JP3315907B2

JP3315907B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3315907B2
Application number: JP29304497A
Authority: JP
Inventors: 益教高森; 徹西脇
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2002-08-19
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: JPH11126775A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の多層
配線間に用いられている様々な配線による絶対段差を低
減する自己平坦化層間絶縁膜を有する半導体装置の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の多層配線間の自己平
坦化層間絶縁膜は、以下のようにして製造されている。
図１０に、従来の半導体装置の多層配線間の自己平坦化
層間絶縁膜を製造するさいの各製造工程における半導体
装置の断面図を示す。

【０００３】先ず、図１０（ａ）に示すように、シリコ
ン基板１に下層配線２を形成し、その後、プラズマＣＶ
Ｄ法により、シリコン基板１全面に第一シリコン酸化膜
３を形成する。なお、第一シリコン酸化膜３の形成前
に、シリコン基板１上の汚れを除去するためや、シリコ
ン基板１に順次積層するものの含有水分量を減らすため
に、酸素などの反応性ガスによるプラズマで予備処理を
行ってもよい。

【０００４】次に、図１０（ｂ）に示すように、第一シ
リコン酸化膜３の表面に、シランと過酸化水素との反応
により生成されたシラノール系［Ｓｉ（ＯＨ）₄］のポ
リマーの第二シリコン酸化膜５を堆積する。その第二シ
リコン酸化膜５は、第一シリコン酸化膜３下の下層配線
２間のギャップを充填するように堆積し、第一シリコン
酸化膜３形成後に残っていた、下層配線２間のギャップ
による段差を平坦化する。ところで、第二シリコン酸化
膜５は、多くの水分を含んでいるため、できるだけ多く
の水分を除去することが必要であり、第二シリコン酸化
膜５堆積後、半導体装置を低圧力下に曝して、水分を排
出する。しかし、この第二シリコン酸化膜５から完全に
水分を除去するためには、４００℃程度の熱処理が必要
であることが知られている。また、多量の水分を含んだ
第二シリコン酸化膜５を大気に曝すと、大気中の水分等
と反応し、膜が剥がれたり、水分が再吸着するなどの現
象が発生する。

【０００５】そのため、それらの問題を解決するため
に、図１０（ｃ）に示すように、第二シリコン酸化膜５
上に第三シリコン酸化膜６をプラズマＣＶＤ法により堆
積する。

【０００６】以上説明してきたようにして、第二シリコ
ン酸化膜５で下層配線２間によるギャップを埋め、第一
シリコン酸化膜３、第二シリコン酸化膜５および第三シ
リコン酸化膜６の３層のシリコン酸化膜から構成される
自己平坦化層間絶縁膜を有する半導体装置が製造されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シラン
と過酸化水素を用いるＣＶＤ法によって形成された自己
平坦化層間絶縁膜は、下層配線２の配線パターン密度、
配線間距離、絶対段差等の影響によりグローバル平坦性
が悪い。グローバル平坦性を向上させる努力は続けられ
ているが、十分な方法は確立されていない。

【０００８】本発明は、このような従来の半導体装置の
自己平坦化層間絶縁膜は、グローバル平坦性が悪いとい
う課題を考慮し、グローバル平坦性の良い自己平坦化層
間絶縁膜を有する半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、表
面に凹凸のある半導体装置にシラノール系のポリマーの
シリコン酸化膜を形成する場合、そのシリコン酸化膜の
形成前に、前記半導体装置の凸部の側面に、前記凹凸に
よる段差をなめらかにする親水性の膜を形成することを
特徴とする半導体装置の製造方法である。

【００１０】請求項３の本発明は、表面に凹凸のある半
導体装置にシリコン酸化膜を形成する場合、そのシリコ
ン酸化膜の形成前に、前記半導体装置の凸部の側面およ
び上面それぞれに、所定の膜を形成し、前記側面に形成
される膜は、前記上面に形成される膜より、親水性が高
いことを特徴とする半導体装置の製造方法である。

【００１１】請求項４の本発明は、表面に凹凸のある半
導体装置にシリコン酸化膜を形成する場合、そのシリコ
ン酸化膜の形成前に、前記半導体装置の凸部の側面およ
び上面それぞれに、所定の膜を形成し、前記側面に形成
される膜の屈折率は、前記上面に形成される膜の屈折率
より、小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法で
ある。

【００１２】

【００１３】請求項５の本発明は、表面に凹凸のある半
導体装置にシリコン酸化膜を形成する場合、そのシリコ
ン酸化膜の形成前に、前記半導体装置の凸部の上面のみ
に所定の膜を形成して、前記凸部の高さと実質上同等の
高さとなるような厚さで、前記シリコン酸化膜を形成
し、その後、前記所定の膜を除去することを特徴とする
半導体装置の製造方法である。

【００１４】請求項６の本発明は、表面に凹凸のある半
導体装置にシリコン酸化膜を形成する場合、そのシリコ
ン酸化膜をシランと過酸化水素ガスを用いて形成するさ
いに、前記シランと前記過酸化水素ガスの重量混合比率
（ＳｉＨ₄／Ｈ₂Ｏ₂）を、時間とともに、前記シランの
比率が小さくなるように変化させることを特徴とする半
導体装置の製造方法である。

【００１５】請求項７本発明は、表面に凹凸のある半導
体装置にシリコン酸化膜を形成する場合、そのシリコン
酸化膜の形成後に、過酸化水素、または、過酸化水素と
不活性ガスとの混合ガス雰囲気中に曝すことを特徴とす
る半導体装置の製造方法である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００１７】（実施の形態１）本発明の実施の形態１の
半導体装置の製造方法を述べる。

【００１８】図１および２に、本発明の実施の形態１の
半導体装置を製造するさいの各製造工程における半導体
装置の断面図を示す。

【００１９】先ず、図１（ａ）に示すように、シリコン
基板１に下層配線２を形成し、その後、そのシリコン基
板１全面に、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガスとしてプ
ラズマＣＶＤ法により、反応圧力５０〜３００Ｐａ、屈
折率１．５０以上、成長温度２５０〜４５０℃の温度範
囲で、５０〜３００ｎｍ程度の膜厚の疎水性の第一シリ
コン酸化膜３を形成する。その第一シリコン酸化膜３
は、下層配線２の影響による段差を有している。なお、
第一シリコン酸化膜３の形成前に、シリコン基板１上の
汚れを除去するためや、シリコン基板１に順次積層する
ものの含有水分量を減らすために、酸素、窒素等の反応
性ガスによるプラズマにより、予備処理を行ってもよ
い。

【００２０】そして、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガス
としてプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３０
０Ｐａ、屈折率１．５０以下、成長温度２５０〜４５０
℃の温度範囲で、図１（ｂ）に示すように、第一シリコ
ン酸化膜３上に、さらに、シリコン酸化膜１２を形成す
る。そのシリコン酸化膜１２は、垂直方向の膜厚が厚く
なるように形成される。そして、反応性ガスによる異方
性エッチングを行い、図１（ｃ）に示すように、上述し
た段差部分の第一シリコン酸化膜３の側面に、その段差
をなめらかにするように、シリコン酸化膜１２から、断
面が扇状の親水性のサイドウォール４を形成する。

【００２１】次に、シランと過酸化水素を原料ガスとし
てプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３００Ｐ
ａ、成長温度−１０〜３０℃程度の温度範囲で、図２
（ｄ）に示すように、サイドウォール４形成後のシリコ
ン基板１全面に、下層配線２またはサイドウォール４が
形成されていない場所の第一シリコン酸化膜３からの厚
さが０．４〜１．５μｍ程度の膜厚となるように、第二
シリコン酸化膜５を形成する。

【００２２】ところで、第二シリコン酸化膜５は、疎水
性の膜の上には堆積しにくいが、親水性の膜の上には堆
積し易く、また、屈折率の高い膜の上には堆積しにくい
が、屈折率の低い膜の上には堆積し易いという性質があ
る。

【００２３】したがって、下層配線２上部の第一シリコ
ン酸化膜３が疎水性であって、かつ、その屈折率が１．
５０以上であり、また、下層配線２による第一シリコン
酸化膜３の段差部分の側面のサイドウォール４が親水性
であって、かつ、その屈折率が１．５０以下であるの
で、第二シリコン酸化膜５は、段差の低いところに流れ
込む。その結果、第二シリコン酸化膜５の上面は、実質
上平坦になる。

【００２４】最後に、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガス
としてプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３０
０Ｐａ、成長温度２５０〜４５０℃の温度範囲で、図２
（ｅ）に示すように、第二シリコン酸化膜５形成後のシ
リコン基板１全面に、１００〜４００ｎｍ程度の膜厚の
第三シリコン酸化膜６を形成する。その第三シリコン酸
化膜６上面は、第二シリコン酸化膜５の影響により、実
質上平坦となる。

【００２５】なお、実施の形態１では、サイドウォール
４の屈折率は、１．５０以下であるとしたが、サイドウ
ォール４の屈折率は、１．５０以下のものに限ったもの
ではない。

【００２６】また、実施の形態１では、サイドウォール
４は、親水性であって、かつ、その屈折率が下層配線２
上部の第一シリコン酸化膜３の屈折率より小さい、１．
５０以下であるとしたが、サイドウォール４が、第一シ
リコン酸化膜３より、親水性が高いのみであるとしても
よいし、サイドウォール４の屈折率が、所定の値以下で
あるシリコン窒化膜であるとしてもよい。

【００２７】さらに、実施の形態１では、サイドウォー
ル４は、シリコン酸化膜であるとしたが、サイドウォー
ル４は、親水性が高い、および／または、その屈折率が
所定の値以下であるシリコン窒化膜であるとしてもよ
い。その場合、図１（ｂ）に示すシリコン酸化膜１２
は、シリコン窒化膜に置き換えられる。

【００２８】（実施の形態２）本発明の実施の形態２の
半導体装置の製造方法を述べる。

【００２９】図３および４に、本発明の実施の形態２の
半導体装置を製造するさいの各製造工程における半導体
装置の断面図を示す。

【００３０】先ず、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガスと
してプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３００
Ｐａ、屈折率１．５０以上、成長温度２５０〜４５０℃
の温度範囲で、図３（ａ）に示すように、シリコン基板
１上に、第一シリコン酸化膜３を形成する。

【００３１】そして、図３（ａ）に示すように、第一シ
リコン酸化膜３形成後のシリコン基板１全面に、後に下
層配線２を形成する目的で、スパッタ法によりアルミ膜
７を形成する。

【００３２】次に、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガスと
してプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３００
Ｐａ、屈折率１．５０以上、成長温度２５０〜４５０℃
の温度範囲で、図３（ａ）に示すように、第一シリコン
酸化膜３とアルミ膜７形成後のシリコン基板１全面に、
疎水性のシリコン酸化膜８を形成する。

【００３３】その後、所定のレジストパターンを形成し
てエッチングを行い、図３（ｂ）に示すように、上述し
たアルミ膜７から下層配線２を形成する。

【００３４】そして、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガス
としてプラズマＣＶＤ法により、反応圧力５０〜３００
Ｐａ、屈折率１．５０以下、成長温度２５０〜４５０℃
の温度範囲で、図３（ｃ）に示すように、５０〜３００
ｎｍ程度の膜厚の親水性のシリコン酸化膜９を形成す
る。そのシリコン酸化膜９は、下層配線２の影響による
段差を有している。

【００３５】次に、反応性ガスによる異方性エッチング
を行い、図４（ｄ）に示すように、下層配線２上部のシ
リコン酸化膜９と、下層配線２の側面以外の第一シリコ
ン酸化膜３上のシリコン酸化膜９とを除去する。この結
果、シリコン酸化膜９は、下層配線２の側面部分のみに
存在することになる。

【００３６】その後、シランと過酸化水素を原料ガスと
してプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３００
Ｐａ、成長温度−１０〜３０℃程度の温度範囲で、図４
（ｅ）に示すように、シリコン基板１全面に、下層配線
２、または、下層配線２の側面部分のみに存在している
シリコン酸化膜９が形成されていない場所の第一シリコ
ン酸化膜３からの厚さが０．４〜１．５μｍ程度の膜厚
となるように、第二シリコン酸化膜５を形成する。

【００３７】ところで、実施の形態１で述べたように、
第二シリコン酸化膜５は、疎水性の膜の上には堆積しに
くいが、親水性の膜の上には堆積し易く、また、屈折率
の高い膜の上には堆積しにくいが、屈折率の低い膜の上
には堆積し易いという性質がある。

【００３８】したがって、下層配線２上部のシリコン酸
化膜８が疎水性であって、かつ、その屈折率が１．５０
以上であり、また、下層配線２の段差部分の側面のシリ
コン酸化膜９が親水性であって、かつ、その屈折率が
１．５０以下であるので、第二シリコン酸化膜５は、段
差の低いところに流れ込む。その結果、第二シリコン酸
化膜５の上面は、実質上平坦になる。

【００３９】最後に、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガス
としてプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３０
０Ｐａ、成長温度２５０〜４５０℃の温度範囲で、図４
（ｆ）に示すように、第二シリコン酸化膜５形成後のシ
リコン基板１全面に、１００〜４００ｎｍ程度の膜厚の
第三シリコン酸化膜６を形成する。その第三シリコン酸
化膜６上面は、第二シリコン酸化膜５の影響により、実
質上平坦となる。

【００４０】なお、実施の形態２では、シリコン酸化膜
９が親水性であって、かつ、下層配線２上部のシリコン
酸化膜８が疎水性であって、さらに、シリコン酸化膜９
の屈折率がシリコン酸化膜８の屈折率より小さい、１．
５０以下であるとしたが、シリコン酸化膜９が、シリコ
ン酸化膜８より、親水性が高いのみであってもよいし、
シリコン酸化膜９の屈折率が、シリコン酸化膜８の屈折
率より、小さいのみであってもよい。

【００４１】また、実施の形態２のシリコン酸化膜９部
分は、シリコン酸化膜８より親水性が高い、および／ま
たは、その屈折率がシリコン酸化膜８の屈折率より小さ
いシリコン窒化膜であってもよい。さらに、そのシリコ
ン窒化膜の屈折率は、１．５０以下であるものと限定し
てもよい。また、そのシリコン窒化膜、または、実施の
形態２のシリコン酸化膜９は、下層配線２の段差をなめ
らかにするもの、具体的には、実施の形態１で説明した
サイドウォールであるとしてもよい。

【００４２】（実施の形態３）本発明の実施の形態３の
半導体装置の製造方法を述べる。

【００４３】図５に、本発明の実施の形態３の半導体装
置を製造するさいの各製造工程における半導体装置の断
面図を示す。

【００４４】先ず、図５（ａ）に示すように、シリコン
基板１に下層配線２を形成し、その後、そのシリコン基
板１全面に、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガスとしてプ
ラズマＣＶＤ法により、反応圧力５０〜３００Ｐａ、成
長温度２５０〜４５０℃の温度範囲で、５０〜３００ｎ
ｍ程度の膜厚の第一シリコン酸化膜３を形成する。その
第一シリコン酸化膜３は、下層配線２の影響による段差
を有している。なお、第一シリコン酸化膜３の形成前
に、シリコン基板１上の汚れを除去するためや、シリコ
ン基板１に順次積層するものの含有水分量を減らすため
に、酸素、窒素等の反応性ガスによるプラズマにより、
予備処理を行ってもよい。

【００４５】そして、図５（ｂ）に示すように、下層配
線２の影響による絶対段差の高い領域の第一シリコン酸
化膜３の上に、フォトレジスト１０を形成して、フォト
レジスト１０が形成されていない部分の第一シリコン酸
化膜３の膜質改質のために、窒素、Ｎ₂Ｏ、または、窒
素とＮ₂Ｏの混合ガス等の反応性ガスによるプラズマ処
理を行う。

【００４６】次に、酸素、オゾン等の反応性ガスによる
プラズマにより、フォトレジスト１０を除去する。

【００４７】その後、シランと過酸化水素を原料ガスと
してプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３００
Ｐａ、成長温度−１０〜３０℃程度の温度範囲で、図５
（ｃ）に示すように、フォトレジスト１０が除去され、
第一シリコン酸化膜３が形成された後のシリコン基板１
全面に、第二シリコン酸化膜５を形成する。

【００４８】ところで、上述したように、Ｎ₂Ｏ、窒素
等の反応性ガスによるプラズマ処理を行っていたので、
第二シリコン酸化膜５は、シリコン基板１に形成される
さいに、フォトレジスト１０が形成されていなかった部
分で良好な流動性を示し、堆積し易くなっている。それ
に対して、フォトレジスト１０が形成されていた部分で
は、いいかえると、下層配線２の上部の第一シリコン酸
化膜３上部では、プラズマ処理による膜質改善が行われ
ていなかったため、第二シリコン酸化膜５は、堆積しに
くくなっている。その結果、第二シリコン酸化膜５は、
その上面が実質上平坦となるように形成される。なお、
第二シリコン酸化膜５は、下層配線２が存在していない
場所の第一シリコン酸化膜３からの厚さが０．４〜１．
５μｍ程度の膜厚となるように形成される。

【００４９】最後に、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガス
としてプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３０
０Ｐａ、成長温度２５０〜４５０℃の温度範囲で、図５
（ｄ）に示すように、第二シリコン酸化膜５形成後のシ
リコン基板１全面に、１００〜４００ｎｍ程度の膜厚の
第三シリコン酸化膜６を形成する。その第三シリコン酸
化膜６上面は、第二シリコン酸化膜５の影響により、実
質上平坦となる。

【００５０】（実施の形態４）本発明の実施の形態４の
半導体装置の製造方法を述べる。

【００５１】図６および７に、本発明の実施の形態４の
半導体装置を製造するさいの各製造工程における半導体
装置の断面図を示す。

【００５２】先ず、図６（ａ）に示すように、シリコン
基板１に下層配線２を形成し、その後、そのシリコン基
板１全面に、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガスとしてプ
ラズマＣＶＤ法により、反応圧力５０〜３００Ｐａ、成
長温度２５０〜４５０℃の温度範囲で、５０〜３００ｎ
ｍ程度の膜厚の第一シリコン酸化膜３を形成する。その
第一シリコン酸化膜３は、下層配線２の影響による段差
を有している。なお、第一シリコン酸化膜３の形成前
に、シリコン基板１上の汚れを除去するためや、シリコ
ン基板１に順次積層するものの含有水分量を減らすため
に、酸素、窒素等の反応性ガスによるプラズマにより、
予備処理を行ってもよい。

【００５３】そして、図６（ｂ）に示すように、下層配
線２の影響による絶対段差の高い領域の第一シリコン酸
化膜３の上に、フォトレジスト１０を形成して、実施の
形態３で述べたように、フォトレジスト１０が形成され
ていない部分の第一シリコン酸化膜３の膜質改質のため
に、Ｎ₂Ｏ、窒素等の反応性ガスによるプラズマ処理を
行う。

【００５４】次に、シランと過酸化水素を原料ガスとし
てプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３００Ｐ
ａ、成長温度−１０〜３０℃程度の温度範囲で、図６
（ｃ）に示すように、シリコン基板１全面に、第二シリ
コン酸化膜５を形成する。その第二シリコン酸化膜５
は、下層配線２が存在していない場所の第一シリコン酸
化膜３からの高さが、フォトレジスト１０の下層の第一
シリコン酸化膜３の上端と実質上同等の高さとなるよう
な厚さで形成される。なお、フォトレジスト１０の上に
も第一シリコン酸化膜３は、形成されることになる。

【００５５】次に、図７（ｄ）に示すように、酸素、オ
ゾン等の反応性ガスによるプラズマでフォトレジスト１
０を除去する。このとき、エッチオフによりフォトレジ
スト１０上の第二シリコン酸化膜５も同時に除去され
る。したがって、第二シリコン酸化膜５と下層配線２の
影響による絶対段差の高い領域の第一シリコン酸化膜３
との高さが実質上同等となり、フォトレジスト１０が除
去されたあとの半導体装置上面は、実質上平坦となる。

【００５６】最後に、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガス
としてプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３０
０Ｐａ、成長温度２５０〜４５０℃の温度範囲で、図７
（ｅ）に示すように、第二シリコン酸化膜５形成後のシ
リコン基板１全面に、１００〜４００ｎｍ程度の膜厚の
第三シリコン酸化膜６を形成する。その第三シリコン酸
化膜６上面は、フォトレジスト１０が除去されたあとの
半導体装置上面の影響により、実質上平坦となる。

【００５７】（実施の形態５）本発明の実施の形態５の
半導体装置の製造方法を述べる。

【００５８】図８に、本発明の実施の形態５の半導体装
置を製造するさいの各製造工程における半導体装置の断
面図を示す。

【００５９】先ず、図８（ａ）に示すように、シリコン
基板１に下層配線２を形成し、その後、そのシリコン基
板１全面に、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガスとしてプ
ラズマＣＶＤ法により、反応圧力５０〜３００Ｐａ、成
長温度２５０〜４５０℃の温度範囲で、５０〜３００ｎ
ｍ程度の膜厚の第一シリコン酸化膜３を形成する。その
第一シリコン酸化膜３は、下層配線２の影響による段差
を有している。なお、第一シリコン酸化膜３の形成前
に、シリコン基板１上の汚れを除去するためや、シリコ
ン基板１に順次積層するものの含有水分量を減らすため
に、酸素、窒素等の反応性ガスによるプラズマにより、
予備処理を行ってもよい。また、第一シリコン酸化膜３
を形成した後、実施の形態３または４で述べたように、
その第一シリコン酸化膜３の膜質改質のために、Ｎ
₂Ｏ、窒素等の反応性ガスによるプラズマ処理を行って
もよい。

【００６０】そして、シランと過酸化水素を原料ガスと
してプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３００
Ｐａ、成長温度−１０〜３０℃の温度範囲で、図８
（ｂ）に示すように、第一シリコン酸化膜３上に、下層
配線２が形成されていない場所の第一シリコン酸化膜３
からの厚さが０．４〜１．５μｍ程度の膜厚となるよう
に、第二シリコン酸化膜５を形成する。

【００６１】このとき、原料ガスとしてのシランと過酸
化水素との重量混合比率を、段階的に変化させて第二シ
リコン酸化膜５を形成する。例えば、シランの流量を１
２０ｓｃｃｍから時間とともに１００、８０、６０ｓｃ
ｃｍというように減少させ、過酸化水素の流量を０．４
０ｇ／ｍｉｎから時間とともに０．６０、０．８０ｇ／
ｍｉｎというように増加させて、シランと過酸化水素と
の重量混合比率を変化させる。

【００６２】このことにより、第二シリコン酸化膜５の
流動性特性が段階的に変化するため、第一シリコン酸化
膜３形成後にみられた絶対段差が、実質上なくなって、
第二シリコン酸化膜５の上面は、実質上平坦となる。そ
の第二シリコン酸化膜５の上面が実質上平坦となる理由
の一つとして、以下のことが考えられる。シランの混合
比率が小さくなると、シランと過酸化水素から形成され
る中間体としてのシラノール［Ｓｉ（ＯＨ）₄］中のＨ₂
Ｏ₂の含有率が高くなってシラノールの流動性が向上
し、そのシラノールから形成されるシリコン酸化膜の固
着時間が長くなり、その結果、第二シリコン酸化膜５の
上面が実質上平坦となるというものである。また、原料
ガスとしてのシランと過酸化水素との重量混合比率を段
階的に変化させることにより、堆積直後の第二シリコン
酸化膜５の含有水分量を減らすことができる。

【００６３】最後に、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガス
としてプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３０
０Ｐａ、成長温度２５０〜４５０℃の温度範囲で、図８
（ｃ）に示すように、第二シリコン酸化膜５形成後のシ
リコン基板１全面に、１００〜４００ｎｍ程度の膜厚の
第三シリコン酸化膜６を形成する。その第三シリコン酸
化膜６上面は、第二シリコン酸化膜５の影響により、実
質上平坦となる。

【００６４】上述したように、第二シリコン酸化膜５形
成時に、その第二シリコン酸化膜５の原料ガスとしての
シランと過酸化水素との重量混合比率を段階的に変化さ
せて、堆積直後の第二シリコン酸化膜５の含有水分量を
減らすことができるので、第一シリコン酸化膜３、第二
シリコン酸化膜５または第三シリコン酸化膜６の単層膜
のクラック耐性や、第一シリコン酸化膜３、第二シリコ
ン酸化膜５および第三シリコン酸化膜６から構成される
自己平坦化絶縁膜のクラック耐性は、向上する。

【００６５】なお、実施の形態５では、第二シリコン酸
化膜５を形成するさい、時間とともに、原料ガスとして
のシランの流量を減少させて、過酸化水素の流量を増加
させるとしたが、本発明では、第二シリコン酸化膜５を
形成するさい、時間とともに、原料ガスとしてのシラン
の流量のみを減少させるとしてもよいし、過酸化水素の
流量のみを増加させるとしてもよい。要するに、本発明
では、第二シリコン酸化膜５を形成するさい、時間とと
もに、原料ガスとしてのシランと過酸化水素との重量混
合比率が、つまり、（ＳｉＨ₄／Ｈ₂Ｏ₂）が、０．４０
から０．１０となるように、変化させさえすればよい。

【００６６】（実施の形態６）本発明の実施の形態６の
半導体装置の製造方法を述べる。

【００６７】図９に、本発明の実施の形態６の半導体装
置を製造するさいの各製造工程における半導体装置の断
面図を示す。

【００６８】先ず、図９（ａ）に示すように、シリコン
基板１に下層配線２を形成し、その後、そのシリコン基
板１全面に、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガスとしてプ
ラズマＣＶＤ法により、反応圧力５０〜３００Ｐａ、成
長温度２５０〜４５０℃の温度範囲で、５０〜３００ｎ
ｍ程度の膜厚の第一シリコン酸化膜３を形成する。その
第一シリコン酸化膜３は、下層配線２の影響による段差
を有している。なお、第一シリコン酸化膜３の形成前
に、シリコン基板１上の汚れを除去するためや、シリコ
ン基板１に順次積層するものの含有水分量を減らすため
に、酸素、窒素等の反応性ガスによるプラズマにより、
予備処理を行ってもよい。また、第一シリコン酸化膜３
を形成した後、実施の形態３、４または５で述べたよう
に、その第一シリコン酸化膜３の膜質改質のために、Ｎ
₂Ｏ、窒素等の反応性ガスによるプラズマ処理を行って
もよい。

【００６９】そして、シランと過酸化水素を原料ガスと
してプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３００
Ｐａ、成長温度−１０〜３０℃程度の温度範囲で、図９
（ｂ）に示すように、第一シリコン酸化膜３上に、０．
４〜１．５μｍ程度の膜厚となるように、第二シリコン
酸化膜５を形成する。その第二シリコン酸化膜５は、第
一シリコン酸化膜３の影響、つまり、下層配線２の影響
で、段差を有している。

【００７０】その後、図９（ｃ）に示すように、第二シ
リコン酸化膜５形成後のシリコン基板１を、過酸化水素
１１雰囲気中もしくは過酸化水素と窒素等の不活性ガス
との混合ガス１１雰囲気中に曝す。このとき、上述し
た、第二シリコン酸化膜５形成後のシリコン基板１の温
度を、−１０〜３０℃の範囲に制御する。

【００７１】このように、第二シリコン酸化膜５形成後
のシリコン基板１を、過酸化水素１１雰囲気中もしくは
過酸化水素と窒素等の不活性ガスとの混合ガス１１雰囲
気中に曝すことで、第二シリコン酸化膜５は、流動性を
保ち続けて、形成直後の段差を解消するように、固着す
るようになる。したがって、固着後の第二シリコン酸化
膜５の上面は、実質上平坦となる。

【００７２】最後に、シランと窒素とＮ₂Ｏを原料ガス
としてプラズマＣＶＤ法により、反応圧力１００〜３０
０Ｐａ、成長温度２５０〜４５０℃の温度範囲で、図９
（ｄ）に示すように、第二シリコン酸化膜５形成後のシ
リコン基板１全面に、１００〜４００ｎｍ程度の膜厚の
第三シリコン酸化膜６を形成する。その第三シリコン酸
化膜６上面は、第二シリコン酸化膜５の影響により、実
質上平坦となる。

【００７３】なお、上述した、実施の形態１から５それ
ぞれの上面が実質上平坦となった第二シリコン酸化膜５
形成後に、実施の形態６で述べたように、その第二シリ
コン酸化膜５形成後のシリコン基板１を、過酸化水素雰
囲気中もしくは過酸化水素と窒素等の不活性ガスとの混
合ガス雰囲気中に曝してもよい。このことにより、第二
シリコン酸化膜５の上面は、さらに平坦性がよくなる。

【００７４】また、上述した、実施の形態１から６それ
ぞれの第三シリコン酸化膜６形成後に、第二シリコン酸
化膜５中のシラノールの架橋反応により生成された水
分、水酸基を除去するために、３８０〜４５０℃の温度
範囲で２０〜６０分間熱処理を加えてもよい。

【００７５】さらに、上述した実施の形態では、下層配
線２間のギャップの影響を解消して、生成後の第二シリ
コン酸化膜５上面が実質上平坦となるような半導体装置
の製造方法について説明したが、本発明の半導体装置の
製造方法は、ＳＴＩ（ＳｈａｌｌｏｗＴｒｅｎｃｈ
Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）等のギャップを解消する目的に、
適用することも可能である。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、グローバル平坦性の良い自己平坦化層間
絶縁膜を有する半導体装置の製造方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の半導体装置を製造する
さいの前半の各製造工程における半導体装置の断面図

【図２】本発明の実施の形態１の半導体装置を製造する
さいの後半の各製造工程における半導体装置の断面図

【図３】本発明の実施の形態２の半導体装置を製造する
さいの前半の各製造工程における半導体装置の断面図

【図４】本発明の実施の形態２の半導体装置を製造する
さいの後半の各製造工程における半導体装置の断面図

【図５】本発明の実施の形態３の半導体装置を製造する
さいの各製造工程における半導体装置の断面図

【図６】本発明の実施の形態４の半導体装置を製造する
さいの前半の各製造工程における半導体装置の断面図

【図７】本発明の実施の形態４の半導体装置を製造する
さいの後半の各製造工程における半導体装置の断面図

【図８】本発明の実施の形態５の半導体装置を製造する
さいの各製造工程における半導体装置の断面図

【図９】本発明の実施の形態６の半導体装置を製造する
さいの各製造工程における半導体装置の断面図

【図１０】従来の半導体装置を製造するさいの各製造工
程における半導体装置の断面図

【符号の説明】

１シリコン基板２下層配線３第一シリコン酸化膜４サイドウォール５第二シリコン酸化膜６第三シリコン酸化膜７アルミ膜８シリコン酸化膜９シリコン酸化膜１０フォトレジスト１１過酸化水素もしくは過酸化水素と窒素等の不活性
ガスとの混合ガス１２シリコン酸化膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平10−189578（ＪＰ，Ａ) 特開平９−260491（ＪＰ，Ａ) 特開平９−260368（ＪＰ，Ａ) 特開平９−232426（ＪＰ，Ａ) 特開平９−116011（ＪＰ，Ａ) 特開平８−203892（ＪＰ，Ａ) 特開平８−162618（ＪＰ，Ａ) 特開平５−3195（ＪＰ，Ａ) 特開平１−91435（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/316 H01L 21/283

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に凹凸のある半導体装置にシラノール
系のポリマーのシリコン酸化膜を形成する場合、そのシ
リコン酸化膜の形成前に、前記半導体装置の凸部の側面
に、前記凹凸による段差をなめらかにする親水性の膜を
形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】表面に凹凸のある半導体装置にシラノール
系のポリマーのシリコン酸化膜を形成する場合、そのシ
リコン酸化膜の形成前に、前記半導体装置の凸部の側面
に、前記凹凸による段差をなめらかにし、屈折率が１．
５０以下である膜を形成することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
【請求項３】表面に凹凸のある半導体装置にシリコン酸
化膜を形成する場合、そのシリコン酸化膜の形成前に、
前記半導体装置の凸部の側面および上面それぞれに、所
定の膜を形成し、前記側面に形成される膜は、前記上面
に形成される膜より、親水性が高いことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
【請求項４】表面に凹凸のある半導体装置にシリコン酸
化膜を形成する場合、そのシリコン酸化膜の形成前に、
前記半導体装置の凸部の側面および上面それぞれに、所
定の膜を形成し、前記側面に形成される膜の屈折率は、
前記上面に形成される膜の屈折率より、小さいことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】表面に凹凸のある半導体装置にシリコン酸
化膜を形成する場合、そのシリコン酸化膜の形成前に、
前記半導体装置の凸部の上面のみに所定の膜を形成し
て、前記凸部の高さと実質上同等の高さとなるような厚
さで、前記シリコン酸化膜を形成し、その後、前記所定
の膜を除去することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項６】表面に凹凸のある半導体装置にシリコン酸
化膜を形成する場合、そのシリコン酸化膜をシランと過
酸化水素ガスを用いて形成するさいに、前記シランと前
記過酸化水素ガスの重量混合比率（ＳｉＨ₄／Ｈ₂Ｏ₂）
を、時間とともに、前記シランの比率が小さくなるよう
に変化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】表面に凹凸のある半導体装置にシリコン酸
化膜を形成する場合、そのシリコン酸化膜の形成後に、
過酸化水素、または、過酸化水素と不活性ガスとの混合
ガス雰囲気中に曝すことを特徴とする半導体装置の製造
方法。