(57)【要約】【課題】  比誘電率、金属拡散防止機能及び機械的強度の特性について高レベルでバランスをとった窒化ホウ素膜を提供する。【解決手段】  酸素を含有する窒化ホウ素膜とし、特に、バリア膜やエッチストップ膜としては４〜１５重量％の酸素を含有させ、層間絶縁膜としては１０〜３０重量％の酸素を含有させた窒化ホウ素膜とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含有することを特徴とする窒化ホウ素膜。
【請求項２】
酸素含有量が４〜１５重量％であることを特徴とする請求項１に記載する窒化ホウ素膜。
【請求項３】
酸素含有量が１０〜３０重量％であることを特徴とする請求項１に記載する窒化ホウ素膜。
【請求項４】
請求項１又は２に記載する窒化ホウ素膜からなることを特徴とするバリア膜。
【請求項５】
請求項１又は３に記載する窒化ホウ素膜からなることを特徴とする層間絶縁膜。
【請求項６】
水素含有量が１重量％以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載する窒化ホウ素膜、バリア膜又は層間絶縁膜。
【請求項７】
請求項４又は６に記載するバリア膜、または請求項５又は６に記載する層間絶縁膜を使用することを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
成膜室内において、ホウ素源ガスと、窒素源ガスと、酸素源ガスとのプラズマを発生させて、これらのガスを反応させ、成膜される薄膜に酸素を含有させることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。
【請求項９】
成膜室内において、ホウ素源及び窒素源となるガスと、酸素源ガスとのプラズマを発生させて、これらのガスを反応させ、成膜される薄膜に酸素を含有させることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。
【請求項１０】
成膜室内において、ホウ素源ガスと、窒素源及び酸素源となるガスとのプラズマを発生させて、これらのガスを反応させ、成膜される薄膜に酸素を含有させることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれかに記載する窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記ホウ素源ガスは、Ｂ2Ｈ6又はＢＣｌ3であり、
前記窒素源ガスは、Ｎ2又はＮＨ3であり、
前記酸素源ガスは、Ｏ2であり、
前記ホウ素源及び窒素源となるガスは、Ｂ3Ｎ3Ｈ6であり、
前記窒素源及び酸素源となるガスは、ＮＯ、Ｎ2Ｏであることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。
【請求項１２】
請求項８ないし１１のいずれかに記載する窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記成膜室内に、さらに希ガスを供給することを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載する窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記希ガスの供給量は、全ガス供給量に対して５〜２０流量％であることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載する窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記希ガスは、前記窒素源ガスを供給するノズルと同じノズルで、又は前記酸素源ガスを供給するノズルと同じノズルで、又は前記ホウ素源及び窒素源となるガスを供給するノズルと同じノズルで、又は前記窒素源及び酸素源となるガスを供給するノズルと同じノズルで供給することを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。
【請求項１５】
請求項８、１０ないし１４のいずれかに記載する窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記ホウ素源ガスは、希ガスで希釈されていることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。
【請求項１６】
請求項１２ないし１５のいずれかに記載する窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記希ガスは、ＡｒガスまたはＨｅガス、またはＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスであることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法。
【請求項１７】
チャンバの内部に薄膜の原料となる元素成分を含むガスを供給するガスノズルと、
前記チャンバの内圧を制御する圧力制御手段と、
前記チャンバの上部に設置され、チャンバの内部に前記ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記チャンバ内に設置され、前記薄膜が成膜される基板を支持する支持台とを有する成膜装置において、
前記ガスノズルは、ホウ素源ガス供給用ガスノズルと、窒素源ガス供給用ガスノズルと、酸素源ガス供給用ガスノズルであることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜装置。
【請求項１８】
前記ガスノズルは、ホウ素源及び窒素源ガス供給用ガスノズルと、酸素源ガス供給用ガスノズルであることを特徴とする請求項１７に記載する窒化ホウ素膜の成膜装置。
【請求項１９】
前記ガスノズルは、ホウ素源ガス供給用ガスノズルと、窒素源及び酸素源ガス供給用ガスノズルであることを特徴とする請求項１７に記載する窒化ホウ素膜の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比誘電率、機械的強度及び金属拡散防止機能の特性について、高いレベルでバランスのとれた窒化ホウ素膜を作製することができる成膜方法及び成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トランジスタの高集積化やスイッチング動作の高速化のため、配線間の容量による損失が問題となってきている。また、回路に適用する配線の材料をアルミニウム合金から銅材へと変更し、配線の低抵抗化が図られるようになってきた。この結果、配線に接触するバリア膜等の薄膜部材には、低い比誘電率特性はもちろんのこと、金属、特に銅に対する拡散防止機能が求められるようになってきた。
【０００３】
これに対して、低誘電率かつ高い金属拡散防止機能を目的とした薄膜膜として、ＳｉＣ系材料が開発されているが、ＳｉＣ系材料の比誘電率は４．０以上であり、将来の微細化ＬＳＩに対応することができる比誘電率の基準（約３．５以下）は満たされていない。
【０００４】
また、ＬＳＩを構成する層間絶縁膜としては、低い比誘電率特性に加えて、ＬＳＩの加工プロセス上、高い機械的強度が必要とされるが、従来層間絶縁膜として用いられてきた有機塗布膜では、低比誘電率の実現のため多孔質な構造を採用し、十分な機械的強度を有していない。
【０００５】
このような状況で、極めて低比誘電率（比誘電率κが４．０以下）をもつ窒化ホウ素（ＢＮ）が注目されてきている。窒化ホウ素の薄膜は、プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法により成膜することができる（例えば、下記特許文献１〜５参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−５８５３８号公報
【特許文献２】特開２０００−１７４０１９号公報
【特許文献３】特開２００１−１５５９５号公報
【特許文献４】特開２００２−１６１３５号公報
【特許文献５】特願２００２−３５１２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これまで成膜することができた窒化ホウ素膜は、比誘電率特性、金属の拡散防止機能及び機械的強度を総合的に評価した薄膜特性としては、十分にバランスのとれた特性を有しているものではなかった。
【０００８】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、比誘電率、金属拡散防止機能及び機械的強度の特性について、高いレベルでバランスをとり、適用される場所によって異なる要求特性に対応した窒化ホウ素膜を成膜することができる成膜方法及び成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明に係る窒化ホウ素膜は、
酸素を含有することを特徴とする窒化ホウ素膜である。
【００１０】
酸素を含有させることにより、比誘電率、金属拡散防止機能及び機械的強度の特性について、高いレベルでバランスをとった窒化ホウ素膜とする。この結果、バリア膜又は層間絶縁膜等として窒化ホウ素膜を適用する場合に、適用される場所によって異なる要求特性に対応した窒化ホウ素膜とする。
【００１１】
また、酸素含有量が４〜１５重量％であることを特徴とする上記窒化ホウ素膜である。
【００１２】
酸素の含有量を４〜１５重量％とすることにより、バリア膜やエッチストップ膜として比誘電率及び金属拡散防止機能の特性について最適にバランスのとれた窒化ホウ素膜とする。
【００１３】
また、酸素含有量が１０〜３０重量％であることを特徴とする上記窒化ホウ素膜である。
【００１４】
酸素の含有量を１０〜３０重量％とすることにより、層間絶縁膜として比誘電率及び機械的強度の特性について最適にバランスのとれた窒化ホウ素膜とする。
【００１５】
上記課題を解決する本発明に係るバリア膜は、
上記窒化ホウ素膜からなることを特徴とするバリア膜である。
【００１６】
上記課題を解決する本発明に係る層間絶縁膜は、
上記窒化ホウ素膜からなることを特徴とする層間絶縁膜である。
【００１７】
上記課題を解決する本発明に係る窒化ホウ素膜、バリア膜又は層間絶縁膜は、
水素含有量が１重量％以下であることを特徴とする上記窒化ホウ素膜、バリア膜又は層間絶縁膜である。
【００１８】
水素含有量を１重量％以下とすることにより、成膜された窒化ホウ素膜中に含有される水素成分を低減して、当該窒化ホウ素膜がバリア膜又は層間絶縁膜として適用されるトランジスタ等のデバイスの長期信頼性を向上させる。
【００１９】
上記課題を解決する本発明に係る半導体装置は、
上記バリア膜、または上記層間絶縁膜を使用することを特徴とする半導体装置である。
【００２０】
上記課題を解決する本発明に係る窒化ホウ素膜の成膜方法は、
成膜室内において、ホウ素源ガスと、窒素源ガスと、酸素源ガスとのプラズマを発生させて、これらのガスを反応させ、成膜される薄膜に酸素を含有させることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法である。
【００２１】
酸素を含有させることにより、比誘電率、金属拡散防止機能及び機械的強度の特性について、高いレベルでバランスをとった窒化ホウ素膜を成膜することができる成膜方法とする。この結果、バリア膜又は層間絶縁膜等として窒化ホウ素膜を適用する場合に、適用される場所によって異なる要求特性に対応した窒化ホウ素膜を成膜可能な成膜方法とする。
【００２２】
上記課題を解決する本発明に係る窒化ホウ素膜の成膜方法は、
成膜室内において、ホウ素源及び窒素源となるガスと、酸素源ガスとのプラズマを発生させて、これらのガスを反応させ、成膜される薄膜に酸素を含有させることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法である。
【００２３】
ホウ素源及び窒素源となるガス、例えばボラジン（Ｂ3Ｎ3Ｈ6）等のＢＮ結合を有するガスとすることにより、プラズマ発生パワーを低減させて、低コスト化を図る。また、ホウ素源及び窒素源となるガスであってもＢＮ結合を有さないガス（分子内でホウ素と窒素が結合していないガス）や、ホウ素源となる分子と窒素源となる分子との混合ガスでもよく、この場合には、ガス供給ノズルを少なくすることができる。
【００２４】
上記課題を解決する本発明に係る窒化ホウ素膜の成膜方法は、
成膜室内において、ホウ素源ガスと、窒素源及び酸素源となるガスとのプラズマを発生させて、これらのガスを反応させ、成膜される薄膜に酸素を含有させることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法である。
【００２５】
窒素源及び酸素源となるガス、例えば窒素酸化物（ＮＯ，Ｎ2Ｏ等）等のＮＯ結合を有するガスとすることにより、プラズマ発生パワーを低減させて、低コスト化を図る。また、窒素源及び酸素源となるガスであってもＮＯ結合を有さないガス（分子内で窒素と酸素が結合していないガス）や、窒素源となる分子と酸素源となる分子との混合ガスでもよく、この場合には、ガス供給ノズルを少なくすることができる。
【００２６】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記ホウ素源ガスは、Ｂ2Ｈ6又はＢＣｌ3であり、
前記窒素源ガスは、Ｎ2又はＮＨ3であり、
前記酸素源ガスは、Ｏ2であり、
前記ホウ素源及び窒素源となるガスは、Ｂ3Ｎ3Ｈ6であり、
前記窒素源及び酸素源となるガスは、ＮＯ、Ｎ2Ｏであることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法である。
【００２７】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記成膜室内に、さらに希ガスを供給することを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法である。
【００２８】
希ガスを供給することにより、成膜室内にＮＯ（窒素酸化物）プラズマを効率よく発生させて、ホウ素プラズマと反応させる。この結果、酸素を含有する窒化ホウ素膜の成膜効率、すなわち薄膜の生産効率を上昇させる。
【００２９】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記希ガスの供給量は、全ガス供給量に対して５〜２０流量％であることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法である。
【００３０】
希ガスの供給量を全ガス供給量に対して５〜２０流量％として、更に効率よくＮＯ（窒素酸化物）プラズマを発生させる。
【００３１】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記希ガスは、前記窒素源ガスを供給するノズルと同じノズルで、又は前記酸素源ガスを供給するノズルと同じノズルで、又は前記ホウ素源及び窒素源となるガスを供給するノズルと同じノズルで、又は前記窒素源及び酸素源となるガスを供給するノズルと同じノズルで供給することを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法である。
【００３２】
薄膜の原料となるガスと希ガスとの混合ガスを用いることにより、ガス供給ノズルを少なくすることができる。
【００３３】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記ホウ素源ガスは、希ガスで希釈されていることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法である。
【００３４】
従来、例えばホウ素源ガスとしてジボランガスを用いる場合、水素希釈されたガスを用いることが多いため、成膜室内に水素プラズマが過剰に発生して、成膜される窒化ホウ素膜中にも水素成分が過剰に混入してしまっていた。この結果、当該薄膜を用いたＬＳＩ等のデバイスの信頼性が低下する原因となっていた。そこで、ホウ素源ガスを希ガスで希釈することにより、薄膜中に混入する水素成分を抑制して、ＬＳＩ等のデバイスの信頼性を向上させる。
【００３５】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記希ガスは、ＡｒガスまたはＨｅガス、またはＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスであることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜方法である。
【００３６】
上記課題を解決する本発明に係る窒化ホウ素膜の成膜装置は、
チャンバの内部に薄膜の原料となる元素成分を含むガスを供給するガスノズルと、
前記チャンバの内圧を制御する圧力制御手段と、
前記チャンバの上部に設置され、チャンバの内部に前記ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記チャンバ内に設置され、前記薄膜が成膜される基板を支持する支持台とを有する成膜装置において、
前記ガスノズルは、ホウ素源ガス供給用ガスノズルと、窒素源ガス供給用ガスノズルと、酸素源ガス供給用ガスノズルであることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜装置である。
【００３７】
酸素を含有させることにより、比誘電率、金属拡散防止機能及び機械的強度の特性について、高いレベルでバランスをとった窒化ホウ素膜を成膜可能な成膜装置とする。この結果、バリア膜又は層間絶縁膜等として窒化ホウ素膜を適用する場合に、適用される場所によって異なる要求特性に対応した窒化ホウ素膜を成膜可能な成膜装置とする。
【００３８】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜装置において、
前記ガスノズルは、ホウ素源及び窒素源ガス供給用ガスノズルと、酸素源ガス供給用ガスノズルであることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜装置である。
【００３９】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜装置において、
前記ガスノズルは、ホウ素源ガス供給用ガスノズルと、窒素源及び酸素源ガス供給用ガスノズルであることを特徴とする窒化ホウ素膜の成膜装置である。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に係る窒化ホウ素膜によれば、
酸素を含有することとしたので、
比誘電率、金属拡散防止機能及び機械的強度の特性について、高いレベルでバランスをとった窒化ホウ素膜とすることができる。この結果、バリア膜又は層間絶縁膜等として窒化ホウ素膜を適用する場合に、適用される場所によって異なる要求特性に対応した窒化ホウ素膜とすることができる。
【００４１】
また、酸素含有量が４〜１５重量％であることとしたので、
バリア膜やエッチストップ膜として比誘電率及び金属拡散防止機能の特性について最適にバランスのとれた窒化ホウ素膜とすることができる。
【００４２】
また、酸素含有量が１０〜３０重量％であることとしたので、
層間絶縁膜として比誘電率及び機械的強度の特性について最適にバランスのとれた窒化ホウ素膜とすることができる。
【００４３】
本発明に係るバリア膜によれば、
上記窒化ホウ素膜からなることとしたので、
金属拡散を防止するバリア膜として要求される特性をバランスよく付与することができ、最適なバリア膜を成膜することができる。
【００４４】
本発明に係る層間絶縁膜によれば、
上記窒化ホウ素膜からなることとしたので、
電流リークを防止する層間絶縁膜として要求される特性をバランスよく付与することができ、最適な層間絶縁膜を成膜することができる。
【００４５】
本発明に係る窒化ホウ素膜、バリア膜又は層間絶縁膜によれば、
水素含有量が１重量％以下であることとしたので、
成膜された窒化ホウ素膜中に含有される水素成分を低減して、当該窒化ホウ素膜がバリア膜又は層間絶縁膜として適用されるトランジスタ等のデバイスの長期信頼性を向上させることができる。
【００４６】
本発明に係る半導体装置によれば、
上記バリア膜、または上記層間絶縁膜を使用することとしたので、
素子性能を有効に機能させると共に長期信頼性に優れた半導体装置とすることができる。
【００４７】
本発明に係る窒化ホウ素膜の成膜方法によれば、
成膜室内において、ホウ素源ガスと、窒素源ガスと、酸素源ガスとのプラズマを発生させて、これらのガスを反応させ、成膜される薄膜に酸素を含有させることとしたので、
比誘電率、金属拡散防止機能及び機械的強度の特性について、高いレベルでバランスをとった窒化ホウ素膜を成膜することができる成膜方法とすることができる。この結果、バリア膜又は層間絶縁膜等として窒化ホウ素膜を適用する場合に、適用される場所によって異なる要求特性に対応した窒化ホウ素膜を成膜可能な成膜方法とすることができる。
【００４８】
本発明に係る窒化ホウ素膜の成膜方法によれば、
成膜室内において、ホウ素源及び窒素源となるガスと、酸素源ガスとのプラズマを発生させて、これらのガスを反応させ、成膜される薄膜に酸素を含有させることとしたので、
ホウ素源及び窒素源となるガス、例えばボラジン（Ｂ3Ｎ3Ｈ6）等のＢＮ結合を有するガスとすることにより、プラズマ発生パワーを低減させて、低コスト化を図ることができる。また、ホウ素源及び窒素源となるガスであってもＢＮ結合を有さないガス（分子内でホウ素と窒素が結合していないガス）や、ホウ素源となる分子と窒素源となる分子との混合ガスでもよく、この場合には、ガス供給ノズルを少なくすることができる。
【００４９】
本発明に係る窒化ホウ素膜の成膜方法によれば、
成膜室内において、ホウ素源ガスと、窒素源及び酸素源となるガスとのプラズマを発生させて、これらのガスを反応させ、成膜される薄膜に酸素を含有させることとしたので、
窒素源及び酸素源となるガス、例えば窒素酸化物（ＮＯ，Ｎ2Ｏ等）等のＮＯ結合を有するガスとすることにより、プラズマ発生パワーを低減させて、低コスト化を図ることができる。また、窒素源及び酸素源となるガスであってもＮＯ結合を有さないガス（分子内で窒素と酸素が結合していないガス）や、窒素源となる分子と酸素源となる分子との混合ガスでもよく、この場合には、ガス供給ノズルを少なくすることができる。
【００５０】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記ホウ素源ガスは、Ｂ2Ｈ6又はＢＣｌ3であり、
前記窒素源ガスは、Ｎ2又はＮＨ3であり、
前記酸素源ガスは、Ｏ2であり、
前記ホウ素源及び窒素源となるガスは、Ｂ3Ｎ3Ｈ6であり、
前記窒素源及び酸素源となるガスは、ＮＯ、Ｎ2Ｏであることとしたので、
コスト、成膜作製効率等の観点から、より適切に窒化ホウ素膜を成膜することができる。
【００５１】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記成膜室内に、さらに希ガスを供給することとしたので、
成膜室内にＮＯ（窒素酸化物）プラズマを効率よく発生させて、ホウ素プラズマと反応させることができる。この結果、酸素を含有する窒化ホウ素膜の成膜効率、すなわち薄膜の生産効率を上昇させることができる。
【００５２】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記希ガスの供給量は、全ガス供給量に対して５〜２０流量％であることとしたので、
更に効率よくＮＯ（窒素酸化物）プラズマを発生させることができる。
【００５３】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記希ガスは、前記窒素源ガスを供給するノズルと同じノズルで、又は前記酸素源ガスを供給するノズルと同じノズルで、又は前記ホウ素源及び窒素源となるガスを供給するノズルと同じノズルで、又は前記窒素源及び酸素源となるガスを供給するノズルと同じノズルで供給することとしたので、
薄膜の原料となるガスと希ガスとの混合ガスを用いることにより、ガス供給ノズルを少なくすることができる。
【００５４】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記ホウ素源ガスは、希ガスで希釈されていることとしたので、
成膜室内に水素プラズマが過剰に発生することを抑制し、薄膜中に混入する水素成分を抑制して、ＬＳＩ等のデバイスの信頼性を向上させることができる。
【００５５】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜方法において、
前記希ガスは、ＡｒガスまたはＨｅガス、またはＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスであることとしたので、
コスト、成膜作製効率等の観点から、デバイスの信頼性を向上させる窒化ホウ素膜をより適切に成膜することができる。
【００５６】
本発明に係る窒化ホウ素膜の成膜装置によれば、
チャンバの内部に薄膜の原料となる元素成分を含むガスを供給するガスノズルと、
前記チャンバの内圧を制御する圧力制御手段と、
前記チャンバの上部に設置され、チャンバの内部に前記ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記チャンバ内に設置され、前記薄膜が成膜される基板を支持する支持台とを有する成膜装置において、
前記ガスノズルは、ホウ素源ガス供給用ガスノズルと、窒素源ガス供給用ガスノズルと、酸素源ガス供給用ガスノズルであることとしたので、
比誘電率、金属拡散防止機能及び機械的強度の特性について、高いレベルでバランスをとった窒化ホウ素膜を成膜可能な成膜装置とすることができる。この結果、バリア膜又は層間絶縁膜等として窒化ホウ素膜を適用する場合に、適用される場所によって異なる要求特性に対応した窒化ホウ素膜を成膜可能な成膜装置とすることができる。
【００５７】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜装置において、
前記ガスノズルは、ホウ素源及び窒素源ガス供給用ガスノズルと、酸素源ガス供給用ガスノズルであることとしたので、
ホウ素源及び窒素源となるガス、例えばボラジン（Ｂ3Ｎ3Ｈ6）等のＢＮ結合を有するガスとすることにより、プラズマ発生パワーを低減させて、低コスト化を図ることができる。また、ホウ素源及び窒素源となるガスであってもＢＮ結合を有さないガス（分子内でホウ素と窒素が結合していないガス）や、ホウ素源となる分子と窒素源となる分子との混合ガスでもよく、この場合には、ガス供給ノズルを少なくすることができる。
【００５８】
また、上記窒化ホウ素膜の成膜装置において、
前記ガスノズルは、ホウ素源ガス供給用ガスノズルと、窒素源及び酸素源ガス供給用ガスノズルであることとしたので、
窒素源及び酸素源となるガス、例えば窒素酸化物（ＮＯ，Ｎ2Ｏ等）等のＮＯ結合を有するガスとすることにより、プラズマ発生パワーを低減させて、低コスト化を図ることができる。また、窒素源及び酸素源となるガスであってもＮＯ結合を有さないガス（分子内で窒素と酸素が結合していないガス）や、窒素源となる分子と酸素源となる分子との混合ガスでもよく、この場合には、ガス供給ノズルを少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
＜酸素含有量と窒化ホウ素膜特性との関係について＞
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて例示的に説明する。図１は、酸素を含有する窒化ホウ素のバルク材における、酸素含有率（重量％）と比誘電率との関係を示したグラフである。同図に示すように、窒化ホウ素の比誘電率は、含有される酸素成分の量によって変化し、酸素含有量が約０重量％（ほぼ純粋な窒化ホウ素）で比誘電率が約４であるが、酸素含有率が多くなると共に比誘電率が小さくなっていくことが分かる。酸素含有量が約３０重量％で比誘電率は約３．０まで小さくなる。
【００６０】
図２は、本発明の実施形態に係る窒化ホウ素膜の成膜方法を実施する成膜装置の概略透視側断面図である。同図に示すように、円筒状の真空チャンバ１内には成膜室２が形成され、真空チャンバ１の上部には円形の天井板３が設けられている。成膜室２の中心下方には基板６を支持する支持台４が備えられ、例えば、静電チャック等により半導体の基板６が支持台４の上面に静電的に吸着保持されるようになっている。また、支持台４は、支持台昇降装置１２により上下移動が可能となっており、成膜時に成膜室２内に発生するプラズマと基板６との距離等を調整することができるようになっている。
【００６１】
天井板３の上には、例えば、円形リング状の高周波アンテナ７が配置され、高周波アンテナ７には整合器８を介して高周波電源９が接続されている。高周波アンテナ７に電力を供給することにより電磁波が真空チャンバ１の成膜室２に入射される。成膜室２に入射された電磁波は、成膜室２内に導入されたガスをイオン化してプラズマを発生させる（プラズマ発生手段）。
【００６２】
ここで、成膜室２内に供給するガスは、真空チャンバ１の側壁部分における天井板３より低く、支持台４より高い位置に設けられたガスノズル11a,11b,11cから供給される。ガスは３種類あり、ガスＡとしてホウ素源ガスであるジボラン（Ｂ2Ｈ6）ガス、ガスＢとして窒素源ガスであるアンモニア（ＮＨ3）ガス（＞99.999％)、ガスＣとして酸素源ガスである酸素（Ｏ2）ガスが、それぞれガスノズル11a,11b,11cから供給される。ジボランガス（ガスＡ）は、水素（Ｈ2）ガスで希釈されたジボランガス（ジボランガス濃度：１％〜５％）となっている。
【００６３】
成膜室２内に導入されたガスＡ，Ｂ，Ｃは、高周波アンテナ７により成膜室２に入射された電磁波でイオン化され、プラズマ状態となる。ガスＡ，Ｂ，Ｃは、薄膜５の材料となる元素成分を含むガスであり、プラズマ状態となった後、これらのガスが反応して基板６に吸着等することにより薄膜５が形成される。ここでは、ジボランガスのホウ素元素と、アンモニアガスの窒素元素と、酸素ガスの酸素元素とが反応して、薄膜５として酸素が含有された窒化ホウ素膜が成膜される。
【００６４】
詳細な装置制御としては、圧力制御手段としての真空ポンプ（図示せず）等により成膜室２内を所定の圧力に調整すると共に、ガスノズル11a,11b,11cからガスＡ，Ｂ，Ｃを所定流量で導入する。高周波電源９から高周波アンテナ７に整合器８を介して高周波電力（１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ，１ｋＷ〜１０ｋＷ）を印加することにより、成膜室２内でガスＡ，Ｂ，Ｃが励起されてプラズマ状態となり、基板６上に薄膜５が成膜される。このとき、基板６の温度は温度制御手段としてのヒーター（図示せず）等により２００℃から４５０℃に設定される。
【００６５】
ジボランガスの流量及びアンモニアガスの流量については、ジボランガスの流量とアンモニアガスの流量の比であるジボラン／アンモニア流量比が０．１〜１となるように設定されている。好ましくは、流量比が０．２〜０．５となるように設定する。より好ましくは、流量比が０．２５となるように設定する。
【００６６】
また、酸素ガスの流量については、窒化ホウ素膜の原料となるベースガスのジボランガス及びアンモニアガスの流量と関連付けて制御し、酸素ガスの流量割合を大きくすることにより、窒化ホウ素膜に含有される酸素成分の割合を大きくする。逆に、酸素ガスの流量割合を小さくすることにより、窒化ホウ素膜に含有される酸素成分の割合を小さくする。
【００６７】
図３は、本実施形態により成膜した酸素を含有する窒化ホウ素膜における、酸素含有量と比誘電率との関係を示すグラフである。図１に示すバルク体の窒化ホウ素膜と同様の傾向を示していることが分かる。
【００６８】
ここで、本実施形態より成膜する窒化ホウ素膜をバリア膜、エッチストップ膜又は層間絶縁膜として適用する場合には、比誘電率特性の他に、金属拡散防止特性や機械的強度特性が要求され、これらの特性のバランスが重要となる。まず、バリア膜、エッチストップ膜として適用する場合について詳細に説明する。
【００６９】
バリア膜、エッチストップ膜として窒化ホウ素膜を適用する場合には、低い比誘電率に加えて、高い金属拡散防止特性、特に半導体分野において銅配線が普及していることに鑑みると、銅に対する拡散防止特性が要求される。金属拡散防止特性とは、薄膜に接触した金属（例えば、銅や銀等）が原子レベルで薄膜中に拡散することを防止するという薄膜の有する機能である。
【００７０】
そこで、本実施形態により成膜した窒化ホウ素膜について、銅拡散防止特性の評価試験を行った。図４は、銅拡散防止特性の評価試験方法を概念的に示した図である。同図に示すように、評価を行うバリア膜２１（作製した窒化ホウ素膜）の表面にＣｕ電極２２を、バリア膜２１の裏面に層間絶縁膜２３及びＡｌ電極２４を形成し、キャパシタ２０を作製した。
【００７１】
まず、このキャパシタ２０について、電圧−電流特性によりバリア膜２１の絶縁性を評価した。次に、加速試験を行うため、キャパシタ２０を２００℃で１０分間、加熱した。加速試験後のキャパシタ２０について、電圧−電流特性によりバリア膜２１の絶縁性を評価した。
【００７２】
加速試験（加熱処理）前後の絶縁性評価値を比較し、銅拡散防止特性の評価を行った。すなわち、加速試験前の絶縁性（値：１×１０-6）に対して、加速試験後の絶縁性（値）がどの程度低下したかにより、銅拡散防止特性を評価した。
【００７３】
また、銅拡散防止特性の評価を行った窒化ホウ素膜については、ガスＡ，Ｂ，Ｃの全ガス流量に対して酸素ガス流量を変化させて成膜したものを評価した。
【００７４】
図５は、本実施形態により成膜した窒化ホウ素膜における、酸素含有量と銅拡散性との関係を示すグラフである。同図に示すように、酸素含有量が多くなると共に銅拡散性が大きく、すなわち、銅拡散防止特性が劣化することが分かる。
【００７５】
以上、図３及び図５の結果から、窒化ホウ素膜に含有させる酸素成分の量としては、量が多いほど比誘電率が低くなる一方、銅拡散防止特性は悪くなることが分かる。したがって、本実施形態により成膜される窒化ホウ素膜をバリア膜、エッチストップ膜として適用するためには、窒化ホウ素膜中の酸素含有量を適当な含有量に制御しなければならない。
【００７６】
バリア膜等として要求される比誘電率は、４．０以下、好ましくは３．５以下であるため、酸素含有量の下限値としては４％以上、好ましくは７％以上が必要とされる。一方、バリア膜等として要求される銅拡散防止特性は、１×１０-4（相対値）以下、好ましくは１×１０-5（相対値）以下であるため、酸素含有量の上限値としては１５％以下、好ましくは１０％以下が必要とされる。
【００７７】
したがって、本実施形態により成膜される窒化ホウ素膜をバリア膜等として適用する場合には、酸素含有量として４％〜１５％、好ましくは７％〜１０％とする必要がある。
【００７８】
次に、層間絶縁膜として適用する場合について詳細に説明する。層間絶縁膜として窒化ホウ素膜を適用する場合には、低い比誘電率に加えて、高い機械的強度が要求される。これは、半導体加工工程において、基板上に形成される層間絶縁膜は、各層を形成するごとにＣＭＰ加工等が行われ、研磨等の機械的作用に対して耐性が要求されるからである。
【００７９】
そこで、本実施形態により成膜した窒化ホウ素膜について、機械的強度の評価試験を行った。機械的強度の評価試験方法は、ナノインデンテーション法により行った。このナノインデンテーション法とは、試料に圧子と呼ばれる微小な針を進入させ、そのときの試料の応答を解析することで、力学的特性の代表値である弾性率と硬さを算出する方法である。
【００８０】
また、機械的強度の評価を行った窒化ホウ素膜については、ガスＡ，Ｂ，Ｃの全ガス流量に対して酸素ガス流量を変化させて成膜したものを評価した。
【００８１】
図６は、本実施形態により成膜した窒化ホウ素膜における、酸素含有量と機械的強度との関係を示すグラフである。同図に示すように、酸素含有量が多くなると共に機械的強度が低くなることが分かる。
【００８２】
以上、図３及び図６の結果から、窒化ホウ素膜に含有させる酸素成分の量としては、量が多いほど比誘電率が低くなる一方、機械的強度は悪くなることが分かる。したがって、本実施形態により成膜される窒化ホウ素膜を層間絶縁膜として適用するためには、窒化ホウ素膜中の酸素含有量を適当な含有量に制御しなければならない。
【００８３】
層間絶縁膜として要求される比誘電率は、３．０以下、好ましくは２．５以下であるため、酸素含有量の下限値としては１０％以上、好ましくは１５％以上が必要とされる。一方、層間絶縁膜として要求される機械的強度は、１×１０1（相対値）以上、好ましくは１×１０2（相対値）以上であるため、酸素含有量の上限値としては３０％以下、好ましくは２０％以下が必要とされる。
【００８４】
したがって、本実施形態により成膜される窒化ホウ素膜を層間絶縁膜として適用する場合には、酸素含有量として１０％〜３０％、好ましくは１５％〜２０％とする必要がある。
【００８５】
図７は、本実施形態に係る窒化ホウ素膜の成膜方法における、成膜工程の酸素供給量と成膜された窒化ホウ素膜の比誘電率との関係を示すグラフである。なお、ジボランガスの供給量は１０ｓｃｃｍとしている。同図からわかるように、酸素供給量が０〜２ｓｃｃｍの範囲では供給量を増やすほど成膜される窒化ホウ素膜の比誘電率は低くなるが、酸素供給量が２ｓｃｃｍ以上の範囲では、供給量によらず比誘電率は一定値（頭打ち）となることが分かる。
【００８６】
また、酸素供給量を４ｓｃｃｍ以上として成膜した窒化ホウ素膜は、経時安定性が悪く、薄膜保管中に薄膜が吸湿して、絶縁性や銅拡散防止特性が劣化することが分かった。このことから、酸素ガス供給量としては、４ｓｃｃｍ以下、好ましくは３ｓｃｃｍ以下とするのがよい。
【００８７】
＜窒化ホウ素膜の原料となるガスの選択について＞
成膜室２に供給されるガスＡ，Ｂ，Ｃとしては、ホウ素源ガス、窒素源ガス、酸素源ガスがあるが、ホウ素源ガスとしては基本的にはホウ素元素を分子内に有するガスであれば良く、窒素源ガスとしては基本的には窒素元素を分子内に有するガスであれば良く、酸素源ガスとしては基本的には酸素元素を分子内に有するガスであれば良い。
【００８８】
特に、ホウ素源ガスとしてＢ2Ｈ6又はＢＣｌ3、窒素源ガスとしてＮ2又はＮＨ3、酸素源ガスとしてＯ2を選択することにより、コスト、成膜作製効率等の観点から、より適切に窒化ホウ素膜を成膜することができる。
【００８９】
また、ホウ素源及び窒素源となるガスや、窒素源及び酸素源となるガスを用いても良い。ホウ素源及び窒素源となるガスとしては基本的にはホウ素元素及び窒素元素を分子内に有するガスであれば良く、窒素源及び酸素源となるガスとしては基本的には窒素元素及び酸素元素を分子内に有するガスであれば良い。また、ホウ素源となる分子と窒素源となる分子との混合ガスや、窒素源となる分子と酸素源となる分子との混合ガスでもよい。
【００９０】
特に、ホウ素源及び窒素源となるガスとしてＢ3Ｎ3Ｈ6、窒素源及び酸素源となるガスとしてＮＯ、Ｎ2Ｏを選択することにより、コスト、成膜作製効率等の観点から、より適切に窒化ホウ素膜を成膜することができる。また、成膜室２内に供給するガス種を減らすことができるため、ガスノズルの数を少なくすることができ、成膜装置の製造コスト、成膜装置周囲の自由度等の面で有利となる。
【００９１】
更に、ホウ素源及び窒素源となるガス、例えばボラジン（Ｂ3Ｎ3Ｈ6）等のＢＮ結合を有するガスとすることにより、また、窒素源及び酸素源となるガス、例えば窒素酸化物（ＮＯ，Ｎ2Ｏ等）等のＮＯ結合を有するガスとすることにより、プラズマ発生パワーを低減させて、低コスト化を図ることが可能となるという効果もある。
【００９２】
＜希ガス混入と成膜速度との関係について＞
【００９３】
上述する成膜方法における成膜速度は、１分当たり数百オングストローム程度であり、次に、成膜速度を上昇させる場合について詳細に説明する。
【００９４】
発明者らの鋭意検討の結果、成膜時に他のガスとして希ガスを供給することにより、成膜室内におけるＮＯ（窒素酸化物）生成反応の効率が上昇し、成膜速度が上昇することが分かった。
【００９５】
図８は、成膜室に供給されるガス総流量（ｓｃｃｍ）に対するアルゴンガスの流量（ｓｃｃｍ）と、成膜室内に生成した窒素酸化物の量との関係を示すグラフである。なお、「ガス総流量」はアルゴンガスも含めたガス流量である。同図には、アルゴンガス流量をゼロとしたときの、成膜室内に生成する窒素酸化物の量を１として、各アルゴンガス流量における窒素酸化物生成量を示してある。同図から分かるように、アルゴンガス流量の割合が約１２〜１３流量％のときをピークとして、それ以下ではアルゴンガスの割合が増えると共に窒素酸化物の生成反応が活発になり、それ以上では逆にアルゴンガスの割合が増えると共に窒素酸化物の生成反応が弱くなっていくことが分かる。また、窒素酸化物の生成が増えることに比例して、窒化ホウ素膜の成膜速度が大きくなることが分かった。
【００９６】
成膜室２内における窒素酸化物の生成量の測定は、次のようにして行った。図２に示す成膜装置の下端に質量分析器を設置した状態で、成膜室にガスを導入し、成膜中と同様にプラズマを発生させて、そのときに生成されたガスを質量分析器にて検出・分析することにより窒素酸化物の生成量を測定した。
【００９７】
以上より、アルゴンガス流量の割合を５〜２０流量％、好ましくは８〜１７流量％に調整することにより、窒化ホウ素膜の成膜速度を上昇させることができる。なお、アルゴンガス以外にも、ヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガスの希ガスを適用しても同様の結果が得られることが分かった。コスト面等を考慮した場合には、アルゴンガス、ヘリウムガスが好ましい。
【００９８】
成膜室２内に希ガスを供給する場合には、希ガス専用のガスノズルを設置しても良いが、アンモニアガスのガスノズルや酸素ガスのガスノズルから、これらのガスと共に供給することにより、ガスノズルの数を減らすことができる。
【００９９】
＜希ガスをホウ素源ガスと共に供給する効果について＞
更に、上述する成膜速度向上のための希ガスは、ホウ素源ガス、特にジボランガスと共に供給することにより、以下の効果を得ることができる。すなわち、通常ジボランガスを用いる場合、水素希釈されたガスを用いることが多い。これは、ジボランガスの分解を抑制する希釈ガスとして水素ガスが最適だからである。
【０１００】
しかしながら、この結果、成膜室内に水素プラズマが過剰に発生して、成膜される窒化ホウ素膜中にも水素成分が過剰に混入し、当該薄膜を用いたＬＳＩ等のデバイスの信頼性が低下する原因となっていた。そこで、本実施形態では、ホウ素源ガスを希ガスで希釈することにより、薄膜中に混入する水素成分を抑制して、ＬＳＩ等のデバイスの信頼性を向上させる。
【０１０１】
また、ホウ素源ガスの希釈ガスとしてアルゴンガス等の希ガスを用いることにより、上述する成膜速度向上の効果を得ることもできる。
【０１０２】
＜酸素を含有する窒化ホウ素膜の半導体装置への適用例＞
図９は、本実施形態に係る窒化ホウ素膜を半導体装置に適用した例を示す図である。同図に示すように、半導体装置３０は、複数のトランジスタ部３４、半導体内に張り巡らされ、トランジスタ部３４に給電するＣｕ配線３２、Ｃｕ配線３２を複数層に亘って形成するための層間絶縁膜３１、Ｃｕ配線３２を構成するＣｕ原子が周辺に拡散することを防ぐバリア膜３３等から構成される。
【０１０３】
ここで、本実施形態に係る窒化ホウ素膜を用いて、バリア膜として最適な酸素含有量となるように制御した窒化ホウ素膜によりバリア膜３３を作製し、層間絶縁膜として最適な酸素含有量となるように制御した窒化ホウ素膜により層間絶縁膜３１を作製した。
【０１０４】
この結果、半導体装置３０は、比誘電率及び銅拡散防止特性が高いレベルでバランス取りされたバリア膜３３と、比誘電率及び機械強度特性が高いレベルでバランス取りされた層間絶縁膜３１とを有する信頼性の高い半導体装置となっている。
【０１０５】
＜その他の応用例＞
なお、ガスノズル11a,11b,11cの配置方法としては、図２に図示する形態に限られず、例えば、支持台４側から天井板３を見た場合の円形の真空チャンバ１において、その円形側壁部分に各ガスノズルを一定の間隔をもって一周にわたって設置しても良い。この場合、各ガスノズルを交互に設置することにより、成膜室２内におけるガスＡ，Ｂ，Ｃを均一に混合することができ、より均一性の高い成膜が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】酸素を含有する窒化ホウ素（バルク体）における酸素含有量と比誘電率との関係を示すグラフである。
【図２】本発明の実施形態に係る窒化ホウ素膜の成膜方法を実施する成膜装置の概略透視断面図である。
【図３】実施形態に係る窒化ホウ素膜における酸素含有量と比誘電率との関係を示すグラフである。
【図４】銅拡散防止特性の評価試験方法を概念的に示した図である。
【図５】実施形態に係る窒化ホウ素膜における酸素含有量と銅拡散性との関係を示すグラフである。
【図６】実施形態に係る窒化ホウ素膜における酸素含有量と機械的強度との関係を示すグラフである。
【図７】実施形態に係る窒化ホウ素膜の成膜方法における、成膜工程の酸素供給量と成膜された窒化ホウ素膜の比誘電率との関係を示すグラフである。
【図８】成膜室に供給されるガス総流量に対するアルゴンガスの流量と、成膜室内に生成した窒素酸化物の量との関係を示すグラフである。
【図９】本実施形態に係る窒化ホウ素膜を半導体装置に適用した例を示す半導体装置の概略側断面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  真空チャンバ
２  成膜室
３  天井板
４  支持台
５  薄膜
６  基板
７  高周波アンテナ
８  整合器
９  高周波電源
11a,11b,11c  ガスノズル
１２  支持台昇降装置
２０  キャパシタ
２１  バリア層
２２  Ｃｕ電極
２３  層間絶縁膜
２４  Ａｌ電極
３０  半導体装置
３１  層間絶縁膜
３２  Ｃｕ配線
３３  バリア膜
３４  トランジスタ部
【図１】
2005167114.tif 000002
【図２】
2005167114.tif 000003
【図３】
2005167114.tif 000004
【図４】
2005167114.tif 000005
【図５】
2005167114.tif 000006
【図６】
2005167114.tif 000007
【図７】
2005167114.tif 000008
【図８】
2005167114.tif 000009
【図９】
2005167114.tif 000010