JPH1174351A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH1174351A
JPH1174351A JP31451897A JP31451897A JPH1174351A JP H1174351 A JPH1174351 A JP H1174351A JP 31451897 A JP31451897 A JP 31451897A JP 31451897 A JP31451897 A JP 31451897A JP H1174351 A JPH1174351 A JP H1174351A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device comprising an interlayer insulating film which can be formed at a low temperature in comparison with a conventional interlayer insulating film using a BPSG film, is excellent in flatness and enables the formation of a highly reliable contact structure on a semiconductor substrate, and a method of manufacturing the device. SOLUTION: A process of forming an interlayer insulating film 11 comprises a process wherein a hydrogen-containing silicon compound and hydrogen peroxide are reacted with each other by a chemical vapor deposition method to form a first silicon oxide film 22, a process wherein at least one kind of the compound or the element among a silicon compound, oxygen and an oxygen-containing compound and an impurities-containing compound are reacted with each other by the chemical vapor deposition method to form a second porous silicon oxide film 24, a process wherein an annealing treatment is performed at a temperature of 600 to 850 deg.C and the first and second silicon oxide films are highly refined, a process wherein at least one kind of the compound or the element among a silicon compound, oxygen and an oxygen- containing compound and an impurities-containing compound are reacted with each other by the chemical vapor deposition method to form a third silicon oxide film 26, and a process of flattening the film 26 by a chemical and mechanical polishing.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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の微細化
が可能であって、層間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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device which can be miniaturized to half a micron or less and has an interlayer insulating film and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【背景技術】LSIなどの半導体装置においては、素子
の微細化,高密度化および多層化に伴い、層間絶縁膜の
成膜温度の低温下並びに平坦化と、金属配線の形成技術
とが重要な課題となっている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device such as an LSI, with the miniaturization, high density, and multi-layering of elements, it is important to lower the film forming temperature of an interlayer insulating film, to flatten it, and to form a metal wiring. It has become a challenge.

【0003】層間絶縁膜は、例えば、素子が形成された
基板上に、まず低温で化学気相成長法によってシリコン
酸化膜を成長させ、その後、シラン化合物、酸素あるい
はオゾンと、リンあるいはホウ素などの不純物を含むガ
スを気相反応させてBPSG膜を数百nm〜1μm程度
の厚みで成膜する。その後、窒素雰囲気中で高温でアニ
ールする、いわゆる高温フローにより、BPSG膜を流
動化させてその平坦化を行う。このようにして形成され
た層間絶縁膜にスルーホール(コンタクトホール)を形
成し、チタンやチタンナイトライドからなるバリア層を
形成した後、金属配線層を形成する。
An interlayer insulating film is formed, for example, by first growing a silicon oxide film at low temperature by a chemical vapor deposition method on a substrate on which an element is formed, and then forming a silane compound, oxygen or ozone, and phosphorus or boron. A gas containing impurities is caused to react in a gas phase to form a BPSG film with a thickness of about several hundred nm to 1 μm. Thereafter, the BPSG film is fluidized and flattened by so-called high-temperature flow of annealing at a high temperature in a nitrogen atmosphere. A through hole (contact hole) is formed in the interlayer insulating film thus formed, a barrier layer made of titanium or titanium nitride is formed, and then a metal wiring layer is formed.

【0004】このようなBPSG膜を用いた層間絶縁膜
の平坦化は、BPSG膜の高温フロー特性を利用して行
われ、BPSG膜中の不純物濃度とアニール温度が高い
ほど、平坦化は進む。そして、BPSG膜が十分な平坦
性と緻密性を得るためには、アニール温度は850℃以
上であることが要求される。
[0004] The flattening of the interlayer insulating film using such a BPSG film is performed utilizing the high-temperature flow characteristics of the BPSG film. The higher the impurity concentration in the BPSG film and the higher the annealing temperature, the more the flattening proceeds. In order to obtain sufficient flatness and denseness of the BPSG film, the annealing temperature is required to be 850 ° C. or higher.

【0005】しかし、微細化されたMOSトランジスタ
のパンチスルーの発生を防止するためには、アニールよ
る過剰なソース,ドレイン不純物層の広がりを抑制する
ことが重要であり、例えばそのためには850℃以下で
処理することが望まれる。また、MOSトランジスタを
構成するソース,ドレイン不純物層の表面にチタンなど
のシリサイド層を形成する場合には、高温アニールで
は、シリサイド層の領域が必要以上に拡大し、接合特性
を劣化させる要因になっている。このような理由から、
層間絶縁膜を低温で形成する技術の開発が要求されてい
る。
However, in order to prevent punch-through from occurring in a miniaturized MOS transistor, it is important to suppress excessive spread of the source and drain impurity layers due to annealing. It is desired to process with. Further, when a silicide layer such as titanium is formed on the surface of the source / drain impurity layers constituting the MOS transistor, the high-temperature annealing causes the region of the silicide layer to expand more than necessary, which is a factor of deteriorating the junction characteristics. ing. For these reasons,
There is a demand for the development of a technique for forming an interlayer insulating film at a low temperature.

【0006】また、層間絶縁膜の平坦化をさらに進める
ために、BPSG膜をアニールした後、さらに化学気相
成長法によりシリコン酸化膜を1〜2μm程度積層し、
その後、化学機械的研磨(CMP)により平坦化処理を
施す方法も行われつつある。しかし、この方法では、研
磨によってBPSG膜の一部が露出すると、最上層のシ
リコン酸化膜とBPSG膜との研磨速度が異なるため
に、膜厚と平坦性の制御が困難である。さらに、上層の
シリコン酸化膜を残した状態でスルーホールを形成する
と、このシリコン酸化膜とBPSG膜とのエッチング速
度が異なるために良好な形状のスルーホールを形成する
ことが困難であり、バリア層やスルーホールへの導電膜
の良好な埋め込みが達成できないという問題がある。
In order to further flatten the interlayer insulating film, after annealing the BPSG film, a silicon oxide film is further laminated by about 1 to 2 μm by a chemical vapor deposition method.
Thereafter, a method of performing a flattening process by chemical mechanical polishing (CMP) is also being performed. However, in this method, when a part of the BPSG film is exposed by polishing, it is difficult to control the film thickness and the flatness because the polishing rates of the uppermost silicon oxide film and the BPSG film are different. Furthermore, if a through-hole is formed with the upper silicon oxide film remaining, it is difficult to form a well-shaped through-hole because the etching rates of the silicon oxide film and the BPSG film are different. Also, there is a problem that it is not possible to achieve good embedding of the conductive film into the through holes.

【0007】例えば、特開平7−86284号公報にお
いては、層間絶縁膜の平坦化を図るために、図7(a)
〜(c)に示す方法が開示されている。この技術におい
ては、半導体基板1の絶縁膜2上に第1の配線層3を形
成し、この上に第1の層間絶縁膜4を形成する。その上
にSOG層(スピン オン グラス層)5を塗布して、
第1の配線層3の間の段差を緩和し、その上に第1の配
線層3よりも厚く第2の層間絶縁膜6を形成する。そし
て、第2の層間絶縁膜6の表面をCMP法によって平坦
化する(図7(a)参照)。その後、前記第2の層間絶
縁膜6、SOG層5および第1の層間絶縁膜4にスルー
ホール7を形成し(図7(b)参照)、さらに、その上
に第2の金属配線層8を形成する(図7(c)参照)。
この技術においては、SOG層5を第2の層間絶縁膜6
の下層に設けることで、層間絶縁膜に凹溝が生ずること
を防止している。
[0007] For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-86284, in order to planarize an interlayer insulating film, FIG.
(C) are disclosed. In this technique, a first wiring layer 3 is formed on an insulating film 2 of a semiconductor substrate 1, and a first interlayer insulating film 4 is formed thereon. An SOG layer (spin-on-glass layer) 5 is applied thereon,
A step between the first wiring layers 3 is reduced, and a second interlayer insulating film 6 thicker than the first wiring layer 3 is formed thereon. Then, the surface of the second interlayer insulating film 6 is flattened by the CMP method (see FIG. 7A). Thereafter, a through hole 7 is formed in the second interlayer insulating film 6, the SOG layer 5, and the first interlayer insulating film 4 (see FIG. 7B), and a second metal wiring layer 8 is further formed thereon. Is formed (see FIG. 7C).
In this technique, the SOG layer 5 is formed on the second interlayer insulating film 6
By providing it in the lower layer, the formation of a concave groove in the interlayer insulating film is prevented.

【0008】しかしながら、最上の第2の層間絶縁膜6
とその下位のSOG層5では研磨速度が異なるために、
良好な平坦性を得るためには第2の層間絶縁膜6中で研
磨処理をストップさせる必要があり、研磨処理のコント
ロールが困難であるだけでなく、第2の層間絶縁膜6の
厚みを大きくする必要があり、コスト並びにスループッ
トの点で不利である。また、スルーホール7を形成する
際に、第2の層間絶縁膜6とSOG層5とではエッチン
グ速度やポリマーの発生量が異なり、スルーホール7の
側面に段差やくびれが形成される。その結果、スルーホ
ール7内でのバリア層並びに金属配線層8の付きまわり
が悪くなり、特にスパッタによるアルミニウムの埋め込
みよる配線の形成が困難であった。
However, the uppermost second interlayer insulating film 6
And the lower SOG layer 5 have different polishing rates,
In order to obtain good flatness, it is necessary to stop the polishing process in the second interlayer insulating film 6, which makes it difficult to control the polishing process and increases the thickness of the second interlayer insulating film 6. This is disadvantageous in terms of cost and throughput. Further, when forming the through hole 7, the etching rate and the amount of generated polymer are different between the second interlayer insulating film 6 and the SOG layer 5, and a step or constriction is formed on the side surface of the through hole 7. As a result, the adhesion of the barrier layer and the metal wiring layer 8 in the through hole 7 becomes poor, and it is particularly difficult to form wiring by embedding aluminum by sputtering.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
のBPSG膜を用いた層間絶縁膜に比べて低温での成膜
が可能であり、平坦性に優れ、かつ信頼性の高いコンタ
クト構造の形成が可能な、半導体基板上の層間絶縁膜を
含む半導体装置およびその製造方法を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a contact structure which can be formed at a lower temperature than conventional interlayer insulating films using a BPSG film, is excellent in flatness, and has high reliability. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device including an interlayer insulating film on a semiconductor substrate and a method for manufacturing the same, which can form a semiconductor device.

【0010】[0010]

【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の上に層間絶縁膜を形
成する工程、前記層間絶縁膜にスルーホールを形成する
工程、前記層間絶縁膜および前記スルーホールの表面に
バリア層を形成する工程、および前記バリア層の表面に
導電膜を形成する工程を含み、前記層間絶縁膜を形成す
る工程は、少なくとも以下の工程(a)〜(e)を含む
ことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate including an element; forming a through hole in the interlayer insulating film; The step of forming a barrier layer on the surface of a film and the through hole and the step of forming a conductive film on the surface of the barrier layer, and the step of forming the interlayer insulating film includes at least the following steps (a) to (a). e).

【0011】(a)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1のシリコン酸化膜
を形成する工程、(b)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2のシリコン酸化膜を形成する工程、(c)600〜
850℃の温度でアニール処理を行う工程、(d)シリ
コン化合物、および酸素および酸素を含む化合物の少な
くとも1種を化学気相成長法によって反応させて第3の
シリコン酸化膜を形成する工程、および(e)前記第3
のシリコン酸化膜を化学機械的研磨によって平坦化する
工程。
(A) a step of forming a first silicon oxide film by reacting a silicon compound with hydrogen peroxide by chemical vapor deposition, and (b) at least one of a silicon compound, oxygen and a compound containing oxygen. Forming a porous second silicon oxide film by reacting a compound containing impurities with a chemical vapor deposition method, and (c) 600-
Performing an annealing treatment at a temperature of 850 ° C., (d) reacting at least one of a silicon compound and oxygen and a compound containing oxygen by a chemical vapor deposition method to form a third silicon oxide film, and (E) the third
Flattening the silicon oxide film by chemical mechanical polishing.

【0012】この半導体装置の製造方法によれば、工程
(a)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1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形成すること
ができる。すなわち、この工程(a)で形成される第1
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。
According to this method of manufacturing a semiconductor device, in the step (a), the silicon compound and the hydrogen peroxide are reacted by the chemical vapor deposition method to form the first silicon oxide film, thereby achieving the flatness. Can be formed. That is, the first formed in this step (a)
Has a high fluidity by itself and has excellent self-planarization characteristics. The mechanism is that when a silicon compound is reacted with hydrogen peroxide by a chemical vapor deposition method, silanol is formed in the gas phase, and this silanol is deposited on the wafer surface to form a film with good fluidity. It is thought to be possible.

【0013】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。
For example, when monosilane is used as a silicon compound, silanol is formed by a reaction represented by the following formulas (1) and (1) ′.

【0014】式(1) SiH4+2H22 → Si(OH)4+2H2 式(1)’ SiH4+3H22 → 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。
Formula (1) SiH 4 + 2H 2 O 2 → Si (OH) 4 + 2H 2 Formula (1) ′ SiH 4 + 3H 2 O 2 → Si (OH) 4 + 2H 2 O + H 2 and formulas (1) and (1) The silanol formed in 1) ′ becomes a silicon oxide as water is eliminated by a polycondensation reaction represented by the following formula (2).

【0015】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。
Formula (2) Si (OH) 4 → SiO 2 + 2H 2 O Examples of the silicon compound include inorganic silane compounds such as monosilane, disilane, SiH 2 Cl 2 , SiF 4 and CH 3 SiH 3 , and tripropyl. Examples thereof include organic silane compounds such as silane and tetraethoxysilane.

【0016】また、前記工程(a)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。
In the film forming step of the step (a), when the silicon compound is an inorganic silicon compound, 0 to
In the case where the silicon compound is an organic silicon compound at a temperature of 20 ° C., it is preferable to perform the low pressure chemical vapor deposition at a temperature of 100 to 150 ° C. In this film forming step, if the temperature is higher than the upper limit, the polycondensation reaction of the formula (2) proceeds too much, and
The fluidity of the silicon oxide film is low, and it is difficult to obtain good flatness. Further, when the temperature is lower than the lower limit, adsorption of decomposed moisture in the chamber and dew condensation outside the chamber occur, which makes it difficult to control the film forming apparatus.

【0017】前記工程(a)で形成される第1のシリコ
ン酸化膜は、シリコン基板表面の段差を十分にカバーで
きる程度の膜厚で形成されることが望ましい。第1のシ
リコン酸化膜の膜厚は、その下限値は素子を含むシリコ
ン基板表面の凹凸の高さに依存するが、好ましくは30
0〜1000nmである。第1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。
The first silicon oxide film formed in the step (a) is desirably formed to a thickness that can sufficiently cover a step on the surface of the silicon substrate. The lower limit of the thickness of the first silicon oxide film depends on the height of the irregularities on the surface of the silicon substrate including the element.
0 to 1000 nm. If the thickness of the first silicon oxide film exceeds the upper limit, cracks may occur due to stress of the film itself.

【0018】前記工程(b)で、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1のシリコン酸化膜の上に多孔性の第2のシリコ
ン酸化膜を形成する。
In the step (b), a silicon compound, at least one of oxygen and a compound containing oxygen, and a compound containing impurities are reacted by a chemical vapor deposition method,
A porous second silicon oxide film is formed on the first silicon oxide film.

【0019】この第2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1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2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。また、前記第2のシリコン酸化膜
の重要な役割として、該シリコン酸化膜に含まれるリン
などの不純物がアルカリイオンなどの素子の信頼特性に
悪影響を及ぼす可動イオンのゲッターとしての機能があ
る。第2のシリコン酸化膜に含まれる不純物の濃度は、
前述したゲッタリング機能や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。
The second silicon oxide film not only functions as a cap layer but also is porous, and is capable of removing a gas component generated from the first silicon oxide film in the annealing process in the step (c). It can be released gradually. Further, in addition to being porous, the second silicon oxide film is doped with an impurity such as phosphorus or boron, preferably phosphorus, to thereby form a silicon oxide Si-O By weakening the intermolecular bonding force, the stress of the film can be relieved, so that a layer that is appropriately soft and hard to crack can be formed. Further, as an important role of the second silicon oxide film, there is a function as a getter for mobile ions in which impurities such as phosphorus contained in the silicon oxide film adversely affect the reliability characteristics of the device such as alkali ions. The concentration of the impurity contained in the second silicon oxide film is:
In consideration of the gettering function and the stress relaxation of the film, the content is preferably 1 to 6% by weight.

【0020】また、第2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1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
2のシリコン酸化膜は、第1のシリコン酸化膜の吸湿を
防止する機能も有する。
The second silicon oxide film has a thickness of 100 to
Since the first silicon oxide film has a compressive stress of 600 MPa, the first silicon oxide film has a function of preventing an increase in tensile stress and cracking when polycondensed. Further, the second silicon oxide film also has a function of preventing the first silicon oxide film from absorbing moisture.

【0021】前記工程(b)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。
Preferably, the step (b) is performed by a plasma chemical vapor deposition method using a high frequency of 1 MHz or less under a temperature condition of 300 to 450 ° C. By performing the film formation under these temperature conditions, the gas components are easily released at the initial stage of the annealing in the annealing in the step (c), and the reliability of the device is improved.

【0022】また、前記工程(b)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1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2のシリコン酸化膜を成膜中にも
第1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。
The compound containing oxygen used in the step (b) is preferably dinitrogen monoxide (N 2 O). By using nitrous oxide as a reaction gas, nitrous oxide in a plasma state easily reacts with a hydrogen bond (-H) of a silicon compound constituting the first silicon oxide film, and thus the second silicon oxide film is used. Can promote the desorption of gasification components (hydrogen, water) from the first silicon oxide film during the film formation.

【0023】前記工程(b)は、プラズマ化学気相成長
法の代わりに、300〜550℃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(b)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。
The step (b) may be performed by a normal pressure chemical vapor deposition method at a temperature of 300 to 550 ° C. instead of the plasma chemical vapor deposition method. In this case, the compound containing oxygen used in the step (b) is desirably ozone.

【0024】さらに、前記工程(b)で、前記第2のシ
リコン酸化膜を成膜する前に、前記第1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1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1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。
Further, it is preferable that the first silicon oxide film is exposed to an ozone atmosphere before the second silicon oxide film is formed in the step (b). Through this step, ozone is converted into a hydrogen bond (-H) and a hydroxyl group (-) of the silicon compound constituting the first silicon oxide film.
OH), which facilitates the elimination of hydrogen and water in the first silicon oxide film.

【0025】また、第2のシリコン酸化膜の膜厚は、平
坦性、クラックの防止の点を考慮すると、好ましくは1
00nm以上である。
The thickness of the second silicon oxide film is preferably 1 in consideration of flatness and prevention of cracks.
00 nm or more.

【0026】前記工程(c)で、600〜850℃の温
度でアニール処理を行うことにより、前記工程(a)お
よび(b)で形成された第1および第2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。
In the step (c), the first and second silicon oxide films formed in the steps (a) and (b) are densified by annealing at a temperature of 600 to 850 ° C. , Insulation and moisture resistance are improved.

【0027】つまり、第1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2のシリコン酸化膜の孔を介して外部
に放出され、第1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2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。
That is, regarding the first silicon oxide film, the polycondensation reaction according to the above-mentioned formula (2) is completed in the early stage of this annealing treatment, and water and hydrogen generated by this reaction are removed from the second silicon oxide film. The first silicon oxide film is released to the outside through the holes of the oxide film, and is formed densely in a state where gasification components are sufficiently removed. Further, the second silicon oxide film is changed from a porous to a dense film by the annealing treatment.

【0028】このアニール処理において、温度を600
℃以上とすることにより、第1および第2のシリコン酸
化膜を十分に緻密にすることができるとともに、例えば
MOS素子を構成するソース,ドレイン拡散層の不純物
の活性化を十分に行うことができる。また、アニール温
度を850℃以下とすることにより、従来のBPSG膜
で必要とされている温度よりも低い温度で層間絶縁膜の
平坦化が可能であるとともに、第1および第2のシリコ
ン酸化膜を十分に緻密化できる。また、アニール温度を
850℃を越える温度で行うと、ソース,ドレイン拡散
層が必要以上に拡大してパンチスルー等の問題を起こ
し、素子の微細化が困難となる。
In this annealing process, the temperature is set to 600
By setting the temperature to not less than ° C., the first and second silicon oxide films can be made sufficiently dense and, for example, the impurities of the source and drain diffusion layers constituting the MOS element can be sufficiently activated. . By setting the annealing temperature to 850 ° C. or lower, the interlayer insulating film can be flattened at a temperature lower than that required for the conventional BPSG film, and the first and second silicon oxide films can be formed. Can be sufficiently densified. On the other hand, if the annealing temperature is higher than 850 ° C., the source and drain diffusion layers expand more than necessary, causing problems such as punch-through, and it becomes difficult to miniaturize the device.

【0029】第1のシリコン酸化膜上に多孔性の第2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600〜850℃
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2のシリコン酸化膜が適度な柔らかさを
有し、第1のシリコン酸化膜の応力を吸収できるので、
該第1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。
By forming a porous second silicon oxide film on the first silicon oxide film, the step (c)
In the annealing process at 600 to 850 ° C.
Even if there is a sudden change in temperature as in the case where the second silicon oxide film is directly placed under the temperature, the second silicon oxide film has a moderate softness and can absorb the stress of the first silicon oxide film.
Without generating cracks in the first silicon oxide film,
An annealing treatment can be performed.

【0030】前記工程(c)におけるアニール処理は、
第1のシリコン酸化膜にクラックが生ずることをより確
実に防止するために、連続的あるいは断続的に温度を上
昇させるランピングアニールによって行われることが望
ましい。
The annealing treatment in the step (c) includes:
In order to more reliably prevent cracks from occurring in the first silicon oxide film, it is desirable that the first silicon oxide film be subjected to ramping annealing in which the temperature is increased continuously or intermittently.

【0031】さらに、前記工程(c)のアニール処理に
続き、工程(d)で、化学気相成長法によって第3のシ
リコン酸化膜を形成し、さらに、工程(e)で、前記第
3のシリコン酸化膜を化学機械的研磨によって平坦化す
る。
Further, following the annealing treatment in the step (c), a third silicon oxide film is formed by a chemical vapor deposition method in a step (d), and the third silicon oxide film is further formed in a step (e). The silicon oxide film is planarized by chemical mechanical polishing.

【0032】この平坦化工程では、前記第1,2および
3のシリコン酸化膜はほぼ同一の研磨速度を有するた
め、最終研磨面において複数のシリコン酸化膜が部分的
に存在する場合であっても平坦性がよい層間絶縁膜が得
られ、しかも研磨量の管理が容易である。
In this flattening step, since the first, second and third silicon oxide films have almost the same polishing rate, even if a plurality of silicon oxide films are partially present on the final polished surface. An interlayer insulating film having good flatness can be obtained, and the amount of polishing can be easily controlled.

【0033】本発明においては、前記工程(a)の前
に、シリコン化合物、および酸素および酸素を含む化合
物の少なくとも1種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4のシリコン酸化膜を形成するこ
とが望ましい。このベース層は、その下層であるシリコ
ン基板に第1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、およびシリコン基
板と第1のシリコン酸化膜との密着性を高める機能を有
する。
In the present invention, before the step (a), a silicon compound and at least one of oxygen and a compound containing oxygen are reacted by a chemical vapor deposition method to form a fourth silicon layer serving as a base layer. It is desirable to form an oxide film. The base layer has a passivation function that prevents moisture and unnecessary impurities from moving from the first silicon oxide film to the underlying silicon substrate, and a function of increasing the adhesion between the silicon substrate and the first silicon oxide film.

【0034】また、本発明に係る製造方法においては、
上述した製造方法で得られた層間絶縁膜において、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状
のスルーホールが得られる。つまり、前記第1のシリコ
ン酸化膜は第2のシリコン酸化膜に比べてエッチング速
度がわずかに小さく、また、第1のシリコン酸化膜と第
2のシリコン酸化膜とは両者の界面で良好に接している
ので、段差がなく適度な直線状テーパを有するスルーホ
ールが形成される。このようなテーパ状のスルーホール
では、例えばスパッタによってアルミニウム膜あるいは
アルミニウム合金膜を埋め込むことができ、導電性が優
れたコンタクト構造を形成することができる。
In the manufacturing method according to the present invention,
In the interlayer insulating film obtained by the above-described manufacturing method, a tapered through hole whose diameter gradually decreases from the upper end to the bottom is obtained. That is, the first silicon oxide film has a slightly lower etching rate than the second silicon oxide film, and the first silicon oxide film and the second silicon oxide film are in good contact with each other at the interface between them. As a result, a through hole having no step and an appropriate linear taper is formed. In such a tapered through hole, for example, an aluminum film or an aluminum alloy film can be embedded by sputtering, and a contact structure having excellent conductivity can be formed.

【0035】前記スルーホールは、異方性のドライエッ
チングによって形成されたものの他に、等方性のウエッ
トエッチングと異方性のドライエッチングとを組み合わ
せてスルーホールの上端部をさらに湾曲したテーパ状に
形成させたものであってもよい。
The through hole may be formed by anisotropic dry etching, or may be formed by combining isotropic wet etching and anisotropic dry etching so that the upper end of the through hole is further curved and tapered. May be formed.

【0036】また、前記スルーホール内には、まず、2
00℃以下の温度で、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第1のアルミニウム膜を
形成し、その後、300℃以上の温度で、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第2
のアルミニウム膜を形成することが望ましい。
In the through hole, first, 2
A first aluminum film made of aluminum or an alloy containing aluminum as a main component is formed at a temperature of 00 ° C. or less, and then a second aluminum film made of aluminum or an alloy containing aluminum as a main component is formed at a temperature of 300 ° C. or more.
It is desirable to form an aluminum film.

【0037】前記アルミニウムを主成分とする合金とし
ては、銅、シリコン、ゲルマニウム、マグネシウム、コ
バルト、ベリリウムなどから選択される少なくとも1種
との、2元あるいは3元以上の合金を例示することがで
きる。
Examples of the alloy containing aluminum as a main component include binary or ternary alloys with at least one selected from copper, silicon, germanium, magnesium, cobalt, beryllium and the like. .

【0038】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
形成された層間絶縁膜、前記層間絶縁膜に形成されたス
ルーホール、前記層間絶縁膜および前記スルーホールの
表面に形成されたバリア層、および前記バリア層の上に
形成された導電膜を含み、前記層間絶縁膜は、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、不純物を含有する第2のシリコン酸化膜、
および前記第2のシリコン酸化膜の上に形成され、化学
機械的研磨により平坦化された第3のシリコン酸化膜、
を含む。
The semiconductor device formed by the above-described manufacturing method includes a semiconductor substrate including elements, an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate, a through hole formed in the interlayer insulating film, the interlayer insulating film, A barrier layer formed on the surface of the through hole, and a conductive film formed on the barrier layer, wherein the interlayer insulating film is formed by a polycondensation reaction between a silicon compound and hydrogen peroxide. A silicon oxide film, a second silicon oxide film formed on the first silicon oxide film and containing impurities,
And a third silicon oxide film formed on the second silicon oxide film and planarized by chemical mechanical polishing,
including.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】図1〜図4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を製造するための工程を示す。
1 to 4 are schematic cross-sectional views illustrating a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 1 (A) to 1 (C) and FIGS. 2 (A) and 2 (B) show the first layer wiring region L1, and FIGS. 3 (A) and 3 (B) and FIGS. 4 (A) and 4 (B) A step for manufacturing a two-layer wiring region L2 will be described.

【0040】以下に、半導体装置の製造方法の一例を示
す。
The following is an example of a method for manufacturing a semiconductor device.

【0041】(A)図1(A)に示す工程について説明
する。
(A) The step shown in FIG. 1A will be described.

【0042】(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。
(Formation of Element) First, a MOS element is formed on the silicon substrate 11 by a generally used method. Specifically, for example, a field insulating film 12 is formed on a silicon substrate 11 by selective oxidation, and a gate oxide film 13 is formed in an active region. After adjusting the threshold voltage by channel implantation, tungsten silicide is sputtered on the polysilicon film grown by thermally decomposing SiH 4 , a silicon oxide film 18 is further laminated, and further etched into a predetermined pattern. Thereby, the gate electrode 14 is formed. At this time, a wiring layer 37 made of a polysilicon film and a tungsten silicide film is formed on the field insulating film 12 as needed.

【0043】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。
Next, the low concentration impurity layer 15 in the source region or the drain region is implanted by ion-implanting phosphorus.
Is formed. Next, after a sidewall spacer 17 made of a silicon oxide film is formed on the side of the gate electrode 14,
Arsenic is ion-implanted, and impurities are activated by annealing using a halogen lamp, whereby the high-concentration impurity layer 16 in the source region or the drain region is formed.

【0044】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
4OHとH2 2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。
Next, vapor-phase grown silicon of 100 nm or less
An oxide film is formed, and the film is made of HF and NHFourWith a mixed aqueous solution of F
By selectively etching, a predetermined silicon base
Expose the plate area. Then, for example, 30 to 1 titanium
Sputter with a thickness of about 00 nm, and oxygen
650-750 ° C. in a nitrogen atmosphere controlled below
By performing instantaneous annealing for several seconds to about 60 seconds at a temperature
Titanium monosilicon on the open silicon substrate surface.
A titanium-rich titanium layer on the silicon oxide film 18.
A nitride (TiN) layer is formed. Then N
HFourOH and HTwoO TwoWhen immersed in a mixed aqueous solution of
The tan nitride layer is etched away and becomes silicon-based.
A monosilicide layer of titanium remains only on the plate surface. Further
750-850 ° C. lamp annealing,
The monosilicide layer is converted to a disilicide,
The titanium silicide layer 1 is self-aligned with the surface of the pure layer 16.
9 is formed.

【0045】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。
When the gate electrode 14 is formed only of polysilicon and is exposed by selective etching, a titanium salicide structure in which both the gate electrode and the source and drain regions are separated by a sidewall spacer.

【0046】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。
The salicide structure may be made of tungsten silicide or molybdenum silicide instead of titanium silicide.

【0047】(B)次に、図1(B)に示す工程につい
て説明する。
(B) Next, the step shown in FIG. 1B will be described.

【0048】(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4のシリコン酸化膜20、第1のシリコン酸
化膜22、第2のシリコン酸化膜24および第3のシリ
コン酸化膜26から構成されている。
(Formation of First Interlayer Insulating Film I1) The first interlayer insulating film I1 is composed of four silicon oxide films, that is, a fourth silicon oxide film 20, a first silicon oxide film in order from the bottom. 22, a second silicon oxide film 24 and a third silicon oxide film 26.

【0049】a.第4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4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。
A. Formation of Fourth Silicon Oxide Film 20 First, tetraethoxysilane (TEOS) and oxygen are added for 30 minutes.
The fourth silicon oxide film 20 having a thickness of 100 to 200 nm is formed by reacting at 0 to 500 ° C. by a plasma chemical vapor deposition (CVD) method. This silicon oxide film 20 has no oxidation or casping of the silicide layer 19,
The film has a higher insulating property than the film grown from SiH 4, has a lower etching rate with respect to the aqueous solution of hydrogen fluoride, and becomes a dense film.

【0050】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250〜4
00℃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。
Here, the silicon oxide film 20 is formed directly on the titanium silicide layer 19, but if the film formation temperature is high at this time, the oxidizing gas and titanium silicide react at the initial stage of film formation to cause cracks and peeling. Since the temperature is easily generated, the processing temperature is preferably 600 ° C. or less, more preferably 250 to 4 ° C.
It is desirable to carry out at 00 ° C. After the silicon oxide film is formed on the titanium silicide layer 19 with a thickness of about 100 nm at the above-mentioned relatively low temperature, if the annealing or the gas phase oxidation treatment is performed by exposing to an oxidizing atmosphere other than water vapor, the temperature is reduced. There is no problem even if the temperature is raised to about 900 ° C.

【0051】b.第1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H22
をCVD法により反応させることにより、第1のシリコ
ン酸化膜22を形成する。第1のシリコン酸化膜22
は、少なくとも、下層の第4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1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1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。
B. Next, nitrogen gas is used as a carrier under a reduced pressure of preferably 2.5 × 10 2 Pa or less, more preferably 0.3 × 10 2 to 2.0 × 10 2 Pa. , SiH 4 and H 2 O 2
Is reacted by the CVD method to form a first silicon oxide film 22. First silicon oxide film 22
Has a thickness at least larger than the step of the lower fourth silicon oxide film 20, that is, is formed with a film thickness sufficiently covering the step. Also, the first silicon oxide film 2
The upper limit of the film thickness of No. 2 is set to such an extent that cracks do not occur in the film. Specifically, the thickness of the first silicon oxide film 22 is desirably thicker than the lower step, and preferably 300 to 1000 n, in order to obtain better flatness.
m.

【0052】第1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。
The temperature at which the first silicon oxide film 22 is formed is
The temperature at the time of film formation is preferably from 0 to 20 ° C., more preferably 0 to 20 ° C., because it is involved in the fluidity of the film at the time of film formation. Set to -10 ° C.

【0053】また、H22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、例えばガス換
算で100〜1000SCCMの流量範囲に設定される
ことが望ましい。
The flow rate of H 2 O 2 is not particularly limited, but is preferably at least twice the flow rate of SiH 4 .
From the viewpoint of the uniformity of the film and the throughput, it is desirable to set the flow rate in the range of, for example, 100 to 1000 SCCM in gas conversion.

【0054】この工程で形成される第1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1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。
The first silicon oxide film 22 formed in this step is in a silanol polymer state, has good fluidity, and has high self-flattening characteristics. Further, the first silicon oxide film 22 has a high hygroscopicity because it contains many hydroxyl groups (-OH).

【0055】c.第2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2のシリ
コン酸化膜)24が形成される。この第2のシリコン酸
化膜24は、前記第1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1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1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。
C. Formation of Second Silicon Oxide Film 24 Next, in the presence of SiH 4 , PH 3 and N 2 O,
By reacting a gas at a temperature of 300 to 450 ° C. at a high frequency of 200 to 600 kHz by a plasma CVD method, a PSG film (second silicon oxide film) 24 having a thickness of 100 to 600 nm is formed. The second silicon oxide film 24 is formed continuously after the formation of the first silicon oxide film 22 in consideration of the high hygroscopicity of the first silicon oxide film 22, or Alternatively, it is desirable that the first silicon oxide film 22 is formed after being stored in an atmosphere containing no moisture.

【0056】また、第2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1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2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2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2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、耐
ストレス性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。
In the second silicon oxide film 24, gasification components such as water and hydrogen contained in the first silicon oxide film 22 are easily and sufficiently removed by the annealing treatment performed later. In consideration of this, it is necessary to be porous. For this purpose, the second silicon oxide film 24 is formed, for example, at a temperature of preferably 450
The film is formed by a plasma CVD method at a temperature of 300C or lower, more preferably 300 to 400C, preferably 1 MHz or lower, and more preferably 200 to 600 kHz, and desirably contains impurities such as phosphorus. Second silicon oxide film 24
Since the second silicon oxide film 24 contains such impurities, the second silicon oxide film 24 becomes more porous and can not only relieve stress on the film but also have a gettering effect on alkali ions and the like. The concentration of such an impurity is set in consideration of the gettering effect, stress resistance, and the like. For example, when the impurity is phosphorus, it is desirable that the impurity be contained at a ratio of 2 to 6% by weight.

【0057】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1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1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。
In the plasma CVD, the use of N 2 O as a compound containing oxygen facilitates the desorption of hydrogen bonds in the first silicon oxide film 22. As a result, gasified components such as moisture and hydrogen contained in the first silicon oxide film 22 can be more reliably removed.

【0058】この第2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。
The thickness of the second silicon oxide film 24 is
The role of adjusting the thickness of the interlayer insulating film is required, N 2
In consideration of the function of O plasma for desorbing hydrogen bonds, it is preferably 100 nm or more, more preferably 100 to 60 nm.
It is set to 0 nm.

【0059】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1の
シリコン酸化膜22および第2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1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。
D. Annealing Next, annealing is performed at a temperature of 600 to 850 ° C. in a nitrogen atmosphere. By this annealing process, the first silicon oxide film 22 and the second silicon oxide film 24 are densified, and have good insulating properties and water resistance. That is, by setting the annealing temperature to 600 ° C. or higher, the condensation polymerization reaction of silanol in the first silicon oxide film 22 is almost completely performed, and the water and hydrogen contained in the film are sufficiently released. A dense film can be formed. Further, by setting the annealing temperature to 850 ° C. or less, it is possible to achieve the miniaturization of the element without giving an adverse effect such as punch-through or junction leak to the diffusion layer of the source region or the drain region constituting the MOS transistor. Can be.

【0060】アニール処理においては、第1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2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1
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。
In the annealing process, in order to reduce the influence of thermal strain on the first silicon oxide film 22, the temperature of the wafer is increased stepwise or continuously.
It is desirable to perform a ramping anneal. For example, after keeping the wafer at about 400 ° C., the annealing temperature (600
(850 ° C.), the second silicon oxide film 2
4 can be considerably reduced in impurity concentration. For example, in the case where the impurity is phosphorus, aside from the gettering effect of mobile ions, even if the phosphorus concentration is 2% by weight or less, the first
It is confirmed that no crack occurs in the silicon oxide film 22 of FIG.

【0061】e.第3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
3のシリコン酸化膜26を形成する。
E. Formation of Third Silicon Oxide Film 26 Next, a third silicon oxide film 26 having a thickness of 1000 to 1500 nm is formed by plasma CVD at 350 to 400 ° C. using TEOS and oxygen.

【0062】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1のシリコン酸化膜22および第
2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。
The TEOS-oxygen silicon oxide film formed by the plasma CVD method is almost the same as or slightly different from the first silicon oxide film 22 and the second silicon oxide film 24 which have been annealed at a high temperature, even when the annealing is not performed. It has a fast dry etching rate. This is a factor in obtaining a contact hole having a good shape without forming a constriction or a step on the side surface of the hole in forming a contact hole described later.

【0063】(C)次に、図1(C)に示す工程につい
て説明する。
(C) Next, the step shown in FIG. 1C will be described.

【0064】(CMPによる平滑化)次いで、前記第3
のシリコン酸化膜26、および必要に応じて前記第2の
シリコン酸化膜24および第1のシリコン酸化膜22
を、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1のシリコン酸化膜22、第2のシ
リコン酸化膜24および第3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2の
シリコン酸化膜24あるいは第1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。
(Smoothing by CMP) Next, the third
Silicon oxide film 26, and, if necessary, the second silicon oxide film 24 and the first silicon oxide film 22.
Is polished to a predetermined thickness by a CMP method, and is smoothed. The first silicon oxide film 22, the second silicon oxide film 24, and the third silicon oxide film 26
Since the polishing rates are almost the same, the second silicon oxide film 24 or the first silicon oxide film 22 is polished by polishing.
Even if a part of the surface is exposed, a flat surface can be obtained, and therefore, the amount of polishing can be easily controlled.

【0065】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。
For example, according to the study of the present inventors, the polishing rate of each silicon oxide film was as follows.

【0066】 第1のシリコン酸化膜(アニール温度800℃) ;250nm/分 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。First silicon oxide film (annealing temperature 800 ° C.); 250 nm / min. Second silicon oxide film (annealing temperature 800 ° C.); 250 nm / min. Third silicon oxide film (no anneal); 250 nm / min. (Annealing temperature 900 ° C.); 350 nm / min. (D) Next, the step shown in FIG. 2A will be described.

【0067】(コンタクトホールの形成)次いで、CH
3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。
(Formation of Contact Hole) Next, CH
A silicon oxide film 20 constituting a first interlayer insulating film I1 by a reactive ion etcher using F 3 and CF 4 as main gases;
By selectively anisotropically etching 22, 24 and 26, contact holes 32 having a diameter of 0.2 to 0.5 μm are formed.

【0068】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1のシリコン酸化膜22は第2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。
The contact hole 32 has a tapered shape in which the diameter decreases linearly from the upper end to the bottom. The angle θ of the taper cannot be specified unconditionally depending on etching conditions and the like, but has, for example, an inclination of 5 to 15 degrees. The reason that such a tapered through hole can be obtained is firstly that the silicon oxide films 20 and 2
2, 24 and 26 have basically the same etching rate, and further, the first silicon oxide film 22 has a slightly lower etching rate than the second silicon oxide film 24; This is because the interface between the silicon oxide films is extremely well adhered. In such a tapered contact hole 32, an excellent deposition of an aluminum film is possible as described later.

【0069】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。
The dry etching rate of each silicon oxide film measured by the present inventors will be described below. Note that dry etching has a power of 800 W, an atmospheric pressure of 20 P
a, etchant gas; CF 4 : CHF 3 : He = 1:
The test was performed under the condition of 2: 9.

【0070】 第1のシリコン酸化膜(アニール温度800℃) ;525nm/分 第2のシリコン酸化膜(アニール温度800℃) ;550nm/分 第3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。First silicon oxide film (annealing temperature 800 ° C.); 525 nm / min. Second silicon oxide film (annealing temperature 800 ° C.); 550 nm / min. Third silicon oxide film (no annealing); 565 nm / min. BPSG film (annealing temperature 900 ° C.); 750 nm / min. (E) Next, the step shown in FIG. 2B will be described.

【0071】(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。
(Degassing Treatment) First, the heat treatment including the degassing step will be described.

【0072】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。
In a lamp chamber, a base pressure of 1.5 × 10 −4 Pa or less, a temperature of 150 to 250 ° C. and a temperature of 30 to 60 ° C.
The lamp is heated for 2 seconds (heat treatment A). Then, argon gas is introduced into another chamber at a pressure of 1 × 10 −1 to 15 × 10 −1 Pa, and at a temperature of 150 to 550 ° C., 30 to 1 ° C.
Degassing is performed by performing a heat treatment (degassing step; heat treatment B) for 20 seconds.

【0073】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。
In this step, first, in heat treatment A, the entire wafer, including the back surface and side surfaces of the wafer, is subjected to a heat treatment, whereby moisture and the like adhering to the wafer can be removed.

【0074】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1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。
Further, in the heat treatment B, the first silicon oxide film 2 mainly forming the first interlayer insulating film I1 is formed.
2 can remove gasification components (H, H 2 O). As a result, at the time of forming the barrier layer and the aluminum film in the next step, generation of gasification components from the first interlayer insulating film I1 can be prevented.

【0075】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。
In the present embodiment, the barrier layer 33
Is composed of a multilayer film including a barrier film having a barrier function and a conductive film. The conductive film is formed between the barrier film and the impurity diffusion layer in order to increase the conductivity between the barrier film and the impurity diffusion layer formed on the silicon substrate, that is, the source region or the drain region. As the barrier film, a general substance, for example, titanium nitride or titanium tungsten can be preferably used. Also,
As the conductive film, a high melting point metal such as titanium, cobalt, or tungsten can be used. These titanium,
Cobalt and tungsten react with silicon constituting the substrate to form silicide.

【0076】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。
Since a barrier layer, for example, a TiN film / Ti film forms a solid solution of several tens of atomic% of gasification components (O, H, H 2 O, N), the first layer is formed before these films are formed. It is extremely effective to remove the gasification component in the interlayer insulating film I1 in order to form the aluminum film in the contact hole satisfactorily. First interlayer insulating film I below barrier layer
If the gasification component in the first interlayer insulating film I1 is not sufficiently removed, the gasification component in the first interlayer insulating film I1 is released at the temperature (normally 300 ° C. or higher) at the time of forming the barrier layer, Is taken into the barrier layer. Further, since this gas is separated from the barrier layer and comes out at the interface between the barrier layer and the aluminum film during the formation of the aluminum film, the gas adversely affects the adhesion and the fluidity of the aluminum film.

【0077】(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。
(Formation of Barrier Layer) A titanium film was formed as a conductive film for forming the barrier layer 33 by a sputtering method.
Next, a TiN film is formed in a thickness of 30 to 150 nm as a barrier film in another chamber. The temperature of the sputtering is 200 to 45 depending on the film thickness.
It is selected in the range of 0 ° C.

【0078】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。
Next, 0.1 × 10 2 to 1.5 × 10 2 Pa
Exposure to oxygen plasma for 10 to 100 seconds at a pressure of 4
10-60 in nitrogen or hydrogen atmosphere at 50-700 ° C
By performing the annealing treatment for minutes, titanium oxide can be formed in an island shape in the barrier layer. It has been confirmed that the barrier property of the barrier layer can be improved by this treatment.

【0079】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。
This annealing treatment can also be performed by a heat treatment at 400 to 800 ° C. in a lamp annealing furnace containing at least several hundred ppm to several percent of oxygen.
Similarly, the barrier properties of the barrier layer can be improved.

【0080】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。
Although not shown, a wetting layer made of titanium, cobalt, silicon or the like may be formed on the surface of the barrier layer 33 for the purpose of improving the wettability to an aluminum film described later. By providing such a wetting layer, the fluidity of the first aluminum film can be increased. The thickness of the wetting layer may be usually several tens nm or more.

【0081】(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。
(Degassing Process and Cooling of Wafer Before Deposition of Aluminum Film) First, before cooling the wafer, a base pressure of 1.5 × 10 −4 Pa or less, 150 to 250 A heat treatment (heat treatment C) is performed at a temperature of ° C. for 30 to 60 seconds to remove substances such as water attached to the substrate. Thereafter, before forming the aluminum film, the substrate temperature is set to 100 ° C. or lower, preferably room temperature to 50 ° C.
Lower the temperature. This cooling step is important for lowering the substrate temperature raised by the heat treatment C. For example, a wafer is placed on a stage having a water cooling function, and the wafer temperature is lowered to a predetermined temperature.

【0082】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。
By cooling the wafer in this manner, when forming the first aluminum film, the amount of gas released from the first interlayer insulating film I1, the barrier layer 33, and the entire surface of the wafer is minimized. can do. As a result, it is possible to prevent the gas adsorbed at the interface between the barrier layer 33 and the first aluminum film 34 from being harmful to the coverage and adhesion.

【0083】(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。
(Formation of Aluminum Film) First, at 200 ° C.
Below, more preferably at a temperature of 30 to 100 ° C, 0.2
Aluminum containing 1.0% by weight of copper to a thickness of 150
A first aluminum film 34 is formed by sputtering at a high speed at 300 nm. Subsequently, the substrate was heated to 420 to 460 ° C. in the same chamber, and aluminum containing copper was similarly formed at a low speed by sputtering.
A second aluminum film 35 having a thickness of 300 to 600 nm is formed. Here, in forming the aluminum film,
“High speed” cannot be unconditionally defined by the film formation conditions or the design items of the device to be manufactured, but is approximately 10 nm.
Per second or more, and "low speed" means a sputtering speed of about 3 nm / second or less.

【0084】図5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。
FIG. 5 shows an example of a sputtering apparatus for forming the first and second aluminum films 34 and 35. This sputtering apparatus has a target 51 serving as an electrode and an electrode 52 serving as a stage in a chamber 50, and a substrate (wafer) W to be processed is set on the electrode 52. A first gas supply path 53 is connected to the chamber 50, and a second gas supply path 54 is connected to the electrode 52. Gas supply paths 53, 5
4 supplies an argon gas. The temperature of the wafer W is controlled by the gas supplied from the second gas supply path 54. The chamber 50
The means for exhausting the gas inside is not shown.

【0085】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6に示す。図6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6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。
FIG. 6 shows an example in which the substrate temperature is controlled by using such a sputtering apparatus. In FIG.
The horizontal axis indicates elapsed time, and the vertical axis indicates substrate (wafer) temperature. In FIG. 6, the line indicated by a represents the substrate temperature change when the temperature of the stage 52 of the sputtering apparatus is set to 350 ° C., and the line indicated by b represents the high-temperature argon through the second gas supply path 54. This shows a change in the substrate temperature when the temperature of the stage 52 is increased by supplying gas into the chamber.

【0086】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6
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6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。
For example, the temperature control of the substrate is performed as follows. First, the temperature of the stage 52 is set in advance to a temperature (350 to 500) for forming the second aluminum film.
° C). When the first aluminum film is formed, no gas is supplied from the second gas supply path 54, and the substrate temperature is controlled by heating by the stage 52 as shown in FIG.
Gradually rises as shown by the symbol a. When the second aluminum film is formed, the heated gas is supplied through the second gas supply path 54, so that the substrate temperature rises rapidly as shown by the symbol b in FIG. It is controlled to be constant at a predetermined temperature.

【0087】図6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。
In the example shown in FIG.
The first aluminum film 34 is formed while the substrate temperature is set at 125 ° C. and the substrate temperature is set at 125 to 150 ° C., and immediately thereafter, the second aluminum film 35 is formed.

【0088】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6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。
In forming an aluminum film, it is important to control the power applied to the sputtering apparatus as well as the film forming speed and the substrate temperature. In other words, although related to the film formation rate, the first aluminum film 34 is formed with a high power, the second aluminum film 35 is formed with a low power, and when the power is switched from a higher power to a lower power, the power is reduced. It is important not to set to zero. When the power is set to zero, an oxide film is formed on the surface of the first aluminum film even under reduced pressure, and the wettability of the second aluminum film to the first aluminum film is reduced, and the adhesion between the two is deteriorated. In other words, by constantly applying power, active aluminum can be continuously supplied to the surface of the aluminum film being formed, and the formation of an oxide film can be suppressed. The magnitude of the power depends on the sputtering apparatus and film forming conditions and cannot be specified unconditionally. For example, in the case of the temperature condition shown in FIG.
It is desirable that the low power be set between 300 W and 1 kW.

【0089】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。
As described above, by continuously forming the first aluminum film 34 and the second aluminum film 35 in the same chamber, the temperature and the power can be strictly controlled, and the temperature and power can be controlled strictly. It is possible to efficiently form a low-temperature and stable aluminum film.

【0090】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。
The thickness of the first aluminum film 34 is
Considering that a continuous layer can be formed with good step coverage and that the gasification component can be suppressed from being released from the barrier layer 33 below the aluminum film 34 and the first interlayer insulating film I1, etc. Although a suitable range is selected, for example, 200 to 400 nm is desirable.
The second aluminum film 35 is determined by the size of the contact hole and the aspect ratio thereof. For example, in order to fill a hole having an aspect ratio of about 3 and 0.5 μm or less, a film of 300 to 1000 nm is required. Thickness is required.

【0091】(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40のパターニングを行う。
(Formation of Anti-Reflection Film) Further, in another sputtering chamber, TiN is deposited by sputtering to form an anti-reflection film 36 having a thickness of 30 to 80 nm. Thereafter, the deposited layer composed of the barrier layer 33, the first aluminum film 34, the second aluminum film 35, and the antireflection film 36 is selectively formed by an anisotropic dry etcher mainly containing Cl 2 and BCl 3 gas. Etch first
Of the metal wiring layer 40 is performed.

【0092】このようにして形成された金属配線層40
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。
The metal wiring layer 40 formed as described above
Then, the aspect ratio is 0.5-3 and the aperture is 0.2-
It was confirmed that aluminum was buried in the 0.8 μm contact hole with good step coverage without generating voids.

【0093】(F)次に、図3(A)に示す工程につい
て説明する。
(F) Next, the step shown in FIG. 3A will be described.

【0094】(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
8のシリコン酸化膜70、第5のシリコン酸化膜72、
第6のシリコン酸化膜74および第7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。
(Formation of Second Interlayer Insulating Film I2) The second interlayer insulating film I2 is basically formed of the first interlayer insulating film I1.
Has the same configuration as That is, the second interlayer insulating film I
Reference numeral 2 denotes a four-layered silicon oxide film, that is, an eighth silicon oxide film 70, a fifth silicon oxide film 72,
It comprises a sixth silicon oxide film 74 and a seventh silicon oxide film 76. These silicon oxide films 70, 72, 74 and 76 are formed in the same manner as the silicon oxide films 20, 22, 24 and 26 except for the annealing process. The main parts will be described below, but description of common items will be omitted.

【0095】a.第8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8のシ
リコン酸化膜70が形成される。
A. Formation of Eighth Silicon Oxide Film 70 First, tetraethoxysilane (TEOS) and oxygen are mixed for 30 minutes.
By reacting at 0 to 500 ° C. by a plasma enhanced chemical vapor deposition (CVD) method, an eighth silicon oxide film 70 having a thickness of 50 to 200 nm is formed.

【0096】b.第5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0.3×102〜2×102Paの減圧下において、
窒素ガスをキャリアとして、SiH4およびH22を0
〜10℃の温度でCVD法により反応させることによ
り、第5のシリコン酸化膜72を形成する。第5のシリ
コン酸化膜72は、前記第1のシリコン酸化膜22と同
様に、少なくとも、下層の第8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5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5のシリコン酸化膜72
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500〜1000
nmに設定される。
B. Formation of Fifth Silicon Oxide Film 72 Next, under a reduced pressure of preferably 2.5 × 10 2 Pa or less, more preferably 0.3 × 10 2 to 2 × 10 2 Pa,
Using nitrogen gas as a carrier, SiH 4 and H 2 O 2
The fifth silicon oxide film 72 is formed by reacting at a temperature of ℃ 10 ° C. by a CVD method. Like the first silicon oxide film 22, the fifth silicon oxide film 72 has a thickness at least larger than the step of the lower eighth silicon oxide film 70, that is, sufficiently covers the step. It is formed with a film thickness. The upper limit of the thickness of the fifth silicon oxide film 72 is set to such an extent that cracks do not occur in the film. Specifically, the fifth silicon oxide film 72
Is preferably thicker than the step of the lower layer in order to obtain better flatness, preferably 500 to 1000.
Set to nm.

【0097】第5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。
The film forming temperature of the fifth silicon oxide film 72 is
Preferably it is set to 0 to 20 ° C, more preferably to 0 to 10 ° C.

【0098】この工程で形成される第5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。
The fifth silicon oxide film 72 formed in this step has high fluidity and excellent flattening characteristics.

【0099】c.第6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6のシリコン酸
化膜)74が形成される。
C. Formation of a silicon oxide film 74 of the sixth Then, in the presence of SiH4, PH 3 and N 2 O,
By reacting by a plasma CVD method at a temperature of 300 to 450 ° C. and a high frequency of 200 to 600 kHz,
A PSG film (sixth silicon oxide film) 74 having a thickness of 100 to 600 nm is formed.

【0100】また、第6のシリコン酸化膜74は、前記
第2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5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6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2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2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。
Further, similarly to the second silicon oxide film 24, the sixth silicon oxide film 74 is formed by gasification components such as water contained in the fifth silicon oxide film 72 by an annealing process performed later. It is necessary to be porous (porous) in consideration of easy and sufficient desorption of the metal. For this purpose, the sixth silicon oxide film 74 is used.
Is a high-frequency plasma CV having a temperature of preferably 450 ° C. or lower, more preferably 300 to 400 ° C., preferably 1 MHz or lower, and more preferably 200 to 600 kHz.
It is desirable that the film be formed by the method D and contain impurities such as phosphorus. By including such impurities in the second silicon oxide film 74, the second silicon oxide film 7
No. 4 is in a more porous state and can reduce stress on the film. The concentration of such an impurity is set in consideration of stress resistance, gettering effect, and the like.
For example, when the impurity is phosphorus, it is desirable that the impurity be contained at a ratio of 1 to 6% by weight.

【0101】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5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5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。
In plasma CVD, the use of N 2 O as a compound containing oxygen promotes the desorption of hydrogen bonds in the fifth silicon oxide film 72. As a result, gasified components such as moisture contained in the fifth silicon oxide film 72 can be more reliably removed.

【0102】この第6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。
The thickness of the sixth silicon oxide film 74 is
Preferably 100 nm or more, more preferably 200 to 6
It is set to 00 nm.

【0103】d.アニール処理 次に、温度350〜450℃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5のシリコン酸化膜7
2および第6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5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4
50℃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。
D. Annealing treatment Next, annealing treatment is performed at a temperature of 350 to 450 ° C. By this annealing process, the fifth silicon oxide film 7
The second and sixth silicon oxide films 74 are densified and have good insulating properties and water resistance. That is, by setting the annealing temperature to 350 ° C. or higher, the condensation polymerization reaction of silanol in the fifth silicon oxide film 72 is almost completely performed, and the moisture contained in the film is sufficiently released, and A film can be formed. Also, if the annealing temperature is 4
By setting the temperature to 50 ° C. or lower, the aluminum film forming the first wiring layer 40 is not adversely affected.

【0104】e.第7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
3のシリコン酸化膜76を形成する。
E. Formation of Seventh Silicon Oxide Film 76 Next, a third silicon oxide film 76 having a thickness of 1000 to 1500 nm is formed by plasma CVD at 350 to 400 ° C. using TEOS and oxygen.

【0105】(G)次に、図3(B)に示す工程につい
て説明する。
(G) Next, the step shown in FIG. 3B will be described.

【0106】(CMPによる平滑化)前記第7のシリコ
ン酸化膜76、および必要に応じて前記第6のシリコン
酸化膜74および第5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7のシリコン酸化膜74
あるいは第5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。
(Smoothing by CMP) The seventh silicon oxide film 76 and, if necessary, the sixth silicon oxide film 74 and the fifth silicon oxide film 72 are
It is polished to a predetermined film thickness by a method and smoothed. By this smoothing process, the seventh silicon oxide film 74 is polished by polishing.
Alternatively, even if a part of the fifth silicon oxide film 72 is exposed on the surface, a flat surface can be obtained, so that the amount of polishing can be easily controlled.

【0107】(H)次に、図4(A)に示す工程につい
て説明する。
(H) Next, the step shown in FIG. 4A will be described.

【0108】(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。
(Formation of Via Hole) The second interlayer insulating film I2 and the antireflection film 36 are selectively anisotropically etched with a reactive ion etcher using CHF 3 and CF 4 as main gases, so that the diameter is reduced. Via holes 62 of 0.3 to 0.5 μm are formed.

【0109】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。
Like the contact hole 32, the via hole 62 has a tapered shape whose diameter gradually decreases from the upper end toward the bottom. Taper angle θ
Can not be specified unconditionally depending on etching conditions and the like, but has, for example, an inclination of 5 to 15 degrees.

【0110】(I)次に、図4(B)に示す工程につい
て説明する。
(I) Next, the step shown in FIG. 4B will be described.

【0111】(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。
(Degassing Treatment) First, the heat treatment including the degassing step will be described.

【0112】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。
In a lamp chamber, a base pressure of 1.5 × 10 −4 Pa or less, a temperature of 150 to 250 ° C. and a temperature of 30 to 60 ° C.
The lamp is heated (heat treatment D) for 2 seconds. Then, in another chamber, argon gas is introduced at a pressure of 1 × 10 −1 to 15 × 10 −1 Pa, and at a temperature of 300 to 500 ° C., 30 to 1 ° C.
Degassing is performed by performing a heat treatment (degassing step; heat treatment E) for 20 seconds.

【0113】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。
In this step, first, in the heat treatment D, the water and the like adhering to the wafer can be removed mainly by heating the entire wafer including the back and side surfaces of the wafer.

【0114】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。
Further, in the heat treatment E, gasification components (H, H 2 O) in the second interlayer insulating film I2 can be mainly removed. As a result, at the time of forming the wetting layer and the aluminum film in the next step, generation of gasification components from the second interlayer insulating film I2 can be prevented.

【0115】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,
2O,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の温度(通常、3
00℃以上)で、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。
In the present embodiment, the wetting layer, for example, a Ti film is composed of several tens atomic% of gasification components (O, H,
Since H 2 O, N) forms a solid solution, removing the gasification component in the second interlayer insulating film I2 before forming this film makes it possible to form an aluminum film in the via hole satisfactorily. It is extremely effective in performing Unless gasification components in the second interlayer insulating film I2 below the wetting layer are sufficiently removed, the temperature at the time of forming the wetting layer (usually 3
(00 ° C. or higher), gasification components in the second interlayer insulating film I2 are released, and this gas is taken into the wetting layer. Further, this gas is separated from the wetting layer and formed at the interface between the wetting layer and the aluminum film during the formation of the aluminum film, which adversely affects the adhesion and fluidity of the aluminum film.

【0116】(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、膜厚に応じて、200〜450℃の範囲で選択され
る。
(Formation of Wetting Layer) A titanium film having a thickness of 20 to 70 nm is formed as a film constituting the wetting layer 63 by a sputtering method. The temperature of the sputtering is selected in the range of 200 to 450 ° C. according to the film thickness.

【0117】(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F)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F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。
(Degassing Process and Cooling of Wafer Before Deposition of Aluminum Film) First, before cooling the wafer, a base pressure of 1.5 × 10 −4 Pa or less, 150 to 250 A heat treatment (heat treatment F) is performed at a temperature of ° C. for 30 to 60 seconds to remove substances such as water attached to the substrate. Thereafter, before forming the aluminum film, the substrate temperature is set to 100 ° C. or lower, preferably room temperature to 50 ° C.
Lower the temperature. This cooling step is important for lowering the substrate temperature raised by the heat treatment F. For example, a wafer is placed on a stage having a water cooling function and the wafer temperature is lowered to a predetermined temperature.

【0118】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。
By cooling the wafer in this manner, when the first aluminum film is formed, the amount of gas released from the second interlayer insulating film I2, the wetting layer 63, and the entire surface of the wafer is minimized. can do. As a result, it is possible to prevent the influence of a gas harmful to the coverage and adhesion, which is adsorbed on the interface between the wetting layer 63 and the first aluminum film 64.

【0119】(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。
(Formation of Aluminum Film) First, at 200 ° C.
Below, more preferably at a temperature of 30 to 100 ° C, 0.2
Aluminum containing 1.0% by weight of copper to a thickness of 150
A first aluminum film 64 is formed at a high speed by sputtering at 300 nm. Subsequently, the substrate was heated to 420 to 460 ° C. in the same chamber, and aluminum containing copper was similarly formed at a low speed by sputtering.
A second aluminum film 65 having a thickness of 300 to 600 nm is formed.

【0120】スパッタ装置としては、図5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40の場合と同様なので、
詳細な説明を省略する。
As a sputtering apparatus, the same apparatus as shown in FIG. 5 can be used. Since the configuration of the sputtering apparatus, the temperature control of the wafer, and the power at the time of sputtering are the same as in the case of the first metal wiring layer 40,
Detailed description is omitted.

【0121】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。
First aluminum film 6 in the same chamber
By continuously forming the fourth and second aluminum films 65, temperature and power can be strictly controlled, and a stable and low-temperature aluminum film can be efficiently formed. Become.

【0122】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。
The film thickness of the first aluminum film 64 is
Considering that a continuous layer can be formed with good step coverage, and that the release of gasification components from the wetting layer 63 and the second interlayer insulating film I2 below the aluminum film 64 can be suppressed, Although a suitable range is selected, for example, 100 to 300 nm is desirable. The second aluminum film 65 is determined by the size of the via hole 62 and the aspect ratio thereof. For example, in order to fill a hole having an aspect ratio of about 3 and 0.5 μm or less, a film of 300 to 800 nm is required. Thickness is required.

【0123】(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。
(Formation of Antireflection Film) Further, in another sputtering chamber, TiN is deposited by sputtering to form an antireflection film 66 having a thickness of 30 to 80 nm. Thereafter, the deposited layer composed of the wetting layer 63, the first aluminum film 64, the second aluminum film 65, and the antireflection film 66 is selectively formed by an anisotropic dry etcher mainly containing Cl 2 and BCl 3 gases. The second metal wiring layer 60 is patterned by etching.

【0124】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。
The thus formed metal wiring layer 60
Then, the aspect ratio is 0.5-3 and the aperture is 0.2-
It was confirmed that aluminum was buried in 0.8 μm via holes with good step coverage without generating voids.

【0125】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。
Thereafter, if necessary, the second wiring region L2
, And the third, fourth,... Multilayer wiring regions can be formed.

【0126】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。
In this embodiment, the reason why the first and second interlayer insulating films I1 and I2 have excellent flatness is considered as follows.

【0127】(a)図1(B)および図3(A)に示す
工程で形成される第1のシリコン酸化膜22および第5
のシリコン酸化膜72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。
(A) The first silicon oxide film 22 and the fifth silicon oxide film 22 formed in the steps shown in FIGS.
The silicon oxide film 72 is formed by a reaction between a silicon compound and hydrogen peroxide, and a reaction product containing silanol has a high fluidity. Flattened.

【0128】(b)第1および第2の層間絶縁膜I1,
I2を構成する各シリコン酸化膜、特に第1,第2およ
び第3のシリコン酸化膜22,24,26ならびに第
5,第6および第7のシリコン酸化膜72,74,76
は、CMPにおいて同程度の研磨速度を有するため、表
面に異なったシリコン酸化膜が部分的に共存した場合で
あっても、良好な平坦性が得られる。
(B) First and second interlayer insulating films I1,
Each silicon oxide film constituting I2, in particular, the first, second and third silicon oxide films 22, 24 and 26, and fifth, sixth and seventh silicon oxide films 72, 74 and 76
Has the same polishing rate in CMP, so that good flatness can be obtained even when different silicon oxide films partially coexist on the surface.

【0129】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。
In this embodiment, the reason why first and second aluminum films 34 and 35 and first and second aluminum films 64 and 65 are satisfactorily embedded in contact hole 32 and via hole 62, respectively. The following can be considered.

【0130】(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。
(A) By performing a degassing step, water and nitrogen contained in each of the interlayer insulating films I1 and I2 are gasified and sufficiently released, so that the subsequent first aluminum films 34 and 64 and the second In the formation of the aluminum layers 35 and 65, by preventing generation of gas from the interlayer insulating films I1 and I2, the barrier layer 33 or the wetting layer 63, the barrier layer 33, the first aluminum film 34, and the wetting layer are prevented. That the adhesion between the first aluminum film 63 and the first aluminum film 64 is improved, and that good step coverage can be formed.

【0131】(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。
(B) In forming the first aluminum films 34 and 64, the substrate temperature is set at a relatively low temperature of 200 ° C. or less, so that the interlayer insulating films I1 and I2, the barrier layer 33 and the wetting layer 63 are formed. The first aluminum films 34 and 64 are improved in adhesion in addition to the effect of the degassing step so as not to release contained moisture and nitrogen.

【0132】(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。
(C) Further, the first aluminum film 3
4, 64 themselves serve to suppress the generation of gas from the lower layer when the substrate temperature rises, so that the next second aluminum films 35, 65 can be formed at a relatively high temperature. And that the flow and diffusion of the second aluminum film can be performed favorably.

【0133】以上の方法によって、本発明に係る半導体
装置(図4(B)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。
By the above method, a semiconductor device according to the present invention (see FIG. 4B) can be formed. This semiconductor device has a silicon substrate 11 including at least a MOS element, and a first wiring region L1 formed on the silicon substrate 11.

【0134】前記第1の配線領域L1は、ベース層とな
る第4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1のシリコン
酸化膜22、前記第1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2のシリコン酸化
膜24、および前記第2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3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。
The first wiring region L1 includes a fourth silicon oxide film 20 serving as a base layer, a first silicon oxide film 22 formed by a polycondensation reaction between a silicon compound and hydrogen peroxide, A second silicon oxide film 24 formed on the second silicon oxide film 22 and containing impurities such as phosphorus, and a third silicon oxide film 24 formed on the second silicon oxide film 24 and planarized by CMP. A first interlayer insulating film I1 made of a silicon oxide film 26, a contact hole 32 formed in the interlayer insulating film I1, a barrier layer 33 formed on the surface of the interlayer insulating film I1 and the contact hole 32, and the barrier Aluminum films 34 and 35 made of aluminum or an alloy containing aluminum as a main component are formed on layer 33. The aluminum film 34 is formed on the barrier layer 33.
Is connected to the titanium silicide layer 19 via the.

【0135】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8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5のシリコン酸化膜72、前記第
5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6のシリコン酸化膜74、および前記
第6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7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。
The second wiring region L2 formed on the first wiring region L1 was formed by an eighth silicon oxide film 70 serving as a base layer and a polycondensation reaction between a silicon compound and hydrogen peroxide. A fifth silicon oxide film 72, a sixth silicon oxide film 74 formed on the fifth silicon oxide film 72 and containing an impurity such as phosphorus, and formed on the sixth silicon oxide film 74; And a second silicon oxide film 76 made flat by CMP.
An interlayer insulating film I2, a via hole 62 formed in the interlayer insulating film I2, a wetting layer 63 formed on the surface of the interlayer insulating film I2 and the via hole 62, and aluminum formed on the wetting layer 63. Alternatively, it has aluminum films 64 and 65 made of an alloy containing aluminum as a main component.

【0136】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、シラノールを含むシリコン酸化膜を形成し、さらに
最上層にCMPによって平坦化されたシリコン酸化膜を
形成することにより、極めて良好な平坦性を有する層間
絶縁膜を形成することができる。特に、第1の層間絶縁
膜は、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。また、層間絶
縁膜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。
As described above, according to the present embodiment, a silicon oxide film containing silanol, which is obtained by a gas phase reaction between a silicon compound and hydrogen peroxide, is formed, and the uppermost layer is planarized by CMP. By forming the silicon oxide film, an interlayer insulating film having extremely good flatness can be formed. In particular, since the first interlayer insulating film can be formed at a considerably lower temperature than the conventional BPSG film, characteristics such as punch-through and junction leakage can be improved, and therefore, the fineness of the element can be reduced. And a highly reliable contact structure can be achieved, and it is also advantageous in the manufacturing process. In addition, since the interlayer insulating film has a high degree of flatness, a process margin including processing of a wiring layer and the like can be increased, and quality and yield can be improved.

【0137】さらに、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。
Furthermore, in the present embodiment, at least a degassing step and a cooling step are included before the aluminum film is sputtered, and more preferably, the aluminum film is continuously formed in the same chamber to obtain a 0.2 μm It is possible to fill contact holes and via holes to a certain extent only with aluminum or an aluminum alloy, thereby improving reliability and yield.
Further, it was confirmed that there was no segregation of copper or the like and abnormal growth of crystal grains in the aluminum film constituting the contact portion, and that the reliability including the migration was good.

【0138】(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。
(Other Embodiments) The present invention is not limited to the above embodiments, and some of them can be replaced by the following means.

【0139】(a)前記実施の形態においては、第2の
シリコン酸化膜24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2の
シリコン酸化膜24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。
(A) In the above embodiment, when the second silicon oxide film 24 is formed by plasma CVD,
Although nitrous oxide was used as the compound containing oxygen, ozone may be used instead. It is desirable that the wafer be exposed to an ozone atmosphere before the second silicon oxide film 24 is formed.

【0140】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(OCH33)をほぼ常圧で供給
し、リンの濃度が3〜6重量%のPSG膜(第2のシリ
コン酸化膜)24を、膜厚100〜600nmで成膜す
る。なお、図8において符号84は、カバーを示す。
For example, using a belt furnace shown in FIG. 8, a wafer W is placed on a transfer belt 80 heated to 400 to 500 ° C. by a heater 82 and moved at a predetermined speed. At this time, ozone is supplied from the first gas head 86a, and the wafer W is passed through an ozone atmosphere of 2 to 8% by weight over 5 minutes or more. Next, ozone and TEO are supplied from the second and third gas heads 86b and 86c.
S and TMP (P (OCH 3 ) 3 ) are supplied at substantially normal pressure, and a PSG film (second silicon oxide film) 24 having a phosphorus concentration of 3 to 6% by weight is formed in a thickness of 100 to 600 nm. I do. In FIG. 8, reference numeral 84 denotes a cover.

【0141】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。
By using ozone instead of dinitrogen monoxide, a silicon oxide film can be formed by TEOS by normal pressure CVD. Further, by using a belt furnace, film formation can be continuously and efficiently performed.

【0142】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1のシリコン酸化膜22
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の平坦性
およびMOSトランジスタの特性が良好であること、お
よび第1のシリコン酸化膜22にクラックが発生しない
ことが確認された。
When the wafer W is exposed to an ozone atmosphere, the first silicon oxide film 22 is subjected to thermal desorption spectroscopy (TDS) and infrared spectroscopy (FTIR).
Are that the hygroscopicity and water content are sufficiently low, that the flatness of the interlayer insulating film I1 and the characteristics of the MOS transistor are good as in the case where dinitrogen monoxide is used as the reaction gas, and that the first silicon oxide film 22 It was confirmed that no cracks occurred.

【0143】(b)前記実施の形態では、第4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4
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1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。
(B) In the above embodiment, a silicon oxide film using TEOS by plasma CVD is used as the fourth silicon oxide film 20, but another silicon oxide film may be used instead. For example, such a fourth
The silicon oxide film may be a film formed by a low pressure thermal CVD method using monosilane and dinitrogen monoxide. This silicon oxide film is formed with a good shape following the surface shape of the underlying silicon substrate and has good coverage and high density, so that the passivation function is high. Cracks hardly occur in the silicon oxide film 22 of FIG. Further, since the thermal CVD method is used, there is an advantage that there is no plasma damage.

【0144】ただし、この方法による成膜は、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
れやすい膜を用いた場合には使用できず、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。
However, film formation by this method requires setting the wafer temperature at about 750 to 800 ° C.
It cannot be used when a film that is easily oxidized like titanium silicide is used as the salicide structure, and it is necessary to use tungsten silicide or molybdenum silicide.

【0145】(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4のシリコン酸化膜20と第1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。
(C) In the above embodiment, the first interlayer insulating film I1 is composed of four silicon oxide films, but is not limited to this, and another silicon oxide film may be added.
For example, a PSG film (phosphorus concentration; 100 to 300 nm) formed between the fourth silicon oxide film 20 and the first silicon oxide film 22 by a plasma CVD method.
(1 to 6% by weight). It was confirmed that the provision of the PSG film further improved the gettering function of mobile ions, and reduced the fluctuation of the threshold characteristics and the quiescent current of the transistor.

【0146】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。
In the above embodiment, a semiconductor device including two-layered wiring regions has been described. However, the present invention can of course be applied to a semiconductor device including three or more-layered wiring regions.
Further, the present invention can be applied to not only a semiconductor device including an N-channel MOS device but also a semiconductor device including various devices such as a P-channel or CMOS device.

【0147】[0147]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIGS. 1A, 1B and 1C are cross-sectional views schematically showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps.

【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。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views schematically illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor device performed after the step illustrated in FIG. 1 in the order of steps;

【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。
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views schematically showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device performed after the step shown in FIG. 2 in the order of steps;

【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。
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views schematically illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device performed after the step illustrated in FIG. 3 in the order of steps;

【図5】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。
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an example of a sputtering apparatus used in an embodiment according to the present invention.

【図6】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。
6 is a diagram showing the relationship between time and substrate temperature when the substrate temperature is controlled using the sputtering apparatus shown in FIG.

【図7】(a)〜(c)は、従来の半導体装置の製造方
法の一例を示す断面図である。
7A to 7C are cross-sectional views illustrating an example of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【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。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a belt furnace used for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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4のシリコン酸化膜 22 第1のシリコン酸化膜 24 第2のシリコン酸化膜 26 第3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8のシリコン酸化膜 72 第5のシリコン酸化膜 74 第6のシリコン酸化膜 76 第7のシリコン酸化膜 I1,I2 層間絶縁膜 L1,L2 配線領域 Reference Signs List 11 silicon substrate 12 field insulating film 13 gate oxide film 14 gate electrode 15 low-concentration impurity layer 16 high-concentration impurity layer 17 sidewall spacer 18 silicon oxide film 19 titanium silicide layer 20 fourth silicon oxide film 22 first silicon oxide film 24 Second silicon oxide film 26 Third silicon oxide film 32 Contact hole 33 Barrier layer 34 First aluminum film 35 Second aluminum film 62 Via hole 63 Wetting layer 64 First aluminum film 65 Second aluminum film 70 First 8 silicon oxide film 72 fifth silicon oxide film 74 sixth silicon oxide film 76 seventh silicon oxide film I1, I2 interlayer insulating film L1, L2 wiring region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/90 P B (72)発明者 松本 和己 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 守屋 直弘 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI H01L 21/90 PB (72) Inventor Kazumi Matsumoto 3-5-5 Yamato, Suwa-shi, Nagano Pref. Seiko Epson Corporation (72) Inventor Naohiro Moriya 3-5-5 Yamato, Suwa City, Nagano Prefecture Inside Seiko Epson Corporation

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 素子を含む半導体基板、前記半導体基板
の上に形成された層間絶縁膜、前記層間絶縁膜に形成さ
れたスルーホール、前記層間絶縁膜および前記スルーホ
ールの表面に形成されたバリア層、および前記バリア層
の上に形成された導電膜を含み、 前記層間絶縁膜は、 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、不純物を含
有する第2のシリコン酸化膜、および前記第2のシリコ
ン酸化膜の上に形成され、化学機械的研磨により平坦化
された第3のシリコン酸化膜、 を含む半導体装置。
1. A semiconductor substrate including an element, an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate, a through hole formed in the interlayer insulating film, a barrier formed on a surface of the interlayer insulating film and a surface of the through hole. A first silicon oxide film formed by a polycondensation reaction between a silicon compound and hydrogen peroxide, the first silicon A second silicon oxide film formed on the oxide film and containing impurities, and a third silicon oxide film formed on the second silicon oxide film and planarized by chemical mechanical polishing. Including semiconductor devices.
【請求項2】 請求項1において、 前記第2のシリコン酸化膜に含まれる前記不純物はリン
である半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity contained in the second silicon oxide film is phosphorus.
【請求項3】 請求項1または請求項2において、 前記スルーホールは、その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状である半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the through hole has a tapered shape in which a diameter gradually decreases from an upper end to a bottom.
【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれかにお
いて、 前記スルーホール内に形成される前記導電膜は、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
る半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive film formed in the through hole is made of aluminum or an alloy containing aluminum as a main component.
【請求項5】 素子を含む半導体基板の上に層間絶縁膜
を形成する工程、前記層間絶縁膜にスルーホールを形成
する工程、前記層間絶縁膜および前記スルーホールの表
面にバリア層を形成する工程、および前記バリア層の表
面に導電膜を形成する工程を含み、前記層間絶縁膜を形
成する工程は、少なくとも以下の工程(a)〜(e)を
含む半導体装置の製造方法。 (a)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1のシリコン酸化膜を形成する工
程、 (b)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2のシリコン酸化
膜を形成する工程、 (c)600〜850℃の温度でアニール処理を行う工
程、 (d)シリコン化合物、および酸素および酸素を含む化
合物の少なくとも1種を化学気相成長法によって反応さ
せて第3のシリコン酸化膜を形成する工程、および (e)前記第3のシリコン酸化膜を化学機械的研磨によ
って平坦化する工程。
5. A step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate including an element, a step of forming a through hole in the interlayer insulating film, and a step of forming a barrier layer on the surface of the interlayer insulating film and the through hole. And a step of forming a conductive film on the surface of the barrier layer, wherein the step of forming the interlayer insulating film includes at least the following steps (a) to (e). (A) reacting a silicon compound with hydrogen peroxide by a chemical vapor deposition method to form a first silicon oxide film; (b) silicon compound, at least one of oxygen and a compound containing oxygen, and impurities Forming a porous second silicon oxide film by reacting a compound containing, by a chemical vapor deposition method, (c) performing an annealing treatment at a temperature of 600 to 850 ° C., (d) a silicon compound, and Reacting at least one of oxygen and a compound containing oxygen by a chemical vapor deposition method to form a third silicon oxide film; and (e) planarizing the third silicon oxide film by chemical mechanical polishing. Process.
【請求項6】 請求項5において、 前記工程(a)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。
6. The method according to claim 5, wherein the silicon compound used in the step (a) is monosilane, disilane, SiH 2 Cl 2 , SiF 4 , or CH 3 SiH.
3. A method of manufacturing a semiconductor device which is at least one selected from inorganic silane compounds such as 3 and organic silane compounds such as tripropyl silane and tetraethoxy silane.
【請求項7】 請求項5または請求項6において、 前記工程(a)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。
7. The method according to claim 5, wherein the step (a) is performed by a low pressure chemical vapor deposition method under a temperature condition of 0 to 20 ° C., wherein the silicon compound is an inorganic silane compound. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項8】 請求項5または請求項6において、 前記工程(a)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。
8. The method according to claim 5, wherein the step (a) is performed by a reduced pressure chemical vapor deposition method under a temperature condition of 100 to 150 ° C., wherein the silicon compound is an organic silane compound. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項9】 請求項5ないし請求項8のいずれかにお
いて、 前記工程(b)は、300〜450℃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。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the step (b) is performed by a plasma enhanced chemical vapor deposition method under a temperature condition of 300 to 450 ° C.
【請求項10】 請求項9において、 前記工程(b)で用いられる前記酸素を含む化合物は一
酸化二窒素である半導体装置の製造方法。
10. The method according to claim 9, wherein the compound containing oxygen used in the step (b) is nitrous oxide.
【請求項11】 請求項5ないし請求項8のいずれかに
おいて、 前記工程(b)は、300〜550℃の温度条件下で常
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. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the step (b) is performed by atmospheric pressure chemical vapor deposition under a temperature condition of 300 to 550 ° C.
【請求項12】 請求項11において、 前記工程(b)で用いられる前記酸素を含む化合物はオ
ゾンである半導体装置の製造方法。
12. The method according to claim 11, wherein the compound containing oxygen used in the step (b) is ozone.
【請求項13】 請求項5ないし請求項12において、 前記工程(b)で、前記第2のシリコン酸化膜を成膜す
る前に、前記第1のシリコン酸化膜をオゾン雰囲気にさ
らす半導体装置の製造方法。
13. The semiconductor device according to claim 5, wherein the first silicon oxide film is exposed to an ozone atmosphere before forming the second silicon oxide film in the step (b). Production method.
【請求項14】 請求項5ないし請求項13のいずれか
において、 前記工程(a)の前に、シリコン化合物、および酸素お
よび酸素を含む化合物の少なくとも1種を化学気相成長
法によって反応させてベース層となる第4のシリコン酸
化膜を形成する半導体装置の製造方法。
14. The method according to claim 5, wherein at least one of a silicon compound and oxygen and a compound containing oxygen is reacted by a chemical vapor deposition method before the step (a). A method for manufacturing a semiconductor device in which a fourth silicon oxide film serving as a base layer is formed.
【請求項15】 請求項5ないし請求項14のいずれか
において、 前記工程(c)におけるアニール処理は、連続的あるい
は断続的に温度を上昇することによって行われる半導体
装置の製造方法。
15. The method according to claim 5, wherein the annealing in the step (c) is performed by continuously or intermittently increasing the temperature.
【請求項16】 請求項5ないし請求項15のいずれか
において、 前記スルーホールは、その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状である半導体装置の製造
方法。
16. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the through hole has a tapered shape in which a diameter gradually decreases from an upper end to a bottom.
【請求項17】 請求項5ないし請求項16のいずれか
において、 前記導電膜は、200℃以下の温度で、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第1の
アルミニウム膜を形成し、その後、300℃以上の温度
で、アルミニウムあるいはアルミニウムを主成分とする
合金からなる第2のアルミニウム膜を形成する半導体装
置の製造方法。
17. The conductive film according to claim 5, wherein the conductive film forms a first aluminum film made of aluminum or an alloy containing aluminum as a main component at a temperature of 200 ° C. or lower. Forming a second aluminum film made of aluminum or an alloy containing aluminum at a temperature of 300 ° C. or more.
【請求項18】 請求項5ないし請求項17のいずれか
において、 前記工程(b)において用いられる不純物は、リンであ
る半導体装置の製造方法。
18. The method according to claim 5, wherein the impurity used in the step (b) is phosphorus.
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