JP3148183B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP3148183B2 JP3148183B2 JP24523598A JP24523598A JP3148183B2 JP 3148183 B2 JP3148183 B2 JP 3148183B2 JP 24523598 A JP24523598 A JP 24523598A JP 24523598 A JP24523598 A JP 24523598A JP 3148183 B2 JP3148183 B2 JP 3148183B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、さらに詳述すると、半導体装置の層間絶縁
膜やパッシベーション膜の形成に関するものである。
方法に関し、さらに詳述すると、半導体装置の層間絶縁
膜やパッシベーション膜の形成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ICの製造分野では、デバイスの高集積
化に伴い、スケーリング則に従った横方向のデバイスの
微細化が進んでいる。これに伴って、配線幅と配線間隔
も縮小化の方向にある。配線間隔が狭くなると、配線間
の寄生容量は配線間隔に反比例して増加する。この配線
間容量の増加はRC時定数を大きくし、配線の信号伝播
速度の遅延を招き、デバイスの処理速度低下の原因とな
るため、デバイスの微細化を進める上で大きな問題とな
っている。
化に伴い、スケーリング則に従った横方向のデバイスの
微細化が進んでいる。これに伴って、配線幅と配線間隔
も縮小化の方向にある。配線間隔が狭くなると、配線間
の寄生容量は配線間隔に反比例して増加する。この配線
間容量の増加はRC時定数を大きくし、配線の信号伝播
速度の遅延を招き、デバイスの処理速度低下の原因とな
るため、デバイスの微細化を進める上で大きな問題とな
っている。
【0003】近年、前述した配線間容量を低減するため
の方法として、従来層間絶縁膜として用いられているS
iO2膜よりも比誘電率の低い絶縁膜を形成することが
検討されている。代表的な低誘電率層間絶縁膜として
は、SiOF膜の他に、HSQ(Hydrogen Silsesquiox
ane)、BCB(Benzocycrobutene)等の無機又は有機
塗布膜、フッ素化アモルファスカーボン膜やパリレン等
をはじめとするCVD有機膜などが知られている。しか
し、これらの膜、特にSiOF膜やフッ素化アモルファ
スカーボン膜などのFを含む膜は、Fの脱離やH2Oと
の反応による比誘電率の増加や、膜中のFと下地やAl
配線等との反応が懸念されている。そのため、これらの
問題を解決する目的で、通常は図4に示すように層間膜
を多層構造に形成すること、すなわちFを含む層間絶縁
膜層4を上下からSiO2膜3で挟み込む積層構造の形
を採ることが行われている。なお、図4において1は下
地絶縁膜、2はAl配線を示す。
の方法として、従来層間絶縁膜として用いられているS
iO2膜よりも比誘電率の低い絶縁膜を形成することが
検討されている。代表的な低誘電率層間絶縁膜として
は、SiOF膜の他に、HSQ(Hydrogen Silsesquiox
ane)、BCB(Benzocycrobutene)等の無機又は有機
塗布膜、フッ素化アモルファスカーボン膜やパリレン等
をはじめとするCVD有機膜などが知られている。しか
し、これらの膜、特にSiOF膜やフッ素化アモルファ
スカーボン膜などのFを含む膜は、Fの脱離やH2Oと
の反応による比誘電率の増加や、膜中のFと下地やAl
配線等との反応が懸念されている。そのため、これらの
問題を解決する目的で、通常は図4に示すように層間膜
を多層構造に形成すること、すなわちFを含む層間絶縁
膜層4を上下からSiO2膜3で挟み込む積層構造の形
を採ることが行われている。なお、図4において1は下
地絶縁膜、2はAl配線を示す。
【0004】しかし、SiO2を成膜する方法として一
般的に用いられているのは、SiH4を用いたCVD法
である。このため、SiO2の成膜中に、Fを含む層間
絶縁膜はSiH4の分解により生成したHラジカルに晒
されることになる。また、TEOSを用いた場合でも膜
中に多くの水分を含むため、これがFと反応してしま
う。さらに、SiO2膜は一般的にH2やH2Oの拡散に
対する耐性が低いため、成膜後における大気開放中の膜
質の安定性にも問題が残る。そのため、Fを含む低誘電
率の層間絶縁膜を半導体デバイスに用いることは困難に
なっている。
般的に用いられているのは、SiH4を用いたCVD法
である。このため、SiO2の成膜中に、Fを含む層間
絶縁膜はSiH4の分解により生成したHラジカルに晒
されることになる。また、TEOSを用いた場合でも膜
中に多くの水分を含むため、これがFと反応してしま
う。さらに、SiO2膜は一般的にH2やH2Oの拡散に
対する耐性が低いため、成膜後における大気開放中の膜
質の安定性にも問題が残る。そのため、Fを含む低誘電
率の層間絶縁膜を半導体デバイスに用いることは困難に
なっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の半導体装置の製造、特に層間絶縁膜又はパッシベーシ
ョン膜の形成に関しては、次のような問題があった。 SiO2を成膜する方法として一般的に用いられてい
るのは、SiH4を用いたCVD法である。そのため、
SiO2の成膜中に、Fを含む層間絶縁膜はSiH4の分
解により生成したHラジカルに晒されることになり、F
がHラジカルと反応する。したがって、Hを含まないソ
ースを用いた成膜方法が必要となる。
の半導体装置の製造、特に層間絶縁膜又はパッシベーシ
ョン膜の形成に関しては、次のような問題があった。 SiO2を成膜する方法として一般的に用いられてい
るのは、SiH4を用いたCVD法である。そのため、
SiO2の成膜中に、Fを含む層間絶縁膜はSiH4の分
解により生成したHラジカルに晒されることになり、F
がHラジカルと反応する。したがって、Hを含まないソ
ースを用いた成膜方法が必要となる。
【0006】SiH4を用いたCVD法で成膜したS
iO2膜中にはHが残留しているため、このHがFと反
応する。また、TEOSを用いた場合でも膜中に多くの
水分を含むため、同様にこの水分がFと反応してしま
う。したがって、HやH2Oを含まない層間膜が必要と
なる。
iO2膜中にはHが残留しているため、このHがFと反
応する。また、TEOSを用いた場合でも膜中に多くの
水分を含むため、同様にこの水分がFと反応してしま
う。したがって、HやH2Oを含まない層間膜が必要と
なる。
【0007】SiO2膜はH2やH2Oの拡散に対する
耐性が低いため、成膜後、大気開放中の膜質の安定性に
問題が残る。したがって、H2やH2Oの拡散に対する耐
性の高い層間膜が必要となる。
耐性が低いため、成膜後、大気開放中の膜質の安定性に
問題が残る。したがって、H2やH2Oの拡散に対する耐
性の高い層間膜が必要となる。
【0008】以上のように、Fを含む低誘電率膜を層間
絶縁膜に用いる場合、その上下に成膜する層間膜の形成
には、成膜ガスとしてHを含まないガスを用いたSiN
膜やSiON膜の成膜が必要となってくる。
絶縁膜に用いる場合、その上下に成膜する層間膜の形成
には、成膜ガスとしてHを含まないガスを用いたSiN
膜やSiON膜の成膜が必要となってくる。
【0009】本発明は、前述した事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、半導体装置において層間絶縁膜あ
るいはパッシベーション膜を形成する際に、比誘電率の
低い、安定な膜質の多層の層間絶縁膜あるいはパッシベ
ーション膜を形成することが可能な方法を提供すること
にある。
もので、その目的は、半導体装置において層間絶縁膜あ
るいはパッシベーション膜を形成する際に、比誘電率の
低い、安定な膜質の多層の層間絶縁膜あるいはパッシベ
ーション膜を形成することが可能な方法を提供すること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、下記(1)〜(6)に示す半導体装置の製
造方法を提供する。
成するため、下記(1)〜(6)に示す半導体装置の製
造方法を提供する。
【0011】(1)2層以上の多層層間絶縁膜の形成方
法であって、Fを含む層間絶縁膜を成膜する工程と、そ
の下地及び上地の一方又は両方に、Hを含まない無機の
Si系ガスとN2を用いた高密度プラズマCVDにより
SiN膜を成膜する工程とを有し、かつ前記各工程を同
一成膜室内で行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 (2)2層以上の多層層間絶縁膜の形成方法であって、
Fを含む層間絶縁膜を成膜する工程と、その下地及び上
地の一方又は両方に、Hを含まない無機のSi系ガスと
N2とO2、Hを含まない無機のSi系ガスとNO、又
は、Hを含まない無機のSi系ガスとN2Oを用いた高
密度プラズマCVDによりSiON膜を形成する工程と
を有し、かつ前記各工程を同一成膜室内で行うことを特
徴とする半導体装置の製造方法。 (3)Hを含まない無機のSi系ガスとN2を用いた高
密度プラズマCVDによりSiN膜を形成する工程と、
SiN膜をHを含まない雰囲気中で熱処理する工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
法であって、Fを含む層間絶縁膜を成膜する工程と、そ
の下地及び上地の一方又は両方に、Hを含まない無機の
Si系ガスとN2を用いた高密度プラズマCVDにより
SiN膜を成膜する工程とを有し、かつ前記各工程を同
一成膜室内で行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 (2)2層以上の多層層間絶縁膜の形成方法であって、
Fを含む層間絶縁膜を成膜する工程と、その下地及び上
地の一方又は両方に、Hを含まない無機のSi系ガスと
N2とO2、Hを含まない無機のSi系ガスとNO、又
は、Hを含まない無機のSi系ガスとN2Oを用いた高
密度プラズマCVDによりSiON膜を形成する工程と
を有し、かつ前記各工程を同一成膜室内で行うことを特
徴とする半導体装置の製造方法。 (3)Hを含まない無機のSi系ガスとN2を用いた高
密度プラズマCVDによりSiN膜を形成する工程と、
SiN膜をHを含まない雰囲気中で熱処理する工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【0012】(4)Hを含まない無機のSi系ガスが、
SixFy又はSixCly(式中x及びyはそれぞれ1以
上の整数を示す)で表わされるガスであることを特徴と
する(1)〜(3)の半導体装置の製造方法。 (5)SixFyで表わされるガスがSiF4である
(4)の半導体装置の製造方法。 (6)SixClyで表わされるガスがSiCl4である
(4)の半導体装置の製造方法。
SixFy又はSixCly(式中x及びyはそれぞれ1以
上の整数を示す)で表わされるガスであることを特徴と
する(1)〜(3)の半導体装置の製造方法。 (5)SixFyで表わされるガスがSiF4である
(4)の半導体装置の製造方法。 (6)SixClyで表わされるガスがSiCl4である
(4)の半導体装置の製造方法。
【0013】
【発明の実施の形態】[実施例1]以下に本発明の実施
例1を説明する。図1(a)に示すように、シリコン基
板上に成膜された下地絶縁膜1上に、第1の層間絶縁膜
としてSiN膜5を、高密度プラズマCVD法によりS
iF4:20sccm、N2:100sccm、成膜圧
力:50mTorr、ICPソースパワー:3000
W、バイアスパワー:0Wの条件で50nm成膜した。
次に、第2の層間絶縁膜としてSiOF膜6を400n
m成膜した。さらに、第3の層間絶縁膜としてSiN膜
5を前記と同一条件で50nm成膜した。ここでは、こ
れら第1、2、3層の層間絶縁膜を同一成膜室内で成膜
することにより、Fを含む層間絶縁膜が大気に晒される
のを防止し、Fの反応を抑制した。
例1を説明する。図1(a)に示すように、シリコン基
板上に成膜された下地絶縁膜1上に、第1の層間絶縁膜
としてSiN膜5を、高密度プラズマCVD法によりS
iF4:20sccm、N2:100sccm、成膜圧
力:50mTorr、ICPソースパワー:3000
W、バイアスパワー:0Wの条件で50nm成膜した。
次に、第2の層間絶縁膜としてSiOF膜6を400n
m成膜した。さらに、第3の層間絶縁膜としてSiN膜
5を前記と同一条件で50nm成膜した。ここでは、こ
れら第1、2、3層の層間絶縁膜を同一成膜室内で成膜
することにより、Fを含む層間絶縁膜が大気に晒される
のを防止し、Fの反応を抑制した。
【0014】次いで、図1(b)に示すように、フォト
リソグラフィーとドライエッチングにより溝7を形成し
た。その後、バリヤメタルであるTaとCuをスパッタ
法及びメッキにより成膜し、図1(C)に示すようにC
MPにより層間絶縁膜表面のTaとCuを除去しCu配
線8を形成した。
リソグラフィーとドライエッチングにより溝7を形成し
た。その後、バリヤメタルであるTaとCuをスパッタ
法及びメッキにより成膜し、図1(C)に示すようにC
MPにより層間絶縁膜表面のTaとCuを除去しCu配
線8を形成した。
【0015】本例では、第1、第3の層間絶縁膜として
SiNを成膜したが、N2Oを添加してSiON膜を成
膜してもよい。また、第2の層間絶縁膜としてSiOF
膜を用いたが、例えばこれに代わりフッ素化アモルファ
スカーボン、ポリテトラフロオロエチレン、パリレンA
F4(ポリパラキシレン)等のフッ素を含む有機膜を用
いてもよい。
SiNを成膜したが、N2Oを添加してSiON膜を成
膜してもよい。また、第2の層間絶縁膜としてSiOF
膜を用いたが、例えばこれに代わりフッ素化アモルファ
スカーボン、ポリテトラフロオロエチレン、パリレンA
F4(ポリパラキシレン)等のフッ素を含む有機膜を用
いてもよい。
【0016】[実施例2]以下に本発明の実施例2を説
明する。本例では、本発明によるSiN膜を容量のカバ
ー膜として用い、強誘電体材料が水素により還元される
のを抑制した。まず、図2(a)に示すように、シリコ
ン基板上に成膜された下地絶縁膜1上にPt/Ti下部
電極9、Pb(Zr,Ti)O3強誘電体10、Ir/
IrO2上部電極11の構造の容量を形成した。次に、
図2(b)に示すように、実施例1と同じ条件でSiN
膜5を50nm成膜し、さらにCVD法によりSiO2
膜3を600nm成膜した。最後に、フォトリソグラフ
ィーとドライエッチングによりコンタクト開口後、図2
(c)に示すようにWコンタクトとAl配線2を形成し
た。
明する。本例では、本発明によるSiN膜を容量のカバ
ー膜として用い、強誘電体材料が水素により還元される
のを抑制した。まず、図2(a)に示すように、シリコ
ン基板上に成膜された下地絶縁膜1上にPt/Ti下部
電極9、Pb(Zr,Ti)O3強誘電体10、Ir/
IrO2上部電極11の構造の容量を形成した。次に、
図2(b)に示すように、実施例1と同じ条件でSiN
膜5を50nm成膜し、さらにCVD法によりSiO2
膜3を600nm成膜した。最後に、フォトリソグラフ
ィーとドライエッチングによりコンタクト開口後、図2
(c)に示すようにWコンタクトとAl配線2を形成し
た。
【0017】[実施例3]以下に本発明の実施例3を説
明する。ここでは、Al配線形成後、パッシベーション
膜を形成するのに本発明を用いた。図3に示すように、
Al配線2上に、まず第1の層としてCVDによりSi
O2膜3を100nm成膜し、次いで第2の層として実施
例1と同じ条件でSiN膜5を1μm成膜した。そして
最後に、N 2プラズマアニールをN2:500sccm、
圧力:50mTorr、ICPソースパワー:3000
Wの条件で30秒間行った。
明する。ここでは、Al配線形成後、パッシベーション
膜を形成するのに本発明を用いた。図3に示すように、
Al配線2上に、まず第1の層としてCVDによりSi
O2膜3を100nm成膜し、次いで第2の層として実施
例1と同じ条件でSiN膜5を1μm成膜した。そして
最後に、N 2プラズマアニールをN2:500sccm、
圧力:50mTorr、ICPソースパワー:3000
Wの条件で30秒間行った。
【0018】
【発明の効果】本発明に係る半導体装置の製造方法は、
以下に述べる効果を奏する。第1の効果は、SiN膜形
成時にFを含む層間絶縁膜でのHF形成を無くすことが
できることである。その理由は、Hを含まないガスを用
いてSiN膜を成膜するため、成膜中にFを含む層間絶
縁膜がHラジカル等に晒されることがなく、Fとの反応
を抑制できるためである。
以下に述べる効果を奏する。第1の効果は、SiN膜形
成時にFを含む層間絶縁膜でのHF形成を無くすことが
できることである。その理由は、Hを含まないガスを用
いてSiN膜を成膜するため、成膜中にFを含む層間絶
縁膜がHラジカル等に晒されることがなく、Fとの反応
を抑制できるためである。
【0019】第2の効果は、SiN成膜時におけるFを
含む層間絶縁膜からのFの脱離を抑制できることであ
る。その理由は、一般にFを含む層間絶縁膜は高温で熱
するとFの脱離が起こりやすいが、本発明ではSiN膜
を高密度プラズマCVD法で成膜しているので、低温成
膜が可能であり、その結果SiN成膜時のFの脱離を抑
制できるためである。
含む層間絶縁膜からのFの脱離を抑制できることであ
る。その理由は、一般にFを含む層間絶縁膜は高温で熱
するとFの脱離が起こりやすいが、本発明ではSiN膜
を高密度プラズマCVD法で成膜しているので、低温成
膜が可能であり、その結果SiN成膜時のFの脱離を抑
制できるためである。
【0020】第3の効果は、層間絶縁膜膜質の長期安定
性の向上を図れることである。その理由は、Fを含む層
間絶縁膜をSiO2膜よりもH2やH2Oの拡散に対して
耐性の高いSiN膜で挟み込む構造を採っているので、
多層の層間絶縁膜形成後に大気中のH2やH2OとFとが
反応することを抑制できるためである。
性の向上を図れることである。その理由は、Fを含む層
間絶縁膜をSiO2膜よりもH2やH2Oの拡散に対して
耐性の高いSiN膜で挟み込む構造を採っているので、
多層の層間絶縁膜形成後に大気中のH2やH2OとFとが
反応することを抑制できるためである。
【図1】本発明の第1の実施例の説明図である。
【図2】本発明の第2の実施例の説明図である。
【図3】本発明の第3の実施例の説明図である。
【図4】従来例の説明図である。
1 下地層間絶縁膜 2 Al配線 3 SiO2 4 Fを含む層間絶縁膜層 5 SiN 6 SiOF 7 溝 8 Cu配線 9 下部電極 10 強誘電体 11 上部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小柳 賢一 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−29301(JP,A) 特開 平8−227888(JP,A) 特開 昭57−152132(JP,A) 特開 平9−17860(JP,A) 特開 平9−237783(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/312 H01L 21/314 H01L 21/316 H01L 21/318
Claims (6)
- 【請求項1】 2層以上の多層層間絶縁膜の形成方法で
あって、Fを含む層間絶縁膜を成膜する工程と、その下
地及び上地の一方又は両方に、Hを含まない無機のSi
系ガスとN2を用いた高密度プラズマCVDによりSi
N膜を成膜する工程とを有し、かつ前記各工程を同一成
膜室内で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 2層以上の多層層間絶縁膜の形成方法で
あって、Fを含む層間絶縁膜を成膜する工程と、その下
地及び上地の一方又は両方に、Hを含まない無機のSi
系ガスとN2とO2、Hを含まない無機のSi系ガスとN
O、又は、Hを含まない無機のSi系ガスとN2Oを用
いた高密度プラズマCVDによりSiON膜を形成する
工程とを有し、かつ前記各工程を同一成膜室内で行うこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 Hを含まない無機のSi系ガスとN2を
用いた高密度プラズマCVDによりSiN膜を形成する
工程と、SiN膜をHを含まない雰囲気中で熱処理する
工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項4】 Hを含まない無機のSi系ガスが、Si
xFy又はSixCly(式中x及びyはそれぞれ1以上の
整数を示す)で表わされるガスであることを特徴とする
請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項5】 SixFyで表わされるガスがSiF4で
ある請求項4に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 SixClyで表わされるガスがSiCl
4である請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24523598A JP3148183B2 (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP24523598A JP3148183B2 (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000077406A JP2000077406A (ja) | 2000-03-14 |
JP3148183B2 true JP3148183B2 (ja) | 2001-03-19 |
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ID=17130676
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JP24523598A Expired - Fee Related JP3148183B2 (ja) | 1998-08-31 | 1998-08-31 | 半導体装置の製造方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20150107655A (ko) | 2014-03-13 | 2015-09-23 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 반도체 디바이스, 그 제조 방법, 및 그 제조 장치 |
KR20170069991A (ko) | 2013-06-28 | 2017-06-21 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 다층 보호막의 형성 방법 및 다층 보호막의 형성 장치 |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1191582A4 (en) | 1999-03-09 | 2004-09-22 | Tokyo Electron Ltd | PRODUCTION METHOD FOR A SEMICONDUCTOR ARRANGEMENT |
US6372291B1 (en) * | 1999-12-23 | 2002-04-16 | Applied Materials, Inc. | In situ deposition and integration of silicon nitride in a high density plasma reactor |
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JP2002329720A (ja) * | 2001-04-27 | 2002-11-15 | Samco International Inc | デバイス用保護膜及びその作製方法 |
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JP4838026B2 (ja) * | 2006-03-27 | 2011-12-14 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
JPWO2010038885A1 (ja) * | 2008-09-30 | 2012-03-01 | 東京エレクトロン株式会社 | 窒化珪素膜およびその形成方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体並びにプラズマcvd装置 |
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