JPH07273193A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH07273193A JPH07273193A JP5764494A JP5764494A JPH07273193A JP H07273193 A JPH07273193 A JP H07273193A JP 5764494 A JP5764494 A JP 5764494A JP 5764494 A JP5764494 A JP 5764494A JP H07273193 A JPH07273193 A JP H07273193A
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】多層配線の層間絶縁膜に、段差被覆性改善のた
めのＳＧＯ膜を使用しても、ＳＧＯ膜からの水分の透過
を防止する半導体装置及びその製造方法を提供する。 【構成】有機シランを用いたプラズマ酸化膜中に窒素元
素を含む酸化・窒化膜構造を有する半導体装置である。
そして、その製造方法の一実施例は、ＴＥＯＳ及びＯ2
を含むガスと、ＳｉＨ4 及び窒素元素を含むガスを同時
に導入し、プラズマ励起により成膜するものである。
めのＳＧＯ膜を使用しても、ＳＧＯ膜からの水分の透過
を防止する半導体装置及びその製造方法を提供する。 【構成】有機シランを用いたプラズマ酸化膜中に窒素元
素を含む酸化・窒化膜構造を有する半導体装置である。
そして、その製造方法の一実施例は、ＴＥＯＳ及びＯ2
を含むガスと、ＳｉＨ4 及び窒素元素を含むガスを同時
に導入し、プラズマ励起により成膜するものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多層配線間の層間絶縁膜
の組成及び成膜方法に関する。
の組成及び成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体の微細化が進むにつれ多
層配線の層間絶縁膜において、従来のＳｉＨ4 −Ｎ2 Ｏ
系のプラズマ酸化膜４では段差被覆性が悪くなり、図４
に示すように下地配線１間に空洞２が発生し、平坦化が
十分に行なわれない。そこで段差被覆性の優れた有機シ
ランが使用される。
層配線の層間絶縁膜において、従来のＳｉＨ4 −Ｎ2 Ｏ
系のプラズマ酸化膜４では段差被覆性が悪くなり、図４
に示すように下地配線１間に空洞２が発生し、平坦化が
十分に行なわれない。そこで段差被覆性の優れた有機シ
ランが使用される。
【０００３】その平坦化フローを図３（ａ）〜（ｄ）に
示す。図３（ａ）は有機シランを用いたプラズマ酸化膜
（以下Ｐ−ＴＥＯＳ（ｐｌａｓｍａ−ｔｅｔｒａｅｔｈ
ｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌａｎｅ）という）３が第１配線１
間に成膜された様子を示す。その際の成膜条件は次の通
りである。 電 力（Ｗ） ：３９０ 真空度（ｔｏｒｒ） ：５ ＴＥＯＳ（ＳＣＣＭ）：７２０ Ｏ2 （ＳＬＭ） ：２．５ 図３（ｂ）は、段差緩和のためＳＯＧ（spin on glass
（スピンコート））５塗布を行った状態を示したもので
ある。ＳＯＧ５は、平坦面上で０．５μｍになるように
塗布し、４００℃３０分程度熱処理を行ないＳｉＯ2 化
する。次に図３（ｃ）に示すように塗布後の表面段差が
損なわれないようにＲＩＥ（reactiveion etching （反
応性イオン・エッチング））によりエッチバック６す
る。その後、図３（ｄ）に示すように再度Ｐ−ＴＥＯＳ
７を０．４μｍ成膜して平坦化プロセスが完了する。
示す。図３（ａ）は有機シランを用いたプラズマ酸化膜
（以下Ｐ−ＴＥＯＳ（ｐｌａｓｍａ−ｔｅｔｒａｅｔｈ
ｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌａｎｅ）という）３が第１配線１
間に成膜された様子を示す。その際の成膜条件は次の通
りである。 電 力（Ｗ） ：３９０ 真空度（ｔｏｒｒ） ：５ ＴＥＯＳ（ＳＣＣＭ）：７２０ Ｏ2 （ＳＬＭ） ：２．５ 図３（ｂ）は、段差緩和のためＳＯＧ（spin on glass
（スピンコート））５塗布を行った状態を示したもので
ある。ＳＯＧ５は、平坦面上で０．５μｍになるように
塗布し、４００℃３０分程度熱処理を行ないＳｉＯ2 化
する。次に図３（ｃ）に示すように塗布後の表面段差が
損なわれないようにＲＩＥ（reactiveion etching （反
応性イオン・エッチング））によりエッチバック６す
る。その後、図３（ｄ）に示すように再度Ｐ−ＴＥＯＳ
７を０．４μｍ成膜して平坦化プロセスが完了する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述したＳＯＧを用い
た平坦化技術では、ＳＯＧ膜中に含まれる水分がＰ−Ｔ
ＥＯＳを拡散し、ゲート酸化膜とＳｉの界面にトラップ
され、ＭＯＳトランジスタ特性の劣化を引き起こす。こ
の水分の拡散を調査するため以下の実験を行なった。
た平坦化技術では、ＳＯＧ膜中に含まれる水分がＰ−Ｔ
ＥＯＳを拡散し、ゲート酸化膜とＳｉの界面にトラップ
され、ＭＯＳトランジスタ特性の劣化を引き起こす。こ
の水分の拡散を調査するため以下の実験を行なった。
【０００５】測定サンプルはＳｉウエハにＳＯＧ膜を
０．１μｍ程度塗布し、４００℃３０分熱処理した膜上
へ、Ｐ−ＳｉＯ又はＰ−ＴＥＯＳを０．３μｍ形成し
た。これらのウエハを１０ｍｍ角チップにして、それぞ
れ３００℃まで熱処理して測定サンプルから発生する水
分量を測定した。また比較のため、Ｓｉウエハ上に直接
Ｐ−ＴＥＯＳ、Ｐ−ＳｉＯをそれぞれ成膜したサンプル
についても発生する水分を測定した。水分の換算量はＰ
−ＳｉＯ（ＳｉＨ4 −Ｎ2 Ｏ系）の膜よりもＰ−ＴＥＯ
Ｓの拡散量の方が５倍程度大きい。そのデータを表１に
示す。
０．１μｍ程度塗布し、４００℃３０分熱処理した膜上
へ、Ｐ−ＳｉＯ又はＰ−ＴＥＯＳを０．３μｍ形成し
た。これらのウエハを１０ｍｍ角チップにして、それぞ
れ３００℃まで熱処理して測定サンプルから発生する水
分量を測定した。また比較のため、Ｓｉウエハ上に直接
Ｐ−ＴＥＯＳ、Ｐ−ＳｉＯをそれぞれ成膜したサンプル
についても発生する水分を測定した。水分の換算量はＰ
−ＳｉＯ（ＳｉＨ4 −Ｎ2 Ｏ系）の膜よりもＰ−ＴＥＯ
Ｓの拡散量の方が５倍程度大きい。そのデータを表１に
示す。
【０００６】
【表１】 ─────────────────────────
─────────── 試料 水分量（μｇ／１００ｍｍ2 ） Ｐ−ＳｉＯ／ＳＯＧ ８ Ｐ−ＴＥＯＳ／ＳＯＧ ４２ Ｐ−ＳｉＯ ６ Ｐ−ＴＥＯＳ ８ ─────────────────────────
─────────── Ｐ−ＳｉＯ、Ｐ−ＴＥＯＳ単体では殆ど水分が検出され
ないが、下地にＳＯＧ膜があるものは、Ｐ−ＴＥＯＳの
方が５倍も多く、下地にＳＯＧ膜があるＰ−ＴＥＯＳの
方が水分が透過し易いことがわかる。
─────────── 試料 水分量（μｇ／１００ｍｍ2 ） Ｐ−ＳｉＯ／ＳＯＧ ８ Ｐ−ＴＥＯＳ／ＳＯＧ ４２ Ｐ−ＳｉＯ ６ Ｐ−ＴＥＯＳ ８ ─────────────────────────
─────────── Ｐ−ＳｉＯ、Ｐ−ＴＥＯＳ単体では殆ど水分が検出され
ないが、下地にＳＯＧ膜があるものは、Ｐ−ＴＥＯＳの
方が５倍も多く、下地にＳＯＧ膜があるＰ−ＴＥＯＳの
方が水分が透過し易いことがわかる。
【０００７】本発明は前記問題点を解決するために、下
地にＳＯＧ膜がある場合でも水分の透過を抑制するＰ−
ＴＥＯＳ膜構造を有する半導体装置及びその製造方法を
提供することを課題とするものである。
地にＳＯＧ膜がある場合でも水分の透過を抑制するＰ−
ＴＥＯＳ膜構造を有する半導体装置及びその製造方法を
提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題を解
決するものであり、 （１）半導体装置は、有機シランを用いたプラズマ酸化
膜中に窒素元素を含む酸化・窒化膜構造を有することを
特徴とする半導体装置である。
決するものであり、 （１）半導体装置は、有機シランを用いたプラズマ酸化
膜中に窒素元素を含む酸化・窒化膜構造を有することを
特徴とする半導体装置である。
【０００９】上記酸化・窒化膜の化学量論比：ＳｉＯx
ＮY はＸが１．２≦Ｘ≦２．８かつＹが０．０５＜Ｙ≦
１．０である膜組成となるような層間絶縁膜を有すると
好適である。 （２）半導体装置の製造方法は、有機シランを用いたプ
ラズマ酸化膜中に窒素元素を含む酸化・窒化膜を形成す
るに当たり、ＴＥＯＳ及びＯ2 を含むガスと、ＳｉＨ4
及び窒素元素を含むガスを同時に導入し、プラズマ励起
により成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法
である。
ＮY はＸが１．２≦Ｘ≦２．８かつＹが０．０５＜Ｙ≦
１．０である膜組成となるような層間絶縁膜を有すると
好適である。 （２）半導体装置の製造方法は、有機シランを用いたプ
ラズマ酸化膜中に窒素元素を含む酸化・窒化膜を形成す
るに当たり、ＴＥＯＳ及びＯ2 を含むガスと、ＳｉＨ4
及び窒素元素を含むガスを同時に導入し、プラズマ励起
により成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法
である。
【００１０】第２の実施例としては、有機シランを用い
たプラズマ酸化膜中に窒素元素を含む酸化・窒化膜を形
成するに当たり、ＴＥＯＳ及びＯ2 、窒素元素を含むガ
スを導入し、プラズマ励起により成膜することを特徴と
する半導体装置の製造方法である。第３の実施例として
は、有機シランを用いたプラズマ酸化膜中に窒素元素を
含む酸化・窒化膜を形成するに当たり、ＴＥＯＳ及び酸
化窒化化合物ガスを導入し、プラズマ励起により成膜す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
たプラズマ酸化膜中に窒素元素を含む酸化・窒化膜を形
成するに当たり、ＴＥＯＳ及びＯ2 、窒素元素を含むガ
スを導入し、プラズマ励起により成膜することを特徴と
する半導体装置の製造方法である。第３の実施例として
は、有機シランを用いたプラズマ酸化膜中に窒素元素を
含む酸化・窒化膜を形成するに当たり、ＴＥＯＳ及び酸
化窒化化合物ガスを導入し、プラズマ励起により成膜す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１１】
【作用】本発明によればＰ−ＴＥＯＳの組成比をＳｉＯ
X ＮY 構造となるような層間膜を有することで、水分の
拡散を防ぐことができる。一般にＰ−ＴＥＯＳは通常の
酸化膜の化学量論比より酸素リッチになっており、前記
のＸの値は２より大きくなることが普通である。Ｓｉと
結合の弱い酸素原子を介しながら、水分が拡散してお
り、この酸素原子に窒素原子がＳｉを介してＳｉ−Ｎ−
Ｏ結合になることで水分の拡散を防ぐことができる。
X ＮY 構造となるような層間膜を有することで、水分の
拡散を防ぐことができる。一般にＰ−ＴＥＯＳは通常の
酸化膜の化学量論比より酸素リッチになっており、前記
のＸの値は２より大きくなることが普通である。Ｓｉと
結合の弱い酸素原子を介しながら、水分が拡散してお
り、この酸素原子に窒素原子がＳｉを介してＳｉ−Ｎ−
Ｏ結合になることで水分の拡散を防ぐことができる。
【００１２】Ｘが２に近い場合（２．０〜２．２）は窒
素原子即ちＹ値は０．０５から０．１程度で十分な水分
の拡散を防ぐことが可能である。もちろん、Ｙ値が１．
０程度であっても問題なく水分拡散を防ぐ効果はある。
一方Ｘ値が２．２から２．８ではＹ値は０．１以上必要
となってくる。ただし、Ｙ値が１を超えると層間膜はよ
り窒化膜に近づくため、エッチバックレートが遅くなり
平坦化が十分でなっくなったり、次工程でビヤホールを
開口する際にエッチングできないなど不都合が生じる。
よってＹ値が１を越えることは現実的でない。
素原子即ちＹ値は０．０５から０．１程度で十分な水分
の拡散を防ぐことが可能である。もちろん、Ｙ値が１．
０程度であっても問題なく水分拡散を防ぐ効果はある。
一方Ｘ値が２．２から２．８ではＹ値は０．１以上必要
となってくる。ただし、Ｙ値が１を超えると層間膜はよ
り窒化膜に近づくため、エッチバックレートが遅くなり
平坦化が十分でなっくなったり、次工程でビヤホールを
開口する際にエッチングできないなど不都合が生じる。
よってＹ値が１を越えることは現実的でない。
【００１３】
第１の実施例 本発明方法の第１の実施例によれば、４５℃に維持され
たＴＥＯＳタンクにＨｅでバブリングしＴＥＯＳ蒸気を
供給する。一方、ＳｉＨ4 、ＮＨ3 を別系統からチャン
バーへ導入する。そして１３．５６ＭＨｚの高周波電源
にてプラズマ励起させ、成膜する。詳細の条件は以下の
通りである。
たＴＥＯＳタンクにＨｅでバブリングしＴＥＯＳ蒸気を
供給する。一方、ＳｉＨ4 、ＮＨ3 を別系統からチャン
バーへ導入する。そして１３．５６ＭＨｚの高周波電源
にてプラズマ励起させ、成膜する。詳細の条件は以下の
通りである。
【００１４】電力（Ｗ） ：３９０ 真空度（ｔｏｒｒ） ：５ 基板温度（℃） ：４００ ＴＥＯＳ（ＳＣＯＭ）：５６０ Ｏ2 （ＳＬＭ） ：２．５ ＮＨ3 （ＳＣＣＭ） ：５０ ＳｉＨ4 （ＳＣＣＭ）：２０ Ｎ2 （ＳＣＣＭ） ：２００ なお、本実施例はＮＨ3 ガスを用いたが、Ｎ2 Ｏでも同
様な効果が得られる。
様な効果が得られる。
【００１５】第２の実施例 ＳｉＨ4 ガスを導入しなくても、同様な効果が得られ
る。 電 力（Ｗ） ：３９０ 真空度（ｔｏｒｒ） ：５ 基板温度（℃） ：４００ ＴＥＯＳ（ＳＣＯＭ）：７２０ Ｏ2 （ＳＬＭ） ：２．５ ＮＨ3 （ＳＣＣＭ） ：５０ Ｎ2 （ＳＣＣＭ） ：２００ 第３の実施例 第２の実施例のＯ2 ガスに替えてＮ2 Ｏガスを導入した
ものであるが、同様の効果が得られる。
る。 電 力（Ｗ） ：３９０ 真空度（ｔｏｒｒ） ：５ 基板温度（℃） ：４００ ＴＥＯＳ（ＳＣＯＭ）：７２０ Ｏ2 （ＳＬＭ） ：２．５ ＮＨ3 （ＳＣＣＭ） ：５０ Ｎ2 （ＳＣＣＭ） ：２００ 第３の実施例 第２の実施例のＯ2 ガスに替えてＮ2 Ｏガスを導入した
ものであるが、同様の効果が得られる。
【００１６】電 力（Ｗ） ：３９０ 真空度（ｔｏｒｒ） ：５ 基板温度（℃） ：４００ ＴＥＯＳ（ＳＣＯＭ）：７２０ Ｎ2 Ｏ（ＳＬＭ） ：３．８ Ｎ2 （ＳＣＣＭ） ：２００ このうち、第１の実施例において、ＸＰＳ（X-ray Phot
oelectron Spectroscopy）（Ｘ線光電子分光分析）によ
るＰ−ＴＥＯＳ膜の組成分析を行った際の結果を図１に
示す。図２は比較のために従来条件でのＰ−ＴＥＯＳの
分析結果を示したものである。
oelectron Spectroscopy）（Ｘ線光電子分光分析）によ
るＰ−ＴＥＯＳ膜の組成分析を行った際の結果を図１に
示す。図２は比較のために従来条件でのＰ−ＴＥＯＳの
分析結果を示したものである。
【００１７】図１より、Ｎ元素の存在を確認できた。こ
の際の組成比（ａｔｍ％）は表２の通りである。
の際の組成比（ａｔｍ％）は表２の通りである。
【００１８】
【表２】 なお、前述した水分透過量の測定用サンプルと同様に、
本発明方法により製造された半導体装置について水分透
過量を測定した。その結果を表３に示す。
本発明方法により製造された半導体装置について水分透
過量を測定した。その結果を表３に示す。
【００１９】
【表３】 ──────────────────────────────────── 試料 水分量（μｇ／１００ｍｍ2 ） Ｐ−ＴＥＯＳ（ＳｉＯＮ）／ＳＯＧ ８ Ｐ−ＴＥＯＳ（ＳｉＯＮ） ８ ──────────────────────────────────── 表３に示すように本発明による膜はＳＯＧからの水分透
過量は殆どないと判断できる。
過量は殆どないと判断できる。
【００２０】実際にこの膜を使用したＭＯＳトランジス
タに関しても１０００ｈｒの高温バイアス試験でのＶｔ
ｈ（電圧閾値）のシフトは３％以下であり、問題なかっ
た。
タに関しても１０００ｈｒの高温バイアス試験でのＶｔ
ｈ（電圧閾値）のシフトは３％以下であり、問題なかっ
た。
【００２１】
【発明の効果】本発明は、多層配線の層間絶縁膜に、段
差被覆性改善のためのＳＯＧを使用しても、ＳＯＧから
の水分の透過を防止することが可能となるので、多層配
線技術の向上に優れた効果を奏する。
差被覆性改善のためのＳＯＧを使用しても、ＳＯＧから
の水分の透過を防止することが可能となるので、多層配
線技術の向上に優れた効果を奏する。
【図１】本発明法の一実施例のＰ−ＴＥＯＳ膜のＸＰＳ
による成分分析結果を示すグラフである。
による成分分析結果を示すグラフである。
【図２】従来法によるＰ−ＴＥＯＳ膜のＸＰＳによる成
分分析結果を示すグラフである。
分分析結果を示すグラフである。
【図３】多層配線のための、配線平坦化工程の説明図で
あり、図３（ａ）は、配線間にＰ−ＴＥＯＳ膜を被覆し
た状態、図３（ｂ）は、Ｐ−ＴＥＯＳ膜上にＳＯＧ膜を
形成した状態、図３（ｃ）は、表面をＲＩＥでエッチバ
ックした状態、図３（ｄ）は、その表面に再度にＰ−Ｔ
ＥＯＳ膜を被覆した状態を示す。
あり、図３（ａ）は、配線間にＰ−ＴＥＯＳ膜を被覆し
た状態、図３（ｂ）は、Ｐ−ＴＥＯＳ膜上にＳＯＧ膜を
形成した状態、図３（ｃ）は、表面をＲＩＥでエッチバ
ックした状態、図３（ｄ）は、その表面に再度にＰ−Ｔ
ＥＯＳ膜を被覆した状態を示す。
【図４】従来技術の問題点を示す説明図である。
１ 配線 ２ 空洞 ３ Ｐ−ＴＥＯＳ膜 ４ プラズマ酸化膜 ５ ＳＯＧ膜 ６ エッチバック ７ Ｐ−ＴＥＯＳ膜
Claims (5)
- 【請求項１】 有機シランを用いたプラズマ酸化膜中に
窒素元素を含む酸化・窒化膜構造を有することを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項２】 上記酸化・窒化膜の化学量論比：ＳｉＯ
x ＮY はＸが１．２≦Ｘ≦２．８かつＹが０．０５＜Ｙ
≦１．０である膜組成となるような層間絶縁膜を有する
請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項３】 有機シランを用いたプラズマ酸化膜中に
窒素元素を含む酸化・窒化膜を形成するに当たり、ＴＥ
ＯＳ及びＯ2 を含むガスと、ＳｉＨ4 及び窒素元素を含
むガスを同時に導入し、プラズマ励起により成膜するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 有機シランを用いたプラズマ酸化膜中に
窒素元素を含む酸化・窒化膜を形成するに当たり、ＴＥ
ＯＳ及びＯ2 、窒素元素を含むガスを導入し、プラズマ
励起により成膜することを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項５】 有機シランを用いたプラズマ酸化膜中に
窒素元素を含む酸化・窒化膜を形成するに当たり、ＴＥ
ＯＳ及び酸化窒化化合物ガスを導入し、プラズマ励起に
より成膜することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5764494A JPH07273193A (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5764494A JPH07273193A (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07273193A true JPH07273193A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13061610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5764494A Pending JPH07273193A (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07273193A (ja) |
-
1994
- 1994-03-28 JP JP5764494A patent/JPH07273193A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19981201 |