KR20040065193A - 성막 방법, 반도체 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

성막 방법, 반도체 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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오히라코우이치
오가와라쇼지
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캐논 한바이 가부시끼가이샤
가부시끼가이샤 한도따이 프로세스 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 성막 방법에 관한 것이다. 그 구성은 실록산과 N2O로 되는 주요한 성막용 가스 성분에, 희석용의 불활성 가스 및 질소 가스(N2)중 적어도 어느 하나를 첨가하여 구성하는 성막 가스를 플라즈마화 하여, 반응시켜서 피성막 기판(21) 위에 절연막(22)을 형성한다.

Description

성막 방법, 반도체 장치 및 그 제조 방법{FILM FORMING METHOD, SEMICONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 성막 방법, 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 반도체 집적회로 장치의 고집적도화, 고밀도화와 함께, 데이타 전송속도의 고속화가 요구되고 있다. 이 때문에, RC 딜레이가 작은 저유전율을 갖는 절연막(이하, 저유전율 절연막이라 함.)이 많이 개발되고 있다.
저유전율 절연막은 원료 가스로서 메틸실란(Si(CH3)4, SiH(CH3)3또는 CH3SiH3등)과 일산화질소(N2O)로 되는 성막가스, 또는 헥사메틸디실록산(HMDSO)과 일산화질소(N2O)로 되는 성막 가스를 사용한 플라즈마 CVD법(PE-CVD법)이 알려져 있다.
그러나, 상기 성막가스를 사용하여 저유전율 절연막, 예를 들면 비유전율 2.7대의 막을 안정하게 형성하기 어려운 문제가 있다.
즉, 비유전율을 낮추면, 저유전율 절연막의 표면이 거칠어지는 문제가 있다. 또한, 막두께가 2μm이상인 것을 성막하고자 하면, 형성된 막에 크랙이 발생하는문제가 있다.
본 발명은 절연막의 표면 거칠음을 방지하고, 혹은 막두께가 두꺼운 절연막의 크랙 발생을 방지하면서, 그 절연막이 2.7대 혹은 그 이하의 낮은 비유전율을 얻을 수 있는 성막 방법, 반도체 장치 및 그 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본원 발명자의 실험에 의하면, 실록산과 N2O로 되는 주요한 성막 가스 성분에, Ar, He 또는 N2를 첨가하여 희석한 성막 가스를 사용하고, PE-CVD법으로 형성한 절연막에 대해서는, 도 3 또는 도 4에 나타낸 바와 같이, 실록산과 N2O만으로 되는 성막 가스를 사용하여 동일하게 PE-CVD법으로 성막한 절연막과 비교하여, 절연막의 표면 거칠음이 큰 폭으로 감소되었고, 또한 절연막의 크랙 발생이 큰 폭으로 억제되었다.
실록산 결합을 갖는 알킬 화합물로서, 헥사메틸디실록산(HMDSO: (CH3)3Si-O-Si(CH3), 옥타메틸시클로테트라실록산(OMCTS)
또는 테트라메틸시클로테트라실록산(TMCTS)
중 어느 하나를 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태인 성막 방법에 사용되는 플라즈마 성막 장치의 구성을 나타내는 측면도.
도 2는 본 발명의 실시 형태인 성막 방법에 사용되는 성막가스의 플라즈마 성막장치 챔버 내로의 도입에 대해서 나타내는 타이밍 챠트.
도 3a는 HMDSO + N2O + Ar으로 되는 성막가스를 사용하여 이 실시 형태의 성막 방법으로 성막한 저유전율 절연막(22)의 표면을 관찰한 사진.
도 3b는 HMDSO + N2O로 되는 성막가스를 사용하여 형성한 비교용 시료의 저유전율 절연막의 표면을 관찰한 사진.
도 4a는 HMDSO + N2O + Ar로 되는 성막가스를 사용하여 본 발명의 실시 형태인 성막방법으로 성막한 저유전율 절연막의 표면을 관찰한 사진.
도 4b는 HMDSO + N2O로 되는 성막가스를 사용하여 형성한 비교용 시료의 저유전율 절연막의 표면을 관찰한 사진.
도 5는 본 발명의 실시 형태인 성막 방법으로 형성한 절연막에 대한, 비유전율과 Ar 유량의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 실시 형태인 성막방법으로 형성한 절연막에 대한, 비유전율 및 굴절률과 가스 압력의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 형태인 성막 방법으로 형성한 절연막에 대한, 비유전율 및 굴절률과 가스 압력의 관계를 나타내는 그래프.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시 형태인 성막 방법으로 형성한 절연막의 특성 조사에 사용한 시료의 구성을 나타내는 단면도.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 실시 형태인 성막 방법으로 형성한 절연막을 사용한 각종 반도체 장치를 나타내는 단면도(1).
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시 형태인 성막 방법으로 형성한 절연막을 사용한 각종 반도체 장치를 나타내는 단면도(2).
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
1 챔버
2 상부 전극
3 하부 전극
4 배기배관
5 개폐 밸브
6 배기장치
7, 8 전원
12 히터
13 매칭박스
21 피성막 기판
101 성막 장치
101A 성막부
101B 성막가스 공급부
이하에, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
(제 1의 실시 형태)
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 반도체 장치의 제조 방법에 사용되는 평행 평판형의 플라즈마 성막장치(101)의 구성을 나타내는 측면도이다.
이 플라즈마 성막장치(101)는 플라즈마 가스에 의해 피성막 기판(21) 위에 절연막, 특히 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 장소인 성막부(101A)와, 성막가스를 구성하는 복수의 가스 공급원을 갖는 성막가스 공급부(101B)로 구성된다.
성막부(101A)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 감압가능한 챔버(1)를 구비하고, 챔버(1)는 배기배관(4)을 통하여 배기장치(6)와 접속되어 있다. 배기배관(4)의 도중에는 챔버(1)와 배기장치(6)간의 도통/비도통을 제어하는 개폐 밸브(5)가 마련되어 있다. 챔버(1)에는 챔버(1) 내의 압력을 감시하는 도시하지 않은 진공계 등의 압력계측 수단이 마련되어 있다.
챔버(1) 내에는 대향하는 한 쌍의 상부 전극(제 1의 전극)(2)과 하부 전극(제 2의 전극)(3)이 구비되어 있고, 상부 전극(2)에는 임피던스 매칭 박스(impedance matching box)(13)을 거쳐서 주파수 13.56MHz의 고주파 전력을 공급하는 고주파 전력 공급 전원(RF전원)(7)이 접속되고, 하부 전극(3)에는 임피던스 매칭 박스(14)를 거쳐서 주파수의 380kHz의 저주파 전력을 공급하는 저주파 전력 공급 전원(8)이 접속되어 있다. 이들 전원(7, 8)으로부터 상부 전극(2) 및 하부 전극(3)으로 전력을 공급하여, 성막 가스를 플라즈마화 한다. 상부 전극(2), 하부 전극(3) 및 전원(7, 8)이 성막 가스를 플라즈마화 하는 플라즈마 생성 수단을 구성한다. 상하부 전극(2, 3)의 간격은 절연막의 성질을 결정하는데 있어서 중요한 파라미터 중 하나이고, 특히 보다 조밀한 절연막을 형성하기 위해서는 그 간격을 기판의 두께 이상, 30mm이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 하부 전극(3)에는 주파수 380kHz 뿐만 아니라, 주파수 100kHz 내지 1MHz의 저주파 전력을 인가할 수 있고, 또한, 하부 전극(3)에 대향하는 상부 전극(2)에는 주파수 13.56MHz 뿐만 아니라, 주파수의 1MHz이상의 고주파 전력을 인가해도 좋다.
상부 전극(2)은 성막가스의 분산장치를 겸한다. 상부 전극(2)에는 복수의 관통공이 형성되어, 하부 전극(3)과의 대향면에서의 관통공의 개구부가 성막 가스의 방출구(도입구)가 된다. 이 성막가스 등의 방출구는 성막가스 공급부(101B)와 배관(9a)에 접속되어 있다. 또한, 경우에 따라, 상부 전극(2)에는 도시하지 않은 히터를 구비할 수도 있다. 이는 성막 중에 상부 전극(2)을 대략 100℃정도의 온도로 가열해 둠으로서, 성막가스 등의 반응 생성물로 되는 파티클이 상부 전극(2)에 부착함을 방지하기 위한 것이다.
하부 전극(3)은 피성막 기판(21)의 유지대를 겸하며, 또한 유지대 위의 피성막 기판(21)을 가열하는 히터(12)를 구비하고 있다.
성막가스 공급부(101B)에는 헥사메틸디실록산(HMDSO:(CH3)3Si-O-Si(CH3)3) 등의 실록산의 공급원과, 일산화질소(N2O)의 공급원과, 희석용의 불활성 가스인 아르곤(Ar) 혹은 헬륨(He)의 공급원과, 희석용 및 퍼지(purge)용의 질소(N2)의 공급원이 마련되어 있다.
이들 가스는 적당한 분기 배관(9b~9e) 및 이들 모든 분기 배관(9b~9e)이 접속된 배관(9a)를 통하여 성막부(101A)의 챔버(1) 내에 공급된다. 분기 배관(9b~9e)의 도중에 유량 조정 수단(11a~11d)이나, 분기 배관(9b~9e)의 도통/비도통을 제어하는 개폐 수단(10b~10e)이 설치되고, 배관(9a)의 도중에 배관(9a)의 폐쇄/도통을 행하는 개폐 수단(10a)이 설치되어 있다. 또한, N2가스를 유통시켜 분기 배관(9b~9d) 내의 잔류 가스를 퍼지하기 위해, N2가스 공급원과 접속된 분기 배관(9e)과 기타의 분기 배관(9b~9d) 사이의 도통/비도통을 제어하는 개폐 수단(1Oj~1Om)이 설치되어 있다. 또한, N2가스는 분기 배관(9b~9d) 내를 퍼지하는 것 외에, 배관(9a) 내 및 챔버(1) 내의 잔류 가스를 퍼지하기 위해서 사용한다. 또한, N2가스는 성막 가스의 희석 가스로서 사용한다.
본 발명이 적용되는, 성막 가스의 주요 성분 가스인 실록산에 대해서는, 대표예로서 이하에 나타내는 것을 사용할 수 있다.
(i) 헥사메틸디실록산(HMDSO:(CH3)3Si-0-Si(CH3)3)
(ii) 옥타메틸시클로테트라실록산(OMCTS)
(iii) 테트라메틸시클로테트라실록산(TMCTS)
이상과 같은 성막 장치(101)에 의하면, 헥사메틸디실록산(HMDSO) 등의 실록산의 공급원과, 일산화질소(N2O)의 공급원과, 희석용의 불활성 가스인 아르곤(Ar) 혹은 헬륨(He)의 공급원과, 희석용 및 퍼지용 질소(N2)의 공급원을 구비하고, 또한 성막가스를 플라즈마화 하는 플라즈마 생성 수단(2, 3, 7, 8)을 구비하고 있다.
이 CVD 장치를 사용하여, 실록산과 일산화질소(N2O)를 포함하는 성막 가스를사용한 플라즈마여기 화학 기상 성장법(PE-CVD법)으로 성막한 절연막은 CH3를 함유하기 때문에, 저유전율을 가지며, 또한 치밀한 절연막을 형성할 수 있다.
또한, 실험에 의하면, 실록산과 일산화질소(N2O)로 구성되는 주요한 성막용 가스 성분 외에, 이들 성막 가스의 주요 성분을 불활성 가스인 아르곤(Ar) 혹은 헬륨(He), 또는 질소(N2)에 의해 희석함으로써, 성막의 표면 거칠음을 방지하고, 또한 성막의 크랙 발생을 억제할 수 있다.
또한, 플라즈마 생성수단 중 평행 평판형의 제 1 및 제 2 전극(2, 3)으로 각각 높고 낮은 2개 주파수의 전력을 공급하는 전원(7, 8)이 접속되어 있다. 따라서, 이들 높고 낮은 2개 주파수의 전력을 각각 각 전극(2, 3)에 인가하여 플라즈마를 생성할 수 있다. 특히, 이와 같이 생성한 절연막은 한층 더 치밀하다.
또한, 플라즈마 생성 수단으로서, 예를 들면 평행 평판형의 제 1 및 제 2 전극(2, 3)에 의해 플라즈마를 생성하는 수단 외에, ECR(Electron Cyclotron Resonance)법에 의해 플라즈마를 생성하는 수단, 안테나로부터의 고주파 전력의 방사에 의해 헬리콘 플라즈마를 생성하는 수단 등을 사용할 수 있다.
다음에, 상기 가스를 사용한 본 발명의 실시 형태인 성막 방법, 및 이 방법으로 형성한 성막의 표면 상태 및 비유전율 등의 막 특성을 설명한다.
도 2는 실록산과 일산화질소(N2O)와 희석용 불활성 가스인 아르곤(Ar) 혹은 헬륨(He), 또는 질소(N2)에 의해 성막하는 방법에 의한 타이밍 챠트이다.
도 8a은 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 사용하고, 또한 도 2의 타이밍 챠트에 따라서 기판 위에 성막한 저유전율을 갖는 절연막(이하, 저유전율 절연막이라 함)을 나타내는 단면도이다. 도 8b는 도 8a의 저유전율 절연막 위에 비유전율 측정용의 전극을 형성한 막 특성 조사용 시료의 단면도이다.
여기서, 3종류의 희석용 가스 각각에 대해서 소정의 파라미터(희석용 가스 유량 Z, 성막가스 압력 P)를 변화시켜 저유전율 절연막을 형성하였다. 3종류의 희석용 가스와 변화시킨 파라미터의 조합을 이하의 표 1~3에 각각 나타낸다.
또한, 다른 변화시키지 않은 성막 파라미터도 동일한 표 내에 나타낸다. 또한, 비교를 위해서, 주요한 성막가스 성분은 동일하게 희석용 가스를 포함하지 않은 성막 가스를 사용하여 절연막을 형성해서, 비교용 시료로 하였다.
HMDSO + N2O + Ar의 성막 가스에 대해서 변화시킨 파라미터를 Ar 유량 Z로 하고, 성막 조건을 표 1에 나타낸다. 조사한 Ar 유량 Z는 0, 50, 100, 150sccm의 4점이다.
[표 1]
성막 조건
성막가스 조건
성막가스 HMDSO + N20 + Ar
총 유량 250 sccm
N2O/HMDSO 유량비 1.5
Ar 유량 Z sccm
가스 압력 0.9 Torr
플라즈마 생성 조건
RF 전력(주파수 13.56MHz, 상부 전극 인가) 250W
HMDSO + N2O + He의 성막 가스에 대해서 변화시킨 파라미터를 가스 압력 P로 하고, 성막 조건을 표 2에 나타낸다. 조사한 가스 압력 P는 0.9, 1.1, 1.3, 1.4Torr의 4점이다.
[표 2]
성막 조건
성막가스 조건
HMDSO 유량 40 sccm
N2O 유량 60 sccm
He 유량 150 sccm
가스 압력 P Torr
플라즈마 생성 조건
RF 전력(주파수 13.56MHz, 상부 전극 인가) 250W
HMDSO + N2O + N2의 성막 가스에 대해서 변화시킨 파라미터를 가스 압력으로 하고, 성막 조건을 표 3에 나타낸다. 조사한 가스압력 P는 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 Torr의 6점이다.
[표 3]
성막 조건
성막가스 조건
HMDSO 유량 50 sccm
N2O 유량 200 sccm
N2유량 200 sccm
가스 압력 P Torr
플라즈마 생성 조건
RF 전력(주파수 13.56MHz, 상부 전극 인가) 250W
먼저, 도 1의 플라즈마의 CVD 장치 챔버(1) 내에 p형의 실리콘 기판(피성막 기판)(21)을 반입하여, 기판 설치대(하부 전극)(3) 위에 놓는다.
그 다음에, 헥사메틸디실록산(HMDSO)을 유량 X sccm로, 일산화질소(N2O)를 유량 Y sccm로, 희석용 불활성 가스인 아르곤(Ar) 혹은 헬륨(He), 또는 질소(N2)를 유량 Z sccm로, 챔버(1) 내에 도입하여, 챔버(1) 내의 가스 압력을 P Torr로 유지한다.
그 다음에, 상부 전극(2)에 주파수 13.56MHz의 전력 250W를 인가한다. 이에 의해, 성막 가스에 에너지를 부여시켜 플라즈마화 한다. 이 상태를 소정시간 유지하면, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판(21) 위에 막두께 약 2.5∼3.0μm의 저유전율 절연막이 형성된다. 또한, 성막 중에, 피성막 기판(21)을 350℃~400℃로 가열해서 유지한다.
이상에 의해, 실리콘 기판(21) 위에 저유전율 절연막(22)이 형성된다.
다음에, 성막한 저유전율 절연막(22)의 표면을 관찰하였다. 그 결과를 도 3 내지 도 4에 나타낸다.
도 3a는 HMDSO + N2O + Ar로 되는 성막 가스를 사용하여 본 실시 형태의 성막 방법으로 성막한 저유전율 절연막(22)의 표면을 관찰한 사진이며, 도 3b는 HMDSO + N2O로 되는 성막 가스를 사용하여 형성한 비교용 시료의 저유전율 절연막의 표면을 관찰한 사진이다.
도면에 나타내는 바와 같이, 희석용 Ar을 첨가한 성막 가스에 의해 성막한 시료는 비교용 시료와 비교하여, 표면 거칠음을 거의 완전하게 방지할 수 있었다.
도 4a는 HMDSO + N2O + Ar로 되는 성막 가스를 사용하여 이 실시 형태의 성막 방법으로 성막한 저유전율 절연막의 표면을 관찰한 사진이며, 도 4b는 HMDSO + N2O로 되는 성막 가스를 사용하여 형성한 비교용 시료의 저유전율 절연막의 표면을 관찰한 사진이다.
도면에 나타내는 바와 같이, 희석용의 아르곤을 첨가한 성막가스에 의해 성막한 시료는 비교용 시료와 비교하여, 크랙 발생을 거의 완전하게 억제할 수 있었다.
다음에, HMDSO + N2O + Ar의 성막 가스에 의해 형성한 절연막의 막 응력, 막 밀도 및 퇴적 속도를 조사하였다. 또한, 희석용 가스가 다른 3종류의 저유전율 절연막에 대해서 굴절률을 측정함과 동시에, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 그들 3종류의 저유전율 절연막(22) 위에 각각 비유전율 측정용의 전극을 형성하여, 3종류의 저유전율 절연막(22)에 대한 비유전율을 조사하였다.
굴절률을 측정하는 경우는 엘립소미터(ellipsometer)로 6338 옴스트롱의 He-Ne 레이저를 사용한다. 또한, 막 응력을 측정하는 경우 옵티컬 레버 레이저 스캐닝 방식(optical lever laser scanning system)을 사용하고, 막 밀도를 측정하는 경우는 X선 반사율법(XRR, X Ray Reflectmetry)을 사용하다. 또한, 비유전율을 측정하는 경우는 직류 바이어스에 1MHz의 고주파의 신호를 중첩한 C-V 측정법을 사용하였다.
비유전율, 굴절률의 측정 결과를 도 5 내지 도 7에 나타낸다.
도 5는 성막 가스로서 HMDSO + N2O + Ar를 사용하여 형성한 저유전율 절연막에 대한, 비유전율과 Ar유량의 관계를 나타내는 그래프이다. 세로축은 선형 눈금으로 표시한 비유전율을 나타내고, 가로축은 선형 눈금으로 표시한 Ar유량(sccm)을 나타낸다.
도 5에 나타내는 결과에 의하면, Ar을 첨가하지 않은 경우, 비유전율이 약2.62이고, Ar유량 50sccm에서 극소인 2.59가 되고, 이후의 Ar유량의 증가와 동시에 비유전율은 커져서, Ar유량 150sccm일 때 2.72가 되었다. 또한 Ar유량의 조사 범위 150이하에서, 2.7대 혹은 그 이하의 비유전율을 얻을 수 있었다. 조사는 하지 않았지만, Ar유량 150sccm 이상에서도 어느 정도의 범위까지는 2.7 혹은 그 이하의 비유전율을 얻을 수 있음은 명백하다.
또한, HMDSO + N2O + Ar의 성막 가스에 의해 형성한 절연막에 대해서, 굴절률은 1.408이고, 막 응력은 4.0×108(dyne/cm2)이고, 막 밀도는 1.3(g/cm3)이고, 퇴적 속도는 200(nm/min)였다. 이 때 성막 조건은 표 1 중 Ar유량 Z=50sccm인 경우이고, HMDSO 유량 80sccm이고, N2O의 유량 120sccm이다.
도 6은 성막 가스로서 HMDSO + N2O + He를 사용하여 형성한 저유전율 절연막에 관하여, 비유전율 및 굴절률과 가스 압력의 관계에 대해서 나타내는 그래프이다. 좌측의 세로축은 선형 눈금으로 표시한 비유전율을 나타내며, 우측의 세로축은 선형 눈금으로 표시한 굴절률을 나타낸다. 가로축은 선형 눈금으로 표시한 챔버 내의 가스 압력(Torr)을 나타낸다.
도 6에 나타낸 결과에 의하면, 가스 압력이 0.9Torr일 때, 비유전율이 약 2.77이 되고, 이 후 가스 압력의 증대와 동시에 비유전율은 작아져서, 가스 압력이 1.4Torr일 때 비유전율은 약 2.64로 되었다. 모두 가스 압력의 조사 범위 0.9 내지 1.4의 범위에서, 2.7 혹은 그 이하의 비유전율을 얻을 수 있었다. 조사는 하지 않지만, 가스 압력 1.4 이상, 또는 0.9이하에서도 어느 정도의 범위까지는, 2.7대혹은 그 이하의 비유전율을 얻을 수 있음은 명백하다.
이와 유사하게, 굴절률에 대해서는 가스 압력이 0.9Torr일 때, 약 1.44가 되고, 이 후 가스압력의 증대와 동시에 작아져서, 가스압력이 1.4Torr일 때, 약 1.36이 되었다.
도 7은 성막 가스로서 HMDSO + N2O + N2를 사용하여 형성한 저유전율 절연막에 대한, 비유전율 및 굴절률과 가스 압력의 관계를 나타내는 그래프이다. 좌측의 세로축은 선형 눈금으로 표시한 비유전율을 나타내고, 우측의 세로축은 선형 눈금으로 표시한 굴절률을 나타낸다. 가로축은 선형 눈금으로 표시한 챔버 내의 가스 압력(Torr)을 나타낸다.
도 7에 나타내는 결과에 의하면, 가스 압력이 0.9 Torr일 때, 비유전율이 약 2.67이 되고, 이후 가스 압력의 증대와 동시에 비유전율은 작아지는 경향이 있어, 가스 압력이 1.4Torr일 때 비유전율은 약 2.58이 되었다. 모두 가스 압력의 조사 범위, 즉 0.9 내지 1.4의 범위에서, 2.7대 혹은 그 이하의 비유전율을 얻을 수 있었다. 조사는 하지 않았지만, 가스 압력 1.4 이상, 또는 0.9 이하에서도 어느 정도의 범위까지는, 2.7대 혹은 그 이하의 비유전율을 얻을 수 있음은 명백하다.
이와 마찬가지로, 굴절률에 대해서는 가스 압력이 0.9Torr일 때, 약 1.39가 되고, 이후 가스 압력의 증대와 함께 작아져서, 가스 압력이 1.4Torr일 때 약 1.38이 되었다.
이상과 같이, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 실록산과 N2O로 되는 주요한성막가스 성분에, Ar, He 또는 N2를 첨가하여 희석한 성막 가스를 사용하여, PE-CVD법으로 절연막을 형성한다. 이에 의해, 실록산과 N2O만으로 되는 성막 가스를 사용하여 동일한 PE-CVD법으로 절연막을 형성하는 방법과 비교하여, 절연막의 표면 거칠음을 큰폭으로 감소시키고, 또한 절연막의 크랙 발생을 큰 폭으로 억제할 수 있다.
이상, 실시 형태에 의해 본 발명을 상세하게 설명했지만, 본 발명의 범위는 상기 실시 형태에 구체적으로 나타낸 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 상기 실시 형태의 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
예를 들면, 실록산으로 헥사메틸디실록산(HMDSO)을 사용하지만, 상기한 것 외의 실리콘 화합물, 예를 들면 옥타메틸시클로테트라실록산(OMCTS) 또는 테트라메틸시클로테트라실록산(TMCTS)을 사용할 수도 있다.
또한, 피성막 기판으로서 실리콘 기판을 사용하지만, 도 9a에 나타내는 것과 같이, 열 산화막이나, 화학 기상 성장법(CVD 법)으로 형성한 실리콘 산화막이나, 인이나 붕소를 포함한 실리콘 함유 절연막 등으로 되는 하지 절연막(24)이 표면에 노출되어 있는 피성막 기판을 사용해도 좋고, 도 9b에 예시한 바와 같이, 하지 절연막(24) 위에 알루미늄, 고융점 금속이나 구리 등으로 되는 배선(26)이 형성된 피성막 기판을 사용해도 좋다. 특히, 본 발명의 절연막은 막두께를 두껍게 해도 표면 거칠음이나 크랙이 발생하지 않기 때문에, 도 9c에 나타내는 바와 같이, 상하 배선(26, 29)간의 층간 절연막(28)으로 사용해도 좋다. 또한, 도 10a,b와 같이,주로 구리 막으로 된 하부 배선(33)과, 배선 매립홈(35a)에 매립된 주로 구리막으로 된 도체로 되는 상부 배선 사이의 층간 절연막(34)이나 배선 매립　절연막(32,35)으로서 사용해도 좋다. 또한, 도 10b는 도 10a의 I-I선 단면도이다. 도 10a, 도 10b 중 비어 홀(via hole)(34a)에 매립된 도체가 하부 배선(33)과 상부 배선을 접속하는 주로 구리막으로 된 접속 도체이다. 접속 도체와 상부 배선은 TaN 막(36a)과 구리막(36b)으로 되고, 하부 배선(33)도 마찬가지로, TaN 막(33a)과 구리막(33b)으로 된다. 또한, 상부 배선을 피복하는 절연막이 보호 절연막(38)이다.
본 발명에 의하면, 절연막의 표면 거칠음을 방지하고, 혹은 막두께가 두꺼운 절연막의 크랙 발생을 방지하면서, 그 절연막이 2.7대 혹은 그 이하의 낮은 비유전율을 얻을 수 있는 성막 방법, 반도체 장치 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 실록산과 N2O로 이루어진 주요한 성막용 가스 성분에, 희석용의 불활성 가스 및 질소 가스(N2) 중 적어도 어느 하나를 유량 150sccm 이하로 첨가하여 구성되는 성막 가스를 플라즈마화 하고, 반응시켜서, 피성막 기판 위에 절연막을 형성하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 중 적어도 어느 하나임을 특징으로 하는 성막 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 실록산은 헥사메틸디실록산(HMDSO:(CH3)3Si-O-Si(CH3)3), 옥타메틸시클로테트라실록산(OMCTS)
    또는 테트라메틸시클로테트라실록산(TMCTS)
    중 어느 하나임을 특징으로 하는 성막 방법.
  4. 적어도 하지 절연막이 노출되는 피성막 기판을 준비하는 공정과,
    실록산과 N2O로 이루어진 주요한 성막용 가스 성분에, 희석용의 불활성 가스 및 질소 가스(N2) 중 적어도 어느 하나를 유량을 150sccm 이하로 첨가하여 구성되는 성막 가스를 플라즈마화 하고, 반응시켜서, 상기 피성막 기판 위에 절연막을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 피성막 기판에는 상기 하지 절연막 외에, 배선이 노출되어 있음을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배선의 재료는 알루미늄, 고융점 금속 및 구리 중 적어도 어느 하나임을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 하지 절연막은 열산화막 및 화학 기상 성장법으로 형성한 절연막임을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  8. 제 4 항 기재의 반도체 장치의 제조 방법으로 제조됨을 특징으로 하는 반도체 장치.
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