JPH1098102A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の製造方法

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JPH1098102A
JPH1098102A JP25254196A JP25254196A JPH1098102A JP H1098102 A JPH1098102 A JP H1098102A JP 25254196 A JP25254196 A JP 25254196A JP 25254196 A JP25254196 A JP 25254196A JP H1098102 A JPH1098102 A JP H1098102A
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JP
Japan
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insulating film
forming
fluorine
substrate
semiconductor device
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JP25254196A
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English (en)
Inventor
Masakazu Muroyama
雅和 室山
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フッ化酸化シリコンからなる絶縁膜を用いた
半導体装置では、絶縁膜から脱離すフッ素によってこの
上面に成膜した窒化チタンからなる密着層の組成が変化
し、絶縁膜−密着層間に剥離が生じる。 【解決手段】 配線13を埋め込む状態で基板11上に
フッ化酸化シリコンからなる第1絶縁膜14aを成膜す
る。第1絶縁膜14a上にこの第1絶縁膜14aよりも
フッ素の含有量が少ない第2絶縁膜14bを成膜する。
第1絶縁膜14aと第2絶縁膜14bとに、配線13に
まで達するコンタクトホール15を形成する。コンタク
トホール15の内壁を覆う状態で第2絶縁膜14b上に
窒化チタンからなる密着層16を成膜し、コンタクトホ
ール15内を埋め込む状態で密着層16上にプラグ形成
層17を成膜する。第2絶縁膜14b上の密着層16及
びプラグ形成層17を除去し、コンタクトホール15内
にプラグ17aを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置及び半導
体装置の製造方法に関し、特にはフッ化酸化シリコンを
用いた絶縁膜を有してなる半導体装置及びその製造方法
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。そこで、このような絶縁膜を構成する絶
縁性材料として、酸化シリコンよりも誘電率が低いフッ
化酸化シリコンが多様されている。以下に、このフッ化
酸化シリコンを絶縁膜に用いた半導体装置の製造方法の
一例を説明する。
【0003】先ず、図6(a)に示すように、基板11
上に下層絶縁膜12を介して設けられた配線13を埋め
込む状態で、フッ化酸化シリコンからなる絶縁膜64を
成膜する。この絶縁膜64は、所定の誘電率が得られる
ように一定量のフッ素を含有するものである。この絶縁
膜64は、例えば第25回SSDM(Solid State Devi
ce Materials:固体素子材料カンファレンス)、(19
93)、p.161に記載されているように、TEOS
(Tetraetoxysilane) ガスとC2 6 (六フッ化エタ
ン)と酸化性ガスとを反応ガスに用いたプラズマCVD
(Chemical Vapore Deposition: 化学気相成長) 法や、
第40回応用物理学会関係連合講演予稿集、1a−ZV
−9に記載されているように、TEOSガスとNF
3 (三フッ化窒素)と酸化性ガスとを反応ガスに用いた
プラズマCVD法によって成膜する。また、安定した膜
質を得たい場合には、第40回応用物理学会関係連合講
演予稿集、31a−ZV−9に記載されているように、
Si−F(シリコン−フッ素)結合を有するガスと酸化
性ガスとを反応ガスに用いたプラズマCVD法によって
成膜しても良い。
【0004】以上のようにして絶縁膜64を成膜した
後、図6(b)に示すように、この絶縁膜64に配線1
3に達するコンタクトホール15を形成する。その後、
図6(c)に示すように、コンタクトホール15の内壁
を覆う状態で絶縁膜64上に窒化チタンからなる密着層
16を成膜した後、コンタクトホール15内を埋め込む
状態で密着層16上にプラグ形成層17を成膜する。次
に、図6(d)に示すように、絶縁膜64上のプラグ形
成層17及び密着層16をエッチバックして除去し、コ
ンタクトホール15内に当該プラグ形成層17からなる
プラグ17aを形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記半導体装
置には、以下のような課題があった。すなわち、フッ化
酸化シリコンからなる絶縁膜からは、フッ素が脱離す
る。このため、半導体装置の製造工程において、図6
(c)に示すようにこの絶縁膜64上に窒化チタンから
なる密着層16を成膜すると、絶縁膜64中から脱離し
たフッ素が密着層16のチタンと結び付いて脱離し、窒
化チタンからなる密着層16の組成が変化して窒素の割
合が増加する。このように、密着層16における窒素と
チタンとの割合が変化すると、絶縁膜64と密着層16
との間の密着性が保てなくなり、絶縁膜64と密着層1
6との間で剥離aが生じる場合がある。
【0006】そして、絶縁膜64と密着層16との間で
剥離aが生じた場合には、図6(d)に示したように絶
縁膜64上のプラグ形成層17と密着層16とをエッチ
バックすると、密着層16がダストbとなってエッチバ
ック表面すなわち絶縁膜64の表面に残ってしまう。そ
して、このダストbは、次の工程でこの絶縁膜64上に
形成する上層配線を短絡させる要因になる。
【0007】また、コンタクトホール15内に残った密
着層16と絶縁膜64との間で剥離が生じることで、密
着層16と配線13との間には応力が生じる。これは、
密着層16と配線13との間の剥離を発生させる要因に
なり、この部分に剥離が生じることによってコンタクト
不良が引き起こされる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するための半導体装置の製造方法及び半導体装置であ
る。このうち、本発明の半導体装置は、基板上に設けら
れた配線を埋め込む状態で当該基板上に成膜された絶縁
膜を備えた半導体装置である。そして、上記絶縁膜は、
基板上に設けられた配線間を埋め込む状態で当該基板上
に成膜されたフッ化酸化シリコン膜からなる第1絶縁膜
と、この第1絶縁膜上に設けられた当該第1絶縁膜より
もフッ素の含有量が少ないフッ化酸化シリコンからなる
第2絶縁膜とからなる。
【0009】上記半導体装置では、フッ化酸化シリコン
からなる第1絶縁膜で配線が埋め込まれていることか
ら、当該配線間の容量が抑えられる。しかも、この第1
絶縁膜上には、第1絶縁膜よりもフッ素濃度が低い第2
絶縁膜が設けられているため、絶縁膜表面からのフッ素
の脱離が抑えられる。
【0010】上記半導体装置の第2絶縁膜は、フッ素を
含有しない材料からなるものでも良い。この場合には、
上記方法よりも絶縁膜表面からのフッ素の脱離量がさら
に低減される。
【0011】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
先ず、基板上の配線を埋め込む状態で当該基板上にフッ
化酸化シリコンからなる第1絶縁膜を成膜した後、この
第1絶縁膜よりもフッ素の含有量が少ない第2絶縁膜を
成膜する。次に、第1絶縁膜及び第2絶縁膜に、上記配
線または上記基板にまで達するコンタクトホールを形成
する。次いで、上記コンタクトホールの内壁を覆う状態
で窒化チタンからなる密着層を成膜した後、コンタクト
ホール内を埋め込む状態で当該密着層上にプラグ形成層
を成膜する。次に、第2絶縁膜上の密着層及びプラグ形
成層を除去し、コンタクトホール内に当該プラグ形成層
からなるプラグを形成する。
【0012】上記製造方法では、フッ化酸化シリコンか
らなる第1絶縁膜上にこれよりもフッ素含有量が少ない
フッ化酸化シリコンからなる第2絶縁膜が成膜されるこ
とから、これらの膜で構成される絶縁膜に形成されるコ
ンタクトホールの内壁部分を除いては、フッ素の含有量
が少ない、すなわちフッ素の脱離が少ない第2絶縁膜上
に密着層が成膜される。このため、絶縁膜から密着層へ
供給されるフッ素の量が抑えられ、当該フッ素によって
密着層を構成する窒化チタンの組成が変化することが抑
えられる。したがって、密着層とこの下地となる第2絶
縁膜との間の密着性が保持され、当該第2絶縁膜上の密
着層をエッチバックによって除去する工程で、当該密着
層が粒子状態で脱離してダストとして第2絶縁膜上に残
ることが防止される。しかも、配線間は第1絶縁膜が埋
め込まれた状態になるため、配線間容量が抑えられる。
【0013】また、本発明の半導体装置の製造方法で
は、上記第2絶縁膜としてフッ素を含有しない材料を用
いても良い。この場合、上記方法よりもさらに絶縁膜か
ら密着層へのフッ素の供給量が抑えられて密着層と第2
絶縁膜との間の密着性はさらに確実になる。したがっ
て、第2絶縁膜上の密着層をエッチバックによって除去
する場合には、当該密着層が粒子状態で脱離してダスト
発生することはない。しかも、配線間はフッ化酸化シリ
コンからなる第1絶縁膜が埋め込まれた状態になるた
め、配線間容量が抑えられる。
【0014】さらに、本発明の半導体装置の製造方法
は、基板上の配線を埋め込む状態で当該基板上にフッ化
酸化シリコンからなる絶縁膜を成膜した後、この絶縁膜
の表面層からフッ素を脱離させ、また絶縁膜にコンタク
トホールを形成する。その後、上記各方法と同様にし
て、コンタクトホール内にプラグを形成する。
【0015】この方法では、絶縁膜の表面層からフッ素
を脱離させた後にこの絶縁膜上に密着層が成膜される。
このため、上記各方法と同様に、絶縁膜上の密着層をエ
ッチバックによって除去する際に当該密着層が粒子状態
で脱離してダスト発生することが抑えられ、しかも配線
間容量が抑えられる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置及びそ
の製造方法における実施の形態を図面に基づいて説明す
る。尚、半導体装置の製造においては、例えば図2に示
す成膜装置2を用いる。この成膜装置2は、マイクロ波
プラズマ電子サイクロトロン共鳴によって高密度のプラ
ズマを発生させることが可能な高密度プラズマCVD型
の成膜装置である。この成膜装置2においては、ウエハ
10を載置する下部電極21に高周波電力を印加するR
F電源22が接続され、さらにこの下部電極21中には
ウエハ10の温度を制御するための温調装置23が設け
られている。そして、この下部電極21は成膜用の反応
ガスが導入される反応室24内に配置される。
【0017】また、下部電極21の上方には、反応室2
4と連通する状態で内部にプラズマ発生用のガスが導入
されるプラズマ発生室25が配置されている。このプラ
ズマ発生室25の周囲には、電子サイクロトロン共鳴条
件を満足させるための磁石26が配置されると共に、マ
イクロ波を伝える導波管27が設けられている。
【0018】ここで説明する半導体装置の製造には、上
記成膜装置2の他にも、誘導コイル型プラズマCVD装
置,ヘリコン波プラズマCVD装置またはトランス結合
プラズマCVD装置のような高密度プラズマCVD装置
のうちのいづれか一つの成膜装置を用いても良い。以
下、一例として上記成膜装置2を用いた半導体装置の製
造方法の実施の形態を説明する。尚、実施の形態を説明
するうえでは、従来の技術と同様の構成要素には図面上
において同一符号を用る。
【0019】(第1実施形態)先ず例えば、図1(a)
に示すように、シリコンのような半導体からなる基板1
1上に、酸化シリコンからなる層間絶縁膜12を成膜
し、この層間絶縁膜14上にアルミニウムかならる配線
13を形成する。以上の各工程は、通常の手法によって
行う。
【0020】その後、この配線13を完全に埋め込む状
態で、基板11上に層間絶縁膜12を介してフッ化酸化
シリコンかならる第1絶縁膜14aを成膜する。そこ
で、配線13の高さの120%の膜厚で、第1絶縁膜1
4aを成膜する。この第1絶縁膜14aは、配線13間
の誘電率を低下させるのに十分な量のフッ素を含有し、
一例としては、配線13間のピッチが 0.3μm程度
である場合において、フッ素含有量6〜8atoms%
(以下、%と記す)程度であることとする。この第1絶
縁膜14aの比誘電率は3.4程度になる。また、以下
に、上記図2に示した成膜装置を用て第1絶縁膜14a
を成膜する場合の成膜条件の一例を示す。
【0021】 成膜ガス及び流量:四フッ化シラン(SiF4 )= 80sccm シラン (SiH4 )= 40sccm 酸素 (O2 ) =100sccm アルゴン (Ar) = 50sccm 成膜雰囲気内圧力:1Pa 基板加熱温度 :200℃ RF電力 :2kW
【0022】尚、上記第1絶縁膜14aの成膜において
は、フッ素を含有する成膜ガスとして、フッ化シラン以
外のガスを用いても良い。ただし、好ましくは、分子構
造中にシリコン−フッ素結合を有するガスを用いること
とする。このようなガスとしては、シラン,アルキルシ
ランまたはアルコキシシラン(以上のシランは、モノシ
ランまたはポリシラン)のシリコン(Si)に結合する
水素(H)をフッ素(F)に置換してなるガスや、Fx
RySi−O−SiRmFn(x+y=m+n=3,R
はアルキル基,アルコキシル基または水素)で示される
鎖状ポリシランや、Fx R8-x Si4 O4 (8≧X≧
1)で示される環状ポリシランがある。このようなガス
を用いることによって、フッ素を安定した状態で含有す
るフッ化酸化シリコンからなる第1絶縁膜14aが形成
される。
【0023】また、上記ガスには、分子構造中にシリコ
ン−フッ素結合を持たないガスを用いても良い。
【0024】さらに、基板加熱温度は、50℃〜300
℃の範囲であれば良く、さらに150℃〜250℃の範
囲で好適である。このような温度に設定することによっ
て、加熱による影響を配線13に与えることなく、しか
も膜質が密でかつ6〜8atomic%程度のフッ素を
含有するフッ化酸化シリコンからなる第1絶縁膜14a
を得ることができる。
【0025】次に、図1(b)に示すように、第1絶縁
膜14a上に、この第1絶縁膜14aよりもフッ素の含
有量が少ないフッ化酸化シリコン、すなわちフッ素含有
量6%未満の第2絶縁膜14bを成膜する。この第2絶
縁膜14bにおけるフッ素含有量は、好ましくは3%以
下とし、ここではフッ素含有量2%のフッ化酸化シリコ
ンからなる第2絶縁膜14bを400nm程度の膜厚で
成膜する。この第2絶縁膜14bの比誘電率は3.8程
度になる。
【0026】上記第2絶縁膜14bの成膜は、第1絶縁
膜14aの成膜における成膜条件のうちフッ素を含有す
るガスの供給量を減らして行う。具体的には、上記第1
絶縁膜14aの成膜条件において、四フッ化シラン(S
iF4 )の流量を80sccmから10sccmに減ら
し、その他の条件は上記成膜条件と同一に保つ。以上に
よって、第1絶縁膜14aと第2絶縁膜14bとからな
る絶縁膜14を形成する。
【0027】次に、図1(c)に示すように、第1絶縁
膜14a及び第2絶縁膜14bに配線13にまで達する
コンタクトホール15を形成する。このコンタクトホー
ル15は、第2絶縁膜14b上にここでは図示を省略し
たレジストパターンを形成し、このレジストパターンを
マスクにして第2絶縁膜14b及び第1絶縁膜14aを
順にエッチングすることによって形成される。
【0028】次に、図1(d)に示すように、スパッタ
成膜法によって、コンタクトホール15の内壁を含む第
2絶縁膜14b上に窒化チタンからなる密着層16を、
100nm程度の膜厚で成膜する。この密着層16は、
チタン(Ti):窒素(N)=1:1程度であることと
する。
【0029】その後、CVD法によって、密着層16上
にタングステンからなるプラグ形成層17を成膜する。
この際、コンタクトホール15内を完全に埋め込む状態
で当該プラグ形成層17を成膜する。
【0030】次いで、図1(e)に示すように、プラグ
形成層17及び密着層16をこれらの上面側から続けて
エッチバックし、コンタクトホール15内にのみプラグ
形成層17及び密着層16を残す状態で第2絶縁膜14
b上のプラグ形成層17及び密着層16を除去する。こ
れによって、コンタクトホール15内にプラグ形成層1
7からなるプラグ17aを形成する。
【0031】その後、ここでは図示しない上層配線を、
プラグ17aに接続する状態で第2絶縁膜14b上に形
成する。
【0032】以上によって、配線13を埋め込む状態で
基板11上に設けられたフッ化酸化シリコンからなる第
1絶縁膜14aと、第1絶縁膜14aよりもフッ素の含
有量が少ないフッ化酸化シリコンからなる第2絶縁膜1
4bとを有し、さらに第1絶縁膜14aと第2絶縁膜1
4bとからなる絶縁膜14に形成されたコンタクトホー
ル15内に窒化チタンからなる密着層16を介してプラ
グ17aを設けてなる半導体装置1が形成される。
【0033】上記半導体装置1では、フッ化酸化シリコ
ンからなる第1絶縁膜14aで配線13間が埋め込まれ
ていることから、当該配線13間の容量を低下させるこ
とができる。しかも、この第1絶縁膜14a上には、第
1絶縁膜14aよりもフッ素の含有量が低い第2絶縁膜
14bが設けられているため、絶縁膜14表面からのフ
ッ素の脱離が抑えられる。さらに、この第2絶縁膜14
bは少量のフッ素を含有することで、酸化シリコンより
も誘電率が低いものになる。したがって、配線13上に
成膜される第1絶縁膜14aと第2絶縁膜14bとによ
って、当該配線13と第2絶縁膜14b上の上層配線と
の間の容量が抑えられる。
【0034】このため、上記半導体装置の製造工程にお
いて、この絶縁膜14にコンタクトホール15を形成し
た後密着層16を成膜した場合、絶縁膜14から密着層
16へのフッ素の供給が抑えられ、当該フッ素によって
密着層16を構成する窒化チタンの組成が変化すること
が防止される。したがって、密着層16と第2絶縁膜1
4bとの間で剥離が生じることが抑えられる。
【0035】図3には、絶縁膜14の表面深さにおける
フッ素濃度と絶縁膜−密着層間の密着性を示すグラフで
ある。このグラフに示すように、フッ素含有量が2%の
領域が表面から400nm程度までの深さ領域にあれ
ば、絶縁膜−密着層間の密着性が確保されることがわか
る。このことから、フッ素濃度2%の第2絶縁膜14b
を400nmの膜厚で成膜した上記実施形態では、絶縁
膜−密着層間の密着性が確保されて上記剥離の発生がほ
ぼ完全に抑えられ、第2絶縁膜14b上の密着層16を
エッチバックによって除去する場合には、密着層16が
粒子状態で脱離してダスト発生することはない。
【0036】(第2実施形態)第2実施形態の製造方法
と、上記第1実施形態の製造方法との相違点は、図1
(b)に示される第2絶縁膜14bの成膜方法にある。
すなわち、ここでは、第1絶縁膜14aを成膜した後、
上記第1絶縁膜14aの成膜において成膜ガスに水素を
含有するガスを添加したCVD法によって、第2絶縁膜
14bを成膜する。具体的には、上記第1絶縁膜14a
の成膜条件において、成膜ガスに水素(H2 )を100
sccmの流量で添加し、その他の条件は上記第1絶縁
膜14aの成膜条件と同一に保ったCVD法によって第
2絶縁膜14bを成膜する。
【0037】このようにして第2絶縁膜14bを成膜す
ることによって、第2絶縁膜14bを成膜する際にフッ
素ラジカルを水素ラジカルで補足して第2絶縁膜14b
のフッ素含有量を低下させる。このように第2絶縁膜1
4bを成膜する方法であっても、上記第1実施形態と同
様の半導体装置が製造され、同様の効果が得られる。
【0038】尚、上記水素を含有するガスとしては、水
素(H2 )の他にもCnH2n+2で表される飽和炭化水素
やCnH2nやCnH2n-2(以上、n≧1)で表される不
飽和炭化水素あるいはアンモニアのように、水素の結合
エネルギーが低く、水素ラジカルを発生させ易いガスを
用いることができる。
【0039】(第3実施形態)第3実施形態の製造方法
と、上記第1及び第2実施形態の製造製造方法との相違
点は、図1(b)に示される第2絶縁膜14bの成膜方
法にある。すなわち、ここでは、第1絶縁膜14aを成
膜した後、上記第1絶縁膜14aの成膜において基板加
熱温度を上昇させたCVD法によって当該第2絶縁膜1
4bの成膜を行う。具体的には、上記第1絶縁膜14a
の成膜条件において、基板加熱温度を200℃から35
0℃に上昇させ、その他の条件は上記成膜条件と同一に
保ったCVD法によって第2絶縁膜14bを成膜する。
【0040】このような方法であっても、上記第1実施
形態及び第2実施形態と同様の半導体装置が製造され、
同様の効果が得られる。
【0041】尚、第1絶縁膜14aの成膜における基板
加熱温度は、50℃〜300℃の範囲であれば良いた
め、第2絶縁膜14bの成膜における基板加熱温度は、
第1絶縁膜14aの基板加熱温度によってその値が変動
する。ただし、第2絶縁膜14bの成膜における基板加
熱温度は、150℃〜500℃の範囲とし、好ましくは
250℃〜400℃の範囲で設定する。このような温度
に設定することによって、加熱による影響を配線13に
与えることなく、しかも膜質が密でかつフッ素含有量が
6%未満のフッ素を含有するフッ化酸化シリコンからな
る第2絶縁膜14bを得ることができる。
【0042】尚、上記第1〜第3実施形態においては、
第1絶縁膜14aに引き続けて行う第2絶縁膜14bの
成膜において、各実施形態の成膜条件を組み合わせても
良い。例えば、第1実施形態と第3実施形態とを組み合
わせ、第1絶縁膜14aの成膜と第2絶縁膜14bの成
膜とを続けて行う方法も可能である。すなわち、第1絶
縁膜14aを成膜した後、これに続けて成膜ガス中にお
けるフッ素含有ガスの流量を減らすとともに基板加熱温
度を上昇させて第2絶縁膜14bを成膜する。
【0043】このように、第1実施形態〜第3実施形成
を組み合わせても、上記各実施形態と同様の半導体装置
が製造され、同様の効果が得られる。
【0044】また、第2絶縁膜14bは、フッ素の含有
量が均一のものでなくても良く、表面に近い程フッ素濃
度が低くなるようなプロファイルを有するように成膜さ
れたものでも良い。このような第2絶縁膜14bを成膜
する場合には、上記第1から第3実施形態における第2
絶縁膜14bの成膜において、フッ素の含有量を制御す
るための条件を連続的に変化させていくこととする。
【0045】(第4実施形態)図4は、第4実施形態を
説明する図である。第4実施形態の製造方法と、上記各
実施形態の製造製造方法との相違点は、図4(b)で成
膜される第2絶縁膜14cの膜質にある。すなわち、こ
こでは先ず、図4(a)に示すように、上記第1〜第3
実施形態で図1(a)を用いて説明したと同様にして、
基板11上の配線13を埋め込む状態でフッ化酸化シリ
コンからなる第1絶縁膜14aを成膜する。
【0046】その後、図4(b)に示すように、第1絶
縁膜14a上に、フッ素を含まない第2絶縁膜14cを
成膜する。これによって、第1絶縁膜14aと第2絶縁
膜14cとからなる絶縁膜44を形成する。上記第2絶
縁膜14cとしては、酸化シリコン,リンやホウ素を含
有する酸化シリコン,窒素や炭素を含有する酸化シリコ
ンまたは窒化ホウ素からなることとする。
【0047】ここでは、酸化シリコンからなる第2絶縁
膜14cを、400nm程度の膜厚で成膜することと
し、以下に上記図2で示した成膜装置を用いたCVD法
による成膜条件の一例を示す。 成膜ガス及び流量:シラン (SiH4 )= 80sccm 酸素 (O2 ) =100sccm アルゴン (Ar) = 50sccm 成膜雰囲気内圧力:1Pa 基板加熱温度 :200℃ RF電力 :2kW
【0048】上記のようにして、酸化シリコンからなる
第2絶縁膜14cを成膜することによって、第1絶縁膜
14aと第2絶縁膜14cとからなる絶縁膜44を形成
する。その後、図4(c)〜図4(e)に示す工程を上
記第1〜第3実施形態で図1(c)〜図1(e)を用い
て説明したと同様に行う。
【0049】これによって、配線13を埋め込む状態で
基板11上に設けられた酸化シリコンからなる第1絶縁
膜14aと、フッ素を含有しない絶縁膜からなる第2絶
縁膜14cとを有し、これらの第1絶縁膜14aと第2
絶縁膜14cとからなる絶縁膜44に形成されたコンタ
クトホール15内に窒化チタンからなる密着層16を介
してプラグ17aを設けてなる半導体装置4が形成され
る。
【0050】上記半導体装置4は、フッ化酸化シリコン
からなる第1絶縁膜14aで配線13間が埋め込まれて
いることから、当該配線13間の容量を低下させること
ができる。しかも、この第1絶縁膜14a上には酸化シ
リコンからなる第2絶縁膜14cが設けられていること
から、この第2絶縁膜14cがバリアになって絶縁膜4
4表面からのフッ素の脱離が抑えられる。
【0051】このため、上記半導体装置の製造工程にお
いて、この絶縁膜44にコンタクトホール15を形成し
た後密着層16を成膜した場合、上記第1〜第3実施形
態よりもさらに絶縁膜44から密着層16へのフッ素の
供給が抑えられ、当該フッ素によって密着層16を構成
する窒化チタンの組成が変化することが防止される。し
たがって、上記各実施形態と同様に、絶縁膜44上の密
着層16をエッチバックによって除去する際には、密着
層16が粒子状態で脱離してダスト発生することはな
い。
【0052】尚、上記第1〜第4実施形態においては、
第1絶縁膜14aの成膜表面が平坦でない場合には、こ
の第1絶縁膜14a上に第2絶縁膜14c(14b)成
膜した後、CMP(Chemical Mechamical Polishing)法
によって第2絶縁膜14c(14b)をその表面側から
研磨する。これによって、第2絶縁膜14c(14b)
の表面を平坦化する。この際、平坦化後に第1絶縁膜1
4a上に残る第2絶縁膜14c(14b)の膜厚が所定
膜厚以上になるように、予め第2絶縁膜14c(14
b)を厚めに成膜しておく。
【0053】また、第1絶縁膜14aの表面が平坦でな
い場合には、第1絶縁膜14aの成膜表面をCMP法に
よって研磨して平坦化した後、上記第2絶縁膜14c
(14b)を上記所定の膜厚で成膜しても良い。この
際、第1絶縁膜14aは、例えば配線13の高さの20
0%程度の膜厚で厚めに成膜しておく。これによって、
平坦化後であっても、第1絶縁膜14aで配線13が埋
め込まれた状態になるようにする。
【0054】(第5実施形態)図5は、第5実施形態を
説明する図であり、以下に第5実施形態の製造方法を説
明する。先ず、図5(a)に示す工程では、上記第1実
施形態で図1(a)を用いて説明したと同様にして、配
線13間を完全に埋め込む状態で、層間絶縁膜12を介
して基板11上にフッ化酸化シリコンからなる絶縁膜5
4を成膜する。この絶縁膜54は、上記第1〜第4実施
形態の第1絶縁膜14aと同様にして成膜する。
【0055】次に、必要に応じて絶縁膜54表面の平坦
化を行う。ここでは、絶縁膜54の成膜表面が段差形状
を有する場合、CMP法によって絶縁膜54をその表面
側から研磨する。このような平坦化を行う場合には、配
線13上の絶縁膜54が必要膜厚以上になるように、予
め厚めに上記絶縁膜54を成膜しておく。
【0056】その後、図5(b)に示すように、絶縁膜
54に配線13にまで達するコンタクトホール15を形
成する。コンタクトホール15の形成は、上記第1実施
形態で図1(c)を用いて説明したと同様の手順で行
う。
【0057】次に、図5(c)に示すように、熱処理を
行うことによって、絶縁膜54の露出表面層54aから
フッ素を脱離させる。具体的には、400℃で30分間
の熱処理を行うことによって、絶縁膜54の露出表面層
54aから、当該絶縁膜54を構成するフッ化酸化シリ
コン中のフッ素を脱離させる。これによって、この絶縁
膜54は、フッ素の含有量が6〜8%の第1絶縁膜14
a部分と、この露出表面上で当該第1絶縁膜14a部分
よりもフッ素の含有量が少ない第2絶縁膜14b部分と
の2層構造になる。
【0058】その後、図5(d)及び図5(e)に示す
工程は、上記第1実施形態で図1(d)及び図1(e)
を用いて説明したと同様に行い、コンタクトホール15
の内壁を含む絶縁膜54上に窒化チタンからなる密着層
16を成膜し、さらに密着層16上にタングステンから
なるプラグ形成層17を成膜した後、プラグ形成層17
及び密着層16をこれらの上面側から続けてエッチバッ
クてコンタクトホール15内にプラグ形成層17からな
るプラグ17aを形成する。次に、ここでは図示しない
上層配線を、プラグ17aに接続する状態で絶縁膜54
上に形成する。
【0059】上記製造方法では、絶縁膜54の露出表面
層54aからフッ素を脱離した後に、この絶縁膜54上
に密着層16が成膜される。このため、上記第1〜第4
実施形態と同様に、絶縁膜54表面からのフッ素の脱離
を抑えることができ、密着層16をエッチバックによっ
て除去する際に当該密着層16が粒子状態で脱離してダ
スト発生することを防止できる。しかも、配線13間に
位置する絶縁膜54の下方部分におけるフッ素濃度は成
膜時の濃度に保たれるため、配線13間の容量が確保さ
れる。
【0060】また、コンタクトホール15を形成した後
に絶縁膜54の露出表面からフッ素を脱離させる工程を
行うため、コンタクトホール15の側壁部分における絶
縁膜54の露出表面層54aにおいてもフッ素濃度が低
くなる。したがって、コンタクトホール15内において
も密着層16の変質が防止され、当該密着層16と絶縁
膜54との密着性が確保される。
【0061】(第6実施形態)第6実施形態の製造方法
と、上記第5実施形態の製造製造方法との相違点は、図
5(b)に示される絶縁膜54の露出表面層からのフッ
素の脱離方法にあり、その他の工程は上記第5実施例と
同様に行う。すなわち、ここでは、プラズマ処理を行う
ことによって、絶縁膜54の露出表面層からフッ素を脱
離させる。以下に、プラズマ処理の一例を示す。
【0062】プラズマ生成ガス及び流量:酸素(O2
=40sccm 処理雰囲気内圧力 :1330Pa 基板加熱温度 :200℃ RF電力 :1kW 尚、プラズマ生成ガスとしては、酸素(O2 )の他に、
窒素を含有するガスや酸素を含有するガスを用いてもよ
い。
【0063】このような方法であっても、上記第5実施
形態と同様の半導体装置5が製造され、同様の効果が得
られる。
【0064】尚、上記第5及び第6実施形態において
は、絶縁膜54の露出表面層からのフッ素の脱離は、絶
縁膜54を成膜した後でコンタクトホール15を形成す
る前に行っても良い。
【0065】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置によれば、基板上に設けられた配線を埋め込む状態で
設けられたフッ化酸化シリコン膜からなる第1絶縁膜上
にフッ素の含有量が少なかまたはフッ素を含まない第2
絶縁膜を設けた構成にすることで、配線間の容量を抑え
ると共に絶縁膜表面からのフッ素の脱離を抑え、当該フ
ッ素による上層への影響を防止することが可能になる。
【0066】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、フッ化酸化シリコンからなる第1絶縁膜表面をフ
ッ素含有量が少ないかまたはフッ素を含有しない絶縁膜
からなる第2絶縁膜で覆ったり、フッ化酸化シリコンか
なる絶縁膜の露出表面層からフッ素を脱離させること
で、絶縁膜上の密着層を構成する窒化チタンの組成がフ
ッ素の供給によって劣化することが防止される。このた
め、絶縁膜と密着層との間の密着性が確保され、当該絶
縁膜上の密着層をエッチバックによって除去する際に当
該密着層が粒子状態で脱離してダスト発生することはな
い。したがって、ダストによる上層配線の短絡を防止す
ることができ、半導体装置の信頼性が確保される。しか
も、配線間の絶縁膜はフッ素の含有量が保たれているこ
とから、配線間容量も抑えられ、素子の微細化が進んだ
半導体装置における高速動作を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1〜第3実施形態を説明するための断面図で
ある。
【図2】半導体装置の製造に用いる成膜装置の構成図で
ある。
【図3】フッ素濃度の深さプロファイルと絶縁膜−密着
層間の密着性を示すグラフである。
【図4】第4実施形態を説明するための断面図である。
【図5】第5,第6実施形態を説明するための断面図で
ある。
【図6】従来の技術を説明するための断面図である。
【符号の説明】
1,4,5 半導体装置 11 基板 13 配線 14,44,54 絶縁膜 14a 第1絶縁膜 14b,14c 第2絶縁膜 15 コンタクトホー
ル 16 密着層 17 プラグ形成層 17a プラグ 54a 露
出表面層

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に設けられた配線を埋め込む状態
    で当該基板上に成膜された絶縁膜を備えた半導体装置に
    おいて、 前記絶縁膜は、基板上に設けられた配線を埋め込む状態
    で当該基板上に成膜されたフッ化酸化シリコン膜からな
    る第1絶縁膜と、 前記第1絶縁膜上に設けられた当該第1絶縁膜よりもフ
    ッ素の含有量が少ないフッ化酸化シリコンからなる第2
    絶縁膜とからなることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 基板上に設けられた配線を埋め込む状態
    で当該基板上に成膜された絶縁膜を備えた半導体装置に
    おいて、 前記絶縁膜は、基板上に設けられた配線を埋め込む状態
    で当該基板上に成膜されたフッ化酸化シリコン膜からな
    る第1絶縁膜と、 前記第1絶縁膜上に設けられたフッ素を含有しない第2
    絶縁膜とからなることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 基板上に設けられた配線を埋め込む状態
    で当該基板上にフッ化酸化シリコンからなる第1絶縁膜
    を成膜する工程と、 前記第1絶縁膜上に当該第1絶縁膜よりもフッ素の含有
    量が少ない第2絶縁膜を成膜する工程と、 前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜に、前記配線または前記
    基板にまで達するコンタクトホールを形成する工程と、 前記コンタクトホールの内壁を覆う状態で前記第2絶縁
    膜上に窒化チタンからなる密着層を成膜した後、前記コ
    ンタクトホール内を埋め込む状態で当該密着層上にプラ
    グ形成層を成膜する工程と、 前記第2絶縁膜上の前記密着層及びプラグ形成層を除去
    し、前記コンタクトホール内に当該プラグ形成層からな
    るプラグを形成する工程と、 を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記第1絶縁膜の成膜は、CVD法によって行い、 前記第2絶縁膜の成膜は、前記第1絶縁膜の成膜よりも
    原料ガス中のフッ素含有ガスの割合を減少させたCVD
    法によって行うこと、 を特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項3記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記第1絶縁膜の成膜は、CVD法によって行い、 前記第2絶縁膜の成膜は、前記第1絶縁膜の成膜におけ
    る原料ガス中に水素含有ガスを添加したCVD法によっ
    て行うこと、 を特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項3記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記第1絶縁膜の成膜は、CVD法によって行い、 前記第2絶縁膜の成膜は、前記第1絶縁膜の成膜よりも
    基板温度を上昇させたCVD法によって行うこと、 を特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 基板上に設けられた配線を埋め込む状態
    で当該基板上にフッ化酸化シリコンからなる第1絶縁膜
    を成膜する工程と、 前記第1絶縁膜上にフッ素を含有しない第2絶縁膜を成
    膜する工程と、 前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜に、前記配線または前記
    基板にまで達するコンタクトホールを形成する工程と、 前記コンタクトホールの内壁を覆う状態で前記第2絶縁
    膜上に窒化チタンからなる密着層を成膜した後、前記コ
    ンタクトホール内を埋め込む状態で当該密着層上にプラ
    グ形成層を成膜する工程と、 前記第2絶縁膜上の前記密着層及びプラグ形成層を除去
    し、前記コンタクトホール内に当該プラグ形成層からな
    るプラグを形成する工程と、 を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 基板上に設けられた配線を埋め込む状態
    で当該基板上にフッ化酸化シリコンからなる絶縁膜を成
    膜する工程と、 前記絶縁膜に、前記配線または前記基板にまで達するコ
    ンタクトホールを形成する工程と、 前記絶縁膜の露出表面層からフッ素を脱離させる工程
    と、 前記絶縁膜の露出表面層からフッ素を脱離させた後、前
    記コンタクトホールの内壁を覆う状態で前記絶縁膜上に
    窒化チタンからなる密着層を成膜し、次に前記コンタク
    トホール内を埋め込む状態で当該密着層上にプラグ形成
    層を成膜する工程と、 前記絶縁膜上の前記密着層及びプラグ形成層を除去し、
    前記コンタクトホール内に当該プラグ形成層からなるプ
    ラグを形成する工程と、 を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項8記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記絶縁膜の露出表面層からフッ素を脱離させる工程で
    は、熱処理を行うことによって前記絶縁膜の表面層から
    フッ素を脱離させること、 を特徴とする半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 請求項8記載の半導体装置の製造方法
    において、 前記絶縁膜の露出表面層からフッ素を脱離させる工程で
    は、プラズマ処理を行うことによって前記絶縁膜の表面
    層からフッ素を脱離させること、 を特徴とする半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002046810A1 (en) * 2000-12-08 2002-06-13 Sony Corporation Semiconductor device and method for manufacture thereof
US6586838B2 (en) 2001-02-26 2003-07-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device

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