JPH08167601A - 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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JPH08167601A JP6332603A JP33260394A JPH08167601A JP H08167601 A JPH08167601 A JP H08167601A JP 6332603 A JP6332603 A JP 6332603A JP 33260394 A JP33260394 A JP 33260394A JP H08167601 A JPH08167601 A JP H08167601A
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organic
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insulating film
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘電率及び吸湿性が低く段差被覆性も優れて
いる絶縁膜を低出力の装置で形成する。 【構成】 Ｓｉ−Ｆ結合を有する有機Ｓｉ化合物を原料
としてＳｉＯＦ膜２３を形成する。有機Ｓｉ化合物を原
料としているので、ＳｉＯＦ膜２３の形成時に中間生成
物が高分子化し易くて流動性を有する。しかも、結合エ
ネルギ−の低いＳｉ−Ｆ結合を有機Ｓｉ化合物が有して
おり、Ｓｉ−Ｆ結合のみを容易に分離させることができ
るので、ＳｉＯＦ膜２３中に反応副生成物を混入させる
ことなく、ＳｉＯＦ膜２３中に弗素を安定的に導入する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本願の発明は、導電層同士を絶縁
するための絶縁膜を有する半導体装置の製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置では、導電層を絶縁膜で覆う
ことによって、異なる層の導電層同士や同一層の導電層
同士を絶縁している。ところが、半導体装置の設計ルー
ルの微細化に伴って、絶縁膜とこの絶縁膜が絶縁してい
る導電層とから成る寄生容量に起因する動作遅延が問題
になってきている。このため、膜厚を薄くしても蓄電容
量の増大を抑制することができる様に、誘電率が低い絶
縁膜の必要性が高まっている。
【０００３】誘電率が低い絶縁膜を形成する方法として
は、弗素源としてのＣ2 Ｆ6 を添加したＴＥＯＳを原料
としてＳｉＯＦ膜を形成する方法（第２５回ＳＳＤＭ’
９３ｐ．１６１）や、弗素源としてのＮＦ3 を添加した
ＴＥＯＳを原料としてＳｉＯＦ膜を形成する方法（第４
０回応用物理学関係連合講演会予稿集、１ａ−ＺＶ−
９）が知られている。
【０００４】しかし、上述の従来の方法では、Ｃ2 Ｆ6
やＮＦ3 の分解エネルギーとＴＥＯＳのアルキル基の分
解エネルギーとが互いに略等しいので、ＳｉＯＦ膜中に
反応副生成物が混入すると共に、ＳｉＯＦ膜中に弗素を
安定的に導入することも困難であった。このため、Ｓｉ
ＯＦ膜中に含有させる弗素の量を増加させるにつれて、
ＳｉＯＦ膜の膜質が著しく劣化し、このＳｉＯＦ膜の吸
湿性が高くなって、半導体装置の信頼性が低下してい
た。
【０００５】そこで、膜質が優れたＳｉＯＦ膜を形成す
るために、原料ガス構造中に弗素を含むＳｉＦ4 ／Ｏ2
系ガスを用いてＳｉＯＦ膜を形成する方法が提案されて
いる（第４０回応用物理学関係連合講演会予稿集、３１
ｐ−ＺＶ−１）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＳｉＦ4 ／Ｏ
2 系ガスは比較的難分解性であるので、このガスを用い
てＳｉＯＦ膜を形成するためには、高密度プラズマＣＶ
Ｄ装置を用いる必要がある。つまり、従来のプラズマＣ
ＶＤ装置とは異なる新規なプラズマＣＶＤ装置が必要で
あり、この従来の方法では、動作が高速であり信頼性も
高い半導体装置を簡易に製造することが困難であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の半導体装置の
製造方法は、Ｓｉ−Ｆ結合を有する有機Ｓｉ化合物を原
料として絶縁膜２３を形成することを特徴としている。
【０００８】請求項２の半導体装置の製造方法は、請求
項１の半導体装置の製造方法において、前記有機Ｓｉ化
合物が鎖状構造または環状構造を有する化合物であるこ
とを特徴としている。
【０００９】請求項３の半導体装置の製造方法は、請求
項２の半導体装置の製造方法において、前記有機Ｓｉ化
合物がフロロアルコキシシラン（Ｆx Ｒy Ｓｉ；ｘ＋ｙ
＝４，ｘ≧１；Ｒ：アルコキシまたはアルキル基）、鎖
状ポリシラン（Ｆx Ｒy Ｓｉ−Ｏ−ＳｉＲm Ｆn ；ｘ＋
ｙ＝４，ｍ＋ｎ＝４，ｘ，ｎ≧１；Ｒ：アルコキシまた
はアルキル基）、環状ポリシラン（（Ｆx Ｒy ）4 Ｓｉ
Ｏ4 ；ｘ＋ｙ＝４，ｘ，ｙ≧１；Ｒ：アルコキシまたは
アルキル基）または高次フロロシラン（（ＦxＲy ）
(2m+2)Ｓｉm ；ｘ＋ｙ＝４，ｘ，ｍ≧１；Ｒ：アルコキ
シまたはアルキル基）であることを特徴としている。
【００１０】請求項４の半導体装置の製造方法は、請求
項１〜３の何れかの半導体装置の製造方法において、前
記有機Ｓｉ化合物を原料ガスとするプラズマＣＶＤ法に
よって前記絶縁膜２３を形成することを特徴としてい
る。
【００１１】請求項５の半導体装置の製造方法は、請求
項３の半導体装置の製造方法において、前記絶縁膜２３
を形成すべき基体１２に前記有機Ｓｉ化合物から成る原
料ガスを吸着させる工程と吸着層中の未反応物をプラズ
マ処理で除去する工程とを繰り返すことによって前記絶
縁膜２３を形成することを特徴としている。
【００１２】
【作用】請求項１〜３の半導体装置の製造方法では、有
機Ｓｉ化合物を原料として絶縁膜２３を形成しており、
絶縁膜２３の形成時に中間生成物が高分子化し易くて流
動性を有するので、段差被覆性が優れた絶縁膜２３を形
成することができる。
【００１３】しかも、有機Ｓｉ化合物がＳｉ−Ｆ結合を
有しており、アルコキシ基のＣ−Ｏ結合の結合エネルギ
ーに比べてＳｉ−Ｆ結合の結合エネルギ−が高いので、
有機Ｓｉ化合物からアルコキシ基のみを容易に分離させ
ることができる。このため、絶縁膜２３中に反応副生成
物を混入させることなく、絶縁膜２３中に弗素を安定的
に導入することができ、誘電率が低いにも拘らず膜質が
優れていて吸湿性が低い絶縁膜２３を低出力の装置で形
成することができる。
【００１４】請求項４の半導体装置の製造方法では、プ
ラズマＣＶＤ法を用いており、比較的低温で絶縁膜２３
を形成することができるので、形成済のＡｌ配線２２等
に損傷を与えない。
【００１５】請求項５の半導体装置の製造方法では、形
成しつつある絶縁膜２３の表面と原料ガスの分子とが反
応する確率が低く、しかも原料ガスの分子の液化層を形
成して流動性を生じさせることができるので、段差被覆
性が更に優れた絶縁膜２３を形成することができる。ま
た、吸着後のプラズマ処理によって吸着層中の未反応物
を除去しているので、段差被覆性を劣化させることな
く、膜質が更に優れていて吸湿性が更に低い絶縁膜２３
を形成することができる。
【００１６】
【実施例】以下、層間絶縁膜としてのＳｉＯＦ膜を有す
る半導体装置の製造に適用した本願の発明の第１〜第３
実施例を、図１、２を参照しながら説明する。
【００１７】実施例の説明に先立って、第１〜第３実施
例でＳｉＯＦ膜を形成するために使用する平行平板型プ
ラズマＣＶＤ装置について説明する。このＣＶＤ装置で
は、図２に示す様に、反応室１１内の平行平板電極のう
ちで半導体基板１２が載置され且つ接地される下部電極
１３が加熱冷却装置１４で昇降温され、膜質の劣化がな
い限りできるだけ低温で処理が行われる様になってい
る。
【００１８】また、高周波電圧が印加される上部電極１
５がシャワー電極になっており、図２中に矢印で示す様
に、ＳｉＯＦ膜を形成するための原料ガス及びプラズマ
処理用のガスを反応室１１内へ均一に分散させるため
に、上部電極１５とガス導入管１６との間にガス分散板
１７が設けられている。
【００１９】次に、第１実施例を説明する。この第１実
施例では、図１（ａ）に示す様に、Ｓｉ基板等である半
導体基板１２上にＳｉＯ2 膜等である層間絶縁膜２１を
形成し、この層間絶縁膜２１上でＡｌ配線２２をパター
ニングする。その後、図２に示したＣＶＤ装置を用い、
Ｓｉ−Ｆ結合を有する有機Ｓｉ化合物であるジフロロジ
エトキシシランを原料ガスとして、下記の条件で、図１
（ｂ）に示す様にＳｉＯＦ膜２３を形成した。
【００２０】 Ｆ2 （Ｃ2 Ｈ5 Ｏ）2 Ｓｉガス流量：２００ｓｃｃｍ Ｏ2 ：２００ｓｃｃｍ 圧力 ：１２００Ｐａ 半導体基板の温度 ：３００℃
【００２１】その後、Ｎ2 で濃度３％に希釈したＨ2 で
あるフォーミングガス中で、下記の条件で、ＳｉＯＦ膜
２３をアニールした。 フォーミングガス流量：８リットル／分 アニール時間 ：６０分 圧力 ：大気圧 アニール温度 ：４００℃
【００２２】以上の様な第１実施例では、Ｆ2 （Ｃ2 Ｈ
5 Ｏ）2 ＳｉにおけるＣ−Ｏ結合の結合エネルギーとＳ
ｉ−Ｆ結合の結合エネルギーとの差が大きいので、プラ
ズマＣＶＤ装置の高周波出力を制御することによって、
Ｃ2 Ｈ5 ＯをＣ−Ｏ間で選択的に切断することが可能で
ある。このため、ＳｉＯＦ膜２３中に反応副生成物が混
入するのを防止すると共にＳｉＯＦ膜２３中に弗素を安
定的に導入して、膜質が優れたＳｉＯＦ膜２３を形成す
ることができる。
【００２３】即ち、塩酸溶液中で下記の条件で腐食試験
を行ったが、Ａｌ配線２２の腐食は見られなかった。従
って、ＳｉＯＦ膜２３の膜質が優れており、且つ、図１
（ｂ）に示した様に、Ａｌ配線２２の段差部もＳｉＯＦ
膜２３によって十分に覆われていることが分かる。 塩酸溶液の濃度：５％ 試験時間 ：５分 塩酸溶液の温度：２５℃
【００２４】次に、第２実施例を説明する。第２実施例
も、ＳｉＯＦ膜２３の形成を下記の条件で行うことを除
いて、上述の第１実施例と実質的に同様の工程を実行す
る。この第２実施例では、特に優れた段差被覆性を得る
ことができると考えられる環状ポリフロロシランである
２，４，６，８テトラフロロ，２，４，６，８テトラメ
トキシを原料ガスとして用いた。ＳｉＯＦ膜２３を形成
した後、第１実施例と同様の条件で腐食試験を行った
が、この第２実施例でも、Ａｌ配線２２の腐食は見られ
なかった。
【００２５】 ＳｉＦ4 （ＯＣ2 Ｈ5 ）Ｏ4 ガス流量：３００ｓｃｃｍ Ｏ2 ：１００ｓｃｃｍ 圧力 ：１２００Ｐａ 半導体基板の温度 ：３００℃
【００２６】次に、第３実施例を説明する。第３実施例
も、ＳｉＯＦ膜２３の形成工程を除いて、上述の第１実
施例と実質的に同様の工程を実行する。即ち、この第３
実施例では、下記の夫々の条件によって、原料ガスの吸
着とプラズマ処理による吸着層中の未反応物の除去とを
１０回ずつ繰り返した。ＳｉＯＦ膜２３を形成した後、
第１実施例と同様の条件で腐食試験を行ったが、この第
３実施例でも、Ａｌ配線２２の腐食は見られなかった。
【００２７】 原料ガスの吸着 Ｆ2 （Ｃ2 Ｈ5 Ｏ）2 Ｓｉ2 Ｏガス流量：２００ｓｃｃｍ 圧力 ：１２００Ｐａ 半導体基板の温度 ：５０℃ 吸着時間 ：３０秒
【００２８】プラズマ処理 Ｏ2 ガス流量 ：２００ｓｃｃｍ 圧力 ：１２００Ｐａ 高周波出力 ：５００Ｗ 半導体基板の温度：４００℃ 処理時間 ：３０秒
【００２９】
【発明の効果】請求項１〜３の半導体装置の製造方法で
は、誘電率及び吸湿性が低く段差被覆性も優れている絶
縁膜を低出力の装置で形成することができるので、寄生
容量に起因する動作遅延が少なくて動作が高速であり信
頼性も高い半導体装置を簡易に製造することができる。
【００３０】請求項４の半導体装置の製造方法では、形
成済のＡｌ配線等に損傷を与えないので、高い歩留りで
半導体装置を製造することができる。
【００３１】請求項５の半導体装置の製造方法では、段
差被覆性が更に優れており且つ吸湿性が更に低い絶縁膜
を形成することができるので、信頼性が更に高い半導体
装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の発明の第１〜第３実施例を工程順に示す
半導体装置の側断面図である。
【図２】第１〜第３実施例で使用するＣＶＤ装置の概念
図である。
【符号の説明】
１２ 半導体基板 ２３ ＳｉＯＦ膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｓｉ−Ｆ結合を有する有機Ｓｉ化合物を
    原料として絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記有機Ｓｉ化合物が鎖状構造または環
    状構造を有する化合物であることを特徴とする請求項１
    記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記有機Ｓｉ化合物がフロロアルコキシ
    シラン（Ｆx Ｒy Ｓｉ；ｘ＋ｙ＝４，ｘ≧１；Ｒ：アル
    コキシまたはアルキル基）、鎖状ポリシラン（Ｆx Ｒy
    Ｓｉ−Ｏ−ＳｉＲm Ｆn ；ｘ＋ｙ＝４，ｍ＋ｎ＝４，
    ｘ，ｎ≧１；Ｒ：アルコキシまたはアルキル基）、環状
    ポリシラン（（Ｆx Ｒy ）4 ＳｉＯ4 ；ｘ＋ｙ＝４，
    ｘ，ｙ≧１；Ｒ：アルコキシまたはアルキル基）または
    高次フロロシラン（（Ｆx Ｒy ）(2m+2)Ｓｉm ；ｘ＋ｙ
    ＝４，ｘ，ｍ≧１；Ｒ：アルコキシまたはアルキル基）
    であることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製
    造方法。
  4. 【請求項４】 前記有機Ｓｉ化合物を原料ガスとするプ
    ラズマＣＶＤ法によって前記絶縁膜を形成することを特
    徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置
    の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記絶縁膜を形成すべき基体に前記有機
    Ｓｉ化合物から成る原料ガスを吸着させる工程と吸着層
    中の未反応物をプラズマ処理で除去する工程とを繰り返
    すことによって前記絶縁膜を形成することを特徴とする
    請求項３記載の半導体装置の製造方法。
JP6332603A 1994-12-13 1994-12-13 半導体装置の製造方法 Pending JPH08167601A (ja)

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Cited By (1)

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