JP2917783B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number
JP2917783B2
JP2917783B2 JP5327201A JP32720193A JP2917783B2 JP 2917783 B2 JP2917783 B2 JP 2917783B2 JP 5327201 A JP5327201 A JP 5327201A JP 32720193 A JP32720193 A JP 32720193A JP 2917783 B2 JP2917783 B2 JP 2917783B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon oxide
oxide film
fluorine
forming
semiconductor device
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP5327201A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH07183273A (ja
Inventor
和良 上野
哲哉 本間
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.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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 Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP5327201A priority Critical patent/JP2917783B2/ja
Priority to US08/361,536 priority patent/US5521424A/en
Publication of JPH07183273A publication Critical patent/JPH07183273A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2917783B2 publication Critical patent/JP2917783B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

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
    • H01L21/02104Forming 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
    • H01L21/02126Forming 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 containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC
    • H01L21/02131Forming 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 containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC the material being halogen doped silicon oxides, e.g. FSG
    • 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
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/022Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being a laminate, i.e. composed of sublayers, e.g. stacks of alternating high-k metal oxides
    • 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
    • H01L21/02205Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H01L21/02208Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
    • H01L21/02211Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound being a silane, e.g. disilane, methylsilane or chlorosilane
    • 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
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System 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
    • H01L21/31629Deposition of halogen doped silicon oxide, e.g. fluorine doped silicon oxide
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/5329Insulating materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置およびその
製造方法に関し、特に、エッチングを所定の位置で止め
られる半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】集積回路などの半導体装置において、エ
ッチング速度の異なる絶縁膜を堆積した構造が用いられ
ており、かかる絶縁膜の構造は、トレンチ(溝)や孔な
どを形成するエッチング工程の際に必要なエッチングの
自動停止や、配線層や導電層の間のセルフアライン接続
などを行なう目的で採用される。
【0003】図4は、従来の半導体装置の断面の模式図
を示している。この構造は、プロシーディングス・オブ
・1993・ヴイ・エル・エス・アイ・マルチレベル・
インターコネクション・コンファレンス(1993)、
P15に記載されている。同図の構造では、基板1上に
堆積したポリイミド膜15とシリコン窒化膜16とから
成る積層絶縁膜内に溝配線17を形成する。ここでは、
ポリイミド膜15のエッチング停止層としてシリコン窒
化膜16が形成されている。
【0004】選択エッチングが可能な絶縁膜の組み合わ
せとしては、ほかにも、例えば、リン原子やホウ素原子
を含むシリコン酸化膜と、不純物を含まないシリコン酸
化膜の組合せ(ジャーナル・オブ・バキューム・サイエ
ンス・アンド・テクノロジー・A、vo111(199
3)、P279に記載されている)や、シリコン酸化膜
と酸化アルミニウム膜の組合せ(テクニカル・ダイジェ
スト・オブ・1992・インターナショナル・エレクト
ロン・デバイセズ・ミーティング(1992)、P83
7に記載されている)、シリコン酸化膜とシリコン窒化
膜の組合せ(テクニカル・ダイジェスト・オブ・199
0・インターナショナル・エレクトロン・デバイセズ・
ミーティング(1990)、P473に記載されてい
る)が用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】エッチング速度が相互
に異なる2種類以上の絶縁膜の組合せを半導体装置で用
いる場合には、従来の技術で述べた応用目的から、充分
なエッチング速度の違い(高選択比)を有するととも
に、夫々がデバイス特性に悪影響を与えない良質な膜の
組合せでなければならない。ところが、上述の各組合せ
には、以下のような問題があった。
【0006】まず、リン原子やホウ素原子を含むシリコ
ン酸化膜と不純物を含まないシリコン酸化膜との組合せ
の場合、リン原子やホウ素原子を含む酸化膜は吸湿性が
高いので、それらにコンタクトホールやビアホールをエ
ッチングによって形成した際に、水分などのガスの放出
によりデバイスの電気的特性を不安定にさせる問題があ
る。また、それらの膜を層間絶縁膜として用いる場合に
は、膜中水分による金属配線の腐食などが生じ、半導体
装置の信頼性を低下させるという問題もある。同様に、
ポリイミド膜とシリコン窒化膜の組合せの場合にも、ポ
リイミド膜からのガスの放出や、吸湿性、熱的安定性の
低さなどによりデバイス特性に悪影響を与える問題があ
る。
【0007】また、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の
組合せの場合には、双方の膜の電気的特性(比誘電率
等)の違いによって形成される界面のバンド不連続や、
或いは、不連続的に堆積された場合に生じやすい界面準
位によって、プラズマプロセス中に電荷が界面にトラッ
プされ、それがFETのしきい値電圧のシフトを引き起
こすなど、半導体装置のデバイス特性に悪影響を与える
問題がある。
【0008】更に、シリコン酸化膜と酸化アルミニウム
膜の組合せの場合にも、双方の絶縁膜の性質が大きく異
なっており、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の組合せ
と同様の問題を有している。このようなデバイス特性の
変動は、設計値からのずれを生じさせ、回路動作に不具
合を生じさせる。
【0009】本発明の目的は、上述のような問題を解決
した絶縁膜の組合せを有する半導体装置およびその製造
方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置は、フッ素を実質的に含有しな
い第1のシリコン酸化膜と、該第1の酸化膜の表面を覆
う、フッ素を含有する第2のシリコン酸化膜と、該第2
のシリコン酸化膜の上面から下面までを貫通し、底が前
記第1のシリコン酸化膜の表面である溝とを有すること
を特徴とする。また、複数のシリコン酸化膜を順次に積
層した積層構造と、該積層構造の表面から内部の所定の
深さに達し、該積層構造を貫通しない溝とを有する半導
体構造であって、前記複数のシリコン酸化膜のフッ素濃
度は、堆積を始めた最下層のシリコン酸化膜のフッ素濃
度が最も低く、前記最下層のシリコン酸化膜上の他のシ
リコン酸化膜のフッ素濃度が積層と共に順次に高くなる
ことを特徴とする。
【0011】さらに本発明の半導体装置では、フッ素を
含有する第1のシリコン酸化膜と、該第1のシリコン酸
化膜の表面を覆いフッ素を実質的に含有しない第2のシ
リコン酸化膜と、前記第1のシリコン酸化膜及び第2の
シリコン酸化膜を貫通する孔とを有する半導体装置であ
って、前記第2のシリコン酸化膜を貫通し前記第1のシ
リコン酸化膜を底部として設けられた配線溝と、前記配
線溝の所望の位置に前記底部より前記第1のシリコン酸
化膜を貫通して半導体基板に達する接続プラグ用孔とを
有し、前記配線溝及び前記接続プラグ用孔は金属膜にて
埋められていることを特徴とする。そして、半導体基板
上に形成された拡散層と、フッ素を含有しない第1のシ
リコン酸化膜から成るゲート側壁を有するゲート構造
と、前記ゲート側壁膜の表面を覆いフッ素を含有する
2のシリコン酸化膜から成る層間絶縁膜と、該層間絶縁
膜を貫通し前記ゲート側壁膜の表面に接することによっ
て自己整合的に前記拡散層に達するコンタクトホールと
を有するものであることも特徴とする。
【0012】本発明の半導体装置の製造方法は、フッ素
を実質的に含有しない第1のシリコン酸化膜を堆積する
工程と、フッ素を含有する第2のシリコン酸化膜を堆積
する工程と、前記第2のシリコン酸化膜を選択的に除去
する際に、前記第2のシリコン酸化膜の上面から下面ま
でを貫通し、前記第1のシリコン酸化膜の表面で停止す
るエッチングを行って溝を形成する工程とを有すること
を特徴とする。また、フッ素濃度が最も低い最下層のシ
リコン酸化膜を形成する工程と、前記最下層のシリコン
酸化膜上に、他のシリコン酸化膜をフッ素濃度が積層と
共に順次に高くなるように順次に積層して積層構造を形
成する工程と、前記積層構造の表面から内部の所定の深
さに達し、前記積層構造を貫通しない溝を形成するエッ
チング工程とを有することを特徴とする。
【0013】さらに、本発明の半導体装置の製造方法
は、フッ素を含有する第1のシリコン酸化膜を形成する
工程と、前記第1のシリコン酸化膜の上面を覆いフッ素
を実質的に含有しない第2のシリコン酸化膜を形成する
工程と、前記第2のシリコン酸化膜に選択的に開口を形
成する工程と、前記第2のシリコン酸化膜をマスクにし
て前記第1のシリコン酸化膜をエッチングし、前記第1
のシリコン酸化膜に溝又は貫通する孔を形成する工程と
を有することを特徴とする。
【0014】そして、半導体基板上に拡散層を形成する
工程と、フッ素を含有しない第1のシリコン酸化膜から
成るゲート側壁を有するゲート構造を形成する工程と、
前記ゲート側壁膜の表面を覆いフッ素を含有する第2の
シリコン酸化膜から成る層間絶縁膜を形成する工程と、
少なくとも前記ゲート側壁をマスクとして前記層間絶縁
膜をエッチングし、前記拡散層に達するコンタクトホー
ルを形成する工程とを有することを特徴とし、前記エッ
チングがプラズマを用いた反応性イオンエッチングであ
ることも特徴とする。
【0015】
【作用】本発明の半導体装置及び本発明方法で製造され
る半導体装置では、フッ素を実質的に含有しないシリコ
ン酸化膜と、フッ素を含有するシリコン酸化膜との間、
又は、フッ素濃度が相互に異なるフッ素含有シリコン酸
化膜相互間では、エッチングレートが相違すること、並
びに、シリコン酸化膜はフッ素含有の有無或いは濃度の
相違に拘らずその膜質がよく近似していることから、こ
れらから成る膜構造をエッチングする際に有効な選択比
が得られることもに、デバイス特性を悪化させること
や、しきい値電圧の変動を引き起こすこともない。
【0016】
【実施例】次に、本発明の半導体装置およびその製造方
法の実施例について、図面を参照して説明する。図1
は、溝配線を有する本発明の実施例の半導体装置を示す
もので、本発明の実施例の半導体装置の製造方法におけ
る工程段階毎の断面図として示してある。
【0017】まず、図1(a)に示すように、半導体基
板1上に、膜厚が400nmの不純物を含まないシリコ
ン酸化膜2と、膜厚が300nmのフッ素含有シリコン
酸化膜とを順次積層する。シリコン酸化膜2の堆積は、
シラン及び酸素を原料ガスとして用いた化学的気相成長
法(CVD)で形成する。この時、基板温度は約430
℃で、酸素とシランのガス流量比を約10:1とする。
【0018】また、フッ素含有シリコン酸化膜3の堆積
は、酸素ガスと、気化したテトラエチルオルソシリケー
ト(Si(OC254)と、フルオロトリエトキシシラ
ン(FSi(OC253)とを原料ガスとして、熱反応
で行う。この時、基板温度は約200℃で、酸素ガスは
オゾン発生器によって約20000ppmの濃度のオゾ
ンを発生させて反応に使う。また、テトラエチルオルソ
シリケート及びフルオロトリエトキシシランはそれぞれ
約60℃に保ち、窒素ガスによるバブリングにより気化
し、窒素ガスとともに反応室に供給する。この方法によ
って、フッ素(F)を15%含有するSiOFが堆積す
る。なお、ここでは熱化学反応を用いた成膜の例を示し
たが、シリコン酸化膜およびフッ素含有シリコン酸化膜
を形成する際に、プラズマや光を用いる化学的気相成長
法を用いても良い。
【0019】次いで、図1(b)に示すように、フッ素
含有シリコン酸化膜3に、選択的に配線溝4を形成す
る。この形成には、例えば、CHF3プラズマを用いた
反応性イオンエッチン グ(RIE)が採用される。フ
ッ素含有シリコン酸化膜3のRIEにおいては、膜中に
あるF原子によって、SiF4の形でSiが抜け易いた
め、フッ素を含有しないシリコン酸化膜2よりエッチン
グ速度が速くなるため、配線溝4のエッチングは、エッ
チング速度の遅いシリコン酸化膜2の表面で停止する。
【0020】ここで、シリコン酸化膜2に代えて、上層
のフッ素含有シリコン酸化膜3よりもフッ素濃度が低い
フッ素含有シリコン酸化膜を採用してもよい。さらに
は、フッ素濃度が膜厚方向で異なるフッ素含有シリコン
酸化膜を採用してもよい。この場合、フッ素濃度が低い
膜から堆積を始めて、順次フッ素濃度が高い膜を堆積す
るようにフッ素含有シリコン酸化膜を順次堆積すること
が出来る。エッチングに際しては、フッ素濃度に応じて
エッチング速度が異なることを利用して、例えばエッチ
ングを自動停止させる。
【0021】次に、基板温度を約500℃とし、例えば
A1をスパッタリングして、図1(c)に示すように、
配線溝4を含む全面にアルミニウム膜5を堆積させる。
引き続き、図1(d)に示すように、アルミニウム膜5
を化学機械研磨(CMP)することで、配線溝4のみに
A1を残すことで、アルミニウム配線6を形成する。最
後に、CVD法により膜厚が400nmのシリコン酸化
膜2を堆積し、アルミニウム配線6を覆う。
【0022】上記のように製造した本実施例の半導体装
置では、酸化膜の一方若しくは一部がSiOFから構成
される。SiOFの比誘電率は、約3.4で従来のシリ
コン酸化膜の比誘電率4.0より約15%低いので、例
えば層間絶縁膜に採用した場合には、配線の寄生容量が
低く形成される。このため、配線間クロストークノイズ
を低減し、また、信号伝播の遅延を低減することが出来
る。
【0023】従来の半導体装置で採用された、シリコン
窒化膜とシリコン酸化膜との組合せの場合には、双方の
膜の比誘電率が夫々7.5と4.0であり、双方の比誘
電率が大きく異なっていた。これに対して、上記実施例
の半導体装置では、シリコン酸化膜の比誘電率が4.0
でSiOFの比誘電率が3.4であり、双方の比誘電率
が比較的近い値であることから、比誘電率の違いによっ
て双方の膜の界面に電荷が蓄積される可能性が低く、従
って、このような電荷の蓄積によって引き起こされるデ
バイス特性の変動が減少する。
【0024】上記実施例において、シリコン酸化膜2及
びフッ素含有シリコン酸化膜3の少なくとも一方が不純
物として、リン原子又はホウ素原子を含んでいても良
い。この場合、層間絶縁膜として好適な酸化膜が得られ
る。
【0025】次に、図2を参照して本発明の第2の実施
例の半導体装置及びその製造方法について説明する。同
図(a)〜(d)は夫々、この実施例の半導体装置の工
程段階毎の断面図である。
【0026】まず、図2(a)に示すように、シリコン
基板7内に拡散層8を形成し、また、公知の選択的熱酸
化法によって素子分離のためのフィールド酸化膜9を形
成し、更に、ゲート電極10及び側壁シリコン酸化膜1
1を何れも公知の方法で形成する。
【0027】次に、図2(b)に示すように、フッ素含
有シリコン酸化膜12を膜厚600nm堆積する。この
堆積は、酸素ガスと、気化したテトラエチルオルソシリ
ケート(Si(OC254)と、フルオロトリエトキシ
シラン(FSi(OC25)とを原料ガスとして、
熱反応により行なう。
【0028】次いで、図2(c)に示すように、RIE
法により選択的にフッ素含有シリコン酸化膜12をエッ
チングし、コンタクトホール13を形成してその底部に
拡散層8を露出させる。この時、フッ素含有シリコン酸
化膜とシリコン酸化膜の双方のエッチング速度の違いに
よって、側壁シリコン酸化膜11は、殆どエッチングさ
れないので、コンタクトホール13のマスク直径を拡散
層8の幅よりも大きく設計しても、デバイス特性を損う
ことなしに、ゲート電極構造に対して自己整合的にコン
タクトホール13が形成される。
【0029】上述のコンタクトホール13の自己整合的
形成によって、拡散層8とコンタクトホール13との間
で従来必要であった目合わせマージンを不必要にするこ
とができ、その結果、半導体装置の集積密度が向上す
る。この場合、側壁11にシリコン窒化膜を採用して前
記目合わせマージンを不要にする構成も可能ではある
が、かかる構成を採用する場合には、シリコン窒化膜と
シリコン酸化膜との特性の相違によりデバイス特性に影
響が発生するのに比して、本実施例の場合には、双方の
膜における特性の相違が小さく、かかる影響は極めて小
さい。
【0030】次に、図2(d)に示すように、全面に例
えばタングステン(W)をブランケットCVD成長し、
コンタクトホール13を埋め込み、次いで、これをパタ
ーニングしてタングステン電極配線14を形成する。
【0031】一般的に用いられているテトラフロロカー
ボン(CF)等によるシリコン酸化膜のRIEでは、
酸化膜表面で化学反応によって生成される一酸化炭素と
シリコンとフッ素とが化合物表面から脱離することによ
って進行する。従って、フッ素含有シリコン酸化膜は、
フッ素を含有しないシリコン酸化膜に比較して、シリコ
ンとフッ素との化合物が形成されやすいのでエッチング
速度が速くなり、フッ素を含有しないシリコン酸化膜と
の選択エッチングが可能となる。また、含有するフッ素
の濃度に応じてエッチング速度が変化するため、濃度の
異なるフッ素含有シリコン酸化膜相互間での選択エッチ
ングも可能である。
【0032】また、不純物を含まないで堆積したシリコ
ン酸化膜とフッ素を含有して堆積したシリコン酸化膜の
双方について、X線光電子分光分析計によって膜組成を
調べた結果、シリコン酸化膜は化学量論組成のSiO2
あり、フッ素含有シリコン酸化膜はSiO1.850.15
あることがわかった。また、このような方法で形成した
フッ素含有シリコン酸化膜は、赤外線吸収スペクトルか
ら含有水分量が少ないことがわかっており、良質な酸化
膜として使用できる。
【0033】上記の如く、本発明の実施例の半導体装置
における薄膜構造では、選択比の高いエッチングが可能
であり、また、フッ素含有シリコン酸化膜はフッ素を含
有しないシリコン酸化膜と同様にその膜質が良好であ
る。このため、例えば溝配線を形成する場合には、エッ
チングに起因する溝深さのばらつきを緩和して、配線の
電気的特性の均一性を向上させることが出来る。このよ
うに、フッ素含有シリコン酸化膜は、不純物を含まない
シリコン酸化膜と性質が近いため、チャージアップなど
によるデバイス特性への悪影響も最小限にできる。さら
に、かかる積層構造は、1つの薄膜形成装置で形成でき
るため、半導体装置の製造コストを低減できる。
【0034】次に、図3(a)〜(c)を参照して、本
発明の第3の実施例の半導体装置及びその製造方法を説
明する。同図は、この実施例の半導体装置の工程段階毎
の断面図である。この実施例は、フッ素含有シリコン酸
化膜を下層に、フッ素を含有しないシリコン酸化膜を上
層に形成する例である。まず、半導体基板1上にフッ素
含有シリコン酸化膜15とフッ素を含有しないシリコン
酸化膜16とをこの順に順次形成し、次いで、フッ素含
有シリコン酸化膜15内に底部を有する配線溝4を公知
の方法で形成する。
【0035】引き続き、レジスト膜18を形成し、公知
のフォトリソグラフィ技術により、接続プラグを形成し
たい部分のレジスト膜18に開口を形成する。これによ
り、図3(a)に示す構造を得る。この場合、レジスト
膜18の開口は、溝幅よりも広く形成する。次いで、図
3(b)に示すように、レジスト膜18及びフッ素を含
有しないシリコン酸化膜15を夫々マスクとして、フッ
素含有シリコン酸化膜15をエッチングすることによ
り、基板1に達する接続プラグ用の孔19を形成する。
この孔19は、配線溝4の幅と正確に等しい幅で形成さ
れる。
【0036】引き続き、孔19、配線溝4を埋めると共
にフッ素を含有しないシリコン酸化膜16の全面を覆っ
て、金属膜をスパッタリング等により形成し、これをエ
ッチバックすることにより、溝配線17及びコンタクト
プラグ20を同時に形成する。このように自己整合的に
形成されたコンタクトプラグ20は、溝配線4の位置と
正確に一致して形成されるので、マスク目合わせのため
に従来必要であったマージンを不必要にする。従って、
半導体装置の更なる高集積化を可能とする。
【0037】フッ素含有シリコン酸化膜の比誘電率は、
その値が3.4と不純物を含まないシリコン酸化膜
(4.0)の比誘電率に比較して低いことが知られてお
り、前記実施例の記述において説明したように、半導体
装置における配線間の寄生容量を低減するため、信号伝
播の高速化、及び配線間クロストークノイズの低減も可
能となる。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置及び本発明方法により得られた半導体装置では、フッ
素の濃度によりシリコン酸化膜のエッチングの速度が異
なることを利用して、フッ素を含有しないシリコン酸化
膜とフッ素含有シリコン酸化膜との間、又は、フッ素濃
度が異なるシリコン酸化膜相互間で、必要なエッチング
選択比を得ることができ、また、フッ素の存在がシリコ
ン酸化膜の性質を大きく変えることもなく、デバイス特
性を損うこともないので、所望の性能を有する絶縁膜を
安価に形成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の第1の実施例の構造と製
造方法を示す工程段階毎の断面図。
【図2】本発明の半導体装置の第2の実施例の構造と製
造方法を示す工程段階毎の断面図。
【図3】本発明の半導体装置の第3の実施例の構造と製
造方法を示す工程段階毎の断面図。
【図4】従来の半導体装置の構造を示す断面図。
【符号の説明】
1 基板 2、9 シリコン酸化膜 3、12 フッ素含有シリコン酸化膜 4 配線溝 5 アルミニウム 6 アルミニウム配線 7 シリコン基板 8 拡散層 10 ゲート電極 11 側壁シリコン酸化膜 13 コンタクトホール 14 タングステン電極配線 15 ポリイミド 16 シリコン窒化膜 17 溝配線 18 レジスト膜 19 コンタクト孔 20 コンタクトプラグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−333235(JP,A) 特開 平4−360533(JP,A) 特開 平5−226480(JP,A) 特開 平6−283485(JP,A) 特開 平7−29975(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/316 H01L 29/78 H01L 21/336

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フッ素を実質的に含有しない第1のシリコ
    ン酸化膜と、該第1の酸化膜の表面を覆う、フッ素を含
    有する第2のシリコン酸化膜と、該第2のシリコン酸化
    膜の上面から下面までを貫通し、底が前記第1のシリコ
    ン酸化膜の表面である溝とを有することを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項2】複数のシリコン酸化膜を順次に積層した積
    層構造と、該積層構造の表面から内部の所定の深さに達
    し、該積層構造を貫通しない溝とを有する半導体構造で
    あって、前記複数のシリコン酸化膜のフッ素濃度は、堆
    積を始めた最下層のシリコン酸化膜のフッ素濃度が最も
    低く、前記最下層のシリコン酸化膜上の他のシリコン酸
    化膜のフッ素濃度が積層と共に順次に高くなることを特
    徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】フッ素を含有する第1のシリコン酸化膜
    と、該第1のシリコン酸化膜の表面を覆いフッ素を実質
    的に含有しない第2のシリコン酸化膜とを有する半導体
    装置であって、前記第2のシリコン酸化膜を貫通し前記
    第1のシリコン酸化膜を底部として設けられた配線溝
    と、前記配線溝の所望の位置に前記底部より前記第1の
    シリコン酸化膜を貫通して半導体基板に達する接続プラ
    グ用孔とを有し、前記配線溝及び前記接続プラグ用孔は
    金属膜にて埋められていることを特徴とする半導体装
    置。
  4. 【請求項4】半導体基板上に形成された拡散層と、フッ
    素を含有しない第1のシリコン酸化膜から成るゲート側
    壁を有するゲート構造と、前記ゲート側壁膜の表面を覆
    いフッ素を含有する第2のシリコン酸化膜から成る層間
    絶縁膜と、該層間絶縁膜を貫通し前記ゲート側壁膜の表
    面に接することによって自己整合的に前記拡散層に達す
    るコンタクトホールとを有することを特徴とする半導体
    装置。
  5. 【請求項5】フッ素を実質的に含有しない第1のシリコ
    ン酸化膜を堆積する工程と、フッ素を含有する第2のシ
    リコン酸化膜を堆積する工程と、前記第2のシリコン酸
    化膜を選択的に除去する際に、前記第2のシリコン酸化
    膜の上面から下面までを貫通し、前記第1のシリコン酸
    化膜の表面で停止するエッチングを行って溝を形成する
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  6. 【請求項6】フッ素濃度が最も低い最下層のシリコン酸
    化膜を形成する工程と、前記最下層のシリコン酸化膜上
    に、他のシリコン酸化膜をフッ素濃度が積層と共に順次
    に高くなるように順次に積層して積層構造を形成する工
    程と、前記積層構造の表面から内部の所定の深さに達
    し、前記積層構造を貫通しない溝を形成するエッチング
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  7. 【請求項7】フッ素を含有する第1のシリコン酸化膜を
    形成する工程と、前記第1のシリコン酸化膜の上面を覆
    いフッ素を実質的に含有しない第2のシリコン酸化膜を
    形成する工程と、前記第2のシリコン酸化膜に選択的に
    開口を形成する工程と、前記第2のシリコン酸化膜をマ
    スクにして前記第1のシリコン酸化膜をエッチングし、
    前記第1のシリコン酸化膜に溝又は貫通する孔を形成す
    る工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  8. 【請求項8】半導体基板上に拡散層を形成する工程と、
    フッ素を含有しない第1のシリコン酸化膜から成るゲー
    ト側壁を有するゲート構造を形成する工程と、前記ゲー
    ト側壁膜の表面を覆いフッ素を含有する第2のシリコン
    酸化膜から成る層間絶縁膜を形成する工程と、少なくと
    も前記ゲート側壁をマスクとして前記層間絶縁膜をエッ
    チングし、前記拡散層に達するコンタクトホールを形成
    する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  9. 【請求項9】前記エッチングがプラズマを用いた反応性
    イオンエッチングであることを特徴とする請求項5乃至
    8の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。
JP5327201A 1993-12-24 1993-12-24 半導体装置及びその製造方法 Expired - Lifetime JP2917783B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5327201A JP2917783B2 (ja) 1993-12-24 1993-12-24 半導体装置及びその製造方法
US08/361,536 US5521424A (en) 1993-12-24 1994-12-22 Semiconductor device having a silicon oxide film containing fluorine atoms

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5327201A JP2917783B2 (ja) 1993-12-24 1993-12-24 半導体装置及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07183273A JPH07183273A (ja) 1995-07-21
JP2917783B2 true JP2917783B2 (ja) 1999-07-12

Family

ID=18196450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5327201A Expired - Lifetime JP2917783B2 (ja) 1993-12-24 1993-12-24 半導体装置及びその製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5521424A (ja)
JP (1) JP2917783B2 (ja)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09116011A (ja) * 1995-10-23 1997-05-02 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置およびその製造方法
JPH09129727A (ja) * 1995-10-30 1997-05-16 Nec Corp 半導体装置及びその製造方法
US5817174A (en) * 1995-12-15 1998-10-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor substrate and method of treating semiconductor substrate
US5661334A (en) * 1996-01-16 1997-08-26 Micron Technology, Inc. Inter-metal dielectric structure which combines fluorine-doped glass and barrier layers
JP3323055B2 (ja) * 1996-04-03 2002-09-09 株式会社東芝 半導体装置およびその製造方法
JPH09307116A (ja) * 1996-05-20 1997-11-28 Sharp Corp 絶縁ゲート型電界効果半導体装置及びその製造方法
US6157083A (en) 1996-06-03 2000-12-05 Nec Corporation Fluorine doping concentrations in a multi-structure semiconductor device
US5895263A (en) * 1996-12-19 1999-04-20 International Business Machines Corporation Process for manufacture of integrated circuit device
JPH1187340A (ja) * 1997-09-05 1999-03-30 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及びその製造方法
US6277730B1 (en) 1998-02-17 2001-08-21 Matsushita Electronics Corporation Method of fabricating interconnects utilizing fluorine doped insulators and barrier layers
JP3132557B2 (ja) * 1998-04-03 2001-02-05 日本電気株式会社 半導体装置の製造方法
US6448655B1 (en) * 1998-04-28 2002-09-10 International Business Machines Corporation Stabilization of fluorine-containing low-k dielectrics in a metal/insulator wiring structure by ultraviolet irradiation
US6627539B1 (en) * 1998-05-29 2003-09-30 Newport Fab, Llc Method of forming dual-damascene interconnect structures employing low-k dielectric materials
US6333141B1 (en) 1998-07-08 2001-12-25 International Business Machines Corporation Process for manufacture of integrated circuit device using inorganic/organic matrix comprising polymers of three dimensional architecture
US6093636A (en) * 1998-07-08 2000-07-25 International Business Machines Corporation Process for manufacture of integrated circuit device using a matrix comprising porous high temperature thermosets
US6727190B2 (en) * 1998-09-03 2004-04-27 Micron Technology, Inc. Method of forming fluorine doped boron-phosphorous silicate glass (F-BPSG) insulating materials
US6399666B1 (en) 1999-01-27 2002-06-04 International Business Machines Corporation Insulative matrix material
US6294832B1 (en) * 2000-04-10 2001-09-25 National Science Council Semiconductor device having structure of copper interconnect/barrier dielectric liner/low-k dielectric trench and its fabrication method
JP2009289822A (ja) * 2008-05-27 2009-12-10 Toshiba Corp 抵抗変化メモリ
JP5223907B2 (ja) * 2010-11-01 2013-06-26 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置及びその製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63224240A (ja) * 1987-03-12 1988-09-19 Fuji Xerox Co Ltd 半導体集積回路装置
JPH04333235A (ja) * 1991-05-09 1992-11-20 Nec Ic Microcomput Syst Ltd 半導体集積回路の製造方法
JP2699695B2 (ja) * 1991-06-07 1998-01-19 日本電気株式会社 化学気相成長法
JPH0569683A (ja) * 1991-09-12 1993-03-23 Kuraray Co Ltd 機能性材料の基体への添加、転写方法
JPH05226480A (ja) * 1991-12-04 1993-09-03 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JPH07112877B2 (ja) * 1991-12-16 1995-12-06 日本電信電話株式会社 コネクタケース

Also Published As

Publication number Publication date
US5521424A (en) 1996-05-28
JPH07183273A (ja) 1995-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2917783B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
TWI311772B (ja)
US6284644B1 (en) IMD scheme by post-plasma treatment of FSG and TEOS oxide capping layer
US6800940B2 (en) Low k dielectric composite layer for integrated circuit structure which provides void-free low k dielectric material between metal lines while mitigating via poisoning
US20010046777A1 (en) Method for forming a dielectric layer
US5312773A (en) Method of forming multilayer interconnection structure
KR20010062430A (ko) 증가된 붕소 농도에 기인한 절연층의 바람직하지 못한에칭을 감소시키는 방법
JPH09275138A (ja) 半導体装置およびその製造方法
US20020127763A1 (en) Sidewall spacers and methods of making same
US5892269A (en) Semiconductor device including an intrusion film layer
US6524972B1 (en) Method for forming an interlayer insulating film, and semiconductor device
US5344797A (en) Method of forming interlevel dielectric for integrated circuits
US6455444B2 (en) Semiconductor device having a multilayer interconnection structure
US6149779A (en) Low-k BSG gap fill process using HDP
US6232663B1 (en) Semiconductor device having interlayer insulator and method for fabricating thereof
JP3967196B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPH10199881A (ja) 半導体装置の製造方法
US20090026587A1 (en) Gradient deposition of low-k cvd materials
JP3616035B2 (ja) 絶縁膜およびその製造方法、ならびに半導体装置およびその製造方法
JPH06112152A (ja) 半導体デバイスの接触部形成方法
KR100258044B1 (ko) 반도체 장치 및 그 제조 방법
KR100377442B1 (ko) 반도체 장치 및 그의 제조 방법
JP2000340769A (ja) キャパシタの電極構造
JP2001144180A (ja) 多層配線構造及びその製造方法
KR100399903B1 (ko) 반도체 소자 제조시의 층간 평탄화방법

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19980609

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19990323

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080423

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090423

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100423

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110423

Year of fee payment: 12

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110423

Year of fee payment: 12

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120423

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120423

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130423

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140423

Year of fee payment: 15

EXPY Cancellation because of completion of term