JPH09181073A - Sf6ガスを用いた低誘電率薄膜の製造方法 - Google Patents

Sf6ガスを用いた低誘電率薄膜の製造方法

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JPH09181073A
JPH09181073A JP8251706A JP25170696A JPH09181073A JP H09181073 A JPH09181073 A JP H09181073A JP 8251706 A JP8251706 A JP 8251706A JP 25170696 A JP25170696 A JP 25170696A JP H09181073 A JPH09181073 A JP H09181073A
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Yu Byoungon
ユ ビョウンゴン
Jan Uonitsuku
ジャン ウォンイック
Kan Seunyor
カン セウンヨル
Kim Kuwanho
キム クワンホ
Baek Jonte
バエク ジョンテ
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KANKOKU DENSHI TSUSHIN KENKYUSHO
Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
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Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フッ素系の原料ガスを用いて低誘電率を有す
るSiOF低誘電率薄膜を製造する方法を提供する。 【解決手段】 RPCVD装置の反応炉に半導体基板1
0を実装し、フッ素の原料ガスとしてSF6+N2O混合
ガスかつSF6+O2混合ガスを注入し、酸化シリコン
(SiO)の原料ガスとしてSiH4ガスまたはTEO
S(OC25)4)を注入し、半導体基板10上にSiO
F低誘電率薄膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低誘電率薄膜製造
方法に関し、特にSF6ガスを用いてギャップフィリン
グ(gap filling)を改善するのに適当であるようにした
低誘電率薄膜製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の高集積化により配線の線幅
がサブマイクロ以下に減少しており、これによって配線
負荷の減少が半導体素子の高性能化の為、さらに重要視
されている。これは、全体の遅延時間において占める配
線遅延時間の比率が大きくなるからである。
【0003】配線負荷は、配線容量と配線抵抗とにより
決まり、低誘電率膜と低抵抗材料とにより減少すること
ができる。特に配線容量の場合、隣接容量の寄与による
配線容量の増加がサブマイクロ配線において重大な問題
になる。すなわち、配線の両側に配線が形成された場
合、隣接容量の寄与により配線容量が急激に増加する。
【0004】配線の厚さを薄くし、隣接容量を減少させ
ることはできるが、SM/EMの耐性を考慮する場合、
アルミニウムの使用によっては配線を薄膜化するのに難
しさがある。
【0005】従って、低誘電率薄膜は半導体素子の高集
積化において非常に重要である。このような低誘電率薄
膜としてのポリイミド(polyimide)とシロキサンポリマ
ー等、有機系材料が誘電率が低いので絶縁膜としては理
想的であるが、耐熱性が低いし、微細加工性に難しさが
ある。
【0006】ポリイミド(polyimide)系の樹脂膜は、塗
布熱処理により形成されるからその製造方法が極めて簡
単であるが、加熱性が高く、加水分解等により誘電率が
増加する。さらに、熱に非常に弱いので膜を形成した後
の後続工程の実行に難しさがある。
【0007】フッ素(F)系の樹脂膜は、スピンコーテ
ィングにより主に形成されるが、これもまた耐熱性に問
題があり熱の膨脹係数が大きいので、他の材料との接合
性が不良である。
【0008】従って、最近、低誘電率の無機系材料とし
て、フッ素添加のシリコン酸化膜(SiOF)が注目を
浴びている。
【0009】従来のSiOF膜の形成法には、H2Si
6水溶液を用いる液晶成長(LDP)FnSi(OR)
4-n(ORはアルキル素、n=1-3)方法と、水蒸気を使用
する室温CVD法,FTASを使用するプラズマCVD
法、TEOSとC26を使用するECR−CVD法,T
EOSとO2,CF4とを用いたヘリコン(helicon)波プ
ラズマCVD法等がある。
【0010】しかし、このような方法は、原料と蒸着法
により膜の特性が大きく変り、S−Fの結合が加水分解
し易い問題点がある。
【0011】さらに、SiF4とO2を使用するECR−
CVD法は、まずECRプラズマソースを制御し難いの
で、長期稼動時のプラズマ安定性と装置の信頼性とに問
題がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の技術の問
題点を解決するための本発明の目的は、低誘電率と低抵
抗とを有し、ギャップフィリング(gap filling)の特性
に優れた低誘電率薄膜の製造方法を提供することにあ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明は、RPCVD装置の反応炉に半導体基板を実
装し、フッ素の原料ガスとしてSF6ガスを注入すると
共に、酸化シリコン(SiO)の原料ガスとしてSiH
4ガス、かつTEOS(OC25)4)を注入し、SiOF
薄膜を製造することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明の実施例を詳細に説明する。
【0015】図1は、半導体薄膜を形成させるために使
われるRPCVD装置の構成を概略的に示した図面であ
る。
【0016】このようなRPCVD装置は、原料ガス注
入口1、放電管2、高周波コイル3、SiH4ガス注入
口4、キャリアガス注入口5、酸化シリコン原料6、恒
温槽7、バブラ(bubbler)8、ガスシャワーリング装置
9、半導体基板10、半導体基板支持台11、ヒーター
部12および回転体13とを含んで構成される。
【0017】本発明は、新たな蒸着方法を導入し、新た
な層間絶縁膜を形成して既存のメモリ素子よりも優れた
情報伝達特性を得るために、工程が容易で低誘電率が得
られる低誘電率薄膜を製造することである。
【0018】従来、SF6ガスは、主に絶縁ガスとして
高電圧が印加される加速管等で電気的な絶縁のために使
われてきた。最近の半導体工程においては、SF6ガス
が使われ、C26ガス等と共にシリコン酸化膜のエッチ
ングに主に使われている。
【0019】しかし、本発明においては、蒸着用のガス
としてSF6ガスを使用することによって、低誘電率を
有しギャップフィリング(gap filling)特性に優れた多
層配線技術を開発した。
【0020】本発明の実施例によれば、低誘電率薄膜を
半導体基板10上に蒸着するために、図1のようなリモ
ートプラズマ強化化学蒸着(remote plasma enhanced c
hemical deposition:RPCVD)装置を利用した。
【0021】低誘電率を有する絶縁膜を形成するため
に、まず半導体基板10をRPCVD装置の反応炉の半
導体支持台11に実装し、半導体基板を300〜400
℃程度の温度で加熱した状態で低誘電率SiOF薄膜を
製造するためのフッ素(fruorine)の原料(source)ガ
スとしてSF6+N2O混合ガス、かつSF6+O2ガスを注
入すると共にSiOの原料(source)としてはSiH4
ガスやTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate(OC2
5)4)を注入する。
【0022】このとき、TEOS原料は、N2キャリア
ガスをバブラ(bubbler)8に入れ、反応炉内に注入す
る。キャリアガスの流量は0−200sccmである。
【0023】なお、TEOS原料は、温度が一定に維持
されるように恒温槽7に入れてあり、恒温槽の温度は4
0−50℃程度に保持した。
【0024】このとき、高周波コイル3に印加される電
圧の高周波数は13.5MHzであり、高周波電力は上
部の電極を通じて100−300ワットを印加した。
【0025】低誘電率膜蒸着SF6+N2OSF6+O2メカ
ニズムにおいては、高周波コイル3が巻かれているプラ
ズマの生成部位に、フッ素原料としてSF6+N2 O混合
ガスかつSF6+O2混合ガスが注入された。
【0026】このとき、原料ガスが分解され、F+ラジ
カル(radical)がダウンストリーム(down stream)さ
れ、ガスシャワーリング(gas shower ring)装置9を通
じて供給されるSiOの原料ガスと出合って半導体基板
10の表面で反応する。
【0027】これによって図2に示すFT−IR分析結
果のように、SiOF薄膜が基板上に生成され、Si−
Fの結合ピーク(peak)が示されている。
【0028】このような方法でSF6ガスの流量を変化
させて得られた結果は、図3に図示たように、SF6
スが30sccm程度であるとき誘電率が3.3程度の
低い値を示し、それ以上の流量では大きな変化はなかっ
た。
【0029】層間絶縁膜に用いるための工程開発側面に
おいては、元来、SF6 ガスはエッチング性質があるた
め、金属の配線の上にレジデュー(residue)、あるいは
角の部分が少しエッチングされて、既存の他の蒸着ガス
よりはよいギャップフィリング(gap filling)が得られ
る。
【0030】本発明の実施例によれば、SF6ガスを使
用することにより、ボイド(void)が殆どない膜を得る
ことが可能であった。
【0031】なお、試料の表面をよくみれば、SF6
スを用いた方法がSF6ガスを使用していない場合より
平坦度が優秀であった。
【0032】この効果は、SF6ガスを使用することに
よって角の部分がエッチングされ、ホール埋立によい影
響を及ぼすこととも思われるが、SF6ガスの添加によ
りシリコン酸化膜がさらによい性質を有することにな
り、ホールの埋立と表面の平坦化とに効果があることと
思われる。
【0033】上述の方法で製造した低誘電率薄膜を、二
次イオン質量分析(secondury ionmass spectrometry:
SIMS)によりイオウ(S)を分析した結果、少量が
検出された。
【0034】イオウは本来、強い絶縁性を有した物質で
あって、誘電率を下げるのに効果があることと判断され
る。
【0035】
【発明の効果】本発明による低誘電率薄膜形成方法によ
れば、優れたホールの埋立と表面の平坦化とが得られ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】低誘電率薄膜製造に用いられたRPCVD装置
の概略図。
【図2】低誘電率薄膜のFT−IR吸水スペクトラムを
示したグラフ。
【図3】SF6ガスの流量による誘電率を示したグラ
フ。
【符号の説明】
1 原料ガス注入口 2 放電管 3 高周波コイル 4 SiH4ガス注入口 5 キャリアガス注入口 6 SiO原料 7 恒温槽 8 バブラ(bubbler) 9 ガスシャワーリング装置 10 半導体基板 11 基板支持台 12 ヒーター部 13 回転体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セウンヨル カン 大韓民国、ソウル、ユンピュンク、ユンガ ム3ドン 121−29 (72)発明者 クワンホ キム 大韓民国、デェジョン、ユソンク、ジュン ミンドン 464−1、エキスポ アパート メント 405−1507 (72)発明者 ジョンテ バエク 大韓民国、デェジョン、ユソンク、イォー ウンドン 99、ハンビィット アパートメ ント 129−708

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SF6ガスを用いた低誘電率薄膜製造方
    法において、 RPCVD装置の反応炉に半導体基板を実装し、フッ素
    の原料ガスとしてSF6ガスを注入すると共に、酸化シ
    リコン(SiO)の原料ガスとしてSiH4ガス、かつ
    TEOS(OC25)4)を注入し、SiOF薄膜を製造
    することを特徴とする低誘電率薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記フッ素ガスは、N2OまたはO2を用いて稀釈させた
    状態で反応炉に注入することを特徴とする低誘電率薄膜
    製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1において、 前記反応炉に注入されるSF6ガスの流量を30scc
    mにすることを特徴とする低誘電率薄膜製造方法。
JP8251706A 1995-12-21 1996-09-24 Sf6ガスを用いた低誘電率薄膜の製造方法 Withdrawn JPH09181073A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019950053654A KR0160916B1 (ko) 1995-12-21 1995-12-21 Sf6 개스를 사용한 저유전율 박막 제조방법
KR95-53654 1995-12-21

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030037092A (ko) * 2001-11-02 2003-05-12 주성엔지니어링(주) 반도체 제조장치
WO2011063552A1 (en) * 2009-11-27 2011-06-03 C Sun Mfg, Ltd. Method for forming via interconnects for 3-d wafer/chip stacking

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KR970052828A (ko) 1997-07-29

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