JPH06268081A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH06268081A
JPH06268081A JP5710793A JP5710793A JPH06268081A JP H06268081 A JPH06268081 A JP H06268081A JP 5710793 A JP5710793 A JP 5710793A JP 5710793 A JP5710793 A JP 5710793A JP H06268081 A JPH06268081 A JP H06268081A
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JP
Japan
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film
insulating film
gas
ozone
vapor deposition
Prior art date
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Pending
Application number
JP5710793A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuyoshi Sato
伸良 佐藤
Tomohiro Oota
与洋 太田
Tadashi Nakano
正 中野
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To form an insulating film with excellent film quality for semiconductor devices which has favorable burying characteristics and contains no void. CONSTITUTION:Before forming an insulating film on the surface of a silicon wafer 11, the surface of the base is treated with organic compounds. After the treatments an insulating film 15 is formed by a reduced pressure chemical vapor deposition method. Treating the surface of the base with organic compounds, as mentioned above, will form a favorable insulating film which is excellent in burying characteristics and contains no void.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造方
法、特に半導体基体と金属配線との間の1次絶縁膜、金
属配線間の層間絶縁膜及びパッシベーション膜として作
用する最終絶縁膜として使用することができる絶縁膜を
有機けい素化合物を原料ガスとして用いる化学気相成長
により形成する方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used for a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to be used as a primary insulating film between a semiconductor substrate and metal wiring, an interlayer insulating film between metal wirings, and a final insulating film acting as a passivation film. The present invention relates to a method for forming an insulating film which can be formed by chemical vapor deposition using an organic silicon compound as a source gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、VLSIデバイスの高集積化、高密度
化が急速に進み、半導体加工技術はサブミクロン加工が
必須のものとなってきている。サブミクロン加工が進む
に伴って半導体基体表面の凹凸はますます激しくなり、
アスペクト比が大きくなり、この凹凸がデバイス製造上
の制約となってきている。このような問題の解決のため
に最も強く望まれているのが、層間絶縁膜の平坦化技術
である。
2. Description of the Related Art In recent years, high integration and high density of VLSI devices have been rapidly advanced, and submicron processing has become essential in semiconductor processing technology. As the submicron processing progresses, the unevenness of the semiconductor substrate surface becomes more and more intense,
The aspect ratio becomes large, and this unevenness becomes a constraint in device manufacturing. What is most strongly desired for solving such a problem is a planarization technique for an interlayer insulating film.

【0003】サブミクロンデバイス用の層間絶縁膜に要
求される特性としては、サブミクロンオーダーのスペー
スを形成すること及び高アスペクト比を持つパターンに
対する優れたステップカバレージを実現することなどが
ある。このような要求を満たす層間絶縁膜の形成方法と
して有機シラン及び無機シランを原料ガスに用いた化学
気相成長法(CVD法) が知られている。また、CVD 法とし
てはプラズマCVD,常圧CVD 法、減圧CVD 法、加圧CVD
法、光励起CVD 法などが従来より提案されている。
Characteristics required for an interlayer insulating film for submicron devices include forming a space on the order of submicrons and achieving excellent step coverage for a pattern having a high aspect ratio. A chemical vapor deposition method (CVD method) using organic silane and inorganic silane as source gases is known as a method for forming an interlayer insulating film that satisfies such requirements. As the CVD method, plasma CVD, atmospheric pressure CVD method, low pressure CVD method, pressure CVD method
Methods and photo-excited CVD methods have been proposed.

【0004】これらの内、有機シランを原料ガスとし、
これにオゾンガスを加えて常圧CVD法で形成した絶縁
膜、すなわち常圧オゾン−有機シランCVD シリコン酸化
膜は、その平坦性が特に優れていることから最も期待さ
れている方法の一つである。このようなオゾン−有機シ
ランの混合ガスを用いる常圧CVD 法は、例えば特開昭61
-77695号公報や「電気化学」56, No.7(1988), 527 〜53
2 頁などに記載されている。有機シランとしてはTEOS(t
etraethoxysilane), TMOS(tetramethoxysilane),OMCTS
(octamethylcyclotetrasiloxane), HMDS(hexamethyldis
iloxane) 、SOB (trimethylsilyl borate),DADBS(diace
toxydi-tertiary-butoxysilane),SOP(trimethylsilyl p
hosphate)などが知られている。
Of these, using organic silane as a source gas,
The insulating film formed by atmospheric pressure CVD method by adding ozone gas to it, that is, the atmospheric pressure ozone-organosilane CVD silicon oxide film is one of the most promising methods because of its excellent flatness. . An atmospheric pressure CVD method using such a mixed gas of ozone and organosilane is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
-77695 or "Electrochemistry" 56, No. 7 (1988), 527-53
It is described on page 2. TEOS (t
etraethoxysilane), TMOS (tetramethoxysilane), OMCTS
(octamethylcyclotetrasiloxane), HMDS (hexamethyldis
iloxane), SOB (trimethylsilyl borate), DADBS (diace
toxydi-tertiary-butoxysilane), SOP (trimethylsilyl p
hosphate) etc. are known.

【0005】また、最終保護膜として用いられる絶縁膜
においても、VLSIデバイスの高集積化、高密度化に伴
い、その平坦性と、素子の信頼性に影響を与える膜質の
向上が強く要求されている。これは主に素子外部からの
水分等の侵入を防ぐためである。
Further, with respect to the insulating film used as the final protective film, it is strongly demanded that the flatness thereof and the film quality which affects the reliability of the device are improved with the high integration and high density of VLSI devices. There is. This is mainly to prevent intrusion of moisture and the like from the outside of the element.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
有機シランを原料ガスとするCVD 法による絶縁膜の形成
方法においては、成膜速度の下地依存性により、下地材
質によっては段差間(配線間)の埋め込み性が悪くなる
とともに膜中にボイドが発生するという欠点がある。こ
のように有機シラン−CVD 膜が大きな下地依存性を有す
ることは、例えば平成3年に発行された「電気学会論文
A」, 111 巻7号の652 〜658 頁に記載されている。こ
のように埋め込み性が悪化したりボイドが形成される
と、配線間のリーク電流が増加したり、素子特性に悪影
響を及ぼすことになる。
However, in the conventional method for forming an insulating film by the CVD method using organic silane as a source gas, there is a gap between steps (between wirings) depending on the substrate material due to the substrate dependency of the film formation rate. However, there is a drawback in that the embedding property of is deteriorated and a void is generated in the film. The fact that the organic silane-CVD film has a large underlayer dependency is described in, for example, "The Institute of Electrical Engineers of Japan", Vol. 111, No. 7, pp. 652-658, published in 1991. When the embedding property deteriorates or voids are formed in this way, the leak current between the wirings increases and the device characteristics are adversely affected.

【0007】さらに、従来の有機シランを用いたCVD 膜
は、膜中に水分等を含む多量の炭素化合物(未反応物)
が混入しているため、膜質が悪く、耐吸湿性が悪いとと
もにクラックが発生する欠点がある。耐吸湿性を補うた
めに厚膜とすると膜中に一層クラックが発生し易くな
り、素子の信頼性を損なう欠点がある。
Further, the conventional CVD film using organic silane has a large amount of carbon compounds (unreacted substances) containing water etc. in the film.
However, there is a defect that the film quality is poor, the moisture absorption resistance is poor, and cracks occur. If a thick film is used to supplement the moisture absorption resistance, cracks are more likely to occur in the film, which has the drawback of impairing the reliability of the device.

【0008】上述した従来の絶縁膜の形成方法の欠点を
軽減するために、下地表面のプラズマ酸化膜をN2, NH3
等のガスを用いてプラズマ処理し、その後で有機シラン
による常圧CVD 膜を形成することが提案されているが、
プラズマダメージの問題が懸念されている。さらにプラ
ズマ処理では埋め込み性は改善されない。
In order to reduce the above-mentioned drawbacks of the conventional method of forming an insulating film, the plasma oxide film on the underlying surface is replaced with N 2 and NH 3
It has been proposed to perform a plasma treatment using a gas such as the above, and then form an atmospheric pressure CVD film using organosilane.
There is concern about the problem of plasma damage. Further, the plasma treatment does not improve the embedding property.

【0009】この発明の目的は上述した従来の絶縁膜形
成方法の欠点を解消し、プラズマダメージ無しに段差間
の埋め込み性及び膜中のボイドの解消において優れてお
り、特にサブミクロンデバイスの絶縁膜として使用する
のに有効であるとともに優れた膜質を有し、クラックの
発生もなく、しかも製造工程を減らすことによってスル
ープットを向上することができる絶縁膜の形成方法を提
供しようとするものである。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the conventional insulating film forming method, and is excellent in the filling property between steps and the elimination of voids in the film without plasma damage. It is an object of the present invention to provide an insulating film forming method which is effective for use as an insulating film, has excellent film quality, does not generate cracks, and can improve throughput by reducing the number of manufacturing steps.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明による半導体装
置の製造方法は、有機けい素化合物を原料として用いる
化学気相成長により絶縁膜を形成するに当たり、絶縁膜
を形成しようとする下地表面をあらかじめ有機化合物で
処理し、しかる後に、上記絶縁膜の形成を、減圧化学気
相成長法により行うことを特徴とするものである。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, when an insulating film is formed by chemical vapor deposition using an organic silicon compound as a raw material, a base surface on which the insulating film is to be formed is previously formed. It is characterized in that it is treated with an organic compound, and thereafter, the above-mentioned insulating film is formed by a low pressure chemical vapor deposition method.

【0011】前記の有機化合物としては、脂肪族飽和一
価アルコール、脂肪族不飽和一価アルコール、芳香族ア
ルコール、脂肪族飽和多価アルコール、アルデヒド、エ
ーテル、ケトン、カルボン酸、ニトロアルカン、アミ
ン、アシルニトリル、酸アミド、複素環式化合物が挙げ
られ、具体的に以下のような物質を用いることができ
る。
The above-mentioned organic compounds include aliphatic saturated monohydric alcohols, aliphatic unsaturated monohydric alcohols, aromatic alcohols, aliphatic saturated polyhydric alcohols, aldehydes, ethers, ketones, carboxylic acids, nitroalkanes, amines, Examples thereof include acyl nitrile, acid amide, and heterocyclic compound, and specifically, the following substances can be used.

【0012】脂肪族飽和一価アルコール類:メタノー
ル、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノー
ル、1−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、
2−ブタノール、2−メチル−2−プロパノール、1−
ペンタノール、3−メチル−1−ブタノール、3−メチ
ル−2−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、1
−ヘキサノール、シクロヘキサノール
Aliphatic saturated monohydric alcohols: methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-methyl-1-propanol,
2-butanol, 2-methyl-2-propanol, 1-
Pentanol, 3-methyl-1-butanol, 3-methyl-2-butanol, 2-methyl-2-butanol, 1
-Hexanol, cyclohexanol

【0013】脂肪族不飽和一価アルコール類:アリルア
ルコール、プロパギルアルコール、2−メチル−3−ブ
チン−2−オール
Aliphatic unsaturated monohydric alcohols: allyl alcohol, propargyl alcohol, 2-methyl-3-butyn-2-ol

【0014】芳香族アルコール類:ベンジルアルコー
ル、フルフリルアルコール
Aromatic alcohols: benzyl alcohol, furfuryl alcohol

【0015】脂肪族飽和多価アルコール類及びその誘導
体:エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエ
チレングリコール、エチレングリコールモノメチルエー
テル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレ
ングリコールモノnブチルエーテル、エチレングリコー
ルモノイソブチルエーテル、プロピレングリコールモノ
メチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテ
ル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチ
レングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコ
ールジメチルエーテル
Aliphatic saturated polyhydric alcohols and their derivatives: ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, ethylene glycol monoisobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, Ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether

【0016】アルデヒド:ホルムアルデヒド、アセトア
ルデヒド、グリオキザール
Aldehydes: formaldehyde, acetaldehyde, glyoxal

【0017】エーテル:ジエチルエーテル、ジオキサ
ン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロフルフリルアル
コール
Ether: Diethyl ether, dioxane, tetrahydrofuran, tetrahydrofurfuryl alcohol

【0018】ケトン・ケトアルコール:アセトン、2−
ブタノン、ジアセトンアルコール、γブチロラクトン、
炭酸プロピレン
Ketone / keto alcohol: acetone, 2-
Butanone, diacetone alcohol, γ-butyrolactone,
Propylene carbonate

【0019】カルボン酸:ギ酸、酢酸、プロピオン酸、
グリコール酸、乳酸、乳酸エチル
Carboxylic acid: formic acid, acetic acid, propionic acid,
Glycolic acid, lactic acid, ethyl lactate

【0020】ニトロアルカン:ニトロメタン、ニトロエ
タン、ニトロプロパン、ニトロベンゼン
Nitroalkane: Nitromethane, Nitroethane, Nitropropane, Nitrobenzene

【0021】アミン:エチルアミン、プロピルアミン、
イソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミ
ン、アリルアミン、アニリン、トルイジン、エチレンジ
アミン、ジエチルアミン、エチレンイミン、ジプロピル
アミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、トリ
エチルアミン、トリnプロピルアミン、トリnブチルア
ミン
Amine: ethylamine, propylamine,
Isopropylamine, butylamine, isobutylamine, allylamine, aniline, toluidine, ethylenediamine, diethylamine, ethyleneimine, dipropylamine, diisopropylamine, dibutylamine, triethylamine, tri-n-propylamine, tri-n-butylamine

【0022】アシルニトリル類:アセトニトリル、プロ
ピオノニトリル、ブチロニトリル、アクリロニトリル、
メタクリロニトリル、ベンゾニトリル
Acyl nitriles: acetonitrile, propiononitrile, butyronitrile, acrylonitrile,
Methacrylonitrile, benzonitrile

【0023】酸アミド:ホルムアミド、N−メチルホル
ムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル
アセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、
Acid amide: formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide,

【0024】複素環式化合物:ピリジン、キノリン、ピ
ロール、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、2−ピ
ロリジノン、1−メチル−2−ピロリジノン
Heterocyclic compounds: pyridine, quinoline, pyrrole, piperidine, piperazine, morpholine, 2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-pyrrolidinone

【0025】また、前記有機けい素化合物としてはTEO
S、TMOS、OMTCS 、HMDS、SOB 、DADBS 、SOP などを代
表例とする以下の有機けい素化合物が挙げられる。
The organic silicon compound is TEO.
The following organosilicon compounds, which are representative examples of S, TMOS, OMTCS, HMDS, SOB, DADBS, SOP and the like, are mentioned.

【0026】テトラアルコキシシランとして次のとお
り:テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラ
ン(TEOS)、テトラnプロポキシシラン、テトライソプロ
ポキシシラン、テトラnブトキシシラン
The tetraalkoxysilanes are as follows: tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS), tetra-n-propoxysilane, tetra-isopropoxysilane, tetra-n-butoxysilane.

【0027】アルキルアルコキシシランとして次のとお
り:メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシ
ラン、メチルトリnプロポキシシラン、メチルトリイソ
プロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチル
トリエトキシシラン、エチルトリnプロポキシシラン、
エチルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリメトキシ
シラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリメト
キシシラン ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラ
ン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシ
ラン、ジエチルジnプロポキシシラン、ジエチルジイソ
プロポキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メ
チルビニルジエトキシシラン メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン ジメチルビニルメトキシシラン、ジメチルビニルエトキ
シシラン
The alkylalkoxysilanes are as follows: methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltrinpropoxysilane, methyltriisopropoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, ethyltrinpropoxysilane,
Ethyltriisopropoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, diethyldi-n-propoxysilane, diethyldiisopropoxysilane, methyl Vinyldimethoxysilane, methylvinyldiethoxysilane methyldimethoxysilane, methyldiethoxysilane dimethylvinylmethoxysilane, dimethylvinylethoxysilane

【0028】ポリシロキサンとして:テトラキス(ジメ
チルシロキシ)シラン
As polysiloxane: tetrakis (dimethylsiloxy) silane

【0029】シクロシロキサンとして次のとおり:オク
タメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS) 、ペンタメチ
ルシクロテトラシロキサン、テトラメチルシクロテトラ
シロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、トリ
メチルシクロトリシロキサン
The cyclosiloxanes are as follows: octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), pentamethylcyclotetrasiloxane, tetramethylcyclotetrasiloxane, hexamethylcyclotrisiloxane, trimethylcyclotrisiloxane.

【0030】ジシロキサンとして次のとおり:ヘキサメ
チルジシロキサン(HMDS)、テトラメチルジメトキシジシ
ロキサン、ジメチルテトラメトキシジシロキサン、ヘキ
サメトキシジシロキサン
The disiloxanes are as follows: hexamethyldisiloxane (HMDS), tetramethyldimethoxydisiloxane, dimethyltetramethoxydisiloxane, hexamethoxydisiloxane.

【0031】アルキルシランとして次のとおり:モノメ
チルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、トリ
エチルシラン、テトラメチルシラン、テトラエチルシラ
ン アリルトリメチルシラン ヘキサメチルジシラン
The alkylsilanes are as follows: monomethylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, triethylsilane, tetramethylsilane, tetraethylsilane allyltrimethylsilane hexamethyldisilane.

【0032】シリルアミンとして次のとおり:ジメチル
トリメチルシリルアミン、ジエチルトリメチルシリルア
ミン
The silylamines are as follows: dimethyltrimethylsilylamine, diethyltrimethylsilylamine

【0033】シラン窒素誘導体として次のとおり:アミ
ノプロピルトリエトキシシラン トリメチルシリルアジド、トリメチルシリルシアナイド
The silane nitrogen derivatives are as follows: aminopropyltriethoxysilane, trimethylsilyl azide, trimethylsilyl cyanide

【0034】シラザンとして次のとおり:ヘキサメチル
ジシラザン、テトラメチルジシラザン オクタメチルシクロテトラシラザン、ヘキサメチルシク
ロトリシラザン
The silazanes are as follows: hexamethyldisilazane, tetramethyldisilazane octamethylcyclotetrasilazane, hexamethylcyclotrisilazane

【0035】ハロゲン化シラン及び誘導体として次のと
おり:トリメチルクロロシラン、トリエチルクロロシラ
ン、トリnプロピルクロロシラン、メチルジクロロシラ
ン、ジメチルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロ
ロシラン、クロロメチルトリメチルシラン、クロロプロ
ピルメチルジクロロシラン、クロロプロピルトリメトキ
シシラン ジメチルジクロロシラン、ジエチルジクロロシラン、メ
チルビニルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、
エチルトリクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、ト
リフロロプロピルトリクロロシラン、トリフロロプロピ
ルトリメトキシシラン、トリメチルシリルアイオダイ
ド。
The halogenated silanes and derivatives are as follows: trimethylchlorosilane, triethylchlorosilane, trinpropylchlorosilane, methyldichlorosilane, dimethylchlorosilane, chloromethyldimethylchlorosilane, chloromethyltrimethylsilane, chloropropylmethyldichlorosilane, chloropropyltrisilane. Methoxysilane dimethyldichlorosilane, diethyldichlorosilane, methylvinyldichlorosilane, methyltrichlorosilane,
Ethyltrichlorosilane, vinyltrichlorosilane, trifluoropropyltrichlorosilane, trifluoropropyltrimethoxysilane, trimethylsilyl iodide.

【0036】さらに、有機けい素化合物としては、トリ
ス(トリメチルシロキシ)ボラン(SOB) 、トリス(トリ
メチルシロキシ)ホスホリル(SOP) 、ジアセトキシジ-t
ert-ブトキシシラン(DADBS) なども用いることができ
る。
Further, as the organic silicon compound, tris (trimethylsiloxy) borane (SOB), tris (trimethylsiloxy) phosphoryl (SOP), diacetoxydi-t
ert-Butoxysilane (DADBS) or the like can also be used.

【0037】ここに、下地表面の有機物処理は、半導体
ウェファをスピンさせながら塗布するスピンコート処理
(塗布処理)、有機化合物の蒸気を半導体ウェファに吹
きつける蒸気処理、半導体ウェファを有機化合物の溶液
中に浸漬する浸漬処理、有機化合物の溶液をスプレーす
るスプレー処理、有機化合物のシャワーに半導体基板を
通過させるカーテンフローコート処理など、種々の処理
法が可能であり、スピンコート法が有機化合物の消費量
が少なく、均一な塗布ができ、乾燥も同時できることか
ら最も好適である。また、この発明においては上記の有
機化合物を用いて下地表面を処理する際に、これらの2
種以上を同時にまたは順次に使用することも可能であ
る。
Here, the organic treatment of the base surface is spin coating (coating treatment) in which the semiconductor wafer is applied while being spun, vapor treatment in which vapor of an organic compound is blown to the semiconductor wafer, and the semiconductor wafer in a solution of the organic compound. Various treatment methods are possible, such as dipping treatment to immerse in, spray treatment to spray solution of organic compound, curtain flow coat treatment to pass semiconductor substrate through shower of organic compound, etc. It is the most preferable because it has a small amount, uniform coating can be performed, and drying can be performed at the same time. Further, in the present invention, when the underlayer surface is treated with the above organic compound, these
It is also possible to use more than one species simultaneously or sequentially.

【0038】[0038]

【作用】このようなこの発明による半導体装置の製造方
法によれば、有機けい素化合物を原料ガスとするCVD 法
によって絶縁膜を形成する前に、下地表面を前述の有機
化合物で処理(以下有機物処理とも云う)するという、
極めて簡単な処理を行うことによって下地依存性を大幅
に緩和することができ、埋め込み性及び平坦性に優れて
いるとともにクラックやボイドのない優れた膜質を有す
る絶縁膜を形成することができ、しかも製造装置が簡単
となるとともにスループットも改善されることになる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention as described above, the underlying surface is treated with the above-mentioned organic compound before forming the insulating film by the CVD method using the organic silicon compound as the source gas (hereinafter referred to as the organic substance). (Also called processing)
By performing a very simple process, it is possible to significantly reduce the dependency on the underlayer, and it is possible to form an insulating film that has excellent film filling properties and flatness as well as cracks and voids. The manufacturing apparatus will be simplified and the throughput will be improved.

【0039】このように下地表面を有機物処理すること
によって段差間への埋め込み性が良好で膜質の良好な絶
縁膜が形成される理由は明確には解明できていないが、
次のように考えることができる。
Although the reason why an insulating film having a good film quality and a good filling property between the steps is formed by treating the underlying surface with an organic substance has not been clarified yet,
It can be thought of as follows.

【0040】1.下地絶縁膜表面のエタノール処理によ
る変成 絶縁膜として使われるSiH4あるいはTEOSベースのプラズ
マCVD 酸化膜や熱CVD酸化膜、Siの熱酸化膜はいずれも
非晶質のSiO2あるいはSiO2に近い組成のものである。非
晶質SiO2の最表面は、プロセス中あるいは大気雰囲気中
の水によって容易に水和され、Si-OH のシラノール型の
構造となっていることが多い。表面に存在するSi-OH
は、電気陰性度の高いSi側に電子が引きつけられている
ため、全体として
1. SiH 4 or TEOS-based plasma CVD oxide film, thermal CVD oxide film, or Si thermal oxide film used as a modified insulating film by ethanol treatment on the surface of the underlying insulating film is a composition similar to amorphous SiO 2 or SiO 2. belongs to. The outermost surface of amorphous SiO 2 is often hydrated by water in the process or in the air atmosphere, and often has a silanol type structure of Si—OH. Si-OH existing on the surface
Is an electron attracted to the Si side, which has a high electronegativity, so

【化1】 の形に強く分極しており、大きな双極子モーメントを持
っている。Si-OH には、この分極のために極性の高い分
子である水やアルコールなどを強く吸着する性質があ
る。比表面積を大きくすることでSi-OH の吸着能を最大
限に高めた重要な応用例が乾燥剤のシリカゲルである。
[Chemical 1] It is strongly polarized in the form of and has a large dipole moment. Due to this polarization, Si-OH has the property of strongly adsorbing highly polar molecules such as water and alcohol. An important application that maximizes the Si-OH adsorption capacity by increasing the specific surface area is silica gel as a desiccant.

【0041】表面がSi-OH で覆われているSiO2質の絶縁
膜に、気体の有機化合物を吹き付けたり、液体の有機化
合物を塗布や浸漬して作用させることを想定する。多く
の有機化合物はSi-OH の分極の作用で表面に吸着される
が、その吸着される強さは有機化合物の側の極性で異な
ってくる。シクロヘキサンやベンゼン等の無極性物質は
表面に吸着されにくく、低級アルコールやアセトニトリ
ル、低級カルボン酸など高い極性の物質は強く吸着され
る。中程度の極性を有するジオキサンやケトン類はその
中間の強さで吸着されると予想される。
It is assumed that a gas organic compound is sprayed or a liquid organic compound is applied or dipped on the SiO 2 insulating film whose surface is covered with Si—OH to act. Many organic compounds are adsorbed on the surface by the action of the polarization of Si-OH, but the strength of the adsorption depends on the polarity of the organic compound side. Non-polar substances such as cyclohexane and benzene are difficult to be adsorbed on the surface, and highly polar substances such as lower alcohol, acetonitrile and lower carboxylic acid are strongly adsorbed. Dioxane and ketones with moderate polarity are expected to be adsorbed with intermediate strength.

【0042】一方、Si-OH は、プロトンを放出するLewi
s 酸としても働き、他の活性な水酸基を持つ有機化学物
質と相互作用する。典型的な例がアルコールとの間で起
きるアルコキシル基の交換反応であり、例えばエタノー
ル:C2H5OHとの間で Si-OH +C2H5OH=Si-OC2H5+H2O のようなエステル化反応が起こる。ここで形成されるSi
-OC2H5の結合は極めて強固であり、Siの自然酸化膜の上
に形成されたSi-OC2H5は400 ℃の酸化性雰囲気でも数十
分以上の寿命を有する。
On the other hand, Si-OH is a Lewis that emits a proton.
It also acts as an acid and interacts with other active hydroxyl-bearing organic chemicals. A typical example is the exchange reaction of an alkoxyl group that occurs with an alcohol. For example, in the case of ethanol: C 2 H 5 OH, Si-OH + C 2 H 5 OH = Si-OC 2 H 5 + H 2 O Such an esterification reaction occurs. Si formed here
The bond of -OC 2 H 5 is extremely strong, and Si-OC 2 H 5 formed on the native oxide film of Si has a life of several tens of minutes or more even in an oxidizing atmosphere at 400 ° C.

【0043】したがって、有機化合物による気相あるい
は液相での処理によって、当該有機化合物分子の化学的
吸着が起こり、さらにエタノールのようなアルコール類
による処理ではエステル化反応も起こるものと考えられ
る。いずれにしても、このように吸着ないしはエステル
化されたシラノールは、以後吸着能力を失い、不活性な
表面状態に変わることになる。絶縁膜表面への吸着の強
さの程度を評価するには、吸着化学種の脱離温度が目安
となり、概ね吸着化学種の極性と同じ傾向になるが、エ
ステル化反応を起こすようなアルコール類では特に高い
脱離温度を示す。
Therefore, it is considered that the gas phase or liquid phase treatment with the organic compound causes the chemical adsorption of the organic compound molecule, and the treatment with the alcohol such as ethanol also causes the esterification reaction. In any case, the silanol thus adsorbed or esterified loses its adsorbing ability and becomes an inactive surface state. To evaluate the degree of adsorption on the surface of the insulating film, the desorption temperature of the adsorbed chemical species should be used as a guide, and the tendency tends to be the same as the polarity of the adsorbed chemical species. Shows a particularly high desorption temperature.

【0044】2.O3-TEOS 系の気相化学反応と気相中成
膜化学種 O3-TEOS の熱CVD 反応では、成膜に寄与する二種類の中
間化学物質(成膜化学種)が気相中に存在するとされて
いる。一つはシラノール基を有するもの:HO-Si(OC2H5)
3 (A)で、次のようなTEOS(Si(OC2H5)4)と原子状酸
素〔O〕の化学反応で生成すると考えられる。なお、TE
OSとO3は直接は反応せず、反応の開始はO3の熱分解で発
生する原子状酸素〔O〕から起こるとされている。
2. O 3 -TEOS system vapor-phase chemical reaction and vapor deposition chemical species in vapor phase In the thermal CVD reaction of O 3 -TEOS, two intermediate chemical substances (deposition chemical species) that contribute to film formation are formed in the vapor phase. It is said to exist. One having a silanol group: HO-Si (OC 2 H 5 ).
3 (A), it is considered that TEOS (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and atomic oxygen [O] are chemically formed as follows. Note that TE
OS and O 3 do not react directly with each other, and the initiation of the reaction is said to occur from atomic oxygen [O] generated by thermal decomposition of O 3 .

【化2】 すなわちSiに結合しているエトキシ基が酸素原子による
酸化を受けて分解し、シラノールを残す反応である。
(1) 式では最終的な酸化生成物をCO2 とH2O としたが、
実際にはその中間段階として、エタノール(C2H5OH)、
メタノール(CH3OH )、アセトアルデヒド(CH3CHO)、
フォルムアルデヒド(HCHO)、酢酸(CH3COOH )、ギ酸
(HCOOH )などを経由するものと考えられる。
[Chemical 2] That is, this is a reaction in which an ethoxy group bonded to Si is oxidized by an oxygen atom and decomposed to leave silanol.
In equation (1), the final oxidation products were CO 2 and H 2 O.
Actually, as an intermediate step, ethanol (C 2 H 5 OH),
Methanol (CH 3 OH), acetaldehyde (CH 3 CHO),
Formaldehyde (HCHO), acetic acid (CH 3 COOH), it is believed that through the formic acid (HCOOH).

【0045】もう一つの中間体は、シロキサン重合体:
(C2H5O)3 Si-O-Si(OC2H5)3(B)である。これば上記
(1) 式で生成するシラノール中間体(A)の縮合によっ
て(2)あるいは(2′) のような反応によって形成される
ものと考えられる。
Another intermediate is a siloxane polymer:
(C 2 H 5 O) 3 Si-O-Si (OC 2 H 5) is 3 (B). This is above
It is considered that the silanol intermediate (A) produced by the formula (1) is condensed to form a reaction such as (2) or (2 ').

【化3】 気相中でのシラノールの寿命は一般に短いと考えられる
ので、シラノール中間体(A)は、比較的短命で、(2),
(2′) などの縮合反応によって容易にシロキサン重合体
(B)に変化するものと考えられる。
[Chemical 3] Since the lifetime of silanol in the gas phase is generally considered to be short, the silanol intermediate (A) has a relatively short life, (2),
It is considered that the siloxane polymer (B) is easily transformed by the condensation reaction such as (2 ').

【化4】 [Chemical 4]

【0046】シラノール中間体(A)は分子内に活性な
Si-OH 基をもっているため高活性であり、重合しやすい
という性質がある他、分子内の分極も大きく、基板表面
に対して吸着されやすい。一方シロキサン中間体(B)
は、低活性であり、また高沸点・低蒸気圧なので成膜温
度程度では液状になっている可能性が高い。分極も小さ
いので吸着はされにくいと考えられる。
The silanol intermediate (A) is active in the molecule
Since it has a Si-OH group, it has high activity and is easy to polymerize. In addition, it has a large intramolecular polarization and is easily adsorbed to the substrate surface. On the other hand, siloxane intermediate (B)
Has a low activity, and since it has a high boiling point and a low vapor pressure, it is highly possible that it is in a liquid state at about the film formation temperature. Since the polarization is small, it is considered that adsorption is difficult.

【0047】したがってシラノール中間体(A)が成膜
に主に寄与する機構においては、(A)の基板表面への
吸着が速やかに起こり、次いで吸着された分子の余った
エトキシ基のオゾン酸化によるポリシラノール(Si(OH)
n ,n>1)化、そして生成したシラノールが新たな吸
着サイトとなり、ここへ気相中成膜種(A)が再び吸着
する、というように進むと考えられる(吸着−分解機
構)。(A)は反応活性であるために中間体のライフタ
イムが短く、付着係数が大きくなり、(A)の供給され
やすい部位への吸着が高速に起こり、ステップカバレッ
ジは悪化することになる。またシラノールがそのまま膜
内残存する確率も上がるので、膜質やその均一性は相対
的に悪く、表面などに吸着される水分量も多い傾向にあ
る。
Therefore, in the mechanism in which the silanol intermediate (A) mainly contributes to the film formation, the adsorption of (A) onto the substrate surface occurs rapidly, and the ozone oxidation of the surplus ethoxy groups of the adsorbed molecules then occurs. Polysilanol (Si (OH)
n , n> 1), and the silanol thus produced becomes a new adsorption site, and the film-forming species (A) in the gas phase is adsorbed again there (adsorption-decomposition mechanism). Since (A) is reactive, the lifetime of the intermediate is short, the sticking coefficient is large, and the adsorption of (A) to the easily-supplied site occurs at a high speed, which deteriorates the step coverage. Moreover, since the probability that silanol remains in the film as it is increases, the film quality and its uniformity are relatively poor, and the amount of water adsorbed on the surface tends to be large.

【0048】これと対照的にシロキサン重合体中間体
(B)が成膜に主に寄与する場合、吸着が起こりにくい
ため、基板表面への重合体の界面張力による拡散(流
動)が成膜を支配するものと考えられる。表面に拡がっ
た重合体は再度オゾン酸化によるシラノール化と重合を
受けるが、表面に現れるフリーのシラノール密度は小さ
いと考えられるので、気相中成膜種(B)は再び流動で
堆積されると考えられる(重合−流動機構)。中間体
(B)のライフタイムが長いので、ステップカバレッジ
が上がり、フローライクな形状となる。膜表面及び内部
の残存シラノールは減少するため、膜質は相対的に良く
なる。
In contrast to this, when the siloxane polymer intermediate (B) mainly contributes to film formation, since adsorption is less likely to occur, diffusion (flow) due to interfacial tension of the polymer onto the substrate surface causes film formation. It is considered to control. The polymer that has spread to the surface undergoes silanolization and polymerization by ozone oxidation again, but since the free silanol density that appears on the surface is considered to be small, it is considered that the film-forming species (B) in the gas phase is deposited again in a fluidized state. Possible (polymerization-flow mechanism). Since the intermediate (B) has a long lifetime, the step coverage is increased and the shape is flow-like. Since the residual silanols on the surface and inside the film are reduced, the film quality is relatively improved.

【0049】(A),(B)いずれの中間体が支配する
においても、熱あるいは過剰のオゾンによって堆積され
た化学種は最終的に分解・酸化されてSi-O-Si のネット
ワークを形成し、化学量論比に近い非晶質SiO2に近づ
く。ただし、(A),(B)のどちらか一方だけが成膜
に関与するということはなく、常に2種の化学種が関与
していると考えられ、オゾン濃度や成膜温度などの成膜
パラメータや下地の表面状態によって(A),(B)の
成膜に関与するバランスが変化するものと考えられる。
Regardless of the intermediates (A) and (B), the chemical species deposited by heat or excess ozone are finally decomposed and oxidized to form a Si--O--Si network. , Close to stoichiometric amorphous SiO 2 . However, it is considered that only one of (A) and (B) is involved in film formation, and it is considered that two chemical species are always involved in film formation. It is considered that the balance involved in the film formation of (A) and (B) changes depending on the parameters and the surface condition of the base.

【0050】3.下地の表面状態と気相化学反応の関係 上記メカニズムの説明から明らかなように、気相中の成
膜化学種のバランスによって成膜後の形状は大きな変化
を受けることがわかる。基板にSi-OH 吸着サイトが高い
密度で分布している場合、気相中化学種のうち、シラノ
ール中間体(A)はその大きな分極のため、重合反応を
待たずに直ちに表面に吸着されるものと考えられる。吸
着されたシラノールは、直ちにオゾンあるいは熱による
酸化を受けて新たな吸着サイトとなりうるシラノールが
生成したり、他のシラノール中間体(A)による付加を
受けることで、以後ずっと(A)が支配的な吸着−分解
機構による膜堆積が継続して進行する。シロキサン重合
体(B)による堆積も、割合は少ないが(A)と平行し
て進行すると考えられ、二つの成膜種の混在による膜質
の局部的な変動が起こり、これがBHF でエッチングした
ときのむらの原因となっている可能性がある。エタノー
ル未処理の酸化膜上でのO3-TEOS の成膜機構はこのタイ
プだろうと考えている。
3. Relationship between Surface State of Underlayer and Chemical Reaction in Gas Phase As is clear from the explanation of the above mechanism, it is understood that the shape after film formation is greatly changed depending on the balance of film forming chemical species in the gas phase. When Si-OH adsorption sites are distributed at a high density on the substrate, silanol intermediate (A) among the chemical species in the gas phase is adsorbed on the surface immediately without waiting for the polymerization reaction due to its large polarization. It is considered to be a thing. The adsorbed silanol is immediately oxidised by ozone or heat to produce silanol which can become a new adsorption site, or is adducted by another silanol intermediate (A). Film deposition by various adsorption-decomposition mechanisms continues to proceed. The deposition of the siloxane polymer (B) is also considered to proceed in parallel with that of (A), although the proportion is small, and the local fluctuation of the film quality occurs due to the mixture of the two film forming species, which causes unevenness when etching with BHF. May be the cause of. We believe that this type is the mechanism of O 3 -TEOS film formation on the oxide film not treated with ethanol.

【0051】下地絶縁膜を有機化合物で処理し、吸着活
性なシラノールを全て潰した場合は、シラノール中間体
(A)が基板に吸着されることはなくなる。したがって
気相中での滞留時間が伸び、シロキサン重合体(B)に
変化する確率が上がるため、気相中成膜化学種の中で
(B)の割合が高くなる。(B)のシロキサン重合体
は、基板表面を界面張力によって覆うように拡がる。こ
の重合体は活性なシラノールをもっていないので、膜表
面が(B)で一度覆われると、シラノール中間体(A)
は以降も吸着されず、以後の堆積は全てシロキサン重合
体(B)の流動が主体となって進行することになる。
When the base insulating film is treated with an organic compound to crush all of the adsorbing active silanol, the silanol intermediate (A) is not adsorbed on the substrate. Therefore, the residence time in the gas phase increases and the probability of conversion to the siloxane polymer (B) increases, so that the proportion of (B) in the film formation chemical species in the gas phase increases. The siloxane polymer (B) spreads so as to cover the substrate surface with interfacial tension. This polymer has no active silanols, so once the membrane surface is covered with (B), the silanol intermediate (A)
Will not be adsorbed thereafter, and the subsequent deposition will proceed mainly by the flow of the siloxane polymer (B).

【0052】すなわち、成膜前の基板の状態は、後の成
膜機構に最後まで決定的な影響を与えうることになる。
有機化合物による成膜前処理は、上記メカニズムから推
測されることによれば、活性吸着サイトにすべて吸着さ
れれば完全な効果が得られ、約400 ℃の成膜温度におい
て脱離されない化合物ならばいずれでも構わないのであ
るが、極性の高いアセトニトリルやエステル化作用のあ
る低級アルコールは、この成膜温度においても脱離され
ず安定に残存しており、最も適切なものであろうと考え
られる。
That is, the state of the substrate before the film formation can have a decisive influence on the film formation mechanism after the film formation.
The pretreatment of film formation with an organic compound is inferred from the above mechanism, and if it is a compound that is not desorbed at a film forming temperature of about 400 ° C, a complete effect can be obtained if it is adsorbed on all active adsorption sites. Any of these may be used, but acetonitrile having a high polarity and lower alcohol having an esterification action remain stable without being desorbed even at this film forming temperature, and are considered to be the most suitable ones.

【0053】ただし、界面張力によってシロキサン重合
体が流動する最も初期の過程において、重合体と基板表
面の間の界面張力の絶対値は、最終のフロー形状に影響
を与える可能性が高い。すなわち重合体と処理済み基板
の濡れ性が問題となり、有機化合物の処理によって、重
合体に良く濡れる化学種を吸着あるいはエステル化させ
ることが、良いフロー形状を得るためには望ましい。重
合体と同一の官能基を持つエタノールや2−エトキシエ
タノールによる処理が実際にも好ましい結果を与えてい
るのも、そのためであろう。
However, in the earliest process in which the siloxane polymer flows due to the interfacial tension, the absolute value of the interfacial tension between the polymer and the substrate surface is likely to affect the final flow shape. That is, the wettability between the polymer and the treated substrate becomes a problem, and it is desirable to adsorb or esterify the chemical species that are well wetted by the polymer by the treatment of the organic compound in order to obtain a good flow shape. That is why the treatment with ethanol or 2-ethoxyethanol, which has the same functional groups as the polymer, actually gives favorable results.

【0054】以上、説明したように、絶縁膜を形成しよ
うとする下地表面を有機化合物で処理することによっ
て、下地依存性を大幅に緩和することができ、埋め込み
性及び平坦性に優れているとともにクラックやボイドの
ない優れた膜質を有する絶縁膜を形成することができる
ようになったわけであるが、発明者らは、かかる有機化
合物処理に引き続いて行われる、有機けい素化合物を原
料として用いる化学気相成長による絶縁膜の形成を、減
圧化学気相成長法で行うことにより、さらなる埋め込み
形状及び膜質の向上が認められることを見いだし、この
発明を完成させるに至ったのである。
As described above, by treating the underlayer surface on which the insulating film is to be formed with an organic compound, the underlayer dependency can be greatly alleviated, and the embedding property and the flatness are excellent. Although it has become possible to form an insulating film having an excellent film quality without cracks and voids, the inventors have succeeded in chemical treatment using an organic silicon compound as a raw material, which is performed subsequent to the treatment with the organic compound. The inventors have found that the formation of an insulating film by vapor phase growth is carried out by a low pressure chemical vapor deposition method, whereby further improvement in the embedded shape and film quality is recognized, and the present invention has been completed.

【0055】このように有機けい素化合物とオゾンとの
化学気相成長で絶縁膜を形成する際、減圧雰囲気で行う
ことによる作用効果は次のとおりと考えられる。 (1) 気体中のガス分子の平均自由工程が、減圧であるほ
ど大きくなる。例えば、常圧の場合の平均自由工程は10
nm であるのに対して、10 Torr では約1μm である。
このことから、基板上での膜の前駆体(TEOSなどの有機
シラン化合物とオゾンとの反応生成物の重合体)が、埋
め込み孔の中までより深く入っていくことができ、微細
な深い孔も埋め込むことができる。
When the insulating film is formed by the chemical vapor deposition of the organic silicon compound and ozone in this way, it is considered that the effects obtained by carrying out in a reduced pressure atmosphere are as follows. (1) The mean free path of gas molecules in a gas increases as the pressure decreases. For example, the mean free path at normal pressure is 10
Whereas nm, it is about 1 μm at 10 Torr.
From this, the precursor of the film on the substrate (polymer of the reaction product of the organosilane compound such as TEOS and ozone) can penetrate deeper into the embedded hole, and the fine deep hole Can also be embedded.

【0056】(2) 成膜の際、膜表面へのオゾンの拡散が
しやすくなり(ガスの拡散係数は圧力に反比例する)、
微細な孔中の成膜表面であってもオゾン供給が十分に行
われ、表面での熱分解反応で酸素原子を生成し、その酸
素原子との反応で膜中の残存水素、酸素を減少させ、膜
質を改質することができたものと考えられる。
(2) During film formation, ozone easily diffuses to the film surface (gas diffusion coefficient is inversely proportional to pressure),
Ozone is sufficiently supplied even on the surface of the film with fine pores, and oxygen atoms are generated by the thermal decomposition reaction on the surface, and the residual hydrogen and oxygen in the film are reduced by the reaction with the oxygen atoms. It is considered that the film quality could be modified.

【0057】これは理論及び実験の結果に基づいたもの
ではあるが、あくまでも推論であり、この発明はこのよ
うな推論によって技術的範囲が限定されるものではない
ことは勿論である。
Although this is based on the results of theory and experiments, it is only an inference, and it goes without saying that the technical scope of the present invention is not limited by such inference.

【0058】減圧の具体的範囲については、常圧から、
若干でも減圧してさえいれば、常圧での有機化合物処理
の効果がより優れるようになって、アスペクト比の大き
い微細な孔も埋め込むことが可能となるわけであるが、
400 Torr以下にて効果的に改善され、100 Torr以下にて
さらに微細な孔(径0.3 μm 、深さ1μm )を埋めるこ
とが可能になってくる。特に、分子の平均自由工程が微
細な孔の深さに近づく、20Torr近傍で顕著な効果が得ら
れる。20Torrよりも圧力が低い場合は、埋め込み形状及
び膜質はさらに良好になるが、その一方で成膜速度が遅
くなる不都合がある。したがって、好ましい減圧範囲
は、成膜速度と、埋め込み形状との兼ね合いから、2〜
400 Torrである。
The specific range of the reduced pressure is from normal pressure to
As long as the pressure is reduced even slightly, the effect of the organic compound treatment under normal pressure becomes more excellent, and it becomes possible to fill even fine holes with a large aspect ratio.
It is effectively improved at 400 Torr or less, and it becomes possible to fill finer pores (diameter 0.3 μm, depth 1 μm) at 100 Torr or less. In particular, a remarkable effect is obtained in the vicinity of 20 Torr where the mean free path of molecules approaches the depth of fine pores. When the pressure is lower than 20 Torr, the embedding shape and the film quality are further improved, but on the other hand, there is a disadvantage that the film forming speed becomes slow. Therefore, the preferable depressurization range is from 2 to 2 in consideration of the film formation rate and the filling shape.
400 Torr.

【0059】有機化合物処理後に施す、化学気相成長に
よる絶縁膜の形成にあたっては、原料の有機けい素化合
物は、一定温度に加温されたバブラーに供給し、窒素、
酸素、ヘリウムなどをキャリアガスとしてバブリング
し、成膜チャンバに輸送する。バブリング後の配管は凝
結防止のため、加温されることが望ましい。また、反応
ガスには、酸素、あるいはオゾンを濃度:0.1 wt%以上
好ましくは4wt%以上含む酸素ガスを用いる。さらに窒
素などの不活性ガスで適宜希釈することも可能である。
これら有機けい素化合物と反応ガスとキャリアガスとの
流量比は特に限定されない。絶縁膜の成膜温度は200 〜
500 ℃、好適には300 〜450 ℃である。
In forming an insulating film by chemical vapor deposition after treatment with an organic compound, the raw material organic silicon compound is supplied to a bubbler heated to a constant temperature, and nitrogen,
Bubbling is performed using oxygen, helium, or the like as a carrier gas, and the resultant is transported to the film forming chamber. It is desirable to heat the piping after bubbling to prevent condensation. As the reaction gas, an oxygen gas containing oxygen or ozone at a concentration of 0.1 wt% or more, preferably 4 wt% or more is used. Further, it is possible to appropriately dilute with an inert gas such as nitrogen.
The flow rate ratio of the organic silicon compound, the reaction gas, and the carrier gas is not particularly limited. Insulation film formation temperature is 200-
The temperature is 500 ° C, preferably 300 to 450 ° C.

【0060】[0060]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例及び
比較例について説明する。図1は以下に説明するこの発
明による半導体装置の製造方法の実施例及び比較例にお
いて有機シラン−CVD 膜を形成する装置として共通に使
用することができる装置の一例の構成を示すものであ
る。反応チャンバ1の内部にはヒータ2を設け、サセプ
タ3によって支持されたシリコンウエファ4を加熱する
ようにする。さらに、反応チャンバ1の外部にはオゾン
発生装置5と、恒温槽6を設け、この恒温槽の内部には
ガスバブラー7を配置する。オゾン発生装置5には酸素
ガスを供給し、オゾンを生成するようにする。このオゾ
ン発生装置5のオゾン生成率は4.0%である。恒温槽6内
に配置したガスバブラー7には窒素ガスを供給し、ガス
バブラー内に収容した有機シラン、本例ではTEOSのガス
を発生させる。このTEOSガスはオゾン発生装置5で発生
させたオゾンと一緒に窒素ガスをキャリアガスとして反
応チャンバ1に供給する。反応チャンバ1内にはディス
パージョンヘッド8を配置し、オゾンとTEOSガスとの混
合ガスを層流としてシリコンウエファ4の表面に当てて
シリコンウエファの表面全面に亘って均一な成膜が行わ
れるようにする。さらに、このためにヒータ2及びサセ
プタ3とともにシリコンウエファ4をその平面内で揺動
させて成膜の均一性を確保するようにしている。また反
応チャンバー1の排気側には真空排気装置(図示せず)
を設けて、反応チャンバー1内を所定の圧力に調整可能
になっている。
EXAMPLES Examples and comparative examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of the structure of an apparatus which can be commonly used as an apparatus for forming an organic silane-CVD film in Examples and Comparative Examples of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention described below. A heater 2 is provided inside the reaction chamber 1 to heat the silicon wafer 4 supported by the susceptor 3. Further, an ozone generator 5 and a constant temperature bath 6 are provided outside the reaction chamber 1, and a gas bubbler 7 is placed inside the constant temperature bath. Ozone gas is supplied to the ozone generator 5 to generate ozone. The ozone generation rate of this ozone generator 5 is 4.0%. Nitrogen gas is supplied to the gas bubbler 7 arranged in the constant temperature bath 6 to generate the organic silane, TEOS gas in this example, contained in the gas bubbler. This TEOS gas is supplied to the reaction chamber 1 together with ozone generated by the ozone generator 5 using nitrogen gas as a carrier gas. A dispersion head 8 is arranged in the reaction chamber 1, and a mixed gas of ozone and TEOS gas is applied as a laminar flow to the surface of the silicon wafer 4 so that a uniform film is formed on the entire surface of the silicon wafer. To Further, for this purpose, the silicon wafer 4 is swung in the plane together with the heater 2 and the susceptor 3 to ensure the uniformity of film formation. A vacuum exhaust device (not shown) is provided on the exhaust side of the reaction chamber 1.
Is provided, and the inside of the reaction chamber 1 can be adjusted to a predetermined pressure.

【0061】(実施例)図2に示すようにシリコン基板
11の上に膜厚が6000ÅのBPSG膜12を形成し、さらにその
上に高さ1.2 μm のアルミ配線13をライン巾0.4 μm 、
スペース巾0.4μm で形成し、このBPSG膜及びアルミ配
線の上にプラズマ−TEOS CVD NSG膜14を3000Åの厚さに
形成した。このプラズマ−TEOS CVD NSG膜14の成膜条件
としては、成膜温度を350 ℃、成膜圧力を2.2 Torrと
し、TEOSを1.8ml/分(0℃,1atmでの値:流量の値は
以下同様)の割合で供給し、酸素ガスを4.0 l/分の割合
で供給し、RFパワーとしては400KHz, 500Wと13.56MHz,
500Wの合計1KWを使用し、成膜時間を20秒とした。この
プラズマ−TEOS CVD NSG膜14の膜厚はアルミ配線13の上
で0.3 μm であるが、その側壁には0.1 μm 程度しか形
成されていない(孔のアスペクト比は1.2 ÷(0.4 −0.
1 ×2)=約6)。
(Example) Silicon substrate as shown in FIG.
A BPSG film 12 with a thickness of 6000Å is formed on 11 and an aluminum wiring 13 with a height of 1.2 μm is formed on it, and a line width of 0.4 μm,
A space width of 0.4 μm was formed, and a plasma-TEOS CVD NSG film 14 was formed on the BPSG film and aluminum wiring to a thickness of 3000 Å. The conditions for forming the plasma-TEOS CVD NSG film 14 are as follows: film forming temperature is 350 ° C., film forming pressure is 2.2 Torr, TEOS is 1.8 ml / min (value at 0 ° C., 1 atm: flow rate is The same) and oxygen gas at a rate of 4.0 l / min, and the RF power is 400 KHz, 500 W and 13.56 MHz,
A total of 1 kW of 500 W was used and the film formation time was 20 seconds. The thickness of the plasma-TEOS CVD NSG film 14 is 0.3 μm on the aluminum wiring 13, but only about 0.1 μm is formed on the side wall (aspect ratio of the hole is 1.2 ÷ (0.4 −0.
1 x 2) = about 6).

【0062】次に、シリコンウエファの下地表面をエタ
ノール処理した。この例のエタノール処理においては、
シリコンウエファをスピンコータに載せ、1000rpm で回
転させながら100ml/min の流量でエチルアルコールを2
秒間塗布した後、2000rpm で60秒乾燥させた。次に、シ
リコンウエファを反応チャンバ内に搬入し、以下の成膜
条件でオゾン−TEOS CVD NSG膜15を10000 Åの膜厚に形
成した。
Next, the base surface of the silicon wafer was treated with ethanol. In the ethanol treatment of this example,
Place a silicon wafer on a spin coater and rotate it at 1000 rpm while adding 2 ml of ethyl alcohol at a flow rate of 100 ml / min.
After applying for 2 seconds, it was dried at 2000 rpm for 60 seconds. Next, the silicon wafer was carried into the reaction chamber, and the ozone-TEOS CVD NSG film 15 was formed to a film thickness of 10,000 Å under the following film forming conditions.

【表1】 成膜温度 400 ℃ 成膜圧力 20 Torr 成膜時間 436 秒 ガスバブラへの窒素ガス流量 1.5 SLM 恒温槽温度 65℃ オゾン発生装置への酸素流量 7.5 SLM オゾン濃度 5wt% キャリアN2 18 SLM このようにして形成したオゾン−TEOS CVD NSG膜15はア
ルミ配線13間の狭いスペースを埋め、良好なステップカ
バレージを有しているとともに平坦性も優れており、ボ
イドも形成されていない良好の膜質を有するものであっ
た。
[Table 1] Film formation temperature 400 ℃ Film formation pressure 20 Torr Film formation time 436 seconds Nitrogen gas flow to gas bubbler 1.5 SLM Constant temperature bath temperature 65 ℃ Oxygen flow to ozone generator 7.5 SLM Ozone concentration 5 wt% Carrier N 2 18 SLM The ozone-TEOS CVD NSG film 15 thus formed fills the narrow space between the aluminum wirings 13, has good step coverage, is excellent in flatness, and has a good film quality with no voids formed. It was something that had.

【0063】(比較例)比較例として図3に示すように
シリコン基板11の上にBPSG膜12を形成し、さらにその上
にアルミ配線13を形成し、BPSG膜及びアルミ配線上にプ
ラズマ−TEOSCVD 膜14を0.3 μm の厚さに形成した。こ
こまでは上述した実施例1と同様であり、アルミ配線13
のライン巾、スペース及び高さも実施例1と同様であ
る。その後、エタノール処理を施すことなく、図1に示
す反応チャンバ内に入れ、実施例1と同様の成膜条件で
オゾン−TEOS CVD NSG膜16を1μm の厚さに形成した。
比較例ではオゾン−TEOS CVD NSG膜16のアルミ配線13間
の埋め込みが不良であり多数のボイド17が形成されてお
り、素子特性を劣化させるものであった。
(Comparative Example) As a comparative example, as shown in FIG. 3, a BPSG film 12 is formed on a silicon substrate 11, an aluminum wiring 13 is further formed thereon, and plasma-TEOSCVD is performed on the BPSG film and the aluminum wiring. The film 14 was formed to a thickness of 0.3 μm. The process up to this point is the same as in the first embodiment described above, and the aluminum wiring 13
The line width, space and height are also the same as in the first embodiment. Thereafter, the substrate was placed in the reaction chamber shown in FIG. 1 without being subjected to ethanol treatment, and an ozone-TEOS CVD NSG film 16 was formed to a thickness of 1 μm under the same film forming conditions as in Example 1.
In the comparative example, the filling of the ozone-TEOS CVD NSG film 16 between the aluminum wirings 13 was defective and a large number of voids 17 were formed, which deteriorated the device characteristics.

【0064】この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、上述した実施例ではエタノール処理を施した後にオ
ゾン−TEOS CVD NSG膜を形成するようにしたが、反応チ
ャンバに供給するオゾンとTEOSの混合ガスにTMOP(trime
thoxy phosphine)及びTMOB(trimethoxy borane) などの
燐及びホウ素のアルコキシドガスをドーパントとして加
えることによってオゾン-TEOS CVD PSG 膜やBPSG膜を形
成することもできる。さらに、有機シラン原料化合物と
してはTEOSだけでなく、上述したTMOS、OMCTS 、HMDSな
どを用いることもできる。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but various modifications and variations are possible. For example, although the ozone-TEOS CVD NSG film is formed after the ethanol treatment in the above-described embodiment, TMOP (trime) is added to the mixed gas of ozone and TEOS supplied to the reaction chamber.
It is also possible to form an ozone-TEOS CVD PSG film or a BPSG film by adding phosphorus and boron alkoxide gas such as thoxy phosphine) and TMOB (trimethoxy borane) as a dopant. Further, not only TEOS but also the above-mentioned TMOS, OMCTS, HMDS and the like can be used as the organic silane raw material compound.

【0065】[0065]

【発明の効果】上述したように、この発明による半導体
装置の製造方法においては、有機化合物の原料ガスを用
いる化学気相成長法によって絶縁膜を形成する前に、下
地表面を有機物で処理し、しかる後にかかる化学気相成
長法による絶縁膜の形成を、減圧雰囲気で行うといった
きわめて簡単な処理によってCVD 絶縁膜の埋め込み性が
良く、絶縁膜中にボイドのない良質の絶縁膜を形成する
ことができる。また、このようにして形成された絶縁膜
は水分が少なく、耐吸湿性も優れたものとなるとともに
後処理においてクラックが発生するおそれがなく、素子
特性を改善することができる。
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the base surface is treated with an organic substance before the insulating film is formed by the chemical vapor deposition method using the source gas of the organic compound, It is possible to form a good-quality insulating film without voids in the insulating film by a very simple process of forming the insulating film by the chemical vapor deposition method in a reduced pressure atmosphere. it can. Further, the insulating film thus formed has a low water content and an excellent moisture absorption resistance, and at the same time, there is no risk of cracks occurring in the post-treatment, and the device characteristics can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、この発明による半導体装置の製造方法
において、オゾン−有機シランCVD 膜を形成する化学気
相成長装置の構成を示す線図である。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a chemical vapor deposition apparatus for forming an ozone-organosilane CVD film in a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図2】図2は、この発明による半導体装置の製造方法
の実施例によって形成した半導体装置を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view showing a semiconductor device formed by an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図3】図3は、比較例によって形成した半導体装置を
示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a semiconductor device formed according to a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応チャンバ 2 ヒータ 3 サセプタ 4 シリコンウエファ 5 オゾン発生装置 6 恒温槽 7 ガスバブラー 8 ディスパージョンヘッド 11 シリコン基板 12 BPSG膜 13 アルミ配線 14 プラズマ−TEOS CVD NSG膜 15 オゾン−TEOS CVD NSG膜 1 Reaction Chamber 2 Heater 3 Susceptor 4 Silicon Wafer 5 Ozone Generator 6 Constant Temperature Bath 7 Gas Bubbler 8 Dispersion Head 11 Silicon Substrate 12 BPSG Film 13 Aluminum Wiring 14 Plasma-TEOS CVD NSG Film 15 Ozone-TEOS CVD NSG Film

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 有機けい素化合物を原料として用いる化
学気相成長により絶縁膜を形成するに当たり、絶縁膜を
形成しようとする下地表面をあらかじめ有機化合物で処
理し、しかる後に、上記絶縁膜の形成を、減圧化学気相
成長法により行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
1. When forming an insulating film by chemical vapor deposition using an organic silicon compound as a raw material, the underlying surface on which the insulating film is to be formed is treated with an organic compound in advance, and thereafter the insulating film is formed. Is carried out by a low pressure chemical vapor deposition method.
【請求項2】 有機化合物が、脂肪族飽和一価アルコー
ル、脂肪族不飽和一価アルコール、芳香族アルコール、
脂肪族飽和多価アルコール、アルデヒド、エーテル、ケ
トン、カルボン酸、ニトロアルカン、アミン、アシルニ
トリル、酸アミド、複素環式化合物から選ばれる1種又
は2種以上である請求項1記載の半導体装置の製造方
法。
2. The organic compound is an aliphatic saturated monohydric alcohol, an aliphatic unsaturated monohydric alcohol, an aromatic alcohol,
2. The semiconductor device according to claim 1, which is one or more selected from aliphatic saturated polyhydric alcohols, aldehydes, ethers, ketones, carboxylic acids, nitroalkanes, amines, acyl nitrites, acid amides, and heterocyclic compounds. Production method.
【請求項3】 化学気相成長法の減圧雰囲気が2〜400
Torrである請求項1又は2記載の半導体装置の製造方
法。
3. The reduced pressure atmosphere of the chemical vapor deposition method is 2 to 400.
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is Torr.
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