JP3133857B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP3133857B2 JP3133857B2 JP05070119A JP7011993A JP3133857B2 JP 3133857 B2 JP3133857 B2 JP 3133857B2 JP 05070119 A JP05070119 A JP 05070119A JP 7011993 A JP7011993 A JP 7011993A JP 3133857 B2 JP3133857 B2 JP 3133857B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法、
特に段差への埋め込み性及び平坦化の両方に優れた半導
体装置の製造方法に関するものである。
特に段差への埋め込み性及び平坦化の両方に優れた半導
体装置の製造方法に関するものである。
【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。
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。
【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法, 常圧CVD 法、減圧CVD 法、加
圧CVD 法、光励起CVD 法などが従来より提案されてい
る。
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法, 常圧CVD 法、減圧CVD 法、加
圧CVD 法、光励起CVD 法などが従来より提案されてい
る。
【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。
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。
【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、その平坦性と、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。
においても、VLSIデバイスの高集積化、高密度化に伴
い、その平坦性と、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。
【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り、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は、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、或いはリーク電流が増加する等の不都合が生
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度が異なり、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。
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り、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は、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、或いはリーク電流が増加する等の不都合が生
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度が異なり、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。
【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「Tech
nacal 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。
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「Tech
nacal 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。
【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。
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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】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、この処理された下地表面に第１の絶縁
膜を化学気相成長により形成し、次に第１の絶縁膜の表
面にプラズマ処理を行ない、その後第２の絶縁膜を化学
気相成長により形成することを特徴とするものである。
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、この処理された下地表面に第１の絶縁
膜を化学気相成長により形成し、次に第１の絶縁膜の表
面にプラズマ処理を行ない、その後第２の絶縁膜を化学
気相成長により形成することを特徴とするものである。
【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TE
OSを原料ガスとするCVD により絶縁膜の形成行程におけ
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。
のような有機化合物を含む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TE
OSを原料ガスとするCVD により絶縁膜の形成行程におけ
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。
【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、従ってウェハ全
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。
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、従ってウェハ全
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。
【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なった後、CVD 法により第１の
絶縁膜を形成する。有機化合物により処理した下地表面
において、高いアスペクト比の部分には絶縁膜が十分に
埋め込まれ、絶縁膜が相対的に厚く形成される。一方、
アスペクト比が低い部分では、成膜速度が遅いため絶縁
膜は相対的に薄く形成される。次に、第１の絶縁膜の表
面にプラズマ照射を行ない、その後第２の絶縁膜を形成
する。第１の絶縁膜の表面は有機化合物による処理の効
果がないため、プラズマ照射による効果が十分に発揮さ
れる。従って、第２の絶縁膜の形成過程においては、基
板の全表面に亘ってほぼ均一な成膜速度で第１の絶縁膜
が形成されることになる。この結果、高いアスペクト比
の部分における段差間の埋め込み性が一層向上すると共
に、シリコン基板全体としての平坦性も一層向上させる
ことができる。
合物による流体処理を行なった後、CVD 法により第１の
絶縁膜を形成する。有機化合物により処理した下地表面
において、高いアスペクト比の部分には絶縁膜が十分に
埋め込まれ、絶縁膜が相対的に厚く形成される。一方、
アスペクト比が低い部分では、成膜速度が遅いため絶縁
膜は相対的に薄く形成される。次に、第１の絶縁膜の表
面にプラズマ照射を行ない、その後第２の絶縁膜を形成
する。第１の絶縁膜の表面は有機化合物による処理の効
果がないため、プラズマ照射による効果が十分に発揮さ
れる。従って、第２の絶縁膜の形成過程においては、基
板の全表面に亘ってほぼ均一な成膜速度で第１の絶縁膜
が形成されることになる。この結果、高いアスペクト比
の部分における段差間の埋め込み性が一層向上すると共
に、シリコン基板全体としての平坦性も一層向上させる
ことができる。
【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。
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。
【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る。
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る。
【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。
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。
【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。
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。
【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としてアンモニア、窒素、
水素、酸素など、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は極めて有効であ
る。
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としてアンモニア、窒素、
水素、酸素など、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は極めて有効であ
る。
【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。
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。
【００１９】図２の（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におけるシリコン基板を
示す断面図である。本例では、第１配線上に絶縁膜を形
成する例について説明する。
体装置の製造方法の一連の工程におけるシリコン基板を
示す断面図である。本例では、第１配線上に絶縁膜を形
成する例について説明する。
【００２０】図２（ａ）に示すようにシリコン基板11の
上に膜厚が6000ÅのBPSG膜12を形成し、さらにその上に
高さ１μm のアルミ配線13をライン巾0.5 μm 、スペー
ス巾0.5 μm で形成し、このBPSG膜およびアルミ配線の
上にプラズマ−TEOS CVD NSG膜14を3000Åの厚さに形成
した。このプラズマ−TEOS CVD NSG膜14の成膜条件とし
ては、成膜温度を35０℃、成膜圧力を2.2Torr とし、TE
OSを1.8ml/分の割合で供給し、酸素ガスを4.0ml/分の割
合で供給し、RFパワーとしては400KHz, 500Wと13.56MH
z, 500Wの合計１KWを使用し、成膜時間を20秒とした。
このプラズマ−TEOS CVD NSG膜14の膜厚はアルミ配線13
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。
上に膜厚が6000ÅのBPSG膜12を形成し、さらにその上に
高さ１μm のアルミ配線13をライン巾0.5 μm 、スペー
ス巾0.5 μm で形成し、このBPSG膜およびアルミ配線の
上にプラズマ−TEOS CVD NSG膜14を3000Åの厚さに形成
した。このプラズマ−TEOS CVD NSG膜14の成膜条件とし
ては、成膜温度を35０℃、成膜圧力を2.2Torr とし、TE
OSを1.8ml/分の割合で供給し、酸素ガスを4.0ml/分の割
合で供給し、RFパワーとしては400KHz, 500Wと13.56MH
z, 500Wの合計１KWを使用し、成膜時間を20秒とした。
このプラズマ−TEOS CVD NSG膜14の膜厚はアルミ配線13
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。
【００２１】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、1000rpm 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。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
下の成膜条件で第１のオゾン−TEOS CVD NSG膜15を2000
〜3000Å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。
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、1000rpm 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。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
下の成膜条件で第１のオゾン−TEOS CVD NSG膜15を2000
〜3000Å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。
【００２２】
【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
【００２３】このようにして形成したオゾン−TEOS CVD
NSG膜15はアルミ配線13間の狭いスペースを滑らかに埋
め、良好なステップカバレージを有している。尚、この
第１のオゾン−TEOS CVD NSG膜15を形成しても、シリコ
ン基板の表面上にはエタノール処理の効果は依然として
存在している。
NSG膜15はアルミ配線13間の狭いスペースを滑らかに埋
め、良好なステップカバレージを有している。尚、この
第１のオゾン−TEOS CVD NSG膜15を形成しても、シリコ
ン基板の表面上にはエタノール処理の効果は依然として
存在している。
【００２４】次に、シリコンウェハをプラズマ処理装置
内に装着して第１のオゾン−TEOS CVD NSG膜15の表面に
プラズマ処理を施す。処理ガスとしてアンモニアを使用
し、処理温度は400 ℃とし、処理圧力は５Torrとし、RF
パワーは200 Ｗ(13.56MHz)とし、処理時間は10秒間とし
た。
内に装着して第１のオゾン−TEOS CVD NSG膜15の表面に
プラズマ処理を施す。処理ガスとしてアンモニアを使用
し、処理温度は400 ℃とし、処理圧力は５Torrとし、RF
パワーは200 Ｗ(13.56MHz)とし、処理時間は10秒間とし
た。
【００２５】その後、第１のオゾン−TEOS CVD NSG膜15
の堆積と同一の条件で第２のオゾン−TEOS CVD NSG膜16
を5000〜10000 Åの厚さに形成する。この際、シリコン
基板の全処理表面に亘ってプラズマ処理の効果を有効に
有しており、しかもアスペクト比の高いアルミ配線間に
はすでにオゾン−TEOS CVD NSG膜が滑らかに埋め込み形
成されているため、シリコン基板の全表面に亘って均一
な成膜速度で第２のオゾン−TEOS CVD NSG膜を形成する
ことができる。この結果、シリコン基板の全表面に亘っ
て、内部にボイドもなく、しかも水分の含有量も少ない
良質の絶縁膜を形成することができる。また、このよう
にして形成された絶縁膜は耐吸湿性も優れたものとなる
と共に後処理においてクラックが発生するおそれがな
く、素子特性を改善することができる。
の堆積と同一の条件で第２のオゾン−TEOS CVD NSG膜16
を5000〜10000 Åの厚さに形成する。この際、シリコン
基板の全処理表面に亘ってプラズマ処理の効果を有効に
有しており、しかもアスペクト比の高いアルミ配線間に
はすでにオゾン−TEOS CVD NSG膜が滑らかに埋め込み形
成されているため、シリコン基板の全表面に亘って均一
な成膜速度で第２のオゾン−TEOS CVD NSG膜を形成する
ことができる。この結果、シリコン基板の全表面に亘っ
て、内部にボイドもなく、しかも水分の含有量も少ない
良質の絶縁膜を形成することができる。また、このよう
にして形成された絶縁膜は耐吸湿性も優れたものとなる
と共に後処理においてクラックが発生するおそれがな
く、素子特性を改善することができる。
【００２６】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。
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。
【００２７】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。
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。
【００２８】さらに、上述した実施例は、エタノール処
理を施した後にオゾン−TEOS CVD NSG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(trimethylb
orate)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 CVD PSG
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TMOS、
OMCTS 、HMDS、TMCTS 、SOB 、DADBS 、SOP などを用い
ることもできる。
理を施した後にオゾン−TEOS CVD NSG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(trimethylb
orate)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 CVD PSG
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TMOS、
OMCTS 、HMDS、TMCTS 、SOB 、DADBS 、SOP などを用い
ることもできる。
【００２９】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、下地
表面に有機化合物を含む処理流体で処理し、次に第１の
絶縁膜を形成し、その後プラズマ処理してから第２の絶
縁膜を形成しているから、アスペクト比が高い段差パタ
ーンであっても埋め込み性及び平坦性に優れた絶縁膜の
形成方法を実現することができる。
表面に有機化合物を含む処理流体で処理し、次に第１の
絶縁膜を形成し、その後プラズマ処理してから第２の絶
縁膜を形成しているから、アスペクト比が高い段差パタ
ーンであっても埋め込み性及び平坦性に優れた絶縁膜の
形成方法を実現することができる。
【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。
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。
【図２】図２は、本発明による半導体装置の製造方法の
一連の行程を示す断面図である。
一連の行程を示す断面図である。
１ シリコン基板 12 BPSG膜 13 アルミ配線 14 プラズマ−TEOS CVD NSG膜 15 オゾン−TEOS CVD NSG膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/316
Claims (4)
- 【請求項１】 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、下地絶縁膜表面を有機化合物を
含む処理流体で処理し、この処理された下地表面に第１
の絶縁層膜を化学気相成長により形成し、次に第１の絶
縁膜の表面にプラズマ処理を行い、その後第２の絶縁膜
を化学気相成長により形成することを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - 【請求項２】 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、下地表面を脂肪族一価アルコー
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及びその誘導体、ア
ルデヒド、エーテル、ケトン、ケトンアルコール、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、複素環式化合物から選ばれる１種又は２種以上
の有機化合物を含む処理流体で処理し、この処理された
下地表面に第１の絶縁層膜を化学気相成長により形成
し、次に第１の絶縁膜の表面にプラズマ処理を行い、そ
の後第２の絶縁膜を化学気相成長により形成することを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 絶縁層プラズマ処理がアンモニアガスを
用いたプラズマ処理であることを特徴とする請求項１又
は２に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 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、この処理された下地表面に第１の絶縁
層膜を化学気相成長により形成し、次に第１の絶縁膜の
表面にアンモニアガスを用いたプラズマ処理を行い、そ
の後第２の絶縁膜を化学気相成長により形成することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05070119A JP3133857B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05070119A JP3133857B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06283513A JPH06283513A (ja) | 1994-10-07 |
| JP3133857B2 true JP3133857B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=13422353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05070119A Expired - Fee Related JP3133857B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3133857B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2994616B2 (ja) | 1998-02-12 | 1999-12-27 | キヤノン販売株式会社 | 下地表面改質方法及び半導体装置の製造方法 |
| JP2975919B2 (ja) * | 1998-02-27 | 1999-11-10 | 株式会社半導体プロセス研究所 | 下地表面改質方法及び半導体装置の製造方法 |
-
1993
- 1993-03-29 JP JP05070119A patent/JP3133857B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06283513A (ja) | 1994-10-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |