JP2000223486A - 絶縁膜とその製造方法、および半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機膜上にＣＶＤ法により無機膜を形成する
と、酸素ラジカルによって有機膜が酸化され劣化する。
またＣＶＤ膜を安定的に薄く形成することは困難であ
り、またＣＶＤ装置は高価であり、半導体装置のコスト
の増大を招く。 【解決手段】 絶縁膜１を構成する有機膜２中でかつそ
の界面近傍にシリコン酸化物を偏析させてなるシリコン
酸化物を含む層３、４を備えたもので、シリコン酸化物
を含む層４上に化学的気相成長法によって堆積させた無
機物層５を備えていてもよく、また、図示はしないが、
上記絶縁膜１が複数層に積層されていてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁膜とその製造
方法、および半導体装置とその製造方法に関し、詳しく
は０．２５μｍルール以下のデバイスプロセスに用いら
れる多層配線構造、特には有機膜を用いたデュアルダマ
シン構造（ビアコンタクトホールと配線溝とを同時に加
工し、配線を形成する方法）を形成するための有機膜を
用いた絶縁膜とその製造方法、および半導体装置とその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の微細化に伴って、配線の微
細化、配線ピッチの縮小化が必要となっている。また、
同時に低消費電力化および高速化などの要求にともな
い、層間絶縁膜の低誘電率化および配線の低抵抗化が必
要になってきた。特にロジック系のデバイスでは、微細
配線による抵抗上昇、配線容量の増加がデバイスの速度
劣化につながるため、微細でかつ低誘電率膜を層間絶縁
膜とした多層配線が必要となっている。

【０００３】配線幅の微細化、ピッチの縮小化は、配線
自体の縦横比を大きくするだけでなく、配線間のスペー
スのアスペクト比を大きくし、結果として、縦に細長い
微細配線を形成する技術、微細な配線間を層間絶縁膜で
埋め込む技術などに負担がかかり、プロセスを複雑にす
ると同時に、プロセス数の増大を招いている。

【０００４】ビアホール（接続孔）と配線溝を金属（ア
ルミニウム、銅等）のリフロースパッタリングで同時に
埋め込み、化学的機械研磨（以下ＣＭＰという）により
表面の金属を研磨するダマシンプロセスでは、高いアス
ペクト比の金属配線をエッチングで形成することも、配
線間の狭隙を層間絶縁膜で埋め込む必要もなく、大幅に
プロセス数を減らすことが可能である。このプロセス
は、配線アスペクト比が高くなるほど、配線総数が増大
するほど、総コストの削減に大きく寄与するようにな
る。

【０００５】一方、層間絶縁膜の低誘電率化は、配線間
の容量を低減するが、０．１８μｍルール以下のデバイ
スに適用される、比誘電率２．５以下の膜は、従来のデ
バイスに用いられている酸化シリコン膜と膜質が大きく
異なり、そのプロセス技術の開発が求められている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、微細化
にともなう容量増大を抑制する目的から有機膜を用い
て、デュアルダマシン構造を作製するには、ビアコンタ
クト層と配線溝層との中間にエッチングストッパとなる
中間層を形成する必要がある。通常、中間層には、有機
膜のエッチングでほとんどエッチングされない酸化シリ
コン膜を用いる。しかし、酸化シリコン膜の形成方法と
して一般に広く用いられているＣＶＤ法は、酸素
（Ｏ₂ ）などの酸化ガスを導入するため、酸素ラジカル
によって有機膜が酸化され劣化する。またＣＶＤ膜を安
定的に薄く形成することは困難であり、またＣＶＤ装置
は高価であり、半導体装置のコストの増大を招く。一
方、酸化膜を形成しない場合には、有機膜を安定的にエ
ッチングすることが困難となる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた絶縁膜とその製造方法、および半
導体装置とその製造方法である。

【０００８】本発明の絶縁膜は、それを構成する有機膜
中かつその界面近傍にシリコン酸化物を偏析させてなる
シリコン酸化物を含む層を備えているものである。ま
た、シリコン酸化物を含む層上に化学的気相成長（以下
ＣＶＤという）法によって堆積させた無機物層を備えて
いてもよい。

【０００９】上記絶縁膜では、有機膜中かつその界面近
傍にシリコン酸化物を偏析させてなるシリコン酸化物を
含む層を備えていることから、このシリコン酸化物を含
む層が例えばエッチングストッパの機能を持つ。したが
って、有機膜上に別の有機膜を形成する場合に必要とな
る新たなエッチングストッパ層を設ける必要がない。ま
たＣＶＤ法によって有機膜上に例えばＣＭＰのためのハ
ードマスクとして形成する無機膜（例えば酸化シリコン
膜）を形成する際においても、有機膜の表面上にはシリ
コン酸化物を含む層が形成されているので、有機成分の
酸化が防止されるという利点がある。

【００１０】本発明の絶縁膜の製造方法は、基板上にシ
ラノール基を含む材料を混合した有機膜原料からなる有
機膜を形成するとともに、その有機膜中かつその界面近
傍にシリコン酸化物を偏析させてシリコン酸化物を含む
層を形成することを特徴としている。またシラノール基
を含む材料を混合した有機膜原料を複数回に分けて基板
上に積層してもよい。またシリコン酸化物を含む層上に
化学的気相成長法によって無機物を堆積して無機物層を
形成してもい。そのシラノール基を含む材料はシランカ
ップリング剤からなり、そのシランカップリング剤は
０．５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％含まれる。

【００１１】上記絶縁膜の製造方法では、シラノール基
を含む材料を混合した有機膜原料からなる有機膜を形成
するとともに、その有機膜中かつその界面近傍にシリコ
ン酸化物を偏析させてシリコン酸化物を含む層を形成す
ることから、有機膜の成膜過程で酸化シリコン膜の機能
を有する層が形成される。そして、そのシリコン酸化物
を含む層がエッチングストッパとしての機能を有するた
め、有機膜上に別の有機膜を形成する場合に必要となる
エッチングストッパに用いるＣＶＤ酸化膜を新たに設け
る必要がない。またＣＭＰのためのハードマスクとして
形成する無機膜（例えば酸化シリコン膜）をＣＶＤ法に
よって有機膜上に形成する際においても、シリコン酸化
物を含む層が有機成分の酸化を防止するという利点があ
る。

【００１２】また、シラノール基を含む材料はシランカ
ップリング剤からなることから、有機膜原料に混合し易
く、また有機膜の界面（表面および裏面）にシリコン酸
化物を偏析し易くなる。さらに、そのシランカップリン
グ剤は０．５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％含まれることから、
有機膜中にシリコン酸化物を多く含むことなく界面にシ
リコン酸化物を析出させることが可能になる。上記シラ
ンカップリング剤が０．５ｗｔ％未満では、有機膜界面
のシリコン酸化物の析出量が十分でなく、エッチングス
トッパやＣＶＤ法による成膜時に保護膜に成り得なくな
る。一方、２．０ｗｔ％を超える状態にシランカップリ
ング剤が含まれると、有機膜中にもシリコン酸化物が残
り、絶縁膜全体の誘電率の上昇を招くことになる。した
がって、上記濃度範囲でシランカップリング剤を用いる
ことが好ましい。

【００１３】本発明の半導体装置は、基板上に形成した
有機膜と、その有機膜中かつその界面近傍にシリコン酸
化物を偏析させてなるシリコン酸化物を含む層とからな
る絶縁膜を備えたものである。その絶縁膜のシリコン酸
化物を含む層上に化学的気相成長法によって堆積させた
無機物層を備えてもよい。

【００１４】上記半導体装置では、本発明の絶縁膜を用
いていることから、前記説明したのと同様なる絶縁膜の
作用が得られる。このような作用を有するので、シリコ
ン酸化物を含む層をエッチングストッパとして機能させ
る場合には、新たにエッチングストッパ層を形成する工
程が必要無くなり、また有機膜上にＣＭＰのためのハー
ドマスクとして形成する場合には、シリコン酸化物を含
む層がマスクとなるので有機膜を酸化させるこなくＣＶ
Ｄ法により無機膜を形成することを可能とする。

【００１５】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
にシラノール基を含む材料を混合した有機膜原料からな
る有機膜を形成するとともに、その有機膜中かつその界
面近傍にシリコン酸化物を偏析させてシリコン酸化物を
含む層を生成して、絶縁膜を形成することを特徴として
いる。またシラノール基を含む材料を混合した有機膜原
料を複数回に分けて積層してよい。またシリコン酸化物
を含む層上に化学的気相成長法によって無機物を堆積し
て無機物層を形成してもよい。そのシラノール基を含む
材料はシランカップリング剤からなり、それを０．５ｗ
ｔ％〜２．０ｗｔ％含む。

【００１６】上記半導体装置の製造方法では、本発明の
絶縁膜の製造方法を用いていることから、前記説明した
絶縁膜の製造方法と同様なる作用が得られる。このよう
な作用を有するので、シリコン酸化物を含む層をエッチ
ングストッパとして機能させることで、新たにエッチン
グストッパ層を形成する工程が必要で無くなる。また有
機膜上にＣＭＰのためのハードマスクとしてＣＶＤ法に
より無機膜を形成する場合には、シリコン酸化物を含む
層がマスクとなるので有機膜を酸化させることがない。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の絶縁膜に係わる実施の形
態の一例を、図１の概略構成断面図によって説明する。

【００１８】図１の（１）に示すように、例えば、基板
１０上に絶縁膜１は形成されている。この絶縁膜１は、
有機膜２で構成され、その有機膜２中かつその界面近傍
にはシリコン酸化物を偏析させてなるシリコン酸化物を
含む層３、４が備えられているものである。このシリコ
ン酸化物を含む層３、４は、有機膜原料に混合したシラ
ノール基を含む材料、例えばシランカップリング剤より
シリコン酸化物が偏析されたものである。

【００１９】また、図１の（２）に示すように、シリコ
ン酸化物を含む層４上に化学的気相成長法によって堆積
させた無機物層５を備えていてもよい。この無機物層５
は、例えば、シリコン系の酸化膜、酸化窒化膜もしくは
窒化膜で形成されている。

【００２０】上記有機膜２は、例えば、環状フッ素樹脂
、テフロン（ＰＴＦＥ）、アモルファステフロン〔例
えばデュポン社製：テフロンＡＦ（商品名）〕、フッ化
アリールエーテル、フッ化ポリイミド等のフルオロカー
ボン膜、アリールエーテル膜、ＢＣＢ膜、ポリイミド
膜、アモルファスカーボン膜、もしくは有機ＳＯＧ膜で
形成されている。

【００２１】上記アモルファステフロンは、以下の化学
構造式で表される材料である。したがって、テフロンＡ
Ｆに限定されず、化学式（１）に示す構造のものであれ
ばよい。

【００２２】

【化１】

【００２３】また有機膜２は、シクロポリマライズドフ
ロリネーテッドポリマー系樹脂〔例えばサイトップ（商
品名）〕であってもよい。この材料は、以下の化学構造
式で表される材料である。したがって、サイトップに限
定されず、化学式（２）に示す構造のものであればよ
い。

【００２４】

【化２】

【００２５】また有機膜２は、フッ化ポリアリルエーテ
ル系樹脂〔例えばＦＬＡＲＥ（商品名）〕であってもよ
い。この材料は、以下の化学構造式で表される材料であ
る。したがって、ＦＬＡＲＥに限定されず、化学式
（３）、（４）に示す構造のものであればよい。

【００２６】

【化３】

【００２７】

【化４】

【００２８】また、シリコン酸化物を含む層３、４は、
有機膜２を形成する際の有機膜原料中に混合したシラン
カップリング剤中のシリコン酸化物を界面（表面および
裏面）に析出させたもので、図１の（３）中に示すよう
な濃度分布を持つ。図面の縦軸は絶縁膜の厚さを示し、
横軸はシリコン酸化物の濃度を示す。このように、絶縁
膜１の界面近傍にシリコン酸化物を含む層３、４が形成
され、分析の結果、その厚さはおよそ１０ｎｍ〜２０ｎ
ｍ程度であった。またシリコン酸化物の濃度は、ＳＩＭ
Ｓ分析の結果、８０％程度であり、製造条件にもよるが
少なくとも５０％以上となっていた。

【００２９】上記絶縁膜１では、有機膜２中かつその界
面近傍にシリコン酸化物を偏析させてなるシリコン酸化
物を含む層３、４を備えていることから、このシリコン
酸化物を含む層３、４が例えばエッチングストッパの機
能を持つ。したがって、有機膜２上に別の有機膜（図示
省略）を形成する場合に必要となるエッチングストッパ
に用いるＣＶＤ酸化膜を新たに設ける必要がない。

【００３０】またＣＭＰのためのハードマスクとして形
成する無機膜５をＣＶＤ法によって有機膜２上に形成す
る際においても、有機膜２の表面にはシリコン酸化物を
含む層４が形成されているので、有機成分の酸化が抑制
されるという利点がある。

【００３１】次に、本発明の絶縁膜の製造方法に係わる
実施の形態の一例を、前記図１を用いて説明する。

【００３２】前記図１の（１）に示すように、基板１０
上にシラノール基を含む材料を混合した有機膜原料から
なる有機膜２を形成するとともに、その有機膜２中かつ
その界面（表面および裏面）近傍にシリコン酸化物を偏
析させてシリコン酸化物を含む層３、４を形成する。す
なわち、シラノール基を含む材料を混合した有機膜原料
を用い、それを基板１０上に例えば塗布によって有機膜
の前駆体（図示せず）を形成する。

【００３３】例えば、上記有機膜原料には、あらかじ
め、シランカップリング剤を０．５ｗｔ％〜２．０ｗｔ
％の範囲、例えば１．０ｗｔ％になるようにシランカッ
プリング剤を混合しておく。なお、シランカップリング
剤の混合量が０．５ｗｔ％未満では、有機膜中でその界
面（表面および裏面）の近傍へのシリコン酸化物の析出
量が十分ではなく、シリコン酸化膜としての機能が不足
する。一方、２．０ｗｔ％を超えると、表面だけではな
く有機膜２中にもシリコン酸化物が残り、絶縁膜１全体
の誘電率の上昇を招く。このような理由から、シランカ
ップリング剤の混合量は０．５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％の
範囲とした。

【００３４】上記シランカップリング剤としては、フッ
素を含有しないものでは、Ｍｅ₃ ＳｉＯＣＨ₃ （Ｍｅは
メチル基を表す）、ＣＨ₂ ＝ＣＨＳｉ（ＯＣＨ₃ ）₃ 、
Ｈ₂ＮＣ₂ Ｈ₄ ＮＨＣ₃ Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃ 等が例
示できる。一般には、ＲＲ’Ｒ”−Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）
〔Ｒ、Ｒ’、Ｒ”はアルキル基を表す〕、ＲＲ”−Ｓｉ
（ＯＣＨ₃ ）₂ 〔Ｒ、Ｒ”はアルキル基を表す〕、Ｒ−
Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃ 〔Ｒはアルキル基を表す〕、Ｒ−Ｃ
Ｈ−Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃ 〔Ｒはアルキル基を表す〕、Ｒ
−ＣＨＳｉ−Ｍｅ（ＯＣＨ₃ ）₂ 〔Ｒはアルキル基を表
し、Ｍｅはメチル基を表す〕等を用いることができる。
これらの材料は、一般に市販されている。

【００３５】またフッ素が含まれているものでは、ＣＦ
₃ （ＣＦ₂ ）₃ ＣＨ₂ ＣＨ₂ −ＳｉＭｅ（ＯＣＨ₃ ）₂
〔Ｍｅはメチル基を表す〕などが例示できる。一般に
は、ＣＦ₃ （ＣＦ₂ ）_n （ＣＨ）_m ＳｉＭｅ（ＯＣ
Ｈ₃ ）₂ 〔ｎ、ｍは自然数、Ｍｅはメチル基を表す〕、
ＣＦ₃ （ＣＦ₂ ）_n （ＣＨ₂ ）_m −ＳｉＭｅ₂ （ＯＣＨ
₃ ）〔ｎ、ｍは自然数、Ｍｅはメチル基を表す〕、ＣＦ
₃ （ＣＦ₂ ）_n （ＣＨ₂ ）_mＳｉ（ＯＣＨ₃ ）₃ 〔ｎ、
ｍは自然数を表す〕等を用いることができる。

【００３６】上記シランカップリング剤は一例であっ
て、他のシランカップリング剤を用いることも可能であ
る。

【００３７】そして塗布により基板１０上に形成した有
機膜の前駆体を３００℃〜４５０℃でキュア（焼成）し
て、絶縁膜１を得た、その際、絶縁膜１の界面（表面お
よび裏面）近傍には、シリコン酸化物が偏析し、シリコ
ン酸化物を含む層３、４が形成された。このシリコン酸
化物を含む層３、４中のシリコン酸化物の濃度は、少な
くとも５０％以上あり、通常は８０％程度またはそれ以
上の濃度に形成されている。

【００３８】その後、図１の（２）に示すように、シリ
コン酸化物を含む層４上に化学的気相成長法によって無
機物、例えば酸化シリコン膜を堆積して無機物層５を形
成してもい。

【００３９】またシラノール基を含む材料を混合した有
機膜原料を複数回に分けて基板１０上に積層して絶縁膜
１を形成してもよい。その一例は、後に、図３によっ
て、第１の低誘電率有機膜と第２の低誘電率有機膜とを
積層した場合で説明する。

【００４０】上記絶縁膜の製造方法では、シラノール基
を含む材料を混合した有機膜原料からなる有機膜２を形
成するとともに、その有機膜２中かつその界面近傍にシ
リコン酸化物を偏析させてシリコン酸化物を含む層３、
４を形成することから、有機膜２の成膜過程で酸化シリ
コン膜の機能を有する層が形成される。そして、そのシ
リコン酸化物を含む層３、４がエッチングストッパとし
ての機能を有するため、絶縁膜１上に別の有機膜を形成
する場合、新たに例えばＣＶＤ酸化膜からなるエッチン
グストッパを設ける必要は無くなる。そのため、工程数
の削減、製造コストの削減が可能になる。

【００４１】また、例えばＣＶＤ法によって、絶縁膜１
上にＣＭＰのためのハードマスクとして形成する無機膜
（例えば酸化シリコン膜）を形成する際においても、シ
リコン酸化物を含む層４が有機成分の酸化を抑制すると
いう利点がある。

【００４２】次に、本発明の半導体装置に係わる実施の
形態の一例を、図２の概略構成断面図によって説明す
る。

【００４３】図２に示すように、シリコン基板１１上に
は図示はしないがトランジスタ等の半導体素子が形成さ
れており、それらの半導体素子を覆う状態に、第１の層
間絶縁膜１２が形成さている。この第１の層間絶縁膜１
２には、接続孔１３が形成され、その内部にはプラグ１
４が形成されている。さらに第１の層間絶縁膜１２上に
は第１の絶縁膜１５が形成されている。この第１の絶縁
膜１５には、溝１６が形成され、その溝１６の内部に
は、例えば銅配線１７が形成されている。この銅配線１
７は、必ずしも銅配線である必要はなく、従来のアルミ
ニウム合金配線でもかまわない。上記第１の絶縁膜１５
上には、銅配線１７の酸化を防止するための第２の絶縁
膜１８が、例えば窒化シリコン膜もしくは窒化酸化シリ
コン膜で形成されている。

【００４４】さらに、第２の絶縁膜１８上には第１の低
誘電率有機膜２１が、例えば３００ｎｍ〜８００ｎｍの
厚さに成膜されている。この第１の低誘電率有機膜２１
は、前記図１によって説明した絶縁膜１の有機膜２に用
いるものと同様の材料が用いられている。上記第１の低
誘電率有機膜２１の界面（表面および裏面）には、シリ
コン酸化物が偏析してなる、シリコン酸化物を含む層２
２、２３が形成されている。

【００４５】上記第１の低誘電率有機膜２１上には、第
２の低誘電率有機膜３１が例えば３００ｎｍ〜８００ｎ
ｍの厚さに成膜されている。この第２の低誘電率有機膜
３１は、前記図１によって説明した絶縁膜１の有機膜２
に用いるものと同様の材料が用いられている。上記第２
の低誘電率有機膜３１の界面（表面および裏面）には、
シリコン酸化物が偏析してなる、シリコン酸化物を含む
層３２、３３が形成されている。

【００４６】上記第１の低誘電率有機膜２１（シリコン
酸化物を含む層２２、２３も含む）および第２の絶縁膜
１８には接続孔２４が形成されている。また上記第２の
低誘電率有機膜３１（シリコン酸化物を含む層３２、３
３も含む）には、上記接続孔２４に通じる配線溝３４が
形成されている。上記接続孔２４、配線溝３４の各内部
には、配線（接続孔１２内を埋め込むプラグも含む）３
５が形成されている。この配線は、例えば銅で形成され
ている。

【００４７】上記説明したような多層配線構造を有する
半導体装置では、前記図１によって説明したような絶縁
膜からなる第１、第２の低誘電率有機膜２１、３１を用
いていることから、酸化シリコン膜の機能を有するシリ
コン酸化物を含む層２２、２３、３２、３３が形成され
ている。そして、そのシリコン酸化物を含む層２３、３
２がエッチングストッパとしての機能を有するため、第
１の低誘電率有機膜２１上に第２の低誘電率有機膜３１
を形成する際に必要となるエッチングストッパのＣＶＤ
酸化膜を新たに設けることを必要としない。

【００４８】またＣＭＰのためのハードマスクとして形
成する無機膜（例えば酸化シリコン膜）をＣＶＤ法によ
って第２の低誘電率有機膜３１上に形成する際において
も、シリコン酸化物を含む層３３が有機成分の酸化を抑
制するという利点がある。そのため、第２の低誘電率有
機膜３１を酸化させるこなくＣＶＤ法により無機膜を形
成することを可能とする。

【００４９】本発明の半導体装置の製造方法に係わる実
施の形態の一例を、図３の製造工程図によって説明す
る。

【００５０】図３の（１）に示すように、シリコン基板
１１上には図示はしないがトランジスタ等の半導体素子
が形成されており、それらの半導体素子を覆う状態に、
第１の層間絶縁膜１２が形成さている。この第１の層間
絶縁膜１２は、例えば、酸化シリコン膜、窒化酸化シリ
コン膜もしくは窒化シリコン膜からなる。また、第１の
層間絶縁膜１２には、接続孔１３が形成され、その内部
にはプラグ１４が形成されている。さらに第１の層間絶
縁膜１２上には第１の絶縁膜１５が形成されている。こ
の第１の絶縁膜１５には、溝１６が形成され、その溝１
６の内部には、例えば銅配線１７が形成されている。こ
の銅配線１７は、必ずしも銅配線である必要はなく、従
来のアルミニウム合金配線でもかまわない。通常、ダマ
シン構造の半導体装置では銅を用いる場合が多い。

【００５１】上記第１の層間絶縁膜１２を酸化シリコン
膜で形成する場合には、回転塗布を用い、市販の無機Ｓ
ＯＧ（Spin on glass ）（シラノールもしくはシラノー
ルを含むポリマーを主成分とするもの）を約５０ｎｍの
厚さに形成する。この際、回転塗布後は、１５０℃〜２
００℃の温度でのベーキングを１分程度行い、３５０℃
〜４５０℃の温度でのキュアを３０分〜１時間程度行
う。

【００５２】上記酸化シリコン膜は、市販のプラズマＣ
ＶＤ装置を用いて形成してもよい。その際には、銅配線
を極力酸化させないために、酸化剤として一酸化二窒素
ガスを用い、シリコン源としてシラン系のガスとして、
例えば、モノシラン、ジシラン、トリシラン等から選択
してを用い、基板温度を３００℃〜４００℃に設定し、
プラズマパワーを３５０Ｗ、成膜雰囲気の圧力を１ｋＰ
ａ程度に設定した条件で成膜を行えばよい。

【００５３】上記第１の層間絶縁膜１２を窒化酸化シリ
コン膜で形成する場合には、アミノ基を有する市販の無
機ＳＯＧを回転塗布法で成膜する。好ましくは、プラズ
マＣＶＤ法を用いて成膜する。プラズマＣＶＤ法で使用
するガスとしては、シリコン源としてシラン系のガスと
して、例えば、モノシラン、ジシラン、トリシラン等か
ら選択して用い、窒化剤として、アンモニア、ヒドラジ
ンなどから選択して用い、酸化剤として、一酸化二窒素
ガスを用い、キャリアガスとして窒素、ヘリウム、アル
ゴンなどから選択して用い、基板温度を３００℃〜４０
０°に設定し、プラズマパワーを３５０Ｗ、成膜雰囲気
の圧力を１ｋＰａ程度に設定した条件で成膜を行えばよ
い。

【００５４】上記第１の層間絶縁膜１２を窒化シリコン
膜で形成する場合も同様で、アミノ基を有する市販の無
機ＳＯＧを回転塗布法で成膜してもかまわない。好まし
くは、プラズマＣＶＤ法を用いて成膜する。プラズマＣ
ＶＤ法で使用するガスとしては、シリコン源としてシラ
ン系のガスとして、例えば、モノシラン、ジシラン、ト
リシラン等から選択して用い、窒化剤として、アンモニ
ア、ヒドラジンなどから選択して用い、キャリアガスと
して窒素、ヘリウム、アルゴンなどから選択して用い、
基板温度を３００℃〜４００°に設定し、プラズマパワ
ーを３５０Ｗ、成膜雰囲気の圧力を１ｋＰａ程度に設定
した条件で成膜を行えばよい。

【００５５】次に、図３の（２）に示すように、上記説
明した第１の絶縁膜１５上に銅配線１７の酸化を防止す
るための第２の絶縁膜１８を、例えば窒化シリコン膜も
しくは窒化酸化シリコン膜で形成する。

【００５６】さらに、第２の絶縁膜１８上に第１の低誘
電率有機膜２１を、例えば３００ｎｍ〜８００ｎｍの厚
さに成膜する。この第１の低誘電率有機膜２１は、前記
図１によって説明した絶縁膜１の有機膜２に用いるのと
同様の材料を用いることが可能である。

【００５７】上記第１の低誘電率有機膜（有機膜）２１
を成膜する際には、シラノール基を含む材料を混合した
有機膜原料を用いる。例えば、有機膜原料には、あらか
じめ、シランカップリング剤を０．５ｗｔ％〜２．０ｗ
ｔ％の範囲、例えば１．０ｗｔ％になるようにシランカ
ップリング剤を混合しておく。なお、シランカップリン
グ剤の混合量が０．５ｗｔ％未満では、有機膜中でその
界面（表面および裏面）の近傍へのシリコン酸化物の析
出量が十分ではなく、シリコン酸化膜としての機能が不
足する。一方、２．０ｗｔ％を超えると、表面だけでは
なく有機膜中にもシリコン酸化物が残り、有機膜全体の
誘電率の上昇を招く。このような理由から、シランカッ
プリング剤の混合量は０．５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％の範
囲とした。

【００５８】上記シランカップリング剤としては、前記
絶縁膜の製造方法で説明したのと同様のものを用いるこ
とが可能である。

【００５９】第１の低誘電率有機膜２１の形成には、低
誘電率有機膜の前駆体を回転塗布により基板上、ここで
は、第２の絶縁膜１８上に成膜し、その後、３００℃〜
４５０℃でキュア（焼成）して、上記第１の低誘電率有
機膜２１を得た、その際、第１の低誘電率有機膜２１の
界面（表面および裏面）には、シリコン酸化物が偏析し
て、シリコン酸化物を含む層２２、２３が形成される。

【００６０】アモルファスカーボン等の材料は、アセチ
レン（Ｃ₂ Ｈ₂ ）、必要に応じてフルオロカーボンガス
を用い、プラズマＣＶＤ装置を用いて形成した。この際
にも、３００℃〜４５０℃でキュア（焼成）をＣＶＤ膜
の成膜後に行った。

【００６１】次に、第１の低誘電率有機膜２１上にさら
に、シランカップリング剤を混合した第２の低誘電率有
機膜３１（前記第１の低誘電率有機膜２１と同様なる材
料である必要はない）を３００ｎｍ〜８００ｎｍの厚さ
に成膜する。その成膜方法は、前記説明したような成膜
方法を採用することができる。その結果、第２の低誘電
率有機膜３１の界面（表面および裏面）には、シリコン
酸化物が偏析し、シリコン酸化物を含む層３２、３３が
形成される。

【００６２】この第２の低誘電率有機膜３１を成膜する
際には、前もってシランカップリング剤を塗布しておく
ことが好ましい。それは、第１の低誘電率有機膜２１上
に配線パターンを形成する工程で、シランカップリング
剤によって形成された膜によってさらにシリコン酸化膜
が厚くなり、エッチングストッパとなりやすいからであ
る。また、本発明の方法によるシリコン酸化膜の形成に
際して、従来のＣＶＤ法を用いた際に懸念されていた有
機膜への損傷は発生しない。

【００６３】次に、無機膜マスク（図示省略）を形成す
る。無機膜マスクの形成方法は、一般のＣＶＤ法を用い
る。本発明の方法では、有機膜に含有されているシラン
カップリング剤が表面にも拡散し、析出し、ＣＶＤ時の
有機膜への損傷を抑制することができる。無機膜マスク
には、通常、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒
化シリコン膜のうちの少なくとも１種が用いられる。そ
の膜厚は、５０ｎｍ〜２００ｎｍが好ましい。５０ｎｍ
未満では、ＣＭＰストッパおよびエッチングストッパと
して十分ではなく、２００ｎｍより厚いと配線間容量の
増加に寄与し、好ましくない。

【００６４】次に、図３の（３）により説明する。図示
していないレジストおよび無機膜マスクを用い、一般的
なマグネトロン方式のエッチング装置を用いて、無機マ
スクにビアホールパターンを形成する。次に、その無機
膜マスクで第２の低誘電率有機膜３１および第１の低誘
電率有機膜２１内のシランカップリング剤による析出物
であるシリコン酸化物を含む層３３、３２、２３ととも
に第２の低誘電率有機膜３１および第１の低誘電率有機
膜２１をエッチングして接続孔２４を形成する。その
際、第１の低誘電率有機膜２１のエッチングは、下層配
線に到達する前に止めておく。その残す膜厚は、１００
ｎｍ〜３００ｎｍあれば十分である。これは、無機マス
クに配線パターンをエッチング形成する際に、下層配線
が剥き出しにならないようにするためである。

【００６５】次に、エッチングにより上記無機膜マスク
に配線パターンをパターニングする。次にその無機膜マ
スクを用いて、配線パターンを第２の低誘電率有機膜３
１に転写し、配線溝３４を形成する。その際、エッチン
グストッパとして、シランカップリング剤の析出物であ
るシリコン酸化物を含む層３２、２３が機能する。

【００６６】次いで、無機膜マスク、第１の低誘電率有
機膜２１の残りの部分、シリコン酸化物を含む層２２、
第２の絶縁膜１８等をエッチングする。このエッチング
条件は、例えば、低誘電率有機膜の場合は、エッチング
ガスに酸素（５０ｓｃｃｍ）とヘリウム（２００ｓｃｃ
ｍ）とを用い、ＲＦプラズマパワーを５００Ｗ、基板温
度を−１０℃に設定してエッチングを行う。酸化シリコ
ン膜の場合は、エッチングガスにヘキサフルオロエタン
（Ｃ₂ Ｆ₆ ）（１４ｓｃｃｍ）と一酸化炭素（ＣＯ）
（１８０ｓｃｃｍ）とアルゴン（Ａｒ）（２４０ｓｃｃ
ｍ）とを用い、ＲＦプラズマパワーを１．５ｋＷに設定
してエッチングを行う。このエッチングでは、配線溝３
４の底部のシリコン酸化物を含む層３２、２３も除去さ
れるが、エッチング条件によっては残ることもある。

【００６７】また、第１の低誘電率有機膜２１と第２の
低誘電率有機膜３１との材質が異なる場合、例えば、第
１の低誘電率有機膜２１がフッ素樹脂で、第２の低誘電
率有機膜３１がフッ素を含まない有機膜の場合には、第
１の低誘電率有機膜２１のエッチングには、エッチング
ガスに酸素（５ｓｃｃｍ）とアルゴン（２５ｓｃｃｍ）
を用い、第２の低誘電率有機膜３１のエッチングには、
酸素（５０ｓｃｃｍ）とアルゴン（２００ｓｃｃｍ）と
を用いることも可能である。このエッチングでは、第１
の低誘電率有機膜２１のエッチングでは、第２の低誘電
率有機膜３１があまりエッチングされず、配線パターン
を形成する際のエッチング条件のマージンが広がるとい
う効果がある。

【００６８】次に、ダマシン法で、接続孔２４、配線溝
３４を埋め込む配線（接続孔１２内を埋め込むプラグも
含む）３５を形成する。すなわち、配線材料（金属）、
例えばスパッタリング、ＣＶＤ法および電解めっき法の
うちの技術を用いて、接続孔２４および配線溝３４の各
内部に金属膜（図示省略）を形成し、続いてＣＭＰによ
り余分な金属膜を研磨して除去し、上記配線３５を形成
する。

【００６９】上記半導体装置の製造方法では、本発明の
絶縁膜の製造方法を用いていることから、前記説明した
絶縁膜の製造方法と同様なる作用が得られる。このよう
な作用を有するので、シリコン酸化物を含む層２３、３
２をエッチングストッパとして機能させることで、あら
たにエッチングストッパ層を形成する工程が必要で無
く、また第２の低誘電率有機膜３１上にＣＶＤ法により
無機膜を形成する場合には、シリコン酸化物を含む層３
４がマスクとなるので第２の低誘電率有機膜３１を酸化
させるこなくＣＶＤ法による無機膜を形成することが可
能になる。

【００７０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の絶縁膜に
よれば、有機膜中かつその界面近傍にシリコン酸化物を
偏析させてなるシリコン酸化物を含む層を備えているの
で、このシリコン酸化物を含む層をエッチングストッパ
層として機能させることができる。そのため、有機膜上
に新たなエッチングストッパ層を設ける必要がなくな
る。またシリコン酸化物を含む層が有機成分の酸化を防
止するので、絶縁膜の有機成分の信頼性を保った状態
で、ＣＶＤ法によって有機膜上にシリコン酸化物を含む
層を介して無機膜（例えば酸化シリコン膜）を形成する
ことが可能になる。

【００７１】本発明の絶縁膜の製造方法によれば、シラ
ノール基を含む材料を混合した有機膜原料からなる有機
膜を形成するとともに、その有機膜中かつその界面近傍
にシリコン酸化物を偏析させてシリコン酸化物を含む層
を形成するので、、有機膜の成膜過程で酸化シリコン膜
の機能を有する層を形成することができる。そして、そ
のシリコン酸化物を含む層がエッチングストッパとして
の機能を有するため、有機膜上に別の有機膜を形成する
場合に必要となるエッチングストッパに用いるＣＶＤ酸
化膜を新たに設ける必要がない。そのため、製造工程の
削減、製造コストの削減が可能になる。またＣＶＤ法に
よって有機膜上に無機膜（例えば酸化シリコン膜）を形
成する際においても、シリコン酸化物を含む層が有機成
分の酸化を防止することができる。そのため、絶縁膜の
有機膜成分を高品質に保つことができるので、絶縁膜の
信頼性の向上が図れる。

【００７２】本発明の半導体装置によれば、本発明の絶
縁膜を用いていることから、前記説明したのと同様なる
絶縁膜の効果が得られる。このような効果を有するの
で、シリコン酸化物を含む層をエッチングストッパとし
て機能させる場合には、あらたにエッチングストッパ層
を形成する工程が必要無くなり、また有機膜上にＣＶＤ
法により無機膜を形成する場合には、シリコン酸化物を
含む層がマスクとなるので有機膜を酸化させるこなくＣ
ＶＤ法により無機膜を形成することを可能とする。

【００７３】本発明の半導体装置の製造方法によれば、
本発明の絶縁膜の製造方法を用いていることから、前記
説明した絶縁膜の製造方法と同様なる作用が得られる。
このような作用を有するので、シリコン酸化物を含む層
をエッチングストッパとして機能させることで、あらた
にエッチングストッパ層を形成する工程が必要で無く、
また有機膜上にＣＭＰのためのハードマスクとして形成
する場合には、シリコン酸化物を含む層がマスクとなる
ので、絶縁膜の有機成分の信頼性を保った状態で、有機
膜を酸化させるこなくＣＶＤ法による無機膜を形成する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の絶縁膜に係わる実施の形態の一例を示
す概略構成断面図である。

【図２】本発明の半導体装置に係わる実施の形態の一例
を示す概略構成断面図である。

【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係わる実施の
形態の一例を示す製造工程図である。

【符号の説明】

１…絶縁膜、２…有機膜、３，４…シリコン酸化物を含
む層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F033 HH08 HH11 JJ08 JJ11 KK08 KK11 MM02 PP06 PP15 PP27 QQ25 QQ37 QQ48 RR04 RR05 RR08 RR21 RR22 RR23 RR24 RR25 RR26 SS01 SS02 SS15 SS22 TT04 WW04 XX33 5F058 AA06 AA10 AC05 AC10 AF04 AG01 AH02 BA09 BD02 BD04 BD19 BF07 BF23 BF29 BF38 BF46 BJ02

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁膜を構成する有機膜中でかつその界
   面近傍にシリコン酸化物を偏析させてなるシリコン酸化
   物を含む層を備えたことを特徴とする絶縁膜。
2. 【請求項２】 前記シリコン酸化物を含む層上に化学的
   気相成長法によって堆積させた無機物層を備えたことを
   特徴とする請求項１記載の絶縁膜。
3. 【請求項３】 基板上にシラノール基を含む材料を混合
   した有機膜原料からなる有機膜を形成するとともに、前
   記有機膜中かつその界面近傍にシリコン酸化物を偏析さ
   せてシリコン酸化物を含む層を形成することを特徴とす
   る絶縁膜の製造方法。
4. 【請求項４】 前記シラノール基を含む材料を混合した
   有機膜原料を複数回に分けて前記基板上に積層すること
   を特徴とする請求項３記載の絶縁膜の製造方法。
5. 【請求項５】 前記シリコン酸化物を含む層上に化学的
   気相成長法によって無機物を堆積して無機物層を形成す
   ることを特徴とする請求項３記載の絶縁膜の製造方法。
6. 【請求項６】 前記シラノール基を含む材料はシランカ
   ップリング剤からなることを特徴とする請求項３記載の
   絶縁膜の製造方法。
7. 【請求項７】 前記シラノール基を含む材料はシランカ
   ップリング剤からなることを特徴とする請求項４記載の
   絶縁膜の製造方法。
8. 【請求項８】 前記シランカップリング剤を０．５ｗｔ
   ％〜２．０ｗｔ％含むことを特徴とする請求項６記載の
   絶縁膜の製造方法。
9. 【請求項９】 前記シランカップリング剤を０．５ｗｔ
   ％〜２．０ｗｔ％含むことを特徴とする請求項７記載の
   絶縁膜の製造方法。
10. 【請求項１０】 基板上に形成した絶縁膜を構成する有
    機膜と、 前記有機膜中かつその界面近傍にシリコン酸化物を偏析
    させてなるシリコン酸化物を含む層とからなる絶縁膜を
    備えたことを特徴とする半導体装置。
11. 【請求項１１】 前記絶縁膜の前記シリコン酸化物を含
    む層上に化学的気相成長法によって堆積させた無機物層
    を備えたことを特徴とする請求項１０記載の半導体装
    置。
12. 【請求項１２】 基板上にシラノール基を含む材料を混
    合した有機膜原料からなる有機膜を形成するとともに、 前記有機膜中かつその界面近傍にシリコン酸化物を偏析
    させてシリコン酸化物を含む層を生成して、 絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
13. 【請求項１３】 前記シラノール基を含む材料を混合し
    た有機膜原料を複数回に分けて積層することを特徴とす
    る請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記シリコン酸化物を含む層上に化学
    的気相成長法によって無機物を堆積して無機物層を形成
    することを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製
    造方法。
15. 【請求項１５】 前記シラノール基を含む材料はシラン
    カップリング剤からなることを特徴とする請求項１２記
    載の半導体装置の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記シラノール基を含む材料はシラン
    カップリング剤からなることを特徴とする請求項１３記
    載の半導体装置の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記シランカップリング剤を０．５ｗ
    ｔ％〜２．０ｗｔ％含むことを特徴とする請求項１４記
    載の半導体装置の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記シランカップリング剤を０．５ｗ
    ｔ％〜２．０ｗｔ％含むことを特徴とする請求項１５記
    載の半導体装置の製造方法。