JP4273268B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP4273268B2
JP4273268B2 JP31451897A JP31451897A JP4273268B2 JP 4273268 B2 JP4273268 B2 JP 4273268B2 JP 31451897 A JP31451897 A JP 31451897A JP 31451897 A JP31451897 A JP 31451897A JP 4273268 B2 JP4273268 B2 JP 4273268B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon oxide
film
oxide film
forming
temperature
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 - Lifetime
Application number
JP31451897A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH1174351A (en
Inventor
幸男 両角
通雄 朝比奈
剛典 旭
和己 松本
直弘 守屋
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.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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 Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP31451897A priority Critical patent/JP4273268B2/en
Publication of JPH1174351A publication Critical patent/JPH1174351A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4273268B2 publication Critical patent/JP4273268B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特にハーフミクロン以下の微細化が可能であって、層間絶縁膜を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【背景技術】
LSIなどの半導体装置においては、素子の微細化,高密度化および多層化に伴い、層間絶縁膜の成膜温度の低温下並びに平坦化と、金属配線の形成技術とが重要な課題となっている。
【0003】
層間絶縁膜は、例えば、素子が形成された基板上に、まず低温で化学気相成長法によってシリコン酸化膜を成長させ、その後、シラン化合物、酸素あるいはオゾンと、リンあるいはホウ素などの不純物を含むガスを気相反応させてBPSG膜を数百nm〜1μm程度の厚みで成膜する。その後、窒素雰囲気中で高温でアニールする、いわゆる高温フローにより、BPSG膜を流動化させてその平坦化を行う。このようにして形成された層間絶縁膜にスルーホール(コンタクトホール)を形成し、チタンやチタンナイトライドからなるバリア層を形成した後、金属配線層を形成する。
【0004】
このようなBPSG膜を用いた層間絶縁膜の平坦化は、BPSG膜の高温フロー特性を利用して行われ、BPSG膜中の不純物濃度とアニール温度が高いほど、平坦化は進む。そして、BPSG膜が十分な平坦性と緻密性を得るためには、アニール温度は850℃以上であることが要求される。
【0005】
しかし、微細化されたMOSトランジスタのパンチスルーの発生を防止するためには、アニールよる過剰なソース,ドレイン不純物層の広がりを抑制することが重要であり、例えばそのためには850℃以下で処理することが望まれる。また、MOSトランジスタを構成するソース,ドレイン不純物層の表面にチタンなどのシリサイド層を形成する場合には、高温アニールでは、シリサイド層の領域が必要以上に拡大し、接合特性を劣化させる要因になっている。このような理由から、層間絶縁膜を低温で形成する技術の開発が要求されている。
【0006】
また、層間絶縁膜の平坦化をさらに進めるために、BPSG膜をアニールした後、さらに化学気相成長法によりシリコン酸化膜を1〜2μm程度積層し、その後、化学機械的研磨(CMP)により平坦化処理を施す方法も行われつつある。しかし、この方法では、研磨によってBPSG膜の一部が露出すると、最上層のシリコン酸化膜とBPSG膜との研磨速度が異なるために、膜厚と平坦性の制御が困難である。さらに、上層のシリコン酸化膜を残した状態でスルーホールを形成すると、このシリコン酸化膜とBPSG膜とのエッチング速度が異なるために良好な形状のスルーホールを形成することが困難であり、バリア層やスルーホールへの導電膜の良好な埋め込みが達成できないという問題がある。
【0007】
例えば、特開平7−86284号公報においては、層間絶縁膜の平坦化を図るために、図7(a)〜(c)に示す方法が開示されている。この技術においては、半導体基板1の絶縁膜2上に第1の配線層3を形成し、この上に第1の層間絶縁膜4を形成する。その上にSOG層(スピン オン グラス層)5を塗布して、第1の配線層3の間の段差を緩和し、その上に第1の配線層3よりも厚く第2の層間絶縁膜6を形成する。そして、第2の層間絶縁膜6の表面をCMP法によって平坦化する(図7(a)参照)。その後、前記第2の層間絶縁膜6、SOG層5および第1の層間絶縁膜4にスルーホール7を形成し(図7(b)参照)、さらに、その上に第2の金属配線層8を形成する(図7(c)参照)。この技術においては、SOG層5を第2の層間絶縁膜6の下層に設けることで、層間絶縁膜に凹溝が生ずることを防止している。
【0008】
しかしながら、最上の第2の層間絶縁膜6とその下位のSOG層5では研磨速度が異なるために、良好な平坦性を得るためには第2の層間絶縁膜6中で研磨処理をストップさせる必要があり、研磨処理のコントロールが困難であるだけでなく、第2の層間絶縁膜6の厚みを大きくする必要があり、コスト並びにスループットの点で不利である。また、スルーホール7を形成する際に、第2の層間絶縁膜6とSOG層5とではエッチング速度やポリマーの発生量が異なり、スルーホール7の側面に段差やくびれが形成される。その結果、スルーホール7内でのバリア層並びに金属配線層8の付きまわりが悪くなり、特にスパッタによるアルミニウムの埋め込みよる配線の形成が困難であった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来のBPSG膜を用いた層間絶縁膜に比べて低温での成膜が可能であり、平坦性に優れ、かつ信頼性の高いコンタクト構造の形成が可能な、半導体基板上の層間絶縁膜を含む半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、素子を含む半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する工程、前記層間絶縁膜にスルーホールを形成する工程、前記層間絶縁膜および前記スルーホールの表面にバリア層を形成する工程、および前記バリア層の表面に導電膜を形成する工程を含み、前記層間絶縁膜を形成する工程は、少なくとも以下の工程(a)〜(e)を含むことを特徴とする。
【0011】
(a)シリコン化合物と過酸化水素とを化学気相成長法によって反応させて第1のシリコン酸化膜を形成する工程、
(b)シリコン化合物、酸素および酸素を含む化合物の少なくとも1種、および不純物を含む化合物を化学気相成長法によって反応させて、多孔性の第2のシリコン酸化膜を形成する工程、
(c)600〜850℃の温度でアニール処理を行う工程、
(d)シリコン化合物、および酸素および酸素を含む化合物の少なくとも1種を化学気相成長法によって反応させて第3のシリコン酸化膜を形成する工程、および
(e)前記第3のシリコン酸化膜を化学機械的研磨によって平坦化する工程。
【0012】
この半導体装置の製造方法によれば、工程(a)によって、シリコン化合物と過酸化水素とを化学気相成長法によって反応させて第1のシリコン酸化膜を形成することにより、平坦性の優れた層を形成することができる。すなわち、この工程(a)で形成される第1のシリコン酸化膜は、それ自体で高い流動性を有し、優れた自己平坦化特性を有する。そのメカニズムは、シリコン化合物と過酸化水素とを化学気相成長法によって反応させると、気相中においてシラノールが形成され、このシラノールがウエハ表面に堆積することにより流動性のよい膜が形成されることによると考えられる。
【0013】
例えば、シリコン化合物としてモノシランを用いた場合には、下記式(1),(1)’などで示される反応でシラノールが形成される。
【0014】
式(1)
SiH4+2H22 → Si(OH)4+2H2
式(1)’
SiH4+3H22 → Si(OH)4+2H2O+H2
そして、式(1),(1)’で形成されたシラノールは、下記式(2)で示される重縮合反応で水が脱離することにより、シリコン酸化物となる。
【0015】
式(2)
Si(OH)4 → SiO2+2H2
前記シリコン化合物としては、例えばモノシラン、ジシラン、SiH2Cl2、SiF4、CH3SiH3などの無機シラン化合物、およびトリプロピルシラン、テトラエトキシシランなどの有機シラン化合物などを例示することができる。
【0016】
また、前記工程(a)の成膜工程は、前記シリコン化合物が無機シリコン化合物の場合には、0〜20℃の温度条件下で、前記シリコン化合物が有機シリコン化合物の場合には、100〜150℃の温度条件下で、減圧化学気相成長法によって行われることが望ましい。この成膜工程で、温度が前記上限値より高いと、前記式(2)の重縮合反応が進みすぎることにより、第1のシリコン酸化膜の流動性が低くなり、良好な平坦性が得られにくい。また、温度が前記下限値より低いと、チャンバー内での分解水分の吸着およびチャンバー外での結露が発生し、成膜装置のコントロールが困難となる不都合がある。
【0017】
前記工程(a)で形成される第1のシリコン酸化膜は、シリコン基板表面の段差を十分にカバーできる程度の膜厚で形成されることが望ましい。第1のシリコン酸化膜の膜厚は、その下限値は素子を含むシリコン基板表面の凹凸の高さに依存するが、好ましくは300〜1000nmである。第1のシリコン酸化膜の膜厚が前記上限値を超えると、膜自体のストレスでクラックを生ずることがある。
【0018】
前記工程(b)で、シリコン化合物、酸素および酸素を含む化合物の少なくとも1種、および不純物を含む化合物を化学気相成長法によって反応させて、前記第1のシリコン酸化膜の上に多孔性の第2のシリコン酸化膜を形成する。
【0019】
この第2のシリコン酸化膜は、キャップ層として機能するだけでなく、多孔性であって、後の工程(c)のアニール処理において、第1のシリコン酸化膜から発生するガス成分を徐々に外部に放出できる。さらに、この第2のシリコン酸化膜は、多孔性であることに加え、該膜にリン、ボロンなどの不純物、好ましくはリンを添加することにより、該膜を構成するシリコン酸化物のSi−O分子間結合力を弱めることで該膜の応力を緩和することができ、いわば適度に柔らかく更に割れにくい層を構成できる。また、前記第2のシリコン酸化膜の重要な役割として、該シリコン酸化膜に含まれるリンなどの不純物がアルカリイオンなどの素子の信頼特性に悪影響を及ぼす可動イオンのゲッターとしての機能がある。第2のシリコン酸化膜に含まれる不純物の濃度は、前述したゲッタリング機能や膜の応力緩和の点を考慮すると、好ましくは1〜6重量%である。
【0020】
また、第2のシリコン酸化膜は、100〜600MPaの圧縮ストレスを有しているため、第1のシリコン酸化膜が重縮合する際に引張ストレスが増大してクラックが入るのを防止する機能がある。さらに、第2のシリコン酸化膜は、第1のシリコン酸化膜の吸湿を防止する機能も有する。
【0021】
前記工程(b)は、300〜450℃の温度条件下で、1MHz以下の高周波によるプラズマ化学気相成長法によって行われることが望ましい。この温度条件で成膜を行うことにより、工程(c)のアニールでガス成分がアニール初期段階で抜けやすくなり、デバイスの信頼性が向上する。
【0022】
また、前記工程(b)で用いられる、酸素を含む化合物は、一酸化二窒素(N2O)であることが望ましい。反応ガスとして一酸化二窒素を用いることにより、プラズマ状態の一酸化二窒素は第1のシリコン酸化膜を構成するシリコン化合物の水素ボンド(−H)と反応しやすいので、第2のシリコン酸化膜を成膜中にも第1のシリコン酸化膜のガス化成分(水素、水)の脱離を促進することができる。
【0023】
前記工程(b)は、プラズマ化学気相成長法の代わりに、300〜550℃の温度条件下で常圧化学気相成長法によって行われてもよい。この場合、前記工程(b)で用いられる前記酸素を含む化合物はオゾンであることが望ましい。
【0024】
さらに、前記工程(b)で、前記第2のシリコン酸化膜を成膜する前に、前記第1のシリコン酸化膜をオゾン雰囲気にさらすことが望ましい。この工程を経ることにより、オゾンが第1のシリコン酸化膜を構成するシリコン化合物の水素ボンド(−H)や水酸基(−OH)と反応しやすいので、第1のシリコン酸化膜中の水素や水の脱離を促進することができる。
【0025】
また、第2のシリコン酸化膜の膜厚は、平坦性、クラックの防止の点を考慮すると、好ましくは100nm以上である。
【0026】
前記工程(c)で、600〜850℃の温度でアニール処理を行うことにより、前記工程(a)および(b)で形成された第1および第2のシリコン酸化膜は緻密化され、絶縁性ならびに耐湿性が向上する。
【0027】
つまり、第1のシリコン酸化膜についてみると、このアニール処理の初期において、前述した式(2)による重縮合反応が完了し、この反応に伴って生じる水や水素は第2のシリコン酸化膜の孔を介して外部に放出され、第1のシリコン酸化膜は、十分にガス化成分が除去された状態で緻密に形成される。また、第2のシリコン酸化膜は、アニール処理によって、多孔質から緻密な膜になる。
【0028】
このアニール処理において、温度を600℃以上とすることにより、第1および第2のシリコン酸化膜を十分に緻密にすることができるとともに、例えばMOS素子を構成するソース,ドレイン拡散層の不純物の活性化を十分に行うことができる。また、アニール温度を850℃以下とすることにより、従来のBPSG膜で必要とされている温度よりも低い温度で層間絶縁膜の平坦化が可能であるとともに、第1および第2のシリコン酸化膜を十分に緻密化できる。また、アニール温度を850℃を越える温度で行うと、ソース,ドレイン拡散層が必要以上に拡大してパンチスルー等の問題を起こし、素子の微細化が困難となる。
【0029】
第1のシリコン酸化膜上に多孔性の第2のシリコン酸化膜を形成しておくことにより、工程(c)でのアニール処理において、ウエハを600〜850℃の温度下に直接置いた場合のように急激な温度変化があっても、前記第2のシリコン酸化膜が適度な柔らかさを有し、第1のシリコン酸化膜の応力を吸収できるので、該第1のシリコン酸化膜にクラックを生じることなく、アニール処理を行うことができる。
【0030】
前記工程(c)におけるアニール処理は、第1のシリコン酸化膜にクラックが生ずることをより確実に防止するために、連続的あるいは断続的に温度を上昇させるランピングアニールによって行われることが望ましい。
【0031】
さらに、前記工程(c)のアニール処理に続き、工程(d)で、化学気相成長法によって第3のシリコン酸化膜を形成し、さらに、工程(e)で、前記第3のシリコン酸化膜を化学機械的研磨によって平坦化する。
【0032】
この平坦化工程では、前記第1,2および3のシリコン酸化膜はほぼ同一の研磨速度を有するため、最終研磨面において複数のシリコン酸化膜が部分的に存在する場合であっても平坦性がよい層間絶縁膜が得られ、しかも研磨量の管理が容易である。
【0033】
本発明においては、前記工程(a)の前に、シリコン化合物、および酸素および酸素を含む化合物の少なくとも1種を化学気相成長法によって反応させて、ベース層となる第4のシリコン酸化膜を形成することが望ましい。このベース層は、その下層であるシリコン基板に第1のシリコン酸化膜から水分や余分な不純物が移動しないパッシベーション機能、およびシリコン基板と第1のシリコン酸化膜との密着性を高める機能を有する。
【0034】
また、本発明に係る製造方法においては、上述した製造方法で得られた層間絶縁膜において、上端部から底部に向かって徐々に口径が小さくなるテーパ状のスルーホールが得られる。つまり、前記第1のシリコン酸化膜は第2のシリコン酸化膜に比べてエッチング速度がわずかに小さく、また、第1のシリコン酸化膜と第2のシリコン酸化膜とは両者の界面で良好に接しているので、段差がなく適度な直線状テーパを有するスルーホールが形成される。このようなテーパ状のスルーホールでは、例えばスパッタによってアルミニウム膜あるいはアルミニウム合金膜を埋め込むことができ、導電性が優れたコンタクト構造を形成することができる。
【0035】
前記スルーホールは、異方性のドライエッチングによって形成されたものの他に、等方性のウエットエッチングと異方性のドライエッチングとを組み合わせてスルーホールの上端部をさらに湾曲したテーパ状に形成させたものであってもよい。
【0036】
また、前記スルーホール内には、まず、200℃以下の温度で、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする合金からなる第1のアルミニウム膜を形成し、その後、300℃以上の温度で、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする合金からなる第2のアルミニウム膜を形成することが望ましい。
【0037】
前記アルミニウムを主成分とする合金としては、銅、シリコン、ゲルマニウム、マグネシウム、コバルト、ベリリウムなどから選択される少なくとも1種との、2元あるいは3元以上の合金を例示することができる。
【0038】
以上の製造方法によって形成された半導体装置は、素子を含む半導体基板、前記半導体基板の上に形成された層間絶縁膜、前記層間絶縁膜に形成されたスルーホール、前記層間絶縁膜および前記スルーホールの表面に形成されたバリア層、および前記バリア層の上に形成された導電膜を含み、
前記層間絶縁膜は、
シリコン化合物と過酸化水素との重縮合反応によって形成された第1のシリコン酸化膜、
前記第1のシリコン酸化膜の上に形成され、不純物を含有する第2のシリコン酸化膜、および
前記第2のシリコン酸化膜の上に形成され、化学機械的研磨により平坦化された第3のシリコン酸化膜、を含む。
【0039】
【発明の実施の形態】
図1〜図4は、本発明に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の一実施の形態を説明するための概略断面図である。図1(A)〜(C)および図2(A),(B)は第1層の配線領域L1を、図3(A),(B)および図4(A),(B)は第2層の配線領域L2を製造するための工程を示す。
【0040】
以下に、半導体装置の製造方法の一例を示す。
【0041】
(A)図1(A)に示す工程について説明する。
【0042】
(素子の形成)
まず、一般的に用いられる方法によって、シリコン基板11にMOS素子が形成される。具体的には、例えば、シリコン基板11上に選択酸化によってフィールド絶縁膜12が形成され、アクティブ領域にゲート酸化膜13が形成される。チャネル注入により、しきい値電圧を調整した後、SiH4を熱分解して成長させたポリシリコン膜の上にタングステンシリサイドをスパッタし、さらにシリコン酸化膜18を積層し、さらに所定パターンにエッチングすることにより、ゲート電極14が形成される。このとき、必要に応じて、フィールド絶縁膜12上にポリシリコン膜およびタングステンシリサイド膜からなる配線層37が形成される。
【0043】
次いで、リンをイオン注入することによりソース領域あるいはドレイン領域の低濃度不純物層15が形成される。次いで、ゲート電極14のサイドにシリコン酸化膜からなる側壁スペーサ17が形成された後、ヒ素をイオン注入し、ハロゲンランプを用いたアニール処理によって不純物の活性化を行うことにより、ソース領域あるいはドレイン領域の高濃度不純物層16が形成される。
【0044】
次に、100nm以下の気相成長シリコン酸化膜を形成し、該膜をHFとNH4Fの混合水溶液で選択的にエッチングすることにより、所定のシリコン基板領域を露出させる。続いて、例えばチタンを30〜100nm程度の膜厚でスパッタし、酸素を50ppm以下に制御した窒素雰囲気中において650〜750℃の温度で数秒〜60秒程度の瞬間アニールを行うことにより、開口したシリコン基板表面にチタンのモノシリサイド層が、シリコン酸化膜18上にはチタンリッチのチタンナイトライド(TiN)層が形成される。次いで、NH4OHとH22の混合水溶液中に浸漬すると、前記チタンナイトライド層はエッチング除去されてシリコン基板表面のみにチタンのモノシリサイド層が残る。さらに、750〜850℃のランプアニールを行って、前記モノシリサイド層をダイシリサイド化させて、高濃度不純物層16の表面に自己整合的にチタンシリサイド層19が形成される。
【0045】
なお、ゲート電極14をポリシリコンのみで形成して選択エッチングで露出させた場合には、ゲート電極とソース,ドレイン領域の両者が側壁スペーサで分離されたチタンサリサイド構造になる。
【0046】
なお、サリサイド構造は、チタンシリサイドの代わりに、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイドから構成されていてもよい。
【0047】
(B)次に、図1(B)に示す工程について説明する。
【0048】
(第1の層間絶縁膜I1の形成)
第1の層間絶縁膜I1は、4層のシリコン酸化膜、つまり、下から順に、第4のシリコン酸化膜20、第1のシリコン酸化膜22、第2のシリコン酸化膜24および第3のシリコン酸化膜26から構成されている。
【0049】
a.第4のシリコン酸化膜20の形成
まず、テトラエトキシラン(TEOS)と酸素とを300〜500℃でプラズマ化学気相成長(CVD)法で反応させることにより、膜厚100〜200nmの第4のシリコン酸化膜20が形成される。このシリコン酸化膜20は、シリサイド層19の酸化やカスピングもなく、SiH4から成長させた膜より絶縁性も高くフッ化水素の水溶液に対するエッチング速度も遅く、緻密な膜となる。
【0050】
ここでは、チタンシリサイド層19上に直接シリコン酸化膜20を形成させるが、このときの成膜温度が高いと成膜初期に酸化性ガスとチタンシリサイドとが反応してクラックや剥離を生じ易いため、処理温度は好ましくは600℃以下、より好ましくは250〜400℃で行うことが望ましい。そして、シリコン酸化膜がチタンシリサイド層19上に100nm程度の膜厚で前述した比較的低温で形成された後は、水蒸気以外の酸化雰囲気にさらされるアニールや気相酸化処理であれば、温度を900℃位まで上げても問題とならない。
【0051】
b.第1のシリコン酸化膜22の形成
次に、好ましくは2.5×102Pa以下、より好ましくは0.3×102〜2.0×102Paの減圧下において、窒素ガスをキャリアとして、SiH4およびH22をCVD法により反応させることにより、第1のシリコン酸化膜22を形成する。第1のシリコン酸化膜22は、少なくとも、下層の第4のシリコン酸化膜20の段差より大きい膜厚を有し、つまり該段差を十分にカバーする膜厚で成膜される。また、第1のシリコン酸化膜22の膜厚の上限は、該膜中にクラックが生じない程度に設定される。具体的には、第1のシリコン酸化膜22の膜厚は、より良好な平坦性を得るために、下層の段差より厚いことが望ましく、好ましくは300〜1000nmに設定される。
【0052】
第1のシリコン酸化膜22の成膜温度は、該膜の成膜時の流動性に関与し、成膜温度が高いと膜の流動性が低下して平坦性を損なうので、成膜時の温度は好ましくは0〜20℃、より好ましくは0〜10℃に設定される。
【0053】
また、H22の流量は特に制限されないが、SiH4の2倍以上の流量であることが好ましく、膜の均一性並びにスループットの点から、例えばガス換算で100〜1000SCCMの流量範囲に設定されることが望ましい。
【0054】
この工程で形成される第1のシリコン酸化膜22は、シラノールポリマーの状態にあり、流動性がよく、高い自己平坦化特性を有する。また、第1のシリコン酸化膜22は、多くの水酸基(−OH)を含むために吸湿性も高い状態にある。
【0055】
c.第2のシリコン酸化膜24の形成
次に、SiH4、PH3およびN2Oの存在下において、温度300〜450℃で200〜600kHzの高周波数でプラズマCVD法によってガスを反応させることにより、膜厚100〜600nmのPSG膜(第2のシリコン酸化膜)24が形成される。この第2のシリコン酸化膜24は、前記第1のシリコン酸化膜22の吸湿性が高いことを考慮して、前記第1のシリコン酸化膜22の形成に続いて連続的に形成されるか、あるいは第1のシリコン酸化膜22が水分を含まない雰囲気中で保存された後に形成されることが望ましい。
【0056】
また、第2のシリコン酸化膜24は、後に行われるアニール処理によって前記第1のシリコン酸化膜22中に含まれる水、水素などのガス化成分の脱離が容易かつ十分に行われることを考慮して、ポーラス(多孔性)であることが必要である。そのためには、第2のシリコン酸化膜24は、例えば温度が好ましくは450℃以下、より好ましくは300〜400℃、好ましくは1MHz以下、より好ましくは200〜600kHzのプラズマCVD法によって成膜され、かつリンなどの不純物を含むことが望ましい。第2のシリコン酸化膜24にこのような不純物が含まれることにより、第2のシリコン酸化膜24は、よりポーラスな状態となって膜に対するストレスを緩和できるだけでなく、アルカリイオン等に対するゲッタリング効果も持ち合わせることができる。このような不純物の濃度は、ゲッタリング効果、耐ストレス性などの点を考慮して設定される。例えば、不純物がリンの場合には、2〜6重量%の割合で含まれることが望ましい。
【0057】
また、プラズマCVDにおいて、酸素を含む化合物としてN2Oを用いることにより、第1のシリコン酸化膜22中の水素ボンドの脱離が促進される。その結果、第1のシリコン酸化膜22に含まれる水分および水素などのガス化成分をより確実に除去することができる。
【0058】
この第2のシリコン酸化膜24の膜厚は、必要とされる層間絶縁膜の厚みを調整する役割と、N2Oプラズマが水素ボンドを脱離する機能を考慮して、好ましくは100nm以上、より好ましくは100〜600nmに設定される。
【0059】
d.アニール処理
次に、窒素雰囲気中で、温度600〜850℃でアニール処理を行う。このアニール処理によって、前記第1のシリコン酸化膜22および第2のシリコン酸化膜24は緻密化され、良好な絶縁性並びに耐水性を有する。すなわち、アニール温度を600℃以上に設定することにより、第1のシリコン酸化膜22でのシラノールの縮重合反応がほぼ完全に行われ、該膜中に含まれる水および水素が十分に放出されて緻密な膜を形成することができる。また、アニール温度を850℃以下に設定することにより、MOSトランジスタを構成するソース領域あるいはドレイン領域の拡散層にパンチスルーや接合リークなどの悪影響を与えることがなく、素子の微細化を達成することができる。
【0060】
アニール処理においては、第1のシリコン酸化膜22に対する熱ひずみの影響を小さくするために、段階的にもしくは連続的にウエハの温度を上げる、ランピングアニールを行うことが望ましい。例えば、ウエハを約400℃で保温した後、アニール温度(600〜850℃)に昇温する場合、第2のシリコン酸化膜24の不純物濃度をかなり低くすることができる。例えば、不純物がリンの場合、可動性イオンのゲッタリング効果を別にして、リンの濃度が2重量%以下でも、第1のシリコン酸化膜22にクラックが生じないことを確認している。
【0061】
e.第3のシリコン酸化膜26の形成
次に、TEOSと酸素とを用い、350〜400℃でプラズマCVD法により膜厚1000〜1500nmの第3のシリコン酸化膜26を形成する。
【0062】
プラズマCVD法を用いたTEOS−酸素のシリコン酸化膜は、アニールを行わない場合でも、高温アニールした前記第1のシリコン酸化膜22および第2のシリコン酸化膜24と同程度かあるいは少し速いドライエッチング速度を有している。このことは、後述するコンタクトホールの形成においてホール側面にくびれや段差を生ずることなく、良好な形状のコンタクトホールを得る要因となる。
【0063】
(C)次に、図1(C)に示す工程について説明する。
【0064】
(CMPによる平滑化)
次いで、前記第3のシリコン酸化膜26、および必要に応じて前記第2のシリコン酸化膜24および第1のシリコン酸化膜22を、CMP法によって所定の膜厚を研磨し、平滑化する。そして、前記第1のシリコン酸化膜22、第2のシリコン酸化膜24および第3のシリコン酸化膜26は、研磨速度がほとんど同じことから、研磨によって第2のシリコン酸化膜24あるいは第1のシリコン酸化膜22の一部が表面に露出したとしても、平坦な表面を得ることができ、したがって研磨量の管理が容易である。
【0065】
例えば、本発明者らの研究によれば、各シリコン酸化膜の研磨速度は以下の様であった。
【0066】
第1のシリコン酸化膜(アニール温度800℃) ;250nm/分
第2のシリコン酸化膜(アニール温度800℃) ;250nm/分
第3のシリコン酸化膜(アニールなし) ;250nm/分
比較のためのBPSG膜(アニール温度900℃);350nm/分
(D)次に、図2(A)に示す工程について説明する。
【0067】
(コンタクトホールの形成)
次いで、CHF3とCF4とを主ガスとした反応性イオンエッチャーで第1の層間絶縁膜I1を構成するシリコン酸化膜20、22、24および26を選択的に異方性エッチングすることにより、口径が0.2〜0.5μmのコンタクトホール32が形成される。
【0068】
このコンタクトホール32は、上端部から底部に向かって直線的に口径が小さくなるテーパー状を成す。テーパーの角度θは、エッチング条件などによって一概には規定できないが、たとえば、5〜15度の傾斜を有する。このようなテーパー状のスルーホールが得られる理由としては、第1に、シリコン酸化膜20、22、24および26は、基本的にはほぼ同じエッチング速度を有し、さらに第1のシリコン酸化膜22は第2のシリコン酸化膜24に比べてエッチング速度がわずかに小さいこと、第2に、各シリコン酸化膜の界面が極めて良好に密着していることにある。このようなテーパ状のコンタクトホール32内では、後述するように、アルミニウム膜の良好な堆積が可能である。
【0069】
以下に、本願発明者らが測定した各シリコン酸化膜のドライエッチング速度を記載する。なお、ドライエッチングは、パワー;800W、気圧;20Pa、エッチャントガス;CF4:CHF3:He=1:2:9の条件で行った。
【0070】
第1のシリコン酸化膜(アニール温度800℃) ;525nm/分
第2のシリコン酸化膜(アニール温度800℃) ;550nm/分
第3のシリコン酸化膜(アニールなし) ;565nm/分
比較のためのBPSG膜(アニール温度900℃);750nm/分
(E)次に、図2(B)に示す工程について説明する。
【0071】
(脱ガス処理)
まず、脱ガス工程を含む熱処理ついて説明する。
【0072】
ランプチャンバで、1.5×10-4Pa以下のベース圧力、150〜250℃の温度で30〜60秒間のランプ加熱(熱処理A)を施す。次いで、別のチャンバで1×10-1〜15×10-1Paの圧力でアルゴンガスを導入し、150〜550℃の温度で、30〜120秒間の熱処理(脱ガス工程;熱処理B)を行うことによって、脱ガス処理を行う。
【0073】
この工程においては、まず、熱処理Aにおいて、主として、ウエハの裏面および側面を含むウエハ全体を加熱処理することにより、ウエハに付着している水分などを除去できる。
【0074】
さらに、熱処理Bにおいて、主として、第1の層間絶縁膜I1を構成する第1のシリコン酸化膜22中のガス化成分(H,H2O)を除去することができる。その結果、次工程のバリア層およびアルミニウム膜の形成時に、第1の層間絶縁膜I1からのガス化成分の発生が防止できる。
【0075】
本実施の形態においては、バリア層33は、バリア機能を有するバリア膜と、導電膜とからなる多層膜によって構成される。導電膜は、バリア膜とシリコン基板に形成された不純物拡散層、つまりソース領域あるいはドレイン領域との導電性を高めるために、バリア膜と不純物拡散層との間に形成される。バリア膜としては、一般的な物質、例えばチタンナイトライドやチタンタングステンを好ましく用いることができる。また、導電膜としては、チタン,コバルト,タングステンなどの高融点金属を用いることができる。これらのチタン,コバルト,タングステンは基板を構成するシリコンと反応してシリサイドとなる。
【0076】
バリア層、例えばTiN膜/Ti膜は数十原子%のガス化成分(O,H,H2O,N)を固溶することから、これらの膜を形成する前に、第1の層間絶縁膜I1中のガス化成分を除去することが、コンタクトホール内でのアルミニウム膜の成膜を良好に行う上で、極めて有効である。バリア層の下位の第1の層間絶縁膜I1中のガス化成分を十分に除去しておかないと、バリア層の形成時の温度(通常、300℃以上)で、第1の層間絶縁膜I1中のガス化成分が放出され、このガスがバリア層中に取り込まれる。さらに、このガスがアルミニウム膜の成膜時にバリア層から離脱してバリア層とアルミニウム膜との界面に出てくるため、アルミニウム膜の密着性や流動性に悪影響を与える。
【0077】
(バリア層の成膜)
スパッタ法により、バリア層33を構成する導電膜として、チタン膜を20〜70nmの膜厚で形成し、次いで、別のチャンバで、バリア膜としてTiN膜を30〜150nmの膜厚で形成する。スパッタの温度は、膜厚に応じて、200〜450℃の範囲で選択される。
【0078】
次に、0.1×102〜1.5×102Paの圧力で酸素プラズマ中に10〜100秒間さらし、450〜700℃の窒素または水素雰囲気中で10〜60分間にわたってアニール処理することにより、バリア層中に酸化チタンを島状に形成することができる。この処理によりバリア層のバリア性を向上させることができることを確認している。
【0079】
また、このアニール処理は、少なくとも数百ppm〜数%の酸素を含むランプアニール炉における400〜800℃の熱処理によっても行うことができ、同様にバリア層のバリア性を向上させることができる。
【0080】
なお、図示はしないが、バリア層33の表面に、後述するアルミニウム膜に対する濡れ性を向上させる目的で、チタン、コバルト、シリコンなどで構成されるウェッテング層を形成してもよい。このようなウェッテング層を設けることにより、第1のアルミニウム膜の流動性を上げることができる。ウェッテング層の膜厚は、通常数十nm以上あればよい。
【0081】
(アルミニウム膜の成膜前の脱ガス処理およびウエハの冷却)
まず、ウエハの冷却を行う前に、ランプチャンバ内において、1.5×10-4Pa以下のベース圧力、150〜250℃の温度で30〜60秒間の熱処理(熱処理C)を行い、基板に付着した水などの物質を除去する。その後、アルミニウム膜を成膜する前に、基板温度を100℃以下、好ましくは常温〜50℃の温度に下げる。この冷却工程は、上記熱処理Cにより上昇した基板温度を下げるために重要なもので、例えば水冷機能を有するステージ上にウエハを載置して該ウエハ温度を所定温度まで下げる。
【0082】
このようにウエハの冷却を行うことにより、第1のアルミニウム膜を成膜する際に、第1の層間絶縁膜I1およびバリア層33、さらにウエハ全面から放出されるガス量を極力少なくすることができる。その結果、バリア層33と第1のアルミニウム膜34との界面に吸着する、カバレッジ性や密着性に有害なガスの影響を防ぐことができる。
【0083】
(アルミニウム膜の成膜)
まず、200℃以下、より好ましくは30〜100℃の温度で、0.2〜1.0重量%の銅を含むアルミニウムを膜厚150〜300nmでスパッタによって高速度で成膜し、第1のアルミニウム膜34が形成される。続いて、同一チャンバ内で基板温度420〜460℃に加熱して、同様に銅を含むアルミニウムをスパッタにより低速度で成膜し、膜厚300〜600nmの第2のアルミニウム膜35が形成される。ここで、アルミニウム膜の成膜において、「高速度」とは、成膜条件や製造されるデバイスの設計事項によって一概に規定できないが、おおよそ10nm/秒以上のスパッタ速度を意味し、「低速度」とは、おおよそ3nm/秒以下のスパッタ速度を意味する。
【0084】
図5に、第1および第2のアルミニウム膜34,35を成膜するためのスパッタ装置の一例を示す。このスパッタ装置は、チャンバ50内に、電極をかねるターゲット51およびステージをかねる電極52を有し、電極52上には処理される基板(ウエハ)Wが設置されるように構成されている。チャンバ50には、第1のガス供給路53が接続され、電極52には、第2のガス供給路54が接続されている。ガス供給路53,54からは、いずれもアルゴンガスが供給される。そして、第2のガス供給路54から供給されるガスによって、ウエハWの温度が制御される。なお、チャンバ50内のガスを排出するための手段は図示しない。
【0085】
このようなスパッタ装置を用いて基板温度をコントロールした一例を図6に示す。図6において、横軸は経過時間を示し、縦軸は基板(ウエハ)温度を示す。また、図6において、符号aで示すラインはスパッタ装置のステージ52の温度を350℃に設定したときの基板温度変化を示し、符号bで示すラインは第2のガス供給路54を通して高温のアルゴンガスをチャンバ内に供給することによってステージ52の温度を高めていったときの基板温度の変化を示している。
【0086】
例えば、基板の温度制御は以下のように行われる。まず、ステージ52の温度は、予め、第2のアルミニウム膜を形成するための温度(350〜500℃)に設定されている。第1のアルミニウム膜を形成する際には、第2のガス供給路54からのガスの供給はなく、基板温度はステージ52による加熱によって、図6の符号aで示すように徐々に上昇する。第2のアルミニウム膜を形成する際には、第2のガス供給路54を介して加熱されたガスが供給されることによって図6の符号bで示すように、基板温度は急激に上昇し、所定の温度で一定になるように制御される。
【0087】
図6に示す例では、ステージ温度が350℃に設定され、そして、基板温度が125〜150℃に設定されている間に第1のアルミニウム膜34が成膜され、その後すぐに第2のアルミニウム膜35の成膜が行われる。
【0088】
アルミニウム膜の成膜においては、成膜速度および基板温度制御とともに、スパッタ装置に印加されるパワーの制御も重要である。つまり、成膜速度とも関連するが、第1のアルミニウム膜34の成膜は高いパワーで行われ、第2のアルミニウム膜35は低いパワーで行われ、さらに高いパワーから低いパワーに切り換える際にパワーをゼロにしないことが重要である。パワーをゼロにすると、減圧下においても第1のアルミニウム膜の表面に酸化膜が形成され、第1のアルミニウム膜に対する第2のアルミニウム膜の濡れ性が低下し、両者の密着性が悪くなる。言い換えれば、パワーを常に印加することにより、成膜中のアルミニウム膜の表面に活性なアルミニウムを供給し続けることができ、酸化膜の形成を抑制できる。なお、パワーの大きさは、スパッタ装置や成膜条件などに依存し一概に規定できないが、例えば図6に示す温度条件の場合、高パワーが5〜10kW、低パワーが300W〜1kWに設定されることが望ましい。
【0089】
このように、同一チャンバ内で第1のアルミニウム膜34および第2のアルミニウム膜35を連続的に成膜することにより、温度およびパワーの制御を厳密に行うことができ、従来よりも低温でかつ安定したアルミニウム膜を効率よく形成することが可能となる。
【0090】
前記第1のアルミニウム膜34の膜厚は、良好なステップカバレッジで連続層を形成することができること、並びに該アルミニウム膜34より下層のバリア層33および第1の層間絶縁膜I1からのガス化成分の放出を抑制できることなどを考慮して、適正な範囲が選択されるが、例えば200〜400nmが望ましい。また、第2のアルミニウム膜35は、コンタクトホールの大きさ並びにそのアスペクト比などによって決定されるが、例えばアスペクト比が3程度で0.5μm以下のホールを埋めるためには、300〜1000nmの膜厚が必要である。
【0091】
(反射防止膜の成膜)
さらに、別のスパッタチャンバで、スパッタによりTiNを堆積することにより、膜厚30〜80nmの反射防止膜36が形成される。その後、Cl2とBCl3のガスを主体とする異方性ドライエッチャーで前記バリア層33、第1のアルミニウム膜34、第2のアルミニウム膜35および反射防止膜36からなる堆積層を選択的にエッチングして、第1の金属配線層40のパターニングを行う。
【0092】
このようにして形成された金属配線層40では、アスペクト比が0.5〜3で、口径が0.2〜0.8μmのコンタクトホール内において、ボイドを発生させることなく良好なステップカバレッジでアルミニウムが埋め込まれることが確認された。
【0093】
(F)次に、図3(A)に示す工程について説明する。
【0094】
(第2の層間絶縁膜I2の形成)
第2の層間絶縁膜I2は、基本的には前記第1の層間絶縁膜I1と同様の構成を有する。すなわち、第2の層間絶縁膜I2は、4層のシリコン酸化膜、つまり、下から順に、第8のシリコン酸化膜70、第5のシリコン酸化膜72、第6のシリコン酸化膜74および第7のシリコン酸化膜76から構成されている。そして、これらのシリコン酸化膜70,72,74および76は、アニール処理以外は、前記シリコン酸化膜20,22,24および26と同様な方法で成膜される。以下に主要な部分を説明するが、共通する事項については記載を省略する。
【0095】
a.第8のシリコン酸化膜70の形成
まず、テトラエトキシラン(TEOS)と酸素とを300〜500℃でプラズマ化学気相成長(CVD)法で反応させることにより、膜厚50〜200nmの第8のシリコン酸化膜70が形成される。
【0096】
b.第5のシリコン酸化膜72の形成
次に、好ましくは2.5×102Pa以下、より好ましくは0.3×102〜2×102Paの減圧下において、窒素ガスをキャリアとして、SiH4およびH22を0〜10℃の温度でCVD法により反応させることにより、第5のシリコン酸化膜72を形成する。第5のシリコン酸化膜72は、前記第1のシリコン酸化膜22と同様に、少なくとも、下層の第8のシリコン酸化膜70の段差より大きい膜厚を有し、つまり該段差を十分にカバーする膜厚で成膜される。また、第5のシリコン酸化膜72の膜厚の上限は、該膜中にクラックが生じない程度に設定される。具体的には、第5のシリコン酸化膜72の膜厚は、より良好な平坦性を得るために、下層の段差より厚いことが望ましく、好ましくは500〜1000nmに設定される。
【0097】
第5のシリコン酸化膜72の成膜温度は、好ましくは0〜20℃、より好ましくは0〜10℃に設定される。
【0098】
この工程で形成される第5のシリコン酸化膜72は、高い流動性を有し、平坦化特性に優れる。
【0099】
c.第6のシリコン酸化膜74の形成
次に、SiH4、PH3およびN2Oの存在下において、温度300〜450℃で200〜600kHzの高周波数でプラズマCVD法によって反応させることにより、膜厚100〜600nmのPSG膜(第6のシリコン酸化膜)74が形成される。
【0100】
また、第6のシリコン酸化膜74は、前記第2のシリコン酸化膜24と同様に、後に行われるアニール処理によって前記第5のシリコン酸化膜72中に含まれる水などのガス化成分の脱離が容易かつ十分に行われることを考慮して、ポーラス(多孔性)であることが必要である。そのためには、第6のシリコン酸化膜74は、例えば温度が好ましくは450℃以下、より好ましくは300〜400℃、好ましくは1MHz以下、より好ましくは200〜600kHzの高周波プラズマCVD法によって成膜され、リンなどの不純物が含まれることが望ましい。第2のシリコン酸化膜74にこのような不純物が含まれることにより、第2のシリコン酸化膜74は、よりポーラスな状態となって膜に対するストレスを緩和できる。このような不純物の濃度は、耐ストレス性、ゲッタリング効果などの点を考慮して設定される。例えば、不純物がリンの場合には、1〜6重量%の割合で含まれることが望ましい。
【0101】
また、プラズマCVDにおいて、酸素を含む化合物としてN2Oを用いることにより、第5のシリコン酸化膜72中の水素ボンドの脱離が促進される。その結果、第5のシリコン酸化膜72に含まれる水分などのガス化成分をより確実に除去することができる。
【0102】
この第6のシリコン酸化膜74の膜厚は、好ましくは100nm以上、より好ましくは200〜600nmに設定される。
【0103】
d.アニール処理
次に、温度350〜450℃でアニール処理を行う。このアニール処理によって、前記第5のシリコン酸化膜72および第6のシリコン酸化膜74は緻密化され、良好な絶縁性並びに耐水性を有する。すなわち、アニール温度を350℃以上に設定することにより、第5のシリコン酸化膜72でのシラノールの縮重合反応がほぼ完全に行われ、該膜中に含まれる水分が十分に放出されて緻密な膜を形成することができる。また、アニール温度を450℃以下に設定することにより、第1の配線層40を構成するアルミニウム膜に悪影響を与えることがない。
【0104】
e.第7のシリコン酸化膜76の形成
次に、TEOSと酸素とを用い、350〜400℃でプラズマCVD法により膜厚1000〜1500nmの第3のシリコン酸化膜76を形成する。
【0105】
(G)次に、図3(B)に示す工程について説明する。
【0106】
(CMPによる平滑化)
前記第7のシリコン酸化膜76、および必要に応じて前記第6のシリコン酸化膜74および第5のシリコン酸化膜72を、CMP法によって所定の膜厚で研磨し、平滑化する。この平滑化処理により、研磨によって第7のシリコン酸化膜74あるいは第5のシリコン酸化膜72の一部が表面に露出したとしても、平坦な表面を得ることができ、したがって研磨量の管理が容易である。
【0107】
(H)次に、図4(A)に示す工程について説明する。
【0108】
(ビアホールの形成)
CHF3とCF4とを主ガスとした反応性イオンエッチャーで第2の層間絶縁膜I2および反射防止膜36を選択的に異方性エッチングすることにより、口径が0.3〜0.5μmのビアホール62が形成される。
【0109】
このビアホール62は、前記コンタクトホール32と同様に、上端部から底部に向かって徐々に口径が小さくなるテーパー状を成す。テーパーの角度θは、エッチング条件などによって一概には規定できないが、たとえば、5〜15度の傾斜を有する。
【0110】
(I)次に、図4(B)に示す工程について説明する。
【0111】
(脱ガス処理)
まず、脱ガス工程を含む熱処理ついて説明する。
【0112】
ランプチャンバで、1.5×10-4Pa以下のベース圧力、150〜250℃の温度で30〜60秒間のランプ加熱(熱処理D)を施す。次いで、別のチャンバで1×10-1〜15×10-1Paの圧力でアルゴンガスを導入し、300〜500℃の温度で、30〜120秒間の熱処理(脱ガス工程;熱処理E)を行うことによって、脱ガス処理を行う。
【0113】
この工程においては、まず、熱処理Dにおいて、主として、ウエハの裏面および側面を含むウエハ全体を加熱処理することにより、ウエハに付着している水分などを除去できる。
【0114】
さらに、熱処理Eにおいて、主として、第2の層間絶縁膜I2中のガス化成分(H,H2O)を除去することができる。その結果、次工程のウェッテング層およびアルミニウム膜の形成時に、第2の層間絶縁膜I2からのガス化成分の発生が防止できる。
【0115】
本実施の形態においては、ウェッテング層、例えばTi膜は数十原子%のガス化成分(O,H,H2O,N)を固溶することから、この膜を形成する前に、第2の層間絶縁膜I2中のガス化成分を除去することが、ビアホール内でのアルミニウム膜の成膜を良好に行う上で、極めて有効である。ウェッテング層の下位の第2の層間絶縁膜I2中のガス化成分を十分に除去しておかないと、ウェッテング層の形成時の温度(通常、300℃以上)で、第2の層間絶縁膜I2中のガス化成分が放出され、このガスがウェッテング層中に取り込まれる。さらに、このガスがアルミニウム膜の成膜時にウェッテング層から離脱してウェッテング層とアルミニウム膜との界面に出てくるため、アルミニウム膜の密着性や流動性に悪影響を与える。
【0116】
(ウェッテング層の成膜)
スパッタ法により、ウェッテング層63を構成する膜として、チタン膜を20〜70nmの膜厚で形成する。スパッタの温度は、膜厚に応じて、200〜450℃の範囲で選択される。
【0117】
(アルミニウム膜の成膜前の脱ガス処理およびウエハの冷却)
まず、ウエハの冷却を行う前に、ランプチャンバ内において、1.5×10-4Pa以下のベース圧力、150〜250℃の温度で30〜60秒間の熱処理(熱処理F)を行い、基板に付着した水などの物質を除去する。その後、アルミニウム膜を成膜する前に、基板温度を100℃以下、好ましくは常温〜50℃の温度に下げる。この冷却工程は、上記熱処理Fにより上昇した基板温度を下げるために重要なもので、例えば水冷機能を有するステージ上にウエハを載置して該ウエハ温度を所定温度まで下げる。
【0118】
このようにウエハの冷却を行うことにより、第1のアルミニウム膜を成膜する際に、第2の層間絶縁膜I2およびウェッテング層63、さらにウエハ全面から放出されるガス量を極力少なくすることができる。その結果、ウェッテング層63と第1のアルミニウム膜64との界面に吸着する、カバレッジ性や密着性に有害なガスの影響を防ぐことができる。
【0119】
(アルミニウム膜の成膜)
まず、200℃以下、より好ましくは30〜100℃の温度で、0.2〜1.0重量%の銅を含むアルミニウムを膜厚150〜300nmでスパッタによって高速度で成膜し、第1のアルミニウム膜64が形成される。続いて、同一チャンバ内で基板温度420〜460℃に加熱して、同様に銅を含むアルミニウムをスパッタにより低速度で成膜し、膜厚300〜600nmの第2のアルミニウム膜65が形成される。
【0120】
スパッタ装置としては、図5に示す装置と同様のものを使用することができる。前記スパッタ装置の構成、ウェハの温度制御およびスパッタ時のパワーについては、第1の金属配線層40の場合と同様なので、詳細な説明を省略する。
【0121】
同一チャンバ内で第1のアルミニウム膜64および第2のアルミニウム膜65を連続的に成膜することにより、温度およびパワーの制御を厳密に行うことができ、従来よりも低温でかつ安定したアルミニウム膜を効率よく形成することが可能となる。
【0122】
前記第1のアルミニウム膜64の膜厚は、良好なステップカバレッジで連続層を形成することができること、並びに該アルミニウム膜64より下層のウェッテング層63および第2の層間絶縁膜I2からのガス化成分の放出を抑制できることなどを考慮して、適正な範囲が選択されるが、例えば100〜300nmが望ましい。また、第2のアルミニウム膜65は、ビアホール62の大きさ並びにそのアスペクト比などによって決定されるが、例えばアスペクト比が3程度で0.5μm以下のホールを埋めるためには、300〜800nmの膜厚が必要である。
【0123】
(反射防止膜の成膜)
さらに、別のスパッタチャンバで、スパッタによりTiNを堆積することにより、膜厚30〜80nmの反射防止膜66が形成される。その後、Cl2とBCl3のガスを主体とする異方性ドライエッチャーで前記ウェッテング層63、第1のアルミニウム膜64、第2のアルミニウム膜65および反射防止膜66からなる堆積層を選択的にエッチングして、第2の金属配線層60のパターニングを行う。
【0124】
このようにして形成された金属配線層60では、アスペクト比が0.5〜3で、口径が0.2〜0.8μmのビアホール内において、ボイドを発生させることなく良好なステップカバレッジでアルミニウムが埋め込まれることが確認された。
【0125】
以後、必要に応じて、第2の配線領域L2と同様にして第3、第4…の多層配線領域を形成することができる。
【0126】
本実施の形態において、第1および第2の層間絶縁膜I1,I2が優れた平坦性を有する理由としては、以下のことが考えられる。
【0127】
(a)図1(B)および図3(A)に示す工程で形成される第1のシリコン酸化膜22および第5のシリコン酸化膜72は、シリコン化合物と過酸化水素との反応によって形成される、シラノールを含む反応生成物が高い流動性を有するため、ウエハ表面の凹凸がこれらの膜を形成した時点で高度に平坦化される。
【0128】
(b)第1および第2の層間絶縁膜I1,I2を構成する各シリコン酸化膜、特に第1,第2および第3のシリコン酸化膜22,24,26ならびに第5,第6および第7のシリコン酸化膜72,74,76は、CMPにおいて同程度の研磨速度を有するため、表面に異なったシリコン酸化膜が部分的に共存した場合であっても、良好な平坦性が得られる。
【0129】
また、本実施の形態において、コンタクトホール32およびビアホール62に、第1および第2のアルミニウム膜34,35ならびに第1および第2のアルミニウム膜64,65がそれぞれ良好に埋め込まれた理由としては、以下のことが考えられる。
【0130】
(a)脱ガス工程を行うことにより、各層間絶縁膜I1、I2に含まれる水や窒素をガス化して充分に放出することにより、その後の第1のアルミニウム膜34,64および第2のアルミニウム35,65の成膜において、層間絶縁膜I1,I2やバリア層33あるいはウェッテング層63からのガスの発生を防止することで、バリア層33と第1のアルミニウム膜34、ならびにウェッテング層63と第1のアルミニウム膜64との密着性を高め、良好なステップカバレッジの成膜が可能であったこと。
【0131】
(b)第1のアルミニウム膜34,64の成膜において、基板温度を200℃以下の比較的低温に設定することにより、層間絶縁膜I1,I2およびバリア層33ならびにウェッテング層63に含まれる水分や窒素を放出させないようにして、前記脱ガス工程の効果に加えて第1のアルミニウム膜34,64の密着性を高めたこと。
【0132】
(c)さらに、第1のアルミニウム膜34,64自体が、基板温度が上がった場合に下層からのガスの発生を抑制する役割を果たすため、次の第2のアルミニウム膜35,65の成膜を比較的高い温度で行うことができ、第2のアルミニウム膜の流動拡散を良好に行うことができること。
【0133】
以上の方法によって、本発明に係る半導体装置(図4(B)参照)を形成することができる。この半導体装置は、少なくともMOS素子を含むシリコン基板11、および前記シリコン基板11の上に形成された第1の配線領域L1を有する。
【0134】
前記第1の配線領域L1は、ベース層となる第4のシリコン酸化膜20、シリコン化合物と過酸化水素との重縮合反応によって形成された第1のシリコン酸化膜22、前記第1のシリコン酸化膜22の上に形成され、リンなどの不純物を含有する第2のシリコン酸化膜24、および前記第2のシリコン酸化膜24の上に形成され、CMPにより平坦化された第3のシリコン酸化膜26からなる第1の層間絶縁膜I1、前記層間絶縁膜I1に形成されたコンタクトホール32、前記層間絶縁膜I1および前記コンタクトホール32の表面に形成されたバリア層33、および前記バリア層33の上に形成された、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする合金からなるアルミニウム膜34,35、を有する。そして、前記アルミニウム膜34は、バリア層33を介してチタンシリサイド層19に接続されている。
【0135】
前記第1の配線領域L1上に形成された第2の配線領域L2は、ベース層となる第8のシリコン酸化膜70、シリコン化合物と過酸化水素との重縮合反応によって形成された第5のシリコン酸化膜72、前記第5のシリコン酸化膜72の上に形成され、リンなどの不純物を含有する第6のシリコン酸化膜74、および前記第6のシリコン酸化膜74の上に形成され、CMPにより平坦化された第7のシリコン酸化膜76からなる第2の層間絶縁膜I2、前記層間絶縁膜I2に形成されたビアホール62、前記層間絶縁膜I2および前記ビアホール62の表面に形成されたウェッテング層63、および前記ウェッテング層63の上に形成された、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする合金からなるアルミニウム膜64,65、を有する。
【0136】
以上のように、本実施の形態によれば、シリコン化合物と過酸化水素との気相反応によって得られる、シラノールを含むシリコン酸化膜を形成し、さらに最上層にCMPによって平坦化されたシリコン酸化膜を形成することにより、極めて良好な平坦性を有する層間絶縁膜を形成することができる。特に、第1の層間絶縁膜は、従来のBPSG膜に比べてかなり低温で成膜することができるため、パンチスルーや接合リークなどの点で特性を改善することができ、したがって、素子の微細化および信頼性の高いコンタクト構造を達成することができ、また製造プロセス上も有利である。また、層間絶縁膜が高度な平坦性を有することから、配線層の加工などを含めたプロセスマージンを増加させ、品質および歩留まりを向上させることができる。
【0137】
さらに、本実施の形態においては、アルミニウム膜のスパッタ前に少なくとも脱ガス工程と冷却工程を含み、さらに好ましくは同一チャンバ内で連続的にアルミニウム膜を成膜することにより、0.2μm程度までのコンタクトホールおよびビアホールをアルミニウムあるいはアルミニウム合金だけで埋め込むことが可能となり、信頼性および歩留まりの点で向上がはかれた。また、コンタクト部を構成するアルミニウム膜における銅等の偏析や結晶粒の異常成長もなく、マイグレーション等を含めた信頼性の点でも良好であることが確認された。
【0138】
(他の実施の形態)
本発明は上記実施の形態に限定されず、その一部を以下の手段で置き換えることができる。
【0139】
(a)前記実施の形態においては、第2のシリコン酸化膜24のプラズマCVDによる成膜時に、酸素を含む化合物として一酸化二窒素を用いたが、その代わりにオゾンを用いることもできる。そして、第2のシリコン酸化膜24を形成する前に、ウエハをオゾン雰囲気にさらすことが望ましい。
【0140】
例えば、図8に示すベルト炉を用い、ヒーター82によって400〜500℃に加熱された搬送ベルト80上にウエハWを載置して所定の速度で移動させる。このとき、第1のガスヘッド86aからオゾンを供給し、2〜8重量%のオゾン雰囲気中を前記ウエハWを5分以上の時間をかけて通過させる。次いで、第2および第3のガスヘッド86b,86cからオゾン、TEOSおよびTMP(P(OCH33)をほぼ常圧で供給し、リンの濃度が3〜6重量%のPSG膜(第2のシリコン酸化膜)24を、膜厚100〜600nmで成膜する。なお、図8において符号84は、カバーを示す。
【0141】
このように一酸化二窒素の代わりにオゾンを用いることにより、常圧CVDによってTEOSによるシリコン酸化膜を形成することができる。また、ベルト炉を用いることにより、成膜を連続的に効率よく行うことができる。
【0142】
また、オゾン雰囲気中にウエハWをさらすことにより、熱脱離スペクトル(TDS)および赤外分光法(FTIR)によって、第1のシリコン酸化膜22は吸湿性や水分が十分少ないこと、反応ガスとして一酸化二窒素を用いた場合と同様に層間絶縁膜I1の平坦性およびMOSトランジスタの特性が良好であること、および第1のシリコン酸化膜22にクラックが発生しないことが確認された。
【0143】
(b)前記実施の形態では、第4のシリコン酸化膜20として、プラズマCVDによるTEOSを用いたシリコン酸化膜を用いたが、これに代わり他のシリコン酸化膜を用いてもよい。例えば、このような第4のシリコン酸化膜として、モノシランと一酸化二窒素を用いた減圧熱CVD法によって形成した膜でもよい。このシリコン酸化膜は、下層のシリコン基板の表面形状に忠実に成膜され、カバレッジ性がよいだけでなく、緻密であるのでパッシベーション機能が高く、さらにアニール処理において急激に昇温しても第1のシリコン酸化膜22にクラックが発生しにくい。また、熱CVD法を用いるため、プラズマダメージがない利点がある。
【0144】
ただし、この方法による成膜は、ウエハ温度を750〜800℃程度に設定する必要があるため、サリサイド構造としてチタンシリサイドのように酸化されやすい膜を用いた場合には使用できず、タングステンシリサイドあるいはモリブデンシリサイドを使用する必要がある。
【0145】
(c)前記実施の形態では、第1の層間絶縁膜I1は、4層のシリコン酸化膜から構成されているが、これに限らず他のシリコン酸化膜を加えてもよい。例えば、第4のシリコン酸化膜20と第1のシリコン酸化膜22との間に、プラズマCVD法により形成された、膜厚100〜300nmのPSG膜(リンの濃度;1〜6重量%)を形成してもよい。このPSG膜を入れることにより、可動イオンのゲッタリング機能がさらに向上して、トランジスタのしきい値特性および静止電流の変動が減少することが確認された。
【0146】
なお、上記実施の形態では、2層の配線領域を含む半導体装置について述べたが、本発明はもちろん3層以上の配線領域を含む半導体装置にも適用でき、また、Nチャネル型MOS素子を含む半導体装置のみならず、Pチャネル型あるいはCMOS型素子などの各種の素子を含む半導体装置に適用することができる。
【0147】
【図面の簡単な説明】
【図1】(A),(B)および(C)は、本発明の半導体装置の製造方法の一例を工程順に模式的に示す断面図である。
【図2】(A)および(B)は、図1に示す工程に続いて行われる半導体装置の製造方法の一例を工程順に模式的に示す断面図である。
【図3】(A)および(B)は、図2に示す工程に続いて行われる半導体装置の製造方法の一例を工程順に模式的に示す断面図である。
【図4】(A)および(B)は、図3に示す工程に続いて行われる半導体装置の製造方法の一例を工程順に模式的に示す断面図である。
【図5】本発明に係る実施の形態に用いられるスパッタ装置の一例を模式的に示す図である。
【図6】図5に示すスパッタ装置を用いて基板温度を制御したときの、時間と基板温度との関係を示す図である。
【図7】(a)〜(c)は、従来の半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。
【図8】半導体装置の製造に用いられるベルト炉を模式的に示す図である。
【符号の説明】
11 シリコン基板
12 フィールド絶縁膜
13 ゲート酸化膜
14 ゲート電極
15 低濃度不純物層
16 高濃度不純物層
17 側壁スペーサ
18 シリコン酸化膜
19 チタンシリサイド層
20 第4のシリコン酸化膜
22 第1のシリコン酸化膜
24 第2のシリコン酸化膜
26 第3のシリコン酸化膜
32 コンタクトホール
33 バリア層
34 第1のアルミニウム膜
35 第2のアルミニウム膜
62 ビアホール
63 ウェッテング層
64 第1のアルミニウム膜
65 第2のアルミニウム膜
70 第8のシリコン酸化膜
72 第5のシリコン酸化膜
74 第6のシリコン酸化膜
76 第7のシリコン酸化膜
I1,I2 層間絶縁膜
L1,L2 配線領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device that can be miniaturized to half a micron or less and has an interlayer insulating film, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Background]
In semiconductor devices such as LSIs, with the miniaturization, high density, and multi-layering of elements, the low temperature and flattening of the interlayer insulating film and the technology for forming metal wiring are important issues. Yes.
[0003]
The interlayer insulating film is formed, for example, by first growing a silicon oxide film by chemical vapor deposition at a low temperature on a substrate on which an element is formed, and then containing an impurity such as a silane compound, oxygen or ozone, and phosphorus or boron. A gas is reacted in a gas phase to form a BPSG film with a thickness of about several hundred nm to 1 μm. Thereafter, the BPSG film is fluidized and flattened by a so-called high temperature flow annealing at a high temperature in a nitrogen atmosphere. Through holes (contact holes) are formed in the interlayer insulating film thus formed, a barrier layer made of titanium or titanium nitride is formed, and then a metal wiring layer is formed.
[0004]
The planarization of the interlayer insulating film using such a BPSG film is performed using the high-temperature flow characteristics of the BPSG film, and the planarization progresses as the impurity concentration in the BPSG film and the annealing temperature are higher. In order for the BPSG film to obtain sufficient flatness and denseness, the annealing temperature is required to be 850 ° C. or higher.
[0005]
However, in order to prevent the occurrence of punch-through in a miniaturized MOS transistor, it is important to suppress the spread of an excessive source / drain impurity layer due to annealing. For example, the processing is performed at 850 ° C. or lower. It is desirable. In addition, when a silicide layer such as titanium is formed on the surface of the source / drain impurity layer constituting the MOS transistor, the high temperature annealing causes the silicide layer region to expand more than necessary, which causes deterioration of the junction characteristics. ing. For these reasons, development of a technique for forming an interlayer insulating film at a low temperature is required.
[0006]
Further, in order to further promote the planarization of the interlayer insulating film, after annealing the BPSG film, a silicon oxide film is further laminated by about 1 to 2 μm by a chemical vapor deposition method, and then planarized by chemical mechanical polishing (CMP). A method of performing the conversion process is also being performed. However, in this method, when a part of the BPSG film is exposed by polishing, it is difficult to control the film thickness and flatness because the uppermost silicon oxide film and the BPSG film have different polishing rates. Further, if a through hole is formed with the upper silicon oxide film remaining, it is difficult to form a through hole having a good shape because the etching rate of the silicon oxide film and the BPSG film is different. There is a problem that satisfactory embedding of the conductive film in the through hole cannot be achieved.
[0007]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-86284 discloses a method shown in FIGS. 7A to 7C in order to planarize an interlayer insulating film. In this technique, a first wiring layer 3 is formed on an insulating film 2 of a semiconductor substrate 1, and a first interlayer insulating film 4 is formed thereon. An SOG layer (spin-on-glass layer) 5 is applied thereon to alleviate the step between the first wiring layers 3, and the second interlayer insulating film 6 is thicker than the first wiring layer 3 thereon. Form. Then, the surface of the second interlayer insulating film 6 is planarized by the CMP method (see FIG. 7A). Thereafter, a through hole 7 is formed in the second interlayer insulating film 6, the SOG layer 5 and the first interlayer insulating film 4 (see FIG. 7B), and a second metal wiring layer 8 is formed thereon. Is formed (see FIG. 7C). In this technique, the SOG layer 5 is provided below the second interlayer insulating film 6 to prevent the formation of a concave groove in the interlayer insulating film.
[0008]
However, since the polishing rate is different between the uppermost second interlayer insulating film 6 and the SOG layer 5 below it, it is necessary to stop the polishing process in the second interlayer insulating film 6 in order to obtain good flatness. In addition to the difficulty in controlling the polishing process, it is necessary to increase the thickness of the second interlayer insulating film 6, which is disadvantageous in terms of cost and throughput. Further, when the through hole 7 is formed, the second interlayer insulating film 6 and the SOG layer 5 have different etching rates and polymer generation amounts, and a step or a constriction is formed on the side surface of the through hole 7. As a result, the contact of the barrier layer and the metal wiring layer 8 in the through hole 7 is deteriorated, and it is difficult to form a wiring by embedding aluminum by sputtering.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to form a contact structure on a semiconductor substrate that can be formed at a low temperature as compared with an interlayer insulating film using a conventional BPSG film, has excellent flatness, and can form a highly reliable contact structure. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device including the interlayer insulating film and a manufacturing method thereof.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate including elements, a step of forming a through hole in the interlayer insulating film, and a barrier on the surface of the interlayer insulating film and the through hole. Including a step of forming a layer and a step of forming a conductive film on the surface of the barrier layer, and the step of forming the interlayer insulating film includes at least the following steps (a) to (e): .
[0011]
(A) forming a first silicon oxide film by reacting a silicon compound and hydrogen peroxide by chemical vapor deposition;
(B) a step of reacting a silicon compound, at least one of oxygen and a compound containing oxygen, and a compound containing an impurity by chemical vapor deposition to form a porous second silicon oxide film;
(C) a step of performing an annealing process at a temperature of 600 to 850 ° C .;
(D) forming a third silicon oxide film by reacting at least one of a silicon compound and a compound containing oxygen and oxygen by a chemical vapor deposition method; and
(E) A step of planarizing the third silicon oxide film by chemical mechanical polishing.
[0012]
According to this method for manufacturing a semiconductor device, the first silicon oxide film is formed by reacting the silicon compound and hydrogen peroxide by chemical vapor deposition in step (a), thereby providing excellent flatness. A layer can be formed. That is, the first silicon oxide film formed in this step (a) has high fluidity by itself and excellent self-flattening characteristics. The mechanism is that when a silicon compound and hydrogen peroxide are reacted by chemical vapor deposition, silanol is formed in the gas phase, and this silanol is deposited on the wafer surface to form a highly fluid film. It is thought that.
[0013]
For example, when monosilane is used as the silicon compound, silanol is formed by a reaction represented by the following formulas (1), (1) '.
[0014]
Formula (1)
SiHFour+ 2H2O2  → Si (OH)Four+ 2H2
Formula (1) '
SiHFour+ 3H2O2  → Si (OH)Four+ 2H2O + H2
And the silanol formed by Formula (1), (1) 'turns into a silicon oxide, when water remove | eliminates by the polycondensation reaction shown by following formula (2).
[0015]
Formula (2)
Si (OH)Four  → SiO2+ 2H2O
Examples of the silicon compound include monosilane, disilane, and SiH.2Cl2, SiFFour, CHThreeSiHThreeInorganic silane compounds such as, and organic silane compounds such as tripropylsilane and tetraethoxysilane can be exemplified.
[0016]
The film-forming step of the step (a) is performed under the temperature condition of 0 to 20 ° C. when the silicon compound is an inorganic silicon compound, and 100 to 150 when the silicon compound is an organic silicon compound. It is desirable to carry out by a low pressure chemical vapor deposition method under a temperature condition of ° C. In this film forming step, if the temperature is higher than the upper limit, the polycondensation reaction of the formula (2) proceeds too much, so that the fluidity of the first silicon oxide film is lowered and good flatness is obtained. Hateful. On the other hand, when the temperature is lower than the lower limit, adsorption of decomposed water in the chamber and dew condensation outside the chamber occur, which makes it difficult to control the film forming apparatus.
[0017]
The first silicon oxide film formed in the step (a) is desirably formed with a film thickness that can sufficiently cover the step on the surface of the silicon substrate. The lower limit of the film thickness of the first silicon oxide film is preferably 300 to 1000 nm, although it depends on the height of the irregularities on the surface of the silicon substrate including the element. If the thickness of the first silicon oxide film exceeds the upper limit, cracks may occur due to the stress of the film itself.
[0018]
In the step (b), at least one of a silicon compound, a compound containing oxygen and oxygen, and a compound containing an impurity are reacted by chemical vapor deposition to form a porous layer on the first silicon oxide film. A second silicon oxide film is formed.
[0019]
This second silicon oxide film not only functions as a cap layer, but is porous, and in the annealing process in the subsequent step (c), gas components generated from the first silicon oxide film are gradually removed from the outside. Can be released. Further, in addition to being porous, the second silicon oxide film is doped with impurities such as phosphorus and boron, preferably phosphorus, to form Si-O of silicon oxide constituting the film. By weakening the intermolecular bonding force, the stress of the film can be relaxed, so that a layer that is moderately soft and hardly cracked can be formed. In addition, an important role of the second silicon oxide film is to function as a movable ion getter that impurities such as phosphorus contained in the silicon oxide film adversely affect the reliability characteristics of elements such as alkali ions. The concentration of impurities contained in the second silicon oxide film is preferably 1 to 6% by weight in view of the gettering function and the stress relaxation of the film described above.
[0020]
Further, since the second silicon oxide film has a compressive stress of 100 to 600 MPa, it has a function of preventing a tensile stress from increasing and cracking when the first silicon oxide film undergoes polycondensation. is there. Furthermore, the second silicon oxide film also has a function of preventing moisture absorption of the first silicon oxide film.
[0021]
The step (b) is preferably performed by a plasma chemical vapor deposition method with a high frequency of 1 MHz or less under a temperature condition of 300 to 450 ° C. By performing film formation under this temperature condition, the gas component is easily removed at the initial stage of annealing in the annealing of the step (c), and the reliability of the device is improved.
[0022]
Moreover, the compound containing oxygen used in the step (b) is dinitrogen monoxide (N2O) is desirable. By using dinitrogen monoxide as the reaction gas, the dinitrogen monoxide in the plasma state is likely to react with the hydrogen bond (-H) of the silicon compound constituting the first silicon oxide film, so that the second silicon oxide film The desorption of gasification components (hydrogen, water) of the first silicon oxide film can be promoted even during film formation.
[0023]
The step (b) may be performed by a normal pressure chemical vapor deposition method under a temperature condition of 300 to 550 ° C. instead of the plasma chemical vapor deposition method. In this case, it is preferable that the oxygen-containing compound used in the step (b) is ozone.
[0024]
Further, it is desirable that the first silicon oxide film is exposed to an ozone atmosphere before forming the second silicon oxide film in the step (b). Through this step, ozone easily reacts with hydrogen bonds (—H) and hydroxyl groups (—OH) of the silicon compound constituting the first silicon oxide film, so that hydrogen and water in the first silicon oxide film Can be promoted.
[0025]
The thickness of the second silicon oxide film is preferably 100 nm or more in consideration of flatness and prevention of cracks.
[0026]
In the step (c), the first and second silicon oxide films formed in the steps (a) and (b) are densified by performing an annealing process at a temperature of 600 to 850 ° C. In addition, the moisture resistance is improved.
[0027]
In other words, regarding the first silicon oxide film, the polycondensation reaction according to the above-described equation (2) is completed at the initial stage of the annealing treatment, and water and hydrogen generated by this reaction are generated in the second silicon oxide film. The first silicon oxide film is discharged to the outside through the hole, and is densely formed with the gasification component sufficiently removed. The second silicon oxide film is changed from a porous to a dense film by annealing.
[0028]
In this annealing process, by setting the temperature to 600 ° C. or higher, the first and second silicon oxide films can be made sufficiently dense and, for example, the activity of impurities in the source and drain diffusion layers constituting the MOS element Can be sufficiently performed. Further, by setting the annealing temperature to 850 ° C. or lower, the interlayer insulating film can be planarized at a temperature lower than that required for the conventional BPSG film, and the first and second silicon oxide films Can be sufficiently densified. Further, if the annealing temperature is higher than 850 ° C., the source and drain diffusion layers are expanded more than necessary, causing problems such as punch-through, and it is difficult to miniaturize the element.
[0029]
By forming a porous second silicon oxide film on the first silicon oxide film, in the annealing process in the step (c), the wafer is placed directly at a temperature of 600 to 850 ° C. Thus, even if there is a sudden temperature change, the second silicon oxide film has an appropriate softness and can absorb the stress of the first silicon oxide film. Annealing can be performed without occurring.
[0030]
The annealing treatment in the step (c) is preferably performed by ramping annealing that raises the temperature continuously or intermittently in order to prevent the first silicon oxide film from cracking more reliably.
[0031]
Further, following the annealing treatment in the step (c), a third silicon oxide film is formed by a chemical vapor deposition method in the step (d), and further, in the step (e), the third silicon oxide film is formed. Is flattened by chemical mechanical polishing.
[0032]
In this planarization step, the first, second, and third silicon oxide films have substantially the same polishing rate, so that even when a plurality of silicon oxide films partially exist on the final polished surface, the flatness is improved. A good interlayer insulating film can be obtained, and the polishing amount can be easily managed.
[0033]
In the present invention, before the step (a), at least one of a silicon compound and a compound containing oxygen and oxygen is reacted by chemical vapor deposition to form a fourth silicon oxide film serving as a base layer. It is desirable to form. The base layer has a passivation function that prevents moisture and excess impurities from moving from the first silicon oxide film to the underlying silicon substrate, and a function that improves the adhesion between the silicon substrate and the first silicon oxide film.
[0034]
Further, in the manufacturing method according to the present invention, in the interlayer insulating film obtained by the above-described manufacturing method, a tapered through hole whose diameter gradually decreases from the upper end portion toward the bottom portion is obtained. That is, the etching rate of the first silicon oxide film is slightly lower than that of the second silicon oxide film, and the first silicon oxide film and the second silicon oxide film are in good contact at the interface between them. Therefore, a through hole having no level difference and an appropriate linear taper is formed. In such a tapered through hole, for example, an aluminum film or an aluminum alloy film can be embedded by sputtering, and a contact structure with excellent conductivity can be formed.
[0035]
In addition to those formed by anisotropic dry etching, the through hole is formed by combining isotropic wet etching and anisotropic dry etching so that the upper end of the through hole is further curved and tapered. It may be.
[0036]
In the through hole, first, a first aluminum film made of aluminum or an alloy containing aluminum as a main component is formed at a temperature of 200 ° C. or lower, and then aluminum or aluminum is heated at a temperature of 300 ° C. or higher. It is desirable to form a second aluminum film made of an alloy containing as a main component.
[0037]
Examples of the alloy containing aluminum as a main component include binary, ternary or higher alloys with at least one selected from copper, silicon, germanium, magnesium, cobalt, beryllium and the like.
[0038]
The semiconductor device formed by the above manufacturing method includes a semiconductor substrate including elements, an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate, a through hole formed in the interlayer insulating film, the interlayer insulating film, and the through hole. A barrier layer formed on the surface of the film, and a conductive film formed on the barrier layer,
The interlayer insulating film is
A first silicon oxide film formed by a polycondensation reaction between a silicon compound and hydrogen peroxide;
A second silicon oxide film formed on the first silicon oxide film and containing impurities;
A third silicon oxide film formed on the second silicon oxide film and planarized by chemical mechanical polishing;
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 4 are schematic cross-sectional views for explaining an embodiment of a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device according to the present invention. 1A to 1C and FIGS. 2A and 2B show the first-layer wiring region L1, and FIGS. 3A and 3B and FIGS. 4A and 4B show the first wiring region L1. A process for manufacturing the two-layer wiring region L2 will be described.
[0040]
Below, an example of the manufacturing method of a semiconductor device is shown.
[0041]
(A) The process shown in FIG. 1A will be described.
[0042]
(Element formation)
First, a MOS element is formed on the silicon substrate 11 by a generally used method. Specifically, for example, the field insulating film 12 is formed on the silicon substrate 11 by selective oxidation, and the gate oxide film 13 is formed in the active region. After adjusting the threshold voltage by channel implantation, SiHFourA gate electrode 14 is formed by sputtering tungsten silicide on a polysilicon film grown by thermal decomposition of the film, further laminating a silicon oxide film 18 and etching it into a predetermined pattern. At this time, a wiring layer 37 made of a polysilicon film and a tungsten silicide film is formed on the field insulating film 12 as necessary.
[0043]
Next, phosphorus is ion-implanted to form the low concentration impurity layer 15 in the source region or the drain region. Next, after a side wall spacer 17 made of a silicon oxide film is formed on the side of the gate electrode 14, arsenic is ion-implanted, and an impurity is activated by an annealing process using a halogen lamp, whereby a source region or a drain region is formed. The high concentration impurity layer 16 is formed.
[0044]
Next, a vapor-grown silicon oxide film of 100 nm or less is formed, and the film is formed with HF and NH.FourA predetermined silicon substrate region is exposed by selective etching with a mixed aqueous solution of F. Subsequently, for example, titanium was sputtered with a film thickness of about 30 to 100 nm, and an opening was made by performing instantaneous annealing for about several seconds to 60 seconds at a temperature of 650 to 750 ° C. in a nitrogen atmosphere with oxygen controlled to 50 ppm or less. A titanium monosilicide layer is formed on the surface of the silicon substrate, and a titanium-rich titanium nitride (TiN) layer is formed on the silicon oxide film 18. Then NHFourOH and H2O2The titanium nitride layer is etched away and a titanium monosilicide layer remains only on the surface of the silicon substrate. Further, lamp annealing at 750 to 850 ° C. is performed to disilicide the monosilicide layer, and the titanium silicide layer 19 is formed on the surface of the high concentration impurity layer 16 in a self-aligned manner.
[0045]
When the gate electrode 14 is formed of only polysilicon and exposed by selective etching, a titanium salicide structure is obtained in which both the gate electrode and the source and drain regions are separated by a sidewall spacer.
[0046]
The salicide structure may be made of tungsten silicide or molybdenum silicide instead of titanium silicide.
[0047]
(B) Next, the process shown in FIG. 1B will be described.
[0048]
(Formation of the first interlayer insulating film I1)
The first interlayer insulating film I1 is a four-layer silicon oxide film, that is, in order from the bottom, the fourth silicon oxide film 20, the first silicon oxide film 22, the second silicon oxide film 24, and the third silicon. An oxide film 26 is used.
[0049]
a. Formation of fourth silicon oxide film 20
First, tetraethoxylane (TEOS) and oxygen are reacted at 300 to 500 ° C. by a plasma chemical vapor deposition (CVD) method to form a fourth silicon oxide film 20 having a thickness of 100 to 200 nm. This silicon oxide film 20 is formed without SiH or oxidation of the silicide layer 19 and without SiH.FourThe film grown from the above has a higher insulating property and a slower etching rate with respect to an aqueous solution of hydrogen fluoride, resulting in a dense film.
[0050]
Here, the silicon oxide film 20 is formed directly on the titanium silicide layer 19, but if the film formation temperature at this time is high, the oxidizing gas and the titanium silicide react easily at the initial stage of film formation, so that cracks and peeling are likely to occur. The treatment temperature is preferably 600 ° C. or lower, more preferably 250 to 400 ° C. Then, after the silicon oxide film is formed on the titanium silicide layer 19 with a film thickness of about 100 nm at the above-described relatively low temperature, the temperature is set for annealing or vapor phase oxidation treatment that is exposed to an oxidizing atmosphere other than water vapor. There is no problem even if it is raised to about 900 ° C.
[0051]
b. Formation of first silicon oxide film 22
Next, preferably 2.5 × 102Pa or less, more preferably 0.3 × 102~ 2.0 × 102Under reduced pressure of Pa, SiH as a carrier with nitrogen gasFourAnd H2O2Is reacted by the CVD method to form the first silicon oxide film 22. The first silicon oxide film 22 has a film thickness that is at least larger than the step of the lower fourth silicon oxide film 20, that is, has a film thickness that sufficiently covers the step. The upper limit of the film thickness of the first silicon oxide film 22 is set to such an extent that no cracks are generated in the film. Specifically, the film thickness of the first silicon oxide film 22 is desirably thicker than the lower step, and is preferably set to 300 to 1000 nm in order to obtain better flatness.
[0052]
The film formation temperature of the first silicon oxide film 22 is related to the fluidity at the time of film formation. When the film formation temperature is high, the film fluidity is lowered and the flatness is impaired. The temperature is preferably set to 0 to 20 ° C, more preferably 0 to 10 ° C.
[0053]
H2O2The flow rate of SiH is not particularly limited, but SiHFourThe flow rate is preferably at least twice the flow rate, and from the viewpoint of film uniformity and throughput, it is desirable to set the flow rate within a range of, for example, 100 to 1000 SCCM in terms of gas.
[0054]
The first silicon oxide film 22 formed in this step is in a silanol polymer state, has good fluidity, and has high self-flattening characteristics. Further, since the first silicon oxide film 22 includes many hydroxyl groups (—OH), it has a high hygroscopic property.
[0055]
c. Formation of second silicon oxide film 24
Next, SiHFour, PHThreeAnd N2In the presence of O, a PSG film (second silicon oxide film) 24 having a thickness of 100 to 600 nm is formed by reacting a gas by a plasma CVD method at a temperature of 300 to 450 ° C. and a high frequency of 200 to 600 kHz. The In consideration of the high hygroscopicity of the first silicon oxide film 22, the second silicon oxide film 24 is formed continuously following the formation of the first silicon oxide film 22, or Alternatively, it is desirable that the first silicon oxide film 22 be formed after being stored in an atmosphere not containing moisture.
[0056]
Further, it is considered that the second silicon oxide film 24 can easily and sufficiently desorb gas components such as water and hydrogen contained in the first silicon oxide film 22 by an annealing process performed later. Therefore, it is necessary to be porous. For this purpose, the second silicon oxide film 24 is formed, for example, by plasma CVD at a temperature of preferably 450 ° C. or lower, more preferably 300 to 400 ° C., preferably 1 MHz or lower, more preferably 200 to 600 kHz. And it is desirable to contain impurities, such as phosphorus. By including such an impurity in the second silicon oxide film 24, the second silicon oxide film 24 becomes more porous and not only relieves stress on the film but also has a gettering effect on alkali ions and the like. Can also have. Such impurity concentration is set in consideration of the gettering effect, stress resistance, and the like. For example, when the impurity is phosphorus, it is desirable that the impurity is contained at a ratio of 2 to 6% by weight.
[0057]
In plasma CVD, N is added as a compound containing oxygen.2By using O, desorption of hydrogen bonds in the first silicon oxide film 22 is promoted. As a result, gasification components such as moisture and hydrogen contained in the first silicon oxide film 22 can be more reliably removed.
[0058]
The film thickness of the second silicon oxide film 24 has a role of adjusting the required thickness of the interlayer insulating film, and N2In consideration of the function of O plasma to desorb hydrogen bonds, the thickness is preferably set to 100 nm or more, more preferably 100 to 600 nm.
[0059]
d. Annealing treatment
Next, annealing is performed at a temperature of 600 to 850 ° C. in a nitrogen atmosphere. By this annealing treatment, the first silicon oxide film 22 and the second silicon oxide film 24 are densified and have good insulating properties and water resistance. That is, by setting the annealing temperature to 600 ° C. or higher, the polycondensation reaction of silanol in the first silicon oxide film 22 is almost completely performed, and water and hydrogen contained in the film are sufficiently released. A dense film can be formed. In addition, by setting the annealing temperature to 850 ° C. or lower, miniaturization of the element can be achieved without adversely affecting the diffusion layer of the source region or drain region constituting the MOS transistor such as punch-through or junction leakage. Can do.
[0060]
In the annealing process, in order to reduce the influence of thermal strain on the first silicon oxide film 22, it is desirable to perform a ramping annealing in which the temperature of the wafer is increased stepwise or continuously. For example, when the temperature of the wafer is kept at about 400 ° C. and then raised to the annealing temperature (600 to 850 ° C.), the impurity concentration of the second silicon oxide film 24 can be considerably lowered. For example, when the impurity is phosphorus, it has been confirmed that the first silicon oxide film 22 does not crack even if the phosphorus concentration is 2 wt% or less, apart from the gettering effect of mobile ions.
[0061]
e. Formation of third silicon oxide film 26
Next, a third silicon oxide film 26 having a thickness of 1000 to 1500 nm is formed by plasma CVD at 350 to 400 ° C. using TEOS and oxygen.
[0062]
The TEOS-oxygen silicon oxide film using the plasma CVD method is dry etching that is the same as or slightly faster than the first silicon oxide film 22 and the second silicon oxide film 24 that have been annealed at a high temperature even when annealing is not performed. Have speed. This is a factor for obtaining a well-shaped contact hole without causing a constriction or a step on the side surface of the hole in the formation of the contact hole described later.
[0063]
(C) Next, the process shown in FIG. 1C will be described.
[0064]
(Smoothing by CMP)
Next, the third silicon oxide film 26 and, if necessary, the second silicon oxide film 24 and the first silicon oxide film 22 are polished by a CMP method to be smoothed. Since the first silicon oxide film 22, the second silicon oxide film 24, and the third silicon oxide film 26 have almost the same polishing rate, the second silicon oxide film 24 or the first silicon oxide film is polished by polishing. Even if a portion of the oxide film 22 is exposed on the surface, a flat surface can be obtained, and therefore the amount of polishing can be easily managed.
[0065]
For example, according to the study by the present inventors, the polishing rate of each silicon oxide film was as follows.
[0066]
First silicon oxide film (annealing temperature 800 ° C.); 250 nm / min
Second silicon oxide film (annealing temperature 800 ° C.); 250 nm / min
Third silicon oxide film (no annealing); 250 nm / min
BPSG film for comparison (annealing temperature 900 ° C.); 350 nm / min
(D) Next, the process shown in FIG.
[0067]
(Formation of contact holes)
Then CHFThreeAnd CFFourThe silicon oxide films 20, 22, 24, and 26 constituting the first interlayer insulating film I1 are selectively anisotropically etched with a reactive ion etcher that mainly contains A .5 μm contact hole 32 is formed.
[0068]
The contact hole 32 has a tapered shape whose diameter decreases linearly from the upper end to the bottom. The taper angle θ cannot be generally defined depending on etching conditions or the like, but has an inclination of, for example, 5 to 15 degrees. The reason why such a tapered through hole is obtained is as follows. First, the silicon oxide films 20, 22, 24 and 26 have basically the same etching rate, and the first silicon oxide film 22 is that the etching rate is slightly lower than that of the second silicon oxide film 24, and secondly, the interfaces of the silicon oxide films are in very good contact. In such a tapered contact hole 32, an aluminum film can be satisfactorily deposited as will be described later.
[0069]
The dry etching rate of each silicon oxide film measured by the present inventors will be described below. Note that dry etching has a power of 800 W, an atmospheric pressure of 20 Pa, an etchant gas, and a CF.Four: CHFThree: He = 1: 2: 9.
[0070]
First silicon oxide film (annealing temperature 800 ° C.); 525 nm / min
Second silicon oxide film (annealing temperature 800 ° C.); 550 nm / min
Third silicon oxide film (no annealing); 565 nm / min
BPSG film for comparison (annealing temperature 900 ° C.); 750 nm / min
(E) Next, the process shown in FIG.
[0071]
(Degassing treatment)
First, heat treatment including a degassing step will be described.
[0072]
1.5x10 in the lamp chamber-FourLamp heating (heat treatment A) is performed at a base pressure of Pa or lower and a temperature of 150 to 250 ° C. for 30 to 60 seconds. Then 1 x 10 in another chamber-1~ 15 × 10-1Degassing is performed by introducing argon gas at a pressure of Pa and performing heat treatment (degassing step; heat treatment B) for 30 to 120 seconds at a temperature of 150 to 550 ° C.
[0073]
In this step, first, in the heat treatment A, moisture or the like adhering to the wafer can be removed mainly by heat-treating the entire wafer including the back surface and side surfaces of the wafer.
[0074]
Further, in the heat treatment B, mainly gasification components (H, H in the first silicon oxide film 22 constituting the first interlayer insulating film I1).2O) can be removed. As a result, generation of gasification components from the first interlayer insulating film I1 can be prevented when forming the barrier layer and the aluminum film in the next step.
[0075]
In the present embodiment, the barrier layer 33 is formed of a multilayer film including a barrier film having a barrier function and a conductive film. The conductive film is formed between the barrier film and the impurity diffusion layer in order to increase the conductivity between the barrier film and the impurity diffusion layer formed on the silicon substrate, that is, the source region or the drain region. As the barrier film, a general substance such as titanium nitride or titanium tungsten can be preferably used. As the conductive film, a refractory metal such as titanium, cobalt, or tungsten can be used. These titanium, cobalt, and tungsten react with silicon constituting the substrate to form silicide.
[0076]
A barrier layer, for example, a TiN film / Ti film has a gasification component (O, H, H2O, N) is dissolved, so that the gasification component in the first interlayer insulating film I1 can be removed before forming these films, so that the aluminum film can be formed well in the contact holes. It is extremely effective in performing. If the gasification component in the first interlayer insulating film I1 below the barrier layer is not sufficiently removed, the first interlayer insulating film I1 is formed at the temperature at which the barrier layer is formed (usually 300 ° C. or higher). The gasified component therein is released and this gas is taken into the barrier layer. Further, since this gas is detached from the barrier layer and formed at the interface between the barrier layer and the aluminum film when the aluminum film is formed, the adhesion and fluidity of the aluminum film are adversely affected.
[0077]
(Barrier layer deposition)
A titanium film having a thickness of 20 to 70 nm is formed as a conductive film constituting the barrier layer 33 by sputtering, and then a TiN film having a thickness of 30 to 150 nm is formed as a barrier film in another chamber. The sputtering temperature is selected in the range of 200 to 450 ° C. depending on the film thickness.
[0078]
Next, 0.1 × 102~ 1.5 × 102Titanium oxide can be formed in an island shape in the barrier layer by exposing it to oxygen plasma at a pressure of Pa for 10 to 100 seconds and annealing in a nitrogen or hydrogen atmosphere at 450 to 700 ° C. for 10 to 60 minutes. it can. It has been confirmed that the barrier property of the barrier layer can be improved by this treatment.
[0079]
This annealing treatment can also be performed by a heat treatment at 400 to 800 ° C. in a lamp annealing furnace containing at least several hundred ppm to several% oxygen, and the barrier property of the barrier layer can be similarly improved.
[0080]
Although not shown, a wetting layer made of titanium, cobalt, silicon, or the like may be formed on the surface of the barrier layer 33 for the purpose of improving wettability with respect to an aluminum film described later. By providing such a wetting layer, the fluidity of the first aluminum film can be increased. The thickness of the wetting layer may be usually several tens of nm or more.
[0081]
(Degassing treatment before aluminum film formation and wafer cooling)
First, before cooling the wafer, in the lamp chamber, 1.5 × 10-FourA heat treatment (heat treatment C) is performed at a base pressure of Pa or lower and a temperature of 150 to 250 ° C. for 30 to 60 seconds to remove substances such as water attached to the substrate. Thereafter, before the aluminum film is formed, the substrate temperature is lowered to 100 ° C. or lower, preferably from room temperature to 50 ° C. This cooling step is important for lowering the substrate temperature raised by the heat treatment C. For example, a wafer is placed on a stage having a water cooling function to lower the wafer temperature to a predetermined temperature.
[0082]
By cooling the wafer in this way, when the first aluminum film is formed, the amount of gas released from the first interlayer insulating film I1 and the barrier layer 33 and the entire wafer surface can be reduced as much as possible. it can. As a result, it is possible to prevent the influence of gas adsorbing on the interface between the barrier layer 33 and the first aluminum film 34 and detrimental to coverage and adhesion.
[0083]
(Deposition of aluminum film)
First, at a temperature of 200 ° C. or less, more preferably 30 to 100 ° C., aluminum containing 0.2 to 1.0% by weight of copper is formed at a high speed by sputtering with a film thickness of 150 to 300 nm. An aluminum film 34 is formed. Subsequently, the substrate temperature is heated to 420 to 460 ° C. in the same chamber, and similarly, aluminum containing copper is formed at a low speed by sputtering to form a second aluminum film 35 having a thickness of 300 to 600 nm. . Here, in the film formation of an aluminum film, “high speed” cannot be generally defined by the film formation conditions or the design items of the device to be manufactured, but means a sputtering speed of approximately 10 nm / second or more, and “low speed” "Means a sputtering rate of approximately 3 nm / second or less.
[0084]
FIG. 5 shows an example of a sputtering apparatus for forming the first and second aluminum films 34 and 35. This sputtering apparatus includes a target 51 serving as an electrode and an electrode 52 serving as a stage in a chamber 50, and a substrate (wafer) W to be processed is installed on the electrode 52. A first gas supply path 53 is connected to the chamber 50, and a second gas supply path 54 is connected to the electrode 52. Argon gas is supplied from both gas supply paths 53 and 54. The temperature of the wafer W is controlled by the gas supplied from the second gas supply path 54. A means for discharging the gas in the chamber 50 is not shown.
[0085]
An example of controlling the substrate temperature using such a sputtering apparatus is shown in FIG. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the elapsed time, and the vertical axis indicates the substrate (wafer) temperature. In FIG. 6, a line indicated by symbol “a” indicates a change in substrate temperature when the temperature of the stage 52 of the sputtering apparatus is set to 350 ° C., and a line indicated by symbol “b” indicates high-temperature argon through the second gas supply path 54. The figure shows a change in the substrate temperature when the temperature of the stage 52 is raised by supplying gas into the chamber.
[0086]
For example, the temperature control of the substrate is performed as follows. First, the temperature of the stage 52 is set in advance to a temperature (350 to 500 ° C.) for forming the second aluminum film. When the first aluminum film is formed, no gas is supplied from the second gas supply path 54, and the substrate temperature gradually rises as indicated by the symbol a in FIG. When forming the second aluminum film, the heated gas is supplied through the second gas supply path 54, whereby the substrate temperature rapidly rises as shown by the symbol b in FIG. It is controlled to be constant at a predetermined temperature.
[0087]
In the example shown in FIG. 6, the first aluminum film 34 is formed while the stage temperature is set to 350 ° C. and the substrate temperature is set to 125 to 150 ° C., and immediately after that, the second aluminum is formed. The film 35 is formed.
[0088]
In film formation of the aluminum film, it is important to control the power applied to the sputtering apparatus as well as the film formation speed and the substrate temperature control. That is, although related to the film formation speed, the first aluminum film 34 is formed at a high power, the second aluminum film 35 is formed at a low power, and power is switched when switching from a higher power to a lower power. It is important not to make zero. When the power is reduced to zero, an oxide film is formed on the surface of the first aluminum film even under reduced pressure, the wettability of the second aluminum film with respect to the first aluminum film is lowered, and the adhesion between the two is deteriorated. In other words, by always applying power, active aluminum can be continuously supplied to the surface of the aluminum film being formed, and the formation of an oxide film can be suppressed. Note that the magnitude of the power depends on the sputtering apparatus and the film formation conditions and cannot be defined unconditionally. However, for example, in the case of the temperature condition shown in FIG. It is desirable.
[0089]
In this way, by continuously forming the first aluminum film 34 and the second aluminum film 35 in the same chamber, the temperature and power can be controlled strictly, and at a lower temperature than in the prior art. A stable aluminum film can be formed efficiently.
[0090]
The film thickness of the first aluminum film 34 is such that a continuous layer can be formed with good step coverage, and the gasification component from the barrier layer 33 and the first interlayer insulating film I1 below the aluminum film 34 An appropriate range is selected in consideration of the ability to suppress the release of selenium, for example, 200 to 400 nm is desirable. The second aluminum film 35 is determined by the size of the contact hole and the aspect ratio thereof. For example, in order to fill a hole having an aspect ratio of about 3 and 0.5 μm or less, a film of 300 to 1000 nm is used. Thickness is necessary.
[0091]
(Formation of antireflection film)
Furthermore, the antireflection film 36 having a film thickness of 30 to 80 nm is formed by depositing TiN by sputtering in another sputtering chamber. Then Cl2And BClThreeThe deposited layer composed of the barrier layer 33, the first aluminum film 34, the second aluminum film 35, and the antireflection film 36 is selectively etched with an anisotropic dry etcher mainly composed of a gas of The metal wiring layer 40 is patterned.
[0092]
In the metal wiring layer 40 formed in this manner, aluminum with good step coverage without generating voids in a contact hole having an aspect ratio of 0.5 to 3 and a diameter of 0.2 to 0.8 μm. Has been confirmed to be embedded.
[0093]
(F) Next, the process shown in FIG.
[0094]
(Formation of second interlayer insulating film I2)
The second interlayer insulating film I2 basically has the same configuration as that of the first interlayer insulating film I1. That is, the second interlayer insulating film I2 is a four-layer silicon oxide film, that is, in order from the bottom, the eighth silicon oxide film 70, the fifth silicon oxide film 72, the sixth silicon oxide film 74, and the seventh silicon oxide film. The silicon oxide film 76 is formed. These silicon oxide films 70, 72, 74 and 76 are formed by the same method as the silicon oxide films 20, 22, 24 and 26 except for the annealing process. The main parts will be described below, but description of common matters is omitted.
[0095]
a. Formation of the eighth silicon oxide film 70
First, tetraethoxylane (TEOS) and oxygen are reacted at 300 to 500 ° C. by a plasma chemical vapor deposition (CVD) method, thereby forming an eighth silicon oxide film 70 having a thickness of 50 to 200 nm.
[0096]
b. Formation of fifth silicon oxide film 72
Next, preferably 2.5 × 102Pa or less, more preferably 0.3 × 102~ 2x102Under reduced pressure of Pa, SiH as a carrier with nitrogen gasFourAnd H2O2Is reacted by a CVD method at a temperature of 0 to 10 ° C. to form a fifth silicon oxide film 72. Similar to the first silicon oxide film 22, the fifth silicon oxide film 72 has a film thickness that is at least larger than the step of the lower eighth silicon oxide film 70, that is, sufficiently covers the step. The film is formed with a film thickness. The upper limit of the thickness of the fifth silicon oxide film 72 is set to such an extent that no cracks are generated in the film. Specifically, the film thickness of the fifth silicon oxide film 72 is desirably thicker than the lower step, and is preferably set to 500 to 1000 nm in order to obtain better flatness.
[0097]
The deposition temperature of the fifth silicon oxide film 72 is preferably set to 0 to 20 ° C., more preferably 0 to 10 ° C.
[0098]
The fifth silicon oxide film 72 formed in this step has high fluidity and excellent planarization characteristics.
[0099]
c. Formation of sixth silicon oxide film 74
Next, SiH4, PHThreeAnd N2In the presence of O, a PSG film (sixth silicon oxide film) 74 having a film thickness of 100 to 600 nm is formed by performing a reaction by a plasma CVD method at a temperature of 300 to 450 ° C. and a high frequency of 200 to 600 kHz.
[0100]
Similarly to the second silicon oxide film 24, the sixth silicon oxide film 74 desorbs gasification components such as water contained in the fifth silicon oxide film 72 by an annealing process performed later. It is necessary to be porous in view of the fact that is easily and sufficiently performed. For this purpose, the sixth silicon oxide film 74 is formed by, for example, a high-frequency plasma CVD method with a temperature of preferably 450 ° C. or lower, more preferably 300 to 400 ° C., preferably 1 MHz or lower, more preferably 200 to 600 kHz. It is desirable that impurities such as phosphorus be included. When such impurities are contained in the second silicon oxide film 74, the second silicon oxide film 74 becomes more porous and can relieve stress on the film. Such impurity concentration is set in consideration of stress resistance, gettering effect, and the like. For example, when the impurity is phosphorus, it is preferably contained in a proportion of 1 to 6% by weight.
[0101]
In plasma CVD, N is added as a compound containing oxygen.2By using O, desorption of hydrogen bonds in the fifth silicon oxide film 72 is promoted. As a result, gasification components such as moisture contained in the fifth silicon oxide film 72 can be more reliably removed.
[0102]
The film thickness of the sixth silicon oxide film 74 is preferably set to 100 nm or more, more preferably 200 to 600 nm.
[0103]
d. Annealing treatment
Next, annealing is performed at a temperature of 350 to 450 ° C. By this annealing treatment, the fifth silicon oxide film 72 and the sixth silicon oxide film 74 are densified and have good insulation and water resistance. That is, by setting the annealing temperature to 350 ° C. or higher, the polycondensation reaction of silanol in the fifth silicon oxide film 72 is almost completely performed, and moisture contained in the film is sufficiently released to be dense. A film can be formed. Moreover, by setting the annealing temperature to 450 ° C. or lower, the aluminum film constituting the first wiring layer 40 is not adversely affected.
[0104]
e. Formation of seventh silicon oxide film 76
Next, a third silicon oxide film 76 having a thickness of 1000 to 1500 nm is formed by plasma CVD at 350 to 400 ° C. using TEOS and oxygen.
[0105]
(G) Next, the process shown in FIG. 3B will be described.
[0106]
(Smoothing by CMP)
The seventh silicon oxide film 76 and, if necessary, the sixth silicon oxide film 74 and the fifth silicon oxide film 72 are polished and smoothed by a CMP method to a predetermined film thickness. With this smoothing treatment, even if the seventh silicon oxide film 74 or the fifth silicon oxide film 72 is partially exposed to the surface by polishing, a flat surface can be obtained, and thus the polishing amount can be easily managed. It is.
[0107]
(H) Next, the process shown in FIG.
[0108]
(Formation of via holes)
CHFThreeAnd CFFourThe second interlayer insulating film I2 and the antireflection film 36 are selectively anisotropically etched by using a reactive ion etcher mainly containing the above, thereby forming a via hole 62 having a diameter of 0.3 to 0.5 μm. The
[0109]
Similar to the contact hole 32, the via hole 62 has a tapered shape whose diameter gradually decreases from the upper end toward the bottom. The taper angle θ cannot be generally defined depending on etching conditions or the like, but has an inclination of, for example, 5 to 15 degrees.
[0110]
(I) Next, the process shown in FIG. 4B will be described.
[0111]
(Degassing treatment)
First, heat treatment including a degassing step will be described.
[0112]
1.5x10 in the lamp chamber-FourLamp heating (heat treatment D) is performed at a base pressure of Pa or lower and a temperature of 150 to 250 ° C. for 30 to 60 seconds. Then 1 x 10 in another chamber-1~ 15 × 10-1Degassing is performed by introducing argon gas at a pressure of Pa and performing a heat treatment (degassing step; heat treatment E) for 30 to 120 seconds at a temperature of 300 to 500 ° C.
[0113]
In this step, first, in the heat treatment D, moisture or the like adhering to the wafer can be removed mainly by heat-treating the entire wafer including the back surface and side surfaces of the wafer.
[0114]
Further, in the heat treatment E, gasification components (H, H in the second interlayer insulating film I2 are mainly used.2O) can be removed. As a result, generation of gasification components from the second interlayer insulating film I2 can be prevented when forming the wetting layer and the aluminum film in the next step.
[0115]
In the present embodiment, the wetting layer, for example, the Ti film has a gasification component (O, H, H of several tens of atomic percent).2O, N) is dissolved, so that the gasification component in the second interlayer insulating film I2 is removed before the formation of this film, so that the aluminum film is favorably formed in the via hole. Above, it is extremely effective. If the gasification component in the second interlayer insulating film I2 below the wetting layer is not sufficiently removed, the second interlayer insulating film I2 is formed at the temperature at which the wetting layer is formed (usually 300 ° C. or more). The gasified components therein are released and this gas is taken into the wetting layer. Furthermore, since this gas is detached from the wetting layer and formed at the interface between the wetting layer and the aluminum film when the aluminum film is formed, the adhesion and fluidity of the aluminum film are adversely affected.
[0116]
(Wetting layer deposition)
A titanium film having a thickness of 20 to 70 nm is formed as a film constituting the wetting layer 63 by sputtering. The sputtering temperature is selected in the range of 200 to 450 ° C. depending on the film thickness.
[0117]
(Degassing treatment before aluminum film formation and wafer cooling)
First, before cooling the wafer, in the lamp chamber, 1.5 × 10-FourA heat treatment (heat treatment F) is performed at a base pressure of Pa or lower and a temperature of 150 to 250 ° C. for 30 to 60 seconds to remove substances such as water attached to the substrate. Thereafter, before the aluminum film is formed, the substrate temperature is lowered to 100 ° C. or lower, preferably from room temperature to 50 ° C. This cooling step is important for lowering the substrate temperature raised by the heat treatment F. For example, a wafer is placed on a stage having a water cooling function to lower the wafer temperature to a predetermined temperature.
[0118]
By cooling the wafer in this way, when the first aluminum film is formed, the amount of gas released from the second interlayer insulating film I2 and the wetting layer 63 and the entire wafer surface can be minimized. it can. As a result, it is possible to prevent the influence of gas that is adsorbed on the interface between the wetting layer 63 and the first aluminum film 64 and is harmful to coverage and adhesion.
[0119]
(Deposition of aluminum film)
First, at a temperature of 200 ° C. or less, more preferably 30 to 100 ° C., aluminum containing 0.2 to 1.0% by weight of copper is formed at a high speed by sputtering with a film thickness of 150 to 300 nm. An aluminum film 64 is formed. Subsequently, the substrate temperature is heated to 420 to 460 ° C. in the same chamber, and similarly, aluminum containing copper is formed at a low speed by sputtering to form a second aluminum film 65 having a thickness of 300 to 600 nm. .
[0120]
As the sputtering apparatus, the same apparatus as that shown in FIG. 5 can be used. The configuration of the sputtering apparatus, wafer temperature control, and sputtering power are the same as in the case of the first metal wiring layer 40, and thus detailed description thereof is omitted.
[0121]
By continuously forming the first aluminum film 64 and the second aluminum film 65 in the same chamber, the temperature and power can be strictly controlled, and the aluminum film is stable at a lower temperature than in the prior art. Can be formed efficiently.
[0122]
The film thickness of the first aluminum film 64 is such that a continuous layer can be formed with good step coverage, and the gasification component from the wetting layer 63 and the second interlayer insulating film I2 below the aluminum film 64 An appropriate range is selected in consideration of the ability to suppress the release of selenium, for example, 100 to 300 nm is desirable. The second aluminum film 65 is determined by the size of the via hole 62 and the aspect ratio thereof. For example, in order to fill a hole having an aspect ratio of about 3 and 0.5 μm or less, a film of 300 to 800 nm is used. Thickness is necessary.
[0123]
(Formation of antireflection film)
Further, TiN is deposited by sputtering in another sputtering chamber, whereby an antireflection film 66 having a film thickness of 30 to 80 nm is formed. Then Cl2And BClThreeThe deposited layer composed of the wetting layer 63, the first aluminum film 64, the second aluminum film 65, and the antireflection film 66 is selectively etched with an anisotropic dry etcher mainly composed of a second gas. The metal wiring layer 60 is patterned.
[0124]
In the metal wiring layer 60 thus formed, aluminum is formed with good step coverage without generating voids in a via hole having an aspect ratio of 0.5 to 3 and a diameter of 0.2 to 0.8 μm. It was confirmed to be embedded.
[0125]
Thereafter, as required, third, fourth,... Multilayer wiring regions can be formed in the same manner as the second wiring region L2.
[0126]
In the present embodiment, the reason why the first and second interlayer insulating films I1 and I2 have excellent flatness is considered as follows.
[0127]
(A) The first silicon oxide film 22 and the fifth silicon oxide film 72 formed in the steps shown in FIGS. 1B and 3A are formed by a reaction between a silicon compound and hydrogen peroxide. Since the reaction product containing silanol has high fluidity, the irregularities on the wafer surface are highly planarized when these films are formed.
[0128]
(B) Each silicon oxide film constituting the first and second interlayer insulating films I1 and I2, particularly the first, second and third silicon oxide films 22, 24 and 26, and the fifth, sixth and seventh Since the silicon oxide films 72, 74, and 76 have the same polishing rate in CMP, good flatness can be obtained even when different silicon oxide films partially coexist on the surface.
[0129]
In the present embodiment, the reason why the first and second aluminum films 34 and 35 and the first and second aluminum films 64 and 65 are satisfactorily embedded in the contact hole 32 and the via hole 62 is as follows. The following can be considered.
[0130]
(A) By performing a degassing step, the water and nitrogen contained in each of the interlayer insulating films I1 and I2 are gasified and sufficiently released, and then the first aluminum films 34 and 64 and the second aluminum are subsequently formed. In the formation of the films 35 and 65, by preventing the generation of gas from the interlayer insulating films I1 and I2, the barrier layer 33, or the wetting layer 63, the barrier layer 33, the first aluminum film 34, and the wetting layer 63 and the first It was possible to improve the adhesion with the aluminum film 64 and to form a film with good step coverage.
[0131]
(B) In the formation of the first aluminum films 34 and 64, the moisture contained in the interlayer insulating films I1 and I2, the barrier layer 33, and the wetting layer 63 is set by setting the substrate temperature to a relatively low temperature of 200 ° C. or less. In addition to the effect of the degassing step, the adhesion of the first aluminum films 34 and 64 is improved by preventing the release of nitrogen and nitrogen.
[0132]
(C) Further, since the first aluminum films 34 and 64 themselves serve to suppress the generation of gas from the lower layer when the substrate temperature rises, the following second aluminum films 35 and 65 are formed. Can be performed at a relatively high temperature, and the flow diffusion of the second aluminum film can be performed satisfactorily.
[0133]
With the above method, a semiconductor device according to the present invention (see FIG. 4B) can be formed. This semiconductor device has a silicon substrate 11 including at least a MOS element, and a first wiring region L1 formed on the silicon substrate 11.
[0134]
The first wiring region L1 includes a fourth silicon oxide film 20 serving as a base layer, a first silicon oxide film 22 formed by a polycondensation reaction between a silicon compound and hydrogen peroxide, and the first silicon oxide film. A second silicon oxide film 24 formed on the film 22 and containing impurities such as phosphorus, and a third silicon oxide film formed on the second silicon oxide film 24 and planarized by CMP. A first interlayer insulating film I1 made of 26, a contact hole 32 formed in the interlayer insulating film I1, a barrier layer 33 formed on the surface of the interlayer insulating film I1 and the contact hole 32, and the barrier layer 33 Aluminum films 34 and 35 made of aluminum or an alloy containing aluminum as a main component are formed. The aluminum film 34 is connected to the titanium silicide layer 19 through the barrier layer 33.
[0135]
The second wiring region L2 formed on the first wiring region L1 includes an eighth silicon oxide film 70 serving as a base layer, and a fifth condensation region formed by a polycondensation reaction between a silicon compound and hydrogen peroxide. Formed on the silicon oxide film 72, the fifth silicon oxide film 72, formed on the sixth silicon oxide film 74 containing impurities such as phosphorus, and the sixth silicon oxide film 74; The second interlayer insulating film I2 made of the seventh silicon oxide film 76 planarized by the above, the via hole 62 formed in the interlayer insulating film I2, the wetting formed on the surface of the interlayer insulating film I2 and the via hole 62 Layer 63 and aluminum films 64 and 65 made of aluminum or an alloy containing aluminum as a main component formed on the wetting layer 63. That.
[0136]
As described above, according to the present embodiment, a silicon oxide film containing silanol, which is obtained by a gas phase reaction between a silicon compound and hydrogen peroxide, is formed, and further planarized by CMP on the uppermost layer. By forming the film, an interlayer insulating film having extremely good flatness can be formed. In particular, since the first interlayer insulating film can be formed at a considerably lower temperature than the conventional BPSG film, the characteristics can be improved in terms of punch-through and junction leakage. And a contact structure with high reliability can be achieved, and the manufacturing process is also advantageous. In addition, since the interlayer insulating film has a high level of flatness, the process margin including the processing of the wiring layer can be increased, and the quality and yield can be improved.
[0137]
Furthermore, in the present embodiment, at least a degassing step and a cooling step are included before the sputtering of the aluminum film, and more preferably, by continuously forming the aluminum film in the same chamber, the thickness is reduced to about 0.2 μm. Contact holes and via holes can be filled only with aluminum or an aluminum alloy, improving reliability and yield. In addition, it was confirmed that there is no segregation of copper or the like in the aluminum film constituting the contact portion or abnormal growth of crystal grains, and that the reliability including migration is good.
[0138]
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and a part thereof can be replaced by the following means.
[0139]
(A) In the above embodiment, dinitrogen monoxide is used as the oxygen-containing compound when the second silicon oxide film 24 is formed by plasma CVD, but ozone can be used instead. Then, it is desirable to expose the wafer to an ozone atmosphere before forming the second silicon oxide film 24.
[0140]
For example, using the belt furnace shown in FIG. 8, the wafer W is placed on the transport belt 80 heated to 400 to 500 ° C. by the heater 82 and moved at a predetermined speed. At this time, ozone is supplied from the first gas head 86a, and the wafer W is passed through the ozone atmosphere of 2 to 8% by weight over 5 minutes. Next, ozone, TEOS, and TMP (P (OCH) are supplied from the second and third gas heads 86b and 86c.Three)Three) Is supplied at substantially normal pressure, and a PSG film (second silicon oxide film) 24 having a phosphorus concentration of 3 to 6% by weight is formed to a thickness of 100 to 600 nm. In FIG. 8, reference numeral 84 denotes a cover.
[0141]
Thus, by using ozone instead of dinitrogen monoxide, a silicon oxide film made of TEOS can be formed by atmospheric pressure CVD. Further, by using a belt furnace, film formation can be performed continuously and efficiently.
[0142]
Further, by exposing the wafer W in an ozone atmosphere, the first silicon oxide film 22 has sufficiently low moisture absorption and moisture due to thermal desorption spectrum (TDS) and infrared spectroscopy (FTIR). As in the case of using dinitrogen monoxide, it was confirmed that the flatness of the interlayer insulating film I1 and the characteristics of the MOS transistor were good, and no crack was generated in the first silicon oxide film 22.
[0143]
(B) Although the silicon oxide film using TEOS by plasma CVD is used as the fourth silicon oxide film 20 in the embodiment, another silicon oxide film may be used instead. For example, such a fourth silicon oxide film may be a film formed by a low pressure thermal CVD method using monosilane and dinitrogen monoxide. This silicon oxide film is formed faithfully to the surface shape of the underlying silicon substrate, and not only has good coverage, but also has a high passivation function because it is dense. The silicon oxide film 22 is not easily cracked. Further, since the thermal CVD method is used, there is an advantage that there is no plasma damage.
[0144]
However, the film formation by this method requires the wafer temperature to be set to about 750 to 800 ° C., and therefore cannot be used when a film that is easily oxidized such as titanium silicide is used as the salicide structure. It is necessary to use molybdenum silicide.
[0145]
(C) In the above embodiment, the first interlayer insulating film I1 is composed of four layers of silicon oxide film, but the present invention is not limited to this, and another silicon oxide film may be added. For example, a 100-300 nm thick PSG film (phosphorus concentration: 1-6 wt%) formed by plasma CVD between the fourth silicon oxide film 20 and the first silicon oxide film 22 is used. It may be formed. By inserting this PSG film, it was confirmed that the gettering function of mobile ions was further improved, and the threshold characteristics of the transistor and fluctuations in quiescent current were reduced.
[0146]
In the above embodiment, the semiconductor device including the two-layer wiring region has been described. However, the present invention can be applied to a semiconductor device including three or more wiring regions, and includes an N-channel MOS element. The present invention can be applied not only to a semiconductor device but also to a semiconductor device including various elements such as a P-channel type or a CMOS type element.
[0147]
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A, 1B, and 1C are cross-sectional views schematically showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention in the order of steps.
2A and 2B are cross-sectional views schematically showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device performed following the step shown in FIG.
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views schematically showing an example of a method of manufacturing a semiconductor device performed following the step shown in FIG.
4A and 4B are cross-sectional views schematically showing an example of a method of manufacturing a semiconductor device performed following the step shown in FIG. 3 in the order of steps.
FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of a sputtering apparatus used in an embodiment according to the present invention.
6 is a diagram showing the relationship between time and substrate temperature when the substrate temperature is controlled using the sputtering apparatus shown in FIG.
7A to 7C are cross-sectional views showing an example of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
FIG. 8 is a diagram schematically showing a belt furnace used for manufacturing a semiconductor device.
[Explanation of symbols]
11 Silicon substrate
12 Field insulating film
13 Gate oxide film
14 Gate electrode
15 Low concentration impurity layer
16 High concentration impurity layer
17 Side wall spacer
18 Silicon oxide film
19 Titanium silicide layer
20 Fourth silicon oxide film
22 First silicon oxide film
24 Second silicon oxide film
26 Third silicon oxide film
32 Contact hole
33 Barrier layer
34 First aluminum film
35 Second aluminum film
62 Beer Hall
63 Wetting layer
64 First aluminum film
65 Second aluminum film
70 Eighth silicon oxide film
72 Fifth silicon oxide film
74 Sixth silicon oxide film
76 Seventh silicon oxide film
I1, I2 interlayer insulation film
L1, L2 wiring area

Claims (11)

素子を含む半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する工程、前記層間絶縁膜にスルーホールを形成する工程、前記層間絶縁膜および前記スルーホールの表面にバリア層を形成する工程、および前記バリア層の表面に導電膜を形成する工程、を含み、前記層間絶縁膜を形成する工程は、
(a)シリコン化合物と過酸化水素とを化学気相成長法によって反応させて第1のシリコン酸化膜を形成する工程と、
(b)シリコン化合物、酸素および酸素を含む化合物の少なくとも1種、および不純物としてのリンを含む化合物を、温度が300〜450℃、周波数が200〜600kHzの条件下でプラズマ化学気相成長法によって反応させて、リンを2〜6重量%の割合で含む第2のシリコン酸化膜を形成する工程と、
(c)600〜850℃の温度でアニール処理を行う工程と、
(d)シリコン化合物、および酸素および酸素を含む化合物の少なくとも1種を化学気相成長法によって反応させて第3のシリコン酸化膜を形成する工程と、および
(e)前記第3のシリコン酸化膜を化学機械的研磨によって平坦化する工程と、を備え、
前記工程(b)は、前記工程(c)において第1のシリコン酸化膜から発生するガス成分が放出できる多孔性の第2のシリコン酸化膜を形成する工程であることを含み、
少なくとも前記工程(a)〜(e)を順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate including an element; forming a through hole in the interlayer insulating film; forming a barrier layer on a surface of the interlayer insulating film and the through hole; and the barrier layer Forming a conductive film on the surface of the substrate, and forming the interlayer insulating film,
(A) forming a first silicon oxide film by reacting a silicon compound and hydrogen peroxide by chemical vapor deposition;
(B) A plasma chemical vapor deposition method using a silicon compound, at least one of oxygen and a compound containing oxygen, and a compound containing phosphorus as an impurity under conditions of a temperature of 300 to 450 ° C. and a frequency of 200 to 600 kHz. Reacting to form a second silicon oxide film containing phosphorus in a proportion of 2 to 6% by weight;
(C) performing an annealing process at a temperature of 600 to 850 ° C .;
(D) reacting at least one of a silicon compound and a compound containing oxygen and oxygen with a chemical vapor deposition method to form a third silicon oxide film; and (e) the third silicon oxide film. And flattening by chemical mechanical polishing,
The step (b) includes a step of forming a porous second silicon oxide film from which the gas component generated from the first silicon oxide film in the step (c) can be released,
At least the steps (a) to (e) are sequentially performed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項1において、
前記工程(b)で用いられる前記酸素を含む化合物は一酸化二窒素である半導体装置の製造方法。
In claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the oxygen-containing compound used in the step (b) is dinitrogen monoxide.
素子を含む半導体基板の上に層間絶縁膜を形成する工程、前記層間絶縁膜にスルーホールを形成する工程、前記層間絶縁膜および前記スルーホールの表面にバリア層を形成する工程、および前記バリア層の表面に導電膜を形成する工程、を含み、前記層間絶縁膜を形成する工程は、
(a)シリコン化合物と過酸化水素とを化学気相成長法によって反応させて第1のシリコン酸化膜を形成する工程と、
(b)シリコン化合物、オゾン、および不純物としてのリンを含む化合物を、温度が400〜500℃の条件下で常圧化学気相成長法によって反応させて、リンを3〜6重量%の割合で含む第2のシリコン酸化膜を形成する工程と、
(c)600〜850℃の温度でアニール処理を行う工程と、
(d)シリコン化合物、および酸素および酸素を含む化合物の少なくとも1種を化学気相成長法によって反応させて第3のシリコン酸化膜を形成する工程と、および
(e)前記第3のシリコン酸化膜を化学機械的研磨によって平坦化する工程と、を備え、
前記工程(b)は、前記工程(c)において第1のシリコン酸化膜から発生するガス成分が放出できる多孔性の第2のシリコン酸化膜を形成する工程であることを含み、
少なくとも前記工程(a)〜(e)を順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate including an element; forming a through hole in the interlayer insulating film; forming a barrier layer on a surface of the interlayer insulating film and the through hole; and the barrier layer Forming a conductive film on the surface of the substrate, and forming the interlayer insulating film,
(A) forming a first silicon oxide film by reacting a silicon compound and hydrogen peroxide by chemical vapor deposition;
(B) A silicon compound, ozone, and a compound containing phosphorus as an impurity are reacted by a normal pressure chemical vapor deposition method at a temperature of 400 to 500 ° C., and phosphorus is added at a ratio of 3 to 6% by weight. Forming a second silicon oxide film including:
(C) performing an annealing process at a temperature of 600 to 850 ° C .;
(D) reacting at least one of a silicon compound and a compound containing oxygen and oxygen with a chemical vapor deposition method to form a third silicon oxide film; and (e) the third silicon oxide film. And flattening by chemical mechanical polishing,
The step (b) includes a step of forming a porous second silicon oxide film from which the gas component generated from the first silicon oxide film in the step (c) can be released,
At least the steps (a) to (e) are sequentially performed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項3において、
前記工程(b)で、前記第2のシリコン酸化膜を成膜する前に、前記第1のシリコン酸化膜をオゾン雰囲気にさらす半導体装置の製造方法。
In claim 3,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first silicon oxide film is exposed to an ozone atmosphere before forming the second silicon oxide film in the step (b).
請求項1ないし請求項4のいずれかにおいて、
前記工程(a)で用いられるシリコン化合物は、モノシラン、ジシラン、SiHCl、SiFを含む無機シラン化合物、およびトリプロピルシラン、テトラエトキシシランを含む有機シラン化合物から選択される少なくとも1種である半導体装置の製造方法。
In any one of Claim 1 thru | or 4,
The silicon compound used in the step (a) is at least one selected from an inorganic silane compound containing monosilane, disilane, SiH 2 Cl 2 and SiF 4 and an organic silane compound containing tripropylsilane and tetraethoxysilane. A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項1ないし請求項5のいずれかにおいて、
前記工程(a)は、前記シリコン化合物が無機シラン化合物であって、0〜20℃の温度条件下で減圧化学気相成長法によって行われる半導体装置の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
In the step (a), the silicon compound is an inorganic silane compound, and the semiconductor device is manufactured by a low pressure chemical vapor deposition method under a temperature condition of 0 to 20 ° C.
請求項1ないし請求項5のいずれかにおいて、
前記工程(a)は、前記シリコン化合物が有機シラン化合物であって、100〜150℃の温度条件下で減圧化学気相成長法によって行われる半導体装置の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
In the step (a), the silicon compound is an organosilane compound, and the semiconductor device is manufactured by a low pressure chemical vapor deposition method under a temperature condition of 100 to 150 ° C.
請求項1ないし請求項7のいずれかにおいて、
前記工程(a)の前に、シリコン化合物、および酸素および酸素を含む化合物の少なくとも1種を化学気相成長法によって反応させてベース層となる第4のシリコン酸化膜を形成する半導体装置の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
Before the step (a), a semiconductor device is manufactured in which at least one of a silicon compound and a compound containing oxygen and oxygen is reacted by a chemical vapor deposition method to form a fourth silicon oxide film serving as a base layer. Method.
請求項1ないし請求項8のいずれかにおいて、
前記工程(c)におけるアニール処理は、連続的あるいは断続的に温度を上昇することによって行われる半導体装置の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 8,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the annealing process in the step (c) is performed by continuously or intermittently increasing the temperature.
請求項1ないし請求項9のいずれかにおいて、
前記スルーホールは、その上端部から底部に向かって徐々に口径が小さくなるテーパ状である半導体装置の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 9,
The through hole is a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the diameter of the through hole gradually decreases from the upper end to the bottom.
請求項1ないし請求項10のいずれかにおいて、
前記バリア層の表面に導電膜を形成する工程は、200℃以下の温度で、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする合金からなる第1のアルミニウム膜を形成する工程と、
前記第1のアルミニウム膜上に、300℃以上の温度で、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする合金からなる第2のアルミニウム膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 10,
The step of forming a conductive film on the surface of the barrier layer includes the step of forming a first aluminum film made of aluminum or an alloy containing aluminum as a main component at a temperature of 200 ° C. or lower.
Forming a second aluminum film made of aluminum or an alloy containing aluminum as a main component on the first aluminum film at a temperature of 300 ° C. or higher. .
JP31451897A 1997-07-03 1997-10-30 Semiconductor device and manufacturing method thereof Expired - Lifetime JP4273268B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31451897A JP4273268B2 (en) 1997-07-03 1997-10-30 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17809197 1997-07-03
JP9-178091 1997-07-03
JP31451897A JP4273268B2 (en) 1997-07-03 1997-10-30 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1174351A JPH1174351A (en) 1999-03-16
JP4273268B2 true JP4273268B2 (en) 2009-06-03

Family

ID=26498384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP31451897A Expired - Lifetime JP4273268B2 (en) 1997-07-03 1997-10-30 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4273268B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH1174351A (en) 1999-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3456391B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US6383951B1 (en) Low dielectric constant material for integrated circuit fabrication
US6432845B1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP3509510B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6677247B2 (en) Method of increasing the etch selectivity of a contact sidewall to a preclean etchant
US6348407B1 (en) Method to improve adhesion of organic dielectrics in dual damascene interconnects
US6107182A (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
US8058728B2 (en) Diffusion barrier and adhesion layer for an interconnect structure
KR100414814B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5022900B2 (en) Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device
JP3533968B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US6245659B1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
TW202124764A (en) Oxygen radical assisted dielectric film densification
JPH08255791A (en) Formation of interlayer insulating film of semiconductor device
JP5217272B2 (en) Wiring forming method and semiconductor device manufacturing method
JP4273268B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6720660B1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JPH09237833A (en) Manufacture of semiconductor device
JP3456392B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3562357B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3922355B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR100532741B1 (en) Method for forming an etch stop layer of semiconductor device
JPWO2007094044A1 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040603

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20051220

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061115

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080827

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081017

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081112

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090108

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090204

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090217

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120313

Year of fee payment: 3

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120313

Year of fee payment: 3

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130313

Year of fee payment: 4