JPH09115901A - ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法 - Google Patents
ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法Info
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- JPH09115901A JPH09115901A JP29625695A JP29625695A JPH09115901A JP H09115901 A JPH09115901 A JP H09115901A JP 29625695 A JP29625695 A JP 29625695A JP 29625695 A JP29625695 A JP 29625695A JP H09115901 A JPH09115901 A JP H09115901A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体基板上にＧ積層構造を形成するに際
し、ＣＶＤ−ＳｉＯ2 が局部的に増速成長しないように
改良されたＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法を提供
する。 【解決手段】 本ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法
は、先ず、リフロー酸化膜２０の上にプラズマＣＶＤ法
によりＳｉＮｘ膜２２を成膜する。次いで、ＳｉＮｘ膜
２２の表面に窒素プラズマ処理を施してＳｉＮｘ膜２２
の表面を窒化する。ＳｉＮｘ膜２２の内部の成分構成が
変化することなく、その表面のみが窒化されて窒化層２
６が形成される。次いで、ＳｉＮｘ膜２２上に常圧ＣＶ
Ｄ装置を使用してＰＳＧ膜２８を成膜する。本ＳｉＮｘ
／ＰＳＧ積層構造では、ＰＳＧ膜２８の膨らみ部３０
は、従来の膨らみ部に比べて遙に小さい。ＳｉＮｘ膜の
表面窒化処理は、熱窒化処理によっても行うことができ
る。また、ＳｉＮｘ膜の表面窒化処理に代えて、洗浄に
よる表面エッチング／酸化処理をＳｉＮｘ膜表面に施し
ても良い。
し、ＣＶＤ−ＳｉＯ2 が局部的に増速成長しないように
改良されたＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法を提供
する。 【解決手段】 本ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法
は、先ず、リフロー酸化膜２０の上にプラズマＣＶＤ法
によりＳｉＮｘ膜２２を成膜する。次いで、ＳｉＮｘ膜
２２の表面に窒素プラズマ処理を施してＳｉＮｘ膜２２
の表面を窒化する。ＳｉＮｘ膜２２の内部の成分構成が
変化することなく、その表面のみが窒化されて窒化層２
６が形成される。次いで、ＳｉＮｘ膜２２上に常圧ＣＶ
Ｄ装置を使用してＰＳＧ膜２８を成膜する。本ＳｉＮｘ
／ＰＳＧ積層構造では、ＰＳＧ膜２８の膨らみ部３０
は、従来の膨らみ部に比べて遙に小さい。ＳｉＮｘ膜の
表面窒化処理は、熱窒化処理によっても行うことができ
る。また、ＳｉＮｘ膜の表面窒化処理に代えて、洗浄に
よる表面エッチング／酸化処理をＳｉＮｘ膜表面に施し
ても良い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上にＳ
ｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造を形成する方法に関し、更に詳
細には、ＳｉＮｘ膜上にＰＳＧ層を成膜する際にＣＶＤ
−ＳｉＯ2 膜が局部的に増速成長しないように改良され
たＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法に関するもので
ある。
ｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造を形成する方法に関し、更に詳
細には、ＳｉＮｘ膜上にＰＳＧ層を成膜する際にＣＶＤ
−ＳｉＯ2 膜が局部的に増速成長しないように改良され
たＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの層間絶縁膜としてＰＳ
Ｇ（Phospho-Silicate Glass）膜を使用した場合、スト
レスがＰＳＧ膜に生じてクラックが発生したり、下層の
アルミニム（Ａｌ−Ｓｉ１％合金）配線層にヒロックが
発生することが多かった。そこで、これらの問題を解決
するために、層間絶縁膜としてＳｉＮｘ膜とその上に成
膜されたＰＳＧ膜とからなるＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造
が開発された。ＳｉＮｘ膜としては、例えばＳｉ3 Ｎ4
がある。従来のＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法で
は、先ず、半導体基板上に絶縁膜として形成されたリフ
ロー酸化膜上に、従ってリフロー酸化膜の上に形成され
ているアルミニム配線層を介してプラズマＣＶＤ法によ
りＳｉＨ4（シラン）系のガスとＮＨ3（アンモニア）等
の窒素含有ガスとを化学反応させ、ＳｉＮｘ膜を成膜す
る。次いで、ＳｉＮｘ膜上に常圧ＣＶＤ法によりＳｉＨ
4ガス、ＰＨ3ガス、及びＯ2ガスを化学反応させてＰＳ
Ｇ膜を成膜している。
Ｇ（Phospho-Silicate Glass）膜を使用した場合、スト
レスがＰＳＧ膜に生じてクラックが発生したり、下層の
アルミニム（Ａｌ−Ｓｉ１％合金）配線層にヒロックが
発生することが多かった。そこで、これらの問題を解決
するために、層間絶縁膜としてＳｉＮｘ膜とその上に成
膜されたＰＳＧ膜とからなるＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造
が開発された。ＳｉＮｘ膜としては、例えばＳｉ3 Ｎ4
がある。従来のＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法で
は、先ず、半導体基板上に絶縁膜として形成されたリフ
ロー酸化膜上に、従ってリフロー酸化膜の上に形成され
ているアルミニム配線層を介してプラズマＣＶＤ法によ
りＳｉＨ4（シラン）系のガスとＮＨ3（アンモニア）等
の窒素含有ガスとを化学反応させ、ＳｉＮｘ膜を成膜す
る。次いで、ＳｉＮｘ膜上に常圧ＣＶＤ法によりＳｉＨ
4ガス、ＰＨ3ガス、及びＯ2ガスを化学反応させてＰＳ
Ｇ膜を成膜している。
【０００３】また、ＰＳＧ膜のストレス発生の防止及び
アルミニム配線層のヒロック発生の防止のためには、Ｓ
ｉＮｘ膜及びＰＳＧ膜の成膜時の加熱時間を短くし、か
つ加熱温度を低く抑える必要がある。そのために、ＰＳ
Ｇ膜の緻密さはある程度犠牲にされていた。
アルミニム配線層のヒロック発生の防止のためには、Ｓ
ｉＮｘ膜及びＰＳＧ膜の成膜時の加熱時間を短くし、か
つ加熱温度を低く抑える必要がある。そのために、ＰＳ
Ｇ膜の緻密さはある程度犠牲にされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のＳｉ
Ｎｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法では、下層のＳｉＮｘ
膜成膜時に、未反応のＳｉ−Ｈ基の濃度が局部的に高く
なり、そのために上層のＰＳＧ膜が局部的に増速成長す
ると言う現象が生じる。そのために、ＰＳＧ膜上に形成
する配線層の平坦性が悪くなり、また線径に変動が生じ
て、或る領域では太く、或る領域では細くなったりす
る。この結果、製品歩留りが低下し、製品の信頼性が低
下する。未反応のＳｉ−Ｈ基の濃度の局部的上昇は、Ｓ
ｉＮｘ膜の成膜に付随するものであって、具体的には、
例えば、ＳｉＮｘ膜の形成時に未反応のＳｉＨ4からな
るシリコン水素化合物がパーティクルとして下地基板の
リフロー酸化膜の表面や、形成途中のＳｉＮｘ膜表面に
付着したりすることに因る。
Ｎｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法では、下層のＳｉＮｘ
膜成膜時に、未反応のＳｉ−Ｈ基の濃度が局部的に高く
なり、そのために上層のＰＳＧ膜が局部的に増速成長す
ると言う現象が生じる。そのために、ＰＳＧ膜上に形成
する配線層の平坦性が悪くなり、また線径に変動が生じ
て、或る領域では太く、或る領域では細くなったりす
る。この結果、製品歩留りが低下し、製品の信頼性が低
下する。未反応のＳｉ−Ｈ基の濃度の局部的上昇は、Ｓ
ｉＮｘ膜の成膜に付随するものであって、具体的には、
例えば、ＳｉＮｘ膜の形成時に未反応のＳｉＨ4からな
るシリコン水素化合物がパーティクルとして下地基板の
リフロー酸化膜の表面や、形成途中のＳｉＮｘ膜表面に
付着したりすることに因る。
【０００５】以下に、図３を参照して、この現象を更に
詳しく説明する。図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、従
来のＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法の工程毎の基
板の断面図である。ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造を形成す
るには、先ず、半導体基板（図示せず）上に形成された
リフロー酸化膜上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜
を成膜する。その際、シリコン水素化合物パーティクル
１２が、例えば図３（ａ）に示すように、リフロー酸化
膜１４上に付着する。このシリコン水素化合物パーティ
クル１２は過剰な水素を含有しているので、その過剰水
素がＳｉＮｘ膜成膜工程中に脱ガスする。その結果、シ
リコン水素化合物パーティクル１２の表面にはＳｉＮｘ
膜１６が形成されないので、ＳｉＮｘ膜１６の成膜終了
時になっても、付着したシリコン水素化合物パーティク
ル１２の一部が表面に露出している。図３（ｂ）は上記
の状態を示す断面図である。
詳しく説明する。図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、従
来のＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法の工程毎の基
板の断面図である。ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造を形成す
るには、先ず、半導体基板（図示せず）上に形成された
リフロー酸化膜上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜
を成膜する。その際、シリコン水素化合物パーティクル
１２が、例えば図３（ａ）に示すように、リフロー酸化
膜１４上に付着する。このシリコン水素化合物パーティ
クル１２は過剰な水素を含有しているので、その過剰水
素がＳｉＮｘ膜成膜工程中に脱ガスする。その結果、シ
リコン水素化合物パーティクル１２の表面にはＳｉＮｘ
膜１６が形成されないので、ＳｉＮｘ膜１６の成膜終了
時になっても、付着したシリコン水素化合物パーティク
ル１２の一部が表面に露出している。図３（ｂ）は上記
の状態を示す断面図である。
【０００６】しかし、従来のＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造
の形成方法では、シリコン水素化合物パーティクル１２
が露出したままのＳｉＮｘ膜１６上にＰＳＧ膜１８を図
３（ｃ）に示すように成膜している。ＰＳＧ膜１８は、
例えば常圧ＣＶＤ法により成膜される。そのために、Ｐ
ＳＧ膜１８の成膜中に、反応ガス中のＯ2が露出してい
るシリコン水素化合物パーティクル１２を酸化して、シ
リコン水素化合物パーティクル１２の体積を１．５倍か
ら２倍程度に膨張させる。この結果、ＳｉＮｘ膜１６上
に成膜されたＰＳＧ膜１８は、図３（ｃ）に示すよう
に、シリコン水素化合物パーティクル１２の付着部分の
上の領域のみが突起状に膨らむ。この突起状膨らみ部１
９が、この後にＰＳＧ膜上に形成されるアルミニム配線
層形成工程で、アルミ配線層を持ち上げて配線の平坦性
を悪化させ、また線径の変動を招いている。
の形成方法では、シリコン水素化合物パーティクル１２
が露出したままのＳｉＮｘ膜１６上にＰＳＧ膜１８を図
３（ｃ）に示すように成膜している。ＰＳＧ膜１８は、
例えば常圧ＣＶＤ法により成膜される。そのために、Ｐ
ＳＧ膜１８の成膜中に、反応ガス中のＯ2が露出してい
るシリコン水素化合物パーティクル１２を酸化して、シ
リコン水素化合物パーティクル１２の体積を１．５倍か
ら２倍程度に膨張させる。この結果、ＳｉＮｘ膜１６上
に成膜されたＰＳＧ膜１８は、図３（ｃ）に示すよう
に、シリコン水素化合物パーティクル１２の付着部分の
上の領域のみが突起状に膨らむ。この突起状膨らみ部１
９が、この後にＰＳＧ膜上に形成されるアルミニム配線
層形成工程で、アルミ配線層を持ち上げて配線の平坦性
を悪化させ、また線径の変動を招いている。
【０００７】以上のような事情に照らして、本発明の目
的は、半導体基板上に順次ＳｉＮｘ膜及びＰＳＧ層を成
膜して、ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造を形成するに際し、
ＣＶＤ−ＳｉＯ2 が局部的に増速成長しないように改良
されたＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法を提供する
ことである。
的は、半導体基板上に順次ＳｉＮｘ膜及びＰＳＧ層を成
膜して、ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造を形成するに際し、
ＣＶＤ−ＳｉＯ2 が局部的に増速成長しないように改良
されたＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法を提供する
ことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
解決するために、種々の対策を試みた。例えば、本発明
者は、シリコン水素化合物パーティクルが発生し難いプ
ラズマＣＶＤ製造装置を求めて調査したが、かかる装置
を使用した場合、ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成能力
が低下し、生産性が低いことが判った。また、ＳｉＮｘ
膜を厚くすることも試みたが、層間容量が増加するため
にデバイススピードが低下した。また、ＰＳＧ膜の成膜
速度を低くすることにより突起状膨らみの発生量を抑え
ようとしたが、下層のアルミニム配線層にヒロックの成
長増大が生じ、好ましくなかった。そこで、本発明者
は、ＳｉＮｘ膜の表面窒化に着目し、実験を重ねた末
に、本発明を完成するに至った。
解決するために、種々の対策を試みた。例えば、本発明
者は、シリコン水素化合物パーティクルが発生し難いプ
ラズマＣＶＤ製造装置を求めて調査したが、かかる装置
を使用した場合、ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成能力
が低下し、生産性が低いことが判った。また、ＳｉＮｘ
膜を厚くすることも試みたが、層間容量が増加するため
にデバイススピードが低下した。また、ＰＳＧ膜の成膜
速度を低くすることにより突起状膨らみの発生量を抑え
ようとしたが、下層のアルミニム配線層にヒロックの成
長増大が生じ、好ましくなかった。そこで、本発明者
は、ＳｉＮｘ膜の表面窒化に着目し、実験を重ねた末
に、本発明を完成するに至った。
【０００９】上記目的を解決するために本発明に係るＳ
ｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法（以下、第１発明方
法と言う）は、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜を成
膜する工程と、ＰＳＧ膜を成膜する工程とを有し、基板
上に、順次、ＳｉＮｘ膜及びＰＳＧ膜を成膜してＳｉＮ
ｘ／ＰＳＧ積層構造を形成する方法において、ＳｉＮｘ
膜を成膜する工程に引き続き、ＰＳＧ膜を成膜する工程
の前に、ＳｉＮｘ膜の表面を窒化する工程を有すること
を特徴としている。
ｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法（以下、第１発明方
法と言う）は、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜を成
膜する工程と、ＰＳＧ膜を成膜する工程とを有し、基板
上に、順次、ＳｉＮｘ膜及びＰＳＧ膜を成膜してＳｉＮ
ｘ／ＰＳＧ積層構造を形成する方法において、ＳｉＮｘ
膜を成膜する工程に引き続き、ＰＳＧ膜を成膜する工程
の前に、ＳｉＮｘ膜の表面を窒化する工程を有すること
を特徴としている。
【００１０】本発明方法において、ＳｉＮｘ膜を成膜す
る工程は既知のプラズマＣＶＤ装置を使用して、ＰＳＧ
膜を成膜する工程は既知の常圧ＣＶＤ装置を使用して、
それぞれ従来の方法と同じ成膜条件で実施される。本発
明では、ＳｉＮｘ膜とは窒化シリコン膜を意味し、例え
ばＳｉ3 Ｎ4 がある。ＳｉＮｘ膜の表面を窒化すること
により、局部的に上昇したＳｉ−Ｈ基の濃度を低下させ
ることができるので、ＳｉＮｘ膜上に成膜されるＰＳＧ
膜の増速成長が防止される。
る工程は既知のプラズマＣＶＤ装置を使用して、ＰＳＧ
膜を成膜する工程は既知の常圧ＣＶＤ装置を使用して、
それぞれ従来の方法と同じ成膜条件で実施される。本発
明では、ＳｉＮｘ膜とは窒化シリコン膜を意味し、例え
ばＳｉ3 Ｎ4 がある。ＳｉＮｘ膜の表面を窒化すること
により、局部的に上昇したＳｉ−Ｈ基の濃度を低下させ
ることができるので、ＳｉＮｘ膜上に成膜されるＰＳＧ
膜の増速成長が防止される。
【００１１】本発明の好適な実施態様は、ＳｉＮｘ膜の
表面を窒化する工程では、ＳｉＮｘ膜の成膜温度より５
０°C ないし１５０°C 低い温度で窒素プラズマ処理又
はアンモニアプラズマ処理してＳｉＮｘ膜表面を窒化す
ることを特徴としている。これにより、ＳｉＮｘ膜及び
下層のアルミニム配線層に与える影響を小さくして、Ｓ
ｉＮｘ膜でのストレス発生、アルミニム配線層でのヒロ
ック等の発生を防止することができる。
表面を窒化する工程では、ＳｉＮｘ膜の成膜温度より５
０°C ないし１５０°C 低い温度で窒素プラズマ処理又
はアンモニアプラズマ処理してＳｉＮｘ膜表面を窒化す
ることを特徴としている。これにより、ＳｉＮｘ膜及び
下層のアルミニム配線層に与える影響を小さくして、Ｓ
ｉＮｘ膜でのストレス発生、アルミニム配線層でのヒロ
ック等の発生を防止することができる。
【００１２】また、本発明に係る別のＳｉＮｘ／ＰＳＧ
積層構造の形成方法（以下、第２発明方法と言う）は、
プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜を成膜する工程と、
ＰＳＧ膜を成膜する工程とを有し、基板上に、順次、Ｓ
ｉＮｘ膜及びＰＳＧ膜を成膜してＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層
構造を形成する方法において、ＳｉＮｘ膜を成膜する工
程では、ＳｉＮｘ膜の膜厚を１０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲
に抑制し、次いで、７００°C 以下の温度で、窒素アニ
ール法又はアンモニアアニール法によりＳｉＮｘ膜の表
面を熱窒化する工程を有することを特徴としている。
積層構造の形成方法（以下、第２発明方法と言う）は、
プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜を成膜する工程と、
ＰＳＧ膜を成膜する工程とを有し、基板上に、順次、Ｓ
ｉＮｘ膜及びＰＳＧ膜を成膜してＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層
構造を形成する方法において、ＳｉＮｘ膜を成膜する工
程では、ＳｉＮｘ膜の膜厚を１０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲
に抑制し、次いで、７００°C 以下の温度で、窒素アニ
ール法又はアンモニアアニール法によりＳｉＮｘ膜の表
面を熱窒化する工程を有することを特徴としている。
【００１３】本発明方法では、表面窒化方法として急速
熱窒化（ＲＴＮ）等の窒素アニール法又はアンモニアア
ニール法を使用している。本発明では、ＳｉＮｘ膜の膜
厚を小さくして、成膜時間を短くし、かつ熱窒化処理の
温度を低くしているので、ＳｉＮｘ膜及び下層のアルミ
ニム配線層に与える影響が小さい。
熱窒化（ＲＴＮ）等の窒素アニール法又はアンモニアア
ニール法を使用している。本発明では、ＳｉＮｘ膜の膜
厚を小さくして、成膜時間を短くし、かつ熱窒化処理の
温度を低くしているので、ＳｉＮｘ膜及び下層のアルミ
ニム配線層に与える影響が小さい。
【００１４】上記のいずれの方法を用いても、ＳｉＮｘ
膜の表面に露出しているシリコン水素化合物パーティク
ルを窒化して、Ｓｉ−Ｈ基の濃度を低下させ、ＰＳＧ膜
を形成する際に、反応ガス中のＯ2がパーティクルを酸
化して体積を膨張させることを防止できる。よって、Ｐ
ＳＧ膜形成時に、パーティクルの体積膨張が生じないの
で、従来のようなＰＳＧ膜上の突起状膨らみの発生を防
止できる。
膜の表面に露出しているシリコン水素化合物パーティク
ルを窒化して、Ｓｉ−Ｈ基の濃度を低下させ、ＰＳＧ膜
を形成する際に、反応ガス中のＯ2がパーティクルを酸
化して体積を膨張させることを防止できる。よって、Ｐ
ＳＧ膜形成時に、パーティクルの体積膨張が生じないの
で、従来のようなＰＳＧ膜上の突起状膨らみの発生を防
止できる。
【００１５】また、本発明に係る更に別のＳｉＮｘ／Ｐ
ＳＧ積層構造の形成方法（以下、第３発明方法と言う）
は、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜を成膜する工程
と、ＰＳＧ膜を成膜する工程とを有し、基板上に、順
次、ＳｉＮｘ膜及びＰＳＧ膜を成膜してＳｉＮｘ／ＰＳ
Ｇ積層構造を形成する方法において、ＳｉＮｘ膜を成膜
する工程に引き続き、ＰＳＧ膜を成膜する工程の前に、
ＳｉＮｘ膜を洗浄液で洗浄して表面エッチング及び表面
酸化を施す工程を有することを特徴としている。
ＳＧ積層構造の形成方法（以下、第３発明方法と言う）
は、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜を成膜する工程
と、ＰＳＧ膜を成膜する工程とを有し、基板上に、順
次、ＳｉＮｘ膜及びＰＳＧ膜を成膜してＳｉＮｘ／ＰＳ
Ｇ積層構造を形成する方法において、ＳｉＮｘ膜を成膜
する工程に引き続き、ＰＳＧ膜を成膜する工程の前に、
ＳｉＮｘ膜を洗浄液で洗浄して表面エッチング及び表面
酸化を施す工程を有することを特徴としている。
【００１６】本発明方法では、ＳｉＮｘ膜表面に露出し
ている高濃度のＳｉ−Ｈ基を洗浄液で洗浄して、表面エ
ッチング及び表面酸化を施すことにより、Ｓｉ−Ｈ基の
濃度を低下させている。本発明で使用する洗浄液は、洗
浄により表面エッチング処理及び表面酸化処理を行い、
Ｓｉ−Ｈ基の濃度を低下できる限り特に限定はなく、例
えば硫酸過水、フッ酸過水等を使用できる。
ている高濃度のＳｉ−Ｈ基を洗浄液で洗浄して、表面エ
ッチング及び表面酸化を施すことにより、Ｓｉ−Ｈ基の
濃度を低下させている。本発明で使用する洗浄液は、洗
浄により表面エッチング処理及び表面酸化処理を行い、
Ｓｉ−Ｈ基の濃度を低下できる限り特に限定はなく、例
えば硫酸過水、フッ酸過水等を使用できる。
【００１７】
【実施例】以下に図面を参照し、実施例に基づいて本発
明をより詳細に説明する。実施例１ 実施例１は第１発明方法の実施例であって、図１
（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、実施例１の工程毎の基板
の断面図である。本実施例では、先ず、半導体基板に形
成されたリフロー酸化膜２０の上に、プラズマＣＶＤ法
によりＳｉＮｘ膜２２を成膜した。その際、図１（ａ）
に示すように、ＳｉＮｘ膜２２の成膜時の初期にシリコ
ン水素化合物パーティクル２４がリフロー酸化膜２０の
上に付着し、付着したままの状態でＳｉＮｘ膜２２の形
成が終了したとする。
明をより詳細に説明する。実施例１ 実施例１は第１発明方法の実施例であって、図１
（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、実施例１の工程毎の基板
の断面図である。本実施例では、先ず、半導体基板に形
成されたリフロー酸化膜２０の上に、プラズマＣＶＤ法
によりＳｉＮｘ膜２２を成膜した。その際、図１（ａ）
に示すように、ＳｉＮｘ膜２２の成膜時の初期にシリコ
ン水素化合物パーティクル２４がリフロー酸化膜２０の
上に付着し、付着したままの状態でＳｉＮｘ膜２２の形
成が終了したとする。
【００１８】ＳｉＮｘ膜２２の成膜に当たっては、８枚
同時にバッチ処理できる平行平板型のプラズマＣＶＤ装
置を使用して温度、２５０℃で、圧力１００Ｐａの成膜
条件でＳｉＮｘ膜２２を成膜した。使用したガスの種類
及び流量は、ＳｉＨ4が１００ｓｃｃｍ、ＮＨ3が３００
ｓｃｃｍ、Ｎ2が４０００ｓｃｃｍであった。プラズマ
ＣＶＤ装置のＲＦ出力は５００Ｗ、形成に要した時間は
４２０秒であった。この結果、形成されたＳｉＮｘ膜２
２の膜厚は１００ｎｍ、膜中の水素成分は原子パーセン
トで２０から２５であった。
同時にバッチ処理できる平行平板型のプラズマＣＶＤ装
置を使用して温度、２５０℃で、圧力１００Ｐａの成膜
条件でＳｉＮｘ膜２２を成膜した。使用したガスの種類
及び流量は、ＳｉＨ4が１００ｓｃｃｍ、ＮＨ3が３００
ｓｃｃｍ、Ｎ2が４０００ｓｃｃｍであった。プラズマ
ＣＶＤ装置のＲＦ出力は５００Ｗ、形成に要した時間は
４２０秒であった。この結果、形成されたＳｉＮｘ膜２
２の膜厚は１００ｎｍ、膜中の水素成分は原子パーセン
トで２０から２５であった。
【００１９】次いで、直ぐに別の８枚バッチ処理式平行
平板型プラズマＣＶＤ装置のチャンバーに基板を移送
し、ＳｉＮｘ膜２２の表面に窒素プラズマ処理を施して
ＳｉＮｘ膜２２の表面を窒化した。処理圧力は１００Ｐ
ａ、処理温度は、ＳｉＮｘ膜形成時の温度よりも５０℃
から１５０℃程度低い１５０℃とした。窒素流量は１０
００ｓｃｃｍ，処理時のＲＦ出力は１２０Ｗ，処理時間
は１２０秒であった。以上の処理により、ＳｉＮｘ膜２
２の内部の成分構成が変化することなく、ＳｉＮｘ膜２
２の表面のみが窒化されて窒化層２６が形成される。ま
た、本実施例では、ＳｉＮｘ膜２２の表面窒化を促進す
るために、ＳｉＮｘ膜２２を形成後、その場で直ぐに窒
素プラズマ処理を行った。
平板型プラズマＣＶＤ装置のチャンバーに基板を移送
し、ＳｉＮｘ膜２２の表面に窒素プラズマ処理を施して
ＳｉＮｘ膜２２の表面を窒化した。処理圧力は１００Ｐ
ａ、処理温度は、ＳｉＮｘ膜形成時の温度よりも５０℃
から１５０℃程度低い１５０℃とした。窒素流量は１０
００ｓｃｃｍ，処理時のＲＦ出力は１２０Ｗ，処理時間
は１２０秒であった。以上の処理により、ＳｉＮｘ膜２
２の内部の成分構成が変化することなく、ＳｉＮｘ膜２
２の表面のみが窒化されて窒化層２６が形成される。ま
た、本実施例では、ＳｉＮｘ膜２２の表面窒化を促進す
るために、ＳｉＮｘ膜２２を形成後、その場で直ぐに窒
素プラズマ処理を行った。
【００２０】窒素プラズマ処理後、ＳｉＮｘ膜２２上に
ＰＳＧ膜２８を成膜した。８枚バッチ処理式の平行平板
型常圧ＣＶＤ装置を使用し、圧力は常圧で温度は４５０
℃であった。使用したガスは、ＳｉＨ4が１００ｓｃｃ
ｍ、０．０５％ＰＨ3（ホスフィン）が３００ｓｃｃ
ｍ、Ｏ2が４０００ｓｃｃｍ、Ｎ2が４０００ｓｃｃｍで
あった。ＰＳＧ膜形成に要した時間は３００秒であっ
た。形成されたＰＳＧ膜２８の膜厚は３５０ｎｍ、膜中
のリン成分は４．５重量％であった。
ＰＳＧ膜２８を成膜した。８枚バッチ処理式の平行平板
型常圧ＣＶＤ装置を使用し、圧力は常圧で温度は４５０
℃であった。使用したガスは、ＳｉＨ4が１００ｓｃｃ
ｍ、０．０５％ＰＨ3（ホスフィン）が３００ｓｃｃ
ｍ、Ｏ2が４０００ｓｃｃｍ、Ｎ2が４０００ｓｃｃｍで
あった。ＰＳＧ膜形成に要した時間は３００秒であっ
た。形成されたＰＳＧ膜２８の膜厚は３５０ｎｍ、膜中
のリン成分は４．５重量％であった。
【００２１】上記のようにして形成された実施例１のＳ
ｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造では、ＰＳＧ膜２８の膨らみ部
３０は、図１（ｃ）に示すように、従来の膨らみ部１９
（図３（ｃ）参照）に比べて遙に小さいことが確認でき
た。
ｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造では、ＰＳＧ膜２８の膨らみ部
３０は、図１（ｃ）に示すように、従来の膨らみ部１９
（図３（ｃ）参照）に比べて遙に小さいことが確認でき
た。
【００２２】実施例２ 本実施例は、第２発明方法の実施例であって、実施例２
の工程毎の基板の断面は実施例１と同様に図１（ａ）、
（ｂ）及び（ｃ）により示される。本実施例では、先
ず、実施例１と同じプラズマＣＶＤ装置を使用し、蒸着
時間を除いて同じ成膜条件で、リフロー酸化膜２０上に
ＳｉＮｘ膜２２を成膜した。その際、図１（ａ）に示す
ように、ＳｉＮｘ膜２２の成膜時の初期にシリコン水素
化合物パーティクル２４がリフロー酸化膜２０の上に付
着し、付着した儘の状態で、ＳｉＮｘ膜２２の形成が終
了したとする。但し、実施例１とは異なり、ＳｉＮｘ膜
２２の膜厚を５０ｎｍとするために、蒸着時間を１００
秒とした。尚、ＳｉＮｘ膜２２の水素濃度は、実施例１
と同じであった。
の工程毎の基板の断面は実施例１と同様に図１（ａ）、
（ｂ）及び（ｃ）により示される。本実施例では、先
ず、実施例１と同じプラズマＣＶＤ装置を使用し、蒸着
時間を除いて同じ成膜条件で、リフロー酸化膜２０上に
ＳｉＮｘ膜２２を成膜した。その際、図１（ａ）に示す
ように、ＳｉＮｘ膜２２の成膜時の初期にシリコン水素
化合物パーティクル２４がリフロー酸化膜２０の上に付
着し、付着した儘の状態で、ＳｉＮｘ膜２２の形成が終
了したとする。但し、実施例１とは異なり、ＳｉＮｘ膜
２２の膜厚を５０ｎｍとするために、蒸着時間を１００
秒とした。尚、ＳｉＮｘ膜２２の水素濃度は、実施例１
と同じであった。
【００２３】次いで、枚葉式ランプ加熱型窒化アニール
装置を使用して、ＳｉＮｘ膜２２の膜表面に急速熱窒化
処理を施した。圧力は常圧よりも僅かに高い１４００ｍ
ｂａｒ、処理温度は５５０℃とした。使用したガスの種
類及び流量は、ＮＨ3が４００ｓｃｃｍ，Ｎ2 が１００
０ｓｃｃｍであった。処理時間は３０秒であった。これ
により、ＳｉＮｘ膜２２は、図１（ｂ）に示すように、
表面のみが窒化されて窒化層２６が形成され、ＳｉＮｘ
膜内部の成分構成は変化しなかった。
装置を使用して、ＳｉＮｘ膜２２の膜表面に急速熱窒化
処理を施した。圧力は常圧よりも僅かに高い１４００ｍ
ｂａｒ、処理温度は５５０℃とした。使用したガスの種
類及び流量は、ＮＨ3が４００ｓｃｃｍ，Ｎ2 が１００
０ｓｃｃｍであった。処理時間は３０秒であった。これ
により、ＳｉＮｘ膜２２は、図１（ｂ）に示すように、
表面のみが窒化されて窒化層２６が形成され、ＳｉＮｘ
膜内部の成分構成は変化しなかった。
【００２４】急速熱窒化処理後、常圧ＣＶＤ装置を使用
し、実施例１と同様にしてＳｉＮｘ膜２２上にＰＳＧ膜
２８を形成を行った。但し、形成時間は実施例１とは異
なり、少し長く２７５秒で、形成したＰＳＧ膜２８の膜
厚は実施例１よりは厚く４００ｎｍであった。
し、実施例１と同様にしてＳｉＮｘ膜２２上にＰＳＧ膜
２８を形成を行った。但し、形成時間は実施例１とは異
なり、少し長く２７５秒で、形成したＰＳＧ膜２８の膜
厚は実施例１よりは厚く４００ｎｍであった。
【００２５】上記のようにして形成された実施例２のＳ
ｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造では、ＰＳＧ膜２８の膨らみ部
３０は、図１（ｃ）に示すように、従来の膨らみ部１９
（図３（ｃ）参照）に比べて遙に小さいことが確認でき
た。
ｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造では、ＰＳＧ膜２８の膨らみ部
３０は、図１（ｃ）に示すように、従来の膨らみ部１９
（図３（ｃ）参照）に比べて遙に小さいことが確認でき
た。
【００２６】実施例３ 本実施例は第３発明方法の実施例であって、図２
（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は実施例３における積層構造
形成方法の工程毎の基板の断面図である。本実施例で
は、先ず、実施例１と同様にして、リフロー酸化膜４０
上にＳｉＮｘ膜４２を成膜する。その際、図２（ａ）に
示すように、ＳｉＮｘ膜４２の成膜時の初期にシリコン
水素化合物パーティクル４４がリフロー酸化膜４０の上
に付着し、付着した儘の状態で、ＳｉＮｘ膜４２の形成
が終了したとする。ＳｉＮｘ膜４２の膜厚及び水素濃度
は、実施例１と同じであった。
（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は実施例３における積層構造
形成方法の工程毎の基板の断面図である。本実施例で
は、先ず、実施例１と同様にして、リフロー酸化膜４０
上にＳｉＮｘ膜４２を成膜する。その際、図２（ａ）に
示すように、ＳｉＮｘ膜４２の成膜時の初期にシリコン
水素化合物パーティクル４４がリフロー酸化膜４０の上
に付着し、付着した儘の状態で、ＳｉＮｘ膜４２の形成
が終了したとする。ＳｉＮｘ膜４２の膜厚及び水素濃度
は、実施例１と同じであった。
【００２７】次いで、硫酸過水洗浄装置を用い、ＳｉＮ
ｘ膜４２の表面に処理温度８０°Cで硫酸過水洗浄処理
を３００秒間施した。硫酸過水は、硫酸と過酸化水素水
との体積比が１５対１であった。この処理によりシリコ
ン水素化合物パーティクルが、図２（ｂ）に示すよう
に、除去され、その跡がＳｉＮｘ膜４２上に窪み部４６
として残った。
ｘ膜４２の表面に処理温度８０°Cで硫酸過水洗浄処理
を３００秒間施した。硫酸過水は、硫酸と過酸化水素水
との体積比が１５対１であった。この処理によりシリコ
ン水素化合物パーティクルが、図２（ｂ）に示すよう
に、除去され、その跡がＳｉＮｘ膜４２上に窪み部４６
として残った。
【００２８】硫酸過水洗浄処理の後、実施例１と同じ常
圧ＣＶＤ装置を使用し、同じ成膜条件で、ＳｉＮｘ膜４
２上にＰＳＧ膜４８を成膜した。ＰＳＧ膜４８の膜厚、
リン濃度は、実施例１と同じであった。
圧ＣＶＤ装置を使用し、同じ成膜条件で、ＳｉＮｘ膜４
２上にＰＳＧ膜４８を成膜した。ＰＳＧ膜４８の膜厚、
リン濃度は、実施例１と同じであった。
【００２９】上記のようにして形成された実施例３のＳ
ｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造では、ＰＳＧ膜４８上に膨らみ
部が形成されず、寧ろアルミニム配線層の形成に影響を
与えない程度の浅い凹部５０が、図２（ｃ）に示すよう
に、生じていることが確認できた。
ｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造では、ＰＳＧ膜４８上に膨らみ
部が形成されず、寧ろアルミニム配線層の形成に影響を
与えない程度の浅い凹部５０が、図２（ｃ）に示すよう
に、生じていることが確認できた。
【００３０】以上、本発明をその好適な実施例に基づい
て説明したが、本発明の形成方法は、上記実施例の構成
にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱し
ない限り、上記実施例の構成から種々の修正及び変更を
施した形成方法も、本発明の範囲に含まれる。
て説明したが、本発明の形成方法は、上記実施例の構成
にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱し
ない限り、上記実施例の構成から種々の修正及び変更を
施した形成方法も、本発明の範囲に含まれる。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層
構造の形成に際し、窒素プラズマ処理、熱窒化処理及び
洗浄によるエッチング／酸化処理のうちのいずれかの処
理をＳｉＮｘ膜の表面に施すことにより、ＰＳＧ膜の成
膜時にＰＳＧ膜が局所的に増速成長するのを経済的な手
段で防止することができる。これにより、デバイス構造
を変更することなく、更には従来のＳｉＮｘ／ＰＳＧ積
層構造の形成手順を維持したまま、層間膜上に突起状の
形状欠陥が発生することを防止できる。また、アルミニ
ム配線層の平坦化を向上させ、更には線径の変動を防止
できるので、製品歩留り及び製品の信頼性が向上する。
また、製造工程を少し変更するだけで本発明方法を実施
できるので、本発明方法の実施に伴うコストの増加が殆
ど無い。
構造の形成に際し、窒素プラズマ処理、熱窒化処理及び
洗浄によるエッチング／酸化処理のうちのいずれかの処
理をＳｉＮｘ膜の表面に施すことにより、ＰＳＧ膜の成
膜時にＰＳＧ膜が局所的に増速成長するのを経済的な手
段で防止することができる。これにより、デバイス構造
を変更することなく、更には従来のＳｉＮｘ／ＰＳＧ積
層構造の形成手順を維持したまま、層間膜上に突起状の
形状欠陥が発生することを防止できる。また、アルミニ
ム配線層の平坦化を向上させ、更には線径の変動を防止
できるので、製品歩留り及び製品の信頼性が向上する。
また、製造工程を少し変更するだけで本発明方法を実施
できるので、本発明方法の実施に伴うコストの増加が殆
ど無い。
【図１】図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本発明に係
る積層構造形成方法の実施例１及び２の工程毎の基板断
面図である。
る積層構造形成方法の実施例１及び２の工程毎の基板断
面図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本発明に係
る積層構造形成方法の実施例３の工程毎の基板断面図で
ある。
る積層構造形成方法の実施例３の工程毎の基板断面図で
ある。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、従来の積層
構造形成方法の工程毎の基板断面図である。
構造形成方法の工程毎の基板断面図である。
１２ シリコン水素化合物パーティクル １４ リフロー酸化膜 １６ ＳｉＮｘ膜 １８ ＰＳＧ膜 １９ 膨らみ部 ２０ リフロー酸化膜 ２２ ＳｉＮｘ膜 ２４ シリコン水素化合物パーティクル ２６ 窒化層 ２８ ＰＳＧ膜（リン珪素ガラス膜） ３０ 膨らみ部 ４０ リフロー酸化膜 ４２ ＳｉＮｘ膜 ４４ シリコン水素化合物パーティクル ４６ 窪み部 ４８ ＰＳＧ膜 ５０ 凹部
Claims (4)
- 【請求項１】 プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜を成
膜する工程と、ＰＳＧ膜を成膜する工程とを有し、基板
上に、順次、ＳｉＮｘ膜及びＰＳＧ膜を成膜してＳｉＮ
ｘ／ＰＳＧ積層構造を形成する方法において、 ＳｉＮｘ膜を成膜する工程に引き続き、ＰＳＧ膜を成膜
する工程の前に、ＳｉＮｘ膜の表面を窒化する工程を有
することを特徴とするＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成
方法。 - 【請求項２】 ＳｉＮｘ膜の表面を窒化する工程では、
ＳｉＮｘ膜の成膜温度より５０°C ないし１５０°C 低
い温度で窒素プラズマ処理又はアンモニアプラズマ処理
してＳｉＮｘ膜表面を窒化することを特徴とする請求項
１に記載のＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法。 - 【請求項３】 プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜を成
膜する工程と、ＰＳＧ膜を成膜する工程とを有し、基板
上に、順次、ＳｉＮｘ膜及びＰＳＧ膜を成膜してＳｉＮ
ｘ／ＰＳＧ積層構造を形成する方法において、 ＳｉＮｘ膜を成膜する工程では、ＳｉＮｘ膜の膜厚を１
０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲に抑制し、次いで、７００°C
以下の温度で、窒素アニール法又はアンモニアアニール
法によりＳｉＮｘ膜の表面を熱窒化する工程を有するこ
とを特徴とするＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法。 - 【請求項４】 プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮｘ膜を成
膜する工程と、ＰＳＧ膜を成膜する工程とを有し、基板
上に、順次、ＳｉＮｘ膜及びＰＳＧ膜を成膜してＳｉＮ
ｘ／ＰＳＧ積層構造を形成する方法において、 ＳｉＮｘ膜を成膜する工程に引き続き、ＰＳＧ膜を成膜
する工程の前に、ＳｉＮｘ膜を洗浄液で洗浄して表面エ
ッチング及び表面酸化を施す工程を有することを特徴と
するＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29625695A JP3332063B2 (ja) | 1995-10-19 | 1995-10-19 | ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29625695A JP3332063B2 (ja) | 1995-10-19 | 1995-10-19 | ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09115901A true JPH09115901A (ja) | 1997-05-02 |
| JP3332063B2 JP3332063B2 (ja) | 2002-10-07 |
Family
ID=17831223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29625695A Expired - Fee Related JP3332063B2 (ja) | 1995-10-19 | 1995-10-19 | ＳｉＮｘ／ＰＳＧ積層構造の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3332063B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1059672A2 (en) * | 1999-06-10 | 2000-12-13 | Fuji Electric Co., Ltd. | High withstand voltage semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP2002329721A (ja) * | 2001-04-26 | 2002-11-15 | Tokyo Electron Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP2009054612A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-12 | Fujitsu Ltd | 膜の処理方法および半導体装置の製造方法 |
| JP2021504939A (ja) * | 2017-11-21 | 2021-02-15 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 窒化ケイ素膜のドライエッチング速度の低減 |
-
1995
- 1995-10-19 JP JP29625695A patent/JP3332063B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1059672A2 (en) * | 1999-06-10 | 2000-12-13 | Fuji Electric Co., Ltd. | High withstand voltage semiconductor device and method of manufacturing the same |
| EP1059672A3 (en) * | 1999-06-10 | 2003-05-02 | Fuji Electric Co., Ltd. | High withstand voltage semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JP2002329721A (ja) * | 2001-04-26 | 2002-11-15 | Tokyo Electron Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP2009054612A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-12 | Fujitsu Ltd | 膜の処理方法および半導体装置の製造方法 |
| JP2021504939A (ja) * | 2017-11-21 | 2021-02-15 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 窒化ケイ素膜のドライエッチング速度の低減 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3332063B2 (ja) | 2002-10-07 |
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