JPH10313003A

JPH10313003A - 酸化シリコン系誘電体膜の形成方法

Info

Publication number: JPH10313003A
Application number: JP12264797A
Authority: JP
Inventors: Masateru Hara; 昌輝原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-05-13
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 1998-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体デバイスの層間絶縁膜として用いられ
る酸化シリコン系誘電体膜の低誘電率化と長期信頼性と
を両立させる。【解決手段】モノメチルシラン／過酸化水素系の成膜
ガスを使用し、Ａｌ系配線パターン２を直接被覆する耐
湿性に優れる第１ＳｉＯｘ膜３_pはプラズマＣＶＤで、
その上を被覆してウェハＷの表面段差を緩和する流動性
の高い第２ＳｉＯｘ膜４_Lは低温のＬＰＣＶＤで成膜す
る。第２ＳｉＯｘ膜４_Lの表面には酸素プラズマ改質処
理で改質層６_Pを形成しても良く、さらにその上に上記
と同じ成膜ガス系によるプラズマＣＶＤで第３ＳｉＯｘ
膜８_Pを形成しても良い。いずれのＳｉＯｘ膜３_{p ,}４
_{L ,}８_Pもシリコンを熱酸化して得られる化学量論的組
成の酸化シリコン膜よりも比誘電率が低く、したがっ
て、層間絶縁膜９全体としての比誘電率を低く維持する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はたとえば半導体デバ
イスの層間絶縁膜として用いられる誘電体膜の形成方法
に関し、特に膜の低誘電率化と長期信頼性とを両立させ
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体デバイス製造においては、
その高集積化，高機能化に伴い、基板上に層間絶縁膜を
介して金属配線パターンを幾層にも積み上げる多層配線
技術の採用が必須となっている。多層配線を採用する場
合、デザイン・ルールの縮小と共に隣接配線同士あるい
は上下配線同士が接近してくると、比誘電率εが約３．
９と大きい従来のＳｉＯ₂系層間絶縁膜では、配線間容
量が大きくなり過ぎる。そこで、特にデザイン・ルール
０．２５μｍ以降の世代では、比誘電率の低い誘電体膜
（以下、低誘電体膜と称する。）を用いて低電圧駆動，
低消費電力，高クロック周波数を実現することが検討さ
れている。

【０００３】低誘電体膜としては、これまでに有機系低
誘電体膜と無機系低誘電体膜とが検討されている。そも
そもＳｉＯ₂の比誘電率εが約３．９と大きいのは、Ｓ
ｉＯ₂の骨格をなすシロキサン（−Ｓｉ−Ｏ−）結合中
のＯ原子の電気陰性度が大きいために電子がＯ原子側に
偏っており、電場が与えられるとその偏りが一層増大す
るからである。したがって、低誘電率化には分極率の低
下が不可欠である。その点、有機系低誘電体膜では立体
障害の大きいアルキル基が存在するおかげで膜の密度と
分子そのものの分極率が低下しており、これにより比誘
電率の低下がもたらされている。たとえば、ポリイミド
系樹脂膜で比誘電率ε＝３．５〜３．０、フッ素系樹脂
膜でε＝２．７〜１．９の値が達成されている。

【０００４】一方、無機系低誘電体膜としては、プラズ
マＣＶＤにより成膜可能なＳｉＯＦ膜、すなわちＦ（フ
ッ素）を含有するＳｉＯｘ膜が主として検討されてい
る。ＳｉＯＦ膜の比誘電率は膜中のＦ濃度の増加に伴っ
て減少し、これまでに３．７〜３．２程度の値が達成さ
れている。ＳｉＯｘの比誘電率がＦを含有することによ
り低下する理由は、まだ十分に解明されてはいないが、
電子雲の歪に起因する電子分極と、核変位に起因するイ
オン分極の双方が減少するためと考えられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
有機系低誘電体膜も無機系誘電体膜も、それぞれに問題
を抱えている。まず、有機系低誘電体膜の中には、溶剤
に溶解させたポリマー材料を基体上にスピンコートした
後、この塗膜を加熱して脱水重合させることにより形成
されるものも多い。このような膜では、重合時に生成し
た水や溶剤が膜中に取り込まれやすく、これらの水や溶
剤が金属配線パターンを腐食させる原因となる。ポリマ
ー重合をラジカル重合で達成させれば水や溶剤の問題は
生じないため、プラズマＣＶＤで成膜できるフッ素化ア
モルファス・カーボン膜等の膜も提案されている。しか
し、有機膜は分子骨格の基本が炭素鎖であるために酸素
プラズマ耐性に本質的に劣り、コンタクト・ホール開口
後のレジスト・アッシング時に膜減りを起こすことが問
題となっている。

【０００６】一方、無機系低誘電体膜の代表例であるＳ
ｉＯＦ膜には、大気放置中に急速に吸湿し、膜自身ある
いはプロセスの安定性を劣化させるという問題がある。
これは、吸湿により生じたフッ酸（ＨＦ）が、金属配線
パターンを腐食させるのみならず、半導体製造装置を汚
染・腐食させたり、あるいは層間絶縁膜の平坦化をＣＭ
Ｐ（化学機械研磨）により行う場合の研磨スラリーのｐ
Ｈを変化させ、結果的に研磨速度を変動させるからであ
る。吸湿性の高い膜では１個のＳｉ原子に２個のＦ原子
が結合したと考えられるＳｉ（−Ｆ）₂結合、Ｏ原子を
介して近接したものと考えられるＳｉ−Ｆ結合が存在し
ており、これらの結合が加水分解反応を経てＳｉ−ＯＨ
結合に変化し、このＳｉ−ＯＨ結合が大気中のＨ₂Ｏと
の間で水素結合を形成することにより吸湿が進行すると
考えられている。

【０００７】したがって、有機系低誘電体膜も無機系低
誘電体膜も、単独で層間絶縁膜として使用することは現
状では極めて難しい。このため、流動性に優れる低誘電
体膜の上下を、比誘電率はやや高いが膜質に比較的優れ
るＳｉＯ₂膜やＳｉＮ膜で挟んだ複合膜構成の層間絶縁
膜が提案されている。たとえば、１９９５年ドライ・プ
ロセス・シンポジウム抄録集ｐ．２６１〜２６８には、
Ａｌ配線パターンを被覆する層間絶縁膜を下層側から順
にベース層，フロー層，キャップ層の３層構成とし、ベ
ース層とキャップ層はＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ／Ｎ₂混合ガス
系を用い、基板温度３００℃のプラズマＣＶＤで、また
フロー層はＳｉＨ₄／Ｈ₂Ｏ₂／Ｎ₂系を用い、基板温
度０℃の減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）でそれぞれ成膜する
方法が提案されている。また、月刊セミコンダクターワ
ールド１９９６年２月号ｐ．８６〜８８（プレスジャー
ナル社刊）には、Ａｌ配線パターンを被覆する層間絶縁
膜を下層から順にバリヤ膜，ＳｉＯＦ膜，バリヤ膜の３
層構成とし、該バリヤ膜としてＳｉＯ₂膜を用いる方法
が記載されている。この他、塗布型の有機系低誘電体膜
の上下を膜質に比較的優れるＳｉＯ₂膜やＳｉＮ膜で挟
むことも、広く試みられている。

【０００８】しかしながら、これらの複合膜形成技術で
は上記ベース層、キャップ層、バリヤ層を構成する材料
がいずれも比誘電率の高いＳｉＯ₂膜、あるいはこれよ
りさらに比誘電率の高いＳｉＮ膜であり、層間絶縁膜全
体としての比誘電率の低下に限界が生じている。また、
膜中に水分を含む流動性の高い膜の上下を水分の少ない
膜で挟む場合、上層側の膜については水分を上側へ透過
させる機能、下層側の膜についてはその下側の金属配線
パターンを保護するために水分を下側へ透過させない特
性が要求され、最適な膜種の選択が困難であるという問
題があった。そこで本発明は、この吸湿性の問題を解決
し、低誘電率化を図ると共に長期信頼性にも優れる誘電
体膜を形成する方法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】本発明の酸化シリコン系
誘電体膜の形成方法では、基体上の金属配線パターンに
直接的に接する部分に膜質の良い膜を配し、その上を比
誘電率が低く流動性の高い膜で被覆して基体の平坦を図
るという従来の考え方を踏襲しつつも、個々の膜として
はいずれもシリコンを熱酸化して得られる化学量論的組
成の酸化シリコン膜よりも比誘電率の低いものを採用し
て層間絶縁膜全体の誘電率を低く維持し、しかも個々の
膜を同一成分からなる成膜ガスを用いて異なるＣＶＤ条
件、すなわちプラズマＣＶＤとＬＰＣＶＤで成膜し分け
るという簡易な手法を採ることにより、上述の目的を達
成するものである。すなわち、金属配線パターンを被覆
する第１誘電体膜をプラズマＣＶＤで成膜した後、その
上に基体の表面段差を緩和する第２誘電体膜をＬＰＣＶ
Ｄで成膜する。

【００１０】本発明では、フッ素を構成元素とするガス
成分を含む成膜ガスは使用しない。つまり、本発明によ
り形成される酸化シリコン系誘電体膜は、ＳｉＯＦ膜の
ように膜中へフッ素原子を取り込むことによる低誘電率
化を期待するものではない。第２誘電体膜を成膜した後
には、その表面を硬化させるためのプラズマ改質処理を
施しても良いし、あるいは先のプラズマＣＶＤで用いた
成膜ガスと同一成分からなる成膜ガスを用いて再度プラ
ズマＣＶＤを行うことにより、さらに第３誘電体膜を積
層しても良い。この第３誘電体膜も当然、シリコンを熱
酸化して得られる化学量論的組成の酸化シリコン膜より
も比誘電率の低いものである。さらにあるいは、第２誘
電体膜の表面のプラズマ改質処理と、その上への第３誘
電体膜の積層の両方を行っても良い。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、同一成分からなる成膜
ガスを用いてもＣＶＤ条件により誘電体膜の膜質が変化
することに着目し、簡易で制御性の高い誘電体膜の形成
を実現しようとするものである。プラズマＣＶＤでは膜
に対してイオン・スパッタ作用が働くいて膜の密度が上
昇するため、大幅な低誘電率化は望めない。しかしその
一方で、膜形成が本質的にラジカル重合反応にもとづい
ていること、およびイオン・スパッタ作用による脱水効
果が期待できることにより、水分含有量が極めて少な
く、緻密な膜質を有する誘電体膜を形成することができ
る。この膜は、金属配線パターンを最初に被覆しこれを
保護する第１誘電体膜、あるいは層間絶縁膜の最上面を
被覆してパッシベーションの役割を果たす第３誘電体膜
として好都合である。この第１誘電体膜と第３誘電体膜
の比誘電率は、シリコンを熱酸化して得られる化学量論
的組成の酸化シリコン膜の比誘電率（約３．９）よりも
低いので、従来のように低誘電体膜の上下をＳｉＯ₂膜
で挟む場合に比べると層間絶縁膜全体としての比誘電率
を下げることが可能である。

【００１２】一方、ＬＰＣＶＤ法ではイオン・スパッタ
作用のような物理的作用が膜に働かない分、膜表面にお
ける成膜種のマイグレーションが促進されるので、カバ
レージの良い誘電体膜を形成することができ、しかも膜
の密度がそれほど高くならないので比誘電率を下げるこ
とができる。この膜は、金属配線パターンに起因する基
体の表面段差を緩和しながら、層間絶縁膜全体の比誘電
率の実質的な低下に寄与する第２誘電体膜として好都合
である。

【００１３】本発明では、上述のようなプラズマＣＶＤ
とＬＰＣＶＤとが同一成分からなる成膜ガスを用いて行
われるので、成膜される第１誘電体膜と第２誘電体膜、
あるいは必要に応じて追加される第３誘電体膜は、成膜
条件による元素組成比の若干の違いはあるものの、化学
組成は基本的に共通である。したがって、化学組成の全
く異なる異種の膜を積層する場合と異なり、膜種の選択
に困難を来すこともなくなる。

【００１４】本発明において第１誘電体膜と第２誘電体
膜、あるいは必要に応じて第３誘電体膜を成膜する場
合、フッ素（Ｆ）を構成元素とするガス成分を含まない
成膜ガスを使用すると、膜からＦを排除することができ
る。したがって、膜の吸湿によるフッ酸（ＨＦ）の生
成、これによる金属配線パターンの腐食、ＣＭＰにおけ
る研磨速度のバラツキといった問題をすべて回避するこ
とができる。なお、上記のプラズマＣＶＤとＬＰＣＶＤ
とは、基体を途中で長時間にわたって大気開放すること
なく、連続的に行うことが好適である。ただし、これら
両ＣＶＤの成膜温度が大きく異なり、しかも基体の加熱
を該基体を載置するステージの温度制御により行ってい
る場合には、同一チャンバで両ＣＶＤを連続して行おう
とすると、ステージの温調に伴う時間のロスが大きくな
る。したがってこのような場合には、予めステージ温度
設定の異なるプラズマＣＶＤチャンバとＬＰＣＶＤチャ
ンバとを真空搬送路で連結させたマルチチャンバ型の装
置を使用することが好適である。

【００１５】第１誘電体膜、あるいは必要に応じて追加
される第３誘電体膜を成膜するためのプラズマＣＶＤ用
成膜ガスとしては、シラン系化合物の水素原子の少なく
とも１個が炭化水素基に置換された有機シラン化合物と
酸化剤とを含むガスを用いることが好適である。上記有
機シラン化合物の基本骨格は、モノシランＳｉＨ₄であ
っても、あるいはジシランＳｉ₂Ｈ₆等のポリシランで
あっても良い。これらシラン系化合物の水素原子を置換
する炭化水素基の炭素数は特に限定されるものではな
い。置換数にもよるが、一般的な傾向としては、炭素数
がある程度大きい方が炭化水素基の立体障害の増大によ
り膜密度が低下して比誘電率が下がり、また膜成長過程
における成膜中間体の流動性が向上することが期待でき
る。反面、炭素数が余り大きいと得られる誘電体膜の炭
素含有量が増大して耐湿性が劣化し、プラズマＣＶＤに
よっても満足のゆく膜質が得られにくくなる他、有機シ
ラン化合物を気体として取り扱うことが困難となる。し
たがって、シラン系化合物の水素原子を置換する炭化水
素基としては、メチル基やエチル基等、炭素数１〜２個
のアルキル基、あるいはフェニル基等のアリル基が適当
である。一方、上記酸化剤としては、酸素（Ｏ₂），オ
ゾン（Ｏ₃），過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）等を用いること
ができる。

【００１６】特に、有機シラン化合物としてモノメチ
ルシラン〔Ｓｉ（ＣＨ₃）Ｈ₃〕、酸化剤としてＨ₂Ｏ
₂を使用した場合には、シリコンの熱酸化により得られ
る化学量論的組成のＳｉＯ₂膜に炭素が取り込まれた形
の誘電体膜を得ることができる。この、Ｓｉ（ＣＨ₃）
Ｈ₃／Ｈ₂Ｏ₂系に関しては、ＬＰＣＶＤにおいて成膜
温度を２０℃以下とした場合に成膜中間体の流動性が向
上することを、本願出願人が以前に見出している。上記
のような反応系により成膜される炭素を含む誘電体膜
は、従来より低誘電率化に有利な一方で膜質には劣るも
のと考えられてきた。しかし、本発明のようにプラズマ
ＣＶＤとＬＰＣＶＤを切り換えた成膜を行えば、このよ
うな反応系であっても良好な膜質と低誘電率とを両立さ
せることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００１８】実施例１ここでは、本発明を半導体ウェハ・プロセスにおける層
間絶縁膜の形成に適用し、Ｓｉ（ＣＨ₃）Ｈ₃／Ｈ₂Ｏ
₂系によるプラズマＣＶＤとＬＰＣＶＤとを連続して行
うことにより、比誘電率の低い２層構成のＳｉＯｘ系層
間絶縁膜を形成した。このプロセス例について、図１お
よび図２を参照しながら説明する。本実施例で用いた装
置は、プラズマＣＶＤ用、ＬＰＣＶＤ用、およびポスト
アニール用のチャンバの各々が所定の真空度に維持され
た１基のウェハ・ハンドリング・ユニットに共通に接続
され、各チャンバ間での基体の搬送がすべてこのウェハ
・ハンドリング・ユニットを介して行われるようになさ
れたマルチチャンバ式の装置である。

【００１９】まず基板１上に予め金属配線パターンとし
て高さ０．６５μｍのＡｌ系配線パターン２が０．４μ
ｍのライン・アンド・スペースにしたがって形成された
ウェハＷを準備した。上記基板１中、Ａｌ系配線パター
ン２の直下に相当する領域は絶縁膜にて構成されるが、
ここでは通常の半導体デバイスの一般的な金属配線下の
構造は図示しない。

【００２０】次に、このウェハＷをプラズマＣＶＤ装置
に搬入し、一例として下記の条件でプラズマＣＶＤを行
った。Ｓｉ（ＣＨ₃）Ｈ₃流量１００ＳＣＣＭＡｒ流量５００ＳＣＣＭＨ₂Ｏ₂（気体）供給速度０．７ｇ／分圧力１６０ＰａＲＦパワー２００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ウェハ温度３５０ ℃ これにより、図１に示されるように、Ａｌ系配線パター
ン２をほぼコンフォーマルに被覆する厚さ約０．１μｍ
の第１ＳｉＯｘ膜３_p（添字Ｐは、プラズマ・プロセス
に関連することを表す。以下同様。）が成膜された。こ
の第１ＳｉＯｘ膜３_Pの比誘電率は、シリコンの熱酸化
で得られる化学量論的組成のＳｉＯ₂膜の比誘電率ε＝
３．９よりも若干低かった。これは、膜中に取り込まれ
たメチル基の効果である。

【００２１】次に、上記のウェハＷを高真空下にてＬＰ
ＣＶＤ装置へ搬送し、一例として下記の条件でＬＰＣＶ
Ｄを行った。Ｓｉ（ＣＨ₃）Ｈ₃流量１００ＳＣＣＭＡｒ流量５００ＳＣＣＭＨ₂Ｏ₂（気体）供給速度０．７ｇ／分圧力１３３Ｐａウェハ温度０ ℃ これにより、図２に示されるように、Ａｌ系配線パター
ン２に起因する基体の表面段差をほぼ解消するように厚
さ約０．１μｍの第２ＳｉＯｘ膜４_L（添字Ｌは、ＬＰ
ＣＶＤプロセスに関連することを表す。以下同様。）が
成膜された。この第２ＳｉＯｘ膜４_Lの比誘電率は、上
記第１ＳｉＯｘ膜３_pの誘電率よりもさらに低かった。

【００２２】この後、ウェハＷをポストアニール用チャ
ンバを搬送し、１．０１×１０⁵ＰａのＮ₂雰囲気中、
４００℃，１５分間のポストアニールを行い、第２Ｓｉ
Ｏｘ膜４_Lの膜中に残存する水分を除去した。この段階
で測定した層間絶縁膜５、すなわち上記第１ＳｉＯｘ膜
３_pと第２ＳｉＯｘ膜４_Lとを合わせた膜の比誘電率ε
は、約３．２であった。また、この状態の基体に対して
相対湿度１００％、温度１２０℃，圧力２気圧の湿潤高
温高圧環境下における１０００時間の加速劣化試験を行
ったが、Ａｌ系配線パターン２の腐食やホットキャリヤ
耐性の劣化は何ら認められなかった。したがって、上記
層間絶縁膜５が全体として低い比誘電率を有し、耐湿性
にも優れていることが実証された。

【００２３】実施例２本実施例では、実施例１で成膜された第２ＳｉＯｘ膜４
_Lに、酸素プラズマによる表面改質処理を施した。ここ
で用いた装置は、プラズマＣＶＤ用、ＬＰＣＶＤ用、プ
ラズマ処理用、およびポストアニール用の各チャンバ間
で、基体が高真空に維持されたウェハ・ハンドリング・
ユニットに接続され、各チャンバ間での基体の搬送がす
べてこのウェハ・ハンドリング・ユニットを介して行わ
れるようになされたマルチチャンバ式の装置である。

【００２４】上記第２ＳｉＯｘ膜４_Lの成膜工程まで
は、実施例１で上述したとおりである。本実施例では続
いてこの膜に対し、たとえば下記のような条件で酸素プ
ラズマ処理を行った。Ｏ₂流量２０００ＳＣＣＭＡｒ流量１０００ＳＣＣＭ圧力１３３ＰａＲＦパワー５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）ウェハ温度３５０ ℃ 処理時間３分このプラズマ処理により、第２ＳｉＯｘ膜４_Lの表層部
では脱水と膜の緻密化が進行し、図３に示されるような
改質層６_Pが形成された。なお、上記プラズマ処理時の
ウェハ温度は前述のプラズマＣＶＤによる第１ＳｉＯｘ
膜３_pの成膜時のウェハ温度と同じなので、上記プラズ
マ処理用チャンバを別個に設けずにプラズマＣＶＤ用チ
ャンバと共用とし、チャンバへ供給するガス、ＲＦパワ
ー、排気速度の切替えで対応することもできる。

【００２５】この後、上記ウェハＷに対して実施例１と
同様のポストアニールを行った。本実施例では、第１Ｓ
ｉＯｘ膜３_p、第２ＳｉＯｘ膜４_L、および改質層６_p
の三者からなる層間絶縁膜７が形成された。この層間絶
縁膜７の全体としての比誘電率εは、約３．３であっ
た。比誘電率εが実施例１よりやや高くなったのは、改
質層６_pの高密度化による比誘電率の上昇が影響したた
めと考えられる。なお、この層間絶縁膜７の加速劣化試
験の結果は、実施例１よりも良好であった。

【００２６】実施例３本実施例では、改質層６_Pの形成までを上述の実施例２
と同様に行った後、さらにこの上にプラズマＣＶＤによ
る第３の誘電体膜を積層した。すなわち、前掲の図３に
示した状態のウェハＷを第１ＳｉＯｘ膜３_Pの成膜に用
いたプラズマＣＶＤ装置に再び戻し、一例として下記の
条件でプラズマＣＶＤを行った。Ｓｉ（ＣＨ₃）Ｈ₃流量８０ＳＣＣＭＡｒ流量５００ＳＣＣＭＨ₂Ｏ₂（気体）供給速度０．８５ｇ／分圧力９３Ｐａウェハ温度３５０ ℃ これにより、図４に示されるような第３ＳｉＯｘ膜８_p
が約０．３μｍの厚さに成膜された。

【００２７】この後、上記ウェハＷに対して実施例１と
同様のポストアニールを行った。本実施例では、第１Ｓ
ｉＯｘ膜３_p、第２ＳｉＯｘ膜４_L、改質層６_p、およ
び第３ＳｉＯｘ膜８_pの四者からなる層間絶縁膜９が形
成された。この層間絶縁膜９の全体としての比誘電率ε
は、約３．６であった。この比誘電率εが実施例２より
もさらに上昇したのは、炭素含有量が少なく膜質が緻密
で比誘電率の高い第３ＳｉＯｘ膜８_Pが追加されたから
である。なお、この層間絶縁膜９の加速劣化試験の結果
は、実施例２よりもさらに良好であった。

【００２８】以上、本発明を３例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではなく、サンプル・ウェハの構成、各部の寸法、
成膜条件、プラズマ処理条件、ポストアニール条件等の
細部については適宜変更、選択、組合せが可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、低誘電率化には有利でも高膜質化を望むこ
とは難しかった従来の反応系も、成膜条件次第で優れた
膜質を有する誘電体膜の成膜に適用することが可能とな
る。したがって、低誘電体膜の上下をＳｉＯ₂膜やＳｉ
Ｎ膜のように比誘電率の高い膜で挟み込むことなく、シ
リコンの熱酸化で得られる化学量論的組成のＳｉＯ₂膜
よりも比誘電率の小さい膜のみを用いて誘電体膜を構成
することができる。本発明を半導体デバイスの製造プロ
セスにおける層間絶縁膜の成膜に適用した場合には、該
層間絶縁膜の低誘電率化と長期信頼性の向上とが両立さ
れ、このことによって半導体デバイスの高集積化や動作
高速化を実現する上での障害が克服される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を半導体デバイスの層間絶縁膜の形成に
適用したプロセス例において、基板上に形成されたＡｌ
系配線パターンを被覆してプラズマＣＶＤによる第１Ｓ
ｉＯｘ膜を成膜した状態を示す模式的断面図である。

【図２】図１の第１ＳｉＯｘ膜上にＬＰＣＶＤにより第
２ＳｉＯｘ膜を成膜し、ウェハ表面をほぼ平坦化した状
態を示す模式的断面図である。

【図３】図２の第２ＳｉＯｘ膜の表面を酸素プラズマ処
理により改質した状態を示す模式的断面図である。

【図４】図３の第２ＳｉＯｘ膜の上にさらにプラズマＣ
ＶＤにより第３ＳｉＯｘ膜を成膜した状態を示す模式的
断面図である。

【符号の説明】

１…基板２…Ａｌ系配線パターン３_P…第１ＳｉＯ
ｘ膜４_L…第２ＳｉＯｘ膜５，７，９…層間絶縁膜
６_P…改質層８_P…第３ＳｉＯｘ膜Ｗ…ウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコンを熱酸化して得られる化学量論
的組成の酸化シリコン膜よりも比誘電率の低い第１誘電
体膜を、基体上の金属配線パターンを被覆するごとくプ
ラズマＣＶＤにより成膜する第１工程と、前記プラズマＣＶＤで用いた成膜ガスと同一成分からな
る成膜ガスを用いて減圧ＣＶＤを行うことにより、前記
第１誘電体膜よりさらに比誘電率の低い第２誘電体膜
を、該第１誘電体膜上に基体の表面段差を緩和するごと
く成膜する第２工程とを有することを特徴とする酸化シ
リコン系誘電体膜の形成方法。
【請求項２】前記成膜ガスとして、フッ素を構成元素
とするガス成分を含まないものを用いることを特徴とす
る請求項１記載の酸化シリコン系誘電体膜の形成方法。
【請求項３】前記第２誘電体膜を成膜後、その表面を
硬化させるためのプラズマ改質処理を施すことを特徴と
する請求項１記載の酸化シリコン系誘電体膜の形成方
法。
【請求項４】前記第２誘電体膜を成膜後、前記プラズ
マＣＶＤで用いた成膜ガスと同一成分からなる成膜ガス
を用いて再度プラズマＣＶＤを行うことにより、シリコ
ンを熱酸化して得られる熱酸化シリコン膜よりも比誘電
率の低い第３誘電体膜を該第２誘電体膜上に成膜するこ
とを特徴とする請求項１記載の酸化シリコン系誘電体膜
の形成方法。
【請求項５】前記第２誘電体膜を成膜後、その表面を
硬化させるためのプラズマ改質処理を施し、しかる後に
前記プラズマＣＶＤで用いた成膜ガスと同一成分からな
る成膜ガスを用いて再度プラズマＣＶＤを行うことによ
り、シリコンを熱酸化して得られる化学量論的組成の酸
化シリコン膜よりも比誘電率の低い第３誘電体膜を該第
２誘電体膜上に成膜することを特徴とする請求項１記載
の酸化シリコン系誘電体膜の形成方法。
【請求項６】前記第１誘電体膜を成膜するためのプラ
ズマＣＶＤの成膜ガスとして、シラン系化合物の水素原
子の少なくとも１個が炭化水素基に置換された有機シラ
ン化合物と酸化剤とを含むガスを用いることを特徴とす
る請求項１記載の酸化シリコン系誘電体膜の形成方法。
【請求項７】前記有機シラン化合物としてモノメチル
シラン、前記酸化剤として過酸化水素を用いることを特
徴とする請求項６記載の酸化シリコン系誘電体膜の形成
方法。