JP2001135631A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属配線同士の間に、下地膜との密着性及び
膜の緻密性に優れていると共に金属配線間に空孔を有す
るフッ素含有有機膜を地球の温暖化を招くことなく堆積
できるようにする。 【解決手段】 半導体基板１００の上に第１のシリコン
酸化膜１０１を介して複数の金属配線１０６を形成す
る。次に、Ｃ5Ｆ8ガスを主成分とする原料ガスを用い
て、複数の金属配線１０６同士の間及びその上面に、金
属配線１０６同士の間に空孔１０７ａを有する第１のフ
ッ素含有有機膜１０７を堆積する。次に、Ｃ 5Ｆ8ガスを
主成分とする原料ガスを用いて、第１のフッ素含有有機
膜１０７の上に、空孔を有しない第２のフッ素含有有機
膜１０８を堆積する。
膜の緻密性に優れていると共に金属配線間に空孔を有す
るフッ素含有有機膜を地球の温暖化を招くことなく堆積
できるようにする。 【解決手段】 半導体基板１００の上に第１のシリコン
酸化膜１０１を介して複数の金属配線１０６を形成す
る。次に、Ｃ5Ｆ8ガスを主成分とする原料ガスを用い
て、複数の金属配線１０６同士の間及びその上面に、金
属配線１０６同士の間に空孔１０７ａを有する第１のフ
ッ素含有有機膜１０７を堆積する。次に、Ｃ 5Ｆ8ガスを
主成分とする原料ガスを用いて、第１のフッ素含有有機
膜１０７の上に、空孔を有しない第２のフッ素含有有機
膜１０８を堆積する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属配線同士の間
に空孔を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
に空孔を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年めざましく進歩した半導体プロセス
技術により半導体素子及び金属配線の微細化及び高集積
化が図られているが、これに伴って、金属配線における
信号の遅延が半導体集積回路の動作速度に大きな影響を
及ぼすようになってきている。
技術により半導体素子及び金属配線の微細化及び高集積
化が図られているが、これに伴って、金属配線における
信号の遅延が半導体集積回路の動作速度に大きな影響を
及ぼすようになってきている。
【０００３】そこで、特開平１０−２３３４４８号公報
に示されるように、金属配線における信号遅延を低減す
るために、金属配線同士の間に堆積された絶縁膜に空孔
（ε＝１．０）を設けたり又は金属配線同士の間に有機
膜からなる絶縁膜を堆積したりすることにより、絶縁膜
の比誘電率を低減する方法が提案されている。
に示されるように、金属配線における信号遅延を低減す
るために、金属配線同士の間に堆積された絶縁膜に空孔
（ε＝１．０）を設けたり又は金属配線同士の間に有機
膜からなる絶縁膜を堆積したりすることにより、絶縁膜
の比誘電率を低減する方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
半導体装置によると、比誘電率を或る程度まで低減する
ことはできるが、半導体素子及び金属配線の一層の微細
化及び高集積化に伴って、金属配線同士の間隔がより小
さくなってくるため、金属配線間における静電容量が増
大し、これによって、金属配線における信号遅延が避け
られないという問題が発生してくる。
半導体装置によると、比誘電率を或る程度まで低減する
ことはできるが、半導体素子及び金属配線の一層の微細
化及び高集積化に伴って、金属配線同士の間隔がより小
さくなってくるため、金属配線間における静電容量が増
大し、これによって、金属配線における信号遅延が避け
られないという問題が発生してくる。
【０００５】そこで、本件発明者らは、ＣＦ4 ガス、Ｃ
2Ｆ6ガス、Ｃ3Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ8ガス等のパーフルオロカ
ーボンガスを用いて金属配線同士の間にフッ素含有有機
膜からなる絶縁膜を堆積すると共に、該絶縁膜に空孔を
形成することにより、絶縁膜における金属配線間の比誘
電率を低減する方法を考慮した。
2Ｆ6ガス、Ｃ3Ｆ8ガス、Ｃ4Ｆ8ガス等のパーフルオロカ
ーボンガスを用いて金属配線同士の間にフッ素含有有機
膜からなる絶縁膜を堆積すると共に、該絶縁膜に空孔を
形成することにより、絶縁膜における金属配線間の比誘
電率を低減する方法を考慮した。
【０００６】ところが、前記のパーフルオロカーボンガ
スは地球温暖化係数（ＧＷＰ100 ）が大きいので、工業
的に多量に使用すると、温室効果によって地球の温暖化
を招くという問題があることに気がついた。
スは地球温暖化係数（ＧＷＰ100 ）が大きいので、工業
的に多量に使用すると、温室効果によって地球の温暖化
を招くという問題があることに気がついた。
【０００７】また、前記のパーフルオロカーボンガスを
用いて堆積したフッ素含有有機膜は、膜中に遊離フッ素
が多数存在するために、下地膜との密着性が良くないと
いう問題がある。
用いて堆積したフッ素含有有機膜は、膜中に遊離フッ素
が多数存在するために、下地膜との密着性が良くないと
いう問題がある。
【０００８】さらに、前記のパーフルオロカーボンガス
を用いて堆積したフッ素含有有機膜は、膜中に遊離フッ
素が多数存在するため緻密性に欠けるので、機械的強
度、耐熱性及び耐薬品性に劣るという問題もある。
を用いて堆積したフッ素含有有機膜は、膜中に遊離フッ
素が多数存在するため緻密性に欠けるので、機械的強
度、耐熱性及び耐薬品性に劣るという問題もある。
【０００９】前記に鑑み、本発明は、金属配線同士の間
に、下地膜との密着性及び膜の緻密性に優れていると共
に金属配線間に空孔を有するフッ素含有有機膜を、地球
の温暖化を招くことなく堆積できるようにすることを目
的とする。
に、下地膜との密着性及び膜の緻密性に優れていると共
に金属配線間に空孔を有するフッ素含有有機膜を、地球
の温暖化を招くことなく堆積できるようにすることを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板
上に複数の金属配線を形成する工程と、プラズマ処理装
置の反応室内に設けられた試料台に半導体基板を保持す
ると共に、反応室内に、Ｃ5Ｆ8、Ｃ3Ｆ6又はＣ 4Ｆ6を主
成分とする原料ガスを導入することにより、複数の金属
配線同士の間及びその上面に、複数の金属配線同士の間
に空孔を有する第１のフッ素含有有機膜を堆積する工程
とを備えている。
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板
上に複数の金属配線を形成する工程と、プラズマ処理装
置の反応室内に設けられた試料台に半導体基板を保持す
ると共に、反応室内に、Ｃ5Ｆ8、Ｃ3Ｆ6又はＣ 4Ｆ6を主
成分とする原料ガスを導入することにより、複数の金属
配線同士の間及びその上面に、複数の金属配線同士の間
に空孔を有する第１のフッ素含有有機膜を堆積する工程
とを備えている。
【００１１】本発明に係る半導体装置の製造方法による
と、大気寿命が短いと共にＧＷＰ10 0 が小さい、Ｃ
5Ｆ8、Ｃ3Ｆ6又はＣ4Ｆ6を主成分とする原料ガスを用い
て第１のフッ素含有有機膜を堆積するため、工業的に大
量生産しても、地球の温暖化を招き難い。
と、大気寿命が短いと共にＧＷＰ10 0 が小さい、Ｃ
5Ｆ8、Ｃ3Ｆ6又はＣ4Ｆ6を主成分とする原料ガスを用い
て第１のフッ素含有有機膜を堆積するため、工業的に大
量生産しても、地球の温暖化を招き難い。
【００１２】また、原料ガスの主成分であるＣ5Ｆ8ガ
ス、Ｃ3Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ6ガスはいずれも炭素の二重結
合を有しているため、成膜時に炭素の二重結合が切れて
各炭素原子が遊離フッ素と結合し、第１のフッ素含有有
機膜における遊離フッ素の数が減少するので、第１のフ
ッ素含有有機膜は、膜質が緻密になると共に下地との密
着性が向上する。
ス、Ｃ3Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ6ガスはいずれも炭素の二重結
合を有しているため、成膜時に炭素の二重結合が切れて
各炭素原子が遊離フッ素と結合し、第１のフッ素含有有
機膜における遊離フッ素の数が減少するので、第１のフ
ッ素含有有機膜は、膜質が緻密になると共に下地との密
着性が向上する。
【００１３】さらに、第１のフッ素含有有機膜は、金属
配線同士の間に空孔を有しているため、金属配線間の比
誘電率が低くなるので、金属配線における信号遅延を低
減することができる。
配線同士の間に空孔を有しているため、金属配線間の比
誘電率が低くなるので、金属配線における信号遅延を低
減することができる。
【００１４】本発明の半導体装置の製造方法は、反応室
内にＣ5Ｆ8、Ｃ3Ｆ6又はＣ4Ｆ6を主成分とする原料ガス
を導入することにより、第１のフッ素含有有機膜の上
に、空孔を有しない第２のフッ素含有有機膜を堆積する
工程をさらに備えていることが好ましい。
内にＣ5Ｆ8、Ｃ3Ｆ6又はＣ4Ｆ6を主成分とする原料ガス
を導入することにより、第１のフッ素含有有機膜の上
に、空孔を有しない第２のフッ素含有有機膜を堆積する
工程をさらに備えていることが好ましい。
【００１５】このようにすると、第１のフッ素含有有機
膜は空孔を有しているため機械的強度に劣る懸念がある
が、第１のフッ素含有有機膜の上には空孔を有しない第
２のフッ素含有有機膜を堆積するため、第２のフッ素含
有有機膜が第１のフッ素含有有機膜の機械的強度の劣化
を補うことができる。従って、第１のフッ素含有有機膜
と第２のフッ素含有有機膜とからなる層間絶縁膜におい
ては、比誘電率の低減と機械的強度の確保との両立を図
ることができる。
膜は空孔を有しているため機械的強度に劣る懸念がある
が、第１のフッ素含有有機膜の上には空孔を有しない第
２のフッ素含有有機膜を堆積するため、第２のフッ素含
有有機膜が第１のフッ素含有有機膜の機械的強度の劣化
を補うことができる。従って、第１のフッ素含有有機膜
と第２のフッ素含有有機膜とからなる層間絶縁膜におい
ては、比誘電率の低減と機械的強度の確保との両立を図
ることができる。
【００１６】第１のフッ素含有有機膜の上に、空孔を有
しない第２のフッ素含有有機膜を堆積する工程を備えて
いる場合には、第１のフッ素含有有機膜を堆積する工程
は、試料台にバイアス電圧を印加しないか又は相対的に
低いバイアス電圧を印加する工程を含み、第２のフッ素
含有有機膜を堆積する工程は、試料台に相対的に高いバ
イアス電圧を印加する工程を含むことが好ましい。
しない第２のフッ素含有有機膜を堆積する工程を備えて
いる場合には、第１のフッ素含有有機膜を堆積する工程
は、試料台にバイアス電圧を印加しないか又は相対的に
低いバイアス電圧を印加する工程を含み、第２のフッ素
含有有機膜を堆積する工程は、試料台に相対的に高いバ
イアス電圧を印加する工程を含むことが好ましい。
【００１７】このようにすると、同一の原料ガスを用い
て、第１のフッ素含有有機膜には空孔を形成される一
方、第２のフッ素含有有機膜には空孔が形成されないよ
うにすることが可能になる。
て、第１のフッ素含有有機膜には空孔を形成される一
方、第２のフッ素含有有機膜には空孔が形成されないよ
うにすることが可能になる。
【００１８】また、第２のフッ素含有有機膜を堆積する
工程を備えている場合には、第２のフッ素含有有機膜を
堆積する工程における原料ガスには、フッ素原子をスカ
ベンジするスカベンジ用ガスが混合されていることが好
ましい。
工程を備えている場合には、第２のフッ素含有有機膜を
堆積する工程における原料ガスには、フッ素原子をスカ
ベンジするスカベンジ用ガスが混合されていることが好
ましい。
【００１９】このようにすると、プラズマ中のフッ素イ
オンの数が減少するため、第２のフッ素含有有機膜にお
いては、フッ素原子の割合が減少する一方、炭素原子の
割合が増加するので、比誘電率は高くなるが機械的強度
に優れた第２のフッ素含有有機膜を得ることができる。
オンの数が減少するため、第２のフッ素含有有機膜にお
いては、フッ素原子の割合が減少する一方、炭素原子の
割合が増加するので、比誘電率は高くなるが機械的強度
に優れた第２のフッ素含有有機膜を得ることができる。
【００２０】この場合、スカベンジ用ガスはＣＯガスで
あることが好ましい。このようにすると、Ｃ5Ｆ8、Ｃ3
Ｆ6又はＣ4Ｆ6がプラズマ化する際に発生するフッ素を
確実にスカベンジすることができる。
あることが好ましい。このようにすると、Ｃ5Ｆ8、Ｃ3
Ｆ6又はＣ4Ｆ6がプラズマ化する際に発生するフッ素を
確実にスカベンジすることができる。
【００２１】また、第２のフッ素含有有機膜を堆積する
工程を備えている場合には、反応室内において、第２の
フッ素含有有機膜を希ガスからなるプラズマに曝すこと
により、第２のフッ素含有有機膜を緻密化する工程をさ
らに備えていることが好ましい。このようにすると、第
２のフッ素含有有機膜は、膜質が緻密になるので、機械
的強度、耐熱性及び耐薬品性が向上する。
工程を備えている場合には、反応室内において、第２の
フッ素含有有機膜を希ガスからなるプラズマに曝すこと
により、第２のフッ素含有有機膜を緻密化する工程をさ
らに備えていることが好ましい。このようにすると、第
２のフッ素含有有機膜は、膜質が緻密になるので、機械
的強度、耐熱性及び耐薬品性が向上する。
【００２２】この場合、希ガスはアルゴンガスであるこ
とが好ましい。その理由は以下のとおりである。
とが好ましい。その理由は以下のとおりである。
【００２３】アルゴンガスを成膜用の原料ガスに添加す
ると、堆積レートが向上するので、成膜用の原料ガスに
はアルゴンガスを添加することが多い。従って、アルゴ
ンガスからなるプラズマを用いて緻密化を行なうと、成
膜工程と緻密化工程とで同じ希ガス（アルゴンガス）を
使えるので、成膜工程と緻密化工程とを同一の反応室で
且つ連続的に行なうことが容易になる。
ると、堆積レートが向上するので、成膜用の原料ガスに
はアルゴンガスを添加することが多い。従って、アルゴ
ンガスからなるプラズマを用いて緻密化を行なうと、成
膜工程と緻密化工程とで同じ希ガス（アルゴンガス）を
使えるので、成膜工程と緻密化工程とを同一の反応室で
且つ連続的に行なうことが容易になる。
【００２４】また、第２のフッ素含有有機膜を緻密化す
る場合には、半導体基板を反応室内のプラズマ発生領域
の方に移動した状態で、第２のフッ素含有有機膜を希ガ
スからなるプラズマに曝すことが好ましい。このように
すると、フッ素含有有機膜の緻密化が促進される。
る場合には、半導体基板を反応室内のプラズマ発生領域
の方に移動した状態で、第２のフッ素含有有機膜を希ガ
スからなるプラズマに曝すことが好ましい。このように
すると、フッ素含有有機膜の緻密化が促進される。
【００２５】本発明に係る半導体装置の製造方法におい
て、第１のフッ素含有有機膜を堆積する工程は、原料ガ
スの主成分となるガスの種類に応じて該ガスの滞在時間
を制御することにより、空孔が形成されるようにする工
程を含むことが好ましい。
て、第１のフッ素含有有機膜を堆積する工程は、原料ガ
スの主成分となるガスの種類に応じて該ガスの滞在時間
を制御することにより、空孔が形成されるようにする工
程を含むことが好ましい。
【００２６】このようにすると、金属配線同士の間に空
孔を有する第１のフッ素含有有機膜を確実に堆積するこ
とができる。
孔を有する第１のフッ素含有有機膜を確実に堆積するこ
とができる。
【００２７】本発明に係る半導体装置は、半導体基板上
に形成された複数の金属配線と、複数の金属配線同士の
間及びその上面に堆積されており、空孔を有する第１の
フッ素含有有機膜と、第１のフッ素含有有機膜の上に堆
積されており、空孔を有しない第２のフッ素含有有機膜
とを備えている。
に形成された複数の金属配線と、複数の金属配線同士の
間及びその上面に堆積されており、空孔を有する第１の
フッ素含有有機膜と、第１のフッ素含有有機膜の上に堆
積されており、空孔を有しない第２のフッ素含有有機膜
とを備えている。
【００２８】本発明に係る半導体装置によると、第１の
フッ素含有有機膜の上に堆積されており空孔を有しない
第２のフッ素含有有機膜が第１のフッ素含有有機膜の機
械的強度の劣化を補うため、第１のフッ素含有有機膜と
第２のフッ素含有有機膜とからなる層間絶縁膜において
は、比誘電率の低減と機械的強度の確保との両立を図る
ことができる。
フッ素含有有機膜の上に堆積されており空孔を有しない
第２のフッ素含有有機膜が第１のフッ素含有有機膜の機
械的強度の劣化を補うため、第１のフッ素含有有機膜と
第２のフッ素含有有機膜とからなる層間絶縁膜において
は、比誘電率の低減と機械的強度の確保との両立を図る
ことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
半導体製造装置の製造方法について説明するが、その前
提として、該製造方法に用いるプラズマ処理装置につい
て図１を参照しながら説明する。
半導体製造装置の製造方法について説明するが、その前
提として、該製造方法に用いるプラズマ処理装置につい
て図１を参照しながら説明する。
【００３０】図１は誘導結合型のプラズマ処理装置の概
略断面構造を示しており、反応室１０の底部には試料台
となる下部電極１１が配置され、該下部電極１１は半導
体基板１２を保持している。
略断面構造を示しており、反応室１０の底部には試料台
となる下部電極１１が配置され、該下部電極１１は半導
体基板１２を保持している。
【００３１】反応室１０には、Ｃ5Ｆ8ガスを供給する第
１のガスボンベ１３Ａ、Ａｒガスを供給する第２のガス
ボンベ１３Ｂ、及びＣＯガスを供給する第３のガスボン
ベ１３Ｃが接続されており、反応室１０には第１、第２
及び第３のガスボンベ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃから、流
量が制御されたＣ5Ｆ8ガス、Ａｒガス及びＣＯガスがそ
れぞれ導入される。また、反応室１０には、流路開閉弁
１４、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１５及びドライポン
プ（ＤＰ）１６からなるガス排気手段が設けられてい
る。
１のガスボンベ１３Ａ、Ａｒガスを供給する第２のガス
ボンベ１３Ｂ、及びＣＯガスを供給する第３のガスボン
ベ１３Ｃが接続されており、反応室１０には第１、第２
及び第３のガスボンベ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃから、流
量が制御されたＣ5Ｆ8ガス、Ａｒガス及びＣＯガスがそ
れぞれ導入される。また、反応室１０には、流路開閉弁
１４、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１５及びドライポン
プ（ＤＰ）１６からなるガス排気手段が設けられてい
る。
【００３２】反応室１０の側壁の外部には柱状コイル１
７が設けられており、柱状コイル１７の一端は第１のマ
ッチング回路１８を介して第１の高周波電源１９に接続
されていると共に、柱状コイル１７の他端は反応室１０
の側壁に接続されることにより接地されている。第１の
高周波電源１９から柱状コイル１７に高周波電力を印加
すると、反応室１０に高周波誘導電磁場が発生し、これ
によって、反応室１０内に供給されるＣ5Ｆ8ガス、Ａｒ
ガス及びＯ2 ガスはプラズマ化される。また、下部電極
１１には、コンデンサ２１、第２のマッチング回路２２
及び第２の高周波電源２３が接続されており、第２の高
周波電源２３から下部電極１１に高周波電力を印加する
と、反応室１０内に発生した粒子は下部電極１１ひいて
は半導体基板１２に向かって照射される。
７が設けられており、柱状コイル１７の一端は第１のマ
ッチング回路１８を介して第１の高周波電源１９に接続
されていると共に、柱状コイル１７の他端は反応室１０
の側壁に接続されることにより接地されている。第１の
高周波電源１９から柱状コイル１７に高周波電力を印加
すると、反応室１０に高周波誘導電磁場が発生し、これ
によって、反応室１０内に供給されるＣ5Ｆ8ガス、Ａｒ
ガス及びＯ2 ガスはプラズマ化される。また、下部電極
１１には、コンデンサ２１、第２のマッチング回路２２
及び第２の高周波電源２３が接続されており、第２の高
周波電源２３から下部電極１１に高周波電力を印加する
と、反応室１０内に発生した粒子は下部電極１１ひいて
は半導体基板１２に向かって照射される。
【００３３】以下、前記の誘導結合型のプラズマ処理装
置を用いて行なう、一実施形態に係る半導体装置の製造
方法について、図１及び図２（ａ）〜（ｄ）を参照しな
がら説明する。
置を用いて行なう、一実施形態に係る半導体装置の製造
方法について、図１及び図２（ａ）〜（ｄ）を参照しな
がら説明する。
【００３４】まず、図２（ａ）に示すように、シリコン
からなる半導体基板１００の上に、例えば熱酸化膜から
なる第１のシリコン酸化膜１０１、例えばアルミニウム
又は銅からなる金属膜１０２、及び例えばＴＥＯＳから
なる第２のシリコン酸化膜を順次形成した後、該第２の
シリコン酸化膜をパターニングしてハードマスク１０５
を形成する。
からなる半導体基板１００の上に、例えば熱酸化膜から
なる第１のシリコン酸化膜１０１、例えばアルミニウム
又は銅からなる金属膜１０２、及び例えばＴＥＯＳから
なる第２のシリコン酸化膜を順次形成した後、該第２の
シリコン酸化膜をパターニングしてハードマスク１０５
を形成する。
【００３５】次に、ハードマスク１０５を用いて金属膜
１０２に対してドライエッチングを行なって、図２
（ｂ）に示すように、金属膜１０２からなる複数の金属
配線１０６を形成する。
１０２に対してドライエッチングを行なって、図２
（ｂ）に示すように、金属膜１０２からなる複数の金属
配線１０６を形成する。
【００３６】次に、第１の第１のガスボンベ１３Ａから
Ｃ5Ｆ8ガスを、第２のガスボンベ１３ＢからＡｒガスを
それぞれ供給して、Ｃ5Ｆ8ガスとＡｒガスとが混合され
てなる第１の原料ガスを反応室１０内に導入すると共
に、第１の高周波電源１９から柱状コイル１７に、例え
ば２．０ＭＨｚの周波数を持つ第１の高周波電力を４０
０〜３０００Ｗのパワーで印加して、反応室１０内にＣ
5Ｆ8／Ａｒプラズマを発生させる。この場合、Ｃ5Ｆ8ガ
スとＡｒガスとの混合割合は体積流量比で１：１から
１：１０までの範囲内が好ましい。
Ｃ5Ｆ8ガスを、第２のガスボンベ１３ＢからＡｒガスを
それぞれ供給して、Ｃ5Ｆ8ガスとＡｒガスとが混合され
てなる第１の原料ガスを反応室１０内に導入すると共
に、第１の高周波電源１９から柱状コイル１７に、例え
ば２．０ＭＨｚの周波数を持つ第１の高周波電力を４０
０〜３０００Ｗのパワーで印加して、反応室１０内にＣ
5Ｆ8／Ａｒプラズマを発生させる。この場合、Ｃ5Ｆ8ガ
スとＡｒガスとの混合割合は体積流量比で１：１から
１：１０までの範囲内が好ましい。
【００３７】このようにすると、図２（ｃ）に示すよう
に、複数の金属配線１０６同士の間及びその上面に、金
属配線１０６同士の間に空孔１０７ａを有する第１のフ
ッ素含有有機膜１０７が堆積される。
に、複数の金属配線１０６同士の間及びその上面に、金
属配線１０６同士の間に空孔１０７ａを有する第１のフ
ッ素含有有機膜１０７が堆積される。
【００３８】第１のフッ素含有有機膜１０７を堆積する
工程においては、下部電極１２には第２の高周波電力
（バイアス電圧）を印加しないことが好ましい。このよ
うにすると、プラズマ中のイオン種を半導体基板１００
の方に引き込む力が弱くなるので、第１のフッ素含有有
機膜１０７には空孔１０７ａが形成される。
工程においては、下部電極１２には第２の高周波電力
（バイアス電圧）を印加しないことが好ましい。このよ
うにすると、プラズマ中のイオン種を半導体基板１００
の方に引き込む力が弱くなるので、第１のフッ素含有有
機膜１０７には空孔１０７ａが形成される。
【００３９】尚、第１のフッ素含有有機膜１０７に形成
される空孔１０７ａが大きくなり過ぎて、第１のフッ素
ガン有機膜１０７を平坦化したときに空孔１０７ａの上
部が露出する恐れがある場合には、第１のフッ素含有有
機膜１０７を堆積する工程における初期段階では第２の
高周波電源２３から下部電極１２に第２の高周波電力を
印加すると共に、第１のフッ素含有有機膜１０７を堆積
する工程における初期段階が終わった後には下部電極１
２に第２の高周波電力を印加しないようにすることが好
ましい。
される空孔１０７ａが大きくなり過ぎて、第１のフッ素
ガン有機膜１０７を平坦化したときに空孔１０７ａの上
部が露出する恐れがある場合には、第１のフッ素含有有
機膜１０７を堆積する工程における初期段階では第２の
高周波電源２３から下部電極１２に第２の高周波電力を
印加すると共に、第１のフッ素含有有機膜１０７を堆積
する工程における初期段階が終わった後には下部電極１
２に第２の高周波電力を印加しないようにすることが好
ましい。
【００４０】また、第１のフッ素含有有機膜１０７を堆
積する工程においては、第１の原料ガスの主成分となる
ガス（ここではＣ5Ｆ8ガス）の種類に応じて該ガスの滞
在時間を制御すると、第１のフッ素含有有機膜１０７に
空孔１０７ａを確実に形成することができる。以下、そ
の理由について説明する。
積する工程においては、第１の原料ガスの主成分となる
ガス（ここではＣ5Ｆ8ガス）の種類に応じて該ガスの滞
在時間を制御すると、第１のフッ素含有有機膜１０７に
空孔１０７ａを確実に形成することができる。以下、そ
の理由について説明する。
【００４１】分子量が大きい分子（高次の分子）又は分
子量が大きいラジカル（高次のラジカル）は、トレンチ
又はホールの側壁であるパターン側壁への付着率が小さ
いため、トレンチ又はホールの底部に堆積し易いので、
堆積膜には空孔が形成され難い。これに対して、分子量
が小さい分子（低次の分子）又は分子量が小さいラジカ
ル（低次のラジカル）は、パターン側壁への付着率が大
きいため、トレンチ又はホールの側壁に付着し易いの
で、堆積膜には空孔が形成され易い。
子量が大きいラジカル（高次のラジカル）は、トレンチ
又はホールの側壁であるパターン側壁への付着率が小さ
いため、トレンチ又はホールの底部に堆積し易いので、
堆積膜には空孔が形成され難い。これに対して、分子量
が小さい分子（低次の分子）又は分子量が小さいラジカ
ル（低次のラジカル）は、パターン側壁への付着率が大
きいため、トレンチ又はホールの側壁に付着し易いの
で、堆積膜には空孔が形成され易い。
【００４２】従って、プラズマ中の高次の分子又は高次
のラジカルの解離を促進して、低次の分子又は低次のラ
ジカルを生成すると、堆積膜には空孔が形成され易いこ
とになる。
のラジカルの解離を促進して、低次の分子又は低次のラ
ジカルを生成すると、堆積膜には空孔が形成され易いこ
とになる。
【００４３】ところで、プラズマ中における高次の分子
又は高次のラジカルの解離は、導入するガスの種類に応
じて該ガスの滞在時間を制御することに促進される。ガ
スの滞在時間τは、τ（sec）＝Ｐ（Pa）×Ｖ（m3）／
Ｑ（Pa・m3/sec ）で表わすことができる。ここで、Ｐ
はガスの圧力であり、Ｖは反応室の容積であり、Ｑはガ
スの流量である。
又は高次のラジカルの解離は、導入するガスの種類に応
じて該ガスの滞在時間を制御することに促進される。ガ
スの滞在時間τは、τ（sec）＝Ｐ（Pa）×Ｖ（m3）／
Ｑ（Pa・m3/sec ）で表わすことができる。ここで、Ｐ
はガスの圧力であり、Ｖは反応室の容積であり、Ｑはガ
スの流量である。
【００４４】原料ガスの主成分がＣ5Ｆ8ガスである場合
には、Ｃ5Ｆ8ガスのプラズマ中における滞在時間τを長
くすると、高次の分子が解離して低次の分子が生成され
るための時間を十分に確保できるため、イオン種のパタ
ーン側壁への付着率が大きくなるので、堆積膜に空孔を
確実に形成することができる。
には、Ｃ5Ｆ8ガスのプラズマ中における滞在時間τを長
くすると、高次の分子が解離して低次の分子が生成され
るための時間を十分に確保できるため、イオン種のパタ
ーン側壁への付着率が大きくなるので、堆積膜に空孔を
確実に形成することができる。
【００４５】Ｃ5Ｆ8ガスの滞在時間τを長くするために
は、前記の式から、ガスの圧力Ｐを大きくしたり、ガス
の流量Ｑを小さくしたりすればよい。反応室の容積Ｖは
制御できないが、容積の大きい反応室を用いるとよい。
は、前記の式から、ガスの圧力Ｐを大きくしたり、ガス
の流量Ｑを小さくしたりすればよい。反応室の容積Ｖは
制御できないが、容積の大きい反応室を用いるとよい。
【００４６】原料ガスの主成分がＣ5Ｆ8ガスである場合
には、前述のように、滞在時間を長くすると低次の分子
が増加するが、原料ガスの主成分がＣ2Ｆ6ガスである場
合には、滞在時間を短くすると低次の分子が増加する。
原料ガスの主成分がＣ3Ｆ6ガスである場合には、Ｃ5Ｆ8
ガスのときの最適な滞在時間とＣ2Ｆ6ガスのときの最適
な滞在時間との中間程度の滞在時間にすると、低次の分
子が増加する。
には、前述のように、滞在時間を長くすると低次の分子
が増加するが、原料ガスの主成分がＣ2Ｆ6ガスである場
合には、滞在時間を短くすると低次の分子が増加する。
原料ガスの主成分がＣ3Ｆ6ガスである場合には、Ｃ5Ｆ8
ガスのときの最適な滞在時間とＣ2Ｆ6ガスのときの最適
な滞在時間との中間程度の滞在時間にすると、低次の分
子が増加する。
【００４７】以上のように、第１のフッ素含有有機膜１
０７に空孔１０７ａを形成するためには、下部電極１２
にバイアス電圧を印加しない方法、及び、主成分となる
ガスの滞在時間をガスの種類に応じて最適化する方法が
挙げられるが、これ以外に、ガス圧力を大きくしたり又
は柱状コイルに印加する高周波電力のパワーを大きくし
たりして、プラズマ密度（電子密度を意味する）を大き
くすると、イオン種のパターン側壁への付着率が大きく
なる。
０７に空孔１０７ａを形成するためには、下部電極１２
にバイアス電圧を印加しない方法、及び、主成分となる
ガスの滞在時間をガスの種類に応じて最適化する方法が
挙げられるが、これ以外に、ガス圧力を大きくしたり又
は柱状コイルに印加する高周波電力のパワーを大きくし
たりして、プラズマ密度（電子密度を意味する）を大き
くすると、イオン種のパターン側壁への付着率が大きく
なる。
【００４８】次に、第１の第１のガスボンベ１３Ａから
Ｃ5Ｆ8ガスを、第２のガスボンベ１３ＢからＡｒガス
を、第３のガスボンベ１３ＣからＣＯガスをそれぞれ供
給して、Ｃ5Ｆ8ガスとＡｒガスとＣＯガスとが混合され
てなる第２の原料ガスを反応室１０内に導入すると共
に、第１の高周波電源１９から柱状コイル１７に、例え
ば２．０ＭＨｚの周波数を持つ第１の高周波電力を４０
０〜３０００Ｗのパワーで印加して、反応室１０内にＣ
5Ｆ8／Ａｒ／ＣＯプラズマを発生させる。この場合、Ｃ
5Ｆ8ガスとＡｒガスとの混合割合は体積流量比で１：１
から１：１０までの範囲内が好ましい。ＣＯガスは、プ
ラズマ中のフッ素をスカベンジ（ｓｃａｖｅｎｇ：物理
吸着と共に化学反応を起こす作用）するスカベンジ用ガ
スとして機能する。尚、ＣＯガスの混合割合については
後述する。
Ｃ5Ｆ8ガスを、第２のガスボンベ１３ＢからＡｒガス
を、第３のガスボンベ１３ＣからＣＯガスをそれぞれ供
給して、Ｃ5Ｆ8ガスとＡｒガスとＣＯガスとが混合され
てなる第２の原料ガスを反応室１０内に導入すると共
に、第１の高周波電源１９から柱状コイル１７に、例え
ば２．０ＭＨｚの周波数を持つ第１の高周波電力を４０
０〜３０００Ｗのパワーで印加して、反応室１０内にＣ
5Ｆ8／Ａｒ／ＣＯプラズマを発生させる。この場合、Ｃ
5Ｆ8ガスとＡｒガスとの混合割合は体積流量比で１：１
から１：１０までの範囲内が好ましい。ＣＯガスは、プ
ラズマ中のフッ素をスカベンジ（ｓｃａｖｅｎｇ：物理
吸着と共に化学反応を起こす作用）するスカベンジ用ガ
スとして機能する。尚、ＣＯガスの混合割合については
後述する。
【００４９】また、第２の高周波電源２３から下部電極
１２に、例えば１．８ＭＨｚの周波数を持つ第２の高周
波電力を０〜７．０Ｗ／ｃｍ2 のパワーで印加して、図
２（ｄ）に示すように、第１のフッ素含有有機膜１０７
の上に全面に亘って、空孔を有しない第２のフッ素含有
有機膜１０８を堆積する。
１２に、例えば１．８ＭＨｚの周波数を持つ第２の高周
波電力を０〜７．０Ｗ／ｃｍ2 のパワーで印加して、図
２（ｄ）に示すように、第１のフッ素含有有機膜１０７
の上に全面に亘って、空孔を有しない第２のフッ素含有
有機膜１０８を堆積する。
【００５０】第２のフッ素含有有機膜１０８を堆積する
工程においては、第２の高周波電源２３から下部電極１
２に第２の高周波電力を印加すると、プラズマ中のイオ
ン種を半導体基板１００の方に引き込む力が強くなるの
で、空孔を有しない第２のフッ素含有有機膜１０８を確
実に堆積することができる。もっとも、第２のフッ素含
有有機膜１０８を堆積する際の他の条件によっては、下
部電極１２に第２の高周波電力を印加しなくても、空孔
を有しない第２のフッ素含有有機膜１０８を堆積するこ
とができる。
工程においては、第２の高周波電源２３から下部電極１
２に第２の高周波電力を印加すると、プラズマ中のイオ
ン種を半導体基板１００の方に引き込む力が強くなるの
で、空孔を有しない第２のフッ素含有有機膜１０８を確
実に堆積することができる。もっとも、第２のフッ素含
有有機膜１０８を堆積する際の他の条件によっては、下
部電極１２に第２の高周波電力を印加しなくても、空孔
を有しない第２のフッ素含有有機膜１０８を堆積するこ
とができる。
【００５１】第２の原料ガスには、プラズマ中のフッ素
をスカベンジするスカベンジ用ガスとしてのＣＯガスが
添加されているため、Ｃ5Ｆ8／Ａｒ／ＣＯプラズマ中に
おいて、ＣＯイオンとＣ5Ｆ8が分解してなるＦ（フッ
素）とが反応してＣＯＦが形成されるので、第２の原料
ガスからなるプラズマ中のフッ素の数は、第１の原料ガ
スからなるプラズマ中のフッ素の数よりも少ない。この
ため、第２の原料ガスを用いて堆積された第２のフッ素
含有有機膜１０８は、第１の原料ガスを用いて堆積され
た第１のフッ素含有有機膜１０７に比べて、比誘電率は
高いが、機械的強度は優れている。
をスカベンジするスカベンジ用ガスとしてのＣＯガスが
添加されているため、Ｃ5Ｆ8／Ａｒ／ＣＯプラズマ中に
おいて、ＣＯイオンとＣ5Ｆ8が分解してなるＦ（フッ
素）とが反応してＣＯＦが形成されるので、第２の原料
ガスからなるプラズマ中のフッ素の数は、第１の原料ガ
スからなるプラズマ中のフッ素の数よりも少ない。この
ため、第２の原料ガスを用いて堆積された第２のフッ素
含有有機膜１０８は、第１の原料ガスを用いて堆積され
た第１のフッ素含有有機膜１０７に比べて、比誘電率は
高いが、機械的強度は優れている。
【００５２】図３は、Ｃ5Ｆ8ガスとＣＯガスとの合計量
に対するＣＯガスの混合割合と、比誘電率との関係を示
している。図３から分かるように、ＣＯガスの混合割合
を大きくすると、スカベンジされるフッ素の数が増加し
て、フッ素含有有機膜中に取り込まれるフッ素原子の数
が減少するので、フッ素含有有機膜の比誘電率は大きく
なる。フッ素含有絶縁膜におけるフッ素原子の含有量と
機械的強度とはトレードオフの関係にあり、膜中のフッ
素原子の割合が低減するに伴って炭素原子の割合が増加
するので、機械的強度は増加する。
に対するＣＯガスの混合割合と、比誘電率との関係を示
している。図３から分かるように、ＣＯガスの混合割合
を大きくすると、スカベンジされるフッ素の数が増加し
て、フッ素含有有機膜中に取り込まれるフッ素原子の数
が減少するので、フッ素含有有機膜の比誘電率は大きく
なる。フッ素含有絶縁膜におけるフッ素原子の含有量と
機械的強度とはトレードオフの関係にあり、膜中のフッ
素原子の割合が低減するに伴って炭素原子の割合が増加
するので、機械的強度は増加する。
【００５３】尚、本実施形態においては、第２の原料ガ
スには、スカベンジ用ガスとしてのＣＯガスを混合した
が、ＣＯガスは混合しなくてもよいと共に、ＣＯガスに
代えて、Ｈ2 ガス等を用いてもよい。
スには、スカベンジ用ガスとしてのＣＯガスを混合した
が、ＣＯガスは混合しなくてもよいと共に、ＣＯガスに
代えて、Ｈ2 ガス等を用いてもよい。
【００５４】次に、第１のガスボンベ１３ＡからのＣ5
Ｆ8ガスの導入及び第３のガスボンベ１３ＣからのＣＯ
ガスの導入をそれぞれ停止する一方、第２のガスボンベ
１３ＢからのＡｒガスの導入を継続する。また、第１の
高周波電源１９から柱状コイル１７に例えば２．０ＭＨ
ｚの周波数を持つ第１の高周波電力を４００〜３０００
Ｗのパワーで印加し且つ第２の高周波電源２３から下部
電極１２に例えば１．８ＭＨｚの周波数を持つ第２の高
周波電力を０〜７．０Ｗ／ｃｍ2 のパワーで印加して、
第２のフッ素含有有機膜１０８をＡｒプラズマに曝す。
尚、Ａｒガスの導入量は、特に限定されないが、標準状
態における１分間の体積流量として１８０ｍＬ／ｍｉｎ
程度が好ましい。
Ｆ8ガスの導入及び第３のガスボンベ１３ＣからのＣＯ
ガスの導入をそれぞれ停止する一方、第２のガスボンベ
１３ＢからのＡｒガスの導入を継続する。また、第１の
高周波電源１９から柱状コイル１７に例えば２．０ＭＨ
ｚの周波数を持つ第１の高周波電力を４００〜３０００
Ｗのパワーで印加し且つ第２の高周波電源２３から下部
電極１２に例えば１．８ＭＨｚの周波数を持つ第２の高
周波電力を０〜７．０Ｗ／ｃｍ2 のパワーで印加して、
第２のフッ素含有有機膜１０８をＡｒプラズマに曝す。
尚、Ａｒガスの導入量は、特に限定されないが、標準状
態における１分間の体積流量として１８０ｍＬ／ｍｉｎ
程度が好ましい。
【００５５】このようにして、第２のフッ素含有有機膜
１０８をＡｒプラズマに曝すと、第２のフッ素含有有機
膜１０８はプラズマの輻射熱によって加熱され、その温
度は３００℃程度まで上昇する。第２のフッ素含有有機
膜１０８を３００℃程度の温度下で３０分間程度保持す
ると、該第２のフッ素含有有機膜１０８は緻密化される
ので、機械的強度、耐熱性及び耐薬品性等が向上する。
尚、第２のフッ素含有有機膜１０８の緻密化に用いるプ
ラズマとしては、Ａｒプラズマに代えて、Ｈｅガス等の
他の希ガスからなるプラズマを用いてもよい。
１０８をＡｒプラズマに曝すと、第２のフッ素含有有機
膜１０８はプラズマの輻射熱によって加熱され、その温
度は３００℃程度まで上昇する。第２のフッ素含有有機
膜１０８を３００℃程度の温度下で３０分間程度保持す
ると、該第２のフッ素含有有機膜１０８は緻密化される
ので、機械的強度、耐熱性及び耐薬品性等が向上する。
尚、第２のフッ素含有有機膜１０８の緻密化に用いるプ
ラズマとしては、Ａｒプラズマに代えて、Ｈｅガス等の
他の希ガスからなるプラズマを用いてもよい。
【００５６】図４（ａ）はＡｒプラズマに曝す前のフッ
素含有有機膜のポリマー構造を示し、図４（ｂ）はＡｒ
プラズマに曝した後のフッ素含有有機膜のポリマー構造
を示している。図４（ａ）と図４（ｂ）との対比から明
らかなように、フッ素含有有機膜をＡｒプラズマに曝す
と、フッ素含有有機膜の温度が上昇して、ポリマー構造
中に存在していた遊離フッ素が炭素原子と結合する。こ
のため、遊離フッ素の数が減少するので、第２のフッ素
含有有機膜１０８は緻密化する。
素含有有機膜のポリマー構造を示し、図４（ｂ）はＡｒ
プラズマに曝した後のフッ素含有有機膜のポリマー構造
を示している。図４（ａ）と図４（ｂ）との対比から明
らかなように、フッ素含有有機膜をＡｒプラズマに曝す
と、フッ素含有有機膜の温度が上昇して、ポリマー構造
中に存在していた遊離フッ素が炭素原子と結合する。こ
のため、遊離フッ素の数が減少するので、第２のフッ素
含有有機膜１０８は緻密化する。
【００５７】本実施形態においては、第１及び第２のフ
ッ素含有有機膜１０７、１０８を堆積する際の原料ガス
としては、Ｃ5Ｆ8ガスに代えて、Ｃ3Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ6
ガスを用いてもよい。
ッ素含有有機膜１０７、１０８を堆積する際の原料ガス
としては、Ｃ5Ｆ8ガスに代えて、Ｃ3Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ6
ガスを用いてもよい。
【００５８】以下、第１及び第２のフッ素含有有機膜１
０７、１０８を堆積する際の原料ガスとしては、Ｃ5Ｆ8
ガス、Ｃ3Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ6ガスが好ましい理由につい
て説明する。
０７、１０８を堆積する際の原料ガスとしては、Ｃ5Ｆ8
ガス、Ｃ3Ｆ6ガス又はＣ4Ｆ6ガスが好ましい理由につい
て説明する。
【００５９】まず、第１の理由は、他のパーフルオロカ
ーボンガスに比べて、地球の温暖化を招き難いからであ
る。［表１］は、ガスの種類と、大気寿命及びＧＷＰ
100 （二酸化炭素の１００年間の温暖化能力を１とした
ときの各ガスの温暖化能力を定量化した値）との関係を
示している。
ーボンガスに比べて、地球の温暖化を招き難いからであ
る。［表１］は、ガスの種類と、大気寿命及びＧＷＰ
100 （二酸化炭素の１００年間の温暖化能力を１とした
ときの各ガスの温暖化能力を定量化した値）との関係を
示している。
【００６０】
【表１】
【００６１】［表１］から分かるように、Ｃ5Ｆ8ガス、
Ｃ3Ｆ6ガス及びＣ4Ｆ6ガスは、大気寿命が短いと共にＧ
ＷＰ100 が小さいため、他のパーフルオロカーボンガス
に比べて地球の温暖化を招き難い。
Ｃ3Ｆ6ガス及びＣ4Ｆ6ガスは、大気寿命が短いと共にＧ
ＷＰ100 が小さいため、他のパーフルオロカーボンガス
に比べて地球の温暖化を招き難い。
【００６２】第２の理由は、Ｃ5Ｆ8、Ｃ3Ｆ6及びＣ4Ｆ6
はいずれも炭素の二重結合を有しているため、成膜時に
炭素の二重結合が切れて各炭素原子が遊離フッ素と結合
する。このため、第１及び第２のフッ素含有有機膜１０
７、１０８における遊離フッ素の数が減少するので、堆
積された第１及び第２のフッ素含有有機膜１０７、１０
８は、膜質が緻密になると共に下地との密着性が向上す
る。
はいずれも炭素の二重結合を有しているため、成膜時に
炭素の二重結合が切れて各炭素原子が遊離フッ素と結合
する。このため、第１及び第２のフッ素含有有機膜１０
７、１０８における遊離フッ素の数が減少するので、堆
積された第１及び第２のフッ素含有有機膜１０７、１０
８は、膜質が緻密になると共に下地との密着性が向上す
る。
【００６３】また、第１及び第２のフッ素含有有機膜１
０７を堆積するための原料ガスとしては、Ｃ5Ｆ8ガス
は、他のパーフルオロカーボンガス例えばＣ2Ｆ6ガス又
はＣ4Ｆ8ガスよりも好ましい。その理由は、Ｃ5Ｆ8ガス
を用いて堆積されたフッ素含有有機膜の比誘電率は、他
のパーフルオロカーボンガスを用いて堆積されたフッ素
含有有機膜の比誘電率に比べて小さいからである。以
下、この点について詳細に説明する。
０７を堆積するための原料ガスとしては、Ｃ5Ｆ8ガス
は、他のパーフルオロカーボンガス例えばＣ2Ｆ6ガス又
はＣ4Ｆ8ガスよりも好ましい。その理由は、Ｃ5Ｆ8ガス
を用いて堆積されたフッ素含有有機膜の比誘電率は、他
のパーフルオロカーボンガスを用いて堆積されたフッ素
含有有機膜の比誘電率に比べて小さいからである。以
下、この点について詳細に説明する。
【００６４】図５は、Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ2Ｆ6ガス及びＣ4
Ｆ8ガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜のＸＰＳ測
定結果を示している。図５から分かるように、Ｃ5Ｆ8ガ
スを用いて堆積したフッ素含有有機膜は、Ｃ2Ｆ6ガス又
はＣ4Ｆ8ガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜に比べ
て、膜中に含まれるフッ素原子の量が多いことが確認で
きる。
Ｆ8ガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜のＸＰＳ測
定結果を示している。図５から分かるように、Ｃ5Ｆ8ガ
スを用いて堆積したフッ素含有有機膜は、Ｃ2Ｆ6ガス又
はＣ4Ｆ8ガスを用いて堆積したフッ素含有有機膜に比べ
て、膜中に含まれるフッ素原子の量が多いことが確認で
きる。
【００６５】膜中に含まれるフッ素原子の量が多い理由
は、ガス分子量の大きいＣ5Ｆ8ガスを用いてプラズマを
生成するため、有機膜を構成するＣxＦy分子におけるフ
ッ素原子の数が多くなるからである。
は、ガス分子量の大きいＣ5Ｆ8ガスを用いてプラズマを
生成するため、有機膜を構成するＣxＦy分子におけるフ
ッ素原子の数が多くなるからである。
【００６６】例えば、Ｃ2Ｆ6ガスとＣ5Ｆ8ガスとを比較
すると、Ｃ2Ｆ6及びＣ5Ｆ8は、 Ｃ2Ｆ6→Ｃ2Ｆ5↓＋Ｆ↑ Ｃ5Ｆ8→Ｃ5Ｆ7↓＋Ｆ↑ のように解離する。有機膜となるのはＣ2Ｆ5又はＣ5Ｆ7
であるから、Ｃ5Ｆ7が堆積してできた膜は、Ｃ2Ｆ5が堆
積してできた膜に比べて、膜中のフッ素は当然多くな
る。
すると、Ｃ2Ｆ6及びＣ5Ｆ8は、 Ｃ2Ｆ6→Ｃ2Ｆ5↓＋Ｆ↑ Ｃ5Ｆ8→Ｃ5Ｆ7↓＋Ｆ↑ のように解離する。有機膜となるのはＣ2Ｆ5又はＣ5Ｆ7
であるから、Ｃ5Ｆ7が堆積してできた膜は、Ｃ2Ｆ5が堆
積してできた膜に比べて、膜中のフッ素は当然多くな
る。
【００６７】従って、Ｃ5Ｆ8ガスを用いて堆積した第１
のフッ素含有有機膜１０７からなる線間絶縁膜における
配線間容量は、他のパーフルオロカーボンガスを用いて
堆積したフッ素含有有機膜からなる線間絶縁膜の配線間
容量よりも小さくなるので、金属配線１０６における配
線遅延は低減する。
のフッ素含有有機膜１０７からなる線間絶縁膜における
配線間容量は、他のパーフルオロカーボンガスを用いて
堆積したフッ素含有有機膜からなる線間絶縁膜の配線間
容量よりも小さくなるので、金属配線１０６における配
線遅延は低減する。
【００６８】ところで、前記の実施形態においては、下
部電極１１の温度については、特に説明しなかったが、
膜を堆積する際には、下部電極１１を低温にして半導体
基板１００の温度を低くすると、堆積レートが速くなる
ため、第１又は第２のフッ素含有有機膜１０７、１０７
を効率良く得られる。従って、第１又は第２のフッ素含
有有機膜１０７、１０８を堆積する工程においては、下
部電極１１を冷却して半導体基板１００の温度を低くし
ておくことが好ましい。
部電極１１の温度については、特に説明しなかったが、
膜を堆積する際には、下部電極１１を低温にして半導体
基板１００の温度を低くすると、堆積レートが速くなる
ため、第１又は第２のフッ素含有有機膜１０７、１０７
を効率良く得られる。従って、第１又は第２のフッ素含
有有機膜１０７、１０８を堆積する工程においては、下
部電極１１を冷却して半導体基板１００の温度を低くし
ておくことが好ましい。
【００６９】ところが、半導体基板１００の温度を低く
しておくと、第２のフッ素含有有機膜１０８をＡｒプラ
ズマに曝して緻密化する際の効率が悪くなる。
しておくと、第２のフッ素含有有機膜１０８をＡｒプラ
ズマに曝して緻密化する際の効率が悪くなる。
【００７０】そこで、緻密化工程においては、下部電極
１１に通常設けられている突き上げピン（図示は省略し
ている。）を押し上げて、下部電極１１に保持されてい
る半導体基板１００を下部電極１１から数ｃｍ程度持ち
上げることにより、半導体基板１００を、冷却されてい
る下部電極１１から離すと共にプラズマ発生領域に接近
させることが好ましい。このようにすると、低温で堆積
することにより効率良く第２のフッ素含有有機膜１０８
が得られると共に、第２のフッ素含有有機膜１０８をプ
ラズマ発生領域に接近させることにより緻密にすること
ができる。
１１に通常設けられている突き上げピン（図示は省略し
ている。）を押し上げて、下部電極１１に保持されてい
る半導体基板１００を下部電極１１から数ｃｍ程度持ち
上げることにより、半導体基板１００を、冷却されてい
る下部電極１１から離すと共にプラズマ発生領域に接近
させることが好ましい。このようにすると、低温で堆積
することにより効率良く第２のフッ素含有有機膜１０８
が得られると共に、第２のフッ素含有有機膜１０８をプ
ラズマ発生領域に接近させることにより緻密にすること
ができる。
【００７１】
【発明の効果】本発明に係る半導体装置の製造方法によ
ると、大気寿命が短いと共にＧＷＰが小さいＣ5Ｆ8、Ｃ
3Ｆ6又はＣ4Ｆ6を主成分とする原料ガスを用いて第１の
フッ素含有有機膜を堆積するので、工業的に大量生産し
ても地球の温暖化を招き難いと共に、第１のフッ素含有
有機膜における遊離フッ素の数が減少するので、第１の
フッ素含有有機膜は、膜質が緻密になると共に下地との
密着性が向上する。
ると、大気寿命が短いと共にＧＷＰが小さいＣ5Ｆ8、Ｃ
3Ｆ6又はＣ4Ｆ6を主成分とする原料ガスを用いて第１の
フッ素含有有機膜を堆積するので、工業的に大量生産し
ても地球の温暖化を招き難いと共に、第１のフッ素含有
有機膜における遊離フッ素の数が減少するので、第１の
フッ素含有有機膜は、膜質が緻密になると共に下地との
密着性が向上する。
【００７２】本発明に係る半導体装置によると、第１の
フッ素含有有機膜の上に堆積されており空孔を有しない
第２のフッ素含有有機膜が第１のフッ素含有有機膜の機
械的強度の劣化を補うので、第１のフッ素含有有機膜と
第２のフッ素含有有機膜とからなる層間絶縁膜において
は、比誘電率の低減と機械的強度の確保との両立を図る
ことができる。
フッ素含有有機膜の上に堆積されており空孔を有しない
第２のフッ素含有有機膜が第１のフッ素含有有機膜の機
械的強度の劣化を補うので、第１のフッ素含有有機膜と
第２のフッ素含有有機膜とからなる層間絶縁膜において
は、比誘電率の低減と機械的強度の確保との両立を図る
ことができる。
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る半導体装置の
製造方法に用いられる誘導結合型のプラズマ処理装置の
全体構成を示す断面図である。
製造方法に用いられる誘導結合型のプラズマ処理装置の
全体構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る
半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図３】フッ素含有有機膜を堆積するための原料ガスに
おける、Ｃ5Ｆ8ガスとＣＯガスとの合計量に対するＣＯ
ガスの混合割合と、比誘電率との関係を示す図である。
おける、Ｃ5Ｆ8ガスとＣＯガスとの合計量に対するＣＯ
ガスの混合割合と、比誘電率との関係を示す図である。
【図４】（ａ）はプラズマに曝す前のフッ素含有有機膜
のポリマー構造を示す図であり、（ｂ）はプラズマに曝
した後のフッ素含有有機膜のポリマー構造を示す図であ
る。
のポリマー構造を示す図であり、（ｂ）はプラズマに曝
した後のフッ素含有有機膜のポリマー構造を示す図であ
る。
【図５】Ｃ5Ｆ8ガス、Ｃ2Ｆ6ガス及びＣ4Ｆ8ガスを用い
て堆積したフッ素含有有機膜のＸＰＳ測定結果を示す図
である。
て堆積したフッ素含有有機膜のＸＰＳ測定結果を示す図
である。
１０ 反応室 １１ 下部電極 １２ 半導体基板 １３Ａ 第１のガスボンベ １３Ｂ 第２のガスボンベ １３Ｃ 第３のガスボンベ １４ 流路開閉弁 １５ ターボ分子ポンプ １６ ドライポンプ １７ 柱状コイル １８ 第１のマッチングコイル １９ 第１の高周波電源 ２１ コンデンサ ２２ 第２のマッチング回路 ２３ 第２の高周波電源 １００ 半導体基板 １０１ 第１のシリコン酸化膜 １０２ 金属膜 １０３ 第２のシリコン酸化膜 １０４ レジストパターン １０５ ハードマスク １０６ 金属配線 １０７ 第１のフッ素含有有機膜 １０８ 第２のフッ素含有有機膜
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F033 HH11 QQ00 QQ08 QQ11 QQ28 QQ74 RR04 RR21 RR24 RR26 RR29 SS01 SS04 SS15 SS19 TT03 XX12 XX25 5F045 AA08 AB39 AC16 AC17 BB16 BB17 CB05 DC55 DC63 DP04 EB02 EH14 HA23 5F058 AA08 AA10 AC05 AD01 AD06 AF02 AG07 AH01 AH02
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体基板上に複数の金属配線を形成す
る工程と、 プラズマ処理装置の反応室内に設けられた試料台に前記
半導体基板を保持すると共に、前記反応室内にＣ5Ｆ8、
Ｃ3Ｆ6又はＣ4Ｆ6を主成分とする原料ガスを導入するこ
とにより、前記複数の金属配線同士の間及びその上面
に、前記複数の金属配線同士の間に空孔を有する第１の
フッ素含有有機膜を堆積する工程とを備えていることを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記反応室内にＣ5Ｆ8、Ｃ3Ｆ6又はＣ4
Ｆ6を主成分とする原料ガスを導入することにより、前
記第１のフッ素含有有機膜の上に、空孔を有しない第２
のフッ素含有有機膜を堆積する工程をさらに備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項３】 前記第１のフッ素含有有機膜を堆積する
工程は、前記試料台にバイアス電圧を印加しないか又は
相対的に低いバイアス電圧を印加する工程を含み、 前記第２のフッ素含有有機膜を堆積する工程は、前記試
料台に相対的に高いバイアス電圧を印加する工程を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項４】 前記第２のフッ素含有有機膜を堆積する
工程における前記原料ガスには、フッ素原子をスカベン
ジするスカベンジ用ガスが混合されていることを特徴と
する請求項２に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記スカベンジ用ガスはＣＯガスである
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項６】 前記反応室内において、前記第２のフッ
素含有有機膜を希ガスからなるプラズマに曝すことによ
り、前記第２のフッ素含有有機膜を緻密化する工程をさ
らに備えていることを特徴とする請求項２に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記希ガスはアルゴンガスであることを
特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】 前記第２のフッ素含有有機膜を緻密化す
る工程は、前記半導体基板を前記反応室内のプラズマ発
生領域の方に移動した状態で、前記第２のフッ素含有有
機膜を前記希ガスからなるプラズマに曝す工程を含むこ
とを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項９】 前記第１のフッ素含有有機膜を堆積する
工程は、前記原料ガスの主成分となるガスの種類に応じ
て該ガスの滞在時間を制御することにより、前記複数の
金属配線同士の間に空孔が形成されるようにする工程を
含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項１０】 半導体基板上に形成された複数の金属
配線と、 前記複数の金属配線同士の間及びその上面に堆積されて
おり、前記複数の金属配線同士の間に空孔を有する第１
のフッ素含有有機膜と、 前記第１のフッ素含有有機膜の上に堆積されており、空
孔を有しない第２のフッ素含有有機膜とを備えているこ
とを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31909299A JP2001135631A (ja) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US09/708,082 US6518169B1 (en) | 1999-11-10 | 2000-11-08 | Semiconductor device and method for fabricating the same |
| US10/255,597 US6856020B2 (en) | 1999-11-10 | 2002-09-27 | Semiconductor device and method for fabricating the same |
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|---|---|---|---|
| JP31909299A JP2001135631A (ja) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001135631A true JP2001135631A (ja) | 2001-05-18 |
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|---|---|---|---|
| JP31909299A Pending JP2001135631A (ja) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | 半導体装置及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6518169B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001135631A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6602434B1 (en) * | 1998-03-27 | 2003-08-05 | Applied Materials, Inc. | Process for etching oxide using hexafluorobutadiene or related fluorocarbons and manifesting a wide process window |
| WO2005017990A1 (ja) * | 2003-08-15 | 2005-02-24 | Tokyo Electron Limited | 成膜方法、半導体装置の製造方法、半導体装置、基板処理システム |
| JP2006165129A (ja) * | 2004-12-03 | 2006-06-22 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2008021768A (ja) * | 2006-07-12 | 2008-01-31 | Renesas Technology Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
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