JPH098033A - 絶縁膜形成方法 - Google Patents
絶縁膜形成方法Info
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- JPH098033A JPH098033A JP17679095A JP17679095A JPH098033A JP H098033 A JPH098033 A JP H098033A JP 17679095 A JP17679095 A JP 17679095A JP 17679095 A JP17679095 A JP 17679095A JP H098033 A JPH098033 A JP H098033A
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- forming
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 膜中水酸基の濃度が低くて膜質に優れ、しか
もギャップフィル特性が良好で平坦化し易い層間絶縁膜
を高い生産性で形成できる方法を提供する。 【構成】 本絶縁膜形成方法は、半導体基板上に絶縁膜
を形成するに当たり、基板に超音波を印加しつつ、常圧
ＣＶＤ法又は減圧ＣＶＤ法により基板の絶縁膜形成面３
２、３４に水分子を付着させる工程と、次いで、原料ガ
スとして硅素含有ガス及び無機酸を使用し、ＣＶＤ法に
より基板の絶縁膜形成面上に絶縁膜３６を形成する工程
とを有する。また、プラズマＣＶＤ法により水分子及び
水のプラズマ乖離物を基板の絶縁膜形成面に付着させて
も良い。これにより、絶縁膜の流動性が高くなって、空
隙が無く平坦で、しかも膜中の水酸基濃度が低くて膜質
の良好な絶縁膜を高い生産性で形成することができる。
もギャップフィル特性が良好で平坦化し易い層間絶縁膜
を高い生産性で形成できる方法を提供する。 【構成】 本絶縁膜形成方法は、半導体基板上に絶縁膜
を形成するに当たり、基板に超音波を印加しつつ、常圧
ＣＶＤ法又は減圧ＣＶＤ法により基板の絶縁膜形成面３
２、３４に水分子を付着させる工程と、次いで、原料ガ
スとして硅素含有ガス及び無機酸を使用し、ＣＶＤ法に
より基板の絶縁膜形成面上に絶縁膜３６を形成する工程
とを有する。また、プラズマＣＶＤ法により水分子及び
水のプラズマ乖離物を基板の絶縁膜形成面に付着させて
も良い。これにより、絶縁膜の流動性が高くなって、空
隙が無く平坦で、しかも膜中の水酸基濃度が低くて膜質
の良好な絶縁膜を高い生産性で形成することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の絶縁膜、
特に配線層間の層間絶縁膜の形成方法に関し、更に詳細
には、メモリー素子等の高度に微細化、高集積化した半
導体集積回路の製造の際に、平坦で、しかも膜質の良好
な層間絶縁膜をＡl 配線層上に形成する方法に関するも
のである。
特に配線層間の層間絶縁膜の形成方法に関し、更に詳細
には、メモリー素子等の高度に微細化、高集積化した半
導体集積回路の製造の際に、平坦で、しかも膜質の良好
な層間絶縁膜をＡl 配線層上に形成する方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの高集積化及び高密度化
に伴って、配線構造は、益々微細化及び多層化の方向に
進んでいる。しかし、配線構造の微細化及び多層化は、
一面では、半導体デバイスの信頼性を低下させる一因に
なっている。それは、配線の微細化と多層化によって、
層間絶縁膜の段差が大きく、かつ急峻になるため、その
上に形成されるＡl 配線の加工精度が低下し、その結
果、配線の信頼性が低下するからである。そこで、Ａl
配線層の段差被覆性を大幅に改善するようなＡl 層形成
技術を開発することが今のところ技術的に困難である以
上、配線の信頼性を高めるためには、層間絶縁膜の平坦
性を向上させることが必要である。また、層間絶縁膜の
平坦性の向上は、ホトリソグラフィ技術の短波長化に伴
う焦点深度の低下の点からも重要になりつつある。
に伴って、配線構造は、益々微細化及び多層化の方向に
進んでいる。しかし、配線構造の微細化及び多層化は、
一面では、半導体デバイスの信頼性を低下させる一因に
なっている。それは、配線の微細化と多層化によって、
層間絶縁膜の段差が大きく、かつ急峻になるため、その
上に形成されるＡl 配線の加工精度が低下し、その結
果、配線の信頼性が低下するからである。そこで、Ａl
配線層の段差被覆性を大幅に改善するようなＡl 層形成
技術を開発することが今のところ技術的に困難である以
上、配線の信頼性を高めるためには、層間絶縁膜の平坦
性を向上させることが必要である。また、層間絶縁膜の
平坦性の向上は、ホトリソグラフィ技術の短波長化に伴
う焦点深度の低下の点からも重要になりつつある。
【０００３】ところで、これまでに、表１に示した各種
の絶縁膜の形成技術及び平坦化技術が開発されている。
の絶縁膜の形成技術及び平坦化技術が開発されている。
【表１】 しかし、微細化、多層化した配線構造の層間絶縁膜にこ
れらの技術を適用したとき、次の問題がある。その一
は、層間絶縁膜の膜厚のパターン依存性が強いことであ
る。即ち、配線層上に層間絶縁膜を形成した場合に、水
平方向の配線間隔が広い領域の配線層上に形成された層
間絶縁膜の膜面の高さは低くなり、一方水平方向の配線
間隔が狭い領域の配線層上に形成された層間絶縁膜の膜
面の高さは高くなる。その結果、領域間で層間絶縁膜の
高低差が大きくなって、層間絶縁膜のグローバルな平坦
性が悪くなることである。従って、多層化した場合、そ
の上の配線層及び層間絶縁膜の平坦性が更に悪くなり、
上層の配線層及び層間絶縁膜になるつれて、益々平坦性
が悪くなることである。その二は、図３に示すように、
Ａl 配線層上に形成された層間絶縁膜の配線と配線との
間の部分に″す（空隙部）″（図３中、Ｇで表示）が形
成され、それによって配線間の絶縁性が低下することで
ある。
れらの技術を適用したとき、次の問題がある。その一
は、層間絶縁膜の膜厚のパターン依存性が強いことであ
る。即ち、配線層上に層間絶縁膜を形成した場合に、水
平方向の配線間隔が広い領域の配線層上に形成された層
間絶縁膜の膜面の高さは低くなり、一方水平方向の配線
間隔が狭い領域の配線層上に形成された層間絶縁膜の膜
面の高さは高くなる。その結果、領域間で層間絶縁膜の
高低差が大きくなって、層間絶縁膜のグローバルな平坦
性が悪くなることである。従って、多層化した場合、そ
の上の配線層及び層間絶縁膜の平坦性が更に悪くなり、
上層の配線層及び層間絶縁膜になるつれて、益々平坦性
が悪くなることである。その二は、図３に示すように、
Ａl 配線層上に形成された層間絶縁膜の配線と配線との
間の部分に″す（空隙部）″（図３中、Ｇで表示）が形
成され、それによって配線間の絶縁性が低下することで
ある。
【０００４】そこで、平坦な層間絶縁膜を形成する方法
の一つとして、最近、原料ガスとしてＴＥＯＳ等の有機
シランを使用し、ＣＶＤ法により酸化膜を成膜する方法
が注目されている。それは、この反応系で成膜された酸
化膜が流動性が高くセルフフローする性質を有するの
で、ギャップフィルが微細な巾になると共に酸化膜表面
が平坦になるため、図３に示すような空隙が存在しない
平坦な層間絶縁膜を形成することができるからである。
この有機シランのＣＶＤ法は、反応設計の違いにより、
常圧ＣＶＤ法とプラズマＣＶＤ法とに大別され、それぞ
れのＣＶＤ法において、膜質を更に向上させるために様
々な研究、開発が行われている。
の一つとして、最近、原料ガスとしてＴＥＯＳ等の有機
シランを使用し、ＣＶＤ法により酸化膜を成膜する方法
が注目されている。それは、この反応系で成膜された酸
化膜が流動性が高くセルフフローする性質を有するの
で、ギャップフィルが微細な巾になると共に酸化膜表面
が平坦になるため、図３に示すような空隙が存在しない
平坦な層間絶縁膜を形成することができるからである。
この有機シランのＣＶＤ法は、反応設計の違いにより、
常圧ＣＶＤ法とプラズマＣＶＤ法とに大別され、それぞ
れのＣＶＤ法において、膜質を更に向上させるために様
々な研究、開発が行われている。
【０００５】例えば、常圧ＣＶＤ法では、有機シランと
無機酸とをソースガスとして使用し、酸化膜を成膜しつ
つ酸化膜内で加水分解を進行させて膜中の水酸基を減少
させることにより、低水酸基含有量の層間平坦化膜を形
成する方法が提案されている（特開平３−１１６８５３
号公報参照）。しかし、この方法では、酸化膜のフロー
形状の下地依存性が強いため、プロセスの安定性及び再
現性に欠けると言うことが懸念されている。
無機酸とをソースガスとして使用し、酸化膜を成膜しつ
つ酸化膜内で加水分解を進行させて膜中の水酸基を減少
させることにより、低水酸基含有量の層間平坦化膜を形
成する方法が提案されている（特開平３−１１６８５３
号公報参照）。しかし、この方法では、酸化膜のフロー
形状の下地依存性が強いため、プロセスの安定性及び再
現性に欠けると言うことが懸念されている。
【０００６】また、プラズマＣＶＤ法では、水を添加し
た有機シランを原料ガスとして使用し、絶縁膜を形成す
る方法が、１９９１年第３８回応用物理学会関係連合講
演会（Ｐ６３２ ２９ｐ−ｖ−８，２９ｐ−ｖ−９）で
提案されている。この方法は、絶縁膜形成表面に付着し
た水によって表面のの濡れ性を高め、それによって絶縁
膜を流動し易くすることにより、高アスペクト比のＡl
配線層上であっても空隙の無い、平坦な層間絶縁膜が形
成されると言われている。また、この方法では、プラズ
マのイオンエネルギーによって下地が均質化されるた
め、上述の常圧ＣＶＤ法と異なり、フロー形状の下地依
存性が低い。但し、膜中の水酸基濃度が比較的高い。
た有機シランを原料ガスとして使用し、絶縁膜を形成す
る方法が、１９９１年第３８回応用物理学会関係連合講
演会（Ｐ６３２ ２９ｐ−ｖ−８，２９ｐ−ｖ−９）で
提案されている。この方法は、絶縁膜形成表面に付着し
た水によって表面のの濡れ性を高め、それによって絶縁
膜を流動し易くすることにより、高アスペクト比のＡl
配線層上であっても空隙の無い、平坦な層間絶縁膜が形
成されると言われている。また、この方法では、プラズ
マのイオンエネルギーによって下地が均質化されるた
め、上述の常圧ＣＶＤ法と異なり、フロー形状の下地依
存性が低い。但し、膜中の水酸基濃度が比較的高い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の層間絶縁膜の形成方法ではギャプフィル特性に限界が
あって、配線幅０．５μm 以下のアスペクト比の大きい
次世代半導体デバイスの層間絶縁膜の平坦化は困難であ
る。ところで、ギャップフィル特性の良好な絶縁膜を形
成する方法として、ＴＥＯＳ／Ｈ2 Ｏ2 系を原料ガスと
して使用し、常圧または減圧ＣＶＤ法により絶縁膜を形
成する方法が提案されている。この方法は、Ｈ2 Ｏ2 か
ら生成する水により絶縁膜形成表面の濡れ性を良くし
て、成膜された絶縁膜が流動し易いようにする一方、同
じくＨ2 Ｏ2 から生成するＯ3 やＯ2 でＴＥＯＳを酸化
して、Ｓi Ｏ2膜を成膜するものである。しかし、この
方法では、水が膜中の取り込まれて膜中水酸基の濃度が
大きくなるため、膜質が低下するという問題があった。
また、配線幅０．５μm 以下の配線層上に平坦な層間絶
縁膜を形成する別の方法として、エッチング反応と成膜
反応を競合させるBias・ＥＣＲ・ＣＶＤ法が提案されて
いるが、スループットが小さく、量産性に欠けると言う
問題があった。
の層間絶縁膜の形成方法ではギャプフィル特性に限界が
あって、配線幅０．５μm 以下のアスペクト比の大きい
次世代半導体デバイスの層間絶縁膜の平坦化は困難であ
る。ところで、ギャップフィル特性の良好な絶縁膜を形
成する方法として、ＴＥＯＳ／Ｈ2 Ｏ2 系を原料ガスと
して使用し、常圧または減圧ＣＶＤ法により絶縁膜を形
成する方法が提案されている。この方法は、Ｈ2 Ｏ2 か
ら生成する水により絶縁膜形成表面の濡れ性を良くし
て、成膜された絶縁膜が流動し易いようにする一方、同
じくＨ2 Ｏ2 から生成するＯ3 やＯ2 でＴＥＯＳを酸化
して、Ｓi Ｏ2膜を成膜するものである。しかし、この
方法では、水が膜中の取り込まれて膜中水酸基の濃度が
大きくなるため、膜質が低下するという問題があった。
また、配線幅０．５μm 以下の配線層上に平坦な層間絶
縁膜を形成する別の方法として、エッチング反応と成膜
反応を競合させるBias・ＥＣＲ・ＣＶＤ法が提案されて
いるが、スループットが小さく、量産性に欠けると言う
問題があった。
【０００８】前記問題点に鑑みて、本発明の目的は、膜
中水酸基の濃度が低くて膜質に優れ、しかもギャップフ
ィル特性が良好で平坦化し易い層間絶縁膜を高い生産性
で形成できる方法を提供することである。
中水酸基の濃度が低くて膜質に優れ、しかもギャップフ
ィル特性が良好で平坦化し易い層間絶縁膜を高い生産性
で形成できる方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するに
あたり、本発明者は、上述したＴＥＯＳ／Ｈ2 Ｏ2 系原
料ガスにより絶縁膜を成膜する方法において、層間絶縁
膜内の水酸基濃度が高くなる原因を追求し、その原因が
Ｈ2 Ｏ2 の常時供給にあることを見い出した。即ち、Ｈ
2 Ｏ2 を常時供給していることは、常に水を原料ガスに
添加しているのと実質的に同じであって、水が絶縁膜内
に取り込まれるため、膜中の水酸基濃度が上昇するので
ある。一方、常圧ＣＶＤ法によるＯ3 ／ＴＥＯＳ・ＣＶ
Ｄ膜の成膜方法から明らかなように、絶縁膜の成膜前に
絶縁膜形成表面に有機溶剤を塗布すると、表面が親水性
に転化し、絶縁膜の流動性が増大すること知られてい
る。
あたり、本発明者は、上述したＴＥＯＳ／Ｈ2 Ｏ2 系原
料ガスにより絶縁膜を成膜する方法において、層間絶縁
膜内の水酸基濃度が高くなる原因を追求し、その原因が
Ｈ2 Ｏ2 の常時供給にあることを見い出した。即ち、Ｈ
2 Ｏ2 を常時供給していることは、常に水を原料ガスに
添加しているのと実質的に同じであって、水が絶縁膜内
に取り込まれるため、膜中の水酸基濃度が上昇するので
ある。一方、常圧ＣＶＤ法によるＯ3 ／ＴＥＯＳ・ＣＶ
Ｄ膜の成膜方法から明らかなように、絶縁膜の成膜前に
絶縁膜形成表面に有機溶剤を塗布すると、表面が親水性
に転化し、絶縁膜の流動性が増大すること知られてい
る。
【００１０】そこで、本発明者は、この原理をシラン含
有化合物と無機酸による絶縁膜形成に応用し、絶縁膜の
成膜工程前に水による表面処理を施して、表面を親水性
に転化し、下地表面の濡れ性を良くすることにより、絶
縁膜の流動性を高めることを考えた。更に、水による表
面処理に平行して基板に超音波を印加すれば、超音波エ
ネルギーによって、配線パターン及び配線の上面と絶縁
膜面とのアスペクト比に依存することなく、段差の底部
まで十分に深く水分子或いは水のプラズマ乖離物を付着
させることができると考えた。しかも、水による基板の
下地処理を絶縁膜の成膜工程の前に行い、成膜工程中は
ＴＥＯＳ／Ｈ2 Ｏ2 法とは異なって原料ガスに水を添加
しないことにより、膜中の水酸基濃度を増加させないよ
うにすることを着想した。即ち、有機シラン化合物と無
機酸から絶縁膜を形成する際に、まず基板に超音波を印
加しつつ水で基板表面処理を行い、その後に絶縁膜を成
膜することにより、上記目的を達成しようと試み、実験
を重ねて条件を確認し、本発明を完成するに到った。
有化合物と無機酸による絶縁膜形成に応用し、絶縁膜の
成膜工程前に水による表面処理を施して、表面を親水性
に転化し、下地表面の濡れ性を良くすることにより、絶
縁膜の流動性を高めることを考えた。更に、水による表
面処理に平行して基板に超音波を印加すれば、超音波エ
ネルギーによって、配線パターン及び配線の上面と絶縁
膜面とのアスペクト比に依存することなく、段差の底部
まで十分に深く水分子或いは水のプラズマ乖離物を付着
させることができると考えた。しかも、水による基板の
下地処理を絶縁膜の成膜工程の前に行い、成膜工程中は
ＴＥＯＳ／Ｈ2 Ｏ2 法とは異なって原料ガスに水を添加
しないことにより、膜中の水酸基濃度を増加させないよ
うにすることを着想した。即ち、有機シラン化合物と無
機酸から絶縁膜を形成する際に、まず基板に超音波を印
加しつつ水で基板表面処理を行い、その後に絶縁膜を成
膜することにより、上記目的を達成しようと試み、実験
を重ねて条件を確認し、本発明を完成するに到った。
【００１１】上記目的を達成するために、得た知見に基
づき、本発明に係る絶縁膜形成方法は、半導体基板上に
絶縁膜を形成するに当たり、基板に超音波を印加しつ
つ、常圧ＣＶＤ法又は減圧ＣＶＤ法により基板の絶縁膜
形成面に水分子を付着させる工程と、次いで、原料ガス
として硅素含有ガス及び無機酸を使用し、ＣＶＤ法によ
り基板の絶縁膜形成面上に絶縁膜を成膜する工程とを有
することを特徴としている。
づき、本発明に係る絶縁膜形成方法は、半導体基板上に
絶縁膜を形成するに当たり、基板に超音波を印加しつ
つ、常圧ＣＶＤ法又は減圧ＣＶＤ法により基板の絶縁膜
形成面に水分子を付着させる工程と、次いで、原料ガス
として硅素含有ガス及び無機酸を使用し、ＣＶＤ法によ
り基板の絶縁膜形成面上に絶縁膜を成膜する工程とを有
することを特徴としている。
【００１２】印加する超音波は、好適には、周波数が２
０ｋＨｚから８０ｋＨｚの範囲、出力が５０Ｗから３０
０Ｗの範囲である。ＣＶＤ装置の一部、好適にはウェハ
を載せるサセプタに超音波を印加することにより、基板
に印加することができる。常圧ＣＶＤ法により水分子を
付着させる場合には、常圧ＣＶＤ装置を使用し、その好
適な条件は、圧力が常圧で、温度５０°C から１００°
C の範囲、Ｈ2 Ｏ流量１００sccmから５００sccmの範
囲、及び処理時間３０秒から１分の範囲である。また、
減圧ＣＶＤ法より水分子を付着させる場合には、減圧Ｃ
ＶＤ装置を使用し、その好適な条件は、圧力１３．３Pa
から８０Paの範囲、温度５０°C から１００°C の範
囲、Ｈ2 Ｏ流量５０sccmから３００sccmの範囲、及び処
理時間３０秒から１分の範囲である。
０ｋＨｚから８０ｋＨｚの範囲、出力が５０Ｗから３０
０Ｗの範囲である。ＣＶＤ装置の一部、好適にはウェハ
を載せるサセプタに超音波を印加することにより、基板
に印加することができる。常圧ＣＶＤ法により水分子を
付着させる場合には、常圧ＣＶＤ装置を使用し、その好
適な条件は、圧力が常圧で、温度５０°C から１００°
C の範囲、Ｈ2 Ｏ流量１００sccmから５００sccmの範
囲、及び処理時間３０秒から１分の範囲である。また、
減圧ＣＶＤ法より水分子を付着させる場合には、減圧Ｃ
ＶＤ装置を使用し、その好適な条件は、圧力１３．３Pa
から８０Paの範囲、温度５０°C から１００°C の範
囲、Ｈ2 Ｏ流量５０sccmから３００sccmの範囲、及び処
理時間３０秒から１分の範囲である。
【００１３】一方、絶縁膜の形成工程は、通常の常圧Ｃ
ＶＤ装置、減圧ＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置によ
り、絶縁膜の通常の成膜条件で実施できる。従って、従
来と同様の絶縁膜の成膜生産性を維持することができる
ので、前述したBias・ＥＣＲ・ＣＶＤ法のように生産性
が問題になることは無い。
ＶＤ装置、減圧ＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ装置によ
り、絶縁膜の通常の成膜条件で実施できる。従って、従
来と同様の絶縁膜の成膜生産性を維持することができる
ので、前述したBias・ＥＣＲ・ＣＶＤ法のように生産性
が問題になることは無い。
【００１４】また、本発明は、半導体基板上に絶縁膜を
形成するに当たり、基板に超音波を印加しつつ、プラズ
マＣＶＤ法により基板の絶縁膜形成面に水分子及び水分
子のプラズマ乖離物を付着させる工程と、次いで、原料
ガスとして硅素含有ガス及び無機酸を使用し、ＣＶＤ法
により基板の絶縁膜形成面上に絶縁膜を成膜する工程と
を有することを特徴としている。プラズマＣＶＤ法によ
り水分子及び水のプラズマ乖離物を付着させる場合に
は、プラズマＣＶＤ装置を使用し、その好適な条件は、
圧力１．３３Paから５０Paの範囲、温度５０°C から１
００°C の範囲、Ｈ2 Ｏ流量２０sccmから１００sccmの
範囲、高周波出力密度０．０１Ｗ／cm2 から０．１Ｗ／
cm2 の範囲、及び処理時間３０秒から１分の範囲であ
る。
形成するに当たり、基板に超音波を印加しつつ、プラズ
マＣＶＤ法により基板の絶縁膜形成面に水分子及び水分
子のプラズマ乖離物を付着させる工程と、次いで、原料
ガスとして硅素含有ガス及び無機酸を使用し、ＣＶＤ法
により基板の絶縁膜形成面上に絶縁膜を成膜する工程と
を有することを特徴としている。プラズマＣＶＤ法によ
り水分子及び水のプラズマ乖離物を付着させる場合に
は、プラズマＣＶＤ装置を使用し、その好適な条件は、
圧力１．３３Paから５０Paの範囲、温度５０°C から１
００°C の範囲、Ｈ2 Ｏ流量２０sccmから１００sccmの
範囲、高周波出力密度０．０１Ｗ／cm2 から０．１Ｗ／
cm2 の範囲、及び処理時間３０秒から１分の範囲であ
る。
【００１５】本発明で使用する硅素含有ガスは、特に限
定は無いが、例えばＴＥＯＳ、ＯＭＣＴＳ、ＴＰＯＳ及
びＴＭＣＴＳのいずれかを好適に使用できる。本発明で
使用する無機酸は、特に限定は無いが、オゾン、酸素、
窒化酸素のいずれかを好適に使用できる。
定は無いが、例えばＴＥＯＳ、ＯＭＣＴＳ、ＴＰＯＳ及
びＴＭＣＴＳのいずれかを好適に使用できる。本発明で
使用する無機酸は、特に限定は無いが、オゾン、酸素、
窒化酸素のいずれかを好適に使用できる。
【００１６】また、本発明方法の好適な別の実施態様
は、前記珪素含有ガス及び無機酸からなる原料ガスに塩
基性の反応触媒ガスとしてアンモニア及び低級アルキル
アミンのうちのいずれかを添加することを特徴としてい
る。ここで、低級アルキルアミンとは、メチルアミン、
エチルアミン、イソプロピルアミン等の炭素数の少ない
アルキル基を有するアルキルアミンを意味する。塩基性
の反応触媒ガスを添加することにより、有機珪素化合物
の脱水縮合反応が円滑に進行して、水酸基濃度の低い良
好な膜質を実現できるからである。
は、前記珪素含有ガス及び無機酸からなる原料ガスに塩
基性の反応触媒ガスとしてアンモニア及び低級アルキル
アミンのうちのいずれかを添加することを特徴としてい
る。ここで、低級アルキルアミンとは、メチルアミン、
エチルアミン、イソプロピルアミン等の炭素数の少ない
アルキル基を有するアルキルアミンを意味する。塩基性
の反応触媒ガスを添加することにより、有機珪素化合物
の脱水縮合反応が円滑に進行して、水酸基濃度の低い良
好な膜質を実現できるからである。
【００１７】更に、本発明方法の好適な別の実施態様
は、原料ガスとして硅素含有ガス及び無機酸を使用し、
ＣＶＤ法により基板の絶縁膜形成面上に絶縁膜を形成す
る工程において、基板に超音波を印加することを特徴と
している。印加する超音波は、好適には、周波数が２０
ｋＨｚから８０ｋＨｚの範囲、出力が５０Ｗから３００
Ｗの範囲である。成膜中にＣＶＤ装置の一部、好適には
基板を戴置するサセプタに超音波を印加することによ
り、超音波エネルギーを基板に与え、成膜過程での反応
種の流動性を向上させて、空隙の無い平坦化形状の層絶
縁膜を形成することができる。また、この超音波の印加
は、膜中水酸基の低減にも寄与する。
は、原料ガスとして硅素含有ガス及び無機酸を使用し、
ＣＶＤ法により基板の絶縁膜形成面上に絶縁膜を形成す
る工程において、基板に超音波を印加することを特徴と
している。印加する超音波は、好適には、周波数が２０
ｋＨｚから８０ｋＨｚの範囲、出力が５０Ｗから３００
Ｗの範囲である。成膜中にＣＶＤ装置の一部、好適には
基板を戴置するサセプタに超音波を印加することによ
り、超音波エネルギーを基板に与え、成膜過程での反応
種の流動性を向上させて、空隙の無い平坦化形状の層絶
縁膜を形成することができる。また、この超音波の印加
は、膜中水酸基の低減にも寄与する。
【００１８】
【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。本発明方法の実施装置の一例 図１は、本発明方法を実施する常圧ＣＶＤ装置の一例の
構成を示す模式的断面図である。本例の常圧ＣＶＤ装置
１０（以下、簡単に装置１０と略称する）は、常圧に維
持されている反応室１２を備えている。ＴＥＯＳ等のシ
ラン含有化合物、オゾン等の無機酸及び水蒸気を矢印の
方向から導入するために、導入管１６が反応室１２の上
部に接続されている。反応室１２内の上部には、反応室
１２に導入したガスを均一に分散して、高い面内均一性
を確保するために設けられた分散板１８と、ガスを下方
に噴出するシャワーヘッド２０とが、導入管１６の先端
に設けられている。反応室１２内の下部には、サセプタ
２２が配置されていて、層間絶縁膜を形成するウェハＷ
をその上面に戴置するようになっている。サセプタ２２
内には、ウェハＷを所定の反応温度に保つためのヒータ
２４と、サセプタ２２上に載置されたウェハＷに超音波
を印加するための超音波印加装置２６が組み込まれてい
る。超音波印加装置２６には、反応室１２の外部に設け
てある超音波発生装置（図示せず）から超音波が伝達さ
れる。
本発明をより詳細に説明する。本発明方法の実施装置の一例 図１は、本発明方法を実施する常圧ＣＶＤ装置の一例の
構成を示す模式的断面図である。本例の常圧ＣＶＤ装置
１０（以下、簡単に装置１０と略称する）は、常圧に維
持されている反応室１２を備えている。ＴＥＯＳ等のシ
ラン含有化合物、オゾン等の無機酸及び水蒸気を矢印の
方向から導入するために、導入管１６が反応室１２の上
部に接続されている。反応室１２内の上部には、反応室
１２に導入したガスを均一に分散して、高い面内均一性
を確保するために設けられた分散板１８と、ガスを下方
に噴出するシャワーヘッド２０とが、導入管１６の先端
に設けられている。反応室１２内の下部には、サセプタ
２２が配置されていて、層間絶縁膜を形成するウェハＷ
をその上面に戴置するようになっている。サセプタ２２
内には、ウェハＷを所定の反応温度に保つためのヒータ
２４と、サセプタ２２上に載置されたウェハＷに超音波
を印加するための超音波印加装置２６が組み込まれてい
る。超音波印加装置２６には、反応室１２の外部に設け
てある超音波発生装置（図示せず）から超音波が伝達さ
れる。
【００１９】水蒸気は、反応室１２の外部に設けられた
水蒸気発生器（図示せず）により純水を気化させて生成
され、導入管１６を経由してシラン含有化合物及び無機
酸ガスと共に反応室１２に導入される。反応室１２に
は、排気管２７が接続されており、そこから未反応の原
料ガスが排出される。ウェハ戴置の構成や装置１０の使
用方法は、特に限定されるものでは無く、本発明の要旨
を変更しない限り任意に改変できる。例えば、常圧ＣＶ
Ｄ装置１０に代えて減圧ＣＶＤ装置を使用することもで
きる。減圧ＣＶＤ装置は、図１において、反応室１２
は、排気管２７を介して外部の真空装置（図示せず）に
接続されており、それによって所定の真空圧に維持され
る。
水蒸気発生器（図示せず）により純水を気化させて生成
され、導入管１６を経由してシラン含有化合物及び無機
酸ガスと共に反応室１２に導入される。反応室１２に
は、排気管２７が接続されており、そこから未反応の原
料ガスが排出される。ウェハ戴置の構成や装置１０の使
用方法は、特に限定されるものでは無く、本発明の要旨
を変更しない限り任意に改変できる。例えば、常圧ＣＶ
Ｄ装置１０に代えて減圧ＣＶＤ装置を使用することもで
きる。減圧ＣＶＤ装置は、図１において、反応室１２
は、排気管２７を介して外部の真空装置（図示せず）に
接続されており、それによって所定の真空圧に維持され
る。
【００２０】実施例１ 本実施例は、Ａl 配線層上に平坦な層間絶縁膜を形成す
るために本発明方法を適用した例である。実施例１で
は、図２（ａ）に示すように、シリコン半導体基板３０
上にＳｉＯ2 絶縁膜３２が成膜され、その上に配線幅が
０．３５μm で配線と配線との間の間隔が０．４０μm
で層厚が０．４０μm のＡl 配線層３４が形成されてい
るウェハを試料として用意し、図１に示す装置１０を用
いて、図２（ｂ）に示すように層間絶縁膜３６を本発明
方法に従って成膜した。層間絶縁膜３６の形成に当たっ
ては、先ず、以下の条件で、超音波を基板に印加しつ
つ、装置１０の反応室１２に導入管１６を介して水蒸気
を導入し、ウェハの絶縁膜形成表面に水分子を付着させ
て、表面の濡れ性を高める工程を実施した。
るために本発明方法を適用した例である。実施例１で
は、図２（ａ）に示すように、シリコン半導体基板３０
上にＳｉＯ2 絶縁膜３２が成膜され、その上に配線幅が
０．３５μm で配線と配線との間の間隔が０．４０μm
で層厚が０．４０μm のＡl 配線層３４が形成されてい
るウェハを試料として用意し、図１に示す装置１０を用
いて、図２（ｂ）に示すように層間絶縁膜３６を本発明
方法に従って成膜した。層間絶縁膜３６の形成に当たっ
ては、先ず、以下の条件で、超音波を基板に印加しつ
つ、装置１０の反応室１２に導入管１６を介して水蒸気
を導入し、ウェハの絶縁膜形成表面に水分子を付着させ
て、表面の濡れ性を高める工程を実施した。
【００２１】 処理時間 ：３０秒 ガス流量 ：Ｈ2 Ｏ＝５００sccm 圧力 ：常圧 温度 ：５０℃ 超音波 ：２０ｋＨｚ、１００Ｗ
【００２２】水蒸気の導入及び超音波の印加を停止した
後、次に、シラン含有ガスとしてＴＥＯＳを、無機酸と
してオゾンを、それぞれ反応室１２に導入して、常圧Ｃ
ＶＤ法による酸化膜の成膜工程を次の条件で実施した。 膜厚 ：６００ｎｍ ガス流量 ：ＴＥＯＳ／Ｏ3 ＝１５０sccm／１００
sccm 圧力 ：常圧 温度 ：１００℃
後、次に、シラン含有ガスとしてＴＥＯＳを、無機酸と
してオゾンを、それぞれ反応室１２に導入して、常圧Ｃ
ＶＤ法による酸化膜の成膜工程を次の条件で実施した。 膜厚 ：６００ｎｍ ガス流量 ：ＴＥＯＳ／Ｏ3 ＝１５０sccm／１００
sccm 圧力 ：常圧 温度 ：１００℃
【００２３】本実施例で得た酸化膜を評価するために、
そのギャプフィル性を断面ＳＥＭにより観察したとこ
ろ、ＴＥＯＳ／Ｈ2 Ｏ2 法と同等程度に良好であった。
また、酸化膜の水酸基濃度をＦＴＩＲ法により測定した
ところ、ＴＥＯＳ／Ｈ2 Ｏ2 法による酸化膜より遙に低
く、−ＯＨのピークは観察されなかった。
そのギャプフィル性を断面ＳＥＭにより観察したとこ
ろ、ＴＥＯＳ／Ｈ2 Ｏ2 法と同等程度に良好であった。
また、酸化膜の水酸基濃度をＦＴＩＲ法により測定した
ところ、ＴＥＯＳ／Ｈ2 Ｏ2 法による酸化膜より遙に低
く、−ＯＨのピークは観察されなかった。
【００２４】実施例２ 本実施例は、実施例１と同様にＡl 配線層上に平坦な層
間絶縁膜を形成するために本発明方法を適用した例であ
る。本実施例では、実施例１と同じウェハ試料に実施例
１と同様にして水蒸気による下地表面のプラズマ処理工
程を実施し、次いで、酸化膜成膜工程において、実施例
１とは異なり、ＴＥＯＳ及びオゾンに加えて塩基性触媒
ガスとしてアンモニアを添加し、次の条件で酸化膜成膜
工程を実施した。 膜厚 ：６００ｎｍ ガス流量 ：ＴＥＯＳ／Ｏ3 ／ＮＨ3＝１５０sccm
／１００sccm／１５sccm 圧力 ：常圧 温度 ：１００℃
間絶縁膜を形成するために本発明方法を適用した例であ
る。本実施例では、実施例１と同じウェハ試料に実施例
１と同様にして水蒸気による下地表面のプラズマ処理工
程を実施し、次いで、酸化膜成膜工程において、実施例
１とは異なり、ＴＥＯＳ及びオゾンに加えて塩基性触媒
ガスとしてアンモニアを添加し、次の条件で酸化膜成膜
工程を実施した。 膜厚 ：６００ｎｍ ガス流量 ：ＴＥＯＳ／Ｏ3 ／ＮＨ3＝１５０sccm
／１００sccm／１５sccm 圧力 ：常圧 温度 ：１００℃
【００２５】本実施例で得た酸化膜を評価するために、
ウェハ上に成膜した酸化膜のギャプフィル性を断面ＳＥ
Ｍにより観察したところ、ＴＥＯＳ／Ｈ2 Ｏ2 法と同等
程度に良好であった。また、酸化膜の水酸基濃度をＦＴ
ＩＲ法により測定したところ、実施例１の酸化膜より低
く、−ＯＨのピークは観察されなかった。
ウェハ上に成膜した酸化膜のギャプフィル性を断面ＳＥ
Ｍにより観察したところ、ＴＥＯＳ／Ｈ2 Ｏ2 法と同等
程度に良好であった。また、酸化膜の水酸基濃度をＦＴ
ＩＲ法により測定したところ、実施例１の酸化膜より低
く、−ＯＨのピークは観察されなかった。
【００２６】実施例３ 本実施例は、実施例１と同様にＡl 配線層上に平坦な層
間絶縁膜を形成するために本発明方法を適用した例であ
る。本実施例では、実施例１と同じウェハ試料を使用
し、実施例１と同じ条件で、水蒸気による下地表面のプ
ラズマ処理工程及びＴＥＯＳ及びオゾンによる酸化膜成
膜工程を試料ウェハ上に実施し、加えて酸化膜成膜工程
中、装置１０の超音波印加装置２６により５０ｋＨｚの
超音波を出力１００Ｗでウェハに印加した。
間絶縁膜を形成するために本発明方法を適用した例であ
る。本実施例では、実施例１と同じウェハ試料を使用
し、実施例１と同じ条件で、水蒸気による下地表面のプ
ラズマ処理工程及びＴＥＯＳ及びオゾンによる酸化膜成
膜工程を試料ウェハ上に実施し、加えて酸化膜成膜工程
中、装置１０の超音波印加装置２６により５０ｋＨｚの
超音波を出力１００Ｗでウェハに印加した。
【００２７】本実施例で得た酸化膜を評価するために、
ウェハ上に成膜した酸化膜のギャプフィル性を断面ＳＥ
Ｍにより観察したところ、実施例１の酸化膜より良好で
あって、アスペクト比の大きい配線間間隙が空隙なく埋
め込まれていた。従って、超音波を印加したことによ
り、酸化膜形成材料の流動性が高くなったと評価でき
る。また、酸化膜の水酸基濃度をＦＴＩＲ法により測定
したところ、実施例１の酸化膜より良好で、−ＯＨのピ
ークは観察されなかった。
ウェハ上に成膜した酸化膜のギャプフィル性を断面ＳＥ
Ｍにより観察したところ、実施例１の酸化膜より良好で
あって、アスペクト比の大きい配線間間隙が空隙なく埋
め込まれていた。従って、超音波を印加したことによ
り、酸化膜形成材料の流動性が高くなったと評価でき
る。また、酸化膜の水酸基濃度をＦＴＩＲ法により測定
したところ、実施例１の酸化膜より良好で、−ＯＨのピ
ークは観察されなかった。
【００２８】以上の結果から、実施例１から３で得た酸
化膜は、良好な流動性を維持してカバレージに優れ、膜
中の水酸基濃度が低い良好な膜質であると評価できる。
よって、本発明方法によれば、ギャップフィル特性に優
れ、かつ膜質の良好な絶縁膜を配線幅０．３５μm の高
アスペクト比のＡl 配線層上に形成できることができ
る。
化膜は、良好な流動性を維持してカバレージに優れ、膜
中の水酸基濃度が低い良好な膜質であると評価できる。
よって、本発明方法によれば、ギャップフィル特性に優
れ、かつ膜質の良好な絶縁膜を配線幅０．３５μm の高
アスペクト比のＡl 配線層上に形成できることができ
る。
【００２９】以上の説明では、常圧ＣＶＤ法を例にして
絶縁膜の形成方法を説明したが、減圧ＣＶＤ法又はプラ
ズマＣＶＤ法によっても本発明方法を実施できる。ま
た、本実施例１〜３は、本発明を具体的に説明するため
の例示であって、当然のことながら、本発明は、これら
実施例に限定されるものでは無く、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で使用装置の構造、処理条件、成膜条件等
を適宜変更することができる。
絶縁膜の形成方法を説明したが、減圧ＣＶＤ法又はプラ
ズマＣＶＤ法によっても本発明方法を実施できる。ま
た、本実施例１〜３は、本発明を具体的に説明するため
の例示であって、当然のことながら、本発明は、これら
実施例に限定されるものでは無く、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で使用装置の構造、処理条件、成膜条件等
を適宜変更することができる。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように、請求項１又は２に記
載の本発明の構成によれば、半導体基板上に絶縁膜を形
成するに当たり、絶縁膜の成膜工程前に、予め、超音波
を基板に印加しつつ常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法又はプ
ラズマＣＶＤ法により基板の絶縁膜形成面に水分子及び
／又は水のプラズマ乖離物を付着させる工程を実施する
ことにより、絶縁膜の流動性を高めて、空隙が無く平坦
で、しかも膜中の水酸基濃度が低くて膜質の良好な絶縁
膜を高い生産性で形成することができる。これにより、
配線幅が０．５μm 以下の多層配線構造を形成する場合
であっても、本発明方法によれば、配線構造の信頼性を
向上させることができる。よって、本発明方法を適用す
れば、信頼性の高い配線構造を備えた超ＬＳＩを高い生
産性で歩留まり良く製造することができる。また、請求
項５又は６に記載の本発明の構成によれば、塩基性の反
応触媒ガスを原料ガスに添加することにより、また超音
波をウェハに印加することにより、更に膜質が良好で平
坦な絶縁膜を形成できる。
載の本発明の構成によれば、半導体基板上に絶縁膜を形
成するに当たり、絶縁膜の成膜工程前に、予め、超音波
を基板に印加しつつ常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法又はプ
ラズマＣＶＤ法により基板の絶縁膜形成面に水分子及び
／又は水のプラズマ乖離物を付着させる工程を実施する
ことにより、絶縁膜の流動性を高めて、空隙が無く平坦
で、しかも膜中の水酸基濃度が低くて膜質の良好な絶縁
膜を高い生産性で形成することができる。これにより、
配線幅が０．５μm 以下の多層配線構造を形成する場合
であっても、本発明方法によれば、配線構造の信頼性を
向上させることができる。よって、本発明方法を適用す
れば、信頼性の高い配線構造を備えた超ＬＳＩを高い生
産性で歩留まり良く製造することができる。また、請求
項５又は６に記載の本発明の構成によれば、塩基性の反
応触媒ガスを原料ガスに添加することにより、また超音
波をウェハに印加することにより、更に膜質が良好で平
坦な絶縁膜を形成できる。
【図１】本発明方法を実施するための常圧ＣＶＤ装置の
一例の構成を示す模式図である。
一例の構成を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明方法を実施す
る際の各工程毎の基板断面図である。
る際の各工程毎の基板断面図である。
【図３】従来の絶縁膜形成方法で絶縁膜内に生じる欠陥
を説明するための模式的基板断面図である。
を説明するための模式的基板断面図である。
１０ 常圧ＣＶＤ装置 １２ 反応室 １６ 導入管 １８ 分散板 ２０ シャワーヘッド ２２ サセプタ ２４ ヒータ ２６ 超音波印加装置 ２７ 排気管 ３０ シリコン半導体基板 ３２ 層間絶縁膜 ３４ Ａl 配線層 ３６ 層間絶縁膜
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板上に絶縁膜を形成するに当た
り、 基板に超音波を印加しつつ、常圧ＣＶＤ法又は減圧ＣＶ
Ｄ法により基板の絶縁膜形成面に水分子を付着させる工
程と、 次いで、原料ガスとして硅素含有ガス及び無機酸を使用
し、ＣＶＤ法により基板の絶縁膜形成面上に絶縁膜を成
膜する工程とを有することを特徴とする絶縁膜形成方
法。 - 【請求項２】 半導体基板上に絶縁膜を形成するに当た
り、 基板に超音波を印加しつつ、プラズマＣＶＤ法により基
板の絶縁膜形成面に水分子及び水分子のプラズマ乖離物
を付着させる工程と、 次いで、原料ガスとして硅素含有ガス及び無機酸を使用
し、ＣＶＤ法により基板の絶縁膜形成面上に絶縁膜を成
膜する工程とを有することを特徴とする絶縁膜形成方
法。 - 【請求項３】 前記硅素含有ガスが、Tetra Ethoxy Ort
ho Silane （以下、ＴＥＯＳと略称する。）、Octa Met
hyl Cyclo Tetra Siloxane（以下、ＯＭＣＴＳと略称す
る。）、Tetra Propoxy Silane（ＴＰＯＳと略称す
る。）及びTetraMethyl Cyclo Tetra Siloxane （以
下、ＴＭＣＴＳと略称する）のうちのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁膜形成方
法。 - 【請求項４】 前記無機酸が、オゾン、酸素及び窒化酸
素のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１又
は２に記載の絶縁膜形成方法。 - 【請求項５】 前記珪素含有ガス及び無機酸からなる原
料ガスに塩基性の反応触媒ガスとしてアンモニア及び低
級アルキルアミンのうちのいずれかを添加することを特
徴とする請求項１又は２に記載の絶縁膜形成方法。 - 【請求項６】 原料ガスとして硅素含有ガス及び無機酸
を使用し、ＣＶＤ法により基板の絶縁膜形成面上に絶縁
膜を形成する工程において、 基板に超音波を印加することを特徴とする請求項１又は
２に記載の絶縁膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17679095A JP3318818B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 絶縁膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17679095A JP3318818B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 絶縁膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH098033A true JPH098033A (ja) | 1997-01-10 |
| JP3318818B2 JP3318818B2 (ja) | 2002-08-26 |
Family
ID=16019899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17679095A Expired - Fee Related JP3318818B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | 絶縁膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3318818B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6706648B2 (en) | 1995-09-08 | 2004-03-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd | APCVD method of forming silicon oxide using an organic silane, oxidizing agent, and catalyst-formed hydrogen radical |
| US6911405B2 (en) | 2000-11-30 | 2005-06-28 | Canon Sales Co., Inc. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| WO2022201853A1 (ja) * | 2021-03-23 | 2022-09-29 | 東レエンジニアリング株式会社 | 積層体製造装置及び自己組織化単分子膜の形成方法 |
-
1995
- 1995-06-20 JP JP17679095A patent/JP3318818B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6706648B2 (en) | 1995-09-08 | 2004-03-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd | APCVD method of forming silicon oxide using an organic silane, oxidizing agent, and catalyst-formed hydrogen radical |
| US7491659B2 (en) | 1995-09-08 | 2009-02-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | APCVD method of forming silicon oxide using an organic silane, oxidizing agent, and catalyst-formed hydrogen radical |
| US6911405B2 (en) | 2000-11-30 | 2005-06-28 | Canon Sales Co., Inc. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| WO2022201853A1 (ja) * | 2021-03-23 | 2022-09-29 | 東レエンジニアリング株式会社 | 積層体製造装置及び自己組織化単分子膜の形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3318818B2 (ja) | 2002-08-26 |
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