JPH10326829A

JPH10326829A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10326829A
Application number: JP9134183A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kudo; 寛工藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-12-08
Anticipated expiration: 2017-05-23
Also published as: JP3676034B2

Abstract

(57)【要約】【課題】多層配線構造の形成工程を含む半導体装置の製
造方法に関し、配線密度の高い領域における膜厚方向の
配線間容量を低減し且つフッ素含有酸化シリコンを有す
る層間絶縁膜の上の金属膜の剥がれを防止すること。【解決手段】配線６３を覆うフッ素含有シリコン酸化膜
６４をSiO₂のような絶縁膜６５で覆った後に、フッ素含
有シリコン酸化膜６４の一部が露出するまで絶縁膜６５
を研磨して平坦化した後に、露出したフッ素含有シリコ
ン酸化膜６４を覆うSiO₂のような吸湿防止用の絶縁性キ
ャップ膜６６を形成して構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線構造を含
む半導体装置と、多層配線構造の形成工程を含む半導体
装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化、高速化の
要求から、半導体装置における多層配線層用の絶縁層材
料の見直しが行われている。二酸化シリコン（SiO₂）は
従来から用いられてきた半導体装置の絶縁材料である
が、誘電率が 4.2と高いために配線間の寄生容量が大き
く、これによって配線の信号伝播遅延時間を長くしてい
る。信号伝播遅延の増大は半導体装置の動作速度を低下
させる要因である。今後、微細化が進むと配線間の距離
がますます短くなるため、寄生容量がさらに大きくなり
信号伝播遅延時間の増大が問題になる。

【０００３】次に、SiO₂を層間絶縁膜として用いた場合
の、多層配線構造の形成方法について簡単に説明する。
まず、図１０(a) に示す様に、シリコン基板101 上でパ
ターンニングされた配線103 上にＣＶＤ（Chemical Vep
or Deposition)により第一のSiO₂膜104 を例えば７００
０Åの厚さに成長して配線を埋め込む。その第一のSiO₂
膜104 の膜厚は、配線密度が高い領域では薄く、パッド
などを有する配線密度が低い領域では厚くなる。続い
て、第二のSiO₂膜105 を例えば１４０００Åの厚さに形
成する。これら第一及び第二のSiO₂膜104,105 を層間絶
縁膜として用いる。この場合、第一のSiO₂膜104 の成長
は、横方向の配線相互間を完全に埋め込むような条件と
し、第二のSiO₂膜105 の成長は凹凸があまり生じないよ
うな条件にする。

【０００４】次に、図１０(b) に示すように、第二のSi
O₂膜105 をＣＭＰ(ChemicaI MechanicaI Polishing）に
よって研磨して平坦化する。続いて第一及び第二のSiO₂
膜104,105 にビアホール106 を開口し、さらに、ビアホ
ール106 の底部にTiN グルーレイヤーを成長し、タング
ステン、アルミニウム等の導電材によりコンタクトホー
ル106 を埋め込むプラグを成長する。ＣＭＰによって研
磨したのは、第一のSiO₂膜104 の成長条件では、第一の
SiO₂膜104 が配線密度が高い領域では薄くなり、低い領
域では厚く成長するからである。これにより生じた凹凸
は第二のSiO₂膜105 にもまた凹凸を生じさせるからであ
る。

【０００５】このような工程を２度繰り返すと、図１０
(c) に示すような二層構造のSiO₂よりなる二層の配線層
が形成される。配線間の寄生容量を小さくするためには
層間絶縁膜材料として誘電率の小さい物質を用いること
が有効であり、これにより、信号伝播遅延時間を短くす
ることができる。例えば、フッ素（Ｆ）を二酸化シリコ
ンに添加してなる酸化フッ化シリコン（SiOF）膜は誘電
率が低く、この材料を多層配線の絶縁膜に適用すること
で、配線間の寄生容量を低減することができ、デバイス
の高速化が図れる。

【０００６】これまで、SiOFは吸湿性が高く、水分を吸
収すると誘電率が高くなってしまい層間絶縁用の材料と
して有効でなくなる。その吸湿を抑制するために、SiOF
成長時の酸素（O₂）の分圧を高くし、又はSiOF成膜後に
ブラズマアニールを行い、又はSiOF成長時のプラズマ密
度とエネルギーを制御することなどが報告されている。

【０００７】しかし、SiOFの誘電率を3.5 以下にしよう
とすると吸湿性が高くなるので、そのような方法によっ
てもその吸湿を制御することが困難になる。また、その
吸湿性によって水がSiOF膜中に含まれるようになると、
その上に形成される金属配線の腐食されるおそれがあ
る。それらの問題はSiO₂によるSiOF膜のキャッピングに
よって回避することが可能であり、そのことは既に特開
平7-74245 によって提案されている。ここで提案されて
いる多層形成方法は、従来からある平行平板型のプラズ
マＣＶＤ装置を用い、シリコン（Si）源としてテトラエ
チルオルソシリケート(TEOS)、Ｆ源にトリエトキシフル
オロシラン（TEFS）又は三フッ化窒素（NF₃）を用いた
ものである。平行平板型のプラズマＣＶＤやこれらの反
応系は、配線間隔が広く配線のアスペクト比が低い世代
（デザインルールで言えば0.35μｍ以前）の半導体装置
に対しては適用が可能であるが、これ以後は他の技術が
必須となる。

【０００８】ＨＤＰ (High Density Plasma)−ＣＶＤ
は、配線間隔が狭くてアスペクト比が高い横方向の配線
の相互間に絶縁膜を介在させるためのＣＶＤ技術であ
る。また、その絶縁膜を平坦化するために、ＣＭＰとよ
ばれる研磨法が適用される。デザインルール0.25μｍ以
後の多層配線形成技術としてＨＤＰ−ＣＶＤとＣＭＰの
組み合わせが有効と考えられているが、SiOFを用いる配
線間の低容量化は十分に達成されていない。

【０００９】そこで、以下に、SiOFを用いた場合の多層
層間絶縁膜の形成方法について説明する。まず、図１１
(a) に示す様に、シリコン基板101 の上に配線103 をパ
ターンニングした後に、ＨＤＰ−ＣＶＤによりSiOF膜11
0 を例えば７０００Åの厚さに成長してその配線103 を
覆う。そのSiOF膜110 の膜厚は、配線密度の高い領域で
は薄く、パッドなどを有する配線密度の低い領域では厚
くなる。

【００１０】次に、図１１(b) に示すようにSiO₂膜111
を例えば１４０００Åの厚さに形成する。そのSiO₂膜11
1 の成長は平行平板型ＣＶＤおよびＨＤＰ−ＣＶＤのど
ちらでもよい。図１１(b) はＨＤＰ−ＣＶＤを用いた場
合の絶縁膜の凹凸形状を示している。平行平板型ＣＶＤ
では、配線上に形成される絶縁膜の凹凸がＨＤＰよりも
幾分なだらかになる程度で大差はない。

【００１１】このままの状態で、さらに複数の配線と層
間絶縁膜を重ねると、凹凸による段差が生じやすい。そ
のような段差をなくすために、ＣＭＰ技術が用いられ
る。そこで、図１１(c) に示すように、ＣＭＰによって
SiO₂膜111 の表面を研磨して平坦化する。このとき、密
度の低い配線上のSiOF膜110 が露出しないように研磨量
を設定しなければならない。これは、SiOF膜110 が露出
すると、その後の工程で形成される金属膜がSiOF膜110
から剥がれ易くなるからである。

【００１２】続いて、図１２(a) に示すように、SiO₂膜
111 及びSiOF膜110 にビアホール112 を開口し、さらに
ビアホール112 の底部にTiN グルーレイヤー113 を成長
し、タングステンプラグ114 によってビアホール112 を
埋め込む。このような工程を２度繰り返すと、図１２
(b) に示すような二層の配線層が形成される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１２(b)
に示すような配線構造において、配線密度の高い領域で
は配線密度の低い領域に比べてSiOF膜の厚さに対するSi
O₂膜の厚さの割合が大きくなるので、次のような問題が
生じる。即ち、横方向の配線相互間Ｔ₁はSiOF膜の介在
によって寄生容量が小さくなるが、膜厚方向の配線相互
間Ｔ₂は大部分がSiO₂となるために、この領域での膜厚
方向の配線間の寄生容量が高くなってしまう。これによ
り、SiOF膜による配線容量の低容量化の効果が薄れてし
まう。

【００１４】これに対して、SiO₂膜１１１のかわりにSi
OF膜を用いることが考えられるが、そのSiOF膜の誘電率
が３．５以下の場合にSiOF膜上に、直接グルーレイヤー
であるTiN 膜を成長し、さらにビアホール内を充填する
タングステン（Ｗ）を成長することを考えられる。しか
し、SiOF膜とTiN 膜との界面ではそれらの密着性が弱
く、さらにタングステンの強い膜ストレスによりタング
ステン膜がSiOF膜から剥がれ易くなる。SiOF膜とTiN 膜
の密着性の低下は、SiOF膜中のF とTiN とが界面で反応
するために起こる。

【００１５】また、高密度配線上でのSiO₂膜の割合を少
なくするために、SiOF膜を厚くすることも考えられる
が、これではビアホールのアスペクト比が大きくなっ
て、プラグに欠陥が生じるおそれがある。本発明の目的
は、配線密度の高い領域における膜厚方向の配線間容量
を低減し且つフッ素含有酸化シリコンを有する層間絶縁
膜の上の金属膜の剥がれを防止することができる半導体
装置とその製造方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

（手段）上記した課題は、図３、図４に例示するように、半導体
基板６１上に配線６３を形成する工程と、誘電率３．５
以下のフッ素含有シリコン酸化膜６４によって前記配線
６３を覆う工程と、前記フッ素含有シリコン酸化膜６４
上に、前記フッ素含有シリコン酸化膜６４とは異なる材
料の絶縁膜６５を成長する工程と、前記絶縁膜６５の表
面から研磨を開始して前記絶縁膜６５と前記フッ素含有
シリコン酸化膜６４を研磨して平坦化する工程と、前記
絶縁膜６５の面と研磨により露出した前記フッ素含有シ
リコン酸化膜６４の上に、前記フッ素含有シリコン酸化
膜６４とは異なり、前記フッ素含有シリコン酸化膜６４
よりも吸湿性の低い材料よりなる絶縁性キャップ膜６６
を成長する工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法によって解決する。この場合、前記絶縁膜６
５は酸化シリコンの成長によって形成されることを特徴
とする。また、前記絶縁性キャップ膜６６は酸化シリコ
ン又は窒化シリコンの成長によって形成されることを特
徴とする。さらに、前記絶縁性キャップ膜６６を形成す
る前に、前記フッ化含有シリコン酸化膜６４を３００℃
以上の温度でアニールすることを特徴とする。

【００１７】上記した課題は、図５に例示するように、
半導体基板６１上に配線６３を形成する工程と、誘電率
３．５以下の第一のフッ素含有シリコン酸化膜６４ａに
よって前記配線６３を覆う工程と、前記第一のフッ素含
有シリコン酸化膜６４ａ上に誘電率３．６以上の第二の
フッ素含有シリコン酸化膜６５ａを成長する工程と、前
記第二のフッ素含有シリコン酸化膜６５ａの表面から研
磨を開始して少なくとも第二のフッ素含有シリコン酸化
膜６５ａを平坦化する工程と、研磨された少なくとも前
記第二のフッ素含有シリコン酸化膜６５ａの上に、前記
第一及び第二のフッ素含有シリコン酸化膜とは異なり、
前記第一及び第二のフッ素含有シリコン酸化膜よりも吸
湿性の低い材料よりなる絶縁性キャップ膜６６ａを成長
する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造
方法により解決する。この場合、前記絶縁性キャップ膜
６６ａは酸化シリコン又は窒化シリコンの成長によって
形成されることを特徴とする。また、前記絶縁性キャッ
プ膜６６ａを成長する前に、前記第一及び第二のフッ素
含有シリコン酸化膜６４ａ，６５ａを３００℃以上の温
度でアニールすることを特徴とする。

【００１８】上記した課題は、図６、図７に例示するよ
うに、半導体基板８１上に配線８３を形成する工程と、
誘電率３．５以下のフッ素含有シリコン酸化膜８４によ
って前記配線８３を覆う工程と、前記フッ素含有シリコ
ン酸化膜８４を研磨してその上面を平坦化する工程と、
平坦化された前記フッ素含有シリコン酸化膜８４の平坦
化された面の上に、前記フッ素含有シリコン酸化膜８４
とは異なり、前記フッ素含有シリコン酸化膜８４よりも
低い吸湿性の材料よりなる絶縁性キャップ膜８５を成長
する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造
方法により解決する。この場合、前記絶縁性キャップ膜
８５は酸化シリコン又は窒化シリコンの成長によって形
成されることを特徴とする。また、前記絶縁膜８５を成
長する前に、前記フッ素含有シリコン酸化膜８４を３０
０℃以上の温度でアニールすることを特徴とする。

【００１９】上記した課題は、図４(b) に例示するよう
に、半導体基板６１上の第一の配線領域６３ａと第二の
配線領域６３ｂにそれぞれ形成された配線６３と、前記
配線６３を覆うフッ素含有シリコン酸化膜６４と、前記
第一の配線領域６３ａで前記フッ素含有シリコン酸化膜
６４を覆い且つ前記フッ素含有シリコン膜６４とは材料
の異なる絶縁膜６５と、前記第二の配線領域６３ｂで前
記フッ素含有シリコン酸化膜６４上に形成され、前記第
一の配線領域６３ａで前記絶縁膜６５上に形成され、且
つ前記フッ素含有シリコン酸化膜６４とは異なり、前記
フッ素含有シリコン酸化膜よりも吸湿性の低い材料より
なる絶縁性キャップ膜６６を有することを特徴とする半
導体装置によって解決する。この場合、前記フッ素含有
シリコン酸化膜は誘電率３．５以下であることを特徴と
する。また、前記絶縁膜６５はシリコン酸化膜であるこ
とを特徴とする。また、前記絶縁性キャップ膜６６はシ
リコン酸化膜又はシリコン窒化膜であることを特徴とす
る。

【００２０】上記した課題は、図５(c) に例示するよう
に、半導体基板６１上の第一の配線領域６３ａと第二の
配線領域６３ｂにぞれぞれ形成された配線６３と、前記
第一の配線領域６３ａと前記第二の配線領域６３ｂの前
記配線６３を覆う第一のフッ素含有シリコン酸化膜６４
ａと、前記第一の配線領域６３ａで前記第一のフッ素含
有シリコン酸化膜６４ａを覆い且つ前記第一のフッ素含
有シリコン酸化膜６４ａよりもフッ素含有量が少ない第
二のフッ素含有シリコン酸化膜６５ａと、前記第一の配
線領域６３ａで前記第二のフッ素含有シリコン酸化膜６
５ａの上に形成され、前記第一のフッ素含有シリコン酸
化膜６４ａの上に形成され、且つ前記第一及び第二のフ
ッ素含有シリコン酸化膜６４ａ，６５ａとは異なる材料
よりなる防湿用の絶縁性キャップ膜６６ａとを有するこ
とを特徴とする半導体装置により解決する。この場合、
前記第一のフッ素含有シリコン酸化膜６４ａは誘電率
３．５以下であることを特徴とする。また、前記第二の
フッ素含有シリコン酸化膜６５ａは誘電率３．６以上で
あることを特徴とする。さらに、前記絶縁性キャップ膜
６６ａは、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜であるこ
とを特徴とする。

【００２１】上記した半導体装置において、前記半導体
基板と前記配線の間には絶縁性下地膜が形成されている
ことを特徴とする。また、前記絶縁性キャップ膜の上に
はさらに別の配線が形成されることを特徴とする。次
に、本発明の作用について説明する。本発明によれば、
配線を覆うフッ素含有シリコン酸化膜（SiOF膜）をさら
に別の材料のSiO₂等の絶縁膜で覆った後に、SiOF膜の一
部が露出するまでその絶縁膜を研磨して平坦化した後
に、露出したSiOF膜を覆う吸湿防止用の絶縁キャップ膜
を形成している。

【００２２】したがって、SiOF膜は、絶縁膜と絶縁性キ
ャップ膜によって大気からの水分の吸収が妨げられる。
また、層間絶縁膜を構成するSiOF膜の上に直に金属膜が
形成されることは無いので、その層間絶縁膜上に形成さ
れる金属膜の剥がれが防止される。さらに、SiOF膜が露
出するまでその上の絶縁膜を研磨により薄くしているの
で、層間絶縁膜に占めるSiOF膜の膜厚の割合を大きくし
て配線間の寄生容量を効果的に低容量化できる。

【００２３】さらに、層間絶縁膜を単層又は複数のSiOF
膜から形成し、少なくともその最上層を研磨することに
より平坦化するとともに、その上を吸湿防止用の絶縁性
キャップ膜によって覆うようにした。したがって、絶縁
性キャップ膜によって大気からのSiOF膜の水分吸収が妨
げられる。しかも、層間絶縁膜を構成するSiOF膜の上に
直に金属膜が形成されなくなるので、層間絶縁膜上の金
属膜の剥がれを防止できる。

【００２４】さらに、SiOF膜が多層構造の場合に、最上
のSiOF膜のフッ素含有量を少なくしているので、その最
上のSiOF膜によって大気からの水分の吸収が抑制され
る。さらに、その最上のSiOF膜を研磨することによって
層間絶縁膜に占める高誘電率のSiOF膜の膜厚を薄くして
いるので、配線間の寄生容量の効果的な低容量化を可能
にする。

【００２５】

【発明の実施の形態】そこで、以下に本発明の実施形態
を図面に基づいて説明する。本発明の半導体装置での多
層配線層形成を説明する前に、本発明の層間絶縁膜の成
長に使用する平行平板型プラズマＣＶＤ装置とＥＣＲ(E
Iectron CyclotronResonance)−ＣＶＤ装置の構成の概
略と、それらの装置による絶縁膜の威膜条件、および絶
縁膜の誘電率の一例を説明する。

【００２６】平行平板型プラズマＣＶＤ装置図１は、半導体装置の製造工程において使用される平行
平板型プラズマＣＶＤ装置の概略図である。平行平板型
プラズマＣＶＤ装置において、密閉された反応室１の内
部は真空パイプ２を経由して真空ポンプ３によって排気
される。その排気による反応室１内の到達真空度は例え
ば0.01Torrである。反応室１の内部では、半導体ウエハ
ーＷを設置する第一の電極４が取付けられ、その第一の
電極４に対向した位置には、半導体基板Ｗに原料ガスを
噴出するシャワーヘッド５が配置されている。そのシャ
ワーヘッド５は第二の電極として機能し、そこには例え
ば１３．５６ＭＨｚの高周波電源６が接続されている。

【００２７】また、反応室１内又は第一の電極４の下に
は、半導体基板Ｗを加熱するための加熱手段７、例えば
ランプが配置されている。反応室１には、原料ガス供給
配管８、第一のマスフローコントローラ９及び第一の配
管１０を介してC₂F₆ボンベ１１が接続されていて、C₂F₆
ガスの反応室１への流量はマスフローコントローラ９に
よって制御される。

【００２８】また、反応室１には、原料ガス供給配管
８、第二のマスフローコントローラ１２及び第二の配管
１３を介してO₂ボンベ１４が接続されていて、O₂ガス流
量はマスフローコントローラ１２によって制御され。さ
らに、反応室１には、原料ガス供給配管８、気化器１
５、液体マスフローコントローラ１６及び給液管１７を
介してＴＥＯＳ源１８が接続されている。

【００２９】ＴＥＯＳ源１８は、ＴＥＯＳ液１９を収容
する容器２０と、ヘリウム源２１から圧縮したヘリウム
（He）ガスを容器２０に送り込む第三の配管２２とを有
しており、容器２０内のＴＥＯＳ液１９には給液管１７
が差し込まれている。そして、ＴＥＯＳ液１９を気化器
１５に供給する場合には、ヘリウム源２１から圧力0.5
〜1.0kg/cm²でHeガスを第三の配管２２に送り込み、容
器２０内の圧力によって給液管１７にＴＥＯＳ液１９が
送り込まれる。そのＴＥＯＳ液１９の供給量は液体マス
フローコントローラ１６によって制御される。

【００３０】液体マスフローコントローラ１６によって
制御されたＴＥＯＳ液１９は、気化器１５内で気化され
てＴＥＯＳガスとなる。その気化器１５には、第四の配
管２３及び第三のマスフローコントローラ２４を介して
Heボンベ２５が接続され、Heガスの導入量は第三のマス
フローコントローラ２４によって制御される。気化器１
５に送られたHeガスは、気化器１５内でＴＥＯＳガスと
ともに原料ガス供給配管８を介して反応室１に送り込ま
れる。そのHeガスは、ＴＥＯＳ用のキャリアガスの役目
をするもので、ＴＥＯＳガスの供給量を安定化させるた
めに使用される。

【００３１】ＴＥＯＳガスが流れる原料ガス供給配管８
の周囲には、ＴＥＯＳガスの液化を防止するためのヒー
ター２６が巻かれており、原料ガス供給管８はヒータ２
６によって例えば１００℃に加熱されている。このよう
に、バブラーを用いずに気化したガスを直に反応室１内
に供給する方法をダイレクト・インジェクションと言
う。なお、以下の説明では、ＴＥＯＳガスの流量につい
ては、Heガスを含まない値を示している。

【００３２】上述した平行平板型プラズマＣＶＤ装置に
よってSiOF膜を半導体基板Ｗ上に成長する場合には、Ｔ
ＥＯＳガスの供給と同時にC₂F₆ガス及びO₂ガスを反応室
１内に供給し、高周波電源６によって第一の電極４とシ
ャワーヘッド（第二の電極）５の間に高周波電力を印加
することによって反応室１内にそれぞれのガスのプラズ
マを発生させる。

【００３３】また、半導体基板Ｗ上にSiO₂膜を形成する
場合には、ＴＥＯＳガスの供給と同時にO₂ガスを反応室
１内に供給し、高周波電源６によって第一の電極４とシ
ャワーヘッド（第二の電極）５の間に高周波電力を印加
することによって反応室１内にそれらのガスのプラズマ
を発生させる。次に、SiOF成長条件の一例を表１に示
し、またSiO₂成長条件を表２に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】なお、表１の条件で成長させたSiOF膜の誘
電率は３．６となり、表２の条件で成長させたSiO₂膜の
誘電率は４．２となった。ＥＣＲ−ＣＶＤ装置第２図は本発明に関するECR-CVD 装置の概略図である。
ECR-CVＤ装置はプラズマ室３１と反応室３２を有し、プ
ラズマ室３１にはマイクロ波導波管３４を介してマイク
ロ波電源３３が接続されていて、マイクロ波電源３３か
らマイクロ波をプラズマ室３１に導入することにより、
プラズマ室３１内に導入したガスが励起されて、プラズ
マが形成するようになっている。

【００３７】また、反応室３２の上方に配置したメイン
ソレノイドコイル（ＭＳＣ）３５によって反応室３２内
に磁界を発生させることにより、反応室３２内のプラズ
マ密度とエネルギーを増幅するようになっている。その
プラズマ密度とプラズマエネルギーは、メインソレノイ
ドコイル３５に流す電流量によって変化させることがで
きる。

【００３８】また、プラズマ室３１内には、SiO₂または
SiOFの膜成長のために第一のマスフローコントローラ３
６、第一のガス管３７を介してアルゴン源３８が接続さ
れ、さらに第２のマスフローコントローラ３９、第２の
ガス管４０を介して酸素源４１が接続されている。さら
に、反応室３２には、SiO₂の膜成長のために第３のマス
フローコントローラ４２、第３のガス管４３を介してシ
リコン源のSiH₄ボンベ４４が接続され、さらにSiOFの膜
成長のために第４のマスフローコントローラ４５、第４
のガス管４６を介してフッ素源のSiF₄ボンベ４７が接続
されている。

【００３９】なお、第１〜第４のマスフローコントロー
ラ３６、３９、４２、４５は、ガス流量を制御するもの
である。さらに、反応室３２内ではプラズマ室３１の下
方にプレート４８が配置され、その上には、半導体基板
Ｗを吸着するための静電チャック４９が配置されてい
る。静電チャック４９には13.56MHzの高周波（RF）電源
５０が接続されていて、RF電極５０の印加によって半導
体ウエハＷとプラズマ室３１の間に電位が発生する。こ
の電位よってプラズマ室３１からArイオンが加速され、
スパッタリング現象が起こる。スパッタリングと原料ガ
ス(SiF₄, SiH₄)の堆積が半導体基板Ｗ上で協奏的に起こ
り、後述するように、狭い半導体基板Ｗ上の配線間に絶
縁膜が埋め込まれる。静電チャック４９は抵抗加熱によ
って例えば２００℃まで加熱されているが、スパッタリ
ングによる成膜時の温度は２５０℃に到達する。

【００４０】プレート４８の下方にはサブソレノイドコ
イル（ＳＳＣ）５１が配置されていて、サブソレノイド
コイル５１はプラズマ室３１から発散するプラズマを磁
界によって収束させる役割をする。即ち、サブソレノイ
ドコイル５１は、そこに流される電流量によってプラズ
マ形状を変化させる機能を有している。半導体ウエハＷ
を中心に対称形状のプラズマを形成すると、膜厚分布が
改善され、半導体装置に与えるブラズマダメージを軽減
することができる。

【００４１】なお、反応室３２にはターボモレキュラー
ポンブ５２が接続されており、これにより反応室３２内
にあるガスを排気し減圧する。そのＥＣＲ−ＣＶＤ装置
を用いてSiOF成長を行う条件の一例を表３に示し、SiO₂
成長を行う条件の一例を表４に示す。

【００４２】

【表３】

【００４３】

【表４】

【００４４】ここで、表３の条件で成長させたSiOF膜の
誘電率は３．５、表４の条件で成長させたSiO₂膜の誘電
率は４．２となった。なお、ＥＣＲ−ＣＶＤ装置を用い
た膜の成長は、平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いて
膜を形成する場合に比べて高密度の配線層間を埋める能
力が高い。次に、上記した装置を用いた配線構造の形成
方法を示す。なお、以下に示す膜厚は、特に領域を特定
しない場合には、パッドのような幅の広い配線上の最も
厚い膜厚の部分を示している。（第１実施形態）本発明における第一の実施形態を図
３、図４に示す。

【００４５】まず、図３(a) に示すように、平行平板型
のプラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン基板（半導体基
板）６１上にSiO₂よりなる下地絶縁膜６２を５０００Å
の厚さに成長する。続いて、下地絶縁膜６２の上に、チ
タン（Ti）膜を３００Å、窒化チタン（TiN)膜を５００
Å、アルミニウム（Al）膜を６０００Å、TiN 膜を５０
０Å及びTi膜を３００Åの厚さに順に成長する。このよ
うな５層の金属膜をパターニングして一層目の配線６３
を形成する。一層目の配線６３の形成領域には、配線幅
が狭く且つ配線間隔が狭い高配線密度領域６３ａと、そ
の逆の低配線密度領域６３ｂがある。

【００４６】次に、図３(b) に示すように、ＥＣＲ−Ｃ
ＶＤ装置を用いて一層目の配線６３を覆うための第一の
SiOF膜６４を１４０００Åの厚さに成長する。ＥＣＲ−
ＣＶＤ装置を使用すると、高配線密度領域６３ａでは薄
く、低配線密度領域６３ｂでは厚くなる。この第一のSi
OF膜６４は、上記した表３に示した条件により成長した
ものであって誘電率が３．５となっている。

【００４７】そのＥＣＲ−ＣＶＤ装置によれば、横方向
の配線同士の間でArイオンによるエッチング効果を伴っ
て膜が成長するために、横方向の配線同士の間を完全に
埋め込む。これにより、第一のSiOF膜６４の配線上の膜
厚は、高配線密度領域６３ａで６０００Åと薄く、低配
線密度領域６３ｂでは１４０００Å程度と厚くなる。次
に、図３(c) に示すように、上記した平行平板型プラズ
マＣＶＤ装置を用いて表２の条件で第一のSiO₂膜（絶縁
膜）６５を７０００Åの膜厚に形成する。その第一のSi
O₂膜６５は、全体にほぼ均一の厚さに成長されるが、そ
の上面にはSiOF膜６４の凹凸が反映するので、低配線密
度領域６３ｂでの第一のSiO₂膜６５の上面は他の領域の
第一のSiO₂膜６５よりも高い位置に存在することにな
る。

【００４８】第二のSiO₂膜６５を平行平板型プラズマＣ
ＶＤ装置を用いて成長したのは、ＥＣＲ−ＣＶＤ装置を
用いる場合よりも膜の成長が速いからである。次に、第
一のSiO₂膜６５をＣＭＰによって研磨して、図３(d) に
示すように、一層目の配線６３の上の絶縁膜（第一のSi
OF膜６４及び第一のSiO₂膜６５）が一層目の配線６３上
面から９０００Åとなるまで平坦化する。

【００４９】低配線密度領域６３ｂで第一のSiOF膜６４
が露出する場合には、図４(a) に示すように、平行平板
型プラズマＣＶＤ装置によってSiO₂よりなる第一の絶縁
性キャップ膜６６を１０００Åの厚さに成長する。次
に、図４(b) に示すように、第一のSiOF膜６４及び第一
のSiO₂膜６５をパターニングして例えば高配線密度領域
６３ａ内の１つの配線６３の上にリソグラフィーにより
ビアホール６７を開口する。続いて、ビアホール６７内
壁に沿ってグルーレイヤー６８として窒化チタン（TiN
）をスパッタリングによって成長し、続いてＣＶＤ法
によってプラグ６９となるタングステン（Ｗ）を成長し
た。それらのグルーレイヤー６８とプラグ６９はエッチ
バックによりビアホール６７内に残される。ビアホール
６７の形成は、図のように高密度配線領域６３ａのみな
らず低密度配線領域６３ｂに形成される。

【００５０】この後に、図３(a) 〜(d) 、図４(a),(b)
の工程をもう１度繰り返して二層目の配線構造を形成す
る。即ち、第一の絶縁性キャップ膜６６の上に二層目の
配線７０を成長し、さらに二層目の配線７０を覆う第二
のSiOF膜７１を成長し、ついで第二のSiOF膜７１を覆う
第二のSiO₂膜７２を成長する。その後に、第二のSiO₂膜
７２及び第二のSiOF膜７１をＣＭＰにより研磨して平坦
化する。さらに、研磨により露出した第二のSiOF膜７１
を覆うためにSiO₂よりなる第二の絶縁性キャップ膜７３
を成長する。これにより、図４(c) に示すような断面が
得られる。

【００５１】なお、そのような多層配線構造において、
SiOF膜と絶縁性キャップ膜は層間絶縁として機能する。
以上で、二層構造配線の形成が終了するが、その後にさ
らに三、四層目の配線を形成してもよい。上述した第一
及び第二の絶縁性キャップ膜６６，７３は、第一及び第
二のSiOF膜６４，７１が大気に曝されるのを防止するた
めに形成したものである。仮に、第一の絶縁性キャップ
膜６６を成長せずに、第一のSiOF膜６４の一部を大気に
曝した状態で、コンタクトホール６７形成に続いてTiN
膜とＷ膜を膜成長すると、第一のSiOF膜６４とTiN 膜と
の密着性の悪さに起因して、第一のSiOF膜６４とTiN 膜
の界面でTiN 膜が剥がれてしまう。

【００５２】しかし、本実施形態では、ＣＭＰにより露
出した第一及び第二のSiOF膜６４，７１の吸湿が第一及
び第二の絶縁性キャップ膜６６，７３により阻止され
る。なお、SiOF膜とSiO₂膜との密着性は極めて高い。な
お、第一及び第二のSiO₂膜（第一、第二のキャップ膜）
６６，７３の形成前にアニール炉（不図示）で第一及び
第二のSiOF膜６４，７１を３００℃以上の温度で加熱す
るか、或いは、膜成長装置内で３００℃以上の温度でプ
レヒートを行うと、第一及び第二のSiOF膜６４，７１の
吸湿による誘電率の増加が抑制される。本実施形態では
後者の方法を３０秒間行った。（第２実施形態）本発明における第２の実施形態を第５
図に示す。

【００５３】まず、第１実施形態で説明したと同様な方
法により、図５(a) に示すように、シリコン基板上６１
にSiO₂よりなる下地絶縁膜６２を成長し、その上に一層
目の配線６３を形成する。この一層目の配線６３は、高
密度配線領域６３ａと低密度配線領域６３ｂとを有す
る。この場合の下地絶縁膜６２及び一層目の配線６３の
成長条件について、第１実施形態と同様にする。

【００５４】その後に、一層目の配線６３上にＥＣＲ−
ＣＶＤ装置により誘電率３．５の第一のSiOF膜６４ａを
１４０００Åの厚さに膜成長する。この場合、配線６３
上の第一のSiOF膜６４ａは、高密度配線領域６３ａで６
０００Åと薄く、低密度配線領域６３ｂで１４０００Å
と厚く成長する。これに続いて、表１の条件で、平行平
板型プラズマＣＶＤ装置によって誘電率３．６の第二の
SiOF膜６５ａを７０００Åの厚さに膜成長した。

【００５５】次に、第一及び第二のSiOF膜６４ａ，６５
ａを研磨して一層目の配線６３上での膜厚が９０００Å
となるまでＣＭＰにより研磨する。その後に、平坦化さ
れた第一及び第二のSiOF膜６４ａ，６５ａの上にSiO₂よ
りなる第一の絶縁性キャップ膜６６ａを１０００Åの厚
さに成長する。この第一の絶縁性キャップ６６ａの形成
目的は、第１実施形態と同様に、第一及び第二のSiOF膜
６４ａ，６５ａの吸湿防止と金属膜の膜剥がれ防止のた
めである。

【００５６】次に、図５(d) に示すように、第一及び第
二のSiOF膜６４ａ，６５ａ及び第一の絶縁性キャップ膜
６６ａのうち一層目の配線６３の上にリソグラフィーに
よりビアホール６７を開口する。続いて、ビアホール６
７内壁に沿ってグルーレイヤー６８として窒化チタン
（TiN ）をスパッタリングによって形成し、続いてＣＶ
Ｄ法によってプラグ６９となるタングステン（Ｗ）を成
長した。それらのグルーレイヤー６８とプラグ６９はエ
ッチバックによりビアホール６７内に残される。

【００５７】この後に、配線形成からキャップ膜形成ま
での工程をもう１度繰り返して二層目の配線構造を形成
する。即ち、第一の絶縁性キャップ膜６６ａの上に二層
目の配線７０を成長し、さらに二層目の配線７０を覆う
第三のSiOF膜７１ａをＥＣＲ−ＣＶＤ装置内で成長し、
ついで、その上に第四のSiOF膜７２ａを平行平板型プラ
ズマＣＶＤ装置内で成長する。その後に、第三及び第四
のSiOF膜７１ａ，７２ａをＣＭＰにより研磨して平坦化
した後に、第三及び第四のSiOF膜７１ａ，７２ａを覆う
ために第二のキャップ膜として第二の絶縁性キャップ膜
７３ａを成長する。

【００５８】以上のような多層配線構造において、SiOF
膜と絶縁性キャップ膜は層間絶縁として機能する。この
第２実施形態では、一層目と二層目の配線６３，７０の
間に形成される層間絶縁膜を第一及び第二のSiOF膜６４
ａ，６５ａから構成したので、第１実施形態に比べて、
誘電率を低下させて配線間の寄生容量が減ることにな
る。

【００５９】また、フッ素含有量を減らすことによっ
て、層間絶縁膜となる上側の第二のSiOF膜６５ａの誘電
率を下側の第一のSiOF膜６４ａの誘電率よりも高くして
いるので、層間絶縁膜の大気からの吸湿性は低下する。
なお、第一及び第二のSiOF膜６４ａ，６５ａ自体は、金
属との膜剥がれが生じやすい。しかし、第一及び第二の
SiOF膜６４ａ，６５ａの上に絶縁性キャップ膜６６ａを
形成しているので、第１実施形態と同様に、その第二の
SiO₂膜６６ａによってグルーレイヤー６８の膜剥れは生
じない。（第３の実施の形態）本発明における第３実施形態を図
６、図７に基づいて説明する。

【００６０】まず、平行平板型プラズマＣＶＤ装置によ
って膜厚５０００ÅのSiO₂よりなる下地絶縁膜８２をシ
リコン基板８１の上に形成した後に、第１実施形態と同
じ多層構造を有する一層目の電極８３を形成する。一層
目の配線８３の形成領域には、配線幅が狭く且つ配線間
隔が狭い高配線密度領域８３ａと、その逆の低配線密度
領域８３ｂがある。

【００６１】続いて、一層目の電極８３及び下地絶縁膜
８２を覆う第一のSiOF膜８４を、表３の条件で、ＥＣＲ
−ＣＶＤ装置によって２１０００Åの厚さに成長する。
その後に、第一のSiOF膜８４が吸湿した水分を除去する
ために、アニール炉で３００℃以上の温度で第一のSiOF
膜８４を加熱するか、膜成長装置内で３００℃以上の温
度でプレヒートする。本実施形態では後者を30秒間行っ
た。

【００６２】次に、図６(b) に示すように、第一のSiOF
膜８４をＣＭＰにより研磨して一層目の配線８３上での
厚さが９０００Åとなるまで平坦化する。この後に、図
６(c) に示すように、SiO₂よりなる絶縁性キャップ膜８
５を平行平板プラズマＣＶＤ装置によって表２の条件で
１０００Åの厚さに成長し、これにより第一のSiOF膜８
４の大気からの吸湿を防止するとともにその後の工程で
成長される金属膜の膜剥がれを防止する。

【００６３】次に、フォトリソグラフィーにより第一の
SiOF膜８４及び絶縁性キャップ膜８５の一部をエッチン
グして、一層目の配線に繋がるビアホール８６を形成す
る。そして、図７(a) に示すように、ビアホール８６内
壁に沿ってグルーレイヤー８７として窒化チタン（TiN
）をスパッタリングによって成長し、続いてＣＶＤ法
によってプラグ８８となるタングステン（Ｗ）を成長し
た。それらのグルーレイヤー８７とプラグ８８はエッチ
バックによってビアホール８６内に残される。

【００６４】この後に、図６(a) 〜(c) に示す工程をも
う１度繰り返して二層目の配線構造を形成する。即ち、
第一の絶縁性キャップ膜８５の上に二層目の配線９０を
成長し、さらに二層目の配線９０を覆う第二のSiOF膜９
１を成長し、ついで、第二のSiOF膜９１をＣＭＰにより
研磨して平坦化した後に、露出した第二のSiOF膜９１を
覆うためにSiO₂よりなる第二の絶縁性キャップ膜９２を
成長する。これにより図７(b) に示すような断面構造が
得られる。

【００６５】以上で、二層構造配線の形成が終了する
が、その後にさらに三、四層目の配線を形成して多層配
線構造としてもよい。以上のような構成の多層配線構造
によれば、一層目の配線８３をSiOF膜８４によって覆っ
た後にそのSiOF膜８４を研磨して平坦化し、さらに、そ
の平坦化された面を薄い第一の絶縁性キャップ膜８５に
よって覆うようにしたので、吸湿性が低下し、しかも層
間絶縁膜の上に形成される金属の膜剥がれは防止され
る。

【００６６】なお、上記した３つの実施形態において、
絶縁性キャップ膜をSiO₂から形成しているが、Si₃N₄か
ら形成してもよい。次に、上記した実施形態の配線容量
と動作速度の改善について説明する。第１〜３の実施形態と従来技術との配線容量の比較配線容量を比較する試料は、一層目の配線と二層目の配
線の間にある層間絶縁膜の材料以外の構成を全て同じに
した。また、従来技術として図１０〜図１２に示した２
つの製造方法によって形成された半導体装置を用いた。

【００６７】まず、図１０(c) に示した、SiO₂のみから
なる層間絶縁膜を有する試料について配線容量を調べ、
その容量を基準容量値Ｃ₀とした。ただし、図１０(c)
の一層目のSiO₂膜は表４の条件で成長され、二層目のSi
O₂膜は表２の条件で成長されたものである。そして、第
１〜第３の実施形態の装置と図１2 (b) に示した従来装
置の配線容量が基準容量値Ｃ₀に対してどのような値
（配線容量比）をとるか調べたところ図８(a) に示すよ
うな結果が得られた。

【００６８】図８(a) では、基準容量Ｃ₀を１とした場
合の配線容量比を示しており、配線容量比の値が小さい
ほど効果的な配線容量の低下がなされている。第２実施
形態の容量比が７９％と最も低い値を示した。また、第
１実施形態の容量比が低く８２％であった。本来であれ
ば、一層目と二層目の配線間の層間絶縁膜の大部分が誘
電率３．５のSiOFからなっている第３実施形態の容量比
が最も低い値を示すと予想したが、実測の値は８４％で
あった。この理由は、図６(c)に示すまでの工程、即ち
第一のSiOF膜８４を第一の絶縁性キャップ膜８５により
覆うまでの間に、上面が露出した第一のSiOF膜８４が大
気中の水分を吸湿したためであり、これは第一の絶縁性
キャップ膜８５の膜成長前に行ったプレヒートが十分で
はなかったからである。

【００６９】水分の吸収は配線幅の狭い高密度配線の信
頼性を低下させるため、0.２５μｍ以後のデザインルー
ルで作製される半導体装置の懸念材料となる。従って、
実施形態のように、キャップ膜を形成するまでの間も、
高密度配線領域の配線を覆うSiOF膜を、SiO₂膜または誘
電率３．６以上の吸湿の小さい別のSiOF膜により覆うこ
とが好ましい。

【００７０】従来法図１１〜図１２によって作製した場
合の配線間の容量比は８８％と他に比べて高かった。こ
の理由は、従来技術の欄で述べたように、層間絶縁膜の
大部分がSiO₂からなっているためである。この程度の容
量の低下では、デバイスの動作速度の改善には繋がらな
い。第１〜第３の実施の形態と２つの従来技術例の各々
の試料における一層目の配線と二層目の配線の形状の概
略は図８(b) に示すようであり、横方向の配線間の距離
は４５００Åである。また、配線の一層当たりの高さは
７６００Åである。一層目の配線と二層目の配線の膜厚
方向の距離、即ち、層間絶縁膜の膜厚は１００００Åで
ある。

【００７１】そして、一層目の配線と二層目の配線にパ
ッドを接続し、そのパッドに電圧を印加して配線間容量
を測定した。第１〜３の実施形態と従来技術との動作速度の比較動作速度を比較するための試料は、一層目の配線と二層
目の配線の間にある層間絶縁膜の材料以外の構成を全て
同じにした。また、従来技術として、図１０〜図１２で
示した２つの製造方法によって形成された多層配線構造
を有する半導体装置を用いた。

【００７２】まず、図１０に示した、SiO₂のみからなる
層間絶縁膜を有する試料について動作速度を調べ、その
動作速度を基準速度Ｔ₀とした。そして、第１〜第３の
実施形態の装置と図１０(c) 、図１２(b) に示した２つ
の従来装置のそれぞれの動作速度を調べたところ、図９
(a) に示すような結果が得られた。

【００７３】図９(a) では、図１０(c) の基準動作速度
Ｔ₀に対する他の資料の割合（動作速度比）を示してお
り、動作速度比の値が小さいほど動作速度が速いことに
なる。第２の実施形態と同じ方法によって作製した半導
体装置の動作速度比が最も低く８６％であった。続い
て、第一の実施形態による半導体装置の速度比が８８％
であった。第３の実施形態による半導体装置の速度比は
８９％と第１及び第２の実施形態に比べて高い値を示し
た。即ち、配線容量の実験結果について述べたように、
第３実施形態で形成された装置では、SiOF膜をSiO₂膜で
キャッピングするまでの間に吸湿が起こり、配線容量が
十分低下していないことが理由に考えられる。図１１、
図１２の従来法による半導体装置の動作速度比は９４％
とあまり改善されていなかった。

【００７４】以上のことから、動作速度の測定結果は配
線容量の測定結果と相関がとれていることがわかった。
なお、動作速度の測定は、図９(b) に示すように、直列
に２００個のトランジスタを接続した試験回路の途中に
上記した一層目と二層目の配線を接続して行われてい
る。これにより試験回路の配線容量の負荷が変わり、そ
の配線容量が大きいと動作速度が遅くなることになる。

【００７５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、配線
を覆うフッ素含有シリコン酸化膜（SiOF膜）をSiO2のよ
うな絶縁膜で覆った後、SiOF膜の一部が露出するまで絶
縁膜を研磨して平坦化した後に、露出したSiOF膜を覆う
SiO₂のような吸湿防止用の絶縁性キャップ膜を形成した
ので、SiOF膜は、絶縁膜によって大気からの水分の吸収
が妨げられ、しかも低誘電率の層間絶縁膜からの金属膜
の剥がれを防止でき、さらに、SiOF膜の直上の絶縁膜を
研磨することによって層間絶縁膜に占めるSiOF膜の膜厚
の割合を大きくして配線間の寄生容量を効果的に低容量
化できる。

【００７６】さらに、１つの層間絶縁膜を単層又は複数
のSiOF膜から形成し、少なくともその最上層を研磨する
ことにより平坦化するとともに、その上を吸湿防止用の
絶縁性キャップ膜により覆うようにしたので、フッ素含
有シリコン酸化膜は、絶縁性キャップ膜によって大気か
らの水分の吸収が妨げられ、低誘電率の層間絶縁膜から
の金属膜の剥がれを防止でき、さらに、SiOF膜を研磨す
ることによって高密度配線領域の上の層間絶縁膜に占め
るSiOF膜の膜厚を他の領域とほぼ同じ厚さににして配線
間の寄生容量の効果的な低容量化を可能にする。

【００７７】また、複数のSiOF膜のうちその最上のSiOF
膜のフッ素含有量を減らしてその誘電率を高くしたの
で、防湿用の絶縁性キャップ膜を形成する前の状態での
SiOF膜の吸湿性を抑えて、層間絶縁膜としてのSiOF膜の
誘電率の増加を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施形態に使用する平行平板
型プラズマＣＶＤ装置の一例を示す概要構成図である。

【図２】図２は、本発明の実施形態に提供するＥＣＲ−
ＣＶＤ装置の一例を示す概要構成図である。

【図３】図３は、本発明の第１実施形態の半導体装置の
配線構造の製造工程を示す断面図（その１）である。

【図４】図４は、本発明の第１実施形態の半導体装置の
配線構造の製造工程を示す断面図（その２）である。

【図５】図５は、本発明の第２実施形態の半導体装置の
配線構造の製造工程を示す断面図である。

【図６】図６は、本発明の第３実施形態の半導体装置の
配線構造の製造工程を示す断面図（その１）である。

【図７】図７は、本発明の第３実施形態の半導体装置の
配線構造の製造工程を示す断面図（その２）である。

【図８】図８（ａ）は、本発明の第１〜第３実施形態の
配線構造の試料と２つの従来例の試料との配線容量の大
きさを比較するための実験結果であり、図８（ｂ）は、
それらの試料の共通した配線構造を示す図である。

【図９】図９（ａ）は、本発明の第１〜第３実施形態の
配線構造の試料と２つの従来例の試料との動作速度を比
較するための実験結果であり、図９（ｂ）は、その試験
に用いる回路図である。

【図１０】第１の従来例による半導体装置の配線構造の
製造工程を示す断面図である。

【図１１】第２の従来例による半導体装置の配線構造の
製造工程を示す断面図（その１）である。

【図１２】第２の従来例による半導体装置の配線構造の
製造工程を示す断面図（その２）である。

【符号の説明】

６１…シリコン基板（半導体基板）、６２…下地絶縁
膜、６３…一層目の配線、６３ａ…高密度配線領域、６
３ｂ…低密度配線領域、６４…第一のSiOF膜、６５…第
一の絶縁膜、６６…第一の絶縁性キャップ膜、６４ａ…
第一のSiOF膜、６５ａ…第二のSiOF膜、６６ａ…第一の
絶縁性キャップ膜、６７…ビアホール、６８…グルーレ
イヤー、６９…プラグ、７０…二層目の配線、７１…第
二のSiOF膜、７２…第二の絶縁膜、７３…第二の絶縁性
キャップ膜、７１ａ…第三のSiOF膜、７２ａ…第四のSi
OF膜、７３ａ…第二の絶縁性キャップ膜、８１…シリコ
ン基板（半導体基板）、８２…下地絶縁膜、８３…一層
目の配線、８３ａ…高密度配線領域、８３ｂ低密度配
線領域、８４…第一のSiOF膜、８５…第一の絶縁性キャ
ップ膜、８６…ビアホール、８７…グルーレイヤー、８
８…プラグ、９０…二層目の配線、９１…第二のSiOF
膜、９２…第二の絶縁性キャップ膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に配線を形成する工程と、誘電率３．５以下のフッ素含有シリコン酸化膜により前
記配線を覆う工程と、前記フッ素含有シリコン酸化膜上に、前記フッ素含有シ
リコン酸化膜とは異なる材料の絶縁膜を成長する工程
と、前記絶縁膜の表面から研磨を開始して前記絶縁膜と前記
フッ素含有シリコン酸化膜を研磨して平坦化する工程
と、前記絶縁膜の面と研磨によって露出した前記フッ素含有
シリコン酸化膜の上に、前記フッ素含有シリコン酸化膜
とは異なり、前記フッ素含有シリコン酸化膜よりは吸湿
性の低い材料よりなる絶縁性キャップ膜を成長する工程
とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記絶縁膜及び絶縁性キャップ膜は酸化シ
リコンの成長によって形成され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。
【請求項３】前記絶縁性キャップ膜を形成する前に、前
記フッ化含有シリコン酸化膜を３００℃以上の温度でア
ニールす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。
【請求項４】半導体基板上に配線を形成する工程と、誘電率３．５以下の第一のフッ素含有シリコン酸化膜に
よって前記配線を覆う工程と、前記第一のフッ素含有シリコン酸化膜上に、誘電率３．
６以上の第二のフッ素含有シリコン酸化膜を成長する工
程と、前記第二のフッ素含有シリコン酸化膜の表面から研磨を
開始して少なくとも前記第二のフッ素含有シリコン酸化
膜を平坦化する工程と、研磨された少なくとも前記第二のフッ素含有シリコン酸
化膜の上に、前記第一及び第二のフッ素含有シリコン酸
化膜とは異なり、前記第一及び第２のフッ素含有シリコ
ン酸化膜よりも吸湿性の低い材料よりなる絶縁性キャッ
プ膜を成長する工程とを有することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
【請求項５】前記絶縁性キャップ膜を成長する前に、前
記第一及び第二のフッ素含有シリコン酸化膜を３００℃
以上の温度でアニールすることを特徴とする請求項４記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】半導体基板上に配線を形成する工程と、誘電率３．５以下のフッ素含有シリコン酸化膜によって
前記配線を覆う工程と、前記フッ素含有シリコン酸化膜を研磨してその上面を平
坦化する工程と、前記フッ素含有シリコン酸化膜の平坦化された面の上
に、前記フッ素含有シリコン酸化膜とは異なり、前記フ
ッ素含有シリコン酸化膜よりも吸湿性の低い材料よりな
る絶縁性キャップ膜を成長する工程とを有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記絶縁性キャップ膜は酸化シリコン又は
窒化シリコンの成長によって形成されることを特徴とす
る請求項１、４又は６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記絶縁性キャップ膜を成長する前に、前
記フッ素含有シリコン酸化膜を３００℃以上の温度でア
ニールすることを特徴とする請求項６記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項９】半導体基板上の第一の配線領域と第二の配
線領域にそれぞれ形成された配線と、前記配線を覆うフッ素含有シリコン酸化膜と、前記第一の配線領域で前記フッ素含有シリコン酸化膜を
覆い、且つ前記フッ素含有シリコン膜とは材料の異なる
絶縁膜と、前記第二の配線領域で前記フッ素含有シリコン酸化膜上
に形成され、前記第一の配線領域で前記絶縁膜上に形成
され、且つ前記フッ素含有シリコン酸化膜とは異なり、
前記フッ素含有シリコン酸化膜よりも吸湿性の低い材料
よりなる絶縁性キャップ膜とを有することを特徴とする
半導体装置。
【請求項１０】前記絶縁膜はシリコン酸化膜であること
を特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】前記絶縁性キャップ膜はシリコン酸化膜
又はシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項９に
記載の半導体装置。
【請求項１２】半導体基板上の第一の配線領域と第二の
配線領域にぞれぞれ形成された配線と、前記第一の配線領域と前記第二の配線領域の前記配線を
覆う第一のフッ素含有シリコン酸化膜と、前記第一の配線領域で前記第一のフッ素含有シリコン酸
化膜を覆い、且つ前記第一のフッ素含有シリコン酸化膜
よりもフッ素含有量の少ない第二のフッ素含有シリコン
酸化膜と、前記第一の配線領域で前記第二のフッ素含有シリコン酸
化膜の上に形成され、前記第二の配線領域で前記第一の
フッ素含有シリコン酸化膜上に形成され、且つ前記第一
及び第二のフッ素含有シリコン酸化膜とは異なり、前記
第一及び第二のフッ素含有シリコン酸化膜よりも吸湿性
の低い材料よりなる絶縁性キャップ膜とを有することを
特徴とする半導体装置。
【請求項１３】前記第一のフッ素含有シリコン酸化膜は
誘電率３．５以下であることを特徴とする請求項１２に
記載の半導体装置。
【請求項１４】前記第二のフッ素含有シリコン酸化膜は
誘電率３．６以上であることを特徴とする請求項１２に
記載の半導体装置。半導体基板上に形成された配線と、
【請求項１５】前記絶縁性キャップ膜は、シリコン酸化
膜又はシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１
２に記載の半導体装置。