JPH08167650A - 絶縁膜構造およびその製造方法 - Google Patents
絶縁膜構造およびその製造方法Info
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- JPH08167650A JPH08167650A JP31013694A JP31013694A JPH08167650A JP H08167650 A JPH08167650 A JP H08167650A JP 31013694 A JP31013694 A JP 31013694A JP 31013694 A JP31013694 A JP 31013694A JP H08167650 A JPH08167650 A JP H08167650A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、低誘電率材料を用いた絶縁膜の耐
水性の向上を図るとともに、０．２５μｍプロセスへの
対応を可能にする。 【構成】 絶縁膜構造は、基板１１上に設けた導電層１
２を被覆するもので２０Ｚ（ｚｅｔａ）ａｔｏｍ／ｃｍ
3 以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以下の水素原子を含む
酸化シリコンからなる保護膜１３と、導電層１２による
段差１２Ａを埋め込みかつ保護膜１３を被覆する低誘電
体層１４とからなる。上記保護膜１３は１０ｎｍ以上１
００ｎｍ以下の膜厚に形成される。さらに保護膜１３の
表層に１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の膜厚の窒化層
（図示省略）を形成してもよい。
水性の向上を図るとともに、０．２５μｍプロセスへの
対応を可能にする。 【構成】 絶縁膜構造は、基板１１上に設けた導電層１
２を被覆するもので２０Ｚ（ｚｅｔａ）ａｔｏｍ／ｃｍ
3 以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以下の水素原子を含む
酸化シリコンからなる保護膜１３と、導電層１２による
段差１２Ａを埋め込みかつ保護膜１３を被覆する低誘電
体層１４とからなる。上記保護膜１３は１０ｎｍ以上１
００ｎｍ以下の膜厚に形成される。さらに保護膜１３の
表層に１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の膜厚の窒化層
（図示省略）を形成してもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に用いられ
る絶縁膜構造およびその製造方法に関するもので、特に
は、０．２５μｍ以下のデバイスプロセスに用いられる
絶縁膜構造およびその製造方法である。
る絶縁膜構造およびその製造方法に関するもので、特に
は、０．２５μｍ以下のデバイスプロセスに用いられる
絶縁膜構造およびその製造方法である。
【０００２】
【従来の技術】基板上に形成した導電層（例えば金属配
線）間に低誘電体材料を埋め込んだ従来の絶縁膜構造で
は、導電層を被覆する状態に窒化シリコンからなる保護
膜が形成され、さらに導電層による段差を埋め込みかつ
保護膜を被覆する状態に低誘電体層が形成されている構
造であった。または、上記保護膜はＣＶＤ−ＳｉＯ2 膜
で形成していた。
線）間に低誘電体材料を埋め込んだ従来の絶縁膜構造で
は、導電層を被覆する状態に窒化シリコンからなる保護
膜が形成され、さらに導電層による段差を埋め込みかつ
保護膜を被覆する状態に低誘電体層が形成されている構
造であった。または、上記保護膜はＣＶＤ−ＳｉＯ2 膜
で形成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記絶
縁膜構造では保護膜に窒化シリコン膜を用いているた
め、絶縁膜の誘電率が高くなる。そのため、低誘電率
（誘電率の値が１．５〜２．５）程度を要求する絶縁膜
構造（例えば層間絶縁膜）には使えない。また保護膜を
ＣＶＤ−ＳｉＯ2 膜で形成する絶縁膜構造では、十分な
耐水性を維持するためにＣＶＤ−ＳｉＯ2 膜を２００ｎ
ｍ以上の膜厚に形成する必要がある。ところが０．３５
μｍルールのような微細な設計ルールでは、保護膜の膜
厚が２００ｎｍあると、保護膜だけで配線間の溝を埋め
てしまう。これでは、保護膜上に低誘電体層を形成して
も、保護膜の誘電率が高いため、配線間の容量が設計値
通りに低減することはできない。したがって、誘電率の
比較的高い保護膜はできる限り薄く形成する必要があ
る。
縁膜構造では保護膜に窒化シリコン膜を用いているた
め、絶縁膜の誘電率が高くなる。そのため、低誘電率
（誘電率の値が１．５〜２．５）程度を要求する絶縁膜
構造（例えば層間絶縁膜）には使えない。また保護膜を
ＣＶＤ−ＳｉＯ2 膜で形成する絶縁膜構造では、十分な
耐水性を維持するためにＣＶＤ−ＳｉＯ2 膜を２００ｎ
ｍ以上の膜厚に形成する必要がある。ところが０．３５
μｍルールのような微細な設計ルールでは、保護膜の膜
厚が２００ｎｍあると、保護膜だけで配線間の溝を埋め
てしまう。これでは、保護膜上に低誘電体層を形成して
も、保護膜の誘電率が高いため、配線間の容量が設計値
通りに低減することはできない。したがって、誘電率の
比較的高い保護膜はできる限り薄く形成する必要があ
る。
【０００４】本発明は、耐水性に優れた薄い保護膜を有
する絶縁膜構造およびその製造方法を提供することを目
的とする。
する絶縁膜構造およびその製造方法を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた絶縁膜構造およびその製造方法で
ある。すなわち、絶縁膜構造は、基板上に設けた導電層
を被覆する保護膜と、導電層による段差を埋め込みかつ
保護膜を被覆する低誘電体層とからなり、上記保護膜が
２０Ｚ（ｚｅｔａ）ａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔ
ｏｍ／ｃｍ3 以下の水素原子を含む酸化シリコンからな
るものである。この低誘電体層としては、例えば誘電率
が３．５以下の材料からなるものである。上記保護膜は
１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚に形成されたもので
ある。また保護膜の表層に１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以
下の膜厚の窒化層を形成したものである。
成するためになされた絶縁膜構造およびその製造方法で
ある。すなわち、絶縁膜構造は、基板上に設けた導電層
を被覆する保護膜と、導電層による段差を埋め込みかつ
保護膜を被覆する低誘電体層とからなり、上記保護膜が
２０Ｚ（ｚｅｔａ）ａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔ
ｏｍ／ｃｍ3 以下の水素原子を含む酸化シリコンからな
るものである。この低誘電体層としては、例えば誘電率
が３．５以下の材料からなるものである。上記保護膜は
１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚に形成されたもので
ある。また保護膜の表層に１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以
下の膜厚の窒化層を形成したものである。
【０００６】絶縁膜構造の製造方法としては、第１工程
で、気相成長法によって、基板上に設けた導電層を被覆
する状態に２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏ
ｍ／ｃｍ3 以下の水素原子を含む酸化シリコンからなる
保護膜を形成し、第２工程で、導電層による段差を埋め
込みかつ保護膜を被覆する状態に低誘電体層を形成す
る。または上記第１工程を行った後、窒素を含む雰囲気
中で保護膜の表層を窒化することによって窒化層を形成
する第２工程を行い、その後導電層による段差を埋め込
みかつ窒化層を被覆する状態に低誘電体層を形成する第
３工程を行う。上記保護膜は、水素を上記濃度に含む酸
化シリコンを１０以上１００ｎｍ以下の膜厚に堆積して
形成する。また上記窒化層は、保護膜の表層を１．０ｎ
ｍ以上２．０ｎｍ以下に窒化して形成する。
で、気相成長法によって、基板上に設けた導電層を被覆
する状態に２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏ
ｍ／ｃｍ3 以下の水素原子を含む酸化シリコンからなる
保護膜を形成し、第２工程で、導電層による段差を埋め
込みかつ保護膜を被覆する状態に低誘電体層を形成す
る。または上記第１工程を行った後、窒素を含む雰囲気
中で保護膜の表層を窒化することによって窒化層を形成
する第２工程を行い、その後導電層による段差を埋め込
みかつ窒化層を被覆する状態に低誘電体層を形成する第
３工程を行う。上記保護膜は、水素を上記濃度に含む酸
化シリコンを１０以上１００ｎｍ以下の膜厚に堆積して
形成する。また上記窒化層は、保護膜の表層を１．０ｎ
ｍ以上２．０ｎｍ以下に窒化して形成する。
【０００７】
【作用】上記絶縁膜構造では、保護膜が２０Ｚａｔｏｍ
／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以下の水素原子
を含む酸化シリコンからなることから、保護膜は耐水性
を得る。つまり、保護膜は（Ｓｉ−Ｈ）＋Ｈ2 Ｏ→（Ｓ
ｉ−ＯＨ）＋Ｈ2 のようにＳｉ−Ｈボンドが反応するこ
とによって水を取り込み、外部から侵入してくる水がデ
バイスに影響を及ぼすのを排除する。そして、水素の含
有量が２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 よりも少ないのものでは
十分な耐水性が得られない。一方１００Ｚａｔｏｍ／ｃ
ｍ3 を超えると水素原子は飽和状態になるのでそれを超
えるような量は含有できない。よって水素原子の含有量
は上記範囲に設定される。なお、上記のように水素原子
を多く含む酸化シリコン膜は、電気的特性のうち特に耐
圧特性が低いので従来は膜質が悪い膜とされていた。し
かしながら、本発明の絶縁膜構造では、絶縁膜の極一部
分にしか用いていないため、絶縁膜の耐圧特性に影響を
及ぼすことはない。
／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以下の水素原子
を含む酸化シリコンからなることから、保護膜は耐水性
を得る。つまり、保護膜は（Ｓｉ−Ｈ）＋Ｈ2 Ｏ→（Ｓ
ｉ−ＯＨ）＋Ｈ2 のようにＳｉ−Ｈボンドが反応するこ
とによって水を取り込み、外部から侵入してくる水がデ
バイスに影響を及ぼすのを排除する。そして、水素の含
有量が２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 よりも少ないのものでは
十分な耐水性が得られない。一方１００Ｚａｔｏｍ／ｃ
ｍ3 を超えると水素原子は飽和状態になるのでそれを超
えるような量は含有できない。よって水素原子の含有量
は上記範囲に設定される。なお、上記のように水素原子
を多く含む酸化シリコン膜は、電気的特性のうち特に耐
圧特性が低いので従来は膜質が悪い膜とされていた。し
かしながら、本発明の絶縁膜構造では、絶縁膜の極一部
分にしか用いていないため、絶縁膜の耐圧特性に影響を
及ぼすことはない。
【０００８】上記保護膜を１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下
の膜厚に形成したことから、０．３５μｍルールのよう
な微細な設計ルールであっても、配線間の溝を保護膜だ
けで埋め込むようなことがなくなる。そのため、保護膜
上に低誘電体層を形成した際に、配線間に低誘電体層が
埋め込まれる。
の膜厚に形成したことから、０．３５μｍルールのよう
な微細な設計ルールであっても、配線間の溝を保護膜だ
けで埋め込むようなことがなくなる。そのため、保護膜
上に低誘電体層を形成した際に、配線間に低誘電体層が
埋め込まれる。
【０００９】上記保護膜の表層を窒化した窒化層を設け
たことから、窒化層はＳｉ−Ｎボンドを有する。このＳ
ｉ−Ｎ結合の結合距離は水分子の大きさよりも短いた
め、窒化層は水分子をほとんど通さない。そのため、保
護膜に侵入しようとする水の量が制限される。これによ
り、保護膜はさらに薄膜化が可能になる。そして上記窒
化層は１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の膜厚に設定され
る。つまり、１．０ｎｍよりも薄い厚さでは十分な耐水
性が得られない。また２．０ｎｍを超えると、絶縁膜の
低誘電率化に影響がでてくる。よって、窒化層は上記範
囲の膜厚に形成されなければならない。なお、窒化シリ
コン膜の誘電率は高いが、保護膜の表層のみに窒化層が
形成されるので、誘電率の上昇は、低誘電率の絶縁膜構
造を形成する上でほとんど問題にはならない。
たことから、窒化層はＳｉ−Ｎボンドを有する。このＳ
ｉ−Ｎ結合の結合距離は水分子の大きさよりも短いた
め、窒化層は水分子をほとんど通さない。そのため、保
護膜に侵入しようとする水の量が制限される。これによ
り、保護膜はさらに薄膜化が可能になる。そして上記窒
化層は１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の膜厚に設定され
る。つまり、１．０ｎｍよりも薄い厚さでは十分な耐水
性が得られない。また２．０ｎｍを超えると、絶縁膜の
低誘電率化に影響がでてくる。よって、窒化層は上記範
囲の膜厚に形成されなければならない。なお、窒化シリ
コン膜の誘電率は高いが、保護膜の表層のみに窒化層が
形成されるので、誘電率の上昇は、低誘電率の絶縁膜構
造を形成する上でほとんど問題にはならない。
【００１０】上記絶縁膜構造の製造方法では、気相成長
法によって、基板上に設けた導電層を被覆する状態に２
０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以
下の水素原子を含む酸化シリコンからなる保護膜を形成
することから、保護膜は耐水性に優れた膜になる。な
お、水素の含有量が２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 より少ない
ものでは十分な耐水性が得られない。一方１００Ｚａｔ
ｏｍ／ｃｍ3 を超えると飽和状態になる。このため、水
素原子の含有量は上記範囲に設定されなければならな
い。また保護膜は被覆性に優れた膜になる。これは、原
料原子の基板へ付着確率が水素原子を多くすることで小
さくなるために、被覆性がよくなることに起因する。例
えば、モノシラン（ＳｉＨ4 ）と酸素（Ｏ2 ）とを原料
ガスに用いた気相成長法によってＳｉＯ2 膜を形成する
場合には、ストイキメトリックになる条件より酸素に比
較してモノシランを多くすることで、モノシラン分子が
基板に吸着する確率が低くなる。そのため、保護膜の被
覆性が向上する。
法によって、基板上に設けた導電層を被覆する状態に２
０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以
下の水素原子を含む酸化シリコンからなる保護膜を形成
することから、保護膜は耐水性に優れた膜になる。な
お、水素の含有量が２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 より少ない
ものでは十分な耐水性が得られない。一方１００Ｚａｔ
ｏｍ／ｃｍ3 を超えると飽和状態になる。このため、水
素原子の含有量は上記範囲に設定されなければならな
い。また保護膜は被覆性に優れた膜になる。これは、原
料原子の基板へ付着確率が水素原子を多くすることで小
さくなるために、被覆性がよくなることに起因する。例
えば、モノシラン（ＳｉＨ4 ）と酸素（Ｏ2 ）とを原料
ガスに用いた気相成長法によってＳｉＯ2 膜を形成する
場合には、ストイキメトリックになる条件より酸素に比
較してモノシランを多くすることで、モノシラン分子が
基板に吸着する確率が低くなる。そのため、保護膜の被
覆性が向上する。
【００１１】また、窒素を含む雰囲気中で保護膜の表層
を窒化することによって１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下
の窒化層を形成することから、シリコン（Ｓｉ）−窒素
（Ｎ）結合によって水分子を一層通し難くなる。また誘
電率が高い窒化層を形成しても上記範囲の膜厚であれば
絶縁膜を低誘電率化するにはほとんど影響はない。な
お、１．０ｎｍよりも薄い厚さでは十分な耐水性が得ら
れない。また２．０ｎｍを超えると、絶縁膜の低誘電率
化に影響がでてくる。よって、窒化層は上記範囲の膜厚
に形成されなければならない。
を窒化することによって１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下
の窒化層を形成することから、シリコン（Ｓｉ）−窒素
（Ｎ）結合によって水分子を一層通し難くなる。また誘
電率が高い窒化層を形成しても上記範囲の膜厚であれば
絶縁膜を低誘電率化するにはほとんど影響はない。な
お、１．０ｎｍよりも薄い厚さでは十分な耐水性が得ら
れない。また２．０ｎｍを超えると、絶縁膜の低誘電率
化に影響がでてくる。よって、窒化層は上記範囲の膜厚
に形成されなければならない。
【００１２】
【実施例】本発明の絶縁膜構造の第１実施例を、図１の
要部断面図によって説明する。
要部断面図によって説明する。
【００１３】基板１１上には、導電層１２が形成されて
いる。この導電層１２は、例えばアルミニウム系配線か
らなる。そして上記導電層１２には保護膜１３が被覆さ
れている。この保護膜１３は、２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3
以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ 3 以下の水素原子を含み、
１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚に形成されている酸
化シリコン膜からなる。さらに上記導電層１２によって
形成される段差１２Ａを埋め込みかつ上記保護膜１３を
被覆する状態に低誘電体層１４が形成されている。また
この低誘電体層１４は、誘電率が１．０〜２．５程度の
ものである。そのような材料としては、フッ素を含む酸
化シリコン（ＳｉＯＦ）、有機ＳＯＧ（Spin on glass
）、ポリイミド、ポリパラキシリレンがある。このよ
うに絶縁膜１は、保護膜１３と低誘電体層１４とで構成
される。
いる。この導電層１２は、例えばアルミニウム系配線か
らなる。そして上記導電層１２には保護膜１３が被覆さ
れている。この保護膜１３は、２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3
以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ 3 以下の水素原子を含み、
１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚に形成されている酸
化シリコン膜からなる。さらに上記導電層１２によって
形成される段差１２Ａを埋め込みかつ上記保護膜１３を
被覆する状態に低誘電体層１４が形成されている。また
この低誘電体層１４は、誘電率が１．０〜２．５程度の
ものである。そのような材料としては、フッ素を含む酸
化シリコン（ＳｉＯＦ）、有機ＳＯＧ（Spin on glass
）、ポリイミド、ポリパラキシリレンがある。このよ
うに絶縁膜１は、保護膜１３と低誘電体層１４とで構成
される。
【００１４】上記絶縁膜構造では、保護膜１３が２０Ｚ
ａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以下の
水素原子を含む酸化シリコンからなることから、保護膜
１３は耐水性を有する。つまり、保護膜１３は（Ｓｉ−
Ｈ）＋Ｈ2 Ｏ→（Ｓｉ−ＯＨ）＋Ｈ2 のようにＳｉ−Ｈ
ボンドが反応することによって水を取り込み、外部から
侵入してくる水がデバイスに影響を及ぼすのを排除す
る。なお、水素の含有量が２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 より
も少ないのものでは十分な耐水性が得られない。一方１
００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 を超えると水素原子は飽和状態
になるのでそれを超えるような量は含有できない。よっ
て水素原子の含有量は上記範囲に設定される。なお、上
記水素原子を多く含む酸化シリコン膜は、電気的特性の
うち特に耐圧特性が低いので、従来は膜質が悪い膜とさ
れている。しかしながら、本発明の絶縁膜構造では、絶
縁膜１の極一部分にしか用いていないため、絶縁膜１の
耐圧特性に影響を及ぼすことはない。
ａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以下の
水素原子を含む酸化シリコンからなることから、保護膜
１３は耐水性を有する。つまり、保護膜１３は（Ｓｉ−
Ｈ）＋Ｈ2 Ｏ→（Ｓｉ−ＯＨ）＋Ｈ2 のようにＳｉ−Ｈ
ボンドが反応することによって水を取り込み、外部から
侵入してくる水がデバイスに影響を及ぼすのを排除す
る。なお、水素の含有量が２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 より
も少ないのものでは十分な耐水性が得られない。一方１
００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 を超えると水素原子は飽和状態
になるのでそれを超えるような量は含有できない。よっ
て水素原子の含有量は上記範囲に設定される。なお、上
記水素原子を多く含む酸化シリコン膜は、電気的特性の
うち特に耐圧特性が低いので、従来は膜質が悪い膜とさ
れている。しかしながら、本発明の絶縁膜構造では、絶
縁膜１の極一部分にしか用いていないため、絶縁膜１の
耐圧特性に影響を及ぼすことはない。
【００１５】また上記保護膜１３を１０ｎｍ以上１００
ｎｍ以下の膜厚に設定して形成したことから、０．３５
μｍ〜０．２５μｍルールのような微細な設計ルールで
あっても、導電層１２間の溝を保護膜１３だけで埋め込
むようなことがなくなる。そのため、保護膜１３上に低
誘電体層１４を形成した際に、導電層１２間に低誘電体
層１４が形成されることになる。
ｎｍ以下の膜厚に設定して形成したことから、０．３５
μｍ〜０．２５μｍルールのような微細な設計ルールで
あっても、導電層１２間の溝を保護膜１３だけで埋め込
むようなことがなくなる。そのため、保護膜１３上に低
誘電体層１４を形成した際に、導電層１２間に低誘電体
層１４が形成されることになる。
【００１６】次に第２実施例を、図２の要部断面図によ
って説明する。図に示すように、この絶縁膜構造では、
上記第１実施例で説明した保護膜１３と低誘電体膜１４
とからなる絶縁膜構造において、上記保護膜１３の表層
には、その表層を窒化したもので膜厚が１．０ｎｍ以上
２．０ｎｍ以下の窒化層１５が形成されている。すなわ
ち、窒化層１５は、保護膜１３と低誘電体膜１４との間
に例えば３〜４原子層程度の膜厚に形成されていること
になる。
って説明する。図に示すように、この絶縁膜構造では、
上記第１実施例で説明した保護膜１３と低誘電体膜１４
とからなる絶縁膜構造において、上記保護膜１３の表層
には、その表層を窒化したもので膜厚が１．０ｎｍ以上
２．０ｎｍ以下の窒化層１５が形成されている。すなわ
ち、窒化層１５は、保護膜１３と低誘電体膜１４との間
に例えば３〜４原子層程度の膜厚に形成されていること
になる。
【００１７】上記第２実施例では、保護膜１３の表層を
窒化した窒化層１５を設けたことから、窒化層１５はＳ
ｉ−Ｎボンドを有する。このＳｉ−Ｎ結合の結合距離は
水（Ｈ2 Ｏ）分子の大きさよりも短いため、窒化層１５
は水分子をほとんど通さない。そのため、保護膜１３に
侵入しようとする水の量が制限される。しかしながら、
窒化層１５の膜厚は制限を受ける。つまり、上記窒化層
１５の膜厚は１．０ｎｍよりも薄い厚さでは十分な耐水
性が得られない。また２．０ｎｍを超えると、絶縁膜１
の低誘電率化に影響がでてくる。よって、窒化層１５は
上記１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の膜厚に形成されな
ければならない。なお、窒化シリコン膜の誘電率は高い
が、本実施例では保護膜１３の表層のみに窒化層１５を
形成しているので、誘電率の上昇は、低誘電率の絶縁膜
構造を形成する上でほとんど問題にはならない。
窒化した窒化層１５を設けたことから、窒化層１５はＳ
ｉ−Ｎボンドを有する。このＳｉ−Ｎ結合の結合距離は
水（Ｈ2 Ｏ）分子の大きさよりも短いため、窒化層１５
は水分子をほとんど通さない。そのため、保護膜１３に
侵入しようとする水の量が制限される。しかしながら、
窒化層１５の膜厚は制限を受ける。つまり、上記窒化層
１５の膜厚は１．０ｎｍよりも薄い厚さでは十分な耐水
性が得られない。また２．０ｎｍを超えると、絶縁膜１
の低誘電率化に影響がでてくる。よって、窒化層１５は
上記１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の膜厚に形成されな
ければならない。なお、窒化シリコン膜の誘電率は高い
が、本実施例では保護膜１３の表層のみに窒化層１５を
形成しているので、誘電率の上昇は、低誘電率の絶縁膜
構造を形成する上でほとんど問題にはならない。
【００１８】次に、上記第１実施例で説明した絶縁膜１
の製造方法を、図３の製造工程図によって説明する。図
では、上記図１で説明したのと同様に構成部品には同一
符号を付す。
の製造方法を、図３の製造工程図によって説明する。図
では、上記図１で説明したのと同様に構成部品には同一
符号を付す。
【００１９】図３の（１）に示すように、基板１１上に
は、アルミニウム系配線からなる導電層１２が形成され
ている。
は、アルミニウム系配線からなる導電層１２が形成され
ている。
【００２０】次いで、例えば容量結合型のプラズマＣＶ
Ｄ装置（図示省略）を用い、原料ガスには、例えばシリ
コン原子を含むガスとして流量が５０ｓｃｃｍのモノシ
ラン（ＳｉＨ4 ）、酸素を含むガスとして流量が３０ｓ
ｃｃｍの酸素（Ｏ2 ）、希釈ガスとして流量が２０ｓｃ
ｃｍのヘリウム（Ｈｅ）を混合してものを用いる。また
成長条件としては、成膜雰囲気の圧力を１００Ｐａ、基
板温度を３５０℃、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を
１．０Ｗ／ｃｍ2 に設定して、気相成長を行った。
Ｄ装置（図示省略）を用い、原料ガスには、例えばシリ
コン原子を含むガスとして流量が５０ｓｃｃｍのモノシ
ラン（ＳｉＨ4 ）、酸素を含むガスとして流量が３０ｓ
ｃｃｍの酸素（Ｏ2 ）、希釈ガスとして流量が２０ｓｃ
ｃｍのヘリウム（Ｈｅ）を混合してものを用いる。また
成長条件としては、成膜雰囲気の圧力を１００Ｐａ、基
板温度を３５０℃、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を
１．０Ｗ／ｃｍ2 に設定して、気相成長を行った。
【００２１】その結果図３の（２）に示すように、基板
１１上に導電層１２を覆う状態にして５０ｎｍの膜厚の
保護膜１３を形成した。このような条件にて形成された
保護膜１３には、水素原子が５０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 程
度含まれている。水素原子の濃度は、酸素（Ｏ2 ）流量
とモノシラン（ＳｉＨ4 ）流量の非晶質によって決定す
る。おおむね、酸素（Ｏ2 ）：モノシラン（ＳｉＨ4 ）
＝１：１のときに水素原子濃度が１０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ
3 を超え、酸素（Ｏ2 ）流量が減少するにつれて水素原
子濃度が上昇する。
１１上に導電層１２を覆う状態にして５０ｎｍの膜厚の
保護膜１３を形成した。このような条件にて形成された
保護膜１３には、水素原子が５０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 程
度含まれている。水素原子の濃度は、酸素（Ｏ2 ）流量
とモノシラン（ＳｉＨ4 ）流量の非晶質によって決定す
る。おおむね、酸素（Ｏ2 ）：モノシラン（ＳｉＨ4 ）
＝１：１のときに水素原子濃度が１０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ
3 を超え、酸素（Ｏ2 ）流量が減少するにつれて水素原
子濃度が上昇する。
【００２２】その後図３の（３）に示すように、導電層
１２によって形成される段差１２Ａを埋め込みかつ上記
保護膜１３を被覆する状態に低誘電体層１４を形成す
る。この低誘電体層１４は、誘電率が１．０〜２．５程
度のもので形成され、例えば、プラズマ重合法、回転塗
布法、蒸着法およびＣＶＤ法のいずれかの成膜技術によ
って成膜される。ここでは、ポリキシレン〔−（Ｃ2 Ｈ
5 −Ｃ6 Ｈ4 −Ｃ2Ｈ5 ）−〕を用いたＣＶＤ法によっ
て形成した。ポリキシレンは比誘電率が２．５（６０Ｈ
ｚ）と低く、耐熱性が３００℃程度ある。または、例え
ばフッ素を含む酸化シリコン（ＳｉＯＦ）ならば例えば
液相ＣＶＤ法によって形成される。また有機ＳＯＧ（Sp
in on glass ）、ポリイミド、ポリパラキシリレン等で
形成される場合には、塗布法および熱処理（例えばベー
キングおよびアニーリング）によって形成される。この
ようにして保護膜１３と低誘電体層１４とで構成される
絶縁膜１が形成される。
１２によって形成される段差１２Ａを埋め込みかつ上記
保護膜１３を被覆する状態に低誘電体層１４を形成す
る。この低誘電体層１４は、誘電率が１．０〜２．５程
度のもので形成され、例えば、プラズマ重合法、回転塗
布法、蒸着法およびＣＶＤ法のいずれかの成膜技術によ
って成膜される。ここでは、ポリキシレン〔−（Ｃ2 Ｈ
5 −Ｃ6 Ｈ4 −Ｃ2Ｈ5 ）−〕を用いたＣＶＤ法によっ
て形成した。ポリキシレンは比誘電率が２．５（６０Ｈ
ｚ）と低く、耐熱性が３００℃程度ある。または、例え
ばフッ素を含む酸化シリコン（ＳｉＯＦ）ならば例えば
液相ＣＶＤ法によって形成される。また有機ＳＯＧ（Sp
in on glass ）、ポリイミド、ポリパラキシリレン等で
形成される場合には、塗布法および熱処理（例えばベー
キングおよびアニーリング）によって形成される。この
ようにして保護膜１３と低誘電体層１４とで構成される
絶縁膜１が形成される。
【００２３】次いで図示はしないが、ＣＶＤ法によって
上記低誘電体膜（１４）上にＳｉＯ 2 膜を成膜する。こ
のＳｉＯ2 膜は、例えばスパッタリング，回転塗布法等
の他の成膜方法によっても形成することもできる。多層
配線を構成する場合には、このＳｉＯ2 膜上に上層配線
を形成する。
上記低誘電体膜（１４）上にＳｉＯ 2 膜を成膜する。こ
のＳｉＯ2 膜は、例えばスパッタリング，回転塗布法等
の他の成膜方法によっても形成することもできる。多層
配線を構成する場合には、このＳｉＯ2 膜上に上層配線
を形成する。
【００２４】上記製造方法では、気相成長法によって、
基板１１上に形成した導電層１２を被覆する状態に２０
Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以下
の水素原子を含む酸化シリコンからなる保護膜１３を形
成することから、保護膜１３は耐水性に優れた膜にな
る。なお、水素の含有量が２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 未満
のものでは十分な耐水性が得られない。一方１００Ｚａ
ｔｏｍ／ｃｍ3 を超える場合には、飽和状態になる。こ
のため、水素原子の含有量は上記範囲に設定した。また
水素原子を多くすることで原料原子が基板へ付着する確
率が小さくなる。そのため、保護膜１３の被覆性がよく
なる。例えば、モノシラン（ＳｉＨ4 ）と酸素（Ｏ2 ）
とを原料ガスに用いた気相成長法によってＳｉＯ2 膜を
形成する場合には、ストイキメトリックになる条件より
酸素に比較してモノシランを多くすることで、モノシラ
ン分子が基板１１および導電層１２に吸着する確率が低
くなる。
基板１１上に形成した導電層１２を被覆する状態に２０
Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以下
の水素原子を含む酸化シリコンからなる保護膜１３を形
成することから、保護膜１３は耐水性に優れた膜にな
る。なお、水素の含有量が２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 未満
のものでは十分な耐水性が得られない。一方１００Ｚａ
ｔｏｍ／ｃｍ3 を超える場合には、飽和状態になる。こ
のため、水素原子の含有量は上記範囲に設定した。また
水素原子を多くすることで原料原子が基板へ付着する確
率が小さくなる。そのため、保護膜１３の被覆性がよく
なる。例えば、モノシラン（ＳｉＨ4 ）と酸素（Ｏ2 ）
とを原料ガスに用いた気相成長法によってＳｉＯ2 膜を
形成する場合には、ストイキメトリックになる条件より
酸素に比較してモノシランを多くすることで、モノシラ
ン分子が基板１１および導電層１２に吸着する確率が低
くなる。
【００２５】次に、上記第２実施例で説明した絶縁膜１
の製造方法を、図４の製造工程図によって説明する。図
では、上記図２，図３で説明したのと同様に構成部品に
は同一符号を付す。
の製造方法を、図４の製造工程図によって説明する。図
では、上記図２，図３で説明したのと同様に構成部品に
は同一符号を付す。
【００２６】図４の（１）に示すように、基板１１上に
は、アルミニウム系配線からなる導電層１２が形成され
ている。そして上記図３の（２）で説明したのと同様に
して、水素原子を含む酸化シリコンからなる保護膜１３
を例えば３０ｎｍの膜厚に形成する。
は、アルミニウム系配線からなる導電層１２が形成され
ている。そして上記図３の（２）で説明したのと同様に
して、水素原子を含む酸化シリコンからなる保護膜１３
を例えば３０ｎｍの膜厚に形成する。
【００２７】その直後に、図４の（２）に示すように、
例えば、窒素を含むガスとして流量が１００ｓｃｃｍの
アンモニア（ＮＨ3 ）と、希釈ガスとして流量が５０ｓ
ｃｃｍのヘリウム（Ｈｅ）とを混合したものを上記保護
膜１３を形成した装置に導入して、上記保護膜１３の表
層を窒化する。このときの窒化条件としては、窒化雰囲
気の圧力を１００Ｐａ、基板温度を３５０℃、１３．５
６ＭＨｚの高周波電力を１．０Ｗ／ｃｍ2 に設定した。
上記条件の基で窒化を行った結果、保護膜１３の表層に
１０ｎｍの膜厚の窒化層１５が形成された。
例えば、窒素を含むガスとして流量が１００ｓｃｃｍの
アンモニア（ＮＨ3 ）と、希釈ガスとして流量が５０ｓ
ｃｃｍのヘリウム（Ｈｅ）とを混合したものを上記保護
膜１３を形成した装置に導入して、上記保護膜１３の表
層を窒化する。このときの窒化条件としては、窒化雰囲
気の圧力を１００Ｐａ、基板温度を３５０℃、１３．５
６ＭＨｚの高周波電力を１．０Ｗ／ｃｍ2 に設定した。
上記条件の基で窒化を行った結果、保護膜１３の表層に
１０ｎｍの膜厚の窒化層１５が形成された。
【００２８】なお、窒化の度合いはアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）の流量にはほとんど依存せず、５０ｓｃｃｍ以上
では、一定であった。また上記保護膜１３の表層の窒化
法は、上記方法に限定されない。例えばアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ），ヒドラジン（Ｎ2 Ｈ4 ），アジ化水素（Ｈ
Ｎ3 ）等のガスを用いた熱窒化法、窒素をプラズマ化し
てその窒素ラジカルを用いるプラズマ窒化法等で、上記
窒化を行うことも可能である。
Ｈ3 ）の流量にはほとんど依存せず、５０ｓｃｃｍ以上
では、一定であった。また上記保護膜１３の表層の窒化
法は、上記方法に限定されない。例えばアンモニア（Ｎ
Ｈ3 ），ヒドラジン（Ｎ2 Ｈ4 ），アジ化水素（Ｈ
Ｎ3 ）等のガスを用いた熱窒化法、窒素をプラズマ化し
てその窒素ラジカルを用いるプラズマ窒化法等で、上記
窒化を行うことも可能である。
【００２９】その後、上記図３の（３）で説明したのと
同様にして、低誘電体膜１４を形成する。その結果、図
４の（３）に示すように、導電層１２を覆う保護膜１３
とこの保護膜１３の表層に形成した窒化層１５と導電層
１２の段差部１２Ａを埋め込む状態に形成した低誘電体
膜１４とからなる絶縁膜１が形成される。
同様にして、低誘電体膜１４を形成する。その結果、図
４の（３）に示すように、導電層１２を覆う保護膜１３
とこの保護膜１３の表層に形成した窒化層１５と導電層
１２の段差部１２Ａを埋め込む状態に形成した低誘電体
膜１４とからなる絶縁膜１が形成される。
【００３０】上記窒化層１５を形成する製造方法では、
保護膜１３の表層を窒化することによって１．０ｎｍ以
上２．０ｎｍ以下の窒化層１５を形成することから、シ
リコン（Ｓｉ）−窒素（Ｎ）結合によって水分子を一層
通し難くなる。また誘電率が高い窒化層１５を形成して
も上記範囲の膜厚であれば絶縁膜１を低誘電率化するの
にはほとんど影響はない。なお、窒化層１５は１．０ｎ
ｍよりも薄い厚さでは十分な耐水性が得られない。また
２．０ｎｍを超えると、絶縁膜１の低誘電率化に影響が
でてくる。よって、窒化層１５は上記範囲の膜厚に形成
した。
保護膜１３の表層を窒化することによって１．０ｎｍ以
上２．０ｎｍ以下の窒化層１５を形成することから、シ
リコン（Ｓｉ）−窒素（Ｎ）結合によって水分子を一層
通し難くなる。また誘電率が高い窒化層１５を形成して
も上記範囲の膜厚であれば絶縁膜１を低誘電率化するの
にはほとんど影響はない。なお、窒化層１５は１．０ｎ
ｍよりも薄い厚さでは十分な耐水性が得られない。また
２．０ｎｍを超えると、絶縁膜１の低誘電率化に影響が
でてくる。よって、窒化層１５は上記範囲の膜厚に形成
した。
【００３１】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の絶縁膜に
よれば、２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ
／ｃｍ3 以下の水素原子を含む酸化シリコンからなる保
護膜を設けたので、従来の保護膜よりも薄膜で、同等以
上の耐水性が得られる。したがって、導電層（例えば配
線）が低誘電体膜の水分放出による影響を受けなくなる
ので、信頼性の向上、歩留りの向上が図れる。また保護
膜の膜厚を薄く形成できるので、導電層（例えば配線）
間に低誘電体膜を埋め込むことができる。したがって、
本発明の絶縁膜構造を用いたデバイスは、高速化、低消
費電力化が図れる。
よれば、２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ
／ｃｍ3 以下の水素原子を含む酸化シリコンからなる保
護膜を設けたので、従来の保護膜よりも薄膜で、同等以
上の耐水性が得られる。したがって、導電層（例えば配
線）が低誘電体膜の水分放出による影響を受けなくなる
ので、信頼性の向上、歩留りの向上が図れる。また保護
膜の膜厚を薄く形成できるので、導電層（例えば配線）
間に低誘電体膜を埋め込むことができる。したがって、
本発明の絶縁膜構造を用いたデバイスは、高速化、低消
費電力化が図れる。
【００３２】また保護膜の表層を窒化した窒化層を設け
た絶縁膜によれば、窒化層は水分子をほとんど通さない
ため、保護膜に侵入しようとする水を防ぐことができ
る。したがって、保護膜をさらに薄膜化することができ
るとともに、耐水性の一層の向上が図れる。
た絶縁膜によれば、窒化層は水分子をほとんど通さない
ため、保護膜に侵入しようとする水を防ぐことができ
る。したがって、保護膜をさらに薄膜化することができ
るとともに、耐水性の一層の向上が図れる。
【００３３】本発明の製造方法によれば、２０Ｚａｔｏ
ｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以下の水素原
子を含む酸化シリコンからなる保護膜を形成するので、
保護膜は耐水性に優れた膜になるとともに、水素原子を
導入することにより原料原子が基板へ付着する確率小さ
くなるために被覆性の向上が図れる。
ｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以下の水素原
子を含む酸化シリコンからなる保護膜を形成するので、
保護膜は耐水性に優れた膜になるとともに、水素原子を
導入することにより原料原子が基板へ付着する確率小さ
くなるために被覆性の向上が図れる。
【００３４】また窒化層を形成する製造方法によれば、
窒素を含む雰囲気中で保護膜の表層を窒化するので、膜
厚が１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の窒化層を形成する
ことができる。そのため、絶縁膜の低誘電率化に対して
ほとんど影響を与えることなく、十分な耐水性を得るこ
とができる。
窒素を含む雰囲気中で保護膜の表層を窒化するので、膜
厚が１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の窒化層を形成する
ことができる。そのため、絶縁膜の低誘電率化に対して
ほとんど影響を与えることなく、十分な耐水性を得るこ
とができる。
【図１】本発明の絶縁膜に関する第１実施例の要部断面
図である。
図である。
【図２】本発明の絶縁膜に関する第２実施例の要部断面
図である。
図である。
【図３】第１実施例の絶縁膜の製造工程図である。
【図４】第２実施例の絶縁膜の製造工程図である。
１ 絶縁膜 １１ 基板 １２ 導電層 １３ 保護膜 １４ 低誘電体層 １５ 窒化層
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に設けた導電層を被覆する状態に
形成した保護膜と、該導電層による段差を埋め込みかつ
該保護膜を被覆する状態に形成した低誘電体層とを備え
た絶縁膜構造において、 前記保護膜は２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔ
ｏｍ／ｃｍ3 以下の水素原子を含む酸化シリコンからな
ることを特徴とする絶縁膜構造。 - 【請求項２】 請求項１記載の絶縁膜構造において、 前記保護膜は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚に形成
されていることを特徴とする絶縁膜構造。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の絶縁膜構
造において、 前記保護膜の表層に１．０ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の窒
化層を形成したことを特徴とする絶縁膜構造。 - 【請求項４】 請求項１または請求項２記載の絶縁膜構
造の製造方法であって、 気相成長法によって、基板上に設けた導電層を被覆する
状態に２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ／
ｃｍ3 以下の水素原子を含む酸化シリコンを堆積して保
護膜を形成する第１工程と、 前記導電層による段差を埋め込みかつ前記保護膜を被覆
する状態に低誘電体層を形成する第２工程とからなる絶
縁膜構造の製造方法。 - 【請求項５】 請求項３記載の絶縁膜構造の製造方法で
あって、 気相成長法によって、基板上に形成した導電層を被覆す
る状態に２０Ｚａｔｏｍ／ｃｍ3 以上１００Ｚａｔｏｍ
／ｃｍ3 以下の水素原子を含む酸化シリコンを堆積して
保護膜を形成する第１工程と、 窒素を含む雰囲気中における窒化処理によって前記保護
膜の表層に窒化層を形成する第２工程と、 前記導電層による段差を埋め込みかつ前記窒化層を被覆
する状態に低誘電体層を形成する第３工程とからなる絶
縁膜構造の製造方法。 - 【請求項６】 請求項４または請求項５記載の絶縁膜構
造の製造方法において、 前記保護膜を１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚に形成
することを特徴とする絶縁膜構造の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31013694A JP3789501B2 (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | 半導体装置に用いられる絶縁膜構造の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31013694A JP3789501B2 (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | 半導体装置に用いられる絶縁膜構造の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08167650A true JPH08167650A (ja) | 1996-06-25 |
| JP3789501B2 JP3789501B2 (ja) | 2006-06-28 |
Family
ID=18001603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31013694A Expired - Fee Related JP3789501B2 (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | 半導体装置に用いられる絶縁膜構造の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3789501B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003017490A (ja) * | 2001-07-02 | 2003-01-17 | Semiconductor Leading Edge Technologies Inc | 絶縁膜の形成方法および半導体装置 |
| US6633082B1 (en) | 1997-05-30 | 2003-10-14 | Nec Corporation | Semiconductor device and method for manufacturing the semiconductor device |
| JP2008294123A (ja) * | 2007-05-23 | 2008-12-04 | Nec Electronics Corp | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
| US8674046B2 (en) | 2001-10-09 | 2014-03-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Source material for preparing low dielectric constant material |
-
1994
- 1994-12-14 JP JP31013694A patent/JP3789501B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6633082B1 (en) | 1997-05-30 | 2003-10-14 | Nec Corporation | Semiconductor device and method for manufacturing the semiconductor device |
| JP2003017490A (ja) * | 2001-07-02 | 2003-01-17 | Semiconductor Leading Edge Technologies Inc | 絶縁膜の形成方法および半導体装置 |
| US8674046B2 (en) | 2001-10-09 | 2014-03-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Source material for preparing low dielectric constant material |
| JP2008294123A (ja) * | 2007-05-23 | 2008-12-04 | Nec Electronics Corp | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
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|---|---|
| JP3789501B2 (ja) | 2006-06-28 |
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