JP3169565B2 - 低誘電率絶縁膜およびその形成方法、ならびに半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
低誘電率絶縁膜およびその形成方法、ならびに半導体装置およびその製造方法Info
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- JP3169565B2 JP3169565B2 JP01246897A JP1246897A JP3169565B2 JP 3169565 B2 JP3169565 B2 JP 3169565B2 JP 01246897 A JP01246897 A JP 01246897A JP 1246897 A JP1246897 A JP 1246897A JP 3169565 B2 JP3169565 B2 JP 3169565B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
多層配線構造における低誘電率の絶縁膜の形成技術、及
びこの絶縁膜を用いた半導体装置の製造技術に関する。
多層配線構造における低誘電率の絶縁膜の形成技術、及
びこの絶縁膜を用いた半導体装置の製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の集積度の増加及
び素子密度の向上に伴い、特に半導体素子の多層化への
要求が高まっている。また、それとともに、そうした高
集積度の半導体集積回路においては配線遅延の問題が顕
在化してきている。
び素子密度の向上に伴い、特に半導体素子の多層化への
要求が高まっている。また、それとともに、そうした高
集積度の半導体集積回路においては配線遅延の問題が顕
在化してきている。
【０００３】配線遅延（Ｔ）は、配線抵抗（Ｒ）と配線
間の容量（Ｃ）に影響を受け、下記の式（１）で示され
る。
間の容量（Ｃ）に影響を受け、下記の式（１）で示され
る。
【０００４】
【数１】
【０００５】また、式（１）における配線間容量Ｃは次
の式（２）で表される。
の式（２）で表される。
【０００６】
【数２】
【０００７】この式のε0 は真空の誘電率、εr は絶縁
膜の誘電率、Ｓは電極面積、ｄは膜厚である。従って、
配線遅延を少なくするためには、絶縁膜の低誘電率化が
有効な手段となる。
膜の誘電率、Ｓは電極面積、ｄは膜厚である。従って、
配線遅延を少なくするためには、絶縁膜の低誘電率化が
有効な手段となる。
【０００８】従来、半導体集積回路の多層配線構造にお
ける絶縁膜材料としては、二酸化珪素（ＳｉＯ2 ) 、窒
化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）等の無
機膜、あるいはポリイミド、有機ＳＯＧなどの有機系高
分子が用いられてきた。
ける絶縁膜材料としては、二酸化珪素（ＳｉＯ2 ) 、窒
化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）等の無
機膜、あるいはポリイミド、有機ＳＯＧなどの有機系高
分子が用いられてきた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の無機膜のうちで
最も低い誘電率を示すＣＶＤ成長したＳｉＯ2 膜で、誘
電率は約４程度である。また、低誘電率ＣＶＤ膜として
検討されているＳｉＯＦ膜は、誘電率が約３．５〜３．
８であるが、吸湿性が高いため誘電率が上昇しやすいと
いう問題がある。一方、２．５〜３と低い誘電率を示す
有機高分子膜では、ガラス転移温度が２００〜３５０℃
と低く、熱膨張率も大きいことから、配線へのダメージ
が問題となっている。また、有機ＳＯＧ膜は、レジスト
剥離などに用いられている酸素プラズマアッシングによ
り酸化を受け、クラックを生じるという欠点を有してい
る。更に、有機ＳＯＧを含む有機系樹脂は、配線材料で
あるアルミニウムやアルミニウムを主体とした合金に対
する、あるいは銅や銅を主体とした合金に対する密着性
が低いため、絶縁膜形成後に配線脇にボイドを生じ、膜
が吸湿した際に水分が配線脇にたまることから配線腐食
を招く可能性があり、そのため信頼性を低下させる問題
がある。
最も低い誘電率を示すＣＶＤ成長したＳｉＯ2 膜で、誘
電率は約４程度である。また、低誘電率ＣＶＤ膜として
検討されているＳｉＯＦ膜は、誘電率が約３．５〜３．
８であるが、吸湿性が高いため誘電率が上昇しやすいと
いう問題がある。一方、２．５〜３と低い誘電率を示す
有機高分子膜では、ガラス転移温度が２００〜３５０℃
と低く、熱膨張率も大きいことから、配線へのダメージ
が問題となっている。また、有機ＳＯＧ膜は、レジスト
剥離などに用いられている酸素プラズマアッシングによ
り酸化を受け、クラックを生じるという欠点を有してい
る。更に、有機ＳＯＧを含む有機系樹脂は、配線材料で
あるアルミニウムやアルミニウムを主体とした合金に対
する、あるいは銅や銅を主体とした合金に対する密着性
が低いため、絶縁膜形成後に配線脇にボイドを生じ、膜
が吸湿した際に水分が配線脇にたまることから配線腐食
を招く可能性があり、そのため信頼性を低下させる問題
がある。
【００１０】本発明の目的は、従来の絶縁膜に比べて低
誘電率の絶縁膜の形成技術を提供するとともに、信頼性
の高い半導体装置の製造技術を提供することにある。
誘電率の絶縁膜の形成技術を提供するとともに、信頼性
の高い半導体装置の製造技術を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の低誘電率絶縁膜
は、第一の側面においては、水素及びフッ素を含有する
シロキサン系樹脂を基材上に塗布して被膜を形成し、こ
の被膜に酸素含有雰囲気中において２００〜３５０℃の
温度で第一の熱処理を施し、次に不活性雰囲気中におい
て３００〜４５０℃の温度で第二の熱処理を施すことに
より形成したことを特徴とする絶縁膜である。
は、第一の側面においては、水素及びフッ素を含有する
シロキサン系樹脂を基材上に塗布して被膜を形成し、こ
の被膜に酸素含有雰囲気中において２００〜３５０℃の
温度で第一の熱処理を施し、次に不活性雰囲気中におい
て３００〜４５０℃の温度で第二の熱処理を施すことに
より形成したことを特徴とする絶縁膜である。
【００１２】第二の側面において、本発明の低誘電率絶
縁膜は、水素及びフッ素を含有するシロキサン系樹脂を
基材上に塗布して被膜を形成し、この被膜に酸素含有雰
囲気中において２００〜３５０℃の温度で第一の熱処理
を施し、次いで被膜の表面に耐酸化性膜を形成してか
ら、３００〜４５０℃の温度で第二の熱処理を施すこと
により形成したことを特徴とするものである。
縁膜は、水素及びフッ素を含有するシロキサン系樹脂を
基材上に塗布して被膜を形成し、この被膜に酸素含有雰
囲気中において２００〜３５０℃の温度で第一の熱処理
を施し、次いで被膜の表面に耐酸化性膜を形成してか
ら、３００〜４５０℃の温度で第二の熱処理を施すこと
により形成したことを特徴とするものである。
【００１３】一方、第一の側面において本発明の半導体
装置は、半導体基板と、その上に形成された複数の配線
層と複数の絶縁膜とを含む半導体装置であって、当該絶
縁膜のうちの少なくとも一つが、水素及びフッ素を含有
するシロキサン系樹脂を基材上に塗布して被膜を形成
し、この被膜に酸素含有雰囲気中において２００〜３５
０℃の温度で第一の熱処理を施し、次に不活性雰囲気中
において３００〜４５０℃の温度で第二の熱処理を施す
ことにより形成したものであることを特徴とする。
装置は、半導体基板と、その上に形成された複数の配線
層と複数の絶縁膜とを含む半導体装置であって、当該絶
縁膜のうちの少なくとも一つが、水素及びフッ素を含有
するシロキサン系樹脂を基材上に塗布して被膜を形成
し、この被膜に酸素含有雰囲気中において２００〜３５
０℃の温度で第一の熱処理を施し、次に不活性雰囲気中
において３００〜４５０℃の温度で第二の熱処理を施す
ことにより形成したものであることを特徴とする。
【００１４】また、第二の側面において本発明の半導体
装置は、半導体基板と、その上に形成された複数の配線
層と複数の絶縁膜とを含む半導体装置であって、当該絶
縁膜のうちの少なくとも一つが、水素及びフッ素を含有
するシロキサン系樹脂を基材上に塗布して被膜を形成
し、この被膜に酸素含有雰囲気中において２００〜３５
０℃の温度で第一の熱処理を施し、次いで被膜の表面に
耐酸化性膜を形成してから、３００〜４５０℃の温度で
第二の熱処理を施すことにより形成したものであること
を特徴とする。
装置は、半導体基板と、その上に形成された複数の配線
層と複数の絶縁膜とを含む半導体装置であって、当該絶
縁膜のうちの少なくとも一つが、水素及びフッ素を含有
するシロキサン系樹脂を基材上に塗布して被膜を形成
し、この被膜に酸素含有雰囲気中において２００〜３５
０℃の温度で第一の熱処理を施し、次いで被膜の表面に
耐酸化性膜を形成してから、３００〜４５０℃の温度で
第二の熱処理を施すことにより形成したものであること
を特徴とする。
【００１５】本発明において、「基材」とは、その表面
に水素及びフッ素を含有するシロキサン系樹脂を塗布し
て低誘電率絶縁膜を形成しようとする材料のことであ
る。従って、本発明で言う「基材」には、その上に配線
層と絶縁層を積層して半導体装置を製造するための半導
体基板（例、シリコン基板）も含まれ、またそのような
半導体基板上に既に配線層や絶縁層が形成されているも
のも含まれる。
に水素及びフッ素を含有するシロキサン系樹脂を塗布し
て低誘電率絶縁膜を形成しようとする材料のことであ
る。従って、本発明で言う「基材」には、その上に配線
層と絶縁層を積層して半導体装置を製造するための半導
体基板（例、シリコン基板）も含まれ、またそのような
半導体基板上に既に配線層や絶縁層が形成されているも
のも含まれる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明で用いられる水素及びフッ
素を含有するシロキサン系樹脂は、分子中に炭素原子を
実質的に含まず、水素原子とフッ素原子を含むシロキサ
ン系樹脂であれば、どのようなものでもよい。炭素原子
を実質的に含まないというのは、シロキサン系樹脂の合
成に用いられる原料に由来するような、あるいは原料中
に含まれていることのある不純物に由来するような、微
量の炭素原子が存在することを全く許容しないというこ
とではない。本発明で用いられる水素及びフッ素を含有
するシロキサン系樹脂の一例として、下式で表される、
ラダー構造のフッ素含有水素シルセスキオキサン樹脂を
挙げることができる。
素を含有するシロキサン系樹脂は、分子中に炭素原子を
実質的に含まず、水素原子とフッ素原子を含むシロキサ
ン系樹脂であれば、どのようなものでもよい。炭素原子
を実質的に含まないというのは、シロキサン系樹脂の合
成に用いられる原料に由来するような、あるいは原料中
に含まれていることのある不純物に由来するような、微
量の炭素原子が存在することを全く許容しないというこ
とではない。本発明で用いられる水素及びフッ素を含有
するシロキサン系樹脂の一例として、下式で表される、
ラダー構造のフッ素含有水素シルセスキオキサン樹脂を
挙げることができる。
【００１７】
【化１】
【００１８】この式中のＹは水素又はフッ素を表し、且
つこの式で表される分子中には水素とフッ素の両方が存
在し、そしてｎは正の整数である。このようなラダー構
造のフッ素含有水素シルセスキオキサンは、特開平６−
３０６１７５号公報に記載された方法に従って容易に製
造することができる。
つこの式で表される分子中には水素とフッ素の両方が存
在し、そしてｎは正の整数である。このようなラダー構
造のフッ素含有水素シルセスキオキサンは、特開平６−
３０６１７５号公報に記載された方法に従って容易に製
造することができる。
【００１９】更に、本発明では下式で表されるランダム
架橋部分（式中…で示された部分）を持つシロキサン樹
脂を使用することもできる。
架橋部分（式中…で示された部分）を持つシロキサン樹
脂を使用することもできる。
【００２０】
【化２】
【００２１】この式中のＹは水素又はフッ素を表し、且
つこの式で表される分子中には水素とフッ素の両方が存
在し、そしてｎは正の整数である。このような水素及び
フッ素含有シロキサン樹脂は、例えば、水素アルコキシ
シランとフッ素アルコキシシランからゾルゲル法で製造
されたゾルゲルコポリマーでよく、あるいは水素アルコ
キシシランとフッ素アルコキシシラン及びテトラアルコ
キシシランからゾルゲル法で製造されたゾルゲルコポリ
マーでよい。このようなゾルゲルコポリマーも、特開平
６−２４８０８５号公報に記載された方法に従って容易
に製造可能である。
つこの式で表される分子中には水素とフッ素の両方が存
在し、そしてｎは正の整数である。このような水素及び
フッ素含有シロキサン樹脂は、例えば、水素アルコキシ
シランとフッ素アルコキシシランからゾルゲル法で製造
されたゾルゲルコポリマーでよく、あるいは水素アルコ
キシシランとフッ素アルコキシシラン及びテトラアルコ
キシシランからゾルゲル法で製造されたゾルゲルコポリ
マーでよい。このようなゾルゲルコポリマーも、特開平
６−２４８０８５号公報に記載された方法に従って容易
に製造可能である。
【００２２】水素及びフッ素含有シロキサン系樹脂を塗
布する基材は、上記のとおり半導体基板としてのシリコ
ン基板そのものでもよく、あるいは半導体基板上に既に
配線層や絶縁層が形成されているものでもよい。本発明
の絶縁膜は、誘電率が低いという特性を持つことから半
導体装置、特に多層配線構造を有する半導体装置で問題
となる配線遅延を少なくするのに殊の外有利である。従
って、本発明の低誘電率絶縁膜は、配線層を既に形成し
た基材の当該配線層の上に直接形成するのが特に有利で
あり、すなわち水素及びフッ素含有シロキサン系樹脂は
先に形成された金属配線上に直接塗布するのが有利であ
る。水素及びフッ素含有シロキサン系樹脂の基材への塗
布には、当該樹脂を適当な溶媒に溶解した溶液を使用
し、そして一般にはスピンコート法を用いることができ
る。
布する基材は、上記のとおり半導体基板としてのシリコ
ン基板そのものでもよく、あるいは半導体基板上に既に
配線層や絶縁層が形成されているものでもよい。本発明
の絶縁膜は、誘電率が低いという特性を持つことから半
導体装置、特に多層配線構造を有する半導体装置で問題
となる配線遅延を少なくするのに殊の外有利である。従
って、本発明の低誘電率絶縁膜は、配線層を既に形成し
た基材の当該配線層の上に直接形成するのが特に有利で
あり、すなわち水素及びフッ素含有シロキサン系樹脂は
先に形成された金属配線上に直接塗布するのが有利であ
る。水素及びフッ素含有シロキサン系樹脂の基材への塗
布には、当該樹脂を適当な溶媒に溶解した溶液を使用
し、そして一般にはスピンコート法を用いることができ
る。
【００２３】スピンコート後、酸素含有雰囲気中におい
て２００〜３５０℃の温度で第一の熱処理を実施して、
溶媒乾燥及び平坦化を行う。この第一の熱処理には、酸
素含有雰囲気のもとで樹脂膜表面の穏やかな酸化が進行
して樹脂中のＳｉ−Ｈ結合の一部が架橋し、それにより
絶縁膜完成後の更に別の処理工程で高温にさらされた場
合（例えば絶縁膜上への金属配線層形成時）に絶縁膜が
溶融するのを未然に防ぐ意義がある。２００℃に満たな
い温度では樹脂膜表面の酸化が思うように進行せず、一
方３５０℃より高い温度では絶縁膜の酸化が容認できる
レベルを超えてしまい、膜中に多量の酸素が取り込まれ
てＳｉ−Ｈ結合が失われ、絶縁膜の疎水性も失われてし
まう（Ｓｉ−Ｈ結合は絶縁膜の疎水性に貢献しており、
そして絶縁膜の疎水性が失われると絶縁膜の誘電率が吸
湿により上昇しやすくなる）。この熱処理の時間は、使
用する樹脂の特性や熱処理温度に応じて決定すればよ
い。また、酸素含有雰囲気は代表的には空気の雰囲気で
ある。
て２００〜３５０℃の温度で第一の熱処理を実施して、
溶媒乾燥及び平坦化を行う。この第一の熱処理には、酸
素含有雰囲気のもとで樹脂膜表面の穏やかな酸化が進行
して樹脂中のＳｉ−Ｈ結合の一部が架橋し、それにより
絶縁膜完成後の更に別の処理工程で高温にさらされた場
合（例えば絶縁膜上への金属配線層形成時）に絶縁膜が
溶融するのを未然に防ぐ意義がある。２００℃に満たな
い温度では樹脂膜表面の酸化が思うように進行せず、一
方３５０℃より高い温度では絶縁膜の酸化が容認できる
レベルを超えてしまい、膜中に多量の酸素が取り込まれ
てＳｉ−Ｈ結合が失われ、絶縁膜の疎水性も失われてし
まう（Ｓｉ−Ｈ結合は絶縁膜の疎水性に貢献しており、
そして絶縁膜の疎水性が失われると絶縁膜の誘電率が吸
湿により上昇しやすくなる）。この熱処理の時間は、使
用する樹脂の特性や熱処理温度に応じて決定すればよ
い。また、酸素含有雰囲気は代表的には空気の雰囲気で
ある。
【００２４】本発明の第一の側面による絶縁膜の場合に
は、第一の熱処理に続いて、今度は不活性雰囲気中にお
いて３００〜４５０℃の温度で第二の熱処理を実施し
て、樹脂膜をアニールする。不活性雰囲気を使用するの
は、樹脂の酸化を防止して、樹脂のＳｉ−Ｆ結合及びＳ
ｉ−Ｈ結合の減少を抑制するためである。Ｓｉ−Ｆ結合
の減少は直接絶縁膜の誘電率の低下を招き、Ｓｉ−Ｈ結
合の減少は、上記のとおり、形成した後の絶縁膜の誘電
率の上昇を招く。この不活性雰囲気は、酸素含有量が１
００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下の不活性ガ
ス雰囲気でよく、あるいは真空雰囲気でよい。３００℃
未満の温度ではアニールが思うように進行せず、４５０
℃を超える温度では、雰囲気中に微量に存在する酸素の
作用を受けて樹脂のＳｉ−Ｈ結合が分解してしまう。第
二の熱処理の時間も、使用する樹脂の特性や熱処理温度
に応じて決定すればよい。
は、第一の熱処理に続いて、今度は不活性雰囲気中にお
いて３００〜４５０℃の温度で第二の熱処理を実施し
て、樹脂膜をアニールする。不活性雰囲気を使用するの
は、樹脂の酸化を防止して、樹脂のＳｉ−Ｆ結合及びＳ
ｉ−Ｈ結合の減少を抑制するためである。Ｓｉ−Ｆ結合
の減少は直接絶縁膜の誘電率の低下を招き、Ｓｉ−Ｈ結
合の減少は、上記のとおり、形成した後の絶縁膜の誘電
率の上昇を招く。この不活性雰囲気は、酸素含有量が１
００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下の不活性ガ
ス雰囲気でよく、あるいは真空雰囲気でよい。３００℃
未満の温度ではアニールが思うように進行せず、４５０
℃を超える温度では、雰囲気中に微量に存在する酸素の
作用を受けて樹脂のＳｉ−Ｈ結合が分解してしまう。第
二の熱処理の時間も、使用する樹脂の特性や熱処理温度
に応じて決定すればよい。
【００２５】本発明の第二の側面による絶縁膜の場合に
は、第一の熱処理後に、樹脂被膜の表面に耐酸化性膜を
形成してから、３００〜４５０℃の温度で第二の熱処理
を行って、樹脂膜をアニールする。この場合には、第二
の熱処理の前に樹脂被膜が耐酸化性膜で保護されている
ので、熱処理雰囲気を不活性雰囲気としなくてもよい。
３００℃に満たない温度ではアニールの進行が不十分で
ある。一方、この場合には４５０℃を超える温度で熱処
理することも可能であり、例えば６００℃までの高温で
熱処理することもでき、すなわち３００〜６００℃の範
囲内で第二の熱処理を行うことができる。とは言え、４
５０℃を超える温度での熱処理は、本発明の絶縁膜以外
の材料に不利な影響を及ぼす可能性があり、また消費エ
ネルギーも増大することから、この場合の第二の熱処理
はやはり４５０℃以下の温度で行うのが好ましい。ま
た、樹脂被膜表面に形成する耐酸化性膜は、例えばプラ
ズマＣＶＤ法で形成したＳｉＯ2 膜等でよい。
は、第一の熱処理後に、樹脂被膜の表面に耐酸化性膜を
形成してから、３００〜４５０℃の温度で第二の熱処理
を行って、樹脂膜をアニールする。この場合には、第二
の熱処理の前に樹脂被膜が耐酸化性膜で保護されている
ので、熱処理雰囲気を不活性雰囲気としなくてもよい。
３００℃に満たない温度ではアニールの進行が不十分で
ある。一方、この場合には４５０℃を超える温度で熱処
理することも可能であり、例えば６００℃までの高温で
熱処理することもでき、すなわち３００〜６００℃の範
囲内で第二の熱処理を行うことができる。とは言え、４
５０℃を超える温度での熱処理は、本発明の絶縁膜以外
の材料に不利な影響を及ぼす可能性があり、また消費エ
ネルギーも増大することから、この場合の第二の熱処理
はやはり４５０℃以下の温度で行うのが好ましい。ま
た、樹脂被膜表面に形成する耐酸化性膜は、例えばプラ
ズマＣＶＤ法で形成したＳｉＯ2 膜等でよい。
【００２６】本発明によれば、３以下の値の誘電率を実
現できる。また、本発明の絶縁膜は無機膜（実質的に炭
素を含まない）であるため、レジストアッシング処理時
に酸素プラズマによる酸化を受けない。また、Ｓｉ−Ｈ
結合は疏水性（すなわち撥水性）であるため、ＣＶＤ法
で形成したＳｉＯＦ膜が示すような吸湿による誘電率の
上昇を抑制できる。従って、本発明による絶縁膜は多層
回路の低誘電率層間絶縁膜として有効であり、この絶縁
膜を用いればデバイス応答速度の速い半導体集積回路が
得られる。
現できる。また、本発明の絶縁膜は無機膜（実質的に炭
素を含まない）であるため、レジストアッシング処理時
に酸素プラズマによる酸化を受けない。また、Ｓｉ−Ｈ
結合は疏水性（すなわち撥水性）であるため、ＣＶＤ法
で形成したＳｉＯＦ膜が示すような吸湿による誘電率の
上昇を抑制できる。従って、本発明による絶縁膜は多層
回路の低誘電率層間絶縁膜として有効であり、この絶縁
膜を用いればデバイス応答速度の速い半導体集積回路が
得られる。
【００２７】ところで、Ｓｉ−Ｆ結合及びＳｉ−Ｈ結合
を有する膜はアルカリに侵されやすい特性がある。その
ため、本発明の絶縁膜がアルカリ雰囲気に直接さらされ
ることは避けるべきである。このような状況は、絶縁膜
形成後に例えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ）で平坦化す
るような場合に生じる。化学的機械的研磨では、アルカ
リ液でエッチングしながら機械的研磨が行われるので、
本発明の絶縁膜はアルカリ液の悪影響を受ける。このよ
うな場合には、本発明の低誘電率絶縁膜上に保護膜とし
てシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）、シリコン窒化膜（Ｓ
ｉ3 Ｎ4 膜）、ＰＳＧ膜、ＳｉＯＮ膜などを形成してか
ら、化学的機械的研磨で平坦化するようにすればよい。
これらの材料の膜は当業者によく知られている。例え
ば、シリコン酸化膜は、テトラアルコキシシラン、トリ
アルコキシシラン、シラン等を原料として、化学気相成
長（ＣＶＤ）法を利用して簡単に形成することができ
る。
を有する膜はアルカリに侵されやすい特性がある。その
ため、本発明の絶縁膜がアルカリ雰囲気に直接さらされ
ることは避けるべきである。このような状況は、絶縁膜
形成後に例えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ）で平坦化す
るような場合に生じる。化学的機械的研磨では、アルカ
リ液でエッチングしながら機械的研磨が行われるので、
本発明の絶縁膜はアルカリ液の悪影響を受ける。このよ
うな場合には、本発明の低誘電率絶縁膜上に保護膜とし
てシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）、シリコン窒化膜（Ｓ
ｉ3 Ｎ4 膜）、ＰＳＧ膜、ＳｉＯＮ膜などを形成してか
ら、化学的機械的研磨で平坦化するようにすればよい。
これらの材料の膜は当業者によく知られている。例え
ば、シリコン酸化膜は、テトラアルコキシシラン、トリ
アルコキシシラン、シラン等を原料として、化学気相成
長（ＣＶＤ）法を利用して簡単に形成することができ
る。
【００２８】一方、本発明の半導体装置は、半導体基板
と、複数の絶縁膜と、そして複数の配線層とを含み、こ
れらの絶縁膜のうちの少なくとも一つが本発明の低誘電
率絶縁膜となっているものである。この半導体装置は、
このように本発明の低誘電率絶縁膜を取り入れることで
配線遅延が低下するとともに、時間がたつうちに給湿に
より絶縁膜の誘電率が上昇したりする欠点のないものと
なる。
と、複数の絶縁膜と、そして複数の配線層とを含み、こ
れらの絶縁膜のうちの少なくとも一つが本発明の低誘電
率絶縁膜となっているものである。この半導体装置は、
このように本発明の低誘電率絶縁膜を取り入れることで
配線遅延が低下するとともに、時間がたつうちに給湿に
より絶縁膜の誘電率が上昇したりする欠点のないものと
なる。
【００２９】本発明の半導体装置には、本発明の絶縁膜
の上に上記の如く保護膜を形成して平坦化したものも含
まれる。また、本発明の絶縁層の下地配線層の金属配線
は、アルミニウム、アルミニウムを主体とした合金、
銅、及び銅を主体とした合金から選ぶことができ、更に
これらの配線層においてはチタン又はチタンを主体とし
た合金をバリヤメタルとして用いてもよい。
の上に上記の如く保護膜を形成して平坦化したものも含
まれる。また、本発明の絶縁層の下地配線層の金属配線
は、アルミニウム、アルミニウムを主体とした合金、
銅、及び銅を主体とした合金から選ぶことができ、更に
これらの配線層においてはチタン又はチタンを主体とし
た合金をバリヤメタルとして用いてもよい。
【００３０】
【実施例】次に、実施例により本発明を更に説明する。
断るまでもなく、これらの例は本発明を例示するもので
あって、本発明を限定しようとするものではない。
断るまでもなく、これらの例は本発明を例示するもので
あって、本発明を限定しようとするものではない。
【００３１】〔実施例１〕 フッ素含有水素シルセスキオキサン樹脂（この樹脂は、
特開平６−３０６１７５号公報の方法に従い、フルオロ
トリクロロシランとトリクロロシランから調製したもの
であり、フッ素含有量４原子％、重量平均分子量９，０
００であった）の１０重量％キシレン溶液を、シリコン
基板上に２００ｎｍの塗布厚でスピンコートし、続いて
ホットプレートを用い、空気中において２５０℃で３分
間溶媒乾燥及び平坦化を行った。次に、雰囲気を窒素雰
囲気に変更し、酸素濃度を２５ｐｐｍから２２５ｐｐｍ
までの範囲で変化させて、それぞれ４００℃、３０分の
条件で熱処理を行い、絶縁膜を形成した。このような条
件により形成した絶縁膜の誘電率は、図１のとおりであ
った。この例及びこの後の例で報告される誘電率は、水
銀プローバにより容量・電圧特性から算出した。
特開平６−３０６１７５号公報の方法に従い、フルオロ
トリクロロシランとトリクロロシランから調製したもの
であり、フッ素含有量４原子％、重量平均分子量９，０
００であった）の１０重量％キシレン溶液を、シリコン
基板上に２００ｎｍの塗布厚でスピンコートし、続いて
ホットプレートを用い、空気中において２５０℃で３分
間溶媒乾燥及び平坦化を行った。次に、雰囲気を窒素雰
囲気に変更し、酸素濃度を２５ｐｐｍから２２５ｐｐｍ
までの範囲で変化させて、それぞれ４００℃、３０分の
条件で熱処理を行い、絶縁膜を形成した。このような条
件により形成した絶縁膜の誘電率は、図１のとおりであ
った。この例及びこの後の例で報告される誘電率は、水
銀プローバにより容量・電圧特性から算出した。
【００３２】〔実施例２〕 実施例１で使用したのと同じフッ素含有水素シルセスキ
オキサン樹脂の１０重量％キシレン溶液をシリコン基板
上に２００ｎｍの塗布厚でスピンコートし、ホットプレ
ートを使って空気中において２５０℃で３分間溶媒乾燥
及び平坦化を行った。次に、酸素濃度５０ｐｐｍの雰囲
気で、３００、３５０、４００、４５０、５００、５５
０、６００℃の各温度条件下に、３０分の熱処理を行
い、絶縁膜を形成した。このような条件により形成した
絶縁膜の誘電率を図２に示す。
オキサン樹脂の１０重量％キシレン溶液をシリコン基板
上に２００ｎｍの塗布厚でスピンコートし、ホットプレ
ートを使って空気中において２５０℃で３分間溶媒乾燥
及び平坦化を行った。次に、酸素濃度５０ｐｐｍの雰囲
気で、３００、３５０、４００、４５０、５００、５５
０、６００℃の各温度条件下に、３０分の熱処理を行
い、絶縁膜を形成した。このような条件により形成した
絶縁膜の誘電率を図２に示す。
【００３３】〔実施例３〕 実施例１で使用したのと同じフッ素含有水素シルセスキ
オキサン樹脂の１０重量％キシレン溶液をシリコン基板
上に２００ｎｍの塗布厚でスピンコートし、空気中にお
いてホットプレートにより２５０℃で３分間溶媒乾燥及
び平坦化を行った。次に、ＳｉＨ4 流量４０ｃｃ／ｍｉ
ｎ、Ｏ2 流量４００ｃｃ／ｍｉｎ、真空度３Ｔｏｒｒ
（４００Ｐａ）、高周波出力３５０Ｗの条件での気相反
応により、樹脂膜上にプラズマＳｉＯ2 膜を０．５μｍ
成長させた後、空気中において、３００、３５０、４０
０、４５０、５００、５５０、６００℃の各温度条件下
に、３０分の熱処理を行い、絶縁膜を形成した。このよ
うな条件により形成した絶縁膜のうちのフッ素含有水素
シルセスキオキサン樹脂から得られた膜の誘電率を図３
に示す。
オキサン樹脂の１０重量％キシレン溶液をシリコン基板
上に２００ｎｍの塗布厚でスピンコートし、空気中にお
いてホットプレートにより２５０℃で３分間溶媒乾燥及
び平坦化を行った。次に、ＳｉＨ4 流量４０ｃｃ／ｍｉ
ｎ、Ｏ2 流量４００ｃｃ／ｍｉｎ、真空度３Ｔｏｒｒ
（４００Ｐａ）、高周波出力３５０Ｗの条件での気相反
応により、樹脂膜上にプラズマＳｉＯ2 膜を０．５μｍ
成長させた後、空気中において、３００、３５０、４０
０、４５０、５００、５５０、６００℃の各温度条件下
に、３０分の熱処理を行い、絶縁膜を形成した。このよ
うな条件により形成した絶縁膜のうちのフッ素含有水素
シルセスキオキサン樹脂から得られた膜の誘電率を図３
に示す。
【００３４】以上が本発明の実施形態の一例である。こ
こで、本発明の実施形態の変形例として、特許請求の範
囲で採り上げなかった特徴を列挙しておく。例えば以下
のようである。 （ア）シロキサン系樹脂が水素アルコキシシランとフッ
素アルコキシシランより製造されたゾルゲルコポリマー
であることを特徴とする低誘電率絶縁膜、あるいはこれ
を用いた半導体装置。 （イ）前記シロキサン系樹脂が水素アルコキシシランと
フッ素アルコキシシラン及びテトラアルコキシシランよ
り製造されたゾルゲルコポリマーであることを特徴とす
る低誘電率絶縁膜、あるいはこれを用いた半導体装置。 （ウ）前記シロキサン系樹脂が水素アルコキシシランと
フッ素アルコキシシランより製造されたゾルゲルコポリ
マーであることを特徴とする、低誘電率絶縁膜の形成方
法、あるいはこれを一工程とする半導体装置の製造方
法。 （エ）前記シロキサン系樹脂が水素アルコキシシランと
フッ素アルコキシシラン及びテトラアルコキシシランよ
り製造されたゾルゲルコポリマーであることを特徴とす
る低誘電率絶縁膜の形成方法、あるいはこれを一工程と
する半導体装置の製造方法。 （オ）前記絶縁膜の表面にＣＭＰ（化学機械的研磨）平
坦化された保護膜が形成されていることを特徴とする半
導体装置。 （カ）前記配線層が、アルミニウム、アルミニウムを主
体とした合金、銅、及び銅を主体とした合金より選ばれ
た金属から構成されていることを特徴とする半導体装
置。 （キ）前記配線層がチタン又はチタンを主体とした合金
をバリヤメタルとして含むことを特徴とする半導体装
置。 （ク）また、第二の熱処理に関して被膜の表面が活性雰
囲気に触れないようにする手段は、熱処理自体を不活性
雰囲気中で行うか、被膜の表面に耐酸化性膜を形成して
から熱処理するか、いずれかの手段を選択できる。
こで、本発明の実施形態の変形例として、特許請求の範
囲で採り上げなかった特徴を列挙しておく。例えば以下
のようである。 （ア）シロキサン系樹脂が水素アルコキシシランとフッ
素アルコキシシランより製造されたゾルゲルコポリマー
であることを特徴とする低誘電率絶縁膜、あるいはこれ
を用いた半導体装置。 （イ）前記シロキサン系樹脂が水素アルコキシシランと
フッ素アルコキシシラン及びテトラアルコキシシランよ
り製造されたゾルゲルコポリマーであることを特徴とす
る低誘電率絶縁膜、あるいはこれを用いた半導体装置。 （ウ）前記シロキサン系樹脂が水素アルコキシシランと
フッ素アルコキシシランより製造されたゾルゲルコポリ
マーであることを特徴とする、低誘電率絶縁膜の形成方
法、あるいはこれを一工程とする半導体装置の製造方
法。 （エ）前記シロキサン系樹脂が水素アルコキシシランと
フッ素アルコキシシラン及びテトラアルコキシシランよ
り製造されたゾルゲルコポリマーであることを特徴とす
る低誘電率絶縁膜の形成方法、あるいはこれを一工程と
する半導体装置の製造方法。 （オ）前記絶縁膜の表面にＣＭＰ（化学機械的研磨）平
坦化された保護膜が形成されていることを特徴とする半
導体装置。 （カ）前記配線層が、アルミニウム、アルミニウムを主
体とした合金、銅、及び銅を主体とした合金より選ばれ
た金属から構成されていることを特徴とする半導体装
置。 （キ）前記配線層がチタン又はチタンを主体とした合金
をバリヤメタルとして含むことを特徴とする半導体装
置。 （ク）また、第二の熱処理に関して被膜の表面が活性雰
囲気に触れないようにする手段は、熱処理自体を不活性
雰囲気中で行うか、被膜の表面に耐酸化性膜を形成して
から熱処理するか、いずれかの手段を選択できる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低誘電率で信頼性の高い絶縁膜を得ることができる。ま
た、この絶縁膜は半導体装置の性能向上に寄与する。
低誘電率で信頼性の高い絶縁膜を得ることができる。ま
た、この絶縁膜は半導体装置の性能向上に寄与する。
【図１】実施例１の結果を示すグラフである。
【図２】実施例２の結果を示すグラフである。
【図３】実施例３の結果を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 城 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１ 番１号 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−306175（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−196342（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−175885（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−150105（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/316 H01L 21/312 H01L 21/3205 H01L 21/768 C08K 3/00 - 3/08 C08L 1/00 - 101/16 C08G 77/00 - 77/62 C09D 1/00 - 10/00
Claims (10)
- 【請求項１】 水素及びフッ素を含有するシロキサン系
樹脂を基材上に塗布して被膜を形成し、この被膜に酸素
含有雰囲気中において２００〜３５０℃の温度で第一の
熱処理を施し、次に被膜の表面が活性雰囲気に触れない
ように３００〜４５０℃の温度で第二の熱処理を施すこ
とにより形成したことを特徴とする低誘電率絶縁膜。 - 【請求項２】 水素及びフッ素を含有するシロキサン系
樹脂からなり、誘電率が３以下の低誘電率絶縁膜。 - 【請求項３】 前記シロキサン系樹脂がフッ素含有水素
シルセスキオキサン樹脂であることを特徴とする、請求
項１乃至２記載の低誘電率絶縁膜。 - 【請求項４】 半導体基板と、その上に形成された複数
の配線層と複数の絶縁膜とを含む半導体装置であって、
当該絶縁膜のうちの少なくとも一つが、水素及びフッ素
を含有するシロキサン系樹脂を基材上に塗布して被膜を
形成し、この被膜に酸素含有雰囲気中において２００〜
３５０℃の温度で第一の熱処理を施し、次に被膜の表面
が活性雰囲気に触れないように３００〜４５０℃の温度
で第二の熱処理を施すことにより形成したものであるこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項５】 水素及びフッ素を含有するシロキサン系
樹脂からなり、誘電率が３以下の低誘電率絶縁膜を、配
線層を形成した基材の当該配線層の上に形成したことを
特徴とした半導体装置。 - 【請求項６】 前記シロキサン系樹脂から形成された前
記絶縁膜が配線層の上に直接形成されていることを特徴
とする、請求項４乃至５記載の半導体装置。 - 【請求項７】 水素及びフッ素を含有するシロキサン系
樹脂を基材上に塗布して被膜を形成する工程と、 この被膜に酸素含有雰囲気中において２００〜３５０℃
の温度で第一の熱処理を施す工程と、 次に被膜の表面が活性雰囲気に触れないように３００〜
４５０℃の温度で第二 の熱処理を施す工程とを有する低
誘電率絶縁膜の形成方法。 - 【請求項８】 前記シロキサン系樹脂がフッ素含有水素
シルセスキオキサン樹脂であることを特徴とする、請求
項７記載の低誘電率絶縁膜の形成方法。 - 【請求項９】 半導体基板と、その上に形成された複数
の配線層と複数の絶縁膜とを含む半導体装置の製造方法
であって、 当該絶縁膜のうちの少なくとも一つの形成が、水素及び
フッ素を含有するシロキサン系樹脂を基材上に塗布して
被膜を形成する工程と、この被膜に酸素含有雰囲気中に
おいて２００〜３５０℃の温度で第一の熱処理を施す工
程と、次に被膜の表面が活性雰囲気に触れないように３
００〜４５０℃の温度で第二の熱処理を施す工程とから
なる半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 前記シロキサン系樹脂から形成された
前記絶縁膜が配線層の上に直接形成されることを特徴と
する、請求項９記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01246897A JP3169565B2 (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 低誘電率絶縁膜およびその形成方法、ならびに半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01246897A JP3169565B2 (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 低誘電率絶縁膜およびその形成方法、ならびに半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10209144A JPH10209144A (ja) | 1998-08-07 |
| JP3169565B2 true JP3169565B2 (ja) | 2001-05-28 |
Family
ID=11806204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01246897A Expired - Lifetime JP3169565B2 (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 低誘電率絶縁膜およびその形成方法、ならびに半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3169565B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101819517B1 (ko) * | 2016-08-17 | 2018-01-17 | 엘지전자 주식회사 | 입력 디바이스 및 그 제어 방법 |
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| JP5176260B2 (ja) * | 2001-09-18 | 2013-04-03 | ソニー株式会社 | 画像表示装置の製造方法 |
| JP4130380B2 (ja) | 2003-04-25 | 2008-08-06 | 東京エレクトロン株式会社 | 熱処理方法及び熱処理装置 |
| JP2009060007A (ja) * | 2007-09-03 | 2009-03-19 | Sekisui Chem Co Ltd | シルセスキオキサン系絶縁膜の製造方法 |
-
1997
- 1997-01-27 JP JP01246897A patent/JP3169565B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101819517B1 (ko) * | 2016-08-17 | 2018-01-17 | 엘지전자 주식회사 | 입력 디바이스 및 그 제어 방법 |
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|---|---|
| JPH10209144A (ja) | 1998-08-07 |
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