JPS62123725A - 半導体装置の製造方法 - 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〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に半導体基板
上に形成する配線構造の層間絶縁膜として用いて好適な
絶縁膜を存する半導体装置の製造方法に関するものであ
る。

〔背景技術〕

半導体装置の高集積化に伴って半導体基板上に形成する
配線の多層化が進められており、このため配線層間を絶
縁する層間絶縁膜ではその平坦化が要求されている。こ
の平坦化を目的としてこれまで種々の対策がなされてき
ており、その一つとしてＣＶＤ法等によって形成した絶
縁膜を一旦溶融させ、自身の表面張力を利用して表面を
平坦化する方法、即ちリフロー法が提案されている。こ
のリフロー法は、これまでリンを含むシリコンガラス、
つまりリンガラス（Ｐ　Ｓ　Ｇ）を絶縁膜として使用す
る場合に利用されており、リンガラスを半導体基板上に
堆積した後に、これを略１０００℃に加熱して溶融させ
ている。

ところで、最近ではリフロー用の絶縁膜として、前記し
たリンガラスよりちりフロ一温度の低いボロンを含むリ
ンガラス、即ちボロンリンガラス（Ｂ　Ｐ　Ｓ　Ｇ）を
使用する試みがなされている。このボロンリンガラスに
よれば、リフロ一温度は９００°Ｃ程度に抑えることが
でき、半導体装置の他の部分への温度の影響を抑制する
ことができる。

しかしながら、本発明者の検討によると、このボロンリ
ンガラスはリフロー後の信頼性、例えば耐クラツク性、
耐湿性、耐化学性の面で若干の不安が残り、結局半導体
装置の信頼性の低下、製造歩留の低下を生じるおそれが
ある。

また、ボロンリンガラスの製造方法として、反応ガスに
ジクロロシランを使用する方法も提案されているが、こ
の方法では形成した絶縁膜中に塩素が残留し、半導体基
板にダメージを与えることがある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、リフロ一温度を低くする一方でリフロ
ー後の信頼性を高くするとともに、リフロ一工程の簡略
化を可能にした絶縁膜を有する半導体装置の製造方法を
提供することにある。

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、ボロンリンガラスからなる絶縁膜の製造に際
し、ＣＶＤ反応温度を７００〜１０００℃の高い温度に
設定することにより、ボロンリンガラスはその堆積と同
時にリフローされ、これによりリフロー処理を改めて行
うことを不要にするとともに１、リフロ一温度をボロン
リンガラス程度の低い温度に抑制し、かつリフロー後に
おける絶縁膜の信頼性を高いものにすることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の断面図であり、本発明方法
によって形成した絶縁膜を有するＭＯ３型電界効果トラ
ンジスタを示している。このＭＯ３型電界効果トランジ
スタは、Ｐ型半導体基板１の主面上にフィールド絶縁膜
２及びゲート絶縁膜３を形成し、このゲート絶縁膜３上
に多結晶シリコンからなるゲート電極４を形成するとと
もに、前記半導体基板１にはＮ型不純物を導入したソー
ス・ドレイン領域５を形成している。また、前記ゲート
絶縁膜３乃至ゲート電極４上にはボロンリンガラスから
なる絶縁膜６を被覆形成している。

そして、この絶縁膜６には開ロアを開設し、この間ロア
を通して前記ソース・ドレイン領域５にアルミニウム等
の下層金属配線８を接続している。

更に、この例では下層金属配線８の上にボロンリンガラ
スの層間絶縁膜９を形成し、この上に上層金属配線１０
を形成して多層配線構造を構成している。

前記絶縁膜６及び層間絶縁膜９は、ここでは次の方法に
よって形成する。

すなわち、アモルファスなので化学式的に明確には表せ
ないが、 ＳｉＨ４＋　Ｎ２０　＋　ＰＩ（ｌ　＋　Ｂ２Ｈ６→Ｓ
ｉＯ□Ｂ弓＋眼＋ＺＨ。

の反応式に基づいたＣＶＤ法によりボロンリンガラスを
成長するが、この際の反応温度をこれまでの４００℃に
比較して格段に高い温度、本例では７００〜１０００℃
に設定して反応を行わせる。また、この時シリコンを酸
化させるための反応ガスには、これまでの酸素（０□）
に代えて前式のように酸化窒素ガス（ＮｚＯ）を使用す
る。

このようにして、絶縁膜６及び層間絶縁膜９を形成する
と、反応温度が前述のように高いため、これらの絶縁膜
は堆積、即ち成長が進行されるのと同時に成長した部分
のリフローが進められる。

このため、絶縁膜６ではゲート電極４の両側の急峻な段
差部分においては、この成長と同時のリフローによって
絶縁膜６の平坦化が図られ、結果として平坦な状態の絶
縁膜が形成される。したがって、特に後工程でリフロー
を行なわなくとも通常の使用には問題の生じない絶縁膜
が形成できる。

勿論、集積度の高い半導体装置においては、絶縁膜の形
成後に再度リフローを行えば、平坦化を更に進めること
ができる。

また、反応ガスにＮｚＯガスを使用しているため、０□
ガスを使用する場合に比較して形成された絶縁膜の膜質
が良好となり、耐クラツク性、耐湿性等の信頼性が向上
できる。この場合、炭酸ガスを利用することもできる。

第２図（Ａ）〜（Ｅ）は前記したボロンリンガラスの絶
縁膜６を形成する際の応用例を示している。

この実施例では、先ず絶縁膜６の形成に先立って同図（
Ａ）のようにゲート電極４及びソース・ドレイン領域５
等にシリコン窒化膜１１を薄く形成しておく。その上で
、同図（Ｂ）のように前述した方法によってボロンリン
ガラスを成長させ、絶縁膜６を形成する。しかる上で、
同図（Ｃ）のように開ロアを開設し、その後絶縁膜６を
リフローして同図（Ｄ）のように表面を更に平坦化する
。

そして、同図（Ｅ）のように開ロアに臨むシリコン窒化
膜１１をエツチング除去してソース・ドレイン領域５の
半導体基板１表面を露呈させる。以下、前述と同様に下
層金属配線８や上層金属配線１０を形成することにより
ＭＯ３型電界効果トランジスタを構成できる。

この実施例によれば、半導体基板１表面をシリコン窒化
膜１１で被覆した上にボロンリンガラスからなる絶縁膜
６を形成し、かつこの絶縁膜６のリフローを行っている
ので、このリフロ一時に絶縁膜６中のボロンやリンが開
ロアに臨む半導体基板１内に拡散することがなく、ソー
ス・ドレイン領域５への不要な不純物の拡散を防止でき
る。したがって、ＭＯ３型電界効果トランジスタの特性
劣化を有効に防止することができる。

また、第３図に示すように、リフロー処理したボロンリ
ンガラスからなる絶縁膜６の表面にプラズマ窒化膜１２
等のプラズマ膜を形成しておけば、リンガラスに比較し
て若干劣る耐クラツク性、耐湿性等の信頼性を向上でき
る。

なお、プラズマ膜は、第４図のように絶縁膜６の上側に
形成したプラズマ窒化膜１２とともに下側にプラズマ窒
化膜１３として形成してもよく、信頼性を更に向上でき
る。また、このプラズマ膜の形成により絶縁膜の信頼性
を向上する効果は、絶縁膜６が、ひ素或いはゲルマニウ
ムを含むシリコンガラスで構成される場合にも同様に得
ることができる。

第５図は絶縁膜を多層に構成した実施例を示す。

即ち、半導体基板１上にシリコン窒化膜１４を形成し、
この上にリンガラスからなる第１絶縁膜６ａを形成し、
更にこの上にボロンリンガラスからなる第２絶縁膜６ｂ
を形成する。このように形成した上でリフローを行うと
、第３絶縁膜６ｂのボロン及びリンと、第２絶縁膜６ａ
のリンとが相互に拡散し、両絶縁膜５ａ、５ｂのリフロ
ーを促進させる。このため、従来よりも低温度でのリフ
ローが可能とされ、半導体基板１に形成した素子への悪
影響を抑制できる。また、表面側の第３絶縁膜６ｂのリ
フローの進行が内部側の第２絶縁膜６ａのリフローより
も大きいので平坦形状性のよい絶縁膜を形成できる。更
に、これら相互拡散が行われても、最下層にはシリコン
窒化膜１４を形成しているので、第２図の実施例と同様
に半導体基板１へのこれらボロン、リン等の不純物の拡
散は防止できる。

なお、本実施例では第２絶縁膜６ａと第３絶縁膜６ｂと
を別材料で構成しているが、第６図のように絶縁膜６Ａ
をボロンリンガラスの単層で構成し、このボロンリンガ
ラスにおけるボロンやリンの含有濃度を厚さ方向に変化
させる構成としてもよい。この場合、絶縁膜の上側、つ
まり表面側程不純物濃度を大きくすることが好ましい。

この構成でも、絶縁膜６Ａは低温度の条件下において表
面側からリフローが進行され、絶縁膜全体としてのりフ
ロ一温度を低下できる。含有濃度を厚さ方向に変化させ
るためには、膜の成長に伴って処理温度や反応ガス流量
を徐々に変化させるようにすればよい。

〔効果〕

（１）ボロンリンガラスからなる寒色縁膜を、７００〜
１０００’ｃの高い温度条件でのＣＶＤ法によって形成
しているので、絶縁膜の成長と同時にリフローが進行さ
れ、平坦性の良い絶縁膜を得ることができる。

（２）特に必要としない場合には、後工程のリフローを
省略できるので、工程の簡易化を図ることができる。

（３）ボロンリンガラスからなる絶縁膜を高温度で形成
しているので、再度リフローを行う際の温度を従来より
も低くすることができ、リフローを容易に行うことがで
きる。

（４）半導体基板の表面にシリコン窒化膜を形成した上
に絶縁膜を形成しているので、絶縁膜をリフローする際
にも絶縁膜中の不純物が半導体基板内に拡散することは
なく、半導体装置への悪影響を防止できる。

（５）絶縁膜中に含有するボロンやリンの濃度−を厚さ
方向に変化させ、表面側を内部側よりも高濃度にしてい
るので、リフローを表面側から進行させ、平坦形状を良
好なものにできる。

（６）ボロンリンガラスからなる絶縁膜の少なくとも表
面にプラズマ膜を形成しているので、絶縁膜の耐りラソ
′り性や耐湿性を良好なものにできる。

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。例えば、ボロンリンガ
ラスやリンガラスにおけるボロンやリンの濃度について
は特に言及していないが、これは適用する半導体装置に
応じて適宜調整することが好ましい。また、絶縁膜の厚
さも適宜に調整することが好ましい。

〔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装置の最も下
層に形成する絶縁膜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はなく、下層配線と上層配線
との間に設ける眉間絶縁膜としての絶縁膜にも適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により製造した半導体装置の一部の
断面図、 第２図（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の他の実施例を工程順に
示す断面図、 第３図は他の実施例の半導体装置の断面図、第４図はそ
の変形例の断面図、 第５図は更に他の実施例の断面図、 第６図はその変形例の断面図である。 １・・・半導体基板、２・・・フィールド絶縁膜、３・
・・ゲート絶縁膜、４・・・ゲート電極、５・・・ソー
ス・ドレイン領域、６．６ａ、６ｂ、６Ａ・・・絶縁膜
、７・・・開口、８・・・下層金属配線、９・・・層間
絶縁膜、１０・・・上層金属配線、１１・・・シリコン
窒化膜、１２゜１３・・・プラズマ窒化膜、１４・・・
シリコン窒化膜。 第　　１　　図 第　　２　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ボロンリンガラスからなる絶縁膜を半導体基板上に
   形成するに際し、前記ボロンリンガラスを成長するため
   のＣＶＤ反応を７００〜１０００℃の温度範囲に設定し
   て行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、ボロンリンガラスのＣＶＤ反応を行う反応ガスに酸
   化窒素を用いてなる特許請求の範囲第１項記載の半導体
   装置の製造方法。 ３、絶縁膜の形成前に半導体基板上に薄いシリコン窒化
   膜を形成し、この絶縁膜のリフロー後にシリコン窒化膜
   の所要箇所をエッチング除去してなる特許請求の範囲第
   ２項記載の半導体装置の製造方法。 ４、絶縁膜を形成した後に、この絶縁膜の少なくとも表
   面上にシリコン窒化膜を形成する特許請求の範囲第３項
   記載の半導体装置の製造方法。 ５、リンガラスからなる絶縁膜を形成した上にボロンリ
   ンガラスからなる絶縁膜を重ねて形成する特許請求の範
   囲第３項記載の半導体装置の製造方法。 ６、絶縁膜に含有させるボロン、リン等の不純物層を厚
   さ方向に変化させ、表面側の濃度を内部側の濃度よりも
   大きくさせてなる特許請求の範囲第３項記載の半導体装
   置の製造方法。