JPH0945769A - Semiconductor device, and manufacture of semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device, and manufacture of semiconductor device

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JPH0945769A
JPH0945769A JP19390195A JP19390195A JPH0945769A JP H0945769 A JPH0945769 A JP H0945769A JP 19390195 A JP19390195 A JP 19390195A JP 19390195 A JP19390195 A JP 19390195A JP H0945769 A JPH0945769 A JP H0945769A
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JP
Japan
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fluorine
film
silicon
atom
semiconductor device
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JP19390195A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Nakasaki
崎 靖 中
Hideshi Miyajima
島 秀 史 宮
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To further reduce the dielectric constant more than a conventional silicon dioxide with fluorine added, and reduce the capacitance between wirings, and control signal delay, and improve high-speed operation, by making an interlayer insulating film contain not only the composition where one F atom is coupled with one Si atom but also the composition where two atoms are coupled with it and the composition where three atoms are coupled with it. SOLUTION: This semiconductor device is equipped with at least a plurality of elements and an interlayer insulating film for electrically insulating a plurality of wirings being connected severally to these elements and also are arranged in parallel and are made multilayer. In such a semiconductor device, the interlayer insulating film is made of an SiO2 film containing Si, O, and F at least, and besides the composition of the SiO2 film has structure 2 including Si atoms coupled in common through O atoms. Furthermore, the structure contains not only the composition 3 where one F atom is coupled with one Si atom but also the composition 4 where two F atoms are coupled with one Si atom and the composition where three F atoms are coupled with one Si atom.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、配線を隔離する
ための絶縁膜に関し、特にフッ素を含有する絶縁膜を有
する半導体装置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulating film for isolating wiring, and more particularly to a semiconductor device having an insulating film containing fluorine and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置においては、素子の配線間を
電気的に絶縁するための絶縁膜が用いられている。従
来、この絶縁膜としては、熱酸化二酸化シリコン(Si
2 )膜、またはシランやテトラエトキシシラン(TE
OS)などのガスを原料として減圧または常圧での化学
的気相成長法(CVD‐Chemical Vapour Deposition)
により形成された二酸化シリコン(SiO2 )膜が主に
使用されている。特に、金属配線の中でもアルミニウム
(Al)配線間の絶縁は、400°C程度の低温で形成
できることから、TEOSと酸素(O2 )あるいはオゾ
ン(O3 )を用いたプラズマCVD法による二酸化シリ
コン(SiO2 )膜が用いられている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device, an insulating film is used for electrically insulating between wirings of elements. Conventionally, as this insulating film, thermally oxidized silicon dioxide (Si
O 2 ) film or silane or tetraethoxysilane (TE
Chemical vapor deposition (CVD-Chemical Vapor Deposition) under reduced pressure or normal pressure using a gas such as OS) as a raw material
A silicon dioxide (SiO 2 ) film formed by using is mainly used. In particular, among metal wirings, insulation between aluminum (Al) wirings can be formed at a low temperature of about 400 ° C. Therefore, it is possible to form silicon dioxide by plasma CVD using TEOS and oxygen (O 2 ) or ozone (O 3 ). A SiO 2 ) film is used.

【0003】近年、半導体素子の高集積化、高速化に伴
ない信号伝達の遅延が問題となっている。これは、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。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(St
atic Random Access Memory )の性能向上を妨げる主要
な原因となる。その対策としては、アルミニウム(A
l)より比抵抗の低い銅(Cu)や銀(Ag)を配線材
料として用いて配線抵抗を低減することと、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。
In recent years, the delay of signal transmission has become a problem with the high integration and high speed of semiconductor elements. This is because the inter-wiring capacitance (C) increases with the miniaturization of elements and the inter-wiring capacitance (C) increases, and the wiring resistance (R) increases due to the reduction of the wiring cross-sectional area, which increases the time constant of signal transmission. (RC delay) RC delay hinders high-speed operation of semiconductor devices, especially logic devices and high-speed SRAM (St
atic Random Access Memory) is the main cause of hindering performance improvement. As a countermeasure, aluminum (A
l) Copper (Cu) or silver (Ag) having a lower specific resistance than that is used as a wiring material to reduce the wiring resistance, and the inter-wiring capacitance is reduced by lowering the relative dielectric constant of the insulating film interposed between the wirings. Two points are important.

【0004】従来のプラズマCVD法により形成される
二酸化シリコン(SiO2 )膜の比誘電率は4.0〜
5.0と熱酸化二酸化シリコン(SiO2 )膜の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、二酸化シリコン(Si
O2 )膜中にフッ素(F)を導入することが検討されて
おり、比誘電率が低減されることが報告されている。
The relative permittivity of a silicon dioxide (SiO 2 ) film formed by the conventional plasma CVD method is 4.0 to 4.0.
5.0 and 3.9 of thermally oxidized silicon dioxide (SiO2) film
It is known that a large value is also shown for. Therefore, in order to reduce the relative dielectric constant, silicon dioxide (Si
The introduction of fluorine (F) into the O2) film has been studied, and it has been reported that the relative dielectric constant is reduced.

【0005】このフッ素(F)の導入法については、フ
ッ素(F)イオン注入法、フッ化シリコン[SiF(O
2 5 3 ]と水(H2 O)とを用いたCVD法、フ
ッ化水素シリコン(H2 SiF6 )の過飽和水溶液に硼
酸水溶液を添加し液相で二酸化シリコン(SiO2 )を
折出させる方法、TEOSと酸素(O2 )およびフッ素
(F)を含有するガス(CF4 ,NF3 等)を用いたプ
ラズマCVD法が公知である。二酸化シリコン(SiO
2 )膜中のフッ素(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
るほか、F2 分子あるいは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。
また、フッ素(F)導入に伴って二酸化シリコン(Si
2 )膜の密度が減少することも見出だされている。二
酸化シリコン(SiO2 )の比誘電率の低減に対するフ
ッ素(F)の効果は、一般的には、フッ素(F)原子あ
るいはフッ素(F)イオンの分極率が酸素のそれより小
さいため、フッ素(F)が酸素を置換した分だけ全体と
して分極率が減少するためであると考えられている。よ
り詳細には、フッ素(F)の2p電子エネルギー準位が
酸素(O)の2p電子のそれより深いため、二酸化シリ
コン(SiO2 )の価電子帯の上部を構成する酸素
(O)2p孤立電子対準位の状態密度が減少し、その代
わりに、より深いフッ素(F)2p孤立電子対準位が形
成されるためであることが理論的に分かっている。
Regarding the method of introducing fluorine (F), fluorine (F) ion implantation method, silicon fluoride [SiF (O
C 2 H 5 ) 3 ] and water (H 2 O) are used for the CVD method, and a boric acid aqueous solution is added to a supersaturated aqueous solution of silicon hydrofluoride (H 2 SiF 6 ) to add silicon dioxide (SiO 2 ) in a liquid phase. Known is a method of projecting, a plasma CVD method using a gas (CF 4 , NF 3, etc.) containing TEOS and oxygen (O 2 ) and fluorine (F). Silicon dioxide (SiO
2 ) Regarding the state of fluorine (F) in the film, the formation of Si-F bond has been confirmed by infrared absorption spectrum measurement, and it has been incorporated as F2 molecule or FOx molecule (x = 2, 3). It is said that things also exist.
In addition, with the introduction of fluorine (F), silicon dioxide (Si
It has also been found that the density of the O 2 ) film is reduced. The effect of fluorine (F) on the reduction of the relative permittivity of silicon dioxide (SiO 2 ) is generally because the polarizability of fluorine (F) atoms or fluorine (F) ions is smaller than that of oxygen. It is considered that this is because the polarizability is reduced as a whole by the amount of F) replacing oxygen. More specifically, since the 2p electron energy level of fluorine (F) is deeper than that of the 2p electron of oxygen (O), the oxygen (O) 2p isolation that constitutes the upper part of the valence band of silicon dioxide (SiO 2 ) is isolated. It is theoretically known that the density of states of the electron pair level is reduced, and instead, a deeper fluorine (F) 2p lone electron pair level is formed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとしている課題】以上のように、二
酸化シリコン(SiO2 )の比誘電率の低減に対するフ
ッ素(F)の有効性は確認されている。しかしながら、
絶縁膜中のフッ素(F)濃度とフッ素(F)の状態、膜
密度及び比誘電率との関係は明らかにされていない。こ
のため、二酸化シリコン(SiO2 )膜中のフッ素
(F)濃度の制御は検討されているが、(F)の結合状
態までも制御することは検討されていなかった。
As described above, the effectiveness of fluorine (F) in reducing the relative dielectric constant of silicon dioxide (SiO 2 ) has been confirmed. However,
The relationship between the concentration of fluorine (F) in the insulating film, the state of fluorine (F), the film density, and the relative dielectric constant has not been clarified. For this reason, control of the concentration of fluorine (F) in the silicon dioxide (SiO 2 ) film has been studied, but control of even the bonding state of (F) has not been studied.

【0007】本発明は、二酸化シリコン(SiO2 )膜
中のフッ素(F)の結合状態を制御することにより、二
酸化シリコン(SiO2 )の比誘電率をさらに低減する
方法を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a method for further reducing the relative permittivity of silicon dioxide (SiO 2 ) by controlling the bonding state of fluorine (F) in the silicon dioxide (SiO 2 ) film. To do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このために本発明におい
ては、半導体装置を構成する配線間を電気的に絶縁する
ための絶縁膜を、少なくともシリコン(Si),酸素
(O),フッ素(F)を含む二酸化シリコン(Si
2 )膜で形成するにあたり、シリコン(Si)1原子
にあたりフッ素(F)が1原子のみならず2原子あるい
は3原子結合したシリコン(Si)原子を含むことを特
徴とするものである。
To this end, in the present invention, at least silicon (Si), oxygen (O), fluorine (F) is used as an insulating film for electrically insulating between wirings which form a semiconductor device. ) Containing silicon dioxide (Si
In forming the O 2 ) film, one atom of silicon (Si) contains not only one atom of fluorine (F) but also silicon (Si) atoms bonded by two or three atoms.

【0009】本発明においては、原料ガスとして、有機
シランガス、酸化剤ガスおよびFを構成元素の一つとす
る化合物ガス;無機シランガス、酸化剤ガスおよびFを
構成元素の一つとする化合物ガス;酸化剤ガスおよびF
を構成元素の一つとする有機シランガス;酸化剤ガスお
よびFを構成元素の1つとする無機シランガス;または
FおよびOを構成元素として含む有機シランガスを含有
するものが用いられる。
In the present invention, as a raw material gas, an organic silane gas, an oxidizing gas and a compound gas containing F as one of the constituent elements; an inorganic silane gas, an oxidizing gas and a compound gas containing F as one of the constituent elements; an oxidizing agent. Gas and F
An organic silane gas containing 1 as a constituent element; an oxidant gas and an inorganic silane gas containing F as a constituent element; or an organic silane gas containing F and O as constituent elements is used.

【0010】フッ素(F)を構成元素の1つとする化合
物ガスの例としては、三フッ化窒素(NF3 ),四フッ
化メタン(テトラフロロメタン−CF4 ),六フッ化エ
タン(ヘキサフロロエタン−C2 6 ),三フッ化塩素
(C1F3 ),四フッ化シラン(テトラフロロシラン−
SiF4 )などが挙げられる。フッ素(F)を構成元素
の1つとする有機シランガスの例としては、SiF(O
2 5 3 ,SiF2 (OC2 5 2 ,SiF
3 (OC2 5 )などが挙げられる。これらのガスは、
フッ素(F)及び酸素(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。フッ素(F)を構成元素の1つとする無機シランガ
スの例としては、SiH3 F,SiH2 2 ,SiHF
3 等が挙げられる。また、有機シランガスとしてはTE
OS,HSi(OC2 5 3 ,H2Si(OC
4 9 2 などが挙げられる。無機シランガスとして
は、SiH4 ,Si2 6 などが挙げられる。酸化剤ガ
スとしては、O2 ,N2 Oなどが挙げられる。
Examples of the compound gas containing fluorine (F) as one of the constituent elements include nitrogen trifluoride (NF 3 ), tetrafluoromethane (tetrafluoromethane-CF 4 ), and hexafluoroethane (hexafluoro). ethane -C 2 F 6), chlorine trifluoride (C1F 3), tetrafluoride silane (tetrafluoroethylene silane -
SiF 4), and the like. As an example of the organic silane gas containing fluorine (F) as one of the constituent elements, SiF (O
C 2 H 5 ) 3 , SiF 2 (OC 2 H 5 ) 2 , SiF
3 (OC 2 H 5 ) and the like. These gases are
It is also possible to use an organic silane gas containing fluorine (F) and oxygen (O) as constituent elements without an oxidant gas. Examples of the inorganic silane gas containing fluorine (F) as one of the constituent elements include SiH 3 F, SiH 2 F 2 and SiHF.
3 and the like. In addition, TE is used as the organic silane gas.
OS, HSi (OC 2 H 5 ) 3 , H 2 Si (OC
4 H 9 ) 2 and the like. Examples of the inorganic silane gas include SiH 4 and Si 2 H 6 . Examples of the oxidant gas include O 2 and N 2 O.

【0011】更に、詳しい構成としての本発明に係る半
導体装置は、複数の素子と、これら素子に接続されると
共に並列に配列されかつ多層化された複数の配線間を電
気的に絶縁するための層間絶縁膜を少なくとも備えるも
のにおいて、前記層間絶縁膜は、シリコン(Si),酸
素(O),フッ素(F)を少なくとも含む二酸化シリコ
ン(SiO2 ) 膜により形成され、かつ、この二酸化
シリコン膜の組成が、酸素(O)原子を介して共有結合
するシリコン原子を含む構造を有すると共に、前記構造
は、1つのシリコン(Si)原子に1つのフッ素(F)
原子が結合した組成のみならず、1つのシリコン(S
i)原子に2つのフッ素(F)原子が結合した組成、及
び、1つのシリコン(Si)原子に3つのフッ素(F)
原子が結合した組成を含むこと、を特徴としている。
Further, the semiconductor device according to the present invention as a detailed structure is for electrically insulating a plurality of elements and a plurality of wirings connected to these elements and arranged in parallel and multilayered. In at least an interlayer insulating film, the interlayer insulating film is formed of a silicon dioxide (SiO2) film containing at least silicon (Si), oxygen (O), and fluorine (F), and the composition of the silicon dioxide film. Has a structure containing a silicon atom covalently bonded via an oxygen (O) atom, and the structure has one fluorine (F) atom per one silicon (Si) atom.
Not only the composition in which atoms are bonded, but one silicon (S
i) a composition in which two fluorine (F) atoms are bonded to one atom, and three fluorine (F) atoms in one silicon (Si) atom
It is characterized by including a composition in which atoms are bonded.

【0012】また、前記半導体装置は、上記の構成にお
いて、前記層間絶縁膜に含まれるフッ素に起因する雰囲
気中の湿気の吸収を抑制するために、この層間絶縁膜よ
りも吸湿性の小さい遮蔽絶縁膜をさらに備え、前記層間
絶縁膜と前記遮蔽絶縁膜とは積層構造となっていること
を特徴としている。
Further, in the semiconductor device having the above structure, in order to suppress absorption of moisture in the atmosphere due to fluorine contained in the interlayer insulating film, a shield insulation having a hygroscopic property smaller than that of the interlayer insulating film is provided. A film is further provided, and the interlayer insulating film and the shielding insulating film have a laminated structure.

【0013】さらに、上記の構成において、前記吸湿性
の小さい遮蔽絶縁膜は、フッ素(F)を含まない二酸化
シリコン(SiO2 )膜であることを特徴としている。
Further, in the above structure, the shielding insulating film having a low hygroscopic property is a silicon dioxide (SiO 2 ) film containing no fluorine (F).

【0014】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、複数の素子と、これらの素子に接続されると共に並
列に配列されかつ多層化された複数の配線間を電気的に
絶縁するための層間絶縁膜とを少なくとも備え、該層間
絶縁膜はシリコン(Si),酸素(O)及びフッ素
(F)を少なくとも含む二酸化シリコン(SiO2
膜により形成され、かつ、この二酸化シリコン膜の組成
が、酸素(O)原子を介して共有結合するシリコン原子
を含む構造を有すると共に、前記構造は、1つのシリコ
ン(Si)原子に1つのフッ素(F)原子が結合した組
成のみならず、1つのシリコン(Si)原子に2つのフ
ッ素(F)原子が結合した組成、及び、1つのシリコン
(Si)原子に3つのフッ素(F)原子が結合した組成
を含む半導体装置を製造する方法であって、素子が形成
された半導体基板を一定の密封状態を維持可能な収容容
器内に設置して所定温度にまで加熱する第1のステップ
と、加熱された前記半導体基板が設置された前記収容容
器内に、少なくともシリコン(Si)、酸素(O)、フ
ッ素(F)を含む原料ガスを所定の流量で導入し、か
つ、該収容容器内を所定の圧力に保持する第2のステッ
プと、前記半導体基板に対向させた電極に所定電圧を印
加させてプラズマ放電を行ない所定当量のフッ素(F)
が含まれた二酸化シリコン(SiO2 )膜を堆積させる
第3のステップと、前記二酸化シリコン膜上に金属配線
膜を成膜し、パターニングにより所定幅、所定長及び所
定厚の第1層目の所定列の金属配線を形成する第4のス
テップと、上記第1ないし第4のステップを繰り返すこ
とにより第2ないし第n層の金属配線を形成する第5な
いし第mのステップと、を備えている。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a plurality of elements and a plurality of wirings connected to these elements and arranged in parallel and multilayered are electrically insulated. At least an interlayer insulating film, the interlayer insulating film containing at least silicon (Si), oxygen (O) and fluorine (F) silicon dioxide (SiO 2 ).
The silicon dioxide film is formed by a film, and the composition of the silicon dioxide film has a structure containing silicon atoms covalently bonded via oxygen (O) atoms, and the structure has one fluorine atom for each silicon (Si) atom. Not only the composition in which the (F) atoms are bonded, but the composition in which two fluorine (F) atoms are bonded to one silicon (Si) atom, and the three fluorine (F) atoms are bonded to one silicon (Si) atom A method of manufacturing a semiconductor device including a combined composition, comprising: a first step of placing a semiconductor substrate on which elements are formed in a container capable of maintaining a constant sealed state and heating the semiconductor substrate to a predetermined temperature; A raw material gas containing at least silicon (Si), oxygen (O), and fluorine (F) is introduced into the container in which the heated semiconductor substrate is installed at a predetermined flow rate, and the inside of the container is A second step and, the by applying a predetermined voltage to electrodes is opposed to the semiconductor substrate subjected to a plasma discharge of a predetermined equivalent fluorine holding a constant pressure (F)
And a third step of depositing a silicon dioxide (SiO 2 ) film containing a metal wiring film on the silicon dioxide film and patterning a first layer of a predetermined width, length and thickness. A fourth step of forming metal wiring in a predetermined column, and fifth to mth steps of forming metal wiring of second to n-th layers by repeating the first to fourth steps. There is.

【0015】さらに、上記構成の製造方法において、多
層に形成されたフッ素(F)が含まれる前記層間絶縁膜
の各層を形成するステップの後に、少なくとも酸素(O
2 )が含まれフッ素(F)が含まれていない原料ガスを
所定流量により導入してフッ素(F)が含まれていない
二酸化シリコン(SiO2 )膜を形成するステップが各
層毎に設けられていることを特徴としている。
Further, in the manufacturing method having the above structure, at least oxygen (O) is formed after the step of forming each layer of the interlayer insulating film containing fluorine (F) formed in multiple layers.
2 ) A step of introducing a raw material gas containing no fluorine (F) at a predetermined flow rate to form a silicon dioxide (SiO 2 ) film containing no fluorine (F) is provided for each layer. It is characterized by being.

【0016】さらにまた、前記原料ガスは、フッ素
(F)を構成元素として含む化合物ガス、有機シランガ
ス及び酸化剤ガス;フッ素(F)を構成元素として含む
化合物ガス、無機シランガス及び酸化剤ガス;フッ素
(F)を構成元素として含む有機シランガス及び酸化剤
ガス;並びにフッ素(F)及び酸素(O)を構成元素と
して含む有機シランガス;のうちの何れか1つであるこ
とを特徴としている。
Further, the source gas is a compound gas containing fluorine (F) as a constituent element, an organic silane gas and an oxidizing gas; a compound gas containing fluorine (F) as a constituent element, an inorganic silane gas and an oxidizing gas; fluorine. Any one of an organic silane gas containing (F) as a constituent element and an oxidant gas; and an organic silane gas containing fluorine (F) and oxygen (O) as a constituent element.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体装置及
び半導体装置の製造方法の実施の形態について説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a semiconductor device and a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below.

【0018】図1は、この発明の基本概念を説明するた
めの模式図であり、二酸化シリコン(SiO2 )の層間
絶縁膜のアモルファス構造1を示している。このアモル
ファスは分子でも結晶でもない非晶質である。本発明も
含めて半導体装置の製造方法により作成される二酸化シ
リコン膜は、シリコン(Si)を中心として4本の結合
手が三角錐の頂点の酸素原子等の方向へ延びた四面体構
造であり、この各頂点が連結された構造がアモルファス
構造である。図1は、シリコン(Si)を中心とした円
が前記四面体構造を平面的に模式しており、以下、この
構造を“分子”と呼ぶ。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the basic concept of the present invention, and shows an amorphous structure 1 of an interlayer insulating film of silicon dioxide (SiO 2 ). The amorphous is neither a molecule nor a crystal. The silicon dioxide film formed by the method for manufacturing a semiconductor device including the present invention has a tetrahedral structure in which four bonds extend centering on silicon (Si) in the directions of oxygen atoms at the vertices of a triangular pyramid. The structure in which these vertices are connected is an amorphous structure. In FIG. 1, a circle centering on silicon (Si) schematically illustrates the tetrahedral structure in plan view, and this structure is hereinafter referred to as a “molecule”.

【0019】図において、各分子は酸素原子を介して共
有結合しており、1つのシリコン(Si)原子の4本の
結合手の全てが酸素(O)原子と結合している分子2
と、4本の結合手の3本が酸素原子と結合し1本がフッ
素原子と結合している分子3と、4本の結合手の2本が
酸素原子と結合し2本がフッ素原子と結合している分子
4と、4本の結合手の1本が酸素原子と結合し3本がフ
ッ素原子と結合している分子5と、を含んでいる。
In the figure, each molecule is covalently bonded via an oxygen atom, and a molecule 2 in which all four bonds of one silicon (Si) atom are bonded to the oxygen (O) atom 2
And a molecule 3 in which three of the four bonds are bonded to the oxygen atom and one is bonded to the fluorine atom, and two of the four bonds are bonded to the oxygen atom and two are bonded to the fluorine atom. It includes a bonded molecule 4 and a molecule 5 in which one of the four bonds is bonded to an oxygen atom and three are bonded to a fluorine atom.

【0020】次に、この発明に係る半導体装置の第1の
実施の形態について図2ないし図4を用いて説明する。
図2に、シリコン(Si)1原子あたりに結合したフッ
素(F)の原子数の変化に伴なう一電子エネルギー準位
の変化をクラスターモデルを用いた非経験的分子軌道法
によって計算し、状態密度を求めた結果を示す。まず、
二酸化シリコン(SiO2 )を表わすモデルクラスター
での結果より、二酸化シリコン(SiO2 )の価電子帯
上部はO2p孤立電子対準位で構成されていることが確
認される。次に、SiO2 モデルクラスターの酸素原子
(O)のうち1個あるいは2個をフッ素原子(F)に置
換したモデルクラスターでの結果により、価電子帯上部
の変化として、O2p孤立電子対準位の状態密度が減少
し、その代わりに、より低いF2p孤立電子対準位が形
成されること、および、価電子帯最上部近傍のO2p孤
立電子対準位はブルーシフトすることが分かる。さら
に、このブルーシフトはフッ素(F)を1個置換したモ
デルクラスターよりフッ素(F)を2個置換したモデル
クラスターの方が大きいことが分かる。最高被占準位の
シフトで示すと、フッ素原子(F)を1個だけ置換する
と約0.43eVの電位のシフトがあり、2個のフッ素
原子(F)を置換すると約0.75eVのシフトとなっ
た。
Next, a first embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 shows a change in one-electron energy level associated with a change in the number of fluorine (F) atoms bonded to one silicon (Si) atom, which is calculated by an ab initio molecular orbital method using a cluster model. The result of having obtained the density of states is shown. First,
From the result of the model cluster representing silicon dioxide (SiO 2 ), it is confirmed that the upper part of the valence band of silicon dioxide (SiO 2 ) is composed of the O2p lone electron pair level. Next, as a result of the model cluster in which one or two of the oxygen atoms (O) of the SiO2 model cluster were replaced by fluorine atoms (F), the change in the upper part of the valence band was observed as the change of the O2p lone electron pair level. It can be seen that the density of states decreases and, in return, a lower F2p lone electron pair level is formed and the O2p lone electron pair level near the top of the valence band undergoes a blue shift. Further, it is understood that this blue shift is larger in the model cluster in which two fluorine (F) are substituted than in the model cluster in which one fluorine (F) is substituted. The shift of the highest occupied level shows a potential shift of about 0.43 eV when only one fluorine atom (F) is replaced, and a shift of about 0.75 eV when two fluorine atoms (F) are replaced. Became.

【0021】図3は、図2の状態密度の結果を用いて計
算されたフッ素(F)添加二酸化シリコン(SiO2
膜の電子分極率αのフッ素(F)濃度依存性の計算結果
を示している。ここで、フッ素(F)添加二酸化シリコ
ン(SiO2 )膜の平均分子量Mもフッ素(F)濃度に
依存しているため、電子分極率を平均分子量で除したα
/Mのフッ素(F)濃度依存性を示した。フッ素(F)
添加はα/Mを減少させ、フッ素(F)濃度の増加にほ
ぼ比例してα/Mは減少することが分かる。さらに、1
つのシリコン原子(Si)に対して1つのフッ素原子
(F)が結合した分子構造のみを層間絶縁膜が含む場合
に比較して、1つのシリコン原子(Si)に対して2つ
のフッ素原子(F)が結合している分子構造を層間絶縁
膜が含んでいる場合の方が、同じフッ素(F)濃度に対
するα/Mの減少率が大きいことが分かる。
FIG. 3 shows fluorine (F) -doped silicon dioxide (SiO 2 ) calculated using the result of the density of states of FIG.
The calculation result of the fluorine (F) concentration dependence of the electronic polarizability α of the film is shown. Here, since the average molecular weight M of the fluorine (F) -added silicon dioxide (SiO 2 ) film also depends on the fluorine (F) concentration, α is obtained by dividing the electronic polarizability by the average molecular weight.
The dependence of / M on the concentration of fluorine (F) was shown. Fluorine (F)
It can be seen that the addition decreases α / M, and α / M decreases almost in proportion to the increase in the fluorine (F) concentration. In addition, 1
Compared to the case where the interlayer insulating film includes only a molecular structure in which one fluorine atom (F) is bonded to one silicon atom (Si), two fluorine atoms (F) are added to one silicon atom (Si). It is understood that the decrease rate of α / M for the same fluorine (F) concentration is larger when the interlayer insulating film includes a molecular structure in which) is bonded.

【0022】図4は、図3の結果を用いてフッ素(F)
添加二酸化シリコン(SiO2 )膜の屈折率nの2乗の
フッ素(F)濃度依存性を計算した結果を示している。
二酸化シリコン(SiO2 )膜の誘電率はイオン分極の
寄与と電子分極の寄与の和で決まる。誘電率へのイオン
分極の寄与は赤外吸収領域より低周波数側で効いてく
る。赤外吸収領域より高周波数側ではほぼ電子分極の寄
与のみと考えて良く、誘電率と屈折率nにはとε=n2
の関係がある。フッ素(F)添加はn2 を減少させ、フ
ッ素(F)濃度の増加にほぼ比例してn2 は減少するこ
とが分かる。さらに、シリコン原子(Si)1個あたり
フッ素原子(F)が1原子結合した状態の分子構造のみ
を含む場合に比較して、フッ素原子(F)が2原子結合
した状態の分子構造のみを含む場合の方が、同じフッ素
(F)濃度に対するn2 すなわち誘電率εの減少率が大
きいことが分かる。
FIG. 4 uses the results of FIG. 3 for fluorine (F).
The result of calculation of the fluorine (F) concentration dependence of the square of the refractive index n of the added silicon dioxide (SiO 2 ) film is shown.
The dielectric constant of a silicon dioxide (SiO 2 ) film is determined by the sum of the contributions of ionic polarization and electronic polarization. The contribution of ionic polarization to the permittivity is effective in the lower frequency region than the infrared absorption region. On the higher frequency side than the infrared absorption region, it may be considered that only the contribution of electronic polarization is almost given, and ε = n 2 for the dielectric constant and the refractive index n.
There is a relationship. Fluorine (F) added is decreased the n 2, n 2, it is seen to decrease substantially in proportion to the increase of the fluorine (F) concentration. Further, as compared with the case where only one atom of a fluorine atom (F) is bonded to each silicon atom (Si), only the molecular structure of a state where two fluorine atoms (F) are bonded is included. It can be seen that in the case, the decrease rate of n2, that is, the dielectric constant ε, is larger for the same fluorine (F) concentration.

【0023】以上の結果より、二酸化シリコン(SiO
2 )ネットワーク中にフッ素(F)が取り込まれる際
に、1つのシリコン原子(Si)に対してフッ素原子
(F)が2原子以上結合して分子を形成した方が、シリ
コン(Si)1原子あたりフッ素(F)が1原子結合し
た状態の二酸化シリコンのみを含む場合に比較して、比
誘電率の低減効果がより大きくなることが示された。
From the above results, silicon dioxide (SiO 2
2 ) When fluorine (F) is taken into the network, it is better to form one molecule of silicon (Si) by combining two or more fluorine atoms (F) with one silicon atom (Si) to form a molecule. It was shown that the effect of reducing the relative permittivity is greater than that in the case where only one silicon atom in which fluorine (F) is bonded by one atom is included.

【0024】次に、この発明の第2の実施の形態に係る
半導体装置の製造方法の基本概念を図5に示されるフロ
ーチャートを参照しながら説明する。図5において、こ
の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は上述した構
成を備える半導体装置を製造するものであり、以下のス
テップを備えている。
Next, the basic concept of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the flow chart shown in FIG. In FIG. 5, the method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment is for manufacturing a semiconductor device having the above-described configuration, and includes the following steps.

【0025】図5に示すように、第1のステップST1
において、素子が形成された半導体基板を一定の密封状
態を維持可能な収容容器内に設置して所定温度にまで加
熱する。その後、第2のステップST2において、加熱
された前記半導体基板が設置された前記収容容器内に、
少なくともシリコン(Si)、酸素(O)、フッ素
(F)を含む原料ガスを所定の流量で導入し、かつ、該
収容容器内を所定の圧力に保持する。第3のステップS
T3においては、前記半導体基板に対向させた電極に所
定電圧を印加させてプラズマ放電を行ない所定当量のフ
ッ素(F)が含まれた二酸化シリコン(SiO2 )膜を
堆積させる。第4のステップST4においては、前記二
酸化シリコン膜上に、金属配線膜を成膜し、パターニン
グにより所定幅、所定長及び所定厚の第1層目の所定列
の金属配線を形成する。
As shown in FIG. 5, the first step ST1
In step 1, the semiconductor substrate on which the element is formed is placed in a container capable of maintaining a constant sealed state and heated to a predetermined temperature. Then, in the second step ST2, in the accommodation container in which the heated semiconductor substrate is installed,
A source gas containing at least silicon (Si), oxygen (O), and fluorine (F) is introduced at a predetermined flow rate, and the inside of the container is maintained at a predetermined pressure. Third step S
At T3, a predetermined voltage is applied to the electrode facing the semiconductor substrate to perform plasma discharge, and a silicon dioxide (SiO 2 ) film containing a predetermined equivalent amount of fluorine (F) is deposited. In a fourth step ST4, a metal wiring film is formed on the silicon dioxide film, and patterned to form a first layer of metal wiring having a predetermined width, a predetermined length and a predetermined thickness in a first layer.

【0026】第1ないし第4のステップST1ないしS
T4により、分子構造において1つのシリコン原子に2
つないし3つのフッ素原子が結合した組成を有する二酸
化シリコン膜が形成されるが、吸湿性の強いフッ素添加
膜の性質を抑制するため、その後のステップとして所望
により第5のステップST5のような吸湿遮断膜をフッ
素を含む二酸化シリコン膜の表面側に形成するようにし
ても良い。すなわち、第5のステップST5は、多層に
形成されたフッ素(F)が含まれる前記層間絶縁膜の各
層を形成する第4のステップST4の後に少なくとも酸
素(O2 )が含まれフッ素(F)が含まれていない原料
ガスを所定流量により導入してフッ素(F)が含まれて
いない二酸化シリコン(SiO2 )膜を形成するもので
ある。
First to fourth steps ST1 to S
Due to T4, 2 in one silicon atom in the molecular structure
A silicon dioxide film having a composition in which three to three fluorine atoms are bonded is formed, but in order to suppress the property of the fluorine-added film having a strong hygroscopic property, a moisture absorption process such as the fifth step ST5 is optionally performed as a subsequent step. The blocking film may be formed on the surface side of the silicon dioxide film containing fluorine. That is, in the fifth step ST5, at least oxygen (O2) is contained and fluorine (F) is contained after the fourth step ST4 of forming each layer of the interlayer insulating film containing fluorine (F) formed in multiple layers. A raw material gas not containing is introduced at a predetermined flow rate to form a silicon dioxide (SiO 2 ) film containing no fluorine (F).

【0027】上記第1のステップST1ないし第4のス
テップST4または第5のステップST5を終了する
と、第1層目の層間絶縁膜が形成されるが、上述のよう
に、金属配線は多層にわたって形成されているので、第
2ないし第n層の金属配線を形成するためには、次の第
6のステップST6において、所定層の金属配線及び二
酸化シリコンの層間絶縁膜が形成されたか否かが判断さ
れる。この第6のステップST6で所定の各層の金属配
線及び層間絶縁膜が形成されたものと判断された場合に
は半導体装置の製造方法の全ての工程を終了するが、も
しも全ての層の形成が完了していないものと判断された
場合は、再び第1のステップST1に戻って上記各ステ
ップを繰り返すことになる。
When the first to fourth steps ST1 to ST4 or the fifth step ST5 are completed, the first-layer interlayer insulating film is formed. As described above, the metal wiring is formed in multiple layers. Therefore, in order to form the second to n-th layer metal wirings, in the next sixth step ST6, it is judged whether or not the predetermined layer metal wirings and the interlayer insulating film of silicon dioxide are formed. To be done. When it is determined in the sixth step ST6 that the metal wiring and the interlayer insulating film of each predetermined layer are formed, all the steps of the method for manufacturing a semiconductor device are ended, but if all the layers are formed, When it is determined that the process has not been completed, the process returns to the first step ST1 again and the above steps are repeated.

【0028】図6はSiF2 (OC2 5 )とO2 を原
料ガスとした、多層配線間の絶縁膜の形成方法を示す第
3の実施の形態の説明図である。この第3の実施の形態
に係る半導体装置の製造方法は、素子を形成した半導体
基板41を電極42上にセットし、抵抗加熱ヒーターに
より440°Cまで加熱する。原料ガスとしてTEOS
を50cm3 /min、O2 を500cm3 /min、
SiF2 (OC2 52 を0〜500cm3 /min
の流量で成膜チャンバー43内に同時に導入し、チャン
バー内圧力を133Paに保たれるようにしておく。半
導体基板41に対向させた電極44に13.56MHz
のRF電力を印加して放電を開始する。こうして図5
(a)に示すように、半導体基板41上に500nmの
フッ素(F)が添加された二酸化シリコン(SiO2
膜45を堆積する。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a third embodiment showing a method of forming an insulating film between multi-layered wirings using SiF 2 (OC 2 H 5 ) and O 2 as source gases. In the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment, the semiconductor substrate 41 on which the element is formed is set on the electrode 42 and heated to 440 ° C. by the resistance heater. TEOS as raw material gas
Is 50 cm 3 / min, O 2 is 500 cm 3 / min,
SiF 2 (OC 2 H 5 ) 2 0-500 cm 3 / min
Are simultaneously introduced into the film forming chamber 43 at a flow rate of 3 to maintain the pressure in the chamber at 133 Pa. 13.56 MHz for the electrode 44 facing the semiconductor substrate 41
RF power is applied to start discharge. FIG.
As shown in (a), 500 nm fluorine (F) -added silicon dioxide (SiO 2 ) on the semiconductor substrate 41.
The film 45 is deposited.

【0029】次に、図6(b)に示すように、DCマグ
ネトロンスパッタリングによりアルミニウム(Al)膜
を成膜し、パターニングして配線幅が500nmで、配
線厚が400nmの第1層目のアルミニウム(Al)配
線46を形成する。その後、図6(c)に示すように、
前記と同じ成膜方法で800nmのF添加された二酸化
シリコン(SiO2 )膜47を成膜する。さらに、前記
と同様に400nmのアルミニウム(Al)膜を成膜
し、パターニングして第2層目のアルミニウム(Al)
配線48を形成した後、前記と同じ成膜方法で800n
mのフッ素(F)が添加された二酸化シリコン(SiO
2 )膜49を成膜する。
Next, as shown in FIG. 6B, an aluminum (Al) film is formed by DC magnetron sputtering and patterned to form a first layer of aluminum having a wiring width of 500 nm and a wiring thickness of 400 nm. (Al) wiring 46 is formed. After that, as shown in FIG.
An 800 nm thick F-added silicon dioxide (SiO 2 ) film 47 is formed by the same film forming method as described above. Further, similarly to the above, a 400 nm aluminum (Al) film is formed and patterned to form a second layer of aluminum (Al).
After forming the wiring 48, the same film forming method as described above is applied to 800n.
m of fluorine (F) added silicon dioxide (SiO
2 ) Form the film 49.

【0030】図7にSiF2 (OC2 5 2 の流量を
150cm3 /minに設定して成膜したフッ素(F)
添加二酸化シリコン(SiO2 )膜の赤外吸収スペクト
ルを示す。この赤外吸収スペクトルには、約1080c
m-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98
5cm-1,約950cm-1にSiF3 結合とSiF2
合に帰属される吸収ピークおよび約935cm-1にSi
F結合に帰属される吸収ピークが観測された。この結果
から、Si1原子あたりFが2原子以上結合したSi原
子を効率良く含有したF添加SiO2 膜が形成されてい
ることが分かる。また、このF添加SiO2 膜中のF原
子濃度は約10at%で、屈折率は1.41、比誘電率
は3.3であった。ちなみに、従来法によるF添加Si
2 膜では、F原子濃度約10at%では屈折率は1.
43比誘電率は3.4であった。
In FIG. 7, the fluorine (F) film formed with the flow rate of SiF 2 (OC 2 H 5 ) 2 set to 150 cm 3 / min.
Adding silicon dioxide showing the infrared absorption spectrum of (SiO 2) film. This infrared absorption spectrum shows about 1080c
In addition to the absorption peaks attributed to the normal vibrational mode peculiar to SiO 2 at m-1, about 800 cm-1, and about 450 cm-1, about 98
Absorption peaks attributed to SiF 3 bond and SiF 2 bond at 5 cm -1 and about 950 cm -1 and Si at about 935 cm -1.
An absorption peak attributed to the F bond was observed. From this result, it can be seen that the F-added SiO2 film efficiently containing Si atoms in which two or more F atoms are bonded per Si atom is formed. The F atom concentration in this F-added SiO 2 film was about 10 at%, the refractive index was 1.41 and the relative dielectric constant was 3.3. By the way, F-added Si by the conventional method
In the O 2 film, when the F atom concentration is about 10 at%, the refractive index is 1.
The 43 dielectric constant was 3.4.

【0031】上記第3の実施の形態に係る半導体装置の
製造方法により製造された半導体装置は、従来の半導体
装置に比べて層間絶縁膜にフッ素(F)を多く含んでい
る分だけ水分を吸収する率が高いので、図8に示すよう
に、フッ素を全く含まない二酸化シリコンの遮蔽膜を形
成する第4の実施の形態に係る半導体装置の製造方法が
考えられる。
The semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment absorbs moisture as much as fluorine (F) is contained in the interlayer insulating film as compared with the conventional semiconductor device. As shown in FIG. 8, a method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment is conceivable in which a shielding film made of silicon dioxide containing no fluorine is formed.

【0032】まず、図9及び図10を用いて二酸化シリ
コンの絶縁膜がフッ素を含む場合と含まない場合の比誘
電率とフッ素(F)濃度との関係及びフッ素(F)濃度
と吸湿性との関係につき簡単に説明する。図9より明ら
かなように、1つのシリコン原子に対して1つのフッ素
原子が結合している場合に比べて、2つのフッ素原子が
結合している場合の方が電子分極とイオン分極の寄与を
合せた比誘電率の低下が見られる。また、図10に示す
ように、多量にフッ素を含む膜では急激に耐吸湿性が劣
化していることがわかる。したがって、この吸湿を防止
するため遮蔽膜を形成する等のプロセス及びその構成が
必要となる。
First, referring to FIGS. 9 and 10, the relationship between the relative dielectric constant and the fluorine (F) concentration in the case where the silicon dioxide insulating film contains fluorine and the case where it does not contain fluorine, and the fluorine (F) concentration and the hygroscopicity. The relationship will be briefly explained. As is clear from FIG. 9, the contribution of electronic polarization and ionic polarization is greater in the case where two fluorine atoms are bonded than in the case where one fluorine atom is bonded to one silicon atom. The combined decrease in the relative dielectric constant is seen. Further, as shown in FIG. 10, it can be seen that the moisture absorption resistance is rapidly deteriorated in the film containing a large amount of fluorine. Therefore, in order to prevent this moisture absorption, a process such as forming a shielding film and its configuration are required.

【0033】図8は、フッ素(F)添加されたSiO2
膜とF添加されていないSiO2 膜とを積層し、絶縁膜
層の吸湿を抑制するようにした、この発明の第4の実施
の形態に係る多層配線間の絶縁膜の形成方法を示す説明
図である。本発明を実施した半導体装置の製造方法は、
図8(a)に示すように、素子を形成した半導体基板6
1上にボロンリンガラス膜(BPSG)62を800n
m堆積し、次いで、400nmのA1膜をスパッタリン
グ法で成膜した後パターニングを施して第1層目のA1
配線63を形成する。
FIG. 8 shows SiO 2 with fluorine (F) added.
An explanation will be given of a method of forming an insulating film between multi-layered wirings according to a fourth embodiment of the present invention, in which a film and a SiO 2 film not containing F are laminated to suppress moisture absorption of the insulating film layer. It is a figure. A semiconductor device manufacturing method embodying the present invention is
As shown in FIG. 8A, a semiconductor substrate 6 on which elements are formed
Boron phosphorus glass film (BPSG) 62 of 800n on top
m, and then a 400 nm A1 film is formed by a sputtering method and then patterned to form a first layer of A1 film.
The wiring 63 is formed.

【0034】次に、図8(b)に示すように、原料ガス
としてTEOSおよびO2 を用い、F添加されていない
SiO2 膜64を100nm成膜する。その上に、実施
例1と同様に原料ガスとしてTEOS、O2 およびSi
F2 (OC2 5 2 を用い、F添加されたSiO2
65を500nm堆積する。次いで、原料ガスとしてT
EOSおよびO2 を用い、F添加されていないSiO2
膜66を100nm成膜する。
Next, as shown in FIG. 8B, TEOS and O 2 are used as source gases, and a SiO 2 film 64 without F is formed to a thickness of 100 nm. On top of that, TEOS, O 2 and Si were used as source gases as in Example 1.
With F2 (OC 2 H 5) 2 , to 500nm deposited SiO 2 film 65 which is F added. Then, as a source gas, T
EOS and O 2 with no F added SiO 2
The film 66 is formed to 100 nm.

【0035】次に、図8(c)に示すように、レジスト
を塗布して露光・現像した後、ドライエッチングにより
アルミニウム(Al)配線63上の絶縁膜にヴィアホー
ル67を形成する。図8(d)に示すように、ヴィアホ
ール67に、WF6 とSiH4 を原料ガスとした、選択
CVD法あるいは非選択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を組み合わ
せてタングステン68を埋め込む。次いで、400nm
のA1膜をスパッタリング法で成膜した後パターニング
を施して2層目のA1配線69を形成する。次いで、F
添加されていないSiO2 膜610を100nm、F添
加されたSiO2 膜611を500nm、F添加されて
いないSiO2 膜612を100nm順次成膜する。
Next, as shown in FIG. 8C, a resist is applied, exposed and developed, and then a via hole 67 is formed in the insulating film on the aluminum (Al) wiring 63 by dry etching. As shown in FIG. 8D, the via hole 67 is filled with tungsten 68 by combining the selective CVD method or the non-selective CVD method using WF 6 and SiH 4 as the source gas with the chemical mechanical polishing or the resist etch back. Then 400 nm
After the A1 film is formed by the sputtering method, patterning is performed to form the second layer A1 wiring 69. Then, F
An SiO 2 film 610 without addition, a SiO 2 film 611 with F added 500 nm, and a SiO 2 film 612 without F added 100 nm are sequentially formed.

【0036】フッ素(F)が添加されていない二酸化シ
リコン(SiO2 )膜は、フッ素(F)が添加された二
酸化シリコン(SiO2 )膜に比べて吸湿性が小さい。
このため図8(d)の半導体装置では絶縁膜層の吸湿を
制御でき、誘電率の増加や配線の腐食に代表される信頼
性の低下を抑制できる。
The silicon dioxide (SiO 2 ) film to which fluorine (F) is not added has a lower hygroscopic property than the silicon dioxide (SiO 2 ) film to which fluorine (F) is added.
Therefore, in the semiconductor device of FIG. 8D, it is possible to control the moisture absorption of the insulating film layer and suppress the decrease in reliability represented by the increase of the dielectric constant and the corrosion of the wiring.

【0037】なお、上記の本発明による実施の形態にお
いては、原料ガスとしてTEOS,O2 およびSiF2
(OC2 5 2 を用いたが、これに限定されるもので
はない。 Fを構成元素の一つとする化合物ガスとして
は、NF3 ,CF4 ,C2 6 ClF3 ,SiF4
ど、Fを構成元素の一つとする有機シランガスとして
は、SiF(OC2 5 3 ,SiF2 (OC2 5
2 ,SiF3 (OC2 5)などを用いてもよい。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。
Fを構成元素の一つとする無機シランガスとしては、S
iH3 F,SiH2 2 ,SiHF3 などを用いてもよ
い。有機シランガスとしてはTEOS,HSi(OC2
5 3 ,H2 Si(OC4 9 2 などを用いてもよ
い。無機シランガスとしては、SiH4 ,Si2 6
どを用いてもよい。酸化剤ガスとしては、O2 ,N2
などを用いてもよい。
In the above embodiment of the present invention, TEOS, O 2 and SiF 2 are used as raw material gases.
(OC 2 H 5 ) 2 was used, but it is not limited to this. The compound gas containing F as one of the constituent elements includes NF 3 , CF 4 , C 2 F 6 ClF 3 and SiF 4 , and the organic silane gas containing F as one of the constituent elements includes SiF (OC 2 H 5 ) 3 , SiF 2 (OC 2 H 5 )
2 , SiF 3 (OC 2 H 5 ) or the like may be used. These gases can be used as an organic silane gas containing F and O as constituent elements without an oxidant gas.
The inorganic silane gas containing F as one of the constituent elements is S
iH 3 F, and the like may be used SiH 2 F 2, SiHF 3. As the organic silane gas, TEOS, HSi (OC 2
H 5) 3, H 2 Si (OC 4 H 9) may be used 2 or the like. As the inorganic silane gas, SiH 4 , Si 2 H 6 or the like may be used. O 2 and N 2 O are used as the oxidizing gas.
Etc. may be used.

【0038】また、上記の本発明による実施の形態にお
いては、配線材料として純度の高いアルミニウム(A
l)を用いたが、これに限定されるものではない。例え
ば、アルミニウム(Al)を主成分とするその他の合金
でも良いし、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、ニ
ッケル(Ni)、パラジウム(Pd)あるいは白金(P
t)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。
Further, in the above-described embodiment according to the present invention, high-purity aluminum (A
1) was used, but it is not limited thereto. For example, other alloys containing aluminum (Al) as a main component may be used, or copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), nickel (Ni), palladium (Pd), or platinum (P).
An alloy using any one of t) or one or more of these elements as a main wiring material may be used.

【0039】[0039]

【発明の効果】この発明に係る半導体装置の製造方法に
よって形成される層間絶縁二酸化シリコン(SiO2 )
膜は、二酸化シリコン(SiO2 )のネットワーク中に
フッ素(F)が取り込まれる際にシリコン(Si)1原
子あたりフッ素(F)が1原子のみならず2原子あるい
は3原子結合したシリコン(Si)原子を形成している
ので、シリコン(Si)1原子あたりフッ素(F)が1
原子結合した状態の分子構造のみを含む場合に比較して
フッ素(F)による比誘電率の低減効果がより大きくな
る。このため、従来のフッ素(F)が添加された二酸化
シリコン(SiO2 )膜より低い比誘電率を有すること
ができ、このため、配線間容量が低下でき、信号遅延を
制御して素子の高速動作が達成できる。
EFFECT OF THE INVENTION Interlayer insulating silicon dioxide (SiO2) formed by the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
The film is a silicon (Si) atom in which not only one atom but also two or three atoms of fluorine (F) are bonded to one atom of silicon (Si) when fluorine (F) is taken into the network of silicon dioxide (SiO2). Therefore, one atom of silicon (Si) contains one fluorine (F).
The effect of reducing the relative permittivity by fluorine (F) is greater than that in the case where only the molecular structure in the atomically bonded state is included. Therefore, it can have a lower relative permittivity than a conventional silicon dioxide (SiO 2 ) film to which fluorine (F) is added. Therefore, the capacitance between wirings can be reduced and the signal delay can be controlled to increase the device speed. Motion can be achieved.

【0040】また、本発明を用いることにより二酸化シ
リコン(SiO2 )を主成分とする絶縁膜の比誘電率の
低減に有効なようにフッ素(F)の結合状態を制御で
き、したがって、二酸化シリコン(SiO2 )の比誘電
率を従来のフッ素(F)を添加した二酸化シリコン(S
iO2 )よりも更に低減し、配線間容量を低減すること
により信号遅延を抑制して、半導体装置の高速動作性能
の向上が実現される。
Further, by using the present invention, the bonding state of fluorine (F) can be controlled so as to effectively reduce the relative permittivity of the insulating film containing silicon dioxide (SiO 2 ) as a main component, and therefore silicon dioxide can be controlled. The relative dielectric constant of (SiO 2 ) is the same as that of conventional silicon dioxide (S) added with fluorine (F).
The signal delay can be suppressed by further reducing the capacitance of the semiconductor device from that of SiO 2 ) and reducing the inter-wiring capacitance, and the high-speed operation performance of the semiconductor device can be improved.

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

【図1】本発明に係る半導体装置の基本概念を説明する
模式図。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the basic concept of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置に
おけるシリコン(Si)1原子に結合したフッ素(F)
原子数の変化に伴う状態密度の変化を示す説明図。
FIG. 2 is a fluorine (F) bonded to a silicon (Si) 1 atom in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
Explanatory drawing which shows the change of density of states with the change of the number of atoms.

【図3】本発明の第1の実施の形態におけるフッ素
(F)が添加された二酸化シリコン(SiO2 )膜の電
子分極率αのフッ素(F)濃度依存性を示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a fluorine (F) concentration dependency of an electronic polarizability α of a silicon dioxide (SiO 2) film to which fluorine (F) is added according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施の形態におけるF添加Si
O2 膜の屈折率nの2乗のF濃度依存性を示す説明図。
FIG. 4 is an F-doped Si according to the first embodiment of the present invention.
Explanatory drawing showing the F concentration dependence of the square of the refractive index n of the O2 film.

【図5】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の
製造方法の各工程を示すフローチャート。
FIG. 5 is a flowchart showing each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施の形態による半導体装置の
製造方法における多層配線間の絶縁膜の形成方法を示す
説明図。
FIG. 6 is an explanatory view showing a method for forming an insulating film between multi-layer wirings in the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態におけるシリコン
(Si)1原子あたりに結合したフッ素(F)原子数の
変化に伴う赤外吸収スペクトルの変化を示す説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a change in infrared absorption spectrum according to a change in the number of fluorine (F) atoms bonded to one silicon (Si) atom in the third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施の形態による半導体装置の
製造方法における多層配線間の絶縁膜の形成方法を示す
説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a method of forming an insulating film between multilayer interconnections in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第4の実施の形態を説明するために比
誘電率とフッ素(F)濃度との関係を示す特性図。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between relative dielectric constant and fluorine (F) concentration for explaining the fourth embodiment of the present invention.

【図10】第4の実施の形態を説明するためにフッ素
(F)濃度と吸湿量の関係を示す特性図。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between a fluorine (F) concentration and a moisture absorption amount in order to explain a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

41 素子を形成した半導体基板 42,44 電極 43 成膜チャンバー 45,47,49 F添加されたSiO2 膜 46,48 Al配線 410 ガス導入系 411 排気系 412 高周波電源 61 素子を形成した半導体基板 62 BPSG膜 63,69 Al配線 64,66,610,612 F添加されていないSi
O2 膜 65,611 F添加されたSiO2 膜 67 ヴィア(スルー)ホール 68 タングステン
41 Semiconductor substrate 42 on which element is formed 42, 44 Electrode 43 Film formation chamber 45, 47, 49 F SiO 2 film 46, 48 Al wiring 410 Gas introduction system 411 Exhaust system 412 High frequency power supply 61 Semiconductor substrate on which element is formed 62 BPSG Film 63,69 Al wiring 64,66,610,612 F undoped Si
O2 film 65,611 F-added SiO2 film 67 Via (through) hole 68 Tungsten

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の素子と、これらの素子にそれぞれ接
続されると共に並列配置されかつ多層化された複数の配
線間を電気的に絶縁するための層間絶縁膜と、を少なく
とも備える半導体装置において、 前記層間絶縁膜は、シリコン(Si),酸素(O),フ
ッ素(F)を少なくとも含む二酸化シリコン(Si
2 )膜により形成され、かつ、 この二酸化シリコン膜の組成が、酸素(O)原子を介し
て共有結合するシリコン原子を含む構造を有すると共
に、 前記構造は、1つのシリコン(Si)原子に1つのフッ
素(F)原子が結合した組成のみならず、1つのシリコ
ン(Si)原子に2つのフッ素(F)原子が結合した組
成、及び、1つのシリコン(Si)原子に3つのフッ素
(F)原子が結合した組成をも含むこと、 を特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device comprising at least a plurality of elements and an interlayer insulating film for electrically insulating between a plurality of wirings which are respectively connected to these elements and arranged in parallel and multilayered. The interlayer insulating film is made of silicon dioxide (Si) containing at least silicon (Si), oxygen (O), and fluorine (F).
O 2 ) film, and the composition of the silicon dioxide film has a structure containing silicon atoms covalently bonded via oxygen (O) atoms, and the structure has a structure of one silicon (Si) atom. Not only the composition in which one fluorine (F) atom is bonded, but also the composition in which two fluorine (F) atoms are bonded to one silicon (Si) atom, and three fluorine (F) in one silicon (Si) atom ) A semiconductor device including a composition in which atoms are bonded.
【請求項2】前記半導体装置は、前記層間絶縁膜に含ま
れるフッ素に起因する雰囲気中の湿気の吸収を抑制する
ために、この層間絶縁膜よりも吸湿性の小さい遮蔽絶縁
膜をさらに備え、前記層間絶縁膜と前記遮蔽絶縁膜とは
積層構造となっていることを特徴とする請求項1に記載
された半導体装置。
2. The semiconductor device further comprises a shield insulating film having a lower hygroscopicity than the interlayer insulating film in order to suppress absorption of moisture in the atmosphere due to fluorine contained in the interlayer insulating film. The semiconductor device according to claim 1, wherein the interlayer insulating film and the shield insulating film have a laminated structure.
【請求項3】前記吸湿性の小さい遮蔽絶縁膜は、フッ素
(F)を含まない二酸化シリコン(SiO2 )膜である
ことを特徴とする請求項2に記載された半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the shielding insulating film having low hygroscopicity is a silicon dioxide (SiO2) film containing no fluorine (F).
【請求項4】複数の素子と共に半導体装置を構成する並
列かつ重層する複数の配線間を電気的に絶縁するための
層間絶縁膜を少なくとも備え、前記層間絶縁膜はシリコ
ン(Si),酸素(O)及びフッ素(F)を少なくとも
含む二酸化シリコン(SiO2 )膜により形成され、か
つ、この二酸化シリコン膜の組成が、酸素(O)原子を
介して共有結合するシリコン原子を含む構造を有すると
共に、前記構造は、1つのシリコン(Si)原子に1つ
のフッ素(F)原子が結合した組成のみならず、1つの
シリコン(Si)原子に2つのフッ素(F)原子が結合
した組成、及び、1つのシリコン(Si)原子に3つの
フッ素(F)原子が結合した組成を含む半導体装置を製
造する方法であって、 素子が形成された半導体基板を一定の密封状態を維持可
能な収容容器内に設置して所定温度にまで加熱する第1
のステップと、 加熱された前記半導体基板が設置された前記収容容器内
に、少なくともシリコン(Si)、酸素(O)、フッ素
(F)を含む原料ガスを所定の流量で導入し、かつ、該
収容容器内を所定の圧力に保持する第2のステップと、 前記半導体基板に対向させた電極に所定電圧を印加させ
てプラズマ放電を行ない所定当量のフッ素(F)が含ま
れた二酸化シリコン(SiO2 )膜を堆積させる第3の
ステップと、 前記二酸化シリコン膜上に金属配線膜を成膜し、パター
ニングにより所定幅、所定長及び所定厚の第1層目の所
定列の金属配線を形成する第4のステップと、 上記第1ないし第4のステップを繰り返すことにより第
2ないし第n層の金属配線を形成する第5ないし第mの
ステップと、 を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. An interlayer insulating film for electrically insulating between a plurality of parallel and overlapping wirings forming a semiconductor device together with a plurality of elements, the interlayer insulating film including silicon (Si), oxygen (O). ) And a fluorine (F) -containing silicon dioxide (SiO 2 ) film, and the composition of the silicon dioxide film has a structure containing silicon atoms covalently bonded via oxygen (O) atoms, The structure has a composition in which one fluorine (F) atom is bonded to one silicon (Si) atom, and a composition in which two fluorine (F) atoms are bonded to one silicon (Si) atom, and 1 A method of manufacturing a semiconductor device including a composition in which three fluorine (F) atoms are bonded to one silicon (Si) atom, wherein a semiconductor substrate on which elements are formed is maintained in a certain sealed state. First installed in a holding container and heated to a predetermined temperature
And the step of introducing a raw material gas containing at least silicon (Si), oxygen (O), and fluorine (F) into the container in which the heated semiconductor substrate is installed at a predetermined flow rate, and A second step of maintaining a predetermined pressure in the container, and a predetermined voltage is applied to the electrode facing the semiconductor substrate to perform plasma discharge, and silicon dioxide (SiO 2) containing a predetermined equivalent amount of fluorine (F). 2 ) A third step of depositing a film, and forming a metal wiring film on the silicon dioxide film and patterning it to form a metal wiring of a predetermined row, a predetermined length and a predetermined thickness in a first layer and a predetermined column. A semiconductor device comprising: a fourth step; and a fifth to an mth step of forming metal wirings of the second to nth layers by repeating the above first to fourth steps. The method of production.
【請求項5】多層に形成されたフッ素(F)が含まれる
前記層間絶縁膜の各層を形成するステップの後に、少な
くとも酸素(O)が含まれフッ素(F)が含まれていな
い原料ガスを所定流量により導入してフッ素(F)が含
まれていない二酸化シリコン(SiO2 )膜を形成する
ステップが各層毎に設けられていることを特徴とする請
求項4に記載の半導体装置の製造方法。
5. A source gas containing at least oxygen (O) and containing no fluorine (F) is formed after the step of forming each layer of the interlayer insulating film containing fluorine (F) formed in multiple layers. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein a step of introducing at a predetermined flow rate to form a silicon dioxide (SiO 2 ) film containing no fluorine (F) is provided for each layer. .
【請求項6】前記原料ガスは、 フッ素(F)を構成元素として含む化合物ガス、有機シ
ランガス及び酸化剤ガス;フッ素(F)を構成元素とし
て含む化合物ガス、無機シランガス及び酸化剤ガス;フ
ッ素(F)を構成元素として含む有機シランガス及び酸
化剤ガス;並びにフッ素(F)及び酸素(O)を構成元
素として含む有機シランガス;のうちの何れか1つであ
ることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造
方法。
6. The source gas is a compound gas containing fluorine (F) as a constituent element, an organic silane gas and an oxidizing gas; a compound gas containing fluorine (F) as a constituent element, an inorganic silane gas and an oxidizing gas; 5. An organic silane gas containing F) as a constituent element and an oxidant gas; and an organic silane gas containing fluorine (F) and oxygen (O) as a constituent element; A method for manufacturing a semiconductor device as described above.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6274476B1 (en) 1998-04-03 2001-08-14 Nec Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same
US6316833B1 (en) 1998-05-08 2001-11-13 Nec Corporation Semiconductor device with multilayer interconnection having HSQ film with implanted fluorine and fluorine preventing liner
KR100368568B1 (en) * 1998-12-04 2003-01-24 닛본 덴기 가부시끼가이샤 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6274476B1 (en) 1998-04-03 2001-08-14 Nec Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same
US6756676B2 (en) 1998-04-03 2004-06-29 Nec Electronics Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same
US6316833B1 (en) 1998-05-08 2001-11-13 Nec Corporation Semiconductor device with multilayer interconnection having HSQ film with implanted fluorine and fluorine preventing liner
KR100368568B1 (en) * 1998-12-04 2003-01-24 닛본 덴기 가부시끼가이샤 Semiconductor device and manufacturing method thereof

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