JPS61212025A - Ｐｓｇ膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、ＰＳＧ（リンシリケートガラス）膜の形成方
法に関し、特に段差部に２ｉＩ用して効果的なＣＶＤ　
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）法によるＰＳＧ膜の形成方法に関するものであ
る。

〔背景技術〕

一般に半導体装置、たとえば半導体ウェハ上ＫＭＯ８形
やバイポーラ形などの素子を形成してなる大規模半導体
集積回路装置において、表面保護膜や多層配線の層間絶
縁膜などにＣＶＤ法によるＰＳＧ膜が使われている。

従来、この種ＰＳＧ膜の生成に際しては、温度４００〜
５００℃、１トル（Ｔｏｒｒ）以上の圧力（通常は７６
０Ｔｏｒｒの常圧）の下で、モノシラン（ＳＩＦ４）　
と０２ガスとフォスフイン（ＰＬ（、）を反応させるこ
とＫよりＰＳＧｌｇＩ［を生成していた。

しかしながら、段差部上にＰＳＧ膜を形成するに当って
は、次のような問題点がある。この問題点くついて第３
図を用いて以下説明する。

第３図はＭＯ８ＬＳＩの多層配線構造における第１層目
Ａｌ配線を示すもので、同図において、ｌはＰ形シリコ
ン基板であって、素子分離領域にフィールド絶ＲＭ２が
形成され、アクティブ領域にＭＯ８素子が構成されてい
る。そのＭＯ８素子のソース（又はドレイン）領域を構
成するＮ＋拡散層３のみが図示されている。更に全面に
形成されたＣＶＤ・５ｉ０２膜４にコンタクトホール５
を形成した後第１層目のＡｌ配線６が図示の如く形成さ
れている。

このＡＪ配線６上に層間絶縁膜としてＰＳＧ膜をＣＶＤ
法により被着形成すると、Ａｌ配線６の段差部において
も膜質は強いが、ステップカバレッジが悪くなり、第４
図に一部拡大して示す如くＡＪ’配線６上に形成される
ＰＳＧ膜７がオーバフ１ングになり、この上に形成され
る上層ＡＡ配線の断線の原因ともなる。

そこで、本発明者は、温度を４００〜５００℃のままで
、圧力をＩＴｏｒｒ以下の低圧（たとえば０、ＩＴｏｒ
ｒ）の条件下でＰＳＧ膜をＣＶＤ法により第３図のＡ７
配線６上に形成してみると、第５図に一部拡大、して示
す如＜、ｌ配線６上に形成されるＰＳＧＳａＯ２テップ
カバレッジは良くなるが、段差部においてＰＳＧＳａＯ
２線で仕切られた部分９の膜質か弱くなり、このため後
段の洗浄工程でＰＳＧＳａＯ２成した第３図の半導体ウ
ェハをＨＦ系の薬品を使用して表面処理すると、露出し
ている段差部のＰＳＧＳａＯ２質の弱い部分９が削られ
てフレバスが形成されてしまうということが判明した。

以上から圧力をＩＴｏｒｒ以上圧しても、ＩＴｏｒｒ以
下の低圧にしても、段差部上に形成されるＰＳＧ膜は夫
々上記の如き問題を有することになる。

なお、ＣＶＤ技術を詳しく述べである例としては、工業
調査会発行　電子材料１９８１年１１月号別冊、昭和５
６年１１月１０日発行、Ｐ、７７〜Ｐ、８４がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的を工、段差部でも膜の強さを維持しうるよ
うＫすると共にすぐれたステップカバレッジを維持でき
るＰＳＧ膜を形成するようにしたＰＳＧ膜の形成方法を
提供することＫある。

また本発明の他の目的は、ＰＳＧ膜上に形成される上層
配線等の段切れ防止を図ることができるような前記ＰＳ
Ｇ膜を形成するよ５ＫしたＰＳＧ膜の形成方法を提供す
ることＫある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、ＣＶＤ法により所定膜厚のＰＳＧ膜を形成す
るに際し、ＩＴｏｒｒ以下の低圧条件下で第１のＰＳＧ
膜を厚（形成し、次にＩＴｏｒｒ以上の圧力の下で第２
のＰＳＧ膜を薄く形成し、これらの第１のＰＳＧ膜と第
２のＰＳＧ膜とＫより前記所定膜厚のＰＳＧ膜を形成す
るようしたもので、第１のＰＳＧ膜を厚く形成し、第２
のＰＳＧ膜を薄く形成することにより、ＰＳＧ膜は良好
なステップカバレッジを維持することができ、従ってＰ
ＳＧ膜上に配される上層配線等の段切れを防止でき、更
に第１０ＰＳＧ膜上に重ねて第２のＰＳＧ膜を形成する
ことにより段差部でも膜の強さを維持することができる
ものである。

〔実施例〕

第１図は本発明によるＰＳＧ膜の形成方法を第３図に適
用して１層目ＡＪ配線６上に層間絶縁膜としてのＰＳＧ
膜を形成した場合の一実施例を示す断面図、第２図は第
１図の簡略一部拡大断面図である。

一般にＭＯ８ＬＳＩの多層配線構造たとえば３層配線構
造では、第３図の第１層目のＡｌ配線６上に層間絶縁膜
としてＣＶＤ法によるＰＳＧ膜を形成し、その上に第２
層目のｌ配線を形成し、更にその上に層間絶縁膜として
ＰＳＧ膜を形成し、更に第３鳩−のＡｌ配線を形成し、
この後全面にパッシベーション膜（表面保護膜→を形成
することになる。

ここでは、第１層目のｌ配線６上に層間絶縁膜としての
ＰＳＧ膜を形成する場合を例にとり、第１図および第２
図を用いて以下本発明を説明する。なお第２層目Ａｌ配
線上の層間絶縁膜として、またパッシベーション膜とし
てＰ　Ｓ　Ｇｇを形成する場合でも同様のことがいえる
。

Ａｌ配線６上に所定膜厚のＰＳＧ膜１１を形成するに当
り、先ず、公知の低圧ＣＶＤ装置の反応管内に被処理部
材である第３図の半導体ウェハを配置し、反応管の一端
側に設けた排気バイブに介挿された排気ポンプにより反
応管内のガスを排気して反応管内の圧力をＩＴｏｒｒ以
下の低圧（０，０１Ｔｏｒｒ以下では、成長速度が遅く
なり実用的でなくなる。従って１〜Ｑ、ＯＩ　Ｔｏｒｒ
の範囲が好ましい）にする。ここでは、たとえば０．３
Ｔｏｒｒの低圧にすると共に、反応管の外周囲に配置さ
れたヒータの加熱によりＣＶＤ温度をたとえば４００〜
５００℃とする。このような条件下で、反応ガス（シラ
ン（ＳｉＦ＋）、０１、フォスフイン（ＰＨｓ））をキ
ャリアガス（Ｎｔ　ガス又はＡｒ、Ｎｅなどの　　。

不活性ガス）とともに排気側とは反対側の入口から導入
して次の如く化学反応させる。

Ｓ　ｉ　Ｈ４＋６０１　＋２ＰＨｓ　→Ｓ　ｉ　Ｏｘ　
”　Ｐｔ　Ｏｓ　＋Ｈ２０ そしてＡ／配線６上に５ｉｎ２・Ｐ、０．を堆積させて
第１のＰＳＧ膜１２を層間絶縁膜とじ℃のＰＳＧ膜１１
（第１のＰＳＧ膜１２と後記第２０ＰＳＧ膜１３とから
なる）の所定膜厚の７０〜９０％の厚さに形成する。

この第１０ＰＳＧ膜１２は低圧条件下で行なわれるため
、第２図に一部拡大して示す如くステップカバレジがき
わめて良好である。たｙし、前述したことから判るよう
に第１のＰＳＧ膜１２は段差部で第５図の９で示す部分
に相当する部分の膜質か弱い。

次に圧力をＩＴｏｒｒ以上の圧力（常圧である７６０Ｔ
ｏｒｒでもよい）、ここではたとえば３Ｔｏｒｒの圧力
とする。この場合、同一の低圧ＣｖＤ装置を使用し、反
応管内の圧力を３　Ｔｏｒｒ　ＶＣ上げてやればよい。

圧力を３ＴｏｒｒＫ上げるには、排気ポンプの回転数を
減らしてやればよい。なお排気ポンプの回転数を落とし
ても得られない所定圧たとえば常圧にしたい場合には排
気ポンプの駆動を停止し、Ｎ２ガス又は不活性ガスのみ
を導入し反応管の一端側に別に設けたパイプの弁を開い
てダクトへ接続して圧力を所定圧にし、導入ガスである
Ｎ２ガス又は不活性ガスの導入を停止すればよい。次に
ここでは、前述したと同様にして３Ｔｏｒｒの圧力、温
度４００〜５００℃の下で、前記反応ガスとキャリアガ
スを反応管内に導入して第２のＰＳＧ膜１３を同一の反
応管内で連続してＣＶＤ法により全ＰＳＧ膜１１の所定
膜厚の３０〜１０％の厚さに形成する。

ここで、第２のＰＳＧ膜１３の膜厚を全ＰＳＧ腹１１の
所定膜厚の３０〜１０％とした理由は次のようである。

即ち、第２のＰＳＧ膜１３の膜厚をＰＳＧ膜１１の所定
膜厚の３０％以上とすると段差部でオーバハングが起き
るので好ましくない。また第２のＰＳＧ膜１３の膜厚を
ＰＳＧ膜１１の所定膜厚の１０％以下とすると、強度な
どで問題となる、即ち、第２のＰＳＧ膜１３の厚さが薄
くｔりすぎるため、後段の洗浄工程でＨＦ系薬品を使っ
て表面処理すると、段差部表面が削られて第１のＰＳＧ
膜１２が露出したりし、更に第１のＰＳＧ膜１２０段差
部における膜質の弱い部分（第５図の９の部分に相当す
る）が削られてフレパスが生じてしまうことがあり、又
は第１のＰＳＧ膜１２が露出しな（ても第２のＰＳＧ膜
１３が薄すぎて段差部で層間絶縁膜としての第２０ＰＳ
Ｇ膜１３、ひいてはＰＳＧ膜１１が必要な強度を維持で
きた（なるかられである。また第２のＰＳＧ膜１３が薄
くなりすぎてピンホールの影響が出やすいからである。

従って、第２のＰＳＧ膜１３の膜厚をＰＳＧ膜１１の所
定膜厚の３０〜１０％とすれば、ステップカバレッジは
問題とならなす、段差部でオーバハングが起きることも
なく、また後段の洗浄工程でＨＦ系薬品を使って表面処
理をして少々側られるようなことがあっても第１のＰＳ
Ｇ膜１２が露出せず、かつ段差部でもＰＳＧ膜１３ひい
てはＰＳＧ膜１１の強度を維持できるからである。よっ
て第１のＰＳＧ膜１２の膜厚範囲は、ＰＳＧ膜。

１１の所定膜厚より第２のＰＳＧ膜１３の膜厚を引いた
範囲、即ちＰＳＧ膜１１の所定膜厚の７０％〜９０％と
なる。従って第１のＰＳＧ膜１膜上２テップカバレッジ
がよいので、第１のＰＳＧ膜１膜上２２のＰＳＧ膜１膜
上３厚比が略９：１でもよい。

以上のようにステップカバレッジのすぐれた第１のＰＳ
Ｇ膜１膜上２く形成し、ステップカバレッジの悪い第２
のＰＳＧ膜を薄く形成してステップカバレッジの問題が
起きないようＫし、第１０ＰＳＧ膜１２と第２のＰＳＧ
膜１膜上３らなるＰＳＧ［１１全体のステップカバレン
ジを良好なものとすることができる。

またＰＳＧ膜１１０表面側Ｋ、段差部でも膜質の強い第
２のＰＳＧ膜１膜上３成するので、第１のＰＳＧ膜１膜
上２差部（図示ではＡＡ配ｆｉｉ６の箇所）での膜質の
弱さを補強することができ、ＰＳＧ膜１１としては段差
部でも膜の強さを維持することができる。

また全体としてのＰＳＧ膜１１のステップカバレッジが
良好なのでこの上に形成される上層配線等の段切れを防
止できる。

更に同一の低圧ＣＶＤ１＆置を用い、圧力条件をＩＴｏ
ｒｒ以下の低圧たとえば０．３ＴｏｒｒからＩＴｏｒｒ
以上の圧力たとえば３Ｔｏｒｒへと変えてやることで、
第１のＰＳＧ膜１膜上２２のＰＳＧ膜１膜上３連続して
形成でき、ＰＳＧ膜１１の形成が容易となる。

なお、段着部以外の略平坦な部分では第１のＰＳＧ膜１
膜上２２のＰＳＧ膜１膜上３膜厚比は特に問題とならな
い。しかし、ＬＳＩの微細化に伴ないわずかな段差があ
っても問題となるので、本発明方法を適用し、しかもそ
の第１０ＰＳＧ膜１２と第２のＰＳＧ膜１膜上３膜厚比
を上記の如（考慮しておけばＬＳＩの微細化にも十分対
処し５るものである。

〔効果〕

（１）　　第１のＰＳＧ膜と第２のＰＳＧ膜からなるＰ
ＳＧ膜において、第１のＰＳＧ膜を厚（形成し、第２の
ＰＳＧ膜を薄く形成することＫより良好なステップカバ
レッジを有するＰＳＧ膜を形成することができる。

（２）従って、前記ＰＳＧ膜上に形成される上層配線等
の段切れを防止することができる。

（３）前記ＰＳＧ膜の表面側には前記第１のＰＳＧ膜に
重なるよ５に段差部でも膜質の強い第２のＰＳＧ膜を形
成することにより前記ＰＳＧ膜は段差部でも膜の強さを
維持できる。

（４）　　同一の低圧ＣＶＤ装置を用い、圧力条件を変
えてやることで、第１のＰＳＧ膜と第２のＰＳＧ膜とを
連続して形成でき、ＰＳＧ膜の形成が容易となる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば、同一の低圧
ＣＶＤ装置を用い、圧力条件を変えてやることで第１の
ＰＳＧ膜１膜上２２のＰＳＧ膜１膜上３連続生成してい
るが、低圧ＣＶＤ装置で第１のＰＳＧ膜１膜上２成し、
別のＣＶＤ装置たとえば常圧の条件下では常圧ＣＶＤ装
置で第２のＰＳＧ膜１膜上３成してもよい。

〔利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体ウェハ上への
Ｐ　Ｓ　Ｇｇの形成に適用した場合につ“いて説明した
が、それに限定されるものでｋｌＴｔく、たとえば半導
体以外の基板上へのＰＳＧ膜の形成にも適用できる、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明忙よるＰ　Ｓ　Ｇｇの形成方法を第３図
に適用して眉間絶ｌ＃膜としてのＰ　Ｓ　Ｇｇを１層目
Ａ／配線上に形成した場合の一実施例を示す断面図、 第２図は第１図の簡略一部拡大断面図、第３図はＭＯ８
ＬＳＩの多層配線構造の１層目ｋｌ配線を示す断面図、 第４図は従来のＰ　Ｓ　Ｇｌｊの形成方法を第３図に適
用した場合の段差部におけるＰＳＧ膜の被覆状態を示す
一部拡大断面図、 第５図はＩＴｏｒｒ以下の低圧条件下でＰＳＧ膜を第３
図の第１層目ＡＩ配線上に形成した場合の段差部におけ
るＰＳＧ膜の形成状態を示す一部拡大断面図である。 ４・・・ＣＶ　Ｄ−８ｔ　Ｏ！膜、６・・・第１層目Ａ
Ｉ配線、１１・・・ＰＳＧ膜、１２・・・第１０ＰＳＧ
膜、１３・・・第２のＰＳＧ膜。 第　　１　　図 第　　２　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＣＶＤ法により所定膜厚のＰＳＧ膜を形成するに際
   し、１トル以下の低圧条件下で第１のＰＳＧ膜を厚く形
   成し、次に１トル以上の圧力の下で第２のＰＳＧ膜を薄
   く形成し、これらの第１のＰＳＧ膜と第２のＰＳＧ膜と
   により前記所定膜厚のＰＳＧ膜を形成するようにしたこ
   とを特徴とするＰＳＧ膜の形成方法。 ２、前記第１のＰＳＧ膜の膜厚を前記ＰＳＧ膜の所定膜
   厚の７０〜９０％とし、前記第２のＰＳＧ膜の膜厚を前
   記所定膜厚の３０〜１０％としてなる特許請求の範囲第
   １項記載のＰＳＧ膜の形成方法。