JP4250209B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP4250209B2
JP4250209B2 JP05979096A JP5979096A JP4250209B2 JP 4250209 B2 JP4250209 B2 JP 4250209B2 JP 05979096 A JP05979096 A JP 05979096A JP 5979096 A JP5979096 A JP 5979096A JP 4250209 B2 JP4250209 B2 JP 4250209B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
sio
sif
och
wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP05979096A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH09251990A (en
Inventor
靖 中崎
伸夫 早坂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP05979096A priority Critical patent/JP4250209B2/en
Publication of JPH09251990A publication Critical patent/JPH09251990A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4250209B2 publication Critical patent/JP4250209B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線間の導電領域間を電気的に分離するための絶縁膜、特にF(フッ素)を含有する絶縁膜を有する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、素子の配線間を電気的に分離するための絶縁膜(層間絶縁膜)としては、熱酸化SiO2 膜、またはシランやテトラエトキシシラン(TEOS)などのガスを原料ガスとして用いた減圧または常圧でのCVD法により形成されたSiO2 膜が主に使用されている。
【0003】
特にアルミニウム(Al)配線間の絶縁には、原料ガスとしてTEOSとO2 とO3 との混合ガスを用いたプラズマCVD法によるSiO2 膜が400℃程度の低温で形成できることから使用されている。
【0004】
ところで、近年、半導体素子の高集積化、高速化に伴い信号伝達の遅延の問題が顕著化している。その原因は、素子の微細化に伴い配線間隔が狭くなり配線間容量(C)が増大すること、および配線断面積の縮小による配線抵抗(R)の増大の相乗により信号伝達の時定数が増大する(RC遅延)ことによる。
【0005】
RC遅延は、半導体装置の高速動作を妨げ、特にロジックデバイスや高速SRAMの性能向上を妨げる主要因となる。その対策としては、Alより比抵抗の低いCu、Agを配線材料として用いて配線抵抗を低減すること、および配線間に介在する絶縁膜の比誘電率を低下させ配線間容量を低減することの2点が重要である。
【0006】
従来のプラズマCVD法により形成されるSiO2 膜の比誘電率は4.0〜5.0であり、熱酸化SiO2 膜のそれ(3.9)に対しても大きな値を示すことが分かっている。そこで、比誘電率の低減化について、SiO2 膜中にFを導入することが検討されており、また、Fの導入により実際に比誘電率が低減されることが報告されている。
【0007】
Fの導入法としては、Fイオン注入法や、SiF(OC2 5 3 とH2 Oとを用いたCVD法や、H2 SiF6 の過飽和水溶液に硼酸水溶液を添加し液相でSiO2 を析出させる方法や、FEOSとO2 とFとを含有するガス(CF4 、NF3 等)を用いたプラズマCVD法等が知られている。
【0008】
SiO2 膜中のFの状態については、赤外吸収スペクトル測定によりSi−F結合の形成が確認されている。また、F2 分子またはFOx 分子(x=2,3)として取り込まれているものも存在するといわれている。
【0009】
また、Fの導入に伴ってSiO2 膜の密度が減少することも見出され、この密度の減少と、Si−F結合の生成による電子分極率およびイオン分極率の減少との相乗効果により、SiO2 膜の比誘電率は低減される。
【0010】
しかしながら、この種のFが添加されたSiO2 膜(F添加SiO2 膜)には以下のような問題があった。
【0011】
すなわち、F添加SiO2 膜は大気放置等によって吸湿し、この吸湿により、新たなSi−OHの生成とFの脱離とが起こり、これにより、比誘電率が再上昇し、高速動作が達成されないという問題があった。しかも、F添加SiO2 膜の吸湿性はF濃度増加に伴って高くなる。
【0012】
また、脱離したFはF添加SiO2 膜の上層および下層に配置された配線にまで拡散し、これにより、配線の腐食や密着性劣化が発生し、信頼性が低下するという問題があった。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、低比誘電率の絶縁膜として、F添加SiO2 膜が提案されていたが、吸湿性が原因でFの脱離が起こり、これにより、比誘電率化が再上昇したり、配線が腐食するなどの問題があった。
【0014】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、吸湿性による配線の腐食や密着性劣化を防止でき、Si、O、Fを含み、SiO2 の網目構造を有する絶縁膜の形成工程を含む半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
[概要]
本発明の骨子は、SiO2 膜中のFが結合したSiを中心とした周辺のSiO2 網目構造(局所SiO2 網目構造)に着目し、この局所SiO2 網目構造においてSiに結合するFの数が2以上にならない成膜条件で、F添加絶縁膜を形成することにある。
すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法(請求項1)は、導電領域間を電気的に分離し、Si、O、Fを含み、SiO2 の網目構造を有する絶縁膜を形成する際に、前記Siに結合した元素がFと置換するのに必要な活性化エネルギーが、前記SiにFが結合している場合のほうが、前記SiにFが結合していない場合よりも大きくなる原料ガスとして、SiF(OCH2 CF3 3 、SiF(OCH2 C(OR)3 3 (Rは官能基)、SiF(OCH2 CF2 R)3 (Rは官能基)、SiF(OCH2 C(OR)2 R′)3 (R,R′は官能基)、SiF(OCH2 C(NR2 3 3 (Rは官能基)、SiF(OCH2 C(NR2 2 R′)3 (R,R′は官能基)、SiF(OCH2 CRO)3 (Rは官能基)、SiF(OCH2 CN)3 SiF(OCH2 NO2 3 、SiF(OCH2 COOR)3 (Rは官能基)またはSiFn (OCH2 CF2 R)4-n (n=1〜3、Rは官能基)のガスを用い、かつ、前記二つの活性化エネルギー差をΔE a [kcal/mol](>0)、成膜温度をT[K]、ボルツマン定数をk B とした場合に、ΔE a /(k B ・T)≧1.5×10 -3 の条件を満たす条件で、前記絶縁膜をプラズマCVD法により形成することを特徴とする
【0016】
また、本発明の他の半導体装置の製造方法(請求項2)は、上記半導体装置の製造方法(請求項1)において、前記二つの活性化エネルギーをΔEa [kcal/mol](>0)、成膜温度をT[K]、ボルツマン定数をkB とした場合に、ΔEa /(kB ・T)≧1.5×10-3の条件を満たすことを特徴とする。
【0019】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法(請求項1〜請求項4)と同様な効果が得られる発明としては以下のものがあげられる。
【0020】
すなわち、導電領域間を電気的に分離し、Si、O、Fを含み、SiO2 の網目構造を有する絶縁膜をCVD法により形成する際に、膜材物質として、前記Siに結合した元素がFと置換するのに必要な活性化エネルギーが、前記SiにFが結合している場合のほうが、前記SiにFが結合していない場合よりも所定値(=ΔEa [kcal/mol])だけ大きく、かつ前記Siに結合した元素がFと置換するのに必要な活性化エネルギーが、前記SiにF置換の起きたSiおよびOが結合している場合のほうが、前記SiにF置換の起きていないSiおよびOが結合している場合よりも所定値(=δEa [kcal/mol])だけ大きい物質を用いたときに、(ΔEa +δEa )/(kB ・T)≧1.5×10-3およびΔEa ≧δEa の条件を満たす成膜条件で、前記絶縁膜を形成する。
【0021】
上記発明において、導電領域間とは、基板表面の拡散層等と配線または電極との間や、配線間や、電極間や、配線と電極との間や、その他、異なる層の導電性部材からなる二つの領域の間をいう。
【0022】
膜材物質とは、原料ガス、原料ガスより生成された前駆体、原料ガスより生成された反応中間体をいう。
【0023】
上記発明の望ましい形態は以下の通りである。
【0025】
(2)本発明を層間絶縁膜に適用した場合、層間絶縁膜として、本発明に係るFが添加されたSiO2 膜と、このSiO2 膜よりも吸湿性の低い絶縁膜(例えばFを含まない純SiO2 膜)との積層膜を使用する。
【0030】
[作用]
本発明者等の研究によれば、本発明の成膜条件を満たせば、SiO2 網目構造を有するF添加SiO2 膜において、F濃度を高くしても、吸湿性の劣化原因となる2個以上のFが結合したSiを有するSiO2 網目構造の発生を効果的に抑制できることが分かった。したがって、本発明によれば、吸湿性による配線の腐食や密着性劣化を招かずに、従来よりも低誘電率のF添加SiO2 膜を形成できるようになる。
【0031】
【発明の実施の形態】
(実験・考察)
先ず、本発明の創作のもとになった実験およびその考察等について説明する。本発明者等は、Fを含まないSiO2 をモデル化した3次元メッシュのSiO2 にFを順次ランダムに導入した場合に、FがOを置換して形成されるSiFn (4-n)/2 (n=1、2、3、4)の統計分布のF濃度依存性をモンテカルロ法をもちいて調べた。
【0032】
図1、図2に、上記手法により得られたSiFn (4-n)/2 (n=1,2,3,4)の統計分布を示す。
【0033】
図1は成膜温度Tがある一定の条件で、活性化エネルギーEa を変えた場合の統計分布を示し、図2は逆に活性化エネルギーEa が一定の条件で、成膜温度Tを変えた場合の統計分布を示している。
【0034】
Siと該Si隣接原子との結合にFが挿入される際の反応確率Pは、F挿入の活性化エネルギーEa 、成膜温度T、Siに既に結合しているFの個数nで決定されると仮定した。
【0035】
活性化エネルギーEa は、Siに既に結合しているFの個数n(n≧1)に比例してFが全く結合していない場合(n=0)のE0 a よりもΔEa づつ大きくなり、Ea =Ea 0 +nΔEa となる。
【0036】
このとき、反応確率Pは、
P=α(4-n)/4×exp(−Ea /kB T)
=α(4-n)/4×exp(−Ea 0 /kB T) ×exp(−nΔEa /kB T)
α :比例係数
a 0 :Si−(O)4 のSi−O結合でのF←→O置換反応の活性化エネルギー[kcal/mol]
ΔEa :活性化エネルギーの差[kcal/mol]
B :ボルツマン定数=1.9872×10-3[kcal/mol]
T :成膜温度[K]
となる。
【0037】
成膜温度Tを400℃に固定し、ΔEa を変化させながら、SiFn (4-n)/2 (n=1、2、3、4)の統計分布のF濃度依存性を調べた図1の結果から、n≧2の濃度分布の立ち上がり、つまり、耐吸湿性を劣化させる構造であるSiにFが複数個結合した局所SiO2 網目構造の形成が顕著となるクリティカルなF濃度は、ΔEa >1.0kcal/molの場合に高濃度側に顕著にシフトし、特にF濃度10at%以下におけるSiにFが複数個結合した局所SiO2 網目構造の形成は、Fが1個だけ結合した構造の5%以下に抑制されることがわかる。
【0038】
活性化エネルギーの差ΔEa を1.5kcal/molに固定し、成膜温度Tを変化させながら、SiFn (4-n)/2 (n=1、2、3、4)の統計分布のF濃度依存性を調べた図2の結果から、n≧2の濃度分布の立ち上がり、つまり、耐吸湿性を劣化させる構造であるSiにFが複数個結合した局所SiO2 網目構造の形成が顕著となるクリティカルな濃度、はT≦400℃の場合に高濃度側に顕著にシフトし、特にF濃度10at%以下におけるSiにFが複数個結合した局所SiO2 網目構造の形成は、Fが1個だけ結合した構造の5%以下に抑制されることがわかる。
【0039】
以上の結果をもとにさらに広範囲のΔEa ,Tに対して調べたところ、ΔEa /kB T≧1.5×10-3を満たすような、活性化エネルギーの差ΔEa を示す原料ガス、原料ガスより生成された前駆体あるいは反応中間体を用いることにより、また、原料ガスが固定された場合には成膜温度Tを所定レベルに設定したCVD法を用いることにより、加水分解反応が激しい構造であるFが2個以上結合したSiの生成が、従来よりも高F濃度においても抑制できることがわかった。加えて、Fの置換反応を起こすSiが、既にF置換を受けた隣接SiとOにより連結されている場合には、さらに大きな活性化エネルギーを要することが、ab initio分子軌道計算により明らかになった。
【0040】
この活性化エネルギーの増分をδEa として、上記活性化エネルギーEa をEa =E0 a +nΔEa +χδEa (χ:隣接SiにFが結合済みの場合χ=1、隣接SiにFが未結合の場合χ=0)に置き換えて、SiFn (4-n)/2 (n=1,2,3,4)およびFl SiOSiFm (隣接SiにFが同時に存在する構造)の統計分布をモンテカルロ法で調べた。
【0041】
その結果を図10〜図12に示す。図中、Y軸は103 /T[K]を示しており、その範囲は1.25〜2.25である。また、図中、パラメータ10,15,20はF濃度[at%]を示している。
【0042】
これら図から、δEa (>0)が増加するにつれて、隣接SiにFが同時に存在する構造は急激に形成され難くなる。特に、ΔEa がδEa より小さい場合には、加水分解が激しいSiF2 構造の方が形成されやすくなってしまう。これを抑制するには、(ΔEa +δEa )/ B T≧1.5×10-3とΔEa ≧δEa とを同時に満たすような、ΔEa とδEa を示す原料ガス、原料ガスより生成された前駆体あるいは反応中間体を用いる、または成膜温度Tを設定したCVD法を用いることにより、加水分解反応が激しい構造であるFが2個以上結合したSiの生成が、従来よりも高F濃度においても抑制できることが分かる。
【0043】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態(以下、実施形態という)を説明する。
【0044】
(第1の実施形態)
図3は、本発明の第1の実施形態に係る層間絶縁膜の形成に用いるプラズマCVD装置の概略構成を示す模式図である。本実施形態では、原料ガスとしてSiF(OCH2 CF3 3 とO2 とTEOSとの混合ガスを用いている。
【0045】
次に上記プラズマCVD装置を用いた多層配線の形成方法について説明する。まず、素子を形成したシリコン基板等の半導体基板11を基板支持台12上にセットする。次に基板支持台12内に設けられた抵抗加熱ヒータ13により半導体基板11を加熱し、所定の基板温度(成膜温度)に設定する。
【0046】
基板支持台12内には冷却剤を循環させるための冷却パイプ14が設けられ、これにより、基板温度(成膜温度)が所定温度を越える高温になるのを防止できるようになっている。
【0047】
基板温度(成膜温度)は、予め行なった熱脱離スペクトル(TDS;Thermal Desorption Spectroscopy)測定において、SiO2 に取り込まれた構造水(Si−OH、H−OH)の脱水縮合が顕著になる400℃以上(例えば、470℃)に設定する。
【0048】
これにより、SiO2 ネットワークの緻密化の達成、および構造水残留によるSiO2 ネットワークの弛緩とSi−Fの伸長とに要する自由体積(空隙)の形成の抑制が実現される。
【0050】
次に成膜チャンバー(反応容器)16内に原料ガスであるTEOSを50cm3 /min、O2 を500cm3 /min、SiF(OCH2 CF3 3 を0〜1500cm3 /min、SiH4 を50cm3 /minの流量で同時に導入するとともに、排気装置10により成膜チャンバー16内の圧力を133Paに保持する。流量の調整はゲートバルブ18により行なう。
【0051】
次に半導体基板11に対向する電極(対向電極)17に高周波電源19により13.56MHzのRF電力を1kW印加して放電を開始し、同時に、基板支持台12に設けられた高周波電源15により基板支持台12に350kHzのRFバイアスを500W印加することにより、層間絶縁膜であるFが添加されたSiO2 膜(F添加SiO2 膜)の成膜を行なう。
【0052】
このとき、層間絶縁膜に取り込まれ得るSi−OH、H−OHのO−H結合の切断に要するエネルギーである約12eV以上のエネルギーを成膜中の層間絶縁膜の表面に与え得るエネルギーを持つ電子あるいはイオン(典型的にはF±、O±、O2 ±イオン)を成膜中の層間絶縁膜の表面に照射することにより、膜表面でのSi−OHの分解を促進してSiO2 ネットワークを緻密化する。また、成膜中に生成しうる非架橋酸素は、酸素イオン照射によるネットワーク緻密化とSiH4 分解生成物SiHn (n=1〜3)による終端により除去する。
【0053】
このようにして、図4(a)に示すように、半導体基板11上に厚さ500nmのFが添加されたSiO2 膜(F添加SiO2 膜)20が形成される。
【0054】
次に同図(a)に示すように、DCマグネトロンスパッタリングにより、F添加SiO2 膜20上にAl膜を成膜した後、このAl膜をパターニングして配線幅500nm、配線厚400nmの1層目のAl配線21を形成する。
【0055】
次に図4(b)に示すように、F添加SiO2 膜20と同じ成膜方法で厚さ800nmのF添加SiO2 膜22を形成した後、Al配線21と同様に厚さ400nmのAl膜を成膜し、このAl膜をパターニングして2層目のAl配線23を形成する。
【0056】
最後に、同図(b)に示すように、、F添加SiO2 膜20と同じ成膜方法で厚さ800nmのF添加SiO2 膜24を形成する。
【0057】
F添加SiO2 膜24にSi−F結合が形成されていることは、赤外吸収スペクトル測定により確認した。すなわち、赤外吸収スペクトルには、約1080cm-1、約800cm-1、約450cm-1にSiO2 固有の基準振動モードに帰属される吸収ピークの他、約935cm- にSi−F結合に帰属される吸収ピークが観測された。また、このF添加SiO2 膜の屈折率は1.36、比誘電率は2.8であった。
【0058】
また、実施形態の場合、F濃度の高いF添加SiO2 膜を形成したが、SiにFが2個結合した構造に帰属される約980cm-1の吸収バンド強度は、従来の場合とは異なり、検出限界以下であった。したがって、F原子が2個以上結合したSi原子の存在割合が、1個結合したSi原子の存在割合に対して、十分に小さい構造を有するSiO 2 が実現される。
【0059】
なお、本実施形態においては、プラズマCVD装置として、成膜チェンバ内での放電を半導体基板に対向させた電極に高周波を印加することにより行なうCVD装置を用いたが、他のCVD装置を用いても良い。
【0060】
例えば、従来用いられている平行平板型プラズマCVD装置や、マイクロ波放電やマグネトロン放電など1×1011イオン/cm3 以上の高密度プラズマを形成できるCVD装置、例えば、サイクロトロン共鳴を利用したプラズマCVD装置、誘導電流を用いたプラズマCVD装置、ヘリコン波を用いたプラズマCVD装置、ダイポールリングマグネトロンプラズマCVD装置またはマグネトロン平行平板CVD装置などを用いても、絶縁膜形成時の条件を制御することにより、本実施形態と同様のF添加SiO2 膜を形成できる。
【0061】
図5(a)、図5(b)は、それぞれ、本実施形態の方法(本発明)により成膜されたF添加SiO2 膜の吸湿性を調べるために、堆積直後、1週間大気放置後での赤外吸収スペクトル変化を測定した結果である。
【0062】
図中、横軸は添加したFの濃度(Si−F/Si−O比)に対応し、約935cm-1のSi−F伸縮ピーク積分強度を約1080cm-1のSiO2 逆対称伸縮ピーク積分強度で規格化した値である。また、縦軸はSiO2 に取り込まれた構造水濃度である吸収量((Si−OH,H−OH)/SiO比)に対応し、約3750〜3000cm-1のSi−OH、H−OHピーク積分強度を約1080cm-1のSiO2 逆対称伸縮ピーク積分強度で規格化した値である。
【0063】
図5から、堆積直後に構造水が減少し、大気放置後の吸湿量が減少することが分かる。なお、F濃度が低い(2%より小さい)場合に、吸湿量が増えているのは、膜中にOH基がかなり多く存在しているからであると思われる。
【0064】
さらに、FT−IRにより、膜中のSi−F結合の対称性が大きくくずれていないことより、1個のSiにFが2個以上ついた構造の形成が抑制されていることが分かった。
【0065】
以上述べたように、本実施形態によれば、誘電率を低くするためにF濃度を高くしても吸湿性の劣化が生じないF添加SiO2 膜を形成できる。したがって、配線間容量の低減により、信号遅延の抑制でき、もって、吸湿性の劣化に起因する信頼性の低下を招かずに、高速動作の半導体装置を実現できるようになる。
【0066】
(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態に係る多層配線の形成方法を示す工程断面図である。これは、吸湿性を改善するために、層間絶縁膜として、F添加されたSiO2 膜(F添加SiO2 膜)とF添加されていないSiO2 膜(純SiO2 膜)との積層絶縁膜を用いた例である。
【0067】
まず、図6(a)に示すように、素子を形成したシリコン基板等の半導体基板31上に厚さ800nmのボロンリンガラス(BPSG)膜32を形成する。次いで厚さ400nmのAl膜をスパッタリング法で形成した後、このAl膜をパターニングして1層目のAl配線33を形成する。
【0068】
次に図6(b)に示すように、原料ガスとしてTEOSとO2 との混合ガスを用いたプラズマCVD法により、厚さ100nmの純SiO2 膜34を形成した後、第1の実施形態と同様に、原料ガスとしてTEOSとO2 とSiH4 とSiF(OCH2 CF3 3 との混合ガスを用いたプラズマCVD法により、厚さ500nmのF添加SiO2 膜35を形成する。
【0069】
次に同図(b)に示すように、原料ガスとしてTEOSとO2 との混合ガスを用いたプラズマCVD法により、厚さ100nmの純SiO2 膜36をF添加SiO2 膜35上に形成する。
【0070】
次に図6(c)に示すように、全面にレジスト(不図示)を塗布して露光・現像してレジストパターンを形成した後、このレジストパターンをマスクに用いたドライエッチングにより、Al配線33上の絶縁膜34,35,36にヴィアホール37を開孔する。
【0071】
次に図6(d)に示すように、原料ガスとしてWF6 とSiH4 との混合ガスを用いた選択CVD法、または非選択CVD法と、ケミカルメカニカルポリッシングあるいはレジストエッチバックとを組み合わせて、ヴィアホール37内にタングステン膜38を埋め込む。
【0072】
次に同図(d)に示すように、厚さ400nmのAl膜をスパッタリング法で形成し、このAl膜をパターニングして2層目のAl配線39を形成した後、厚さ100nmの純SiO2 膜40、厚さの500nmのF添加SiO2 膜41、厚さ100nmの純SiO2 膜42を順次形成する。
【0073】
純SiO2 膜は、F添加SiO2 膜に比べて吸湿性が小さい。したがって、本実施形態によれば、層間絶縁膜の吸湿を第1の実施形態に比較して更に抑制でき、誘電率の増加や配線の腐食に代表される信頼性の低下を効果的に防止できる。なお、純SiO2 膜の代わりに、膜中F濃度が低く、吸湿性を示さないSiO2 を用いても同様の効果が得られた。
【0074】
また、BPSG膜32の代わりに、F添加SiO2 膜35を用いて、基板表面に形成された拡散層を基板上に形成された配線と絶縁するようにしても良い。
【0075】
(第3の実施形態)
図7は、本発明の第3実施形態に係る層間絶縁膜の形成に用いるプラズマCVD装置の概略構成を示す模式図である。本実施形態では、原料ガスとしてSiF(OCH2 CF3 3 、O2 、SiH4 、NF3 とTEOSとの混合ガスを用いている。
【0076】
図中、50は絶縁材料からなる成膜チャンバ(反応容器)を示しており、この成膜チェンバ50の内部には素子が形成されたシリコン基板等の半導体基板51を載置するための基板支持台52が設けられている。また、成膜チェンバ50の上方には原料ガスを導入するためのノズル56が設けられている。また、成膜チェンバ50の下部には排気装置55が設けられており、これにより、成膜チェンバ50の内部を真空排気できるようになっている。
【0077】
基板支持台52には、内部ヒータである抵抗加熱ヒータ53および冷却剤を循環させるための冷却パイプ54が設けられている。また、基板支持台52には高周波電源59が接続されている。また、成膜チェンバ50の側壁には高周波コイル57が巻き付けられ、この高周波コイル57には高周波電源58が接続されている。
【0078】
次に上記プラズマCVD装置を層間絶縁膜の成膜に用いた多層配線の形成方法について説明する。これは本発明をN添加絶縁膜に適用した例である。
【0079】
まず、素子を形成した半導体基板51を基板支持台52上にセットし、抵抗加熱ヒータ54により、所定の基板温度(成膜温度)に設定する。
【0080】
基板温度は、予め行なった熱脱離スペクトル(TDS;Thermal Desorpion Spectroscopy)測定において、SiO2 に取り込まれた構造水(Si−OH、HOH)の脱水縮合が顕著になる400℃以上(例えば、470℃)に設定する。
【0081】
これにより、SiO2 ネットワークの緻密化の達成、および構造水残留によるSiO2 ネットワークの弛緩とSi−Fの伸長とに要する自由体積(空隙)の形成の抑制が実現される。
【0083】
次に成膜チャンバー50内に原料ガスとしてTEOSを50cm3 /min、O2 を500cm3 /min、SiH4 を50cm3 /min、NF3 を500cm3 /min、SiF(OCH2 CF3 3 を0〜1500cm3 /minの流量で同時に導入するとともに、成膜チェンバ50内の圧力を133Paに保たれるようにしておく。
【0084】
次に成膜チェンバ50の側壁の高周波コイル57に13.56MHzのRF電力を高周波電源58により印加して放電を開始し、同時に、基板支持台52に350kHzのRFバイアスを高周波電源59により500W印加して、層間絶縁膜の成膜を行なう。
【0085】
このとき、層間絶縁膜に取り込まれ得るSi−OH、H−OHのO−H結合の切断に要するであるエネルギー約12〜25eV以上のエネルギーを成膜中の層間絶縁膜の表面に与え得るエネルギーを持つ電子あるいはイオン(典型的にはF±、O2 ±イオン)を成膜中の層間絶縁膜の表面に照射することにより、膜表面でのSi−OHの分解を促進してSiO2 ネットワークを緻密化する。
【0086】
また、成膜中に生成しうる非架橋酸素は、酸素イオン照射によるネットワーク緻密化と、SiH4 分解生成物SiHn (n=1〜3)による終端とにより除去する。
【0087】
こうして図8(a)に示すように、半導体基板51上に厚さ500nmのFとNとが添加されたSiO2 膜(F,N添加SiO2 膜)70が形成される。
【0088】
次に図8(b)に示すように、DCマグネトロンスパッタリング法によりAl膜を成膜した後、このAl膜をパターニングして、配線幅500nm、配線厚400nmの1層目のAl配線71を形成する。
【0089】
次に図8(c)に示すように、F,N添加SiO2 膜70と同じ成膜方法で、厚さ800nmのF,N添加SiO2 膜72を形成する。次いでAl配線71と同様に400nmのAl膜を成膜し、このAl膜をパターニングして、2層目のAl配線73を形成する。
【0090】
最後に、同図(c)に示すように、SiO2 膜70と同じ成膜方法で、厚さ800nmのF,N添加SiO2 膜74を形成する。
【0091】
N添加SiO2 膜は誘電率が高いが、本実施形態のようにFを添加することにより誘電率を下げることができる。このとき、他の実施形態の場合と同様に、F濃度を高くしても吸湿性の劣化等の問題は起こらない。したがって、F原子が2個以上結合したSi原子の存在割合が、1個結合したSi原子の存在割合に対して、十分に小さい構造を有するSiO 2 が実現される。
【0092】
なお、本実施形態では、プラズマCVD装置として、成膜チェンバ内での放電を成膜チェンバの側壁に設けた電極に高周波電力を印加することにより行なうCVD装置を用いたが、他のCVD装置を用いても良い。
【0093】
例えば、従来用いられている平行平板型プラズマCVD装置や、マイクロ波放電やマグネトロン放電など1×1011イオン/cm3 以上の高密度プラズマを形成できるCVD装置、例えば、サイクロトロン共鳴を利用したプラズマCVD装置、誘導電流を用いたプラズマCVD装置、ヘリコン波を用いたプラズマCVD装置、ダイポールリングマグネトロンプラズマCVD装置またはマグネトロン平行平板CVD装置などを用いても、絶縁膜形成時の条件を制御することにより、本実施形態と同様のN,F添加SiO2 膜を形成できる。
【0094】
(第4の実施形態)
図9は、本発明の第4の実施形態に係る多層配線の形成方法を示す工程断面図である。本実施形態では、原料ガスとしてSiF(OCH2 CF3 3 、O2 、SiH4 、BF3 およびTEOSとの混合ガスを用いている。また、層間絶縁膜の成膜装置としては、第3の実施形態と同じプラズマCVD装置を用いる。
【0095】
まず、第3の実施形態と同様に、素子が形成された半導体基板51を基板支持台52上にセットし、抵抗熱ヒータ54により、所定の加熱温度(成膜温度)に設定する。
【0096】
加熱温度は、予め行なった熱脱離スペクトル(TDS;Thermal Desorotion Spectroscopy)測定において、SiO2 に取り込まれた構造水(Si−OH、HOH)の脱水縮合が顕著になる400℃以上(例えば、470℃)に設定する。
【0097】
これにより、SiO2 ネットワークの緻密化の達成、および構造水残留によるSiO2 ネットワークの弛緩とSi−Fの伸長とに要する自由体積(空隙)の形状の抑制が実現される。
【0099】
次に成膜チャンバー50内に原料ガスとしてTEOSを50cm3 /min、O2 を500cm3 /min、SiH4 、BF3 を500cm3 /min、SiF(OCH 2 CF 3 3 を0〜1500cm3 /minの流量で同時に導入し、成膜チェンバ50内の圧力を133Paに保たれるようにしておく。
【0100】
次に成膜チェンバ50の側壁の高周波コイル57に13.56MHzのRF電力を高周波電源58により印加して放電を開始し、同時に、基板支持台43に350kHzのRFバイアスを高周波電源59により500W印加して、層間絶縁膜の成膜を行なう。
【0101】
このとき、層間絶縁膜に取り込まれ得るSi−OH、H−OHのO−H結合の切断に要するエネルギーである約12〜25eV以上のエネルギーを成膜中の層間絶縁膜の表面に与え得るエネルギーを持つ電子あるいはイオン(典型的にはF±、O2 ±イオン)を成膜中の層間絶縁膜の表面に照射することにより、膜表面でのSi−OHの分解を促進してSiO2 ネットワークを緻密化する。
【0102】
さらに、F原子が2個以上結合したSi原子の存在割合がF原子が1個結合したSi原子の存在割合に対して十分に小さい構造を有するSiO2 が形成されることをFT−IRにより確認した。前記割合は多くとも1/3以下が望ましい。こうして図9(a)に示すように、半導体基板51上にFとBとが添加された厚さ500nmのSiO2 膜(F,B添加SiO2 膜)80が形成される。
【0103】
次に図9(b)に示すように、DCマグネトロンスパッタリング法により、Al膜を成膜した後、このAl膜をパターニングして、配線幅500nm、配線厚400nmの1層目のAl配線81を形成する。
【0104】
次に図9(c)に示すように、F,B添加SiO2 膜80と同じ成膜方法で、厚さ800nmのF,B添加SiO2 膜82を形成する。次にAl配線81と同様に厚さ400nmのAl膜を成膜した後、このAl膜をパターニングして2層目のAl配線83を形成する。
【0105】
最後に、同図(c)に示すように、F,B添加SiO2 膜82と同じ成膜方法で、厚さ800nmのF,B添加SiO2 膜84を形成する。
【0106】
なお、本実施形態では、プラズマCVD装置として、成膜チェンバ内での放電を成膜チェンバの側壁に設けた電極に高周波電力を印加することにより行なうCVD装置を用いたが、他のCVD装置を用いても良い。
【0107】
例えば、従来用いられている平行平板型プラズマCVD装置や、マイクロ波放電やマグネトロン放電など1×1011イオン/cm3 以上の高密度プラズマを形成できるCVD装置、例えば、サイクロトロン共鳴を利用したプラズマCVD装置、誘導電流を用いたプラズマCVD装置、ヘリコン波を用いたプラズマCVD装置、ダイポールリングマグネトロンプラズマCVD装置またはマグネトロン平行平板CVD装置などを用いても、絶縁膜形成時の条件を制御することにより、本実施形態と同様のBとFとが添加されたSiO2 膜を形成できる。
【0108】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【0109】
例えば、上記実施形態ではプラズマを一定の状態にしておいたが、プラズマ生成のための高周波電力を断続的に加えてたりすることにより、プラズマを変調しても良い。
【0110】
また、原料ガスは上記実施形態のものに限定されるものではない。
【0112】
また、Fを構成元素の一つとする有機シランガスとしては、SiF(OCH2 CF3 3 、SiF(OCH2 C(OR)3 3 (Rは官能基)、SiF(OCH2 CF2 R)3 (Rは官能基)、SiF(OCH2 C(OR)2 R′)3 (R,R′は官能基)、SiF(OCH2 C(NR2 3 3 (Rは官能基)、SiF(OCH2 C(NR2 2 R′)3 (R,R′は官能基)、SiF(OCH2 CRO)3 (Rは官能基)、SiF(OCH2 CN)3 (Rは官能基)、SiF(OCH2 NO2 3 、SiF(OCH2 COOR)3 (Rは官能基)、SiFn (OCH2 CF2 R)4-n (n=1〜3、Rは官能基)を使用することができる。
【0113】
これらFを構成元素の一つとする有機シランガスの特徴は、Si−O−CH2 −部分のCの電気的状態をより強い負電荷状態にすることにある。これらのガスは、FおよびOを構成元素として含む有機シランガスとして、酸化剤ガスなしで用いることもできる。
【0114】
また、Fを構成元素の一つとする無機シランガスとしては、SiFn 4-n (n=1〜4)などを使用することができる。
【0115】
また、有機シランガスとしては、TEOS、Hn Si(OC2 5 4-n (n=1〜3)、Hn Si(OC4 9 4-n (n=1〜3)などを使用することができる。
【0116】
また、無機シランガスとしては、SiH4 、Si2 6 などを使用することができる。
【0117】
また、酸化剤ガスとしては、O2 、N2 Oなどを使用することができる。
【0118】
また、N、Bを構成元素の一つとする化合物ガスとしては、NO、NH3 、N2 4 、BH3 、B2 6 などを使用することができる。
【0119】
また、上記実施形態においては、配線材料として純Alを用いたが、他の配線材料、例えば、Alを主成分とする合金でも良い。その他、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)のうちいずれか、あるいはこれらのうち1つまたは複数の元素を主配線材料とする合金でも良い。
【0120】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【0121】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、SiO2 網目構造を有するF添加SiO2 膜において、F濃度を高くしても、吸湿性の劣化原因となる2個以上のFが結合したSiを有するSiO2 網目構造の発生を効果的に抑制できるので、低吸湿性かつ低誘電率のF添加SiO2 膜を実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】成膜温度一定の条件で、活性化エネルギーを変えた場合のSiFn (4-n)/2 (n=1,2,3,4)の統計分布を示す図
【図2】活性化エネルギー一定の条件で、成膜温度を変えた場合のSiFn (4-n)/2 (n=1,2,3,4)の統計分布を示す図
【図3】本発明の第1の実施形態に係る層間絶縁膜の形成に用いるプラズマCVD装置の概略構成を示す模式図
【図4】本発明の第1の実施形態に係る層間絶縁膜の形成方法を示す工程断面図
【図5】本発明に係るF,N添加SiO2 膜の吸湿性を示す図
【図6】本発明の第2の実施形態に係る多層配線の形成方法を示す工程断面図
【図7】本発明の第3実施形態に係る層間絶縁膜の形成に用いるプラズマCVD装置の概略構成を示す模式図
【図8】本発明の第3の実施形態に係る多層配線の形成方法を示す工程断面図
【図9】本発明の第4の実施形態に係る多層配線の形成方法を示す工程断面図
【図10】 活性化エネルギーの増分がない場合のSiFn (4-n)/ 2 (n=1,2,3,4)およびFl SiOSiFm (隣接SiにFが同時に存在する構造)の統計分布を示す図
【図11】 活性化エネルギーの増分が1.5kcal/molの場合のSiFn (4-n)/ 2 (n=1,2,3,4)およびFl SiOSiFm (隣接SiにFが同時に存在する構造)の統計分布を示す図
【図12】 活性化エネルギーの増分が3.0kcal/molの場合のSiFn (4-n)/ 2 (n=1,2,3,4)およびFl SiOSiFm (隣接SiにFが同時に存在する構造)の統計分布を示す図
【符号の説明】
10…排気装置
11…半導体基板
12…基板支持台
13…抵抗加熱ヒータ
14…冷却パイプ
15…高周波電源
16…成膜チャンバー
17…対向電極
18…ゲートバルブ
19…高周波電源
20…F添加SiO2
21…Al配線
22…F添加SiO2
23…Al配線
24…F添加SiO2
31…半導体基板
32…BPSG膜
33…Al配線
34…純SiO2
35…F添加SiO2
36…純SiO2
37…ヴィアホール
38…タングステン膜
39…Al配線
40…純SiO2
41…F添加SiO2
42…純SiO2
50…成膜チャンバ
51…半導体基板
52…基板支持台
53…抵抗加熱ヒータ
54…冷却パイプ
55…排気装置
56…ノズル
57…高周波コイル
58…高周波電源
59…高周波電源
70…F,N添加SiO2
71…Al配線
72…F,N添加SiO2
73…Al配線
74…F,N添加SiO2
80…F,B添加SiO2
81…Al配線
82…F,B添加SiO2
83…Al配線
84…F,B添加SiO2
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having an insulating film for electrically separating conductive regions between wirings, particularly an insulating film containing F (fluorine).
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an insulating film (interlayer insulating film) for electrically separating the wiring of elements, a thermally oxidized SiO 2 is used.2A film or SiO formed by a CVD method under reduced pressure or normal pressure using a gas such as silane or tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas2A membrane is mainly used.
[0003]
Especially for insulation between aluminum (Al) wiring, TEOS and O as source gases2And OThreeSiO by plasma CVD using mixed gas with2The film is used because it can be formed at a low temperature of about 400 ° C.
[0004]
By the way, in recent years, the problem of signal transmission delay has become more prominent with the increase in integration and speed of semiconductor elements. The cause is that the time interval of signal transmission increases due to the synergistic effect of increasing the wiring resistance (R) due to the reduction of the wiring cross-sectional area and increasing the wiring resistance (R) due to the reduction in the wiring interval as the element is miniaturized. (RC delay).
[0005]
The RC delay hinders the high-speed operation of the semiconductor device, and is a main factor that hinders the performance improvement of the logic device and the high-speed SRAM. As countermeasures, it is possible to reduce the wiring resistance by using Cu and Ag having a lower specific resistance than Al as a wiring material, and to reduce the dielectric constant of the insulating film interposed between the wirings and to reduce the capacitance between the wirings. Two points are important.
[0006]
SiO formed by conventional plasma CVD method2The relative dielectric constant of the film is 4.0 to 5.0, and thermal oxidation SiO2It has been found that it also shows a large value for that of the membrane (3.9). Then, about reduction of a dielectric constant, it is SiO.2It has been studied to introduce F into the film, and it has been reported that the introduction of F actually reduces the dielectric constant.
[0007]
F introduction methods include F ion implantation, SiF (OC2HFive)ThreeAnd H2CVD method using O and H2SiF6An aqueous solution of boric acid is added to a supersaturated aqueous solution of2FEOS and O2And a gas containing F (CFFour, NFThreeEtc.) is known.
[0008]
SiO2Regarding the state of F in the film, formation of Si-F bonds has been confirmed by infrared absorption spectrum measurement. F2Molecule or FOxSome are incorporated as numerators (x = 2, 3).
[0009]
With the introduction of F, SiO2It has also been found that the density of the film decreases, and due to the synergistic effect of this decrease in density and the decrease in electronic and ionic polarizabilities due to the formation of Si-F bonds, SiO 22The relative dielectric constant of the film is reduced.
[0010]
However, this kind of F added SiO2Film (F-added SiO2The film had the following problems.
[0011]
That is, F-added SiO2The film absorbs moisture by being left in the atmosphere, and this moisture absorption causes generation of new Si—OH and desorption of F, thereby causing a problem that the relative permittivity increases again and high-speed operation cannot be achieved. . Moreover, F-added SiO2The hygroscopicity of the film increases with increasing F concentration.
[0012]
The desorbed F is F-added SiO.2Diffusion to the wiring arranged in the upper layer and lower layer of the film causes the corrosion and adhesion deterioration of the wiring, resulting in a problem that the reliability is lowered.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, F-doped SiO is used as an insulating film having a low relative dielectric constant.2Although a film has been proposed, desorption of F occurs due to hygroscopicity, which causes problems such as a rise in relative permittivity and corrosion of wiring.
[0014]
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and the object of the present invention is to prevent wiring corrosion and adhesion deterioration due to moisture absorption, including Si, O, F, SiO2Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming an insulating film having a network structure.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
    [Overview]
  The gist of the present invention is SiO2Surrounding SiO centered on Si with F in the film2Network structure (local SiO2Focusing on the network structure), this local SiO2In the network structure, an F-added insulating film is formed under film forming conditions in which the number of F bonded to Si does not become 2 or more.
  That is, in order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (Claim 1) electrically isolates conductive regions, contains Si, O, F, and SiO.2When forming an insulating film having a network structure ofThe activation energy required for replacing the element bonded to Si with F is larger when F is bonded to Si than when F is not bonded to Si.As source gas, SiF (OCH2 CFThree)Three, SiF (OCH2C (OR)Three)Three(R is a functional group), SiF (OCH2CF2R)Three(R is a functional group), SiF (OCH2C (OR)2R ′)Three(R and R 'are functional groups), SiF (OCH2C (NR2)Three)Three(R is a functional group), SiF (OCH2C (NR2)2R ′)Three(R and R 'are functional groups), SiF (OCH2CRO)Three(R is a functional group), SiF (OCH2CN)Three ,SiF (OCH2NO2)Three, SiF (OCH2COOR)Three(R is a functional group) or SiFn(OCH2CF2R)4-n(N = 1-3, R is a functional group)And the difference between the two activation energies is ΔE a [Kcal / mol] (> 0), film formation temperature T [K], Boltzmann constant k B ΔE a / (K B ・ T) ≧ 1.5 × 10 -3 Under conditions that satisfy, The insulating filmplasmaIt is formed by CVD method
[0016]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device (Claim 2), wherein the two activation energies are ΔE in the method for manufacturing a semiconductor device (Claim 1).a[Kcal / mol] (> 0), film formation temperature T [K], Boltzmann constant kBΔEa/ (KB・ T) ≧ 1.5 × 10-3It satisfies the following conditions.
[0019]
Further, the following can be given as an invention that can obtain the same effect as the semiconductor device manufacturing method (claims 1 to 4) according to the present invention.
[0020]
That is, the conductive regions are electrically separated and contain Si, O, F, SiO2When the insulating film having the network structure is formed by the CVD method, the activation energy necessary for replacing the element bonded to Si with F as the film material is F bonded to the Si. In the case, the predetermined value (= ΔE) is obtained, compared with the case where F is not bonded to Si.aThe activation energy required to replace the element bonded to Si with F by [kcal / mol]) is larger when Si and O with F substitution are bonded to Si. The predetermined value (= δE) than the case where Si and O in which F substitution does not occur is bonded to Si.aWhen a substance larger by [kcal / mol] is used, (ΔEa+ ΔEa) / (KB・ T) ≧ 1.5 × 10-3And ΔEa≧ δEaThe insulating film is formed under film forming conditions that satisfy the conditions.
[0021]
In the above invention, between the conductive regions means between the diffusion layer on the substrate surface and the wiring or the electrode, between the wiring, between the electrodes, between the wiring and the electrode, or from other layers of conductive members. Between the two areas.
[0022]
The membrane material refers to a source gas, a precursor generated from the source gas, and a reaction intermediate generated from the source gas.
[0023]
Desirable embodiments of the invention are as follows.
[0025]
(2) When the present invention is applied to an interlayer insulating film, SiO to which F according to the present invention is added is used as the interlayer insulating film.2Film and this SiO2An insulating film having a lower hygroscopicity than the film (for example, pure SiO containing no F)2A laminated film is used.
[0030]
[Action]
According to the study by the present inventors, if the film forming conditions of the present invention are satisfied, SiO2F-doped SiO with network structure2In the film, even if the F concentration is increased, SiO having Si combined with two or more F that causes hygroscopic deterioration.2It was found that the occurrence of the network structure can be effectively suppressed. Therefore, according to the present invention, the F-added SiO having a lower dielectric constant than that of the conventional one without causing corrosion or adhesion deterioration due to hygroscopicity.2A film can be formed.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Experiment / Discussion)
First, the experiment and the considerations that led to the creation of the present invention will be described. The present inventors have made SiO containing no F.23D mesh SiO2SiF formed by F replacing O when F is sequentially introduced randomly intonO(4-n) / 2The F concentration dependence of the statistical distribution (n = 1, 2, 3, 4) was examined using the Monte Carlo method.
[0032]
1 and 2 show the SiF obtained by the above method.nO(4-n) / 2The statistical distribution of (n = 1, 2, 3, 4) is shown.
[0033]
FIG. 1 shows the activation energy E under a certain film formation temperature T.aFIG. 2 shows the activation distribution E on the contrary.aShows a statistical distribution when the film formation temperature T is changed under a certain condition.
[0034]
The reaction probability P when F is inserted into the bond between Si and the adjacent Si atom is the activation energy E of F insertion.aIt was assumed that the film formation temperature T was determined by the number n of F already bonded to Si.
[0035]
Activation energy EaIs E in the case where F is not bonded at all (n = 0) in proportion to the number n (n ≧ 1) of F already bonded to Si.0 aThan ΔEaIt gets bigger and Ea= Ea 0+ NΔEaIt becomes.
[0036]
At this time, the reaction probability P is
P = α (4-n) / 4 × exp (−Ea/ KBT)
= Α (4-n) / 4xexp (-Ea 0/ KBT) xexp (-nΔEa/ KBT)
α: Proportional coefficient
Ea 0: Si- (O)FourActivation energy [kcal / mol] of F ← → O substitution reaction at Si-O bond
ΔEa: Difference in activation energy [kcal / mol]
kB  : Boltzmann constant = 1.9872 × 10-3[Kcal / mol]
T: Deposition temperature [K]
It becomes.
[0037]
Deposition temperature T is fixed at 400 ° C. and ΔEaSiF while changingnO(4-n) / 2From the results of FIG. 1 in which the F concentration dependence of the statistical distribution of (n = 1, 2, 3, 4) was examined, the rise of the concentration distribution of n ≧ 2, that is, Si that is a structure that deteriorates the moisture absorption resistance is obtained. Local SiO with multiple F bonds2The critical F concentration at which the formation of the network structure becomes remarkable is ΔEaWhen it is> 1.0 kcal / mol, it shifts remarkably to the high concentration side.2It can be seen that the formation of the network structure is suppressed to 5% or less of the structure in which only one F is bonded.
[0038]
Activation energy difference ΔEaIs fixed at 1.5 kcal / mol, and while changing the film formation temperature T, SiFnO(4-n) / 2From the results of FIG. 2 in which the F concentration dependency of the statistical distribution of (n = 1, 2, 3, 4) was examined, the rise of the concentration distribution of n ≧ 2, that is, Si that is a structure that deteriorates the moisture absorption resistance is obtained. Local SiO with multiple F bonds2The critical concentration at which the formation of the network structure becomes prominent is significantly shifted to the high concentration side when T ≦ 400 ° C., and in particular, local SiO in which a plurality of F is bonded to Si at an F concentration of 10 at% or less.2It can be seen that the formation of the network structure is suppressed to 5% or less of the structure in which only one F is bonded.
[0039]
Based on the above results, a wider range of ΔEa, Ta/ KBT ≧ 1.5 × 10-3Satisfying activation energy difference ΔEaBy using a raw material gas, a precursor generated from the raw material gas or a reaction intermediate, and when the raw material gas is fixed, by using a CVD method in which the film formation temperature T is set to a predetermined level, It has been found that the formation of Si in which two or more Fs having a structure with a severe hydrolysis reaction are bonded can be suppressed even at a higher F concentration than before. In addition, the ab initio molecular orbital calculation reveals that a larger amount of activation energy is required when Si that undergoes a substitution reaction of F is linked to adjacent Si and O that have already undergone F substitution. It was.
[0040]
This activation energy increment is expressed as δEaAs mentioned above, the activation energy EaEa= E0 a+ NΔEa+ ΧδEa(Χ: χ = 1 when F is bonded to adjacent Si, χ = 0 when F is not bonded to adjacent Si)nO(4-n) / 2(N = 1, 2, 3, 4) and FlSiOSiFmThe statistical distribution of (a structure in which F is simultaneously present in adjacent Si) was examined by the Monte Carlo method.
[0041]
The results are shown in FIGS. In the figure, the Y axis is 10Three/ T [K] is shown, and the range is 1.25 to 2.25. In the figure, parameters 10, 15, and 20 indicate the F concentration [at%].
[0042]
  From these figures, δEaAs (> 0) increases, a structure in which F is simultaneously present in adjacent Si becomes difficult to form rapidly. In particular, ΔEaIs δEaIf smaller, SiF is heavily hydrolyzed.2The structure is easier to form. To suppress this, (ΔEa+ ΔEa) /k BT ≧ 1.5 × 10-3And ΔEa≧ δEaΔE that satisfiesaAnd δEaBy using a precursor gas or a reaction intermediate generated from the precursor gas, or using a CVD method in which the film-forming temperature T is set, two or more Fs having a structure with a severe hydrolysis reaction are bonded. It can be seen that the formation of Si can be suppressed even at a higher F concentration than in the past.
[0043]
Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
[0044]
(First embodiment)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a plasma CVD apparatus used for forming an interlayer insulating film according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, SiF (OCH as a source gas2CFThree)ThreeAnd O2And a mixed gas of TEOS are used.
[0045]
Next, a method for forming a multilayer wiring using the plasma CVD apparatus will be described. First, a semiconductor substrate 11 such as a silicon substrate on which elements are formed is set on a substrate support 12. Next, the semiconductor substrate 11 is heated by a resistance heater 13 provided in the substrate support 12 and set to a predetermined substrate temperature (film formation temperature).
[0046]
A cooling pipe 14 for circulating a coolant is provided in the substrate support 12 so that the substrate temperature (film formation temperature) can be prevented from exceeding a predetermined temperature.
[0047]
The substrate temperature (film formation temperature) is determined by SiOD in the thermal desorption spectroscopy (TDS) measurement performed in advance.2It is set to 400 ° C. or higher (for example, 470 ° C.) at which dehydration condensation of the structural water (Si—OH, H—OH) taken in is remarkable.
[0048]
As a result, SiO2Achievement of densification of network and SiO due to structural water residue2Suppression of formation of free volume (void) required for network relaxation and Si-F elongation is realized.
[0050]
Next, the source gas, TEOS, is 50 cm in the film formation chamber (reaction vessel) 16.Three/ Min, O2500cmThree/ Min, SiF (OCH2CFThree)Three0-1500cmThree/ Min, SiHFour50cmThreeAt the same time, the pressure in the film forming chamber 16 is maintained at 133 Pa by the exhaust device 10. The flow rate is adjusted by the gate valve 18.
[0051]
Next, 1 kW of RF power of 13.56 MHz is applied to an electrode (counter electrode) 17 facing the semiconductor substrate 11 by a high frequency power source 19 to start discharging, and at the same time, the substrate is driven by a high frequency power source 15 provided on the substrate support 12. By applying 500 W RF bias at 350 kHz to the support 12, SiO added with F as an interlayer insulating film2Film (F-added SiO2Film) is formed.
[0052]
At this time, it has energy that can give the surface of the interlayer insulating film being formed with energy of about 12 eV or more, which is energy required for breaking the O—H bond of Si—OH and H—OH that can be taken into the interlayer insulating film. Electrons or ions (typically F±, O±, O2 ±By irradiating the surface of the interlayer insulating film being formed with ions), the decomposition of Si—OH on the film surface is promoted and SiO2Refine the network. In addition, non-bridging oxygen that can be generated during film formation is due to network densification by irradiation with oxygen ions and SiH.FourDecomposition product SiHnIt is removed by termination according to (n = 1 to 3).
[0053]
In this way, as shown in FIG. 4A, SiO having a thickness of 500 nm added on the semiconductor substrate 11 is SiO.2Film (F-added SiO2Film) 20 is formed.
[0054]
Next, as shown in FIG. 5A, F-doped SiO2 is obtained by DC magnetron sputtering.2After forming an Al film on the film 20, the Al film is patterned to form a first Al wiring 21 having a wiring width of 500 nm and a wiring thickness of 400 nm.
[0055]
Next, as shown in FIG.2800 nm thick F-doped SiO with the same film formation method as film 202After forming the film 22, an Al film having a thickness of 400 nm is formed in the same manner as the Al wiring 21, and this Al film is patterned to form a second-layer Al wiring 23.
[0056]
Finally, as shown in FIG.2800 nm thick F-doped SiO with the same film formation method as film 202A film 24 is formed.
[0057]
F-added SiO2The formation of Si—F bonds in the film 24 was confirmed by infrared absorption spectrum measurement. That is, the infrared absorption spectrum has about 1080 cm.-1, About 800cm-1, About 450cm-1And SiO2In addition to the absorption peak attributed to the inherent normal vibration mode, it is approximately 935 cm.-An absorption peak attributed to the Si-F bond was observed. This F-added SiO2The refractive index of the film was 1.36, and the relative dielectric constant was 2.8.
[0058]
  In the case of the embodiment, F-added SiO with high F concentration2Although a film was formed, it was approximately 980 cm, which was attributed to a structure in which two F atoms were bonded to Si.-1Unlike the conventional case, the absorption band intensity of was lower than the detection limit.Therefore, SiO having a structure in which the existence ratio of two or more F atoms bonded to Si atoms is sufficiently smaller than the existence ratio of one bonded Si atom. 2 Is realized.
[0059]
In the present embodiment, as the plasma CVD apparatus, a CVD apparatus is used in which discharge in the film formation chamber is performed by applying a high frequency to the electrode facing the semiconductor substrate. However, another CVD apparatus is used. Also good.
[0060]
For example, a conventionally used parallel plate type plasma CVD apparatus, microwave discharge, magnetron discharge, etc. 1 × 1011Ion / cmThreeCVD apparatus capable of forming the above high density plasma, for example, plasma CVD apparatus using cyclotron resonance, plasma CVD apparatus using induced current, plasma CVD apparatus using helicon wave, dipole ring magnetron plasma CVD apparatus or magnetron parallel plate Even if a CVD apparatus or the like is used, by controlling the conditions during the formation of the insulating film, the same F-added SiO as in this embodiment2A film can be formed.
[0061]
FIG. 5A and FIG. 5B are respectively F-doped SiO films formed by the method of the present embodiment (the present invention).2In order to investigate the hygroscopicity of the film, it is the result of measuring the change in the infrared absorption spectrum immediately after deposition and after being left in the atmosphere for one week.
[0062]
In the figure, the horizontal axis corresponds to the concentration of added F (Si-F / Si-O ratio), about 935 cm.-1Si-F stretching peak integrated intensity of about 1080 cm-1SiO2It is a value normalized by the inverse symmetric stretching peak integrated intensity. The vertical axis represents SiO2Corresponding to the absorption amount ((Si—OH, H—OH) / SiO ratio) which is the concentration of the structural water taken in, about 3750 to 3000 cm-1Si-OH, H-OH peak integrated intensity of about 1080 cm-1SiO2It is a value normalized by the inverse symmetric stretching peak integrated intensity.
[0063]
From FIG. 5, it can be seen that the structural water decreases immediately after deposition, and the amount of moisture absorption after leaving in the atmosphere decreases. In addition, when F density | concentration is low (less than 2%), it seems that the amount of moisture absorption is increasing because there are considerably many OH groups in a film | membrane.
[0064]
Furthermore, it was found by FT-IR that the formation of a structure in which two or more Fs are attached to one Si is suppressed because the symmetry of the Si—F bond in the film is not greatly changed.
[0065]
As described above, according to the present embodiment, even if the F concentration is increased in order to lower the dielectric constant, the F-added SiO does not cause deterioration in hygroscopicity.2A film can be formed. Therefore, by reducing the inter-wiring capacitance, signal delay can be suppressed, and a high-speed operation semiconductor device can be realized without causing a decrease in reliability due to hygroscopic deterioration.
[0066]
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a multilayer wiring forming method according to the second embodiment of the present invention. In order to improve the hygroscopicity, SiO added F is used as an interlayer insulating film.2Film (F-added SiO2Film) and SiO with no F added2Film (pure SiO2This is an example using a laminated insulating film.
[0067]
First, as shown in FIG. 6A, a boron phosphorous glass (BPSG) film 32 having a thickness of 800 nm is formed on a semiconductor substrate 31 such as a silicon substrate on which elements are formed. Next, after forming an Al film having a thickness of 400 nm by sputtering, the Al film is patterned to form a first Al wiring 33.
[0068]
Next, as shown in FIG. 6 (b), TEOS and O as source gases.2100 nm thick pure SiO 2 by plasma CVD using a mixed gas with2After forming the film 34, as in the first embodiment, TEOS and O2 are used as source gases.2And SiHFourAnd SiF (OCH2CFThree)ThreeF-doped SiO with a thickness of 500 nm by plasma CVD using a mixed gas with2A film 35 is formed.
[0069]
Next, as shown in FIG. 2B, TEOS and O as source gases.2100 nm thick pure SiO 2 by plasma CVD using a mixed gas with2The film 36 is made of F-added SiO.2Formed on the film 35.
[0070]
Next, as shown in FIG. 6C, a resist (not shown) is applied to the entire surface, exposed and developed to form a resist pattern, and then the Al wiring 33 is formed by dry etching using the resist pattern as a mask. Via holes 37 are opened in the upper insulating films 34, 35 and 36.
[0071]
Next, as shown in FIG.6And SiHFourThe tungsten film 38 is embedded in the via hole 37 by combining the selective CVD method or the non-selective CVD method using the mixed gas with chemical mechanical polishing or resist etch back.
[0072]
Next, as shown in FIG. 6D, an Al film having a thickness of 400 nm is formed by sputtering, and this Al film is patterned to form a second layer of Al wiring 39, and then pure SiO 2 having a thickness of 100 nm is formed.2Film 40, 500 nm thick F-doped SiO2Film 41, 100 nm thick pure SiO2The film 42 is formed sequentially.
[0073]
Pure SiO2The film is F-doped SiO2Less hygroscopic than membranes. Therefore, according to the present embodiment, moisture absorption of the interlayer insulating film can be further suppressed as compared with the first embodiment, and a decrease in reliability typified by an increase in dielectric constant and wiring corrosion can be effectively prevented. . Pure SiO2Instead of a film, SiO in which the F concentration in the film is low and does not exhibit hygroscopicity2The same effect was obtained even when using.
[0074]
Further, instead of the BPSG film 32, F-added SiO2The film 35 may be used to insulate the diffusion layer formed on the substrate surface from the wiring formed on the substrate.
[0075]
(Third embodiment)
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a plasma CVD apparatus used for forming an interlayer insulating film according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, SiF (OCH as a source gas2CFThree)Three, O2, SiHFour, NFThreeAnd a mixed gas of TEOS are used.
[0076]
In the figure, reference numeral 50 denotes a film forming chamber (reaction vessel) made of an insulating material. Inside the film forming chamber 50, a substrate support for placing a semiconductor substrate 51 such as a silicon substrate on which elements are formed. A stand 52 is provided. Further, a nozzle 56 for introducing a source gas is provided above the film forming chamber 50. In addition, an exhaust device 55 is provided below the film forming chamber 50, so that the inside of the film forming chamber 50 can be evacuated.
[0077]
The substrate support 52 is provided with a resistance heater 53 which is an internal heater and a cooling pipe 54 for circulating the coolant. A high frequency power source 59 is connected to the substrate support base 52. A high frequency coil 57 is wound around the side wall of the film forming chamber 50, and a high frequency power source 58 is connected to the high frequency coil 57.
[0078]
Next, a method for forming a multilayer wiring using the plasma CVD apparatus for forming an interlayer insulating film will be described. This is an example in which the present invention is applied to an N-added insulating film.
[0079]
First, the semiconductor substrate 51 on which the element is formed is set on the substrate support base 52, and is set to a predetermined substrate temperature (film formation temperature) by the resistance heater 54.
[0080]
The substrate temperature is determined by SiOD in the thermal desorption spectrum (TDS) measurement performed in advance.2Is set to 400 ° C. or higher (for example, 470 ° C.) at which dehydration condensation of the structural water (Si—OH, HOH) taken in is remarkable.
[0081]
As a result, SiO2Achievement of densification of network and SiO due to structural water residue2Suppression of formation of free volume (void) required for network relaxation and Si-F elongation is realized.
[0083]
Next, 50 cm of TEOS is used as a source gas in the deposition chamber 50.Three/ Min, O2500cmThree/ Min, SiHFour50cmThree/ Min, NFThree500cmThree/ Min, SiF (OCH2CFThree)Three0-1500cmThreeAt the same time, the pressure in the film forming chamber 50 is kept at 133 Pa.
[0084]
Next, 13.56 MHz RF power is applied to the high frequency coil 57 on the side wall of the film forming chamber 50 by the high frequency power source 58 to start discharging, and at the same time, an RF bias of 350 kHz is applied to the substrate support base 52 by the high frequency power source 59. Then, an interlayer insulating film is formed.
[0085]
At this time, energy that can be applied to the surface of the interlayer insulating film being formed is about 12 to 25 eV or more of energy required for breaking the O—H bond of Si—OH and H—OH that can be taken into the interlayer insulating film. Electrons or ions with (typically F±, O2 ±By irradiating the surface of the interlayer insulating film being formed with ions), the decomposition of Si—OH on the film surface is promoted and SiO2Refine the network.
[0086]
In addition, non-bridging oxygen that can be generated during film formation includes network densification by oxygen ion irradiation,FourDecomposition product SiHn(N = 1 to 3).
[0087]
Thus, as shown in FIG. 8A, SiO having a thickness of 500 nm added with F and N on the semiconductor substrate 51.2Film (SiO with F, N added2Film) 70 is formed.
[0088]
Next, as shown in FIG. 8B, after an Al film is formed by DC magnetron sputtering, this Al film is patterned to form a first Al wiring 71 having a wiring width of 500 nm and a wiring thickness of 400 nm. To do.
[0089]
Next, as shown in FIG.2F and N-added SiO with a thickness of 800 nm by the same film formation method as the film 702A film 72 is formed. Next, similarly to the Al wiring 71, an Al film of 400 nm is formed, and this Al film is patterned to form a second-layer Al wiring 73.
[0090]
Finally, as shown in FIG.2F and N-added SiO with a thickness of 800 nm by the same film formation method as the film 702A film 74 is formed.
[0091]
  N-added SiO2Although the film has a high dielectric constant, the dielectric constant can be lowered by adding F as in this embodiment. At this time, as in the case of the other embodiments, even if the F concentration is increased, problems such as hygroscopic deterioration do not occur.Therefore, SiO having a structure in which the existence ratio of two or more F atoms bonded to Si atoms is sufficiently smaller than the existence ratio of one bonded Si atom. 2 Is realized.
[0092]
In the present embodiment, as the plasma CVD apparatus, a CVD apparatus is used in which discharge in the film forming chamber is performed by applying high-frequency power to an electrode provided on the side wall of the film forming chamber. It may be used.
[0093]
For example, a conventionally used parallel plate type plasma CVD apparatus, microwave discharge, magnetron discharge, etc. 1 × 1011Ion / cmThreeCVD apparatus capable of forming the above high density plasma, for example, plasma CVD apparatus using cyclotron resonance, plasma CVD apparatus using induced current, plasma CVD apparatus using helicon wave, dipole ring magnetron plasma CVD apparatus or magnetron parallel plate Even if a CVD apparatus or the like is used, N and F-added SiO, which are the same as those in the present embodiment, are controlled by controlling the conditions during the formation of the insulating film.2A film can be formed.
[0094]
(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a process cross-sectional view illustrating a multilayer wiring forming method according to the fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, SiF (OCH as a source gas2CFThree)Three, O2, SiHFour, BFThreeAnd a mixed gas with TEOS is used. Further, the same plasma CVD apparatus as that of the third embodiment is used as an interlayer insulating film forming apparatus.
[0095]
First, as in the third embodiment, the semiconductor substrate 51 on which elements are formed is set on the substrate support base 52 and set to a predetermined heating temperature (film formation temperature) by the resistance heater 54.
[0096]
The heating temperature is determined by SiOD in the thermal desorption spectroscopy (TDS) measurement performed in advance.2Is set to 400 ° C. or higher (for example, 470 ° C.) at which dehydration condensation of the structural water (Si—OH, HOH) taken in is remarkable.
[0097]
As a result, SiO2Achievement of densification of network and SiO due to structural water residue2Suppression of the shape of the free volume (void) required for network relaxation and Si-F elongation is realized.
[0099]
  Next, 50 cm of TEOS is used as a source gas in the deposition chamber 50.Three/ Min, O2500cmThree/ Min, SiHFour, BFThree500cmThree/ Min,SiF (OCH 2 CF Three ) Three  0-1500cmThreeAre introduced simultaneously at a flow rate of / min so that the pressure in the film forming chamber 50 is maintained at 133 Pa.
[0100]
Next, 13.56 MHz RF power is applied to the high frequency coil 57 on the side wall of the film forming chamber 50 by the high frequency power source 58 to start discharging, and at the same time, an RF bias of 350 kHz is applied to the substrate support base 43 by the high frequency power source 59. Then, an interlayer insulating film is formed.
[0101]
At this time, energy that can give the surface of the interlayer insulating film being formed with energy of about 12 to 25 eV or more, which is energy required for breaking the O—H bond of Si—OH and H—OH that can be taken into the interlayer insulating film. Electrons or ions with (typically F±, O2 ±By irradiating the surface of the interlayer insulating film being formed with ions), the decomposition of Si—OH on the film surface is promoted and SiO2Refine the network.
[0102]
Furthermore, SiO having a structure in which the proportion of Si atoms in which two or more F atoms are bonded is sufficiently smaller than the proportion of Si atoms in which one F atom is bonded.2Was confirmed by FT-IR. The ratio is preferably at most 1/3. In this way, as shown in FIG. 9A, SiO having a thickness of 500 nm in which F and B are added onto the semiconductor substrate 51.2Film (SiO with F and B)2Film) 80 is formed.
[0103]
Next, as shown in FIG. 9B, after an Al film is formed by DC magnetron sputtering, this Al film is patterned to form a first Al wiring 81 having a wiring width of 500 nm and a wiring thickness of 400 nm. Form.
[0104]
Next, as shown in FIG.2F and B doped SiO with a thickness of 800 nm by the same film formation method as the film 802A film 82 is formed. Next, an Al film having a thickness of 400 nm is formed in the same manner as the Al wiring 81, and then the Al film is patterned to form a second-layer Al wiring 83.
[0105]
Finally, as shown in FIG. 5C, F and B added SiO2F and B doped SiO with a thickness of 800 nm by the same film formation method as the film 822A film 84 is formed.
[0106]
In the present embodiment, as the plasma CVD apparatus, a CVD apparatus is used in which discharge in the film forming chamber is performed by applying high-frequency power to an electrode provided on the side wall of the film forming chamber. It may be used.
[0107]
For example, a conventionally used parallel plate type plasma CVD apparatus, microwave discharge, magnetron discharge, etc. 1 × 1011Ion / cmThreeCVD apparatus capable of forming the above high-density plasma, for example, plasma CVD apparatus using cyclotron resonance, plasma CVD apparatus using induced current, plasma CVD apparatus using helicon wave, dipole ring magnetron plasma CVD apparatus or magnetron parallel plate Even if a CVD apparatus or the like is used, by controlling the conditions at the time of forming the insulating film, SiO and B and F similar to those of the present embodiment are added.2A film can be formed.
[0108]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above.
[0109]
For example, in the above embodiment, the plasma is in a constant state, but the plasma may be modulated by intermittently applying high-frequency power for plasma generation.
[0110]
The source gas is not limited to that in the above embodiment.
[0112]
  An organosilane gas containing F as one of the constituent elements is SiF (OCH2 CFThree)Three, SiF (OCH2C (OR)Three)Three(R is a functional group), SiF (OCH2CF2R)Three(R is a functional group), SiF (OCH2C (OR)2R ′)Three(R and R 'are functional groups), SiF (OCH2C (NR2)Three)Three(R is a functional group), SiF (OCH2C (NR2)2R ′)Three(R and R 'are functional groups), SiF (OCH2 CRO)Three(R is a functional group), SiF (OCH2CN)Three(R is a functional group), SiF (OCH2NO2)Three, SiF (OCH2COOR)Three(R is a functional group), SiFn(OCH2CF2R)4-n(N = 1 to 3, R is a functional group)Can be used.
[0113]
The characteristic of organosilane gas containing F as one of the constituent elements is Si—O—CH.2-To make the electrical state of the portion C into a stronger negative charge state. These gases can also be used without an oxidant gas as an organosilane gas containing F and O as constituent elements.
[0114]
In addition, as an inorganic silane gas containing F as a constituent element, SiFnH4-n(N = 1 to 4) or the like can be used.
[0115]
Moreover, as organosilane gas, TEOS, HnSi (OC2HFive)4-n(N = 1-3), HnSi (OCFourH9)4-n(N = 1 to 3) or the like can be used.
[0116]
As the inorganic silane gas, SiHFour, Si2H6Etc. can be used.
[0117]
As the oxidant gas, O2, N2O or the like can be used.
[0118]
In addition, as a compound gas having N and B as one of constituent elements, NO, NHThree, N2HFour, BHThree, B2H6Etc. can be used.
[0119]
In the above embodiment, pure Al is used as the wiring material. However, other wiring material, for example, an alloy containing Al as a main component may be used. In addition, any one of copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), or one or more of these elements as a main wiring material An alloy may be used.
[0120]
In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0121]
【The invention's effect】
As detailed above, according to the present invention, SiO2F-doped SiO with network structure2In the film, even if the F concentration is increased, SiO having Si combined with two or more F that causes hygroscopic deterioration.2Since the generation of network structure can be effectively suppressed, F-doped SiO with low hygroscopicity and low dielectric constant2A membrane can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows SiF when the activation energy is changed under the condition of a constant film formation temperature.nO(4-n) / 2The figure which shows the statistical distribution of (n = 1,2,3,4)
FIG. 2 shows SiF when the deposition temperature is changed under the condition of constant activation energy.nO(4-n) / 2The figure which shows the statistical distribution of (n = 1,2,3,4)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a plasma CVD apparatus used for forming an interlayer insulating film according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating a method of forming an interlayer insulating film according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows F and N-added SiO according to the present invention.2Diagram showing hygroscopicity of membrane
FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a multilayer wiring forming method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a plasma CVD apparatus used for forming an interlayer insulating film according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a process sectional view showing a multilayer wiring forming method according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a process cross-sectional view illustrating a multilayer wiring forming method according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 shows SiF with no activation energy increment.nO(4-n) / 2(N = 1, 2, 3, 4) and Fl SiOSiFmThe figure which shows the statistical distribution of (structure where F exists simultaneously in adjacent Si)
FIG. 11 shows SiF when the activation energy increment is 1.5 kcal / mol.nO(4-n) / 2(N = 1, 2, 3, 4) and FlSiOSiFmThe figure which shows the statistical distribution of (structure where F exists simultaneously in adjacent Si)
FIG. 12 shows SiF when the activation energy increment is 3.0 kcal / mol.nO(4-n) / 2(N = 1, 2, 3, 4) and FlSiOSiFmThe figure which shows the statistical distribution of (structure where F exists simultaneously in adjacent Si)
[Explanation of symbols]
10 ... Exhaust device
11 ... Semiconductor substrate
12 ... Board support
13 ... Resistance heater
14 ... Cooling pipe
15 ... High frequency power supply
16 ... deposition chamber
17 ... Counter electrode
18 ... Gate valve
19 ... High frequency power supply
20 ... F-added SiO2film
21 ... Al wiring
22 ... F-added SiO2film
23 ... Al wiring
24 ... F-added SiO2film
31 ... Semiconductor substrate
32 ... BPSG membrane
33 ... Al wiring
34 ... Pure SiO2film
35 ... F-added SiO2film
36 ... Pure SiO2film
37 ... Via Hall
38 ... Tungsten film
39 ... Al wiring
40 ... Pure SiO2film
41 ... F-added SiO2film
42 ... Pure SiO2film
50 ... Deposition chamber
51. Semiconductor substrate
52. Substrate support base
53. Resistance heater
54 ... Cooling pipe
55. Exhaust device
56 ... Nozzle
57 ... High frequency coil
58 ... High frequency power supply
59 ... High frequency power supply
70 ... F, N added SiO2film
71 ... Al wiring
72 ... F, N added SiO2film
73 ... Al wiring
74 ... F and N added SiO2film
80 ... F and B added SiO2film
81 ... Al wiring
82 ... F and B added SiO2film
83 ... Al wiring
84 ... F and B added SiO2film

Claims (1)

導電領域間を電気的に分離し、Si、O、Fを含み、SiO2 の網目構造を有する絶縁膜をプラズマCVD法により形成する際に、
前記Siに結合した元素がFと置換するのに必要な活性化エネルギーが、前記SiにFが結合している場合のほうが、前記SiにFが結合していない場合よりも大きくなる原料ガスとして、SiF(OCH2 CF3 3 、SiF(OCH2 C(OR)3 3 (Rは官能基)、SiF(OCH2 CF2 R)3 (Rは官能基)、SiF(OCH2 C(OR)2 R′)3 (R,R′は官能基)、SiF(OCH2 C(NR2 3 3 (Rは官能基)、SiF(OCH2 C(NR2 2 R′)3 (R,R′は官能基)、SiF(OCH2 CRO)3 (Rは官能基)、SiF(OCH2 CN)3 SiF(OCH2 NO2 3 、SiF(OCH2 COOR)3 (Rは官能基)またはSiFn (OCH2 CF2 R)4-n (n=1〜3、Rは官能基)のガスを用い、かつ、前記二つの活性化エネルギー差をΔE a [kcal/mol](>0)、成膜温度をT[K]、ボルツマン定数をk B とした場合に、ΔE a /(k B ・T)≧1.5×10 -3 の条件を満たす条件で、前記絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
When electrically insulating between conductive regions and forming an insulating film containing Si, O, F and having a network structure of SiO 2 by a plasma CVD method,
As a raw material gas, the activation energy required for replacing the element bonded to Si with F is larger when F is bonded to Si than when F is not bonded to Si. , SiF (OCH 2 CF 3 ) 3 , SiF (OCH 2 C (OR) 3 ) 3 (R is a functional group), SiF (OCH 2 CF 2 R) 3 (R is a functional group), SiF (OCH 2 C ( OR) 2 R ′) 3 (R and R ′ are functional groups), SiF (OCH 2 C (NR 2 ) 3 ) 3 (R is a functional group), SiF (OCH 2 C (NR 2 ) 2 R ′) 3 (R and R ′ are functional groups), SiF (OCH 2 CRO) 3 (R is a functional group), SiF (OCH 2 CN) 3 , SiF (OCH 2 NO 2 ) 3 , SiF (OCH 2 COOR) 3 (R functional groups) or SiF n (OCH 2 CF 2 R ) 4-n (n = 1~3, R is the gas functional group) Used, and the two activation energy difference ΔE a [kcal / mol] ( > 0), the deposition temperature T [K], in the case where the Boltzmann constant was k B, · ΔE a / ( k B T) The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the insulating film is formed under a condition that satisfies a condition of 1.5 × 10 −3 .
JP05979096A 1996-03-15 1996-03-15 Manufacturing method of semiconductor device Expired - Fee Related JP4250209B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP05979096A JP4250209B2 (en) 1996-03-15 1996-03-15 Manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP05979096A JP4250209B2 (en) 1996-03-15 1996-03-15 Manufacturing method of semiconductor device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008318096A Division JP2009071331A (en) 2008-12-15 2008-12-15 Method for manufacturing semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09251990A JPH09251990A (en) 1997-09-22
JP4250209B2 true JP4250209B2 (en) 2009-04-08

Family

ID=13123439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP05979096A Expired - Fee Related JP4250209B2 (en) 1996-03-15 1996-03-15 Manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4250209B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH09251990A (en) 1997-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3688726B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2699695B2 (en) Chemical vapor deposition
JP3015717B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
EP0949663A2 (en) Deposition of an insulating film comprising carbon
JPH04239750A (en) Forming method for fluorine-containing silicon oxide film
US20020000556A1 (en) Hexagonal boron nitride film with low dielectric constant, layer dielectric film and method of production thereof, and plasma CVD apparatus
US6149976A (en) Method of manufacturing fluorine-containing silicon oxide films for semiconductor device
JPH10335322A (en) Method of forming insulation film
JP3698885B2 (en) Method for manufacturing device using ferroelectric film
JP3666106B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US6413887B1 (en) Method for producing silicon nitride series film
JPH1187340A (en) Semiconductor device and its manufacture
JPH05259156A (en) Manufacture of semiconductor device
JP4250209B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US20030209805A1 (en) Flourine doped SiO2 film and method of fabrication
JP2702430B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2009071331A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3333401B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH06163521A (en) Fabrication of semiconductor device
JPH06163523A (en) Fabrication of semiconductor device
JP3234121B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP4167645B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3539741B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3283344B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH0964181A (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040224

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040426

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050621

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050822

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20051019

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20051118

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081215

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090119

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120123

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120123

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees