JP2004247472A - Semiconductor device and thin film forming method - Google Patents

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JP2004247472A JP2003035110A JP2003035110A JP2004247472A JP 2004247472 A JP2004247472 A JP 2004247472A JP 2003035110 A JP2003035110 A JP 2003035110A JP 2003035110 A JP2003035110 A JP 2003035110A JP 2004247472 A JP2004247472 A JP 2004247472A
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良和 糟谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the adhesion property of an SOG film and a base oxide film. <P>SOLUTION: Recesses and projections in a several ten nanometers order are formed on the surface of the base oxide film 3. Thus, a contact area between the SOG film 6 and the base oxide film 3 is increased, and the adhesion property between the SOG film 6 and the base oxide film 3 is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置および薄膜形成方法に関し、特に、配線層間の絶縁膜としてＳＯＧ（スピンオングラス）膜を用いる場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置では、例えば、特許文献１に開示されているように、層間絶縁膜の平坦性を向上させるため、シロキサンポリマーなどのＳＯＧ膜を用いる方法があった。
図４は、従来のＳＯＧ膜を用いた絶縁層の形成方法を示す断面図である。
【０００３】
図４（ａ）において、絶縁層３１上にＡｌなどからなる配線層３２を形成する。そして、図４（ｂ）に示すように、ＣＶＤなどの方法により、配線層３２上に下地酸化膜３３を形成する。
次に、図４（ｃ）に示すように、スピンコート法などの方法により、例えば、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）４）を有機溶媒に溶かしたシリコン化合物溶液を下地酸化膜３３上に塗布する。そして、下地酸化膜３３上に塗布されたシリコン化合物溶液をホットプレート上で加熱し、有機溶媒を蒸発させながら、シラノールの脱水重合反応を開始させる。そして、有機溶媒を蒸発させた後、炉でのベークを行い、シラノールの脱水重合反応を完了させることにより、下地酸化膜３３上にＳＯＧ膜３４を形成する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１４８３２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体装置では、ＳＯＧ膜３４を脱水重合させる際にＳＯＧ膜３４の体積収縮が起こる。このため、下地酸化膜３３とＳＯＧ膜３４との間の界面に応力が発生し、ＳＯＧ膜３４が下地酸化膜３３から剥がれるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性を向上させることが可能な半導体装置および薄膜形成方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、配線層と、前記配線層上に形成された下地酸化膜と、前記下地酸化膜の表面に設けられた粗面領域と、前記下地酸化膜上に形成されたスピンオングラス膜とを備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、スピンオングラス膜と下地酸化膜との間の接触面積を増加させることが可能となる。このため、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性を向上させることが可能となり、スピンオングラス膜の体積収縮に起因して、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることを防止することができる。
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、配線層と、前記配線層上に形成された下地酸化膜と、前記下地酸化膜上に形成された金属酸化膜と、前記金属酸化膜上に形成されたスピンオングラス膜とを備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、金属酸化膜を媒介として、スピンオングラス膜を下地酸化膜に強固に結合することが可能となる。このため、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性を向上させることが可能となり、スピンオングラス膜の体積収縮に起因して、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることを防止することができる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、配線層と、前記配線層上に形成された下地酸化膜と、前記下地酸化膜の表面に設けられた粗面領域と、前記下地酸化膜上に形成された金属酸化膜と、前記金属酸化膜上に形成されたスピンオングラス膜とを備えることを特徴とする。
これにより、スピンオングラス膜と下地酸化膜との間の接触面積を増加させることが可能となるとともに、金属酸化膜を媒介として、スピンオングラス膜を下地酸化膜に強固に結合することが可能となる。このため、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性をより一層向上させることが可能となり、スピンオングラス膜の体積収縮に起因して、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることをより効果的に防止することができる。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る薄膜形成方法によれば、絶縁層上に配線層を形成する工程と、前記配線層上に下地酸化膜を形成する工程と、前記下地酸化膜の表面の少なくとも一部を粗面化する工程と、前記粗面化された下地酸化膜上にスピンオングラス膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。
これにより、下地酸化膜の表面を粗面化することで、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性を向上させることが可能となり、スピンオングラス膜の体積収縮に起因して、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることを防止することができる。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る薄膜形成方法によれば、前記粗面化する工程は、前記下地酸化膜上に接着層を形成する工程と、ＣＶＤ法により表面に凹凸を有するタングステン膜を前記接着層上に形成する工程と、前記タングステン膜および接着層の異方性エッチングを行うことにより、前記タングステン膜の凸部が前記下地酸化膜に残るようにして、前記下地酸化膜の表面を露出させる工程と、前記下地酸化膜上に残されたタングステン膜の凸部をマスクとして、前記下地酸化膜の異方性エッチングを行うことにより、前記下地酸化膜の表面に凹凸を形成する工程と、前記下地酸化膜上に残されたタングステン膜の凸部および接着層を除去する工程と、前記凹凸が形成された下地酸化膜上にスピンオングラス膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、配線層形成後の温度上昇を抑制しつつ、数十ナノメートルオーダの凹凸を下地酸化膜に形成することが可能となる。このため、配線層がＡｌなどの低融点金属で構成されている場合においても、配線層にダメージを与えることなく、下地酸化膜の表面を稠密に粗面化することが可能となり、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることを防止することができる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る薄膜形成方法によれば、前記粗面化する工程は、前記下地酸化膜上にアモルファスシリコン膜を成膜する工程と、前記アモルファスシリコン膜の熱処理を行うことにより、前記アモルファスシリコン膜の表面に凹凸を形成する工程と、前記アモルファスシリコン膜の異方性エッチングを行うことにより、前記アモルファスシリコン膜の凸部が前記下地酸化膜に残るようにして、前記下地酸化膜の表面を露出させる工程と、前記下地酸化膜上に残されたアモルファスシリコン膜の凸部をマスクとして、前記下地酸化膜の異方性エッチングを行うことにより、前記下地酸化膜の表面に凹凸を形成する工程と、前記下地酸化膜上に残されたアモルファスシリコン膜の凸部を除去する工程と、前記凹凸が形成された下地酸化膜上にスピンオングラス膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
これにより、数十ナノメートルオーダの凹凸を下地酸化膜に形成することが可能となり、下地酸化膜の表面を稠密に粗面化することが可能となる。このため、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性を向上させることが可能となり、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることを防止することができる。
また、本発明の一態様に係る薄膜形成方法によれば、絶縁層上に配線層を形成する工程と、前記配線層上に下地酸化膜を形成する工程と、前記下地酸化膜上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜上にスピンオングラス膜を塗布する工程と、熱処理により、前記スピンオングラス膜を焼成させるとともに、前記金属膜を酸化させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、スピンオングラス膜を焼成させる際に、金属膜を酸化させることで、スピンオングラス膜を下地酸化膜に強固に結合することが可能となる。このため、配線層形成後の温度上昇を抑制しつつ、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性を向上させることが可能となり、配線層がＡｌなどの低融点金属で構成されている場合においても、配線層にダメージを与えることなく、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることを防止することができる。
【００１７】
また、本発明の一態様に係る薄膜形成方法によれば、絶縁層上に配線層を形成する工程と、前記配線層上に下地酸化膜を形成する工程と、前記下地酸化膜の表面の少なくとも一部を粗面化する工程と、前記粗面化された下地酸化膜上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜上にスピンオングラス膜を塗布する工程と、熱処理により、前記スピンオングラス膜を焼成させるとともに、前記金属膜を酸化させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
これにより、下地酸化膜の表面を粗面化した後に、金属膜を酸化させることで、スピンオングラス膜と下地酸化膜との間の接触面積を増加させることが可能となるとともに、金属酸化膜を媒介として、スピンオングラス膜を下地酸化膜に強固に結合することが可能となる。このため、スピンオングラス膜と下地酸化膜との接着性をより一層向上させることが可能となり、スピンオングラス膜の体積収縮に起因して、スピンオングラス膜が下地酸化膜から剥がれることをより効果的に防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置および薄膜形成方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るＳＯＧ膜を用いた絶縁層の形成方法を示す断面図である。
【００２０】
図１（ａ）において、絶縁層１上に配線層２を形成する、そして、図１（ｂ）に示すように、ＣＶＤなどの方法により、配線層２上に下地酸化膜３を形成する。なお、下地酸化膜３の膜厚は、１０００〜２０００Åに設定することができる。また、配線層２としては、Ａｌ配線以外にも、例えば、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／ＡｌＴｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮ構造などを用いることができ、Ｃｕ配線やシリサイド配線などでもよい。
【００２１】
次に、図１（ｃ）に示すように、下地酸化膜３とタングステン膜５との接着性を向上させるための接着層４を下地酸化膜３上に形成する。なお、接着層４としては、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＷまたはＷＳｉなどを用いることができる。ここで、接着層４として、例えば、ＴｉＮを用いる場合、Ｔｉをターゲット材料として使用し、Ｎ２とＡｒの混合ガスによりスパッタリングを行うリアクティブスパッタリング法（ＰＶＤ法）で成膜することができる。また、接着層４として、ＰＶＤ法で成膜したタングステン膜を用いるようにしてもよい。
【００２２】
また、接着層４の膜厚は、１０〜１０００Å程度とするのがよく、さらに好ましくは、５０〜２００Å程度とするのがよい。ここで、接着層４の膜厚を１０Å以上、さらに好ましくは５０Å以上とすることにより、ＣＶＤによるタングステン膜５成膜時のＷＦ６ガスにより接着層４が侵食された場合においても、接着層４に機能を有効に維持することができる。また、接着層４の膜厚を１０００Å以下、さらに好ましくは２００Å以下とすることにより、配線層２の間隔が狭い場合においても、接着層４のオーバーハングによるボイドの発生を防止することができ、タングステン膜５を効果的に成膜することが可能となる。
【００２３】
そして、接着層４が下地酸化膜３上に形成されると、熱ＣＶＤ法により表面に凸部（グレイン）５ａを有するタングステン膜５を接着層５上に成膜する。なお、タングステン膜５の成膜方法としては、枚葉式のＣＶＤ装置を用い、原料ガスとしてのＷＦ６をＨ２あるいはＳｉＨ４で還元することにより成膜することができる。また、成膜温度としては、３００〜５００程度とするのがよく、さらに好ましくは、３５０〜４００Å程度とするのがよい。これにより、配線層がＡｌなどの低融点金属で構成されている場合においても、配線層にダメージを与えることなく、数十ナノメートルオーダの凸部５ａを有するタングステン膜５を成膜することができる。また、タングステン膜５の膜厚は３００Å程度以上とするのがよく、これにより、タングステン膜５の表面に十分な凸部５ａを形成することができる。
【００２４】
次に、図１（ｄ）に示すように、ＲＩＥなどの方法を用いて、タングステン膜５および接着層４の異方性エッチングを行うことにより、タングステン膜５の凸部５ａが下地酸化膜３に残るようにして、下地酸化膜３表面を露出させる。ここで、タングステン膜５の凸部５ａが下地酸化膜３に残るようにして、下地酸化膜３表面を露出させることにより、約５００Å径の半球状のタングステンを下地酸化膜３の表面に形成することができる。
【００２５】
なお、タングステン膜５および接着層４の異方性エッチングを行う際のエッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６を用いることができ、エッチング時の圧力は、例えば、５０ｍＴｏｒｒに設定することができる。
次に、図１（ｅ）に示すように、下地酸化膜３上に残されたタングステン膜５の凸部５ａをマスクとして、下地酸化膜３の異方性エッチングを行うことにより、下地酸化膜３の表面に凸部３ａを形成する。なお、下地酸化膜３のエッチング方法としては、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３などのフルオロカーボン系のガスを用いたドライエッチングで行うことができ、例えば、並行平板型カソードカップリングタイプのＲＩＥ装置を用い、エッチングガスとしてＣ４Ｆ８を圧力１０ｍＴｏｒｒの条件で用いることができる。これにより、下地酸化膜３とタングステン膜５との間の選択比を確保しつつ、下地酸化膜３のエッチング時の異方性を向上させることが可能となり、下地酸化膜３の表面に凸部３ａを安定して形成することが可能となる。また、凸部３ａの高さは、例えば、下地酸化膜３の膜厚の半分程度とすることができ、例えば、下地酸化膜３の膜厚が２０００Åであるとすると、凸部３ａの高さは、１０００Å程度に設定することができる。
【００２６】
次に、図１（ｆ）に示すように、下地酸化膜３上に残されたタングステン膜５の凸部５ａおよび接着層４のドライエッチングを行うことにより、下地酸化膜３上に残されたタングステン膜５の凸部５ａおよび接着層４を除去する。なお、タングステン膜５の凸部５ａおよび接着層４のドライエッチングを行う際のエッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６を用いることができ、エッチング時の圧力は、例えば、１００〜２００ｍＴｏｒｒに設定することができる。ここで、図１（ｄ）のエッチング時に比べ、図１（ｆ）のエッチング時の圧力を上昇させることにより、エッチング時のイオン衝撃を低下させることが可能となり、タングステン膜５の凸部５ａおよび接着層４を完全に除去するためのオーバーエッチングを行った場合においても、下地酸化膜３の損失を抑制することが可能となる。
【００２７】
次に、図１（ｇ）に示すように、スピンコート法などの方法により、例えば、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）４）を有機溶媒に溶かしたシリコン化合物溶液を下地酸化膜３上に塗布する。そして、下地酸化膜３上に塗布されたシリコン化合物溶液をホットプレート上で加熱し、有機溶媒を蒸発させながら、シラノールの脱水重合反応を開始させる。なお、ホットプレート上での加熱条件としては、例えば、Ｎ２雰囲気中で２５０℃×１分に設定することができ、温度は１５０〜３００℃の範囲で適宜調整することができる。
【００２８】
そして、有機溶媒を蒸発させた後、炉でのベークを行い、シラノールの脱水重合反応を完了させることにより、下地酸化膜３上にＳＯＧ膜６を形成する。なお、炉での加熱条件としては、例えば、Ｎ２雰囲気中で４００℃×１５分に設定することができ、温度は、３５０〜４５０℃の範囲、時間は１０〜４０分の範囲で適宜調整することができる。
【００２９】
これにより、数十ナノメートルオーダの凹凸を下地酸化膜３の表面に形成することが可能となり、ＳＯＧ膜６と下地酸化膜３との間の接触面積を増加させることが可能となる。このため、ＳＯＧ膜６と下地酸化膜３との接着性を向上させることが可能となり、ＳＯＧ膜６を脱水重合反応させる際にＳＯＧ膜６が体積収縮を起こした場合においても、下地酸化膜３とＳＯＧ膜６との間の界面に発生する応力に対抗して、ＳＯＧ膜６が下地酸化膜３から剥がれることを防止することができる。
【００３０】
なお、上述した実施形態では、凹凸を有する膜を下地酸化膜３上に形成するために、タングステン膜５を熱ＣＶＤ法により形成する方法について説明したが、下地酸化膜３上にモルファスシリコン膜を成膜するようにしてもよい。ただし、モルファスシリコン膜に表面に凹凸を形成するためには、モルファスシリコン膜の成膜時に５５０℃以上の熱処理を行う必要があるため、配線層２をＡｌで形成した場合には、配線層２にダメージが及ぶことがある。このため、下地酸化膜３上に凹凸を形成するためのマスクとしてモルファスシリコン膜を用いる場合には、Ｃｕ配線やシリサイド配線などの高融点金属で配線層２を形成することが好ましい。
【００３１】
図２は、本発明の第２実施形態に係るＳＯＧ膜を用いた絶縁層の形成方法を示す断面図である。
図２（ａ）において、絶縁層１１上に配線層１２を形成する、そして、図２（ｂ）に示すように、ＣＶＤなどの方法により、配線層１２上に下地酸化膜１３を形成する。なお、下地酸化膜１３の膜厚は、１０００〜２０００Åに設定することができる。また、配線層１２としては、Ａｌ配線以外にも、例えば、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／ＡｌＴｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮ構造などを用いることができ、Ｃｕ配線やシリサイド配線などでもよい。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示すように、スパッタなどの方法により、下地酸化膜１３上に金属膜１４を形成する。なお、金属膜１４は、熱処理により下地酸化膜１３およびＳＯＧ膜１５を還元し、金属酸化膜１６に変質させることができるもので、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、ＺｒまたはＣｅなどを用いることができる。また、金属膜１４の膜厚は、１０Å以上とするのがよく、さらに好ましくは、３０Å以上とするのがよい。これにより、金属膜１４を下地酸化膜１３上に連続して形成することができ、下地酸化膜１３とＳＯＧ膜１５との接着性を向上させることが可能となる。
【００３３】
次に、図２（ｄ）に示すように、スピンコート法などの方法により、例えば、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）４）を有機溶媒に溶かしたシリコン化合物溶液を金属膜１４上に塗布する。
次に、図２（ｅ）に示すように、金属膜１４上に塗布されたシリコン化合物溶液をホットプレート上で加熱し、有機溶媒を蒸発させながら、シラノールの脱水重合反応を開始させる。なお、ホットプレート上での加熱条件としては、例えば、Ｎ２雰囲気中で２５０℃×１分に設定することができ、温度は１５０〜３００℃の範囲で適宜調整することができる。
【００３４】
そして、有機溶媒を蒸発させた後、炉でのベークを行い、シラノールの脱水重合反応を完了させることにより、ＳＯＧ膜１５を焼成させるとともに、金属膜１４を酸化させ、下地酸化膜１３とＳＯＧ膜１５との間に金属酸化膜１６を形成する。なお、炉での加熱条件としては、例えば、Ｎ２雰囲気中で４００℃×１５分に設定することができ、温度は、３５０〜４５０℃の範囲、時間は１０〜４０分の範囲で適宜調整することができる。また、金属酸化膜１６としては、例えば、金属膜１４にＴｉを用いた場合、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ、ＴｉＯなど２とすることができ、金属膜１４にＡｌを用いた場合、Ａｌ２Ｏ３とすることができる。
【００３５】
これにより、ＳＯＧ膜１５を焼成させる際に、下地酸化膜１３とＳＯＧ膜１５との間に金属酸化膜１６を形成することが可能となり、金属酸化膜１６を媒介として、ＳＯＧ膜１５を下地酸化膜１３に強固に結合することが可能となる。このため、ＳＯＧ膜１５と下地酸化膜１３との接着性を向上させることが可能となり、ＳＯＧ膜１５を脱水重合反応させる際にＳＯＧ膜１５が体積収縮を起こした場合においても、下地酸化膜１３とＳＯＧ膜１５との間の界面に発生する応力に対抗して、ＳＯＧ膜１５が下地酸化膜１３から剥がれることを防止することができる。
【００３６】
図３は、本発明の第３実施形態に係るＳＯＧ膜を用いた絶縁層の形成方法を示す断面図である。
図３（ａ）において、絶縁層２１上に配線層２２を形成する、そして、図３（ｂ）に示すように、ＣＶＤなどの方法により、配線層２２上に下地酸化膜２３を形成する。なお、下地酸化膜２３の膜厚は、１０００〜２０００Åに設定することができる。また、配線層２２としては、Ａｌ配線以外にも、例えば、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／ＡｌＴｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮ構造などを用いることができ、Ｃｕ配線やシリサイド配線などでもよい。
【００３７】
次に、図３（ｃ）に示すように、下地酸化膜２３とタングステン膜２５との接着性を向上させるための接着層２４を下地酸化膜２３上に形成する。なお、接着層２４としては、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＷまたはＷＳｉなどを用いることができる。ここで、接着層２４として、例えば、ＴｉＮを用いる場合、Ｔｉをターゲット材料として使用し、Ｎ２とＡｒの混合ガスによりスパッタリングを行うリアクティブスパッタリング法（ＰＶＤ法）で成膜することができる。また、接着層２４として、ＰＶＤ法で成膜したタングステン膜を用いるようにしてもよい。
【００３８】
また、接着層２４の膜厚は、１０〜１０００Å程度とするのがよく、さらに好ましくは、５０〜２００Å程度とするのがよい。ここで、接着層２４の膜厚を１０Å以上、さらに好ましくは５０Å以上とすることにより、ＣＶＤによるタングステン膜２５成膜時のＷＦ６ガスにより接着層４が侵食された場合においても、接着層２４に機能を有効に維持することができる。また、接着層２４の膜厚を１０００Å以下、さらに好ましくは２００Å以下とすることにより、配線層２２の間隔が狭い場合においても、接着層２４のオーバーハングによるボイドの発生を防止することができ、タングステン膜２５を効果的に成膜することが可能となる。
【００３９】
そして、接着層２４が下地酸化膜２３上に形成されると、熱ＣＶＤ法により表面に凸部（グレイン）２５ａを有するタングステン膜２５を接着層２５上に成膜する。なお、タングステン膜２５の成膜方法としては、枚葉式のＣＶＤ装置を用い、原料ガスとしてのＷＦ６をＨ２あるいはＳｉＨ４で還元することにより成膜することができる。また、成膜温度としては、３００〜５００程度とするのがよく、さらに好ましくは、３５０〜４００Å程度とするのがよい。これにより、配線層がＡｌなどの低融点金属で構成されている場合においても、配線層にダメージを与えることなく、数十ナノメートルオーダの凸部２５ａを有するタングステン膜２５を成膜することができる。また、タングステン膜２５の膜厚は３００Å程度以上とするのがよく、これにより、タングステン膜２５の表面に十分な凸部２５ａを形成することができる。
【００４０】
次に、図３（ｄ）に示すように、ＲＩＥなどの方法を用いて、タングステン膜２５および接着層２４の異方性エッチングを行うことにより、タングステン膜２５の凸部２５ａが下地酸化膜２３に残るようにして、下地酸化膜２３表面を露出させる。ここで、タングステン膜２５の凸部２５ａが下地酸化膜２３に残るようにして、下地酸化膜２３表面を露出させることにより、約５００Å径の半球状のタングステンを下地酸化膜２３の表面に形成することができる。
【００４１】
なお、タングステン膜２５および接着層２４の異方性エッチングを行う際のエッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６を用いることができ、エッチング時の圧力は、例えば、５０ｍＴｏｒｒに設定することができる。
次に、図３（ｅ）に示すように、下地酸化膜２３上に残されたタングステン膜２５の凸部２５ａをマスクとして、下地酸化膜２３の異方性エッチングを行うことにより、下地酸化膜２３の表面に凸部２３ａを形成する。なお、下地酸化膜２３のエッチング方法としては、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３などのフルオロカーボン系のガスを用いたドライエッチングで行うことができ、例えば、並行平板型カソードカップリングタイプのＲＩＥ装置を用い、エッチングガスとしてＣ４Ｆ８を圧力１０ｍＴｏｒｒの条件で用いることができる。これにより、下地酸化膜２３とタングステン膜２５との選択比を確保しつつ、下地酸化膜２３のエッチング時の異方性を向上させることが可能となり、下地酸化膜２３の表面に凸部２３ａを安定して形成することが可能となる。また、凸部２３ａの高さは、例えば、下地酸化膜２３の膜厚の半分程度とすることができ、例えば、下地酸化膜２３の膜厚が２０００Åであるとすると、凸部２３ａの高さは、１０００Å程度に設定することができる。
【００４２】
次に、図３（ｆ）に示すように、下地酸化膜２３上に残されたタングステン膜２５の凸部２５ａおよび接着層２４のドライエッチングを行うことにより、下地酸化膜２３上に残されたタングステン膜２５の凸部２５ａおよび接着層２４を除去する。なお、タングステン膜２５の凸部２５ａおよび接着層２４のドライエッチングを行う際のエッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６を用いることができ、エッチング時の圧力は、例えば、１００〜２００ｍＴｏｒｒに設定することができる。ここで、図３（ｄ）のエッチング時に比べ、図３（ｆ）のエッチング時の圧力を上昇させることにより、エッチング時のイオン衝撃を低下させることが可能となり、タングステン膜２５の凸部２５ａおよび接着層２４を完全に除去するためのオーバーエッチングを行った場合においても、下地酸化膜２３の損失を抑制することが可能となる。
【００４３】
次に、図３（ｇ）に示すように、スパッタなどの方法により、凸部２３ａが形成された下地酸化膜２３上に金属膜２６を形成する。なお、金属膜２６としては、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、ＺｒまたはＣｅなどを用いることができる。また、金属膜２６の膜厚は、１０Å以上とするのがよく、さらに好ましくは、３０Å以上とするのがよい。これにより、金属膜２６を下地酸化膜２３上に連続して形成することができ、下地酸化膜２３とＳＯＧ膜２７との接着性を向上させることが可能となる。
【００４４】
次に、図３（ｈ）に示すように、スピンコート法などの方法により、例えば、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）４）を有機溶媒に溶かしたシリコン化合物溶液を金属膜２６上に塗布する。
次に、図３（ｉ）に示すように、金属膜２６上に塗布されたシリコン化合物溶液をホットプレート上で加熱し、有機溶媒を蒸発させながら、シラノールの脱水重合反応を開始させる。なお、ホットプレート上での加熱条件としては、例えば、Ｎ２雰囲気中で２５０℃×１分に設定することができ、温度は１５０〜３００℃の範囲で適宜調整することができる。
【００４５】
そして、有機溶媒を蒸発させた後、炉でのベークを行い、シラノールの脱水重合反応を完了させることにより、ＳＯＧ膜２７を焼成させるとともに、金属膜２６を酸化させ、下地酸化膜２３とＳＯＧ膜２７との間に金属酸化膜２８を形成する。なお、炉での加熱条件としては、例えば、Ｎ２雰囲気中で４００℃×１５分に設定することができ、温度は、３５０〜４５０℃の範囲、時間は１０〜４０分の範囲で適宜調整することができる。また、金属酸化膜２８としては、例えば、金属膜２６にＴｉを用いた場合、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ、ＴｉＯなど２とすることができ、金属膜２６にＡｌを用いた場合、Ａｌ２Ｏ３とすることができる。
【００４６】
これにより、数十ナノメートルオーダの凹凸を下地酸化膜２３の表面に形成することが可能となり、ＳＯＧ膜２７と下地酸化膜２３との間の接触面積を増加させることが可能となるとともに、金属酸化膜２８を媒介として、ＳＯＧ膜２７を下地酸化膜２３に強固に結合することが可能となる。このため、ＳＯＧ膜２７と下地酸化膜２３との接着性を向上させることが可能となり、ＳＯＧ膜２７を脱水重合反応させる際にＳＯＧ膜２７が体積収縮を起こした場合においても、下地酸化膜２３とＳＯＧ膜２７との間の界面に発生する応力に対抗して、ＳＯＧ膜２７が下地酸化膜２３から剥がれることを防止することができる。
【００４７】
なお、上述した実施形態では、配線層を半導体装置に形成する場合について説明したが、本発明に係る配線形成方法は半導体装置に限定されることなく、半導体装置以外にも、例えば、液晶表示装置、有機ＥＬ素子、プラズマディスプレイ装置、ビルドアップ多層配線板などに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る絶縁層の形成方法を示す断面図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る絶縁層の形成方法を示す断面図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る絶縁層の形成方法を示す断面図。
【図４】従来の絶縁層の形成方法を示す断面図。
【符号の説明】
１、１１、２１ 絶縁層、２、１２、２２ 配線層、３、１３、２３ 下地酸化膜、４、２４ 接着層、５、１５、２５ タングステン膜、３ａ、５ａ、２５ａ 凸部、６、２７ ＳＯＧ膜、１４、２６ 金属層膜、１６、２８ 金属酸化膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method of forming a thin film, and is particularly suitable when applied to a case where an SOG (spin-on-glass) film is used as an insulating film between wiring layers.
[0002]
[Prior art]
In a conventional semiconductor device, for example, as disclosed in Patent Document 1, there is a method using an SOG film such as a siloxane polymer to improve the flatness of an interlayer insulating film.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional method for forming an insulating layer using an SOG film.
[0003]
In FIG. 4A, a wiring layer 32 made of Al or the like is formed on an insulating layer 31. Then, as shown in FIG. 4B, a base oxide film 33 is formed on the wiring layer 32 by a method such as CVD.
Next, as shown in FIG. 4C, for example, a silanol (Si (OH) 4 ) Is dissolved in an organic solvent, and a silicon compound solution is applied on the base oxide film 33. Then, the silicon compound solution applied on the base oxide film 33 is heated on a hot plate to evaporate the organic solvent and start a dehydration polymerization reaction of silanol. After evaporating the organic solvent, baking is performed in a furnace to complete the dehydration polymerization reaction of silanol, thereby forming the SOG film 34 on the base oxide film 33.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-9-148321
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional semiconductor device, the volume shrinkage of the SOG film 34 occurs when the SOG film 34 is subjected to dehydration polymerization. Therefore, there is a problem that stress is generated at the interface between the base oxide film 33 and the SOG film 34, and the SOG film 34 is peeled off from the base oxide film 33.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a thin film forming method capable of improving the adhesion between a spin-on-glass film and a base oxide film.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to an embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device including a wiring layer, a base oxide film formed on the wiring layer, and a rough layer provided on a surface of the base oxide film. And a spin-on-glass film formed on the base oxide film.
[0008]
This makes it possible to increase the contact area between the spin-on-glass film and the underlying oxide film. For this reason, it is possible to improve the adhesion between the spin-on-glass film and the underlying oxide film, and to prevent the spin-on-glass film from peeling off from the underlying oxide film due to the volume shrinkage of the spin-on-glass film.
Further, according to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, a wiring layer, a base oxide film formed on the wiring layer, a metal oxide film formed on the base oxide film, and the metal oxide film And a spin-on-glass film formed thereon.
[0009]
Thus, the spin-on-glass film can be firmly bonded to the underlying oxide film via the metal oxide film. For this reason, it is possible to improve the adhesion between the spin-on-glass film and the underlying oxide film, and to prevent the spin-on-glass film from peeling off from the underlying oxide film due to the volume shrinkage of the spin-on-glass film.
[0010]
Further, according to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the wiring layer, a base oxide film formed on the wiring layer, a rough surface region provided on a surface of the base oxide film, A metal oxide film formed on the film, and a spin-on-glass film formed on the metal oxide film are provided.
This makes it possible to increase the contact area between the spin-on-glass film and the underlying oxide film, and to firmly couple the spin-on-glass film to the underlying oxide film via the metal oxide film. . For this reason, it is possible to further improve the adhesiveness between the spin-on-glass film and the underlying oxide film, and to more effectively prevent the spin-on-glass film from peeling off from the underlying oxide film due to the volume shrinkage of the spin-on-glass film. Can be prevented.
[0011]
According to the thin film forming method of one embodiment of the present invention, a step of forming a wiring layer on an insulating layer, a step of forming a base oxide film on the wiring layer, and at least a surface of the base oxide film The method includes a step of roughening a part of the surface and a step of forming a spin-on-glass film on the roughened base oxide film.
This makes it possible to improve the adhesion between the spin-on-glass film and the base oxide film by roughening the surface of the base-oxide film, and the spin-on-glass film is shrunk due to the volume shrinkage of the spin-on-glass film. Peeling from the base oxide film can be prevented.
[0012]
According to the thin film formation method of one embodiment of the present invention, the step of roughening includes the step of forming an adhesive layer on the base oxide film and the step of forming a tungsten film having irregularities on the surface by a CVD method. By performing a step of forming on the adhesive layer and performing anisotropic etching of the tungsten film and the adhesive layer, the convex portion of the tungsten film remains on the underlying oxide film, and the surface of the underlying oxide film is exposed. Forming an asperity on the surface of the underlying oxide film by performing anisotropic etching of the underlying oxide film using the convex portion of the tungsten film left on the underlying oxide film as a mask, A step of removing a protrusion and an adhesive layer of the tungsten film remaining on the base oxide film; and a step of forming a spin-on-glass film on the base oxide film on which the irregularities are formed. And it features.
[0013]
This makes it possible to form irregularities on the order of several tens of nanometers on the underlying oxide film while suppressing the temperature rise after the formation of the wiring layer. Therefore, even when the wiring layer is made of a low melting point metal such as Al, the surface of the base oxide film can be densely roughened without damaging the wiring layer, and the spin-on-glass film can be formed. Can be prevented from peeling off from the underlying oxide film.
[0014]
Further, according to the thin film forming method of one embodiment of the present invention, the roughening step includes a step of forming an amorphous silicon film on the base oxide film and a heat treatment of the amorphous silicon film. A step of forming irregularities on the surface of the amorphous silicon film, and performing anisotropic etching of the amorphous silicon film so that the projections of the amorphous silicon film remain on the underlying oxide film, A step of exposing the surface of the film, and performing anisotropic etching of the underlying oxide film using the convex portion of the amorphous silicon film remaining on the underlying oxide film as a mask, thereby forming an uneven surface on the underlying oxide film. Forming an amorphous silicon film remaining on the base oxide film, and forming the base acid on which the irregularities are formed. Characterized in that it comprises a step of forming a spin-on-glass film on the membrane.
[0015]
This makes it possible to form irregularities on the order of several tens of nanometers on the underlying oxide film, and it is possible to roughen the surface of the underlying oxide film densely. For this reason, it is possible to improve the adhesion between the spin-on-glass film and the underlying oxide film, and to prevent the spin-on-glass film from peeling off from the underlying oxide film.
According to the thin film formation method of one embodiment of the present invention, a step of forming a wiring layer on an insulating layer, a step of forming a base oxide film on the wiring layer, and a step of forming a metal film on the base oxide film Forming, forming a spin-on-glass film on the metal film, and baking the spin-on-glass film by heat treatment and oxidizing the metal film.
[0016]
This makes it possible to firmly couple the spin-on-glass film to the underlying oxide film by oxidizing the metal film when firing the spin-on-glass film. For this reason, it is possible to improve the adhesion between the spin-on-glass film and the underlying oxide film while suppressing the temperature rise after the formation of the wiring layer, and when the wiring layer is made of a low melting point metal such as Al. Also, it is possible to prevent the spin-on-glass film from peeling off from the underlying oxide film without damaging the wiring layer.
[0017]
According to the thin film forming method of one embodiment of the present invention, a step of forming a wiring layer on an insulating layer, a step of forming a base oxide film on the wiring layer, and at least a surface of the base oxide film A step of partially roughening, a step of forming a metal film on the roughened base oxide film, a step of applying a spin-on-glass film on the metal film, and a heat treatment to form the spin-on-glass film And a step of oxidizing the metal film.
[0018]
This makes it possible to increase the contact area between the spin-on-glass film and the base oxide film by oxidizing the metal film after roughening the surface of the base oxide film, and As an intermediary, the spin-on-glass film can be firmly bonded to the underlying oxide film. For this reason, it is possible to further improve the adhesiveness between the spin-on-glass film and the underlying oxide film, and to more effectively prevent the spin-on-glass film from peeling off from the underlying oxide film due to the volume shrinkage of the spin-on-glass film. Can be prevented.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a semiconductor device and a thin film forming method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing a method for forming an insulating layer using an SOG film according to the first embodiment of the present invention.
[0020]
1A, a wiring layer 2 is formed on an insulating layer 1, and as shown in FIG. 1B, a base oxide film 3 is formed on the wiring layer 2 by a method such as CVD. The thickness of base oxide film 3 can be set at 1000 to 2000 °. As the wiring layer 2, other than the Al wiring, for example, a TiN / Al-Cu / Ti / TiN structure, a TiN / AlTi / TiN structure, a TiN / Al-Cu / TiN structure, or the like can be used. Wiring or silicide wiring may be used.
[0021]
Next, as shown in FIG. 1C, an adhesive layer 4 for improving the adhesion between the underlying oxide film 3 and the tungsten film 5 is formed on the underlying oxide film 3. In addition, as the adhesive layer 4, for example, TiN, TiW, WSi, or the like can be used. Here, for example, when TiN is used as the adhesive layer 4, Ti is used as a target material, 2 A film can be formed by a reactive sputtering method (PVD method) in which sputtering is performed using a mixed gas of Ar and Ar. Further, as the adhesive layer 4, a tungsten film formed by a PVD method may be used.
[0022]
Further, the thickness of the adhesive layer 4 is preferably about 10 to 1000 °, and more preferably about 50 to 200 °. Here, by setting the thickness of the adhesive layer 4 to 10 ° or more, more preferably 50 ° or more, the WF at the time of forming the tungsten film 5 by CVD is increased. 6 Even when the adhesive layer 4 is eroded by the gas, the function of the adhesive layer 4 can be effectively maintained. Further, by setting the thickness of the adhesive layer 4 to 1000 ° or less, more preferably 200 ° or less, it is possible to prevent voids due to overhang of the adhesive layer 4 even when the interval between the wiring layers 2 is narrow, The tungsten film 5 can be effectively formed.
[0023]
Then, when the adhesive layer 4 is formed on the base oxide film 3, a tungsten film 5 having a convex portion (grain) 5a on the surface is formed on the adhesive layer 5 by a thermal CVD method. As a method for forming the tungsten film 5, a single-wafer CVD apparatus is used, and WF as a source gas is used. 6 To H 2 Or SiH 4 To form a film. The film forming temperature is preferably about 300 to 500, and more preferably about 350 to 400 °. Thus, even when the wiring layer is made of a low melting point metal such as Al, the tungsten film 5 having the projections 5a on the order of several tens of nanometers can be formed without damaging the wiring layer. it can. Also, the thickness of the tungsten film 5 is preferably about 300 ° or more, so that a sufficient convex portion 5a can be formed on the surface of the tungsten film 5.
[0024]
Next, as shown in FIG. 1D, the protrusions 5a of the tungsten film 5 and the adhesive layer 4 are anisotropically etched by a method such as RIE so that the protrusions 5a of the tungsten film 5 are formed. To expose the surface of the underlying oxide film 3. Here, a hemispherical tungsten having a diameter of about 500 ° is formed on the surface of the base oxide film 3 by exposing the surface of the base oxide film 3 so that the protrusions 5 a of the tungsten film 5 remain on the base oxide film 3. be able to.
[0025]
The etching gas used when performing anisotropic etching of the tungsten film 5 and the adhesive layer 4 is, for example, SF. 6 Can be used, and the pressure at the time of etching can be set to, for example, 50 mTorr.
Next, as shown in FIG. 1E, the underlying oxide film 3 is subjected to anisotropic etching using the protrusions 5a of the tungsten film 5 left on the underlying oxide film 3 as a mask, thereby forming the underlying oxide film. A projection 3a is formed on the surface of the substrate 3. Note that the etching method for the base oxide film 3 is CF 4 , C 2 F 6 , C 4 F 8 , CHF 3 Can be performed by dry etching using a fluorocarbon-based gas such as, for example, a parallel plate type cathode coupling type RIE apparatus, and C is used as an etching gas. 4 F 8 Can be used at a pressure of 10 mTorr. This makes it possible to improve the anisotropy of the underlying oxide film 3 at the time of etching while ensuring the selectivity between the underlying oxide film 3 and the tungsten film 5. 3a can be formed stably. The height of the projection 3a can be, for example, about half the thickness of the underlying oxide film 3. For example, if the thickness of the underlying oxide film 3 is 2000 °, the height of the projection 3a is Can be set to about 1000 °.
[0026]
Next, as shown in FIG. 1 (f), the protrusions 5 a of the tungsten film 5 left on the base oxide film 3 and the adhesive layer 4 are dry-etched to leave them on the base oxide film 3. The protrusion 5a of the tungsten film 5 and the adhesive layer 4 are removed. The dry etching of the protrusions 5a of the tungsten film 5 and the adhesive layer 4 may be, for example, SF. 6 Can be used, and the pressure at the time of etching can be set to, for example, 100 to 200 mTorr. Here, compared with the etching of FIG. 1D, the ion bombardment at the time of etching can be reduced by increasing the pressure at the time of etching of FIG. Even when the over-etching for completely removing the adhesive layer 4 is performed, the loss of the base oxide film 3 can be suppressed.
[0027]
Next, as shown in FIG. 1G, for example, silanol (Si (OH) 4 ) Is dissolved in an organic solvent, and a silicon compound solution is applied on the underlying oxide film 3. Then, the silicon compound solution applied on the base oxide film 3 is heated on a hot plate to evaporate the organic solvent and start a dehydration polymerization reaction of silanol. The heating conditions on the hot plate include, for example, N 2 2 The temperature can be set to 250 ° C. × 1 minute in an atmosphere, and the temperature can be appropriately adjusted in the range of 150 to 300 ° C.
[0028]
Then, after evaporating the organic solvent, baking is performed in a furnace to complete the dehydration polymerization reaction of silanol, thereby forming the SOG film 6 on the base oxide film 3. The heating conditions in the furnace include, for example, N 2 2 The temperature can be adjusted to 400 ° C. × 15 minutes in an atmosphere, the temperature can be appropriately adjusted within a range of 350 to 450 ° C., and the time can be appropriately adjusted within a range of 10 to 40 minutes.
[0029]
This makes it possible to form irregularities on the order of several tens of nanometers on the surface of base oxide film 3, and it is possible to increase the contact area between SOG film 6 and base oxide film 3. Therefore, the adhesion between the SOG film 6 and the underlying oxide film 3 can be improved, and even if the SOG film 6 undergoes volume shrinkage during the dehydration polymerization reaction of the SOG film 6, the underlying oxide film 3 The SOG film 6 can be prevented from peeling from the underlying oxide film 3 against the stress generated at the interface between the SOG film 6 and the SOG film 6.
[0030]
In the above-described embodiment, the method of forming the tungsten film 5 by the thermal CVD method in order to form the film having the irregularities on the base oxide film 3 has been described, but the morphous silicon film is formed on the base oxide film 3. A film may be formed. However, in order to form irregularities on the surface of the morphous silicon film, it is necessary to perform a heat treatment at 550 ° C. or more at the time of forming the morphous silicon film. May be damaged. Therefore, when a morphous silicon film is used as a mask for forming irregularities on the underlying oxide film 3, it is preferable to form the wiring layer 2 with a high melting point metal such as a Cu wiring or a silicide wiring.
[0031]
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method for forming an insulating layer using an SOG film according to a second embodiment of the present invention.
In FIG. 2A, a wiring layer 12 is formed on an insulating layer 11, and as shown in FIG. 2B, a base oxide film 13 is formed on the wiring layer 12 by a method such as CVD. The thickness of base oxide film 13 can be set at 1000 to 2000 °. As the wiring layer 12, other than the Al wiring, for example, a TiN / Al-Cu / Ti / TiN structure, a TiN / AlTi / TiN structure, a TiN / Al-Cu / TiN structure, or the like can be used. Wiring or silicide wiring may be used.
[0032]
Next, as shown in FIG. 2C, a metal film 14 is formed on the base oxide film 13 by a method such as sputtering. The metal film 14 can reduce the underlying oxide film 13 and the SOG film 15 by heat treatment to be transformed into the metal oxide film 16, and for example, uses Ti, Al, Mg, Ca, Zr or Ce or the like. be able to. The thickness of the metal film 14 is preferably 10 ° or more, more preferably 30 ° or more. Thereby, the metal film 14 can be continuously formed on the base oxide film 13, and the adhesion between the base oxide film 13 and the SOG film 15 can be improved.
[0033]
Next, as shown in FIG. 2D, for example, a silanol (Si (OH) 4 ) Is dissolved in an organic solvent, and a silicon compound solution is applied on the metal film 14.
Next, as shown in FIG. 2 (e), the silicon compound solution applied on the metal film 14 is heated on a hot plate to evaporate the organic solvent and start a dehydration polymerization reaction of silanol. The heating conditions on the hot plate include, for example, N 2 2 The temperature can be set to 250 ° C. × 1 minute in an atmosphere, and the temperature can be appropriately adjusted in the range of 150 to 300 ° C.
[0034]
Then, after evaporating the organic solvent, baking is performed in a furnace to complete the dehydration polymerization reaction of silanol, thereby firing the SOG film 15 and oxidizing the metal film 14 to form the base oxide film 13 and the SOG film. 15 and a metal oxide film 16 is formed. The heating conditions in the furnace include, for example, N 2 2 The temperature can be adjusted to 400 ° C. × 15 minutes in an atmosphere, the temperature can be appropriately adjusted within a range of 350 to 450 ° C., and the time can be appropriately adjusted within a range of 10 to 40 minutes. Further, as the metal oxide film 16, for example, when Ti is used for the metal film 14, Ti 2 O 3 , TiO, TiO, etc. 2 When Al is used for the metal film 14, Al 2 O 3 It can be.
[0035]
Thus, when firing the SOG film 15, the metal oxide film 16 can be formed between the base oxide film 13 and the SOG film 15, and the SOG film 15 is oxidized through the metal oxide film 16 as a medium. It becomes possible to bond firmly to the film 13. Therefore, the adhesion between the SOG film 15 and the underlying oxide film 13 can be improved, and even when the SOG film 15 undergoes volume shrinkage during the dehydration polymerization reaction of the SOG film 15, the underlying oxide film 13 The SOG film 15 can be prevented from peeling from the underlying oxide film 13 against the stress generated at the interface between the SOG film 15 and the SOG film 15.
[0036]
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for forming an insulating layer using an SOG film according to a third embodiment of the present invention.
3A, a wiring layer 22 is formed on an insulating layer 21. Then, as shown in FIG. 3B, a base oxide film 23 is formed on the wiring layer 22 by a method such as CVD. The thickness of base oxide film 23 can be set at 1000 to 2000 °. As the wiring layer 22, other than the Al wiring, for example, a TiN / Al-Cu / Ti / TiN structure, a TiN / AlTi / TiN structure, a TiN / Al-Cu / TiN structure, or the like can be used. Wiring or silicide wiring may be used.
[0037]
Next, as shown in FIG. 3C, an adhesive layer 24 for improving adhesion between the base oxide film 23 and the tungsten film 25 is formed on the base oxide film 23. In addition, as the adhesive layer 24, for example, TiN, TiW, WSi, or the like can be used. Here, for example, when TiN is used as the adhesive layer 24, Ti is used as a target material, 2 A film can be formed by a reactive sputtering method (PVD method) in which sputtering is performed using a mixed gas of Ar and Ar. Further, as the adhesive layer 24, a tungsten film formed by a PVD method may be used.
[0038]
The thickness of the adhesive layer 24 is preferably about 10 to 1000 °, and more preferably about 50 to 200 °. Here, by setting the thickness of the adhesive layer 24 to 10 ° or more, more preferably 50 ° or more, the WF at the time of forming the tungsten film 25 by CVD is increased. 6 Even when the adhesive layer 4 is eroded by the gas, the function of the adhesive layer 24 can be effectively maintained. Further, by setting the thickness of the adhesive layer 24 to 1000 ° or less, more preferably 200 ° or less, even when the interval between the wiring layers 22 is narrow, it is possible to prevent the occurrence of voids due to the overhang of the adhesive layer 24, The tungsten film 25 can be effectively formed.
[0039]
Then, when the adhesive layer 24 is formed on the base oxide film 23, a tungsten film 25 having a convex portion (grain) 25a on the surface is formed on the adhesive layer 25 by a thermal CVD method. As a method for forming the tungsten film 25, a single-wafer CVD apparatus is used, and WF as a source gas is used. 6 To H 2 Or SiH 4 To form a film. The film forming temperature is preferably about 300 to 500, and more preferably about 350 to 400 °. Thus, even when the wiring layer is made of a low melting point metal such as Al, the tungsten film 25 having the projections 25a on the order of tens of nanometers can be formed without damaging the wiring layer. it can. Further, the thickness of the tungsten film 25 is preferably about 300 ° or more, so that a sufficient protrusion 25 a can be formed on the surface of the tungsten film 25.
[0040]
Next, as shown in FIG. 3D, anisotropic etching of the tungsten film 25 and the adhesive layer 24 is performed using a method such as RIE, so that the projection 25a of the tungsten film 25 To expose the surface of the underlying oxide film 23. Here, a hemispherical tungsten having a diameter of about 500 mm is formed on the surface of the base oxide film 23 by exposing the surface of the base oxide film 23 so that the projection 25a of the tungsten film 25 remains on the base oxide film 23. be able to.
[0041]
As an etching gas for performing anisotropic etching of the tungsten film 25 and the adhesive layer 24, for example, SF 6 Can be used, and the pressure at the time of etching can be set to, for example, 50 mTorr.
Next, as shown in FIG. 3E, the underlying oxide film 23 is anisotropically etched by using the protrusions 25a of the tungsten film 25 remaining on the underlying oxide film 23 as a mask, thereby forming the underlying oxide film. A projection 23a is formed on the surface of the substrate 23. In addition, as an etching method of the base oxide film 23, CF 4 , C 2 F 6 , C 4 F 8 , CHF 3 Can be performed by dry etching using a fluorocarbon-based gas such as, for example, a parallel plate type cathode coupling type RIE apparatus, and C is used as an etching gas. 4 F 8 Can be used at a pressure of 10 mTorr. This makes it possible to improve the anisotropy of the underlying oxide film 23 at the time of etching while securing the selectivity between the underlying oxide film 23 and the tungsten film 25. It can be formed stably. The height of the projection 23a can be, for example, about half the thickness of the underlying oxide film 23. For example, if the thickness of the underlying oxide film 23 is 2000 °, the height of the projection 23a is Can be set to about 1000 °.
[0042]
Next, as shown in FIG. 3 (f), the protrusions 25 a of the tungsten film 25 left on the base oxide film 23 and the adhesive layer 24 are dry-etched to leave the base oxide film 23. The protrusion 25a of the tungsten film 25 and the adhesive layer 24 are removed. The etching gas for performing the dry etching of the projection 25a of the tungsten film 25 and the adhesive layer 24 is, for example, SF. 6 Can be used, and the pressure at the time of etching can be set to, for example, 100 to 200 mTorr. Here, the ion bombardment at the time of etching can be reduced by increasing the pressure at the time of etching of FIG. 3F as compared with that at the time of etching of FIG. Even when over-etching for completely removing the adhesive layer 24 is performed, the loss of the base oxide film 23 can be suppressed.
[0043]
Next, as shown in FIG. 3G, a metal film 26 is formed on the base oxide film 23 on which the protrusions 23a are formed by a method such as sputtering. In addition, as the metal film 26, for example, Ti, Al, Mg, Ca, Zr, Ce, or the like can be used. The thickness of the metal film 26 is preferably set to 10 ° or more, and more preferably, 30 ° or more. Thereby, the metal film 26 can be continuously formed on the base oxide film 23, and the adhesiveness between the base oxide film 23 and the SOG film 27 can be improved.
[0044]
Next, as shown in FIG. 3H, for example, a silanol (Si (OH) 4 ) Is dissolved in an organic solvent, and a silicon compound solution is applied on the metal film 26.
Next, as shown in FIG. 3 (i), the silicon compound solution applied on the metal film 26 is heated on a hot plate to evaporate the organic solvent and start a dehydration polymerization reaction of silanol. The heating conditions on the hot plate include, for example, N 2 2 The temperature can be set to 250 ° C. × 1 minute in an atmosphere, and the temperature can be appropriately adjusted in the range of 150 to 300 ° C.
[0045]
Then, after evaporating the organic solvent, baking is performed in a furnace to complete the dehydration polymerization reaction of silanol, thereby firing the SOG film 27 and oxidizing the metal film 26, thereby forming the base oxide film 23 and the SOG film. 27, a metal oxide film 28 is formed. The heating conditions in the furnace include, for example, N 2 2 The temperature can be adjusted to 400 ° C. × 15 minutes in an atmosphere, the temperature can be appropriately adjusted within a range of 350 to 450 ° C., and the time can be appropriately adjusted within a range of 10 to 40 minutes. For example, when Ti is used for the metal film 26, 2 O 3 , TiO, TiO, etc. 2 When Al is used for the metal film 26, 2 O 3 It can be.
[0046]
This makes it possible to form irregularities on the order of several tens of nanometers on the surface of the underlying oxide film 23, thereby increasing the contact area between the SOG film 27 and the underlying oxide film 23, and increasing the metal area. The SOG film 27 can be firmly bonded to the base oxide film 23 via the oxide film 28. Therefore, the adhesion between the SOG film 27 and the underlying oxide film 23 can be improved, and even if the SOG film 27 undergoes volume shrinkage during the dehydration polymerization reaction of the SOG film 27, the underlying oxide film 23 The SOG film 27 can be prevented from peeling from the underlying oxide film 23 against the stress generated at the interface between the SOG film 27 and the SOG film 27.
[0047]
In the above-described embodiment, the case where the wiring layer is formed on the semiconductor device has been described. However, the wiring forming method according to the present invention is not limited to the semiconductor device. , An organic EL element, a plasma display device, a build-up multilayer wiring board, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a method for forming an insulating layer according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a method for forming an insulating layer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a method for forming an insulating layer according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a conventional method for forming an insulating layer.
[Explanation of symbols]
1, 11, 21 Insulating layer, 2, 12, 22 Wiring layer, 3, 13, 23 Base oxide film, 4, 24 Adhesive layer, 5, 15, 25 Tungsten film, 3a, 5a, 25a Convex portion, 6, 27 SOG film, 14, 26 metal layer film, 16, 28 metal oxide film

Claims (8)

配線層と、
前記配線層上に形成された下地酸化膜と、
前記下地酸化膜の表面に設けられた粗面領域と、
前記下地酸化膜上に形成されたスピンオングラス膜とを備えることを特徴とする半導体装置。A wiring layer,
A base oxide film formed on the wiring layer,
A rough surface region provided on the surface of the base oxide film;
A spin-on-glass film formed on the base oxide film. 配線層と、
前記配線層上に形成された下地酸化膜と、
前記下地酸化膜上に形成された金属酸化膜と、
前記金属酸化膜上に形成されたスピンオングラス膜とを備えることを特徴とする半導体装置。A wiring layer,
A base oxide film formed on the wiring layer,
A metal oxide film formed on the base oxide film,
A spin-on-glass film formed on the metal oxide film. 配線層と、
前記配線層上に形成された下地酸化膜と、
前記下地酸化膜の表面に設けられた粗面領域と、
前記下地酸化膜上に形成された金属酸化膜と、
前記金属酸化膜上に形成されたスピンオングラス膜とを備えることを特徴とする半導体装置。A wiring layer,
A base oxide film formed on the wiring layer,
A rough surface region provided on the surface of the base oxide film;
A metal oxide film formed on the base oxide film,
A spin-on-glass film formed on the metal oxide film. 絶縁層上に配線層を形成する工程と、
前記配線層上に下地酸化膜を形成する工程と、
前記下地酸化膜の表面の少なくとも一部を粗面化する工程と、
前記粗面化された下地酸化膜上にスピンオングラス膜を形成する工程とを備えることを特徴とする薄膜形成方法。Forming a wiring layer on the insulating layer;
Forming a base oxide film on the wiring layer;
Roughening at least a part of the surface of the base oxide film;
Forming a spin-on-glass film on the roughened base oxide film. 前記粗面化する工程は、
前記下地酸化膜上に接着層を形成する工程と、
ＣＶＤ法により表面に凹凸を有するタングステン膜を前記接着層上に形成する工程と、
前記タングステン膜および接着層の異方性エッチングを行うことにより、前記タングステン膜の凸部が前記下地酸化膜に残るようにして、前記下地酸化膜の表面を露出させる工程と、
前記下地酸化膜上に残されたタングステン膜の凸部をマスクとして、前記下地酸化膜の異方性エッチングを行うことにより、前記下地酸化膜の表面に凹凸を形成する工程と、
前記下地酸化膜上に残されたタングステン膜の凸部および接着層を除去する工程と、
前記凹凸が形成された下地酸化膜上にスピンオングラス膜を形成する工程とを備えることを特徴とする請求項４記載の薄膜形成方法。The step of roughening includes:
Forming an adhesive layer on the underlying oxide film;
Forming a tungsten film having irregularities on the surface of the adhesive layer by a CVD method,
Performing anisotropic etching of the tungsten film and the adhesive layer, so that a protrusion of the tungsten film remains on the underlying oxide film, and exposing a surface of the underlying oxide film;
A step of forming irregularities on the surface of the base oxide film by performing anisotropic etching of the base oxide film using the protrusions of the tungsten film left on the base oxide film as a mask,
Removing the protrusions and the adhesive layer of the tungsten film left on the base oxide film;
5. The method according to claim 4, further comprising the step of: forming a spin-on-glass film on the base oxide film on which the irregularities are formed. 前記粗面化する工程は、
前記下地酸化膜上にアモルファスシリコン膜を成膜する工程と、
前記アモルファスシリコン膜の熱処理を行うことにより、前記アモルファスシリコン膜の表面に凹凸を形成する工程と、
前記アモルファスシリコン膜の異方性エッチングを行うことにより、前記アモルファスシリコン膜の凸部が前記下地酸化膜に残るようにして、前記下地酸化膜の表面を露出させる工程と、
前記下地酸化膜上に残されたアモルファスシリコン膜の凸部をマスクとして、前記下地酸化膜の異方性エッチングを行うことにより、前記下地酸化膜の表面に凹凸を形成する工程と、
前記下地酸化膜上に残されたアモルファスシリコン膜の凸部を除去する工程と、
前記凹凸が形成された下地酸化膜上にスピンオングラス膜を形成する工程とを備えることを特徴とする請求項４記載の薄膜形成方法。The step of roughening includes:
Forming an amorphous silicon film on the base oxide film;
Forming irregularities on the surface of the amorphous silicon film by performing a heat treatment on the amorphous silicon film;
Performing anisotropic etching of the amorphous silicon film, so that a convex portion of the amorphous silicon film remains on the underlying oxide film, and exposing a surface of the underlying oxide film;
A step of forming irregularities on the surface of the base oxide film by performing anisotropic etching of the base oxide film using the protrusions of the amorphous silicon film left on the base oxide film as a mask;
Removing a convex portion of the amorphous silicon film left on the underlying oxide film;
5. The method according to claim 4, further comprising the step of: forming a spin-on-glass film on the base oxide film on which the irregularities are formed. 絶縁層上に配線層を形成する工程と、
前記配線層上に下地酸化膜を形成する工程と、
前記下地酸化膜上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上にスピンオングラス膜を塗布する工程と、
熱処理により、前記スピンオングラス膜を焼成させるとともに、前記金属膜を酸化させる工程とを備えることを特徴とする薄膜形成方法。Forming a wiring layer on the insulating layer;
Forming a base oxide film on the wiring layer;
Forming a metal film on the base oxide film;
Applying a spin-on-glass film on the metal film,
Baking the spin-on-glass film by heat treatment and oxidizing the metal film. 絶縁層上に配線層を形成する工程と、
前記配線層上に下地酸化膜を形成する工程と、
前記下地酸化膜の表面の少なくとも一部を粗面化する工程と、
前記粗面化された下地酸化膜上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上にスピンオングラス膜を塗布する工程と、
熱処理により、前記スピンオングラス膜を焼成させるとともに、前記金属膜を酸化させる工程とを備えることを特徴とする薄膜形成方法。Forming a wiring layer on the insulating layer;
Forming a base oxide film on the wiring layer;
Roughening at least a part of the surface of the base oxide film;
Forming a metal film on the roughened base oxide film;
Applying a spin-on-glass film on the metal film,
Baking the spin-on-glass film by heat treatment and oxidizing the metal film.
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