JP2008010441A - シリコン酸化膜の形成方法 - Google Patents

シリコン酸化膜の形成方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2008010441A
JP2008010441A JP2006176041A JP2006176041A JP2008010441A JP 2008010441 A JP2008010441 A JP 2008010441A JP 2006176041 A JP2006176041 A JP 2006176041A JP 2006176041 A JP2006176041 A JP 2006176041A JP 2008010441 A JP2008010441 A JP 2008010441A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon oxide
oxide film
forming
semiconductor substrate
dehydration condensation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006176041A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuhide Yamada
展英 山田
Renpei Nakada
錬平 中田
Yukio Nishiyama
幸男 西山
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2006176041A priority Critical patent/JP2008010441A/ja
Priority to US11/819,275 priority patent/US20080009143A1/en
Publication of JP2008010441A publication Critical patent/JP2008010441A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314Inorganic layers
    • H01L21/316Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/31604Deposition from a gas or vapour
    • H01L21/31608Deposition of SiO2
    • H01L21/31612Deposition of SiO2 on a silicon body
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/045Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/401Oxides containing silicon
    • C23C16/402Silicon dioxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C23C16/463Cooling of the substrate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56After-treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02337Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/0234Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/762Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76829Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
    • H01L21/76834Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers formation of thin insulating films on the sidewalls or on top of conductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76837Filling up the space between adjacent conductive structures; Gap-filling properties of dielectrics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Element Separation (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

【課題】凹部が形成された半導体基板上に脱水縮合を行なうことによりシリコン酸化膜を形成する場合であっても、絶縁耐圧の低下によって半導体装置の特性の劣化を招くことが少ないシリコン酸化膜の形成方法を提供することである。
【解決手段】少なくともSi含有ガスを原料ガスとして、凹部30が表面に形成された半導体基板22上に1次反応物を形成した後に脱水縮合を行なうことによりシリコン酸化膜34、36を半導体基板上に形成するシリコン酸化膜の形成方法であって、前記シリコン酸化膜34、36を半導体基板上に形成した後、前記凹部30内に形成されたシリコン酸化膜のうち、表面に形成されたシリコン酸化膜34よりも低密度に形成された部分36の少なくとも一部が露出するまで、表面に形成されたシリコン酸化膜34を除去し、次いで前記Si含有ガスを前記低密度のシリコン酸化膜36に供給することを特徴とする。
【選択図】図3

Description

本発明は、凹部が表面に形成された半導体基板上にシリコン酸化膜を形成するシリコン酸化膜の形成方法に関する。
従来から、素子分離溝(STI)などの凹部が表面に形成された半導体基板上にシリコン酸化膜を形成する方法として、半導体基板上に1次反応物を形成した後に脱水縮合を行なうことによりシリコン酸化膜を形成する方法があり、例えば凝縮CVD法がある。
この凝縮CVD法は、テトラエトキシシラン(TEOS)若しくはメチルシランなどの有機系シラン又はシラン(SiH)などSi含有ガスと、過酸化水素(H)やオゾンガスなどの酸素源ガスを原料ガスとして、半導体基板上に流動性を有するシラノールを形成した後に脱水縮合を行なうことによりシリコン酸化膜を形成する方法である(特許文献1及び2参照)。
例えば、原料ガスとしてSiHとHを用いる場合、先ず、SiHとHをシラノール化反応させることによって、半導体基板上に1次反応物としてシラノール(Si(OH))を形成する。この時、シラノールは、非常に流動性に富んでいるので、細い凹部であっても平坦に埋め込むことができる。その後、同一製造装置内で例えば350℃で真空加熱処理(キュア処理)を行なうと、数1に示すように脱水縮合反応が促進することによって、シリコン酸化膜が形成される。
Figure 2008010441
この凝縮CVDは、HDP−CVDに比べて埋め込み性に優れているものの、凹部に埋め込まれたシリコン酸化膜において十分な絶縁耐圧が得られず、その結果として半導体装置の特性の劣化を招くという問題が生じるおそれがある。
特開平9−251997号公報 特開2002−83864号公報
そこで、本発明は、凹部が形成された半導体基板上に脱水縮合を行なうことによりシリコン酸化膜を形成する場合であっても、絶縁耐圧の低下によって半導体装置の特性の劣化を招くことが少ないシリコン酸化膜の形成方法を提供することを目的とする。
以上の目的を達成するため、本発明の第1の態様は、少なくともSi含有ガスを原料ガスとして、凹部が表面に形成された半導体基板上に1次反応物を形成した後に脱水縮合を行なうことによりシリコン酸化膜を半導体基板上に形成するシリコン酸化膜の形成方法であって、前記シリコン酸化膜を半導体基板上に形成した後、前記凹部内に形成されたシリコン酸化膜のうち、表面に形成されたシリコン酸化膜よりも低密度に形成された部分の少なくとも一部が露出するまで、表面に形成されたシリコン酸化膜を除去し、次いでSi含有ガスを前記低密度のシリコン酸化膜に供給することを特徴とする。
また、本発明の第2の態様は、少なくともSi含有ガスを原料ガスとして、凹部が表面に形成された半導体基板上に1次反応物を形成した後に脱水縮合を行なうことによりシリコン酸化膜を半導体基板上に形成するシリコン酸化膜の形成方法であって、前記1次反応物を形成する際に、エネルギー線を照射することを特徴とする。
さらに、本発明の第3の態様は、少なくともSi含有ガスを原料ガスとして、凹部が表面に形成された半導体基板上に1次反応物を形成した後に脱水縮合を行なうことによりシリコン酸化膜を半導体基板上に形成するシリコン酸化膜の形成方法であって、前記1次反応物を形成する際に、脱水縮合促進剤を供給することを特徴とする。
またさらに、本発明の第4の態様は、少なくともSi含有ガスを原料ガスとして、凹部が表面に形成された半導体基板上に1次反応物を形成した後に脱水縮合を行うことによりシリコン酸化膜を半導体基板上に形成するシリコン酸化膜の形成方法であって、前記1次反応物を形成した後に酸素プラズマに曝した状態で加熱処理を行うことを特徴とする。
以上のように、本発明によれば、凹部が形成された半導体基板上に脱水縮合を行なうことによりシリコン酸化膜を形成する場合であっても、絶縁耐圧の低下によって半導体装置の特性の劣化を招くことが少ないシリコン酸化膜の形成方法を提供することができる。
次に、本発明の第1実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法について、図面に基づいて説明する。図1は、第1実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法を実施するための製造装置の概略図である。この製造装置は、反応容器10と、反応容器10内に設置され、半導体基板を保持する半導体基板ホルダー12と、半導体基板ホルダー12上に保持された半導体基板を例えば0〜5℃に冷却する冷却管14と、反応容器10内のガスを排気する排気口16と、反応容器10内に原料ガスを供給する供給口18、20とを備えている。
次に、上記製造装置を用いた第1実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法について説明する。先ず、図2に示すように半導体基板22上にトンネル酸化膜24が形成され、その上に電極となるPoly−Si膜26が形成され、さらにその上に加工時のマスク層28が成膜された後、エッチングなどの処理によって素子分離溝(STI)30が作製され、続いて熱CVD法によって薄いシリコン酸化膜32が形成された半導体基板22を製造装置の半導体基板ホルダー12に設置する。
次に、SiHとHを原料ガスとする凝縮CVD法によってSTI30を埋めながらシラノールを形成する。すなわち、SiHとHを供給口18、20から反応容器10内に供給し、SiHとHのシラノール化反応(SiH+3H→Si(OH)+2HO+H、又はSiH+2H→Si(OH)+2Hなど)によって、上記薄いシリコン酸化膜32が形成された半導体基板上にシラノールを形成する。この時、シラノールは、非常に流動性に富んでいるので、STI30内を隙間なく埋め込むことができる。その後、真空状態を維持しながら、図示しない他の反応容器に移して、ヒーターなどで、例えば350℃で真空加熱処理(キュア処理)を行なうことによって、脱水縮合反応が促進されて、シリコン酸化膜が形成される。
この凝縮CVD法によって形成されたシリコン酸化膜は、脱水縮合による体積収縮を伴うので、図3に示すように、表面近傍は、縦方向に収縮することにより、また、溝の表面近くは、表面からの流入により、緻密層34を形成するが、STI30の中は、体積変化ができず、密度の低下や密度のむらが発生するので、低密度領域36を形成する。この低密度領域36の修復処理を行う場合、緻密層34がその修復の妨げとなるので、図4に示すように緻密層34をRIEなどのドライエッチングによって除去し、STI30内のシリコン酸化膜の低密度領域36を露出させる。この低密度領域36の露出工程は、例えば、反応容器10内に図示しないプラズマ生成部を設けておき、反応容器10内に充填したNFガスのプラズマによる反応容器10の洗浄条件に基づいて行なうことができる。
次に、低密度領域36の修復処理を行う。修復処理は、先ず、反応容器10内にSiHを供給することによって、低密度領域36内にSiHを滲み込ませる。この際、低密度領域36には、緻密層34に比して多量の未架橋のSi−OH基が残っているので、低密度領域36内に滲み込んだSiHがこの未架橋のSi−OH基と反応して、SiOを形成することによって、図5に示すように、低密度領域36内の密度のむらが低減され、緻密なシリコン酸化膜に修復することができる。その後、電気炉などにより、例えば900℃で加熱処理(アニール処理)を行なうことによって、シリコン酸化膜のさらなる架橋促進や骨格の三次元化を進行させても良い。
なお、シラノールを形成するまでの工程と、その後のキュア処理などの工程は、同一の製造装置内で行なっても良い。また、第1実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法は、STIの埋め込みだけでなく、RIEによって形成されたAl配線の間の埋め込みなどに使用しても良い。さらに、第1実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法において、修復処理は、シラノールを形成するのに用いたSi含有ガスを用いる必要はなく、他のSi含有ガス、例えばTEOSやメチルシランなどの有機系シランなどを用いて修復処理を行っても良い。
一般に、凝縮CVD法は、埋め込み性に優れているものの、シラノールが形成されて凹部が埋め込まれた後に、脱水縮合反応によって体積収縮が生じるため、凝縮CVD法によって凹部に埋め込まれたシリコン酸化膜の密度が低下したり、凹部内のシリコン酸化膜の密度にむらが発生したりする。これによって、凹部内に低密度領域を形成してしまい、また、体積収縮により凹部の内側から浮き上がるように剥離が生じてしまう場合がある。特に、このような問題は、凹部の微細化やアスペクト比(溝の深さ/開口幅)の増大に伴って、顕著になっている。また、このようにシリコン酸化膜に低密度領域や剥離が形成されると、薬液耐性の低下や加工後の荒れが生じることにより、その後の加工処理に影響を与えたり、絶縁耐圧の低下によって半導体装置の特性の劣化を招くという問題がある。このような問題に対して、第1実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法は、低密度領域の修復処理を行うことにより、低密度領域内の密度のむらが低減され、緻密なシリコン酸化膜に修復することができる。
次に、本発明の第2実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法について、図面に基づいて説明する。図6は、第2実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法を実施するための製造装置の概略図である。この製造装置は、反応容器10内にマイクロ波を照射するマイクロ波照射部38が設けられている点で第1実施形態において用いたものと異なるが、その他の構成は、第1実施形態において用いられたものと同じである。
次に、この製造装置を用いた第2実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法について説明する。先ず、図7に示すように半導体基板40上にRIEによって複数のAl配線42が形成され、このAl配線42上にコロージョンを防止するためにSiON膜44がPECVD法によって形成された半導体基板40を上記製造装置の半導体基板ホルダー12上に設置する。
次に、SiHとHを原料ガスとする凝縮CVD法によってAl配線42の間を埋めながらシリコン酸化膜の形成を行なう。この際、第2実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法においては、第1実施形態と異なり、シラノールを形成する際に、マイクロ波照射部38から反応容器10内にマイクロ波が照射される。マイクロ波が照射されると、図8に示すように、Al配線42の間に埋め込まれて、シラノール化反応によって形成されたシラノール46のSi−OH基が、活性化されて、シラノール及びシリコン酸化物の分子が撹拌されるとともに、脱水縮合反応が促進される。次に、図示しない他の反応容器に移して、ヒーターなどで、例えば350℃で真空加熱処理(キュア処理)を行なうことによって、脱水縮合反応がさらに促進される。これにより、図9に示すように、Al配線42の間に均質かつ緻密なシリコン酸化膜48が形成される。その後、電気炉などにより、例えば900℃で加熱処理(アニール処理)を行なうことによって、シリコン酸化膜のさらなる架橋促進や骨格の三次元化を進行させても良い。
以上のように第2実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法においては、凝縮CVD法によるシリコン酸化膜形成の際にマイクロ波を照射したが、例えば、電子線照射部や紫外線照射部を設けて電子線や紫外線を照射させても良い。また、第2実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法は、凹部の埋め込みだけでなく、平坦な基板上に適用しても、緻密なシリコン酸化膜を形成することができる。さらに、第2実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法は、RIEによって形成されたAl配線の間の埋め込みだけでなく、STIの埋め込みなどに使用しても良い。
上述した凝縮CVDの問題点に対して、第2実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法は、1次反応物であるシラノールを形成する際に、エネルギー線を照射することによって、均質かつ緻密なシリコン酸化膜を形成することができる。
次に、本発明の第3実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法について、図面に基づいて説明する。製造装置としては、上記第1実施形態で用いたものを使用する。先ず、図10に示すようにエッチングなどの処理によって素子分離溝(STI)50が形成された半導体基板52を上記製造装置の半導体基板ホルダー12上に設置する。次いで、SiHとHを原料ガスとする凝縮CVD法によってSTI50を埋めながらシラノールを形成するが、第3実施形態においては、SiHとともに脱水縮合促進剤としてアンモニアを反応容器10内に供給する。凝縮CVD法によるSTI50の埋め込み工程において、アンモニアは、シラノール56からシリコン酸化膜を形成する脱水縮合反応を低温で促進する触媒として機能し、図11に示すように気相中及び基板上の脱水縮合反応が促進される。次に、図示しない他の反応容器に移して、ヒーターなどで、例えば350℃で真空加熱処理(キュア処理)を行なうことによって、シリコン酸化膜の脱水縮合反応がさらに促進される。これにより図12に示すように緻密なシリコン酸化膜58を形成することができる。その後、電気炉などにより、例えば900℃で加熱処理(アニール処理)を行なうことによって、シリコン酸化膜のさらなる架橋促進や骨格の三次元化を進行させても良い。
第3実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法は、凹部の埋め込みだけでなく、平坦な基板上に適用しても、緻密なシリコン酸化膜を形成することができる。また、第3実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法において、脱水縮合促進剤としては、アンモニアの他にエチレンジアミンなどのアミンのようなアンモニウム基を有する化合物を用いても良く、これら脱水縮合促進剤は、Hの水溶液に溶解させた後にガス化させて供給しても良い。さらに、第3実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法は、STIの埋め込みだけでなく、RIEによって形成されたAl配線の間の埋め込みなどに使用しても良い。
上述した凝縮CVDの問題点に対して、第3実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法は、1次反応物であるシラノールを形成する際に、脱水縮合促進剤を供給することによって、均質かつ緻密なシリコン酸化膜を形成することができる。
次に、本発明の第4実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法について説明する。図13は、第4実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法を実施するための製造装置の概略図である。この製造装置は、反応容器11と、反応容器11内に設置され、半導体基板を保持する半導体基板ホルダー13と、半導体基板ホルダー13上に保持された半導体基板を加熱するヒーター15と、反応容器11内のガスを排気する排気口17と、反応容器11内に原料ガスを供給する供給口19、21と、反応容器11内に設けられたプラズマ生成部59とを備えている。
次に、この製造装置を用いた第4実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法について説明する。先ず、図14に示すように半導体基板60上にトンネル酸化膜62が形成され、その上に電極となるPoly−Si膜64が形成され、さらにその上に加工時のマスク層66が成膜された後、エッチングなどの処理によって素子分離溝(STI)68が作製され、続いて熱CVD法によって薄いシリコン酸化膜70が形成された半導体基板60を第1実施形態で用いた製造装置の半導体基板ホルダー12に設置する。次に、SiHとHを原料ガスとする凝縮CVD法によってSTI68を埋めながらシラノールを形成する。その後、真空状態を維持しながら上記図13に示す反応容器11に移して、反応容器11内に酸素を充填し、プラズマ生成部59によって、例えば高周波電界を印加することにより、酸素プラズマを生成し、その酸素プラズマにシラノールを曝しながら、ヒーター15などで、例えば100℃で1分間加熱処理を行い、脱水縮合を行なうことによって(キュア処理)、図15に示すようにシリコン酸化膜72が形成される。次いで、例えば、900℃の加熱処理(アニール処理)を施すことによって、シリコン酸化膜のさらなる架橋促進や骨格の三次元化を進行させる。
このようにキュア処理の際に、酸素プラズマに曝し、その後のアニール処理を行うことによって、アニール処理の際の体積収縮を低減させることができ、例えば窒素雰囲気下でキュア処理を行っていた従来の場合のようにシリコン酸化膜の剥離や低密度化が生じることが少なく、薬液洗浄による溶解も生じることが少ない。特に、このような酸素プラズマに曝した状態での加熱処理(キュア処理)は、300℃以下の低温、特に150℃以下の低温で行なうと効果が向上する。
本発明者らは、同一条件で形成したシラノールに対し、従来の高温キュア処理と、酸素に曝した低温キュア処理と、酸素プラズマに曝した状態の低温キュア処理との比較実験を行なった。すなわち、窒素に曝した状態で600℃で2分間キュア処理を行い、その後900℃で1時間アニール処理を行った場合、キュア後の膜厚が100nm、アニール後の膜厚が90nmであったが、酸素に曝した状態で100℃で1分間キュア処理を行い、その後900℃で1時間アニール処理を行った場合、キュア後の膜厚が115nm、アニール後の膜厚が95nmとなり、さらに250mTorr、1000Wの条件で酸素プラズマに曝して100℃で5分間キュア処理を行い、その後900℃で1時間アニール処理を行った場合、キュア処理後の膜厚が110nm、アニール後の膜厚が105nmとなった。このような比較実験から、低温短時間のキュア処理における体積収縮が少なく、さらに酸素プラズマに曝した状態でキュア処理を行うことによって、体積収縮がより少ないことが分かる。
また、このようにキュアの際、酸素プラズマに曝すことは、上記第1実施形態乃至第3実施形態と組み合わせても良い。すなわち、第1実施形態乃至第3実施形態において、シラノールを形成した後のキュア処理は、酸素プラズマに曝して行なっても良い。さらに、第4実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法は、STIの埋め込みだけでなく、RIEによって形成されたAl配線の間の埋め込みなどに使用しても良い。
さらに、第1実施形態乃至第4実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法においては、凝縮CVD法の原料ガスとしてSiHとHを用いたが、これに限定されず、Si含有ガスとして、例えばTEOSやメチルシランなどの有機系シランを用いても良く、また、酸素源ガスとして、オゾンガスなどを用いても良い。
本発明の第1実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法に用いられる製造装置の概略図である。 第1実施形態によりシリコン酸化膜が形成される前の状態を示す断面図である。 第1実施形態によりシリコン酸化膜が形成される状態を示す断面図である。 第1実施形態によりシリコン酸化膜が形成される状態を示す断面図である。 第1実施形態によりシリコン酸化膜が形成された状態を示す断面図である。 本発明の第2実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法に用いられる製造装置の概略図である。 第2実施形態によりシリコン酸化膜が形成される前の状態を示す断面図である。 第2実施形態によりシリコン酸化膜が形成される状態を示す断面図である。 第2実施形態によりシリコン酸化膜が形成された状態を示す断面図である。 第3実施形態によりシリコン酸化膜が形成される前の状態を示す断面図である。 第3実施形態によりシリコン酸化膜が形成される状態を示す断面図である。 第3実施形態によりシリコン酸化膜が形成された状態を示す断面図である。 本発明の第4実施形態に係るシリコン酸化膜の形成方法に用いられる製造装置の概略図である。 第4実施形態によりシリコン酸化膜が形成される前の状態を示す断面図である。 第4実施形態によりシリコン酸化膜が形成された状態を示す断面図である。
符号の説明
22 半導体基板
30 素子分離溝(STI)
34 緻密層
36 低密度領域

Claims (5)

  1. 少なくともSi含有ガスを原料ガスとして、凹部が表面に形成された半導体基板上に1次反応物を形成した後に脱水縮合を行なうことによりシリコン酸化膜を半導体基板上に形成するシリコン酸化膜の形成方法であって、
    前記シリコン酸化膜を半導体基板上に形成した後、前記凹部内に形成されたシリコン酸化膜のうち、表面に形成されたシリコン酸化膜よりも低密度に形成された部分の少なくとも一部が露出するまで、表面に形成されたシリコン酸化膜を除去し、次いでSi含有ガスを前記低密度のシリコン酸化膜に供給することを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。
  2. 少なくともSi含有ガスを原料ガスとして、凹部が表面に形成された半導体基板上に1次反応物を形成した後に脱水縮合を行なうことによりシリコン酸化膜を半導体基板上に形成するシリコン酸化膜の形成方法であって、
    前記1次反応物を形成する際に、エネルギー線を照射することを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。
  3. 少なくともSi含有ガスを原料ガスとして、凹部が表面に形成された半導体基板上に1次反応物を形成した後に脱水縮合を行なうことによりシリコン酸化膜を半導体基板上に形成するシリコン酸化膜の形成方法であって、
    前記1次反応物を形成する際に、脱水縮合促進剤を供給することを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。
  4. 少なくともSi含有ガスを原料ガスとして、凹部が表面に形成された半導体基板上に1次反応物を形成した後に脱水縮合を行うことによりシリコン酸化膜を半導体基板上に形成するシリコン酸化膜の形成方法であって、
    前記1次反応物を形成した後に酸素プラズマに曝した状態で加熱処理を行うことを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。
  5. 前記シリコン酸化膜を形成する工程は、Si含有ガスと酸素源ガスを原料ガスとして、凹部が表面に形成された半導体基板上に流動性を有するシラノールを形成した後に脱水縮合を行なうことによりシリコン酸化膜を半導体基板上に形成することを特徴とする請求項1乃至4いずれか記載のシリコン酸化膜の形成方法。
JP2006176041A 2006-06-27 2006-06-27 シリコン酸化膜の形成方法 Pending JP2008010441A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006176041A JP2008010441A (ja) 2006-06-27 2006-06-27 シリコン酸化膜の形成方法
US11/819,275 US20080009143A1 (en) 2006-06-27 2007-06-26 Method of forming silicon oxide layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006176041A JP2008010441A (ja) 2006-06-27 2006-06-27 シリコン酸化膜の形成方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008010441A true JP2008010441A (ja) 2008-01-17

Family

ID=38919590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006176041A Pending JP2008010441A (ja) 2006-06-27 2006-06-27 シリコン酸化膜の形成方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20080009143A1 (ja)
JP (1) JP2008010441A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016133829A (ja) * 2015-01-15 2016-07-25 株式会社東芝 電子機器、記憶装置へのアクセス制御方法およびプログラム

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4413947B2 (ja) * 2007-06-21 2010-02-10 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
JP5862353B2 (ja) * 2011-08-05 2016-02-16 東京エレクトロン株式会社 半導体装置の製造方法
US9431238B2 (en) * 2014-06-05 2016-08-30 Asm Ip Holding B.V. Reactive curing process for semiconductor substrates

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06208993A (ja) * 1993-01-11 1994-07-26 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JPH09260484A (ja) * 1996-03-25 1997-10-03 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
JP2002083864A (ja) * 2000-09-07 2002-03-22 Seiko Epson Corp 半導体装置及びその製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1126449A (ja) * 1997-06-30 1999-01-29 Sony Corp 絶縁膜の成膜方法
JP2002299337A (ja) * 2001-03-29 2002-10-11 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法および半導体装置
US6936551B2 (en) * 2002-05-08 2005-08-30 Applied Materials Inc. Methods and apparatus for E-beam treatment used to fabricate integrated circuit devices
JP3668222B2 (ja) * 2002-11-07 2005-07-06 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
US20050164402A1 (en) * 2003-07-14 2005-07-28 Belisle Christopher M. Sample presentation device
US20050227502A1 (en) * 2004-04-12 2005-10-13 Applied Materials, Inc. Method for forming an ultra low dielectric film by forming an organosilicon matrix and large porogens as a template for increased porosity
US7422776B2 (en) * 2004-08-24 2008-09-09 Applied Materials, Inc. Low temperature process to produce low-K dielectrics with low stress by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD)

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06208993A (ja) * 1993-01-11 1994-07-26 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JPH09260484A (ja) * 1996-03-25 1997-10-03 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
JP2002083864A (ja) * 2000-09-07 2002-03-22 Seiko Epson Corp 半導体装置及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016133829A (ja) * 2015-01-15 2016-07-25 株式会社東芝 電子機器、記憶装置へのアクセス制御方法およびプログラム

Also Published As

Publication number Publication date
US20080009143A1 (en) 2008-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI676700B (zh) 用於高品質流動式化學氣相沉積膜之先進製程流程
TWI673826B (zh) 可流動膜固化穿透深度之改進以及應力調諧
KR20150022677A (ko) 유기아미노실란 어닐링을 이용한 SiOCH 막의 형성 방법
JPWO2013065771A1 (ja) 半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置及び記録媒体
JPH0786271A (ja) シリコン酸化膜の作製方法
CN101283442A (zh) 半导体装置以及制造方法
JP2005116706A (ja) 熱処理方法及び熱処理装置
JP2010087475A (ja) 半導体装置の製造方法及び製造装置
TW201545233A (zh) 製造具有絕緣層之積體電路的方法
KR20110001918A (ko) 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
US20150368803A1 (en) Uv curing process to improve mechanical strength and throughput on low-k dielectric films
JP2008140896A (ja) 熱処理方法、熱処理装置及び記憶媒体
JP2008010441A (ja) シリコン酸化膜の形成方法
TW201203366A (en) Film formation method, semiconductor-device fabrication method, insulating film and semiconductor device
JP2007042884A (ja) 成膜方法及び成膜装置
CN104471687A (zh) 降低多孔低k膜的介电常数的方法
JP2010192755A (ja) シリコン酸化膜の成膜方法および半導体装置の製造方法
JP2006269621A (ja) Aldによる薄膜形成方法および装置
US9324571B2 (en) Post treatment for dielectric constant reduction with pore generation on low K dielectric films
JP2004039990A (ja) 被処理体の酸化方法
KR102616699B1 (ko) 갭 충진 애플리케이션들에서 실리콘 다이옥사이드 막의 원자층 증착에서의 심들을 제거하기 위한 시스템들 및 방법들
JP2008199015A (ja) Psz膜の熱処理方法及びこれを適用した半導体素子の素子分離膜形成方法
TW201030174A (en) Silicon dioxide film and process for production thereof, computer-readable storage medium, and plasma cvd device
CN1324663C (zh) 制造介电层的方法与系统
JP2010171231A (ja) シリコン酸化膜の形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080821

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100723

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100727

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20101130