JPH1126445A - 絶縁膜と成膜方法及び半導体装置 - Google Patents
絶縁膜と成膜方法及び半導体装置Info
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- JPH1126445A JPH1126445A JP17551997A JP17551997A JPH1126445A JP H1126445 A JPH1126445 A JP H1126445A JP 17551997 A JP17551997 A JP 17551997A JP 17551997 A JP17551997 A JP 17551997A JP H1126445 A JPH1126445 A JP H1126445A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低誘電率かつ吸湿性が低い絶縁膜及び絶縁膜の
成膜方法を提供する事を目的とする。さらに、これらの
方法により成膜した絶縁膜を有する半導体装置を提供す
ることである。 【解決手段】電磁石４による磁場と導波管から導入され
るマイクロ波により、ボンベ５ａ，５ｄ内から導入口６
ａを通過して入ってくるガス７ａ(ＳｉＦ4)，７ｄ(Ｂ2
Ｈ6)とボンベ５ｂ,５ｃ内から導入口６ｂ,６ｃを通過し
て入ってくるガス７ｂ(Ｏ2），７ｃ（Ａｒ）が電離し、
プラズマが生成する。この時、プラズマ内での電子衝突
による解離反応により生じたラジカルが半導体ウエハー
１３において反応することにより、膜内にＳｉ−Ｏ，Ｓ
ｉ−Ｆ，Ｂ−Ｏ，Ｂ−Ｆ構造を有する。
成膜方法を提供する事を目的とする。さらに、これらの
方法により成膜した絶縁膜を有する半導体装置を提供す
ることである。 【解決手段】電磁石４による磁場と導波管から導入され
るマイクロ波により、ボンベ５ａ，５ｄ内から導入口６
ａを通過して入ってくるガス７ａ(ＳｉＦ4)，７ｄ(Ｂ2
Ｈ6)とボンベ５ｂ,５ｃ内から導入口６ｂ,６ｃを通過し
て入ってくるガス７ｂ(Ｏ2），７ｃ（Ａｒ）が電離し、
プラズマが生成する。この時、プラズマ内での電子衝突
による解離反応により生じたラジカルが半導体ウエハー
１３において反応することにより、膜内にＳｉ−Ｏ，Ｓ
ｉ−Ｆ，Ｂ−Ｏ，Ｂ−Ｆ構造を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁膜の成膜方法
に関わり、特に半導体素子内の層間絶縁膜の成膜方法に
関する。これに加え、本発明は半導体装置に関わり、上
記の成膜方法により生成した半導体素子内の層間絶縁膜
を有する半導体装置に関する。
に関わり、特に半導体素子内の層間絶縁膜の成膜方法に
関する。これに加え、本発明は半導体装置に関わり、上
記の成膜方法により生成した半導体素子内の層間絶縁膜
を有する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の半導体装置の高集積化は著しく、
すでに最小０.３mm 幅の配線を含む６４ＭビットＤＲＡ
Ｍも実用化段階に入っている。このため配線間を絶縁用
の層間絶縁膜の薄膜化が著しい。しかしながら、層間絶
縁膜の薄膜化に伴い誘電率が高くなり、配線遅延の問題
が生じている。特に最小０.３mm 幅の配線のデザインル
ールでは全体の遅延に占める配線遅延（配線抵抗Ｒと配
線容量ＣによるＲＣ遅延）の割合が７０％以上となると
予想されている。このため、配線遅延を低減し、集積回
路の動作を高速化するために層間絶縁膜を低誘電率化す
る方法の開発が本質的に重要となっている。現在、従来
の層間絶縁膜であるＳｉＯ2 膜にＦを添加し、低誘電率
化する方法が最有力候補である。
すでに最小０.３mm 幅の配線を含む６４ＭビットＤＲＡ
Ｍも実用化段階に入っている。このため配線間を絶縁用
の層間絶縁膜の薄膜化が著しい。しかしながら、層間絶
縁膜の薄膜化に伴い誘電率が高くなり、配線遅延の問題
が生じている。特に最小０.３mm 幅の配線のデザインル
ールでは全体の遅延に占める配線遅延（配線抵抗Ｒと配
線容量ＣによるＲＣ遅延）の割合が７０％以上となると
予想されている。このため、配線遅延を低減し、集積回
路の動作を高速化するために層間絶縁膜を低誘電率化す
る方法の開発が本質的に重要となっている。現在、従来
の層間絶縁膜であるＳｉＯ2 膜にＦを添加し、低誘電率
化する方法が最有力候補である。
【０００３】しかし、現在のところ実用可能なＳｉＯＦ
膜の誘電率は３.２ 程度である。このため次世代あるい
は次々世代の層間絶縁膜では新たな膜により誘電率を低
減させる必要がある。
膜の誘電率は３.２ 程度である。このため次世代あるい
は次々世代の層間絶縁膜では新たな膜により誘電率を低
減させる必要がある。
【０００４】このＦ添加ＳｉＯ2 膜（ＳｉＯＦ膜）の生
成法としてはプラズマＣＶＤ法を利用した成膜法が提案
されている。公知技術としては特願平5−89891号明細書
（参照）にあるようにプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ2
膜を形成する際に、Ｆ原子を含むエッチングガス（Ｃ2
Ｆ6，ＣＦ4，ＮＦ3）を添加する方法と、特願平2− 77
127号明細書にあるようにＳｉＯ2 膜を形成する際にＳ
ｉＦ4 を反応ガスとして添加する方法が報告されてい
る。
成法としてはプラズマＣＶＤ法を利用した成膜法が提案
されている。公知技術としては特願平5−89891号明細書
（参照）にあるようにプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ2
膜を形成する際に、Ｆ原子を含むエッチングガス（Ｃ2
Ｆ6，ＣＦ4，ＮＦ3）を添加する方法と、特願平2− 77
127号明細書にあるようにＳｉＯ2 膜を形成する際にＳ
ｉＦ4 を反応ガスとして添加する方法が報告されてい
る。
【０００５】さらに、ＳｉＯ2 膜にボロンを添加する事
により誘電率を低減出来ることが１９９５秋季日本応用
物理学会講演予稿集（２６−ＺＢ−２）にて報告されて
いる。
により誘電率を低減出来ることが１９９５秋季日本応用
物理学会講演予稿集（２６−ＺＢ−２）にて報告されて
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知技術においては以下の問題点が存在する。ＳｉＯ2 膜
を形成する際に、Ｆ原子を含むエッチングガス（Ｃ
2Ｆ6，ＣＦ4，ＮＦ3）を添加する方法では、膜内にＳｉ
−Ｆ結合を生成するには、エッチングガスを分解し、Ｆ
ラジカルをプラズマ中に発生させる必要がある。このＦ
ラジカルが大量にプラズマ内に存在すると膜内に遊離Ｆ
原子（膜構成原子との結合性が弱いＦ原子）がとりこま
れ、絶縁膜の水吸湿性を高めたり、化学反応に対する安
定性が低下し、半導体素子の性能が劣化する可能性があ
る。一方、ＳｉＦ4 を反応ガスとして添加する場合も、
プラズマ内に大量のＦラジカルを発生させ、上記と同様
に遊離Ｆ原子を膜内にとりこむ恐れがある。
知技術においては以下の問題点が存在する。ＳｉＯ2 膜
を形成する際に、Ｆ原子を含むエッチングガス（Ｃ
2Ｆ6，ＣＦ4，ＮＦ3）を添加する方法では、膜内にＳｉ
−Ｆ結合を生成するには、エッチングガスを分解し、Ｆ
ラジカルをプラズマ中に発生させる必要がある。このＦ
ラジカルが大量にプラズマ内に存在すると膜内に遊離Ｆ
原子（膜構成原子との結合性が弱いＦ原子）がとりこま
れ、絶縁膜の水吸湿性を高めたり、化学反応に対する安
定性が低下し、半導体素子の性能が劣化する可能性があ
る。一方、ＳｉＦ4 を反応ガスとして添加する場合も、
プラズマ内に大量のＦラジカルを発生させ、上記と同様
に遊離Ｆ原子を膜内にとりこむ恐れがある。
【０００７】また、ＳｉＯ2 膜内のボロンを添加する場
合は比率が上昇すると、無添加の膜に比べ同様に耐吸湿
性が劣化する可能性がある。
合は比率が上昇すると、無添加の膜に比べ同様に耐吸湿
性が劣化する可能性がある。
【０００８】本発明の目的はプラズマＣＶＤ法を用いた
ＳｉＯＦ膜の成膜法において、誘電率が低く、吸湿性，
化学的な反応性が低い膜と、本膜を成膜する方法と、こ
の方法により成膜した絶縁膜を有する半導体装置を提供
することである。
ＳｉＯＦ膜の成膜法において、誘電率が低く、吸湿性，
化学的な反応性が低い膜と、本膜を成膜する方法と、こ
の方法により成膜した絶縁膜を有する半導体装置を提供
することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、半導体絶縁膜として膜内に少なく
ともＳｉ−Ｏ，Ｓｉ−Ｆ，Ｂ−Ｏ，Ｂ−Ｆ構造を持つこ
とを特徴とする半導体装置が提供される。
に、本発明によれば、半導体絶縁膜として膜内に少なく
ともＳｉ−Ｏ，Ｓｉ−Ｆ，Ｂ−Ｏ，Ｂ−Ｆ構造を持つこ
とを特徴とする半導体装置が提供される。
【００１０】さらに、半導体成膜装置内に、少なくとも
フッ化シリコンガス（ＳｉＨｎＦ4−ｎ，ｎ＝０，１，
２，３）と酸化剤ガスを加えたガスを導入し、変動する
電磁界を加える事によりプラズマを発生し、少なくとも
ＳｉＯとＳｉＦ結合を有する絶縁膜を成膜する方法にお
いて、上記のフッ化シリコンガスと酸化剤ガスに加え、
ボロンを構成元素とするガスを添加する事を特徴とする
絶縁膜の成膜方法が提供される。
フッ化シリコンガス（ＳｉＨｎＦ4−ｎ，ｎ＝０，１，
２，３）と酸化剤ガスを加えたガスを導入し、変動する
電磁界を加える事によりプラズマを発生し、少なくとも
ＳｉＯとＳｉＦ結合を有する絶縁膜を成膜する方法にお
いて、上記のフッ化シリコンガスと酸化剤ガスに加え、
ボロンを構成元素とするガスを添加する事を特徴とする
絶縁膜の成膜方法が提供される。
【００１１】好ましくは、半導体成膜装置内に、有機シ
リコンガスと酸化剤ガスに炭化フッソガスを加えたガス
を導入し、変動する電磁界を加える事によりプラズマを
発生し、少なくともＳｉＯとＳｉＦ結合を有する絶縁膜
を成膜する方法において、上記の有機シリコンガスと酸
化材ガスに炭化フッソガスに加え、ボロンを構成元素と
するガスを添加する事を特徴とする絶縁膜の成膜方法が
提供される。
リコンガスと酸化剤ガスに炭化フッソガスを加えたガス
を導入し、変動する電磁界を加える事によりプラズマを
発生し、少なくともＳｉＯとＳｉＦ結合を有する絶縁膜
を成膜する方法において、上記の有機シリコンガスと酸
化材ガスに炭化フッソガスに加え、ボロンを構成元素と
するガスを添加する事を特徴とする絶縁膜の成膜方法が
提供される。
【００１２】好ましくは、請求項２においてフッ化シリ
コンガス，酸化剤ガス，ボロンを構成元素とするガスに
加え、シランガス（ＳｉＨ4 ）を加える事を特徴とする
絶縁膜の成膜方法が提供される。
コンガス，酸化剤ガス，ボロンを構成元素とするガスに
加え、シランガス（ＳｉＨ4 ）を加える事を特徴とする
絶縁膜の成膜方法が提供される。
【００１３】好ましくは、請求項２ないし４において稀
ガスを同時に加える事を特徴とする絶縁膜の成膜方法が
提供される。
ガスを同時に加える事を特徴とする絶縁膜の成膜方法が
提供される。
【００１４】好ましくは請求項２ないし５においてボロ
ンを構成元素とするガスとしてＢ−Ｆ構造を有するガス
とする事を特徴とする絶縁膜の成膜方法が提供される。
ンを構成元素とするガスとしてＢ−Ｆ構造を有するガス
とする事を特徴とする絶縁膜の成膜方法が提供される。
【００１５】さらに、請求項２ないし５の中で少なくと
も一つの成膜方法により生成し、かつ誘電率が３.３ 以
下の絶縁膜を有することを特徴とする半導体装置が提供
される。
も一つの成膜方法により生成し、かつ誘電率が３.３ 以
下の絶縁膜を有することを特徴とする半導体装置が提供
される。
【００１６】即ち、以上の様に構成した上記目的を達成
するために、本発明によれば、半導体絶縁膜として膜内
のＳｉ−Ｆ，Ｂ−Ｏ，Ｂ−Ｆ構造はいずれもＳｉ−Ｏ構
造よりも分極率が小さく、誘電率が小さい。特にこの中
でＢ−Ｆ構造の分極率が最も小さい。このためＢ−Ｆ構
造を含有する事により膜の誘電率が低減する。さらにＢ
−Ｆ構造の結合エネルギーはＳｉ−Ｆ，Ｂ−Ｏ，Ｓｉ−
Ｏ構造の結合エネルギーより大きい。このため、Ｂ−Ｆ
構造の化学的反応性が最も低く、Ｂ−Ｆ結合増加により
膜の吸湿性，不安定性が低減する。従ってＳｉＯ2 膜に
Ｆ素のみを添加した場合（Ｓｉ−Ｏ構造，Ｓｉ−Ｆ構
造）、ＳｉＯ2 にＢのみを添加した場合（Ｓｉ−Ｏ構
造，Ｂ−Ｏ構造）の単純な足し合わせの場合に比べ、本
発明の場合はＢ−Ｆ構造を有するために、誘電率および
膜の吸湿性と反応性が低い。
するために、本発明によれば、半導体絶縁膜として膜内
のＳｉ−Ｆ，Ｂ−Ｏ，Ｂ−Ｆ構造はいずれもＳｉ−Ｏ構
造よりも分極率が小さく、誘電率が小さい。特にこの中
でＢ−Ｆ構造の分極率が最も小さい。このためＢ−Ｆ構
造を含有する事により膜の誘電率が低減する。さらにＢ
−Ｆ構造の結合エネルギーはＳｉ−Ｆ，Ｂ−Ｏ，Ｓｉ−
Ｏ構造の結合エネルギーより大きい。このため、Ｂ−Ｆ
構造の化学的反応性が最も低く、Ｂ−Ｆ結合増加により
膜の吸湿性，不安定性が低減する。従ってＳｉＯ2 膜に
Ｆ素のみを添加した場合（Ｓｉ−Ｏ構造，Ｓｉ−Ｆ構
造）、ＳｉＯ2 にＢのみを添加した場合（Ｓｉ−Ｏ構
造，Ｂ−Ｏ構造）の単純な足し合わせの場合に比べ、本
発明の場合はＢ−Ｆ構造を有するために、誘電率および
膜の吸湿性と反応性が低い。
【００１７】さらに、半導体成膜装置内に、少なくとも
フッ化シリコンガス（ＳｉＨｎＦ4−ｎ，ｎ＝０，１，
２，３）と酸化剤ガスを加えたガスを導入し、変動する
電磁界の印加で発生したプラズマ内の電子との衝突によ
りフッ化シリコンガス（ＳｉＨｎＦ4 −ｎ，ｎ＝０，
１，２，３）と酸化剤ガスがラジカル（Ｓｉ，ＳｉＨｎ
Ｆｋ，Ｈ，Ｆ，Ｏ等）に分解する。これらラジカルが表
面に達し少なくともＳｉＯとＳｉＦ結合を有する絶縁膜
を成膜する。ここでボロンを構成元素とするガスを添加
すれば、プラズマ内の電子との衝突により気相中にボロ
ンを有するラジカルを生成する。ボロンを有するラジカ
ルは気相中、表面上、膜内でＯとＦラジカルを結合す
る。これによりＢ−Ｏ，Ｂ−Ｆ構造を有する絶縁膜が成
膜される。
フッ化シリコンガス（ＳｉＨｎＦ4−ｎ，ｎ＝０，１，
２，３）と酸化剤ガスを加えたガスを導入し、変動する
電磁界の印加で発生したプラズマ内の電子との衝突によ
りフッ化シリコンガス（ＳｉＨｎＦ4 −ｎ，ｎ＝０，
１，２，３）と酸化剤ガスがラジカル（Ｓｉ，ＳｉＨｎ
Ｆｋ，Ｈ，Ｆ，Ｏ等）に分解する。これらラジカルが表
面に達し少なくともＳｉＯとＳｉＦ結合を有する絶縁膜
を成膜する。ここでボロンを構成元素とするガスを添加
すれば、プラズマ内の電子との衝突により気相中にボロ
ンを有するラジカルを生成する。ボロンを有するラジカ
ルは気相中、表面上、膜内でＯとＦラジカルを結合す
る。これによりＢ−Ｏ，Ｂ−Ｆ構造を有する絶縁膜が成
膜される。
【００１８】また、半導体成膜装置内に、有機シリコン
ガスと酸化剤ガスに炭化フッソガスを加えたガスを導入
し、変動する電磁界の印加で発生したプラズマ内の電子
との衝突により上記ガスはラジカル（Ｓｉ，ＳｉＨｎＦ
ｋ，Ｈ，Ｆ，Ｏ等）に分解する。これらラジカルが表面
に達し少なくともＳｉＯとＳｉＦ結合を有する絶縁膜を
成膜する。ここでボロンを構成元素とするガスを添加す
れば、プラズマ内の電子との衝突により気相中にボロン
を有するラジカルを生成する。ボロンを有するラジカル
は気相中、表面上、膜内でＯとＦラジカルを結合する。
これによりＢ−Ｏ，Ｂ−Ｆ構造を有する絶縁膜が成膜さ
れる。この場合フッ化シランガスの場合にくらべ有機シ
リコンガスから分解して生じるラジカルには、表面拡散
係数が大きなものが多い。このため、有機シリコンガス
を用いた場合の方が段差被覆性に優れる。
ガスと酸化剤ガスに炭化フッソガスを加えたガスを導入
し、変動する電磁界の印加で発生したプラズマ内の電子
との衝突により上記ガスはラジカル（Ｓｉ，ＳｉＨｎＦ
ｋ，Ｈ，Ｆ，Ｏ等）に分解する。これらラジカルが表面
に達し少なくともＳｉＯとＳｉＦ結合を有する絶縁膜を
成膜する。ここでボロンを構成元素とするガスを添加す
れば、プラズマ内の電子との衝突により気相中にボロン
を有するラジカルを生成する。ボロンを有するラジカル
は気相中、表面上、膜内でＯとＦラジカルを結合する。
これによりＢ−Ｏ，Ｂ−Ｆ構造を有する絶縁膜が成膜さ
れる。この場合フッ化シランガスの場合にくらべ有機シ
リコンガスから分解して生じるラジカルには、表面拡散
係数が大きなものが多い。このため、有機シリコンガス
を用いた場合の方が段差被覆性に優れる。
【００１９】さらに、フッ化シランガス，酸化剤ガス，
ボロンを構成元素とするガスを用いて成膜する場合、シ
ランガスを導入すると、変動する電磁界の印加で発生し
たプラズマ内の電子との衝突で、プラズマ内の電子との
衝突によりシランガスが分解し、水素ラジカルが発生す
る。本水素ラジカルは膜内の遊離フッ素と反応し、ＨＦ
分子となる。ＨＦ分子は反応性が低く、膜と反応せず、
外部に排気される。このため、シランガスを導入しない
場合にくらべ膜内の遊離フッ素が減少し、吸湿性，膜の
化学的安定性が優れる。
ボロンを構成元素とするガスを用いて成膜する場合、シ
ランガスを導入すると、変動する電磁界の印加で発生し
たプラズマ内の電子との衝突で、プラズマ内の電子との
衝突によりシランガスが分解し、水素ラジカルが発生す
る。本水素ラジカルは膜内の遊離フッ素と反応し、ＨＦ
分子となる。ＨＦ分子は反応性が低く、膜と反応せず、
外部に排気される。このため、シランガスを導入しない
場合にくらべ膜内の遊離フッ素が減少し、吸湿性，膜の
化学的安定性が優れる。
【００２０】さらに上記導入ガスに加え希ガスを加える
事は、導入ガスを希釈でき、希ガスイオンとの衝突によ
り膜を緻密化でき、希ガスの準安定状態からの放出光に
より解離を促進できる点で希ガスを導入しない場合より
優れる。
事は、導入ガスを希釈でき、希ガスイオンとの衝突によ
り膜を緻密化でき、希ガスの準安定状態からの放出光に
より解離を促進できる点で希ガスを導入しない場合より
優れる。
【００２１】ボロンを構成元素とするガスとしてＢ−Ｆ
構造を有するガスとする事によりＢ−Ｆ構造がすでに分
子内に存在し、気相中のＦラジカルが必要はないので、
気相中のＦラジカルの発生を極力減らしたプロセスが可
能である。この場合、吸湿性を低減しかつ膜の安定性を
確保できる。
構造を有するガスとする事によりＢ−Ｆ構造がすでに分
子内に存在し、気相中のＦラジカルが必要はないので、
気相中のＦラジカルの発生を極力減らしたプロセスが可
能である。この場合、吸湿性を低減しかつ膜の安定性を
確保できる。
【００２２】
（ａ） 実施例 １ 本発明の第１の実施例を図１に従って説明する。図１に
示す本実施例の装置は、マイクロ波により生成したプラ
ズマを利用するマイクロ波ＥＣＲ−ＣＶＤ装置である。
ここでマグネトロン１からでたマイクロ波は導波管２に
導かれ、成膜容器３内部に誘導される。この時電磁石４
による磁場とマイクロ波により、ボンベ５ａ，５ｄ内か
ら導入口６ａを通過して入ってくるガス７ａ（Ｓｉ
Ｆ4 ），７ｄ（Ｂ2Ｈ6）とボンベ５ｂ，５ｃ内から導入
口６ｂ，６ｃを通過して入ってくるガス７ｂ（Ｏ2 ），
７ｃ（Ａｒ）が電離し、プラズマが生成する。成膜容器
内のガスは排気口１２を通し、外部のポンプ１０を用い
て排気されるが、圧力が設定値になるように排気量は制
御されている。
示す本実施例の装置は、マイクロ波により生成したプラ
ズマを利用するマイクロ波ＥＣＲ−ＣＶＤ装置である。
ここでマグネトロン１からでたマイクロ波は導波管２に
導かれ、成膜容器３内部に誘導される。この時電磁石４
による磁場とマイクロ波により、ボンベ５ａ，５ｄ内か
ら導入口６ａを通過して入ってくるガス７ａ（Ｓｉ
Ｆ4 ），７ｄ（Ｂ2Ｈ6）とボンベ５ｂ，５ｃ内から導入
口６ｂ，６ｃを通過して入ってくるガス７ｂ（Ｏ2 ），
７ｃ（Ａｒ）が電離し、プラズマが生成する。成膜容器
内のガスは排気口１２を通し、外部のポンプ１０を用い
て排気されるが、圧力が設定値になるように排気量は制
御されている。
【００２３】このときプラズマの電子はＳｉＦ4 ，Ｂ2
Ｈ6，Ｏ2 ，Ａｒと衝突し、各種ラジカルを生成する。
この中でＳｉを含むラジカルはＯ2 が分解してできるＯ
ラジカルとホルダ１４上の基板上で反応して、Ｓｉ−Ｏ
結合，Ｓｉ−Ｆ結合を生成する。一方、Ｂを含むラジカ
ルはＯラジカルおよびＦラジカルとホルダ１４上の基板
上で反応して、Ｂ−Ｏ結合，Ｂ−Ｆ結合を生成する。成
膜した膜の赤外吸収強度の測定より、Ｂ−Ｆ構造を確認
した。本膜の誘電率は３.１ であり、かつ昇温脱離ガス
分析実験結果から、膜の吸湿量は同一誘電率３.１ のＦ
添加ＳｉＯ2 膜とＢ添加ＳｉＯ2 膜にくらべ大幅に小さ
かった。
Ｈ6，Ｏ2 ，Ａｒと衝突し、各種ラジカルを生成する。
この中でＳｉを含むラジカルはＯ2 が分解してできるＯ
ラジカルとホルダ１４上の基板上で反応して、Ｓｉ−Ｏ
結合，Ｓｉ−Ｆ結合を生成する。一方、Ｂを含むラジカ
ルはＯラジカルおよびＦラジカルとホルダ１４上の基板
上で反応して、Ｂ−Ｏ結合，Ｂ−Ｆ結合を生成する。成
膜した膜の赤外吸収強度の測定より、Ｂ−Ｆ構造を確認
した。本膜の誘電率は３.１ であり、かつ昇温脱離ガス
分析実験結果から、膜の吸湿量は同一誘電率３.１ のＦ
添加ＳｉＯ2 膜とＢ添加ＳｉＯ2 膜にくらべ大幅に小さ
かった。
【００２４】（ｂ） 実施例 ２ 実施例１で用いた装置の代わりに誘導結合型のプラズマ
発生装置を用いている。装置構成図を図２に示す。本装
置は実施例１の方法に比べると電磁石が不要であり、コ
ンパクトであるという利点を持つ。本装置を用いてＳｉ
Ｈ2Ｆ2（７ｅ），ＢＦ3（７ｆ），Ｏ2，Ａｒガスに加え
ＳｉＨ4 ガス（７ｇ）をボンベ５ｅ，５ｆ，５ｇから６
ａの導入口を通して装置内に導入し、半導体ウエハー上
にＳｉＯＢＦ膜を成膜したところ、ＳｉＨ4 ガスを導入
しない場合に比べ、導入した方が吸湿性が低減した（同
一誘電率膜）。また、ＢＦ3 を用いているため、Ｂ−Ｆ
構造がすでに分子内に存在し、気相中のＦラジカルが必
要はない（実施例１の場合必要）ので、気相中のＦラジ
カルを極力減らしたプロセスが可能であり、この場合、
吸湿性を低減しかつ膜の安定性を確保できる。
発生装置を用いている。装置構成図を図２に示す。本装
置は実施例１の方法に比べると電磁石が不要であり、コ
ンパクトであるという利点を持つ。本装置を用いてＳｉ
Ｈ2Ｆ2（７ｅ），ＢＦ3（７ｆ），Ｏ2，Ａｒガスに加え
ＳｉＨ4 ガス（７ｇ）をボンベ５ｅ，５ｆ，５ｇから６
ａの導入口を通して装置内に導入し、半導体ウエハー上
にＳｉＯＢＦ膜を成膜したところ、ＳｉＨ4 ガスを導入
しない場合に比べ、導入した方が吸湿性が低減した（同
一誘電率膜）。また、ＢＦ3 を用いているため、Ｂ−Ｆ
構造がすでに分子内に存在し、気相中のＦラジカルが必
要はない（実施例１の場合必要）ので、気相中のＦラジ
カルを極力減らしたプロセスが可能であり、この場合、
吸湿性を低減しかつ膜の安定性を確保できる。
【００２５】（ｃ） 実施例 ３ 実施例１で用いた装置の代わりに平行平板型のプラズマ
発生装置を用いている。装置構成図を図６に示す。本装
置は実施例１，２の方法に比べると電磁石，コイルが不
要であり、コンパクトであリ、ウエハー面上の成膜の均
一性が高く、かつクリーニング時間が少ないという利点
を持つ。本装置により、ボンベ５ｈ，５ｉ，５ｊ内から
導入口６ａを通過してガス７ｈ（ＴＥＯＳ：Ｓｉ(ＯＣ2
Ｈ5)4)，７ｉ（Ｃ2Ｆ6），７ｊ（Ｂ（ＯＣ2Ｈ5)3）とボ
ンベ５ｂ，５ｃ内から導入口６ｂ，６ｃを通過して入っ
てくるガス７ｂ（Ｏ2 ），７ｃ（Ａｒ）が電離しプラズ
マが発生する。本プラズマ内の電子がこれらガスと衝突
し、各種ラジカル（Ｓｉ，Ｏ，Ｂ，Ｆ等）が生成され
る。これらのラジカルの中で、Si(OC2H5)4，Ｂ（ＯＣ2
Ｈ5)3から分解したラジカルの分子量の大きいものはＳ
ｉ−Ｏ構造，Ｂ−Ｏ構造を有し、かつ、ウエハー表面で
の表面拡散係数が小さい。これにより、成膜時の段差被
覆性が向上した。一方Ｃ2Ｆ6の分解で生じたＦは膜内の
Ｓｉ及びＢと結合しＳｉ−Ｆ，Ｂ−Ｆ結合を生成させ
る。
発生装置を用いている。装置構成図を図６に示す。本装
置は実施例１，２の方法に比べると電磁石，コイルが不
要であり、コンパクトであリ、ウエハー面上の成膜の均
一性が高く、かつクリーニング時間が少ないという利点
を持つ。本装置により、ボンベ５ｈ，５ｉ，５ｊ内から
導入口６ａを通過してガス７ｈ（ＴＥＯＳ：Ｓｉ(ＯＣ2
Ｈ5)4)，７ｉ（Ｃ2Ｆ6），７ｊ（Ｂ（ＯＣ2Ｈ5)3）とボ
ンベ５ｂ，５ｃ内から導入口６ｂ，６ｃを通過して入っ
てくるガス７ｂ（Ｏ2 ），７ｃ（Ａｒ）が電離しプラズ
マが発生する。本プラズマ内の電子がこれらガスと衝突
し、各種ラジカル（Ｓｉ，Ｏ，Ｂ，Ｆ等）が生成され
る。これらのラジカルの中で、Si(OC2H5)4，Ｂ（ＯＣ2
Ｈ5)3から分解したラジカルの分子量の大きいものはＳ
ｉ−Ｏ構造，Ｂ−Ｏ構造を有し、かつ、ウエハー表面で
の表面拡散係数が小さい。これにより、成膜時の段差被
覆性が向上した。一方Ｃ2Ｆ6の分解で生じたＦは膜内の
Ｓｉ及びＢと結合しＳｉ−Ｆ，Ｂ−Ｆ結合を生成させ
る。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、Ｓｉ−Ｏ，Ｓｉ−Ｆ，
Ｂ−Ｏ，Ｂ−Ｆ構造を絶縁膜内に有することにより、絶
縁膜の誘電率を低減し、吸湿性が低く抑える事が出来
る。この膜は、（フッ化シリコンガス）＋（酸化剤ガ
ス）あるいは（有機シリコンガス）＋（酸化剤ガス）＋
（炭化フッソガス）に加え（ボロンを構成元素とするガ
ス）を導入し、変動する電磁界を加えてプラズマを発生
することにより容易に成膜できる。
Ｂ−Ｏ，Ｂ−Ｆ構造を絶縁膜内に有することにより、絶
縁膜の誘電率を低減し、吸湿性が低く抑える事が出来
る。この膜は、（フッ化シリコンガス）＋（酸化剤ガ
ス）あるいは（有機シリコンガス）＋（酸化剤ガス）＋
（炭化フッソガス）に加え（ボロンを構成元素とするガ
ス）を導入し、変動する電磁界を加えてプラズマを発生
することにより容易に成膜できる。
【００２７】従ってこの成膜法により生成した誘電率の
低い膜を層間絶縁膜として用いる事により、高集積化に
伴う半導体素子における配線遅延を削減出来る。これに
より、次世代の高集積ＭＰＵおよびＤＲＡＭの動作速度
を向上できる。
低い膜を層間絶縁膜として用いる事により、高集積化に
伴う半導体素子における配線遅延を削減出来る。これに
より、次世代の高集積ＭＰＵおよびＤＲＡＭの動作速度
を向上できる。
【図１】マイクロ波ＥＣＲ−ＣＶＤ装置を示した図であ
る。
る。
【図２】誘導結合型プラズマ発生装置を示した図であ
る。
る。
【図３】平行平板型プラズマ発生装置を示した図であ
る。
る。
１…マグネトロン、２…導波管、３…成膜容器、４…電
磁石、５ａ〜５ｊ…ボンベ、６ａ〜６ｃ…導入口、７ａ
…ＳｉＦ4 ガス、７ｂ…Ｏ2 ガス、７ｃ…Ａｒガス、７
ｄ…Ｂ2Ｈ6ガス、７ｅ…ＳｉＨ2Ｆ2ガス、７ｆ…ＢＦ3
ガス、７ｇ…ＳｉＨ4 ガス、７ｈ…Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5)4ガ
ス、７ｉ…Ｃ2Ｆ6ガス、７ｊ…Ｂ（ＯＣ2Ｈ5)3ガス、８
ａ〜８ｃ…バルブ、９ａ〜９ｃ…ガスフローコントロー
ラー、１０…外部のポンプ、１１…除外装置、１２…排
気口、１３…半導体ウエハー、１４…ホルダ、１５…高
周波電源、１６…石英窓、１７…分光器、１８…電源、
１９…コイル、２０…シリコンプレート、２１…Ａｌ電
極、２２，２３…ＳｉＯＢＦ膜。
磁石、５ａ〜５ｊ…ボンベ、６ａ〜６ｃ…導入口、７ａ
…ＳｉＦ4 ガス、７ｂ…Ｏ2 ガス、７ｃ…Ａｒガス、７
ｄ…Ｂ2Ｈ6ガス、７ｅ…ＳｉＨ2Ｆ2ガス、７ｆ…ＢＦ3
ガス、７ｇ…ＳｉＨ4 ガス、７ｈ…Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5)4ガ
ス、７ｉ…Ｃ2Ｆ6ガス、７ｊ…Ｂ（ＯＣ2Ｈ5)3ガス、８
ａ〜８ｃ…バルブ、９ａ〜９ｃ…ガスフローコントロー
ラー、１０…外部のポンプ、１１…除外装置、１２…排
気口、１３…半導体ウエハー、１４…ホルダ、１５…高
周波電源、１６…石英窓、１７…分光器、１８…電源、
１９…コイル、２０…シリコンプレート、２１…Ａｌ電
極、２２，２３…ＳｉＯＢＦ膜。
Claims (7)
- 【請求項１】半導体絶縁膜として膜内に少なくともＳｉ
−Ｏ，Ｓｉ−Ｆ，Ｂ−Ｏ，Ｂ−Ｆ構造を持つ絶縁膜を有
することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】半導体成膜装置内に、少なくともフッ化シ
リコンガス（ＳｉＨｎＦ4 −ｎ，ｎ＝０，１，２，３）
と酸化剤ガスを加えたガスを導入し、変動する電磁界を
加える事によりプラズマを発生し、少なくともＳｉＯと
ＳｉＦ結合を有する絶縁膜を成膜する方法において、上
記のフッ化シリコンガスと酸化剤ガスに加え、ボロンを
構成元素とするガスを添加する事を特徴とする絶縁膜の
成膜方法。 - 【請求項３】半導体成膜装置内に、有機シリコンガスと
酸化剤ガスに炭化フッソガスを加えたガスを導入し、変
動する電磁界を加える事によりプラズマを発生し、少な
くともＳｉＯとＳｉＦ結合を有する絶縁膜を成膜する方
法において、上記の有機シリコンガスと酸化材ガスに炭
化フッソガスを加え、ボロンを構成元素とするガスを添
加する事を特徴とする絶縁膜の成膜方法。 - 【請求項４】請求項２においてフッ化シリコンガス，酸
化剤ガス，ボロンを構成元素とするガスに加え、シラン
ガス（ＳｉＨ4 ）を加える事を特徴とする絶縁膜の成膜
方法。 - 【請求項５】請求項２ないし４において稀ガスを同時に
加える事を特徴とする絶縁膜の成膜方法。 - 【請求項６】請求項２ないし５においてボロンを構成元
素とするガスとしてＢ−Ｆ構造を有するガスとする事を
特徴とする絶縁膜の成膜方法。 - 【請求項７】請求項２ないし６の中で少なくとも一つの
成膜方法により生成し、かつ誘電率が３.３ 以下の絶縁
膜を有することを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17551997A JPH1126445A (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | 絶縁膜と成膜方法及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17551997A JPH1126445A (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | 絶縁膜と成膜方法及び半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1126445A true JPH1126445A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=15997484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17551997A Pending JPH1126445A (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | 絶縁膜と成膜方法及び半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1126445A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101017052B1 (ko) * | 2003-07-09 | 2011-02-23 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체소자의 층간절연막 형성방법 |
-
1997
- 1997-07-01 JP JP17551997A patent/JPH1126445A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101017052B1 (ko) * | 2003-07-09 | 2011-02-23 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체소자의 층간절연막 형성방법 |
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