JP2005340266A - Semiconductor device and method for forming insulating film thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の絶縁膜形成方法及び半導体装置に関する。 The present invention relates to a method for forming an insulating film of a semiconductor device and a semiconductor device.
従来の半導体装置の絶縁膜形成方法は、基板上に配線を形成し、基板上と配線上に絶縁膜を形成し、その後、絶縁膜上部の起伏の平坦化を行っている。絶縁膜上部の起伏の平坦化を行う方法は、種々の方法が用いられている。 In a conventional method for forming an insulating film of a semiconductor device, a wiring is formed on a substrate, an insulating film is formed on the substrate and the wiring, and then the undulations on the insulating film are flattened. Various methods are used for flattening the undulations on the insulating film.
例えば、特許文献1によれば、基板上に形成された配線上にのみフォトレジスト膜を形成し、次に配線間に絶縁材を塗布し、次に前記フォトレジスト膜を除去した後、前記絶縁材を焼成して配線間絶縁膜を形成している。その後、前記配線と配線間絶縁膜上に層間絶縁膜を形成することにより、層間絶縁膜上を平坦化する方法が開示されている(特許文献1参照)。しかしながら、上記の方法では、フォトレジスト膜を形成および除去する工程が必要になり、工程数が増えてしまうという問題があった。
For example, according to
また、特許文献2によれば、配線の微細化に伴い、配線間に液状の絶縁材料が充填しにくくなってきていることから、配線間の絶縁膜は、配線間の微細な隙間への充填が容易な液状の絶縁材料の塗布を伴うSOG(Spin on Glass)膜で形成している。液状の絶縁材料の塗布は、ウエハを回転させて塗布する回転方式(スピンコート塗布方法)を用いている。SOG膜を配線の上面まで覆うように形成後、配線の上面まで全面蝕刻を行っている。
その後、層間絶縁膜としてのO3−TEOS(テトラエトキシシラン)酸化膜を全面に形成して平坦化を行う方法が開示されている。しかしながら、上記の方法では、全面蝕刻するために配線間絶縁膜を多く使用しなければならないという問題があった。また、全面蝕刻するので時間効率が悪く、設備も多くなってしまうという問題があった。更に、ウエハを回転させるので、基板上に形成された配線のパターンの向きによって配線間からSOG液が流れてしまい、配線間の場所によって少ないところがあることから平坦化に支障をきたすことがあった。
Further, according to Patent Document 2, with the miniaturization of wiring, it becomes difficult to fill a liquid insulating material between the wirings. Therefore, the insulating film between the wirings fills the fine gaps between the wirings. Is formed of an SOG (Spin on Glass) film accompanied by application of a liquid insulating material. The liquid insulating material is applied by a rotation method (spin coating method) in which the wafer is rotated for application. After the SOG film is formed so as to cover the upper surface of the wiring, the entire surface is etched to the upper surface of the wiring.
Thereafter, a method of flattening by forming an O 3 -TEOS (tetraethoxysilane) oxide film as an interlayer insulating film on the entire surface is disclosed. However, the above-described method has a problem that a large number of inter-wiring insulating films must be used for etching the entire surface. Further, since the entire surface is etched, there is a problem that time efficiency is poor and facilities are increased. Further, since the wafer is rotated, the SOG liquid flows from between the wirings depending on the direction of the wiring pattern formed on the substrate, and there are some places depending on the places between the wirings, which may hinder flattening. .
また、配線間の濡れ性をよくするために、配線上にプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により親水処理を行って、配線間に絶縁材料が塗布され易くしている技術がある。親水処理は、例えば、プラスマCVDによって親水膜を形成している。しかしながら、配線の微細化により、親水膜の厚み(例えば、130nm)程度でも、親水処理後に行う配線間絶縁膜を形成するとき、配線上部近傍での接触(ピンチオフ)が発生するという問題があった。 Further, in order to improve the wettability between the wirings, there is a technique in which a hydrophilic treatment is performed on the wirings by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method so that an insulating material is easily applied between the wirings. In the hydrophilic treatment, for example, a hydrophilic film is formed by plasma CVD. However, due to the miniaturization of the wiring, there is a problem that contact (pinch-off) occurs in the vicinity of the upper part of the wiring when the inter-wiring insulating film is formed after the hydrophilic treatment even when the thickness of the hydrophilic film is about 130 nm. .
そこで、例えば、高密度プラズマCVD(HDP(High Density Plasma)CVD)により形成する方法では、配線の角等からの異常成長を防ぐためにスパッタエッチングを行い、余分に成長した部分を選択的に除去しながら配線間絶縁膜を形成している。その後、通常のプラズマCVDにより配線間絶縁膜上に層間絶縁膜を形成している。 Therefore, for example, in the method of forming by high density plasma CVD (HDP (High Density Plasma) CVD), sputter etching is performed to prevent abnormal growth from the corner of the wiring, and the excessively grown portion is selectively removed. However, an inter-wiring insulating film is formed. Thereafter, an interlayer insulating film is formed on the inter-wiring insulating film by normal plasma CVD.
しかしながら、更に配線が微細化(例えば、130nm)すると、高密度プラズマCVDで行っていた酸化膜形成において、配線の上部でピンチオフが発生するという問題があった。ピンチオフによって配線間の下側部分が埋まる前に上側の開口部が塞がれてしまうので、配線間に空洞(以下、ボイドという)が出来てしまういう問題があった。 However, when the wiring is further miniaturized (for example, 130 nm), there is a problem that pinch-off occurs in the upper part of the wiring in the oxide film formation performed by high-density plasma CVD. Since the upper opening is closed before the lower portion between the wirings is filled by pinch-off, there is a problem that cavities (hereinafter referred to as voids) are formed between the wirings.
本発明の目的は、上記課題のいずれかを解決するものであって、微細化された配線であっても、配線間絶縁膜形成におけるピンチオフの発生を防止し、層間絶縁膜上部の起伏を小さくして製造できる半導体装置の絶縁膜形成方法及び半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve any of the above-mentioned problems, and even if the wiring is miniaturized, the occurrence of pinch-off in the formation of the insulating film between wirings is prevented, and the undulations on the upper part of the interlayer insulating film are reduced. It is an object of the present invention to provide an insulating film forming method for a semiconductor device and a semiconductor device that can be manufactured.
上記問題を解決するために、本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、基板上に形成された配線による凹凸を平坦化する、配線間絶縁膜と層間絶縁膜を含む絶縁膜を形成する半導体装置の絶縁膜形成方法であって、前記配線の表面と前記基板の表面の表面改質を伴った親液処理を施す工程と、前記親液処理が施された表面に、液状の材料の塗布を伴って前記配線間絶縁膜を形成する工程と、前記配線と前記配線間絶縁膜上に前記層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上面を研磨して平坦化する工程とを有する。 In order to solve the above problems, an insulating film forming method for a semiconductor device according to the present invention forms an insulating film including an inter-wiring insulating film and an interlayer insulating film, which flattens unevenness due to wiring formed on a substrate. A method for forming an insulating film of a semiconductor device, comprising the steps of performing a lyophilic treatment accompanied by surface modification of the surface of the wiring and the surface of the substrate, and a liquid material on the surface subjected to the lyophilic treatment. Forming the inter-wiring insulating film with application, forming the interlayer insulating film on the wiring and the inter-wiring insulating film, and polishing and planarizing the upper surface of the inter-layer insulating film; Have
この構成によれば、基板上に配線を形成したあと、配線の表面と基板の表面に表面改質を伴った親液処理を施すので、形成された酸化膜の厚みを薄くすることができ、その後に塗布される液状の絶縁材料を配線間に充填することが可能となる。また親液処理を施したことにより、配線間に液状の材料が流れ込みやすくなり、配線間に充填することができ、配線パターンの起伏を緩和することが可能となる。よって、配線と配線間絶縁膜上に形成した層間絶縁膜上の起伏を抑制することができ、上面を研磨する研磨量を少なくすることが可能になる。 According to this configuration, after forming the wiring on the substrate, the surface of the wiring and the surface of the substrate are subjected to lyophilic treatment with surface modification, so that the thickness of the formed oxide film can be reduced, It becomes possible to fill a liquid insulating material applied thereafter between the wirings. Further, by performing the lyophilic treatment, a liquid material can easily flow between the wirings and can be filled between the wirings, and the undulation of the wiring pattern can be reduced. Therefore, undulations on the interlayer insulating film formed on the wiring and the inter-wiring insulating film can be suppressed, and the polishing amount for polishing the upper surface can be reduced.
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、前記親液処理は、酸素プラズマによって表面改質を行うことが望ましい。 In the method for forming an insulating film of a semiconductor device according to the present invention, it is desirable that the lyophilic treatment is performed by surface modification with oxygen plasma.
この構成によれば、基板上に配線を形成したあと、配線の表面と基板の表面を酸素プラズマによって表面改質を行うので、施された親液処理の厚みを薄くすることができ、その後に塗布される液状の絶縁材料を配線間に充填することが可能となる。 According to this configuration, after the wiring is formed on the substrate, the surface of the wiring and the surface of the substrate are subjected to surface modification by oxygen plasma, so that the thickness of the lyophilic treatment applied can be reduced, and thereafter The liquid insulating material to be applied can be filled between the wirings.
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、前記親液処理は、UV照射によって表面改質を行うことが望ましい。 In the method for forming an insulating film of a semiconductor device according to the present invention, it is preferable that the lyophilic treatment is surface modification by UV irradiation.
この構成によれば、基板上に配線を形成したあと、配線の表面と基板の表面にUVを照射することにより存在する有機物を酸化させて飛ばすので、施された親液処理の厚みを薄くすることができ、その後に塗布される液状の絶縁材料を配線間に充填することが可能となる。 According to this configuration, after forming the wiring on the substrate, the surface of the wiring and the surface of the substrate are irradiated with UV to oxidize and fly the existing organic matter, so that the thickness of the applied lyophilic treatment is reduced. It is possible to fill between the wirings with a liquid insulating material applied thereafter.
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、前記液状の材料の塗布は、スキャン塗布法で行うことが望ましい。 In the insulating film forming method for a semiconductor device according to the present invention, the liquid material is preferably applied by a scan coating method.
この構成によれば、液状の絶縁材料の塗布をスキャン塗布法で行うので、配線間に選択的に適量の液体の絶縁材料を塗布することができるので、液状の絶縁材料を無駄に使うことなく、材料の利用率を向上させることが可能となる。 According to this configuration, since the liquid insulating material is applied by the scan coating method, an appropriate amount of liquid insulating material can be selectively applied between the wirings, so that the liquid insulating material is not wasted. It becomes possible to improve the utilization factor of the material.
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、前記液状の絶縁材料の塗布は、溶媒雰囲気中で行うことが望ましい。 In the insulating film forming method for a semiconductor device according to the present invention, the liquid insulating material is preferably applied in a solvent atmosphere.
この構成によれば、溶媒雰囲気中で液状の絶縁材料の塗布を行うので、乾燥性の高い絶縁材料を微細な配線間に塗布する場合においても、絶縁材料の流動性を長く維持することができる。よって、配線の上部にのった絶縁材料を配線間に流し込ませることが可能になる。 According to this configuration, since the liquid insulating material is applied in a solvent atmosphere, the fluidity of the insulating material can be maintained long even when an insulating material having a high drying property is applied between fine wirings. . Therefore, the insulating material on the upper part of the wiring can be poured between the wirings.
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、前記配線間絶縁膜がSOG液であることが望ましい。 In the method for forming an insulating film of a semiconductor device according to the present invention, the inter-wiring insulating film is preferably an SOG solution.
この構成によれば、配線間に充填するのに粘度や流動性に適したSOG液を用いるので、微細な配線間においても充填させることができる。よって、配線間に空洞が生じることがなく、配線の電気的信頼性を向上させることが可能になる。 According to this configuration, since the SOG liquid suitable for viscosity and fluidity is used for filling between the wirings, it is possible to fill even between fine wirings. Therefore, no cavity is generated between the wirings, and the electrical reliability of the wiring can be improved.
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、前記層間絶縁膜を形成する工程は、プラズマCVD工程を含む。 In the method for forming an insulating film of a semiconductor device according to the present invention, the step of forming the interlayer insulating film includes a plasma CVD process.
この構成によれば、配線上および基板上に絶縁膜で堆積させるので、多層配線を形成することができる。 According to this configuration, the multilayer wiring can be formed because the insulating film is deposited on the wiring and the substrate.
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、配線間絶縁膜の形成は、高密度プラズマCVD工程を含む。 In the insulating film forming method for a semiconductor device according to the present invention, the formation of the inter-wiring insulating film includes a high-density plasma CVD process.
この構成によれば、配線間の隙間のアスペクト比が高い場合であっても、配線間に液状の材料を埋めることによって、アスペクト比を小さくすることができる。よって、その後に高密度プラズマCVD工程を行っても、ボイドを発生させることなく配線間絶縁膜を形成することができる。従って、プラズマCVD工程による層間絶縁膜形成を行った後でも、大きな起伏を生じさせずに形成することが可能となる。 According to this configuration, even when the aspect ratio of the gap between the wirings is high, the aspect ratio can be reduced by filling the liquid material between the wirings. Therefore, even if a high-density plasma CVD process is subsequently performed, the inter-wiring insulating film can be formed without generating voids. Therefore, even after the interlayer insulating film is formed by the plasma CVD process, it can be formed without causing large undulations.
本発明に係る半導体装置は、基板上に形成された配線による凹凸を平坦化する、配線間絶縁膜と層間絶縁膜を含む絶縁膜を有する半導体装置であって、請求項1〜8のいずれか一項に記載の絶縁膜形成方法によって形成された絶縁膜を有する。 A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having an insulating film including an inter-wiring insulating film and an interlayer insulating film for flattening irregularities due to wiring formed on a substrate, and comprising: It has an insulating film formed by the insulating film forming method described in one item.
この半導体装置によれば、その製造時に上記した方法発明の態様と同様の作用効果を得ることができる。 According to this semiconductor device, the same operational effects as those of the above-described method invention can be obtained at the time of manufacture.
以下、本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of an insulating film forming method for a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態の半導体装置を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の半導体装置を、図1を参照しながら説明する。本実施形態の半導体装置1は、基板11と、配線12と、導電部13と、絶縁膜20とを含んで構成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor device of this embodiment. Hereinafter, the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. The
基板11は、例えば、シリコンウエハやガラス基板が用いられる。また、基板11は、シリコンウェハやガラス基板上に設けられた絶縁膜20を含んで構成されていてもよい。また、例えば2層以上に絶縁膜20を設ける場合、2層目以上では絶縁膜20上に配線12を形成することになり、配線12が形成されるその下位層の絶縁膜20も含めて基板とする。2層以上に絶縁膜20を設ける場合、図1に示されるどの絶縁膜20を含む層においても、絶縁膜形成方法で形成した絶縁膜20を有する半導体装置1を得ることができる。
以下、本実施形態の半導体装置の製造方法について、図2を参照しながら説明する。
As the
Hereinafter, the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG.
図2〜図4は、半導体装置の絶縁膜形成方法を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の半導体装置1の製造方法を、図2〜図4を参照しながら説明する。
2 to 4 are sectional views schematically showing a method for forming an insulating film of a semiconductor device. Hereinafter, a method for manufacturing the
図2に示される工程1では、基板11上に配線12を形成する。配線12は、金属(例えば、シリコンを添加したアルミや銅)や酸化物導電膜(例えば、ITO)によって構成されている。配線12は、よく知られたフォトリソグラフィ工程とエッチング工程(洗浄、成膜、洗浄、感光材塗布、露光、現像、エッチング、感光材剥離)によって形成する。
In
工程2は、基板表面11aおよび配線表面12aに親液処理である親液膜14を形成する。本実施形態での親液膜14とは、後述する液状の材料を塗布しやすくするための濡れ性をよくする表面改質のことである。親液膜14は、例えば、基板表面11aおよび配線表面12aを酸化させることにより形成している。
親液膜14の形成方法は、まず、チャンバ(図示せず)内に基板11を配置し、次に、チャンバ内に酸素を導入し、前記酸素をプラズマ化し活性化させる酸素プラズマを施すために、マイクロ波を導入する。これにより、基板表面11aおよび配線表面12aには、親液膜14としての酸化膜が形成される。酸化膜は、例えば、10nm以下に形成される。
Step 2 forms a
In order to form the
工程3は、基板表面11aおよび配線表面12aに形成された親液膜14上に、液状の材料としてのSOG(spin ong lass)液21を塗布する。まず、SOG液21の塗布を行うためのチャンバ31(図5参照)内に基板11を配置する。次に、チャンバ内に備えられた、SOG液21に用いられている溶媒液21aが入れられた容器38(図5参照)を振動させることにより、溶媒液21aを気化させ、チャンバ内をSOG液21の溶媒と同じ溶媒雰囲気にする。
次に、SOG液21の溶媒と同じ溶媒雰囲気中で、親液膜14上にSOG液21を塗布する。塗布する方法は、例えば、スキャン塗布法(図5参照)によって行われる。前記した親液膜14を形成したことにより濡れ性が向上することから、基板表面11aおよび配線表面12aにSOG液21がのりやすくなっている。また、SOG液21の溶媒雰囲気中でSOG液21の塗布を行うので、その乾燥速度(溶媒気化速度)が遅くなり、配線間12bの微細な個所においても、SOG液21の流動性を長く維持しながら塗布することが可能になる。また、配線12上に塗布されたSOG液21においても、SOG液21を乾燥することを抑制することができるので、SOG液21を配線間12bに集めることができる。SOG液21の塗布は、配線12の上面ライン付近に達するまで塗布が繰り返し行われる。
In step 3, an SOG (spin ong lass) liquid 21 as a liquid material is applied on the
Next, the
工程4は、SOG液21を乾燥させて、配線間絶縁膜の1つであるSOG膜22を形成する。まず、図示しないチャンバ内で、配線間12bに塗布されたSOG液21を乾燥硬化する。これにより、配線12の上面ライン付近まで塗布されていたSOG液21が凝縮し膜減りする。SOG膜22は、例えば、配線12の高さの1/2付近まで膜減りした状態になる。
In step 4, the
工程5は、配線12上の親液膜14および配線間12bに形成されたSOG膜22上に層間絶縁膜15を形成する。層間絶縁膜15は、シリコン酸化物(例えば、TEOS(テトラエトキシシラン))を原料として、プラズマCVDにより形成する。配線間12bにSOG膜22を形成したことにより、配線12による起伏が緩和され、層間絶縁膜上面15aの起伏を抑制することができる。
工程6は、層間絶縁膜上面15aの起伏を平坦化するための研磨を行う。層間絶縁膜上面15aの起伏は、例えば、化学的機械研磨(以下、CMPという)を行うことによって平坦化される。上記した配線間12bにSOG膜22を形成したことにより配線パターンの凸凹を緩和することができるので、層間絶縁膜上面15aに生じる起伏を抑制することができる。よって、CMP工程による層間絶縁膜15を平坦化するための研磨量を低減させることが可能になる。
Step 6 is polishing for flattening the undulations on the interlayer insulating film
工程7は、配線12の上に導電部13を形成するためのホール13aを形成する。ホール13aは、例えば、プラズマによるエッチング処理やレーザ加工によって形成する。
Step 7 forms a
工程8は、ホール13a内に導電部13を形成する。ホール13a内に、例えば、よく知られたアルミスパッタを行ったあとに加熱リフローを行う方法や、タングステンのCVDによる方法、又はCuダマシンによる方法によって導電部を形成する。また、不純物をドープしたポリシリコンを導電部として用いてもよい。
Step 8 forms the
図5は、液状の材料を塗布する装置としてのスキャン塗布装置を示した模式図である。(a)は、スキャン塗布装置の概略構成を示した概略斜視図である。(b)は、スキャン塗布装置の概略構成を示した概略側断面図である。以下、スキャン塗布装置30を図5を参照しながら説明する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a scan coating apparatus as an apparatus for coating a liquid material. (A) is the schematic perspective view which showed schematic structure of the scan coating device. (B) is the schematic sectional side view which showed schematic structure of the scan coating device. Hereinafter, the
スキャン塗布装置30は、SOG液21の溶媒と同じ溶媒雰囲気をつくるための密封されたチャンバ31の中に、半導体装置(半導体ウエハ)1を載せて保持するための基板保持部32と、塗布液ノズル33と、第1のモータ34と、駆動機体35と、ボールネジ部36と、第2のモータ37と、容器38と、振動機構39と、制御部40とを含んで構成される。
The
基板保持部32は、半導体装置1を保持するために用いられる。基板保持部32は、図示しない吸着部が設けられており、半導体装置1に形成された配線12側の面を上向きにして、半導体装置1の下側を吸着している。半導体装置1は、水平を保った状態に吸着され、その状態に維持されている。
The
塗布液ノズル33は、SOG液21を基板表面11aおよび配線表面12aに塗布するために用いられる。SOG液21は、図示しない塗布液供給管から塗布液ノズル33に供給される。塗布液ノズル33の先端にはSOG液21を吐出するための吐出口(図示せず)が形成されている。吐出口の口径は、例えば、30〜60μmに形成されている。
また、吐出口から吐出されるSOG液21は、制御部40によって吐出量が制御されるようになっている。
The coating
Further, the discharge amount of the
第1のモータ34は、塗布液ノズル33をX方向に移動させるために用いられる。第1のモータ34の回転により、第1のモータ34に接続されている駆動プーリ(図示せず)の回転が行われる。駆動プーリが回転することにより、駆動プーリに接続されたエンドレスベルト(図示せず)のX方向へのスライドが行われる。エンドレスベルトのX方向へのスライドにより、エンドレスベルトに接続された塗布液ノズル33のX方向へのスライドが行われる。
The
駆動機体35は、半導体装置1をY方向およびZ方向に移動させるために用いられる。半導体装置1は、基板保持部32を介して駆動機体35によりY方向およびZ方向への移動が行われる。
The driving
ボールネジ部36は、駆動機体35と共に半導体装置1をY方向に移動させるために用いられる。ボールネジ部36の回転により、ボールネジ部36に連結された駆動機体35がY方向へスライドする。駆動機体35がY方向へスライドすることにより、半導体装置1も連動してY方向へスライドする。
The
第2のモータ37は、ボールネジ部36を回転させるために用いられる。第2のモータ37の回転により、第2のモータ37に接続されているボールネジ部36が回転する。ボールネジ部36の回転により、上記した駆動機体35の動作に連動して半導体装置1のY方向への移動が行われる。
The
容器38は、SOG液21の溶媒液(水を含む)21aを貯めておくためにチャンバ31内に設けられている。容器38は、例えば、チャンバ31内に2つ設けられている。容器38の下部には、容器38内に貯められたSOG液21の溶媒液21aを、振動によって揮発させるための振動機構39が設けられている。2つの振動機構39は、制御部40に接続されており、制御部40は、チャンバ31内のSOG液21の溶媒と同じ溶媒雰囲気が一定になるように振動の調整を行う。
The
図6は、スキャン塗布装置によって半導体装置にSOG液を塗布する経路を示した模式図である。以下、半導体装置1にSOG液21を塗布する塗布経路を図6を参照しながら説明する。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a path for applying the SOG liquid to the semiconductor device by the scan coating apparatus. Hereinafter, an application route for applying the
図6に示される、ジグザグ状の線は、半導体装置1に塗布液ノズル33によってSOG液21を塗布するときの、塗布液ノズル33の軌跡を示している。塗布開始位置S1は、塗布液ノズル33によって半導体装置1にSOG液21の塗布が開始される位置である。塗布液ノズル33からのSOG液21の塗布によって、一列目のSOG液塗布ライン121aへの塗布が終了すると、二列目のSOG液塗布ライン121bに移行する。二列目のSOG液塗布ライン121bへの塗布が終了すると、三列目のSOG液塗布ライン121bに移行し、以後、最終列目のSOG液塗布ライン121zまで繰り返し塗布が行われる。塗布液ノズル33が塗布終了位置E1に到達すると、半導体装置1へのSOG液21の塗布が終了する。
The zigzag line shown in FIG. 6 indicates the locus of the
上記のように、塗布開始位置S1から塗布終了位置E1まで、一筆書きの要領で半導体装置1へのSOG液21の塗布が行われる。SOG液21は、配線12の上面および配線間12bに塗布される。つまり、一筆書きの要領で塗布している間は、常にSOG液21が吐出されている。また、SOG液21の塗布の必要量に応じて、上記したSOG液塗布ライン121a〜121zへの塗布に加えて、SOG液塗布ライン121a〜121zそれぞれの間を塗布するように、再度半導体装置1への塗布を行うようにしてもよい。
As described above, the
また、スキャン塗布装置30は、塗布液ノズル33から塗布されるSOG液21の塗布量を制御することが可能な吐出制御部が設けられているので、例えば、配線間12bの隙間が大きいところはSOG液21の塗布量を増やすように制御することが可能になっている。これにより、配線間12bの隙間の大きさに左右されず、配線間12bにバラツキの少ないSOG液21の塗布が可能になる。
Further, since the
以下、スキャン塗布装置30による半導体装置1へ塗布方法を図5,図6を参照しながら説明する。
まず、半導体装置1を上記したスキャン塗布装置30のチャンバ31内に投入する。半導体装置1の方向を、半導体装置1に設けられたノッチ(図示せず)を合わせることにより決定する。この状態で基板保持部32の吸着部に吸着させ、半導体装置1を固定する(図5参照)。
Hereinafter, a method of coating the
First, the
次に、制御部40によって、容器38に設けられた振動機構39を振動させる。容器38を振動させることにより、容器38に貯められたSOG液21の溶媒液21aを振動させて気化させる。チャンバ31内に備えられた2つの容器38からのSOG液21の溶媒液21aの気化により、チャンバ31内は、溶媒液21aの雰囲気状態になる(図5(b)参照)。
Next, the
次に、第1のモータ34、第2のモータ37を、塗布液ノズル33の位置から算出された回転をさせることにより、塗布液ノズル33の吐出口を半導体装置1の塗布開始点S1に移動させる。次に、上記したように、一筆書きの要領で半導体装置1の全面へSOG液21の塗布を開始する。
Next, the discharge port of the
半導体基板表面11aおよび配線表面12aに親液膜14を形成したことにより、SOG液21の濡れ性が高く、SOG液21が配線12の上面に広がる。よって、配線12上面に塗布されたSOG液21を配線間12bに流れ込ませることが可能になる。また、SOG液21と同じ溶媒液21aの雰囲気中で塗布したことにより、SOG液21の乾燥を抑制し、SOG液21の流動性を長く維持することができることから、配線12の上にSOG液21がのった状態から配線間に流れ込ませることが可能になる。これにより、配線12の上面にSOG液21が残ることを抑制することができ、配線12と配線間12bに塗布したSOG液21の段差を緩和することが可能になる。
By forming the
次に、SOG液21を乾燥させてSOG膜22を形成し、その上に層間絶縁膜15を形成する。配線間12bにSOG膜22を形成したことにより、層間絶縁膜上面15aの起伏が抑制され、層間絶縁膜15上の起伏を平坦化させるための研磨量を少なくすることができる。
Next, the
また、スキャン塗布方法によって半導体装置1にSOG液21の塗布を行うことにより、上記したスピンコート塗布方法と比較して、基板11に形成された配線パターンの向きや、配線間12bの隙間の広さに左右されず、バラツキの少ない塗布を行うことが可能になる。
また、半導体装置1に一筆書きの要領でSOG液21を塗布していくことにより、必要量以上のSOG液21を塗布する必要がなく、SOG液21の使用量を抑制することが可能になる。
Further, by applying the
In addition, by applying the
以上詳述したように、本実施形態の半導体装置の絶縁膜形成方法及び半導体装置によれば、以下に示す効果が得られる。
(1)本実施形態によれば、基板表面11aおよび配線表面12aに酸素プラズマを施すことによって親液膜14を形成することにより、SOG液21を親液膜14に馴染ませることが可能になり、これにより、配線12の上面にのったSOG液21を配線間に流し込ませることが可能になる。また、親液膜14を酸素プラズマによって形成したことにより、親液膜14の膜厚を10nm以下とすることができ、隣接する配線12の上部で親液膜14の接触によるピンチオフの発生を防止することができる。これにより、SOG液21で配線間12bを塗布して埋めることができることから、電気的導通において支障がなく、配線12の信頼性を向上することができる。また、配線12の微細化に対応することができる。
As described above in detail, according to the insulating film forming method and the semiconductor device of the semiconductor device of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) According to the present embodiment, the
(2)本実施形態によれば、スキャン塗布方法によって、基板表面11aおよび配線表面12aに一筆書きの要領でSOG液21を塗布していくので、SOG液21を必要量以上に使う必要がなく、効率的に塗布することが可能になり、SOG液21の利用率を高めることができる。
(2) According to the present embodiment, the
(3)本実施形態によれば、スキャン塗布方法によって、基板表面11aおよび配線表面12aにSOG液21を塗布していくので、基板11上に形成された配線12の向き(配線パターン)や、配線間12bの隙間の広さに左右されず、配線間12bにSOG液21を埋め込むことが可能になる。よって、配線間12bに溜まるSOG液21の塗布量に大きなバラツキが発生することを防止でき、配線パターンの起伏を緩和することができることから、その後に形成される層間絶縁膜15の上部の起伏を抑制することができる。従って、層間絶縁膜15の上部を平坦化するために行うCMP研磨の研磨量を少なくすることが可能になり、研磨時間を少なくすることができる。
(3) According to this embodiment, since the
(4)本実施形態によれば、SOG液21を塗布する工程において、SOG液21の溶媒と同じ溶媒雰囲気中で塗布を行うので、半導体基板11にSOG液21を塗布するとき、SOG液21の流動性を長く維持することができ、配線12の上部に塗布されたSOG液21を乾燥させずに微細な配線間12bに流し込ませることが可能になる。よって、配線間に埋め込まれるSOG液21の塗布量のバラツキを抑えることができる。従って、その後に形成される層間絶縁膜15の上部の起伏を抑制することが可能になり、平坦化のための研磨量を少なくすることができる。
(4) According to the present embodiment, in the step of applying the
(第2実施形態)
図7〜図9は、本実施形態の半導体装置の製造方法を模式的に示した断面図である。以下、本実施形態の半導体装置の製造方法を、図7〜図9を参照しながら説明する。本実施形態では、第1実施形態と比較して更に配線が微細化したとき、配線間絶縁膜形成をSOG膜の形成に加えて、高密度プラズマCVDによって形成しているところが第1実施形態と異なっている。本実施形態では、第1実施形態の配線間の隙間より狭くなった状態(アスペクト比が高くなった状態)の絶縁膜形成方法を説明する。なお、図7〜図9に示される配線の高さは、倍率の違いにより異なっているが、第1実施形態の配線の高さと同様に設定されている。
(Second Embodiment)
7 to 9 are cross-sectional views schematically showing the method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment. Hereinafter, the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, when the wiring is further miniaturized as compared with the first embodiment, the inter-wiring insulating film is formed by high-density plasma CVD in addition to the formation of the SOG film. Is different. In the present embodiment, an insulating film forming method in a state in which the gap is narrower than that in the first embodiment (a state in which the aspect ratio is high) will be described. Note that the wiring heights shown in FIGS. 7 to 9 differ depending on the magnification, but are set in the same manner as the wiring heights of the first embodiment.
図7に示される工程11では、基板111上に配線112を形成する。配線112は、第1実施形態と同様に、金属や酸化物導電膜によって構成され、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によって形成する。なお、配線間112bの隙間は、上記したように、第1実施形態と比較して狭く形成されている。
In
工程12は、基板111および配線112の表面に親液膜114を形成する。親液膜114を形成する方法は、第1実施形態と同様に、半導体基板111に酸素プラズマを施すことにより形成する。
工程13は、基板表面111aおよび配線表面112aに形成された親液膜114上に、SOG液121を塗布する。SOG液121を塗布する方法は、第1実施形態と同様にSOG液121の溶媒と同じ溶媒雰囲気中でスキャン塗布装置を用いて塗布する(図5参照)。配線間112bおよび配線112の上面に塗布されたSOG液121は、半導体基板表面111aおよび配線表面112aに親液膜114が形成されていることにより、濡れ性が向上していることから親液膜114に馴染みやすくなっている。また、SOG液121の溶媒と同じ溶媒雰囲気中でSOG液121の塗布を行うので、SOG液121の流動性を長く維持しながら塗布することが可能になる。よって、配線112の上面に塗布されたSOG液121は、乾燥が抑制され薄く広がるので、配線間112bに集めることができる。SOG液121の塗布は、配線112の上面ライン付近に達するまで塗布が繰り返し行われる。
In
工程14は、配線間112bに塗布したSOG液121を乾燥させてSOG膜122を形成する。乾燥方法は、第1実施形態と同様に、図示しないチャンバ内で、配線間112bに塗布されたSOG液121の乾燥硬化を行う。これにより、配線112の上面ライン付近まで塗布されたSOG液121が膜減りし、例えば配線高さの1/2付近まで減少した状態のSOG膜122になる。
In
工程15は、配線112上の親液膜114および配線間112bに形成されたSOG膜122の上に、高密度プラズマCVD法によって絶縁膜123であるシリコン酸化膜を形成する。
高密度プラズマCVD法とは、例えば、SiH4(シラン)とO2(酸素)、Ar(アルゴン)をベースとした反応ガスを、所定のプラズマ密度で反応させて、Ar雰囲気でスパッタリングしながら絶縁膜123を堆積させる方法である。
高密度プラズマCVDを行うための高密度プラズマCVD装置(図示せず)では、通常のプラズマ発生機構に加えてスパッタエッチング機構を備えており、不活性ガスをイオン化して、堆積された凸部に衝突させて凸部を物理的に削り取ることができる。つまり、配線間112bの隙間が小さい場合に発生しやすくなる、配線112上部でのピンチオフを抑制することが可能になる。
The high-density plasma CVD method is, for example, by reacting a reaction gas based on SiH 4 (silane), O 2 (oxygen), and Ar (argon) at a predetermined plasma density, and insulating while sputtering in an Ar atmosphere. In this method, the
In a high-density plasma CVD apparatus (not shown) for performing high-density plasma CVD, a sputter etching mechanism is provided in addition to a normal plasma generation mechanism, and an inert gas is ionized to form a deposited convex portion. The protrusion can be physically scraped off by collision. That is, it becomes possible to suppress the pinch-off at the upper part of the
まず、半導体装置を、所定の電子密度のプラズマを発生することのできる高密度プラズマCVD装置に投入する。次に、半導体装置101を基板保持台(図5参照)に設けられた吸着部に吸着させて、水平な状態に保持する。次に、上記した所定のガスを用いて、例えば、45°の斜め方向からスパッタを行いながら、絶縁膜123を形成する。配線間112bの根元に、工程14で形成したSOG膜122が埋め込まれていることから、配線間112bの残りの隙間の高さが浅くなる(アスペクト比が小さくなる)。よって、高密度プラズマCVDによる絶縁膜形成を行っても、配線112の上部でピンチオフが発生し、ボイドができることを抑制することが可能になる。また、高密度プラズマCVDによって形成された絶縁膜123は、工程14で形成したSOG膜122の上と配線上部に形成される。よって、配線間の隙間を埋めることができ、配線パターンを緩和することが可能になる。
First, the semiconductor device is put into a high-density plasma CVD apparatus that can generate plasma with a predetermined electron density. Next, the semiconductor device 101 is adsorbed by an adsorbing portion provided on a substrate holding table (see FIG. 5) and held in a horizontal state. Next, the insulating
工程16は、高密度プラズマCVDによって形成された絶縁膜123上に層間絶縁膜115を形成する。層間絶縁膜115は、第1実施形態と同様に、プラズマCVDにより形成する。層間絶縁膜115の上面は、配線間にSOG膜122と絶縁膜123とが埋め込まれていることにより、起伏が緩和されている。
Step 16 forms an
工程17は、層間絶縁膜115の上面の起伏を平坦化するために研磨を行う。研磨方法は、第1実施形態と同様に、CMP研磨により層間絶縁膜115上に生じた起伏を研磨して平坦化する。配線間112bに、SOG膜122と絶縁膜123が形成されていることにより、層間絶縁膜115上に生じる起伏を抑制することができるので、CMP研磨による層間絶縁膜115の研磨量を減少させることが可能になる。
Step 17 is polishing to flatten the undulations on the upper surface of the
工程18は、配線112上に導電部113を形成するためのホール113aを形成する。ホール113aの形成方法は、第1実施形態と同様に、プラズマによるエッチング処理やレーザ加工によってホールを形成する。
Step 18 forms a
工程19は、ホール113a内に導電部113を形成する。導電部113を形成する方法は、第1実施形態と同様に行う。
Step 19 forms the
以上詳述したように、本実施形態の半導体装置の絶縁膜形成方法及び半導体装置によれば、第1実施形態における効果(1)〜(4)の他、以下に示す効果が得られる。
(5)本実施形態によれば、配線間112bの隙間のアスペクト比が大きい場合、SOG液121を配線間112bに埋めることにより、アスペクト比を小さくすることができる。よって、その後に高密度プラズマCVD工程を行っても、ボイドを発生させることなく配線間に絶縁膜123を形成することが可能となる。また、配線間112bにSOG膜122と高密度プラズマCVDによって絶縁膜123を形成することによって、配線パターンの依存が緩和されるので、プラズマCVD工程による層間絶縁膜115形成を行った後でも、層間絶縁膜115上面の起伏を抑制することが可能になり、CMP工程での研磨量を少なくすることができる。
As described above in detail, according to the insulating film forming method and the semiconductor device of the semiconductor device of this embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (4) of the first embodiment.
(5) According to the present embodiment, when the aspect ratio of the gap between the wirings 112b is large, the aspect ratio can be reduced by filling the SOG liquid 121 in the
(6)本実施形態によれば、配線間112bに絶縁膜形成を行うとき、高密度プラズマCVDによって形成するときでも、高密度プラズマCVD工程の前に、SOG膜122を形成することにより、近接する配線間112bでピンチオフの発生を抑制することが可能になる。よって、配線間112bにボイドを発生させることなく配線間絶縁膜を形成することができる。従って、電気的導通において支障なく配線112の信頼性を向上させることができる。また、配線112の微細化に対応することができる。
(6) According to the present embodiment, even when the insulating film is formed between the wirings 112b, even when the insulating film is formed by high-density plasma CVD, the
なお、本実施形態は上記に限定されず、以下のような形態で実施することもできる。
(変形例1)前記実施形態では、親液処理は、配線表面12aおよび基板表面11aに酸素プラズマを施すことによって表面改質を伴った親液膜14を形成していた。これを、UV照射を施すことによって、配線表面12aおよび基板表面11aに、表面改質を伴った親液膜14を形成するようにしてもよい。これによれば、基板11に存在する有機物を酸化させて飛ばすことができるので、施された親液膜14の厚みを薄くすることができ、その後に塗布されるSOG液21を配線間に充填することが可能となる。
In addition, this embodiment is not limited above, It can also implement with the following forms.
(Modification 1) In the above embodiment, the lyophilic treatment forms the
(変形例2)前記実施形態では、スキャン塗布を行う工程において、SOG液21,121の溶媒と同じ溶媒液21aが入れられた容器38を振動機構39によって揮発させて、チャンバ31内をSOG液21,121の溶媒と同じ溶媒雰囲気にしている。これを、SOG液21,121の溶媒と同じ溶媒液21aを加熱させる装置を用いて気化させ、チャンバ31内をSOG液21,121の溶媒と同じ溶媒雰囲気にさせてもよい。これによれば、上記実施形態と同様に、配線間112bの隙間が小さい個所においても、SOG液21,121の流動性を長く維持することが可能になり、SOG液21,121を配線間112bに集めることができる。
(Modification 2) In the above-described embodiment, in the step of performing the scan coating, the
(変形例3)前記実施形態では、配線間絶縁膜の材料の1つにSOG液21,121を使用してSOG膜22,122を形成していた。これを、SOG液21,121に限定されず、SiO2系の被膜形成用塗布液や、Low−k材料(低誘電率絶縁膜材料)を用いてもよい。
(Modification 3) In the above embodiment, the
1…半導体装置、11…基板、11a…基板表面、12…配線、12a…配線表面、12b…配線間、13…導電部、13a…ホール、14…親液膜、15…層間絶縁膜、20…絶縁膜、21…液状の材料としてのSOG液、21a…溶媒液、22…配線間絶縁膜の1つであるSOG膜。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記配線の表面と前記基板の表面の表面改質を伴った親液処理を施す工程と、
前記親液処理が施された表面に、液状の材料の塗布を伴って前記配線間絶縁膜を形成する工程と、
前記配線と前記配線間絶縁膜上に前記層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の上面を研磨して平坦化する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。 An insulating film forming method for a semiconductor device, wherein an insulating film including an inter-wiring insulating film and an interlayer insulating film is formed to flatten unevenness due to wiring formed on a substrate,
Applying lyophilic treatment with surface modification of the surface of the wiring and the surface of the substrate;
Forming the inter-wiring insulating film with application of a liquid material on the surface subjected to the lyophilic treatment; and
Forming the interlayer insulating film on the wiring and the inter-wiring insulating film;
And a step of polishing and planarizing the upper surface of the interlayer insulating film.
前記親液処理は、酸素プラズマによって表面改質を行うことを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。 The method for forming an insulating film of a semiconductor device according to claim 1,
The method for forming an insulating film in a semiconductor device, wherein the lyophilic treatment is performed by surface modification with oxygen plasma.
前記親液処理は、UV照射によって表面改質を行うことを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。 The method for forming an insulating film of a semiconductor device according to claim 1,
In the method for forming an insulating film of a semiconductor device, the lyophilic treatment is performed by surface modification by UV irradiation.
前記液状の材料の塗布は、スキャン塗布法で行うことを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。 In the insulating-film formation method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3,
The method for forming an insulating film of a semiconductor device, wherein the liquid material is applied by a scan coating method.
前記液状の材料の塗布は、溶媒雰囲気中で行うことを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。 In the insulating film formation method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-4,
The method for forming an insulating film of a semiconductor device, wherein the application of the liquid material is performed in a solvent atmosphere.
前記液状の材料は、SOG液であることを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。 In the insulating-film formation method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-5,
The method for forming an insulating film of a semiconductor device, wherein the liquid material is an SOG liquid.
前記層間絶縁膜を形成する工程は、プラズマCVD工程を含むことを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。 In the insulating film formation method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-6,
The method for forming an insulating film of a semiconductor device, wherein the step of forming the interlayer insulating film includes a plasma CVD process.
配線間絶縁膜の形成は、高密度プラズマCVD工程を含むことを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。 In the insulating-film formation method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-7,
An insulating film forming method for a semiconductor device, wherein the formation of an insulating film between wirings includes a high-density plasma CVD process.
請求項1〜8のいずれか一項に記載の絶縁膜形成方法によって形成された絶縁膜を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having an insulating film including an inter-wiring insulating film and an interlayer insulating film for flattening irregularities due to wiring formed on a substrate,
A semiconductor device comprising an insulating film formed by the insulating film forming method according to claim 1.
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US8629055B2 (en) | 2007-03-29 | 2014-01-14 | Fujitsu Semiconductor Limited | Manufacturing method of semiconductor device |
-
2004
- 2004-05-24 JP JP2004153284A patent/JP2005340266A/en not_active Withdrawn
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