JP2009177023A - 多孔質絶縁膜及びその形成方法並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の多孔質絶縁膜10は、有機シロキサンを原料とするプラズマCVDによって形成されたものにおいて、第一の電子エネルギのプラズマを用いてプラズマCVDによって形成された第一層11と、第一層11の上に第二の電子エネルギのプラズマを用いて前記プラズマCVDによって形成された第二層12とを備え、第一の電子エネルギが第二の電子エネルギよりも大きい、ことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
図1は本発明の第一実施形態を示し、図1[1]は多孔質絶縁膜の断面図、図1[2]はプラズマCVD装置の構成図である。
例えば、第一工程11aでは、第二工程12aに比べて、プラズマを発生させる反応室内の圧力を低くする、プラズマを発生させる高周波電力を大きくする、有機シロキサン原料の流量を減らす、有機シロキサン原料のキャリアガスである不活性ガスの流量を増やす、炭化水素を主成分とする添加ガスの流量を減らす、及びプラズマを発生させる放電電極の間隔を縮小するという方法の中から選ばれた一つ又は二つ以上の組み合わせによって、第一工程11aのプラズマの電子エネルギを第二工程12aのプラズマの電子エネルギよりも大きくする。この一つ又は二つ以上の組み合わせに加え、有機シロキサン原料に添加する酸化剤の流量を増加させることにより、第一工程11aのプラズマの電子エネルギを第二工程12aのプラズマの電子エネルギよりも大きくしてもよい。そして、第一工程11aから第二工程12aに切り換える時に、第一工程11aのプラズマの電子エネルギ及び第二工程12aのプラズマの電子エネルギの少なくとも一方を連続的に変化させもよい。
Oxidation of Silicon)によって素子分離膜16間にストライプ状に形成された領域に、ゲート酸化膜18を熱酸化によって形成する。その後、ポリシリコンを成膜して、表面から見ると凸形状のポリシリコン電極17を形成し、これをパッド電極とする。これにより、ポリシリコン電極17の凸状の先端部とストライプ状のゲート酸化膜18との交差部に、MOS構造を形成することができる。なお、以下では、MOS構造を形成する交差部の面積に対する正方形ポリシリコン電極の面積比を、アンテナ比と呼ぶ。今回評価した最大アンテナ比は、125kである。
Ee=(1/3)×(mn/me)1/2×λe×E
ここで、mnは中性分子の質量、meは電子の質量、λeは電子の平均自由工程、Eは電界強度である。
本実施形態では、第一実施形態と同様に第一の空孔導入方法(気相反応による有機シリカ微結晶の堆積)に対して、更に高密着性化を実現可能な多孔質絶縁膜の形成方法を述べる。
本実施形態では、第二の空孔導入方法(成膜時に導入した空孔形成材料の除去)における本発明の適用効果について述べる。第二の空孔導入方法では、成膜時に空孔生成用の揮発性の高い高分子材料を導入し、成膜後にそれら揮発させて空孔を形成することが特徴である。
図20は、第四実施形態の多孔質絶縁膜を示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図1[1]と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
図22は、本発明による第五実施形態を示す半導体装置の製造方法に関する断面構造図である。
Layer Deposition)等の方法を採用することも可能である。バリアメタル25の形成後は、大気中に暴露することなく連続してスパッタリング法にてCuシード層を堆積し、その後、その上層にめっき法によりCu膜26を堆積する。
図23及び図24は、本発明による第六実施形態を示す半導体装置の製造方法に関する断面構造図である。本実施形態は、前述した第五実施形態よりも実効誘電率を低減し、高性能化を実現するための半導体装置の製造方法である。構造上の差異は、層間絶縁膜の低誘電率化とハードマスクの適用である。
図25及び図26は、本発明による第七実施形態を示す半導体装置の製造方法に関する断面構造図である。本実施形態は、前述した第六実施形態よりも更に実効誘電率を低減し、高性能化を実現するための半導体装置の製造方法である。構造上の特徴は、配線層間絶縁膜をより低誘電率化している点である。
11 第一層(改質層)
12 第二層
13 第三層
11a 第一工程
12a 第二工程
13a 第三工程
15 シリコン基板
16 素子分離膜
17 ポリシリコン電極
18 ゲート酸化膜
20 レジスト
22 バリア絶縁膜
23 配線溝
24 ビアホール
25 バリアメタル
26 Cu膜
27 ハードマスク
28 ビア層間絶縁膜
29 配線層間絶縁膜
30 トランジスタ領域
32 バリア絶縁膜
33 配線溝
34 ビアホール
35 バリアメタル
36 Cu膜
37 ハードマスク
38 ビア層間絶縁膜
39 配線層間絶縁膜
40 配線
41 ビアプラグ
51 不活性ガス(圧送用)
52 液体原料タンク(有機シロキサン原料)
53 液体原料タンク
54 気化器
55 流量制御装置
56 不活性ガス
57 酸化性添加ガス
58 ガス導入部
59 高周波電源
60 上部電極
61 基板
62 反応室
63 下部電極(ステージ)
64 真空ポンプ
Claims (21)
- 有機シロキサンを原料とするプラズマCVDによって形成された多孔質絶縁膜において、
第一の電子エネルギのプラズマを用いて前記プラズマCVDによって形成された第一層と、この第一層の上に第二の電子エネルギのプラズマを用いて前記プラズマCVDによって形成された第二層とを備え、前記第一の電子エネルギが前記第二の電子エネルギよりも大きい、
ことを特徴とする多孔質絶縁膜。 - 前記第二層の上に第三の電子エネルギのプラズマを用いて前記プラズマCVDによって形成された第三層を備え、前記第三の電子エネルギが前記第二の電子エネルギよりも大きい、
ことを特徴とする請求項1記載の多孔質絶縁膜。
- 有機シロキサン原料を用いたプラズマCVDによって多孔質絶縁膜を形成する方法において、
前記プラズマCVDによって第一層を形成する第一工程と、この第一層の上に前記プラズマCVDによって第二層を形成する第二工程とを備え、前記第一工程のプラズマの電子エネルギを前記第二工程のプラズマの電子エネルギよりも大きくする、
ことを特徴とする多孔質絶縁膜の形成方法。 - 前記第一工程では、前記第二工程に比べて、前記プラズマを発生させる反応室内の圧力を低くする、前記プラズマを発生させる高周波電力を大きくする、前記有機シロキサン原料の流量を減らす、前記有機シロキサン原料のキャリアガスである不活性ガスの流量を増やす、炭化水素を主成分とする添加ガスの流量を減らす、及び前記プラズマを発生させる放電電極の間隔を縮小するという方法の中から選ばれた一つ又は二つ以上の組み合わせによって、前記第一工程のプラズマの電子エネルギを前記第二工程のプラズマの電子エネルギよりも大きくする、
ことを特徴とする請求項3記載の多孔質絶縁膜の形成方法。 - 前記一つ又は二つ以上の組み合わせに加え、前記有機シロキサン原料に添加する酸化剤の流量を増加させることにより、前記第一工程のプラズマの電子エネルギを前記第二工程のプラズマの電子エネルギよりも大きくする、
ことを特徴とする請求項4記載の多孔質絶縁膜の形成方法。 - 前記第一工程から前記第二工程に切り換える時に、前記第一工程のプラズマの電子エネルギ及び前記第二工程のプラズマの電子エネルギの少なくとも一方を連続的に変化させる、
ことを特徴とする請求項3乃至5のいずれか一項に記載の多孔質絶縁膜の形成方法。 - 前記第二層の上に前記プラズマCVDによって第三層を形成する第三工程を備え、この第三工程のプラズマの電子エネルギを前記第二工程のプラズマの電子エネルギよりも大きくする、
ことを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一項に記載の多孔質絶縁膜の形成方法。 - 前記第三工程では、前記第二工程に比べて、前記プラズマを発生させる反応室内の圧力を低くする、前記プラズマを発生させる高周波電力を大きくする、前記有機シロキサン原料の流量を減らす、前記有機シロキサン原料のキャリアガスである不活性ガスの流量を増やす、炭化水素を主成分とする添加ガスの流量を減らす、及び前記プラズマを発生させる放電電極の間隔を縮小するという方法の中から選ばれた一つ又は二つ以上の組み合わせによって、前記第三工程のプラズマの電子エネルギを前記第二工程のプラズマの電子エネルギよりも大きくする、
ことを特徴とする請求項7記載の多孔質絶縁膜の形成方法。 - 前記一つ又は二つ以上の組み合わせに加え、前記有機シロキサン原料に加える酸化剤の流量を増加させることにより、前記第三工程のプラズマの電子エネルギを前記第二工程のプラズマの電子エネルギよりも大きくする、
ことを特徴とする請求項8記載の多孔質絶縁膜の形成方法。 - 前記第二工程から前記第三工程に切り換える時に、前記第二工程のプラズマの電子エネルギ及び前記第三工程のプラズマの電子エネルギの少なくとも一方を連続的に変化させる、
ことを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一項に記載の多孔質絶縁膜の形成方法。 - 前記有機シロキサン原料は直鎖状のSi−O分子構造を含む、
ことを特徴とする請求項3乃至10のいずれか一項に記載の多孔質絶縁膜の形成方法。 - 前記第二工程の後に、熱アニール、電子ビーム照射又は紫外線照射の処理を行う後処理工程を備えた、
ことを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一項に記載の多孔質絶縁膜の形成方法。 - 前記第三工程の後に、熱アニール、電子ビーム照射又は紫外線照射の処理を行う後処理工程を備えた、
ことを特徴とする請求項7乃至10のいずれか一項に記載の多孔質絶縁膜の形成方法。 - 前記不活性ガスは、He、Ne、Ar、Kr及びXeの中から選ばれた少なくとも一つである、
ことを特徴とする請求項4又は8記載の多孔質絶縁膜の形成方法。 - 前記酸化剤は、O2、O3、CO2、N2O及びH2Oの中から選ばれた少なくとも一つである、
ことを特徴とする請求項5又は9記載の多孔質絶縁膜の形成方法。
- 半導体素子上にビア層間絶縁膜、配線層間絶縁膜及びハードマスクがこの順に積層され、前記ビア層間絶縁膜にビアホールが形成され、前記配線層間絶縁膜及び前記ハードマスクに配線溝が形成され、前記ビアホール及び前記配線溝に金属配線材料からなるビアプラグ及び配線が埋設された半導体装置を製造する方法において、
請求項3乃至16のいずれか一項に記載の多孔質絶縁膜の形成方法を用いて少なくとも前記ビア層間絶縁膜を形成する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 同じプラズマCVD装置を用いて前記ビア層間絶縁膜に続いて前記配線層間絶縁膜を形成する、
ことを特徴とする請求項17記載の半導体装置の製造方法。 - 同じプラズマCVD装置を用いて前記配線層間絶縁膜に続いて前記ハードマスクを形成する、
ことを特徴とする請求項18記載の半導体装置の製造方法。 - 環状有機シロキサン原料を用いたプラズマCVDによって、前記配線層間絶縁膜を形成する、
ことを特徴とする請求項17乃至19のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
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