JP3228143B2 - ＳｉＯＦ膜の成膜方法及び半導体装置 - Google Patents
ＳｉＯＦ膜の成膜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の製造に
係り、特にＳｉＯＦ膜の成膜方法とこの成膜方法を用い
て形成された絶縁膜を有する半導体装置に関する。
係り、特にＳｉＯＦ膜の成膜方法とこの成膜方法を用い
て形成された絶縁膜を有する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体高集積回路の配線遅延を低減し、
高集積回路の動作を高速化するためには、層間絶縁膜を
低誘電率化することが重要である。Ｆ添加ＳｉＯ2膜(Ｓ
ｉＯＦ膜）は、従来の層間絶縁膜であるＳｉＯ2 膜にＦ
を添加したもので、ＳｉＯ2 膜に比べて誘電率が低い。
高集積回路の動作を高速化するためには、層間絶縁膜を
低誘電率化することが重要である。Ｆ添加ＳｉＯ2膜(Ｓ
ｉＯＦ膜）は、従来の層間絶縁膜であるＳｉＯ2 膜にＦ
を添加したもので、ＳｉＯ2 膜に比べて誘電率が低い。
【０００３】このＳｉＯＦ膜の成膜法は、プラズマＣＶ
Ｄ法を利用した以下のような方法ががある。
Ｄ法を利用した以下のような方法ががある。
【０００４】特開平6-302593号公報は、ＳｉＯ2 膜の材
料ガスであるＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケー
ト）ガスおよびＯ2ガス、もしくは、ＳｉＨ4 ガスおよ
びＮ2Ｏガスに、Ｃ2Ｆ6，ＣＦ4、およびＮＦ3等のＦ原
子を含むエッチングガスを添加して、プラズマＣＶＤ法
によってＳｉＯＦ膜を形成することを記載する。
料ガスであるＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケー
ト）ガスおよびＯ2ガス、もしくは、ＳｉＨ4 ガスおよ
びＮ2Ｏガスに、Ｃ2Ｆ6，ＣＦ4、およびＮＦ3等のＦ原
子を含むエッチングガスを添加して、プラズマＣＶＤ法
によってＳｉＯＦ膜を形成することを記載する。
【０００５】特開平2−77127 号公報は、ＳｉＯ2 をプ
ラズマＣＶＤでＳi基板上に堆積させる際に、ＳｉＦ4
系ガスを導入して、ＳｉＯＦ膜を形成することを記載す
る。
ラズマＣＶＤでＳi基板上に堆積させる際に、ＳｉＦ4
系ガスを導入して、ＳｉＯＦ膜を形成することを記載す
る。
【０００６】特開平7−29975号公報は、絶縁膜全体の吸
湿性を低減する目的で、ＳｉＯ2 膜の成膜材料ガスにＦ
元素を含むガスを断続的に添加して、プラズマＣＶＤ法
によってＳｉＯ2 とＳｉＯＦの積層的な絶縁膜を形成す
ること、および、プラズマＣＶＤ法によってＳｉＯ2 膜
を形成した後に、Ｆ元素を含むガスのプラズマ放電によ
ってＳｉＯ2膜表面をＳｉＯＦ化し、これを繰り返して
ＳｉＯ2膜とＳｉＯＦ膜との積層膜を形成することを記
載する。
湿性を低減する目的で、ＳｉＯ2 膜の成膜材料ガスにＦ
元素を含むガスを断続的に添加して、プラズマＣＶＤ法
によってＳｉＯ2 とＳｉＯＦの積層的な絶縁膜を形成す
ること、および、プラズマＣＶＤ法によってＳｉＯ2 膜
を形成した後に、Ｆ元素を含むガスのプラズマ放電によ
ってＳｉＯ2膜表面をＳｉＯＦ化し、これを繰り返して
ＳｉＯ2膜とＳｉＯＦ膜との積層膜を形成することを記
載する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
技術には、以下の問題点がある。
技術には、以下の問題点がある。
【０００８】ＳｉＯ2 膜を形成する際に、Ｃ2Ｆ6，ＣＦ
4、およびＮＦ3等のＦ原子を含むエッチングガスを添加
する方法では、プラズマ内でＣ2Ｆ6，ＣＦ4 、およびＮ
Ｆ3等が分解して、炭素，窒素およびフッ素が発生す
る。炭素および窒素が不純物となってＳｉＯＦ膜内に取
り込まれると、ＳｉＯＦ膜は誘電率が高くなる。
4、およびＮＦ3等のＦ原子を含むエッチングガスを添加
する方法では、プラズマ内でＣ2Ｆ6，ＣＦ4 、およびＮ
Ｆ3等が分解して、炭素，窒素およびフッ素が発生す
る。炭素および窒素が不純物となってＳｉＯＦ膜内に取
り込まれると、ＳｉＯＦ膜は誘電率が高くなる。
【０００９】また、プラズマ内にＦラジカルが大量に発
生すると、Ｓｉ−Ｆ結合とならないＦ原子がＳｉＯＦ膜
内に取り込まれる。ＳｉＯＦ膜内に取り込まれたＦ原子
は、ＳｉＯＦ膜を構成するどの原子とも結合性が弱く、
遊離Ｆ原子と呼ばれる。SiOF膜内の遊離Ｆ原子は、大気
中の水を膜内に取り込んで結合する。従って、遊離Ｆ原
子を含むＳｉＯＦ膜は水吸湿性が高く、化学反応に対し
て不安定である。このようなＳｉＯＦ膜をもつ半導体素
子は、性能が劣化する。
生すると、Ｓｉ−Ｆ結合とならないＦ原子がＳｉＯＦ膜
内に取り込まれる。ＳｉＯＦ膜内に取り込まれたＦ原子
は、ＳｉＯＦ膜を構成するどの原子とも結合性が弱く、
遊離Ｆ原子と呼ばれる。SiOF膜内の遊離Ｆ原子は、大気
中の水を膜内に取り込んで結合する。従って、遊離Ｆ原
子を含むＳｉＯＦ膜は水吸湿性が高く、化学反応に対し
て不安定である。このようなＳｉＯＦ膜をもつ半導体素
子は、性能が劣化する。
【００１０】ＳｉＦ4 を導入してＳｉＯＦ膜を形成する
方法では、ＳｉＦ4 が分解されて、プラズマ内に大量の
Ｆラジカルが発生するので、遊離Ｆ原子を含むＳｉＯＦ
膜が形成される。また、プラズマ内にＳｉＦ5 が発生す
る。ＳｉＦ5 は電子親和力が非常に大きく、プラズマ内
の電子を捕獲して安定なＳｉＦ5 負イオンになる。この
ＳｉＦ5 負イオンがＳｉＯＦ膜内に取り込まれると、Ｓ
ｉＯＦ膜の絶縁破壊電界（絶縁破壊を生じる電界）が低
下する。このようなＳｉＯＦ膜は絶縁性が悪い。さら
に、ＳｉＦ5 負イオンは、遊離Ｆ原子と同様にＳｉＯＦ
膜の水吸湿性を高くする。
方法では、ＳｉＦ4 が分解されて、プラズマ内に大量の
Ｆラジカルが発生するので、遊離Ｆ原子を含むＳｉＯＦ
膜が形成される。また、プラズマ内にＳｉＦ5 が発生す
る。ＳｉＦ5 は電子親和力が非常に大きく、プラズマ内
の電子を捕獲して安定なＳｉＦ5 負イオンになる。この
ＳｉＦ5 負イオンがＳｉＯＦ膜内に取り込まれると、Ｓ
ｉＯＦ膜の絶縁破壊電界（絶縁破壊を生じる電界）が低
下する。このようなＳｉＯＦ膜は絶縁性が悪い。さら
に、ＳｉＦ5 負イオンは、遊離Ｆ原子と同様にＳｉＯＦ
膜の水吸湿性を高くする。
【００１１】ＳｉＯ2 成膜用のガスとＳｉＯＦ成膜用の
ガスを断続的に切り替え、ＳｉＯ2／ＳｉＯＦ積層構造
を成膜する方法は、膜全体の吸湿性および水透過性を低
減できる。しかし、ガスを切り替える度にプラズマを安
定させるのに時間がかかり、単位時間当たりの半導体の
生産高（スループット）が減少する。
ガスを断続的に切り替え、ＳｉＯ2／ＳｉＯＦ積層構造
を成膜する方法は、膜全体の吸湿性および水透過性を低
減できる。しかし、ガスを切り替える度にプラズマを安
定させるのに時間がかかり、単位時間当たりの半導体の
生産高（スループット）が減少する。
【００１２】本発明の目的は、誘電率が低いＳｉＯＦ膜
を成膜する方法、およびこの方法を用いて形成した絶縁
膜を有する半導体装置を提供することである。
を成膜する方法、およびこの方法を用いて形成した絶縁
膜を有する半導体装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１のＳｉＯＦ膜の成膜方法の特徴は、電子温度
が１０ｅＶ以下であるプラズマ中でＳｉＨ2Ｆ2と酸素原
子を含む酸化材とを解離させることにある。
の請求項１のＳｉＯＦ膜の成膜方法の特徴は、電子温度
が１０ｅＶ以下であるプラズマ中でＳｉＨ2Ｆ2と酸素原
子を含む酸化材とを解離させることにある。
【００１４】請求項１の特徴によれば、プラズマの電子
温度が１０ｅＶ以下であるので、プラズマ中でＳｉＨ2
Ｆ2はＳｉＦ2および水素を生じる解離反応が、ＳｉＨ2
およびフッ素を生じる解離反応よりも多く起こる。従っ
て、プラズマ中にはＳｉＦ2 ラジカルが多く発生する。
酸素原子を含む酸化材は解離して酸素ラジカルを発生
し、ＳｉＦ2 ラジカルと酸素ラジカルが化学的に結合し
てＳｉＯＦ膜が生成される。生成されたＳｉＯＦ膜中の
Ｓｉ−Ｆ結合の数が従来のＳｉＯＦ膜よりも多くなる。
プラズマ中にはＦラジカルの比率も少なく、膜内に遊離
フッ素原子が取り込まれにくい。また、ＳｉＨ2Ｆ2とフ
ッ素原子により生じるＳiＨ2Ｆ3 が少ないので、ＳｉＨ
2Ｆ3~ のような安定な負イオンが膜内に取り込まれるこ
とは少ない。従って、成膜されたＳｉＯＦ膜は従来のＳ
ｉＯＦ膜より誘電率を低くすることができ、吸湿性およ
び化学反応性を低くすることができ、かつ絶縁破壊電界
は従来のＳｉＯ2 膜と同等以上にすることができる。請
求項４の成膜方法も同様の作用を生じる。
温度が１０ｅＶ以下であるので、プラズマ中でＳｉＨ2
Ｆ2はＳｉＦ2および水素を生じる解離反応が、ＳｉＨ2
およびフッ素を生じる解離反応よりも多く起こる。従っ
て、プラズマ中にはＳｉＦ2 ラジカルが多く発生する。
酸素原子を含む酸化材は解離して酸素ラジカルを発生
し、ＳｉＦ2 ラジカルと酸素ラジカルが化学的に結合し
てＳｉＯＦ膜が生成される。生成されたＳｉＯＦ膜中の
Ｓｉ−Ｆ結合の数が従来のＳｉＯＦ膜よりも多くなる。
プラズマ中にはＦラジカルの比率も少なく、膜内に遊離
フッ素原子が取り込まれにくい。また、ＳｉＨ2Ｆ2とフ
ッ素原子により生じるＳiＨ2Ｆ3 が少ないので、ＳｉＨ
2Ｆ3~ のような安定な負イオンが膜内に取り込まれるこ
とは少ない。従って、成膜されたＳｉＯＦ膜は従来のＳ
ｉＯＦ膜より誘電率を低くすることができ、吸湿性およ
び化学反応性を低くすることができ、かつ絶縁破壊電界
は従来のＳｉＯ2 膜と同等以上にすることができる。請
求項４の成膜方法も同様の作用を生じる。
【００１５】請求項２のＳｉＯＦ膜の成膜方法の特徴
は、プラズマが生成される容器内の圧力が５mmTorr以上
であることにある。この特徴によれば、プラズマの電子
温度が１０ｅＶ以下になるので、請求項１と同様の作用
が生じる。
は、プラズマが生成される容器内の圧力が５mmTorr以上
であることにある。この特徴によれば、プラズマの電子
温度が１０ｅＶ以下になるので、請求項１と同様の作用
が生じる。
【００１６】請求項３のＳｉＯＦ膜の成膜方法の特徴
は、プラズマが生成される容器内に導入されるＳｉＨ2
Ｆ2のガス流量が２０SCCM以上であることにある。この
特徴によれば、プラズマの電子温度が１０ｅＶ以下にな
るので、請求項１と同様の作用が生じる。
は、プラズマが生成される容器内に導入されるＳｉＨ2
Ｆ2のガス流量が２０SCCM以上であることにある。この
特徴によれば、プラズマの電子温度が１０ｅＶ以下にな
るので、請求項１と同様の作用が生じる。
【００１７】請求項４のＳｉＯＦ膜の成膜方法の特徴
は、酸化材が酸素であることにある。請求項５のＳｉＯ
Ｆ膜の成膜方法の特徴は、電子温度が１０ｅＶ以下であ
るプラズマ中でＳｉＨ2Ｆ2と酸素原子を含む酸化材とを
解離させてＳｉＯＦ膜を成膜する第１の過程と、電子温
度が１０ｅＶより大きいプラズマ中でＳｉＨ2Ｆ2と酸素
原子を含む酸化材とを解離させてＳｉＯＦ膜を成膜する
第２の過程とを有することにある。
は、酸化材が酸素であることにある。請求項５のＳｉＯ
Ｆ膜の成膜方法の特徴は、電子温度が１０ｅＶ以下であ
るプラズマ中でＳｉＨ2Ｆ2と酸素原子を含む酸化材とを
解離させてＳｉＯＦ膜を成膜する第１の過程と、電子温
度が１０ｅＶより大きいプラズマ中でＳｉＨ2Ｆ2と酸素
原子を含む酸化材とを解離させてＳｉＯＦ膜を成膜する
第２の過程とを有することにある。
【００１８】請求項５の特徴によれば、第１の過程で
は、請求項１と同様の作用が生じ、請求項１と同様のＳ
ｉＯＦ膜を成膜することができる。一方、第２の過程に
おいては、プラズマの電子温度が１０ｅＶより大きいの
で、プラズマ中でＳｉＨ2 およびフッ素を生じる解離反
応が、ＳｉＨ2Ｆ2はＳｉＦ2 および水素を生じる解離反
応よりも多く起こる。従って、第２の過程でプラズマ中
のＳｉＦ2 ラジカルの数は、第１の過程で生じるＳｉＦ
2 ラジカルの数より少ない。請求項１の作用と同様に、
ＳｉＦ2 ラジカルと酸素ラジカルが化学的に結合してＳ
ｉＯＦ膜が生成されるが、ＳｉＯＦ膜中のＳｉ−Ｆ結合
の数は、第１の過程で成膜されるＳｉＯＦ膜よりも少な
い。従って、第２の過程で成膜されるＳｉＯＦ膜の誘電
率は第１の過程で成膜されるＳｉＯＦ膜よりも高くな
る。しかし、ＳｉＯＦ膜中のＳｉ−Ｈ結合の数は第１の
過程よりも多いので、第１の過程で成膜されるＳｉＯＦ
膜よりも水透過性の低いＳｉＯＦ膜を成膜することがで
きる。従って、第１の過程と第２の過程を用いてＳｉＯ
Ｆ膜を成膜することにより、全体として誘電率が低く、
吸湿性および化学反応性が低く、水透過性の低い、かつ
絶縁破壊電界の高いSiOF膜を成膜することができる。ま
た、第１の過程と第２の過程との間でガスの切り替えを
行わないので成膜時間を短くできる。
は、請求項１と同様の作用が生じ、請求項１と同様のＳ
ｉＯＦ膜を成膜することができる。一方、第２の過程に
おいては、プラズマの電子温度が１０ｅＶより大きいの
で、プラズマ中でＳｉＨ2 およびフッ素を生じる解離反
応が、ＳｉＨ2Ｆ2はＳｉＦ2 および水素を生じる解離反
応よりも多く起こる。従って、第２の過程でプラズマ中
のＳｉＦ2 ラジカルの数は、第１の過程で生じるＳｉＦ
2 ラジカルの数より少ない。請求項１の作用と同様に、
ＳｉＦ2 ラジカルと酸素ラジカルが化学的に結合してＳ
ｉＯＦ膜が生成されるが、ＳｉＯＦ膜中のＳｉ−Ｆ結合
の数は、第１の過程で成膜されるＳｉＯＦ膜よりも少な
い。従って、第２の過程で成膜されるＳｉＯＦ膜の誘電
率は第１の過程で成膜されるＳｉＯＦ膜よりも高くな
る。しかし、ＳｉＯＦ膜中のＳｉ−Ｈ結合の数は第１の
過程よりも多いので、第１の過程で成膜されるＳｉＯＦ
膜よりも水透過性の低いＳｉＯＦ膜を成膜することがで
きる。従って、第１の過程と第２の過程を用いてＳｉＯ
Ｆ膜を成膜することにより、全体として誘電率が低く、
吸湿性および化学反応性が低く、水透過性の低い、かつ
絶縁破壊電界の高いSiOF膜を成膜することができる。ま
た、第１の過程と第２の過程との間でガスの切り替えを
行わないので成膜時間を短くできる。
【００１９】請求項６のＳｉＯＦ膜の成膜方法の特徴
は、圧力が５mmTorr以上の容器内でプラズマを生成して
ＳｉＯＦ膜を成膜する第１の過程と、圧力が５mmTorrよ
り小さい容器内でプラズマを生成してＳｉＯＦ膜を成膜
する第２の過程とを有することにある。請求項６の特徴
によれば、第１の過程においてはプラズマの電子温度が
１０ｅＶ以下になり、第２の過程においては電子温度が
１０ｅＶより大きくなるので、請求項５と同様の作用が
生じる。また、第２の過程においては圧力が小さいの
で、高アスペクト比の半導体装置の表面にもＳｉＯＦ膜
を成膜することができる。
は、圧力が５mmTorr以上の容器内でプラズマを生成して
ＳｉＯＦ膜を成膜する第１の過程と、圧力が５mmTorrよ
り小さい容器内でプラズマを生成してＳｉＯＦ膜を成膜
する第２の過程とを有することにある。請求項６の特徴
によれば、第１の過程においてはプラズマの電子温度が
１０ｅＶ以下になり、第２の過程においては電子温度が
１０ｅＶより大きくなるので、請求項５と同様の作用が
生じる。また、第２の過程においては圧力が小さいの
で、高アスペクト比の半導体装置の表面にもＳｉＯＦ膜
を成膜することができる。
【００２０】請求項７のＳｉＯＦ膜の成膜方法の特徴
は、プラズマが生成される容器内にガス流量が２０SCCM
以上のＳｉＨ2Ｆ2を導入してＳｉＯＦ膜を成膜する第１
の過程と、容器内にガス流量が２０SCCMより小さいＳｉ
Ｈ2Ｆ2を導入してＳｉＯＦ膜を成膜する第２の過程とを
有することにある。請求項７の特徴によれば、第１の過
程においてはプラズマの電子温度が１０ｅＶ以下にな
り、第２の過程においては電子温度が１０ｅＶより大き
くなるので、請求項５と同様の作用が生じる。
は、プラズマが生成される容器内にガス流量が２０SCCM
以上のＳｉＨ2Ｆ2を導入してＳｉＯＦ膜を成膜する第１
の過程と、容器内にガス流量が２０SCCMより小さいＳｉ
Ｈ2Ｆ2を導入してＳｉＯＦ膜を成膜する第２の過程とを
有することにある。請求項７の特徴によれば、第１の過
程においてはプラズマの電子温度が１０ｅＶ以下にな
り、第２の過程においては電子温度が１０ｅＶより大き
くなるので、請求項５と同様の作用が生じる。
【００２１】請求項８のＳｉＯＦ膜の成膜方法の特徴
は、金属の配線が設けられた半導体装置の表面に、第２
の過程でＳｉＯＦ膜を成膜した後、第１の過程でＳｉＯ
Ｆ膜を成膜することにある。
は、金属の配線が設けられた半導体装置の表面に、第２
の過程でＳｉＯＦ膜を成膜した後、第１の過程でＳｉＯ
Ｆ膜を成膜することにある。
【００２２】請求項８の特徴によれば、請求項５と同様
の作用を生じるとともに、第２の過程で成膜されたＳｉ
ＯＦ膜は、半導体装置の表面に水が透過することを抑え
るので、半導体装置の表面の腐食を抑えることができ
る。
の作用を生じるとともに、第２の過程で成膜されたＳｉ
ＯＦ膜は、半導体装置の表面に水が透過することを抑え
るので、半導体装置の表面の腐食を抑えることができ
る。
【００２３】請求項９の半導体装置の特徴は請求項１の
ＳｉＯＦ膜の成膜方法を用いて成膜されたＳｉＯＦ膜を
有することにある。請求項９の特徴によれば、請求項１
と同様の作用を生じ、配線遅延を低減した半導体装置を
得ることができる。
ＳｉＯＦ膜の成膜方法を用いて成膜されたＳｉＯＦ膜を
有することにある。請求項９の特徴によれば、請求項１
と同様の作用を生じ、配線遅延を低減した半導体装置を
得ることができる。
【００２４】請求項１０の半導体装置の特徴は請求項８
のＳｉＯＦ膜の成膜方法を用いて成膜されたＳｉＯＦ膜
を有することにある。請求項１０の特徴によれば、請求
項８と同様の作用を生じ、配線遅延を低減した半導体装
置を得ることができる。
のＳｉＯＦ膜の成膜方法を用いて成膜されたＳｉＯＦ膜
を有することにある。請求項１０の特徴によれば、請求
項８と同様の作用を生じ、配線遅延を低減した半導体装
置を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】従来から、ＳｉＯＦ膜はＳｉＯ2
膜より誘電率が低いことが知られていたが、本発明の発
明者らは、様々な生成条件によって作られたＳｉＯＦ膜
について、膜中に含まれるＳｉ−Ｆ結合と誘電率との関
係を実験および理論計算により明らかにした。
膜より誘電率が低いことが知られていたが、本発明の発
明者らは、様々な生成条件によって作られたＳｉＯＦ膜
について、膜中に含まれるＳｉ−Ｆ結合と誘電率との関
係を実験および理論計算により明らかにした。
【００２６】図３に、Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比(赤外
吸収光強度面積比)と誘電率との関係の実験および理論
計算の結果を示す。Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比とは、Ｓ
ｉＯＦ膜内の（Ｓｉ−Ｆ結合に関する赤外吸収光面積）
／（Ｓｉ−Ｏ結合に関する赤外吸収光面積）の値であ
る。ここで、Ｓｉ−Ｆ結合に関する赤外吸収光面積は、
前述した２種類のＳｉ−Ｆ結合の両方に関して求められ
る値である。
吸収光強度面積比)と誘電率との関係の実験および理論
計算の結果を示す。Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比とは、Ｓ
ｉＯＦ膜内の（Ｓｉ−Ｆ結合に関する赤外吸収光面積）
／（Ｓｉ−Ｏ結合に関する赤外吸収光面積）の値であ
る。ここで、Ｓｉ−Ｆ結合に関する赤外吸収光面積は、
前述した２種類のＳｉ−Ｆ結合の両方に関して求められ
る値である。
【００２７】Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比は、ＳｉＯＦ膜
内の（Ｓｉ−Ｆ結合の数）／（Ｓｉ−Ｏ結合の数）の値
に比例するので、Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比が大きいこ
とは、ＳｉＯＦ膜内にＳｉ−Ｆ結合が多いことを示す。
従って、図３から、Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比が大きい
ＳｉＯＦ膜ほど、すなわち、ＳｉＯＦ膜中にＳｉ−Ｆ結
合の数が多いＳｉＯＦ膜ほど、誘電率が小さいことが分
かった。
内の（Ｓｉ−Ｆ結合の数）／（Ｓｉ−Ｏ結合の数）の値
に比例するので、Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比が大きいこ
とは、ＳｉＯＦ膜内にＳｉ−Ｆ結合が多いことを示す。
従って、図３から、Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比が大きい
ＳｉＯＦ膜ほど、すなわち、ＳｉＯＦ膜中にＳｉ−Ｆ結
合の数が多いＳｉＯＦ膜ほど、誘電率が小さいことが分
かった。
【００２８】そこで、発明者らは、プラズマＣＶＤでＳ
ｉ−Ｆ結合の数が多いＳｉＯＦ膜を生成するためには、
プラズマ中にＳｉ−Ｆ結合をもつラジカルが多く含まれ
ればよいと考え、ＳｉＨ2Ｆ2ガスを原料として用いてＳ
ｉＯＦ膜を生成することを発明した。
ｉ−Ｆ結合の数が多いＳｉＯＦ膜を生成するためには、
プラズマ中にＳｉ−Ｆ結合をもつラジカルが多く含まれ
ればよいと考え、ＳｉＨ2Ｆ2ガスを原料として用いてＳ
ｉＯＦ膜を生成することを発明した。
【００２９】ＳｉＨ2Ｆ2は、プラズマ中の電子との衝突
によって、ＳｉＦ2,ＳｉＨ2,ＳｉＦ，ＳｉＨ，Ｆ，Ｈ等
の各種ラジカルに分解される。ＳｉＨ2Ｆ2と同時に導入
された酸化材（Ｏ2 ガス）も分解され、Ｏラジカルが発
生する。ＳｉＦ2，ＳｉＨ2，ＳｉＦ，ＳｉＨのＳｉを含
むラジカルと、Ｏラジカルとが基板表面上で化学的に結
合してＳｉ−Ｆ結合を有するＳｉＯ2 膜、すなわちＳｉ
ＯＦ膜を生成する。
によって、ＳｉＦ2,ＳｉＨ2,ＳｉＦ，ＳｉＨ，Ｆ，Ｈ等
の各種ラジカルに分解される。ＳｉＨ2Ｆ2と同時に導入
された酸化材（Ｏ2 ガス）も分解され、Ｏラジカルが発
生する。ＳｉＦ2，ＳｉＨ2，ＳｉＦ，ＳｉＨのＳｉを含
むラジカルと、Ｏラジカルとが基板表面上で化学的に結
合してＳｉ−Ｆ結合を有するＳｉＯ2 膜、すなわちＳｉ
ＯＦ膜を生成する。
【００３０】ＳｉＯＦ膜には、１個のＳｉ原子に対しＦ
原子１個の結合と、１個のＳｉ原子に対しＦ原子２個の
結合の２種類のＳｉ−Ｆ結合が主に含まれている。SiH2
F2を成膜材料に用いたＳｉＯＦ膜は、Ｓｉ−Ｆ結合以外
にＳｉ−Ｈ結合を有する。ただし、ＳｉとＨの結合性は
ＳｉとＦおよびＳｉとＯの結合性に比べて大変弱いの
で、Ｓｉ−Ｈ結合はＳｉＯＦ膜中に微少にしか含まれな
い。
原子１個の結合と、１個のＳｉ原子に対しＦ原子２個の
結合の２種類のＳｉ−Ｆ結合が主に含まれている。SiH2
F2を成膜材料に用いたＳｉＯＦ膜は、Ｓｉ−Ｆ結合以外
にＳｉ−Ｈ結合を有する。ただし、ＳｉとＨの結合性は
ＳｉとＦおよびＳｉとＯの結合性に比べて大変弱いの
で、Ｓｉ−Ｈ結合はＳｉＯＦ膜中に微少にしか含まれな
い。
【００３１】また、発明者らはＳｉＨ2Ｆ2について、解
離経路を分子軌道法を用いる数値計算によって求めた。
表１に、計算結果であるＳIＨ2Ｆ2 が電子と衝突して各
種のラジカルへの解離する解離反応経路と、その時に必
要な電子の運動エネルギーを示す。
離経路を分子軌道法を用いる数値計算によって求めた。
表１に、計算結果であるＳIＨ2Ｆ2 が電子と衝突して各
種のラジカルへの解離する解離反応経路と、その時に必
要な電子の運動エネルギーを示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】この計算結果から、以下のことが分かっ
た。プラズマ内の電子の運動エネルギーが２２.８ｅＶ
以下のときに、ＳｉＨ2Ｆ2は主に以下の様に解離するこ
とが分かった。
た。プラズマ内の電子の運動エネルギーが２２.８ｅＶ
以下のときに、ＳｉＨ2Ｆ2は主に以下の様に解離するこ
とが分かった。
【００３４】 ｅ（電子）＋ＳｉＨ2Ｆ2→ｅ＋ＳｉＦ2＋Ｈ2（解離Ａ） または ｅ（電子）＋ＳｉＨ2Ｆ2→ｅ＋ＳｉＦ2＋２Ｈ（解離
Ｂ） 一方、電子の運動エネルギーが２２.８ｅＶ以上の場合
は、 ｅ（電子）＋ＳｉＨ2Ｆ2→ｅ＋ＳｉＨ2＋Ｆ2（解離Ｃ） または ｅ（電子）＋ＳｉＨ2Ｆ2→ｅ＋ＳｉＨ2＋２Ｆ（解離
Ｄ） の解離反応が生じることが分かった。また、プラズマ内
の電子の運動エネルギーが７ｅＶより小さい場合は、Ｓ
ｉＨ2Ｆ2は解離しにくいことが分かった。
Ｂ） 一方、電子の運動エネルギーが２２.８ｅＶ以上の場合
は、 ｅ（電子）＋ＳｉＨ2Ｆ2→ｅ＋ＳｉＨ2＋Ｆ2（解離Ｃ） または ｅ（電子）＋ＳｉＨ2Ｆ2→ｅ＋ＳｉＨ2＋２Ｆ（解離
Ｄ） の解離反応が生じることが分かった。また、プラズマ内
の電子の運動エネルギーが７ｅＶより小さい場合は、Ｓ
ｉＨ2Ｆ2は解離しにくいことが分かった。
【００３５】プラズマ中の電子の運動エネルギーはマク
スウェル分布で、プラズマの電子温度分布のピーク温度
が１０ｅＶ以下であれば、解離Ｃおよび解離Ｄを生じさ
せる運動エネルギー（２２.８ｅＶ 以上）を持つ電子の
割合は全体の１／２以下となるから、解離Ｃおよび解離
Ｄよりも解離Ａおよび解離Ｂの反応の方が多く起こり、
プラズマ中にＳｉ−Ｆ結合を持つＳｉＦ2 ラジカルを多
くすることができる、と発明者らは考えた。
スウェル分布で、プラズマの電子温度分布のピーク温度
が１０ｅＶ以下であれば、解離Ｃおよび解離Ｄを生じさ
せる運動エネルギー（２２.８ｅＶ 以上）を持つ電子の
割合は全体の１／２以下となるから、解離Ｃおよび解離
Ｄよりも解離Ａおよび解離Ｂの反応の方が多く起こり、
プラズマ中にＳｉ−Ｆ結合を持つＳｉＦ2 ラジカルを多
くすることができる、と発明者らは考えた。
【００３６】（実施例１）ＳｉＨ2Ｆ2を用い、プラズマ
の電子温度を低くしてＳｉＯＦ膜を生成する本発明の第
１の実施例を説明する。図１に本実施例で用いるマイク
ロ波ECR−CVD装置を示す。
の電子温度を低くしてＳｉＯＦ膜を生成する本発明の第
１の実施例を説明する。図１に本実施例で用いるマイク
ロ波ECR−CVD装置を示す。
【００３７】マイクロ波ＥＣＲ−ＣＶＤ装置は、内部で
成膜が行われる成膜容器３，マイクロ派を発生するマグ
ネトロン１，マグネトロン１に接続された電源１８，マ
グネトロン１で発生したマイクロ波を成膜容器３に導く
導波管２，成膜容器３内に磁場を発生する電磁石４，Ｓ
ｉＨ2Ｆ2ガス７ａ，Ｏ2 ガス７ｂ、および希釈用のＡｒ
ガス７ｃをそれぞれ充填したガスボンベ５ａ，５ｂ、お
よび５ｃ、それぞれのガスを成膜容器３に供給するガス
供給装置８ａ，８ｂ，８ｃ，成膜容器３内の気体を排気
して成膜容器３内を一定圧力に保つ排気ポンプ１０，排
気された気体から有害物質を除去する除去装置１１，成
膜を行う半導体ウエハ１３を載せる基板ホルダー１４，
基板ホルダー１４に高周波電圧を印加する高周波装置１
５を有する。これは、正イオンを半導体ウエハ１３に引
き込み膜質を緻密化するためである。また、成膜容器３
には石英の観測窓１６が設けられており、そばに設置さ
れた分光器１７でプラズマの発光を分光測定できる。
成膜が行われる成膜容器３，マイクロ派を発生するマグ
ネトロン１，マグネトロン１に接続された電源１８，マ
グネトロン１で発生したマイクロ波を成膜容器３に導く
導波管２，成膜容器３内に磁場を発生する電磁石４，Ｓ
ｉＨ2Ｆ2ガス７ａ，Ｏ2 ガス７ｂ、および希釈用のＡｒ
ガス７ｃをそれぞれ充填したガスボンベ５ａ，５ｂ、お
よび５ｃ、それぞれのガスを成膜容器３に供給するガス
供給装置８ａ，８ｂ，８ｃ，成膜容器３内の気体を排気
して成膜容器３内を一定圧力に保つ排気ポンプ１０，排
気された気体から有害物質を除去する除去装置１１，成
膜を行う半導体ウエハ１３を載せる基板ホルダー１４，
基板ホルダー１４に高周波電圧を印加する高周波装置１
５を有する。これは、正イオンを半導体ウエハ１３に引
き込み膜質を緻密化するためである。また、成膜容器３
には石英の観測窓１６が設けられており、そばに設置さ
れた分光器１７でプラズマの発光を分光測定できる。
【００３８】マグネトロン１で発生したマイクロ波と電
磁石４による磁場により、成膜容器３内に導入されたＳ
ｉＨ2Ｆ2ガス７ａ，Ｏ2ガス７ｂ、およびＡrガス７ｃは
電離してプラズマが生成される。
磁石４による磁場により、成膜容器３内に導入されたＳ
ｉＨ2Ｆ2ガス７ａ，Ｏ2ガス７ｂ、およびＡrガス７ｃは
電離してプラズマが生成される。
【００３９】プラズマの電子温度を低くするには、反応
容器内に導入するＳｉＨ2Ｆ2ガス流量を大きくするか、
反応容器内の圧力を高くするか、もしくはマイクロ波パ
ワーを低くして膜を生成すればよい。プラズマ内の電子
に対してＳｉＨ2Ｆ2が増え、衝突による電子の運動エネ
ルギーの損失が増加するので、電子温度は低下し、解離
Ａまたは解離Ｂが起こる。この条件では２次解離以上の
解離反応は起きにくいのでフッ素原子の発生は少ない。
また、フッ素原子とＳｉＨ2Ｆ2の結合によって生じるＳ
ｉＨ2Ｆ3~イオンの発生も少ない。従って、プラズマ中
にＳｉＦ2ラジカルが多くなる。
容器内に導入するＳｉＨ2Ｆ2ガス流量を大きくするか、
反応容器内の圧力を高くするか、もしくはマイクロ波パ
ワーを低くして膜を生成すればよい。プラズマ内の電子
に対してＳｉＨ2Ｆ2が増え、衝突による電子の運動エネ
ルギーの損失が増加するので、電子温度は低下し、解離
Ａまたは解離Ｂが起こる。この条件では２次解離以上の
解離反応は起きにくいのでフッ素原子の発生は少ない。
また、フッ素原子とＳｉＨ2Ｆ2の結合によって生じるＳ
ｉＨ2Ｆ3~イオンの発生も少ない。従って、プラズマ中
にＳｉＦ2ラジカルが多くなる。
【００４０】ここで、解離Ａ〜Ｄの様な分解反応は１次
解離反応と呼ばれる。１次解離反応で生じるラジカルが
再び電子と衝突して分解することは２次解離反応と呼ば
れ（例えば、ＳｉＦ2 →ＳｉＦ＋Ｆ）、さらに２次解離
反応で生じるラジカルが電子と衝突して分解することも
あり、これらは高次解離反応と呼ばれる。表１の計算結
果に基づき解離の度合（ｎ次解離）と電子温度に応じて
生じるラジカルの種類を表２に示している。
解離反応と呼ばれる。１次解離反応で生じるラジカルが
再び電子と衝突して分解することは２次解離反応と呼ば
れ（例えば、ＳｉＦ2 →ＳｉＦ＋Ｆ）、さらに２次解離
反応で生じるラジカルが電子と衝突して分解することも
あり、これらは高次解離反応と呼ばれる。表１の計算結
果に基づき解離の度合（ｎ次解離）と電子温度に応じて
生じるラジカルの種類を表２に示している。
【００４１】
【表２】
【００４２】次に、マイクロ波パワー，流量，圧力、お
よびＯ2／ＳｉＨ2Ｆ2 の流量比を変えて生成したＳｉＯ
Ｆ膜について、Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比を測定した。
結果を図２に示す。図２から、圧力は５ｍTorr、流量は
２０〜２５SCCMを境に、Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比が急
激に増加することが分かる。従って、圧力を５mmTorr以
上あるいはＳｉＨ2Ｆ2のガス流量を２０SCCM以上とすれ
ば誘電率が低いSiOF膜を生成できる。
よびＯ2／ＳｉＨ2Ｆ2 の流量比を変えて生成したＳｉＯ
Ｆ膜について、Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比を測定した。
結果を図２に示す。図２から、圧力は５ｍTorr、流量は
２０〜２５SCCMを境に、Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比が急
激に増加することが分かる。従って、圧力を５mmTorr以
上あるいはＳｉＨ2Ｆ2のガス流量を２０SCCM以上とすれ
ば誘電率が低いSiOF膜を生成できる。
【００４３】マイクロ波パワーを６００Ｗ、圧力を１ｍ
Torrに固定し、ＳｉＨ2Ｆ2ガス７ａ，Ｏ2 ガス７ｂの流
量をガス供給装置８ａ，８ｂによって変えて半導体ウエ
ハー１３上にＳｉＯＦ膜を生成する。生成されたＳｉＯ
Ｆ膜のＳｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比，誘電率，生成中のプ
ラズマのＳｉＨ2（４８５−６４４ｎｍ）とＳｉＦ2（２
１８−２７６ｎｍ）の発光強度、および電子温度を表３
に示す。電子温度はランギュミラーブローブをプラズマ
内に挿入し測定した。
Torrに固定し、ＳｉＨ2Ｆ2ガス７ａ，Ｏ2 ガス７ｂの流
量をガス供給装置８ａ，８ｂによって変えて半導体ウエ
ハー１３上にＳｉＯＦ膜を生成する。生成されたＳｉＯ
Ｆ膜のＳｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比，誘電率，生成中のプ
ラズマのＳｉＨ2（４８５−６４４ｎｍ）とＳｉＦ2（２
１８−２７６ｎｍ）の発光強度、および電子温度を表３
に示す。電子温度はランギュミラーブローブをプラズマ
内に挿入し測定した。
【００４４】
【表３】
【００４５】表３から以下のことが分かる。ＳｉＨ2Ｆ2
の流量が増加するほどプラズマの電子温度は低下し、Ｓ
ｉＯＦ膜のＳｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比は増加し、誘電率
は低下した。特に、電子温度が１０ｅＶ以下となる条件
（ＳｉＨ2Ｆ2のガス流量が２５SCCM）のとき、生成され
たＳｉＯＦ膜の誘電率は３.２ 以下になった。また、Ｓ
ｉＨ2 の発光が減少しＳｉＦ2 の発光が増加した。発光
強度はラジカルの存在比率に比例するから、これは、プ
ラズマ中のＳｉＨ2 ラジカルが減りＳｉＦ2ラジカルが
増加したことを示す。
の流量が増加するほどプラズマの電子温度は低下し、Ｓ
ｉＯＦ膜のＳｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比は増加し、誘電率
は低下した。特に、電子温度が１０ｅＶ以下となる条件
（ＳｉＨ2Ｆ2のガス流量が２５SCCM）のとき、生成され
たＳｉＯＦ膜の誘電率は３.２ 以下になった。また、Ｓ
ｉＨ2 の発光が減少しＳｉＦ2 の発光が増加した。発光
強度はラジカルの存在比率に比例するから、これは、プ
ラズマ中のＳｉＨ2 ラジカルが減りＳｉＦ2ラジカルが
増加したことを示す。
【００４６】次に、マイクロ波パワーを６００Ｗ、流量
（ＳｉＨ2Ｆ2：Ｏ2 ）＝１０：５０SCCMに固定し、圧力
を変えてＳｉＯＦ膜を生成する。結果を表４に示す。圧
力が高いほどプラズマの電子温度は低下し、ＳｉＯＦ膜
のＳｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比は増加し、誘電率は低下し
た。特に、電子温度が９ｅＶとなる条件（圧力が１０ｍ
Torr）のとき、生成されたＳｉＯＦ膜の誘電率は３.２
になった。また、SiH2の発光が減少しＳｉＦ2 の発光が
増加した。この場合も、プラズマ中のＳｉＨ2ラジカル
が減りＳｉＦ2 ラジカルが増加したことを示す。
（ＳｉＨ2Ｆ2：Ｏ2 ）＝１０：５０SCCMに固定し、圧力
を変えてＳｉＯＦ膜を生成する。結果を表４に示す。圧
力が高いほどプラズマの電子温度は低下し、ＳｉＯＦ膜
のＳｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比は増加し、誘電率は低下し
た。特に、電子温度が９ｅＶとなる条件（圧力が１０ｍ
Torr）のとき、生成されたＳｉＯＦ膜の誘電率は３.２
になった。また、SiH2の発光が減少しＳｉＦ2 の発光が
増加した。この場合も、プラズマ中のＳｉＨ2ラジカル
が減りＳｉＦ2 ラジカルが増加したことを示す。
【００４７】
【表４】
【００４８】本実施例で生成されたＳｉＯＦ膜を水に浸
す前後でＩＲ強度比を測定したところ、水の吸着を示す
振動数におけるピークはなかった。これにより、本実施
例で生成されたＳｉＯＦ膜は吸湿性が低い事が分かっ
た。
す前後でＩＲ強度比を測定したところ、水の吸着を示す
振動数におけるピークはなかった。これにより、本実施
例で生成されたＳｉＯＦ膜は吸湿性が低い事が分かっ
た。
【００４９】また、本実施例で生成したＳｉＯＦ膜の絶
縁破壊電界は、プラズマＴＥＯＳにより作成した従来の
ＳｉＯ2 と同程度かそれ以上であった。
縁破壊電界は、プラズマＴＥＯＳにより作成した従来の
ＳｉＯ2 と同程度かそれ以上であった。
【００５０】従って、プラズマの電子温度が低い条件
（圧力が５mmTorr以上、またはSiH2F2のガス流量が２０
SCCM以上）で生成されるＳｉＯＦ膜は、誘電率が低く、
水透過性が高い。
（圧力が５mmTorr以上、またはSiH2F2のガス流量が２０
SCCM以上）で生成されるＳｉＯＦ膜は、誘電率が低く、
水透過性が高い。
【００５１】また、電子温度が低いプラズマ中にはＦラ
ジカルの比率も少なく膜内に遊離Ｆ原子が取り込まれに
くく、ＳｉＨ2Ｆ2とＦの会合により生成するＳｉＨ2Ｆ3
が少ないため、ＳｉＨ2Ｆ3~ の様な安定な負イオンが膜
内に取り込まれる可能性は低い。従って、吸湿性と化学
反応性が低く、絶縁破壊電界が高い膜を成膜出来る。そ
して、本分解反応は最低のしきい値で生じるので、解離
に必要な消費電力を最小限に抑えられる。
ジカルの比率も少なく膜内に遊離Ｆ原子が取り込まれに
くく、ＳｉＨ2Ｆ2とＦの会合により生成するＳｉＨ2Ｆ3
が少ないため、ＳｉＨ2Ｆ3~ の様な安定な負イオンが膜
内に取り込まれる可能性は低い。従って、吸湿性と化学
反応性が低く、絶縁破壊電界が高い膜を成膜出来る。そ
して、本分解反応は最低のしきい値で生じるので、解離
に必要な消費電力を最小限に抑えられる。
【００５２】また、本実施例のように電子温度を低くし
て成膜を行えば、プラズマを生成するためのマイクロ波
パワーの消費電力を削減できる。
て成膜を行えば、プラズマを生成するためのマイクロ波
パワーの消費電力を削減できる。
【００５３】また、本実施例で用いたマイクロ波ＥＣＲ
−ＣＶＤ装置の代わりに、図５に示すような誘導結合型
のプラズマ発生装置を用いて成膜を行ってもよい。この
装置は、電磁石４の代わりにコイル１９が用いられ、そ
の分コンパクトである。
−ＣＶＤ装置の代わりに、図５に示すような誘導結合型
のプラズマ発生装置を用いて成膜を行ってもよい。この
装置は、電磁石４の代わりにコイル１９が用いられ、そ
の分コンパクトである。
【００５４】また、図６に示すような平行平板型のプラ
ズマ発生装置を用いてもよい。この装置は電磁石４が不
要で、コンパクトである。また、ウエハ面上の成膜の均
一性が高く、かつクリーニング時間が少ないという利点
を持つ。
ズマ発生装置を用いてもよい。この装置は電磁石４が不
要で、コンパクトである。また、ウエハ面上の成膜の均
一性が高く、かつクリーニング時間が少ないという利点
を持つ。
【００５５】また、ＳｉＨ2Ｆ2ガス，酸化材ガスに加
え、希ガスを加えることは、SiH2F2ガスを希釈でき、希
ガスイオンとの衝突により膜を緻密化でき、希ガスの準
安定状態からの放出光により解離を促進できる。
え、希ガスを加えることは、SiH2F2ガスを希釈でき、希
ガスイオンとの衝突により膜を緻密化でき、希ガスの準
安定状態からの放出光により解離を促進できる。
【００５６】（実施例２）次に、ＳｉＨ2Ｆ2を用い、水
透過性の高いＳｉＯＦ膜と低いＳｉＯＦ膜とを積層し
て、誘電率が小さく、水透過性を抑止できる絶縁膜で、
高アスペクト比の配線溝を埋め込む本発明の第２の実施
例を説明する。
透過性の高いＳｉＯＦ膜と低いＳｉＯＦ膜とを積層し
て、誘電率が小さく、水透過性を抑止できる絶縁膜で、
高アスペクト比の配線溝を埋め込む本発明の第２の実施
例を説明する。
【００５７】実施例１とは逆に、電子温度が高い条件で
生成されたＳｉＯＦ膜は、電子温度が低い条件で生成さ
れたＳｉＯＦ膜よりもＳｉ−Ｈ結合を含むので、誘電率
は高くなる。しかし、Ｓｉ−Ｈ結合はＳｉ−Ｈ＋Ｈ2Ｏ
→Ｓｉ−ＯＨ＋Ｈ2の反応により、水の透過を抑止する
（水透過性が低い）。従って、膜内の水の拡散を抑止す
ることができる。
生成されたＳｉＯＦ膜は、電子温度が低い条件で生成さ
れたＳｉＯＦ膜よりもＳｉ−Ｈ結合を含むので、誘電率
は高くなる。しかし、Ｓｉ−Ｈ結合はＳｉ−Ｈ＋Ｈ2Ｏ
→Ｓｉ−ＯＨ＋Ｈ2の反応により、水の透過を抑止する
（水透過性が低い）。従って、膜内の水の拡散を抑止す
ることができる。
【００５８】電子温度を高くするには、反応容器内に導
入するＳｉＨ2Ｆ2ガス流量を小さくするか、反応容器内
の圧力を低くするか、もしくはマイクロ波パワーを高く
して膜を生成すればよい。電子温度が高くなると、解離
Ｃおよび解離Ｄの反応が多くなり、２次解離以上の高次
解離反応も多くなる。このとき、プラズマ中にＳiＦ2ラ
ジカルは少ない。
入するＳｉＨ2Ｆ2ガス流量を小さくするか、反応容器内
の圧力を低くするか、もしくはマイクロ波パワーを高く
して膜を生成すればよい。電子温度が高くなると、解離
Ｃおよび解離Ｄの反応が多くなり、２次解離以上の高次
解離反応も多くなる。このとき、プラズマ中にＳiＦ2ラ
ジカルは少ない。
【００５９】プラズマの電子温度分布のピーク温度が１
０ｅＶより高ければ、解離Ｃおよび解離Ｄを生じさせる
運動エネルギー（２２.８ｅＶ 以上）を持つ電子の割合
は全体の１／２以上となるから、解離Ｃおよび解離Ｄよ
りも解離Ａおよび解離Ｂの反応の方が多く起こり、プラ
ズマ中にＳｉ−Ｈ結合を持つＳｉＨ2 ラジカルを多くす
ることができる。
０ｅＶより高ければ、解離Ｃおよび解離Ｄを生じさせる
運動エネルギー（２２.８ｅＶ 以上）を持つ電子の割合
は全体の１／２以上となるから、解離Ｃおよび解離Ｄよ
りも解離Ａおよび解離Ｂの反応の方が多く起こり、プラ
ズマ中にＳｉ−Ｈ結合を持つＳｉＨ2 ラジカルを多くす
ることができる。
【００６０】本実施例では、実施例１と同じ図１のＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ装置を用いて、図４に示すＡｌ電極２１間
（間隙０.３μｍ ）に２種類のＳｉＯＦ膜を積層して埋
め込む。
Ｒ−ＣＶＤ装置を用いて、図４に示すＡｌ電極２１間
（間隙０.３μｍ ）に２種類のＳｉＯＦ膜を積層して埋
め込む。
【００６１】本配線溝埋め込みでは、Ｉ期からＶ期の成
膜過程を行う。Ｉ期とIII 期においては、電子温度が高
い条件(圧力１mmTorr，ＳｉＨ2Ｆ2流量１０SCCM，１２
ｅＶ)でのＳｉＯＦ膜２２の生成を、III 期とIV期にお
いては電子温度が低い条件（圧力５mmTorr，ＳｉＨ2Ｆ2
流量５０SCCM，８ｅＶ）でのＳｉＯＦ膜２３の生成を行
う。マイクロ波パワーは６００Ｗとする。Ｖ期において
はＣＭＰ法で半導体ウエハ１３の表面を平坦化する。
膜過程を行う。Ｉ期とIII 期においては、電子温度が高
い条件(圧力１mmTorr，ＳｉＨ2Ｆ2流量１０SCCM，１２
ｅＶ)でのＳｉＯＦ膜２２の生成を、III 期とIV期にお
いては電子温度が低い条件（圧力５mmTorr，ＳｉＨ2Ｆ2
流量５０SCCM，８ｅＶ）でのＳｉＯＦ膜２３の生成を行
う。マイクロ波パワーは６００Ｗとする。Ｖ期において
はＣＭＰ法で半導体ウエハ１３の表面を平坦化する。
【００６２】Ｉ期では圧力が低いので、イオンのラジカ
ルとの衝突が減少し、バイアスで引き込まれる正イオン
の直進性が高く、アスペクト比（溝高さ／溝幅）が高い
溝を埋め込む事ができる。プラズマ中のＳｉＦ2 ラジカ
ルの割合が少ないため、生成されたＳｉＯＦ膜２２の誘
電率は３.５ 程度となるが、ＳｉＯＦ膜２２は下地のＡ
ｌへの水の透過を防止するので、Ａｌ腐食を防止でき
る。
ルとの衝突が減少し、バイアスで引き込まれる正イオン
の直進性が高く、アスペクト比（溝高さ／溝幅）が高い
溝を埋め込む事ができる。プラズマ中のＳｉＦ2 ラジカ
ルの割合が少ないため、生成されたＳｉＯＦ膜２２の誘
電率は３.５ 程度となるが、ＳｉＯＦ膜２２は下地のＡ
ｌへの水の透過を防止するので、Ａｌ腐食を防止でき
る。
【００６３】II期ではプラズマ中のＳｉＦ2ラジカルの
割合が多いため、生成されたＳiＯＦ膜２３の誘電率は
３.１ 程度となる。II期は圧力が高いので、バイアスで
引き込まれる正イオンの直進性が低く、Ｉ期に比べ、ア
スペクト比の高い溝は埋め込めにくい。しかし、Ｉ期の
埋め込みによりアスペクト比は減少しているので、イオ
ンの直進性がＩ期に比べ若干劣っていても、このプラズ
マ状態でＡｌ電極２１間にＳｉＯＦ膜２３を埋め込むこ
とがある。
割合が多いため、生成されたＳiＯＦ膜２３の誘電率は
３.１ 程度となる。II期は圧力が高いので、バイアスで
引き込まれる正イオンの直進性が低く、Ｉ期に比べ、ア
スペクト比の高い溝は埋め込めにくい。しかし、Ｉ期の
埋め込みによりアスペクト比は減少しているので、イオ
ンの直進性がＩ期に比べ若干劣っていても、このプラズ
マ状態でＡｌ電極２１間にＳｉＯＦ膜２３を埋め込むこ
とがある。
【００６４】III 期はＩ期と同じプラズマ状態であるた
め、ＳｉＯＦ膜２２は大気から侵入する水の透過を抑止
し、下地のＡｌへの水の透過を防止すると共にII期で埋
め込んだ低誘電率膜と水の反応に伴う誘電率増大を抑止
する。
め、ＳｉＯＦ膜２２は大気から侵入する水の透過を抑止
し、下地のＡｌへの水の透過を防止すると共にII期で埋
め込んだ低誘電率膜と水の反応に伴う誘電率増大を抑止
する。
【００６５】IV期はII期と同じプラズマ状態であるため
ＳｉＯＦ膜２３が生成される。
ＳｉＯＦ膜２３が生成される。
【００６６】IV期で生成されたＳｉＯＦ膜２２は、Ｖ期
においてアルカリ溶液を利用したＣＭＰ法により平坦化
される。ＳｉＯＦ膜はＳｉＯ2 に比べアルカリ溶液に分
解されやすく、高速に平坦化出来る。ＣＭＰ法で平坦化
する場合、図４（ｅ）の様に、III 期で成膜した透水性
の低い膜が表面，表面直下に現れる様にする。
においてアルカリ溶液を利用したＣＭＰ法により平坦化
される。ＳｉＯＦ膜はＳｉＯ2 に比べアルカリ溶液に分
解されやすく、高速に平坦化出来る。ＣＭＰ法で平坦化
する場合、図４（ｅ）の様に、III 期で成膜した透水性
の低い膜が表面，表面直下に現れる様にする。
【００６７】ここで、Ｉ期およびIII 期でのＳｉＯＦ膜
２２の厚さを最小限に抑えれば、誘電率は低く保つこと
ができる。
２２の厚さを最小限に抑えれば、誘電率は低く保つこと
ができる。
【００６８】このようにして生成した絶縁膜は、低誘電
率のＳｉＯＦ膜２３の占める割合が多いため、全体の誘
電率は３.２ 程度である。また、遊離Ｆ原子、負イオン
の膜内への取り込みが少ないため、吸湿性と化学的反応
性の少ない膜である。
率のＳｉＯＦ膜２３の占める割合が多いため、全体の誘
電率は３.２ 程度である。また、遊離Ｆ原子、負イオン
の膜内への取り込みが少ないため、吸湿性と化学的反応
性の少ない膜である。
【００６９】このような絶縁膜を表面に成膜された半導
体装置は、大気中から膜内への水の浸入を抑えられ、ま
た、浸入した水も透過されにくいので、表面に設けられ
た金属配線が腐食しにくい半導体装置である。また、誘
電率が低いので配線遅延も小さくできる。
体装置は、大気中から膜内への水の浸入を抑えられ、ま
た、浸入した水も透過されにくいので、表面に設けられ
た金属配線が腐食しにくい半導体装置である。また、誘
電率が低いので配線遅延も小さくできる。
【００７０】本実施例では、原料ガスの切り替えを行わ
ないので、プラズマを安定化する時間が少なくてすみ、
Ｉ期〜IV期の成膜時間を短くでき、スループットを向上
できる。また、半導体成膜装置のガス系統を増加させる
必要がないので、その分製造装置を小さくできる。
ないので、プラズマを安定化する時間が少なくてすみ、
Ｉ期〜IV期の成膜時間を短くでき、スループットを向上
できる。また、半導体成膜装置のガス系統を増加させる
必要がないので、その分製造装置を小さくできる。
【００７１】また、III 期のプラズマ条件では圧力・流
量をII期とIV期に比べ小さくしているが、(Ｏ2 流量）
／（ＳｉＨ2Ｆ2流量)比をII期とIV期の２倍にしてもＳ
ｉＯＦ膜２２を生成できる。
量をII期とIV期に比べ小さくしているが、(Ｏ2 流量）
／（ＳｉＨ2Ｆ2流量)比をII期とIV期の２倍にしてもＳ
ｉＯＦ膜２２を生成できる。
【００７２】また、ＥＣＲ−ＣＶＤ装置の代わりに図５
に示すような誘導結合型のプラズマ発生装置を用いて成
膜を行ってもよい。
に示すような誘導結合型のプラズマ発生装置を用いて成
膜を行ってもよい。
【００７３】
【発明の効果】請求項１の特徴によれば、従来のＳｉＯ
Ｆ膜より誘電率が低く、吸湿性および化学反応性も低い
ＳｉＯＦ膜を成膜することができ、従来のＳｉＯ2 膜と
同等以上の絶縁破壊電界のＳｉＯＦ膜を成膜することが
できる。請求項２，３、および４の成膜方法も同様の効
果を得られる。
Ｆ膜より誘電率が低く、吸湿性および化学反応性も低い
ＳｉＯＦ膜を成膜することができ、従来のＳｉＯ2 膜と
同等以上の絶縁破壊電界のＳｉＯＦ膜を成膜することが
できる。請求項２，３、および４の成膜方法も同様の効
果を得られる。
【００７４】請求項５の特徴によれば、全体として誘電
率が低く、吸湿性および化学反応性が低く、水透過性の
低い、かつ絶縁破壊電界の高いＳｉＯＦ膜を成膜するこ
とができる。請求項７の成膜方法も同様の効果を得られ
る。
率が低く、吸湿性および化学反応性が低く、水透過性の
低い、かつ絶縁破壊電界の高いＳｉＯＦ膜を成膜するこ
とができる。請求項７の成膜方法も同様の効果を得られ
る。
【００７５】請求項６の特徴によれば、請求項５と同様
の効果を得られるとともに、第２の過程においては圧力
が小さいので、高アスペクト比の半導体装置の表面にも
SiOF膜を成膜することができる。
の効果を得られるとともに、第２の過程においては圧力
が小さいので、高アスペクト比の半導体装置の表面にも
SiOF膜を成膜することができる。
【００７６】請求項８の特徴によれば、請求項５と同様
の作用効果を生じるとともに、第２の過程で成膜された
ＳｉＯＦ膜は、半導体装置の表面の腐食を抑えることが
できる。
の作用効果を生じるとともに、第２の過程で成膜された
ＳｉＯＦ膜は、半導体装置の表面の腐食を抑えることが
できる。
【００７７】請求項９の特徴によれば、請求項１と同様
の作用効果を生じ、配線遅延を低減した半導体装置を得
ることができる。
の作用効果を生じ、配線遅延を低減した半導体装置を得
ることができる。
【００７８】請求項１０の特徴によれば、請求項８と同
様の作用効果を生じ、配線遅延を低減した半導体装置を
得ることができる。
様の作用効果を生じ、配線遅延を低減した半導体装置を
得ることができる。
【図１】第１の実施例のマイクロ波ＥＣＲ−ＣＶＤ装置
を示す図。
を示す図。
【図２】マイクロ波パワー，流量，圧力、およびＯ2 ／
ＳｉＨ2Ｆ2の流量比を変えて生成したＳｉＯＦ膜につい
て、Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比を示す図。
ＳｉＨ2Ｆ2の流量比を変えて生成したＳｉＯＦ膜につい
て、Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比を示す図。
【図３】Ｓｉ−Ｆ結合のＩＲ強度比と誘電率との関係の
実験および理論計算の結果を示す図。
実験および理論計算の結果を示す図。
【図４】第２の実施例のＡｌ電極２１間に２種類のＳｉ
ＯＦ膜を積層して埋め込む過程を示す図。
ＯＦ膜を積層して埋め込む過程を示す図。
【図５】誘導結合型のプラズマ発生装置を示す図。
【図６】平行平板型のプラズマ発生装置を示す図。
１…マグネトロン、２…導波管、３…成膜容器、４…電
磁石、５ａ，５ｂ，５ｃ…ガスボンベ、、７ａ…ＳｉＨ
2Ｆ2ガス，７ｂ…Ｏ2 ガス、７ｃ…Ａｒガス、８ａ，８
ｂ，８ｃ…ガス供給装置、１０…排気ポンプ、１１…除
去装置、１３…半導体ウエハ、１４…基板ホルダー、１
５…高周波装置、１６…観測窓、１７分光器、１８…電
源、１９…コイル、２１…Ａｌ電極、２２，２３…Ｓｉ
ＯＦ膜。
磁石、５ａ，５ｂ，５ｃ…ガスボンベ、、７ａ…ＳｉＨ
2Ｆ2ガス，７ｂ…Ｏ2 ガス、７ｃ…Ａｒガス、８ａ，８
ｂ，８ｃ…ガス供給装置、１０…排気ポンプ、１１…除
去装置、１３…半導体ウエハ、１４…基板ホルダー、１
５…高周波装置、１６…観測窓、１７分光器、１８…電
源、１９…コイル、２１…Ａｌ電極、２２，２３…Ｓｉ
ＯＦ膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−69518（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−115976（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/316
Claims (6)
- 【請求項１】プラズマＣＶＤ法でＳｉＯＦ膜を成膜する
ＳｉＯＦ膜の成膜方法において、前記プラズマＣＶＤ法
はプラズマ中でＳｉＨ2Ｆ2 からなる材料ガスと酸素原子
を含む酸化材とを解離させることを特徴とし、前記プラ
ズマが生成される容器内の圧力が５mmTorr以上であるこ
とを特徴とするＳｉＯＦ膜の成膜方法。 - 【請求項２】プラズマＣＶＤ法でＳｉＯＦ膜を成膜する
ＳｉＯＦ膜の成膜方法において、前記プラズマＣＶＤ法
はプラズマ中でＳｉＨ2Ｆ2と酸素原子を含む酸化材とを
解離させることを特徴とし、電子温度が１０ｅＶ以下で
ある前記プラズマを用いて前記ＳｉＯＦ膜を成膜する第
１の過程と、電子温度が１０ｅＶより大きい前記プラズ
マを用いて前記ＳｉＯＦ膜を成膜する第２の過程とを有
することを特徴とするＳｉＯＦ膜の成膜方法。 - 【請求項３】プラズマＣＶＤ法でＳｉＯＦ膜を成膜する
ＳｉＯＦ膜の成膜方法において、前記プラズマＣＶＤ法
はプラズマ中でＳｉＨ2Ｆ2と酸素原子を含む酸化材とを
解離させることを特徴とし、圧力が５mmTorr以上である
前記プラズマが生成される容器内で前記ＳｉＯＦ膜を成
膜する第１の過程と、圧力が５mmTorrより小さい前記プ
ラズマが生成される容器内で前記ＳｉＯＦ膜を成膜する
第２の過程とを有することを特徴とするＳｉＯＦ膜の成
膜方法。 - 【請求項４】プラズマＣＶＤ法でＳｉＯＦ膜を成膜する
ＳｉＯＦ膜の成膜方法において、前記プラズマＣＶＤ法
はプラズマ中でＳｉＨ2Ｆ2と酸素原子を含む酸化材とを
解離させることを特徴とし、前記プラズマが生成される
容器内にガス流量が２０SCCM以上の前記ＳｉＨ2Ｆ2を導
入して前記ＳｉＯＦ膜を成膜する第１の過程と、前記容
器内にガス流量が２０SCCMより小さい前記ＳｉＨ2Ｆ2を
導入して前記ＳｉＯＦ膜を成膜する第２の過程とを有す
ることを特徴とするＳｉＯＦ膜の成膜方法。 - 【請求項５】金属の配線が設けられた半導体装置の表面
に、前記第２の過程で前記ＳｉＯＦ膜を成膜した後、前
記第１の過程で前記ＳｉＯＦ膜を成膜することを特徴と
する請求項２のＳｉＯＦ膜の成膜方法。 - 【請求項６】請求項５のＳｉＯＦ膜の成膜方法を用いて
成膜されたＳｉＯＦ膜を有することを特徴とする半導体
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22803696A JP3228143B2 (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | ＳｉＯＦ膜の成膜方法及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22803696A JP3228143B2 (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | ＳｉＯＦ膜の成膜方法及び半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1074756A JPH1074756A (ja) | 1998-03-17 |
| JP3228143B2 true JP3228143B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=16870201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22803696A Expired - Fee Related JP3228143B2 (ja) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | ＳｉＯＦ膜の成膜方法及び半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3228143B2 (ja) |
-
1996
- 1996-08-29 JP JP22803696A patent/JP3228143B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1074756A (ja) | 1998-03-17 |
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