[发明专利]层间绝缘膜和布线结构以及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体元件、半导体芯片搭载基板、布线基板等基板的多层布线结构，特别是层间绝缘膜的结构，还涉及具有该多层布线结构的半导体装置、布线基板、和含有它们的电子装置。进而，本发明涉及该多层布线结构的制造方法、以及具有该多层布线结构的半导体装置、布线基板、和含有它们的电子装置的制造方法。

背景技术

以往，为了使半导体基板等上的多层布线结构中的布线层间绝缘，而形成有层间绝缘膜。

在采用这样的多层布线结构的半导体装置中，无法忽视由布线间的寄生电容和布线电阻所导致的信号延迟问题，要求采用具有低电容率(Low-k)的层间绝缘膜。

作为这种低电容率(Low-k)的材料，氟碳膜受到关注。另外，能在层间绝缘膜中使用的氟碳膜在专利文献1中被提出来。专利文献1公开了通过使用具有1个以上双键、或者1个三键的成膜气体来形成由氟碳聚合物构成的层间绝缘膜，而能控制膜密度的技术方案。还公开了分子结构具有1个双键的氟碳系的成膜气体容易在等离子体中解离，能够形成高密度且平坦的膜的技术方案。另一方面，公开了使用分子结构具有三键的成膜气体而形成的氟碳聚合物膜，是兼具密度高的性质和硬的性质的膜。

另一方面，在专利文献2中，作为层间绝缘膜的材料，提出了具有极低的介电常数k的氟碳膜。具体而言，专利文献2公开了由通过含有氮而使介电常数k降低至1.5～2.2的氟碳膜形成的层间绝缘膜。因此，专利文献2明确了以原子比F/C计为0.8～1.1范围含有F和C，并且含有氮0.1～10原子％。通过将这样的氟碳膜作为层间绝缘膜使用，期待能够降低布线间的寄生电容。

专利文献1：特开2002-220668号公报

专利文献2：特愿2007-38584号

发明内容

如上所述，氟碳膜由于其低电容率而被期待在半导体元件上的布线结构、特别是在含有层间绝缘膜的布线结构中作为层间绝缘膜使用。在这样的情况下，专利文献1公开了通过选择成膜气体而能将平坦且高密度的膜进行成膜的技术方案，但并未示出将氟碳膜实际应用于半导体装置的层间绝缘膜的具体例。因此，专利文献1对于将氟碳膜实际作为层间绝缘膜使用时存在的具体问题，没有任何提及。

另外，在专利文献2中，示出了利用氟碳膜形成层间绝缘膜的例子。然而，表明了在实际利用氟碳膜形成层间绝缘膜时，无法得到层间绝缘膜所要求的平坦性。

即，表明了在利用氟碳膜形成层间绝缘膜时，氟碳膜的表面成为具有凹凸的粗糙面，得不到作为层间绝缘膜的充分特性。实际上，氟碳膜的表面平坦度以Ra值计为1.72nm左右、以P-V(峰谷)值计为17.94nm左右，为了进一步降低电容率而添加氮(N)时，平坦度进一步恶化。如果在该氟碳膜上形成屏障膜，则会成为反映出氟碳膜具有凹凸的粗糙面的表面。进而，通常的屏障膜的k为4.0以上，为了降低层间绝缘膜的综合电容率，需要k更小的屏障膜。

因此，本发明技术课题之一在于提供能实现优异的平坦性、并且是低电容率且能再现性良好地形成的稳定的半导体装置等的层间绝缘膜，和含有层间绝缘膜的布线结构。

另外，本发明的另一技术课题在于提供制造上述层间绝缘膜和上述布线结构的方法。

根据本发明的第1方式，可得到具有如下特征的层间绝缘膜：被设置在下部电极、或布线层与上部布线层之间，至少部分含有介电常数k为2.5以下的绝缘性涂布膜。

根据本发明的第2方式，可得到具有如下特征的层间绝缘膜：被设置在下部电极、或布线层与上部布线层之间，含有氟碳膜作为主要的绝缘膜，在所述氟碳膜上设有绝缘性涂布膜。

根据本发明的第3方式，可得到具有如下特征的层间绝缘膜：根据第2方式所述的层间绝缘膜，其中，所述氟碳膜含有F和C，且以原子比计F/C为0.8～1.1。

根据本发明的第4方式，可得到具有如下特征的层间绝缘膜：根据第2或3方式所述的层间绝缘膜，其中，所述氟碳膜的介电常数k为1.8～2.2。

根据本发明的第5方式，可得到具有如下特征的层间绝缘膜：根据第2～4方式中任一项所述的层间绝缘膜，其中，所述氟碳膜的厚度为50～500nm。

根据本发明的第6方式，可得到具有如下特征的层间绝缘膜：根据第2～5方式中任一项所述的层间绝缘膜，其中，所述绝缘性涂布膜的厚度为所述氟碳膜的厚度的1/10以下。

根据本发明的第7方式，可得到具有如下特征的层间绝缘膜：根据第2～5方式中任一项所述的层间绝缘膜，其中，所述绝缘性涂布膜的厚度为所述氟碳膜的厚度的1/5以下。