JP3158835B2 - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JP3158835B2 JP01015194A JP1015194A JP3158835B2 JP 3158835 B2 JP3158835 B2 JP 3158835B2 JP 01015194 A JP01015194 A JP 01015194A JP 1015194 A JP1015194 A JP 1015194A JP 3158835 B2 JP3158835 B2 JP 3158835B2
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【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、第１金属配線層下側の
基板の平坦化、および第１金属と第２金属配線層間の層
間絶縁膜の平坦化等、半導体デバイスの多層配線構造の
信頼性技術の向上に関する。
【０００２】近年、半導体デバイスの集積度が上がるに
つれて、基板の平坦化、及び多層金属配線の層間絶縁膜
の平坦化が要求されている。そのため、基板平坦化のた
めのリフロー形状が優れたボロンドープ燐珪酸ガラス
（ＢＰＳＧ）膜、層間絶縁膜では、低温でのフロー特性
に優れたテトラエチルオキシシラン（ＴＥＯＳ）により
形成したノンドープ珪酸ガラス（ＴＥＯＳ−ＮＳＧ）膜
のプロセス開発が必要とされている。
【０００３】
【従来の技術】図３は従来例の説明図である。
【０００４】図において、31はSi基板、32は第１金属配
線層、33はＰＳＧ膜、34はＳＯＧ膜、35は第２金属配線
層、51はＢＰＳＧ膜、52はＮＳＧ膜、36は第３金属配線
層である。
【０００５】従来の下地基板であるSi基板31上のＰＳＧ
膜33の形成にはシラン(SiH4)−酸素(O2)系ガスを用いて
いたが、集積度が上がるにつれてコンタクトホール等へ
の埋め込み特性及び成膜の平坦性が不充分となってきて
いる。
【０００６】また、金属配線層間の層間絶縁膜形成は、
従来、平坦化するためには、図３（ａ）に示すようなＰ
ＳＧ膜33の形成、続いてＰＳＧ膜33の角を丸くするアル
ゴンスパッタエッチング、膜の表面を平坦化するための
ＳＯＧ膜34の塗布を行ない、続いて図３（ｂ）に示すよ
うに、ＳＯＧ膜34のエッチバック等、常に多くの工程が
必要となっていた。
【０００７】そこで、ＴＥＯＳ−Ｏ3 系の反応ガスを用
いた成膜が注目されているが、ＢＰＳＧ膜51の場合、成
膜直後から数時間で吸湿し、膜の表面に析出物が形成さ
れてしまうという欠点がある。
【０００８】また層間平坦化膜のＮＳＧ膜52の場合に
は、下地平坦化膜のＢＰＳＧ膜51による影響があり、時
には膜の析出形成が困難となったり、吸湿する事が大き
な問題となっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、反応ガスとし
てＴＥＯＳを用いたＢＰＳＧ膜の形成の場合、成膜後の
吸湿により膜の表面に異物が析出したり、また、ＢＰＳ
Ｇ膜中の水分、Ｂ、Ｐなどが後工程の熱処理等により拡
散し、トランジスタ特性に影響を与える問題が生じると
ともに、コンタクトホール間隔と成膜時の条件出しに
Ｂ、Ｐ濃度依存があるのが実情で、層間絶縁膜の平坦化
形状にも依存性があった。
【００１０】次に、ＴＥＯＳを用いたＢＰＳＧ膜、或い
はＮＳＧ膜の形成の場合、先ず下地依存性が有ることが
大きな問題とされ、また、吸湿することから含有水分量
が増加してトランジスタ特性に影響を与える。また、Ｔ
ＥＯＳ−ＮＳＧ膜はクラック耐性が悪く大きな問題とな
っている。
【００１１】本発明は、以上の問題点を解決する手段と
して、複数成膜ヘッドを有するＣＶＤ装置、特に、回転
式常圧枚葉式ＣＶＤ装置を例にとり、ＣＶＤ装置の各成
膜ヘッドへ供給する反応ガスの諸条件を変えることによ
って、前記諸問題の解決を行うことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。
【００１３】図において、１は成膜ヘッド、11〜15は第
１〜第５の成膜ヘッド、２は反応ガス供給系統、３は半
導体基板、４は成膜層、５は平坦化膜、６はキャップ
膜、７は下地膜、91はロードカセット、92はウエハロー
ダ、93はロードエレベータ、94はクーリングステーショ
ン、95は回転テーブルである。
【００１４】上記問題点の解決策として、本発明では、
各成膜ヘッド１に供給する反応ガス系をそれぞれの目的
に応じて反応ガス供給系統２を制御して対応させる。
【００１５】図１（ａ）は本発明に用いたＣＶＤ装置の
概要を示し、図１（ｂ）〜（ｄ）はＴＥＯＳ−Ｏ3 系反
応ガスを用いたバルク平坦化膜、或いは層平坦化膜とし
てのＢＰＳＧ膜やＢＳＧ膜、ＮＳＧ膜の成膜層４の断面
構造図を示す。
【００１６】このように、常圧で平坦化膜５上にキャッ
プ膜６、或いは平坦化膜５下側に下地膜７、或いは平坦
化膜５の間に防湿膜を間挿膜として形成することによ
り、ＴＥＯＳ−Ｏ3 ・ＢＰＳＧ膜の吸湿対策、或いはＴ
ＥＯＳ−Ｏ3 ・ＮＳＧ膜の吸湿対策や下地依存性の改善
やクラック防止が可能となり、また複数の成膜ヘッド１
を用いて連続成長することにより、平坦化膜５の成膜の
スループットも向上する。
【００１７】即ち、本発明の目的は、図１（ｂ）に示す
ように、ＣＶＤ装置内に設置された複数の成膜ヘッド１
を有する成膜用反応ガス供給系統２を制御し、ＴＥＯＳ
−オゾン系ガスとＰ系ガスを反応ガスとして用い、半導
体基板３上にＢＰＳＧ膜からなる平坦化膜５を順次積層
し、最上層に、ＢＳＧ膜からなるキャップ膜６を被覆す
ることにより、そして、半導体基板上に層膜からなるＢ
ＰＳＧの平坦化膜５が形成され、平坦化膜５上にＢＳＧ
膜からなるキャップ膜６が被覆された構造を有すること
により、或いは、図１（ｄ）に示すように、ＣＶＤ装置
内に設置された複数の成膜ヘッド１を有する成膜用反応
ガス供給系統２を制御し、ＴＥＯＳ−オゾン系ガスとＢ
ならびにＰ系ガスを反応ガスとして用い、半導体基板上
にＢＰＳＧ膜からなる平坦化膜５とＢＳＧ膜からなる防
湿膜とを交互に形成することにより、また、半導体基板
３上にＢＰＳＧからなる平坦化膜５と、ＢＳＧ膜からな
る防湿膜とが交互に形成された構造を有することにより
達成される。
【００１８】
【作用】本発明では、ＣＶＤ装置の複数の成膜ヘッドに
供給する反応ガス系を個々に独立して制御することによ
り、 ＴＥＯＳ−Ｏ3 ・ＢＰＳＧ膜の場合：連続処理
が可能となり、各成膜層の農とコントロールが行え、多
層絶縁膜の平坦性、コンタクト窓の形成の最適化、吸湿
による表面への異物の発生防止等が達成される。
【００１９】 ＴＥＯＳ−Ｏ3 ・ＮＳＧ膜の場合：下
地依存性の低減、吸湿防止、クラック発生の低減等の達
成される。
【００２０】
【実施例】図１（ａ）は本発明の実施例に用いたＣＶＤ
装置の模式平面図、図２は本発明の実施例に用いたデバ
イスの成膜層の模式断面構造図である。
【００２１】図において、１は成膜ヘッド、11〜15は第
１〜第５の成膜ヘッド、２は反応ガス供給系統、３は半
導体基板、４は成膜層、５は平坦化膜、６はキャップ
膜、７は下地膜、31はＳｉ基板、51はＢＰＳＧ膜、61は
ＢＳＧ膜、71はＰＳＧ膜、81はＢＳＧ膜、91はロードカ
セット、92はウエハローダ、93はロードエレベータ、94
はリングステーション、95は回転テーブルである。
【００２２】本発明の第１、第２の実施例において、図
１（ａ）に示した５個の成膜ヘッド11〜15を有する回転
式常圧枚葉式ＣＶＤ装置を用いる。ＴＥＯＳ−Ｏ3 系の
成膜用反応ガスを用い、反応ガス供給系統２は５個の成
膜ヘッド１に対して、各々独立に制御することができ
る。また半導体基板３上に積層される平坦化膜５や防湿
膜等の各成膜層４の成分組成や濃度組成を変化させるこ
ともできる。
【００２３】本発明においては、平坦化膜５の形成に
は、成膜用反応ガスにＴＥＯＳ−Ｏ3系を用い、従来例
で述べたように、バルク上の平坦化膜５にはＴＥＯＳ−
ＮＳＧ膜、層間絶縁膜としての平坦化膜にはＴＥＯＳ−
ＢＰＳＧ膜を用いた。
【００２４】図を簡単化するために、配線電極層は省略
して、平坦化膜５の形成ならびに平坦化膜５の膜質向上
のためのキャップ膜６、或いは下地膜７、或いは防湿膜
の同一装置連続成膜層のみを表示した。
【００２５】先ず、本発明の第１の実施例を図２（ａ）
に示す。
【００２６】平坦化膜５の吸湿などを防止するために、
平坦化膜５とは成分組成の異なるキャップ膜６を形成す
る第１の実施例について説明する。
【００２７】各成膜ヘッド１にＴＥＯＳ−Ｏ3 系の反応
ガスを供給して、平坦化膜５としてのＢＰＳＧ膜51を積
層する際、前記複数の成膜ヘッド１の内、最後の第５の
成膜ヘッド15のみ、Ｐのドーパントからの供給を停止し
て、ＢＰＳＧ膜51上にＢＳＧ膜61からなるキャップ膜６
を形成する。
【００２８】例えば、反応ガスとして、先ず第１から第
５の成膜ヘッド11〜15にＴＥＯＳのＮ2 ガスバブリング
量１．５ｓｌｍ、Ｏ3 ＋Ｏ2 の流量７．５ｓｌｍ、希釈
Ｎ2ガス流量ｓｌｍ、Ｏ3 濃度１２０ｇ／ｍ 3 、基板上
の成膜温度４００℃の共通条件とし、添加するＴＭＯＰ
のＮ2 ガスバブリング量を第１成膜ヘッド11〜第４成膜
ヘッド14へ１．２ｓｌｍ、第５成膜ヘッド15のみ供給な
しとし、更に、ＴＥＢの添加するＮ2 ガスバブリング量
を第１成膜ヘッド11〜第５成膜ヘッドへ１．０ｓｌｍの
プログラム条件で、各々、８，０００Åの厚さに平坦化
膜としてのＢＰＳＧ膜51、及び２，０００Åの厚さにキ
ャップ膜としてのＢＳＧ膜61の成膜を行った。
【００２９】尚、上記のＢＳＧ膜61のキャップ膜６の他
に、図２（ｂ）に示すように、ＢＰＳＧ膜51の下地膜と
してＰＳＧ膜71を用いることも、上記装置において可能
である。
【００３０】次に、本発明の第２の実施例を図２（ｃ）
に示す。
【００３１】上記のように、複数の成膜ヘッド１を各々
独立した反応ガス供給系統２により独立して制御した
が、装置により独立に制御しないで、１個の反応ガス供
給系統２で反応ガスの制御を行う場合もある。
【００３２】この場合、平坦化膜５としてのＢＰＳＧ膜
の防湿対策としては、装置内の複数の成膜ヘッド11〜15
へのＴＥＯＳ−Ｏ3 系反応ガス供給系統２を共通に制御
する場合において、半導体基板３上に積層する平坦化膜
５と防湿膜とを交互に成長するようにする。
【００３３】例えば、反応ガスとして、先ず第１の成膜
ヘッド11にＴＥＯＳのＮ2 バブリング量１．５ｓｌｍ、
Ｏ3 ＋Ｏ2 の流量７．５ｓｌｍ、希釈Ｎ2 ガス流量２５
ｓｌｍ、Ｏ3 濃度１２０ｇ／ｍ３、基板上の成膜温度４
００℃、添加するＴＭＯＰのＮ2 ガスバブリング量を
１．２ｓｌｍ、更に、ＴＥＢの添加するＮ2 ガスバブリ
ング量を１．０ｓｌｍのプログラム条件で、１，８００
Åの厚さにＢＰＳＧ膜51を成長し、その上にＴＥＯＳの
Ｎ2 ガスバブリング量１．５ｓｌｍ、Ｏ3 ＋Ｏ2の流量
７．５ｓｌｍ、希釈Ｎ2 ガス流量２５ｓｌｍ、Ｏ3 濃度
１２０ｇ／ｍ３、基板上の成膜温度４００℃、ＴＥＢの
添加するＮ2 ガスバブリング量を１．０ｓｌｍのプログ
ラム条件で、ＴＭＯＰの供給だけを停止して防湿膜とし
てのＢＳＧ膜81を２００Åの厚さに被覆する。
【００３４】続いて、第２〜第５の成膜ヘッド12〜15を
用い、第１の成膜ヘッド11と全く同じ条件で平坦化膜
１，８００Åと防湿膜２００Åを繰り返し５回の積層を
繰り返す。
【００３５】これにより、平坦化膜としてのＢＰＳＧ膜
を積層する場合に、成膜ヘッドを独立に制御しなくて
も、防湿膜を用いて，吸湿を押さえることが出来る。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体基板上の多層配線のための層間絶縁膜等の形成に
おいて、平坦化膜の形成プロセスの工程削減によるスル
ープットの向上、及びデバイスのコストダウンが可能と
なるとともに、ＴＥＯＳ−Ｏ3系反応ガスブロセスの安
定化、及び平坦化膜の防湿性の付与等、デバイスの信頼
性向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理説明図
【図２】 本発明の各々の実施例の説明図
【図３】 従来例の説明図
【符号の説明】
１ 成膜ヘッド 11〜15 第１〜第５の成膜ヘッド ２ 反応ガス供給系統 ３半導体基板 31 Ｓｉ基板 ４ 成膜層 ５ 平坦化膜 51 ＢＰＳＧ膜 ６ キャップ膜 61 ＢＳＧ膜 ７ 下地膜 81 ＢＳＧ膜 91 ロードカセット 92 ウエハローダ 93 ロードエレベータ 94 クーリングステーション 95 回転テーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/768 Ｈ０１Ｌ 21/90 Ｋ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/316 H01L 21/31

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＣＶＤ装置内に設置された複数の成膜ヘ
    ッドを有する成膜用反応ガス供給系を制御し、ＴＥＯＳ
    −オゾン系ガスと硼素ならびにリン系ガスを反応ガスと
    して用い、半導体基板上にＢＰＳＧ膜からなる平坦化膜
    を順次積層し、最上層に、ＢＳＧ膜からなるキャップ膜
    を被覆することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 半導体基板上に形成された積層膜からな
    るＢＰＳＧ平坦化膜と、該平坦化膜上に形成されたＢＳ
    Ｇ膜からなるキャップ膜とを有することを特徴とする半
    導体装置。
  3. 【請求項３】 ＣＶＤ装置内に設置された複数の成膜ヘ
    ッドを有する成膜用反応ガス供給系を制御し、ＴＥＯＳ
    −オゾン系ガスと硼素ならびにリン系ガスを反応ガスと
    して用い、半導体基板上にＢＰＳＧ膜からなる平坦化膜
    とＢＳＧ膜からなる防湿膜とを交互に積層して形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 半導体基板上に形成されたＢＰＳＧから
    なる平坦化膜と、ＢＳＧ膜からなる防湿膜とが交互に形
    成されていることを特徴とする半導体装置。
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