JP2850834B2 - 非晶質炭素膜の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
非晶質炭素膜の製造方法及び半導体装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置におい
て配線に用いられる絶縁材料で、比誘電率が低く、従来
の半導体装置に比べて配線遅延を減少させることの出来
る絶縁材料に関する。
て配線に用いられる絶縁材料で、比誘電率が低く、従来
の半導体装置に比べて配線遅延を減少させることの出来
る絶縁材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】今後の半導体装置の配線幅、配線間隔の
減少によって、半導体装置の配線浮遊容量、及び配線抵
抗の増大が生じ、それにともなう配線遅延の増大から、
半導体装置の高速動作に障害が生じるようになってく
る。そこで、配線遅延を低減させる目的で、多層配線層
における絶縁材料の見直しが行われている。
減少によって、半導体装置の配線浮遊容量、及び配線抵
抗の増大が生じ、それにともなう配線遅延の増大から、
半導体装置の高速動作に障害が生じるようになってく
る。そこで、配線遅延を低減させる目的で、多層配線層
における絶縁材料の見直しが行われている。
【０００３】一般に配線遅延は、絶縁材料の比誘電率の
平方根に比例するので、絶縁材料に比誘電率の低いもの
を用いることによって配線遅延を減少させることが可能
になる。
平方根に比例するので、絶縁材料に比誘電率の低いもの
を用いることによって配線遅延を減少させることが可能
になる。
【０００４】従来の層間絶縁膜材料としては、比誘電率
が約４程度であるＳｉＯ2 等が使用されている。この他
にも、ＳｉＯ2 にフッ素を含有させて比誘電率を３．５
程度に低下させたＳｉＯＦ膜も存在する。しかし、今後
の半導体装置の配線幅、配線間隔の更なる減少を考える
と、比誘電率を３以下に低下させることが望まれる。
が約４程度であるＳｉＯ2 等が使用されている。この他
にも、ＳｉＯ2 にフッ素を含有させて比誘電率を３．５
程度に低下させたＳｉＯＦ膜も存在する。しかし、今後
の半導体装置の配線幅、配線間隔の更なる減少を考える
と、比誘電率を３以下に低下させることが望まれる。
【０００５】そこで、ＳｉＯ2 等の無機材料よりも誘電
率が低く、比誘電率が約３程度のポリイミド等の有機材
料が低誘電率の層間絶縁材料として検討されている。
率が低く、比誘電率が約３程度のポリイミド等の有機材
料が低誘電率の層間絶縁材料として検討されている。
【０００６】しかし、有機材料を半導体装置の層間絶縁
膜に利用するには、有機材料を薄く、均一に基板上に堆
積させる必要がある。ポリイミド等の通常の有機材料
は、基板上に前駆体を均一に塗布し、続いて加熱重合に
よって高分子化する塗布法が用いられている。この場
合、膜を均一に塗布するためには溶液の粘度を下げる必
要があり、厚い膜を形成するためには何度も塗り重ねる
必要があった。
膜に利用するには、有機材料を薄く、均一に基板上に堆
積させる必要がある。ポリイミド等の通常の有機材料
は、基板上に前駆体を均一に塗布し、続いて加熱重合に
よって高分子化する塗布法が用いられている。この場
合、膜を均一に塗布するためには溶液の粘度を下げる必
要があり、厚い膜を形成するためには何度も塗り重ねる
必要があった。
【０００７】それに対して、プラズマ重合法は、原料分
子をガスとして真空中に導入し、プラズマを生成して原
料分子を活性化して基板上で高分子化させる方法であ
る。このプラズマ重合法によれば、プラズマ中の活性種
の面内分布を均一化することにより、基板上に均一に膜
を形成することができ、また膜厚制御も容易である。
子をガスとして真空中に導入し、プラズマを生成して原
料分子を活性化して基板上で高分子化させる方法であ
る。このプラズマ重合法によれば、プラズマ中の活性種
の面内分布を均一化することにより、基板上に均一に膜
を形成することができ、また膜厚制御も容易である。
【０００８】このプラズマ重合法を用い、ベンゼンやト
ルエンを原料ガスとして作製された膜は、基板上に均一
に形成され、また膜厚制御も容易であるが、その比誘電
率は３から３．５程度であった。
ルエンを原料ガスとして作製された膜は、基板上に均一
に形成され、また膜厚制御も容易であるが、その比誘電
率は３から３．５程度であった。
【０００９】一方、比誘電率３以下を実現する絶縁膜と
しては、本発明者が特願平６−２１７４７０号明細書で
述べている、メタンなどの炭化水素ガスとＣＦ4 などの
フッ素系ガスをプラズマ化し、生成されたラジカル分
子、イオンなどを基板上で反応させて形成される含フッ
素非晶質炭素膜がある。
しては、本発明者が特願平６−２１７４７０号明細書で
述べている、メタンなどの炭化水素ガスとＣＦ4 などの
フッ素系ガスをプラズマ化し、生成されたラジカル分
子、イオンなどを基板上で反応させて形成される含フッ
素非晶質炭素膜がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ポリイミド等
の有機材料は、比誘電率が３程度であるものの、塗布法
による膜形成を行うため、基板上に均一に膜を形成し、
厚い膜を形成するためには多くの工数を要す。さらに、
ポリイミド樹脂を層間絶縁膜として用いる場合には、ウ
ェットなプロセスで膜中水分が素子に影響を与えたり、
キュアー時の堆積収縮によってクラックの発生があるな
どの問題がある。
の有機材料は、比誘電率が３程度であるものの、塗布法
による膜形成を行うため、基板上に均一に膜を形成し、
厚い膜を形成するためには多くの工数を要す。さらに、
ポリイミド樹脂を層間絶縁膜として用いる場合には、ウ
ェットなプロセスで膜中水分が素子に影響を与えたり、
キュアー時の堆積収縮によってクラックの発生があるな
どの問題がある。
【００１１】また、特願平６−２１７４７０号出願明細
書に記載の含フッ素非晶質炭素膜は、比誘電率３以下を
実現し、膜形成時に水分の発生がなく膜中水分が存在し
ないなど優れた特性があるものの、さらなる耐熱性が望
まれた。
書に記載の含フッ素非晶質炭素膜は、比誘電率３以下を
実現し、膜形成時に水分の発生がなく膜中水分が存在し
ないなど優れた特性があるものの、さらなる耐熱性が望
まれた。
【００１２】そこで本発明は、上記課題を解決し、比誘
電率が３以下で、かつ膜中水分が少なく、耐熱性に優れ
た層間絶縁材料の製造方法を提供し、それを層間絶縁膜
として用いた半導体装置により配線遅延を減少すること
を目的とする。
電率が３以下で、かつ膜中水分が少なく、耐熱性に優れ
た層間絶縁材料の製造方法を提供し、それを層間絶縁膜
として用いた半導体装置により配線遅延を減少すること
を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、含フッ素非晶
質炭素膜中にベンゼン環が含有されていることを特徴と
する含フッ素非晶質炭素膜に関する。
質炭素膜中にベンゼン環が含有されていることを特徴と
する含フッ素非晶質炭素膜に関する。
【００１４】環状で比較的強固な炭素の架橋構造を有す
るため耐熱性が高いベンゼン環を、比誘電率が小さい含
フッ素非晶質炭素膜中に含有させることにより、含フッ
素非晶質炭素膜全体の耐熱性を高めることができ、低誘
電率でかつ耐熱性が向上した含フッ素非晶質炭素膜が得
られる。
るため耐熱性が高いベンゼン環を、比誘電率が小さい含
フッ素非晶質炭素膜中に含有させることにより、含フッ
素非晶質炭素膜全体の耐熱性を高めることができ、低誘
電率でかつ耐熱性が向上した含フッ素非晶質炭素膜が得
られる。
【００１５】本発明の膜中にベンゼン環を有する含フッ
素非晶質炭素膜の製造方法は、芳香族炭化水素ガスと芳
香族フッ化物ガスを除くフッ化物ガスを原料とし、プラ
ズマ化学気相成長法によって製造することを特徴とす
る。
素非晶質炭素膜の製造方法は、芳香族炭化水素ガスと芳
香族フッ化物ガスを除くフッ化物ガスを原料とし、プラ
ズマ化学気相成長法によって製造することを特徴とす
る。
【００１６】ベンゼン、トルエン、キシレンなど芳香族
炭化水素や、ＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ8 ，Ｃ2Ｆ4 ，Ｃ2 Ｆ2 等
のフルオロカーボン、ＳＦ6 、ＮＦ3 等のフッ化物は、
プラズマによりラジカルやイオンとなり基板上で反応
し、ベンゼン環を含有する含フッ素非晶質炭素膜が形成
する。
炭化水素や、ＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ8 ，Ｃ2Ｆ4 ，Ｃ2 Ｆ2 等
のフルオロカーボン、ＳＦ6 、ＮＦ3 等のフッ化物は、
プラズマによりラジカルやイオンとなり基板上で反応
し、ベンゼン環を含有する含フッ素非晶質炭素膜が形成
する。
【００１７】上記のように製造される膜中にベンゼン環
を有する含フッ素非晶質炭素膜を、層間絶縁膜として用
いた半導体装置とすることにより、低誘電率絶縁膜を用
いた配線を形成する際の熱処理上限温度を高めることが
でき、また配線遅延を減少することができる。
を有する含フッ素非晶質炭素膜を、層間絶縁膜として用
いた半導体装置とすることにより、低誘電率絶縁膜を用
いた配線を形成する際の熱処理上限温度を高めることが
でき、また配線遅延を減少することができる。
【００１８】 さらに、水素化非晶質炭素膜上にベンゼ
ン環を含有する含フッ素非晶質炭素膜が形成された膜を
層間絶縁膜として用いれば、ＳｉやＳｉＯ 2 などの基板
と、含フッ素非晶質炭素膜との付着力を強化させること
ができる。
ン環を含有する含フッ素非晶質炭素膜が形成された膜を
層間絶縁膜として用いれば、ＳｉやＳｉＯ 2 などの基板
と、含フッ素非晶質炭素膜との付着力を強化させること
ができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。図１はベンゼン環含有含フッ素非晶質炭
素膜を形成させるための装置の概略図である。図１
（ａ）は平行平板型プラズマ化学気相成膜装置、図１
（ｂ）はヘリコン波励起プラズマ化学気相成膜装置の構
成概略図である。
して説明する。図１はベンゼン環含有含フッ素非晶質炭
素膜を形成させるための装置の概略図である。図１
（ａ）は平行平板型プラズマ化学気相成膜装置、図１
（ｂ）はヘリコン波励起プラズマ化学気相成膜装置の構
成概略図である。
【００２０】図１（ａ）の平行平板型装置は、支持台１
０１に設置した真空槽１０４内に、電極１０５，１０７
を設け、その間に電源装置１０８から直流又は交流電力
を印加できるようになっている。また下部電極１０７に
は試料加熱装置が設けられており、試料を任意の温度に
加熱することが可能である。
０１に設置した真空槽１０４内に、電極１０５，１０７
を設け、その間に電源装置１０８から直流又は交流電力
を印加できるようになっている。また下部電極１０７に
は試料加熱装置が設けられており、試料を任意の温度に
加熱することが可能である。
【００２１】図１（ｂ）のヘリコン波型では、石英管に
アンテナが巻かれており、このアンテナに高周波を印加
することによりヘリコン波を生成し、プラズマを生成さ
せる。
アンテナが巻かれており、このアンテナに高周波を印加
することによりヘリコン波を生成し、プラズマを生成さ
せる。
【００２２】平行平板型の場合、下部電極上にシリコン
基板等の試料１０６を設置する。下部電極には高周波が
印加されるので、電極には約数百ボルトの負のバイアス
が印加される。下部電極に試料を設置して成膜した場合
は、試料にバイアスで加速されたイオンが照射され、架
橋した非晶質炭素膜が得られる。
基板等の試料１０６を設置する。下部電極には高周波が
印加されるので、電極には約数百ボルトの負のバイアス
が印加される。下部電極に試料を設置して成膜した場合
は、試料にバイアスで加速されたイオンが照射され、架
橋した非晶質炭素膜が得られる。
【００２３】試料を電極に設置後、装置にガスボンベ１
０３からたとえばベンゼン、トルエン、キシレン等の芳
香族炭化水素ガスを導入し、真空度０．０１−０．５Ｔ
ｏｒｒで、電極間に高周波あるいは、直流電力を印加し
て放電させ、炭化水素プラズマを発生させ、この炭化水
素プラズマにより非晶質炭素膜を堆積させる。
０３からたとえばベンゼン、トルエン、キシレン等の芳
香族炭化水素ガスを導入し、真空度０．０１−０．５Ｔ
ｏｒｒで、電極間に高周波あるいは、直流電力を印加し
て放電させ、炭化水素プラズマを発生させ、この炭化水
素プラズマにより非晶質炭素膜を堆積させる。
【００２４】また芳香族炭化水素ガスを導入するととも
に、ＣＦ4 ，ＳＦ6 ，Ｃ2 Ｆ4 ，ＮＦ3 ，Ｃ2 Ｆ6 等の
フッ素系ガスを導入し、プラズマにより励起させて非晶
質炭素膜中に含有させる。
に、ＣＦ4 ，ＳＦ6 ，Ｃ2 Ｆ4 ，ＮＦ3 ，Ｃ2 Ｆ6 等の
フッ素系ガスを導入し、プラズマにより励起させて非晶
質炭素膜中に含有させる。
【００２５】放電には、上記高周波放電の他、直流放
電、マイクロ波放電、マグネトロン型あるいはコイルに
よって放電させる誘導結合型等も使用可能である。
電、マイクロ波放電、マグネトロン型あるいはコイルに
よって放電させる誘導結合型等も使用可能である。
【００２６】さらに、フッ素を含有する非晶質炭素膜
が、直接ＳｉあるいはＳｉＯ2 などの非晶質炭素膜を堆
積させる試料と接すると、膜の付着力が弱いために膜が
剥がれやすい。そこでこれを防止するために、まずＣＨ
4 等の炭化水素ガスでフッ素を含有しない水素化非晶質
炭素膜を試料上に堆積させた後に、フッ素を含有させた
非晶質炭素膜を堆積させるとよい。以下に、具体的な実
施例を示す。
が、直接ＳｉあるいはＳｉＯ2 などの非晶質炭素膜を堆
積させる試料と接すると、膜の付着力が弱いために膜が
剥がれやすい。そこでこれを防止するために、まずＣＨ
4 等の炭化水素ガスでフッ素を含有しない水素化非晶質
炭素膜を試料上に堆積させた後に、フッ素を含有させた
非晶質炭素膜を堆積させるとよい。以下に、具体的な実
施例を示す。
【００２７】
【実施例】ＣＨ4 を原料に用いて、流量１０ｓｃｃｍ、
圧力０．１Ｔｏｒｒ、電力２００Ｗで１０分間プラズマ
を生成させると、基板上に水素化非晶質炭素膜が約３０
ｎｍ堆積された。
圧力０．１Ｔｏｒｒ、電力２００Ｗで１０分間プラズマ
を生成させると、基板上に水素化非晶質炭素膜が約３０
ｎｍ堆積された。
【００２８】つぎに、ＣＦ4 ガス及びトルエンを原料に
用いて、ＣＦ4 流量５ｓｃｃｍ、トルエン流量５ｓｃｃ
ｍ、圧力０．１Ｔｏｒｒ、電力２００Ｗで約２〜１０分
程度、平行平板型プラズマ化学気相成長法により成膜す
ることにより、膜中にベンゼン環を含有する含フッ素非
晶質炭素膜が、基板と剥がれなく約１μｍ堆積された。
用いて、ＣＦ4 流量５ｓｃｃｍ、トルエン流量５ｓｃｃ
ｍ、圧力０．１Ｔｏｒｒ、電力２００Ｗで約２〜１０分
程度、平行平板型プラズマ化学気相成長法により成膜す
ることにより、膜中にベンゼン環を含有する含フッ素非
晶質炭素膜が、基板と剥がれなく約１μｍ堆積された。
【００２９】フッ化物としてＣＦ4 を用いた場合、膜中
のフッ素／炭素の含有比が１．２となり、比誘電率は
２．２であった。比誘電率は膜中のフッ素含有量によっ
て変化し、Ｃ2 Ｆ6 を用いた場合にはフッ素／炭素比
１．１で、比誘電率２．３、Ｃ4Ｆ8 ではフッ素／炭素
比１．０で比誘電率２．４であり、フッ素／炭素の含有
比が小さいと比誘電率が大きくなる傾向がある。
のフッ素／炭素の含有比が１．２となり、比誘電率は
２．２であった。比誘電率は膜中のフッ素含有量によっ
て変化し、Ｃ2 Ｆ6 を用いた場合にはフッ素／炭素比
１．１で、比誘電率２．３、Ｃ4Ｆ8 ではフッ素／炭素
比１．０で比誘電率２．４であり、フッ素／炭素の含有
比が小さいと比誘電率が大きくなる傾向がある。
【００３０】本発明の方法により形成された含フッ素非
晶質炭素膜を、赤外吸収分光分析法により分析した結
果、いずれもベンゼン環、ＣＨ結合に由来するピークに
合わせて、Ｃ−Ｆ結合から由来するピークが出現し、従
って、本発明によればベンゼン環及びフッ素をともに含
む非晶質炭素膜が形成できたことが分かった。
晶質炭素膜を、赤外吸収分光分析法により分析した結
果、いずれもベンゼン環、ＣＨ結合に由来するピークに
合わせて、Ｃ−Ｆ結合から由来するピークが出現し、従
って、本発明によればベンゼン環及びフッ素をともに含
む非晶質炭素膜が形成できたことが分かった。
【００３１】次に、これらの膜の耐熱性を調べた。表１
の実施例１〜６に、膜が分解し始める温度を、各試料に
ついて調べた結果を示す。
の実施例１〜６に、膜が分解し始める温度を、各試料に
ついて調べた結果を示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】トルエンなどベンゼン環含有分子を用いて
成膜した非晶質炭素膜の耐熱性が、ベンゼン環含有分子
を用いないで成膜した含フッ素非晶質炭素膜（比較例
１）に比べて上昇していることが分かる。このようにベ
ンゼン環を構造の一部に持つ分子を用いて成膜すると、
比誘電率が３以下でかつ非晶質炭素膜の耐熱性が向上す
ることが分かった。
成膜した非晶質炭素膜の耐熱性が、ベンゼン環含有分子
を用いないで成膜した含フッ素非晶質炭素膜（比較例
１）に比べて上昇していることが分かる。このようにベ
ンゼン環を構造の一部に持つ分子を用いて成膜すると、
比誘電率が３以下でかつ非晶質炭素膜の耐熱性が向上す
ることが分かった。
【００３４】以上は平行平板型で成膜を行った場合の実
施例であるが、続いてヘリコン波プラズマＣＶＤを用い
て成膜した実施例を示す。
施例であるが、続いてヘリコン波プラズマＣＶＤを用い
て成膜した実施例を示す。
【００３５】フッ素を含有させた非晶質炭素膜が、直接
ＳｉあるいはＳｉＯ2 等の基板と接すると、膜の付着力
が弱く膜が剥がれやすいため、これを防止するため、先
の平行平板型での実施例の場合と同様に、まずＣＨ4 等
でフッ素を含有させていない水素化非晶質炭素膜を堆積
させた後に、フッ素を含有させた非晶質炭素膜を堆積さ
せる。
ＳｉあるいはＳｉＯ2 等の基板と接すると、膜の付着力
が弱く膜が剥がれやすいため、これを防止するため、先
の平行平板型での実施例の場合と同様に、まずＣＨ4 等
でフッ素を含有させていない水素化非晶質炭素膜を堆積
させた後に、フッ素を含有させた非晶質炭素膜を堆積さ
せる。
【００３６】ＣＨ4 を原料に用いて、流量１００ｓｃｃ
ｍ、圧力１ｍＴｏｒｒ、電力２ｋＷで１０秒間プラズマ
を生成させ、プラズマ化学気相成長法により成膜する
と、基板上に水素化非晶質炭素膜が約３０ｎｍ堆積され
た。
ｍ、圧力１ｍＴｏｒｒ、電力２ｋＷで１０秒間プラズマ
を生成させ、プラズマ化学気相成長法により成膜する
と、基板上に水素化非晶質炭素膜が約３０ｎｍ堆積され
た。
【００３７】つぎに、ＣＦ4 ガス及びトルエンを原料に
用いて、ＣＦ4 流量５０ｓｃｃｍ、トルエン流量５０ｓ
ｃｃｍ、圧力１ｍＴｏｒｒ、電力２ｋＷで約２分程度成
膜することにより、膜中にベンゼン環を有するフッ素含
有非晶質炭素膜が、基板と剥がれなく約１μｍ堆積され
た。
用いて、ＣＦ4 流量５０ｓｃｃｍ、トルエン流量５０ｓ
ｃｃｍ、圧力１ｍＴｏｒｒ、電力２ｋＷで約２分程度成
膜することにより、膜中にベンゼン環を有するフッ素含
有非晶質炭素膜が、基板と剥がれなく約１μｍ堆積され
た。
【００３８】ＣＦ4 を用いた場合、膜中のフッ素／炭素
の含有比が１．２となり、比誘電率は２．２であった。
比誘電率は、膜中のフッ素含有量によって変化し、Ｃ2
Ｆ6ではフッ素／炭素比１．１で比誘電率２．３、Ｃ4
Ｆ8 ではフッ素／炭素比１．０で比誘電率２．４であっ
た。
の含有比が１．２となり、比誘電率は２．２であった。
比誘電率は、膜中のフッ素含有量によって変化し、Ｃ2
Ｆ6ではフッ素／炭素比１．１で比誘電率２．３、Ｃ4
Ｆ8 ではフッ素／炭素比１．０で比誘電率２．４であっ
た。
【００３９】次に、これらの膜の耐熱性を調べた。ヘリ
コン波プラズマＣＶＤを用いて作製した本発明の膜が分
解し始める温度と比誘電率を、表１の実施例７〜１２に
示す。
コン波プラズマＣＶＤを用いて作製した本発明の膜が分
解し始める温度と比誘電率を、表１の実施例７〜１２に
示す。
【００４０】トルエンなどベンゼン環含有分子を用いて
成膜した本発明の非晶質炭素膜の耐熱性が、ベンゼン環
含有分子を用いないで成膜した物（比較例２）に比べて
上昇していることが分かる。このようにベンゼン環を構
造の一部にもつ分子を用いて成膜すると、比誘電率が３
以下でかつ非晶質炭素膜の耐熱性が向上することが分か
った。
成膜した本発明の非晶質炭素膜の耐熱性が、ベンゼン環
含有分子を用いないで成膜した物（比較例２）に比べて
上昇していることが分かる。このようにベンゼン環を構
造の一部にもつ分子を用いて成膜すると、比誘電率が３
以下でかつ非晶質炭素膜の耐熱性が向上することが分か
った。
【００４１】ヘリコン波プラズマＣＶＤ法より作製され
た本発明の含フッ素非晶質炭素膜を、赤外吸収分光分析
法により分析した結果、先の平行平板型プラズマＣＶＤ
法により作製した場合と同様に、いずれもベンゼン環、
ＣＨ結合に由来するピークに合わせて、Ｃ−Ｆ結合から
由来するピークが出現し、膜中にベンゼン環が含有され
た含フッ素非晶質炭素膜であることがわかった。
た本発明の含フッ素非晶質炭素膜を、赤外吸収分光分析
法により分析した結果、先の平行平板型プラズマＣＶＤ
法により作製した場合と同様に、いずれもベンゼン環、
ＣＨ結合に由来するピークに合わせて、Ｃ−Ｆ結合から
由来するピークが出現し、膜中にベンゼン環が含有され
た含フッ素非晶質炭素膜であることがわかった。
【００４２】表１からわかるように、添加する芳香族炭
化水素としてキシレンを用いた場合も、トルエンを用い
た場合と同様に膜中にベンゼン環が含有され耐熱性が向
上した。さらにマグネトロン、及びマイクロ波を用いた
放電によって同様に成膜したベンゼン環含有含フッ素非
晶質炭素膜でも、同様の結果が得られた。
化水素としてキシレンを用いた場合も、トルエンを用い
た場合と同様に膜中にベンゼン環が含有され耐熱性が向
上した。さらにマグネトロン、及びマイクロ波を用いた
放電によって同様に成膜したベンゼン環含有含フッ素非
晶質炭素膜でも、同様の結果が得られた。
【００４３】従来のトルエン等の芳香族炭化水素のみに
よるプラズマ重合膜では、膜に吸湿性があることが問題
となっていた。またポリイミド等の脱水重合反応を用い
て形成する高分子も膜中水分のために配線がダメージを
受ける等の問題点が存在した。しかし、本発明のベンゼ
ン環含有含フッ素非晶質炭素膜の吸湿性を調べたとこ
ろ、吸湿性は極めて少なく、膜中水分が非常に少ないこ
とが分かった。
よるプラズマ重合膜では、膜に吸湿性があることが問題
となっていた。またポリイミド等の脱水重合反応を用い
て形成する高分子も膜中水分のために配線がダメージを
受ける等の問題点が存在した。しかし、本発明のベンゼ
ン環含有含フッ素非晶質炭素膜の吸湿性を調べたとこ
ろ、吸湿性は極めて少なく、膜中水分が非常に少ないこ
とが分かった。
【００４４】またフルオロカーボンなどフッ化物系のガ
スを芳香族炭化水素に添加して成膜すると、芳香族炭化
水素のみで成膜したプラズマ重合膜に比べて、成膜速度
を約２倍程度に向上できることが分かった。一般にプラ
ズマによる成膜では、プラズマにより生成された活性種
が、膜表面に存在する未結合手等の活性サイトに吸着し
て成膜が起こる。フッ素を添加したことにより、成膜速
度が向上したのは、プラズマにより活性化されたフッ素
の活性種が、プラズマ重合膜の膜表面に存在する水素を
除去し、表面の活性なサイトの密度を高めたためと考え
られる。
スを芳香族炭化水素に添加して成膜すると、芳香族炭化
水素のみで成膜したプラズマ重合膜に比べて、成膜速度
を約２倍程度に向上できることが分かった。一般にプラ
ズマによる成膜では、プラズマにより生成された活性種
が、膜表面に存在する未結合手等の活性サイトに吸着し
て成膜が起こる。フッ素を添加したことにより、成膜速
度が向上したのは、プラズマにより活性化されたフッ素
の活性種が、プラズマ重合膜の膜表面に存在する水素を
除去し、表面の活性なサイトの密度を高めたためと考え
られる。
【００４５】次にこの膜を層間絶縁膜に用いることを特
徴とした半導体装置を形成した。図２は、本発明のベン
ゼン環含有含フッ素非晶質炭素膜を絶縁材料に用いるこ
とを特徴とした半導体装置の断面模式図である。
徴とした半導体装置を形成した。図２は、本発明のベン
ゼン環含有含フッ素非晶質炭素膜を絶縁材料に用いるこ
とを特徴とした半導体装置の断面模式図である。
【００４６】まず通常の技術でトランジスタ２０７をシ
リコン基板２０５上等に形成し、アルミニウム等の電極
材料２０３を堆積後、公知のリソグラフ技術により配線
にパターンを形成する。
リコン基板２０５上等に形成し、アルミニウム等の電極
材料２０３を堆積後、公知のリソグラフ技術により配線
にパターンを形成する。
【００４７】次に配線２０２が形成されたシリコン基板
を図１の平行平板型装置あるいはヘリコン型装置中に設
置する。次にＣＨ4 、ＣＦ4 、及びトルエンをプラズマ
装置内に導入しプラズマを生成し、非晶質炭素膜を堆積
させる。以下に非晶質炭素膜の形成方法を示す。
を図１の平行平板型装置あるいはヘリコン型装置中に設
置する。次にＣＨ4 、ＣＦ4 、及びトルエンをプラズマ
装置内に導入しプラズマを生成し、非晶質炭素膜を堆積
させる。以下に非晶質炭素膜の形成方法を示す。
【００４８】平行平板型の場合、まずＣＨ4 を原料に用
いて、流量１０ｓｃｃｍ、圧力０．１Ｔｏｒｒ、電力２
００Ｗで１０分間プラズマを生成させ、基板上に水素化
非晶質炭素膜を約３０ｎｍ堆積させた。つぎにＣＦ4 ガ
ス及びトルエンを原料に用いて、ＣＦ4 流量５ｓｃｃ
ｍ、トルエン流量５ｓｃｃｍ、圧力０．１Ｔｏｒｒ、電
力２００Ｗで約２〜１０分程度成膜することにより、水
素化非晶質炭素膜上にベンゼン環フッ素含有非晶質炭素
膜２０１を約１μｍ堆積した。
いて、流量１０ｓｃｃｍ、圧力０．１Ｔｏｒｒ、電力２
００Ｗで１０分間プラズマを生成させ、基板上に水素化
非晶質炭素膜を約３０ｎｍ堆積させた。つぎにＣＦ4 ガ
ス及びトルエンを原料に用いて、ＣＦ4 流量５ｓｃｃ
ｍ、トルエン流量５ｓｃｃｍ、圧力０．１Ｔｏｒｒ、電
力２００Ｗで約２〜１０分程度成膜することにより、水
素化非晶質炭素膜上にベンゼン環フッ素含有非晶質炭素
膜２０１を約１μｍ堆積した。
【００４９】ヘリコン型の場合も同様に、ＣＨ4 を用い
て水素化非晶質炭素膜を約３０ｎｍ堆積させた後に、Ｃ
Ｆ4 およびトルエンを用いてベンゼン環含有含フッ素非
晶質炭素膜２０１を堆積させた。
て水素化非晶質炭素膜を約３０ｎｍ堆積させた後に、Ｃ
Ｆ4 およびトルエンを用いてベンゼン環含有含フッ素非
晶質炭素膜２０１を堆積させた。
【００５０】これらのベンゼン環非晶質炭素膜２０１の
堆積の後、非晶質炭素膜のパターニングを行った。以下
に説明する。
堆積の後、非晶質炭素膜のパターニングを行った。以下
に説明する。
【００５１】ベンゼン環含有フッ素化非晶質炭素膜２０
１上に、まず３０ｎｍ程度の水素化非晶質炭素膜２０６
を緩衝層として挿入した後、ＳｉＯ2 を約３００ｎｍ堆
積させて、まずＳｉＯ2 を従来の微細加工技術によりパ
ターニングした。つづいてこれをマスクにして、非晶質
炭素膜２０１，２０６をエッチングし、ビアホールを形
成した。エッチングガスは酸素を用いて、リアクティブ
イオンエッチング（ＲＩＥ）装置で非晶質炭素膜をエッ
チングした。
１上に、まず３０ｎｍ程度の水素化非晶質炭素膜２０６
を緩衝層として挿入した後、ＳｉＯ2 を約３００ｎｍ堆
積させて、まずＳｉＯ2 を従来の微細加工技術によりパ
ターニングした。つづいてこれをマスクにして、非晶質
炭素膜２０１，２０６をエッチングし、ビアホールを形
成した。エッチングガスは酸素を用いて、リアクティブ
イオンエッチング（ＲＩＥ）装置で非晶質炭素膜をエッ
チングした。
【００５２】非晶質炭素膜のエッチング後にマスクとし
て用いたＳｉＯ2 はフッ酸により除去した。続いて非晶
質炭素膜に形成したビアホール、および非晶質炭素膜２
０６上にアルミニウムをスパッタにより堆積し、第２層
の配線２０２およびそれと第１層とのコンタクトとし
た。
て用いたＳｉＯ2 はフッ酸により除去した。続いて非晶
質炭素膜に形成したビアホール、および非晶質炭素膜２
０６上にアルミニウムをスパッタにより堆積し、第２層
の配線２０２およびそれと第１層とのコンタクトとし
た。
【００５３】水素化非晶質炭素膜２０６は、フッ素を含
有する非晶質炭素膜が、直接ＳｉあるいはＳｉＯ2 等の
材料と接すると膜の付着力が弱く剥がれやすいことを防
止するために形成される。
有する非晶質炭素膜が、直接ＳｉあるいはＳｉＯ2 等の
材料と接すると膜の付着力が弱く剥がれやすいことを防
止するために形成される。
【００５４】ベンゼン環含有非晶質炭素膜を層間絶縁膜
とすることにより、耐熱性が向上したため、金属配線材
料の堆積、及びそれに続く熱処理で、高温での加熱処理
を要する公知の配線形成手法が適用できるようになっ
た。本実施例では、上記金属配線材料の堆積の工程に続
いて４００℃の熱処理を行った。
とすることにより、耐熱性が向上したため、金属配線材
料の堆積、及びそれに続く熱処理で、高温での加熱処理
を要する公知の配線形成手法が適用できるようになっ
た。本実施例では、上記金属配線材料の堆積の工程に続
いて４００℃の熱処理を行った。
【００５５】本発明による半導体装置の配線遅延時間を
測定したところ、従来のＳｉＯ2 を層間絶縁膜に用いた
半導体装置に比べて、配線遅延を約８０％に減少させる
ことに成功した。
測定したところ、従来のＳｉＯ2 を層間絶縁膜に用いた
半導体装置に比べて、配線遅延を約８０％に減少させる
ことに成功した。
【００５６】またベンゼン環含有含フッ素非晶質炭素膜
を堆積する際に、原料のフッ化物源として上記ＣＦ4 で
はなくＣ2 Ｆ6 やＣ4 Ｆ8 などの他のフッ化物を用いた
場合、また芳香族炭化水素としてキシレンを用いた場合
も、同様の効果を得ることができた。
を堆積する際に、原料のフッ化物源として上記ＣＦ4 で
はなくＣ2 Ｆ6 やＣ4 Ｆ8 などの他のフッ化物を用いた
場合、また芳香族炭化水素としてキシレンを用いた場合
も、同様の効果を得ることができた。
【００５７】このようにベンゼン環を含有する含フッ素
非晶質炭素膜を用いることにより、従来よりも配線遅延
の少ない非晶質炭素膜を、従来通りの配線形成手法を用
いて、半導体装置の層間絶縁膜とすることを可能とし
た。
非晶質炭素膜を用いることにより、従来よりも配線遅延
の少ない非晶質炭素膜を、従来通りの配線形成手法を用
いて、半導体装置の層間絶縁膜とすることを可能とし
た。
【００５８】
【発明の効果】本発明は、含フッ素非晶質炭素膜中にベ
ンゼン環を含有させることにより、耐熱性が４５０℃程
度まで向上し、しかも比誘電率が３以下で、極めて膜中
水分が少ない絶縁膜を実現することができた。
ンゼン環を含有させることにより、耐熱性が４５０℃程
度まで向上し、しかも比誘電率が３以下で、極めて膜中
水分が少ない絶縁膜を実現することができた。
【００５９】また、本発明のベンゼン環含有含フッ素非
晶質炭素膜を半導体装置の多層配線間用絶縁膜に使用す
ることにより、低誘電率の絶縁膜を用いるため配線遅延
を減少することができ、しかも４００℃程度の加熱を要
する従来の配線プロセスで製造することができる。
晶質炭素膜を半導体装置の多層配線間用絶縁膜に使用す
ることにより、低誘電率の絶縁膜を用いるため配線遅延
を減少することができ、しかも４００℃程度の加熱を要
する従来の配線プロセスで製造することができる。
【図１】本発明のベンゼン環含有含フッ素非晶質炭素膜
を形成するための成膜装置の構成概略図である。
を形成するための成膜装置の構成概略図である。
【図２】本発明のベンゼン環含有含フッ素非晶質炭素膜
を層間絶縁膜に用いた半導体装置の構成断面模式図であ
る。
を層間絶縁膜に用いた半導体装置の構成断面模式図であ
る。
１０１ 支持台 １０２ 真空ポンプ １０３ フッ化物、鎖状炭化水素供給用セル １０４ 真空容器 １０５ 上部電極 １０６ 試料 １０７ 下部電極 １０８ 高周波電源 １０９ 上蓋 １１０ 芳香族炭化水素供給用セル ２０１ ベンゼン環含有含フッ素非晶質炭素膜 ２０２ 第２層アルミニウム ２０３ 第１層アルミニウム ２０４ ＳｉＯ2 ２０５ シリコン基板 ２０６ 水素化非晶質炭素膜 ２０７ トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/314 H01L 21/768
Claims (3)
- 【請求項１】 芳香族炭化水素ガスと芳香族フッ化物ガ
スを除くフッ化物ガスを原料とし、プラズマ化学気相成
長法によって製造することを特徴とする膜中にベンゼン
環を含有する含フッ素非晶質炭素膜の製造方法。 - 【請求項２】 膜中にベンゼン環を含有する含フッ素非
晶質炭素膜を層間絶縁膜として用いることを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項３】 水素化非晶質炭素膜上にベンゼン環を含
有する含フッ素非晶質炭素膜が形成された膜を、層間絶
縁膜として用いることを特徴とする半導体装置。
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|---|---|---|---|
| JP8049764A JP2850834B2 (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 非晶質炭素膜の製造方法及び半導体装置 |
| CA002199347A CA2199347A1 (en) | 1996-03-07 | 1997-03-06 | Amorphous carbon film, formation process therof, and semiconductor device making use of the film |
| KR1019970007384A KR100286075B1 (ko) | 1996-03-07 | 1997-03-06 | 벤젠 고리를 가진 비정질 불화 탄소막을 사용한 반도체 장치와 그 제조 방법 |
| EP97103713A EP0794569A3 (en) | 1996-03-07 | 1997-03-06 | Amorphous carbon film, formation process thereof, and semiconductor device making use of the film |
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| JP8049764A JP2850834B2 (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 非晶質炭素膜の製造方法及び半導体装置 |
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|---|---|
| JPH09246263A JPH09246263A (ja) | 1997-09-19 |
| JP2850834B2 true JP2850834B2 (ja) | 1999-01-27 |
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ID=12840252
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP8049764A Expired - Lifetime JP2850834B2 (ja) | 1996-03-07 | 1996-03-07 | 非晶質炭素膜の製造方法及び半導体装置 |
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| KR (1) | KR100286075B1 (ja) |
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1996
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-
1997
- 1997-03-06 KR KR1019970007384A patent/KR100286075B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1997-03-06 EP EP97103713A patent/EP0794569A3/en not_active Withdrawn
- 1997-03-06 CA CA002199347A patent/CA2199347A1/en not_active Abandoned
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｖｏｌ．１６７（１９８８）ｐ．２５５−２６０ |
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| JPH09246263A (ja) | 1997-09-19 |
| EP0794569A2 (en) | 1997-09-10 |
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| EP0794569A3 (en) | 1998-04-08 |
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