JPH06104249A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH06104249A
JPH06104249A JP25281492A JP25281492A JPH06104249A JP H06104249 A JPH06104249 A JP H06104249A JP 25281492 A JP25281492 A JP 25281492A JP 25281492 A JP25281492 A JP 25281492A JP H06104249 A JPH06104249 A JP H06104249A
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JP
Japan
Prior art keywords
film
teos
nsg
oxide film
semiconductor device
Prior art date
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JP25281492A
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English (en)
Inventor
Nobuyoshi Sato
伸良 佐藤
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 配線間の埋め込み性に優れた常圧O3-TEOS-NS
G 膜を層間絶縁膜とする半導体装置において、この酸化
膜中の水分の拡散を防止して素子特性の劣化を防ぐ。 【構成】 常圧O3-TEOS-NSG 膜16の下側に、その下地依
存性をなくすためのP-TEOS-NSG膜15を形成し、さらにそ
の下側にP-SiH4-NSG膜13を形成する。O3-TEOS-NSG 膜か
らの水分はP-SiH4-NSG膜のダングリングボンドにトラッ
プされ、下側のシリコン基板11には到達しないので素子
特性の劣化が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多層配線のための層間絶
縁膜として、有機シラン化合物とオゾンとを原料ガスと
する化学気相反応により形成される酸化膜を有する半導
体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】デバイスのデザインルールが縮小されに
伴って配線間を埋め込む絶縁膜の形成が困難となる。そ
こで、有機シランの一つであるTEOSおよびオゾンを原料
ガスとする常圧CVD 法によって形成される埋め込み性お
よび平坦性に優れた常圧O3-TEOS-NSG (Non-doped Silic
on Glass) 膜の採用が有望になってきている。しかし、
このO3-TEOS-NSG 膜は下地により成膜速度および膜質が
変化するいう問題があり、このような下地依存性によっ
て膜にクラックが発生するという問題があった。このよ
うな常圧O3-TEOS-NSG 膜の下地依存性に付いては、例え
ば「T.IEE Japan,Vol.111-A, No.7, '91 」に記載され
ている。
【0003】このような欠点を解消するために、TEOSを
原料としてプラズマCVD 法によって酸化膜を薄く、通常
3000Å以下の厚さに形成し、次いで常圧O3-TEOS-CVD 法
によって平坦性に優れた常圧O3-TEOS-NSG 膜を厚く形成
する方法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した方法によれ
ば、常圧O3-TEOS-NSG 膜の下側にP-TEOS-NSG膜が存在す
るため、O3-TEOS-NSG 膜の下地依存性を解消し、したが
ってクラックの発生を防止することができるが、層間絶
縁膜としてTEOSに代表される有機シラン化合物を原料と
したCVD 酸化膜を用いると、TEOS膜中の水分がその下側
の絶縁膜、例えはBPSG膜を通過し、さらに下方にある半
導体基板表面にまで拡散し、界面準位を変化させ、トラ
ンジスタ特性、例えばホットキャリア耐性やgm を劣化
させるという問題がある。このようなTEOS膜中の水分に
よる素子特性の劣化については、例えば「'92 春季応用
物理学会 予稿集 第2分冊 30P-ZM-2 〜4 」に報告さ
れている。
【0005】本発明の目的は上述した問題を解決し、有
機シランおよびオゾンを原料ガスとする埋め込み性およ
び平坦性に優れたO3-TEOS-NSG 酸化膜の下地依存性を解
消し、したがってクラックの発生を防止することがで
き、しかも絶縁膜中に含まれる水分の拡散による素子特
性の劣化をも防止するようにした半導体装置を提供しよ
うとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、層間絶縁膜と
して、有機シラン化合物とオゾンとを原料ガスとする化
学気相反応により形成される酸化膜を有する半導体装置
において、前記酸化膜の下部に第1層として無機シラン
化合物を原料ガスとするプラズマ化学気相反応により形
成された酸化膜と、第2層として有機シラン化合物を主
原料ガスとするプラズマ化学気相反応により形成された
酸化膜とを有することを特徴とするものである。
【0007】
【作用】このような本発明による半導体装置において
は、層間絶縁膜を例えば、P-SiH4-NGS/P-TEOS-NSG/常圧
O3-TEOS-NSG の多層構造としているため、上層のTEOS系
の絶縁膜に含まれた水分が、下層のP-SiH4-NGS膜のダン
グリングボンドにトラップされ、絶縁膜の下側にある半
導体基板には到達しないので、素子特性が劣化するよう
なことはない。勿論、常圧O3-TEOS-NSG 膜の下側にP-TE
OS-NSG膜が存在しているためO3-TEOS-NSG 膜を形成する
際の下地依存性はなくなり、したがってクラックの発生
もない。
【0008】
【実施例】図1は本発明による半導体装置の一実施例の
構成を示す断面図である。所定の領域を形成したシリコ
ン基板11の表面にBPSG膜12を6000Åの膜厚に形成する。
このBPSG膜12の形成条件は以下の通りである。
【表1】 SiH4: 2500 SCCM O2: 3500 SCCM PH3: 1450 SCCM B2H6: 800 SCCM 成膜温度: 430 ℃ 成膜速度: 500 Å/min 成膜時間: 12 min 12枚バッチ方式
【0009】次に、BPSG膜12の上に無機シランを原料ガ
スとするプラズマCVD 法によってプラズマCVD-SiH4ベー
ス酸化膜(P-SiH4-NSG 膜)13 を2000Åの膜厚に形成す
る。このP-SiH4-NSG膜13の形成条件は以下の通りであ
る。
【表2】 SiH4: 400 SCCM N2O: 1850 SCCM 成膜温度: 350 ℃ 成膜速度: 450 Å/min 成膜時間: 4 min 圧力: 0.35 Torr RFパワー: 0.43 KW RF周波数: 50 KHz 平行平板型8枚バッチ方式
【0010】このP-SiH4-NSG膜13の上に高さ1μm のア
ルミ配線14をライン巾0.5 μm 、スペース巾0.5 μm で
形成する。次に、このアルミ配線14の上にTEOSとO2を原
料ガスとするプラズマCVD 法によって酸化膜(P-TEOS-NS
G 膜)15 を3000Åの膜厚に形成する。このP-TEOS-NSG膜
15の形成条件は以下の通りである。
【表3】 TEOS: 1.8 ml/min O2: 4.0 l/min 成膜温度: 350 ℃ 成膜速度: 450 Å/min 成膜時間: 20 sec 圧力: 2.2 Torr RFパワー: デュアル周波数(500W+500W) 合計1 KW (ウエファ設置下部電極: 400KHz:500W) (対向上部電極: 13.56MHz:500W) 7つの電極板に順次搬送されるステップ方式
【0011】次に、P-TEOS-NSG膜15の上に、常圧O3-TEO
S-CVD 法によって常圧O3-TEOS-NSG膜16を8000Åの膜厚
に形成する。この常圧O3-TEOS-NSG 膜16の形成条件は以
下の通りである。
【表4】 TEOSバブリングN2流量: 1.5 l/min バブリング温度: 65 ℃ O3発生用O2流量: 7.5 l/min O3濃度: 110 g/m3 成膜温度: 400 ℃ 成膜速度: 400 Å/min 成膜時間: 480 sec 以上の方法によって図1に示すようにアルミ配線14間に
も絶縁膜がきれいに埋め込まれるとともに平坦性にも優
れた層間絶縁膜が得られた。この層間絶縁膜にはクラッ
クも発生していない。
【0012】図2は本発明による半導体装置の他の実施
例の構成を示す断面図である。本例において、図1に示
す第1の実施例と同様の部分には同じ符号を付けて示し
た。本例では、所定の領域を形成したシリコン基板11の
上に6000Åの膜厚のBPSG膜12を形成した後、アルミ配線
14を形成する。このアルミ配線14の高さ、ライン巾およ
びスペース巾は前例と同様である。このアルミ配線14の
上に、プラズマCVD-SiH4ベース酸化膜(P-SiH4-NSG 膜)1
3を1000Åの膜厚に形成し、さらにその上にTEOSとO2
原料とするプラズマCVD 法によってP-TEOS-NSG膜15を20
00Åの膜厚に形成し、さらにその上に常圧O3-TEOS-NSG
膜16を8000Åの膜厚に形成する。これらのP-SiH4-NSG膜
13、P-TEOS-NSG膜15および常圧O3-TEOS-NSG 膜16の形成
条件は前例と同様である。本例においてもアルミ配線14
間への埋め込み性に優れしかもクラックの発生のない層
間絶縁膜が得られる。
【0013】図3は図2に示した層間絶縁膜を有する N
チャネルMOS FET を形成した半導体装置を示す断面図で
あり、層間絶縁膜全体は一体のものとして示してある。
P 型のシリコン基板21の表面にN 型のソースおよびドレ
イン領域22および23を形成し、これらの領域の間の表面
にはゲート酸化膜24を介して多結晶シリコンより成るゲ
ート電極25を形成する。シリコン基板21およびゲート電
極25の上にBPSG膜26を形成した後、コンタクトホールを
形成し、ソース領域22に接続したアルミ配線27およびド
レイン領域23に接続したアルミ配線28を形成し、さらに
その上に上述したようにして層間絶縁膜29を形成したも
のである。N 型チャネルの寸法W/L は20μm /1μm とし
た。
【0014】ゲート電極25はゲート電源V G の正端子に
接続し、ソースアルミ配線27は接地し、ドレインアルミ
配線28はドレイン電源V D の正端子に接続する。また、
シリコン基板21は接地する。このような構成において相
互コンダクタンスgm の評価試験を行った。gm の評価
試験はトランジスタ特性の信頼性の判断基準の一つとし
て行われるものである。一般に、gm の劣化はゲート酸
化膜中のHが原因で、ソース・ドレイン間への電圧印加
時のホットキャリアの増加に起因して起こるものであ
る。最近では、「Proceeding of the 9th VMIC Confere
nce, (1992) 187 」に示されているようにO3-TEOS NSG
膜中のH2O が原因でgm の劣化が起こることが報告され
ている。そこで、本発明においてもgm の評価試験を行
った。以下に実験条件を示す。ドレイン電圧V D =7.5V
とし、ストレス時間=14hr とし、ドレイン電流I D /ゲ
ート電圧V G の比を2としたときにシリコン基板21を経
て大地に流れる電流I SUBが最大となるようにゲート電
圧の値を設定した。この評価試験の結果、gm の劣化を
表すΔgm /gm0は0.08であり、トランジスタ特性は良
好であることが確認された。
【0015】また、図1に示した構成の層間絶縁膜を有
するN チャネルMOS FET を図3に示すところと同様に形
成して前述した試験と同様の試験を行ったところ同様に
良好な試験結果が得られた。
【0016】図4は比較例の構成を示す断面図である。
シリコン基板31の上にBPSG膜32を6000Åの膜厚に形成
し、さらにその上にアルミ配線33を形成する。アルミ配
線33の寸法および形状は図1および図2に示したものと
同様である。アルミ配線33の上にTEOSとO2とを主原料ガ
スとするプラズマCVD 法によって3000Åの膜厚の酸化膜
(P-TEOS-NSG 膜)34 を形成し、さらにその上に常圧O3-T
EOS-CVD 法によって常圧O3-TEOS-NSG 膜35を8000Åの膜
厚に形成した。このような構成の層間絶縁膜も配線間の
埋め込み性に優れており、クラックの発生もないが、g
m 劣化の評価試験を行ったところ、Δgm /gm0は0.20
と本発明の実施例の2〜3倍であり、トランジスタ特性
の劣化が大きいことが認められた。
【0017】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、上述した実施例においては、有機シラン化合物およ
びオゾンを原料ガスとする常圧CVD 酸化膜として常圧O3
-TEOS-NSG 膜を用い、さらに有機シランを原料ガスとす
るプラズマCVD 酸化膜としてP-TEOS-NSG膜を用いたが、
TEOSの代わりにOMCTS(octamethylcyclotetrasiloxane)
やHMDS(hexamethyldisiloxine)などの有機シラン化合物
を原料ガスとする酸化膜を用いることもできる。さら
に、無機シラン化合物を原料ガスとするプラズマ化学気
相反応により形成される酸化膜としても、上述した実施
例のようなP-SiH4-NSG膜以外の酸化膜を用いることもで
きる。
【0018】
【発明の効果】上述したように本発明による半導体装置
においては、層間絶縁膜を常圧O3-TEOS-NSG/P-TEOS-NSG
/P-SiH4-NGS の多層構造とすることによって配線間の埋
め込み性および平坦性に優れており、クラックの発生も
ないとともにTEOS系の絶縁膜、すなわちO3-TEOS-NSG 膜
からの水分は、その下側に形成されている無機シランベ
ースのプラズマCVD 酸化膜であるP-SiH4-NGS膜のダング
リングボンドにトラップされ、絶縁膜の下側の半導体基
板までは到達しないので、素子特性が劣化するようなこ
ともなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による半導体装置の一実施例の
構成を示す断面図である。
【図2】図2は、本発明による半導体装置の他の実施例
の構成を示す断面図である。
【図3】図3は、N チャネルMOS FET を有する本発明に
よる半導体装置の構成を示す断面図である。
【図4】図4は、比較例の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
11 シリコン基板 12 BPSG膜 13 P-SiH4-NSG膜 14 アルミ配線 15 P-TEOS-NSG膜 16 常圧O3-TEOS-NSG 膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 層間絶縁膜として、有機シラン化合物と
    オゾンとを原料ガスとする化学気相反応により形成され
    る酸化膜を有する半導体装置において、前記酸化膜の下
    側に第1層として無機シラン化合物を原料ガスとするプ
    ラズマ化学気相反応により形成された酸化膜と、第2層
    として有機シラン化合物を主原料ガスとするプラズマ化
    学気相反応により形成された酸化膜とを有することを特
    徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記無機シラン化合物を原料ガスとする
    プラズマ化学気相反応により形成された第1層の酸化膜
    上に、前記有機シラン化合物を主原料ガスとするプラズ
    マ化学気相反応により形成された第2層の酸化膜が存在
    することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
JP25281492A 1992-09-22 1992-09-22 半導体装置 Pending JPH06104249A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07153840A (ja) * 1993-11-30 1995-06-16 Nec Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2001077104A (ja) * 1999-09-07 2001-03-23 Miyazaki Oki Electric Co Ltd 半導体装置の層間絶縁膜の形成方法
KR100315445B1 (ko) * 1999-03-25 2001-11-28 황인길 반도체 소자 분리를 위한 얕은 트렌치 제조 방법

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