JPH10209148A - Method for forming low dielectric constant insulator film and semiconductor device using the same - Google Patents
Method for forming low dielectric constant insulator film and semiconductor device using the sameInfo
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- JPH10209148A JPH10209148A JP1212497A JP1212497A JPH10209148A JP H10209148 A JPH10209148 A JP H10209148A JP 1212497 A JP1212497 A JP 1212497A JP 1212497 A JP1212497 A JP 1212497A JP H10209148 A JPH10209148 A JP H10209148A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は低誘電率絶縁体膜の
形成方法およびこれを用いた半導体装置に関し、さらに
詳しくは、フルオロカーボン系樹脂成分を含有する酸化
シリコン系絶縁膜を、平坦に形成する際に適用して好適
な低誘電率絶縁体膜の形成方法およびこれを用いた半導
体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a low dielectric constant insulator film and a semiconductor device using the same, and more particularly, to forming a silicon oxide-based insulating film containing a fluorocarbon resin component flat. The present invention relates to a method for forming a low dielectric constant insulator film suitable for use in such a case and a semiconductor device using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】LSI等の半導体装置の高集積度化が進
展するに伴い、多層配線構造においては同一配線層内の
隣り合う配線間の層間絶縁膜の幅が狭まるとともに、異
なる配線層間の層間絶縁膜の厚さも薄くなっている。か
かる配線間隔の縮小により、配線間容量の上昇が問題と
なりつつある。このため半導体装置の実動作速度は1/
K(Kは縮小率)のスケーリング則に合致しなくなり、
高集積化のメリットを充分に享受することができない。
配線間容量の上昇防止は、高集積度半導体装置の高速動
作、低消費電力および低発熱等の諸要請に応えるために
は、是非とも解決しなければならない要素技術の1つで
ある。高集積度半導体装置の配線間容量の低減方法とし
て、例えば特開昭63−7650号公報に開示されてい
るように、低誘電率材料の層間絶縁膜の採用が有効であ
る。2. Description of the Related Art As the degree of integration of semiconductor devices such as LSIs increases, the width of an interlayer insulating film between adjacent wirings in the same wiring layer in a multi-layer wiring structure decreases, and the interlayer between different wiring layers decreases. The thickness of the insulating film is also reduced. Due to such a reduction in the wiring interval, an increase in capacitance between wirings is becoming a problem. Therefore, the actual operation speed of the semiconductor device is 1 /
K (K is the reduction ratio) does not match the scaling rule,
The advantage of high integration cannot be fully enjoyed.
Preventing an increase in the capacitance between wirings is one of the elemental technologies that must be solved in order to respond to various demands such as high-speed operation, low power consumption, and low heat generation of a highly integrated semiconductor device. As a method of reducing the capacitance between wirings in a highly integrated semiconductor device, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-7650, the use of an interlayer insulating film of a low dielectric constant material is effective.
【0003】低誘電率材料としては、フッ素を含む酸化
シリコン系絶縁膜(以下SiOFと記す)等の無機系材
料が代表的である。SiOFはSi−O−Si結合のネ
ットワークをF原子で終端することでその密度が低下す
ること、およびSi−F結合の分極率が小さいことによ
り低誘電率が達成される。またその成膜プロセスや加工
プロセスがSiO2 等従来の無機系層間絶縁膜の成膜プ
ロセスや加工プロセスと整合性があることから、現用の
製造設備でも容易に採用できるので注目されている。ま
た無機系材料であるので当然のことながら耐熱性にも優
れる。As the low dielectric constant material, an inorganic material such as a silicon oxide insulating film containing fluorine (hereinafter referred to as SiOF) is typical. SiOF achieves a low dielectric constant by lowering its density by terminating the Si-O-Si bond network with F atoms and by reducing the polarizability of the Si-F bond. In addition, since the film forming process and the processing process are compatible with the film forming process and the processing process of a conventional inorganic interlayer insulating film such as SiO 2, it is attracting attention because it can be easily adopted even in a current manufacturing facility. Also, since it is an inorganic material, it naturally has excellent heat resistance.
【0004】SiOFの成膜法としては、従来よりTE
OSにフッ素源として例えばNF3を添加してCVD成
膜する方法(第40回応用物理学関係連合講演会(19
93年春季年会)講演予稿集p799、講演番号1a−
ZV−9)等が報告されている。また、膜質の安定化を
目的として、難分解性のSiF4 を高密度プラズマによ
り解離して低誘電率のSiOFを形成する方法(第40
回応用物理学関係連合講演会(1993年春季年会)講
演予稿集p752、講演番号31p−ZV−1)が報告
されている。As a method of forming a SiOF film, TEF has been conventionally used.
A method of forming a CVD film by adding, for example, NF 3 as a fluorine source to the OS (40th Joint Lecture on Applied Physics (19)
1993 Spring Annual Meeting) Lecture abstracts p799, Lecture number 1a-
ZV-9) has been reported. For the purpose of stabilizing the film quality, a method of forming low dielectric constant SiOF by dissociating hardly decomposable SiF 4 by high-density plasma (No. 40)
Proceedings of the Federation Conference on Applied Physics (Spring Annual Meeting, 1993), p.752, lecture number 31p-ZV-1).
【0005】SiF4 をシリコン供給源とする高密度プ
ラズマCVD法では、比誘電率が3.4程度のSiOF
が得られる。しかしながら、低誘電率を達成するために
高濃度のフッ素原子を酸化シリコン中に導入しようとす
ると、遊離のFやHFがSiOF中に採りこまれる。こ
の場合には、後工程で層間絶縁膜に接続孔を開口し、接
続孔内にTiNバリア層やWプラグを埋め込む際に、S
iOF中の遊離のFやHFとTiNとが反応し、TiN
バリア層の密着性が著しく低下し、WプラグやW層の剥
離に至る事態が発生する。かかる現象は、例えば第43
回応用物理学会学術講演会(1996年春季年会)講演
予稿集p672、講演番号28a−K−3に報告されて
いる。In a high-density plasma CVD method using SiF 4 as a silicon source, SiOF having a relative dielectric constant of about 3.4 is used.
Is obtained. However, when attempting to introduce a high concentration of fluorine atoms into silicon oxide to achieve a low dielectric constant, free F and HF are incorporated into SiOF. In this case, a connection hole is opened in the interlayer insulating film in a later step, and when a TiN barrier layer or a W plug is buried in the connection hole, S
Free F or HF in iOF reacts with TiN, and TiN
The adhesion of the barrier layer is remarkably reduced, and the W plug or the W layer may be peeled off. This phenomenon is, for example, the 43rd
Proceedings of the Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics (Spring Annual Meeting, 1996), p.672, Lecture No. 28a-K-3.
【0006】また遊離のFやHFとはならないまでも、
シリコン1原子に2個のF原子が結合したSiF2 結合
が発生する。SiF2 結合は不安定で容易に加水分解し
てSiOH結合を生成し、さらに水素結合により大気中
のH2 Oを吸着してSiOF中の水分含有量を増大させ
る。この場合には、やはり後工程で層間絶縁膜に接続孔
を開口し、接続孔内に金属膜を埋め込む際に、ポイズン
ドビアを発生し、埋め込み特性の劣化やコンタクト抵抗
値の上昇を招く結果となる。SiOF低誘電率層間絶縁
膜に関しては、例えば月刊セミコンダクター・ワールド
誌(プレスジャーナル社刊)1996年3月号p.76
等に紹介されている。[0006] Even if it does not become free F or HF,
A SiF 2 bond in which two F atoms are bonded to one silicon atom is generated. The SiF 2 bond is unstable and easily hydrolyzes to form a SiOH bond, and further, adsorbs H 2 O in the atmosphere by a hydrogen bond to increase the water content in the SiOF. In this case, when a connection hole is opened in the interlayer insulating film in a later step and a metal film is buried in the connection hole, a poisoned via is generated, which results in deterioration of filling characteristics and an increase in contact resistance value. . Regarding the SiOF low-dielectric-constant interlayer insulating film, see, for example, Monthly Semiconductor World Magazine (published by Press Journal), March 1996, p. 76
Etc. are introduced.
【0007】一方、有機材料系の低誘電率絶縁体膜とし
ては、シロキサン結合を有する有機SOG(Spin
On Glass)、ポリイミド、ポリパラキシリレン
(商品名パリレン)、ベンゾシクロブテン、ポリナフタ
レン等の有機高分子材料が知られている。これらの材料
は、炭素原子を含有することで密度を低減し、また分子
(モノマ)自身の分極率を小さくすることで低誘電率を
達成している。またシロキサン結合、イミド結合、ある
いは芳香環を導入することによりある程度の耐熱性を得
ている。さらに、フレア(アライドシグナル社商品名)
あるいはパーフルオロ基含有ポリイミドやフッ化ポリア
リルエーテル等のフッ素樹脂系の有機高分子材料におい
ては、さらに低分極率のC−F結合の導入により、一層
の低誘電率と耐熱性が得られる。かかるフッ素樹脂系の
有機高分子材料は比誘電率が2.0と極めて低いが、シ
リコン基板やシリコン酸化膜との密着性が不充分である
ことが指摘される。これら有機低誘電率材料について
は、例えば日経マイクロデバイス誌1995年7月号
p.105に紹介されている。On the other hand, as an organic material based low dielectric constant insulator film, an organic SOG (Spin) having a siloxane bond is used.
Organic polymer materials such as On Glass, polyimide, polyparaxylylene (trade name: parylene), benzocyclobutene, and polynaphthalene are known. These materials achieve a low dielectric constant by containing carbon atoms to reduce the density and to reduce the polarizability of the molecule (monomer) itself. In addition, a certain degree of heat resistance is obtained by introducing a siloxane bond, an imide bond, or an aromatic ring. In addition, Flare (trade name of Allied Signal)
Alternatively, in a fluororesin-based organic polymer material such as a perfluoro group-containing polyimide or fluorinated polyallyl ether, further lower dielectric constant and heat resistance can be obtained by introducing a C—F bond having a lower polarizability. It is pointed out that such a fluororesin-based organic polymer material has an extremely low relative dielectric constant of 2.0, but has insufficient adhesion to a silicon substrate or a silicon oxide film. These organic low dielectric constant materials are described, for example, in Nikkei Microdevice Magazine, July 1995, p. 105.
【0008】これら比誘電率が3.5以下の低誘電率材
料層を、隣り合う配線間はもとより、異なるレベルの配
線層間にも適用し、しかも低誘電率材料層をSiO
2 (比誘電率4)、SiON(比誘電率4〜6)やSi
3 N4 (比誘電率6)等の膜質に優れた絶縁膜により挟
み込む構造の積層絶縁膜を、本願出願人は特開平8−1
62528号公報で開示し、低誘電率と高信頼性を合わ
せ持つ層間絶縁膜を有する半導体装置の可能性を示し
た。These low dielectric constant material layers having a relative dielectric constant of 3.5 or less are applied not only between adjacent wirings but also between wiring layers of different levels.
2 (dielectric constant 4), SiON (dielectric constant 4 to 6), Si
The applicant of the present invention discloses a laminated insulating film having a structure sandwiched between insulating films having excellent film quality such as 3 N 4 (relative dielectric constant 6) as disclosed in JP-A-8-1
No. 62528 discloses the possibility of a semiconductor device having an interlayer insulating film having both low dielectric constant and high reliability.
【0009】低誘電率絶縁体膜に限らず、多層配線間の
層間絶縁膜としては、隣り合う配線間の凹部を埋め込む
ために、ギャップフィル能力およびグローバル平坦化能
力が求められる。ギャップフィル能力は微細間隔のスペ
ースをボイドを発生することなく充填する能力である。
またグローバル平坦化能力は、大面積のスペース領域を
中弛みなく充填する能力のことである。これらの要請に
応じて提案された方法の一例として、英国ETE社のA
PL(Advanced Planarization
Layer)技術と呼称される方法がある。この方法
は原料ガスとしてSiH4 とH2 O2 を用い、被処理基
板を0℃程度に冷却してCVDを施すことにより、凹凸
を有する被処理基板表面にあたかも液体を垂らしたよう
な状態でSiO2 を成膜するものである。ギャップフィ
ル能力に関しては、アスペクト比4程度までは問題な
く、グローバル平坦化に関しては10μmのスペースを
平坦に埋め込むことが可能とされている。しかしなが
ら、被処理基板温度が10℃以上に上昇すると、成膜途
上での液体のような挙動を失い、ギャップフィル能力お
よびグローバル平坦化能力は徐々に劣化する。Not only the low dielectric constant insulator film but also an interlayer insulating film between multilayer wirings is required to have a gap fill capability and a global flattening capability in order to fill a recess between adjacent wirings. The gap fill ability is an ability to fill finely spaced spaces without generating voids.
The global flattening ability refers to an ability to fill a large area space region without slack. One example of a method proposed in response to these requests is ETE, a UK company.
PL (Advanced Planarization)
(Layer) technology. This method uses SiH 4 and H 2 O 2 as source gases, cools the substrate to be processed to about 0 ° C., and performs CVD, so that the liquid is dripped on the surface of the substrate having irregularities. This is for forming a film of SiO 2 . There is no problem with the gap fill capability up to an aspect ratio of about 4, and with regard to global flattening, it is possible to bury a 10 μm space flat. However, when the temperature of the substrate to be processed rises to 10 ° C. or higher, the liquid-like behavior during film formation is lost, and the gap fill ability and the global flattening ability gradually deteriorate.
【0010】このように、APL技術は成膜形状につい
ては魅力のある方法である。しかし、低誘電率の面では
特徴はなく、比誘電率で4〜5とSOG膜、O3 −TE
OS膜並みである。これは、APL膜に含まれる水酸基
(−OH基)が比誘電率を上げるためであり、水酸基が
除去された化学量論的なSiO2 を成膜したとしても、
比誘電率は3.8程度が限界である。最近ではAPL膜
中にF原子を導入して比誘電率を3.5程度まで低減す
る方法も報告されているが、半導体装置のさらなる高集
積化の要請により、3.0未満の低誘電率絶縁体膜が必
要とされている。As described above, the APL technique is an attractive method for forming a film. However, there is no characteristic in terms of low dielectric constant, and the relative dielectric constant is 4 to 5 and the SOG film, O 3 -TE
It is on par with the OS film. This is because the hydroxyl group (—OH group) contained in the APL film increases the relative dielectric constant, and even if stoichiometric SiO 2 from which the hydroxyl group has been removed is formed,
The relative dielectric constant is limited to about 3.8. Recently, a method of reducing the relative dielectric constant to about 3.5 by introducing F atoms into the APL film has been reported, but due to a demand for higher integration of a semiconductor device, a low dielectric constant of less than 3.0 has been reported. An insulator film is needed.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】このような技術的背景
のもとで、埋め込み能力が高く、しかも3.0未満の比
誘電率の低誘電率絶縁体膜が求められている。これを達
成する方法としては2つのアプローチが考えられ、一つ
はAPL技術のような埋め込み能力の高い成膜方法を用
いて低誘電率を達成するものであり、二つ目は低誘電率
膜で、かつ埋め込み能力の高い成膜技術を開発する方法
である。本発明は、前者のAPL技術のごとき液相CV
D法を用いて、密着性や加工性に優れた低誘電率絶縁体
膜を形成する方法、およびこれを用いた半導体装置を提
供することをその課題とする。Under such a technical background, there is a demand for a low dielectric constant insulator film having a high filling capability and a relative dielectric constant of less than 3.0. There are two approaches to achieve this, one is to achieve a low dielectric constant by using a film formation method having a high filling capability such as APL technology, and the other is to achieve a low dielectric constant film. This is a method of developing a film forming technique with high embedding ability. The present invention relates to a liquid phase CV such as the former APL technology.
It is an object of the present invention to provide a method for forming a low dielectric constant insulator film having excellent adhesion and workability by using Method D, and a semiconductor device using the same.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明の低誘電率絶縁体
膜の形成方法は、上述の課題を解決するために提案する
ものであり、フルオロカーボン系樹脂成分を含有する酸
化シリコン系絶縁膜を、被処理基板上に化学的気相成長
法により成膜する低誘電率絶縁体膜の形成方法におい
て、この化学的気相成長法に用いる原料化合物は、少な
くともテトラフルオロエチレン、シラン系化合物および
H2 O2 を含むことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION The method of forming a low dielectric constant insulator film of the present invention is proposed to solve the above-mentioned problem, and comprises a method of forming a silicon oxide-based insulating film containing a fluorocarbon resin component. In a method for forming a low dielectric constant insulator film formed on a substrate to be processed by a chemical vapor deposition method, at least a tetrafluoroethylene, silane-based compound and H It is characterized by containing 2 O 2 .
【0013】また本発明の低誘電率絶縁体膜の形成方法
は、フルオロカーボン系樹脂成分を含有する酸化シリコ
ン系絶縁膜を、被処理基板上に化学的気相成長法により
成膜する低誘電率絶縁体膜の形成方法において、この化
学的気相成長法に用いる原料化合物は、少なくともポリ
テトラフルオロエチレン、シラン系化合物およびH2 O
2 を含むことを特徴とする。ポリテトラフルオロエチレ
ンは、本明細書中においてはテトラフルオロエチレンの
2量体以上の重合体のうち、気化しうる低重合度のもの
を意味するものとする。Further, the method of forming a low dielectric constant insulator film of the present invention is a method of forming a silicon oxide type insulating film containing a fluorocarbon resin component on a substrate to be processed by a chemical vapor deposition method. In the method of forming an insulator film, the raw material compounds used in the chemical vapor deposition method include at least polytetrafluoroethylene, a silane compound, and H 2 O.
2 is included. In the present specification, polytetrafluoroethylene means a polymer having a low degree of polymerization which can be vaporized, among polymers of dimer or more of tetrafluoroethylene.
【0014】本発明で採用するシラン系化合物は、シラ
ン、ジシラン、モノメチルシランおよびジメチルシラン
のうちの少なくともいずれか1種であることが望まし
い。本発明の低誘電率絶縁体膜の形成方法においては、
被処理基板はその表面に段差を有し、この段差を埋めて
略平坦な表面を有する低誘電率絶縁体膜を形成する際に
好ましく適用することができる。成膜時においては、被
処理基板を室温以下に制御しつつ、化学的気相成長を施
すことが望ましい。本発明の低誘電率絶縁体膜の形成方
法により、3.0未満の比誘電率の絶縁膜を形成するこ
とが可能である。The silane compound employed in the present invention is desirably at least one of silane, disilane, monomethylsilane and dimethylsilane. In the method of forming a low dielectric constant insulator film of the present invention,
The substrate to be processed has a step on the surface thereof, and can be preferably applied when forming a low dielectric constant insulator film having a substantially flat surface by filling the step. At the time of film formation, it is desirable to perform chemical vapor deposition while controlling the substrate to be processed at room temperature or lower. According to the method for forming a low dielectric constant insulator film of the present invention, an insulating film having a relative dielectric constant of less than 3.0 can be formed.
【0015】本発明の半導体装置は、かかる方法により
形成された低誘電率絶縁体膜を、層間絶縁膜として有す
ることを特徴とする。A semiconductor device according to the present invention is characterized in that a low dielectric constant insulator film formed by such a method is provided as an interlayer insulating film.
【0016】本発明により成膜される低誘電率絶縁体膜
は、フルオロカーボン系樹脂と酸化シリコンとが混合さ
れた共重合体材料である。すなわち、フルオロカーボン
系樹脂のカーボン主鎖にシロキサン結合が付加された構
造、あるいは酸化シリコンネットワーク中のシリコン原
子にパーフルオロカーボン基が導入された構造を有す
る。このため、比誘電率は約2.2〜2.5とSiOF
の約3.4と比較して大幅に低下する。また酸化シリコ
ン成分を含有するので、シリコン基板やシリコン酸化膜
等との密着性が改善される。またCVD方法やエッチン
グ方法等の加工性も問題なく、従来の酸化シリコンプロ
セスとの整合性に優れる。またギャップフィル能力やグ
ローバル平坦化能力についても、液相CVD法であるの
で原理的に優れる。The low dielectric constant insulator film formed according to the present invention is a copolymer material in which a fluorocarbon resin and silicon oxide are mixed. That is, it has a structure in which a siloxane bond is added to the carbon main chain of the fluorocarbon resin, or a structure in which a perfluorocarbon group is introduced into a silicon atom in a silicon oxide network. For this reason, the relative dielectric constant is about 2.2 to 2.5 and SiOF
Is significantly reduced as compared with about 3.4. In addition, since a silicon oxide component is contained, adhesion to a silicon substrate, a silicon oxide film, or the like is improved. In addition, there is no problem in workability such as a CVD method and an etching method, and the compatibility with the conventional silicon oxide process is excellent. The gap fill ability and the global flattening ability are also excellent in principle because of the liquid phase CVD method.
【0017】このように、本発明の低誘電率絶縁体膜の
形成方法を採用することにより、シリコン基板や酸化シ
リコン、あるいはバリア層や金属配線との密着性が向上
し、信頼性の高い高速動作かつ低消費電力の高集積度半
導体装置を提供することが可能となる。As described above, by employing the method for forming a low dielectric constant insulator film of the present invention, the adhesion to a silicon substrate, silicon oxide, a barrier layer or a metal wiring is improved, and a high-speed It is possible to provide a highly integrated semiconductor device which operates and consumes low power.
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき図面を参
照しながら説明する。まず本発明の低誘電率絶縁体膜の
形成方法によるフルオロカーボン・シロキサン共重合膜
形成のメカニズムを、最も代表的なテトラフルオロエチ
レン、モノシランおよびH2 O2 を原料ガスとして用い
た場合を例にして説明する。原料化合物はすべて気体の
状態でCVDチャンバ内に導入する。CVDチャンバ内
では、例えば下記に示される反応機序により、フルオロ
カーボン・シロキサン共重合体が形成される。 SiH4 +2H2 O2 → SiH2 (OH)2 +2H2
O↑ SiH2 (OH)2 +C2 F2 →HOSiH2 OCF2
CHF2 HOSiH2 OCF2 CHF2 +SiH2 (OH)2 → HOSiH2 OSiH2 OCF2 CHF2 +H2 O↑ 上式に示される重合反応を繰り返すことにより、フルオ
ロカーボン・シロキサン共重合体からなる低誘電率絶縁
体膜が形成される。この重合反応は、反応副生成物のH
2 Oの脱離反応が律速となる比較的遅い反応であり、重
合が進まないうちは、低次の共重合体膜は液体のように
挙動する。したがって、このCVD法(液相CVD法)
は、ギャップフィル能力とグローバル平坦化能力を共に
満たす成膜法となる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the mechanism of forming a fluorocarbon / siloxane copolymer film by the method of forming a low dielectric constant insulator film of the present invention will be described by taking the most typical case where tetrafluoroethylene, monosilane and H 2 O 2 are used as source gases. explain. The raw material compounds are all introduced into the CVD chamber in a gaseous state. In the CVD chamber, for example, a fluorocarbon siloxane copolymer is formed by a reaction mechanism described below. SiH 4 + 2H 2 O 2 → SiH 2 (OH) 2 + 2H 2
O ↑ SiH 2 (OH) 2 + C 2 F 2 → HOSiH 2 OCF 2
CHF 2 HOSiH 2 OCF 2 CHF 2 + SiH 2 (OH) 2 → HOSiH 2 OSiH 2 OCF 2 CHF 2 + H 2 O ↑ By repeating the polymerization reaction represented by the above formula, a low dielectric constant composed of a fluorocarbon-siloxane copolymer is obtained. An insulator film is formed. This polymerization reaction is carried out by the reaction by-product H
This is a relatively slow reaction in which the elimination reaction of 2 O is rate-determining, and the lower-order copolymer film behaves like a liquid before polymerization proceeds. Therefore, this CVD method (liquid phase CVD method)
Is a film forming method that satisfies both the gap fill capability and the global planarization capability.
【0019】次に本発明の低誘電率絶縁体膜の形成方法
に供されるCVD装置の一構成例を図2に示す概略断面
図を参照して説明する。本CVD装置は基本的には枚葉
式の減圧CVD装置であり、CVDチャンバ5内には被
処理基板1を載置する基板ステージ2およびガス拡散板
3が対向配置されている。基板ステージ2は不図示の冷
却手段により、被処理基板1を例えば0℃の低温に制御
することが可能である。冷却手段としては例えばエタノ
ール等の冷媒を循環させる周知の方法を採用してよい。
ガス拡散板3にはテトラフルオロエチレン、シラン系化
合物およびH2O2 のガス配管4が接続され、これら化
合物の混合ガスを被処理基板1に向けて均一に供給する
ことができる。これらガス配管4およびガス拡散板3等
は、原料化合物が露結あるいは凝固しないように、必要
に応じて加熱できるヒータ等の加熱手段が付随ている。
なお図2においては被処理基板1の搬入搬出口やガス排
気口、真空ポンプ、あるいは温度制御装置等の装置細部
は図示を省略する。Next, an example of the configuration of a CVD apparatus used in the method for forming a low dielectric constant insulator film of the present invention will be described with reference to the schematic sectional view shown in FIG. The present CVD apparatus is basically a single-wafer type low-pressure CVD apparatus. In a CVD chamber 5, a substrate stage 2 on which a substrate 1 to be processed is mounted and a gas diffusion plate 3 are arranged to face each other. The substrate stage 2 can control the substrate 1 to be processed at a low temperature of, for example, 0 ° C. by cooling means (not shown). As the cooling means, for example, a known method of circulating a refrigerant such as ethanol may be employed.
A gas pipe 4 of tetrafluoroethylene, a silane-based compound and H 2 O 2 is connected to the gas diffusion plate 3 so that a mixed gas of these compounds can be uniformly supplied to the substrate 1 to be processed. The gas pipe 4 and the gas diffusion plate 3 are provided with a heating means such as a heater that can be heated as necessary so that the raw material compound does not condense or solidify.
In FIG. 2, details of the apparatus such as a loading / unloading port, a gas exhaust port, a vacuum pump, and a temperature controller of the substrate 1 are omitted.
【0020】実施例1 本実施例は、Al等の金属配線により段差が形成された
基板を採用し、この被処理基板上に低誘電率絶縁体膜を
形成した例であり、この工程を図1(a)〜(c)を参
照して説明する。Embodiment 1 This embodiment is an example in which a substrate having a step formed by metal wiring of Al or the like is adopted, and a low dielectric constant insulator film is formed on the substrate to be processed. This will be described with reference to 1 (a) to (c).
【0021】本実施例で採用した被処理基板は図1
(a)に示すように、不図示のMOSトランジスタ等が
作りこまれたSi等の半導体基板11上に、SiO2 等
からなる下層層間絶縁膜12、Al−1%Si等からな
る配線層13、および配線層13をコンフォーマルに被
覆するSiO2 等からなる保護膜14が形成されたもの
である。この下層層間絶縁膜12は例えばSiH4 /N
2 O混合ガスやTEOS/O2混合ガスを用いたプラズ
マCVD法等により500nmの厚さに形成したもので
ある。また配線層13は一例としてAl−1%Siをタ
ーゲットとしたスパッタリング成膜、レジストマスクパ
ターニングおよび塩素系ガスを用いたドライエッチング
の各工程を経て、0.25μmのラインアンドスペース
パターンに形成したものであり、その厚さは例えば50
0nm、アスペクト比は2である。また、保護膜14は
配線層13の腐食等を防止して信頼性を高めるための保
護層であり、その厚さは約50nmである。保護膜14
は例えば平行平板型プラズマCVD装置を用い、一例と
して下記プラズマCVD条件により成膜した。 SiH4 40 sccm N2 O 100 sccm He 50 sccm ガス圧力 100 Pa RFパワー 1.9 W/cm2 (13.56MHz) 基板温度 350 ℃The substrate to be processed employed in this embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 1A, a lower interlayer insulating film 12 made of SiO 2 or the like and a wiring layer 13 made of Al-1% Si or the like are formed on a semiconductor substrate 11 made of Si or the like in which a MOS transistor (not shown) is formed. , And a protective film 14 made of SiO 2 or the like that conformally covers the wiring layer 13. The lower interlayer insulating film 12 is made of, for example, SiH 4 / N
It is formed to a thickness of 500 nm by a plasma CVD method using a 2 O mixed gas or a TEOS / O 2 mixed gas. The wiring layer 13 is formed into a 0.25 μm line and space pattern through, for example, steps of sputtering film formation using Al-1% Si as a target, resist mask patterning, and dry etching using a chlorine-based gas. And the thickness is, for example, 50
0 nm, and the aspect ratio is 2. The protective film 14 is a protective layer for preventing corrosion and the like of the wiring layer 13 and improving reliability, and has a thickness of about 50 nm. Protective film 14
Was formed using, for example, a parallel plate type plasma CVD apparatus under the following plasma CVD conditions. SiH 4 40 sccm N 2 O 100 sccm He 50 sccm Gas pressure 100 Pa RF power 1.9 W / cm 2 (13.56 MHz) Substrate temperature 350 ° C.
【0022】この被処理基板を、図2に示した液相CV
D装置の基板ステージ2上にセッティングし、一例とし
て下記CVD条件により低誘電率絶縁体膜15を例えば
800nmの厚さ(段差凹部)に平坦に形成する。成膜
後の状態を図1(b)に示す。 SiH4 50 sccm H2 O2 200 sccm C2 F4 200 sccm ガス圧力 200 Pa 被処理基板温度 0 ℃ 本プラズマCVD工程において、H2 O2 (mp=−
0.43℃、bp=152℃)は液体ソースであるの
で、H2 O2 容器を加熱して気化させてCVDチャンバ
5内に導入する。またガス拡散板3は例えば100℃に
制御し、ここでのソースガスの凝縮を防止する。なおS
iH4 はジシラン(Si2 H6 )を用いてもよい。The substrate to be processed is treated with the liquid phase CV shown in FIG.
The substrate is set on the substrate stage 2 of the D apparatus, and as an example, the low dielectric constant insulator film 15 is formed flat to a thickness of, for example, 800 nm (stepped concave portion) under the following CVD conditions. The state after the film formation is shown in FIG. SiH 4 50 sccm H 2 O 2 200 sccm C 2 F 4 200 sccm Gas pressure 200 Pa Substrate temperature 0 ° C. In this plasma CVD process, H 2 O 2 (mp = −
(0.43 ° C., bp = 152 ° C.) is a liquid source, so the H 2 O 2 container is heated and vaporized and introduced into the CVD chamber 5. The gas diffusion plate 3 is controlled at, for example, 100 ° C. to prevent the source gas from condensing here. Note that S
As iH 4 , disilane (Si 2 H 6 ) may be used.
【0023】形成された低誘電率絶縁体膜15は比誘電
率が2.0〜2.5の範囲であり、ギャップフィル能力
はアスペクト比4まで、またグローバル平坦化能力は配
線スペース間隔10μmまで充分であり、ほぼ平坦な表
面を確保することが可能であった。The formed low dielectric constant insulator film 15 has a relative dielectric constant in the range of 2.0 to 2.5, a gap fill capability up to an aspect ratio of 4, and a global planarization capability up to a wiring space interval of 10 μm. It was sufficient, and it was possible to secure a substantially flat surface.
【0024】この後、図1(c)に示すように、低誘電
率絶縁体膜15上にCVD法により例えばSiO2 から
なる絶縁膜16を0.3μmの厚さに形成した。絶縁膜
16はCVD法以外にもスパッタリング法やスピンオン
法等、配線層13の耐熱性に問題を生じない方法であれ
ばいずれの成膜方法を採用してもよい。次に、液相CV
D法で形成した低誘電率絶縁体膜15中の水分を除去す
るために、アニール処理を施す。アニール条件として
は、通常の熱処理雰囲気炉を用い、例えばN2 中400
℃30分でよい。またこのアニール処理は絶縁膜16の
成膜前におこなってもよい。Thereafter, as shown in FIG. 1C, an insulating film 16 made of, for example, SiO 2 was formed on the low dielectric constant insulating film 15 by a CVD method to a thickness of 0.3 μm. The insulating film 16 may be formed by any method other than the CVD method, such as a sputtering method or a spin-on method, as long as it does not cause a problem in the heat resistance of the wiring layer 13. Next, the liquid phase CV
An annealing process is performed to remove moisture in the low dielectric constant insulator film 15 formed by the method D. As an annealing condition, a normal heat treatment atmosphere furnace is used, for example, 400 N 2 in N 2.
C may be 30 minutes. This annealing may be performed before the formation of the insulating film 16.
【0025】この後の工程、すなわち絶縁膜16、低誘
電率絶縁体膜15および保護膜14からなる積層膜のド
ライエッチングによるビアコンタクト孔の開口、コンタ
クトプラグの充填等は通常の方法に準じておこなってよ
い。低誘電率絶縁体膜15のエッチング特性は従来のS
iO2 のエッチング特性とほぼ同じであるので、1ステ
ップでのドライエッチングが可能である。この後、必要
に応じて配線層の形成以降を反復し、多層配線構造を完
成する。本実施例によれば、テトラフルオロエチレン、
モノシランおよびH2 O2 を原料ガスに採用することに
より、段差被処理基板上に低誘電率絶縁体膜を平坦に形
成することができる。The subsequent steps, that is, the opening of the via contact hole by dry etching of the laminated film composed of the insulating film 16, the low dielectric constant insulator film 15, and the protective film 14, the filling of the contact plug, and the like are performed in accordance with the usual method. You can do it. The etching characteristic of the low dielectric constant insulator film 15 is the conventional S
Since the etching characteristics are almost the same as iO 2 , dry etching in one step is possible. Thereafter, the formation of the wiring layer and the subsequent steps are repeated as necessary to complete the multilayer wiring structure. According to this embodiment, tetrafluoroethylene,
By using monosilane and H 2 O 2 as the source gas, a low dielectric constant insulator film can be formed flat on the substrate to be stepped.
【0026】実施例2 本実施例は、前実施例1に準拠したものであり、低誘電
率絶縁体膜の形成方法のみが異なる。したがって相違点
のみを説明し重複する説明は省略する。本実施例の低誘
電率絶縁体膜の形成方法におけるフッ素の供給源として
は、ポリテトラフルオロエチレンCF3 (CF2 )n C
F3 (nは整数)を採用した。ポリテトラフルオロエチ
レンは先に手段の項で説明したように、比較的重合度の
小さい気化可能のものが選ばれる。このポリテトラフル
オロエチレンは固体ソースの場合もあるので、溶媒とし
てフロリナートに溶解し、窒素をキャリアガスとしてC
VDチャンバ内に導入した。ポリテトラフルオロエチレ
ンはアモルファス状のものが、溶解度が大きくこの目的
に相応しい。ポリテトラフルオロエチレンの供給方法と
しては、CVDチャンバ内に例えば分子量数万の固体ソ
ースを設置し、これをレーザ光照射等で加熱しクラッキ
ングして気化してもよい。CVDチャンバ内のガス拡散
板は、200℃に制御してポリテトラフルオロエチレン
の凝着を防止した。低誘電率絶縁体膜のCVD条件の一
例を下記に示す。 SiH4 50 sccm (またはSi2 H6 ) H2 O2 200 sccm N2 500 sccm (ポリテトラフルオロエチレンのキャリアガスとして) ガス圧力 200 Pa 被処理基板温度 0 ℃Embodiment 2 This embodiment is based on the previous embodiment 1 and differs only in the method of forming the low dielectric constant insulator film. Therefore, only the differences will be described, and redundant description will be omitted. The source of fluorine in the method for forming a low dielectric constant insulator film of this embodiment is polytetrafluoroethylene CF 3 (CF 2 ) n C
F 3 (n is an integer) was employed. As described above in the section of the means, polytetrafluoroethylene is selected from those having a relatively low degree of polymerization and capable of being vaporized. Since this polytetrafluoroethylene may be a solid source, it is dissolved in florinate as a solvent and nitrogen is used as a carrier gas.
It was introduced into the VD chamber. Polytetrafluoroethylene, which is amorphous, has high solubility and is suitable for this purpose. As a method for supplying polytetrafluoroethylene, for example, a solid source having a molecular weight of tens of thousands may be provided in a CVD chamber, and this may be heated by laser light irradiation or the like, cracked and vaporized. The gas diffusion plate in the CVD chamber was controlled at 200 ° C. to prevent adhesion of polytetrafluoroethylene. An example of the CVD conditions for the low dielectric constant insulator film is shown below. SiH 4 50 sccm (or Si 2 H 6 ) H 2 O 2 200 sccm N 2 500 sccm (as a carrier gas of polytetrafluoroethylene) Gas pressure 200 Pa Substrate temperature 0 ° C.
【0027】このCVD条件においても、形成された低
誘電率絶縁体膜15は比誘電率が2.0〜2.5の範囲
であり、ギャップフィル能力はアスペクト比4まで、ま
たグローバル平坦化能力は配線スペース間隔10μmま
で充分であり、ほぼ平坦な表面を確保することが可能で
あった。この後の工程は前実施例1と同様である。本実
施例においては、前実施例1の効果に加えてフッ素の供
給源として取り扱いの簡便な固体ソースを使用できる長
所がある。Even under these CVD conditions, the formed low dielectric constant insulator film 15 has a relative dielectric constant in the range of 2.0 to 2.5, a gap fill capability up to an aspect ratio of 4, and a global flattening capability. Was sufficient up to a wiring space interval of 10 μm, and it was possible to secure a substantially flat surface. The subsequent steps are the same as in the first embodiment. In this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, there is an advantage that a solid source that is easy to handle can be used as a fluorine source.
【0028】実施例3 本実施例は、前実施例2に準拠したものであり、低誘電
率絶縁体膜の形成方法のみが異なるので、ここでも相違
点のみを説明し重複する説明は省略する。本実施例の低
誘電率絶縁体膜の形成方法におけるシリコンソースとし
ては、シランに替えてメチルシランを採用した。メチル
シランとしてはモノメチルシランあるいはジメチルシラ
ンのいずれでもよい。低誘電率絶縁体膜のCVD条件の
一例を下記に示す。 (CH3 )SiH3 50 sccm H2 O2 200 sccm N2 500 sccm (ポリテトラフルオロエチレンのキャリアガスとして) ガス圧力 200 Pa 被処理基板温度 0 ℃ なおキャリアガスのN2 は、Ar、HeあるいはH2 で
もよい。Embodiment 3 This embodiment is based on the previous embodiment 2 and differs only in the method of forming the low dielectric constant insulator film. Therefore, here, only the differences will be described, and duplicate description will be omitted. . As the silicon source in the method of forming a low dielectric constant insulator film of this example, methylsilane was used instead of silane. As methylsilane, either monomethylsilane or dimethylsilane may be used. An example of the CVD conditions for the low dielectric constant insulator film is shown below. (CH 3 ) SiH 3 50 sccm H 2 O 2 200 sccm N 2 500 sccm (as a carrier gas of polytetrafluoroethylene) Gas pressure 200 Pa Substrate temperature to be treated 0 ° C. N 2 of the carrier gas is Ar, He or H 2 may be used.
【0029】このCVD条件においても、ギャップフィ
ル能力はアスペクト比4まで、またグローバル平坦化能
力は配線スペース間隔10μmまで充分であり、ほぼ平
坦な表面を確保することが可能であった。本実施例にお
いてはシリコンソースとしてアルキル基、ここではメチ
ル基を有するメチルシランを用いているので、形成され
た低誘電率絶縁体膜15の比誘電率は2.0〜2.5の
範囲で小さいものが得られやすい。ただし、耐熱性の点
では若干の低下が見られるので、用途による使い分けが
必要である。Even under these CVD conditions, the gap fill ability was sufficient up to an aspect ratio of 4, and the global flattening ability was sufficient up to a wiring space interval of 10 μm, so that a substantially flat surface could be secured. In the present embodiment, since the silicon source is an alkyl group, here, methylsilane having a methyl group, the relative dielectric constant of the formed low dielectric constant insulator film 15 is small in the range of 2.0 to 2.5. Things are easy to obtain. However, a slight decrease in heat resistance is observed, so that it is necessary to use differently depending on the application.
【0030】この後の工程は実施例1に準じて良いが、
低誘電率絶縁体膜のアニール条件としては例えばN2 雰
囲気中400℃15分程度が望ましい。The subsequent steps may be in accordance with the first embodiment.
The annealing condition of the low dielectric constant insulator film is preferably, for example, about 400 ° C. for about 15 minutes in an N 2 atmosphere.
【0031】以上、本発明を3例の実施例により説明し
たが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。Although the present invention has been described with reference to three embodiments, the present invention is not limited to these embodiments.
【0032】例えば、Al−1%Si合金からなる配線
層により段差が形成された被処理基板を採用したが、多
結晶シリコンや高融点金属、あるいはその積層構造の高
融点金属ポリサイドを用いてもよい。この場合には低誘
電率絶縁体膜のアニール条件等の温度条件は高温側にシ
フトすることができる。また半導体装置の構造として
も、配線層上に低誘電率絶縁体膜からなる層間絶縁膜を
形成する場合について例示したが、低誘電率絶縁体膜か
らなる層間絶縁膜に溝を形成し、溝内にエッチバックや
研磨により埋め込み配線を形成する半導体装置構造に用
いてもよい。さらに、最終パッシベーション膜として用
いる場合や、トレンチアイソレーション等をボイドの発
生なく平坦に埋め込む場合等にも適用できる。半導体基
板としてはSiの他にGaAs等の化合物半導体基板を
用いる場合にも有効である。また半導体装置以外にも、
薄膜ヘッドや薄膜インダクタ等、高周波の各種マイクロ
電子デバイスにも適用可能であることは言うまでもな
い。For example, although a substrate to be processed having a step formed by a wiring layer made of an Al-1% Si alloy is employed, polycrystalline silicon, a high melting point metal, or a high melting point metal polycide having a laminated structure thereof may be used. Good. In this case, the temperature condition such as the annealing condition of the low dielectric constant insulator film can be shifted to the higher temperature side. Also, as the structure of the semiconductor device, the case where the interlayer insulating film made of the low dielectric constant insulator film is formed on the wiring layer is exemplified, but the groove is formed in the interlayer insulating film made of the low dielectric constant insulator film, and the groove is formed. It may be used for a semiconductor device structure in which a buried wiring is formed by etching back or polishing. Further, the present invention can be applied to a case where the film is used as a final passivation film, or a case where trench isolation or the like is buried flat without generating voids. It is also effective when a compound semiconductor substrate such as GaAs is used in addition to Si as the semiconductor substrate. In addition to semiconductor devices,
It goes without saying that the present invention can be applied to various high-frequency microelectronic devices such as a thin film head and a thin film inductor.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の低誘電率絶縁体膜の形成方法によれば、従来の方法に
比較してギャップフィル能力およびグローバル平坦化能
力ともに優れた低誘電率絶縁体膜が得られる。またフル
オロカーボン樹脂系の有機低誘電率膜と比較して密着
性、エッチング特性に優れる。したがって、配線間容量
による信号遅延や消費電力が問題となるロジックICや
高集積度メモリ等の半導体装置を信頼性よく提供するこ
とが可能となる。As is apparent from the above description, according to the method for forming a low dielectric constant insulator film of the present invention, a low dielectric constant film having both a better gap fill capability and a higher global flattening capability than the conventional method. A dielectric insulator film is obtained. Also, it has excellent adhesion and etching characteristics as compared with a fluorocarbon resin-based organic low dielectric constant film. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device such as a logic IC or a highly integrated memory in which signal delay or power consumption is a problem due to the capacitance between wirings, with high reliability.
【図1】本発明の実施例1ないし3の工程を説明する概
略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a process of Examples 1 to 3 of the present invention.
【図2】本発明の実施例1ないし3で採用したCVD装
置の一構成例を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing one configuration example of a CVD apparatus employed in Examples 1 to 3 of the present invention.
1…被処理基板、2…基板ステージ、3…ガス拡散板、
4…ガス配管、5…CVDチャンバ 11…半導体基板、12…下層層間絶縁膜、13…配線
層、14…保護層、15…低誘電率絶縁体膜、16…絶
縁膜DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate to be processed, 2 ... Substrate stage, 3 ... Gas diffusion plate,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Gas piping, 5 ... CVD chamber 11 ... Semiconductor substrate, 12 ... Lower interlayer insulating film, 13 ... Wiring layer, 14 ... Protective layer, 15 ... Low dielectric constant insulator film, 16 ... Insulating film
Claims (8)
酸化シリコン系絶縁膜を、被処理基板上に化学的気相成
長法により成膜する低誘電率絶縁体膜の形成方法におい
て、 前記化学的気相成長法に用いる原料化合物は、少なくと
もテトラフルオロエチレン、シラン系化合物およびH2
O2 を含むことを特徴とする低誘電率絶縁体膜の形成方
法。1. A method for forming a silicon oxide-based insulating film containing a fluorocarbon resin component on a substrate to be processed by a chemical vapor deposition method, the method comprising: Raw material compounds used for the growth method include at least tetrafluoroethylene, a silane-based compound and H 2
A method for forming a low dielectric constant insulator film comprising O 2 .
リコン系絶縁膜を、被処理基板上に化学的気相成長法に
より成膜する低誘電率絶縁体膜の形成方法において、 前記化学的気相成長法に用いる原料化合物は、少なくと
もポリテトラフルオロエチレン、シラン系化合物および
H2 O2 を含むことを特徴とする低誘電率絶縁体膜の形
成方法。2. A method for forming a low dielectric constant insulator film, wherein a silicon oxide-based insulating film containing an organic component containing fluorine is formed on a substrate to be processed by a chemical vapor deposition method. A method for forming a low dielectric constant insulator film, wherein the raw material compound used for the phase growth method includes at least polytetrafluoroethylene, a silane-based compound, and H 2 O 2 .
ン、モノメチルシランおよびジメチルシランのうちの少
なくともいずれか1種であることを特徴とする請求項1
または2記載の低誘電率絶縁体膜の形成方法。3. The silane compound according to claim 1, wherein the silane compound is at least one of silane, disilane, monomethylsilane and dimethylsilane.
Or the method for forming a low dielectric constant insulator film according to 2.
を埋めて略平坦な表面を有する低誘電率絶縁体膜を形成
することを特徴とする請求項1または2記載の低誘電率
絶縁体膜の形成方法。4. The low dielectric constant according to claim 1, wherein the substrate to be processed has a step, and a low dielectric constant insulating film having a substantially flat surface is formed by filling the step. A method for forming an insulator film.
つ、前記化学的気相成長を施すことを特徴とする請求項
1または2記載の低誘電率絶縁体膜の形成方法。5. The method for forming a low dielectric constant insulator film according to claim 1, wherein the chemical vapor deposition is performed while controlling the substrate to be processed to a room temperature or lower.
未満であることを特徴とする請求項1または2記載の低
誘電率絶縁体膜の形成方法。6. The relative dielectric constant of the low dielectric constant insulator film is 3.0.
The method for forming a low dielectric constant insulator film according to claim 1, wherein the thickness is less than 3.
方法により形成された低誘電率絶縁体膜を、層間絶縁膜
として有することを特徴とする半導体装置。7. A semiconductor device comprising a low dielectric constant insulator film formed by the method for forming a low dielectric constant insulator film according to claim 1 as an interlayer insulating film.
方法により形成された低誘電率絶縁体膜を、層間絶縁膜
として有することを特徴とする半導体装置。8. A semiconductor device comprising a low dielectric constant insulator film formed by the method for forming a low dielectric constant insulator film according to claim 2 as an interlayer insulating film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1212497A JPH10209148A (en) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | Method for forming low dielectric constant insulator film and semiconductor device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP1212497A JPH10209148A (en) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | Method for forming low dielectric constant insulator film and semiconductor device using the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10209148A true JPH10209148A (en) | 1998-08-07 |
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ID=11796801
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| JP1212497A Pending JPH10209148A (en) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | Method for forming low dielectric constant insulator film and semiconductor device using the same |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JPH10209148A (en) |
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