JPH07254592A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH07254592A JPH07254592A JP4592094A JP4592094A JPH07254592A JP H07254592 A JPH07254592 A JP H07254592A JP 4592094 A JP4592094 A JP 4592094A JP 4592094 A JP4592094 A JP 4592094A JP H07254592 A JPH07254592 A JP H07254592A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多層配線における絶縁膜の形成方法に係り、
誘電率の低い絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法に
関し、大気中にあっても経時変化の少ないＳｉＯＦ膜を
堆積する半導体装置の製造方法を提供する。 【構成】 弗素を含有したシリコン酸化膜をプラズマ化
学気相成長法により堆積する半導体装置の製造方法にお
いて、高周波電源１６により発生した１ＭＨｚ以上の高
周波電界と、低周波電源１８により発生した１ＭＨｚ以
下の低周波電界を用いて反応ガスを励起し、半導体ウェ
ーハ２０上にＳｉＯＦ膜を堆積する。
誘電率の低い絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法に
関し、大気中にあっても経時変化の少ないＳｉＯＦ膜を
堆積する半導体装置の製造方法を提供する。 【構成】 弗素を含有したシリコン酸化膜をプラズマ化
学気相成長法により堆積する半導体装置の製造方法にお
いて、高周波電源１６により発生した１ＭＨｚ以上の高
周波電界と、低周波電源１８により発生した１ＭＨｚ以
下の低周波電界を用いて反応ガスを励起し、半導体ウェ
ーハ２０上にＳｉＯＦ膜を堆積する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多層配線における絶縁
膜の形成方法に係り、誘電率の低い絶縁膜を形成する半
導体装置の製造方法に関する。
膜の形成方法に係り、誘電率の低い絶縁膜を形成する半
導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化、高速化の
観点から多層配線における絶縁材料の見直しが行われて
いる。シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）は、従来から用い
られてきた半導体装置の絶縁材料であるが、誘電率が
４．１と高いため配線間の寄生容量が大きく、信号遅延
の一つの原因であった。今後、微細化が進むと配線間の
距離がさらに短くなるため、寄生容量はさらに大きくな
り、信号遅延時間を増大させてしまう。誘電率の低い材
料を層間絶縁膜として用いることができれば、配線間の
寄生容量は低下し、半導体装置における信号遅延時間を
短くすることができる。
観点から多層配線における絶縁材料の見直しが行われて
いる。シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）は、従来から用い
られてきた半導体装置の絶縁材料であるが、誘電率が
４．１と高いため配線間の寄生容量が大きく、信号遅延
の一つの原因であった。今後、微細化が進むと配線間の
距離がさらに短くなるため、寄生容量はさらに大きくな
り、信号遅延時間を増大させてしまう。誘電率の低い材
料を層間絶縁膜として用いることができれば、配線間の
寄生容量は低下し、半導体装置における信号遅延時間を
短くすることができる。
【０００３】最近、プラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法
によるＳｉＯ2膜の成膜において、成膜過程で弗素
（Ｆ）原子を含むガスを添加し、Ｆ原子を含有するＳｉ
Ｏ2（ＳｉＯＦ）膜を形成した例が報告されている。こ
のようにして成膜したＳｉＯＦ膜の誘電率は３．０〜
３．５程度の値であり、プラズマＣＶＤ法により形成し
た従来のＳｉＯ2膜の誘電率である４．３と比較して低
く、半導体装置の高速化を図る上で効果がある。
によるＳｉＯ2膜の成膜において、成膜過程で弗素
（Ｆ）原子を含むガスを添加し、Ｆ原子を含有するＳｉ
Ｏ2（ＳｉＯＦ）膜を形成した例が報告されている。こ
のようにして成膜したＳｉＯＦ膜の誘電率は３．０〜
３．５程度の値であり、プラズマＣＶＤ法により形成し
た従来のＳｉＯ2膜の誘電率である４．３と比較して低
く、半導体装置の高速化を図る上で効果がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のＳｉＯＦ膜は、分極の大きいＳｉ−Ｆ結合を有するた
めに吸湿性が高く、大気中に放置すると吸湿にともなっ
て誘電率が増加する問題があった。本発明の目的は、大
気中にあっても経時変化の少ないＳｉＯＦ膜を堆積する
半導体装置の製造方法を提供することにある。
のＳｉＯＦ膜は、分極の大きいＳｉ−Ｆ結合を有するた
めに吸湿性が高く、大気中に放置すると吸湿にともなっ
て誘電率が増加する問題があった。本発明の目的は、大
気中にあっても経時変化の少ないＳｉＯＦ膜を堆積する
半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、弗素を含有
したシリコン酸化膜をプラズマ化学気相成長法により堆
積する半導体装置の製造方法において、高周波および低
周波を用いて反応ガスを励起することを特徴とする半導
体装置の製造方法により達成される。また、前記低周波
のエネルギーを０．４６Ｗ／ｃｍ2以上印加することを
特徴とする半導体装置の製造方法により達成される。
したシリコン酸化膜をプラズマ化学気相成長法により堆
積する半導体装置の製造方法において、高周波および低
周波を用いて反応ガスを励起することを特徴とする半導
体装置の製造方法により達成される。また、前記低周波
のエネルギーを０．４６Ｗ／ｃｍ2以上印加することを
特徴とする半導体装置の製造方法により達成される。
【０００６】また、前記低周波電源のエネルギーは１．
８０Ｗ／ｃｍ2以下であることを特徴とする半導体装置
の製造方法により達成される。また、前記低周波の周波
数は１ＭＨｚ以下であることを特徴とする半導体装置の
製造方法により達成される。また、弗素原子を含む前記
反応ガスとして、Ｃ2Ｆ6、ＮＦ3、ＢＦ3、ＣＨＦ3、Ｃ4
Ｆ8、Ｃ2Ｆ2、ＣＦ4あるいはＳｉＦ4を用いることを特
徴とする半導体装置の製造方法により達成される。
８０Ｗ／ｃｍ2以下であることを特徴とする半導体装置
の製造方法により達成される。また、前記低周波の周波
数は１ＭＨｚ以下であることを特徴とする半導体装置の
製造方法により達成される。また、弗素原子を含む前記
反応ガスとして、Ｃ2Ｆ6、ＮＦ3、ＢＦ3、ＣＨＦ3、Ｃ4
Ｆ8、Ｃ2Ｆ2、ＣＦ4あるいはＳｉＦ4を用いることを特
徴とする半導体装置の製造方法により達成される。
【０００７】
【作用】本発明によれば、プラズマＣＶＤによるＳｉＯ
Ｆ膜形成過程で、反応ガス励起用の高周波電源に加えて
低周波電源を用いることにより、堆積と同時に膜中に結
合欠陥が導入され、結合欠陥が膜中に吸収されたＨ2Ｏ
の結合を解離してＳｉ−ＯＨ結合を形成するため、誘電
率の上昇を制御でき、大気中でも誘電率の安定したＳｉ
ＯＦ膜を形成することができる。
Ｆ膜形成過程で、反応ガス励起用の高周波電源に加えて
低周波電源を用いることにより、堆積と同時に膜中に結
合欠陥が導入され、結合欠陥が膜中に吸収されたＨ2Ｏ
の結合を解離してＳｉ−ＯＨ結合を形成するため、誘電
率の上昇を制御でき、大気中でも誘電率の安定したＳｉ
ＯＦ膜を形成することができる。
【０００８】
【実施例】本発明は、吸湿によるＳｉＯＦ膜の誘電率変
化の制御方法を提供するものである。はじめに、本発明
における誘電率制御の機構について説明する。プラズマ
ＣＶＤによる成膜は、一般には１ＭＨｚ以上の高周波を
印加して行われている。これに対して、例えばテトラエ
トキシシラン（ＴＥＯＳ）またはシラン（ＳｉＨ4）と
Ｏ2によるＳｉＯ2膜の成膜において、１ＭＨｚ以上の高
周波と１ＭＨｚ以下の低周波を成膜過程で印加すると、
膜が緻密化され良質の膜を得ることができる。高周波は
プラズマ中の電子を加速するのに対して、低周波はプラ
ズマ中のイオンを加速する。緻密化は、低周波によって
加速したイオンが堆積した膜に対して衝突を繰り返す
（イオンボンバードメント効果）ことによる。このこと
は、特開昭５６−４５７６０号公報、米国特許第４５３
９０６８号明細書で既に報告されている。緻密化した膜
は大気中の水分を吸収し難く誘電率は安定である。
化の制御方法を提供するものである。はじめに、本発明
における誘電率制御の機構について説明する。プラズマ
ＣＶＤによる成膜は、一般には１ＭＨｚ以上の高周波を
印加して行われている。これに対して、例えばテトラエ
トキシシラン（ＴＥＯＳ）またはシラン（ＳｉＨ4）と
Ｏ2によるＳｉＯ2膜の成膜において、１ＭＨｚ以上の高
周波と１ＭＨｚ以下の低周波を成膜過程で印加すると、
膜が緻密化され良質の膜を得ることができる。高周波は
プラズマ中の電子を加速するのに対して、低周波はプラ
ズマ中のイオンを加速する。緻密化は、低周波によって
加速したイオンが堆積した膜に対して衝突を繰り返す
（イオンボンバードメント効果）ことによる。このこと
は、特開昭５６−４５７６０号公報、米国特許第４５３
９０６８号明細書で既に報告されている。緻密化した膜
は大気中の水分を吸収し難く誘電率は安定である。
【０００９】図１は、ＴＥＯＳ＋Ｏ2系によるＳｉＯ2膜
の成膜と、ＴＥＯＳ＋Ｏ2＋Ｃ2Ｆ6系によるＳｉＯＦ膜
の成膜過程で、高周波（１３．５６ＭＨｚ）と低周波
（３５０ｋＨｚ）を印加し、低周波の出力を変化して成
膜した際に、基板にかかる応力を測定した結果である。
基板の応力がコンプレッシブ側になるほど膜の密度は高
く、テンシル側になるほど膜の密度は低くなっているこ
とを示す。
の成膜と、ＴＥＯＳ＋Ｏ2＋Ｃ2Ｆ6系によるＳｉＯＦ膜
の成膜過程で、高周波（１３．５６ＭＨｚ）と低周波
（３５０ｋＨｚ）を印加し、低周波の出力を変化して成
膜した際に、基板にかかる応力を測定した結果である。
基板の応力がコンプレッシブ側になるほど膜の密度は高
く、テンシル側になるほど膜の密度は低くなっているこ
とを示す。
【００１０】図１において、ＳｉＯ2膜を成膜した基板
は低周波出力を増加させると基板の応力はコンプレッシ
ブ側に変化し、膜の密度が高くなっている。一方、Ｓｉ
ＯＦ膜を成膜した基板では、低周波の出力を増加するほ
ど基板の応力はテンシル側に変化し、膜の密度は小さく
なっている。このように、ＳｉＯＦ膜成膜過程で低周波
を印加した場合、膜を緻密化する効果はみられない。Ｓ
ｉＯＦ膜の場合には密度が小さくなっても誘電率の安定
性が図れるが、これは膜に対する低周波の効果が異なる
ことによる。
は低周波出力を増加させると基板の応力はコンプレッシ
ブ側に変化し、膜の密度が高くなっている。一方、Ｓｉ
ＯＦ膜を成膜した基板では、低周波の出力を増加するほ
ど基板の応力はテンシル側に変化し、膜の密度は小さく
なっている。このように、ＳｉＯＦ膜成膜過程で低周波
を印加した場合、膜を緻密化する効果はみられない。Ｓ
ｉＯＦ膜の場合には密度が小さくなっても誘電率の安定
性が図れるが、これは膜に対する低周波の効果が異なる
ことによる。
【００１１】以下、ＳｉＯＦ膜形成過程において、低周
波の印加が誘電率の安定化にどのように関与しているの
かを説明する。周波数が１ＭＨｚ以下になると、プラズ
マ中のイオンは電界の変化に追従できるようになり、加
速する。ＳｉＯＦ膜の成膜において、Ｆイオンは他のＳ
ｉイオンやＯイオンよりも化学的に活性であり、加速し
たＦイオンは堆積した膜中の原子と衝突してＳｉ−Ｏ結
合を分解する。Ｃ2Ｆ6を添加しない場合には１Ｅ１７ｃ
ｍー3程度の欠陥密度であるが、Ｆイオンによる結合分解
によって膜中には１Ｅ２０ｃｍー3程度もの密度で欠陥が
発生する。
波の印加が誘電率の安定化にどのように関与しているの
かを説明する。周波数が１ＭＨｚ以下になると、プラズ
マ中のイオンは電界の変化に追従できるようになり、加
速する。ＳｉＯＦ膜の成膜において、Ｆイオンは他のＳ
ｉイオンやＯイオンよりも化学的に活性であり、加速し
たＦイオンは堆積した膜中の原子と衝突してＳｉ−Ｏ結
合を分解する。Ｃ2Ｆ6を添加しない場合には１Ｅ１７ｃ
ｍー3程度の欠陥密度であるが、Ｆイオンによる結合分解
によって膜中には１Ｅ２０ｃｍー3程度もの密度で欠陥が
発生する。
【００１２】成膜後、大気中から膜中にＨ2Ｏが吸収さ
れると、結合欠陥はＨ2Ｏと次に示すような化学反応を
起こす。
れると、結合欠陥はＨ2Ｏと次に示すような化学反応を
起こす。
【００１３】
【数１】 プラズマ中のＦイオンの衝撃により発生したＳｉの結合
欠陥は、Ｈ2Ｏと反応することでＳｉ−ＯＨを形成し、
膜外にＨを放出する。上記反応により膜中に発生したＳ
ｉ−ＯＨは、誘電率の上昇を制御する上で重要な働きを
もつ。
欠陥は、Ｈ2Ｏと反応することでＳｉ−ＯＨを形成し、
膜外にＨを放出する。上記反応により膜中に発生したＳ
ｉ−ＯＨは、誘電率の上昇を制御する上で重要な働きを
もつ。
【００１４】膜中に結合欠陥をもたないＳｉＯＦ膜中に
Ｈ2Ｏが吸収された場合、ＨとＯの電気陰性度の差によ
って、分子内の電子分布にかたよりが生じている。電子
分布のかたよりは、双極子モーメントと呼ばれるベクト
ル量で表される。膜中に存在するＨ2Ｏ分子は、並進や
回転など運動方向の自由度が高く、印加した交流電源の
電界方向の変化に対して容易にベクトルの方向を追随す
ることができる。このようなベクトル方向の変化が、結
果として誘電率を高くすることになる。
Ｈ2Ｏが吸収された場合、ＨとＯの電気陰性度の差によ
って、分子内の電子分布にかたよりが生じている。電子
分布のかたよりは、双極子モーメントと呼ばれるベクト
ル量で表される。膜中に存在するＨ2Ｏ分子は、並進や
回転など運動方向の自由度が高く、印加した交流電源の
電界方向の変化に対して容易にベクトルの方向を追随す
ることができる。このようなベクトル方向の変化が、結
果として誘電率を高くすることになる。
【００１５】しかし、膜中に結合欠陥があると、上記化
学式に示すようにＳｉの結合欠陥とＨ2Ｏが反応してＳ
ｉＯＨを形成することになる。Ｓｉと結合した−ＯＨも
双極子モーメントを有するため、印加した交流電源の電
界方向にベクトルを揃えようとするが、−ＯＨはＳｉ原
子に固定されているために方向を変えることができず、
結果として誘電率には寄与しなくなる。
学式に示すようにＳｉの結合欠陥とＨ2Ｏが反応してＳ
ｉＯＨを形成することになる。Ｓｉと結合した−ＯＨも
双極子モーメントを有するため、印加した交流電源の電
界方向にベクトルを揃えようとするが、−ＯＨはＳｉ原
子に固定されているために方向を変えることができず、
結果として誘電率には寄与しなくなる。
【００１６】上述した機構を利用し、本発明では、Ｓｉ
ＯＦ膜成膜時に高周波電源を用いてプラズマを励起し、
低周波電源により堆積と同時に膜中に結合欠陥を形成す
ることで、ＳｉＯＦ膜の吸湿性を制御し、大気中にあっ
ても経時変化の少ないＳｉＯＦ膜を堆積する半導体装置
の製造方法を提供する。次に、本発明の一実施例による
半導体装置の製造方法を図２乃至７を用いて説明する。
ＯＦ膜成膜時に高周波電源を用いてプラズマを励起し、
低周波電源により堆積と同時に膜中に結合欠陥を形成す
ることで、ＳｉＯＦ膜の吸湿性を制御し、大気中にあっ
ても経時変化の少ないＳｉＯＦ膜を堆積する半導体装置
の製造方法を提供する。次に、本発明の一実施例による
半導体装置の製造方法を図２乃至７を用いて説明する。
【００１７】図２は、本実施例に用いるＳｉＯＦ膜成膜
装置の概略図である。図３は、本実施例により成長した
ＳｉＯＦ膜中のＳｉ欠陥密度の低周波出力依存性を示し
ている。図４乃至図７は、本実施例により種々の条件で
形成したＳｉＯＦ膜の誘電率の経時変化を示したもので
ある。まず、本実施例に用いるＳｉＯＦ膜成膜装置につ
いて図２を用いて詳細に説明する。
装置の概略図である。図３は、本実施例により成長した
ＳｉＯＦ膜中のＳｉ欠陥密度の低周波出力依存性を示し
ている。図４乃至図７は、本実施例により種々の条件で
形成したＳｉＯＦ膜の誘電率の経時変化を示したもので
ある。まず、本実施例に用いるＳｉＯＦ膜成膜装置につ
いて図２を用いて詳細に説明する。
【００１８】ＳｉＯＦ膜を成膜する反応室１０は真空パ
イプ３２を介して真空ポンプ３４に接続されている。反
応室１０の内部には、互いに対向する位置にシャワーヘ
ッド１２およびプレート１４が設置されており、堆積の
際にはプラズマを発生する対向電極として使用する。シ
ャワーヘッド１２には、高周波電源１６および低周波電
源１８が接続されている。プレート１４は接地されてお
り、また、ＳｉＯＦ膜を堆積すべきシリコンウェーハ２
０を支持する役割も担う。さらに、堆積の際、プレート
１４はランプ加熱により昇温することができる（図示せ
ず）。
イプ３２を介して真空ポンプ３４に接続されている。反
応室１０の内部には、互いに対向する位置にシャワーヘ
ッド１２およびプレート１４が設置されており、堆積の
際にはプラズマを発生する対向電極として使用する。シ
ャワーヘッド１２には、高周波電源１６および低周波電
源１８が接続されている。プレート１４は接地されてお
り、また、ＳｉＯＦ膜を堆積すべきシリコンウェーハ２
０を支持する役割も担う。さらに、堆積の際、プレート
１４はランプ加熱により昇温することができる（図示せ
ず）。
【００１９】原料ガスは、それぞれのボンベ２２、２
４、２６より供給され、パイプ２８を通して混合され、
シャワーヘッド１２へ送られる。なお、堆積するＳｉＯ
ＦにおけるＳｉ成分を供給するＴＥＯＳは、容器３０中
に液体状で封入されており、容器３０中にＡｒガスを吹
き込むことでＴＥＯＳを気化し、その気体分子をシャワ
ーヘッド１２に送っている。
４、２６より供給され、パイプ２８を通して混合され、
シャワーヘッド１２へ送られる。なお、堆積するＳｉＯ
ＦにおけるＳｉ成分を供給するＴＥＯＳは、容器３０中
に液体状で封入されており、容器３０中にＡｒガスを吹
き込むことでＴＥＯＳを気化し、その気体分子をシャワ
ーヘッド１２に送っている。
【００２０】シャワーヘッド１２に導入された原料ガス
は、シャワーヘッド１２の開口部から反応室１０に導入
され、シャワーヘッド１２−プレート１４間に印加され
た高周波電源１６によりプラズマを発生する。さらに、
プラズマ中のイオンはシャワーヘッド１２−プレート１
４間に印加した低周波電源１８により加速され、堆積膜
中に結合欠陥を生成するための担体となる。
は、シャワーヘッド１２の開口部から反応室１０に導入
され、シャワーヘッド１２−プレート１４間に印加され
た高周波電源１６によりプラズマを発生する。さらに、
プラズマ中のイオンはシャワーヘッド１２−プレート１
４間に印加した低周波電源１８により加速され、堆積膜
中に結合欠陥を生成するための担体となる。
【００２１】次に、種々の条件により形成したＳｉＯＦ
膜の特性を以下に示す。表１に、本実施例におけるＳｉ
ＯＦ膜の成膜条件をまとめる。
膜の特性を以下に示す。表１に、本実施例におけるＳｉ
ＯＦ膜の成膜条件をまとめる。
【００２２】
【表１】 表１に示す４つの成膜条件について、低周波電源１８の
出力に対するＳｉ欠陥の密度変化を示したものが図３で
ある。Ｓｉ欠陥の密度は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）ス
ペクトルを元に算出した。低周波電源１８の出力が０．
３６Ｗ／ｃｍ2以下の場合、膜中のＳｉ欠陥密度は低周
波電源１８を用いない場合とほぼ等しい２．３Ｅ１７ｃ
ｍー3であるが、０．４６Ｗ／ｃｍ2以上加えることによ
り急激に増加し、８．２Ｅ１９ｃｍー3に達する。
出力に対するＳｉ欠陥の密度変化を示したものが図３で
ある。Ｓｉ欠陥の密度は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）ス
ペクトルを元に算出した。低周波電源１８の出力が０．
３６Ｗ／ｃｍ2以下の場合、膜中のＳｉ欠陥密度は低周
波電源１８を用いない場合とほぼ等しい２．３Ｅ１７ｃ
ｍー3であるが、０．４６Ｗ／ｃｍ2以上加えることによ
り急激に増加し、８．２Ｅ１９ｃｍー3に達する。
【００２３】図４は、上記試料を大気中に放置し、Ｓｉ
ＯＦ膜の誘電率の経時変化を調べた結果である。低周波
電源１８の出力を加えないときと、低周波電源１８の出
力を０．３６Ｗ／ｃｍ2とした場合、誘電率は放置時間
とともに増加し、１０時間後に誘電率はそれぞれ５．１
と４．７であった。これに対し、低周波電源１８の出力
が０．４６，０．７７Ｗ／ｃｍ2のときには１０時間放
置後でも誘電率の増加は確認できなかった。
ＯＦ膜の誘電率の経時変化を調べた結果である。低周波
電源１８の出力を加えないときと、低周波電源１８の出
力を０．３６Ｗ／ｃｍ2とした場合、誘電率は放置時間
とともに増加し、１０時間後に誘電率はそれぞれ５．１
と４．７であった。これに対し、低周波電源１８の出力
が０．４６，０．７７Ｗ／ｃｍ2のときには１０時間放
置後でも誘電率の増加は確認できなかった。
【００２４】このことから、ＳｉＯＦ膜の誘電率を大気
中において安定化させるためには、低周波電源１８の出
力は少なくとも０．４６Ｗ／ｃｍ2以上必要であること
がわかった。この結果は、図３に示したＳｉ欠陥密度の
測定において、０．４６Ｗ／ｃｍ2以上の出力でＳｉ欠
陥が急激に増加したことと一致する。つまり、Ｓｉの欠
陥が誘電率の安定化に大きく関与していることがわか
る。
中において安定化させるためには、低周波電源１８の出
力は少なくとも０．４６Ｗ／ｃｍ2以上必要であること
がわかった。この結果は、図３に示したＳｉ欠陥密度の
測定において、０．４６Ｗ／ｃｍ2以上の出力でＳｉ欠
陥が急激に増加したことと一致する。つまり、Ｓｉの欠
陥が誘電率の安定化に大きく関与していることがわか
る。
【００２５】低周波電源１８の出力の増加とともにＳｉ
欠陥密度は増加するが、過剰に低周波出力を加えるとイ
オンによる膜のエッチングが顕著になるため、エッチン
グが問題とならない０．４６〜１．８０Ｗ／ｃｍ2程度
の範囲で成膜を行うことが望ましい。大気放置によって
ＳｉＯＦ膜の構造がどのように変化しているのかをフー
リエ変換赤外吸収スペクトル（ＦＴ−ＩＲ）を用いて調
べた結果を表２に示す。
欠陥密度は増加するが、過剰に低周波出力を加えるとイ
オンによる膜のエッチングが顕著になるため、エッチン
グが問題とならない０．４６〜１．８０Ｗ／ｃｍ2程度
の範囲で成膜を行うことが望ましい。大気放置によって
ＳｉＯＦ膜の構造がどのように変化しているのかをフー
リエ変換赤外吸収スペクトル（ＦＴ−ＩＲ）を用いて調
べた結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】 表２は、３６００ｃｍー1のＳｉ−ＯＨと、２８００〜３
５００ｃｍー1のＨ2Ｏに基づく吸収に着目し、成膜直後
と大気中１０時間放置後のＳｉＯＦ膜の構造を調べた結
果をまとめたものである。表中の数値は、各吸収ピーク
について、（放置後の吸収強度−成膜直後の吸収強度）
／成膜直後の吸収強度×１００％の式に基づき算出した
ものである。
５００ｃｍー1のＨ2Ｏに基づく吸収に着目し、成膜直後
と大気中１０時間放置後のＳｉＯＦ膜の構造を調べた結
果をまとめたものである。表中の数値は、各吸収ピーク
について、（放置後の吸収強度−成膜直後の吸収強度）
／成膜直後の吸収強度×１００％の式に基づき算出した
ものである。
【００２７】表２において、低周波電源１８の出力を加
えないときと、低周波電源１８の出力を０．３６Ｗ／ｃ
ｍ2とした場合、大気放置後にＳｉ−ＯＨの吸収に比べ
てＨ2Ｏの吸収が大きく増加していることがわかる。一
方、低周波電源１８の出力が０．４６，０．７７Ｗ／ｃ
ｍ2のときには、大気放置後にＨ2Ｏの吸収よりもＳｉ−
ＯＨの吸収が大きく増加していることがわかる。
えないときと、低周波電源１８の出力を０．３６Ｗ／ｃ
ｍ2とした場合、大気放置後にＳｉ−ＯＨの吸収に比べ
てＨ2Ｏの吸収が大きく増加していることがわかる。一
方、低周波電源１８の出力が０．４６，０．７７Ｗ／ｃ
ｍ2のときには、大気放置後にＨ2Ｏの吸収よりもＳｉ−
ＯＨの吸収が大きく増加していることがわかる。
【００２８】このような両者の違いは、図３に示したよ
うに、膜中の欠陥密度と関係している。すなわち、膜中
に拡散してきたＨ2ＯがＳｉの欠陥と反応するとＳｉ−
ＯＨが生成し、膜中のＨ2Ｏは大幅に減少する。低周波
電源１８の出力が０．４６Ｗ／ｃｍ2以上の場合にＳｉ
−ＯＨの吸収強度の増加が大きかったのは、膜中のＳｉ
の欠陥が多く含まれていたことによる。上述したよう
に、Ｈ2ＯがＳｉ−ＯＨに変化することによって誘電率
の増加が制御される。
うに、膜中の欠陥密度と関係している。すなわち、膜中
に拡散してきたＨ2ＯがＳｉの欠陥と反応するとＳｉ−
ＯＨが生成し、膜中のＨ2Ｏは大幅に減少する。低周波
電源１８の出力が０．４６Ｗ／ｃｍ2以上の場合にＳｉ
−ＯＨの吸収強度の増加が大きかったのは、膜中のＳｉ
の欠陥が多く含まれていたことによる。上述したよう
に、Ｈ2ＯがＳｉ−ＯＨに変化することによって誘電率
の増加が制御される。
【００２９】図５は、Ｃ2Ｆ6ガス流量のみを上記実施例
の倍である７００ｓｃｃｍとしたときの、低周波電源１
８の出力に対するＳｉＯＦ膜の誘電率の経時変化を示し
たものである。図からわかるように、流量が３５０ｓｃ
ｃｍの場合と同様に、誘電率の安定化には０．４６Ｗ／
ｃｍ2以上の低周波電源１８の出力が必要であった。図
６は、上記実施例において弗素系ガスとしてＣ2Ｆ6のか
わりにＮＦ3を用いたときの誘電率の経時変化を示した
ものである。ガス流量は３５０ｓｃｃｍである。図から
わかるように、弗素源としてＮＦ3ガスを用いた場合に
も同様に、誘電率の安定化には０．４６Ｗ／ｃｍ2以上
の低周波電源１８の出力が必要であった。
の倍である７００ｓｃｃｍとしたときの、低周波電源１
８の出力に対するＳｉＯＦ膜の誘電率の経時変化を示し
たものである。図からわかるように、流量が３５０ｓｃ
ｃｍの場合と同様に、誘電率の安定化には０．４６Ｗ／
ｃｍ2以上の低周波電源１８の出力が必要であった。図
６は、上記実施例において弗素系ガスとしてＣ2Ｆ6のか
わりにＮＦ3を用いたときの誘電率の経時変化を示した
ものである。ガス流量は３５０ｓｃｃｍである。図から
わかるように、弗素源としてＮＦ3ガスを用いた場合に
も同様に、誘電率の安定化には０．４６Ｗ／ｃｍ2以上
の低周波電源１８の出力が必要であった。
【００３０】弗素系ガスとしては上記Ｃ2Ｆ6やＮＦ3の
他に、ＢＦ3、Ｃ4Ｆ8、Ｃ2Ｆ2、ＣＨＦ3、ＳｉＦ4など
を用いてもよい。その際も、低周波電源１８の出力を
０．４６Ｗ／ｃｍ2以上にすることで誘電率の安定化を
図ることができる。図７は、上記実施例において高周波
電源１６の出力のみ１．２８Ｗ／ｃｍ2に変化した際の
誘電率の経時変化を示したものである。図からわかるよ
うに、高周波電源１６の出力を１．２８Ｗ／ｃｍ2に増
加した場合にも誘電率の安定化には０．４６Ｗ／ｃｍ2
以上の低周波電源１８の出力が必要であった。この他に
も高周波電源１６の出力を変化させて実験を行ったが、
誘電率の安定性への高周波電源１６の出力の影響はない
ことがわかった。
他に、ＢＦ3、Ｃ4Ｆ8、Ｃ2Ｆ2、ＣＨＦ3、ＳｉＦ4など
を用いてもよい。その際も、低周波電源１８の出力を
０．４６Ｗ／ｃｍ2以上にすることで誘電率の安定化を
図ることができる。図７は、上記実施例において高周波
電源１６の出力のみ１．２８Ｗ／ｃｍ2に変化した際の
誘電率の経時変化を示したものである。図からわかるよ
うに、高周波電源１６の出力を１．２８Ｗ／ｃｍ2に増
加した場合にも誘電率の安定化には０．４６Ｗ／ｃｍ2
以上の低周波電源１８の出力が必要であった。この他に
も高周波電源１６の出力を変化させて実験を行ったが、
誘電率の安定性への高周波電源１６の出力の影響はない
ことがわかった。
【００３１】このように本実施例によれば、プラズマＣ
ＶＤによるＳｉＯＦ膜形成過程で、反応ガス励起用の高
周波電源１６に加えて低周波電源１８を用いることによ
り、堆積と同時に膜中に結合欠陥が導入され、その欠陥
が膜中に吸収されたＨ2Ｏの結合を解離してＳｉ−ＯＨ
結合を形成するため、誘電率の上昇を制御でき、大気中
でも誘電率の安定したＳｉＯＦ膜を形成することができ
る。
ＶＤによるＳｉＯＦ膜形成過程で、反応ガス励起用の高
周波電源１６に加えて低周波電源１８を用いることによ
り、堆積と同時に膜中に結合欠陥が導入され、その欠陥
が膜中に吸収されたＨ2Ｏの結合を解離してＳｉ−ＯＨ
結合を形成するため、誘電率の上昇を制御でき、大気中
でも誘電率の安定したＳｉＯＦ膜を形成することができ
る。
【００３２】本発明の上記実施例に限らず種々の変形が
可能である。例えば、上記実施例では低周波電源１６の
周波数に３５０ｋＨｚを用いたが、本実施例と同様の効
果を得るためには１ＭＨｚ以下の周波数を用いればよ
い。また、本実施例では、成膜時の反応室１０内の圧力
を５Ｔｏｒｒとしたが、１〜９Ｔｏｒｒの範囲において
成膜実験を行った結果、誘電率を安定化させるために必
要な低周波電源１８の出力は変化せず、いずれの圧力に
おいても０．４６Ｗ／ｃｍ2以上必要である。
可能である。例えば、上記実施例では低周波電源１６の
周波数に３５０ｋＨｚを用いたが、本実施例と同様の効
果を得るためには１ＭＨｚ以下の周波数を用いればよ
い。また、本実施例では、成膜時の反応室１０内の圧力
を５Ｔｏｒｒとしたが、１〜９Ｔｏｒｒの範囲において
成膜実験を行った結果、誘電率を安定化させるために必
要な低周波電源１８の出力は変化せず、いずれの圧力に
おいても０．４６Ｗ／ｃｍ2以上必要である。
【００３３】また、Ｓｉ源のガスとしてＴＥＯＳを用い
たが、シラン、ジシラン、テトラエチルシクロテトラシ
ロキサン、テトラメチルシクロテトラシロキサンのよう
なアルキルシロキサンをはじめとする他の化合物を用い
てもよい。また、ＴＥＯＳを反応室１０内に導入する際
にＡｒガスを用いたが、Ｈｅ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｎ2などの
不活性ガスを用いても良い。
たが、シラン、ジシラン、テトラエチルシクロテトラシ
ロキサン、テトラメチルシクロテトラシロキサンのよう
なアルキルシロキサンをはじめとする他の化合物を用い
てもよい。また、ＴＥＯＳを反応室１０内に導入する際
にＡｒガスを用いたが、Ｈｅ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｎ2などの
不活性ガスを用いても良い。
【００３４】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、プラズマ
ＣＶＤによるＳｉＯＦ膜形成過程で、反応ガス励起用の
高周波電源に加えて低周波電源を用いることにより、堆
積と同時に膜中に結合欠陥が導入され、欠陥が膜中に吸
収されたＨ2Ｏの結合を解離してＳｉ−ＯＨ結合を形成
するため、誘電率の上昇を制御でき、大気中でも誘電率
の安定したＳｉＯＦ膜を形成することができるので、半
導体装置の高速化を図ることが可能となる。
ＣＶＤによるＳｉＯＦ膜形成過程で、反応ガス励起用の
高周波電源に加えて低周波電源を用いることにより、堆
積と同時に膜中に結合欠陥が導入され、欠陥が膜中に吸
収されたＨ2Ｏの結合を解離してＳｉ−ＯＨ結合を形成
するため、誘電率の上昇を制御でき、大気中でも誘電率
の安定したＳｉＯＦ膜を形成することができるので、半
導体装置の高速化を図ることが可能となる。
【図１】ＳｉＯ2膜およびＳｉＯＦ膜を成膜したウェー
ハにかかるストレスと低周波電源の出力との関係を示す
グラフである。
ハにかかるストレスと低周波電源の出力との関係を示す
グラフである。
【図２】本発明の実施例に用いたＳｉＯＦ膜成膜装置の
概略を示す図である。
概略を示す図である。
【図３】本発明の実施例により形成したＳｉＯＦ膜中の
Ｓｉ欠陥密度と低周波電源の出力との関係を示すグラフ
である。
Ｓｉ欠陥密度と低周波電源の出力との関係を示すグラフ
である。
【図４】本発明の実施例により形成したＳｉＯＦ膜にお
ける誘電率の経時変化を示すグラフである。
ける誘電率の経時変化を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例により形成したＳｉＯＦ膜にお
ける誘電率の経時変化を示すグラフである。
ける誘電率の経時変化を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例により形成したＳｉＯＦ膜にお
ける誘電率の経時変化を示すグラフである。
ける誘電率の経時変化を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例により形成したＳｉＯＦ膜にお
ける誘電率の経時変化を示すグラフである。
ける誘電率の経時変化を示すグラフである。
１０…反応室 １２…シャワーヘッド １４…プレート １６…高周波電源 １８…低周波電源 ２０…ウェーハ ２２…Ａｒボンベ ２４…Ｃ2Ｆ6ボンベ ２６…Ｏ2ボンベ ２８…パイプ ３０…容器 ３２…真空パイプ ３４…真空ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠原 理華 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 原田 秀樹 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 宮澤 久 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 佐藤 幸博 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 弗素を含有したシリコン酸化膜をプラズ
マ化学気相成長法により堆積する半導体装置の製造方法
において、 高周波電界と共に低周波電界を用いて反応ガスを励起す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記低周波電界のエネルギーを０．４６Ｗ／ｃｍ2以上
印加することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記低周波電界のエネルギーは１．８０Ｗ／ｃｍ2以下
であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の半導
体装置の製造方法において、 前記低周波電界の周波数は１ＭＨｚ以下であることを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載の半導
体装置の製造方法において、 弗素原子を含む前記反応ガスとして、Ｃ2Ｆ6、ＮＦ3、
ＢＦ3、ＣＨＦ3、Ｃ4Ｆ 8、Ｃ2Ｆ2、ＣＦ4またはＳｉＦ4
を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4592094A JPH07254592A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4592094A JPH07254592A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07254592A true JPH07254592A (ja) | 1995-10-03 |
Family
ID=12732693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4592094A Pending JPH07254592A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07254592A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0964176A (ja) * | 1995-08-21 | 1997-03-07 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体素子の製造方法 |
| JPH09260371A (ja) * | 1996-02-09 | 1997-10-03 | Applied Materials Inc | プラズマ励起ｃｖｄ膜の界面品質改良のための方法及び装置 |
| JPH09330926A (ja) * | 1996-03-15 | 1997-12-22 | Applied Materials Inc | ハロゲンドープシリコン酸化物膜の安定性向上のための方法及び装置 |
| JPH1064892A (ja) * | 1996-05-13 | 1998-03-06 | Applied Materials Inc | 堆積チャンバ及び低誘電性膜のための方法 |
| JPH1079387A (ja) * | 1996-08-02 | 1998-03-24 | Applied Materials Inc | シリカ膜のフッ素化による応力制御 |
| JPH10107023A (ja) * | 1996-07-03 | 1998-04-24 | Novellus Syst Inc | 置換フッ化炭化水素重合体層の蒸着方法 |
| US5989998A (en) * | 1996-08-29 | 1999-11-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of forming interlayer insulating film |
| US6034418A (en) * | 1997-09-05 | 2000-03-07 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having improved insulation film and manufacturing method thereof |
| JP2001520457A (ja) * | 1997-10-09 | 2001-10-30 | エーケーティー株式会社 | 膜堆積用プラズマの２周波数励起 |
| US6541400B1 (en) * | 2000-02-09 | 2003-04-01 | Novellus Systems, Inc. | Process for CVD deposition of fluorinated silicon glass layer on semiconductor wafer |
| EP1321975A2 (en) * | 2001-12-05 | 2003-06-25 | Canon Sales Co., Inc. | Method for plasma depositing an insulating film with low dielectric constant for a semiconductor device |
| JP2004183071A (ja) * | 2002-12-05 | 2004-07-02 | Tokyo Electron Ltd | プラズマ成膜方法及びプラズマ成膜装置 |
| US7833845B2 (en) | 2007-08-17 | 2010-11-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
| US8368075B2 (en) | 2007-08-17 | 2013-02-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Plasma CVD apparatus |
| JP2015191948A (ja) * | 2014-03-27 | 2015-11-02 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | キャパシタの製造方法及び半導体装置の製造方法、並びにキャパシタ及び半導体装置 |
| JP2020136532A (ja) * | 2019-02-21 | 2020-08-31 | 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ | 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム |
-
1994
- 1994-03-16 JP JP4592094A patent/JPH07254592A/ja active Pending
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20031118 |