JPH0883846A - 半導体装置の層間絶縁膜構造およびその形成方法 - Google Patents

半導体装置の層間絶縁膜構造およびその形成方法

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JPH0883846A
JPH0883846A JP24332194A JP24332194A JPH0883846A JP H0883846 A JPH0883846 A JP H0883846A JP 24332194 A JP24332194 A JP 24332194A JP 24332194 A JP24332194 A JP 24332194A JP H0883846 A JPH0883846 A JP H0883846A
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JP
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film
insulating film
interlayer insulating
silicon oxide
bpsg
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JP24332194A
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Osamu Noguchi
修 野口
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ポリシリコンとアルミニウム配線をBPSG
膜で絶縁する際のトランジスタ特性、信頼性低下を防止
する。 【構成】 CVD法などによって基板1の表面にBPS
G膜7を成膜するに先立ち、基板表面に不純物を含まな
いNSG膜6を形成する。BPSG膜7形成後は、リフ
ロー処理によって基板表面を平坦化した後、同じチャン
バ内でRTNを行い、SiN膜8をBPSG膜7上に被
覆させる。NSG膜6によってリフロー時の不純物の基
板、ポリシリコン2内への拡散がブロックでき、SiN
膜8によって、BPSG膜7への水分吸着が防止され、
トランジスタ特性の低下が防止される。また、リフロー
とRTNを同じチャンバ内で連続することによりプロセ
ス間の水分吸着を低減することができる。

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多結晶シリ
コン(ポリシリコン)とアルミニウムとの間の層間絶縁
膜構造およびその形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、MOS−FETなどに代表され
るような半導体装置においては、基板表面に形成される
ゲート電極として、低抵抗のポリシリコンが用いられて
おり、更に、このポリシリコンとアルミニウム配線との
間には、PSG(リン/ケイ酸ガラス)など、いわゆる
不純物を含んだ酸化シリコンが層間絶縁膜として広く用
いられている。なお、このPSGは、成膜後、リフロー
処理される。これは、LSI素子の集積化に伴って、ポ
リシリコン周囲の複雑な段差構造を緩和する目的で行わ
れるものであり、具体的には、例えばCVD法で堆積し
たPSGに対し、1000℃の高温熱処理することによ
り、PSGの流動性を利用して絶縁膜表面を平坦化する
ものである。
【0003】ところで、近年のリフロー処理は、プロセ
スの微細化やスピードアップ化という観点からリフロー
温度、すなわちガラスの軟化点を下げることが必須とな
ってきている。このため、現在ではPSGよりはむし
ろ、これにボロンを混入させて軟化点を下げたBPSG
(ホウ素・リン/ケイ酸ガラス)が広く用いられる傾向
があり、更にBPSGにおいてもその不純物濃度を高く
して出来るだけリフロー温度を低下させる試みが為され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな不純物濃度の増加傾向には次のような問題がある。
すなわち、その第1には、図3に示すように、この層間
絶縁膜が高不純物濃度で成膜されるために、リフロー
時、膜中の不純物(P,Bなど)が基板内に拡散し、更
にMOSデバイスのゲート酸化膜を貫通してトランジス
タの不良を招く恐れがある。
【0005】また、更には絶縁膜が高不純物濃度である
ために、その表面に空気中の水分を吸着し易く、MOS
デバイス自体の特性を劣化させたり、信頼性を低下させ
る問題がある。
【0006】なお、この水分吸着に関しては、上述した
ケース以外にも、例えば図4に示すように、アルミニウ
ム配線41間の層間絶縁膜として、配線41上にBPS
G膜42を成膜した後、その上にO3/TEOS・NS
G(ノンドープ型SiO2)膜43を形成する場合にお
いても問題を生じる。すなわち、この場合、BPSG膜
42表面へ水分が付着することで、NSG膜43の堆積
速度に変動が生じ、図示するように、NSG膜厚が大き
くばらつくことにもなる。
【0007】なお、上述したこれらの問題点は、BPS
GをSiH4/O2系ではなくO3/TEOS系より成膜
した場合に、より顕著になる。
【0008】本発明は、このような問題点に鑑み、ポリ
シリコンとアルミニウム配線を絶縁するにあたり、その
層間絶縁膜を高不純物濃度化するに伴うトランジスタの
性能低下や信頼性の低下を無くすことを目的とするもの
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、半導体基板上の多結晶シリコンと
アルミニウムを、不純物を含む酸化シリコン膜で絶縁す
るようにした半導体装置において、前記酸化シリコン膜
と多結晶シリコンとの間、および酸化シリコン膜と前記
半導体基板との間に、不純物を含まない絶縁膜を形成す
るとともに、前記酸化シリコン膜上にシリコン窒化膜を
被覆させたことを特徴とする層間絶縁膜構造が提供され
る。
【0010】また本発明では、この層間絶縁膜を形成す
る方法として、前記絶縁膜および酸化シリコン膜の形成
後、酸化シリコン膜に対しリフローを行い、続いて前記
リフロー処理と同一の装置内で前記シリコン窒化膜を形
成することを特徴とする層間絶縁膜形成方法も提供され
る。
【0011】
【作用】不純物を含む酸化シリコン膜と多結晶シリコン
との間、および酸化シリコン膜と半導体基板との間に、
不純物を含まない絶縁膜を形成することで、酸化シリコ
ン膜から多結晶シリコン、半導体基板への不純物の拡散
が絶縁膜でブロックされる。また、酸化シリコン膜上に
シリコン窒化膜を形成しているため、酸化シリコン膜へ
の水分の吸着が防止される。
【0012】また、この層間絶縁膜を形成する方法で
は、酸化シリコン膜に対するリフロー処理とシリコン窒
化膜の形成を、同一の装置内で行うようにしたため、リ
フロー処理表面を大気に曝すことなく保護膜を形成する
ことができ、酸化シリコン膜への水分吸着を無くすこと
ができる。
【0013】
【実施例】図面を参照しながら本発明による半導体装置
の層間絶縁膜構造およびその形成方法を以下、説明す
る。
【0014】図1は、本発明による層間絶縁膜構造を示
し、図2はこの絶縁膜構造を採用したMOS−FET
(モス型電界効果トランジスタ)の形成過程を順に示し
た図である。これらの図において、1はP型シリコン基
板、2はMOS−FETのゲート電極を構成するポリシ
リコン、3は素子分離用の酸化膜(LOCOS)であ
る。通常のMOS−FETの形成方法と同様に、LOC
OS3の間の基板1の表面上には、厚さ数100オング
ストローム程度のシリコン酸化膜4が形成され、更にポ
リシリコン2の側壁には同様にシリコン酸化膜からなる
サイドウォール5が形成される。
【0015】本実施例によれば、このようにして形成さ
れたMOS−FETに対し、例えばNSG(ノンドープ
型SiO2)膜6を100nm、さらにBPSG(ホウ
素・リン/ケイ酸ガラス)膜7を400nm程度の厚さ
でそれぞれ堆積させる(図2(a)の状態)。
【0016】なお、これら膜厚値および膜厚比は、MO
S−FET表面の凹凸を決め、リフロー後の形状に影響
を与えるためリフロー条件およびBPSGの不純物濃度
を考慮して決定されるべきである。また、NSG膜6、
BPSG膜7の形成方法は、APCVD(常圧CV
D)、LPCVD(減圧CVD)、PECVD(プラズ
マCVD)のいずれでも良く、それぞれ単独のCVD装
置で成膜しても、あるいは同一装置で連続して成膜して
も良い。更に、ソースも、通常のSiH4/O2系、O3
/TEOS系などいずれの反応性ガスを用いても良い。
【0017】次に、このようにして成膜されたBPSG
膜7に対し、例えばランプアニーラ(ランプ式焼鈍装
置)を用いてリフロー処理し、更に同じチャンバー内で
NH3(アンモニア)ガスを用いてRTN(急速熱窒化
処理)を行い、平滑化されたBPSG膜上にSiN(シ
リコンナイトライド)層、またはSiON(シリコンオ
キシナイトライド)層を例えば約3〜5nm程度形成す
る。
【0018】ここで、リフロー処理と続く窒化処理を同
じチャンバー内で連続成膜した理由は、リフロー処理
後、一端大気に曝してしまうと、BPSG膜7の表面に
水分が吸着してしまい、その後の窒化膜形成やトランジ
スタ特性に悪影響を与えてしまうからである。なお、こ
の工程は拡散炉を使用したリフローとSiN膜(または
SiON膜)の連続処理でも同じ効果が得られる。図2
(b)はBPSG膜7にSiN膜8を形成した、トラン
ジスタ表面状態を示している。
【0019】以上のようにしてBPSG膜7を窒化処理
したならば、次にレジストパターニング、エッチングな
どによってソース部、ドレイン部にコンタクトホール
9、アルミニウム配線10等を形成し、最終的に図2
(c)に示すような半導体装置を得る。
【0020】次に、以上の半導体装置の各部作用を説明
する。一般に、PSG膜やBPSG膜は大気中の水分を
吸い易く、膜中の不純物濃度が高くなるほどその吸着傾
向は高まる。そして吸着した水分は、これら膜中でホッ
トキャリアとなり、MOS−FETのスレッショルド電
圧Vthの変動や、信頼性低下の原因となる。
【0021】また、PSGやBPSG中の不純物濃度が
高くなると、リフロー中に不純物が基板中に拡散する傾
向が高まり、トランジスタ不良の原因となってしまう。
【0022】このように問題に対し本実施例によれば、
BPSG膜7の最上層に、耐透水性の高いSiN膜8を
形成しているため、、BPSG膜7への水分の吸着が防
止される。また、本実施例によれば、BPSG膜7に対
するリフロー処理と、SiN膜8の形成を、連続して同
一の装置内で行うようにしたため、リフロー処理直後の
BPSG表面を直接大気に曝すことがないため、BPS
G膜7に含まれる水分を最小限にとどめることができ
る。
【0023】さらに、本実施例では、不純物を多く含む
BPSG膜7の下地層として、不純物を全く含まないN
SG膜6を形成しているため、リフロー時の基板1への
不純物の拡散がここでブロックされ、トランジスタを性
状を変えることがない。
【0024】以上、本発明の層間絶縁膜構造をMOS−
FETに例示して説明したが、このシールドコンセプト
は他の半導体装置に対しても適用可能である。例えばア
ルミニウム配線上にBPSG膜を成膜した後、O3/T
EOS・NSGなどを形成するような場合にも、これま
では、BPSG膜の水分吸着作用によってNSG膜厚が
アルミニウム配線上と他の部分とで異なるというような
問題があった。しかしながら、BPSG膜形成後、その
上にSiN膜を形成した後、NSG膜を成膜すれば、B
PSG膜への水分吸着が抑制され、膜厚バラツキを低減
することが可能となる。
【0025】また、BPSG以外の他の被覆対象として
は、高濃度のPSGやBSGなども可能である。尚、P
SGの場合、これまで、吸着した水分との反応によりH
3PO4(リン酸)が形成され、アルミニウム配線が腐食
されるという問題があったが、SiN膜の形成によって
同時に解決できるメリットがある。
【0026】また、上述した形成例では、リフロー後、
コンタクトホール9を形成したが、コンタクトホール形
成後、リフローを行い、その後RTNによってSiN膜
を形成する場合でも、コンタクトホール部でのSiNを
除去する工程を追加すれば、前述したのと同様の効果が
得られ、さらにアルミニウム配線のカバレッジを改善す
ることも可能である
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
不純物を含む酸化シリコン膜と多結晶シリコンとの間、
および酸化シリコン膜と半導体基板との間に、不純物を
含まない絶縁膜を形成することで、その後の高温処理の
際の不純物の拡散を無くすことができトランジスタ不良
の発生を防止できる。
【0028】また、酸化シリコン膜上へのシリコン窒化
膜の形成により、酸化シリコン膜への水分の吸着が防止
されトランジスタ特性劣化や信頼性低下がない。
【0029】また、このような酸化シリコン膜の不純物
高濃度化に伴う諸問題が解決できることで、リフロー温
度の低温化が達成でき、半導体装置製造プロセスを微細
化、迅速化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による半導体装置の層間絶縁膜
構造の断面図である。
【図2】本発明による層間絶縁膜構造の形成過程を示す
図である。
【図3】従来のMOS−FETの構造を示した断面図で
ある。
【図4】BPSG膜上にO3/TEOS・NSGを形成
した従来の半導体装置を示す断面である。
【符号の説明】
1…P型シリコン基板 2…ポリシリコン 3…素子分離用酸化膜(LOCOS) 4…シリコン酸化膜 5…サイドウォール 6…NSG膜(絶縁膜) 7…BPSG膜 8…SiN膜 9…コンタクトホール 10…アルミニウム配線

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上の多結晶シリコンとアルミ
    ニウムを、不純物を含む酸化シリコン膜で絶縁するよう
    にした半導体装置の層間絶縁膜構造において、 前記酸化シリコン膜と多結晶シリコンとの間、および酸
    化シリコン膜と前記半導体基板との間に、不純物を含ま
    ない絶縁膜を形成するとともに、前記酸化シリコン膜上
    にシリコン窒化膜を被覆させたことを特徴とする半導体
    装置の層間絶縁膜構造。
  2. 【請求項2】 前記酸化シリコン膜は、BPSG、BS
    G、PSGの内のいずれかである請求項1に記載の層間
    絶縁膜構造。
  3. 【請求項3】 前記絶縁膜はNSGからなる請求項2に
    記載の層間絶縁膜構造。
  4. 【請求項4】 前記シリコン窒化膜は、SiNまたはS
    iONである請求項3に記載の層間絶縁膜構造。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の半導体装置の層間絶縁
    膜構造を形成する方法において、 前記絶縁膜および酸化シリコン膜の形成後、酸化シリコ
    ン膜に対しリフローを行い、続いて前記リフロー処理と
    同一の装置内で前記シリコン窒化膜を形成することを特
    徴とする層間絶縁膜形成方法。
  6. 【請求項6】 前記酸化シリコン膜は、BPSG、BS
    G、PSGの内のいずれかである請求項5に記載の層間
    絶縁膜形成方法。
  7. 【請求項7】 前記絶縁膜はNSGからなる請求項6に
    記載の層間絶縁膜形成方法。
  8. 【請求項8】 前記シリコン窒化膜は、SiNまたはS
    iONである請求項7に記載の層間絶縁膜形成方法。
JP24332194A 1994-09-12 1994-09-12 半導体装置の層間絶縁膜構造およびその形成方法 Pending JPH0883846A (ja)

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