JPH08203891A - 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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JPH08203891A
JPH08203891A JP7011470A JP1147095A JPH08203891A JP H08203891 A JPH08203891 A JP H08203891A JP 7011470 A JP7011470 A JP 7011470A JP 1147095 A JP1147095 A JP 1147095A JP H08203891 A JPH08203891 A JP H08203891A
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JP
Japan
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insulating film
plasma
teos
film
insulation film
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Application number
JP7011470A
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English (en)
Inventor
Kaoru Suzuki
薫 鈴木
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 積層構造配線1が形成された半導体基板1全
面にTEOSプラズマCVD法により第1の絶縁膜2を
形成する。次に、低周波及び高周波の2周波を同時に上
部電極15及び下部電極16に印加しながら、N2プラ
スマ照射を行う。次に、所定の膜厚のTEOS−O3
常圧CVD法により、第2の絶縁膜3を形成する。 【効果】 TEOS−O3系CVD膜の下地材料依存性
の影響を排除する効果を更に発揮することができるた
め、従来法ではボイドの発生が起こる密集したサブミク
ロン配線の凹凸に対しても、ボイド無く埋め込むことが
でき、良質な膜特性を得ることができる。

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
に関するものであり、更に詳しくは、半導体基板上に形
成された配線層等により生じた凹凸を平坦化する層間絶
縁膜の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体素子の高集積化、高密度化
によって増大する表面段差を制御して、埋め込み平坦化
する技術が必要とされている。現在、シラン系CVD膜
及びTEOS系プラズマCVD膜が絶縁膜として用いら
れているが、微細化に伴って、オーバーハング形状やボ
イドが発生するようになってきたため、成膜時にリフロ
ー形状が得られるTEOS−O3系常圧CVD膜が用い
られる用になってきている。
【0003】しかし、TEOS−O3系常圧CVD膜は
下地材料依存性を示すため、WSi、Poly−Si上
に比べて熱酸化膜やHTO膜等のシリコン酸化膜上では
成膜速度が遅くなったり、表面モフォロジーが悪くなっ
たりするため、良好な埋め込み形状が得られない。
【0004】そこで、特開平4−94539号公報で
は、Poly−Si膜と酸化膜との単一でない下地基板
に対して、基板を加熱した状態で、高周波(13.56
MHz)で、N2プラズマ照射処理を行って、基板の表
面に露出しているSiO2膜を親水性から疎水性に改質
することにより、下地膜の影響を排除して良好な膜形状
及び成膜速度の向上を図っている。このプラズマ処理に
は、例えば、図2(a)に示すような、平行平板陽極結
合方式のRFプラズマ装置が用いられる。同図におい
て、7はチャンバー、8は上部電極、9はRF電源、1
0はウエハーは加熱するヒーター、11はウエハーを示
す。尚、上部電極8には、RF電源9から高周波電力が
供給されている。
【0005】上記RFプラズマ装置を用いてプラズマ処
理を行う場合、ウエハー11をチャンバー内のサセプタ
ー(ヒーター10)上に載置して、例えば、350℃程
度に加熱しておき、次いで、N2ガスを導入し、且つR
F電源9から電力を200W、13.56MHzの高周
波電力を上部電極8に印加してN2ガスをプラズマ状態
にする。このとき、圧力は5.0torr、N2流量は
3000sccm、処理時間は1分間程度である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述の特開平4−94
539号公報に記載の工程において、基板表面の一部又
は全部がシリコン酸化膜である場合、TEOS−O3
CDV膜の形成前に、プラズマ処理を行うことは、表面
モフォロジーを良くするため、また、成膜速度を向上さ
せるために必要である。
【0007】しかしながら、従来技術でのプラズマ処理
では、図6に示すように、半導体基板26上に形成され
たAl−Si−Cu合金21a及びTiW合金又はTi
N合金21bからなる積層配線21により形成された、
サブミクロンデバイスにおける密集した表面段差上に絶
縁膜22を形成し、更にその上にTEOS−O3系常圧
CVD膜23により埋め込む際に、ボイド27が発生
し、良好な埋め込み特性が得られない。これは、高周波
のみを用いてプラズマ処理を行う場合、イオンが極性の
変化に追随できないため、微細な隙間の中までイオンが
入らず、プラズマ処理の効果が十分に発揮できないもの
と考えられる。
【0008】また、N2ガスの代わりに、O2やAr雰囲
気中でのプラズマ処理では、ボイドの発生を抑制するこ
とができない。
【0009】そこで、発明は、上記問題点に鑑み、下地
依存性を打ち消すことにより、表面段差の埋め込みにお
いて、良好な膜形状を得ることはできる層間絶縁膜の形
成方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明の
半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された配
線等により生じた凹凸を、上記半導体基板上に層間絶縁
膜を形成して平坦化する工程を有する半導体装置の製造
方法において、上記凹凸が生じた半導体基板全面に所定
の膜厚のTEOSプラズマCVD法により第1の絶縁膜
を形成する工程と、第1の電極及び第2の電極に低周波
電力及び高周波電力を印加しながら、該第1の電極と第
2の電極との間でN2ガスをプラズマ状態にし、上記第
1の絶縁膜表面にプラズマ照射を行う工程と、所定の膜
厚のTEOS−O3系常圧CVD法により、第2の絶縁
膜を形成する工程とを有することを特徴とするものであ
る。
【0011】また、請求項2記載の本発明の半導体装置
の製造方法は、上記第2の絶縁膜を形成した後、有機系
ガラスを全面に塗布し、熱処理により硬化させる工程
と、上記第1の絶縁膜が露出するまでエッチバックする
工程と、全面にTEOSプラズマCVD法により第3の
絶縁膜を形成する工程とを有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である。
【0012】更に、請求項3記載の本発明の半導体装置
の製造方法は、上記第2の絶縁膜を形成した後、上記第
1の絶縁膜が露出するまでエッチバックする工程と、全
面にTEOSプラズマCVD法により第4の絶縁膜を形
成する工程とを有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である。
【0013】
【作用】上記構成にすることによって、2周波プラズマ
処理の場合、低周波では、イオンは電極の変化に追随
し、細かい隙間の間まで到達してボイドの発生を抑え
る。また、高周波では、プラズマの発生効率が高いた
め、プラズマ処理の効果が高い。
【0014】このため、密集したサブミクロン配線にお
いて、隙間内部までプラズマがなされ、ボイドの発生な
く、段差を埋め込むことができる。
【0015】また、層間絶縁膜の表面はN2プラズマに
より、窒化され疎水性を有する。
【0016】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明について詳細
に説明する。
【0017】図1は本発明の第1の実施例の半導体装置
の製造工程図であり、図2(b)は本発明に用いるプラ
ズマ処理装置の構成図であり、図3は本発明の第2の実
施例の半導体装置の製造工程図であり、図4は本発明の
第3の実施例の半導体装置の製造工程図であり、図5は
本発明の2周波N2プラズマ処理をした半導体装置のオ
ージェ分析結果を示す図である。図1、図3及び図4に
おいて、1は積層構造配線、1aはAl−Si−Cu合
金、1bはTiW合金又はTiN合金、2はプラズマT
EOS系CVD法により成膜された第1の絶縁膜、3は
TEOS−O3系常圧CVD法により成膜された第2の
絶縁膜、6は半導体基板を示す。また、図2(b)にお
いて、12はウエハー、13はサセプター、14はラン
プ、15は上部電極、16は下部電極、17はRF電
源、18はローパスフィルタ、19はガス拡散部を示
す。
【0018】以下、図1乃至図4を用いて本発明の実施
例の半導体装置の製造工程を説明する。
【0019】まず、半導体基板6上に形成されたシリコ
ン酸化膜(図示せず)上に積層構造配線1を形成する
(図1(a))。この積層構造配線1は、例えば、Al
−Si−Cu合金1a、TiW合金又はTiN合金1b
からなり、その結果、半導体基板表面には凹凸が生じて
いる。尚、本実施例において、下層配線として、積層構
造配線1を用いているが、Al配線、Al合金配線等の
1層配線も適用可能である。
【0020】次に、積層構造配線1が形成された半導体
基板6全面にプラズマTEOS系CVD法により第1の
絶縁膜2を堆積させる(図1(b))。この際、第1の
絶縁膜2の膜厚は0.1〜0.2μm程度である。
【0021】次に、半導体基板6を加熱した状態で、プ
ラズマ照射処理を高周波及び低周波の2周波を下部電極
及び上部電極に印加し、N2雰囲気中で行い、第1の絶
縁膜2の膜表面を改質する(図1(b))。このプラズ
マ照射処理を行うプラズマ処理装置には、図2(b)に
示すような、平行平板陽極結合方式のRFプラズマ装置
が用いられる。そして、高周波(13.56MHz)は
下部電極16より印加され、低周波(350kHz)は
ローパスフィルタを通過し、上部電極15より印加さ
れ、両電極間において、ガス拡散部19から流出される
2ガスをプラズマ状態にし、第2の絶縁膜表面にN2
ラズマを照射する。プラズマの発生効率は高周波の方が
良いが、イオンを電極の極性の変化に追随させ、微細な
隙間の中までイオンを入れ、イオンが下地に当たる効率
を上げるためには低周波がよいため、2周波を同時に駆
けて処理を行う。
【0022】上記プラズマ処理は、電力は高周波で30
0W、低周波で200W、圧力は5.0torr、N2
の流量は600sccm、反応温度は390℃、処理時
間は1分間程度の条件下で行った。
【0023】次に、第1の絶縁膜2上にTEOS−O3
系常圧CVD法により、第2の絶縁膜3を堆積する(図
1(c))。この際、成膜温度は390℃、TEOS/
2の流量を2.0SLM、O2/O3の流量を7.5S
LM、O3濃度を4〜5%とした。全工程で行った2周
波N2プラズマ処理による表面の窒化によって、疎水性
を有する第2の絶縁膜3は密集した表面段差でもボイド
なく埋め込まれ、平坦化される。
【0024】また、複合段差や激しい下地段差を有する
場合は、上記工程後、以下の工程を行う。
【0025】まず、第2の実施例として、図4に示すよ
うに、第2の絶縁膜上に、有機シラノール系ガラス4を
塗布し、熱処理によって、硬化させる。その後第1の絶
縁膜2が露出するまでエッチバックを行う。
【0026】次に、全面にプラズマTEOS系CVD法
により第3の絶縁膜5を形成することにより、平坦化さ
れた層間絶縁膜が形成される。
【0027】また、第3の実施例として、図5に示すよ
うに、上述の工程で、第2の絶縁膜を形成した後、第1
の絶縁膜2が露出するまでエッチバックを行い、その上
にプラズマTEOS系CVD法により第3の絶縁膜5を
形成する。
【0028】以下に、実際に、平坦なシリコン基板上に
シリコン酸化膜を形成し、高周波のN2プラズマ処理を
1周波で行った場合、2周波で行った場合、N2プラズ
マ処理を行わなかった場合のTEOS−O3系CVD膜
と、シリコン基板上に直接堆積させたTEOS−O3
CVD膜について、成膜速度及び1%HFを用いたウエ
ットエッチングによるエッチング速度を表1に示す。
【0029】
【表1】
【0030】表1からわかるように、1周波N2プラズ
マ処理を行ったTEOS−O3系CVD膜では、シリコ
ン基板上に直接成膜したCVD膜に比べて、成膜速度が
遅くなり、また、エッチング速度が速くなり膜質が劣化
していると分かる。しかし、2周波N2プラズマ処理を
行った場合では、成膜速度及びエッチング速度ともに、
シリコン基板上に直接成膜した場合と同程度の値が得ら
れる。
【0031】また、N2ガスの代わりにO2ガスによるプ
ラズマ処理(1周波プラズマ)を行った場合、表1に示
すように、膜質が向上せず、下地依存性を打ち消す効果
は得られない。
【0032】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明を用
いることにより、TEOS−O3系CVD膜の下地材料
依存性の影響を排除する効果を更に発揮することができ
るため、従来法ではボイドの発生が起こる密集したサブ
ミクロン配線の凹凸に対しても、ボイド無く埋め込むこ
とができ、良質な膜特性を得ることができる。
【0033】また、請求項2及び請求項3に記載の本発
明を用いることにより、請求項1に記載の本発明に比べ
て平坦性は向上し、複合段差や激しい下地段差を有する
場合にも平坦化が実現できる。尚、請求項2に記載の本
発明の方が請求項3に記載の本発明よりも工程数が増加
するが、平坦性は向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造工程
図である。
【図2】(a)は従来のプラズマ処理装置の構成図であ
り、(b)は本発明のプラズマ処理装置の構成図であ
る。
【図3】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造工程
図である。
【図4】本発明の第3の実施例の半導体装置の製造工程
図である。
【図5】本発明の2周波のN2プラズマ処理を行った後
の、プラズマTEOS膜表面のオージェ分析結果を示す
図である。
【図6】従来技術の問題点の説明に供する図である。
【符号の説明】
1 積層構造配線 1a Al−Si−Cu合金 1b TiW合金又はTiN合金 2 第1の絶縁膜 3 第2の絶縁膜 6 半導体基板 12 ウエハー 13 サセプター 14 ランプ 15 上部電極 16 下部電極 17 RF電極 18 ローパスフィルタ 19 ガス拡散部
───────────────────────────────────────────────────── 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 H05H 1/46 B 9216−2G

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成された配線等により
    生じた凹凸を、上記半導体基板上に層間絶縁膜を形成し
    て平坦化する工程を有する半導体装置の製造方法におい
    て、 上記凹凸が生じた半導体基板全面に所定の膜厚のTEO
    SプラズマCVD法により第1の絶縁膜を形成する工程
    と、 第1の電極及び第2の電極に低周波電力及び高周波電力
    を印加しながら、該第1の電極と第2の電極との間でN
    2ガスをプラズマ状態にし、上記第1の絶縁膜表面にプ
    ラズマ照射を行う工程と、 所定の膜厚のTEOS−O3系常圧CVD法により、第
    2の絶縁膜を形成する工程とを有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】 上記第2の絶縁膜を形成した後、有機系
    ガラスを全面に塗布し、熱処理により硬化させる工程
    と、 上記第1の絶縁膜が露出するまでエッチバックする工程
    と、 全面にTEOSプラズマCVD法により第3の絶縁膜を
    形成する工程とを有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】 上記第2の絶縁膜を形成した後、上記第
    1の絶縁膜が露出するまでエッチバックする工程と、 全面にTEOSプラズマCVD法により第4の絶縁膜を
    形成する工程とを有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。
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