JP2007318070A - Insulating film material, film forming method using the same, and insulating film - Google Patents

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Takahisa Ono
隆央 大野
Nobuo Tajima
暢夫 田島
Tomoyuki Hamada
智之 濱田
Minoru Inoue
實 井上
Satoshi Hanesaka
智 羽坂
Kaoru Sakota
薫 迫田
Kazuhiro Miyazawa
和浩 宮澤
Manabu Jinriki
学 神力
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Taiyo Nippon Sanso Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an insulating film useful for an interlayer dielectric of a semiconductor device, and having a low dielectric constant and strong mechanical strength. <P>SOLUTION: Using a tetravinylsilane as a material for an insulating film, film formation is executed by a plasma CVD method. The film formation may be executed in the presence of a noble gas such as helium, argon or xenon, chain hydrocarbons having the number of carbons of 2-3 such as ethane or propane, or chain unsaturated hydrocarbon having a hydrocarbon group having the number of carbons of 2-3 such as ethylene, acetylene or propylene. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、半導体装置の層間絶縁膜などの絶縁膜を成膜する際に用いられる絶縁膜材料およびこれを用いる成膜方法ならびに絶縁膜に関し、低誘電率で、かつ高強度の絶縁膜が得られるようにしたものである。   The present invention relates to an insulating film material used when forming an insulating film such as an interlayer insulating film of a semiconductor device, a film forming method using the same, and an insulating film. A low dielectric constant and high strength insulating film is obtained. It is intended to be.

半導体装置の高集積化に伴い、配線層が微細化されつつある。しかし、微細な配線層では、配線層における信号遅延の影響が大きくなり高速化を妨げている。この信号遅延は、配線層の抵抗と配線層間容量に比例するため、高速化を実現するためには配線層の低抵抗化と配線層間容量の低減が必須である。   As semiconductor devices are highly integrated, wiring layers are being miniaturized. However, in the fine wiring layer, the influence of the signal delay in the wiring layer becomes large, which hinders speeding up. Since this signal delay is proportional to the resistance of the wiring layer and the wiring interlayer capacitance, it is essential to reduce the resistance of the wiring layer and reduce the wiring interlayer capacitance in order to achieve high speed.

このため、最近では配線層をなす材料として、従来のアルミニウムから抵抗率の低い銅を用い、配線層間容量を減らすために、層間絶縁膜をSiO(比誘電率=4.1)から誘電率の低いSiOF(比誘電率=3.7)を用いるようになっている。しかし、層間絶縁膜に求められる比誘電率の値は次第に小さくなり、近い将来では2.4以下という小さな値のものが求められることが予想される。 Therefore, recently, copper having a lower resistivity than conventional aluminum is used as a material for the wiring layer, and the interlayer insulating film is changed from SiO 2 (relative dielectric constant = 4.1) to dielectric constant in order to reduce the wiring interlayer capacitance. Low SiOF (relative dielectric constant = 3.7). However, the value of the dielectric constant required for the interlayer insulating film is gradually reduced, and it is expected that a value as small as 2.4 or less will be required in the near future.

配線層を銅から形成する場合には、配線層の形成にはダマシン法と呼ばれる手法が採用されている。ダマシン法とは、予めレジストマスキングにより層間絶縁膜にドライエッチングにより配線溝を形成し、この上に銅を堆積した後、配線溝以外に堆積している銅を化学機械研磨法(CMP)によって除去して銅からなる配線層を形成する手法である。   When the wiring layer is formed from copper, a technique called a damascene method is employed for forming the wiring layer. Damascene method is to form wiring grooves in interlayer insulation film by dry etching in advance by resist masking, deposit copper on this, and then remove the deposited copper other than wiring grooves by chemical mechanical polishing (CMP) This is a method of forming a wiring layer made of copper.

この化学機械研磨法による操作は、ウエハにスラリとパッドで荷重をかけながら銅を研磨除去するため、層間絶縁膜には上方向と横方向とからの力がかかり、場合によっては層間絶縁膜が破損したり剥離したりする不具合が起こる。
層間絶縁膜が、テトラエトキシシランを用い、CVD法で形成したSiO膜である場合には、この膜の強度が高いため、化学機械研磨によって破損することは無い。しかし、誘電率を下げるためにSiO膜を多孔質にすると強度が大きく低下して脆くなる。
In this chemical mechanical polishing method, copper is polished and removed while a load is applied to the wafer with a slurry and a pad. Therefore, the interlayer insulating film is subjected to a force from the upper side and the horizontal direction. Failure to break or peel occurs.
When the interlayer insulating film is a SiO 2 film formed by CVD using tetraethoxysilane, the film has high strength and is not damaged by chemical mechanical polishing. However, if the SiO 2 film is made porous in order to lower the dielectric constant, the strength is greatly reduced and the film becomes brittle.

この絶縁膜の強度の指標として、ヤング率を用いるのが一般的であるが、テトラエトキシシランを用いたSiO膜では80GPa程度あったものが、SiOF膜になると70GPa、更にSiOC膜になると12GPaにまで低下する。
最近の有機シロキサン原料や有機物原料を用いた多孔質膜では、2〜4GPa程度の強度しかないことが判明し、化学機械研磨ができない状況も現出しており、これが半導体装置の製造歩留まりを大きく低下させる原因となっている。
The Young's modulus is generally used as an index of the strength of the insulating film, but the SiO 2 film using tetraethoxysilane has a thickness of about 80 GPa, but the SiOF film is 70 GPa, and further the SiOC film is 12 GPa. Drop to.
Recent porous films using organic siloxane raw materials and organic raw materials have been found to have only about 2 to 4 GPa of strength, and it has become impossible to perform chemical mechanical polishing, which greatly reduces the manufacturing yield of semiconductor devices. It is a cause.

半導体装置の層間絶縁膜として、誘電率を低減させたものを用いるようにした提案は多数あり、以下のその一部を示す。
特開2002−252228号公報 特開2002−256434号公報 特開2004−200626号公報 特開2004−214161号公報
There have been many proposals to use a film having a reduced dielectric constant as an interlayer insulating film of a semiconductor device, and some of them are shown below.
JP 2002-252228 A JP 2002-256434 A JP 2004-200626 A JP 2004-214161 A

よって、本発明における課題は、半導体装置の層間絶縁膜などに有用な誘電率が低く、かつ機械的強度が高い絶縁膜が得られるようにすることにある。   Therefore, an object of the present invention is to obtain an insulating film having a low dielectric constant and high mechanical strength useful for an interlayer insulating film of a semiconductor device.

かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、下記化学式(1)で示され、得られる絶縁膜がケイ素と炭素と水素のみから構成されるプラズマCVD用絶縁膜材料である。

Figure 2007318070
To solve this problem,
The invention according to claim 1 is an insulating film material for plasma CVD which is represented by the following chemical formula (1) and the obtained insulating film is composed of only silicon, carbon and hydrogen.
Figure 2007318070

請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の絶縁膜材料を用い、プラズマCVD法により、ケイ素と炭素と水素のみから構成される絶縁膜を成膜する成膜方法である。
請求項にかかる発明は、3少なくとも1種以上の炭素数2〜3の鎖状炭化水素を同伴させて成膜する請求項2記載の成膜方法である。
The invention according to claim 2 is a film forming method for forming an insulating film made of only silicon, carbon, and hydrogen by plasma CVD using the insulating film material according to claim 1.
The invention according to claim 2 is the film forming method according to claim 2, wherein the film formation is performed with at least one chain hydrocarbon having 2 to 3 carbon atoms.

請求項4にかかる発明は、さらに、ヘリウム、キセノン、アルゴン、クリプトン、水素のいずれか1種以上を同伴させて成膜する請求項3記載の成膜方法である。
請求項5にかかる発明は、炭素数2〜3の鎖状炭化水素が不飽和結合を含むものである請求項3または4記載の成膜方法である。
The invention according to claim 4 is the film forming method according to claim 3, wherein the film is formed by further entraining at least one of helium, xenon, argon, krypton, and hydrogen.
The invention according to claim 5 is the film forming method according to claim 3 or 4, wherein the chain hydrocarbon having 2 to 3 carbon atoms contains an unsaturated bond.

請求項6にかかる発明は、プラズマCVD法による成膜時に、プラズマ発生用高周波電力、成膜用ガスの流量あるいは成膜圧力のいずれか一つ以上を変化させながら成膜する請求項2ないし5のいずれかに記載の成膜方法である。
請求項7にかかる発明は、成膜時にポロジエンを添加して成膜する請求項2ないし6のいずれかに記載の成膜方法である。
The invention according to claim 6 forms the film while changing any one or more of the high frequency power for plasma generation, the flow rate of the film forming gas, and the film forming pressure during the film formation by the plasma CVD method. The film forming method according to any one of the above.
The invention according to claim 7 is the film forming method according to any one of claims 2 to 6, wherein the film is formed by adding porodiene during film formation.

請求項8にかかる発明は、請求項2ないし7のいずれかに記載の成膜方法で得られた絶縁膜である。
請求項9にかかる発明は、誘電率が厚さ方向において変化している請求項8記載の絶縁膜である。
請求項10にかかる発明は、密度が厚さ方向において変化している請求項8記載の絶縁膜である。
The invention according to claim 8 is an insulating film obtained by the film forming method according to claim 2.
The invention according to claim 9 is the insulating film according to claim 8, wherein the dielectric constant changes in the thickness direction.
The invention according to claim 10 is the insulating film according to claim 8, wherein the density changes in the thickness direction.

本発明によれば、この絶縁膜材料を利用してプラズマCVD法により成膜された絶縁膜は、誘電率が低く、しかも機械的強度が高く、化学機械研磨法によっても、層間絶縁膜が破損することがなくなるなどの効果が得られ、誘電率が2.1〜4.7で、ヤング率が3.5〜18GPaの絶縁膜を得ることができる。   According to the present invention, the insulating film formed by the plasma CVD method using this insulating film material has a low dielectric constant and high mechanical strength, and the interlayer insulating film is damaged even by the chemical mechanical polishing method. Thus, an insulating film having a dielectric constant of 2.1 to 4.7 and a Young's modulus of 3.5 to 18 GPa can be obtained.

従来より、絶縁膜の機械的強度を維持しながら、誘電率を下げるための材料として、有機シリコン系材料が多く提案されている。これまで提案された有機シリコン材料にあっては、有機シリコン系絶縁膜における有機鎖は、低誘電率の物質を絶縁膜中に導入するという目的のためだけに使用され、結合の終端に配置され、ネットワーク構造はSi−O−Si結合によってのみ形成されるという考え方に基づいて提案されている。   Conventionally, many organic silicon-based materials have been proposed as materials for lowering the dielectric constant while maintaining the mechanical strength of the insulating film. In the organic silicon materials proposed so far, the organic chain in the organic silicon insulating film is used only for the purpose of introducing a low dielectric constant substance into the insulating film, and is disposed at the end of the bond. The network structure is proposed based on the idea that it is formed only by Si—O—Si bonds.

これに対して、本発明者は、絶縁膜構造に対する理論的検討を実施し、ネットワークとしてSi−O−Si結合だけでなくSi−(炭化水素)−Si結合を含めば高い機械強度の低誘電率材料が得られることを見出した。
具体的には、(炭化水素)がCH、CまたはCであり、Siの酸素配位数が1となる構造において、誘電率が大きく低下し、強度の低下がほとんどないことを見出した。これを実現できるような材料を種々検討し、上述の絶縁膜材料を発見した。
On the other hand, the present inventor conducted a theoretical study on the insulating film structure, and included not only the Si—O—Si bond but also the Si— (hydrocarbon) —Si bond as a network. It has been found that a rate material can be obtained.
Specifically, in the structure in which (hydrocarbon) is CH 2 , C 2 H 4 or C 3 H 6 and the oxygen coordination number of Si is 1, the dielectric constant is greatly reduced and the strength is hardly reduced. Found no. Various materials that can realize this were studied, and the above-mentioned insulating film material was discovered.

さらに、絶縁膜材料として不飽和結合を持つ有機シリコン系化合物を使用することにより成膜速度の急激な上昇が認められ、スループットの上昇に貢献する。   Furthermore, when an organic silicon compound having an unsaturated bond is used as the insulating film material, a rapid increase in film formation rate is recognized, which contributes to an increase in throughput.

本発明者は、絶縁膜構造に対する理論的検討を行い、炭化水素が終端した場合とネットワーク構造をとった場合とで、物性がどのように変化していくかを検証した。
90nmノードの低誘電率膜のモデル構造を参照構造として作成し、その2個のSi−CH終端をSi−C−Siネットワーク構造に置換したモデルにおいて、誘電率とヤング率の変化を調べた。
参照構造は、テトラシクロテトラシロキサンを原料とするプラズマCVD膜をモデル化したもので、実際に成膜した膜を解析したものと同じ原子団を持ち、実測の組成を再現するように作成した構造である。
The present inventor conducted a theoretical study on the insulating film structure and verified how the physical properties change between when the hydrocarbon is terminated and when the network structure is taken.
Changes in dielectric constant and Young's modulus in a model in which a model structure of a 90 nm node low dielectric constant film is created as a reference structure and the two Si—CH 3 terminations are replaced with Si—C 2 H 4 —Si network structure I investigated.
The reference structure is a model of a plasma CVD film that uses tetracyclotetrasiloxane as a raw material, and has the same atomic group as the one that was actually analyzed for the film, and was created to reproduce the measured composition. It is.

図1に計算によって得られたモデル構造のヤング率と誘電率を示した。図1において、曲線Aは、テトラシクロテトラシロキサンを原料とするプラズマCVD膜のモデル(参照構造)についてのもので、曲線Bは、この絶縁膜の2個のSi−CH終端をSi−C−Siネットワーク構造に置換したモデルについてのものである。
図1から明らかに、炭化水素ネットワークを有するモデル構造は、高ヤング率で低誘電率となる可能性が示唆される。
FIG. 1 shows the Young's modulus and dielectric constant of the model structure obtained by calculation. In FIG. 1, a curve A is for a model (reference structure) of a plasma CVD film using tetracyclotetrasiloxane as a raw material, and a curve B is a Si—C 3 terminal of two Si—CH 3 ends of this insulating film. it is for substitution model in 2 H 4 -Si network structure.
1 clearly suggests that the model structure having a hydrocarbon network may have a high Young's modulus and a low dielectric constant.

したがって、機械強度の同じ点で比較すると、炭化水素架橋を持つSiOCH膜の方が誘電率が低くなるため、低誘電率膜としては、炭化水素ネットワークを有するモデル構造の方が素性の良い物質であることがわかる。以上の計算結果から炭化水素ネットワークを形成することで強度の上昇が見込めることを見出した。   Therefore, when compared in terms of the same mechanical strength, the SiOCH film having a hydrocarbon bridge has a lower dielectric constant. Therefore, a model structure having a hydrocarbon network is a better material for a low dielectric constant film. I know that there is. From the above calculation results, it was found that the strength could be increased by forming a hydrocarbon network.

そこで、このような構造を実現できるような材料を種々検討し、上述の化学式(1)に示される材料を発見した。   Therefore, various materials that can realize such a structure were studied, and the material represented by the above chemical formula (1) was discovered.

ところで、上述の化学式(1)で示されるテトラビニルシランに関しては、すでに以下に示す先行文献にてテトラビニルシランによって半導体配線中の絶縁膜を作る方法が開示されている。
特開2005−071741号公報、特開2005−23318号公報、特開2005−045058号公報、特開2004−221275号公報、特開2004−235548号公報、特開2006−152063号公報、特開2005−310861号公報、特開2004−289105号公報。
By the way, regarding the tetravinylsilane represented by the above chemical formula (1), a method for producing an insulating film in a semiconductor wiring by using tetravinylsilane has already been disclosed in the following prior art.
JP 2005-071741 A, JP 2005-23318 A, JP 2005-045058 A, JP 2004-221275 A, JP 2004-235548 A, JP 2006-152063 A, JP JP 2005-310861 A, JP 2004-289105 A.

しかしながら、これらの先行文献においてテトラビニルシランをプラズマCVD法による成膜原料として使用する場合は、ほとんど(特開2005−045058号公報、特開2004−221275号公報、特開2004−235548号公報、特開2005−310861号公報、特開2004−289105号公報)が銅拡散防止膜あるいはエッチストップ膜として使用するためのものが開示されており、バルク膜としての記載はなく、Cuの拡散性やエッチストップ性能については述べられているものの生成された絶縁膜の誘電率においての記載はない。   However, in these prior documents, when tetravinylsilane is used as a film forming material by the plasma CVD method, most of them are disclosed in JP 2005-045058 A, JP 2004-221275 A, JP 2004-235548 A, JP 2005-310861 A and JP 2004-289105 A) are disclosed for use as a copper diffusion prevention film or an etch stop film, and there is no description as a bulk film. Although the stop performance is described, there is no description in the dielectric constant of the generated insulating film.

さらに、一般に使用されている銅拡散防止膜やエッチストップ膜は、バルク膜に比べて高い比誘電率を持つことが広く知られている。このため、これら先行文献による絶縁膜は、これまでの銅拡散防止膜やエッチストップ膜と比較して非常に低い比誘電率をもっているとは考えにくい。   Further, it is widely known that commonly used copper diffusion prevention films and etch stop films have a higher relative dielectric constant than bulk films. For this reason, it is unlikely that the insulating films according to these prior documents have a very low relative dielectric constant as compared with conventional copper diffusion prevention films and etch stop films.

また、特開2005−071741号公報にのみプラズマCVDによる層間絶縁膜材料として記載されているものの、酸素原子を含む化合物を添加することを特徴としている。
よって、本発明におけるテトラビニルシランに酸素原子を含む材料を添加せずに低誘電率絶縁膜とすることは示されていない。
Although only described in JP-A-2005-071741 as an interlayer insulating film material by plasma CVD, a compound containing oxygen atoms is added.
Therefore, it is not shown that a low dielectric constant insulating film is formed without adding a material containing oxygen atoms to tetravinylsilane in the present invention.

本発明者は、低誘電率膜の理論的検討の結果としてSi−(炭化水素)−Siネットワーク(炭化水素:CH、C、C、C)のみによる膜の成膜を目的としてテトラビニルシランを原料とする成膜を試み低誘電率絶縁膜を形成できることを知った。 The present inventor has a low dielectric constant as a result Si- (hydrocarbon) theoretical study of membrane -Si network (hydrocarbon: CH 2, C 2 H 4 , C 3 H 6, C 4 H 8) only by the membrane It was found that a low dielectric constant insulating film can be formed by using tetravinylsilane as a raw material for the purpose of film formation.

また、この際、ヘリウムなどの希ガスあるいは水素をベースガスとして添加ガスに炭素数2〜3の鎖状炭化水素を使用でき、この場合には堆積速度(成膜速度、デポレート)を維持したまま誘電率を低下させることができる。
この効果を推し進め、ベースガスに炭素数2〜3の鎖状炭化水素を使用して成膜すると、より大きな誘電率の低下効果を得ることができ、希ガスと炭素数2〜3の鎖状炭化水素とのチャンバー内での混合割合で堆積速度を維持したまま誘電率の低下率を制御することが可能である。
At this time, a chain hydrocarbon having 2 to 3 carbon atoms can be used as an additive gas with a rare gas such as helium or hydrogen as a base gas. In this case, the deposition rate (deposition rate, deposition rate) is maintained. The dielectric constant can be reduced.
If this effect is promoted and film formation is performed using chain hydrocarbons having 2 to 3 carbon atoms as the base gas, a greater effect of lowering the dielectric constant can be obtained. It is possible to control the reduction rate of the dielectric constant while maintaining the deposition rate by the mixing ratio of the hydrocarbon with the chamber.

また、この誘電率低下効果は添加するガスの種類によって違いがあるため、違う種類の炭素数2〜3の鎖状炭化水素を混合して使用することも、さらにヘリウムなどの希ガス、水素の3種類以上を混合して使用することも可能である。
特に、不飽和結合を有する炭化水素化合物を使用した場合は、飽和結合のみを有する化合物と比較し、非常に大きな誘電率低下効果が得られる。
さらに、水素を使用した場合において、その使用量に注意が必要であるが、終端基の発生が抑えられ、より強度の高い膜を形成できる。
さらに成膜条件においては低いプラズマ発生用高周波電力(RFパワー)であることが誘電率を低減させるのに有効である。
In addition, since the effect of reducing the dielectric constant varies depending on the type of gas to be added, it is possible to mix different types of chain hydrocarbons having 2 to 3 carbon atoms, and to use rare gases such as helium and hydrogen. It is also possible to use a mixture of three or more.
In particular, when a hydrocarbon compound having an unsaturated bond is used, an extremely large dielectric constant lowering effect can be obtained as compared with a compound having only a saturated bond.
Furthermore, when hydrogen is used, attention must be paid to the amount used, but the generation of terminal groups can be suppressed and a film with higher strength can be formed.
Further, under the film forming conditions, a low plasma generating high frequency power (RF power) is effective for reducing the dielectric constant.

このときの絶縁膜の構造をFT−IRによって確認すると、図2に示すように、高RFパワーで成膜した絶縁膜に対し低RFパワーによって成膜した絶縁膜は、1600cm−1付近のC=C結合によるピーク、2150cm−1付近のSi−H結合によるピークが急激に減少し、1050cm−1付近のSi−(CH−Siのピークが急激に上昇していることが明らかとなった。このC=CおよびSi−HとSi−(CH−Siとのピーク比がともに1:2以上になると優れた絶縁性と、低誘電率性を持ち、優れた低誘電率絶縁膜となる。 When the structure of the insulating film at this time is confirmed by FT-IR, as shown in FIG. 2, the insulating film formed with low RF power is equivalent to the C film around 1600 cm −1 with respect to the insulating film formed with high RF power. It is clear that the peak due to the = C bond, the peak due to the Si-H bond near 2150 cm -1 rapidly decreases, and the peak of Si- (CH 2 ) n -Si near 1050 cm -1 increases rapidly. became. When C = C and the peak ratio of Si—H and Si— (CH 2 ) n —Si are both 1: 2 or more, it has excellent insulating properties and low dielectric constant, and has an excellent low dielectric constant insulating film. It becomes.

これをより進めていくとより低パワーとなりプラズマが着火しない事態も起こりえる。このような場合においてはウエハーをチャンバー室内に導入後あらかじめHeなどを導入し、成膜目的以下のパワーのプラズマを一瞬点火後、チャンバー内を真空排気し改めて成膜条件を整えプラズマを点火すると、安定して着火し成膜可能になることが判明した。   If this is further advanced, the power will be lower and the plasma may not ignite. In such a case, after introducing the wafer into the chamber chamber, He or the like is introduced in advance, and after igniting plasma with a power lower than the purpose of film formation for a moment, the chamber is evacuated and the film formation conditions are adjusted to ignite the plasma. It was found that it was possible to ignite stably and form a film.

また、このテトラビニルシランを使用し成膜する際、RFパワー、成膜圧力、成膜用ガスのガス流量を成膜の途中で変化させることで、誘電率、膜密度などを変化させることができ、ひとつの膜中において厚さ方向に特性の違う膜が生成できる。
これらのRFパワー、成膜圧力、成膜用ガス流量は、それぞれ単独でも同時にも変更可能であり、成膜される膜の誘電率、膜密度などの特性を考慮しながら変化させることができる。
また、成膜途中に誘電率や膜密度を変化させる際には、RFパワーを変化させることが最も有効であり、RFパワーの変更は成膜圧力や成膜用ガスの流量の変更に比べ瞬時に制御可能である。
In addition, when forming a film using this tetravinylsilane, the dielectric constant, film density, etc. can be changed by changing the RF power, film forming pressure, and gas flow rate of the film forming gas during film formation. A film having different characteristics in the thickness direction can be formed in one film.
These RF power, film forming pressure, and film forming gas flow rate can be changed independently or simultaneously, and can be changed in consideration of characteristics such as dielectric constant and film density of the film to be formed.
Also, when changing the dielectric constant and film density during film formation, it is most effective to change the RF power, and changing the RF power is instantaneous compared to changing the film formation pressure or the flow rate of the film formation gas. Can be controlled.

特許第3197007号公報、特許第3197008号公報には、滞留時間を変化させることでより低誘電率な絶縁膜を成膜する成膜方法が開示されているが、滞留時間のファクターは成膜圧力、成膜用ガス流量、成膜温度、電極間距離であり、RFパワーによる記載はない。また、成膜中にこの滞留時間を変化させることで誘電率や密度の制御を行うような記載はない。このテトラビニルシランを原料とする絶縁膜にあっては、滞留時間が同じでもRFパワーが異なると大きな誘電率が異なる膜となり、RFパワーの変化が誘電率に与える影響は大きい。   Japanese Patent No. 3197007 and Japanese Patent No. 3197008 disclose a film forming method for forming an insulating film having a lower dielectric constant by changing the residence time. The factor of the residence time is the film formation pressure. The film forming gas flow rate, the film forming temperature, and the distance between the electrodes are not described with RF power. Further, there is no description that the dielectric constant and density are controlled by changing the residence time during film formation. In the insulating film using tetravinylsilane as a raw material, even if the residence time is the same, if the RF power is different, the dielectric constant becomes a different film, and the influence of the change in the RF power on the dielectric constant is large.

低誘電率の絶縁膜は、その密度が低いため、そのままでは吸湿により誘電率が大きく悪化する可能性があるが、成膜途中でRFパワー、圧力、ガス流量などの条件を変更し、誘電率は高くなるが密度の高い膜を薄くつけ、高密度の層で表面を覆うことで吸湿を防止でき、結果的に誘電率の低い膜を形成できる、さらに、表面のみに誘電率の高い膜を成膜しエッチングの特性変化や密着性を改善させるなどのメリットがある。   Insulating films with a low dielectric constant have a low density, so there is a possibility that the dielectric constant will greatly deteriorate due to moisture absorption. However, the dielectric constant can be changed by changing conditions such as RF power, pressure, and gas flow rate during film formation. However, it is possible to prevent moisture absorption by thinning a high-density film and covering the surface with a high-density layer. As a result, a film with a low dielectric constant can be formed. There are merits such as improving the etching property change and adhesion by forming a film.

さらに、ポロジェンと呼ばれる物質を成膜時に導入し、これをアニールあるいは電子線照射、紫外線照射などによって除去することで絶縁膜内に空孔を導入し、より誘電率を低下させることができる。同時に導入するポロジェンとしては、一般に使用される1−メチル−4−イソプロピル−1、3−シクロヘキサジエン、シクロヘキサンオキシドなどが使用できる。   Furthermore, a substance called porogen is introduced at the time of film formation, and is removed by annealing, electron beam irradiation, ultraviolet irradiation, or the like, whereby holes are introduced into the insulating film, and the dielectric constant can be further reduced. As the porogen to be introduced at the same time, generally used 1-methyl-4-isopropyl-1,3-cyclohexadiene, cyclohexane oxide and the like can be used.

以下、本発明を詳しく説明する。
本発明のプラズマCVD用絶縁膜材料は、上記化学式(1)で表される化合物であるテトラビニルシランである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The insulating film material for plasma CVD of the present invention is tetravinylsilane, which is a compound represented by the above chemical formula (1).

本発明の成膜の方法について説明する。
本発明の成膜方法は、基本的には、上述の化学式(1)に示される絶縁膜材料を用いプラズマCVD法により成膜を行うものである。この場合、成膜装置のチャンバー内に送り込まれ成膜に供される成膜用ガスは、絶縁膜材料からなるガスの他に、ベースガスおよび/または添加ガスが混合された混合ガスとなる。
The film forming method of the present invention will be described.
The film forming method of the present invention basically forms a film by the plasma CVD method using the insulating film material represented by the above chemical formula (1). In this case, the film forming gas fed into the chamber of the film forming apparatus and used for film forming is a mixed gas in which a base gas and / or an additive gas is mixed in addition to a gas made of an insulating film material.

ベースガスとは、成膜用ガスのうち、絶縁膜材料からなるガスを除いた体積の50体積%以上を占めるガスを言い、添加ガスとは、絶縁膜材料からなるガスを除いた体積の50体積%未満を占めるガスを言う。
また、絶縁膜材料は、ヘリウムなどの不活性ガスを用いたバブリングによる気化、気化器による気化または材料容器の加熱による気化によってガス化して用いられる。
The base gas refers to a gas that occupies 50% by volume or more of the volume excluding the gas composed of the insulating film material, and the additive gas refers to 50% of the volume excluding the gas composed of the insulating film material. Gas that occupies less than volume%.
The insulating film material is used after being gasified by vaporization by bubbling using an inert gas such as helium, vaporization by a vaporizer, or vaporization by heating a material container.

次に、化学式(1)で示される絶縁膜材料であるテトラビニルシランを用いた成膜方法について説明する。
テトラビニルシランは、分子内に酸素原子を含んでいないので、これから得られる絶縁膜の微細構造は、ケイ素と炭素と水素のみのSi−(炭化水素)−Siネットワーク構造(炭化水素:CH、C、C、C)のみから構成することが可能であり、そのためには、成膜装置のチャンバーに送り込まれる成膜用ガス中のベースガス、添加ガスには、分子内の酸素原子を含んでいないものを使用する必要がある。
Next, a film forming method using tetravinylsilane which is an insulating film material represented by the chemical formula (1) will be described.
Since tetravinylsilane does not contain oxygen atoms in the molecule, the fine structure of the insulating film obtained therefrom is Si- (hydrocarbon) -Si network structure (hydrocarbon: CH 2 , C containing only silicon, carbon and hydrogen). 2 H 4 , C 3 H 6 , C 4 H 8 ), and for that purpose, the base gas and additive gas in the film-forming gas sent into the chamber of the film-forming apparatus include: It is necessary to use one that does not contain oxygen atoms in the molecule.

このため、ベースガスには、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガス、水素のいずれか1種以上が用いられ、添加ガスには、エタン、エチレン、アセチレン、プロパン、プロピン、プロピレンなどの炭素数2〜3の鎖状炭化水素の1種以上、好ましくはエチレン、アセチレン、プロピレンなどの不飽和結合を有する炭素数2〜3の鎖状炭化水素の1種以上が用いられる。   Therefore, one or more of rare gases such as helium, argon, krypton, and xenon and hydrogen are used as the base gas, and carbon such as ethane, ethylene, acetylene, propane, propyne, and propylene is used as the additive gas. One or more chain hydrocarbons having 2 to 3 carbon atoms, preferably one or more chain hydrocarbons having 2 to 3 carbon atoms having an unsaturated bond such as ethylene, acetylene, and propylene are used.

また、ベースガスとして、エタン、エチレン、アセチレン、プロパン、プロピン、プロピレンなどの炭素数2〜3の鎖状炭化水素の1種以上、好ましくはエチレン、アセチレン、プロピレンなどの不飽和結合を有する炭素数2〜3の鎖状炭化水素の1種以上を使用し、添加ガスとしてヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノン等のガス、水素のいずれか1種以上を用いても良い。
また、成膜用ガス中に占めるテトラビニルシランガスの割合は5〜90体積%、好ましくは25〜50体積%、さらに好ましくは30〜35体積%とされる。
In addition, as the base gas, one or more chain hydrocarbons having 2 to 3 carbon atoms such as ethane, ethylene, acetylene, propane, propyne and propylene, preferably carbon number having an unsaturated bond such as ethylene, acetylene and propylene. One or more of 2 to 3 chain hydrocarbons may be used, and any one or more of a gas such as helium, argon, krypton, and xenon and hydrogen may be used as an additive gas.
Further, the ratio of the tetravinylsilane gas in the film forming gas is 5 to 90% by volume, preferably 25 to 50% by volume, and more preferably 30 to 35% by volume.

同伴ガスを併用することにより、例えば炭素数2〜3の鎖状炭化水素を同伴する場合は、堆積速度(デポレート)を維持したまま誘電率を大きく低下させられる。
水素を同伴する場合は、終端基を抑え、より高強度な膜を形成できる。ただし、条件が合わないと誘電率を著しく増加させることがあるので注意が必要である。
By using the accompanying gas in combination, for example, when chain hydrocarbons having 2 to 3 carbon atoms are accompanied, the dielectric constant can be greatly lowered while maintaining the deposition rate (deporate).
When hydrogen is accompanied, the terminal group can be suppressed, and a higher strength film can be formed. However, care must be taken because the dielectric constant may be significantly increased if the conditions are not met.

さらに、成膜途中において、プラズマ発生用高周波電力(RFパワー)、成膜圧力、成膜用ガス流量のいずれか1種以上を変化させて成膜することができ、このような成膜方法を採用することで、得られる絶縁膜の厚さ方向の誘電率、密度を制御することができる。誘電率、密度の変化は連続的であっても、段階的な変化であってもよい。
これにより、例えば、絶縁膜の表面部を密度が高く、かつ誘電率が高い層で構成し、内側部分は密度が低く、かつ誘電率も低い層で構成し、絶縁膜全体では誘電率を低くし、表面部での強度を高くし、さらに絶縁膜の吸湿を抑えることができるなどの効果が得られる。
Further, during film formation, film formation can be performed by changing one or more of plasma generating high frequency power (RF power), film formation pressure, and film formation gas flow rate. By adopting, the dielectric constant and density in the thickness direction of the insulating film obtained can be controlled. The change in dielectric constant and density may be continuous or stepwise.
Thus, for example, the surface portion of the insulating film is composed of a layer having a high density and a high dielectric constant, the inner portion is composed of a layer having a low density and a low dielectric constant, and the dielectric constant of the entire insulating film is low. In addition, the effect of increasing the strength at the surface portion and further suppressing moisture absorption of the insulating film can be obtained.

また、上述のようにRFパワーをできる限り小さくして成膜することが望ましい。
成膜時のRFパワーは、プラズマCVD成膜装置によってその範囲が多少異なるものの、250W未満が望ましく、50〜100Wとなるべく低いほうが終端基の少ない膜を形成可能である。
Further, as described above, it is desirable to form a film with the RF power as small as possible.
The RF power during film formation varies slightly depending on the plasma CVD film forming apparatus, but is preferably less than 250 W, and a film with fewer termination groups can be formed as low as 50 to 100 W.

プラズマCVD法としては、周知のものが用いられ、例えば、図3に示すような平行平板型のプラズマ成膜装置などを使用して成膜することができる。
図3に示したプラズマ成膜装置は、減圧可能なチャンバー1を備え、このチャンバー1は、排気管2、開閉弁3を介して排気ポンプ4に接続されている。また、チャンバー1には、図示しない圧力計が備えられ、チャンバー1内の圧力が測定できるようになっている。チャンバー1内には、相対向する一対の平板状の上部電極5と下部電極6とが設けられている。上部電極5は、高周波電源7に接続され、上部電極5に高周波電流が印加されるようになっている。
As the plasma CVD method, a well-known method is used. For example, the film can be formed using a parallel plate type plasma film forming apparatus as shown in FIG.
The plasma film forming apparatus shown in FIG. 3 includes a chamber 1 that can be depressurized. The chamber 1 is connected to an exhaust pump 4 through an exhaust pipe 2 and an on-off valve 3. The chamber 1 is provided with a pressure gauge (not shown) so that the pressure in the chamber 1 can be measured. In the chamber 1, a pair of flat plate-like upper electrode 5 and lower electrode 6 that are opposed to each other are provided. The upper electrode 5 is connected to a high frequency power source 7 so that a high frequency current is applied to the upper electrode 5.

下部電極6は、基板8を載置する載置台を兼ねており、その内部にはヒーター9が内蔵され、基板8を加熱できるようになっている。
また、上部電極5には、ガス供給配管10が接続されている。このガス供給配管10には、図示しない成膜用ガス供給源が接続され、この成膜用ガス供給装置からの成膜用のガスが供給され、このガスは上部電極5内に形成された複数の貫通孔を通って、下部電極6に向けて拡散しつつ流れ出るようになっている。
The lower electrode 6 also serves as a mounting table on which the substrate 8 is mounted. A heater 9 is built in the lower electrode 6 so that the substrate 8 can be heated.
A gas supply pipe 10 is connected to the upper electrode 5. A film-forming gas supply source (not shown) is connected to the gas supply pipe 10, and a film-forming gas is supplied from the film-forming gas supply device, and this gas is formed in the upper electrode 5. It flows out through the through-holes while diffusing toward the lower electrode 6.

また、上記成膜用ガス供給源には、上述の絶縁膜材料を気化する気化装置と、その流量を調整する流量調整弁を備えるとともに、ベースガスを供給する供給装置および添加用ガスを供給する供給装置が設けられており、これらのガスもガス供給配管10を流れて、上部電極5からチャンバー1内に流れ出るようになっている。   The film forming gas supply source is provided with a vaporizer for vaporizing the insulating film material and a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate, as well as a supply device for supplying a base gas and an additive gas. A supply device is provided, and these gases also flow through the gas supply pipe 10 and flow out from the upper electrode 5 into the chamber 1.

プラズマ成膜装置のチャンバー1内の下部電極6上に基板8を置き、成膜用ガス供給源から上記成膜用ガスをチャンバー1内に送り込む。高周波電源7から高周波電流を上部電極5に印加して、チャンバー1内にプラズマを発生させる。これにより、基板8上に上記成膜用ガスから気相化学反応により生成した絶縁膜が形成される。
プラズマCVD法としては、平行平板型の他に、ICPプラズマ、ECRプラズマ、マグネトロンプラズマを用いることが可能であり、平行平板型装置の下部電極にも高周波を導入する2周波励起プラズマを使用することもできる。
The substrate 8 is placed on the lower electrode 6 in the chamber 1 of the plasma film forming apparatus, and the film forming gas is sent into the chamber 1 from a film forming gas supply source. A high frequency current is applied to the upper electrode 5 from the high frequency power source 7 to generate plasma in the chamber 1. As a result, an insulating film generated by the gas phase chemical reaction from the film forming gas is formed on the substrate 8.
As the plasma CVD method, in addition to the parallel plate type, ICP plasma, ECR plasma, and magnetron plasma can be used, and dual frequency excitation plasma that introduces a high frequency to the lower electrode of the parallel plate type apparatus is used. You can also.

このプラズマ成膜装置における成膜条件は、以下の範囲が好適であるがこの限りではない。
絶縁膜材料流量 :25〜100cc/m (2種以上の場合は合計量である)
添加ガス流量 :0〜50cc/min
ベースガス流量 :25〜100cc/min
圧力 :1〜10torr
RFパワー :50〜500W、好ましくは50〜250W
基板温度 :300〜400℃
成膜厚さ :200nm
The film forming conditions in this plasma film forming apparatus are preferably in the following range, but are not limited thereto.
Insulating film material flow rate: 25 to 100 cc / m (in the case of 2 or more types, the total amount)
Additive gas flow rate: 0 to 50 cc / min
Base gas flow rate: 25-100 cc / min
Pressure: 1-10 torr
RF power: 50 to 500 W, preferably 50 to 250 W
Substrate temperature: 300-400 ° C
Deposition thickness: 200 nm

このときに使用する絶縁膜材料にあっては、材料中に含まれる金属成分は合計100ppb未満であり、窒素成分は10ppm未満であることが好ましい。
絶縁膜材料中の金属成分は成膜された膜のリーク特性を悪化させるため少ないほうがよく、窒素は成膜後ArFレジストを行う際にアミンを生成するなどの悪影響があるため少ないほうが良い。
In the insulating film material used at this time, the total of the metal components contained in the material is preferably less than 100 ppb, and the nitrogen component is preferably less than 10 ppm.
The metal component in the insulating film material is preferably small because it deteriorates the leak characteristics of the formed film, and nitrogen is preferably small because it has an adverse effect such as generation of amine when performing ArF resist after film formation.

本発明の絶縁膜は、上述のプラズマCVD用絶縁膜材料、またはこれとベースガス、添加ガスとを用い、プラズマ成膜装置によって、プラズマCVD反応により成膜されたもので、その誘電率が2.1〜4.7で、ヤング率が3.5〜18GPaとなって、機械的強度が高いものとなる。
このため、この絶縁膜は、化学機械研磨によって破損したり、基板から剥離するようなことがない。
The insulating film of the present invention is formed by a plasma CVD reaction using a plasma film forming apparatus using the above-described insulating material for plasma CVD, or a base gas and an additive gas, and has a dielectric constant of 2 0.1 to 4.7, Young's modulus becomes 3.5 to 18 GPa, and mechanical strength is high.
For this reason, this insulating film is not damaged by chemical mechanical polishing or peeled off from the substrate.

また、化学式(1)で示される絶縁膜材料から得られた絶縁膜では、絶縁膜を構成するネットワークとして、そのすべてがSi−(炭化水素)−Si結合を含むものからなり、(炭化水素)がCH、CH4、Cである構造となっている。 In addition, in the insulating film obtained from the insulating film material represented by the chemical formula (1), all of the networks constituting the insulating film include Si- (hydrocarbon) -Si bonds, and (hydrocarbon) There has been a CH 2, C 2 H4, a C 3 H 6 structure.

以下、実施例を示す。
実施例における絶縁膜の膜厚、誘電率、密度の測定は、以下のようして実施した。
膜厚は、分光エリプソメーターを使用し測定した。誘電率は、水銀プローブを使用し、膜厚400nm以上の膜を測定した。密度はXRRで測定した。但し、一部の実施例では、膜厚400nm未満で誘電率を測定したものも存在する。
Examples are shown below.
The measurement of the film thickness, dielectric constant, and density of the insulating film in the examples was performed as follows.
The film thickness was measured using a spectroscopic ellipsometer. The dielectric constant was measured using a mercury probe with a film thickness of 400 nm or more. The density was measured by XRR. However, in some embodiments, there is a sample whose dielectric constant is measured with a film thickness of less than 400 nm.

複数の誘電率、密度を持つ絶縁膜の測定は、成膜条件を変更し、条件変更前の膜、変更途中の膜、条件変更後の膜を成膜する。これらの膜の膜厚、誘電率、密度を測定する。それぞれの膜の測定値はそれまでの膜の積算値となるので、前回の測定値との差が条件変更後の誘電率、密度(以下の実施例では、それぞれ△誘電率、△密度と表記する)となる。   In the measurement of an insulating film having a plurality of dielectric constants and densities, the film formation conditions are changed, and a film before the change, a film in the middle of change, and a film after the change of conditions are formed. The film thickness, dielectric constant, and density of these films are measured. The measured value of each film is the integrated value of the film so far, so the difference from the previous measured value is the dielectric constant and density after the change of conditions (in the following examples, expressed as Δ dielectric constant and Δ density, respectively) ).

実施例1
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:50cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
比誘電率 :2.73
ヤング :10.5GPa
デポレート :40nm/min
Example 1
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 50cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative permittivity: 2.73
Young: 10.5GPa
Deposition: 40 nm / min

実施例2
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:50cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :400℃
比誘電率 :2.55
ヤング率 :7.8GPa
デポレート :20nm/min
Example 2
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 50cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 400 ° C
Relative permittivity: 2.55
Young's modulus: 7.8 GPa
Deposition: 20 nm / min

実施例3
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:50cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :150W
基板温度 :350℃
比誘電率 :2.98
ヤング率 :12GPa
デポレート :60nm/min
Example 3
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 50cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 150W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative dielectric constant: 2.98
Young's modulus: 12 GPa
Deporate: 60nm / min

実施例4
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:50cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :250W
基板温度 :350℃
比誘電率 :3.21
ヤング率 :18GPa
デポレート :110nm/min
Example 4
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 50cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 250W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative permittivity: 3.21
Young's modulus: 18 GPa
Deposition: 110 nm / min

実施例5
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:50cc/min
圧力 :0.5torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
比誘電率 :3.82
ヤング率 :17.5GPa
デポレート :40nm/min
Example 5
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 50cc / min
Pressure: 0.5 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative permittivity: 3.82
Young's modulus: 17.5 GPa
Deposition: 40 nm / min

実施例6
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:50cc/min
圧力 :0.5torr
RFパワー :300W
基板温度 :350℃
比誘電率 :4.57
ヤング率 :20.1GPa
デポレート :200nm/min
Example 6
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 50cc / min
Pressure: 0.5 torr
RF power: 300W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative permittivity: 4.57
Young's modulus: 20.1 GPa
Deposition: 200 nm / min

実施例7
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:50cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :300W
基板温度 :350℃
比誘電率 :4.73
ヤング率 :15GPa
デポレート :230nm/min
Example 7
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 50cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 300W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative permittivity: 4.73
Young's modulus: 15 GPa
Deposition: 230 nm / min

実施例8
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:エタン
ベースガス流量:50cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
比誘電率 :2.69
ヤング率 :4.61GPa
デポレート :40nm/min
Example 8
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25cc / min
Base gas name: Ethane Base gas flow rate: 50cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative permittivity: 2.69
Young's modulus: 4.61 GPa
Deposition: 40 nm / min

実施例9
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:エチレン
ベースガス流量:50cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
比誘電率 :2.50
ヤング率 :4.5GPa
デポレート :40nm/min
Example 9
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Ethylene base gas Flow rate: 50cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C
Dielectric constant: 2.50
Young's modulus: 4.5 GPa
Deposition: 40 nm / min

実施例10
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:30cc/min
添加ガス名称 :エタン
添加ガス流量 :20cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
比誘電率 :2.69
ヤング率 :4.5GPa
デポレート :40nm/min
Example 10
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 30cc / min
Addition gas name: Ethane addition gas flow rate: 20cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative permittivity: 2.69
Young's modulus: 4.5 GPa
Deposition: 40 nm / min

実施例11
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:30cc/min
添加ガス名称 :エチレン
添加ガス流量 :20cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
比誘電率 :2.67
ヤング率 :4.5GPa
デポレート :40nm/min
Example 11
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 30cc / min
Additive gas name: Ethylene additive gas flow rate: 20cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative permittivity: 2.67
Young's modulus: 4.5 GPa
Deposition: 40 nm / min

実施例12
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:26cc/min
添加ガス名称 :エチレン
添加ガス流量 :24cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
比誘電率 :2.61
ヤング率 :4.5GPa
デポレート :40nm/min
Example 12
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 26cc / min
Additive gas name: Ethylene additive gas flow rate: 24cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative permittivity: 2.61
Young's modulus: 4.5 GPa
Deposition: 40 nm / min

実施例13
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:エチレン
ベースガス流量:30cc/min
添加ガス名称 :ヘリウム
添加ガス流量 :20cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
比誘電率 :2.54
ヤング率 :4.5GPa
デポレート :40nm/min
Example 13
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Ethylene base gas Flow rate: 30cc / min
Additive gas name: Helium additive gas flow rate: 20cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative dielectric constant: 2.54
Young's modulus: 4.5 GPa
Deposition: 40 nm / min

実施例1、9、11〜13の一覧
He/C混合によるデポレート、誘電率値の変化
共通事項
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
List of Examples 1, 9, and 11-13 Deposition by He / C 2 H 4 mixing and change in dielectric constant Common items Insulating film material name: Tetravinylsilane Insulating film material flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium Pressure: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C

Figure 2007318070
Figure 2007318070

実施例14
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:エチレン
ベースガス流量:30cc/min
添加ガス名称 :ヘリウム
添加ガス流量 :15cc/min
添加ガス名称 :水素
添加ガス流量 :5cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
比誘電率 :2.53
ヤング率 :4.9GPa
デポレート :40nm/min
Example 14
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Ethylene base gas Flow rate: 30cc / min
Additive gas name: Helium additive gas flow rate: 15cc / min
Additive gas name: Hydrogenated gas flow rate: 5cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative permittivity: 2.53
Young's modulus: 4.9 GPa
Deposition: 40 nm / min

実施例15
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:30cc/min
添加ガス名称 :エチレン
添加ガス流量 :15cc/min
添加ガス名称 :水素
添加ガス流量 :5cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
比誘電率 :2.66
ヤング率 :4.9GPa
デポレート :40nm/min
Example 15
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 30cc / min
Additive gas name: Ethylene additive gas flow rate: 15cc / min
Additive gas name: Hydrogenated gas flow rate: 5cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative permittivity: 2.66
Young's modulus: 4.9 GPa
Deposition: 40 nm / min

実施例16
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:水素
ベースガス流量:50cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
比誘電率 :2.75
ヤング率 :11.2GPa
デポレート :40nm/min
Example 16
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Hydrogen base gas Flow rate: 50cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C
Relative permittivity: 2.75
Young's modulus: 11.2 GPa
Deposition: 40 nm / min

実施例17
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:50cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :100W→200W 図4のグラフに示したように変化させた
基板温度 :350℃
経過時間1、5、6、7、12分後でそれぞれ成膜を中断しそれぞれの成膜された膜の密度、比誘電率を測定した。
結果を図5に示す。
Example 17
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 50cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 100 W → 200 W Substrate temperature changed as shown in the graph of FIG. 4: 350 ° C.
After the elapsed time of 1, 5, 6, 7, and 12 minutes, the film formation was interrupted, and the density and relative dielectric constant of each formed film were measured.
The results are shown in FIG.

実施例18
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:50cc/min
圧力 :7torrから1torrへ図6のグラフに示したように変化させた
RFパワー :100Wから200Wへ図6のグラフに示したように変化させた
基板温度 :350℃
経過時間1、5、6、7、8、9、10、12、13、15分後でそれぞれ成膜を中断しそれぞれの成膜された膜の密度、比誘電率を測定した。
結果を図7に示す。
Example 18
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 50cc / min
Pressure: RF power changed from 7 torr to 1 torr as shown in the graph of FIG. 6: Substrate temperature changed from 100 W to 200 W as shown in the graph of FIG. 6: 350 ° C.
After the elapsed time 1, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 15 minutes, the film formation was interrupted, and the density and relative dielectric constant of each film formed were measured.
The results are shown in FIG.

実施例19
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:50cc/minから60cc/minへ図8のグラフに示したように変化させた
圧力 :7torr
RFパワー :100Wから200Wへ図8のグラフに示したように変化させた
基板温度 :350℃
経過時間1、5、6、7、9、10、15分後でそれぞれ成膜を中断しそれぞれの成膜された膜の密度、比誘電率を測定した。
結果を図9に示す。
Example 19
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas Flow rate: Pressure changed from 50 cc / min to 60 cc / min as shown in the graph of FIG. 8: 7 torr
RF power: substrate temperature changed from 100 W to 200 W as shown in the graph of FIG. 8: 350 ° C.
After the elapsed time of 1, 5, 6, 7, 9, 10, and 15 minutes, the film formation was interrupted, and the density and relative dielectric constant of each formed film were measured.
The results are shown in FIG.

実施例20
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:50cc/min
圧力 :7torrから1torrへ図10のグラフに示したように変化させた
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
経過時間1、5、6、7、8、9、10、15分後でそれぞれ成膜を中断しそれぞれの成膜された膜の密度、比誘電率を測定した。
結果を図11に示す。
Example 20
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 50cc / min
Pressure: RF power changed from 7 torr to 1 torr as shown in the graph of FIG. 10: 100 W
Substrate temperature: 350 ° C
After the elapsed time of 1, 5, 6, 7, 8, 9, 10, and 15 minutes, the film formation was interrupted, and the density and relative dielectric constant of each formed film were measured.
The results are shown in FIG.

実施例21
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:50cc/minから60cc/minへ図12のグラフに示したように変化させた
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
経過時間1、5、6、7、12分後でそれぞれ成膜を中断しそれぞれの成膜された膜の密度、比誘電率を測定した。
結果を図13に示す。
Example 21
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas Flow rate: Pressure changed from 50 cc / min to 60 cc / min as shown in the graph of FIG. 12: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C
After the elapsed time of 1, 5, 6, 7, and 12 minutes, the film formation was interrupted, and the density and relative dielectric constant of each formed film were measured.
The results are shown in FIG.

実施例22
絶縁膜材料名称:テトラビニルシラン
絶縁膜材料流量:25cc/min
ベースガス名称:ヘリウム
ベースガス流量:40cc/min
ポロジェン :シクロヘキサンオキシド
ポロジェン流量:10cc/min
圧力 :7torr
RFパワー :100W
基板温度 :350℃
アニール圧力 :1torr
アニール雰囲気:N
アニール温度 :400℃
アニール時間 :30min
比誘電率 :2.32
ヤング率 :3.6GPa
Example 22
Insulating film material name: Tetravinylsilane insulating film material Flow rate: 25 cc / min
Base gas name: Helium base gas flow rate: 40cc / min
Porogen: cyclohexane oxide porogen flow rate: 10 cc / min
Pressure: 7 torr
RF power: 100W
Substrate temperature: 350 ° C
Annealing pressure: 1 torr
Annealing atmosphere: N 2
Annealing temperature: 400 ° C
Annealing time: 30 min
Relative dielectric constant: 2.32
Young's modulus: 3.6 GPa

絶縁膜の内部構造モデルについてのヤング率と誘電率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the Young's modulus and dielectric constant about the internal structure model of an insulating film. プラズマ発生用高周波電力の強弱による2種の絶縁膜の赤外線分光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the infrared spectroscopy spectrum of 2 types of insulating films by the strength of the high frequency electric power for plasma generation. 本発明で用いられるプラズマ成膜装置の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the example of the plasma film-forming apparatus used by this invention. 実施例17での成膜条件の変化を示すグラフである。18 is a graph showing changes in film forming conditions in Example 17. 実施例17での成膜条件の変化に伴う絶縁膜の誘電率および密度の変化を示すグラフである。18 is a graph showing changes in dielectric constant and density of an insulating film accompanying changes in film formation conditions in Example 17. 実施例18での成膜条件の変化を示すグラフである。18 is a graph showing changes in film forming conditions in Example 18. 実施例18での成膜条件の変化に伴う絶縁膜の誘電率および密度の変化を示すグラフである。19 is a graph showing changes in dielectric constant and density of an insulating film accompanying changes in film forming conditions in Example 18. 実施例19での成膜条件の変化を示すグラフである。14 is a graph showing changes in film forming conditions in Example 19. 実施例19での成膜条件の変化に伴う絶縁膜の誘電率および密度の変化を示すグラフである。42 is a graph showing changes in dielectric constant and density of an insulating film accompanying changes in film formation conditions in Example 19. 実施例20での成膜条件の変化を示すグラフである。22 is a graph showing changes in film forming conditions in Example 20. 実施例20での成膜条件の変化に伴う絶縁膜の誘電率および密度の変化を示すグラフである。22 is a graph showing changes in dielectric constant and density of an insulating film accompanying changes in film forming conditions in Example 20. 実施例21での成膜条件の変化を示すグラフである。22 is a graph showing changes in film forming conditions in Example 21. 実施例21での成膜条件の変化に伴う絶縁膜の誘電率および密度の変化を示すグラフである。22 is a graph showing changes in dielectric constant and density of an insulating film accompanying changes in film formation conditions in Example 21.

Claims (10)

下記化学式(1)で示され、得られる絶縁膜がケイ素と炭素と水素のみから構成されるプラズマCVD用絶縁膜材料。
Figure 2007318070
An insulating film material for plasma CVD, represented by the following chemical formula (1), wherein the obtained insulating film is composed only of silicon, carbon, and hydrogen.
Figure 2007318070
請求項1に記載の絶縁膜材料を用い、プラズマCVD法により、ケイ素と炭素と水素のみから構成される絶縁膜を成膜する成膜方法。   A film forming method for forming an insulating film made of only silicon, carbon and hydrogen by plasma CVD using the insulating film material according to claim 1. 少なくとも1種以上の炭素数2〜3の鎖状炭化水素を同伴させて成膜する請求項2記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 2, wherein the film formation is performed with at least one kind of chain hydrocarbon having 2 to 3 carbon atoms. さらに、ヘリウム、キセノン、アルゴン、クリプトン、水素のいずれか1種以上を同伴させて成膜する請求項3記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 3, further comprising depositing at least one of helium, xenon, argon, krypton, and hydrogen. 炭素数2〜3の鎖状炭化水素が不飽和結合を含むものである請求項3または4記載の成膜方法。   The film-forming method according to claim 3 or 4, wherein the chain hydrocarbon having 2 to 3 carbon atoms contains an unsaturated bond. プラズマCVD法による成膜時に、プラズマ発生用高周波電力、成膜用ガスの流量あるいは成膜圧力のいずれか一つ以上を変化させながら成膜する請求項2ないし5のいずれかに記載の成膜方法。   6. The film formation according to claim 2, wherein the film formation is performed while changing at least one of a high frequency power for plasma generation, a flow rate of a film formation gas, and a film formation pressure during the film formation by the plasma CVD method. Method. 成膜時にポロジエンを添加して成膜する請求項2ないし6のいずれかに記載の成膜方法。   7. The film forming method according to claim 2, wherein a film is formed by adding porodiene during film formation. 請求項2ないし7のいずれかに記載の成膜方法で得られた絶縁膜。   An insulating film obtained by the film forming method according to claim 2. 誘電率が厚さ方向において変化している請求項8記載の絶縁膜。   The insulating film according to claim 8, wherein the dielectric constant changes in the thickness direction. 密度が厚さ方向において変化している請求項8記載の絶縁膜。   The insulating film according to claim 8, wherein the density changes in the thickness direction.
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