JPH0974090A - 半導体装置の層間絶縁膜形成方法 - Google Patents
半導体装置の層間絶縁膜形成方法Info
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Abstract
プカバレージを有するのみならず、水分浸透によるボイ
ドの生成を防止することのできる半導体装置層間絶縁膜
形成方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板上部に金属配線を形成した
後、金属配線が形成された半導体基板を化学的に気相蒸
着のための炉で所定濃度のTEOSとオゾンを供給して
金属配線の間を充分に埋め立てるほど第1絶縁膜を形成
する。その後、第1絶縁膜の形成のための同一反応炉で
TEOSの濃度のみ異ならして第1絶縁膜の上部に所定
厚さの第2絶縁膜を形成する。
Description
法に関し、特に、多層金属配線を有する半導体装置の層
間絶縁膜形成方法に関する。
り、金属配線を有する多層構造の半導体装置の必要性が
高くなっている。多層金属配線構造を有する半導体装置
の製造時には、多層金属配線の層と層との間及び各層で
の金属配線の間は層間絶縁膜で完全に埋め立てなければ
ならない。そのような層間絶縁膜は溶液や水に対する抵
抗力と金属配線への接着力が優れ、均質なステップカバ
レージを有しなければならない。このような層間絶縁膜
としては現在BPSG(BoroPhosphoSilicate-Glass),
SOG(Spin-On-Glass),TEOS(TetraEtylOrthoSili
cate)等が主に使われている。
用する場合は、層間絶縁膜形成後に、高温でのリフロー
工程を伴い、ステップカバレージが不良でボイド(vo
id)が形成されるという問題点があり、SOGを使う
場合には、金属への粘着力が不良でありSOG自体が多
量の水分を含むことで、金属の腐食問題がある。
で埋め立てる場合、絶縁膜の基本材料であるTEOS
(Si(OC2 H5 )4 )とオゾン(O3 )を反応させ
る方法が利用されている。この方法は、表面反応効果の
増加によって金属配線の間の埋立は容易であるが、水分
を多く含有しているため絶縁膜内部の水素(H)基がシ
リコン基板の下部まで浸透するか、あるいは絶縁膜自体
の特性上大気中で水分等を吸入してストレス変化が起こ
り、ひどい場合には絶縁膜が一定厚さ以上で壊される現
象が発生するという問題点がある。
優れた接着力と均一なステップカバレージを有するのみ
ならず、水分浸透によるボイドの生成を防止することの
できる半導体装置の層間絶縁膜形成方法を提供すること
にある。上記目的を達成するために、本発明の方法は、
先ず、半導体基板上部に金属配線を形成した後、金属配
線が形成された半導体基板を化学的気相蒸着のための炉
で所定流量のTEOSと所定濃度のオゾンとを供給して
金属配線の間を充分に埋め立てるほど第1絶縁膜を形成
する。
応炉でTEOSの供給流量のみ異ならせて第1絶縁膜の
上部に所定厚さの第2絶縁膜を形成する。第1絶縁膜の
形成時、オゾンの濃度3.0乃至5.0mol wt
%、形成温度(蒸着温度)390±30℃及びTEOS
濃度1.0乃至2.0slpmの範囲で調節することが
望ましい。又、第2絶縁膜はオゾンの濃度3.0乃至
5.0mol wt%、形成温度(蒸着温度)410±
30℃及びTEOS濃度0.5slpm未満で調節して
形成することが望ましい。更に、第1絶縁膜の厚さは
6,000Å以上、第2絶縁膜の厚さは1,000Å未
満であることが望ましい。
の望ましい実施例を具体的に説明するが、本発明は下記
の実施形態に限らない。本発明で金属配線を相互絶縁す
るための絶縁膜は2つの部分に分離される。即ち、金属
配線の間に埋め立てる第1絶縁膜と、金属配線及び第1
絶縁膜全面を被せる第2絶縁膜として、上記第1絶縁膜
と、第2絶縁膜を形成するための条件を異にすることで
2つの膜が互いに異なる特性を有するようにした。より
具体的に説明すれば次のようでなる。
板の上に金属配線工程を完了した後、絶縁膜の原料物質
の中の1つであるTEOSを供給してオゾンと反応させ
る。絶縁膜形成は通常のCVD形成法を利用し、第1絶
縁膜形成はチューブ内のオゾンの濃度3.0乃至5.0
mol wt%、形成温度390±30℃、TEOS濃
度1.0乃至2.0slpm(standard li
ters per minute)の条件で行う。この
際、形成された第1絶縁膜は多層金属配線構造の半導体
装置製造時に装置特性を向上させるか、或いは維持でき
るように半導体基板上部の金属配線の間を完全に埋め立
てるようにすることが望ましく、ここでは6,000Å
にする。
膜とは膜の特性が異なる第2絶縁膜を形成する。ここ
で、第2絶縁膜形成工程は上記第1絶縁膜形成工程時の
反応炉とは必ず同一の反応炉(reactor)で行う
のが望ましい。これは大気中の水分との接触機会を最小
化するためである。
ゾンの濃度は第1絶縁膜形成時のオゾンの濃度と同一に
3.0乃至5.0mol wt%の範囲に維持する。形
成温度もやはり、同様な410±30℃であり、TEO
S濃度は第1絶縁膜の場合より低い0.5slpm未満
で調節する。本実施例では形成される第2絶縁膜の厚さ
が1,000Å未満になるように調節する。
ための適性条件を探すために、与えられた条件下で形成
されたTEOS膜の特性を測定した結果を示したのであ
る。6,000Å程度の第1絶縁膜を形成するために形
成温度(蒸着温度)360℃、390℃、420℃、T
EOS濃度は1.3slpm、2.3slpm、O3 濃
度は70g/m3 (=3.27mol wt%)、10
0g/m3 (=4.66mol wt%)、130g/
m3 (=6.07mol wt%)、蒸着時間を235
秒、339秒、419秒、457秒、459秒、528
秒、622秒、738秒、920秒で各々変化させた。
上記条件下で形成された第1絶縁膜の応力とリフロー後
の応力との変化率を見るために、蒸着後と、蒸着後96
時間が経過した状態で応力と厚さの縮小率を測定した。
又、蒸着厚さ、均一度(uniformity)、蒸着
速度(単位:Å/min)、屈折率(Reflecti
ve Index:R.I)、扁平度(Planari
ty)及びCONFORMALITYも測定した。
率が1.3乃至1.4%程度で低いが、360乃至39
0℃の温度範囲では17乃至24%に至る応力変化を示
し、厚さ縮小率は420℃の高温では0.5%程度の低
い値を示し、360℃又は390℃では2%以内の値を
示した。
着温度が360℃と420℃の場合、O3 の濃度と厚さ
縮小率との関係を見れば次の通りである。即ち、蒸着温
度360℃、O3 濃度70g/m3 、100g/m3 、
130g/m3 とした場合に厚さ縮小率はそれぞれ1.
60%、1.23%、1.86%となり、蒸着温度42
0℃、O3 濃度70g/m3 、100g/m3 、130
g/m3 とした場合に厚さ縮小率はそれぞれ0.35
%、0.12%、0.52%となって、130g/m3
の場合に厚さ縮小率が比較的に高くなった。以上の結果
から、130g/m3 の場合は、形成されたTEOS膜
自体が水分を多く含有してポーラス(porous)に
なっていると判断される。又、絶縁膜の構成原子が密に
結合しているので、優れた物理的特性を示すものと考え
られ、従って、130g/m3 の場合は適正O3 濃度範
囲から除外した。
m3 の濃度でTEOSの供給流量が1.3slpm、
2.3slpm、3.3slpmであるそれぞれの場合
には厚さ縮小率は0.52%、1.20%、1.50%
となった。この結果から、TEOS供給流量が2.3s
lpm、3.3slpmの場合は1.3slpmの場合
に比べて、形成されたTEOS膜自体が多くの水分を含
有してポーラスになっていると判断される。又、絶縁膜
の構成原子が密に結合しているので、優れた物理的特性
を示すものと考えられ、従って、2.3slpm、3.
3slpmの場合は適正TEOS濃度範囲から除外し
た。
ある6,000Å程度の厚さに近接している。均一度は
0.80乃至2.59%を示した。蒸着速度(Å/mi
n)は形成温度390℃、TEOS供給流量3.3sl
pm、O3 濃度4.66mol wt%(=100g/
m3 )の場合、最も高い値を示した。屈折率は蒸着後直
ちに測定した値と420℃で30分間アニール処理した
後の値はほぼ同じであった。扁平度は50乃至59度範
囲を示し、comformalityは10乃至41%
範囲を示したが、形成温度420℃、TEOS供給流量
1.3slpm、オゾン濃度4.66mol wt%の
場合が最も低い値を示した。
℃、TEOS供給流量1.3slpm、O3 濃度130
g/m3 (=6.07mol wt%)の場合に蒸着時
間による膜の厚さの変化を示すグラフである。図2に示
すように、時間による蒸着厚さは線形的に増加すること
が分かり、厚さが6,000Å以上である第1絶縁膜を
得るためには少なくとも約560秒以上の蒸着時間が必
要なものと判断された。
固定した状態でO3 の濃度を変化させた場合の蒸着速度
の変化を示すグラフである。図3に示すように、O3 の
濃度が増加するほど、蒸着速度は低下する傾向を示す。
又、形成温度は高い温度よりは低い温度で蒸着速度がよ
り大きくなることが分かる。
膜の蒸着速度の変化を示すグラフである。上記図面に示
すように、TEOSの流量が増加するほど蒸着速度も線
形的に増加する。図5は本発明の方法により形成した層
間絶縁膜のSEMによる写真であり、従来の実施例とは
異なって、水分の浸透によるボイドの生成が現れていな
いことが分かる。
より最終的に生成される相異なる特性を有する二つの絶
縁膜は適正範囲の物理的特性を有するのみならず、その
絶縁膜内部から発生する水分の放出及び大気中の水分が
その絶縁膜の内部に浸透することを抑えられるようにな
るので、ボイドの生成を防止することができる。従っ
て、絶縁膜のストレス変化を押えることになり、従来の
半導体装置製造時にその装置の信頼性を減少するという
欠陥を最小化することができる。又、本発明は層間絶縁
膜形成時に同一反応炉を使って製造するため金属配線の
間の絶縁膜を一度に形成することができるので最終絶縁
膜内部のボイド形成を抑えるのみならず、これにより歩
留りを向上するという効果がある。ここでは、本発明の
特定の実施形態について説明し図示したが、当業者によ
り修正と変形をすることができる。従って、特許請求の
範囲は本発明の思想と範囲に属する限り全ての修正と変
形を含むものと理解することができる。
条件を探すために与えられた条件を変えて形成させたT
EOS膜の特性を測定した結果を示す表である。
供給流量1.3slpm、O3濃度130g/m3 (=
6.07mol wt%)の場合の蒸着時間と生成膜の
厚さとの関係を示すグラフである。
pmで固定した状態でO3 の濃度と蒸着速度との関係を
示すグラフである。
とTEOS膜の蒸着速度との関係を示すグラフである。
た状態を示すSEMの写真である。
条件を探すために与えられた条件を変えて形成させたT
EOS膜の特性を測定した結果を示す図表である。
供給流量1.3slpm、03濃度130g/m3(=
6.07mol wt%)の場合の蒸着時間と生成膜の
厚さとの関係を示すグラフである。
pmで固定した状態でO3の濃度と蒸着速度との関係を
示すグラフである。
とTEOS膜の蒸着速度との関係を示すグラフである。
た状態を示すSEMの写真である。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体基板上部に金属配線を形成する工
程;金属配線が形成されたウェーハを化学的気相蒸着の
ための炉内に入れ、所定濃度のオゾンとTEOSとを供
給して上記金属配線の間を充分に埋め立てるほど第1絶
縁膜を形成する工程;上記第1絶縁膜を形成するための
同一反応炉でTEOSの供給流量だけを異ならせて上記
第1絶縁膜の上部に所定厚さの第2絶縁膜を形成する工
程を含むことを特徴とする半導体装置の層間絶縁膜形成
方法。 - 【請求項2】 上記第1絶縁膜の形成条件は、オゾンの
濃度3.0乃至5.0mol wt%、形成温度390
±30℃及びTEOS供給流量1.0乃至2.0slp
mの範囲であることを特徴とする請求項1記載の半導体
装置の層間絶縁膜形成方法。 - 【請求項3】 上記第2絶縁膜の形成条件は、オゾンの
濃度3.0乃至5.0mol wt%、形成温度410
±30℃、及びTEOS供給流量0.5slpm未満で
あることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の層間
絶縁膜形成方法。 - 【請求項4】 上記第1絶縁膜の厚さは6,000Å以
上、第2絶縁膜は1,000Å未満であることを特徴と
する請求項1記載の半導体装置の層間絶縁膜形成方法。
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