JP2006049603A - 膜形成材料 - Google Patents

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英明 町田
Takeshi Kada
武史 加田
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真人 石川
Naoto Noda
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Abstract

【課題】 誘電率が従来のSiO2よりも低く、20Vの電圧時に10−8A/cmを越えるリーク電流が起きることの無い高品質な絶縁膜を提供することである。
【解決手段】 化学気相成長方法により膜を形成する為の材料であって、
下記の[I]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物と、
下記の[II]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物
とを含む。
[I]
HSi(OCH,HSi(OCH,HSi(CH)(OCH
[II]
(CH=CH)Si(OCH,(CH=CH)Si(OC,(CH=CH)Si(CH)(OCH,(CH=CH)Si(CH)(OC,(CH=CH)Si(CH(OCH),(CH=CH)Si(CH(OC

Description

本発明は、例えば半導体素子における絶縁膜に関する。
現在、半導体分野における進歩は著しく、LSIからULSIに移って来ている。そして、信号の処理速度を向上させる為、微細化が進んでいる。この微細化に伴い、配線材料は電気抵抗が低いものが選ばれている。すなわち、タングステン配線からアルミニウム配線へと、更には銅配線へと考えられている。
ところで、銅のような電気抵抗の小さな金属が用いられても、銅配線膜を囲む絶縁部分が従来のようなSiOである限り、銅の特長が十二分には発揮できないことが判って来た。特に、配線幅が0.15μm以下のようになって来ると、電子が高速で流れる時に、周囲の絶縁体部分に電磁誘導が引き起こされる。この悪影響は、配線膜を囲む絶縁部分がSiO2のような誘電率が4以上の絶縁材の場合に顕著である。そして、この結果、信号の遅延が起きたり、クロストーク現象が起きたりする。
そこで、絶縁膜として誘電率が従来のSiO2より低いものを選択することが提案され始めている。
例えば、本願出願人により、Si,O,C,Hで構成された酸化膜が提案(特開2003−151972)されている。すなわち、HSi(OCや(CH=CH)Si(OCHを導入し、プラズマ処理を行うことにより、Si−O−C−H酸化膜を得ている。
特開2003−151972
ところで、上記提案の技術では、20Vの電圧時に10-8A/cmを越えるリーク電流が生じている部分も出来ていることが判って来た。
従って、本発明が解決しようとする課題は、誘電率が従来のSiO2よりも低く、20Vの電圧時に10-8A/cmを越えるリーク電流が起きることの無い高品質な絶縁膜を提供することである。
上記問題点についての検討が鋭意押し進められて行った結果、用いた原料(HSi(OC)に問題の原因が有るのでは無いかとの啓示を得るに至った。すなわち、−OC25を持たないHSi(OCH33が用いられた場合には、前記の問題点が認められなかったからである。
上記知見を基にして本発明が達成されたものである。
すなわち、前記の課題は、膜を形成する為の材料であって、
下記の[I]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物と、
下記の[II]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物
とを含むことを特徴とする膜形成材料によって解決される。
[I]
HSi(OCH,HSi(OCH,HSi(CH)(OCH
[II]
(CH=CH)Si(OCH,(CH=CH)Si(OC,(CH=CH)Si(CH)(OCH,(CH=CH)Si(CH)(OC,(CH=CH)Si(CH(OCH),(CH=CH)Si(CH(OC
特に、膜を形成する為の材料であって、
下記の[I]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物と、
下記の[IIa]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物
とを含むことを特徴とする膜形成材料によって解決される。
[I]
HSi(OCH,HSi(OCH,HSi(CH)(OCH
式[IIa]
(CH=CH)Si(OCH,(CH=CH)Si(CH)(OCH,(CH=CH)Si(CH(OCH
本発明の材料は、Si,O,C,Hを含む絶縁膜を形成する為のものである。特に、誘電率が2.5以下の層間絶縁膜を形成する為のものである。又、化学気相成長方法により基板上に膜を形成する為のものである。
本発明は、誘電率が2.5以下で、かつ、Si,O,C,Hを構成要素として含む絶縁膜(層間絶縁膜)を形成する為、上記[I]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物と、上記[II](特に、上記[IIa])に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物とを用いたので、例えばHSi(OCと (CH=CH)Si(OCHとを用いた場合に比べて、下記の特長に優れている。
(1) 上記[I]の化合物は、HSi(OCより蒸気圧が高く、安定した成膜が出来る。
(2) Si,O,C,Hの組成比がより均一である。
(3) 20Vの電圧時に10−8A/cmを越えるリーク電流が起きない。
本発明になる絶縁膜(層間絶縁膜)形成材料は、上記の[I]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物と、上記の[II]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物とからなる。特に、上記の[I]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物と、上記の[IIa]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物とからなる。すなわち、膜の形成には、上記[I]タイプの化合物と上記[II]タイプの化合物とが用いられる。
そして、前記[I]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物と、前記[II]、特に前記[IIa]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物とが、同時または交互に供給され、プラズマ、光、高周波、レーザー、加熱の手段の中から選ばれる少なくとも一つの手段により分解が行われ、基板上に堆積がなされて膜が出来る。特に、Si,O,C,Hを含む絶縁膜が形成される。特に、誘電率が2.5以下の層間絶縁膜が形成される。
以下、具体的な実施例を挙げて説明する。
[実施例1]
図1は本発明になる化学気相成長方法が実施されるCVD装置の概略図である。
図1中、1a,1bは原料容器、2はプラズマ放電用電極・加熱器、3は反応炉である。4はプラズマ放電用電極・加熱器2の上に置かれた基板である。5はガスの流量制御器、6はプラズマ放電用電極・ガス吹出シャワーヘッドである。7は反応ガス入口、8はキャリアーガス入口である。9は排気、10は熱フィラメント、11は光照射器である。
そして、図1のCVD装置を用いて、Si基板4上に膜を形成した。
すなわち、容器1a内にHSi(OCHを、容器1b内に(CH=CH)Si(OCHを入れた。尚、容器1a,1b内は0〜100℃に保持されている。
そして、キャリアガスを各々20ml/minの割合で供給した。又、同時に、反応ガスとして窒素で5%以下に希釈した酸素を60ml/min以下の割合で供給した。
気化したHSi(OCHや(CH=CH)Si(OCHは、配管を経て、酸素及びキャリアガスと共に、反応炉3に導かれた。この時、系内は500torr以下に排気されている。Si基板4は、プラズマ放電用電極・加熱器2によって、250〜450℃に加熱されている。反応炉3内にはプラズマ放電が起こされている。
このようにしてSi基板4上に膜が形成された。
この膜をXPS(X線光電子分析法)により分析した。その結果、膜は、Si,O及びCを含むことが判った。尚、XPSではHの検出が出来ない。又、FT−IR(フーリエ変換型分光分析)によって調べた。その結果、Si−O及びCH−CH結合に由来する振動ピークが観察された。従って、膜は、Si,O,C,Hを構成要素として含むことが判った。
又、この膜の10箇所にアルミニウムの電極を蒸着して電流−電圧特性を測定した。その結果、何れの箇所でも、20Vでリーク電流は10-8A/cm以下であった。従って、絶縁膜として良好なものである。
更に、膜の容量−電圧特性を調べた。そして、膜厚と電極から誘電率を算出した処、誘電率は2.5以下であった。
[実施例2]
実施例1において、HSi(OCHの代わりにHSi(OCHを用いた以外は、同様に行った。
そして、この形成された膜は、実施例1で形成された膜と同様なものであった。
[実施例3]
実施例1において、HSi(OCHの代わりにHSi(CH)(OCHを用いた以外は、同様に行った。
そして、この形成された膜は、実施例1で形成された膜と同様なものであった。
[実施例4]
実施例1において、(CH=CH)Si(OCHの代わりに(CH=CH)Si(CH)(OCHを用いた以外は、同様に行った。
そして、この形成された膜は、実施例1で形成された膜と同様なものであった。
[実施例5]
実施例1において、(CH=CH)Si(OCHの代わりに(CH=CH)Si(CH(OCH)を用いた以外は、同様に行った。
そして、この形成された膜は、実施例1で形成された膜と同様なものであった。
[実施例6]
実施例1において、(CH=CH)Si(OCHの代わりに(CH=CH)Si(OCを用いた以外は、同様に行った。
そして、この形成された膜は、実施例1で形成された膜とほぼ同様なものであった。
但し、実施例1の場合に比べて、膜の組成の面内均一性の点では劣るものであった。
[実施例7]
実施例6において、(CH=CH)Si(OCの代わりに(CH=CH)Si(CH)(OCを用いた以外は、同様に行った。
そして、この形成された膜は、実施例6で形成された膜と同様なものであった。
[実施例8]
実施例6において、(CH=CH)Si(OCの代わりに(CH=CH)Si(CH(OC)を用いた以外は、同様に行った。
そして、この形成された膜は、実施例6で形成された膜と同様なものであった。
[実施例9]
実施例1において、プラズマ放電の代わりに光照射を行った以外は、同様に行った。
そして、この形成された膜は、実施例1で形成された膜と同様なものであった。
[比較例1]
実施例1において、HSi(OCHの代わりにHSi(OCを用いた以外は、同様に行った。
そして、この形成された膜は、実施例1,6で形成された膜より劣ったものであった。
すなわち、基板面内におけるSi,O,C,Hの組成比の均一性に劣っていた。又、10箇所中4箇所の位置において、20Vでリーク電流は10-8A/cmを越えていた。
半導体分野において特に有用に用いられる。
成膜装置(CVD)の概略図
符号の説明
1a,1b 原料容器
2 プラズマ放電用電極・加熱器
3 反応炉
4 基板
6 プラズマ放電用電極・ガス吹出シャワーヘッド
10 熱フィラメント
11 光照射器

代 理 人 宇 高 克 己

Claims (5)

  1. 膜を形成する為の材料であって、
    下記の[I]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物と、
    下記の[II]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物
    とを含むことを特徴とする膜形成材料。
    [I]
    HSi(OCH,HSi(OCH,HSi(CH)(OCH
    [II]
    (CH=CH)Si(OCH,(CH=CH)Si(OC,(CH=CH)Si(CH)(OCH,(CH=CH)Si(CH)(OC,(CH=CH)Si(CH(OCH),(CH=CH)Si(CH(OC
  2. 膜を形成する為の材料であって、
    下記の[I]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物と、
    下記の[IIa]に属する群の中から選ばれる一種又は二種以上の化合物
    とを含むことを特徴とする膜形成材料。
    [I]
    HSi(OCH,HSi(OCH,HSi(CH)(OCH
    [IIa]
    (CH=CH)Si(OCH,(CH=CH)Si(CH)(OCH,(CH=CH)Si(CH(OCH
  3. Si,O,C,Hを含む絶縁膜を形成する為のものであることを特徴とする請求項1又は請求項2の膜形成材料。
  4. 誘電率が2.5以下の層間絶縁膜を形成する為のものであることを特徴とする請求項1〜請求項3いずれかの膜形成材料。
  5. 化学気相成長方法により基板上に膜を形成する為のものであることを特徴とする請求項1〜請求項4いずれかの膜形成材料。
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