JP3192903B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus

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JP3192903B2
JP3192903B2 JP01241095A JP1241095A JP3192903B2 JP 3192903 B2 JP3192903 B2 JP 3192903B2 JP 01241095 A JP01241095 A JP 01241095A JP 1241095 A JP1241095 A JP 1241095A JP 3192903 B2 JP3192903 B2 JP 3192903B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
および半導体製造装置に係り、特に多層配線構造を有す
る半導体装置の層間絶縁膜の形成方法および形成装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method and an apparatus for forming an interlayer insulating film of a semiconductor device having a multilayer wiring structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の集積度が増大するのにつれ
て、基板上に配線材料を多層にわたって形成する、いわ
ゆる多層配線化が進んでおり、このような多層配線構造
を有する半導体装置の製造工程が複雑化、長工程化して
きている。
2. Description of the Related Art As the degree of integration of semiconductor devices has increased, so-called multilayer wiring, in which wiring materials are formed in multiple layers on a substrate, has been advanced, and the manufacturing process of a semiconductor device having such a multilayer wiring structure has been increasing. It is becoming more complicated and longer.

【0003】特に、多層配線の形成工程が半導体装置の
製造価格に占める割合は大きく、半導体装置のコストダ
ウンを図る上で多層配線工程の低減化の要求が高まって
きている。
[0003] In particular, the process of forming the multilayer wiring accounts for a large proportion of the manufacturing cost of the semiconductor device, and there is an increasing demand for a reduction in the number of multilayer wiring processes in order to reduce the cost of the semiconductor device.

【0004】ここで、従来の多層配線の形成工程につい
て説明する。まず、下層配線用の第1の配線材料を堆積
後、下層配線のパターニングを行い、この下層配線上に
第1の絶縁膜を形成すると共に下層配線相互間に絶縁膜
を埋め込む。この時点では、前記下層配線のパターンな
どに依存して第1の絶縁膜の表面に段差が存在し、この
ままでは、この後の上層配線用の第2の配線材料の堆積
時および上層配線のパターニング時に悪影響を及ぼし、
上層配線の段切れによる断線、短絡などの重大な欠陥を
もたらすおそれがある。
Here, a conventional process for forming a multilayer wiring will be described. First, after depositing a first wiring material for a lower wiring, patterning of the lower wiring is performed, and a first insulating film is formed on the lower wiring and an insulating film is embedded between the lower wirings. At this point, a step exists on the surface of the first insulating film depending on the pattern of the lower wiring, etc., and if this is left as it is, the step of depositing the second wiring material for the upper wiring and the patterning of the upper wiring will be performed. Sometimes has an adverse effect,
A serious defect such as disconnection or short circuit due to disconnection of the upper wiring may occur.

【0005】そこで、通常は、前記第1の絶縁膜上に第
2の配線材料を堆積する前に、その下地である第1の絶
縁膜の表面をレジストエッチバックにより平坦化して段
差を緩和した後、その上に第2の絶縁膜を形成してい
る。
Therefore, usually, before depositing the second wiring material on the first insulating film, the surface of the underlying first insulating film is flattened by resist etch back to reduce the step. After that, a second insulating film is formed thereon.

【0006】上記したような第1の絶縁膜と第2の絶縁
膜とが積層された従来の層間絶縁膜の形成工程は、1回
目の成膜→平坦化→2回目の成膜と工程数が多く、前記
したような多層配線工程の低減化の要求に対する大きな
障害となっている。
The conventional process of forming an interlayer insulating film in which the first insulating film and the second insulating film are stacked as described above involves a first film forming process, a flattening process, and a second film forming process. This is a great obstacle to the above-mentioned demand for reduction in the number of multilayer wiring steps.

【0007】ところで、多層配線工程の低減化の要求に
応える層間絶縁膜表面の平坦化技術の1つとして、AP
L(Advanced Planarisation Layer)プロセスが報告
(文献;Matsuura et.al., IEEE Tech.Dig., pp117,199
4 )されている。
As one of the techniques for flattening the surface of an interlayer insulating film in response to a demand for a reduction in the number of multilayer wiring steps, an AP is used.
L (Advanced Planarisation Layer) process reported (literature; Matsuura et.al., IEEE Tech. Dig., Pp117,199)
4) Have been.

【0008】このAPLプロセスは、層間絶縁膜の形成
に際して、SiH4 ガスと酸化剤であるH22 (過酸
化水素水)とを低温(例えば0℃程度)・真空中で反応
させることにより、下層配線上に自己流動型(リフロ
ー)のSiO2 膜(以下、リフローSiO2 膜という)
を形成するものである。
In the APL process, when forming an interlayer insulating film, SiH 4 gas and H 2 O 2 (hydrogen peroxide solution) as an oxidizing agent are reacted at a low temperature (for example, about 0 ° C.) in a vacuum. Self-flowing (reflow) SiO 2 film on the lower wiring (hereinafter referred to as reflow SiO 2 film)
Is formed.

【0009】この方法は、下層配線の配線相互間の絶縁
膜の埋め込みと絶縁膜表面の平坦化を同時に達成でき、
1回の成膜で平坦化までの工程を終了するので、多層配
線工程の低減化を実現できる。
According to this method, the burying of the insulating film between the lower wiring layers and the flattening of the insulating film surface can be achieved at the same time.
Since the steps up to planarization are completed by one film formation, the number of multilayer wiring steps can be reduced.

【0010】なお、上記リフローSiO2 膜を形成する
前に、下層配線上に通常のプラズマCVD法により第1
層間絶縁膜(ベース絶縁膜)として第1のプラズマCV
D絶縁膜を形成し、上記リフローSiO2 膜を形成した
後にリフローSiO2 膜上に通常のプラズマCVD法に
より第2層間絶縁膜(キャップ膜)として第2のプラズ
マCVD絶縁膜を形成した後、ファーネス・アニールを
行う。
Before the reflow SiO 2 film is formed, the first plasma CVD method is applied to the first wiring on the lower wiring.
First plasma CV as an interlayer insulating film (base insulating film)
After forming a D insulating film and forming the above-mentioned reflow SiO 2 film, a second plasma CVD insulating film is formed as a second interlayer insulating film (cap film) on the reflow SiO 2 film by a normal plasma CVD method. Perform furnace annealing.

【0011】しかし、上記したような方法により形成さ
れたリフロー絶縁膜は、比誘電率が4.5〜4.7程度
と高い(熱酸化による通常のSiO2 膜で3.9程度)
ので、高速化デバイスに要求される低誘電率絶縁膜への
追従が困難であるという問題がある。
However, the reflow insulating film formed by the above-described method has a high relative dielectric constant of about 4.5 to 4.7 (about 3.9 for a normal SiO 2 film formed by thermal oxidation).
Therefore, there is a problem that it is difficult to follow a low dielectric constant insulating film required for a high-speed device.

【0012】そこで、上記比誘電率を低くする方法とし
て、リフロー絶縁膜の形成途中で膜中にフッ素(F)を
取り込むことが有効であるが、前記したようなリフロー
絶縁膜を減圧CVD法により形成する方法では、フッ素
ガスは分解し難いので、フッ素を取り込むことが困難で
ある。
Therefore, as a method of lowering the relative dielectric constant, it is effective to incorporate fluorine (F) into the reflow insulating film during the formation of the reflow insulating film. In the formation method, fluorine gas is difficult to decompose, so it is difficult to take in fluorine.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
多層配線工程中の層間絶縁膜形成工程にリフロー絶縁膜
形成技術を採用した場合に得られるリフローSiO2
は、比誘電率が高いという問題があった。
As described above, a reflow SiO 2 film obtained when a reflow insulating film forming technique is employed in an interlayer insulating film forming step in a conventional multilayer wiring step has a high relative dielectric constant. There was a problem.

【0014】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、半導体装置の多層配線工程中の層間絶縁膜形
成工程にリフロー絶縁膜形成技術を採用した場合に得ら
れるリフロー絶縁膜の比誘電率を低くすることができ、
平坦性に優れた層間絶縁膜を平坦化工程を行うことなく
低コストで実現し得る半導体装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and a ratio of a reflow insulating film obtained when a reflow insulating film forming technique is employed in an interlayer insulating film forming process in a multilayer wiring process of a semiconductor device. Dielectric constant can be lowered,
It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which can realize an interlayer insulating film having excellent flatness at low cost without performing a flattening step.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板を収容した反応室内にSiH4
ス、H22 およびマイクロ波導波管を通したラジカル
な状態のフッ素系ガスを導入し、665Pa以下の真空
中、−10℃以上+10℃以下の温度範囲内で上記Si
4 ガス、H22 およびフッ素系ガスを互いに反応さ
せ、上記半導体基板上にリフロー形状を有するリフロー
SiO2 膜を形成するリフロー膜形成工程とを具備する
ことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a reaction chamber containing a semiconductor substrate; a SiH 4 gas, a H 2 O 2 gas, and a fluorine-based gas in a radical state passed through a microwave waveguide. Is introduced in a vacuum of 665 Pa or less within a temperature range of -10 ° C or more and + 10 ° C or less.
A reflow film forming step of forming a reflow SiO 2 film having a reflow shape on the semiconductor substrate by reacting H 4 gas, H 2 O 2 and a fluorine-based gas with each other.

【0016】また、本発明の半導体製造装置は、半導体
基板を収容して半導体基板上に気相成長絶縁膜を堆積形
成するためのチャンバーと、上記チャンバーに連結され
たSiH4 ガス供給管と、前記チャンバーに連結された
22 供給管と、前記チャンバーに連結されたマイク
ロ波導波管と、マイクロ波を発生して上記マイクロ波導
波管にマイクロ波を供給するマイクロ波発生装置と、前
記マイクロ波導波管の一端側にフッ素系ガスを供給する
フッ素系ガス供給源とを具備することを特徴とする。
Further, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention includes a chamber for accommodating a semiconductor substrate and depositing and forming a vapor phase growth insulating film on the semiconductor substrate; a SiH 4 gas supply pipe connected to the chamber; An H 2 O 2 supply pipe connected to the chamber, a microwave waveguide connected to the chamber, a microwave generator for generating microwaves and supplying microwaves to the microwave waveguide, A fluorine-based gas supply source for supplying a fluorine-based gas to one end of the microwave waveguide is provided.

【0017】[0017]

【作用】本発明の製造方法および半導体製造装置は、多
層配線工程中の層間絶縁膜形成工程にリフロー絶縁膜形
成技術を採用し、絶縁膜を形成後の半導体基板を収容し
た反応室内にSiH4 ガス、H22 およびマイクロ波
導波管を通したラジカルな状態のフッ素系ガスを導入
し、5Torr=5×133.322Pa(約665P
a)以下の真空中、−10℃以上+10℃以下の温度範
囲内で上記SiH4ガス、H22 およびフッ素系ガス
を互いに反応させることにより、絶縁膜上にリフローS
iO2 膜を形成することが可能である。
According to the manufacturing method and the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, a reflow insulating film forming technique is employed in an interlayer insulating film forming step in a multilayer wiring step, and SiH 4 is accommodated in a reaction chamber containing a semiconductor substrate after forming an insulating film. A gas, H 2 O 2 and a fluorine-based gas in a radical state through a microwave waveguide are introduced, and 5 Torr = 5 × 133.322 Pa (about 665 P)
a) By reacting the above SiH 4 gas, H 2 O 2 and fluorine-based gas with each other in a temperature range of −10 ° C. to + 10 ° C. in the following vacuum, reflow S
It is possible to form an iO 2 film.

【0018】これにより、平坦性に優れた層間絶縁膜を
平坦化工程を行うことなく低コストで実現することが可
能になる。しかも、上記したような低温・減圧CVD法
によりリフローSiO2 膜を形成する際、ラジカルな状
態のフッ素系ガスを導入しているので、リフローSiO
2 膜の形成途中で膜中にフッ素を取り込むことが容易で
あり、リフローSiO2 膜の比誘電率を3.6以下に低
くすることができることが確認された。
As a result, an interlayer insulating film having excellent flatness can be realized at low cost without performing a flattening step. In addition, when the reflow SiO 2 film is formed by the low-temperature and low-pressure CVD method as described above, since a fluorine-based gas in a radical state is introduced, the reflow SiO 2 film is formed.
2. It was confirmed that fluorine was easily incorporated into the film during the formation of the film, and the relative dielectric constant of the reflow SiO 2 film could be reduced to 3.6 or less.

【0019】[0019]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳
細に説明する。図1(a)は、本発明の半導体装置の製
造方法で使用されるマルチチャンバー型の半導体製造装
置の構成の一例を概略的に示している。
An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1A schematically shows an example of the configuration of a multi-chamber type semiconductor manufacturing apparatus used in the semiconductor device manufacturing method of the present invention.

【0020】図1(a)において、10はプラズマCV
D装置、20は減圧CVD装置、1は半導体基板が収容
されてセットされるカセットローダー室、2は上記カセ
ットローダー室1と前記プラズマCVD装置10の反応
室あるいは減圧CVD装置20の反応室との間で半導体
基板を搬送(搬入・搬出)するロボットアームである。
In FIG. 1A, reference numeral 10 denotes a plasma CV.
D apparatus, 20 is a low-pressure CVD apparatus, 1 is a cassette loader chamber in which a semiconductor substrate is accommodated and set, 2 is the cassette loader chamber 1 and the reaction chamber of the plasma CVD apparatus 10 or the reaction chamber of the low-pressure CVD apparatus 20. It is a robot arm that transfers (loads / unloads) semiconductor substrates between them.

【0021】上記プラズマCVD装置10は、通常の構
成を有するもので、その構成の一例を図1(b)に概略
的に示している。図1(b)中、11は反応室(チャン
バー)、12は上部電極(シャワーヘッド)、13は下
部電極(テーブル)、14は排気口、15はプロセスガ
ス供給管、16は高周波電力供給管である。
The above-mentioned plasma CVD apparatus 10 has a normal configuration, and an example of the configuration is schematically shown in FIG. In FIG. 1B, 11 is a reaction chamber (chamber), 12 is an upper electrode (shower head), 13 is a lower electrode (table), 14 is an exhaust port, 15 is a process gas supply pipe, and 16 is a high frequency power supply pipe. It is.

【0022】前記減圧CVD装置は、通常の構成を有す
る減圧CVD装置に対して、マイクロ波導波管を通した
ラジカルな状態のフッ素系ガスを導入し得るような構成
を付加したもので、その一例を図1(c)に概略的に示
している。
The reduced-pressure CVD apparatus has a structure in which a fluorine-based gas in a radical state through a microwave waveguide can be introduced into a reduced-pressure CVD apparatus having a normal configuration. Is schematically shown in FIG. 1 (c).

【0023】図1(c)中、21は反応室(チャンバ
ー)、22は上部電極(シャワーヘッド)、23は下部
電極(テーブル)、24は排気口、25は前記チャンバ
ー11に連結されたSiH4 ガス供給管、26は前記チ
ャンバー11に連結されたH22 供給管、27は前記
チャンバー11に連結され、その一端側のフッ素系ガス
流入口にフッ素系ガスが供給されるマイクロ波導波管、
28はマイクロ波を発生して上記マイクロ波導波管の途
中にマイクロ波を供給するマイクロ波発生装置、29は
前記H22 供給管26の一部を加熱するヒーターであ
る。
In FIG. 1C, 21 is a reaction chamber (chamber), 22 is an upper electrode (shower head), 23 is a lower electrode (table), 24 is an exhaust port, and 25 is a SiH connected to the chamber 11. 4 gas supply pipe, 26 is an H 2 O 2 supply pipe connected to the chamber 11, 27 is connected to the chamber 11, and a microwave waveguide in which a fluorine-based gas is supplied to a fluorine-based gas inlet at one end thereof. tube,
Reference numeral 28 denotes a microwave generator for generating a microwave and supplying the microwave to the middle of the microwave waveguide, and 29 denotes a heater for heating a part of the H 2 O 2 supply pipe 26.

【0024】図2(a)乃至(e)は、本発明の半導体
装置の製造方法に係る多層配線工程中の層間絶縁膜形成
工程に図1の半導体製造装置およびリフロー絶縁膜形成
技術を採用した場合の一例を示している。
FIGS. 2A to 2E show the semiconductor device manufacturing apparatus and the reflow insulating film forming technique of FIG. 1 employed in the interlayer insulating film forming step in the multilayer wiring step according to the semiconductor device manufacturing method of the present invention. An example of the case is shown.

【0025】まず、図2(a)に示すように、半導体基
板(例えばシリコン基板)30上の絶縁膜31上に下層
配線用の第1の配線材料(例えばSi、Cuを含むアル
ミニウムなどの金属配線材料)を例えばスパッタ法によ
り堆積後、フォトリソグラフィ技術および反応性イオン
エッチング(RIE)技術を用いて第1の配線材料のパ
ターニングを行って下層配線32を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a first wiring material for a lower wiring (for example, a metal such as aluminum containing Si or Cu) is formed on an insulating film 31 on a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) 30. After depositing a wiring material) by, for example, a sputtering method, the lower wiring 32 is formed by patterning the first wiring material using a photolithography technique and a reactive ion etching (RIE) technique.

【0026】次に、前記半導体製造装置を使用して、下
層配線32の配線間に絶縁膜を埋め込むと共に下層配線
上に絶縁膜を堆積することにより層間絶縁膜を形成す
る。上記層間絶縁膜の形成工程においては、まず、下層
配線形成後の半導体基板30を前記カセットローダー室
1内の例えば石英製のボート上にセットする。
Next, using the semiconductor manufacturing apparatus, an insulating film is buried between the lower wirings 32 and an insulating film is deposited on the lower wirings to form an interlayer insulating film. In the step of forming the interlayer insulating film, first, the semiconductor substrate 30 after the lower wiring is formed is set on a boat made of, for example, quartz in the cassette loader chamber 1.

【0027】次に、ドライポンプ(図示せず)を用いて
カセットローダー室1内を100mTorr以下の真空
状態に設定し、ロボットアーム2により、前記半導体基
板30をプラズマCVD装置10の反応室11内に搬入
させる。このプラズマCVD装置10の反応室11内を
5mTorr以下の真空状態に設定すると共に下部電極
13を300℃程度に設定しておき、半導体基板20上
の全面に0.1μm以上(本例では100nm)の厚さ
の第1のプラズマSiO2 膜33を形成する。
Next, the interior of the cassette loader chamber 1 is set to a vacuum state of 100 mTorr or less using a dry pump (not shown), and the semiconductor substrate 30 is moved by the robot arm 2 into the reaction chamber 11 of the plasma CVD apparatus 10. Carry in. The inside of the reaction chamber 11 of the plasma CVD apparatus 10 is set to a vacuum state of 5 mTorr or less and the lower electrode 13 is set to about 300 ° C., and the entire surface of the semiconductor substrate 20 is 0.1 μm or more (100 nm in this example). A first plasma SiO 2 film 33 having a thickness of 3 nm is formed.

【0028】次に、ロボットアーム2により、前記半導
体基板30をプラズマCVD装置の反応室11内から減
圧CVD装置の反応室21内へ搬送させる。そして、こ
の減圧CVD装置の反応室21内に、SiH4 ガス供給
源からSiH4 ガス供給管25を介してSiH4 ガスを
120sccmの流量で導入し、かつ、、H22 供給
源からH22 供給管26を介してH22 を0.6g
/分の流量で導入し、かつ、不活性ガス(例えばN2
ス)を500sccmの流量で導入し、かつ、前記マイ
クロ波導波管を通したラジカルな状態のフッ素系ガス
(例えばCF4 ガス)を20sccmの流量で導入し
て、5Torr以下(本例では500mTorr)の真
空中、−10℃以上+10℃以下の温度範囲内(例えば
0℃)で互いに反応させ、図2(b)に示すように、上
記半導体基板30上にリフロー形状を有する0.4μm
以上、1.4μm以下(本例では0.8μm)の厚さの
リフローSiO2 膜34を得る。
Next, the semiconductor substrate 30 is transferred by the robot arm 2 from the reaction chamber 11 of the plasma CVD apparatus to the reaction chamber 21 of the low pressure CVD apparatus. Then, SiH 4 gas is introduced into the reaction chamber 21 of the reduced-pressure CVD apparatus at a flow rate of 120 sccm from the SiH 4 gas supply source via the SiH 4 gas supply pipe 25, and H 2 O 2 is supplied from the H 2 O 2 supply source. 0.6 g of H 2 O 2 via the 2 O 2 supply pipe 26
Per minute, an inert gas (eg, N 2 gas) is introduced at a flow rate of 500 sccm, and a radical fluorine-based gas (eg, CF 4 gas) passed through the microwave waveguide. Is introduced at a flow rate of 20 sccm, and reacted with each other in a vacuum of 5 Torr or less (500 mTorr in this example) within a temperature range of -10 ° C. or more and + 10 ° C. or less (for example, 0 ° C.), as shown in FIG. 0.4 μm having a reflow shape on the semiconductor substrate 30
As described above, the reflow SiO 2 film 34 having a thickness of 1.4 μm or less (0.8 μm in this example) is obtained.

【0029】次に、図2(c)に示すように、上記減圧
CVD装置の反応室11内で5mTorr以下の真空中
に上記半導体基板30を30秒以上(本例では30秒)
放置する。
Next, as shown in FIG. 2C, the semiconductor substrate 30 is immersed in the reaction chamber 11 of the low-pressure CVD apparatus in a vacuum of 5 mTorr or less for 30 seconds or more (30 seconds in this example).
put.

【0030】次に、ロボットアーム2により、前記半導
体基板30を減圧CVD装置の反応室21内からプラズ
マCVD装置の反応室11内へ搬送させる。そして、図
2(d)に示すように、プラズマCVD装置10の反応
室内で、300℃以上、450℃未満の高温(本例では
300℃)中に120秒以上、600秒未満の時間(本
例では120秒)放置する。
Next, the semiconductor substrate 30 is transferred by the robot arm 2 from the reaction chamber 21 of the low pressure CVD apparatus to the reaction chamber 11 of the plasma CVD apparatus. Then, as shown in FIG. 2D, in a reaction chamber of the plasma CVD apparatus 10, at a high temperature of 300 ° C. or more and less than 450 ° C. (300 ° C. in this example) for a time of 120 seconds or more and less than 600 seconds (this (120 seconds in the example).

【0031】この後、図2(e)に示すように、半導体
基板30上の全面に0.3μm以上(本例では300n
m)の厚さの第2のプラズマSiO2 膜35を形成す
る。この後、上記半導体基板30を上記半導体製造装置
から取り出し、別の半導体製造装置を使用して450
℃、30分のファーネスアニールを行う。
Thereafter, as shown in FIG. 2E, the entire surface of the semiconductor substrate 30 is 0.3 μm or more (300 n in this example).
A second plasma SiO 2 film 35 having a thickness of m) is formed. Thereafter, the semiconductor substrate 30 is taken out of the semiconductor manufacturing apparatus, and is removed using another semiconductor manufacturing apparatus.
Perform furnace annealing at 30 ° C. for 30 minutes.

【0032】この後、層間絶縁膜にコンタクトホールあ
るいはビアホールを開口するためのエッチングを行い、
上層配線用の第2の配線材料を堆積後、パターニングを
行って上層配線を形成する。
Thereafter, etching is performed to open a contact hole or a via hole in the interlayer insulating film,
After depositing a second wiring material for the upper wiring, patterning is performed to form an upper wiring.

【0033】上記実施例によれば、多層配線工程中の層
間絶縁膜形成工程にリフロー絶縁膜形成技術を採用し、
絶縁膜を形成後の半導体基板を収容した反応室内にSi
4ガス、H22 およびマイクロ波導波管を通したラ
ジカルな状態のフッ素系ガスを導入し、5Torr以下
の真空中、−10℃以上+10℃以下の温度範囲内で上
記SiH4 ガス、H22 およびフッ素系ガスを互いに
反応させることにより、減圧CVD法により絶縁膜上に
リフローSiO2 膜を形成するものである。
According to the above embodiment, the reflow insulating film forming technique is employed in the interlayer insulating film forming step in the multilayer wiring step.
Si in the reaction chamber containing the semiconductor substrate after forming the insulating film
H 4 gas, H 2 O 2, and a fluorine-based gas in a radical state through a microwave waveguide are introduced, and the SiH 4 gas is introduced in a vacuum of 5 Torr or less and at a temperature of -10 ° C. or more and + 10 ° C. or less. By reacting H 2 O 2 and a fluorine-based gas with each other, a reflow SiO 2 film is formed on the insulating film by a low pressure CVD method.

【0034】これにより、平坦性に優れた層間絶縁膜を
平坦化工程を行うことなく低コストで実現することが可
能になる。しかも、減圧CVD法によりリフローSiO
2 膜を形成する際、ラジカルな状態のフッ素系ガスを導
入しているので、リフローSiO2 膜の形成途中で膜中
にフッ素を取り込むことが容易であり、リフローSiO
2 膜の比誘電率を3.6以下に低くすることができるこ
とが確認された。
Thus, an interlayer insulating film having excellent flatness can be realized at low cost without performing a flattening step. Moreover, the reflow SiO 2 is formed by the low pressure CVD method.
In forming the two films, since a fluorine-based gas in a radical state is introduced, it is easy to incorporate fluorine into the film during the formation of the reflow SiO 2 film.
It was confirmed that the relative dielectric constant of the two films could be reduced to 3.6 or less.

【0035】なお、リフローSiO2 膜34を形成した
後に所定の真空中に所定時間以上放置し、さらに、所定
の高温中に所定時間以上放置することにより、リフロー
SiO2 膜34の形成工程において絶縁膜の成膜中に水
分が発生して絶縁膜中に水分が含まれたとしても、絶縁
膜中の水分を低減させるように制御し、クラック耐性の
良いリフローSiO2 膜34を得ることが可能になる。
It should be noted, left for a predetermined time or more during the predetermined vacuum after forming the reflow SiO 2 film 34, further, by leaving a predetermined time or more during the predetermined high temperature, the insulation in the step of forming the reflow SiO 2 film 34 Even if moisture is generated during the film formation and moisture is contained in the insulating film, it is possible to obtain a reflow SiO 2 film 34 with good crack resistance by controlling to reduce the moisture in the insulating film. become.

【0036】従って、層間絶縁膜形成後の上層配線材料
の堆積時および上層配線のパターニング時に悪影響を及
ぼすことなく、上層配線の段切れによる断線、短絡など
の重大な欠陥をもたらすおそれを防止することが可能に
なる。
Therefore, it is possible to prevent a serious defect such as disconnection or short circuit due to disconnection of the upper wiring without adversely affecting the deposition of the upper wiring after the formation of the interlayer insulating film and the patterning of the upper wiring. Becomes possible.

【0037】なお、上記実施例により得られたリフロー
SiO2 膜34の成膜後に450℃で30分の熱処理を
行った場合、リフローSiO2 膜34の膜厚およびリフ
ローSiO2 膜上にプラズマSiO2 膜(キャップ膜)
を形成した場合のキャップ膜厚をパラメータとし、リフ
ローSiO2 膜34中に含まれる水分の放出などに起因
するリフローSiO2 膜34の割れ(クラック)が発生
した状況を実測した。この結果、本実施例で得られたリ
フローSiO2 膜34は、キャップ膜が存在しない場合
のクラック特性は従来例と比べて変わらないが、キャッ
プ膜が存在する場合にはクラックが発生しない膜厚上限
がほぼ1.4μmまで上昇し、クラック耐性が向上して
いることが確認された。
When a heat treatment is performed at 450 ° C. for 30 minutes after the formation of the reflow SiO 2 film 34 obtained in the above embodiment, the plasma SiO 2 film is formed on the reflow SiO 2 film 34 and on the reflow SiO 2 film. 2 film (cap film)
A parameter cap thickness in the case of forming the cracking of the reflow SiO 2 film 34 caused by such release of moisture contained in the reflow SiO 2 film 34 (cracks) was measured the situation that occurred. As a result, the reflow SiO 2 film 34 obtained in the present embodiment has the same crack characteristics as that of the conventional example when no cap film is present, but does not cause cracks when the cap film is present. The upper limit increased to approximately 1.4 μm, confirming that crack resistance was improved.

【0038】[0038]

【発明の効果】上述したように本発明の半導体装置の製
造方法によれば、半導体装置の多層配線工程中の層間絶
縁膜形成工程にリフロー絶縁膜形成技術を採用した場合
に得られるリフロー絶縁膜の比誘電率を容易に高くする
ことができ、平坦性に優れた層間絶縁膜を平坦化工程を
行うことなく低コストで実現することができる。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a reflow insulating film obtained when a reflow insulating film forming technique is employed in a step of forming an interlayer insulating film in a multilayer wiring process of a semiconductor device. Can be easily increased, and an interlayer insulating film having excellent flatness can be realized at low cost without performing a flattening step.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体装置の製造方法で使用される半
導体製造装置の一例を概略的に示す構成説明図。
FIG. 1 is a configuration explanatory view schematically showing an example of a semiconductor manufacturing apparatus used in a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図2】本発明の半導体装置の製造方法に係る層間絶縁
膜形成工程にリフロー絶縁膜形成技術を採用した多層配
線工程の一例を示す断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a multi-layer wiring process employing a reflow insulating film forming technique in an interlayer insulating film forming process according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…カセットローダー室、2…ロボットアーム、10…
プラズマCVD装置、11、21…反応室(チャンバ
ー)、12、22…上部電極(シャワーヘッド)、1
3、23…下部電極(テーブル)、14、24…排気
口、15…プロセスガス供給管、16…高周波電力供給
管、20…減圧CVD装置、25…SiH4 ガス供給
管、26…H22 供給管、27…マイクロ波導波管、
28…マイクロ波発生装置、29…ヒーター、30…半
導体基板、31…絶縁膜、32…下層配線、33…第1
のプラズマCVD膜、34…リフローSiO2 膜、35
…第2のプラズマCVD膜。
1 ... cassette loader room, 2 ... robot arm, 10 ...
Plasma CVD apparatus, 11, 21: reaction chamber (chamber), 12, 22: upper electrode (shower head), 1
3, 23: lower electrode (table), 14, 24: exhaust port, 15: process gas supply pipe, 16: high frequency power supply pipe, 20: reduced pressure CVD apparatus, 25: SiH 4 gas supply pipe, 26: H 2 O 2 supply pipe, 27 ... microwave waveguide,
28 microwave generator, 29 heater, 30 semiconductor substrate, 31 insulating film, 32 lower wiring, 33 first
Plasma CVD film, 34 ... reflow SiO 2 film, 35
... Second plasma CVD film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−77466(JP,A) 特開 平4−11730(JP,A) 特開 平6−295901(JP,A) 特開 平8−111412(JP,A) 特開 平8−181209(JP,A) 特開 平8−195439(JP,A) 特開 平8−204008(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/316 H01L 21/31 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-77466 (JP, A) JP-A-4-11730 (JP, A) JP-A-6-295901 (JP, A) JP-A 8- 111412 (JP, A) JP-A-8-181209 (JP, A) JP-A 8-195439 (JP, A) JP-A 8-204008 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/316 H01L 21/31

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上の配線上に絶縁膜を形成す
る工程と、上記絶縁膜を形成後の半導体基板を収容した
反応室内にSiH4 ガス、H22 およびマイクロ波導
波管を通したラジカルな状態のフッ素系ガスを導入し、
665Pa以下の真空中、−10℃以上+10℃以下の
温度範囲内で上記SiH4 ガス、H22 およびフッ素
系ガスを互いに反応させ、上記半導体基板上にリフロー
形状を有するリフローSiO2 膜を形成するリフロー膜
形成工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製
造方法。
A step of forming an insulating film on wiring on a semiconductor substrate, and passing SiH 4 gas, H 2 O 2 and a microwave waveguide into a reaction chamber containing the semiconductor substrate after the formation of the insulating film. Introduced fluorine-based gas in a radical state,
In a vacuum of 665 Pa or less, the SiH 4 gas, H 2 O 2 and fluorine-based gas are reacted with each other within a temperature range of −10 ° C. to + 10 ° C. to form a reflow SiO 2 film having a reflow shape on the semiconductor substrate. And a step of forming a reflow film.
【請求項2】 半導体基板を収容して半導体基板上に気
相成長絶縁膜を堆積形成するためのチャンバーと、上記
チャンバーに連結されたSiH4 ガス供給管と、前記チ
ャンバーに連結されたH22 供給管と、前記チャンバ
ーに連結され、一端側からフッ素系ガスが供給されるマ
イクロ波導波管と、上記マイクロ波導波管にマイクロ波
を供給するマイクロ波発生装置とを具備することを特徴
とする半導体製造装置。
2. A chamber for accommodating a semiconductor substrate and depositing and forming a vapor deposition insulating film on the semiconductor substrate, a SiH 4 gas supply pipe connected to the chamber, and an H 2 gas connected to the chamber. An O 2 supply pipe, a microwave waveguide connected to the chamber and supplied with a fluorine-based gas from one end side, and a microwave generator for supplying microwaves to the microwave waveguide are provided. Semiconductor manufacturing equipment.
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