JP2008205033A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、層間絶縁膜を有する半導体装置とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device having an interlayer insulating film and a method for manufacturing the same.
従来の半導体装置において、ロジックデバイスを構成する電界効果型トランジスタ(以下、MOS(Metal-Oxide Semiconductor)トランジスタという)のゲートと第1配線の間には、複数層のUSG(Undoped Silicate Glass)膜からなる層間絶縁膜が形成されている。 In a conventional semiconductor device, a multi-layer USG (Undoped Silicate Glass) film is formed between a gate of a field effect transistor (hereinafter referred to as a MOS (Metal-Oxide Semiconductor) transistor) constituting a logic device and a first wiring. An interlayer insulating film is formed.
一般的な半導体装置の製造工程においては、層間絶縁膜を形成した後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)で平坦化処理が行われる。この際、低硬度の層間絶縁膜が用いられると、CMP平坦化処理の際にスクラッチが発生し易くなり問題となる。そのため、層間絶縁膜はCMP平坦化処理の際にスクラッチが発生しない硬度を有することが必要となる。 In a general semiconductor device manufacturing process, after an interlayer insulating film is formed, a planarization process is performed by CMP (Chemical Mechanical Polishing). At this time, if a low-hardness interlayer insulating film is used, scratches are easily generated during the CMP planarization process, which causes a problem. Therefore, the interlayer insulating film needs to have a hardness that does not generate a scratch during the CMP planarization process.
一般的に、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成したUSG膜は埋め込み特性が良い反面、プラズマCVD法で形成したUSG膜に比して低硬度となる。一方、プラズマCVD法で形成したUSG膜は熱CVD法で形成したUSG膜に比して高硬度であるが、埋め込み特性が良くない。このような理由によって、図4に示されるように、従来の層間絶縁膜120は、下層を埋め込み特性のよい熱による常圧または準常圧CVD法(以下、熱CVD法という)で形成したO3/TEOS(Tetraethyl orthosilicate)膜(以下、熱−USG膜という)122とし、上層をプラズマCVD法で形成した高硬度の酸化シリコン膜(以下、P−USG膜という)124とした構造のものが一般的となっている(たとえば、特許文献1参照)。このとき、上層のP−USG膜124はCMP研磨処理時の被研磨膜として用いられる。なお、複数層のUSG膜とは、製法の異なる複数のUSG膜が順に積層されてなることをいう。
In general, a USG film formed by a thermal CVD (Chemical Vapor Deposition) method has good embedding characteristics, but has a lower hardness than a USG film formed by a plasma CVD method. On the other hand, the USG film formed by the plasma CVD method has higher hardness than the USG film formed by the thermal CVD method, but the embedding characteristic is not good. For this reason, as shown in FIG. 4, the conventional
半導体装置の微細化が進行すると層間絶縁膜下層のエッチングストッパ層が薄くなる。このため層間絶縁膜自体を薄くする必要があるのに加えて、CMP平坦化処理後の層間絶縁膜の膜厚のばらつきを小さくする必要がある。たとえば、特許文献1ではCMP研磨膜となるプラズマCVD法によって成膜したUSG膜があるため、プラズマCVD法による成膜時の膜厚の面内分布と、CMP平坦化処理時の研磨量の面内のばらつきとを加味しなければならない。そのため、層間絶縁膜が複数のUSG膜からなる場合には、薄膜化や膜厚分布の均一化が困難であるという問題点があった。 As the miniaturization of the semiconductor device proceeds, the etching stopper layer under the interlayer insulating film becomes thinner. For this reason, in addition to the necessity of making the interlayer insulating film itself thin, it is necessary to reduce the variation in the film thickness of the interlayer insulating film after the CMP planarization process. For example, since there is a USG film formed by a plasma CVD method as a CMP polishing film in Patent Document 1, the in-plane distribution of the film thickness at the time of film formation by the plasma CVD method and the surface of the polishing amount at the CMP flattening process It is necessary to take into account the variation within. Therefore, when the interlayer insulating film is composed of a plurality of USG films, there is a problem that it is difficult to reduce the thickness and make the film thickness uniform.
図5−1〜図5−2は、層間絶縁膜が複数層からなる場合の問題点を説明するための図である。図5−1に示されるように、シリコン基板101の表面から上面までの厚さが150nmの熱−USG膜122が、MOSトランジスタが形成されたシリコン基板101上に形成されている。そして、この熱−USG膜122上の全面にP−USG膜124が形成される。この形成されたP−USG膜124の膜厚分布は、270nm〜330nmであるとする。
FIGS. 5-1 to 5-2 are diagrams for explaining problems in the case where the interlayer insulating film includes a plurality of layers. As shown in FIG. 5A, a thermal-
CMP平坦化処理後に、最も薄い部分でも50nmのP−USG膜124を残すものとする。この場合、CMPによるP−USG膜124の研磨量の最大値は、P−USG膜124の最も薄い部分が50nmとなることを考えると、270nm−50nm=220nmとなる。ここでCMPによる研磨量のばらつきを、180〜220nm程度と考えると、平坦化処理後のP−USG膜124の最も厚い部分は、最も厚く堆積した位置で最もCMPの研磨量が少なかった場合であるので、330nm−180nm=150nmの膜厚となる。このように、P−USG膜124の堆積とそのCMPによる研磨の相乗効果によって、CMP平坦化処理後のP−USG膜124の厚さは、50〜150nmの範囲でばらつきが生じてしまう。このようなばらつきが存在することで、層間絶縁膜120の薄膜化や膜厚分布の均一化は困難となっていた。
It is assumed that a 50 nm P-
このように層間絶縁膜が複数層からなる場合には、その薄膜化や膜厚分布の均一化が困難であるので、層間絶縁膜を単層にすれば、上記のような問題は発生しないことになる。たとえば、熱−USG膜の成膜後に、高温熱処理を行うことで熱−USG膜の密度が増大し、硬度が上がることが知られている。そのため、この高温熱処理した1層の熱−USG膜を層間絶縁膜として使用することが期待できる。 When the interlayer insulating film is composed of a plurality of layers as described above, it is difficult to reduce the thickness and make the film thickness uniform. Therefore, if the interlayer insulating film is a single layer, the above-described problem does not occur. become. For example, it is known that a high-temperature heat treatment is performed after the formation of the heat-USG film, thereby increasing the density of the heat-USG film and increasing the hardness. Therefore, it can be expected that this one-layer heat-USG film subjected to high temperature heat treatment is used as an interlayer insulating film.
しかしながら、近年、基板コンタクトに用いられているニッケルシリサイドに代表される新材料は耐熱性に乏しく、その後の層間絶縁膜の形成工程以降に多くの熱処理をかけることができないという問題点があった。つまり、ニッケルシリサイドなどの材料が用いられているMOSトランジスタが形成された半導体装置には、高温熱処理した1層の熱−USG膜を使用することができない。その結果、低温で成膜した脆弱な熱−USG膜を用いることになり、CMP平坦化処理によってスクラッチが発生する可能性があるという問題点があった。 However, in recent years, new materials typified by nickel silicide used for substrate contacts have poor heat resistance, and there has been a problem that many heat treatments cannot be performed after the subsequent step of forming an interlayer insulating film. That is, a single layer of heat-USG film that has been heat-treated at a high temperature cannot be used in a semiconductor device in which a MOS transistor using a material such as nickel silicide is formed. As a result, a fragile heat-USG film formed at a low temperature is used, and there is a problem that scratches may occur due to the CMP planarization process.
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、MOSトランジスタを構成する材料によって熱処理温度が制限される半導体装置の層間絶縁膜の形成において、CMP平坦化処理工程でスクラッチの発生を抑制することが可能な比較的低温のプロセスで形成されるO3/TEOS系の熱−USG膜からなる層間絶縁膜を有する半導体装置とその製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and in the formation of an interlayer insulating film of a semiconductor device in which the heat treatment temperature is limited by the material constituting the MOS transistor, it is possible to suppress the occurrence of scratches in the CMP planarization process. It is an object of the present invention to obtain a semiconductor device having an interlayer insulating film made of an O 3 / TEOS-based thermal-USG film formed by a relatively low temperature process and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するため、この発明の一実施の形態にかかる半導体装置の製造方法は、ソース/ドレイン領域および/またはゲート電極上にシリサイド層を有する電界効果型トランジスタが半導体基板上に形成された半導体基材上に、まず、熱CVD法によって不純物が導入されていないシリコン酸化膜を形成する。その後、半導体基材中のシリサイドに影響を与えない程度の温度で、シリコン酸化膜中に混入したガス状反応生成物を除去するようにしている。 In order to achieve the above object, in a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, a field effect transistor having a silicide layer on a source / drain region and / or a gate electrode is formed on a semiconductor substrate. First, a silicon oxide film into which impurities are not introduced is formed on a semiconductor substrate by a thermal CVD method. Thereafter, the gaseous reaction product mixed in the silicon oxide film is removed at a temperature that does not affect the silicide in the semiconductor substrate.
この発明の一実施の形態によれば、埋め込み特性のよい熱CVDで、正珪酸四エチル/オゾン系のUSG膜(シリコン酸化膜)からなる層間絶縁膜を形成した後、USG膜に混入したガス状生成反応物を除去するようにしたので、半導体装置全体を高温にすることなく、短い時間で層間絶縁膜の硬度を増大させることができるという効果を有する。 According to one embodiment of the present invention, an inter-layer insulating film made of a tetraethyl silicate / ozone USG film (silicon oxide film) is formed by thermal CVD with good embedding characteristics, and then mixed into the USG film. Since the formed product reaction product is removed, the hardness of the interlayer insulating film can be increased in a short time without increasing the temperature of the entire semiconductor device.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置とその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる半導体装置の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。 Exemplary embodiments of a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments. The cross-sectional views of the semiconductor devices used in the following embodiments are schematic, and the relationship between the thickness and width of the layers, the ratio of the thicknesses of the layers, and the like are different from the actual ones.
実施の形態1.
図1は、この発明にかかる半導体装置の実施の形態1の断面構造を模式的に示す図である。この半導体装置は、シリコン基板1上の所定の位置に電界効果型トランジスタ(以下、MOSトランジスタという)が形成される構造を有する。このMOSトランジスタは、シリコン基板1上の所定の位置にゲート構造11が形成され、ゲート構造11の下部のチャネル領域を挟んだシリコン基板1表面には、所定の導電型の不純物原子が拡散された、ソース/ドレイン領域となる拡散層16が形成され、さらにその上部にはニッケルシリサイドなどからなるシリサイド膜17が形成される。ゲート構造11は、シリコン基板1上に酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜12と、ポリシリコンからなるゲート電極13と、ニッケルシリサイドなどのシリサイド膜14とからなる所定の形状の積層体と、この積層体の線幅方向両側側面に形成される、主にシリコン窒化膜からなるサイドウォール15と、からなる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. This semiconductor device has a structure in which a field effect transistor (hereinafter referred to as a MOS transistor) is formed at a predetermined position on a silicon substrate 1. In this MOS transistor, a
このMOSトランジスタが形成されたシリコン基板1の上面には、シリコン窒化膜からなるエッチングストッパ膜21と、O3/TEOS系のPやBなどの不純物が人為的に導入されていない酸化シリコン膜(以下、USG膜という)からなる層間絶縁膜22が順に形成される。この層間絶縁膜22は、熱による常圧または準常圧CVD法(以下、熱CVD法という)によって形成されたO3/TEOS系のUSG膜に紫外光の照射を行って形成されたものである。この層間絶縁膜22上には、図示しないが第1配線が形成されている。つまり、層間絶縁膜22は、1層のO3/TEOS系のUSG膜からなることを特徴とする。
On the upper surface of the silicon substrate 1 on which the MOS transistor is formed, an
このO3/TEOS系のUSG膜は、後述するように熱CVD法によってオゾンと正珪酸四エチル(Si(OC2H5)4)を原料として形成された後、紫外光の照射を所定の時間行う。この紫外光の照射によって、熱CVD法の成膜過程でUSG膜中に残留した水素基や水酸基が活性化され、相対的に低い温度や短い時間で水分(H2O)やCO2、H2などのガス状反応生成物を脱離させる。そして、脱離の際に新たにシリコン−酸素―シリコンの網目構造に類する結合が生成し、USG膜の硬度が増大する。 As will be described later, this O 3 / TEOS-based USG film is formed using ozone and tetraethyl silicate (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) as a raw material by a thermal CVD method, and then irradiated with a predetermined ultraviolet ray. Do time. This ultraviolet light irradiation activates hydrogen groups and hydroxyl groups remaining in the USG film during the film formation process of the thermal CVD method, so that moisture (H 2 O), CO 2 , H 2 can be obtained at a relatively low temperature and in a short time. Gaseous reaction products such as 2 are desorbed. Then, a bond similar to a silicon-oxygen-silicon network structure is newly generated at the time of desorption, and the hardness of the USG film increases.
つぎに、この発明にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図2−1〜図2−6は、この発明による半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。まず、従来公知の方法によって、素子分離絶縁膜の形成やウェル注入など所定の処理を施したシリコン基板1を酸素と水分を含む雰囲気化で熱処理する。これにより、シリコン基板1の表面が酸化され、シリコン基板1の表面にシリコン酸化膜12Aが作製される(図2−1)。ここでは、たとえば約950℃の温度で酸化処理を行って、約8nmのシリコン酸化膜12Aを形成する。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described. FIGS. 2-1 to 2-6 are cross-sectional views schematically showing an example of the procedure of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention. First, the silicon substrate 1 subjected to a predetermined process such as formation of an element isolation insulating film or well implantation is heat-treated in an atmosphere containing oxygen and moisture by a conventionally known method. As a result, the surface of the silicon substrate 1 is oxidized, and a
ついで、シリコン酸化膜12Aの表面上に多結晶シリコン膜を形成し、一般的なフォトリソグラフィ技術とプラズマエッチング技術を用いて、所定の形状にパターニングを行い、ゲート電極13を形成する(図2−2)。ここでは高さ180nmのゲート電極13を形成する。
Next, a polycrystalline silicon film is formed on the surface of the
ついで、ゲート電極13を形成したシリコン基板1上の全面にシリコン窒化膜を形成する。その後、プラズマエッチング技術を用いて、ゲート電極13の上面とシリコン基板1の表面のシリコン窒化膜をエッチングして除去する。また、このときゲート電極13の形成位置以外のシリコン酸化膜12Aもシリコン基板1の表面が露出するまで除去する。これにより、ゲート電極13の線幅方向の両側側面にサイドウォール15が形成され、シリコン基板1上の所定の位置にゲート絶縁膜12とゲート電極13とサイドウォール15とからなるゲート構造11が形成される。ここでは熱CVD法によってシリコン窒化膜を20nm成膜した後、一般的なプラズマエッチバックを行う。その後、ゲート構造11をマスクとして、隣接するゲート構造11間に露出したシリコン基板1表面に所定の導電型の不純物をイオン注入し、活性化させてソース/ドレイン領域となる拡散層16を形成する(図2−3)。
Next, a silicon nitride film is formed on the entire surface of the silicon substrate 1 on which the
ついで、シリコン基板1の表面にシリコンと反応してシリサイドを形成するニッケルなどの金属膜を形成した後、熱処理を行ってゲート電極13上と拡散層16上にシリサイド膜14,17を形成する(図2−4)。ここでは、ニッケルをスパッタ法によって10nm堆積し、その後500℃で熱処理することによってニッケルシリサイドを形成する。
Next, after forming a metal film such as nickel that forms silicide by reacting with silicon on the surface of the silicon substrate 1, heat treatment is performed to form
その後、シリコン基板1上のゲート構造11およびシリサイド膜14を覆う様にシリコン窒化膜からなるエッチングストッパ膜21を形成する。このとき、隣接するMOSトランジスタのゲート構造11間の空間がエッチングストッパ膜21で埋め尽くされてしまわない程度に、エッチングストッパ膜21を形成する。ここでは、エッチングストッパ膜となるシリコン窒化膜はプラズマCVD法により450℃で40nm成膜する。ついで、熱CVD法によって、オゾンと正珪酸四エチルを原料として、エッチングストッパ膜21上にBやPなどの不純物が導入されていない酸化シリコン膜(USG膜)からなる層間絶縁膜23を形成する(図2−5)。ここでは、オゾンと正珪酸四エチルを原料とした熱CVD法により450℃で800nmのUSG膜を成膜する。
Thereafter, an
ついで、層間絶縁膜23をシリサイド膜14,17の特性に影響を与えない程度の温度、たとえばシリサイド膜14,17がニッケルシリサイド膜である場合には400℃程度に加熱しながら、層間絶縁膜23に紫外光を1時間照射する。これによって、熱CVD法による成膜中に層間絶縁膜23中に混入したガス状反応生成物が除去され、シリコン−酸素−シリコンの結合が増えるので、硬度が増大した層間絶縁膜22が得られる(図2−6)。この紫外光照射による硬度の増大によって、層間絶縁膜22の体積は収縮する。
Next, the
その後、従来公知の技術によって、CMP法で層間絶縁膜22を所定の厚さとなるように研磨し、平坦化させることで、図1に示される半導体装置が得られる。なお、ここでは図示しないが、層間絶縁膜22にコンタクトホールを開口し、上部の配線構造が形成される。
Thereafter, the
この実施の形態1によれば、熱CVD法によるUSG膜の形成後に、シリサイド膜の特性に影響を与えない低温での紫外光の照射によるUSG膜の硬化工程が入っているため、熱に弱いニッケルシリサイドなどのシリサイド膜の特性を損なうことなく、CMP平坦化処理時のスクラッチに強い層間絶縁膜を形成することができるという効果を有する。また、熱CVD法によるUSG膜1層のみで層間絶縁膜を形成することができるので、従来のように上部にプラズマCVD法によるシリコン酸化膜(P−USG膜)を積み足す場合と異なり、層間絶縁膜の膜厚を薄くすることができるとともに、次工程のコンタクトホールの開口が容易になるという効果も有する。 According to the first embodiment, after the formation of the USG film by the thermal CVD method, the curing process of the USG film by ultraviolet light irradiation at a low temperature that does not affect the characteristics of the silicide film is included, so that it is vulnerable to heat. There is an effect that it is possible to form an interlayer insulating film that is resistant to scratches during CMP planarization without damaging the characteristics of a silicide film such as nickel silicide. Further, since the interlayer insulating film can be formed with only one layer of USG film by the thermal CVD method, unlike the conventional case of adding a silicon oxide film (P-USG film) by the plasma CVD method to the upper layer, the interlayer insulating film can be formed. It is possible to reduce the thickness of the insulating film and to easily open a contact hole in the next process.
実施の形態2.
実施の形態1では、熱CVD法で形成したUSG膜に、シリサイド膜の特性に影響を与えない低温で紫外光を照射して、USG膜中のガス状反応生成物の除去を行っていた。しかし、シリサイド膜の特性に影響を与えない低温でUSG膜中のガス状反応生成物の除去が可能であれば、他の処理方法を用いてもよい。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the gaseous reaction product in the USG film is removed by irradiating the USG film formed by the thermal CVD method with ultraviolet light at a low temperature that does not affect the characteristics of the silicide film. However, other treatment methods may be used as long as the gaseous reaction product in the USG film can be removed at a low temperature that does not affect the characteristics of the silicide film.
たとえば、実施の形態1の図2−5で熱CVD法によってO3/TEOS系のUSG膜からなる層間絶縁膜23を形成した後、半導体装置を真空槽中に配置し、真空槽内を低い圧力状態(真空)にして、シリサイド膜14,17の特性に影響を与えない程度の低い温度で熱処理を行う減圧熱処理を行ってもよい。これによって、USG膜(硬化処理前の層間絶縁膜23)中の水分が除去されるので、USG膜(硬化処理後の層間絶縁膜)の硬度を上昇させることができる。
For example, after forming the
さらに、実施の形態1の図2−5で熱CVD法によってO3/TEOS系のUSG膜からなる層間絶縁膜23を形成した後、シリサイド膜14,17の特性に影響を与えない程度の低い温度で、酸素などの酸化剤となるガスを含む雰囲気下でプラズマ処理を行うようにしてもよい。これによって、USG膜(硬化処理前の層間絶縁膜23)中の水分だけでなく、CO2やH2などのガス状反応生成物も除去することができる。
Further, after forming the
この実施の形態2によれば、減圧熱処理によって、熱CVD法で形成したO3/TEOS系のUSG膜の水分を除去することができる。また、酸化剤となるガスを含む雰囲気下でのプラズマ処理によって、熱CVD法で形成したO3/TEOS系のUSG膜の水分やCO2やH2などのガス状反応生成物を除去することができる。その結果、層間絶縁膜の膜硬度を増大させることができるという効果を有する。 According to the second embodiment, moisture in the O 3 / TEOS-based USG film formed by thermal CVD can be removed by low-pressure heat treatment. In addition, by the plasma treatment in an atmosphere containing a gas serving as an oxidant, it is possible to remove moisture and gaseous reaction products such as CO2 and H2 from an O 3 / TEOS-based USG film formed by a thermal CVD method. . As a result, the film hardness of the interlayer insulating film can be increased.
実施の形態3.
実施の形態1では、熱CVD法で形成したUSG膜を1度で形成し、その後にシリサイド膜の特性に影響を与えない低温で紫外光を照射して、USG膜中のガス状反応生成物の除去を行っていた。この実施の形態3では、実施の形態1における紫外光照射の効果や実施の形態2における減圧熱処理や酸化剤となるガスを含む雰囲気下でのプラズマ処理の効果を増大させるために、USG膜(層間絶縁膜)を分割して成膜し、成膜するごとにUSG膜の硬化処理を行う方法について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In Embodiment 1, a gaseous reaction product in the USG film is formed by forming a USG film formed by thermal CVD at a time and then irradiating with ultraviolet light at a low temperature that does not affect the characteristics of the silicide film. Was removed. In this third embodiment, in order to increase the effect of ultraviolet light irradiation in the first embodiment, the reduced pressure heat treatment in the second embodiment, and the effect of plasma treatment in an atmosphere containing a gas that becomes an oxidizing agent, a USG film ( A method of dividing the interlayer insulating film) and performing the curing process of the USG film every time the film is formed will be described.
図3−1〜図3−4は、この発明による半導体装置の製造方法の実施の形態3の手順の一例を模式的に示す断面図である。なお、図2−4に示されるように、シリコン基板1上のMOSトランジスタのゲート電極13上と拡散層16上にシリサイド膜14,17を形成する工程までは、実施の形態1と同一であるので、その説明を省略する。
FIGS. 3-1 to 3-4 are cross-sectional views schematically showing an example of the procedure of the third embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention. As shown in FIG. 2-4, the steps up to forming the
図2−4に示されるように、ゲート電極13上と拡散層16上にシリサイド膜14,17を形成した後、ゲート電極13上のシリサイド膜14、サイドウォール15および拡散層16上のシリサイド膜17を覆う様にシリコン窒化膜からなるエッチングストッパ膜21を形成する。ついで、熱CVD法によって、オゾンと正珪酸四エチルを原料として、エッチングストッパ膜21上にBやPなどの不純物が導入されていない酸化シリコン膜(USG膜)からなる第1の層間絶縁膜23Aを、最終的な層間絶縁膜の膜厚よりも薄い厚さで形成する(図3−1)。
2-4, after forming
ついで、第1の層間絶縁膜23Aをシリサイド膜14,17の特性に影響を与えない程度の温度、たとえば400℃程度に加熱しながら、第1の層間絶縁膜23Aに紫外光を所定の時間照射する。これによって、熱CVD法による成膜中に第1の層間絶縁膜23A中に混入したガス状反応生成物が除去され、シリコン−酸素−シリコンの結合が増えるので、硬度が増大した第1の層間絶縁膜22Aが得られる(図3−2)。
Next, the first
その後、図3−1〜図3−2に示したように、所定の厚さのUSG膜を堆積した後に、所定の温度で紫外光を照射するという工程を、繰り返し行って、全体として所定の厚さの層間絶縁膜を形成していく。図3−3は、このようにして硬化処理が施された第4の層間絶縁膜22Dを形成し、その上に硬化処理前の第5の層間絶縁膜23Eを形成した状態を示す図である。第1〜第5の層間絶縁膜23A〜23Eはいずれも1回あたり100nmの膜厚で成膜処理を行ったものとする。その後、第5の層間絶縁膜23Eに対して、所定の温度で紫外光を照射して、硬化した層間絶縁膜22Eを形成する(図3−4)。以上によって、層間絶縁膜の形成が終了する。
Thereafter, as shown in FIGS. 3-1 to 3-2, after depositing a USG film having a predetermined thickness, a process of irradiating ultraviolet light at a predetermined temperature is repeatedly performed, so that a predetermined amount as a whole is obtained. A thick interlayer insulating film is formed. FIG. 3C is a diagram showing a state in which the fourth
なお、上述した説明では、硬化処理として、O3/TEOS系のUSG膜に所定の温度で紫外光を照射する場合を例に挙げたが、実施の形態2に示したように、層間絶縁膜を形成した半導体装置を減圧熱処理してもよいし、酸化剤となるガスを含む雰囲気下でプラズマ処理してもよいし、水分の少ない雰囲気下で熱処理を行ってもよい。特に、プラズマ処理による硬化など、被処理膜の表面近傍のみ効果があるような手法に対して特に効果的である。また、各成膜工程と硬化処理工程は同一内容である必要はなく、異なる膜厚や処理方法を組み合わせてもよい。さらに、上述した説明では、硬化処理の対象をMOSトランジスタ上に形成される層間絶縁膜の形成について説明してきたが、層間絶縁膜の形成過程において耐熱性が要求される構造であれば、トランジスタ上に形成される層間絶縁膜以外の層間絶縁膜でも同様に有効である。 In the above description, the case of irradiating the O 3 / TEOS-based USG film with ultraviolet light at a predetermined temperature is taken as an example of the curing treatment. However, as shown in the second embodiment, the interlayer insulating film The semiconductor device in which the semiconductor layer is formed may be subjected to heat treatment under reduced pressure, may be subjected to plasma treatment in an atmosphere containing a gas that serves as an oxidant, or may be subjected to heat treatment in an atmosphere with little moisture. In particular, it is particularly effective for a technique that is effective only in the vicinity of the surface of the film to be processed, such as curing by plasma treatment. Further, each film forming process and the curing process need not have the same contents, and different film thicknesses and processing methods may be combined. Further, in the above description, the formation of the interlayer insulating film formed on the MOS transistor is described as the object of the curing process. However, if the structure requires heat resistance in the process of forming the interlayer insulating film, Similarly, an interlayer insulating film other than the interlayer insulating film formed in the above is effective.
また、この例では、層間絶縁膜を5回に分けて形成していく場合を示したが、各回で形成される第1〜第5の層間絶縁膜は、どれも熱CVD法で形成されたO3/TEOS系のUSG膜であるので、最終的に形成された層間絶縁膜は、1層の構成とみなすことができる。つまり、互いに同じ製造方法で形成され、同じ組成を有する層間絶縁膜が、複数層積層されて構成されている場合には、組成が同じであるので成分的に単層であるとみなすものとする。 Further, in this example, the case where the interlayer insulating film is formed in five times is shown, but all of the first to fifth interlayer insulating films formed each time are formed by the thermal CVD method. Since it is an O3 / TEOS-based USG film, the finally formed interlayer insulating film can be regarded as a single layer structure. That is, when an interlayer insulating film formed by the same manufacturing method and having the same composition is formed by laminating a plurality of layers, the composition is the same, and therefore, it is regarded as a single layer componentally. .
この実施の形態3によれば、1層の層間絶縁膜の形成を複数回に分割して行うようにしたので、各回の層間絶縁膜の厚さを薄くできる。その結果、層間絶縁膜を形成するO3/TEOS系のUSG膜に含まれるガス状反応生成物の除去を、実施の形態1,2の場合に比して効率的に行うことができるという効果を有する。 According to the third embodiment, since the formation of the one-layer interlayer insulating film is performed in a plurality of times, the thickness of the interlayer insulating film can be reduced each time. As a result, the removal of the gaseous reaction product contained in the O 3 / TEOS-based USG film forming the interlayer insulating film can be performed more efficiently than in the first and second embodiments. Have
以上のように、この発明にかかる半導体装置は、下層配線と上層配線を電気的に絶縁する層間絶縁膜を有する半導体装置に有用である。 As described above, the semiconductor device according to the present invention is useful for a semiconductor device having an interlayer insulating film that electrically insulates a lower layer wiring and an upper layer wiring.
1 シリコン基板
11 ゲート構造
12 ゲート絶縁膜
13 ゲート電極
14,17 シリサイド膜
15 サイドウォール
16 拡散層
21 エッチングストッパ膜
22,22A〜22E 硬化処理後の層間絶縁膜
23,23A,23E 硬化処理前の層間絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
前記シリサイドに影響を与えない程度の温度で、前記シリコン酸化膜形成工程で前記シリコン酸化膜中に混入したガス状反応生成物を除去するシリコン酸化膜硬化工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Silicon for forming a silicon oxide film into which impurities are not introduced by a thermal CVD method on a semiconductor substrate on which a field effect transistor having a silicide layer on a source / drain region and / or gate electrode is formed on a semiconductor substrate An oxide film forming step;
A silicon oxide film curing step for removing gaseous reaction products mixed in the silicon oxide film in the silicon oxide film formation step at a temperature that does not affect the silicide;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記シリコン酸化膜の厚さが、最終的な層間絶縁膜の厚さとなるまで、前記シリコン酸化膜形成工程と前記シリコン酸化膜硬化工程を繰り返し実行することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 In the silicon oxide film forming step, the silicon oxide film is formed with a thickness thinner than the final interlayer insulating film,
6. The silicon oxide film forming step and the silicon oxide film curing step are repeatedly executed until the thickness of the silicon oxide film reaches the final thickness of the interlayer insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記半導体基材上に形成される不純物が導入されていない1層のシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate having a field effect transistor having a silicide layer on a source / drain region and / or gate electrode formed on a semiconductor substrate;
An interlayer insulating film made of a single-layer silicon oxide film not doped with impurities formed on the semiconductor substrate;
A semiconductor device comprising:
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JP2010080798A (en) * | 2008-09-29 | 2010-04-08 | Renesas Technology Corp | Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same |
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