JPH08153784A - 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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JPH08153784A
JPH08153784A JP6293069A JP29306994A JPH08153784A JP H08153784 A JPH08153784 A JP H08153784A JP 6293069 A JP6293069 A JP 6293069A JP 29306994 A JP29306994 A JP 29306994A JP H08153784 A JPH08153784 A JP H08153784A
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silicon oxide
oxide film
wiring
teos
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Toru Kubo
亨 久保
Tetsuya Honma
哲哉 本間
Koji Kishimoto
光司 岸本
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 下層配線に対する段差被覆性に優れ、クラッ
ク発生もなく、かつ含有水分量の少ない層間絶縁膜が形
成できるようにすることを目的とする。 【構成】 積層配線１０７を含む表面に、基板温度４０
０℃，オゾン流量４００sccmの条件下で、ＴＥＯＳを５
０sccm，水蒸気１２０sccmを導入し、加えて、触媒作用
を有する化合物として燐酸ガスを５sccmの流量で同時に
導入して、酸化シリコン膜１０８を堆積させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、多層配線の層間絶縁
膜を形成する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化にともない、配線
の微細化、多層化、および、配線間の縮小化が必要不可
欠になっており、層間絶縁膜への要求もこれらにともな
って激しくなっている。層間絶縁膜に求められている特
性は、層間絶縁膜自体にクラックの発生がないことや、
隣接する２本の下層配線の空隙部分に対する埋め込み性
が優れていること、それに、下地に対する段差被覆性が
優れており、形成した層間絶縁膜表面がなだらかである
ことなどである。
【０００３】その下層配線が主としてＡｌ系金属，Ｃｕ
あるいはＡｕが材料である場合、上述した要求特性の一
部を満足する層間絶縁膜としては、以下に示すものがあ
る。まず、テトラエトキシシラン（Si(OC2H4)4：以下、
ＴＥＯＳと記す）溶液を窒素ガス，もしくはＡｒガスな
どの不活性ガスでバブリングした原料ガスとオゾンガス
とによる熱化学気相成長（熱ＣＶＤ）法で形成するオゾ
ンテオス膜と呼ばれる酸化シリコン膜がある。この熱Ｃ
ＶＤは、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）法、あるい
は、減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）法によるものであ
る。
【０００４】このオゾンテオス膜は、下地表面の凹凸が
激しい場合でも、段差被覆性が優れているので、その上
面はなめらかである。モノシラン（ＳｉＨ4 ）ガスとＯ
2 とによるＡＰＣＶＤのような無機シランガスを用いる
場合に比較して、有機シランガスを原料ガスの一部に用
いる場合には、成膜面上に吸着したＴＥＯＳなどの反応
ガス分子の泳動（マイグレーション）が盛んなため、上
述したように段差被覆性が優れたものとなる。
【０００５】しかし、このオゾンテオス膜は、膜中に残
留する水分の量が無視できないという点と、水蒸気の吸
着性が高いという特性がある。例えば、熱ＣＶＤ法によ
る４００℃で成膜した直後のオゾンテオス膜の場合、Ｏ
Ｈ基を示す波数３４００ｃｍ-1の赤外吸収（ＦＴ−Ｉ
Ｒ）スペクトルの吸収係数は１８０ｃｍ-1程度である。
これに対して、プラズマＣＶＤ法により形成したシリコ
ン酸化膜や、無機シランガスを原料ガスの一部に用いた
熱ＣＶＤ法により形成したシリコン酸化膜では、この赤
外吸収の吸収係数は測定限界より小さいものとなる。
【０００６】このように、水分を多く含有するオゾンテ
オス膜を多層配線の層間絶縁膜として用いると、隣接す
る２本の下層配線間のリーク電流の増加や、スルーホー
ル部における接続抵抗の増加や、いわゆる「ポイズンド
ビア」と呼ばれるピンホールの発生などの問題がある。
加えて、熱処理時の膜収縮によるクラックの発生や、膜
形成時のストレスマイグレーションによる配線抵抗の増
加，断線などの配線信頼性の劣化といった問題もある。
【０００７】上述した、オゾンテオス膜の問題の対策と
して、例えば、特開平４−２４６８４６号公報，特開平
４−３４３４５６号公報に記載されているものがある。
ここで、以下に、特開平４−２４６８６４号公報に記載
されているポリシリコン配線上の層間絶縁膜形成に関し
て図７，８を用いて説明する。図７，８は、層間絶縁膜
形成状態を示す半導体装置の製造途中の断面図である。
【０００８】まず、シリコン基板５０１上にポリシリコ
ン膜を堆積してこれをパターニングしてポリシリコン配
線５０２を形成し、図７（ａ）に示すように、この上に
ＴＥＯＳを原料とする減圧ＣＶＤ法によりＴＥＯＳ凝集
膜５０３を０．１μｍ程度の厚さに堆積する。次いで、
図７（ｂ）に示すように、ＴＥＯＳ凝集膜５０３の表面
に、その温度を室温〜５０℃程度に保持された水蒸気を
吹き付け、Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 ＋４Ｈ2 Ｏ→Ｓｉ（Ｏ
Ｈ）4 ＋４Ｃ2 Ｈ5 ＯＨの第１の反応を起こし、および
その反応生成物であるＣ2Ｈ5ＯＨの真空排気による蒸発
によって、ＴＥＯＳ凝集膜５０３をシラノール（Si(OH)
4 ）膜５０３ａに変化させる。
【０００９】ついで、図７（ｃ）に示すように、減圧下
窒素雰囲気中で赤外線を照射して、シラノール膜５０３
ａ表面を７００℃程度に１５秒間ほど加熱して、Ｓｉ
（ＯＨ）4 →ＳｉＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏの第２の反応を起こさ
せて、シラノール膜５０３ａをガラス化させて硬化し、
クラック欠陥のない、厚さ０．０５〜０．１μｍ程度の
酸化シリコン膜５０３ｂを形成する。そして、上述した
ＴＥＯＳ凝集膜の形成から酸化シリコン膜の形成までを
更に５回程度繰り返すと、図８（ｄ）に示すように、厚
さ０．３〜０．６μｍ程度の層間絶縁膜が５０４が形成
される。
【００１０】なお、上述したような、ＴＥＯＳ凝集膜は
溝の角に厚く被着するので、繰り返して被着していくう
ちに配線間の溝の角は丸みを帯びていく。そして、最終
的には図８（ｄ）に示すように、ポリシリコン配線５０
２の間のサブμｍ幅の溝も平坦化され、層間絶縁膜５０
４はほぼなめらかな表面が得られる。最後に、図８
（ｅ）に示すように、通常のスパッタ法およびパターニ
ングにより、層間絶縁膜５０４上にＡｌ配線５０５を形
成することで、２層配線構造が完成する。
【００１１】上述した方法によれば、クラック発生が少
なくかつ表面が平坦化された酸化シリコン層が形成でき
るので、上層配線の信頼性が確保されると同時に、酸化
シリコン膜自体の耐湿性が向上して、下層配線の信頼性
も向上する。また、その酸化シリコン層による層間絶縁
膜は完全にガラス化されているので、配線接続の形成に
際してこの層間絶縁膜よりコンタクト窓内へガスが放出
されることながない。このため、下層配線面の不導体化
が回避されるので、配線層間接続部の低コンタクト抵抗
が確保される。以上の効果により、多層配線構造を有す
る半導体装置の歩留りおよび信頼性の向上に有効であ
る。
【００１２】一方、特開昭４−３４３４５６号公報に
は、Ａｌ配線に対する層間絶縁膜形成に関して記載され
ている。この膜形成においては、まず、図９の装置構成
図に示すような成膜装置を用い、ＴＥＯＳガス２０scc
m，水蒸気５０sccmの混合ガスに、さらに窒素ガスまた
はＡｒガスを混合して、選択的に形成されたＡｌ配線を
有するウエハ６０１上に、シャワーノズル６０２により
均一化して噴射する。
【００１３】ＴＥＯＳガスおよび水蒸気は、恒温槽６０
７により発生し、流量コントローラ６０６により流量制
御され予備加熱室６０５に導入される。予備加熱室６０
５では、膜が形成しない程度の温度までは混合ガスを加
熱し、前段反応を促進させる。この予備室のガス圧は、
２０Ｔｏｒｒ程度，温度は２００℃程度とし、反応チャ
ンバーの圧力は０．１〜１０Ｔｏｒｒであり、ウエハ６
０１の温度は４５０℃である。なお、図９中６０８は圧
力計である。
【００１４】シャワーノズル６０２からのガス噴射の効
果で、ウエハ６０１近傍では圧力が上昇する。このこと
により、ウエハ６０１とその表面上数十μｍ近傍とで温
度分布が発生し、そこには１００℃以上の温度差が生じ
る。このため、ウエハ６０１上では、酸化膜の酸化およ
び緻密化が同時に進行するとともに、ウエハ６０１の極
近傍でＴＥＯＳの分解反応も促進され、低温で緻密なシ
リコン酸化膜が形成される。
【００１５】この方法では、プラズマによるダメージが
なく、５００℃以下の比較的低温で、平坦かつ緻密で良
質な酸化シリコン膜を形成できる。このため、層間絶縁
膜の信頼性を向上させることができる。さらに、膜にか
かる応力も小さいので、多層配線の信頼性も向上する。
なお、ウエハ６０１は、真空排気されたロードロック室
６０３を介して、搬送系６０３ａにより、カセット６０
４より取り出され処理室内に載置される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】従来は以上のように構
成されていたので、以下に示すように問題点があった。
まず、上述した従来の技術では、添加しているＨ2 Ｏは
（水蒸気）は、上述した第１の反応を促進させる目的で
用いられている。そして、膜中に残留する水分の除去
や、水分の吸着性を低減することを目的として、上述し
た第２の反応を起こすために、加熱を行っている。しか
し、これでは、酸化シリコン膜中あるいはその表面に存
在しているＳｉ−ＯＨ結合を完全に除去するには不十分
である。
【００１７】そして、減圧下で形成した後で大気にさら
すと、大気中の水分がその膜中に残留しているＳｉ−Ｏ
Ｈ結合部に吸着されるため、多量の水分が含まれた状態
となる。このように、従来では、ＴＥＯＳとオゾンを用
いた熱ＣＶＤによるオゾンテオス膜では残留する水分が
多く、水蒸気の吸着性が高いという問題があり、これを
解決したはずの水蒸気を用いる方法においても、水蒸気
の吸着性があるという問題が残っていた。
【００１８】このため、従来の方法では、リーク電流の
増加、ビアホール部での接続抵抗の増加あるいはピンホ
ールの発生、熱処理時の膜収縮によるクラックの発生、
成膜後の熱処理工程のストレスマイグレーションによる
配線抵抗の増加や配線の断線、ＭＯＳトランジスタのし
きい値電圧が高温バイアステストでシフトするという問
題が解決できていない。
【００１９】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、その目的は、下層配線に
対する段差被覆性に優れ、クラック発生もなく、かつ含
有水分量の少ない層間絶縁膜が形成できるようにするこ
とにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置の
製造方法は、アルコキシシランもしくは有機シロキサン
のうち少なくとも１つからなる主成分ガスと、オゾンお
よび水蒸気とを原料ガスとして用い、加えて、酸化シリ
コンの形成を促進させる触媒作用を有する化合物を添加
して、半導体基板上に選択的に設けた配線を含む表面
に、酸化シリコンからなる酸化シリコン膜をＣＶＤ法に
より形成するようにしたことを特徴とする。またその化
合物は、リン，ホウ素，あるいは，フッ素からなる酸の
うち少なくとも１つであるか、またはアンモニアなどの
アルカリであることを特徴とする。そして、その化合物
の添加量は、主成分ガスの添加量に対して１０モル％以
下であることを特徴とする。
【００２１】
【作用】主成分ガスと、オゾンおよび水蒸気とからなる
原料ガスにより生成される中間性生体は、触媒作用を有
する化合物の存在により、酸化シリコンへと変化してい
く。
【００２２】
【実施例】以下この発明の１実施例を図を参照して説明
する。 実施例１．図１〜３は、本発明の実施例１を説明するた
めの、製造工程順に示した半導体装置の構成を示す断面
図である。図１（ａ）に示すように、シリコン基板１上
には、フィールド酸化膜２に囲まれた領域に、ゲート絶
縁膜３上のポリシリコンからなるゲート電極４とその両
脇下のシリコン基板１表面に形成されたソース・ドレイ
ン領域５とからなるＭＯＳＦＥＴ、および、フィールド
酸化膜２上のポリシリコンからなる電極４ａなどからな
る所定の半導体素子が形成されている。
【００２３】まず、以上示したように半導体素子が形成
されたシリコン基板１の上に、シランガス及び亜酸化窒
素（Ｎ2 Ｏ）ガスを用いて７００℃のＬＰＣＶＤによっ
て、膜厚０．１μｍの酸化シリコン膜（ＨＴＯ膜）１０
２を形成する。次に、オゾンガス，ＴＥＯＳガス，トリ
メトキシボレイト（Ｂ（ＣＯＨ3）3：ＴＭＢ）ガス、お
よび燐酸トリメチル（ＰＯ（ＯＣＨ3）3：ＴＭＯＰ）ガ
スを用いて、シリコン基板１を４００℃とする熱ＣＶＤ
法によって、膜厚０．５μｍのＢＰＳＧ膜を形成する。
【００２４】そして、窒素ガス雰囲気で８００℃，３０
分間の熱処理を行い、ＢＰＳＧ膜をリフローして配線下
地絶縁膜１０３を形成する。この配線下地絶縁膜１０３
の上面は、なめらかではあるが、下層の半導体素子を構
成するゲート配線４などの段差を反映した凹凸があり平
坦ではない。この配線下地絶縁膜１０３の上面におけ
る、最高位の位置と最低位の位置との段差は、０．６μ
ｍ程度である。
【００２５】次に、積層配線１０７下の配線下地絶縁膜
１０３の所定の箇所にシリコン基板１上に形成した半導
体素子に達するコンタクトホール（図示せず）を形成す
る。次いで、スパッタリングもしくは反応性スパッタリ
ングにより、膜厚０．０６μｍ程度のチタン膜１０４，
膜厚０．１μｍ程度の窒化チタン膜１０５，膜厚０．６
μｍ程度のＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉからなる合金膜１０６、お
よび、膜厚０．０５μｍ程度の窒化チタン膜１０５ａを
順次堆積する。これら４層の積層金属膜をパターニング
して、積層配線１０７を形成する。
【００２６】続いて、積層配線１０７を含む表面に、図
４に示すような常圧ＣＶＤ装置を用いて、基板温度４０
０℃，オゾン流量４００sccmの条件下で、ＴＥＯＳおよ
び水をそれぞれ窒素ガスにてバブリングすることによ
り、ＴＥＯＳを５０sccm，水蒸気１２０sccmを導入し
た。なお、図４については後述する。そして、これが本
発明のポイントであるが、触媒作用を有する化合物とし
て燐酸（Ｈ3ＰＯ4）水溶液を窒素ガスでバブリングする
ことで、燐酸ガスを５sccmの流量でシリコン基板１の近
傍に同時に導入する。なお、この燐酸は触媒として用い
るものであり、多量に添加するようにしても意味はな
く、原料ガスの配分比の低下を招くだけである。このと
きの、ＴＥＯＳのバブリング温度は６５℃、水のバブリ
ング温度は３０℃、燐酸水溶液のバブリング温度は２５
℃である。
【００２７】このように、燐酸ガスをＴＥＯＳ，オゾ
ン，水蒸気とともに導入することで、常圧ＣＶＤ装置内
において、ＴＥＯＳと水とオゾンの反応中間体であるシ
ラノール膜の生成ではなく、シリコン酸化膜を形成させ
ることができる。このため、従来のように、赤外線の照
射によるアニールを行わなくても、Ｓｉ−ＯＨ結合部の
少ない、含水量が少なく吸水性の低いシリコン酸化膜を
形成することができる。以上に示した方法で、図１
（ｂ）に示すように、シリコン基板１上に選択的に設け
た積層配線１０７を含む表面に、厚さ１．５μｍの酸化
シリコン膜１０８を堆積させる。
【００２８】この酸化シリコン膜１０８の上に上層配線
を形成するためには、上層配線の断線，短絡などを防止
するため、酸化シリコン膜１０８の表面を平坦化するこ
とが望ましい。従って、図２（ｃ）に示すように、酸化
シリコン膜１０８上に、回転塗布法などにより、厚さ約
０．５μｍの有機シリカ膜１０９を形成する。
【００２９】続いて、図２（ｄ）に示すように、有機シ
リカ膜１０９が完全に除去されるまで、反応性イオンエ
ッチング（ＲＩＥ）により、有機シリカ膜１０９と酸化
シリコン膜１０８の一部をエッチングする。すなわち、
エッチバックする。このときのエッチング条件は、４フ
ッ化炭素（ＣＦ4 ）の流量が１００sccm、Ｏ2 の流量が
１５sccm，圧力１３Ｐａ，パワー密度が０．３Ｗ／ｃｍ
2 ，エッチングレート比が有機シリカ膜１０９：酸化シ
リコン膜１０８＝１：１である。
【００３０】つぎに、フォトレジスト膜をマスクにして
酸化シリコン膜１０８をエッチングして、図３（ｅ）に
示すように、下層の積層配線１０７に達するスルーホー
ル１１０を形成する。このスルーホール１１０の形成
は、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）ガスと酸素ガスと
を用い、１０Ｐａの圧力，１２００Ｗのパワーによる異
方性エッチングにより行う。このエッチングでは、窒化
チタン膜１０５のエッチングレートも高いために、スル
ーホール１１０底部には、合金膜１０６が露出する。
【００３１】次に、スパッタリング，および反応性スパ
ッタリングにより、全面に膜厚０．０１μｍのチタン膜
１１１，および膜厚０．０５μｍの窒化チタン膜１１２
を形成する。続いて、基板温度を４００℃，圧力５００
０Ｐａのもとで、６フッ化タングステン（ＷＦ6 ）ガス
と水素ガスとを用いたブランケットＣＶＤにより、膜厚
０．２μｍのタングステン膜１１３を形成する。
【００３２】次に、６フッ化硫黄（ＳＦ6 ）ガスをエッ
チングガス，アルゴンガスをキャリアガスとし、圧力３
０Ｐａ，パワー４００Ｗのプラズマエッチングにより、
酸化シリコン膜１０８の上面が露出するまで、タングス
テン膜１１３などをエッチバックする。続いて、図３
（ｆ）に示すように、スパッタリング、あるいは反応性
スパッタリングにより、膜厚０．０６μｍのチタン膜１
１４，膜厚０．１μｍの窒化チタン膜１１５，膜厚０．
６μｍのＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉからなる合金膜１１６，およ
び，膜厚０．０５μｍの窒化チタン膜１１５ａを順次堆
積する。
【００３３】これらの積層金属層をパターニングして、
上層積層配線１１７を形成し、本実施例による半導体装
置の製造が完了する。そして、本発明で形成された酸化
シリコン膜１０８のＰ濃度は、２．０ａｔｏｍｉｃ％と
非常に微量であった。
【００３４】なお、上述したＴＥＯＳガスの他に、他の
アルコキシシランもしくは有機シロキサンを用いるよう
にしても良い。例えば、ヘキサエトキシジシロキサン
（Si2O(OC2H5)6）を用い、上述したバブリングのときの
温度を９０〜１００℃とすれば良い。また、ヘキサメト
キシジシロキサン（Si2O(OCH3)6 ）やヘキサノルマルブ
トキシジシロキサン（Si2O(n-OC3H7)6）、もしくは、こ
の異性体であるヘキサイソブトキシジシロキサン（Si2O
(i-OC3H7)6）であっても良い。
【００３５】図５は、実施例１における酸化シリコン膜
の成長を促進させる触媒として、燐酸を反応系に添加し
て形成した酸化シリコン膜１０８と、従来技術によるオ
ゾン（Ｏ3 ）とＴＥＯＳで形成した常圧オゾンテオス膜
の膜中ＯＨ基量を示す特性図である。この図から、本発
明により形成された酸化シリコン膜の膜中ＯＨ基量は、
オゾンテオス膜よりも約５０％減少していることが分か
る。この膜中ＯＨ基量の減少により、オゾンテオス膜の
１×１０-9Ａ／ｃｍ2 （１ＭＶ／ｃｍ当たり）のリーク
電流が、３×１０-10 Ａ／ｃｍ2 に減少した。
【００３６】また、５万個の直径０．６μｍのビアホー
ルからなるビアホールアレーを用いて接触抵抗を測定し
たところ、約０．９０Ω／個の接続抵抗が、０．７０Ω
／個に減少した。さらに、良品率も９０％から９５％へ
と向上した。また、シリコン酸化膜１０８の抵抗率がオ
ゾンテオス膜のρ＝０．６×１０16Ω・ｃｍよりも、
１．８×１０16Ω・ｃｍと高く、このことは配線間の絶
縁性が向上したことを示している。
【００３７】さらに、高温バイアステスト（ＢＴ）によ
るしきい値電圧（ＶT ）の変動（ΔＶT ）の比較を行っ
た。このテストの条件は、オゾンテオス膜ではΔＶT ／
ＶT ＝−２５％であるが、本発明では、ΔＶT ／ＶT ＝
−９％であった。さらに、４５０℃熱処理時の膜収縮率
が５％から２％へと減少し、２５０℃・３００時間のス
トレスマイグレーション試験では、下層の積層配線の断
線は全く見られなかった。
【００３８】また、形成した酸化シリコン膜１０８は、
０．３５μｍ以下の微細な積層配線スペースにボイドな
く埋め込むことができた。なお、この実施例では、触媒
作用を示す化合物として燐酸を用いているが、これに限
るものではなく、燐酸トリメチル（ＰＯ（ＯＣＨ3 ）
3 ：ＴＭＯＰ）などを用いても、同様の効果が得られ
る。また、上記実施例においては、Ａｌからなる積層配
線１０７を用いて説明しているが、これに限定するもの
ではないことはいうまでもない。
【００３９】実施例２．以下、この発明の第２の実施例
について説明する。まず、図１（ａ）に示した上記実施
例１の場合と同様に、積層配線までを形成する。次に、
図１（ｂ）と同様に、積層配線を含む表面に、酸化シリ
コン膜を形成する。この実施例２における酸化シリコン
膜の形成は、図４の減圧ＣＶＤ装置を用いた。
【００４０】同図において、２０１はヒータ、２０２は
サセプター、２０３は処理対象のウエハ、２０４はディ
スバージョンヘッド、２０５は反応室、２０６は酸素よ
りオゾンを生成するオゾナイザー、２０７は流量コント
ローラ、２０８は恒温槽、２０９はＴＥＯＳ溶液、２１
０は触媒作用を示すホウ酸からなるホウ酸水溶液、２１
１は水である。
【００４１】以下、詳細に説明する。まず、図４に示す
減圧ＣＶＤ装置において、ウエハ２０３の温度４００
℃，オゾナイザ２０６からのオゾン流量４００sccmの条
件下で、ＴＥＯＳ溶液２０９および水２１１をそれぞれ
窒素ガスにてバブリングすることにより、ＴＥＯＳを５
０sccm，水蒸気１２０sccmをウエハ２０３上に導入し
た。
【００４２】そして、触媒作用を有する化合物としてホ
ウ酸（Ｈ3ＢＯ3）水溶液２１０を窒素ガスでバブリング
することで、ホウ酸ガスを５sccmの流量でウエハ２０３
の近傍に導入し、ＴＥＯＳと水とオゾンの反応中間体の
脱水，縮合反応を促進させる。このときの、ＴＥＯＳ溶
液２０９のバブリング温度は６５℃、水２１１のバブリ
ング温度は３０℃、ホウ酸水溶液２１０のバブリング温
度は２５℃である。
【００４３】以上の方法で、図２（ｄ）に示した構造と
同様に、ウエハ２０３上に選択的に設けた積層配線を含
む表面に、酸化シリコン膜を堆積形成させる。この酸化
シリコン膜の形成工程から、半導体装置の製造完了まで
のプロセスは、図２（ｃ）〜図３（ｆ）の説明と同様で
ある。なお、上記実施例で形成された酸化シリコン膜の
ホウ素（Ｂ）濃度は、０．５ａｔｏｍｉｃ％と非常に微
量であった。
【００４４】以上示したように、触媒作用を有する化合
物としてホウ酸を用いても、シリコン酸化膜の膜中ＯＨ
基の減少や表面荒れの抑止に関して、実施例１の燐酸と
同様の効果がある。なお、この実施例２では、触媒作用
を示すホウ素を含む酸としてホウ酸を用いているが、こ
れに限るものではなく、ホウ酸トリメチル（Ｂ（ＯＣＨ
3 ）3 ：ＴＭＢ）などを用いても同様の効果が得られ
る。また、図３（ｆ）と同様の２層配線構造において、
接続抵抗、しきい値電圧の変動試験などの電気特性を測
定したところ、実施例１と同様の結果が得られた。
【００４５】実施例３．以下、この発明の第３の実施例
について説明する。まず、図１（ａ）に示した上記実施
例１の場合と同様に、積層配線までを形成する。次に、
積層配線を含む表面に、図１（ｂ）と同様に、積層配線
を含む表面に、酸化シリコン膜を形成する。この実施例
２における酸化シリコン膜の形成は、図６の減圧ＣＶＤ
装置を用いた。なお、同図において、同一符号は図４と
同様である。
【００４６】以下、詳細に説明する。まず、図６の減圧
ＣＶＤ装置において、ウエハ２０３の温度４００℃，オ
ゾン流量４００sccmの条件下で、ＴＥＯＳ２０９および
水２１１をそれぞれ窒素ガスにてバブリングすることに
より、ＴＥＯＳを５０sccm，水蒸気１２０sccmをウエハ
２０３上に導入した。
【００４７】そして、触媒作用を有する化合物としてフ
ッ化水素（ＨＦ）ガスを５sccmの流量でウエハ２０３の
近傍に導入し、ＴＥＯＳと水とオゾンの反応中間体の脱
水，縮合反応を促進させる。このときの、ＴＥＯＳ２０
９のバブリング温度は６５℃、水２１１のバブリング温
度は３０℃である。
【００４８】以上の方法で、図２（ｄ）に示した構造と
同様に、ウエハ２０３上に選択的に設けた積層配線を含
む表面に、酸化シリコン膜を堆積形成させる。この酸化
シリコン膜の形成工程から、半導体装置の製造完了まで
のプロセスは、図２（ｃ）〜図３（ｆ）の説明と同様で
ある。なお、上記実施例で形成された酸化シリコン膜の
フッ素（Ｆ）濃度は、１．２ａｔｏｍｉｃ％と非常に微
量であった。
【００４９】以上示したように、触媒作用を有する化合
物としてフッ素を用いても、シリコン酸化膜の膜中ＯＨ
基の減少や表面荒れの抑止に関して、実施例１の燐酸と
同様の効果がある。また、図３（ｆ）と同様の２層配線
構造において、接続抵抗、しきい値電圧の変動試験など
の電気特性を測定したところ、実施例１と同様の結果が
得られた。
【００５０】実施例４．次に、この発明の第４の実施例
について説明する。まず、図１（ａ）に示した上記実施
例１の場合と同様に、積層配線までを形成する。次に、
積層配線を含む表面に、図６の常圧ＣＶＤ装置を用い
て、ウエハ２０３の温度４００℃，オゾン流量４００sc
cmの条件下で、ＴＥＯＳ２０９および水２１１をそれぞ
れ窒素ガスにてバブリングすることにより、ＴＥＯＳを
５０sccm，水蒸気１２０sccmをウエハ２０３上に導入し
た。
【００５１】そして、触媒作用を有する化合物としてア
ンモニア（ＮＨ3 ）ガスを５sccmの流量でウエハ２０３
の近傍に導入し、ＴＥＯＳと水とオゾンの反応中間体の
脱水，縮合反応を促進させる。このときの、ＴＥＯＳ２
０９のバブリング温度は６５℃、水２１１のバブリング
温度は３０℃である。
【００５２】以上の方法で、図２（ｄ）に示した構造と
同様に、ウエハ２０３上に選択的に設けた積層配線を含
む表面に、酸化シリコン膜を堆積形成させる。この酸化
シリコン膜の形成工程から、半導体装置の製造完了まで
のプロセスは、図２（ｃ）〜図３（ｆ）の説明と同様で
ある。以上示したように、触媒作用を有する化合物とし
てアンモニアを用いても、シリコン酸化膜の膜中ＯＨ基
の減少や表面荒れの抑止に関して、実施例１の燐酸と同
様の効果がある。また、図３（ｆ）と同様の２層配線構
造において、接続抵抗、しきい値電圧の変動試験などの
電気特性を測定したところ、実施例１と同様の結果が得
られた。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、Ａｌなどによる配線上にオゾンテオスを用いて酸化
シリコン膜を形成する際に、酸化シリコン膜の生成を促
進させる触媒作用を有する化合物を添加するようにした
ので、形成した酸化シリコン膜中のＳｉ−ＯＨ基結合数
を大きく減少させることができる。このため、下層配線
に対する段差被覆性に優れ、クラック発生もなく、かつ
含有水分量の少ない層間絶縁膜が形成できるという効果
を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１を説明するための、製造工
程順に示した半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】 図１より続く、本発明の実施例１を説明する
ための、製造工程順に示した半導体装置の構成を示す断
面図である。
【図３】 図２より続く、本発明の実施例１を説明する
ための、製造工程順に示した半導体装置の構成を示す断
面図である。
【図４】 実施例２において用いる常圧ＣＶＤ装置の構
成を示す構成図である。
【図５】 酸化シリコン膜中ＯＨ基量を示す特性図であ
る。
【図６】 実施例３において用いる常圧ＣＶＤ装置の構
成を示す構成図である。
【図７】 従来方法におけるポリシリコン配線上の層間
絶縁膜形成に関して説明する断面図である。
【図８】 図７より続く従来方法におけるポリシリコン
配線上の層間絶縁膜形成に関して説明する断面図であ
る。
【図９】 従来の方法によりＴＥＯＳを用いた酸化シリ
コン膜を形成する装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１…シリコン基板、２…フィールド酸化膜、３…ゲート
絶縁膜、４…ゲート電極、４ａ…電極、５…ソース・ド
レイン領域、１０２…酸化シリコン膜（ＨＴＯ膜）、１
０３…配線下地絶縁膜、１０４…チタン膜、１０５，１
０５ａ…窒化チタン膜、１０６…合金膜、１０７…積層
配線、１０８…酸化シリコン膜、１０９…有機シリカ
膜。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年８月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化にともない、配線
の微細化、多層化、および、配線間の縮小化が必要不可
欠になっており、層間絶縁膜への要求もこれらにともな
って厳しくなっている。層間絶縁膜に求められている特
性は、層間絶縁膜自体にクラックの発生がないことや、
隣接する２本の下層配線の空隙部分に対する埋め込み性
が優れていること、それに、下地に対する段差被覆性が
優れており、形成した層間絶縁膜表面がなだらかである
ことなどである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】その下層配線が主としてＡｌ系金属，Ｃｕ
あるいはＡｕが材料である場合、上述した要求特性の一
部を満足する層間絶縁膜としては、以下に示すものがあ
る。まず、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）
４：以下、ＴＥＯＳと記す）溶液を窒素ガス，もしくは
Ａｒガスなどの不活性ガスでバブリングした原料ガスと
オゾンガスとによる熱化学気相成長（熱ＣＶＤ）法で形
成するオゾンテオス膜と呼ばれる酸化シリコン膜があ
る。この熱ＣＶＤは、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）
法、あるいは、減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）法によ
るものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】実施例２．以下、この発明の第２の実施例
について説明する。まず、図１（ａ）に示した上記実施
例１の場合と同様に、積層配線までを形成する。次に、
図１（ｂ）と同様に、積層配線を含む表面に、酸化シリ
コン膜を形成する。この実施例２における酸化シリコン
膜の形成は、図４の常圧ＣＶＤ装置を用いた。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４１】以下、詳細に説明する。まず、図４に示す
常圧ＣＶＤ装置において、ウエハ２０３の温度４００
℃，オゾナイザ２０６からのオゾン流量４００ｓｃｃｍ
の条件下で、ＴＥＯＳ溶液２０９および水２１１をそれ
ぞれ窒素ガスにてバブリングすることにより、ＴＥＯＳ
を５０ｓｃｃｍ，水蒸気１２０ｓｃｃｍをウエハ２０３
上に導入した。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４５】実施例３．以下、この発明の第３の実施例
について説明する。まず、図１（ａ）に示した上記実施
例１の場合と同様に、積層配線までを形成する。次に、
積層配線を含む表面に、図１（ｂ）と同様に、積層配線
を含む表面に、酸化シリコン膜を形成する。この実施例
２における酸化シリコン膜の形成は、図６の常圧ＣＶＤ
装置を用いた。なお、同図において、同一符号は図４と
同様である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４６】以下、詳細に説明する。まず、図６の常圧
ＣＶＤ装置において、ウエハ２０３の温度４００℃，オ
ゾン流量４００ｓｃｃｍの条件下で、ＴＥＯＳ２０９お
よび水２１１をそれぞれ窒素ガスにてバブリングするこ
とにより、ＴＥＯＳを５０ｓｃｃｍ，水蒸気１２０ｓｃ
ｃｍをウエハ２０３上に導入した。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、Ａｌなどによる配線上にオゾンとＴＥＯＳを用いて
酸化シリコン膜を形成する際に、酸化シリコン膜の生成
を促進させる触媒作用を有する化合物を添加するように
したので、形成した酸化シリコン膜中のＳｉ−ＯＨ基結
合数を大きく減少させることができる。このため、下層
配線に対する段差被覆性に優れ、クラック発生もなく、
かつ含有水分量の少ない層間絶縁膜が形成できるという
効果を有する。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アルコキシシランもしくは有機シロキサ
    ンのうち少なくとも１つからなる主成分ガスと、オゾン
    および水蒸気とを原料ガスとして用い、 加えて、酸化シリコンの形成を促進させる触媒作用を有
    する化合物を添加し、 半導体基板上に選択的に設けた配線を含む表面に、前記
    酸化シリコンからなる酸化シリコン膜をＣＶＤ法により
    形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記化合物は、リン，ホウ素，あるいは，フッ素からな
    る酸のうち少なくとも１つである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１記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記化合物はアルカリであることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記アルカリはアンモニアであることを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれか１項記載の半
    導体装置の製造方法において、 前記化合物の添加量は、前記主成分ガスの添加量に対し
    て１０モル％以下であることを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
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