JPH1064899A - プラズマcvd絶縁膜およびその形成方法 - Google Patents
プラズマcvd絶縁膜およびその形成方法Info
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- JPH1064899A JPH1064899A JP8216286A JP21628696A JPH1064899A JP H1064899 A JPH1064899 A JP H1064899A JP 8216286 A JP8216286 A JP 8216286A JP 21628696 A JP21628696 A JP 21628696A JP H1064899 A JPH1064899 A JP H1064899A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】プラズマCVD絶縁膜およびその形成方法にお
いて、低比誘電率であるとともに信頼性向上のための耐
湿性を得るためにシリコンを主材としフッ素および炭素
が適宜に含む絶縁膜を得る。 【解決手段】プラズマCVD絶縁膜であるフッ素含有プ
ラズマ酸化膜を形成するために、例えば、プラズマCV
D装置に供給するガス構成をSiH4 ,O2 ,CF4 ,
Arガスに加えCO2 ガスを添加することにより、炭
素,フッ素を独立に制御し適正なフッ素濃度,炭素濃度
を得ている。
いて、低比誘電率であるとともに信頼性向上のための耐
湿性を得るためにシリコンを主材としフッ素および炭素
が適宜に含む絶縁膜を得る。 【解決手段】プラズマCVD絶縁膜であるフッ素含有プ
ラズマ酸化膜を形成するために、例えば、プラズマCV
D装置に供給するガス構成をSiH4 ,O2 ,CF4 ,
Arガスに加えCO2 ガスを添加することにより、炭
素,フッ素を独立に制御し適正なフッ素濃度,炭素濃度
を得ている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置におけ
る配線層間に介在するプラズマCVD絶縁膜およびその
形成方法に関する。
る配線層間に介在するプラズマCVD絶縁膜およびその
形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路は微細化が進んで
おり、特に、論理回路においての多層配線では、その傾
向が顕著に見うけられる。多層配線のメタル間隔が微細
になってくると、その隣接する配線間容量が大きくなっ
てしまい電気信号のスピードの低下を招いたり、クロス
トーク(他の信号ノイズとして影響を与える現象)の不
良が発生する。その対策の1つとして配線層間の絶縁膜
の低比誘電率化があり、最近では、従来使用していたプ
ラズマ化学気相成長法(以下P−CVD法という)のプ
ラズマシリコン酸化膜(以下P−SiO2 膜という)か
らフッ素含有プラズマ酸化膜(以下P−SiOF膜とい
う)への転換により、比誘電率を4.5程度から2.8
〜4.3程度への低下の可能性が報告されている。
おり、特に、論理回路においての多層配線では、その傾
向が顕著に見うけられる。多層配線のメタル間隔が微細
になってくると、その隣接する配線間容量が大きくなっ
てしまい電気信号のスピードの低下を招いたり、クロス
トーク(他の信号ノイズとして影響を与える現象)の不
良が発生する。その対策の1つとして配線層間の絶縁膜
の低比誘電率化があり、最近では、従来使用していたプ
ラズマ化学気相成長法(以下P−CVD法という)のプ
ラズマシリコン酸化膜(以下P−SiO2 膜という)か
らフッ素含有プラズマ酸化膜(以下P−SiOF膜とい
う)への転換により、比誘電率を4.5程度から2.8
〜4.3程度への低下の可能性が報告されている。
【0003】P−SiOF膜は、フッ素濃度を濃くして
いくと低比誘電率化が実現されるが、あまり濃くすると
耐湿性が劣化してしまうという欠点がある。そのため耐
湿性が劣化しないレベルの濃度では比誘電率をそれほど
低下させられない(比誘電率3.3程度)との報告があ
る。この報告は、95 SSDM P157 Flu−
orine Doped SiO2 Low Diel
ectric Con−stant Films in
Sub−Half Micron ULSIMult
ilevel Interconnectionに開示
されている。
いくと低比誘電率化が実現されるが、あまり濃くすると
耐湿性が劣化してしまうという欠点がある。そのため耐
湿性が劣化しないレベルの濃度では比誘電率をそれほど
低下させられない(比誘電率3.3程度)との報告があ
る。この報告は、95 SSDM P157 Flu−
orine Doped SiO2 Low Diel
ectric Con−stant Films in
Sub−Half Micron ULSIMult
ilevel Interconnectionに開示
されている。
【0004】しかしながら、デバイスとしてこのP−S
iOF膜を使用する場合は、平坦化は必須で、そのP−
SiOF膜の平坦化を行なう化学的機械研磨(以下CM
Pという)では、研磨液を使用するためこの耐湿性の問
題が難点となり、その結果、CMPを使用する場合は、
さらにフッ素濃度を低くし結果的に誘電率を上げざるを
得なかった。
iOF膜を使用する場合は、平坦化は必須で、そのP−
SiOF膜の平坦化を行なう化学的機械研磨(以下CM
Pという)では、研磨液を使用するためこの耐湿性の問
題が難点となり、その結果、CMPを使用する場合は、
さらにフッ素濃度を低くし結果的に誘電率を上げざるを
得なかった。
【0005】図4は従来のプラズマCVD絶縁膜および
その形成方法の一例を説明するためのプラズマCVD装
置の模式断面図である。ここで、従来、この種の絶縁膜
であるP−SiOF膜を形成する方法は、例えば、’9
3.SSDM P158 P−reparation
of SiOF Films with Low D−
ielectric Constant by ECR
Plasma Ch−emical Vapar D
epositionに開示されている。
その形成方法の一例を説明するためのプラズマCVD装
置の模式断面図である。ここで、従来、この種の絶縁膜
であるP−SiOF膜を形成する方法は、例えば、’9
3.SSDM P158 P−reparation
of SiOF Films with Low D−
ielectric Constant by ECR
Plasma Ch−emical Vapar D
epositionに開示されている。
【0006】このP−SiOF膜を形成する方法は、ま
ず、使用ガスとしてプラズマ室20へガスノズル17か
らO2 ガスおよびArガスを供給する。そして、ガスノ
ズル18から反応室19へSiF4 ガスを供給する。次
に、プラズマ室20に導入されたマイクロ波とマグネッ
トコイル21の磁場とにより電子サイクロトン共鳴(E
CR)プラズマが形成され、導入されたガスが活性化
し、RF電源部23によりRFバイアス電圧が印加され
た静電チャック22上のウェハ31に埋設性のすぐれた
P−SiOF膜を形成している。
ず、使用ガスとしてプラズマ室20へガスノズル17か
らO2 ガスおよびArガスを供給する。そして、ガスノ
ズル18から反応室19へSiF4 ガスを供給する。次
に、プラズマ室20に導入されたマイクロ波とマグネッ
トコイル21の磁場とにより電子サイクロトン共鳴(E
CR)プラズマが形成され、導入されたガスが活性化
し、RF電源部23によりRFバイアス電圧が印加され
た静電チャック22上のウェハ31に埋設性のすぐれた
P−SiOF膜を形成している。
【0007】このように形成された膜はSi,F,Oで
構成され、F素濃度はSiF4 ガス流量がSiF4 /O
2 比でコントロールできる。しかしながら、SiF4 ガ
スではSiとFをそれぞれ独立にコントロールできない
ため、それほど低濃度のフッ素を含有したP−SiOF
膜が形成できず、耐湿性に劣ってしまうことが考えられ
る。
構成され、F素濃度はSiF4 ガス流量がSiF4 /O
2 比でコントロールできる。しかしながら、SiF4 ガ
スではSiとFをそれぞれ独立にコントロールできない
ため、それほど低濃度のフッ素を含有したP−SiOF
膜が形成できず、耐湿性に劣ってしまうことが考えられ
る。
【0008】この対策として、SiH4 ガスを加えるこ
とによりフッ素をSiと切りはなしコントロールでき比
較的低濃度のフッ素を含有したP−SiOFが形成でき
る形態をとっている例がある。この実施例は、’95.
DUMIC P43のPRE−PARATION OF
SiOF FILMS WITH LOW DI−E
LECTRIC CONSTANT BY ECR P
LASMA CVDに開示されている。しかし、この実
施例の場合は、Si,F,Oに加えHも膜に入り込みS
i−HやSi−OHが形成される可能性が増え、それが
吸湿サイトとしてはたらき耐湿性に劣ってしまうことが
考えられる。すなわち結果的に耐湿性のある条件を見出
すことは非常に難しい。
とによりフッ素をSiと切りはなしコントロールでき比
較的低濃度のフッ素を含有したP−SiOFが形成でき
る形態をとっている例がある。この実施例は、’95.
DUMIC P43のPRE−PARATION OF
SiOF FILMS WITH LOW DI−E
LECTRIC CONSTANT BY ECR P
LASMA CVDに開示されている。しかし、この実
施例の場合は、Si,F,Oに加えHも膜に入り込みS
i−HやSi−OHが形成される可能性が増え、それが
吸湿サイトとしてはたらき耐湿性に劣ってしまうことが
考えられる。すなわち結果的に耐湿性のある条件を見出
すことは非常に難しい。
【0009】図5は従来のプラズマCVD絶縁膜および
その形成方法の他の例を説明するためのプラズマCVD
装置の模式断面図である。また、別のP−SiOF膜の
形成方法として、’93.Dry PROCES SS
ymposiumで発表されたHigh Qualit
y and Low Dielectric Con−
stant SiO2 CVD Using High
Density P−lasmaに開示されている。
その形成方法の他の例を説明するためのプラズマCVD
装置の模式断面図である。また、別のP−SiOF膜の
形成方法として、’93.Dry PROCES SS
ymposiumで発表されたHigh Qualit
y and Low Dielectric Con−
stant SiO2 CVD Using High
Density P−lasmaに開示されている。
【0010】このP−SiOF膜形成方法は、図5の装
置において、使用ガスとしてCF4ガスとO2 ガスをガ
スノズル24からプラズマ室26に供給するとともにT
EOSガスをガスノズル25から反応室27に供給す
る。そして、マグネットコイル29と13.56MHz
のアンテナ28によりヘリコン波プラズマを生成させガ
スを活性化し、静電チャック30上に設置されたウェハ
31上に膜を形成している。
置において、使用ガスとしてCF4ガスとO2 ガスをガ
スノズル24からプラズマ室26に供給するとともにT
EOSガスをガスノズル25から反応室27に供給す
る。そして、マグネットコイル29と13.56MHz
のアンテナ28によりヘリコン波プラズマを生成させガ
スを活性化し、静電チャック30上に設置されたウェハ
31上に膜を形成している。
【0011】この例ではRFバイアスをかけていない
が、RFバイアスをかける実施例も、95Dry PR
OCESS Symposium Improveme
ntin Hygroscopicity of PE
−CVD F−dopedSiO2 に開示されている。
この実施例で形成された膜は、Si,F,H,C,Oで
構成されるがF素濃度はCF4 ガス流量や、他のガスと
の比によりコントロールできる。しかし、CとFとは別
々にコントロールすることはできないので、耐湿性があ
るP一SiOF膜が得られない。
が、RFバイアスをかける実施例も、95Dry PR
OCESS Symposium Improveme
ntin Hygroscopicity of PE
−CVD F−dopedSiO2 に開示されている。
この実施例で形成された膜は、Si,F,H,C,Oで
構成されるがF素濃度はCF4 ガス流量や、他のガスと
の比によりコントロールできる。しかし、CとFとは別
々にコントロールすることはできないので、耐湿性があ
るP一SiOF膜が得られない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置の絶縁膜およびその形成方法では、ガス系がSiF
4 /O2 /Ar系のようにSiとFを独立にコントロー
ルできないことと、SiH4 /O2 /Ar/CF4 系の
ようにCとFを独立にコントロールできないという理由
から、低比誘電率で耐湿性があってしかも耐熱性にすぐ
れる絶縁膜を得られない問題点がある。何となれば、こ
のような絶縁膜が得られない理由を具体的に述べると下
記のとおりである。
装置の絶縁膜およびその形成方法では、ガス系がSiF
4 /O2 /Ar系のようにSiとFを独立にコントロー
ルできないことと、SiH4 /O2 /Ar/CF4 系の
ようにCとFを独立にコントロールできないという理由
から、低比誘電率で耐湿性があってしかも耐熱性にすぐ
れる絶縁膜を得られない問題点がある。何となれば、こ
のような絶縁膜が得られない理由を具体的に述べると下
記のとおりである。
【0013】まず、炭素が耐湿性を向上するはたらきが
あるものの、それを過剰に含ませると耐熱性が劣化する
問題点がある。例えば、炭素濃度が1×1022atom
s/cc以上に過剰に入れられると、上記O2 のかわり
にCO2 を使用した従来例で、たとえばSiH4 /CO
2 /Ar/CF4 の場合は、生成膜が400°の熱処理
に耐えられず、かつ誘電率が高くなってしまう。
あるものの、それを過剰に含ませると耐熱性が劣化する
問題点がある。例えば、炭素濃度が1×1022atom
s/cc以上に過剰に入れられると、上記O2 のかわり
にCO2 を使用した従来例で、たとえばSiH4 /CO
2 /Ar/CF4 の場合は、生成膜が400°の熱処理
に耐えられず、かつ誘電率が高くなってしまう。
【0014】また、上記コントロールをしない場合で
は、ガス系では炭素が不足しているから、たとえば、S
iH4 /O2 /Ar/CF4 のように、CとFが同時に
動いてしまうガスを使用すると、形成される膜の炭素濃
度に対しフッ素濃度が高くなってしまい結果的に耐湿性
に劣ることである。
は、ガス系では炭素が不足しているから、たとえば、S
iH4 /O2 /Ar/CF4 のように、CとFが同時に
動いてしまうガスを使用すると、形成される膜の炭素濃
度に対しフッ素濃度が高くなってしまい結果的に耐湿性
に劣ることである。
【0015】従って、本発明の目的は、低比誘電率であ
るとともに信頼性向上のための耐湿性を得るためにシリ
コンを主材としフッ素および炭素が適宜に含む絶縁膜お
よびその形成方法を提供することである。
るとともに信頼性向上のための耐湿性を得るためにシリ
コンを主材としフッ素および炭素が適宜に含む絶縁膜お
よびその形成方法を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴は、
シリコンを主材としフッ素濃度が4×1021〜1.0×
1022atoms/ccの範囲であるとともに炭素濃度
が3.0×1019〜1.0×1021atoms/ccの
範囲で含むプラズマCVD絶縁膜である。
シリコンを主材としフッ素濃度が4×1021〜1.0×
1022atoms/ccの範囲であるとともに炭素濃度
が3.0×1019〜1.0×1021atoms/ccの
範囲で含むプラズマCVD絶縁膜である。
【0017】本発明の第2の特徴は、シリコン水素化物
ガス,酸素ガス,フロロカーボンガス,アルゴンガスお
よびカーボンオキサイドガスのガス構成をもつガスを供
給しプラズマを発生させ前記ガスを活性化し半導体基板
に前記プラズマCVD絶縁膜を形成するプラズマCVD
絶縁膜の形成方法である。
ガス,酸素ガス,フロロカーボンガス,アルゴンガスお
よびカーボンオキサイドガスのガス構成をもつガスを供
給しプラズマを発生させ前記ガスを活性化し半導体基板
に前記プラズマCVD絶縁膜を形成するプラズマCVD
絶縁膜の形成方法である。
【0018】また、前記ガス構成を、シリコンフッ素化
物ガス,酸素ガス,アルゴンガスおよびカーボンオキサ
イドガスにしても良い。前記アルゴンガスを除いても良
い。さらに、前記カーボンオキサイドのかわりにハイド
ロカーボンガスを含むガスを供給しても良い。そして、
前記フッ素と炭素をを含むガスの流量を別々にコントロ
ールすることが望ましい。
物ガス,酸素ガス,アルゴンガスおよびカーボンオキサ
イドガスにしても良い。前記アルゴンガスを除いても良
い。さらに、前記カーボンオキサイドのかわりにハイド
ロカーボンガスを含むガスを供給しても良い。そして、
前記フッ素と炭素をを含むガスの流量を別々にコントロ
ールすることが望ましい。
【0019】また、他のガス構成として、前記シリコン
水素化物ガスをSiH4 ,Si2 H6 ,TEFS,Si
H2 Cl2 のいずれか一つまたは複数の組合せとし、前
記フロロカーボンガスをCF4 ,C2 F6 ,CHF3 ,
C4 F8 のいずれか一つまたは複数の組合せとすること
である。さらに、前記シリコンフッ素化物をSiF4,
TEOS,フッ素含有有機シリコン化合物のいずれか1
つまたは複数の組合せとし、前記カーボンオキサイドガ
スの代りにハイドロカーボンガスを含むガスにしても良
い。
水素化物ガスをSiH4 ,Si2 H6 ,TEFS,Si
H2 Cl2 のいずれか一つまたは複数の組合せとし、前
記フロロカーボンガスをCF4 ,C2 F6 ,CHF3 ,
C4 F8 のいずれか一つまたは複数の組合せとすること
である。さらに、前記シリコンフッ素化物をSiF4,
TEOS,フッ素含有有機シリコン化合物のいずれか1
つまたは複数の組合せとし、前記カーボンオキサイドガ
スの代りにハイドロカーボンガスを含むガスにしても良
い。
【0020】また、前記ハイドロカーボンガスをC2 H
2 ,CH4 ,C2 H6 ,C3 H8 のいずれか1つにし、
その他のシリコン水素化物ガス,フロロカーボンガス,
またはシリコンフッ素化物ガスをSiH4 ,Si
2 H6 ,TEOS,SiH2 Cl2のいずれか一つまた
は複数の組合せとしあるいはSiF4 ,TEOS,フッ
素含有有機シリコン化合物のいずれか1つまたは複数の
組合せとする。
2 ,CH4 ,C2 H6 ,C3 H8 のいずれか1つにし、
その他のシリコン水素化物ガス,フロロカーボンガス,
またはシリコンフッ素化物ガスをSiH4 ,Si
2 H6 ,TEOS,SiH2 Cl2のいずれか一つまた
は複数の組合せとしあるいはSiF4 ,TEOS,フッ
素含有有機シリコン化合物のいずれか1つまたは複数の
組合せとする。
【0021】また、前記シリコンフッ素化物ガス,酸素
ガス,アルゴンガスおよびカーボンオキサイドガスのガ
ス構成をもつガスを前記ガス構成にシリコン水素化合物
ガスを添加しても良い。さらに、前記シリコン水素化物
ガスをSiH4 ,Si2 H6,TEOS,SiH2 Cl
2 のいずれか1つまたは複数の組み合せとすることが良
い。
ガス,アルゴンガスおよびカーボンオキサイドガスのガ
ス構成をもつガスを前記ガス構成にシリコン水素化合物
ガスを添加しても良い。さらに、前記シリコン水素化物
ガスをSiH4 ,Si2 H6,TEOS,SiH2 Cl
2 のいずれか1つまたは複数の組み合せとすることが良
い。
【0022】一方、前記プラズマを発生させるプラズマ
源は電子サイクロトン共鳴プラズマ、誘導結合プラズマ
あるいはヘリコン波プラズマ等の高密度プラズマ源であ
ることが望ましい。さらに、前記プラズマ源に加えて高
周波バイアス電圧を被成膜基板側に印加することが望ま
しい。
源は電子サイクロトン共鳴プラズマ、誘導結合プラズマ
あるいはヘリコン波プラズマ等の高密度プラズマ源であ
ることが望ましい。さらに、前記プラズマ源に加えて高
周波バイアス電圧を被成膜基板側に印加することが望ま
しい。
【0023】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【0024】図1は本発明の一実施の形態におけるプラ
ズマCVD絶縁膜を説明するためのフッ素濃度と炭素濃
度による絶縁膜の耐湿度を示すグラフである。ここで、
この発明に至るまでのCとFの濃度と耐湿性について我
々の実験結果を言及すると、フッ素濃度が濃くなってい
くと、図1に示すように、耐湿性が悪くなり、例えば、
1.0×1022atoms/cc程度のフッ素濃度で形
成されたSiOF膜は、100時間のPCT(プレッシ
ャクッカーテスト)処理後にフーリェ変換赤外分光法に
より測定すると、27パーセント(任意単位)のSi−
H−O−Hの吸収が見られる。また、炭素濃度が濃くな
ると耐湿性が良くなり約1.0×1021atoms/c
c程度であれば、PE−TEOS以上の13パーセント
(任意単位)の耐湿性をもつことが実験より確認されて
いる。しかしながら、耐熱性では、炭素濃度が1.0×
1021atoms/ccになると、その形成されたSi
OF膜は、400℃の熱処理で膜質が変化してしまい、
誘電率の高くなってしまうことが確認されている。
ズマCVD絶縁膜を説明するためのフッ素濃度と炭素濃
度による絶縁膜の耐湿度を示すグラフである。ここで、
この発明に至るまでのCとFの濃度と耐湿性について我
々の実験結果を言及すると、フッ素濃度が濃くなってい
くと、図1に示すように、耐湿性が悪くなり、例えば、
1.0×1022atoms/cc程度のフッ素濃度で形
成されたSiOF膜は、100時間のPCT(プレッシ
ャクッカーテスト)処理後にフーリェ変換赤外分光法に
より測定すると、27パーセント(任意単位)のSi−
H−O−Hの吸収が見られる。また、炭素濃度が濃くな
ると耐湿性が良くなり約1.0×1021atoms/c
c程度であれば、PE−TEOS以上の13パーセント
(任意単位)の耐湿性をもつことが実験より確認されて
いる。しかしながら、耐熱性では、炭素濃度が1.0×
1021atoms/ccになると、その形成されたSi
OF膜は、400℃の熱処理で膜質が変化してしまい、
誘電率の高くなってしまうことが確認されている。
【0025】そこで、本発明は、このような実験結果か
ら、導入されるガスをF、C、OおよびSiがコントロ
ールができるよう構成にすれば、所望の低誘電率で耐湿
性の高く所要の耐熱性のあるプラズマCVD酸化膜が得
られると確信し、後述するような種々のガス構成にし、
それぞれのガスの流量を変えプラズマCVD絶縁膜を形
成し、誘電率と耐湿性の実験を行ない、耐湿度や誘電率
および耐熱性にすぐれた膜となる酸化膜のフッ素および
炭素濃度を求めてみた。その結果、フッ素の濃度が4×
1021atoms/cc〜1.0×1022atoms/
ccであり、炭素の濃度が3.0×1019〜1.0×1
021atoms/ccの範囲であることが判明した。
ら、導入されるガスをF、C、OおよびSiがコントロ
ールができるよう構成にすれば、所望の低誘電率で耐湿
性の高く所要の耐熱性のあるプラズマCVD酸化膜が得
られると確信し、後述するような種々のガス構成にし、
それぞれのガスの流量を変えプラズマCVD絶縁膜を形
成し、誘電率と耐湿性の実験を行ない、耐湿度や誘電率
および耐熱性にすぐれた膜となる酸化膜のフッ素および
炭素濃度を求めてみた。その結果、フッ素の濃度が4×
1021atoms/cc〜1.0×1022atoms/
ccであり、炭素の濃度が3.0×1019〜1.0×1
021atoms/ccの範囲であることが判明した。
【0026】図2は本発明の一実施の形態におけるプラ
ズマCVD絶縁膜の形成方法を説明するためのプラズマ
CVD装置の模式断面図である。この低誘電率であって
耐湿性がある絶縁膜を形成するために、本発明は図2に
示すマイクロ波ECRプラズマCVD装置を使用してバ
イアスECR−CVD法で絶縁膜を形成してみた。この
装置による絶縁膜の形成方法について以下に説明する。
ズマCVD絶縁膜の形成方法を説明するためのプラズマ
CVD装置の模式断面図である。この低誘電率であって
耐湿性がある絶縁膜を形成するために、本発明は図2に
示すマイクロ波ECRプラズマCVD装置を使用してバ
イアスECR−CVD法で絶縁膜を形成してみた。この
装置による絶縁膜の形成方法について以下に説明する。
【0027】まず、ガス構成をF、C、OおよびSiが
コントロールができるように、SiH4 /O2 /Ar/
CF4 /CO2 とし、プラズマ室7への第1のノズル1
よりO2 を75〜100SCCM導入し、反応室6へは
第2のノズル2によりSiH4 40〜50SCCM,C
F4 10〜20SCCM,Ar0〜100SCCM、C
O2 :5〜10SCCMをそれぞれ導入した。そして、
245GHzのマイクロ波をプラズマ室7に20KWの
パワーでガスを活性化し、マグネットコイル5により反
応室6に供給し、その上、静電チャック3にRF電源部
4を設置し、1.0〜1.5KWのバイアスかけ静電チ
ャック3上のウェハ31にP−SiOF膜を形成した。
コントロールができるように、SiH4 /O2 /Ar/
CF4 /CO2 とし、プラズマ室7への第1のノズル1
よりO2 を75〜100SCCM導入し、反応室6へは
第2のノズル2によりSiH4 40〜50SCCM,C
F4 10〜20SCCM,Ar0〜100SCCM、C
O2 :5〜10SCCMをそれぞれ導入した。そして、
245GHzのマイクロ波をプラズマ室7に20KWの
パワーでガスを活性化し、マグネットコイル5により反
応室6に供給し、その上、静電チャック3にRF電源部
4を設置し、1.0〜1.5KWのバイアスかけ静電チ
ャック3上のウェハ31にP−SiOF膜を形成した。
【0028】なお、この膜のF素濃度はCF4 の流量ま
たは(O2 +CO2 )/SiH4 比で決定される。ま
た、炭素濃度はCO2 +CF4 流量によりコントロール
できる。すなわち、フッ素と炭素は独立のコントロール
ができる。ガス流量,マイクロ波パワー,RFパワーを
前記とすることで適正なフッ素濃度、炭素濃度の組み合
わせにより、フッ素濃度7×1021atoms/cc、
炭素濃度3×1020atoms/ccが得られた。この
ガス系は、フッ素をCF4 ガスで、炭素をCO2+CF
4 ガスでCとFを独立として動かせるため容易にこの濃
度のP−SiOF膜の形成を実現できることが分かる。
その結果、低比誘電率3.0でCMPに耐え得る耐湿性
がありかつ耐熱性がある炭素およびフッ素含有のプラズ
マ酸化膜が得られた。
たは(O2 +CO2 )/SiH4 比で決定される。ま
た、炭素濃度はCO2 +CF4 流量によりコントロール
できる。すなわち、フッ素と炭素は独立のコントロール
ができる。ガス流量,マイクロ波パワー,RFパワーを
前記とすることで適正なフッ素濃度、炭素濃度の組み合
わせにより、フッ素濃度7×1021atoms/cc、
炭素濃度3×1020atoms/ccが得られた。この
ガス系は、フッ素をCF4 ガスで、炭素をCO2+CF
4 ガスでCとFを独立として動かせるため容易にこの濃
度のP−SiOF膜の形成を実現できることが分かる。
その結果、低比誘電率3.0でCMPに耐え得る耐湿性
がありかつ耐熱性がある炭素およびフッ素含有のプラズ
マ酸化膜が得られた。
【0029】また、この膜が施されたウェハを熱処理炉
に入れ、アニール温度400°,処理10分,N2 処理
を施してもフーリェ変換赤外分光法(以下FTIRスペ
クトルと記す)に変化がなく、かつ、1ケ月間放置後も
FTIRスペクトルによるSi−OHの吸収H−OHの
吸収はほとんどなかった。
に入れ、アニール温度400°,処理10分,N2 処理
を施してもフーリェ変換赤外分光法(以下FTIRスペ
クトルと記す)に変化がなく、かつ、1ケ月間放置後も
FTIRスペクトルによるSi−OHの吸収H−OHの
吸収はほとんどなかった。
【0030】図3は本発明の他の実施の形態におけるプ
ラズマCVD絶縁膜の形成方法を説明するためのプラズ
マCVD装置の模式断面図である。次に、図3の化学気
相成長装置であるヘリコン波プラズマCVD装置を使用
してP一SiOF膜の形成方法を説明する。
ラズマCVD絶縁膜の形成方法を説明するためのプラズ
マCVD装置の模式断面図である。次に、図3の化学気
相成長装置であるヘリコン波プラズマCVD装置を使用
してP一SiOF膜の形成方法を説明する。
【0031】まず、それぞれのガス分子がコントロール
し易いように、SiF4 /O2 /Ar/CO2 のガス構
成とし、プラズマ室13に第1のガスノズル8からO2
およびArを供給し、第2のガスノズル9から反応室1
2にSiF4 そしてCO2 ガスを供給する。そして、石
英チューブ15を介して導入される13.56MHzの
アンテナ14のヘリコン波とマグネットコイル11の磁
場によるプラズマを発生させ導入されたガスを活性化
し、静電チャック10上のウエハ31にP−SiOF膜
を形成する。この膜のF素濃度はSiF4 流量もしく
は、その他のガスO2 +CO2 との比で決定される。ま
た炭素濃度はCO2 流量により決定される。すなわちフ
ッ素と炭素は独立なコントロールができる。このガス構
成により前述の実施の形態と同様に適正なフッ素濃度,
適正な炭素濃度のP−SiOF膜の形成が実現できた。
し易いように、SiF4 /O2 /Ar/CO2 のガス構
成とし、プラズマ室13に第1のガスノズル8からO2
およびArを供給し、第2のガスノズル9から反応室1
2にSiF4 そしてCO2 ガスを供給する。そして、石
英チューブ15を介して導入される13.56MHzの
アンテナ14のヘリコン波とマグネットコイル11の磁
場によるプラズマを発生させ導入されたガスを活性化
し、静電チャック10上のウエハ31にP−SiOF膜
を形成する。この膜のF素濃度はSiF4 流量もしく
は、その他のガスO2 +CO2 との比で決定される。ま
た炭素濃度はCO2 流量により決定される。すなわちフ
ッ素と炭素は独立なコントロールができる。このガス構
成により前述の実施の形態と同様に適正なフッ素濃度,
適正な炭素濃度のP−SiOF膜の形成が実現できた。
【0032】この実施例の他にもガスの組み合わせは考
えられる。すなわち、前述の実施の形態におけるガス構
成にこの実施例のものも含めると、SiF4 /O2 /A
r/CO2 と、それにSiH4 を加えたもの、CO2 の
かわりにCOまたはCH4 ,C2 H6 C4 H8 のいずれ
かまたはその組合せ、Arをなしにしたものなど、これ
らの組み合わせいずれてもよい。
えられる。すなわち、前述の実施の形態におけるガス構
成にこの実施例のものも含めると、SiF4 /O2 /A
r/CO2 と、それにSiH4 を加えたもの、CO2 の
かわりにCOまたはCH4 ,C2 H6 C4 H8 のいずれ
かまたはその組合せ、Arをなしにしたものなど、これ
らの組み合わせいずれてもよい。
【0033】また、SiH4 /O2 /Ar/CF4 /C
O2 とCO2 のかわりにCOまたはC2 H2 ,CH4 ,
C2 H6 ,C3 H8 のいずれかまたはその組合せたも
の、Arをなしにしたものなどの組み合わせのいずれで
もよい。さらに、前記の全てのSiH4 のかわりにTE
OSにおきかえてもよい。また前記のCF4 ガスのかわ
りにC2 F6 ,C3 F8 ,C4 F8 CHF3 におきかえ
てもよい。また、SiF4 のかわりにTEFSまたはF
ASi−4,FASi−6を使用してもよい。
O2 とCO2 のかわりにCOまたはC2 H2 ,CH4 ,
C2 H6 ,C3 H8 のいずれかまたはその組合せたも
の、Arをなしにしたものなどの組み合わせのいずれで
もよい。さらに、前記の全てのSiH4 のかわりにTE
OSにおきかえてもよい。また前記のCF4 ガスのかわ
りにC2 F6 ,C3 F8 ,C4 F8 CHF3 におきかえ
てもよい。また、SiF4 のかわりにTEFSまたはF
ASi−4,FASi−6を使用してもよい。
【0034】なお、ガスの導入に関しては、Arガスは
プラズマ室13に導入した例を記述したが、反応室12
に導入してもよい、また、CF4 ガスCOxまたはCx
Hyガスはプラズマ室13または反応室12のいずれに
導入してもよいが、反応室12からの方がプラズマ室1
3の汚れを防ぐ点ですぐれている。
プラズマ室13に導入した例を記述したが、反応室12
に導入してもよい、また、CF4 ガスCOxまたはCx
Hyガスはプラズマ室13または反応室12のいずれに
導入してもよいが、反応室12からの方がプラズマ室1
3の汚れを防ぐ点ですぐれている。
【0035】一方、プラズマ発生源に関しては、13.
56MHzの周波数を開いた平行平板のCVD法、1
3.56MHzと400KHzの2周波を用いた平行平
板のCVD法,2.45GHzの高密度プラズマ用いた
ECR−CVD法,誘導結合プラズマであるICP−C
VD法,ヘリコン波CVD法さらにそれに13.56M
Hzのバイアスを加えたもののいずれか1つで行うこと
が良いが、ICP、ECRあるいはヘリコン波による高
密度プラズマCVD法が望ましい。
56MHzの周波数を開いた平行平板のCVD法、1
3.56MHzと400KHzの2周波を用いた平行平
板のCVD法,2.45GHzの高密度プラズマ用いた
ECR−CVD法,誘導結合プラズマであるICP−C
VD法,ヘリコン波CVD法さらにそれに13.56M
Hzのバイアスを加えたもののいずれか1つで行うこと
が良いが、ICP、ECRあるいはヘリコン波による高
密度プラズマCVD法が望ましい。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、フッ素濃
度および炭素濃度を容易にコントラーロールできる供給
ガス構成とし、この供給されるガスの流量を適宜設定し
プラズマで活性化し膜を形成することによって、適切な
フッ素および炭素濃度を含ませる膜質が得られるので、
低誘電でしかも耐湿性がありかつ耐熱性にすぐれた絶縁
膜が得られ、このような絶縁膜を形成することによっ
て、配線層におけるクロストークが起きなくなり、CM
Pによる平坦化にも問題が無く適用ができるという効果
がある。
度および炭素濃度を容易にコントラーロールできる供給
ガス構成とし、この供給されるガスの流量を適宜設定し
プラズマで活性化し膜を形成することによって、適切な
フッ素および炭素濃度を含ませる膜質が得られるので、
低誘電でしかも耐湿性がありかつ耐熱性にすぐれた絶縁
膜が得られ、このような絶縁膜を形成することによっ
て、配線層におけるクロストークが起きなくなり、CM
Pによる平坦化にも問題が無く適用ができるという効果
がある。
【図1】本発明の一実施の形態におけるプラズマCVD
絶縁膜を説明するためのフッ素濃度と炭素濃度による絶
縁膜の耐湿度を示すグラフである。
絶縁膜を説明するためのフッ素濃度と炭素濃度による絶
縁膜の耐湿度を示すグラフである。
【図2】本発明の一実施の形態におけるプラズマCVD
絶縁膜の形成方法を説明するためのプラズマCVD装置
の模式断面図である。
絶縁膜の形成方法を説明するためのプラズマCVD装置
の模式断面図である。
【図3】本発明の他の実施の形態におけるプラズマCV
D絶縁膜の形成方法を説明するためのプラズマCVD装
置の模式断面図である。
D絶縁膜の形成方法を説明するためのプラズマCVD装
置の模式断面図である。
【図4】従来のプラズマCVD絶縁膜およびその形成方
法の一例を説明するためのプラズマCVD装置の模式断
面図である。
法の一例を説明するためのプラズマCVD装置の模式断
面図である。
【図5】従来のプラズマCVD絶縁膜およびその形成方
法の他の例を説明するためのプラズマCVD装置の模式
断面図である。
法の他の例を説明するためのプラズマCVD装置の模式
断面図である。
1,8 第1のガスノズル 2,9 第2のガスノズル 3,10,22,30 静電チャック 4,23 RF電源部 5,11,21,29 マグネットコイル 6,12,19,27 反応室 7,13,20,26 プラズマ室 15 石英チューブ 28 アンテナ 31 ウェハ
Claims (13)
- 【請求項1】 シリコンを主材としフッ素濃度が4×1
021〜1.0×1022atoms/ccの範囲であると
ともに炭素濃度が3.0×1019〜1.0×1021at
oms/ccの範囲で含むことを特徴とするプラズマC
VD絶縁膜。 - 【請求項2】 シリコン水素化物ガス,酸素ガス,フロ
ロカーボンガス,アルゴンガスおよびカーボンオキサイ
ドガスのガス構成をもつガスを供給しプラズマを発生さ
せ前記ガスを活性化し半導体基板に請求項1記載のプラ
ズマCVD絶縁膜を形成することを特徴とするプラズマ
CVD絶縁膜の形成方法。 - 【請求項3】 シリコンフッ素化物ガス,酸素ガス,ア
ルゴンガスおよびカーボンオキサイドガスのガス構成を
もつガスを供給しプラズマを発生させ前記ガスを活性化
し半導体基板に請求項1記載のプラズマCVD絶縁膜を
形成することを特徴とするプラズマCVD絶縁膜の形成
方法。 - 【請求項4】 前記請求項2および3記載のアルゴンガ
スを除くガスを供給することを特徴とする請求項2およ
び3記載のプラズマCVD絶縁膜の形成方法。 - 【請求項5】 前記請求項2および3に記載のカーボン
オキサイドのかわりにハイドロカーボンガスを含むガス
を供給することを特徴とした請求項2および3ならびに
4記載のプラズマCVD絶縁膜の形成方法。 - 【請求項6】 請求項2〜5記載のガスにフッ素と炭素
をを含むガスの流量を別々にコントロールすることを特
徴とする請求項2〜5記載のプラズマCVD絶縁膜の形
成方法。 - 【請求項7】 請求項2記載のシリコン水素化物ガスを
SiH4 ,Si2 H6 ,TEOS,SiH2 Cl2 のい
ずれか一つまたは複数の組合せとし、請求項2記載のフ
ロロカーボンガスをCF4 ,C2 F6 ,CHF3 ,C4
F8 のいずれか一つまたは複数の組合せとすることを特
徴とする請求項2および4ならびに5記載のプラズマC
VD絶縁膜の形成方法。 - 【請求項8】 前記請求項3記載のシリコンフッ素化物
をSiF4 ,TEFS,フッ素含有有機シリコン化合物
のいずれか1つまたは複数の組合せとし、請求項3のカ
ーボンオキサイドガスの代りに請求項7に記載のものと
することを特徴とする請求項3および4ならびに5と6
記載のプラズマCVD絶縁膜の形成方法 - 【請求項9】 請求項5記載のハイドロカーボンガスを
C2 H2 ,CH4 ,C2 H6 ,C3 H8 のいずれか1つ
にし、その他のシリコン水素化物ガス,フロロカーボン
ガス,またはシリコンフッ素化物ガスを請求項7または
8に記載のものとすることを特徴とする請求項5記載の
プラズマCVD絶縁膜の形成方法。 - 【請求項10】 請求項3記載のガス構成にシリコン水
素化合物ガスを添加することを特徴とする請求項3、
4、5、6、8および9記載のプラズマCVD絶縁膜の
形成方法。 - 【請求項11】 請求項10記載のシリコン水素化物ガ
スをSiH4 ,Si2 H6 ,TEOS,SiH2 Cl2
のいずれか1つまたは複数の組み合せとすることを特徴
とする請求項10記載のプラズマCVD絶縁膜の形成方
法 - 【請求項12】 前記プラズマを発生させるプラズマ源
は電子サイクロトン共鳴プラズマ、誘導結合プラズマあ
るいはヘリコン波プラズマ等の高密度プラズマ源である
ことを特徴とする請求項1〜11記載のプラズマCVD
絶縁膜の形成方法。 - 【請求項13】 請求項12のプラズマ源に加えて高周
波バイアス電圧を被成膜基板側に印加することを特徴と
する請求項12記載のプラズマCVD絶縁膜の形成方
法。
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