JPH08335579A - Silicon-based oxide film containing fluorine and its preparation - Google Patents

Silicon-based oxide film containing fluorine and its preparation

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JPH08335579A
JPH08335579A JP14045395A JP14045395A JPH08335579A JP H08335579 A JPH08335579 A JP H08335579A JP 14045395 A JP14045395 A JP 14045395A JP 14045395 A JP14045395 A JP 14045395A JP H08335579 A JPH08335579 A JP H08335579A
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Japan
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gas
oxide film
fluorine
film containing
containing fluorine
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Toshiaki Hasegawa
利昭 長谷川
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PURPOSE: To reduce dielectric constant while maintaining reliability by securing heat resistance of a silicon-based oxide film containing fluorine. CONSTITUTION: Nitrogen atoms are contained in a silicon-based oxide film containing fluorine, and the concentration of the nitrogen atoms contained in the film is 0.1-5 atomic %. In its manufacturing method, raw material gases comprising a silane-based gas, a gas containing fluorine, and an oxide dinitrogen gas are used for example. Or a raw material gas containing at least a silane- based gas and oxygen, a gas containing fluorine, and ammonia gas are used. Or a chemical vapor phase growth method using a raw material gases containing at least a silane-based gas, a gas containing oxygen, a gas containing fluorine, and a nitrogen gas are used.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
における層間絶縁膜に用いられる低誘電率化したフッ素
を含むシリコン系酸化膜およびその製造方法に関し、特
に、0.25μm以下の設計ルールによるデバイスプロ
セスに用いられるフッ素を含むシリコン系酸化膜および
その製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low dielectric constant fluorine-containing silicon oxide film used as an interlayer insulating film in a method for manufacturing a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and particularly to a design rule of 0.25 μm or less. The present invention relates to a silicon oxide film containing fluorine used in the device process according to 1. and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の微細化、低消費電力化、高
速化などの要求にともない、それらを実現するための手
段の一つとして層間絶縁膜の低誘電率化が検討されてい
る。現在開示されている低誘電率材料は、炭素原子また
はフッ素原子を含有することで誘電率を下げている。現
在のところ、誘電率が1.5〜2.5程度のものが実現
されている。
2. Description of the Related Art With the demand for miniaturization of semiconductor devices, low power consumption, high speed, etc., reduction of the dielectric constant of an interlayer insulating film has been studied as one of the means for realizing them. The currently disclosed low dielectric constant materials have a low dielectric constant by containing carbon atoms or fluorine atoms. At present, a material having a dielectric constant of about 1.5 to 2.5 has been realized.

【0003】炭素原子を含む低誘電率材料では、有機S
OG(SOGはSpin on glass の略)、ポリイミド、ポ
リパラキシリレンなどが知られている。これらの材料
は、炭素原子をアルキル基として含むことで、材料の密
度を下げること、および分子自身の分極率を低くするこ
とで、低誘電率になっているといわれている。また、こ
れらの材料は、単に誘電率が低いだけではなく、半導体
装置の材料として不可欠な耐熱性をも有している。また
有機SOGはシロキサン構造を持つことで、ポリイミド
はイミド結合を有することで、ポリパラキシリレンはベ
ンゼン環を有することで、それぞれ耐熱性を有してい
る。
In a low dielectric constant material containing carbon atoms, organic S
OG (SOG is an abbreviation for Spin on glass), polyimide, polyparaxylylene and the like are known. It is said that these materials have a low dielectric constant by containing a carbon atom as an alkyl group to reduce the density of the material and reduce the polarizability of the molecule itself. Further, these materials not only have a low dielectric constant, but also have heat resistance which is indispensable as a material for semiconductor devices. The organic SOG has a siloxane structure, the polyimide has an imide bond, and the polyparaxylylene has a benzene ring, so that each has heat resistance.

【0004】フッ素原子を含む低誘電率材料はフッ素を
含むシリコン系酸化膜(以下、SiOF膜という)が知
られている。この材料はシリコン−酸素−シリコン(S
i−O−Si)結合をフッ素(F)原子により終端する
ことで、密度を下げること、フッ素自身の分極率が低い
ことなどが原因で誘電率を下げている。このSiOF膜
は、低誘電率膜の中では耐熱性、耐プラズマ性などの信
頼性が最も高い膜である。
As a low dielectric constant material containing a fluorine atom, a silicon oxide film containing fluorine (hereinafter referred to as a SiOF film) is known. This material is silicon-oxygen-silicon (S
By terminating the (i-O-Si) bond with a fluorine (F) atom, the dielectric constant is lowered due to a decrease in density and a low polarizability of fluorine itself. This SiOF film has the highest reliability such as heat resistance and plasma resistance among low dielectric constant films.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記S
iOF膜は誘電率が3.0〜3.5程度であり、他の低
誘電率膜と比較して高い。すなわち、シリコン酸化膜に
フッ素をドーピングすることは、シリコン酸化膜のイオ
ン分極の発生を抑えて誘電率を下げる効果がある。とこ
ろが、フッ素のドーピング量を増やしていくと、逆に誘
電率が上昇しはじめる。この現象はシリコン原子と共有
結合できないフッ素原子が増加することによる。すなわ
ち、フッ素は電気陰性度が高いためイオンとして作用し
てイオン分極率を上昇させる働きがある。そのため、S
iOF膜の誘電率は3.0〜3.5程度にしかならな
い。
However, the above S
The iOF film has a dielectric constant of about 3.0 to 3.5, which is higher than that of other low dielectric constant films. That is, doping the silicon oxide film with fluorine has the effect of suppressing the occurrence of ionic polarization of the silicon oxide film and lowering the dielectric constant. However, as the doping amount of fluorine is increased, the dielectric constant starts to increase. This phenomenon is due to an increase in fluorine atoms that cannot covalently bond with silicon atoms. That is, since fluorine has a high electronegativity, it acts as an ion to increase the ionic polarizability. Therefore, S
The dielectric constant of the iOF film is only about 3.0 to 3.5.

【0006】本発明は、SiOF膜の信頼性を維持した
状態で低誘電率化を可能としたフッ素を含むシリコン系
酸化膜およびその製造方法を提供することを目的とす
る。
It is an object of the present invention to provide a silicon oxide film containing fluorine and a method of manufacturing the same, which has a low dielectric constant while maintaining the reliability of the SiOF film.

【0007】[0007]

【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フッ素含むシリコン系酸化膜およ
びその製造方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a fluorine-containing silicon oxide film and a method for manufacturing the same, which have been made to achieve the above object.

【0008】すなわち、フッ素を含むシリコン系酸化膜
は、その膜中に窒素原子を含ませたものである。
That is, the silicon oxide film containing fluorine is one in which nitrogen atoms are contained in the film.

【0009】フッ素含むシリコン系酸化膜の製造方法
は、化学的気相成長法によるもので、その際の原料ガス
には、フッ素を含むシリコン系酸化膜を形成するための
原料ガスと窒素原子を含むガスとを用いる。
The method for producing a fluorine-containing silicon oxide film is based on a chemical vapor deposition method, and the source gas used at that time is a source gas for forming a fluorine-containing silicon oxide film and a nitrogen atom. A gas containing is used.

【0010】[0010]

【作用】上記フッ素含むシリコン系酸化膜では、膜中に
窒素原子が含まれていることから、その窒素原子はフッ
素原子と共有結合してイオンとして作用するフッ素原子
の数を減少させる。その結果、フッ素原子のイオン性が
無くなり、イオン分極の発生が抑えられることになる。
このため、誘電率がより低くなる。
In the above fluorine-containing silicon oxide film, since nitrogen atoms are contained in the film, the nitrogen atoms covalently bond with the fluorine atoms to reduce the number of fluorine atoms acting as ions. As a result, the ionicity of the fluorine atom is lost, and the occurrence of ionic polarization is suppressed.
Therefore, the dielectric constant becomes lower.

【0011】上記フッ素含むシリコン系酸化膜の製造方
法では、フッ素を含むシリコン系酸化膜を形成するため
の原料ガスと窒素原子を含むガスとを含む原料ガスを用
いた化学的気相成長法によることから、気相成長反応に
よって、窒素原子を含むガスから窒素原子が分離され
て、フッ素を含むシリコン系酸化膜中に窒素原子が取り
込まれた状態で成膜される。そして窒素原子はフッ素原
子と共有結合してイオンとして作用するフッ素原子の数
を減少させる。その結果、フッ素原子のイオン性が無く
なり、イオン分極の発生が抑えられることになる。
In the above-described method for producing a silicon oxide film containing fluorine, a chemical vapor deposition method is used in which a source gas containing a source gas for forming a silicon oxide film containing fluorine and a gas containing nitrogen atoms is used. Therefore, by the vapor phase growth reaction, nitrogen atoms are separated from the gas containing nitrogen atoms, and the film is formed in a state in which the nitrogen atoms are taken into the silicon oxide film containing fluorine. The nitrogen atom then covalently bonds with the fluorine atom to reduce the number of fluorine atoms acting as ions. As a result, the ionicity of the fluorine atom is lost, and the occurrence of ionic polarization is suppressed.

【0012】[0012]

【実施例】本発明のフッ素を含むシリコン系酸化膜(以
下、SiOF膜という)は、SiOF膜中に窒素原子を
含ませたものである。このSiOF膜中に含まれる窒素
原子の濃度は、0.1atomic%以上5atomi
c%以下の範囲内の濃度になっている。
EXAMPLE A silicon oxide film containing fluorine (hereinafter referred to as a SiOF film) of the present invention is a film in which nitrogen atoms are contained in a SiOF film. The concentration of nitrogen atoms contained in this SiOF film is 0.1 atomic% or more and 5 atomic
The concentration is within the range of c% or less.

【0013】次に、上記SiOF膜の誘電率とSiOF
膜中の窒素原子の濃度との関係を、図1によって説明す
る。図は、SiOF膜の誘電率に対する窒素原子濃度の
依存性を示すもので、窒素原子を含まない状態の誘電率
が3程度のSiOF膜に窒素原子を含ませて調べたもの
である。そして図の縦軸はSiOF膜の誘電率を示し、
横軸はSiOF膜中の窒素原子濃度を示す。
Next, the dielectric constant of the SiOF film and SiOF
The relationship with the concentration of nitrogen atoms in the film will be described with reference to FIG. The figure shows the dependence of the nitrogen atom concentration on the dielectric constant of the SiOF film, which was examined by including nitrogen atoms in a SiOF film having a dielectric constant of about 3 in the state of not containing nitrogen atoms. And the vertical axis of the figure shows the dielectric constant of the SiOF film,
The horizontal axis represents the nitrogen atom concentration in the SiOF film.

【0014】図に示すように、窒素原子濃度−誘電率曲
線1は窒素原子濃度が1.0atomic%〜2ato
mic%の範囲(図では窒素原子濃度が1.5atom
ic%)で極小値を持つことがわかった。一方、窒素原
子濃度が5atomic%を越えると、窒素原子が入っ
ていないSiOF膜の誘電率の値(=3.0)を越える
ことになる。これはシリコン−窒素−シリコン(Si−
N−Si)結合が形成されて、シリコン系酸化膜の密度
が上昇するためである。他方、窒素原子濃度が0.1a
tomic%よりも少ないと、フッ素原子と共有結合で
きる窒素原子の存在が十分ではないため、シリコン原子
と共有結合できないフッ素原子を十分に減少させること
ができない。このため、電気陰性度が高いフッ素原子は
イオンとして作用してイオン分極率を上昇させる。した
がって、窒素原子の濃度は0.1atomic%以上5
atomic%以下とした。
As shown in the figure, the nitrogen atom concentration-dielectric constant curve 1 has a nitrogen atom concentration of 1.0 atomic% to 2 atom.
mic% range (in the figure, the nitrogen atom concentration is 1.5 atom)
ic%) has a minimum value. On the other hand, if the nitrogen atom concentration exceeds 5 atomic%, the dielectric constant value (= 3.0) of the SiOF film containing no nitrogen atom will be exceeded. This is silicon-nitrogen-silicon (Si-
This is because N-Si) bonds are formed and the density of the silicon oxide film increases. On the other hand, the nitrogen atom concentration is 0.1a
If it is less than tomic%, the number of nitrogen atoms that can covalently bond with a fluorine atom is not sufficient, so that the number of fluorine atoms that cannot covalently bond with a silicon atom cannot be sufficiently reduced. Therefore, the fluorine atom having high electronegativity acts as an ion to increase the ionic polarizability. Therefore, the concentration of nitrogen atoms should be 0.1 atomic% or more 5
It was set to be atomic% or less.

【0015】次に、本発明の窒素原子を含むSiOF膜
の製造方法の第1実施例を説明する。第1実施例では、
少なくともフッ素を含むシリコン系酸化膜を形成するた
めの原料ガスとしてモノシラン(SiH4 )とテトラフ
ルオロメタン(CF4 )とを用い、窒素原子を含むガス
として酸化二窒素(N2 O)を用いて、化学的気相成長
(以下、CVDという、CVDはChemical Vapour Depo
sitionの略)法によって、窒素原子を含むSiOF膜を
形成した。
Next, a first embodiment of the method for producing a SiOF film containing nitrogen atoms of the present invention will be described. In the first embodiment,
Monosilane (SiH 4 ) and tetrafluoromethane (CF 4 ) are used as source gases for forming a silicon oxide film containing at least fluorine, and dinitrogen oxide (N 2 O) is used as a gas containing nitrogen atoms. , Chemical vapor deposition (hereinafter, referred to as CVD, CVD is a chemical vapor deposition
(abbreviation of sition) method, a SiOF film containing nitrogen atoms was formed.

【0016】上記CVD法を実施する装置には、例えば
電子サイクロトロン共鳴(以下、ECRという、ECR
はElectron Cycrotron Resonanceの略)CVD装置を用
いた。そして成膜条件としては、原料ガスに、流量が3
0sccm〔sccmは標準状態おける1分間当たりの
体積流量(cm3 )である〕のモノシランと、流量が5
00sccmの酸化二窒素と、流量が10sccmのテ
トラフルオロメタンとを用いた。また基板温度を400
℃、気相成長雰囲気の圧力を1Pa、基板バイアスパワ
ーを1kW、ソースパワーを3kWに設定した。上記条
件で窒素原子を含むSiOF膜を形成した結果、SiO
F膜中に窒素原子はおよそ2atomic%含まれ、誘
電率が2.5のSiOF膜を得た。
An apparatus for carrying out the above CVD method is, for example, an electron cyclotron resonance (hereinafter, referred to as ECR, ECR
Is an abbreviation for Electron Cycrotron Resonance) CVD equipment. The film forming condition is that the flow rate is 3 in the source gas.
0 sccm [sccm is a volumetric flow rate (cm 3 ) per minute in a standard state] monosilane and a flow rate of 5
00 sccm of nitrous oxide and a flow rate of 10 sccm of tetrafluoromethane were used. Also, the substrate temperature is 400
C., the pressure of the vapor growth atmosphere was set to 1 Pa, the substrate bias power was set to 1 kW, and the source power was set to 3 kW. As a result of forming the SiOF film containing nitrogen atoms under the above conditions,
A nitrogen atom was contained in the F film at about 2 atomic% and a SiOF film having a dielectric constant of 2.5 was obtained.

【0017】上記第1実施例では、窒素原子を含むガス
として酸化二窒素を用いた。そのため、第1実施例にお
いては酸化二窒素ガスは必要不可欠であるから、少なく
とも、原料ガスに含まれる必要がある。一方、シラン系
ガスに対する酸化二窒素ガスの標準状態における体積流
量比が0.1を越えると、堆積して形成されるSiOF
膜中の窒素原子の濃度が5atomic%を越えること
になる。そのため、窒素原子が入っていないSiOF膜
の誘電率の値(=3.0)を越えてしまう。このように
窒素原子が多く含まれる状態ではシリコン−窒素−シリ
コン(Si−N−Si)結合が形成されて、SiOF膜
の密度が上昇する。したがって、シラン系ガスに対する
酸化二窒素ガスの標準状態における体積流量比は0.1
以下とする必要がある。なお、上記気相成長反応におい
て、酸化二窒素ガスは窒素と酸素とに分解される。この
酸素はシリコンの酸化剤として作用するため、上記原料
ガス中には酸化二窒素以外に酸化剤となる酸素を含むガ
スは供給していない。
In the first embodiment, nitrous oxide is used as the gas containing nitrogen atoms. Therefore, in the first embodiment, the nitrous oxide gas is indispensable, so it is necessary to contain at least the raw material gas. On the other hand, when the volumetric flow rate ratio of nitrous oxide gas to silane-based gas in the standard state exceeds 0.1, SiOF formed by deposition is formed.
The concentration of nitrogen atoms in the film exceeds 5 atomic%. Therefore, the dielectric constant value (= 3.0) of the SiOF film containing no nitrogen atoms is exceeded. In such a state in which a large number of nitrogen atoms are contained, a silicon-nitrogen-silicon (Si-N-Si) bond is formed and the density of the SiOF film is increased. Therefore, the volumetric flow rate ratio of the nitrous oxide gas to the silane-based gas in the standard state is 0.1.
It is necessary to: In the vapor phase growth reaction, the nitrous oxide gas is decomposed into nitrogen and oxygen. Since this oxygen acts as an oxidizing agent for silicon, no gas other than nitrous oxide is contained in the raw material gas, which contains oxygen as an oxidizing agent.

【0018】また上記第1実施例では、SiOF膜を形
成するための原料ガスとしてモノシランを用いたが、例
えばシラン系のガスであるポリシラン〔例えばジシラン
(Si2 6 ),トリシラン(Si3 8 )等〕を用い
ることも可能である。またフッ素を含むガスとして、テ
トラフルオロメタンの代わりにフロロカーボン系ガス
〔例えばヘキサフルオロエタン(C2 6 ),パーフル
オロプロパン(C3 8)等〕を用いてもよい。上記ガ
スをもちいた時の流量は、上記第1実施例で説明したの
と同様としてよい。
In the first embodiment, monosilane is used as the raw material gas for forming the SiOF film. For example, polysilane which is a silane-based gas [eg disilane (Si 2 H 6 ), trisilane (Si 3 H 3 8 ) etc.] can also be used. As the gas containing fluorine, a fluorocarbon-based gas [eg, hexafluoroethane (C 2 F 6 ), perfluoropropane (C 3 F 8 ), etc.] may be used instead of tetrafluoromethane. The flow rate when the gas is used may be the same as that described in the first embodiment.

【0019】次に、本発明の窒素原子を含むSiOF膜
の製造方法の第2実施例を説明する。第2実施例では、
窒素原子を含むSiOF膜を形成するための原料ガスと
してシラン系ガスの一種のモノシラン、酸素を含むガス
として酸素(O2 )、フッ素を含むガスとしてテトラフ
ルオロメタン、および窒素を含むガスとしてアンモニア
(NH3 )を用いた。そしてCVD法によって、窒素原
子を含むSiOF膜を形成した。
Next, a second embodiment of the method for producing a SiOF film containing nitrogen atoms of the present invention will be described. In the second embodiment,
One kind of silane-based gas, monosilane, is used as a source gas for forming a SiOF film containing nitrogen atoms, oxygen (O 2 ) is used as a gas containing oxygen, tetrafluoromethane is used as a gas containing fluorine, and ammonia (gas is used as a gas containing nitrogen). NH 3) was used. Then, a SiOF film containing nitrogen atoms was formed by the CVD method.

【0020】上記第2実施例のCVD法を実施する装置
には、例えばECRCVD装置を用いた。そして成膜条
件として、原料ガスには、流量が30sccmのモノシ
ランと、流量が300sccmの酸素と、流量が1sc
cmのアンモニアと、流量が10sccmのテトラフル
オロメタンとを用いた。また基板温度を400℃、気相
成長雰囲気の圧力を1Pa、基板バイアスパワーを1k
W、ソースパワーを3kWに設定した。上記条件で窒素
原子を含むSiOF膜を形成した結果、SiOF膜中に
窒素原子はおよそ2atomic%含まれ、誘電率が
2.5のSiOF膜を得た。
As an apparatus for carrying out the CVD method of the second embodiment, for example, an ECRCVD apparatus was used. As film forming conditions, the raw material gases are monosilane with a flow rate of 30 sccm, oxygen with a flow rate of 300 sccm, and a flow rate of 1 sc
cm ammonia and tetrafluoromethane with a flow rate of 10 sccm were used. Further, the substrate temperature is 400 ° C., the vapor growth atmosphere pressure is 1 Pa, and the substrate bias power is 1 k.
W and source power were set to 3 kW. As a result of forming the SiOF film containing nitrogen atoms under the above conditions, a SiOF film containing nitrogen atoms of about 2 atomic% and a dielectric constant of 2.5 was obtained.

【0021】上記第2実施例では、SiOF膜を形成す
るための原料ガスとしてモノシランを用いたが、例えば
シラン系のガスであるポリシラン(例えばジシラン,ト
リシラン等)を用いることも可能である。さらに酸素を
含むガスとして、酸素の代わりに酸化二窒素を用いるこ
とも可能である。またフッ素を含むガスとして、テトラ
フルオロメタンの代わりにフロロカーボン系ガス(例え
ばヘキサフルオロエタン,パーフルオロプロパン等)を
用いることも可能である。
In the second embodiment described above, monosilane was used as the raw material gas for forming the SiOF film, but it is also possible to use polysilane (for example, disilane, trisilane, etc.) which is a silane-based gas, for example. It is also possible to use nitrous oxide instead of oxygen as the gas containing oxygen. As the fluorine-containing gas, a fluorocarbon-based gas (eg, hexafluoroethane, perfluoropropane, etc.) can be used instead of tetrafluoromethane.

【0022】上記第2実施例では、SiOF膜を形成す
る原料ガスとアンモニアとが供給されることから、化学
的気相成長反応において、アンモニアガスが分解され、
SiOF膜中に窒素原子が取り込まれた状態で成膜され
る。この窒素原子はフッ素原子と共有結合してイオンと
して作用するフッ素原子の数を減少させる。その結果、
フッ素原子のイオン性が無くなり、イオン分極の発生が
抑えられることになる。そのため、上記第2実施例の方
法で形成した窒素原子を含むSiOF膜は窒素原子を含
まないSiOF膜よりも誘電率が小さい膜となる。
In the second embodiment, since the source gas for forming the SiOF film and the ammonia are supplied, the ammonia gas is decomposed in the chemical vapor deposition reaction,
The film is formed in a state where nitrogen atoms are incorporated in the SiOF film. The nitrogen atom covalently bonds with the fluorine atom to reduce the number of fluorine atoms acting as ions. as a result,
The ionicity of the fluorine atom is lost, and the occurrence of ionic polarization is suppressed. Therefore, the SiOF film containing nitrogen atoms formed by the method of the second embodiment has a smaller dielectric constant than the SiOF film containing no nitrogen atoms.

【0023】次に、本発明の窒素原子を含むSiOF膜
の製造方法の第3実施例を説明する。第3実施例では、
窒素原子を含むSiOF膜を生成するための原料ガスと
してシラン系ガスの一種のモノシラン、酸素を含むガス
として酸素、フッ素を含むガスとしてテトラフルオロメ
タンおよび窒素(N2 )を用いた。そしてCVD法によ
って、窒素原子を含むSiOF膜を形成した。
Next, a third embodiment of the method for producing a SiOF film containing nitrogen atoms of the present invention will be described. In the third embodiment,
One type of silane-based gas, monosilane, was used as a source gas for forming the SiOF film containing nitrogen atoms, oxygen was used as a gas containing oxygen, and tetrafluoromethane and nitrogen (N 2 ) were used as a gas containing fluorine. Then, a SiOF film containing nitrogen atoms was formed by the CVD method.

【0024】上記第3実施例のCVD法を実施する装置
には、例えばECRCVD装置を用いた。そして成膜条
件として、原料ガスには、流量が30sccmのモノシ
ランと、流量が300sccmの酸素と、流量が500
sccmの窒素と、流量が10sccmのテトラフルオ
ロメタンとを用いた。また基板温度を400℃、気相成
長雰囲気の圧力を1Pa、基板バイアスパワーを1k
W、ソースパワーを3kWに設定した。上記条件で窒素
原子を含むSiOF膜を形成した結果、窒素原子はおよ
そ2atomic%含まれ、誘電率が2.5のSiOF
膜を得た。
As an apparatus for carrying out the CVD method of the third embodiment, for example, an ECRCVD apparatus was used. As film forming conditions, the raw material gases are monosilane with a flow rate of 30 sccm, oxygen with a flow rate of 300 sccm, and a flow rate of 500.
Sccm nitrogen and a flow rate of 10 sccm tetrafluoromethane were used. Further, the substrate temperature is 400 ° C., the vapor growth atmosphere pressure is 1 Pa, and the substrate bias power is 1 k.
W and source power were set to 3 kW. As a result of forming the SiOF film containing nitrogen atoms under the above conditions, nitrogen atoms are contained at about 2 atomic% and the dielectric constant is 2.5.
A film was obtained.

【0025】上記第2実施例では、SiOF膜を形成す
るための原料ガスとしてモノシランを用いたが、例えば
シラン系のガスであるポリシラン(例えばジシラン,ト
リシラン等)を用いることも可能である。さらに酸素を
含むガスとして、酸素の代わりに酸化二窒素を用いるこ
とも可能である。またフッ素を含むガスとして、テトラ
フルオロメタンの代わりに、フロロカーボン系ガス(例
えばヘキサフルオロエタン,パーフルオロプロパン等)
を用いることも可能である。
In the second embodiment described above, monosilane is used as the source gas for forming the SiOF film, but it is also possible to use polysilane (for example, disilane, trisilane, etc.) which is a silane-based gas. It is also possible to use nitrous oxide instead of oxygen as the gas containing oxygen. Further, as a gas containing fluorine, instead of tetrafluoromethane, a fluorocarbon-based gas (eg hexafluoroethane, perfluoropropane, etc.)
It is also possible to use.

【0026】上記第2実施例では、SiOF膜を形成す
る原料ガスに窒素が供給されることから、気相成長反応
において窒素ガスが分解され、SiOF膜中に窒素原子
が取り込まれた状態で成膜される。この窒素原子はフッ
素原子と共有結合してイオンとして作用するフッ素原子
の数を減少させる。その結果、フッ素原子のイオン性が
無くなり、イオン分極の発生が抑えられることになる。
そのため、上記第3実施例によって形成した窒素原子を
含むSiOF膜は窒素原子を含まないSiOF膜よりも
誘電率が小さい膜となる。
In the second embodiment, since nitrogen is supplied to the raw material gas for forming the SiOF film, the nitrogen gas is decomposed in the vapor phase growth reaction and nitrogen atoms are taken into the SiOF film. Be filmed. The nitrogen atom covalently bonds with the fluorine atom to reduce the number of fluorine atoms acting as ions. As a result, the ionicity of the fluorine atom is lost, and the occurrence of ionic polarization is suppressed.
Therefore, the SiOF film containing nitrogen atoms formed according to the third embodiment has a smaller dielectric constant than the SiOF film containing no nitrogen atoms.

【0027】次に、上記第1〜第3実施例によって形成
される窒素原子を含むSiOF膜の適用例を、図2の概
略構成断面図によって説明する。
Next, an application example of the SiOF film containing nitrogen atoms formed by the first to third embodiments will be described with reference to the schematic sectional view of the structure of FIG.

【0028】図に示すように、シリコン基板11の表面
上にはシリコン酸化膜12が形成され、このシリコン酸
化膜12上には複数のアルミニウム系配線13が配設さ
れている。そして上記第1〜第3実施例で説明したいず
れかの方法によって、上記各配線13を覆う状態にかつ
各配線13間を埋め込む状態に窒素原子を含むSiOF
膜14を形成する。その後、通常のCVD法によってシ
リコン酸化膜15を形成する。上記のようにして形成し
た窒素原子を含むSiOF膜14の誘電率は2.5であ
った。また窒素原子を含むSiOF膜14中に含まれる
窒素原子の濃度は2atomic%であった。このよう
に、配線13間に誘電率=2.5の窒素原子を含むSi
OF膜14が形成されることから、配線間容量の小さい
半導体装置を形成することが可能になる。しかも、窒素
原子を含むSiOF膜14は、シリコン系酸化膜が基本
材料となっているため、耐熱性、耐プラズマ性等の信頼
性に優れている。
As shown in the figure, a silicon oxide film 12 is formed on the surface of a silicon substrate 11, and a plurality of aluminum wirings 13 are arranged on the silicon oxide film 12. Then, by any one of the methods described in the first to third embodiments, SiOF containing nitrogen atoms is formed in a state of covering the wirings 13 and in a state of filling the space between the wirings 13.
The film 14 is formed. After that, the silicon oxide film 15 is formed by a normal CVD method. The SiOF film 14 containing nitrogen atoms formed as described above had a dielectric constant of 2.5. The concentration of nitrogen atoms contained in the SiOF film 14 containing nitrogen atoms was 2 atomic%. Thus, Si containing nitrogen atoms with a dielectric constant of 2.5 between the wirings 13
Since the OF film 14 is formed, it is possible to form a semiconductor device having a small inter-wiring capacitance. Moreover, the SiOF film 14 containing nitrogen atoms is excellent in reliability such as heat resistance and plasma resistance because the silicon-based oxide film is a basic material.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上、説明したように本発明のフッ素含
むシリコン系酸化膜によれば、フッ素を含むシリコン系
酸化膜に窒素原子が含まれているので、窒素原子がフッ
素原子と共有結合して、イオンとして作用するフッ素原
子の数を減少させることができる。そのため、フッ素原
子のイオン性を無くすことができ、イオン分極の発生を
抑えることができる。したがって、従来のSiOF膜よ
りも誘電率が低いSiOF膜になる。しかも、窒素原子
を含むSiOF膜は、シリコン系酸化膜が基本材料とな
っているため、耐熱性、耐プラズマ性等の信頼性も確保
することができる。
As described above, according to the silicon oxide film containing fluorine of the present invention, since the silicon oxide film containing fluorine contains nitrogen atoms, the nitrogen atoms are covalently bonded to the fluorine atoms. Thus, the number of fluorine atoms acting as ions can be reduced. Therefore, the ionicity of the fluorine atom can be eliminated, and the occurrence of ionic polarization can be suppressed. Therefore, the SiOF film has a lower dielectric constant than the conventional SiOF film. Moreover, since the SiOF film containing nitrogen atoms is basically made of a silicon oxide film, reliability such as heat resistance and plasma resistance can be ensured.

【0030】上記フッ素含むシリコン系酸化膜の製造方
法では、原料ガスに、フッ素を含むシリコン系酸化膜を
形成するための原料ガスと窒素原子を含むガスとを用い
た化学的気相成長法によるので、気相成長反応によっ
て、窒素原子を含む状態でフッ素を含むシリコン系酸化
膜を形成することができる。
In the above-mentioned method for producing a fluorine-containing silicon oxide film, a chemical vapor deposition method is used in which a source gas for forming a fluorine-containing silicon oxide film and a nitrogen atom-containing gas are used as source gases. Therefore, the silicon-based oxide film containing fluorine can be formed in the state containing nitrogen atoms by the vapor phase growth reaction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】SiOF膜の誘電率と窒素原子濃度との関係図
である。
FIG. 1 is a relationship diagram between a dielectric constant of a SiOF film and a nitrogen atom concentration.

【図2】適用例の概略構成断面図である。FIG. 2 is a schematic configuration sectional view of an application example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 窒素原子濃度−誘電率曲線 1 Nitrogen atom concentration-dielectric constant curve

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フッ素を含むシリコン系酸化膜におい
て、 前記フッ素を含むシリコン系酸化膜は窒素原子を含むこ
とを特徴とするフッ素を含むシリコン系酸化膜。
1. A silicon oxide film containing fluorine, wherein the silicon oxide film containing fluorine contains nitrogen atoms.
【請求項2】 請求項1記載のフッ素を含むシリコン系
酸化膜において、 前記フッ素を含むシリコン系酸化膜中に含まれる窒素原
子の濃度は、0.1atomic%以上5atomic
%以下であることを特徴とするフッ素を含むシリコン系
酸化膜。
2. The silicon-containing oxide film containing fluorine according to claim 1, wherein the concentration of nitrogen atoms contained in the silicon-containing oxide film containing fluorine is 0.1 atomic% or more and 5 atomic.
% Or less, a silicon oxide film containing fluorine.
【請求項3】 化学的気相成長法によるフッ素を含むシ
リコン系酸化膜の製造方法であって、 前記化学的気相成長法に用いる原料ガスは、少なくと
も、フッ素を含むシリコン系酸化膜を形成するための原
料ガスと窒素原子を含むガスとからなることを特徴とす
るフッ素を含むシリコン系酸化膜の製造方法。
3. A method for manufacturing a silicon oxide film containing fluorine by a chemical vapor deposition method, wherein a source gas used in the chemical vapor deposition method forms a silicon oxide film containing at least fluorine. A method for producing a silicon-containing oxide film containing fluorine, characterized in that it comprises a raw material gas for carrying out the above and a gas containing nitrogen atoms.
【請求項4】 請求項3記載のフッ素を含むシリコン系
酸化膜の製造方法において、 前記原料ガスは、シラン系ガスとフッ素を含むガスと酸
化二窒素ガスとからなるものであって、 前記原料ガスには少なくとも酸化二窒素ガスを含みかつ
シラン系ガスに対する酸化二窒素ガスの標準状態におけ
る体積流量比が0.1以下であることを特徴とするフッ
素を含むシリコン系酸化膜の製造方法。
4. The method for producing a silicon-containing oxide film containing fluorine according to claim 3, wherein the raw material gas comprises a silane-based gas, a fluorine-containing gas, and nitrous oxide gas. A method for producing a silicon oxide film containing fluorine, wherein the gas contains at least dinitrogen oxide gas, and the volumetric flow rate ratio of the dinitrogen oxide gas to the silane gas in the standard state is 0.1 or less.
【請求項5】 請求項3記載のフッ素を含むシリコン系
酸化膜の製造方法において、 前記原料ガスは、少なくともシラン系ガスと酸素を含む
ガスとフッ素を含むガスとアンモニアガスとを含むこと
を特徴とするフッ素を含むシリコン系酸化膜の製造方
法。
5. The method for producing a silicon oxide film containing fluorine according to claim 3, wherein the source gas contains at least a silane gas, a gas containing oxygen, a gas containing fluorine, and an ammonia gas. A method of manufacturing a silicon oxide film containing fluorine.
【請求項6】 請求項3記載のフッ素を含むシリコン系
酸化膜の製造方法において、 前記原料ガスは、少なくともシラン系ガスと酸素を含む
ガスとフッ素を含むガスと窒素ガスとを含むことを特徴
とするフッ素を含むシリコン系酸化膜の製造方法。
6. The method for producing a silicon oxide film containing fluorine according to claim 3, wherein the raw material gas contains at least a silane gas, a gas containing oxygen, a gas containing fluorine, and a nitrogen gas. A method of manufacturing a silicon oxide film containing fluorine.
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