JP3239475B2 - 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
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特に素子形成の際に発生するOH基の除去方法
に関する。
に関し、特に素子形成の際に発生するOH基の除去方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置の製造方法は、図5に
示すように、シリコン基板101上に形成された第1の
絶縁膜102上に第1の配線103,第2の絶縁膜10
4を形成した後(図5a),SOG105を回転塗布す
る(図5b)。この後、前記SOGをエッチバックし段
差部にのみ残す(図5c)。この際エッチバックでな
く、酸素プラズマ処理のみ行う場合もある。ついで、第
3の絶縁膜106を形成し(図5d)、第2の配線10
7をホールを通じ接続する(図5e)。
示すように、シリコン基板101上に形成された第1の
絶縁膜102上に第1の配線103,第2の絶縁膜10
4を形成した後(図5a),SOG105を回転塗布す
る(図5b)。この後、前記SOGをエッチバックし段
差部にのみ残す(図5c)。この際エッチバックでな
く、酸素プラズマ処理のみ行う場合もある。ついで、第
3の絶縁膜106を形成し(図5d)、第2の配線10
7をホールを通じ接続する(図5e)。
【0003】このように、一般的には、半導体基板上
に、素子を形成後、化学気相成長法(CVD)によるシ
リコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜を形成し素子を保
護するとともに、素子(例えば薄膜トランジスタ(TF
T))や配線を積み重ねていく。さらに、各素子や配線
間の絶縁膜としては、不純物拡散のされた酸化膜であっ
たり、有機溶剤に溶解したシリコン酸化膜系の液を回転
塗布によって形成するスピン・オン・グラス(SOG)
が用いられている。これらの絶縁物は、形成の際に水分
の残留としてのOH基を多分に含むことが知られてい
る。このOH基は形成された素子特性に大きく影響する
ことも知られており、トランジスタ素子のしきい値電圧
を変動させたり、移動度の低下を生じたりといった問題
を持っている。さらに、高抵抗素子としてよく用いられ
る多結晶シリコンの抵抗では、OH基が多くなるとその
抵抗値が低下し高抵抗素子としての機能が不十分とな
る。また最近SRAM等でも用いられるようになったT
FTではさらに特性の変動が大きくなる。このため、様
々な処理によって、このOH基の除去が行われている。
に、素子を形成後、化学気相成長法(CVD)によるシ
リコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜を形成し素子を保
護するとともに、素子(例えば薄膜トランジスタ(TF
T))や配線を積み重ねていく。さらに、各素子や配線
間の絶縁膜としては、不純物拡散のされた酸化膜であっ
たり、有機溶剤に溶解したシリコン酸化膜系の液を回転
塗布によって形成するスピン・オン・グラス(SOG)
が用いられている。これらの絶縁物は、形成の際に水分
の残留としてのOH基を多分に含むことが知られてい
る。このOH基は形成された素子特性に大きく影響する
ことも知られており、トランジスタ素子のしきい値電圧
を変動させたり、移動度の低下を生じたりといった問題
を持っている。さらに、高抵抗素子としてよく用いられ
る多結晶シリコンの抵抗では、OH基が多くなるとその
抵抗値が低下し高抵抗素子としての機能が不十分とな
る。また最近SRAM等でも用いられるようになったT
FTではさらに特性の変動が大きくなる。このため、様
々な処理によって、このOH基の除去が行われている。
【0004】例えば、従来の工程中でも述べたが酸素プ
ラズマ中で処理させるとOH基にOが付き安定化する。
ラズマ中で処理させるとOH基にOが付き安定化する。
【0005】SixOH + O2 → SiO2 +
H2Oこの際、O2の添加には反応性イオンエッチング
(RIE)が良く用いられる。
H2Oこの際、O2の添加には反応性イオンエッチング
(RIE)が良く用いられる。
【0006】しかし、反応後に体積の収縮が起りクラッ
キングやストレスの発生があり、デバイスの信頼性に問
題を生じている。
キングやストレスの発生があり、デバイスの信頼性に問
題を生じている。
【0007】さらにこれらの問題の他にも、SOGにO
H基が残ると配線材としてのAL等と直接に接するよう
な場合、ALの腐食による断線等も発生している。これ
を回避する方法としては、これも従来の工程中で述べた
通り、SOG上に酸化膜を積層しALと直接に接しない
ようにしているが工程の増加によるコストアップにつな
がっている。
H基が残ると配線材としてのAL等と直接に接するよう
な場合、ALの腐食による断線等も発生している。これ
を回避する方法としては、これも従来の工程中で述べた
通り、SOG上に酸化膜を積層しALと直接に接しない
ようにしているが工程の増加によるコストアップにつな
がっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の技
術では、反応後に体積の収縮が起りクラッキングやスト
レスの発生があり、デバイスの信頼性に問題を生じてい
たり、AL配線の腐食や、これの回避のために工程増加
を招くといった問題点を有している。
術では、反応後に体積の収縮が起りクラッキングやスト
レスの発生があり、デバイスの信頼性に問題を生じてい
たり、AL配線の腐食や、これの回避のために工程増加
を招くといった問題点を有している。
【0009】そこで本発明の目的とするところは、SO
G中にあり素子特性に大きく影響することも知られてい
るOH基を除去し、トランジスタ素子のしきい値電圧を
変動させたり、移動度の低下を生じたりといった問題が
なく、高抵抗素子としてよく用いられる多結晶シリコン
の抵抗では、その抵抗値が低下し高抵抗素子としての機
能が不十分となることがなく、また最近SRAM等でも
用いられるようになったTFTでさえ特性の変動がない
ようなOH基の除去方法を提案するものである。さらに
ALに直接接する場合でもALの腐食による断線等の生
じない高信頼性の平坦化技術を提供するものである
G中にあり素子特性に大きく影響することも知られてい
るOH基を除去し、トランジスタ素子のしきい値電圧を
変動させたり、移動度の低下を生じたりといった問題が
なく、高抵抗素子としてよく用いられる多結晶シリコン
の抵抗では、その抵抗値が低下し高抵抗素子としての機
能が不十分となることがなく、また最近SRAM等でも
用いられるようになったTFTでさえ特性の変動がない
ようなOH基の除去方法を提案するものである。さらに
ALに直接接する場合でもALの腐食による断線等の生
じない高信頼性の平坦化技術を提供するものである
【0010】
【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、半導体基板上に第1の絶縁膜を介して第1の
配線を形成する工程と、前記第1の配線上に第2の絶縁
膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜上にSOGを塗
布し、該SOGをベークする工程と、前記SOGを塩
素、臭素、ヨウ素のうち少なくともいずれか一つを含
み、かつフッ素を含まないガスのプラズマ雰囲気中に露
呈する工程と、を含むことを特徴とする。
造方法は、半導体基板上に第1の絶縁膜を介して第1の
配線を形成する工程と、前記第1の配線上に第2の絶縁
膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜上にSOGを塗
布し、該SOGをベークする工程と、前記SOGを塩
素、臭素、ヨウ素のうち少なくともいずれか一つを含
み、かつフッ素を含まないガスのプラズマ雰囲気中に露
呈する工程と、を含むことを特徴とする。
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【作用】絶縁膜中のOH基は、Cl-・Br-・I-イオ
ンに代表されるハロゲンイオン、ハロゲンガスに置換さ
れ容易に除去されるため、ハロゲンイオンまたはハロゲ
ンガス雰囲気中に、半導体装置を露呈することでOH基
の除去が可能である。この時の反応を化学式で表わせば SixOH + X- → SixX ↑ + OH-のよ
うになる。この反応は容易であり、かつ体積の増減をほ
とんど伴わない。
ンに代表されるハロゲンイオン、ハロゲンガスに置換さ
れ容易に除去されるため、ハロゲンイオンまたはハロゲ
ンガス雰囲気中に、半導体装置を露呈することでOH基
の除去が可能である。この時の反応を化学式で表わせば SixOH + X- → SixX ↑ + OH-のよ
うになる。この反応は容易であり、かつ体積の増減をほ
とんど伴わない。
【0023】
【実施例】以下本発明について実施例を挙げて詳細に説
明する。図1は、本発明における実施例の、工程断面図
である。101はシリコン基板、102は第1の絶縁
膜、103は第1の配線、104は第2の絶縁膜、10
5はSOG、107は第2の配線をそれぞれ表わしてい
る。図2は本実施例を説明するための概念図であり、2
01はSi原子、202はO原子、203はCl原子、
204はOH基をそれぞれ表わしている。また図3、図
4は本実施例中で用いられたエッチング装置の構成を示
す図であり、401・601は印加電極、402・60
2は接地電極、403・603はウエハー、404・6
04はRF電源、605はマイクロ波電源、606はマ
グネットコイルをそれぞれ表わしている。
明する。図1は、本発明における実施例の、工程断面図
である。101はシリコン基板、102は第1の絶縁
膜、103は第1の配線、104は第2の絶縁膜、10
5はSOG、107は第2の配線をそれぞれ表わしてい
る。図2は本実施例を説明するための概念図であり、2
01はSi原子、202はO原子、203はCl原子、
204はOH基をそれぞれ表わしている。また図3、図
4は本実施例中で用いられたエッチング装置の構成を示
す図であり、401・601は印加電極、402・60
2は接地電極、403・603はウエハー、404・6
04はRF電源、605はマイクロ波電源、606はマ
グネットコイルをそれぞれ表わしている。
【0024】本実施例の半導体装置の製造方法は、図1
に示すように、シリコン基板101上に形成された第1
の絶縁膜102上に第1の配線103,第2の絶縁膜を
まず形成する(図1a)。
に示すように、シリコン基板101上に形成された第1
の絶縁膜102上に第1の配線103,第2の絶縁膜を
まず形成する(図1a)。
【0025】この後、SOG104を回転塗布する(図
1b)。この後、ホットプレートまたはベーク炉を用い
て有機溶剤を蒸発させる。この状態で、SOGをこの後
示す方法によって処理する。
1b)。この後、ホットプレートまたはベーク炉を用い
て有機溶剤を蒸発させる。この状態で、SOGをこの後
示す方法によって処理する。
【0026】さらに、第2の配線107をホールを通じ
接続し(図1c)、必要に応じこれらの工程を繰り返
す。
接続し(図1c)、必要に応じこれらの工程を繰り返
す。
【0027】本実施例中に於て基本となる工程フローに
ついて、まず説明したが、まず第1の実施例として、ハ
ロゲンガス雰囲気中にSOGの形成されたウエハーを露
呈する場合について説明する。SOGが塗布ベークされ
たウエハーをCl2ガス雰囲気中で50℃で、10分間
処理する。この際、図2の模式図に示したようにもとも
とSi原子201,O原子202,OH基203からな
る膜中の、一部のOH基がCl原子204に置き変わ
る。この時の膜質の変化をフッ酸水溶液(5%水溶液)
中でのエッチングレートで評価した。通常のドライ酸素
雰囲気中での酸化膜のエチングレートは330Å/mi
nであるのに対し、このCl処理をしないものは678
0Å/minと圧倒的にエッチング速度は高い。これら
に比較して、Cl処理を施したものについては、100
0Å/minと大幅に熱酸化膜に近いレートとなってい
る。これは、SOG中に含まれるOH基の濃度が多いと
親水性が強くエッチングレートが高くなるためであり、
膜質の改善の効果が大きいことを示している。さらに処
理時間を増してみたが大きな改善はみられなかった。
ついて、まず説明したが、まず第1の実施例として、ハ
ロゲンガス雰囲気中にSOGの形成されたウエハーを露
呈する場合について説明する。SOGが塗布ベークされ
たウエハーをCl2ガス雰囲気中で50℃で、10分間
処理する。この際、図2の模式図に示したようにもとも
とSi原子201,O原子202,OH基203からな
る膜中の、一部のOH基がCl原子204に置き変わ
る。この時の膜質の変化をフッ酸水溶液(5%水溶液)
中でのエッチングレートで評価した。通常のドライ酸素
雰囲気中での酸化膜のエチングレートは330Å/mi
nであるのに対し、このCl処理をしないものは678
0Å/minと圧倒的にエッチング速度は高い。これら
に比較して、Cl処理を施したものについては、100
0Å/minと大幅に熱酸化膜に近いレートとなってい
る。これは、SOG中に含まれるOH基の濃度が多いと
親水性が強くエッチングレートが高くなるためであり、
膜質の改善の効果が大きいことを示している。さらに処
理時間を増してみたが大きな改善はみられなかった。
【0028】さらに温度については100℃で処理した
場合5690Å/minと改善された。
場合5690Å/minと改善された。
【0029】さらに、第2の実施例としてハロゲンガス
プラズマ中にSOGの形成されたウエハーを露呈する場
合について説明する。SOGが塗布ベークされたウエハ
ーをCl2ガスプラズマ中で処理する。この際、図3に
示したようなリアクティブイオンエッチング(RIE)
を使用した。401は印加電極、402は接地電極、4
03はウエハー、404はRF電源を示している。処理
条件は、ハロゲンガスとしてCl2ガスを流量が100
SCCM、圧力が180mTorr、電極間隔が30m
m、RFパワーが500Wで行った。
プラズマ中にSOGの形成されたウエハーを露呈する場
合について説明する。SOGが塗布ベークされたウエハ
ーをCl2ガスプラズマ中で処理する。この際、図3に
示したようなリアクティブイオンエッチング(RIE)
を使用した。401は印加電極、402は接地電極、4
03はウエハー、404はRF電源を示している。処理
条件は、ハロゲンガスとしてCl2ガスを流量が100
SCCM、圧力が180mTorr、電極間隔が30m
m、RFパワーが500Wで行った。
【0030】この時も、図2の模式図に示したようにも
ともとSi原子201,O原子202,OH基203か
らなる膜中の一部のOH基がCl原子204に置き変わ
るものと考える。この時の膜質の変化もフッ酸水溶液
(5%水溶液)中でのエッチングレートで評価した。通
常のドライ酸素雰囲気中での酸化膜のエチングレートは
330Å/minであるのに対し、Clプラズマ処理を
施したものについては、560Å/minと大幅に熱酸
化膜に近いレートとなっている。さらに処理時のパワー
を増してみたが、900Wで540Å/minと若干改
善がみられた。この時、ガスをBr2・I2に関しても調
査したが、ほぼ同様の改善がみられ、塩素と同様に臭素
・ヨウ素がOH基に対し置換したものと考えられる。そ
のため一般的にエッチングガスとして用いられるハロゲ
ン化ガスとして、塩化水素(HCl)・臭化水素(HB
r)・ヨウ化水素(HI)・四塩化炭素(CCl4)・
四臭化炭素(CBr4)・三塩化炭素(CHCl3)・四
塩化珪素(SiCl4)・三塩化珪素(SiHCl3)・
四臭化珪素(SiBr4)・三塩化ホウ素(BCl3)を
同じ装置でほぼ同様の条件で行った。同様に、この時の
膜質の変化もフッ酸水溶液(5%水溶液)中でのエッチ
ングレートで評価した。ほぼガス種によりプラズマ処理
を施したものについては、600〜500Å/minと
熱酸化膜に近いレートとなっており先の結果と同様の効
果がみられた。
ともとSi原子201,O原子202,OH基203か
らなる膜中の一部のOH基がCl原子204に置き変わ
るものと考える。この時の膜質の変化もフッ酸水溶液
(5%水溶液)中でのエッチングレートで評価した。通
常のドライ酸素雰囲気中での酸化膜のエチングレートは
330Å/minであるのに対し、Clプラズマ処理を
施したものについては、560Å/minと大幅に熱酸
化膜に近いレートとなっている。さらに処理時のパワー
を増してみたが、900Wで540Å/minと若干改
善がみられた。この時、ガスをBr2・I2に関しても調
査したが、ほぼ同様の改善がみられ、塩素と同様に臭素
・ヨウ素がOH基に対し置換したものと考えられる。そ
のため一般的にエッチングガスとして用いられるハロゲ
ン化ガスとして、塩化水素(HCl)・臭化水素(HB
r)・ヨウ化水素(HI)・四塩化炭素(CCl4)・
四臭化炭素(CBr4)・三塩化炭素(CHCl3)・四
塩化珪素(SiCl4)・三塩化珪素(SiHCl3)・
四臭化珪素(SiBr4)・三塩化ホウ素(BCl3)を
同じ装置でほぼ同様の条件で行った。同様に、この時の
膜質の変化もフッ酸水溶液(5%水溶液)中でのエッチ
ングレートで評価した。ほぼガス種によりプラズマ処理
を施したものについては、600〜500Å/minと
熱酸化膜に近いレートとなっており先の結果と同様の効
果がみられた。
【0031】さらに、他の構造のエッチング装置として
エレクトロン・サイクロトロン・レゾナンス(ECR)
にて同様の実験を行った。実験に用いたエッチング装置
の構造を図4に示す。601は印加電極、602は接地
電極、603はウエハー、604はRF電源、605は
マイクロ波電源、606はマグネットコイルをそれぞれ
示している。この時の膜質の変化もフッ酸水溶液(5%
水溶液)中でのエッチングレートで評価した。ガス種に
よらずこれらのプラズマ処理を施したものについては、
600〜500Å/minと熱酸化膜に近いレートとな
っており先の結果と同様の効果がみられた。RIEの装
置を用いたときと同様にして、ハロゲンガスとして塩素
(Cl2)・臭素(Br2)・ヨウ素(I2)、ハロゲン
化ガスとして、塩化水素(HCl)・臭化水素(HB
r)・ヨウ化水素(HI)・四塩化炭素(CCl4)・
四臭化炭素(CBr4)・三塩化炭素(CHCl3)・四
塩化珪素(SiCl4)・三塩化珪素(SiHCl3)・
四臭化珪素(SiBr4)・三塩化ホウ素(BCl3)を
この装置でほぼ次のような条件で行った。ガスを流量が
100SCCM、圧力が10mTorr、μ波パワーが
300W、RFパワーが200Wで行った。この時の膜
質の変化もフッ酸水溶液(5%水溶液)中でのエッチン
グレートで評価した。ガス種によらずこれらのプラズマ
処理を施したものについては、550〜450Å/mi
nと熱酸化膜に近いレートとなっており先の結果と同様
の効果がみられ、高真空中での処理のためかRIEの場
合に較べ若干であるが向上しているのが判った。
エレクトロン・サイクロトロン・レゾナンス(ECR)
にて同様の実験を行った。実験に用いたエッチング装置
の構造を図4に示す。601は印加電極、602は接地
電極、603はウエハー、604はRF電源、605は
マイクロ波電源、606はマグネットコイルをそれぞれ
示している。この時の膜質の変化もフッ酸水溶液(5%
水溶液)中でのエッチングレートで評価した。ガス種に
よらずこれらのプラズマ処理を施したものについては、
600〜500Å/minと熱酸化膜に近いレートとな
っており先の結果と同様の効果がみられた。RIEの装
置を用いたときと同様にして、ハロゲンガスとして塩素
(Cl2)・臭素(Br2)・ヨウ素(I2)、ハロゲン
化ガスとして、塩化水素(HCl)・臭化水素(HB
r)・ヨウ化水素(HI)・四塩化炭素(CCl4)・
四臭化炭素(CBr4)・三塩化炭素(CHCl3)・四
塩化珪素(SiCl4)・三塩化珪素(SiHCl3)・
四臭化珪素(SiBr4)・三塩化ホウ素(BCl3)を
この装置でほぼ次のような条件で行った。ガスを流量が
100SCCM、圧力が10mTorr、μ波パワーが
300W、RFパワーが200Wで行った。この時の膜
質の変化もフッ酸水溶液(5%水溶液)中でのエッチン
グレートで評価した。ガス種によらずこれらのプラズマ
処理を施したものについては、550〜450Å/mi
nと熱酸化膜に近いレートとなっており先の結果と同様
の効果がみられ、高真空中での処理のためかRIEの場
合に較べ若干であるが向上しているのが判った。
【0032】以上、3つの実施例について説明をしてき
たが、エッチング装置としてはRIE・ECRについて
説明した。しかしこれはこれらに限定するものでなく他
のタイプのプラズマ装置でも同様の効果が得られる。ま
た、本実施例では、SOGをエッチバックしたり、第3
の絶縁膜を重ねて形成することは説明していないが、基
本的な工程として説明しているわけでこれらの工程を付
加することは構わない。
たが、エッチング装置としてはRIE・ECRについて
説明した。しかしこれはこれらに限定するものでなく他
のタイプのプラズマ装置でも同様の効果が得られる。ま
た、本実施例では、SOGをエッチバックしたり、第3
の絶縁膜を重ねて形成することは説明していないが、基
本的な工程として説明しているわけでこれらの工程を付
加することは構わない。
【0033】さらに、ハロゲンガスもしくはハロゲン化
ガスについては、ガスに曝すこと、さらにはプラズマ中
で処理を行うことによって酸化膜の質が大きく向上する
ことが判った。またこれらの処理の際には、体積の収縮
も小さくSOG膜のクラック等の発生はなく良好であっ
た。さらに、耐湿性が向上し安定したデバイスを提供で
きた。
ガスについては、ガスに曝すこと、さらにはプラズマ中
で処理を行うことによって酸化膜の質が大きく向上する
ことが判った。またこれらの処理の際には、体積の収縮
も小さくSOG膜のクラック等の発生はなく良好であっ
た。さらに、耐湿性が向上し安定したデバイスを提供で
きた。
【0034】
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法は、塩
素、臭素、ヨウ素のうち少なくともいずれか一つを含
み、かつフッ素を含まないガスのプラズマ雰囲気中にS
OGを露呈することによって、シリコン酸化膜の改質が
実現可能となり、体積収縮が小さく、クラック発生の少
ないシリコン酸化膜を提供することができる。
素、臭素、ヨウ素のうち少なくともいずれか一つを含
み、かつフッ素を含まないガスのプラズマ雰囲気中にS
OGを露呈することによって、シリコン酸化膜の改質が
実現可能となり、体積収縮が小さく、クラック発生の少
ないシリコン酸化膜を提供することができる。
【図1】本発明の実施例を示す工程断面図。
【図2】本発明の実施例を示す概念図。
【図3】本発明の実施例で用いられたエッチング装置
図。
図。
【図4】本発明の実施例で用いられたエッチング装置
図。
図。
【図5】従来の例を示す工程断面図。
101・・・シリコン基板 102・・・第1の絶縁膜 103・・・第1の配線 104・・・第2の絶縁膜 105・・・SOG 106・・・第3の絶縁膜 107・・・第2の配線 201・・・Si原子 202・・・O原子 203・・・OH基 204・・・Cl原子 401・・・印加電極 402・・・接地電極 403・・・ウエハー 404・・・RF電源 601・・・印加電極 602・・・接地電極 603・・・ウエハー 604・・・RF電源 605・・・マイクロ波電源 606・・・マグネットコイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 H01L 21/3205
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体基板上に第1の絶縁膜を介して第
1の配線を形成する工程と、 前記第1の配線上に第2の絶縁膜を形成する工程と、 前記第2の絶縁膜上にSOGを塗布し、該SOGをベー
クする工程と、 前記SOGを塩素、臭素、ヨウ素のうち少なくともいず
れか一つを含み、かつフッ素を含まないガスのプラズマ
雰囲気中に露呈する工程と、を含む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 |
---|---|---|---|
JP27609892A JP3239475B2 (ja) | 1992-10-14 | 1992-10-14 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27609892A JP3239475B2 (ja) | 1992-10-14 | 1992-10-14 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06124925A JPH06124925A (ja) | 1994-05-06 |
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