JPH0878521A - 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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JPH0878521A
JPH0878521A JP20870494A JP20870494A JPH0878521A JP H0878521 A JPH0878521 A JP H0878521A JP 20870494 A JP20870494 A JP 20870494A JP 20870494 A JP20870494 A JP 20870494A JP H0878521 A JPH0878521 A JP H0878521A
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JP
Japan
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insulating film
film
semiconductor device
bpsg
manufacturing
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JP20870494A
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English (en)
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Nobuyoshi Sato
伸良 佐藤
Hiroyasu Otsuka
宏泰 大塚
Kyoji Tokunaga
恭二 徳永
Hidemi Ono
秀美 小野
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NIPPON SEMICONDUCTOR KK
Original Assignee
NIPPON SEMICONDUCTOR KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多層配線構造を有する半導体装置の層間絶縁
膜を多層で形成する際に多層の絶縁膜の密着性を改善す
る。 【構成】 シリコン基板11の表面に、プラズマCVD によ
ってNSG 膜13およびBPSG膜を下層の絶縁膜として形成
し、次に、絶縁膜の表面をプラズマ処理して数十〜数百
Åの凹凸を一様に形成した後、プラズマCVD によって上
層のBPSG膜15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、多層配線構造を有する
集積半導体装置の製造方法、特に多層配線構造を構成す
る層間絶縁膜を多層で形成する方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、LSIの多層配線構造における層
間絶縁膜を多層で構成することが提案されている。例え
ば、配線よりも下側の層間絶縁膜を形成するに際して
は、埋め込み性および不純物の半導体基板への拡散を考
慮して、ノンドープのシリコン酸化膜(Non-doped Sili
cate Glassの頭文字を取ってNSG膜と称する)を下層
の絶縁膜として形成し、その上に熱処理を行ったBPS
G膜を上層の絶縁膜として形成した2層構造膜や、NS
G膜および熱処理したBPSG膜を下層の絶縁膜とし、
さらに熱処理したBPSG膜を上層の絶縁膜とする3層
構造膜がしばしば用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の多層より成る層間絶縁膜の形成方法では、B
PSG膜に含まれるホウ素(B)や燐(P)の濃度は3
〜4重量%程度であり、熱処理温度は750 〜900 ℃の範
囲であり、BPSG膜表面はフローされ、滑らかにな
り、さらに表面は大気中の水分により親水性に改質さ
れ、下層の絶縁膜と上層の絶縁膜との密着性が良好では
なく、膜剥がれが発生し、LSIの信頼性を低下させる
原因となっていた。
【0004】特に、下層の絶縁膜の上に上層の絶縁膜を
形成する際には下層絶縁膜の表面にパーティクルが付着
し易く、従来の製造方法においてはこのようなパーティ
クルが付着すると、上層の絶縁膜がパーティクル付着付
近から非常に剥がれ易くなり、半導体装置の信頼性が大
きく損なわれる欠点があった。
【0005】本発明は以上の問題点を解決するものであ
り、多層より成る層間絶縁膜を剥離を起こすことなく形
成でき、したがって多層配線構造を有する半導体装置の
信頼性を向上することができる半導体装置の製造方法を
提供することを目的とするものである。
【0006】
【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、多層配線構造を有する半導体装置の多層
から成る層間絶縁膜を形成するに当たり、下層の絶縁膜
を形成した後、この下層絶縁膜の表面をプラズマで処理
し、その後この下層の絶縁膜の上に上層の絶縁膜を形成
することを特徴とするものである。
【0007】
【作用】このような本発明の方法によれば、下層の絶縁
膜を形成した後、その表面をプラズマ処理することによ
って表面に数十から数百Åの凹凸が一様に形成され、そ
の結果として、その上に形成される上層の絶縁膜との密
着性が著しく改善され、剥がれを有効に防止することが
でき、半導体装置の信頼性を向上することができる。本
発明による半導体装置の製造方法の好適な実施例におい
ては、前記下層の絶縁膜の表面のプラズマ処理を、N2O,
N2, SiH4,O2,NF3, CHF3, CX H Y F2X+2-Y, C2F6, Ar,
Cl2, BCl3 ガスの何れかまたは何れかの組み合わせを
用いて行う。また、上層の絶縁膜をプラズマCVD膜で
形成する場合には、前記下層の絶縁膜の表面のプラズマ
処理と、上層の絶縁膜の形成工程とを、同一チャンバ内
において連続的に行うことができ、これによってスルー
プットを改善することができるとともにプラズマ処理し
た下層の絶縁膜の表面を大気に曝すことなく、上層の絶
縁膜を形成できるので、密着性がさらに改善されること
になる。また、下層の絶縁膜表面に付着したパーティク
ルは、このプラズマ処理により下層膜表面からエッチン
グされることにより取り除くことができる。さらに、本
発明による半導体装置の製造方法の好適な実施例におい
ては、下層の絶縁膜をリフロー処理を施したBPSG膜
で形成すると共に上層の絶縁膜をBPSG膜で形成し、
また他の実施例では、下層の絶縁膜をノンドープの酸化
膜で形成すると共に上層の絶縁膜をノンドープの酸化膜
で形成する。
【0008】
【実施例】本発明による半導体装置の製造方法の好適な
一実施例においては、シリコン基板にトランジスタを構
成するのに必要な各種領域やゲート電極などの配線を形
成した後、プラズマCVDによってNSG膜とBPSG
膜とを同一チャンバ内において連続的に形成した後、窒
素雰囲気中において900 ℃で30分間に亘って熱処理を行
ってリフローさせて下層の絶縁膜を形成する。このよう
にBPSG膜を形成し、熱処理を行うのは、ポリシリコ
ンより成る配線間へ絶縁膜を良好に埋め込み、また段差
形状を滑らかにするためである。このとき、後工程のプ
ラズマ処理においてエッチングされる膜厚あるいはプラ
ズマ処理によるトランジスタへのプラズマダメージを考
慮してBPSG膜の膜厚を適切に設定する。次に、N2O
プラズマで下層の絶縁膜の表面、すなわちBPSG膜の
表面を処理して微少な凹凸を表面全体に亘って形成した
後、第2のBPSG膜を形成する。この第2のBPSG
膜は、層間絶縁膜全体の十分な平坦化を行うために形成
するものである。最後に、窒素雰囲気中において750 ℃
の温度で30分間に亘って熱処理を行うことにより膜質を
向上させる。
【0009】また、本発明による半導体装置の製造方法
の他の好適な実施例においては、シリコン基板にトラン
ジスタを構成するのに必要な各種領域やゲート電極など
の配線を形成した後、プラズマCVDによってNSG膜
とBPSG膜とを同一チャンバ内において連続的に形成
した後、窒素雰囲気中において900 ℃で30分間に亘って
加熱してリフロー処理を行って下層の絶縁膜を形成する
工程は前例と同様である。本例においては、このように
して下層の絶縁膜を形成した後、シリコン基板をCVD
チャンバ内に入れたままで、N2O プラズマで下層の絶縁
膜の表面を処理して微少な凹凸を表面全体に亘って形成
した後、第2のBPSG膜を形成し、最後に、窒素雰囲
気中において750 ℃の温度で30分間に亘って熱処理を行
う。
【0010】次に本発明による半導体装置の製造方法の
実験例を従来の製造方法を採用した比較例と対比して説
明する。実験例 図1Aに示すようにシリコン基板11にトランジスタの各
種領域(図示せず)を形成するとともにポリシリコンよ
り成る配線12を形成した後、図1Bに示すようにプラズ
マCVD によってNSG膜13を0.2 μm の膜厚に形成し、
続いてBPSG膜14を0.7 μm の膜厚に形成した。これ
らのNSG 膜13およびBPSG膜14の形成条件を以下に示す。 NSG 膜13の成膜条件 成膜温度: 375 ℃ 成膜時間: 6.5 秒×7ステップ 圧力: 2.2 torr RFパワー: 1.0 KW N2供給流量: 1.00 slm(standarized liter per minute:
0℃,1気圧における毎分当たりの流量) SiH4供給流量: 0.16 slm N2O 供給流量: 8.00 slm BPSG膜14の成膜条件 成膜温度: 375 ℃ 成膜時間: 14.3秒 圧力: 2.2 torr RFパワー: 1.0 KW N2供給流量: 1.00 slm SiH4供給流量: 0.16 slm N2O 供給流量: 8.00 slm B2H6供給流量: 0.42 slm PH3 供給流量: 0.49 slm
【0011】次に、図1Cに示すように以下の条件でプ
ラズマ前処理を行い、下層の絶縁膜の露出した表面、す
なわちBPSG膜14の表面に数十〜数百Åの凹凸を形成す
る。なお、プラズマ処理については、そのパワーおよび
処理時間は、それぞれ1.0〜3.0KW 、5 〜30秒とするの
が好ましい。また、RF周波数は50KHz 〜13.56MHzとする
のが好ましく、これらの周波数範囲内の2周間にプラズ
マを用いても良い。プラズマ処理条件 処理温度: 375 ℃ 処理時間: 5.0 秒 圧力: 2.2 torr RFパワー: 1.0 KW N2O 供給流量: 8.00 slm このように下層の絶縁膜の表面にプラズマ処理を施して
凹凸を形成した後、図1Dに示すようにプラズマCVD に
よって上層のBPSG膜15を以下の成膜条件で形成した。 BPSG膜15の成膜条件 成膜温度: 375 ℃ 成膜時間: 10.0 秒 圧力: 2.2 torr RFパワー: 1.0 KW N2供給流量: 1.00 slm SiH4供給流量: 0.16 slm N2O 供給流量: 8.00 slm B2H6供給流量: 0.42 slm PH3 供給流量: 0.49 slm
【0012】上述したようにして形成した層間絶縁膜
は、図1Dに示すように下層のBPSG膜14の表面にパーテ
ィクル16が除かれなく、付着していても、上層のBPSG膜
15は下層のBPSG膜14との密着性良く形成されているから
膜剥がれは発生しなかった。すなわち、膜を剥離するの
に必要な力の度合いを測定する密着性試験を行ったとこ
ろ120mN であった。
【0013】比較例 図2Aに示すように、シリコン基板21にトランジスタの
各種領域やポリシリコン配線22を形成した後、プラズマ
CVDによって、図2Bに示すようにNSG膜23とBPSG
膜24とを連続して成膜して下層の絶縁膜を形成した。こ
の成膜条件は上述した本発明の実験例でのNSG 膜13とBP
SG膜14との成膜条件と同一とした。次に、BPSG膜24の表
面をプラズマ処理することなく、図2Cに示すように上
層のBPSG膜25を、上述した実験例における上層のBPSG膜
15を形成する成膜条件と同じ成膜条件で形成した。この
ような比較例においては、図2Cに示すように下層の絶
縁膜の表面にパーティクル26が付着していると上層のBP
SG膜25は容易に剥がれてしまった。この比較例で製造し
た層間絶縁膜の密着性試験を行ったところ、膜を剥離す
るのに要する力は100mN であり、上述した本発明の実施
例と対比すると、本発明によれば密着性を30% 程度改善
することができることがわかる。
【0014】本発明は上述した実施例や実験例にのみ限
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、下層の絶縁膜の表面のプラズマ処理に用い
るガスはN2O ガス以外に、N2, O2, SiH4,NF3, CHF3, C
X H Y F2X+2-Y , C2F6, Ar, Cl 2, BCl3 ガスの何れかま
たは何れかの組み合わせを用いることができる。また、
このプラズマ処理時間を長くした方が下層の絶縁膜と上
層の絶縁膜との密着性は高くなるが、スループットの低
下および素子へのプラズマダメージなどを考慮すると、
10秒以下とするのが好適である。
【0015】
【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、多層より成る層間絶縁膜を形成
するに当たり、下層の絶縁膜を形成した後、その表面を
プラズマ処理して数十〜数百Åの凹凸を一様に形成し、
その後上層の絶縁膜を形成するようにしたので、下層の
絶縁膜と上層の絶縁膜との密着性は著しく改善され、半
導体装置の信頼性を向上することができるという効果を
奏するものである。特に、プラズマ処理と上層の絶縁膜
の形成とを同一チャンバ内において連続して行う場合に
は、スループットの改善が図られるとともに上層の絶縁
膜を形成する前にプラズマ処理した下層の絶縁膜の表面
を大気に曝すことがないので、密着性がさらに向上する
ことになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】A〜Dは本発明による半導体装置の製造方法に
一実施例における順次の工程を示す断面図である。
【図2】A〜Cは比較例における順次の工程を示す断面
図である。
【符号の説明】
11 シリコン基板 12 ポリシリコン配線 13 NSG 膜 14 BPSG膜 15 BPSG膜 16 パーティクル
フロントページの続き (72)発明者 小野 秀美 茨城県つくば市北原10番地 日本セミコン ダクター株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多層配線構造を有する半導体装置の、多
    層から成る層間絶縁膜を形成するに当たり、下層の絶縁
    膜を形成した後、この下層絶縁膜の表面をプラズマで処
    理し、その後この下層の絶縁膜の上に上層の絶縁膜を形
    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】 前記下層の絶縁膜の表面のプラズマ処理
    を、N2O, N2, SiH4,O2, NF3, CHF3, CX H Y F2X+2-Y ,
    C2F6, Ar, Cl2, BCl3 ガスの何れかまたは何れかの組み
    合わせを用いて行う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】 前記下層の絶縁膜の表面のプラズマ処理
    工程と、上層の絶縁膜の形成工程とを、同一チャンバ内
    において連続的に行うことを特徴とする請求項1または
    2記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記下層の絶縁膜を熱処理を施したBP
    SG膜で形成することを特徴とする請求項1〜3の何れ
    かに記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記上層の絶縁膜をBPSG膜で形成す
    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。
  6. 【請求項6】 前記下層の絶縁膜をノンドープの酸化膜
    で形成することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記
    載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記上層の絶縁膜をノンドープの酸化膜
    で形成することを特徴とする請求項6記載の半導体装置
    の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990012398A (ko) * 1997-07-29 1999-02-25 윤종용 비트라인 쉬프트 방지를 위한 층간절연막 형성방법
JP2010536180A (ja) * 2007-08-09 2010-11-25 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 多層相互接続のための波形界面を有するデバイス(多層相互接続のための波形界面)

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