JPH07211708A - 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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JPH07211708A
JPH07211708A JP6003549A JP354994A JPH07211708A JP H07211708 A JPH07211708 A JP H07211708A JP 6003549 A JP6003549 A JP 6003549A JP 354994 A JP354994 A JP 354994A JP H07211708 A JPH07211708 A JP H07211708A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】下地素子を劣化することなく被覆性の良好な弗
素を含有する酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により形成
することである。 【構成】 第１の高周波電力源１２及び第２の高周波電
力源１３から２周波の高周波電力が印加される上部電極
１４と、下部電極１５とを有する平行平板型のプラズマ
ＣＶＤ装置を用い、少なくとも有機珪素化合物、弗素炭
素化合物と酸素を含みかつ弗素／珪素元素比を１５以上
とする原料ガスをチャンバ１１内に導入して、基板３０
上に弗素を含有する酸化珪素膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に層間絶縁膜等の薄膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩの集積度が増すにつれて、多層配
線技術は重要となっている。これは、加工技術の進歩に
よって素子の寸法縮小が可能になっても、配線とそのピ
ッチはそれほど微細化しないためである。それゆえに層
間絶縁膜を形成するには、被覆性に優れた成膜方法が求
められており、その方法の一つとしてプラズマＣＶＤ法
を用いた方法が知られている。
【０００３】例えば、層間絶縁膜（酸化珪素膜）は、Ｔ
ＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ6）4）及び酸素を原料ガスとし
てプラズマＣＶＤ法により形成される。被覆性を向上さ
せるため、上記原料ガスに上記酸化珪素膜のエッチング
ガスであるＮＦ3を添加する方法が提案されている。し
かし、ＮＦ3を添加する方法であっても、高さ／幅（ア
スペクト）比が１近くなると、配線間のスペ−ス部分に
不所望な「巣」が発生することがある。また、被覆性を
向上させる別の方法として、プラズマを発生させる高周
波電力として、通常用いている単一の１３．５８ＭＨｚ
の高周波電力に加え、数百ＫＨｚの高周波電力を供給し
て、２周波のプラズマを用いる方法が提案されている。
【０００４】そこで、ＮＦ３を含む上記原料ガスを上記
２周波プラズマを用いて酸化珪素膜を形成する場合、ア
スペクト比が１以上でも「巣」は発生せず、被覆性を大
幅に向上することができる。特に、弗素／珪素元素比が
増大されるとともに被覆性が向上する。しかしながら、
弗素／珪素元素比を大きくすると、下地に形成されたゲ
−ト絶縁膜の特性が劣化する。このため、ＮＦ3を添加
すると、弗素／珪素元素比の大きな条件を使用すること
ができず、高さ／幅比が１以上の構造の下地に対しての
適用が困難であるという問題が生じる。また、弗素／珪
素元素比が増大すると、膜中弗素濃度が高くなり、特に
高濃度の場合吸湿性が増すため問題である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、プラズ
マＣＶＤ法を用いて層間絶縁膜を形成する際に、２周波
プラズマ及びＮＦ３を含有する原料ガスを用いかつ、Ｎ
Ｆ3ガスの量を増大することにより被覆性を向上するこ
とができる。その反面、ＮＦ3ガスの増大はゲ−ト絶縁
膜の特性を劣化させ、更に吸湿を増大させるため、半導
体装置の信頼性を悪化する。従って、ＮＦ3ガスを原料
ガスに添加するには限界があり、それに伴い被覆性にも
限界がある。
【０００６】それ故に、本発明はゲ−ト酸化膜の特性を
劣化されることなく、被覆性の良好な弗素を含有する酸
化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により形成する半導体装置
の製造方法を提供することが目的である。
【０００７】
【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、チャンバ内に上部電極と下部電極とが設
けられた平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用い、上記
上部電極に周波数の異なる２つの高周波電力を印加し、
上記チャンバ内に有機珪素化合物、弗素炭素化合物と酸
素を含みかつ弗素／珪素元素比を１５以上とする原料ガ
スを導入し、上記下部電極に載置された基板上に酸化珪
素膜を形成する。上記弗素炭素化合物として、ＣＦ4，
Ｃ2Ｆ6を用いる。
【０００８】
【作用】本発明による半導体装置の製造方法によれば、
酸化珪素膜の下地素子であるＭＯＳトランジスタのゲ−
ト絶縁膜の特性を劣化させることなく、アスペクト比１
以上の溝を埋め込む被覆性の良い酸化珪素膜を形成する
ことが可能となる。また同時に、弗素濃度に応じて吸湿
性に対する対策を併せて行うことにより信頼性の高い半
導体装置の製造が可能になる。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明による一実施例
を説明する。まず、本発明に用いるプラズマＣＶＤ装置
を図１より説明する。プラズマＣＶＤ装置は、チャンバ
１１内に設けれかつ第１の高周波電力源１２及び第２の
高周波電力源１３に接続され、多数の孔を有する上部電
極１４と、チャンバ１１内に上部電極１４に対向するよ
うに設けられ基板３０を載置する下部電極１５と、該下
部電極１５を例えばランプ加熱する加熱装置１６とから
なる。尚、下部電極１５は接地されており、基板搬送機
構は省略してある。第１の高周波電力源１２と第２の高
周波電力源１３は、互いに異なる周波数の高周波電力源
であり、例えば、第１の高周波電力源１２を１３．５６
ＭＨｚ、第２の高周波電力源１３を４００ＫＨｚとして
いる。
【００１０】上記プラズマＣＶＤ装置を用いて、酸化珪
素膜を以下に示す条件のもとで形成する。 圧力：５Ｔｏｒｒ 高周波電力出力比：第１の高周波電力源／第２の高周波
電力源＝０．５以下 原料ガス：［ＴＥＯＳ：Ｏ2：Ｈｅ：Ｆ系ガス］＝
［１：１０：１０：ｘ］ 基板温度：４００℃ 基板サイズ：直径６インチ 次に、上記条件のもとで形成された酸化珪素膜の被覆性
を図２より説明する。同図における縦軸はアスペクト
比、横軸は弗素／珪素（元素比）を示し、酸化珪素膜が
「巣」を発生なく形成された状態を示す。但し、弗素／
珪素とは例えばＴＥＯＳ＝１０ｓｃｃｍ，ＮＦ3＝１０
ｓｃｃｍの場合、弗素／珪素＝３となる。また、Ｆ系ガ
スとして弗素炭素化合物、例えばＣＦ4，Ｃ2Ｆ6を用い
ており、更に参考として従来のＮＦ3を用いた場合も示
す。尚、上記原料ガス中の有機珪素化合物としてＴＥＯ
Ｓ（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ6）4）を用いているが、Ｓｉ（ＯＣ
Ｈ3）4を用いてもよい。
【００１１】同図によると、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6を用いた場
合、弗素／珪素比が増すに伴い、より大きなアスペクト
比の溝を埋め込むことができる。弗素／珪素比が１５の
際にアスペクト比を１とする溝を埋め込み、弗素／珪素
比が５０以上となると、アスペクト比を２とする溝を埋
め込む。弗素／珪素比が５０の際に、溝の底部の表面に
おいて膜が流動したような凹形状が得られ、表面を移動
し易い中間体が生成されるため、被覆性を大幅に向上す
ることができる。尚、ＮＦ3を用いた場合、アスペクト
比が１近傍であると、「巣」を発生することなく良好に
埋め込むことができるが、弗素／珪素比を高めても上記
凹形状は見られず、被覆性の向上にはつながらない。
【００１２】次に、図３及び図４を参照して、酸化珪素
膜の形成時におけるゲ−ト絶縁膜の特性に対する影響を
説明する。図３に示すように、半導体基板３１上にＭＯ
Ｓトランジスタを形成し、ポリシリコンゲ−ト電極３４
上に酸化珪素膜３５をする。図４は、横軸は弗素／珪素
比（元素比）を示し、縦軸はゲ−ト絶縁膜３３の耐圧が
９ＭＶ／ｃｍ以下に劣化したチップの割合を示す。上記
条件のもとＦ系ガスとしてＣＦ4，Ｃ2Ｆ6を用いてい
る。尚、図２の場合と同様にＮＦ3を用いた場合を示
す。図４によると、ＮＦ3を用いた場合は、弗素／珪素
比が１０近傍において耐圧が劣化したチップの割合は５
０％付近となり、更に弗素／珪素比が増すに従いチップ
の割合は激増する。しかし、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6を用いた場
合、ゲ−ト絶縁膜３３の耐圧の劣化はまったく生じな
い。
【００１３】更に、酸化珪素膜の吸湿性に関して図５及
び図６を参照して説明する。図５は酸化珪素膜中の弗素
濃度（横軸）に対する吸湿性（縦軸）を示す。但し、弗
素濃度はＦＴ−ＩＲ（図６参照）によるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ
［９７０ｃｍ-1近傍から１５００ｃｍ-1］面積とＳｉ−
Ｆピ−ク［８９０cm-1近傍から９７０cm-1］面積比を用
いて示され、吸湿性はＨ−ＯＨとＳｉ−ＯＨの吸収ピ−
ク［３０００ｃｍ-1から３７５０ｃｍ-1］の面積の合計
とＳｉ−Ｏ−Ｓｉピ−クの面積比を用いて示される。言
い換えれば、図６において、弗素濃度は斜線部Ｃ／斜線
部Ａであり、吸湿性は斜線部Ｂ／斜線部Ａで示される。
【００１４】図５に示すように、弗素濃度が高くなるに
つれて吸湿性は大きくなる。そのため、酸化珪素膜中の
弗素濃度は４％未満とすることが望ましい。弗素濃度が
４％以上となる場合は、吸湿対策としてスピンオングラ
ス（ＳＯＧ）で用いられる手法を酸化珪素膜と組み合わ
せ積層膜とすることもできる。また、酸素あるいは窒
素、または酸素窒素混合ガスのプラズマで処理すること
で、スル−プットを大幅に低下させることなく、表面を
改質し耐吸湿性を増す方法を適用できる。更に、スル−
プットの低下を抑えながら、弗素を含まない酸化珪素膜
あるいは窒化珪素膜を同じチャンバ−あるいは同一装置
の他のチャンバ−で連続的に成膜して表面を覆い耐吸湿
性を増すことも可能である。
【００１５】尚、高周波電力の各電極への加え方として
は、図１に示すように、第１の高周波電力源１２と第２
の高周波電力源１３との高周波電力を共に上部電極１４
に印加することが望ましい。また、周波数の高い電力
（第１の高周波電力源１２）の出力を、周波数の低い電
力（第２の高周波電力源１３）の出力よりも小さくした
ほうがよい。更に、上部電極１４と下部電極１５との電
極間距離Ｌを１０ｍｍ以下としたほうが、より被覆性を
向上することができる。
【００１６】このように、Ｆ系ガスとしてＣＦ4，Ｃ2Ｆ
6を用いて酸化珪素膜を形成することにより、アスペク
ト比１以上の溝を埋め込む同時に下地への影響を防ぐこ
とができる。更に、弗素炭素化合物としてＣ3Ｆ8等を用
いても同様の効果が得られる。また言うまでもなく、図
３のようにＭＯＳトランジスタ上に直接形成した場合に
も、ゲ−ト絶縁膜の耐圧を劣化させないのであれば、Ａ
ｌ配線層間の層間絶縁膜として十分に用いることができ
る。
【００１７】
【発明の効果】本発明による方法によれば、ゲ−ト絶縁
膜の特性を劣化させることなく、被覆性の良好な弗素を
含有する酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により形成する
ことが可能になり、より信頼性の高い層間絶縁膜を形成
することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマＣＶＤ装置を模式的に示す断面図であ
る。
【図２】本発明の方法による酸化珪素膜の埋め込み限界
を示す特性図である。
【図３】本発明の方法による酸化珪素膜をＭＯＳトラン
ジスタ上に形成した状態を示す断面図である。
【図４】下地素子への影響を示す特性図である。
【図５】本発明の方法による酸化珪素膜の吸湿性に関す
る特性図である。
【図６】酸化珪素膜中の弗素濃度を定義を示す図であ
る。
【符号の説明】
１１…チャンバ、１２…第１の高周波電力源、１３…第
２の高周波電力源 １４…上部電極、１５…下部電極、１６…加熱装置、３
０…基板 ３１…半導体基板、３２…フィ−ルド酸化膜、３３…ゲ
−ト酸化膜 ３４…ポリシリコンゲ−ト電極、３５…酸化珪素膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江川 秀光 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 吉田 貴光 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 西山 幸男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 周波数の異なる複数の高周波電力が印加
    される上部電極と、該上部電極と対向するように設けら
    れかつ基板を載置する下部電極とを有するプラズマＣＶ
    Ｄ装置を用い、 少なくとも有機珪素化合物、弗素炭素化合物と酸素を含
    み、かつ弗素／珪素元素比を１５以上とする原料ガスを
    上記プラズマＣＶＤ装置に導入し、 上記基板上に弗素を含有する酸化珪素膜を形成すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 上記弗素炭素化合物は、ＣＦ4若しくは
    Ｃ2Ｆ6であ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】 上記有機珪素化合物は、Ｓｉ（ＯＣ
    2Ｈ6）4若しくは Ｓｉ（ＯＣＨ3）4であることを特
    徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 上記弗素を含有する酸化珪素膜中の弗素
    は、赤外吸収法により４％以下の弗素濃度であることを
    特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 上記上部電極と上記下部電極との電極間
    距離は１０ｍｍ以下であ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。
  6. 【請求項６】 上記複数の高周波電力は第１の高周波電
    力と第２の高周波電力とであって、上記第１の高周波電
    力の周波数は上記第２の高周波電力よりも高く、かつ上
    記第１の高周波電力の出力は上記第２の高周波電力の出
    力よりも小さい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。
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