JP2006049603A

JP2006049603A - 膜形成材料

Info

Publication number: JP2006049603A
Application number: JP2004229019A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Machida; 英明町田; Takeshi Kada; 武史加田; Masato Ishikawa; 真人石川; Naoto Noda; 直人野田
Original assignee: TRI Chemical Laboratorories Inc
Current assignee: TRI Chemical Laboratorories Inc
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2006-02-16
Also published as: US20060029734A1; KR20060013320A

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^２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_３）_３，Ｈ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２，ＨＳｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_２
［ＩＩ］
（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_２，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣ_２Ｈ_５）_２，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）_２（ＯＣＨ_３），（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）_２（ＯＣ_２Ｈ_５）

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_２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_２Ｈ_５）_３や（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３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^２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^２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_２Ｈ_５）_３）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、−ＯＣ₂Ｈ₅を持たないＨＳｉ（ＯＣＨ₃）₃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_３）_３，Ｈ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２，ＨＳｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_２
［ＩＩ］
（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_２，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣ_２Ｈ_５）_２，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）_２（ＯＣＨ_３），（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）_２（ＯＣ_２Ｈ_５）

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_３）_３，Ｈ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２，ＨＳｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_２
式［ＩＩａ］
（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_２，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）_２（ＯＣＨ_３）

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_２Ｈ_５）_３と（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３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_２Ｈ_５）_３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^２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_３）_３を、容器１ｂ内に（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３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_３）_３や（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３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_２−ＣＨ_２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^２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_３）_３の代わりにＨ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２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_３）_３の代わりにＨＳｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_２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_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３の代わりに（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_２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_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３の代わりに（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）_２（ＯＣＨ_３）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_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３の代わりに（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３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_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３の代わりに（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣ_２Ｈ_５）_２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_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３の代わりに（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）_２（ＯＣ_２Ｈ_５）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_３）_３の代わりにＨＳｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３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^２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

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_３）_３，Ｈ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２，ＨＳｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_２
［ＩＩ］
（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_２，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣ_２Ｈ_５）_２，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）_２（ＯＣＨ_３），（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）_２（ＯＣ_２Ｈ_５）
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_３）_３，Ｈ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２，ＨＳｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_２
［ＩＩａ］
（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_２，（ＣＨ_２=ＣＨ）Ｓｉ（ＣＨ_３）_２（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。
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。
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。