JPH07335559A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】多層配線構造を持つ半導体装置において、埋設
性，対透水性に優れ、誘電率，膜ストレスの小さい優れ
た膜質を持つシリコンオキシナイトライド膜を提供す
る。 【構成】半導体基板に高周波電界を印可しながらプラズ
マを用いた化学気層成長法を用い、反応ガスにシラン、
酸素、窒素、アルゴンを用いる。この時、窒素と酸素の
全流量に対する窒素の流量比（以下、Ｎ2 ／（Ｎ2 ＋Ｏ
2 ）比と略）を０．２５から０．６に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造法にり
係わり、特に平坦な絶縁膜を設ける半導体装置の製造方
法に関わる。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化に伴い、半導体装
置を構成するトランジスター及びトランジスター間を結
ぶ配線が微細化し、さらに半導体装置の複雑化により、
多層配線構造を余儀なくされている。そして、この配線
の微細化、多層化は、配線間のスペースがサブミクロン
化する。この様な非常に狭いスペースを従来のプラズマ
を用いた化学気層成長法（以下、Ｐ−ＣＶＤと略）によ
り埋設する事ができなくなっている。従来Ｐ−ＣＶＤで
は、膜のステップカバレッジが良くなく、狭いスペース
中に大きな穴が残ってしまう。この様な穴は、後の半導
体製造工程において、工程で使用される水分や不純物が
貯まり、半導体装置の性能及び信頼性を著しく低下させ
る。この解決策として、半導体基板に高周波電界を印可
しながらプラズマを様いた化学気層成長法（以下、バイ
アスプラズマＣＶＤと略）によるシリコン酸化膜が提案
されている。しかし、このシリコン酸化膜は、非常に狭
いスペースを埋設すことができるものの、半導体装置製
造工程で使用される水分や不純物から、活性な半導体装
置部分を保護することができない。ここで、シリコン酸
化膜に代わり、バイアスプラズマＣＶＤによるシリコン
オキシナイトライド膜を用いることが提案されている。
【０００３】例えば、特開平３−３８０３８号公報によ
れば、段差を有する基板上に絶縁膜をバイアス・エレク
トロン・サイクロトロン・レゾナンス・プラズマ気層成
長法によって形成する方法が提案されている。この中
で、反応ガスとして、シラン系ガス／Ｎ2 Ｏを用い、マ
イクロ波出力を制御するか、あるいは反応ガスのシラ系
ガスとＮ2 Ｏとの流量比を制御して、埋設性の良い絶縁
膜を形成するとしている。実際の例として、Ｎ2 Ｏを３
５ｓｃｃｍ，ＳｉＨ4 を２１ｓｃｃｍで導入し、成膜圧
力７×１０-4 Torrで、ＲＦパワー５００Ｗ、マイクロ波
を２００〜１０００Ｗで行っている。また、ＳｉＨ4 と
Ｎ2 Ｏの流量比を０．５として、成膜圧力を７×１０-4
Torrマイクロ波パワー１０００Ｗ、ＲＦパワーを５００
Ｗとしている。この様な条件において埋設性の良い絶縁
膜を形成できるとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この従来の成膜プロセ
スを用いた多層配線構造を持つ半導体装置の製造方法で
は、 １）シリコンオキシナイトライド膜中の窒素、及び酸素
の量を独立に制御することができず所望の膜質を得るこ
とができない。
【０００５】２）埋設性は、アルゴンガスのスパッタ効
果及びバイアスＲＦパワーが支配的であり、シラン系／
Ｎ2 Ｏのガス流量及びマイクロ波パワーによる効果は少
なく、図７に示すように、配線のスペースが狭く、深い
場合、ボイドが発生してしまう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】以上のように従来の技術
による成膜プロセスでは、シリコンオキスナイトライド
膜の膜質を制御することができず、さらに埋設性も良く
ない。
【０００７】本発明では反応ガスにシラン、酸素、窒
素、アルゴンを用いることにより、かつ、これらのガス
流量比を特定の範囲で制御することにより、埋設性，耐
透水性に優れ、誘電率，膜ストレスの小さい優れた膜質
を持つシリコンオキシナイトライド膜を提供するもので
ある。
【０００８】
【実施例】本発明の実施例を以下に示す。
【０００９】図２にバイアスプラズマＣＶＤ装置の１概
略例を示す。この中で、成膜ガスのうち、窒素と酸素ガ
スはプラズマ室（１２）に導入され、シラン及びアルゴ
ンガスは反応室（１１）に導入される。これは、成膜中
にパーティクルの発生を防ぐためとアルゴンによるプラ
ズマ室へのダメージを防ぐためである。成膜時、基板
（１）には高周波電源（６）より高周波電界が印可さ
れ、プラズマ室（１２）より発生したプラズマにより成
膜が行われる。
【００１０】図２の装置を使い、反応ガスにシラン、酸
素、窒素、アルゴンを用いる。この時、埋設性を向上さ
せるため、アルゴンの流量をシランと窒素の全流量の
１．１から２．０の範囲に設定する。例えば、シラン５
０ｓｃｃｍ、窒素流量２５ｓｃｃｍの場合、アルゴンの
流量は、５８２．５ｓｃｃｍから１５０ｓｃｃｍの範囲
にする。この時の埋設断面を図１に示す。さらに、図３
に本実施例による埋設能力を示す。図から、従来例に比
較して埋設性が向上しており、アルゴンの流量が５５ｓ
ｃｃｍの時、アスペクト比１．０までの埋設が可能であ
り、アルゴンの流量が１００ｓｃｃｍの場合、アスペク
ト比２．０までの埋設が可能である。この時の成膜条件
は、マイクロ波出力２０００Ｗ、ＲＦバイアス出力１４
００Ｗ、成膜圧力３．０×１０-3 Torr、酸素流量５０ｓ
ｃｃｍである。
【００１１】図２の装置を使い、反応ガスにシラン、酸
素、窒素、アルゴンを用いる。この時、窒素と酸素の全
流量に対する窒素の流量比（以下、Ｎ2 ／（Ｎ2 ＋
Ｏ2 ）比と略）を０．２５から０．６に設定する。例え
ば、シラン５０ｓｃｃｍ、窒素と酸素の全流量を７５ｓ
ｃｃｍとした場合、窒素と酸素の全流量に対する窒素の
流量を０．２５から０．６、すなわち、窒素流量１８．
７５ｓｃｃｍに対し酸素流量５６．２５ｓｃｃｍ，窒素
流量４５ｓｃｃｍに対し酸素流量３０ｓｃｃｍである。
この時、アルゴンの流量は、１０５ｓｃｃｍである。
【００１２】図４にこの時のＮ2 ／（Ｎ2 ＋Ｏ2 ）比で
の膜の対透水性を示す。図３では横軸に試験時間、縦軸
に対透水性を示す。この対透水性は、１．０が全く水分
を通さないことを表し、値が小さくなるほど対透水性が
弱くなることを示す。図から少なくともＮ2 ／（Ｎ2 ＋
Ｏ2 ）比が０．２５以上必要なことが解る。
【００１３】図５にこの時のＮ2 ／（Ｎ2 ＋Ｏ2 ）比で
の膜の比誘電率を示す。この図で、一般に層間絶縁膜と
して用いられるプラズマを用いたＣＶＤによるシリコン
酸化膜４．１と値と比較するＮ2 ／（Ｎ2 ＋Ｏ2 ）比が
０．６以下でこの値よりも小さくなることが解る。よっ
て、Ｎ2 ／（Ｎ2 ＋Ｏ2 ）比が０．６以下にすることに
よって、プラズマを用いたＣＶＤによるシリコン酸化膜
と同等以下の低誘電率な膜を得ることができる。
【００１４】図６にこの時のＮ2 ／（Ｎ2 ＋Ｏ2 ）比で
の膜の応力変化を示す。この図で、従来用いられている
オキシナイトライド膜の値：１．９×１０9 ｄｙｎｅ／
ｃｍ2 と比較する、Ｎ2 ／（Ｎ2 ＋Ｏ2 ）比が０．６以
下でこの値よりも小さくなることが解る。
【００１５】以上示すように、半導体基板に高周波電界
を印可しながらプラズマを用いた化学気層成長法による
シリコンオキシナイトライド膜の形成において、反応ガ
スにシラン、酸素、窒素、アルゴンを用い、この時、ア
ルゴンの流量をシランと窒素の全流量の１．１から２．
０の範囲にすることにより埋設性の優れたシリコンオキ
シナイトライド膜を提供することができる。さらに、Ｎ
2 ／（Ｎ2 ＋Ｏ2 ）比を０．２５から０．６にすること
により、対透水性に優れ、誘電率膜ストレスの小さい優
れた膜質を持つシリコンオキシナイトライド膜を提供す
ることができる。
【００１６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるオキシ
ナイトライド膜は埋設性，対透水性に優れ、誘電率，膜
ストレスの小さい優れた膜質を持つシリコンオキシナイ
トライド膜を提供することができる。この膜を層間絶縁
膜として用いることにより、トランジスターのホットキ
ャリアー耐性が向上し、寿命が約１．５倍長くなる。ま
た、アルミなどの微細配線の寿命も向上し、約２．０倍
長くなる。
【００１７】さらに、トランジスター及び配線管の寄生
容量を従来のものより１０％程度小さくすることができ
るので、半導体装置を高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による配線の埋設断面図。
【図２】本実施例で用いたバイアスＣＶＤ装置の１概略
図。
【図３】本実施例によるアルゴン／シラン流量比と埋設
特性を示す図。
【図４】本実施例によるオキシナイトライド膜の耐湿性
を示す図。
【図５】本実施例によるオキシナイトライド膜の誘電率
を示す図。
【図６】本実施例によるオキシナイトライド膜の膜スト
レスを示す図。
【図７】従来例によるオキシナイトライド膜の配線の埋
設断面を示す図。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 金属配線 ３ 本実施例によるオキシナイトライド膜 ４ サセプター ５ 補助コイル ６ 高周波電源 ７ 主コイル ８ マイクロ波導入部 ９ プラズマ室ガス導入部 １０ 反応室ガス導入部 １１ 反応室 １２ プラズマ室

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板に高周波電界を印可しながら
    プラズマを用いた化学気層成長法によるシリコンオキシ
    ナイトライド膜の形成において、 （１）材料ガスとしてシラン、アルゴン、酸素及び窒素
    を用い、 （２）該材料ガス中のシランの流量に対するアルゴンの
    流量を１．１から２．０にし、 （３）該材料ガス中の酸素の流量と窒素の流量の流量和
    に対する窒素の流量を０．２５から０．６にすることを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
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