JP3877472B2 - Method for forming interlayer insulating film - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体集積回路装置における多層配線構造の層間絶縁膜の形成方法に関し、特に、有機無機ハイブリッド材料(有機シリコン結合を有するシロキサン材料)をプラズマ重合することにより、低誘電率を有する層間絶縁膜を形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
有機シリコン結合を有するシロキサン材料からなる層間絶縁膜としては、塗布法により形成される有機SOG膜、及びプラズマ重合により形成されるシロキサン膜が知られている。
【0003】
有機SOG膜の形成方法としては、有機シリコン結合を有するシロキサン高分子の溶液を室温において基板上に塗布して塗布膜を得た後、該塗布膜に対してホットプレートを用いる熱処理を行なって溶媒を蒸発させ、その後、不活性ガスの雰囲気中における400℃の高温下で焼き締めを行なう方法が一般的である。この焼き締め工程においては、シロキサン高分子を構成するシラノール(Si−OH)結合が脱水縮合反応を起こしてシロキサン重合体が形成されるため、有機SOGが緻密化される。
【0004】
また、プラズマ重合によりシロキサン膜を形成する方法は、有機シランと一酸化窒素等の酸化剤とをプラズマCVD法により重合反応させて有機シラノールを生成した後、該有機シラノール同士を重合反応させて、有機シリコン結合を有するシロキサン膜を形成する方法である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の有機SOG膜の形成方法によると、塗布膜に対して熱処理を行なって溶媒を蒸発させるため、有機SOG膜中の溶媒が完全に除去されないので、有機SOG膜中に残存する溶媒が、膜形成後に行なわれる熱処理工程において徐々に蒸発する脱ガス現象が発生する。このため、コンタクトホールに金属膜を埋め込む際に、脱ガス現象により埋め込み不良が発生するので、コンタクト抵抗の上昇という異常を引き起こしてしまう。
【0006】
また、従来のプラズマ重合によりシロキサン膜を形成する方法によると、シラノール結合の脱水縮合反応によりシラノール重合体が形成される際に、未反応のシラノールが有機SOG膜中に残留するので、有機SOG膜に対して行なわれる集積化プロセスにおける熱履歴により、残留シラノールの脱水縮合反応が徐々に進行する。このため、残留シラノールの脱水縮合反応によって生成される水が蒸発する脱ガス現象が発生するので、コンタクト抵抗の上昇という異常が引き起こされる。
【0007】
前述した脱ガス現象は、プラズマ重合により形成されるシロキサン膜においても同様に発生する。すなわち、プラズマ中において、有機シランを酸化剤と重合反応させる際に、シロキサン膜中にシラノールが残留するので、残留シラノールに起因して脱ガス現象が発生する。
【0008】
前記に鑑み、本発明は、脱ガス現象を発生し難くして、耐熱性に優れた層間絶縁膜を形成する方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第1の層間絶縁膜の形成方法は、アルコキシル基、及びシリコンと結合した有機基を有する有機アルコキシシランをプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜からなる層間絶縁膜を形成する。
【0010】
第1の層間絶縁膜の形成方法によると、有機アルコキシシランをプラズマ重合させるため、有機アルコキシシランの有機成分が有機無機ハイブリッド膜中に有効に取り込まれるので、シラノール基の生成が抑制される。
【0011】
本発明に係る第2の層間絶縁膜の形成方法は、Si−O−Si結合又はSi−N−Si結合を有する有機シリコン化合物をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜からなる層間絶縁膜を形成する。
【0012】
第2の層間絶縁膜の形成方法によると、Si−O−Si結合又はSi−N−Si結合を有する有機シリコン化合物をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜を形成するため、有機成分が有機無機ハイブリッド膜中に有効に取り込まれると共にシラノール基の生成が抑制される。
【0013】
本発明に係る第3の層間絶縁膜の形成方法は、Si−O−Si結合又はSi−N−Si結合を有する有機シリコン化合物と、アルコキシル基及びシリコンと結合した有機基を有する有機アルコキシシランとの混合物をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜からなる層間絶縁膜を形成する。
【0014】
第3の層間絶縁膜の形成方法によると、Si−O−Si結合又はSi−N−Si結合を有する有機シリコン化合物をプラズマ重合すると、得られる有機無機ハイブリッド膜においては有機基が相対的に多くなり、有機アルコキシシランをプラズマ重合すると、得られる有機無機ハイブリッド膜においてはSi−O結合が相対的に多くなる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る層間絶縁膜の形成方法について説明するが、その前提として、各実施形態に用いられる主原料について説明する。
【0016】
第1の主原料は、アルコキシル基と、シリコンと結合した有機基とを有する有機アルコキシシランであり、下記の一般式(1) 、(2) 又は(3) で表わされる有機アルコキシシランを単独で又は混合して用いることができる。
【0017】
一般式(1) :R1Si(OR2)3 (但し、R1 はアルキル基、アリル基又はアリール基であり、R2 は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基である。)
一般式(2) :R1 2Si(OR2)2 (但し、R1 は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基であり、R2 は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基である。)
一般式(3) :R1 3Si(OR2)(但し、R1 は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基であり、R2 はアルキル基、アリル基又はアリール基である。)
第2の主原料は、Si−O−Si結合又はSi−N−Si結合を有する有機シリコン化合物であって、具体的には、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサフェニルジシロキサン、ヘキサメチルジシラザン又はヘキサフェニルジシラザンなどが挙げられるが、これらに限るものではない。
【0018】
(第1の実施形態)
第1の実施形態は、第1の主原料をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜からなる層間絶縁膜を形成する方法であって、第1の主原料としては、メチルトリエトキシシラン(CH3Si(OC2H5)3:一般式(1) において、R1 がCH3 であり、R2 がC2H5である。)を用いる。
【0019】
3.0ml/minのメチルトリエトキシシランを液体マスフローにより処理室に導入すると共に、希釈ガスとしてのアルゴンガスを1000sccmの流量で処理室に導入する。処理室の圧力を1.5Torrに保った状態で、処理室内において、基板を保持する試料台(下部電極)と対向する上部電極に13.56MHzの高周波電力を600Wのパワーで印加する。
【0020】
基板温度(膜の堆積温度)を400℃に設定して、300nm/minの堆積レートで成膜したところ、3.1の比誘電率を有する有機無機ハイブリッド膜が得られた。
【0021】
熱処理に伴う膜厚の減少から有機無機ハイブリッド膜の熱安定性を評価したところ、450℃以上の熱処理において収縮率が1.0%以下であって、熱処理に対して非常に安定していることを確認できた。
【0022】
第1の実施形態によると、有機アルコキシシラン例えばメチルトリエトキシシランをプラズマ重合させるため、有機アルコキシシランの有機成分が有機無機ハイブリッド膜中に有効に取り込まれる。このため、シラノール基の生成が抑制されるので、残留シラノールに起因する脱ガス現象が発生し難くなり、耐熱性が高いと共に吸湿性が低い層間絶縁膜を形成することができる。
【0023】
また、プラズマ重合は酸化剤が実質的に存在しない非酸化性雰囲気において行なわれるため、シラノール基の生成が一層抑制されるので、耐熱性がより高く且つ吸湿性がより低い層間絶縁膜を形成することができる。
【0024】
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、第1の主原料をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜を得た後、該有機無機ハイブリッド膜に対して熱処理を行なって層間絶縁膜を形成する方法であって、第1の主原料としては、メチルトリエトキシシラン(CH3Si(OC2H5)3:一般式(1) において、R1 がCH3 であり、R2 がC2H5である。)を用いる。
【0025】
2.0ml/minのメチルトリエトキシシランを液体マスフローにより処理室に導入すると共に、希釈ガスとしてのアルゴンガスを1000sccmの流量で処理室に導入する。処理室の圧力を1.5Torrに保った状態で、処理室内において、基板を保持する試料台と対向する上部電極に13.56MHzの高周波電力を600Wのパワーで印加する。
【0026】
基板温度を例えば60℃に設定して成膜することにより得られた有機無機ハイブリッド膜を、不活性ガスの雰囲気中における400℃の温度下で30分間保持することにより熱処理を行なって層間絶縁膜を形成する。
【0027】
尚、基板温度としては、60℃でなくてもよいが、300℃以下であることが好ましい。
【0028】
また、有機無機ハイブリッド膜に対して行なう熱処理は、400℃でなくてもよいが、プラズマ重合の温度よりも100℃以上高い温度で行なうことが好ましい。
【0029】
第2の実施形態によると、300℃以下の低温で成膜するため、有機アルコキシシランがプラズマ分解することにより生成される揮発性有機成分が有機無機ハイブリッド膜中に残存する。また、有機無機ハイブリッド膜に対して、プラズマ重合の温度よりも100℃以上高い温度の熱処理を行なうため、有機無機ハイブリッド膜中に残存する揮発性有機成分が揮発する。このため、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化及び低密度化が進行するので、層間絶縁膜の比誘電率は一層低くなる。
【0030】
また、成膜後の熱処理工程において、シロキサン骨格が形成されるので、層間絶縁膜の比誘電率は一層低くなる。
【0031】
このため、第2の実施形態によると、2.2程度の低い比誘電率を有する層間絶縁膜が得られる。
【0032】
尚、成膜後の熱処理工程において、不活性ガスに酸素などの酸化剤を混入すると、熱処理時に有機成分が分解するので、多孔質化を促進することができる。
【0033】
また、成膜後の熱処理を還元性雰囲気において行なうと、有機無機ハイブリッド膜中に残存する有機成分の揮発を促進できるため、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化を一層進行することができ、これによって、層間絶縁膜の比誘電率をより一層低くすることができる。
【0034】
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、第1の主原料をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜を得た後、該有機無機ハイブリッド膜に対してプラズマ処理を行なって層間絶縁膜を形成する方法であって、第1の主原料としては、メチルトリエトキシシラン(CH3Si(OC2H5)3:一般式(1) において、R1 がCH3 であり、R2 がC2H5である。)を用いる。
【0035】
2.0ml/minのメチルトリエトキシシランを液体マスフローにより処理室に導入すると共に、希釈ガスとしてのアルゴンガスを1000sccmの流量で処理室に導入する。処理室の圧力を1.5Torrに保った状態で、処理室内において、基板を保持する試料台と対向する上部電極に13.56MHzの高周波電力を600Wのパワーで印加する。
【0036】
基板温度を400℃に設定してプラズマ重合することにより成膜された有機無機ハイブリッド膜に対してプラズマ処理を行なう。すなわち、2.0Torrの圧力に保たれた処理室に水素ガスを5000sccmの流量で導入すると共に、処理室内の上部電極に13.56MHzの高周波電力を500Wのパワーで印加して、5分間のプラズマ処理を行なう。
【0037】
第3の実施形態によると、第2の実施形態と同様、膜の多孔質化及び低密度化が進行するので、第1の実施形態に比べて、より低い比誘電率を有する膜が得られる。
【0038】
尚、基板温度を350℃以下例えば300℃に設定してプラズマ重合により成膜した後に、プラズマ重合の温度よりも50℃以上高い温度例えば400℃の温度でプラズマ処理を行なうと、有機無機ハイブリッド膜の収縮は生じるが、比誘電率をより一層低下させることができる。
【0039】
また、第3の実施形態においては、還元性ガス雰囲気中でプラズマ処理を行なったが、還元性ガスの雰囲気でなくてもよい。
【0040】
また、成膜後のプラズマ処理を還元性雰囲気において行なうと、有機無機ハイブリッド膜中に残存する有機成分の揮発を促進できるため、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化を一層進行することができ、これによって、層間絶縁膜の比誘電率をより一層低くすることができる。
【0041】
(第4の実施形態)
第4の実施形態は、第2の主原料をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜からなる層間絶縁膜を形成する方法であって、第2の主原料としては、Si−O−Si結合を有するヘキサメチルジシロキサン((CH3)3SiOSi(CH3)3)を用いる。
【0042】
1.0ml/minのヘキサメチルジシロキサンを液体マスフローにより処理室に導入すると共に、希釈ガスとしてのアルゴンガスを1000sccmの流量で処理室に導入する。処理室の圧力を1.5Torrに保った状態で、処理室内において、基板を保持する試料台と対向する上部電極に13.56MHzの高周波電力を600Wのパワーで印加する。
【0043】
基板温度を400℃に設定して、300nm/minの堆積レートで成膜したところ、2.5の比誘電率を有する有機無機ハイブリッド膜が得られた。
【0044】
熱処理に伴う膜厚の減少から有機無機ハイブリッド膜の熱安定性を評価したところ、450℃以上の熱処理において、収縮率が0.5%以下であって、非常に安定していることを確認できた。
【0045】
第4の実施形態によると、プラズマ重合は酸化剤が実質的に存在しない非酸化性雰囲気において行なわれるため、有機成分が膜中に有効に取り込まれると共に、シラノール基の生成が一層抑制されるので、残留シラノールに起因する脱ガス現象が発生し難くなり、耐熱性がより高く且つ吸湿性がより低い層間絶縁膜を形成することができる。
【0046】
(第5の実施形態)
第5の実施形態は、第2の主原料をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜を得た後、該有機無機ハイブリッド膜に対して熱処理を行なって層間絶縁膜を形成する方法であって、第2の主原料としては、Si−O−Si結合を有するヘキサメチルジシロキサン((CH3)3SiOSi(CH3)3)を用いる。
【0047】
1.0ml/minのヘキサメチルジシロキサンを液体マスフローにより処理室に導入すると共に、希釈ガスとしてのアルゴンガスを1000sccmの流量で処理室に導入する。処理室の圧力を1.5Torrに保った状態で、処理室内において、基板を保持する試料台と対向する上部電極に13.56MHzの高周波電力を600Wのパワーで印加する。
【0048】
基板温度を例えば60℃に設定して成膜することにより得られた有機無機ハイブリッド膜を、不活性ガスの雰囲気中における400℃の温度下で30分間保持して熱処理を行なって、有機無機ハイブリッド膜を得る。
【0049】
尚、基板温度としては、60℃でなくてもよいが、300℃以下が好ましく、200℃以下であることがより好ましい。このように低温で成膜すると、高温で成膜する場合に比べて、膜の密度が低くなるので、得られる膜の比誘電率はより低くなる。
【0050】
第5の実施形態によると、300℃以下の低温で成膜するため、有機シリコン化合物がプラズマ分解することにより生成される揮発性有機成分が有機無機ハイブリッド膜中に残存する。また、有機無機ハイブリッド膜に対して、プラズマ重合の温度よりも100℃以上高い温度の熱処理を行なうため、有機無機ハイブリッド膜中に残存する揮発性有機成分が揮発する。このため、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化及び低密度化が進行するので、層間絶縁膜の比誘電率は一層低くなる。
【0051】
また、成膜後の熱処理工程において、シロキサン骨格が形成されるので、層間絶縁膜の比誘電率は一層低くなる。
【0052】
このため、第5の実施形態によると、2.2程度の低い比誘電率を有する層間絶縁膜が得られた。
【0053】
尚、成膜後の熱処理工程において、不活性ガスに酸素などの酸化剤を混入すると、熱処理時に有機成分が分解するので、多孔質化を促進することができる。
【0054】
また、成膜後の熱処理を還元性雰囲気において行なうと、有機無機ハイブリッド膜中に残存する有機成分の揮発を促進できるため、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化を一層進行することができ、これによって、層間絶縁膜の比誘電率をより一層低くすることができる。
【0055】
(第6の実施形態)
第6の実施形態は、第2の主原料をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜を得た後、該有機無機ハイブリッド膜に対してプラズマ処理を行なって層間絶縁膜を形成する方法であって、第2の主原料としては、Si−O−Si結合を有するヘキサメチルジシロキサン((CH3)3SiOSi(CH3)3)を用いる。
【0056】
1.0ml/minのヘキサメチルジシロキサンを液体マスフローにより処理室に導入すると共に、希釈ガスとしてのアルゴンガスを1000sccmの流量で処理室に導入する。処理室の圧力を1.5Torrに保った状態で、処理室内において、基板を保持する試料台と対向する上部電極に13.56MHzの高周波電力を600Wのパワーで印加する。
【0057】
基板温度を400℃に設定して成膜することにより得られた有機無機ハイブリッド膜に対してプラズマ処理を行なう。すなわち、2.0Torrの圧力に保たれた処理室に水素ガスを5000sccmの流量で導入すると共に、処理室内の上部電極に13.56MHzの高周波電力を500Wのパワーで印加して、5分間のプラズマ処理を行なう。
【0058】
第6の実施形態によると、第5の実施形態と同様、膜の多孔質化及び低密度化が進行するので、より低い比誘電率を有する膜が得られる。
【0059】
尚、基板温度を350℃以下例えば300℃に設定してプラズマ重合により成膜した後に、プラズマ重合の温度よりも50℃以上高い温度例えば400℃の温度でプラズマ処理を行なうと、有機無機ハイブリッド膜の収縮は生じるが、比誘電率をより一層低下させることができる。
【0060】
また、第6の実施形態においては、還元性ガス雰囲気中でプラズマ処理を行なったが、還元性ガスの雰囲気でなくてもよい。
【0061】
また、成膜後のプラズマ処理を還元性雰囲気において行なうと、有機無機ハイブリッド膜中に残存する有機成分の揮発を促進できるため、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化を一層進行することができ、これによって、層間絶縁膜の比誘電率をより一層低くすることができる。
【0062】
(第7の実施形態)
第7の実施形態は、第1の主原料と第2の主原料との混合物をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜からなる層間絶縁膜を形成する方法であって、第1の主原料としては、メチルトリエトキシシラン(CH3Si(OC2H5)3:一般式(1) において、R1 がCH3 であり、R2 がC2H5である。)を用いると共に、第2の主原料としては、Si−O−Si結合を有するヘキサメチルジシロキサン((CH3)3SiOSi(CH3)3)を用いる。
【0063】
メチルトリエトキシシランとヘキサメチルジシロキサンとの混合物を液体マスフローにより1.0ml/minの流量で処理室に導入すると共に、希釈ガスとしてのアルゴンガスを1000sccmの流量で処理室に導入する。処理室の圧力を1.5Torrに保った状態で、処理室内において、基板を保持する試料台と対向する上部電極に13.56MHzの高周波電力を600Wのパワーで印加する。
【0064】
基板温度を400℃に設定して、300nm/minの堆積レートで成膜したところ、2.5の比誘電率を有する有機無機ハイブリッド膜が得られた。
【0065】
熱処理に伴う膜厚の減少から有機無機ハイブリッド膜の熱安定性を評価したところ、450℃以上の熱処理において、収縮率が0.5%以下であって、非常に安定していることを確認できた。
【0066】
ところで、第1の実施形態のように、有機アルコキシシランをプラズマ重合させて得られる有機無機ハイブリッド膜は、Si−O結合が相対的に多い一方、有機基が相対的に少ないため、密着性が高いと共に機械的強度も高いという長所を有しているが、比誘電率が比較的高いという弱点があり、第4の実施形態のように、Si−O−Si結合又はSi−N−Si結合を有する有機シリコン化合物をプラズマ重合させて得られる有機無機ハイブリッド膜は、有機基が相対的に多い一方、Si−O結合が相対的に少ないため、比誘電率は低いという長所を有しているが、密着性及び機械的強度が低いという弱点がある。
【0067】
ところが、第7の実施形態によると、有機アルコキシシランとSi−O−Si結合又はSi−N−Si結合を有する有機シリコン化合物との混合物をプラズマ重合させて得られる有機無機ハイブリッド膜は、それぞれを単独で用いる場合の弱点が補われて、密着性及び機械的強度が高くなると共に比誘電率が低くなる。
【0068】
特に、第7の実施形態においては、メチルトリエトキシシランとヘキサメチルジシロキサンとの混合物をプラズマ重合するので、膜中に残存するエトキシ基の含有率は、有機アルコキシシランを単独で使用する場合に比べて少なくなるので、吸湿による膜質の劣化をより抑制することができる。
【0069】
また、メチルトリエトキシシランを単独でプラズマ重合する場合には、堆積レートは100nm/min程度であって遅いが、メチルトリエトキシシランとヘキサメチルジシロキサンとが共重合反応するため、堆積レートは300nm/min程度まで増加する。これは、ヘキサメチルジシロキサンがラジカル的に解離し易く、解離したヘキサメチルジシロキサンがメチルトリエトキシシランと反応するので、重合反応が促進されるためであると考えられる。
【0070】
(第8の実施形態)
第8の実施形態は、第1の主原料と第2の主原料との混合物をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜からなる層間絶縁膜を形成する方法であって、第1の主原料としては、メチルトリエトキシシラン(CH3Si(OC2H5)3:一般式(1) において、R1 がCH3 であり、R2 がC2H5である。)を用いると共に、第2の主原料としては、Si−O−Si結合を有するヘキサメチルジシロキサン((CH3)3SiOSi(CH3)3)を用いる。
【0071】
メチルトリエトキシシランとヘキサメチルジシロキサンとの混合物を液体マスフローにより1.0ml/minの流量で処理室に導入すると共に、希釈ガスとしてのアルゴンガスを1000sccmの流量で処理室に導入する。処理室の圧力を1.5Torrに保った状態で、処理室内において、基板を保持する試料台と対向する上部電極に13.56MHzの高周波電力を600Wのパワーで印加する。
【0072】
基板温度を例えば60℃に設定して成膜することにより得られた有機無機ハイブリッド膜を、不活性ガスの雰囲気中における400℃の温度下で30分間保持して熱処理を行なって、有機無機ハイブリッド膜を得る。
【0073】
尚、基板温度としては、60℃でなくてもよいが、300℃以下が好ましい。このように低温で成膜すると、高温で成膜する場合に比べて、膜の密度が低くなるので、得られる膜の比誘電率はより低くなる。
【0074】
第8の実施形態によると、300℃以下の低温で成膜するために、有機シリコン化合物がプラズマ分解することにより生成された揮発性有機成分が膜中に残存しており、該揮発性有機成分が成膜後の熱処理により揮発する。この熱処理工程において、シロキサン骨格が形成されると共に、膜の多孔質化及び低密度化が進行するので、より低い比誘電率を有する膜が得られる。このため、第8の実施形態によると、2.2程度の低い比誘電率を有する層間絶縁膜が得られた。
【0075】
尚、熱処理工程において、不活性ガスに酸素などの酸化剤を混入すると、熱処理時に有機成分が分解するので、一層の多孔質化ひいては比誘電率の一層の低下を促進することができる。
【0076】
また、成膜後の熱処理を還元性雰囲気において行なうと、有機無機ハイブリッド膜中に残存する有機成分の揮発を促進できるため、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化を一層進行することができ、これによって、層間絶縁膜の比誘電率をより一層低くすることができる。
【0077】
(第9の実施形態)
第9の実施形態は、第1の主原料と第2の主原料との混合物をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜を得た後、該有機無機ハイブリッド膜に対してプラズマ処理を行なって層間絶縁膜を形成する方法であって、第1の主原料としては、メチルトリエトキシシラン(CH3Si(OC2H5)3:一般式(1) において、R1 がCH3 であり、R2 がC2H5である有機アルコキシシラン)を用いると共に、第2の主原料としては、Si−O−Si結合を有するヘキサメチルジシロキサン((CH3)3SiOSi(CH3)3)を用いる。
【0078】
メチルトリエトキシシランとヘキサメチルジシロキサンとの混合物を液体マスフローにより1.0ml/minの流量で処理室に導入すると共に、希釈ガスとしてのアルゴンガスを1000sccmの流量で処理室に導入する。処理室の圧力を1.5Torrに保った状態で、処理室内において、基板を保持する試料台と対向する上部電極に13.56MHzの高周波電力を600Wのパワーで印加する。
【0079】
基板温度を400℃に設定して成膜することにより得られた有機無機ハイブリッド膜に対してプラズマ処理を行なう。すなわち、2.0Torrの圧力に保たれた処理室に水素ガスを5000sccmの流量で導入すると共に、処理室内の上部電極に13.56MHzの高周波電力を500Wのパワーで印加して、5分間のプラズマ処理を行なう。
【0080】
第9の実施形態によると、第8の実施形態と同様、膜の多孔質化及び低密度化が進行するので、より低い比誘電率を有する膜が得られる。
【0081】
尚、基板温度を350℃以下例えば300℃に設定してプラズマ重合により成膜した後に、プラズマ重合の温度よりも50℃以上高い温度例えば400℃の温度でプラズマ処理を行なうと、有機無機ハイブリッド膜の収縮は生じるが、比誘電率をより一層低下させることができる。
【0082】
また、第9の実施形態においては、還元性ガス雰囲気中でプラズマ処理を行なったが、還元性ガスの雰囲気でなくてもよい。
【0083】
また、成膜後のプラズマ処理を還元性雰囲気において行なうと、有機無機ハイブリッド膜中に残存する有機成分の揮発を促進できるため、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化を一層進行することができ、これによって、層間絶縁膜の比誘電率をより一層低くすることができる。
【0084】
(第10の実施形態)
第10の実施形態は、2種類の第1の主原料の混合物をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜からなる層間絶縁膜を形成する方法であって、具体的には、メチルトリエトキシシラン(CH3Si(OC2H5)3:一般式(1) において、R1 がCH3 であり、R2 がC2H5である。)と、ジメチルジエトキシシラン((CH3)2Si(OC2H5)2:一般式(2) において、R1 がCH3 であり、R2 がC2H5である。)との混合物を用いる。
【0085】
2.0ml/minのメチルトリエトキシシランと、1.0ml/minのジメチルジエトキシシランとを液体マスフローにより処理室に導入すると共に、希釈ガスとしてのアルゴンガスを1000sccmの流量で処理室に導入する。処理室の圧力を1.5Torrに保った状態で、処理室内において、基板を保持する試料台(下部電極)と対向する上部電極に13.56MHzの高周波電力を600Wのパワーで印加する。
【0086】
基板温度を400℃に設定して、300nm/minの堆積レートで成膜したところ、2.6の比誘電率を有する有機無機ハイブリッド膜が得られた。
【0087】
熱処理に伴う膜厚の減少から有機無機ハイブリッド膜の熱安定性を評価したところ、450℃以上の熱処理において、収縮率が1.0%以下であって、非常に安定していることを確認できた。
【0088】
第10の実施形態によると、アルコキシル基の含有率が高い第1の有機アルコキシシラン(メチルトリエトキシシラン)と、有機基の含有率が比較的高い第2の有機アルコキシシラン(ジメチルジエトキシシラン)との混合物を用いるため、第1の有機アルコキシシランは、シロキサン骨格の形成に寄与して、得られる膜の熱安定性及び機械的強度を向上させると共に、第2の有機アルコキシシランは、膜中の有機成分の含有率を増加させて、得られる膜の比誘電率を低くする。
【0089】
このため、得られる層間絶縁膜においては、熱安定性及び機械的強度が向上すると共に、比誘電率が低くなる。
【0090】
(第11の実施形態)
第11の実施形態は、3種類の第1の主原料の混合物をプラズマ重合させて有機無機ハリブリッド膜からなる層間絶縁膜を形成する方法であって、具体的には、メチルトリエトキシシラン(CH3Si(OC2H5)3:一般式(1) において、R1 がCH3 であり、R2 がC2H5である。)と、ジメチルジエトキシシラン((CH3)2Si(OC2H5)2:一般式(2) において、R1 がCH3 であり、R2 がC2H5である。)と、トリメチルエトキシシラン((CH3)3Si(OC2H5):一般式(3) において、R1 がCH3 であり、R2 がC2H5である。)との混合物を用いる。
【0091】
2.0ml/minのメチルトリエトキシシランと、1.0ml/minのジメチルジエトキシシランと、0.5ml/minのトリメチルエトキシシランとを液体マスフローにより処理室に導入すると共に、希釈ガスとしてのアルゴンガスを1000sccmの流量で処理室に導入する。処理室の圧力を1.5Torrに保った状態で、処理室内において、基板を保持する試料台(下部電極)と対向する上部電極に13.56MHzの高周波電力を600Wのパワーで印加する。
【0092】
基板温度を400℃に設定して、300nm/minの堆積レートで成膜したところ、2.6の比誘電率を有する有機無機ハイブリッド膜が得られた。
【0093】
熱処理に伴う膜厚の減少から有機無機ハイブリッド膜の熱安定性を評価したところ、450℃以上の熱処理において、収縮率が1.0%以下であって、非常に安定していることを確認できた。
【0094】
第11の実施形態によると、アルコキシル基の含有率が高い第1の有機アルコキシシランと、有機基の含有率が比較的高い第2の有機アルコキシシランと、有機基の願竜率が極めて高い第3の有機アルコキシシランとの混合物を用いるため、第1の有機アルコキシシランは、シロキサン骨格の形成に寄与して、得られる膜の熱安定性及び機械的強度を向上させると共に、第2及び第3の有機アルコキシシランは、膜中の有機成分の含有率を増加させて、得られる膜の比誘電率を低くする。
【0095】
以下、前記の第1〜第11の実施形態に係る方法により得られる層間絶縁膜(以下、本発明の層間絶縁膜と称する。)が用いられる多層配線構造の具体例について、図1(a)及び(b)、図2(a)及び(b)、図3(a)〜(b)並びに図4(a)及び(b)を参照しながら説明する。
【0096】
図1(a)は、エッチングによりパターン化された金属配線を有する多層配線構造を示し、基板1の上に形成された、第1層の金属配線2と第2層の金属配線3とが第1のコンタクト4により接続されていると共に、第2層の金属配線3と第3層の金属配線(図示は省略している。)とが第2のコンタクト5により接続されている。
【0097】
第1層の金属配線2同士の間には本発明の層間絶縁膜からなる第1の絶縁膜11が形成されている。第1層の金属配線2と第2層の金属配線3との間にはシリコン酸化膜からなる第2の絶縁膜12が形成され、第1のコンタクト4は第2の絶縁膜12に形成されている。第2層の金属配線3同士の間には本発明の層間絶縁膜からなる第3の絶縁膜13が形成されている。第2層の金属配線3と第3層の金属配線との間にはシリコン酸化膜からなる第4の絶縁膜14が形成され、第2のコンタクト5は第4の絶縁膜14に形成されている。
【0098】
図1(b)は、エッチングによりパターン化された金属配線を有する多層配線構造を示し、基板1の上に形成された、第1層の金属配線2と第2層の金属配線3とが第1のコンタクト4により接続されていると共に、第2層の金属配線3と第3層の金属配線(図示は省略している。)とが第2のコンタクト5により接続されている。
【0099】
第1層の金属配線2同士の間及び第1層の金属配線2の上には本発明の層間絶縁膜からなる第1の絶縁膜21が形成され、第1の絶縁膜21と第2層の金属配線3との間にはシリコン酸化膜からなる第2の絶縁膜22が形成されている。第2層の金属配線3同士の間及び第2層の金属配線3の上には本発明の層間絶縁膜からなる第3の絶縁膜23が形成され、第3の絶縁膜23と第3層の金属配線との間にはシリコン酸化膜からなる第4の絶縁膜24が形成されている。
【0100】
図2(a)は、エッチングによりパターン化された金属配線を有する多層配線構造を示し、基板1の上に形成された、第1層の金属配線2と第2層の金属配線3とが第1のコンタクト4により接続されていると共に、第2層の金属配線3と第3層の金属配線(図示は省略している。)とが第2のコンタクト5により接続されている。
【0101】
第1層の金属配線2同士の間及び第1層の金属配線2の上には本発明の層間絶縁膜からなる第1の絶縁膜31が形成され、第1のコンタクト4は第1の絶縁膜31に形成されている。第2層の金属配線3同士の間及び第2層の金属配線3の上には本発明の層間絶縁膜からなる第2の絶縁膜32が形成され、第2のコンタクト5は第2の絶縁膜32に形成されている。
【0102】
図2(b)は、エッチングによりパターン化された金属配線を有する多層配線構造を示し、基板1の上に形成された、第1層の金属配線2と第2層の金属配線3とが第1のコンタクト4により接続されていると共に、第2層の金属配線3と第3層の金属配線(図示は省略している。)とが第2のコンタクト5により接続されている。
【0103】
基板1と第1層の金属配線2との間には本発明の層間絶縁膜からなる第1の絶縁膜41が形成され、第1層の金属配線2同士の間及び第1層の金属配線2の上には本発明の層間絶縁膜からなる第2の絶縁膜42が形成されている。第2の絶縁膜42と第2層の金属配線3との間には、本発明の層間絶縁膜からなる第3の絶縁膜43及び本発明の層間絶縁膜からなる第4の絶縁膜44が形成されている。第2層の金属配線3同士の間及び第2層の金属配線3の上には本発明の層間絶縁膜からなる第5の絶縁膜45が形成されている。第5の絶縁膜45と第3層の金属配線との間には、本発明の層間絶縁膜からなる第6の絶縁膜46及び本発明の層間絶縁膜からなる第7の絶縁膜47が形成されている。
【0104】
図3(a)は、埋め込み型の金属配線を有する多層配線構造を示し、基板1の上に形成された、第1層の金属配線2と第2層の金属配線3とがコンタクト4により接続されている。
【0105】
第1層の金属配線2は本発明の層間絶縁膜からなる第1の絶縁膜51に埋め込まれている。第1層の金属配線2と第2層の金属配線3との間にはシリコン酸化膜からなる第2の絶縁膜52が形成され、コンタクト4は第2の絶縁膜52に形成されている。第2層の金属配線3は本発明の層間絶縁膜からなる第3の絶縁膜53に埋め込まれている。
【0106】
図3(b)は、埋め込み型の金属配線を有する多層配線構造を示し、基板1の上に形成された、第1層の金属配線2と第2層の金属配線3とがコンタクト4により接続されている。
【0107】
第1層の金属配線2は、本発明の層間絶縁膜からなる第1の絶縁膜61及びシリコン酸化膜からなる第2の絶縁膜62に埋め込まれている。第1層の金属配線2と第2層の金属配線3との間には、本発明の層間絶縁膜からなる第3の絶縁膜63及びシリコン酸化膜からなる第4の絶縁膜64が形成され、コンタクト4は第3の絶縁膜63及び第4の絶縁膜64に形成されている。第2層の金属配線3は、本発明の層間絶縁膜からなる第5の絶縁膜65及びシリコン酸化膜からなる第6の絶縁膜66に埋め込まれている。
【0108】
図3(c)は、埋め込み型の金属配線を有する多層配線構造を示し、基板1の上に形成された、第1層の金属配線2と第2層の金属配線3とがコンタクト4により接続されている。
【0109】
第1層の金属配線2は、本発明の層間絶縁膜からなる第1の絶縁膜71及びシリコン酸化膜からなる第2の絶縁膜72に埋め込まれている。第1層の金属配線2と第2層の金属配線3との間にはシリコン酸化膜からなる第3の絶縁膜73が形成され、コンタクト4は第3の絶縁膜73に形成されている。第2層の金属配線3は、本発明の層間絶縁膜からなる第4の絶縁膜74及びシリコン酸化膜からなる第5の絶縁膜75に埋め込まれている。
【0110】
図4(a)は、埋め込み型の金属配線を有する多層配線構造を示し、基板1の上に形成された、第1層の金属配線2と第2層の金属配線3とがコンタクト4により接続されている。
【0111】
第1層の金属配線2は本発明の層間絶縁膜からなる第1の絶縁膜81に埋め込まれている。第1層の金属配線2と第2層の金属配線3との間には本発明の層間絶縁膜からなる第2の絶縁膜82が形成され、コンタクト4は第2の絶縁膜82に形成されている。第2層の金属配線3は本発明の層間絶縁膜からなる第3の絶縁膜83に埋め込まれている。
【0112】
図4(b)は、埋め込み型の金属配線を有する多層配線構造を示し、基板1の上に形成された、第1層の金属配線2と第2層の金属配線3とがコンタクト4により接続されている。
【0113】
第1層の金属配線2は、本発明の層間絶縁膜からなる第1の絶縁膜91及びシリコン酸化膜からなる第2の絶縁膜92に埋め込まれている。コンタクト4は本発明の層間絶縁膜からなる第3の絶縁膜93に埋め込まれ、第2層の金属配線3は、第3の絶縁膜93及びシリコン酸化膜からなる第4の絶縁膜94に埋め込まれている。
【0114】
【発明の効果】
第1の層間絶縁膜の形成方法によると、有機アルコキシシランの有機成分が有機無機ハイブリッド膜中に有効に取り込まれるため、シラノール基の生成が抑制され、排ガス現象を抑制できるので、耐熱性が高く且つ吸湿性が低い層間絶縁膜を形成することができる。
【0115】
第2の層間絶縁膜の形成方法によると、有機シリコン化合物の有機成分が有機無機ハイブリッド膜中に有効に取り込まれると共にシラノール基の生成が抑制され、排ガス現象を抑制できるので、耐熱性が高く且つ吸湿性が低い層間絶縁膜を形成することができる。
【0116】
第3の層間絶縁膜の形成方法によると、有機シリコン化合物に含まれる有機基が相対的に多いため、比誘電率が低くなるという長所と、有機アルコキシシランに含まれるSi−O結合が相対的に多いため、密着性が高いと共に機械的強度も高いという長所とが得られるので、比誘電率が低いと共に密着性及び機械的強度が高い層間絶縁膜を形成することができる。
【0117】
第1、第2又は第3の層間絶縁膜の形成方法において、有機無機ハリブリッド膜に対して熱処理を行なうと、有機無機ハイブリッド膜中に残存する揮発性有機成分が揮発するため、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化及び低密度化が進行するので、層間絶縁膜の比誘電率は一層低くなる。
【0118】
第1、第2又は第3の層間絶縁膜の形成方法において、有機無機ハリブリッド膜に対してプラズマ処理を行なうと、有機無機ハイブリッド膜中に残存する揮発性有機成分が揮発するため、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化及び低密度化が進行するので、層間絶縁膜の比誘電率は一層低くなる。
【0119】
第1又は第3の層間絶縁膜の形成方法における有機アルコキシシランが、一般式:R1Si(OR2)3 (但し、R1 はアルキル基、アリル基又はアリール基であり、R2 は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基である。)で表わされると、有機アルコキシシランにおけるアルコキシル基の含有率が高くなるため、シロキサン骨格の形成が促進されるので、層間絶縁膜の熱安定性及び機械的強度が向上する。
【0120】
第1又は第3の層間絶縁膜の形成方法における有機アルコキシシランが、一般式:R1 2Si(OR2)2(但し、R1 は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基であり、R2 は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基である。)で表わされると、有機アルコキシシランにおける有機基の含有率が比較的高くなるため、有機無機ハイブリッド膜中の有機成分の含有率が増加するので、層間絶縁膜の比誘電率が低くなる。
【0121】
第1又は第3の層間絶縁膜の形成方法における有機アルコキシシランが、一般式:R1 3Si(OR2) (但し、R1 は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基であり、R2 はアルキル基、アリル基又はアリール基である。)で表わされると、有機アルコキシシランにおける有機基の含有率が極めて高くなるため、有機無機ハイブリッド膜中の有機成分の含有率が大きく増加するので、層間絶縁膜の比誘電率が一層低くなる。
【0122】
第1又は第3の層間絶縁膜の形成方法における有機アルコキシシランが 一般式:R1Si(OR2)3 (但し、R1 はアルキル基、アリル基又はアリール基であり、R2 は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基である。)で表わされる第1の有機アルコキシシラン、一般式:R1 2Si(OR2)2 (但し、R1 は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基であり、R2 は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基である。)で表わさ第2の有機アルコキシシラン、及び一般式:R1 3Si(OR2) (但し、R1 は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基であり、R2 はアルキル基、アリル基又はアリール基である。)で表わされる第3の有機アルコキシシランのうちの少なくとも2つの混合物であると、第1の有機アルコキシシランをプラズマ重合するときの長所、第2の有機アルコキシシランをプラズマ重合するときの長所、又は第3の有機アルコキシシランをプラズマ重合するときの長所が組み合わされた層間絶縁膜を形成することができる。
【0123】
第2の層間絶縁膜の形成方法における有機シリコン化合物が、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサフェニルジシロキサン、ヘキサメチルジシラザン又はヘキサフェニルジシラザンであると、耐熱性が高く且つ吸湿性が低い層間絶縁膜を確実に形成することができる。
【0124】
第1、第2又は第3の層間絶縁膜の形成方法において、プラズマ重合を、酸化剤が実質的に存在しない非酸化性雰囲気において行なうと、シラノール基の生成が一層抑制されるので、耐熱性が一層高く且つ吸湿性が一層低い層間絶縁膜を形成することができる。
【0125】
第1、第2又は第3の層間絶縁膜の形成方法において、300℃以下の温度下でプラズマ重合を行なうことにより形成した有機無機ハイブリッド膜に対して、プラズマ重合の温度よりも100℃以上高い温度で熱処理を行なうと、プラズマ分解により生成される揮発性有機成分が有機無機ハイブリッド膜中に残存し、その後の熱処理によって、残存する揮発性有機成分が揮発するため、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化及び低密度化が進行するので、層間絶縁膜の比誘電率は一層低くなる。
【0126】
この場合、成膜後の熱処理を還元性雰囲気において行なうと、有機無機ハイブリッド膜中に残存する有機成分の揮発を促進でき、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化を一層進行することができるので、層間絶縁膜の比誘電率をより一層低くすることができる。
【0127】
第1、第2又は第3の層間絶縁膜の形成方法において、350℃以下の温度下でプラズマ重合を行なうことにより形成した有機無機ハイブリッド膜に対して、プラズマ重合の温度よりも50℃以上高い温度で熱処理を行なうと、プラズマ分解により生成される揮発性有機成分が有機無機ハイブリッド膜中に残存し、その後のプラズマ処理によって、残存する揮発性有機成分が揮発するため、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化及び低密度化が進行するので、層間絶縁膜の比誘電率は一層低くなる。
【0128】
この場合、成膜後のプラズマ処理を還元性雰囲気において行なうと、有機無機ハイブリッド膜中に残存する有機成分の揮発を促進でき、有機無機ハイブリッド膜の多孔質化を一層進行することができるので、層間絶縁膜の比誘電率をより一層低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)及び(b)は本発明の方法により形成される層間絶縁膜が用いられる多層配線構造を示す断面図である。
【図2】(a)及び(b)は本発明の方法により形成される層間絶縁膜が用いられる多層配線構造を示す断面図である。
【図3】(a)〜(c)は本発明の方法により形成される層間絶縁膜が用いられる多層配線構造を示す断面図である。
【図4】(a)及び(b)は本発明の方法により形成される層間絶縁膜が用いられる多層配線構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 基板
2 第1層の金属配線
3 第2層の金属配線
4 第1のコンタクト(コンタクト)
5 第2のコンタクト
11、21、31、41、51、61、71、81、91 第1の絶縁膜
12、22、32、42、52、62、72、82、92 第2の絶縁膜
13、23、43、53、63、73、83、93 第3の絶縁膜
14、24、44、64、74、94 第4の絶縁膜
45、65、75 第5の絶縁膜
46、66、第6の絶縁膜
47、第7の絶縁膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming an interlayer insulating film having a multilayer wiring structure in a semiconductor integrated circuit device, and in particular, an interlayer insulating film having a low dielectric constant by plasma polymerization of an organic-inorganic hybrid material (a siloxane material having an organic silicon bond). Relates to a method of forming
[0002]
[Prior art]
As an interlayer insulating film made of a siloxane material having an organic silicon bond, an organic SOG film formed by a coating method and a siloxane film formed by plasma polymerization are known.
[0003]
As a method for forming an organic SOG film, a solution of a siloxane polymer having an organic silicon bond is applied on a substrate at room temperature to obtain a coating film, and then the coating film is subjected to a heat treatment using a hot plate to obtain a solvent. Is generally performed, followed by baking at a high temperature of 400 ° C. in an inert gas atmosphere. In this baking step, since the silanol (Si—OH) bond constituting the siloxane polymer undergoes a dehydration condensation reaction to form a siloxane polymer, the organic SOG is densified.
[0004]
Moreover, the method of forming a siloxane film by plasma polymerization is a method in which an organic silane and an oxidizing agent such as nitric oxide are polymerized by a plasma CVD method to generate an organic silanol, and then the organic silanol is polymerized to each other. This is a method of forming a siloxane film having an organic silicon bond.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the conventional method for forming an organic SOG film, since the solvent is evaporated by performing a heat treatment on the coating film, the solvent in the organic SOG film is not completely removed. In the heat treatment step performed after the film formation, a degassing phenomenon that gradually evaporates occurs. For this reason, when a metal film is embedded in the contact hole, a defect in the embedding occurs due to a degassing phenomenon, which causes an abnormality of an increase in contact resistance.
[0006]
In addition, according to the conventional method of forming a siloxane film by plasma polymerization, when a silanol polymer is formed by dehydration condensation reaction of silanol bonds, unreacted silanol remains in the organic SOG film. The dehydration condensation reaction of the residual silanol gradually proceeds due to the thermal history in the integration process performed on. For this reason, a degassing phenomenon in which water generated by a dehydration condensation reaction of residual silanol evaporates occurs, thereby causing an abnormality of an increase in contact resistance.
[0007]
The degassing phenomenon described above also occurs in a siloxane film formed by plasma polymerization. That is, silanol remains in the siloxane film when the organic silane is polymerized with the oxidizing agent in the plasma, so that a degassing phenomenon occurs due to the residual silanol.
[0008]
In view of the above, an object of the present invention is to provide a method of forming an interlayer insulating film that is less susceptible to degassing and has excellent heat resistance.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first method for forming an interlayer insulating film according to the present invention is a method of plasma-polymerizing an organic alkoxysilane having an alkoxyl group and an organic group bonded to silicon to form an interlayer composed of an organic-inorganic hybrid film. An insulating film is formed.
[0010]
According to the method for forming the first interlayer insulating film, since the organic alkoxysilane is plasma-polymerized, the organic component of the organic alkoxysilane is effectively taken into the organic-inorganic hybrid film, so that the generation of silanol groups is suppressed.
[0011]
In the second method for forming an interlayer insulating film according to the present invention, an interlayer insulating film made of an organic-inorganic hybrid film is formed by plasma polymerization of an organic silicon compound having a Si—O—Si bond or a Si—N—Si bond. .
[0012]
According to the second interlayer insulating film formation method, an organic-inorganic hybrid film is formed by plasma polymerizing an organic silicon compound having a Si—O—Si bond or a Si—N—Si bond. Effective incorporation into the film and the generation of silanol groups are suppressed.
[0013]
A third interlayer insulating film forming method according to the present invention includes an organic silicon compound having a Si—O—Si bond or a Si—N—Si bond, an alkoxyl group, and an organic alkoxysilane having an organic group bonded to silicon. This mixture is plasma-polymerized to form an interlayer insulating film made of an organic / inorganic hybrid film.
[0014]
According to the third method for forming an interlayer insulating film, when an organic silicon compound having a Si—O—Si bond or a Si—N—Si bond is subjected to plasma polymerization, the resulting organic-inorganic hybrid film has relatively many organic groups. Thus, when the organic alkoxysilane is plasma polymerized, Si—O bonds are relatively increased in the obtained organic-inorganic hybrid film.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, although the formation method of the interlayer insulation film concerning each embodiment of the present invention is explained, the main material used for each embodiment is explained as the premise.
[0016]
The first main raw material is an organic alkoxysilane having an alkoxyl group and an organic group bonded to silicon, and an organic alkoxysilane represented by the following general formula (1), (2) or (3) is used alone. Or it can be mixed and used.
[0017]
General formula (1): R1Si (OR2)Three(However, R1Is an alkyl group, an allyl group or an aryl group, and R2Are the same or different and are an alkyl group, an allyl group or an aryl group. )
General formula (2): R1 2Si (OR2)2(However, R1Are the same or different and are an alkyl group, an allyl group or an aryl group, and R2Are the same or different and are an alkyl group, an allyl group or an aryl group. )
General formula (3): R1 ThreeSi (OR2) (However, R1Are the same or different and are an alkyl group, an allyl group or an aryl group, and R2Is an alkyl group, an allyl group or an aryl group. )
The second main raw material is an organosilicon compound having a Si—O—Si bond or a Si—N—Si bond, and specifically, hexamethyldisiloxane, hexaphenyldisiloxane, hexamethyldisilazane, or hexa Examples thereof include phenyl disilazane, but are not limited thereto.
[0018]
(First embodiment)
The first embodiment is a method for plasma-polymerizing a first main raw material to form an interlayer insulating film made of an organic-inorganic hybrid film. As the first main raw material, methyltriethoxysilane (CHThreeSi (OC2HFive)Three: In general formula (1), R1Is CHThreeAnd R2Is C2HFiveIt is. ) Is used.
[0019]
3.0 ml / min of methyltriethoxysilane is introduced into the processing chamber by liquid mass flow, and argon gas as a dilution gas is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1000 sccm. With the pressure in the processing chamber maintained at 1.5 Torr, high frequency power of 13.56 MHz is applied at a power of 600 W to the upper electrode facing the sample stage (lower electrode) holding the substrate in the processing chamber.
[0020]
When the substrate temperature (film deposition temperature) was set to 400 ° C. and a film was formed at a deposition rate of 300 nm / min, an organic-inorganic hybrid film having a relative dielectric constant of 3.1 was obtained.
[0021]
When the thermal stability of the organic / inorganic hybrid film was evaluated from the decrease in film thickness associated with the heat treatment, the shrinkage ratio was 1.0% or less in the heat treatment at 450 ° C. or higher, and it was very stable against the heat treatment. Was confirmed.
[0022]
According to the first embodiment, since organic alkoxysilane such as methyltriethoxysilane is plasma-polymerized, the organic component of the organic alkoxysilane is effectively incorporated into the organic-inorganic hybrid film. For this reason, since the generation of silanol groups is suppressed, the degassing phenomenon caused by the residual silanol hardly occurs, and an interlayer insulating film having high heat resistance and low hygroscopicity can be formed.
[0023]
In addition, since the plasma polymerization is performed in a non-oxidizing atmosphere substantially free of an oxidizing agent, generation of silanol groups is further suppressed, so that an interlayer insulating film having higher heat resistance and lower hygroscopicity is formed. be able to.
[0024]
(Second Embodiment)
The second embodiment is a method for forming an interlayer insulating film by plasma-polymerizing the first main raw material to obtain an organic-inorganic hybrid film, and then subjecting the organic-inorganic hybrid film to a heat treatment. 1 as a main raw material, methyltriethoxysilane (CHThreeSi (OC2HFive)Three: In general formula (1), R1Is CHThreeAnd R2Is C2HFiveIt is. ) Is used.
[0025]
2.0 ml / min of methyltriethoxysilane is introduced into the processing chamber by liquid mass flow, and argon gas as a dilution gas is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1000 sccm. With the pressure in the processing chamber maintained at 1.5 Torr, high frequency power of 13.56 MHz is applied at a power of 600 W to the upper electrode facing the sample stage holding the substrate in the processing chamber.
[0026]
The organic / inorganic hybrid film obtained by forming the substrate at a temperature of 60 ° C., for example, is subjected to a heat treatment by holding it at 400 ° C. in an inert gas atmosphere for 30 minutes. Form.
[0027]
The substrate temperature may not be 60 ° C., but is preferably 300 ° C. or less.
[0028]
The heat treatment performed on the organic-inorganic hybrid film may not be 400 ° C., but is preferably performed at a temperature higher by 100 ° C. than the temperature of plasma polymerization.
[0029]
According to the second embodiment, since the film is formed at a low temperature of 300 ° C. or lower, a volatile organic component generated by plasma decomposition of the organic alkoxysilane remains in the organic-inorganic hybrid film. In addition, since the organic-inorganic hybrid film is subjected to heat treatment at a temperature 100 ° C. higher than the temperature of plasma polymerization, the volatile organic components remaining in the organic-inorganic hybrid film are volatilized. For this reason, since the porous and low-density organic-inorganic hybrid film progresses, the relative dielectric constant of the interlayer insulating film is further reduced.
[0030]
In addition, since the siloxane skeleton is formed in the heat treatment step after the film formation, the relative dielectric constant of the interlayer insulating film is further reduced.
[0031]
Therefore, according to the second embodiment, an interlayer insulating film having a relative dielectric constant as low as about 2.2 is obtained.
[0032]
Note that when an oxidizing agent such as oxygen is mixed in the inert gas in the heat treatment step after the film formation, the organic component is decomposed during the heat treatment, so that the porous formation can be promoted.
[0033]
In addition, if the heat treatment after film formation is performed in a reducing atmosphere, volatilization of the organic components remaining in the organic-inorganic hybrid film can be promoted, so that the organic-inorganic hybrid film can be further made porous. The relative dielectric constant of the interlayer insulating film can be further reduced.
[0034]
(Third embodiment)
The third embodiment is a method of forming an interlayer insulating film by performing plasma treatment on the organic-inorganic hybrid film after plasma-polymerizing the first main raw material to obtain an organic-inorganic hybrid film, As the first main raw material, methyltriethoxysilane (CHThreeSi (OC2HFive)Three: In general formula (1), R1Is CHThreeAnd R2Is C2HFiveIt is. ) Is used.
[0035]
2.0 ml / min of methyltriethoxysilane is introduced into the processing chamber by liquid mass flow, and argon gas as a dilution gas is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1000 sccm. With the pressure in the processing chamber maintained at 1.5 Torr, high frequency power of 13.56 MHz is applied at a power of 600 W to the upper electrode facing the sample stage holding the substrate in the processing chamber.
[0036]
Plasma treatment is performed on the organic-inorganic hybrid film formed by plasma polymerization with the substrate temperature set to 400 ° C. That is, hydrogen gas is introduced into the processing chamber maintained at a pressure of 2.0 Torr at a flow rate of 5000 sccm, and high frequency power of 13.56 MHz is applied to the upper electrode in the processing chamber at a power of 500 W for 5 minutes of plasma. Perform processing.
[0037]
According to the third embodiment, as in the second embodiment, since the film is made more porous and lower in density, a film having a lower relative dielectric constant than that in the first embodiment can be obtained. .
[0038]
When the substrate temperature is set to 350 ° C. or lower, for example, 300 ° C., and the film is formed by plasma polymerization, plasma treatment is performed at a temperature 50 ° C. higher than the temperature of plasma polymerization, for example, 400 ° C. However, the relative dielectric constant can be further reduced.
[0039]
In the third embodiment, the plasma treatment is performed in a reducing gas atmosphere. However, the reducing gas atmosphere may not be used.
[0040]
In addition, if the plasma treatment after the film formation is performed in a reducing atmosphere, volatilization of the organic components remaining in the organic-inorganic hybrid film can be promoted, so that the organic-inorganic hybrid film can be made more porous. Thus, the dielectric constant of the interlayer insulating film can be further reduced.
[0041]
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment is a method of plasma-polymerizing the second main material to form an interlayer insulating film made of an organic-inorganic hybrid film, and the second main material has a Si—O—Si bond. Hexamethyldisiloxane ((CHThree)ThreeSiOSi (CHThree)Three) Is used.
[0042]
1.0 ml / min of hexamethyldisiloxane is introduced into the processing chamber by liquid mass flow, and argon gas as a dilution gas is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1000 sccm. With the pressure in the processing chamber maintained at 1.5 Torr, high frequency power of 13.56 MHz is applied at a power of 600 W to the upper electrode facing the sample stage holding the substrate in the processing chamber.
[0043]
When the substrate temperature was set to 400 ° C. and a film was formed at a deposition rate of 300 nm / min, an organic-inorganic hybrid film having a relative dielectric constant of 2.5 was obtained.
[0044]
When the thermal stability of the organic / inorganic hybrid film was evaluated from the decrease in film thickness associated with the heat treatment, it was confirmed that the heat shrinkage at 450 ° C or higher was 0.5% or less and was very stable. It was.
[0045]
According to the fourth embodiment, since the plasma polymerization is performed in a non-oxidizing atmosphere substantially free of an oxidant, the organic component is effectively taken into the film and the generation of silanol groups is further suppressed. As a result, an outgassing phenomenon caused by residual silanol hardly occurs, and an interlayer insulating film having higher heat resistance and lower hygroscopicity can be formed.
[0046]
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment is a method of forming an interlayer insulating film by plasma-treating the second main raw material to obtain an organic-inorganic hybrid film and then subjecting the organic-inorganic hybrid film to a heat treatment. As the main raw material of 2, hexamethyldisiloxane having Si—O—Si bond ((CHThree)ThreeSiOSi (CHThree)Three) Is used.
[0047]
1.0 ml / min of hexamethyldisiloxane is introduced into the processing chamber by liquid mass flow, and argon gas as a dilution gas is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1000 sccm. With the pressure in the processing chamber maintained at 1.5 Torr, high frequency power of 13.56 MHz is applied at a power of 600 W to the upper electrode facing the sample stage holding the substrate in the processing chamber.
[0048]
An organic / inorganic hybrid film obtained by forming a film at a substrate temperature of 60 ° C., for example, is subjected to a heat treatment at 400 ° C. for 30 minutes in an inert gas atmosphere to perform an organic / inorganic hybrid film. Get a membrane.
[0049]
The substrate temperature may not be 60 ° C., but is preferably 300 ° C. or less, and more preferably 200 ° C. or less. When the film is formed at such a low temperature, the density of the film is lowered as compared with the case where the film is formed at a high temperature, so that the relative dielectric constant of the obtained film is further reduced.
[0050]
According to the fifth embodiment, since the film is formed at a low temperature of 300 ° C. or lower, a volatile organic component generated by plasma decomposition of the organic silicon compound remains in the organic-inorganic hybrid film. In addition, since the organic-inorganic hybrid film is subjected to heat treatment at a temperature 100 ° C. higher than the temperature of plasma polymerization, the volatile organic components remaining in the organic-inorganic hybrid film are volatilized. For this reason, since the porous and low-density organic-inorganic hybrid film progresses, the relative dielectric constant of the interlayer insulating film is further reduced.
[0051]
In addition, since the siloxane skeleton is formed in the heat treatment step after the film formation, the relative dielectric constant of the interlayer insulating film is further reduced.
[0052]
For this reason, according to the fifth embodiment, an interlayer insulating film having a relative dielectric constant as low as about 2.2 was obtained.
[0053]
Note that when an oxidizing agent such as oxygen is mixed in the inert gas in the heat treatment step after the film formation, the organic component is decomposed during the heat treatment, so that the porous formation can be promoted.
[0054]
In addition, if the heat treatment after film formation is performed in a reducing atmosphere, volatilization of the organic components remaining in the organic-inorganic hybrid film can be promoted, so that the organic-inorganic hybrid film can be further made porous. The relative dielectric constant of the interlayer insulating film can be further reduced.
[0055]
(Sixth embodiment)
The sixth embodiment is a method of forming an interlayer insulating film by performing plasma treatment on the organic-inorganic hybrid film after plasma-polymerizing the second main raw material to obtain an organic-inorganic hybrid film, As the second main raw material, hexamethyldisiloxane having Si—O—Si bond ((CHThree)ThreeSiOSi (CHThree)Three) Is used.
[0056]
1.0 ml / min of hexamethyldisiloxane is introduced into the processing chamber by liquid mass flow, and argon gas as a dilution gas is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1000 sccm. With the pressure in the processing chamber maintained at 1.5 Torr, high frequency power of 13.56 MHz is applied at a power of 600 W to the upper electrode facing the sample stage holding the substrate in the processing chamber.
[0057]
Plasma treatment is performed on the organic-inorganic hybrid film obtained by forming the film at a substrate temperature of 400 ° C. That is, hydrogen gas is introduced into the processing chamber maintained at a pressure of 2.0 Torr at a flow rate of 5000 sccm, and high frequency power of 13.56 MHz is applied to the upper electrode in the processing chamber at a power of 500 W for 5 minutes of plasma. Perform processing.
[0058]
According to the sixth embodiment, as in the fifth embodiment, since the film is made more porous and lower in density, a film having a lower relative dielectric constant can be obtained.
[0059]
When the substrate temperature is set to 350 ° C. or lower, for example, 300 ° C., and the film is formed by plasma polymerization, plasma treatment is performed at a temperature 50 ° C. higher than the temperature of plasma polymerization, for example, 400 ° C. However, the relative dielectric constant can be further reduced.
[0060]
In the sixth embodiment, the plasma treatment is performed in a reducing gas atmosphere. However, the reducing gas atmosphere may not be used.
[0061]
In addition, if the plasma treatment after the film formation is performed in a reducing atmosphere, volatilization of the organic components remaining in the organic-inorganic hybrid film can be promoted, so that the organic-inorganic hybrid film can be made more porous. Thus, the dielectric constant of the interlayer insulating film can be further reduced.
[0062]
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment is a method of forming an interlayer insulating film made of an organic-inorganic hybrid film by plasma polymerization of a mixture of a first main raw material and a second main raw material, and the first main raw material is , Methyltriethoxysilane (CHThreeSi (OC2HFive)Three: In general formula (1), R1Is CHThreeAnd R2Is C2HFiveIt is. ) And hexamethyldisiloxane having Si—O—Si bond ((CHThree)ThreeSiOSi (CHThree)Three) Is used.
[0063]
A mixture of methyltriethoxysilane and hexamethyldisiloxane is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1.0 ml / min by liquid mass flow, and argon gas as a dilution gas is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1000 sccm. With the pressure in the processing chamber maintained at 1.5 Torr, high frequency power of 13.56 MHz is applied at a power of 600 W to the upper electrode facing the sample stage holding the substrate in the processing chamber.
[0064]
When the substrate temperature was set to 400 ° C. and a film was formed at a deposition rate of 300 nm / min, an organic-inorganic hybrid film having a relative dielectric constant of 2.5 was obtained.
[0065]
When the thermal stability of the organic / inorganic hybrid film was evaluated from the decrease in film thickness associated with the heat treatment, it was confirmed that the heat shrinkage at 450 ° C or higher was 0.5% or less and was very stable. It was.
[0066]
By the way, as in the first embodiment, the organic-inorganic hybrid film obtained by plasma polymerization of the organic alkoxysilane has a relatively large number of Si—O bonds and a relatively small number of organic groups. It has the advantage of high mechanical strength as well as high strength, but has a weak point that the relative dielectric constant is relatively high. As in the fourth embodiment, Si—O—Si bond or Si—N—Si bond The organic-inorganic hybrid film obtained by plasma polymerization of an organic silicon compound having an organic compound has an advantage that the relative dielectric constant is low because of relatively large number of organic groups and relatively few Si-O bonds. However, there is a weak point that adhesion and mechanical strength are low.
[0067]
However, according to the seventh embodiment, each of the organic-inorganic hybrid films obtained by plasma polymerization of a mixture of an organoalkoxysilane and an organic silicon compound having a Si—O—Si bond or Si—N—Si bond, When used alone, the weak point is compensated, and the adhesiveness and mechanical strength are increased and the relative dielectric constant is decreased.
[0068]
In particular, in the seventh embodiment, since a mixture of methyltriethoxysilane and hexamethyldisiloxane is plasma-polymerized, the content of ethoxy groups remaining in the film is determined when organic alkoxysilane is used alone. Since the number is smaller than that, deterioration of film quality due to moisture absorption can be further suppressed.
[0069]
When methyltriethoxysilane is plasma-polymerized alone, the deposition rate is about 100 nm / min and slow, but the deposition rate is 300 nm because methyltriethoxysilane and hexamethyldisiloxane are copolymerized. / Min. This is considered to be because hexamethyldisiloxane is easily dissociated radically, and the dissociated hexamethyldisiloxane reacts with methyltriethoxysilane, which accelerates the polymerization reaction.
[0070]
(Eighth embodiment)
The eighth embodiment is a method for plasma-polymerizing a mixture of a first main raw material and a second main raw material to form an interlayer insulating film made of an organic-inorganic hybrid film, and the first main raw material is , Methyltriethoxysilane (CHThreeSi (OC2HFive)Three: In general formula (1), R1Is CHThreeAnd R2Is C2HFiveIt is. ) And hexamethyldisiloxane having Si—O—Si bond ((CHThree)ThreeSiOSi (CHThree)Three) Is used.
[0071]
A mixture of methyltriethoxysilane and hexamethyldisiloxane is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1.0 ml / min by liquid mass flow, and argon gas as a dilution gas is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1000 sccm. With the pressure in the processing chamber maintained at 1.5 Torr, high frequency power of 13.56 MHz is applied at a power of 600 W to the upper electrode facing the sample stage holding the substrate in the processing chamber.
[0072]
An organic / inorganic hybrid film obtained by forming a film at a substrate temperature of 60 ° C., for example, is subjected to a heat treatment at 400 ° C. for 30 minutes in an inert gas atmosphere to perform an organic / inorganic hybrid film. Get a membrane.
[0073]
The substrate temperature may not be 60 ° C., but is preferably 300 ° C. or less. When the film is formed at such a low temperature, the density of the film is lowered as compared with the case where the film is formed at a high temperature, so that the relative dielectric constant of the obtained film is further reduced.
[0074]
According to the eighth embodiment, in order to form a film at a low temperature of 300 ° C. or lower, the volatile organic component generated by plasma decomposition of the organic silicon compound remains in the film, and the volatile organic component Volatilizes by heat treatment after film formation. In this heat treatment step, a siloxane skeleton is formed and the film is made more porous and lower in density, so that a film having a lower relative dielectric constant can be obtained. For this reason, according to the eighth embodiment, an interlayer insulating film having a relative dielectric constant as low as about 2.2 was obtained.
[0075]
In the heat treatment step, when an oxidant such as oxygen is mixed in the inert gas, the organic component is decomposed during the heat treatment, so that it is possible to further increase the porosity and further decrease the relative dielectric constant.
[0076]
In addition, if the heat treatment after film formation is performed in a reducing atmosphere, volatilization of the organic components remaining in the organic-inorganic hybrid film can be promoted, so that the organic-inorganic hybrid film can be further made porous. The relative dielectric constant of the interlayer insulating film can be further reduced.
[0077]
(Ninth embodiment)
In the ninth embodiment, an organic / inorganic hybrid film is obtained by plasma polymerization of a mixture of a first main material and a second main material, and then plasma treatment is performed on the organic / inorganic hybrid film to perform interlayer insulation. In the method for forming a film, the first main raw material is methyltriethoxysilane (CHThreeSi (OC2HFive)Three: In general formula (1), R1Is CHThreeAnd R2Is C2HFiveAnd the second main raw material is hexamethyldisiloxane having (Si—O—Si bond) ((CHThree)ThreeSiOSi (CHThree)Three) Is used.
[0078]
A mixture of methyltriethoxysilane and hexamethyldisiloxane is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1.0 ml / min by liquid mass flow, and argon gas as a dilution gas is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1000 sccm. With the pressure in the processing chamber maintained at 1.5 Torr, high frequency power of 13.56 MHz is applied at a power of 600 W to the upper electrode facing the sample stage holding the substrate in the processing chamber.
[0079]
Plasma treatment is performed on the organic-inorganic hybrid film obtained by forming the film at a substrate temperature of 400 ° C. That is, hydrogen gas is introduced into the processing chamber maintained at a pressure of 2.0 Torr at a flow rate of 5000 sccm, and high frequency power of 13.56 MHz is applied to the upper electrode in the processing chamber at a power of 500 W for 5 minutes of plasma. Perform processing.
[0080]
According to the ninth embodiment, as in the eighth embodiment, since the film is made more porous and lower in density, a film having a lower relative dielectric constant can be obtained.
[0081]
When the substrate temperature is set to 350 ° C. or lower, for example, 300 ° C., and the film is formed by plasma polymerization, plasma treatment is performed at a temperature 50 ° C. higher than the temperature of plasma polymerization, for example, 400 ° C. However, the relative dielectric constant can be further reduced.
[0082]
In the ninth embodiment, the plasma treatment is performed in a reducing gas atmosphere. However, the reducing gas atmosphere may not be used.
[0083]
In addition, if the plasma treatment after the film formation is performed in a reducing atmosphere, volatilization of the organic components remaining in the organic-inorganic hybrid film can be promoted, so that the organic-inorganic hybrid film can be made more porous. Thus, the dielectric constant of the interlayer insulating film can be further reduced.
[0084]
(Tenth embodiment)
The tenth embodiment is a method of plasma-polymerizing a mixture of two kinds of first main raw materials to form an interlayer insulating film made of an organic-inorganic hybrid film, and specifically, methyltriethoxysilane (CHThreeSi (OC2HFive)Three: In general formula (1), R1Is CHThreeAnd R2Is C2HFiveIt is. ) And dimethyldiethoxysilane ((CHThree)2Si (OC2HFive)2: In general formula (2), R1Is CHThreeAnd R2Is C2HFiveIt is. ).
[0085]
2.0 ml / min of methyltriethoxysilane and 1.0 ml / min of dimethyldiethoxysilane are introduced into the processing chamber by liquid mass flow, and argon gas as a dilution gas is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1000 sccm. . With the pressure in the processing chamber maintained at 1.5 Torr, high frequency power of 13.56 MHz is applied at a power of 600 W to the upper electrode facing the sample stage (lower electrode) holding the substrate in the processing chamber.
[0086]
When the substrate temperature was set to 400 ° C. and a film was formed at a deposition rate of 300 nm / min, an organic-inorganic hybrid film having a relative dielectric constant of 2.6 was obtained.
[0087]
When the thermal stability of the organic / inorganic hybrid film was evaluated from the decrease in film thickness associated with the heat treatment, it was confirmed that the shrinkage was 1.0% or less in the heat treatment at 450 ° C. or higher and it was very stable. It was.
[0088]
According to the tenth embodiment, the first organic alkoxysilane (methyltriethoxysilane) having a high alkoxyl group content and the second organic alkoxysilane (dimethyldiethoxysilane) having a relatively high organic group content. Therefore, the first organic alkoxysilane contributes to the formation of the siloxane skeleton, improves the thermal stability and mechanical strength of the resulting film, and the second organic alkoxysilane is used in the film. The relative dielectric constant of the resulting film is decreased by increasing the content of the organic component.
[0089]
For this reason, in the obtained interlayer insulating film, thermal stability and mechanical strength are improved, and the relative dielectric constant is lowered.
[0090]
(Eleventh embodiment)
The eleventh embodiment is a method of plasma-polymerizing a mixture of three kinds of first main raw materials to form an interlayer insulating film made of an organic-inorganic hybrid film. Specifically, methyltriethoxysilane (CHThreeSi (OC2HFive)Three: In general formula (1), R1Is CHThreeAnd R2Is C2HFiveIt is. ) And dimethyldiethoxysilane ((CHThree)2Si (OC2HFive)2: In general formula (2), R1Is CHThreeAnd R2Is C2HFiveIt is. ) And trimethylethoxysilane ((CHThree)ThreeSi (OC2HFive): In general formula (3), R1Is CHThreeAnd R2Is C2HFiveIt is. ).
[0091]
2.0 ml / min of methyltriethoxysilane, 1.0 ml / min of dimethyldiethoxysilane, and 0.5 ml / min of trimethylethoxysilane are introduced into the treatment chamber by liquid mass flow, and argon as a diluent gas is introduced. Gas is introduced into the processing chamber at a flow rate of 1000 sccm. With the pressure in the processing chamber maintained at 1.5 Torr, high frequency power of 13.56 MHz is applied at a power of 600 W to the upper electrode facing the sample stage (lower electrode) holding the substrate in the processing chamber.
[0092]
When the substrate temperature was set to 400 ° C. and a film was formed at a deposition rate of 300 nm / min, an organic-inorganic hybrid film having a relative dielectric constant of 2.6 was obtained.
[0093]
When the thermal stability of the organic / inorganic hybrid film was evaluated from the decrease in film thickness associated with the heat treatment, it was confirmed that the shrinkage was 1.0% or less in the heat treatment at 450 ° C. or higher and it was very stable. It was.
[0094]
According to the eleventh embodiment, the first organic alkoxysilane having a high alkoxyl group content, the second organic alkoxysilane having a relatively high organic group content, and the organic group having a very high application rate. The first organic alkoxysilane contributes to the formation of the siloxane skeleton and improves the thermal stability and mechanical strength of the resulting film, and the second and third organic alkoxysilanes. The organic alkoxysilane increases the content of the organic component in the film and lowers the relative dielectric constant of the obtained film.
[0095]
Hereinafter, a specific example of a multilayer wiring structure in which an interlayer insulating film (hereinafter referred to as an interlayer insulating film of the present invention) obtained by the methods according to the first to eleventh embodiments is used will be described with reference to FIG. 2 (a) and 2 (b), FIGS. 3 (a) to 3 (b) and FIGS. 4 (a) and 4 (b).
[0096]
FIG. 1 (a) shows a multilayer wiring structure having metal wiring patterned by etching, and a first-
[0097]
A first insulating
[0098]
FIG. 1B shows a multilayer wiring structure having metal wiring patterned by etching. The first-
[0099]
A first insulating
[0100]
FIG. 2A shows a multilayer wiring structure having metal wiring patterned by etching. The first-
[0101]
A first insulating
[0102]
FIG. 2B shows a multilayer wiring structure having metal wiring patterned by etching, and the first-
[0103]
A first insulating
[0104]
FIG. 3A shows a multilayer wiring structure having embedded metal wiring, in which a first-
[0105]
The first
[0106]
FIG. 3B shows a multilayer wiring structure having embedded metal wiring, and the first-
[0107]
The first
[0108]
FIG. 3C shows a multilayer wiring structure having a buried type metal wiring. The first
[0109]
The first
[0110]
FIG. 4A shows a multilayer wiring structure having a buried type metal wiring. A first
[0111]
The first-
[0112]
FIG. 4B shows a multilayer wiring structure having a buried type metal wiring, and the first
[0113]
The first
[0114]
【The invention's effect】
According to the method for forming the first interlayer insulating film, the organic component of the organoalkoxysilane is effectively taken into the organic-inorganic hybrid film, so that the generation of silanol groups is suppressed and the exhaust gas phenomenon can be suppressed, resulting in high heat resistance. In addition, an interlayer insulating film with low hygroscopicity can be formed.
[0115]
According to the method for forming the second interlayer insulating film, the organic component of the organosilicon compound is effectively taken into the organic-inorganic hybrid film, the generation of silanol groups is suppressed, and the exhaust gas phenomenon can be suppressed. An interlayer insulating film with low hygroscopicity can be formed.
[0116]
According to the third method for forming an interlayer insulating film, the organic silicon compound contains a relatively large amount of organic groups, so that the relative dielectric constant is low and the Si—O bond contained in the organic alkoxysilane is relative. Therefore, an advantage that the adhesiveness is high and the mechanical strength is high can be obtained, so that an interlayer insulating film having a low relative dielectric constant and high adhesiveness and mechanical strength can be formed.
[0117]
In the first, second, or third interlayer insulating film formation method, when the organic / inorganic hybrid film is subjected to heat treatment, the volatile organic component remaining in the organic / inorganic hybrid film is volatilized. Since the porous structure and the density of the film are reduced, the relative dielectric constant of the interlayer insulating film is further reduced.
[0118]
In the first, second, or third interlayer insulating film forming method, when the plasma treatment is performed on the organic / inorganic hybrid film, the volatile organic component remaining in the organic / inorganic hybrid film is volatilized. As the film becomes more porous and lower in density, the relative dielectric constant of the interlayer insulating film is further reduced.
[0119]
The organoalkoxysilane in the first or third interlayer insulating film forming method has the general formula: R1Si (OR2)Three(However, R1Is an alkyl group, an allyl group or an aryl group, and R2Are the same or different and are an alkyl group, an allyl group or an aryl group. ), The content of the alkoxyl group in the organoalkoxysilane increases, and the formation of the siloxane skeleton is promoted, so that the thermal stability and mechanical strength of the interlayer insulating film are improved.
[0120]
The organoalkoxysilane in the first or third interlayer insulating film forming method has the general formula: R1 2Si (OR2)2(However, R1Are the same or different and are an alkyl group, an allyl group or an aryl group, and R2Are the same or different and are an alkyl group, an allyl group or an aryl group. ), Since the organic group content in the organic alkoxysilane is relatively high, the organic component content in the organic-inorganic hybrid film is increased, so that the relative dielectric constant of the interlayer insulating film is reduced.
[0121]
The organoalkoxysilane in the first or third interlayer insulating film forming method has the general formula: R1 ThreeSi (OR2(However, R1Are the same or different and are an alkyl group, an allyl group or an aryl group, and R2Is an alkyl group, an allyl group or an aryl group. ), The organic group content in the organic alkoxysilane is extremely high, and the organic component content in the organic-inorganic hybrid film is greatly increased, so that the relative dielectric constant of the interlayer insulating film is further reduced.
[0122]
The organoalkoxysilane in the first or third interlayer insulating film forming method is represented by the general formula: R1Si (OR2)Three(However, R1Is an alkyl group, an allyl group or an aryl group, and R2Are the same or different and are an alkyl group, an allyl group or an aryl group. A first organic alkoxysilane represented by the general formula: R1 2Si (OR2)2(However, R1Are the same or different and are an alkyl group, an allyl group or an aryl group, and R2Are the same or different and are an alkyl group, an allyl group or an aryl group. And a second organic alkoxysilane represented by the general formula: R1 ThreeSi (OR2(However, R1Are the same or different and are an alkyl group, an allyl group or an aryl group, and R2Is an alkyl group, an allyl group or an aryl group. Or a mixture of at least two of the third organoalkoxysilanes represented by the formula (1): advantages when plasma polymerizing the first organoalkoxysilane, advantages when plasma polymerizing the second organoalkoxysilane, or An interlayer insulating film in which the advantages of plasma polymerization of the third organoalkoxysilane are combined can be formed.
[0123]
When the organic silicon compound in the second interlayer insulating film forming method is hexamethyldisiloxane, hexaphenyldisiloxane, hexamethyldisilazane or hexaphenyldisilazane, the interlayer insulating film has high heat resistance and low hygroscopicity. Can be reliably formed.
[0124]
In the first, second or third interlayer insulating film formation method, when plasma polymerization is performed in a non-oxidizing atmosphere substantially free of an oxidant, the generation of silanol groups is further suppressed, so that heat resistance It is possible to form an interlayer insulating film having a higher thickness and lower hygroscopicity.
[0125]
In the first, second or third interlayer insulating film forming method, the organic-inorganic hybrid film formed by performing plasma polymerization at a temperature of 300 ° C. or lower is higher by 100 ° C. than the temperature of plasma polymerization. When heat treatment is performed at a temperature, the volatile organic component generated by plasma decomposition remains in the organic-inorganic hybrid film, and the remaining volatile organic component is volatilized by the subsequent heat treatment. Therefore, the relative dielectric constant of the interlayer insulating film is further lowered.
[0126]
In this case, if the heat treatment after the film formation is performed in a reducing atmosphere, volatilization of the organic components remaining in the organic-inorganic hybrid film can be promoted, and the organic-inorganic hybrid film can be made more porous. The relative dielectric constant of the insulating film can be further reduced.
[0127]
In the first, second, or third interlayer insulating film forming method, the organic-inorganic hybrid film formed by performing plasma polymerization at a temperature of 350 ° C. or lower is higher by 50 ° C. than the temperature of plasma polymerization. When heat treatment is performed at a temperature, volatile organic components generated by plasma decomposition remain in the organic-inorganic hybrid film, and the remaining volatile organic components are volatilized by the subsequent plasma treatment. As the quality and density decrease, the relative dielectric constant of the interlayer insulating film is further reduced.
[0128]
In this case, if the plasma treatment after the film formation is performed in a reducing atmosphere, volatilization of the organic component remaining in the organic-inorganic hybrid film can be promoted, and the organic-inorganic hybrid film can be further made porous. The relative dielectric constant of the interlayer insulating film can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views showing a multilayer wiring structure in which an interlayer insulating film formed by the method of the present invention is used.
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing a multilayer wiring structure in which an interlayer insulating film formed by the method of the present invention is used.
3A to 3C are cross-sectional views showing a multilayer wiring structure in which an interlayer insulating film formed by the method of the present invention is used.
4A and 4B are cross-sectional views showing a multilayer wiring structure in which an interlayer insulating film formed by the method of the present invention is used.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 1st layer metal wiring
3 Second layer metal wiring
4 First contact (contact)
5 Second contact
11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91 First insulating film
12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82, 92 Second insulating film
13, 23, 43, 53, 63, 73, 83, 93 Third insulating film
14, 24, 44, 64, 74, 94 Fourth insulating film
45, 65, 75 Fifth insulating film
46, 66, sixth insulating film
47, seventh insulating film
Claims (16)
前記層間絶縁膜を形成する工程は、前記有機無機ハリブリッド膜に対して熱処理を行なって前記層間絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする層間絶縁膜の形成方法。 A method of forming an interlayer insulating film comprising a step of plasma-polymerizing an organic silicon compound having a Si-O-Si bond or Si-N-Si bond to form an interlayer insulating film made of an organic-inorganic hybrid film,
Step, a method for forming an interlayer insulating film which comprises a step of forming the interlayer insulating film by performing heat treatment on the organic-inorganic Hariburiddo film for forming the interlayer insulating film.
前記層間絶縁膜を形成する工程は、前記有機無機ハリブリッド膜に対してプラズマ処理を行なって前記層間絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする層間絶縁膜の形成方法。 A method of forming an interlayer insulating film comprising a step of plasma-polymerizing an organic silicon compound having a Si-O-Si bond or Si-N-Si bond to form an interlayer insulating film made of an organic-inorganic hybrid film,
Step, a method for forming an interlayer insulating film which comprises a step of forming the interlayer insulating film by performing plasma treatment on the organic-inorganic Hariburiddo film for forming the interlayer insulating film.
前記有機アルコキシシランは、一般式:R1Si(OR2)3(但し、R1はアルキル基、アリル基又はアリール基であり、R2は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基である。)で表わされる第1の有機アルコキシシラン、一般式:R1 2Si(OR2)2(但し、R1は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基であり、R2は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基である。)で表わされる第2の有機アルコキシシラン、及び一般式:R1 3Si(OR2)(但し、R1は、同種又は異種であって、アルキル基、アリル基又はアリール基であり、R2はアルキル基、アリル基又はアリール基である。)で表わされる第3の有機アルコキシシランのうちの少なくとも2つの混合物であることを特徴とする層間絶縁膜の形成方法。An interlayer insulating film forming method for forming an interlayer insulating film composed of an organic-inorganic hybrid film by plasma polymerization of an alkoxy group and an organic alkoxysilane having an organic group bonded to silicon,
The organic alkoxysilane has a general formula: R 1 Si (OR 2 ) 3 (where R 1 is an alkyl group, an allyl group or an aryl group, and R 2 is the same or different, and is an alkyl group or an allyl group) Or an aryl group.) A first organic alkoxysilane represented by the general formula: R 1 2 Si (OR 2 ) 2 (wherein R 1 is the same or different and is an alkyl group, an allyl group or an aryl group) a group, R 2 are the same or different, an alkyl group, second organoalkoxysilane represented by an allyl group or an aryl group), and the general formula:. R 1 3 Si (oR 2) ( Wherein R 1 is the same or different and is an alkyl group, an allyl group or an aryl group, and R 2 is an alkyl group, an allyl group or an aryl group). A mixture of at least two of A method for forming an interlayer insulating film, wherein
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