(57)【要約】【課題】ＳＯＧ膜と下地酸化膜との接着性を向上させる。【解決手段】数十ナノメートルオーダの凹凸を下地酸化膜３の表面に形成することにより、ＳＯＧ膜６と下地酸化膜３との間の接触面積を増加させ、ＳＯＧ膜６と下地酸化膜３との接着性を向上させる。【選択図】      図１
2004247472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線層と、
前記配線層上に形成された下地酸化膜と、
前記下地酸化膜の表面に設けられた粗面領域と、
前記下地酸化膜上に形成されたスピンオングラス膜とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
配線層と、
前記配線層上に形成された下地酸化膜と、
前記下地酸化膜上に形成された金属酸化膜と、
前記金属酸化膜上に形成されたスピンオングラス膜とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
配線層と、
前記配線層上に形成された下地酸化膜と、
前記下地酸化膜の表面に設けられた粗面領域と、
前記下地酸化膜上に形成された金属酸化膜と、
前記金属酸化膜上に形成されたスピンオングラス膜とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
絶縁層上に配線層を形成する工程と、
前記配線層上に下地酸化膜を形成する工程と、
前記下地酸化膜の表面の少なくとも一部を粗面化する工程と、
前記粗面化された下地酸化膜上にスピンオングラス膜を形成する工程とを備えることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項５】
前記粗面化する工程は、
前記下地酸化膜上に接着層を形成する工程と、
ＣＶＤ法により表面に凹凸を有するタングステン膜を前記接着層上に形成する工程と、
前記タングステン膜および接着層の異方性エッチングを行うことにより、前記タングステン膜の凸部が前記下地酸化膜に残るようにして、前記下地酸化膜の表面を露出させる工程と、
前記下地酸化膜上に残されたタングステン膜の凸部をマスクとして、前記下地酸化膜の異方性エッチングを行うことにより、前記下地酸化膜の表面に凹凸を形成する工程と、
前記下地酸化膜上に残されたタングステン膜の凸部および接着層を除去する工程と、
前記凹凸が形成された下地酸化膜上にスピンオングラス膜を形成する工程とを備えることを特徴とする請求項４記載の薄膜形成方法。
【請求項６】
前記粗面化する工程は、
前記下地酸化膜上にアモルファスシリコン膜を成膜する工程と、
前記アモルファスシリコン膜の熱処理を行うことにより、前記アモルファスシリコン膜の表面に凹凸を形成する工程と、
前記アモルファスシリコン膜の異方性エッチングを行うことにより、前記アモルファスシリコン膜の凸部が前記下地酸化膜に残るようにして、前記下地酸化膜の表面を露出させる工程と、
前記下地酸化膜上に残されたアモルファスシリコン膜の凸部をマスクとして、前記下地酸化膜の異方性エッチングを行うことにより、前記下地酸化膜の表面に凹凸を形成する工程と、
前記下地酸化膜上に残されたアモルファスシリコン膜の凸部を除去する工程と、
前記凹凸が形成された下地酸化膜上にスピンオングラス膜を形成する工程とを備えることを特徴とする請求項４記載の薄膜形成方法。
【請求項７】
絶縁層上に配線層を形成する工程と、
前記配線層上に下地酸化膜を形成する工程と、
前記下地酸化膜上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上にスピンオングラス膜を塗布する工程と、
熱処理により、前記スピンオングラス膜を焼成させるとともに、前記金属膜を酸化させる工程とを備えることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項８】
絶縁層上に配線層を形成する工程と、
前記配線層上に下地酸化膜を形成する工程と、
前記下地酸化膜の表面の少なくとも一部を粗面化する工程と、
前記粗面化された下地酸化膜上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上にスピンオングラス膜を塗布する工程と、
熱処理により、前記スピンオングラス膜を焼成させるとともに、前記金属膜を酸化させる工程とを備えることを特徴とする薄膜形成方法。
【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および薄膜形成方法に関し、特に、配線層間の絶縁膜としてＳＯＧ（スピンオングラス）膜を用いる場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置では、例えば、特許文献１に開示されているように、層間絶縁膜の平坦性を向上させるため、シロキサンポリマーなどのＳＯＧ膜を用いる方法があった。
図４は、従来のＳＯＧ膜を用いた絶縁層の形成方法を示す断面図である。
【０００３】
図４（ａ）において、絶縁層３１上にＡｌなどからなる配線層３２を形成する。そして、図４（ｂ）に示すように、ＣＶＤなどの方法により、配線層３２上に下地酸化膜３３を形成する。
次に、図４（ｃ）に示すように、スピンコート法などの方法により、例えば、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）４）を有機溶媒に溶かしたシリコン化合物溶液を下地酸化膜３３上に塗布する。そして、下地酸化膜３３上に塗布されたシリコン化合物溶液をホットプレート上で加熱し、有機溶媒を蒸発させながら、シラノールの脱水重合反応を開始させる。そして、有機溶媒を蒸発させた後、炉でのベークを行い、シラノールの脱水重合反応を完了させることにより、下地酸化膜３３上にＳＯＧ膜３４を形成する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１４８３２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体装置では、ＳＯＧ膜３４を脱水重合させる際にＳＯＧ膜３４の体積収縮が起こる。このため、下地酸化膜３３とＳＯＧ膜３４との間の界面に応力が発生し、ＳＯＧ膜３４が下地酸化膜３３から剥がれるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性を向上させることが可能な半導体装置および薄膜形成方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、配線層と、前記配線層上に形成された下地酸化膜と、前記下地酸化膜の表面に設けられた粗面領域と、前記下地酸化膜上に形成されたスピンオングラス膜とを備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、スピンオングラス膜と下地酸化膜との間の接触面積を増加させることが可能となる。このため、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性を向上させることが可能となり、スピンオングラス膜の体積収縮に起因して、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることを防止することができる。
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、配線層と、前記配線層上に形成された下地酸化膜と、前記下地酸化膜上に形成された金属酸化膜と、前記金属酸化膜上に形成されたスピンオングラス膜とを備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、金属酸化膜を媒介として、スピンオングラス膜を下地酸化膜に強固に結合することが可能となる。このため、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性を向上させることが可能となり、スピンオングラス膜の体積収縮に起因して、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることを防止することができる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、配線層と、前記配線層上に形成された下地酸化膜と、前記下地酸化膜の表面に設けられた粗面領域と、前記下地酸化膜上に形成された金属酸化膜と、前記金属酸化膜上に形成されたスピンオングラス膜とを備えることを特徴とする。
これにより、スピンオングラス膜と下地酸化膜との間の接触面積を増加させることが可能となるとともに、金属酸化膜を媒介として、スピンオングラス膜を下地酸化膜に強固に結合することが可能となる。このため、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性をより一層向上させることが可能となり、スピンオングラス膜の体積収縮に起因して、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることをより効果的に防止することができる。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る薄膜形成方法によれば、絶縁層上に配線層を形成する工程と、前記配線層上に下地酸化膜を形成する工程と、前記下地酸化膜の表面の少なくとも一部を粗面化する工程と、前記粗面化された下地酸化膜上にスピンオングラス膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。
これにより、下地酸化膜の表面を粗面化することで、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性を向上させることが可能となり、スピンオングラス膜の体積収縮に起因して、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることを防止することができる。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る薄膜形成方法によれば、前記粗面化する工程は、前記下地酸化膜上に接着層を形成する工程と、ＣＶＤ法により表面に凹凸を有するタングステン膜を前記接着層上に形成する工程と、前記タングステン膜および接着層の異方性エッチングを行うことにより、前記タングステン膜の凸部が前記下地酸化膜に残るようにして、前記下地酸化膜の表面を露出させる工程と、前記下地酸化膜上に残されたタングステン膜の凸部をマスクとして、前記下地酸化膜の異方性エッチングを行うことにより、前記下地酸化膜の表面に凹凸を形成する工程と、前記下地酸化膜上に残されたタングステン膜の凸部および接着層を除去する工程と、前記凹凸が形成された下地酸化膜上にスピンオングラス膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、配線層形成後の温度上昇を抑制しつつ、数十ナノメートルオーダの凹凸を下地酸化膜に形成することが可能となる。このため、配線層がＡｌなどの低融点金属で構成されている場合においても、配線層にダメージを与えることなく、下地酸化膜の表面を稠密に粗面化することが可能となり、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることを防止することができる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る薄膜形成方法によれば、前記粗面化する工程は、前記下地酸化膜上にアモルファスシリコン膜を成膜する工程と、前記アモルファスシリコン膜の熱処理を行うことにより、前記アモルファスシリコン膜の表面に凹凸を形成する工程と、前記アモルファスシリコン膜の異方性エッチングを行うことにより、前記アモルファスシリコン膜の凸部が前記下地酸化膜に残るようにして、前記下地酸化膜の表面を露出させる工程と、前記下地酸化膜上に残されたアモルファスシリコン膜の凸部をマスクとして、前記下地酸化膜の異方性エッチングを行うことにより、前記下地酸化膜の表面に凹凸を形成する工程と、前記下地酸化膜上に残されたアモルファスシリコン膜の凸部を除去する工程と、前記凹凸が形成された下地酸化膜上にスピンオングラス膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
これにより、数十ナノメートルオーダの凹凸を下地酸化膜に形成することが可能となり、下地酸化膜の表面を稠密に粗面化することが可能となる。このため、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性を向上させることが可能となり、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることを防止することができる。
また、本発明の一態様に係る薄膜形成方法によれば、絶縁層上に配線層を形成する工程と、前記配線層上に下地酸化膜を形成する工程と、前記下地酸化膜上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜上にスピンオングラス膜を塗布する工程と、熱処理により、前記スピンオングラス膜を焼成させるとともに、前記金属膜を酸化させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、スピンオングラス膜を焼成させる際に、金属膜を酸化させることで、スピンオングラス膜を下地酸化膜に強固に結合することが可能となる。このため、配線層形成後の温度上昇を抑制しつつ、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性を向上させることが可能となり、配線層がＡｌなどの低融点金属で構成されている場合においても、配線層にダメージを与えることなく、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることを防止することができる。
【００１７】
また、本発明の一態様に係る薄膜形成方法によれば、絶縁層上に配線層を形成する工程と、前記配線層上に下地酸化膜を形成する工程と、前記下地酸化膜の表面の少なくとも一部を粗面化する工程と、前記粗面化された下地酸化膜上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜上にスピンオングラス膜を塗布する工程と、熱処理により、前記スピンオングラス膜を焼成させるとともに、前記金属膜を酸化させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
これにより、下地酸化膜の表面を粗面化した後に、金属膜を酸化させることで、スピンオングラス膜と下地酸化膜との間の接触面積を増加させることが可能となるとともに、金属酸化膜を媒介として、スピンオングラス膜を下地酸化膜に強固に結合することが可能となる。このため、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性をより一層向上させることが可能となり、スピンオングラス膜の体積収縮に起因して、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることをより効果的に防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置および薄膜形成方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るＳＯＧ膜を用いた絶縁層の形成方法を示す断面図である。
【００２０】
図１（ａ）において、絶縁層１上に配線層２を形成する、そして、図１（ｂ）に示すように、ＣＶＤなどの方法により、配線層２上に下地酸化膜３を形成する。なお、下地酸化膜３の膜厚は、１０００〜２０００Åに設定することができる。また、配線層２としては、Ａｌ配線以外にも、例えば、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／ＡｌＴｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮ構造などを用いることができ、Ｃｕ配線やシリサイド配線などでもよい。
【００２１】
次に、図１（ｃ）に示すように、下地酸化膜３とタングステン膜５との接着性を向上させるための接着層４を下地酸化膜３上に形成する。なお、接着層４としては、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＷまたはＷＳｉなどを用いることができる。ここで、接着層４として、例えば、ＴｉＮを用いる場合、Ｔｉをターゲット材料として使用し、Ｎ２とＡｒの混合ガスによりスパッタリングを行うリアクティブスパッタリング法（ＰＶＤ法）で成膜することができる。また、接着層４として、ＰＶＤ法で成膜したタングステン膜を用いるようにしてもよい。
【００２２】
また、接着層４の膜厚は、１０〜１０００Å程度とするのがよく、さらに好ましくは、５０〜２００Å程度とするのがよい。ここで、接着層４の膜厚を１０Å以上、さらに好ましくは５０Å以上とすることにより、ＣＶＤによるタングステン膜５成膜時のＷＦ６ガスにより接着層４が侵食された場合においても、接着層４に機能を有効に維持することができる。また、接着層４の膜厚を１０００Å以下、さらに好ましくは２００Å以下とすることにより、配線層２の間隔が狭い場合においても、接着層４のオーバーハングによるボイドの発生を防止することができ、タングステン膜５を効果的に成膜することが可能となる。
【００２３】
そして、接着層４が下地酸化膜３上に形成されると、熱ＣＶＤ法により表面に凸部（グレイン）５ａを有するタングステン膜５を接着層５上に成膜する。なお、タングステン膜５の成膜方法としては、枚葉式のＣＶＤ装置を用い、原料ガスとしてのＷＦ６をＨ２あるいはＳｉＨ４で還元することにより成膜することができる。また、成膜温度としては、３００〜５００程度とするのがよく、さらに好ましくは、３５０〜４００Å程度とするのがよい。これにより、配線層がＡｌなどの低融点金属で構成されている場合においても、配線層にダメージを与えることなく、数十ナノメートルオーダの凸部５ａを有するタングステン膜５を成膜することができる。また、タングステン膜５の膜厚は３００Å程度以上とするのがよく、これにより、タングステン膜５の表面に十分な凸部５ａを形成することができる。
【００２４】
次に、図１（ｄ）に示すように、ＲＩＥなどの方法を用いて、タングステン膜５および接着層４の異方性エッチングを行うことにより、タングステン膜５の凸部５ａが下地酸化膜３に残るようにして、下地酸化膜３表面を露出させる。ここで、タングステン膜５の凸部５ａが下地酸化膜３に残るようにして、下地酸化膜３表面を露出させることにより、約５００Å径の半球状のタングステンを下地酸化膜３の表面に形成することができる。
【００２５】
なお、タングステン膜５および接着層４の異方性エッチングを行う際のエッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６を用いることができ、エッチング時の圧力は、例えば、５０ｍＴｏｒｒに設定することができる。
次に、図１（ｅ）に示すように、下地酸化膜３上に残されたタングステン膜５の凸部５ａをマスクとして、下地酸化膜３の異方性エッチングを行うことにより、下地酸化膜３の表面に凸部３ａを形成する。なお、下地酸化膜３のエッチング方法としては、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３などのフルオロカーボン系のガスを用いたドライエッチングで行うことができ、例えば、並行平板型カソードカップリングタイプのＲＩＥ装置を用い、エッチングガスとしてＣ４Ｆ８を圧力１０ｍＴｏｒｒの条件で用いることができる。これにより、下地酸化膜３とタングステン膜５との間の選択比を確保しつつ、下地酸化膜３のエッチング時の異方性を向上させることが可能となり、下地酸化膜３の表面に凸部３ａを安定して形成することが可能となる。また、凸部３ａの高さは、例えば、下地酸化膜３の膜厚の半分程度とすることができ、例えば、下地酸化膜３の膜厚が２０００Åであるとすると、凸部３ａの高さは、１０００Å程度に設定することができる。
【００２６】
次に、図１（ｆ）に示すように、下地酸化膜３上に残されたタングステン膜５の凸部５ａおよび接着層４のドライエッチングを行うことにより、下地酸化膜３上に残されたタングステン膜５の凸部５ａおよび接着層４を除去する。なお、タングステン膜５の凸部５ａおよび接着層４のドライエッチングを行う際のエッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６を用いることができ、エッチング時の圧力は、例えば、１００〜２００ｍＴｏｒｒに設定することができる。ここで、図１（ｄ）のエッチング時に比べ、図１（ｆ）のエッチング時の圧力を上昇させることにより、エッチング時のイオン衝撃を低下させることが可能となり、タングステン膜５の凸部５ａおよび接着層４を完全に除去するためのオーバーエッチングを行った場合においても、下地酸化膜３の損失を抑制することが可能となる。
【００２７】
次に、図１（ｇ）に示すように、スピンコート法などの方法により、例えば、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）４）を有機溶媒に溶かしたシリコン化合物溶液を下地酸化膜３上に塗布する。そして、下地酸化膜３上に塗布されたシリコン化合物溶液をホットプレート上で加熱し、有機溶媒を蒸発させながら、シラノールの脱水重合反応を開始させる。なお、ホットプレート上での加熱条件としては、例えば、Ｎ２雰囲気中で２５０℃×１分に設定することができ、温度は１５０〜３００℃の範囲で適宜調整することができる。
【００２８】
そして、有機溶媒を蒸発させた後、炉でのベークを行い、シラノールの脱水重合反応を完了させることにより、下地酸化膜３上にＳＯＧ膜６を形成する。なお、炉での加熱条件としては、例えば、Ｎ２雰囲気中で４００℃×１５分に設定することができ、温度は、３５０〜４５０℃の範囲、時間は１０〜４０分の範囲で適宜調整することができる。
【００２９】
これにより、数十ナノメートルオーダの凹凸を下地酸化膜３の表面に形成することが可能となり、ＳＯＧ膜６と下地酸化膜３との間の接触面積を増加させることが可能となる。このため、ＳＯＧ膜６と下地酸化膜３との接着性を向上させることが可能となり、ＳＯＧ膜６を脱水重合反応させる際にＳＯＧ膜６が体積収縮を起こした場合においても、下地酸化膜３とＳＯＧ膜６との間の界面に発生する応力に対抗して、ＳＯＧ膜６が下地酸化膜３から剥がれることを防止することができる。
【００３０】
なお、上述した実施形態では、凹凸を有する膜を下地酸化膜３上に形成するために、タングステン膜５を熱ＣＶＤ法により形成する方法について説明したが、下地酸化膜３上にモルファスシリコン膜を成膜するようにしてもよい。ただし、モルファスシリコン膜に表面に凹凸を形成するためには、モルファスシリコン膜の成膜時に５５０℃以上の熱処理を行う必要があるため、配線層２をＡｌで形成した場合には、配線層２にダメージが及ぶことがある。このため、下地酸化膜３上に凹凸を形成するためのマスクとしてモルファスシリコン膜を用いる場合には、Ｃｕ配線やシリサイド配線などの高融点金属で配線層２を形成することが好ましい。
【００３１】
図２は、本発明の第２実施形態に係るＳＯＧ膜を用いた絶縁層の形成方法を示す断面図である。
図２（ａ）において、絶縁層１１上に配線層１２を形成する、そして、図２（ｂ）に示すように、ＣＶＤなどの方法により、配線層１２上に下地酸化膜１３を形成する。なお、下地酸化膜１３の膜厚は、１０００〜２０００Åに設定することができる。また、配線層１２としては、Ａｌ配線以外にも、例えば、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／ＡｌＴｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮ構造などを用いることができ、Ｃｕ配線やシリサイド配線などでもよい。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示すように、スパッタなどの方法により、下地酸化膜１３上に金属膜１４を形成する。なお、金属膜１４は、熱処理により下地酸化膜１３およびＳＯＧ膜１５を還元し、金属酸化膜１６に変質させることができるもので、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、ＺｒまたはＣｅなどを用いることができる。また、金属膜１４の膜厚は、１０Å以上とするのがよく、さらに好ましくは、３０Å以上とするのがよい。これにより、金属膜１４を下地酸化膜１３上に連続して形成することができ、下地酸化膜１３とＳＯＧ膜１５との接着性を向上させることが可能となる。
【００３３】
次に、図２（ｄ）に示すように、スピンコート法などの方法により、例えば、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）４）を有機溶媒に溶かしたシリコン化合物溶液を金属膜１４上に塗布する。
次に、図２（ｅ）に示すように、金属膜１４上に塗布されたシリコン化合物溶液をホットプレート上で加熱し、有機溶媒を蒸発させながら、シラノールの脱水重合反応を開始させる。なお、ホットプレート上での加熱条件としては、例えば、Ｎ２雰囲気中で２５０℃×１分に設定することができ、温度は１５０〜３００℃の範囲で適宜調整することができる。
【００３４】
そして、有機溶媒を蒸発させた後、炉でのベークを行い、シラノールの脱水重合反応を完了させることにより、ＳＯＧ膜１５を焼成させるとともに、金属膜１４を酸化させ、下地酸化膜１３とＳＯＧ膜１５との間に金属酸化膜１６を形成する。なお、炉での加熱条件としては、例えば、Ｎ２雰囲気中で４００℃×１５分に設定することができ、温度は、３５０〜４５０℃の範囲、時間は１０〜４０分の範囲で適宜調整することができる。また、金属酸化膜１６としては、例えば、金属膜１４にＴｉを用いた場合、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ、ＴｉＯなど２とすることができ、金属膜１４にＡｌを用いた場合、Ａｌ２Ｏ３とすることができる。
【００３５】
これにより、ＳＯＧ膜１５を焼成させる際に、下地酸化膜１３とＳＯＧ膜１５との間に金属酸化膜１６を形成することが可能となり、金属酸化膜１６を媒介として、ＳＯＧ膜１５を下地酸化膜１３に強固に結合することが可能となる。このため、ＳＯＧ膜１５と下地酸化膜１３との接着性を向上させることが可能となり、ＳＯＧ膜１５を脱水重合反応させる際にＳＯＧ膜１５が体積収縮を起こした場合においても、下地酸化膜１３とＳＯＧ膜１５との間の界面に発生する応力に対抗して、ＳＯＧ膜１５が下地酸化膜１３から剥がれることを防止することができる。
【００３６】
図３は、本発明の第３実施形態に係るＳＯＧ膜を用いた絶縁層の形成方法を示す断面図である。
図３（ａ）において、絶縁層２１上に配線層２２を形成する、そして、図３（ｂ）に示すように、ＣＶＤなどの方法により、配線層２２上に下地酸化膜２３を形成する。なお、下地酸化膜２３の膜厚は、１０００〜２０００Åに設定することができる。また、配線層２２としては、Ａｌ配線以外にも、例えば、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／ＡｌＴｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮ構造などを用いることができ、Ｃｕ配線やシリサイド配線などでもよい。
【００３７】
次に、図３（ｃ）に示すように、下地酸化膜２３とタングステン膜２５との接着性を向上させるための接着層２４を下地酸化膜２３上に形成する。なお、接着層２４としては、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＷまたはＷＳｉなどを用いることができる。ここで、接着層２４として、例えば、ＴｉＮを用いる場合、Ｔｉをターゲット材料として使用し、Ｎ２とＡｒの混合ガスによりスパッタリングを行うリアクティブスパッタリング法（ＰＶＤ法）で成膜することができる。また、接着層２４として、ＰＶＤ法で成膜したタングステン膜を用いるようにしてもよい。
【００３８】
また、接着層２４の膜厚は、１０〜１０００Å程度とするのがよく、さらに好ましくは、５０〜２００Å程度とするのがよい。ここで、接着層２４の膜厚を１０Å以上、さらに好ましくは５０Å以上とすることにより、ＣＶＤによるタングステン膜２５成膜時のＷＦ６ガスにより接着層４が侵食された場合においても、接着層２４に機能を有効に維持することができる。また、接着層２４の膜厚を１０００Å以下、さらに好ましくは２００Å以下とすることにより、配線層２２の間隔が狭い場合においても、接着層２４のオーバーハングによるボイドの発生を防止することができ、タングステン膜２５を効果的に成膜することが可能となる。
【００３９】
そして、接着層２４が下地酸化膜２３上に形成されると、熱ＣＶＤ法により表面に凸部（グレイン）２５ａを有するタングステン膜２５を接着層２５上に成膜する。なお、タングステン膜２５の成膜方法としては、枚葉式のＣＶＤ装置を用い、原料ガスとしてのＷＦ６をＨ２あるいはＳｉＨ４で還元することにより成膜することができる。また、成膜温度としては、３００〜５００程度とするのがよく、さらに好ましくは、３５０〜４００Å程度とするのがよい。これにより、配線層がＡｌなどの低融点金属で構成されている場合においても、配線層にダメージを与えることなく、数十ナノメートルオーダの凸部２５ａを有するタングステン膜２５を成膜することができる。また、タングステン膜２５の膜厚は３００Å程度以上とするのがよく、これにより、タングステン膜２５の表面に十分な凸部２５ａを形成することができる。
【００４０】
次に、図３（ｄ）に示すように、ＲＩＥなどの方法を用いて、タングステン膜２５および接着層２４の異方性エッチングを行うことにより、タングステン膜２５の凸部２５ａが下地酸化膜２３に残るようにして、下地酸化膜２３表面を露出させる。ここで、タングステン膜２５の凸部２５ａが下地酸化膜２３に残るようにして、下地酸化膜２３表面を露出させることにより、約５００Å径の半球状のタングステンを下地酸化膜２３の表面に形成することができる。
【００４１】
なお、タングステン膜２５および接着層２４の異方性エッチングを行う際のエッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６を用いることができ、エッチング時の圧力は、例えば、５０ｍＴｏｒｒに設定することができる。
次に、図３（ｅ）に示すように、下地酸化膜２３上に残されたタングステン膜２５の凸部２５ａをマスクとして、下地酸化膜２３の異方性エッチングを行うことにより、下地酸化膜２３の表面に凸部２３ａを形成する。なお、下地酸化膜２３のエッチング方法としては、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３などのフルオロカーボン系のガスを用いたドライエッチングで行うことができ、例えば、並行平板型カソードカップリングタイプのＲＩＥ装置を用い、エッチングガスとしてＣ４Ｆ８を圧力１０ｍＴｏｒｒの条件で用いることができる。これにより、下地酸化膜２３とタングステン膜２５との選択比を確保しつつ、下地酸化膜２３のエッチング時の異方性を向上させることが可能となり、下地酸化膜２３の表面に凸部２３ａを安定して形成することが可能となる。また、凸部２３ａの高さは、例えば、下地酸化膜２３の膜厚の半分程度とすることができ、例えば、下地酸化膜２３の膜厚が２０００Åであるとすると、凸部２３ａの高さは、１０００Å程度に設定することができる。
【００４２】
次に、図３（ｆ）に示すように、下地酸化膜２３上に残されたタングステン膜２５の凸部２５ａおよび接着層２４のドライエッチングを行うことにより、下地酸化膜２３上に残されたタングステン膜２５の凸部２５ａおよび接着層２４を除去する。なお、タングステン膜２５の凸部２５ａおよび接着層２４のドライエッチングを行う際のエッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６を用いることができ、エッチング時の圧力は、例えば、１００〜２００ｍＴｏｒｒに設定することができる。ここで、図３（ｄ）のエッチング時に比べ、図３（ｆ）のエッチング時の圧力を上昇させることにより、エッチング時のイオン衝撃を低下させることが可能となり、タングステン膜２５の凸部２５ａおよび接着層２４を完全に除去するためのオーバーエッチングを行った場合においても、下地酸化膜２３の損失を抑制することが可能となる。
【００４３】
次に、図３（ｇ）に示すように、スパッタなどの方法により、凸部２３ａが形成された下地酸化膜２３上に金属膜２６を形成する。なお、金属膜２６としては、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、ＺｒまたはＣｅなどを用いることができる。また、金属膜２６の膜厚は、１０Å以上とするのがよく、さらに好ましくは、３０Å以上とするのがよい。これにより、金属膜２６を下地酸化膜２３上に連続して形成することができ、下地酸化膜２３とＳＯＧ膜２７との接着性を向上させることが可能となる。
【００４４】
次に、図３（ｈ）に示すように、スピンコート法などの方法により、例えば、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）４）を有機溶媒に溶かしたシリコン化合物溶液を金属膜２６上に塗布する。
次に、図３（ｉ）に示すように、金属膜２６上に塗布されたシリコン化合物溶液をホットプレート上で加熱し、有機溶媒を蒸発させながら、シラノールの脱水重合反応を開始させる。なお、ホットプレート上での加熱条件としては、例えば、Ｎ２雰囲気中で２５０℃×１分に設定することができ、温度は１５０〜３００℃の範囲で適宜調整することができる。
【００４５】
そして、有機溶媒を蒸発させた後、炉でのベークを行い、シラノールの脱水重合反応を完了させることにより、ＳＯＧ膜２７を焼成させるとともに、金属膜２６を酸化させ、下地酸化膜２３とＳＯＧ膜２７との間に金属酸化膜２８を形成する。なお、炉での加熱条件としては、例えば、Ｎ２雰囲気中で４００℃×１５分に設定することができ、温度は、３５０〜４５０℃の範囲、時間は１０〜４０分の範囲で適宜調整することができる。また、金属酸化膜２８としては、例えば、金属膜２６にＴｉを用いた場合、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ、ＴｉＯなど２とすることができ、金属膜２６にＡｌを用いた場合、Ａｌ２Ｏ３とすることができる。
【００４６】
これにより、数十ナノメートルオーダの凹凸を下地酸化膜２３の表面に形成することが可能となり、ＳＯＧ膜２７と下地酸化膜２３との間の接触面積を増加させることが可能となるとともに、金属酸化膜２８を媒介として、ＳＯＧ膜２７を下地酸化膜２３に強固に結合することが可能となる。このため、ＳＯＧ膜２７と下地酸化膜２３との接着性を向上させることが可能となり、ＳＯＧ膜２７を脱水重合反応させる際にＳＯＧ膜２７が体積収縮を起こした場合においても、下地酸化膜２３とＳＯＧ膜２７との間の界面に発生する応力に対抗して、ＳＯＧ膜２７が下地酸化膜２３から剥がれることを防止することができる。
【００４７】
なお、上述した実施形態では、配線層を半導体装置に形成する場合について説明したが、本発明に係る配線形成方法は半導体装置に限定されることなく、半導体装置以外にも、例えば、液晶表示装置、有機ＥＬ素子、プラズマディスプレイ装置、ビルドアップ多層配線板などに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る絶縁層の形成方法を示す断面図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る絶縁層の形成方法を示す断面図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る絶縁層の形成方法を示す断面図。
【図４】従来の絶縁層の形成方法を示す断面図。
【符号の説明】
１、１１、２１  絶縁層、２、１２、２２  配線層、３、１３、２３  下地酸化膜、４、２４  接着層、５、１５、２５  タングステン膜、３ａ、５ａ、２５ａ  凸部、６、２７  ＳＯＧ膜、１４、２６  金属層膜、１６、２８  金属酸化膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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