JPH09260368A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH09260368A JPH09260368A JP6832896A JP6832896A JPH09260368A JP H09260368 A JPH09260368 A JP H09260368A JP 6832896 A JP6832896 A JP 6832896A JP 6832896 A JP6832896 A JP 6832896A JP H09260368 A JPH09260368 A JP H09260368A
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- gas
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- Local Oxidation Of Silicon (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 一回のＳｉＯ2 成膜で埋め込みと平坦化を実
現するＡＰＬ法において、ＳｉＯ2 膜のリフロー性の不
足現象がしばしば見られた。 【解決手段】 ウェハをＡＰＬ反応室に搬入後、微量の
ＳｉＨ4 ガスと熱源としても働く十分なＨ2 Ｏ2 ガスと
のコンビネーションに替えて、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等の酸
素を含まないガスを流すことで、ウェハ冷却効率を向上
させ、リフロー性障害要因である下地膜の疎水性基の増
加を防止する。その結果、良好なリフロー性を有するＳ
ｉＯ2 膜が成膜される。
現するＡＰＬ法において、ＳｉＯ2 膜のリフロー性の不
足現象がしばしば見られた。 【解決手段】 ウェハをＡＰＬ反応室に搬入後、微量の
ＳｉＨ4 ガスと熱源としても働く十分なＨ2 Ｏ2 ガスと
のコンビネーションに替えて、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等の酸
素を含まないガスを流すことで、ウェハ冷却効率を向上
させ、リフロー性障害要因である下地膜の疎水性基の増
加を防止する。その結果、良好なリフロー性を有するＳ
ｉＯ2 膜が成膜される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係わり、特に多層配線構造を有する半導体装置の
層間絶縁膜の形成方法に関する。
方法に係わり、特に多層配線構造を有する半導体装置の
層間絶縁膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の集積度が増大するに従い、
基板上に配線材料を多層に形成するいわゆる多層配線化
が進行している。そうした多層配線においては、上層配
線の段切れを回避し、高密度で信頼性の高い配線を形成
するため、平坦な層間絶縁膜が必須となっている。しか
し、多層配線構造の製造工程は複雑化し、長工程化して
きており、製品の歩留り低下やとりわけ製造コストの増
加が大きな問題となっている。
基板上に配線材料を多層に形成するいわゆる多層配線化
が進行している。そうした多層配線においては、上層配
線の段切れを回避し、高密度で信頼性の高い配線を形成
するため、平坦な層間絶縁膜が必須となっている。しか
し、多層配線構造の製造工程は複雑化し、長工程化して
きており、製品の歩留り低下やとりわけ製造コストの増
加が大きな問題となっている。
【０００３】図２は従来の多層配線の形成工程を示す。
まず、基板１上に下層配線用の第一の配線材料を堆積
後、その配線材料をパターニングし、図２（ａ）に示す
ように下層配線２を形成する。
まず、基板１上に下層配線用の第一の配線材料を堆積
後、その配線材料をパターニングし、図２（ａ）に示す
ように下層配線２を形成する。
【０００４】次に、図２（ｂ）に示すように、この下層
配線２上に第一の絶縁膜３を形成し、その結果下層配線
２の相互間に絶縁膜が埋め込まれる。この時点では前記
下層配線２のパターンなどに依存して第一の絶縁膜３表
面に段差が存在し、このまま上層配線用の第二の配線材
料の堆積及び上層配線のパターニングを行うと、上層配
線の段切れに起因する断線不良をもたらす恐れがある。
配線２上に第一の絶縁膜３を形成し、その結果下層配線
２の相互間に絶縁膜が埋め込まれる。この時点では前記
下層配線２のパターンなどに依存して第一の絶縁膜３表
面に段差が存在し、このまま上層配線用の第二の配線材
料の堆積及び上層配線のパターニングを行うと、上層配
線の段切れに起因する断線不良をもたらす恐れがある。
【０００５】そこで第二の配線材料を堆積する前に、図
２（ｃ）に示すように、第一の絶縁膜の表面をレジスト
エッチバック法やＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishi
ng)法等で平坦化して、段差を緩和する。
２（ｃ）に示すように、第一の絶縁膜の表面をレジスト
エッチバック法やＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishi
ng)法等で平坦化して、段差を緩和する。
【０００６】その後、図２（ｄ）に示すように、通常、
第二の絶縁膜４を形成する。さらに、図示せぬ第二の配
線材料を堆積して、この第二の配線材料をパターニング
して上層配線を形成する。
第二の絶縁膜４を形成する。さらに、図示せぬ第二の配
線材料を堆積して、この第二の配線材料をパターニング
して上層配線を形成する。
【０００７】しかし、この従来の層間絶縁膜の形成方法
は、工程数が多く、配線工程数の低減化、低コスト化の
要求に対する大きな障害となっている。また、第一の絶
縁膜を平坦化する替わりに、第一の絶縁膜上に絶縁材料
であるＳＯＧ(Spin on Glass) 膜を形成することで段差
を緩和する方法も知られている。
は、工程数が多く、配線工程数の低減化、低コスト化の
要求に対する大きな障害となっている。また、第一の絶
縁膜を平坦化する替わりに、第一の絶縁膜上に絶縁材料
であるＳＯＧ(Spin on Glass) 膜を形成することで段差
を緩和する方法も知られている。
【０００８】しかし、この方法はＳＯＧ膜の塗布および
焼成に際して、多数回の熱処理工程が必要であり、上層
配線の信頼性を確保するためにＳＯＧ膜の不要部分をレ
ジストエッチバック法等で除去する必要がある。このた
め、結果的に工程数が多くなり、工程低減化の要求に対
して十分に応えることができない。
焼成に際して、多数回の熱処理工程が必要であり、上層
配線の信頼性を確保するためにＳＯＧ膜の不要部分をレ
ジストエッチバック法等で除去する必要がある。このた
め、結果的に工程数が多くなり、工程低減化の要求に対
して十分に応えることができない。
【０００９】そこで、近年層間絶縁膜表面の平坦化技術
の一つとして、ＡＰＬ(Advanced Planarisation Layer)
プロセスが報告されて、注目を集めている（文献；Mats
uuraet.al., IEEE Tech. Dig.,pp117,1994)。
の一つとして、ＡＰＬ(Advanced Planarisation Layer)
プロセスが報告されて、注目を集めている（文献；Mats
uuraet.al., IEEE Tech. Dig.,pp117,1994)。
【００１０】このＡＰＬプロセスは、層間絶縁膜の形成
に際して、ＳｉＨ4 ガス（シランガス）と酸化剤である
Ｈ2 Ｏ2 とを例えば０℃の低温で、真空中で反応させる
ことによって、下層配線上に自己流動性（リフロー）を
有するＳｉＯ2 膜（以下リフローＳｉＯ２膜という）を
形成するものである。
に際して、ＳｉＨ4 ガス（シランガス）と酸化剤である
Ｈ2 Ｏ2 とを例えば０℃の低温で、真空中で反応させる
ことによって、下層配線上に自己流動性（リフロー）を
有するＳｉＯ2 膜（以下リフローＳｉＯ２膜という）を
形成するものである。
【００１１】この方法は、下層配線の配線相互間の絶縁
膜の埋め込みと絶縁膜表面の平坦化を同時に達成でき、
１回の成膜で平坦化までの工程を終了するので、配線工
程低減化の要求に十分応えることができる。
膜の埋め込みと絶縁膜表面の平坦化を同時に達成でき、
１回の成膜で平坦化までの工程を終了するので、配線工
程低減化の要求に十分応えることができる。
【００１２】なお、上記のリフローＳｉＯ2 を形成する
前に、下層配線上に通常のプラズマＣＶＤ法により第一
の層間絶縁膜（ベース絶縁膜）を形成する場合があり、
上記リフローＳｉＯ2 膜を形成した後にリフローＳｉＯ
2 膜上に通常のプラズマＣＶＤ法で第二の層間絶縁膜
（キャップ膜）を形成し、その後ファーネスアニールを
行う場合がある。
前に、下層配線上に通常のプラズマＣＶＤ法により第一
の層間絶縁膜（ベース絶縁膜）を形成する場合があり、
上記リフローＳｉＯ2 膜を形成した後にリフローＳｉＯ
2 膜上に通常のプラズマＣＶＤ法で第二の層間絶縁膜
（キャップ膜）を形成し、その後ファーネスアニールを
行う場合がある。
【００１３】以下、図３を参照して、従来のＡＰＬプロ
セスを説明する。まず、図３（ａ）に示す下層配線２お
よび下層配線２の相互間にベース膜５を形成する場合、
半導体ウェハを、ＡＰＬ反応室に隣接した、ＡＰＬ装置
システム内のプラズマ反応室に導入する。ウェハは、３
００℃に設定された反応板（以下サセプタと称する）に
設置される。その後、プラズマＣＶＤ法により図３
（ｂ）に示すように、例えば１００ｎｍの厚さのＳｉＯ
2 膜が形成される。
セスを説明する。まず、図３（ａ）に示す下層配線２お
よび下層配線２の相互間にベース膜５を形成する場合、
半導体ウェハを、ＡＰＬ反応室に隣接した、ＡＰＬ装置
システム内のプラズマ反応室に導入する。ウェハは、３
００℃に設定された反応板（以下サセプタと称する）に
設置される。その後、プラズマＣＶＤ法により図３
（ｂ）に示すように、例えば１００ｎｍの厚さのＳｉＯ
2 膜が形成される。
【００１４】続いてウェハをプラズマ反応室内に保持し
たまま、ベース膜５表面を親水性化してリフロー性を高
める目的で、プラズマ処理を施す。ベース膜表面を親水
性化する理由を以下に説明する。ＡＰＬ技術におけるリ
フロー反応メカニズムは解明しきれていないが、定性的
には下地膜の親水性を確保することが肝要であることが
判明しつつある。ＡＰＬ法では、ＳｉＨ4 とＨ2 Ｏ2 と
の１次反応体であるＳｉ（ＯＨ）4 が縮重合して、Ｓｉ
Ｏ2 膜が形成されるものだが、液体であるＳｉ（ＯＨ）
4 が成膜途上の表面において十分に流動することが、自
己流動性の確保のために不可欠である。したがって、成
膜途上の表面においてＳｉ（ＯＨ）4 がなじみよく広が
って反応が連続的に生じるためには、Ｓｉ（ＯＨ）4 が
親水性であることから、下地膜に末端が…−Ｏ−Ｈで終
端された親水性基が存在することが好ましい。逆に、末
端が…−Ｈや…−Ｏ−Ｏ−Ｈで終端された疎水性基は、
反応の連続性障害として機能し、リフロー不足発生要因
となる。この現象に基づいて、酸素を含むガス系で軽い
プラズマ処理をベース膜成膜後に行うのである。例え
ば、温度３００℃、ガス流量 Ｎ2 Ｏ；３５００ｃｃ、
Ｎ2 ；１５００ｃｃ、圧力１４００ｍｔｏｒｒ、ＲＦパ
ワー５００Ｗで時間は１５秒の処理を行う。
たまま、ベース膜５表面を親水性化してリフロー性を高
める目的で、プラズマ処理を施す。ベース膜表面を親水
性化する理由を以下に説明する。ＡＰＬ技術におけるリ
フロー反応メカニズムは解明しきれていないが、定性的
には下地膜の親水性を確保することが肝要であることが
判明しつつある。ＡＰＬ法では、ＳｉＨ4 とＨ2 Ｏ2 と
の１次反応体であるＳｉ（ＯＨ）4 が縮重合して、Ｓｉ
Ｏ2 膜が形成されるものだが、液体であるＳｉ（ＯＨ）
4 が成膜途上の表面において十分に流動することが、自
己流動性の確保のために不可欠である。したがって、成
膜途上の表面においてＳｉ（ＯＨ）4 がなじみよく広が
って反応が連続的に生じるためには、Ｓｉ（ＯＨ）4 が
親水性であることから、下地膜に末端が…−Ｏ−Ｈで終
端された親水性基が存在することが好ましい。逆に、末
端が…−Ｈや…−Ｏ−Ｏ−Ｈで終端された疎水性基は、
反応の連続性障害として機能し、リフロー不足発生要因
となる。この現象に基づいて、酸素を含むガス系で軽い
プラズマ処理をベース膜成膜後に行うのである。例え
ば、温度３００℃、ガス流量 Ｎ2 Ｏ；３５００ｃｃ、
Ｎ2 ；１５００ｃｃ、圧力１４００ｍｔｏｒｒ、ＲＦパ
ワー５００Ｗで時間は１５秒の処理を行う。
【００１５】処理終了後は、バック真空度である１０ｍ
ｔｏｒｒ程度まで排気する。ウェハは、プラズマ反応室
から、バック真空度を維持しながらロードロック室を経
て、ＡＰＬ室に搬入される。
ｔｏｒｒ程度まで排気する。ウェハは、プラズマ反応室
から、バック真空度を維持しながらロードロック室を経
て、ＡＰＬ室に搬入される。
【００１６】続いて、ＡＰＬ室ではウェハは０℃に保持
されたサセプタ上に設置され、同時に、実際のＡＰＬ成
膜ガス系であるＳｉＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ2 ＋Ｎ2 ガスが導入さ
れる。まず、流量を安定化するために、ＳｉＨ4 ；１０
ｃｃ、Ｈ2 Ｏ2 ；０．６５ｍｇ／ｍｉｎ、Ｎ2 ；５００
ｃｃ、圧力８５０ｍｔｏｒｒで６０秒間ガスを導入す
る。続いて、ＳｉＨ4 のみを１２０ｃｃに増量して成膜
を開始する。図３（ｃ）に示すように、ＡＰＬ法による
ＳｉＯ2 膜６ｂを例えば８００ｎｍ程度形成した後、す
べての導入ガスは排出されてバック真空度まで排気され
る。
されたサセプタ上に設置され、同時に、実際のＡＰＬ成
膜ガス系であるＳｉＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ2 ＋Ｎ2 ガスが導入さ
れる。まず、流量を安定化するために、ＳｉＨ4 ；１０
ｃｃ、Ｈ2 Ｏ2 ；０．６５ｍｇ／ｍｉｎ、Ｎ2 ；５００
ｃｃ、圧力８５０ｍｔｏｒｒで６０秒間ガスを導入す
る。続いて、ＳｉＨ4 のみを１２０ｃｃに増量して成膜
を開始する。図３（ｃ）に示すように、ＡＰＬ法による
ＳｉＯ2 膜６ｂを例えば８００ｎｍ程度形成した後、す
べての導入ガスは排出されてバック真空度まで排気され
る。
【００１７】次にウェハは、再度プラズマ室へ搬入さ
れ、図３（ｄ）に示すようにプラズマＣＶＤ法でキャッ
プ膜７としてプラズマＳｉＯ2 膜を例えば３００ｎｍ堆
積する。その後、別のアニール炉装置で４５０℃３０分
間の熱処理を施して、層間膜形成工程は終了する。
れ、図３（ｄ）に示すようにプラズマＣＶＤ法でキャッ
プ膜７としてプラズマＳｉＯ2 膜を例えば３００ｎｍ堆
積する。その後、別のアニール炉装置で４５０℃３０分
間の熱処理を施して、層間膜形成工程は終了する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】このＡＰＬプロセスで
は、リフローＳｉＯ2 膜のリフロー度によって、平坦化
を達成するものであり、リフロー性の確保が極めて重要
である。しかしながら、現状のＡＰＬプロセス技術で
は、リフロー性の不足現象がしばしば見られ、プロセス
不良を引き起こしていた。
は、リフローＳｉＯ2 膜のリフロー度によって、平坦化
を達成するものであり、リフロー性の確保が極めて重要
である。しかしながら、現状のＡＰＬプロセス技術で
は、リフロー性の不足現象がしばしば見られ、プロセス
不良を引き起こしていた。
【００１９】図４（ａ）は、従来のＡＰＬ方法でのリフ
ロー形状を示す。８００ｎｍのＡｌ８段差上にベース膜
１００ｎｍ、ＡＰＬ膜８００ｎｍ、キャップ膜３００ｎ
ｍよりなる層間絶縁膜９を成膜した。表面の形状は大き
く損なわれている。
ロー形状を示す。８００ｎｍのＡｌ８段差上にベース膜
１００ｎｍ、ＡＰＬ膜８００ｎｍ、キャップ膜３００ｎ
ｍよりなる層間絶縁膜９を成膜した。表面の形状は大き
く損なわれている。
【００２０】また図４（ｂ）は、表面での微小うねり
（モホロジーと称する）を表面段差計でスキャンしたプ
ロファイルを示す。縦方向を２万倍、横方向を１／２０
０に変換してうねりを強調している。図の左右に大きな
山が２つあるが、幅１００μｍの電極がそれぞれ存在す
るため盛り上がったものである。２つの電極の距離は４
００μｍある。電極間のスペースにも一つだけ幅１０μ
ｍ程度の下層配線が存在する。ベースラインであるＡＢ
間のプロファイルが直線に近いことが望ましいが、従来
例では凸凹が目立つ。ＡＢを結んだ直線とスキャンした
曲線とで囲まれる面積をモホロジーファクターと呼ぶこ
とにすると、この図においては、１．８８８μｍ2 であ
った。
（モホロジーと称する）を表面段差計でスキャンしたプ
ロファイルを示す。縦方向を２万倍、横方向を１／２０
０に変換してうねりを強調している。図の左右に大きな
山が２つあるが、幅１００μｍの電極がそれぞれ存在す
るため盛り上がったものである。２つの電極の距離は４
００μｍある。電極間のスペースにも一つだけ幅１０μ
ｍ程度の下層配線が存在する。ベースラインであるＡＢ
間のプロファイルが直線に近いことが望ましいが、従来
例では凸凹が目立つ。ＡＢを結んだ直線とスキャンした
曲線とで囲まれる面積をモホロジーファクターと呼ぶこ
とにすると、この図においては、１．８８８μｍ2 であ
った。
【００２１】この発明は、上記課題を解決するものであ
り、その目的は、ＡＰＬ技術においてＳｉＯ2 膜のリフ
ロー性を向上させ、良好なＳｉＯ2 リフロー膜を形成可
能な半導体装置の製造方法を提出しようとするものであ
る。
り、その目的は、ＡＰＬ技術においてＳｉＯ2 膜のリフ
ロー性を向上させ、良好なＳｉＯ2 リフロー膜を形成可
能な半導体装置の製造方法を提出しようとするものであ
る。
【００２２】
【課題を解決するための手段】リフロー不足の要因を解
析した結果、以下の２点の要因が抽出された。１点目
は、ウェハ表面の実際の温度の制御不足、具体的にはウ
ェハの冷却効率が不足していたことである。２点目は、
ＡＰＬ膜が成膜される下地表面すなわちベース膜である
プラズマＳｉＯ2 膜の表面の親水性が不足であることで
ある。
析した結果、以下の２点の要因が抽出された。１点目
は、ウェハ表面の実際の温度の制御不足、具体的にはウ
ェハの冷却効率が不足していたことである。２点目は、
ＡＰＬ膜が成膜される下地表面すなわちベース膜である
プラズマＳｉＯ2 膜の表面の親水性が不足であることで
ある。
【００２３】まず、ウェハ冷却の問題について説明す
る。ＡＰＬ成膜プロセスでは、リフロー反応を成立させ
るため、低温領域（−１０℃〜＋１０℃）に温度を制御
することが必須である。このため、ウェハは例えば０℃
に保持されたＡＰＬサセプタ上に設置されて冷却され
る。
る。ＡＰＬ成膜プロセスでは、リフロー反応を成立させ
るため、低温領域（−１０℃〜＋１０℃）に温度を制御
することが必須である。このため、ウェハは例えば０℃
に保持されたＡＰＬサセプタ上に設置されて冷却され
る。
【００２４】従来技術ではウェハの設置と同時に反応ガ
スであるＳｉＨ4 とＨ2 Ｏ2 をガス流安定化を目的とし
てＡＰＬ反応室内に導入していた。しかし、反応ガスを
導入した時には導入しない時に比べてウェハ表面実温度
が２０℃程上昇することが判明した。この理由は、Ｈ2
Ｏ2 ガスは、液体材料を加熱気化させて供給されるの
で、他のガスに比べて温度が特に高い。ウェハの裏面が
接触しているサセプタによりウェハは裏面から冷却され
るものの、ウェハ表面に到達するＨ2 Ｏ2 ガスが熱エネ
ルギーをウェハ表面に与えるため、ウェハ表面実温が下
がりきらないからである。このため、リフロー不足要因
であるウェハ温度上昇が引き起こされている。
スであるＳｉＨ4 とＨ2 Ｏ2 をガス流安定化を目的とし
てＡＰＬ反応室内に導入していた。しかし、反応ガスを
導入した時には導入しない時に比べてウェハ表面実温度
が２０℃程上昇することが判明した。この理由は、Ｈ2
Ｏ2 ガスは、液体材料を加熱気化させて供給されるの
で、他のガスに比べて温度が特に高い。ウェハの裏面が
接触しているサセプタによりウェハは裏面から冷却され
るものの、ウェハ表面に到達するＨ2 Ｏ2 ガスが熱エネ
ルギーをウェハ表面に与えるため、ウェハ表面実温が下
がりきらないからである。このため、リフロー不足要因
であるウェハ温度上昇が引き起こされている。
【００２５】したがって、本発明ではＡＰＬ反応室内に
ウェハを搬入しウェハを冷却する際、熱源たるＨ2 Ｏ2
ガスの供給を停止して、ウェハ表面温度を制御する。次
に、下地絶縁膜の親水性の問題について説明する。
ウェハを搬入しウェハを冷却する際、熱源たるＨ2 Ｏ2
ガスの供給を停止して、ウェハ表面温度を制御する。次
に、下地絶縁膜の親水性の問題について説明する。
【００２６】ＡＰＬ技術におけるリフロー反応メカニズ
ムは解明しきれていないが、低温制御の他に、前述のよ
うに定性的には下地膜の親水性を確保することが重要で
ある。そのため、前述のように従来技術でもベース膜表
面の親水性度を向上させるために、酸素を含むガス系で
の軽いプラズマ処理がベース膜成膜後にプラズマ反応室
で実施されている。
ムは解明しきれていないが、低温制御の他に、前述のよ
うに定性的には下地膜の親水性を確保することが重要で
ある。そのため、前述のように従来技術でもベース膜表
面の親水性度を向上させるために、酸素を含むガス系で
の軽いプラズマ処理がベース膜成膜後にプラズマ反応室
で実施されている。
【００２７】ところで、Ｈ2 Ｏ2 ガスは強い酸化力を有
するガスであるので、例えば疎水性の−Ｈ基に対しては
これを酸化して、…−Ｏ−Ｈ基へ転換させる作用が期待
される。その反面、すでに上記の酸素系プラズマ処理に
よって生じている親水性の…−Ｏ−Ｈ基に対してもＨ2
Ｏ2 ガスは過度に酸化作用を働きかけ、親水性基…−Ｏ
−Ｈ基は疎水性基…−Ｏ−Ｏ−Ｈに転換されてしまう。
するガスであるので、例えば疎水性の−Ｈ基に対しては
これを酸化して、…−Ｏ−Ｈ基へ転換させる作用が期待
される。その反面、すでに上記の酸素系プラズマ処理に
よって生じている親水性の…−Ｏ−Ｈ基に対してもＨ2
Ｏ2 ガスは過度に酸化作用を働きかけ、親水性基…−Ｏ
−Ｈ基は疎水性基…−Ｏ−Ｏ−Ｈに転換されてしまう。
【００２８】従来の技術では、ウェハをＡＰＬ反応室内
に搬入した後に、ウェハを冷却しながら、微量のＳｉＨ
4 と十分な量のＨ2 Ｏ2 のコンビネーションからなるガ
スをガス流安定化を目的として反応室内に導入してい
た。ＳｉＨ4 を微量に設定した理由は、流量安定化段階
での不用意な成膜を避けるためである。
に搬入した後に、ウェハを冷却しながら、微量のＳｉＨ
4 と十分な量のＨ2 Ｏ2 のコンビネーションからなるガ
スをガス流安定化を目的として反応室内に導入してい
た。ＳｉＨ4 を微量に設定した理由は、流量安定化段階
での不用意な成膜を避けるためである。
【００２９】一方で、本コンビネーションは、実質的に
Ｈ2 Ｏ2 ガス単独でウェハ表面に働きかけるので、上述
のように親水性基…−Ｏ−Ｈ基を疎水性基…−Ｏ−Ｏ−
Ｈに転換していると推定される。
Ｈ2 Ｏ2 ガス単独でウェハ表面に働きかけるので、上述
のように親水性基…−Ｏ−Ｈ基を疎水性基…−Ｏ−Ｏ−
Ｈに転換していると推定される。
【００３０】この転換は、当然に時間に依存して増大す
るので、ウェハ冷却中の長い間、前記のコンビネーショ
ンでガスを導入することは好ましくない。ガス流量安定
化のため、前記ガス導入を全廃することは困難である
が、できるだけ短時間で済ますことが望ましい。
るので、ウェハ冷却中の長い間、前記のコンビネーショ
ンでガスを導入することは好ましくない。ガス流量安定
化のため、前記ガス導入を全廃することは困難である
が、できるだけ短時間で済ますことが望ましい。
【００３１】以上述べたように、本発明は、ウェハ冷却
効率を向上させるために、熱源であるＨ2 Ｏ2 ガス導入
時間を最小に止めるとともに、リフロー性障害要因であ
る疎水性基の増加を防止するために、ガス流量安定化の
ための十分なＨ2 Ｏ2 ガスと微量のＳｉＨ4 ガスのコン
ビネーションの導入時間を最小に止めることで、リフロ
ーＳｉＯ2 膜のリフロー不足現象を抑制して、平坦性を
有する層間絶縁膜を実現する。
効率を向上させるために、熱源であるＨ2 Ｏ2 ガス導入
時間を最小に止めるとともに、リフロー性障害要因であ
る疎水性基の増加を防止するために、ガス流量安定化の
ための十分なＨ2 Ｏ2 ガスと微量のＳｉＨ4 ガスのコン
ビネーションの導入時間を最小に止めることで、リフロ
ーＳｉＯ2 膜のリフロー不足現象を抑制して、平坦性を
有する層間絶縁膜を実現する。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下に本発明の製造方法の実施例
について図面を参照して説明する。まず、図１（ａ）の
ようにすでに下層配線が形成され、平坦な層間絶縁膜を
成膜することが必要な半導体ウェハを、ＡＰＬ装置シス
テム中のプラズマ反応室に導入する。ウェハは、３００
℃に設定されたサセプタ上に搬送アームによって設置さ
れ、例えば、ガス流量 ＳｉＨ4 ；１５０ｃｃ、Ｎ2
Ｏ；３５００ｃｃ、Ｎ2 ；１５００ｃｃ、圧力１４００
ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー１００Ｗの条件で放電させて、
１００ｎｍの厚さのベース膜プラズマＳｉＯ2 ５を成膜
する（図１（ｂ））。
について図面を参照して説明する。まず、図１（ａ）の
ようにすでに下層配線が形成され、平坦な層間絶縁膜を
成膜することが必要な半導体ウェハを、ＡＰＬ装置シス
テム中のプラズマ反応室に導入する。ウェハは、３００
℃に設定されたサセプタ上に搬送アームによって設置さ
れ、例えば、ガス流量 ＳｉＨ4 ；１５０ｃｃ、Ｎ2
Ｏ；３５００ｃｃ、Ｎ2 ；１５００ｃｃ、圧力１４００
ｍｔｏｒｒ、ＲＦパワー１００Ｗの条件で放電させて、
１００ｎｍの厚さのベース膜プラズマＳｉＯ2 ５を成膜
する（図１（ｂ））。
【００３３】続いてウェハを同一サセプタ上に保持した
まま、ベース膜表面を親水性化する目的でプラズマ処理
を施す。温度３００℃、ガス流量 Ｎ2 Ｏ；３５００ｃ
ｃ、Ｎ2 ；１５００ｃｃ、圧力１４００ｍｔｏｒｒ、Ｒ
Ｆパワー５００Ｗで時間は１５秒である。
まま、ベース膜表面を親水性化する目的でプラズマ処理
を施す。温度３００℃、ガス流量 Ｎ2 Ｏ；３５００ｃ
ｃ、Ｎ2 ；１５００ｃｃ、圧力１４００ｍｔｏｒｒ、Ｒ
Ｆパワー５００Ｗで時間は１５秒である。
【００３４】処理終了後は、ガス導入を停止し、バック
真空度である１０ｍｔｏｒｒ程度まで排気する。次にウ
ェハを一旦プラズマ反応室外に搬出し、バック真空度を
維持しながらロードロック室に移送する。
真空度である１０ｍｔｏｒｒ程度まで排気する。次にウ
ェハを一旦プラズマ反応室外に搬出し、バック真空度を
維持しながらロードロック室に移送する。
【００３５】続いて、ＡＰＬ室にウェハを搬入して例え
ば０℃に保持されたサセプタ上に設置する。この温度
は、−１０℃以上＋１０℃以下であればよい。次に、Ｎ
2 ；１０００ｃｃ、圧力８５０ｍｔｏｒｒで２４０秒間
保持する。この保持時間中に、先の３００℃での成膜工
程ないしプラズマ処理工程でウェハに蓄えられた余熱が
放出される。ウェハ表面温度は、リフロー性を確保する
温度領域に安定して降下する。またＨ2 Ｏ2 は導入され
ていないので、ベース膜表面が徒に酸化されて疎水性基
が増加することはない。
ば０℃に保持されたサセプタ上に設置する。この温度
は、−１０℃以上＋１０℃以下であればよい。次に、Ｎ
2 ；１０００ｃｃ、圧力８５０ｍｔｏｒｒで２４０秒間
保持する。この保持時間中に、先の３００℃での成膜工
程ないしプラズマ処理工程でウェハに蓄えられた余熱が
放出される。ウェハ表面温度は、リフロー性を確保する
温度領域に安定して降下する。またＨ2 Ｏ2 は導入され
ていないので、ベース膜表面が徒に酸化されて疎水性基
が増加することはない。
【００３６】次に、実際のＡＰＬ成膜ガス系であるＳｉ
Ｈ4 ＋Ｈ2 Ｏ2 ＋Ｎ2 ガスを導入する。まず、流量を安
定化するために、ＳｉＨ4 ；１０ｃｃ、Ｈ2 Ｏ2 ；０．
６５ｍｇ／ｍｉｎ、Ｎ2 ；５００ｃｃ、圧力８５０ｍｔ
ｏｒｒで１０秒間ガスを導入する。１０秒間はベース膜
表面はＨ2 Ｏ2 に晒されるが、時間が従来の６０秒以上
と比べると大幅に短いので、酸化による疎水性基の増加
はほとんど無視できる。したがって、リフロー不足に到
る懸念はない。
Ｈ4 ＋Ｈ2 Ｏ2 ＋Ｎ2 ガスを導入する。まず、流量を安
定化するために、ＳｉＨ4 ；１０ｃｃ、Ｈ2 Ｏ2 ；０．
６５ｍｇ／ｍｉｎ、Ｎ2 ；５００ｃｃ、圧力８５０ｍｔ
ｏｒｒで１０秒間ガスを導入する。１０秒間はベース膜
表面はＨ2 Ｏ2 に晒されるが、時間が従来の６０秒以上
と比べると大幅に短いので、酸化による疎水性基の増加
はほとんど無視できる。したがって、リフロー不足に到
る懸念はない。
【００３７】続いて、ＳｉＨ4 のみを１２０ｃｃに増量
して成膜を開始する。ＡＰＬ法によるＳｉＯ2 膜６ａを
８００ｎｍ程度堆積した後、すべての導入ガスを排出し
てバック真空度まで排気する（図１（ｃ））。
して成膜を開始する。ＡＰＬ法によるＳｉＯ2 膜６ａを
８００ｎｍ程度堆積した後、すべての導入ガスを排出し
てバック真空度まで排気する（図１（ｃ））。
【００３８】次にウェハを、ＡＰＬ室から搬出されて一
旦ロードロック室を経由して再度プラズマ室を搬入し、
プラズマＣＶＤ法でキャップ膜のプラズマＳｉＯ２を３
００ｎｍ堆積する。温度、圧力はベース成膜時と同じ
で、ＳｉＨ4 １００ｃｃ、Ｎ2 Ｏ；２０００ｃｃ、Ｎ
2 ；１０００ｃｃ、ＲＦパワー５００Ｗである（図１
（ｄ））。
旦ロードロック室を経由して再度プラズマ室を搬入し、
プラズマＣＶＤ法でキャップ膜のプラズマＳｉＯ２を３
００ｎｍ堆積する。温度、圧力はベース成膜時と同じ
で、ＳｉＨ4 １００ｃｃ、Ｎ2 Ｏ；２０００ｃｃ、Ｎ
2 ；１０００ｃｃ、ＲＦパワー５００Ｗである（図１
（ｄ））。
【００３９】以上でＡＰＬ装置システムでの成膜工程は
完了する。その後、別のアニール炉装置で４５０℃、３
０分間の熱処理を施して、層間膜形成工程は終了する。
完了する。その後、別のアニール炉装置で４５０℃、３
０分間の熱処理を施して、層間膜形成工程は終了する。
【００４０】本発明の実施例の効果について、図５を用
いて説明する。図５（ａ）は、本発明の方法による層間
絶縁膜７のリフロー形状を示す。図４（ａ）と同じく８
００ｎｍのＡｌ８の段差上にベース膜１００ｎｍ、ＡＰ
Ｌ膜８００ｎｍ、キャップ膜３００ｎｍを成膜してあ
る。表面の平坦形状は良好なレベルにある。
いて説明する。図５（ａ）は、本発明の方法による層間
絶縁膜７のリフロー形状を示す。図４（ａ）と同じく８
００ｎｍのＡｌ８の段差上にベース膜１００ｎｍ、ＡＰ
Ｌ膜８００ｎｍ、キャップ膜３００ｎｍを成膜してあ
る。表面の平坦形状は良好なレベルにある。
【００４１】また、図５（ｂ）は、図４（ｂ）に対応す
る本発明の表面形状プロファイルを示す。モホロジーフ
ァクターは０．１３５μｍ2 であり、下地配線を反映し
た山がＡＢ間に一つあることを除けば、ＡＢ間は直線に
近似できるほど滑らかである。
る本発明の表面形状プロファイルを示す。モホロジーフ
ァクターは０．１３５μｍ2 であり、下地配線を反映し
た山がＡＢ間に一つあることを除けば、ＡＢ間は直線に
近似できるほど滑らかである。
【００４２】基板をＡＰＬ反応室に搬入した直後に導入
するガスは、前述の実施例のＮ２に限られるものではな
く、親水基を疎水基に転換する機能を有しないガスで、
なおかつ熱源とならないガスであればよい。例えば、Ｎ
2 の他に、ＡｒやＨｅ等の不活性ガスで、酸素を含まな
いガスが考えられる。
するガスは、前述の実施例のＮ２に限られるものではな
く、親水基を疎水基に転換する機能を有しないガスで、
なおかつ熱源とならないガスであればよい。例えば、Ｎ
2 の他に、ＡｒやＨｅ等の不活性ガスで、酸素を含まな
いガスが考えられる。
【００４３】また、基板を反応室に搬入し、Ｎ2 ガスを
流している時間は、前述の２４０秒に限られるものでは
なく、条件に応じて変更される。例えば３０秒以上であ
ればよい。
流している時間は、前述の２４０秒に限られるものでは
なく、条件に応じて変更される。例えば３０秒以上であ
ればよい。
【００４４】さらに、反応室の真空度は、前述のように
バック真空度が１０ｍｔｏｒｒで、ＡＰＴ成膜時が８５
０ｍｔｏｒｒであったが、これに限られるものではな
く、６６５Ｐａ（＝５ｔｏｒｒ）以下であればよい。
バック真空度が１０ｍｔｏｒｒで、ＡＰＴ成膜時が８５
０ｍｔｏｒｒであったが、これに限られるものではな
く、６６５Ｐａ（＝５ｔｏｒｒ）以下であればよい。
【００４５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は、ウェハを
ＡＰＬ反応室に搬入後、微量のＳｉＨ4 ガスと熱源とし
ても働く十分なＨ2 Ｏ2 ガスのコンビネーションに替え
て、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等の酸素を含まないガスを流すこ
とで、ウェハ冷却効率を向上させ、リフロー性の障害要
因である疎水性基の増加を防止し、その結果、ＡＰＬ技
術により良好なリフローＳｉＯ2 膜を成膜できる。
ＡＰＬ反応室に搬入後、微量のＳｉＨ4 ガスと熱源とし
ても働く十分なＨ2 Ｏ2 ガスのコンビネーションに替え
て、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ等の酸素を含まないガスを流すこ
とで、ウェハ冷却効率を向上させ、リフロー性の障害要
因である疎水性基の増加を防止し、その結果、ＡＰＬ技
術により良好なリフローＳｉＯ2 膜を成膜できる。
【図１】本発明の一実施例を示すものであり、ＡＰＬ法
による層間絶縁膜形成プロセスを示す図。
による層間絶縁膜形成プロセスを示す図。
【図２】従来の層間絶縁膜形成プロセスを示す図。
【図３】従来のＡＰＬ法による層間絶縁膜形成プロセス
を示す図。
を示す図。
【図４】図４（ａ）は、従来のＡＰＬ法における層間絶
縁膜の断面形状を示す図、図４（ｂ）は表面微小うねり
を示す図。
縁膜の断面形状を示す図、図４（ｂ）は表面微小うねり
を示す図。
【図５】図５（ａ）は、本発明のＡＰＬ法における層間
絶縁膜の断面形状を示す図、図５（ｂ）は表面微小うね
りを示す図。
絶縁膜の断面形状を示す図、図５（ｂ）は表面微小うね
りを示す図。
１…基板、 ２…下層配線、 ３…第一の絶縁膜、 ４…第二の絶縁膜、 ５…ベース膜、 ６ａ…本発明のＡＰＬ法によるＳｉＯ2 膜、 ６ｂ…従来のＡＰＬ法によるＳｉＯ2 膜、 ７…キャップ膜、 ８…Ａｌ配線、 ９…層間絶縁膜。
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成された素子あるいは
配線を被覆している絶縁膜上に、前記基板を収容した反
応室内にシランガス及び過酸化水素ガスを導入して６６
５Ｐａ以下の真空中で−１０℃以上＋１０℃以下の温度
範囲内で互いに反応させることで、流動性または自己平
坦性を有する二酸化シリコン膜を成膜する工程におい
て、前記反応室内に前記半導体基板を搬入し、上記の−
１０℃以上＋１０℃以下の温度にされた反応板上に前記
基板を設置して３０秒以上の時間保持し、この後にシラ
ンガス及び過酸化水素ガスを導入して成膜することを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記保持時に、酸素を含まないガスを前
記反応室内に導入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。 - 【請求項３】 前記保持時に、窒素ガスまたはアルゴン
ガスあるいはヘリウムガス等の不活性ガスを前記反応室
に導入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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6832896A JPH09260368A (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6832896A JPH09260368A (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09260368A true JPH09260368A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=13370663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6832896A Pending JPH09260368A (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09260368A (ja) |
-
1996
- 1996-03-25 JP JP6832896A patent/JPH09260368A/ja active Pending
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