JP4160317B2 - 絶縁膜の製造方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁膜の製造方法および半導体装置の製造方法に関するものであり、より詳細には、酸素ガス、窒素ガス、窒素ガスより多い流量で供給されるヘリウムガス、テトラエチルオルトシリケート、トリエチルボレートならびにトリエチルホスフェートを用いてBPSG膜を製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造において、膜形成のための工程技術は、物理気相蒸着(physical vapor deposition)と化学気相蒸着(chemiacl vapor deposition)とに大きく区分することができる。このうち化学気相蒸着は、形成しようとする対象物質の元素を含む気体ソースと反応気体とを基板上に供給し、基板を加熱して化学反応が起こるようにし、基板上に膜を形成する加工技術である。
【0003】
膜を形成するための工程の特性は、その膜だけでなく膜の下部に形成されている下部膜と、膜の上部に形成する上部膜などに影響を及ぼす。したがって、膜を形成するとき、膜形成以前または以後の工程特性による膜の化学的、物理的特性が十分に考慮されなければならない。
【0004】
膜のうち、金属配線の電気的絶縁または表面保護などのための絶縁膜は、酸化物にリンをドーピングしたPSG膜(phosphosilicate glass layer)、または酸化物にホウ素およびリンをドーピングしたBPSG膜(borophosphosilicate glass layer)などが主に選択される。これは、PSG膜またはBPSG膜がステップカバーレージ(step coverage)に優れ、水分に対する拡散障壁に作用してアルカリイオン(alkali ion)をゲッターリング(gettering)し、膜を形成するための工程を低温で実施することができるためである。
【0005】
しかし、膜を形成した後に膜をリフロー(reflow)させるとき、膜が拡散障壁に作用し、十分な流動性を有するために、膜は下部に水分を伝達する媒介として作用する。したがって、膜の下部に、水分により損傷される材質により構成される膜、またはシリコン材質の基板などがある場合には、厳しい問題を招来する可能性がある。それゆえ、膜を形成するとき、水分による影響を最小化するための方法が考慮されなければならない。
【0006】
水分による影響を最少化するPSG膜またはBPSG膜の形成に関する発明が、ダウスン(Dawson et al.)らに許与された米国特許第4,668,973号、日本特開昭59−222945号、日本特開平1−122139号および日本特開平8−17926号などに開示されている。
【0007】
米国特許第4,668,973号によると、基板上に窒化珪素膜を形成した後に、窒化珪素膜上に、リンが70%以下に添加されるPSG膜を形成する。これによって、PSG膜をリフローさせても、窒化珪素膜により水分の基板への浸透が阻止される。また、PSG膜に開口部を形成しても窒化珪素膜により基板が直接露出しないために、基板の酸化が阻止される。
【0008】
日本特開昭59−222945号によると、基板上に窒化珪素膜を形成した後に窒化珪素膜上にBPSG膜を形成する。これによって、BPSG膜をリフローさせても、窒化珪素膜により、水分が基板に浸透することを阻止し、基板が直接露出し酸化されることを阻止する。
【0009】
日本特開平1−122139号によると、基板およびゲート電極上に連続的に窒化珪素膜を形成した後に、ホウ素を含有するPSG膜を形成する。これによって、PSG膜をリフローさせても、窒化珪素膜により、水分が基板だけでなくゲート電極に浸透することを阻止する。
【0010】
日本特開平8−17926号によると、ポリシリコン膜上に酸化珪素膜を形成した後に、酸化珪素膜上にBPSG膜を形成する。これによって、BPSG膜をリフローさせても、酸化珪素膜により、水分がポリシリコン膜または基板に浸透することを阻止する。
【0011】
このように、PSG膜またはBPSG膜などを形成するとき、膜を窒化珪素膜上に形成することにより、水分などによる影響を最小化することができる。また、PSG膜またはBPSG膜の所定部位をエッチングして、開口部を有する絶縁膜パターンを形成するとき、窒化珪素膜は、エッチングにより下部膜または基板が損傷されることを阻止する。
【0012】
また、微細な開口部またはゲート電極により構成される凹凸部を有する最近の半導体装置の製造では、開口部またはゲート電極との間の凹部位における十分な充填のための特性も考慮しなければならない。充填特性を考慮する場合、BPSG膜が主に選択される。BPSG膜はテトラエチルオルトシリケート、トリエチルボレート、トリエチルホスフェート、酸素ガス、オゾンガス、窒素ガスおよびヘリウムガスなどを使用して化学気相蒸着を実施し形成する。
【0013】
このように、水分の浸透、ならびにエッチングによる損傷を阻止し、十分な充填特性を有するためには、主に窒化珪素膜を形成した後に窒化珪素膜上にBPSG膜を形成する。
BPSG膜の形成に対する一実施例を挙げると次のとおりである。まず、酸素ガスを用いてBPSG膜の容易な形成のための酸化性雰囲気を組成する。また、テトラエチルオルトシリケートおよび酸素ガスを用いて、窒化珪素膜により構成されるエッチング阻止膜上に第1シード層を形成した後に、トリエチルボレート、トリエチルホスフェート、テトラエチルオルトシリケートおよび酸素ガスを使用して第1シード層上に第2シード層を形成する。第1シード層および第2シード層は、BPSG膜に添加されるホウ素およびリンの含量決定に寄与する。続いて、トリエチルボレート、トリエチルホスフェート、テトラエチルオルトシリケートおよびオゾンガスを使用して第1シード層および第2シード層を含むエッチング阻止膜上にBPSG膜を形成する。このとき、BPSG膜はリンの含量が相対的に豊富に形成される。これは、第2シード層を形成するとき、トリエチルホスフェートを使用するために、十分な流動性を確保して後続のリフローでBPSG膜を凹部位内に容易に充填させるためである。
【0014】
そして、BPSG膜を窒素ガスを使用してリフローさせ、BPSG膜の表面を平坦に形成すると同時に凹凸部位のうち、凹部位内を絶縁膜で十分に充填する。しかし、凹部位内には、BPSG膜が十分に充填されずに、ボイド(void)が頻繁に形成される。これは、BPSG膜を窒素ガスを使用してリフローさせるためである。このため、窒素ガスの代わりに最近では酸素ガスおよび水素ガスを使用してBPSG膜をリフローさせ、ボイドの形成を最少化している。
【0015】
しかし、酸素ガスおよび水素ガスを使用してBPSG膜をリフローさせるとき、BPSG膜下部にあるエッチング阻止膜の厚さが減少する。これはリンの含量を決定するトリエチルホスフェートがリフローを実施するとき、酸素ガスおよび水素ガスと反応してリン酸(phosphoric acid:H3PO4)に生成され、リン酸がエッチング阻止膜をエッチングするためである。
【0016】
リフロー以前と以後のエッチング阻止膜の厚さを透過電子顕微鏡(Transmission Electron Microscopy:TEM)を使用して分析した結果、リフロー以後のエッチング阻止膜の厚さが以前より約30%減少することを確認することができた。また、オージェ電子分析器(auger electron spectroscopy:AES)を使用し、リフロー以後のエッチング阻止膜を分析した結果、エッチング阻止膜を構成する酸化物がリフロー以前より約0.2倍程度増加することを確認することができた。すなわち、リフローを通じてエッチング阻止膜の厚さが減少し、酸化が進行中であることを確認することができた。
【0017】
これにより、リフローを実施した後に、BPSG膜に、開口部を有するBPSG膜パターン形成のためのエッチングをするとき、エッチング阻止膜によるエッチング制御が適切とならない。それゆえ、エッチング阻止膜の下部にある基板が露出し、または激しい場合には、基板自体がエッチングされる場合も発生する。また、自己整合コンタクト(self align contact)などのような微細パターンが要求される最近の半導体装置の製造では、エッチング阻止膜の厚さ減少はゲート電極間のショルダマージン(shoulder margin)を十分に確保しない原因として作用する。
【0018】
一方、ホウ素含量が相対的に豊富なBPSG膜を形成する場合、十分な流動性が確保されないので、凹部位内にBPSG膜が充填されずに、ボイドが生成される。また、ホウ素含量が豊富なBPSG膜は等方性エッチング特性を有するために、開口部の形成のためのエッチングをする場合、開口部が設定された直径(critical dimension:CD)より大きく形成される。したがって、開口部の充填のための後続工程を実施するとき、開口部内が完全に充填されずに、ボイドが形成される。これは、設定された直径より大きい開口部が形成されるが、充填は設定された直径を基準するためである。
【0019】
このように、BPSG膜に添加されるリンおよびホウ素の含量を適切に調節しないために、下部のエッチング阻止膜の厚さが減少し、または等方性エッチング特性を有する。
この問題点を解決するために、本出願人はリンおよびホウ素の含量を適切に調節し、特性変化が実質的に殆どないBPSG膜を形成する方法に関する発明を2000年6月15日付に韓国特許第2000−32893号に出願したことがある。
【0020】
韓国特許第2000−32893号によると、水素ガスおよび酸素ガスを使用してBPSG膜をリフローさせても、下部にあるエッチング阻止膜の厚さの減少を最少化すると同時に、十分な充填効果と異方性エッチング特性を確保することができる。
【0021】
しかし、韓国特許第2000−32893号に開示された工程条件により形成されるBPSG膜は、エッチング阻止膜の厚さ減少に対する再現性がない。すなわち、同一な工程条件でBPSG膜を形成しても、BPSG膜を形成する装置によりその差異が発生する。装置は化学気相蒸着装置として、同一の構成を有する。
【0022】
図1は、韓国特許第2000−32893号に開示された工程条件で5.25から5.75重量%のホウ素、ならびに2.75から4.25重量%のリンが添加されるBPSG膜を形成した結果を示す。BPSG膜は同一の構成を有する15台の装置各々を使用し形成される。
【0023】
BPSG膜をリフローさせた後に、エッチング阻止膜の厚さ減少に対する偏差が激しく発生することを確認することができる。すなわち、前記の装置によっては20Å以上の厚さ偏差があった可能性がある。ゆえに、BPSG膜はエッチング阻止膜の厚さ減少に対する再現性を確保しないという結論を得た。
また、流動性絶縁膜として形成されるBPSG膜はシード層を形成する段階を実施しなければならないために、製造工程が簡単ではない問題点がある。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第1目的は、同一の構成を有する多数台の装置各々を使用して絶縁膜を形成しても、その絶縁膜が実質的に同一の特性を示す絶縁膜の製造方法を提供することにある。
本発明の第2目的は、半導体を製造するにおいて、多数台の装置各々を使用して絶縁膜を形成しても、下部膜に及ぼす影響が実質的に同一な特性を有する絶縁膜を含む半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1目的を達成するための本発明の絶縁膜の製造方法は、第1流量を有し酸化性雰囲気を組成する酸化性ガス、第2流量を有し第1不純物質を運搬する第1キャリアガス、ならびに第3流量で供給され、リンを含む第2不純物質を運搬する第2キャリアガスを使用して、第1流動性絶縁膜を形成するためにチャンバ内部をガス雰囲気に組成する段階と、第4流量を有する前記酸化性ガス、第5流量を有する前記第1キャリアガス、第6流量で供給される前記第2キャリアガスを使用し、前記チャンバ内部が基準圧力以上になるように圧力雰囲気を組成する段階と、第7流量を有する前記酸化性ガス、第8流量を有する前記第1キャリアガス、第9流量で供給される前記第2キャリアガスを使用し、前記チャンバ内部に組成された圧力雰囲気を安定化させる段階と、第10流量を有する前記酸化性ガス、第11流量を有する前記第1キャリアガス、第12流量で供給される第2キャリアガス、第1流動性絶縁膜を形成するときシリコンソースを提供するためのシリコンソース物質、第1流動性絶縁膜を形成するとき第1流動性絶縁膜に前記ホウ素をドーピングするための第1不純物質、ならびに第1流動性絶縁膜を形成するとき第1流動性絶縁膜にリンをドーピングするための第2不純物質を使用して、第1流動性絶縁膜を形成する段階とを含む。
そして、第1流量、第2流量および第3流量は、4500:3000:4000の比率を有し、第4流量、第5流量および第6流量は、9500:3000:4000の比率を有し、第7流量、第8流量および第9流量は、9500:3000:4000の比率を有し、第10流量、第11流量、第12流量、シリコンソース物質、第1不純物質および第2不純物質は、9500:3000:4000:800:170:55の比率を有し、第3流量と第6流量と第9流量と第12流量とは同一流量である。
【0026】
ガス雰囲気組成および圧力雰囲気組成に使用される酸化性ガスは酸素ガス、オゾンガス、または酸素ガスおよびオゾンガスの混合ガスのいずれかであり、第1キャリアガスは窒素ガスであり、第2キャリアガスはヘリウムガスであり、シリコンソース物質はテトラエチルオルトシリケートであり、第1不純物質はトリエチルボレート、トリメチルボレート、またはトリエチルボレートおよびトリメチルボレートの混合物質のいずれかであり、第2不純物質はトリエチルホスフェート、トリメチルホスフェート、またはトリエチルホスフェートおよびトリメチルホスフェートの混合物質のいずれかである。望ましい第2不純物質としては、トリエチルホスフェートを使用することが望ましい。
【0027】
第3流量、第6流量、第9流量および第12流量は、4,000sccmであることが望ましい。
また、第1流動性絶縁膜が形成される基板は、エッチングにより基板が損傷されることを防止するエッチング阻止膜を有することが望ましい。
【0028】
第1流動性絶縁膜を形成する以前に、第10流量と同一流量の酸化性ガス、第11流量と同一流量の第1キャリアガス、第12流量と同一流量の第2キャリアガスおよびシリコンソース物質と同一量のシリコンソース物質を使用し、不純物がドーピングされない第2流動性絶縁膜を形成する段階をさらに含むことが望ましい。そして、この第2流動性絶縁膜は、3秒以内に形成されることが望ましい。
また、第1流動性絶縁膜を形成した後に、第1流動性絶縁膜を高温雰囲気でリフローさせる段階をさらに含むことが望ましい。
【0029】
ガス雰囲気は5秒以内に組成され、圧力雰囲気は21.3kPa以上の圧力が60秒以内に組成され、安定化は15秒以内に実施されることが望ましい。
また、第1流動性絶縁膜を形成する段階は、第1流動性絶縁膜を15秒以内に形成することが望ましい。
【0030】
このように、第1キャリアガスより第2キャリアガスが多い流量を有するように供給され、4,000sccm以上に供給される。したがって、同一の構成を有する多数個台の装置各々を使用して絶縁膜を製造しても、実質的に同一の特性を有する絶縁膜を製造することができる。ゆえに、再現性が確保された絶縁膜を製造するに伴って、工程の安定性を一定に維持することができる。
【0031】
本発明の第2目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に、エッチングにより基板が損傷されることを阻止するためのエッチング阻止膜を形成する段階と、第1流量を有し酸化性雰囲気を組成する酸化性ガス、第2流量を有し、ホウ素を含む第1不純物質を運搬(carrying)する第1キャリアガス、ならびに第3流量で供給され、リンを含む第2不純物質を運搬する第2キャリアガスを使用して、エッチング阻止膜に第1流動性絶縁膜を形成するためにチャンバ内部をガス雰囲気に組成する段階と、第4流量を有する前記酸化性ガス、第5流量を有する前記第1キャリアガス、第6流量で供給される前記第2キャリアガスを使用し、前記チャンバ内部が基準圧力以上になるように圧力雰囲気を組成する段階と、第7流量を有する前記酸化性ガス、第8流量を有する前記第1キャリアガス、第9流量で供給される前記第2キャリアガスを使用し、前記チャンバ内部に組成された圧力雰囲気を安定化させる段階と、第10流量を有する酸化性ガス、第11流量を有する第1キャリアガス、第12流量で供給される第2キャリアガス、第1流動性絶縁膜を形成するときシリコンソースを提供するためのシリコンソース物質、第1流動性絶縁膜を形成するとき前記第1流動性絶縁膜に前記ホウ素をドーピングするための第1不純物質、ならびに第1流動性絶縁膜を形成するとき前記第1流動性絶縁膜にリンをドーピングするための第2不純物質を使用して、エッチング阻止膜上に第1流動性絶縁膜を形成する段階と、第1流動性絶縁膜を酸素ガスおよび水素ガスを使用する高温雰囲気でリフローさせ、第1流動性絶縁膜の表面を平坦に形成すると同時に、基板上の凹凸部位のうち凹部位を第1流動性絶縁膜で十分に充填する段階と、第1流動性絶縁膜の所定部位をエッチングして、所定部位の下部にあるエッチング阻止膜が露出する開口部を有するパターンを形成する段階とを含む。
そして、第1流量、第2流量および第3流量は、4500:3000:4000の比率を有し、第4流量、第5流量および第6流量は、9500:3000:4000の比率を有し、第7流量、第8流量および第9流量は、9500:3000:4000の比率を有し、第10流量、第11流量、第12流量、シリコンソース物質、第1不純物質および第2不純物質は、9500:3000:4000:800:170:55の比率を有し、第3流量と第6流量と第9流量と第12流量とは同一流量である。
【0032】
エッチング阻止膜は、窒化珪素を使用して60から150Å程度の厚さに形成されることが望ましい。
また、第3流量、第6流量、第9流量および第12流量は、4,000sccmであることが望ましい。
また、ガス雰囲気は5秒以内に組成され、圧力雰囲気は60秒以内に21.3kPa以上の圧力に組成され、安定化は15秒以内に実施されることが望ましい。
【0033】
ガス雰囲気組成および圧力雰囲気組成に使用される酸化性ガスは酸素ガス、オゾンガス、または酸素ガスおよびオゾンガスの混合ガスのいずれかであり、第1キャリアガスは窒素ガスであり、第2キャリアガスはヘリウムガスであり、シリコンソース物質はテトラエチルオルトシリケートであり、第1不純物質はトリエチルボレート、トリメチルボレート、またはトリエチルボレートおよびトリメチルボレートの混合物質のいずれかであり、第2不純物質はトリエチルホスフェート、トリメチルホスフェート、またはトリエチルホスフェートおよびトリメチルホスフェートの混合物質のいずれかであることが望ましい。
【0034】
第1流動性絶縁膜は、15秒以内に8,000から10,000Å程度の厚さを有するように形成されることが望ましい。
また、開口部を有するパターンは、CFxガスを含むエッチングガスを使用して第1流動性絶縁膜をエッチングすることで、形成されることが望ましい。
【0035】
工程雰囲気を組成した後かつ第1流動性絶縁膜を形成する以前に、第10流量と同一流量の酸化性ガス、第11流量と同一流量の第1キャリアガス、第12流量と同一流量の第2キャリアガスおよびシリコンソース物質と同一量のシリコンソース物質を使用し、不純物がドーピングされない第2流動性絶縁膜をエッチング阻止膜上に形成する段階をさらに含むことが望ましい。
また、第2流動性絶縁膜は、3秒以内に30から50Å程度の厚さを有するように形成されることが望ましい。
【0036】
これにより、0.15μm以下のデザイン−ルールが要求される自己整合コンタクトなどのような微細パターンを形成するときに適切に応用することができる絶縁膜を形成することができる。それだけでなく、同一の構成を有する多数台の装置各々を使用して絶縁膜を形成しても、実質的に同一の特性を有する絶縁膜を形成することができる。ゆえに、半導体装置の製造において工程再現性が十分に確保された絶縁膜を製造することができる。したがって、半導体装置の製造に安定性を確保することができる。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
図2から図4は本発明の第1実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
図2は、シリコン材質により構成される基板20が用意された状態を示す。また、図3は、基板20上に流動性絶縁膜としてBPSG膜22が形成されている状態を示す。
【0038】
図5は本発明の第1実施例による絶縁膜を製造するための製造装置を示す模式図である。
図5に示すように、基板20が置かれるステージ(stage)200が備えられている。ステージ200には基板20を加熱するための部材が設けられ、絶縁膜を形成するとき基板20を加熱する。また、ステージ200には基板20を上、下にリフティングさせるための部材が設けられ、絶縁膜を形成するときに基板20を上、下にリフティングさせる。ここで、基板20のリフティングは絶縁膜のBPSG膜22の均一度に影響を及ぼすので、各段階ごとにリフティングの間隔を制御する。基板20が置かれるステージ200を含むチャンバ30内に各段階ごとに反応ガスを供給するためのガス供給ライン210a、210b、ならびに供給ライン210a、210bを通じて供給される反応ガスを混合するためのガス混合ボックス220が備えられる。
【0039】
図6は反応ガスが混合される過程を説明するための模式図である。
図6に示すように、ガス供給ライン210a、210bが連結されるガス混合ボックス220が備えられている。反応ガスはガス混合ボックス220に各々供給され、ガス混合ボックス220内で混合され、チャンバ30内に供給される。
【0040】
ガス混合ボックス220を通じて提供される反応ガスをチャンバ30内にある基板20上に均一に供給するためのプレート230が備えられている。プレート230の全面にはガスを供給するためのホールが形成され、ガスはホールを通じて基板20上に均一に供給される。
【0041】
チャンバ30を含む装置を使用した絶縁膜としてのBPSG膜22の形成は次のとおりである。
図5から図7に示すように、基板20をチャンバ30内に配置する。また、チャンバ30内に4,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。したがって、チャンバ30内部はガス雰囲気に組成される。ガス雰囲気は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大3秒である。万一、ガス雰囲気組成が3秒以上実施される場合には、工程エラーと判断する。また、基板20が置かれるステージ200とプレート230は500ミル(mils)程度の間隔を維持する(1ミル=25μm)。ガス雰囲気組成は基板20上に形成する流動性絶縁膜としてのBPSG膜22の均一度を確保するためである。
【0042】
続いて、ガス雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。また、チャンバ30と連結されるポンピング部材(図示せず)を使用してチャンバ30内部を圧力雰囲気に組成する。ここで、圧力雰囲気は工程段階が時間および設定圧力により制御されるが、制御時間は最大60秒であり、設定圧力は最小160Torr(21.3kPa)である。万一、圧力雰囲気組成が60秒以上実施され、または160Torr(21.3kPa)以下の圧力を示す場合には、工程エラーと判断する。また、基板20が置かれるステージ200とプレート230は500ミル(mils)程度の間隔を維持する。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。
【0043】
続けて、圧力雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。また、ポンピング部材の稼動は停止される。ゆえに、チャンバ30に組成された圧力雰囲気が安定化される。ここで、安定化は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大15秒である。万一、安定化が15秒以上実施される場合には、工程エラーと判断する。また、基板20が置かれるステージ200とプレート230は220ミル(mils)程度の間隔を維持するように調節される。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。
【0044】
ガス雰囲気、圧力雰囲気ならびに安定化を含む工程雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。これと共に、チャンバ30内に800sccm程度の流量を有するテトラエチルオルトシリケート、170sccm程度の流量を有するトリエチルボレート、ならびに55sccm程度の流量を有するトリエチルホスフェートを供給する。ゆえに、基板20上に流動性絶縁膜としてBPSG膜22が形成される。ここで、BPSG膜22の形成は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大15秒である。万一、工程段階が15秒以上実施される場合には、工程エラーと判断する。また、基板20が置かれるステージ200とプレート230は220ミル(mils)程度の間隔を維持するように調節される。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。また、10,000Å程度の厚さを有するBPSG膜22を形成するように、工程は制御される。
【0045】
ここで、テトラエチルオルトシリケートはBPSG膜22を形成するとき、シリコンソース物質に使用される。そして、トリエチルボレートはBPSG膜22を形成するとき、ホウ素の原料として使用されるが、副産物の生成なしにテトラエチルオルトシリケートと混合され、熱に安定的である。ゆえに、最近では、BPSG膜22を生成するとき、トリエチルボレートが使用される。ホウ素の原料としてトリメチルボレート(Trimethylborate:TMB)を使用することもでき、トリエチルボレートおよびトリメチルボレートの混合物質を使用することもできる。トリエチルホスフェートはBPSG膜22を形成するとき、リンの原料として使用される。リンの原料としてトリメチルホスフェート(Trimethylphosphate:TMPO)を使用することもでき、トリエチルホスフェートおよびトリメチルホスフェートの混合物質を使用することもできる。また、ホウ素の原料に提供されるトリエチルボレートを運搬するガスとしては窒素ガスを使用し、リンの材料に提供されるトリエチルホスフェートを運搬するガスとしては、ヘリウムガスを使用する。そして、窒素ガスはトリエチルボレートの濃度調節用に使用され、ヘリウムガスはトリエチルホスフェートの濃度調節用に使用される。また、窒素ガスおよびヘリウムガスは圧力雰囲気組成にも使用される。
【0046】
また、流動性絶縁膜としてのBPSG膜22の形成に使用される物質の特性を具体的に説明すると、次のとおりである。
まず、テトラエチルオルトシリケート(Tetraethyl orthosilicate:TEOS)は化学気相蒸着で形成される酸化膜のシリコンソースとして、シラン(silane)よりパーティクルの生成率が低く、取扱が容易である。ゆえに、最近の流動性絶縁膜の製造に主に使用される。
【0047】
トリエチルボレート(TEB)は流動性絶縁膜としてBSG膜またはBPSG膜を形成するとき、ホウ素の原料に使用される。また、反応副産物の生成なしにテトラエチルオルトシリケートと混合されるために、最近の流動性絶縁膜の製造に主に使用される。
【0048】
トリエチルホスフェート(TEPO)は流動性絶縁膜としてPSG膜またはBPSG膜を形成するとき、リンの原料に使用される。また、最近ではホスフィンの(PH3)代わりに主に使用される。
図7は、本発明の第1実施例による流動性絶縁膜としてのBPSG膜22を形成するとき提供されるガスおよび物質を各段階別に分類するためのグラフである。
【0049】
ガス雰囲気を組成する段階では、酸素ガス、窒素ガス、ヘリウムガスを使用する。ここで、ヘリウムガスは窒素ガスより多い流量を有するように供給される。圧力雰囲気を組成する段階では、酸素ガス、窒素ガス、ヘリウムガスを使用する。ここで、ヘリウムガスは窒素ガスより多い流量を有するように供給される。
【0050】
安定化を実施する段階では、酸素ガス、窒素ガス、ヘリウムガスを使用する。ここで、ヘリウムガスは窒素ガスより多い流量を有するように供給される。
絶縁膜を形成する段階では、酸素ガス、窒素ガス、ヘリウムガスを使用する。ここで、ヘリウムガスは窒素ガスより多い流量を有するように供給される。また、前記の段階では、テトラエチルオルトシリケート、トリエチルボレートおよびトリエチルホスフェートを使用する。
【0051】
このように、ホウ素の原料として供給されるトリエチルボレート、ならびにリンの原料として供給されるトリエチルホスフェートの流量を制御することにより、5.5重量%程度のホウ素、ならびに3.0重量%程度のリンを有するBPSG膜22を形成することができる。また、キャリアガスとして窒素ガスおよびヘリウムガスを使用し、その流量を制御することにより、流動性絶縁膜としてのBPSG膜22を形成する工程再現性を十分に確保することができる。すなわち、同一の構成を有する多数台の装置を使用してBPSG膜22を形成しても、実質的に同一の特性を有するBPSG膜22を形成することができる。
【0052】
図4に示すように、BPSG膜22に酸素ガスおよび水素ガスが供給され、高温の雰囲気でリフローさせ、その表面22aを平坦に形成する。ここで、同一の構成を有する多数台の装置を使用してBPSG膜22を形成しても、リフローによるBPSG膜22の特性変化が実質的に同一である。したがって、条件により工程を実施して形成される流動性絶縁膜としてBPSG膜22は十分な再現性を確保することができる。
【0053】
図8から図11は、本発明の第2実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
前記第2実施例による絶縁膜の製造は、前述した図5および図6と同一の構成を有する装置を使用する。
【0054】
図8に示すように、基板60をチャンバ30内に配置する。また、チャンバ30内に4,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。したがって、チャンバ30内部はガス雰囲気に組成される。ガス雰囲気は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大3秒である。また、基板60が置かれるステージ200とプレート230は500ミル(mils)程度の間隔を維持する。
【0055】
続いて、ガス雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。また、チャンバ30と連結されるポンピング部材(図示せず)を使用してチャンバ30内部を圧力雰囲気に組成する。ここで、圧力雰囲気は工程段階が時間および設定圧力により制御されるが、制御時間は最大60秒であり、設定圧力は最小160Torr(21.3kPa)である。また、基板60が置かれるステージ200とプレート230は500ミル(mils)程度の間隔を維持する。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。
【0056】
続けて、圧力雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。また、ポンピング部材の稼動は停止される。したがって、チャンバ30に組成された圧力雰囲気が安定化される。ここで、安定化は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大15秒である。また、基板60が置かれるステージ200とプレート230は220ミル(mils)程度の間隔を維持するように調節される。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。
【0057】
図9に示すように、ガス雰囲気、圧力雰囲気および安定化雰囲気を含む工程雰囲気を組成した後に、基板60上に、不純物がドーピングされない流動性絶縁膜64を形成する。不純物がドーピングされない流動性絶縁膜63は、図5および図6と同一の構成を有する装置を使用し、インサイチュ(insitu)で形成される。前記の形成は次のとおりである。
【0058】
工程雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。これと共に、チャンバ30内に800sccm程度の流量を有するテトラエチルオルトシリケートを提供する。したがって、テトラエチルオルトシリケートがシリコンソース物質に作用して、基板60上に不純物がドーピングされない流動性絶縁膜64が形成される。ここで、流動性絶縁膜64の形成は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大3秒である。万一、工程段階が3秒以上実施される場合には、工程エラーと判断する。また、基板60が置かれるステージ200とプレート230は220ミル(mils)程度の間隔を維持するように調節される。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。また、40Å程度の厚さを有する流動性絶縁膜64を形成するように、工程は制御される。
【0059】
図10に示すように、不純物がドーピングされない流動性絶縁膜64上にBPSG膜62を形成する。前記の形成は次のとおりである。まず、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。これと共に、チャンバ30内に800sccm程度の流量を有するテトラエチルオルトシリケート、170sccm程度の流量を有するトリエチルボレート、ならびに55sccm程度の流量を有するトリエチルホスフェートを供給する。だから、不純物がドーピングされない流動性絶縁膜64上に流動性絶縁膜としてBPSG膜62が形成される。このとき、BPSG膜62の形成は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大15秒である。また、基板60が置かれるステージ200とプレート230は220ミル(mils)程度の間隔を維持するように調節される。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。また、10,000Å程度の厚さを有するBPSG膜62を形成するように、工程は制御される。
【0060】
ここで、酸素ガス、窒素ガス、ヘリウムガス、テトラエチルオルトシリケート、トリエチルボレートおよびトリエチルホスフェート各々の機能および作用は第1実施例で説明したことと実質的に同一である。トリエチルボレートおよびトリエチルホスフェートに代わる物質も同一である。
【0061】
また、第2実施例ではBPSG膜62の特性変化に対するバッファ(buffer)機能を有する不純物がドーピングされない流動性絶縁膜64をさらに形成する。したがって、流動性絶縁膜としてのBPSG膜62の特性変化を最少化することができる。
【0062】
図12は本発明の第2実施例による絶縁膜としてのBPSG膜62を形成するときに供給されるガスおよび物質を各段階別に分類するためのグラフである。
ガス雰囲気を組成する段階では、酸素ガス、窒素ガス、ヘリウムガスを使用する。ここで、ヘリウムガスは窒素ガスより多い流量を有するように供給される。
【0063】
圧力雰囲気を組成する段階では、酸素ガス、窒素ガス、ヘリウムガスを使用する。ここで、ヘリウムガスは窒素ガスより多い流量を有するように供給される。安定化を実施する段階では、酸素ガス、窒素ガス、ヘリウムガスを使用する。ここで、ヘリウムガスは窒素ガスより多い流量を有するように供給される。
【0064】
第2流動性絶縁膜として、不純物がドーピングされない流動性絶縁膜64を形成する段階では、酸素ガス、窒素ガス、ヘリウムガスおよびテトラエチルオルトシリケートを使用する。ここで、ヘリウムガスは窒素ガスより多い流量を有するように供給される。
【0065】
第1流動性絶縁膜としてBPSG膜62を形成する段階では、酸素ガス、窒素ガス、ヘリウムガスを使用する。ここで、ヘリウムガスは窒素ガスより多い流量を有するように供給される。また、前記の段階では、テトラエチルオルトシリケート、トリエチルボレートおよびトリエチルホスフェートを使用する。
【0066】
このように、ホウ素の原料に供給されるトリエチルボレート、ならびにリンの原料に供給されるトリエチルホスフェートの流量を制御することにより、5.5重量%程度のホウ素、ならびに3.0重量%程度のリンを有するBPSG膜62を形成することができる。また、キャリアガスとして窒素ガスおよびヘリウムガスを使用し、その流量を制御することにより、流動性絶縁膜としてBPSG膜62を形成する工程再現性を十分に確保することができる。すなわち、同一の構成を有する多数台の装置を使用し、BPSG膜62を形成しても、実質的に同一の特性を有するBPSG膜62を形成することができる。
【0067】
図11に示すように、BPSG膜62に酸素ガスおよび水素ガスが供給され、高温の雰囲気でリフローさせ、その表面62aを平坦に形成する。ここで、同一の構成を有する多数台の装置を使用し、BPSG膜62を形成しても、リフローによるBPSG膜62の特性変化が実質的に同一である。したがって、条件により工程を実施し形成される流動性絶縁膜としてBPSG膜62は十分な再現性を確保することができる。
【0068】
また、不純物がドーピングされない流動性絶縁膜64をバッファ機能を有するように形成することにより、再現性を十分に確保することができるだけでなく、後続工程での特性変化を最少化することができる。
図13から図16は、本発明の第3実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【0069】
図13に示すように、シリコン材質により構成される基板80を用意する。また、図14に示すように、基板80上にエッチング阻止膜84を形成する。エッチング阻止膜84はエッチングにより基板80が損傷されることを防止する。また、エッチング阻止膜84は以後にパターンを形成することにより、基板が露出し酸化されることを防止する。また、エッチング阻止膜84は、以後に形成する流動性絶縁膜をリフローさせるときに生成される水分が流動性絶縁膜を媒介に、基板上に浸透することを阻止する。エッチング阻止膜84は135Å程度の厚さを有するように形成し、主に窒化珪素を使用する。したがって、エッチング阻止膜84は窒化珪素膜により構成される。そして、エッチング阻止膜84は主に化学気相蒸着を実施して形成する。
【0070】
図15に示すように、エッチング阻止膜84上に流動性絶縁膜としてBPSG膜82を形成する。BPSG膜82の形成を具体的に説明すると、次のとおりである。
まず、エッチング阻止膜84が形成された基板80をチャンバ30内に配置する。また、チャンバ30内に4,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。したがって、チャンバ30内部はガス雰囲気に組成される。ガス雰囲気は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大3秒である。また、基板80が置かれるステージ200とプレート230は500ミル(mils)程度の間隔を維持する。
【0071】
続いて、ガス雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。また、チャンバ30と連結されるポンピング部材(図示せず)を使用してチャンバ30内部を圧力雰囲気に組成する。ここで、圧力雰囲気は工程段階が時間および設定圧力により制御されるが、制御時間は最大60秒であり、設定圧力は最小160Torr(21.3kPa)である。また、基板80が置かれるステージ200とプレート230は500ミル(mils)程度の間隔を維持する。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。
【0072】
続けて、圧力雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。また、ポンピング部材の稼動は停止される。ゆえに、チャンバ30に組成された圧力雰囲気が安定化される。ここで、安定化は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大15秒である。また、基板80が置かれるステージ200とプレート230は220ミル(mils)程度の間隔を維持するように調節される。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。
【0073】
ガス雰囲気、圧力雰囲気および安定化を含む工程雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。これと共に、チャンバ30内に800sccm程度の流量を有するテトラエチルオルトシリケート、170sccm程度の流量を有するトリエチルボレート、ならびに55sccm程度の流量を有するトリエチルホスフェートを供給する。したがって、エッチング阻止膜84上に流動性絶縁膜としてBPSG膜82が形成される。このとき、BPSG膜82の形成は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大15秒である。万一、工程段階が15秒以上実施される場合には、工程エラーと判断する。そして、基板80が置かれるステージ200とプレート230は220ミル(mils)程度の間隔を維持するように調節される。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。また、10,000Å程度の厚さを有するBPSG膜82を形成するように、工程は制御される。
【0074】
第3実施例の絶縁膜としてのBPSG膜82を形成するときに供給されるガスおよび物質に対する各段階別分類は第1実施例と実質的に同一の構成を有する。ここで、酸素ガス、窒素ガス、ヘリウムガス、テトラエチルオルトシリケート、トリエチルボレートおよびトリエチルホスフェート各々の機能および作用は第1実施例で説明したものと実質的に同一である。トリエチルボレートおよびトリエチルホスフェートに代わる物質も同一である。
【0075】
このように、ホウ素の原料として供給されるトリエチルボレート、ならびにリンの原料として供給されるトリエチルホスフェートの流量を制御することにより、5.5重量%程度のホウ素、ならびに3.0重量%程度のリンを有するBPSG膜82を形成することができる。また、キャリアガスとして窒素ガスおよびヘリウムガスを使用し、その流量を制御することにより、流動性絶縁膜としてBPSG膜82を形成する工程の再現性を十分に確保することができる。すなわち、同一の構成を有する多数台の装置を使用し、BPSG膜82を形成しても、実質的に同一の特性を有するBPSG膜82を形成することができる。
【0076】
図16に示すように、BPSG膜82に酸素ガスおよび水素ガスが供給され、高温の雰囲気でリフローさせ、その表面82aを平坦に形成する。ここで、同一の構成を有する多数台の装置を使用し、BPSG膜82を形成しても、リフローによるBPSG膜82の特性変化が実質的に同一である。したがって、条件により工程を実施し形成される流動性絶縁膜としてBPSG膜82は十分な再現性を確保することができる。
【0077】
図17および図18は、本発明の第3実施例によりリフロー以後のエッチング阻止膜の厚さが変化する結果を示すグラフである。
図17は、ホウ素の濃度を調節するキャリアガスとして、窒素ガスを2,000sccm供給し、リンの濃度を調節するキャリアガスとしてヘリウムガスの流量を可変したときに、エッチング阻止膜の厚さが減少される結果を示す。すなわち、BPSG膜をリフローさせる以前と以後のエッチング阻止膜が減少した厚さを示す。また、BPSG膜は同一の構成を有する装置を使用して第3実施例での同一の工程条件により形成した。
【0078】
ここで、「■」は第1装置を使用してBPSG膜を形成した場合であり、「●」は第2装置を使用してBPSG膜を形成した場合である。
「■」、「●」を確認した結果、前記の装置各々によりエッチング阻止膜が減少する厚さの偏差があることを確認することができた。
【0079】
図18は、ホウ素の濃度を調節するキャリアガスとして、窒素ガスを3,000sccm供給し、リンの濃度を調節するキャリアガスとしてヘリウムガスの流量を可変したときに、エッチング阻止膜の厚さが減少する結果を示す。すなわち、BPSG膜をリフローさせる以前と以後のエッチング阻止膜が減少した厚さを示す。また、BPSG膜は同一の構成を有する装置を使用して第3実施例での同一な工程条件により形成した。
【0080】
「■」、「●」を確認した結果、前記の装置各々によりエッチング阻止膜が減少する厚さの偏差があることを確認することができた。しかし、ヘリウムガスが4,000sccmであるとき、エッチング阻止膜が減少する厚さの偏差がないことが確認された。
【0081】
このように、3,000sccmの窒素ガス、ならびに4,000sccmのヘリウムガスを供給する条件により、BPSG膜を形成する場合に製造装置を別にしても、実質的に同一な特性を有するBPSG膜を形成することができる。したがって、BPSG膜に対する再現性を十分に確保することができる。
【0082】
3,000sccmの窒素ガス、ならびに4,000sccmのヘリウムガスを供給する条件は、前述した第1及び第2実施例でも実質的に同一な特性を有するBPSG膜を形成することができる。
したがって、十分な充填効果および異方性エッチング特性を有すると同時に、リフロー以後に下部にあるエッチング阻止膜の厚さ減少が25Å以内である流動性絶縁膜を形成することができる。また、同一の構成を有する多数台の装置を使用しても、実質的に同一な特性を有する流動性絶縁膜を容易に形成することができる。
【0083】
図19から図23は、本発明の第4実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
図19に示すように、シリコン材質により構成される基板110を用意する。また、図19に示すように、基板110上にエッチング阻止膜113を形成する。エッチング阻止膜113は135Å程度の厚さを有するように形成し、主に窒化珪素を使用する。したがって、エッチング阻止膜113は窒化珪素膜により構成される。また、エッチング阻止膜113は主に化学気相蒸着を実施して形成する。
【0084】
前記第4実施例による絶縁膜の製造は、前述した図5および図6と同一の構成を有する装置を使用する。
図21に示すように、エッチング阻止膜113が形成された基板110をチャンバ30内に配置する。また、チャンバ30内に4,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。したがって、チャンバ30内部はガス雰囲気に組成される。ガス雰囲気は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大3秒である。また、基板110が置かれるステージ200とプレート230は500ミル(mils)程度の間隔を維持する。
【0085】
続いて、ガス雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。また、チャンバ30と連結されるポンピング部材(図示せず)を使用して、チャンバ30内部を圧力雰囲気に組成する。ここで、圧力雰囲気は工程段階が時間および設定圧力により制御されるが、制御時間は最大60秒であり、設定圧力は最小160Torr(21.3kPa)である。また、基板110が置かれるステージ200とプレート230は500ミル(mils)程度の間隔を維持する。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。
【0086】
続けて、圧力雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。また、ポンピング部材の稼動は停止される。したがって、チャンバ30に組成された圧力雰囲気が安定化される。ここで、安定化は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大15秒である。また、基板110が置かれるステージ200とプレート230は220ミル(mils)程度の間隔を維持するように調節される。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。
【0087】
前記ガス雰囲気、圧力雰囲気および安定化雰囲気を含む工程雰囲気を組成した後に、エッチング阻止膜113上に、不純物がドーピングされない流動性絶縁膜115を形成する。不純物がドーピングされない流動性絶縁膜115は、装置を使用してインサイチュ(insitu)に形成する。前記の形成は次のとおりである。
【0088】
工程雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。これと共に、チャンバ30内に800sccm程度の流量を有するテトラエチルオルトシリケートを提供する。したがって、テトラエチルオルトシリケートがシリコンソース物質に作用してエッチング阻止膜113上に不純物がドーピングされない流動性絶縁膜115が形成される。ここで、流動性絶縁膜115の形成は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大3秒である。万一、工程段階が3秒以上実施される場合には、工程エラーと判断する。また、基板110が置かれるステージ200とプレート230は220ミル(mils)程度の間隔を維持するように調節される。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。また、40Å程度の厚さを有する流動性絶縁膜115を形成するように、工程は制御される。
【0089】
図22に示すように、不純物がドーピングされない流動性絶縁膜115上にBPSG膜112を形成する。前記の形成は次のとおりである。まず、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。これと共に、チャンバ30内に800sccm程度の流量を有するテトラエチルオルトシリケート、170sccm程度の流量を有するトリエチルボレート、ならびに55sccm程度の流量を有するトリエチルホスフェートを供給する。したがって、不純物がドーピングされない流動性絶縁膜115上に流動性絶縁膜としてBPSG膜112が形成される。このとき、BPSG膜112の形成は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大15秒である。また、基板110が置かれるステージ200とプレート230は220ミル(mils)程度の間隔を維持するように調節される。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。そして、10,000Å程度の厚さを有するBPSG膜112を形成するように、工程は制御される。
【0090】
ここで、酸素ガス、窒素ガス、ヘリウムガス、テトラエチルオルトシリケート、トリエチルボレートおよびトリエチルホスフェート各々の機能および作用は第1実施例で説明したことと実質的に同一である。トリエチルボレートおよびトリエチルホスフェートに代わる物質も同一である。
【0091】
図23に示すように、BPSG膜112に酸素ガスおよび水素ガスが供給され、高温の雰囲気でリフローさせ、その表面112aを平坦に形成する。ここで、同一の構成を有する多数台の装置を使用し、BPSG膜112を形成しても、リフローによるBPSG膜112の特性変化が実質的に同一である。したがって、条件により工程を実施し形成される流動性絶縁膜としてBPSG膜112は十分な再現性を確保することができる。
【0092】
このように、前記実施例により形成する絶縁膜は前述した特性に起因するために、0.15μm以下のデザイン−ルールが要求される最近の半導体装置の製造に積極的に応用することができる。すなわち、流動性絶縁膜としてBPSG膜は自己整合コンタクトの形成、IMD(inter metal dielectric)またはILD(inter layer dielectric)などのような層間絶縁膜の形成に積極的に応用することができる。
【0093】
図24から図28は本発明の第5実施例による半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
図24に示すように、ソースおよびドレーン122が形成された基板120上にトランジスターを構成するゲート電極124を形成する。ソースおよびドレーン122は基板120内に不純物を注入して形成し、ゲート電極124は主にポリシリコン膜およびタングステン珪素膜(WSi layer)を形成した後に、フォトリソグラフィ工程を通じて形成する。
【0094】
図25に示すように、基板120およびゲート電極124上に窒化珪素を使用して、エッチング阻止膜126を連続的に形成する。エッチング阻止膜126は化学気相蒸着を通じて135Å程度の厚さを有するように形成する。窒化珪素膜は以後、エッチングにより基板120が損傷されることを阻止すると同時に基板120が露出し酸化されることを防止し、リフローにより生成される水分が基板120に浸透することを阻止する。
【0095】
図26に示すように、エッチング阻止膜126上に流動性絶縁膜としてBPSG膜128を形成する。ここで、BPSG膜128は5.5重量%程度のホウ素、ならびに3.0重量%程度のリンが添加されるように形成する。そして、BPSG膜128は9,500Å程度の厚さを有するように形成する。
【0096】
流動性絶縁膜としてのBPSG膜128の形成を具体的に説明すると、次のとおりである。ここで、流動性絶縁膜としてのBPSG膜128は図5および図6と同一の構成を有する装置を使用し形成する。
まず、エッチング阻止膜126が形成された基板120をチャンバ30内に配置する。また、チャンバ30内に4,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。したがって、チャンバ30内部はガス雰囲気に組成される。ガス雰囲気は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大3秒である。また、基板120が置かれるステージ200とプレート230は500ミル(mils)程度の間隔を維持する。
【0097】
続いて、ガス雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。また、チャンバ30と連結されるポンピング部材(図示せず)を使用してチャンバ30内部を圧力雰囲気に組成する。ここで、圧力雰囲気は工程段階が時間および設定圧力により制御されるが、制御時間は最大60秒であり、設定圧力は最小160Torr(21.3kPa)である。また、基板120が置かれるステージ200とプレート230は500ミル(mils)程度の間隔を維持する。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。
【0098】
続けて、圧力雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。また、ポンピング部材の稼動は停止される。ゆえに、チャンバ30に組成された圧力雰囲気が安定化される。ここで、安定化は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大15秒である。また、基板120が置かれるステージ200とプレート230は220ミル(mils)程度の間隔を維持するように調節される。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。
【0099】
前記ガス雰囲気、圧力雰囲気および安定化雰囲気を含む工程雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。これと共に、チャンバ30内に800sccm程度の流量を有するテトラエチルオルトシリケート、170sccm程度の流量を有するトリエチルボレート、ならびに55sccm程度の流量を有するトリエチルホスフェートを提供する。したがって、エッチング阻止膜126上に流動性絶縁膜としてBPSG膜128が形成される。ここで、BPSG膜128の形成は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大15秒である。万一、工程段階が15秒以上実施される場合には、工程エラーと判断する。また、基板120が置かれるステージ200とプレート230は220ミル(mils)程度の間隔を維持するように調節される。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。また、9,500Å程度の厚さを有するBPSG膜128を形成するように、工程は制御される。
【0100】
前記第5実施例の流動性絶縁膜としてのBPSG膜128を形成するときに供給されるガスおよび物質に対する各段階別分類は第1実施例と実質的に同一の構成を有する。
ここで、酸素ガス、窒素ガス、ヘリウムガス、テトラエチルオルトシリケート、トリエチルボレートおよびトリエチルホスフェート各々の機能および作用は第1実施例で説明したことと実質的に同一である。トリエチルボレートおよびトリエチルホスフェートに代わる物質も同一である。
【0101】
このように、ホウ素の原料として供給されるトリエチルボレート、ならびにリンの原料として供給されるトリエチルホスフェートの流量を制御することにより、5.5重量%程度のホウ素、ならびに3.0重量%程度のリンを有するBPSG膜128を形成することができる。また、キャリアガスとして窒素ガスおよびヘリウムガスを使用し、その流量を制御することにより、流動性絶縁膜としてBPSG膜128を形成する工程再現性を十分に確保することができる。すなわち、同一の構成を有する多数台の装置を使用し、BPSG膜128を形成しても、実質的に同一の特性を有するBPSG膜128を形成することができる。
【0102】
図27に示すように、水素ガスおよび酸素ガスを使用して約850℃の温度で流動性絶縁膜としてのBPSG膜128をリフローさせる。これにより、BPSG膜128の表面128aが平坦に形成されると同時に、ゲート電極124との間にBPSG膜128が十分に充填される。
【0103】
これは、5.5重量%程度のホウ素、ならびに3.0重量%程度のリンが添加されるBPSG膜128を流動性絶縁膜として形成するためである。したがって、十分な充填効果を有すると同時に、下部にあるエッチング阻止膜126の厚さが減少することを25Å以内に阻止することができる。また、キャリアガスとして、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガス、ならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを使用することにより、工程特性の変化が実質的にない流動性絶縁膜としてのBPSG膜128を形成することができる。すなわち、同一の構成を有する多数台の装置を使用しBPSG膜128を形成しても、実質的に同一の工程特性を確保することができる。だから、以後のリフローによるエッチング阻止膜の厚さ減少偏差を最少化することができる。これは、BPSG膜128を形成する工程再現性の確保だけでなく、安定性確保にも寄与する。
【0104】
図28に示すように、自己整合コンタクトを実施し流動性絶縁膜としてのBPSG膜128を開口部130を有するパターン132に形成する。ここで、開口部130はフォトリソグラフィ工程を通じて形成する。そして、BPSG膜128のエッチングは、CFxを含むエッチングガスを使用する。また、エッチングはBPSG膜128と下部のエッチング阻止膜126とのエッチング選択比によりなるが、リフローを実施してもエッチング阻止膜126の厚さの変化がないために、エッチング阻止を容易に実施することができる。また、エッチング阻止膜126により自己整合コンタクトの実施をするときに十分なマージンを確保することができる。これにより、金属膜などを使用して開口部130の充填のための後続工程をするとき、金属膜により開口部130を十分に充填することができる。
【0105】
このように、最近の半導体装置はゲート電極124により形成される凹凸部位の間隔が微細であるために、ゲート電極124の間を十分に充填することが容易ではない。これにより、十分な流動性を有する流動性絶縁膜としてのBPSG膜128でゲート電極124の間を充填する。凹凸部位はゲート電極124によるものに限定するが、開口部などのようなパターンにより形成される凹凸部位などを含むことができる。
【0106】
前記第5実施例では、エッチング阻止膜を形成した後に、不純物がドーピングされない流動性絶縁膜を形成する段階をさらに含むことができる。したがって、エッチング阻止膜上に、不純物がドーピングされない流動性絶縁膜が形成され、不純物がドーピングされないエッチング阻止膜上にBPSG膜が形成される。
【0107】
図29は本発明の第6実施例により形成される半導体装置について説明するための断面図である。
図29に示すように、エッチング阻止膜126を形成し、工程雰囲気を阻止した後に、不純物がドーピングされない流動性絶縁膜127を形成し、その後にリンおよびドーピングされたBPSG膜128を形成する。
【0108】
不純物がドーピングされない流動性絶縁膜127の形成は次のとおりである。工程雰囲気を組成した後に、チャンバ30内に9,500sccm程度の流量を有する酸素ガス、3,000sccm程度の流量を有する窒素ガスならびに4,000sccm程度の流量を有するヘリウムガスを供給する。これと共に、チャンバ30内に800sccm程度の流量を有するテトラエチルオルトシリケートを提供する。したがって、テトラエチルオルトシリケートがシリコンソース物質に作用して、エッチング阻止膜126上に不純物がドーピングされない流動性絶縁膜127が形成される。ここで、流動性絶縁膜127の形成は工程段階が時間により制御されるが、制御時間は最大3秒である。万一、工程段階が3秒以上実施される場合には、工程エラーと判断する。また、基板120が置かれるステージ200とプレート230は220ミル(mils)程度の間隔を維持するように調節される。また、チャンバ30内の温度は480℃程度を維持するように制御される。また、40Å程度の厚さを有する不純物がドーピングされない流動性絶縁膜127を形成するように、工程は制御される。
【0109】
このように、不純物がドーピングされない流動性絶縁膜127をさらに形成することにより、不純物がドーピングされない流動性絶縁膜が十分なバッファ機能を有する。
以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明の実施例を修正または変更できるであろう。
【0110】
【発明の効果】
本発明によると、ホウ素およびリンの含量条件を制御して、十分な流動性を有する絶縁膜を形成することにより、リフローによる特性変化を最少化することができる。すなわち、流動性絶縁膜をリフローしても、下部にあるエッチング阻止膜の厚さの減少を最少化すると同時に、十分な充填効果と異方性エッチング特性を確保することができる。また、流動性絶縁膜を形成するとき、キャリアガスの流量を適切に制御することにより、工程再現性を十分に確保することができる。すなわち、同一の構成を有する多数台の装置を使用しても特性変化が実質的に同一な流動性絶縁膜を形成することができる。
【0111】
したがって、本発明によると、リフローによる特性変化が最少化され、工程再現性を実質的に確保した流動性絶縁膜を容易に形成することができる。だから、流動性絶縁膜を半導体装置に応用する場合、半導体装置の信頼度が向上する効果を期待することができる。
【0112】
また、本発明によると、流動性絶縁膜としてBPSG膜を形成するとき、工程雰囲気を組成した後に、シード層の形成なしに流動性絶縁膜を形成するために、製造工程の単純化を図ることができる。したがって、流動性絶縁膜を半導体装置に応用する場合、半導体装置の生産性が向上する効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の工程条件により形成されるBPSG膜をリフローさせた後にエッチング阻止膜の厚さが減少した状態を説明するためのグラフである。
【図2】本発明の第1実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図3】本発明の第1実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図4】本発明の第1実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図5】本発明の第1実施例による絶縁膜の製造方法で絶縁膜を製造するための製造装置を示す模式図である。
【図6】本発明の第1実施例による絶縁膜の製造方法において反応ガスが混合される過程を説明するための模式図である。
【図7】本発明の第1実施例による絶縁膜の製造方法で絶縁膜を形成するとき提供されるガスおよび物質を各段階別に分類するためのグラフである。
【図8】本発明の第2実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図9】本発明の第2実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図10】本発明の第2実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図11】本発明の第2実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図12】本発明の第2実施例による絶縁膜の製造方法で絶縁膜を形成するとき提供されるガスおよび物質を各段階別に分類するためのグラフである。
【図13】本発明の第3実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図14】本発明の第3実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図15】本発明の第3実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図16】本発明の第3実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図17】本発明の第3実施例による絶縁膜の製造方法においてキャリアガスの流量条件によりエッチング阻止膜の厚さが減少する状態を説明するためのグラフである。
【図18】本発明の第3実施例による絶縁膜の製造方法においてキャリアガスの流量条件によりエッチング阻止膜の厚さが減少する状態を説明するためのグラフである。
【図19】本発明の第4実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図20】本発明の第4実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図21】本発明の第4実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図22】本発明の第4実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図23】本発明の第4実施例による絶縁膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図24】本発明の第5実施例による半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図25】本発明の第5実施例による半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図26】本発明の第5実施例による半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図27】本発明の第5実施例による半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図28】本発明の第5実施例による半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図29】本発明の第6実施例による半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
20、60、110、120 基板
22、62、82、112、128 BPSG膜
64、115、127 流動性絶縁膜
30 チャンバ
84、113、126 エッチング阻止膜
122 ソースおよびドレーン
124 ゲート電極
130 開口部
132 パターン
200 ステージ
210a、210b ガス供給ライン
220 ガス混合ボックス
230 プレート
Claims (18)
- 第1流量を有し酸化性雰囲気を組成する酸化性ガス、第2流量を有し、ホウ素を含む第1不純物質を運搬する第1キャリアガス、ならびに第3流量で供給され、リンを含む第2不純物質を運搬する第2キャリアガスを使用し、第1流動性絶縁膜を形成するためにチャンバ内部をガス雰囲気に組成する段階と、
第4流量を有する前記酸化性ガス、第5流量を有する前記第1キャリアガス、第6流量で供給される前記第2キャリアガスを使用し、前記チャンバ内部が基準圧力以上になるように圧力雰囲気を組成する段階と、
第7流量を有する前記酸化性ガス、第8流量を有する前記第1キャリアガス、第9流量で供給される前記第2キャリアガスを使用し、前記チャンバ内部に組成された圧力雰囲気を安定化させる段階と、
第10流量を有する前記酸化性ガス、第11流量を有する前記第1キャリアガス、第12流量で供給される前記第2キャリアガス、前記第1流動性絶縁膜を形成するときシリコンソースを提供するためのシリコンソース物質、前記第1流動性絶縁膜を形成するとき前記第1流動性絶縁膜に前記ホウ素をドーピングするための第1不純物質、ならびに前記第1流動性絶縁膜を形成するとき前記第1流動性絶縁膜に前記リンをドーピングするための第2不純物質を使用して前記第1流動性絶縁膜を形成する段階と、
を含み、
前記第1流量、前記第2流量および前記第3流量は、4500:3000:4000の比率を有し、
前記第4流量、前記第5流量および前記第6流量は、9500:3000:4000の比率を有し、
前記第7流量、前記第8流量および前記第9流量は、9500:3000:4000の比率を有し、
前記第10流量、前記第11流量、前記第12流量、前記シリコンソース物質、前記第1不純物質および前記第2不純物質は、9500:3000:4000:800:170:55の比率を有し、
前記第3流量と前記第6流量と前記第9流量と前記第12流量とは同一流量であることを特徴とする絶縁膜の製造方法。 - 前記酸化性ガスは酸素ガス、オゾンガス、または酸素ガスおよびオゾンガスの混合ガスのいずれかであり、前記第1キャリアガスは窒素ガスであり、前記第2キャリアガスはヘリウムガスであり、前記シリコンソース物質はテトラエチルオルトシリケートであり、前記第1不純物質はトリエチルボレート、トリメチルボレート、またはトリエチルボレートおよびトリメチルボレートの混合物質のいずれかであり、前記第2不純物質はトリエチルホスフェート、トリメチルホスフェート、またはトリエチルホスフェートおよびトリメチルホスフェートの混合物質のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜の製造方法。
- 前記第3流量、前記第6流量、前記第9流量および前記第12流量は、4,000sccmであることを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜の製造方法。
- 前記第1流動性絶縁膜が形成される基板は、エッチングにより前記基板が損傷されることを防止するエッチング阻止膜を有することを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜の製造方法。
- 前記第1流動性絶縁膜を形成する以前に、前記第10流量と同一流量の酸化性ガス、前記第11流量と同一流量の第1キャリアガス、前記第12流量と同一流量の第2キャリアガスおよび前記シリコンソース物質と同一量のシリコンソース物質を使用し、不純物がドーピングされない第2流動性絶縁膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜の製造方法。
- 前記第2流動性絶縁膜は、3秒以内に形成されることを特徴とする請求項5に記載の絶縁膜の製造方法。
- 前記第1流動性絶縁膜を形成した後に、前記第1流動性絶縁膜を高温雰囲気でリフローさせる段階をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜の製造方法。
- 前記ガス雰囲気は5秒以内に組成され、前記圧力雰囲気は21.3kPa以上の圧力が60秒以内に組成され、前記安定化は15秒以内に実施されることを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜の製造方法。
- 前記第1流動性絶縁膜を形成する段階は、前記第1流動性絶縁膜を15秒以内に形成することを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜の製造方法。
- エッチングにより基板が損傷されることを防止するためのエッチング阻止膜を基板上に形成する段階と、
第1流量を有し酸化性雰囲気を組成する酸化性ガス、第2流量を有し、ホウ素を含む第1不純物質を運搬する第1キャリアガス、ならびに第3流量で供給され、リンを含む第2不純物質を運搬する第2キャリアガスを使用し、エッチング阻止膜上に第1流動性絶縁膜を形成するためにチャンバ内部をガス雰囲気に組成する段階と、
第4流量を有する前記酸化性ガス、第5流量を有する前記第1キャリアガス、第6流量で供給される前記第2キャリアガスを使用し、前記チャンバ内部が基準圧力以上になるように圧力雰囲気を組成する段階と、
第7流量を有する前記酸化性ガス、第8流量を有する前記第1キャリアガス、第9流量で供給される前記第2キャリアガスを使用し、前記チャンバ内部に組成された圧力雰囲気を安定化させる段階と、
第10流量を有する前記酸化性ガス、第11流量を有する前記第1キャリアガス、第12流量で供給される前記第2キャリアガス、前記第1流動性絶縁膜を形成するときシリコンソースを提供するためのシリコンソース物質、前記第1流動性絶縁膜を形成するとき前記第1流動性絶縁膜に前記ホウ素をドーピングするための第1不純物質、ならびに前記第1流動性絶縁膜を形成するとき前記第1流動性絶縁膜に前記リンをドーピングするための第2不純物質を使用して前記エッチング阻止膜上に前記第1流動性絶縁膜を形成する段階と、
前記第1流動性絶縁膜を酸素ガスおよび水素ガスを使用する高温雰囲気でリフローさせ、前記第1流動性絶縁膜の表面を平坦に形成すると同時に、前記基板上の凹凸部位のうちの凹部位を前記第1流動性絶縁膜で十分に充填する段階と、
前記第1流動性絶縁膜の所定部位をエッチングし、前記所定部位の下部にあるエッチング阻止膜が露出する開口部を有するパターンを形成する段階と、
を含み、
前記第1流量、前記第2流量および前記第3流量は、4500:3000:4000の比率を有し、
前記第4流量、前記第5流量および前記第6流量は、9500:3000:4000の比率を有し、
前記第7流量、前記第8流量および前記第9流量は、9500:3000:4000の比率を有し、
前記第10流量、前記第11流量、前記第12流量、前記シリコンソース物質、前記第1不純物質および前記第2不純物質は、9500:3000:4000:800:170:55の比率を有し、
前記第3流量と前記第6流量と前記第9流量と前記第12流量とは同一流量であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記エッチング阻止膜は、窒化珪素を使用して60から150Å程度の厚さに形成されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3流量、前記第6流量、前記第9流量および前記第12流量は、4,000sccmであることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ガス雰囲気は5秒以内に組成され、前記圧力雰囲気は60秒以内に21.3kPa以上の圧力に組成され、前記安定化は15秒以内に実施されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸化性ガスは酸素ガス、オゾンガス、または酸素ガスおよびオゾンガスの混合ガスのいずれかであり、前記第1キャリアガスは窒素ガスであり、前記第2キャリアガスはヘリウムガスであり、前記シリコンソース物質はテトラエチルオルトシリケートであり、前記第1不純物質はトリエチルボレート、トリメチルボレート、またはトリエチルボレートおよびトリメチルボレートの混合物質のいずれかであり、前記第2不純物質はトリエチルホスフェート、トリメチルホスフェート、またはトリエチルホスフェートおよびトリメチルホスフェートの混合物質のいずれかであることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1流動性絶縁膜は、15秒以内に8,000から10,000Å程度の厚さを有するように形成されることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記開口部を有するパターンは、CFxガスを含むエッチングガスを使用して前記第1流動性絶縁膜をエッチングすることで、形成されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程雰囲気を組成した後かつ前記第1流動性絶縁膜を形成する以前に、前記第10流量と同一流量の酸化性ガス、前記第11流量と同一流量の第1キャリアガス、前記第12流量と同一流量の第2キャリアガスおよび前記シリコンソース物質と同一量のシリコンソース物質を使用し、不純物がドーピングされない第2流動性絶縁膜を前記エッチング阻止膜上に形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2流動性絶縁膜は、3秒以内に30から50Å程度の厚さを有するように形成されることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
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