JP2991657B2 - 成膜方法 - Google Patents
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- H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、成膜方法に関し、
より詳しくは、フッ素又はボロンを含むシリコン酸化膜
の成膜方法に関する。近年、半導体装置の高密度化に伴
い、薄い膜厚の層間絶縁膜を形成することが必要になっ
てきている。層間絶縁膜の薄膜化により寄生容量が増大
するため、低誘電率の絶縁膜が要望されている。このた
め、フッ素の添加により低誘電率を得ることが可能なフ
ッ素含有シリコン酸化膜が注目されている。
より詳しくは、フッ素又はボロンを含むシリコン酸化膜
の成膜方法に関する。近年、半導体装置の高密度化に伴
い、薄い膜厚の層間絶縁膜を形成することが必要になっ
てきている。層間絶縁膜の薄膜化により寄生容量が増大
するため、低誘電率の絶縁膜が要望されている。このた
め、フッ素の添加により低誘電率を得ることが可能なフ
ッ素含有シリコン酸化膜が注目されている。
【０００２】また、フッ素の代わりにボロンを用いたホ
ウケイ酸ガラス膜（ＢＳＧ膜）もフッ素含有シリコン酸
化膜と同様に低誘電率を得ることができるため注目され
ている。しかも、ＢＳＧ膜の場合には、フッ素の脱離に
起因してフッ化水素等の腐食性物質が生じる恐れがない
点からも有望視されている。
ウケイ酸ガラス膜（ＢＳＧ膜）もフッ素含有シリコン酸
化膜と同様に低誘電率を得ることができるため注目され
ている。しかも、ＢＳＧ膜の場合には、フッ素の脱離に
起因してフッ化水素等の腐食性物質が生じる恐れがない
点からも有望視されている。
【０００３】
【従来の技術】従来、フッ素含有シリコン酸化膜を形成
する方法として、平行平板型プラズマＣＶＤ装置による
TEOS＋O2＋C2F6を用いた方法があるが、プラズマ密度が
低いため、膜密度が低く、また膜中にフッ素を安定にド
ープすることができないという問題を有している。
する方法として、平行平板型プラズマＣＶＤ装置による
TEOS＋O2＋C2F6を用いた方法があるが、プラズマ密度が
低いため、膜密度が低く、また膜中にフッ素を安定にド
ープすることができないという問題を有している。
【０００４】このため、平行平板型プラズマＣＶＤ装置
よりも高いプラズマ密度が得られるＥＣＲ（Electron C
yclotron Resonance）プラズマＣＶＤ装置やＩＣＰ（In
ductively Coupled Plasma）ＣＶＤ装置によりSiH4＋Si
F4を用いてフッ素含有シリコン酸化膜を形成する方法が
試みられている。凹部埋め込み性や段差被覆性等が良く
ないというSiH4ソースを用いたときの欠点は、基板にバ
イアスを印加してＡｒによるスパッタ効果を生じさせる
ことにより補われている。
よりも高いプラズマ密度が得られるＥＣＲ（Electron C
yclotron Resonance）プラズマＣＶＤ装置やＩＣＰ（In
ductively Coupled Plasma）ＣＶＤ装置によりSiH4＋Si
F4を用いてフッ素含有シリコン酸化膜を形成する方法が
試みられている。凹部埋め込み性や段差被覆性等が良く
ないというSiH4ソースを用いたときの欠点は、基板にバ
イアスを印加してＡｒによるスパッタ効果を生じさせる
ことにより補われている。
【０００５】また、最近では、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装
置等よりも更に高密度のプラズマが得られるヘリコン波
プラズマを用いたＣＶＤ装置が注目されている。図１３
（ａ），（ｂ）は、従来例に係るヘリコン波プラズマを
用いたＣＶＤ装置によりTEOS＋O2＋C2F6やTEOS＋O2＋NF
3 を用いてフッ素含有シリコン酸化膜を形成する方法に
ついて示す断面図である。
置等よりも更に高密度のプラズマが得られるヘリコン波
プラズマを用いたＣＶＤ装置が注目されている。図１３
（ａ），（ｂ）は、従来例に係るヘリコン波プラズマを
用いたＣＶＤ装置によりTEOS＋O2＋C2F6やTEOS＋O2＋NF
3 を用いてフッ素含有シリコン酸化膜を形成する方法に
ついて示す断面図である。
【０００６】図１３（ａ）はフッ素含有シリコン酸化膜
を形成する前の状態を示し、シリコン基板１上のシリコ
ン酸化膜２の上に配線層３ａ，３ｂが形成されている。
このような状態で、図１３（ｂ）に示すように、TEOS＋
O2＋C2F6のヘリコン波プラズマを発生させ、これをシリ
コン基板１上で反応させてフッ素含有シリコン酸化膜４
を形成する。フッ素の含有濃度はC2F6の流量比等の調整
により調整可能である。
を形成する前の状態を示し、シリコン基板１上のシリコ
ン酸化膜２の上に配線層３ａ，３ｂが形成されている。
このような状態で、図１３（ｂ）に示すように、TEOS＋
O2＋C2F6のヘリコン波プラズマを発生させ、これをシリ
コン基板１上で反応させてフッ素含有シリコン酸化膜４
を形成する。フッ素の含有濃度はC2F6の流量比等の調整
により調整可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
SiH4＋SiF4を用いてフッ素含有シリコン酸化膜を形成す
る方法では、フッ素ソースとしてSiF4を用いるため、膜
中に不安定なSi(-F)2 やSi(-F)3 のような多価のフッ素
結合が残留しやすい。これらはＨ2 Ｏに対して反応性が
高いため、フッ素含有シリコン酸化膜の耐吸湿性を低下
させるという問題がある。
SiH4＋SiF4を用いてフッ素含有シリコン酸化膜を形成す
る方法では、フッ素ソースとしてSiF4を用いるため、膜
中に不安定なSi(-F)2 やSi(-F)3 のような多価のフッ素
結合が残留しやすい。これらはＨ2 Ｏに対して反応性が
高いため、フッ素含有シリコン酸化膜の耐吸湿性を低下
させるという問題がある。
【０００８】また、TEOS＋O2＋C2F6等のヘリコン波プラ
ズマを用いた方法でも、フッ素ソースとしてSiF4を用い
る場合と同じように、フッ素含有シリコン酸化膜４中に
Si(-F)2 やSi(-F)3 のような多価のフッ素結合が残留
し、フッ素含有シリコン酸化膜の耐吸湿性が改善されな
い。参考文献「月刊セミコンダクタワールド1995.12,P1
66〜169 」に示すように、特に、４．２％を越える高濃
度のフッ素を添加した場合には耐吸湿性の劣化は著し
い。
ズマを用いた方法でも、フッ素ソースとしてSiF4を用い
る場合と同じように、フッ素含有シリコン酸化膜４中に
Si(-F)2 やSi(-F)3 のような多価のフッ素結合が残留
し、フッ素含有シリコン酸化膜の耐吸湿性が改善されな
い。参考文献「月刊セミコンダクタワールド1995.12,P1
66〜169 」に示すように、特に、４．２％を越える高濃
度のフッ素を添加した場合には耐吸湿性の劣化は著し
い。
【０００９】さらに、本願出願人の出願（特開平７−１
３５２０４）では、ＳｉＯＢソースを用いた熱ＣＶＤ法
により高い緻密性と耐吸湿性を有するＢＳＧ膜が得られ
たが、大気中に放置した場合に耐吸湿性が低下しないよ
うにすることに関してさらに改善の余地がある。本発明
は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであ
り、高濃度のフッ素やボロンを添加した場合や大気中に
放置した場合に耐吸湿性の低下を抑制することが可能な
フッ素又はボロン含有シリコン酸化膜の成膜方法を提供
することを目的とする。
３５２０４）では、ＳｉＯＢソースを用いた熱ＣＶＤ法
により高い緻密性と耐吸湿性を有するＢＳＧ膜が得られ
たが、大気中に放置した場合に耐吸湿性が低下しないよ
うにすることに関してさらに改善の余地がある。本発明
は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであ
り、高濃度のフッ素やボロンを添加した場合や大気中に
放置した場合に耐吸湿性の低下を抑制することが可能な
フッ素又はボロン含有シリコン酸化膜の成膜方法を提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、成膜方法に係り、Ｓｉ−Ｏ
−Ｂ結合を有する有機化合物と酸素含有ガスを含む反応
ガスのヘリコン波プラズマを生成し、これらを反応させ
てボロン含有シリコン酸化膜を形成することを特徴と
し、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の成膜方法
に係り、前記Ｓｉ−Ｏ−Ｂ結合を有する有機化合物は、
一般式 （Ｒ1 3ＳｉＯ）n −Ｂ−（ＯＲ2 ）3-n （ｎ＝１，２，
３） 、又は （Ｒ1 3ＳｉＯ）2 −ＢＯＢ−（ＯＳｉＲ2 3）2 、又は （Ｒ1 3ＳｉＯ）2 −Ｂ−（ＯＳｉＲ2 2）−ＯＢ−（ＯＳ
ｉＲ3 3）2 、又は （Ｒ1 3ＳｉＯ）n −ＢＲ2 3-n（ｎ＝１，２） （Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 は、アルキル基、又はアリール基、
又はそれらに類する有機基）で表されるものであること
を特徴とし、請求項３記載の発明は、請求項１記載の成
膜方法に係り、前記酸素含有ガスは、一酸化窒素（Ｎ2
Ｏ）ガス、酸素（Ｏ2 ）ガス、又はオゾン（Ｏ3 ）ガス
であることを特徴としている。
め、請求項１記載の発明は、成膜方法に係り、Ｓｉ−Ｏ
−Ｂ結合を有する有機化合物と酸素含有ガスを含む反応
ガスのヘリコン波プラズマを生成し、これらを反応させ
てボロン含有シリコン酸化膜を形成することを特徴と
し、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の成膜方法
に係り、前記Ｓｉ−Ｏ−Ｂ結合を有する有機化合物は、
一般式 （Ｒ1 3ＳｉＯ）n −Ｂ−（ＯＲ2 ）3-n （ｎ＝１，２，
３） 、又は （Ｒ1 3ＳｉＯ）2 −ＢＯＢ−（ＯＳｉＲ2 3）2 、又は （Ｒ1 3ＳｉＯ）2 −Ｂ−（ＯＳｉＲ2 2）−ＯＢ−（ＯＳ
ｉＲ3 3）2 、又は （Ｒ1 3ＳｉＯ）n −ＢＲ2 3-n（ｎ＝１，２） （Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 は、アルキル基、又はアリール基、
又はそれらに類する有機基）で表されるものであること
を特徴とし、請求項３記載の発明は、請求項１記載の成
膜方法に係り、前記酸素含有ガスは、一酸化窒素（Ｎ2
Ｏ）ガス、酸素（Ｏ2 ）ガス、又はオゾン（Ｏ3 ）ガス
であることを特徴としている。
【００１１】
【００１２】
【００１３】本発明においては、ＳｉＯＢ結合を有する
有機化合物を用いているので、Si-O-B結合がＢＳＧ膜の
構成要素として取り込まれ、このため成膜直後のＢＳＧ
膜はガラスとしての構造を有するため、高い緻密性と耐
吸湿性を有する。更に、ヘリコンモードの高密度プラズ
マを生成し、反応させて成膜しているので、ソースガス
の有機成分の分解を促進し、形成膜中に不純物（炭素や
水素）が取り込まれるのを抑制することができるととも
に、より一層高い緻密性を有するボロン含有シリコン酸
化膜を形成することができる。これにより、大気中に放
置した場合に耐吸湿性の低下を防止することができる。
有機化合物を用いているので、Si-O-B結合がＢＳＧ膜の
構成要素として取り込まれ、このため成膜直後のＢＳＧ
膜はガラスとしての構造を有するため、高い緻密性と耐
吸湿性を有する。更に、ヘリコンモードの高密度プラズ
マを生成し、反応させて成膜しているので、ソースガス
の有機成分の分解を促進し、形成膜中に不純物（炭素や
水素）が取り込まれるのを抑制することができるととも
に、より一層高い緻密性を有するボロン含有シリコン酸
化膜を形成することができる。これにより、大気中に放
置した場合に耐吸湿性の低下を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の参考例及び実施
の形態について図面を参照しながら説明する。 （１）本発明の参考例 （ｉ）ヘリコン波プラズマＣＶＤ装置の説明 まず、本発明の実施の形態に係るヘリコンモードのプラ
ズマを用いた成膜方法に用いられるＣＶＤ成膜装置につ
いて図２（ａ）を参照しながら説明する。
の形態について図面を参照しながら説明する。 （１）本発明の参考例 （ｉ）ヘリコン波プラズマＣＶＤ装置の説明 まず、本発明の実施の形態に係るヘリコンモードのプラ
ズマを用いた成膜方法に用いられるＣＶＤ成膜装置につ
いて図２（ａ）を参照しながら説明する。
【００１５】図２（ａ）において、１０１は直径１５ｃ
ｍ×長さ２５ｃｍの円筒状の石英からなるプラズマ生成
室で、第１の反応ガス導入管１０８からプラズマ生成室
１０１に導入された第１の反応ガス、例えば一酸化窒素
（Ｎ2 Ｏ）や酸素（Ｏ2 ）等の酸化性ガスを活性化し、
ヘリコン波プラズマを生成する。プラズマ生成室１０１
の周囲には外部アンテナ１０２が取り付けられている。
外部アンテナ１０２は２つの輪状の導線が所定の間隔を
おいて円筒状のプラズマ生成室１０１の上部と下部の周
辺部を周回している。２つの輪状の導線の間隔はヘリコ
ン波の波数、即ちプラズマ密度を調整するために重要で
ある。
ｍ×長さ２５ｃｍの円筒状の石英からなるプラズマ生成
室で、第１の反応ガス導入管１０８からプラズマ生成室
１０１に導入された第１の反応ガス、例えば一酸化窒素
（Ｎ2 Ｏ）や酸素（Ｏ2 ）等の酸化性ガスを活性化し、
ヘリコン波プラズマを生成する。プラズマ生成室１０１
の周囲には外部アンテナ１０２が取り付けられている。
外部アンテナ１０２は２つの輪状の導線が所定の間隔を
おいて円筒状のプラズマ生成室１０１の上部と下部の周
辺部を周回している。２つの輪状の導線の間隔はヘリコ
ン波の波数、即ちプラズマ密度を調整するために重要で
ある。
【００１６】外部アンテナ１０２にはマッチングネット
ワーク１０３を介してＲＦ電源１０４が接続され、ＲＦ
電源１０４により周波数13.56MHzのＲＦ電力が外部アン
テナ１０２に供給される。ＲＦ電力はヘリコン波プラズ
マ生成のエネルギ源となる。また、プラズマ生成室１０
１の周囲に円筒状の内側ソースソレノイド１０５が設け
られ、さらに内側ソースソレノイド１０５の周囲には円
筒状の外側ソースソレノイド１０６は設けられている。
内側ソースソレノイド１０５及び外側ソースソレノイド
１０６は、プラズマ生成室１０１内に軸方向に磁場を形
成する。このような磁場はヘリコン波を形成し、かつプ
ラズマ密度を調整するために必要とされる。
ワーク１０３を介してＲＦ電源１０４が接続され、ＲＦ
電源１０４により周波数13.56MHzのＲＦ電力が外部アン
テナ１０２に供給される。ＲＦ電力はヘリコン波プラズ
マ生成のエネルギ源となる。また、プラズマ生成室１０
１の周囲に円筒状の内側ソースソレノイド１０５が設け
られ、さらに内側ソースソレノイド１０５の周囲には円
筒状の外側ソースソレノイド１０６は設けられている。
内側ソースソレノイド１０５及び外側ソースソレノイド
１０６は、プラズマ生成室１０１内に軸方向に磁場を形
成する。このような磁場はヘリコン波を形成し、かつプ
ラズマ密度を調整するために必要とされる。
【００１７】以上がヘリコンモードの高密度（1012cm-3
以上）のプラズマ生成のために必要なプラズマ生成室１
０１及びその周辺部の装置構成であるが、特に、ＲＦ電
力，磁場及び上記外部アンテナ１０２の２つの輪状の導
線の間隔が重要なパラメータである。プラズマ生成室１
０１の下流には直径３０ｃｍ×長さ22.5ｃｍの円筒状の
石英又はアルミニウム等の金属からなる成膜室１０７が
連接されている。プラズマ生成室１０１で発生した第１
の反応ガスからなるヘリコンモードのプラズマが成膜室
１０７に供給されるとともに、第２の反応ガス導入管１
０９から第２の反応ガス、例えば、一つのシリコンあた
りフッ素が一つ結合したＳｉ−Ｆ結合等を有する有機化
合物が導入される。このように、酸素含有ガスとフッ素
を含む有機化合物とを別々に導入することにより、反応
ガスが基板１１５上に到達する前に反応するのを防止
し、パーティクルの発生を抑制することができる。場合
により、これらのガスをプラズマ生成室１０１に同時に
導入してもよいことはいうまでもない。
以上）のプラズマ生成のために必要なプラズマ生成室１
０１及びその周辺部の装置構成であるが、特に、ＲＦ電
力，磁場及び上記外部アンテナ１０２の２つの輪状の導
線の間隔が重要なパラメータである。プラズマ生成室１
０１の下流には直径３０ｃｍ×長さ22.5ｃｍの円筒状の
石英又はアルミニウム等の金属からなる成膜室１０７が
連接されている。プラズマ生成室１０１で発生した第１
の反応ガスからなるヘリコンモードのプラズマが成膜室
１０７に供給されるとともに、第２の反応ガス導入管１
０９から第２の反応ガス、例えば、一つのシリコンあた
りフッ素が一つ結合したＳｉ−Ｆ結合等を有する有機化
合物が導入される。このように、酸素含有ガスとフッ素
を含む有機化合物とを別々に導入することにより、反応
ガスが基板１１５上に到達する前に反応するのを防止
し、パーティクルの発生を抑制することができる。場合
により、これらのガスをプラズマ生成室１０１に同時に
導入してもよいことはいうまでもない。
【００１８】第２の反応ガス導入管１０９は、図２
（ｂ）に示すように、直径約２０ｃｍのリング状の石英
パイプからなるガス放出部１０９ａを有し、石英パイプ
にはウエハ１１５上に反応ガスを放出する複数のガス放
出孔が形成されている。ウエハ１１５上に所定の距離を
おいて配置されている。成膜室１０７の周囲には円筒状
の永久磁石からなる多極永久磁石１１０が設けられ、適
当なカプス磁場が成膜室１０７に印加できるようになっ
ている。これにより、プラズマ生成室１０１からプラズ
マを成膜室１０７に導き、拡散してくるプラズマを特定
の領域に封じ込める。
（ｂ）に示すように、直径約２０ｃｍのリング状の石英
パイプからなるガス放出部１０９ａを有し、石英パイプ
にはウエハ１１５上に反応ガスを放出する複数のガス放
出孔が形成されている。ウエハ１１５上に所定の距離を
おいて配置されている。成膜室１０７の周囲には円筒状
の永久磁石からなる多極永久磁石１１０が設けられ、適
当なカプス磁場が成膜室１０７に印加できるようになっ
ている。これにより、プラズマ生成室１０１からプラズ
マを成膜室１０７に導き、拡散してくるプラズマを特定
の領域に封じ込める。
【００１９】また、成膜室１０７には排気口１１１が設
けられ、そこに不図示の排気装置が接続される。相互に
連接したプラズマ生成室１０１及び成膜室１０７内を減
圧するとともに、未反応の反応ガスや副生成物等を排出
する。更に、成膜室１０７内にはウエハ１１５を載置す
るウエハ載置台（基板載置台）１１２が設置されてい
る。ウエハ載置台１１２にはウエハ１１５を加熱するヒ
ータが内蔵され、ウエハ載置台１１２自身上下に移動す
るようになっている。また、ウエハ載置台１１２には周
波数13.56MHz又は１００ kHzの電力を供給するＲＦ電源
１１４がマッチングネットワーク１１３を介して接続さ
れている。ウエハ１１５に周波数13.56MHz又は１００ k
Hzの電力を印加することにより、ウエハ１１５に負の自
己バイアス直流電圧が印加され、形成される膜の密度，
応力等膜質を最適化する。
けられ、そこに不図示の排気装置が接続される。相互に
連接したプラズマ生成室１０１及び成膜室１０７内を減
圧するとともに、未反応の反応ガスや副生成物等を排出
する。更に、成膜室１０７内にはウエハ１１５を載置す
るウエハ載置台（基板載置台）１１２が設置されてい
る。ウエハ載置台１１２にはウエハ１１５を加熱するヒ
ータが内蔵され、ウエハ載置台１１２自身上下に移動す
るようになっている。また、ウエハ載置台１１２には周
波数13.56MHz又は１００ kHzの電力を供給するＲＦ電源
１１４がマッチングネットワーク１１３を介して接続さ
れている。ウエハ１１５に周波数13.56MHz又は１００ k
Hzの電力を印加することにより、ウエハ１１５に負の自
己バイアス直流電圧が印加され、形成される膜の密度，
応力等膜質を最適化する。
【００２０】 （ii）成膜方法及び半導体装置の製造方法の説明 次に、上記のＣＶＤ装置を用いた本発明の参考例に係る
成膜方法及び半導体装置の製造方法について図１
（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。図１（ａ），
（ｂ）は、上記ヘリコンモードのプラズマを用いたＣＶ
Ｄ装置により上記フッ素を含む有機化合物及び酸素含有
ガスを用いてフッ素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ膜）
を形成する方法について示す断面図である。
成膜方法及び半導体装置の製造方法について図１
（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。図１（ａ），
（ｂ）は、上記ヘリコンモードのプラズマを用いたＣＶ
Ｄ装置により上記フッ素を含む有機化合物及び酸素含有
ガスを用いてフッ素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ膜）
を形成する方法について示す断面図である。
【００２１】図１（ａ）はフッ素含有シリコン酸化膜１
４を形成する前の状態を示す。シリコン基板（半導体基
板）１１上のシリコン酸化膜１２の上に配線層１３ａ，
１３ｂが形成されている。フッ素含有シリコン酸化膜１
４は配線層１３ａ，１３ｂの被覆絶縁膜として形成され
る。このような状態でＣＶＤ装置の成膜室１０７内のウ
エハ載置台１１２上にシリコン基板１１を載置し、成膜
室１０７内を減圧する。続いて、基板を加熱し、温度２
００〜４００℃に保持する。
４を形成する前の状態を示す。シリコン基板（半導体基
板）１１上のシリコン酸化膜１２の上に配線層１３ａ，
１３ｂが形成されている。フッ素含有シリコン酸化膜１
４は配線層１３ａ，１３ｂの被覆絶縁膜として形成され
る。このような状態でＣＶＤ装置の成膜室１０７内のウ
エハ載置台１１２上にシリコン基板１１を載置し、成膜
室１０７内を減圧する。続いて、基板を加熱し、温度２
００〜４００℃に保持する。
【００２２】次に、減圧されたプラズマ生成室１０１に
Ｎ2 Ｏガスを導入するとともに、成膜室１０７のシリコ
ン基板１１上方にFSi(C2H5)3ガスを導入し、ガス圧力を
３〜２０ｍＴｏｒｒに保持する。Ｎ2 Ｏガスの流量は２
００ｓｃｃｍ以下で適宜調整される。次いで、基板載置
台１１２に周波数１３．５６ＭＨｚ，電力０．５〜１ｋ
Ｗの交流電力を供給して基板をバイアスするとともに、
マッチングネットワーク１０３を介してＲＦ電源１０４
により周波数１３．５６ＭＨｚ，電力０．５〜１ｋＷの
交流電力を外部アンテナ１０２に供給する。これによ
り、外部アンテナ１０２の２つの輪状の導線にそれぞれ
逆の方向にプラズマ生成室１０１を周回するＲＦ電流を
流し、電磁波を放射する。更に、内側ソースソレノイド
１０５及び外側ソースソレノイド１０６に電流を供給し
て軸方向の磁場を発生させる。
Ｎ2 Ｏガスを導入するとともに、成膜室１０７のシリコ
ン基板１１上方にFSi(C2H5)3ガスを導入し、ガス圧力を
３〜２０ｍＴｏｒｒに保持する。Ｎ2 Ｏガスの流量は２
００ｓｃｃｍ以下で適宜調整される。次いで、基板載置
台１１２に周波数１３．５６ＭＨｚ，電力０．５〜１ｋ
Ｗの交流電力を供給して基板をバイアスするとともに、
マッチングネットワーク１０３を介してＲＦ電源１０４
により周波数１３．５６ＭＨｚ，電力０．５〜１ｋＷの
交流電力を外部アンテナ１０２に供給する。これによ
り、外部アンテナ１０２の２つの輪状の導線にそれぞれ
逆の方向にプラズマ生成室１０１を周回するＲＦ電流を
流し、電磁波を放射する。更に、内側ソースソレノイド
１０５及び外側ソースソレノイド１０６に電流を供給し
て軸方向の磁場を発生させる。
【００２３】以上により、ヘリコン波が励起されて、プ
ラズマ生成室１０１内のＮ2 Ｏガスが活性化し、ヘリコ
ンモードの高密度（1012cm-3以上）のプラズマが生成す
る。生成されたプラズマは減圧された下流の成膜室１０
７に拡散し、シリコン基板１１上に供給されているFSi
(C2H5)3ガスと反応する。これにより、図１（ｂ）に示
すように、Ｎ2 ＯガスとFSi(C2H5)3ガスがシリコン基板
１１上で、以下のように反応してフッ素含有シリコン酸
化膜１４が堆積する。 FSi(OC2H5)3 ＋9O2 →6CO2＋15/2H2O ＋SiO3/2F このとき、FSi(OC2H5)3 の供給量が１００ｍｇ／分程度
で、凡そ１μｍ／分のデポレートが得られる。
ラズマ生成室１０１内のＮ2 Ｏガスが活性化し、ヘリコ
ンモードの高密度（1012cm-3以上）のプラズマが生成す
る。生成されたプラズマは減圧された下流の成膜室１０
７に拡散し、シリコン基板１１上に供給されているFSi
(C2H5)3ガスと反応する。これにより、図１（ｂ）に示
すように、Ｎ2 ＯガスとFSi(C2H5)3ガスがシリコン基板
１１上で、以下のように反応してフッ素含有シリコン酸
化膜１４が堆積する。 FSi(OC2H5)3 ＋9O2 →6CO2＋15/2H2O ＋SiO3/2F このとき、FSi(OC2H5)3 の供給量が１００ｍｇ／分程度
で、凡そ１μｍ／分のデポレートが得られる。
【００２４】なお、フッ素の含有濃度はFSi(C2H5)3とＮ
2 Ｏの流量比等により調整可能である。ＳｉＯ2 内の４
つのＳｉ−Ｏの結合のうち１つがＳｉ−Ｆで置換された
場合、理論上、ＳｉＯＦ膜中のフッ素濃度が２９％まで
多価のフッ素結合Si(-F)2 やSi(-F)3 は生じない。ま
た、Ｎ2 Ｏガスを用いているのは、窒素の酸化反応抑制
効果を利用して、フッ素含有ガス中のＳｉ−Ｆ結合が不
必要に分離されないようにするためである。また、酸化
性ガスとして、Ｎ2 Ｏガスの代わりに、ＮＯ2 ガスやＯ
2 ガスを用いることも可能である。
2 Ｏの流量比等により調整可能である。ＳｉＯ2 内の４
つのＳｉ−Ｏの結合のうち１つがＳｉ−Ｆで置換された
場合、理論上、ＳｉＯＦ膜中のフッ素濃度が２９％まで
多価のフッ素結合Si(-F)2 やSi(-F)3 は生じない。ま
た、Ｎ2 Ｏガスを用いているのは、窒素の酸化反応抑制
効果を利用して、フッ素含有ガス中のＳｉ−Ｆ結合が不
必要に分離されないようにするためである。また、酸化
性ガスとして、Ｎ2 Ｏガスの代わりに、ＮＯ2 ガスやＯ
2 ガスを用いることも可能である。
【００２５】次に、上記参考例に係る成膜方法により作
成されるフッ素含有シリコン酸化膜の特性について説明
する。図３〜図８の特性図において縦軸及び横軸の目盛
りは省略してあり、特性の傾向のみが分かるようになっ
ている。図３は、膜中のフッ素濃度とアンテナに加える
電力との関係について示す図である。縦軸はフッ素濃度
を示し、横軸は電力を示す。図３に示すように、電力を
上げるほどソースの分解によってフッ素が失われる。さ
らに電力を上げると再結合して膜中にも取り込まれるも
のと考えられる。
成されるフッ素含有シリコン酸化膜の特性について説明
する。図３〜図８の特性図において縦軸及び横軸の目盛
りは省略してあり、特性の傾向のみが分かるようになっ
ている。図３は、膜中のフッ素濃度とアンテナに加える
電力との関係について示す図である。縦軸はフッ素濃度
を示し、横軸は電力を示す。図３に示すように、電力を
上げるほどソースの分解によってフッ素が失われる。さ
らに電力を上げると再結合して膜中にも取り込まれるも
のと考えられる。
【００２６】図４は、膜中のフッ素濃度とガス圧との関
係について示す図である。縦軸はフッ素濃度を示し、横
軸はガス圧を示す。図４に示すように、ガス圧を低くす
るほどソースの分解によってフッ素が失われる。さらに
ガス圧を低くすると、再結合して膜中にも取り込まれる
ものと考えられる。図５は、膜中のフッ素濃度と酸素添
加量との関係について示す図である。縦軸はフッ素濃度
を示し、横軸は酸素添加量を示す。図５に示すように、
酸素添加量が増加するにつれてソースの分解や酸化が促
進され、フッ素濃度が低下する。
係について示す図である。縦軸はフッ素濃度を示し、横
軸はガス圧を示す。図４に示すように、ガス圧を低くす
るほどソースの分解によってフッ素が失われる。さらに
ガス圧を低くすると、再結合して膜中にも取り込まれる
ものと考えられる。図５は、膜中のフッ素濃度と酸素添
加量との関係について示す図である。縦軸はフッ素濃度
を示し、横軸は酸素添加量を示す。図５に示すように、
酸素添加量が増加するにつれてソースの分解や酸化が促
進され、フッ素濃度が低下する。
【００２７】図６は、膜の屈折率と外部アンテナに加え
る電力との関係について示す図である。縦軸は屈折率を
示し、横軸は電力を示す。屈折率はＦ添加量や膜密度と
相関があり、一般的にＦ添加量が増えるほど屈折率が減
少し、或いは膜密度が高くなるほど屈折率が増大する。
図６に示すように、電力が低い領域では有機成分が残り
やすいため屈折率が高く、電力の高い領域では緻密化と
フッ素の添加量の増加の効果が相殺され、ほぼ一定にな
る。
る電力との関係について示す図である。縦軸は屈折率を
示し、横軸は電力を示す。屈折率はＦ添加量や膜密度と
相関があり、一般的にＦ添加量が増えるほど屈折率が減
少し、或いは膜密度が高くなるほど屈折率が増大する。
図６に示すように、電力が低い領域では有機成分が残り
やすいため屈折率が高く、電力の高い領域では緻密化と
フッ素の添加量の増加の効果が相殺され、ほぼ一定にな
る。
【００２８】図７は、膜の屈折率とガス圧との関係につ
いて示す図である。縦軸は屈折率を示し、横軸はガス圧
を示す。図７に示すように、高いガス圧の領域では有機
成分が残りやすいため屈折率が高く、ガス圧が低い領域
では緻密化とフッ素の添加量の増加の効果が相殺され、
ほぼ一定になる。図８は、膜の屈折率と酸素添加量との
関係について示す図である。縦軸は屈折率を示し、横軸
は酸素添加量を示す。図８に示すように、ソースの分
解、酸化及びフッ素添加量の減少によって屈折率は増大
する。
いて示す図である。縦軸は屈折率を示し、横軸はガス圧
を示す。図７に示すように、高いガス圧の領域では有機
成分が残りやすいため屈折率が高く、ガス圧が低い領域
では緻密化とフッ素の添加量の増加の効果が相殺され、
ほぼ一定になる。図８は、膜の屈折率と酸素添加量との
関係について示す図である。縦軸は屈折率を示し、横軸
は酸素添加量を示す。図８に示すように、ソースの分
解、酸化及びフッ素添加量の減少によって屈折率は増大
する。
【００２９】図９（ａ）は大気放置前後のフッ素含有シ
リコン酸化膜１４中の結合をＦＴＩＲ（フーリエ変換赤
外分光法）によるスペクトル分布により調査した特性図
である。縦軸はリニア目盛りで表した吸収強度（任意単
位）を示し、横軸はリニア目盛りで表した波数（ｃ
ｍ-1）を示す。比較のため、平行平板型プラズマＣＶＤ
法により形成されたＳｉＯＦ膜の場合も示す。図９
（ｂ）は図９（ａ）の特定の波数部分を拡大した特性図
である。
リコン酸化膜１４中の結合をＦＴＩＲ（フーリエ変換赤
外分光法）によるスペクトル分布により調査した特性図
である。縦軸はリニア目盛りで表した吸収強度（任意単
位）を示し、横軸はリニア目盛りで表した波数（ｃ
ｍ-1）を示す。比較のため、平行平板型プラズマＣＶＤ
法により形成されたＳｉＯＦ膜の場合も示す。図９
（ｂ）は図９（ａ）の特定の波数部分を拡大した特性図
である。
【００３０】図９（ａ），（ｂ）に示すように、ヘリコ
ン波プラズマＣＶＤ法の場合、成膜直後でフッ素含有シ
リコン酸化膜１４中においてSi(-F)2 やSi(-F)3 のよう
な多価の結合の生成が抑制されている。また、大気放置
前後でSi-F（波数９４０ｃｍ -1）やOH（波数3670，3200
〜3500ｃｍ-1）のスペクトルに変化はなく、多価の結合
（波数９２０，９８８ｃｍ-1）や水分の吸収が生じてい
ないことを示している。一方、平行平板型プラズマＣＶ
Ｄ法により形成されたＳｉＯＦ膜では、大気放置後、Si
(-F)2 （波数９８８ｃｍ-1）やその他多価の結合（波数
９２０ｃｍ-1）が存在する。
ン波プラズマＣＶＤ法の場合、成膜直後でフッ素含有シ
リコン酸化膜１４中においてSi(-F)2 やSi(-F)3 のよう
な多価の結合の生成が抑制されている。また、大気放置
前後でSi-F（波数９４０ｃｍ -1）やOH（波数3670，3200
〜3500ｃｍ-1）のスペクトルに変化はなく、多価の結合
（波数９２０，９８８ｃｍ-1）や水分の吸収が生じてい
ないことを示している。一方、平行平板型プラズマＣＶ
Ｄ法により形成されたＳｉＯＦ膜では、大気放置後、Si
(-F)2 （波数９８８ｃｍ-1）やその他多価の結合（波数
９２０ｃｍ-1）が存在する。
【００３１】図１０はＴＤＳ（Thermal Disorption Spe
ctrum ）によるフッ化水素酸（ＨＦ）の脱離量を調査し
たものである。縦軸はカウント量を示し、横軸は温度
（℃）を示す。図１０に示すように、平行平板型プラズ
マの場合、４００℃以下の低温で脱離する水分が見られ
るのに対し、ヘリコン波プラズマの場合、より高温で脱
離し、脱離量も少なく、熱的に安定しているといえる。
ctrum ）によるフッ化水素酸（ＨＦ）の脱離量を調査し
たものである。縦軸はカウント量を示し、横軸は温度
（℃）を示す。図１０に示すように、平行平板型プラズ
マの場合、４００℃以下の低温で脱離する水分が見られ
るのに対し、ヘリコン波プラズマの場合、より高温で脱
離し、脱離量も少なく、熱的に安定しているといえる。
【００３２】図１１はＴＤＳによる水分（Ｈ2 Ｏ）の脱
離量を調査したものである。縦軸はカウント量を示し、
横軸は温度（℃）を示す。図１１に示すように、平行平
板型プラズマの場合では１５０℃付近の低温で脱離する
水分が多く、膜質が粗で、吸湿性が高いといえる。これ
に対して、ヘリコン波プラズマの場合には、膜が緻密で
あるため低温での水分の脱離量は少なく、耐吸湿性に優
れている。
離量を調査したものである。縦軸はカウント量を示し、
横軸は温度（℃）を示す。図１１に示すように、平行平
板型プラズマの場合では１５０℃付近の低温で脱離する
水分が多く、膜質が粗で、吸湿性が高いといえる。これ
に対して、ヘリコン波プラズマの場合には、膜が緻密で
あるため低温での水分の脱離量は少なく、耐吸湿性に優
れている。
【００３３】以上のように、本発明の参考例に係る成膜
方法によれば、一つのシリコンあたりフッ素が一つ結合
したＳｉ−Ｆ結合を有する成膜用ガスを用いることによ
り、フッ素含有シリコン酸化膜１４中にSi(-F)2 やSi(-
F)3 のような多価の結合の生成を抑制することができる
ため、耐吸湿性の向上を図ることができ、また大気中に
放置したとき耐吸湿性の低下を抑制することができる。
方法によれば、一つのシリコンあたりフッ素が一つ結合
したＳｉ−Ｆ結合を有する成膜用ガスを用いることによ
り、フッ素含有シリコン酸化膜１４中にSi(-F)2 やSi(-
F)3 のような多価の結合の生成を抑制することができる
ため、耐吸湿性の向上を図ることができ、また大気中に
放置したとき耐吸湿性の低下を抑制することができる。
【００３４】また、ヘリコンモードの高密度プラズマを
用いている。このため、有機ソースガスの分解が促進さ
れて膜中のＣやＨ等の不純物量やダングリングボンド等
の欠陥量の生成が抑制され、かつ膜密度の高いフッ素含
有シリコン酸化膜１４を形成することができる。これに
より、耐吸湿性の向上を図ることができ、また大気中に
放置したときその低下を抑制することができる。
用いている。このため、有機ソースガスの分解が促進さ
れて膜中のＣやＨ等の不純物量やダングリングボンド等
の欠陥量の生成が抑制され、かつ膜密度の高いフッ素含
有シリコン酸化膜１４を形成することができる。これに
より、耐吸湿性の向上を図ることができ、また大気中に
放置したときその低下を抑制することができる。
【００３５】更に、上記フッ素含有シリコン酸化膜を半
導体装置に適用した場合、上記フッ素含有シリコン酸化
膜は誘電率が小さく、かつ耐吸湿性が高いので、浮遊容
量を増大させることなく層間絶縁膜を薄くして半導体装
置の高密度化を図ることができ、かつ信頼性のよい半導
体装置を得ることができる。なお、上記では、一つのシ
リコンあたりフッ素が一つ結合したＳｉ−Ｆ結合を有す
る有機化合物としてトリエチルフルオロシラン（FSi(C2
H5)3）ガスを用いているが、トリメチルフルオロシラン
（FSi(CH3)3 ）を用いてもよい。この場合にも、フッ素
含有シリコン酸化膜１４中にSi(-F)2 やSi(-F)3 のよう
な多価の結合の生成を抑制し、耐吸湿性の向上を図るこ
とができる。
導体装置に適用した場合、上記フッ素含有シリコン酸化
膜は誘電率が小さく、かつ耐吸湿性が高いので、浮遊容
量を増大させることなく層間絶縁膜を薄くして半導体装
置の高密度化を図ることができ、かつ信頼性のよい半導
体装置を得ることができる。なお、上記では、一つのシ
リコンあたりフッ素が一つ結合したＳｉ−Ｆ結合を有す
る有機化合物としてトリエチルフルオロシラン（FSi(C2
H5)3）ガスを用いているが、トリメチルフルオロシラン
（FSi(CH3)3 ）を用いてもよい。この場合にも、フッ素
含有シリコン酸化膜１４中にSi(-F)2 やSi(-F)3 のよう
な多価の結合の生成を抑制し、耐吸湿性の向上を図るこ
とができる。
【００３６】また、一つのシリコンあたりフッ素が一つ
結合したＳｉ−Ｆ結合とＳｉ−Ｏ結合の両方を含む有機
化合物、例えば、トリエトキシフルオロシラン（FSi(OC
2H5) 3 ）や、トリメトキシフルオロシラン（FSi(OC
H3)3）や、テトラメチルジフルオロシロキサン（FSi(OC
H3)2-O-(CH3)2SiF）等を用いることができる。有機化合
物中にＳｉ−Ｏ結合を含むので、酸素含有ガスは供給し
なくてもよくなる。このため、酸素含有ガスの供給配管
が不要となるので、装置の簡略化を図ることができる。
結合したＳｉ−Ｆ結合とＳｉ−Ｏ結合の両方を含む有機
化合物、例えば、トリエトキシフルオロシラン（FSi(OC
2H5) 3 ）や、トリメトキシフルオロシラン（FSi(OC
H3)3）や、テトラメチルジフルオロシロキサン（FSi(OC
H3)2-O-(CH3)2SiF）等を用いることができる。有機化合
物中にＳｉ−Ｏ結合を含むので、酸素含有ガスは供給し
なくてもよくなる。このため、酸素含有ガスの供給配管
が不要となるので、装置の簡略化を図ることができる。
【００３７】（２）第２の実施の形態 次に、SiOBソースのヘリコン波プラズマを生成してＢＳ
Ｇ膜を形成する方法について以下に説明する。 （ｉ）ＳｉＯＢソースガスの説明 SiOBソースガスとして、例えば、一般式 (R1 3-Si-O)n -B-(OR2)3-n ｎ＝１，２，３ で表されるSi-O-B結合を有する有機化合物（以下、SiOB
ソースと称する。）がある。但し、R1 , R2はアルキル基
（alkyl group)或いはアリール基（aryl group)又はそ
れらに類する有機基を表す。アルキル基は、パラフィン
炭化水素から水素１原子を除いた残りの原子団をいい、
C n H2n+1 の一般式で表され、例えばメチル基(CH3) や
エチル基(C2H5)等がある。また、アリール基は、芳香族
炭化水素の核から水素１原子を除いた残基の総称をい
い、例えばフェニール基（C6H5-)等がある。
Ｇ膜を形成する方法について以下に説明する。 （ｉ）ＳｉＯＢソースガスの説明 SiOBソースガスとして、例えば、一般式 (R1 3-Si-O)n -B-(OR2)3-n ｎ＝１，２，３ で表されるSi-O-B結合を有する有機化合物（以下、SiOB
ソースと称する。）がある。但し、R1 , R2はアルキル基
（alkyl group)或いはアリール基（aryl group)又はそ
れらに類する有機基を表す。アルキル基は、パラフィン
炭化水素から水素１原子を除いた残りの原子団をいい、
C n H2n+1 の一般式で表され、例えばメチル基(CH3) や
エチル基(C2H5)等がある。また、アリール基は、芳香族
炭化水素の核から水素１原子を除いた残基の総称をい
い、例えばフェニール基（C6H5-)等がある。
【００３８】アルキル基を有するSiOBソースの最も代表
的な例として、R1がメチル基で、ｎ＝３の場合に相当す
るトリストリメチルシリルボレート（Tris-trimethylsi
lyl-borate）があり、表１のNo.1に示すように、 ((CH3)3SiO)3-B の構造式で表される。但し、表１中、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3
はアルキル基或いはアリール基又はそれらに類する有機
基を表し、各具体例としてＲ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 が共にメチ
ル基の場合について示している。
的な例として、R1がメチル基で、ｎ＝３の場合に相当す
るトリストリメチルシリルボレート（Tris-trimethylsi
lyl-borate）があり、表１のNo.1に示すように、 ((CH3)3SiO)3-B の構造式で表される。但し、表１中、Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3
はアルキル基或いはアリール基又はそれらに類する有機
基を表し、各具体例としてＲ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 が共にメチ
ル基の場合について示している。
【００３９】
【表１】
【００４０】このSiOBソースは、沸点が184.5 ℃であ
り、ＴＥＯＳとほぼ同等の値を有し、極めて使いやすい
公知の物質である。このSiOBソースをキャリアガスに含
ませたSiOBソースガスを用いたＣＶＤ法の例として、温
度７００℃以上でSiOBソースガスを熱分解するＣＶＤ法
や、プラズマＣＶＤ法が知られている。また、上記のSi
OBソース以外の他のSiOBソースを用いることも可能であ
る。
り、ＴＥＯＳとほぼ同等の値を有し、極めて使いやすい
公知の物質である。このSiOBソースをキャリアガスに含
ませたSiOBソースガスを用いたＣＶＤ法の例として、温
度７００℃以上でSiOBソースガスを熱分解するＣＶＤ法
や、プラズマＣＶＤ法が知られている。また、上記のSi
OBソース以外の他のSiOBソースを用いることも可能であ
る。
【００４１】ヘリコン波プラズマＣＶＤ法の反応ガスと
して、上記SiOBソースガスに、SiOBソースを酸化し、分
解するための酸素（Ｏ2 ）やオゾン（Ｏ3 ）或いはＮ2
Ｏを加えた混合ガスが用いられる。 （ii）成膜方法及び半導体装置の製造方法の説明 本発明の実施の形態に係る、上記のSiOBソースと酸素
（Ｏ2 ）の混合ガスを用いたヘリコン波プラズマＣＶＤ
法により半導体基板上にＢＳＧ膜を形成する方法につい
て図１２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
して、上記SiOBソースガスに、SiOBソースを酸化し、分
解するための酸素（Ｏ2 ）やオゾン（Ｏ3 ）或いはＮ2
Ｏを加えた混合ガスが用いられる。 （ii）成膜方法及び半導体装置の製造方法の説明 本発明の実施の形態に係る、上記のSiOBソースと酸素
（Ｏ2 ）の混合ガスを用いたヘリコン波プラズマＣＶＤ
法により半導体基板上にＢＳＧ膜を形成する方法につい
て図１２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００４２】図１２（ａ）〜（ｃ）は、下部配線層１３
を被覆する層間絶縁膜としてＢＳＧ膜２４を形成する方
法を示す断面図である。この場合、SiOBソースとして、
構造式 ((CH3)3SiO)3B で表される前記トリストリメチルシリルボレートを用
い、これに酸化性ガスとしての酸素（Ｏ2 ）を添加した
混合ガス、 ((CH3)3SiO)3B ＋Ｏ2 を反応ガスとして用いる。
を被覆する層間絶縁膜としてＢＳＧ膜２４を形成する方
法を示す断面図である。この場合、SiOBソースとして、
構造式 ((CH3)3SiO)3B で表される前記トリストリメチルシリルボレートを用
い、これに酸化性ガスとしての酸素（Ｏ2 ）を添加した
混合ガス、 ((CH3)3SiO)3B ＋Ｏ2 を反応ガスとして用いる。
【００４３】図１２（ａ）はＢＳＧ膜を形成する前のウ
エハの状態を示し、ウエハ（基板）１１５にはシリコン
からなる半導体基板２１上にシリコン酸化膜からなる下
地絶縁膜２２が形成され、更に下地絶縁膜２２上にＡｌ
膜からなる下部配線層２３が形成されている。ボロン含
有シリコン酸化膜２４は下部配線層２３と上部配線層２
５の間の層間絶縁膜として形成される。
エハの状態を示し、ウエハ（基板）１１５にはシリコン
からなる半導体基板２１上にシリコン酸化膜からなる下
地絶縁膜２２が形成され、更に下地絶縁膜２２上にＡｌ
膜からなる下部配線層２３が形成されている。ボロン含
有シリコン酸化膜２４は下部配線層２３と上部配線層２
５の間の層間絶縁膜として形成される。
【００４４】このような状態で、ウエハ１１５を図２に
示すＣＶＤ成膜装置の成膜室１０７内に入れてウエハ載
置台１１２に載せ、不図示の内蔵ヒータによりウエハ１
１５を温度２００〜４００℃に加熱する。次いで、プラ
ズマ生成室１０１内及び成膜室１０７内を減圧し、所定
の圧力に達したら、流量２００ｓｃｃｍ以下のＯ2 ガス
をプラズマ生成室１０１内に導入するとともに、成膜室
１０７内に所定の流量のＮ2 等のキャリアガスにSiOBソ
ースを含有させたSiOBソースガスを導入する。なお、キ
ャリアガスを用いないでSiOBソースガスを蒸発させるこ
とによっても得られる。
示すＣＶＤ成膜装置の成膜室１０７内に入れてウエハ載
置台１１２に載せ、不図示の内蔵ヒータによりウエハ１
１５を温度２００〜４００℃に加熱する。次いで、プラ
ズマ生成室１０１内及び成膜室１０７内を減圧し、所定
の圧力に達したら、流量２００ｓｃｃｍ以下のＯ2 ガス
をプラズマ生成室１０１内に導入するとともに、成膜室
１０７内に所定の流量のＮ2 等のキャリアガスにSiOBソ
ースを含有させたSiOBソースガスを導入する。なお、キ
ャリアガスを用いないでSiOBソースガスを蒸発させるこ
とによっても得られる。
【００４５】次に、プラズマ生成室１０１内及び成膜室
１０７内の圧力を３〜２０ｍＴｏｒｒに保持する。ウエ
ハ載置台１１２に周波数１３．５６ＭＨｚ，電力０．５
〜１ｋＷの交流電力を供給してウエハ１１５をバイアス
するとともに、外部アンテナ１０２に周波数１３．５６
ＭＨｚ，電力１〜３ｋＷの交流電力を供給する。これに
より、ウエハ１１５が負の電圧にバイアスされるととも
に、プラズマ生成室１０１内のＯ2 ガスが活性化し、酸
素のヘリコン波プラズマが生成する。そのヘリコン波プ
ラズマは下流の成膜室１０７に流れていき、SiOBソース
ガスを活性化する。この活性化したSiOBソースと酸素の
ヘリコン波プラズマとは以下のように反応し、ウエハ１
１５上にＢＳＧ膜２４が堆積されはじめる。 ((CH3)3SiO)3B ＋18Ｏ2 →(SiO2)3(B2O3)1/2＋9CO2＋27
/2H2O このとき、((CH3)3SiO)3B の供給量を５０ｍｇ／分とす
ると、ＢＳＧ膜のデポレートは凡そ１μｍ／分となる。
１０７内の圧力を３〜２０ｍＴｏｒｒに保持する。ウエ
ハ載置台１１２に周波数１３．５６ＭＨｚ，電力０．５
〜１ｋＷの交流電力を供給してウエハ１１５をバイアス
するとともに、外部アンテナ１０２に周波数１３．５６
ＭＨｚ，電力１〜３ｋＷの交流電力を供給する。これに
より、ウエハ１１５が負の電圧にバイアスされるととも
に、プラズマ生成室１０１内のＯ2 ガスが活性化し、酸
素のヘリコン波プラズマが生成する。そのヘリコン波プ
ラズマは下流の成膜室１０７に流れていき、SiOBソース
ガスを活性化する。この活性化したSiOBソースと酸素の
ヘリコン波プラズマとは以下のように反応し、ウエハ１
１５上にＢＳＧ膜２４が堆積されはじめる。 ((CH3)3SiO)3B ＋18Ｏ2 →(SiO2)3(B2O3)1/2＋9CO2＋27
/2H2O このとき、((CH3)3SiO)3B の供給量を５０ｍｇ／分とす
ると、ＢＳＧ膜のデポレートは凡そ１μｍ／分となる。
【００４６】この状態を所定の時間保持すると、図１２
（ｂ）に示すように、ウエハ１１５上に所定の膜厚のＢ
ＳＧ膜２４が形成される。このとき、ウエハ１１５の温
度が４００℃以下なので、Ａｌ膜からなる下部配線層２
３を形成した状態で、層間絶縁膜の形成が可能であり、
かつＡｌ膜が大きな熱歪みを受けるのを防止することが
できる。
（ｂ）に示すように、ウエハ１１５上に所定の膜厚のＢ
ＳＧ膜２４が形成される。このとき、ウエハ１１５の温
度が４００℃以下なので、Ａｌ膜からなる下部配線層２
３を形成した状態で、層間絶縁膜の形成が可能であり、
かつＡｌ膜が大きな熱歪みを受けるのを防止することが
できる。
【００４７】なお、その後、図１２（ｃ）に示すよう
に，ＢＳＧ膜２４上にＡｌ膜等からなる上部配線層２５
が形成される。以上のように、本発明の実施例の成膜方
法によれば、Si-O-B結合を有する有機化合物と酸素（Ｏ
2 ）の混合ガスのヘリコン波プラズマを生成し、反応さ
せてＢＳＧ膜２４を形成している。
に，ＢＳＧ膜２４上にＡｌ膜等からなる上部配線層２５
が形成される。以上のように、本発明の実施例の成膜方
法によれば、Si-O-B結合を有する有機化合物と酸素（Ｏ
2 ）の混合ガスのヘリコン波プラズマを生成し、反応さ
せてＢＳＧ膜２４を形成している。
【００４８】Si-O-B結合を有するソースガスを用いてい
るので、成膜直後のＢＳＧ膜２４は、構成要素としてSi
-O-B結合がそのまま取り込まれる。このため、ガラスと
しての構造を有し、成膜直後のＢＳＧ膜２４は、高い緻
密性と低い吸湿性を有する。しかも、ヘリコン波プラズ
マＣＶＤ法を用いているため、熱ＣＶＤ法や平行平板型
プラズマＣＶＤ法に比べて、膜質が緻密で、ボロンが膜
中に安定して取り込まれる。そのため、ＢＳＧ膜２４を
大気中に放置した場合でも、ＢＳＧ膜２４中に水分が吸
収されるのを抑制することが可能である。
るので、成膜直後のＢＳＧ膜２４は、構成要素としてSi
-O-B結合がそのまま取り込まれる。このため、ガラスと
しての構造を有し、成膜直後のＢＳＧ膜２４は、高い緻
密性と低い吸湿性を有する。しかも、ヘリコン波プラズ
マＣＶＤ法を用いているため、熱ＣＶＤ法や平行平板型
プラズマＣＶＤ法に比べて、膜質が緻密で、ボロンが膜
中に安定して取り込まれる。そのため、ＢＳＧ膜２４を
大気中に放置した場合でも、ＢＳＧ膜２４中に水分が吸
収されるのを抑制することが可能である。
【００４９】また、ヘリコン波プラズマを生成している
ため、SiOBソースの分解性が高まる。このため、成膜中
のウエハ１１５の温度が４００℃以下の低温である場合
でも、成膜直後の状態でSi-O-B結合を有するＢＳＧ膜２
４を形成することが可能である。更に、ソースガスの分
解が促進されるため、形成膜中に不純物（炭素や水素）
が取り込まれるのを抑制することができるとともに、高
い緻密性を有するＢＳＧ膜２４を形成することができ
る。これにより、大気中に放置した場合に耐吸湿性の低
下を抑制することができる。
ため、SiOBソースの分解性が高まる。このため、成膜中
のウエハ１１５の温度が４００℃以下の低温である場合
でも、成膜直後の状態でSi-O-B結合を有するＢＳＧ膜２
４を形成することが可能である。更に、ソースガスの分
解が促進されるため、形成膜中に不純物（炭素や水素）
が取り込まれるのを抑制することができるとともに、高
い緻密性を有するＢＳＧ膜２４を形成することができ
る。これにより、大気中に放置した場合に耐吸湿性の低
下を抑制することができる。
【００５０】更に、上記のボロン含有シリコン酸化膜は
耐吸湿性が高いので、信頼性のよい半導体装置を得るこ
とができる。なお、上記の実施例では、Si-O-Bの結合を
有する有機化合物と酸素（Ｏ2 ）の混合ガスを用いてＢ
ＳＧ膜２４を形成しているが、これらのガスに更にテト
ラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）を加えることも
できる。これにより、形成されるＢＳＧ膜中のＢの濃度
を一層細かく調整することができる。
耐吸湿性が高いので、信頼性のよい半導体装置を得るこ
とができる。なお、上記の実施例では、Si-O-Bの結合を
有する有機化合物と酸素（Ｏ2 ）の混合ガスを用いてＢ
ＳＧ膜２４を形成しているが、これらのガスに更にテト
ラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）を加えることも
できる。これにより、形成されるＢＳＧ膜中のＢの濃度
を一層細かく調整することができる。
【００５１】
【発明の効果】以上のように、本発明の成膜方法におい
ては、ＳｉＯＢソースを用いているので、Si-O-B結合が
ＢＳＧ膜の構成要素として取り込まれ、これにより、成
膜直後のＢＳＧ膜はガラスとしての構造を有するので、
高い緻密性と耐吸湿性を有する。
ては、ＳｉＯＢソースを用いているので、Si-O-B結合が
ＢＳＧ膜の構成要素として取り込まれ、これにより、成
膜直後のＢＳＧ膜はガラスとしての構造を有するので、
高い緻密性と耐吸湿性を有する。
【００５２】
【００５３】更に、ヘリコンモードの高密度プラズマを
生成し、反応させて成膜しているので、ソースガスの有
機成分の分解を促進し、形成膜中に不純物（炭素や水
素）が取り込まれるのを抑制することができるととも
に、高い緻密性を有するボロン含有シリコン酸化膜を形
成することができる。これにより、大気中に放置した場
合に耐吸湿性の低下を防止することができる。
生成し、反応させて成膜しているので、ソースガスの有
機成分の分解を促進し、形成膜中に不純物（炭素や水
素）が取り込まれるのを抑制することができるととも
に、高い緻密性を有するボロン含有シリコン酸化膜を形
成することができる。これにより、大気中に放置した場
合に耐吸湿性の低下を防止することができる。
【００５４】また、本発明の半導体装置の製造方法にお
いては、本発明に係る成膜方法を用いてボロン含有シリ
コン酸化膜を形成している。このようなボロン含有シリ
コン酸化膜は誘電率が小さく、かつ耐吸湿性が高いの
で、浮遊容量を増大させることなく層間絶縁膜を薄くし
て半導体装置の高密度化を図ることができる。しかもボ
ロン含有シリコン酸化膜は膜中のイオンを捕獲すること
ができ、かつ耐吸湿性が高いので、信頼性のよい半導体
装置を得ることができる。
いては、本発明に係る成膜方法を用いてボロン含有シリ
コン酸化膜を形成している。このようなボロン含有シリ
コン酸化膜は誘電率が小さく、かつ耐吸湿性が高いの
で、浮遊容量を増大させることなく層間絶縁膜を薄くし
て半導体装置の高密度化を図ることができる。しかもボ
ロン含有シリコン酸化膜は膜中のイオンを捕獲すること
ができ、かつ耐吸湿性が高いので、信頼性のよい半導体
装置を得ることができる。
【図１】図１（ａ），（ｂ）は本発明の参考例に係るヘ
リコン波プラズマによるフッ素含有シリコン酸化膜の形
成方法について示す断面図である。
リコン波プラズマによるフッ素含有シリコン酸化膜の形
成方法について示す断面図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態に係るヘリコン波プ
ラズマによるフッ素又はボロン含有シリコン酸化膜を形
成するためのＣＶＤ装置の構成について示す側面図であ
る。
ラズマによるフッ素又はボロン含有シリコン酸化膜を形
成するためのＣＶＤ装置の構成について示す側面図であ
る。
【図３】図３は本発明の参考例に係るフッ素含有シリコ
ン酸化膜中のフッ素濃度とヘリコン波プラズマ生成電力
との相関を示す特性図である。
ン酸化膜中のフッ素濃度とヘリコン波プラズマ生成電力
との相関を示す特性図である。
【図４】図４は本発明の参考例に係るフッ素含有シリコ
ン酸化膜中のフッ素濃度と反応ガスのガス圧力との相関
を示す特性図である。
ン酸化膜中のフッ素濃度と反応ガスのガス圧力との相関
を示す特性図である。
【図５】図５は本発明の参考例に係るフッ素含有シリコ
ン酸化膜中のフッ素濃度と酸素添加量との相関を示す特
性図である。
ン酸化膜中のフッ素濃度と酸素添加量との相関を示す特
性図である。
【図６】図６は本発明の参考例に係るフッ素含有シリコ
ン酸化膜の屈折率とヘリコン波プラズマ生成電力との相
関を示す特性図である。
ン酸化膜の屈折率とヘリコン波プラズマ生成電力との相
関を示す特性図である。
【図７】図７は本発明の参考例に係るフッ素含有シリコ
ン酸化膜の屈折率と反応ガスのガス圧力との相関を示す
特性図である。
ン酸化膜の屈折率と反応ガスのガス圧力との相関を示す
特性図である。
【図８】図８は本発明の参考例に係るフッ素含有シリコ
ン酸化膜の屈折率と酸素添加量との相関を示す特性図で
ある。
ン酸化膜の屈折率と酸素添加量との相関を示す特性図で
ある。
【図９】図９（ａ）は大気放置前後の、本発明の参考例
に係るフッ素含有シリコン酸化膜中の結合をＦＴＩＲ
（フーリエ変換赤外分光法）によるスペクトル分布によ
り調査した特性図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の特
定の波数部分を拡大した特性図である。
に係るフッ素含有シリコン酸化膜中の結合をＦＴＩＲ
（フーリエ変換赤外分光法）によるスペクトル分布によ
り調査した特性図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の特
定の波数部分を拡大した特性図である。
【図１０】図１０は本発明の参考例に係るフッ素含有シ
リコン酸化膜についてＴＤＳ（Thermal Disorption Spe
ctrum ）によるフッ化水素酸（ＨＦ）の脱離量を調査し
た特性図である。
リコン酸化膜についてＴＤＳ（Thermal Disorption Spe
ctrum ）によるフッ化水素酸（ＨＦ）の脱離量を調査し
た特性図である。
【図１１】図１１は本発明の参考例に係るフッ素含有シ
リコン酸化膜についてＴＤＳによる水分（Ｈ2 Ｏ）の脱
離量を調査した特性図である。
リコン酸化膜についてＴＤＳによる水分（Ｈ2 Ｏ）の脱
離量を調査した特性図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態
に係るヘリコン波プラズマによるボロン含有シリコン酸
化膜の形成方法について示す断面図である。
に係るヘリコン波プラズマによるボロン含有シリコン酸
化膜の形成方法について示す断面図である。
【図１３】図１３（ａ），（ｂ）は従来例に係るヘリコ
ン波プラズマによるフッ素含有シリコン酸化膜の形成方
法について示す断面図である。
ン波プラズマによるフッ素含有シリコン酸化膜の形成方
法について示す断面図である。
１１，２１ シリコン基板（半導体基板）、 １２，２２ シリコン酸化膜（下地絶縁膜）、 １３ａ，１３ｂ 配線層、 １４ ＳｉＯＦ膜（フッ素含有シリコン酸化膜）、 ２３ 下部配線層、 ２４ ＢＳＧ膜（ボロン含有シリコン酸化膜）、 ２５ 上部配線層、 １０１ プラズマ生成室、 １０２ 外部アンテナ、 １０３ マッチングネットワーク、 １０４ ＲＦ電源、 １０５ 内側ソースソレノイド、 １０６ 外側ソースソレノイド、 １０７ 成膜室、 １０８ 第１の反応ガス導入管、 １０９ 第２の反応ガス導入管、 １０９ａ ガス放出部、 １１０ 多極永久磁石、 １１１ 排気口、 １１２ ウエハ載置台（基板載置台）、 １１５ ウエハ（基板）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 信夫 東京都港区三田３−11−28キヤノン販売 株式会社内 (72)発明者 前田 和夫 東京都港区港南２−13−29 株式会社半 導体プロセス研究所内 (56)参考文献 特開 平７−74245（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−111261（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−135204（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/31 C23C 16/40 H01L 21/316
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｓｉ−Ｏ−Ｂ結合を有する有機化合物と
酸素含有ガスを含む反応ガスのヘリコン波プラズマを生
成し、これらを反応させてボロン含有シリコン酸化膜を
形成することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項２】 前記Ｓｉ−Ｏ−Ｂ結合を有する有機化合
物は、一般式 （Ｒ1 3ＳｉＯ）n −Ｂ−（ＯＲ2 ）3-n （ｎ＝１，２，
３） 、又は （Ｒ1 3ＳｉＯ）2 −ＢＯＢ−（ＯＳｉＲ2 3）2 、又は （Ｒ1 3ＳｉＯ）2 −Ｂ−（ＯＳｉＲ2 2）−ＯＢ−（ＯＳ
ｉＲ3 3）2 、又は （Ｒ1 3ＳｉＯ）n −ＢＲ2 3-n（ｎ＝１，２） （Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 は、アルキル基、又はアリール基、
又はそれらに類する有機基）で表されるものであること
を特徴とする請求項１に記載の成膜方法。 - 【請求項３】 前記酸素含有ガスは、一酸化窒素（Ｎ2
Ｏ）ガス、酸素（Ｏ2 ）ガス、又はオゾン（Ｏ3 ）ガス
であることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8083728A JP2991657B2 (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | 成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8083728A JP2991657B2 (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | 成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09275103A JPH09275103A (ja) | 1997-10-21 |
| JP2991657B2 true JP2991657B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=13810592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8083728A Expired - Lifetime JP2991657B2 (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | 成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2991657B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3827056B2 (ja) | 1999-03-17 | 2006-09-27 | キヤノンマーケティングジャパン株式会社 | 層間絶縁膜の形成方法及び半導体装置 |
| JP3084367B1 (ja) | 1999-03-17 | 2000-09-04 | キヤノン販売株式会社 | 層間絶縁膜の形成方法及び半導体装置 |
| JP3184177B2 (ja) | 1999-03-26 | 2001-07-09 | キヤノン販売株式会社 | 層間絶縁膜の形成方法、半導体製造装置、及び半導体装置 |
| JP3757698B2 (ja) * | 1999-09-07 | 2006-03-22 | 富士ゼロックス株式会社 | 半導体製造装置および半導体製造システム |
| DE10085212B4 (de) * | 1999-11-30 | 2008-11-20 | Intel Corporation, Santa Clara | Dielektrische Schicht, integrierte Schaltung und Verfahren zu deren Herstellung |
| JP3419745B2 (ja) | 2000-02-28 | 2003-06-23 | キヤノン販売株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US7955994B2 (en) | 2007-10-18 | 2011-06-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and electronic appliance |
| JP5003503B2 (ja) * | 2008-01-17 | 2012-08-15 | 三菱電機株式会社 | 石英系ガラスの製造方法および光デバイスの製造方法 |
-
1996
- 1996-04-05 JP JP8083728A patent/JP2991657B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09275103A (ja) | 1997-10-21 |
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|---|---|---|---|
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