JPH0669361A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リンを４mol ％以上ドープした層間絶縁膜の
表面にリン等の析出物が発生するのを防止する。 【構成】 半導体基板１上に形成された第１の導電体パ
ターン２を覆うように層間絶縁膜として塗布膜３を形成
し、この塗布膜３の表面を窒素のプラズマにさらすこと
により、膜表面に１０〜１００オングストロームの耐吸
湿性にすぐれた窒化膜４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置およびそ
の製造方法に関し、特に多層配線構造を有する半導体装
置およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】多層配線構造を実現するには、上層配線
と下層配線の間の電気的絶縁と、下層配線による凹凸の
発生を抑制するための平坦化とが必要である。その一例
として、例えばシラノールからなるスピンコート剤を回
転塗布し、１５０°〜４５０℃の熱処理により硬化させ
て塗布膜を形成し、平坦性を向上させる方法がある。

【０００３】図２は、従来の技術による層間絶縁膜の形
成方法を説明するための装置断面図である。まず図２
(a) に示すように、素子（図示せず）が形成されたシリ
コン基板１上に第１の導電体パターン２を形成し、この
第１の導電体パターン２を覆うように基板１上に層間絶
縁膜として、シラノールからなる回転塗布膜３が形成さ
れる。次いで、図２(b) に示すように、塗布膜３上に、
第２の導電体パターン５が形成される。

【０００４】上記塗布膜３を用いた平坦化方法では、下
地の凸部には薄く、凹部には厚くたまるという特性があ
り、これを層間絶縁膜の平坦化に利用しているが、厚く
たまりすぎると、後の熱処理時でクラックが発生しやす
い。そこで、クラックを抑止させるために、リンをドー
プする方法が広く用いられている。すなわち、リンをド
ープすることによってＳｉＯ2 形成時のストレスが緩和
されて膜厚の厚い部分でもクラックが生じにくくなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置及び
その製造方法は以上のように構成されており、塗布膜に
リンをドープすることでクラックの発生を抑止してお
り、リンの添加量に比例してより厚く塗布膜を形成する
ことができ、平坦性をますます向上させることができる
が、リン濃度がＰ2 Ｏ5 換算で４mol ％程度以上になる
と、膜形成後、吸湿作用により絶縁膜表面にリン酸等の
析出物が発生し、これがパーティクルとなって上層配線
層のパターニング不良や、配線の浸食等、信頼性不良の
原因となるため、４mol ％以上は添加できず、平坦化に
は限界があるという問題点があった。

【０００６】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、塗布膜の吸湿を抑止すること
により、膜表面にリン酸等の析出物が発生するのを防止
することができる半導体装置を得ることを目的としてお
り、さらにこの装置に適した製造方法を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体装
置は、吸湿性を有する不純物が高濃度にドープされた層
間絶縁膜表面に薄い窒化層等の絶縁性の耐吸湿膜を備え
たものである。

【０００８】またこの発明に係る半導体装置の製造方法
は、高濃度のリン等の不純物をドープした層間絶縁膜を
窒化雰囲気中で処理してその表面に１０〜１００オング
ストローム程度の薄い窒化層を形成するようにしたもの
である。

【０００９】

【作用】この発明においては、層間絶縁膜の表面に窒化
層等の絶縁性の膜が形成してあるので、耐吸湿性にすぐ
れており、したがって４mol ％以上のリンをドープした
絶縁膜等を用いてもその表面にリン酸等の析出物による
パーティクルが発生することがない。

【００１０】

【実施例】実施例１．図１(a) 〜(c) は、この発明の一
実施例を説明するための概略的な装置断面図であり、図
２と同一符号は同一または相当部分を示し、４は塗布膜
３表面に形成された窒化層である。

【００１１】次に製造方法について説明する。まず、図
１(a) に示すように、半導体基板１上に形成された第１
の導電体パターン２を覆うように、層間絶縁膜として塗
布膜３を形成する。この塗布膜３は、シラノールからな
るスピンコート剤を回転塗布することにより得られる。
またこの塗布膜３には、クラック抑止のために、リンが
例えばＰ2 Ｏ5 換算で４mol ％程度以上ドープされてい
る。

【００１２】次いで、この塗布膜３の表面を窒素のプラ
ズマにさらすことにより、その表面に１０〜１００オン
グストロームの厚さの窒化層が形成される（図１(b)
）。窒素プラズマにさらすには、例えば平行平板型の
電極が内部に設けられた真空チャンバを使用して、温度
３００°ｃにおいてガス圧０．３Torrの窒化ガスを流量
１０００ＳＣＣＭで流しつつ、高周波電源により、周波
数４００ＫＨｚ，出力４００Ｗで電極間に印加する。こ
れにより、真空チャンバー内に窒素のプラズマが発生す
る。そして図１(a) の基板１をこの窒素のプラズマの雰
囲気中に、１０分間置く。このようにして形成された層
間絶縁膜３の上に、図１(c) に示すように第２の導伝電
体パターン５を形成する。

【００１３】このように本実施例によれば、塗布膜３の
表面に耐吸湿性にすぐれた窒化層４が形成されているの
で、塗布膜に４mol ％以上のリンがドープされていても
塗布膜３表面にリンの析出物が発生することはない。し
たがってクラックの発生を伴わずにより厚く塗布膜３を
形成することができ、平坦性をますます向上させること
ができる。

【００１４】実施例２．上記第１の実施例では、層間絶
縁膜として塗布膜を用いて説明したが、この実施例では
ＣＶＤ法を用いて層間絶縁膜を形成するようにしたもの
である。ＢＰＳＧ膜は、ボロンとリンをドープしたＳｉ
Ｏ2 膜をＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition ：化学
気相成長法）により堆積することで形成される。その後
ＣＶＤ法で得られた膜を高温でアニールすることによ
り、液体状に変化させ、これを基板表面で流動させるこ
とによって凹凸をなめらかにする。

【００１５】ＢＰＳＧ膜において、リンやボロンはシリ
カネットワークに歪みを生じさせ、ＳｉＯ2 膜のガラス
転移温度を低下させる働きがあるが、この場合も、ＢＰ
ＳＧ膜のリン濃度が９mol ％以上になるとリンの溶出が
おこり吸湿性が強く不安定な膜となる。そこで、ＢＰＳ
Ｇ膜を高温アニールした後、表面を窒素のプラズマにさ
らすことにより、ＢＰＳＧ膜表面に１０〜１００オング
ストロームの耐吸湿性にすぐれた窒化層を形成し、リン
の溶出を防止することで上記実施例と同様の効果を奏す
ることができる。

【００１６】なお上記実施例では、層間絶縁膜にドープ
される吸湿性を有する不純物としてリンやボロンを例と
して説明したが、これら以外にも吸湿性を有する不純物
をドープされた層間絶縁膜を用いる場合においても同様
の効果を奏することができる。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、層間
絶縁膜の表面に耐吸湿性の良い窒化層を形成したので、
例えば４mol ％以上のリンをドープした吸湿性の高い層
間絶縁膜を用いても膜表面にリンの析出物が発生するこ
とがなく、信頼性の高い半導体装置を得ることができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例による半導体装置の製造工程
を示す装置断面図である。

【図２】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ 第１の導電体パターン ３ 塗布膜 ４ 窒化層 ５ 第２の導電体パターン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に配置された下層配線層と、該下
   層配線層上に層間絶縁膜を介して配置された上層配線層
   とを備えた半導体装置において、 吸湿性を有する不純物が高濃度にドープされた層間絶縁
   膜上に、絶縁性の耐吸湿膜を設けたことを特徴とする半
   導体装置。
2. 【請求項２】 基板上に配置された下層配線層上に層間
   絶縁膜を形成した後上層配線層を形成する工程を有する
   半導体装置の製造方法において、 基板上に形成された下層配線層上に吸湿性を有する不純
   物を高濃度ドープした層間絶縁膜を形成する工程と、 上記層間絶縁膜の表面に絶縁性の耐吸湿膜を形成する工
   程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体装置の製造方法に
   おいて、 上記絶縁性の耐吸湿膜を形成する工程は、 上記層間絶縁膜を窒化雰囲気中にさらすことにより層間
   絶縁膜表面を窒化層とするものであることを特徴とする
   半導体装置の製造方法。