JPH0629413A - 半導体装置の製造方法および製造装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法および製造装置

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JPH0629413A
JPH0629413A JP18354492A JP18354492A JPH0629413A JP H0629413 A JPH0629413 A JP H0629413A JP 18354492 A JP18354492 A JP 18354492A JP 18354492 A JP18354492 A JP 18354492A JP H0629413 A JPH0629413 A JP H0629413A
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JP
Japan
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film
heat treatment
semiconductor device
silicon oxide
forming
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Application number
JP18354492A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Yamamoto
宏 山本
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】不純物を含んだCVD薄膜をデポジションし、
ガラス転移温度以上の熱処理を加えることにより層間絶
縁膜の平坦化を行っている半導体装置の製造において、
CVD膜の形成と平坦化のための熱処理に要する時間を
短縮し、且つ信頼性を向上する。 【構成】ポリシリコン等による配線層を形成後した半導
体基板に、不純物を含まない酸化シリコン膜を形成す
る。続いて、減圧CVD法によるBPSG膜の形成と1
000℃程度の熱処理を連続して実行可能な機構を持つ
半導体装置の製造装置を用いて、SiH4/PH3/B2
6/O2系のP・Bを含む酸化シリコン膜(BPSG
膜)を形成する工程(図1のt11〜t13)と、窒素雰囲
気中で950℃20分程度の熱処理を同一の装置の反応
室内で連続的に行い(t14〜t15)、平坦化された層間
絶縁膜を形成することによって半導体装置を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
および製造装置に関し、特に配線間の層間絶縁膜の平坦
化方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置の層間絶縁膜における
平坦化方法を、SiH4/PH3/B26/O2系の減圧
CVD法によるBPSG膜の平坦化方法を例にとり説明
する。まず、図3に示すように、トランジスタや抵抗等
の半導体素子及びポリシリコン等による配線の形成され
た半導体基板33を約400℃に保たれた反応容器31
の内部に搬送する。この装置では、バッチ式処理によっ
て一度に約50枚の処理が可能であり、処理すべき全て
の半導体基板が搬送された後、反応室内を真空にする。
その後、反応室内に窒素を導入しながら半導体基板33
を反応容器の内部で約700℃にまで加熱する。ガスの
導入口32から、SiH4、PH3、B26、O2等のガ
スを混合させて反応容器内に導入し、ガス流量と圧力を
所定の値とし、膜厚約1μmのBPSG膜のデポジショ
ンを行う。デポジションの終了した半導体基板33を約
400℃まで温度を下げた後、反応容器31から取り出
す。
【0003】表面を平坦化する工程は、まず、BPSG
膜の形成された半導体基板33を約400℃に保たれた
電気炉に入れ、窒素雰囲気中で約950℃まで昇温し2
0分程度の熱処理を加えることによりBPSG膜を流動
させる。その後、400℃程度まで温度を下げ半導体基
板を取り出す。
【0004】コンタクトホールの開孔、AL配線の形
成、保護膜の形成等を行い半導体装置が完成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術では、BPSG膜のデポジションと平坦化のための熱
処理を別々の装置で行なっているために、BPSG膜の
形成後の吸湿による品質低下及び粒子の発生が信頼性上
の問題となっていた。また、それぞれの装置における昇
温と降温とに要する時間が重複するために量産性が劣っ
てしまう欠点を有していた。
【0006】また、素子の微細化によって、段差の高さ
とスペースの比(アスペクト比)が大きくなると同時に
平坦化に許容される熱容量も小さいものが求められてい
る。BPSG膜中のP・B等の不純物濃度を高めること
によってより低温で平坦化が可能となるが、逆に吸湿性
は高まり信頼性の低下を起こす。
【0007】しかるに本発明は、かかる課題を解決する
ものであり、その目的とするところは、平坦性と素子の
信頼性を高め、かつ量産性に優れた半導体装置の製造装
置および製造方法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
の製造方法は、配線間の絶縁膜としてB(ホウ素)及び
P(燐)等の不純物をドーピングしたCVD法による絶
縁膜を用い、かつ熱処理により平坦化を行う半導体装置
の製造方法において、該層間絶縁膜の形成方法が、不純
物を含有しない酸化シリコン膜1を形成する工程と、不
純物を含む酸化シリコン膜2を形成する工程と、ガラス
転移点以上の熱処理を加えることにより、該CVD法絶
縁膜を平坦化する工程とからなり、かつ前記不純物を含
む酸化シリコン膜2を形成する工程と、ガラス転移点以
上の熱処理を加えることにより平坦化する工程を同一の
装置にて連続的に処理することを特徴とする。
【0009】また、本発明による半導体装置の製造装置
は、P及びB等の不純物を含んだ酸化シリコン膜の形成
と窒素または、酸化雰囲気中での熱処理を連続して処理
する機構を有し、かつ連続して処理するシーケンスを実
行できることを特徴とする。
【0010】
【実施例】以下本発明の実施例における工程を、図1に
示すタイミングチャート及び図2に示す半導体装置の概
略断面図に基づいて詳細に説明する。
【0011】まず、トランジスタや抵抗等の半導体素子
及びポリシリコン等による配線の形成された半導体基板
に、第一層の不純物を含まないCVD法による酸化シリ
コン膜25をSiH4/N2O系の減圧CVD法により、
図2(a)のごとく膜厚約0.2μmデポジションす
る。続いて半導体基板33を拡散炉型の減圧CVD膜形
成装置の反応容器31に搬送する(図1−t11)。この
時の反応容器内の温度は約400℃である。反応容器3
1内を減圧し、約700℃に昇温した後(t12)、半導
体基板33の表面にガスの導入口32からモノシラン
(SiH4)150SCCM、酸素(O2)130SCCM、ホスフィン
(PH3)50SCCM、ジボラン(B26)80SCCMを吹き付
け、圧力1Torrの条件でBPSG膜26のデポジシ
ョンを行なう。このBPSG膜のP濃度は約3wt%、
B濃度は4wt%程度である。また、成長レートは、1
5nm程度であるので約67分の処理を行なって膜厚約
1μmのBPSG膜の形成を行なった(t13){図2
(b)}。反応ガスを排除した後、反応容器内に窒素
(N2)を約10SLM流し、大気圧(760Torr)と
した後、950℃に昇温し(t14)、約20分間の熱処
理を行い、表面を平坦化する(t15){図2(c)}。
温度を約400℃まで降温した後、半導体基板33を容
器31から搬出する。
【0012】この工程によって、ALまたは、その合金
による配線層を形成するためにフォト・エッチング工程
での許容出来るV字型の段差ができなく且つ配線の信頼
性の確保できる平坦性を有した層間絶縁膜を得ることが
出来る。
【0013】その後、フォト・エッチ工程によるコンタ
クトホールの開孔、スパッタによるAL配線層の形成、
配線のパターニング、パッシベーション膜の形成、PA
D部の開孔等の工程を経て半導体装置が完成される。
【0014】BPSG膜26の形成後に大気に放置する
と水分の吸収によってP25等の析出が顕著となり後の
工程での、AL腐食やパッシベーション膜のクラック等
の信頼性不良を発生しやすくなるが、本発明では、乾燥
窒素雰囲気中での昇温及び熱処理を行なうためにこれら
の問題は発生しない。また、従来BPSG膜の形成と平
坦化のための熱処理に2回の昇温、高温が必要だったた
め量産性が低いという問題も解決される。
【0015】半導体装置が微細化されるとトランジスタ
のパンチスルー等の問題から、平坦化に許容される熱処
理温度、時間にも低減が求められる。低温化にはP・B
といった不純物の濃度を高める方法が有効であるが、従
来方法では、水分を吸収したり、粒子を析出する濃度の
BPSG膜をデポジションしても本発明による製造方法
では、連続で熱処理を行なうために上記の問題は発生せ
ず、約50℃の低温化が可能となった。W(タングステ
ン)を用いたCVDによるコンタクトの埋め込み技術い
わゆるWプラグ技術の場合には特にこれまでと同温度で
より良い平坦性が得られ、トータルプロセスの安定性が
増す。
【0016】平坦化のための熱処理に用いる窒素等のの
導入時期は、BPSG膜のデポジションの終了後でかつ
熱処理温度に達する前に行なえば特にタイミングは問題
とならなかった。
【0017】熱処理雰囲気についても実施例において
は、窒素雰囲気中の熱処理について説明を行なったが、
酸素を含む雰囲気においても、水蒸気雰囲気についても
全く問題なく適用可能であった。場合によっては、H2
/Arによる熱処理も連続的に処理することも可能であ
る。
【0018】ここでは、SiH4/PH3/B26/O2
系のバッチ式減圧CVD法によるBPSG膜について述
べてきたが、CVD膜の原料にもよらず、TEOS[S
i(OC254のBPSG膜やPSG膜、P材料とし
てTMP[P(OCH33]やTMPO[PO(OCH
33]、B材料としてTMB[B(OCH33]、TE
B[B(OC253]による減圧CVD−BPSG膜
やO3−TEOS−BPSG膜においても同様に適用可
能である。枚葉式のCVD膜形成装置とハロゲンランプ
加熱による熱処理の組合せによる連続処理においても同
様の結果が得られる。
【0019】最初にデポジションした不純物を含まない
CVD法酸化シリコン膜の層は、BPSG膜中の不純物
が半導体素子に拡散する事を防ぐ為であるが、同一の装
置でBPSG膜のデポジションの前P・Bのドーパント
を含まない酸化シリコン膜を形成することも可能であ
る。
【0020】CVD膜製造装置としては前記シーケンス
を連続して実施可能な機構が必要となる。具体的にはC
VD膜の形成のためにガスの導入と流量を制御する機
構、熱処理のためのガスの導入と流量を制御する機構
と、熱処理に必要な温度まで温度を安定して制御する機
構、圧力を制御する機構、及びこれらを順序正しく実行
していくソフトウェアが組み込まれている。
【0021】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、デポジショ
ンと平坦化に要する熱処理を同一の装置にて連続的に行
なうことで、BPSG膜の形成の終了した半導体基板を
大気にさらす事なく平坦化が可能となり、BPSG膜の
吸湿性や粒子の発生と言った信頼性に関わる問題を回避
することが出来る。また、BPSG膜中のP・B濃度を
高くすることも可能となり、平坦化に必要な熱量を下げ
ることで微細化した半導体装置の製造を可能とする。量
産性についても、従来、装置への移載と昇温、降温に要
した時間を削減でき約1.5倍の処理が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例における半導体装置の製造
方法を示すタイミングチャート。
【図2】 半導体装置の製造方法を示す概略断面図。
【図3】 CVD膜形成装置の概略図。
【符号の説明】
11・・・搬送終了と減圧開始 t12・・・デポジション開始 t13・・・デポジション終了 t14・・・熱処理開始 t15・・・熱処理終了 21・・・半導体基板 22・・・LOCOS 23・・・ポリシリコン電極 24・・・サイドウォール 25・・・CVD法酸化シリコン膜 26・・・BPSG膜 31・・・反応容器 32・・・ガス導入口 33・・・半導体基板 34・・・圧力調整用バルブ 35・・・ガス出口 36・・・真空ポンプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配線間の絶縁膜としてB(ホウ素)及び
    P(燐)等の不純物をドーピングしたCVD法による絶
    縁膜を用い、かつ熱処理により平坦化を行う半導体装置
    の製造方法において、該層間絶縁膜の形成方法が、不純
    物を含有しない酸化シリコン膜1を形成する工程と、不
    純物を含む酸化シリコン膜2を形成する工程と、ガラス
    転移点以上の熱処理を加えることにより、該CVD法絶
    縁膜を平坦化する工程とからなり、かつ前記不純物を含
    む酸化シリコン膜2を形成する工程と、ガラス転移点以
    上の熱処理を加えることにより平坦化する工程を同一の
    装置にて連続的に処理することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のP及びB等の不純物を含
    んだ酸化シリコン膜の形成と窒素または、酸化雰囲気中
    での熱処理を連続して処理する機構を有し、かつ連続し
    て処理するシーケンスを実行できることを特徴とする半
    導体装置の製造装置。
JP18354492A 1992-07-10 1992-07-10 半導体装置の製造方法および製造装置 Pending JPH0629413A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6169026B1 (en) 1995-11-20 2001-01-02 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Method for planarization of semiconductor device including pumping out dopants from planarization layer separately from flowing said layer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6169026B1 (en) 1995-11-20 2001-01-02 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Method for planarization of semiconductor device including pumping out dopants from planarization layer separately from flowing said layer

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