JPH08227889A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH08227889A
JPH08227889A JP3217795A JP3217795A JPH08227889A JP H08227889 A JPH08227889 A JP H08227889A JP 3217795 A JP3217795 A JP 3217795A JP 3217795 A JP3217795 A JP 3217795A JP H08227889 A JPH08227889 A JP H08227889A
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JP
Japan
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film
oxide film
silicon oxide
semiconductor device
interlayer insulating
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JP3217795A
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English (en)
Inventor
Satoshi Sugiyama
智 杉山
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】層間絶縁膜のリフロー処理での不純物析出を防
止し、平坦性を向上させる。 【構成】半導体装置を構成する層間絶縁膜としてB,P
を含む低融点酸化シリコン膜4を形成するが、その表面
層を反応ガス中の活性酸素量を増大させることにより緻
密化した酸化シリコン膜とする。次で窒素雰囲気中で熱
処理を行ないBPSG膜4を流動させ平坦化を完了させ
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及びその製造
方法に関し、特に半導体装置を構成する層間絶縁膜の構
造及びその形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の集積度の向上に伴な
い、回路の3次元的構造がますます複雑化する反面、リ
ソグラフィー技術の必要性から凹凸が形成された回路パ
ターン上の層間絶縁膜の高平坦度への要求が近年より一
層厳しくなってきている。従来最も一般的に行われてき
た平坦化方法は、層間絶縁膜を、燐(P)、硼素(B)
等の不純物を添加した酸化シリコン膜(硼燐珪酸ガラ
ス、以下BPSGと記す)を用いて形成し、融点以上の
熱処理を施し表面張力による流動で平坦化を行う方法
(以下リフローと記す)であり、最も簡易に行うことが
できる。
【0003】また従来の平坦化はBPSG単層のリフロ
ーで行われているが、BPSG成膜後、更に表面からの
不純物の析出防止を目的として、酸化シリコン膜や多結
晶シリコン膜をBPSG上層に形成した後、リフローを
行う方法も提案されている(特開昭61−237448
号公報及び特開平3−237744号公報)。以下従来
の層間絶縁膜の平坦化プロセスについて図4を用いて説
明する。
【0004】まず図4(a)に示すように、半導体基板
1上にゲート酸化膜2と多結晶シリコン膜等からなる回
路パターン3を形成したのち、化学気相成長法(以下C
VD法と記す)を用いてP濃度3〜6mol%、B濃度
8〜18mol%程度添加したBPSG膜4を所望の厚
さに成長させた後、更に適当なCVD法を用いP,B析
出防止膜として酸化シリコン膜6を10nm程度成長す
る。
【0005】次に図4(b)に示すように、900℃程
度の窒素雰囲気中で5〜30分の熱処理を行ない、BP
SG膜4を平坦化する。また析出防止膜として多結晶シ
リコン膜を選択した場合はリフローを900℃の酸素雰
囲気中で行ない、BPSG膜4を流動させると同時に多
結晶シリコン膜を酸化する。このときの多結晶シリコン
膜の厚さは5〜20nmである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この従来の層間絶縁膜
の平坦化方法では、析出防止膜として酸化シリコン膜も
しくは多結晶シリコン膜をBPSG膜上に形成している
が、次のような問題点がある。
【0007】まず第1に、この析出防止膜がBPSG膜
の平坦化を阻害する。すなわち、析出防止膜中へのBと
Pの拡散が不十分な為、析出防止膜がないものに比べて
リフローは不完全になる。第2に析出防止膜の膜厚がウ
ェハー面内,面間で一定でない場合、当然BPSG膜の
平坦化後の形状が著しく異なってしまう。
【0008】第3に現在の最先端デバイスでは浅い拡散
層の拡大防止の必要性からリフロー処理の短時間化が進
んでおり900℃,5分〜10分程度が通常である。こ
のような熱履歴ではリフローが不十分な為、十分な平坦
性を得ることは出来ないことに加え、次世代デバイスが
要求する800〜850℃の熱処理の低温化には到底対
応していくことは出来ない。第4に析出防止膜を形成す
る工程が必要なため、プロセスが複雑化し、生産性低下
の要因となる。また加えて、現在の微細な半導体デバイ
ス製造プロセスでは、酸素雰囲気中で熱処理を行うと、
酸化種が層間絶縁膜としてCVD法で形成した酸化シリ
コン膜を通して基板まで到達してしまい、ゲート酸化膜
厚が増加しデバイス特性を劣化させる。このため窒素雰
囲気中での熱処理が一般的である。
【0009】本発明の目的は、析出防止膜を形成しなく
ても不純物の析出が防止でき、しかもリフロー性に優れ
た層間絶縁膜を有する半導体装置及びその製造方法を提
供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】第1の発明の半導体装置
は、半導体基板上に形成された回路パターンと、この回
路パターン上に形成されたBとPを含む酸化シリコン膜
からなる層間絶縁膜とを有する半導体装置において、前
記層間絶縁膜の表面層は酸素を多く含む緻密化層から構
成されていることを特徴とするものである。
【0011】第2の発明の半導体装置の製造方法は、回
路パターンが形成された半導体基板上に層間絶縁膜とし
てCVD法によりBとPを含む酸化シリコン膜を形成す
る半導体装置の製造方法において、前記酸化膜の表面層
のみを酸素を多く含む緻密化層とすることを特徴とする
ものである。
【0012】CVD法により一般に形成される成長レー
トの速いBPSG膜の場合、BとPのSiとの結合は不
完全であり、OH基を多く含む。しかしながら、活性酸
素を多くし成長レートを遅くした場合は酸化反応が十分
となる為OH基は少なく、BとPのSiとの結合はほぼ
完全となり、BPSG膜は緻密になる。この為、リフロ
ー時の熱処理によってBPSG膜中の不純物の析出はほ
とんどなくなる。
【0013】
【実施例】次に本発明に関し図面を参照して説明する。
図1(a),(b)は本発明の第1の実施例を説明する
為の、工程順に示した半導体チップの断面図、図2は図
1(a)における矢印A部の拡大断面図である。図3は
本発明を実施する為のTEOS(テトラエチルオルソシ
リケイト)−O3 系CVD装置の模式図を示したもので
あり、ウェハー10上には第1〜第n(最終)のn個の
チャンバー51 〜5n によりn層のBPSG膜が形成さ
れる様に構成されている。
【0014】まず図1(a)に示すように、Si等の半
導体基板1上にゲート酸化膜2と多結晶シリコン膜等か
らなる回路パターン3を形成したのち、TEOS−O3
系常圧CVD法を用い、燐濃度3〜6mol%,硼素濃
度8〜13mol%を添加したBPSG膜4を所望の膜
厚(0.5〜1.0μm)に成長させる。このとき、C
VD装置が図3のように複数のチャンバー構成を成して
いることにより形成されたBPSG膜は厳密には図2に
示すような多層(n)膜となっている。ここで通常TE
OS−O3 系常圧CVD法では、通常90〜120g/
lのO3 濃度(反応ガスに対し4〜5倍の量)で成膜を
行うが、最終チャンバー5n のみ独立のガス供給系より
180〜250g/lと通常の2倍程度の量のO3 を投
入し図2のようにBPSG膜4の表面層4n のみを緻密
化する。最終チャンバー5n のみO3 濃度を増加させる
理由は、実施例の様に著しくO3 濃度を増加させた場
合、成膜速度が極端に低下し、生産性を損なうためであ
る。
【0015】次に図1(b)に示すように、900℃程
度の窒素雰囲気中で5〜30分熱処理を行うことにより
BPSG膜4を流動させ、平坦化を完了する。本実施例
によれば、O3 濃度を上げることにより緻密化した最表
面層は、析出防止膜として機能することに加え、通常の
3 濃度で成膜を行った場合と比較して熱処理中のBP
SG膜表面からのP,Bの外方拡散が抑制されるため、
同一濃度で成膜を行った場合より平坦化形状に優れる。
【0016】本第1の実施例によれば、不純物の析出に
よる不良の低減に加え、平坦性の向上により、メタル配
線の層間膜段差部に於ける残渣によるショート不良の低
減、リソグラフィー工程でのフォーカス不良の低減等の
効果により、半導体装置の歩留りを従来より約20%向
上させることが出来る。尚、好ましい表面層4n の厚さ
は10nm以上である。
【0017】上記第1の実施例では、900℃の窒素雰
囲気中での熱処理を用いてリフローを行ったが、第2の
実施例では、800〜950℃程度の低温リフローを行
う場合について説明する。低温リフローの為には燐・硼
素の不純物濃度合計が25〜30mol%以上が必要で
ある一方、BPSG膜の析出限界濃度は18mol%程
度であるため通常の成膜方法では不純物析出を防止する
ことが出来ない。そこでBPSG膜の表面層4n を、第
1の実施例より更に緻密化する必要性が生じる。
【0018】まず図1(a)と同様に、TEOS−O3
系常圧CVD法を用い、燐濃度5〜10mol%,硼素
濃度20〜25mol%を添加したBPSG膜を所望の
膜厚に成長させる。このとき第1の実施例と同様に、最
終チャンバー5n にのみ300〜350g/l以上のO
3 を投入し、膜の最表層を緻密化する。その後に800
〜850℃の窒素雰囲気中で5〜30分熱処理を行い、
BPSGを流動させ、平坦化を終了する。
【0019】第2の実施例では、BとPの高濃度化の効
果により、800〜850℃の熱処理を用いても、第1
の実施例と同等の平坦化形状を得ることができる。更に
第2の実施例はリフローの低温化にも対応できる為、熱
履歴を短縮し、浅い拡散層の拡大防止にも効果を発揮で
きる。
【0020】上記実施例に於いてはBPSG成膜装置と
してTEOS−O3 系常圧CVD装置を用いたが、これ
は該装置が最も生産性に優れるため、今後層間絶縁膜
(BPSG)形成装置として主流となる点、また、装置
構成が複数チャンバーが可能であり、本発明の様な膜表
層のみの緻密化を行う場合、比較的容易にプロセスが制
御できる点による。本発明で目的とする膜表層の緻密化
が可能であれば他の装置を用いてもよく、反応ガスとし
てもシラン系ガスとプラズマ分解による活性化酸素等を
用いてもよい。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、層間絶縁
膜として、BとPを含む低融点の酸化シリコン膜を形成
し、その表面層を反応ガス内の活性酸素量を増大させて
緻密化した酸化シリコン膜とすることにより、平坦化の
為の熱処理を行っても不純物の析出はなく、しかもリフ
ロー性に優れた層間絶縁膜を有する半導体装置及びその
製造方法が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明する為の半導体チ
ップの断面図。
【図2】図1における矢印A部の拡大断面図。
【図3】実施例に用いるCVD装置の模式図。
【図4】従来例を説明する為の半導体チップの断面図。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 ゲート酸化膜 3 回路パターン 4,41 〜4n BPSG膜 51 〜5n 第1〜第nチャンバー 6 酸化シリコン膜 10 ウェハー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成された回路パターン
    と、この回路パターン上に形成されたBとPを含む酸化
    シリコン膜からなる層間絶縁膜とを有する半導体装置に
    おいて、前記層間絶縁膜の表面層は酸素を多く含む緻密
    化層から構成されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 回路パターンが形成された半導体基板上
    に層間絶縁膜としてCVD法によりBとPを含む酸化シ
    リコン膜を形成する半導体装置の製造方法において、前
    記酸化膜の表面層のみを酸素を多く含む緻密化層とする
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 CVD法による酸化シリコン膜の成膜終
    了直前に反応ガス内の活性酸素量を増大させ緻密化層を
    形成する請求項2記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 TEOS−O3 系の反応ガスを用いる請
    求項3記載の半導体装置の製造方法。
JP3217795A 1995-02-21 1995-02-21 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH08227889A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010278231A (ja) * 2009-05-28 2010-12-09 Yamaha Corp 半導体装置の製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0497527A (ja) * 1990-08-16 1992-03-30 Applied Materials Japan Kk 析出発生防止方法
JPH05218027A (ja) * 1992-02-06 1993-08-27 Seiko Epson Corp 半導体装置及びその製造方法

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