JP3254875B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の形成
途上における多層配線の層間絶縁膜として用いるＴＥＯ
Ｓ−Ｏ₃ 系の反応ガスを原料としたＮＳＧ膜の製造方法
に関する。

【０００２】近年、半導体集積回路の高密度化にともな
って、電極配線が多層構造になり、その上部の配線を形
成する際の下地表面の凹凸（段差）が大きくなってい
る。従って、これら段差の表面を平坦化するような層間
絶縁膜の形成方法の開発が必要とされている。

【０００３】

【従来の技術】図６は従来例の説明図である。図におい
て、７はSi基板、８はAl電極配線膜、９はＢＰＳＧ膜、
10はＳＯＧ膜、11はボイドである。

【０００４】従来の技術では、図６（ａ）に示すように
Si基板７上に形成されたAl電極配線膜上のＢＰＳＧ膜９
からなる層間絶縁膜形成後に、その凹凸を平坦化処理す
るため、図６（ｂ）に示すように、ＳＯＧ膜10等を被せ
た後、図６（ｃ）に示すように、エッチバック等の複合
プロセスによりSi基板７上を平坦化処理する等、工程が
数工程必要となり、スループット上の問題があった。

【０００５】また、ＴＥＯＳ−Ｏ_３系の反応ガスを用い
て形成したＮＳＧ膜を使用するようになってからはエッ
チバック工程を必要とせず、工程の簡略化が可能となっ
たが、一方、このＮＳＧ膜は水分含有量が多く、下地の
トランジスタ等の電気的特性に悪影響を与える。このた
め、防水膜として下地ブロック膜を被覆するが、ＮＳＧ
膜の水分等の含有量がＳｉＯＮ膜等の下地ブロック膜の
表面依存性に大きく関係することが懸念されている。

【０００６】また、このＳｉＯＮ膜が厚い場合には、Al
電極配線膜８間隔の狭まった領域では、図６（ｄ）に示
すように、ＮＳＧ膜形成時にボイド11が発生してしまっ
ていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、ＮＳＧ膜から
の水分に対処した適正な下地ブロック膜の処理方法が必
要となり、また、下地ブロック膜による層間絶縁膜の表
面凹凸依存性をなくす事も必要である。

【０００８】そのため、ＳｉＯＮ膜等のブロック性の良
い膜を下地ブロック膜として使用することにより、下地
ブロック膜の薄膜化が可能となりボイドの発生を防ぐこ
とが出来るが、しかし下地ブロック膜であるＳｉＯＮ膜
形成後からの放置時間により、ＮＳＧ膜の下地依存性が
生じるため、このような影響をなくすため、純水による
高圧スクラバで処理することにより、安定した膜質が保
たれる。一方、ＳｉＯＮ（ｎ＝１．６５以上）膜の表面
処理をせずに、その上に層間絶縁膜であるＮＳＧ膜を成
長した場合にはコンタクト抵抗が不安定になり、歩留り
が低下する。

【０００９】本発明は、以上の問題点を解決する手段と
して、層間絶縁膜であるＮＳＧ膜からの水分の下地ブロ
ック膜による適正な対処法、及び下地ブロック膜による
層間絶縁膜の表面凹凸依存性をなくす事を目的として提
供される。

【００１０】

【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。図において、１はＮＳＧ膜、２はＳｉＯＮ
膜、３はAr⁺ 、４はSiO₂膜、５は洗浄液（純水）、６は
エチルアルコール、７はSi基板、８はAl電極配線膜であ
る。

【００１１】上記問題点の解決策として、下地ブロック
膜にブロック性の優れたプラズマ装置を用いて形成した
SiO₂膜４、またはＳｉＯＮ膜２を使用すると良い。この
SiO₂膜４等は屈折率が高くなればなるほど、その上に被
覆するＮＳＧ膜１の表面依存性に影響が出て、膜質が劣
るために、ＳｉＯＮ膜２表面の改質として、Ar⁺ による
スパッタエッチングやＮＨ₃ プラズマスパッタ等を行う
事により、下地依存性をなくすことが出来る。

【００１２】そして、ＳｉＯＮ膜２成長後、表面にSiO₂
膜４を成長させ、その際の成長は同一チャンバでの連続
処理をすると良い。また、上記のＳｉＯＮ膜２の下地依
存性等の影響をなくし、安定したプロセスにするため
に、洗浄液５に純水やエチルアルコール６を用いた高圧
スクラバ処理をしても良い。

【００１３】即ち、ＴＥＯＳ−Ｏ₃ 系の反応ガスを用い
て形成されたＮＳＧ膜１が層間絶縁膜として用いられた
半導体装置において、本発明の目的は、図１（ａ）に示
すように、ＮＳＧ膜１の下層にあらかじめ下地ブロック
膜として、屈折率ｎ＝1.65以下のＳｉＯＮ膜２を形成す
ることにより、また、ＳｉＯＮ膜２形成後、図１（ｂ）
に示すように、ＳｉＯＮ膜２の表面をAr⁺ ３によりスパ
ッタエッチングすることにより、また、ＳｉＯＮ膜２形
成後、図１（ｃ）に示すようにＳｉＯＮ膜２の表面にSi
O₂膜４を形成することにより、また、図１（ｄ）に示す
ように、ＳｉＯＮ膜２形成後、ＳｉＯＮ膜２の表面を純
水等の洗浄液により高圧スクラバすることにより、更
に、図１（ｅ）に示すように、高圧スクラバに際して、
洗浄液４にエチルアルコール６等の水溶性有機溶剤を用
いることにより達成される。

【００１４】

【作用】先ず、ｎ＝１．６５までのＳｉＯＮ膜ではＮＳ
Ｇ膜の水分のブロック性が優れるために、下地ブロック
膜の薄膜化が可能となり、ＮＳＧ膜成長時にボイドの発
生が抑えられる。

【００１５】また、ＳｉＯＮ膜の形成後にＮＳＧ膜の下
地依存性をなくすために連続処理してSiO₂膜を薄く成長
させる。この時、SiO₂膜成長の代わりにプラズマ照射の
みでも有効である。また、別の方法として、アルゴンス
パッタエッチングや高圧スクラバでも同様な効果が得ら
れるが、特に、高圧スクラバにエチルアルコール等に代
表される水溶性有機溶剤を用いるのが有効である。

【００１６】

【実施例】１はＮＳＧ膜、２はＳｉＯＮ膜、３はAr⁺ 、
４はSiO₂膜、５は洗浄液（純水）、６はエチルアルコー
ル、７はSi基板、８はAl電極配線膜、11はボイド、12は
反応ガス、13はチャンバ、14は赤外線ランプ、15は熱
線、16はサセプタ、17は石英窓、18はメッシュ電極、19
はセラミックプレート、20はポンピングプレート、21は
排気、22はジェットノズル、23は純水リンスノズル、24
はN₂ブローノズル、25はジェットノズルアーム、26はブ
ラシアーム、27はブラシである。

【００１７】ＴＥＯＳ−Ｏ₃ 系の反応ガス12を用いて形
成されたＮＳＧ膜１が層間絶縁膜として其の機能を果た
すためには、下地ブロック膜の形成、ならびに下地ブロ
ック膜の表面処理等が必要となる。

【００１８】本発明の第１の実施例として、ＮＳＧ膜１
の下層にあらかじめ下地ブロック膜として、屈折率ｎ＝
1.65以下のＳｉＯＮ膜２を形成する。本発明の第１の実
施例に用いたプラズマＣＶＤ装置の模式断面図を図２に
示す。下地ブロック膜としてのＳｉＯＮ膜２の成長条件
の一例としては、Si基板７の温度350 〜400 ℃ チャン
バ13内圧力2.5 〜3.5Torr 、メッシュ電極18とSi基板７
の間隔10〜12.5mm、ＲＦパワー200 〜500 Ｗで、各反応
ガス12の流量条件は、シラン(SiH4)30〜50sccm、笑気(N
₂O)100〜200sccm 、希釈用の窒素(N2)ガス2000sccmで、
ＳｉＯＮ膜の成長時間は15〜30sec により、基板上に
1,000〜2,000 Åの成長を行った。この後、通常のプラ
ズマ工程で層間絶縁膜としてＮＳＧ膜１を図１（ａ）に
示したように、ＳｉＯＮ膜２上に8,000 Åの厚さに形成
する。

【００１９】本発明の効果としては、高屈折率のＳｉＯ
Ｎ膜２を使用することにより、下地ブロック性が富むと
ともに、下地のＳｉＯＮ膜２を薄くでき、ボイド11の発
生を除くことができる。

【００２０】次に、ＳｉＯＮ膜２からなる下地ブロック
膜形成後に、その表面を清浄化する本発明の第二の実施
例について説明する。ＳｉＯＮ膜２形成後、その表面を
Ar⁺ によりスパッタエッチングする。即ち、スパッタエ
ッチングの条件として Ar ガス圧力0.1Torr 、Arガスの
流量50sccm、ＲＦパワー 800Ｗ、Si基板７の温度 100℃
で行った。

【００２１】発明の効果としては図３（ｂ）に示すよう
に下地ブロック膜であるＳｉＯＮ膜２のエッジが叩かれ
て削られ、その上に被覆するＮＳＧ膜１の下地依存性を
低減出来るとともに、、従来例の図３（ａ）に示したＮ
ＳＧ膜１内のボイド11の発生が阻止され、更に、ＮＳＧ
膜１の平坦性の一層の向上を図ることができる。

【００２２】次に、下地ブロック膜の層間絶縁膜に対す
る下地依存性の影響を軽減する第三の実施例について説
明する。高屈折率のＳｉＯＮ膜２上にそれより屈折率の
低いｎ＝1.45〜1.50のSiO(N)またはSiO₂膜４を連続成長
することにより、層間絶縁膜の下地依存性をなくせる。

【００２３】すてわち、高屈折率のＳｉＯＮ膜２上に直
接ＮＳＧ膜１を成長すると、図４の（ａ）に示すよう
に、ＮＳＧ膜１の表面はボロボロになってしまい、ボイ
ド11も発生していたが、SiO₂膜4 を 200〜300 Åの厚さ
にＳｉＯＮ膜２上に連続成長することにより、ＮＳＧ膜
１は図４（ｂ）に示すようにスムーズな膜となる。

【００２４】即ち、高屈折率のＳｉＯＮ膜２上にそれよ
り屈折率の値がｎ＝1.45〜1.50と低いＳｉＯ(N) または
SiO₂膜４を連続成長することにより、ＮＳＧ膜１の下地
依存性をなくせる。

【００２５】本発明に使用する装置は第１の実施例と同
じもので、成膜条件も前と同じであり、ガス流量はSiH4
40sccm 、N₂O 50sccm、N₂ 2000sccmである。次に本発
明の第四の実施例について図５により説明する。

【００２６】下地ブロック膜であるＳｉＯＮ膜２形成
後、その表面を純水等の洗浄液５により高圧スクラバす
る。すなわち、図５に示したハイプレッシャスクラバ
（高圧スクラバ) 装置のジェットノズル22を用い、この
ジェットノズル22から水、或いはエチルアルコール６を
噴射する。洗浄液５は水でも良いが、実験の結果、エチ
ルアルコール６等の有機溶剤を用いた方が、その後のＮ
ＳＧ膜１の成膜がよりスムーズに行われた。

【００２７】これはエチルアルコールに限らず、イソプ
ロピルアルコール等のアルコール類やＭＥＫ、アセトン
等でも効果があり、水と混合しても良い。効果の挙がる
理由としては、アルコール類の場合、表面に水酸基（−
ＯＨ）が存在しているため、ＴＥＯＳによるＮＳＧ膜１
の形成の場合、気相中でまず始めに、Ｏ₃ 自体が徐々に
分解するが、この過程でＴＥＯＳと結合され、それ自体
がＳｉＯＮ膜２の表面にて形成される。この時、ＳｉＯ
Ｎ膜２への表面吸着が初期段階でされにくい状態である
と成膜形成が円滑には行われなず、膜の成長率が低下し
て、表面がぼろぼろな膜となってしまう。そこで、初期
の表面状態を高圧スクラバで有機溶剤、特にアルコール
類や水の処理で表面の水酸基とＴＥＯＳや、Ｏ₃ が結合
し易くなり、ＮＳＧ膜１の形成が促進される。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
層間絶縁膜であるＮＳＧ膜の下地ブロック膜として用い
るＳｉＯＮ膜の薄膜化が可能となり、ＮＳＧ膜内のボイ
ドがなくなり、また、表面の改質によりＴＥＯＳ−Ｏ₃
系反応ガスを用いて形成したＮＳＧ膜の下地依存性をな
くせる。

【００２９】また、下地ブロック膜のＳｉＯＮ膜上に薄
くSiO₂膜を成長することによってもＮＳＧ膜の下地依存
性を改善でき、この場合、下地ブロック膜のＳｉＯＮ膜
と薄いSiO₂膜を連続処理して積層を行うことから、スル
ープットの向上にも繋がる。

【００３０】更に、ｎ＝1.70以上の屈折率のＳｉＯＮ膜
を下地ブロック膜として使用した場合の多層配線コンタ
クト抵抗の測定を行った場合に、従来方法の下地ブロッ
ク膜の表面処理を行わない場合には、デバイスの歩留り
が悪くなるが、本発明の方法によればデバイスの歩留り
並びに品質が向上して、デバイスの信頼性の確保、コス
トダウンに大きく寄与することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理説明図

【図２】 本発明の第１の実施例の説明図

【図３】 本発明の第２の実施例の説明図

【図４】 本発明の第３の実施例の説明図

【図５】 本発明の第４の実施例の説明図

【図６】 従来例の説明図

【符号の説明】

１ ＮＳＧ膜 ２ ＳｉＯＮ膜 ３ Ar⁺ ４ SiO₂膜 ５ 洗浄液（純水） ６ エチルアルコール ７ Si基板 ８ Al電極配線膜 11 ボイド 12 反応ガス 13 チャンバ 14 赤外線ランプ 15 熱線 16 サセプタ 17 石英窓 18 メッシュ電極 19 セラミックプレート 20 ポンピングプレート 21 排気 22 ジェットノズル 23 純水リンスノズル 24 N₂ブローノズル 25 ジェットノズルアーム 26 ブラシアーム 27 ブラシ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31 - 21/3213 H01L 21/768

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 テトラエチルオキシシラン−オゾン（Ｔ
   ＥＯＳ−Ｏ₃ ）系反応ガスを用いて実質的にノンドープ
   の珪酸ガラス（ＮＳＧ）膜が層間絶縁膜として用いられ
   た半導体装置において、 該ＮＳＧ膜の下層にあらかじめ下地ブロック膜として、
   シラン（ＳｉＨ ₄ ）を反応ガスに用いて、屈折率1.65以
   下のオキシ窒化シリコン( ＳｉＯＮ）膜を形成すること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記ＳｉＯＮ膜形成後、該ＳｉＯＮ膜の
   表面をアルゴンイオン（Ar⁺ ）によりスパッタエッチン
   グすることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記ＳｉＯＮ膜形成後、前記ＮＳＧ膜を
   形成する前に、該ＳｉＯＮ膜の上にシラン（ＳｉＨ ₄ ）
   を反応ガスに用いて、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）膜を
   形成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の
   製造方法。
4. 【請求項４】 前記ＳｉＯＮ膜形成後、該ＳｉＯＮ膜の
   表面を洗浄液により高圧スクラバすることを特徴とする
   請求項１記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記洗浄液が水溶性有機溶剤であること
   を特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。