JP3504940B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

Info

Publication number
JP3504940B2
JP3504940B2 JP2002142683A JP2002142683A JP3504940B2 JP 3504940 B2 JP3504940 B2 JP 3504940B2 JP 2002142683 A JP2002142683 A JP 2002142683A JP 2002142683 A JP2002142683 A JP 2002142683A JP 3504940 B2 JP3504940 B2 JP 3504940B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
fluorine
silicon oxide
containing silicon
oxide film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002142683A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2003332330A (ja
Inventor
博臣 傳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP2002142683A priority Critical patent/JP3504940B2/ja
Priority to US10/246,675 priority patent/US6998340B2/en
Publication of JP2003332330A publication Critical patent/JP2003332330A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3504940B2 publication Critical patent/JP3504940B2/ja
Priority to US11/221,832 priority patent/US7419919B2/en
Priority to US12/183,287 priority patent/US7985696B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02126Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC
    • H01L21/02131Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC the material being halogen doped silicon oxides, e.g. FSG
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/401Oxides containing silicon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H01L21/02208Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si
    • H01L21/02211Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition the precursor containing a compound comprising Si the compound being a silane, e.g. disilane, methylsilane or chlorosilane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02362Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment formation of intermediate layers, e.g. capping layers or diffusion barriers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314Inorganic layers
    • H01L21/316Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/31604Deposition from a gas or vapour
    • H01L21/31629Deposition of halogen doped silicon oxide, e.g. fluorine doped silicon oxide
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76822Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc.
    • H01L21/76826Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc. by contacting the layer with gases, liquids or plasmas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76822Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc.
    • H01L21/76828Modification of the material of dielectric layers, e.g. grading, after-treatment to improve the stability of the layers, to increase their density etc. thermal treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76829Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
    • H01L21/76832Multiple layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76829Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
    • H01L21/76834Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers formation of thin insulating films on the sidewalls or on top of conductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76837Filling up the space between adjacent conductive structures; Gap-filling properties of dielectrics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02126Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02164Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon oxide, e.g. SiO2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、層間絶縁膜等とし
てフッ素(F)を含有したシリコン酸化膜(以下、「F
SG膜」ということがある)を有する半導体装置の製造
方法に関し、詳しくは、プラズマCVD(Chemic
al Vaper Deposition)法によりF
SG膜を成膜する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、メタル配線の層間膜に低誘電率材
料が要求されており、プラズマCVD法によるFSG膜
もその一つとして注目されている。プラズマCVD法に
よるFSG膜は低誘電率材料の中では比較的脱ガスの少
ない安定した膜であり、さらに狭スリットの埋め込み特
性に優れた特徴を持つ材料である。
【0003】従来の半導体装置のプロセスフローを図1
0に示す。図示しないTrを有する基板11上に形成し
た絶縁膜12の上にスパッタ法により例えばアルミ合金
13aと高融点金属13bとを積層した金属積層膜13
を成膜する(図10(a))。この金属積層膜13にパ
ターニングを行ってメタル配線14を形成する(図10
(b))。続いて、メタル配線14及び露出した絶縁膜
12上にFSG膜15を例えば1000nmプラズマC
VD法により成膜する(図10(c))。その後、CM
P(Chemical and Mechanical
Polishing)法によりFSG膜15表面を平
坦化し、ついで、フッ素(F)の離脱を抑制させる(F
の脱ガス防止のための)キャップ膜16としてSi−r
ichなシリコン酸化膜を例えば200nmプラズマC
VD法により形成する(図10(d))。次いで、FS
G膜15、キャップ膜16にスルーホール17を開口す
る(図10(e))。そして、キャップ膜16上及びス
ルーホール17開口部にスパッタ法またはCVD法によ
りTiN膜18を例えば50nm成膜する(図10
(f))。その後、CVD法によりスルーホール17内
を十分埋め込めるW膜19を成膜する(図10
(g))。最後にCMP法によりスルーホール17以外
の部分のTiN膜18及びW膜19を除去する(図10
(h))。この工程を所望の回数繰り返し、その後、例
えばH2を含む雰囲気中で400℃程度の熱処理を行
い、ダメージの回復、第1の配線14(アルミ合金膜
質)の安定化を行い、多層配線構造の半導体装置が完成
する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、FSG膜中に
含まれるFの一部が脱ガスを起こしてFが離脱し、例え
ば、キャップ膜とFSG膜とが剥れるなど配線周りでの
膜剥れを引き起こすことがわかってきた。キャップ膜を
成膜することで、ある程度のFのトラップは可能となる
が、多層化によるトータルのFSG膜の厚膜化および熱
履歴の増加によりF脱ガスが防ぎきれず、配線周りでの
膜剥がれが発生してしまう。またキャップ膜を薄膜化す
るとW膜をCMP法により除去する際、膜減りのためF
のトラップ効果が損なわれるし、厚膜化すると層間容量
の増加やエッチング精度の問題があるため、FSG膜そ
のものからのF脱ガスを抑制し、キャップ膜のFトラッ
プ効果も高める必要がある。
【0005】従って、本発明は、前記従来における諸問
題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、プラズマCVD法を用いて、フ
ッ素の離脱が抑制されたフッ素含有シリコン酸化膜(F
SG膜)を有し、膜剥がれの生じない安定した半導体装
置の製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題は、以下の手段
により解決される。即ち、(1)チャンバ内に基板を配置し、プラズマCVD法を
用いて基板上に少なくとも2層のフッ素含有シリコン酸
化膜を成膜する工程を含み、前記フッ素含有シリコン酸
化膜を当該シリコン酸化膜からのフッ素の離脱を抑制さ
せるよう成膜する半導体装置の製造方法であって、先に
成膜する前記フッ素含有シリコン酸化膜の成膜温度より
も、後に成膜する前記フッ素含有シリコン酸化膜の成膜
温度を低くする ことを特徴とする半導体装置の製造方法
である。
【0007】このときのフッ素含有シリコン酸化膜の成
膜温度は、フッ素含有シリコン酸化膜を成膜する工程以
降の他の工程における温度よりも高いくすることが、フ
ッ素含有シリコン酸化膜に成膜温度以上の熱処理が加わ
らない観点から好ましい。また、フッ素含有シリコン酸
化膜を、450℃以下の成膜温度で成膜することが好ま
しい。ここで、他の工程は、フッ素含有シリコン酸化膜
を成膜する工程以降の全ての工程のことをいうが、2層
以上のフッ素含有シリコン酸化膜を成膜する場合、各々
のフッ素含有シリコン酸化膜を成膜する工程以降のずべ
ての工程を意味する。従って、例えば2つのフッ素含有
シリコン酸化膜を成膜する工程間に行われる他の工程の
処理温度は、先に成膜されるフッ素含有酸化膜の成膜温
度よりも低ければ、後に成膜される成膜温度よりも高く
ても構わない。
【0008】即ち、(1)に記載の発明では、少なくと
も2層のフッ素含有シリコン酸化膜を成膜する際、先に
成膜するフッ素含有シリコン酸化膜の成膜温度よりも、
後に成膜するフッ素含有シリコン酸化膜の成膜温度を低
くして成膜すると、下層のフッ素含有シリコン酸化膜
に、当該フッ素含有シリコン酸化膜の成膜温度以上の熱
処理が加わらないので、好適に、フッ素の離脱が抑制さ
れたフッ素含有シリコン酸化膜を有し、膜剥がれの生じ
ない安定した半導体装置を製造することができる。これ
は、フッ素含有シリコン酸化膜が成膜温度よりも高い熱
処理を比較的長い時間与えると、フッ素含有シリコン酸
化膜からフッ素が離脱し易くなるためだと推測される。
【0009】このように、プラズマCVD法を用いて、
フッ素含有シリコン酸化膜を、当該シリコン酸化膜から
のフッ素の離脱を抑制(フッ素脱ガスを抑制)させるよ
う成膜することで、フッ素の離脱が抑制されたフッ素含
有シリコン酸化膜を有し、膜剥がれの生じない安定した
半導体装置を製造することができる。なお、フッ素含有
シリコン酸化膜からのフッ素の離脱は、TDS(The
rmal Desorption Spectrosc
ope:昇温脱離ガス分析)により検知することができ
る。
【0010】(2)フッ素含有シリコン酸化膜を成膜す
る際、成膜温度を昇降させることを特徴とする前記
(1)に記載の半導体装置の製造方法。
【0011】即ち、(2)に記載の発明では、成膜時に
成膜温度を昇降させることで、膜に加わる熱量を低減さ
せることができるので、好適に、フッ素の離脱が抑制さ
れたフッ素含有シリコン酸化膜を含有したシリコン酸化
膜を有し、膜剥がれの生じない安定した半導体装置を製
造することができる。
【0012】(3)プラズマによる原料ガスの未分解成
分が発生する圧力より低い圧力下で、フッ素含有シリコ
ン酸化膜を成膜することを特徴とする前記(1)に記載
の半導体装置の製造方法である。
【0013】即ち、(3)に記載の発明では、フッ素含
有シリコン酸化膜からのフッ素の離脱の原因となる未分
解成分が発生する圧力より低い圧力下で、フッ素含有シ
リコン酸化膜を成膜することで、当該シリコン膜中に未
分解成分であるSiF2・、SiF・が取り込まれ難く
なり、好適に、フッ素の離脱が抑制されたフッ素含有シ
リコン酸化膜を含有したシリコン酸化膜を有し、膜剥が
れの生じない安定した半導体装置を製造することができ
る。
【0014】(4)目的とする1層のフッ素含有シリコ
ン酸化膜を成膜する際、成膜を一旦停止し、プラズマに
より生成したSiF4ガスの未分解成分をチャンバ内か
ら排出した後、再び成膜を開始することを特徴とする前
記(1)に記載の半導体装置の製造方法である。
【0015】即ち、(4)に記載の発明では、所望の膜
厚まで成膜し、この成膜を一旦停止し、チャンバ内か
ら、フッ素含有シリコン酸化膜からのフッ素の離脱の原
因となる未分解成分であるSiF2・、SiF・を排出
し、再び成膜開始することで、フッ素含有シリコン膜中
に未分解成分であるSiF2・、SiF・が取り込まれ
難くなり、好適に、フッ素の離脱が抑制されたフッ素含
有シリコン酸化膜を含有したシリコン酸化膜を有し、膜
剥がれの生じない安定した半導体装置を製造することが
できる。
【0016】(5)チャンバ内に直接SiF・(・はラ
ジカルを示す)を導入して、フッ素含有シリコン酸化膜
を成膜することを特徴とする前記(1)に記載の半導体
装置の製造方法である。
【0017】即ち、(5)に記載の発明では、チャンバ
内に原料ガス(SiF4)ではなく直接SiF・を導入
することで、効率良く成膜に寄与させることができるの
で、好適に、フッ素の離脱が抑制されたフッ素含有シリ
コン酸化膜を含有したシリコン酸化膜を有し、膜剥がれ
の生じない安定した半導体装置を製造することができ
る。
【0018】(6)目的とする1層のフッ素含有シリコ
ン酸化膜を厚み方向に分割して成膜し、且つ分割して成
膜する各フッ素含有シリコン酸化膜間に、フッ素含有シ
リコン酸化膜からのフッ素の離脱を抑制させるキャップ
膜を成膜して、キャップ膜が挿入されたフッ素含有シリ
コン酸化膜全体の厚みを所望の膜厚とすることを特徴と
する前記(1)に記載の半導体装置の製造方法である。
【0019】即ち、(6)に記載の発明では、フッ素含
有シリコン酸化膜の成膜を厚み方向に分割して行い、且
つ分割して成膜する各フッ素含有シリコン酸化膜間に、
キャップ膜を成膜して、キャップ膜が挿入されたフッ素
含有シリコン酸化膜全体の厚みを所望の膜厚としたもの
を得る。このため、熱処理が行われフッ素含有シリコン
酸化膜を含有したシリコン酸化膜中の全ての遊離Fがキ
ャップ膜もしくはその近傍に集中しても、目的とする1
層のフッ素含有シリコン酸化膜中に、少なくとも一層の
キャップ膜が挿入されているので、より確実にフッ素含
有シリコン酸化膜を含有したシリコン酸化膜からFをト
ラップし、好適に、フッ素の離脱が抑制されたフッ素含
有シリコン酸化膜を含有したシリコン酸化膜を有し、膜
剥がれの生じない安定した半導体装置を製造することが
できる。
【0020】本発明の半導体装置の製造方法は、特に、
基板上に、配線層を形成する工程とフッ素含有シリコン
酸化膜を成膜する工程とを含み、各工程を複数回繰り返
すことで、多層配線構造の半導体装置を製造する半導体
装置の製造方法に適している。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面を参照して説明する。なお、実質的に同様の機能
を有するものには、全図面通して同じ符号を付して説明
し、場合によってはその説明を省略することがある。
【0022】(第1の実施の形態) 第1の実施の形態における半導体装置のプロセスフロー
の一例を図1に示す。図示しないTrを有する基板10
1上に形成した絶縁膜102の上にスパッタ法により例
えばアルミ合金103aと高融点金属103bとを積層
した金属積層膜103を成膜する(図1(a))。この
金属積層膜103にパターニングを行ってメタル配線1
04を形成する(図1(b))。続いて、メタル配線1
04及び露出した絶縁膜102上にFSG膜105を例
えば1000nmプラズマCVD法により成膜する(図
1(c))。その後、CMP(Chemical an
d Mechanical Polishing)法に
よりFSG膜105表面を平坦化し、ついで、フッ素の
離脱を抑制させる(Fの脱ガス防止のための)キャップ
膜106としてSi−richなシリコン酸化膜を例え
ば200nmプラズマCVD法により形成する(図1
(d))。次いで、FSG膜105、キャップ膜106
にスルーホール107を開口する(図1(e))。そし
て、キャップ膜106上及びスルーホール107開口部
にスパッタ法またはCVD法によりTiN膜108を例
えば50nm成膜する(図1(f))。その後、CVD
法によりスルーホール107内を十分埋め込めるW膜1
09を成膜する(図1(g))。最後にCMP法により
スルーホール107以外の部分のTiN膜108及びW
膜109を除去する(図1(h))。この工程を所望の
回数繰り返し(第一の実施の形態では4回)、その後、
例えばH2を含む雰囲気中で400℃程度の熱処理を行
い、ダメージの回復、第1の配線104(アルミ合金膜
質)の安定化を行い、図2に示すような多層配線構造の
半導体装置が完成する。図2に示す多層配線構造の半導
体装置は、4層構造を示しており、基板側をから順に第
1層FSG膜105から第4層FSG膜105が成膜さ
れている。
【0023】ここで、プラズマCVD法によるFSG膜
の成膜条件を示す。図3に示すプラズマCVD装置にお
いて、チャンバ200内に配置されているガスインジェ
クタ201より材料ガスとして例えばSiH4/SiF4
/O2/Arをそれぞれ40/70/180/125s
ccm供給しながら排気口202よりチャンバ200内
のガスを排気し4mTorr(0.5332Pa)程度
の圧力を保持する。上部電極であるベルジャー203か
ら例えば400KHzの周波数のプラズマを出力420
0Wで発生させSiH4、SiF4、O2ガスをプラズマ
励起し基板205上にFSG膜を成膜する。同時に基板
205側の静電チャック204から例えば13.56M
Hzの周波数のRFバイアスを出力1500Wで印加し
Ar、O2ガスを基板205に衝突させ基板205上の
FSG膜のスパッタエッチを行うことで狭スリットの埋
め込みに適した層間膜形状が得られる。成膜時の成膜温
度調整は静電チャック204を介して基板205裏面に
向けて導入するHe導入管206からのHe圧力にて行
う。
【0024】また、プラズマCVD法によるキャップ膜
の成膜条件の一例を示す。図3に示すプラズマCVD装
置において、チャンバ200内に配置されているガスイ
ンジェクタ201より材料ガスであるSiH4/O2/A
rをそれぞれ180/340/240sccm供給しな
がら排気口202よりチャンバ200内のガスを排気し
5mTorr(0.6665Pa)程度の圧力を保持す
る。上部電極であるベルジャー203から400KHz
の周波数のプラズマを出力3500Wで発生させSiH
4、O2ガスをプラズマ励起し基板205上にSi‐ri
chなシリコン酸化膜からなるキャップ膜を成膜する。
キャップ膜はFをトラップさせるためにSiH4ガス流
量を多くしSi‐richなシリコン酸化膜にする。
【0025】第1の実施の形態において、第1層FSG
膜105の成膜では、図3に示すプラズマCVD装置に
おけるHe導入管206から基板205裏面に向けて導
入するHe圧力を4Torr(533.2Pa)程度に
することで成膜温度を440℃程度で成膜する。第2層
FSG膜105の成膜では同様にHe圧力を4.5To
rr(599.85Pa)程度にすることで成膜温度を
430℃程度で成膜する。第3層FSG膜105の成膜
では同様にHe圧力を5Torr(666.5Pa)程
度にすることで成膜温度を420℃程度で成膜する。第
4層FSG膜105の成膜では同様にHe圧力を5.5
Torr(733.15Pa)程度にすることで成膜温
度を410℃程度で成膜する。このように、先に成膜す
るFSG膜105の成膜温度よりも、後に成膜するFS
G膜105の成膜温度を低くして各FSG膜を成膜す
る。また、スパッタ法またはCVD法によるキャップ膜
106およびW膜109等の成膜温度やCMP法を施す
温度を400℃以下とし、その後も400℃以上の熱処
理を行わないようにする。
【0026】ここで、図4にHDP(High Den
sity Plasma)−FSG膜F脱ガス量の温度
依存性の一例を示す。図4に示すように、FSG膜を熱
処理しても成膜温度以下(第1の実施の形態では、第1
層FSG膜の成膜温度440℃以下)では、Fの脱ガス
が抑制されることがわかる。図4に示すように、好まし
くは500℃以下、さらに好ましくは450℃以下の成
膜温度で各FSG膜を成膜する、或いはこのような範囲
の処理温度で他の工程(第1層FSG膜105成膜以降
の後工程)を処理することが好適であることがわかる。
【0027】また、成膜時のHe圧及び成膜温度と、得
られるFSG膜のフッ素濃度(SiF/SiO高さ比)
との関係を以下に示す。この関係から、第1の実施の形
態で得られる各FSG膜のフッ素濃度は高いことがわか
る。
【0028】このように、第1の実施の形態では、先に
成膜するFSG膜の成膜温度よりも、後に成膜するFS
G膜の成膜温度を低くして各FSG膜を成膜する、即
ち、FSG膜を成膜する毎に成膜温度を少しずつ低くす
ることで、下層のFSG膜からのFの脱離を抑制しつつ
成膜することができ、Fの脱離が抑制されたFSG膜を
有し、膜剥がれの生じない安定した多層配線構造の半導
体装置を製造することが可能である。また、第1の実施
の形態では、第1層FSG膜105成膜以降の他の工程
を、第4層FSG成膜の成膜温度より低い処理温度で処
理しており、各FSG膜は各FSG膜の成膜以降の他の
工程における処理温度よりも高い温度で成膜している。
このため、全てのプロセスを通して、各FSG膜に成膜
温度以上の熱処理が加わらず、FSG膜からのFの脱離
を抑制させることができ、より好適にFの脱離が抑制さ
れたFSG膜を有し、膜剥がれの生じない安定した多層
配線構造の半導体装置を製造することが可能である。
【0029】(第2の実施の形態) 第2の実施の形態は、第1の実施の形態と同様な構成の
多層配線構造の半導体装置を製造する際、FSG膜成膜
時に、図5(a)に示すように、図3に示すプラズマC
VD装置における基板205裏面に向けて導入するHe
導入管206からのHe圧力を例えば10秒ごとに変化
させることで、図5(b)に示すように成膜温度を急速
に昇降させる。このように、第2の実施の形態おいて
は、基板温度を昇降させることで、例えば390〜49
0℃の範囲で成膜温度を変化させながら、第1層FSG
膜105を成膜する。同様に、第2層FSG膜105は
成膜温度を例えば380〜480℃の範囲で、第3層F
SG膜105は成膜温度を例えば370〜470℃の範
囲で、第4層FSG膜105は成膜温度を例えば360
〜410℃の範囲で変化させで成膜する。なお、好適な
成膜温度の昇降条件としては、成膜温度400〜450
℃の範囲内、昇降温度幅50〜100の範囲、昇降間隔
10〜20秒ごとである。
【0030】このように、第2の実施の形態では、FS
G膜成膜時に成膜温度を昇降させることにより、FSG
膜(特に下層のFSG膜)に加わるトータルの熱量を少
なくなり、FSG膜からのFの脱離を抑制しつつ成膜す
ることができるので、Fの脱離が抑制されたFSG膜を
有し、膜剥がれの生じない安定した多層配線構造の半導
体装置を製造することが可能である。これは、FSG膜
成膜時に、成膜温度が比較的高い温度に到達してもFS
G膜からのFの脱離が開始する前に下げるためたど考え
られる。このため、第2の実施の形態では、第1の実施
の形態よりも高温でFSGを成膜することができる。ま
た、同様に、基板に加わるトータルの熱量を少なくでき
るため、メタル配線の抵抗を増加させることなく多層配
線構造の半導体装置を製造することが可能である。さら
に、他の工程(第1層FSG膜105成膜以降の後工
程)も同様に使用温度を昇降させて処理することで、F
SG膜からのFの脱離を抑制することができ、より好適
にFの脱離が抑制されたFSG膜を有し、膜剥がれの生
じない安定した多層配線構造の半導体装置を製造するこ
とが可能である。
【0031】(第3の実施の形態) 第3の実施の形態は、第1の実施の形態と同様な構成の
多層配線構造の半導体装置を製造する際、各FSG膜の
成膜を、図2におけるプラズマCVD装置におけるチャ
ンバ200内の圧力を例えば2mTorr(0.266
6Pa)として、SiF4ガス(原料ガス)の未分解成
分(SiF3・、SiF2・)が発生する圧力より低い圧
力下で行う。
【0032】通常、チャンバ内のFは、SiF4ガスお
よびプラズマ分解されたSiF3・、SiF2・、SiF
・のラジカルの形で存在する(「・」はラジカルを示
す)。このため、成膜が進むとエネルギーがもっとも高
いSiF・がFSG膜として消費され、チャンバ内のS
iF・が欠乏し、次にエネルギーの高いSiF2・ある
いはSiF3・をFSG膜中に取り込みやすくなり、こ
の未分解成分であるSiF2・およびSiF3・がFの離
脱の原因となる。このため、第3の実施の形態のよう
に、チャンバ内の圧力を2mTorr(0.2666P
a)と低圧力下(従来は4mTorr(0.5332P
a)程度)とすることで、SiF4ガス(原料ガス)の
未分解成分(SiF3・、SiF2・)の生成が抑制さ
れ、チャンバ内にはSiF・の存在率が高くなり、常
時、SiF・を供給することができる。なお、成膜時の
圧力は、2mTorr(0.2666Pa)に限定され
るわけではなく、SiF4ガス(原料ガス)の未分解成
分(SiF3・、SiF2・)の生成が抑制される圧力で
あればよく、成膜温度あるいはデポレート(成膜速度)
等の兼ね合いから、好ましくは2mTorr(0.26
66Pa)以下、より好ましくは1〜2mTorr
(0.1333〜0.2666Pa)とすることが好適
である。
【0033】このように、第3の実施の形態では、Si
4ガス(原料ガス)の未分解成分(SiF3・、SiF
2・)の生成が抑制されるような2mTorr(0.2
666Pa)と低圧力下で、FSG膜を成膜すること
で、Fの脱離が抑制されたFSG膜を有し、膜剥がれの
生じない安定した多層配線構造の半導体装置を製造する
ことが可能である。
【0034】(第4の実施の形態) 第4の実施の形態は、第1の実施の形態と同様な構成の
多層配線構造の半導体装置を製造する際、各FSG膜
を、図6に示すように、メタル配線600を形成した
後、その上にFSG膜601を例えば100nm成膜す
る。その後、プラズマ印加およびガス導入を一旦停止
し、チャンバ内を例えば内圧1mTorr(0.133
3Pa)まで真空に近い状態に真空引きした後、再びF
SG602膜を100nm成膜する。以下、所望の膜厚
までこの手順を繰り返し成膜する。
【0035】通常、チャンバ内のFは、第3の実施の形
態で説明したように、SiF4ガスおよびプラズマ分解
されたSiF3・、SiF2・、SiF・のラジカルの形
で存在し、この未分解成分であるSiF3・、SiF2
がFの離脱の原因となる。このため、このため、第4の
実施の形態のように、FSG膜を所望の膜厚まで成膜
し、この成膜を一旦停止し、チャンバ内を例えば内圧1
mTorr(0.1333Pa)まで真空に近い状態に
真空引きして未分解成分であるSiF3・、SiF2・を
排出すると、再びFSG膜の成膜を開始する際には、再
びSiF・が供給されているため、成膜時には常にチャ
ンバ内にはSiF・の存在率が高くなり、SiF2・、
SiF3・がFSG膜中に取り込まれにくくなる。
【0036】このように、第4の実施の形態では、FS
G膜の成膜を一旦停止し、未分解成分であるSiF
2・、SiF3・をチャンバ内から排出した後、再び成膜
を開始し、これを繰り返すことで、所望の膜厚のFの脱
離が抑制されたFSG膜を有し、膜剥がれの生じない安
定した多層配線構造の半導体装置を製造することが可能
である。また、第4の実施の形態では、FSG膜の成膜
時にチャンバ内の圧力を下げないので、成膜速度を低下
させることなくFSG膜を成膜することもできる。
【0037】(第5の実施の形態) 第5の実施の形態は、第1の実施の形態と同様な構成の
多層配線構造の半導体装置を製造する際、各FSG膜
を、図7に示すプラズマCVD装置を用いてFSG膜を
成膜する。図7に示すプラズマCVD装置は、SiF4
ガスを導入しSiF・700を発生させるプラズマ発生
器701と、プラズマ発生器701からチャンバ200
内にSiF・700を導入する導入管702とを備える
以外は、図3に示すプラズマCVD装置と同様な構成で
ある。
【0038】図7に示すプラズマCVD装置では、プラ
ズマ発生器701内にSiF4ガスを導入しSiF・7
00を発生させ、導入管702からチャンバ200内に
SiF・700を導入する。SiF・700のチャンバ
200内への導入は、導入管702に巻かれたコイル7
03によって発生させる磁界により行う。また、プラズ
マ発生器701は独自で排気ラインを備え、チャンバ2
00と同圧を保持することで導入管702を通してのS
iF4ガスの移動を防止している。チャンバ200内で
は、ガスインジェクタ201からO2/Arのみが供給
され、導入管702からSiF・が供給され、第1の実
施の形態同様にプラズマ処理を行いFSG膜を成膜す
る。
【0039】図7に示すプラズマCVD装置では、プラ
ズマ発生器701で生成されたSiF・700は、極性
が高いので、未分解成分であるSiF2・、SiF3・よ
りも優先的に磁界によってチャンバ200内に供給され
る。さらに、未分解成分であるSiF2・、SiF3・が
チャンバ200内に供給されても、通常供給されるSi
4ガスを分解するのに使われていたプラズマエネルギ
ーがSiF2・、SiF3・の分解に使用され、チャンバ
内のSiF・の存在率を高くすることができるのでSi
F・を成膜に効率良く寄与させ、また、未分解成分であ
るSiF2・、SiF3・が膜中に取り込まれにくくな
る。
【0040】このように、第5の実施の形態では、チャ
ンバ内に直接SiF・を導入することで、Fの脱離が抑
制されたFSG膜を有し、膜剥がれの生じない安定した
多層配線構造の半導体装置を製造することが可能であ
る。なお、チャンバ200内に直接SiF・を導入可能
であれば、図7に示すプラズマCVD装置に限定される
ことはなく、任意のプラズマCVD装置を用いることが
できる。
【0041】(第6の実施の形態) 第6の実施の形態は、第1の実施の形態と同様な構成の
多層配線構造の半導体装置を製造する際、各FSG膜
を、図8に示すように、メタル配線800を形成した
後、その上にFSG膜801を成膜し、メタル配線80
0上のFSG膜801を残膜厚が例えば200nmとな
るようにCMP法により除去する。続いて、FSG膜1
08上にSi−richなシリコン酸化膜をフッ素の離
脱を抑制させるキャップ膜802として例えば100n
mの膜厚で成膜する。さらにキャップ膜802上にFS
G膜803を例えば200nmの膜厚で成膜し、当該F
SG膜803上に同様にSi−richなシリコン酸化
膜をフッ素の離脱を抑制させるキャップ膜802として
例えば100nmの膜厚で成膜する。このように、目的
とする1層のFSG膜を分割して成膜し、キャップ膜が
挿入された所望の膜厚のFSG膜を成膜する。また、上
記成膜を複数繰り返すことで、図9に示すように、複数
のキャップ膜が挿入された所望の膜厚のFSG膜を成膜
することができる。このとき、FSG膜803の膜厚を
例えば80nmとし、キャップ膜802を例えば20n
mとして、各膜を薄くして成膜する。なお、少なくとも
一層のキャップ膜が挿入されたFSG膜全体の厚みを所
望の膜厚とした1層のFSG膜を形成する場合、分割し
て成膜する各FSG膜の膜厚は40〜80nm、挿入さ
れる各キャップ膜の膜厚は、10〜400nmであるこ
とが好ましい。
【0042】通常の半導体装置は、FSG膜表面のみに
キャップ膜が成膜した構成であり、このような構成で熱
処理を行うとFSG膜中の全ての遊離Fがキャップ膜も
しくはその近傍に集中するため、キャップ膜で全てのF
をトラップできなくなる。これは、CMP法よりキャッ
プ膜がオーバー研磨されると顕著になる。このため、第
6の実施の形態のように、FSG膜及びキャップ膜を連
続して交互に成膜することで、キャップ膜が挿入された
所望の膜厚のFSG膜を得ることができ、これによりよ
り確実にFSG膜からFをトラップすることができる。
また、FSG膜中の遊離Fが一箇所に集中することによ
り、FSG膜中のFプロファイルに不均一が生じ、その
結果Fが少なく容量の高い箇所が発生する。一箇所でも
容量の高い部分があるとトータルの層間容量は高くなる
不利も発生する。このため、第6の実施の形態のよう
に、FSG膜及びキャップ膜を連続して交互に成膜する
ことで、キャップ膜が挿入された所望の膜厚のFSG膜
を成膜し、FSG膜間のキャップ膜に集中するFを半減
させ、Fの欠乏による層間容量の増加も抑制できる。さ
らに、挿入したキャップ膜はCMP法による膜減りがな
いため特性ばらつきを少なくできる。また、図9に示す
ように、FSG膜にキャップ膜を複数層挿入すると遊離
Fの集中およびFの欠乏をさらに抑制することができ
る。さらにキャップ膜の薄膜化によりエッチング後のF
SG膜/キャップ膜界面のスルーホール(TH)形状差
を少なくすることができる。
【0043】このように、第6の実施の形態では、フッ
素含有シリコン酸化膜とキャップ膜とを交互に成膜し
て、FSG膜の成膜を厚み方向に分割して行い、キャッ
プ膜が挿入されたFSG膜全体の厚みを所望の膜厚とし
た1層のFSG膜を成膜することで、Fの脱離が抑制さ
れたFSG膜を有し、膜剥がれの生じない安定した多層
配線構造の半導体装置を製造することが可能である。
【0044】本発明の半導体装置の製造方法において
は、上述のように、フッ素の離脱が抑制されたフッ素含
有シリコン酸化膜(FSG膜)を成膜できるので、得ら
れたFSG膜は非常にフッ素濃度が高い膜となってい
る。一般にフッ素濃度が高いFSG膜は、誘電率が低い
傾向があるため、層間絶縁膜として非常に有効であり、
性能が安定した半導体装置となる。
【0045】なお、上記何れの実施の形態に係る本発明
の半導体装置の製造方法においても、限定的に解釈され
るものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現
可能であることは、言うまでもない。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラズマCVD法を用いて、フッ素の離脱が抑制された
フッ素含有シリコン酸化膜(FSG膜)を有し、膜剥が
れの生じない安定した半導体装置を得ることができる半
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】 実施の形態に係る半導体装置の製造方法のプ
ロセスフローの一例を示す概略図である。
【図2】 実施の形態に係る半導体装置の製造方法によ
り得られる半導体装置の一例を示す概略構成図である。
【図3】 実施の形態に係る半導体装置の製造方法で用
いられるプラズマCVD装置の一例を示す概略構成図で
ある。
【図4】 FSG膜のF脱ガス量温度依存性について示
す図である。
【図5】 FSG膜成膜時の成膜温度の昇降条件の1例
を示す図である。
【図6】 実施の形態に係る半導体装置の製造方法にお
けるFSG膜の成膜方法の1例について説明する概略構
成図である。
【図7】 実施の形態に係る半導体装置の製造方法で用
いられるプラズマCVD装置の一例を示す概略構成図で
ある。
【図8】 実施の形態に係る半導体装置の製造方法にお
けるFSG膜の成膜方法の1例について説明する概略構
成図である。
【図9】 実施の形態に係る半導体装置の製造方法にお
けるFSG膜の成膜方法の1例について説明する概略構
成図である。
【図10】 従来の半導体装置の製造方法のプロセスフ
ローの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
101 基板 102 絶縁膜 103a アルミ合金 103b 高融点金属 103 金属積層膜 104 メタル配線 105 FSG膜 106 キャップ膜 107 スルーホール 108 TiN膜 109 W膜 200 チャンバ 201 ガスインジェクタ 202 排気口 203 ベルジャー 204 静電チャック 205 基板 206 導入管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−330926(JP,A) 特開 平10−144683(JP,A) 特開 平10−199873(JP,A) 特開 平10−242142(JP,A) 特開 平11−8235(JP,A) 特開2001−267310(JP,A) 特開2002−100628(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/316

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャンバ内に基板を配置し、プラズマC
    VD法を用いて前記基板上に少なくとも2層のフッ素含
    有シリコン酸化膜を成膜する工程を含み、 前記フッ素含有シリコン酸化膜を当該シリコン酸化膜か
    らのフッ素の離脱を抑制させるよう成膜する半導体装置
    の製造方法であって、先に成膜する前記フッ素含有シリコン酸化膜の成膜温度
    よりも、後に成膜する前記フッ素含有シリコン酸化膜の
    成膜温度を低くする ことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 前記フッ素含有シリコン酸化膜を、前記
    フッ素含有シリコン酸化膜を成膜する工程以降の他の工
    程における温度よりも高い成膜温度で成膜することを特
    徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記フッ素含有シリコン酸化膜を、45
    0℃以下の成膜温度で成膜することを特徴とする請求項
    1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記フッ素含有シリコン酸化膜を成膜す
    る際、成膜温度を昇降させることを特徴とする請求項1
    に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 プラズマによる原料ガスの未分解成分が
    発生する圧力より低い圧力下で、前記フッ素含有シリコ
    ン酸化膜を成膜することを特徴とする請求項1に記載の
    半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 目的とする1層の前記フッ素含有シリコ
    ン酸化膜を成膜する際、成膜を一旦停止し、プラズマに
    より生成したSiF4ガスの未分解成分を前記チャンバ
    内から排出した後、再び成膜を開始することを特徴とす
    る請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記チャンバ内に直接SiF・(・はラ
    ジカルを示す)を導入して、前記フッ素含有シリコン酸
    化膜を成膜することを特徴とする請求項1に記載の半導
    体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 目的とする1層の前記フッ素含有シリコ
    ン酸化膜を厚み方向に分割して成膜し、且つ分割して成
    膜する前記各フッ素含有シリコン酸化膜間に、前記フッ
    素含有シリコン酸化膜からのフッ素の離脱を抑制させる
    キャップ膜を成膜して、前記キャップ膜が挿入された前
    記フッ素含有シリコン酸化膜全体の厚みを所望の膜厚と
    することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製
    造方法。
  9. 【請求項9】 基板上に、配線層を形成する工程と前記
    フッ素含有シリコン酸化膜を成膜する工程とを含み、前
    記各工程を複数回繰り返すことで、多層配線構造の半導
    体装置を製造することを特徴とする請求項1〜8のいず
    れかに記載の半導体装置の製造方法。
JP2002142683A 2002-05-17 2002-05-17 半導体装置の製造方法 Expired - Fee Related JP3504940B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002142683A JP3504940B2 (ja) 2002-05-17 2002-05-17 半導体装置の製造方法
US10/246,675 US6998340B2 (en) 2002-05-17 2002-09-19 Method of manufacturing semiconductor device
US11/221,832 US7419919B2 (en) 2002-05-17 2005-09-09 Method of manufacturing semiconductor device
US12/183,287 US7985696B2 (en) 2002-05-17 2008-07-31 Method of manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002142683A JP3504940B2 (ja) 2002-05-17 2002-05-17 半導体装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003332330A JP2003332330A (ja) 2003-11-21
JP3504940B2 true JP3504940B2 (ja) 2004-03-08

Family

ID=29417010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002142683A Expired - Fee Related JP3504940B2 (ja) 2002-05-17 2002-05-17 半導体装置の製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (3) US6998340B2 (ja)
JP (1) JP3504940B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12040228B2 (en) 2019-09-13 2024-07-16 Kioxia Corporation Semiconductor device and manufacturing method thereof

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3504940B2 (ja) * 2002-05-17 2004-03-08 沖電気工業株式会社 半導体装置の製造方法
JP5006203B2 (ja) * 2005-10-19 2012-08-22 パナソニック株式会社 金属酸化膜の形成方法、金属酸化膜及び光学電子デバイス
US8993434B2 (en) * 2010-09-21 2015-03-31 Applied Materials, Inc. Methods for forming layers on a substrate
CN104241120B (zh) * 2013-06-13 2017-03-22 无锡华润上华科技有限公司 防止硅片边缘黏附层脱落的方法

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4410558A (en) * 1980-05-19 1983-10-18 Energy Conversion Devices, Inc. Continuous amorphous solar cell production system
US4519339A (en) * 1981-03-16 1985-05-28 Sovonics Solar Systems Continuous amorphous solar cell production system
US6191026B1 (en) * 1996-01-09 2001-02-20 Applied Materials, Inc. Method for submicron gap filling on a semiconductor substrate
US6001728A (en) 1996-03-15 1999-12-14 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for improving film stability of halogen-doped silicon oxide films
US5827785A (en) 1996-10-24 1998-10-27 Applied Materials, Inc. Method for improving film stability of fluorosilicate glass films
JPH10144683A (ja) 1996-10-25 1998-05-29 Applied Materials Inc Fsg膜のギャップ充填能及び膜安定性向上のための装置及び方法
JPH10242142A (ja) 1997-02-21 1998-09-11 Nippon Asm Kk 半導体素子とその製造方法
US6228781B1 (en) * 1997-04-02 2001-05-08 Applied Materials, Inc. Sequential in-situ heating and deposition of halogen-doped silicon oxide
US6077764A (en) 1997-04-21 2000-06-20 Applied Materials, Inc. Process for depositing high deposition rate halogen-doped silicon oxide layer
JP3178375B2 (ja) * 1997-06-03 2001-06-18 日本電気株式会社 絶縁膜の形成方法
US5937323A (en) * 1997-06-03 1999-08-10 Applied Materials, Inc. Sequencing of the recipe steps for the optimal low-k HDP-CVD processing
US6136685A (en) * 1997-06-03 2000-10-24 Applied Materials, Inc. High deposition rate recipe for low dielectric constant films
US6018065A (en) * 1997-11-10 2000-01-25 Advanced Technology Materials, Inc. Method of fabricating iridium-based materials and structures on substrates, iridium source reagents therefor
JP3581546B2 (ja) * 1997-11-27 2004-10-27 キヤノン株式会社 微結晶シリコン膜形成方法および光起電力素子の製造方法
JPH11233801A (ja) * 1998-02-17 1999-08-27 Canon Inc 微結晶シリコン膜の形成方法、および光起電力素子
US6218284B1 (en) * 1999-02-01 2001-04-17 United Microelectronics, Corp. Method for forming an inter-metal dielectric layer
US6180540B1 (en) * 1999-02-18 2001-01-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method for forming a stabilized fluorosilicate glass layer
US6413871B2 (en) * 1999-06-22 2002-07-02 Applied Materials, Inc. Nitrogen treatment of polished halogen-doped silicon glass
US6165915A (en) * 1999-08-11 2000-12-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Forming halogen doped glass dielectric layer with enhanced stability
US6319814B1 (en) * 1999-10-12 2001-11-20 United Microelectronics Corp. Method of fabricating dual damascene
TW429516B (en) * 1999-10-22 2001-04-11 United Microelectronics Corp Manufacturing method for inter-metal dielectrics
JP4387573B2 (ja) * 1999-10-26 2009-12-16 東京エレクトロン株式会社 プロセス排気ガスモニタ装置及び方法、半導体製造装置、及び半導体製造装置管理システム及び方法
US6372291B1 (en) * 1999-12-23 2002-04-16 Applied Materials, Inc. In situ deposition and integration of silicon nitride in a high density plasma reactor
EP1123991A3 (en) * 2000-02-08 2002-11-13 Asm Japan K.K. Low dielectric constant materials and processes
US6541400B1 (en) * 2000-02-09 2003-04-01 Novellus Systems, Inc. Process for CVD deposition of fluorinated silicon glass layer on semiconductor wafer
JP2002057212A (ja) * 2000-08-09 2002-02-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置、及び半導体装置の製造方法
JP2001267310A (ja) 2000-03-17 2001-09-28 Tokyo Electron Ltd プラズマ成膜方法及びその装置
US6380066B1 (en) * 2000-03-21 2002-04-30 Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. Methods for eliminating metal corrosion by FSG
US6511923B1 (en) * 2000-05-19 2003-01-28 Applied Materials, Inc. Deposition of stable dielectric films
US6376360B1 (en) * 2000-08-18 2002-04-23 Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. Effective retardation of fluorine radical attack on metal lines via use of silicon rich oxide spacers
US6479098B1 (en) * 2000-12-26 2002-11-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method to solve particle performance of FSG layer by using UFU season film for FSG process
JP3504940B2 (ja) * 2002-05-17 2004-03-08 沖電気工業株式会社 半導体装置の製造方法
US6953608B2 (en) * 2003-04-23 2005-10-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Solution for FSG induced metal corrosion & metal peeling defects with extra bias liner and smooth RF bias ramp up
US7390757B2 (en) * 2005-11-15 2008-06-24 Applied Materials, Inc. Methods for improving low k FSG film gap-fill characteristics

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12040228B2 (en) 2019-09-13 2024-07-16 Kioxia Corporation Semiconductor device and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US20030216054A1 (en) 2003-11-20
JP2003332330A (ja) 2003-11-21
US7985696B2 (en) 2011-07-26
US20060009045A1 (en) 2006-01-12
US7419919B2 (en) 2008-09-02
US6998340B2 (en) 2006-02-14
US20080290473A1 (en) 2008-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2913918B2 (ja) 半導体装置の製造方法
TWI299189B (en) Semiconductor device fabrication method
JPH06349950A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP3504940B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPH10178014A (ja) 半導体装置の製造方法
WO2000054328A1 (fr) Systeme de fabrication de dispositif semi-conducteur
JP2000058643A (ja) プラグの形成方法
JP3628570B2 (ja) タングステン薄膜の形成方法、半導体装置の製造方法
JP2001250817A (ja) ドライエッチング方法及び半導体装置の製造方法
JPH0547720A (ja) 自然酸化膜の除去方法
JP3399583B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPH10116830A (ja) 配線形成方法
JP2003209169A (ja) 半導体装置の製造方法
JPH05267220A (ja) 半導体装置の密着層及びメタルプラグ形成方法
JPH0927457A (ja) 薄膜堆積方法
JPH05347270A (ja) 金属プラグの形成方法及びこれに用いるウェハ処理装置
WO1999035675A1 (fr) Procede pour former un film de titane par d.c.p.v.
JPH1112744A (ja) 化学的気相成長装置およびそのクリーニング方法
JP2674654B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPH05343354A (ja) 半導体装置の密着層及びメタルプラグ形成方法
JPH06302563A (ja) 半導体集積回路の製造方法
JPH08125018A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2000269206A (ja) 半導体装置の製造方法および薄膜形成方法
JP2000150471A (ja) エッチング装置及びこれを用いた半導体装置の製造方法
JPH06151410A (ja) 窒化チタン膜の形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20031209

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20031211

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081219

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081219

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091219

Year of fee payment: 6

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091219

Year of fee payment: 6

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101219

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101219

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219

Year of fee payment: 9

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219

Year of fee payment: 9

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees