JP2006190872A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、比誘電率の低い絶縁膜を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having an insulating film having a low relative dielectric constant.
近時では、半導体装置の高集積化に伴って、配線幅や配線間隔が非常に狭く設定されるようになってきている。そして、配線間隔を0.1μm以下にまで狭めることが検討されている。配線間の寄生容量は配線間隔に反比例する。このため、配線間隔を狭めるに伴って、配線間の寄生容量が増大してしまうこととなる。配線間の寄生容量の増大は、信号の伝搬速度の遅延を招いてしまうため、半導体装置の動作速度の向上における阻害要因となる。配線間の寄生容量を低減するためには、層間絶縁膜の材料として比誘電率の低い材料を用いることが有効である。 In recent years, with the high integration of semiconductor devices, wiring widths and wiring intervals have been set to be very narrow. Then, it has been studied to reduce the wiring interval to 0.1 μm or less. The parasitic capacitance between wirings is inversely proportional to the wiring spacing. For this reason, the parasitic capacitance between the wirings increases as the wiring interval is narrowed. An increase in the parasitic capacitance between the wirings causes a delay in the propagation speed of the signal, which becomes an impediment to improving the operation speed of the semiconductor device. In order to reduce the parasitic capacitance between the wirings, it is effective to use a material having a low relative dielectric constant as the material of the interlayer insulating film.
従来より、層間絶縁膜の材料としては、二酸化珪素(SiO2)、窒化珪素(SiN)、燐珪酸ガラス(PSG)等の無機膜が用いられてきた。また、ポリイミド等の有機膜等も層間絶縁膜の材料として用いられてきた。例えば、CVD法により形成したSiO2膜の比誘電率は、4程度である。 Conventionally, inorganic films such as silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), and phosphosilicate glass (PSG) have been used as a material for the interlayer insulating film. Further, an organic film such as polyimide has also been used as a material for the interlayer insulating film. For example, the relative dielectric constant of the SiO 2 film formed by the CVD method is about 4.
SiO2膜より比誘電率の低い絶縁膜として、SiOF膜が提案されている。SiOF膜の比誘電率は、3.3〜3.5程度であり、SiO2膜よりは比誘電率が低い。しかし、配線間の寄生容量を十分に低減するためには、更に比誘電率の低い絶縁膜を用いることが必要である。 A SiOF film has been proposed as an insulating film having a relative dielectric constant lower than that of the SiO 2 film. The relative dielectric constant of the SiOF film is about 3.3 to 3.5, which is lower than that of the SiO 2 film. However, in order to sufficiently reduce the parasitic capacitance between the wirings, it is necessary to use an insulating film having a lower relative dielectric constant.
近時、比誘電率が極めて低い絶縁膜として、多孔質の絶縁膜が注目されている。多孔質の絶縁膜は、絶縁膜中に多数の空孔が形成されている膜である。層間絶縁膜の材料として多孔質の絶縁膜を用いれば、配線間の寄生容量を低減することが可能となる。
多孔質絶縁膜に溝を形成し、溝内に配線を埋め込む場合には、多孔質絶縁膜の下に、多孔質絶縁膜とエッチング特性が異なるストッパ膜を形成し、ストッパ膜をエッチングストッパとして溝を形成する必要がある。多孔質絶縁膜の材料がSiO2である場合には、SiO2に対する選択比が比較的高い材料であるSiNをストッパ膜の材料として用いることが考えられる。しかし、SiNの比誘電率は7と非常に高いため、ストッパ膜の材料としてSiNを用いた場合には、配線間の寄生容量を十分に低減することが困難である。 When a groove is formed in the porous insulating film and wiring is embedded in the groove, a stopper film having etching characteristics different from that of the porous insulating film is formed under the porous insulating film, and the groove is formed using the stopper film as an etching stopper. Need to form. When the material of the porous insulating film is SiO 2 , it is conceivable to use SiN, which is a material having a relatively high selectivity with respect to SiO 2 , as the material of the stopper film. However, since the relative dielectric constant of SiN is as high as 7, when SiN is used as the material for the stopper film, it is difficult to sufficiently reduce the parasitic capacitance between the wirings.
本発明の目的は、配線間の寄生容量を十分に低減し得る半導体装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can sufficiently reduce the parasitic capacitance between wirings.
本発明の一観点によれば、半導体基板上に多孔質絶縁膜を形成する工程と、前記多孔質絶縁膜の表層部を緻密化する緻密化処理を行うことにより、前記多孔質絶縁膜の前記表層部に、前記多孔質絶縁膜より密度の高い緻密層を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, the step of forming a porous insulating film on a semiconductor substrate and the densification treatment for densifying the surface layer portion of the porous insulating film, And a step of forming a dense layer having a higher density than the porous insulating film in the surface layer portion.
本発明によれば、多孔質絶縁膜の表層部を緻密化する緻密化処理を行うことにより緻密層を形成するため、エッチングストッパ膜や保護膜として機能しうる良質な緻密層を極めて薄く形成することができる。従って、本発明によれば、配線間の寄生容量を十分に低減することができる。 According to the present invention, since a dense layer is formed by performing a densification process for densifying the surface layer portion of the porous insulating film, a high-quality dense layer that can function as an etching stopper film or a protective film is formed extremely thin. be able to. Therefore, according to the present invention, the parasitic capacitance between the wirings can be sufficiently reduced.
上述したように、多孔質絶縁膜の下にSiNより成るストッパ膜を形成し、かかるストッパ膜をエッチングストッパとして溝を形成した場合には、ストッパ膜の比誘電率が非常に高いため、配線間の寄生容量を十分に低減することが困難である。 As described above, when a stopper film made of SiN is formed under the porous insulating film and a groove is formed using such a stopper film as an etching stopper, the relative permittivity of the stopper film is very high. It is difficult to sufficiently reduce the parasitic capacitance.
ここで、エッチングストッパ膜を用いることなく、エッチング時間を適宜設定することにより、多孔質絶縁膜に溝を形成することも考えられる。 Here, it is conceivable to form a groove in the porous insulating film by appropriately setting the etching time without using the etching stopper film.
しかし、多孔質絶縁膜に形成する溝の深さをエッチング時間により正確に制御することは非常に困難であり、溝の深さに大きなばらつきが生じてしまう。溝の深さのばらつきは、配線抵抗のばらつき等を招いてしまうこととなる。また、多孔質絶縁膜に形成する溝の深さをエッチング時間により制御した場合には、溝の底面の状態が非常に粗くなってしまう。溝の底面の状態が非常に粗いと、溝の底面上に良質なバリア膜を形成することができない。このため、溝内に埋め込まれた配線材料が、バリア膜を介して外部に拡散してしまうこととなる。配線材料がバリア膜を介して多孔質絶縁膜中に拡散してしまうと、配線の断線等が生じてしまうこととなる。 However, it is very difficult to accurately control the depth of the groove formed in the porous insulating film by the etching time, and the groove depth varies greatly. Variation in the depth of the groove will cause variation in wiring resistance and the like. Further, when the depth of the groove formed in the porous insulating film is controlled by the etching time, the state of the bottom surface of the groove becomes very rough. If the bottom surface of the groove is very rough, a good barrier film cannot be formed on the bottom surface of the groove. For this reason, the wiring material embedded in the trench diffuses to the outside through the barrier film. If the wiring material diffuses into the porous insulating film through the barrier film, disconnection of the wiring or the like occurs.
また、多孔質絶縁膜より成る層間絶縁膜に配線を埋め込む場合には、開口部が形成されたフォトレジスト膜をマスクとして多孔質絶縁膜をエッチングすることにより溝を形成し、こうして形成された溝内に配線を埋め込む。しかし、フォトレジスト膜と多孔質絶縁膜との選択比が十分に確保されていない場合には、多孔質絶縁膜をエッチングする際にフォトレジスト膜までもが大きくエッチングされてしまい、所望の形状の溝を形成し得ない場合がある。フォトレジスト膜と多孔質絶縁膜との選択比が十分に確保し得ない場合にでも、所望の形状の溝を形成するためには、予め多孔質絶縁膜上にハードマスクとして機能する保護膜を形成しておく必要がある。保護膜(ハードマスク)としては、例えばCVD法により形成したシリコン酸化膜を用いることが考えられる。しかし、CVD法によりシリコン酸化膜を形成する場合には、シリコン酸化膜の膜厚を例えば30nm以上と比較的厚く設定せざるを得ない。CVD法によりシリコン酸化膜を薄く形成した場合には、良質なシリコン酸化膜を得ることができず、保護膜として十分機能し得ないためである。CVD法により形成されたシリコン酸化膜は、多孔質絶縁膜と比較して比誘電率が大きいため、シリコン酸化膜を30nm以上と比較的厚く設定した場合には、配線間の寄生容量を十分に低減することは困難である。 Further, when embedding wiring in an interlayer insulating film made of a porous insulating film, a groove is formed by etching the porous insulating film using a photoresist film having an opening as a mask, and the groove thus formed Embed wiring inside. However, if the selective ratio between the photoresist film and the porous insulating film is not sufficiently ensured, even the photoresist film is etched greatly when the porous insulating film is etched, and the desired shape is obtained. The groove may not be formed. Even when the selective ratio between the photoresist film and the porous insulating film cannot be sufficiently secured, a protective film functioning as a hard mask is previously formed on the porous insulating film in order to form a groove having a desired shape. It is necessary to form. As the protective film (hard mask), for example, a silicon oxide film formed by a CVD method may be used. However, when the silicon oxide film is formed by the CVD method, the film thickness of the silicon oxide film must be set to be relatively thick, for example, 30 nm or more. This is because when a silicon oxide film is thinly formed by the CVD method, a high-quality silicon oxide film cannot be obtained and cannot function sufficiently as a protective film. Since the silicon oxide film formed by the CVD method has a relative dielectric constant larger than that of the porous insulating film, when the silicon oxide film is set to a relatively large thickness of 30 nm or more, the parasitic capacitance between the wirings is sufficient. It is difficult to reduce.
また、溝内に配線を埋め込む際には、溝内及び多孔質絶縁膜上に導電膜を形成し、CMP法により導電膜を研磨することにより、溝内に導電膜より成る配線を埋め込む。多孔質絶縁膜は水分を吸収しやすいため、CMP法による導電膜の研磨の際に水分が多孔質絶縁膜に達するのを防止すべく、多孔質絶縁膜上には予め保護膜(バリア膜)を形成しておく必要がある。保護膜としては、上記と同様に、例えばCVD法により形成したシリコン酸化膜を用いることが考えられる。しかし、CVD法によりシリコン酸化膜を形成する場合には、上述したように、シリコン酸化膜の膜厚を例えば30nm以上と比較的厚く設定せざるを得ない。CVD法によりシリコン酸化膜を薄く形成した場合には、上述したように、良質なシリコン酸化膜を得ることができず、バリア膜として十分機能し得ないためである。CVD法により形成されたシリコン酸化膜は、多孔質絶縁膜と比較して比誘電率が大きいため、シリコン酸化膜を30nm以上と比較的厚く設定した場合には、配線間の寄生容量を十分に低減することは困難である。 Further, when the wiring is embedded in the groove, a conductive film is formed in the groove and on the porous insulating film, and the conductive film is polished by CMP to embed the wiring made of the conductive film in the groove. Since the porous insulating film easily absorbs moisture, a protective film (barrier film) is previously formed on the porous insulating film in order to prevent moisture from reaching the porous insulating film during polishing of the conductive film by the CMP method. It is necessary to form. As the protective film, it is conceivable to use a silicon oxide film formed by, for example, a CVD method in the same manner as described above. However, when the silicon oxide film is formed by the CVD method, as described above, the thickness of the silicon oxide film has to be set to be relatively thick, for example, 30 nm or more. This is because when the silicon oxide film is thinly formed by the CVD method, as described above, a high-quality silicon oxide film cannot be obtained and cannot function sufficiently as a barrier film. Since the silicon oxide film formed by the CVD method has a relative dielectric constant larger than that of the porous insulating film, when the silicon oxide film is set to a relatively large thickness of 30 nm or more, the parasitic capacitance between the wirings is sufficient. It is difficult to reduce.
本願発明者らは、鋭意検討した結果、多孔質絶縁膜の表層部を緻密化する緻密化処理を行うことにより、多孔質絶縁膜の表層部に緻密層を形成し、この緻密層をエッチングストッパ膜や保護膜として用いることに想到した。かかる緻密層は、多孔質絶縁膜より密度が高いため、多孔質絶縁膜よりエッチング速度が遅い。このため、かかる緻密層は、エッチングストッパ膜として機能し得る。また、かかる緻密層は、密度が非常に高いため、CMP法により導電膜を研磨する際に多孔質絶縁膜に水分等が達するのを防止する保護膜(バリア膜)として機能し得る。また、かかる緻密層は、多孔質絶縁膜よりエッチング速度が遅いため、多孔質絶縁膜をエッチングする際にハードマスク(保護膜)としても機能しうる。しかも、かかる緻密層は、非常に薄く形成した場合であっても、エッチングストッパ膜や保護膜として十分に機能し得る。即ち、CVD法により絶縁膜を形成する場合には、30nm以上と比較的厚く形成しなければ良質な絶縁膜を形成し得ないが、多孔質の表層部を緻密化する緻密化処理により形成される緻密層は、極めて薄く形成した場合であっても良質なエッチングストッパ膜や保護膜となる。このように、本発明によれば、エッチングストッパ膜や保護膜として機能しうる良質な緻密層を極めて薄く形成することができるため、配線間の寄生容量を十分に低減することが可能となる。 As a result of diligent study, the inventors of the present application formed a dense layer on the surface layer portion of the porous insulating film by performing a densification treatment for densifying the surface layer portion of the porous insulating film, and this dense layer was formed into an etching stopper. I came up with the idea of using it as a film or protective film. Since the dense layer has a higher density than the porous insulating film, the etching rate is slower than that of the porous insulating film. For this reason, this dense layer can function as an etching stopper film. Further, since the dense layer has a very high density, it can function as a protective film (barrier film) that prevents moisture and the like from reaching the porous insulating film when the conductive film is polished by the CMP method. Further, since the dense layer has an etching rate slower than that of the porous insulating film, it can function as a hard mask (protective film) when the porous insulating film is etched. Moreover, such a dense layer can sufficiently function as an etching stopper film and a protective film even when it is formed very thin. That is, when an insulating film is formed by a CVD method, a high-quality insulating film cannot be formed unless it is formed to a relatively large thickness of 30 nm or more, but it is formed by a densification process for densifying the porous surface layer portion. Even if the dense layer is formed extremely thin, it becomes a high-quality etching stopper film or protective film. As described above, according to the present invention, a high-quality dense layer that can function as an etching stopper film and a protective film can be formed extremely thin, so that the parasitic capacitance between wirings can be sufficiently reduced.
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を図1乃至図8を用いて説明する。図1乃至図8は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
[First Embodiment]
A method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 are process cross-sectional views illustrating the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment.
まず、図1(a)に示すように、半導体基板10に、例えばLOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)法により素子分離膜12を形成する。素子分離膜12により、素子領域14が画定される。半導体基板10としては、例えばシリコン基板を用いる。
First, as shown in FIG. 1A, an
次に、素子領域14上に、ゲート絶縁膜16を介してゲート電極18を形成する。次に、ゲート電極18の側面に、サイドウォール絶縁膜20を形成する。次に、サイドウォール絶縁膜20及びゲート電極18をマスクとして半導体基板10内にドーパント不純物を導入することにより、ゲート電極18の両側の半導体基板10内にソース/ドレイン拡散層22を形成する。こうして、ゲート電極18とソース/ドレイン拡散層22とを有するトランジスタ24が形成される。
Next, a
次に、全面に、例えばCVD法により、シリコン酸化膜より成る層間絶縁膜26を形成する。
Next, an
次に、層間絶縁膜26上に、例えば膜厚50nmのストッパ膜28を形成する。ストッパ膜28の材料としては、例えばプラズマCVD法により形成したSiN膜、水素化SiC膜(SiC:H膜)、水素化酸化SiC膜(SiC:O:H膜)、窒化SiC膜(SiC:N膜)等を用いる。なお、SiC:H膜とは、SiC膜中にH(水素)を存在させて成る膜である。SiC:O:H膜とは、SiC膜中にO(酸素)とH(水素)とを存在させて成る膜のことである。SiC:N膜とは、SiC膜中にN(窒素)を存在させて成る膜である。ストッパ膜28は、後述する工程においてCMP法によりタングステン膜34等を研磨する際にストッパとして機能する。また、ストッパ膜28は、後述する工程において層間絶縁膜38等に溝46を形成する際に、エッチングストッパとしても機能する。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、ソース/ドレイン拡散層22に達するコンタクトホール30を形成する(図1(b)参照)。
Next, a
次に、全面に、例えばスパッタ法により、膜厚50nmのTiN膜より成る密着層32を形成する。密着層32は、後述する導体プラグの下地に対する密着性を確保するためのものである。
Next, an
次に、全面に、例えばCVD法により、例えば膜厚1μmのタングステン膜34を形成する。
Next, a
次に、例えばCMP法により、ストッパ膜28の表面が露出するまで、密着層32及びタングステン膜34を研磨する。こうして、コンタクトホール内に、タングステンより成る導体プラグ34が埋め込まれる(図1(c)参照)。
Next, the
次に、図2(a)に示すように、全面に、気相成長法、より具体的にはプラズマCVD法により、水素化酸化SiC膜(SiC:O:H膜)より成る絶縁膜36を形成する。SiC:O:H膜とは、上述したように、SiC膜中にO(酸素)とH(水素)とを存在させて成る膜のことである。SiC膜は電気的には半導体であるが、SiC:O:H膜は電気的には絶縁体である。絶縁膜36は、緻密性が高い絶縁膜である。絶縁膜36の密度は、後述する多孔質の絶縁膜38の密度より高い。絶縁膜36は、水分等の拡散を防止するバリア膜として機能するものである。絶縁膜36により、多孔質の絶縁膜38に水分等が達するのを防止することができ、多孔質の絶縁膜38の比誘電率が上昇するのを防止することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 2A, an insulating
SiC:O:H膜より成る絶縁膜36は、例えば以下のようにして形成することができる。
The insulating
まず、プラズマCVD装置のチャンバ内に、半導体基板10を導入する。プラズマCVD装置としては、例えば平行平板型のプラズマCVD装置を用いる。
First, the
次に、基板温度を300〜400℃に加熱する。 Next, the substrate temperature is heated to 300 to 400 ° C.
次に、アルキル基を有するシロキサンモノマを気化装置により気化し、反応性ガスを生成する。そして、不活性ガスをキャリアとして、反応性ガスをチャンバ内に導入する。反応性ガスの供給量は、例えば1mg/minとする。この際、平板電極間に高周波電力を印加すると、反応性ガスのプラズマが発生し、SiC:O:H膜より成る絶縁膜36が形成される。
Next, the siloxane monomer having an alkyl group is vaporized by a vaporizer to generate a reactive gas. Then, a reactive gas is introduced into the chamber using an inert gas as a carrier. The supply amount of the reactive gas is, for example, 1 mg / min. At this time, when high frequency power is applied between the plate electrodes, reactive gas plasma is generated, and an insulating
こうして、SiC:O:Hより成る絶縁膜36が形成される。
Thus, the insulating
次に、全面に、多孔質の層間絶縁膜(多孔質絶縁膜)38を形成する。多孔質の層間絶縁膜38としては、例えば多孔質シリカより成る層間絶縁膜(多孔質シリカ膜)を形成する。多孔質の層間絶縁膜38の膜厚は、例えば膜厚160nmとする。多孔質の層間絶縁膜38の形成方法は、例えば、後に詳述する多孔質の層間絶縁膜54の形成方法と同様とする。
Next, a porous interlayer insulating film (porous insulating film) 38 is formed on the entire surface. As the porous
次に、多孔質の層間絶縁膜38が形成された半導体基板10上の全面に、例えばプラズマCVD法により、絶縁膜40を形成する。絶縁膜40は、水分等の拡散を防止するバリア膜として機能するものである。絶縁膜40により、多孔質の絶縁膜38に水分等が達するのを防止することができ、多孔質の絶縁膜38の比誘電率が上昇するのを防止することが可能となる。
Next, the insulating
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜42を形成する。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜42に開口部44を形成する(図2(b)参照)。開口部44は、後述する第1層目の配線(第1金属配線層)50を形成するためのものである。例えば、配線幅が100nm、配線間隔が100nmとなるように、開口部44をフォトレジスト膜42に形成する。
Next, an
次に、図3(a)に示すように、フォトレジスト膜42をマスクとして、絶縁膜40、層間絶縁膜38及び絶縁膜36をエッチングする。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いてエッチングを行う。この際、ストッパ膜38が、エッチングストッパとして機能する。こうして、絶縁膜40、層間絶縁膜38及び絶縁膜36に、配線50を埋め込むための溝(トレンチ)46が形成される。導体プラグ34の上面は、溝内46に露出した状態となる。この後、フォトレジスト膜42を剥離する。
Next, as shown in FIG. 3A, the insulating
次に、全面に、例えばスパッタ法により、膜厚10nmのTaNより成るバリア膜(図示せず)を形成する。バリア膜は、後述する配線中のCuが絶縁膜中に拡散するのを防止するためのものである。次に、全面に、例えばスパッタ法により、膜厚10nmのCuより成るシード膜(図示せず)を形成する。シード膜は、電気めっき法によりCuより成る配線を形成する際に、電極として機能するものである。こうして、バリア膜とシード膜とから成る積層膜48が形成される。
Next, a barrier film (not shown) made of TaN with a thickness of 10 nm is formed on the entire surface by, eg, sputtering. The barrier film is for preventing Cu in the wiring described later from diffusing into the insulating film. Next, a seed film (not shown) made of Cu with a thickness of 10 nm is formed on the entire surface by, eg, sputtering. The seed film functions as an electrode when a wiring made of Cu is formed by electroplating. Thus, a
次に、例えば電気めっき法により、膜厚600nmのCu膜50を形成する。
Next, a
次に、CMP法により、絶縁膜の表面が露出するまで、Cu膜50及び積層膜48を研磨する。こうして、溝内にCuより成る配線50が埋め込まれる。このような配線50の製造プロセスは、シングルダマシン法と称される。
Next, the
次に、全面に、例えばプラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜52を形成する。絶縁膜52は、水分の拡散を防止するバリア膜として機能するものである。絶縁膜52により、多孔質の層間絶縁膜38に水分が達するのが防止される。SiC:O:H膜より成る絶縁膜52は、例えば以下のようにして形成することができる。
Next, an insulating
まず、プラズマCVD装置のチャンバ内に半導体基板10を導入する。プラズマCVD装置としては、例えば平行平板型のプラズマCVD装置を用いる。
First, the
次に、基板温度を例えば400℃に設定する。 Next, the substrate temperature is set to 400 ° C., for example.
次に、トリメチルシランを気化装置により気化し、反応性ガスを生成する。そして、キャリアガスを用いて、反応性ガスをチャンバ内に導入する。この際、平板電極間に高周波電力を印加すると、反応性ガスのプラズマが発生する。この際、堆積レートを比較的遅く設定すれば、緻密性の高い絶縁膜40を形成することができる。具体的には、例えば、以下のように成膜条件を設定すれば、緻密性の高い絶縁膜40を形成することが可能である。反応性ガスの供給量は、例えば1mg/minとする。キャリアガスとしては、例えばCO2を用いる。キャリアガスの流量は、例えば100sccmとする。平板電極間に印加する高周波電力は、例えば、13.56MHz(200W)及び100kHz(200W)とする。平板電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる時間は、例えば5秒間とする。
Next, trimethylsilane is vaporized by a vaporizer to generate a reactive gas. Then, a reactive gas is introduced into the chamber using a carrier gas. At this time, when high-frequency power is applied between the plate electrodes, reactive gas plasma is generated. At this time, if the deposition rate is set to be relatively slow, the dense insulating
こうして、バリア膜として機能する絶縁膜52が形成される。
Thus, the insulating
次に、図4(a)に示すように、全面に、多孔質の層間絶縁膜(多孔質絶縁膜)54を形成する。多孔質の層間絶縁膜54としては、例えば多孔質シリカより成る層間絶縁膜(多孔質シリカ膜)を形成する。多孔質の層間絶縁膜54の膜厚は、例えば膜厚180nmとする。
Next, as shown in FIG. 4A, a porous interlayer insulating film (porous insulating film) 54 is formed on the entire surface. As the porous
多孔質シリカより成る層間絶縁膜54は、後述する例えば以下のようにして形成することができる。
The
まず、多孔質の層間絶縁膜54を形成するための絶縁膜材料を用意する。具体的には、例えば、テトラアルコキシシラン、トリアルコキキシシラン、メチルトリアルコキシシラン、エチルトリアルコキシシラン、プロピルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、ビニルトリアルコキシシラン、アリルトリアルコキシシラン、グリシジルトリアルコキシシラン、ジアルコキキシシラン、ジメチルジアルコキシシラン、ジエチルジアルコキシシラン、ジプロピルジアルコキシシラン、ジフェニルジアルコキシシラン、ジビニルジアルコキシシラン、ジアリルジアルコキシシラン、ジグリシジルジアルコキシシラン、フェニルメチルジアルコキシシラン、フェニルエチルジアルコキシシラン、フェニルプロピルトリアルコキシシラン、フェニルビニルジアルコキシシラン、フェニルアリルジアルコキシシラン、フェニルグリシジルジアルコキシシラン、メチルビニルジアルコキシシラン、エチルビニルジアルコキシシラン、プロピルビニルジアルコキシシラン等を原料として用いて加水分解反応や縮重合反応を起こさせて成るポリマに、熱分解性化合物を添加して成る、液状の絶縁膜材料を用意する。熱分解性化合物としては、例えばアクリル樹脂等を用いる。
First, an insulating film material for forming the porous
次に、全面に、例えばスピンコート法により、絶縁膜材料を塗布する。塗布条件は、例えば3000回転/分、30秒とする。これにより、絶縁膜材料より成る層間絶縁膜54が形成される。
Next, an insulating film material is applied to the entire surface by, eg, spin coating. The application conditions are, for example, 3000 rotations / minute and 30 seconds. Thereby, an
次に、熱処理(ソフトベーク)を行う。熱処理を行う際には、例えばホットプレートを用いる。これにより、熱分解性化合物が熱分解され、層間絶縁膜54中に空孔(細孔)が形成される。空孔の直径は、例えば10〜20nm程度となる。熱処理温度は、例えば200〜350℃に設定する。熱処理温度を200〜350℃に設定するのは、以下のような理由によるものである。熱処理温度を200℃より低く設定した場合には、熱分解性化合物が十分に熱分解されず、空孔が十分に形成されないこととなる。また、熱処理温度を200℃より低く設定した場合には、熱分解性化合物が熱分解される速度が極めて遅く、空孔を形成するのに長時間を要してしまうこととなる。一方、熱処理温度を350℃より高く設定した場合には、絶縁膜材料の硬化が急速に進行してしまい、空孔の形成が阻害されてしまうこととなる。このような理由により、熱処理温度は、200〜350℃に設定することが好ましい。ここでは、熱処理温度を例えば200℃とする。
Next, heat treatment (soft bake) is performed. When performing the heat treatment, for example, a hot plate is used. As a result, the thermally decomposable compound is thermally decomposed and pores (pores) are formed in the
こうして、多孔質シリカより成る層間絶縁膜(多孔質シリカ膜)54が形成される。 Thus, an interlayer insulating film (porous silica film) 54 made of porous silica is formed.
なお、多孔質の層間絶縁膜54の材料や形成方法等は、上記に限定されるものではない。
The material, formation method, and the like of the porous
例えば、以下に示すように、気相成長法により、多孔質の層間絶縁膜(Carbon Doped SiO2膜)54を形成してもよい。 For example, as shown below, a porous interlayer insulating film (Carbon Doped SiO 2 film) 54 may be formed by vapor phase growth.
まず、プラズマCVD装置のチャンバ内に、半導体基板10を導入する。プラズマCVD装置としては、例えば平行平板型のプラズマCVD装置を用いる。
First, the
次に、基板温度を例えば300〜400℃に設定する。 Next, the substrate temperature is set to 300 to 400 ° C., for example.
次に、アルキル基を有するシロキサンモノマを気化装置により気化し、反応性ガスを生成する。そして、キャリアガスを用いて、反応性ガスをチャンバ内に導入する。この際、平板電極間に高周波電力を印加すると、反応性ガスのプラズマが発生する。この際、堆積レートを比較的速く設定すれば、多孔質の層間絶縁膜54を形成することができる。具体的には、例えば、以下のように成膜条件を設定すれば、多孔質の層間絶縁膜54を形成することが可能である。反応性ガスとしては、例えば、ヘキサメチルジシロキサンを用いる。反応性ガスの供給量は、例えば3mg/minとする。キャリアガスとしては、CO2を用いる。キャリアガスの流量は、例えば6000sccmとする。平板電極間に印加する高周波電力は、例えば、13.56MHz(500W)及び100kHz(500W)とする。こうして、カーボンを含むシリコン酸化膜より成る多孔質の層間絶縁膜54が形成される。
Next, the siloxane monomer having an alkyl group is vaporized by a vaporizer to generate a reactive gas. Then, a reactive gas is introduced into the chamber using a carrier gas. At this time, when high-frequency power is applied between the plate electrodes, reactive gas plasma is generated. At this time, if the deposition rate is set relatively fast, the porous
このように、気相成長法により、多孔質の層間絶縁膜(Carbon Doped SiO2膜)54を形成してもよい。 As described above, the porous interlayer insulating film (Carbon Doped SiO 2 film) 54 may be formed by vapor phase growth.
また、以下に示すように、熱分解性の原子団(熱分解性化合物)又は酸化分解性の原子団(酸化分解性化合物)を含む原料を用いて、熱分解性又は酸化分解性の原子団をプラズマにより分解させながら、気相成長法により多孔質の層間絶縁膜(Porous Carbon Doped SiO2膜)54を形成してもよい。 In addition, as shown below, using a raw material containing a thermally decomposable atomic group (thermally decomposable compound) or an oxidatively decomposable atomic group (oxidatively decomposable compound), a thermally decomposable or oxidatively decomposable atomic group A porous interlayer insulating film (Porous Carbon Doped SiO 2 film) 54 may be formed by vapor phase epitaxy while decomposing the substrate with plasma.
まず、プラズマCVD装置のチャンバ内に半導体基板10を導入する。プラズマCVD装置としては、例えば平行平板型のプラズマCVD装置を用いる。
First, the
次に、基板温度を例えば250〜350℃に設定する。 Next, the substrate temperature is set to 250 to 350 ° C., for example.
次に、アルキル基を有するシロキサンモノマを気化装置により気化し、第1の反応性ガスを生成する。また、フェニル基を有するシラン化合物を気化装置により気化し、第2の反応性ガスを生成する。なお、フェニル基は、加熱した状態で酸化反応を起こさせると分解する原子団(熱分解性及び酸化分解性の原子団)である。そして、CO2ガスをキャリアガスとして用いて、これらの反応性ガスをチャンバ内に導入する。この際、平板電極間に高周波電力を印加すると、CO2ガスがプラズマ(酸素プラズマ)となり、フェニル基が分解される。フェニル基を分解しながら、層間絶縁膜54を堆積するため、多孔質の層間絶縁膜54が形成されることとなる。成膜条件は、例えば以下のように設定する。第1の反応性ガスとしては、より具体的には、例えばヘキサメチルジシロキサンを用いる。第1の反応性ガスの供給量は、例えば1mg/minとする。第2の反応性ガスとしては、より具体的には、例えばジフェニルメチルシランを用いる。第2の反応性ガスの供給量は、例えば1mg/minとする。キャリアガスの流量は、例えば3000sccmとする。平板電極間に印加する高周波電力は、例えば、13.56MHz(300W)及び100kHz(300W)とする。こうして、カーボンを含むシリコン酸化膜より成る多孔質の層間絶縁膜54が形成される。
Next, the siloxane monomer having an alkyl group is vaporized by a vaporizer to generate a first reactive gas. Moreover, the silane compound which has a phenyl group is vaporized with a vaporizer, and a 2nd reactive gas is produced | generated. The phenyl group is an atomic group (thermally decomposable and oxidatively decomposable atomic group) that decomposes when an oxidation reaction is caused in a heated state. Then, these reactive gases are introduced into the chamber using CO 2 gas as a carrier gas. At this time, when high frequency power is applied between the plate electrodes, the CO 2 gas becomes plasma (oxygen plasma), and the phenyl group is decomposed. Since the
なお、ここでは、熱を加えながら酸化を行うと分解する熱分解性及び酸化分解性の原子団を含む材料を用いる場合を例に説明したが、酸化を行うことなく熱分解し得る熱分解性の原子団を含む原料、又は、加熱することなく酸化分解し得る酸化分解性の原子団を含む原料を用いて、気相成長法により多孔質の層間絶縁膜54を形成してもよい。
In this example, the case of using a material containing a thermal decomposable and oxidative decomposable atomic group that decomposes when oxidized while applying heat has been described as an example. The porous
このように、熱分解性又は酸化分解性の原子団(熱分解性化合物、酸化分解性化合物)を含む原料を用い、熱分解性又は酸化分解性の原子団を、熱や酸素プラズマ等を用いて分解させながら、気相成長法により、多孔質の層間絶縁膜(Porous Carbon Doped SiO2膜)54を形成してもよい。 In this way, a raw material containing a thermally decomposable or oxidatively decomposable atomic group (thermally decomposable compound, oxidatively decomposable compound) is used, and a thermally decomposable or oxidatively decomposable atomic group is used using heat, oxygen plasma, or the like While being decomposed, a porous interlayer insulating film (Porous Carbon Doped SiO 2 film) 54 may be formed by vapor phase growth.
また、以下に示すように、熱分解性の有機化合物を含む絶縁膜材料を塗布した後、熱分解性の原子団を熱分解することにより、多孔質の層間絶縁膜(有機多孔質膜)54を形成してもよい。 Further, as shown below, a porous interlayer insulating film (organic porous film) 54 is obtained by applying an insulating film material containing a thermally decomposable organic compound and then thermally decomposing the thermally decomposable atomic group. May be formed.
まず、熱分解性有機化合物を含むポリアリールエーテルポリマを溶媒により希釈することにより、絶縁膜材料を形成する。熱分解性有機化合物としては、例えば200〜300℃で熱分解する有機化合物を用いる。このような有機化合物としては、例えばアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリルオリゴマ、エチレンオリゴマ、プロピレンオリゴマ等を用いる。溶媒としては、例えばシクロヘキサノンを用いる。 First, an insulating film material is formed by diluting a polyaryl ether polymer containing a thermally decomposable organic compound with a solvent. As the thermally decomposable organic compound, for example, an organic compound that thermally decomposes at 200 to 300 ° C. is used. Examples of such an organic compound include acrylic resin, polyethylene resin, polypropylene resin, acrylic oligomer, ethylene oligomer, and propylene oligomer. For example, cyclohexanone is used as the solvent.
次に、半導体基板10上の全面に、スピンコート法により、絶縁膜材料を塗布する。これにより、半導体基板10上に絶縁膜材料より成る層間絶縁膜54が形成される。
Next, an insulating film material is applied to the entire surface of the
次に、ホットプレートを用いて熱処理を行う。熱処理温度は、例えば100〜400℃とする。これにより、層間絶縁膜54中の溶媒が蒸発し、乾燥した層間絶縁膜54が形成される。
Next, heat treatment is performed using a hot plate. The heat treatment temperature is, for example, 100 to 400 ° C. As a result, the solvent in the
次に、キュア装置内に半導体基板10を導入し、熱処理を行う。熱処理温度は、例えば300〜400℃とする。これにより、熱分解性の有機化合物が熱分解し、層間絶縁膜54中に空孔が形成される。こうして、多孔質の層間絶縁膜54が形成される。
Next, the
このように、熱分解性の有機化合物を含む絶縁膜材料を塗布した後、熱分解性の有機化合物を熱分解することにより、多孔質の層間絶縁膜(有機多孔質膜)54を形成してもよい。 Thus, after applying the insulating film material containing the thermally decomposable organic compound, the thermally decomposable organic compound is thermally decomposed to form a porous interlayer insulating film (organic porous film) 54. Also good.
また、以下に示すように、クラスタ状の珪素化合物(シリカ)を含む絶縁膜材料を塗布した後、熱処理を行うことにより、多孔質の層間絶縁膜54を形成してもよい。
Further, as shown below, the porous
まず、クラスタ状のシリカを含む絶縁膜材料(シリカクラスタ前駆体)を用意する。このような絶縁膜材料としては、例えば、触媒化成工業株式会社製のナノクラスタリングシリカ(NCS)(型番:セラメートNCS)を用いる。かかる絶縁膜材料は、4級アルキルアミンを触媒として用いて、クラスタ状のシリカが形成されている。 First, an insulating film material (silica cluster precursor) containing cluster-like silica is prepared. As such an insulating film material, for example, nanoclustering silica (NCS) (model number: Ceramate NCS) manufactured by Catalytic Chemical Industry Co., Ltd. is used. In such an insulating film material, clustered silica is formed using a quaternary alkylamine as a catalyst.
次に、全面に、例えばスピンコート法により、絶縁膜材料を塗布する。塗布条件は、例えば、3000回転/分、30秒とする。これにより、半導体基板10上に層間絶縁膜54が形成される。
Next, an insulating film material is applied to the entire surface by, eg, spin coating. The application conditions are, for example, 3000 rotations / minute and 30 seconds. As a result, an
次に、熱処理(ソフトベーク)を行う。熱処理を行う際には、例えばホットプレートを用いる。熱処理温度は、例えば200℃とする。熱処理時間は、例えば150秒とする。これにより、絶縁膜材料中の溶媒が蒸発し、多孔質の層間絶縁膜54が形成される。クラスタ状のシリカを含む絶縁膜材料を用いて層間絶縁膜54を形成するため、空孔が非常に小さい多孔質の層間絶縁膜54が形成される。具体的には、空孔の直径は、例えば2nm以下となる。また、クラスタ状のシリカを含む絶縁膜材料を用いて層間絶縁膜54を形成するため、空孔の分布が非常に均一となる。クラスタ状のシリカを含む絶縁膜材料を用いて層間絶縁膜54を形成すれば、極めて良質な多孔質の層間絶縁膜54を形成することが可能となる。
Next, heat treatment (soft bake) is performed. When performing the heat treatment, for example, a hot plate is used. The heat treatment temperature is set to 200 ° C., for example. The heat treatment time is, for example, 150 seconds. Thereby, the solvent in the insulating film material is evaporated, and the porous
このように、クラスタ状の珪素化合物(シリカ)を含む絶縁膜材料を塗布した後、熱処理を行うことにより、多孔質の層間絶縁膜54を形成してもよい。
As described above, the porous
なお、ここでは、クラスタ状の化合物として珪素化合物を含む絶縁膜材料を塗布する場合を例に説明したが、クラスタ状の化合物は珪素化合物に限定されるものではない。他のあらゆる材料より成るクラスタ状の化合物を含む絶縁膜材料を塗布してもよい。 Note that although the case where an insulating film material containing a silicon compound is applied as a cluster-like compound has been described as an example here, the cluster-like compound is not limited to a silicon compound. An insulating film material containing a cluster-like compound made of any other material may be applied.
上記のようにして形成される多孔質の層間絶縁膜54の密度は、0.6〜1.3g/cm3程度となる。
The density of the porous
次に、多孔質の層間絶縁膜54の表層部を緻密化する緻密化処理を行うことにより、多孔質の層間絶縁膜54の表層部に、緻密層56を形成する。
Next, a
緻密層56は、例えば以下のようにして形成することができる。
The
例えば、エキシマランプを用い、多孔質の層間絶縁膜54に対して紫外線を照射する。大気中で紫外線を照射すると、オゾンが発生する。多孔質の層間絶縁膜54にオゾンが照射されると、多孔質の層間絶縁膜54の分子構造に導入されている嵩高い有機基がオゾンにより酸化され、SiOHが生成される。そうすると、生成されたSiOH同士が縮合し、SiO2が生成される。この際、嵩高い有機基の消失により分子間の距離が縮小されるとともに、分子同士がSiOHの縮合によって結合するため、緻密化が進行する。こうして、多孔質の層間絶縁膜54の表層部が、オゾンにより緻密化処理される。この緻密化処理により、多孔質の層間絶縁膜54の表層部には、多孔質の層間絶縁膜54より密度の高い緻密層56が形成されることとなる。
For example, an excimer lamp is used to irradiate the porous
緻密層56を形成する際の条件は、例えば以下の通りとする。
Conditions for forming the
エキシマランプの波長は、例えば172nmとする。紫外線を照射する際における圧力は、例えば常圧とする。紫外線を照射する時間は、例えば60秒とする。 The wavelength of the excimer lamp is 172 nm, for example. The pressure when irradiating with ultraviolet rays is, for example, normal pressure. The time for irradiating with ultraviolet rays is, for example, 60 seconds.
緻密層56の厚さは、2〜25nmとすることが好ましい。緻密層56の厚さが2nm以下の場合には、緻密層56が薄すぎて、エッチングストッパ膜として十分に機能し得ないためである。また、緻密層56の厚さが25nmより大きい場合には、配線間の寄生容量がかなり大きくなってしまうためである。従って、緻密層56の厚さは、2〜25nmとすることが好ましい。
The thickness of the
また、緻密層56の密度は、1.5〜3.5g/cm3とすることが好ましい。緻密層56の密度が1.5g/cm3より小さい場合には、緻密層56がエッチングストッパ膜として十分に機能し得ないためである。また、緻密層56が3.5g/cm3より大きい場合には、配線間の容量がかなり大きくなってしまうためである。従って、緻密層56の密度は、1.5〜3.5g/cm3とすることが好ましい。
The density of the
なお、緻密層56を形成する際の条件は、上記に限定されるものではない。所望の厚さや所望の密度の緻密層56が得られるよう、緻密層56を形成する際における条件を適宜設定すればよい。
The conditions for forming the
また、ここでは、大気中で紫外線を照射してオゾンを発生させることにより、多孔質の層間絶縁膜54の表層部をオゾンを用いて緻密化処理する場合を例に説明したが、層間絶縁膜54の表層部に緻密層56を形成する方法は、これに限定されるものではない。
Here, the case where the surface layer portion of the porous
例えば、オゾン水を用いて緻密化処理することにより、多孔質の層間絶縁膜54の表層部に緻密層56を形成してもよい。
For example, the
また、ここでは、大気中で紫外線を照射することによりオゾンを発生させたが、オゾンを発生させる雰囲気は大気でなくてもよい。酸素を含む雰囲気中で紫外線等を照射すれば、オゾンを発生させることが可能である。 Here, ozone is generated by irradiating ultraviolet rays in the atmosphere, but the atmosphere for generating ozone may not be the atmosphere. If ultraviolet rays or the like are irradiated in an atmosphere containing oxygen, ozone can be generated.
また、ここでは、オゾンを用いて緻密化処理を行うことにより層間絶縁膜54の表層部に緻密層56を形成する場合を例に説明したが、層間絶縁膜54の表層部に緻密層56を形成する方法は、オゾンを用いた緻密化処理に限定されるものではない。他のあらゆる方法により、層間絶縁膜54の表層部を緻密化処理することにより、層間絶縁膜54の表層部に緻密層56を形成してもよい。
Although the case where the
例えば、多孔質の層間絶縁膜54に電子線を照射することにより、多孔質の層間絶縁膜54の表層部に緻密層56を形成してもよい。多孔質の層間絶縁膜54に電子線を照射すると、多孔質の層間絶縁膜54の分子構造に導入されている嵩高い有機基が分解されるとともに、SiOHが生成される。そうすると、生成されたSiOH同士が縮合し、SiO2が生成される。嵩高い有機基の消失により分子間の距離が縮小されるとともに、分子同士がSiOHの縮合によって結合するため、緻密化が進行する。こうして、多孔質の層間絶縁膜54の表層部が、オゾンにより緻密化処理される。このように、多孔質の層間絶縁膜54に電子線を照射した場合であっても、多孔質の層間絶縁膜54の表層部に、多孔質の層間絶縁膜54より密度の高い緻密層56を形成することが可能である。
For example, the
また、酸素又は二酸化炭素等を用いて生成したプラズマを多孔質の層間絶縁膜54に照射することにより、多孔質の層間絶縁膜54の表層部に緻密層56を形成してもよい。酸素又は二酸化炭素等を用いて生成したプラズマを多孔質の層間絶縁膜54に照射すると、多孔質の層間絶縁膜54の分子構造に導入されている嵩高い有機基が酸化され、SiOHが生成される。そうすると、生成されたSiOH同士が縮合し、SiO2が生成される。嵩高い有機基の消失により分子間の距離が縮小されるとともに、分子同士がSiOHの縮合によって結合するため、緻密化が進行する。こうして、多孔質の層間絶縁膜54の表層部が、酸素又は二酸化炭素を用いて生成したプラズマにより緻密化処理される。このように、酸素又は二酸化炭素を用いて生成したプラズマを多孔質の層間絶縁膜54に照射した場合であっても、多孔質の層間絶縁膜54の表層部に、多孔質の層間絶縁膜54より密度の高い緻密層56を形成することが可能である。
Further, the
こうして、多孔質の層間絶縁膜54の表層部に緻密層56が形成される。多孔質の層間絶縁膜54の表層部を緻密化処理することにより形成される緻密層56は、多孔質の層間絶縁膜54より密度が高いため、上述したように、多孔質の層間絶縁膜54よりエッチング速度が遅い。このため、かかる緻密層56は、エッチングストッパ膜として機能し得る。しかも、多孔質の層間絶縁膜54の表層部を緻密化処理することにより形成される緻密層56は、極めて薄く形成した場合であっても、エッチングストッパ膜として十分に機能し得る。従って、本実施形態によれば、配線間の寄生容量を十分に低減することが可能となる。
Thus, the
次に、図5に示すように、多孔質の層間絶縁膜58を形成する。多孔質の層間絶縁膜58の形成方法は、例えば、上述した多孔質の層間絶縁膜54の形成方法と同様とする。層間絶縁膜58の膜厚は、例えば160nmとする。
Next, as shown in FIG. 5, a porous
次に、多孔質の層間絶縁膜58の表層部を緻密化する緻密化処理を行うことにより、多孔質の層間絶縁膜58の表層部に、緻密層60を形成する。緻密層60の形成方法は、例えば、上述した緻密層56の形成方法と同様とする。
Next, a
緻密層60の厚さは、2〜25nmとすることが好ましい。緻密層60の厚さが2nm以下の場合には、緻密層60が薄すぎて、保護膜として十分に機能し得ないためである。また、緻密層60の厚さが25nmより大きい場合には、配線間の寄生容量がかなり大きくなってしまうためである。従って、緻密層60の厚さは、2〜25nmとすることが好ましい。
The thickness of the
また、緻密層60の密度は、1.5〜3.5g/cm3とすることが好ましい。緻密層60の密度が1.5g/cm3より小さい場合には、緻密層60が保護膜として十分に機能し得ないためである。また、緻密層60が3.5g/cm3より大きい場合には、配線間の容量がかなり大きくなってしまうためである。従って、緻密層60の密度は、1.5〜3.5g/cm3とすることが好ましい。
The density of the
なお、緻密層60を形成する際の条件は、上記に限定されるものではない。所望の厚さや所望の密度の緻密層60が得られるよう、緻密層60を形成する際における条件を適宜設定すればよい。
The conditions for forming the
次に、層間絶縁膜54、58等を焼成することにより、層間絶縁膜54、58等を硬化(キュア)させる。層間絶縁膜54、58等を硬化させる際の条件は、例えば以下の通りとする。キュア炉内に導入するガスとしては、例えば窒素ガスを用いる。窒素ガスの流量は、例えば10リットル/分とする。キュア炉内の温度は、400℃とする。焼成時間は、30分とする。こうして、層間絶縁膜54、58等が硬化する。
Next, the
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜62を形成する。
Next, a
次に、図6に示すように、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜62に開口部64を形成する。開口部64は、配線50に達するコンタクトホール66を形成するためのものである。
Next, as shown in FIG. 6, an
次に、フォトレジスト膜62をマスクとして、緻密層60、層間絶縁膜58、緻密層56、層間絶縁膜54及び絶縁膜52をエッチングする。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いてエッチングを行う。エッチングガスの組成比やエッチングの際の圧力等を適宜変化させることにより、緻密層60、層間絶縁膜58、緻密層56、層間絶縁膜54及び絶縁膜52をエッチングすることが可能である。フォトレジスト膜62に対する層間絶縁膜54、58等の選択比が十分に高くない場合には、層間絶縁膜54、58等をエッチングする際にフォトレジスト膜62が徐々にエッチングされ、緻密層60の表面が露出してしまう場合もある。多孔質の層間絶縁膜58を緻密化処理することにより形成される緻密層は、多孔質の層間絶縁膜58よりエッチング速度が遅いため、フォトレジスト膜62がエッチングにより殆ど除去されてしまった場合でも、ある程度は残ることとなる。このため、本実施形態によれば、多孔質の層間絶縁膜58の上層部に形成された緻密層60は、多孔質の層間絶縁膜58を保護する保護膜(ハードマスク)として機能することができる。しかも、多孔質の層間絶縁膜54、58を緻密化処理することにより形成される緻密層56、60は、極めて薄く形成した場合であっても、エッチングストッパ膜や保護膜として十分に機能し得る。従って、本発明によれば、配線間の寄生容量を十分に低減することが可能となる。こうして、配線50に達するコンタクトホール66が形成される。この後、フォトレジスト膜62を剥離する。
Next, the
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜68を形成する。
Next, a
次に、図7に示すように、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜68に開口部70を形成する。この開口部70は、後述する第2層目の配線(第2金属配線層)76aを形成するためのものである。
Next, as shown in FIG. 7, an
次に、フォトレジスト膜68をマスクとし、緻密層56をエッチングストッパとして、緻密層60及び層間絶縁膜58をエッチングする。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いてエッチングを行う。多孔質の層間絶縁膜54の表層部を緻密化処理することにより形成した緻密層56は、多孔質の層間絶縁膜58と比較してエッチング速度が遅いため、緻密層56はエッチングストッパとして機能する。緻密層56に対する層間絶縁膜58のエッチング選択比は、2以上とすることが好ましい。エッチング選択比があまりに低いと、緻密層56がかなりエッチングされてしまい、溝の底面が非常に粗くなってしまうためである。溝の底面の状態が非常に粗いと、溝の底面上に良質なバリア膜を形成することができない。このため、溝内に埋め込まれる配線材料が、バリア膜を介して外部に拡散してしまうこととなる。配線材料がバリア膜を介して層間絶縁膜58中に拡散してしまうと、配線76aの断線等が生じてしまうこととなる。
Next, the
フォトレジスト膜68に対する層間絶縁膜58等の選択比が十分に高くない場合には、層間絶縁膜58等をエッチングする際にフォトレジスト膜68が徐々にエッチングされ、緻密層60の表面が露出してしまう場合もある。多孔質の層間絶縁膜58の表層部を緻密化処理することにより形成される緻密層は、上述したように多孔質の層間絶縁膜58よりエッチング速度が遅いため、フォトレジスト膜62がエッチングにより殆ど除去されてしまった場合でも、ある程度は残ることとなる。このため、本実施形態によれば、多孔質の層間絶縁膜58の上層部に形成された緻密層60は、多孔質の層間絶縁膜58を保護する保護膜(ハードマスク)として機能し得る。こうして、層間絶縁膜58に、配線76aを埋め込むための溝72が形成される。溝72は、コンタクトホール66と繋がった状態となる。
If the selection ratio of the
次に、全面に、例えばスパッタ法により、膜厚10nmのTaNより成るバリア膜(図示せず)を形成する。バリア膜は、後述する配線76a及び導体プラグ76b中のCuが拡散するのを防止するためのものである。次に、全面に、例えばスパッタ法により、膜厚10nmのCuより成るシード膜(図示せず)を形成する。シード膜は、電気めっき法によりCuより成る配線76a及び導体プラグ76bを形成する際に、電極として機能するものである。こうして、バリア膜とシード膜とから成る積層膜74が形成される。
Next, a barrier film (not shown) made of TaN with a thickness of 10 nm is formed on the entire surface by, eg, sputtering. The barrier film is for preventing Cu in the
次に、例えば電気めっき法により、膜厚1400nmのCu膜76を形成する。
Next, a
次に、CMP法により、絶縁膜60の表面が露出するまで、Cu膜76及び積層膜74を研磨する。こうして、コンタクトホール66内にCuより成る導体プラグ76bが埋め込まれるとともに、溝72内にCuより成る配線76aが埋め込まれる。導体プラグ76bと配線76aとは一体に形成される(図8(a)参照)。このように導体プラグ76bと配線76aとを一括して形成する製造プロセスは、デュアルダマシン法と称される。多孔質の層間絶縁膜58の表層部を緻密化処理することにより形成された緻密層60は、密度が比較的高いため、CMP法によりCu膜76を研磨する際に多孔質の層間絶縁膜58に水分等が達するのを防止する保護膜(バリア膜)としても機能し得る。
Next, the
次に、図8(b)に示すように、全面に、例えばプラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜78を形成する。絶縁膜78の形成方法は、例えば、上述した絶縁膜78の形成方法と同様とする。絶縁膜78は、水分の拡散を防止するバリア膜として機能するものである。
Next, as shown in FIG. 8B, an insulating
この後、上記と同様の工程を適宜繰り返すことにより、図示しない第3層目の配線(第3金属配線層)が形成される。 Thereafter, the same process as described above is repeated as appropriate to form a third layer wiring (third metal wiring layer) (not shown).
こうして本実施形態による半導体装置が製造される。 Thus, the semiconductor device according to the present embodiment is manufactured.
このように、本実施形態によれば、エッチングストッパ膜や保護膜として十分に機能しうる良質な緻密層を、多孔質の層間絶縁膜の表層部に極めて薄く形成することができるため、配線間の寄生容量を十分に低減することが可能となる。 As described above, according to this embodiment, a high-quality dense layer that can sufficiently function as an etching stopper film and a protective film can be formed extremely thin on the surface layer portion of the porous interlayer insulating film. It is possible to sufficiently reduce the parasitic capacitance.
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法を図9乃至図12を用いて説明する。図9乃至図12は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図1乃至図8に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
[Second Embodiment]
A method for fabricating a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 12 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment. The same components as those of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
本実施形態による半導体装置の製造方法は、エッチングストッパ膜として機能しうる緻密層56については、多孔質の層間絶縁膜54の表層部を緻密化処理することにより形成し、多孔質の層間絶縁膜58を保護する保護膜80については、気相成長法又は塗布法等により形成することに主な特徴がある。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment, the
まず、多孔質の層間絶縁膜54の表層部に緻密層56を形成する工程までは、図1(a)乃至図4を用いて上述した半導体装置の製造方法と同様であるので説明を省略する。即ち、エッチングストッパ膜として機能する緻密層は、多孔質の層間絶縁膜54の表層部を緻密化処理することにより形成する。
First, the process up to forming the
次に、図9に示すように、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、多孔質の層間絶縁膜58を形成する。
Next, as shown in FIG. 9, a porous
次に、多孔質の層間絶縁膜58上に、気相成長法、より具体的にはプラズマCVD法により、緻密性の高い絶縁膜80を形成する。絶縁膜80としては、例えばSiC:O:H膜を形成する。絶縁膜80の膜厚は、例えば30nmとする。SiC:O:H膜より成る絶縁膜80は、例えば以下のようにして形成する。
Next, a highly dense
まず、プラズマCVD装置のチャンバ内に半導体基板10を導入する。プラズマCVD装置としては、例えば平行平板型のプラズマCVD装置を用いる。
First, the
次に、基板温度を例えば400℃に設定する。 Next, the substrate temperature is set to 400 ° C., for example.
次に、SiC4H12を気化装置により気化し、反応性ガスを生成する。そして、キャリアガスを用いて、反応性ガスをチャンバ内に導入する。この際、平板電極間に高周波電力を印加すると、反応性ガスのプラズマが発生する。この際、堆積レートを比較的遅く設定すれば、緻密性の高い絶縁膜80を形成することができる。具体的には、例えば、以下のように成膜条件を設定すれば、緻密性の高い絶縁膜80を形成することが可能である。反応性ガスの供給量は、例えば1mg/minとする。キャリアガスとしては、例えばCO2を用いる。キャリアガスの流量は、例えば100sccmとする。平板電極間に印加する高周波電力は、例えば、13.56MHz(200W)及び100kHz(200W)とする。平板電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる時間は、例えば5秒間とする。
Next, SiC 4 H 12 is vaporized by a vaporizer to generate a reactive gas. Then, a reactive gas is introduced into the chamber using a carrier gas. At this time, when high-frequency power is applied between the plate electrodes, reactive gas plasma is generated. At this time, if the deposition rate is set to be relatively slow, a highly dense
こうして、SiC:O:H膜より成る緻密性の高い絶縁膜80が、気相成長法により形成される。
Thus, a highly dense
緻密性の高い絶縁膜80の厚さは、30nm程度とすることが好ましい。絶縁膜80の厚さがあまりに薄すぎると、保護膜として十分に機能し得ないためである。また、絶縁膜80の厚さがあまりに厚すぎると、配線間の寄生容量がかなり大きくなってしまうためである。従って、絶縁膜80の厚さは、30nm程度とすることが好ましい。
The thickness of the dense insulating
また、緻密性の高い絶縁膜80の密度は、1.5〜3.5g/cm3とすることが好ましい。絶縁膜80の密度が1.5g/cm3より小さい場合には、絶縁膜80が保護膜として十分に機能し得ないためである。また、絶縁膜80が3.5g/cm3より大きい場合には、配線間の容量がかなり大きくなってしまうためである。従って、絶縁膜80の密度は、1.5〜3.5g/cm3とすることが好ましい。
The density of the dense insulating
なお、緻密性の高い絶縁膜80の材料や成膜方法は上記に限定されるものではない。
Note that the material and the deposition method of the dense insulating
例えば、以下に示すように、気密性の高いシリコン酸化膜より成る絶縁膜80を、気相成長法により形成してもよい。
For example, as shown below, the insulating
まず、プラズマCVD装置のチャンバ内に半導体基板10を載置する。プラズマCVD装置としては、例えば平行平板型のプラズマCVD装置を用いる。
First, the
次に、基板温度を、例えば400℃に設定する。 Next, the substrate temperature is set to 400 ° C., for example.
次に、トリメチルシランを気化装置により気化し、反応性ガスを生成する。そして、不活性ガスをキャリアとして、反応性ガスをチャンバ内に導入する。この際、平板電極間に高周波電力を印加すると、反応性ガスのプラズマが発生する。この際、堆積レートを比較的遅く設定すれば、緻密性の高い絶縁膜80を形成することが可能となる。具体的には、例えば、以下のように成膜条件を設定すれば、緻密性の高い絶縁膜80を形成することが可能である。反応性ガスの供給量は、例えば1mg/minとする。キャリアガスとしては、例えばCO2を用いる。キャリアガスの流量は、例えば100sccmとする。平板電極間に印加する高周波電力は、例えば、13.56MHz(200W)及び100kHz(200W)とする。平板電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる時間は、例えば5秒間とする。
Next, trimethylsilane is vaporized by a vaporizer to generate a reactive gas. Then, a reactive gas is introduced into the chamber using an inert gas as a carrier. At this time, when high-frequency power is applied between the plate electrodes, reactive gas plasma is generated. At this time, if the deposition rate is set relatively low, it is possible to form the insulating
このような条件でシリコン酸化膜より成る絶縁膜80を形成すると、絶縁膜40の密度は例えば2g/cm3程度となる。なお、ここでは、絶縁膜80の膜厚を例えば30nmとする。こうして、緻密性の高い絶縁膜80が、多孔質の層間絶縁膜58上に形成される。
When the insulating
また、以下に示すように、カーボンがドープされたシリコン酸化膜より成る緻密性の高い絶縁膜(Carbon Doped SiO2膜)80を、気相成長法により形成してもよい。 Further, as shown below, a highly dense insulating film (Carbon Doped SiO 2 film) 80 made of a silicon oxide film doped with carbon may be formed by a vapor phase growth method.
まず、プラズマCVD装置のチャンバ内に半導体基板10を載置する。プラズマCVD装置としては、例えば平行平板型のプラズマCVD装置を用いる。
First, the
次に、基板温度を例えば400℃に設定する。 Next, the substrate temperature is set to 400 ° C., for example.
次に、ヘキサメチルジシロキサンを気化装置により気化し、反応性ガスを生成する。そして、不活性ガスをキャリアとして、反応性ガスをチャンバ内に導入する。この際、平板電極間に高周波電力を印加すると、反応性ガスのプラズマが発生する。この際、堆積レートを比較的遅く設定すれば、緻密性の高い絶縁膜80を形成することができる。具体的には、例えば、以下のように成膜条件を設定すれば、緻密性の高い絶縁膜80を形成することが可能である。反応性ガスの供給量は、例えば1mg/minとする。キャリアガスの流量は、例えば500sccmとする。平板電極間に印加する高周波電力は、例えば、13.56MHz(200W)及び100kHz(200W)とする。平板電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる時間は、例えば5秒間とする。
Next, hexamethyldisiloxane is vaporized by a vaporizer to generate a reactive gas. Then, a reactive gas is introduced into the chamber using an inert gas as a carrier. At this time, when high-frequency power is applied between the plate electrodes, reactive gas plasma is generated. At this time, if the deposition rate is set to be relatively slow, a highly dense
このように、カーボンがドープされたシリコン酸化膜より成る緻密性の高い絶縁膜(Carbon Doped SiO2膜)80を、気相成長法により形成してもよい。 In this way, a highly dense insulating film (Carbon Doped SiO 2 film) 80 made of a silicon oxide film doped with carbon may be formed by a vapor deposition method.
また、以下に示すように、水素化SiC膜(SiC:H膜)より成る緻密性の高い絶縁膜80を、気相成長法により形成してもよい。SiC:H膜とは、上述したように、SiC膜中にH(水素)を存在させて成る膜である。
Further, as shown below, a highly dense
まず、プラズマCVD装置のチャンバ内に半導体基板10を載置する。プラズマCVD装置としては、例えば平行平板型のプラズマCVD装置を用いる。
First, the
次に、基板温度を例えば400℃に設定する。 Next, the substrate temperature is set to 400 ° C., for example.
次に、トリメチルシランを気化装置により気化し、反応性ガスを生成する。そして、キャリアガスを用いて、反応性ガスをチャンバ内に導入する。この際、平板電極間に高周波電力を印加すると、反応性ガスのプラズマが発生する。この際、堆積レートを比較的遅く設定すれば、緻密性の高い絶縁膜80を形成することができる。具体的には、例えば、以下のように成膜条件を設定すれば、緻密性の高い絶縁膜80を形成することが可能である。反応性ガスの供給量は、例えば1mg/minとする。キャリアガスとしては、例えば窒素を用いる。キャリアガスの流量は、例えば1000sccmとする。平板電極間に印加する高周波電力は、例えば、13.56MHz(200W)及び100kHz(200W)とする。平板電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる時間は、例えば5秒間とする。
Next, trimethylsilane is vaporized by a vaporizer to generate a reactive gas. Then, a reactive gas is introduced into the chamber using a carrier gas. At this time, when high-frequency power is applied between the plate electrodes, reactive gas plasma is generated. At this time, if the deposition rate is set to be relatively slow, a highly dense
このように、SiC:H膜より成る緻密性の高い絶縁膜80を、気相成長法により形成してもよい。
As described above, the dense insulating
また、以下に示すように、窒化SiC膜(SiC:N膜)より成る緻密性の高い絶縁膜80を、気相成長法により形成してもよい。SiC:N膜とは、上述したように、SiC膜中にN(窒素)を存在させて成る膜である。
Further, as shown below, a highly dense
まず、プラズマCVD装置のチャンバ内に半導体基板10を載置する。プラズマCVD装置としては、例えば平行平板型のプラズマCVD装置を用いる。
First, the
次に、基板温度を例えば400℃に設定する。 Next, the substrate temperature is set to 400 ° C., for example.
次に、トリメチルシランを気化装置により気化し、反応性ガスを生成する。そして、キャリアガスを用いて、反応性ガスをチャンバ内に導入する。この際、平板電極間に高周波電力を印加すると、反応性ガスのプラズマが発生する。この際、堆積レートを比較的遅く設定すれば、緻密性の高い絶縁膜80を形成することができる。具体的には、例えば、以下のように成膜条件を設定すれば、緻密性の高い絶縁膜80を形成することが可能である。反応性ガスの供給量は、例えば1mg/minとする。キャリアガスとしては、例えばアンモニアを用いる。平板電極間に印加する高周波電力は、例えば、13.56MHz(200W)及び100kHz(200W)とする。平板電極間に高周波電力を印加してプラズマを発生させる時間は、例えば5秒間とする。
Next, trimethylsilane is vaporized by a vaporizer to generate a reactive gas. Then, a reactive gas is introduced into the chamber using a carrier gas. At this time, when high-frequency power is applied between the plate electrodes, reactive gas plasma is generated. At this time, if the deposition rate is set to be relatively slow, a highly dense
このように、SiC:N膜より成る緻密性の高い絶縁膜80を、気相成長法により形成してもよい。
As described above, the dense insulating
また、以下に示すように、有機SOG膜を塗布することにより、緻密性の高い絶縁膜80を形成してもよい。
In addition, as shown below, a highly dense
まず、有機SOG膜を形成するための絶縁膜材料を用意する。このような絶縁膜材料としては、例えば、テトラエトキシシランとメチルトリエトキシシランとを原料として用い、加水分解反応及び縮合反応を起こさせて成るポリマを用いる。 First, an insulating film material for forming an organic SOG film is prepared. As such an insulating film material, for example, a polymer obtained by using tetraethoxysilane and methyltriethoxysilane as raw materials and causing a hydrolysis reaction and a condensation reaction is used.
次に、全面に、スピンコート法により、絶縁膜材料を塗布する。塗布条件は、例えば3000回転/分、30秒とする。これにより、多孔質の層間絶縁膜58上に絶縁膜80が形成される。
Next, an insulating film material is applied to the entire surface by spin coating. The application conditions are, for example, 3000 rotations / minute and 30 seconds. Thereby, the insulating
次に、熱処理(ソフトベーク)を行う。熱処理を行う際には、例えばホットプレートを用いる。熱処理温度は、例えば200℃とする。熱処理時間は、例えば150秒とする。 Next, heat treatment (soft bake) is performed. When performing the heat treatment, for example, a hot plate is used. The heat treatment temperature is set to 200 ° C., for example. The heat treatment time is, for example, 150 seconds.
このように、有機SOG膜を塗布することにより、絶縁膜80を形成してもよい。
Thus, the insulating
また、以下に示すように、無機SOG膜を塗布することにより、緻密性の高い絶縁膜80を形成してもよい。
Further, as shown below, an insulating
まず、無機SOG膜を形成するための絶縁膜材料を用意する。このような絶縁膜材料としては、例えば、テトラエトキシシランを原料として用い、加水分解反応及び縮合反応を起こさせて成るポリマを用いる。 First, an insulating film material for forming an inorganic SOG film is prepared. As such an insulating film material, for example, a polymer obtained by causing a hydrolysis reaction and a condensation reaction using tetraethoxysilane as a raw material is used.
次に、全面に、スピンコート法により、絶縁膜材料を塗布する。塗布条件は、例えば3000回転/分、30秒とする。これにより、多孔質の層間絶縁膜58上に絶縁膜80が形成される。
Next, an insulating film material is applied to the entire surface by spin coating. The application conditions are, for example, 3000 rotations / minute and 30 seconds. Thereby, the insulating
次に、熱処理(ソフトベーク)を行う。熱処理を行う際には、例えばホットプレートを用いる。熱処理温度は、例えば200℃とする。熱処理時間は、例えば150秒とする。 Next, heat treatment (soft bake) is performed. When performing the heat treatment, for example, a hot plate is used. The heat treatment temperature is set to 200 ° C., for example. The heat treatment time is, for example, 150 seconds.
このように、無機SOG膜を塗布することにより、緻密性の高い絶縁膜80を形成してもよい。
In this way, the dense insulating
この後の半導体装置の製造方法は、図6乃至図8(b)を用いて上述した半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する(図10乃至図12(b)参照)。 The subsequent manufacturing method of the semiconductor device is the same as the manufacturing method of the semiconductor device described above with reference to FIGS. 6 to 8B, and the description thereof will be omitted (see FIGS. 10 to 12B).
このように、エッチングストッパ膜として機能しうる緻密層56については、多孔質の層間絶縁膜54の表層部を緻密化処理することにより形成し、多孔質の層間絶縁膜58を保護する保護膜80については、気相成長法や塗布法等により形成してもよい。
As described above, the
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による半導体装置の製造方法を図13乃至図16を用いて説明する。図13乃至図16は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図1乃至図12に示す第1又は第2実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
[Third Embodiment]
A method for fabricating a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 16 are process cross-sectional views illustrating the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment. The same components as those in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first or second embodiment shown in FIGS. 1 to 12 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
本実施形態による半導体装置の製造方法は、エッチングストッパ膜として機能しうる絶縁膜82については、気相成長法又は塗布法等により形成し、保護膜として機能しうる緻密層60については、多孔質の層間絶縁膜58の表層部を緻密化処理することにより形成することに主な特徴がある。
In the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment, the insulating
まず、絶縁膜52を形成する工程までは、図1(a)乃至図3(b)を用いて上述した半導体装置の製造方法と同様であるので説明を省略する。
First, the process up to the step of forming the insulating
次に、図13(a)に示すように、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、多孔質の層間絶縁膜54を形成する。
Next, as shown in FIG. 13A, a porous
次に、多孔質の層間絶縁膜54上に、気相成長法又は塗布法等により、緻密性の高い絶縁膜82を形成する。緻密性の高い絶縁膜82の形成方法は、例えば、上述した緻密性の高い絶縁膜80の形成方法と同様とする。ここでは、絶縁膜82として、例えばSiC:O:H膜を形成する。絶縁膜82の膜厚は、例えば30nmとする。
Next, a highly dense
この後の半導体装置の製造方法は、図6乃至図8(b)を用いて上述した半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する(図14乃至図16(b)参照)。 The subsequent manufacturing method of the semiconductor device is the same as the manufacturing method of the semiconductor device described above with reference to FIGS. 6 to 8B, and the description thereof will be omitted (see FIGS. 14 to 16B).
このように、エッチングストッパ膜として機能しうる絶縁膜82については、気相成長法又は塗布法等により形成し、保護膜として機能しうる緻密層60については、多孔質の層間絶縁膜58の表層部を緻密化処理することにより形成してもよい。
As described above, the insulating
[第4実施形態]
本発明の第4実施形態による半導体装置の製造方法を図17乃至図20を用いて説明する。図17乃至図20は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図1乃至図16に示す第1乃至第3実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
[Fourth Embodiment]
A method for fabricating a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 17 to 20 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment. The same components as those in the semiconductor device manufacturing method according to the first to third embodiments shown in FIGS. 1 to 16 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
本実施形態による半導体装置の製造方法は、多孔質の層間絶縁膜54の表層部に緻密層56を形成し、多孔質の層間絶縁膜58の表層部に緻密層60を形成した後に、気相成長法又は塗布法により絶縁膜84を更に形成し、この後、コンタクトホール66や溝72等を形成することに主な特徴がある。
In the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, the
まず、多孔質の層間絶縁膜58の表層部に緻密層60を形成する工程までは、図1(a)乃至図5を用いて上述した半導体装置の製造方法と同様であるので説明を省略する(図17(a)参照)。
First, the process up to forming the
次に、図17(b)に示すように、多孔質の層間絶縁膜60上に、気相成長法又は塗布法等により、緻密性の高い絶縁膜84を形成する。緻密性の高い絶縁膜84の形成方法は、例えば、上述した緻密性の高い絶縁膜80の形成方法と同様とする。ここでは、絶縁膜84として、例えばSiC:O:H膜を形成する。絶縁膜84の膜厚は、例えば30nmとする。
Next, as shown in FIG. 17B, a highly dense
こうして、緻密性の高い絶縁膜84が、気相成長法又は塗布法等により形成される。
Thus, a highly dense
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜62を形成する。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜62に開口部64を形成する(図18参照)。開口部64は、配線50に達するコンタクトホール66を形成するためのものである。
Next, an
次に、フォトレジスト膜62をマスクとして、絶縁膜84、緻密層60、層間絶縁膜58、緻密層56、層間絶縁膜54及び絶縁膜52をエッチングする。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いてエッチングを行う。エッチングガスの組成比やエッチングの際の圧力等を適宜変化させることにより、絶縁膜84、緻密層60、層間絶縁膜58、緻密層56、層間絶縁膜54及び絶縁膜52をエッチングすることが可能である。フォトレジスト膜62に対する層間絶縁膜54、58等の選択比が十分に高くない場合には、層間絶縁膜54、58等をエッチングする際にフォトレジスト膜62が徐々にエッチングされ、絶縁膜84の表面が露出してしまう場合もある。緻密性の高い絶縁膜84は、多孔質の層間絶縁膜54、58よりエッチング速度が遅いため、フォトレジスト膜62がエッチングにより殆ど除去されてしまった場合でも、ある程度は残ることとなる。このため、絶縁膜84は、コンタクトホール66を形成する際における保護膜(ハードマスク)として機能する。こうして、配線50に達するコンタクトホール66が形成される。この後、フォトレジスト膜62を剥離する。
Next, the insulating
次に、全面に、例えばスピンコート法により、フォトレジスト膜68を形成する。
Next, a
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜68に開口部70を形成する(図19参照)。この開口部70は、第2層目の配線(第2金属配線層)76aを形成するためのものである。
Next, an
次に、フォトレジスト膜68をマスクとし、緻密層56をエッチングストッパとして、緻密層60及び層間絶縁膜58をエッチングする。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いてエッチングを行う。コンタクトホール66を形成する工程(図18参照)において、フォトレジスト膜62に対する層間絶縁膜54、58等の選択比が十分に高くない場合には、層間絶縁膜54、58等をエッチングする際にフォトレジスト膜62が徐々にエッチングされ、絶縁膜84までもが殆どエッチングされてしまう場合がある。そして、フォトレジスト膜68に対する層間絶縁膜58等の選択比が十分に高くない場合には、層間絶縁膜58等をエッチングする際にフォトレジスト膜68が徐々にエッチングされ、緻密層60の表面が露出してしまう場合もある。多孔質の層間絶縁膜58を緻密化処理することにより形成される緻密層は、上述したように、多孔質の層間絶縁膜58よりエッチング速度が遅いため、フォトレジスト膜62がエッチングにより殆ど除去されてしまった場合でも、ある程度は残ることとなる。このため、本実施形態によれば、多孔質の層間絶縁膜58の上層部に形成された緻密層60は、多孔質の層間絶縁膜58を保護する保護膜(ハードマスク)として機能することができる。こうして、層間絶縁膜58に、配線76aを埋め込むための溝72が形成される。溝72は、コンタクトホール66と繋がった状態となる。
Next, the
この後の半導体装置の製造方法は、図8(a)及び図8(b)を用いて上述して半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する(図20(a)及び図20(b)参照)。 The subsequent manufacturing method of the semiconductor device is the same as the manufacturing method of the semiconductor device described above with reference to FIGS. 8A and 8B, and thus the description thereof will be omitted (FIGS. 20A and 20B). 20 (b)).
こうして本実施形態による半導体装置が製造される。 Thus, the semiconductor device according to the present embodiment is manufactured.
このように、多孔質の層間絶縁膜54の表層部に緻密層56を形成し、多孔質の層間絶縁膜58の表層部に緻密層60を形成した後に、気相成長法により絶縁膜84を更に形成し、この後、コンタクトホール66や溝72等を形成してもよい。本実施形態によれば、コンタクトホール66を形成する工程においては絶縁膜84がハードマスクとして機能し、溝72を形成する工程においては緻密層60がハードマスクとして機能する。このため、本実施形態によれば、配線76a等を埋め込むための溝72等を確実に形成することができる。従って、本実施形態によれば、半導体装置を製造する際における歩留りを向上することができる。
As described above, after forming the
[第5実施形態]
本発明の第5実施形態による半導体装置の製造方法を図21乃至図25を用いて説明する。図21乃至図25は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図1乃至図20に示す第1乃至第4実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
[Fifth Embodiment]
A method for fabricating a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention will be explained with reference to FIGS. 21 to 25 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment. The same components as those in the semiconductor device manufacturing method according to the first to fourth embodiments shown in FIGS. 1 to 20 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
本実施形態による半導体装置の製造方法は、多孔質の層間絶縁膜54上に形成するエッチングストッパ膜として、気相成長法又は塗布法等により形成した絶縁膜82を用い、多孔質の層間絶縁膜58の表層部に緻密層60を形成した後に、気相成長法又は塗布法により絶縁膜84を更に形成し、この後、コンタクトホール66や溝72等を形成することに主な特徴がある。
The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment uses an insulating
まず、絶縁膜52を形成するまでの工程は、図1(a)乃至図3(b)を用いて上述した半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
First, the steps until the insulating
次に、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、多孔質の層間絶縁膜54を形成する。
Next, a porous
次に、多孔質の層間絶縁膜54上に、気相成長法又は塗布法等により、緻密性の高い絶縁膜82を形成する。緻密性の高い絶縁膜82の形成方法は、例えば、上述した緻密性の高い絶縁膜80の形成方法と同様とする。ここでは、絶縁膜82として、例えばSiC:O:H膜を形成する。絶縁膜82の膜厚は、例えば30nmとする。
Next, a highly dense
この後の半導体装置の製造方法は、図17(a)乃至図20(b)を用いて上述した半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する(図22(a)乃至図25(b)参照)。 The subsequent manufacturing method of the semiconductor device is the same as the manufacturing method of the semiconductor device described above with reference to FIGS. 17A to 20B, and the description thereof will be omitted (FIGS. 22A to 25). (See (b)).
このように、多孔質の層間絶縁膜54上に形成するエッチングストッパ膜として、気相成長法又は塗布法等により形成した絶縁膜82を用い、多孔質の層間絶縁膜58の表層部に緻密層60を形成した後に、気相成長法又は塗布法により絶縁膜84を更に形成し、この後、コンタクトホール66や溝72等を形成してもよい。
As described above, as the etching stopper film formed on the porous
[変形実施形態]
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
例えば、多孔質の層間絶縁膜の形成方法は、上記に限定されるものではない。他のあらゆる形成方法により、多孔質の層間絶縁膜を形成してもよい。また、多孔質の絶縁膜の材料も上記に限定されるものではない。 For example, the method for forming the porous interlayer insulating film is not limited to the above. The porous interlayer insulating film may be formed by any other forming method. Further, the material of the porous insulating film is not limited to the above.
また、緻密層の形成方法は、上記に限定されるものではない。他のあらゆる形成方法により、緻密層を形成してもよい。また、緻密性の材料も上記に限定されるものではない。 Moreover, the formation method of a dense layer is not limited to the above. The dense layer may be formed by any other forming method. Further, the dense material is not limited to the above.
また、緻密性の高い絶縁膜の形成方法は、上記に限定されるものではない。他のあらゆる形成方法により、緻密性の高い絶縁膜を形成してもよい。また、緻密性の高い絶縁膜の材料も上記に限定されるものではない。 Further, the method for forming a dense insulating film is not limited to the above. A highly dense insulating film may be formed by any other formation method. Further, the material of the dense insulating film is not limited to the above.
[実施例1]
図26は、実施例1による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
[Example 1]
FIG. 26 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.
まず、以下のようにして、絶縁膜材料を作製した。即ち、テトラエトキシシラン20.8g(0.1mol)、メチルトリエトキシシラン17.8g(0.1mol)、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン23.6g(0.1mol)、及び、メチルイソブチルケトン39.6gを、200mlの反応容器内に入れ、1%のテトラブチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液16.2gを10分間で滴下した。滴下終了後、熟成反応を2時間行った。次に、硫酸マグネシウム5gを添加し、過剰の水分を除去した。次に、ロータリーエバポレータを用い、熟成反応の際に生成されたエタノールを、反応溶液が50mlになるまで除去した。こうして得られた反応溶液に、メチルイソブチルケトンを20ml添加し、絶縁膜材料(多孔質シリカ前駆体)を作製した。 First, an insulating film material was produced as follows. That is, 20.8 g (0.1 mol) of tetraethoxysilane, 17.8 g (0.1 mol) of methyltriethoxysilane, 23.6 g (0.1 mol) of glycidoxypropyltrimethoxysilane, and 39. 6 g was placed in a 200 ml reaction vessel, and 16.2 g of a 1% tetrabutylammonium hydroxide aqueous solution was added dropwise over 10 minutes. After completion of the dropping, an aging reaction was performed for 2 hours. Next, 5 g of magnesium sulfate was added to remove excess water. Next, using a rotary evaporator, ethanol produced during the aging reaction was removed until the reaction solution reached 50 ml. 20 ml of methyl isobutyl ketone was added to the reaction solution thus obtained to produce an insulating film material (porous silica precursor).
次に、スピンコート法により、シリコンウェハ(半導体基板)10上に絶縁膜材料を塗布した。塗布条件は3000回転/分、30秒とした。 Next, an insulating film material was applied onto the silicon wafer (semiconductor substrate) 10 by spin coating. The coating conditions were 3000 rpm / 30 seconds.
次に、ホットプレートを用い、200℃の熱処理(ソフトベーク)を行うことにより、多孔質の層間絶縁膜54を形成した(図26(a)参照)。
Next, a porous
次に、図26(b)に示すように、エキシマランプを用い、多孔質の層間絶縁膜54に紫外線を照射した。エキシマランプの波長は、例えば172nmとした。紫外線の照射は、大気中で行った。紫外線を照射する際における圧力は、常圧とした。紫外線を照射する時間は、60秒とした。このような条件でオゾンを用いた緻密化処理を行ったところ、多孔質の層間絶縁膜54の表層部に緻密層56が形成された。こうして形成された緻密層56等に対して、分光エリプソ法による測定を行った。その結果、緻密層56の膜厚は10nmであった。緻密層56の屈折率は1.44であった。多孔質の層間絶縁膜54の膜厚は、160nmであった。多孔質の層間絶縁膜54の屈折率は1.29であった。また、X線回折装置を用いて密度を測定したところ、緻密層56の密度は2.1g/cm3であった。多孔質の層間絶縁膜54の密度は、1.05g/cm3であった。
Next, as shown in FIG. 26B, the excimer lamp was used to irradiate the porous
次に、スピンコート法により、緻密層56上に絶縁膜材料を塗布した。塗布条件は3000回転/分、30秒とした。
Next, an insulating film material was applied on the
次に、ホットプレートを用い、200℃の熱処理(ソフトベーク)を行うことにより、多孔質の層間絶縁膜58を形成した(図26(c)参照)。
Next, a porous
次に、層間絶縁膜54、58等を焼成することにより、層間絶縁膜54、58等を硬化(キュア)させた。キュア炉内に導入するガスとしては、窒素ガスを用いた。窒素ガスの流量は、例えば10リットル/分とした。キュア炉内の温度は、400℃とした。焼成時間は、30分とした。層間絶縁膜54、緻密層56及び層間絶縁膜58より成る積層体について、比誘電率を測定したところ、2.3であった。
Next, the
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成した。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成した。次に、フォトレジスト膜をマスクとし、緻密層56をエッチングストッパとして、多孔質の層間絶縁膜58をエッチングした。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いた。こうして、絶縁膜58に、配線(図示せず)を埋め込むための溝72を形成した(図26(d)参照)。原子間力顕微鏡(AFM)を用いて溝72の底面の粗さを測定したところ、3nmと比較的小さかった。
Next, a photoresist film (not shown) was formed on the entire surface by spin coating. Next, an opening (not shown) was formed in the photoresist film using a photolithography technique. Next, the porous
[実施例2]
図27及び図28は、実施例2による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
[Example 2]
27 and 28 are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment.
まず、実施例1と同様にして、シリコンウェハ10上に絶縁膜材料を塗布した。
First, in the same manner as in Example 1, an insulating film material was applied on the
次に、実施例1と同様にして、熱処理(ソフトベーク)を行うことにより、多孔質の層間絶縁膜54を形成した(図27(a)参照)。
Next, a porous
次に、実施例1と同様にして、紫外線を照射し、オゾンを用いて緻密化処理を行うことにより、多孔質の層間絶縁膜54の表層部に緻密層56を形成した(図27(b)参照)。
Next, in the same manner as in Example 1, the
次に、実施例1と同様にして、スピンコート法により、緻密層56上に絶縁膜材料を塗布した。
Next, in the same manner as in Example 1, an insulating film material was applied on the
次に、実施例1と同様にして、200℃の熱処理(ソフトベーク)を行うことにより、多孔質の層間絶縁膜58を形成した(図27(c)参照)。
Next, a porous
次に、図27(d)に示すように、エキシマランプを用い、多孔質の層間絶縁膜58に紫外線を照射した。エキシマランプの波長は、例えば172nmとした。紫外線の照射は、大気中で行った。紫外線を照射する際における圧力は、常圧とした。紫外線を照射する時間は、60秒とした。このような条件でオゾンを用いた緻密化処理を行ったところ、多孔質の層間絶縁膜58の表層部に緻密層60が形成された。
Next, as shown in FIG. 27D, the excimer lamp was used to irradiate the porous
次に、層間絶縁膜54、58等を焼成することにより、層間絶縁膜54、58等を硬化(キュア)させた。キュア炉内に導入するガスとしては、窒素ガスを用いた。窒素ガスの流量は、例えば10リットル/分とした。キュア炉内の温度は、400℃とした。焼成時間は、30分とした。層間絶縁膜54、緻密層56及び層間絶縁膜58より成る積層体について、比誘電率を測定したところ、2.35であった。
Next, the
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成した。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成した。次に、フォトレジスト膜をマスクとし、緻密層56をエッチングストッパとして、緻密層60及び多孔質の層間絶縁膜58をエッチングした。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いた。こうして、絶縁膜58に、配線(図示せず)を埋め込むための溝72を形成した(図28参照)。原子間力顕微鏡(AFM)を用いて溝72の底面の粗さを測定したところ、5nmと比較的小さかった。
Next, a photoresist film (not shown) was formed on the entire surface by spin coating. Next, an opening (not shown) was formed in the photoresist film using a photolithography technique. Next, the
[比較例1]
図29は、比較例1による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
[Comparative Example 1]
29 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to Comparative Example 1. FIG.
まず、実施例1と同様にして、シリコンウェハ10上に絶縁膜材料を塗布した。
First, in the same manner as in Example 1, an insulating film material was applied on the
次に、実施例1と同様にして、200℃の熱処理(ソフトベーク)を行うことにより、多孔質の層間絶縁膜54を形成した(図29(a)参照)。こうして形成された多孔質の層間絶縁膜54に対して、分光エリプソ法による測定を行った。その結果、多孔質の層間絶縁膜54の膜厚は、165nmであった。多孔質の層間絶縁膜54の屈折率は1.29であった。
Next, a porous
次に、スピンコート法により、多孔質の層間絶縁膜54上に絶縁膜材料を塗布した。塗布条件は3000回転/分、30秒とした。
Next, an insulating film material was applied on the porous
次に、ホットプレートを用い、200℃の熱処理(ソフトベーク)を行うことにより、多孔質の層間絶縁膜58を形成した(図29(b)参照)。
Next, a porous
次に、層間絶縁膜54、58を焼成することにより、層間絶縁膜54、58を硬化(キュア)させた。キュア炉内に導入するガスとしては、窒素ガスを用いた。窒素ガスの流量は、例えば10リットル/分とした。キュア炉内の温度は、400℃とした。焼成時間は、30分とした。層間絶縁膜54及び層間絶縁膜58より成る積層体について、比誘電率を測定したところ、2.3であった。
Next, the
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成した。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、開口部(図示せず)をフォトレジスト膜に形成した。次に、フォトレジスト膜をマスクとして、エッチングストッパ膜を形成することなく、多孔質の層間絶縁膜58をエッチングした。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いた。こうして、絶縁膜58に、配線(図示せず)を埋め込むための溝72を形成した(図29(c)参照)。原子間力顕微鏡(AFM)を用いて溝72の底面の粗さを測定したところ、12nmと非常に大きかった。このことから、エッチングストッパ膜を用いることなく、エッチング時間を制御することにより溝72を形成した場合には、溝72の底面が非常に粗くなってしまうことが分かる。
Next, a photoresist film (not shown) was formed on the entire surface by spin coating. Next, an opening (not shown) was formed in the photoresist film using a photolithography technique. Next, using the photoresist film as a mask, the porous
[実施例3]
まず、半導体基板10上に、LOCOS法により素子分離膜12を形成した。次に、素子領域14上に、ゲート絶縁膜16を介してゲート電極18を形成した。次に、ゲート電極18の側面に、サイドウォール絶縁膜20を形成した。次に、サイドウォール絶縁膜20及びゲート電極18をマスクとして半導体基板10内にドーパント不純物を導入することにより、ゲート電極18の両側の半導体基板10内にソース/ドレイン拡散層22を形成した。こうして、ゲート電極18とソース/ドレイン拡散層22とを有するトランジスタ24を形成した(図1参照)。
[Example 3]
First, the
次に、全面に、CVD法により、層間絶縁膜26を形成した。次に、層間絶縁膜26上に、ストッパ膜28を形成した。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、ソース/ドレイン拡散層22に達するコンタクトホール30を形成した(図1(b)参照)。
Next, an
次に、全面に、スパッタ法により、膜厚50nmのTiN膜より成る密着層32を形成した。次に、全面に、CVD法により、タングステン膜34を形成した。次に、例えばCMP法により、ストッパ膜の表面が露出するまで、密着層32及びタングステン膜34を研磨した。こうして、コンタクトホール30内に、タングステンより成る導体プラグ34を埋め込んだ(図1(c)参照)。
Next, an
次に、全面に、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜36を形成した。次に、全面に、多孔質の層間絶縁膜38を形成した。多孔質の層間絶縁膜38の膜厚は、160nmとした。次に、全面に、プラズマCVD法により、膜厚30nmのシリコン酸化膜より成る絶縁膜40を形成した(図2(a)参照)。
Next, an insulating
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜42を形成した。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、第1層目の配線50を形成するための開口部44をフォトレジスト膜に形成した。開口部44は、配線幅が100nm、配線間隔が100nmとなるように形成した(図2(b)参照)。
Next, a
次に、フォトレジスト膜42をマスクとして、絶縁膜40、層間絶縁膜38及び絶縁膜36をエッチングした。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いた。こうして、絶縁膜40、層間絶縁膜38及び絶縁膜36に、配線50を埋め込むための溝46を形成した(図3(a)参照)。この後、フォトレジスト膜42を剥離した。
Next, the insulating
次に、全面に、スパッタ法により、膜厚10nmのTaNより成るバリア膜を形成した。次に、全面に、スパッタ法により、膜厚10nmのCuより成るシード膜を形成した。こうして、バリア膜とシード膜とから成る積層膜48を形成した。次に、電気めっき法により、膜厚600nmのCu膜50を形成した。次に、CMP法により、絶縁膜40の表面が露出するまで、Cu膜50及び積層膜48を研磨した。こうして、溝46内にCuより成る配線50を埋め込んだ。次に、全面に、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜52を形成した(図3(b)参照)。
Next, a barrier film made of TaN having a thickness of 10 nm was formed on the entire surface by sputtering. Next, a seed film made of Cu having a thickness of 10 nm was formed on the entire surface by sputtering. Thus, a
次に、実施例1と同様にして、多孔質の層間絶縁膜54を形成した。層間絶縁膜54の膜厚は、180nmとした(図4(a)参照)。
Next, in the same manner as in Example 1, a porous
次に、実施例1と同様にして、紫外線を照射し、オゾンを用いて緻密化処理を行うことにより、層間絶縁膜54の表層部に緻密層56を形成した(図4(b)参照)。
Next, in the same manner as in Example 1, the
次に、実施例1と同様にして、多孔質の層間絶縁膜58を形成した。多孔質の層間絶縁膜58の膜厚は、例えば160nmとした。
Next, in the same manner as in Example 1, a porous
次に、実施例2と同様にして、紫外線を照射し、オゾンを用いて緻密化処理を行うことにより、層間絶縁膜58の表層部に緻密層60を形成した(図17(a)参照)。
Next, in the same manner as in Example 2, the
次に、絶縁膜86上に、プラズマCVD法により、SiC:O:H膜より成る絶縁膜84を形成した(図17(b)参照)。絶縁膜84の膜厚は、30nmとした。成膜室内に導入するガスとしては、SiC4H12ガスとCO2ガスとを用いた。
Next, an insulating
次に、実施例2と同様にして、層間絶縁膜54、58等を焼成することにより、層間絶縁膜54、58等を硬化(キュア)させた。
Next, in the same manner as in Example 2, the
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜62を形成した。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、コンタクトホール66を形成するための開口部64をフォトレジスト膜62に形成した。次に、フォトレジスト膜62をマスクとして、絶縁膜60、層間絶縁膜58、絶縁膜56、層間絶縁膜54及び絶縁膜52をエッチングした。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いた。エッチングガスの組成比やエッチングの際の圧力等を適宜変化させることにより、絶縁膜60、層間絶縁膜58、絶縁膜56、層間絶縁膜54及び絶縁膜52をエッチングした。こうして、配線50に達するコンタクトホール66を形成した(図18参照)。この後、フォトレジスト膜を剥離した。
Next, a
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜68を形成した。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、第2層目の配線76aを形成するための開口部70をフォトレジスト膜68に形成した。次に、フォトレジスト膜68をマスクとし、緻密層56をエッチングストッパとして、絶縁膜60及び層間絶縁膜58をエッチングした。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いた。こうして、絶縁膜60、層間絶縁膜58及び絶縁膜56に、配線76aを埋め込むための溝72を形成した(図19参照)。
Next, a
次に、全面に、スパッタ法により、膜厚10nmのTaNより成るバリア膜を形成した。次に、全面に、スパッタ法により、膜厚10nmのCuより成るシード膜を形成した。こうして、バリア膜とシード膜とから成る積層膜74を形成した。次に、電気めっき法により、膜厚1400nmのCu膜76を形成した。次に、CMP法により、絶縁膜60の表面が露出するまで、Cu膜76及び積層膜74を研磨した。こうして、コンタクトホール66内にCuより成る導体プラグ76bを埋め込むとともに、溝72内にCuより成る配線76aを埋め込んだ(図20(a)参照)。
Next, a barrier film made of TaN having a thickness of 10 nm was formed on the entire surface by sputtering. Next, a seed film made of Cu having a thickness of 10 nm was formed on the entire surface by sputtering. Thus, a
次に、全面に、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜78を形成した(図20(b)参照)。この後、上記と同様の工程を適宜繰り返すことにより、第3層目の配線を形成した。
Next, an insulating
このようにして形成される半導体装置について、100万個の導体プラグが電気的に直列に接続されるように配線及び導体プラグを形成し、歩留りを測定したところ、歩留りは90%であった。 With respect to the semiconductor device thus formed, wiring and conductor plugs were formed so that 1 million conductor plugs were electrically connected in series, and the yield was measured. As a result, the yield was 90%.
また、配線間の実効的な比誘電率を算出したところ、2.5であった。なお、実効的な比誘電率とは、配線の周囲に、多孔質の層間絶縁膜のみならず、他の絶縁膜も存在している状態において測定される比誘電率のことである。比誘電率の低い多孔質の層間絶縁膜のみならず、比誘電率が比較的高い絶縁膜も配線の周囲に存在している状態で測定されるため、実効的な比誘電率は、多孔質の層間絶縁膜の比誘電率より大きい値となる。 The effective relative dielectric constant between the wirings was calculated to be 2.5. The effective relative dielectric constant is a relative dielectric constant measured in a state where not only the porous interlayer insulating film but also other insulating films exist around the wiring. The effective relative dielectric constant is not limited to porous interlayer insulation films with a low relative dielectric constant, because an insulating film with a relatively high relative dielectric constant is measured around the wiring. The value is larger than the relative dielectric constant of the interlayer insulating film.
また、200℃で3000時間放置した後に配線の抵抗を測定したところ、抵抗の上昇は確認されなかった。 Further, when the resistance of the wiring was measured after being allowed to stand at 200 ° C. for 3000 hours, no increase in resistance was confirmed.
[実施例4]
まず、実施例3と同様にして、半導体基板10上に、LOCOS法により素子分離膜12を形成した。次に、実施例3と同様に、素子領域14上に、ゲート絶縁膜16を介してゲート電極18を形成した。次に、実施例3と同様に、ゲート電極18の側面に、サイドウォール絶縁膜20を形成した。次に、実施例3と同様に、サイドウォール絶縁膜20及びゲート電極18をマスクとして半導体基板10内にドーパント不純物を導入することにより、ゲート電極18の両側の半導体基板10内にソース/ドレイン拡散層22を形成した。こうして、ゲート電極18とソース/ドレイン拡散層22とを有するトランジスタ24を形成した(図1参照)。
[Example 4]
First, in the same manner as in Example 3, the
次に、実施例3と同様に、全面に、CVD法により、層間絶縁膜26を形成した。次に、実施例3と同様に、層間絶縁膜26上に、ストッパ膜28を形成した。次に、実施例3と同様に、フォトリソグラフィ技術を用い、ソース/ドレイン拡散層22に達するコンタクトホール30を形成した(図1(b)参照)。
Next, in the same manner as in Example 3, an
次に、実施例3と同様に、全面に、スパッタ法により、膜厚50nmのTiN膜より成る密着層32を形成した。次に、実施例3と同様に、全面に、CVD法により、タングステン膜34を形成した。次に、実施例3と同様に、例えばCMP法により、ストッパ膜の表面が露出するまで、密着層32及びタングステン膜34を研磨した。こうして、コンタクトホール30内に、タングステンより成る導体プラグ34を埋め込んだ(図1(c)参照)。
Next, as in Example 3, an
次に、実施例3と同様に、全面に、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜36を形成した。次に、実施例3と同様に、全面に、多孔質の層間絶縁膜38を形成した。多孔質の層間絶縁膜38の膜厚は、160nmとした。次に、実施例3と同様に、全面に、プラズマCVD法により、膜厚30nmのシリコン酸化膜より成る絶縁膜40を形成した(図2(a)参照)。
Next, as in Example 3, an insulating
次に、実施例3と同様に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜42を形成した。次に、実施例3と同様に、フォトリソグラフィ技術を用い、第1層目の配線50を形成するための開口部44をフォトレジスト膜に形成した。開口部44は、配線幅が100nm、配線間隔が100nmとなるように形成した(図2(b)参照)。
Next, similarly to Example 3, a
次に、実施例3と同様に、フォトレジスト膜42をマスクとして、絶縁膜40、層間絶縁膜38及び絶縁膜36をエッチングした。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いた。こうして、絶縁膜40、層間絶縁膜38及び絶縁膜36に、配線50を埋め込むための溝46を形成した(図3(a)参照)。この後、実施例3と同様に、フォトレジスト膜42を剥離した。
Next, as in Example 3, the insulating
次に、実施例3と同様に、全面に、スパッタ法により、膜厚10nmのTaNより成るバリア膜を形成した。次に、実施例3と同様に、全面に、スパッタ法により、膜厚10nmのCuより成るシード膜を形成した。こうして、バリア膜とシード膜とから成る積層膜48を形成した。次に、実施例3と同様に、電気めっき法により、膜厚600nmのCu膜50を形成した。次に、実施例3と同様に、CMP法により、絶縁膜40の表面が露出するまで、Cu膜50及び積層膜48を研磨した。こうして、溝46内にCuより成る配線50を埋め込んだ。次に、実施例3と同様に、全面に、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜52を形成した(図3(b)参照)。
Next, similarly to Example 3, a barrier film made of TaN having a thickness of 10 nm was formed on the entire surface by sputtering. Next, as in Example 3, a seed film made of Cu having a thickness of 10 nm was formed on the entire surface by sputtering. Thus, a
次に、実施例1と同様にして、多孔質の層間絶縁膜54を形成した。層間絶縁膜54の膜厚は、180nmとした(図21(a)参照)。
Next, in the same manner as in Example 1, a porous
次に、多孔質の層間絶縁膜54上に、プラズマCVD法により、SiC:O:H膜より成る絶縁膜82を形成した(図22(a)参照)。絶縁膜82の膜厚は、例えば30nmとした。成膜室内に導入するガスとしては、SiC4H12ガスとCO2ガスとを用いた。
Next, an insulating
次に、実施例1と同様にして、多孔質の層間絶縁膜58を形成した。多孔質の層間絶縁膜58の膜厚は、例えば160nmとした。
Next, in the same manner as in Example 1, a porous
次に、実施例2と同様にして、紫外線を照射してオゾンを発生させることにより、オゾンを用いて緻密化処理を行い、層間絶縁膜58の表層部に緻密層60を形成した(図22(a)参照)。
Next, in the same manner as in Example 2, ozone was generated by irradiating ultraviolet rays, so that densification treatment was performed using ozone to form a
次に、実施例2と同様にして、層間絶縁膜54、58等を焼成することにより、層間絶縁膜54、58等を硬化(キュア)させた。
Next, in the same manner as in Example 2, the
次に、絶縁膜86上に、プラズマCVD法により、SiC:O:H膜より成る絶縁膜84を形成した(図22(b)参照)。絶縁膜84の膜厚は、30nmとした。成膜室内に導入するガスとしては、SiC4H12ガスとCO2ガスとを用いた。
Next, an insulating
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜62を形成した。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、コンタクトホール66を形成するための開口部64をフォトレジスト膜62に形成した。次に、フォトレジスト膜62をマスクとして、絶縁膜84、絶縁膜60、層間絶縁膜58、絶縁膜82、層間絶縁膜54及び絶縁膜52をエッチングした。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いた。エッチングガスの組成比やエッチングの際の圧力等を適宜変化させることにより、絶縁膜60、層間絶縁膜58、絶縁膜82、層間絶縁膜54及び絶縁膜52をエッチングした。こうして、配線50に達するコンタクトホール66を形成した(図23参照)。この後、フォトレジスト膜を剥離した。
Next, a
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜68を形成した。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、第2層目の配線76aを形成するための開口部70をフォトレジスト膜68に形成した。次に、フォトレジスト膜68をマスクとし、緻密層82をエッチングストッパとして、絶縁膜60及び層間絶縁膜58をエッチングした。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いた。こうして、絶縁膜60及び層間絶縁膜58に、配線76aを埋め込むための溝72を形成した(図24参照)。
Next, a
次に、全面に、スパッタ法により、膜厚10nmのTaNより成るバリア膜を形成した。次に、全面に、スパッタ法により、膜厚10nmのCuより成るシード膜を形成した。こうして、バリア膜とシード膜とから成る積層膜74を形成した。次に、電気めっき法により、膜厚1400nmのCu膜76を形成した。次に、CMP法により、絶縁膜60の表面が露出するまで、Cu膜76及び積層膜74を研磨した。こうして、コンタクトホール66内にCuより成る導体プラグ76bを埋め込むとともに、溝72内にCuより成る配線76aを埋め込んだ(図25(a)参照)。
Next, a barrier film made of TaN having a thickness of 10 nm was formed on the entire surface by sputtering. Next, a seed film made of Cu having a thickness of 10 nm was formed on the entire surface by sputtering. Thus, a
次に、全面に、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜78を形成した(図25(b)参照)。この後、上記と同様の工程を適宜繰り返すことにより、第3層目の配線を形成した。
Next, an insulating
このようにして形成される半導体装置について、100万個の導体プラグが電気的に直列に接続されるように配線及び導体プラグを形成し、歩留りを測定したところ、歩留りは92%であった。また、配線間の実効的な比誘電率を算出したところ、2.55であった。また、200℃で3000時間放置した後に配線の抵抗を測定したところ、抵抗の上昇は確認されなかった。 With respect to the semiconductor device thus formed, wiring and conductor plugs were formed so that 1 million conductor plugs were electrically connected in series, and the yield was measured. The yield was 92%. The effective relative dielectric constant between the wirings was calculated to be 2.55. Further, when the resistance of the wiring was measured after being allowed to stand at 200 ° C. for 3000 hours, no increase in resistance was confirmed.
[比較例2]
図30乃至図38は、比較例2による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
[Comparative Example 2]
30 to 38 are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to Comparative Example 2.
まず、実施例3と同様にして、トランジスタ24を形成し(図30(a)参照)、層間絶縁膜26及びストッパ膜28を形成し(図30(b)参照)、この後、コンタクトホール30内に導体プラグ34を埋め込んだ(図30(c)参照)。
First, in the same manner as in Example 3, the
次に、実施例3と同様にして、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜36を形成し、この後、多孔質の層間絶縁膜38を形成した。次に、全面に、プラズマCVD法により、膜厚30nmのシリコン酸化膜より成る絶縁膜40を形成した(図31(a)参照)。
Next, in the same manner as in Example 3, an insulating
次に、実施例3と同様にして、フォトレジスト膜42を形成し、第1層目の配線50を形成するための開口部44をフォトレジスト膜42に形成した(図31(b)参照)。
Next, in the same manner as in Example 3, a
次に、実施例3と同様にして、絶縁膜40、多孔質の層間絶縁膜38及び絶縁膜36に溝46を形成した(図32(a)参照)。
Next, in the same manner as in Example 3,
次に、実施例3と同様にして、絶縁膜40、層間絶縁膜38及び絶縁膜36に、配線50を埋め込んだ。次に、実施例3と同様にして、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜52を形成した(図32(b)参照)。
Next, in the same manner as in Example 3, the
次に、実施例3と同様にして、多孔質の層間絶縁膜54を形成した(図33(a)参照)。
Next, a porous
次に、多孔質の層間絶縁膜54の表層部に緻密層を形成することなく、多孔質の層間絶縁膜58を形成した。多孔質の層間絶縁膜58の形成方法は、実施例3と同様とした(図33(b)参照)。
Next, a porous
次に、実施例3と同様にして、層間絶縁膜54、58等を焼成することにより、層間絶縁膜54、58等を硬化(キュア)させた。
Next, in the same manner as in Example 3, the
次に、全面に、プラズマCVD法により、膜厚30nmのシリコン酸化膜より成る絶縁膜86を形成した(図34参照)。
Next, an insulating
次に、実施例3と同様にして、配線50に達するコンタクトホール66を形成した(図35参照)。
Next, a
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜68を形成した。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、第2層目の配線76aを形成するための開口部70をフォトレジスト膜68に形成した。次に、フォトレジスト膜68をマスクとして、絶縁膜86、層間絶縁膜58エッチングした。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いた。こうして、絶縁膜86及び層間絶縁膜58に、配線76aを埋め込むための溝72を形成した。溝72の深さは、エッチング時間を制御することにより設定した(図36参照)。
Next, a
次に、実施例3と同様にして、溝72内に配線76aを埋め込むとともに、コンタクトホール66内に導体プラグ76bを埋め込んだ(図37参照)。
Next, in the same manner as in Example 3, a
次に、実施例3と同様にして、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜78を形成した(図38参照)。この後、上記と同様の工程を適宜繰り返すことにより、第3層目の配線を形成した。
Next, in the same manner as in Example 3, an insulating
このようにして形成される半導体装置について、100万個の導体プラグが電気的に直列に接続されるように配線及び導体プラグを形成し、歩留りを測定したところ、歩留りは75%と低かった。また、配線間の実効的な比誘電率を算出したところ、2.9と大きかった。また、200℃で3000時間放置した後に配線の抵抗を測定したところ、抵抗の上昇が確認された。配線76aの抵抗が上昇したのは、溝72の底面が粗いため、溝72の底面上に良質なバリア膜74が形成されず、配線76aの材料がバリア膜74を介して層間絶縁膜54、58中に拡散してしまったためと考えられる。
With respect to the semiconductor device thus formed, wiring and conductor plugs were formed so that 1 million conductor plugs were electrically connected in series, and the yield was measured. As a result, the yield was as low as 75%. Moreover, when the effective relative dielectric constant between wirings was calculated, it was as large as 2.9. Further, when the resistance of the wiring was measured after being left at 200 ° C. for 3000 hours, an increase in resistance was confirmed. The reason why the resistance of the
[比較例3]
図39乃至図43は、比較例3による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
[Comparative Example 3]
39 to 43 are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to Comparative Example 3.
まず、比較例2と同様にして、トランジスタ24を形成し(図30(a)参照)、層間絶縁膜26及びストッパ膜28を形成し(図30(b)参照)、この後、コンタクトホール30内に導体プラグ34を埋め込んだ(図30(c)参照)。
First, as in Comparative Example 2, the
次に、比較例2と同様にして、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜36を形成し、この後、多孔質の層間絶縁膜38を形成した。次に、全面に、プラズマCVD法により、膜厚30nmのシリコン酸化膜より成る絶縁膜40を形成した(図31(a)参照)。
Next, as in Comparative Example 2, an insulating
次に、比較例2と同様にして、フォトレジスト膜42を形成し、第1層目の配線50を形成するための開口部44をフォトレジスト膜42に形成した(図31(b)参照)。
Next, as in Comparative Example 2, a
次に、比較例2と同様にして、絶縁膜40、多孔質の層間絶縁膜38及び絶縁膜36に溝46を形成した(図32(a)参照)。
Next, in the same manner as in Comparative Example 2,
次に、比較例2と同様にして、絶縁膜40、層間絶縁膜38及び絶縁膜36に、配線50を埋め込んだ。次に、比較例2と同様にして、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜52を形成した(図32(b)参照)。
Next, in the same manner as in Comparative Example 2, the
次に、比較例2と同様にして、多孔質の層間絶縁膜54を形成した(図39(a)参照)。
Next, a porous
次に、多孔質の層間絶縁膜54上に、プラズマCVD法により、SiC:O:H膜より成る絶縁膜82を形成した(図38(b)参照)。絶縁膜82の膜厚は、例えば30nmとした。成膜室内に導入するガスとしては、SiC4H12ガスとCO2ガスとを用いた。
Next, an insulating
次に、全面に、多孔質の層間絶縁膜58を形成した。多孔質の層間絶縁膜58の形成方法は、比較例2と同様とした(図40(a)参照)。
Next, a porous
次に、比較例2と同様にして、層間絶縁膜54、58等を焼成することにより、層間絶縁膜54、58等を硬化(キュア)させた。
Next, in the same manner as in Comparative Example 2, the
次に、比較例2と同様にして、多孔質の層間絶縁膜58上に、シリコン酸化膜より成る絶縁膜86を形成した。絶縁膜86の膜厚は、30nmとした(図40(b)参照)。
Next, in the same manner as in Comparative Example 2, an insulating
次に、絶縁膜86上に、プラズマCVD法により、SiC:O:H膜より成る絶縁膜84を形成した。絶縁膜84の膜厚は、30nmとした。成膜室内に導入するガスとしては、SiC4H12ガスとCO2ガスとを用いた。
Next, an insulating
次に、比較例2と同様にして、配線50に達するコンタクトホール66を形成した(図41参照)。
Next, in the same manner as in Comparative Example 2, a
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜68を形成した。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、第2層目の配線76aを形成するための開口部70をフォトレジスト膜68に形成した。次に、フォトレジスト膜68をマスクとし、絶縁膜82をエッチングストッパとして、絶縁膜84、絶縁膜86、層間絶縁膜58をエッチングした。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いた。こうして、絶縁膜84、86及び層間絶縁膜58に、配線76aを埋め込むための溝72を形成した(図42参照)。
Next, a
次に、比較例2と同様にして、溝72内に配線76aを埋め込むとともに、コンタクトホール66内に導体プラグ76bを埋め込んだ(図43(a)参照)。
Next, in the same manner as in Comparative Example 2, a
次に、比較例2と同様にして、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜78を形成した(図43(b)参照)。この後、上記と同様の工程を適宜繰り返すことにより、第3層目の配線を形成した。
Next, as in Comparative Example 2, an insulating
このようにして形成される半導体装置について、100万個の導体プラグが電気的に直列に接続されるように配線及び導体プラグを形成し、歩留りを測定したところ、歩留りは96%と高かった。また、配線間の実効的な誘電率を算出したところ、2.86と大きかった。配線間の実効的な誘電率が大きくなったのは、エッチングストッパ膜や保護膜として機能する厚い絶縁膜82、84、86の影響によるものと考えられる。また、200℃で3000時間放置した後に配線の抵抗を測定したところ、抵抗の上昇は確認されなかった。
With respect to the semiconductor device thus formed, wiring and conductor plugs were formed so that 1 million conductor plugs were electrically connected in series, and the yield was measured. As a result, the yield was as high as 96%. Moreover, when the effective dielectric constant between wirings was calculated, it was as large as 2.86. It is considered that the effective dielectric constant between the wirings is increased due to the influence of the thick insulating
[比較例4]
図44乃至図47は、比較例4による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
[Comparative Example 4]
44 to 47 are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to Comparative Example 4.
まず、比較例2と同様にして、トランジスタ24を形成し(図30(a)参照)、層間絶縁膜26及びストッパ膜28を形成し(図30(b)参照)、この後、コンタクトホール30内に導体プラグ34を埋め込んだ(図30(c)参照)。
First, as in Comparative Example 2, the
次に、比較例2と同様にして、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜36を形成し、この後、多孔質の層間絶縁膜38を形成した。次に、全面に、プラズマCVD法により、膜厚30nmのシリコン酸化膜より成る絶縁膜40を形成した(図31(a)参照)。
Next, as in Comparative Example 2, an insulating
次に、比較例2と同様にして、フォトレジスト膜42を形成し、第1層目の配線50を形成するための開口部44をフォトレジスト膜42に形成した(図31(b)参照)。
Next, as in Comparative Example 2, a
次に、比較例2と同様にして、絶縁膜40、多孔質の層間絶縁膜38及び絶縁膜36に溝46を形成した(図32(a)参照)。
Next, in the same manner as in Comparative Example 2,
次に、比較例2と同様にして、絶縁膜40、層間絶縁膜38及び絶縁膜36に、配線50を埋め込んだ(図32(b)参照)。
Next, in the same manner as in Comparative Example 2, the
次に、比較例2と同様にして、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜52を形成した。
Next, as in Comparative Example 2, an insulating
次に、比較例2と同様にして、多孔質の層間絶縁膜54を形成した(図44参照)。
Next, a porous
次に、多孔質の層間絶縁膜54上に、プラズマCVD法により、SiC:O:H膜より成る絶縁膜82を形成した。絶縁膜82の膜厚は、例えば30nmとした。成膜室内に導入するガスとしては、SiC4H12ガスとCO2ガスとを用いた。
Next, an insulating
次に、全面に、多孔質の層間絶縁膜58を形成した。多孔質の層間絶縁膜58の形成方法は、比較例2と同様とした。
Next, a porous
次に、比較例2と同様にして、層間絶縁膜54、58等を焼成することにより、層間絶縁膜54、58等を硬化(キュア)させた。
Next, in the same manner as in Comparative Example 2, the
次に、全面に、プラズマCVD法により、SiC:O:H膜より成る絶縁膜84を形成した。絶縁膜84の膜厚は、30nmとした。成膜室内に導入するガスとしては、SiC4H12ガスとCO2ガスとを用いた。
Next, an insulating
次に、比較例2と同様にして、配線50に達するコンタクトホール66を形成した(図45参照)。
Next, in the same manner as in Comparative Example 2, a
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜68を形成した。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、第2層目の配線76aを形成するための開口部70をフォトレジスト膜68に形成した。次に、フォトレジスト膜68をマスクとし、絶縁膜82をエッチングストッパとして、絶縁膜84及び層間絶縁膜58をエッチングした。エッチングを行う際には、CF4ガス及びCHF3ガスを原料としたフッ素プラズマを用いた。こうして、絶縁膜84及び層間絶縁膜58に、配線76aを埋め込むための溝72を形成した(図46参照)。
Next, a
次に、比較例2と同様にして、溝72内に配線76aを埋め込むとともに、コンタクトホール66内に導体プラグ76bを埋め込んだ(図47(a)参照)。
Next, in the same manner as in Comparative Example 2, a
次に、比較例2と同様にして、プラズマCVD法により、膜厚30nmのSiC:O:H膜より成る絶縁膜78を形成した(図47(b)参照)。この後、上記と同様の工程を適宜繰り返すことにより、第3層目の配線を形成した。
Next, as in Comparative Example 2, an insulating
このようにして形成される半導体装置について、100万個の導体プラグが電気的に直列に接続されるように配線及び導体プラグを形成し、歩留りを測定したところ、歩留りは96%と高かった。また、配線間の実効的な誘電率を算出したところ、2.78と大きかった。配線間の実効的な誘電率が大きくなったのは、エッチングストッパ膜や保護膜として機能する厚い絶縁膜82、84の影響によるものと考えられる。また、200℃で3000時間放置した後に配線の抵抗を測定したところ、抵抗の上昇は確認されなかった。
With respect to the semiconductor device thus formed, wiring and conductor plugs were formed so that 1 million conductor plugs were electrically connected in series, and the yield was measured. As a result, the yield was as high as 96%. Moreover, when the effective dielectric constant between wirings was calculated, it was as large as 2.78. It is considered that the effective dielectric constant between the wirings is increased due to the influence of the thick insulating
以上詳述したように、本発明の特徴をまとめると以下の通りである。
(付記1)
半導体基板上に多孔質絶縁膜を形成する工程と、
前記多孔質絶縁膜の表層部を緻密化する緻密化処理を行うことにより、前記多孔質絶縁膜の前記表層部に、前記多孔質絶縁膜より密度の高い緻密層を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2)
付記1記載の半導体装置の製造方法において、
前記緻密層を形成する工程では、前記多孔質絶縁膜の前記表層部をオゾンを用いて緻密化処理することにより、前記緻密層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記3)
付記2記載の半導体装置の製造方法において、
前記緻密層を形成する工程では、酸素を含む雰囲気中で紫外線を照射することによりオゾンを生成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記4)
付記1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記緻密層を形成する工程の後に、前記緻密層上に他の多孔質絶縁膜を形成する工程と;前記緻密層上に、開口部が形成されたフォトレジスト膜を形成する工程と;前記フォトレジスト膜をマスクとし、前記緻密層をエッチングストッパとして、前記他の多孔質絶縁膜をエッチングすることにより、前記他の多孔質絶縁膜に溝を形成する工程と;前記溝内に配線を埋め込む工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記5)
付記1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記緻密層を形成する工程の後に、前記緻密層上に他の多孔質絶縁膜を形成する工程と;前記他の多孔質絶縁膜の表層部を緻密化する緻密化処理を行うことにより、前記他の多孔質絶縁膜の前記表層部に、前記他の多孔質絶縁膜より密度の高い他の緻密層を形成する工程と;前記他の緻密層上に、開口部が形成されたフォトレジスト膜を形成する工程と;前記フォトレジスト膜をマスクとし、前記緻密層をエッチングストッパとして、前記他の緻密層及び前記他の多孔質絶縁膜をエッチングすることにより、前記多孔質絶縁膜に溝を形成する工程と;前記溝内に配線を埋め込む工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記6)
付記1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記緻密層を形成する工程の後に、前記緻密層上に他の多孔質絶縁膜を形成する工程と;前記他の多孔質絶縁膜上に、前記他の多孔質絶縁膜より密度の高い絶縁膜を形成する工程と;前記絶縁膜上に、開口部が形成されたフォトレジスト膜を形成する工程と;前記フォトレジスト膜をマスクとし、前記緻密層をエッチングストッパとして、前記絶縁膜及び前記他の多孔質絶縁膜をエッチングすることにより、前記多孔質絶縁膜に溝を形成する工程と;前記溝内に配線を埋め込む工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記7)
付記1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記多孔質絶縁膜を形成する工程の前に、前記半導体基板上に他の多孔質絶縁膜を形成する工程と;前記他の多孔質絶縁膜より密度の高い絶縁膜を形成する工程を更に有し、
前記緻密層を形成する工程の後に、前記緻密層上に、開口部が形成されたフォトレジスト膜を形成する工程と;前記フォトレジスト膜をマスクとし、前記絶縁膜をエッチングストッパとして、前記緻密層及び前記多孔質絶縁膜をエッチングすることにより、前記多孔質絶縁膜に溝を形成する工程と;前記溝内に配線を埋め込む工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記8)
付記1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記緻密層を形成する工程の後に、前記緻密層上に他の多孔質絶縁膜を形成する工程と;前記他の多孔質絶縁膜の表層部を緻密化する緻密化処理を行うことにより、前記他の多孔質絶縁膜の前記表層部に、前記他の多孔質絶縁膜より密度の高い他の緻密層を形成する工程と;前記他の緻密層上に、前記他の多孔質絶縁膜より密度の高い絶縁膜を形成する工程と;前記絶縁膜上に、第1の開口部が形成された第1のフォトレジスト膜を形成する工程と;前記第1のフォトレジスト膜をマスクとして、前記絶縁膜、前記他の緻密層、前記他の多孔質絶縁膜、前記緻密層及び前記多孔質絶縁膜をエッチングすることにより、コンタクトホールを形成する工程と;前記他の緻密層上に、第2の開口部が形成された第2のフォトレジスト膜を形成する工程と;前記第2のフォトレジスト膜をマスクとし、前記緻密層をエッチングストッパとして、前記他の緻密層及び前記他の多孔質絶縁膜をエッチングすることにより、前記他の多孔質絶縁膜に溝を形成する工程と;前記コンタクトホール内に導体プラグを埋め込むとともに、前記溝内に配線を埋め込む工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記9)
付記1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記多孔質絶縁膜を形成する工程の前に、前記半導体基板上に他の多孔質絶縁膜を形成する工程と;前記他の多孔質絶縁膜より密度の高い絶縁膜を形成する工程とを更に有し、
前記緻密層を形成する工程の後に、前記多孔質絶縁膜より密度の高い他の絶縁膜を形成する工程と;前記他の絶縁膜上に、第1の開口部が形成された第1のフォトレジスト膜を形成する工程と;前記第1のフォトレジスト膜をマスクとして、前記他の絶縁膜、前記緻密層、前記多孔質絶縁膜、前記絶縁膜及び前記他の多孔質絶縁膜をエッチングすることにより、コンタクトホールを形成する工程と;前記緻密層上に、第2の開口部が形成された第2のフォトレジスト膜を形成する工程と;前記第2のフォトレジスト膜をマスクとし、前記絶縁膜をエッチングストッパとして、前記多孔質絶縁膜をエッチングすることにより、前記多孔質絶縁膜に溝を形成する工程と;前記コンタクトホール内に導体プラグを埋め込むとともに、前記溝内に配線を埋め込む工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記10)
付記1乃至9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記多孔質絶縁膜の密度は、0.6〜1.3g/cm3であり、
前記緻密層の密度は、1.5〜3.5g/cm3である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記11)
付記1乃至10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記緻密層の厚さは、2〜25nmである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記12)
付記1乃至11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記多孔質絶縁膜を形成する工程は、半導体基板上に、熱分解性化合物を含む絶縁材料を塗布する工程と;熱処理を行うことにより、前記熱分解性化合物を分解し、前記絶縁材料中に空孔を形成することにより、前記多孔質絶縁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。
(付記13)
付記1乃至11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記多孔質絶縁膜を形成する工程は、半導体基板上に、クラスタ状の化合物を含む絶縁材料を塗布する工程と;熱処理を行い、前記絶縁材料中の溶媒を蒸発させることにより、前記多孔質絶縁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。
(付記14)
付記1乃至11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記多孔質絶縁膜を形成する工程では、気相成長法により前記多孔質絶縁膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記15)
付記1乃至11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記多孔質絶縁膜を形成する工程では、熱分解性又は酸化分解性の原子団を含む原料を用い、前記原子団を分解させながら、気相成長法により前記多孔質絶縁膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
As described above in detail, the features of the present invention are summarized as follows.
(Appendix 1)
Forming a porous insulating film on a semiconductor substrate;
Forming a dense layer having a density higher than that of the porous insulating film on the surface layer portion of the porous insulating film by performing a densification treatment for densifying the surface layer portion of the porous insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device.
(Appendix 2)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to attachment 1,
In the step of forming the dense layer, the dense layer is formed by densifying the surface layer portion of the porous insulating film using ozone.
(Appendix 3)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to
In the step of forming the dense layer, ozone is generated by irradiating ultraviolet rays in an atmosphere containing oxygen.
(Appendix 4)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3,
After the step of forming the dense layer, a step of forming another porous insulating film on the dense layer; a step of forming a photoresist film having an opening formed on the dense layer; Forming a groove in the other porous insulating film by etching the other porous insulating film using the resist film as a mask and the dense layer as an etching stopper; and embedding a wiring in the groove A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising:
(Appendix 5)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3,
After the step of forming the dense layer, the step of forming another porous insulating film on the dense layer; and the densification treatment for densifying the surface layer portion of the other porous insulating film, Forming another dense layer having a higher density than the other porous insulating film on the surface layer portion of the other porous insulating film; and a photoresist film having an opening formed on the other dense layer Forming a groove in the porous insulating film by etching the other dense layer and the other porous insulating film using the photoresist film as a mask and the dense layer as an etching stopper. A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising: embedding a wiring in the groove.
(Appendix 6)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3,
A step of forming another porous insulating film on the dense layer after the step of forming the dense layer; an insulating film having a higher density than the other porous insulating film on the other porous insulating film; Forming a photoresist film having an opening formed on the insulating film; using the photoresist film as a mask and the dense layer as an etching stopper; and the insulating film and the other A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising: forming a groove in the porous insulating film by etching the porous insulating film; and embedding a wiring in the groove.
(Appendix 7)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3,
Before the step of forming the porous insulating film, there is further provided a step of forming another porous insulating film on the semiconductor substrate; and a step of forming an insulating film having a higher density than the other porous insulating film. And
After the step of forming the dense layer, a step of forming a photoresist film having an opening formed on the dense layer; the dense layer using the photoresist film as a mask and the insulating film as an etching stopper And a step of forming a groove in the porous insulating film by etching the porous insulating film; and a step of embedding wiring in the groove.
(Appendix 8)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3,
After the step of forming the dense layer, the step of forming another porous insulating film on the dense layer; and the densification treatment for densifying the surface layer portion of the other porous insulating film, Forming another dense layer having a higher density than the other porous insulating film on the surface layer portion of the other porous insulating film; and a density higher than the other porous insulating film on the other dense layer. Forming a high-insulating film; forming a first photoresist film having a first opening formed on the insulating film; and using the first photoresist film as a mask, the insulating film Forming a contact hole by etching the film, the other dense layer, the other porous insulating film, the dense layer, and the porous insulating film; and a second layer on the other dense layer; Process for forming a second photoresist film having an opening. Etching the other dense layer and the other porous insulating film using the second photoresist film as a mask and the dense layer as an etching stopper, thereby forming a groove in the other porous insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising: forming a conductive plug in the contact hole and embedding a wiring in the groove.
(Appendix 9)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3,
Before the step of forming the porous insulating film, the step of forming another porous insulating film on the semiconductor substrate; and the step of forming an insulating film having a higher density than the other porous insulating film Have
A step of forming another insulating film having a higher density than the porous insulating film after the step of forming the dense layer; and a first photo in which a first opening is formed on the other insulating film. Forming a resist film; and etching the other insulating film, the dense layer, the porous insulating film, the insulating film, and the other porous insulating film using the first photoresist film as a mask. Forming a contact hole; forming a second photoresist film having a second opening formed on the dense layer; and using the second photoresist film as a mask to form the insulating film. Forming a groove in the porous insulating film by etching the porous insulating film using the film as an etching stopper; embedding a conductor plug in the contact hole and wiring in the groove The method of manufacturing a semiconductor device characterized by further comprising a burying.
(Appendix 10)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 9,
The density of the porous insulating film is 0.6 to 1.3 g / cm 3 ,
The density of the dense layer is 1.5 to 3.5 g / cm 3 .
(Appendix 11)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 10,
A thickness of the dense layer is 2 to 25 nm. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein:
(Appendix 12)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 11,
The step of forming the porous insulating film includes a step of applying an insulating material containing a thermally decomposable compound on a semiconductor substrate; a thermal treatment is performed to decompose the thermally decomposable compound and into the insulating material Forming the porous insulating film by forming pores. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(Appendix 13)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 11,
The step of forming the porous insulating film includes a step of applying an insulating material containing a cluster-like compound on a semiconductor substrate; and a heat treatment to evaporate the solvent in the insulating material, whereby the porous insulating film is formed. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a film.
(Appendix 14)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 11,
In the step of forming the porous insulating film, the porous insulating film is formed by a vapor deposition method.
(Appendix 15)
In the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 11,
In the step of forming the porous insulating film, a raw material containing a thermally decomposable or oxidatively decomposable atomic group is used, and the porous insulating film is formed by vapor deposition while decomposing the atomic group. A method of manufacturing a semiconductor device.
10…半導体基板
12…素子分離膜
14…素子領域
16…ゲート絶縁膜
18…ゲート電極
20…サイドウォール絶縁膜
22…ソース/ドレイン拡散層
24…トランジスタ
26…層間絶縁膜
28…絶縁膜
30…コンタクトホール
32…密着層
34…導体プラグ
36…絶縁膜
38…多孔質の層間絶縁膜
40…絶縁膜
42…フォトレジスト膜
44…開口部
46…溝
48…積層膜
50…配線
52…絶縁膜
54…多孔質の層間絶縁膜
56…緻密層
58…多孔質の層間絶縁膜
60…緻密層
62…フォトレジスト膜
64…開口部
66…コンタクトホール
68…フォトレジスト膜
70…開口部
72…溝
74…積層膜
76…Cu膜
76a…配線
76b…導体プラグ
78…絶縁膜
80…絶縁膜
82…絶縁膜
84…絶縁膜
86…絶縁膜
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記多孔質絶縁膜の表層部を緻密化する緻密化処理を行うことにより、前記多孔質絶縁膜の前記表層部に、前記多孔質絶縁膜より密度の高い緻密層を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a porous insulating film on a semiconductor substrate;
Forming a dense layer having a density higher than that of the porous insulating film on the surface layer portion of the porous insulating film by performing a densification treatment for densifying the surface layer portion of the porous insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device.
前記緻密層を形成する工程では、前記多孔質絶縁膜の前記表層部をオゾンを用いて緻密化処理することにより、前記緻密層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the step of forming the dense layer, the dense layer is formed by densifying the surface layer portion of the porous insulating film using ozone.
前記緻密層を形成する工程では、酸素を含む雰囲気中で紫外線を照射することによりオゾンを生成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
In the step of forming the dense layer, ozone is generated by irradiating ultraviolet rays in an atmosphere containing oxygen.
前記多孔質絶縁膜の密度は、0.6〜1.3g/cm3であり、
前記緻密層の密度は、1.5〜3.5g/cm3である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The density of the porous insulating film is 0.6 to 1.3 g / cm 3 ,
The density of the dense layer is 1.5 to 3.5 g / cm 3 .
前記緻密層の厚さは、2〜25nmである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 1 thru / or 4,
A thickness of the dense layer is 2 to 25 nm. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein:
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