JP3445902B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に設
けられた配線上に、耐湿性があり、かつ比誘電率が3.
0以下で、しかも平坦性に優れた絶縁薄膜を有する半導
体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体装置においては、半導体
基板上に素子および金属配線を形成した後に、表面保護
膜または層間絶縁膜としてSiO2等の絶縁薄膜が形成
される。かかる絶縁薄膜は、半導体装置の特性にも影響
し、低誘電率で、耐湿性があり、平坦性に優れているこ
とが好ましい。即ち、半導体基板上の金属配線の伝達遅
延時間τは、該金属配線上に設けられた絶縁薄膜の誘電
率に比例し、特に、高集積化された半導体装置では、か
かる誘電率が伝達遅延時間τに与える影響が大きくなる
ため絶縁薄膜の低誘電率化が不可欠となる。また、上記
絶縁薄膜は、回路や金属配線の保護膜としても機能する
ため、耐湿性の高い膜であることも必要である。更に
は、上記絶縁薄膜は、層間絶縁薄膜としても使用される
ため、平坦性に優れた膜であることも必要となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来は、絶縁薄膜の低
誘電率化のために、TEOS(テトラエトキシシラン)
を原料としたプラズマCVD法で形成したSiO2絶縁
薄膜中に、絶縁薄膜の誘電率を下げるFを添加し、絶縁
薄膜の低誘電率化を図っていたが、Fの添加量の増加
は、SiO2絶縁薄膜の耐湿性の低下を招くため、現実
にはFの添加量は一定の制限を受け、結果として絶縁薄
膜の比誘電率は3.7程度とするのが限界であり、高集
積化半導体装置で必要とされる3.0以下の比誘電率を
得ることは困難であった。
【0004】また、半導体装置の高集積化に伴い、半導
体基板上の金属配線の配線間隔が狭くなり、TEOSよ
り形成したSiO2絶縁薄膜のみでは、狭い金属配線間
を平坦に埋めることが困難なため、図3に示すように、
TEOSより形成したSiO2膜4(図3(b))上
に、段差被覆性、平坦性に優れたSOG(Spin−O
n−Grass)5を形成(図3(c))し、更にSi
2膜6を積層形成(図3(d))するサンドイッチ法
のような複合プロセスが用いられてきたが、かかるサン
ドイッチ法は、工程が複雑であり、絶縁薄膜の形成に時
間がかかるとともに、SOG5は、耐熱性が低く、40
0℃以上の高温プロセスではクラックが発生するという
欠点を有していた。
【0005】そこで本発明は、耐湿性があり、かつ比誘
電率が3.0以下で、平坦性に優れた絶縁薄膜を有する
半導体装置およびその製造方法を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで発明者らは鋭意研
究の結果、半導体基板上の金属配線上に配置される絶縁
薄膜を、F、Nを含む環状炭化水素、特にそのポリマー
より形成することにより上記目的を達成できることを見
出し、本発明を完成した。
【0007】即ち、本発明は、半導体基板上に設けられ
た金属配線を被覆するように形成された絶縁薄膜を含む
半導体装置であって、上記絶縁薄膜が、F、Nを含む環
状炭化水素より形成され、その比誘電率が3.0以下で
あることを特徴とする半導体装置である。かかる環状炭
化水素より絶縁薄膜を形成することにより、絶縁薄膜の
耐湿性を維持しつつ、比誘電率を3.0以下とすること
が可能となり、該絶縁薄膜により覆われる金属配線の伝
達遅延時間τを小さくしつつ、耐湿性、平坦性に優れた
絶縁薄膜を得ることができるからである。
【0008】上記環状炭化水素は、更に、ポリマー構造
を有することが好ましい。環状炭化水素が、ポリマー構
造を有することにより、環状炭化水素の流動性が向上
し、より段差被覆性、平坦性に優れた絶縁薄膜を得るこ
とができるからである。
【0009】また、本発明は、半導体基板上に金属配線
を設けた半導体基板を配置した反応室に、低級炭化水
素、低級フッ化炭素、窒素の各反応ガスを導入する工程
と、プラズマCVD法により、上記反応ガスを反応させ
て、F、Nを含む環状炭化水素からなる絶縁薄膜を、上
記半導体基板上に堆積する工程とを含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法でもある。
【0010】上記半導体装置の製造方法は、更に、上記
反応ガスを重合させて、F、Nを含む環状炭化水素ポリ
マーからなる絶縁薄膜を、上記半導体基板上に堆積する
工程とを含むことが好ましい。かかる環状炭化水素の重
合工程を含むことにより、より平坦性に優れた絶縁薄膜
が得られるからである。
【0011】
【発明の実施の形態】図1に、本発明の一の実施の形態
にかかる、半導体装置の製造工程の一部である絶縁薄膜
の形成工程を、図2に、本発明の実施に使用される反応
室の該略図を示す。本実施の形態では、図2に示す反応
室11内の導電性支持台12上に、半導体基板13が設
置される。該半導体基板13は、基板上にAl配線のよ
うな金属配線1が設けられ、表面段差を有している。ま
た、支持台12には、半導体基板13を加熱するための
ヒータ14、および支持台12に高周波を印加するため
の高周波電源16が設けられており、スイッチ15によ
り両者の切替ができるようになっている。反応ガスは、
ガス導入口17から反応室11内に導入され、排気口1
8を経て、真空ポンプ(図示せず)により排気される。
また、反応室11の周囲には、コイル19が設けられて
おり、高周波電源20によりコイル19に高周波を印加
し、反応室11内にプラズマを発生させ、上記反応ガス
を反応させて、図1(a)に示すようなF、Nを含む環
状炭化水素を形成することができる。
【0012】表1に、上記反応室11内でのプラズマ反
応条件として好ましい、反応ガス、高周波出力、真空度
の組み合わせを示す。
【表1】 ここに、上記反応ガスは、低級炭化水素、低級フッ化炭
素、窒素から構成されるが、このうち、低級炭化水素
は、炭素が1〜10の炭化水素、低級フッ化炭素は、フ
ッ素が1〜20のフッ化炭素であることが好ましい。ま
た、これらの反応ガスの一方または双方に代わって、炭
素、水素、フッ素からなる反応ガスを用いることも可能
である。また、窒素の導入は、N2ガス以外に、NH3
2O等の形態で導入することも可能である。また、本
実施の形態で形成された環状炭化水素に含まれるC、
H、F、Nは、C:H:F:N=20:10:30:1
0であることが好ましいため、反応室11に導入される
反応ガスの各流量の割合も、これに合わせて調整するこ
とが好ましい。上記高周波出力は、安定したプラズマ反
応を得るために、100〜2000W程度が好ましい。
上記反応室11の真空度は、表1に示すように 1.0
〜100Torrの範囲であることが好ましいが、特
に、10Torr以下の低真空に維持することにより、
F、Nを含む環状炭化水素21の、重合が起こり易くな
り、環状炭化水素ポリマー22を形成することが可能と
なる(図1(b))。即ち、反応室11の真空度をコン
トロールすることにより、上記環状炭化水素21を重合
させ、環状炭化水素のポリマー22を形成することが可
能となる。尚、上記反応ガスの反応には、プラズマ反応
以外に、熱分解反応等を用いることも可能である。ま
た、スイッチ15を用いて、支持台12に高周波電源1
6を接続し、高周波電圧を印加することにより、また
は、支持台12をヒータ14で加熱することにより、絶
縁薄膜23の成膜速度を1.5〜3倍程度に速くするこ
とができる。
【0013】本発明の実施の形態にかかるF、Nを含む
環状炭化水素21またはそのポリマー22からなる絶縁
薄膜23は、良好な耐湿性を維持でき、なおかつ比誘電
率が3.0以下となるため、かかる絶縁薄膜23を用い
ることにより、絶縁薄膜23の耐湿性の低下を起こさ
ず、金属配線1の伝達遅延時間τを改善することが可能
となる。また、上記F、Nを含む環状炭化水素21は、
流動性に優れるため、これにより形成した絶縁薄膜23
は、良好な段差被覆性、平坦性を有することができる。
特に、上記環状炭化水素がポリマー22を形成すること
により、更に環状炭化水素の流動性が向上し、より平坦
性の良い絶縁薄膜23を得ることができる。また、本実
施の形態では、従来例のように絶縁薄膜23がSOG5
を含まないため、400℃以上の温度プロセスを行って
も絶縁薄膜23にクラックが発生せず、更に、絶縁薄膜
23中に、耐熱性向上に寄与するN、およびその環状構
造が含まれるため、上記絶縁薄膜23は、良好な耐熱性
を有することができる。更に、本実施の形態では、従来
のサンドイッチ法のような複合プロセスを用いずに、段
差被覆性が良く、平坦性に優れた絶縁薄膜23の形成が
可能となる。
【0014】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明で
は、金属配線を設けた半導体基板上に形成される絶縁薄
膜を、F、Nを含む環状炭化水素、特に、そのポリマー
を用いて形成することにより、良好な耐湿性を維持しつ
つ、かつ比誘電率が3.0以下で、耐熱性に優れた絶縁
薄膜の形成が可能となる。これにより、絶縁薄膜の耐湿
性の低下を招くことなく該絶縁薄膜に覆われた金属配線
の伝達遅延時間τを小さくすることができる、半導体装
置の特性の向上を図ることが可能となる。
【0015】また、上記絶縁薄膜、特に、環状炭化水素
のポリマーを用いて形成した絶縁薄膜は、流動性に優れ
るため、従来のサンドイッチ法のような複合プロセスを
用いることなく半導体基板上に段差被覆性、平坦性の良
好な絶縁薄膜を形成することができ、半導体装置の製造
工程の簡略化、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態にかかるF、Nを含む環
状炭化水素、または環状炭化水素のポリマーを絶縁薄膜
に用いた半導体装置の製造工程の一部である。
【図2】 本発明の実施の形態に使用する反応室の該略
図である。
【図3】 従来のサンドイッチ法を用いて絶縁薄膜を形
成した半導体装置の製造工程の一部である。
【符号の説明】
1 金属配線(段差)、4 SiO2膜、5 SOG、
6 SiO2膜、11反応室、12 導電性支持台、1
3 半導体基板、14 ヒータ、15 スイッチ、16
高周波電源、17 ガス導入口、18 排気口、19
コイル、20高周波電源、21 F、Nを含む環状炭
化水素、22 F、Nを含む環状炭化水素ポリマー、2
3 絶縁薄膜。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/312 H01L 21/314 H01L 21/316 H01L 21/318

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空度が1.0〜100Torrである
    反応室に半導体基板上に金属配線を設けた半導体基板を
    配置して、該反応室に、低級炭化水素、低級フッ化炭
    素、窒素の各反応ガスを導入する工程と、 プラズマCVD法により、上記反応ガスを反応させて、
    F、Nを含む環状炭化水素、又はF、Nを含む環状炭化
    水素ポリマーからなる絶縁薄膜を、上記半導体基板上に
    堆積する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 上記反応室の真空度が、10〜100T
    orrであることを特徴とする請求項1に記載の製造方
    法。
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