JPH0950995A - シリコン系酸化物および半導体装置の層間絶縁膜 - Google Patents
シリコン系酸化物および半導体装置の層間絶縁膜Info
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- JPH0950995A JPH0950995A JP20068095A JP20068095A JPH0950995A JP H0950995 A JPH0950995 A JP H0950995A JP 20068095 A JP20068095 A JP 20068095A JP 20068095 A JP20068095 A JP 20068095A JP H0950995 A JPH0950995 A JP H0950995A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコン系酸化物からなる無機膜では比誘電
率が３．０〜３．５程度であり、その膜を半導体装置の
層間絶縁膜に用いた場合には、配線間容量を十分に低減
することができない。 【解決手段】 シリコン酸化物にホウ素をドーピングし
てなるシリコン系酸化物にフッ素原子が含まれているも
のである。またはシリコン酸化物にホウ素をドーピング
してなるシリコン系酸化物にフッ素原子とリン原子とが
含まれているものである。そしてシリコン系酸化物中に
ホウ素原子は少なくとも含まれ、かつそのホウ素原子の
濃度は１０重量％以下であり、リン原子が含まれる場合
には、その濃度は１重量％以上５重量％以下である。ま
た上記シリコン系酸化物で半導体装置の層間絶縁膜21が
形成される。
率が３．０〜３．５程度であり、その膜を半導体装置の
層間絶縁膜に用いた場合には、配線間容量を十分に低減
することができない。 【解決手段】 シリコン酸化物にホウ素をドーピングし
てなるシリコン系酸化物にフッ素原子が含まれているも
のである。またはシリコン酸化物にホウ素をドーピング
してなるシリコン系酸化物にフッ素原子とリン原子とが
含まれているものである。そしてシリコン系酸化物中に
ホウ素原子は少なくとも含まれ、かつそのホウ素原子の
濃度は１０重量％以下であり、リン原子が含まれる場合
には、その濃度は１重量％以上５重量％以下である。ま
た上記シリコン系酸化物で半導体装置の層間絶縁膜21が
形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に用い
られるシリコン系酸化物および層間絶縁膜に関するもの
である。
られるシリコン系酸化物および層間絶縁膜に関するもの
である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【０００５】また、最近では、酸化シリコンにホウ素を
含ませて誘電率を下げることも検討されている。ホウ素
は、それ自身の分極率が低いこと、シリコン−酸素−シ
リコン２Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）という結合のネットワークを
短くすること、密度を下げること等が原因となって、誘
電率を低下させている。
含ませて誘電率を下げることも検討されている。ホウ素
は、それ自身の分極率が低いこと、シリコン−酸素−シ
リコン２Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）という結合のネットワークを
短くすること、密度を下げること等が原因となって、誘
電率を低下させている。
【０００６】
【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。
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。
【０００７】またホウ素を含むシリコン系酸化膜（以
下、ＳｉＯＢという）は、耐熱性、耐プラズマ性などの
信頼性に問題のないシリコン酸化膜よりも低誘電率な膜
になるが、低誘電率有機膜（誘電率が例えば２．５程
度）と比較すると誘電率が３．５程度と高い。
下、ＳｉＯＢという）は、耐熱性、耐プラズマ性などの
信頼性に問題のないシリコン酸化膜よりも低誘電率な膜
になるが、低誘電率有機膜（誘電率が例えば２．５程
度）と比較すると誘電率が３．５程度と高い。
【０００８】本発明は、ＳｉＯＢ膜の信頼性を維持した
状態で低誘電率化を可能とするのに優れたシリコン系酸
化膜および半導体装置の層間絶縁膜を提供することを目
的とする。
状態で低誘電率化を可能とするのに優れたシリコン系酸
化膜および半導体装置の層間絶縁膜を提供することを目
的とする。
【０００９】
【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シリコン系酸化物および半導体装
置の層間絶縁膜である。すなわち、第１のシリコン系酸
化物は、シリコン酸化物にホウ素をドーピングしてなる
シリコン系酸化物にフッ素原子が含まれているものであ
る。そして、シリコン系酸化物中にホウ素原子は少なく
とも含まれ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重量％以
下にする。
成するためになされたシリコン系酸化物および半導体装
置の層間絶縁膜である。すなわち、第１のシリコン系酸
化物は、シリコン酸化物にホウ素をドーピングしてなる
シリコン系酸化物にフッ素原子が含まれているものであ
る。そして、シリコン系酸化物中にホウ素原子は少なく
とも含まれ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重量％以
下にする。
【００１０】第２のシリコン系酸化物は、シリコン酸化
物にホウ素をドーピングしてなるシリコン系酸化物にフ
ッ素原子とリン原子とが含まれているものである。そし
て、シリコン系酸化物中にホウ素原子は少なくとも含ま
れ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重量％以下にし
て、リン原子の濃度は１重量％以上５重量％以下の範囲
内にする。
物にホウ素をドーピングしてなるシリコン系酸化物にフ
ッ素原子とリン原子とが含まれているものである。そし
て、シリコン系酸化物中にホウ素原子は少なくとも含ま
れ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重量％以下にし
て、リン原子の濃度は１重量％以上５重量％以下の範囲
内にする。
【００１１】半導体装置の第１の層間絶縁膜は、シリコ
ン酸化物にホウ素をドーピングしてなるシリコン系酸化
物にフッ素原子が含まれているものからなる。そして、
層間絶縁膜中にホウ素原子は少なくとも含まれ、かつそ
のホウ素原子の濃度は１０重量％以下にする。
ン酸化物にホウ素をドーピングしてなるシリコン系酸化
物にフッ素原子が含まれているものからなる。そして、
層間絶縁膜中にホウ素原子は少なくとも含まれ、かつそ
のホウ素原子の濃度は１０重量％以下にする。
【００１２】半導体装置の第２の層間絶縁膜は、シリコ
ン酸化物にホウ素をドーピングしてなるシリコン系酸化
物にフッ素原子とリン原子とが含まれているものからな
る。そして、層間絶縁膜中にホウ素原子は少なくとも含
まれ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重量％以下し
て、リン原子の濃度は１重量％以上５重量％以下の範囲
内にする。
ン酸化物にホウ素をドーピングしてなるシリコン系酸化
物にフッ素原子とリン原子とが含まれているものからな
る。そして、層間絶縁膜中にホウ素原子は少なくとも含
まれ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重量％以下し
て、リン原子の濃度は１重量％以上５重量％以下の範囲
内にする。
【００１３】上記第１のシリコン系酸化物では、シリコ
ン酸化物にホウ素をドーピングしてなるシリコン系酸化
物にフッ素原子が含まれていることから、シリコン酸化
物のイオン分極がフッ素原子によって抑えられるととも
に、フッ素自身の分極率が低いことなどが原因となっ
て、シリコン系酸化物の誘電率を下げる。また、シリコ
ン系酸化物中には、ホウ素原子を少なくとも含ませたこ
とから、シリコン系酸化物のイオン分極の発生を抑え
て、電子分極率を小さくする。それにともなって、比誘
電率が下がる。一方、シリコン系酸化物中にホウ素を１
０重量％を越える状態に含ませると、ホウ素が膜中の酸
素と結合して酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ5 ）が生成されて、こ
の酸化ホウ素がシリコン系酸化物との界面に析出する。
したがって、ホウ素原子の濃度を１０重量％以下に設定
しなければならない。
ン酸化物にホウ素をドーピングしてなるシリコン系酸化
物にフッ素原子が含まれていることから、シリコン酸化
物のイオン分極がフッ素原子によって抑えられるととも
に、フッ素自身の分極率が低いことなどが原因となっ
て、シリコン系酸化物の誘電率を下げる。また、シリコ
ン系酸化物中には、ホウ素原子を少なくとも含ませたこ
とから、シリコン系酸化物のイオン分極の発生を抑え
て、電子分極率を小さくする。それにともなって、比誘
電率が下がる。一方、シリコン系酸化物中にホウ素を１
０重量％を越える状態に含ませると、ホウ素が膜中の酸
素と結合して酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ5 ）が生成されて、こ
の酸化ホウ素がシリコン系酸化物との界面に析出する。
したがって、ホウ素原子の濃度を１０重量％以下に設定
しなければならない。
【００１４】第２のシリコン系酸化物は、シリコン酸化
物にホウ素ドーピングしてなるシリコン系酸化物にフッ
素原子とリン原子とが含まれていることから、このフッ
素原子によって上記第１のシリコン系酸化物と同様の作
用が得られる。またリン原子が含まれていることから、
シリコン系酸化物が安定になる。すなわち、リンは５価
であるので３価のホウ素を電気的に中和する作用を有し
ている。そのため、シリコン系酸化物を安定化させるた
め、比誘電率は低下する。一方、リン原子は原子量が多
く、電子分極率が高いため、比誘電率を上昇させる作用
も有している。そこで上記シリコン系酸化物中に含まれ
るリン原子は１重量％以上５重量％以下になっている。
シリコン系酸化物中に含まれるリン原子が１重量％より
も少ないと、ホウ素を電気的に中和する作用が十分に得
られない。またシリコン系酸化物中に含まれるリン原子
が５重量％よりも多いと、リン自身によってシリコン系
酸化物の比誘電率を上昇させてしまう。したがって、上
記範囲にリン濃度を設定した。
物にホウ素ドーピングしてなるシリコン系酸化物にフッ
素原子とリン原子とが含まれていることから、このフッ
素原子によって上記第１のシリコン系酸化物と同様の作
用が得られる。またリン原子が含まれていることから、
シリコン系酸化物が安定になる。すなわち、リンは５価
であるので３価のホウ素を電気的に中和する作用を有し
ている。そのため、シリコン系酸化物を安定化させるた
め、比誘電率は低下する。一方、リン原子は原子量が多
く、電子分極率が高いため、比誘電率を上昇させる作用
も有している。そこで上記シリコン系酸化物中に含まれ
るリン原子は１重量％以上５重量％以下になっている。
シリコン系酸化物中に含まれるリン原子が１重量％より
も少ないと、ホウ素を電気的に中和する作用が十分に得
られない。またシリコン系酸化物中に含まれるリン原子
が５重量％よりも多いと、リン自身によってシリコン系
酸化物の比誘電率を上昇させてしまう。したがって、上
記範囲にリン濃度を設定した。
【００１５】上記第１，第２の層間絶縁膜においても、
上記説明した第１，第２シリコン系酸化物と同様の作用
が得られるため、低誘電率化が実現される。
上記説明した第１，第２シリコン系酸化物と同様の作用
が得られるため、低誘電率化が実現される。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明のシリコン系酸化物に係わ
る実施形態の第１例を以下に説明する。第１例のシリコ
ン系酸化物は、ホウ素（Ｂ）をドーピングしたシリコン
酸化物（ＳｉＯ2 膜）にフッ素（Ｆ）原子が含まれてい
るものである。上記ホウ素原子はシリコン系酸化物中に
少なくとも含まれ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重
量％以下である。
る実施形態の第１例を以下に説明する。第１例のシリコ
ン系酸化物は、ホウ素（Ｂ）をドーピングしたシリコン
酸化物（ＳｉＯ2 膜）にフッ素（Ｆ）原子が含まれてい
るものである。上記ホウ素原子はシリコン系酸化物中に
少なくとも含まれ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重
量％以下である。
【００１７】上記第１のシリコン系酸化物にはフッ素原
子が含まれていることから、シリコン酸化物のイオン分
極がフッ素原子によって抑えられるとともに、フッ素自
身の分極率が低いことなどが原因となって、シリコン系
酸化物の誘電率を下げる。また、シリコン系酸化物中に
は、ホウ素原子を少なくとも含ませたことから、シリコ
ン系酸化物のイオン分極の発生を抑えて、電子分極率を
小さくする。それにともなって、比誘電率が下がる。一
方、シリコン系酸化物中にホウ素を１０重量％を越える
状態に含ませると、ホウ素が膜中の酸素と結合して酸化
ホウ素（Ｂ2 Ｏ5 ）が生成されて、この酸化ホウ素がシ
リコン系酸化物との界面に析出する。したがって、ホウ
素原子の濃度を１０重量％以下に設定しなければならな
い。
子が含まれていることから、シリコン酸化物のイオン分
極がフッ素原子によって抑えられるとともに、フッ素自
身の分極率が低いことなどが原因となって、シリコン系
酸化物の誘電率を下げる。また、シリコン系酸化物中に
は、ホウ素原子を少なくとも含ませたことから、シリコ
ン系酸化物のイオン分極の発生を抑えて、電子分極率を
小さくする。それにともなって、比誘電率が下がる。一
方、シリコン系酸化物中にホウ素を１０重量％を越える
状態に含ませると、ホウ素が膜中の酸素と結合して酸化
ホウ素（Ｂ2 Ｏ5 ）が生成されて、この酸化ホウ素がシ
リコン系酸化物との界面に析出する。したがって、ホウ
素原子の濃度を１０重量％以下に設定しなければならな
い。
【００１８】上記シリコン系酸化物を例えば化学的気相
成長（以下、ＣＶＤという、ＣＶＤはChemical Vapour
Depositionの略）法によって膜として製造する方法を以
下に説明する。成膜装置には、例えば電子サイクロトロ
ン共鳴（以下、ＥＣＲという、ＥＣＲはElectron Cycro
tron Resonanceの略）ＣＶＤ装置（図示省略）を用い
た。また、反応ガスには、例えば、モノシラン（ＳｉＨ
4 ）：３０ｓｃｃｍ〔以下、ｓｃｃｍは標準状態におけ
る体積流量（ｃｍ3 ／分）を表す〕、酸化二窒素（Ｎ2
Ｏ）：３００ｓｃｃｍ、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）：０．３
ｓｃｃｍ、テトラフルオロメタン（ＣＦ4 ）：１０ｓｃ
ｃｍ、およびヘリウム（Ｈｅ）：１０００ｓｃｃｍを用
いた。そして上記ＥＣＲＣＶＤ装置の反応室内に設置さ
れているもので被成膜基板を載置するステージの温度を
例えば４００℃、反応室内の成膜雰囲気の圧力を１Ｐ
ａ、基板バイアスパワーを１ｋＷ、ソースパワーを３ｋ
Ｗに設定した。
成長（以下、ＣＶＤという、ＣＶＤはChemical Vapour
Depositionの略）法によって膜として製造する方法を以
下に説明する。成膜装置には、例えば電子サイクロトロ
ン共鳴（以下、ＥＣＲという、ＥＣＲはElectron Cycro
tron Resonanceの略）ＣＶＤ装置（図示省略）を用い
た。また、反応ガスには、例えば、モノシラン（ＳｉＨ
4 ）：３０ｓｃｃｍ〔以下、ｓｃｃｍは標準状態におけ
る体積流量（ｃｍ3 ／分）を表す〕、酸化二窒素（Ｎ2
Ｏ）：３００ｓｃｃｍ、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）：０．３
ｓｃｃｍ、テトラフルオロメタン（ＣＦ4 ）：１０ｓｃ
ｃｍ、およびヘリウム（Ｈｅ）：１０００ｓｃｃｍを用
いた。そして上記ＥＣＲＣＶＤ装置の反応室内に設置さ
れているもので被成膜基板を載置するステージの温度を
例えば４００℃、反応室内の成膜雰囲気の圧力を１Ｐ
ａ、基板バイアスパワーを１ｋＷ、ソースパワーを３ｋ
Ｗに設定した。
【００１９】上記条件によって被成膜基板となるシリコ
ン基板の表面に、ホウ素とフッ素とを含むシリコン酸化
膜（以下、ＳｉＯＢＦと記す）を成膜した。その結果、
ホウ素を８重量％、フッ素を３重量％含むＳｉＯＢＦ膜
を得た。このＳｉＯＢＦ膜の比誘電率は２．５であっ
た。
ン基板の表面に、ホウ素とフッ素とを含むシリコン酸化
膜（以下、ＳｉＯＢＦと記す）を成膜した。その結果、
ホウ素を８重量％、フッ素を３重量％含むＳｉＯＢＦ膜
を得た。このＳｉＯＢＦ膜の比誘電率は２．５であっ
た。
【００２０】上記ＳｉＯＢＦ膜のホウ素の濃度はジボラ
ンの流量を調整することで、またフッ素の濃度はテトラ
フルオロメタンの流量を調整することで、所望の値に設
定できる。また、ＳｉＯＢＦ膜の製造方法は上記説明し
た製造方法に限定されることはなく、例えばモノシラン
の代わりに例えばジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ），トリシラン
（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等のポリシランを用いることができ、テ
トラフルオロメタンの代わりに例えばトリフルオロメタ
ン（ＣＨＦ3 ），ジフルオロメタン（ＣＨ2 Ｆ 2 ）等の
フロオロカーボン系ガスを用いることができる。
ンの流量を調整することで、またフッ素の濃度はテトラ
フルオロメタンの流量を調整することで、所望の値に設
定できる。また、ＳｉＯＢＦ膜の製造方法は上記説明し
た製造方法に限定されることはなく、例えばモノシラン
の代わりに例えばジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ），トリシラン
（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等のポリシランを用いることができ、テ
トラフルオロメタンの代わりに例えばトリフルオロメタ
ン（ＣＨＦ3 ），ジフルオロメタン（ＣＨ2 Ｆ 2 ）等の
フロオロカーボン系ガスを用いることができる。
【００２１】次に半導体装置の層間絶縁膜に係わる実施
形態の第１例を、図１の概略構成断面図によって説明す
る。
形態の第１例を、図１の概略構成断面図によって説明す
る。
【００２２】図１に示すように、例えばシリコン基板１
１の表面にはシリコン酸化膜１２が形成され、そのシリ
コン酸化膜１２上にアルミニウム系金属からなる配線１
３が配設されている。そして上記配線１３を覆う状態に
層間絶縁膜２１が形成されている。この層間絶縁膜２１
は、シリコン酸化膜にホウ素がドーピングされているシ
リコン系酸化膜にフッ素原子を含ませたものからなる。
このホウ素原子は層間絶縁膜２１中に少なくとも含ま
れ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重量％以下になっ
ている。さらに上記層間絶縁膜２１上にはシリコン酸化
膜３１が形成されている。
１の表面にはシリコン酸化膜１２が形成され、そのシリ
コン酸化膜１２上にアルミニウム系金属からなる配線１
３が配設されている。そして上記配線１３を覆う状態に
層間絶縁膜２１が形成されている。この層間絶縁膜２１
は、シリコン酸化膜にホウ素がドーピングされているシ
リコン系酸化膜にフッ素原子を含ませたものからなる。
このホウ素原子は層間絶縁膜２１中に少なくとも含ま
れ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重量％以下になっ
ている。さらに上記層間絶縁膜２１上にはシリコン酸化
膜３１が形成されている。
【００２３】上記層間絶縁膜２１においても、上記説明
したシリコン系酸化物と同様の作用が得られるため、低
誘電率化が実現される。また、上記層間絶縁膜２１の製
造方法は、上記シリコン系酸化物を膜として製造する方
法と同様である。
したシリコン系酸化物と同様の作用が得られるため、低
誘電率化が実現される。また、上記層間絶縁膜２１の製
造方法は、上記シリコン系酸化物を膜として製造する方
法と同様である。
【００２４】次に、本発明のシリコン系酸化物に係わる
実施形態の第２例を以下に説明する。第２例のシリコン
系酸化物は、ホウ素がドーピングされているシリコン酸
化物にフッ素原子とリン（Ｐ）原子とが含まれているも
のである。上記ホウ素原子はシリコン系酸化物中に少な
くとも含まれ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重量％
以下である。またシリコン系酸化物中に含まれるリン原
子の濃度は１重量％以上５重量％以下である。
実施形態の第２例を以下に説明する。第２例のシリコン
系酸化物は、ホウ素がドーピングされているシリコン酸
化物にフッ素原子とリン（Ｐ）原子とが含まれているも
のである。上記ホウ素原子はシリコン系酸化物中に少な
くとも含まれ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重量％
以下である。またシリコン系酸化物中に含まれるリン原
子の濃度は１重量％以上５重量％以下である。
【００２５】第２例のシリコン系酸化物は、シリコン酸
化物にホウ素ドーピングしてなるシリコン系酸化物にフ
ッ素原子とリン原子とが含まれていることから、このフ
ッ素原子およびホウ素原子によって、上記第１例のシリ
コン系酸化物と同様の作用によりこのシリコン系酸化物
の比誘電率を下げる。一方、シリコン系酸化物中にホウ
素を１０重量％を越える状態に含ませると、ホウ素が酸
化物中の酸素と結合して酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ5 ）が生成
されて、この酸化ホウ素がシリコン系酸化物との界面に
析出する。したがって、ホウ素原子の濃度を１０重量％
以下に設定しなければならない。
化物にホウ素ドーピングしてなるシリコン系酸化物にフ
ッ素原子とリン原子とが含まれていることから、このフ
ッ素原子およびホウ素原子によって、上記第１例のシリ
コン系酸化物と同様の作用によりこのシリコン系酸化物
の比誘電率を下げる。一方、シリコン系酸化物中にホウ
素を１０重量％を越える状態に含ませると、ホウ素が酸
化物中の酸素と結合して酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ5 ）が生成
されて、この酸化ホウ素がシリコン系酸化物との界面に
析出する。したがって、ホウ素原子の濃度を１０重量％
以下に設定しなければならない。
【００２６】またこの第２例のシリコン系酸化物にはリ
ン原子が含まれていることから、シリコン系酸化物が安
定になる。すなわち、リンは５価であるので３価のホウ
素を電気的に中和する。そのため、シリコン系酸化物を
安定化させるので、比誘電率は低下する。一方、上記シ
リコン系酸化物中に含まれるリン原子は１重量％以上５
重量％以下であることから、原子量が多く、電子分極率
が高いリン原子が含まれていても比誘電率を大きく上昇
させることはない。なお、このシリコン系酸化物中に含
まれるリン原子が１重量％よりも少ないと、ホウ素を電
気的に中和する作用が十分に得られない。またシリコン
系酸化物中に含まれるリン原子が５重量％よりも多い
と、リン自身によってシリコン系酸化物の比誘電率を上
昇させてしまうことになる。したがって、上記範囲にリ
ン濃度は設定されている。
ン原子が含まれていることから、シリコン系酸化物が安
定になる。すなわち、リンは５価であるので３価のホウ
素を電気的に中和する。そのため、シリコン系酸化物を
安定化させるので、比誘電率は低下する。一方、上記シ
リコン系酸化物中に含まれるリン原子は１重量％以上５
重量％以下であることから、原子量が多く、電子分極率
が高いリン原子が含まれていても比誘電率を大きく上昇
させることはない。なお、このシリコン系酸化物中に含
まれるリン原子が１重量％よりも少ないと、ホウ素を電
気的に中和する作用が十分に得られない。またシリコン
系酸化物中に含まれるリン原子が５重量％よりも多い
と、リン自身によってシリコン系酸化物の比誘電率を上
昇させてしまうことになる。したがって、上記範囲にリ
ン濃度は設定されている。
【００２７】上記シリコン系酸化物を例えばＣＶＤ法に
よって膜として製造する方法を以下に説明する。成膜装
置には、図示はしないが、例えばＥＣＲＣＶＤ装置を用
いた。また、反応ガスには、例えば、モノシラン（Ｓｉ
Ｈ4 ）：３０ｓｃｃｍ、酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）：３００
ｓｃｃｍ、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）：０．３ｓｃｃｍ、ホ
スフィン（ＰＨ3 ）：０．０５ｓｃｃｍ、テトラフルオ
ロメタン（ＣＦ4 ）：１０ｓｃｃｍ、およびヘリウム
（Ｈｅ）：１０００ｓｃｃｍを用いた。そして上記ＥＣ
ＲＣＶＤ装置の反応室内に設置されているもので被成膜
基板を載置するステージの温度を例えば４００℃、反応
室内の成膜雰囲気の圧力を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。
よって膜として製造する方法を以下に説明する。成膜装
置には、図示はしないが、例えばＥＣＲＣＶＤ装置を用
いた。また、反応ガスには、例えば、モノシラン（Ｓｉ
Ｈ4 ）：３０ｓｃｃｍ、酸化二窒素（Ｎ2 Ｏ）：３００
ｓｃｃｍ、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）：０．３ｓｃｃｍ、ホ
スフィン（ＰＨ3 ）：０．０５ｓｃｃｍ、テトラフルオ
ロメタン（ＣＦ4 ）：１０ｓｃｃｍ、およびヘリウム
（Ｈｅ）：１０００ｓｃｃｍを用いた。そして上記ＥＣ
ＲＣＶＤ装置の反応室内に設置されているもので被成膜
基板を載置するステージの温度を例えば４００℃、反応
室内の成膜雰囲気の圧力を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。
【００２８】上記条件によって被成膜基板となるシリコ
ン基板の表面に、ホウ素とフッ素とリンとを含むシリコ
ン酸化膜（以下、ＳｉＯＢＦＰと記す）を成膜した。そ
の結果、ホウ素を８重量％、フッ素を３重量％、リンを
２重量％含むＳｉＯＢＦＰ膜を得た。このＳｉＯＢＦＰ
膜の比誘電率は２．３であった。
ン基板の表面に、ホウ素とフッ素とリンとを含むシリコ
ン酸化膜（以下、ＳｉＯＢＦＰと記す）を成膜した。そ
の結果、ホウ素を８重量％、フッ素を３重量％、リンを
２重量％含むＳｉＯＢＦＰ膜を得た。このＳｉＯＢＦＰ
膜の比誘電率は２．３であった。
【００２９】上記ＳｉＯＢＦＰ膜のホウ素の濃度はジボ
ランの流量を調整することで、またフッ素の濃度はテト
ラフルオロメタンの流量を調整することで、さらにリン
濃度はホスフィンの流量を調整することで所望の値に設
定できる。また、ＳｉＯＢＦＰ膜の製造方法は上記説明
した製造方法に限定されることはなく、例えばモノシラ
ンの代わりに例えばジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ），トリシラ
ン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等のポリシランを用いることもでき、
テトラフルオロメタンの代わりに例えばトリフルオロメ
タン（ＣＨＦ3 ），ジフルオロメタン（ＣＨ2 Ｆ2 ）等
のフロオロカーボン系ガスを用いることもできる。
ランの流量を調整することで、またフッ素の濃度はテト
ラフルオロメタンの流量を調整することで、さらにリン
濃度はホスフィンの流量を調整することで所望の値に設
定できる。また、ＳｉＯＢＦＰ膜の製造方法は上記説明
した製造方法に限定されることはなく、例えばモノシラ
ンの代わりに例えばジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ），トリシラ
ン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）等のポリシランを用いることもでき、
テトラフルオロメタンの代わりに例えばトリフルオロメ
タン（ＣＨＦ3 ），ジフルオロメタン（ＣＨ2 Ｆ2 ）等
のフロオロカーボン系ガスを用いることもできる。
【００３０】次に半導体装置の層間絶縁膜に係わる実施
形態の第２例を、図２の概略構成断面図によって説明す
る。図では、上記図１で説明したのと同様の構成部品に
は同一の符号を付す。
形態の第２例を、図２の概略構成断面図によって説明す
る。図では、上記図１で説明したのと同様の構成部品に
は同一の符号を付す。
【００３１】図２に示すように、例えばシリコン基板１
１の表面にはシリコン酸化膜１２が形成され、そのシリ
コン酸化膜１２上にアルミニウム系金属からなる配線１
３が配設されている。そして上記配線１３を覆う状態に
層間絶縁膜２２が形成されている。この層間絶縁膜２２
は、シリコン酸化膜にホウ素をドーピングしたシリコン
系酸化膜にフッ素原子とリン原子とを含ませたものから
なる。このホウ素原子は層間絶縁膜２２中に少なくとも
含まれ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重量％以下に
なっている。また上記第２例の層間絶縁膜２２中に含ま
れるリン原子の濃度は１重量％以上５重量％以下になっ
ている。さらに上記層間絶縁膜２２上にはシリコン酸化
膜３１が形成されている。
１の表面にはシリコン酸化膜１２が形成され、そのシリ
コン酸化膜１２上にアルミニウム系金属からなる配線１
３が配設されている。そして上記配線１３を覆う状態に
層間絶縁膜２２が形成されている。この層間絶縁膜２２
は、シリコン酸化膜にホウ素をドーピングしたシリコン
系酸化膜にフッ素原子とリン原子とを含ませたものから
なる。このホウ素原子は層間絶縁膜２２中に少なくとも
含まれ、かつそのホウ素原子の濃度は１０重量％以下に
なっている。また上記第２例の層間絶縁膜２２中に含ま
れるリン原子の濃度は１重量％以上５重量％以下になっ
ている。さらに上記層間絶縁膜２２上にはシリコン酸化
膜３１が形成されている。
【００３２】上記第２例の層間絶縁膜２２においても、
上記説明した第２例のシリコン系酸化物と同様の作用が
得られるため、低誘電率化が実現される。また、上記第
２例の層間絶縁膜２２の製造方法は、上記第２例のシリ
コン系酸化物を膜として製造する方法と同様である。
上記説明した第２例のシリコン系酸化物と同様の作用が
得られるため、低誘電率化が実現される。また、上記第
２例の層間絶縁膜２２の製造方法は、上記第２例のシリ
コン系酸化物を膜として製造する方法と同様である。
【００３３】
【発明の効果】以上、説明したように本発明のシリコン
系酸化物によれば、フッ素原子が含まれていることか
ら、シリコン系酸化物の誘電率が下がる。また、フッ素
原子とリン原子とが含まれていることから、このフッ素
原子によってシリコン系酸化物の比誘電率が下げられ、
リン原子によってホウ素が電気的に中和されるのでシリ
コン系酸化物が安定化する。そのため、シリコン系酸化
物の比誘電率はさらに低下する。したがって、本発明の
シリコン系酸化物は無機質でありかつ比誘電率が２．３
〜３．０程度になるので、信頼性の高い、いわゆる低誘
電率膜が実現できる。
系酸化物によれば、フッ素原子が含まれていることか
ら、シリコン系酸化物の誘電率が下がる。また、フッ素
原子とリン原子とが含まれていることから、このフッ素
原子によってシリコン系酸化物の比誘電率が下げられ、
リン原子によってホウ素が電気的に中和されるのでシリ
コン系酸化物が安定化する。そのため、シリコン系酸化
物の比誘電率はさらに低下する。したがって、本発明の
シリコン系酸化物は無機質でありかつ比誘電率が２．３
〜３．０程度になるので、信頼性の高い、いわゆる低誘
電率膜が実現できる。
【００３４】本発明の層間絶縁膜は、上記本発明のシリ
コン系酸化物からなるので、低誘電率化が実現できる。
そのため、半導体装置における配線間容量を低減するこ
とができるので、半導体装置の消費電力の低減、動作の
高速化が図れる。
コン系酸化物からなるので、低誘電率化が実現できる。
そのため、半導体装置における配線間容量を低減するこ
とができるので、半導体装置の消費電力の低減、動作の
高速化が図れる。
【図１】実施形態の第１例の概略構成断面図である。
【図２】実施形態の第２例の概略構成断面図である。
２１ 層間絶縁膜
Claims (12)
- 【請求項１】 シリコン酸化物にホウ素がドーピングさ
れているシリコン系酸化物において、 前記シリコン系酸化物はフッ素原子を含むことを特徴と
するシリコン系酸化物。 - 【請求項２】 請求項１記載のシリコン系酸化物におい
て、 前記シリコン系酸化物はリン原子を含むことを特徴とす
るシリコン系酸化物。 - 【請求項３】 請求項１記載のシリコン系酸化物におい
て、 前記ホウ素原子はシリコン系酸化物中に少なくとも含ま
れ、かつ該ホウ素原子の濃度は１０重量％以下であるこ
とを特徴とするシリコン系酸化物。 - 【請求項４】 請求項２記載のシリコン系酸化物におい
て、 前記ホウ素原子はシリコン系酸化物中に少なくとも含ま
れ、かつ該ホウ素原子の濃度は１０重量％以下であるこ
とを特徴とするシリコン系酸化物。 - 【請求項５】 請求項２記載のシリコン系酸化物におい
て、 前記シリコン系酸化物における前記リン原子の濃度は１
重量％以上５重量％以下であることを特徴とするシリコ
ン系酸化物。 - 【請求項６】 請求項４記載のシリコン系酸化物におい
て、 前記シリコン系酸化物における前記リン原子の濃度は１
重量％以上５重量％以下であることを特徴とするシリコ
ン系酸化物。 - 【請求項７】 半導体装置の層間絶縁膜であって、 前記層間絶縁膜はシリコン酸化膜にホウ素がドーピング
されているシリコン系酸化膜にフッ素原子が含まれるも
のからなることを特徴とする半導体装置の層間絶縁膜。 - 【請求項８】 請求項７記載の半導体装置の層間絶縁膜
において、 前記層間絶縁膜はリン原子を含むことを特徴とする半導
体装置の層間絶縁膜。 - 【請求項９】 請求項７記載の半導体装置の層間絶縁膜
において、 前記ホウ素原子は前記層間絶縁膜中に少なくとも含ま
れ、かつ該ホウ素原子の濃度は１０重量％以下であるこ
とを特徴とする半導体装置の層間絶縁膜。 - 【請求項１０】 請求項８記載の半導体装置の層間絶縁
膜において、 前記ホウ素原子は前記層間絶縁膜中に少なくとも含ま
れ、かつ該ホウ素原子の濃度は１０重量％以下であるこ
とを特徴とする半導体装置の層間絶縁膜。 - 【請求項１１】 請求項８記載の半導体装置の層間絶縁
膜において、 前記層間絶縁膜における前記リン原子の濃度は１重量％
以上５重量％以下であることを特徴とする半導体装置の
層間絶縁膜。 - 【請求項１２】 請求項１０記載の半導体装置の層間絶
縁膜において、 前記層間絶縁膜における前記リン原子の濃度は１重量％
以上５重量％以下であることを特徴とする半導体装置の
層間絶縁膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20068095A JPH0950995A (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | シリコン系酸化物および半導体装置の層間絶縁膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20068095A JPH0950995A (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | シリコン系酸化物および半導体装置の層間絶縁膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0950995A true JPH0950995A (ja) | 1997-02-18 |
Family
ID=16428468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20068095A Pending JPH0950995A (ja) | 1995-08-07 | 1995-08-07 | シリコン系酸化物および半導体装置の層間絶縁膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0950995A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002007204A1 (fr) * | 2000-07-18 | 2002-01-24 | Applied Materials Inc. | Procede et appareil de fabrication d'un dispositif a semiconducteur |
| JP2009071331A (ja) * | 2008-12-15 | 2009-04-02 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| KR101017052B1 (ko) * | 2003-07-09 | 2011-02-23 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체소자의 층간절연막 형성방법 |
-
1995
- 1995-08-07 JP JP20068095A patent/JPH0950995A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002007204A1 (fr) * | 2000-07-18 | 2002-01-24 | Applied Materials Inc. | Procede et appareil de fabrication d'un dispositif a semiconducteur |
| JP2002043311A (ja) * | 2000-07-18 | 2002-02-08 | Applied Materials Inc | 半導体装置の製造方法及び装置 |
| KR101017052B1 (ko) * | 2003-07-09 | 2011-02-23 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체소자의 층간절연막 형성방법 |
| JP2009071331A (ja) * | 2008-12-15 | 2009-04-02 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
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