JP3586956B2 - 絶縁膜の形成方法 - Google Patents
絶縁膜の形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3586956B2 JP3586956B2 JP03453196A JP3453196A JP3586956B2 JP 3586956 B2 JP3586956 B2 JP 3586956B2 JP 03453196 A JP03453196 A JP 03453196A JP 3453196 A JP3453196 A JP 3453196A JP 3586956 B2 JP3586956 B2 JP 3586956B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating
- insulating film
- water
- material phase
- composition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程で導電層間に配置される絶縁膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化と高機能化にともない、素子構造の微細化及び配線構造の多層化が進展している。このような半導体装置においては、配線間容量が素子の動作速度を律速する要因になることが予測されるため、各配線間に形成される絶縁膜をより低誘電率化する必要性が高まってきている。以下に、低誘電率膜の形成方法を説明する。
【０００３】
先ず、第１の方法は、第２５回ＳＳＤＭ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：固体素子材料カンファレンス）、（１９９３）、ｐ．１６１に記載されているように、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−ｅｔｈｏｘｙ ｓｉｌａｎｅ）ガスとＣ２ Ｆ６ （六フッ化エタン）と酸化性ガスとを反応ガスに用いたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ： 化学気相成長） 法である。
第２の方法は、第４０回応用物理学会関係連合講演予稿集、１ａ−ＺＶ−９に記載されているように、ＴＥＯＳガスとＮＦ３ （三フッ化窒素）と酸化性ガスとを反応ガスに用いたプラズマＣＶＤ法である。
【０００４】
第３の方法は、第４０回応用物理学会関係連合講演予稿集、３１ａ−ＺＶ−９に記載されているように、Ｓｉ−Ｆ（シリコン−フッ素）結合を有するガスと酸化性ガスとを反応ガスに用いたプラズマＣＶＤ法である。
上記の各成膜方法によれば、配線間を埋め込む状態で、酸化シリコンよりも低誘電率のフッ化酸化シリコンからなる絶縁膜を基板上に成膜することが可能である。
【０００５】
次に、第４の方法は、下層配線を覆う状態で成膜したホトレジスト膜上に上層配線を形成した後、このホトレジスト膜を除去することによって配線間及び上下配線間にエアギャップと呼ばれる空隙を形成する方法である。この方法によれば、配線間を大気状態にすることが可能である。
また、第５の方法は、特開平５−２８３５４２公報に開示されているように、Ａｌ（アルミニウム）やＴａ（タンタル）のような金属微粒子または酸化シリコンからなる微粒子を分散させた絶縁性主材料を基板上に塗布してこれを固化した後、上記微粒子のみを選択的にエッチング除去し、これによって上記微粒子を除去した部分に空孔を形成する方法である。この方法によれば、内部に上記空孔が分散した状態の絶縁膜が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の各方法には、以下のような課題があった。
すなわち、第１及び第２の方法で形成された絶縁膜では、膜中のフッ素が不安定な状態にある。このことから、低誘電化を図るために膜中におけるフッ素の含有量を増加させると、当該絶縁膜の吸湿性が上昇して膜質が劣化するという問題がある。
また、第３の方法では、絶縁膜中におけるフッ素は安定な状態を保っているものの、成膜時の埋め込み特性が局所的に劣化するという問題がある。
【０００７】
さらに、第４の方法では、上層配線下に大きなエアギャップが形成されるため、構造的に当該上層配線を支える支柱が必要になる。この支柱部は、基本的に多層配線における最上層配線以外の下層配線層の各々に対して電気的に分離されている必要がある。このため、配線構造が複雑になり、製造上の困難性をともなうという問題がある。
【０００８】
そして、第５の方法では、絶縁膜中に分散させる微粒子として金属微粒子を用いた場合には、エッチングによって除去しきれずに残留した金属微粒子が配線の短絡の原因になるという問題がある。また、上記微粒子として酸化シリコンを用いた場合には、エッチング溶液としてフッ酸を用いる必要がある。このため、例えばＡｌ配線形成後に上記方法によって絶縁膜を成膜する場合には、フッ酸による配線の腐食が懸念されることから、半導体装置の製造プロセスへの適用性に問題がある。さらに、上記第５の方法では、絶縁性主材料中に分散させる微粒子の量が多くなると、当該絶縁性主材料中での微粒子の分散状態が劣化する。このため、絶縁膜の誘電率を低下させるために微粒子の分散量を増加させると、形成された絶縁膜中で空孔が偏析し易くなり機械的な強度が保てなくなるという問題もある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決するための本発明の絶縁膜の形成方法は、先ず、絶縁性の非水溶性材料相中に絶縁性の水溶性材料相を分散させた状態の分散層を基板上に形成し、次いでエッチング溶液に水を用いて上記水溶性材料相を選択的に除去して上記非水溶性材料相中に空孔を設けてなる絶縁膜を形成する。
【００１０】
上記形成方法によれば、酸を用いずに非水溶性材料相中に分散された水溶性材料相が水洗によって選択的に除去される。このことから、半導体装置の製造工程では、基板の表面の金属配線に酸の影響を及ぼすことなく、空孔が分散された絶縁膜が形成される。また、水溶性材料相は絶縁性の物質で構成されていることから、この水溶性材料相が非水溶性材料相中に残留しても絶縁膜の絶縁性が確保される。
【００１１】
そして、上記分散層を基板上に形成する工程では、酸化物が水溶性になる不純物を含有する酸化シリコンからなる材料膜を形成し、加熱処理によって当該材料膜を酸化シリコンからなる非水溶性材料相と上記不純物の酸化物からなる水溶性材料相とに分相することで、上記非水溶性材料相中に上記水溶性材料相を分散させても良い。
【００１２】
この方法によれば、酸化シリコン中の不純物を酸化させることによって、材料膜を酸化シリコンと上記不純物の酸化物とに分相させて分散層を形成するため、当該分散層中においては、酸化シリコンからなる非水溶性材料相中における上記不純物の酸化物からなる水溶性材料相の分散状態が良好に保たれる。したがって、上記水溶性材料相をエッチング除去して形成された絶縁膜中には、当該水溶性材料相が除去されて残った空孔が偏ることなくほぼ均等に分散される。
【００１３】
また、上記分散層を基板上に形成する工程では、絶縁性の非水溶性組成物と絶縁性の水溶性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を基板上に成膜し、この材料膜中の溶剤を除去して上記非水溶性組成物からなる非水溶性材料相中に上記水溶性組成物かなる水溶性材料相を分散させても良い。
【００１４】
この方法によれば、非水溶性組成物と水溶性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を成膜することから、当該材料膜中においては上記非水溶性組成物に対して上記水溶性組成物がほぼ均等に分散される。このため、材料膜中の溶剤を除去してなる分散層は、非水溶性組成物からなる非水溶性材料相中に水溶性組成物からなる水溶性材料相が良好に分散されたものになる。したがって、上記水溶性材料相をエッチング除去して形成された絶縁膜中には、当該水溶性材料相が除去されて残った空孔が偏析することなくほぼ均等に分散される。
【００１５】
また、本発明の他の絶縁膜の形成方法は、以下のように行う。先ず、絶縁性組成物とポジ型の感光性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を基板上に成膜した後、材料膜中の溶剤を除去してなる分散層に露光光を照射して上記感光性組成物を分解する。次いで、上記感光性組成物を選択的にエッチング除去することによって、絶縁性組成物からなる絶縁性材料相中に当該感光性組成物を除去してなる空孔を分散させた状態の絶縁膜を形成する。
この方法は、ネガ型の感光性組成物からなる感光性材料相中に絶縁性組成物からなる絶縁性材料相を分散させ、露光後に絶縁性組成物を選択的にエッング除去することによって、空孔を分散させた絶縁膜を形成するようにしても良い。
【００１６】
上記絶縁膜の形成方法によれば、絶縁性組成物と感光性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を成膜することから、当該材料膜中においては上記絶縁性組成物に対して上記感光性組成物がほぼ均等に分散される。そして、上記溶剤を除去してなる分散層においては絶縁性組成物からなる絶縁性材料相に対して感光性組成物からなる感光性材料相の分散状態が良好に保たれる。したがって、露光によって分解した感光性組成物をエッチング除去して形成された絶縁膜中には、当該感光性組成物が除去されて残った空孔が偏析することなくほぼ均等に分散される。また、感光性組成物の除去にはアルカリエッチング溶液が用いられることから、基板の表面の金属配線に酸の影響を及ぼすことなく上記絶縁膜が形成される。また、感光性組成物は絶縁性材料であることから、これが絶縁性材料相中に残留しても絶縁膜の絶縁性が確保される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、半導体装置の製造工程に適用した本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。先ず、図１（１）〜（３）は、本発明の第１実施形態を説明する断面工程図であり、図２は、第１実施形態の絶縁膜の形成方法に用いるＣＶＤ装置の構成図である。ここでは、第１実施形態の形成方法を説明するに先立ち、上記図２に基づいて上記ＣＶＤ装置の構成を説明する。
尚、ここで用いられるＣＶＤ装置は、図２に示す平行平板型のものに限定されるものではなく、その他のＣＶＤ装置を用いることが可能である。
【００１８】
図に示す平行平板型のＣＶＤ装置２は、反応室２１と、当該反応室２１の内部に配置された基板支持台２２と、基板支持台２２と対向する状態で反応室２１の内部に配置された上部電極２３とを備えてなる。上記基板支持台２２は、絶縁膜を形成する基板１１を載置するものであり、反応室２１と絶縁された状態で下部電極としても用いられる。また、その内部には基板支持台２２の基板載置面を加熱するヒータ２４が設けられている。そして、上記上部電極２３は、ＲＦ電圧が印加されるものであり、基板支持台２２に向かう面に複数の開口が設けられている。また、この上部電極２３の裏面側には反応室２１内に供給する反応ガスの導入口２５が設けられている。そして、導入口２５と上部電極２３との間には、上記反応ガスが反応室２１内にほぼ均等に分散されるように分散板２６が配置されている。
【００１９】
そして、上記のように構成されたＣＶＤ装置を用いて絶縁膜を形成する基板は、例えば図１（１）に示すように構成されている。すなわち、シリコンのような半導体材料からなる基板１１上には、酸化シリコンからなる層間絶縁膜１２が成膜されている。そして、層間絶縁膜１２上には、Ａｌ（アルミニウム）のような導電性材料からなる下層配線１３が形成されている。
以下に、これらの各導体装置構成部品が形成された基板１１上に絶縁膜を形成する場合の一例を説明する。
【００２０】
先ず、第１工程では、上記ＣＶＤ装置を用いて、層間絶縁膜１２及び下層配線１３を覆う状態で、不純物を含有する酸化シリコンからなる材料膜１４を基板１１上に成膜する。この際、上記不純物としては、ホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）のように、酸化物が水溶性になる物質を用いる。また、形成する絶縁膜の機械的強度と比誘電率とを考慮して、材料膜１４中における不純物の含有量を設定することとし、例えば不純物としてホウ素を用いた場合には、酸化シリコン中における不純物の含有量が５〜６０体積％程度になるようにする。
【００２１】
以下に、上記不純物としてホウ素を用いた場合における材料膜１４の成膜条件の一例を記す。
【００２２】
次に、図１（２）に示す第２工程では、材料膜（１４）に対して４００℃で３０分間の加熱処理を行い、材料膜（１４）中の不純物を酸化させる。これによって、材料膜（１４）を酸化シリコンからなる非水溶性材料相１５ａと酸化ホウ素からなる水溶性材料相１５ｂとに分相し、この材料膜（１４）を非水溶性材料相１５ａ中に水溶性材料相１５ｂを分散させてなる分散層１５にする。
ここで、上記不純物としてリンを用いた場合には、非水溶性材料相１５ａは酸化リンで構成される。
【００２３】
次いで、図１（３）に示す第３工程では、エッチング溶液に水を用いて分散層（１５）中の水溶性材料相（１５ｂ）を選択的にエッチング除去し、分散層（１５）中に水溶性材料相（１５ｂ）が除去された空孔Ｃを形成する。これによって、分散層（１５）を、非水溶性材料相１５ａ中に空孔Ｃを分散させた状態の絶縁膜１６にする。この絶縁膜１６は、酸化シリコン中に５〜２０体積％程度の割合で空孔Ｃが分散されたものになる。そして、この絶縁膜１６の比誘電率は約２．５〜３．５になり、通常の酸化シリコン膜からなる絶縁膜の比誘電率４．２と比較して低誘電率化が達成された。
【００２４】
上記第１実施形態の絶縁膜の形成方法では、非水溶性材料相１５ａ中に分散された水溶性材料相１５ｂが水洗によって選択的に除去されることから、基板１１の表面の下層配線１３に酸の影響を及ぼすことなく上記絶縁膜１６が形成される。また、水溶性材料相１５ｂは絶縁性の物質（酸化物）で構成されていることから、この水溶性材料相１５ｂが非水溶性材料相１５ａ中に残留しても絶縁膜１６の絶縁性は確保される。
【００２５】
また、第１工程においては、材料膜１４をＣＶＤ法によって成膜することから、材料膜１４を構成する酸化シリコン中にはホウ素やリン等の不純物がほぼ均等に分散される。このため、第２工程において、材料膜（１４）を加熱処理によって分相させて形成した分散層１５中においては、酸化シリコンからなる非水溶性材料相１５ａ中における水溶性材料相１５ｂの分散状態が良好に保たれる。したがって、上記水溶性材料相１５ｂをエッチング除去して形成された絶縁膜１６中には、水溶性材料相１５ｂが除去されて残った空孔Ｃが偏析することなくほぼ均等に分散される。この結果、絶縁膜１６の低誘電率化を図るための空孔Ｃの含有率を上げても、絶縁膜１６の機械的強度を確保することができる。
【００２６】
次に、上記図１（１）〜（３）を用いて、絶縁膜の形成方法の第２実施形態を説明する。
先ず、図１（１）に示す第１工程では、下層配線１３及び層間絶縁膜１２を覆う状態で、絶縁性の非水溶性組成物と絶縁性の水溶性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜１４を基板１１上に成膜する。この際、形成する絶縁膜の機械的強度と比誘電率とを考慮して、非水溶性組成物に対する水溶性組成物の割合を１〜６０体積％程度に設定することとし、好ましくは５〜３０体積％の範囲に設定する。
【００２７】
またここで、上記非水溶性組成物とは、フッ素樹脂，ポリイミド系樹脂，ポリアミド系樹脂のような、半導体装置の製造プロセスにおける耐熱性を有する材料の中から選択する。さらに好ましくは、比誘電率がより低い材料を用いることで、ここで形成する絶縁膜をさらに低誘電率化することができる。そこでここでは、上記非水溶性組成物の一例として、フッ素樹脂の一つである四フッ化エチレンを用いることとする。
【００２８】
また、上記水溶性組成物及び溶剤は、上記で選択した非水溶性組成物の溶解性を考慮し、この非水溶性組成物とともに溶解可能な物質を選択する。例えば、非水溶性組成物として上記四フッ化エチレンを用いた場合には、水溶性組成物としてポリビニルアルコール（以下，ＰＶＡと記す）を用い、溶剤に四塩化炭素やクロロホルムを用いる。
【００２９】
尚、上記水溶性組成物としては、以下に示す各組成物の中から選択することが可能である。
ポリアクリル酸，ポリメタクリル酸のポリアクリル酸類として分類される構造を有する物質。
ポリエチルアクリル酸エステルのようなポリアクリル酸エステル類として分類される構造を有する物質。
ポリイソプロピルアクリルアミド，ポリジメチルアクリルアミド，ポリメタクリルアミドのようなポリアクリル酸アミド類として分類される構造を有する物質。
ポリメトキシエチレン，ポリメチルビニルエーテル，ポリエトキシエチレン，ポリプロポキシエチレン，ポリイソプロポキシエチレン及びポリメトキシエトキシエチレンのようなポリビニルエステル類として分類される構造を有する物質。ポリビニルアセテートのようなポリビニルアセテート類として分類される構造を有する物質。
ポリアクロレインのようなポリアクロレイン類として分類される構造を有する物質。
【００３０】
また、その他の構造を有する物質としては、ポリジメチルトリアジニルエチレン，ポリピリジルエチレン，ポリビニルピリジン，ポリピロリドニルエチレン，ポリメチルイミノテトラメチレン，メチルイミノテレフタル酸重合体，ユリア樹脂，メチルセルロース，エチルセルロース，イソプロピルセルロース，ヒドロキシエチルセルロース，カルボキシメチルセルロース，カルボキシエチルセルロース，セルロースアセテート，セルローストリアセテート，硝酸セルロース，硫酸セルロース，アミロースアセテート，アミノペクチン，スターチ，スターチのメチルエステル及びアラビアゴム等がある。
【００３１】
次に、図１（２）に示す第２工程では、減圧雰囲気下で材料膜（１４）を２００℃で加熱処理し、当該材料膜（１４）中の溶剤を除去する。これによって、材料膜（１４）を、四フッ化エチレンからなる非水溶性材料相１５ａ中にＰＶＡからなる水溶性材料相１５ｂを分散させてなる分散層１５にする。
【００３２】
その後、図１（３）に示す第３工程は、上記第１実施形態と同様にエッチング溶液に水を用いて分散層１５中の水溶性材料相１５ｂを選択的にエッチング除去する。これによって、分散層１５を非水溶性材料相１５ａ中に空孔Ｃを分散させてなる絶縁膜１６にする。この絶縁膜１６の比誘電率は約１．４〜１．８になり、通常の四フッ化エチレンからなる絶縁膜の比誘電率２．４と比較して低誘電率化が達成された。
【００３３】
上記第２実施形態の絶縁膜の形成方法によれば、第１実施形態と同様に、非水溶性材料相１５ａ中の水溶性材料相１５ｂが水洗によって選択的に除去されることから、基板１１の表面の下層配線１３に酸の影響を及ぼすことなく上記絶縁膜１６が形成される。また、水溶性材料相１５ｂは絶縁性であるため、この水溶性材料相１５ｂが残留しても絶縁膜１６の絶縁性は確保される。
また、この方法によれば、非水溶性組成物と水溶性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜１４を成膜することから、材料膜１４は非水溶性組成物に対して水溶性組成物がほぼ均等に分散されたものになる。このため、上記第１実施形態と同様に、絶縁膜１６中の空孔Ｃが偏析することなくほぼ均等に分散され、絶縁膜１６の低誘電率化を図るための空孔Ｃの含有率を上げても、絶縁膜１６の機械的強度を確保することができる。
【００３４】
次に、図３（１）〜（３）は、半導体装置の製造方法に適用した本発明の第３実施形態を説明する図であり、以下にこれらの図を用いて第３実施形態を説明する。
尚、絶縁膜を形成する基板１１は、上記第１及び第２実施形態と同様に、上面が層間絶縁膜１２で覆われ、この層間絶縁膜１２上に下層配線１３が形成されたものとする。
【００３５】
先ず、図３（１）に示す第１工程では、上記半導体装置の各構成要素を覆う状態で、絶縁性組成物とポジ型の感光性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜３４を塗布成膜する。この際、形成する絶縁膜の機械的強度と比誘電率とを考慮して、絶縁性組成物に対する感光性組成物の割合を１〜６０体積％程度に設定することとし、好ましくは５〜３０体積％の範囲に設定する。
【００３６】
またここで、上記絶縁性組成物とは、フッ素樹脂，ポリイミド系樹脂，ポリアミド系樹脂のような、アルカリ現像液に対して不溶でかつ半導体装置の製造プロセスにおける耐熱性を有する材料の中から選択する。さらに好ましくは、比誘電率がより低い材料を用いることで、ここで形成する絶縁膜を低誘電率化することができる。ここでは、上記絶縁性組成物の一例として、ポリイミド樹脂を用いることとする。
【００３７】
そして、上記感光性組成物としては、例えば、ノボラック系フェノール樹脂にジアゾナフトキノン，ジアゾナフトキノン−５−アリールスルホン酸エステル，ジアゾナフトキノン−４−アリールスルホン酸エステルまたはアルキルジオール−４，５−ジスルホン酸エステル等の感光剤を添加したものや、メタクリル酸メチルとメタクリル酸の共重合体樹脂にコール酸−ｏ−ニトロベンジルエステル類のような感光剤を添加したものを用いる。ここでは、一例として、ノボラック系フェノール樹脂にジアゾナフトキノンを添加したものを用いることとする。
そして、溶剤としては、上記絶縁性組成物と感光性組成物との両方を溶解させるものを適宜選択することとし、ここでは、エチレングリコールモノエチルエーテルまたはペグミアを用いることとする。
【００３８】
次に、図３（２）に示す第２工程では、材料膜（３４）を１００〜４００℃の範囲で加熱処理し、当該材料膜（３４）中の溶剤を除去する。これによって、材料膜（４４）を、絶縁性組成物からなる絶縁性材料相３５ａ中に感光性組成物からなる感光性材料相３５ｂを分散させた状態の分散層３５にする。
【００３９】
その後、図３（３）に示す第３工程では、分散層３５の全面に紫外線からなる露光光を照射し、感光性材料相３５ｂを構成する感光性組成物を分解して可溶化させる。この露光では、絶縁性材料相３５ａを構成するポリイミド樹脂は可溶化しない。
【００４０】
次に、図３（４）に示す第４工程では、アルカリ現像液を用いた現像処理によって、分散層３５中の感光性材料相３５ｂを選択的にエッチング除去し、当該分散層３５中に感光性材料相３５ｂを除去してなる空孔Ｃを形成する。これによって、分散層３５を、絶縁性材料相３５ａ中に空孔Ｃを分散させた状態の絶縁膜３６にする。このようにして形成されたポリイミド樹脂からなる有機系絶縁膜３６の比誘電率は約２．０になり、通常の空孔を有しないポリイミド樹脂からなる絶縁膜の比誘電率３．２と比較して低誘電率化が達成された。
【００４１】
上記第３実施形態の形成方法によれば、絶縁性材料相３５ａ中の感光性材料相３５ｂがアルカリ溶液によって選択的に除去されることから、基板１１の表面の下層配線１３に酸の影響を及ぼすことなく上記絶縁膜３６が形成される。また、感光性材料相３５ｂは絶縁性であるため、この感光性材料相３５ｂが残留しても絶縁膜３６の絶縁性は確保される。
また、この方法によれば、絶縁性組成物と感光性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜３４を成膜することから、材料膜３４中においては絶縁性組成物に対して感光性組成物がほぼ均等に分散される。このため、上記第１及び第２実施形態と同様に、絶縁膜３６中の空孔Ｃは偏析することなくほぼ均等に分散され、絶縁膜３６の低誘電率化を図るための空孔Ｃの含有率を上げても、絶縁膜３６の機械的強度を確保することができる。
【００４２】
次に、図３（１）〜（４）を用いて、第４実施形態を説明する。
第４実施形態と、第３実施形態との異なる点は、図３（３）に示す第３工程で分散層３５を露光する際の露光光に電子線を用いる点にある。このため、図３（１）に示す第１工程では、電子線の照射によって分解されない絶縁性組成物と、電子線の照射によって分解される感光性組成物と、これらの感光性組成物と絶縁性組成物とを溶解する溶剤とを選択して材料膜３４を成膜する。
【００４３】
上記絶縁性組成物としては、上記第３実施形態と同様の組成物を用いることができ、ここでは四フッ化エチレンを用いることとする。
また、上記感光性組成物としては、ポリメタクリル酸メチル，ポリメタクリル酸グリシル，フッ化ポリメタクリル酸エステル及びイソプロペニルケトン系樹脂等を用いることができ、ここではポリメタクリル酸メチルを用いることとする。そして、上記溶剤としては、上記第３実施形態と同様の材料を用いることとする。
【００４４】
次に、図３（２）に示す第２工程を上記第３実施形態と同様に行い、図３（３）に示す第３工程では、電子線照射によって、感光性材料相３５ｂを構成する上記感光性組成物を分解する。
その後、図３（４）に示す第４工程を上記第３実施形態と同様に行い、絶縁性材料相３５ａ中に空孔Ｃを分散させてなる絶縁膜３６を形成する。
【００４５】
このようにして形成された四フッ化エチレンからなる有機絶縁膜３６の比誘電率は約１．８になり、通常の空孔を有しない四フッ化エチレンからなる絶縁膜の比誘電率２．４と比較して低誘電率化が達成された。
また、上記第４実施形態の絶縁膜形成方法によれば、第３実施形態と同様の効果が得られる。
【００４６】
次に、図４（１）〜（４）を用いて第５実施形態を説明する。
尚、絶縁膜を形成する基板１１は、上記各実施形態と同様に、上面が層間絶縁膜１２で覆われ、この層間絶縁膜１２上に下層配線１３が形成されたものとする。
【００４７】
先ず、図４（１）に示す第１工程では、上記各半導体装置構成要素を覆う状態で、ネガ型の感光性組成物と絶縁性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜４４を塗布成膜する。この際、形成する絶縁膜の機械的強度と比誘電率とを考慮して、感光性組成物に対する絶縁性組成物の割合を１〜６０体積％程度に設定することとし、好ましくは５〜３０体積％の範囲に設定する。
【００４８】
またここで、上記感光性組成物とは、例えば、電子線や紫外線等の露光光を照射して重合した後の重合体が半導体装置の製造プロセスにおける耐熱性を有する材料の中から選択する。さらに好ましくは、上記重合体の比誘電率がより低い材料を用いることで、ここで形成する絶縁膜を低誘電率化することができる。このような感光性組成物としては、アジド−環化ポリイソプレン系レジスト，アジド−フェノール樹脂系レジストまたは架橋型スチレン型レジスト等があり、ここではその一例として、シス１．４ポリイソプレンを主材とし、これに感光剤として２．６−ジ（４′−アジドベンザル）−４−メチルシクロヘキサノンを添加した樹脂を用いることとする。
【００４９】
そして、上記絶縁性組成物としては、例えば、上記第２実施形態で用いた水溶性組成物や、上記第３及び第４実施形態で用いたポジ型の感光性組成物を用いる。ここでは、一例として、上記第３実施形態で用いたノボラック系フェノール樹脂にジアゾナフトキノンを添加したものを用いることとする。
そして、溶剤としては、上記感光性組成物と絶縁性組成物との両方を溶解させるものを適宜選択することとし、ここでは、四塩化炭素を用いることとする。
【００５０】
次に、図４（２）に示す第２工程では、材料膜（４４）を１００〜４００℃の範囲で加熱処理し、当該材料膜（４４）中の溶剤を除去する。これによって、材料膜（４４）を、感光性組成物からなる感光性材料相４５ｂ中に絶縁性組成物からなる絶縁性材料相４５ａを分散させてなる分散層４５にする。
【００５１】
その後、図４（３）に示す第３工程では、分散層４５の全面に紫外線からなる露光光を照射し、感光性材料相４５ｂを構成する感光性組成物を重合反応させる。この露光では、絶縁性材料相４５ａを構成するポジ型の感光性組成物（絶縁性組成物）が分解して可溶化する。
【００５２】
次に、図４（４）に示す第４工程では、アルカリ現像液を用いた現像処理によって、分散層４５中の絶縁性材料相４５ａを選択的にエッチング除去し、当該分散層４５中に絶縁性材料相４５ａを除去してなる空孔Ｃを形成する。これによって、分散層４５を、感光性材料相４５ｂ中に空孔Ｃを分散させた状態の絶縁膜４６にする。
尚、絶縁性材料相４５ａが上記第１実施形態で示す絶縁性の水溶性組成物からなるものである場合には、この工程では水を用いて分散層４５中の絶縁性材料相４５ａを選択的にエッチング除去する。
【００５３】
そして、上記第５実施形態の絶縁膜の形成方法によれば、上記第３及び第４実施形態と同様の効果が得られる。
【００５４】
尚、上記各実施形態で説明した絶縁膜の形成方法は、あくまでも一例であり、各実施形態中で使用した材料に限定されるものではなく、同様の性質を有するものであれば使用可能である。
また、半導体装置の製造工程においては、上記絶縁膜と共に酸化シリコン膜，酸化窒化シリコン膜及び窒化シリコン膜とを積層させて層間絶縁膜として用いても良い。これによって、絶縁膜の表面部分の空孔を塞ぎ上層配線の形成を容易に行うようにすると共に、上記絶縁膜の機械的強度が補強される。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の絶縁膜の成膜方法によれば、絶縁性の非水溶性材料相中に分散させた絶縁性の水溶性材料相を水によって選択的にエッチング除去することによって、酸を用いることなく上記非水溶性材料相中に空孔を設けてなる絶縁膜を形成することが可能になる。このため、半導体装置の製造工程において、基板の表面の金属配線を腐食させることなく低誘電率の絶縁膜を形成することができる。また、水溶性組材料相が絶縁性の物質で構成されていることから、上記絶縁膜の絶縁性を確保でき、この絶縁膜が形成された半導体装置の信頼性が確保される。
【００５６】
そして、酸化物が水溶性になる不純物を含有する酸化シリコンを加熱処理によって分相させるか、または、絶縁性の非水溶性組成物と絶縁性の水溶性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を成膜した後材料膜中の溶剤を除去することで、上記非水溶性材料相中に上記水溶性材料相を分散させることによって、非水溶性材料相中における水溶性材料相の分散状態を良好に保つことが可能になる。このため、この水溶性材料相を選択的にエッチング除去してなる空孔の絶縁膜中における分散状態を良好に保つことができ、絶縁膜の機械的強度を確保して当該絶縁膜の誘電率を向上させることが可能になる。
【００５７】
また、本発明の他の絶縁膜の形成方法によれば、露光光を照射して絶縁性材料相中に分散させたポジ型の感光性材料相を分解した後、この感光性材料相を選択的にエッチング除去することによって、上記絶縁膜の形成方法と同様に酸を用いることなく内部に空孔を設けてなる絶縁膜を形成することが可能になる。このため、半導体装置の製造工程において基板の表面の金属配線を腐食させることなく絶縁膜を形成することができる。また、感光性材料相が絶縁性の物質で構成されていることから、上記絶縁膜の絶縁性を確保でき、この絶縁膜が形成された半導体装置の信頼性が確保される。さらに、絶縁性組成物と感光性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を成膜した後、この材料膜中の溶剤を除去することで上記絶縁性材料相中に感光性材料相を分散させた状態にすることによって、上記形成方法と同様に、絶縁膜中における空孔の分散状態を良好に保ち、絶縁膜の機械的強度を確保して当該絶縁膜の誘電率を向上させることが可能になる。
これらの効果は、ネガ型の感光性材料層中に分散させた絶縁性材料層を露光後にエッチング除去する方法でも同様に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１及び第２実施形態を説明する断面工程図である。
【図２】第１実施形態の形成方法に用いるＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図３】第３及び第４実施形態を説明する断面工程図である。
【図４】第５実施形態を説明する断面工程図である。
【符号の説明】
１１ 基板 １４，３４，４４ 材料膜 １５，３５，４５ 分散層
１５ａ 非水溶性材料相 １５ｂ 水溶性材料相
１６，３６，４６ 絶縁膜 ３５ａ，４５ｂ 絶縁性材料相
３５ｂ，４５ａ 感光性材料相 Ｃ 空孔
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程で導電層間に配置される絶縁膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化と高機能化にともない、素子構造の微細化及び配線構造の多層化が進展している。このような半導体装置においては、配線間容量が素子の動作速度を律速する要因になることが予測されるため、各配線間に形成される絶縁膜をより低誘電率化する必要性が高まってきている。以下に、低誘電率膜の形成方法を説明する。
【０００３】
先ず、第１の方法は、第２５回ＳＳＤＭ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：固体素子材料カンファレンス）、（１９９３）、ｐ．１６１に記載されているように、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−ｅｔｈｏｘｙ ｓｉｌａｎｅ）ガスとＣ２ Ｆ６ （六フッ化エタン）と酸化性ガスとを反応ガスに用いたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ： 化学気相成長） 法である。
第２の方法は、第４０回応用物理学会関係連合講演予稿集、１ａ−ＺＶ−９に記載されているように、ＴＥＯＳガスとＮＦ３ （三フッ化窒素）と酸化性ガスとを反応ガスに用いたプラズマＣＶＤ法である。
【０００４】
第３の方法は、第４０回応用物理学会関係連合講演予稿集、３１ａ−ＺＶ−９に記載されているように、Ｓｉ−Ｆ（シリコン−フッ素）結合を有するガスと酸化性ガスとを反応ガスに用いたプラズマＣＶＤ法である。
上記の各成膜方法によれば、配線間を埋め込む状態で、酸化シリコンよりも低誘電率のフッ化酸化シリコンからなる絶縁膜を基板上に成膜することが可能である。
【０００５】
次に、第４の方法は、下層配線を覆う状態で成膜したホトレジスト膜上に上層配線を形成した後、このホトレジスト膜を除去することによって配線間及び上下配線間にエアギャップと呼ばれる空隙を形成する方法である。この方法によれば、配線間を大気状態にすることが可能である。
また、第５の方法は、特開平５−２８３５４２公報に開示されているように、Ａｌ（アルミニウム）やＴａ（タンタル）のような金属微粒子または酸化シリコンからなる微粒子を分散させた絶縁性主材料を基板上に塗布してこれを固化した後、上記微粒子のみを選択的にエッチング除去し、これによって上記微粒子を除去した部分に空孔を形成する方法である。この方法によれば、内部に上記空孔が分散した状態の絶縁膜が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の各方法には、以下のような課題があった。
すなわち、第１及び第２の方法で形成された絶縁膜では、膜中のフッ素が不安定な状態にある。このことから、低誘電化を図るために膜中におけるフッ素の含有量を増加させると、当該絶縁膜の吸湿性が上昇して膜質が劣化するという問題がある。
また、第３の方法では、絶縁膜中におけるフッ素は安定な状態を保っているものの、成膜時の埋め込み特性が局所的に劣化するという問題がある。
【０００７】
さらに、第４の方法では、上層配線下に大きなエアギャップが形成されるため、構造的に当該上層配線を支える支柱が必要になる。この支柱部は、基本的に多層配線における最上層配線以外の下層配線層の各々に対して電気的に分離されている必要がある。このため、配線構造が複雑になり、製造上の困難性をともなうという問題がある。
【０００８】
そして、第５の方法では、絶縁膜中に分散させる微粒子として金属微粒子を用いた場合には、エッチングによって除去しきれずに残留した金属微粒子が配線の短絡の原因になるという問題がある。また、上記微粒子として酸化シリコンを用いた場合には、エッチング溶液としてフッ酸を用いる必要がある。このため、例えばＡｌ配線形成後に上記方法によって絶縁膜を成膜する場合には、フッ酸による配線の腐食が懸念されることから、半導体装置の製造プロセスへの適用性に問題がある。さらに、上記第５の方法では、絶縁性主材料中に分散させる微粒子の量が多くなると、当該絶縁性主材料中での微粒子の分散状態が劣化する。このため、絶縁膜の誘電率を低下させるために微粒子の分散量を増加させると、形成された絶縁膜中で空孔が偏析し易くなり機械的な強度が保てなくなるという問題もある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決するための本発明の絶縁膜の形成方法は、先ず、絶縁性の非水溶性材料相中に絶縁性の水溶性材料相を分散させた状態の分散層を基板上に形成し、次いでエッチング溶液に水を用いて上記水溶性材料相を選択的に除去して上記非水溶性材料相中に空孔を設けてなる絶縁膜を形成する。
【００１０】
上記形成方法によれば、酸を用いずに非水溶性材料相中に分散された水溶性材料相が水洗によって選択的に除去される。このことから、半導体装置の製造工程では、基板の表面の金属配線に酸の影響を及ぼすことなく、空孔が分散された絶縁膜が形成される。また、水溶性材料相は絶縁性の物質で構成されていることから、この水溶性材料相が非水溶性材料相中に残留しても絶縁膜の絶縁性が確保される。
【００１１】
そして、上記分散層を基板上に形成する工程では、酸化物が水溶性になる不純物を含有する酸化シリコンからなる材料膜を形成し、加熱処理によって当該材料膜を酸化シリコンからなる非水溶性材料相と上記不純物の酸化物からなる水溶性材料相とに分相することで、上記非水溶性材料相中に上記水溶性材料相を分散させても良い。
【００１２】
この方法によれば、酸化シリコン中の不純物を酸化させることによって、材料膜を酸化シリコンと上記不純物の酸化物とに分相させて分散層を形成するため、当該分散層中においては、酸化シリコンからなる非水溶性材料相中における上記不純物の酸化物からなる水溶性材料相の分散状態が良好に保たれる。したがって、上記水溶性材料相をエッチング除去して形成された絶縁膜中には、当該水溶性材料相が除去されて残った空孔が偏ることなくほぼ均等に分散される。
【００１３】
また、上記分散層を基板上に形成する工程では、絶縁性の非水溶性組成物と絶縁性の水溶性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を基板上に成膜し、この材料膜中の溶剤を除去して上記非水溶性組成物からなる非水溶性材料相中に上記水溶性組成物かなる水溶性材料相を分散させても良い。
【００１４】
この方法によれば、非水溶性組成物と水溶性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を成膜することから、当該材料膜中においては上記非水溶性組成物に対して上記水溶性組成物がほぼ均等に分散される。このため、材料膜中の溶剤を除去してなる分散層は、非水溶性組成物からなる非水溶性材料相中に水溶性組成物からなる水溶性材料相が良好に分散されたものになる。したがって、上記水溶性材料相をエッチング除去して形成された絶縁膜中には、当該水溶性材料相が除去されて残った空孔が偏析することなくほぼ均等に分散される。
【００１５】
また、本発明の他の絶縁膜の形成方法は、以下のように行う。先ず、絶縁性組成物とポジ型の感光性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を基板上に成膜した後、材料膜中の溶剤を除去してなる分散層に露光光を照射して上記感光性組成物を分解する。次いで、上記感光性組成物を選択的にエッチング除去することによって、絶縁性組成物からなる絶縁性材料相中に当該感光性組成物を除去してなる空孔を分散させた状態の絶縁膜を形成する。
この方法は、ネガ型の感光性組成物からなる感光性材料相中に絶縁性組成物からなる絶縁性材料相を分散させ、露光後に絶縁性組成物を選択的にエッング除去することによって、空孔を分散させた絶縁膜を形成するようにしても良い。
【００１６】
上記絶縁膜の形成方法によれば、絶縁性組成物と感光性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を成膜することから、当該材料膜中においては上記絶縁性組成物に対して上記感光性組成物がほぼ均等に分散される。そして、上記溶剤を除去してなる分散層においては絶縁性組成物からなる絶縁性材料相に対して感光性組成物からなる感光性材料相の分散状態が良好に保たれる。したがって、露光によって分解した感光性組成物をエッチング除去して形成された絶縁膜中には、当該感光性組成物が除去されて残った空孔が偏析することなくほぼ均等に分散される。また、感光性組成物の除去にはアルカリエッチング溶液が用いられることから、基板の表面の金属配線に酸の影響を及ぼすことなく上記絶縁膜が形成される。また、感光性組成物は絶縁性材料であることから、これが絶縁性材料相中に残留しても絶縁膜の絶縁性が確保される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、半導体装置の製造工程に適用した本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。先ず、図１（１）〜（３）は、本発明の第１実施形態を説明する断面工程図であり、図２は、第１実施形態の絶縁膜の形成方法に用いるＣＶＤ装置の構成図である。ここでは、第１実施形態の形成方法を説明するに先立ち、上記図２に基づいて上記ＣＶＤ装置の構成を説明する。
尚、ここで用いられるＣＶＤ装置は、図２に示す平行平板型のものに限定されるものではなく、その他のＣＶＤ装置を用いることが可能である。
【００１８】
図に示す平行平板型のＣＶＤ装置２は、反応室２１と、当該反応室２１の内部に配置された基板支持台２２と、基板支持台２２と対向する状態で反応室２１の内部に配置された上部電極２３とを備えてなる。上記基板支持台２２は、絶縁膜を形成する基板１１を載置するものであり、反応室２１と絶縁された状態で下部電極としても用いられる。また、その内部には基板支持台２２の基板載置面を加熱するヒータ２４が設けられている。そして、上記上部電極２３は、ＲＦ電圧が印加されるものであり、基板支持台２２に向かう面に複数の開口が設けられている。また、この上部電極２３の裏面側には反応室２１内に供給する反応ガスの導入口２５が設けられている。そして、導入口２５と上部電極２３との間には、上記反応ガスが反応室２１内にほぼ均等に分散されるように分散板２６が配置されている。
【００１９】
そして、上記のように構成されたＣＶＤ装置を用いて絶縁膜を形成する基板は、例えば図１（１）に示すように構成されている。すなわち、シリコンのような半導体材料からなる基板１１上には、酸化シリコンからなる層間絶縁膜１２が成膜されている。そして、層間絶縁膜１２上には、Ａｌ（アルミニウム）のような導電性材料からなる下層配線１３が形成されている。
以下に、これらの各導体装置構成部品が形成された基板１１上に絶縁膜を形成する場合の一例を説明する。
【００２０】
先ず、第１工程では、上記ＣＶＤ装置を用いて、層間絶縁膜１２及び下層配線１３を覆う状態で、不純物を含有する酸化シリコンからなる材料膜１４を基板１１上に成膜する。この際、上記不純物としては、ホウ素（Ｂ）やリン（Ｐ）のように、酸化物が水溶性になる物質を用いる。また、形成する絶縁膜の機械的強度と比誘電率とを考慮して、材料膜１４中における不純物の含有量を設定することとし、例えば不純物としてホウ素を用いた場合には、酸化シリコン中における不純物の含有量が５〜６０体積％程度になるようにする。
【００２１】
以下に、上記不純物としてホウ素を用いた場合における材料膜１４の成膜条件の一例を記す。
次に、図１（２）に示す第２工程では、材料膜（１４）に対して４００℃で３０分間の加熱処理を行い、材料膜（１４）中の不純物を酸化させる。これによって、材料膜（１４）を酸化シリコンからなる非水溶性材料相１５ａと酸化ホウ素からなる水溶性材料相１５ｂとに分相し、この材料膜（１４）を非水溶性材料相１５ａ中に水溶性材料相１５ｂを分散させてなる分散層１５にする。
ここで、上記不純物としてリンを用いた場合には、非水溶性材料相１５ａは酸化リンで構成される。
【００２３】
次いで、図１（３）に示す第３工程では、エッチング溶液に水を用いて分散層（１５）中の水溶性材料相（１５ｂ）を選択的にエッチング除去し、分散層（１５）中に水溶性材料相（１５ｂ）が除去された空孔Ｃを形成する。これによって、分散層（１５）を、非水溶性材料相１５ａ中に空孔Ｃを分散させた状態の絶縁膜１６にする。この絶縁膜１６は、酸化シリコン中に５〜２０体積％程度の割合で空孔Ｃが分散されたものになる。そして、この絶縁膜１６の比誘電率は約２．５〜３．５になり、通常の酸化シリコン膜からなる絶縁膜の比誘電率４．２と比較して低誘電率化が達成された。
【００２４】
上記第１実施形態の絶縁膜の形成方法では、非水溶性材料相１５ａ中に分散された水溶性材料相１５ｂが水洗によって選択的に除去されることから、基板１１の表面の下層配線１３に酸の影響を及ぼすことなく上記絶縁膜１６が形成される。また、水溶性材料相１５ｂは絶縁性の物質（酸化物）で構成されていることから、この水溶性材料相１５ｂが非水溶性材料相１５ａ中に残留しても絶縁膜１６の絶縁性は確保される。
【００２５】
また、第１工程においては、材料膜１４をＣＶＤ法によって成膜することから、材料膜１４を構成する酸化シリコン中にはホウ素やリン等の不純物がほぼ均等に分散される。このため、第２工程において、材料膜（１４）を加熱処理によって分相させて形成した分散層１５中においては、酸化シリコンからなる非水溶性材料相１５ａ中における水溶性材料相１５ｂの分散状態が良好に保たれる。したがって、上記水溶性材料相１５ｂをエッチング除去して形成された絶縁膜１６中には、水溶性材料相１５ｂが除去されて残った空孔Ｃが偏析することなくほぼ均等に分散される。この結果、絶縁膜１６の低誘電率化を図るための空孔Ｃの含有率を上げても、絶縁膜１６の機械的強度を確保することができる。
【００２６】
次に、上記図１（１）〜（３）を用いて、絶縁膜の形成方法の第２実施形態を説明する。
先ず、図１（１）に示す第１工程では、下層配線１３及び層間絶縁膜１２を覆う状態で、絶縁性の非水溶性組成物と絶縁性の水溶性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜１４を基板１１上に成膜する。この際、形成する絶縁膜の機械的強度と比誘電率とを考慮して、非水溶性組成物に対する水溶性組成物の割合を１〜６０体積％程度に設定することとし、好ましくは５〜３０体積％の範囲に設定する。
【００２７】
またここで、上記非水溶性組成物とは、フッ素樹脂，ポリイミド系樹脂，ポリアミド系樹脂のような、半導体装置の製造プロセスにおける耐熱性を有する材料の中から選択する。さらに好ましくは、比誘電率がより低い材料を用いることで、ここで形成する絶縁膜をさらに低誘電率化することができる。そこでここでは、上記非水溶性組成物の一例として、フッ素樹脂の一つである四フッ化エチレンを用いることとする。
【００２８】
また、上記水溶性組成物及び溶剤は、上記で選択した非水溶性組成物の溶解性を考慮し、この非水溶性組成物とともに溶解可能な物質を選択する。例えば、非水溶性組成物として上記四フッ化エチレンを用いた場合には、水溶性組成物としてポリビニルアルコール（以下，ＰＶＡと記す）を用い、溶剤に四塩化炭素やクロロホルムを用いる。
【００２９】
尚、上記水溶性組成物としては、以下に示す各組成物の中から選択することが可能である。
ポリアクリル酸，ポリメタクリル酸のポリアクリル酸類として分類される構造を有する物質。
ポリエチルアクリル酸エステルのようなポリアクリル酸エステル類として分類される構造を有する物質。
ポリイソプロピルアクリルアミド，ポリジメチルアクリルアミド，ポリメタクリルアミドのようなポリアクリル酸アミド類として分類される構造を有する物質。
ポリメトキシエチレン，ポリメチルビニルエーテル，ポリエトキシエチレン，ポリプロポキシエチレン，ポリイソプロポキシエチレン及びポリメトキシエトキシエチレンのようなポリビニルエステル類として分類される構造を有する物質。ポリビニルアセテートのようなポリビニルアセテート類として分類される構造を有する物質。
ポリアクロレインのようなポリアクロレイン類として分類される構造を有する物質。
【００３０】
また、その他の構造を有する物質としては、ポリジメチルトリアジニルエチレン，ポリピリジルエチレン，ポリビニルピリジン，ポリピロリドニルエチレン，ポリメチルイミノテトラメチレン，メチルイミノテレフタル酸重合体，ユリア樹脂，メチルセルロース，エチルセルロース，イソプロピルセルロース，ヒドロキシエチルセルロース，カルボキシメチルセルロース，カルボキシエチルセルロース，セルロースアセテート，セルローストリアセテート，硝酸セルロース，硫酸セルロース，アミロースアセテート，アミノペクチン，スターチ，スターチのメチルエステル及びアラビアゴム等がある。
【００３１】
次に、図１（２）に示す第２工程では、減圧雰囲気下で材料膜（１４）を２００℃で加熱処理し、当該材料膜（１４）中の溶剤を除去する。これによって、材料膜（１４）を、四フッ化エチレンからなる非水溶性材料相１５ａ中にＰＶＡからなる水溶性材料相１５ｂを分散させてなる分散層１５にする。
【００３２】
その後、図１（３）に示す第３工程は、上記第１実施形態と同様にエッチング溶液に水を用いて分散層１５中の水溶性材料相１５ｂを選択的にエッチング除去する。これによって、分散層１５を非水溶性材料相１５ａ中に空孔Ｃを分散させてなる絶縁膜１６にする。この絶縁膜１６の比誘電率は約１．４〜１．８になり、通常の四フッ化エチレンからなる絶縁膜の比誘電率２．４と比較して低誘電率化が達成された。
【００３３】
上記第２実施形態の絶縁膜の形成方法によれば、第１実施形態と同様に、非水溶性材料相１５ａ中の水溶性材料相１５ｂが水洗によって選択的に除去されることから、基板１１の表面の下層配線１３に酸の影響を及ぼすことなく上記絶縁膜１６が形成される。また、水溶性材料相１５ｂは絶縁性であるため、この水溶性材料相１５ｂが残留しても絶縁膜１６の絶縁性は確保される。
また、この方法によれば、非水溶性組成物と水溶性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜１４を成膜することから、材料膜１４は非水溶性組成物に対して水溶性組成物がほぼ均等に分散されたものになる。このため、上記第１実施形態と同様に、絶縁膜１６中の空孔Ｃが偏析することなくほぼ均等に分散され、絶縁膜１６の低誘電率化を図るための空孔Ｃの含有率を上げても、絶縁膜１６の機械的強度を確保することができる。
【００３４】
次に、図３（１）〜（３）は、半導体装置の製造方法に適用した本発明の第３実施形態を説明する図であり、以下にこれらの図を用いて第３実施形態を説明する。
尚、絶縁膜を形成する基板１１は、上記第１及び第２実施形態と同様に、上面が層間絶縁膜１２で覆われ、この層間絶縁膜１２上に下層配線１３が形成されたものとする。
【００３５】
先ず、図３（１）に示す第１工程では、上記半導体装置の各構成要素を覆う状態で、絶縁性組成物とポジ型の感光性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜３４を塗布成膜する。この際、形成する絶縁膜の機械的強度と比誘電率とを考慮して、絶縁性組成物に対する感光性組成物の割合を１〜６０体積％程度に設定することとし、好ましくは５〜３０体積％の範囲に設定する。
【００３６】
またここで、上記絶縁性組成物とは、フッ素樹脂，ポリイミド系樹脂，ポリアミド系樹脂のような、アルカリ現像液に対して不溶でかつ半導体装置の製造プロセスにおける耐熱性を有する材料の中から選択する。さらに好ましくは、比誘電率がより低い材料を用いることで、ここで形成する絶縁膜を低誘電率化することができる。ここでは、上記絶縁性組成物の一例として、ポリイミド樹脂を用いることとする。
【００３７】
そして、上記感光性組成物としては、例えば、ノボラック系フェノール樹脂にジアゾナフトキノン，ジアゾナフトキノン−５−アリールスルホン酸エステル，ジアゾナフトキノン−４−アリールスルホン酸エステルまたはアルキルジオール−４，５−ジスルホン酸エステル等の感光剤を添加したものや、メタクリル酸メチルとメタクリル酸の共重合体樹脂にコール酸−ｏ−ニトロベンジルエステル類のような感光剤を添加したものを用いる。ここでは、一例として、ノボラック系フェノール樹脂にジアゾナフトキノンを添加したものを用いることとする。
そして、溶剤としては、上記絶縁性組成物と感光性組成物との両方を溶解させるものを適宜選択することとし、ここでは、エチレングリコールモノエチルエーテルまたはペグミアを用いることとする。
【００３８】
次に、図３（２）に示す第２工程では、材料膜（３４）を１００〜４００℃の範囲で加熱処理し、当該材料膜（３４）中の溶剤を除去する。これによって、材料膜（４４）を、絶縁性組成物からなる絶縁性材料相３５ａ中に感光性組成物からなる感光性材料相３５ｂを分散させた状態の分散層３５にする。
【００３９】
その後、図３（３）に示す第３工程では、分散層３５の全面に紫外線からなる露光光を照射し、感光性材料相３５ｂを構成する感光性組成物を分解して可溶化させる。この露光では、絶縁性材料相３５ａを構成するポリイミド樹脂は可溶化しない。
【００４０】
次に、図３（４）に示す第４工程では、アルカリ現像液を用いた現像処理によって、分散層３５中の感光性材料相３５ｂを選択的にエッチング除去し、当該分散層３５中に感光性材料相３５ｂを除去してなる空孔Ｃを形成する。これによって、分散層３５を、絶縁性材料相３５ａ中に空孔Ｃを分散させた状態の絶縁膜３６にする。このようにして形成されたポリイミド樹脂からなる有機系絶縁膜３６の比誘電率は約２．０になり、通常の空孔を有しないポリイミド樹脂からなる絶縁膜の比誘電率３．２と比較して低誘電率化が達成された。
【００４１】
上記第３実施形態の形成方法によれば、絶縁性材料相３５ａ中の感光性材料相３５ｂがアルカリ溶液によって選択的に除去されることから、基板１１の表面の下層配線１３に酸の影響を及ぼすことなく上記絶縁膜３６が形成される。また、感光性材料相３５ｂは絶縁性であるため、この感光性材料相３５ｂが残留しても絶縁膜３６の絶縁性は確保される。
また、この方法によれば、絶縁性組成物と感光性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜３４を成膜することから、材料膜３４中においては絶縁性組成物に対して感光性組成物がほぼ均等に分散される。このため、上記第１及び第２実施形態と同様に、絶縁膜３６中の空孔Ｃは偏析することなくほぼ均等に分散され、絶縁膜３６の低誘電率化を図るための空孔Ｃの含有率を上げても、絶縁膜３６の機械的強度を確保することができる。
【００４２】
次に、図３（１）〜（４）を用いて、第４実施形態を説明する。
第４実施形態と、第３実施形態との異なる点は、図３（３）に示す第３工程で分散層３５を露光する際の露光光に電子線を用いる点にある。このため、図３（１）に示す第１工程では、電子線の照射によって分解されない絶縁性組成物と、電子線の照射によって分解される感光性組成物と、これらの感光性組成物と絶縁性組成物とを溶解する溶剤とを選択して材料膜３４を成膜する。
【００４３】
上記絶縁性組成物としては、上記第３実施形態と同様の組成物を用いることができ、ここでは四フッ化エチレンを用いることとする。
また、上記感光性組成物としては、ポリメタクリル酸メチル，ポリメタクリル酸グリシル，フッ化ポリメタクリル酸エステル及びイソプロペニルケトン系樹脂等を用いることができ、ここではポリメタクリル酸メチルを用いることとする。そして、上記溶剤としては、上記第３実施形態と同様の材料を用いることとする。
【００４４】
次に、図３（２）に示す第２工程を上記第３実施形態と同様に行い、図３（３）に示す第３工程では、電子線照射によって、感光性材料相３５ｂを構成する上記感光性組成物を分解する。
その後、図３（４）に示す第４工程を上記第３実施形態と同様に行い、絶縁性材料相３５ａ中に空孔Ｃを分散させてなる絶縁膜３６を形成する。
【００４５】
このようにして形成された四フッ化エチレンからなる有機絶縁膜３６の比誘電率は約１．８になり、通常の空孔を有しない四フッ化エチレンからなる絶縁膜の比誘電率２．４と比較して低誘電率化が達成された。
また、上記第４実施形態の絶縁膜形成方法によれば、第３実施形態と同様の効果が得られる。
【００４６】
次に、図４（１）〜（４）を用いて第５実施形態を説明する。
尚、絶縁膜を形成する基板１１は、上記各実施形態と同様に、上面が層間絶縁膜１２で覆われ、この層間絶縁膜１２上に下層配線１３が形成されたものとする。
【００４７】
先ず、図４（１）に示す第１工程では、上記各半導体装置構成要素を覆う状態で、ネガ型の感光性組成物と絶縁性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜４４を塗布成膜する。この際、形成する絶縁膜の機械的強度と比誘電率とを考慮して、感光性組成物に対する絶縁性組成物の割合を１〜６０体積％程度に設定することとし、好ましくは５〜３０体積％の範囲に設定する。
【００４８】
またここで、上記感光性組成物とは、例えば、電子線や紫外線等の露光光を照射して重合した後の重合体が半導体装置の製造プロセスにおける耐熱性を有する材料の中から選択する。さらに好ましくは、上記重合体の比誘電率がより低い材料を用いることで、ここで形成する絶縁膜を低誘電率化することができる。このような感光性組成物としては、アジド−環化ポリイソプレン系レジスト，アジド−フェノール樹脂系レジストまたは架橋型スチレン型レジスト等があり、ここではその一例として、シス１．４ポリイソプレンを主材とし、これに感光剤として２．６−ジ（４′−アジドベンザル）−４−メチルシクロヘキサノンを添加した樹脂を用いることとする。
【００４９】
そして、上記絶縁性組成物としては、例えば、上記第２実施形態で用いた水溶性組成物や、上記第３及び第４実施形態で用いたポジ型の感光性組成物を用いる。ここでは、一例として、上記第３実施形態で用いたノボラック系フェノール樹脂にジアゾナフトキノンを添加したものを用いることとする。
そして、溶剤としては、上記感光性組成物と絶縁性組成物との両方を溶解させるものを適宜選択することとし、ここでは、四塩化炭素を用いることとする。
【００５０】
次に、図４（２）に示す第２工程では、材料膜（４４）を１００〜４００℃の範囲で加熱処理し、当該材料膜（４４）中の溶剤を除去する。これによって、材料膜（４４）を、感光性組成物からなる感光性材料相４５ｂ中に絶縁性組成物からなる絶縁性材料相４５ａを分散させてなる分散層４５にする。
【００５１】
その後、図４（３）に示す第３工程では、分散層４５の全面に紫外線からなる露光光を照射し、感光性材料相４５ｂを構成する感光性組成物を重合反応させる。この露光では、絶縁性材料相４５ａを構成するポジ型の感光性組成物（絶縁性組成物）が分解して可溶化する。
【００５２】
次に、図４（４）に示す第４工程では、アルカリ現像液を用いた現像処理によって、分散層４５中の絶縁性材料相４５ａを選択的にエッチング除去し、当該分散層４５中に絶縁性材料相４５ａを除去してなる空孔Ｃを形成する。これによって、分散層４５を、感光性材料相４５ｂ中に空孔Ｃを分散させた状態の絶縁膜４６にする。
尚、絶縁性材料相４５ａが上記第１実施形態で示す絶縁性の水溶性組成物からなるものである場合には、この工程では水を用いて分散層４５中の絶縁性材料相４５ａを選択的にエッチング除去する。
【００５３】
そして、上記第５実施形態の絶縁膜の形成方法によれば、上記第３及び第４実施形態と同様の効果が得られる。
【００５４】
尚、上記各実施形態で説明した絶縁膜の形成方法は、あくまでも一例であり、各実施形態中で使用した材料に限定されるものではなく、同様の性質を有するものであれば使用可能である。
また、半導体装置の製造工程においては、上記絶縁膜と共に酸化シリコン膜，酸化窒化シリコン膜及び窒化シリコン膜とを積層させて層間絶縁膜として用いても良い。これによって、絶縁膜の表面部分の空孔を塞ぎ上層配線の形成を容易に行うようにすると共に、上記絶縁膜の機械的強度が補強される。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の絶縁膜の成膜方法によれば、絶縁性の非水溶性材料相中に分散させた絶縁性の水溶性材料相を水によって選択的にエッチング除去することによって、酸を用いることなく上記非水溶性材料相中に空孔を設けてなる絶縁膜を形成することが可能になる。このため、半導体装置の製造工程において、基板の表面の金属配線を腐食させることなく低誘電率の絶縁膜を形成することができる。また、水溶性組材料相が絶縁性の物質で構成されていることから、上記絶縁膜の絶縁性を確保でき、この絶縁膜が形成された半導体装置の信頼性が確保される。
【００５６】
そして、酸化物が水溶性になる不純物を含有する酸化シリコンを加熱処理によって分相させるか、または、絶縁性の非水溶性組成物と絶縁性の水溶性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を成膜した後材料膜中の溶剤を除去することで、上記非水溶性材料相中に上記水溶性材料相を分散させることによって、非水溶性材料相中における水溶性材料相の分散状態を良好に保つことが可能になる。このため、この水溶性材料相を選択的にエッチング除去してなる空孔の絶縁膜中における分散状態を良好に保つことができ、絶縁膜の機械的強度を確保して当該絶縁膜の誘電率を向上させることが可能になる。
【００５７】
また、本発明の他の絶縁膜の形成方法によれば、露光光を照射して絶縁性材料相中に分散させたポジ型の感光性材料相を分解した後、この感光性材料相を選択的にエッチング除去することによって、上記絶縁膜の形成方法と同様に酸を用いることなく内部に空孔を設けてなる絶縁膜を形成することが可能になる。このため、半導体装置の製造工程において基板の表面の金属配線を腐食させることなく絶縁膜を形成することができる。また、感光性材料相が絶縁性の物質で構成されていることから、上記絶縁膜の絶縁性を確保でき、この絶縁膜が形成された半導体装置の信頼性が確保される。さらに、絶縁性組成物と感光性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を成膜した後、この材料膜中の溶剤を除去することで上記絶縁性材料相中に感光性材料相を分散させた状態にすることによって、上記形成方法と同様に、絶縁膜中における空孔の分散状態を良好に保ち、絶縁膜の機械的強度を確保して当該絶縁膜の誘電率を向上させることが可能になる。
これらの効果は、ネガ型の感光性材料層中に分散させた絶縁性材料層を露光後にエッチング除去する方法でも同様に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１及び第２実施形態を説明する断面工程図である。
【図２】第１実施形態の形成方法に用いるＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図３】第３及び第４実施形態を説明する断面工程図である。
【図４】第５実施形態を説明する断面工程図である。
【符号の説明】
１１ 基板 １４，３４，４４ 材料膜 １５，３５，４５ 分散層
１５ａ 非水溶性材料相 １５ｂ 水溶性材料相
１６，３６，４６ 絶縁膜 ３５ａ，４５ｂ 絶縁性材料相
３５ｂ，４５ａ 感光性材料相 Ｃ 空孔
Claims (2)
- 絶縁性組成物とポジ型の感光性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を基板上に成膜する第１工程と、
前記材料膜中の前記溶剤を除去することによって、前記絶縁性組成物からなる絶縁性材料相中に前記感光性組成物からなる感光性材料相を分散させた状態の分散層を形成する第２工程と、
前記分散層に露光光を照射して当該分散層中の前記感光性材料相を構成する感光性組成物を分解する第３工程と、
前記分散層中の前記感光性材料相を選択的にエッチング除去することによって、当該分散層を前記絶縁性材料相中に空孔を形成してなる絶縁膜にする第４工程とを行う
ことを特徴とする絶縁膜の形成方法。 - ネガ型の感光性組成物と絶縁性組成物とを溶剤に溶解させてなる材料膜を基板上に成膜する第１工程と、
前記材料膜中の前記溶剤を除去することによって、前記感光性組成物からなる感光性材料相中に前記絶縁性組成物からなる絶縁性材料相を分散させた状態の分散層を形成する第２工程と、
前記分散層に露光光を照射して当該分散層中の前記感光性材料相を構成する感光性組成物を重合する第３工程と、
前記分散層中の前記絶縁性材料相を選択的にエッチング除去することによって、当該分散層を前記感光性材料相中に空孔を形成してなる絶縁膜にする第４工程とを行う
ことを特徴とする絶縁膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03453196A JP3586956B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 絶縁膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03453196A JP3586956B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 絶縁膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09232302A JPH09232302A (ja) | 1997-09-05 |
| JP3586956B2 true JP3586956B2 (ja) | 2004-11-10 |
Family
ID=12416865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03453196A Expired - Fee Related JP3586956B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 絶縁膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3586956B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7132374B2 (en) * | 2004-08-17 | 2006-11-07 | Cecilia Y. Mak | Method for depositing porous films |
| JP2008258488A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| FR2926397B1 (fr) * | 2008-01-16 | 2010-02-12 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication de films dielectriques permeables |
| JP2011109036A (ja) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Panasonic Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP7227757B2 (ja) | 2018-05-31 | 2023-02-22 | 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス | 基板処理方法および基板処理装置 |
| JP7227758B2 (ja) | 2018-05-31 | 2023-02-22 | 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス | 基板処理方法および基板処理装置 |
-
1996
- 1996-02-22 JP JP03453196A patent/JP3586956B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09232302A (ja) | 1997-09-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6638875B2 (en) | Oxygen free plasma stripping process | |
| US6834656B2 (en) | Plasma process for removing polymer and residues from substrates | |
| US7585777B1 (en) | Photoresist strip method for low-k dielectrics | |
| KR101144022B1 (ko) | 에칭된 웨이퍼로부터 포토레지스트 스트립 방법 | |
| Hua et al. | Damage of ultralow k materials during photoresist mask stripping process | |
| US7067435B2 (en) | Method for etch-stop layer etching during damascene dielectric etching with low polymerization | |
| JP2003504693A (ja) | フォーミングガスプラズマを用いたフォトレジスト除去プロセス | |
| US20010024769A1 (en) | Method for removing photoresist and residues from semiconductor device surfaces | |
| JP4298975B2 (ja) | 半導体素子の製造方法 | |
| JP3743905B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP3586956B2 (ja) | 絶縁膜の形成方法 | |
| US6647994B1 (en) | Method of resist stripping over low-k dielectric material | |
| US6969683B2 (en) | Method of preventing resist poisoning in dual damascene structures | |
| JPH06232098A (ja) | 酸化防止方法およびドライエッチング方法 | |
| US6524944B1 (en) | Low k ILD process by removable ILD | |
| JP2001176859A (ja) | アッシング方法 | |
| JP3677644B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP4067357B2 (ja) | エッチング方法 | |
| JP4071064B2 (ja) | エッチング方法 | |
| JP2003209169A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP3309095B2 (ja) | ドライ現像方法及び半導体装置の製造方法 | |
| JP2005340288A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP3963295B2 (ja) | ケミカルドライエッチング方法 | |
| JP2001110895A (ja) | 金属配線の形成方法 | |
| JPS6219053B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040122 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040127 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040326 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040420 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040520 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20040701 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040720 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040802 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080820 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090820 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |