JP2011192902A - 層間絶縁膜の成膜方法および層間絶縁膜 - Google Patents

Abstract

【課題】比誘電率を低く維持したままで、リーク電流特性および面内均一性が良好な銅拡散バリア性を有する層間絶縁膜を提供する。
【解決手段】層間絶縁膜の成膜方法であって、基板上に珪素とＣＨ_３を含む公知化合物である絶縁膜材料と、窒素を含有するガスとを用いてプラズマＣＶＤ法によって層間絶縁膜を成膜することを特徴とする層間絶縁膜の成膜方法を提供する。また、層間絶縁膜の成膜方法であって、基板上に珪素とＣＨ_３を含む公知化合物である絶縁膜材料を用いてプラズマＣＶＤ法によって層間絶縁膜を成膜した後、加熱雰囲気において窒素を含有するガスを基板に供給することを特徴とする層間絶縁膜の成膜方法を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ＬＳＩ配線構造を支える層間絶縁膜として有用な絶縁膜材料を用いた成膜方法および成膜された層間絶縁膜に関する。特に、低誘電率で、かつ、層間絶縁膜として有すべき特性（面内均一性、リーク電流特性）が良好な層間絶縁膜が得られるようにしたものである。

近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、配線層が微細化されてきているが、微細な配線層を用いると、配線層における信号遅延の影響が大きくなり、信号伝送速度の高速化を妨げるという問題が指摘されている。この信号遅延は、配線層の抵抗と配線層間容量に比例することから、信号遅延を低減するためには、配線層の低抵抗化が求められている。
そのため、最近では配線層を構成する材料として、従来のアルミニウムから抵抗率の低い銅が用いられている。

また、配線層の微細化に伴って、配線同士の距離が近くなるため、近接する配線間の配線層間容量が大きくなってきているが、これを低減すれば、信号遅延を低減させることができる。
また、配線間には、隣接する銅配線を分離するとともに、配線層を構成する銅原子の拡散を抑制する層間絶縁膜（バリア膜ともいう）が形成されている。

すなわち、配線層を構成する材料として銅を用い、層間絶縁膜として比誘電率が低く銅拡散バリア性を有する層間絶縁膜（比誘電率が低いバリア膜）を形成すれば、配線層の低抵抗化と配線層間容量を小さくすることができる。

銅拡散バリア性を有する層間絶縁膜の例をあげれば、ＳｉＮＨ膜（比誘電率７程度）、窒素（Ｎ）含有量が３０％以上のＳｉＣＮＨ膜（比誘電率３．５〜６程度）、ＳｉＣＨ膜（比誘電率２．７〜３．５程度）がある。これらの膜を窒素含有量の順で並べればＳｉＮＨ＞ＳｉＣＮＨ＞ＳｉＣＨとなる。

銅拡散バリア性を有する層間絶縁膜の比誘電率をさらに低下させるためには、該絶縁膜中の炭素（Ｃ）含有量を増加させればよいが、炭素含有量を増加させると、面内均一性が悪くなったり、リーク電流特性が悪くなったりすることがあった。

これは、層間絶縁膜中の炭素含有割合がＸＰＳ測定時に２０％以上となる場合に顕著となる。例えば、炭素含有割合が２０％以上のＳｉＣＨ膜は、炭素含有割合が３０％未満のＳｉＣＨ膜よりも面内均一性、リーク電流特性が優れているとはいえない。ＳｉＣＮＨ膜でも同様のことがいえる。

リーク電流特性が悪くなるメカニズムとしては、Ｓｉ原子上にダンクリングボンドが形成されることが挙げられる。ダングリングボンド上の電子は不安定なため化学的に活性であり、特に結晶表面の物性に重要な影響を与える（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
ダングリングボンドのような原子欠陥によるリーク電流特性の悪化は、炭素含有割合が２０％以上のＳｉＣＮＨ膜、ＳｉＣＨ膜、ＳｉＯＣＨ膜において多数認められている。

特開２００２‐３６８０８４号公報

第６９回応用物理学会学術講演会 公演予稿集、２００８年、ｐ．７２０、４ａ−ＣＤ−２

ところで、絶縁膜材料によっては、低い比誘電率化された銅拡散バリア性を有する層間絶縁膜を成膜することが可能だが、絶縁膜材料によっては、リーク電流特性が悪化した層間絶縁膜になるという不都合がある。特に、層間絶縁膜中の炭素含有割合が３０％以上になると、原子欠陥に起因すると考えられるリーク電流特性が悪化するという不都合がある。

また、絶縁膜材料の構造にＣＨ_３を含むｉＢＴＭＳ（イソブチルトリメチルシラン）、ＤｉＢＤＭＳ（ジイソブチルジメチルシラン）等のイソブチル系材料を用いて銅拡散バリア性を有する層間絶縁膜を成膜すると、比誘電率を３．５より小さくすることは可能であるが、面内均一性が極めて悪くなる。

このような背景の下、比誘電率を低く維持したままで、リーク電流特性および、もしくは面内均一性が良好な銅拡散バリア性を有する層間絶縁膜が要望されていたが、有効適切なものが提供されていないのが実情であった。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、絶縁膜の成膜方法であって、基板上に下記化学式（１）で示される絶縁膜材料と、窒素を含有するガスとを用いてプラズマＣＶＤ法によって絶縁膜を成膜することを特徴とする絶縁膜の成膜方法である。

化学式（１）において、Ｘ、Ｙ、ＺはＨもしくはＣｎＨｍのいずれかであり、ｎは１〜１０の整数、ｍは１〜２５の整数である。

請求項２に係る発明は、絶縁膜の成膜方法であって、基板上に上記化学式（１）で示される絶縁膜材料を用いてプラズマＣＶＤ法によって絶縁膜を成膜した後、加熱雰囲気において窒素を含有するガスを前記基板に供給することを特徴とすることを特徴とする絶縁膜の成膜方法である。

請求項３に係る発明は、前記窒素を含有するガスがアンモニアガスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絶縁膜の成膜方法である。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の絶縁膜の成膜方法によって成膜された絶縁膜である。

請求項５に係る発明は、前記絶縁膜中の窒素含有量が３０％を超えないことを特徴とする請求項４に記載の絶縁膜である。

本発明によれば、比誘電率を低く維持したままで、リーク電流特性および面内均一性が良好な銅拡散バリア性を有する層間絶縁膜を成膜することができる。

図１は、本発明の実施形態に用いられる成膜装置の一例を示す概略構成図である。 図２は、絶縁膜材料としてｉＢＴＭＳを用い、アンモニア量を変化させた際の比誘電率とリーク電流との関係を示すグラフである。 図３は、絶縁膜材料としてＤｉＢＤＭＳを用い、アンモニア量を変化させた際の比誘電率とリーク電流との関係を示すグラフである。 図４は、絶縁膜材料として４ＭＳを用い、アンモニア量を変化させた際の比誘電率とリーク電流との関係を示すグラフである。

［第１の実施形態］
以下、本発明を適用した第１の実施形態である層間絶縁膜の成膜方法および層間絶縁膜について説明する。

＜絶縁膜材料＞
まず、本実施形態で用いられる絶縁膜材料について説明する。本実施形態の絶縁膜材料は、上記化学式（１）に示された化合物であり、その構造にＣＨ_３を含む公知化合物であって、公知合成方法によって得ることができる。
もっとも、これらの化合物を用いて、比誘電率が低く、かつ面内均一およびリーク電流特性が良好になるように層間絶縁膜を成膜する方法は、従来知られていない。

絶縁膜材料としては、上記化学式（１）で示される化合物であればどのようなものであっても構わないが、本実施形態に特に好適な化合物は、ｉＢＴＭＳ、ＤｉＢＤＭＳ、ＴｉＢＭＳ（トリイソブチルメチルシラン）のように、その構造中にイソブチル基を有する化合物である。また、４ＭＳ（テトラメチルシラン）、３ＭＳ（トリメチルシラン）、２ＭＳ（ジメチルシラン）のような化合物も好適である。

ｉＢＴＭＳは、上記化学式（１）において、Ｘ＝ＣＨ_３、Ｙ＝ＣＨ_３、Ｚ＝ｉｓｏＣ_４Ｈ_９で表わされる化合物である。ＤｉＢＤＭＳは、上記化学式（１）において、Ｘ＝ＣＨ_３、Ｙ＝ｉｓｏＣ_４Ｈ_９、Ｚ＝ｉｓｏＣ_４Ｈ_９で表わされる化合物である。ＴｉＢＭＳは、上記化学式（１）において、Ｘ＝ｉｓｏＣ_４Ｈ_９、Ｙ＝ｉｓｏＣ_４Ｈ_９、Ｚ＝ｉｓｏＣ_４Ｈ_９で表わされる化合物である。
４ＭＳは、上記化学式（１）において、Ｘ＝ＣＨ_３、Ｙ＝ＣＨ_３、Ｚ＝ＣＨ_３で表わされる化合物である。３ＭＳは、上記化学式（１）において、Ｘ＝ＣＨ_３、Ｙ＝ＣＨ_３、Ｚ＝Ｈで表わされる化合物である。２ＭＳは、上記化学式（１）において、Ｘ＝ＣＨ_３、Ｙ＝Ｈ、Ｚ＝Ｈで表わされる化合物である。

＜層間絶縁膜の成膜方法＞
次に、本実施形態の層間絶縁膜の成膜方法について説明する。
本実施形態の層間絶縁膜の成膜方法は、基本的には、シリコンウェーハ等の基板上に上記化学式（１）で示される絶縁膜材料と、窒素を含有するガスを用いてプラズマＣＶＤ法によって層間絶縁膜を成膜する方法である。

絶縁膜材料には、上記化学式（１）で示される化合物を単独で用いることができ、また２種類以上の化合物を混合して用いることもできる。２種類以上の化合物を混合して用いる場合は、得られる層間絶縁膜の比誘電率、面内均一性及びリーク電流特性を勘案して、適宜の混合比率で混合すればよい。

また、絶縁膜材料は、１種類であっても２種類以上であっても、ｉＢＴＭＳ、ＤｉＢＤＭＳ、ＴｉＢＭＳ、４ＭＳ、３ＭＳ、もしくは２ＭＳの中から選択される化合物を用いることが好ましい。

絶縁膜材料と、窒素を含有するガスの混合比率については、得られる層間絶縁膜の比誘電率、面内均一性及びリーク電流特性を勘案して、適宜に設定すればよい。
また、窒素を含有するガスは、アンモニアガスであることが好ましいが、これに限定されない。また、窒素を含有するガスの純度も特に限定されない。

また、窒素を含有するガスの流量は、成膜された層間絶縁膜中の窒素含有量が０．０２％以上３０％以下に適宜設計することが好ましい。
ここで、絶縁膜中の窒素含有量は、フーリエ変換赤外分光装置で得ることができる吸収スペクトルから、ＳｉＨのピーク波数より下記数式（１）で算出することができる。

なお、ＳｉＨピーク波数とは、２０００（１／ｃｍ）〜２４００（１／ｃｍ）で吸収スペクトルが最大となる波数のことである。また、このＳｉＨのピーク波数は、Ｓｉ原子に結合する原子によりシフトする。例えば、Ｓｉ原子の４本の結合種のうち２本がＮ原子、１本がＣ原子、１本がＨ原子の場合と３本がＣ原子、１本がＨ原子の場合とを比較するとＮ原子が多いほうがＳｉＨのピーク位置は高波数側にシフトする。

絶縁膜材料および窒素を含有するガスは、常温で気体状であればそのまま用いることができ、液体状のものであれば、ヘリウムなどの不活性ガスを用いたバブリングによる気化、気化器による気化、または加熱による気化によってガス化して用いる。
また、絶縁膜材料および窒素を含有するガスは、１気圧における沸点が３００℃以下であることが望ましい。

プラズマＣＶＤ法自体は周知のものを用いることができ、例えば図１に示すような平行平板型の成膜装置１などを使用して成膜することができる。
図１に示したプラズマ成膜装置１は、減圧可能なチャンバー２を備え、このチャンバー２は、排気管３、開閉弁４を介して排気ポンプ５に接続されている。また、チャンバー２には、図示しない圧力計が備えられ、チャンバー２内の圧力が測定できるようになっている。チャンバー２内には、相対向する一対の平板状の上部電極６と下部電極７とが設けられている。上部電極６は、高周波電源８に接続され、上部電極６に高周波電流が印加されるようになっている。

下部電極７は、基板９を載置する載置台を兼ねており、その内部にはヒーター１０が内蔵され、基板を加熱できるようになっている。
また、上部電極６には、ガス供給配管１１が接続されている。このガス供給配管１１には、図示しない成膜用ガス供給源が接続され、この成膜用ガス供給装置からの成膜用のガスが供給され、このガスは上部電極６内に形成された複数の貫通孔を通って、下部電極７に向けて拡散しつつ流れ出るようになっている。

また、上記成膜用ガス供給源には、上述の絶縁膜材料を気化する気化装置と、その流量を調整する流量調整弁を備えるとともに、キャリアガスを供給する供給装置が設けられており、これらのガスもガス供給配管１１を流れて、上部電極６からチャンバー２内に流れ出るようになっている。
プラズマ成膜装置のチャンバー２内の下部電極７上に基板９を置き、成膜用ガス供給源から上記成膜用ガスをチャンバー２内に送り込む。高周波電源８から高周波電流を上部電極６に印加して、チャンバー２内にプラズマを発生させる。これにより、基板９上に上記成膜用ガスから気相化学反応により生成した絶縁膜が形成される。
基板９には、主にシリコンウェーハからなるものが用いられるが、このシリコンウェーハ上にはあらかじめ形成された他の絶縁膜、導電膜、配線構造などが存在していてもよい。

プラズマＣＶＤ法としては、平行平板型の他に、ＩＣＰプラズマ、ＥＣＲプラズマ、マグネトロンプラズマ、高周波プラズマ、マイクロ波プラズマ、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマなどを用いることが可能であり、平行平板型装置の下部電極にも高周波を導入する２周波励起プラズマを使用することもできる。

このプラズマ成膜装置における成膜条件は、以下の範囲が好適であるがこの限りではない。
絶縁膜材料流量 ：５〜２００ｃｃ／分 （２種以上の場合は合計量である）
窒素含有ガスの流量 ：０〜２００ｃｃ／分
圧力 ：０．２Ｐａ〜５０００Ｐａ
ＲＦパワー ：３０〜２０００Ｗ、好ましくは５０〜７００Ｗ
ＬＦパワー ：０〜１０００Ｗ、好ましくは０〜２００Ｗ
基板温度 ：５００℃以下
反応時間 ：６０秒程度（任意の時間でよい）
成膜厚さ ：５ｎｍ〜８００ｎｍ

なお、成膜時に、ヘリウムを流通させても構わない。その際、ヘリウムの流量は、０以上３０００ｓｃｃｍ以下の範囲で、望ましくは原料（絶縁膜材料と窒素を含有するガス）とヘリウムとの関係で、原料１ｓｃｃｍに対して、０以上１０００ｓｃｃｍ以下の範囲に設定することが好ましい。

また、成膜条件において、好ましい基板温度は１５０〜３８０℃の範囲である。絶縁膜の比誘電率を低くするには３００℃程度（２７０〜３００℃）がよく、面内均一性、リーク電流特性を良好にするには３５０℃程度（３００〜３８０℃）がよいため、目的の物性に合わせて、この範囲の適当な温度に設定することができる

＜層間絶縁膜＞
次に、本実施形態の層間絶縁膜について、説明する。
本実施形態の層間絶縁膜は、上述のプラズマＣＶＤ用絶縁膜材料と、窒素を含有するガスとを用い、プラズマ成膜装置によって、プラズマＣＶＤ反応により成膜されたものである。
この層間絶縁膜は、窒素含有量が０．０２％以上３０％以下であることが好ましい。窒素の含有量が０．０２％よりも少ないと、面内均一性、リーク電流特性を良好にすることができず、また３０％よりも多いと、比誘電率が増大し、不都合となる。

本実施形態の層間絶縁膜の成膜方法によって得られた層間絶縁膜は、比誘電率が３．５程度と低く、かつ優れた面内均一性およびリーク電流特性を有する。このような特性を有する理由は、不明な点もあるが、以下のように推測される。

＜リーク電流特性について＞
本実施形態の層間絶縁膜は、絶縁膜材料と、窒素を含有するガス（アンモニアガス）とを用いてプラズマＣＶＤ反応によって成膜されたものであるため、絶縁膜形成時に、層間絶縁膜中の炭素原子もしくはＳｉ原子付近に形成されやすいダングリングボンドの生成が抑制されて、電流のリークパスが減少したものと考えられる。

リーク電流特性の悪化の要因としては、層間絶縁膜中にダングリングボンドが存在することが挙げられる。すなわち、ダングリングボンドをパスとして電流が流れるため、リーク電流特性が悪化するのである。本実施形態では、窒素を含有するガスを添加して成膜したので、ダングリングボンドの形成を抑制することができる。

また、ダングリングボンドが形成された場合、チャンバー内にＳｉＣＨのみが存在する状況もしくはＨがチャンバー内に十分に存在しない状況では、ダングリングボンドは層間絶縁膜中に残留しやすい。
しかし、チャンバー内に窒素を含有するガスが存在すると、層間絶縁膜中のＳｉと窒素を含有するガスのうちのＨもしくはＮとが結合してＳｉＨ結合もしくはＳｉＮ結合を形成してダングリングボンドが解消される。

以上より、ダングリングボンドの生成が抑制されるので、リーク電流特性が向上する。また、層間絶縁膜中にダングリングボンドが形成されたまま空気中に放置すると、空気中の水分が層間絶縁膜表面に付着反応して、ＳｉＯＨ結合を形成することもある。ダングリングボンドの生成が抑制されることは、空気中での層間絶縁膜の安定性も向上させることになる。

＜面内均一性について＞
ＣＨ_３を含むｉＢＴＭＳ、ＤｉＢＤＭＳ等のイソブチル系材料を用いると、例えば比誘電率が３．５未満のような低い誘電率を有するように成膜すると、基板（ウェーハ）面上および基板面内で均一に反応が進まなくなる。これを面内均一性が悪いという。面内均一性が悪いと、成膜された層間絶縁膜の厚さが均一でなくなり、例えば、最大厚さと最小厚さで３％以上の差が生じる場合がある。

これは、選択的に結合を切断することを目的として、成膜装置のＲＦパワーを抑制するために生じる。すなわち、選択的に切断される結合はイソブチル結合のＣα―Ｃβ間の結合で、この結合を特異的に切断して、Ｓｉ―ＣＨ_２―Ｓｉ結合を増やすような成膜をするために生じる現象である。このとき、ＳｉＣＨ_３はイソブチル結合に比べて比較的安定な結合であるため、プラズマ中で切断されず、ＳｉＣＨ_３のまま絶縁膜中に取り込まれるが、反応が局所的になり、基板上の一部に反応が集中し、面内均一性が低下する。
しかしながら、窒素を含有するガスを添加することで、Ｓｉ‐ＣＨ_３とＮとが反応してＳｉＮＨ_３を形成し、さらにＳｉＮＨＳｉ結合が容易に形成される。したがって、反応が基板全体で生じ、面内均一性が改善される。

＜比誘電率の低下について＞
以上のように、ダングリングボンドの生成を抑制する際にはＳｉＨ結合やＳｉＮ結合が存在することでＳｉＮＨＳｉ架橋が形成されやすいように、また、特にイソブチル系材料を用いる場合ではＳｉＣＨ_２Ｓｉ結合を増やすように成膜を行うから、結果としてＳｉＣＨ_３が比較的多く層間絶縁膜中に残留する。このため、層間絶縁膜の密度が低下し、比誘電率が低減される。

以上より、本実施形態の層間絶縁膜が、低比誘電率を有し、かつ、優れたリーク電流特性、面内均一性を有する層間絶縁膜になるものと考えられる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態である層間絶縁膜の成膜方法および層間絶縁膜について説明する。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、同様の部分については説明を省略する。

本実施形態に用いる絶縁膜材料は、第１の実施形態と同様のものである。本実施形態では、第１の実施形態と異なり、上記化学式（１）で示した絶縁膜材料をプラズマＣＶＤ法によって成膜した後に、加熱雰囲気において窒素を含有するガスを基板上に供給して、層間絶縁膜を成膜する。

具体的には、基板上に絶縁膜材料を用いてプラズマＣＶＤ法によって成膜した後に、不活性ガスとアンモニアガスとの混合ガスを、成膜装置に流通させつつ、基板を加熱して絶縁膜の熱処理を行う。
不活性ガスには、例えば窒素を用いることができ、基板温度は例えば３５０℃程度にして熱処理を行う。

本実施形態でも、第１の実施形態と同様に低比誘電率を有し、かつ、優れたリーク電流特性、面内均一性を有する層間絶縁膜を成膜することができる。

以下、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明する。
ただし、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
まず、実施例１では、図１に示すような平行平板型の容量結合プラズマＣＶＤ装置を使用し、あらかじめ３５０℃程度に加熱したサセプタ上に、８インチ（直径２００ｍｍ）のシリコンウェーハ（基板）を搬送し、絶縁膜材料ガスとしてイソブチルトリメチルシラン（ｉＢＴＭＳ）を３０ｃｃ／ｍｉｎ、窒素含有ガスとしてアンモニアを３０ｃｃ／ｍｉｎの体積流量で流通させ、プラズマ発生用高周波電源装置の出力（ＲＦパワー）を７００Ｗに、プラズマ発生用低周波電源の出力（ＬＦパワー）を０Ｗに設定して層間絶縁膜を成膜した。このときのプラズマＣＶＤ装置のチャンバー内圧力は４ｔｏｒｒであった。
なお、成膜された層間絶縁膜中の、上記数式（１）を用いて算出した窒素含有割合が、３０％未満になるようにアンモニア流通量を決定している。

得られた層間絶縁膜の比誘電率を測定するために、シリコンウェーハをＳＳＭ社製ＣＶ測定装置上に搬送し、水銀電極を用いて層間絶縁膜の比誘電率を測定した結果、３．２２を示した。結果を表１に示す。

また、得られた層間絶縁膜のリーク電流を測定するために、シリコンウェーハをＳＳＭ社製ＣＶ測定装置上に搬送し、水銀電極を用いて層間絶縁膜のリーク電流特性（電圧電流特性）、を測定した。なお、リーク電流特性の良し悪しの判断は、印加電圧が１ＭＶ／ｃｍを基準とし、リークする電流が低い場合にリーク電流特性が良いと判断できる。測定した結果、印加電圧が１ＭＶ／ｃｍの時にリーク電流が６．４×１０^−１０Ａ／ｃｍ^２であった。結果を表１に示す。

その他、得られた層間絶縁膜の炭素含有割合と窒素含有割合については、ＦＴ−ＩＲ装置により分析して、フーリエ変換を利用して赤外光に対する炭素の波長および赤外光に対する窒素の波長における強度分布を調べることによった。測定した結果、上記数式（１）により、１１．７％の窒素を含むことを確認した。結果を表１に示す。

また、得られた層間絶縁膜について面内均一性を測定した。具体的には、９点もしくは１８点の膜厚を測定し、下記数式（２）によって得られる値を基準として良し悪しを判断した。結果を表１に示す。

（実施例２）
次に、実施例２では、絶縁膜材料としてジイソブチルジメチルシラン（ＤｉＢＤＭＳ）を３０ｃｃ／ｍｉｎ、窒素含有ガスとしてアンモニアを３０ｃｃ／ｍｉｎの体積流量で流通させ、プラズマ発生用高周波電源装置の出力を６５０Ｗに設定して層間絶縁膜を成膜した。このときのプラズマＣＶＤ装置のチャンバー内圧力は３ｔｏｒｒであった。なお、その他の条件は、実施例１と同様である。

得られた層間絶縁膜の比誘電率、リーク電流特性、炭素含有割合、窒素含有割合、面内均一性の測定・評価結果を表１に示す。

（比較例１）
次に、比較例１として、絶縁膜材料としてイソブチルトリメチルシラン（ｉＢＴＭＳ）を３０ｃｃ／ｍｉｎの体積流量で流通させて層間絶縁膜を成膜した。このときのプラズマＣＶＤ装置のチャンバー内圧力は３ｔｏｒｒであった。なお、その他の条件は、実施例１と同様である。

得られた層間絶縁膜の比誘電率、リーク電流特性、炭素含有割合、窒素含有割合、面内均一性の測定・評価結果を表１に示す。なお、リーク電流特性については、図２に示す。

（比較例２）
次に、比較例２として、絶縁膜材料としてジイソブチルジメチルシラン（ＤｉＢＤＭＳ）を３０ｃｃ／ｍｉｎの体積流量で流通させて層間絶縁膜を成膜した。その他の条件は、実施例２と同様である。

得られた層間絶縁膜の比誘電率、リーク電流特性、炭素含有割合、窒素含有割合、面内均一性の測定・評価結果を表１に示す。

表１に示した結果から、実施例１で成膜された層間絶縁膜は比誘電率が３．２２であるのに対し、比較例１で成膜された層間絶縁膜は比誘電率が３．２８であり、アンモニアを同伴させることで、リーク電流特性が向上したことがわかった。

また、表１に示した結果から、実施例２で成膜された層間絶縁膜は比誘電率が３．３６であるのに対し、比較例２で成膜された層間絶縁膜は比誘電率が３．２４であり、アンモニアを同伴させることで、比誘電率を低く維持しながらリーク電流特性が向上したことがわかった。

（実施例３〜５）
次に、実施例３では、絶縁膜材料としてイソブチルトリメチルシラン（ｉＢＴＭＳ）を用い、窒素含有ガスとしてアンモニアを選択し、絶縁膜材料に対する窒素含有ガスの割合ごとに、プラズマＣＶＤ法によって成膜した際のリーク電流と比誘電率を調べた。結果を表２及び図２に示す。なお、図２は、縦軸はリーク電流特性（電界が１ＭＶ／ｃｍの時のリーク電流Ａ／ｃｍ^２）、横軸は比誘電率を表わしており、パラメータはアンモニアの量で絶縁膜材料に対する割合を表している。

同様に、実施例４では、絶縁膜材料としてジイソブチルジメチルシラン（ＤｉＢＤＭＳ）を用い、実施例５では、絶縁膜材料としてテトラメチルシラン（４ＭＳ）を用いてプラズマＣＶＤ法によって成膜した際のリーク電流と比誘電率を調べた。結果をそれぞれ、表３、表４、図３、図４に示す。

図２より、絶縁膜材料としてｉＢＴＭＳを用いた場合、絶縁膜材料に対してアンモニア同伴量が０．２〜１１％の場合、比誘電率が低くかつアンモニアの同伴量が適切であると判断できる。

図３より、絶縁膜材料としてＤｉＢＤＭＳを用いた場合、絶縁膜材料に対してアンモニア同伴量が０．２〜１０％の場合、比誘電率が低くかつアンモニアの同伴量が適切であると判断できる。

図４より、絶縁膜材料として４ＭＳを用いた場合、絶縁膜材料に対してアンモニア同伴量が０．０２〜１５％の場合、比誘電率が低くかつアンモニアの同伴量が適切であると判断できる。

（実施例６）
次に、実施例６では、窒素含有ガスとしてアンモニアを選択し、絶縁膜材料に対する窒素含有ガスの割合を、０．０２％以上１５％以下の範囲に設定し、プラズマＣＶＤ法によって成膜した際の、膜中窒素量、比誘電率、およびリーク電流を調べた。結果を表５に示す。なお、絶縁膜材料として選択した材料、圧力、パワー密度、絶縁膜材料の流量およびアンモニアの流量については、表５に示す条件とした。

（比較例３）
また、比較例３では、窒素を含有するガスを用いずにプラズマＣＶＤ法によって成膜した際の、膜中窒素量、比誘電率、およびリーク電流を調べた。結果を表６に示す。なお、絶縁膜材料として選択した材料、圧力、パワー密度、絶縁膜材料の流量およびアンモニアの流量については、表６に示す条件とした。

表５および表６より、絶縁膜材料にアンモニアを加えて成膜することで、比誘電率を低く維持したままで、リーク電流特性が向上することが分かる。

以上、上記化学式（１）で示される絶縁膜材料を用いて、プラズマＣＶＤ法によって層間絶縁膜を成膜すれば、比誘電率が低く、かつ、リーク電流特性および面内均一性が良好な層間絶縁膜を得ることができる。

本発明は、次世代に求められる高集積化されたＬＳＩ配線を使用する半導体装置に適用することができる。

１・・・成膜装置、２・・・チャンバー、３・・・排気管、４・・・開閉弁、５・・・排気ポンプ、６・・・上部電極、７・・・下部電極、８・・・高周波電源、９・・・基板、１０・・・ヒーター、１１・・・ガス供給配管

Claims (5)

1. 層間絶縁膜の成膜方法であって、
   基板上に下記化学式（１）で示される絶縁膜材料と、窒素を含有するガスとを用いてプラズマＣＶＤ法によって層間絶縁膜を成膜することを特徴とする層間絶縁膜の成膜方法。
   

   

   化学式（１）において、Ｘ、Ｙ、ＺはＨもしくはＣｎＨｍのいずれかであり、ｎは１〜１０の整数、ｍは１〜２５の整数である。
2. 層間絶縁膜の成膜方法であって、
   基板上に上記化学式（１）で示される絶縁膜材料を用いてプラズマＣＶＤ法によって層間絶縁膜を成膜した後、加熱雰囲気において窒素を含有するガスを基板に供給することを特徴とすることを特徴とする層間絶縁膜の成膜方法。
3. 前記窒素を含有するガスがアンモニアガスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の層間絶縁膜の成膜方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の層間絶縁膜の成膜方法によって成膜された層間絶縁膜。
5. 前記層間絶縁膜中の窒素含有量が０．０２％以上３０％以下であることを特徴とする請求項４に記載の層間絶縁膜。

Images