JPH07221176A - 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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JPH07221176A
JPH07221176A JP1126094A JP1126094A JPH07221176A JP H07221176 A JPH07221176 A JP H07221176A JP 1126094 A JP1126094 A JP 1126094A JP 1126094 A JP1126094 A JP 1126094A JP H07221176 A JPH07221176 A JP H07221176A
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nsg
sion
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、半導体集積回路の形成途上におけ
る多層配線の層間絶縁膜にTEOS−O3 系を反応ガス
の原料としたNSG膜を用いる場合の層間絶縁膜の製造
方法に関し、NSG膜からの水分の下地ブロック膜によ
る適正な対処法、及び下地ブロック膜による層間絶縁膜
の表面凹凸依存性をなくす。 【構成】 TEOS−O3 系反応ガスを用いて形成され
たNSG膜1が層間絶縁膜として用いられた半導体装置
において、NSG膜1の下層にあらかじめ下地ブロック
膜として、屈折率n=1.65以下のSiON膜2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、半導体集積回路の形成
途上における多層配線の層間絶縁膜として用いるTEO
S−O3 系の反応ガスを原料としたNSG膜の製造方法
に関する。
【0002】近年、半導体集積回路の高密度化にともな
って、電極配線が多層構造になり、その上部の配線を形
成する際の下地表面の凹凸(段差)が大きくなってい
る。従って、これら段差の表面を平坦化するような層間
絶縁膜の形成方法の開発が必要とされている。
【0003】
【従来の技術】図6は従来例の説明図である。図におい
て、7はSi基板、8はAl電極配線膜、9はBPSG膜、
10はSOG膜、11はボイドである。
【0004】従来の技術では、図6(a)に示すように
Si基板7上に形成されたAl電極配線膜上のBPSG膜9
からなる層間絶縁膜形成後に、その凹凸を平坦化処理す
るため、図6(b)に示すように、SOG膜10等を被せ
た後、図6(c)に示すように、エッチバック等の複合
プロセスによりSi基板7上を平坦化処理する等、工程が
数工程必要となり、スループット上の問題があった。
【0005】また、TEOS−O3 系の反応ガスを用い
て形成したNSG膜を使用するようになってからはエッ
チバック工程を必要とせず、工程の簡略化が可能となっ
たが、一方、このNSG膜は水分含有量が多く、下地の
トランジスタ等の電気的特性に悪影響を与える。このた
め、防水膜として下地ブロック膜を被覆するが、NSG
膜の水分等の含有量がSiON膜2等の下地ブロック膜
の表面依存性に大きく関係することが懸念されている。
【0006】また、このSiON膜2が厚い場合には、
Al電極配線膜8間隔の狭まった領域では、図6(d)に
示すように、NSG膜1形成時にボイド11が発生してし
まっていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、NSG膜から
の水分に対処した適正な下地ブロック膜の処理方法が必
要となり、また、下地ブロック膜による層間絶縁膜の表
面凹凸依存性をなくす事も必要である。
【0008】そのため、SiON膜等のブロック性の良
い膜を下地ブロック膜として使用することにより、下地
ブロック膜の薄膜化が可能となりボイド〔す=鬆〕の発
生を防ぐことも出来るが、しかし下地プロック膜である
SiON膜形成後からの放置時間により、NSG膜の下
地依存性が生じるため、このような影響をなくすため、
純水による高圧スクラバの処理することにより、安定し
た膜質が保たれる。一方、SiON(n=1.65以
上)膜の表面処理をせずに、その上に層間絶縁膜であく
NSG膜を成長した場合にはコンタクト抵抗が不安定に
なり、歩留りが低下する。
【0009】本発明は、以上の問題点を解決する手段と
して、層間絶縁膜であるNSG膜からの水分の下地ブロ
ック膜による適正な対処法、及び下地ブロック膜による
層間絶縁膜の表面凹凸依存性をなくす事を目的として提
供される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図1は本発明の原理説
明図である。図において、1はNSG膜、2はSiON
膜、3はAr+ 、4はSiO2膜、5は洗浄液(純水)、6は
エチルアルコール、7はSi基板、8はAl電極配線膜であ
る。
【0011】上記問題点の解決策として、下地ブロック
膜にブロック性の優れたプラズマ装置を用いて形成した
SiO2膜4、またはSiON膜2を使用すると良い。この
SiO2膜4等は屈折率が高くなればなるほど、その上に被
覆するNSG膜1の表面依存性に影響が出て、膜質が劣
るために、SiON膜2表面の改質として、Ar+ による
スパッタエッチングやNH3 プラズマスパッタ等を行う
事により、下地依存性をなくすことが出来る。
【0012】そして、SiON膜2成長後、表面にSiO2
膜4を成長させ、その際の成長は同一チャンバでの連続
処理をすると良い。また、上記のSiON膜2の下地依
存性等の影響をなくし、安定したプロセスにするため
に、洗浄液5に純水やエチルアルコール6を用いた高圧
スクラバ処理をしても良い。
【0013】即ち、TEOS−O3 系の反応ガスを用い
て形成されたNSG膜1が層間絶縁膜として用いられた
半導体装置において、本発明の目的は、図1(a)に示
すように、NSG膜1の下層にあらかじめ下地ブロック
膜として、屈折率n=1.60以下のSiON膜2を形成す
ることにより、また、SiON膜2形成後、図1(b)
に示すように、SiON膜2の表面をAr+ 3によりスパ
ッタエッチングすることにより、また、SiON膜2形
成後、図1(c)に示すように、SiON膜2の表面に
SiO2膜4を形成することにより、また、図1(d)に示
すように、SiON膜2形成後、SiON膜2の表面を
純水等の洗浄液5により高圧スクラバすることにより、
更に、図1(e)に示すように、高圧スクラバに際し
て、洗浄液4にエチルアルコール6等の水溶性有機溶剤
を用いることにより達成される。
【0014】
【作用】先ず、n=1.65までのSiON膜ではNS
G膜の水分のブロック性が優れるために、下地ブロック
膜の薄膜化が可能となり、NSG膜成長時にボイドの発
生が抑えられる。
【0015】また、SiON膜の形成後にNSG膜の下
地依存性をなくすために連続処理してSiO2膜を薄く成長
させる。この時、SiO2膜成長の代わりにプラズマ照射の
みでも有効である。また、別の方法として、アルゴンス
パッタエッチングや高圧スクラバでも同様な効果が得ら
れるが、特に、高圧スクラバにエチルアルコール等に代
表される水溶性有機溶剤を用いるのが有効である。
【0016】
【実施例】1はNSG膜、2はSiON膜、3はAr+
4はSiO2膜、5は洗浄液(純水)、6はエチルアルコー
ル、7はSi基板、8はAl電極配線膜、11はボイド、12は
反応ガス、13はチャンバ、14は赤外線ランプ、15は熱
線、16はサセプタ、17は石英窓、18はメッシュ電極、19
はセラミックプレート、20はポンピングプレート、21は
排気、22はジェットノズル、23は純水リンスノズル、24
はN2ブローノズル、25はジェットノズルアーム、26はブ
ラシアーム、27はブラシである。
【0017】TEOS−O3 系の反応ガス12を用いて形
成されたNSG膜1が層間絶縁膜として其の機能を果た
すためには、下地ブロック膜の形成、ならびに下地ブロ
ック膜の表面処理等が必要となる。
【0018】本発明の第1の実施例として、NSG膜1
の下層にあらかじめ下地ブロック膜として、屈折率n=
1.65以下のSiON膜2を形成する。本発明の第1の実
施例に用いたプラズマCVD装置の模式断面図を図2に
示す。下地ブロック膜としてのSiON膜2の成長条件
の一例としては、Si基板7の温度350 〜400 ℃ チャン
バ13内圧力2.5 〜3.5Torr 、メッシュ電極18とSi基板7
の間隔10〜12.5mm、RFパワー200 〜500 Wで、各反応
ガス12の流量条件は、シラン(SiH4)30〜50sccm、笑気(N
2O)100〜200sccm 、希釈用の窒素(N2)ガス2000sccmで、
SiON膜の成長時間は15〜30sec により、基板上に
1,000〜2,000 Åの成長を行った。この後、通常のプラ
ズマ工程で層間絶縁膜としてNSG膜1を図1(a)に
示したように、SiON膜2上に8,000 Åの厚さに形成
する。
【0019】本発明の効果としては、高屈折率のSiO
N膜2を使用することにより、下地ブロック性が富むと
ともに、下地のSiNO膜2を薄くでき、ボイド11の発
生を除くことができる。
【0020】次に、SiON膜2からなる下地ブロック
膜形成後に、その表面を清浄化する本発明の第二の実施
例について説明する。SiON膜2形成後、その表面を
Ar+ によりスパッタエッチングする。即ち、スパッタエ
ッチングの条件として Ar ガス圧力0.1Torr 、Arガスの
流量50sccm、RFパワー 800W、Si基板7の温度 100℃
で行った。
【0021】発明の効果としては図3(b)に示すよう
に下地ブロック膜であるSiON膜2のエッジが叩かれ
て削られ、その上に被覆するNSG膜1の下地依存性を
低減出来るとともに、、従来例の図3(a)に示したN
SG膜1内のボイド11の発生が阻止され、更に、NSG
膜1の平坦性の一層の向上を図ることができる。
【0022】次に、下地ブロック膜の層間絶縁膜に対す
る下地依存性の影響を軽減する第三の実施例について説
明する。高屈折率のSiON膜2上にそれより屈折率の
低いn=1.45〜1.50のSiO(N)またはSiO2膜4を連続成長
することにより、層間絶縁膜の下地依存性をなくせる。
【0023】すてわち、高屈折率のSiON膜2上に直
接NSG膜1を成長すると、図4の(a)に示すよう
に、NSG膜1の表面はボロボロになってしまい、ボイ
ド11も発生していたが、SiO2膜4 を 200〜300 Åの厚さ
にSiON膜2上に連続成長することにより、NSG膜
1は図4(b)に示すようにスムーズな膜となる。
【0024】即ち、高屈折率のSiON膜2上にそれよ
り屈折率の値がn=1.45〜1.50と低いSiO(N) または
SiO2膜4を連続成長することにより、NSG膜1の下地
依存性をなくせる。
【0025】本発明に使用する装置は第1の実施例と同
じもので、成膜条件も前と同じであり、ガス流量はSiH4
40sccm 、N2O 50sccm、N2 2000sccmである。次に本発
明の第四の実施例について図5により説明する。
【0026】下地ブロック膜であるSiON膜2形成
後、その表面を純水等の洗浄液5により高圧スクラバす
る。すなわち、図5に示したハイプレッシャスクラバ
(高圧スクラバ) 装置のジェットノズル22を用い、この
ジェットノズル22から水、或いはエチルアルコール6を
噴射する。洗浄液5は水でも良いが、実験の結果、エチ
ルアルコール6等の有機溶剤を用いた方が、その後のN
SG膜1の成膜がよりスムーズに行われた。
【0027】これはエチルアルコールに限らず、イソプ
ロピルアルコール等のアルコール類やMEK、アセトン
等でも効果があり、水と混合しても良い。効果の挙がる
理由としては、アルコール類の場合、表面に水酸基(−
OH)が存在しているため、TEOSによるNSG膜1
の形成の場合、気相中でまず始めに、O3 自体が徐々に
分解するが、この過程でTEOSと結合され、それ自体
がSiON膜2の表面にて形成される。この時、SiO
N膜2への表面吸着が初期段階でされにくい状態である
と成膜形成が円滑には行われなず、膜の成長率が低下し
て、表面がぼろぼろな膜となってしまう。そこで、初期
の表面状態を高圧スクラバで有機溶剤、特にアルコール
類や水の処理で表面の水酸基とTEOSや、O3 が結合
し易くなり、NSG膜1の形成が促進される。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
層間絶縁膜であるNSG膜の下地ブロック膜として用い
るSiON膜の薄膜化が可能となり、NSG膜内のボイ
ドがなくなり、また、表面の改質によりTEOS−O3
系反応ガスを用いて形成したNSG膜の下地依存性をな
くせる。
【0029】また、下地ブロック膜のSiON膜上に薄
くSiO2膜を成長することによってもNSG膜の下地依存
性を改善でき、この場合、下地ブロック膜のSiON膜
と薄いSiO2膜を連続処理して積層を行うことから、スル
ープットの向上にも繋がる。
【0030】更に、n=1.70以上の屈折率のSiON膜
を下地ブロック膜として使用した場合の多層配線コンタ
クト抵抗の測定を行った場合に、従来方法の下地ブロッ
ク膜の表面処理を行わない場合には、デバイスの歩留り
が悪くなるが、本発明の方法によればデバイスの歩留り
並びに品質が向上して、デバイスの信頼性の確保、コス
トダウンに大きく寄与することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 本発明の第1の実施例の説明図
【図3】 本発明の第2の実施例の説明図
【図4】 本発明の第3の実施例の説明図
【図5】 本発明の第4の実施例の説明図
【図6】 従来例の説明図
【符号の説明】
1 NSG膜 2 SiON膜 3 Ar+ 4 SiO2膜 5 洗浄液(純水) 6 エチルアルコール 7 Si基板 8 Al電極配線膜 11 ボイド 12 反応ガス 13 チャンバ 14 赤外線ランプ 15 熱線 16 サセプタ 17 石英窓 18 メッシュ電極 19 セラミックプレート 20 ポンピングプレート 21 排気 22 ジェットノズル 23 純水リンスノズル 24 N2ブローノズル 25 ジェットノズルアーム 26 ブラシアーム 27 ブラシ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/318 C 7352−4M M 7352−4M

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 テトラエチルオキシシラン−オゾン(T
    EOS−O3 )系反応ガスを用いて形成された実質的に
    ノンドープの珪酸ガラス(NSG)膜(1) が層間絶縁膜
    として用いられた半導体装置において、 該NSG膜(1) の下層にあらかじめ下地ブロック膜とし
    て、屈折率n=1.65以下のオキシ窒化シリコン(SiO
    N)膜(2) 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】前記SiON膜(2) 形成後、該SiON膜
    (2) の表面をアルゴンイオン(Ar +) (3) によりスパッ
    タエッチングす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SiON膜(2) 形成後、該SiON膜
    (2) の表面に二酸化シリコン(SiO2)膜(4) を形成するこ
    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】前記SiON膜(2) 形成後、該SiON膜
    (2) の表面を洗浄液(5) により高圧スクラバすることを
    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】前記洗浄液(5) が水溶性有機溶剤(6) であ
    ることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002526916A (ja) * 1998-10-01 2002-08-20 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド ダマシン用途の低κシリコンカーバイドバリア層、エッチストップ及び反射防止被膜のインシチュウ堆積
WO2012077330A1 (ja) * 2010-12-06 2012-06-14 シャープ株式会社 半導体装置及びその製造方法、固体撮像装置及びその製造方法、並びに電子情報機器
JP2012160748A (ja) * 2001-06-11 2012-08-23 Cree Inc コンデンサ及びその製造方法

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