JPH06283516A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH06283516A
JPH06283516A JP6884093A JP6884093A JPH06283516A JP H06283516 A JPH06283516 A JP H06283516A JP 6884093 A JP6884093 A JP 6884093A JP 6884093 A JP6884093 A JP 6884093A JP H06283516 A JPH06283516 A JP H06283516A
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JP
Japan
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film
insulating film
organic compound
semiconductor device
oxide film
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Application number
JP6884093A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Nakano
正 中野
Nobuyoshi Sato
伸良 佐藤
Tomohiro Oota
与洋 太田
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH06283516A publication Critical patent/JPH06283516A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To form an insulating film, which is good in burying properties and at the same time, has no void, is good also in flatness and is superior in film quality, as a first interlayer insulating film. CONSTITUTION:In the case where an insulating film is formed on the surface of a silicon wafer 11, a base oxide film 12 is first formed, then, after the surface of this film 12 is treated with an organic compound, the insulating film 14 is formed by a chemical vapor deposition method using one kind of a compound or two kinds or more of compounds selected from among an organic silicon compound and each organic compound containing B, P, Ge or As as a raw material or raw materials. Then, the film 14 is reflowed at a temperature of 400 deg.C or higher. By treating the surface of the film 12 with the organic compound in such a way, the insulating film, which is good in burying properties, has no void and is good in film quality, can be formed.

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、特に電界効果型トランジスタのゲート電極上に形成
される第1の絶縁膜の形成方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a first insulating film formed on a gate electrode of a field effect transistor.

【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MOSFETのゲート巾も小さくなり、このことによ
りゲート電極付近の段差のアスペクト比も大きくなり、
これらの上に形成される第1の絶縁膜の段差間への埋め
込みが困難になってきている。
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 gate width of the MOSFET also decreases, which increases the aspect ratio of the step near the gate electrode.
It is becoming difficult to embed the first insulating film formed on them between the steps.

【0003】このように高アスペクト比を持つ基板上に
良質の絶縁膜を形成するに当たっては、有機シランの一
つであるTEOS (tetraethoxysilane)とオゾンとを原料ガ
スとして用いる常圧CVD 法によってボロン(B) およびリ
ン(P) をドープしたTEOS-O3BPSG (borophosphosilicate
glass)膜を形成することが知られている。
In order to form a good quality insulating film on a substrate having a high aspect ratio as described above, TEOS (tetraethoxysilane) which is one of organic silanes and ozone are used as a source gas by a normal pressure CVD method to form boron ( TEOS-O 3 BPSG (borophosphosilicate) doped with B) and phosphorus (P)
It is known to form a glass) film.

【0004】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 〜532 頁などに記載
されている。また、有機シランとしてはTEOS(tetraetho
xysilane), TMOS(tetramethoxysilane),OMCTS(octameth
ylcyclotetrasiloxane), HMDS(hexamethyldisiloxane)
などが知られている。
The atmospheric pressure CVD method using such a mixed gas of ozone-organosilane is described in, for example, JP-A-61-77695 and "Electrochemistry" 56, No. 7 (1988), pages 527 to 532. Have been described. In addition, TEOS (tetraetho
xysilane), TMOS (tetramethoxysilane), OMCTS (octameth
ylcyclotetrasiloxane), HMDS (hexamethyldisiloxane)
Are known.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記TEOS-O
3 BPSG膜を用いた平坦化方法としては、リフローが用い
られてきたが、リフロー後の平坦性が十分でなく、かつ
リフロー時に高温を要していた。したがってより低温で
高アスペクト比を有する段差間への埋め込み特性に優れ
た絶縁膜を形成する技術が要求されている。勿論、絶縁
膜として使用するのであるから、ボイドの発生が少ない
こと、脱ガスが少ないことなどの優れた膜質を有する必
要がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the above TEOS-O
3 Reflow has been used as a planarization method using BPSG film, but the flatness after reflow is not sufficient and high temperature is required during reflow. Therefore, there is a demand for a technique for forming an insulating film having a high aspect ratio at a lower temperature and having excellent filling characteristics between steps. Needless to say, since it is used as an insulating film, it is necessary to have excellent film quality such as generation of voids and degassing.

【0006】TEOS-O3 BPSG膜は膜質が下地の材質や成膜
条件によって変動するため良好な膜質を有するものを安
定に形成することは困難である。このような問題を解決
するために、BPSG膜を形成する前に、下地表面をプラズ
マ処理することが提案されている( 久保等、第40回応用
物理学会予稿集 P.579, 16P-ZQ-6, 1992年9月) 。しか
し、この解決法では、プラズマ処理によって下地基板が
ダメージを受ける欠点がある。特に、ゲート電極付近を
プラズマに曝すと、トランジスタに与える電気的ダメー
ジは重大であり、トランジスタ特性に悪影響を及ぼす欠
点がある。
Since the film quality of the TEOS-O 3 BPSG film varies depending on the material of the base and the film forming conditions, it is difficult to stably form a film having a good film quality. In order to solve such a problem, it has been proposed to perform plasma treatment on the underlying surface before forming the BPSG film (Kubo et al., Proc. Of the 40th Japan Society of Applied Physics P.579, 16P-ZQ- 6, September 1992). However, this solution has the disadvantage that the underlying substrate is damaged by the plasma treatment. Particularly, when the vicinity of the gate electrode is exposed to plasma, electrical damage given to the transistor is serious, and there is a drawback that the transistor characteristics are adversely affected.

【0007】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、特にサブミクロンデバイスの絶
縁膜として用いるのに有効であり、高アスペクト比を有
する段差間への埋め込み性に優れており、膜中の水分が
少なく、ボイド発生も少ないとともに下地へのダメージ
がない絶縁膜を低温で形成することができ、さらに平坦
性についても優れている絶縁膜を得ることのできる半導
体装置の製造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, to be particularly effective for use as an insulating film for submicron devices, and to be excellent in embedding between steps having a high aspect ratio. Therefore, it is possible to form an insulating film which has less moisture in the film, less voids, and no damage to the base at a low temperature, and to obtain an insulating film having excellent flatness. It is intended to provide a manufacturing method.

【0008】[0008]

【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、半導体装置の絶縁膜を形成するに当た
り、まず下地酸化膜を形成し、次いでこの下地酸化膜の
表面を有機化合物で処理した後、有機けい素化合物と、
B,P,Ge及びAsを含む有機化合物から選ばれた1種又
は2種以上とを原料として用いる化学気相成長により絶
縁膜を形成し、次いで400 ℃以上の温度でリフローする
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 forming an insulating film of a semiconductor device, a base oxide film is first formed, and then the surface of the base oxide film is treated with an organic compound. After that, with an organic silicon compound,
The invention is characterized in that an insulating film is formed by chemical vapor deposition using one or more kinds selected from organic compounds containing B, P, Ge and As as a raw material, and then reflowed at a temperature of 400 ° C. or higher. To do.

【0009】また、半導体装置の絶縁膜を形成するに当
たり、まず下地酸化膜を形成し、次いでこの下地酸化膜
の表面を有機化合物で処理した後、B,P,Ge及びAsを
含む有機化合物から選ばれた1種又は2種以上を原料と
して用いる化学気相成長により絶縁膜を形成し、次いで
400 ℃以上の温度で拡散・リフローすることを特徴とす
るものである。
In forming an insulating film of a semiconductor device, a base oxide film is first formed, then the surface of the base oxide film is treated with an organic compound, and then an organic compound containing B, P, Ge and As is used. An insulating film is formed by chemical vapor deposition using one or more selected materials as raw materials, and then
It is characterized by diffusing and reflowing at a temperature of 400 ° C or higher.

【0010】ここにおいて、下地酸化膜が、シランを原
料とするLTO (low temperature oxide) ,HTO (high te
mperature oxide)又はTEOSを原料とするNSG であること
が好ましく、また、リフローした後、さらに平坦化処理
を施すことも好適である。
In this case, the underlying oxide film is made of silane as a raw material such as LTO (low temperature oxide) and HTO (high te).
It is preferable that the NSG is made of mperature oxide) or TEOS as a raw material, and it is also preferable to further perform a flattening treatment after the reflow.

【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】有機化合物処理法としては、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。
As the organic compound treatment method, spin coating treatment (coating treatment) for applying the semiconductor wafer while spinning it, vapor treatment for spraying the vapor of the organic compound onto the semiconductor wafer, and immersing the semiconductor wafer in the solution of the organic compound. Various treatment methods are possible such as dipping treatment, spray treatment for spraying a solution of organic compound, curtain flow coating treatment for passing a semiconductor substrate through a shower of organic compound, and spin coating method consumes less organic compound, It is most suitable because it can be applied uniformly and can be dried at the same time.

【0026】[0026]

【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、まず下地酸化膜を形成し、この下地酸化膜
の表面を有機化合物処理すると言った簡単な処理を行っ
た後に、B,P,Ge及びAsを含む有機化合物から選ばれ
た1種又は2種以上を原料として用いるCVD 法によって
絶縁膜を形成することによって、絶縁膜の下地依存性を
解消でき、段差間への埋め込み性に特に優れているとと
もに膜中の水分が少なく、ボイドやクラックも少ない良
好な膜質を有する絶縁膜を形成することができる。ま
た、絶縁膜の形成中に素子へのダメージがないので、半
導体装置の信頼性を向上することができるのである。ま
たかかる絶縁膜の形成後に、400 ℃以上でリフローする
ことにより、表面を平滑にし、段差をさらに緩和し、膜
質の弱い部分(キーホール)を完全に除去することがで
きるのである。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention as described above, a base oxide film is first formed, and after the surface of the base oxide film is subjected to simple processing such as organic compound treatment, B, P By forming the insulating film by the CVD method using one or more kinds selected from organic compounds including Si, Ge and As as a raw material, the dependency of the insulating film on the underlayer can be eliminated and the filling property between the steps can be improved. It is possible to form an insulating film which is particularly excellent, has a small amount of water in the film, has few voids and cracks, and has a good film quality. Moreover, since the element is not damaged during the formation of the insulating film, the reliability of the semiconductor device can be improved. Further, after forming such an insulating film, by reflowing at 400 ° C. or more, the surface can be smoothed, the steps can be further alleviated, and the weak film quality portion (keyhole) can be completely removed.

【0027】このように下地表面を有機化合物処理する
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。熱酸化膜をエタノ
ール処理することにより絶縁膜の埋め込み性および膜質
が向上する原因をTEOSについて以下考察する。
The reason why an insulating film having a good film quality and a good burying property between the steps can be formed by treating the underlying surface with an organic compound has not been clarified yet, but is considered as follows. be able to. The cause of improving the embedding property and film quality of the insulating film by treating the thermal oxide film with ethanol is considered below with respect to TEOS.

【0028】〔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. Deformation of the underlying insulating film surface by ethanol treatment] SiH 4 or TEOS-based plasma CVD oxide film or thermal CVD oxide film used as an insulating film, and Si thermal oxide film are all close to amorphous SiO 2 or SiO 2 . It is of composition. 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. Since Si-OH existing on the surface has electrons attracted to the Si side, which has a high electronegativity,

【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。
[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.

【0029】このように表面がSi-OH 型構造になる絶縁
膜に、前述した有機化合物処理を施して作用させると、
以下、の挙動が生じると推定される。 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。その吸着される強さは有機化合物の側の極性で
異なり、シクロヘキサンやベンゼン等の無極性物質は表
面に吸着され難く、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、さ
らに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。
When the above-described organic compound treatment is applied to the insulating film whose surface has a Si—OH type structure in this way,
The following behaviors are estimated to occur. Many organic compounds are adsorbed on the surface by the action of Si-OH polarization. The strength of adsorption depends on the polarity of the organic compound side, and non-polar substances such as cyclohexane and benzene are hard to be adsorbed on the surface, lower alcohols, acetonitrile,
It is expected that highly polar substances such as lower carboxylic acids will be strongly adsorbed, and that dioxane and ketones having moderate polarity will be adsorbed with intermediate strength.

【0030】一方、Si-OH は、プロトンを放出するル
イス酸(Lewis acid)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 also functions as a Lewis acid that releases a proton, and interacts with other organic chemical substances having an active hydroxyl group. A typical example is the exchange reaction of an alkoxyl group with an alcohol,
Such as ethanol: C 2 H 5 OH between at Si-OH + C 2 H 5 OH = Si-OC 2 H 5 + H 2 esterification reactions such as O 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.

【0031】以上のように、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。
As described above, it is considered that the gas phase or liquid phase treatment with an organic compound causes chemical adsorption of the molecule of the organic compound, and the treatment with an alcohol such as ethanol also causes an esterification reaction. To be In any case, the silanol thus adsorbed or esterified loses its adsorbing ability and becomes an inactive surface state.

【0032】〔2.O3-TEOS 系の気相化学反応と気相中
成膜化学種〕ところで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、TEOS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 vapor phase chemical reaction and vapor deposition chemical species in vapor phase] By the way, in the thermal CVD reaction of O 3 -TEOS, two intermediate chemical substances (film deposition chemical species) that contribute to film formation are vapor phase. It is said to exist inside. One having a silanol group: HO-Si (OC 2 H 5 ) 3 (A), which has the following TEOS (Si
It is considered to be formed by a chemical reaction between (OC 2 H 5 ) 4 ) and atomic oxygen [O]. TEOS 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】 [Chemical 2]

【0033】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(CH3C
OOH )、ギ酸(HCOOH )などを経由するものと考えられ
る。
That is, this is a reaction in which an ethoxy group bonded to Si is decomposed by being oxidized by an oxygen atom to leave silanol. In equation (1), the final oxidation products are CO 2 and H 2 O.
However, as an intermediate step, in practice, ethanol (C 2 H 5 OH), methanol (CH 3 OH), acetaldehyde (CH 3 CHO), formaldehyde (HCHO), acetic acid (CH 3 C).
OOH) and formic acid (HCOOH).

【0034】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]

【0035】前述のシラノール中間体(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 above silanol intermediate (A) has high activity because it has an active Si-OH group in the molecule, has the property of being easily polymerized, and has a large polarization in the molecule.
It is easily adsorbed to the substrate surface. On the other hand, the siloxane intermediate (B) has a low activity, and since it has a high boiling point and a low vapor pressure, it is highly likely that it is in a liquid state at about the film forming temperature. Since the polarization is small, it is considered that adsorption is difficult.

【0036】したがって、O3-TEOS の熱CVD 反応におい
て、シラノール中間体(A)が成膜に主に寄与する場合
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
りポリシラノール(Si(OH)n,n>1)化し、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、というように進行す
ると考えられる(吸着−分解機構)。この(A)の反応
は、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、得られた酸化膜の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
なってしまう。
Therefore, in the thermal CVD reaction of O 3 -TEOS, when the silanol intermediate (A) mainly contributes to the film formation, the adsorption of (A) onto the substrate surface occurs promptly, and then the adsorption occurs. Polysilanol (Si (OH) n , n> 1) is formed by ozone oxidation of surplus ethoxy groups in the molecule, and the generated silanol becomes a new adsorption site, where the film-forming species (A) in the gas phase is adsorbed again. It is considered that the process proceeds as follows (adsorption-decomposition mechanism). Since the reaction of (A) is active, the lifetime of the intermediate is short, the sticking coefficient is large, the adsorption of (A) to the easily supplied site occurs rapidly, and the step coverage deteriorates. Become. Moreover, since the probability that the silanol remains in the film as it is increases, the quality and uniformity of the obtained oxide film are relatively poor, and the amount of water adsorbed on the surface tends to be large.

【0037】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)。この中間
体(B)のライフタイムは長いので、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 lifetime of this intermediate (B) is long, the step coverage is improved, and the intermediate has a flow-like shape. Since the residual silanols on the surface and inside the film are reduced, the film quality is relatively improved.

【0038】(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。なお、(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 . It should be noted that only one of (A) and (B) is not involved in film formation, and it is considered that two chemical species are always involved, and film formation such as ozone concentration and film formation temperature. 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.

【0039】〔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。ここにおいて、下地表面に有機化合物処
理を施すことのない従来法では、基板にSi-OH 吸着サイ
トが高い密度で分布しており、そのため、O3-TEOS の成
膜の際は、気相中化学種のうち、シラノール中間体
(A)がその大きな分極によって、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得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。また、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
きのむらの原因になっている可能性があると考えられ
る。
[3. Relationship between Surface State of Underlayer and Chemical Reaction in Gas Phase] As is clear from the above description of the mechanism, the shape after film formation is greatly changed depending on the balance of film forming chemical species in the gas phase. Here, in the conventional method in which the underlayer surface is not treated with an organic compound, the Si-OH adsorption sites are distributed at a high density on the substrate, so during the O 3 -TEOS film formation, It is considered that among the chemical species, the silanol intermediate (A) is immediately adsorbed on the surface without waiting for the polymerization reaction due to its large polarization. The adsorbed silanol is immediately oxidized by ozone or heat to generate silanol which can become a new adsorption site, or is added by another silanol intermediate (A), and thereafter (A) is dominant. Film deposition by various adsorption-decomposition mechanisms continues to proceed. Also, the deposition by the siloxane polymer (B) is thought to proceed in parallel with (A), although the proportion is small, and a local fluctuation of the film quality occurs due to the mixture of two film-forming species, which is etched by BHF. It is thought that this may be the cause of unevenness in time.

【0040】これに対して、この発明に従い、下地絶縁
膜を有機化合物で処理し、下地表面の吸着活性なシラノ
ールを全て潰した場合は、O3-TEOS の成膜の際にシラノ
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。しかも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、以降の堆積では全て
シロキサン重合体(B)の流動が主体となって進行する
ことになって、埋め込み性、平坦性、膜質の良好な酸化
膜が形成されると考えられる。
[0040] In contrast, according to the present invention, a base insulating film is treated with an organic compound, if crushed all adsorbed active silanols underlying surface, silanol intermediates in the formation of the O 3 -TEOS ( A) is no longer 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. Moreover, since this polymer does not have active silanol, once the film surface is covered with (B), the silanol intermediate (A) is not adsorbed thereafter, and the flow of the siloxane polymer (B) in all subsequent depositions. It is considered that the oxide film having good embedding property, flatness, and film quality is formed as a result of progressing mainly.

【0041】以上述べたとおり、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得るこ
とになる。この発明に従う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、下地
表面の活性吸着サイトにすべて有機化合物が吸着されれ
ば完全な効果が得られ、約400 ℃の成膜温度において脱
離されない有機化合物であればいずれの有機化合物でも
構わないのであり、特に、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。
As described above, the state of the substrate before the film formation can have a decisive effect on the film formation mechanism after the film formation. The pretreatment of film formation with an organic compound according to the present invention is presumed from the above mechanism, and it is possible to obtain a complete effect if all the organic compounds are adsorbed on the active adsorption sites on the underlying surface, and the pretreatment at a temperature of about 400 ° C. Any organic compound may be used as long as it is not desorbed at the film temperature, and particularly, acetonitrile having a high polarity or lower alcohol having an esterification action is not desorbed at this film forming temperature and remains stable. And is considered to be the most appropriate one.

【0042】なお、界面張力によってシロキサン重合体
が流動する、成膜の最も初期の過程において、この重合
体と基板表面と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
有機化合物処理済み基板表面との濡れ性が重要であり、
有機化合物種としては、処理により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
だと推察される。
In the earliest stage of film formation, 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 may affect the final flow shape. It is highly likely. That is, the wettability between the polymer and the organic compound-treated substrate surface is important,
As the organic compound species, it is desirable to adsorb or esterify a chemical species that wets the polymer well by the treatment in order to obtain a good flow shape. It is speculated that this is the reason why the treatment with ethanol or 2-ethoxyethanol having the same functional group as that of the polymer actually gives preferable results.

【0043】以上の説明では、O3-TEOS CVD 絶縁膜の場
合について述べたが、TEOSに加えて、B,P,Ge及びAs
を含む有機化合物を混合させたり、B,P,Ge及びAsを
含む有機化合物のみを用いるこの発明においても、同様
の機構であると考えられる。これは理論および実験の結
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。
In the above description, the case of the O 3 -TEOS CVD insulating film has been described, but in addition to TEOS, B, P, Ge and As.
It is considered that the same mechanism is used in the present invention in which an organic compound containing B is mixed, or only an organic compound containing B, P, Ge and As is used. This is based on the results of theory and experiment, but it is only inference,
Needless to say, the technical scope of the present invention is not limited by such inference.

【0044】この発明における下地酸化膜としては、熱
酸化膜や、シランを原料とするLTO,HTO 又はTEOSを原
料とするNSG が挙げられる。下地に熱酸化膜を使用した
場合は、有機化合物で処理した後、TEOS等の有機けい素
化合物とB,P,Ge及びAsを含む有機化合物から選ばれ
た1種又は2種以上とを原料として用いる化学気相成
長、例えばオゾンによる常圧熱CVD により絶縁膜を形成
すれば、段差を完全に埋め込むことができるのである。
Examples of the underlying oxide film in the present invention include a thermal oxide film and LTO, HTO made from silane as a raw material or NSG made from TEOS as a raw material. When a thermal oxide film is used as the base, after treating with an organic compound, an organic silicon compound such as TEOS and one or more selected from organic compounds containing B, P, Ge and As are used as raw materials. If the insulating film is formed by chemical vapor deposition used as, for example, atmospheric pressure thermal CVD with ozone, the step can be completely filled.

【0045】また、下地としてシランを原料とするLTO
,HTO 又はTEOSを原料とするNSG を使用した場合に
は、有機化合物で処理したのち、低流動点化に効果の高
いB,P,Ge及びAsを含む有機化合物から選ばれた1種
又は2種以上とを原料として用いる化学気相成長、例え
ばオゾンによる常圧熱CVD により絶縁膜を形成すれば、
さらに良い平坦性が得られるのである。
Further, LTO made of silane as a base material
, HTO or TEOS is used as the starting material, it is treated with an organic compound, and then one or two selected from the organic compounds containing B, P, Ge and As, which are highly effective in lowering the pour point. If an insulating film is formed by chemical vapor deposition using seeds or more as raw materials, for example, atmospheric pressure thermal CVD with ozone,
Even better flatness can be obtained.

【0046】前記有機けい素化合物としてはTEOS、TMO
S、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。
Examples of the organic silicon compound include TEOS and TMO
The following organosilicon compounds, which are representative examples of S, OMTCS, HMDS, SOB, DADBS, SOP, etc., can be mentioned.

【0047】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-isopropoxy-silane, tetra-n-butoxy-silane.

【0048】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
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

【0049】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

【0050】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.

【0051】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.

【0052】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 following are alkylsilanes: monomethylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, triethylsilane, tetramethylsilane, tetraethylsilane allyltrimethylsilane hexamethyldisilane.

【0053】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

【0054】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

【0055】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

【0056】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, tri-n-propylchlorosilane, methyldichlorosilane, dimethylchlorosilane, chloromethyldimethylchlorosilane, chloromethyltrimethylsilane, chloropropylmethyldichlorosilane, chloropropyltrisilane. Methoxysilane dimethyldichlorosilane, diethyldichlorosilane, methylvinyldichlorosilane, methyltrichlorosilane,
Ethyltrichlorosilane, vinyltrichlorosilane, trifluoropropyltrichlorosilane, trifluoropropyltrimethoxysilane, trimethylsilyl iodide.

【0057】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.

【0058】また前記B,P,Ge及びAsを含む有機化合
物としては、次のものがある。 Bを含む化合物:BH3 、B(CH3)3 、BH2CH3、B(N(CH3)3)
3 、B(OCH3)3、B(OC2H5)3 等 Pを含む化合物:PH3 、PO(OCH3)3 、(CH3)3P 、(CH3)3
PO等 Geを含む化合物:GeH4、Ge(CH3)4、Ge(OCH3)4 、Ge(OC2
H5)4等 Asを含む化合物:AsH3、As(CH3)3、AsO(OCH3)3、AsO(OC
2H5)3 等 またこれらの化合物を混合して用いることもできる。
The organic compounds containing B, P, Ge and As are as follows. Compounds containing B: BH 3, B (CH 3) 3, BH 2 CH 3, B (N (CH 3) 3)
3, B (OCH 3) 3 , B (OC 2 H 5) 3 , etc. Compounds containing P: PH 3, PO (OCH 3) 3, (CH 3) 3 P, (CH 3) 3
Compounds containing PO or the like Ge: GeH 4, Ge (CH 3) 4, Ge (OCH 3) 4, Ge (OC 2
H 5 ) 4, etc., compounds containing As: AsH 3 , As (CH 3 ) 3 , AsO (OCH 3 ) 3 , AsO (OC
2 H 5 ) 3, etc. Also, these compounds can be mixed and used.

【0059】有機化合物処理後に施す、化学気相成長に
よる絶縁膜の形成は、常圧又は常圧に近い(〜400 Tor
r)減圧CVD 法が好適である。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 〜700 ℃
である。
The formation of the insulating film by chemical vapor deposition, which is performed after the organic compound treatment, is at atmospheric pressure or close to atmospheric pressure (up to 400 Torr).
r) Low pressure CVD method is preferred. The organic silicon compound as a raw material is supplied to a bubbler heated to a constant temperature, and nitrogen, oxygen, helium, etc. are bubbled as a carrier gas,
Transport to deposition chamber. It is desirable to heat the piping after bubbling to prevent condensation. Further, as the reaction gas, an oxygen gas containing oxygen or ozone in 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 deposition temperature is 200-700 ℃
Is.

【0060】次に、絶縁膜の形成後は、この絶縁膜の軟
化点以上の温度でリフローすることにより、平坦性をさ
らに改良できる。この具体的なリフロー温度は、一般に
は、成膜温度以上であり、好適には、700 〜900 ℃であ
る。
After forming the insulating film, the flatness can be further improved by reflowing at a temperature equal to or higher than the softening point of the insulating film. The specific reflow temperature is generally not lower than the film forming temperature, and is preferably 700 to 900 ° C.

【0061】この発明では、完全なる平坦化を目指し
て、リフロー処理後に平坦化処理することもできる。こ
の平坦化処理としては、レジスト又はSOG 膜を形成した
後、ドープトシリケートガラスとともにエッチバックす
る例がある。
In the present invention, it is also possible to carry out the flattening process after the reflow process, aiming for complete flattening. As this flattening treatment, there is an example in which a resist or SOG film is formed and then etched back together with the doped silicate glass.

【0062】[0062]

【実施例】(実施例1)以下、図面を参照してこの発明
の実施例について説明する。図1に示す図1はこの発明
による方法によって製造した半導体装置の一部分を示す
ものである。8インチのシリコンウェファを用意し、こ
の基板上に、1μmのポリシリコンを成膜し、その後、
エッチングすることにより、パターン幅0.5μm 、高さ
1.0 μm 、スペース幅0.5 μm のポリシリコン12の段差
を形成した。そのアスペクト比は約2となった。この基
板を純水で洗浄後、ドライ酸化で厚み50nmの熱酸化膜13
を形成した。次いで、有機化合物処理として基板をスピ
ンコータに取り付け、3000 rpmで回転させつつメタノー
ル又はエタノールを3ml、1秒以内で滴下し、そのまま
回転を3分間保って乾燥させた。その後、この基板を成
膜チャンバ内に搬送し、常圧熱CVD 法により表1に示す
各種の原料ガスを用いて絶縁膜14を約600 nm成膜した。
この成膜に際しては、原料ガスを65℃に保温したバブラ
ーに仕込んで約2 slmの窒素ガスでバブリングさせて搬
送し、反応ガスには、オゾンを5%混合した酸素ガスを
用い、成膜の温度は400 ℃、成膜圧力は常圧、成膜時間
は10分とした。成膜後は、700 ℃で20分間、加熱してリ
フローした。このようにして得られた絶縁膜14について
膜組成、平坦性について調べた結果を表1に併記する。
表中、埋め込み性は断面電子顕微鏡写真によって評価し
たものであり、平坦性は、図2に示すテーパー角θを断
面電子顕微鏡写真の観察から計測して求めたものであ
る。
(Embodiment 1) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shown in FIG. 1 shows a part of a semiconductor device manufactured by the method according to the present invention. Prepare an 8-inch silicon wafer, deposit 1 μm polysilicon on this substrate, and then
By etching, pattern width 0.5 μm, height
A step of polysilicon 12 having a size of 1.0 μm and a space width of 0.5 μm was formed. The aspect ratio became about 2. After cleaning this substrate with pure water, dry oxidation is performed to form a thermal oxide film 13 with a thickness of 50 nm.
Was formed. Then, the substrate was attached to a spin coater as an organic compound treatment, 3 ml of methanol or ethanol was added dropwise within 1 second while rotating at 3000 rpm, and the rotation was kept for 3 minutes to dry. After that, this substrate was transferred into a film forming chamber, and an insulating film 14 was formed to a thickness of about 600 nm by using atmospheric pressure thermal CVD method using various source gases shown in Table 1.
At the time of this film formation, the raw material gas was charged into a bubbler kept at 65 ° C., bubbled with about 2 slm of nitrogen gas and conveyed, and oxygen gas containing 5% ozone was used as a reaction gas. The temperature was 400 ° C., the deposition pressure was normal pressure, and the deposition time was 10 minutes. After the film formation, the film was heated at 700 ° C. for 20 minutes and reflowed. Table 1 also shows the results of examining the film composition and the flatness of the insulating film 14 thus obtained.
In the table, the embedding property was evaluated by a cross-section electron micrograph, and the flatness was obtained by measuring the taper angle θ shown in FIG. 2 from the observation of the cross-section electron micrograph.

【0063】[0063]

【表1】 [Table 1]

【0064】表1から明らかなように、下地酸化膜の表
面をエタノール又はメタノールで処理をしない比較例
は、埋め込み性が完全でなく、膜質も劣悪なのに対し、
実施例は、段差が完全に埋め込まれ、かつ膜質も十分に
良好であった。
As is clear from Table 1, in the comparative example in which the surface of the underlying oxide film is not treated with ethanol or methanol, the embedding property is not perfect and the film quality is poor.
In the example, the step was completely buried and the film quality was sufficiently good.

【0065】(実施例2)図3に示すように、8インチ
のシリコンウェファを用意し、この基板上に、1μm の
ポリシリコンを成膜し、その後、エッチングすることに
より、パターン幅0.5 μm 、高さ1.0 μm 、スペース幅
0.5 μm のポリシリコン12の段差を形成した。次いでモ
ノシランと亜酸化窒素の常圧熱CVD 法により、酸化けい
素の膜15(LTO )を成膜したところ、段差は深さ0.9 μ
m 、スペース幅0.3 μm となり、そのアスペクト比は約
3となった。次いで、有機化合物処理として基板をスピ
ンコータに取り付け、3000 rpmで回転させつつメタノー
ル又はエタノールを3ml、1秒以内で滴下し、そのまま
回転を1分間保って乾燥させた。その後、この基板を成
膜チャンバ内に搬送し、常圧熱CVD 法により表2に示す
各種の原料ガスを用いて絶縁膜14を約600 nm成膜した。
この際の成膜条件は実施例1と同一である。成膜後は、
700 ℃で10分間、加熱してリフローした。このようにし
て得られた絶縁膜14について膜組成、平坦性について調
べた結果を表2に併記する。
(Embodiment 2) As shown in FIG. 3, an 8-inch silicon wafer is prepared, 1 μm of polysilicon is formed on this substrate, and then etching is performed to obtain a pattern width of 0.5 μm. Height 1.0 μm, space width
A step of 0.5 μm of polysilicon 12 was formed. Next, when a silicon oxide film 15 (LTO) was formed by atmospheric pressure thermal CVD of monosilane and nitrous oxide, the step was 0.9 μ in depth.
m, space width was 0.3 μm, and the aspect ratio was about 3. Next, the substrate was attached to a spin coater as an organic compound treatment, and 3 ml of methanol or ethanol was added dropwise within 1 second while rotating at 3000 rpm, and the rotation was kept for 1 minute to dry. After that, this substrate was transported into a film forming chamber, and an insulating film 14 was formed to a thickness of about 600 nm by using atmospheric pressure thermal CVD method using various raw material gases shown in Table 2.
The film forming conditions at this time are the same as in Example 1. After film formation,
Reflow was performed by heating at 700 ° C for 10 minutes. Table 2 also shows the results of examining the film composition and the flatness of the insulating film 14 thus obtained.

【0066】[0066]

【表2】 [Table 2]

【0067】表2から明らかなように、下地酸化膜の表
面をエタノール又はメタノールで処理をしない比較例
は、埋め込み性が完全でなく、膜質も劣悪なのに対し、
実施例は、段差が完全に埋め込まれ、かつ膜質も十分に
良好であった。
As is clear from Table 2, in the comparative example in which the surface of the underlying oxide film was not treated with ethanol or methanol, the filling property was not perfect and the film quality was poor.
In the example, the step was completely buried and the film quality was sufficiently good.

【0068】[0068]

【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、B,P,Ge及びAsを含む有
機化合物から選ばれた1種又は2種以上又はそれらに加
えて有機けい素化合物を原料ガスとして用いる化学気相
成長法によって絶縁膜を形成する前に、酸化膜の下地表
面を有機化合物で処理するといったきわめて簡単な処理
によって高アスペクト比を有する段差間への埋め込み性
が良く、絶縁膜中にボイドが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恐れがなく、素子
特性を改善することができる。さらに、エタノールによ
る処理は下地にダメージを与える恐れがないので、半導
体装置の電気特性を劣化させるような恐れもない。さら
に、平坦性についても優れている。
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, one or more selected from organic compounds containing B, P, Ge and As, or in addition to them, organic silicon. Before the insulating film is formed by the chemical vapor deposition method using a compound as a source gas, the embedding property between the steps having a high aspect ratio is improved by a very simple process of treating the underlying surface of the oxide film with an organic compound. It is possible to form a good quality insulating film having no voids in the insulating film. In addition, the insulating film thus formed has a small amount of water and has excellent moisture absorption resistance, and there is no risk of cracks occurring in the post-treatment, so that the device characteristics can be improved. Further, since the treatment with ethanol does not damage the base, there is no fear of deteriorating the electrical characteristics of the semiconductor device. Further, it is also excellent in flatness.

【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
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. 1 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2】図2は、平坦性の評価法の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a flatness evaluation method.

【図3】図3は、この発明による半導体装置の製造方法
の他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. 3 is a sectional view showing a semiconductor device formed by another embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 シリコン基板 12 熱酸化膜 13 ポリシリコン 14 絶縁膜 15 LTO 膜 11 Silicon substrate 12 Thermal oxide film 13 Polysilicon 14 Insulating film 15 LTO film

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体装置の絶縁膜を形成するに当た
り、まず下地酸化膜を形成し、次いでこの下地酸化膜の
表面を有機化合物で処理した後、有機けい素化合物と、
B,P,Ge及びAsを含む有機化合物から選ばれた1種又
は2種以上とを原料として用いる化学気相成長により絶
縁膜を形成し、次いで400 ℃以上の温度でリフローする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. When forming an insulating film of a semiconductor device, a base oxide film is first formed, and then the surface of the base oxide film is treated with an organic compound, and then an organic silicon compound is formed.
The invention is characterized in that an insulating film is formed by chemical vapor deposition using one or more kinds selected from organic compounds containing B, P, Ge and As as a raw material, and then reflowed at a temperature of 400 ° C. or higher. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 半導体装置の絶縁膜を形成するに当た
り、まず下地酸化膜を形成し、次いでこの下地酸化膜の
表面を有機化合物で処理した後、B,P,Ge及びAsを含
む有機化合物から選ばれた1種又は2種以上を原料とし
て用いる化学気相成長により絶縁膜を形成し、次いで40
0 ℃以上の温度で拡散・リフローすることを特徴とする
半導体装置の製造方法。
2. When forming an insulating film of a semiconductor device, a base oxide film is first formed, and then the surface of the base oxide film is treated with an organic compound, and then an organic compound containing B, P, Ge and As is used. An insulating film is formed by chemical vapor deposition using one or more selected materials as raw materials, and then 40
A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises diffusing and reflowing at a temperature of 0 ° C. or higher.
【請求項3】 下地酸化膜が、シランを原料とするLTO
,HTO 又はTEOSを原料とするNSG 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 underlying oxide film is LTO made of silane as a raw material.
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, which is NSG made of HTO or TEOS as a raw material.
【請求項4】 リフローした後、さらに平坦化処理を施
す請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein after the reflow, a planarization process is further performed.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10154703A (en) * 1996-11-13 1998-06-09 Applied Materials Inc High-temperature processing system and method of semiconductor device
JP2002093802A (en) * 2000-09-12 2002-03-29 Miyazaki Oki Electric Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device
JP2004099463A (en) * 2002-09-05 2004-04-02 Tri Chemical Laboratory Inc Method for producing (ro)(r'o)(r"o)m=o, thin film-forming material, thin film and semiconductor element

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