JP2004111688A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004111688A JP2004111688A JP2002272884A JP2002272884A JP2004111688A JP 2004111688 A JP2004111688 A JP 2004111688A JP 2002272884 A JP2002272884 A JP 2002272884A JP 2002272884 A JP2002272884 A JP 2002272884A JP 2004111688 A JP2004111688 A JP 2004111688A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- forming
- semiconductor device
- organic
- fluorinated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
【課題】低誘電率化を実現するとともに、製造工程において膜剥離などの不良を発生することのない有機絶縁膜材料を用いた半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基材上にフッ素を含有する有機膜を形成する工程と、前記有機膜上にシリコンを含有する成膜ガスを用いて中間膜を形成する工程と、前記中間膜上に無機膜を形成する工程とを有することを特徴とする。フッ素を含有する有機膜としては、フッ素化アリレン膜を用いることができる。
【選択図】 図2
【解決手段】半導体基材上にフッ素を含有する有機膜を形成する工程と、前記有機膜上にシリコンを含有する成膜ガスを用いて中間膜を形成する工程と、前記中間膜上に無機膜を形成する工程とを有することを特徴とする。フッ素を含有する有機膜としては、フッ素化アリレン膜を用いることができる。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、低融電離率の絶縁膜を有する半導体装置およびその半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高速化は著しく、多層配線部における配線抵抗と配線間や配線層間の寄生容量に起因する信号伝搬速度の低下による伝送遅延が問題となってきている。このような問題は、半導体デバイスの高集積化に伴う配線幅および配線間隔の微細化につれて配線抵抗が上昇し且つ寄生容量が増大するので、益々顕著となる傾向にある。
【0003】
従来より、このような配線抵抗および寄生容量の増大に基く信号遅延を防止するために、アルミニウム配線に代わる銅配線の導入が行われるとともに、層間絶縁膜として低誘電率の絶縁膜材料を用いることが試みられてきた。例えば、SiO2(酸化シリコン)膜中にメチル基を導入したSiOC(Carbon Doped Silicon Oxide)膜やポリアリルエーテル誘導体膜等の有機絶縁材料が知られている。しかしながら、これらの膜の誘電率は2.6〜2.9程度であり、よりデザインルールの微細化が進んだ世代の半導体デバイスに向けて更なる誘電率の低下が求められていた。
【0004】
一方、誘電率が2.0〜2.4程度の低誘電率の絶縁膜としては、SiO2(酸化シリコン)を多孔質化した膜も知られている。しかしながら、このような多孔質膜は機械的強度の低下が顕著であるために、製造工程で絶縁膜にクラックが入ったりするという問題があった。また、製造工程で使用または発生するガスや薬液が多孔質膜の空孔に吸着することによる膜特性の低下の問題や該低下防止のために後処理工程が必要になるという問題もあった。
【0005】
そこで、多孔質化せずに2.0〜2.4程度の低誘電率を満たす絶縁膜材料としてフッ素化アリレン膜が提案されている。しかしながら、フッ素化アリレン膜はフッ素(F)を含有するために、SiO2(酸化シリコン)膜、SiN(窒化シリコン)膜およびSiC(炭化シリコン)膜などのような無機膜との密着性が悪く、製造工程において膜が剥離するなどの不良が発生するという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は低誘電率化を実現することのできる有機絶縁膜材料を用いた半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
また、本発明は、製造工程において膜剥離などの不良を発生することのない半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フッ素を含有する有機膜と、この有機膜上に形成されたシリコンを含有する中間膜と、この中間膜上に形成された無機膜とを有することを特徴とする半導体装置に関する。このような構成とすることによって、薄膜同士の密着性を向上させることができる。
【0010】
フッ素を含有する有機膜としては、例えば、フッ素化アリレン膜を用いることができる。
【0011】
また、フッ素化アリレン膜としては、例えば、式(3)で表される繰り返し単位を有するポリ(テトラフルオロ−p−キシリレン)またはその誘導体からなる膜を用いることができる。
【0012】
【化3】
【0013】
式(3)において、Xは水素原子またはフッ素原子を表わす。
【0014】
このような有機膜を半導体装置の絶縁膜として用いることによって、絶縁膜を多孔質化することなしに低誘電率化を実現することができる。
【0015】
無機膜としては、例えば、SiO2膜、SiN膜、SiC膜、SiOC膜またはSiCN膜などを用いることができる。
【0016】
また、本発明は、半導体基材上にフッ素を含有する有機膜を形成する工程と、この有機膜上にシリコンを含有する成膜ガスを用いて中間膜を形成する工程と、この中間膜上に無機膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。このような方法を用いて半導体装置を製造することによって、薄膜同士の密着性を向上させて、半導体製造工程での歩留まりの向上および製品の信頼性の向上を図ることができる。
【0017】
シリコンを含有する成膜ガスとしては、例えば、シラン類、メチルシラン類、シラザン、アルコキシシラン類またはクロロシラン類を用いることができる。成膜ガスは、これらの化合物の内で1種類のみの化合物を原料としてもよいし、2種類以上の化合物を原料としていてもよい。
【0018】
さらに、本発明は、半導体基材上にフッ素を含有する有機膜を形成する工程と、この有機膜にシランカップリング剤を用いた表面処理を行うことによって有機膜上にシリコンを含有する中間膜を形成する工程と、この中間膜上に無機膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
【0019】
シランカップリング剤としては、例えば、エポキシ系シランカップリング剤またはアミノ系シランカップリング剤などを用いることができる。エポキシ系シランカップリング剤としては、例えば3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(式4)を挙げることができる。また、アミノ系シランカップリング剤としては、例えば、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(式5)、アミノプロピルトリメトキシシラン(式6)またはアミノプロピルトリエトキシシラン(式7)などを挙げることができる。
【0020】
【化4】
【0021】
【化5】
【0022】
【化6】
【0023】
【化7】
【0024】
シランカップリング剤は、これらの化合物の内で1種類のみの化合物を原料としてもよいし、2種類以上の化合物を原料としていてもよい。また、エタノール、トルエンまたは酢酸エチルなどの有機溶媒で希釈して用いてもよい。
【0025】
中間膜は、有機膜を形成した後に有機膜をプラズマ処理してから形成してもよい。このプラズマ処理は、アルゴンガスなどの不活性ガスまたは水素ガスを用いたプラズマ処理とすることができる。また、不活性ガス中に水素を添加したガスを用いてプラズマ処理してもよい。中間膜形成前に有機膜の表面をプラズマ処理することによって、有機膜と中間膜との密着性を向上させることができる。したがって、半導体製造工程での歩留まりおよび製品の信頼性について一層の向上を図ることができる。
【0026】
有機膜を形成した後に、300℃〜500℃の温度で熱処理を行ってから中間膜を形成することが好ましい。または、中間膜を形成した後に、300℃〜500℃の温度で熱処理を行ってから無機膜を形成してもよい。このような熱処理を行うことによって、有機膜および中間膜の結晶化を進めて機械的強度を向上させることができる。
【0027】
また、フッ素を含有する有機膜としては、例えばフッ素化アリレン膜を用いることができる。そして、フッ素化アリレン膜としては、例えば、上記のポリ(テトラフルオロ−p−キシリレン)またはその誘導体からなる膜を用いることができる。このような有機膜を半導体装置の絶縁膜として用いることによって、絶縁膜を多孔質化することなしに低誘電率化を実現することができる。
【0028】
無機膜としては、例えば、SiO2膜、SiN膜、SiC膜、SiOC膜またはSiCN膜などを用いることができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0030】
図1および図2を用いて本実施の形態を説明する。図1は、本実施の形態で用いられる薄膜形成装置の概念図である。また、図2は、本実施の形態における薄膜形成方法の概念図である。
【0031】
【外1】
【0032】
【化8】
【0033】
【化9】
【0034】
【化10】
【0035】
【化11】
【0036】
【外2】
【0037】
加熱反応機構6で生成したポリマー前駆体ガスは、配管11および配管12を通じて成膜チャンバ13に送られる。成膜チャンバ13の内部は予め所定の真空度に減圧されており、図示しない半導体基板が載置されている。
【0038】
半導体基板の表面温度を−50℃〜0℃、好ましくは−40℃〜−30℃に保持し、この上に導入したポリマー前駆体ガスを導く。この際、例えば、ポリマー前駆体ガスの流量を5sccm、成膜圧力を20mTorrとすることができる。
【0039】
【外3】
【0040】
【化12】
【0041】
【化13】
【0042】
本発明では、フッ素化アリレン膜形成後に熱処理を行うことが好ましい。半導体基板上に蒸着したポリマーは熱処理前においては弱い結晶性を有しているのみであるが、350℃以上の温度で熱処理をすると結晶化が進み、400℃で熱処理をすればさらに結晶化を進行させることができる。したがって、熱処理の条件は、約300℃〜約500℃、好ましくは約350℃〜約400℃の温度で30分間〜180分間、好ましくは60分間〜90分間がよい。温度が300℃より低くなると機械的強度が充分でなく、一方、温度が500℃より高くなると蒸着膜を形成するポリマーの分解反応が起こる。
【0043】
次に、フッ素化アリレン膜上にシリコンを含有する中間膜を形成する。中間膜の形成は、例えば化学気相成長法(CVD法)により行うことができる。フッ素化アリレン膜上にこのような中間膜を形成することによって、後に形成する無機膜との密着性を向上させることができる。
【0044】
図1において、収納容器7にはシリコンを含有する成膜ガスが収容されている。成膜ガスの原料としては、例えば、シラン類(SinH2n + 2)、メチルシラン類(SiHn(CH3)4−n,(ここでn=1〜3)、シラザン((CH3)3SiNHSi(CH3)3)、アルコキシシラン類(RnSi(OR′)4−n、Si(OR)4(ここでR,R′=CH3,C6H5など、n=1〜3))またはクロロシラン類(RHSiCl2、RnSiCl4−n(ここでR=CH3,C6H5など、n=1〜3))などを用いることができる。
【0045】
成膜ガスは、配管8を通じて流量制御機構9により所望の流量に制御された後、配管10を通って配管12に向かう。その後、配管12から成膜チャンバ13に導入される。例えば、成膜ガスの流量を10sccm、成膜圧力を5mTorrとすることができる。
【0046】
成膜ガスをフッ素化アリレン膜が形成された半導体基板上に導入することによって、成膜ガスとフッ素化アリレン膜の表面との間で反応が起こり(図2(b))、フッ素化アリレン膜上に中間膜が形成される(図2(c))。例えば、成膜ガスとしてシランガスを導入した場合には、式14で表わされる反応によって、フッ素化アリレン膜の上にシリコンを含有する単分子膜が形成されると考えられる。
【0047】
【化14】
【0048】
中間膜形成前に熱処理を行わない場合には、中間膜を形成した後に半導体基板を熱処理することが好ましい。熱処理の条件は、約300℃〜約500℃、好ましくは約350℃〜約400℃の温度で30分間〜180分間、好ましくは60分間〜90分間がよい。温度が300℃より低くなると機械的強度が充分でなく、一方、温度が500℃より高くなると蒸着膜を形成するポリマーの分解反応が起こる。
【0049】
例えば、この半導体基板を成膜チャンバから縦型炉に移して炉内の大気を窒素置換した後、大気圧下で温度を400℃まで昇温して所定時間熱処理を行う。酸素との反応を回避するために、熱処理は窒素雰囲気下で行う。具体的には、酸素濃度が100ppm以下であるようにすることが好ましい。熱処理後は、炉内の温度が100℃以下になるのを待ってから半導体基板を炉外へ取り出す。このような熱処理を行うことによって、フッ素化アリレン膜および中間膜の結晶化を進めて機械的強度を向上させることができる。
【0050】
次に、中間膜の上に無機膜を形成する(図2(d))。無機膜としては、例えば、SiO2膜、SiN膜、SiC膜、SiOC膜またはSiCN膜などを形成することができる。例えば、上記加熱処理を終えた半導体基板を成膜チャンバの中へ載置し、テトラメチルシラン(Si(CH3)4)を原料ガスとしてこの成膜チャンバ内へ導入した後、プラズマCVD法を行うことによって、中間膜上にSiC膜を形成することができる。SiC膜の膜厚は、例えば20nm〜100nm程度とすることができる。
【0051】
ポリ(テトラフルオロ−p−キシリレン)膜をシランガスで処理することによってシリコン中間膜を形成した後、SiC膜を形成した場合の密着性をナノスクラッチ法を用いて測定したところ、1つの例では、中間膜がない場合の臨界荷重100に対して、臨界荷重120であった。尚、臨界荷重は相対値であり、任意単位である(以下同じ)。
【0052】
本実施の形態においては、フッ素化アリレン膜形成後に中間膜形成ガスを導入して中間膜を成膜する方法について示したが、本発明はこれに限られるものではない。フッ素化アリレン膜表面をプラズマ処理して活性化させた後、中間膜を形成してもよい。プラズマガスとしては、例えば希ガスや水素ガスなどを用いることができる。具体的には、アルゴンプラズマ、水素プラズマなどを用いることができる。また、アルゴン中に水素を添加したガスでプラズマ処理してもよい。
【0053】
フッ素化アリレン膜の表面をプラズマ処理することによって、表面のフッ素を少なくすることができるとともに、ラジカルを発生させて活性化させることが可能となる。したがって、フッ素化アリレン膜と中間膜との密着性を一層向上させることが可能となる。
【0054】
例えば、フッ素化アリレン膜形成後の半導体基板を、平行平板型のRFプラズマを生起できるチャンバ内のサセプタ上に載置する。サセプタの温度は、例えば100℃程度とすることができる。RFパワー500W、周波数13.56MHz、アルゴン(Ar)流量100sccmおよび圧力600Paの条件でアルゴンプラズマを発生させることにより、フッ素化アリレン膜の表面をプラズマ処理することができる。
【0055】
フッ素化アリレン膜の表面をプラズマ処理した後、上述したように中間膜の成膜を行う。中間膜の成膜は、プラズマ処理後速やかに行うことが好ましい。また、プラズマ処理と中間膜の成膜とは異なるチャンバを用いてもよいが、同一のチャンバで行うことが好ましい。
【0056】
ポリ(テトラフルオロ−p−キシリレン)膜をアルゴンプラズマで処理し、シランガスを用いてシリコン中間膜を形成した後にSiC膜を形成した場合の密着性をナノスクラッチ法を用いて測定したところ、1つの例では、中間膜がない場合の臨界荷重100に対して、臨界荷重124であった。すなわち、プラズマ処理をしない場合の臨界荷重120に対して、より大きな値が得られた。
【0057】
本実施の形態においては、中間膜をCVD法により形成する場合について述べたが本発明はこれに限られるものではない。フッ素を含有する有機膜と無機膜との間に形成されて密着性を向上させるために、シリコンを含有する中間膜を形成する方法であれば他の方法であってもよい。
【0058】
例えば、シランカップリング剤を用いて、フッ素化アリレン膜の表面を処理することにより、フッ素化アリレン膜上にシリコンを含有する中間膜を形成してもよい。具体的には、シランカップリング剤の蒸気を用いることによって、フッ素化アリレン膜の表面とシランカップリング剤とを反応させてもよい。また、シランカップリング剤をエタノール、トルエンまたは酢酸エチルなどの有機溶剤に溶かし、これを例えば回転塗布法などによってフッ素化アリレン膜の上に塗布することによって、シランカップリング剤の膜をフッ素化アリレン膜上に形成してもよい。
【0059】
シランカップリング剤としては、例えば、エポキシ系シランカップリング剤またはアミノ系シランカップリング剤などを用いることができる。エポキシ系シランカップリング剤としては、例えば3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(式15)を挙げることができる。また、アミノ系シランカップリング剤としては、例えば、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(式16)、アミノプロピルトリメトキシシラン(式17)またはアミノプロピルトリエトキシシラン(式18)などを挙げることができる。
【0060】
【化15】
【0061】
【化16】
【0062】
【化17】
【0063】
【化18】
【0064】
また、本実施の形態においてはフッ素化アリレン膜を用いたが、本発明はこれに限られるものではない。フッ素化アリレン膜以外の他のフッ素を含む有機膜を用いてもよい。例えば、フッ素化ポリイミド膜やフッ素化アモルファスカーボン膜などを用いてもよい。また、これらの有機膜は、CVD法やプラズマCVD法の他に、回転塗布法やディップ法などを用いて半導体基板上に形成してもよい。
【0065】
さらに、本発明は本実施の形態において示した構成に限られるものではなく、有機膜と無機膜との密着性を向上させることを目的とするものであれば他の用途に適用することも可能である。
【0066】
本実施の形態によれば、半導体基板上に形成されたフッ素化アリレン膜上に中間膜を介して無機膜を成膜する。このような構成とすることによって、薄膜同士の密着性を向上させることができる。すなわち、フッ素化アリレン膜と無機膜の間に中間膜を形成しているので、フッ素化アリレン膜と無機膜との界面で剥離が生じることがない。したがって、半導体製造工程での歩留まりの向上および製品の信頼性の向上を図ることができる。
【0067】
また、中間膜形成前にフッ素化アリレン膜の表面をプラズマ処理することによって、フッ素化アリレン膜と中間膜との密着性を向上させることができる。したがって、半導体製造工程での歩留まりおよび製品の信頼性について一層の向上を図ることができる。
【0068】
【発明の効果】
本発明によれば、低誘電率化を実現することのできる絶縁膜を提供することができるので、半導体デバイスの寄生容量を大幅に低減することができ、微細化に伴う信号遅延を抑制することができる。
【0069】
また、本発明によれば、半導体製造工程おいて膜剥離などの不良を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において使用される薄膜形成装置の概念図である。
【図2】本発明における薄膜形成工程を示す模式図である。
【符号の説明】
1 薄膜形成装置、 2 原料収納容器、 3,5,8,10,11,12 配管、 4,9 流量制御機構、 6 加熱反応機構、 13 成膜チャンバ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、低融電離率の絶縁膜を有する半導体装置およびその半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高速化は著しく、多層配線部における配線抵抗と配線間や配線層間の寄生容量に起因する信号伝搬速度の低下による伝送遅延が問題となってきている。このような問題は、半導体デバイスの高集積化に伴う配線幅および配線間隔の微細化につれて配線抵抗が上昇し且つ寄生容量が増大するので、益々顕著となる傾向にある。
【0003】
従来より、このような配線抵抗および寄生容量の増大に基く信号遅延を防止するために、アルミニウム配線に代わる銅配線の導入が行われるとともに、層間絶縁膜として低誘電率の絶縁膜材料を用いることが試みられてきた。例えば、SiO2(酸化シリコン)膜中にメチル基を導入したSiOC(Carbon Doped Silicon Oxide)膜やポリアリルエーテル誘導体膜等の有機絶縁材料が知られている。しかしながら、これらの膜の誘電率は2.6〜2.9程度であり、よりデザインルールの微細化が進んだ世代の半導体デバイスに向けて更なる誘電率の低下が求められていた。
【0004】
一方、誘電率が2.0〜2.4程度の低誘電率の絶縁膜としては、SiO2(酸化シリコン)を多孔質化した膜も知られている。しかしながら、このような多孔質膜は機械的強度の低下が顕著であるために、製造工程で絶縁膜にクラックが入ったりするという問題があった。また、製造工程で使用または発生するガスや薬液が多孔質膜の空孔に吸着することによる膜特性の低下の問題や該低下防止のために後処理工程が必要になるという問題もあった。
【0005】
そこで、多孔質化せずに2.0〜2.4程度の低誘電率を満たす絶縁膜材料としてフッ素化アリレン膜が提案されている。しかしながら、フッ素化アリレン膜はフッ素(F)を含有するために、SiO2(酸化シリコン)膜、SiN(窒化シリコン)膜およびSiC(炭化シリコン)膜などのような無機膜との密着性が悪く、製造工程において膜が剥離するなどの不良が発生するという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は低誘電率化を実現することのできる有機絶縁膜材料を用いた半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
また、本発明は、製造工程において膜剥離などの不良を発生することのない半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フッ素を含有する有機膜と、この有機膜上に形成されたシリコンを含有する中間膜と、この中間膜上に形成された無機膜とを有することを特徴とする半導体装置に関する。このような構成とすることによって、薄膜同士の密着性を向上させることができる。
【0010】
フッ素を含有する有機膜としては、例えば、フッ素化アリレン膜を用いることができる。
【0011】
また、フッ素化アリレン膜としては、例えば、式(3)で表される繰り返し単位を有するポリ(テトラフルオロ−p−キシリレン)またはその誘導体からなる膜を用いることができる。
【0012】
【化3】
【0013】
式(3)において、Xは水素原子またはフッ素原子を表わす。
【0014】
このような有機膜を半導体装置の絶縁膜として用いることによって、絶縁膜を多孔質化することなしに低誘電率化を実現することができる。
【0015】
無機膜としては、例えば、SiO2膜、SiN膜、SiC膜、SiOC膜またはSiCN膜などを用いることができる。
【0016】
また、本発明は、半導体基材上にフッ素を含有する有機膜を形成する工程と、この有機膜上にシリコンを含有する成膜ガスを用いて中間膜を形成する工程と、この中間膜上に無機膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。このような方法を用いて半導体装置を製造することによって、薄膜同士の密着性を向上させて、半導体製造工程での歩留まりの向上および製品の信頼性の向上を図ることができる。
【0017】
シリコンを含有する成膜ガスとしては、例えば、シラン類、メチルシラン類、シラザン、アルコキシシラン類またはクロロシラン類を用いることができる。成膜ガスは、これらの化合物の内で1種類のみの化合物を原料としてもよいし、2種類以上の化合物を原料としていてもよい。
【0018】
さらに、本発明は、半導体基材上にフッ素を含有する有機膜を形成する工程と、この有機膜にシランカップリング剤を用いた表面処理を行うことによって有機膜上にシリコンを含有する中間膜を形成する工程と、この中間膜上に無機膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
【0019】
シランカップリング剤としては、例えば、エポキシ系シランカップリング剤またはアミノ系シランカップリング剤などを用いることができる。エポキシ系シランカップリング剤としては、例えば3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(式4)を挙げることができる。また、アミノ系シランカップリング剤としては、例えば、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(式5)、アミノプロピルトリメトキシシラン(式6)またはアミノプロピルトリエトキシシラン(式7)などを挙げることができる。
【0020】
【化4】
【0021】
【化5】
【0022】
【化6】
【0023】
【化7】
【0024】
シランカップリング剤は、これらの化合物の内で1種類のみの化合物を原料としてもよいし、2種類以上の化合物を原料としていてもよい。また、エタノール、トルエンまたは酢酸エチルなどの有機溶媒で希釈して用いてもよい。
【0025】
中間膜は、有機膜を形成した後に有機膜をプラズマ処理してから形成してもよい。このプラズマ処理は、アルゴンガスなどの不活性ガスまたは水素ガスを用いたプラズマ処理とすることができる。また、不活性ガス中に水素を添加したガスを用いてプラズマ処理してもよい。中間膜形成前に有機膜の表面をプラズマ処理することによって、有機膜と中間膜との密着性を向上させることができる。したがって、半導体製造工程での歩留まりおよび製品の信頼性について一層の向上を図ることができる。
【0026】
有機膜を形成した後に、300℃〜500℃の温度で熱処理を行ってから中間膜を形成することが好ましい。または、中間膜を形成した後に、300℃〜500℃の温度で熱処理を行ってから無機膜を形成してもよい。このような熱処理を行うことによって、有機膜および中間膜の結晶化を進めて機械的強度を向上させることができる。
【0027】
また、フッ素を含有する有機膜としては、例えばフッ素化アリレン膜を用いることができる。そして、フッ素化アリレン膜としては、例えば、上記のポリ(テトラフルオロ−p−キシリレン)またはその誘導体からなる膜を用いることができる。このような有機膜を半導体装置の絶縁膜として用いることによって、絶縁膜を多孔質化することなしに低誘電率化を実現することができる。
【0028】
無機膜としては、例えば、SiO2膜、SiN膜、SiC膜、SiOC膜またはSiCN膜などを用いることができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0030】
図1および図2を用いて本実施の形態を説明する。図1は、本実施の形態で用いられる薄膜形成装置の概念図である。また、図2は、本実施の形態における薄膜形成方法の概念図である。
【0031】
【外1】
【0032】
【化8】
【0033】
【化9】
【0034】
【化10】
【0035】
【化11】
【0036】
【外2】
【0037】
加熱反応機構6で生成したポリマー前駆体ガスは、配管11および配管12を通じて成膜チャンバ13に送られる。成膜チャンバ13の内部は予め所定の真空度に減圧されており、図示しない半導体基板が載置されている。
【0038】
半導体基板の表面温度を−50℃〜0℃、好ましくは−40℃〜−30℃に保持し、この上に導入したポリマー前駆体ガスを導く。この際、例えば、ポリマー前駆体ガスの流量を5sccm、成膜圧力を20mTorrとすることができる。
【0039】
【外3】
【0040】
【化12】
【0041】
【化13】
【0042】
本発明では、フッ素化アリレン膜形成後に熱処理を行うことが好ましい。半導体基板上に蒸着したポリマーは熱処理前においては弱い結晶性を有しているのみであるが、350℃以上の温度で熱処理をすると結晶化が進み、400℃で熱処理をすればさらに結晶化を進行させることができる。したがって、熱処理の条件は、約300℃〜約500℃、好ましくは約350℃〜約400℃の温度で30分間〜180分間、好ましくは60分間〜90分間がよい。温度が300℃より低くなると機械的強度が充分でなく、一方、温度が500℃より高くなると蒸着膜を形成するポリマーの分解反応が起こる。
【0043】
次に、フッ素化アリレン膜上にシリコンを含有する中間膜を形成する。中間膜の形成は、例えば化学気相成長法(CVD法)により行うことができる。フッ素化アリレン膜上にこのような中間膜を形成することによって、後に形成する無機膜との密着性を向上させることができる。
【0044】
図1において、収納容器7にはシリコンを含有する成膜ガスが収容されている。成膜ガスの原料としては、例えば、シラン類(SinH2n + 2)、メチルシラン類(SiHn(CH3)4−n,(ここでn=1〜3)、シラザン((CH3)3SiNHSi(CH3)3)、アルコキシシラン類(RnSi(OR′)4−n、Si(OR)4(ここでR,R′=CH3,C6H5など、n=1〜3))またはクロロシラン類(RHSiCl2、RnSiCl4−n(ここでR=CH3,C6H5など、n=1〜3))などを用いることができる。
【0045】
成膜ガスは、配管8を通じて流量制御機構9により所望の流量に制御された後、配管10を通って配管12に向かう。その後、配管12から成膜チャンバ13に導入される。例えば、成膜ガスの流量を10sccm、成膜圧力を5mTorrとすることができる。
【0046】
成膜ガスをフッ素化アリレン膜が形成された半導体基板上に導入することによって、成膜ガスとフッ素化アリレン膜の表面との間で反応が起こり(図2(b))、フッ素化アリレン膜上に中間膜が形成される(図2(c))。例えば、成膜ガスとしてシランガスを導入した場合には、式14で表わされる反応によって、フッ素化アリレン膜の上にシリコンを含有する単分子膜が形成されると考えられる。
【0047】
【化14】
【0048】
中間膜形成前に熱処理を行わない場合には、中間膜を形成した後に半導体基板を熱処理することが好ましい。熱処理の条件は、約300℃〜約500℃、好ましくは約350℃〜約400℃の温度で30分間〜180分間、好ましくは60分間〜90分間がよい。温度が300℃より低くなると機械的強度が充分でなく、一方、温度が500℃より高くなると蒸着膜を形成するポリマーの分解反応が起こる。
【0049】
例えば、この半導体基板を成膜チャンバから縦型炉に移して炉内の大気を窒素置換した後、大気圧下で温度を400℃まで昇温して所定時間熱処理を行う。酸素との反応を回避するために、熱処理は窒素雰囲気下で行う。具体的には、酸素濃度が100ppm以下であるようにすることが好ましい。熱処理後は、炉内の温度が100℃以下になるのを待ってから半導体基板を炉外へ取り出す。このような熱処理を行うことによって、フッ素化アリレン膜および中間膜の結晶化を進めて機械的強度を向上させることができる。
【0050】
次に、中間膜の上に無機膜を形成する(図2(d))。無機膜としては、例えば、SiO2膜、SiN膜、SiC膜、SiOC膜またはSiCN膜などを形成することができる。例えば、上記加熱処理を終えた半導体基板を成膜チャンバの中へ載置し、テトラメチルシラン(Si(CH3)4)を原料ガスとしてこの成膜チャンバ内へ導入した後、プラズマCVD法を行うことによって、中間膜上にSiC膜を形成することができる。SiC膜の膜厚は、例えば20nm〜100nm程度とすることができる。
【0051】
ポリ(テトラフルオロ−p−キシリレン)膜をシランガスで処理することによってシリコン中間膜を形成した後、SiC膜を形成した場合の密着性をナノスクラッチ法を用いて測定したところ、1つの例では、中間膜がない場合の臨界荷重100に対して、臨界荷重120であった。尚、臨界荷重は相対値であり、任意単位である(以下同じ)。
【0052】
本実施の形態においては、フッ素化アリレン膜形成後に中間膜形成ガスを導入して中間膜を成膜する方法について示したが、本発明はこれに限られるものではない。フッ素化アリレン膜表面をプラズマ処理して活性化させた後、中間膜を形成してもよい。プラズマガスとしては、例えば希ガスや水素ガスなどを用いることができる。具体的には、アルゴンプラズマ、水素プラズマなどを用いることができる。また、アルゴン中に水素を添加したガスでプラズマ処理してもよい。
【0053】
フッ素化アリレン膜の表面をプラズマ処理することによって、表面のフッ素を少なくすることができるとともに、ラジカルを発生させて活性化させることが可能となる。したがって、フッ素化アリレン膜と中間膜との密着性を一層向上させることが可能となる。
【0054】
例えば、フッ素化アリレン膜形成後の半導体基板を、平行平板型のRFプラズマを生起できるチャンバ内のサセプタ上に載置する。サセプタの温度は、例えば100℃程度とすることができる。RFパワー500W、周波数13.56MHz、アルゴン(Ar)流量100sccmおよび圧力600Paの条件でアルゴンプラズマを発生させることにより、フッ素化アリレン膜の表面をプラズマ処理することができる。
【0055】
フッ素化アリレン膜の表面をプラズマ処理した後、上述したように中間膜の成膜を行う。中間膜の成膜は、プラズマ処理後速やかに行うことが好ましい。また、プラズマ処理と中間膜の成膜とは異なるチャンバを用いてもよいが、同一のチャンバで行うことが好ましい。
【0056】
ポリ(テトラフルオロ−p−キシリレン)膜をアルゴンプラズマで処理し、シランガスを用いてシリコン中間膜を形成した後にSiC膜を形成した場合の密着性をナノスクラッチ法を用いて測定したところ、1つの例では、中間膜がない場合の臨界荷重100に対して、臨界荷重124であった。すなわち、プラズマ処理をしない場合の臨界荷重120に対して、より大きな値が得られた。
【0057】
本実施の形態においては、中間膜をCVD法により形成する場合について述べたが本発明はこれに限られるものではない。フッ素を含有する有機膜と無機膜との間に形成されて密着性を向上させるために、シリコンを含有する中間膜を形成する方法であれば他の方法であってもよい。
【0058】
例えば、シランカップリング剤を用いて、フッ素化アリレン膜の表面を処理することにより、フッ素化アリレン膜上にシリコンを含有する中間膜を形成してもよい。具体的には、シランカップリング剤の蒸気を用いることによって、フッ素化アリレン膜の表面とシランカップリング剤とを反応させてもよい。また、シランカップリング剤をエタノール、トルエンまたは酢酸エチルなどの有機溶剤に溶かし、これを例えば回転塗布法などによってフッ素化アリレン膜の上に塗布することによって、シランカップリング剤の膜をフッ素化アリレン膜上に形成してもよい。
【0059】
シランカップリング剤としては、例えば、エポキシ系シランカップリング剤またはアミノ系シランカップリング剤などを用いることができる。エポキシ系シランカップリング剤としては、例えば3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(式15)を挙げることができる。また、アミノ系シランカップリング剤としては、例えば、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(式16)、アミノプロピルトリメトキシシラン(式17)またはアミノプロピルトリエトキシシラン(式18)などを挙げることができる。
【0060】
【化15】
【0061】
【化16】
【0062】
【化17】
【0063】
【化18】
【0064】
また、本実施の形態においてはフッ素化アリレン膜を用いたが、本発明はこれに限られるものではない。フッ素化アリレン膜以外の他のフッ素を含む有機膜を用いてもよい。例えば、フッ素化ポリイミド膜やフッ素化アモルファスカーボン膜などを用いてもよい。また、これらの有機膜は、CVD法やプラズマCVD法の他に、回転塗布法やディップ法などを用いて半導体基板上に形成してもよい。
【0065】
さらに、本発明は本実施の形態において示した構成に限られるものではなく、有機膜と無機膜との密着性を向上させることを目的とするものであれば他の用途に適用することも可能である。
【0066】
本実施の形態によれば、半導体基板上に形成されたフッ素化アリレン膜上に中間膜を介して無機膜を成膜する。このような構成とすることによって、薄膜同士の密着性を向上させることができる。すなわち、フッ素化アリレン膜と無機膜の間に中間膜を形成しているので、フッ素化アリレン膜と無機膜との界面で剥離が生じることがない。したがって、半導体製造工程での歩留まりの向上および製品の信頼性の向上を図ることができる。
【0067】
また、中間膜形成前にフッ素化アリレン膜の表面をプラズマ処理することによって、フッ素化アリレン膜と中間膜との密着性を向上させることができる。したがって、半導体製造工程での歩留まりおよび製品の信頼性について一層の向上を図ることができる。
【0068】
【発明の効果】
本発明によれば、低誘電率化を実現することのできる絶縁膜を提供することができるので、半導体デバイスの寄生容量を大幅に低減することができ、微細化に伴う信号遅延を抑制することができる。
【0069】
また、本発明によれば、半導体製造工程おいて膜剥離などの不良を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において使用される薄膜形成装置の概念図である。
【図2】本発明における薄膜形成工程を示す模式図である。
【符号の説明】
1 薄膜形成装置、 2 原料収納容器、 3,5,8,10,11,12 配管、 4,9 流量制御機構、 6 加熱反応機構、 13 成膜チャンバ。
Claims (14)
- フッ素を含有する有機膜と、
前記有機膜上に形成されたシリコンを含有する中間膜と、
前記中間膜上に形成された無機膜とを有することを特徴とする半導体装置。 - 前記有機膜がフッ素化アリレン膜である請求項1に記載の半導体装置。
- 前記無機膜がSiO2膜、SiN膜、SiC膜、SiOC膜およびSiCN膜よりなる群から選ばれるいずれか1の膜である請求項1〜3に記載の半導体装置。
- 半導体基材上にフッ素を含有する有機膜を形成する工程と、
前記有機膜上にシリコンを含有する成膜ガスを用いて中間膜を形成する工程と、
前記中間膜上に無機膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記成膜ガスは、シラン類、メチルシラン類、シラザン、アルコキシシラン類およびクロロシラン類よりなる群から選ばれる少なくとも1の化合物を含むガスである請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体基材上にフッ素を含有する有機膜を形成する工程と、
前記有機膜にシランカップリング剤を用いた表面処理を行うことによって前記有機膜上にシリコンを含有する中間膜を形成する工程と、
前記中間膜上に無機膜を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記有機膜をプラズマ処理した後に前記中間膜を形成する請求項5〜7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記プラズマ処理は、不活性ガスおよび/または水素ガスを用いたプラズマ処理である請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記有機膜を形成した後に300℃〜500℃の温度で熱処理を行い、その後前記中間膜を形成する請求項5〜9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記中間膜を形成した後に300℃〜500℃の温度で熱処理を行い、その後前記無機膜を形成する請求項5〜9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記有機膜がフッ素化アリレン膜である請求項5〜11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記無機膜がSiO2膜、SiN膜、SiC膜、SiOC膜およびSiCN膜よりなる群から選ばれるいずれか1の膜である請求項5〜13に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002272884A JP2004111688A (ja) | 2002-09-19 | 2002-09-19 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002272884A JP2004111688A (ja) | 2002-09-19 | 2002-09-19 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004111688A true JP2004111688A (ja) | 2004-04-08 |
Family
ID=32269791
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002272884A Pending JP2004111688A (ja) | 2002-09-19 | 2002-09-19 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004111688A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006022403A1 (en) * | 2004-08-24 | 2006-03-02 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Passivation film, semiconductor device, and organic electroluminescent element |
US7084077B2 (en) | 2003-08-28 | 2006-08-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of fabricating multilayer interconnect wiring structure having low dielectric constant insulator film with enhanced adhesivity |
JP2008034837A (ja) * | 2006-07-05 | 2008-02-14 | Tokyo Electron Ltd | アモルファスカーボン膜の後処理方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法 |
US7718269B2 (en) | 2005-03-14 | 2010-05-18 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor manufacturing method for inter-layer insulating film |
JP2012204520A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Tokyo Electron Ltd | 表面処理方法及び成膜方法 |
-
2002
- 2002-09-19 JP JP2002272884A patent/JP2004111688A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7084077B2 (en) | 2003-08-28 | 2006-08-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of fabricating multilayer interconnect wiring structure having low dielectric constant insulator film with enhanced adhesivity |
WO2006022403A1 (en) * | 2004-08-24 | 2006-03-02 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Passivation film, semiconductor device, and organic electroluminescent element |
JP2006066450A (ja) * | 2004-08-24 | 2006-03-09 | Nippon Shokubai Co Ltd | パッシベーション膜、半導体装置および有機電界発光素子 |
US7718269B2 (en) | 2005-03-14 | 2010-05-18 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor manufacturing method for inter-layer insulating film |
US8158266B2 (en) | 2005-03-14 | 2012-04-17 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor manufacturing method for inter-layer insulating film |
JP2008034837A (ja) * | 2006-07-05 | 2008-02-14 | Tokyo Electron Ltd | アモルファスカーボン膜の後処理方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法 |
JP2012204520A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Tokyo Electron Ltd | 表面処理方法及び成膜方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4216768B2 (ja) | 有機ケイ酸塩ガラス膜及びその作製方法並びに有機ケイ酸塩ガラス膜作製のための混合物 | |
JP4678304B2 (ja) | シリコン酸化膜の製造方法 | |
KR0135486B1 (ko) | 반도체 장치 제조방법 | |
JP2003007699A (ja) | 低誘電率材料およびcvdによる処理方法 | |
JP2001504989A (ja) | 平坦化された誘電層を半導体基板上に堆積させるための方法及び装置 | |
TWI729417B (zh) | 矽化合物及使用其沉積膜的方法 | |
JP3149223B2 (ja) | 成膜方法 | |
JP2004111688A (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
WO2021034641A1 (en) | Silicon compounds and methods for depositing films using same | |
JP2004296476A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP4015976B2 (ja) | 電子装置の製造方法 | |
JP3485425B2 (ja) | 低誘電率絶縁膜の形成方法及びこの膜を用いた半導体装置 | |
JPH11111712A (ja) | 低誘電率絶縁膜とその形成方法及びこの膜を用いた半導体装置 | |
JP3789501B2 (ja) | 半導体装置に用いられる絶縁膜構造の製造方法 | |
JP2005183729A (ja) | 有機薄膜の形成方法 | |
JPH0570119A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
EP1460685A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US12119223B2 (en) | Single precursor low-k film deposition and UV cure for advanced technology node | |
US20230142684A1 (en) | Single Precursor Low-K Film Deposition and UV Cure for Advanced Technology Node | |
KR102670993B1 (ko) | 1-메틸-1-이소-프로폭시-실라사이클로알칸 및 이로부터 제조된 고밀도 오가노실리카 필름 | |
JP2001035843A (ja) | 層間絶縁膜の形成方法 | |
JPH09115898A (ja) | 誘電体膜の成膜方法 | |
JP2005079187A (ja) | 電子装置およびその製造方法 | |
JP2004304177A (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
JP2005167046A (ja) | 有機薄膜の形成方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20050131 |