JP2005129964A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置を構成する配線を電気的に隔離する層間絶縁膜のうち少なくとも1層として酸化シリコン膜22,24,26を有する半導体装置において、前記酸化シリコン膜中のF濃度が3at%以上であり、N濃度が1at%以上であることを特徴とする半導体装置。
【選択図】図2
Description
この方法では、SiO2膜中に5mol%のFが含まれ、その比誘電率は熱酸化SiO2膜の3.9に比べても小さくなることが報告されている(特許文献2)。しかし、この方法では、SiO2中のF濃度を制御することが困難であり、しかもSiO2の成長速度が1nm/min程度と非常に遅いという問題がある。
P≧5×10-4、P≦10-1×10-E/45
を満たし、イオンエネルギーE(eV)とプラズマ密度D(/cm3)との関係が
D≧2×1011×10-E/45(ただし10≦E、なおE≦100であることが好ましい)
を満たす条件で、プラズマCVD法により、フッ素を含むシリコン酸化膜を形成すれば、より一層F添加SiO2膜の吸湿性を低下させることができる。
図1に、本実施例で用いられた平行平板型プラズマCVD装置を示す。図1において、チャンバー11内のガスはポンプ12により排気され、チャンバー11内へ石英ノズル13からそれぞれ反応ガスが導入される。チャンバー11内部には平板型の電極14、15が互いに平行に設置されている。電極14にはマッチングボックスを介して高周波電源16が接続されている。電極15は接地されている。電極15上にSi基板10が載せられる。
図8を参照して、Fが添加されたSiO2とFが添加されていないSiO2とを積層する方法を説明する。このような積層構造の絶縁膜を形成すれば、吸湿を極力抑えることができ、金属配線の信頼性を向上できる。
図1と同様な平行平板型プラズマCVD装置を用い、ソースガスとしてHSi(N(CH3)2)3ガス、FSi(OC2H5)3ガス、O2ガスを用い、図2と同様に多層配線の層間絶縁膜を形成した例を説明する。
図10に示すホットウォール型のバッジ式熱CVD装置を用い、ソースガスとしてNH3ガス、ClF3ガス、SiH4ガス、O2ガスを用いた例について説明する。
図12に示すコールドウォール型枚葉式の熱CVD装置を用い、ソースガスとしてNF3ガス、TEOSガス、N2Oガスを用いた例について説明する。
図14に、本実施例で用いられた、異なる2つの周波数で励起可能な平行平板型プラズマCVD装置の概略図を示す。図14において、チャンバー11内のガスはポンプ12により排気され、チャンバー11内へ石英ノズル13からそれぞれ反応ガスが導入される。チャンバー11内部には平板型の電極14、15が互いに平行に設置されている。電極14には、マッチングボックス17を介して13.56MHzの高周波電源16、及びローパスフィルター18を介して400kHzの高周波電源19が接続されている。電極15は接地されている。電極15上にSi基板10が載せられる。
図17に、本実施例で用いられたプラズマCVD装置の概略図を示す。この装置は、Al合金製チャンバー101、石英製放電管102と真空ポンプ103より構成されている。ソースガスは、石英製放電管102の一端に設けられたノズル104と、チャンバー11内に設けられたリング状ノズル105から導入される。チャンバー101の圧力は、ガス排気口に設置されたコンダクタンスバルブ106と真空ポンプ103により任意に設定できる。石英製放電管102内には、図18に示すダブルループ状の放電アンテナ107が設けられている。この放電アンテナ107の一端にはマッチングボックスを介してRF電源108が接続されて、他端は接地されている。電磁コイル109は、放電管102に400ガウスの均一磁場を与える。電磁コイル109による磁界は、放電管102内では均一であるが、チャンバー101内では発散するような勾配を持っている。Si基板10は、放電管102から約5cm離れた支持台111上に載置される。支持台110は加熱機構と直流及び交流電圧を印加できる機構を有し、Si基板10に任意の温度と基板バイアスを与えることができる。
図20に、本実施例で用いられたプラズマCVD装置の概略図を示す。図20において、チャンバー11内のガスはポンプ12により排気され、チャンバー11内へ石英ノズル13から反応ガスが導入される。チャンバー11内部には平板型の電極14、15が互いに平行に設置されている。電極14にはマッチングボックスを介して高周波電源16が接続されている。電極15は接地されている。電極15上にSi基板10が載せられる。また、放電領域に400ガウスの磁場を印加できる永久磁石または電磁磁石120を備えている。
図21は、本実施例において用いられた、電子線励起プラズマCVD装置の概略構成図である。この装置は大きく分けて3室の真空容器より構成される。すなわち、放電によりプラズマを発生させるための真空容器206と、真空容器206で発生したプラズマより電子を引き出し加速する真空容器205と、及び真空容器205で加速された電子の照射により反応性ガスを電離・活性化しプラズマを発生させ、Si基板10に絶縁膜を成膜させるための真空容器201とで構成される。
通常の平行平板型プラズマCVDで成膜した場合には、3at%F添加SiO2膜のほうがF無添加SiO2膜よりも、Siダングリングボンド密度も吸湿性もともに高くなっている。すなわち、ダイグリングボンドの増加により水との反応が起こりやすくなる。しかも、F濃度の増加にともなって環構造が広がっていることから、水が拡散しやすくなっている。したがって、通常の平行平板型プラズマCVDで成膜したSiO2膜は、F濃度の増加とともに吸湿性が増加する。
Claims (2)
- 半導体装置を構成する配線を電気的に隔離する層間絶縁膜のうち少なくとも1層として酸化シリコン膜を有する半導体装置において、前記酸化シリコン膜中のF濃度が3at%以上であり、N濃度が1at%以上であることを特徴とする半導体装置。
- Si、O、Fを含み、かつNおよびCの少なくとも1つを含む原料ガスを用い、化学気相成長法により、Fを含み、かつNおよびCの少なくとも1つを含む酸化シリコン膜を形成するにあたり、HSi(N(CH3)2)3、Si(N(CH3)2)4および(CH3)3SiN3からなる群より選択される少なくとも1種のガスを、窒素を含む原料ガスとして用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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