は、排
気部３１８の排気量を調整して２００Ｐａに保った。ま
た基板載置部３２０に載置した半導体基板１１の温度は
−５０℃に保持した。なお、上記数値条件は一例であっ
て、ここで示した数値に限定されることはない。そして
上記条件の下で、上記半導体基板１１上に厚さ８００ｎ
ｍの有機成分（エチル基）を含むＳｉＯ2 からなる低誘
電体膜１５を形成した。
【００３３】次に上記第１実施例で説明したのと同様に
して、酸化シリコン〔ＳｉＯ2 〕膜１６を形成した後、
４００℃の窒素（Ｎ2 ）雰囲気中に１５分間放置するア
ニーリングを行って、上記低誘電体膜中の水分を除去し
た。
して、酸化シリコン〔ＳｉＯ2 〕膜１６を形成した後、
４００℃の窒素（Ｎ2 ）雰囲気中に１５分間放置するア
ニーリングを行って、上記低誘電体膜中の水分を除去し
た。
【００３４】このようにして形成した上記低誘電体膜１
５は、誘電率が２．５〜３．５となり、埋め込み能力は
アスペクト比４まで可能であり、グローバル平坦化度は
配線間隔１０μｍまでほぼ平坦な形状を保っていた。
５は、誘電率が２．５〜３．５となり、埋め込み能力は
アスペクト比４まで可能であり、グローバル平坦化度は
配線間隔１０μｍまでほぼ平坦な形状を保っていた。
【００３５】この第３実施例では、酸化剤にＮ2 ＯとＨ
2 Ｏ2 とを用いたが、例えばＮ2 Ｏの代わりに酸素〔Ｏ
2 〕を用いることも可能である。
2 Ｏ2 とを用いたが、例えばＮ2 Ｏの代わりに酸素〔Ｏ
2 〕を用いることも可能である。
【００３６】上記第１〜第３実施例におけるシラン系気
体は、上記モノシラン〔ＳｉＨ4 〕、ジシラン〔Ｓｉ2
Ｈ6 〕等の他、トリシラン〔Ｓｉ3 Ｈ8 〕、ポリシラン
〔ＳｉＨ6 〕等を用いることが可能である。また酸化剤
は、酸素〔Ｏ2 〕、オゾン〔Ｏ3 〕、水〔Ｈ2 Ｏ〕、過
酸化水素〔Ｈ2 Ｏ2 〕および酸化二窒素〔Ｎ2 Ｏ〕のう
ちの少なくとも１種から選択される。さらに炭化水素
は、上記メタン〔ＣＨ4 〕，エタン〔Ｃ2 Ｈ6 〕等のＣ
n Ｈ2n +2〔式中、ｎは正の整数を表す〕で表せるもので
あればよい。
体は、上記モノシラン〔ＳｉＨ4 〕、ジシラン〔Ｓｉ2
Ｈ6 〕等の他、トリシラン〔Ｓｉ3 Ｈ8 〕、ポリシラン
〔ＳｉＨ6 〕等を用いることが可能である。また酸化剤
は、酸素〔Ｏ2 〕、オゾン〔Ｏ3 〕、水〔Ｈ2 Ｏ〕、過
酸化水素〔Ｈ2 Ｏ2 〕および酸化二窒素〔Ｎ2 Ｏ〕のう
ちの少なくとも１種から選択される。さらに炭化水素
は、上記メタン〔ＣＨ4 〕，エタン〔Ｃ2 Ｈ6 〕等のＣ
n Ｈ2n +2〔式中、ｎは正の整数を表す〕で表せるもので
あればよい。
【００３７】また低誘電体膜１５を成膜時の半導体基板
１１の温度は、成膜雰囲気における、上記シラン系気体
の融点および上記酸化剤の融点のうちの高い方の融点以
上、上記シラン系気体の沸点および上記酸化剤の沸点の
うちの高い方の沸点以下の温度範囲内に設定すればよ
い。
１１の温度は、成膜雰囲気における、上記シラン系気体
の融点および上記酸化剤の融点のうちの高い方の融点以
上、上記シラン系気体の沸点および上記酸化剤の沸点の
うちの高い方の沸点以下の温度範囲内に設定すればよ
い。
【００３８】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
少なくとも、シラン系気体と、Ｃn Ｈ 2n+2で表せる炭化
水素と、酸素原子を含む気体からなる酸化剤とで構成さ
れる原料気体を用いる化学的気相成長によって誘電体膜
を形成するので、この誘電体膜は有機成分のアルキル基
とＳｉとの結合を有する酸化ケイ素になる。このため、
電子分極率が小さくなるので、誘電率を低くすることが
可能になる。また、誘電体膜の密度が小さくなるので、
単位体積当たりの分極する分子の数が少なくなることに
より、誘電率を低くできる。また、本発明の化学的気相
成長法では、重合反応が比較的遅く進むので、形成され
る膜は成膜表面で液体のように振る舞うことができる。
そのため、高アスペクト比の段差を埋め込むことが可能
になり、グローバル平坦化が可能になる。
少なくとも、シラン系気体と、Ｃn Ｈ 2n+2で表せる炭化
水素と、酸素原子を含む気体からなる酸化剤とで構成さ
れる原料気体を用いる化学的気相成長によって誘電体膜
を形成するので、この誘電体膜は有機成分のアルキル基
とＳｉとの結合を有する酸化ケイ素になる。このため、
電子分極率が小さくなるので、誘電率を低くすることが
可能になる。また、誘電体膜の密度が小さくなるので、
単位体積当たりの分極する分子の数が少なくなることに
より、誘電率を低くできる。また、本発明の化学的気相
成長法では、重合反応が比較的遅く進むので、形成され
る膜は成膜表面で液体のように振る舞うことができる。
そのため、高アスペクト比の段差を埋め込むことが可能
になり、グローバル平坦化が可能になる。
【図１】本発明に係わる第１実施例の形成方法の概略構
成図である。
成図である。
【図２】容量結合型のプラズマＣＶＤ装置の概略構成図
である。
である。
【図３】低圧ＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図４】多層配線構造の形成方法の説明図である。
【図５】高密度プラズマＣＶＤ装置の概略構成図であ
る。
る。
１５ 低誘電体膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3205 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｋ 21/768 21/90 Ｋ
Claims (4)
- 【請求項１】 化学的気相成長法によって、有機成分を
含む酸化ケイ素膜を成膜する誘電体膜の形成方法におい
て、 化学的気相成長に用いる原料気体は、少なくとも、モノ
シランまたはポリシランのシラン系気体と、Ｃn Ｈ2n+2
〔ｎは正の整数を表す〕で表される炭化水素と、酸素原
子を含む気体からなる酸化剤とで構成されることを特徴
とする誘電体膜の形成方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の誘電体膜の形成方法にお
いて、 前記酸化剤は、酸素、オゾン、水、過酸化水素および酸
化二窒素のうちの少なくとも１種からなることを特徴と
する誘電体膜の形成方法。 - 【請求項３】 請求項１の誘電体膜の形成方法におい
て、 前記基板温度は、成膜雰囲気における、前記シラン系気
体の融点および前記酸化剤の融点のうちの高い方の融点
以上、前記シラン系気体の沸点および前記酸化剤の沸点
のうちの高い方の沸点以下の温度範囲内にあることを特
徴とする誘電体膜の形成方法。 - 【請求項４】 請求項２の誘電体膜の形成方法におい
て、 前記基板温度は、成膜雰囲気における、前記シラン系気
体の融点および前記酸化剤の融点のうちの高い方の融点
以上、前記シラン系気体の沸点および前記酸化剤の沸点
のうちの高い方の沸点以下の温度範囲内にあることを特
徴とする誘電体膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3196095A JPH08227888A (ja) | 1995-02-21 | 1995-02-21 | 誘電体膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3196095A JPH08227888A (ja) | 1995-02-21 | 1995-02-21 | 誘電体膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08227888A true JPH08227888A (ja) | 1996-09-03 |
Family
ID=12345535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3196095A Pending JPH08227888A (ja) | 1995-02-21 | 1995-02-21 | 誘電体膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08227888A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003060978A1 (en) * | 2002-01-15 | 2003-07-24 | Tokyo Electron Limited | Cvd method and device for forming silicon-containing insulation film |
| US6852651B2 (en) * | 2000-12-19 | 2005-02-08 | Canon Sales Co., Inc. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP2007042884A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Tokyo Electron Ltd | 成膜方法及び成膜装置 |
| US7378304B2 (en) | 1998-10-29 | 2008-05-27 | Lg.Philips Lcd Co., Ltd. | Method of forming silicon oxide layer and method of manufacturing thin film transistor thereby |
| US7923383B2 (en) | 1998-05-21 | 2011-04-12 | Tokyo Electron Limited | Method and apparatus for treating a semi-conductor substrate |
-
1995
- 1995-02-21 JP JP3196095A patent/JPH08227888A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7923383B2 (en) | 1998-05-21 | 2011-04-12 | Tokyo Electron Limited | Method and apparatus for treating a semi-conductor substrate |
| US7378304B2 (en) | 1998-10-29 | 2008-05-27 | Lg.Philips Lcd Co., Ltd. | Method of forming silicon oxide layer and method of manufacturing thin film transistor thereby |
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| WO2003060978A1 (en) * | 2002-01-15 | 2003-07-24 | Tokyo Electron Limited | Cvd method and device for forming silicon-containing insulation film |
| US7125812B2 (en) | 2002-01-15 | 2006-10-24 | Tokyo Electron Limited | CVD method and device for forming silicon-containing insulation film |
| CN100373559C (zh) * | 2002-01-15 | 2008-03-05 | 东京毅力科创株式会社 | 形成含硅绝缘膜的cvd方法和装置 |
| KR100903484B1 (ko) * | 2002-01-15 | 2009-06-18 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 실리콘 함유 절연막을 형성하는 ｃｖｄ 방법 및 장치 |
| JP2007042884A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Tokyo Electron Ltd | 成膜方法及び成膜装置 |
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