JPH1098099A

JPH1098099A - 絶縁膜構造

Info

Publication number: JPH1098099A
Application number: JP25254096A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Muroyama; 雅和室山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】下地無機層と有機層とを積層してなる半導体
装置用の低誘電膜は、下地無機層と有機層膜との密着性
が悪く熱ストレス等によって剥がれが生じる。【解決手段】酸化シリコン系の下地無機層とフッ素樹
脂系の有機層との間に、、アルコキシル基及びハロゲン
の少なくとも一方とフルオロアルキル基とを有する絶縁
性材料からなる密着層を設ける。このような絶縁性材料
としては、トリフルオロプロピルトリエトキシシランを
用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁膜構造に関
し、特には半導体装置における層間絶縁膜として用いら
れる絶縁膜構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化と高機能化
に伴い、素子構造の微細化と配線構造の多層化とが進展
している。このような半導体装置においては、配線間容
量が素子の動作速度を律速する要因になることが予測さ
れるため、各配線間に形成される絶縁膜を低誘電率化す
る必要がある。このような絶縁膜として、酸化シリコン
よりも誘電率が低いフッ化酸化シリコンからなる絶縁膜
が用いられている。

【０００３】しかし、上記フッ化酸化シリコンの誘電率
は３．５程度である。これは、酸化シリコンの誘電率が
４．２程度であることと比較して誘電率の低下幅が小さ
く、半導体装置の微細化をさらに進める上ではさらに誘
電率の低い絶縁膜が必要とされている。

【０００４】そこで、下記表１に示すような有機材料を
絶縁膜として用いることが提案されている。

【表１】

【０００５】ただし、上記各有機材料は、いづれも絶縁
耐性が低い。このため、図４に示すように、この有機材
料を半導体装置の絶縁膜として用いる場合には、基板１
１上に形成された配線１３を覆う状態で酸化シリコンの
ような良好な膜質の下地無機層１４を設け、この下地無
機層１４上に上記有機材料からなる有機層１６を設けて
いる。このような絶縁膜Ｂ構造にすることによって、配
線間及び層間の絶縁耐性を確保している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記絶縁膜構
造には、以下のような課題があった。すなわち、下地無
機層を構成する無機材料と有機層を構成する上記有機材
料とは、必ずしも密着性が良好ではない。このため、例
えば回転塗布によって有機層を成膜する際、溶媒を除去
する過程でこの有機層が収縮すると、上記図４に示すよ
うに下地無機層１４と有機層１６との間で剥離ａが生じ
る場合がある。また、下地無機層を構成する無機材料と
有機層を構成する上記有機材料とでは、熱膨張係数の値
が大きく異なることも、上記剥離ａが生じる一因になっ
ている。これは、例えば半導体装置の製造工程におい
て、上記絶縁膜を形成した後に熱処理が行われると、下
地無機層と有機層との間に熱ストレスが生じることに起
因する。

【０００７】上記のように下地無機膜と有機層との間で
剥離が生じた場合、配線間の絶縁性が十分に保てなくな
ったり、さらにはこの剥離部分に水分が侵入して配線間
のリークを招く要因になる。以上のように、低誘電率と
して有機材料を用いた絶縁膜では、半導体装置の信頼性
を確保することができなかった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために成された絶縁膜構造である。すなわち、基板
上に形成された配線を覆う酸化シリコン系の無機材料か
らなる下地無機層と、この上面に積層された有機層とか
らなる絶縁膜構造において、下地無機層と有機層との間
に密着層を設けたことを特徴としている。

【０００９】上記下地無機層を構成する無機材料として
は、酸化シリコン，フッ化酸化シリコンまたは窒化酸化
シリコン等が用いられる。

【００１０】そして、上記有機層がフッ素樹脂からなる
場合には、上記密着層としてアルコキシル基及びハロゲ
ンの少なくとも一方とフルオロアルキル基とを有する第
１の絶縁性材料を用いる。このような第１の絶縁性材料
としては、例えば、トリフルオロプロピルトリエトキシ
シランに代表されるような、下記式（１）に示す物質が
ある。

【００１１】Ｓｉ（Ｘ）ｘ（ＯＲ₁）ｙＲ₂ｚ…（１）たたし、上記式（１）中Ｘはハロゲン，ＯＲ₁はアルコ
キシル基またはハロゲン化アルコキシル基を示し、Ｒ₂
は少なくとも一つの水素をフッ素で置換してなるフルオ
ロアルキル基であることとする。また、ｘ，ｙ，ｚは整
数であり、０≦ｘ≦３，０≦ｙ≦３，１≦ｚ≦３，ｘ＋
ｙ＋ｚ＝４を満たす。

【００１２】このような第１の絶縁性材料からなる密着
層を有する絶縁膜構造では、下地無機層表面の水酸基と
当該密着層のアルコキシル基やハロゲンとの間で縮合反
応による結合が形成され、下地無機層と密着層との間の
密着性が確保される。また、密着層のフルオロアルキル
基と有機層のフルオロカーボン骨格との間に強固な分子
間力が生じ、密着層と有機層との間の密着性が確保され
る。この結果、密着層を介して下地無機層と有機層との
密着性が確保される。

【００１３】また、上記有機層がポリアミド樹脂からな
る場合には、上記密着層としてアルコキシル基及びハロ
ゲンの少なくとも一方とグリシジル基とを有する第２の
絶縁性材料を用いる。このような絶縁性材料としては、
例えば、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラ
ン，β−３，４−エポキシシクロヘキシルエチルトリエ
トキシシラン，β−３，４−エポキシシクロヘキシルエ
チルトリメトキシシラン等がある。

【００１４】上記絶縁膜構造では、上記第１の絶縁性材
料を密着層に用いた場合と同様に下地無機層と密着層と
の間の密着性が確保される。また、密着層のグリシジル
基と有機層のアミノ基との間でウレタン結合が形成さ
れ、密着層と有機層と間の密着性が確保される。この結
果、密着層を介して下地無機層と有機層との密着性が確
保される。

【００１５】さらに、上記有機層がシリル化ポリメチル
シルセスキオキサンやシロキサン変成ポリイミドのよう
な水酸基を有する樹脂からなる場合には、上記密着層と
してアルコキシル基及びハロゲンの少なくとも一方とイ
ソシアネート基及びアミノ基の少なくとも一方とを有す
る第３の絶縁性材料を用いる。このような絶縁性材料と
しては、例えば、イソシアネートプロピルトリエトキシ
シランまたは、γ−アミノプロピルトリエトキシシラ
ン，Ｎ−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリエ
トキシシラン，アミノエチルアミノメチルフェネチルト
リメトキシシラン，４−アミノブチルジメチルメトキシ
シラン，Ｎ−２−アミノエチル−３−アミノプロピルメ
チルジメトキシシラン，Ｎ−２−アミノエチル−３−ア
ミノプロピルトリメトキシシラン，Ｎ−２−アミノエチ
ル−３−アミノプロピルトリス−２−エチルヘキソキシ
シラン，ｐ−アミノフェニルトリメトキシシラン等の下
記式（２）に示される物質がある。

【００１６】Ｓｉ（Ｘ）ｘ（ＯＲ₁）ｙＲ₂ｚ…（２）ただし、上記式（２）中Ｘはハロゲン，ＯＲ₁はアルコ
キシル基またはハロゲン化アルコキシル基を示し、Ｒ₂
はアミノアルキル基であることとする。また、ｘ，ｙ，
ｚは整数であり、０≦ｘ≦３，０≦ｙ≦３，１≦ｚ≦
３，ｘ＋ｙ＋ｚ＝４を満たす。

【００１７】上記絶縁膜構造では、上記第１の化合物を
用いた場合と同様に下地無機層と密着層との間の密着性
が確保される。また、密着層のイソシアネート基と有機
層の水酸基との間ではウレア結合が形成され、アミノ基
と有機層との間ではウレタン結合が形成される。そし
て、密着層と有機層との間の密着性が確保され、この
結果、密着層を介して下地無機層と有機層との密着性が
確保される。

【００１８】さらに、上記有機層がアクリル樹脂からな
る場合には、上記密着層としてアルコキシル基及びハロ
ゲンの少なくとも一方とビニル基とを有する第４の絶縁
性材料を用いる。このような絶縁性材料としては、例え
ばビニルトリエトキシシラン，ビニルトリメトキシシラ
ン，ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン，ビ
ニルトリクロロシラン等がある。

【００１９】上記絶縁膜構造では、上記第１の化合物を
用いた場合と同様に下地無機層と密着層との間の密着性
が確保される。また、密着層がビニル基を有しているこ
とからアクリル樹脂からなる有機層とこの密着層との間
で強固な分子間力が形成され、密着層と有機層との間の
密着性が確保される。この結果、密着層を介して下地無
機層と有機層との密着性が確保される。

【００２０】そして、上記有機層がシリコンラダー樹脂
からなる場合には、上記密着層としてアルコキシル基及
びハロゲンの少なくとも一方とアルキル基とを有する第
５の絶縁性材料を用いる。このような絶縁性材料として
は、例えばアルキルトリエトキシシラン，トリメチルク
ロロシラン，γ−クロロプロピルトリメトキシシラン等
の下記式（３）に示す絶縁性材料がある。

【００２１】Ｓｉ（Ｘ）ｘ（ＯＲ₁）ｙＲ₂ｚ…（３）たたし、上記式（２）中Ｘはハロゲン，ＯＲ₁はアルコ
キシル基またはハロゲン化アルコキシル基を示し、Ｒ₂
はアルキル基またはアルキル基の誘導体であることとす
る。また、ｘ，ｙ，ｚは整数であり、０≦ｘ≦３，０≦
ｙ≦３，１≦ｚ≦３，ｘ＋ｙ＋ｚ＝４を満たす。

【００２２】上記絶縁膜構造では、上記第１の絶縁性材
料を用いた場合と同様に下地無機層と密着層との間の密
着性が確保される。また、密着層のアルキル基と有機層
のアルキル基との間の分子間力により、密着層と有機層
との間の密着性が確保される。この結果、密着層を介し
て下地無機層と有機層との密着性が確保される。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の絶縁膜構造の実施
の形態を図１に基づいて説明する。絶縁膜を形成する基
板１１は、例えばシリコンのような半導体からなり、そ
の表面側にはここでは図示しないトランジスタが形成さ
れている。また、この基板１１の上部には層間絶縁膜１
２を介してアルミニウムかならる配線１３が設けられて
いる。以下、第１〜第３実施形態では、上記のような基
板１１上に配線１３を覆う状態で設けられる絶縁膜Ａの
構造とこれに続けてこの絶縁膜Ａの形成方法を説明す
る。

【００２４】（第１実施形態）すなわち、絶縁膜Ａは、
配線１３を覆う状態で基板１１上に設けられた下地無機
層１４と、この下地無機層１４上に設けられた密着層１
５と、さらにこの密着層１５上に設けられた密着層１６
とからなる。

【００２５】上記下地無機層１４は、酸化シリコンから
なる。この下地無機層１４は、外部から侵入した水分が
配線１３に達するのを防止するためのものであり、その
膜厚は防水効果が得られる程度、すなわち５０ｎｍとし
た。

【００２６】そして、上記密着層１５は、アルコキシル
基及びハロゲンの少なくとも一方とフルオロアルキル基
とを有する第１の絶縁性材料からなる。ここでは、第１
の絶縁性材料として、フルオロアルキル基とエトキシ基
とを有するトリフルオロプロピルトリエトキシシランを
用いた。この密着層１５は、下地無機層１４と密着層１
６との両方に対して密着性が確保される程度の膜厚を有
していれば良く、さらには絶縁膜Ａ全体の誘電率がこの
密着層１５によって上昇することを防止するため、上記
範囲でできるだけ薄い膜厚であることとする。

【００２７】また、上記密着層１６は、フッ素樹脂から
なり、少なくとも配線１３間を埋め込む程度の膜厚を有
している。ここでは、上記フッ素樹脂として、デュポン
社製テフロンＡＦ（商品名）を用いた。

【００２８】次に、上記絶縁膜Ａを形成する方法を、図
２及び図３に基づいて説明する。先ず、図２（１）に示
すように、配線１３を覆う状態で、基板１１上に酸化シ
リコンからなる下地無機層１４を成膜した。ここでは、
高密度プラズマＣＶＤ法の一つであるバイアスＥＣＲ
（Electron Cyclotron Resonace)ＣＶＤ（Chemical Vap
or Deposition ：化学的気相成長）法によって、膜質が
良好な酸化シリコン膜を成膜した。成膜条件は以下のよ
うである。

【００２９】成膜ガス及び流量：シラン（ＳｉＨ₄）＝８０ｓｃｃｍ酸素（Ｏ₂）＝１００ｓｃｃｍアルゴン（Ａｒ）＝１００ｓｃｃｍマイクロ波電力：２ｋＷＲＦ電極：２ｋＷ基板加熱温度：２００℃ ただし、上記ｓｃｃｍは、standard cubic centimeter
とする。

【００３０】次に、図２（２）に示すように、下地無機
層１４上にトリフルオロプロピルトリエトキシシランか
らなる密着層１５を成膜した。ここでは、図３に示す成
膜装置を用いて、液相成長法によって密着層１５を成膜
した。以下に、成膜装置３の構成を簡単に説明する。

【００３１】この成膜装置３は、液相成長法による成膜
を行う装置であり、成膜処理が行われる反応室３１の側
壁には、第１の導入管３２と第１の導入管３３と冷却管
３４とが接続されている。上記第１の導入管３２は液体
状の絶縁性材料を反応室３１内に導入するためのもので
あり、第１の導入管３３は溶媒を当該反応室３１内に導
入するためのものである。また、冷却管３４は、反応室
３１内からこの冷却管３４内に引き込んだ気体を冷却す
るためのものであり、チラーのような冷却器３５が接続
されている。また、この冷却管３４の最下部にはドレイ
ンを有するトラップ３６が設けられている。このトラッ
プ３６は、冷却管３４内における液体を分離除去するた
めのものである。さらに、反応室３１の内部には、ウエ
ハ状の基板１１が載置される試料台３７と、反応室３１
内の溶液を加熱するためのヒータ３８が設けられてい
る。

【００３２】上記成膜装置３を用いた密着層１５の成膜
は、以下の手順で行った。先ず、成膜前処理として、下
地無機層１４の表面に付着している水分を除去した。こ
こでは、基板１１を試料台３７上に載置し、第１の導入
管３３から反応室３１内に基板１１が侵漬される程度の
量で疎水性の溶媒を導入した。この溶媒としては、オル
トキシレンを用いた。この際、ヒータ３８によって、上
記溶媒の温度をその沸点である１４５℃程度に保持し
た。これによって、下地無機層１４の表面に付着してい
る水分を溶媒と共に蒸発させ、これによって得られる蒸
気を冷却管３４内で冷却して液化させた。そして、溶媒
と相溶せずかつ当該溶媒よりも比重が重くトラップ１４
に溜まった水分をドレインから排出除去した。ここで
は、上記溶媒の還流による水分除去作業を１時間程連続
して行った。

【００３３】上記のように、密着層１５の成膜前処理と
して、下地無機層１４表面に吸着している水分を除去す
ることによって、密着層１５の成膜時に当該密着層１５
を構成する絶縁性材料が下地無機層１４表面に吸着して
いる水分と加水分解反応することを防止する。

【００３４】上記成膜前処理の後、第１の導入管３２か
ら反応室３１内にトリフルオロプロピルトリエトキシシ
ランを導入し、ヒータ３８によってこの絶縁性材料を１
４５℃程度の温度に加熱した状態で還流させた。これに
よって、トリフルオロプロピルトリエトキシシランのエ
トキシ基と下地無機層１４の酸化シリコンとを脱水縮合
反応させて下地無機層１４の表面にトリフルオロプロピ
ルトリエトキシシランを固定し、トリフルオロプロピル
トリエトキシシランからなる密着層１５を成膜した。

【００３５】その後、回転塗布法によって、上記テフロ
ンＡＦ（商品名）を溶媒に溶解させてなる溶液層をこの
密着層１５上に成膜した。上記溶媒としては、フルオロ
カーボン系溶媒として３Ｍ社製フロリナート（商品名）
を用いた。次に、２００℃，３０分間の加熱処理を行う
ことによって、上記溶液層中における上記溶媒を除去し
て密着層１６を成膜した。

【００３６】その後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Po
lishing)法によって密着層１６をその上面側から研磨し
て当該密着層１６の表面を平坦化し、下地無機層１４上
に密着層１５と密着層１６とを積層してなる絶縁膜Ａを
形成した。

【００３７】上記のようにして形成した絶縁膜Ａにおけ
る密着層１６と下地無機層１４との密着性の評価を行っ
た。ここでは、４００℃で１時間熱処理を行った後、絶
縁膜Ａの表面に張り付けたテープを剥がすテープテスト
にて評価を行った。この結果、テープを剥がしても、下
地無機層１４と密着層１６との間での剥離は発生せず、
この間の密着性が良好に保たれていることが確認され
た。また、この絶縁膜Ａの比誘電率を測定したところ、
その値は２．５であり酸化シリコンからなる絶縁膜やフ
ッ化酸化シリコンからなる絶縁膜の比誘電率と比較して
十分に低い値であった。

【００３８】上記実施形態では、密着層１６を回転塗布
法とこれに続けて加熱処理を行うことによって形成し
た。しかし、密着層１６は、気相成長法で成膜しても良
い。以下、気相成長法による密着層１６の成膜を説明す
る。

【００３９】成膜装置として、ＳｐｅｃｉａｌｔｙＣ
ｏａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ社製ＰａｒｙｌｅｎｅＡＦ
４（商品名）を用いた。そして、１５０℃で原料となる
フッ素樹脂（テフロンＡＦ）を昇華させた後、６５０℃
で熱分解し、２５℃で基板１１上にフッ素樹脂からなる
密着層１６を成膜した。

【００４０】上記のようにして密着層１６を成膜して形
成した絶縁膜Ａにおいても、上記と同様に密着層１６と
下地無機層１４との密着性の評価を行った結果、密着層
１６と下地無機層１４との密着性は良好に保たれている
ことが確認された。また、絶縁膜ＡＮＯ比誘電率は２．
５と十分に低い値であった。

【００４１】尚、上記第１実施形態では、密着層１５を
液相成長法によって成膜する場合を説明した。しかし、
密着層１５は、気相成長法によって成膜しても良い。

【００４２】（第２実施形態）この実施形態で説明する
絶縁膜Ａと上記第１実施形態の絶縁膜Ａとの異なるとこ
とは、密着層１５とこの上に設けられた密着層１６とを
構成する材料にある。

【００４３】すなわち、上記密着層１５は、アルコキシ
ル基及びハロゲンの少なくとも一方とグリシジル基とを
有する第２の絶縁性材料からなる。また、上記密着層１
６は、ポリアミド樹脂からなる。

【００４４】上記絶縁膜Ａの形成を図２及び図３に基づ
いて説明する。先ず、図２（１）に示すように、配線１
３を覆う状態で、基板１１上にフッ化酸化シリコンから
なる下地無機層１４を成膜した。ここでは、高密度プラ
ズマＣＶＤ法の一つであるヘリコン波プラズマＣＶＤ法
によって、以下の条件で下地無機層１４を成膜した。

【００４５】成膜ガス及び流量：シラン（ＳｉＨ₄）＝８０ｓｃｃｍ四フッ化シラン（ＳｉＦ₄）＝２０ｓｃｃｍ酸素（Ｏ₂）＝１００ｓｃｃｍアルゴン（Ａｒ）＝１００ｓｃｃｍマイクロ波電力：２ｋＷＲＦ電極：２ｋＷ基板加熱温度：２００℃ ただし、上記ｓｃｃｍは、standard cubic centimeter
とする。

【００４６】次に、図２（２）に示すように、下地無機
層１４上に第２の絶縁性材料として用いたグリシジルト
リエトキシシランからなる密着層１５を成膜した。ここ
では、上記第１実施形態で説明したと同様に図３に示し
た成膜装置を用いて密着層１５を成膜した。ただし、下
地無機層１４表面の水分を除去した後に第１の導入管３
２から導入する絶縁性材料は、グリシジルトリエトキシ
シランであるととする。

【００４７】その後、この密着層１５上に、回転塗布法
によってポリアミド樹脂を溶媒に溶解させてなる溶液層
を成膜する。上記溶媒としては、メチルピロリドンを用
いた。次に、２００℃，３０分間の加熱処理を行うこと
によって、上記溶液層中における上記溶媒を除去して密
着層１６を成膜した。また、この加熱処理によって、密
着層１５のグリシジル基と密着層１６のアミノ基とを反
応させ、密着層１５と密着層１６との間にウレタン結合
を形成させた。

【００４８】その後、必要に応じて、ＣＭＰ（Chemical
Mechanical Polishing)法によって密着層１６をその上
面側から研磨して当該密着層１６の表面を平坦化し、下
地無機層１４上に密着層１５と密着層１６とを積層して
なる絶縁膜Ａを形成した。

【００４９】上記のようにして形成した絶縁膜Ａにおけ
る密着層１６と下地無機層１４との密着性の評価を上記
第１実施形態と同様に行った。この結果、下地無機層１
４と密着層１６との間の密着性が良好に保たれているこ
とが確認された。また、この絶縁膜Ａの比誘電率を測定
したところ、その値は３．０であり酸化シリコンからな
る絶縁膜やフッ化酸化シリコンからなる絶縁膜の比誘電
率と比較して十分に低い値であった。

【００５０】尚、第２の絶縁製材料からなる密着層１５
及び成膜ポリアミドからなる密着層１６は気相成長法に
よって成膜しても良い。

【００５１】（第３実施形態）この実施形態で説明する
絶縁膜と上記各実施形態の絶縁膜との異なるとことは、
密着層１５とこの上に設けられた密着層１６とを構成す
る材料にある。

【００５２】すなわち、上記密着層１５は、アルコキシ
ル基及びハロゲンの少なくとも一方とイソシアネート基
及びアミノ基の少なくとも一方とを有する第３の絶縁性
材料からなる。また、上記密着層１６は、水酸基を有す
る有機材料からなる。

【００５３】上記絶縁膜Ａの形成を図２及び図３に基づ
いて説明する。先ず、図２（１）に示すように、上記第
２実施形態と同様にして、配線１３を覆う状態で、基板
１１上にフッ化酸化シリコンからなる下地無機層１４を
成膜した。

【００５４】次に、図２（２）に示すように、下地無機
層１４上に第３の絶縁性材料として用いたイソシアネー
トプロピルトリエトキシシランからなる密着層１５を成
膜した。ここでは、イソシアネートプロピルトリエトキ
シシランが水と反応することを防止するために、気相成
長法によってこの絶縁性材料からなる密着層１５を成膜
する。成膜条件を以下に示す。

【００５５】成膜ガス及び流量：イソシアネートプロピルトリエトキシシランＮＣＯＣ₃Ｈ₆Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃＝１００ｓｃｃｍ成膜雰囲気内圧力：１．５Ｐａ基板加熱温度：４００℃ ただし、上記ｓｃｃｍは、standard cubic centimeter
とする。

【００５６】その後、この密着層１５上に、回転塗布法
によって上記有機材料として用いたシロキサン変成ポリ
イミドを溶媒に溶解させてなる溶液層を成膜した。上記
溶媒としては、イソプロピルアルコールを用いる。次
に、２００℃，３０分間の加熱処理を行うことによっ
て、上記溶液層中における上記溶媒を除去して密着層１
６を成膜した。また、この加熱処理によって、密着層１
５のイソシアネート基と密着層１６の水酸基とを反応さ
せ、密着層１５と密着層１６との間にウレア結合を形成
させた。

【００５７】その後、必要に応じて、ＣＭＰ（Chemical
Mechanical Polishing)法によって密着層１６をその上
面側から研磨し、当該密着層１６の表面を平坦化し、絶
縁膜Ａを形成した。

【００５８】上記のようにして形成した絶縁膜Ａにおけ
る密着層１６と下地無機層１４との密着性の評価を上記
第１実施形態及び第２実施形態と同様に行った。この結
果、下地無機層１４と密着層１６との間の密着性が良好
に保たれていることが確認された。また、この絶縁膜Ａ
の比誘電率を測定したところ、その値は３．０であり酸
化シリコンからなる絶縁膜やフッ化酸化シリコンからな
る絶縁膜の比誘電率と比較して十分に低い値であった。

【００５９】尚、上記水酸基を有する有機材料からなる
有機層は、気相成長法によって成膜しても良い。

【００６０】（第４実施形態）この実施形態で説明する
絶縁膜と上記各実施形態の絶縁膜との異なるとことは、
密着層１５とこの上に設けられた密着層１６とを構成す
る材料にある。

【００６１】すなわち、上記密着層１５は、アルコキシ
ル基及びハロゲンの少なくとも一方とビニル基とを有す
る第４の絶縁性材料からなる。また、上記密着層１６
は、アクリル樹脂からなる。

【００６２】上記絶縁膜Ａの形成を図２及び図３に基づ
いて説明する。先ず、図２（１）に示すように、上記第
２実施形態と同様にして、配線１３を覆う状態で、基板
１１上にフッ化酸化シリコンからなる下地無機層１４を
成膜した。

【００６３】次に、図２（２）に示すように、下地無機
層１４上に第４の絶縁性材料として用いた１，１ビニル
トリエトキシシランからなる密着層１５を成膜した。こ
こでは、気相成長法によってこの第４の絶縁性材料から
なる密着層１５を成膜した。ただし、１，１ビニルトリ
エトキシシランは、ヘリウムを用いたバブリング法によ
って反応室内に導入した。成膜条件を以下に示す。

【００６４】成膜ガス及び流量：１，１ビニルトリエトキシシラン＝５００ｓｃｃｍヘリウム（Ｈｅ）＝５００ｓｃｃｍ成膜雰囲気内圧力：１０００Ｐａ基板加熱温度：４００℃ ただし、上記ｓｃｃｍは、standard cubic centimeter
とする。

【００６５】その後、この密着層１５上に、回転塗布法
によってアクリル樹脂として用いたポリメチルメタクリ
レートを溶媒に溶解させてなる溶液層を成膜した。上記
溶媒としては、クロロホルムを用いた。次に、２００
℃，３０分間の加熱処理を行うことによって、上記溶液
層中における上記溶媒を除去して密着層１６を成膜し
た。

【００６６】その後、必要に応じて、ＣＭＰ（Chemical
Mechanical Polishing)法によって密着層１６をその上
面側から研磨し、当該密着層１６の表面を平坦化し、絶
縁膜Ａを形成した。

【００６７】上記のようにして形成した絶縁膜Ａにおけ
る密着層１６と下地無機層１４との密着性の評価を上記
各実施形態と同様に行った。この結果、下地無機層１４
と密着層１６との間の密着性が良好に保たれていること
が確認された。また、この絶縁膜Ａの比誘電率を測定し
たところ、その値は３．２であり酸化シリコンからなる
絶縁膜やフッ化酸化シリコンからなる絶縁膜の比誘電率
と比較して十分に低い値であった。

【００６８】尚、上記第４の絶縁性材料からなる密着層
１５は、液相成長法によって成膜しても良く、アクリル
樹脂かなる密着層１６は気相成長法によって成膜しても
良い。

【００６９】（第５実施形態）この実施形態で説明する
絶縁膜と上記各実施形態の絶縁膜との異なるとことは、
密着層１５とこの上に設けられた密着層１６とを構成す
る材料にある。

【００７０】すなわち、上記密着層１５は、アルコキシ
ル基及びハロゲンの少なくとも一方とアルキル基を有す
る第５の絶縁性材料からなる。また、上記密着層１６
は、シリコンラダー樹脂からなる。

【００７１】上記絶縁膜Ａの形成を図２及び図３に基づ
いて説明する。先ず、図２（１）に示すように、上記第
２実施形態と同様にして、配線１３を覆う状態で、基板
１１上にフッ化酸化シリコンからなる下地無機層１４を
成膜した。

【００７２】次に、図２（２）に示すように、下地無機
層１４上に第５の絶縁性材料として用いたエチルトリエ
トキシシランからなる密着層１５を成膜した。ここで
は、気相成長法によってこの第５の絶縁性材料からなる
密着層１５を成膜した。ただし、エチルトリエトキシシ
ランは、ヘリウムを用いたバブリング法により反応室内
に導入した。成膜条件を以下に示す。

【００７３】成膜ガス及び流量：エチルトリエトキシシラン＝１０００ｓｃｃｍヘリウム（Ｈｅ）＝１０００ｓｃｃｍ成膜雰囲気内圧力：１０００Ｐａ基板加熱温度：４００℃ ただし、上記ｓｃｃｍは、standard cubic centimeter
とする。

【００７４】その後、この密着層１５上に、回転塗布法
によってシリコンラダー樹脂を溶媒に溶解させてなる溶
液層を成膜した。上記溶媒としては、イソプロピルアル
コールを用いた。次に、２００℃，３０分間の加熱処理
を行うことによって、上記溶液層中における上記溶媒を
除去して密着層１６を成膜した。また、この加熱処理に
よって、密着層１５のアルキル基と密着層１６のアルキ
ル基とを反応させ、密着層１５と密着層１６との間に強
固な分子間力を生じさせた。

【００７５】その後、必要に応じて、ＣＭＰ（Chemical
Mechanical Polishing)法によって密着層１６をその上
面側から研磨し、当該密着層１６の表面を平坦化し、絶
縁膜Ａを形成した。

【００７６】上記のようにして形成した絶縁膜Ａにおけ
る密着層１６と下地無機層１４との密着性の評価を上記
各実施形態と同様に行った。この結果、下地無機層１４
と密着層１６との間の密着性が良好に保たれていること
が確認された。また、この絶縁膜Ａの比誘電率を測定し
たところ、その値は３．２であり酸シリコンからなる絶
縁膜やフッ化酸化シリコンからなる絶縁膜の比誘電率と
比較して十分に低い値であった。

【００７７】尚、上記第５の絶縁性材料からなる密着層
１５は、液相成長法によって成膜しても良く、シリコン
ラダー樹脂からなる密着層１６は気相成長法によって成
膜しても良い。

【００７８】以上、各実施の形態で示した絶縁膜を半導
体装置における最上層の絶縁膜として用いる場合には、
必ずしもその表面を平坦化する必要はない。

【００７９】また、下地無機層の成膜に用いる装置とし
ては、上記各実施形態で用いた装置に限定されず、高密
度プラズマを発生させることができるＣＶＤ装置であれ
ば良い。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の絶縁膜構
造によれば下地無機層と有機層との間に特定の基を有す
る密着層を設けたことで、下地無機層と密着層との間に
化学結合を生じさせると共に密着層と有機層との間に化
学結合を生じさせるかまたは強固な分子間力を生じさせ
ることが可能になる。このため、下地無機層と有機層と
の密着性を向上させることができる。したがって、低誘
電の絶縁性膜として有機材料を用いた半導体装置の信頼
性の向上を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の絶縁膜構造を適用した半導体装置の断
面図である。

【図２】実施形態における絶縁膜の形成手順を説明する
図である。

【図３】液相成長法による成膜装置の構成図である。

【図４】従来の絶縁膜構造を説明する断面図である。

【符号の説明】

１１基板１３配線１４下地無機層１
５密着層１６有機層Ａ絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設けられた酸化シリコン系の無
機材料からなる下地無機層と、この上面に積層されたフ
ッ素樹脂からなる有機層とからなる絶縁膜構造におい
て、前記下地無機層と前記有機層との間には、アルコキシル
基及びハロゲンの少なくとも一方とフルオロアルキル基
とを有する絶縁性材料からなる密着層を設けたこと、を特徴とする絶縁膜構造。
【請求項２】基板上に設けられた酸化シリコン系の無
機材料からなる下地無機層と、この上面に積層されたポ
リアミド樹脂からなる有機層とからなる絶縁膜構造にお
いて、前記下地無機層と前記有機層との間には、アルコキシル
基及びハロゲンの少なくとも一方とグリシジル基とを有
する絶縁性材料からなる密着層を設けたこと、を特徴とする絶縁膜構造。
【請求項３】基板上に設けられた酸化シリコン系の無
機材料からなる下地無機層と、この上面に積層された水
酸基を有する有機材料からなる有機層とからなる絶縁膜
構造において、前記下地無機層と前記有機層との間には、アルコキシル
基及びハロゲンの少なくとも一方とイソシアネート基及
びアミノ基の少なくとも一方とを有する絶縁性材料から
なる密着層を設けたこと、を特徴とする絶縁膜構造。
【請求項４】基板上に設けられた酸化シリコン系の無
機材料からなる下地無機層と、この上面に積層されたア
クリル樹脂からなる有機層とからなる絶縁膜構造におい
て、前記下地無機層と前記有機層との間には、アルコキシル
基及びハロゲンの少なくとも一方とビニル基とを有する
絶縁性材料からなる密着層を設けたこと、を特徴とする絶縁膜構造。
【請求項５】基板上に設けられた酸化シリコン系の無
機材料からなる下地無機層と、この上面に積層されたシ
リコンラダー樹脂からなる有機層とからなる絶縁膜構造
において、前記下地無機層と前記有機層との間には、アルコキシル
基及びハロゲンの少なくとも一方とアルキル基とを有す
る絶縁性材料からなる密着層を設けたこと、を特徴とする絶縁膜構造。