JPH11145134A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH11145134A
JPH11145134A JP9318975A JP31897597A JPH11145134A JP H11145134 A JPH11145134 A JP H11145134A JP 9318975 A JP9318975 A JP 9318975A JP 31897597 A JP31897597 A JP 31897597A JP H11145134 A JPH11145134 A JP H11145134A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 平坦性の改善と層間容量の低減とにより、信
頼性並びにデバイス特性が向上された保護絶縁膜を有す
る半導体装置およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体装置は、ＭＯＳ素子を含む半導体
基板１１、前記半導体基板の上に形成された複数の配線
領域Ｌ１，Ｌ２および該配線領域のうちの最上層に位置
する配線領域の上に形成された保護絶縁膜ＰＬを含む。
前記保護絶縁膜ＰＬは、第１のシリコン酸化膜８０、第
１のシリコン酸化膜の上に形成され、シリコン化合物と
過酸化水素との重縮合反応によって形成された第２のシ
リコン酸化膜８２、および最上層を構成するシリコン窒
化膜８６、を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、特にハーフミクロン以下に微細化
された金属配線上に形成される保護絶縁膜を有する半導
体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】ＬＳＩ等に用いられる半導体装置の最上層
の金属配線層上には、物理的損傷並びにコンタミネーシ
ョンや水分の侵入を防ぐために、保護絶縁膜が形成され
ている。保護絶縁膜としては、例えば低温でプラズマ気
相成長させたシリコン窒化膜が一般的に用いられる。ま
た、保護絶縁膜として、シリコン窒化膜の下層にストレ
ス緩和のためのシリコン酸化膜を形成した積層構造を有
するものも用いられている。このような積層構造を有す
る保護絶縁膜として、例えばモノシランと酸素あるいは
一酸化二窒素を気相成長させて形成されたシリコン酸化
膜、あるいはこれにリンをドープしたＰＳＧ（リンガラ
ス）膜、あるいは、ＳＯＧ（スピン オン グラス）膜
と、モノシランとアンモニアあるいは窒素ガスを用いた
プラズマ化学気相成長によって形成された、膜厚が１μ
ｍ程度のシリコン窒化膜とから構成されている。
【０００３】この保護絶縁膜は、フォトレジストをマス
クにしてドライエッチングあるいはウェットエッチング
で選択エッチングされ、外部電極取り出し用のボンディ
ングパット部を構成するための開口部を有している。
【０００４】ところで、半導体装置がサブミクロン以下
に微細化されてくると、金属配線層のエッチングによる
加工には、異方性ドライエッチングを採用することか
ら、金属配線層の側壁部はほぼ垂直の急峻な傾斜を有す
る。そして、保護絶縁膜を構成するシリコン酸化膜やシ
リコン窒化膜はカスピングによって付きまわりが悪いた
め、金属配線層の特定のスペースにはボイドが形成され
やすい。このボイドの部分は、コンタミネーショントラ
ップとなる。また、金属配線層の側壁部および溝部のコ
ーナでは、シリコン窒化膜が平坦部に比べてその膜厚が
極めて薄くなるため、この膜厚が薄い部分から水分やコ
ンタミネーションが侵入しやすく、長期信頼性の点で問
題がある。
【０００５】さらに、デバイスの動作速度を向上させる
ためには、層間容量の低減を必要とし、従来では、金属
配線層と基板、あるいは上下方向の配線層間の層間容量
に注意をはらってきた。しかし、配線スペースの微細化
により横方向の層間容量の寄与が大きくなり、そのた
め、誘電率の高いシリコン窒化膜が同一層における金属
配線相互のスペース間に存在する保護絶縁膜の構造で
は、横方向の層間容量が動作速度等の電気特性上の点で
無視できないものとなってきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、平坦
性の改善と、層間容量の低減により信頼性並びにデバイ
ス特性の向上に寄与できる保護絶縁膜を有する半導体装
置およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、素子を含む半導体基板、前記半導体基板の上
に形成された複数の配線領域および該配線領域のうちの
最上層に位置する配線領域の上に形成された保護絶縁膜
を含む半導体装置の製造方法であって、前記保護絶縁膜
を形成する工程は、少なくとも以下の工程（ａ）〜
（ｄ）を含む。
【０００８】（ａ）シリコン化合物と、酸素および酸素
を含む化合物の少なくとも１種とを化学気相成長法によ
って反応させて第１のシリコン酸化膜を形成する工程、
（ｂ）シリコン化合物と過酸化水素とを化学気相成長法
によって反応させて第２のシリコン酸化膜を形成する工
程、（ｃ）３５０〜５００℃の温度でアニール処理を行
う工程、（ｄ）シリコン窒化膜を形成する工程。
【０００９】この半導体装置の製造方法によれば、工程
（ｂ）によって、シリコン化合物と過酸化水素とを化学
気相成長法によって反応させて第２のシリコン酸化膜を
形成することにより、平坦性の優れた層を低温で形成す
ることができる。すなわち、この工程（ｂ）で形成され
る第２のシリコン酸化膜は、それ自体で高い流動性を有
し、優れた自己平坦化特性を有する。そのメカニズム
は、シリコン化合物と過酸化水素とを化学気相成長法に
よって反応させると、気相中においてシラノールが形成
され、このシラノールがウエハ表面に堆積することによ
り流動性のよい膜が形成されることによると考えられ
る。
【００１０】例えば、シリコン化合物としてモノシラン
を用いた場合には、下記式（１），（１）’などで示さ
れる反応でシラノールが形成される。
【００１１】式（１） ＳｉＨ4＋２Ｈ2Ｏ2 → Ｓｉ（ＯＨ）4＋２Ｈ2 式（１）’ ＳｉＨ4＋３Ｈ2Ｏ2 → Ｓｉ（ＯＨ）4＋２Ｈ2Ｏ＋Ｈ2 そして、式（１），（１）’で形成されたシラノール
は、下記式（２）で示される重縮合反応で水が脱離する
ことにより、シリコン酸化物となる。
【００１２】式（２） Ｓｉ（ＯＨ）4 → ＳｉＯ2＋２Ｈ2Ｏ 前記シリコン化合物としては、例えばモノシラン、ジシ
ラン、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＦ4、ＣＨ3ＳｉＨ3などの無
機シラン化合物、およびトリプロピルシラン、テトラエ
トキシシランなどの有機シラン化合物などを例示するこ
とができる。
【００１３】また、前記工程（ｂ）の成膜工程は、前記
シリコン化合物が無機シリコン化合物の場合には、０〜
２０℃の温度条件下で、前記シリコン化合物が有機シリ
コン化合物の場合には、１００〜１５０℃の温度条件下
で、減圧化学気相成長法によって行われることが望まし
い。この成膜工程で、温度が前記上限値より高いと、前
記式（２）の重縮合反応が進みすぎることにより、第１
のシリコン酸化膜の流動性が低くなり、良好な平坦性が
得られにくい。また、温度が前記下限値より低いと、チ
ャンバー内での分解水分の吸着およびチャンバー外での
結露が発生し、成膜装置のコントロールが困難となる不
都合がある。
【００１４】前記工程（ｂ）で形成される第２のシリコ
ン酸化膜は、ウエハ基板表面の段差を十分にカバーでき
る程度の膜厚、すなわち該第２のシリコン酸化膜の下に
位置する第１のシリコン酸化膜によって構成される凹凸
の最上面が被覆されるのに十分な膜厚で形成されること
が望ましい。第２のシリコン酸化膜の膜厚は、その下限
値は第２のシリコン酸化膜の下にある第１のシリコン酸
化膜の凹凸の高さに依存するが、好ましくは５００〜１
０００ｎｍである。第２のシリコン酸化膜の膜厚が前記
上限値を超えると、膜自体のストレスでクラックを生ず
ることがある。
【００１５】本発明においては、前記工程（ｂ）の前
に、シリコン化合物と、酸素および酸素を含む化合物の
少なくとも１種とを化学気相成長法によって反応させ
て、ベース層となる第１のシリコン酸化膜を形成する。
このベース層は、それより下層に前記第２のシリコン酸
化膜から水分や余分な不純物が移動しないパッシベーシ
ョン機能、および第２のシリコン酸化膜の密着性を高め
る機能を有する。
【００１６】前記工程（ｂ）の後に、シリコン化合物、
酸素および酸素を含む化合物の少なくとも１種、および
不純物を含む化合物を化学気相成長法によって反応させ
て、前記第２のシリコン酸化膜の上に多孔性の第３のシ
リコン酸化膜を形成する工程（ｅ）を含むことが望まし
い。
【００１７】この第３のシリコン酸化膜は、キャップ層
として機能するだけでなく、多孔性であって、後の工程
（ｃ）のアニール処理において、第２のシリコン酸化膜
から発生するガス成分を徐々に外部に放出できる。さら
に、この第３のシリコン酸化膜は、多孔性であることに
加え、該膜にリン、ボロンなどの不純物、好ましくはリ
ンを添加することにより該膜を構成するシリコン酸化物
のＳｉ−Ｏ分子間結合力を弱めることで、該膜の応力を
緩和することができ、いわば適度に柔らかく更に割れに
くい層を構成できる。第３のシリコン酸化膜に含まれる
不純物の濃度は、前述した膜の応力緩和の点を考慮する
と、好ましくは１〜６重量％である。
【００１８】また、第３のシリコン酸化膜は、１００〜
６００ＭＰａの圧縮ストレスを有しているため、第２の
シリコン酸化膜が重縮合する際に引張ストレスが増大し
てクラックが入るのを防止する機能がある。さらに、第
３のシリコン酸化膜は、第２のシリコン酸化膜の吸湿を
防止する機能も有する。
【００１９】前記工程（ｅ）は、３００〜４５０℃の温
度条件下で、１ＭＨｚ以下の高周波によるプラズマ化学
気相成長法によって行われることが望ましい。この温度
条件で成膜を行うことにより、工程（ｃ）のアニールで
ガス成分がアニール初期段階で抜けやすくなり、デバイ
スの信頼性が向上する。
【００２０】また、前記工程（ｅ）で用いられる、酸素
を含む化合物は、一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）であることが
望ましい。反応ガスとして一酸化二窒素を用いることに
より、プラズマ状態の一酸化二窒素は第２のシリコン酸
化膜を構成するシリコン化合物の水素ボンド（−Ｈ）と
反応しやすいので、第３のシリコン酸化膜を成膜中にも
第２のシリコン酸化膜のガス化成分（水素、水）の脱離
を促進することができる。
【００２１】前記工程（ｅ）は、プラズマ化学気相成長
法の代わりに、３００〜５００℃の温度条件下で常圧化
学気相成長法によって行われてもよい。この場合、前記
工程（ｅ）で用いられる前記酸素を含む化合物はオゾン
であることが望ましい。
【００２２】さらに、前記工程（ｅ）で、前記第２のシ
リコン酸化膜を成膜する前に、前記第２のシリコン酸化
膜をオゾン雰囲気にさらすことが望ましい。この工程を
経ることにより、オゾンが第２のシリコン酸化膜を構成
するシリコン化合物の水素ボンド（−Ｈ）や水酸基（−
ＯＨ）と反応しやすいので、第２のシリコン酸化膜中の
水素や水の脱離を促進することができる。
【００２３】また、第３のシリコン酸化膜の膜厚は、平
坦性およびクラックの点を考慮すると、好ましくは１０
０ｎｍ以上である。
【００２４】前記工程（ｃ）で、３５０〜５００℃の温
度でアニール処理を行うことにより、前記工程（ｂ）お
よび（ｅ）で形成された第２および第３のシリコン酸化
膜は緻密化され、絶縁性ならびに耐湿性が向上する。
【００２５】つまり、第２のシリコン酸化膜についてみ
ると、このアニール処理の初期において、前述した式
（２）による重縮合反応が完了し、この反応に伴って生
じる水や水素は第３のシリコン酸化膜の孔を介して外部
に放出され、第２のシリコン酸化膜は、十分にガス化成
分が除去された状態で緻密に形成される。また、第３の
シリコン酸化膜は、アニール処理によって、多孔質から
緻密な膜になる。
【００２６】このアニール処理において、温度を３５０
℃以上とすることにより、第２および第３のシリコン酸
化膜を十分に緻密にすることができる。また、アニール
温度を５００℃を越える温度で行うと、アルミニウムな
どの金属あるいは合金からなる金属配線層が熱ダメージ
を受けやすくなる。
【００２７】また、第２のシリコン酸化膜上に多孔性の
第３のシリコン酸化膜を形成しておくことにより、工程
（ｃ）でのアニール処理において、ウエハを３５０〜５
００℃の温度下に直接置いた場合のように急激な温度変
化があっても、前記第３のシリコン酸化膜が適度な柔ら
かさを有しかつ急激な水分の放出を制御するため、第２
のシリコン酸化膜の応力を吸収できるので、該第２のシ
リコン酸化膜にクラックを生じることなく、アニール処
理を行うことができる。
【００２８】さらに、前記工程（ｃ）のアニール処理に
続き、工程（ｄ）で、化学気相成長法、好ましくはプラ
ズマ化学気相成長法によってシリコン窒化膜を形成す
る。このシリコン窒化膜は、耐湿性および耐汚染性を考
慮すると、好ましくは３００〜１５００ｎｍの膜厚を有
する。
【００２９】本発明に係る製造方法においては、第１の
シリコン酸化膜および第２のシリコン酸化膜によって十
分に平坦化が図られる。その結果、最上層のシリコン窒
化膜は付きまわりが良く、局所的に膜厚が薄い部分や欠
陥が少なく、耐湿性並びに耐汚染性が高く保護膜として
の信頼性の向上を図ることができる。
【００３０】以上の製造方法によって形成された半導体
装置は、素子を含む半導体基板、前記半導体基板の上に
形成された複数の配線領域および該配線領域のうちの最
上層に位置する配線領域の上に形成された保護絶縁膜を
含み、前記保護絶縁膜は、第１のシリコン酸化膜、前記
第１のシリコン酸化膜の上に形成され、シリコン化合物
と過酸化水素との重縮合反応によって形成された第２の
シリコン酸化膜、および最上層を構成するシリコン窒化
膜、を含む。
【００３１】この半導体装置によれば、上述したよう
に、保護絶縁膜として高い信頼性を有するだけでなく、
最上層の金属配線層において隣接する配線層の相互間の
スペースには誘電率の低いシリコン酸化膜が充填される
ため、誘電率の高いシリコン窒化膜の影響が小さく、従
来の構造に比べて動作速度を向上することができる。
【００３２】本発明においては、前記工程（ｂ）と同様
な工程で形成される、シリコン化合物と過酸化水素とを
化学気相成長法によって反応させて得られるシリコン酸
化膜は、ＭＯＳ素子などの素子を含む半導体基板の上に
形成される層間絶縁膜、ならびに金属配線層の相互間の
層間絶縁膜の平坦化層にも適用することが望ましい。
【００３３】
【発明の実施の形態】図１〜図５は、本発明に係る半導
体装置の製造方法および半導体装置の一実施の形態を説
明するための概略断面図である。図１（Ａ）〜（Ｃ）お
よび図２（Ａ），（Ｂ）は第１層の配線領域Ｌ１を、図
３（Ａ），（Ｂ）および図４（Ａ），（Ｂ）は第２層の
配線領域Ｌ２を、図５は多層構造の保護絶縁膜を製造す
るための工程を示す。
【００３４】以下に、半導体装置の製造方法の一例を示
す。
【００３５】（Ａ）図１（Ａ）に示す工程について説明
する。
【００３６】（素子の形成）まず、一般的に用いられる
方法によって、シリコン基板１１にＭＯＳ素子が形成さ
れる。具体的には、例えば、シリコン基板１１上に選択
酸化によってフィールド絶縁膜１２が形成され、アクテ
ィブ領域にゲート酸化膜１３が形成される。チャネル注
入により、しきい値電圧を調整した後、ＳｉＨ4を熱分
解して成長させたポリシリコン膜の上にタングステンシ
リサイドをスパッタし、さらにシリコン酸化膜１８を積
層し、さらに所定パターンにエッチングすることによ
り、ゲート電極１４が形成される。このとき、必要に応
じて、フィールド絶縁膜１２上にポリシリコン膜および
タングステンシリサイド膜からなる配線層３７が形成さ
れる。
【００３７】次いで、リンをイオン注入することにより
ソース領域あるいはドレイン領域の低濃度不純物層１５
が形成される。次いで、ゲート電極１４のサイドにシリ
コン酸化膜からなる側壁スペーサ１７が形成された後、
ヒ素をイオン注入し、ハロゲンランプを用いたアニール
処理によって不純物の活性化を行うことにより、ソース
領域あるいはドレイン領域の高濃度不純物層１６が形成
される。
【００３８】次に、１００ｎｍ以下の気相成長シリコン
酸化膜を形成し、該膜をＨＦとＮＨ4Ｆの混合水溶液で
選択的にエッチングすることにより、所定のシリコン基
板領域を露出させる。続いて、例えばチタンを３０〜１
００ｎｍ程度の膜厚でスパッタし、酸素を５０ｐｐｍ以
下に制御した窒素雰囲気中において６５０〜７５０℃の
温度で数秒〜６０秒程度の瞬間アニールを行うことによ
り、開口したシリコン基板表面にチタンのモノシリサイ
ド層が、シリコン酸化膜１８上にはチタンリッチのチタ
ンナイトライド（ＴｉＮ）層が形成される。次いで、Ｎ
Ｈ4ＯＨとＨ2Ｏ2の混合水溶液中に浸漬すると、前記チ
タンナイトライド層はエッチング除去されてシリコン基
板表面のみにチタンのモノシリサイド層が残る。さら
に、７５０〜８５０℃のランプアニールを行って、前記
モノシリサイド層をダイシリサイド化させて、高濃度不
純物層１６の表面に自己整合的にチタンシリサイド層１
９が形成される。
【００３９】なお、ゲート電極１４をポリシリコンのみ
で形成して選択エッチングで露出させた場合には、ゲー
ト電極とソース，ドレイン領域の両者が側壁スペーサで
分離されたチタンサリサイド構造になる。
【００４０】なお、サリサイド構造は、チタンシリサイ
ドの代わりに、タングステンシリサイド、モリブデンシ
リサイドから構成されていてもよい。
【００４１】（Ｂ）次に、図１（Ｂ）に示す工程につい
て説明する。
【００４２】（第１の層間絶縁膜Ｉ１の形成）第１の層
間絶縁膜Ｉ１は、４層のシリコン酸化膜、つまり、下か
ら順に、第１のシリコン酸化膜２０、第２のシリコン酸
化膜２２、第３のシリコン酸化膜２４および第４のシリ
コン酸化膜２６から構成されている。
【００４３】ａ．第１のシリコン酸化膜２０の形成 まず、テトラエトキシラン（ＴＥＯＳ）と酸素とを３０
０〜５００℃でプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法で反
応させることにより、膜厚１００〜２００ｎｍの第１の
シリコン酸化膜２０が形成される。このシリコン酸化膜
２０は、シリサイド層１９の酸化やカスピングもなく、
ＳｉＨ4から成長させた膜より絶縁性も高くフッ化水素
の水溶液に対するエッチング速度も遅く、緻密な膜とな
る。
【００４４】ここでは、チタンシリサイド層１９上に直
接シリコン酸化膜２０を形成させるが、このときの成膜
温度が高いと成膜初期に酸化性ガスとチタンシリサイド
とが簡単に反応してクラックや剥離を生じ易いため、処
理温度は好ましくは６００℃以下、より好ましくは２５
０〜４００℃で行うことが望ましい。そして、シリコン
酸化膜がチタンシリサイド層１９上に１００ｎｍ程度の
膜厚で前述した比較的低温で形成された後は、水蒸気以
外の酸化雰囲気にさらされるアニールや気相酸化処理で
あれば、温度を９００℃位まで上げても問題とならな
い。
【００４５】ｂ．第２のシリコン酸化膜２２の形成 次に、好ましくは２．５×１０2Ｐａ以下、より好まし
くはＯ．３×１０2〜２．０×１０2Ｐａの減圧下におい
て、窒素ガスをキャリアとして、ＳｉＨ4およびＨ2Ｏ2
をＣＶＤ法により反応させることにより、第２のシリコ
ン酸化膜２２を形成する。第２のシリコン酸化膜２２
は、少なくとも、下層の第１のシリコン酸化膜２０の段
差より大きい膜厚を有し、つまり該段差を十分にカバー
する膜厚で成膜される。また、第２のシリコン酸化膜２
２の膜厚の上限は、該膜中にクラックが生じない程度に
設定される。具体的には、第２のシリコン酸化膜２２の
膜厚は、より良好な平坦性を得るために、下層の段差よ
り厚いことが望ましく、好ましくは３００〜１０００ｎ
ｍに設定される。
【００４６】第２のシリコン酸化膜２２の成膜温度は、
該膜の成膜時の流動性に関与し、成膜温度が高いと膜の
流動性が低下して平坦性を損なうので、成膜時の温度は
好ましくは０〜２０℃、より好ましくは０〜１０℃に設
定される。
【００４７】また、Ｈ2Ｏ2の流量は特に制限されない
が、ＳｉＨ4の２倍以上の流量であることが好ましく、
膜の均一性並びにスループットの点から、ガス換算で例
えば１００〜１０００ＳＣＣＭの流量範囲に設定される
ことが望ましい。
【００４８】この工程で形成される第２のシリコン酸化
膜２２は、シラノールポリマーの状態にあり、流動性が
よく、高い自己平坦化特性を有する。また、第２のシリ
コン酸化膜２２は、多くの水酸基（−ＯＨ）を含むため
に吸湿性も高い状態にある。
【００４９】ｃ．第３のシリコン酸化膜２４の形成 次に、ＳｉＨ4、ＰＨ3およびＮ2Ｏの存在下において、
温度３００〜４５０℃で ２００〜６００ｋＨｚの高周
波数でプラズマＣＶＤ法によってガスを反応させること
により、膜厚１００〜６００ｎｍのＰＳＧ膜（第３のシ
リコン酸化膜）２４が形成される。この第３のシリコン
酸化膜２４は、前記第２のシリコン酸化膜２２の吸湿性
が高いことを考慮して、前記第２のシリコン酸化膜２２
の形成に続いて連続的に形成されるか、あるいは第２の
シリコン酸化膜２２が水分を含まない雰囲気中で保存さ
れた後に形成されることが望ましい。
【００５０】また、第３のシリコン酸化膜２４は、後に
行われるアニール処理によって前記第２のシリコン酸化
膜２２中に含まれる水、水素などのガス化成分の脱離が
容易かつ十分に行われることを考慮して、ポーラス（多
孔性）であることが必要である。そのためには、第３の
シリコン酸化膜２４は、例えば温度が好ましくは４５０
℃以下、より好ましくは３００〜４００℃、好ましくは
１ＭＨｚ以下、より好ましくは２００〜６００ｋＨｚの
プラズマＣＶＤ法によって成膜され、かつリンなどの不
純物を含むことが望ましい。第３のシリコン酸化膜２４
にこのような不純物が含まれることにより、第３のシリ
コン酸化膜２４は、よりポーラスな状態となって膜に対
するストレスを緩和できるだけでなく、アルカリイオン
等に対するゲッタリング効果も持ち合わせることができ
る。このような不純物の濃度は、ゲッタリング効果など
の点を考慮して設定される。例えば、不純物がリンの場
合には、２〜６重量％の割合で含まれることが望まし
い。
【００５１】また、プラズマＣＶＤにおいて、酸素を含
む化合物としてＮ2Ｏを用いることにより、第２のシリ
コン酸化膜２２中の水素ボンドの脱離が促進される。そ
の結果、第２のシリコン酸化膜２２に含まれる水分およ
び水素などのガス化成分をより確実に除去することがで
きる。
【００５２】この第３のシリコン酸化膜２４の膜厚は、
必要とされる層間絶縁膜の厚みを調整する役割と、Ｎ2
Ｏプラズマが水素ボンドを脱離する機能を考慮して、好
ましくは１００ｎｍ以上、より好ましくは１００〜６０
０ｎｍに設定される。
【００５３】ｄ．アニール処理 次に、窒素雰囲気中で、温度６００〜８５０℃でアニー
ル処理を行う。このアニール処理によって、前記第２の
シリコン酸化膜２２および第３のシリコン酸化膜２４は
緻密化され、良好な絶縁性並びに耐水性を有する。すな
わち、アニール温度を６００℃以上に設定することによ
り、第２のシリコン酸化膜２２でのシラノールの縮重合
反応がほぼ完全に行われ、該膜中に含まれる水および水
素が十分に放出されて緻密な膜を形成することができ
る。また、アニール温度を８５０℃以下に設定すること
により、ＭＯＳトランジスタを構成するソース領域ある
いはドレイン領域の拡散層にパンチスルーや接合リーク
などの悪影響を与えることがなく、素子の微細化を達成
することができる。
【００５４】アニール処理においては、第２のシリコン
酸化膜２２に対する熱ひずみの影響を小さくするため
に、段階的にもしくは連続的にウエハの温度を上げる、
ランピングアニールを行うことが望ましい。例えば、ウ
エハを約４００℃で保温した後、アニール温度（６００
〜８５０℃）に昇温する場合、第３のシリコン酸化膜２
４の不純物濃度をかなり低くすることができる。例え
ば、不純物がリンの場合、可動性イオンのゲッタリング
効果を別にして、リンの濃度が２重量％以下でも、第２
のシリコン酸化膜２２にクラックが生じないことを確認
している。
【００５５】ｅ．第４のシリコン酸化膜２６の形成 次に、ＴＥＯＳと酸素とを用い、３５０〜４００℃でプ
ラズマＣＶＤ法により膜厚１０００〜１５００ｎｍの第
４のシリコン酸化膜２６を形成する。
【００５６】プラズマＣＶＤ法を用いたＴＥＯＳ−酸素
のシリコン酸化膜は、アニールを行わない場合でも、高
温アニールした前記第２のシリコン酸化膜２２および第
３のシリコン酸化膜２４と同程度かあるいは少し速いド
ライエッチング速度を有している。このことは、後述す
るコンタクトホールの形成においてホール側面にくびれ
や段差を生ずることなく、良好な形状のコンタクトホー
ルを得る要因となる。
【００５７】（Ｃ）次に、図１（Ｃ）に示す工程につい
て説明する。
【００５８】（ＣＭＰによる平滑化）次いで、前記第４
のシリコン酸化膜２６、および必要に応じて前記第３の
シリコン酸化膜２４および第２のシリコン酸化膜２２
を、化学機械的研磨（ＣＭＰ）法によって所定の膜厚を
研磨し、平滑化する。そして、前記第２のシリコン酸化
膜２２、第３のシリコン酸化膜２４および第４のシリコ
ン酸化膜２６は、研磨速度がほとんど同じことから、研
磨によって第３のシリコン酸化膜２４あるいは第２のシ
リコン酸化膜２２の一部が表面に露出したとしても、平
坦な表面を得ることができ、したがって研磨量の管理が
容易である。
【００５９】例えば、本発明者らの研究によれば、各シ
リコン酸化膜の研磨速度は以下の様であった。
【００６０】 第２のシリコン酸化膜（アニール温度８００℃） ；２５０ｎｍ／分 第３のシリコン酸化膜（アニール温度８００℃） ；２５０ｎｍ／分 第４のシリコン酸化膜（アニールなし） ；２５０ｎｍ／分 比較のためのＢＰＳＧ膜（アニール温度９００℃）；３５０ｎｍ／分 （Ｄ）次に、図２（Ａ）に示す工程について説明する （コンタクトホールの形成）次いで、ＣＨＦ3とＣＦ4と
を主ガスとした反応性イオンエッチャーで第１の層間絶
縁膜Ｉ１を構成するシリコン酸化膜２０、２２、２４お
よび２６を選択的に異方性エッチングすることにより、
口径が０．２〜０．５μｍのコンタクトホール３２が形
成される。
【００６１】このコンタクトホール３２は、上端部から
底部に向かって直線的に口径が小さくなるテーパー状を
成す。テーパーの角度θは、エッチング条件などによっ
て一概には規定できないが、たとえば、５〜１５度の傾
斜を有する。このようなテーパー状のスルーホールが得
られる理由としては、第１に、シリコン酸化膜２０、２
２、２４および２６は、基本的にはほぼ同じエッチング
速度を有し、さらに第２のシリコン酸化膜２２は第３の
シリコン酸化膜２４に比べてエッチング速度がわずかに
小さいこと、第２に、各シリコン酸化膜の界面が極めて
良好に密着していることにある。このようなテーパ状の
コンタクトホール３２内では、後述するように、アルミ
ニウム膜の良好な堆積が可能である。
【００６２】以下に、本願発明者らが測定した各シリコ
ン酸化膜のドライエッチング速度を記載する。なお、ド
ライエッチングは、パワー；８００Ｗ、気圧；２０Ｐ
ａ、エッチャントガス；ＣＦ4：ＣＨＦ3：Ｈｅ＝１：
２：９の条件で行った。
【００６３】 第２のシリコン酸化膜（アニール温度８００℃） ；５２５ｎｍ／分 第３のシリコン酸化膜（アニール温度８００℃） ；５５０ｎｍ／分 第４のシリコン酸化膜（アニールなし） ；５６５ｎｍ／分 比較のためのＢＰＳＧ膜（アニール温度９００℃）；７５０ｎｍ／分 （Ｅ）次に、図２（Ｂ）に示す工程について説明する。
【００６４】（脱ガス処理）まず、脱ガス工程を含む熱
処理ついて説明する。
【００６５】ランプチャンバで、１．５×１０-4Ｐａ以
下のベース圧力、１５０〜２５０℃の温度で３０〜６０
秒間のランプ加熱（熱処理Ａ）を施す。次いで、別のチ
ャンバで１×１０-1〜１５×１０-1Ｐａの圧力でアルゴ
ンガスを導入し、１５０〜５５０℃の温度で、３０〜１
２０秒間の熱処理（脱ガス工程；熱処理Ｂ）を行うこと
によって、脱ガス処理を行う。
【００６６】この工程においては、まず、熱処理Ａにお
いて、主として、ウエハの裏面および側面を含むウエハ
全体を加熱処理することにより、ウエハに付着している
水分などを除去できる。
【００６７】さらに、熱処理Ｂにおいて、主として、第
１の層間絶縁膜Ｉ１を構成する第２のシリコン酸化膜２
２中のガス化成分（Ｈ，Ｈ2Ｏ）を除去することができ
る。その結果、次工程のバリア層およびアルミニウム膜
の形成時に、第１の層間絶縁膜Ｉ１からのガス化成分の
発生が防止できる。
【００６８】本実施の形態においては、バリア層３３
は、バリア機能を有するバリア膜と、導電膜とからなる
多層膜によって構成される。導電膜は、バリア膜とシリ
コン基板に形成された不純物拡散層、つまりソース領域
あるいはドレイン領域との導電性を高めるために、バリ
ア膜と不純物拡散層との間に形成される。バリア膜とし
ては、一般的な物質、例えばチタンナイトライドやチタ
ンタングステンを好ましく用いることができる。また、
導電膜としては、チタン，コバルト，タングステンなど
の高融点金属を用いることができる。これらのチタン，
コバルト，タングステンは基板を構成するシリコンと反
応してシリサイドとなる。
【００６９】バリア層、例えばＴｉＮ膜／Ｔｉ膜は数十
原子％のガス化成分（Ｏ，Ｈ，Ｈ2Ｏ，Ｎ）を固溶する
ことから、これらの膜を形成する前に、第１の層間絶縁
膜Ｉ１中のガス化成分を除去することが、コンタクトホ
ール内でのアルミニウム膜の成膜を良好に行う上で、極
めて有効である。バリア層の下位の第１の層間絶縁膜Ｉ
１中のガス化成分を十分に除去しておかないと、バリア
層の形成時の温度（通常、３００℃以上）で、第１の層
間絶縁膜Ｉ１中のガス化成分が放出され、このガスがバ
リア層中に取り込まれる。さらに、このガスがアルミニ
ウム膜の成膜時にバリア層から離脱してバリア層とアル
ミニウム膜との界面に出てくるため、アルミニウム膜の
密着性や流動性に悪影響を与える。
【００７０】（バリア層の成膜）スパッタ法により、バ
リア層３３を構成する導電膜として、チタン膜を２０〜
７０ｎｍの膜厚で形成し、次いで、別のチャンバで、バ
リア膜としてＴｉＮ膜を３０〜１５０ｎｍの膜厚で形成
する。スパッタの温度は、膜厚に応じて、２００〜４５
０℃の範囲で選択される。
【００７１】次に、０．１×１０2〜１．５×１０2Ｐａ
の圧力で酸素プラズマ中に１０〜１００秒間さらし、４
５０〜７００℃の窒素または水素雰囲気中で１０〜６０
分間にわたってアニール処理することにより、バリア層
中に酸化チタンを島状に形成することができる。この処
理によりバリア層のバリア性を向上させることができる
ことを確認している。
【００７２】また、このアニール処理は、少なくとも数
百ｐｐｍ〜数％の酸素を含むランプアニール炉における
４００〜８００℃の熱処理によっても行うことができ、
同様にバリア層のバリア性を向上させることができる。
【００７３】なお、図示はしないが、バリア層３３の表
面に、後述するアルミニウム膜に対する濡れ性を向上さ
せる目的で、チタン、コバルト、シリコンなどで構成さ
れるウェッテング層を形成してもよい。このようなウェ
ッテング層を設けることにより、第１のアルミニウム膜
の流動性を上げることができる。ウェッテング層の膜厚
は、通常数十ｎｍ以上あればよい。
【００７４】（アルミニウム膜の成膜前の脱ガス処理お
よびウエハの冷却）まず、ウエハの冷却を行う前に、ラ
ンプチャンバ内において、１．５×１０-4Ｐａ以下のベ
ース圧力、１５０〜２５０℃の温度で３０〜６０秒間の
熱処理（熱処理Ｃ）を行い、基板に付着した水などの物
質を除去する。その後、アルミニウム膜を成膜する前
に、基板温度を１００℃以下、好ましくは常温〜５０℃
の温度に下げる。この冷却工程は、上記熱処理Ｃにより
上昇した基板温度を下げるために重要なもので、例えば
水冷機能を有するステージ上にウエハを載置して該ウエ
ハ温度を所定温度まで下げる。
【００７５】このようにウエハの冷却を行うことによ
り、第１のアルミニウム膜を成膜する際に、第１の層間
絶縁膜Ｉ１およびバリア層３３、さらにウエハ全面から
放出されるガス量を極力少なくすることができる。その
結果、バリア層３３と第１のアルミニウム膜３４との界
面に吸着する、カバレッジ性や密着性に有害なガスの影
響を防ぐことができる。
【００７６】（アルミニウム膜の成膜）まず、２００℃
以下、より好ましくは３０〜１００℃の温度で、０．２
〜１．０重量％の銅を含むアルミニウムを膜厚１５０〜
３００ｎｍでスパッタによって高速度で成膜し、第１の
アルミニウム膜３４が形成される。続いて、同一チャン
バ内で基板温度４２０〜４６０℃に加熱して、同様に銅
を含むアルミニウムをスパッタにより低速度で成膜し、
膜厚３００〜６００ｎｍの第２のアルミニウム膜３５が
形成される。ここで、アルミニウム膜の成膜において、
「高速度」とは、成膜条件や製造されるデバイスの設計
事項によって一概に規定できないが、おおよそ１０ｎｍ
／秒以上のスパッタ速度を意味し、「低速度」とは、お
およそ３ｎｍ／秒以下のスパッタ速度を意味する。
【００７７】図６に、第１および第２のアルミニウム膜
３４，３５を成膜するためのスパッタ装置の一例を示
す。このスパッタ装置は、チャンバ５０内に、電極をか
ねるターゲット５１およびステージをかねる電極５２を
有し、電極５２上には処理される基板（ウエハ）Ｗが設
置されるように構成されている。チャンバ５０には、第
１のガス供給路５３が接続され、電極５２には、第２の
ガス供給路５４が接続されている。ガス供給路５３，５
４からは、いずれもアルゴンガスが供給される。そし
て、第２のガス供給路５４から供給されるガスによっ
て、ウエハＷの温度が制御される。なお、チャンバ５０
内のガスを排出するための手段は図示しない。
【００７８】このようなスパッタ装置を用いて基板温度
をコントロールした一例を図７に示す。図７において、
横軸は経過時間を示し、縦軸は基板（ウエハ）温度を示
す。また、図７において、符号ａで示すラインはスパッ
タ装置のステージ５２の温度を３５０℃に設定したとき
の基板温度変化を示し、符号ｂで示すラインは第２のガ
ス供給路５４を通して高温のアルゴンガスをチャンバ内
に供給することによってステージ５２の温度を高めてい
ったときの基板温度の変化を示している。
【００７９】例えば、基板の温度制御は以下のように行
われる。まず、ステージ５２の温度は、予め、第２のア
ルミニウム膜を形成するための温度（３５０〜５００
℃）に設定されている。第１のアルミニウム膜を形成す
る際には、第２のガス供給路５４からのガスの供給はな
く、基板温度はステージ５２による加熱によって、図７
の符号ａで示すように徐々に上昇する。第２のアルミニ
ウム膜を形成する際には、第２のガス供給路５４を介し
て加熱されたガスが供給されることによって図７の符号
ｂで示すように、基板温度は急激に上昇し、所定の温度
で一定になるように制御される。
【００８０】図７に示す例では、ステージ温度が３５０
℃に設定され、そして、基板温度が１２５〜１５０℃に
設定されている間に第１のアルミニウム膜３４が成膜さ
れ、その後すぐに第２のアルミニウム膜３５の成膜が行
われる。
【００８１】アルミニウム膜の成膜においては、成膜速
度および基板温度制御とともに、スパッタ装置に印加さ
れるパワーの制御も重要である。つまり、成膜速度とも
関連するが、第１のアルミニウム膜３４の成膜は高いパ
ワーで行われ、第２のアルミニウム膜３５は低いパワー
で行われ、さらに高いパワーから低いパワーに切り換え
る際にパワーをゼロにしないことが重要である。パワー
をゼロにすると、減圧下においても第１のアルミニウム
膜の表面に酸化膜が形成され、第１のアルミニウム膜に
対する第２のアルミニウム膜の濡れ性が低下し、両者の
密着性が悪くなる。言い換えれば、パワーを常に印加す
ることにより、成膜中のアルミニウム膜の表面に活性な
アルミニウムを供給し続けることができ、酸化膜の形成
を抑制できる。なお、パワーの大きさは、スパッタ装置
や成膜条件などに依存し一概に規定できないが、例えば
図７に示す温度条件の場合、高パワーが５〜１０ｋＷ、
低パワーが３００Ｗ〜１ｋＷに設定されることが望まし
い。
【００８２】このように、同一チャンバ内で第１のアル
ミニウム膜３４および第２のアルミニウム膜３５を連続
的に成膜することにより、温度およびパワーの制御を厳
密に行うことができ、従来よりも低温でかつ安定したア
ルミニウム膜を効率よく形成することが可能となる。
【００８３】前記第１のアルミニウム膜３４の膜厚は、
良好なステップカバレッジで連続層を形成することがで
きること、並びに該アルミニウム膜３４より下層のバリ
ア層３３および第１の層間絶縁膜Ｉ１からのガス化成分
の放出を抑制できることなどを考慮して、適正な範囲が
選択されるが、例えば２００〜４００ｎｍが望ましい。
また、第２のアルミニウム膜３５は、コンタクトホール
の大きさ並びにそのアスペクト比などによって決定され
るが、例えばアスペクト比が３程度で０．５μｍ以下の
ホールを埋めるためには、３００〜１０００ｎｍの膜厚
が必要である。
【００８４】（反射防止膜の成膜）さらに、別のスパッ
タチャンバで、スパッタによりＴｉＮを堆積することに
より、膜厚３０〜８０ｎｍの反射防止膜３６が形成され
る。その後、Ｃｌ2とＢＣｌ3のガスを主体とする異方性
ドライエッチャーで前記バリア層３３、第１のアルミニ
ウム膜３４、第２のアルミニウム膜３５および反射防止
膜３６からなる堆積層を選択的にエッチングして、第１
の金属配線層３０のパターニングを行う。
【００８５】このようにして形成された金属配線層３０
では、アスペクト比が０．５〜３で、口径が０．２〜
０．８μｍのコンタクトホール内において、ボイドを発
生させることなく良好なステップカバレッジでアルミニ
ウムが埋め込まれることが確認された。
【００８６】（Ｆ）次に、図３（Ａ）に示す工程につい
て説明する。
【００８７】（第２の層間絶縁膜Ｉ２の形成）第２の層
間絶縁膜Ｉ２は、基本的には前記第１の層間絶縁膜Ｉ１
と同様の構成を有する。すなわち、第２の層間絶縁膜Ｉ
２は、４層のシリコン酸化膜、つまり、下から順に、第
１のシリコン酸化膜７０、第２のシリコン酸化膜７２、
第３のシリコン酸化膜７４および第４のシリコン酸化膜
７６から構成されている。そして、これらのシリコン酸
化膜７０，７２，７４および７６は、アニール処理以外
は、前記シリコン酸化膜２０，２２，２４および２６と
同様な方法で成膜される。以下に主要な部分を説明する
が、共通する事項については記載を省略する。
【００８８】ａ．第１のシリコン酸化膜７０の形成 まず、テトラエトキシラン（ＴＥＯＳ）と酸素とを３０
０〜５００℃でプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法で反
応させることにより、膜厚５０〜２００ｎｍの第１のシ
リコン酸化膜７０が形成される。
【００８９】ｂ．第２のシリコン酸化膜７２の形成 次に、好ましくは２．５×１０2Ｐａ以下、より好まし
くは０．３×１０2〜２．０×１０2Ｐａの減圧下におい
て、窒素ガスをキャリアとして、ＳｉＨ4およびＨ2Ｏ2
を０〜１０℃の温度でＣＶＤ法により反応させることに
より、第２のシリコン酸化膜７２を形成する。第２のシ
リコン酸化膜７２は、前記第２のシリコン酸化膜２２と
同様に、少なくとも、下層の第１のシリコン酸化膜７０
の段差より大きい膜厚を有し、つまり該段差を十分にカ
バーする膜厚で成膜される。また、第２のシリコン酸化
膜７２の膜厚の上限は、該膜中にクラックが生じない程
度に設定される。具体的には、第２のシリコン酸化膜７
２の膜厚は、より良好な平坦性を得るために、下層の段
差より厚いことが望ましく、好ましくは５００〜１００
０ｎｍに設定される。
【００９０】第２のシリコン酸化膜７２の成膜温度は、
好ましくは０〜２０℃、より好ましくは０〜１０℃に設
定される。
【００９１】この工程で形成される第２のシリコン酸化
膜７２は、高い流動性を有し、平坦化特性に優れる。
【００９２】ｃ．第３のシリコン酸化膜７４の形成 次に、ＳｉＨ4、ＰＨ3およびＮ2Ｏの存在下において、
温度３００〜４５０℃で２００〜６００ｋＨｚの高周波
数でプラズマＣＶＤ法によって反応させることにより、
膜厚１００〜６００ｎｍのＰＳＧ膜（第３のシリコン酸
化膜）７４が形成される。
【００９３】また、第３のシリコン酸化膜７４は、前記
第３のシリコン酸化膜２４と同様に、後に行われるアニ
ール処理によって前記第２のシリコン酸化膜７２中に含
まれる水などのガス化成分の脱離が容易かつ十分に行わ
れることを考慮して、ポーラス（多孔性）であることが
必要である。そのためには、第３のシリコン酸化膜７４
は、例えば温度が好ましくは４５０℃以下、より好まし
くは３００〜４００℃、好ましくは１ＭＨｚ以下、より
好ましくは２００〜６００ｋＨｚの高周波プラズマＣＶ
Ｄ法によって成膜され、リンなどの不純物が含まれるこ
とが望ましい。第３のシリコン酸化膜７４にこのような
不純物が含まれることにより、第３のシリコン酸化膜７
４は、よりポーラスな状態となって膜に対するストレス
を緩和できる。このような不純物の濃度は、耐ストレス
性、ゲッタリング効果などの点を考慮して設定される。
例えば、不純物がリンの場合には、１〜６重量％の割合
で含まれることが望ましい。
【００９４】また、プラズマＣＶＤにおいて、酸素を含
む化合物としてＮ2Ｏを用いることにより、第２のシリ
コン酸化膜７２中の水素ボンドの脱離が促進される。そ
の結果、第２のシリコン酸化膜７２に含まれる水分など
のガス化成分をより確実に除去することができる。
【００９５】この第３のシリコン酸化膜７４の膜厚は、
好ましくは１００ｎｍ以上、より好ましくは２００〜６
００ｎｍに設定される。
【００９６】ｄ．アニール処理 次に、温度３５０〜５００℃でアニール処理を行う。こ
のアニール処理によって、前記第２のシリコン酸化膜７
２および第３のシリコン酸化膜７４は緻密化され、良好
な絶縁性並びに耐水性を有する。すなわち、アニール温
度を３５０℃以上に設定することにより、第２のシリコ
ン酸化膜７２でのシラノールの縮重合反応がほぼ完全に
行われ、該膜中に含まれる水分が十分に放出されて緻密
な膜を形成することができる。また、アニール温度を５
００℃以下に設定することにより、第１の配線層４０を
構成するアルミニウム膜に悪影響を与えることがない。
【００９７】ｅ．第４のシリコン酸化膜７６の形成 次に、ＴＥＯＳと酸素とを用い、３５０〜４００℃でプ
ラズマＣＶＤ法により膜厚１０００〜１５００ｎｍの第
４のシリコン酸化膜７６を形成する。
【００９８】（Ｇ）次に、図３（Ｂ）に示す工程につい
て説明する。
【００９９】（ＣＭＰによる平滑化）前記第４のシリコ
ン酸化膜７６、および必要に応じて前記第３のシリコン
酸化膜７４および第２のシリコン酸化膜７２を、ＣＭＰ
法によって所定の膜厚で研磨し、平滑化する。この平滑
化処理により、研磨によって第３のシリコン酸化膜７４
あるいは第２のシリコン酸化膜７２の一部が表面に露出
したとしても、平坦な表面を得ることができ、したがっ
て研磨量の管理が容易である。
【０１００】（Ｈ）次に、図４（Ａ）に示す工程につい
て説明する。
【０１０１】（ビアホールの形成）ＣＨＦ3とＣＦ4とを
主ガスとした反応性イオンエッチャーで第２の層間絶縁
膜Ｉ２および反射防止膜３６を選択的に異方性エッチン
グすることにより、口径が０．３〜０．５μｍのビアホ
ール６２が形成される。
【０１０２】このビアホール６２は、前記コンタクトホ
ール３２と同様に、上端部から底部に向かって徐々に口
径が小さくなるテーパー状を成す。テーパーの角度θ
は、エッチング条件などによって一概には規定できない
が、たとえば、５〜１５度の傾斜を有する。
【０１０３】（Ｉ）次に、図４（Ｂ）に示す工程につい
て説明する。
【０１０４】（脱ガス処理）まず、脱ガス工程を含む熱
処理ついて説明する。
【０１０５】ランプチャンバで、１．５×１０-4Ｐａ以
下のベース圧力、１５０〜２５０℃の温度で３０〜６０
秒間のランプ加熱（熱処理Ｄ）を施す。次いで、別のチ
ャンバで１×１０-1〜１５×１０-1Ｐａの圧力でアルゴ
ンガスを導入し、３００〜５００℃の温度で、３０〜１
２０秒間の熱処理（脱ガス工程；熱処理Ｅ）を行うこと
によって、脱ガス処理を行う。
【０１０６】この工程においては、まず、熱処理Ｄにお
いて、主として、ウエハの裏面および側面を含むウエハ
全体を加熱処理することにより、ウエハに付着している
水分などを除去できる。
【０１０７】さらに、熱処理Ｅにおいて、主として、第
２の層間絶縁膜Ｉ２中のガス化成分（Ｈ，Ｈ2Ｏ）を除
去することができる。その結果、次工程のウェッテング
層およびアルミニウム膜の形成時に、第２の層間絶縁膜
Ｉ２からのガス化成分の発生が防止できる。
【０１０８】本実施の形態においては、ウェッテング
層、例えばＴｉ膜は数十原子％のガス化成分（Ｏ，Ｈ，
Ｈ2Ｏ，Ｎ）を固溶することから、この膜を形成する前
に、第２の層間絶縁膜Ｉ２中のガス化成分を除去するこ
とが、ビアホール内でのアルミニウム膜の成膜を良好に
行う上で、極めて有効である。ウェッテング層の下位の
第２の層間絶縁膜Ｉ２中のガス化成分を十分に除去して
おかないと、ウェッテング層の形成時に、第２の層間絶
縁膜Ｉ２中のガス化成分が放出され、このガスがウェッ
テング層中に取り込まれる。さらに、このガスがアルミ
ニウム膜の成膜時にウェッテング層から離脱してウェッ
テング層とアルミニウム膜との界面に出てくるため、ア
ルミニウム膜の密着性や流動性に悪影響を与える。
【０１０９】（ウェッテング層の成膜）スパッタ法によ
り、ウェッテング層６３を構成する膜として、チタン膜
を２０〜７０ｎｍの膜厚で形成する。スパッタの温度
は、好ましくは１００℃以下、より好ましくは２５℃以
下である。
【０１１０】（アルミニウム膜の成膜前のウエハの冷
却）アルミニウム膜を成膜する前に、基板温度を１００
℃以下、好ましくは常温〜５０℃の温度に下げる。この
冷却工程は、ウェッテング層６３のスパッタにより上昇
した基板温度を下げるために重要なもので、例えば水冷
機能を有するステージ上にウエハを載置して該ウエハ温
度を所定温度まで下げる。
【０１１１】このようにウエハの冷却を行うことによ
り、第１のアルミニウム膜を成膜する際に、第２の層間
絶縁膜Ｉ２およびウェッテング層６３、さらにウエハ全
面から放出されるガス量を極力少なくすることができ
る。その結果、ウェッテング層６３と第１のアルミニウ
ム膜６４との界面に吸着する、カバレッジ性や密着性に
有害なガスの影響を防ぐことができる。
【０１１２】（アルミニウム膜の成膜）まず、２００℃
以下、より好ましくは３０〜１００℃の温度で、０．２
〜１．０重量％の銅を含むアルミニウムを膜厚１５０〜
３００ｎｍでスパッタによって高速度で成膜し、第１の
アルミニウム膜６４が形成される。続いて、同一チャン
バ内で基板温度４２０〜４６０℃に加熱して、同様に銅
を含むアルミニウムをスパッタにより低速度で成膜し、
膜厚３００〜６００ｎｍの第２のアルミニウム膜６５が
形成される。
【０１１３】スパッタ装置としては、図６に示す装置と
同様のものを使用することができる。前記スパッタ装置
の構成、ウェハの温度制御およびスパッタ時のパワーに
ついては、第１の金属配線層３０の場合と同様なので、
詳細な説明を省略する。
【０１１４】同一チャンバ内で第１のアルミニウム膜６
４および第２のアルミニウム膜６５を連続的に成膜する
ことにより、温度およびパワーの制御を厳密に行うこと
ができ、従来よりも低温でかつ安定したアルミニウム膜
を効率よく形成することが可能となる。
【０１１５】前記第１のアルミニウム膜６４の膜厚は、
良好なステップカバレッジで連続層を形成することがで
きること、並びに該アルミニウム膜６４より下層のウェ
ッテング層６３および第２の層間絶縁膜Ｉ２からのガス
化成分の放出を抑制できることなどを考慮して、適正な
範囲が選択されるが、例えば１００〜３００ｎｍが望ま
しい。また、第２のアルミニウム膜６５は、ビアホール
６２の大きさ並びにそのアスペクト比などによって決定
されるが、例えばアスペクト比が３程度で０．５μｍ以
下のホールを埋めるためには、３００〜８００ｎｍの膜
厚が必要である。
【０１１６】（反射防止膜の成膜）さらに、別のスパッ
タチャンバで、スパッタによりＴｉＮを堆積することに
より、膜厚３０〜８０ｎｍの反射防止膜６６が形成され
る。その後、Ｃｌ2とＢＣｌ3のガスを主体とする異方性
ドライエッチャーで前記ウェッテング層６３、第１のア
ルミニウム膜６４、第２のアルミニウム膜６５および反
射防止膜６６からなる堆積層を選択的にエッチングし
て、第２の金属配線層６０のパターニングを行う。
【０１１７】このようにして形成された金属配線層６０
では、アスペクト比が０．５〜３で、口径が０．２〜
０．８μｍのビアホール内において、ボイドを発生させ
ることなく良好なステップカバレッジでアルミニウムが
埋め込まれることが確認された。
【０１１８】以後、必要に応じて、第２の配線領域Ｌ２
と同様にして第３、第４…の多層配線領域を形成するこ
とができる。
【０１１９】（Ｊ）次に、図５に示す工程について説明
する。
【０１２０】（保護絶縁膜ＰＬの形成）保護絶縁膜ＰＬ
は、３層のシリコン酸化膜、つまり、下から順に、第１
のシリコン酸化膜８０、第２のシリコン酸化膜８２およ
び第３のシリコン酸化膜８４と、シリコン窒化膜８６と
から構成されている。そして、これらのシリコン酸化膜
８０，８２および８４は、アニール処理以外は、前記シ
リコン酸化膜２０，２２および２４と同様な方法で成膜
される。以下に主要な部分を説明するが、共通する事項
については記載を省略する。また、第３のシリコン酸化
膜８４は、リンを含まないシリコン酸化膜でもよい。
【０１２１】ａ．第１のシリコン酸化膜８０の形成 まず、テトラエトキシラン（ＴＥＯＳ）と酸素とを３０
０〜５００℃でプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法で反
応させることにより、膜厚５０〜５００ｎｍの第１のシ
リコン酸化膜８０が形成される。
【０１２２】ｂ．第２のシリコン酸化膜８２の形成 次に、好ましくは２．５×１０2Ｐａ以下、より好まし
くは０．３×１０2〜２．０×１０2Ｐａの減圧下におい
て、窒素ガスをキャリアとして、ＳｉＨ4およびＨ2Ｏ2
を０〜１０℃の温度でＣＶＤ法により反応させることに
より、第２のシリコン酸化膜８２を形成する。第２のシ
リコン酸化膜８２は、前記第２のシリコン酸化膜２２と
同様に、少なくとも、下層の第１のシリコン酸化膜８０
の段差より大きい膜厚を有し、つまり該段差を十分にカ
バーする膜厚で成膜される。また、第２のシリコン酸化
膜８２の膜厚の上限は、該膜中にクラックが生じない程
度に設定される。具体的には、第２のシリコン酸化膜８
２の膜厚は、より良好な平坦性を得るために、下層の段
差より厚いことが望ましく、好ましくは５００〜１００
０ｎｍに設定される。
【０１２３】第２のシリコン酸化膜８２の成膜温度は、
好ましくは０〜２０℃、より好ましくは０〜１０℃に設
定される。
【０１２４】この工程で形成される第２のシリコン酸化
膜８２は、高い流動性を有し、平坦化特性に優れる。
【０１２５】ｃ．第３のシリコン酸化膜８４の形成 次に、ＳｉＨ4、Ｎ2Ｏの存在下において、温度３００〜
４５０℃で２００〜６００ｋＨｚの高周波数でプラズマ
ＣＶＤ法によって反応させることにより、第３のシリコ
ン酸化膜８４が形成される。
【０１２６】また、第３のシリコン酸化膜８４は、前記
第３のシリコン酸化膜２４と同様に、後に行われるアニ
ール処理によって前記第２のシリコン酸化膜８２中に含
まれる水などのガス化成分の脱離が容易かつ十分に行わ
れることを考慮して、ポーラス（多孔性）であることが
必要である。そのためには、第３のシリコン酸化膜８４
は、例えば温度が好ましくは４５０℃以下、より好まし
くは３００〜４００℃、好ましくは１ＭＨｚ以下、より
好ましくは２００〜６００ｋＨｚの高周波プラズマＣＶ
Ｄ法によって成膜され、ＰＨ3ガス等の導入によりリン
などの不純物が含まれるＰＳＧ膜であることが望まし
い。第３のシリコン酸化膜８４にこのような不純物が含
まれることにより、第３のシリコン酸化膜８４は、より
ポーラスな状態となって膜に対するストレスを緩和でき
る。このような不純物の濃度は、耐ストレス性、ゲッタ
リング効果などの点を考慮して設定される。例えば、不
純物がリンの場合には、１〜６重量％の割合で含まれる
ことが望ましい。
【０１２７】また、プラズマＣＶＤにおいて、酸素を含
む化合物としてＮ2Ｏを用いることにより、第２のシリ
コン酸化膜８２中の水素ボンドの脱離が促進される。そ
の結果、第２のシリコン酸化膜８２に含まれる水分など
のガス化成分をより確実に除去することができる。
【０１２８】この第３のシリコン酸化膜８４の膜厚は、
好ましくは１００ｎｍ以上、より好ましくは２００〜６
００ｎｍに設定される。
【０１２９】ｄ．アニール処理 次に、温度３５０〜５００℃でアニール処理を行う。こ
のアニール処理によって、前記第２のシリコン酸化膜８
２および第３のシリコン酸化膜８４は緻密化され、良好
な絶縁性並びに耐水性を有する。すなわち、アニール温
度を３５０℃以上に設定することにより、第２のシリコ
ン酸化膜８２でのシラノールの縮重合反応がほぼ完全に
行われ、該膜中に含まれる水分が十分に放出されて緻密
な膜を形成することができる。また、アニール温度を５
００℃以下に設定することにより、第２の配線層６０を
構成するアルミニウム膜に悪影響を与えることがない。
【０１３０】ｅ．シリコン窒化膜８６の形成 次に、窒素ガスをキャリアとして、ＳｉＨ4およびＮＨ3
を、温度３００〜４５０℃でプラズマＣＶＤ法により反
応させることにより、最上層のシリコン窒化膜８６を形
成する。このシリコン窒化膜８６は、十分なパッシベー
ション機能を考慮して、例えば３００〜１５００ｎｍの
膜厚を有する。
【０１３１】その後、図示しないフォトレジストをマス
クに、前記保護絶縁膜ＰＬをドライエッチングあるいは
ウェットエッチングで選択的にエッチングし、外部電極
取り出し用のボンディングパット部を構成するためのホ
ールを形成する。また、必要に応じて、半導体デバイス
の樹脂モールド時におけるストレスを緩和するために、
さらにポリイミド樹脂等の膜を積層してもよい。
【０１３２】本実施の形態においては、第１のシリコン
酸化膜８０および第２のシリコン酸化膜８２によって高
度に平坦化が達成されるため、パッシベーション機能を
有するシリコン窒化膜８６は付き回りがよく平坦に成膜
され、局所的に膜厚が薄い部分や欠陥を生ずることがな
く、耐湿性や耐汚染性に優れた保護絶縁膜ＰＬを構成す
ることができる。さらに、前記保護絶縁膜ＰＬでは、第
２の金属配線層６０において、隣接する金属配線層６０
ａおよび６０ｂの相互間に、窒化シリコンより誘電率の
小さい酸化シリコンの膜が存在するため、シリコン基板
１１の表面と平行な方向（水平方向）における容量の寄
与が小さくできる。そのため、誘電率の高いシリコン窒
化膜が金属配線層の相互間に存在する構造に比べて、素
子の動作速度等の電気特性を向上させることができる。
【０１３３】また、シリコン化合物と過酸化水素との重
縮合反応によって形成される第２のシリコン酸化膜８２
と、プラズマＣＶＤによって形成される第１および３の
シリコン酸化膜８０および８４は、前述したように、エ
ッチング速度が同程度であるなど、ほぼ同じエッチング
特性を有するので、ドライエッチングはもちろんのこ
と、例えばＨＦとＮＨ4Ｆなどの混酸による簡易なウエ
ットエッチングを適用することができる。
【０１３４】なお、第２のシリコン酸化膜８２に相当す
る膜として、たとえばＳＯＧ膜を用いた場合には、ＳＯ
Ｇ膜のエッチング速度が大きいためにサイドエッチング
が進み、このＳＯＧ膜より上の膜にチッピングやクラッ
クが発生しやすい問題がある。
【０１３５】本実施の形態において、第１および第２の
層間絶縁膜Ｉ１，Ｉ２ならびに保護絶縁膜ＰＬが優れた
平坦性を有する理由としては、以下のことが考えられ
る。
【０１３６】すなわち、図１（Ｂ）、図３（Ａ）および
図５に示す工程で形成される第２のシリコン酸化膜２
２、７２および８２は、シリコン化合物と過酸化水素と
の反応によって形成される、シラノールを含む反応生成
物が高い流動性を有するため、ウエハ表面の凹凸がこれ
らの膜を形成した時点で高度に平坦化される。
【０１３７】また、本実施の形態において、コンタクト
ホール３２およびビアホール６２に、第１および第２の
アルミニウム膜３４，３５ならびに第１および第２のア
ルミニウム膜６４，６５がそれぞれ良好に埋め込まれた
理由としては、以下のことが考えられる。
【０１３８】（ａ）脱ガス工程を行うことにより、各層
間絶縁膜Ｉ１、Ｉ２に含まれる水や窒素をガス化して充
分に放出することにより、その後の第１のアルミニウム
膜３４，６４および第２のアルミニウム３５，６５の成
膜において、層間絶縁膜Ｉ１，Ｉ２やバリア層３３ある
いはウェッテング層６３からのガスの発生を防止するこ
とで、バリア層３３と第１のアルミニウム膜３４、なら
びにウェッテング層６３と第１のアルミニウム膜６４と
の密着性を高め、良好なステップカバレッジの成膜が可
能であったこと。
【０１３９】（ｂ）第１のアルミニウム膜３４，６４の
成膜において、基板温度を２００℃以下の比較的低温に
設定することにより、層間絶縁膜Ｉ１，Ｉ２およびバリ
ア層３３ならびにウェッテング層６３に含まれる水分や
窒素を放出させないようにして、前記脱ガス工程の効果
に加えて第１のアルミニウム膜３４，６４の密着性を高
めたこと。
【０１４０】（ｃ）さらに、第１のアルミニウム膜３
４，６４自体が、基板温度が上がった場合に下層からの
ガスの発生を抑制する役割を果たすため、次の第２のア
ルミニウム膜３５，６５の成膜を比較的高い温度で行う
ことができ、第２のアルミニウム膜の流動拡散を良好に
行うことができること。
【０１４１】（半導体装置）以上の方法によって、本実
施の形態に係る半導体装置（図５参照）を形成すること
ができる。この半導体装置は、少なくともＭＯＳ素子を
含むシリコン基板１１、および前記シリコン基板１１の
上に形成された第１の配線領域Ｌ１を有する。 前記第
１の配線領域Ｌ１は、ベース層となる第１のシリコン酸
化膜２０、シリコン化合物と過酸化水素との重縮合反応
によって形成された第２のシリコン酸化膜２２、前記第
２のシリコン酸化膜２２の上に形成され、リンなどの不
純物を含有する第３のシリコン酸化膜２４、および前記
第３のシリコン酸化膜２４の上に形成され、ＣＭＰによ
り平坦化された第４のシリコン酸化膜２６からなる第１
の層間絶縁膜Ｉ１、前記層間絶縁膜Ｉ１に形成されたコ
ンタクトホール３２、前記層間絶縁膜Ｉ１および前記コ
ンタクトホール３２の表面に形成されたバリア層３３、
および前記バリア層３３の上に形成された、アルミニウ
ムあるいはアルミニウムを主成分とする合金からなるア
ルミニウム膜３４，３５、を有する。そして、前記アル
ミニウム膜３４は、バリア層３３を介してチタンシリサ
イド層１９に接続されている。
【０１４２】前記第１の配線領域Ｌ１上に形成された第
２の配線領域Ｌ２は、ベース層となる第１のシリコン酸
化膜７０、シリコン化合物と過酸化水素との重縮合反応
によって形成された第２のシリコン酸化膜７２、前記第
２のシリコン酸化膜７２の上に形成され、リンなどの不
純物を含有する第３のシリコン酸化膜７４、および前記
第３のシリコン酸化膜７４の上に形成され、ＣＭＰによ
り平坦化された第４のシリコン酸化膜７６からなる第２
の層間絶縁膜Ｉ２、前記層間絶縁膜Ｉ２に形成されたビ
アホール６２、前記層間絶縁膜Ｉ２および前記ビアホー
ル６２の表面に形成されたウェッテング層６３、および
前記ウェッテング層６３の上に形成された、アルミニウ
ムあるいはアルミニウムを主成分とする合金からなるア
ルミニウム膜６４，６５、を有する。
【０１４３】前記第２の配線領域Ｌ２上に形成された保
護絶縁膜ＰＬは、ベース層となる第１のシリコン酸化膜
８０、シリコン化合物と過酸化水素との重縮合反応によ
って形成された第２のシリコン酸化膜８２、この第２の
シリコン酸化膜８２の上に形成され、リン等の不純物を
含有する第３のシリコン酸化膜８４、およびこの第３の
シリコン酸化膜８４の上に形成されたシリコン窒化膜８
６を有する。
【０１４４】以上のように、本実施の形態によれば、シ
リコン化合物と過酸化水素との気相反応によって得られ
る、シラノールの重縮物を含むシリコン酸化膜を形成す
ることにより、極めて良好な平坦性を有する層間絶縁膜
Ｉ１，Ｉ２および保護絶縁膜ＰＬを形成することができ
る。
【０１４５】そして、第１の層間絶縁膜Ｉ１は、従来の
ＢＰＳＧ膜に比べてかなり低温で成膜することができる
ため、パンチスルーや接合リークなどの点で特性を改善
することができ、したがって、素子の微細化および信頼
性の高いコンタクト構造を達成することができ、また製
造プロセス上も有利である。
【０１４６】また、層間絶縁膜Ｉ１，Ｉ２が高度な平坦
性を有することから、配線層の加工などを含めたプロセ
スマージンを増加させ、品質および歩留まりを向上させ
ることができる。
【０１４７】さらに、保護絶縁膜ＰＬでは、平坦性の優
れた第２のシリコン酸化膜８２を有することから、均一
の膜厚で欠陥が少なく、高いパッシベーション機能を有
するシリコン窒化膜８６を形成することができるだけで
なく、同一層の金属配線層の相互間の容量の低減により
電気的特性の向上を達成できる。
【０１４８】また、本実施の形態においては、アルミニ
ウム膜のスパッタ前に少なくとも脱ガス工程と冷却工程
を含み、さらに好ましくは同一チャンバ内で連続的にア
ルミニウム膜を成膜することにより、０．２μｍ程度ま
でのコンタクトホールおよびビアホールをアルミニウム
あるいはアルミニウム合金だけで埋め込むことが可能と
なり、信頼性および歩留まりの点で向上がはかれた。ま
た、コンタクト部を構成するアルミニウム膜における銅
等の偏析や結晶粒の異常成長もなく、マイグレーション
等を含めた信頼性の点でも良好であることが確認され
た。
【０１４９】（他の実施の形態）本発明は上記実施の形
態に限定されず、その一部を以下の手段で置き換えるこ
とができる。
【０１５０】（ａ）前記実施の形態においては、第３の
シリコン酸化膜２４，７４および８４のプラズマＣＶＤ
による成膜時に、酸素を含む化合物として一酸化二窒素
を用いたが、その代わりにオゾンを用いることもでき
る。そして、第３のシリコン酸化膜２４，７４，８４を
形成する前に、ウエハをオゾン雰囲気にさらすことが望
ましい。
【０１５１】例えば、図８に示すベルト炉を用い、ヒー
ター８２によって４００〜５００℃に加熱された搬送ベ
ルト８０上にウエハＷを載置して所定の速度で移動させ
る。このとき、第１のガスヘッド８６ａからオゾンを供
給し、２〜８重量％のオゾン雰囲気中を前記ウエハＷを
５分以上の時間をかけて通過させる。次いで、第２およ
び第３のガスヘッド８６ｂ，８６ｃからオゾン、ＴＥＯ
ＳおよびＴＭＰ（Ｐ（ＯＣＨ3）3）をほぼ常圧で供給
し、リンの濃度が３〜６重量％のＰＳＧ膜（第３のシリ
コン酸化膜）２４，７４，８４を、膜厚１００〜６００
ｎｍで成膜する。なお、図８において符号８４は、カバ
ーを示す。
【０１５２】このように一酸化二窒素の代わりにオゾン
を用いることにより、常圧ＣＶＤによってＴＥＯＳによ
るシリコン酸化膜を形成することができる。また、ベル
ト炉を用いることにより、成膜を連続的に効率よく行う
ことができる。
【０１５３】また、オゾン雰囲気中にウエハＷをさらす
ことにより、熱脱離スペクトル（ＴＤＳ）および赤外分
光法（ＦＴＩＲ）によって、第２のシリコン酸化膜２
２，７２，８２は吸湿性や水分が十分少ないこと、反応
ガスとして一酸化二窒素を用いた場合と同様に層間絶縁
膜Ｉ１，Ｉ２の平坦性が良好であること、ＭＯＳトラン
ジスタの特性が良好であること、および第２のシリコン
酸化膜２２，７２，８２にクラックが発生しないことが
確認された。
【０１５４】（ｂ）前記実施の形態では、第１のシリコ
ン酸化膜２０として、プラズマＣＶＤによるＴＥＯＳを
用いたシリコン酸化膜を用いたが、これに代わり他のシ
リコン酸化膜を用いてもよい。例えば、このような第１
のシリコン酸化膜として、モノシランと一酸化二窒素を
用いた減圧熱ＣＶＤ法によって形成した膜でもよい。こ
のシリコン酸化膜は、下層のシリコン基板の表面形状に
忠実に成膜され、カバレッジ性がよいだけでなく、緻密
であるのでパッシベーション機能が高く、さらにアニー
ル処理において急激に昇温しても第２のシリコン酸化膜
２２にクラックが発生しにくい。また、熱ＣＶＤ法を用
いるため、プラズマダメージがない利点がある。
【０１５５】ただし、この方法で成膜する際には、ウエ
ハ温度を７５０〜８００℃程度に設定する必要があるた
め、サリサイド構造としてチタンシリサイドのように酸
化されやすい膜上には使用できず、タングステンシリサ
イドあるいはモリブデンシリサイドを使用する必要があ
る。
【０１５６】（ｃ）前記実施の形態では、第１の層間絶
縁膜Ｉ１は、４層のシリコン酸化膜から構成されている
が、これに限らず他のシリコン酸化膜を加えてもよい。
例えば、第１のシリコン酸化膜２０と第２のシリコン酸
化膜２２との間に、プラズマＣＶＤ法により形成され
た、膜厚１００〜３００ｎｍのＰＳＧ膜（リンの濃度；
１〜６重量％）を形成してもよい。このＰＳＧ膜を入れ
ることにより、可動イオンのゲッタリング機能がさらに
向上して、トランジスタのしきい値特性および静止電流
の変動が減少することが確認された。
【０１５７】（ｄ）前記実施の形態では、保護絶縁膜Ｐ
Ｌは、第３のシリコン酸化膜８４を含むが、このシリコ
ン酸化膜８４を除く構成であってもよい。
【０１５８】なお、上記実施の形態では、２層の配線領
域を含む半導体装置について述べたが、本発明はもちろ
ん３層以上の配線領域を含む半導体装置にも適用でき、
また、Ｎチャネル型ＭＯＳ素子を含む半導体装置のみな
らず、Ｐチャネル型あるいはＣＭＯＳ型素子などの各種
の素子を含む半導体装置に適用することができる。さら
に、上記実施の形態では、層間絶縁膜Ｉ１，Ｉ２の第４
のシリコン酸化膜２６，７６をＣＭＰによって平坦化し
たが、第２のシリコン酸化膜２２，７２が優れた平坦性
を有するので、この工程は必ずしも設けなくともよい。
【０１５９】
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、本発明の半導
体装置の製造方法の一例を工程順に模式的に示す断面図
である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、図１に示す工程に続い
て行われる半導体装置の製造方法の一例を工程順に模式
的に示す断面図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、図２に示す工程に続い
て行われる半導体装置の製造方法の一例を工程順に模式
的に示す断面図である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、図３に示す工程に続い
て行われる半導体装置の製造方法の一例を工程順に模式
的に示す断面図である。
【図５】図４に示す工程について行われる半導体装置の
製造方法に一例を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態に用いられるスパッタ
装置の一例を模式的に示す図である。
【図７】図５に示すスパッタ装置を用いて基板温度を制
御したときの、時間と基板温度との関係を示す図であ
る。
【図８】半導体装置の製造に用いられるベルト炉を模式
的に示す図である。
【符号の説明】
１１ シリコン基板 １２ フィールド絶縁膜 １３ ゲート酸化膜 １４ ゲート電極 １５ 低濃度不純物層 １６ 高濃度不純物層 １７ 側壁スペーサ １８ シリコン酸化膜 １９ チタンシリサイド層 ２０ 第１のシリコン酸化膜 ２２ 第２のシリコン酸化膜 ２４ 第３のシリコン酸化膜 ２６ 第４のシリコン酸化膜 ３２ コンタクトホール ３３ バリア層 ３４ 第１のアルミニウム膜 ３５ 第２のアルミニウム膜 ６２ ビアホール ６３ ウェッテング層 ６４ 第１のアルミニウム膜 ６５ 第２のアルミニウム膜 ７０ 第１のシリコン酸化膜 ７２ 第２のシリコン酸化膜 ７４ 第３のシリコン酸化膜 ７６ 第４のシリコン酸化膜 ８０ 第１のシリコン酸化膜 ８２ 第２のシリコン酸化膜 ８４ 第３のシリコン酸化膜 ８６ シリコン窒化膜 Ｉ１，Ｉ２ 層間絶縁膜 ＰＬ 保護絶縁膜 Ｌ１，Ｌ２ 配線領域

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 素子を含む半導体基板、前記半導体基板
    の上に形成された複数の配線領域および該配線領域のう
    ちの最上層に位置する配線領域の上に形成された保護絶
    縁膜を含み、 前記保護絶縁膜は、 第１のシリコン酸化膜、 前記第１のシリコン酸化膜の上に形成され、シリコン化
    合物と過酸化水素との重縮合反応によって形成された第
    ２のシリコン酸化膜、および最上層を構成するシリコン
    窒化膜、 を含む半導体装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 さらに、前記第２のシリコン酸化膜の上に、多孔性の第
    ３のシリコン酸化膜を有する半導体装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、 前記第１のシリコン酸化膜は、膜厚が５０〜５００ｎｍ
    である半導体装置。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかにお
    いて、 前記第２のシリコン酸化膜は、膜厚が前記第１のシリコ
    ン酸化膜によって構成される凹凸の最上面が被覆される
    膜厚を有する半導体装置。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかにお
    いて、 前記シリコン窒化膜は、膜厚が３００〜１５００ｎｍで
    ある半導体装置。
  6. 【請求項６】 素子を含む半導体基板、前記半導体基板
    の上に形成された複数の配線領域および該配線領域のう
    ちの最上層に位置する配線領域の上に形成された保護絶
    縁膜を含む半導体装置の製造方法であって、 前記保護絶縁膜を形成する工程は、少なくとも以下の工
    程（ａ）〜（ｄ）を含む半導体装置の製造方法。 （ａ）シリコン化合物と、酸素および酸素を含む化合物
    の少なくとも１種とを化学気相成長法によって反応させ
    て第１のシリコン酸化膜を形成する工程、 （ｂ）シリコン化合物と過酸化水素とを化学気相成長法
    によって反応させて第２のシリコン酸化膜を形成する工
    程、 （ｃ）３５０〜５００℃の温度でアニール処理を行う工
    程、および （ｄ）シリコン窒化膜を形成する工程。
  7. 【請求項７】 請求項６において、 前記工程（ｂ）の後に、シリコン化合物、酸素および酸
    素を含む化合物の少なくとも１種、および不純物を含む
    化合物を化学気相成長法によって反応させて多孔性の第
    ３のシリコン酸化膜を形成する工程（ｅ）、を含む半導
    体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 請求項６または請求項７において、 前記工程（ｂ）で用いられるシリコン化合物は、モノシ
    ラン、ジシラン、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＦ4、ＣＨ3ＳｉＨ
    3などの無機シラン化合物、およびトリプロピルシラ
    ン、テトラエトキシシランなどの有機シラン化合物から
    選択される少なくとも１種である半導体装置の製造方
    法。
  9. 【請求項９】 請求項６ないし請求項８のいずれかにお
    いて、 前記工程（ｂ）は、前記シリコン化合物が無機シラン化
    合物であって、０〜２０℃の温度条件下で減圧化学気相
    成長法によって行われる半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項６ないし請求項８のいずれかに
    おいて、 前記工程（ｂ）は、前記シリコン化合物が有機シラン化
    合物であって、１００〜１５０℃の温度条件下で減圧化
    学気相成長法によって行われる半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項１１】 請求項６ないし請求項１０のいずれか
    において、 前記工程（ａ）は、３００〜５００℃の温度条件下でプ
    ラズマ化学気相成長法によって行われる半導体装置の製
    造方法。
  12. 【請求項１２】 請求項６ないし請求項１１のいずれか
    において、 前記工程（ａ）で用いられるシリコン化合物は有機シラ
    ン化合物である半導体装置の製造方法。
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