JP3054289B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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- JP3054289B2 JP3054289B2 JP5068839A JP6883993A JP3054289B2 JP 3054289 B2 JP3054289 B2 JP 3054289B2 JP 5068839 A JP5068839 A JP 5068839A JP 6883993 A JP6883993 A JP 6883993A JP 3054289 B2 JP3054289 B2 JP 3054289B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法、
特に半導体基体と第1層金属配線との間の1次絶縁膜、
金属配線間の層間絶縁膜およびパッシベーション膜とし
て作用する最終絶縁膜や電界効果トランジスタのゲート
のサイドウォールとして使用することができる絶縁膜を
化学気相成長により形成する方法に関するものである。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device,
In particular, a primary insulating film between the semiconductor substrate and the first layer metal wiring,
The present invention relates to a method for forming a final insulating film acting as an interlayer insulating film between metal wirings and a passivation film and an insulating film which can be used as a sidewall of a gate of a field effect transistor by chemical vapor deposition.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、VLSIデバイスの高集積化、高密度
化が急速に進み、半導体加工技術はサブミクロン加工が
必須のものとなってきている。サブミクロン加工が進む
に伴って半導体基体表面の凹凸はますます激しくなり、
アスペクト比が大きくなり、この凹凸がデバイス製造上
の制約となってきている。このような問題の解決のため
に最も強く望まれているのが、層間絶縁膜の平坦化技術
である。2. Description of the Related Art In recent years, high integration and high density of VLSI devices have rapidly progressed, and submicron processing has become essential for semiconductor processing technology. As the submicron processing progresses, the irregularities on the surface of the semiconductor substrate become more and more severe,
The aspect ratio has become large, and this unevenness has become a constraint in device manufacturing. What is most strongly desired for solving such a problem is a technique for planarizing an interlayer insulating film.
【0003】サブミクロンデバイス用の層間絶縁膜に要
求される特性としては、サブミクロンオーダーのスペー
スを形成することおよび高アスペクト比を持つパターン
に対する優れたステップカバレージを実現することなど
がある。このような要求を満たす層間絶縁膜の形成方法
として有機シランおよび無機シランを原料ガスに用いる
化学気相成長法(CVD法) が知られている。また、CVD 法
としてはプラズマCVD,常圧CVD 法、減圧CVD 法、加圧CV
D 法、光励起CVD 法などが従来より提案されている。The characteristics required for an interlayer insulating film for a submicron device include forming a space on the order of submicrons and achieving excellent step coverage for a pattern having a high aspect ratio. As a method of forming an interlayer insulating film satisfying such a demand, a chemical vapor deposition method (CVD method) using organic silane and inorganic silane as a source gas is known. The CVD methods include plasma CVD, normal pressure CVD, reduced pressure CVD, and pressurized CV.
The D method and the photo-excited CVD method have been proposed.
【0004】これらの内、有機シランを原料ガスとし、
これにオゾンガスを加えて常圧CVD法で形成した絶縁
膜、すなわち常圧オゾン−有機シランCVD シリコン酸化
膜は、その平坦性が特に優れていることから最も期待さ
れている方法の一つである。このようなオゾン−有機シ
ランの混合ガスを用いる常圧CVD 法は、例えば特開昭61
-77695号公報や「電気化学」56, No.7(1988), 527 〜53
2 頁などに記載されている。有機シランとしてはTEOS(t
etraethoxyorthosilicate), TMOS(tetramethoxyorthosi
licate),OMCTS(octamethylcyclotetrasiloxane), HMDS
(hexamethyldisiloxane), TMCTS(tetramethylcyclotetr
asiloxane), SOB(trimethylsilyl borate),DADBS(diace
toxydi-tertiary-butoxysilane), SOP(trimethylsilyl
phosphate)などが知られている。Of these, organosilane is used as a source gas,
An insulating film formed by adding an ozone gas thereto and performing normal pressure CVD, that is, a normal pressure ozone-organosilane CVD silicon oxide film is one of the most promising methods because of its particularly excellent flatness. . A normal pressure CVD method using such an ozone-organosilane mixed gas is disclosed in, for example,
-77695 and `` Electrochemistry '' 56, No. 7 (1988), 527-53
It is described on page 2 etc. TEOS (t
etraethoxyorthosilicate), TMOS (tetramethoxyorthosi
licate), OMCTS (octamethylcyclotetrasiloxane), HMDS
(hexamethyldisiloxane), TMCTS (tetramethylcyclotetr
asiloxane), SOB (trimethylsilyl borate), DADBS (diace
toxydi-tertiary-butoxysilane), SOP (trimethylsilyl
phosphate) is known.
【0005】また、最終保護膜として用いられる絶縁膜
においても、VLSIデバイスの高集積化、高密度化に伴
い、カバレージ特性及び平坦性と、素子の信頼性に影響
を与える膜質の向上が強く要求されている。これは主に
素子外部からの水分等の侵入を防ぐためである。[0005] In addition, as for the insulating film used as the final protective film, with the increase in integration and density of VLSI devices, there is a strong demand for improvement of coverage characteristics and flatness, and improvement of film quality which affects device reliability. Have been. This is mainly to prevent invasion of moisture and the like from the outside of the element.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
有機シランを原料ガスとするCVD 法による絶縁膜の形成
方法においては、下地の表面状態によって、絶縁膜の特
性が著しく低下したり、段差間(配線間)の埋め込み性
が著しく悪化してしまう。特に、TEOS及びオゾンを原料
ガスとするCVD 法では、下地の形成条件によって、形成
される絶縁膜の密度が低下したり、エッチレートが上昇
したり、或はリーク電流が増加する等の不具合が生じ、
良好な絶縁特性が得られなくなるおそれがある。また、
成膜速度に下地依存性があり、段差パターンが密な部分
と疎の部分とでは成膜速度が異なり、絶縁膜を形成した
後の基板上の段差が逆に大きくなってしまう不都合も生
じている。さらに、段差のアスペクト比が約2よりも大
きな段差パターンの場合、段差間が完全に埋め込まれ
ず、段差間にボイドが発生する欠点がある。However, in the conventional method of forming an insulating film by a CVD method using organic silane as a source gas, the characteristics of the insulating film are significantly reduced or the level difference between steps (depending on the surface condition of the base) is reduced. The embedding property between wirings) is significantly deteriorated. In particular, in the CVD method using TEOS and ozone as source gases, problems such as a decrease in the density of an insulating film to be formed, an increase in an etch rate, or an increase in a leak current are caused depending on the conditions for forming the base. Arises
There is a possibility that good insulating properties cannot be obtained. Also,
The deposition rate is dependent on the underlying layer, and the deposition rate is different between a dense part and a sparse part of the step pattern, and the step on the substrate after forming the insulating film is disadvantageously increased. I have. Further, in the case of a step pattern having a step aspect ratio larger than about 2, there is a disadvantage that the step is not completely filled and a void is generated between the steps.
【0007】このような問題点を解決する方法として、
例えば1992年の春季応用物理学会の講演予稿集の16
p −2Q−6並びに1989年に発行された雑誌「Technical
Digest Electron Devices Meeting 」第669 頁に記載さ
れているように、下地をプラズマ処理し、その後有機シ
ラン−CVD 膜を形成する方法が提案されている。しかし
ながら、この方法では、成膜速度の下地依存性は解消さ
れるが、段差間の埋め込み性は一層悪くなってしまう。As a method for solving such a problem,
For example, 16 of the proceedings of the 1992 Spring Society of Applied Physics
p-2Q-6 and the magazine "Technical" published in 1989
As described in Digest Electron Devices Meeting, page 669, a method has been proposed in which an underlayer is subjected to plasma treatment and then an organosilane-CVD film is formed. However, in this method, the dependency of the film formation rate on the base is eliminated, but the filling property between the steps is further deteriorated.
【0008】従って、本発明の目的は上述した欠点を解
消し、成膜速度の下地依存性及び段差間の埋め込み性が
一層改善され、特にサブミクロンデバイスの絶縁膜を形
成するのに好適な半導体装置の製造方法を提供すること
にある。Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks, to further improve the dependency of the film formation rate on the underlayer and the filling property between the steps, and particularly to a semiconductor suitable for forming an insulating film of a submicron device. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a device.
【0009】[0009]
【課題を解決する手段並びに作用】本発明による半導体
装置の製造方法は、化学気相成長によって半導体装置の
絶縁膜を形成するに当たり、下地表面を有機化合物を含
む処理流体で処理し、次に、前記下地表面をプラズマで
処理し、その後絶縁膜を化学気相成長によって形成する
ことを特徴とするものである。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, when forming an insulating film of a semiconductor device by chemical vapor deposition, the underlying surface is treated with a processing fluid containing an organic compound, The underlayer surface is treated with plasma, and thereafter, an insulating film is formed by chemical vapor deposition.
【0010】下地表面を例えばメタノールやエタノール
のような有機化合物を含む処理流体で処理することによ
り、下地表面には有機化合物が均一に吸着され、オゾン
とTEOSを原料ガスとするCVD による絶縁膜の形成工程に
おける埋め込み性を一層改善することができる。この有
機化合物を含む流体処理については、本願人から提案さ
れた特願平5−52412 号に詳細に記載されているため、
この特許出願の公報を参照されたい。By treating the underlayer surface with a processing fluid containing an organic compound such as methanol or ethanol, the organic compound is uniformly adsorbed on the underlayer surface, and the insulating film is formed by CVD using ozone and TEOS as source gases. The embedding property in the forming step can be further improved. This fluid treatment containing an organic compound is described in detail in Japanese Patent Application No. 5-52412 proposed by the present applicant.
See the publication of this patent application.
【0011】この有機化合物を含む流体処理では、段差
間の埋め込み性能は改善されるが、段差パターンによる
成膜速度差は逆に増大する傾向があり、従ってウエハ全
体としての平坦性については改善する必要がある。一
方、前述したように、CVD 膜を形成する前にプラズマ処
理を行なう製造方法では、段差による成膜速度差は緩和
されるが、高アスペクト比の段差パターンにおける埋め
込み性能が不十分であり、アスペクト比が1.5 以上の段
差の場合ボイドが発生してしまう。In the fluid treatment containing the organic compound, the filling performance between steps is improved, but the difference in film forming speed due to the step pattern tends to increase, and therefore the flatness of the entire wafer is improved. There is a need. On the other hand, as described above, in the manufacturing method in which the plasma processing is performed before the CVD film is formed, the difference in deposition rate due to the step is reduced, but the filling performance in the step pattern having a high aspect ratio is insufficient, and the aspect ratio is low. In the case of a step having a ratio of 1.5 or more, voids are generated.
【0012】このため、本発明では、下地表面を有機化
合物による流体処理を行った後、さらにプラズマ処理を
行いその後CVD 法により絶縁膜を形成する。下地表面を
有機化合物を含む処理流体で処理すれば、処理流体は大
きいアスペクト比の段差間にも入り込むことができる。
一方プラズマ処理の場合活性ラジカル或いはイオンは細
い段差間に入りにくく、その効果は広い平坦な下地表面
に限られてしまう。従って、アスペクト比が大きく密な
段差パターンについては有機化合物による流体処理が極
めて有効であり、アスペクト比が小さく段差パターンが
疎な下地表面にはプラズマ処理が有効になると推察され
る。従って、有機化合物による流体処理とプラズマ処理
の両方を用いることにより、アスペクト比が大きい部分
と小さい部分とが存在する下地表面であっても段差間の
埋め込み性及び平坦化の両方を十分に達成することがで
きる。For this reason, in the present invention, after performing fluid treatment on the underlying surface with an organic compound, plasma treatment is further performed, and then an insulating film is formed by a CVD method. If the underlying surface is treated with a treatment fluid containing an organic compound, the treatment fluid can enter between the steps having a large aspect ratio.
On the other hand, in the case of the plasma treatment, active radicals or ions are unlikely to enter between small steps, and the effect is limited to a wide flat base surface. Therefore, it is presumed that fluid treatment with an organic compound is extremely effective for a dense step pattern having a large aspect ratio, and plasma treatment is effective for a base surface having a small aspect ratio and a sparse step pattern. Therefore, by using both the fluid treatment and the plasma treatment with the organic compound, both the embedding property between the steps and the flattening can be sufficiently achieved even on the base surface where the portion having the large aspect ratio and the portion having the small aspect ratio exist. be able to.
【0013】本発明においては、前記絶縁膜を、有機シ
ランを原料として用いる化学気相成長によって形成する
のが好適である。この有機シランとしては、例えば上述
したTEOS, TMOS, OMCTS, HMDS, SOB, DADBS またはSOP
とすることができるが、他のシラン化合物を原料とする
こともできる。さらに、本発明による半導体装置の製造
方法においては、前記処理流体の有機化合物を、OH基、
CO基、COC 基、CN基、NO2 基およびNR(R=Hまたはアルキ
ル基)の内の少なくとも1種の官能基を有する有機化合
物または複素環式化合物とするのが好適である。これら
の有機化合物の内、OH基を有するアルコール、特にエタ
ノールまたはメタノールとするのが好適である。また、
有機化合物の水溶液または有機溶媒溶液を処理流体とし
て用いることもできる。さらに、後述する実施例のよう
に、化学気相成長によって絶縁膜を形成する前に下地絶
縁膜を形成し、この下地絶縁膜を処理流体で処理した
り、ポリシリコンパターンを形成し、その表面を処理流
体で処理することができる。In the present invention, it is preferable that the insulating film is formed by chemical vapor deposition using organosilane as a raw material. As the organic silane, for example, the above-mentioned TEOS, TMOS, OMCTS, HMDS, SOB, DADBS or SOP
However, another silane compound can be used as a raw material. Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the organic compound of the processing fluid may be an OH group,
It is preferable to use an organic compound or a heterocyclic compound having at least one functional group of CO group, COC group, CN group, NO 2 group and NR (R = H or alkyl group). Among these organic compounds, it is preferable to use an alcohol having an OH group, particularly ethanol or methanol. Also,
An aqueous solution of an organic compound or an organic solvent solution can also be used as the processing fluid. Further, as in the embodiment described later, a base insulating film is formed before forming the insulating film by chemical vapor deposition, and the base insulating film is treated with a processing fluid or a polysilicon pattern is formed. Can be treated with a treatment fluid.
【0014】上述したように、下地処理を行うための有
機化合物としては、脂肪族飽和一価アルコール類、脂肪
族不飽和一価アルコール類、芳香族アルコール類、脂肪
族飽和多価アルコール類およびその誘導体、アルデヒ
ド、エーテル、ケトン・ケトアルコール、カルボン酸、
ニトロアルカン、アミン、アシルニトリル、酸アミド、
複素環式化合物が挙げられ、具体的に以下のような物質
を用いることができる。 脂肪族飽和一価アルコール類(OH 基) :メタノール、エ
タノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−
ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−ブタ
ノール、2−メチル−2−プロパノール、1−ペンタノ
ール、3−メチル−1−ブタノール、3−メチル−2−
ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、1−ヘキサ
ノール、シクロヘキサノール 脂肪族不飽和一価アルコール類(OH 基) :アリルアルコ
ール、プロパギルアルコール、2−メチル−3−ブチン
−2−オール 芳香族アルコール類(OH 基) :ベンジルアルコール、フ
ルフリルアルコール 脂肪族飽和多価アルコール類及びその誘導体(OH 基) :
エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレ
ングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテ
ル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレン
グリコールモノnブチルエーテル、エチレングリコール
モノイソブチルエーテル、プロピレングリコールモノメ
チルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、
ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレン
グリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコール
ジメチルエーテル アルデヒド(CO 基) :ホルムアルデヒド、アセトアルデ
ヒド、グリオキザール エーテル(COC基) :ジエチルエーテル、ジオキサン、テ
トラヒドロフラン、テトラヒドロフルフリルアルコール ケトン・ケトアルコール(CO 基) :アセトン、2−ブタ
ノン、ジアセトンアルコール、γブチロラクトン、炭酸
プロピレン カルボン酸(CO 基) :ギ酸、酢酸、プロピオン酸、グリ
コール酸、乳酸、乳酸エチル ニトロアルカン(NO2基) :ニトロメタン、ニトロエタ
ン、ニトロプロパン、ニトロベンゼン アミン(NR:R=H) エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、
ブチルアミン、イソブチルアミン、アリルアミン、アニ
リン、トルイジン、エチレンジアミン、ジエチルアミ
ン、エチレンイミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピ
ルアミン、ジブチルアミン、トリエチルアミン、トリn
プロピルアミン、トリnブチルアミン アシルニトリル類(CN 基) :アセトニトリル、プロピオ
ノニトリル、ブチロニトリル、アクリロニトリル、メタ
クリロニトリル、ベンゾニトリル 酸アミド(NR:R=アルキル基) ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメ
チルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−
ジメチルアセトアミド、 複素環式化合物 ピリジン、キノリン、ピロール、ピペリジン、ピペラジ
ン、モルホリン、2−ピロリジノン、1−メチル−2−
ピロリジノン 本発明においては、このような有機化合物の1種で下地
処理するかまたは2種以上の有機化合物で同時にもしく
は順次に処理することができる。これら有機化合物のう
ち炭素数5以下のアルコールが特に好適である。As described above, examples of the organic compound for performing the base treatment include aliphatic saturated monohydric alcohols, aliphatic unsaturated monohydric alcohols, aromatic alcohols, aliphatic saturated polyhydric alcohols, and the like. Derivatives, aldehydes, ethers, ketones / keto alcohols, carboxylic acids,
Nitroalkanes, amines, acyl nitriles, acid amides,
Heterocyclic compounds can be mentioned, and specifically, the following substances can be used. Aliphatic saturated monohydric alcohols (OH group): methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-
Butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-butanol, 2-methyl-2-propanol, 1-pentanol, 3-methyl-1-butanol, 3-methyl-2-
Butanol, 2-methyl-2-butanol, 1-hexanol, cyclohexanol Aliphatic unsaturated monohydric alcohols (OH groups): allyl alcohol, propargyl alcohol, 2-methyl-3-butyn-2-ol Aromatic alcohol (OH group): benzyl alcohol, furfuryl alcohol Aliphatic saturated polyhydric alcohols and their derivatives (OH group):
Ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono nbutyl ether, ethylene glycol monoisobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether,
Diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether Aldehyde (CO group): formaldehyde, acetaldehyde, glyoxal ether (COC group): diethyl ether, dioxane, tetrahydrofuran, tetrahydrofurfuryl alcohol Ketone / keto alcohol (CO group): acetone, 2-butanone, diacetone alcohol, γ-butyrolactone, propylene carbonate carboxylic acid (CO group): formic acid, acetic acid, propionic acid, glycolic acid, lactic acid, ethyl lactate Nitroalkane (NO 2 group): nitromethane, nitroethane, nitropropane, nitrobenzene Amine (NR: R = H) Ethylamine, propylamine, isopropylamine,
Butylamine, isobutylamine, allylamine, aniline, toluidine, ethylenediamine, diethylamine, ethyleneimine, dipropylamine, diisopropylamine, dibutylamine, triethylamine, tri-n
Propylamine, tri-n-butylamine acylnitrile (CN group): acetonitrile, propiononitrile, butyronitrile, acrylonitrile, methacrylonitrile, benzonitrile amide (NR: R = alkyl group) formamide, N-methylformamide, N, N -Dimethylformamide, N-methylacetamide, N, N-
Dimethylacetamide, heterocyclic compound pyridine, quinoline, pyrrole, piperidine, piperazine, morpholine, 2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-
Pyrrolidinone In the present invention, the undercoating treatment can be performed with one kind of such organic compounds, or the treatment can be performed simultaneously or sequentially with two or more kinds of organic compounds. Among these organic compounds, alcohols having 5 or less carbon atoms are particularly preferred.
【0015】また、前記絶縁膜を化学気相成長によって
形成する際の原料となる有機ケイ素化合物としては以下
のようなものを用いることができる。 テトラアルコキシシラン( オルトケイ酸エステル):テト
ラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEO
S)、テトラnプロポキシシラン、テトライソプロポキシ
シラン、テトラnブトキシシラン アルキルアルコキシシラン:メチルトリメトキシシラ
ン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリnプロポキ
シシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルト
リメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチル
トリnプロポキシシラン、エチルトリイソプロポキシシ
ラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシ
シラン、フェニルトリメトキシシラン、ジメチルジメト
キシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメ
トキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジ
nプロポキシシラン、ジエチルジイソプロポキシシラ
ン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエ
トキシシラン、メチルジメトキシシラン、メチルジエト
キシシラン、ジメチルビニルメトキシシラン、ジメチル
ビニルエトキシシラン ポリシロキサン:テトラキス(ジメチルシロキシ)シラ
ン シクロシキサン:オクタメチルシクロテトラシロキサン
(OMCTS) 、ペンタメチルシクロテトラシロキサン、テト
ラメチルシクロテトラシロキサン、ヘキサメチルシクロ
トリシロキサン、トリメチルシクロトリシロキサン ジシロキサン:ヘキサメチルジシロキサン(HMDS)、テト
ラメチルジメトキシジシロキサン、ジメチルテトラメト
キシジシロキサン、ヘキサメトキシジシロキサン アルキルシラン:モノメチルシラン、ジメチルシラン、
トリメチルシラン、トリエチルシラン、テトラメチルシ
ラン、テトラエチルシラン、アリルトリメチルシラン、
ヘキサメチルジシラン シリルアミン:ジメチルトリメチルシリルアミン、ジエ
チルトリメチルシリルアミン シラン窒素誘導体:アミノプロピルトリエトキシシラ
ン、トリメチルシリルアジド、トリメチルシリルシアナ
イド シラザン:ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシ
ラザン、オクタメチルシクロテトラシラザン、ヘキサメ
チルシクロトリシラザン ハロゲン化シランおよび誘導体:トリメチルクロロシラ
ン、トリエチルクロロシラン、トリnプロピルクロロシ
ラン、メチルジクロロシラン、ジメチルクロロシラン、
クロロメチルジメチルクロロシラン、クロロメチルトリ
メチルシラン、クロロプロピルメチルジクロロシラン、
クロロプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジクロロ
シラン、ジエチルジクロロシラン、メチルビニルジクロ
ロシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリクロロ
シラン、ビニルトリクロロシラン、トリフロロプロピル
トリクロロシラン、トリフロロプロピルトリメトキシシ
ラン、トリメチルシリルアイオダイド さらに、有機ケイ素化合物としては、トリス( トリメチ
ルシロキシ) ボラン(SOB) 、トリス( トリメチルシロキ
シ) ホスホリル(SOP) 、ジアセトキシジ-tert-ブトキシ
シラン(DADBS) なども用いることができる。これら有機
シランのうち、テトラエトキシシラン(TEOS)は蒸気圧
が高く、かつ良好な特性の絶縁膜を形成することがで
き、特に好適である。本発明においては、上述した有機
ケイ素化合物を単独で用いるかあるいは2以上の有機ケ
イ素化合物を混合して用いることができる。混合して用
いる場合の混合割合は適当に定めれば良い。The following materials can be used as an organosilicon compound as a raw material when the insulating film is formed by chemical vapor deposition. Tetraalkoxysilane (orthosilicate): Tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEO
S), tetra-n-propoxysilane, tetra-isopropoxysilane, tetra-n-butoxysilane Alkylalkoxysilane: methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltri-n-propoxysilane, methyltriisopropoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxy Silane, ethyltri-n-propoxysilane, ethyltriisopropoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, diethyldinpropoxysilane , Diethyldiisopropoxysilane, methylvinyldimethoxysilane, methylvinyldiethoxysilane, methyldimethoxysilane, methyl Ludiethoxysilane, dimethylvinylmethoxysilane, dimethylvinylethoxysilane Polysiloxane: tetrakis (dimethylsiloxy) silane Cyclosiloxane: octamethylcyclotetrasiloxane
(OMCTS), pentamethylcyclotetrasiloxane, tetramethylcyclotetrasiloxane, hexamethylcyclotrisiloxane, trimethylcyclotrisiloxane disiloxane: hexamethyldisiloxane (HMDS), tetramethyldimethoxydisiloxane, dimethyltetramethoxydisiloxane, hexa Methoxydisiloxane alkylsilane: monomethylsilane, dimethylsilane,
Trimethylsilane, triethylsilane, tetramethylsilane, tetraethylsilane, allyltrimethylsilane,
Hexamethyldisilane Silylamine: dimethyltrimethylsilylamine, diethyltrimethylsilylamine Silane nitrogen derivative: aminopropyltriethoxysilane, trimethylsilyl azide, trimethylsilyl cyanide Silazane: hexamethyldisilazane, tetramethyldisilazane, octamethylcyclotetrasilazane, hexamethylcyclotri Silazane halogenated silanes and derivatives: trimethylchlorosilane, triethylchlorosilane, tri-n-propylchlorosilane, methyldichlorosilane, dimethylchlorosilane,
Chloromethyldimethylchlorosilane, chloromethyltrimethylsilane, chloropropylmethyldichlorosilane,
Chloropropyltrimethoxysilane, dimethyldichlorosilane, diethyldichlorosilane, methylvinyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, ethyltrichlorosilane, vinyltrichlorosilane, trifluoropropyltrichlorosilane, trifluoropropyltrimethoxysilane, trimethylsilyl iodide As the silicon compound, tris (trimethylsiloxy) borane (SOB), tris (trimethylsiloxy) phosphoryl (SOP), diacetoxydi-tert-butoxysilane (DADBS) and the like can also be used. Among these organic silanes, tetraethoxysilane (TEOS) is particularly preferable because it has a high vapor pressure and can form an insulating film having favorable characteristics. In the present invention, the above-mentioned organosilicon compounds can be used alone or as a mixture of two or more organosilicon compounds. In the case of using a mixture, the mixing ratio may be appropriately determined.
【0016】また、前記表面処理としては、前記有機化
合物もしくはその水溶液またはその有機溶媒溶液のスピ
ンコータによる塗布処理、または浸漬処理、あるいは前
記有機化合物もしくはその水溶液またはその有機溶媒溶
液の蒸気による暴露処理、スプレー処理、シャワー処
理、カーテンフローコート処理などを挙げることができ
る。本発明の好適実施例においては、半導体装置の層間
絶縁膜として作用する絶縁膜を形成するに当たり、下地
としてプラズマ−CVD TEOS NSG膜を形成し、その表面を
スピンコータによるエタノール処理を行った後に、TEOS
を原料ガスとする常圧オゾン−CVD 法によってAP O3-TE
OS CVD NSG膜を形成する。As the surface treatment, a coating treatment or a dipping treatment of the organic compound or its aqueous solution or its organic solvent solution with a spin coater, or an exposure treatment of the organic compound or its aqueous solution or its organic solvent solution with a vapor, Spray treatment, shower treatment, curtain flow coat treatment and the like can be mentioned. In a preferred embodiment of the present invention, in forming an insulating film acting as an interlayer insulating film of a semiconductor device, a plasma-CVD TEOS NSG film is formed as a base, and the surface thereof is subjected to an ethanol treatment using a spin coater.
O 3 -TE by atmospheric ozone-CVD method using methane as raw material gas
An OS CVD NSG film is formed.
【0017】また、プラズマ処理に用いるプラズマ源と
して、RF又はマイクロ波のプラズマ源を用いることが
でき、プラズマ生成用のガスしてアンモニア、窒素、水
素、酸素、ヘリウム、アルゴン又はこれらの混合ガスを
用いることができる。特に、アンモニアのプラズマに極
めて有効である。An RF or microwave plasma source can be used as a plasma source for the plasma treatment. A gas for generating plasma is ammonia, nitrogen, hydrogen, oxygen, helium, argon or a mixed gas thereof. Can be used. In particular, it is extremely effective for ammonia plasma.
【0018】[0018]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例および
比較例について説明する。図1は以下に説明する本発明
による半導体装置の製造方法の実施例において有機シラ
ン−CVD 膜を形成する装置の一例の構成を示すものであ
る。反応チャンバ1の内部にはヒータ2を設け、サセプ
タ3によって支持されたシリコンウエファ4を加熱する
ようにする。さらに、反応チャンバ1の外部にはオゾン
発生装置5と、恒温槽6を設け、この恒温槽の内部には
ガスバブラー7を配置する。オゾン発生装置5には酸素
ガスを供給し、オゾンを生成するようにする。このオゾ
ン発生装置5のオゾン生成率は4.0%である。恒温槽6内
に配置したガスバブラー7には窒素ガスを供給し、ガス
バブラー内に収容した有機シラン、本例ではTEOSのガス
を発生させる。このTEOSガスはオゾン発生装置5で発生
させたオゾンと一緒に窒素ガスをキャリアガスとして反
応チャンバ1に供給する。反応チャンバ1内にはディス
パージョンヘッド8を配置し、オゾンとTEOSガスとの混
合ガスを層流としてシリコンウエファ4の表面に当てて
シリコンウエファの表面全面に亘って均一な成膜が行わ
れるようにする。さらに、このためにヒータ2およびサ
セプタ3とともにシリコンウエファ4をその平面内で揺
動させて成膜の均一性を確保するようにしている。Embodiments of the present invention and comparative examples will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of an example of an apparatus for forming an organic silane-CVD film in an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention described below. A heater 2 is provided inside the reaction chamber 1 to heat a silicon wafer 4 supported by a susceptor 3. Further, an ozone generator 5 and a thermostat 6 are provided outside the reaction chamber 1, and a gas bubbler 7 is disposed inside the thermostat. Oxygen gas is supplied to the ozone generator 5 to generate ozone. The ozone generation rate of the ozone generator 5 is 4.0%. Nitrogen gas is supplied to the gas bubbler 7 disposed in the constant temperature bath 6 to generate a gas of organic silane contained in the gas bubbler, in this example, TEOS. The TEOS gas is supplied to the reaction chamber 1 together with the ozone generated by the ozone generator 5 using the nitrogen gas as a carrier gas. A dispersion head 8 is arranged in the reaction chamber 1, and a mixed gas of ozone and TEOS gas is applied as a laminar flow to the surface of the silicon wafer 4 so that a uniform film is formed over the entire surface of the silicon wafer. To Further, for this purpose, the silicon wafer 4 is swung in the plane together with the heater 2 and the susceptor 3 to ensure uniformity of film formation.
【0019】図2(a) 〜(c) は本発明による半導体装置
の製造方法の一連の工程を示す線図的断面図である。図
2(a) に示すようにシリコン基板11の上に高さ1μm の
アルミ配線12を形成した。図2(b) に示すように、この
シリコン基板およびアルミ配線の上にプラズマ−TEOS C
VD NSG膜13を3000Åの厚さに形成した。このプラズマ−
TEOS CVD NSG膜13の成膜条件としては、成膜温度を350
℃、成膜圧力を2.2Torr とし、TEOSを500sccm の割合で
供給し、酸素ガスを500sccm の割合で供給し、RFパワー
としては500Wを使用し、成膜時間を20秒とした。このプ
ラズマ−TEOS CVD NSG膜13の膜厚はアルミ配線12の上で
3000Åであるが、その側壁には1000Å程度しか形成され
ていない。FIGS. 2A to 2C are schematic sectional views showing a series of steps in a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. As shown in FIG. 2A, an aluminum wiring 12 having a height of 1 μm was formed on a silicon substrate 11. As shown in FIG. 2 (b), a plasma-TEOS C
A VD NSG film 13 was formed to a thickness of 3000 mm. This plasma
The film formation temperature of the TEOS CVD NSG film 13 is 350
C., the deposition pressure was 2.2 Torr, TEOS was supplied at a rate of 500 sccm, oxygen gas was supplied at a rate of 500 sccm, RF power was 500 W, and deposition time was 20 seconds. The thickness of this plasma-TEOS CVD NSG film 13 is
Although it is 3000mm, only about 1000mm is formed on the side wall.
【0020】次に、シリコンウエファの下地表面をエタ
ノール処理した。本例のエタノール処理においては、シ
リコンウエファをスピンコータに載せ、3000rpm で回転
させながら100ml/min の流量でエチルアルコールを10秒
間塗布した後、2000rpm で60秒乾燥させた。Next, the underlying surface of the silicon wafer was treated with ethanol. In the ethanol treatment of this example, a silicon wafer was placed on a spin coater, and ethyl alcohol was applied at a flow rate of 100 ml / min for 10 seconds while rotating at 3000 rpm, and then dried at 2000 rpm for 60 seconds.
【0021】次に、このシリコンウエアをプラズマ発生
装置内に装着してプラズマ照射処理を行った。プラズマ
の生成に際し、アンモニアガスを50sccmの割合で供給
し、窒素ガスを2000sccmの割合で供給し、RFパワーとし
て600Wに設定し、この条件でプラズマを発生させ、100
℃に加熱した基板にプラズマを1分間照射した。Next, the silicon wear was mounted in a plasma generator and plasma irradiation was performed. Upon generation of plasma, ammonia gas was supplied at a rate of 50 sccm, nitrogen gas was supplied at a rate of 2000 sccm, RF power was set to 600 W, and plasma was generated under these conditions, and 100
The substrate heated to ℃ was irradiated with plasma for 1 minute.
【0022】次に、シリコンウエファを図1に示す反応
チャンバ内に搬入し、以下の成膜条件でオゾン−TEOS C
VD NSG膜14を 8000 Åの膜厚に形成した。なお、この明
細書では、ガス流量は0℃、1気圧の標準状態での流量
を示すものである。Next, the silicon wafer is carried into the reaction chamber shown in FIG. 1 and the ozone-TEOS C
A VD NSG film 14 was formed to a thickness of 8000 mm. In this specification, the gas flow rate indicates a flow rate in a standard state at 0 ° C. and 1 atm.
【表1】 成膜温度 400 ℃ 成膜圧力 大気圧 成膜時間 545 秒 ガスバブラへの窒素ガス流量 1.5 l/min 恒温槽温度 65 ℃ オゾン発生装置への酸素流量 7.5 l/min オゾン濃度 5 重量% キャリアN2ガス流量 18 l/min このようにして形成したオゾン−TEOS CVD NSG膜14はア
ルミ配線12間の狭いスペースを埋め、良好なステップカ
バレージを有しているとともに平坦性も優れており、ボ
イドも形成されていない良好の膜質を有するものであっ
た。[Table 1] Deposition temperature 400 ℃ Deposition pressure Atmospheric pressure Deposition time 545 seconds Nitrogen gas flow to gas bubbler 1.5 l / min Temperature bath temperature 65 ℃ Oxygen flow to ozone generator 7.5 l / min Ozone concentration 5 wt% Carrier N 2 gas flow rate 18 l / min The ozone-TEOS CVD NSG film 14 thus formed fills a narrow space between the aluminum wirings 12, has a good step coverage, and has excellent flatness. It had good film quality with no voids formed.
【0023】本発明は上述した実施例だけに限定されず
種々の変形が可能である。例えば、上述した実施例で
は、アルミ配線上にTEOS CVD NSG膜を形成する例につい
て説明したが、有機シランCVD 膜を層間絶縁膜として形
成する場合にも本発明を適用することができ、さらに最
終パッシベーション膜の形成及びFET のゲート電極等の
側面にサイドウォール膜を形成する際にも適用すること
ができ、さらにポリシリコン多層配線を形成する際にも
適用することができる。The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, an example in which a TEOS CVD NSG film is formed on an aluminum wiring has been described. However, the present invention can be applied to a case where an organic silane CVD film is formed as an interlayer insulating film. The present invention can be applied to the formation of a passivation film and the formation of a sidewall film on the side surface of a gate electrode of a FET, and also to the formation of a polysilicon multilayer wiring.
【0024】さらに、導電性配線の構成する金属は上述
した実施例にのみ限定されるものではなく、例えばAl,
Cu, Mo, W, Ti, TiN, TiW 又はそれらの合金を用いるこ
ともできる。Further, the metal constituting the conductive wiring is not limited to the above-described embodiment, but may be, for example, Al,
Cu, Mo, W, Ti, TiN, TiW or alloys thereof can also be used.
【0025】さらに、上述した実施例では、エタノール
処理を施した後にオゾン−TEOS CVDNSG膜を形成するよ
うにしたが、反応チャンバに供給するオゾンとTEOSの混
合ガスにTMOP(trimethylphosphate)およびTMB(trimethy
lborate)などの燐およびホウ素のアルコキシドガスをド
ーパントとして加えることによってオゾン-TEOS CVDPSG
膜やBPSG膜を形成することもできる。さらに、有機シ
ラン原料化合物としてはTEOSだけでなく、上述したTMO
S、OMCTS 、HMDS、TMCTS 、SOB 、DADBS 、SOPなどを用
いることもできる。Further, in the above-described embodiment, the ozone-TEOS CVDNSG film is formed after performing the ethanol treatment. However, the mixed gas of ozone and TEOS supplied to the reaction chamber is provided with TOP (trimethylphosphate) and TMB (trimethytyr).
ozone-TEOS CVDPSG by adding phosphorus and boron alkoxide gases as dopants (lborate)
A film or a BPSG film can also be formed. Further, as the organic silane raw material compound, not only TEOS but also the above-mentioned TMO
S, OMCTS, HMDS, TMCTS, SOB, DADBS, SOP, etc. can also be used.
【0026】[0026]
【発明の効果】上述したように、本発明による半導体装
置の製造方法においては、化学気相成長法によって絶縁
膜を形成する前に、下地表面を有機物処理すると共にプ
ラズマ処理を行っているから、従来では得られなかった
高アスペクト比( アスペクト比3以上) の段差パターン
についても埋め込みが可能になり、しかもCVD膜の成
膜速度の下地依存性が解消され、一層平坦な絶縁膜を形
成することができる。As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, before forming an insulating film by a chemical vapor deposition method, the underlying surface is treated with an organic substance and plasma treatment is performed. A step pattern having a high aspect ratio (aspect ratio of 3 or more), which could not be obtained in the past, can be buried, and the dependence of the deposition rate of the CVD film on the underlayer can be eliminated to form a flatter insulating film. Can be.
【図1】図1は、本発明による半導体装置の製造方法に
おいて、オゾン−有機シランCVD 膜を形成する化学気相
成長装置の構成を示す線図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a chemical vapor deposition apparatus for forming an ozone-organosilane CVD film in a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図2】図2は、本発明による半導体装置の製造方法の
一連の工程を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a series of steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
11 シリコン基板 12 アルミ配線 13 プラズマ−TEOS CVD NSG膜 14 オゾン−TEOS CVD NSG膜 11 Silicon substrate 12 Aluminum wiring 13 Plasma-TEOS CVD NSG film 14 Ozone-TEOS CVD NSG film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−61335(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/316 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-61335 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/316
Claims (4)
膜を形成するに当たり、下地表面を有機化合物を含む処
理流体で処理し、次に、前記下地表面をプラズマで処理
し、その後絶縁膜を化学気相成長によって形成すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。In forming an insulating film of a semiconductor device by chemical vapor deposition, a base surface is treated with a processing fluid containing an organic compound, then the base surface is treated with plasma, and then the insulating film is chemically treated. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the method is formed by vapor phase growth.
縁膜を、テトラエトキシシランを原料として用いる化学
気相成長によって形成することを特徴とする半導体装置
の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the insulating film is formed by chemical vapor deposition using tetraethoxysilane as a raw material.
機化合物を含む処理流体を、炭素数5以下のアルコール
類としたことを特徴とする半導体装置の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the processing fluid containing the organic compound is an alcohol having 5 or less carbon atoms.
マ又は窒素プラズマで行うことを特徴とする半導体装置
の製造方法。4. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the plasma treatment is performed by using annimore plasma or nitrogen plasma.
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