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JP2705593B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Publication number
JP2705593B2
JP2705593B2 JP6279692A JP27969294A JP2705593B2 JP 2705593 B2 JP2705593 B2 JP 2705593B2 JP 6279692 A JP6279692 A JP 6279692A JP 27969294 A JP27969294 A JP 27969294A JP 2705593 B2 JP2705593 B2 JP 2705593B2
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JP
Japan
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oxide film
teos
plasma
film
forming
Prior art date
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JP6279692A
Other languages
English (en)
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JPH08124924A (ja
Inventor
重男 石川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特にO3 /TEOSを原料ガスとして常圧CVD
法により形成される平坦化酸化膜の膜質の向上を図る方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、配線の微細化に伴ってステップカ
バレッジ(段差被覆性)の優れた絶縁膜が要求されるよ
うになってきており、そのような要求を満たしかつ膜質
の良好な絶縁膜が得られる技術としてTEOS〔Tetra
Ethyl OrthoSilicate:Si(OC234 〕とO3
原料ガスとして用い常圧CVD法により成膜されるシリ
コン酸化膜(以下、O3 −TEOS酸化膜と記す)が注
目されている。
【0003】しかし、O3 −TEOS酸化膜は、プラズ
マCVD法により成膜されたシリコン酸化膜(以下、プ
ラズマ酸化膜と記す)に比較して多くの水分を含有して
いることが知られている。図4に、O3 −TEOS酸化
膜、プラズマ酸化膜についての水のTDS(Thermal De
sorption Spectroscopy ;脱ガス)分析の結果を示す。
同図において、点線はO3 −TEOS酸化膜の、また実
線はプラズマ酸化膜の各温度での脱水量を示す。そこ
で、このO3 −TEOS酸化膜が直接Al配線に触れる
ことのないように成膜することが考えられている。
【0004】図5(a)〜(c)は、O3 −TEOS酸
化膜を有する半導体装置の従来の製造方法を示す工程順
断面図である。まず、図5(a)に示すように、シリコ
ン基板1上に酸化膜2を形成し、その酸化膜2上にアル
ミニウムを堆積しこれをパターニングして、Al配線3
を形成する。次いで、図5(b)に示すように、Al配
線3上にTEOSを原料ガスとするプラズマCVD法に
よりプラズマ酸化膜4を0.1〜0.2μmの膜厚に成
膜する。次いで、図5(c)に示すように、プラズマ酸
化膜4上に常圧CVD法によりO3 −TEOS酸化膜5
を形成する。
【0005】しかし、O3 −TEOS酸化膜をプラズマ
酸化膜上に成膜した場合には下地依存性があるため以下
の問題を生じる。 Si基板上に比べプラズマ酸化膜上ではO3 −TE
OS酸化膜の成長速度が6〜7割程度に減少する。 Si基板上に比べプラズマ酸化膜上ではO3 −TE
OS酸化膜の膜質が悪化しウエットエッチレートが2〜
4倍になる。 プラズマ酸化膜上のO3 −TEOS酸化膜は表面荒
れを起こし、図5(c)に示されるように、ボイド6が
発生する。
【0006】上記の問題を解決するために、プラズマ酸
化膜形成後にN2 プラズマ処理やエタノール処理を行う
ことが提案されている。このような技術は例えばJ.Elec
tronchem.Soc. Vol.139 No.6 pp.1690−1692やJpn.J.Ap
pl.phys.,Vol.32 pp.L110 −L112等に記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような下
地処理を行ってもそれぞれ以下のような問題を起こす。
すなわち、N2 プラズマ処理においては、 プラズマ膜中に電荷がチャージアップされる。ま
た、Al配線を介して素子へ電荷が流れ込み素子に悪影
響を及ぼす、 N2 プラズマ処理からO3 −TFOS酸化膜成長ま
での放置時間が長い場合、N2 プラズマ処理の効果が減
殺される、 表面荒れは改善されるもののボイドの発生は改善さ
れない、などの問題がある。
【0008】また、エタノール処理では、 成長速度が大幅に減少する、 パターンの疎密による成長速度差が大きくなる、 Al配線の高さが1.0μm以上と高い場合、埋め
込み形状が悪化する、などの問題が起こる。
【0009】しかも前記した各下地処理の方法では、膜
質が十分に安定化されず、また埋め込み形状も良好には
ならない。またこのような下地処理は工数の増加を招く
ほか下地処理とO3 −TEOS酸化膜の成長との間に遊
び時間が生じてしまう。本発明はこのような状況に鑑み
てなされたものであって、その目的は、プラズマ酸化膜
上に下地処理を行うことなくO3 −TEOS酸化膜の成
長を行うことができるようにして工数の削減/製造時間
の短縮を図るとともに、良質で埋め込み形状の良好な平
坦化絶縁膜を形成することができるようにすることであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、 (1)半導体基板上に金属配線を形成する工程と、 (2)プラズマCVD法によりシリコン酸化膜を形成す
る工程と、 (3)常圧または中圧下においてO3 とTEOSを含む
ガスを流しノンドープシリコン酸化膜を成膜する工程
と、 を有する半導体装置の製造方法において、前記第(3)
の工程に先立って有機ホウ素化合物および/または有機
リン化合物を含むドーピングガスによるプリパージを行
て前記ノンドープシリコン酸化膜の一部をドープト酸
化膜として形成することを特徴とする半導体装置の製造
方法、が提供される。
【0011】
【作用】プラズマ酸化膜上にBPSG( Boro-Phospho-
Silicate Glass)膜を成長させる場合には、プラズマ酸
化膜表面は親水性であるものの下地依存性のない成膜が
行われる。本発明においては、例えばO3 −TEOS酸
化膜の成長の先立ってドーピングガスによるプリパージ
が行われるが、その結果プラズマ酸化膜とO3 −TEO
S酸化膜との界面に薄くドープト酸化膜が形成される。
これによりプラズマ酸化膜上にBPSG膜を成膜するの
と同様の効果が生じ、ノンドープO3 −TEOS酸化膜
を下地依存性のない状態で成膜することが可能になる。
ドーピングガスによるプリパージに代え、O3 −TEO
S酸化膜の成膜の初期に一定時間ドーピングガスを流す
ようにしても同様の効果が得られる。
【0012】本発明により、プラズマ酸化膜上へのO3
−TEOS酸化膜の成膜を下地依存性なく行うことがで
きるようになったことにより、成長速度、エッチング速
度もSi基板上に成膜した場合と同等になり、膜質が良
好で表面荒れがなく、かつ埋め込み形状の良好なO3
TEOSノンドープシリコン酸化膜を形成することが可
能になる。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1(a)〜(d)は、本発明の実施例
の半導体装置の製造プロセスを説明するための工程順断
面図である。また、図2は、O3 /TEOSを原料ガス
として常圧CVD法によりシリコン酸化膜を成膜する際
のタイミングチャートである。まず、図1(a)に示す
ように、シリコン基板1上に酸化膜2を形成し、その酸
化膜2上に、スパッタ蒸着法によりアルミニウムを膜厚
約1μmに堆積し、これをパターニングしてAl配線3
を形成する。次いで、図1(b)に示すように、Al配
線3上にTEOS、O2 ガスを用いるプラズマCVD法
により、膜厚0.1〜0.2μmのプラズマ酸化膜4を
形成する。
【0014】次に、ウェハを常圧CVD装置内に装着
し、図1(c)に示すように、ドーピングガスを供給し
てプリパージを行う、すなわち、CVD装置内の気体を
ドーピングガスによって置き換える。供給ガスは、PO
(OCH33 とN2 の混合ガスであり、混合ガスの流
量は2SLMで、図2に示されるように、15秒間パー
ジを行う。その後、このプリパージ工程に連続して、T
EOS流量:1〜2SLM、O3 濃度:90g/m3
成膜温度:370〜400℃、O2 流量:7.5SLM
の条件で約100秒気相成長を行い、O3 −TEOS酸
化膜5を成膜する〔図1(d)〕。
【0015】このようにして形成されたO3 −TEOS
酸化膜では、Si基板上に成膜した場合と同様に膜質が
よくまたボイドの発生もなかった。上記実施例では、ド
ーピングガスとして、有機リン化合物を使用していた
が、これに代え有機ホウ素化合物を用いてプリパージを
行うことができる。有機ホウ素化合物としては、B(O
CH33 、B(OC253 、B(OC373
を使用することができる。さらに、有機リン化合物と有
機ホウ素化合物の両方を含む混合ガスを供給するように
してもよい。プリパージは、各ガス流量を1〜3SLM
とし、10〜30秒程度行うのが適当である。また、O
3 −TEOS酸化膜の気相成長を中圧(200〜650
Torr)下において行なうようにしてもよい。
【0016】次に、本発明の参考例について説明する。
図3は、本参考例におけるO3 −TEOS酸化膜成長工
程時のタイミングチャートである。この第2の実施例の
工程順断面図は図1と同様であるが、図1(c)のドー
ピングガスのよるプリパージの工程は省略され、代わり
に成膜開始直後の一定時間ドーピングガスの供給が行わ
れる。
【0017】図1(b)に示すように、酸化膜2上にA
l配線3を形成し、その上に0.1〜0.2μmのプラ
ズマ酸化膜4を形成した後、ウェハを常圧CVD装置内
に装着し、TEOS流量:1〜2SLM、O3 濃度:9
0g/m3 、成膜温度:370〜400℃、O2 流量:
7.5SLM、PO(OCH33 流量:1〜2SL
M、B(OCH33 流量:1〜2SLMの条件で約1
0秒気相成長を行った後ドーピングガスの供給を中止
し、引き続き気相成長を約90秒続けて図1(d)に示
すようにO3 −TEOS酸化膜5を成膜する。このよう
にして形成されたO3 −TEOS酸化膜5の下層部分に
は、BPSGが薄く(20〜30nm)形成され、これ
により先の実施例と同様の効果を挙げることができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体装置の製造方法は、金属配線上にプラズマ酸化膜を形
成した下地に有機ホウ素化合物や有機リン化合物を含む
ガスを流した後連続的にO3 −TEOS酸化膜を形成す
るものであるので、プラズマ酸化膜上にBPSG膜を成
長させる場合と同様に下地依存性をなくすことができ、
膜質がよく良好な埋め込み形状をもつ平坦化絶縁膜を形
成することが可能となる。また、本発明の製造方法は下
地処理を行う場合のように新たな工程の増加を伴うもの
ではなく、さらに待機時間などの遊び時間が生じること
がないのでスループットの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の製造方法を示す工程順
断面図。
【図2】本発明の第1の実施例におけるO3 −TEOS
酸化膜形成工程でのタイミングチャート。
【図3】本発明の参考例におけるO3 −TEOS酸化膜
形成工程でのタイミングチャート。
【図4】O3 −TEOS酸化膜とプラズマ酸化膜のTD
S分析結果を示すグラフ。
【図5】従来の製造方法を示す工程順断面図。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 酸化膜 3 Al配線 4 プラズマ酸化膜 5 O3 −TEOS酸化膜 6 ボイド

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (1)半導体基板上に金属配線を形成す
    る工程と、 (2)プラズマCVD法によりシリコン酸化膜を形成す
    る工程と、 (3)半導体基板を常圧CVD装置内に配置し、有機ホ
    ウ素化合物および/または有機リン化合物を含むガスで
    プリパージを行う工程と、 (4)前記第(3)の工程に連続してO3 とTEOSを
    含むガスを流し常圧または中圧(200〜650Tor
    r)下においてノンドープシリコン酸化膜を成膜する工
    程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第(3)の工程におけるプリパージ
    が10〜30秒間行われることを特徴とする請求項1記
    載の半導体装置の製造方法。
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JP3200858B2 (ja) * 1991-02-27 2001-08-20 ソニー株式会社 半導体装置の製造方法
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