JPH1092802A

JPH1092802A - 誘電体膜の製造方法

Info

Publication number: JPH1092802A
Application number: JP24755896A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hasegawa; 利昭長谷川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 1998-04-10
Anticipated expiration: 2016-09-19
Also published as: JP3521645B2

Abstract

(57)【要約】【課題】回転塗布法では、基板の大口径化により、ま
た基板上のパターンに依存することにより、塗布膜厚の
均一性の確保が困難であり、また塗布膜中の溶媒を蒸発
させる際に発生するボイドによって膜質の悪化をきたし
ている。【解決手段】誘電体材料を溶媒に溶かした液体原料５
１を、この溶媒と同種の気化した溶媒５２とともに、溶
媒の沸点以上誘電体材料の熱分解温度よりも低い範囲の
温度にした基板１０の表面に導入して、基板１０の表面
で溶媒を蒸発させながら液体原料中の誘電体材料を堆積
させて誘電体膜を形成する方法であり、液体原料５１は
ミスト状にした状態または気化した状態で基板１０の表
面に導入されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体膜の製造方
法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
速化等の要求にともない、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一般の低誘電体材料は、炭素原
子やフッ素原子を含有することで誘電率を下げており、
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体材料は、有機ＳＯ
Ｇ（比誘電率＝３．０〜３．５程度）、ポリイミド（比
誘電率＝３．０〜３．５程度）、ポリパラキシリレン
（比誘電率＝２．４程度）などが有名である。これらの
材料は、炭素原子、いわゆるアルキル基を含むことで
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言われてい
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有し
ている。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
レンはベンゼン環のポリマーとなることで、それぞれ耐
熱性を有している。

【０００４】これらの材料を用いた成膜方法は、一般に
回転塗布法や真空蒸着法が用いられている。半導体装置
の製造には、最近の微細化および基板の大口径化にとも
ない、制御のし易い化学的気相成長（以下、ＣＶＤとい
う、ＣＶＤはChemical Vapour Depositionの略〕法が一
般に用いられている。ところが上記のような低誘電体材
料からなる低誘電率有機膜は、半導体装置の製造プロセ
スに使用するには耐熱性が低いため、複雑な環状構造な
どの耐熱構造を持たなくてはならない。そのため、構成
分子のモノマーだけを導入するＣＶＤ法でこの耐熱構造
を合成することは困難である。そこで、予め一般の化学
合成法によって耐熱構造を形成しておき、それを分解し
ないようにして、回転塗布法で形成するのが一般的にな
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転塗
布法は、基板上に材料を一度に供給し、その基板を２０
００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍという高速回転によって均
一に基板面内に広げるという方法である。そのため、半
導体基板の大口径化によって、塗布膜厚の均一性の確保
が困難になってきている。また、微細なパターンへの埋
め込みに対しても、材料中の溶媒を蒸発させるときの放
出ガスによって、膜にいわゆるボイドが発生して、膜質
を悪化させるという問題が顕在化してきている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた誘電体膜の製造方法である。すな
わち、第１の方法は、低い誘電率を有する誘電体材料を
溶媒に溶かして液体原料を生成し、その溶媒と同種の気
化した溶媒とともに上記液体原料を、溶媒の沸点以上誘
電体材料の熱分解温度よりも低い範囲の温度にした基板
表面に導入して、この基板表面に上記誘電体材料からな
る誘電体膜を形成することにより、課題の解決を図ると
いう誘電体膜の製造方法である。

【０００７】上記第１の方法では、誘電体材料を溶媒に
溶かして液体原料を生成し、その溶媒と同種の気化した
溶媒とともに上記液体原料を基板表面に供給することか
ら、基板表面に到達するまで気化した溶媒によって液体
原料は固化することはない。そして固化することなく基
板表面に供給された液体原料は、その基板が溶媒の沸点
以上誘電体材料の熱分解温度よりも低い温度に保たれて
いるため、基板表面に到達した気化した溶媒および液体
原料のうち、溶媒は蒸発する。その結果、溶媒が蒸発し
た液体原料、すなわち誘電体材料からなる誘電体膜が形
成される。

【０００８】もし、基板温度が溶媒の沸点よりも低い温
度の場合には、基板表面に到達した溶媒は液体状態で存
在することになり、基板表面に到達した誘電体材料は溶
媒に溶けた液体原料状態で存在することになる。そのた
め、そのままでは誘電体材料からなる誘電体膜は形成さ
れない。また、基板温度が誘電体材料の熱分解温度以上
になると、基板の被成膜表面に到達した液体原料のう
ち、溶媒は蒸発し、誘電体材料は熱分解される。そのた
め、誘電体材料からなる誘電体膜は形成されない。

【０００９】第２の方法は、低い誘電率を有する誘電体
材料を溶媒に溶かして液体原料を生成し、その溶媒と同
種の気化した溶媒とともに上記液体原料を、溶媒の凝固
点よりも高く沸点よりも低い範囲の温度にした基板表面
に導入して、この基板表面に上記誘電体材料を溶媒に溶
かして液体原料からなる膜を形成するという誘電体膜の
製造方法である。なお、この第２の方法では、上記膜を
形成した後、アニーリングによって上記膜から溶媒を蒸
発させて誘電体材料からなる誘電体膜を形成することに
なる。

【００１０】上記第２の方法では、誘電体材料を溶媒に
溶かして液体原料を生成し、その溶媒と同種の気化した
溶媒とともに上記液体原料を基板表面に供給することか
ら、基板表面に到達するまで気化した溶媒によって液体
原料は固化することはない。そして固化することなく基
板表面に供給された液体原料は、その基板が溶媒の凝固
点よりも高く沸点よりも低い範囲の温度に保たれている
ため、基板表面に到達した気化した溶媒および液体原料
のうち、溶媒は上記第１の方法よりも結露し易くなる。
その結果、基板表面には溶媒に溶かした液体原料の膜が
短時間に形成される。

【００１１】もし、基板温度が溶媒の凝固点以下の場合
には、基板表面に到達した溶媒は凝固するため、均一な
成膜が困難になる。また、基板温度が沸点以上になる
と、溶媒が基板表面で結露しないため、成膜速度が遅く
なる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の誘電体膜の製造方法に用
いる成膜装置の一例を、図１の概略構成図によって説明
する。なお、図面中、矢印は液体および気体の流れる方
向を示している。

【００１３】図１に示すように、成膜装置１は、以下の
ように構成されている。すなわち、成膜を行うチャンバ
２１が備えられている。このチャンバ２１の内部には、
基板１０を載置するためのステージ２２が備えられ、こ
のステージ２２の上方で対抗する位置には基板１０の表
面に気体（ミストを含む場合もある）を供給するための
シャワーヘッド２３が設けられている。このシャワーヘ
ッド２３にはチャンバ２１の外部から導入されている配
管２４，２５の一端側が接続されている。そして上記配
管２４の他端側にはミスト発生器２６が接続され、この
ミスト発生器２６には配管２７を介して溶媒気化器２８
が接続されている。また他方の配管２５の他端側には液
体原料以外の気体原料の供給部２９が接続されている。

【００１４】上記溶媒気化器２８には、第１流量計３１
を介して溶媒タンク３２が接続されている。この第１流
量計３１は例えば液体質量流量計からなる。そして上記
溶媒タンク３２にはその内部を加圧するための不活性な
ガスを導入するための第１ガス配管３３が接続されてい
る。上記ミスト発生器２６には、第２流量計３４を介し
て原料タンク３５が接続されている。この第２流量計３
４は例えば液体質量流量計からなる。そして上記原料タ
ンク３５にはその内部に貯蔵されている原料（図示省
略）（液体）を加圧するための不活性なガスを導入する
ための第２ガス配管３６が接続されている。そして、上
記配管２４，２７は気化されたものを通すために加熱さ
れていることが望ましい。そのため、配管２４，２７の
各周囲には、加熱器（図示省略）が設けられている。

【００１５】また、上記チャンバ２１には、このチャン
バ２１内のガスを排出するための排気管４１の一端側が
接続され、その排気管４１の他端側にはトラップ４２が
設けられている。そのトラップ４２には排気ポンプ（図
示省略）に接続する排気管４３が接続されている。この
ように、成膜装置１は構成されている。

【００１６】上記ミスト発生器２６のように液体をミス
ト化する技術は、超音波を用いる方法が一般に知られて
いる。その代表例として加湿器がある。このとき使用さ
れる超音波は、０．３Ｗ／ｃｍ²程度以上のもので、こ
れにより、空洞現象によっていわゆるミクロな気泡が発
生し、液体をミスト状にすることが可能になる。このよ
うに超音波によるミスト化は、液体に与えるエネルギー
が低いため、前述の有機膜の耐熱構造を破壊することが
ない。

【００１７】次に、上記成膜装置１を用いて誘電体膜を
製造する方法を、第１実施形態として以下に説明する。

【００１８】原料タンク３５内には、誘電体膜となる誘
電体材料を溶媒に溶かした液体原料５１が貯蔵されてい
る。一方溶媒タンク３２には、上記誘電体材料を溶かす
のに用いたのと同様の溶媒５２が貯蔵されている。ま
ず、第２ガス配管３６を通して加圧したキャリアガス
〔ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ₂）
等を用いるが、不活性なガスであればその種類は問わな
い〕を原料タンク３５内に導入し、この原料タンク３５
内の圧力を高めることによって、原料タンク３５内に貯
蔵されている液体原料５１を第２流量計３４を通してミ
スト発生器２６に供給する。ミスト発生器２６内では、
供給された液体原料５１を溶媒の沸点以上の温度に加熱
して直ちに気化させる。

【００１９】同時に、第１ガス配管３３を通して加圧し
たキャリアガス〔ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａ
ｒ）、窒素（Ｎ₂）等を用いるが、不活性なガスであれ
ばその種類は問わない〕を溶媒タンク３２内に導入し、
この溶媒タンク３２内の圧力を高めることによって、溶
媒タンク３２内に貯蔵されている溶媒５２を第１流量計
３１を通して溶媒気化器２８に供給する。

【００２０】そして溶媒気化器２８によって気化された
溶媒は配管２７を通ってミスト発生器２６に導入され、
ミスト発生器２６によってミスト化された液体原料とと
もに配管２４を通ってシャワーヘッド２３へと輸送され
る。この配管２７，２４は、溶媒の沸点以上の温度に加
熱されているため、溶媒を気化した状態でシャワーヘッ
ド２３に輸送することが可能となっている。

【００２１】そして、ミスト化した液体原料と気化した
溶媒とはシャワーヘッド２３に到達し、そこでほぼ均一
に分散されて基板１０の被成膜表面へほぼ均一に供給さ
れる。そのとき、基板１０の温度は、原料のガラス転移
温度よりも高く原料の熱分解温度よりも低くかつ溶媒の
沸点以上の範囲内に保たれている。そのため、基板１０
の表面に到達した溶媒（液体原料中の溶媒も含む）は蒸
発し、その表面に液体原料中の誘電体材料が堆積され
る。その結果、誘電体材料からなる薄膜が形成される。
これが誘電体膜となる。

【００２２】一方、キャリアガスおよび未反応の液体原
料は、排気ポンプによってチャンバ２１の外部へ排出さ
れる。すなわち、チャンバ２１から排気管４１を通して
排出した気体（ミストを含む）はトラップ４２で液体成
分が取り除かれ、残された気体成分は排気管４３を通し
て排気ポンプにより排出される。

【００２３】上記第１実施形態では、誘電体膜となる誘
電体材料を溶媒に溶かして液体原料５１を生成し、上記
溶媒と同種の溶媒５２を気化させたガスとともにミスト
化した上記液体原料を基板１０の表面に供給することか
ら、気化させた溶媒によってミスト化した液体原料は輸
送の途中で固化することはない。そして固化することな
く基板１０の表面に供給された液体原料は、基板１０上
で広がりながら徐々に溶媒が蒸発し、硬化してゆく。

【００２４】そのときの基板１０の温度は、溶媒の沸点
以上の温度でしかも溶媒が十分に蒸発する原料のガラス
転移温度よりも高くその原料の熱分解温度よりも低い状
態に設定されていることから、基板１０の表面に溶媒と
ともに液体原料が到達すると、溶媒（液体原料中の溶媒
も含む）は到達した順に蒸発する。そのため、基板１０
上には液体原料のうちの誘電体材料が順次堆積されて硬
化しながら薄膜を形成してゆく。その薄膜が誘電体膜と
なる。したがって、膜の厚さに関係なく、基板１０上で
溶媒を十分に蒸発させることが可能になる。なお、基板
温度が熱分解温度を超えると、堆積した誘電体材料が分
解され、所望の誘電体膜を形成することができなくな
る。そのため、基板温度は原料の熱分解温度よりも低い
温度としている。また基板温度が溶媒の沸点より低い温
度であると溶媒が蒸発し難くなる。そのため、基板温度
は溶媒の沸点以上の温度としている。

【００２５】したがって、上記製造方法では、液体原料
が基板１０の表面に堆積するとともに、液体原料中のも
のを含む溶媒が基板１０に到達すると同時に基板１０上
より蒸発するため、基板１０上には液体原料中の誘電体
材料が順次堆積されて誘電体膜を形成することになる。
そのため、従来の回転塗布後のアニーリング時に生じて
いたボイドやストレス変化による膜のクラックなどは、
原理的に生じない。また従来の回転塗布法では、液体原
料を基板の中心から回転によって外側に広げるため、基
板上に形成されたパターンの疎密依存性、形状依存性に
よる平坦化特性への悪影響があったが、上記第１実施形
態の製造方法では、基板１０上に均一に液体原料が供給
されるため、パターンの疎密依存性、形状依存性による
膜の平坦化特性への悪影響は原理的になくなる。

【００２６】次に、前記図１によって説明した成膜装置
１において、液体原料５１を気化させてシャワーヘッド
２３へ供給する場合を以下に説明する。この場合には、
上記成膜装置１のミスト発生器２６を、液体原料５１を
気化させる液体原料気化器（図示省略）に代えればよ
い。

【００２７】次に、液体原料気化器を備えた成膜装置を
用いて、基板１０上に誘電体膜を成膜する方法を、第２
実施形態として以下に説明する。なお、以下の説明で
は、液体原料気化器を除く成膜装置１の構成部品には、
図１で示した符号を付すことにする。

【００２８】まず、前記第１実施形態と同様にして、原
料タンク３５から液体原料５１が第２流量計３４へ送出
され、さらに第２流量計３４から液体原料気化器に液体
原料は導入され、そこで気化される。そして、気化され
た液体原料は、溶媒気化器２８から配管２７を通って導
入される気化された溶媒をキャリアガスとして、配管２
４を通って上記シャワーヘッド２３に供給される。

【００２９】そして気化した液体原料と溶媒とはシャワ
ーヘッド２３に到達し、そこでほぼ均一に分散され、基
板１０の表面へほぼ均一に供給される。そのとき、基板
１０の温度は、原料のガラス転移温度よりも高く原料の
熱分解温度よりも低い温度でかつ溶媒の沸点以上の範囲
内に保たれている。そのため、基板１０の表面に到達し
た溶媒（液体原料中の溶媒も含む）は蒸発し、その表面
には液体原料中の誘電体材料が堆積される。その結果、
誘電体材料からなる薄膜が形成される。これが誘電体膜
となる。

【００３０】一方、キャリアガスおよび未反応の原料
は、排気ポンプによってチャンバ２１の外部へ排出され
る。すなわち、チャンバ２１から排気管４１を通して排
出した気体はトラップ４２で液体成分が取り除かれ、他
の気体成分は排気管４３を通して排気ポンプにより排出
される。

【００３１】上記第２実施形態の製造方法でも、前記第
１実施形態と同様に、液体原料が基板１０の表面に堆積
するとともに、液体原料中のものを含む溶媒が基板１０
に到達すると同時に基板１０上より蒸発するため、基板
１０上には液体原料中の誘電体材料が順次堆積されて誘
電体膜を形成することになる。そのため、従来の回転塗
布後のアニーリング時に生じていたボイドやストレス変
化による膜のクラックなどは、原理的に生じない。また
従来の回転塗布法では、液体原料を基板の中心から回転
によって外側に広げるため、基板上に形成されたパター
ンの疎密依存性、形状依存性による平坦化特性への悪影
響があったが、上記第２実施形態の製造方法では、基板
１０上に均一に液体原料が供給されるため、パターンの
疎密依存性、形状依存性による膜の平坦化特性への悪影
響は原理的になくなる。

【００３２】また、上記第１実施形態および第２実施形
態で説明したように、ミスト発生器２６あるいは液体原
料気化器からチャンバ２１の内部へ、気化した溶媒とと
もに液体原料を輸送するため、その輸送路となる配管２
４はできる限り短く太いほうが望ましい。またシャワー
ヘッド２３内の配管は溶媒の沸点以上に保たれているこ
とが好ましい。このように、液体原料とともに溶媒が通
る各配管の温度はその溶媒の沸点以上に保つことにより
配管内に液体原料が付着して固化し、堆積しないよいう
になる。

【００３３】さらに、不活性なガスにより原料を輸送す
る強誘電率膜の成膜の場合とは異なり、誘電体膜として
低誘電率有機膜の成膜においては、搬送気体として用い
ている溶媒の沸点が一般に原料の分解温度よりも低いの
で、有機膜の耐熱構造を破壊することがないという利点
がある。ただし、強誘電体膜の成膜装置をそのまま流用
すると、ミスト発生器（または液体原料気化器）内や配
管内で成膜現象が起きる。要するに、キャリアガスに不
活性なガスを用いると、ミスト発生器（または液体原料
気化器）内や配管内で液体原料が重合反応を起こすため
に不活性なガスを用いることはできない。そこで、キャ
リアガスとして溶媒の蒸気を用いている。このことによ
り、ミスト発生器（または液体原料気化器）内や配管内
で起きる成膜現象を抑制することが可能になる。すなわ
ち、ミスト発生器、配管等の内部を常に、溶媒を気化さ
せた状態、言い換えれば飽和蒸気圧以上の状態にしてお
き、ミスト発生器、配管等の側壁などに析出した原料
を、結露した溶媒により溶解させながら気化させること
により、ミスト発生器、配管等の内部での成膜を防いで
いる。

【００３４】次に、上記第１実施形態で説明した製造方
法を用いて、誘電体膜として低誘電率有機膜を形成する
具体的な方法を、実施例として以下に説明する。ここで
は一例として、ミスト化装置２６を備えた成膜装置１を
用いた。なお、以下の説明で用いる成膜装置１の構成部
品には、前記図１で示した符号を付記した。

【００３５】液体原料５１には、化学式〔１〕に示す構
造を有するポリテトラフルオロエチレン系樹脂〔デュポ
ン社製：テフロンＡＦ（商品名）（ガラス転移温度＝１
６０℃、熱分解温度＝４００℃）〕をフルオロカーボン
系の溶媒５２〔３Ｍ社製：フロリナート（商品名）〕に
溶解したものを用いた。なお、フロリナートに沸点は、
分子量によるが一般的には１２０℃程度である。

【００３６】

【化１】

【００３７】ミスト化装置２６は、１００℃に保たれ、
１Ｗ／ｃｍ²程度のエネルギー密度の１００ｋＨｚ超音
波を用いて、溶媒に溶かしたテフロンＡＦをミスト化し
た。ミスト発生器２６内の側壁は、配管２４，２７と同
様の温度である２００℃程度に保たれている。キャリア
ガスには溶媒気化器２８で気化させた溶媒としてフロリ
ナートの蒸気を用い、それを液体原料の輸送に用いた。
ミスト発生器２６からシャワーヘッド２３への輸送に
は、毎分１ｄｍ³の溶媒の蒸気を流し、基板１０上に供
給して、低誘電率有機膜を形成した。このとき、基板１
０付近の雰囲気は排気装置（排気ポンプ）により５００
Ｐａ程度に減圧した。また基板１０の温度は１７０℃と
した。さらに液体原料および溶媒の経路でかつトラップ
４２を除く溶媒気化器２８およびミスト発生器２６以降
の部分、例えばチャンバ２１の外壁、シャワーヘッド、
排気管４１，４３等は２００℃程度に保った。

【００３８】その後、成膜した基板１０をアニーリング
した。このアニーリングは、４００℃の窒素ガス雰囲気
（または大気中）で行われ、アニーリング時間は３０分
とした。

【００３９】上記実施例では、テフロンＡＦを用いた
が、その外の原料としては、化学式〔２〕に示す構造を
有するシクロポリマライズドフロリネーテッドポリマー
系樹脂〔例えばサイトップ（商品名）〕、無機ＳＯＧ
（Spin on glass ）、有機ＳＯＧ、ポリイミド、化学式
〔３〕に示す構造を有するフッ化ポリアリルエーテル系
樹脂〔例えばＦＬＡＲＥ（商品名）〕などの材料も使用
することができる。

【００４０】

【化２】

【００４１】

【化３】

【００４２】次に上記説明した実施例を用いて形成され
る低誘電率有機膜を備えた半導体装置の製造方法を、図
２の製造工程図によって説明する。なお、以下の説明で
は、図１に示した成膜装置の構成部品には、図示した符
号を合わせて記すことにした。

【００４３】図２の（１）に示すように、シリコン基板
１１上に第１酸化シリコン膜１２を例えば５００ｎｍの
厚さに形成する。この第１酸化シリコン膜１２は、モノ
シラン（ＳｉＨ₄）と酸素（Ｏ₂）とを原料ガスに用い
た化学的気相成長（以下、ＣＶＤという）法によって形
成される。あるいは、テトラエトキシシラン（ＴＥＯ
Ｓ）と酸素とを原料ガスに用いたプラズマＣＶＤ法によ
って形成される。

【００４４】次いで、上記第１酸化シリコン膜１２上に
金属配線層を形成する。この金属配線層は、例えばスパ
ッタリングによって、例えばシリコンを含むアルミニウ
ム系金属を堆積することにより形成される。続いてリソ
グラフィー技術によって、上記金属配線層上の配線を形
成する領域上にレジストパターンを形成した後、そのレ
ジストパターンをマスクに用いたエッチングによって、
上記金属配線層を加工し、配線１３を形成する。

【００４５】次に上記第１酸化シリコン膜１２上に上記
配線１３を覆う第２酸化シリコン膜１４を例えば１００
ｎｍの厚さに形成する。この第２酸化シリコン膜１４
は、上記第１酸化シリコン膜１２と同様の方法によって
形成される。なお、上記第２酸化シリコン膜１４の膜厚
は、シリコン基板１１上の膜厚であって、配線１３間、
特に配線１３の側壁の膜厚は上記膜厚よりも薄くなって
いる。このようにして基板１０を形成する。

【００４６】次いで図２の（２）に示すように、上記第
２酸化シリコン膜１４上に低誘電率有機膜１５を、例え
ば５００ｎｍの厚さに形成する。この低誘電率有機膜１
５は、例えば前記第１実施形態で説明した方法と同様に
して形成される。すなわち、液体原料としては、前記説
明したテフロンＡＦをフロリナートに溶解したものを用
いた。

【００４７】ミスト発生器２６は、１００℃に保たれ、
１Ｗ／ｃｍ²程度のエネルギー密度の１００ｋＨｚ超音
波を用いて、溶媒に溶かしたテフロンＡＦをミスト化し
た。ミスト発生器２６内の側壁は、配管と同様の温度の
２００℃程度に保たれている。キャリアガスには溶媒の
蒸気を用い、液体原料の輸送に用いた。ミスト発生器２
６からシャワーヘッド２３への輸送には、毎分１ｄｍ³
の溶媒の蒸気を流し、シリコン基板１１の第２酸化シリ
コン膜１４上に供給して、低誘電率有機膜１５を形成し
た。また、シリコン基板１１付近は排気ポンプにより５
００Ｐａ程度に減圧し、シリコン基板１１の温度は１７
０℃に設定した。また、液体原料および溶媒の経路でか
つトラップ４２を除く溶媒気化器２８およびミスト発生
器２６以降の部分、例えばチャンバ２１の外壁、シャワ
ーヘッド、排気管４１，４３等は２００℃程度に保っ
た。

【００４８】その後、低誘電率有機膜１５を成膜した基
板１０をアニーリングした。このアニーリングは、４０
０℃の窒素ガス雰囲気（または大気中）で行われ、アニ
ーリング時間は３０分とした。

【００４９】上記製造方法では、テフロンＡＦを用いた
が、その他の原料としては、前記化学式〔２〕に示した
構造を有するシクロポリマライズドフロリネーテッドポ
リマー系樹脂〔例えばサイトップ（商品名）〕、無機Ｓ
ＯＧ（Spin on glass ）、有機ＳＯＧ、ポリイミド、前
記化学式〔３〕に示した構造を有するフッ化ポリアリル
エーテル系樹脂〔例えばＦＬＡＲＥ（商品名）〕などの
材料も使用することができる。

【００５０】次に図２の（３）に示すように、上記低誘
電率有機膜１５上に第３酸化シリコン膜１６を例えば５
００ｎｍの厚さに形成する。この第３酸化シリコン膜１
６の形成方法は、上記第１酸化シリコン膜１２の形成方
法と同様である。

【００５１】次に前記第２実施形態の一実施例を以下に
説明する。この説明では、上記成膜装置、液体原料気化
器、気化条件等は、前記説明したのと同様であるので、
ここでの詳細な説明は省略し、前記の説明を参照してい
ただきたい。

【００５２】溶媒に誘電体材料を溶かして生成した液体
原料５１を気化する液体原料気化器２６は、２００℃に
保たれている。キャリアガスには溶媒気化器２８で気化
した溶媒を用い、それを気化した液体原料の輸送に用い
る。液体原料気化器２６からシャワーヘッド２３までの
輸送には、毎分１ｄｍ³の溶媒蒸気を流し、基板１０上
に供給して、低誘電率有機膜を形成した。このとき、基
板１０付近の圧力雰囲気は排気ポンプにより１００Ｐａ
程度の減圧状態に保った。また基板１０の温度は１７０
℃とした。さらに、液体原料および溶媒の経路でかつト
ラップ４２を除く溶媒気化器２８およびミスト発生器２
６以降の部分、例えばチャンバ２１の外壁、シャワーヘ
ッド、排気管４１，４３等は２００℃程度に保った。

【００５３】その後のプロセスは、前記第１実施形態の
実施例で説明したのと同様に、低誘電率有機膜１５を成
膜した基板１０をアニーリングした。このアニーリング
は、４００℃の窒素ガス雰囲気（または大気中）で行わ
れ、アニーリング時間は３０分とした。

【００５４】次に第２の発明の実施形態を以下に説明す
る。ここで説明する実施形態は、上記図２によって説明
した低誘電率有機膜１５の成膜速度を速めた一例であ
る。この説明では、上記成膜装置、ミスト発生器、ミス
ト化条件等に関しては、前記説明したのと同様であるの
でここでの説明は省略する。したがって、前述の説明を
参照していただきたい。

【００５５】成膜装置１内は２００℃に保ち、基板温度
は、溶媒の凝固点よりも高く沸点よりも低い範囲の温度
として、室温程度（例えば２５℃程度）に保つ。上記基
板温度での成膜により、有機からなる低誘電率有機膜１
５を例えば５００ｎｍの厚さに形成する。そしてミスト
発生器２６からの液体原料の供給を停止しする。引き続
き、基板１０をチャンバ２１の外部に搬出することな
く、低誘電率有機膜１５の表面に窒素ガスのプラズマを
照射する。このときの条件は、基板温度は、室温（例え
ば２５℃）、雰囲気の圧力は５０Ｐａ、窒素（Ｎ₂）ガ
スの供給流量は５００ｓｃｃｍ〔ｓｃｃｍは標準状態に
おける体積流量（ｃｍ³／分）を表す〕である。電極と
しては、シャワーヘッド２３とステージ２２に設けられ
ているサセプター（図示省略）とを用い、いわゆる平行
平板型の放電を行う。その時の条件は、ＲＦ出力２００
Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）である。

【００５６】窒素ガスのプラズマを照射した後、基板温
度を５分間かけて２００℃まで加熱し、アニーリングを
行う。その後、さらに４００℃の窒素（または大気）雰
囲気で３０分間のアニーリングを行う。上記アニーリン
グによって、低誘電率有機膜１５中に存在する溶媒が蒸
発されて、テフロンＡＦからなる低誘電率有機膜１５が
形成される。

【００５７】上記第２の発明の実施形態では、基板１０
の温度を溶媒の沸点よりも低い温度としたため、溶媒を
蒸発させるためにはアニーリング処理を行わなければな
らないので工程数は増加する。しかしながら、基板１０
の温度が溶媒の沸点よりも十分に低いので、溶媒は結露
し易くなる。よって、基板１０の表面上での成膜速度
は、基板温度を１７０℃に設定した前記製造方法の１０
倍以上に増大するという利点がある。

【００５８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
誘電体材料を溶媒に溶かしてなる液体原料を、その溶媒
と同種の気化した溶媒とともに基板表面に供給するの
で、液体原料は固化することなく基板表面に供給され
る。そのため、基板上に形成されたパターンに依存する
ことなく、基板表面に液体原料は均一に堆積される。そ
して基板温度は溶媒の沸点以上で誘電体材料の熱分解温
度よりも低くなっているので、液体原料の堆積と同時に
基板表面に到達した溶媒は蒸発する。そのため、液体原
料中の誘電体材料が基板表面に順次堆積されて誘電体膜
を形成するので、その誘電体膜にはボイドを生じること
はない。したがって、膜質に優れかつパターン依存性の
ない誘電体膜を形成することが可能になる。また、基板
温度を溶媒の凝固点よりも高く沸点よりも低い温度にし
た成膜によれば、基板表面で溶媒が結露し易くなる。そ
のため、基板表面での成膜速度の大幅なる向上を図るこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の誘電体膜の製造方法に用いる成膜装置
の概略構成図である。

【図２】低誘電率有機膜を備えた半導体装置の製造工程
図である。

【符号の説明】

１０基板５１液体原料５２溶媒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体材料を溶媒に溶かしてなる液体原
料を、該溶媒と同種の気化した溶媒とともに、該溶媒の
沸点以上該誘電体材料の熱分解温度よりも低い範囲の温
度にした基板表面に導入して、該基板表面に前記誘電体
材料からなる誘電体膜を形成することを特徴とする誘電
体膜の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の誘電体膜の製造方法にお
いて、前記溶媒に溶かした液体原料は、ミスト状にした状態で
前記基板表面に導入されることを特徴とする誘電体膜の
製造方法。
【請求項３】請求項２記載の誘電体膜の製造方法にお
いて、前記溶媒に溶かした液体原料をミスト状にした後、その
状態を保って該溶媒に溶かした液体原料を前記基板表面
に導入することを特徴とする誘電体膜の製造方法。
【請求項４】請求項１記載の誘電体膜の製造方法にお
いて、前記溶媒に溶かした液体原料は、気化した状態で前記基
板表面に導入されることを特徴とする誘電体膜の製造方
法。
【請求項５】請求項４記載の誘電体膜の製造方法にお
いて、前記溶媒に溶かした液体原料を気化した後、その状態を
保って該溶媒に溶かした液体原料を前記基板表面に導入
することを特徴とする誘電体膜の製造方法。
【請求項６】請求項１記載の誘電体膜の製造方法にお
いて、前記溶媒はフルオロカーボン系溶媒であることを特徴と
する誘電体膜の製造方法。
【請求項７】請求項２記載の誘電体膜の製造方法にお
いて、前記溶媒はフルオロカーボン系溶媒であることを特徴と
する誘電体膜の製造方法。
【請求項８】請求項３記載の誘電体膜の製造方法にお
いて、前記溶媒はフルオロカーボン系溶媒であることを特徴と
する誘電体膜の製造方法。
【請求項９】請求項４記載の誘電体膜の製造方法にお
いて、前記溶媒はフルオロカーボン系溶媒であることを特徴と
する誘電体膜の製造方法。
【請求項１０】請求項５記載の誘電体膜の製造方法に
おいて、前記溶媒はフルオロカーボン系溶媒であることを特徴と
する誘電体膜の製造方法。
【請求項１１】誘電体材料を溶媒に溶かしてなる液体
原料を、該溶媒と同種の気化した溶媒とともに、該溶媒
の凝固点よりも高く該溶媒の沸点よりも低い範囲の温度
にした基板表面に導入して、該基板表面に前記誘電体材
料からなる誘電体膜を形成することを特徴とする誘電体
膜の製造方法。
【請求項１２】請求項１１記載の誘電体膜の製造方法
において、前記溶媒に溶かした液体原料は、ミスト状にした状態で
前記基板表面に導入されることを特徴とする誘電体膜の
製造方法。
【請求項１３】請求項１２記載の誘電体膜の製造方法
において、前記溶媒に溶かした液体原料をミスト状にした後、その
状態を保って該溶媒に溶かした液体原料を前記基板表面
に導入することを特徴とする誘電体膜の製造方法。
【請求項１４】請求項１１記載の誘電体膜の製造方法
において、前記溶媒に溶かした液体原料は、気化した状態で前記基
板表面に導入されることを特徴とする誘電体膜の製造方
法。
【請求項１５】請求項１４記載の誘電体膜の製造方法
において、前記溶媒に溶かした液体原料を気化した後、その状態を
保って該溶媒に溶かした液体原料を前記基板表面に導入
することを特徴とする誘電体膜の製造方法。
【請求項１６】請求項１１記載の誘電体膜の製造方法
において、前記溶媒はフルオロカーボン系溶媒であることを特徴と
する誘電体膜の製造方法。
【請求項１７】請求項１２記載の誘電体膜の製造方法
において、前記溶媒はフルオロカーボン系溶媒であることを特徴と
する誘電体膜の製造方法。
【請求項１８】請求項１３記載の誘電体膜の製造方法
において、前記溶媒はフルオロカーボン系溶媒であることを特徴と
する誘電体膜の製造方法。
【請求項１９】請求項１４記載の誘電体膜の製造方法
において、前記溶媒はフルオロカーボン系溶媒であることを特徴と
する誘電体膜の製造方法。
【請求項２０】請求項１５記載の誘電体膜の製造方法
において、前記溶媒はフルオロカーボン系溶媒であることを特徴と
する誘電体膜の製造方法。