JP3481395B2

JP3481395B2 - 層間絶縁膜の形成方法

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Publication number: JP3481395B2
Application number: JP16530996A
Authority: JP
Inventors: 正行飯島; 禎之浮島; 昌敏佐藤
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2003-12-22
Anticipated expiration: 2016-06-05
Also published as: JPH09326386A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体装
置の層間絶縁膜に用いられる低比誘電率の絶縁膜に関
し、特に、蒸着重合を利用した複合膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の層間絶縁膜として
は、回転塗布法によるＳＯＧ（Spin onGlass)膜やＣＶ
Ｄ法（化学蒸着法：Chemical Vapor Deposition)による
ＳiＯ₂膜が主に用いられている。これらの方法によって
形成された層間絶縁膜の比誘電率は約４となるが、最近
はＬＳＩの高集積化の進展により層間絶縁膜の低比誘電
率化が大きな課題とされており、比誘電率が４以下の層
間絶縁膜が要求されるようになっている。

【０００３】このような要求に対しては、近年、プラズ
マＣＶＤ法によって形成されたＳｉＯ₂膜にフッ素を添
加したＳiＯＦ膜が提案されており、この膜によれば層
間絶縁膜の比誘電率を３．７〜３．２程度に抑えること
ができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来技術においては、次のような問題があった。すなわ
ち、上述のプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯＦ膜は低比誘
電率化が達成できる反面、膜の形成方法や成膜条件によ
って膜特性が大きく異なったり、膜中のフッ素の脱離や
吸湿性が大きいといった膜の不安定性により誘電率を悪
化させてしまう問題が指摘されており、将来の低比誘電
率材料としての応用は難しい状況にある。

【０００５】また、回転塗布法によるＳＯＧ膜は、有機
溶媒を除去するために４００℃近傍の温度でベークし脱
水重合反応させて形成することから、有機溶媒や水が発
生するなどの課題がある。

【０００６】その一方、使用する半導体装置に応じて、
種々の比誘電率を有する層間絶縁膜も要望されるように
なってきている。

【０００７】本発明は、このような従来の技術の課題を
解決するためになされたもので、比誘電率が低く、か
つ、簡易な工程で安定した特性を有する絶縁膜が得られ
る層間絶縁膜の形成方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００８】また、本発明は、必要に応じて比誘電率を
変化させることのできる層間絶縁膜の形成方法を提供す
ることを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、原料モノマーの蒸
着重合とＳiＯ₂の蒸着等により形成した複合膜に紫外線
の照射及び（又は）熱処理を行うことにより、簡易な工
程で安定した特性を有する低比誘電率の薄膜が得られ、
かつ、所望の比誘電率値を達成しることを見い出し、本
発明を完成するに至った。

【００１０】請求項１記載の発明は、かかる知見に基づ
いてなされたもので、真空中で原料モノマーを蒸発さ
せ、基体上で蒸着重合させる際に、この基体に対しＳi
Ｏ₂を蒸着させて複合膜を形成し、さらに、重合体部の
比誘電率がＳiＯ₂部の比誘電率より小さくなるように、
上述の複合膜に紫外線の照射及び（又は）熱処理を行い
架橋反応及び（又は）高分子量化を行うことを特徴とす
る。

【００１１】この場合、請求項２記載の発明のように、
請求項１記載の発明において、原料モノマーの蒸着重合
と同時にＳiＯ₂の蒸着を行い、重合体部に対するＳiＯ₂
部の比率を調整することも効果的である。

【００１２】また、請求項３記載の発明のように、真空
中で原料モノマーを蒸発させ、基体上で蒸着重合させる
際に、この基体に対し原料モノマーの蒸着重合と交互に
ＳｉＯ₂、ＳiＮ又はＳiＯＮによる薄膜を成膜して複合膜
を形成し、さらに、重合体部の比誘電率がＳiＯ₂、Ｓi
Ｎ又はＳiＯＮ部の比誘電率より小さくなるように、上
述の複合膜に紫外線の照射及び（又は）熱処理を施して
架橋反応及び（又は）高分子量化を行い、上述の重合体
部に対する上述のＳiＯ₂、ＳiＮ又はＳiＯＮ部の比率を
調整することも効果的である。

【００１３】この場合、ＳiＯ₂の薄膜の成膜は、蒸着の
ほか、例えばＣＶＤ、スパッタリング等によって行うこ
とができる。また、ＳiＮ又はＳiＯＮの薄膜の成膜は、
ＣＶＤ又はスパッタリング等によって行うことができ
る。

【００１４】さらに、本発明の場合、請求項４に記載さ
れるように、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明
において、蒸着重合させる高分子重合体が芳香族ポリ尿
素である場合に効果的である。

【００１５】この場合、原料モノマーとしては、4,4′-
ジアミノジフェニルエーテル、4,4′-ジアミノ3,3′-ジ
メチルジフェニルメタン、4,4′-ジアミノジフェニルメ
タン（ＭＤＡ）、4,4′-ジアミノジフェニルサルファイ
ド等のジアミンと、4,4′-ジフェニルメタンジイソシア
ナート（ＭＤＩ）、4,4′-ジイソシアン酸メチレンジフ
ェニル、4,4′-ジイソシアン酸3,3′-ジメチルジフェニ
ル等のジイソシアナートを用いることができる。

【００１６】特に、請求項５記載の発明のように、原料
モノマーとして、4,4′-ジアミノジフェニルメタン(Ｍ
ＤＡ)と、4,4′-ジフェニルメタンジイソシアナート(Ｍ
ＤＩ)を用いるとより効果的である。

【００１７】また、本発明は、請求項６に記載されるよ
うに、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明におい
て、蒸着重合させる高分子重合体が芳香族ポリイミドで
ある場合にも効果的である。

【００１８】この場合、原料モノマーとしては、2,2′-
ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(ＢＡ
ＰＰ）、4,4′-ジアミノジフェニルエーテル、4,4′-ジ
アミノ3,3′-ジメチルジフェニルメタン、4,4′-ジアミ
ノジフェニルメタン、4,4′-ジアミノジフェニルサルフ
ァイド等のジアミンと、二無水ピロメリト酸、3,3′4,
4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸等の酸無水物を用
いると効果的である。

【００１９】特に、請求項７記載の発明のように、原料
モノマーとして、2,2′-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)
フェニル]プロパン(ＢＡＰＰ)と、二無水ピロメリト酸
を用いるとより効果的である。

【００２０】低比誘電率化のため照射する紫外線の波長
としては、ｉ線（３６５ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ
ー（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎ
ｍ）等の選択された波長のものを用いることができる。

【００２１】また、請求項８記載の発明のように、請求
項１乃至７のいずれか１項記載の発明において、半導体
装置を作製する際の最高温度より高い温度で熱処理を行
うことも効果的である。

【００２２】例えば、４００℃程度の温度で、３０分程
度の熱処理を行うとよい。この場合、処理雰囲気は、大
気又は真空中のどちらでもよい。

【００２３】一方、請求項９記載の発明のように、金属
配線が形成された半導体基体上に、請求項１乃至８のい
ずれか１項記載の方法によって層間絶縁膜を形成するこ
とも効果的である。

【００２４】真空中で複数の原料モノマーを蒸発させ、
これらを基体上で蒸着重合させて低分子量の膜を形成す
ると、オリゴマー状の比誘電率が約４未満の蒸着膜が得
られるが、この蒸着膜に紫外線の照射及び（又は）熱処
理を行うと、未反応末端基の反応による高分子量化と同
時に結合部分が架橋反応することによって結合部分が変
化し、比誘電率が３前後にまで低下する。

【００２５】特に、原料モノマーとして、ＭＤＩ等のジ
アミンとＭＤＡ等のジイソシアナートを用い、ポリ尿素
膜を形成する場合において、このポリ尿素膜に紫外線の
照射と熱処理を行うと、未反応末端基の反応による高分
子量化と同時に尿素結合部分が架橋反応することによっ
て尿素結合部分が変化し、比誘電率が２、８前後にまで
低下する。

【００２６】このことから、請求項１記載の発明のよう
に、真空中で原料モノマーを蒸発させ、基体上で蒸着重
合させる際に、この基体に対しＳiＯ₂を蒸着させて複合
膜を形成し、さらに、重合体部の比誘電率がＳiＯ₂部の
比誘電率より小さくなるように、上述の複合膜に紫外線
の照射及び（又は）熱処理を行い架橋反応及び（又は）
高分子量化を行えば、ＳiＯ₂を単独で基体上に蒸着させ
た場合に比べて膜の比誘電率を低下させることができ
る。

【００２７】しかも、請求項１記載の発明によれば、回
転塗布法によるＳＯＧ膜のベーク工程は必要とせず、水
が発生することもない。さらに、プラズマＣＶＤ法によ
るＳｉＯＦ膜のように膜の不安定性による特性の悪化の
問題は発生せず、装置設備も簡単なもので十分である。

【００２８】この場合、請求項２記載の発明のように、
請求項１記載の発明において、原料モノマーの蒸着重合
と同時にＳiＯ₂の蒸着を行い、重合体部に対するＳiＯ₂
部の比率を調整すれば、当該重合体とＳiＯ₂の比誘電率
の間において、複合膜の比誘電率を任意に変化させるこ
とができる。

【００２９】また、請求項３記載の発明のように、真空
中で原料モノマーを蒸発させ、基体上で蒸着重合させる
際に、この基体に対し原料モノマーの蒸着重合と交互に
ＳｉＯ₂、ＳiＮ又はＳiＯＮによる薄膜を成膜して複合膜
を形成し、さらに、重合体部の比誘電率がＳiＯ₂、Ｓi
Ｎ又はＳiＯＮ部の比誘電率より小さくなるように、上
述の複合膜に紫外線の照射及び（又は）熱処理を施して
架橋反応及び（又は）高分子量化を行い、上述の重合体
部に対する上述のＳiＯ₂、ＳiＮ又はＳiＯＮ部の比率を
調整すれば、当該重合体とＳiＯ₂、ＳiＮ又はＳiＯＮの
比誘電率の間において、複合膜の比誘電率を任意に変化
させることができる。

【００３０】さらに、請求項４記載の発明のように、請
求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、蒸着
重合させる高分子重合体が芳香族ポリ尿素である場合、
特に、請求項５記載の発明のように、原料モノマーとし
て、4,4′-ジアミノジフェニルメタン(ＭＤＡ)と、4,
4′-ジフェニルメタンジイソシアナート(ＭＤＩ)を用い
る場合には、低比誘電率のＳiＯ₂とポリ尿素の複合膜が
容易に得られる。

【００３１】さらにまた、請求項６記載の発明のよう
に、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明におい
て、蒸着重合させる高分子重合体が芳香族ポリイミドで
ある場合、特に、請求項７記載の発明のように、原料モ
ノマーとして、2,2′-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フ
ェニル]プロパン(ＢＡＰＰ)と、二無水ピロメリト酸を
用いる場合には、低比誘電率のＳiＯ₂とポリイミドの複
合膜が容易に得られる。

【００３２】加えて、請求項８記載の発明のように、請
求項１乃至７のいずれか１項記載の発明において、その
後の半導体装置の製造工程における最高温度より高い温
度で熱処理を行えば、その後の半導体装置の製造工程に
おいて、高分子部分が分解してしまうことが回避され
る。

【００３３】一方、請求項９記載の発明のように、金属
配線が形成された半導体基体上に、請求項１乃至８のい
ずれか１項記載の方法によって層間絶縁膜を形成すれ
ば、現在用いられているＳＯＧ膜やＳiＯ₂膜より低い任
意の比誘電率（３〜４）を有する層間絶縁膜が得られ
る。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図面を参照して詳細に説明する。

【００３５】図１は、本発明を実施するための成膜装置
の一例を示す概略構成図である。図１に示すように、こ
の装置においては、第１及び第２の処理室１、２が設け
られ、これら第１及び第２の処理室１、２は、ゲートバ
ルブ３を介して連結されている。なお、第１及び第２の
処理室１、２は、図示しない真空ポンプ等の真空排気系
に連結されている。

【００３６】第１の処理室１内には、処理すべき基板４
が基板ホルダー５によって保持される。この基板ホルダ
ー５は、第１の処理室１の外部に貫通して配置される搬
送アーム６の先端部６ａに取り付けられている。この搬
送アーム６は、搬送モータ７の回転に伴って水平方向に
移動自在となるように構成されている。すなわち、搬送
モータ７のシャフト８にネジ部が形成される一方、搬送
アーム６の先端部６ａにもネジ部が形成され、これらの
噛み合いによって搬送アーム６が矢印方向に移動して基
板４が第２の処理室２に入り込むように構成される。

【００３７】また、第１の処理室１の下方には、エレク
トロンビーム加熱源９が配置される。このエレクトロン
ビーム加熱源９の上部には、蒸発材料１０である例えば
アルミニウムが載置される。そして、エレクトロンビー
ム源９ａから射出されたエレクトロンビームＥＢが偏向
磁場によって偏向され、蒸発材料１０に到達するように
構成される。

【００３８】さらに、基板４とエレクトロンビーム加熱
源９との間には、シャッター１１が設けられ、このシャ
ッター１１の近傍には、基板４上に形成される薄膜の膜
厚を検出するための膜厚モニター１２が設けられてい
る。

【００３９】一方、第２の処理室２の下方には、ポリ尿
素膜、ポリイミド膜等を形成するため、２種類のモノマ
ーの蒸発源１３Ａ、１３Ｂと、上記同様のエレクトロン
ビーム加熱源９０がそれぞれ配置される。

【００４０】ここで、各蒸発源１３Ａ、１３Ｂのハウジ
ング１４Ａ、１４Ｂ内には、それぞれ蒸発用容器１５
Ａ、１５Ｂが設けられる。そして、各蒸発用容器１５
Ａ、１５Ｂの内部には、モノマーＡ、Ｂがそれぞれ注入
され、さらに、各蒸発用容器１５Ａ、１５Ｂの近傍に
は、各モノマーＡ、Ｂを加熱するためのヒータ１６Ａ、
１６Ｂが設けられる。また、各蒸発源１３Ａ、１３Ｂの
間には、モノマーＡ、Ｂ同士の蒸気の混合を防止すると
ともに、互いの熱の影響を防止するための仕切板１７が
配置される。

【００４１】エレクトロンビーム加熱源９０の上部に
は、蒸発材料１００であるＳiＯ₂が載置される。そし
て、エレクトロンビーム源９０ａから射出されたエレク
トロンビームＥＢが偏向磁場によって偏向され、蒸発材
料９１に到達するように構成される。また、蒸発源１３
Ａとエレクトロンビーム加熱源９０との間には、モノマ
ーＡとＳiＯ₂の蒸気の混合を防止するとともに、互いの
熱の影響を防止するための仕切板１７が配置される。

【００４２】一方、エレクトロンビーム加熱源９０及び
蒸発源１３Ａ、１３Ｂの上方には、シャッター１８が設
けられ、このシャッター１８の近傍には、それぞれ膜厚
モニター１２Ａ、１２Ｂが設けられている。

【００４３】この装置を用いて基板４上に複合膜を形成
する場合には、ゲートバルブ３を開け、モーター７を回
転させて基板４を処理室２に搬送する。そして、シャッ
ター１８を閉じた状態で第２の処理室２内の圧力を所定
の値に設定し、膜圧モニター１２Ａ、１２Ｂで各原料モ
ノマーＡ、Ｂの蒸発量を測定しながらヒーター１６Ａ、
１６Ｂによって各原料モノマーＡ、Ｂを所定の温度に加
熱する。

【００４４】次いで、各原料モノマーＡ、Ｂが所定の温
度に達して所要の蒸発量が得られた後に、エレクトロン
ビーム加熱源９０の蒸発材料９１であるＳiＯ₂を所定の
パワーで加熱して蒸発させる。しかる後、シャッター１
８を開き、所定の析出速度で基板４上にＳiＯ₂と高分子
重合体の複合膜を蒸着し、堆積させた後にシャッター１
８を閉じる。

【００４５】その後、第２の処理室２から基板４を取り
出し、２３０ｎｍ〜５００ｎｍの波長の紫外線を複合膜
の全面に対して所定時間照射（ポリ尿素の場合）すると
ともに熱処理を行い、架橋反応と高分子量化することに
より重合体部の比誘電率をＳiＯ₂部の比誘電率より低下
させる。この場合、熱処理の条件は、温度が４００℃程
度、時間は３０分程度で行う。また、処理雰囲気は、大
気又は真空中のどちらでもよい。

【００４６】このような本実施の形態によれば、比誘電
率が低く、かつ、安定した特性を有する絶縁膜を得るこ
とができる。

【００４７】図２(ａ)〜(ｅ)は、本発明を用いて半導体
装置の層間絶縁膜を形成する工程の一例を示すものであ
る。まず、図２(ａ)に示すように、半導体基板２０と、
この半導体基板２０表面に形成され、所定の位置に窓開
けがされたシリコン熱酸化膜２１と、その上に成膜さ
れ、パターニングが施された第１層目の配線２２とを有
する例えばＳｉからなる基板３１を用意する。

【００４８】この基板３１の表面に、上述した方法によ
ってポリ尿素又はポリイミドとＳｉＯ₂との複合膜を所
望の厚みに全面成膜して層間絶縁膜２３を形成した後、
この層間絶縁膜２３に紫外線２４の照射（ポリ尿素の場
合）と熱処理を行い(図２(ｂ))、架橋反応及び（又は）
高分子量化を行う。

【００４９】次いで、その層間絶縁膜２３の表面に所定
のパターニングが施されたレジスト膜２５を形成し(図
２(ｃ))、ドライエッチングを行ってレジスト膜２５の
窓開け部分に露出した層間絶縁膜２３を除去する(図２
(ｄ))。そして、上述のレジスト膜２５を除去した後、
配線薄膜を全面成膜し、パターニングを施して第２層目
の配線２６を形成する。すると、層間絶縁膜２３が除去
された窓開け部分２７で、第１層目の配線２２と第２層
目の配線２６とが電気的に接続され、その結果、多層配
線を有する半導体装置３５を得ることができる(図２
(ｅ))。

【００５０】本実施の形態によれば、低比誘電率化した
複合膜によって層間絶縁膜２３を構成しているので、第
１層目の配線２２と第２層目の配線２６との間で形成さ
れるコンデンサーの容量が小さくなり、半導体装置３５
の動作速度を向上させることが可能になる。しかも、本
実施の形態によれば、安定した特性を有する種々の半導
体装置を得ることができる。

【００５１】なお、本発明は上述の実施の形態に限られ
ることなく、種々の変更を行うことができる。例えば、
上述の実施の形態においては、原料モノマーの蒸着重合
とＳiＯ₂の蒸着を同時に行うようにしたが、これらを交
互に行うようにしてもよく、その場合には、例えばＣＶ
Ｄやスパッタリング等によってＳiＯ₂膜を成膜すること
もできる。

【００５２】また、原料モノマーの蒸着重合と、ＣＶ
Ｄ、スパッタリング等によるＳｉＮ、ＳiＯＮ等の成膜
を交互に行って複合膜を形成することもできる。

【００５３】さらに、重合体部とＳiＯ₂部との比率（膜
厚比）を、種々の値に変えてもよい。これにより、複合
膜の比誘電率を任意のものとすることができる。

【００５４】さらにまた、本発明は層間絶縁膜のみなら
ず、種々の絶縁膜に適用しうるものである。

【００５５】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例を比較例とと
もに説明する。

【００５６】図１に示す成膜装置を用いて基板４上に層
間絶縁膜を形成した。まず、基板ホルダー５に、長さ７
６ｍｍ×幅２６ｍｍ×厚み１．０ｍｍの例えばコーニン
グ＃７０５９からなる基板４を取り付け、処理室１にお
いて、蒸発材料１０であるアルミニウムを７のエレクト
ロンビーム（Ｅ／Ｂ）加熱により蒸発させ、膜厚モニタ
ー１２で蒸発速度を制御しながら基板４上に１０００オ
ングストロームとなるように蒸着して下部電極を形成す
る。この場合、ゲートバルブ３は閉じておき、基板４の
温度は２０℃に保ち、蒸着中の第１の処理室１内の圧力
を３×１０^-3 Ｐａとした。

【００５７】次に、ゲートバルブ３を開け、モーター７
を回転させて基板４を第２の処理室２に搬送し、基板４
上に複合膜を蒸着する。この場合、原料モノマーＡ、Ｂ
としては、ポリ尿素膜を形成するための原料モノマーで
ある、4,4′-ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）と、
4,4′-ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）を
用い、高真空中（３×１０^-3Ｐａ）においてＭＤＡは１
００．０±０．１℃で、ＭＤＩについては７０．５±
０．１℃の温度で蒸発させ膜厚モニター１２Ａ、１２Ｂ
により各モノマーの蒸発速度を制御した。

【００５８】また、原料モノマーＡ、Ｂの蒸発と同時に
エレクトロンビーム加熱源９０によって蒸発材料９１で
あるＳiＯ₂を加熱して蒸発させ、両者を基板４上に蒸着
して複合膜を形成した。

【００５９】なお、本実施例の場合、ＭＤＡとＭＤＩの
組成比が化学量論比で１：１となるように制御した。ま
た、ＳiＯ₂とポリ尿素の膜厚比が１：１になるように制
御した。

【００６０】その後、基板４を装置から取り出し、２３
０ｎｍ〜５００ｎｍの波長の紫外線を複合膜の全面に対
して照射するとともに熱処理を行い、架橋反応と高分子
量化を行った。この場合、紫外線の照射時間は３０分と
し、熱処理の温度は４００℃とした。

【００６１】紫外線の照射と熱処理後、基板４を再度第
１の処理室１内に挿入し、上述の下部電極の場合と同様
の条件でアルミニウムを蒸着して上部電極を形成し、比
誘電率測定用の素子を作成した。この素子について複合
膜の比誘電率を測定したところ、３．３５であった。こ
の場合、比誘電率の値は、横河ヒューレットパッカード
社製のマルチ・フリケンシＬＣＲメータ（モデル４２７
５Ａ）を使用して静電容量Ｃを測定し、計算によって求
めた。

【００６２】一方、比較例として、実施例と同様の方法
によって下部電極及び複合膜を形成し、紫外線の照射と
熱処理をせずに複合膜上に上部電極を形成して、比誘電
率測定用の素子を作成した。この素子について実施例と
同様の方法により複合膜の比誘電率を測定したところ、
４．０前後であった。

【００６３】このように、紫外線を照射した複合膜は、
照射時間３０分で誘電率が３．３５と紫外線未照射及び
非熱処理膜の４より低い値となった。このことから、紫
外線の照射と熱処理をすることで複合膜の比誘電率を低
下させることができること明らかになった。

【００６４】また、この複合膜を大気中に放置した場
合、１週間後に吸湿により１％の容量変化が観測され
た。この容量変化を防ぐため、上述の方法により複合膜
を形成し、紫外線を照射した後にグロー放電処理を行っ
た。この場合、ガスとしてＡｒを用い、圧力０．６６６
６１Ｐａ（＝０．００５Ｔｏｒｒ）で、２００ＷのＲＦ
電力により１０秒間処理を行った。その結果、大気中で
１週間放置した場合における容量変化は０．５％以下で
あり、吸湿性の改善が確認された。

【００６５】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の発明
によれば、真空中で原料モノマーを蒸発させ、基体上で
蒸着重合させる際に、この基体に対しＳiＯ₂を蒸着させ
て複合膜を形成し、さらに、重合体部の比誘電率がＳi
Ｏ₂部の比誘電率より小さくなるように、上述の複合膜
に紫外線の照射及び（又は）熱処理を行い架橋反応及び
（又は）高分子量化を行うことにより、ＳiＯ₂を単独で
基体上に蒸着させた場合に比べて比誘電率の低い層間絶
縁膜を得ることができる。

【００６６】また、請求項１記載の発明によれば、回転
塗布法によるＳＯＧ膜のベーク工程を必要とせず、しか
も水の発生がないので、工程の簡素化を図ることができ
る。さらに、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯＦ膜の様に
膜の不安定性による特性の悪化や装置の複雑化に起因す
るコストアップの問題を解消することができる。

【００６７】この場合、請求項２記載の発明のように、
請求項１記載の発明において、原料モノマーの蒸着重合
と同時にＳiＯ₂の蒸着を行い、重合体部に対するＳiＯ₂
部の比率を調整することにより、当該重合体とＳiＯ₂の
比誘電率の間において、所望の比誘電率を有する層間絶
縁膜を得ることができる。

【００６８】また、請求項３記載の発明のように、真空
中で原料モノマーを蒸発させ、基体上で蒸着重合させる
際に、この基体に対し原料モノマーの蒸着重合と交互に
ＳｉＯ₂、ＳiＮ又はＳiＯＮによる薄膜を成膜して複合膜
を形成し、さらに、重合体部の比誘電率がＳiＯ₂、Ｓi
Ｎ又はＳiＯＮ部の比誘電率より小さくなるように、上
述の複合膜に紫外線の照射及び（又は）熱処理を施して
架橋反応及び（又は）高分子量化を行い、上述の重合体
部に対する上述のＳiＯ₂、ＳiＮ又はＳiＯＮ部の比率を
調整することにより、当該重合体とＳiＯ₂、ＳiＮ又は
ＳiＯＮの比誘電率の間において、所望の比誘電率を有
する層間絶縁膜を得ることができ、更に汎用性を広げる
ことができる。

【００６９】さらに、請求項４記載の発明のように、請
求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、蒸着
重合させる高分子重合体が芳香族ポリ尿素である場合、
特に、請求項５記載の発明のように、原料モノマーとし
て、4,4′-ジアミノジフェニルメタン(ＭＤＡ)と、4,
4′-ジフェニルメタンジイソシアナート(ＭＤＩ)を用い
ることにより、容易に低比誘電率のＳiＯ₂とポリ尿素の
複合膜を形成することができる。

【００７０】さらにまた、請求項６記載の発明のよう
に、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明におい
て、蒸着重合させる高分子重合体が芳香族ポリイミドで
ある場合、特に、請求項７記載の発明のように、原料モ
ノマーとして、2,2′-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フ
ェニル]プロパン(ＢＡＰＰ)と、二無水ピロメリト酸を
用いることにより、容易に低比誘電率のＳiＯ₂とポリイ
ミドの複合膜を形成することができる。

【００７１】加えて、請求項８記載の発明のように、請
求項１乃至７のいずれか１項記載の発明において、その
後の半導体装置の製造工程における最高温度より高い温
度で熱処理を行うことにより、その後の半導体装置の製
造工程において、高分子成分の分解を回避でき、層間絶
縁膜の特性の安定化を図ることができる。

【００７２】一方、請求項９記載の発明のように、金属
配線が形成された半導体基体上に、請求項１乃至８のい
ずれか１項記載の方法によって層間絶縁膜を形成するこ
とにより、現在用いられているＳＯＧ膜やＳiＯ₂膜より
低い任意の比誘電率を有する層間絶縁膜が得られる。し
たがって、本発明を用いて多層配線の層間絶縁膜を形成
すれば、動作速度が大きく、かつ、安定した特性を有す
る種々の半導体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための成膜装置の一例の概略
構成図

【図２】(a)〜(e)：本発明を用いて半導体装置の層間絶
縁膜を形成する工程の一例を示す工程図

【符号の説明】

１…第１の処理室、２…第２の処理室、ゲートバルブ、
４…基板、５…基板ホルダー、９…エレクトロンビーム
加熱源、９ａ…エレクトロンビーム源、１０…蒸発材料
（アルミニウム）、１２、１２Ａ、１２Ｂ…膜厚モニタ
ー、１３Ａ、１３Ｂ…蒸発源、１５Ａ、１５Ｂ…蒸発用
容器、１６Ａ、１６Ｂ…ヒーター、１８…シャッター、
２０…半導体基板、２１…シリコン熱酸化膜、２２…配
線、２３…層間絶縁膜、２４…紫外線、２５…レジスト
膜、２６…配線、３１…基板、３５…半導体装置、９０
…エレクトロンビーム加熱源、９０ａ…エレクトロンビ
ーム源、１００…蒸発材料（ＳiＯ₂）、Ａ、Ｂ…原料モ
ノマー、ＥＢ…エレクトロンビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩ // Ｃ２３Ｃ 16/30 Ｈ０１Ｌ 21/90 Ｋ (56)参考文献特開平９−249851（ＪＰ，Ａ) 特開平４−147651（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31 C08G 18/09 C08G 18/32 H01L 21/312 H01L 21/768 C23C 16/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空中で原料モノマーを蒸発させ、基体上
で蒸着重合させる際に、該基体に対しＳiＯ₂を蒸着させ
て複合膜を形成し、さらに、重合体部の比誘電率がＳi
Ｏ₂部の比誘電率より小さくなるように、上記複合膜に
紫外線の照射及び（又は）熱処理を行い架橋反応及び
（又は）高分子量化を行うことを特徴とする層間絶縁膜
の形成方法。
【請求項２】原料モノマーの蒸着重合と同時にＳiＯ₂の
蒸着を行い、重合体部に対するＳiＯ₂部の比率を調整す
ることを特徴とする請求項１記載の層間絶縁膜の形成方
法。
【請求項３】真空中で原料モノマーを蒸発させ、基体上
で蒸着重合させる際に、該基体に対し原料モノマーの蒸
着重合と交互にＳiＯ₂、ＳiＮ又はＳiＯＮによる薄膜を
成膜して複合膜を形成し、さらに、重合体部の比誘電率
がＳiＯ₂、ＳiＮ又はＳiＯＮ部の比誘電率より小さくな
るように、上記複合膜に紫外線の照射及び（又は）熱処
理を施して架橋反応及び（又は）高分子量化を行い、上
記重合体部に対する上記ＳiＯ₂、ＳiＮ又はＳiＯＮ部の
比率を調整することを特徴とする層間絶縁膜の形成方
法。
【請求項４】蒸着重合させる高分子重合体が芳香族ポリ
尿素であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
１項記載の層間絶縁膜の形成方法。
【請求項５】原料モノマーとして、4,4′-ジアミノジフ
ェニルメタン(ＭＤＡ)と、4,4′-ジフェニルメタンジイ
ソシアナート(ＭＤＩ)を用いることを特徴とする請求項
４記載の層間絶縁膜の形成方法。
【請求項６】蒸着重合させる高分子重合体が芳香族ポリ
イミドであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
か１項記載の層間絶縁膜の形成方法。
【請求項７】原料モノマーとして、2,2′-ビス[4-(4-ア
ミノフェノキシ)フェニル]プロパン(ＢＡＰＰ）と、二
無水ピロメリト酸を用いることを特徴とする請求項６記
載の層間絶縁膜の形成方法。
【請求項８】その後の半導体装置の製造工程における最
高温度より高い温度で熱処理を行うことを特徴とする請
求項１乃至７のいずれか１項記載の層間絶縁膜の形成方
法。
【請求項９】金属配線が形成された半導体基体上に、請
求項１乃至８のいずれか１項記載の方法によって複合膜
を形成する工程を有することを特徴とする層間絶縁膜の
形成方法。