JP2006024815A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、配線層を層間絶縁層で埋め込む半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device in which a wiring layer is embedded with an interlayer insulating layer.
従来、半導体基板上に設けられた複数のゲート電極間を埋め込む場合、BPSG膜を成膜した後、高温の熱処理を行い、BPSG膜をリフローさせてゲート電極間を埋め込んでいた。また、埋め込みが不十分な場合は、BPSG膜中のボロンやリンの濃度を高くすることにより、BPSG膜の被覆性を向上させていた(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、かかる埋め込み方法では、垂直断面がT字型や逆三角形のゲート電極の場合、BPSG膜の埋め込みが不十分となりボイド等が形成され、絶縁性が低下するという問題があった。
これに対して、BPSG膜のリフロー温度を高くして埋め込み性を向上させることが検討されたが、半導体基板に形成されたトランジスタ等の特性が劣化するという問題があった。
また、BPSG膜中のボロンやリンの濃度を更に高くすることも検討されたが、P2O5等が析出する等の問題があった。
However, such a burying method has a problem that, when the gate electrode has a T-shaped or inverted triangle vertical cross section, the BPSG film is not sufficiently embedded, voids are formed, and the insulating property is lowered.
On the other hand, it has been studied to increase the reflow temperature of the BPSG film to improve the embedding property, but there is a problem that the characteristics of the transistor and the like formed on the semiconductor substrate deteriorate.
Further, it has been studied to further increase the concentration of boron and phosphorus in the BPSG film, but there are problems such as precipitation of P 2 O 5 and the like.
そこで、本発明は、比較的低い温度で、配線層の良好な埋め込みが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of satisfactorily filling a wiring layer at a relatively low temperature.
即ち、本発明は、半導体基板上に、配線層を略平行に形成する工程と、少なくとも配線層の側壁にシリコン層を形成する工程と、配線層を覆うように絶縁膜を形成し、配線層に挟まれた領域にボイドを残す工程と、シリコン層を酸化して体積膨張させ、絶縁膜の間のボイドを押しつぶす工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。 That is, the present invention includes a step of forming a wiring layer substantially parallel on a semiconductor substrate, a step of forming a silicon layer on at least a side wall of the wiring layer, and forming an insulating film so as to cover the wiring layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of leaving a void in a region sandwiched between and a step of oxidizing a silicon layer to expand its volume and crushing a void between insulating films.
更に、絶縁層上に、絶縁層の酸化を促進する触媒層を形成する工程を含んでも構わない。 Furthermore, a step of forming a catalyst layer that promotes oxidation of the insulating layer on the insulating layer may be included.
本発明にかかる半導体装置の製造方法を用いることにより、配線層の良好な埋め込みが可能となり、絶縁特性に優れた半導体装置を得ることができる。 By using the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the wiring layer can be satisfactorily embedded, and a semiconductor device having excellent insulation characteristics can be obtained.
実施の形態1.
図1は、本実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程の断面図である。
かかる製造方法では、まず、図1(a)に示すように、シリコン基板1を準備する。ここでは、省略されているが、シリコン基板1には、素子分離領域やチャネル領域等が既に形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment.
In such a manufacturing method, first, a
次に、シリコン基板1の表面に、シリコン酸化膜からなるゲート酸化膜2を熱酸化法により形成する。
Next, a
次に、ゲート酸化膜2の上に、例えば多結晶シリコンからなるゲート電極3を形成する。図1(a)では、3本のゲート電極3が、紙面に垂直な方向に、略平行に形成されている。また、ゲート電極3の側面は、内方に凹んだ形状となっている。
Next, a
次に、全面を覆うように、例えばシリコン窒化膜からなる酸化防止膜4を形成する。酸化防止膜4は、例えばCVD法を用いて形成する。ゲート電極3の側壁の設けられた酸化防止層4の間隔は約100nmである。
Next, an
次に、例えば、多結晶シリコンからなる被酸化膜5をCVD法で形成する。被酸化膜5の膜厚は、約10〜15nmである。
なお、被酸化膜5には、多結晶シリコンの他に、単結晶シリコン、アモルファスシリコンを用いても構わない。
Next, for example, an
The oxidized
次に、被酸化膜5の上に、BPSG(Boro-phospho silicate glass)からなる層間絶縁膜6をCVD法で形成する。かかる状態では、図1(a)に示すように、BPSG膜6中に、ボイド7が形成されている。
Next, an interlayer
このように、本実施の形態1では、シリコン窒化膜からなる酸化防止層4の間隔が約100nmであり、埋め込み用の層間絶縁膜6中には、幅が約20nmのボイド7が存在する。これに対して、約10〜15nmの膜厚の被酸化膜5を形成する。
As described above, in the first embodiment, the interval between the
次に、酸素と水分を含む雰囲気化で熱処理することにより、被酸化層5を酸化して、シリコン酸化膜5Aとする。酸化は、水素と酸素の混合ガスを炉内燃焼させて得られた水蒸気を含むガス雰囲気で、温度850℃、1時間行う。
被酸化膜5を完全に酸化することにより、被酸化膜5の体積は、理論上約2.2倍に膨張する。図1(b)に示すように、体積膨張により、層間絶縁膜6中に存在しているボイド7が押しつぶされる。
Next, by performing a heat treatment in an atmosphere containing oxygen and moisture, the oxidized
By completely oxidizing the film to be oxidized 5, the volume of the film to be oxidized 5 theoretically expands to about 2.2 times. As shown in FIG. 1B, the
以上の工程で、図1(b)に示す半導体装置が得られる。 Through the above steps, the semiconductor device shown in FIG. 1B is obtained.
実施の形態2.
図2は、本実施の形態2にかかる半導体装置の製造工程の断面図である。図2中、図1と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
かかる製造方法では、上述の図1(a)と同様の工程を行った後に、層間絶縁膜6の上に、例えば白金からなる触媒層8をスパッタ法で形成する(図2(a))。触媒層8の膜厚は20nm程度であり、より薄くても良い。また、部分的に下層の層間絶縁膜6が露出していても構わない。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
In this manufacturing method, after performing the same steps as in FIG. 1A, a
次に、例えば酸素と水分を含む雰囲気で、750℃で30分間、熱処理し、被酸化層5を酸化する。これにより、被酸化層5が酸化され、シリコン酸化膜5Aとなる。被酸化膜5の体積は膨張し、層間絶縁膜6中に存在しているボイド7が押しつぶされる(図2(b))。
Next, for example, heat treatment is performed at 750 ° C. for 30 minutes in an atmosphere containing oxygen and moisture to oxidize the oxidized
最後に、例えば王水を用いて触媒層8を除去し、図2(c)に示す半導体装置が得られる。
Finally, the
本実施の形態にかかる方法では、触媒層8を用いて被酸化膜5の酸化を行うため、熱処理温度を低くし、熱処理時間を短くできる。このため、半導体基板1に予め形成されたトランジスタ等の特性を劣化させることなく、ボイド7を押しつぶすことができる。
In the method according to the present embodiment, since the oxidized
実施の形態3.
図3は、本実施の形態3にかかる半導体装置の製造工程の断面図である。図3中、図1と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
かかる製造方法では、図3(a)に示すように、実施の形態1と同様の工程で、シリコン基板1上に、ゲート酸化膜2、ゲート電極3を形成し、更に、全面を覆うように、例えばシリコン窒化膜からなる酸化防止膜4を形成する。ゲート電極3の側面は、内方に凹んだ形状となっている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment. 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
In this manufacturing method, as shown in FIG. 3A, the
次に、ポリシリコンからなる被酸化層5を、図1(a)のように成膜した後、ドライエッチング法によって全面エッチバックし、ゲート電極3の側面の凹部内にのみポリシリコンからなる被酸化層5を残す。
Next, after an
次に、実施の形態1と同様の工程で、BPSGからなる埋め込み用の層間絶縁膜6を形成し、水蒸気中で熱処理を行い、被酸化膜5を酸化してシリコン酸化膜5Bを形成する。これにより、被酸化膜5の体積は膨張し、層間絶縁膜6中に存在しているボイド7が押しつぶされる(図3(b))。
Next, in the same process as in the first embodiment, a buried
このように、本実施の形態1〜3にかかる半導体装置の製造方法では、ポリシリコン等からなる被酸化層5を予め形成しておき、層間絶縁膜6を通してこれを酸化することにより、層間絶縁膜6中に存在しているボイド7を押しつぶすことができる。これにより、ゲート電極3の側面形状が凹型形状であったり、熱処理による変形が余り期待できない低温プロセスにおいても、ボイド7を十分に埋め込むことができ、半導体装置の製造歩留りを向上させることができる。
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first to third embodiments, the
なお、本実施の形態1〜3では、被酸化層5としてポリシリコンを用いたが、酸化速度を速めるためリン等を添加したポリシリコンを用いても良い。また、ポリシリコン以外に、アモルファスシリコンや単結晶シリコンを用いても構わない。
In the first to third embodiments, polysilicon is used as the
また、被酸化層5の酸化方法として、拡散炉を用いたウェット酸化を想定しているが、窒素と酸素からなるドライ酸化でも構わない。また、ランプアニール装置を用いたランプ酸化でも良い。
In addition, wet oxidation using a diffusion furnace is assumed as an oxidation method of the
更に、主にトランジスタのゲート配線5について説明したが、他の耐熱性配線にも適用することができる。
Further, the description has mainly been given of the
1 シリコン基板、2 ゲート酸化膜、3 ゲート電極、4 酸化防止膜、5 被酸化膜、6 BPSG膜、7 ボイド。
1 silicon substrate, 2 gate oxide film, 3 gate electrode, 4 antioxidant film, 5 oxidizable film, 6 BPSG film, 7 void.
Claims (4)
少なくとも該配線層の側壁にシリコン層を形成する工程と、
該配線層を覆うように絶縁膜を形成し、該配線層に挟まれた領域にボイドを残す工程と、
該シリコン層を酸化して体積膨張させ、該絶縁膜の間の該ボイドを押しつぶす工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a wiring layer substantially parallel on the semiconductor substrate;
Forming a silicon layer at least on the sidewall of the wiring layer;
Forming an insulating film so as to cover the wiring layer, and leaving a void in a region sandwiched between the wiring layers;
And a step of oxidizing the silicon layer to expand the volume and crushing the voids between the insulating films.
The manufacturing method according to claim 1, wherein the silicon layer is a silicon layer to which phosphorus and / or boron is added.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004202728A JP2006024815A (en) | 2004-07-09 | 2004-07-09 | Method for manufacturing semiconductor device |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2008166695A (en) * | 2006-12-26 | 2008-07-17 | Hynix Semiconductor Inc | Method for manufacturing semiconductor element |
WO2023018623A1 (en) * | 2021-08-13 | 2023-02-16 | Applied Materials, Inc. | Seam removal in high aspect ratio gap-fill |
-
2004
- 2004-07-09 JP JP2004202728A patent/JP2006024815A/en active Pending
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