JP3384487B2 - Method of forming insulating film and multilayer wiring - Google Patents

Method of forming insulating film and multilayer wiring

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JP3384487B2
JP3384487B2 JP2000042209A JP2000042209A JP3384487B2 JP 3384487 B2 JP3384487 B2 JP 3384487B2 JP 2000042209 A JP2000042209 A JP 2000042209A JP 2000042209 A JP2000042209 A JP 2000042209A JP 3384487 B2 JP3384487 B2 JP 3384487B2
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insulating film
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
多層配線間を絶縁する絶縁膜に有用な絶縁膜の形成方法
およびこの絶縁膜を用いた多層配線に関し、特にプラズ
マ重合ベンゾシクロブテンポリマーなどのプラズマ重合
有機高分子膜を含む絶縁膜の形成方法とこの絶縁膜を用
いた多層配線に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming an insulating film useful as an insulating film for insulating between multi-layered wirings of a semiconductor integrated circuit and a multi-layered wiring using this insulation film, and more particularly to a plasma-polymerized benzocyclobutene polymer The present invention relates to a method for forming an insulating film containing a plasma-polymerized organic polymer film, and multilayer wiring using this insulating film.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路のデザインルールは不断
に縮小を続けており、それに伴い配線信号遅延による性
能の劣化が顕在化している。つまり、半導体集積回路の
配線信号遅延は配線のCR時定数(C:配線容量、R:
配線抵抗)によって決まるところ、配線幅の減小による
配線抵抗の増大と配線間隔および層間膜膜厚の減少によ
る配線間容量の増大により、配線のCR時定数が増大し
つつある一方で、トランジスタサイズが縮小され素子の
動作高速化が進められたことにより、配線遅延がトラン
ジスタのスイッチング速度に追従できない状態が現実の
ものとなりつつある。現在、半導体集積回路の配線材料
にはAl合金が主として使用されているが、配線の低抵
抗化のためには銅配線や銀配線の方が有利である。一
方、配線間容量を低減するために、現在のシリカ(Si
2)系絶縁膜よりも誘電率の低い絶縁膜材料が検討さ
れている。誘電率の低い絶縁膜としては、フッ素添加シ
リカ(SiOF)やポーラスシリカなどの無機絶縁膜と
有機高分子膜(有機絶縁膜)が知られている。而して、
フッ素添加シリカには膜中のフッ素と水分あるいは水素
との反応によるフッ酸で配線金属の腐食の発生や、フッ
素抜けによる誘電率の増大などの問題がある。一方、ポ
ーラスシリカは比誘電率2以下が可能である点が期待さ
れている。しかしながら、微少空孔の中への水分凝縮で
比誘電率が増大したり、絶縁耐圧が低下したりする課題
がある。
2. Description of the Related Art The design rules of semiconductor integrated circuits have been continuously reduced, and along with this, the deterioration of performance due to wiring signal delay has become apparent. That is, the wiring signal delay of the semiconductor integrated circuit is the CR time constant of the wiring (C: wiring capacitance, R:
However, while the CR time constant of the wiring is increasing due to the increase of the wiring resistance due to the reduction of the wiring width and the increase of the inter-wiring capacitance due to the reduction of the wiring interval and the interlayer film thickness, As a result of the reduction of the device size and the speeding up of the operation of the device, it is becoming a reality that the wiring delay cannot follow the switching speed of the transistor. At present, an Al alloy is mainly used as a wiring material of a semiconductor integrated circuit, but a copper wiring or a silver wiring is more advantageous for reducing the resistance of the wiring. On the other hand, in order to reduce the capacitance between wires, the current silica (Si
An insulating film material having a dielectric constant lower than that of the O 2 ) insulating film has been studied. As an insulating film having a low dielectric constant, an inorganic insulating film made of fluorine-added silica (SiOF) or porous silica and an organic polymer film (organic insulating film) are known. Therefore,
Fluorine-added silica has problems such as corrosion of wiring metal due to hydrofluoric acid due to reaction between fluorine in the film and water or hydrogen, and increase in dielectric constant due to fluorine escape. On the other hand, porous silica is expected to have a relative dielectric constant of 2 or less. However, there are problems that the relative dielectric constant increases and the dielectric strength voltage decreases due to the condensation of water in the minute holes.

【0003】現在、半導体集積回路上の多層配線間を絶
縁する層間絶縁膜/配線間絶縁膜として、耐熱性・耐吸
湿性に優れた有機高分子膜の開発が急がれている。耐湿
性には、有機モノマー中に親水基が含まれないことが肝
要であり、またその有機高分子膜の骨格たる有機モノマ
ーからの重合反応中に水の縮重合反応を経ないことが望
ましいとされている。この種有機高分子膜の成長方法と
して、有機モノマーのスピンコーティング法と有機モノ
マーの蒸発法が知られている。ここで、有機モノマーと
は、この有機モノマーを構成単位として重合反応が生
じ、有機高分子(有機ポリマー)を形成するものを指
す。第1の従来技術であるスピンコーティング法は、有
機高分子膜の成長に広く用いられている方法である。こ
の場合、有機モノマーは溶媒に溶解されており、成膜過
程では溶媒の除去と原料の加熱処理(ベーキング)によ
りモノマーの重合反応を生じさせる。この結果、2次元
あるいは3次元の架橋構造を形成した高分子膜が形成さ
れる。生成物である有機絶縁膜を構成する骨格となるの
は、有機溶剤に溶けていた有機モノマーの構造である。
Currently, there is an urgent need to develop an organic polymer film having excellent heat resistance and moisture absorption resistance as an interlayer insulating film / inter-wiring insulating film for insulating between multi-layered wirings on a semiconductor integrated circuit. For moisture resistance, it is important that the organic monomer does not contain a hydrophilic group, and it is desirable that the condensation polymerization reaction of water is not performed during the polymerization reaction from the organic monomer that is the skeleton of the organic polymer film. Has been done. As a method for growing this kind of organic polymer film, a spin coating method of an organic monomer and an evaporation method of an organic monomer are known. Here, the organic monomer refers to a monomer that causes a polymerization reaction with the organic monomer as a constituent unit to form an organic polymer (organic polymer). The spin coating method, which is the first conventional technique, is a method widely used for growing organic polymer films. In this case, the organic monomer is dissolved in the solvent, and the polymerization reaction of the monomer is caused by the removal of the solvent and the heat treatment (baking) of the raw material in the film forming process. As a result, a polymer film having a two-dimensional or three-dimensional crosslinked structure is formed. The skeleton that constitutes the product, the organic insulating film, is the structure of the organic monomer dissolved in the organic solvent.

【0004】[0004]

【化1】 [Chemical 1]

【0005】[0005]

【化2】 [Chemical 2]

【0006】例えば、T.M.Stokich, Jr., W.M.Lee, R.
A.Peters:“REAL-TIME FT-IR STUDIESOF THE REACTION
KINETICS FOR THE POLYMERIZATION OF DIVINYL SILOXAN
E BISBENZOCYCLO BUTENE MONOMERS"(Material Research
Symposium Proceedings Vol.227 pp.103-114, 1991)
に記載された方法では、化1に示すジビニルシロキサン
・ビス・ベンゾシクロブテン・モノマーをメシチレンに
溶解させた溶剤をスピン塗布した後、100℃でベーク
して溶媒であるメシチレンを除去する。その後、さらに
300℃〜350℃まで加熱するとベンゾシクロブテン
中の炭素4員環の熱開環重合反応により、化2に示す、
ジビニルシロキサン・ビス・ベンゾシクロブテン・モノ
マーを骨格とした3次元分子鎖を有するジビニルシロキ
サン・ビス・ベンゾシクロブテン高分子膜が得られる。
For example, TM Stokich, Jr., WMLee, R.
A.Peters: “REAL-TIME FT-IR STUDIESOF THE REACTION
KINETICS FOR THE POLYMERIZATION OF DIVINYL SILOXAN
E BISBENZOCYCLO BUTENE MONOMERS "(Material Research
Symposium Proceedings Vol.227 pp.103-114, 1991)
In the method described in 1), a solvent prepared by dissolving the divinylsiloxane bis benzocyclobutene monomer shown in Chemical formula 1 in mesitylene is spin-coated and then baked at 100 ° C. to remove the mesitylene as a solvent. After that, when further heated to 300 ° C. to 350 ° C., the four-membered carbon ring in benzocyclobutene undergoes a thermal ring-opening polymerization reaction, as shown in Chemical formula 2,
A divinylsiloxane-bis-benzocyclobutene polymer film having a three-dimensional molecular chain having a skeleton of divinylsiloxane-bis-benzocyclobutene-monomer can be obtained.

【0007】第2の従来技術の例としては、特開平11
−17006号公報により、有機モノマーを蒸発させ
て、気相中のモノマーを基板上で重合させて有機絶縁膜
を得る方法が提案されている。図13は、上記公報にて
提案された、有機モノマーの直接気化による有機膜成長
装置の概略構成図である。有機モノマー1を気化器85
内に導入し、減圧下で加熱して液状有機モノマーを蒸発
させ、気体化有機モノマー1aを発生させる。反応室8
1内は排気ポンプ80により、気化器85および原料配
管86よりも減圧されており、気体化有機モノマー1a
は原料配管86を通って反応室81に送られる。気体化
有機モノマー1aは、基板加熱部84により加熱された
半導体基板83の表面に吸着し、基板加熱部84から供
給される熱エネルギーによって重合反応して架橋構造を
形成し、有機高分子膜82を形成する。
As an example of the second prior art, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 11
JP-17006-A proposes a method of evaporating an organic monomer and polymerizing the monomer in a gas phase on a substrate to obtain an organic insulating film. FIG. 13 is a schematic configuration diagram of an organic film growth apparatus proposed by the above publication by direct vaporization of organic monomers. Vaporizer 85 for organic monomer 1
It is introduced into the inside and heated under reduced pressure to evaporate the liquid organic monomer to generate the vaporized organic monomer 1a. Reaction chamber 8
The inside of 1 is decompressed by the exhaust pump 80 from the vaporizer 85 and the raw material pipe 86, and the vaporized organic monomer 1a
Is sent to the reaction chamber 81 through the raw material pipe 86. The vaporized organic monomer 1a is adsorbed on the surface of the semiconductor substrate 83 heated by the substrate heating unit 84, and is polymerized by the heat energy supplied from the substrate heating unit 84 to form a crosslinked structure, and the organic polymer film 82. To form.

【0008】また、図14は、有機高分子膜を用いて形
成した従来のダマシン(damascene)構造の多層配線の
断面図である。同図に示されるように、図外半導体基板
上に形成された第1層間絶縁膜91上には、有機高分子
からなる第1配線間絶縁膜92が形成され、該第1配線
間絶縁膜92に形成された配線溝内には、第1バリア膜
93aを介して第1銅ダマシン配線93が形成されてい
る。その上には第2層間絶縁膜94が形成され、該第2
層間絶縁膜94に開孔されたビアホール内には第2バリ
ア膜95aを介して銅ビアプラグ95が形成されてい
る。さらに、その上には、有機高分子からなる第2配線
間絶縁膜96が形成され、該第2配線間絶縁膜96に形
成された配線溝内には、第3バリア膜97aを介して第
2銅ダマシン配線97が形成されている。このようなダ
マシン構造の配線やビアプラグは、以下のようにして作
製される。フォトリソグラフィ法を適用して絶縁膜に配
線溝またはビアホールを開設しバリア膜と銅などの導電
性材料を堆積した後、CMP(化学的機械研磨:chemic
almechanical polishing )により、絶縁膜上の導電性
膜を研磨・除去して、配線溝またはビアホール内に導電
性材料を埋め込む。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a conventional damascene multi-layer wiring formed using an organic polymer film. As shown in the figure, a first inter-wiring insulating film 92 made of an organic polymer is formed on a first interlayer insulating film 91 formed on a semiconductor substrate (not shown). In the wiring groove formed in 92, the first copper damascene wiring 93 is formed via the first barrier film 93a. A second interlayer insulating film 94 is formed on the second interlayer insulating film 94.
A copper via plug 95 is formed in the via hole formed in the interlayer insulating film 94 via the second barrier film 95a. Further, a second inter-wiring insulating film 96 made of an organic polymer is formed thereon, and a wiring barrier formed in the second inter-wiring insulating film 96 is covered with a third barrier film 97a. 2 copper damascene wiring 97 is formed. The wiring and via plug having such a damascene structure are manufactured as follows. After applying a photolithography method to form wiring trenches or via holes in the insulating film and depositing a conductive material such as a barrier film and copper, CMP (Chemical Mechanical Polishing: chemic
The conductive film on the insulating film is polished and removed by means of almechanical polishing), and the conductive material is embedded in the wiring groove or the via hole.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術には、以下に述べる技術課題があった。ま
ず、第1の従来技術であるスピンコーティング法の場
合、有機モノマーを溶剤に溶かし、この溶剤をスピン塗
布する。スピン塗布膜をベーク炉中で加熱して、まず溶
剤を除去した後、さらに高温で加熱して有機モノマーの
高分子化反応を生じさせて有機高分子膜を形成するわけ
であるが、溶剤の除去は溶液を塗布した半導体基板を加
熱することにより行うため、溶液中から溶媒のみを脱離
させることになる。したがって、塗布溶液中に溶媒が残
留する可能性があり、その残留した溶媒が成膜後の熱処
理時に脱離しその上層に形成された配線や絶縁膜を剥離
させるなどして、結果として、信頼性、耐熱性を低下さ
せる原因となる。また、スピン塗布法は、下地となる基
板に対しモノマー溶液の濡れ性が悪い場合、あるいは成
膜された膜とその下地となる半導体基板表面との密着性
が悪い場合、密着強化剤と称する別の溶液を塗布する必
要がある。密着強化剤においても溶媒を使用することが
多く、熱処理時の溶媒の脱離が完全に行われない可能性
は同様に存在し、さらには密着強化剤そのものが膜中に
おいて最も耐熱性の低い材料である場合があるため、形
成される高分子膜の耐熱性を劣化させる原因となる。
However, the above-mentioned conventional techniques have the following technical problems. First, in the case of the spin coating method, which is the first conventional technique, an organic monomer is dissolved in a solvent, and this solvent is spin-coated. The spin coating film is heated in a baking oven to remove the solvent first, and then heated at a higher temperature to cause a polymerization reaction of the organic monomer to form an organic polymer film. Since the removal is performed by heating the semiconductor substrate coated with the solution, only the solvent is desorbed from the solution. Therefore, the solvent may remain in the coating solution, and the residual solvent may be desorbed during the heat treatment after film formation to peel off the wiring and insulating film formed on the upper layer, resulting in reliability. However, it causes a decrease in heat resistance. In addition, the spin coating method is referred to as an adhesion enhancer when the wettability of the monomer solution to the base substrate is poor, or when the adhesion between the formed film and the surface of the base semiconductor substrate is poor. It is necessary to apply the solution. Solvents are often used also in adhesion enhancers, and there is a possibility that the solvent may not be completely desorbed during heat treatment. Furthermore, the adhesion enhancer itself is the material with the lowest heat resistance in the film. Therefore, the heat resistance of the formed polymer film is deteriorated.

【0010】また、第2の従来技術である有機モノマー
の直接気化法では、有機モノマーは気相を保ったまま、
キャリアガスと共に加熱された基板上に輸送される。こ
の場合、有機モノマーがウエハ表面に吸着し、これらが
ウエハ表面に拡散して重合反応を起こして高分子膜が形
成される。一般に、その重合度の低下に伴って、有機高
分子膜の再気化温度(耐熱温度)は低下する。重合反応
を促進するため基板温度を高温とすると、モノマーの吸
着効率が著しく低下して有機高分子膜の成長速度が低下
してしまう。成長基板温度を十分高くしておけば、少な
くとも得られる有機高分子膜の耐熱温度はその成長基板
温度以上となることが期待されるところ、従来技術で
は、例えば上記特開平11−17006号公報に記載さ
れているように、250℃程度と基板温度を十分に高く
設定することができなかったため、耐熱性の高い有機高
分子膜を得ることができなかった。
In the second prior art direct vaporization method for organic monomers, the organic monomer is kept in the vapor phase,
The carrier gas is transported onto the heated substrate. In this case, the organic monomers are adsorbed on the wafer surface, and these are diffused on the wafer surface to cause a polymerization reaction to form a polymer film. Generally, the re-vaporization temperature (heat-resistant temperature) of the organic polymer film decreases as the degree of polymerization decreases. When the substrate temperature is increased to accelerate the polymerization reaction, the adsorption efficiency of the monomer is significantly reduced, and the growth rate of the organic polymer film is reduced. If the growth substrate temperature is set sufficiently high, at least the heat resistant temperature of the obtained organic polymer film is expected to be equal to or higher than the growth substrate temperature. In the prior art, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 11-17006 mentioned above. As described, it was not possible to set the substrate temperature to about 250 ° C., which was sufficiently high, so that an organic polymer film having high heat resistance could not be obtained.

【0011】而して、図14に記載したように配線間に
存在する高分子有機膜(第1、第2配線間絶縁膜)の比
誘電率は低いほど配線間の寄生容量が小さくなる。一
方、これらの配線間絶縁膜膜の表面にはバリア膜や銅膜
が成膜され、その後のCMP工程でこれらの導電性膜は
除去される。その際、CMPの応力で膜剥がれが生じな
いように特に下地膜(第1、第2配線間絶縁膜)には十
分な機械強度と密着性が要求される。さらに、下地膜表
面はバリア膜が除去された後、少なくともある期間直接
研磨される。このCMP工程に耐える機械強度も必要と
なる。有機高分子膜を低誘電率化すると機械的強度が低
下するため、低誘電率化と機械強度確保の両立は困難で
ある。例えば、2種類のモノマーを用いて、化学組成の
異なる、誘電率の低い膜と機械的強度の高い膜とを積層
することにより低誘電率と機械的強度を兼ね備えた高分
子膜を形成することもできるが、この場合気化器が複数
台必要となり装置コストの増大を招く外成膜工程が複雑
化する。
As shown in FIG. 14, the lower the dielectric constant of the polymer organic film (first and second insulating film between wirings) existing between the wirings, the smaller the parasitic capacitance between the wirings. On the other hand, a barrier film and a copper film are formed on the surfaces of these inter-wiring insulating film films, and these conductive films are removed in the subsequent CMP process. At that time, sufficient mechanical strength and adhesiveness are particularly required for the base film (first and second inter-wiring insulating films) so that film peeling does not occur due to CMP stress. Further, the surface of the base film is directly polished for at least a certain period after the barrier film is removed. Mechanical strength that can withstand this CMP process is also required. Since lowering the dielectric constant of the organic polymer film lowers the mechanical strength, it is difficult to achieve both low dielectric constant and securing mechanical strength. For example, using two kinds of monomers, a polymer film having both a low dielectric constant and mechanical strength is formed by laminating a film having a low dielectric constant and a film having high mechanical strength, which have different chemical compositions. However, in this case, a plurality of vaporizers are required, which complicates the outer film forming process which increases the cost of the apparatus.

【0012】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解決することであって、その目的は、第1に、十分
な耐熱性を有する有機高分子膜を実用化可能な成膜速度
にて形成できるようにすることであり、第2に、機械強
度を確保しつつ実効的な比誘電率の低い有機高分子膜を
効率よく形成しうるようにすることである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. The object is, firstly, a deposition rate at which an organic polymer film having sufficient heat resistance can be put into practical use. Secondly, it is possible to efficiently form an organic polymer film having a low effective dielectric constant while securing mechanical strength.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、気化したベンゾシクロブテン・モ
ノマーを反応室内に導入し、プラズマ雰囲気中にて、加
熱ステージ上に載置された基板上に前記ベンゾシクロブ
テン・モノマーを骨格に含むプラズマ重合高分子膜を成
膜する工程を含む絶縁膜の形成方法において、前記加熱
ステージは350℃以上に加熱されていることを特徴と
する絶縁膜の形成方法、が提供される。そして、好まし
くは、0.2W/cm2以下の低パワープラズマ中にて
成膜が行われる。
In order to achieve the above object, according to the present invention, vaporized benzocyclobutene monomer is introduced into a reaction chamber and placed on a heating stage in a plasma atmosphere. In the method for forming an insulating film, which comprises the step of forming a plasma-polymerized polymer film having the benzocyclobutene monomer as a skeleton on a substrate, the heating stage is heated to 350 ° C. or higher. A method for forming an insulating film is provided. Then, preferably, the film formation is performed in a low power plasma of 0.2 W / cm 2 or less.

【0014】上記の目的を達成するため、もう一つの本
発明によれば、気化した有機モノマーを反応室内に導入
し、プラズマ雰囲気中にて、加熱ステージ上に載置され
た基板上に前記有機モノマーを骨格に含むプラズマ重合
高分子膜を成膜する工程を含む絶縁膜の形成方法におい
て、前記反応室内の成膜ガスの圧力を段階的に若しくは
連続的に高くして、成膜される絶縁膜の化学組成を変化
させることなく物理的特性を変化させることを特徴とす
る絶縁膜の形成方法、が提供される。
To achieve the above object, according to another aspect of the present invention, a vaporized organic monomer is introduced into a reaction chamber, and the organic monomer is placed on a substrate placed on a heating stage in a plasma atmosphere. In an insulating film forming method including a step of forming a plasma-polymerized polymer film containing a monomer in a skeleton, an insulating film formed by increasing a pressure of a film forming gas in the reaction chamber stepwise or continuously. Provided is a method for forming an insulating film, which comprises changing a physical property without changing a chemical composition of the film.

【0015】上記の目的を達成するため、さらにもう一
つの本発明によれば、導電性プラグが埋設された層間絶
縁膜と、配線が埋設された配線間絶縁膜とが積層されて
いる多層配線において、前記層間絶縁膜および前記配線
間絶縁膜の内の少なくとも一方は、化学組成が同一で最
下層部の誘電率より最上層部が誘電率の方が高くかつ誘
電率が段階的若しくは連続的に高くなされているプラズ
マ重合高分子膜を含んでいることを特徴とする多層配
線、が提供される。
In order to achieve the above object, according to still another aspect of the present invention, a multi-layer wiring in which an inter-layer insulating film in which a conductive plug is embedded and an inter-wiring insulating film in which wiring is embedded are laminated. In at least one of the interlayer insulating film and the inter-wiring insulating film, the chemical composition is the same, the dielectric constant of the uppermost layer is higher than that of the lowermost layer, and the dielectric constant is stepwise or continuous. There is provided a multi-layered wiring, characterized in that it comprises a plasma polymerized polymer film which is made high.

【0016】[作用]本発明によれば、気化させた有機
モノマーを0.2W/cm2以下の低パワープラズマ中
に導入することで、気相中で有機モノマーを部分重合化
させて実効分子量を大きくして、350℃以上例えば4
00℃に加熱された基板上であっても吸着効率をあげ、
かつその再揮発効率を下げることで、400℃以上の耐
熱性を有するプラズマ重合高分子膜を効率よく得ること
ができる。さらに、成長圧力を変化させるだけで、1種
類の有機モノマーの気化ガスから相対的に誘電率の小さ
い第1のプラズマ重合高分子膜上に緻密な第2のプラズ
マ重合高分子膜を効率良く得ることができる。下地に位
置する第1のプラズマ重合高分子膜は配線間寄生容量低
減に有効であり、また表面層に位置する緻密な第2のプ
ラズマ重合高分子膜は十分な機械的強度を有し、CMP
工程での機械的なダメージが抑制される。
[Operation] According to the present invention, the vaporized organic monomer is introduced into the low power plasma of 0.2 W / cm 2 or less to partially polymerize the organic monomer in the vapor phase to obtain an effective molecular weight. To 350 ° C or higher, eg 4
Increase adsorption efficiency even on substrates heated to 00 ° C,
Moreover, by lowering the re-volatilization efficiency, it is possible to efficiently obtain a plasma polymerized polymer film having heat resistance of 400 ° C. or higher. Further, only by changing the growth pressure, a dense second plasma polymerized polymer film can be efficiently obtained from the vaporized gas of one kind of organic monomer on the first plasma polymerized polymer film having a relatively small dielectric constant. be able to. The first plasma-polymerized polymer film located on the underlayer is effective for reducing the parasitic capacitance between wirings, and the dense second plasma-polymerized polymer film located on the surface layer has sufficient mechanical strength to improve the CMP.
Mechanical damage in the process is suppressed.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て実施例に即して図面を参照して詳細に説明する。実施
例として、有機モノマーとしてジビニルシロキサン・ビ
ス・ベンゾシクロブテンモノマー(分子量:390g/
mol、以下DVS−BCBモノマーないしBCBモノ
マーと記す)を用いたMVP(Monomer-Vapor Polymeri
zation)法による有機高分子膜の成長方法を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings according to an embodiment. As an example, as an organic monomer, divinylsiloxane bis benzocyclobutene monomer (molecular weight: 390 g /
mol, hereinafter referred to as DVS-BCB monomer or BCB monomer) using MVP (Monomer-Vapor Polymeri)
A method for growing an organic polymer film by the zation method will be described.

【0018】[実施例1]図1は、本発明のプラズマ重
合成長方法において用いられる高分子膜成膜装置の概略
の構成図である。この成膜装置は、大略、有機モノマー
タンク17、液体流量指示器5、気化制御器6、キャリ
アガス加熱フィルタ8、気体流量制御器7a、7b、反
応室11、配管加熱ヒータ12a、12b、冷却トラッ
プ16、排気ポンプ10、洗浄溶剤タンク3から構成さ
れ、その他にキャリアガス2、クリーニングガス34、
パージガス19および圧力送出ガス4を導入し排出する
配管35〜40とバルブ20〜31が備えられている。
ここで、有機モノマータンク17には有機モノマー1と
してDVS−BCBモノマーが満たされ、また洗浄溶剤
タンク3には、洗浄溶剤3aとしてメシチレンが貯えら
れる。また、キャリアガス2、パージガス19および圧
力送出ガス4はいずれもヘリウム(He)である。クリ
ーニングガス34は、SF6と酸素あるいはオゾンの混
合気体である。またCF4やC26などのフロロカーボ
ンガスと酸素あるいはオゾンの混合気体でもよい。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a polymer film forming apparatus used in the plasma polymerization growth method of the present invention. This film forming apparatus is generally composed of an organic monomer tank 17, a liquid flow rate indicator 5, a vaporization controller 6, a carrier gas heating filter 8, gas flow rate controllers 7a and 7b, a reaction chamber 11, pipe heating heaters 12a and 12b, and cooling. It is composed of a trap 16, an exhaust pump 10, and a cleaning solvent tank 3. In addition, a carrier gas 2, a cleaning gas 34,
Pipes 35 to 40 for introducing and discharging the purge gas 19 and the pressure delivery gas 4 and valves 20 to 31 are provided.
Here, the organic monomer tank 17 is filled with DVS-BCB monomer as the organic monomer 1, and the cleaning solvent tank 3 stores mesitylene as the cleaning solvent 3a. Further, the carrier gas 2, the purge gas 19 and the pressure delivery gas 4 are all helium (He). The cleaning gas 34 is a mixed gas of SF 6 and oxygen or ozone. Alternatively, a mixed gas of a fluorocarbon gas such as CF 4 or C 2 F 6 and oxygen or ozone may be used.

【0019】なお、本発明は、有機高分子膜の成長、と
くに耐熱性を向上させた高分子膜の製造方法に関するも
のであるので、その後の配管洗浄プロセスなどについて
は本明細書では言及しない。このため、以下に述べる実
施例において作動しないバルブや配管が存在する。
Since the present invention relates to a method for producing an organic polymer film, in particular, a polymer film having improved heat resistance, the subsequent pipe cleaning process will not be mentioned in this specification. Therefore, there are valves and pipes that do not operate in the embodiments described below.

【0020】図1の成膜装置を用いたプラズマ重合高分
子膜の形成方法を説明するに当たって、まず、常温で液
体の有機モノマーをキャリアガス供給により気化させる
過程について説明する。本装置においては、気化制御器
6としてダイレクトリキッドインジェクション方式を採
用した。この気化制御器6では、気化制御器内に供給さ
れるわずかな量の有機モノマーを加熱するだけで気化が
行われることから熱効率がよく、特にBCBモノマーの
ように、飽和蒸気圧が低くかつ高温・長時間の加熱で容
易に重合反応が生じるような有機モノマーを用いる場合
には極めて好都合である。また、キャリアガス2として
は、酸素および水を含有していないことが必須条件であ
るが、飽和蒸気圧が低くかつ温度に敏感な有機モノマー
の場合は熱伝導率が高いことが望ましい。Heは最も適
したものであるが、有機モノマーと反応しないArやN
2でもよい。
In describing the method of forming a plasma polymerized polymer film using the film forming apparatus of FIG. 1, first, a process of vaporizing an organic monomer that is liquid at room temperature by supplying a carrier gas will be described. In this device, a direct liquid injection system is adopted as the vaporization controller 6. The vaporization controller 6 has good thermal efficiency because vaporization is performed by heating a small amount of the organic monomer supplied into the vaporization controller, and in particular, like the BCB monomer, the saturated vapor pressure is low and the temperature is high. -It is extremely convenient when using an organic monomer that can easily undergo a polymerization reaction by heating for a long time. Further, it is an essential condition that the carrier gas 2 does not contain oxygen and water, but in the case of an organic monomer having a low saturated vapor pressure and being sensitive to temperature, it is desirable that the thermal conductivity is high. He is the most suitable, but Ar and N that do not react with organic monomers
2 is acceptable.

【0021】有機モノマーの安定気化領域は、キャリア
ガス2の供給速度の増加より拡大する一方、気化温度の
上昇に伴って有機モノマーの重合速度は増大し、気化器
内での重合反応が生じて気化を妨げる。すなわち、有機
モノマーの気化速度と重合速度の相対関係で決まるわけ
であるが、有機モノマーの重合速度が気化速度の100
分1以下であれば実用上問題はない。Heキャリアガス
によるDVS−BCBモノマーの具体的な気化条件範囲
は、全圧2666.4Pa(20Torr)以下に保た
れた気化制御器内にキャリアガスを100sccm〜3
000sccm供給し、毎分0.1g〜0.01gのD
VS−BCBモノマーを気化制御器に供給して100℃
から175℃の温度範囲で加熱することであり、本発明
においてはこの条件下でこのモノマーを気化する。気化
速度を非常に高速にできる場合、例えばモノマーをキャ
リアガスと混合した後にエアロゾル化して気化する場合
には、気化器内部の温度はさらに高温、例えば200℃
とすることが可能である。
The stable vaporization region of the organic monomer expands as the supply rate of the carrier gas 2 increases, while the polymerization rate of the organic monomer increases as the vaporization temperature rises, and the polymerization reaction in the vaporizer occurs. Prevent vaporization. That is, it depends on the relative relationship between the vaporization rate and the polymerization rate of the organic monomer, but the polymerization rate of the organic monomer is 100% of the vaporization rate.
If it is 1 minute or less, there is no practical problem. The specific vaporization condition range of the DVS-BCB monomer by the He carrier gas is 100 sccm to 3 carrier gas in the vaporization controller kept at a total pressure of 2666.4 Pa (20 Torr) or less.
Supplying 000 sccm, 0.1g-0.01g D per minute
VS-BCB monomer is supplied to the vaporization controller and 100 ° C
To 175 ° C. in the temperature range, in the present invention, the monomer is vaporized under this condition. When the vaporization rate can be made very high, for example, when the monomer is mixed with a carrier gas and then aerosolized to vaporize, the temperature inside the vaporizer is higher, for example, 200 ° C.
It is possible to

【0022】次に、図1に示す高分子膜成膜装置による
DVS−BCBモノマーの気化からジビニルシロキサン
・ビス・ベンゾシクロブテン高分子(以下、DVS−B
CB高分子と記す)膜成膜に至る一連のプロセスを説明
する。まず、初期状態では、気化制御器内のダイアフラ
ムバルブ6a、バルブ20、21、27を“開”とし、
排気ポンプ10で、反応室11、排気配管40、廃液配
管39、気化制御器6、液体流量指示器5、気化原料供
給配管35a、35b、および有機モノマー供給配管3
6c、36dを真空引きする。また、配管加熱ヒータ1
2a、12bによりキャリアガス供給配管38および気
化原料供給配管35a、35b、廃液配管39、排気配
管40を、有機モノマーの設定気化温度と同じかあるい
は有機モノマーの重合反応が顕著(重合速度>1%/
分)にならない範囲でわずかに高い温度に加熱する。例
えば、DVS−BCBモノマーの気化温度を150℃に
した場合、配管加熱温度を170℃とする。配管温度
は、配管各所に設置された熱電対9a、9bによりモニ
ターし、常に設定温度となるよう配管加熱ヒータ12
a、12bを制御する。
Next, from the vaporization of the DVS-BCB monomer by the polymer film forming apparatus shown in FIG.
A series of processes for forming a film will be described. First, in the initial state, the diaphragm valve 6a and the valves 20, 21, and 27 in the vaporization controller are "opened",
With the exhaust pump 10, the reaction chamber 11, the exhaust pipe 40, the waste liquid pipe 39, the vaporization controller 6, the liquid flow rate indicator 5, the vaporization raw material supply pipes 35a and 35b, and the organic monomer supply pipe 3
Evacuate 6c and 36d. Also, the pipe heater 1
The carrier gas supply pipe 38, the vaporization raw material supply pipes 35a and 35b, the waste liquid pipe 39, and the exhaust pipe 40 are the same as the set vaporization temperature of the organic monomer or the polymerization reaction of the organic monomer is remarkable (polymerization rate> 1%). /
Heat to a slightly higher temperature within the range of (minutes). For example, when the vaporization temperature of the DVS-BCB monomer is 150 ° C, the pipe heating temperature is 170 ° C. The temperature of the pipe is monitored by thermocouples 9a and 9b installed in various places of the pipe, and the pipe heater 12 keeps the set temperature constant.
a and 12b are controlled.

【0023】次に、気化制御器内のダイアフラムバルブ
6aとバルブ21を“閉”、バルブ28、20を“開”
とし、キャリアガス供給配管38よりキャリアガス(H
e)2を気体流量制御器7aとキャリアガス加熱フィル
タ8を介して気化制御器6に供給し、さらに気化原料供
給配管35a、35bを介して反応室11に流し、排気
配管40を介して排気ポンプ10で装置外に排気する。
ここでは、気化制御器6を150℃に加熱し、またキャ
リアガス加熱フィルタ8でHeガスを気化温度と同じ温
度まで加熱する。気化制御器6に導入するHeガスを予
め気化温度まで加熱しておくことで、温度低下による気
化したDVS−BCBモノマーの再液化を防止する。こ
こで、キャリアガスの予備加熱温度も気化温度と同じに
することが原則ではあるが、有機モノマーの重合反応が
顕著(重合速度>1%/分)とならない温度、例えばD
VS−BCBモノマーでは175℃程度まで高くするこ
とも可能である。ただし、この予備加熱温度も前記高分
子膜成膜装置に用いているバルブの耐熱温度(ここで
は、例えば200℃)を超えないように設定する必要が
ある。ここでは、DVS−BCBモノマーの気化温度1
50℃の気化特性曲線より、Heキャリアガス流量50
0sccmとした。この条件の場合、気化制御器の全圧
Pは、933.3Pa(7Torr)であり、反応室1
1は266.6Pa(2Torr)であった。また、反
応室11内に設置された基板加熱部15により、半導体
集積回路が形成されたシリコン基板14を400℃に加
熱した。
Next, the diaphragm valve 6a and the valve 21 in the vaporization controller are "closed" and the valves 28 and 20 are "open".
And the carrier gas (H
e) 2 is supplied to the vaporization controller 6 via the gas flow rate controller 7a and the carrier gas heating filter 8, and further flows into the reaction chamber 11 via the vaporization raw material supply pipes 35a and 35b, and is exhausted via the exhaust pipe 40. The pump 10 evacuates the apparatus.
Here, the vaporization controller 6 is heated to 150 ° C., and the He gas is heated by the carrier gas heating filter 8 to the same temperature as the vaporization temperature. By preheating the He gas introduced into the vaporization controller 6 to the vaporization temperature, reliquefaction of the vaporized DVS-BCB monomer due to the temperature decrease is prevented. Here, the preheating temperature of the carrier gas is basically the same as the vaporization temperature, but a temperature at which the polymerization reaction of the organic monomer does not become significant (polymerization rate> 1% / min), for example, D
With VS-BCB monomer, it is possible to raise the temperature to about 175 ° C. However, this preheating temperature also needs to be set so as not to exceed the heat resistant temperature (here, for example, 200 ° C.) of the valve used in the polymer film forming apparatus. Here, the vaporization temperature of the DVS-BCB monomer is 1
He carrier gas flow rate 50 from the vaporization characteristic curve of 50 ℃
It was set to 0 sccm. Under this condition, the total pressure P of the vaporization controller is 933.3 Pa (7 Torr), and the reaction chamber 1
1 was 266.6 Pa (2 Torr). In addition, the substrate heating unit 15 installed in the reaction chamber 11 heated the silicon substrate 14 on which the semiconductor integrated circuit was formed to 400 ° C.

【0024】その後、バルブ25、23を開き、圧力送
出ガス(He)4により有機モノマータンク17より、
有機モノマー配管36a、36b、36cを介して液体
流量指示器5にDVS−BCBモノマーを供給した。こ
こで、DVS−BCBモノマーの供給速度を精密に制御
しながら、気化制御器6に送る。Heキャリアガス流量
500sccm、気化温度150℃の気化条件より、D
VS−BCBモノマーの供給速度は0.03g/分とし
た。この段階では、気化制御器内のダイアフラムバルブ
6aは“閉”とする。その後、気化制御器6内のダイア
フラムバルブ6aを開き、DVS−BCBモノマーの気
化を行う。気化されたDVS−BCBモノマーはHeキ
ャリアガスとともに、反応室11内のシャワーヘッド1
8で分散された後、シリコン基板14上に吹き付られ
る。DVS−BCBモノマーを用いた場合の基板加熱温
度は350℃以上が好ましく、より好ましくは400℃
以上である。この際、基板加熱部15とシャワーヘッド
18を電極とし、シャワーヘッド18にプラズマ発生高
周波パワーを印加して、基板加熱部15とシャワーヘッ
ド18間にプラズマを生成する。プラズマ発生高周波パ
ワーの周波数を13.56MHzとした。この13.5
6MHzに400kHzの高周波を重畳してもよい。プ
ラズマの持つエネルギーにより、気相でのベンゾシクロ
ブテン中の炭素四員環の開環反応が促進され、400℃
に加熱された基板表面上では、開環したDVS−BCB
モノマーの重合反応を生じてDVS−BCB高分子膜で
ある有機絶縁膜13が形成される。
After that, the valves 25 and 23 are opened, and the pressure delivery gas (He) 4 is applied from the organic monomer tank 17 to
The DVS-BCB monomer was supplied to the liquid flow rate indicator 5 through the organic monomer pipes 36a, 36b, 36c. Here, the feed rate of the DVS-BCB monomer is sent to the vaporization controller 6 while precisely controlling the feed rate. From the vaporization conditions of He carrier gas flow rate of 500 sccm and vaporization temperature of 150 ° C.,
The VS-BCB monomer feed rate was 0.03 g / min. At this stage, the diaphragm valve 6a in the vaporization controller is "closed". After that, the diaphragm valve 6a in the vaporization controller 6 is opened to vaporize the DVS-BCB monomer. The vaporized DVS-BCB monomer is mixed with the He carrier gas in the shower head 1 in the reaction chamber 11.
After being dispersed at 8, it is sprayed on the silicon substrate 14. When using the DVS-BCB monomer, the substrate heating temperature is preferably 350 ° C or higher, more preferably 400 ° C.
That is all. At this time, the substrate heating unit 15 and the shower head 18 are used as electrodes, and plasma generation high frequency power is applied to the shower head 18 to generate plasma between the substrate heating unit 15 and the shower head 18. The frequency of the plasma-generating high-frequency power was 13.56 MHz. This 13.5
A high frequency of 400 kHz may be superimposed on 6 MHz. The energy of the plasma promotes the ring-opening reaction of the carbon four-membered ring in benzocyclobutene in the gas phase, and
Opened DVS-BCB on the substrate surface heated to
The polymerization reaction of the monomers occurs to form the organic insulating film 13 which is a DVS-BCB polymer film.

【0025】プラズマ発生高周波パワーを増大させるこ
とでさらに反応が促進され、成膜速度が増大するが、
0.2W/cm2以上のプラズマ発生高周波パワーを印
加すると、DVS−BCBモノマーそのものが分解を開
始してしまうため、プラズマ発生高周波パワーには最適
な範囲が存在する。プラズマの生成により反応が促進さ
れた結果、モノマーの吸着効率が25%となった場合、
8インチ基板上に1μmのDVS−BCB膜を成長させ
るには、約0.12gのDVS−BCBモノマーの供給
が必要である。従って、液体流量指示器5より流速0.
03g/分のDVS−BCBモノマーを4分間供給す
る。この際、排気配管40には未重合のDVS−BCB
モノマーが含まれているが、水冷により20℃程度に冷
やされた冷却トラップ16にてDVS−BCBモノマー
が再液化され、排気ポンプ10に入り込まない。所定量
のDVS−BCBモノマーを気化させた後、気化制御器
内のダイアフラムバルブ6aを閉じた。その後、バルブ
28を閉じてHeキャリアガス2の供給を停止し、反応
室内のシリコン基板14を取り出す。
By increasing the plasma-generating high-frequency power, the reaction is further promoted and the film formation rate is increased.
When the plasma-generating high-frequency power of 0.2 W / cm 2 or more is applied, the DVS-BCB monomer itself begins to decompose, so that the plasma-generating high-frequency power has an optimum range. When the adsorption efficiency of the monomer becomes 25% as a result of the reaction being accelerated by the generation of plasma,
Growth of a 1 μm DVS-BCB film on an 8-inch substrate requires the supply of about 0.12 g of DVS-BCB monomer. Therefore, the flow rate of 0.
Feed 03 g / min DVS-BCB monomer for 4 minutes. At this time, unexposed DVS-BCB is introduced into the exhaust pipe 40.
Although the monomer is contained, the DVS-BCB monomer is reliquefied in the cooling trap 16 cooled to about 20 ° C. by water cooling and does not enter the exhaust pump 10. After vaporizing a predetermined amount of DVS-BCB monomer, the diaphragm valve 6a in the vaporization controller was closed. After that, the valve 28 is closed to stop the supply of the He carrier gas 2, and the silicon substrate 14 in the reaction chamber is taken out.

【0026】図2〜図4に、基板温度の異なるプラズマ
重合DVS−BCB膜の昇温脱離ガス分析(Temperatur
e Desorption Spectrometry、以下、TDSと記す)ス
ペクトルを示す。横軸は加熱温度、縦軸は計測信号強度
である。成膜時の圧力は440Pa(3.3Tor
r)、投入プラズマ発生高周波パワーは50W(0.1
W/cm2)である。TDSスペクトルの信号強度は計
測試料サイズと膜厚に依存するため、質量数15によっ
て信号強度を規格化し、各試料間での信号強度を比較し
た。ここでは特に質量数2(H2)、15(CH3)、1
8(H2O)、28(C44、Si、CO)、39(C3
3)、51(C43)についてのスペクトルのみを示
す。図2(a)に示すように、成膜温度Ts=300℃
では加熱温度150℃付近において、質量数15、3
9、51のスペクトルが検出され、膜からの脱ガスが存
在していることが分かる。ここで、成膜温度Tsとは基
板温度のことであり、実際には基板加熱部15にて計測
される温度である。
2 to 4 show the temperature-programmed desorption gas analysis (Temperatur) of plasma-polymerized DVS-BCB films having different substrate temperatures.
e Desorption Spectrometry (hereinafter referred to as TDS) spectrum. The horizontal axis represents the heating temperature and the vertical axis represents the measurement signal intensity. The pressure during film formation is 440 Pa (3.3 Tor).
r), input plasma generation high frequency power is 50 W (0.1
W / cm 2 ). Since the signal intensity of the TDS spectrum depends on the measurement sample size and the film thickness, the signal intensity was standardized by the mass number 15 and the signal intensities among the samples were compared. Here, in particular, the mass numbers 2 (H 2 ), 15 (CH 3 ), 1
8 (H 2 O), 28 (C 4 H 4 , Si, CO), 39 (C 3
Only the spectra for H 3 ), 51 (C 4 H 3 ) are shown. As shown in FIG. 2A, the film forming temperature Ts = 300 ° C.
Then, at a heating temperature of around 150 ° C, mass numbers of 15 and 3
Spectra of 9,51 are detected, showing that degassing from the membrane is present. Here, the film formation temperature Ts is the substrate temperature, and is actually the temperature measured by the substrate heating unit 15.

【0027】成膜温度Tsを300℃から、Ts=35
0℃、375℃、400℃と高くすると、図2(b)、
図3(c)、図3(d)に示されるように、図2(a)
に見られた加熱温度150℃付近の質量数15、39、
51の脱ガスは生じなくなる。より具体的には、成膜温
度を350℃以上とすることで、加熱温度150℃付近
の脱ガス量を1000分の1未満にすることができる。
よって、成膜温度を350℃以上とすることにより、低
温での脱ガス量が減少し、耐熱性が向上されることが分
かる。また、成膜温度が高くなるほど質量数2、15、
28、39、51の各スペクトルの脱ガス開始温度が高
温側へシフトし、やはり耐熱性が向上していることが分
かる。また例えば加熱温度450℃における質量数51
の脱離ガス量は、成膜温度が350℃から400℃にな
ると100分の1未満になる。同様に、加熱温度400
℃における質量数39の脱離ガス量は、成膜温度300
℃から400℃になると100分の1未満になる。
From the film forming temperature Ts of 300 ° C., Ts = 35
When the temperature is increased to 0 ° C., 375 ° C. and 400 ° C., FIG.
As shown in FIGS. 3C and 3D, FIG.
Mass number 15, 39 near the heating temperature of 150 ° C
Degassing of 51 does not occur. More specifically, by setting the film forming temperature to 350 ° C. or higher, the degassing amount near the heating temperature of 150 ° C. can be reduced to less than 1/1000.
Therefore, it can be seen that by setting the film forming temperature to 350 ° C. or higher, the amount of degassing at a low temperature is reduced and the heat resistance is improved. Further, the higher the film formation temperature, the more the mass number becomes 2, 15,
It can be seen that the degassing start temperature of each spectrum of 28, 39, 51 is shifted to the high temperature side, and the heat resistance is also improved. Further, for example, the mass number 51 at a heating temperature of 450 ° C.
The amount of desorbed gas is less than 1/100 when the film forming temperature is changed from 350 ° C to 400 ° C. Similarly, heating temperature 400
The amount of desorbed gas having a mass number of 39 at ℃ is 300 at the film formation temperature.
When the temperature changes from ℃ to 400 ℃, it becomes less than 1/100.

【0028】さらに、加熱温度200−300℃付近で
水と予想されるスペクトル(質量数18)が検出され
る。図2(a)に示されたようにTs=300℃では、
質量数18のスペクトルは250℃付近にピークを示す
が、Ts=350℃においては加熱温度290℃付近に
そのピークがシフトする。Ts=375℃においては2
00−300℃にかけてのブロードなピークとなりTs
=400℃ではピーク強度が著しく減少している。基板
温度が高くなることによって、膜堆積過程において膜中
に取り込まれる水分量の減少や、膜の吸湿性の低下が進
んだものと考えられる。同様な傾向がTs=450℃に
おいても得られている(図4(e)参照)。以上のこと
から、好ましい成膜温度は350℃以上であり、より好
ましくは375℃以上、最適の成膜温度は400℃以上
であることが分かる。なお、プラズマ発生高周波パワー
を印加しない場合、基板温度が350℃以上となるとD
VS−BCB膜の成長速度は非常に遅くなり、実用性に
問題があった。
Further, a spectrum (mass number 18) expected to be water is detected near the heating temperature of 200 to 300 ° C. As shown in FIG. 2A, at Ts = 300 ° C.,
The spectrum of mass number 18 shows a peak near 250 ° C., but at Ts = 350 ° C., the peak shifts to around a heating temperature of 290 ° C. 2 at Ts = 375 ° C
Broad peak at 00-300 ° C and Ts
= 400 ° C., the peak intensity is remarkably reduced. It is considered that as the substrate temperature increases, the amount of water taken into the film during the film deposition process decreases and the hygroscopicity of the film decreases. A similar tendency is obtained even at Ts = 450 ° C. (see FIG. 4 (e)). From the above, it can be seen that the preferable film forming temperature is 350 ° C. or higher, more preferably 375 ° C. or higher, and the optimum film forming temperature is 400 ° C. or higher. In addition, when the high frequency power for plasma generation is not applied, D
The growth rate of the VS-BCB film is very slow, and there is a problem in practicality.

【0029】このように、有機モノマーに0.1W/c
2程度の低パワープラズマを印加して、気相中で一部
有機モノマーを重合させて高分子化させることで、35
0℃以上に加熱された基板上に有機高分子膜の成長が実
用的に可能となり、高い耐熱性を有する高分子膜を効率
よく形成することができた。特に、成膜温度を400℃
とすることで耐熱性400℃以上と非常に熱安定性の高
い膜が得られた。
Thus, 0.1 W / c was added to the organic monomer.
By applying a low power plasma of about m 2 to polymerize a part of the organic monomer in the gas phase to polymerize it,
The organic polymer film can be practically grown on the substrate heated to 0 ° C. or higher, and the polymer film having high heat resistance can be efficiently formed. In particular, the film formation temperature is 400 ° C
By this, a film having a heat resistance of 400 ° C. or higher and a very high thermal stability was obtained.

【0030】図5、図6は、基板温度400℃におい
て、成膜圧力とプラズマ発生高周波パワーを変えて成膜
した膜のTDSスペクトルを示す図である。基板温度4
00℃において、図5(a)は成膜圧力400Pa
(3.0Torr)、プラズマ発生高周波パワー50
W、図5(b)は成膜圧力400Pa(3.0Tor
r)、プラズマ発生高周波パワー75W、図6(c)は
成膜圧力440Pa(3.3Torr)、プラズマ発生
高周波パワー50W、図6(d)は成膜圧力440Pa
(3.3Torr)、プラズマ発生高周波パワー75
W、である。いずれの成膜条件下においてもほぼ同一の
TDSスペクトルを示し、基板温度を400℃とするこ
とで同様の耐熱性が得られることが分かった。
FIG. 5 and FIG. 6 are diagrams showing TDS spectra of films formed at a substrate temperature of 400 ° C. while changing the film forming pressure and the plasma generation high frequency power. Substrate temperature 4
At 00 ° C., FIG. 5A shows a film forming pressure of 400 Pa.
(3.0 Torr), plasma generation high frequency power 50
W, FIG. 5B shows a film forming pressure of 400 Pa (3.0 Tor).
r), plasma-generating high-frequency power 75 W, film-forming pressure 440 Pa (3.3 Torr) in FIG. 6C, plasma-generating high-frequency power 50 W, and film-forming pressure 440 Pa in FIG. 6D.
(3.3 Torr), Plasma generation high frequency power 75
W. It was found that the TDS spectra were almost the same under any of the film forming conditions, and similar heat resistance was obtained by setting the substrate temperature to 400 ° C.

【0031】図7は本発明による高分子膜製造方法によ
って得られた膜の赤外吸収スペクトルを示す図である。
基板温度はいずれも400℃で、投入プラズマ発生高周
波パワーは50Wと75W、成膜時の圧力は400Pa
(3.0Torr)および440Pa(3.3Tor
r)である。いずれの成膜条件においてもモノマー構造
に起因する1470、1194cm-1(ベンゾシクロブ
テン基)および985cm-1(ビニル基)にピークは観
測されず、得られた膜中にモノマー構造は残存していな
い。逆に重合反応によって生じるテトラヒドロナフタレ
ンに起因する1498cm-1のピークがいずれの成膜条
件においても観測されており、基板温度400℃成膜に
おいてBCBポリマーが得られていることが分かる。図
8は、基板温度をさらに450℃まで上げて得られたB
CBポリマー膜の赤外吸収スペクトルである。ここで
は、プラズマ発生高周波パワーは0.1W/cm2、成
膜圧力は440Pa(3.3Torr)である。いずれ
の場合もDVS−BCBポリマー膜に特徴的な吸収ピー
クが認められている。このように、基板温度を400℃
以上とし、0.1W/cm2以下の低パワープラズマを
印加して有機モノマーを分解させることなくその一部を
重合化させることで、400℃の耐熱性を持ったBCB
ポリマーを容易に成長させることができる。
FIG. 7 is a diagram showing an infrared absorption spectrum of a film obtained by the method for producing a polymer film according to the present invention.
The substrate temperature was 400 ° C., the high frequency power for plasma generation was 50 W and 75 W, and the pressure during film formation was 400 Pa.
(3.0 Torr) and 440 Pa (3.3 Torr
r). Peak 1470,1194cm -1 (benzocyclobutene groups) and 985cm -1 (vinyl group) is also due to the monomer structure in any of the film forming conditions are not observed, the monomer structure in the resulting film remained Absent. On the contrary, a peak at 1498 cm −1 due to tetrahydronaphthalene generated by the polymerization reaction was observed under any of the film forming conditions, and it can be seen that the BCB polymer was obtained when the film was formed at a substrate temperature of 400 ° C. FIG. 8 shows B obtained by further increasing the substrate temperature to 450 ° C.
It is an infrared absorption spectrum of a CB polymer film. Here, the plasma-generating high-frequency power is 0.1 W / cm 2 , and the film forming pressure is 440 Pa (3.3 Torr). In each case, a characteristic absorption peak is recognized in the DVS-BCB polymer film. In this way, the substrate temperature is 400 ℃
By applying a low power plasma of 0.1 W / cm 2 or less and polymerizing a part of the organic monomer without decomposing it, BCB having heat resistance of 400 ° C.
The polymer can be easily grown.

【0032】[実施例2]図9は本発明による高分子膜
製造方法によって得られた膜の基板温度400℃におけ
るBCB膜の比誘電率(ε)を示す。いずれのプラズマ
発生高周波パワーにおいても、高圧力ほど比誘電率が高
くなることが分かる。物質の誘電率は電子分極、イオン
分極および配向分極の各分極成分から成る。各成膜条件
下において図7、図8に示したようにFT−IR(Four
ier transform infrared absorption spectroscopy:フ
ーリエ変換赤外分光)測定結果と耐熱性に大きな変化が
ないため、膜構造や化学組成に大きな違いがないと認め
られることから、膜密度が増加したことによって比誘電
率が高くなったものと考えられる。さらには、TOF-
SIMS(Time of Flight-Secondary Ion Mass Spe
ctrometry)による分析では、400Pa(3.0Tor
r)で形成したDVS−BCBポリマー膜に含まれてい
るテトラヒドロナフタレン基が440Pa(3.3To
rr)で形成したDVS−BCBポリマー膜においては
ナフタレン基に変化している傾向が見られることから、
このような部分的化学構造の変化が比誘電率の変化に影
響しているものと考えられる。事実、400Pa(3.
0Torr)で形成したDVS−BCBポリマー膜のC
MP速度は研磨圧力1.96N/cm2 (0.2kg/
cm2)で100nm/min程度あったのに対して、
440Pa(3.3Torr)で形成したポリマー膜で
は20nm/min以下と機械的強度に優れた性質を有
していた。さらに、400Pa(3.0Torr)で成
膜したDVS−BCBポリマー膜にTaNバリア膜を成
長させ、1mm角にスライスした後接着テープによる剥
離テストを行ったところ25%に密着不良が認められ
た。一方、440Pa(3.3Torr)で形成したD
VS−BCBポリマー膜の場合、密着不良は認められな
かった。
Example 2 FIG. 9 shows the relative permittivity (ε) of a BCB film at a substrate temperature of 400 ° C. obtained by the method for producing a polymer film according to the present invention. It can be seen that the relative permittivity becomes higher as the pressure becomes higher, regardless of the plasma generation high-frequency power. The dielectric constant of a substance is composed of electronic polarization, ionic polarization, and orientation polarization components. Under each film forming condition, as shown in FIGS. 7 and 8, FT-IR (Four
ier transform infrared absorption spectroscopy) Since there is no significant change in the measurement results and heat resistance, it is recognized that there is no significant difference in the film structure and chemical composition. Is considered to have increased. Furthermore, TOF-
SIMS (Time of Flight-Secondary Ion Mass Spe
In the analysis by ctrometry, 400 Pa (3.0 Tor)
The tetrahydronaphthalene group contained in the DVS-BCB polymer film formed in r) was 440 Pa (3.3 To).
In the DVS-BCB polymer film formed in rr), it tends to be changed to a naphthalene group,
It is considered that such a change in the partial chemical structure affects the change in the relative dielectric constant. In fact, 400 Pa (3.
C of DVS-BCB polymer film formed at 0 Torr)
The MP speed is a polishing pressure of 1.96 N / cm 2 (0.2 kg /
Although it was about 100 nm / min in cm 2 ),
The polymer film formed at 440 Pa (3.3 Torr) had excellent mechanical strength of 20 nm / min or less. Further, a TaN barrier film was grown on a DVS-BCB polymer film formed at 400 Pa (3.0 Torr), sliced into 1 mm square, and then a peeling test was performed with an adhesive tape. Adhesion failure was found in 25%. On the other hand, D formed at 440 Pa (3.3 Torr)
In the case of the VS-BCB polymer film, no poor adhesion was observed.

【0033】この物理現象を利用することで、性質の異
なるDVS−BCB積層膜を容易に得ることができる。
具体的には、基板温度を350℃以上、例えば400
℃、プラズマ発生高周波パワーを75W(0.15W/
cm2)として、成膜初期において成膜圧力を400P
a(3.0Torr)として所定厚さの第1のプラズマ
重合膜(ここでは、DVS−BCBポリマー膜)を成長
させ、その後圧力を440Pa(3.3Torr)にま
で上昇させて第2のプラズマ重合膜を成長させる。この
ように、成長圧力を変化させることで、相対的に低誘電
率の第1のプラズマ重合膜上に、緻密で機械的強度に富
む第2のプラズマ重合膜が積層された構造を容易に形成
することができる。この場合、第1および第2のプラズ
マ重合膜は共に、DVS−BCBポリマーで化学組成は
同じで、その密度と比誘電率が異なるのである。このよ
うに、本発明によれば、異なる物理的・機械的特性を有
する高分子膜を、DVS−BCBモノマーを気化させる
気化器1台備えるのみで成膜することが可能となり、装
置コストを増加させることなく2つの特長(低誘電率と
機械的強度)を兼ね備えた高分子膜の形成が可能とな
る。
By utilizing this physical phenomenon, DVS-BCB laminated films having different properties can be easily obtained.
Specifically, the substrate temperature is 350 ° C. or higher, for example, 400
℃, plasma generated high frequency power 75W (0.15W /
cm 2 ), the film formation pressure is 400 P at the initial stage of film formation.
A first plasma polymerized film (here, DVS-BCB polymer film) having a predetermined thickness is grown as a (3.0 Torr), and then the pressure is increased to 440 Pa (3.3 Torr) to perform the second plasma polymerization. Grow the film. In this way, by changing the growth pressure, it is possible to easily form a structure in which the second plasma polymerized film having a high density and a high mechanical strength is laminated on the first plasma polymerized film having a relatively low dielectric constant. can do. In this case, both the first and second plasma polymerized films are DVS-BCB polymers, which have the same chemical composition, but different densities and relative dielectric constants. As described above, according to the present invention, it becomes possible to form a polymer film having different physical / mechanical properties by only providing one vaporizer for vaporizing the DVS-BCB monomer, which increases the apparatus cost. It is possible to form a polymer film that has two features (low dielectric constant and mechanical strength) without doing so.

【0034】図10は、このようなDVS−BCBポリ
マー積層膜に銅ダマシン配線を形成した場合の断面模式
図である。この多層配線は以下のようにして形成され
た。酸化シリコンを主体とする第1層間絶縁膜51上
に、基板温度を400℃とし、プラズマ発生高周波パワ
ーを75W(0.15W/cm2)と一定として、成膜
圧力400Pa(3.0Torr)にて300nm厚の
プラズマ重合DVS−BCBポリマー膜を第1の低誘電
率膜52aとして成長させた後、チャンバー内圧力を4
40Pa(3.3Torr)と上昇させて第2の低誘電
率膜52aとして同じく200nm厚のプラズマ重合D
VS−BCBポリマー膜を成長させて、第1配線間絶縁
膜52を形成した。その後、ドライエッチングにより第
1層間絶縁膜に埋設された導電性プラグ(図示なし)に
到達する配線溝を開設し、高周波スパッタ法でTaN
0.1/Ta2N(20nm厚/20nm厚)の積層膜を堆
積して第1バリア膜53aを形成した後、700nm厚
の銅膜をMOCVD法により成長させた。N2中400
℃でアニールを行った後、シリカ粒子を分散させたスラ
リーを用いて、研磨圧1.96N/cm2 (0.2kg
/cm2)にてCMPを行って第1配線間絶縁膜52上
の銅膜およびバリア膜を除去して第1銅ダマシン配線5
3を形成した。
FIG. 10 is a schematic sectional view of a case where copper damascene wiring is formed on such a DVS-BCB polymer laminated film. This multilayer wiring was formed as follows. On the first interlayer insulating film 51 mainly composed of silicon oxide, the substrate temperature is set to 400 ° C., the high frequency power for plasma generation is kept constant at 75 W (0.15 W / cm 2 ), and the deposition pressure is set to 400 Pa (3.0 Torr). After growing a plasma-polymerized DVS-BCB polymer film having a thickness of 300 nm as the first low dielectric constant film 52a, the pressure in the chamber was set to 4
The pressure is increased to 40 Pa (3.3 Torr), and the second low dielectric constant film 52a is similarly plasma-polymerized with a thickness of 200 nm D.
A VS-BCB polymer film was grown to form a first inter-wiring insulating film 52. After that, a wiring groove reaching a conductive plug (not shown) embedded in the first interlayer insulating film is opened by dry etching, and TaN is formed by a high frequency sputtering method.
After depositing a laminated film of 0.1 / Ta 2 N (20 nm thickness / 20 nm thickness) to form the first barrier film 53a, a 700 nm-thick copper film was grown by MOCVD. 400 in N 2
After annealing at ℃, polishing pressure 1.96N / cm 2 (0.2kg
/ Cm 2 ) to remove the copper film and the barrier film on the first inter-wiring insulating film 52 to remove the first copper damascene wiring 5
Formed 3.

【0035】次に、第2層間絶縁膜54として、膜厚5
00nmのシリコン酸化膜をCVD法にて堆積し、この
第2層間絶縁膜に第1銅ダマシン配線53の表面を露出
させるビアホールを開孔した後、TaN0.1/Ta2
(20nm厚/20nm厚)の積層膜からなる50nm
厚の第2バリア膜55aと700nm厚の銅膜を堆積し
た。次に、CMPにより第2層間絶縁膜54上の銅膜お
よびバリア膜を除去して銅ビアプラグ55を形成した。
その後、上記した方法と同様の方法により、第1の低誘
電率膜56aと第2の低誘電率膜56bからなる第2配
線間絶縁膜56を成膜し、この第2配線間絶縁膜56に
配線溝を開設した後、第3バリア膜57aと銅膜を堆積
した。そして、CMPにより第2配線間絶縁膜56上の
バリア膜と銅膜を除去して第2銅ダマシン配線57を形
成した。このようにして作製した多層配線において、配
線間容量から求めたDVS−BCB積層膜の比誘電率は
2.57であった。これは、第1のプラズマ重合膜の比
誘電率(2.51)と第2のプラズマ重合膜の比誘電率
(2.68)の膜厚加重平均値とほぼ一致する値であ
る。なお、上層に位置する緻密な第2のプラズマ重合膜
の存在により、CMP後のDVS−BCB積層膜の膜減
り量は30nm程度に抑制されていた。
Next, as the second interlayer insulating film 54, a film thickness of 5 is obtained.
A 00 nm silicon oxide film is deposited by a CVD method, a via hole exposing the surface of the first copper damascene wiring 53 is opened in the second interlayer insulating film, and then TaN 0.1 / Ta 2 N is formed.
50 nm consisting of (20 nm thickness / 20 nm thickness) laminated film
A thick second barrier film 55a and a 700 nm thick copper film were deposited. Next, the copper film and the barrier film on the second interlayer insulating film 54 were removed by CMP to form a copper via plug 55.
After that, a second inter-wiring insulating film 56 composed of the first low-dielectric-constant film 56a and the second low-dielectric-constant film 56b is formed by the same method as described above, and the second inter-wiring insulating film 56 is formed. After forming a wiring groove in the substrate, a third barrier film 57a and a copper film were deposited. Then, the barrier film and the copper film on the second inter-wiring insulating film 56 were removed by CMP to form the second copper damascene wiring 57. In the multilayer wiring thus manufactured, the relative dielectric constant of the DVS-BCB laminated film obtained from the capacitance between wirings was 2.57. This is a value that substantially coincides with the film thickness-weighted average value of the relative permittivity of the first plasma-polymerized film (2.51) and the relative permittivity of the second plasma-polymerized film (2.68). In addition, due to the presence of the dense second plasma-polymerized film in the upper layer, the film reduction amount of the DVS-BCB laminated film after CMP was suppressed to about 30 nm.

【0036】[実施例3]実施例3においては、図11
に示されたクラスタ型装置を用いて、プラズマ重合DV
S−BCB積層膜に引き続いて、その上に真空を破るこ
となく無機絶縁膜を成膜し、これをエッチング工程にお
けるハードマスクとして利用する。また、CMP工程に
おけるストッパーとして利用する。図11は、本実施例
において用いられるクラスタ型装置の構成を示す概略平
面図である。本装置は、真空中で各チャンバー間のウェ
ハ搬送を行う真空ロボット72を備えたセンターチャン
バー73を中心として、ゲートバルブA76、ゲートバ
ルブB77、ゲートバルブC78、ゲートバルブD79
により仕切られた、複数の成膜リアクタ(ここではプラ
ズマ重合成膜リアクタ70と無機絶縁膜成膜リアクタ7
1の2リアクタ)、ウェハロードロックチャンバーA7
4およびウェハロードロックチャンバーB75から構成
される。なお、ウェハロードロックチャンバーは1つで
もよい。また、ロードロックチャンバーへ大気中でウェ
ハを搬送する大気ロボットを備えていてもよい。ここ
で、センターチャンバー73と成膜リアクタ70、71
は真空引きされている。
[Embodiment 3] In Embodiment 3, FIG.
Plasma-polymerized DV using the cluster type apparatus shown in FIG.
Following the S-BCB laminated film, an inorganic insulating film is formed thereon without breaking the vacuum, and this is used as a hard mask in the etching process. It is also used as a stopper in the CMP process. FIG. 11 is a schematic plan view showing the configuration of the cluster type device used in this embodiment. The present apparatus has a gate valve A76, a gate valve B77, a gate valve C78, and a gate valve D79 centered on a center chamber 73 equipped with a vacuum robot 72 that transfers wafers between the chambers in a vacuum.
A plurality of film formation reactors (here, the plasma polymerization film formation reactor 70 and the inorganic insulating film formation reactor 7 are divided by
Wafer load lock chamber A7
4 and a wafer load lock chamber B75. The number of wafer load lock chambers may be one. Further, an atmospheric robot for transferring the wafer to the load lock chamber in the atmosphere may be provided. Here, the center chamber 73 and the film formation reactors 70 and 71
Is evacuated.

【0037】まず、大気ロボット(図示なし)によりロ
ードロックチャンバーA74に、ウェハが搬入される。
ロードロックチャンバーA74が真空に引かれた後、該
チャンバー内に置かれたウェハは、センターチャンバー
73にある真空ロボット72によりゲートバルブA76
を介してセンターチャンバーに搬送され、さらにゲート
バルブB77を介して、プラズマ重合成膜リアクタ70
に搬送される。ゲートバルブBを閉じた後、プラズマ重
合成膜リアクタに於いては、前記実施例1または実施例
2に示した方法により、ウェハ上にプラズマ重合膜が形
成される。ここでプラズマ重合膜を成膜する際の基板温
度は、後の絶縁膜形成リアクタにおいて絶縁膜を成膜す
る際の基板温度以上とする。リアクタを不活性ガスによ
りパージし引き続き真空引きした後、ゲートバルブBを
開き、プラズマ重合膜が形成されたウェハを真空ロボッ
ト72によりプラズマ重合成膜リアクタ70からセンタ
ーチャンバー73に取り出し、ゲートバルブB77を閉
じる。
First, a wafer is loaded into the load lock chamber A74 by an atmospheric robot (not shown).
After the load lock chamber A74 is evacuated to a vacuum, the wafer placed in the chamber is gate valve A76 by the vacuum robot 72 in the center chamber 73.
Via the gate valve B77 to the plasma polymerization film forming reactor 70.
Be transported to. After closing the gate valve B, in the plasma polymerization film forming reactor, the plasma polymerization film is formed on the wafer by the method shown in the first or second embodiment. Here, the substrate temperature at the time of forming the plasma polymerized film is set to be equal to or higher than the substrate temperature at the time of forming the insulating film in the subsequent insulating film forming reactor. After purging the reactor with an inert gas and subsequently vacuuming, the gate valve B is opened, the wafer on which the plasma polymerized film is formed is taken out from the plasma polymerized film forming reactor 70 to the center chamber 73 by the vacuum robot 72, and the gate valve B77 is opened. close.

【0038】引き続いてゲートバルブC78を開き、真
空ロボット72により無機絶縁膜成膜リアクタ71へウ
ェハを搬送する。ゲートバルブC78を閉じた後、無機
絶縁膜成膜リアクタにおいて、絶縁膜、ここではシリコ
ン酸化膜を成膜する。先に述べたように、無機絶縁膜成
膜リアクタにおける絶縁膜の成膜温度はプラズマ重合膜
の成膜温度以下とする。ここではプラズマ重合膜を基板
温度400℃、シリコン酸化膜も基板温度400℃にて
成膜を行った。成膜リアクタを不活性ガスによりパージ
し引き続き真空引きした後、ゲートバルブC78を開
き、プラズマ重合膜上にシリコン酸化膜が形成されたウ
ェハを真空ロボット72により無機絶縁膜成膜リアクタ
71からセンターチャンバー73に取り出し、ゲートバ
ルブC78を閉じる。次に、真空ロボット72によりセ
ンターチャンバー73からゲートバルブD79を介し
て、真空に引かれたロードロックチャンバーB75へウ
ェハが搬送される。この後、ロードロックチャンバーB
75を大気圧に戻し、成膜を終了したウェハを大気ロボ
ットにより取り出す。
Subsequently, the gate valve C78 is opened, and the wafer is transferred to the inorganic insulating film forming reactor 71 by the vacuum robot 72. After closing the gate valve C78, an insulating film, here a silicon oxide film, is formed in the inorganic insulating film forming reactor. As described above, the film formation temperature of the insulating film in the inorganic insulating film film formation reactor is set to be equal to or lower than the film formation temperature of the plasma polymerized film. Here, the plasma-polymerized film was formed at a substrate temperature of 400 ° C. and the silicon oxide film was formed at a substrate temperature of 400 ° C. After the film formation reactor was purged with an inert gas and then evacuated, the gate valve C78 was opened, and the wafer on which the silicon oxide film was formed on the plasma polymerized film was vacuum robot 72 from the inorganic insulating film film formation reactor 71 to the center chamber. Take out to 73 and close the gate valve C78. Next, the vacuum robot 72 transfers the wafer from the center chamber 73 through the gate valve D79 to the vacuum-loaded load lock chamber B75. After this, load lock chamber B
75 is returned to atmospheric pressure, and the wafer on which film formation has been completed is taken out by an atmospheric robot.

【0039】ウェハのロードロックチャンバーへの搬入
・搬出をウェハカセットごと行うこともできる。この場
合、ウェハが装填されたウェハカセットを人手若しくは
大気ロボットによりロードロックチャンバーA74に搬
入するとともに空のウェハカセットをロードロックチャ
ンバーBに搬入しておく。両ロードロックチャンバーを
真空に引いた後、真空ロボット72によりロードロック
チャンバーA内のウェハカセットから1枚のウェハを取
り出し、成膜リアクタ70、71を経由させて成膜を行
う。プラズマ重合膜とシリコン酸化膜が形成されたウェ
ハを真空ロボット72によりロードロックチャンバーB
75内のウェハカセットに収容する。以下、同様にして
ロードロックチャンバーA74内のウェハカセットに収
納されたウェハを1枚ずつ取り出して成膜を行い、成膜
の終了したウェハはロードロックチャンバーB75内の
ウェハカセットに収納する。全てのウェハに対して成膜
が行われ、成膜済みの全ウェハがロードロックチャンバ
ーB75内のウェハカセットに収納された後、ロードロ
ックチャンバーB75を大気圧に戻し、人手若しくは大
気ロボットにより成膜を終了したウェハをカセットに収
納した状態にて取り出す。このウェハカセットを利用す
る方法によれば、プラズマ重合成膜リアクタ70におい
て成膜を行いつつ、他のウェハについて無機絶縁膜成膜
リアクタ71において成膜を行うことができるから、成
膜装置の利用効率を向上させ生産性を高めることができ
る。このウェハカセットを使用しない場合であっても、
ロードロックチャンバー内に複数枚のウェハを収容でき
るようにした場合には、同様に生産性を高めることがで
きる。
Wafers can be loaded into and unloaded from the load lock chamber together with the wafer cassette. In this case, a wafer cassette loaded with wafers is carried into the load lock chamber A74 by hand or by an atmospheric robot, and an empty wafer cassette is carried into the load lock chamber B in advance. After evacuating both load lock chambers to a vacuum, one wafer is taken out from the wafer cassette in the load lock chamber A by the vacuum robot 72, and film formation is performed via the film formation reactors 70 and 71. The wafer formed with the plasma polymerized film and the silicon oxide film is loaded into the load lock chamber B by the vacuum robot 72.
The wafer cassette in 75 is accommodated. Thereafter, similarly, the wafers stored in the wafer cassette in the load lock chamber A74 are taken out one by one to form a film, and the wafers for which the film formation is completed are stored in the wafer cassette in the load lock chamber B75. Film formation is performed on all the wafers, and after all the film-formed wafers are stored in the wafer cassette in the load lock chamber B75, the load lock chamber B75 is returned to atmospheric pressure and the film is formed manually or by an atmospheric robot. The wafer that has been completed is taken out in the state of being stored in the cassette. According to the method using the wafer cassette, while the film can be formed in the plasma polymerization film forming reactor 70, the film can be formed in the inorganic insulating film forming reactor 71 on another wafer, so that the film forming apparatus can be used. It is possible to improve efficiency and productivity. Even if this wafer cassette is not used,
If a plurality of wafers can be accommodated in the load lock chamber, the productivity can be similarly improved.

【0040】形成すべき配線構造によっては、プラズマ
重合膜上にシリコン酸化膜を形成した後、さらにプラズ
マ重合リアクタへ搬送し直し、シリコン酸化膜上に再度
プラズマ重合膜を成膜してもよい。また、上記成膜を何
回か繰り返すことも可能である。以上のように、真空中
を連続搬送し、プラズマ重合膜と無機絶縁膜を連続成膜
することにより、各界面を大気に曝すことなく多層積層
絶縁膜を形成することが可能になる。プラズマ重合膜は
界面が大気、特に水分や酸素の影響を受けやすく、プラ
ズマ重合膜成膜前後において大気に曝してしまうと界面
での膜剥離が発生しやすくなることが分かっている。ま
た、絶縁耐圧の劣化や、誘電率の上昇も懸念される。本
実施例に示すように、真空搬送による連続成膜を行え
ば、膜剥離を防止することができると共に吸湿性や薬液
耐性を向上させることができる。
Depending on the wiring structure to be formed, after the silicon oxide film is formed on the plasma polymerized film, it may be transported again to the plasma polymerization reactor and the plasma polymerized film may be formed again on the silicon oxide film. It is also possible to repeat the above film formation several times. As described above, by continuously transporting in a vacuum and continuously forming the plasma-polymerized film and the inorganic insulating film, it becomes possible to form a multilayer laminated insulating film without exposing each interface to the atmosphere. It has been known that the interface of the plasma-polymerized film is easily affected by the atmosphere, particularly moisture and oxygen, and that if the plasma-polymerized film is exposed to the atmosphere before and after the formation of the plasma-polymerized film, film peeling at the interface easily occurs. In addition, there is concern that the dielectric strength may deteriorate and the dielectric constant may increase. As shown in this example, continuous film formation by vacuum transfer can prevent film peeling and improve hygroscopicity and chemical resistance.

【0041】図12は、図11に示すクラスタ型装置を
用いて形成するダマシン構造配線の製造方法を説明する
ための工程順の断面図である。トランジスタ(図示な
し)の形成されたシリコン基板60上に膜厚1μmのシ
リコン酸化膜からなる第1層間絶縁膜61を形成し、こ
の第1層間絶縁膜61を貫いてトランジスタの拡散層と
接触するコンタクトプラグ62を形成する〔図12
(a)〕。次いで、実施例2と同様に、基板温度を40
0℃とし、プラズマ発生高周波パワーを75W(0.1
5W/cm2)と一定にし、まず圧力を400Pa
(3.0Torr)として、第1の低誘電率膜63aと
なる300nm厚のプラズマ重合DVS−BCBポリマ
ー膜を成長させ、続いてチャンバー内圧力を440Pa
(3.3Torr)と上昇させて第2の低誘電率膜63
bとなる200nm厚のプラズマ重合DVS−BCBポ
リマー膜を成長させて、配線間絶縁膜63を形成した。
そして、真空を破ることなくウェハを無機絶縁膜成膜リ
アクタ内に装着して、基板温度390℃にてハードマス
クを形成するためのシリコン酸化膜64aを50nmの
膜厚に堆積した〔図12(b)〕。シリコン酸化膜に代
えてシリコン窒化膜を形成するようにしてもよい。
12A to 12D are cross-sectional views in order of steps for explaining a method of manufacturing a damascene structure wiring formed by using the cluster type device shown in FIG. A first interlayer insulating film 61 made of a silicon oxide film having a film thickness of 1 μm is formed on a silicon substrate 60 on which a transistor (not shown) is formed, and penetrates the first interlayer insulating film 61 to contact a diffusion layer of a transistor. Contact plug 62 is formed [FIG.
(A)]. Then, the substrate temperature is set to 40 as in the second embodiment.
The plasma generation high frequency power is 75 W (0.1
5 W / cm 2 ) and the pressure is 400 Pa.
(3.0 Torr), a 300 nm-thick plasma-polymerized DVS-BCB polymer film to be the first low dielectric constant film 63a is grown, and then the chamber internal pressure is 440 Pa.
The second low dielectric constant film 63 is raised to (3.3 Torr).
A 200 nm-thick plasma-polymerized DVS-BCB polymer film serving as b was grown to form an inter-wiring insulating film 63.
Then, the wafer was mounted in the inorganic insulating film deposition reactor without breaking the vacuum, and a silicon oxide film 64a for forming a hard mask was deposited to a thickness of 50 nm at a substrate temperature of 390 ° C. [FIG. b)]. A silicon nitride film may be formed instead of the silicon oxide film.

【0042】その後、シリコン酸化膜64a上にフォト
レジストをスピン塗布し、露光・現像を行って、形成す
べき配線パターン状に開口を有するレジスト膜65を形
成した〔図12(c)〕。次に、レジスト膜65をマス
クとしてシリコン酸化膜64aを選択的にエッチングし
てハードマスク64を形成し、引き続きレジスト膜65
とハードマスク64をマスクとして配線間絶縁膜63を
エッチングして配線溝66を形成した。ここで、エッチ
ングガスにはCHF3を用いたが、これに代えてCHF3
とO2 の混合ガスを用いてもよい。この場合に、エッチ
ング時のラジカル成分の存在によりエッチング形状がテ
ーパー状に成りやすいが、ハードマスク64が存在して
いることにより、良好な形状の開口得ることができる。
この配線溝66を形成するエッチング工程において、レ
ジスト膜65は同時に除去される〔図12(d)〕。次
に、実施例2と同様に、高周波スパッタ法によりTaN
0.1/Ta2N(20nm厚/20nm厚)の積層バリア
膜を成長させ、さらに700nm厚の銅膜をMOCVD
法により成長させた後、N2中にて400℃のアニール
を行い、シリカ粒子を分散させたスラリーを用いて、研
磨圧1.96N/cm2 (0.2kg/cm2)のCM
Pによりハードマスク64上の銅膜および積層バリア膜
を除去して配線溝66を埋め込む銅ダマシン配線67を
形成した。このとき、ハードマスク64は研磨耐性が高
いことによりCMPの終了後にも研磨されることなく残
される。また、シリコン酸化膜64aが真空を破ること
なく形成された膜であり、かつその下地層が機械的強度
が高く密着性のよい第2の低誘電率膜63bであること
により、CMP工程中にハードマスク64が剥離されて
しまうこともない。
Then, a photoresist was spin-coated on the silicon oxide film 64a, exposed and developed to form a resist film 65 having openings in the wiring pattern to be formed [FIG. 12 (c)]. Next, the silicon oxide film 64a is selectively etched using the resist film 65 as a mask to form the hard mask 64, and then the resist film 65 is formed.
Then, the inter-wiring insulating film 63 was etched using the hard mask 64 as a mask to form a wiring groove 66. Here, the etching gas using CHF 3, instead of this CHF 3
It may be used a mixed gas of O 2. In this case, although the etching shape tends to be tapered due to the presence of radical components during etching, the presence of the hard mask 64 makes it possible to obtain an opening having a good shape.
In the etching process for forming the wiring groove 66, the resist film 65 is simultaneously removed [FIG. 12 (d)]. Next, as in the second embodiment, TaN is formed by the high frequency sputtering method.
A laminated barrier film of 0.1 / Ta 2 N (20 nm thickness / 20 nm thickness) is grown, and a 700 nm thick copper film is further MOCVD deposited.
Method, then anneal at 400 ° C. in N 2 and use a slurry in which silica particles are dispersed to prepare a CM having a polishing pressure of 1.96 N / cm 2 (0.2 kg / cm 2 ).
The copper film and the laminated barrier film on the hard mask 64 were removed by P to form a copper damascene wiring 67 filling the wiring groove 66. At this time, since the hard mask 64 has high polishing resistance, it remains without being polished even after the completion of CMP. Further, since the silicon oxide film 64a is a film formed without breaking the vacuum and the underlying layer is the second low dielectric constant film 63b having high mechanical strength and good adhesion, it is possible to prevent The hard mask 64 will not be peeled off.

【0043】銅ダマシン配線67を形成した後、クラス
タ型装置の無機絶縁膜成膜リアクタにおいて、ハードマ
スク膜64と銅ダマシン配線67との複合面上に、基板
温度を390℃として、50nm厚のシリコン窒化膜か
らなる配線保護膜68を形成した〔図12(e)〕。続
いて、真空を破ることなくプラズマ重合成膜リアクタ内
に搬送し、配線間絶縁膜63と同様にして、基板温度を
400℃として、第1の低誘電率膜69aと第2の低誘
電率膜69bとからなる第2層間絶縁膜69を形成した
〔図12(f)〕。必要に応じて、第2層間絶縁膜69
上に、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などのハードマ
スク形成材料層を形成してもよい。この後、第2の層間
絶縁膜69と配線保護膜68を選択的にエッチングし
て、銅ダマシン配線67の表面を露出させるビアホール
を開孔し、導電性膜の堆積とCMPにより導電性プラグ
を形成する。以上の工程を繰り返すことにより、高い耐
熱性と低い誘電率と高い機械的強度を兼ね備えた高分子
膜を用いた多層配線構造を得ることができる。
After forming the copper damascene wiring 67, in the inorganic insulating film deposition reactor of the cluster type device, the substrate temperature is set to 390 ° C. and the thickness of 50 nm is formed on the composite surface of the hard mask film 64 and the copper damascene wiring 67. A wiring protection film 68 made of a silicon nitride film was formed [FIG. 12 (e)]. Subsequently, the film is conveyed into the plasma polymerization film formation reactor without breaking the vacuum, and the substrate temperature is set to 400 ° C. in the same manner as the inter-wiring insulating film 63, and the first low dielectric constant film 69a and the second low dielectric constant film are formed. A second interlayer insulating film 69 including the film 69b was formed [FIG. 12 (f)]. If necessary, the second interlayer insulating film 69
A hard mask forming material layer such as a silicon oxide film or a silicon nitride film may be formed thereover. After that, the second interlayer insulating film 69 and the wiring protection film 68 are selectively etched to form a via hole exposing the surface of the copper damascene wiring 67, and a conductive plug is deposited by depositing a conductive film and CMP. Form. By repeating the above steps, it is possible to obtain a multilayer wiring structure using a polymer film having high heat resistance, low dielectric constant and high mechanical strength.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、プラズ
マ雰囲気中にて成膜温度を350℃以上の高温にして、
ベンゾシクロブテン高分子膜を形成するものであるの
で、実用化が可能な成膜速度にて高耐熱性の低誘電率高
分子膜を得ることができる。また、成膜の途中において
チャンバー内の圧力を高くする実施例によれば、低誘電
率のプラズマ重合高分子膜上に緻密で機械強度および密
着性の大きいプラズマ重合高分子膜を容易に積層するこ
とができ、低誘電率とCMP耐性とを兼ね備えた配線間
・層間絶縁膜を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the film forming temperature is set to a high temperature of 350 ° C. or higher in the plasma atmosphere,
Since the benzocyclobutene polymer film is formed, a polymer film with high heat resistance and low dielectric constant can be obtained at a film formation speed that can be put to practical use. According to the embodiment in which the pressure in the chamber is increased during film formation, a plasma polymerized polymer film having a high dielectric strength, high mechanical strength and high adhesion can be easily laminated on the plasma polymerized polymer film having a low dielectric constant. Therefore, an inter-wiring / interlayer insulating film having both a low dielectric constant and CMP resistance can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1の実施例において用いられる高
分子膜成長装置の概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a polymer film growth apparatus used in a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明による第1の実施例による高分子膜製
造方法によって得られたDVS−BCBポリマー膜のT
DS(昇温脱離ガス分析)スペクトル図(その1)。
FIG. 2 is a graph showing the T of the DVS-BCB polymer film obtained by the method for producing a polymer film according to the first embodiment of the present invention.
DS (temperature programmed desorption gas analysis) spectrum diagram (1).

【図3】 本発明による第1の実施例による高分子膜製
造方法によって得られたDVS−BCBポリマー膜のT
DSスペクトル図(その2)。
FIG. 3 is a graph showing the T of the DVS-BCB polymer film obtained by the method for producing a polymer film according to the first embodiment of the present invention.
DS spectrum diagram (2).

【図4】 本発明による第1の実施例による高分子膜製
造方法によって得られたDVS−BCBポリマー膜のT
DSスペクトル図(その3)。
FIG. 4 is a graph showing the T of the DVS-BCB polymer film obtained by the method for producing a polymer film according to the first embodiment of the present invention.
DS spectrum diagram (3).

【図5】 本発明による第1の実施例によって得られた
DVS−BCBポリマー膜の、投入RF電力と成膜圧力
の変化に伴う膜質の変化を検討するためのTDSスペク
トル図(その1)。
FIG. 5 is a TDS spectrum diagram (part 1) for investigating the change in film quality of the DVS-BCB polymer film obtained by the first example according to the present invention with changes in input RF power and film formation pressure.

【図6】 本発明による第1の実施例によって得られた
DVS−BCBポリマー膜の、投入RF電力と成膜圧力
の変化に伴う膜質の変化を検討するためのTDSスペク
トル図(その2)。
FIG. 6 is a TDS spectrum diagram (part 2) for studying the change in film quality of the DVS-BCB polymer film obtained by the first example according to the present invention with changes in input RF power and film formation pressure.

【図7】 本発明による第1の実施例によって得られた
DVS−BCBポリマー膜の赤外吸収スペクトル図(そ
の1)。
FIG. 7 is an infrared absorption spectrum diagram (1) of the DVS-BCB polymer film obtained by the first example according to the present invention.

【図8】 本発明による第1の実施例によって得られた
DVS−BCBポリマー膜の赤外吸収スペクトル図(そ
の2)。
FIG. 8 is an infrared absorption spectrum diagram (No. 2) of the DVS-BCB polymer film obtained by the first example according to the present invention.

【図9】 本発明による第2の実施例によって得られた
DVS−BCBポリマー膜の比誘電率と、成膜時の投入
RF電力条件/圧力条件との関係を示すグラフ。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the relative dielectric constant of the DVS-BCB polymer film obtained according to the second example of the present invention and the RF power condition / pressure condition applied during film formation.

【図10】 本発明による第2の実施例の多層配線構造
形成過程を説明するための断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a process of forming a multilayer wiring structure according to a second embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の第3の実施例において用いられる
クラスタ型成膜装置の概略構成図。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a cluster type film forming apparatus used in a third embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の第3の実施例の多層配線構造形成
過程を示す工程順の断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view in order of the steps, showing a process of forming a multilayer wiring structure according to a third embodiment of the present invention.

【図13】 従来の高分子膜成長装置の概略構成図。FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a conventional polymer film growth apparatus.

【図14】 従来の多層配線構造を示す断面図。FIG. 14 is a sectional view showing a conventional multilayer wiring structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 有機モノマー 1a 気体化有機モノマー 2 キャリアガス 3 洗浄溶剤タンク 3a 洗浄溶剤 4 圧力送出ガス 5 液体流量指示器 6 気化制御器 6a ダイアフラムバルブ 7a、7b 気体流量制御器 8 キャリアガス加熱フィルタ 9a、9b 熱電対 10 排気ポンプ 11 反応室 12a、12b 配管加熱ヒータ 13 有機絶縁膜 14 シリコン基板 15 基板加熱部 16 冷却トラップ 17 有機モノマータンク 18 シャワーヘッド 19 パージガス 20〜31 バルブ 34 クリーニングガス 35a、35b 気化原料供給配管 36a〜36d 有機モノマー供給配管 37a、37b 洗浄溶剤供給配管 38 キャリアガス供給配管 39 廃液配管 40 排気配管 41 クリーニングガス供給配管 42 マッチングボックス 43 RF電源 44 RFケーブル 45a、45b アース線 51 第1層間絶縁膜 52 第1配線間絶縁膜 52a 第1の低誘電率膜 52b 第2の低誘電率膜 53 第1銅ダマシン配線 53a 第1バリア膜 54 第2層間絶縁膜 55 銅ビアプラグ 55a 第2バリア膜 56 第2配線間絶縁膜 56a 第1の低誘電率膜 56b 第2の低誘電率膜 57 第2銅ダマシン配線 57a 第3バリア膜 60 シリコン基板 61 第1層間絶縁膜 62 導電性プラグ 63 配線間絶縁膜 63a 第1の低誘電率膜 63b 第2の低誘電率膜 64 ハードマスク 64a シリコン酸化膜 65 レジスト膜 66 配線溝 67 銅ダマシン配線 68 配線保護膜 69 第2層間絶縁膜 69a 第1の低誘電率膜 69b 第2の低誘電率膜 70 プラズマ重合成膜リアクタ 71 無機絶縁膜成膜リアクタ 72 真空ロボット 73 センターチャンバー 74 ロードロックチャンバーA 75 ロードロックチャンバーB 76 ゲートバルブA 77 ゲートバルブB 78 ゲートバルブC 79 ゲートバルブD 80 排気ポンプ 81 反応室 82 有機高分子膜 83 半導体基板 84 基板加熱部 85 気化器 86 気化原料配管 91 第1層間絶縁膜 92 第1配線間絶縁膜 93 第1銅ダマシン配線 93a 第1バリア膜 94 第2層間絶縁膜 95 銅ビアプラグ 95a 第2バリア膜 96 第2配線間絶縁膜 97 第2銅ダマシン配線 97a 第3バリア膜 1 organic monomer 1a Gasified organic monomer 2 carrier gas 3 Cleaning solvent tank 3a Cleaning solvent 4 Pressure delivery gas 5 Liquid flow rate indicator 6 Vaporization controller 6a Diaphragm valve 7a, 7b Gas flow rate controller 8 Carrier gas heating filter 9a, 9b thermocouple 10 Exhaust pump 11 Reaction chamber 12a, 12b Pipe heater 13 Organic insulating film 14 Silicon substrate 15 Substrate heating unit 16 Cooling trap 17 Organic Monomer Tank 18 shower head 19 Purge gas 20 to 31 valves 34 Cleaning gas 35a, 35b Vaporization raw material supply pipe 36a-36d Organic monomer supply pipe 37a, 37b Cleaning solvent supply pipe 38 Carrier gas supply piping 39 Waste liquid piping 40 Exhaust pipe 41 Cleaning gas supply pipe 42 Matching Box 43 RF power supply 44 RF cable 45a, 45b Ground wire 51 First interlayer insulating film 52 First inter-wiring insulating film 52a First low dielectric constant film 52b Second low dielectric constant film 53 Copper damascene wiring 53a First barrier film 54 Second interlayer insulating film 55 Copper via plug 55a Second barrier film 56 Second inter-wiring insulating film 56a First low dielectric constant film 56b Second low dielectric constant film 57 Copper 2nd damascene wiring 57a Third barrier film 60 Silicon substrate 61 First interlayer insulating film 62 Conductive plug 63 Inter-wiring insulation film 63a First low dielectric constant film 63b Second low dielectric constant film 64 hard mask 64a Silicon oxide film 65 Resist film 66 wiring groove 67 Copper damascene wiring 68 Wiring protection film 69 Second interlayer insulating film 69a First low dielectric constant film 69b Second low dielectric constant film 70 Plasma polymerization deposition reactor 71 Inorganic insulating film deposition reactor 72 Vacuum robot 73 Center chamber 74 Road Lock Chamber A 75 Road Lock Chamber B 76 Gate valve A 77 Gate valve B 78 Gate valve C 79 Gate valve D 80 Exhaust pump 81 Reaction chamber 82 Organic polymer film 83 Semiconductor substrate 84 Substrate heating unit 85 vaporizer 86 Vaporization raw material piping 91 First interlayer insulating film 92 First inter-wiring insulating film 93 Copper damascene wiring 93a First barrier film 94 Second interlayer insulating film 95 Copper via plug 95a Second barrier film 96 Second inter-wiring insulation film 97 Copper damascene wiring 97a Third barrier film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−12532(JP,A) 特開 平11−87342(JP,A) 特開 平10−163317(JP,A) 特開 平8−213378(JP,A) 特開 平8−88223(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/312 H01L 21/314 H01L 21/316 H01L 21/318 B01J 19/08 C08G 61/02 H01L 21/768 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP 2000-12532 (JP, A) JP 11-87342 (JP, A) JP 10-163317 (JP, A) JP 8-213378 (JP, A) JP-A-8-88223 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/312 H01L 21/314 H01L 21/316 H01L 21/318 B01J 19 / 08 C08G 61/02 H01L 21/768

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 気化したベンゾシクロブテン・モノマー
を反応室内に導入し、プラズマ雰囲気中にて、加熱ステ
ージ上に載置された基板上に前記ベンゾシクロブテン・
モノマーを骨格に含むプラズマ重合高分子膜を成膜する
工程を含む絶縁膜の形成方法において、前記加熱ステー
ジは350℃以上に加熱されていることを特徴とする絶
縁膜の形成方法。
1. A vaporized benzocyclobutene monomer is introduced into a reaction chamber, and the benzocyclobutene monomer is placed on a substrate placed on a heating stage in a plasma atmosphere.
A method of forming an insulating film, comprising the step of forming a plasma-polymerized polymer film containing a monomer in the skeleton, wherein the heating stage is heated to 350 ° C. or higher.
【請求項2】 プラズマを生成するために印加される高
周波パワーが0.20W/cm2 以下であることを特徴
とする請求項1記載の絶縁膜の形成方法。
2. The method for forming an insulating film according to claim 1, wherein the high frequency power applied to generate plasma is 0.20 W / cm 2 or less.
【請求項3】 前記ベンゾシクロブテン・モノマーがシ
ャワーヘッドを介して前記反応室へ導入され、前記高周
波パワーが前記シャワーヘッドに印加されることを特徴
とする請求項2記載の絶縁膜の形成方法。
3. The method for forming an insulating film according to claim 2, wherein the benzocyclobutene monomer is introduced into the reaction chamber through a showerhead, and the high frequency power is applied to the showerhead. .
【請求項4】 プラズマを生成するために印加される高
周波電圧が、2周波の重畳されものであることを特徴と
する請求項1〜3の何れかに記載の絶縁膜の形成方法。
4. The method for forming an insulating film according to claim 1, wherein the high frequency voltage applied to generate plasma is a combination of two frequencies.
【請求項5】 気化した有機モノマーを反応室内に導入
し、プラズマ雰囲気中にて、加熱ステージ上に載置され
た基板上に前記有機モノマーを骨格に含むプラズマ重合
高分子膜を成膜する工程を含む絶縁膜の形成方法におい
て、前記反応室内の成膜ガスの圧力を段階的に若しくは
連続的に高くして、成膜される絶縁膜の基本的化学組成
を変化させることなく物理的特性を変化させることを特
徴とする絶縁膜の形成方法。
5. A step of introducing a vaporized organic monomer into a reaction chamber and forming a plasma-polymerized polymer film containing the organic monomer in its skeleton on a substrate placed on a heating stage in a plasma atmosphere. In the method of forming an insulating film, the pressure of the film forming gas in the reaction chamber is increased stepwise or continuously so that the physical properties of the insulating film to be formed are changed without changing the basic chemical composition. A method for forming an insulating film, which is characterized by varying.
【請求項6】 前記加熱ステージは350℃以上に加熱
されていることを特徴とする請求項5記載の絶縁膜の形
成方法。
6. The method for forming an insulating film according to claim 5, wherein the heating stage is heated to 350 ° C. or higher.
【請求項7】 前記ベンゾシクロブテン・モノマーまた
は前記有機モノマーが、ジビニルシロキサン・ビス・ベ
ンゾシクロブテン・モノマーであることを特徴とする請
求項1〜6の何れかに記載の絶縁膜の形成方法。
7. The method for forming an insulating film according to claim 1, wherein the benzocyclobutene monomer or the organic monomer is divinylsiloxane bisbenzocyclobutene monomer. .
【請求項8】 前記プラズマ重合高分子膜を成膜する工
程に続けて無機絶縁膜の成膜する工程が付加され、両成
膜工程間において真空状態が維持されることを特徴とす
る請求項1〜7の何れかに記載の絶縁膜の形成方法。
8. The step of forming an inorganic insulating film is added to the step of forming the plasma polymerized polymer film, and a vacuum state is maintained between both film forming steps. The method for forming an insulating film according to any one of 1 to 7.
【請求項9】 前記プラズマ重合高分子膜を成膜する工
程に先立って無機絶縁膜を成膜する工程が付加され、両
成膜工程間において真空状態が維持されることを特徴と
する請求項1〜8の何れかに記載の絶縁膜の形成方法。
9. The step of forming an inorganic insulating film prior to the step of forming the plasma-polymerized polymer film, wherein a vacuum state is maintained between both film forming steps. 9. The method for forming an insulating film according to any one of 1 to 8.
【請求項10】 前記無機絶縁膜の成膜工程に続けてさ
らにプラズマ重合高分子膜を成膜する工程が付加され、
以下、必要に応じて無機絶縁膜の成膜工程とプラズマ重
合高分子膜の成膜工程が繰り返され、かつ、各成膜工程
間において真空状態が維持されることを特徴とする請求
項8記載の絶縁膜の形成方法。
10. A step of further forming a plasma polymerized polymer film is added to the step of forming the inorganic insulating film,
9. The inorganic insulating film forming step and the plasma polymerized polymer film forming step are repeated as necessary, and a vacuum state is maintained between the film forming steps. Method of forming insulating film.
【請求項11】 前記無機絶縁膜の成膜する工程での基
板温度が前記プラズマ重合高分子膜を成膜する工程での
基板温度以下であることを特徴とする請求項8〜10の
何れかに記載の絶縁膜の形成方法。
11. The substrate temperature in the step of forming the inorganic insulating film is equal to or lower than the substrate temperature in the step of forming the plasma polymerized polymer film. The method for forming an insulating film as described in 1.
【請求項12】 導電性プラグが埋設された層間絶縁膜
と、配線が埋設された配線間絶縁膜とが積層されている
多層配線において、前記層間絶縁膜および前記配線間絶
縁膜の内の少なくとも一つの絶縁膜は、化学組成が実質
的に同一で最下層部より最上層部の方が密度が高くかつ
密度が段階的若しくは連続的に高くなされているプラズ
マ重合高分子膜を含んでいることを特徴とする多層配
線。
12. In a multilayer wiring in which an interlayer insulating film having a conductive plug buried therein and an inter-wiring insulating film having wiring buried therein are laminated, at least one of the interlayer insulating film and the inter-wiring insulating film is formed. One insulating film contains a plasma-polymerized polymer film that has substantially the same chemical composition and that the uppermost layer has a higher density than the lowermost layer and the density is increased stepwise or continuously. Multilayer wiring characterized by.
【請求項13】 前記層間絶縁膜または前記配線間絶縁
膜は、前記プラズマ重合高分子膜の上層または下層に薄
膜の無機絶縁膜を有していることを特徴とする請求項1
2記載の多層配線。
13. The interlayer insulating film or the inter-wiring insulating film has a thin inorganic insulating film as an upper layer or a lower layer of the plasma polymerized polymer film.
2. The multilayer wiring described in 2.
【請求項14】 前記プラズマ重合高分子膜がプラズマ
重合ベンゾシクロブテン膜であることを特徴とする請求
項12または13記載の多層配線。
14. The multilayer wiring according to claim 12, wherein the plasma polymerized polymer film is a plasma polymerized benzocyclobutene film.
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