JPH0669197A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0669197A
JPH0669197A JP6884293A JP6884293A JPH0669197A JP H0669197 A JPH0669197 A JP H0669197A JP 6884293 A JP6884293 A JP 6884293A JP 6884293 A JP6884293 A JP 6884293A JP H0669197 A JPH0669197 A JP H0669197A
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JP
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film
gas
teos
ozone
cvd
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JP6884293A
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Inventor
Nobuyoshi Sato
伸良 佐藤
Tadashi Nakano
正 中野
Tomohiro Oota
与洋 太田
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置の絶縁膜を有機ケイ素化合物を原
料ガスとして用いる化学気相成長法によって形成する際
に、ステップカバレージおよび平坦性が良好であるとと
もに膜質も良好な絶縁膜を形成する。 【構成】 半導体基板11の表面に下地絶縁膜12およびア
ルミ配線13を形成した後、半導体基板を反応チャンバへ
入れ、原料ガスであるTEOSガスおよび反応ガスであるオ
ゾンガスに、下地依存性を軽減する有機化合物ガスを混
合して化学気相成長を行ってオゾン−TEOS CVD NSG膜15
を形成する。原料ガスにエタノール、メタノールなどの
有機化合物ガスを混合することによって、ステップカバ
レージおよび平坦性が改善されるとともにボイドの発生
を抑止できる。また、水分や炭化水素の混入がなく、耐
吸湿性も改善され、信頼性の高い半導体装置を形成でき
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、
特に半導体基体および金属配線の上の1次絶縁膜、多層
金属配線間の層間絶縁膜およびパッシベーション膜とし
て作用する最終絶縁膜や金属配線のサイドウォールまた
は電界効果トランジスタのゲート電極のサイドウォール
として使用することができる絶縁膜を有機ケイ素化合物
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。
【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、多層金属配線間の形成さ
れる層間絶縁膜の平坦化技術である。
【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
スを形成することおよび1以上の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 法、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。
【0004】これらの内、有機シラン系化合物を原料ガ
スとし、これにオゾンガスを反応ガスとして加えて常圧
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
ようなオゾンおよび有機シラン系化合物の混合ガスを原
料ガスとして用いる常圧CVD 法は、例えば特開昭61-776
95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、有機シラン系化合物とし
てはTEOS(tetraethoxysilane), OMCTS(octamethylcyclo
tetrasiloxane), HMDS(hexamethyldisiloxane),TMCTS
(tetramethylcyclotetrasiloxane), SOB(trimethylsily
l borate), DADBS(diacetoxydi-tertiary-butoxysilan
e), SOP(trimethylsilyl phosphate) などが知られてい
る。
【0005】また、半導体装置の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。これは主に最終
配線の側壁からの水分等の侵入を防ぐためである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、有機シ
ラン系化合物を原料ガスとするCVD 法によって絶縁膜を
形成する従来の半導体装置の製造方法においては、成膜
速度や膜質の下地依存性が大きく、ステップカバレージ
が悪くなるとともにボイドが発生するという欠点があ
る。例えば、層間絶縁膜を形成する場合、下地絶縁膜の
上での成膜速度は遅く、アルミ配線の上での成膜速度が
速く、配線間への回り込みが少ないので配線間が埋まら
ない内に上部が塞がれてしまう結果、アルミ配線間に大
きなボイドが形成されてしまう欠点がある。このように
有機シラン系化合物を原料ガスとするCVD 膜が大きな下
地依存性を有することは、例えば特開昭61-77695号公報
や平成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。このようにボイド
が形成されると、層間絶縁膜にクラックが発生し、配線
間のリーク電流が増加したり、応力によって配線間のス
ペースが変化し、素子特性に悪影響を及ぼすことにな
る。
【0007】上述した従来の半導体装置の製造方法の欠
点を軽減するために、絶縁膜を多層構造とすることが提
案されている。例えば、下地依存性を緩和するために下
地表面にプラズマCVD 法によりTEOSとO2とを原料として
酸化膜を薄く(通常3000Å以下)形成し、その後オゾン
−TEOS 常圧CVD 法によって平坦性に優れたNSG (non-d
oped silicate glass)膜を形成することが提案されてい
る。しかし、この方法でもサブミクロンデバイスにおい
ては配線と配線とのスペースがきわめて狭く、しかもア
スペクト比が1以上と大きな配線段階を埋め込むことは
できない欠点がある。
【0008】さらに、SOG(Spin On Glass)を用いて配線
段差を埋め込むことも提案されているが、SOG を用いる
と、配線間の下部からのガス(H2Oなど) が抜けず、半導
体装置の信頼性に悪影響を及ぼす欠点がある。
【0009】本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、ステップカバレージおよび平坦性
に優れており、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、
クラックやボイドの発生もない絶縁膜の形成することが
でき、したがって信頼性の高い半導体装置を製造するこ
とができる方法を提供しようとするものである。
【0010】
【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、半導体装置の絶縁膜を有機ケイ素化合物
を原料ガスとする化学気相成長によって形成するに当た
り、有機ケイ素化合物を含む原料ガスに、有機化合物ガ
スを混合することを特徴とするものである。
【0011】上述した本発明の方法において、下地表面
に直接作用して下地依存性を軽減するための有機化合物
としては、例えば以下のような物質を用いることができ
る。脂肪族飽和一価アルコール類(OH 基) :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 脂肪族不飽和一価アルコール類(OH 基) :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 芳香族アルコール類(OH 基) :ベンジルアルコール、フ
ルフリルアルコール 脂肪族飽和多価アルコール類及びその誘導体(OH 基) :
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 アルデヒド(CHO基) :ホルムアルデヒド、アセトアルデ
ヒド、グリオキザール エーテル(COC基) :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 ケトン・ケトアルコール(CO 基) :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 カルボン酸(COOH 基) :ギ酸、酢酸、プロピオン酸、グ
リコール酸、乳酸、乳酸エチル ニトロアルカン(NO2基) :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 アミン(N基) :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 アシルニトリル類(CN 基) :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 酸アミド(N基) :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、 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 本発明においては、このような有機化合物の1種を用い
るかまたは2種以上の有機化合物を混合して用いること
ができ、混合して用いる場合の混合割合は任意に選定で
きる。
【0012】上述した本発明の方法において、常温にお
いてガス状の物質を用いる場合には反応チャンバにその
まま供給すれば良いが、液状のものは加熱してガス状と
して反応チャンバに供給するようにすれば良い。また、
反応チャンバへの有機化合物ガスの供給は、成膜中一定
の流量で連続的に供給したり、成膜中に流量を変化させ
たりすることができる。例えば、成膜の初期の段階にの
み有機化合物ガスを供給し、その後は供給しないように
しても良い。
【0013】また、前記有機ケイ素化合物としては、例
えば以下のようなものを用いることができる。 テトラアルコキシシラン( オルトケイ酸エステル):テト
ラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEO
S)、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 アルキルアルコキシシラン: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nプロポキシシ
ラン、メチル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 ポリシロキサン:テトラキス(ジメチルシロキシ)シラ
ン シクロシキサン: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 ジシロキサン: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 アルキルシラン: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 シリルアミン: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 シラン窒素誘導体: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 シラザン: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 ハロゲン化シランおよび誘導体: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 さらに、有機ケイ素化合物としては、トリス( トリメチ
ルシロキシ) ボラン(SOB) 、トリスホスホリル(SOP) 、
ジアセトキシ-tert-ブトキシシラン(DADBS) などを用い
ることもできる。本発明においては、上述した有機ケイ
素化合物を単独で用いるかあるいは2以上の有機ケイ素
化合物を混合して用いることができる。混合して用いる
場合の混合割合は適当に定めれば良い。また、気相化学
成長法としては常圧熱CVD 法、減圧熱CVD 法、プラズマ
CVD 法、光CVD 法、オゾンCVD 法などを用いることがで
き、反応ガスとしては、酸素ガスやオゾンガスを0.1 〜
7 重量%含む酸素ガスやオゾンガスを用いることができ
る。
【0014】
【作用】このような本発明による半導体装置の製造方法
によれば、有機ケイ素化合物を原料ガスとするCVD 法に
より絶縁膜を形成するに当たって、絶縁膜の下地依存性
を緩和する有機化合物ガスを混合するので、ステップカ
バレージおよ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、したがってデザインルールがサブミクロンと小
さく、1以上の大きなアスペクト比の段差を有する場合
でも信頼性の高い半導体装置を容易に製造することがで
きる。また、本発明の方法によって形成された絶縁膜は
水分や炭化水素のような耐吸湿性を劣化させる物質の混
入もなく、半導体装置の耐久性を大幅に改善することが
できる。しかも特定の有機化合物を反応ガスに混合する
という簡単なものであるので、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。このよう
に有機化合物を反応ガスに混合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、良好な結果が得
られることは実験的に確認されている。このメカニズム
としては、例えば混合した有機化合物がウエファ表面に
吸着する現象、混合した化合物が気相成長中に反応ガス
の濃度、例えばオゾン濃度を変化させる現象および混合
した有機化合物ガスが気相成長中に成膜化学種のバラン
スを変化させる現象のいずれかまたはこれらの現象が組
合わさって生じることが予測されるが、これらの現象と
は別個の現象によるものであることも考えられる。
【0015】
【実施例】(実施例1)先ず、図1Aに示すようにシリ
コンウエファ11の表面に膜厚が6000ÅのBPSG膜12を形成
し、さらにその上に高さ1μm のアルミ配線13をライン
巾0.5 μm 、スペース巾0.5 μm で形成した。次に、こ
のBPSG膜12およびアルミ配線13の上に、有機シラン化合
物の原料ガスとしてTEOSを用い、反応ガスとしてオゾン
を用い、さらに下地依存性を軽減するための有機化合物
ガスとしてエタノールを用いる常圧CVD 法によって常圧
オゾン−TEOS CVD NSG膜14を8000Åの厚さに形成した状
態を図1Bに示す。
【0016】図2は上述したように、TEOSを原料ガスと
し、オゾンを反応ガスとし、エチルアルコールを下地依
存性を軽減する有機化合物として用いて常圧オゾン−TE
OS CVD NSG膜を形成する気相成長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6a,6bを設け、こ
れらの恒温槽の内部には第1および第2のガスバブラ7
aおよび7bをそれぞれ配置する。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には所定の流量で酸素ガスを供給
し、所定の濃度を有するオゾンガスを生成させる。恒温
槽6a,6bを所定の温度に保ち、その内部に配置した
第1のガスバブラ7aには有機シラン、本例ではTEOSを
収容し、これに所定の流量で窒素ガスを供給してTEOSガ
スを発生させる。また、第2のガスバブラ7b内にはエ
タノールを収容し、これにも所定の流量で窒素ガスを供
給してエタノールガスを発生させる。このようにして発
生させたTEOSガスおよびエタノールガスはオゾン発生装
置5で発生させたオゾンガス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、TEOS、オ
ゾンおよびエタノール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およびサセプタ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。
【0017】図1Bに示したように常圧オゾン−TEOS C
VD NSG膜14を形成する際には、シリコンウエファを図2
に示した反応チャンバ1に入れ、以下の条件で成膜を行
った。本明細書において、ガスの流量は、0℃、1気圧
の標準状態での流量を示すものである。
【表1】 成膜温度 400 ℃ 成膜圧力 大気圧 成膜時間 480 秒 第1ガスバブラへの窒素ガス流量 1.7 リットル/ 分 第2ガスバブラへの窒素ガス流量 0.1 リットル/ 分 第1恒温槽温度 65 ℃ 第2恒温槽温度 25 ℃ オゾン発生装置への酸素ガス流量 7.5 リットル/ 分 オゾン濃度 5 重量% キャリア窒素ガス流量 18 リットル/ 分 このようにして形成した常圧オゾン−TEOS CVD NSG膜14
はアルミ配線13間のきわめて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、内部に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。また、このようにして形成され
た常圧オゾン−TEOS CVD NSG膜14には水分や炭化水素混
入がなく、耐吸湿性も優れたものであった。
【0018】(実施例2)図3Aに示すようにシリコン
基板21の上に膜厚が6000ÅのBPSG膜22を形成し、さらに
その上に高さ1μm のアルミ配線23をライン巾0.5 μm
、スペース巾0.5μm で形成した。次に、このBPSG膜22
およびアルミ配線23の上に、TEOSおよびN2O を原料ガス
とし、これに下地依存性を軽減するための有機化合物と
してエタノールガスを混合してプラズマCVD 法によって
プラズマTEOS CVD NSG膜24を2000Åの厚さに形成した状
態を図3Bに示す。このプラズマTEOS CVD NSG膜24を形
成する成膜条件は以下の通りである。
【表2】 成膜温度 350 ℃ 成膜圧力 0.35 Torr 成膜時間 20 秒 エチルアルコールバブリング用窒素の流量 300 ml/ 分 バブリング温度 25℃ TEOSバブリング用窒素の流量 400 ml/ 分 TEOS流量 1.8 ml/ 分 バブリング温度 25℃ キャリア酸素ガスの流量 4.0 l/分 電極間隔 15 mm RFパワーおよび周波数 400 KHz-500W: 13.56MHz-500W
【0019】次に、シリコンウエファを図2に示す反応
チャンバ内に搬入し、プラズマTEOSCVD NSG膜24の上
に、下地依存性を軽減するための有機化合物としてエタ
ノールガスを用い、以下の成膜条件で常圧オゾン−TEOS
CVD NSG膜25を6000Åの膜厚に形成した状態を図3Cに
示す。
【表3】 成膜温度 400 ℃ 成膜圧力 大気圧 成膜時間 360 秒 第1ガスバブラへの窒素ガス流量 1.7 リットル/ 分 第2ガスバブラへの窒素ガス流量 0.1 リットル/ 分 第1恒温槽温度 65 ℃ 第2恒温槽温度 25 ℃ オゾン発生装置への酸素ガス流量 7.5 リットル/ 分 オゾン濃度 5 重量% キャリア窒素ガスの流量 18 リットル/ 分 このようにして形成したプラズマTEOS CVD NSG膜24およ
び常圧オゾン−TEOS CVD NSG膜25より成る層間絶縁膜は
アルミ配線23間のきわめて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な膜質を有する
ものであるとともに水分や炭化水素も混入されていない
ものであった。
【0020】(実施例3)図4Aに示すようにシリコン
基板31の表面にBPSG膜32を形成し、その上に高さ1μm
のアルミ配線33をライン巾0.5 μm 、スペース巾0.5 μ
m で形成した。次に、図4Bに示すように実施例2と同
様にTEOSおよびN2O を原料ガスとし、これに下地依存性
を軽減するための有機化合物としてエタノールガスを混
合したプラズマCVD 法によってプラズマTEOS CVD NSG膜
33を2000Åの厚さに形成した後、シリコンウエファを図
2に示す反応チャンバ内に入れ、プラズマTEOS CVD N2O
膜33の上にTEOSを原料ガスとし、反応ガスとしてオゾン
を用い、さらに下地依存性を軽減するための有機化合物
としてエタノールガスを混合した減圧CVD 法によって減
圧オゾン-TEOS CVD NSG 膜35を6000Åの厚さに形成した
状態を図4Cに示す。この減圧オゾン-TEOS CVD NSG 膜
35の形成条件は以下の通りであった。
【表4】 成膜温度 400 ℃ 成膜圧力 400 Torr 成膜時間 360 秒 第1ガスバブラへの窒素ガス流量 400 ml/ 分 第2ガスバブラへの窒素ガス流量 300 ml/ 分 第1恒温槽温度 65 ℃ 第2恒温槽温度 25 ℃ オゾン発生装置への酸素ガス流量 7.5 リットル/ 分 オゾン濃度 5 重量% キャリア窒素ガス流量 18 リットル/ 分 このようにして形成したプラズマTEOS CVD NSG膜34およ
び減圧オゾン−TEOS CVD NSG膜35より成る層間絶縁膜は
アルミ配線33の微小な隙間に埋め込まれ、良好なステッ
プカバレージを示し、平坦性も非常に良好であるととも
にボイドも認められないものであった。また、水分や炭
化水素のような耐吸湿性を劣化させる物質も混入されて
いなかった。
【0021】(比較例1)図5に示すようにシリコン基
板41の上にBPSG膜42を形成し、その上にアルミ配線43を
実施例1と同様に形成し、さらにアルミ配線の上に、下
地依存性を軽減するための有機化合物ガスを混合してい
ない通常の常圧オゾン-TEOS CVD NSG 膜44を8000Åの厚
さに形成した。この常圧オゾン-TEOS CVD NSG 膜44の成
膜条件は以下の通りであった。
【表5】 成膜温度 400 ℃ 成膜圧力 大気圧 成膜時間 360 秒 TEOSバブリング用窒素ガス流量 1.7 リットル/ 分 バブリング温度 65 ℃ オゾン発生用酸素ガス流量 7.5 リットル/ 分 オゾン濃度 5 重量% キャリア窒素ガスの流量 18 リットル/ 分 このようにして形成した常圧オゾン−TEOS CVD NSG膜44
はアルミ配線43の狭い間隙を埋めることができず、多く
のボイド45を含むものであり、したがって素子特性を劣
化させる恐れがあるものであった。さらに、水分や炭化
水素の混入が認められ、耐吸湿性を劣化させるものであ
った。
【0022】(実施例4)図6Aに示すようにシリコン
基板51の上に膜厚が6000ÅのBPSG膜52を形成し、さらに
その上に高さ1μm のアルミ配線53をライン巾0.5 μm
、スペース巾0.5μm で形成した。次に、図6Bに示す
ように、このBPSG膜52およびアルミ配線53の上に、TEOS
を原料ガスとし、酸素(O2)を反応ガスとしてプラズマCV
D 法によってプラズマTEOSCVD NSG膜54を2000Åの厚さ
に形成した。このプラズマTEOS CVD NSG膜54を形成する
成膜条件は以下の通りである。
【表6】 成膜温度 350 ℃ 成膜圧力 0.3 Torr 成膜時間 120 秒 TEOSバブリング用窒素の流量 400 SCCM バブリング温度 25 ℃ 電極間隔 35 mm RFパワーおよび周波数 400 KHz-500W: 13.5
6MHz-500W
【0023】次にシリコンウエファを図2に示す反応チ
ャンバ内に搬入し、プラズマTEOS CVD NSG膜54の上に、
TEOSを有機シラン化合物の原料ガスとし、オゾンガスを
反応ガスとし、下地依存性を軽減する有機化合物ガスと
してエタノールガスを混合し、以下の条件で常圧オゾン
−CVD NSG 膜55を6000Åの厚さに形成した状態を図6C
に示す。
【表7】 成膜温度 400 ℃ 成膜圧力 大気圧 成膜時間 360 秒 第1ガスバブラへの窒素ガス流量 3.0 リットル/ 分 第2ガスバブラへの窒素ガス流量 0.1 リットル/ 分 第1恒温槽温度 65 ℃ 第2恒温槽温度 25 ℃ オゾン発生装置への酸素ガス流量 7.5 リットル/ 分 オゾン濃度 5 重量% キャリア窒素ガスの流量 18 リットル/ 分 このようにして形成したプラズマTEOS CVD NSG膜54およ
び常圧オゾン−TEOS CVD NSG膜55より成る層間絶縁膜は
アルミ配線53の微小な隙間に埋め込まれ、良好なステッ
プカバレージを示し、平坦性も非常に良好であるととも
にボイドも認められないものであった。また、水分や炭
化水素のような耐吸湿性を劣化させる物質も混入されて
いないものであった。
【0024】(実施例5)図1に示した実施例1と同様
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1μm のアルミ配線13をライ
ン巾0.5 μm 、スペース巾0.5 μm で形成し、このBPSG
膜およびアルミ配線の上にTEOSおよびO2からプラズマCV
D 法によって下層絶縁膜として作用するプラズマTEOS C
VD NSG膜14を2000Åの厚さに形成した。このプラズマTE
OS CVD NSG膜14の成膜条件は以下の通りとした。
【表8】 成膜温度 400 ℃ 圧力 0.35 Torr 成膜時間 120 秒 TEOSバブリングN2流量 400 ml/ 分 バブリング温度 25 ℃ O2ガス流量 400 ml/ 分 電極間隔 15 mm RFパワー密度 2.0 W/cm2
【0025】次に、プラズマTEOS CVD NSG膜14を形成し
たウエファを図2に示す反応装置に導入し、有機シラン
化合物としてTMOSガスを用い、下地依存性を軽減する有
機化合物ガスとしてメタノールガスを用いる常圧CVD 法
によって以下の成膜条件で上層絶縁膜として作用する常
圧オゾンTMOS CVD NSG膜15を6000Åの膜厚に形成した。
すなわち、本例においては、第2のバブラ7bにTMOSを
収容するものである。
【表9】 成膜温度 400 ℃ 成膜圧力 大気圧 成膜時間 360 秒 第1ガスバブラへの窒素ガス流量 1.5 リットル/ 分 第1恒温槽温度 65 ℃ 第2ガスバブラへの窒素ガス流量 300 ml/ 分 第2恒温槽温度 25 ℃ オゾン発生装置への酸素流量 7.5 リットル/ 分 オゾン濃度 5 重量% キャリア窒素ガスの流量 18 リットル/ 分 このようにして形成した常圧オゾン−TMOS CVD NSG膜は
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、
また配線間にボイドも形成されていない良好な膜質を有
するものであった。
【0026】(実施例6)図7Aに示すようにシリコン
基板61の上に膜厚が6000ÅのBPSG膜62を形成し、さらに
その上に高さ1μm のアルミ配線63をライン巾0.5 μm
、スペース巾0.5μm で形成し、次に図7Bに示すよう
にBPSG膜およびアルミ配線の上にTMOSおよびO2を用いる
プラズマCVD 法によって下層絶縁膜としてプラズマTMOS
CVD NSG膜64を2000Åの厚さに形成した。このプラズマ
−TMOS CVD NSG膜64の成膜条件は以下の通りとした。
【表10】 成膜温度 400 ℃ 圧力 0.35 Torr 成膜時間 120 秒 TMOSバブリングN2流量 400 ml/ 分 バブリング温度 25 ℃ O2ガス流量 400 ml/ 分 電極間隔 15 mm RFパワー密度 2.0 W/cm2
【0027】次に、このようにしてプラズマTMOS CVD N
SG膜64を形成したウエファを図2に示す反応装置に導入
し、TMOSを有機シラン化合物の原料ガスとして用い、メ
タノールを下地依存性を軽減するための有機化合物ガス
とする常圧CVD 法によって以下の成膜条件で上層絶縁膜
として作用する常圧オゾン−TMOS CVD NSG膜65を6000Å
の膜厚に形成した様子を図7Cに示す。
【表11】 成膜温度 400 ℃ 成膜圧力 大気圧 成膜時間 545 秒 第1ガスバブラへの窒素ガス流量 400 ml/ 分 第1恒温槽温度 65 ℃ 第2ガスバブラへの窒素ガス流量 300 ml/ 分 第2恒温槽温度 25 ℃ オゾン濃度 5 重量% キャリア窒素ガスの流量 18 リットル/ 分 このようにして形成した常圧オゾン−TMOS CVD NSG膜65
はアルミ配線63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ものであった。
【0028】(実施例7)図4に示す実施例3と同様
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1μm のアルミ配線13をライ
ン巾0.5 μm 、スペース巾0.5 μm で形成し、このBPSG
膜およびアルミ配線の上にTEOSおよびO2を用いるプラズ
マCVD 法によって下層絶縁膜として作用するプラズマ−
TEOS CVD NSG膜14を2000Åの厚さに形成した。このプラ
ズマ−TEOS CVD NSG膜14の成膜条件は以下の通りとし
た。
【表12】 成膜温度 400 ℃ 成膜圧力 0.35 Torr 成膜時間 120 秒 TEOSバブリングN2流量 400 ml/ 分 バブリング温度 25 ℃ O2ガス流量 400 ml/ 分 電極間隔 15 mm RFパワー密度 2.0 W/cm2 キャリア窒素ガスの流量 18 リットル/ 分
【0029】次に、プラズマ−TEOS CVD NSG膜14を形成
したウエファを図2に示す反応装置に導入し、TMOSを有
機シラン化合物の原料ガスとし、メタノールを下地依存
性を軽減する有機化合物ガスとして用いる減圧CVD 法に
よって以下の成膜条件で上層絶縁膜として作用する減圧
オゾン−TMOS CVD NSG膜を6000Åの膜厚に形成した。
【表13】 成膜温度 400 ℃ 成膜圧力 700 Torr 成膜時間 360 秒 第1ガスバブラへの窒素ガス流量 400 ml/ 分 第1恒温槽温度 65 ℃ 第2ガスバブラへの窒素ガス流量 300 ml/ 分 第2恒温槽温度 25 ℃ オゾン濃度 5 重量% キャリア窒素ガスの流量 18 リットル/ 分 このようにして形成した減圧オゾン−TMOS CVD NSG膜は
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、
またボイドも形成されていない良好な膜質を有するもの
であった。
【0030】(実施例8)図8Aに示すようにシリコン
基板71の上に膜厚が6000ÅのBPSG膜72を形成し、さらに
その上に高さ1μm のアルミ配線73をライン巾0.5 μm
、スペース巾0.5μm で形成し、このBPSG膜およびアル
ミ配線の上にTMOSおよびO2からプラズマCVD 法によって
下層絶縁膜としてプラズマTMOS CVD NSG膜74を2000Åの
厚さに形成した様子を図8Bに示す。このプラズマTMOS
CVD NSG膜74の成膜条件は以下の通りとした。
【表14】 成膜温度 400 ℃ 圧力 0.35 Torr 成膜時間 120 秒 TMOSバブリングN2流量 400 ml/ 分 バブリング温度 25 ℃ O2ガス流量 400 ml/ 分 電極間隔 15 mm RFパワー密度 2.0 W/cm2 キャリア窒素ガスの流量 18 リットル/ 分
【0031】次に、このようにしてプラズマTMOS CVD N
SG膜16を形成したウエファを図2に示す反応装置に導入
し、TMOSを有機シラン化合物原料ガスとして用い、メタ
ノールを下地依存性を軽減するための有機化合物ガスと
する減圧CVD 法によって以下の成膜条件で上層絶縁膜と
して減圧オゾン−TMOS CVD NSG膜75を6000Åの膜厚に形
成した様子を図8Cに示す。
【表15】 成膜温度 400 ℃ 成膜圧力 大気圧 成膜時間 545 秒 第1ガスバブラへの窒素ガス流量 400 ml/ 分 第1恒温槽温度 65 ℃ 第2ガスバブラへの窒素ガス流量 300 ml/ 分 第2恒温槽温度 25 ℃ オゾン濃度 5 重量% キャリア窒素ガスの流量 18 リットル/ 分 このようにして形成した減圧オゾン−TMOS CVD NSG膜75
はアルミ配線73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ものであった。
【0032】(比較例2)比較例2として図9に示すよ
うにシリコン基板81の上にBPSG膜82を形成し、さらにそ
の上に高さ1μm のアルミ配線83をライン巾0.5 μm 、
スペース巾0.5 μm で形成し、BPSG膜およびアルミ配線
上にプラズマTEOS CVD膜84を2000Åの厚さに形成した。
このプラズマTEOS CVD膜14を形成する成膜条件は上述し
た実施例2と同様である。その後、TMOSガスを用い、以
下の条件下でオゾン常圧CVD 法によって常圧オゾン−TE
OS CVD NSG膜85を6000Åの厚さに形成した。
【表16】 成膜温度 400 ℃ 成膜圧力 大気圧 成膜時間 300 秒 TMOSガスバブラへの窒素ガス流量 400 ml/ 分 バブリング温度 65 ℃ オゾン濃度 5 重量% このようにして形成した常圧オゾン−TMOS CVD NSG膜85
のアルミ配線83間の埋め込みが不良であり多数のボイド
86が形成されており、素子特性を劣化させるものであっ
た。
【0033】(実施例9)上述した実施例においては、
有機ケイ素化合物を原料ガスとするCVD 法において、下
地依存性を軽減する有機化合物ガスを原料ガスに混合し
たが、本発明においてはこれに加えて、CVD を行う以前
にシリコンウエファの表面を有機化合物で直接処理する
こともできる。本実施例はこのような化学気相成長前の
下地処理を行うものである。ただし、このような下地処
理を行うための有機化合物としては、下地表面に直接作
用して下地依存性を緩和するものでなければならない。
【0034】図10Aに示すように、シリコンウエファ
91の表面にBPSG膜92を堆積させ、さらにその上にアルミ
ニウム配線93を形成した後、プラズマTEOS CVD NSG膜94
を形成する。その後、成膜に先立って下地表面をエタノ
ール処理する。本例では、このエタノール処理は、シリ
コンウエファをスピンコータ上に載置し、3000 rpmの速
度で回転させながら、5 mlのエタノールを1秒間滴下さ
せた後、そのまま回転を1分間行って乾燥させる。この
ような下地処理を行った後に、上述した実施例1と同様
に、図2に示すCVD 装置の反応チャンバ内に搬送し、上
述した実施例1と同じ条件で図10Bに示すように常圧
熱 TEOS CVD NSG 膜95を形成した。
【0035】このようにして形成した常圧熱 TEOS CVD
NSG 膜95の残存段差は平均0.03μm以下であり、シリコ
ンウエファ全面に亘っての膜厚の変動率および残存段差
の変動率は何れも0.8%以下であった。また、常圧熱 TEO
S CVD NSG 膜の含水率は0.5%以下と小さいものであっ
た。
【0036】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、上述した実施例ではTEOSやTMOSを原料ガスとし、下
地依存性を軽減するための有機化合物ガスとしてエタノ
ールガス、メタノールガスを混合してオゾン−TEOS CVD
NSG膜、プラズマTEOS CVD NSG膜や熱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TEOSの
原料ガスにTMOP(trimethylphosphate)およびTMB(trimet
hylborate)などの燐およ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膜またはBPSG膜、プラズマTEOS CVD PSG膜またはBP
SG膜や熱 TEOS CVD PSG 膜またはBPSG膜を形成すること
もできる。さらに、有機ケイ素化合物としてはTEOSやTM
OSだけでなく、上述した種々の有機ケイ素化合物を用い
ることができる。また、CVD 法としては、プラズマCVD
法、常圧CVD 法および減圧CVD 法だけでなく、加圧CVD
法や光励起CVD 法等を用いることもできる。さらに、上
述した実施例においては、半導体基板と金属配線との間
の1次絶縁膜および層間絶縁膜を形成するものとした
が、最終パッシベーション膜として形成することもで
き、さらに金属配線やゲート電極のサイドウォールを形
成することもできる。
【0037】
【発明の効果】上述したように、本発明による半導体装
置の製造方法においては、有機ケイ素化合物を原料ガス
とする化学気相成長法によって絶縁膜を形成するに当た
って、有機化合物ガスを原料ガスに混合することによっ
てCVD 絶縁膜の下地依存性を軽減し、下地絶縁膜上およ
び金属配線の上での絶縁膜の成膜速度を最適化すること
ができ、したがってステップカバレージが良く、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には水分や炭化水素が混
入しておらず、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1Aおよび1Bは、本発明の方法の第1の実
施例によって絶縁膜を形成する順次の工程における半導
体装置の構成を示す断面図である。
【図2】図2は、オゾン−TEOS CVD NSG膜を形成する装
置の一例の構成を示す線図である。
【図3】図3A、3Bおよび3Cは、本発明の方法の第
2の実施例によって絶縁膜を形成する順次の工程におけ
る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図4】図4A,BおよびCは、本発明の方法の第3の
実施例によって絶縁膜を形成する順次の工程における半
導体装置の構成を示す断面図である。
【図5】図5は、比較例1で形成した絶縁膜を有する半
導体装置の構成を示す断面図である。
【図6】図6A,BおよびCは、本発明の方法の第4の
実施例によって絶縁膜を形成する順次の工程における構
成を示す断面図である。
【図7】図7A,BおよびCは本発明の方法の第5の実
施例によって絶縁膜を形成する順次の工程における構成
を示す断面図である。
【図8】図8A,BおよびCは本発明の方法の第8の実
施例によって絶縁膜を形成する順次の工程における構成
を示す断面図である。
【図9】図9は比較例2において形成した絶縁膜の構成
を示す断面図である。
【図10】図10A,BおよびCは本発明による方法の
第9の実施例によって絶縁膜を形成する順次の工程にお
ける構成を示す断面図である。
【符号の説明】
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 6a 第1恒温槽 6b 第2恒温槽 7a TEOS用ガスバブラ 7b エチルアルコール用ガスバブラ 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 オゾン−TEOS 常圧CVD NSG 膜 21 シリコン基板 22 BPSG膜 23 アルミ配線 24 プラズマ−TEOS CVD NSG膜 25 オゾン−TEOS 常圧CVD NSG 膜 31 シリコン基板 32 BPSG膜 33 アルミ配線 34 プラズマ−TEOS CVD NSG膜 35 オゾン−TEOS 減圧CVD NSG 膜 51 シリコン基板 52 BPSG膜 53 アルミ配線 54 プラズマ−TEOS CVD NSG膜 55 オゾン−TEOS 常圧CVD NSG 膜 61 シリコン基板 62 BPSG膜 63 アルミ配線 64 プラズマTMOS CVD NSG膜 65 常圧TMOS CVD NSG膜 71 シリコン基板 72 BPSG膜 73 アルミ配線 74 プラズマTMOS CVD NSG膜 75 減圧TMOS CVD NSG膜 91 シリコン基板 92 BPSG膜 93 アルミ配線 94 プラズマ−TEOS CVD NSG膜 95 常圧熱TEOS CVD NSG膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置の絶縁膜を有機ケイ素化合物
    を原料ガスとする化学気相成長によって形成するに当た
    り、有機ケイ素化合物を含む原料ガスに、有機化合物ガ
    スを混合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】 前記原料ガス中の有機ケイ素化合物とし
    て有機シラン化合物を用い、前記有機化合物としてアル
    コールを用いることを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記アルコールとして、エタノールまた
    はメタノールを用いることを特徴とする請求項2記載の
    半導体装置の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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