(57)【要約】【課題】半導体ウエハの低誘電率膜上にＳｉＯ２膜を成膜する際に、ＳｉＯ２膜の膜厚に拘わらず、その剥がれを生じさせず、密着性を維持して、信頼性を向上させる。【解決手段】ＳｉＯ２膜たる層間絶縁膜１４の低誘電率膜に対する密着性は、ＳｉＯ２膜のそり量が一定以下であれば、その膜厚によらず、確保できる。また、ＳｉＯ２膜たる層間絶縁膜１４の任意の膜厚におけるそり量は、膜ストレス値で制御できる。更に、その膜ストレス値は、平行平板型プラズマＣＶＤによる成膜に用いる高周波ＲＦパワー（例えば１３．５６ＭＨｚ）および低周波ＲＦパワー（例えば４００ＫＨｚ）に係る出力比により決まる。故に、ＳｉＯ２膜たる層間絶縁膜１４を、平行平板型プラズマＣＶＤにより例えばＴＥＯＳを用いて成膜する際に、高周波ＲＦパワーおよび低周波ＲＦパワーを適当な値に制御することにより、層間絶縁膜１４のそり量を一定（例えば４６μｍ）以下にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハの多層配線層における低誘電率膜上にＳｉＯ２膜を成膜する際の成膜方法であって、
前記ＳｉＯ２膜のそり量を所定値以下に抑えることを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記所定値は、４６μｍであることを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記そり量を、成膜の際の膜ストレス値で制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記膜ストレス値を、平行平板型プラズマＣＶＤによる成膜に用いる高周波ＲＦパワーおよび低周波ＲＦパワーにより制御することを特徴とする請求項３に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記低誘電率膜は、ＳｉＯＣ膜であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハにおける成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハは、典型的には、半導体基板と、半導体基板の主面上に形成された素子層と、素子層上に積層された多層配線層とから概略構成されている。素子層には、素子分離構造、ＭＯＳトランジスタ、キャパシタ等の半導体素子が形成されている。多層配線層は、この素子層に含まれる半導体素子の配線となるものである。
【０００３】
図４は、多層配線層の例を示す図である。同図に示した多層配線層は、複数の層間絶縁膜１１、１２、１３、および１４と、それらの間に積層された層間バリア膜２１、２２、および２３と、層間絶縁膜１１〜１４および層間バリア膜２１〜２３を積層方向に貫通する複数の金属配線部３１とから構成されている。
【０００４】
金属配線部３１は、図４に示すように、例えば、層間絶縁膜１１および１２に埋め込まれた第１配線部３１ａと、層間絶縁膜１３に埋め込まれた第２配線部３１ｂおよび第３配線部３１ｃとから構成されている。また、第１〜第３配線部３１ａ〜３１ｃの各々は、配線金属３１１から構成されている。配線金属３１１は、導電性に優れたものが好ましく、例えば銅Ｃｕがよい。更に、配線金属３１１と層間絶縁膜１１〜１３との間には、金属バリア膜３２が形成されている。
【０００５】
多層配線層を構成する層間絶縁膜のうち最上部にある層間絶縁膜１４の素子領域には、金属層４１が積層されている。この金属層４１は、半導体チップのボンディングパッドと検査用端子とを兼ねるものであって、配線部３１よりもウエットエッチングされにくい金属からなることが好ましく、例えば硝酸に対するエッチング耐性を有するアルミニウム（Ａｌ）がよい。また、この金属層４１は、層間絶縁膜１４に設けられたコンタクトプラグ４２を介して、配線部３１を構成する第３配線部３１ｃに接続されている。コンタクトプラグ４２は、第３配線部３１ｃに接続されることによって金属配線部として機能する。
【０００６】
また、金属層４１の上には、パッシベーション膜５１が積層されている。
ここで、従来では、層間絶縁膜１１〜１４および層間バリア膜２１〜２３は、それぞれ、酸化シリコンＳｉＯ２および窒化シリコンＳｉＮが素材として使用されてきたが、微細化が進むにつれて配線間隔が狭くなり、そこに発生する寄生容量が無視できなくなってきた。
【０００７】
この課題を解決する手段として、最近では、それらの材料の代わりに、それぞれ、ＳｉＯＣおよびＳｉＣＮを採用することでそれらの膜の低誘電率化が行われている。
【０００８】
しかしながら、例えば図４に示す構成において、キャップ膜としての層間絶縁膜１４は、そのままＳｉＯ２膜とされる。かかる場合、そのＳｉＯ２膜と、その下層のＳｉＯＣ膜（ＳｉＣＮ膜がある場合はＳｉＣＮ膜）との密着性が不足するという課題があった。その結果、ＳｉＯ２膜が剥がれて欠陥となる課題や、ボンディングの際に、ボンディングにより加わる力により剥がれが生じ、組み立てに支障をきたす課題があった。
【０００９】
なお、図５に示すように、この上層ＳｉＯ２膜の剥がれの問題は、膜質が同一であれば、概ね、膜厚が厚くなるほど顕著に現れる。すなわち、同図において、ウエハの端部における上層ＳｉＯ２膜の膜厚４００ｎｍ→８００ｎｍのみを例外として、各領域において１００マス中の剥がれたマスの数は、１８０ｎｍ→４００ｎｍ→８００ｎｍと上層ＳｉＯ２膜の膜厚が厚くなるほど、多くなっている。
【００１０】
上述の課題を解決すべく、ＳｉＯＣ膜と上層ＳｉＯ２膜の間に、特別の層を設けてそれらの密着性を改善しようとする技術がある（例えば、特許文献１参照）。すなわち、特許文献１は、ＳｉＯＣ膜（ｌｏｗ−ｋ膜）とＳｉＯ２膜（キャップ膜）の密着性を改善することを目的とし、ＳｉＯＣ膜（参照符号２）とＳｉＯ２膜（４）との間に改質層（３）を設けることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２０７６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１のように、改質層のような特別な層を設けることは、工程の増加を招くという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の半導体ウエハにおける成膜方法は、半導体ウエハの多層配線層における低誘電率膜上にＳｉＯ２膜を成膜する際の成膜方法であって、前記ＳｉＯ２膜のそり量を所定値以下に抑えることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体ウエハにおける成膜方法によれば、低誘電率膜にＳｉＯ２膜を成膜したときに、ＳｉＯ２膜の膜厚に拘わらず、その剥がれを生じさせず、密着性を維持できる。それにより剥がれに起因するトラブル全般を改善できる。特に、ボンディング時の剥がれを防止できるので、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の半導体ウエハにおける成膜方法の一実施形態を説明するための図である。
【図２】上層ＳｉＯ２膜の膜厚、膜ストレス値、およびそり量の各条件における剥がれの有無を調べた実験の結果を示す図である。
【図３】高周波ＲＦパワーおよび低周波ＲＦパワーと、膜ストレス値との関係を示す図である。
【図４】半導体ウエハにおける多層配線層の構造を示す断面図である。
【図５】成膜する上層ＳｉＯ２膜の膜厚とその剥がれの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した半導体ウエハにおける成膜方法の一例について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１７】
図１は、本発明の半導体ウエハにおける成膜方法の一実施形態を説明するための図である。図１（ａ）に示す状態までの製造工程は以下の如くである。
すなわち、層間絶縁膜１１、層間バリア膜２１、および層間絶縁膜１２を順次積層し、それらを貫通する凹部を設け、金属バリア膜３２を積層したのち、そこにメッキ形成法により配線金属３１１を形成することで、第１配線部３１ａを形成する。
【００１８】
次に、層間絶縁膜１２の上に、層間バリア膜２２および層間絶縁膜１３を順次積層し、それらを貫通する凹部を設け、金属バリア膜３２を積層したのち、そこにメッキ形成法により配線金属３１１を形成することで、第２配線部３１ｂおよび第３配線部３１ｃを形成する。
【００１９】
ここで、層間絶縁膜１１〜１３はＳｉＯＣが好適であり、層間バリア膜２１，２２はＳｉＣＮが好適である。
【００２０】
次に、図１（ｂ）を参照して、次に、層間絶縁膜１３の上に、ＳｉＣＮ膜たる層間バリア膜２３を積層する。
【００２１】
次に、ＳｉＯ２膜たる層間絶縁膜１４を積層するのであるが、本発明者は、ＳｉＯ２膜の低誘電率膜に対する密着性は、ＳｉＯ２膜のそり量が一定以下であれば、その膜厚によらず、確保できることを見いだした。また、ＳｉＯ２膜たる層間絶縁膜１４の任意の膜厚におけるそり量は、膜ストレス値で制御できることが分かっている。更に、その膜ストレス値は、平行平板型プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による成膜に用いる高周波ＲＦパワー（例えば１３．５６ＭＨｚ）および低周波ＲＦパワー（例えば４００ＫＨｚ）に係る出力比により決まることが分かっている。具体的には、膜ストレス値は、低周波ＲＦパワー／（高周波ＲＦパワー＋低周波ＲＦパワー）に比例する。
【００２２】
従って、ＳｉＯ２膜たる層間絶縁膜１４を、平行平板型プラズマＣＶＤにより例えばＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）を用いて成膜する際に、高周波ＲＦパワー（例えば１３．５６ＭＨｚ）および低周波ＲＦパワー（例えば４００ＫＨｚ）を適当な値に制御することにより、層間絶縁膜１４のそり量を一定（例えば４６μｍ）以下にする。これにより、層間絶縁膜１４は、その厚さに拘わらず、剥がれが生じることなく密着性が確保される。
【００２３】
なお、ここでは、ＳｉＣＮ膜たる層間バリア膜２３を設け、その上に、ＳｉＯ２膜たる層間絶縁膜１４を積層したが、層間バリア膜２３を設けず、ＳｉＯＣ膜たる層間絶縁膜１３の上に直接層間絶縁膜１４を積層してもよい。
【００２４】
（実施例１）
本発明者は、上層ＳｉＯ２膜の下層ＳｉＯＣ膜に対する密着性は、上層ＳｉＯ２膜のそり量（Ｂｏｗ）が一定以下であれば、その膜厚によらず、確保できることを見いだした。
【００２５】
図２は、その根拠を表す実験結果を示す図である。すなわち、図２において、上段、中段、下段が、それぞれ条件を異にした実験結果である。下層ＳｉＯＣ膜の膜厚は、各段で共通（１１００ｎｍ）である。なお、各カラムは、それぞれ、ウエハの中心部分（Ｃｅｎｔｅｒ）、中間部分（Ｍｉｄｄｌｅ）、および端部（Ｅｄｇｅ）における実験結果である。
【００２６】
そこで、上段が、上層ＳｉＯ２膜の膜厚が１８０ｎｍで、１５０ＭＰａのストレスを与えて、４６μｍのそり量を生じさせた場合であり、中段が、上層ＳｉＯ２膜の膜厚が４００ｎｍで、１５０ＭＰａのストレスを与えて、７４μｍのそり量を生じさせた場合であり、下段が、上層ＳｉＯ２膜の膜厚が４００ｎｍで、６０ＭＰａのストレスを与えて、４６μｍのそり量を生じさせた場合である。
【００２７】
そこで、上段と中段の関係においては、図５が示している内容と同じであり、同じストレスでも上層ＳｉＯ２膜の膜厚が大きくなれば、そり量が大きくなるので、上段では、剥がれが生じず、中段では剥がれが生じている結果となっている。
【００２８】
また、中段と下段の関係においては、上層ＳｉＯ２膜の膜厚が同じでも、ストレスを下げて、例えば、上段と同じ４６μｍのそり量に抑えれば、剥がれは発生しなくなる、ということを示している。
【００２９】
これらのことから、上層ＳｉＯ２膜の下層ＳｉＯＣ膜に対する密着性は、上層ＳｉＯ２膜の膜厚には依存せず、そり量に依存しており、そり量を一定以下に抑えれば、膜厚に拘わらず、剥がれは発生しない、と結論付けることができる。具体的には、そり量を、略４６μｍ以下に抑えれば、剥がれは生じない。
【００３０】
上層ＳｉＯ２膜の密着性が、その膜厚に依存せず、そり量に依存する理由は、そり量が一定の値を超えると、下層低誘電率膜と上層ＳｉＯ２膜の界面にかかる応力が限界を超え、元々密着性の悪い下層低誘電率膜と上層ＳｉＯ２膜の界面で剥がれが発生するためと考えられる。
【００３１】
そこで、以下の３つの関係を考慮する。
（１）上層ＳｉＯ２膜の膜厚に拘わらず、そり量を一定以下に抑えれば、上層ＳｉＯ２膜の剥がれは生じない。
（２）上層ＳｉＯ２膜の任意の膜厚におけるそり量は、膜ストレス値で制御できる。
（３）膜ストレス値は、平行平板型プラズマＣＶＤによる成膜に用いる高周波ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚ）および低周波ＲＦパワー（４００ＫＨｚ）に係る出力比により決まる。具体的には、図３に示すように、膜ストレス値は、低周波ＲＦパワー／（高周波ＲＦパワー＋低周波ＲＦパワー）に比例する。
【００３２】
ここで、関係（１）は、上述までで導き出された関係である。また、関係（２）および（３）は、既知の事実である。
【００３３】
これらの３つ関係から、高周波ＲＦパワー（１３．５６ＭＨｚ）および低周波ＲＦパワー（４００ＫＨｚ）を制御することにより、上層ＳｉＯ２膜の任意の膜厚におけるそり量を制御でき、そり量一定以下という制御により、上層ＳｉＯ２膜の剥がれを発生させず、その密着性を担保できる。
【００３４】
そこで、平行平板型プラズマＣＶＤによる上層ＳｉＯ２膜の成膜の条件の一例を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
以上で説明した実施形態によれば、下層ＳｉＯＣ膜に上層ＳｉＯ２膜を成膜したときに、上層ＳｉＯ２膜の膜厚に拘わらず、その剥がれを生じさせず、密着性を維持できる。それにより剥がれに起因するトラブル全般を改善できる。特に、ボンディング時の剥がれを防止できるので、信頼性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、半導体ウエハの製造工程において、低誘電率膜上にＳｉＯ２膜を成膜する工程を含む場合に採用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１１〜１４・・・層間絶縁膜
２１〜２３・・・層間バリア膜
３１ａ〜３１ｃ・・・第１〜第３配線部
３１１・・・配線金属
３２・・・金属バリア膜
４１・・・金属層
４２・・・コンタクトプラグ
５１・・・パッシベーション膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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