JP3159864B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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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、半導体装置の製造方法
に関する。更に詳しくは、本発明は、半導体基板上にオ
ゾン−テトラエトキシシランCVD法(以下オゾン−T
EOSCVD法とする)により形成された層間絶縁膜の
膜質を改質することからなる半導体装置の製造方法に関
する。
に関する。更に詳しくは、本発明は、半導体基板上にオ
ゾン−テトラエトキシシランCVD法(以下オゾン−T
EOSCVD法とする)により形成された層間絶縁膜の
膜質を改質することからなる半導体装置の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在、
半導体素子の高密度化及び高集積化によって、半導体基
板上の配線が3次元化している。そのため低温で成膜が
可能で、優れた埋め込み特性及び平坦化能力を有するオ
ゾン−TEOS常圧CVD法が、微細な半導体素子にお
いて極めて有望な層間絶縁膜形成法として検討されてい
る。しかし、オゾン−TEOS常圧CVD法で形成され
た絶縁膜は、成膜直後から水分を吸着して、素子の特性
に悪影響を与えることが知られている。
半導体素子の高密度化及び高集積化によって、半導体基
板上の配線が3次元化している。そのため低温で成膜が
可能で、優れた埋め込み特性及び平坦化能力を有するオ
ゾン−TEOS常圧CVD法が、微細な半導体素子にお
いて極めて有望な層間絶縁膜形成法として検討されてい
る。しかし、オゾン−TEOS常圧CVD法で形成され
た絶縁膜は、成膜直後から水分を吸着して、素子の特性
に悪影響を与えることが知られている。
【0003】層間絶縁膜の膜中水分が半導体素子の特性
に及ぼす影響としては、例えば、メタル配線の断線や腐
食による信頼性不良がある。また、MOS型トランジス
ターの信頼性に関して、膜中水分の影響によりトランジ
スターのホットキャリアーによる特性劣化が促進される
ことが知られており、層間絶縁膜の膜中水分の低減及び
制御は重要課題となっている。
に及ぼす影響としては、例えば、メタル配線の断線や腐
食による信頼性不良がある。また、MOS型トランジス
ターの信頼性に関して、膜中水分の影響によりトランジ
スターのホットキャリアーによる特性劣化が促進される
ことが知られており、層間絶縁膜の膜中水分の低減及び
制御は重要課題となっている。
【0004】このような層間絶縁膜中の水分は、700
℃以上の熱処理で除去可能である。しかしながら、金属
層の形成後に層間絶縁膜を形成する場合、金属層への影
響を考慮すると、上限温度は約400〜450℃であ
り、上記のような高温にさらすことは不可能である。従
って、低温で効率的に水分を除去できる方法が切望され
ている。
℃以上の熱処理で除去可能である。しかしながら、金属
層の形成後に層間絶縁膜を形成する場合、金属層への影
響を考慮すると、上限温度は約400〜450℃であ
り、上記のような高温にさらすことは不可能である。従
って、低温で効率的に水分を除去できる方法が切望され
ている。
【0005】層間絶縁膜の膜質を改質する方法として
は、下地酸化膜にプラズマ照射処理を施すことにより、
その上に形成されるオゾン−TEOS膜の膜質を向上さ
せる方法が特開平4−94539号に開示されている。
しかしながら、これはオゾン−TEOS膜に直接処理を
施すものではなく、膜中水分の低減に寄与しない。オゾ
ン−TEOS膜に直接プラズマ照射処理を施す方法につ
いては、特開平2−219232号及び特開平3−41
731号に開示されているが、これらは膜中の水分の低
減を目的としてはいない。
は、下地酸化膜にプラズマ照射処理を施すことにより、
その上に形成されるオゾン−TEOS膜の膜質を向上さ
せる方法が特開平4−94539号に開示されている。
しかしながら、これはオゾン−TEOS膜に直接処理を
施すものではなく、膜中水分の低減に寄与しない。オゾ
ン−TEOS膜に直接プラズマ照射処理を施す方法につ
いては、特開平2−219232号及び特開平3−41
731号に開示されているが、これらは膜中の水分の低
減を目的としてはいない。
【0006】オゾン−TEOS膜の膜中水分に関して
は、セミコンダクターワールド誌、1993年2月号、
pp82-88 、「プラズマ後処理によるTEOS−O3 CV
D膜の吸湿性低減」及び“湿気減少のためのTEOS/O3 AP
-CVD SiO2 のプラズマ後処理(PLASMA POST-TREATMENT
OF TEOS/O3 AP-CVD SiO2 FOR MOISTURE REDUCTION ),T
HE 10th IEEE VMIC Conference, pp96-102, 1993"に報
告しているが、いずれも1周波の陽極結合方式平行平板
RFプラズマ装置によるものである。1周波の陽極結合
方式平行平板RFプラズマ装置により水分除去効果を得
るには処理時間が5分程度(但し、枚葉処理)と長くか
かり、水分低減効果も未処理基板の約1/2まで減少す
る程度であり、十分とは言えなかった。
は、セミコンダクターワールド誌、1993年2月号、
pp82-88 、「プラズマ後処理によるTEOS−O3 CV
D膜の吸湿性低減」及び“湿気減少のためのTEOS/O3 AP
-CVD SiO2 のプラズマ後処理(PLASMA POST-TREATMENT
OF TEOS/O3 AP-CVD SiO2 FOR MOISTURE REDUCTION ),T
HE 10th IEEE VMIC Conference, pp96-102, 1993"に報
告しているが、いずれも1周波の陽極結合方式平行平板
RFプラズマ装置によるものである。1周波の陽極結合
方式平行平板RFプラズマ装置により水分除去効果を得
るには処理時間が5分程度(但し、枚葉処理)と長くか
かり、水分低減効果も未処理基板の約1/2まで減少す
る程度であり、十分とは言えなかった。
【0007】
【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、基板上にオゾン−テトラエトキシシランCVD法を
使用して形成された層間絶縁膜に対して、350〜45
0kHzの低周波と2MHz以上の高周波からなる2周
波平行平板型プラズマ生成手段によって生成したプラズ
マ中で加熱下での処理と、拡散炉型プラズマ生成手段に
よって生成したプラズマ中で加熱下での処理とを行うこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される
ば、基板上にオゾン−テトラエトキシシランCVD法を
使用して形成された層間絶縁膜に対して、350〜45
0kHzの低周波と2MHz以上の高周波からなる2周
波平行平板型プラズマ生成手段によって生成したプラズ
マ中で加熱下での処理と、拡散炉型プラズマ生成手段に
よって生成したプラズマ中で加熱下での処理とを行うこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される
【0008】
【0009】
【0010】さらに、本発明によれば、基板上にオゾン
−テトラエトキシシランCVD法を使用して形成された
層間絶縁膜に対して、反応性イオンエッチングプラズマ
生成手段によって生成したプラズマ中での処理と、拡散
炉型プラズマ生成手段によって生成したプラズマ中で加
熱下での処理とを行うことを特徴とする半導体装置の製
造方法が提供される。
−テトラエトキシシランCVD法を使用して形成された
層間絶縁膜に対して、反応性イオンエッチングプラズマ
生成手段によって生成したプラズマ中での処理と、拡散
炉型プラズマ生成手段によって生成したプラズマ中で加
熱下での処理とを行うことを特徴とする半導体装置の製
造方法が提供される。
【0011】本発明の方法を適用できる層間絶縁膜に
は、オゾン−TEOS酸化膜の他に、NSG(non-dope
d silicate glass)膜、PSG膜、BPSG膜等が挙げ
られる。本発明の方法は、配線間の絶縁、ビアホール等
の穴埋め等に使用される絶縁膜に好適に使用することが
できる。本発明に使用できる基板は特に限定されず、例
えばシリコン、シリコン−ゲルマニウム、ガリウム−砒
素等の公知の基板が挙げられる。また、基板には層間絶
縁膜の膜質を向上させるために予め公知の前処理を施し
ていてもよい。
は、オゾン−TEOS酸化膜の他に、NSG(non-dope
d silicate glass)膜、PSG膜、BPSG膜等が挙げ
られる。本発明の方法は、配線間の絶縁、ビアホール等
の穴埋め等に使用される絶縁膜に好適に使用することが
できる。本発明に使用できる基板は特に限定されず、例
えばシリコン、シリコン−ゲルマニウム、ガリウム−砒
素等の公知の基板が挙げられる。また、基板には層間絶
縁膜の膜質を向上させるために予め公知の前処理を施し
ていてもよい。
【0012】本発明のオゾン−TEOSCVD法には、
公知の常圧CVD法及び亜常圧CVD法(圧力400〜
760torr)を使用することができ、また装置も公
知のもの例えばAPT−4800(キャノン販売社
製)、P−5000Mrk.IIJ(AMJ社製)等を使
用することができる。CVD法の堆積の際の処理条件
は、層間絶縁膜の種類によって異なる。オゾン−TEO
S酸化膜の場合は、オゾン流量(オゾン濃度×O2 流
量)とTEOS流量(TEOSの飽和蒸気圧÷全圧×バ
ブリングN2 流量)との比を0.5〜10.0にして、
基板温度350〜450℃でCVD装置内に導入するこ
とによって堆積することができる。PSG膜の場合は、
前記酸化膜の混合ガスにPH3 等のリン含有ガスを更に
混合させることによって堆積することができ、BPSG
膜の場合は、PH3 等のリン含有ガス及びB2 H6 等の
ホウ素含有ガスを混合させることによって堆積すること
ができる。
公知の常圧CVD法及び亜常圧CVD法(圧力400〜
760torr)を使用することができ、また装置も公
知のもの例えばAPT−4800(キャノン販売社
製)、P−5000Mrk.IIJ(AMJ社製)等を使
用することができる。CVD法の堆積の際の処理条件
は、層間絶縁膜の種類によって異なる。オゾン−TEO
S酸化膜の場合は、オゾン流量(オゾン濃度×O2 流
量)とTEOS流量(TEOSの飽和蒸気圧÷全圧×バ
ブリングN2 流量)との比を0.5〜10.0にして、
基板温度350〜450℃でCVD装置内に導入するこ
とによって堆積することができる。PSG膜の場合は、
前記酸化膜の混合ガスにPH3 等のリン含有ガスを更に
混合させることによって堆積することができ、BPSG
膜の場合は、PH3 等のリン含有ガス及びB2 H6 等の
ホウ素含有ガスを混合させることによって堆積すること
ができる。
【0013】次に、本発明に使用できるプラズマ生成手
段は、2周波平行平板型プラズマ生成手段、反応性イオ
ンエッチングプラズマ生成手段、拡散炉型プラズマ生成
手段である。この内、2周波平行平板型プラズマ生成手
段としては、陽極結合方式及び陰極結合方式のいずれの
方式でも使用できる。この内、層間絶縁膜へのプラズマ
の入射エネルギーの大きさ及び水分除去効果を考慮する
と陽極結合方式の平行平板型プラズマ生成手段を使用す
ることが好ましい。
段は、2周波平行平板型プラズマ生成手段、反応性イオ
ンエッチングプラズマ生成手段、拡散炉型プラズマ生成
手段である。この内、2周波平行平板型プラズマ生成手
段としては、陽極結合方式及び陰極結合方式のいずれの
方式でも使用できる。この内、層間絶縁膜へのプラズマ
の入射エネルギーの大きさ及び水分除去効果を考慮する
と陽極結合方式の平行平板型プラズマ生成手段を使用す
ることが好ましい。
【0014】使用する2周波は、350〜450kHz
の低周波と2MHz以上の高周波からなることが好まし
い。2周波とする理由は、低周波にはプラズマが十分追
随するため、基板にプラズマが到達し加熱を効果的に行
うことができる反面、プラズマの発生効率が良くないの
で十分な量のプラズマを発生させることができないとい
う難点があるが、この難点はプラズマの発生効率が良好
な2MHz以上の高周波を組み合わせて使用することに
より解決できるからである。なお、高周波のみではプラ
ズマが十分追随できないため、基板にプラズマが到達し
にくく加熱を効果的に行えない。
の低周波と2MHz以上の高周波からなることが好まし
い。2周波とする理由は、低周波にはプラズマが十分追
随するため、基板にプラズマが到達し加熱を効果的に行
うことができる反面、プラズマの発生効率が良くないの
で十分な量のプラズマを発生させることができないとい
う難点があるが、この難点はプラズマの発生効率が良好
な2MHz以上の高周波を組み合わせて使用することに
より解決できるからである。なお、高周波のみではプラ
ズマが十分追随できないため、基板にプラズマが到達し
にくく加熱を効果的に行えない。
【0015】本発明に使用できる陽極結合方式の2周波
平行平板型プラズマ生成装置としては、公知の装置が使
用でき、例えば図12に挙げる装置を使用することがで
きる。図12の装置は、基板を1枚ずつ処理する枚葉式
のプラズマ装置である。図中、11はプロセスチャンバ
ー、12は基板、13はプラズマ原料ガス、14はガス
分散板、15は下部電極、16はランプ、17はローパ
スフィルタ、18は低周波、19は高周波、20は圧力
計及び21は排気系である。
平行平板型プラズマ生成装置としては、公知の装置が使
用でき、例えば図12に挙げる装置を使用することがで
きる。図12の装置は、基板を1枚ずつ処理する枚葉式
のプラズマ装置である。図中、11はプロセスチャンバ
ー、12は基板、13はプラズマ原料ガス、14はガス
分散板、15は下部電極、16はランプ、17はローパ
スフィルタ、18は低周波、19は高周波、20は圧力
計及び21は排気系である。
【0016】この装置の操作は次のように行う。まず、
排気系21により基板12が設置されたプロセスチャン
バー11を減圧する。次に、プラズマ原料ガス13を上
部電極を兼ねたガス分散板14から導入し、圧力計20
を用いて一定の圧力に保つ。次いで、ローパスフィルタ
17を通過した低周波18と高周波19からなるRFを
上部電極から印加し、上部電極と下部電極15の間にプ
ラズマを発生させる。このプラズマの内、主として低周
波によるプラズマで基板12の表面が処理されることに
なる。なお、基板12は、プロセスチャンバー11の外
部に設置されたランプ16により基板を裏面から照射す
ることによって加熱される。
排気系21により基板12が設置されたプロセスチャン
バー11を減圧する。次に、プラズマ原料ガス13を上
部電極を兼ねたガス分散板14から導入し、圧力計20
を用いて一定の圧力に保つ。次いで、ローパスフィルタ
17を通過した低周波18と高周波19からなるRFを
上部電極から印加し、上部電極と下部電極15の間にプ
ラズマを発生させる。このプラズマの内、主として低周
波によるプラズマで基板12の表面が処理されることに
なる。なお、基板12は、プロセスチャンバー11の外
部に設置されたランプ16により基板を裏面から照射す
ることによって加熱される。
【0017】層間絶縁膜の加熱下での処理の条件として
は、圧力1〜10torr、プラズマ原料ガスの流量5
00〜2000sccm、高周波のRFパワー50〜5
00W、低周波のRFパワー50〜500W、基板温度
350〜450℃、加熱時間60〜120秒で行われ
る。なお、プラズマ原料ガスは、特に限定されないが窒
素、酸素等が使用できる。
は、圧力1〜10torr、プラズマ原料ガスの流量5
00〜2000sccm、高周波のRFパワー50〜5
00W、低周波のRFパワー50〜500W、基板温度
350〜450℃、加熱時間60〜120秒で行われ
る。なお、プラズマ原料ガスは、特に限定されないが窒
素、酸素等が使用できる。
【0018】次に、反応性イオンエッチングプラズマ生
成手段に使用できる装置は、特に限定されず、公知の装
置を使用することができる。プラズマ原料ガスは特に限
定されないが、通常酸素が使用される。基板のプラズマ
照射処理の条件としては、圧力50〜200mtor
r、プラズマ原料ガスの流量50〜200sccm、R
Fパワー50〜500W、周波数13.56MHz、基
板温度室温〜200℃、処理時間60〜120秒で行わ
れる。
成手段に使用できる装置は、特に限定されず、公知の装
置を使用することができる。プラズマ原料ガスは特に限
定されないが、通常酸素が使用される。基板のプラズマ
照射処理の条件としては、圧力50〜200mtor
r、プラズマ原料ガスの流量50〜200sccm、R
Fパワー50〜500W、周波数13.56MHz、基
板温度室温〜200℃、処理時間60〜120秒で行わ
れる。
【0019】次に、拡散炉型プラズマ生成手段に使用で
きる装置としては、RF電極を有している炉であればい
ずれの装置でも使用することができる。このような装置
として、縦型炉及び横型炉が一般に知られているが、設
置面積、加熱均一性の良さ等から縦型炉を使用すること
が好ましい。図13は本発明に使用できる縦型の拡散炉
型プラズマ生成装置を示している。図中、31は石英ボ
ート、32は炉口シャッター(石英インナーチューブを
上げているときにチューブ内が汚染されないためのも
の)、33はインナー昇降駆動軸、34は石英インナー
チューブ、35はガス導入管、36はヒーター昇降駆動
軸、37は石英アウターチューブ、38はヒーター、3
9は基板、40は排気孔、41は石英遮熱板をそれぞれ
示している。
きる装置としては、RF電極を有している炉であればい
ずれの装置でも使用することができる。このような装置
として、縦型炉及び横型炉が一般に知られているが、設
置面積、加熱均一性の良さ等から縦型炉を使用すること
が好ましい。図13は本発明に使用できる縦型の拡散炉
型プラズマ生成装置を示している。図中、31は石英ボ
ート、32は炉口シャッター(石英インナーチューブを
上げているときにチューブ内が汚染されないためのも
の)、33はインナー昇降駆動軸、34は石英インナー
チューブ、35はガス導入管、36はヒーター昇降駆動
軸、37は石英アウターチューブ、38はヒーター、3
9は基板、40は排気孔、41は石英遮熱板をそれぞれ
示している。
【0020】この装置の操作は次のように行う。まず、
基板39を石英ボート31に載置する(この図では基板
50枚/1バッチ)。次に、炉口シャッター32をはず
して、インナーチューブ昇降駆動軸33を動かして石英
インナーチューブ34を降ろし石英ボート31を覆う。
次いで、排気孔40から排気することにより減圧し、ガ
ス導入管35からプラズマ原料ガスを導入する。次に、
石英インナーチューブ34に設置されているRF電極
(図示せず)によりプラズマを発生させた後、ヒーター
昇降駆動軸36を動かして石英アウターチューブ37を
石英インナーチューブ34の上にかぶせ、ヒーター38
により基板を加熱する。なお、図13のように石英アウ
ターチューブと石英インナーチューブを分ければ、プラ
ズマの発生と加熱を独立して制御することができるので
好ましい。
基板39を石英ボート31に載置する(この図では基板
50枚/1バッチ)。次に、炉口シャッター32をはず
して、インナーチューブ昇降駆動軸33を動かして石英
インナーチューブ34を降ろし石英ボート31を覆う。
次いで、排気孔40から排気することにより減圧し、ガ
ス導入管35からプラズマ原料ガスを導入する。次に、
石英インナーチューブ34に設置されているRF電極
(図示せず)によりプラズマを発生させた後、ヒーター
昇降駆動軸36を動かして石英アウターチューブ37を
石英インナーチューブ34の上にかぶせ、ヒーター38
により基板を加熱する。なお、図13のように石英アウ
ターチューブと石英インナーチューブを分ければ、プラ
ズマの発生と加熱を独立して制御することができるので
好ましい。
【0021】基板の加熱処理の条件としては、圧力1〜
10torr、プラズマ原料ガスの流量500〜200
0sccm、RFパワー500〜2000W、周波数1
3.56MHz、基板温度350〜450℃、加熱時間
30〜120分で行われる。なお、プラズマ原料ガス
は、特に限定されないが窒素ガスが通常使用される。以
上のように2周波平行平板型プラズマ生成手段或いは拡
散炉型プラズマ生成手段を用いて基板上に形成された層
間絶縁膜を加熱処理することにより、低温(400℃以
下)で効率的に水分の除去を行うことができ、500℃
以下で脱離する膜中水分量を未処理基板の1/3〜1/
14にすることができる。更に、反応性イオンエッチン
グプラズマ生成手段を用いて、プラズマ照射処理を行っ
ても上記と同程度の膜中水分の除去を行うことができ
る。
10torr、プラズマ原料ガスの流量500〜200
0sccm、RFパワー500〜2000W、周波数1
3.56MHz、基板温度350〜450℃、加熱時間
30〜120分で行われる。なお、プラズマ原料ガス
は、特に限定されないが窒素ガスが通常使用される。以
上のように2周波平行平板型プラズマ生成手段或いは拡
散炉型プラズマ生成手段を用いて基板上に形成された層
間絶縁膜を加熱処理することにより、低温(400℃以
下)で効率的に水分の除去を行うことができ、500℃
以下で脱離する膜中水分量を未処理基板の1/3〜1/
14にすることができる。更に、反応性イオンエッチン
グプラズマ生成手段を用いて、プラズマ照射処理を行っ
ても上記と同程度の膜中水分の除去を行うことができ
る。
【0022】ここで、膜中水分の評価は、TDS法によ
り測定した値を比較することにより行っている。TDS
法は膜を加熱して脱離した水分量を測定する方法であ
る。従って、本明細書に記載されている膜中水分量は、
500℃以下で脱離する水分の全量から本発明の方法に
よる水分の脱離量を引いた量を表している。また、2周
波平行平板型プラズマ生成手段或いは反応性イオンエッ
チングプラズマ生成手段と拡散炉型プラズマ生成手段を
組み合わせることにより、500℃以下で脱離する膜中
水分量を未処理基板の1/30以下にすることができ
る。これは、2周波平行平板型プラズマ生成手段により
生成したプラズマ中での加熱下の処理或いは反応性イオ
ンエッチングプラズマ生成手段を用いたプラズマ中での
処理が層間絶縁膜の表面に作用して表面の水分の除去及
び再吸着を防止する効果があり、拡散炉型プラズマ生成
手段によって生成したプラズマ中での加熱が膜中からの
水分除去効果が大きいためであると考えられる。また、
組合せの順番は特に限定されないが、拡散炉型プラズマ
生成手段により加熱処理を先に行う場合は、処理後の放
置時間をできるだけ短くすることが好ましい。放置時間
が長くなると水分を再び吸着してしまうからである。
り測定した値を比較することにより行っている。TDS
法は膜を加熱して脱離した水分量を測定する方法であ
る。従って、本明細書に記載されている膜中水分量は、
500℃以下で脱離する水分の全量から本発明の方法に
よる水分の脱離量を引いた量を表している。また、2周
波平行平板型プラズマ生成手段或いは反応性イオンエッ
チングプラズマ生成手段と拡散炉型プラズマ生成手段を
組み合わせることにより、500℃以下で脱離する膜中
水分量を未処理基板の1/30以下にすることができ
る。これは、2周波平行平板型プラズマ生成手段により
生成したプラズマ中での加熱下の処理或いは反応性イオ
ンエッチングプラズマ生成手段を用いたプラズマ中での
処理が層間絶縁膜の表面に作用して表面の水分の除去及
び再吸着を防止する効果があり、拡散炉型プラズマ生成
手段によって生成したプラズマ中での加熱が膜中からの
水分除去効果が大きいためであると考えられる。また、
組合せの順番は特に限定されないが、拡散炉型プラズマ
生成手段により加熱処理を先に行う場合は、処理後の放
置時間をできるだけ短くすることが好ましい。放置時間
が長くなると水分を再び吸着してしまうからである。
【0023】
【作用】拡散炉型プラズマ生成手段により生成したプラ
ズマ中での加熱下の処理を行うことにより、低温(40
0℃以下)で効率的に水分が除去される。本発明の処理
では、特に250〜500℃の中温域で脱離する膜中に
取り込まれた水分が除去される。また、高真空中での加
熱でも同様の効果が得られる。
ズマ中での加熱下の処理を行うことにより、低温(40
0℃以下)で効率的に水分が除去される。本発明の処理
では、特に250〜500℃の中温域で脱離する膜中に
取り込まれた水分が除去される。また、高真空中での加
熱でも同様の効果が得られる。
【0024】また、2周波平行平板型プラズマ生成手段
により生成したプラズマ中での加熱下の処理や反応性イ
オンエッチングプラズマ生成手段を用いたプラズマ中で
の処理により、主に250℃以下の低温域で脱離する膜
表面に吸着した水分が除去される。2周波平行平板型プ
ラズマ生成手段或いは反応性イオンエッチングプラズマ
生成手段と、拡散炉型プラズマ生成手段によるプラズマ
照射処理を組み合わせて行うことにより、膜中水分が未
処理基板の1/30以下とほぼ完全に除去される。
により生成したプラズマ中での加熱下の処理や反応性イ
オンエッチングプラズマ生成手段を用いたプラズマ中で
の処理により、主に250℃以下の低温域で脱離する膜
表面に吸着した水分が除去される。2周波平行平板型プ
ラズマ生成手段或いは反応性イオンエッチングプラズマ
生成手段と、拡散炉型プラズマ生成手段によるプラズマ
照射処理を組み合わせて行うことにより、膜中水分が未
処理基板の1/30以下とほぼ完全に除去される。
【0025】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。オゾン−有機ソース系常圧CVD法を用いて層間絶
縁膜の形成には、オゾン−TEOSの常圧CVD法と亜
常圧CVD法を用いた。それぞれ、常圧CVD法ではA
PT−4800(キャノン販売社製)を、亜常圧CVD
法ではP−5000Mrk.IIJ(AMJ社製)を用い
た。それぞれの成膜条件を表1に示す。
る。オゾン−有機ソース系常圧CVD法を用いて層間絶
縁膜の形成には、オゾン−TEOSの常圧CVD法と亜
常圧CVD法を用いた。それぞれ、常圧CVD法ではA
PT−4800(キャノン販売社製)を、亜常圧CVD
法ではP−5000Mrk.IIJ(AMJ社製)を用い
た。それぞれの成膜条件を表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】膜中水分の測定には、TDS(Thermal De
sorption Spectroscopy)法を用い、EMD−WA100
0K(電気科学社製)を用いた。 実施例1 オゾン−TEOS常圧CVD法を用いて、図1に示すよ
うにシリコン基板1上にオゾン−TEOS酸化膜2
(0.60μm)を形成した。なお、オゾン−TEOS
酸化膜は基板上に直接堆積させてもよいが、下地の影響
を受けやすいため、基板上に予め酸化膜又はナイトライ
ド膜等下地となる膜を形成した後、その上に堆積させて
もよい。成膜後、基板を温度:24℃、湿度:40%R
Hのクリーンルーム内で72時間保管した。
sorption Spectroscopy)法を用い、EMD−WA100
0K(電気科学社製)を用いた。 実施例1 オゾン−TEOS常圧CVD法を用いて、図1に示すよ
うにシリコン基板1上にオゾン−TEOS酸化膜2
(0.60μm)を形成した。なお、オゾン−TEOS
酸化膜は基板上に直接堆積させてもよいが、下地の影響
を受けやすいため、基板上に予め酸化膜又はナイトライ
ド膜等下地となる膜を形成した後、その上に堆積させて
もよい。成膜後、基板を温度:24℃、湿度:40%R
Hのクリーンルーム内で72時間保管した。
【0028】しかる後、基板をRF電極を有する縦型の
拡散炉型プラズマ生成手段を用いて窒素プラズマ雰囲気
中で400℃で55分間加熱を行った。圧力は5tor
r、窒素流量は1400sccm、RFパワーは100
0W、周波数は13.56MHzである。装置として
は、TS8002縦型プラズマベーク炉(東京応化社
製)を用いた。
拡散炉型プラズマ生成手段を用いて窒素プラズマ雰囲気
中で400℃で55分間加熱を行った。圧力は5tor
r、窒素流量は1400sccm、RFパワーは100
0W、周波数は13.56MHzである。装置として
は、TS8002縦型プラズマベーク炉(東京応化社
製)を用いた。
【0029】この実施例の処理シーケンスを図2に示し
た。図2中ではチャンバーの降下、真空引き、窒素ガ
ス導入、RFオン及びヒーター降下を5分間かけて行
い、では25分間かけて400℃へ昇温し、では4
00℃を30分間保持し、ではRFオフ、ヒーター上
昇及び空冷を15分間かけて行った。なお、処理は1バ
ッチ50枚で行った。
た。図2中ではチャンバーの降下、真空引き、窒素ガ
ス導入、RFオン及びヒーター降下を5分間かけて行
い、では25分間かけて400℃へ昇温し、では4
00℃を30分間保持し、ではRFオフ、ヒーター上
昇及び空冷を15分間かけて行った。なお、処理は1バ
ッチ50枚で行った。
【0030】図3に本発明の処理を行った基板(図3
(a)参照)と未処理の基板(図3(b)参照)の膜中
水分量の測定結果を示した。本発明の処理を行った基板
では膜中の水分は全体的に減少しており、未処理の基板
の約1/10になった。従って、本発明の処理は、オゾ
ン−TEOS常圧CVD法で形成された絶縁膜中の水分
除去に大きな効果を有することが示された。
(a)参照)と未処理の基板(図3(b)参照)の膜中
水分量の測定結果を示した。本発明の処理を行った基板
では膜中の水分は全体的に減少しており、未処理の基板
の約1/10になった。従って、本発明の処理は、オゾ
ン−TEOS常圧CVD法で形成された絶縁膜中の水分
除去に大きな効果を有することが示された。
【0031】実施例2 実施例1のオゾン−TEOS常圧CVD法に代わってオ
ゾン−TEOS亜常圧CVD法を用いてシリコン基板上
にオゾン−TEOS酸化膜(0.50μm)を形成し
た。成膜後、基板を温度:24℃、湿度:40%RHの
クリーンルーム内で72時間保管した。
ゾン−TEOS亜常圧CVD法を用いてシリコン基板上
にオゾン−TEOS酸化膜(0.50μm)を形成し
た。成膜後、基板を温度:24℃、湿度:40%RHの
クリーンルーム内で72時間保管した。
【0032】しかる後、実施例1と同様の方法を用いて
基板をRF電極を有する縦型の拡散炉型プラズマ生成手
段を用いて窒素プラズマ雰囲気中で400℃で55分間
加熱を行った。図4に本発明の処理を行った基板(図4
(a)参照)と未処理の基板(図4(b)参照)の膜中
水分量の測定結果を示した。本発明の処理を行った基板
では膜中の水分は全体的に減少しており、未処理の基板
の約1/10になった。本発明の処理はオゾン−TEO
S亜常圧CVD法で形成された絶縁膜中の水分除去に対
しても大きな効果を有することが示された。
基板をRF電極を有する縦型の拡散炉型プラズマ生成手
段を用いて窒素プラズマ雰囲気中で400℃で55分間
加熱を行った。図4に本発明の処理を行った基板(図4
(a)参照)と未処理の基板(図4(b)参照)の膜中
水分量の測定結果を示した。本発明の処理を行った基板
では膜中の水分は全体的に減少しており、未処理の基板
の約1/10になった。本発明の処理はオゾン−TEO
S亜常圧CVD法で形成された絶縁膜中の水分除去に対
しても大きな効果を有することが示された。
【0033】実施例3 実施例1と同様にオゾン−TEOS常圧CVD法を用い
てシリコン基板上にオゾン−TEOS酸化膜(0.60
μm)を形成し、成膜後、基板を温度:24℃、湿度:
40%RHのクリーンルーム内で72時間保管した。し
かる後、基板を高真空雰囲気中で加熱が可能な縦型の拡
散炉型プラズマ生成手段を用いて、10-6torrの高
真空雰囲気中で、400℃で60分間加熱をおこなっ
た。装置としては、TS8002縦型プラズマベーク炉
(東京応化製)を用いた。処理シーケンスは、におい
てチャンバー降下、10-6torrへの真空引き及びヒ
ーター降下を10分間かけて行うこと以外は、図2と同
じとした。
てシリコン基板上にオゾン−TEOS酸化膜(0.60
μm)を形成し、成膜後、基板を温度:24℃、湿度:
40%RHのクリーンルーム内で72時間保管した。し
かる後、基板を高真空雰囲気中で加熱が可能な縦型の拡
散炉型プラズマ生成手段を用いて、10-6torrの高
真空雰囲気中で、400℃で60分間加熱をおこなっ
た。装置としては、TS8002縦型プラズマベーク炉
(東京応化製)を用いた。処理シーケンスは、におい
てチャンバー降下、10-6torrへの真空引き及びヒ
ーター降下を10分間かけて行うこと以外は、図2と同
じとした。
【0034】図5に本発明の処理を行った基板(図5
(a)参照)と未処理の基板(図5(b)参照)の膜中
水分量の測定結果を示した。本発明の処理を行った基板
では膜中の水分は全体的に減少しており、未処理の基板
の約1/10になった。本発明の処理はオゾン−TEO
S常圧CVD法で形成された絶縁膜中の水分除去に対し
て大きな効果を有することが示された。
(a)参照)と未処理の基板(図5(b)参照)の膜中
水分量の測定結果を示した。本発明の処理を行った基板
では膜中の水分は全体的に減少しており、未処理の基板
の約1/10になった。本発明の処理はオゾン−TEO
S常圧CVD法で形成された絶縁膜中の水分除去に対し
て大きな効果を有することが示された。
【0035】実施例4 実施例1と同様にオゾン−TEOS常圧CVD法を用い
てシリコン基板上にオゾン−TEOS酸化膜(0.60
μm)を形成し、成膜後、基板を温度:24℃、湿度:
40%RHのクリーンルーム内で72時間保管した。し
かる後、基板に陽極結合方式の平行平板プラズマ生成手
段を用いて、400℃に加熱しながら2周波放電方式を
用いてプラズマ照射を行った。窒素プラズマの条件は、
圧力:5torr、窒素流量:600sccm、RFパ
ワー:300W/200W、周波数:13.56MHz
/350KHzの2周波、時間:90秒とした。
てシリコン基板上にオゾン−TEOS酸化膜(0.60
μm)を形成し、成膜後、基板を温度:24℃、湿度:
40%RHのクリーンルーム内で72時間保管した。し
かる後、基板に陽極結合方式の平行平板プラズマ生成手
段を用いて、400℃に加熱しながら2周波放電方式を
用いてプラズマ照射を行った。窒素プラズマの条件は、
圧力:5torr、窒素流量:600sccm、RFパ
ワー:300W/200W、周波数:13.56MHz
/350KHzの2周波、時間:90秒とした。
【0036】図6に本発明の処理を行った基板(図6
(a)参照)と未処理の基板(図6(b)参照)の膜中
水分量の測定結果を示した。本発明の処理を行った基板
では、250℃以下の温度で脱離する水分は完全に除去
されており、トータルの水分量も1/12〜1/14に
なっており、膜中水分の除去効果があることが解った。 実施例5 実施例1と、同様にオゾン−TEOS常圧CVD法を用
いてシリコン基板上にオゾン−TEOS酸化膜(0.6
0μm)を形成し、成膜後、基板を温度:24℃、湿
度:40%RHのクリーンルーム内で72時間保管し
た。
(a)参照)と未処理の基板(図6(b)参照)の膜中
水分量の測定結果を示した。本発明の処理を行った基板
では、250℃以下の温度で脱離する水分は完全に除去
されており、トータルの水分量も1/12〜1/14に
なっており、膜中水分の除去効果があることが解った。 実施例5 実施例1と、同様にオゾン−TEOS常圧CVD法を用
いてシリコン基板上にオゾン−TEOS酸化膜(0.6
0μm)を形成し、成膜後、基板を温度:24℃、湿
度:40%RHのクリーンルーム内で72時間保管し
た。
【0037】しかる後、反応性イオンエッチング装置を
用いて、基板に酸素プラズマ照射を行った。酸素プラズ
マの条件は、圧力:100mtorr、酸素流量:10
0sccm、RFパワー:350W、周波数:13.5
6MHz、時間:90秒とした。図7に本発明の処理を
行った基板(図7(a)参照)と未処理の基板(図7
(b)参照)の膜中水分量の測定結果を示した。250
℃以下で脱離する水分は消失しており、膜中の水分の総
量も1/10以下に減少した。
用いて、基板に酸素プラズマ照射を行った。酸素プラズ
マの条件は、圧力:100mtorr、酸素流量:10
0sccm、RFパワー:350W、周波数:13.5
6MHz、時間:90秒とした。図7に本発明の処理を
行った基板(図7(a)参照)と未処理の基板(図7
(b)参照)の膜中水分量の測定結果を示した。250
℃以下で脱離する水分は消失しており、膜中の水分の総
量も1/10以下に減少した。
【0038】実施例6 本実施例では、RF電極を有する縦型の拡散炉型プラズ
マ生成手段を用いたプラズマ雰囲気中での加熱と、陽極
結合方式の平行平板プラズマ生成手段を用いて加熱しな
がらプラズマ照射を行う方法を組み合わせた方法につい
て述べる。実施例1と同様にオゾン−TEOS常圧CV
D法を用いてシリコン基板上にオゾン−TEOS酸化膜
(0.60μm)を形成し、成膜後、基板を温度:24
℃、湿度:40%RHのクリーンルーム内で72時間保
管した。
マ生成手段を用いたプラズマ雰囲気中での加熱と、陽極
結合方式の平行平板プラズマ生成手段を用いて加熱しな
がらプラズマ照射を行う方法を組み合わせた方法につい
て述べる。実施例1と同様にオゾン−TEOS常圧CV
D法を用いてシリコン基板上にオゾン−TEOS酸化膜
(0.60μm)を形成し、成膜後、基板を温度:24
℃、湿度:40%RHのクリーンルーム内で72時間保
管した。
【0039】しかる後、基板に陽極結合方式の平行平板
プラズマ生成手段を用いて400℃に加熱しながらプラ
ズマ照射を行った。ここでプラズマ原料ガスに窒素ガス
又は酸素ガスを使用した。各原料ガスの使用条件は、窒
素プラズマの場合は、圧力:5torr、窒素流量:6
00sccm、RFパワー:300W/200W、周波
数:13.56MHz/350KHzの2周波、時間:
90秒とし、酸素プラズマの場合は、圧力:5tor
r、酸素流量:1500sccm、RFパワー:700
W、周波数:13.56MHz、時間:90秒とした。
プラズマ生成手段を用いて400℃に加熱しながらプラ
ズマ照射を行った。ここでプラズマ原料ガスに窒素ガス
又は酸素ガスを使用した。各原料ガスの使用条件は、窒
素プラズマの場合は、圧力:5torr、窒素流量:6
00sccm、RFパワー:300W/200W、周波
数:13.56MHz/350KHzの2周波、時間:
90秒とし、酸素プラズマの場合は、圧力:5tor
r、酸素流量:1500sccm、RFパワー:700
W、周波数:13.56MHz、時間:90秒とした。
【0040】続いて、実施例1と同様に基板をRF電極
を有する縦型の拡散炉型プラズマ生成手段を用いて窒素
プラズマ雰囲気中で400℃で55分間加熱を行った。
図8に、窒素プラズマの場合の本発明の処理を行った基
板の膜中水分量の測定結果を示した。陽極結合方式の平
行平板プラズマ生成手段での処理後では、膜中水分量は
未処理基板(図8(a)参照)の1/12〜1/14で
あるが(図8(b)参照)、縦型の拡散炉型プラズマ生
成手段を用いてプラズマ雰囲気中での加熱をさらに施し
た場合、膜中水分量は未処理基板の1/30以下にまで
減少しており(図8(c)参照)、両処理の組み合わせ
の効果は極めて大きい。また、クリーンルーム内での4
0時間放置後も水分の再吸着はみられず(図8(d)参
照)、吸湿性を低減する効果があることが解った。
を有する縦型の拡散炉型プラズマ生成手段を用いて窒素
プラズマ雰囲気中で400℃で55分間加熱を行った。
図8に、窒素プラズマの場合の本発明の処理を行った基
板の膜中水分量の測定結果を示した。陽極結合方式の平
行平板プラズマ生成手段での処理後では、膜中水分量は
未処理基板(図8(a)参照)の1/12〜1/14で
あるが(図8(b)参照)、縦型の拡散炉型プラズマ生
成手段を用いてプラズマ雰囲気中での加熱をさらに施し
た場合、膜中水分量は未処理基板の1/30以下にまで
減少しており(図8(c)参照)、両処理の組み合わせ
の効果は極めて大きい。また、クリーンルーム内での4
0時間放置後も水分の再吸着はみられず(図8(d)参
照)、吸湿性を低減する効果があることが解った。
【0041】図9に、酸素プラズマの場合の本発明の処
理を行った基板の膜中水分量の測定結果を示した。陽極
結合方式の平行平板プラズマ生成手段での処理後では、
あまり効果はないが(図9(a)及び(b)参照)、縦
型の拡散炉型プラズマ生成手段を用いてプラズマ雰囲気
中での加熱をさらに施した場合では、膜中水分量は未処
理基板の1/30以下にまで減少しており(図9(c)
参照)、両処理の組み合わせの効果は極めて大きい。し
かし、処理後クリーンルーム中での40時間放置後では
水分の再吸着を生じ、本発明の処理は処理直後での水分
低減効果が大きいものの吸湿性を低減する効果は小さい
ことが解った(図9(d)参照)。
理を行った基板の膜中水分量の測定結果を示した。陽極
結合方式の平行平板プラズマ生成手段での処理後では、
あまり効果はないが(図9(a)及び(b)参照)、縦
型の拡散炉型プラズマ生成手段を用いてプラズマ雰囲気
中での加熱をさらに施した場合では、膜中水分量は未処
理基板の1/30以下にまで減少しており(図9(c)
参照)、両処理の組み合わせの効果は極めて大きい。し
かし、処理後クリーンルーム中での40時間放置後では
水分の再吸着を生じ、本発明の処理は処理直後での水分
低減効果が大きいものの吸湿性を低減する効果は小さい
ことが解った(図9(d)参照)。
【0042】実施例7 本実施例では、RF電極を有する縦型の拡散炉型プラズ
マ生成手段を用いたプラズマ雰囲気中での加熱と、陽極
結合方式の平行平板プラズマ生成手段を用いて加熱しな
がらプラズマ照射を行う方法を組み合わせた方法につい
て、実施例6の処理の順序を逆にした場合について述べ
る。
マ生成手段を用いたプラズマ雰囲気中での加熱と、陽極
結合方式の平行平板プラズマ生成手段を用いて加熱しな
がらプラズマ照射を行う方法を組み合わせた方法につい
て、実施例6の処理の順序を逆にした場合について述べ
る。
【0043】実施例1と同様にオゾン−TEOS常圧C
VD法を用いてシリコン基板上にオゾン−TEOS酸化
膜(0.60μm)を形成し、成膜後、基板を温度:2
4℃、湿度:40%RHのクリーンルーム内で72時間
保管した。しかる後、実施例1に従って基板をRF電極
を有する縦型の拡散炉型プラズマ生成手段を用いて窒素
プラズマ雰囲気中で400℃で55分間加熱を行った。
VD法を用いてシリコン基板上にオゾン−TEOS酸化
膜(0.60μm)を形成し、成膜後、基板を温度:2
4℃、湿度:40%RHのクリーンルーム内で72時間
保管した。しかる後、実施例1に従って基板をRF電極
を有する縦型の拡散炉型プラズマ生成手段を用いて窒素
プラズマ雰囲気中で400℃で55分間加熱を行った。
【0044】続いて、基板に陽極結合方式の平行平板プ
ラズマ生成手段を用いて400℃に加熱しながらプラズ
マ照射を行った。ここでプラズマ原料ガスに窒素ガス又
は酸素ガスを使用した。各原料ガスの使用条件は、窒素
プラズマの場合は、圧力:5torr、窒素流量:60
0sccm、RFパワー:300W/200W、周波
数:13.56MHz/460KHzの2周波、時間:
90秒とし、酸素プラズマの場合は、圧力:5tor
r、酸素流量:1500sccm、RFパワー:700
W、周波数:13.56MHz、時間:90秒とした。
ラズマ生成手段を用いて400℃に加熱しながらプラズ
マ照射を行った。ここでプラズマ原料ガスに窒素ガス又
は酸素ガスを使用した。各原料ガスの使用条件は、窒素
プラズマの場合は、圧力:5torr、窒素流量:60
0sccm、RFパワー:300W/200W、周波
数:13.56MHz/460KHzの2周波、時間:
90秒とし、酸素プラズマの場合は、圧力:5tor
r、酸素流量:1500sccm、RFパワー:700
W、周波数:13.56MHz、時間:90秒とした。
【0045】図10に窒素プラズマを用いて本発明の処
理を行った基板の膜中水分量の測定結果を示した。縦型
の拡散炉型プラズマ生成手段を用いたプラズマ雰囲気で
の加熱後では、膜中水分量は未処理基板(図10(a)
参照)の1/10で100℃〜400℃にかけてブロー
ドなピークが認められるが(図10(b)参照)、陽極
結合方式の平行平板プラズマ生成手段を用いて400℃
に加熱しながらプラズマ照射を行った後では、膜中水分
量は未処理基板の1/30以下にまで減少しており(図
10(c)参照)、両処理の組み合わせの効果は実施例
6と同様に、処理順に関係なく極めて大きい。
理を行った基板の膜中水分量の測定結果を示した。縦型
の拡散炉型プラズマ生成手段を用いたプラズマ雰囲気で
の加熱後では、膜中水分量は未処理基板(図10(a)
参照)の1/10で100℃〜400℃にかけてブロー
ドなピークが認められるが(図10(b)参照)、陽極
結合方式の平行平板プラズマ生成手段を用いて400℃
に加熱しながらプラズマ照射を行った後では、膜中水分
量は未処理基板の1/30以下にまで減少しており(図
10(c)参照)、両処理の組み合わせの効果は実施例
6と同様に、処理順に関係なく極めて大きい。
【0046】また、クリーンルーム中での40時間放置
後も水分の再吸着はみられず、吸湿性を低減する効果が
あることが解った。一方、酸素プラズマを用いて本発明
の処理を行った場合は、処理後での水分低減効果は大き
いものの吸湿性を低減する効果は小さいことが解った。 実施例8 本実施例では、RF電極を有する縦型の拡散炉型プラズ
マ生成手段を用いたプラズマ雰囲気中での加熱と、反応
性イオンエッチング装置を用いた、プラズマ照射を行う
方法を組み合わせた方法について述べる。
後も水分の再吸着はみられず、吸湿性を低減する効果が
あることが解った。一方、酸素プラズマを用いて本発明
の処理を行った場合は、処理後での水分低減効果は大き
いものの吸湿性を低減する効果は小さいことが解った。 実施例8 本実施例では、RF電極を有する縦型の拡散炉型プラズ
マ生成手段を用いたプラズマ雰囲気中での加熱と、反応
性イオンエッチング装置を用いた、プラズマ照射を行う
方法を組み合わせた方法について述べる。
【0047】実施例1と、同様にオゾン−TEOS常圧
CVD法を用いてシリコン基板上にオゾン−TEOS酸
化膜(0.60μm)を形成し、成膜後、基板を温度:
24℃、湿度:40%RHのクリーンルーム内で72時
間保管した。しかる後、反応性イオンエッチング装置を
用いて、基板に酸素プラズマ照射を行った。酸素プラズ
マの条件は、圧力:100mtorr、酸素流量:10
0sccm、RFパワー:350W、周波数:13.5
6MHz、時間:90秒とした。
CVD法を用いてシリコン基板上にオゾン−TEOS酸
化膜(0.60μm)を形成し、成膜後、基板を温度:
24℃、湿度:40%RHのクリーンルーム内で72時
間保管した。しかる後、反応性イオンエッチング装置を
用いて、基板に酸素プラズマ照射を行った。酸素プラズ
マの条件は、圧力:100mtorr、酸素流量:10
0sccm、RFパワー:350W、周波数:13.5
6MHz、時間:90秒とした。
【0048】続いて、実施例1に従って基板をRF電極
を有する縦型の拡散炉型プラズマ生成手段を用いて窒素
プラズマ雰囲気中で400℃で55分間加熱を行った。
図11に本発明の処理を行った基板の膜中水分量の測定
結果を示した。反応性イオンエッチング装置を用いた、
プラズマ照射の処理のみでは、膜中水分量は未処理基板
(図11(a)参照)の約1/10であるが(図11
(b)参照)、縦型の拡散炉型プラズマ生成手段を用い
てプラズマ雰囲気中で加熱をさらに施した場合では、膜
中水分量は未処理基板の1/30以下にまで減少してお
り(図11(c)参照)、両処理の組み合わせの効果は
極めて大きい。また、クリーンルーム中での40時間放
置後も水分の再吸着はほとんどみられず、吸湿性を低減
する効果もあることが解った(図11(d)参照)。
を有する縦型の拡散炉型プラズマ生成手段を用いて窒素
プラズマ雰囲気中で400℃で55分間加熱を行った。
図11に本発明の処理を行った基板の膜中水分量の測定
結果を示した。反応性イオンエッチング装置を用いた、
プラズマ照射の処理のみでは、膜中水分量は未処理基板
(図11(a)参照)の約1/10であるが(図11
(b)参照)、縦型の拡散炉型プラズマ生成手段を用い
てプラズマ雰囲気中で加熱をさらに施した場合では、膜
中水分量は未処理基板の1/30以下にまで減少してお
り(図11(c)参照)、両処理の組み合わせの効果は
極めて大きい。また、クリーンルーム中での40時間放
置後も水分の再吸着はほとんどみられず、吸湿性を低減
する効果もあることが解った(図11(d)参照)。
【0049】実施例9 本実施例では、RF電極を有する縦型の拡散炉型プラズ
マ生成手段を用いたプラズマ雰囲気中での加熱と、反応
性イオンエッチング装置を用いた、プラズマ照射を行う
方法を組み合わせた、実施例8の処理の順序を逆にした
場合について述べる。
マ生成手段を用いたプラズマ雰囲気中での加熱と、反応
性イオンエッチング装置を用いた、プラズマ照射を行う
方法を組み合わせた、実施例8の処理の順序を逆にした
場合について述べる。
【0050】拡散炉型プラズマ生成手段及び反応性イオ
ンエッチングプラズマ生成手段での処理条件は実施例8
と同様に行った。基板の膜中水分量は、縦型の拡散炉型
プラズマ生成手段を用いた場合のみでは、膜中水分量は
未処理基板の約1/10であるが、反応性イオンエッチ
ングプラズマ生成手段のプラズマ照射処理をさらに施し
た場合では、膜中水分量は未処理基板の1/30以下に
まで減少しており、両処理の組み合わせの効果は極めて
大きい。また、クリーンルーム中での40時間放置後も
水分の再吸着はほとんどみられず、吸湿性を低減する効
果もあることが解った。
ンエッチングプラズマ生成手段での処理条件は実施例8
と同様に行った。基板の膜中水分量は、縦型の拡散炉型
プラズマ生成手段を用いた場合のみでは、膜中水分量は
未処理基板の約1/10であるが、反応性イオンエッチ
ングプラズマ生成手段のプラズマ照射処理をさらに施し
た場合では、膜中水分量は未処理基板の1/30以下に
まで減少しており、両処理の組み合わせの効果は極めて
大きい。また、クリーンルーム中での40時間放置後も
水分の再吸着はほとんどみられず、吸湿性を低減する効
果もあることが解った。
【0051】実施例10 実施例1〜9では基板上に成膜したオゾン−TEOS酸
化膜中の水分を除去する方法について述べたが、この方
法をメタル(アルミニウム又はその合金)配線層を2層
有するMOSトランジスタのメタル配線層間のオゾン−
TEOS膜に適用した場合のトランジスタの製造方法と
その特性について述べる。
化膜中の水分を除去する方法について述べたが、この方
法をメタル(アルミニウム又はその合金)配線層を2層
有するMOSトランジスタのメタル配線層間のオゾン−
TEOS膜に適用した場合のトランジスタの製造方法と
その特性について述べる。
【0052】MOSプロセスを用いてシリコン基板上に
LDD(Lightly Doped Drain )型のn−MOSトラン
ジスタを作成し、次に常圧CVD法を用いてNSG膜
(100nm)とBPSG膜(400nm)を堆積した
後、コンタクトホール及び一層目のメタル配線を形成し
た。しかる後に、プラズマTEOS膜を100nm堆積
した。プラズマTEOS膜の堆積条件は、温度400
℃、圧力5torr、TEOS流量800sccm、酸
素流量600sccm、RF周波数13.56MHzと
した。
LDD(Lightly Doped Drain )型のn−MOSトラン
ジスタを作成し、次に常圧CVD法を用いてNSG膜
(100nm)とBPSG膜(400nm)を堆積した
後、コンタクトホール及び一層目のメタル配線を形成し
た。しかる後に、プラズマTEOS膜を100nm堆積
した。プラズマTEOS膜の堆積条件は、温度400
℃、圧力5torr、TEOS流量800sccm、酸
素流量600sccm、RF周波数13.56MHzと
した。
【0053】次に、この後に堆積するオゾン−TEOS
膜の下地依存性を低減するためにプラズマTEOS膜の
表面に窒素プラズマを照射した。窒素プラズマの照射
は、平行平板型プラズマ装置を用い、温度400℃、圧
力1torr、窒素流量600sccm、RF周波数1
3.56MHz、RFパワー300W、時間90秒の条
件で行った。
膜の下地依存性を低減するためにプラズマTEOS膜の
表面に窒素プラズマを照射した。窒素プラズマの照射
は、平行平板型プラズマ装置を用い、温度400℃、圧
力1torr、窒素流量600sccm、RF周波数1
3.56MHz、RFパワー300W、時間90秒の条
件で行った。
【0054】この後、表1に記載の常圧CVD法により
オゾン−TEOS酸化膜(300nm)を堆積した。次
いで、平行平板型装置による窒素プラズマ処理とRF電
極を有する縦型炉による窒素プラズマベークの両方を行
ったものである。平行平板型装置による窒素プラズマ処
理の条件は、RF周波数13.56MHz/350kH
zの2周波、RFパワー300W/200W、圧力1t
orr、ウエハーステージ温度400℃、処理時間90
秒である。RF電極を有する縦型炉による窒素プラズマ
ベークの条件は、RF周波数13.56MHz、RFパ
ワー1000W、圧力5torr、処理温度400℃、
処理時間55分(50枚/バッチ)とした。
オゾン−TEOS酸化膜(300nm)を堆積した。次
いで、平行平板型装置による窒素プラズマ処理とRF電
極を有する縦型炉による窒素プラズマベークの両方を行
ったものである。平行平板型装置による窒素プラズマ処
理の条件は、RF周波数13.56MHz/350kH
zの2周波、RFパワー300W/200W、圧力1t
orr、ウエハーステージ温度400℃、処理時間90
秒である。RF電極を有する縦型炉による窒素プラズマ
ベークの条件は、RF周波数13.56MHz、RFパ
ワー1000W、圧力5torr、処理温度400℃、
処理時間55分(50枚/バッチ)とした。
【0055】この後、プラズマTEOS膜を前記と同様
の条件で300nm堆積し、さらに2層目のメタル配線
層を形成した。続いて保護膜として常圧CVD法を用い
てPSG膜(燐珪酸ガラス)を2500nm、プラズマ
CVD法を用いてプラズマシリコン窒化膜を300nm
堆積した後、フォトリソグラフィーとドライエッチング
法を用いて電極用窓を形成し、水素中で420℃でアニ
ールを行った。
の条件で300nm堆積し、さらに2層目のメタル配線
層を形成した。続いて保護膜として常圧CVD法を用い
てPSG膜(燐珪酸ガラス)を2500nm、プラズマ
CVD法を用いてプラズマシリコン窒化膜を300nm
堆積した後、フォトリソグラフィーとドライエッチング
法を用いて電極用窓を形成し、水素中で420℃でアニ
ールを行った。
【0056】トランジスタ特性の測定は、ゲート長さL
=0.5μm、ゲート幅W=10μmのトランジスタに
ついて行った。ホットキャリア加速の条件は、ドレイン
電圧Vd=4.0Vから6.0Vでゲート電圧及び基板
電流が最大となる条件である。トランジスタの寿命は、
トランジスタの相互コンダクタンスgmが初期値から1
0%低下した時間とした。
=0.5μm、ゲート幅W=10μmのトランジスタに
ついて行った。ホットキャリア加速の条件は、ドレイン
電圧Vd=4.0Vから6.0Vでゲート電圧及び基板
電流が最大となる条件である。トランジスタの寿命は、
トランジスタの相互コンダクタンスgmが初期値から1
0%低下した時間とした。
【0057】以下に、この実施例の結果について述べ
る。まず、オゾン−TEOS酸化膜を用いない場合と成
膜しただけで水分の低減処理を行っていないオゾン−T
EOS酸化膜を用いた場合の膜中の水分量とトランジス
タ寿命の関係について述べる。成膜しただけで水分の低
減処理を行っていないオゾン−TEOS酸化膜は、図1
4に示したように、ホットキャリアによるトランジスタ
寿命の劣化が見られ、オゾン−TEOS酸化膜を用いな
い場合と比較して1桁以上トランジスタの寿命が短くな
った。すなわち、ドレイン電圧3.3Vとした時のトラ
ンジスタ寿命は、オゾン−TEOS酸化膜を用いない場
合は3.0×107 秒であり、成膜しただけで水分の低
減処理を行っていないオゾン−TEOS酸化膜を用いた
場合は2.0×106 秒であった。
る。まず、オゾン−TEOS酸化膜を用いない場合と成
膜しただけで水分の低減処理を行っていないオゾン−T
EOS酸化膜を用いた場合の膜中の水分量とトランジス
タ寿命の関係について述べる。成膜しただけで水分の低
減処理を行っていないオゾン−TEOS酸化膜は、図1
4に示したように、ホットキャリアによるトランジスタ
寿命の劣化が見られ、オゾン−TEOS酸化膜を用いな
い場合と比較して1桁以上トランジスタの寿命が短くな
った。すなわち、ドレイン電圧3.3Vとした時のトラ
ンジスタ寿命は、オゾン−TEOS酸化膜を用いない場
合は3.0×107 秒であり、成膜しただけで水分の低
減処理を行っていないオゾン−TEOS酸化膜を用いた
場合は2.0×106 秒であった。
【0058】次に、オゾン−TEOS酸化膜の水分低減
処理を平行平板型装置による窒素プラズマ処理とした場
合のトランジスタ寿命は、オゾン−TEOS酸化膜を用
いない場合と比較して1桁以上短く、上記に示した水分
の低減処理を行っていないオゾン−TEOS酸化膜の場
合と同様であった。すなわち、ドレイン電圧3.3Vと
した時のトランジスタ寿命は、2.0×106 秒であっ
た。
処理を平行平板型装置による窒素プラズマ処理とした場
合のトランジスタ寿命は、オゾン−TEOS酸化膜を用
いない場合と比較して1桁以上短く、上記に示した水分
の低減処理を行っていないオゾン−TEOS酸化膜の場
合と同様であった。すなわち、ドレイン電圧3.3Vと
した時のトランジスタ寿命は、2.0×106 秒であっ
た。
【0059】次に、オゾン−TEOS酸化膜の水分低減
処理を平行平板型装置による窒素プラズマ処理とRF電
極を有する縦型炉による窒素プラズマベークの両方を行
ったものについてのトランジスタ寿命は、図14に示し
たように、オゾン−TEOS酸化膜を用いない場合とほ
ぼ同等であった。すなわち、ドレイン電圧3.3Vとし
た時のトランジスタ寿命は、3.0×107 秒であっ
た。
処理を平行平板型装置による窒素プラズマ処理とRF電
極を有する縦型炉による窒素プラズマベークの両方を行
ったものについてのトランジスタ寿命は、図14に示し
たように、オゾン−TEOS酸化膜を用いない場合とほ
ぼ同等であった。すなわち、ドレイン電圧3.3Vとし
た時のトランジスタ寿命は、3.0×107 秒であっ
た。
【0060】以上、MOSトランジスタのメタル配線層
が2層の場合のメタル配線層間のオゾン−TEOS膜の
処理方法について述べたが、メタル配線層が3層又はそ
れ以上の場合でも同様に本発明を適用することができ同
様の効果が得られる。
が2層の場合のメタル配線層間のオゾン−TEOS膜の
処理方法について述べたが、メタル配線層が3層又はそ
れ以上の場合でも同様に本発明を適用することができ同
様の効果が得られる。
【0061】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明による
半導体装置の製造方法は、オゾン−有機ソース系常圧及
び亜常圧CVD法で形成された層間絶縁膜の500℃以
下で脱離する膜中水分を低温(400℃以下)で効率的
に除去できるものであり、除去後の再吸着を防ぐことが
できるものである。
半導体装置の製造方法は、オゾン−有機ソース系常圧及
び亜常圧CVD法で形成された層間絶縁膜の500℃以
下で脱離する膜中水分を低温(400℃以下)で効率的
に除去できるものであり、除去後の再吸着を防ぐことが
できるものである。
【0062】特に、本発明をMOSトランジスタの層間
絶縁膜に適用した場合、層間絶縁膜の膜中水分によって
引き起こされる、膜質劣化のためのメタル間オーミック
接合の不良やチャネル部に発生するホットキャリアがゲ
ート電極に注入されることによって、閾値電圧が変化す
ることによるトランジスター特性劣化等のデバイス特性
の劣化を防止できると共にメタル配線の断線不良や腐
食、ビアホールの接続不良を改善することができ、信頼
性の優れた半導体装置を得ることができる。
絶縁膜に適用した場合、層間絶縁膜の膜中水分によって
引き起こされる、膜質劣化のためのメタル間オーミック
接合の不良やチャネル部に発生するホットキャリアがゲ
ート電極に注入されることによって、閾値電圧が変化す
ることによるトランジスター特性劣化等のデバイス特性
の劣化を防止できると共にメタル配線の断線不良や腐
食、ビアホールの接続不良を改善することができ、信頼
性の優れた半導体装置を得ることができる。
【図1】基板の膜構成の概略図である。
【図2】縦型炉を用いたプラズマ雰囲気および高真空雰
囲気での処理シーケンスである。
囲気での処理シーケンスである。
【図3】実施例1の処理後と未処理基板の膜中水分の測
定結果である。
定結果である。
【図4】実施例2の処理後と未処理基板の膜中水分の測
定結果である。
定結果である。
【図5】実施例3の処理後と未処理基板の膜中水分の測
定結果である。
定結果である。
【図6】実施例4の処理後と未処理基板の膜中水分の測
定結果である。
定結果である。
【図7】実施例5の処理後と未処理基板の膜中水分の測
定結果である。
定結果である。
【図8】実施例6の窒素プラズマ処理後と未処理基板の
膜中水分の測定結果である。
膜中水分の測定結果である。
【図9】実施例6の酸素プラズマ処理後と未処理基板の
膜中水分の測定結果である。
膜中水分の測定結果である。
【図10】実施例7の処理後と未処理基板の膜中水分の
測定結果である。
測定結果である。
【図11】実施例8の処理後と未処理基板の膜中水分の
測定結果である。
測定結果である。
【図12】平行平板型プラズマ処理装置の概略図であ
る。
る。
【図13】RF電極を有する縦型拡散炉の概略図であ
る。
る。
【図14】本発明によるトランジスターの寿命の改善例
を示すグラフである。
を示すグラフである。
1 基板 2 オゾン−TEOSCVD酸化膜 11 プロセスチャンバー 12 基板 13 プラズマ原料ガス 14 ガス分散板 15 下部電極 16 ランプ 17 ローパスフィルタ 18 低周波 19 高周波 20 圧力計 21 排気系 31 石英ボート 32 炉口シャッター 33 インナー昇降駆動軸 34 石英インナーチューブ 35 ガス導入管 36 ヒーター昇降駆動軸 37 石英アウターチューブ 38 ヒーター 39 基板 40 排気孔 41 石英遮熱板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−167431(JP,A) 特公 平8−10677(JP,B2) 特公 昭59−30130(JP,B2) 特公 平8−17174(JP,B2) 特許3103241(JP,B2) 特許3017627(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/316 H01L 21/31 H01L 21/768
Claims (2)
- 【請求項1】 基板上にオゾン−テトラエトキシシラン
CVD法を使用して形成された層間絶縁膜に対して、3
50〜450kHzの低周波と2MHz以上の高周波か
らなる2周波平行平板型プラズマ生成手段によって生成
したプラズマ中で加熱下での処理と、拡散炉型プラズマ
生成手段によって生成したプラズマ中で加熱下での処理
とを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 基板上にオゾン−テトラエトキシシラン
CVD法を使用して形成された層間絶縁膜に対して、反
応性イオンエッチングプラズマ生成手段によって生成し
たプラズマ中での処理と、拡散炉型プラズマ生成手段に
よって生成したプラズマ中で加熱下での処理とを行うこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05624794A JP3159864B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05624794A JP3159864B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07263441A JPH07263441A (ja) | 1995-10-13 |
JP3159864B2 true JP3159864B2 (ja) | 2001-04-23 |
Family
ID=13021767
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05624794A Expired - Fee Related JP3159864B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3159864B2 (ja) |
-
1994
- 1994-03-25 JP JP05624794A patent/JP3159864B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JPH07263441A (ja) | 1995-10-13 |
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