JP3049796B2 - 絶縁膜の形成方法 - Google Patents

絶縁膜の形成方法

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JP3049796B2 JP3050012A JP5001291A JP3049796B2 JP 3049796 B2 JP3049796 B2 JP 3049796B2 JP 3050012 A JP3050012 A JP 3050012A JP 5001291 A JP5001291 A JP 5001291A JP 3049796 B2 JP3049796 B2 JP 3049796B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は絶縁膜の形成方法に関す
る。半導体装置の微細化に伴い,配線パターンも微細化
され,ストレスマイグレーションによる配線の断線がま
すます大きな問題となってきている。
【0002】したがって,半導体装置を高集積化するた
めには,ストレスマイグレーションに対処するプロセス
の開発が必要となる。
【0003】
【従来の技術】従来,半導体基板上に形成さた配線パタ
ーンを覆う絶縁膜としては,プラズマCVD法によるシ
リコン酸化膜が広く採用されている。配線パターンを覆
う絶縁膜の形成は配線パターンの内部応力に影響を与
え,プロセスによってはストレスマイグレーションによ
る配線の断線を助長することがある。ところが,プラズ
マCVD法によるシリコン酸化膜が配線パターンの内部
応力に与える影響については,従来十分には検討されて
おらず,詳細な検討が必要とされている。
【0004】また,シリコン酸化膜の堆積時にデバイス
にダメージを与えることを避けるため,電子サイクロト
ロン共鳴(ECR)プラズマCVD法により室温で成膜
することが行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
鑑み,ECRプラズマCVD法によるシリコン酸化膜の
形成プロセスが配線パターン及び下地基板の内部応力に
与える影響を詳細に検討し,配線パターンにおけるスト
レスマイグレーションを抑制する絶縁膜の形成方法を提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】図1は実施例を説明する
ための概念図で,ECRプラズマCVD装置を用いて半
導体基板上にシリコン酸化膜を形成する方法を説明する
ための図であり,図2は配線パターンを覆う絶縁膜を含
む基板の断面図である。
【0007】上記課題は,半導体基板1を電子サイクロ
トロン共鳴プラズマCVD装置のチャンバ5内に配置し
て,Siを含む原料ガス3aと酸素を含むガス3b及びマイ
クロ波パワー4を該チャンバ5内に導入して,該半導体
基板1上にシリコン酸化膜2を堆積するに際し, 堆積し
たシリコン酸化膜2の内部応力が堆積後のアニールによ
り符号を変化しないように該Siを含む原料ガス3aと該
酸素を含むガス3bの供給比を制御する絶縁膜の形成方法
によって解決される。
【0008】また,該Siを含む原料ガス3aと該酸素を
含むガス3bの供給比を制御することに加えて,該マイク
ロ波パワー4を制御する絶縁膜の形成方法によって解決
される。
【0009】また,該マイクロ波パワー4を周期的に間
欠的に供給する絶縁膜の形成方法によって解決される。
また,該シリコン酸化膜2を該半導体基板1上に形成さ
れた配線パターン9を覆うように形成する絶縁膜の形成
方法によって解決される。
【0010】
【作用】実験結果によれば,ECRプラズマCVD法に
より堆積したシリコン酸化膜2はその成膜条件により,
下地となる半導体基板1あるいは配線パターン9の内部
応力に大きな影響を与え,また,堆積後半導体基板1を
アニールする時の内部応力変化に大きな影響を与える。
【0011】そこで,Siを含む原料ガス3aと酸素を含
むガス3bの供給比を制御することにより,堆積したシリ
コン酸化膜2の内部応力が堆積後のアニールにより符号
を変化しないようにすることができる。
【0012】また,マイクロ波パワー4を制御すること
によっても,堆積したシリコン酸化膜2の内部応力が堆
積後のアニールにより符号を変化しないようにすること
ができる。これはマイクロ波パワー4の大きさにより原
料ガスの解離度が変化し,シリコン酸化膜の成長時にO
H基の量が膜質に大きな影響を及ぼすからであると推定
される。
【0013】また,マイクロ波パワー4を周期的に間欠
的に供給するようにすれば,堆積したシリコン酸化膜2
の内部応力が堆積後のアニールにより符号を変化しない
ようにすることができる。これは過渡的なプラズマ状態
が膜質に影響を及ぼすからと推定される。マイクロ波パ
ワー4を周期的に間欠的に供給するようにすれば,デバ
イスにダメージを与える影響も少なくできる。
【0014】また,上記の方法を半導体基板1上に形成
された配線パターン9を覆うシリコン酸化膜2の形成に
適用すれば,ストレスマイグレーションによる配線の断
線の防止に効果的である。
【0015】
【実施例】図1は実施例を説明するための概念図で,E
CRプラズマCVD装置を用いて半導体基板上にシリコ
ン酸化膜を形成する方法を説明するものであり,1は半
導体基板,2はシリコン酸化膜,3は原料ガス導入管,
3aは原料ガスでSiH4,3bは酸素をふくむガスでO2
4はマイクロ波パワー,5は真空チャンバ,6はRF電
源,7は電極兼ステージ,8は磁界コイルを表す。
【0016】図2は図1に示したECRプラズマCVD
装置により形成した絶縁膜を含む基板の断面図であり,
1はSi基板,1aはBPSG膜,2はシリコン酸化膜,
9はAl配線パターンを表す。
【0017】素子の形成されたSi基板1上に,常圧C
VD法により厚さ4000Å程度のBPSG膜1aを成長す
る。その上に5000Åの厚さにAlをスパッタし,マスク
を用いてそれをエッチングし,Al配線パターン9を形
成する。
【0018】この基板を図1に示したECRプラズマC
VD装置の電極兼ステージ7上に配置して,室温でシリ
コン酸化膜2の堆積を行う。堆積の条件は次の如くであ
る。 RFバイアスパワー 1000W,デューティ 80% マイクロ波パワー 400W,デューティ 80% パルス時間 8ms(RF,マイクロ波) 原料ガス供給 SiH4 20sccm O2 20sccm 膜厚 約3800Å Si基板の直径 150 mm 共振器の直径 200 mm 磁界 875 G RFバイアスパワーとマイクロ波パワーは8msの周期
で間欠的に供給する。
【0019】シリコン酸化膜2の堆積後,窒素と水素の
混合ガス中で450 ℃, 30分のアニールを行った。シリ
コン酸化膜2の堆積後及びアニール後の内部応力の符号
を基板の反りから判定した。その結果は次の如くであっ
た。
【0020】 堆積後 シリコン酸化膜2を上にして凹 アニール後 シリコン酸化膜2を上にして凹 シリコン酸化膜2を上にして凹の状態はシリコン酸化膜
2に圧縮応力が存在していることを示している。したが
って,堆積後,アニール後ともにシリコン酸化膜2の内
部応力は圧縮応力である。
【0021】シリコン酸化膜2に密着しているAl配線
パターン9の内部応力変化も同様の傾向となる。アニー
ルにより内部応力の符号が変化する場合はAl配線パタ
ーン9において,ストレスマイグレーションが助長され
る。したがって,上記の成膜条件はストレスマイグレー
ションの抑制に効果的である。
【0022】次に,マイクロ波パワー及び原料ガスSi
4 とO2 の供給流量比を種々変えて,Si基板1に直
接シリコン酸化膜2を約3800Åの厚さに堆積し,堆積後
の内部応力及びアニール後の内部応力を測定した。マイ
クロ波パワーは300 〜800 Wと変化させ,原料ガスSi
4 /O2 の供給流量(sccm)比も14/20〜24/
20と変化させた。それ以外の条件は前述の堆積条件と
同じである。
【0023】下表はシリコン酸化膜2の堆積後の内部応
力,膜厚分布,アニール後の内部応力の測定結果を示
す。内部応力の単位は109 dyne/cm2である。 マイクロ波パワー SiH4/O2 比 堆積後 膜厚分布 アニール後 800 W 14/20 −0.864 10.9% 2.079 16/20 −1.129 11.1% 1.551 18/20 −1.181 9.3% 0.315 20/20 測定不能 8.3% −0.141 22/20 測定不能 10.0% 測定不能 24/20 測定不能 16.8% 測定不能 600 W 14/20 −1.324 9.8% 2.018 16/20 −0.985 7.7% 1.366 18/20 −1.253 8.9% −0.283 20/20 −1.079 6.9% −0.233 22/20 −0.954 7.1% 0.636 24/20 測定不能 8.2% 1.474 400 W 14/20 −1.259 4.1% 1.701 16/20 −1.320 6.8% 1.150 18/20 −1.152 10.2% −0.353 20/20 −1.165 7.6% −0.475 22/20 −0.911 8.0% 0.462 24/20 −0.690 8.3% 1.189 300 W 18/20 −1.193 10.2% −0.595 20/20 測定不能 7.1% −0.763 22/20 −1.077 8.4% 0.305 内部応力の符号の正は引張応力,負は圧縮応力を表す。
上表で測定不能と表示したのは,基板の反りの測定にお
いて,シリコン酸化膜2表面から反射するレーザ光と裏
面から反射するレーザ光が干渉して,正確な値が測定で
きなかったものである。
【0024】上表を見ると,堆積後の内部応力はすべて
負符号,即ち圧縮応力であり,アニールによりそれが正
符号,即ち引張応力に変わる条件範囲と,そのまま負符
号,即ち圧縮応力のままである条件範囲があることがわ
かる。
【0025】図3はアニールによる内部応力変化を示す
図で,上表からマイクロ波パワーを縦軸,SiH4/O2 比を
横軸にとり,アニールにより内部応力が負から正に変化
する範囲,負から負に変化する範囲を示したものであ
る。
【0026】図3に見るようにマイクロ波パワーが300
〜800 W,SiH4/O2 比が0.9 〜1.0を含む条件範囲に,
アニールにより内部応力の符号の変わらない範囲があ
る。この範囲は配線のストレスマイグレーションを抑制
する観点から望ましい範囲である。配線パターン9を覆
うシリコン酸化膜2の形成はこの条件範囲で行うことが
望ましい。
【0027】マイクロ波パワーが1000W以上になると内
部応力の符号が負から正に反転しやすくなり,かつデバ
イスへのダメージが大きくなるから望ましくない。ま
た,マイクロ波パワーが200 W以下ではプラズマが立ち
にくく,不安定になる。
【0028】また,マイクロ波パワーを周期的に間欠的
に供給することは,内部応力の符号が負から正に反転し
にくくなり,かつデバイスへのダメージを小さくする効
果もあるから望ましい。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば,
ECRプラズマCVD法によるシリコン酸化膜を堆積し
た後,アニールにより内部応力がその符号を変えないよ
うに形成することができる。
【0030】本発明は半導体装置の配線の断線の原因と
なるストレスマイグレーションを抑制する効果を奏し,
半導体装置の微細化に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例を説明するための概念図である。
【図2】配線パターンを覆う絶縁膜を含む基板の断面図
である。
【図3】アニールによる内部応力変化を示す図である。
【符号の説明】
1は半導体基板であってSi基板 1aはBPSG膜 2は絶縁膜であってシリコン酸化膜 3は原料ガス導入管 3aは原料ガスであってSiH4 3bは酸素を含むガスであってO2 4はマイクロ波パワー 5はチャンバであって真空チャンバ 6はRF電源 7は電極兼ステージ 8は磁界コイル 9は配線パターンであってAl配線パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−173137(JP,A) 特開 平3−24268(JP,A) 特開 平4−196321(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/316

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板(1) を電子サイクロトロン共
    鳴プラズマCVD装置のチャンバ(5) 内に配置して,S
    iを含む原料ガス(3a)と酸素を含むガス(3b)及びマイク
    ロ波パワー(4) を該チャンバ(5) 内に導入して,該半導
    体基板(1) 上にシリコン酸化膜(2) を堆積するに際し,
    堆積したシリコン酸化膜(2) の内部応力が堆積後のアニ
    ールにより符号を変化しないように該Siを含む原料ガ
    ス(3a)と該酸素を含むガス(3b)の供給比を制御すること
    を特徴とする絶縁膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 該Siを含む原料ガス(3a)と該酸素を含
    むガス(3b)の供給比を制御することに加えて,該マイク
    ロ波パワー(4) を制御することを特徴とする請求項1記
    載の絶縁膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 該マイクロ波パワー(4) を周期的に間欠
    的に供給することを特徴とする請求項1又は2記載の絶
    縁膜の形成方法。
  4. 【請求項4】 該シリコン酸化膜(2) を該半導体基板
    (1) 上に形成された配線パターン(9) を覆うように形成
    することを特徴とする請求項1又は2又は3記載の絶縁
    膜の形成方法。
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