JPH06224189A - 平坦化膜の形成方法及び平坦化膜の形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】凹凸を有する半導体等の基板上に形成された絶
縁膜を加熱によるリフローにより平坦化する平坦化膜の
形成方法に関し、微細化を妨げず、かつ膜質の悪化を伴
わずに、凸部間の凹部を完全に埋めることができ、かつ
より一層の平坦化を図ることができる平坦化膜の形成方
法を提供する。 【構成】凹凸31ａ，31ｂ，30ａ〜30ｄを有する基板２５
上に不純物のドープされた絶縁膜（ドープド絶縁膜）32
ａを形成する工程と、雰囲気ガス中で、前記基板２５を
加熱して前記ドープド絶縁膜32ａの軟化点以上の温度に
保持するとともに、前記基板２５を動かすことにより前
記基板２５に加速度を与えて前記基板２５上で前記ドー
プド絶縁膜32ａを流動させ、平坦化されたドープド絶縁
膜32ｂを形成する工程とを含み構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は平坦化膜の形成方法及び
平坦化膜の形成装置に関し、より詳しくは、凹凸を有す
る半導体等の基板上に形成された絶縁膜を加熱によるリ
フローにより平坦化する平坦化膜の形成方法及び平坦化
膜の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高密度化のため、パ
ターンがより微細化され、かつ半導体層や配線層を多層
に形成することが多い。このような場合、通常、上下の
導電体層間の絶縁を行うため、絶縁膜が形成されるが、
下地の基板に凹凸が存在している場合、凸部の導電体層
間に存在する凹部を完全に絶縁膜で埋めることが必要に
なる。また、形成された絶縁膜上に半導体層や配線層を
形成する場合には、半導体層や配線層の下地の絶縁膜の
表面が著しい凹凸を有していると、半導体層や配線層の
カバレージが悪化したり、ホトレジストのパターニング
精度が悪化し、その上に形成される半導体層や配線層の
パターニング精度が悪化したりする等の問題が生ずる。

【０００３】このような問題を解決するため、凹凸を有
する基板上に形成する絶縁膜にドープド絶縁膜を用い、
ドープド絶縁膜の形成後に、加熱によるリフローにより
ドープド絶縁膜を流動させて凹部の充填や表面の平坦化
を図っている。

【０００４】図１２（ａ）〜（ｄ）は、凹凸を有する基
板上にＣＶＤにより形成された絶縁膜を流動させるため
の加熱処理装置について説明する構成図である。図１２
（ａ）はバッチ処理が行える横型の加熱処理炉、図１２
（ｂ）はバッチ処理が行える縦型の加熱処理炉である。
図１２（ｃ），（ｄ）は加熱手段として赤外線ランプを
用いたシングル処理を行うための加熱処理装置で、図１
２（ｃ）は処理される基板の両面にランプを有するタイ
プ、図１２（ｄ）は基板の片面にランプを有するタイプ
を示す。

【０００５】図１２（ａ）において、１ａは複数の処理
される基板５ａを収納するチャンバ、２ａはチャンバ１
ａに雰囲気ガスを導入する雰囲気ガス導入口、３ａは不
要な雰囲気ガスを排気する排気口、４ａはチャンバ１ａ
の周囲に設けられ、チャンバ１ａ内の基板５ａを加熱す
る加熱処理炉である。

【０００６】図１２（ｂ）において、１ｂは複数の処理
される基板５ｂを収納するチャンバ、２ｂはチャンバ１
ｂ内に雰囲気ガスを導入する雰囲気ガス導入口、４ｂは
チャンバ１ｂの周囲に設けられ、チャンバ１ｂ内の基板
５ｂを加熱する加熱処理炉である。なお、不要な雰囲気
ガスを排気する排気口は図示していない。

【０００７】図１２（ｃ）において、１ｃは複数の処理
される基板５ｃを収納するチャンバ、４ｃ，４ｄはチャ
ンバ１ｃの上下に設けられ、チャンバ１ｃ内の基板５ｃ
を加熱する加熱処理ランプである。なお、チャンバ１ｃ
に雰囲気ガスを導入する雰囲気ガス導入口、及び不要な
雰囲気ガスを排気する排気口は図示していない。

【０００８】図１２（ｄ）において、１ｄは複数の処理
される基板５ｄを収納するチャンバ、４ｅはチャンバ１
ｄの上下に設けられ、チャンバ１ｄ内の基板５ｄを加熱
する加熱処理ランプ、６ｄは基板５ｄを載置するサセプ
タである。なお、チャンバ１ｄに雰囲気ガスを導入する
雰囲気ガス導入口、及び不要な雰囲気ガスを排気する排
気口は図示していない。

【０００９】図１３（ａ），（ｂ）は、図１２（ｄ）の
加熱処理装置を用いて凹凸を有する基板上に平坦化され
た絶縁膜を形成する方法について説明する断面図であ
る。処理される基板５ｄとして、図１３（ａ）に示すよ
うに、例えば半導体基板上の下地絶縁膜の上に導電体層
からなる凸部11ａ〜11ｃを有する基板５ｄ上にＣＶＤ法
によりドープド絶縁膜１３、例えばＢＰＳＧ膜の形成さ
れたものを用いる。このような基板５ｄを例えば図１２
（ｄ）の加熱処理装置のサセプタ６ｄ上に載置する。

【００１０】次いで、雰囲気ガス導入口から例えば窒素
ガスを導入するとともに、加熱処理ランプ４ｅを点灯し
て熱エネルギを基板に加え、基板５ｄをドープド絶縁膜
１３の軟化点以上の温度に保持し、所定の時間放置す
る。

【００１１】このとき、基板５ｄがドープド絶縁膜１３
の軟化点に達すると、ドープド絶縁膜１３が流動し始
め、重力により基板５ｄ上に広がる。所定の時間の後、
図１３（ｂ）に示すように、ドープド絶縁膜13ａの表面
は平坦化される。

【００１２】この後、平坦化されたドープド絶縁膜13ａ
上に配線層等が形成される。ところで、このようにして
形成されたドープド絶縁膜13ａの平坦化の状態を評価す
るために、通常、リフロー角度αが用いられる。

【００１３】図１４（ａ）は、参考文献（次世代超ＬＳ
Ｉプロセス技術応用編、昭和６３年４月３０日発行；Ｐ
２１７，図３）に記載された、種々のP₂O₅＋B₂O₃（mol
％）含有率のBPSG膜及びPSG 膜について、窒素中、温度
９００℃で３０分間加熱処理した後の、P₂O₅＋B₂O₃（mo
l ％）に対するリフロー角度αについて示す図である。
また、図１４（ｂ）は上記参考文献から転記した、リフ
ロー角度αの定義について説明する断面図で、段差部に
おける、基板の平面に対する絶縁膜表面の傾斜角度をリ
フロー角度αと定義している。なお、図１４（ｂ）中、
１４はシリコン基板、１１は多結晶シリコン膜（凸部）
で、以上が基板５ｄを構成する。１３はＢＰＳＧ膜（ド
ープド絶縁膜）である。

【００１４】図１４（ａ）によれば、リフロー角度α
は、ＢＰＳＧ膜１３に含有される個々の不純物化合物P₂
O₅，B₂O₃の含有率に左右されるのではなくて、総計の不
純物含有率P₂O₅＋B₂O₃（mol ％）によってほぼ決められ
ることが示されている。実用上、３０度以下のリフロー
角度αを得ることが望ましい。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
の平坦化された膜の形成方法によれば、次のような問題
がある。即ち、 半導体装置のより一層の微細化が要求される場合に、
凸部11ａ／11ｂ，11ｂ／11ｃ間の間隔が狭く、また、ア
スペクト比が大きくなり、図１５（ｂ）に示すように、
ボイド１５が生じ易くなる。このため、ボイド１５を含
むドープド絶縁膜13ａにはクラック等が生じ易くなり、
絶縁性が悪化するという問題がある。

【００１６】また、より多層化された場合、凸部11ａ
〜11ｃが高くなり、図１５（ｄ）に示すように、リフロ
ー角度αが大きく、平坦化が十分でなくなる。このた
め、ドープド絶縁膜13ａ上に形成される配線層等のカバ
レージが悪化したり、パターニング精度が悪化するとい
う問題がある。

【００１７】上記の問題を解決するためには、高温，
長時間の加熱処理が必要であり、処理能力（スループッ
ト）の低下をきたし、また、半導体装置を微細化する上
で、浅い拡散層の形成が困難となるという問題がある。

【００１８】この問題を解決するためには、より低
温，短時間の加熱処理を行うべく、総計の不純物含有率
P₂O₅＋B₂O₃を増やせばよいが、吸湿性の増大、B₂O₃等の
析出物の発生が起こり、膜質が低下するという問題があ
る。

【００１９】本発明は、係る従来例の問題点に鑑みて創
作されたものであり、微細化を妨げず、かつ膜質の悪化
を伴わずに、凸部間の凹部を完全に埋めることができ、
かつより一層の平坦化を図ることができる平坦化膜の形
成方法及び平坦化膜の形成装置の提供を目的とするもの
である。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題は、第１に、図
２（ｂ）に示すように、凹凸31ａ，31ｂ，30ａ〜30ｄを
有する基板２５上に不純物のドープされた絶縁膜（ドー
プド絶縁膜）32ａを形成する工程と、雰囲気ガス中で、
前記基板２５を加熱して前記ドープド絶縁膜32ａの軟化
点以上の温度に保持するとともに、前記基板２５を動か
すことにより前記基板２５に加速度を与えて前記基板２
５上で前記ドープド絶縁膜32ａを流動させ、平坦化され
たドープド絶縁膜32ｂを形成する工程とを有する平坦化
膜の形成方法によって達成され、第２に、図１（ｂ）に
示すように、不純物のドープされた絶縁膜（ドープド絶
縁膜）を形成するための反応ガス及び雰囲気ガス中で、
凹凸を有する基板２５を加熱して前記形成すべきドープ
ド絶縁膜の軟化点以上の温度に保持するとともに、前記
基板２５を動かすことにより前記基板２５に加速度を与
えて、平坦化されたドープド絶縁膜を形成する工程とを
有する平坦化膜の形成方法によって達成され、第３に、
図１（ａ）に示すように、処理される基板２５を収納
し、処理を行うチャンバ２１と、前記チャンバ２１に雰
囲気ガスを導入する雰囲気ガス導入口２２と、前記チャ
ンバ２１内の基板２５を加熱する加熱手段２４と、前記
チャンバ２１内の基板２５を保持する基板保持手段２６
と、前記基板保持手段２６に接続され、該基板保持手段
２６を動かすことにより基板２５に加速度を与える加速
度発生手段２８とを有する平坦化膜の形成装置によって
達成され、第４に、図１（ｂ）に示すように、不純物を
含有する絶縁膜を形成するための反応ガスを前記チャン
バ２１に導入する反応ガス導入口２９を有することを特
徴とする第３の発明に記載の平坦化膜の形成装置によっ
て達成される。

【００２１】

【作用】本発明の平坦化膜の形成装置によれば、図１
（ａ）に示すように、加熱手段２４に加えて、基板２５
に対して加速度を発生させる加速度発生手段２８、例え
ば基板２５の膜形成面に垂直な軸を中心として回転或い
は回動させる手段、又は基板２５の膜形成面に平行な面
に沿って或いは基板２５の膜形成面に垂直な軸に沿って
振動させる手段等の、回転や振動により基板２５に力を
加える源を有しているので、図２（ｂ）に示すように、
不純物のドープされた絶縁膜（以下、ドープド絶縁膜と
称する。）32ａを流動させる際、本発明の平坦化膜の形
成方法に示すように、加熱によりドープド絶縁膜32ａを
軟化させた上で、更に、基板２５平面に沿った加速度，
又は鉛直方向であって重力加速度よりも大きい加速度を
基板２５に印加することができる。

【００２２】従って、従来の重力加速度のみによる場合
と比較して、凹凸を有する基板２５上に形成されたドー
プド絶縁膜32ａの流動化が促進され、加熱処理時間の大
幅な短縮を図ることができる。しかも、ドープド絶縁膜
32ａの流動化が促進されるので、凹凸を有する基板２５
上の狭い凹部へのドープド絶縁膜32ｂの充填も容易に、
かつ完全に行うことができる。

【００２３】これにより、多種類の不純物を多量にドー
プせずに、即ち、膜質の悪化を伴わずに、また、加熱処
理温度を高くすることなく、短時間に、即ち、スループ
ットの向上を図り、かつ浅い拡散層の形成による微細化
を妨げずに、凸部30ａ／30ｂ，30ｃ／30ｄ間の凹部31
ａ，31ｂを完全に埋めることができ、かつより一層の平
坦化を図ることができる。

【００２４】更に、他の本発明の平坦化膜の形成装置に
よれば、上記の膜形成装置に不純物を含有する絶縁膜を
形成するための反応ガス導入口２９が付設されているの
で、他の本発明の平坦化膜の形成方法に示すように、形
成すべきドープド絶縁膜の軟化点以上の温度に保持し、
かつ基板２５に加速度を与えてドープド絶縁膜の形成を
行うことができる。従って、ドープド絶縁膜を形成しつ
つ、流動化させることにより、一回の工程で平坦化され
た絶縁膜を形成することができる。これにより、平坦化
された絶縁膜を形成する時間の短縮を図ることができ、
スループットの向上を図ることができる。

【００２５】

【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。 （１）第１〜第７の実施例の平坦化膜の形成装置 （ａ）第１〜第５の実施例 図３は、第１の実施例の平坦化膜の形成装置について説
明する側面構成図である。図３において、21ａは処理さ
れるウエハ（基板）25ａを収納し、雰囲気ガス中で加熱
処理を行うチャンバ、22ａはチャンバ21ａに雰囲気ガス
を導入する雰囲気ガス導入口、23ａは不要な雰囲気ガス
を排気する排気口、24ａはチャンバ21ａの周囲に設けら
れ、チャンバ21ａ内のウエハ25ａを加熱する加熱処理炉
（加熱手段）、26ａは板面にウエハ25ａを載置し、真空
チャック等によりウエハ保持面に固定する円板状のウエ
ハ保持具（基板保持手段）、27ａはウエハ保持具26ａの
ウエハ保持面に垂直な中心軸に沿う回転軸（伝達手
段）、28ａは回転軸27ａを介してウエハ保持具26ａと接
続されたモータ（加速度発生手段）で、回転軸27ａを中
心としてウエハ保持具26ａを一定方向に回転させる。

【００２６】なお、図６（ａ）〜（ｃ）は第２〜第４の
実施例の平坦化膜の形成装置に備えられた、他の方法に
よる加速度発生手段と接続された基板保持手段及び伝達
手段について説明する部分側面構成図である。上記の加
速度発生手段28ａ／回転軸27ａ／ウエハ保持具26ａの替
わりに用いることができる。

【００２７】図６（ａ）は第２の実施例に係るウエハ保
持具（基板保持手段）26ｄの動かし方について説明する
斜視図で、不図示の加速度発生手段により伝達手段27ｄ
を介してウエハ保持具26ｄに右回転及び左回転の両方向
の回転を付与することができるようになっている。

【００２８】これにより、ウエハ保持具26ｄ上のウエハ
（基板）25ｄを、例えば左回転〜右回転〜左回転〜右回
転〜のように、回動させて外向き加速度による遠心力を
付与することができる。

【００２９】図６（ｂ）は第３の実施例に係るウエハ保
持具（基板保持手段）26ｅの動かし方について説明する
斜視図で、不図示の加速度発生手段により伝達手段27ｅ
を介してウエハ保持具26ｅを左右に振動させることがで
きるようになっている。

【００３０】これにより、ウエハ保持具26ｅ上のウエハ
（基板）25ｅを左右に振動させて、二方向の加速度をウ
エハ25ｅに印加することができる。従って、一方向の加
速度が印加されるだけである回転の場合と比較して膜厚
の均一性が増し、かつ凹部へのより完全な充填を行うこ
とができる。

【００３１】図６（ｃ）は第４の実施例に係るウエハ保
持具（基板保持手段）26ｆの動かし方について説明する
斜視図で、不図示の加速度発生手段により伝達手段27ｆ
を介してウエハ保持具26ｆを上下に振動させることがで
きるようになっている。

【００３２】これにより、ウエハ保持具26ｆ上のウエハ
（基板）25ｆを上下に振動させて、自然の重力加速度よ
りも大きい加速度をウエハ25ｆに印加することができ
る。これにより、軟化したドープド絶縁膜の流動性を増
すことができる。

【００３３】また、上記の４種類の方法を種々組み合わ
せたような加速度発生手段を設けることもできる。例え
ば、回転又は回動〜左右の振動〜回転又は回動〜左右の
振動〜・・のように、回転又は回動と左右の振動との組
み合わせが可能である。なお、上記したように、加速度
とは回転や振動により基板25ａ，25ｄ〜25ｆに力を加え
る源をいう。

【００３４】更に、第５の実施例として、上記のチャン
バに反応ガス導入口を付設することもできる。これによ
り、既設の雰囲気ガス導入口から雰囲気ガスを導入する
他に反応ガス導入口から反応ガスを導入することによ
り、形成すべきドープド絶縁膜の軟化点以上の温度に保
持し、かつ基板に加速度を与えてドープド絶縁膜の形成
を行うことができる。即ち、ドープド絶縁膜を形成しつ
つ、同時に流動化させることにより、一回の工程で平坦
化された絶縁膜を形成することができる。これにより、
平坦化された絶縁膜を形成する時間の短縮を図ることが
でき、スループットの向上を図ることができる。この場
合、加熱温度は形成される絶縁膜の軟化温度よりも大き
くしておくことが必要である。

【００３５】（ｂ）第６の実施例 図４は、第６の実施例の平坦化膜の形成装置について説
明する側面構成図である。図４において、図３と異なる
ところは、ウエハ保持具として複数のウエハを保持する
ことができるようになっている。従って、複数のウエハ
について一度に処理することができる。

【００３６】なお、図中21ｂは処理されるウエハ（基
板）25ｂを収納し、雰囲気ガス中で加熱処理を行うチャ
ンバ、22ｂはチャンバ21ｂに雰囲気ガスを導入する雰囲
気ガス導入口、23ｂは不要な雰囲気ガスを排気する排気
口、24ｂはチャンバ21ｂの周囲に設けられ、チャンバ21
ｂ内のウエハ25ｂを加熱する加熱処理炉（加熱手段）、
26ｂは板面にウエハを載置する円板状のウエハ保持具
（基板保持手段）、27ｂはウエハ保持具26ｂのウエハ保
持面に垂直な中心軸に沿う回転軸（伝達手段）、28ｂは
回転軸を介してウエハ保持具26ｂと接続されたモータ
（加速度発生手段）で、板面に垂直な回転軸27ｂを中心
としてウエハ保持具26ｂを一定方向に回転させる。

【００３７】（ｃ）第７の実施例 図５は、第７の実施例の平坦化膜の形成装置について説
明する側面構成図である。図５において、図３，図４と
異なるところは、加熱手段として赤外線ランプを用いて
いることである。

【００３８】なお、図中21ｃは処理されるウエハ（基
板）25ｃを収納し、雰囲気ガス中で加熱処理を行うチャ
ンバ、22ｃはチャンバ21ｃに雰囲気ガスを導入する雰囲
気ガス導入口、23ｃは不要な雰囲気ガスを排気する排気
口、24ｃはチャンバ21ｃの周囲に設けられ、チャンバ21
ｂ内のウエハ25ｂを加熱する赤外線ランプ（加熱手
段）、26ｃは板面にウエハを載置する円板状のウエハ保
持具（基板保持手段）、27ｃはウエハ保持具26ｃのウエ
ハ保持面に垂直な中心軸に沿う回転軸（伝達手段）、28
ｃは回転軸27ｃを介してウエハ保持具26ｃと接続された
モータ（加速度発生手段）で、回転軸27ｃを中心として
ウエハ保持具26ｃを一定方向に回転させる。

【００３９】以上のように、本発明の第１〜第７の実施
例の膜形成装置によれば、加熱手段24ａ〜24ｃに加え
て、ウエハ25ａ〜25ｆに対して加速度を発生させる加速
度発生手段28ａ〜28ｃを有しているので、BPSG膜等のド
ープド絶縁膜をリフローする際、加熱によりドープド絶
縁膜を軟化させた上で、更に、ウエハ25ａ〜25ｆ平面に
沿った加速度，又は鉛直方向であって重力加速度よりも
大きい加速度を印加することができる。

【００４０】従って、従来の重力加速度のみによる場合
と比較して、ドープド絶縁膜の流動化が促進され、加熱
処理時間の大幅な短縮を図ることができる。しかも、ド
ープド絶縁膜の流動化が促進されるので、狭い凹部への
ドープド絶縁膜の充填も容易に、かつ完全に行うことが
できる。

【００４１】これにより、多種類の不純物を多量にドー
プせずに、即ち、膜質の悪化を伴わずに、また、加熱処
理温度を高くすることなく、即ち、浅い拡散層の形成が
可能となることによる微細化を妨げずに、凸部間の凹部
を完全に埋めることができ、かつより一層の平坦化を図
ることができる。

【００４２】（２）第８〜第１０実施例の膜形成方法 （ａ）第８の実施例 図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第８の実施例の、図３
の平坦化膜の形成装置を用いて半導体基板上に平坦化さ
れた層間絶縁膜を形成する方法について説明する断面図
である。

【００４３】図７（ａ）は層間絶縁膜を形成する前であ
って、多結晶シリコン膜からなる下部配線層が形成され
た後の状態を示し、図中符号５１はシリコン基板、５２
はシリコン基板５１上に熱酸化により形成されたシリコ
ン酸化膜、53ａ，53ｂはシリコン酸化膜５２上に形成さ
れた、約0.5 μｍ程度の間隔を保って並行する高さ約0.
6 μｍの多結晶シリコン膜からなる下部配線層（凸部）
である。以上が基板25ａを構成する。なお、下部配線層
53ａ，53ｂ間は凹部５４となっている。

【００４４】このような状態で、反応ガスとしてＴＥＯ
Ｓ＋ＴＭＯＰ＋ＴＭＢ＋Ｏ₃ の混合ガスを用いた減圧Ｃ
ＶＤ法により、温度４００℃の条件で、Ｐを4.5wt ％含
み、Ｂを4.0wt ％含む膜厚約8000ÅのBPSG膜からなる層
間絶縁膜（ドープド絶縁膜）５５を形成する（図７
（ｂ））。

【００４５】次いで、ウエハ保持具26ａ上のウエハ（基
板）25ｄの温度がBPSG膜５５の軟化点以上の温度約８５
０℃になるように加熱処理炉24ａの温度設定を行い、温
度の安定化するのを待つ。このとき、雰囲気ガス導入口
22ａから例えば窒素ガスを導入し、チャンバ21ａ内部の
圧力をほぼ１気圧に保持する。温度が安定した後、図３
の平坦化膜の形成装置のウエハ保持具26ａのウエハ保持
面にウエハ25ｄを載置し、真空チャック等によりウエハ
保持面に固定する。温度が約８５０℃に安定してから、
モータ28ａを回転してウエハ保持具26ａを約10,000rpm
で回転させる。

【００４６】次に、この状態を約２分間保持する。この
とき、加熱温度がBPSG膜５５の軟化点に達すると、BPSG
膜５５が流動し始め、基板25ｄ上に広がる。そして、回
転による遠心力により、流動性が一層増すため、基板25
ｄ上に広がるとともに、凸部53ａ／53ｂ間の凹部５４に
完全に入り込む。これにより、BPSG膜５５は平坦化され
るとともに、８５０℃という高温の加熱処理により、BP
SG膜５５は緻密化されて吸湿性が少なくなる。従って、
析出，失透のない安定した、平坦化されたBPSG膜５５が
形成される。

【００４７】所定の時間の後、図７（ｃ）に示すよう
に、層間絶縁膜55ａの表面は平坦化される。なお、Ｐを
4.5wt ％含み、Ｂを4.0wt ％含むBPSG膜の場合、従来の
重力のみの加速度によるリフロー方法によれば、３０分
以上の時間が掛かっていた。

【００４８】その後、図７（ｄ）に示すように、平坦化
された層間絶縁膜55ａ上に上部配線層５６等が形成され
る。このようにして形成された層間絶縁膜55ａのリフロ
ー角度αは３０度以下のものが得られた。

【００４９】以上のように、本発明の第８の実施例の方
法によれば、BPSG膜５５をリフローする際、回転による
加速度を発生させているので、基板25ａに遠心力が加え
られるため、従来の重力加速度のみによる場合と比較し
て、BPSG膜５５の流動化が促進され、加熱処理時間の大
幅な短縮を図ることができる。しかも、BPSG膜５５の流
動化が促進されるので、狭い凹部５４へのドープド絶縁
膜55ａの充填も容易に、かつ完全に行うことができる。

【００５０】これにより、多種類の不純物を多量にドー
プせずに、即ち、膜質の悪化を伴わずに、また、加熱処
理温度を高くすることなく、短時間に、即ち、スループ
ットの向上を図り、浅い拡散層の形成による微細化を妨
げずに、凸部53ａ／53ｂ間の凹部５４を完全に埋めるこ
とができ、かつより一層の平坦化を図ることができる。

【００５１】なお、第８の実施例の場合、加熱処理温度
を８５０℃としているが、軟化点以上の温度であるかぎ
り、更に低温での加熱処理が可能である。例えば、不純
物のドープ量の増加により、又は不純物を多種類含ませ
ることにより、一般に軟化点は低下することが知られて
いる。この場合にも、ドープド絶縁膜の形成後時間をお
かずに高温の加熱処理を行うことにより、ドープド絶縁
膜は緻密化されて吸湿性が少なくなり、析出，失透のな
い安定した、平坦化されたドープド絶縁膜を形成するこ
とが可能である。

【００５２】また、雰囲気ガスとして窒素ガスを用いて
いるが、他の不活性ガスや酸素或いは水蒸気を用いても
よい。なお、雰囲気ガスの種類によりドープド絶縁膜５
５の軟化点を低下させることができる。例えば水蒸気の
場合、５０℃程度低下させることが可能である。

【００５３】更に、雰囲気ガスのガス圧を１気圧として
いるが、１気圧以上のガス圧としてもよい。特に、雰囲
気ガスとして水蒸気を用いる場合には、ガス圧を１気圧
以上に増すことにより、流動化を促進させることがで
き、従って加熱処理温度の更なる低温化を図ることがで
きる。

【００５４】また、処理される基板25ｄとしてシリコン
基板５１上のシリコン酸化膜５２の上に多結晶シリコン
膜からなる下部配線層53ａ，53ｂが形成されているもの
を用いているが、他の種類の凹凸を有する基板を用いる
こともできる。

【００５５】（ｂ）第９の実施例 図８（ａ）〜（ｄ），図９は、本発明の第９の実施例
の、図３の平坦化膜の形成装置のチャンバと連接して反
応ガス導入口を付設した平坦化膜の形成装置を用いて基
板上に平坦化された層間絶縁膜を形成する方法について
説明する断面図である。

【００５６】第９の実施例において、第８の実施例と異
なるところは、ドープド絶縁膜55ｂ〜55ｄを堆積すると
同時にリフローを行うことにより、一回の工程で平坦化
された層間絶縁膜55ｄを形成していることである。

【００５７】図７（ａ）に示す基板と同様な構成を有す
る、図８（ａ）に示すウエハ（基板）25ａを図３の平坦
化膜の形成装置のウエハ保持具26ａのウエハ保持面に載
置する。

【００５８】次いで、ウエハ保持具（基板保持手段）26
ａ上のウエハ25ａの温度がBPSG膜の軟化点以上の温度約
８５０℃になるように加熱処理炉24ａの温度設定を行
い、温度の安定化するのを待つ。このとき、雰囲気ガス
導入口22ａから例えば窒素ガスを導入する。温度が約８
５０℃に安定してから、モータ28ａを回転してウエハ保
持具26ａを約10,000rpm で回転させるとともに、反応ガ
スとしてＴＥＯＳ＋ＴＭＯＰ＋ＴＭＢ＋Ｏ₃ の混合ガス
を不図示の反応ガス導入口から導入する。

【００５９】次に、この状態を所定の時間保持する。こ
のとき、ウエハ25ａ温度は形成されるBPSG膜（ドープド
絶縁膜）の軟化点以上の温度に保持されているので、BP
SG膜55ｂが堆積されると同時に、BPSG膜が流動し始め、
基板25ａ上に広がる。更に、回転による遠心力により、
流動性が一層増すため、基板25ａ上によく広がるととも
に、凸部間の凹部に完全に入り込む（図８（ｂ），図８
（ｃ））。

【００６０】所定の時間の後、図８（ｄ）に示すよう
に、平坦化された層間絶縁膜55ｄが形成される。その
後、図９に示すように、平坦化された層間絶縁膜55ｄ上
に上部配線層56ａ等が形成される。

【００６１】このようにして形成された層間絶縁膜55ｄ
のリフロー角度αは３０度以下のものが得られた。以上
のように、第９の実施例によれば、膜形成しつつ、流動
化させているので、平坦化された層間絶縁膜55ｄを形成
する時間の短縮を図ることができ、スループットの向上
を図ることができる。

【００６２】（ｃ）第１０の実施例 図１０（ａ）〜（ｄ），図１１（ａ）〜（ｄ）は、本発
明の第１０の実施例の、図３の平坦化膜の形成装置を用
いて基板上に平坦化された層間絶縁膜を形成する方法に
ついて説明する断面図である。

【００６３】第８の実施例と異なるところは、所定の最
終膜厚に対して薄い膜厚のドープド絶縁膜55ｅ，55ｇ，
55ｉを形成し、リフローするという工程を繰り返すこと
により、所定の最終膜厚を有する平坦化された層間絶縁
膜55ｊを形成していることである。

【００６４】図７（ａ）に示す基板と同様な構成を有す
る、図１０（ａ）に示すウエハ（基板）25ａ上に、反応
ガスとしてＴＥＯＳ＋ＴＭＯＰ＋ＴＭＢ＋Ｏ₃ の混合ガ
スを用いた有機金属ＣＶＤ法により、温度４００℃の条
件で、Ｐを4.5wt ％含み、Ｂを4.0wt ％含む膜厚約2500
ÅのBPSG膜からなる第１のドープド絶縁膜55ｅを形成す
る（図１０（ｂ））。

【００６５】次いで、ウエハ保持具26ａ上のウエハ25ａ
の温度がBPSG膜の軟化点以上の温度約８５０℃になるよ
うに加熱処理炉の温度設定を行い、温度の安定化するの
を待つ。このとき、雰囲気ガス導入口22ａから例えば窒
素ガスを導入する。温度が安定した後、図３の平坦化膜
の形成装置のウエハ保持具26ａのウエハ保持面に載置す
る。温度が約８５０℃に安定してから、モータ28ａを回
転してウエハ保持具26ａを約10,000rpm で回転させる。

【００６６】次に、この状態を約２分間保持する。この
とき、加熱温度がBPSG膜の軟化点に達すると、第１のド
ープド絶縁膜55ｅが流動し始め、基板上に広がる。そし
て、回転による遠心力により、流動性が一層増すため、
基板25ａ上に広がるとともに、凸部53ａ／53ｂ間の凹部
５４に完全に入り込む。

【００６７】所定の時間の後、図１０（ｃ）に示すよう
に、第１のドープド絶縁膜55ｆの表面は平坦化される。
次いで、平坦化された第１のドープド絶縁膜55ｆ上に図
１０（ｂ）に説明したと同様な方法により膜厚約2500Å
のBPSG膜からなる第２のドープド絶縁膜55ｇを形成する
（図１０（ｄ））。続いて、図１０（ｃ）に説明したと
同様な方法により第１のドープド絶縁膜55ｆ及び第２の
ドープド絶縁膜55ｇをリフローさせて第２のドープド絶
縁膜55ｈの表面を平坦化する（図１１（ａ））。

【００６８】次に、平坦化された第２のドープド絶縁膜
55ｈ上に図１０（ｂ）に説明したと同様な方法により膜
厚約2500ÅのBPSG膜からなる第３のドープド絶縁膜55ｉ
を形成する（図１１（ｂ））。続いて、図１０（ｃ）に
説明したと同様な方法により第２のドープド絶縁膜55ｈ
及び第３のドープド絶縁膜55ｉをリフローさせて第３の
ドープド絶縁膜55ｊの表面を平坦化する。これにより、
平坦化された所定の膜厚の層間絶縁膜55ｊが形成される
（図１１（ｃ））。

【００６９】その後、図１１（ｄ）に示すように、平坦
化された層間絶縁膜55ｊ上に上部配線層56ｂ等が形成さ
れる。このようにして形成された層間絶縁膜55ｊのリフ
ロー角度αは３０度以下のものが得られた。

【００７０】以上のように、第１０の実施例によれば、
所定の最終膜厚よりも薄い膜厚で第１〜第３のドープド
絶縁膜55ｅ〜55ｉの形成／リフローを繰り返すことによ
り、所定の最終膜厚を有する層間絶縁膜55ｊを形成して
いる。従って、狭い凹部５４にも一層容易に、かつ完全
に充填することができる。

【００７１】なお、上記第８〜第１０の実施例におい
て、ドープド絶縁膜５５，55ａ〜55ｉとしてBPSG膜を用
いているが、PSG 膜（phosphosilicateglass），GPSG膜
（gelmanophosphosilicateglass ）或いはGBPSG 膜（ge
lmanoborophosphosilicateglass ）を用いることができ
る。この場合、PSG 膜を形成する方法としてＴＥＯＳ＋
ＴＭＯＰ＋Ｏ₃ の混合ガスからなる反応ガスを用いた有
機金属ＣＶＤ法を用いることができる。また、GPSG膜又
はGBPSG 膜を形成する方法として、それぞれSiH₄＋GeH₄
＋PH₃ ＋O₂の混合ガス又はSiH₄＋GeH₄＋B₂H₆＋PH₃ ＋O₂
等の混合ガスを用いた常圧ＣＶＤ法を用いることができ
る。

【００７２】また、BPSG膜を形成する方法としてＴＥＯ
Ｓ＋ＴＭＯＰ＋ＴＭＢ＋Ｏ₃ の混合ガスからなる反応ガ
スを用いた有機金属ＣＶＤ法により形成しているが、Si
H₄＋PH₃ ＋B₂H₆＋O₂等の混合ガスからなる反応ガスを用
いた常圧ＣＶＤ法，SiH₄＋PH ₃ ＋BCl₃＋O₂等の混合ガス
からなる反応ガス又はＴＥＯＳ＋PH₃ ＋ＴＭＢの混合ガ
スからなる反応ガスを用いた減圧ＣＶＤ法，SiH₄＋PH₃
＋B₂H₆＋N₂O ＋O₂等の混合ガスからなる反応ガスを用い
た常圧ＣＶＤ法を用いることができる。

【００７３】また、図３の平坦化膜の形成装置の加速度
発生手段28ａとしてのモータの回転数を約10,000rpm と
しているが、雰囲気ガスの種類又はガス圧力，ドープド
絶縁膜中の不純物の含有量や加熱温度によりドープド絶
縁膜の粘性が変化するため、これらのパラメータの条件
により回転数の最適値が異なってくることはいうまでも
ない。なお、遠心力等の効果から鑑みて毎分数千回転以
上が好ましいが、回転数の上限はモータの限界により決
まる以外は特に制限はない。

【００７４】更に、基板に加える加速度は遠心力の他
に、図６（ａ）〜（ｃ）に示すような加速度の加え方も
ある。即ち、 回動させる。例えば左回転〜右回転〜左回転〜右回転
〜のように、回転方向を交互に変化させる。

【００７５】左右に振動させる。遠心力の場合一方向
の加速度が印加されるだけであるが、この場合には、二
方向の加速度を印加することができ、回転の場合と比較
して膜厚の均一性が増し、かつ凹部へのより完全な充填
を行うことができる。また、例えば、回転又は回動〜左
右の振動〜回転又は回動〜左右の振動〜・・のように、
回転又は回動と組み合わせることも可能である。

【００７６】上下に振動させる。この場合には自然の
重力加速度よりも大きい加速度を得ることができる。こ
れにより、軟化したドープド絶縁膜の流動性を増すこと
ができる。

【００７７】

【発明の効果】以上のように、本発明の膜形成装置によ
れば、加熱手段に加えて、基板に対して加速度を発生さ
せる加速度発生手段、例えば基板の膜形成面に垂直な軸
を中心として回転或いは回動させる手段、又は基板の膜
形成面に平行な面に沿って或いは基板の膜形成面に垂直
な軸に沿って振動させる手段を有しているので、不純物
のドープされた絶縁膜（以下、ドープド絶縁膜と称す
る。）を流動させる際、本発明の膜形成方法に示すよう
に、加熱によりドープド絶縁膜を軟化させた上で、更
に、基板平面に沿った加速度，又は鉛直方向であって重
力加速度よりも大きい加速度を基板に印加することがで
きる。従って、凹凸を有する基板上に形成されたドープ
ド絶縁膜の流動化が促進され、加熱処理時間の大幅な短
縮を図ることができる。しかも、ドープド絶縁膜の流動
化が促進されるので、凹凸を有する基板上の狭い凹部へ
のドープド絶縁膜の充填も容易に、かつ完全に行うこと
ができる。

【００７８】これにより、膜質の悪化を伴わずに、かつ
微細化を妨げずに、凸部間の凹部を完全に埋めることが
でき、かつより一層の平坦化を図ることができる。ま
た、短時間の処理が可能なので、スループットの向上を
図ることができる。

【００７９】更に、他の本発明の膜形成装置によれば、
上記の膜形成装置に不純物を含有する絶縁膜を形成する
ための反応ガス導入口が付設されているので、ドープド
絶縁膜を形成しつつ、流動化させることにより、一回の
工程で平坦化された絶縁膜を形成することができる。

【００８０】これにより、平坦化された絶縁膜を形成す
る時間の短縮を図ることができ、一層のスループットの
向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る平坦化膜の形成装置について説明
する原理側面図である。

【図２】本発明に係る平坦化膜の形成方法の原理説明図
である。

【図３】本発明の第１の実施例に係る平坦化膜の形成装
置について説明する側面構成図である。

【図４】本発明の第６の実施例に係る平坦化膜の形成装
置について説明する側面構成図である。

【図５】本発明の第７の実施例に係る平坦化膜の形成装
置について説明する側面構成図である。

【図６】本発明の第２〜第４の実施例に係る加速度発生
手段と接続された基板保持手段及び伝達手段について説
明する斜視図である。

【図７】本発明の第８の実施例に係る平坦化膜の形成方
法について説明する断面図である。

【図８】本発明の第９の実施例に係る平坦化膜の形成方
法について説明する断面図（その１）である。

【図９】本発明の第９の実施例に係る平坦化膜の形成方
法について説明する断面図（その２）である。

【図１０】本発明の第１０の実施例に係る平坦化膜の形
成方法について説明する断面図（その１）である。

【図１１】本発明の第１０の実施例に係る平坦化膜の形
成方法について説明する断面図（その２）である。

【図１２】従来例に係る平坦化膜の形成装置について説
明する側面構成図である。

【図１３】従来例に係る平坦化膜の形成方法について説
明する断面図である。

【図１４】従来例に係る平坦化膜の形成方法により形成
されたドープド絶縁膜のリフロー角度の不純物含有率依
存性についての説明図である。

【図１５】従来例の問題点について説明する断面図であ
る。

【符号の説明】

２１，21ａ〜21ｃ チャンバ、 ２２，22ａ〜22ｃ 雰囲気ガス口、 ２３，23ａ〜23ｃ 排気口、 ２４ 加熱手段、 24ａ，24ｂ 加熱処理炉（加熱手段）、 24ｃ 加熱処理ランプ（加熱手段）、 ２５，25ａ〜25ｆ ウエハ（基板）、 ２６，26ａ〜26ｆ 基板保持手段、 26ａ〜26ｆ ウエハ保持具（基板保持手段）、 ２７，27ｄ〜27ｆ 伝達手段、 27ａ〜27ｃ 回転軸（伝達手段）、 ２８，28ｄ〜28ｆ 加速度発生手段、 28ａ〜28ｃ モータ（加速度発生手段）、 ２９ 反応ガス導入口、 30ａ〜30ｄ 凸部、 31ａ，31ｂ 凹部、 32ａ ドープド絶縁膜、 ５１ シリコン基板、 ５２ シリコン酸化膜、 53ａ，53ｂ 下部配線層（凸部）、 ５４ 凹部、 ５５，55ａ，55ｄ，55ｊ 層間絶縁膜（ドープド絶縁
膜）、 55ｂ，55ｃ ドープド絶縁膜、 55ｅ，55ｆ 第１のドープド絶縁膜、 55ｇ，55ｈ 第２のドープド絶縁膜、 55ｉ 第３のドープド絶縁膜、 ５６，56ａ 上部配線層。

フロントページの続き (72)発明者 千野 博 東京都港区港南２−13−29 株式会社半導 体プロセス研究所内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凹凸（31ａ，31ｂ），（30ａ〜30ｄ）を
   有する基板（２５）上に不純物のドープされた絶縁膜
   （32ａ）を形成する工程と、 雰囲気ガス中で、前記基板（２５）を加熱して前記絶縁
   膜（32ａ）の軟化点以上の温度に保持するとともに、前
   記基板（２５）を動かすことにより、前記基板（２５）
   に加速度を与えて前記基板（２５）上で前記絶縁膜（32
   ａ）を流動させ、平坦化された絶縁膜（32ｂ）を形成す
   る工程とを有する平坦化膜の形成方法。
2. 【請求項２】 不純物のドープされた絶縁膜を形成する
   ための反応ガス及び雰囲気ガス中で、凹凸を有する基板
   （２５）を加熱して前記形成すべき絶縁膜の軟化点以上
   の温度に保持するとともに、前記基板（２５）を動かす
   ことにより前記基板（２５）に加速度を与えて、平坦化
   された絶縁膜（32ｂ）を形成する工程とを有する平坦化
   膜の形成方法。
3. 【請求項３】 前記雰囲気ガスは不活性ガス，酸素ガス
   又は水蒸気であることを特徴とする請求項１又は請求項
   ２記載の平坦化膜の形成方法。
4. 【請求項４】 前記凸部は導電体膜であることを特徴と
   する請求項１又は請求項２記載の平坦化膜の形成方法。
5. 【請求項５】 前記不純物のドープされた絶縁膜はBPSG
   膜，PSG 膜，GPSG膜又はGBPSG 膜であることを特徴とす
   る請求項１又は請求項２記載の平坦化膜の形成方法。
6. 【請求項６】 前記基板に与える加速度は基板の絶縁膜
   の形成面に垂直な軸を中心として基板を回転させること
   により得られるものであることを特徴とする請求項１又
   は請求項２記載の平坦化膜の形成方法。
7. 【請求項７】 前記基板に与える加速度は基板の絶縁膜
   の形成面に垂直な軸を中心として基板を回動させること
   により得られるものであることを特徴とする請求項１又
   は請求項２記載の平坦化膜の形成方法。
8. 【請求項８】 前記基板に与える加速度は基板の絶縁膜
   の形成面に平行な面に沿って振動させることにより得ら
   れるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２
   記載の平坦化膜の形成方法。
9. 【請求項９】 前記基板に与える加速度は基板の絶縁膜
   の形成面に垂直な軸に沿って振動させることにより得ら
   れるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２
   記載の平坦化膜の形成方法。
10. 【請求項１０】 請求項１又は請求項２記載の平坦化さ
    れた絶縁膜を形成する工程の後、該絶縁膜の上に配線層
    を形成する工程を有することを特徴とする平坦化膜の形
    成方法。
11. 【請求項１１】 処理される基板（２５）を収納し、処
    理を行うチャンバ（２１）と、 前記チャンバ（２１）に雰囲気ガスを導入する雰囲気ガ
    ス導入口（２２）と、 前記チャンバ（２１）内の基板（２５）を加熱する加熱
    手段（２４）と、 前記チャンバ（２１）内の基板（２５）を保持する基板
    保持手段（２４）と、 前記基板保持手段（２４）に接続され、該基板保持手段
    （２４）を動かすことにより基板（２５）に加速度を与
    える加速度発生手段（２８）とを有する平坦化膜の形成
    装置。
12. 【請求項１２】 不純物を含有する絶縁膜を形成するた
    めの反応ガスを前記チャンバ（２１）に導入する反応ガ
    ス導入口（２９）を有することを特徴とする請求項１１
    記載の平坦化膜の形成装置。