JP2002016064A - 低誘電率六方晶窒化ホウ素膜、層間絶縁膜及びその製造方法 - Google Patents
低誘電率六方晶窒化ホウ素膜、層間絶縁膜及びその製造方法Info
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- JP2002016064A JP2002016064A JP2000193734A JP2000193734A JP2002016064A JP 2002016064 A JP2002016064 A JP 2002016064A JP 2000193734 A JP2000193734 A JP 2000193734A JP 2000193734 A JP2000193734 A JP 2000193734A JP 2002016064 A JP2002016064 A JP 2002016064A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 比誘電率３．０以下を有する六方晶窒化ホウ
素膜を提供し、熱による金属配線の劣化が起こらない低
い温度での層間絶縁膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 比誘電率３．０以下を有する六方晶窒化
ホウ素膜を提供する。また、窒素原子と水素原子との結
合及びホウ素原子と水素原子との結合の合計含有量を４
モル％以下とする六方晶窒化ホウ素膜、ｃ軸方向の面間
隔が５〜３０％伸びているが、ａ軸方向の面間隔の伸び
が５％以内に抑えられている六方晶窒化ホウ素膜、ｃ軸
方向が、基板に対して水平方向であることを特徴とする
六方晶窒化ホウ素膜を提供する。さらに、これらの六方
晶窒化ホウ素を用いた層間絶縁膜を提供する。また、イ
オン蒸着法を用いる六方晶窒化ホウ素膜の製造方法にお
いて、水素原子との結合を含まない原料ガスを用いるこ
とを特徴とする六方晶窒化ホウ素膜の製造方法を提供す
る。
素膜を提供し、熱による金属配線の劣化が起こらない低
い温度での層間絶縁膜の製造方法を提供する。 【解決手段】 比誘電率３．０以下を有する六方晶窒化
ホウ素膜を提供する。また、窒素原子と水素原子との結
合及びホウ素原子と水素原子との結合の合計含有量を４
モル％以下とする六方晶窒化ホウ素膜、ｃ軸方向の面間
隔が５〜３０％伸びているが、ａ軸方向の面間隔の伸び
が５％以内に抑えられている六方晶窒化ホウ素膜、ｃ軸
方向が、基板に対して水平方向であることを特徴とする
六方晶窒化ホウ素膜を提供する。さらに、これらの六方
晶窒化ホウ素を用いた層間絶縁膜を提供する。また、イ
オン蒸着法を用いる六方晶窒化ホウ素膜の製造方法にお
いて、水素原子との結合を含まない原料ガスを用いるこ
とを特徴とする六方晶窒化ホウ素膜の製造方法を提供す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低誘電率層間絶縁
膜材料として利用できる窒化ホウ素膜及びその製造方法
に関する。
膜材料として利用できる窒化ホウ素膜及びその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】これまでの集積回路においては、層間絶
縁膜としてシリコン酸化膜（比誘電率ε＝４〜４．５)
が広く用いられてきた。しかし、次世代の高集積化を目
指すためには、デバイス信号遅延の支配要因が配線遅延
となり、この解消のためには層間絶縁膜の低誘電率化が
必要である。シリコン酸化膜はその比誘電率の高さによ
り、次世代の集積回路では用いることができず、より低
誘電率な層間絶縁膜材料が求められている。このような
状況で、有機系材料においては、ε＜２．５の極めて低
誘電率な材料も存在するが耐熱性に劣る問題がある。よ
って、耐熱性に優れ、シリコン酸化膜程度の比誘電率を
持つ窒化ホウ素（ＢＮ）が注目され、その低誘電率化が
試みられて来た。
縁膜としてシリコン酸化膜（比誘電率ε＝４〜４．５)
が広く用いられてきた。しかし、次世代の高集積化を目
指すためには、デバイス信号遅延の支配要因が配線遅延
となり、この解消のためには層間絶縁膜の低誘電率化が
必要である。シリコン酸化膜はその比誘電率の高さによ
り、次世代の集積回路では用いることができず、より低
誘電率な層間絶縁膜材料が求められている。このような
状況で、有機系材料においては、ε＜２．５の極めて低
誘電率な材料も存在するが耐熱性に劣る問題がある。よ
って、耐熱性に優れ、シリコン酸化膜程度の比誘電率を
持つ窒化ホウ素（ＢＮ）が注目され、その低誘電率化が
試みられて来た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＢＮ薄膜の作製には従
来一般的にプラズマＣＶＤ法が用いられていたが、ソー
スガスとして例えばジボラン（Ｂ2Ｈ6）とアンモニア
（ＮＨ3）を使うため、ＢＮ膜中にＢＨ、ＮＨ等の水素
結合が生じることで比誘電率３．０以下の低誘電率化が
できないこと、立方晶ＢＮ（以下、「ｃ−ＢＮ」と略
す。）、六方晶ＢＮ（以下、「ｈ−ＢＮ」と略す。）の
薄膜作製で基板温度４００℃と比較的高い基板温度を必
要とし、熱による金属配線の劣化が起こるため金属配線
作製プロセスに適用できないという問題があった。
来一般的にプラズマＣＶＤ法が用いられていたが、ソー
スガスとして例えばジボラン（Ｂ2Ｈ6）とアンモニア
（ＮＨ3）を使うため、ＢＮ膜中にＢＨ、ＮＨ等の水素
結合が生じることで比誘電率３．０以下の低誘電率化が
できないこと、立方晶ＢＮ（以下、「ｃ−ＢＮ」と略
す。）、六方晶ＢＮ（以下、「ｈ−ＢＮ」と略す。）の
薄膜作製で基板温度４００℃と比較的高い基板温度を必
要とし、熱による金属配線の劣化が起こるため金属配線
作製プロセスに適用できないという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】比誘電率３．０以下を有
する六方晶窒化ホウ素膜を提供する。また、窒素原子と
水素原子との結合及びホウ素原子と水素原子との結合の
合計含有量を４モル％以下とする六方晶窒化ホウ素膜、
ｃ軸方向の面間隔を３．３Åに対して５〜３０％伸ばす
が、ａ軸方向の面間隔の伸びを２．２Åに対して５％以
内に抑える六方晶窒化ホウ素膜、ｃ軸方向が、基板に対
して水平方向であることを特徴とする六方晶窒化ホウ素
膜を提供する。さらに、これらの六方晶窒化ホウ素を用
いた層間絶縁膜を提供する。また、真空中における窒素
イオン又は窒素と希ガスとの混合イオンの照射及びホウ
素供給源の蒸着を含むイオン蒸着法を用いる六方晶窒化
ホウ素膜の製造方法において、水素原子との結合を含ま
ない原料ガスを用いることを特徴とする六方晶窒化ホウ
素膜の製造方法を提供する。
する六方晶窒化ホウ素膜を提供する。また、窒素原子と
水素原子との結合及びホウ素原子と水素原子との結合の
合計含有量を４モル％以下とする六方晶窒化ホウ素膜、
ｃ軸方向の面間隔を３．３Åに対して５〜３０％伸ばす
が、ａ軸方向の面間隔の伸びを２．２Åに対して５％以
内に抑える六方晶窒化ホウ素膜、ｃ軸方向が、基板に対
して水平方向であることを特徴とする六方晶窒化ホウ素
膜を提供する。さらに、これらの六方晶窒化ホウ素を用
いた層間絶縁膜を提供する。また、真空中における窒素
イオン又は窒素と希ガスとの混合イオンの照射及びホウ
素供給源の蒸着を含むイオン蒸着法を用いる六方晶窒化
ホウ素膜の製造方法において、水素原子との結合を含ま
ない原料ガスを用いることを特徴とする六方晶窒化ホウ
素膜の製造方法を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明のｈ−ＢＮ膜は、低誘電率
層間絶縁膜材料として利用できる。層間絶縁膜は、集積
回路素子に含まれ、基板上に設けた電極、プラグ、配線
を絶縁分離する絶縁膜及び保護膜をいい、例えばデバイ
ス絶縁膜等があり、集積回路素子の一例を図１に示す。
図１では配線部は２層から構成されている。シリコン基
板等の基板101は、ソース102、ゲート酸化膜103、ドレ
イン104、電極105、絶縁膜106等を有し、その上にデバ
イス絶縁膜107（例えば、シリコン酸化膜から構成され
る。）が設けられている。デバイス絶縁膜107には、デ
バイス絶縁膜107のコンタクトプラグ108に接続する配線
部110を有する第１層層間絶縁膜109が設けられる。図１
には、層間絶縁膜109の上に、さらに第２層層間絶縁膜1
12を示す。第２層層間絶縁膜109中の配線部110は、ビア
プラグ111を介して第２層層間絶縁膜112中の配線部113
に接続する。第２層層間絶縁膜は、最終保護膜114によ
って保護される。最終保護膜114は、通常、窒化シリコ
ン等から構成される。
層間絶縁膜材料として利用できる。層間絶縁膜は、集積
回路素子に含まれ、基板上に設けた電極、プラグ、配線
を絶縁分離する絶縁膜及び保護膜をいい、例えばデバイ
ス絶縁膜等があり、集積回路素子の一例を図１に示す。
図１では配線部は２層から構成されている。シリコン基
板等の基板101は、ソース102、ゲート酸化膜103、ドレ
イン104、電極105、絶縁膜106等を有し、その上にデバ
イス絶縁膜107（例えば、シリコン酸化膜から構成され
る。）が設けられている。デバイス絶縁膜107には、デ
バイス絶縁膜107のコンタクトプラグ108に接続する配線
部110を有する第１層層間絶縁膜109が設けられる。図１
には、層間絶縁膜109の上に、さらに第２層層間絶縁膜1
12を示す。第２層層間絶縁膜109中の配線部110は、ビア
プラグ111を介して第２層層間絶縁膜112中の配線部113
に接続する。第２層層間絶縁膜は、最終保護膜114によ
って保護される。最終保護膜114は、通常、窒化シリコ
ン等から構成される。
【０００６】本発明のｈ−ＢＮ層間絶縁膜は、好ましく
は０．１〜１．０μｍの膜厚であり、より好ましくは
０．３５μｍ（３，５００Å）の膜厚である。本発明の
層間絶縁膜は、従来の層間絶縁膜の誘電率を下げたもの
であるが、従来の層間絶縁膜と同様に用いることがで
き、従来と同様な基板、デバイス絶縁膜、最終保護膜等
に用いることができる。配線金属についても、従来と同
様に、銅やアルミニウム合金を用いることができる。い
わゆる０．１８μｍデザインルールによれば、配線材料
にアルミニウム合金を用い層間絶縁材料にＳｉＯ2（比
誘電率４．５）を用いた配線遅延は１８ｐｓであるが
(例えば、半導体周辺材料の最新動向(1999)p19、東レリ
サーチセンター)、本発明のｈ−ＢＮを層間絶縁膜とし
て用いた場合には、さらに高速化が予想でき、配線材料
に銅を用い層間絶縁材料に低誘電率絶縁材料を用いた配
線遅延である１０ｐｓ程度に近づくものと考えられる。
は０．１〜１．０μｍの膜厚であり、より好ましくは
０．３５μｍ（３，５００Å）の膜厚である。本発明の
層間絶縁膜は、従来の層間絶縁膜の誘電率を下げたもの
であるが、従来の層間絶縁膜と同様に用いることがで
き、従来と同様な基板、デバイス絶縁膜、最終保護膜等
に用いることができる。配線金属についても、従来と同
様に、銅やアルミニウム合金を用いることができる。い
わゆる０．１８μｍデザインルールによれば、配線材料
にアルミニウム合金を用い層間絶縁材料にＳｉＯ2（比
誘電率４．５）を用いた配線遅延は１８ｐｓであるが
(例えば、半導体周辺材料の最新動向(1999)p19、東レリ
サーチセンター)、本発明のｈ−ＢＮを層間絶縁膜とし
て用いた場合には、さらに高速化が予想でき、配線材料
に銅を用い層間絶縁材料に低誘電率絶縁材料を用いた配
線遅延である１０ｐｓ程度に近づくものと考えられる。
【０００７】本発明のｈ−ＢＮ膜は、窒素原子と水素原
子との結合（ＮＨ）及びホウ素原子と水素原子との結合
（ＢＨ）の量が低減されていることを特徴とする。水素
結合の量は、フーリエ変換赤外吸収分光法（ＦＴＩＲ）
に求めることができ、ｈ−ＢＮ膜中に、好ましくは４モ
ル％以下、さらに好ましくは０．１モル％以下とする。
ＢＨ、ＮＨ等の水素結合量の低減により、比誘電率３．
０以下の低誘電率化ができる。
子との結合（ＮＨ）及びホウ素原子と水素原子との結合
（ＢＨ）の量が低減されていることを特徴とする。水素
結合の量は、フーリエ変換赤外吸収分光法（ＦＴＩＲ）
に求めることができ、ｈ−ＢＮ膜中に、好ましくは４モ
ル％以下、さらに好ましくは０．１モル％以下とする。
ＢＨ、ＮＨ等の水素結合量の低減により、比誘電率３．
０以下の低誘電率化ができる。
【０００８】また、本発明のｈ−ＢＮ膜は、ｃ軸方向の
伸びた面間隔を有することを特徴とする。面間隔は、X
線回折法(XRD)或いは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によ
り測定できる（例えばJCPDSカードNo34-421）。ｈ−Ｂ
Ｎの面間隔は、通常、ｃ軸方向に３．３Å、ａ軸方向に
２．２Å、ｂ軸方向に２．２Åである。これに対し、本
発明のｈ−ＢＮは、ｃ軸方向について、好ましくは５〜
３０％、より好ましくは１０〜２０％、特に好ましくは
１５％伸びたものであり、ａ軸方向については、好まし
く５％以下、より好ましくは３％以下の伸長としたもの
である。ｃ軸方向に面間隔を伸ばすと、ｈ−ＢＮ膜は、
密度が低くなるため誘電率を低減するものと考えられ
る。
伸びた面間隔を有することを特徴とする。面間隔は、X
線回折法(XRD)或いは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によ
り測定できる（例えばJCPDSカードNo34-421）。ｈ−Ｂ
Ｎの面間隔は、通常、ｃ軸方向に３．３Å、ａ軸方向に
２．２Å、ｂ軸方向に２．２Åである。これに対し、本
発明のｈ−ＢＮは、ｃ軸方向について、好ましくは５〜
３０％、より好ましくは１０〜２０％、特に好ましくは
１５％伸びたものであり、ａ軸方向については、好まし
く５％以下、より好ましくは３％以下の伸長としたもの
である。ｃ軸方向に面間隔を伸ばすと、ｈ−ＢＮ膜は、
密度が低くなるため誘電率を低減するものと考えられ
る。
【０００９】本発明のｈ−ＢＮ膜は、c軸方向が基板に
対して水平方向であることを特徴とする。図２に、従来
のｈ−ＢＮ膜（図２(ａ)）、本発明のｈ−ＢＮ膜（図２
(ｂ)）を示す。従来のｈ−ＢＮ膜は、六方晶ではあるが
配向方向がランダムであり、アモルファスに近い。一
方、本発明のｈ−ＢＮ膜は、六方晶のｃ軸方向が基板に
対して水平方向に揃っている。なお、ｃ軸方向が当該水
平方向であれば、面内回転は生じてよい。ｈ−ＢＮ膜の
結晶構造は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により測定で
きる（例えば、T.A.Friedmann他、thin solid films, 2
37(1994)48-56）。c軸方向が基板に対して水平方向であ
るｈ−ＢＮが好ましくは３０モル％以上、より好ましく
は７０モル％以上であるとよい。ｈ−ＢＮ膜において、
ｃ軸方向を基板に対して水平方向にすると、膜全体の分
極率が低下して、誘電率が低減するものと考えられる。
対して水平方向であることを特徴とする。図２に、従来
のｈ−ＢＮ膜（図２(ａ)）、本発明のｈ−ＢＮ膜（図２
(ｂ)）を示す。従来のｈ−ＢＮ膜は、六方晶ではあるが
配向方向がランダムであり、アモルファスに近い。一
方、本発明のｈ−ＢＮ膜は、六方晶のｃ軸方向が基板に
対して水平方向に揃っている。なお、ｃ軸方向が当該水
平方向であれば、面内回転は生じてよい。ｈ−ＢＮ膜の
結晶構造は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により測定で
きる（例えば、T.A.Friedmann他、thin solid films, 2
37(1994)48-56）。c軸方向が基板に対して水平方向であ
るｈ−ＢＮが好ましくは３０モル％以上、より好ましく
は７０モル％以上であるとよい。ｈ−ＢＮ膜において、
ｃ軸方向を基板に対して水平方向にすると、膜全体の分
極率が低下して、誘電率が低減するものと考えられる。
【００１０】窒素原子と水素原子との結合（ＮＨ）及び
ホウ素原子と水素原子との結合（ＢＨ）の量の低減、面
方向をｃ軸方向に伸ばすこと、ｃ軸方向を基板に対して
水平方向とすることは、それぞれｈ−ＢＮ膜の低誘電率
化に貢献していると考える。これらを組み合わせること
により、さらに低誘電率化が可能となる。
ホウ素原子と水素原子との結合（ＢＨ）の量の低減、面
方向をｃ軸方向に伸ばすこと、ｃ軸方向を基板に対して
水平方向とすることは、それぞれｈ−ＢＮ膜の低誘電率
化に貢献していると考える。これらを組み合わせること
により、さらに低誘電率化が可能となる。
【００１１】本発明のｈ−ＢＮ膜は、水素をイオン注入
することより分子の連結性の乱れを生じさせ、さらに比
誘電率を下げることができる。分子の連結性の乱れは、
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により測定できる（例え
ば、T.A.Friedmann他、thin solid films, 237(1994)48
-56）。比誘電率を下げるためには、好ましくは最大５
０分子程度の連結性の乱れとし、より好ましくは最大１
５分子程度の連結性の乱れとすることが効果的である。
分子の連結性の乱れを生じさせることにより、膜全体の
分極率が乱れの無い場合に比べさらに低下し、誘電率が
低減するものと考える。
することより分子の連結性の乱れを生じさせ、さらに比
誘電率を下げることができる。分子の連結性の乱れは、
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により測定できる（例え
ば、T.A.Friedmann他、thin solid films, 237(1994)48
-56）。比誘電率を下げるためには、好ましくは最大５
０分子程度の連結性の乱れとし、より好ましくは最大１
５分子程度の連結性の乱れとすることが効果的である。
分子の連結性の乱れを生じさせることにより、膜全体の
分極率が乱れの無い場合に比べさらに低下し、誘電率が
低減するものと考える。
【００１２】また、本発明のｈ−ＢＮ膜は、水素をイオ
ン注入することで、アモルファスＢＮ(α−ＢＮ)を混在
させ、低誘電率化させることができる。アモルファスＢ
Ｎの存在量は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により測定
でき（例えば、T.A.Friedmann他、thin solid films, 2
37(1994)48-56）、好ましくは４０モル％以下で混在さ
せる。また、本発明のｈ−ＢＮ膜は、水素をイオン注入
することで、ｃ−ＢＮを混在させ、低誘電率化させるこ
とができる。ｃ−ＢＮの存在量は、透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）等により測定でき（例えば、T.A.Friedmann
他、thin solid films, 237(1994)48-56）、好ましくは
４０モル％以下混在させる。α−ＢＮとｃ−ＢＮとは併
存させることができるが、ｈ−ＢＮ膜中に、好ましくは
合計で４０モル％存在させることがよい。α−ＢＮやｃ
−ＢＮを混在させることにより、膜全体の分極率が低下
し、誘電率が低減するものと考えられる。
ン注入することで、アモルファスＢＮ(α−ＢＮ)を混在
させ、低誘電率化させることができる。アモルファスＢ
Ｎの存在量は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により測定
でき（例えば、T.A.Friedmann他、thin solid films, 2
37(1994)48-56）、好ましくは４０モル％以下で混在さ
せる。また、本発明のｈ−ＢＮ膜は、水素をイオン注入
することで、ｃ−ＢＮを混在させ、低誘電率化させるこ
とができる。ｃ−ＢＮの存在量は、透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）等により測定でき（例えば、T.A.Friedmann
他、thin solid films, 237(1994)48-56）、好ましくは
４０モル％以下混在させる。α−ＢＮとｃ−ＢＮとは併
存させることができるが、ｈ−ＢＮ膜中に、好ましくは
合計で４０モル％存在させることがよい。α−ＢＮやｃ
−ＢＮを混在させることにより、膜全体の分極率が低下
し、誘電率が低減するものと考えられる。
【００１３】次に、本発明のｈ−ＢＮ膜の製造装置及び
製造方法について記載する。本発明では用いるイオン蒸
着法は、真空中における窒素イオン或いは窒素と希ガス
との混合イオンの照射及びホウ素供給源の蒸着を含む蒸
着法をいう。ここで真空とは、蒸着を可能とする真空で
あり、通常10-3〜10-8Torrの範囲が用いられる。図３に
本発明に用られるイオン蒸着法によるＢＮ膜成膜装置の
一例を示す。真空チャンバー１は、真空を保持すること
が可能なチャンバーであって、排気口1Aから図示しない
真空源に連通する。真空チャンバー１には、基材ホルダ
ー２が配され、基材ホルダー２は冷却給排水管2Aにより
導入される冷却水により冷却され、ホルダー２に取り付
けた基材３を所定の温度の保持することができる。この
基材３に対して、イオン源５から希ガスと窒素の混合ガ
スをイオン化した混合イオンを照射し、同時に蒸発源４
よりホウ素（Ｂ）を蒸着させる。これにより、基板上に
Ｂ／Ｎ組成比が０．９〜１．１のｈ−ＢＮ膜を製造でき
る。
製造方法について記載する。本発明では用いるイオン蒸
着法は、真空中における窒素イオン或いは窒素と希ガス
との混合イオンの照射及びホウ素供給源の蒸着を含む蒸
着法をいう。ここで真空とは、蒸着を可能とする真空で
あり、通常10-3〜10-8Torrの範囲が用いられる。図３に
本発明に用られるイオン蒸着法によるＢＮ膜成膜装置の
一例を示す。真空チャンバー１は、真空を保持すること
が可能なチャンバーであって、排気口1Aから図示しない
真空源に連通する。真空チャンバー１には、基材ホルダ
ー２が配され、基材ホルダー２は冷却給排水管2Aにより
導入される冷却水により冷却され、ホルダー２に取り付
けた基材３を所定の温度の保持することができる。この
基材３に対して、イオン源５から希ガスと窒素の混合ガ
スをイオン化した混合イオンを照射し、同時に蒸発源４
よりホウ素（Ｂ）を蒸着させる。これにより、基板上に
Ｂ／Ｎ組成比が０．９〜１．１のｈ−ＢＮ膜を製造でき
る。
【００１４】希ガスとしては、アルゴンやクリプトンが
用いられ、窒素供給源としては、窒素原子と水素原子と
の結合を有するアンモニア（ＮＨ3）等に代えて、窒素
原子と水素原子との結合を有しない窒素等が用いられ
る。希ガスと窒素との混合比は、混合ガス中に窒素が２
０体積％以上、好ましくは５０〜９０体積％含まれるの
がよい。希ガスと窒素との混合ガスを用いるのは、窒素
の解離効率を上げるためである。基材３へホウ素蒸気を
供給するホウ素供給源としては、ホウ素原子と水素原子
との結合を有するジボラン（Ｂ2Ｈ6）に代えて、ホウ素
原子と水素原子との結合を有しないホウ素供給源が好ま
しく、金属ホウ素を好適に挙げることができる。イオン
源５としては、例えばカウフマン型イオン源、マイクロ
波放電型イオン源が挙げられる。蒸発源４としては、例
えば電子ビーム蒸発源が挙げられる。基材３の温度は、
冷却給排水管2Aにより導入される冷却水により冷却さ
れ、好ましくは室温〜２００℃に維持する。本発明で
は、ＢＨ結合やＮＨ結合を含まない窒素供給源及びホウ
素供給源を用いるため、生成されるＢＮ膜中に水素結合
（ＢＨ、ＮＨ）が生ずることなく、また基材の温度を低
くすることができ、熱による金属配線の劣化が起こらな
いため、金属配線作製プロセスに適用できることとな
る。
用いられ、窒素供給源としては、窒素原子と水素原子と
の結合を有するアンモニア（ＮＨ3）等に代えて、窒素
原子と水素原子との結合を有しない窒素等が用いられ
る。希ガスと窒素との混合比は、混合ガス中に窒素が２
０体積％以上、好ましくは５０〜９０体積％含まれるの
がよい。希ガスと窒素との混合ガスを用いるのは、窒素
の解離効率を上げるためである。基材３へホウ素蒸気を
供給するホウ素供給源としては、ホウ素原子と水素原子
との結合を有するジボラン（Ｂ2Ｈ6）に代えて、ホウ素
原子と水素原子との結合を有しないホウ素供給源が好ま
しく、金属ホウ素を好適に挙げることができる。イオン
源５としては、例えばカウフマン型イオン源、マイクロ
波放電型イオン源が挙げられる。蒸発源４としては、例
えば電子ビーム蒸発源が挙げられる。基材３の温度は、
冷却給排水管2Aにより導入される冷却水により冷却さ
れ、好ましくは室温〜２００℃に維持する。本発明で
は、ＢＨ結合やＮＨ結合を含まない窒素供給源及びホウ
素供給源を用いるため、生成されるＢＮ膜中に水素結合
（ＢＨ、ＮＨ）が生ずることなく、また基材の温度を低
くすることができ、熱による金属配線の劣化が起こらな
いため、金属配線作製プロセスに適用できることとな
る。
【００１５】
【実施例】以下、実施例に基づき、本発明を具体的に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 実施例１ 図３に示すイオン蒸着法によるＢＮ膜製造装置を用い
た。真空チャンバー１内の基材ホルダー２に基材３とし
てｐ型シリコン基板をセットした。このシリコン基板
（基板温度２００℃）に対してイオン源５としてカウフ
マン型イオン源からアルゴン：窒素（Ｎ）＝６４：３６
に混合したイオン（流量＝５ｓｃｃｍ）を０．５ｋＶの
加速電圧で照射し、同時に蒸発源４としての電子ビーム
蒸発源よりホウ素（Ｂ）を０．５Å／ｓの速度で供給す
ることで、Ｂ／Ｎ組成比が１のｈ−ＢＮ膜を成膜した。
成膜中の真空チャンバー１内真空度は１．０×１０-4Ｔ
ｏｒｒとした。
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 実施例１ 図３に示すイオン蒸着法によるＢＮ膜製造装置を用い
た。真空チャンバー１内の基材ホルダー２に基材３とし
てｐ型シリコン基板をセットした。このシリコン基板
（基板温度２００℃）に対してイオン源５としてカウフ
マン型イオン源からアルゴン：窒素（Ｎ）＝６４：３６
に混合したイオン（流量＝５ｓｃｃｍ）を０．５ｋＶの
加速電圧で照射し、同時に蒸発源４としての電子ビーム
蒸発源よりホウ素（Ｂ）を０．５Å／ｓの速度で供給す
ることで、Ｂ／Ｎ組成比が１のｈ−ＢＮ膜を成膜した。
成膜中の真空チャンバー１内真空度は１．０×１０-4Ｔ
ｏｒｒとした。
【００１６】得られたｈ−ＢＮ膜を赤外吸収分光（ＦＴ
ＩＲ）測定した結果を図４に示す。図４から明らかなよ
うに、図４の領域ＡにはＮＨ結合（３３４０ｃｍ-1）が
存在せず、同領域ＢにはＢＨ結合（２５２０ｃｍ-1）が
存在しなかった。得られたｈ−ＢＮ膜を容量−電圧（Ｃ
Ｖ）測定（例えば、M.Z.Karim他、surface and coating
s technology, 60(1993)502-505）することにより比誘
電率εを算出したところ、ε＝２．４であった。得られ
たｈ−ＢＮ膜断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察し
たところ、ｃ軸方向面間隔が通常の間隔３．３2.5Åか
ら３．７3Åに広がっていた。このとき、ｈ−ＢＮのｃ
軸方向はシリコン基板に対して水平方向であった。
ＩＲ）測定した結果を図４に示す。図４から明らかなよ
うに、図４の領域ＡにはＮＨ結合（３３４０ｃｍ-1）が
存在せず、同領域ＢにはＢＨ結合（２５２０ｃｍ-1）が
存在しなかった。得られたｈ−ＢＮ膜を容量−電圧（Ｃ
Ｖ）測定（例えば、M.Z.Karim他、surface and coating
s technology, 60(1993)502-505）することにより比誘
電率εを算出したところ、ε＝２．４であった。得られ
たｈ−ＢＮ膜断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察し
たところ、ｃ軸方向面間隔が通常の間隔３．３2.5Åか
ら３．７3Åに広がっていた。このとき、ｈ−ＢＮのｃ
軸方向はシリコン基板に対して水平方向であった。
【００１７】実施例２ 実施例１と同様にしてｈ−ＢＮ膜を製造し、得られたｈ
−ＢＮ膜に、エネルギー１５ｋｅＶ、注入量１×１０16
ｃｍ-2の条件にて水素イオンを注入した。その後、ＣＶ
測定を行い比誘電率を算出したところ、ε＝２．２であ
った。また、当該ｈ−ＢＮ膜断面をＴＥＭ観察したとこ
ろ、ｃ軸方向面間隔が通常の間隔３．３2.5Åから３．
７3Åに広がっており、結晶の周期性は６０Å程度未満
にであり、α−ＢＮ及びｃ−ＢＮが混在していた。この
とき、ｈ−ＢＮのｃ軸方向はシリコン基板に対して水平
方向であった。
−ＢＮ膜に、エネルギー１５ｋｅＶ、注入量１×１０16
ｃｍ-2の条件にて水素イオンを注入した。その後、ＣＶ
測定を行い比誘電率を算出したところ、ε＝２．２であ
った。また、当該ｈ−ＢＮ膜断面をＴＥＭ観察したとこ
ろ、ｃ軸方向面間隔が通常の間隔３．３2.5Åから３．
７3Åに広がっており、結晶の周期性は６０Å程度未満
にであり、α−ＢＮ及びｃ−ＢＮが混在していた。この
とき、ｈ−ＢＮのｃ軸方向はシリコン基板に対して水平
方向であった。
【００１８】実施例１と２では、水素を含まないため水
素結合がないソースガスを用い、またソースガス（窒
素）をイオン化し加速させてエネルギーを与えること
で、基板温度２００℃の低温でｈ−ＢＮ膜を製造でき
た。また、ｈ−ＢＮ膜のc軸方向面間隔は、３．３Åか
ら３．７Åに伸び、そのｃ軸方向は基板に対して水平方
向であった。これらにより、ｈ−ＢＮ膜の比誘電率を
２．４へ低誘電率化させた。また、得られたｈ−ＢＮ膜
へ水素をイオン注入することで、結晶の周期性を乱しα
−ＢＮ及びｃ−ＢＮを混在させ、ｈ−ＢＮ膜の比誘電率
をさらに２．２へ低下させた。
素結合がないソースガスを用い、またソースガス（窒
素）をイオン化し加速させてエネルギーを与えること
で、基板温度２００℃の低温でｈ−ＢＮ膜を製造でき
た。また、ｈ−ＢＮ膜のc軸方向面間隔は、３．３Åか
ら３．７Åに伸び、そのｃ軸方向は基板に対して水平方
向であった。これらにより、ｈ−ＢＮ膜の比誘電率を
２．４へ低誘電率化させた。また、得られたｈ−ＢＮ膜
へ水素をイオン注入することで、結晶の周期性を乱しα
−ＢＮ及びｃ−ＢＮを混在させ、ｈ−ＢＮ膜の比誘電率
をさらに２．２へ低下させた。
【００１９】
【発明の効果】本発明のｈ−ＢＮ膜は、シリコン酸化膜
（ε＝４〜４．５）より低誘電率な層間絶縁膜として用
いることで、より高集積化したデバイスの作製が可能と
なる。
（ε＝４〜４．５）より低誘電率な層間絶縁膜として用
いることで、より高集積化したデバイスの作製が可能と
なる。
【図１】層間絶縁膜を含む集積回路素子の一例である。
【図２】従来のｈ−ＢＮ膜（図２(ａ)）、本発明のｈ−
ＢＮ膜（図２(ｂ)）を示す。
ＢＮ膜（図２(ｂ)）を示す。
【図３】本発明において使用したイオン蒸着法による成
膜装置である。
膜装置である。
【図４】実施例１で得られたｈ−ＢＮ膜を赤外吸収分光
（ＦＴＩＲ）測定した結果を示し、領域ＡはＮＨ結合に
基づくピーク、領域ＢはＢＨ結合に基づくピークが現れ
る領域である。
（ＦＴＩＲ）測定した結果を示し、領域ＡはＮＨ結合に
基づくピーク、領域ＢはＢＨ結合に基づくピークが現れ
る領域である。
１０１ 基板 １０２ ソース １０３ ゲート酸化膜 １０４ ドレイン １０５ 電極 １０６ 絶縁膜 １０７ デバイス絶縁膜 １０８ コンタクトプラグ １０９ 第1層層間絶縁膜 １１０ 配線部 １１１ ビアプラグ １１２ 第2層層間絶縁膜 １１３ 配線部 １１４ 最終保護膜 １ 真空チャンバー 1A 排気口 ２ 基材ホルダー 2A 冷却給排水管 ３ 基材 ４ 蒸発源 ５ イオン源
フロントページの続き (72)発明者 米倉 義道 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 山下 信樹 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 坂本 仁志 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 Ｆターム(参考） 4K029 BA59 BB07 BB10 BC00 BD01 CA09 EA08 5F033 QQ60 QQ61 RR05 RR20 SS10 WW00 WW03 WW09 XX00 XX24 5F058 BA20 BC09 BF17 BF19 BJ01 BJ02
Claims (9)
- 【請求項１】 比誘電率３．０以下を有することを特徴
とする六方晶窒化ホウ素膜。 - 【請求項２】 窒素原子と水素原子との結合及びホウ素
原子と水素原子との結合の合計含有量を４モル％以下と
することを特徴とする六方晶窒化ホウ素膜。 - 【請求項３】 六方晶窒化ホウ素について、ｃ軸方向の
面間隔を３．３Åに対して５〜３０％伸ばすが、ａ軸方
向の面間隔の伸びを２．２Åに対して５％以内に抑える
ことを特徴とする六方晶窒化ホウ素膜。 - 【請求項４】 ｃ軸方向が、基板に対して水平方向であ
ることを特徴とする六方晶窒化ホウ素膜。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の六方晶
窒化ホウ素膜を用いた層間絶縁膜。 - 【請求項６】 上記六方晶窒化ホウ素が、４０モル％以
下のアモルファス窒化ホウ素、又は４０モル％以下の立
方晶窒化ホウ素、又は合計で４０モル％以下のアモルフ
ァス窒化ホウ素と立方晶窒化ホウ素とを含有する請求項
５に記載の層間絶縁膜。 - 【請求項７】 真空中における窒素イオン又は窒素と希
ガスとの混合イオンの照射、及びホウ素供給源の蒸着を
含むイオン蒸着法を用いる六方晶窒化ホウ素膜の製造方
法において、水素原子との結合を含まない窒素及びホウ
素供給源を用いることを特徴とする六方晶窒化ホウ素膜
の製造方法。 - 【請求項８】 上記成膜基板温度を２００℃以下とする
ことを特徴とする請求項７に記載の六方晶窒化ホウ素膜
の製造方法。 - 【請求項９】 さらに、水素をイオン注入するステップ
を含む請求項７又は請求項８に記載の六方晶窒化ホウ素
膜の製造方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000193734A JP2002016064A (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 低誘電率六方晶窒化ホウ素膜、層間絶縁膜及びその製造方法 |
| TW090113728A TW521386B (en) | 2000-06-28 | 2001-06-06 | Hexagonal boron nitride film with low dielectric constant, layer dielectric film and method of production thereof, and plasma CVD apparatus |
| US09/880,932 US20020000556A1 (en) | 2000-06-28 | 2001-06-15 | Hexagonal boron nitride film with low dielectric constant, layer dielectric film and method of production thereof, and plasma CVD apparatus |
| KR10-2001-0036177A KR100433322B1 (ko) | 2000-06-28 | 2001-06-25 | 육방 결정 질화 붕소막, 층간 절연막, 그 제조 방법 및 플라즈마 ｃｖｄ 장치 |
| DE60114304T DE60114304T2 (de) | 2000-06-28 | 2001-06-27 | Hexagonal- Bornitrid-Film mit niedriger dielektrischer Konstante ,Film mit dielektrischer Beschichtung und Verfahren zu seiner Herstellung und Plasma-CVD-Apparat |
| EP03017567A EP1361294A1 (en) | 2000-06-28 | 2001-06-27 | Plasma CVD apparatus |
| EP01114805A EP1167291B1 (en) | 2000-06-28 | 2001-06-27 | Hexagonal boron nitride film with low dielectric constant, layer dielectric film and method of production thereof, and plasma CVD apparatus |
| US10/665,473 US20040058199A1 (en) | 2000-06-28 | 2003-09-22 | Hexagonal boron nitride film with low dielectric constant, layer dielectric film and method of production thereof, and plasma CVD apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000193734A JP2002016064A (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 低誘電率六方晶窒化ホウ素膜、層間絶縁膜及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002016064A true JP2002016064A (ja) | 2002-01-18 |
Family
ID=18692674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000193734A Withdrawn JP2002016064A (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 低誘電率六方晶窒化ホウ素膜、層間絶縁膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002016064A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006043432A1 (ja) * | 2004-10-19 | 2006-04-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 膜の製造方法および当該方法で製造された膜を用いた半導体装置 |
| JP2008147214A (ja) * | 2006-12-06 | 2008-06-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 薄膜製造方法 |
| JP2021020848A (ja) * | 2016-05-12 | 2021-02-18 | グローバルウェーハズ カンパニー リミテッドＧｌｏｂａｌＷａｆｅｒｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | シリコン系誘電体上の六方晶窒化ホウ素の直接形成 |
| KR20210134745A (ko) | 2019-03-15 | 2021-11-10 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 육방정 질화붕소막을 형성하는 방법 및 장치 |
-
2000
- 2000-06-28 JP JP2000193734A patent/JP2002016064A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006043432A1 (ja) * | 2004-10-19 | 2006-04-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 膜の製造方法および当該方法で製造された膜を用いた半導体装置 |
| JPWO2006043432A1 (ja) * | 2004-10-19 | 2008-05-22 | 三菱電機株式会社 | 膜の製造方法および当該方法で製造された膜を用いた半導体装置 |
| JP4986625B2 (ja) * | 2004-10-19 | 2012-07-25 | 三菱電機株式会社 | 膜の製造方法および当該方法で製造された膜を用いた半導体装置 |
| JP2008147214A (ja) * | 2006-12-06 | 2008-06-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 薄膜製造方法 |
| JP2021020848A (ja) * | 2016-05-12 | 2021-02-18 | グローバルウェーハズ カンパニー リミテッドＧｌｏｂａｌＷａｆｅｒｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | シリコン系誘電体上の六方晶窒化ホウ素の直接形成 |
| JP7066127B2 (ja) | 2016-05-12 | 2022-05-13 | グローバルウェーハズ カンパニー リミテッド | シリコン系誘電体上の六方晶窒化ホウ素の直接形成 |
| JP2022121422A (ja) * | 2016-05-12 | 2022-08-19 | グローバルウェーハズ カンパニー リミテッド | シリコン系誘電体上の六方晶窒化ホウ素の直接形成 |
| JP7283707B2 (ja) | 2016-05-12 | 2023-05-30 | グローバルウェーハズ カンパニー リミテッド | シリコン系誘電体上の六方晶窒化ホウ素の直接形成 |
| KR20210134745A (ko) | 2019-03-15 | 2021-11-10 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 육방정 질화붕소막을 형성하는 방법 및 장치 |
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