JP3986674B2 - Semiconductor device, method for manufacturing the same, and 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、比誘電率及び密着性に優れた層間絶縁膜を有する半導体装置及びその製造方法、並びに比誘電率及び密着性に優れた層間絶縁膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路の高集積化の進展に伴い、金属配線同士の間の寄生容量である配線間容量の増加に起因する配線遅延時間の増大が半導体集積回路の高性能化の妨げとなっている。配線遅延時間は金属配線の抵抗と配線間容量との積に比例するいわゆるRC遅延といわれるものである。
【0003】
従って、配線遅延時間を低減するためには、金属配線の抵抗を小さくするか又は配線間容量を小さくすることが必要である。
【0004】
配線間容量を小さくする方法としては、金属配線同士の間に形成される層間絶縁膜の比誘電率を小さくすることが考えられ、層間絶縁膜として従来のシリコン酸化膜とは異なる材料を用いることが検討されている。
【0005】
0.25μmの最小加工寸法を有する半導体集積回路では、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜にフッ素が添加されてなるフッ素添加シリコン酸化膜が用いられつつある。フッ素添加シリコン酸化膜の比誘電率は、3.3〜3.9程度であって、従来のシリコン酸化膜の4.2〜4.5に比べて小さいので、配線間容量の低減ひいては配線遅延時間の低減に効果的であると報告されている。
【0006】
ところが、半導体集積回路の微細化がさらに進展することは明らかであり、最小加工寸法が0.13μm以下の半導体集積回路では、比誘電率が2.50以下の層間絶縁膜を用いることが、実用的な処理速度を実現するためには必須であると考えられている。
【0007】
そこで、比誘電率がフッ素添加シリコン酸化膜よりも一層小さい層間絶縁膜として、低誘電率SOG(スピンオングラス)膜、有機膜及び多孔質膜の検討が行われている。
【0008】
現在知られている層間絶縁膜を材料物性の観点から検討すると、有機膜は比誘電率が小さく、その中でもパーフルオロカーボンポリマーは比誘電率が最も小さい材料である。パーフルオロカーボンポリマーの比誘電率は最小のもので1.9程度である。
【0009】
しかしながら、パーフルオロカーボンポリマーは、炭素−炭素の骨格を有していると共に、骨格形成に関与する結合以外はすべてフッ素で終端されているため、非常に密着性が悪い。その理由は、パーフルオロカーボンポリマーにおいては、炭素−フッ素結合の分極が小さいため、炭素−フッ素結合は、化学反応性が低くて他の材料との相互作用が小さいので、他の材料との接着が起こりにくいためである。
【0010】
パーフルオロカーボンポリマー膜を形成する代表的な方法としては、プラズマCVD法が報告されており、プラズマCVD法により形成されたパーフルオロカーボンポリマー膜は一般的にアモルファスフルオロカーボン(a−CF)膜と呼ばれることが多い。
【0011】
ところが、a−CF膜は絶縁膜又は金属膜との密着性が非常に悪いため、a−CF膜と絶縁膜又は金属膜との間に密着層を形成することが不可欠となっており、密着層としては、シリコンリッチ酸化膜とダイアモンドライクカーボン(DLC)膜との積層構造が提案されている。シリコンリッチ酸化膜は下地酸化膜及び金属膜との密着性を有していると共にDLC膜との密着性も有しており、また、DLC膜はa−CF膜との密着性を有している。
【0012】
以下、従来の配線構造及びその形成方法について図7を参照しながら説明する。まず、半導体基板10の上に金属配線パターン11を形成した後、金属配線パターン11の上を含む半導体基板10の上に全面に亘って、第1の密着層として、30nmの膜厚の第1のシリコンリッチ酸化膜12及び30nmの膜厚の第1のDLC膜13を順次堆積する。
【0013】
次に、第1のDLC膜13の上に200nmの膜厚を有するa−CF膜14を金属配線パターン11同士の間に充填されるように堆積した後、a−CF膜14の上に全面に亘って、第2の密着層として、30nmの膜厚の第2のシリコンリッチ酸化膜15及び30nmの膜厚の第2のDLC膜16を順次堆積する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第1及び第2のシリコンリッチ酸化膜12、15の比誘電率は3.9以上であり、第1及び第2のDLC膜13、16の比誘電率は2.8以上であって、これらの比誘電率はa−CF膜14の比誘電率に比べてかなり高い。このため、金属配線パターン11同士の間に、比誘電率の高い第1のシリコンリッチ酸化膜12及び第1のDLC膜13からなる第1の密着層が介在するので、金属配線パターン11同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率が増大してしまうという問題がある。例えば、金属配線パターン11同士の間隔が250nmのときに、金属配線パターン11同士の間に、30nmの膜厚の第1のシリコンリッチ酸化膜12と30nmの膜厚の第1のDLC膜13とからなる第1の密着層が介在する場合には、金属配線パターン11同士の間に120nmの膜厚の比誘電率の高い密着層が介在することになるので、金属配線パターン11同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率の増大は大きな問題になる。
【0015】
また、反応系が大きく異なる、第1及び第2のシリコンリッチ酸化膜12、15、第1及び第2のDLC膜13、16並びにa−CF膜14をCVD装置の同一の処理室内で形成する場合には、処理室内の雰囲気が激変してしまうので、成膜のプロセスが安定しない。このため、第1及び第2のシリコンリッチ酸化膜12、15、第1及び第2のDLC膜13、16並びにa−CF膜14の各膜質が変化するので、密着性が安定しないという問題がある。
【0016】
また、第1及び第2のシリコンリッチ酸化膜12、15、第1及び第2のDLC膜13、16並びにa−CF膜14を同一の処理室内で形成する場合には、有機物と酸化物との混合物が処理室の内壁に堆積し、堆積した混合物がシリコンリッチ酸化膜を堆積する際に用いられる酸素によって処理室の内壁から剥がされるので、パーティクルが発生するという問題がある。
【0017】
また、酸化膜と有機膜という性質が大きく異なる膜を薄い膜厚で積層する必要があるので、プロセスの制御が困難であるという問題がある。
【0018】
本発明は、前記の問題点を一挙に解決し、金属配線同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率を低減すると共に、金属配線と有機絶縁膜との密着性を向上させることを第1の目的とし、処理室内に発生するパーティクルを低減すると共にプロセスの制御を容易にすることを第2の目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
前記の第1の目的を達成するため、本発明に係る第1の半導体装置は、半導体基板上に形成された金属配線パターンと、金属配線パターンの上を含む半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層と、第1の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜と、有機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層と、第1の密着層の上に形成された無機化合物からなる無機絶縁膜とを備えている。
【0020】
前記の第1の目的を達成するため、本発明に係る第2の半導体装置は、半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層と、第1の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜と、有機絶縁膜に形成された配線溝と、配線溝の側壁に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層と、配線溝の内部における第1の密着層及び第2の密着層で囲まれた部分に埋め込まれた金属配線とを備えている。
【0021】
前記の第1の目的を達成するため、本発明に係る第3の半導体装置は、半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層と、第1の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜と、第1の密着層及び有機絶縁膜に形成され、互いに連通している接続孔及び配線溝と、接続孔及び配線溝の側壁に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層と、接続孔及び配線溝の内部における第2の密着層で囲まれた部分に埋め込まれた金属膜からなるコンタクト及び金属配線とを備えている。
【0022】
前記の第1の目的を達成するため、本発明に係る第4の半導体装置は、半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層と、第1の密着層の上に形成された無機化合物からなる第1の無機絶縁膜と、第1の無機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層と、第2の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第1の有機絶縁膜と、第1の有機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第3の密着層と、第3の密着層の上に形成された無機化合物からなる第2の無機絶縁膜と、第2の無機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第4の密着層と、第4の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第2の有機絶縁膜と、第2の有機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第5の密着層と、第5の密着層の上に形成された無機化合物からなる第3の無機絶縁膜と、第1の密着層、第1の無機絶縁膜、第2の密着層、第1の有機絶縁膜、第3の密着層、第2の無機絶縁膜、第4の密着層、第2の有機絶縁膜、第5の密着層及び第3の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜に形成され、互いに連通している接続孔及び配線溝と、接続孔及び配線溝の側壁に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第6の密着層と、接続孔及び配線溝の内部における第6の密着層で囲まれた部分に埋め込まれた金属膜からなるコンタクト及び金属配線とを備えている。
【0023】
第1〜第4の半導体装置によると、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる密着層の比誘電率は2.5以下であって、従来のシリコンリッチ酸化膜の比誘電率(3.9以上)又はDLC膜の比誘電率(2.8以上)に比べて小さい。
【0024】
フッ素−炭素結合を含有する有機化合物と有機シラン誘導体とは、任意の混合比で、酸化剤非存在下においてプラズマにより共重合してシロキサン含有フッ素化有機膜(有機・無機複合膜)となる。このシロキサン含有フッ素化有機膜においては、有機シラン誘導体のアルコキシ基からシロキサンが形成され、形成されたシロキサンの酸素と金属配線パターン(又は接続孔に埋め込まれたコンタクト又は配線溝に埋め込まれた金属配線)の金属とが強固に結合するため、密着層と金属配線パターン(又はコンタクト又は金属配線)との密着性が高くなる。また、形成されたシロキサンの酸素は無機絶縁膜の無機化合物とも強固に結合するため、密着層と無機絶縁膜との密着性も高くなる。
【0025】
密着層を構成する有機シラン誘導体の有機基と有機絶縁膜を構成するフッ素−炭素結合を含有する有機化合物の有機基とが共重合反応して、有機シラン誘導体の有機基が有機化合物の炭素骨格に共有結合するため、密着層と有機絶縁膜との密着性も高くなる。
【0026】
前記の第1及び第2の目的を達成するため、本発明に係る第1の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に金属配線パターンを形成する工程と、金属配線パターンの上を含む半導体基板上に、プラズマCVD法により、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層を形成する工程と、第1の密着層の上に、プラズマCVD法により、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜を形成する工程と、有機絶縁膜の上に、プラズマCVD法により、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層を形成する工程と、第1の密着層の上に無機化合物からなる無機絶縁膜を形成する工程とを備えている。
【0027】
第1の半導体装置の製造方法において、第1の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機化合物と、有機絶縁膜を構成するフッ素化有機膜の原料なる有機化合物と、第2の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機化合物とは、同種類の有機化合物であることが好ましい。
【0028】
第1の半導体装置の製造方法において、第1の密着層及び第2の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機シラン誘導体は、R1 nSi(OR24-n(但し、nは1〜3の整数であり、R1 はアルキル基又はアリール基であり、R2 はアルキル基又はアリール基である。)の一般式で表される有機シラン誘導体であることが好ましい。
【0029】
前記の第1及び第2の目的を達成するため、本発明に係る第2の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層を形成する工程と、第1の密着層の上に無機化合物からなる第1の無機絶縁膜を形成する工程と、第1の無機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層を形成する工程と、第2の密着層の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第1の有機絶縁膜を形成する工程と、第1の有機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第3の密着層を形成する工程と、第3の密着層の上に無機化合物からなる第2の無機絶縁膜を形成する工程と、第2の無機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第4の密着層を形成する工程と、第4の密着層の上にフッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第2の有機絶縁膜を形成する工程と、第2の有機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第5の密着層を形成する工程と、第5の密着層の上に無機化合物からなる第3の無機絶縁膜を形成する工程と、第1の密着層、第1の無機絶縁膜、第2の密着層、第1の有機絶縁膜、第3の密着層、第2の無機絶縁膜、第4の密着層、第2の有機絶縁膜、第5の密着層及び第3の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜に、互いに連通する接続孔及び配線溝を形成する工程と、接続孔及び配線溝の側壁に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第6の密着層を形成する工程と、接続孔及び配線溝の内部における第6の密着層で囲まれた部分に金属膜を埋め込んで、該金属膜からなるコンタクト及び金属配線を形成する工程と備えている。
【0030】
第1及び第2の半導体装置の製造方法によると、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物と有機シラン誘導体とを主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる密着層の比誘電率は2.5以下であって、従来のシリコンリッチ酸化膜の比誘電率(3.9以上)又はDLC膜の比誘電率(2.8以上)に比べて小さい。
【0031】
フッ素−炭素結合を含有する有機化合物と有機シラン誘導体とは、任意の混合比で、酸化剤非存在下においてプラズマにより共重合してシロキサン含有フッ素化有機膜(有機・無機複合膜)となる。このシロキサン含有フッ素化有機膜においては、有機シラン誘導体のアルコキシ基からシロキサンが形成され、形成されたシロキサンの酸素と金属配線パターン(又は接続孔に埋め込まれたコンタクト又は配線溝に埋め込まれた金属配線)の金属とが強固に結合するため、密着層と金属配線パターン(又はコンタクト又は金属配線)との密着性が高くなる。また、形成されたシロキサンの酸素は無機絶縁膜の無機化合物とも強固に結合するため、密着層と無機絶縁膜との密着性も高くなる。
【0032】
密着層を構成する有機シラン誘導体の有機基と有機絶縁膜を構成するフッ素−炭素結合を含有する有機化合物の有機基とが共重合反応して、有機シラン誘導体の有機基が有機化合物の炭素骨格に共有結合するため、密着層と有機絶縁膜との密着性も高くなる。
【0033】
また、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜を形成する工程は、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる密着層を形成する工程同士の間に行なわれると共に、有機絶縁膜の形成工程と密着層の形成工程とは同一の反応系プロセスであるため、有機絶縁膜の形成工程とその前後の密着層の形成工程とを連続して行なうことができると共に、反応系のプロセスの制御が容易である上に、処理室の雰囲気を一定に保つことができる。
【0034】
本発明に係る第1の層間絶縁膜の形成方法は、半導体基板上に順次堆積された、第1の密着層、有機絶縁膜及び第2の密着層からなる層間絶縁膜の形成方法を対象とし、半導体基板が保持されている処理室内に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を含む第1の原料ガス及び有機シラン誘導体を含む第2の原料ガスを導入した後、第1の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、第2の原料ガスの導入量を減少させながら、第1の原料ガス及び第2の原料ガスからなるプラズマにより、半導体基板上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層を形成する工程と、処理室内に第1の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入する一方、第2の原料ガスの導入を停止して、第1の原料ガスからなるプラズマにより、第1の密着層の上にフッ素−炭素結合を含有する有機化合物からなる有機絶縁膜を形成する工程と、処理室内に、第1の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入すると共に、第2の原料ガスを再び導入し且つ第2の原料ガスの導入量を増加させながら、第1の原料ガス及び第2の原料ガスからなるプラズマにより、有機絶縁膜の上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層を形成する工程とを備えている。
【0035】
第1の層間絶縁膜の形成方法によると、処理室内に導入した第1の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、第2の原料ガスの導入量を減少させながら、半導体基板上に第1の密着層を形成した後、処理室内に導入している第1の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、第2の原料ガスの導入を停止して、第1の密着層の上に有機絶縁膜を形成し、その後、処理室内に導入している第1の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、再び導入した第2の原料ガスの導入量を増加させながら、有機絶縁膜の上に第2の密着層を形成するため、つまり、第1の原料ガスの導入量をほぼ一定に保った状態で、第2の原料ガスの導入量を減少、停止及び増加することにより、第1の密着層、有機絶縁膜及び第2の密着層を連続的に形成することができる。
【0036】
本発明に係る第2の層間絶縁膜の形成方法は、半導体基板上に順次堆積された、第1の密着層、有機絶縁膜及び第2の密着層からなる層間絶縁膜の形成方法を対象とし、半導体基板が保持されている処理室内に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を含む第1の原料ガス及び有機シラン誘導体を含む第2の原料ガスを、それぞれの導入量をほぼ一定に保ちながら導入しながら、第1の原料ガス及び第2の原料ガスからなるプラズマにより、半導体基板上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層を形成する工程と、処理室内に第1の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入する一方、第2の原料ガスの導入を停止して、第1の原料ガスからなるプラズマにより、第1の密着層の上にフッ素−炭素結合を含有する有機化合物からなる有機絶縁膜を形成する工程と、処理室内に、第1の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入すると共に、第2の原料ガスを再び導入し且つ第2の原料ガスの導入量をほぼ一定に保ちながら、第1の原料ガス及び第2の原料ガスからなるプラズマにより、有機絶縁膜の上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層を形成する工程とを備えている。
【0037】
第2の層間絶縁膜の形成方法によると、処理室内に、第1の原料ガス及び第2の原料ガスをそれぞれの導入量をほぼ一定に保ちながら、第1の密着層を形成した後、処理室内に導入している第1の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、第2の原料ガスの導入を停止して、第1の密着層の上に有機絶縁膜を形成し、その後、処理室内に導入している第1の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つと共に第2の原料ガスを再び導入し且つ第2の原料ガスの導入量をほぼ一定に保ちながら、有機絶縁膜の上に第2の密着層を形成するため、つまり、第1の原料ガスの導入量をほぼ一定に保った状態で、第2の原料ガスの導入、停止及び導入を行なうことにより、第1の密着層、有機絶縁膜及び第2の密着層を連続的に形成することができる。
【0038】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図1(a)〜(c)及び図2(a)〜(c)を参照しながら説明する。
【0039】
まず、図1(a)に示すように、半導体基板100の上に、例えば高さが800nmで配線スペースが250nmの金属配線パターン101を形成した後、金属配線パターン101の上を含む半導体基板100の上に全面に亘って、例えば20nmの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層102を堆積する。シロキサン含有フッ素化有機膜の堆積方法としては、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第1の原料ガス、例えばC48/CH4/ビニルトリメトキシシラン(vinyltrimethoxysilane)の混合ガスを用いるプラズマCVD法が挙げられ、堆積条件としては、例えばRFパワーは200W、プロセス圧力は200mmTorr、堆積時間は4秒間である。
【0040】
次に、図1(b)に示すように、第1の密着層102の上に全面に亘って、例えば200nmの膜厚を有するフッ素化アモルファスカーボン膜からなる有機絶縁膜103を金属配線パターン101同士の間のスペース部が完全に充填されるように堆積する。フッ素化アモルファスカーボン膜の堆積方法としては、フッ素−炭素結合を有する有機化合物を主原料とする第2の原料ガス、例えばC48/CH4 の混合ガスを用いるプラズマCVD法が挙げられ、堆積条件としては、例えばRFパワーは200W、プロセス圧力は200mmTorr、堆積時間は60秒間である。
【0041】
次に、図1(c)に示すように、有機絶縁膜103の上に全面に亘って、例えば20nmの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層104を堆積する。シロキサン含有フッ素化有機膜の堆積方法としては、第1の密着層102の場合と同様、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第1の原料ガス、例えばC48/CH4 /ビニルトリメトキシシランの混合ガスを用いるプラズマCVD法が挙げられ、堆積条件としては、例えばRFパワーは200W、プロセス圧力は200mmTorr、堆積時間は4秒間である。
【0042】
次に、図2(a)に示すように、第2の密着層104の上に全面に亘って例えば50nmの膜厚を有するシリコン酸化膜からなる無機絶縁膜105を堆積した後、該無機絶縁膜105の表面を例えばCMP法により平坦化する。シリコン酸化膜の堆積方法としてはSiH4 とN2O との混合ガスを用いるプラズマCVD法が挙げられる。
【0043】
次に、図2(b)に示すように、第1の密着層102、有機絶縁膜103、第2の密着層104及び無機絶縁膜105に対して選択的にエッチングを行なって接続孔106を形成した後、該接続孔106に例えばタングステンからなる金属膜を埋め込んで金属プラグ107を形成する。尚、無機絶縁膜105としてのシリコン酸化膜105は、接続孔106をドライエッチングにより形成する際のエッチングストッパーとなる。
【0044】
第1の実施形態によると、シロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1及び第2の密着層102、104の比誘電率は非常に低くて2.5以下であった。
【0045】
また、シロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1及び第2の密着層102、104とフッ素化アモルファスカーボン膜からなる有機絶縁膜103との密着性は極めて優れており、フッ素化アモルファスカーボンからなる有機膜103の剥離は認められなかった。
【0046】
以下、第1の密着層102、有機絶縁膜103及び第2の密着層104を連続的に堆積する際の第1のプロセスシーケンスについて説明する。
【0047】
第1のプロセスシーケンスは、堆積条件を例えばRFパワーは200W、プロセス圧力は200mmTorrに保った状態で、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第1の原料ガスの導入量を一定に保った状態で、フッ素−炭素結合を有する有機化合物を主原料とする第2の原料ガスの導入量をパルス的に変化させる方法である。
【0048】
第1のプロセスシーケンスについて、図3(a)を参照しながら具体的に説明する。まず、プラズマCVD処理室にC48ガス、CH4 ガス及びビニルトリメトキシシランガスを導入した直後にプラズマ発生用の高周波電力を印加すると共に、C48ガス、CH4 ガス及びビニルトリメトキシシランガスを各導入量を一定にして4秒間導入することにより、第1の密着層102を堆積する。次に、ビニルトリメトキシシランガスの導入を停止する一方、C48ガス及びCH4 ガスを各導入量を一定にして60秒間導入することにより、有機絶縁膜103を堆積する。次に、C48ガス及びCH4 ガスの各導入量を一定に保ったまま、ビニルトリメトキシシランガスを再び一定量4秒間導入することにより、第2の密着層104を堆積する。プラズマ発生用の高周波電力の印加方法としては、図3(a)においてNo.1で示すように、ビニルトリメトキシシランガスの導入及び停止の各直前及び各直後に僅かな時間だけ停止してもよいし、図3(a)においてNo.2で示すように、ビニルトリメトキシシランガスの導入及び停止とは無関係に継続しておき、C48ガス、CH4 ガス及びビニルトリメトキシシランガスの導入停止の直前に停止してもよい。
【0049】
第1のプロセスシーケンスによると、第1の密着層102及び第2の密着層104の堆積工程においては、ビニルトリメトキシシランガスを一定量づつ導入するため、第1及び第2の密着層102、104におけるシロキサンの含有率は密着層の膜厚方向でほぼ一定となる。
【0050】
また、第1のプロセスシーケンスによると、C48ガス、CH4 ガス及びビニルトリメトキシシランガスの導入量を経時的に変化させることなく、バルブの開閉という単純な操作でビニルトリメトキシシランガスの導入及び停止を行なうことができるため、第1及び第2の密着層102、104の膜厚を薄くすることが容易である。このため、金属配線パターン101同士の間の実効的な比誘電率を小さくできるので、容量の増加を抑制することができる。
【0051】
もっとも、第1のプロセスシーケンスは、第1又は第2の密着層102、104と有機絶縁膜103との界面において組成が急峻に変化するため、密着性が若干低下するという短所を有している。
【0052】
以下、第1の密着層102、有機絶縁膜103及び第2の密着層104を連続的に堆積する際の第2のプロセスシーケンスについて説明する。
【0053】
第2のプロセスシーケンスは、堆積条件を例えばRFパワーは200W、プロセス圧力は200mmTorrに保った状態で、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第1の原料ガスの導入量を一定に保つ一方、フッ素−炭素結合を有する有機化合物を主原料とする第2の原料ガスの導入量を連続的に変化させる方法である。
【0054】
第2のプロセスシーケンスについて、図3(b)を参照しながら具体的に説明する。まず、プラズマCVD処理室にC48ガス、CH4 ガス及びビニルトリメトキシシランガスを導入した直後に、プラズマ発生用の高周波電力を印加すると共に、C48ガス及びCH4 ガスの導入量を一定に保つ一方、ビニルトリメトキシシランガスの導入量を連続的に減少させていき、ビニルトリメトキシシランガスの導入を導入開始から4秒後に停止することにより、第1の密着層102を堆積する。次に、ビニルトリメトキシシランガスの導入を停止したまま、C48ガス及びCH4 ガスを各導入量を一体にして60秒間導入することにより、有機絶縁膜103を堆積する。次に、C48ガス及びCH4 ガスの各導入量を一定に保ったまま、ビニルトリメトキシシランガスを再び導入すると共にその導入量を連続的に増加させる状態を4秒間継続することにより、第2の密着層104を堆積する。プラズマ発生用の高周波電力の印加方法としては、図3(b)に示すように、C48ガス、CH4 ガス及びビニルトリメトキシシランガスの導入直後に開始すると共に、C48ガス、CH4 ガス及びビニルトリメトキシシランガスの導入停止直前に終了する。
【0055】
第2のプロセスシーケンスによると、ビニルトリメトキシシランガスの導入量を経時的に変化させる必要があるため、第1及び第2の密着層102、104の堆積時間の短縮がやや困難になる。このため、第1のプロセスシーケンスに比べて、第1及び第2の密着層102、104の膜厚が厚くなるので、金属配線パターン101同士の間の実効的な比誘電率が若干大きくなるが、第1及び第2の密着層102、104と有機絶縁膜103との組成変化が連続的であるため、密着性は非常に高くなる。
【0056】
尚、第1の実施形態においては、第1の密着層102を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の主原料となる有機化合物、有機絶縁膜103を構成するフッ素化アモルファスカーボン膜の主原料となる有機化合物、及び第2の密着層104を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の主原料となる有機化合物としては、C48を用いたが、これに代えて、C1018等のように、一般式:Cxy(xは1〜15の整数、yは4〜32の整数)で表わされるフッ素−炭素結合を有する有機化合物を広く用いることができる。
【0057】
また、第1の実施形態においては、有機絶縁膜103を構成するフッ素化アモルファスカーボン膜の主原料となる有機シラン誘導体としては、ビニルトリメトキシシランを用いたが、これに代えて、R1 nSi(OR24-n(但し、nは1〜3の整数であり、R1 はアルキル基又はアリール基であり、R2 はアルキル基又はアリール基である。)の一般式で表される有機シラン誘導体を広く用いることができる。
【0058】
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る配線構造及びその形成方法について、図4(a)、(b)、図5(a)、(b)及び図6(a)、(b)を参照しながら説明する。
【0059】
まず、図4(a)に示すように、半導体基板200の上に形成されたフッ素化アモルファスカーボン膜からなり、配線溝201aを有する第1の有機絶縁膜201の上に全面に亘って例えば20nmの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層202を堆積した後、配線溝201aの内部に金属膜を埋め込んで金属配線203を形成し、その後、全面に亘って例えば50nmの膜厚を有するシリコン酸化膜からなる第1の無機絶縁膜204を堆積する。
【0060】
次に、図4(b)に示すように、第1の無機絶縁膜204の上に、例えば20nmの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層205、例えば800nmの膜厚を有するフッ素化アモルファスカーボン膜からなる第2の有機絶縁膜206、例えば20nmの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第3の密着層207、例えば50nmの膜厚を有するシリコン酸化膜からなる第2の無機絶縁膜208、例えば20nmの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第4の密着層209、例えば300nmの膜厚を有するフッ素化アモルファスカーボン膜からなる第3の有機絶縁膜210、例えば20nmの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第5の密着層211、及び例えば50nmの膜厚を有するシリコン酸化膜からなる第3の無機絶縁膜212を順次堆積する。
【0061】
次に、図5(a)に示すように、第1の無機絶縁膜204、第2の密着層205、第2の有機絶縁膜206、第3の密着層207及び第2の無機絶縁膜208に接続孔213を形成すると共に、第4の密着層209、第3の有機絶縁膜210、第5の密着層211及び第3の無機絶縁膜212に配線溝214を形成した後、接続孔213及び配線溝214の内部を含む全面に亘って、例えば20nmの膜厚を有するシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第6の密着層215を等方的に堆積する。
【0062】
次に、図5(b)に示すように、第6の密着層215に対してエッチバックを行なって、第6の密着層215における接続孔213及び配線溝214の底部に位置する部分を除去すると共に、第2及び第3の有機絶縁膜206、210における接続孔213及び配線溝214に露出している各側面(接続孔213及び配線溝214の各側壁)に第6の密着層215からなるサイドウォール216を形成する。
【0063】
次に、図6(a)に示すように、接続孔213及び配線溝214の内部を含む第3の無機絶縁膜212の上に全面に亘って、例えば5nmの膜厚を有する窒化チタン膜からなるバリア層217を堆積する。
【0064】
次に、図6(b)に示すように、接続孔213及び配線溝214の内部を含むバリア層217の上に全面に亘って例えば銅からなる金属膜218を堆積した後、金属膜218における第3の無機絶縁膜212の上に露出している部分を例えばCMP法により除去して、金属膜218からなるデュアルダマシン構造を形成する。
【0065】
第1、第2、第3、第4、第5及び第6の密着層202、205、207、209、211、215となるシロキサン含有フッ素化有機膜の堆積方法としては、第1の実施形態と同様、フッ素−炭素結合を有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とする第1の原料ガス、例えばC48/CH4/ビニルトリメトキシシランの混合ガスを用いるプラズマCVD法が挙げられ、堆積条件としては、例えばRFパワーは200W、プロセス圧力は200mmTorr、堆積時間は4秒である。
【0066】
第1、第2及び第3の有機絶縁膜201、206、210となるフッ素化アモルファスカーボン膜の堆積方法としては、フッ素−炭素結合を有する有機化合物を主原料とする第2の原料ガス、例えばC48/CH4 の混合ガスを用いるプラズマCVD法が挙げられ、堆積条件としては、例えばRFパワーは200W、プロセス圧力は200mmTorrである。
【0067】
第2の実施形態によると、第2の有機絶縁膜206及び第3の有機絶縁膜210における接続孔213及び配線溝214に露出している側面に第6の密着層215からなるサイドウォール216を形成した後、窒化チタン膜からなるバリア層217を堆積したので、第2及び第3の有機絶縁膜206、210とバリア層217との密着性が向上する。
【0068】
【発明の効果】
第1〜第4の半導体装置によると、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる密着層の比誘電率は、従来のシリコンリッチ酸化膜とDLC膜との積層膜からなる密着層の比誘電率に比べて小さい。
【0069】
密着層と金属配線パターン(又はコンタクト又は金属配線)との密着性、密着層と無機絶縁膜との密着性、及び密着層と有機絶縁膜との密着性はいずれも高いので、金属配線パターン(又はコンタクト又は金属配線)、無機絶縁膜及び有機絶縁膜の相互間の密着性の向上を単層の密着層により実現することができる。
【0070】
従って、第1〜第4の半導体装置によると、金属配線同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率を低減できると共に、金属配線と有機絶縁膜との間の密着性を向上させることができる。
【0071】
第1及び第2の半導体装置の製造方法によると、密着層の比誘電率を従来のシリコンリッチ酸化膜とDLC膜との積層膜に比べて小さくできると共に、金属配線パターン(又はコンタクト又は金属配線)、無機絶縁膜及び有機絶縁膜の相互間の密着性の向上を単層で且つ1種類の密着層により実現することができる。
【0072】
また、有機絶縁膜の形成工程とその前後の密着層の形成工程とを連続的に行なうことができると共に、反応系のプロセスの制御が容易である上に、処理室の雰囲気を一定に保つことができる。
【0073】
従って、第1及び第2の半導体装置の製造方法によると、金属配線同士の間の絶縁膜の実効的な比誘電率の低減及び金属配線と有機絶縁膜との間の密着性の向上を、処理室内にパーティクルを発生させることなく且つプロセスの制御性を容易に実現することができる。
【0074】
第1の半導体装置の製造方法において、第1の密着層の原料となる有機化合物、有機絶縁膜の原料なる有機化合物及び第2の密着層の原料となる有機化合物が同種類の有機化合物であると、プロセスの制御性が一層向上する。
【0075】
第1の半導体装置の製造方法において、第1の密着層及び第2の密着層の原料が、R1 nSi(OR24-n(但し、nは1〜3の整数であり、R1 はアルキル基又はアリール基であり、R2 はアルキル基又はアリール基である。)の一般式で表される有機シラン誘導体であると、密着層の比誘電率を確実に小さくできると共に密着性を確実に向上することができる。
【0076】
第1の層間絶縁膜の形成方法によると、第1の原料ガスの導入量をほぼ一定に保った状態で、第2の原料ガスの導入量を減少、停止及び増加することにより、第1の密着層、有機絶縁膜及び第2の密着層を連続的に形成できるため、第1の密着層、有機絶縁膜及び第2の密着層の組成が連続的に変化するので、密着性が非常に高くなる。
【0077】
第2の層間絶縁膜の形成方法によると、第1の原料ガスの導入量をほぼ一定に保った状態で、第2の原料ガスの導入、停止及び導入を行なうことにより、第1の密着層、有機絶縁膜及び第2の密着層を連続的に形成できるため、第1及び第2の密着層の膜厚を薄くできるので、層間絶縁膜の実効的な比誘電率を極めて小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図2】(a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図3】(a)、(b)は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法における原料ガスの導入方法のシーケンスを示す図である。
【図4】(a)、(b)は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図5】(a)、(b)は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図6】(a)、(b)は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び層間絶縁膜の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図7】従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
100 半導体基板
101 金属配線パターン
102 第1の密着層
103 有機絶縁膜
104 第2の密着層
105 無機絶縁膜
106 接続孔
107 金属プラグ
200 半導体基板
201 第1の有機絶縁膜
201a 配線溝
202 第1の密着層
203 金属配線
204 第1の無機絶縁膜
205 第2の密着層
206 第2の有機絶縁膜
207 第3の密着層
208 第2の無機絶縁膜
209 第4の密着層
210 第3の有機絶縁膜
211 第5の密着層
212 第3の無機絶縁膜
213 接続孔
214 配線溝
215 第6の密着層
216 サイドウォール
217 バリア層
218 金属膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device having an interlayer insulating film excellent in relative dielectric constant and adhesiveness, a manufacturing method thereof, and a method of forming an interlayer insulating film excellent in relative dielectric constant and adhesiveness.
[0002]
[Prior art]
With the progress of higher integration of semiconductor integrated circuits, an increase in wiring delay time due to an increase in inter-wire capacitance, which is a parasitic capacitance between metal wirings, has hindered performance enhancement of semiconductor integrated circuits. The wiring delay time is a so-called RC delay that is proportional to the product of the resistance of the metal wiring and the capacitance between the wirings.
[0003]
Therefore, in order to reduce the wiring delay time, it is necessary to reduce the resistance of the metal wiring or to reduce the capacitance between the wirings.
[0004]
As a method of reducing the capacitance between wirings, it is conceivable to reduce the relative dielectric constant of an interlayer insulating film formed between metal wirings, and a material different from that of a conventional silicon oxide film is used as an interlayer insulating film. Is being considered.
[0005]
In a semiconductor integrated circuit having a minimum processing dimension of 0.25 μm, a fluorine-added silicon oxide film obtained by adding fluorine to a silicon oxide film is being used as an interlayer insulating film. The relative dielectric constant of the fluorine-added silicon oxide film is about 3.3 to 3.9, which is smaller than 4.2 to 4.5 of the conventional silicon oxide film. It has been reported to be effective in reducing time.
[0006]
However, it is clear that further miniaturization of semiconductor integrated circuits will progress further. For semiconductor integrated circuits having a minimum processing dimension of 0.13 μm or less, it is practical to use an interlayer insulating film having a relative dielectric constant of 2.50 or less. It is considered indispensable to realize a typical processing speed.
[0007]
Therefore, studies have been made on a low dielectric constant SOG (spin-on-glass) film, an organic film, and a porous film as an interlayer insulating film having a relative dielectric constant smaller than that of a fluorine-added silicon oxide film.
[0008]
Examining the currently known interlayer insulating film from the viewpoint of material properties, the organic film has a small relative dielectric constant, and perfluorocarbon polymer is the material having the smallest relative dielectric constant. Perfluorocarbon polymer has a minimum dielectric constant of about 1.9.
[0009]
However, since the perfluorocarbon polymer has a carbon-carbon skeleton and is terminated with fluorine except for the bonds involved in the skeleton formation, the perfluorocarbon polymer has very poor adhesion. The reason for this is that, in the perfluorocarbon polymer, since the polarization of the carbon-fluorine bond is small, the carbon-fluorine bond has low chemical reactivity and has little interaction with other materials. This is because it is difficult to occur.
[0010]
As a typical method for forming a perfluorocarbon polymer film, a plasma CVD method has been reported, and the perfluorocarbon polymer film formed by the plasma CVD method is generally called an amorphous fluorocarbon (a-CF) film. Many.
[0011]
However, since the a-CF film has very poor adhesion to the insulating film or metal film, it is indispensable to form an adhesion layer between the a-CF film and the insulating film or metal film. As a layer, a laminated structure of a silicon rich oxide film and a diamond like carbon (DLC) film has been proposed. The silicon-rich oxide film has adhesion with the base oxide film and the metal film and also has adhesion with the DLC film, and the DLC film has adhesion with the a-CF film. Yes.
[0012]
Hereinafter, a conventional wiring structure and a method for forming the same will be described with reference to FIG. First, after the metal wiring pattern 11 is formed on the semiconductor substrate 10, the first adhesion layer having a thickness of 30 nm is formed as a first adhesion layer over the entire surface of the semiconductor substrate 10 including the metal wiring pattern 11. The silicon-rich oxide film 12 and the first DLC film 13 having a thickness of 30 nm are sequentially deposited.
[0013]
Next, an a-CF film 14 having a thickness of 200 nm is deposited on the first DLC film 13 so as to be filled between the metal wiring patterns 11, and then the entire surface is formed on the a-CF film 14. Then, as the second adhesion layer, a second silicon-rich oxide film 15 having a thickness of 30 nm and a second DLC film 16 having a thickness of 30 nm are sequentially deposited.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the relative permittivity of the first and second silicon-rich oxide films 12 and 15 is 3.9 or more, and the relative permittivity of the first and second DLC films 13 and 16 is 2.8 or more. These dielectric constants are considerably higher than those of the a-CF film 14. For this reason, since the 1st adhesion layer which consists of the 1st silicon rich oxide film 12 and the 1st DLC film 13 with a high relative dielectric constant intervenes between metal wiring patterns 11, between metal wiring patterns 11 There is a problem that the effective relative dielectric constant of the insulating film increases. For example, when the interval between the metal wiring patterns 11 is 250 nm, the first silicon-rich oxide film 12 having a thickness of 30 nm and the first DLC film 13 having a thickness of 30 nm are interposed between the metal wiring patterns 11. When the first adhesion layer made of is interposed, an adhesion layer having a high relative dielectric constant of 120 nm thickness is interposed between the metal wiring patterns 11, and therefore, between the metal wiring patterns 11. An increase in the effective relative dielectric constant of the insulating film becomes a big problem.
[0015]
Further, the first and second silicon-rich oxide films 12 and 15, the first and second DLC films 13 and 16, and the a-CF film 14 having greatly different reaction systems are formed in the same processing chamber of the CVD apparatus. In this case, since the atmosphere in the processing chamber changes drastically, the film forming process is not stable. For this reason, each film quality of the first and second silicon-rich oxide films 12 and 15, the first and second DLC films 13 and 16, and the a-CF film 14 changes, so that the adhesion is not stable. is there.
[0016]
When the first and second silicon-rich oxide films 12 and 15, the first and second DLC films 13 and 16, and the a-CF film 14 are formed in the same processing chamber, This mixture is deposited on the inner wall of the processing chamber, and the deposited mixture is peeled off from the inner wall of the processing chamber by oxygen used when depositing the silicon-rich oxide film, so that there is a problem that particles are generated.
[0017]
In addition, there is a problem that it is difficult to control the process because films having greatly different properties such as an oxide film and an organic film need to be stacked with a thin film thickness.
[0018]
The present invention solves the above problems all at once, reduces the effective relative dielectric constant of the insulating film between the metal wirings, and improves the adhesion between the metal wiring and the organic insulating film. A first object is to reduce particles generated in the processing chamber and to facilitate process control.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, a first semiconductor device according to the present invention is formed on a semiconductor substrate including a metal wiring pattern formed on the semiconductor substrate and the metal wiring pattern. A first adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a carbon bond and an organic silane derivative, and an organic containing a fluorine-carbon bond formed on the first adhesion layer An organic insulating film composed of a fluorinated organic film containing a compound as a main material, and a siloxane-containing fluorinated organic film formed on the organic insulating film and containing as a main material an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative And an inorganic insulating film made of an inorganic compound formed on the first adhesion layer.
[0020]
In order to achieve the first object, a second semiconductor device according to the present invention is a siloxane-containing fluorine which is formed on a semiconductor substrate and mainly comprises an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative. A first adhesion layer made of a fluorinated organic film, an organic insulating film formed on the first adhesion layer and made of an organic compound containing a fluorine-carbon bond as a main material, and an organic insulation A wiring groove formed in the film, a second adhesion layer formed on a sidewall of the wiring groove, and comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative; And a metal wiring embedded in a portion surrounded by the first adhesion layer and the second adhesion layer inside the wiring groove.
[0021]
In order to achieve the first object, a third semiconductor device according to the present invention is a siloxane-containing fluorine which is formed on a semiconductor substrate and mainly contains an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative. A first adhesion layer made of a fluorinated organic film, an organic insulating film formed on the first adhesion layer and made of an organic compound containing a fluorine-carbon bond as a main material, and a first The main raw material is an organic compound and an organic silane derivative containing a fluorine-carbon bond, formed in a contact hole and a wiring groove which are formed in the adhesion layer and the organic insulating film, and are formed on the side walls of the connection hole and the wiring groove. A second adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film, and a contact and metal wiring made of a metal film embedded in a portion surrounded by the second adhesion layer inside the connection hole and the wiring groove. Eteiru.
[0022]
In order to achieve the first object, a fourth semiconductor device according to the present invention is a siloxane-containing fluorine which is formed on a semiconductor substrate and mainly comprises an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative. A first adhesion layer made of a fluorinated organic film; a first inorganic insulation film made of an inorganic compound formed on the first adhesion layer; and a fluorine-carbon film formed on the first inorganic insulation film. A second adhesion layer comprising a siloxane-containing fluorinated organic film comprising a bond-containing organic compound and an organic silane derivative as a main raw material, and an organic compound containing a fluorine-carbon bond formed on the second adhesion layer A first organic insulating film made of a fluorinated organic film mainly composed of silane, and a siloxane formed on the first organic insulating film and mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative Contains A third adhesion layer made of a fluorinated organic film; a second inorganic insulation film made of an inorganic compound formed on the third adhesion layer; and a second inorganic insulation film formed on the second inorganic insulation film, A fourth adhesion layer composed of a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a carbon bond and an organic silane derivative, and a fluorine-carbon bond formed on the fourth adhesion layer; A second organic insulating film made of a fluorinated organic film containing an organic compound as a main raw material; an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative formed on the second organic insulating film as a main raw material; A fifth adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film, a third inorganic insulating film made of an inorganic compound formed on the fifth adhesion layer, a first adhesion layer, and a first inorganic insulation Film, second adhesion layer, first organic insulating film, third Connection formed in an interlayer insulating film composed of an adhesion layer, a second inorganic insulating film, a fourth adhesion layer, a second organic insulating film, a fifth adhesion layer, and a third inorganic insulating film, and communicating with each other A sixth adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film mainly formed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative, formed on the sidewalls of the hole and the wiring groove, and the connection hole and the wiring groove; A contact and a metal wiring made of a metal film embedded in a portion surrounded by a sixth adhesion layer inside the connection hole and the wiring groove are provided.
[0023]
According to the first to fourth semiconductor devices, the relative dielectric constant of the adhesion layer made of the siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative was 2.5 or less. Therefore, it is smaller than the relative dielectric constant (3.9 or higher) of the conventional silicon-rich oxide film or the relative dielectric constant (2.8 or higher) of the DLC film.
[0024]
An organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative are copolymerized by plasma in an arbitrary mixing ratio and in the absence of an oxidizing agent to form a siloxane-containing fluorinated organic film (organic / inorganic composite film). In this siloxane-containing fluorinated organic film, siloxane is formed from the alkoxy group of the organosilane derivative, and the formed siloxane oxygen and metal wiring pattern (or contact embedded in the connection hole or metal wiring embedded in the wiring trench) ) Are strongly bonded to each other, and the adhesion between the adhesion layer and the metal wiring pattern (or contact or metal wiring) is increased. Further, since the oxygen of the formed siloxane is strongly bonded to the inorganic compound of the inorganic insulating film, the adhesion between the adhesive layer and the inorganic insulating film is also improved.
[0025]
The organic group of the organic silane derivative composing the adhesion layer and the organic group of the organic compound containing a fluorine-carbon bond composing the organic insulating film undergo a copolymerization reaction, and the organic group of the organic silane derivative becomes the carbon skeleton of the organic compound. Since it is covalently bonded, the adhesion between the adhesion layer and the organic insulating film is increased.
[0026]
In order to achieve the first and second objects, a first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a metal wiring pattern on a semiconductor substrate, and a semiconductor substrate including the metal wiring pattern. A step of forming a first adhesion layer comprising a siloxane-containing fluorinated organic film comprising, as a main raw material, an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative by a plasma CVD method; A step of forming an organic insulating film made of a fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond by plasma CVD, and on the organic insulating film by plasma CVD, A step of forming a second adhesion layer comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative, and the first adhesion layer And a step of forming an inorganic insulating film made of an inorganic compound above.
[0027]
In the first method for manufacturing a semiconductor device, an organic compound as a raw material for the siloxane-containing fluorinated organic film constituting the first adhesion layer, an organic compound as a raw material for the fluorinated organic film constituting the organic insulating film, It is preferable that the organic compound which is a raw material of the siloxane-containing fluorinated organic film constituting the two adhesion layers is the same kind of organic compound.
[0028]
In the first method for manufacturing a semiconductor device, the organosilane derivative used as a raw material for the siloxane-containing fluorinated organic film constituting the first adhesion layer and the second adhesion layer is R1 nSi (OR2)4-n(However, n is an integer of 1 to 3, and R1Is an alkyl group or an aryl group, R2Is an alkyl group or an aryl group. It is preferable that it is an organosilane derivative represented by the general formula.
[0029]
In order to achieve the first and second objects described above, a second method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative as a main raw material on a semiconductor substrate. Forming a first adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film, forming a first inorganic insulation film made of an inorganic compound on the first adhesion layer, and a first inorganic insulation film A step of forming a second adhesion layer composed of a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative, and on the second adhesion layer, A step of forming a first organic insulating film made of a fluorinated organic film mainly containing an organic compound containing a fluorine-carbon bond, and an organic containing a fluorine-carbon bond on the first organic insulating film Compounds and organosilane derivatives Forming a third adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of a body, forming a second inorganic insulating film made of an inorganic compound on the third adhesion layer, Forming a fourth adhesion layer comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative on the inorganic insulating film, and a fourth adhesion Forming a second organic insulating film made of a fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond on the layer, and a fluorine-carbon bond on the second organic insulating film Forming a fifth adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film mainly containing an organic compound containing silane and an organic silane derivative, and a third inorganic insulation made of an inorganic compound on the fifth adhesion layer Forming a film and 1st adhesion layer, 1st inorganic insulating film, 2nd adhesion layer, 1st organic insulation film, 3rd adhesion layer, 2nd inorganic insulation film, 4th adhesion layer, 2nd organic insulation Forming a connection hole and a wiring groove communicating with each other in an interlayer insulating film composed of the film, the fifth adhesion layer, and the third inorganic insulating film, and containing a fluorine-carbon bond on the side wall of the connection hole and the wiring groove Forming a sixth adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound and an organic silane derivative, and a portion surrounded by the sixth adhesion layer inside the connection hole and the wiring groove A step of embedding a metal film to form a contact and metal wiring made of the metal film.
[0030]
According to the first and second methods for manufacturing a semiconductor device, the relative dielectric constant of the adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative is 2. 5 or less, which is smaller than the relative dielectric constant (3.9 or more) of the conventional silicon-rich oxide film or the relative dielectric constant (2.8 or more) of the DLC film.
[0031]
An organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative are copolymerized by plasma in an arbitrary mixing ratio and in the absence of an oxidizing agent to form a siloxane-containing fluorinated organic film (organic / inorganic composite film). In this siloxane-containing fluorinated organic film, siloxane is formed from the alkoxy group of the organosilane derivative, and the formed siloxane oxygen and metal wiring pattern (or contact embedded in the connection hole or metal wiring embedded in the wiring trench) ) Are strongly bonded to each other, and the adhesion between the adhesion layer and the metal wiring pattern (or contact or metal wiring) is increased. Further, since the oxygen of the formed siloxane is strongly bonded to the inorganic compound of the inorganic insulating film, the adhesion between the adhesive layer and the inorganic insulating film is also improved.
[0032]
The organic group of the organic silane derivative composing the adhesion layer and the organic group of the organic compound containing a fluorine-carbon bond composing the organic insulating film undergo a copolymerization reaction, and the organic group of the organic silane derivative becomes the carbon skeleton of the organic compound. Since it is covalently bonded, the adhesion between the adhesion layer and the organic insulating film is increased.
[0033]
In addition, the step of forming an organic insulating film composed of a fluorinated organic film mainly containing an organic compound containing a fluorine-carbon bond is a siloxane mainly containing an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative. The organic insulating film forming step is performed between the steps of forming the adhesive layer made of the fluorinated organic film, and the organic insulating film forming step and the adhesive layer forming step are the same reaction process. And the process of forming the adhesion layer before and after that can be performed continuously, the process of the reaction system can be easily controlled, and the atmosphere in the processing chamber can be kept constant.
[0034]
The method for forming a first interlayer insulating film according to the present invention is directed to a method for forming an interlayer insulating film comprising a first adhesion layer, an organic insulating film, and a second adhesion layer sequentially deposited on a semiconductor substrate. After introducing the first source gas containing an organic compound containing a fluorine-carbon bond and the second source gas containing an organosilane derivative into the processing chamber in which the semiconductor substrate is held, While the introduction amount is kept substantially constant, the siloxane-containing fluorinated organic film is formed on the semiconductor substrate by the plasma comprising the first source gas and the second source gas while reducing the introduction amount of the second source gas. The step of forming the first adhesion layer and the first raw material gas are introduced into the processing chamber while maintaining the introduction amount thereof substantially constant, while the introduction of the second raw material gas is stopped and the first raw material gas is introduced. The plasma comprising A step of forming an organic insulating film made of an organic compound containing a fluorine-carbon bond on the adhesion layer; a first source gas is introduced into the processing chamber while keeping the introduction amount substantially constant; The siloxane-containing fluorinated organic film is formed on the organic insulating film by plasma composed of the first source gas and the second source gas while introducing the source gas again and increasing the introduction amount of the second source gas. Forming a second adhesion layer.
[0035]
According to the method for forming the first interlayer insulating film, the introduction amount of the first source gas introduced into the processing chamber is kept substantially constant, while the introduction amount of the second source gas is reduced, and the first source gas is introduced onto the semiconductor substrate. After forming the first adhesion layer, the introduction amount of the first source gas introduced into the processing chamber is kept substantially constant, while the introduction of the second source gas is stopped to An organic insulating film is then formed, and then the amount of the first source gas introduced into the processing chamber is kept substantially constant, while the amount of the second source gas introduced again is increased while the organic insulating film is increased. In order to form the second adhesion layer on the film, that is, with the introduction amount of the first source gas kept substantially constant, the introduction amount of the second source gas is reduced, stopped, and increased. The first adhesion layer, the organic insulating film and the second adhesion layer can be continuously formed. .
[0036]
The second interlayer insulating film forming method according to the present invention is directed to an interlayer insulating film forming method comprising a first adhesion layer, an organic insulating film, and a second adhesion layer, which are sequentially deposited on a semiconductor substrate. The first source gas containing an organic compound containing a fluorine-carbon bond and the second source gas containing an organosilane derivative are kept substantially constant in the processing chamber in which the semiconductor substrate is held. And introducing a first adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film on the semiconductor substrate with plasma made of the first source gas and the second source gas, and a first in the processing chamber. While introducing the source gas while keeping the introduction amount substantially constant, the introduction of the second source gas is stopped, and the fluorine-carbon bond is formed on the first adhesion layer by the plasma made of the first source gas. Containing A step of forming an organic insulating film made of a compound, and a first source gas is introduced into the processing chamber while maintaining the introduction amount thereof substantially constant, and the second source gas is introduced again and the second source gas is introduced. Forming a second adhesion layer composed of a siloxane-containing fluorinated organic film on the organic insulating film by plasma composed of the first source gas and the second source gas while keeping the introduction amount of the gas substantially constant; It has.
[0037]
According to the method for forming the second interlayer insulating film, after forming the first adhesive layer in the processing chamber while maintaining the introduction amounts of the first source gas and the second source gas substantially constant, While maintaining the introduction amount of the first source gas introduced into the room substantially constant, the introduction of the second source gas is stopped to form an organic insulating film on the first adhesion layer, and then While maintaining the introduction amount of the first source gas introduced into the processing chamber substantially constant, introducing the second source gas again and keeping the introduction amount of the second source gas substantially constant, the organic insulating film In order to form the second adhesion layer thereon, that is, by introducing, stopping and introducing the second source gas while maintaining the introduction amount of the first source gas substantially constant, The adhesion layer, the organic insulating film, and the second adhesion layer can be formed continuously.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) to (c) and FIGS. 2 (a) to (c).
[0039]
First, as shown in FIG. 1A, after a metal wiring pattern 101 having a height of, for example, 800 nm and a wiring space of 250 nm is formed on a semiconductor substrate 100, the semiconductor substrate 100 including the metal wiring pattern 101 is included. A first adhesion layer 102 made of a siloxane-containing fluorinated organic film having a thickness of 20 nm, for example, is deposited on the entire surface. As a method for depositing a siloxane-containing fluorinated organic film, a first raw material gas mainly composed of an organic compound having a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative, for example, CFourF8/ CHFour/ Plasma CVD method using a mixed gas of vinyltrimethoxysilane (vinyltrimethoxysilane) can be mentioned. As deposition conditions, for example, RF power is 200 W, process pressure is 200 mmTorr, and deposition time is 4 seconds.
[0040]
Next, as shown in FIG. 1B, an organic insulating film 103 made of a fluorinated amorphous carbon film having a film thickness of, for example, 200 nm is formed on the first adhesion layer 102 over the entire surface. It deposits so that the space part between them may be filled completely. As a method for depositing a fluorinated amorphous carbon film, a second source gas containing an organic compound having a fluorine-carbon bond as a main source, for example, CFourF8/ CHFourAs a deposition condition, for example, the RF power is 200 W, the process pressure is 200 mmTorr, and the deposition time is 60 seconds.
[0041]
Next, as shown in FIG. 1C, a second adhesion layer 104 made of a siloxane-containing fluorinated organic film having a thickness of, for example, 20 nm is deposited on the entire surface of the organic insulating film 103. As a method for depositing the siloxane-containing fluorinated organic film, as in the case of the first adhesion layer 102, a first source gas containing an organic compound having a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative as a main source, for example, CFourF8/ CHFourA plasma CVD method using a mixed gas of / vinyltrimethoxysilane may be mentioned. As deposition conditions, for example, RF power is 200 W, process pressure is 200 mmTorr, and deposition time is 4 seconds.
[0042]
Next, as shown in FIG. 2A, after depositing an inorganic insulating film 105 made of a silicon oxide film having a film thickness of, for example, 50 nm over the entire surface of the second adhesion layer 104, the inorganic insulating film is deposited. The surface of the film 105 is planarized by, eg, CMP. As a method of depositing a silicon oxide film, SiHFourAnd N2A plasma CVD method using a mixed gas of O 2 may be mentioned.
[0043]
Next, as illustrated in FIG. 2B, the first adhesion layer 102, the organic insulating film 103, the second adhesion layer 104, and the inorganic insulating film 105 are selectively etched to form the connection hole 106. After the formation, a metal plug 107 is formed by filling the connection hole 106 with a metal film made of, for example, tungsten. The silicon oxide film 105 as the inorganic insulating film 105 serves as an etching stopper when the connection hole 106 is formed by dry etching.
[0044]
According to the first embodiment, the relative dielectric constant of the first and second adhesion layers 102 and 104 made of the siloxane-containing fluorinated organic film was very low and 2.5 or less.
[0045]
Further, the adhesion between the first and second adhesion layers 102 and 104 made of a siloxane-containing fluorinated organic film and the organic insulating film 103 made of a fluorinated amorphous carbon film is extremely excellent. No peeling of the film 103 was observed.
[0046]
Hereinafter, a first process sequence when the first adhesion layer 102, the organic insulating film 103, and the second adhesion layer 104 are successively deposited will be described.
[0047]
The first process sequence is the introduction of a first source gas mainly containing an organic compound having a fluorine-carbon bond and an organosilane derivative while keeping the deposition conditions such as RF power at 200 W and process pressure at 200 mm Torr. This is a method of changing the introduction amount of the second source gas using an organic compound having a fluorine-carbon bond as a main source in a pulsed manner while keeping the amount constant.
[0048]
The first process sequence will be specifically described with reference to FIG. First, C in the plasma CVD processing chamberFourF8Gas, CHFourImmediately after introducing the gas and vinyltrimethoxysilane gas, a high frequency power for plasma generation is applied, and CFourF8Gas, CHFourThe first adhesion layer 102 is deposited by introducing a gas and vinyltrimethoxysilane gas at a constant introduction amount for 4 seconds. Next, while stopping the introduction of vinyltrimethoxysilane gas, CFourF8Gas and CHFourThe organic insulating film 103 is deposited by introducing the gas at a constant introduction amount for 60 seconds. Next, CFourF8Gas and CHFourThe second adhesion layer 104 is deposited by introducing the vinyltrimethoxysilane gas again for a predetermined amount of 4 seconds while keeping the respective introduction amounts of the gas constant. As a method of applying high-frequency power for generating plasma, No. 1 in FIG. 1 may be stopped for a short time immediately before and immediately after the introduction and stop of the vinyltrimethoxysilane gas. As shown in Fig. 2, it is continued regardless of the introduction and stop of vinyltrimethoxysilane gas, and CFourF8Gas, CHFourYou may stop just before the introduction stop of gas and vinyltrimethoxysilane gas.
[0049]
According to the first process sequence, in the step of depositing the first adhesion layer 102 and the second adhesion layer 104, since the vinyltrimethoxysilane gas is introduced in a certain amount, the first and second adhesion layers 102, 104 are used. The content of siloxane in is substantially constant in the film thickness direction of the adhesion layer.
[0050]
Also, according to the first process sequence, CFourF8Gas, CHFourSince the introduction and stop of the vinyltrimethoxysilane gas can be performed by a simple operation of opening and closing the valve without changing the introduction amount of the gas and the vinyltrimethoxysilane gas with time, the first and second adhesion layers 102 104 can be easily reduced. For this reason, since the effective relative dielectric constant between the metal wiring patterns 101 can be reduced, an increase in capacitance can be suppressed.
[0051]
However, the first process sequence has a disadvantage that the adhesiveness is slightly lowered because the composition changes sharply at the interface between the first or second adhesion layers 102 and 104 and the organic insulating film 103. .
[0052]
Hereinafter, a second process sequence when the first adhesion layer 102, the organic insulating film 103, and the second adhesion layer 104 are successively deposited will be described.
[0053]
The second process sequence is the introduction of a first source gas mainly containing an organic compound having a fluorine-carbon bond and an organosilane derivative while keeping the deposition conditions, for example, RF power at 200 W and process pressure at 200 mm Torr. In this method, the amount of the second raw material gas introduced using an organic compound having a fluorine-carbon bond as a main raw material is continuously changed while the amount is kept constant.
[0054]
The second process sequence will be specifically described with reference to FIG. First, C in the plasma CVD processing chamberFourF8Gas, CHFourImmediately after the gas and vinyltrimethoxysilane gas are introduced, a high frequency power for plasma generation is applied, and CFourF8Gas and CHFourWhile maintaining the gas introduction amount constant, the introduction amount of the vinyltrimethoxysilane gas is continuously decreased, and the introduction of the vinyltrimethoxysilane gas is stopped after 4 seconds from the start of the introduction, whereby the first adhesion layer 102. To deposit. Next, while stopping the introduction of vinyltrimethoxysilane gas, CFourF8Gas and CHFourThe organic insulating film 103 is deposited by introducing the gas into the respective introduction amounts for 60 seconds. Next, CFourF8Gas and CHFourThe second adhesion layer 104 is deposited by continuously introducing the vinyltrimethoxysilane gas again and continuously increasing the amount of introduction for 4 seconds while keeping the amount of introduction of each gas constant. As a method of applying high frequency power for generating plasma, as shown in FIG.FourF8Gas, CHFourStarting immediately after the introduction of the gas and vinyltrimethoxysilane gas,FourF8Gas, CHFourThe process is terminated immediately before the introduction of the gas and vinyltrimethoxysilane gas is stopped.
[0055]
According to the second process sequence, it is necessary to change the introduction amount of the vinyltrimethoxysilane gas with time, so it is somewhat difficult to shorten the deposition time of the first and second adhesion layers 102 and 104. For this reason, since the film thickness of the first and second adhesion layers 102 and 104 is thicker than that in the first process sequence, the effective relative dielectric constant between the metal wiring patterns 101 is slightly increased. Since the composition change between the first and second adhesion layers 102 and 104 and the organic insulating film 103 is continuous, the adhesion is very high.
[0056]
In the first embodiment, an organic compound as a main raw material for the siloxane-containing fluorinated organic film constituting the first adhesion layer 102 and a main raw material for the fluorinated amorphous carbon film constituting the organic insulating film 103 are used. As an organic compound and an organic compound which is a main raw material of the siloxane-containing fluorinated organic film constituting the second adhesion layer 104, CFourF8Instead of this, instead of CTenF18The general formula: CxFyAn organic compound having a fluorine-carbon bond represented by (x is an integer of 1 to 15 and y is an integer of 4 to 32) can be widely used.
[0057]
In the first embodiment, vinyltrimethoxysilane is used as the organic silane derivative that is the main raw material of the fluorinated amorphous carbon film constituting the organic insulating film 103.1 nSi (OR2)4-n(However, n is an integer of 1 to 3, and R1Is an alkyl group or an aryl group, R2Is an alkyl group or an aryl group. ) Can be widely used.
[0058]
(Second Embodiment)
4A, 4B, 5A, 5B, 6A, and 6B are described below with respect to a wiring structure and a method for forming the same according to the second embodiment of the present invention. The description will be given with reference.
[0059]
First, as shown in FIG. 4A, the entire surface of the first organic insulating film 201 made of a fluorinated amorphous carbon film formed on the semiconductor substrate 200 and having the wiring trench 201a is 20 nm, for example. After depositing a first adhesion layer 202 made of a siloxane-containing fluorinated organic film having a thickness of 5 nm, a metal film 203 is formed by embedding a metal film inside the wiring groove 201a, and then, for example, 50 nm over the entire surface. A first inorganic insulating film 204 made of a silicon oxide film having a thickness of 1 is deposited.
[0060]
Next, as shown in FIG. 4B, a second adhesion layer 205 made of a siloxane-containing fluorinated organic film having a thickness of 20 nm, for example, a film of 800 nm, for example, is formed on the first inorganic insulating film 204. Second organic insulating film 206 made of a fluorinated amorphous carbon film having a thickness, for example, a third adhesion layer 207 made of a siloxane-containing fluorinated organic film having a thickness of 20 nm, for example, a silicon oxide film having a thickness of 50 nm A second inorganic insulating film 208 made of, for example, a fourth adhesion layer 209 made of a siloxane-containing fluorinated organic film having a thickness of 20 nm, for example, a third organic film made of a fluorinated amorphous carbon film having a thickness of 300 nm. Insulating film 210, for example, a fifth adhesion layer 211 made of a siloxane-containing fluorinated organic film having a thickness of 20 nm, and, for example, 5 Sequentially depositing a third inorganic insulating film 212 made of a silicon oxide film having a thickness of nm.
[0061]
Next, as shown in FIG. 5A, the first inorganic insulating film 204, the second adhesion layer 205, the second organic insulation film 206, the third adhesion layer 207, and the second inorganic insulation film 208. In addition to forming the connection hole 213, and forming the wiring groove 214 in the fourth adhesion layer 209, the third organic insulating film 210, the fifth adhesion layer 211, and the third inorganic insulating film 212, the connection hole 213 is formed. A sixth adhesion layer 215 made of a siloxane-containing fluorinated organic film having a thickness of 20 nm, for example, isotropically deposited over the entire surface including the inside of the wiring trench 214.
[0062]
Next, as shown in FIG. 5B, the sixth adhesion layer 215 is etched back to remove portions of the sixth adhesion layer 215 located at the bottoms of the connection holes 213 and the wiring grooves 214. In addition, from the sixth adhesion layer 215 to each side surface (each side wall of the connection hole 213 and the wiring groove 214) exposed in the connection hole 213 and the wiring groove 214 in the second and third organic insulating films 206 and 210. A side wall 216 is formed.
[0063]
Next, as shown in FIG. 6A, a titanium nitride film having a film thickness of, for example, 5 nm is formed over the entire surface of the third inorganic insulating film 212 including the insides of the connection holes 213 and the wiring grooves 214. A barrier layer 217 is deposited.
[0064]
Next, as shown in FIG. 6B, after depositing a metal film 218 made of, for example, copper over the entire surface of the barrier layer 217 including the insides of the connection holes 213 and the wiring grooves 214, A portion exposed on the third inorganic insulating film 212 is removed by, for example, a CMP method to form a dual damascene structure made of the metal film 218.
[0065]
As a method for depositing the siloxane-containing fluorinated organic film to be the first, second, third, fourth, fifth, and sixth adhesion layers 202, 205, 207, 209, 211, and 215, the first embodiment is used. In the same manner as in Example 1, a first raw material gas mainly containing an organic compound having a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative, such as CFourF8/ CHFourA plasma CVD method using a mixed gas of / vinyltrimethoxysilane can be mentioned. As deposition conditions, for example, RF power is 200 W, process pressure is 200 mmTorr, and deposition time is 4 seconds.
[0066]
As a method of depositing the fluorinated amorphous carbon film to be the first, second and third organic insulating films 201, 206, 210, a second source gas containing an organic compound having a fluorine-carbon bond as a main source, for example, CFourF8/ CHFourAs a deposition condition, for example, the RF power is 200 W, and the process pressure is 200 mmTorr.
[0067]
According to the second embodiment, the side wall 216 including the sixth adhesion layer 215 is formed on the side surface exposed to the connection hole 213 and the wiring groove 214 in the second organic insulating film 206 and the third organic insulating film 210. After the formation, the barrier layer 217 made of a titanium nitride film is deposited, so that the adhesion between the second and third organic insulating films 206 and 210 and the barrier layer 217 is improved.
[0068]
【The invention's effect】
According to the first to fourth semiconductor devices, the dielectric constant of the adhesion layer composed of a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative is the same as that of a conventional silicon-rich oxide. It is smaller than the relative dielectric constant of the adhesion layer composed of the laminated film of the film and the DLC film.
[0069]
Since the adhesion between the adhesion layer and the metal wiring pattern (or contact or metal wiring), the adhesion between the adhesion layer and the inorganic insulating film, and the adhesion between the adhesion layer and the organic insulating film are all high, the metal wiring pattern ( Alternatively, the adhesion between the inorganic insulating film and the organic insulating film can be improved by a single adhesive layer.
[0070]
Therefore, according to the first to fourth semiconductor devices, the effective relative dielectric constant of the insulating film between the metal wirings can be reduced, and the adhesion between the metal wiring and the organic insulating film can be improved. it can.
[0071]
According to the first and second semiconductor device manufacturing methods, the relative dielectric constant of the adhesion layer can be reduced as compared with the conventional laminated film of the silicon-rich oxide film and the DLC film, and the metal wiring pattern (or contact or metal wiring). ), An improvement in adhesion between the inorganic insulating film and the organic insulating film can be realized by a single layer and a single type of adhesion layer.
[0072]
In addition, the process of forming the organic insulating film and the process of forming the adhesion layer before and after that can be performed continuously, the process of the reaction system is easily controlled, and the atmosphere in the processing chamber is kept constant. Can do.
[0073]
Therefore, according to the first and second semiconductor device manufacturing methods, the effective relative dielectric constant of the insulating film between the metal wirings can be reduced and the adhesion between the metal wiring and the organic insulating film can be improved. The process controllability can be easily realized without generating particles in the processing chamber.
[0074]
In the first method for manufacturing a semiconductor device, the organic compound that is a raw material of the first adhesion layer, the organic compound that is a raw material of the organic insulating film, and the organic compound that is a raw material of the second adhesion layer are the same kind of organic compound. And process controllability is further improved.
[0075]
In the first method for manufacturing a semiconductor device, the raw material for the first adhesion layer and the second adhesion layer is R1 nSi (OR2)4-n(However, n is an integer of 1 to 3, and R1Is an alkyl group or an aryl group, R2Is an alkyl group or an aryl group. ), The relative dielectric constant of the adhesion layer can be reliably reduced and the adhesion can be improved with certainty.
[0076]
According to the first interlayer insulating film forming method, the first source gas introduction amount is decreased, stopped, and increased while the first source gas introduction amount is kept substantially constant. Since the adhesion layer, the organic insulating film, and the second adhesion layer can be continuously formed, the composition of the first adhesion layer, the organic insulating film, and the second adhesion layer is continuously changed. Get higher.
[0077]
According to the method for forming the second interlayer insulating film, the first adhesion layer is formed by introducing, stopping, and introducing the second source gas while keeping the introduction amount of the first source gas substantially constant. Since the organic insulating film and the second adhesion layer can be formed continuously, the thickness of the first and second adhesion layers can be reduced, so that the effective relative dielectric constant of the interlayer insulation film can be made extremely small. it can.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views showing respective steps of a semiconductor device manufacturing method and an interlayer insulating film forming method according to a first embodiment of the present invention;
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views showing respective steps of a semiconductor device manufacturing method and an interlayer insulating film forming method according to the first embodiment of the present invention;
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a sequence of a source gas introduction method in the method for manufacturing a semiconductor device and the method for forming an interlayer insulating film according to the first embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views showing respective steps of a semiconductor device manufacturing method and an interlayer insulating film forming method according to a second embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views showing respective steps of a semiconductor device manufacturing method and an interlayer insulating film forming method according to a second embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views showing respective steps of a semiconductor device manufacturing method and an interlayer insulating film forming method according to a second embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
100 Semiconductor substrate
101 Metal wiring pattern
102 1st adhesion layer
103 Organic insulation film
104 Second adhesion layer
105 Inorganic insulating film
106 Connection hole
107 Metal plug
200 Semiconductor substrate
201 first organic insulating film
201a Wiring groove
202 First adhesion layer
203 metal wiring
204 First inorganic insulating film
205 Second adhesion layer
206 Second organic insulating film
207 Third adhesion layer
208 Second inorganic insulating film
209 Fourth adhesion layer
210 Third organic insulating film
211 Fifth adhesion layer
212 Third inorganic insulating film
213 Connection hole
214 Wiring groove
215 Sixth adhesion layer
216 sidewall
217 Barrier layer
218 Metal film

Claims (8)

半導体基板上に形成された金属配線パターンと、
前記金属配線パターンの上を含む前記半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層と、
前記第1の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜と、
前記有機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層と、
前記第2の密着層の上に形成された無機化合物からなる無機絶縁膜とを備えていることを特徴とする半導体装置。
A metal wiring pattern formed on a semiconductor substrate;
A first adhesion layer comprising a siloxane-containing fluorinated organic film formed on the semiconductor substrate including the metal wiring pattern and made mainly of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative;
An organic insulating film formed on the first adhesion layer and made of a fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond;
A second adhesion layer formed on the organic insulating film and comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative;
A semiconductor device comprising: an inorganic insulating film made of an inorganic compound formed on the second adhesion layer.
半導体基板上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層と、
前記第1の密着層の上に形成された無機化合物からなる第1の無機絶縁膜と、
前記第1の無機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層と、
前記第2の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第1の有機絶縁膜と、
前記第1の有機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第3の密着層と、
前記第3の密着層の上に形成された無機化合物からなる第2の無機絶縁膜と、
前記第2の無機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第4の密着層と、
前記第4の密着層の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第2の有機絶縁膜と、
前記第2の有機絶縁膜の上に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第5の密着層と、
前記第5の密着層の上に形成された無機化合物からなる第3の無機絶縁膜と、
前記第1の無機絶縁膜、前記第2の密着層、前記第1の有機絶縁膜、前記第3の密着層、前記第2の無機絶縁膜、前記第4の密着層、前記第2の有機絶縁膜、前記第5の密着層及び前記第3の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜に互いに連通して形成され、前記層間絶縁膜のうち少なくとも前記第1の有機絶縁膜に形成された接続孔及び前記層間絶縁膜のうち少なくとも前記第2の有機絶縁膜に形成された配線溝と、
前記接続孔及び配線溝の側壁に形成され、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第6の密着層からなるサイドウォールと、
前記接続孔及び配線溝の内部における前記サイドウォールで囲まれた部分に埋め込まれた金属膜からなるコンタクト及び金属配線とを備えていることを特徴とする半導体装置。
A first adhesion layer formed on a semiconductor substrate and comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative;
A first inorganic insulating film made of an inorganic compound formed on the first adhesion layer;
A second adhesion layer formed on the first inorganic insulating film and comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative;
A first organic insulating film formed on the second adhesion layer and made of a fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond;
A third adhesion layer formed on the first organic insulating film and comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative;
A second inorganic insulating film made of an inorganic compound formed on the third adhesion layer;
A fourth adhesion layer formed on the second inorganic insulating film and comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative;
A second organic insulating film formed on the fourth adhesion layer and made of a fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond;
A fifth adhesion layer formed on the second organic insulating film and comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative;
A third inorganic insulating film made of an inorganic compound formed on the fifth adhesion layer;
The first inorganic insulating film, the second adhesive layer, the first organic insulating film, the third adhesive layer, the second inorganic insulating film, the fourth adhesive layer, and the second organic A connection hole formed in communication with an interlayer insulating film composed of an insulating film, the fifth adhesion layer, and the third inorganic insulating film, and formed in at least the first organic insulating film of the interlayer insulating film And a wiring groove formed in at least the second organic insulating film of the interlayer insulating film,
A sidewall formed of a sixth adhesion layer formed of a siloxane-containing fluorinated organic film mainly formed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative, formed on the side wall of the connection hole and the wiring groove;
A semiconductor device comprising a contact and a metal wiring made of a metal film embedded in a portion surrounded by the sidewall in the connection hole and the wiring groove.
半導体基板上に金属配線パターンを形成する工程と、
前記金属配線パターンの上を含む前記半導体基板上に、プラズマCVD法により、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層を形成する工程と、
前記第1の密着層の上に、プラズマCVD法により、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる有機絶縁膜を形成する工程と、
前記有機絶縁膜の上に、プラズマCVD法により、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層を形成する工程と、
前記第2の密着層の上に無機化合物からなる無機絶縁膜を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a metal wiring pattern on a semiconductor substrate;
A first adhesion layer comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative by plasma CVD on the semiconductor substrate including the metal wiring pattern. Forming a step;
Forming an organic insulating film made of a fluorinated organic film mainly containing an organic compound containing a fluorine-carbon bond on the first adhesion layer by a plasma CVD method;
Forming a second adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative on the organic insulating film by a plasma CVD method;
And a step of forming an inorganic insulating film made of an inorganic compound on the second adhesion layer.
前記第1の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機化合物と、前記有機絶縁膜を構成するフッ素化有機膜の原料なる有機化合物と、前記第2の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機化合物とは、同種類の有機化合物であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。  An organic compound that is a raw material for the siloxane-containing fluorinated organic film that constitutes the first adhesion layer, an organic compound that is a raw material for the fluorinated organic film that constitutes the organic insulating film, and the second adhesion layer 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the organic compound that is a raw material of the siloxane-containing fluorinated organic film is the same kind of organic compound. 前記第1の密着層及び第2の密着層を構成するシロキサン含有フッ素化有機膜の原料となる有機シラン誘導体は、R Si(OR4−n(但し、nは1〜3の整数であり、Rはアルキル基又はアリール基であり、Rはアルキル基又はアリール基である。)の一般式で表される有機シラン誘導体であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。The organosilane derivative used as a raw material for the siloxane-containing fluorinated organic film constituting the first adhesion layer and the second adhesion layer is R 1 n Si (OR 2 ) 4-n (where n is 1 to 3). It is an integer, R 1 is an alkyl group or an aryl group, and R 2 is an alkyl group or an aryl group.) A method for manufacturing a semiconductor device. 半導体基板上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第1の密着層を形成する工程と、
前記第1の密着層の上に無機化合物からなる第1の無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の無機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第2の密着層を形成する工程と、
前記第2の密着層の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第1の有機絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の有機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第3の密着層を形成する工程と、
前記第3の密着層の上に無機化合物からなる第2の無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の無機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第4の密着層を形成する工程と、
前記第4の密着層の上にフッ素−炭素結合を含有する有機化合物を主原料とするフッ素化有機膜からなる第2の有機絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の有機絶縁膜の上に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第5の密着層を形成する工程と、
前記第5の密着層の上に無機化合物からなる第3の無機絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の無機絶縁膜、前記第2の密着層、前記第1の有機絶縁膜、前記第3の密着層、前記第2の無機絶縁膜、前記第4の密着層、前記第2の有機絶縁膜、前記第5の密着層及び前記第3の無機絶縁膜からなる層間絶縁膜に、前記層間絶縁膜のうち少なくとも第1の有機絶縁膜に形成された接続孔及び前記層間絶縁膜のうち少なくとも第2の有機絶縁膜に配線溝を互いに連通するように形成する工程と、
前記接続孔及び配線溝の側壁に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物及び有機シラン誘導体を主原料とするシロキサン含有フッ素化有機膜からなる第6の密着層からなるサイドウォールを形成する工程と、
前記接続孔及び配線溝の内部における前記サイドウォールで囲まれた部分に金属膜を埋め込んで、該金属膜からなるコンタクト及び金属配線を形成する工程と備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first adhesion layer composed of a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative on a semiconductor substrate;
Forming a first inorganic insulating film made of an inorganic compound on the first adhesion layer;
Forming a second adhesion layer comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative on the first inorganic insulating film;
Forming a first organic insulating film made of a fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond on the second adhesion layer; and
Forming a third adhesion layer comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative on the first organic insulating film;
Forming a second inorganic insulating film made of an inorganic compound on the third adhesion layer;
Forming a fourth adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative on the second inorganic insulating film;
Forming a second organic insulating film composed of a fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond on the fourth adhesion layer;
Forming a fifth adhesion layer comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly composed of an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative on the second organic insulating film;
Forming a third inorganic insulating film made of an inorganic compound on the fifth adhesion layer;
The first inorganic insulating film, the second adhesive layer, the first organic insulating film, the third adhesive layer, the second inorganic insulating film, the fourth adhesive layer, and the second organic An insulating film, an interlayer insulating film composed of the fifth adhesion layer and the third inorganic insulating film, a connection hole formed in at least the first organic insulating film of the interlayer insulating film, and the interlayer insulating film Forming at least the second organic insulating film so that the wiring grooves communicate with each other;
Forming a sidewall comprising a sixth adhesion layer comprising a siloxane-containing fluorinated organic film mainly comprising an organic compound containing a fluorine-carbon bond and an organic silane derivative on the sidewalls of the connection hole and the wiring groove; ,
And a step of burying a metal film in a portion surrounded by the sidewall in the connection hole and the wiring groove to form a contact and a metal wiring made of the metal film. Method.
半導体基板上に順次堆積された、第1の密着層、有機絶縁膜及び第2の密着層からなる層間絶縁膜の形成方法であって、
半導体基板が保持されている処理室内に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を含む第1の原料ガス及び有機シラン誘導体を含む第2の原料ガスを導入した後、前記第1の原料ガスの導入量をほぼ一定に保つ一方、前記第2の原料ガスの導入量を減少させながら、前記第1の原料ガス及び第2の原料ガスからなるプラズマにより、前記半導体基板上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる前記第1の密着層を形成する工程と、
前記処理室内に前記第1の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入する一方、前記第2の原料ガスの導入を停止して、前記第1の原料ガスからなるプラズマにより、前記第1の密着層の上にフッ素−炭素結合を含有する有機化合物からなる有機絶縁膜を形成する工程と、
前記処理室内に、前記第1の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入すると共に、前記第2の原料ガスを再び導入し且つ前記第2の原料ガスの導入量を増加させながら、前記第1の原料ガス及び第2の原料ガスからなるプラズマにより、前記有機絶縁膜の上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる前記第2の密着層を形成する工程とを備えていることを特徴とする層間絶縁膜の形成方法。
A method for forming an interlayer insulating film comprising a first adhesion layer, an organic insulating film, and a second adhesion layer, which is sequentially deposited on a semiconductor substrate,
After introducing a first source gas containing an organic compound containing a fluorine-carbon bond and a second source gas containing an organosilane derivative into a processing chamber in which a semiconductor substrate is held, the first source gas While maintaining the introduction amount substantially constant, while reducing the introduction amount of the second source gas, the siloxane-containing fluorinated organic material is formed on the semiconductor substrate by the plasma comprising the first source gas and the second source gas. Forming the first adhesion layer comprising a film;
The first source gas is introduced into the processing chamber while maintaining the introduction amount thereof substantially constant, while the introduction of the second source gas is stopped, and the first source gas is caused to be plasma by the plasma made of the first source gas. Forming an organic insulating film made of an organic compound containing a fluorine-carbon bond on one adhesive layer;
While introducing the first source gas into the processing chamber while maintaining the introduction amount thereof substantially constant, while introducing the second source gas again and increasing the introduction amount of the second source gas, Forming the second adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film on the organic insulating film by plasma made of the first source gas and the second source gas. A method for forming an interlayer insulating film.
半導体基板上に順次堆積された、第1の密着層、有機絶縁膜及び第2の密着層からなる層間絶縁膜の形成方法であって、
半導体基板が保持されている処理室内に、フッ素−炭素結合を含有する有機化合物を含む第1の原料ガス及び有機シラン誘導体を含む第2の原料ガスを、それぞれの導入量をほぼ一定に保ちながら導入しながら、前記第1の原料ガス及び第2の原料ガスからなるプラズマにより、前記半導体基板上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる前記第1の密着層を形成する工程と、
前記処理室内に前記第1の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入する一方、前記第2の原料ガスの導入を停止して、前記第1の原料ガスからなるプラズマにより、前記第1の密着層の上にフッ素−炭素結合を含有する有機化合物からなる有機絶縁膜を形成する工程と、
前記処理室内に、前記第1の原料ガスをその導入量をほぼ一定に保ちながら導入すると共に、前記第2の原料ガスを再び導入し且つ前記第2の原料ガスの導入量をほぼ一定に保ちながら、前記第1の原料ガス及び第2の原料ガスからなるプラズマにより、前記有機絶縁膜の上にシロキサン含有フッ素化有機膜からなる前記第2の密着層を形成する工程とを備えていることを特徴とする層間絶縁膜の形成方法。
A method for forming an interlayer insulating film comprising a first adhesion layer, an organic insulating film, and a second adhesion layer, which is sequentially deposited on a semiconductor substrate,
A first source gas containing an organic compound containing a fluorine-carbon bond and a second source gas containing an organosilane derivative are kept in a processing chamber in which a semiconductor substrate is held, while the respective introduction amounts are kept substantially constant. Forming the first adhesion layer made of a siloxane-containing fluorinated organic film on the semiconductor substrate with the plasma made of the first source gas and the second source gas while introducing,
The first source gas is introduced into the processing chamber while maintaining the introduction amount thereof substantially constant, while the introduction of the second source gas is stopped, and the first source gas is caused to be plasma by the plasma made of the first source gas. Forming an organic insulating film made of an organic compound containing a fluorine-carbon bond on one adhesive layer;
The first raw material gas is introduced into the processing chamber while keeping the introduction amount thereof substantially constant, the second raw material gas is introduced again, and the introduction amount of the second raw material gas is kept substantially constant. However, the method includes the step of forming the second adhesion layer made of the siloxane-containing fluorinated organic film on the organic insulating film by the plasma made of the first source gas and the second source gas. A method of forming an interlayer insulating film characterized by the above.
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