JPH0831454B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH0831454B2 JPH0831454B2 JP1102416A JP10241689A JPH0831454B2 JP H0831454 B2 JPH0831454 B2 JP H0831454B2 JP 1102416 A JP1102416 A JP 1102416A JP 10241689 A JP10241689 A JP 10241689A JP H0831454 B2 JPH0831454 B2 JP H0831454B2
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- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にアルミニ
ウム配線上の窒素とケイ素とホウ素を含む絶縁膜の形成
方法に関する。
ウム配線上の窒素とケイ素とホウ素を含む絶縁膜の形成
方法に関する。
従来、半導体装置のアルミニウム配線上の低誘電率絶
縁膜として、原料ガスとしてシラン（SiH4），ジボラン
（B2H6），アンモニア（NH3）を用いる化学気相成長法
により窒素とケイ素とホウ素を含む絶縁膜（SixByNz,x
＋ｙ＋ｚ＝1,以下SiBN膜と記す）が用いられていた（例
えば特公昭62−156822号）。
縁膜として、原料ガスとしてシラン（SiH4），ジボラン
（B2H6），アンモニア（NH3）を用いる化学気相成長法
により窒素とケイ素とホウ素を含む絶縁膜（SixByNz,x
＋ｙ＋ｚ＝1,以下SiBN膜と記す）が用いられていた（例
えば特公昭62−156822号）。
上述した従来のSiBN膜は原料ガスとしてシラン（Si
H4），ジボラン（B2H6），アンモニア（NH3）が用いら
れている。
H4），ジボラン（B2H6），アンモニア（NH3）が用いら
れている。
しかしながら、上記のガス系を用いて膜形成を行った
場合には、配線上は厚く、配線間や配線側壁部が薄いオ
ーバーハング形状の膜が形成される。特にジボランとア
ンモニアは反応性が非常に高く、膜中のホウ素濃度を上
げるために、ジボランガスの分圧を上げた場合には気相
反応が起こり、更に段差被覆性が悪化する。この様にし
て形成されたSiBN膜を配線間の層間膜に用いた場合に
は、上層配線の断線や短絡が生じる。
場合には、配線上は厚く、配線間や配線側壁部が薄いオ
ーバーハング形状の膜が形成される。特にジボランとア
ンモニアは反応性が非常に高く、膜中のホウ素濃度を上
げるために、ジボランガスの分圧を上げた場合には気相
反応が起こり、更に段差被覆性が悪化する。この様にし
て形成されたSiBN膜を配線間の層間膜に用いた場合に
は、上層配線の断線や短絡が生じる。
またジボランとアンモニアの気相反応のために気相成
長装置内に多量のパーティクルが発生するという問題も
ある。
長装置内に多量のパーティクルが発生するという問題も
ある。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上のア
ルミニウム配線上に化学気相成長法によりケイ素とホウ
素と窒素を含む絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法
において、前記絶縁膜形成用の原料ガスとして少くとも
有機ケイ素化合物と、有機ホウ素化合物と、アンモニア
もしくは有機窒素化合物とを用いるものである。
ルミニウム配線上に化学気相成長法によりケイ素とホウ
素と窒素を含む絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法
において、前記絶縁膜形成用の原料ガスとして少くとも
有機ケイ素化合物と、有機ホウ素化合物と、アンモニア
もしくは有機窒素化合物とを用いるものである。
プラズマ気相成長法を用い段差被覆性の優れた絶縁膜
の形成方法として、有機ケイ素化合物であるテトラエチ
ルオルソシリケイト（Si（OC2H5）４）を用いてSiO2膜
を形成する方法が知られている。有機ケイ素化合物は、
シラン（SiH4）よりも分解や反応が起こりにくいため気
相反応が抑制され、表面反応が支配的になる。そのため
に段差被覆性の優れた絶縁膜が形成されるものと考えら
れている。
の形成方法として、有機ケイ素化合物であるテトラエチ
ルオルソシリケイト（Si（OC2H5）４）を用いてSiO2膜
を形成する方法が知られている。有機ケイ素化合物は、
シラン（SiH4）よりも分解や反応が起こりにくいため気
相反応が抑制され、表面反応が支配的になる。そのため
に段差被覆性の優れた絶縁膜が形成されるものと考えら
れている。
発明者は、シランやジボランの代わりに、気相反応の
起こりにくい有機ケイ素化合物と有機ホウ素化合物を用
いることによって、段差被覆性の優れたSiBN膜が得られ
ることを見出し、本発明に至ったものである。
起こりにくい有機ケイ素化合物と有機ホウ素化合物を用
いることによって、段差被覆性の優れたSiBN膜が得られ
ることを見出し、本発明に至ったものである。
次に本発明について図面を参照して説明する。
第２図は本発明の第１実施例に用いるプラズマ化学気
相成長装置の構成図である。101は反応室、102は試料、
103は試料102を設置するアノード電極、104は高周波を
印加するヒータ兼カソード電極である。高周波の周波数
は13.56MHzを印加した。また106は流量計、107はバルブ
である。
相成長装置の構成図である。101は反応室、102は試料、
103は試料102を設置するアノード電極、104は高周波を
印加するヒータ兼カソード電極である。高周波の周波数
は13.56MHzを印加した。また106は流量計、107はバルブ
である。
水素（H2）ガス及びアンモニア（NH3）ガスはそれぞ
れ水素ガス供給管108及びアンモニアガス供給管109より
導入する。有機ホウ素化合物であるトリメチルホウ素
（Ｂ（CH3）３）は、トリメチルホウ素供給管110より導
入する。
れ水素ガス供給管108及びアンモニアガス供給管109より
導入する。有機ホウ素化合物であるトリメチルホウ素
（Ｂ（CH3）３）は、トリメチルホウ素供給管110より導
入する。
また有機ケイ素化合物であるHMCTSZN（ヘキサメチル
シクロトリシラザン［（CH3）2SiNH］３）はHMCTSZN容
器111から供給され、恒温槽112によって39℃に保たれて
いる。HMCTSZN蒸気はHMCTSZN供給管113より導入され、
水素ガス，アンモニアガス，トリエチルホウ素ガスと混
合された後、反応ガス導入管115を通して反応室101内へ
導入される。114は配管を加熱するためのヒータであ
り、HMCTSZNの液体原料が配管内に析出することを防ぐ
役割をする。
シクロトリシラザン［（CH3）2SiNH］３）はHMCTSZN容
器111から供給され、恒温槽112によって39℃に保たれて
いる。HMCTSZN蒸気はHMCTSZN供給管113より導入され、
水素ガス，アンモニアガス，トリエチルホウ素ガスと混
合された後、反応ガス導入管115を通して反応室101内へ
導入される。114は配管を加熱するためのヒータであ
り、HMCTSZNの液体原料が配管内に析出することを防ぐ
役割をする。
カソード電極104に高周波を印加することによって、
カソード電極104とアノード電極103間にグロー放電が生
じ、原料ガスを分解して試料102上へSiBN膜を形成する
ことができる。
カソード電極104とアノード電極103間にグロー放電が生
じ、原料ガスを分解して試料102上へSiBN膜を形成する
ことができる。
第１図（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施例を説明
するための工程順に示した半導体チップの断面図であ
る。
するための工程順に示した半導体チップの断面図であ
る。
まず、第１図（ａ）に示すように、半導体素子を形成
したシリコン基板201上に絶縁膜202を形成し、更にアル
ミニウム配線203をエッチング法を用いて形成する。
したシリコン基板201上に絶縁膜202を形成し、更にアル
ミニウム配線203をエッチング法を用いて形成する。
次に第１図（ｂ）に示すように、アルミニウム配線20
3上に第１図で説明したプラズマ気相成長装置を用い厚
さ１μｍのSiBN膜204を形成する。その時の膜成長の条
件はHMCTSZNを200SCCM、アンモニアガスを200SCCM、水
素ガスを1000SCCM、トリメチルホウ素を600SCCM流し、
全ガスの圧力を0.3Torrに設定後、放電電力密度0.5W/cm
2を印加し、基板温度を300℃とした。
3上に第１図で説明したプラズマ気相成長装置を用い厚
さ１μｍのSiBN膜204を形成する。その時の膜成長の条
件はHMCTSZNを200SCCM、アンモニアガスを200SCCM、水
素ガスを1000SCCM、トリメチルホウ素を600SCCM流し、
全ガスの圧力を0.3Torrに設定後、放電電力密度0.5W/cm
2を印加し、基板温度を300℃とした。
この条件下で形成したSiBN膜の比誘電率は3.5となり
シリコン酸化膜より小さい値であった。また第１図
（ｂ）に示したアルミニウム配線上部の膜厚Ａと配線側
部の膜厚Ｂの比B/Aが0.95となり、段差被覆性は優れた
ものであった。
シリコン酸化膜より小さい値であった。また第１図
（ｂ）に示したアルミニウム配線上部の膜厚Ａと配線側
部の膜厚Ｂの比B/Aが0.95となり、段差被覆性は優れた
ものであった。
尚、従来のシランとアンモニアとジボランを用いて形
成したSiBN膜の段差被覆性は、B/Aの値で0.7であった。
特に配線間の底部の膜厚は0.7μｍとなり、配線上部と
底部での段差が1.3μｍと大きくなっていた。
成したSiBN膜の段差被覆性は、B/Aの値で0.7であった。
特に配線間の底部の膜厚は0.7μｍとなり、配線上部と
底部での段差が1.3μｍと大きくなっていた。
その様に第１の実施例によれば、比誘電率が小さく、
かつ段差被覆性に優れたSiBN膜が形成できるので、配線
間の寄生容量が小さく、配線の断線や短絡もなくなり、
高速半導体装置の多層配線化が可能となる。またジボラ
ンとアンモニアの気相反応によるパーティクルがなくな
り、半導体装置の歩留りが向上する。
かつ段差被覆性に優れたSiBN膜が形成できるので、配線
間の寄生容量が小さく、配線の断線や短絡もなくなり、
高速半導体装置の多層配線化が可能となる。またジボラ
ンとアンモニアの気相反応によるパーティクルがなくな
り、半導体装置の歩留りが向上する。
第３図は本発明の第２の実施例に用いる光励起化学気
相成長装置の構成図である。
相成長装置の構成図である。
反応炉301内に設けられ、試料102を設置するサセプタ
ー303と、試料102を加熱するヒータ304と反応ガスを分
解する紫外光ラン305以外の系は第２図に示した気相成
長装置とほぼ同じである。
ー303と、試料102を加熱するヒータ304と反応ガスを分
解する紫外光ラン305以外の系は第２図に示した気相成
長装置とほぼ同じである。
すなわち、窒素（N2）ガスとアンモニア（NH3）ガス
はそれぞれN2ガス供給管309とアンモニアガス供給管109
より導入される。有機ホウ素化合物であるトリエチルホ
ウ素［Ｂ（C2H5）３］は、恒温槽112によって70℃に保
たれているトリエチルホウ素容器306に入れられてお
り、その蒸気はトリエチルホウ素供給管307より導入さ
れる。HMCTSZN蒸気はHMCTSZN供給管113より導入され
る。窒素ガス，アンモニアガス，トリエチルホウ素及び
HMCTSZNは混合された後、反応ガス導入管115を通して反
応炉301内へ導入される。
はそれぞれN2ガス供給管309とアンモニアガス供給管109
より導入される。有機ホウ素化合物であるトリエチルホ
ウ素［Ｂ（C2H5）３］は、恒温槽112によって70℃に保
たれているトリエチルホウ素容器306に入れられてお
り、その蒸気はトリエチルホウ素供給管307より導入さ
れる。HMCTSZN蒸気はHMCTSZN供給管113より導入され
る。窒素ガス，アンモニアガス，トリエチルホウ素及び
HMCTSZNは混合された後、反応ガス導入管115を通して反
応炉301内へ導入される。
この光励起化学気相成長装置を用いる、第２の実施例
において成形するSiBN膜の形成条件は、HMCTSZNを200SC
CM、アンモニアガスを200SCCM、窒素ガスを500SCCM、ト
リエチルホウ素を800SCCM流し、全ガス圧力を5Torrに設
定し、紫外光を照射する。尚、試料温度は300℃に設定
する。
において成形するSiBN膜の形成条件は、HMCTSZNを200SC
CM、アンモニアガスを200SCCM、窒素ガスを500SCCM、ト
リエチルホウ素を800SCCM流し、全ガス圧力を5Torrに設
定し、紫外光を照射する。尚、試料温度は300℃に設定
する。
この様な条件で形成したSiBN膜の段差被覆性は、第１
図（ｂ）に示したアルミニウム配線上の膜厚Ａと、配線
側部の膜厚Ｂの比B/Aで表わすと0.9であった。尚、シラ
ンとアンモニアとシボランを用いて光励起化学気相成長
法で形成したSiBN膜の段差被覆率は0.65であり、本第２
の実施例におけるSiBN膜の段差被覆性が大幅に向上して
いることがわかる。また、第２の実施例で形成したSiBN
膜の比誘電率は3.6となり、第１の実施例の場合と同様
に小さい値であった。
図（ｂ）に示したアルミニウム配線上の膜厚Ａと、配線
側部の膜厚Ｂの比B/Aで表わすと0.9であった。尚、シラ
ンとアンモニアとシボランを用いて光励起化学気相成長
法で形成したSiBN膜の段差被覆率は0.65であり、本第２
の実施例におけるSiBN膜の段差被覆性が大幅に向上して
いることがわかる。また、第２の実施例で形成したSiBN
膜の比誘電率は3.6となり、第１の実施例の場合と同様
に小さい値であった。
第４図は本発明の第３の実施例を説明するためのアン
モニアガスのみあらかじめマイクロ波放電を用いて分解
して用いる熱化学気相成長装置の構成図である。
モニアガスのみあらかじめマイクロ波放電を用いて分解
して用いる熱化学気相成長装置の構成図である。
反応室101内には試料102を設置するサセプター303が
設けられており、その下に試料102を加熱するヒータ304
が設けられている。また、反応室101の前面にはアンモ
ニアガスを分解する為に用いるマイクロ波を導入するマ
イクロ波導入管401とアンモニア分解室402が設けられて
いる。アンモニアガスはアンモニアガス供給管109より
導入され、アンモニア分割室402で分解される。また水
素（H2）ガス及び有機ホウ素化合物であるトリメチルホ
ウ素［Ｂ（CH3）３］はそれぞれ水素ガス供給管108及び
トリメチルホウ素供給管110より導入される。HMCTSZN蒸
気は恒温槽112により39℃に保たれたHMCTSZN容器111か
らHMCTSZN供給管113により導入され、水素ガス，トリメ
チルホウ素ガスと混合された後、反応ガス導入管115を
通して反応室101内に導入される。反応室101内でこれら
のガスとアンモニア分解室402で分解したアンモニアガ
スが混合される。
設けられており、その下に試料102を加熱するヒータ304
が設けられている。また、反応室101の前面にはアンモ
ニアガスを分解する為に用いるマイクロ波を導入するマ
イクロ波導入管401とアンモニア分解室402が設けられて
いる。アンモニアガスはアンモニアガス供給管109より
導入され、アンモニア分割室402で分解される。また水
素（H2）ガス及び有機ホウ素化合物であるトリメチルホ
ウ素［Ｂ（CH3）３］はそれぞれ水素ガス供給管108及び
トリメチルホウ素供給管110より導入される。HMCTSZN蒸
気は恒温槽112により39℃に保たれたHMCTSZN容器111か
らHMCTSZN供給管113により導入され、水素ガス，トリメ
チルホウ素ガスと混合された後、反応ガス導入管115を
通して反応室101内に導入される。反応室101内でこれら
のガスとアンモニア分解室402で分解したアンモニアガ
スが混合される。
このように構成された装置を用いる、第３の実施例に
おいて形成されるSiBN膜の形成条件は、HMCTSZNを200SC
CM、アンモニアガスを200SCCM、窒素ガスを500SCCM、ト
リエチルホウ素を800SCCM流す。アンモニアガスを分解
するマイクロ波としては、周波数2.45GHzパワー2.8kWと
し、マイクロ波導入管401から導入する。そして反応室
の圧力を1Torrに設定し、試料温度390℃で膜形成を行な
う。
おいて形成されるSiBN膜の形成条件は、HMCTSZNを200SC
CM、アンモニアガスを200SCCM、窒素ガスを500SCCM、ト
リエチルホウ素を800SCCM流す。アンモニアガスを分解
するマイクロ波としては、周波数2.45GHzパワー2.8kWと
し、マイクロ波導入管401から導入する。そして反応室
の圧力を1Torrに設定し、試料温度390℃で膜形成を行な
う。
この様な条件で形成したSiBN膜は第１及び第２の実施
例と同様に優れた段差被覆性を有し、誘電率も3.6と十
分に小さいものであった。
例と同様に優れた段差被覆性を有し、誘電率も3.6と十
分に小さいものであった。
尚、上述した実施例においては、有機ケイ素化合物と
してHMCTSZNを用いた場合について説明したが、ヘキサ
メチルジシラザン［Si（CH3）３］NHを用いてもよい。
また、有機窒素化合物としてトリエチルアミンＮ（C
2H5）３を用いてもよい。
してHMCTSZNを用いた場合について説明したが、ヘキサ
メチルジシラザン［Si（CH3）３］NHを用いてもよい。
また、有機窒素化合物としてトリエチルアミンＮ（C
2H5）３を用いてもよい。
以上説明したように本発明は、ケイ素とホウ素と窒素
を含む絶縁膜を化学気相成長法で形成する場合の原料ガ
スとして、有機ケイ素化合物と、有機ホウ素化合物と、
アンモニアもしくは有機窒素化合物を用いることによ
り、段差被覆性が優れ、比誘電率の小さな絶縁膜が得ら
れ、高速動作の半導体装置の多層配線化ができるという
効果がある。また化学気相成長中の気相反応が抑えら
れ、パーティクルの発生量が低減される。そのため半導
体装置の製造歩留りが向上する。
を含む絶縁膜を化学気相成長法で形成する場合の原料ガ
スとして、有機ケイ素化合物と、有機ホウ素化合物と、
アンモニアもしくは有機窒素化合物を用いることによ
り、段差被覆性が優れ、比誘電率の小さな絶縁膜が得ら
れ、高速動作の半導体装置の多層配線化ができるという
効果がある。また化学気相成長中の気相反応が抑えら
れ、パーティクルの発生量が低減される。そのため半導
体装置の製造歩留りが向上する。
第１図は本発明の第１の実施例を説明するための半導体
チップの断面図、第２図は第１の実施例に用いるプラズ
マ化学気相成長装置の構成図、第３図は第２の実施例に
用いる光励起化学気相成長装置の構成図、第４図は第３
の実施例に用いる熱化学気相成長装置の構成図である。 101……反応室、102……試料、103……アノード電極、1
04……カソード電極、105……排気口、106……流量計、
107……バルブ、108……水素ガス供給管、109……アン
モニアガス供給管、110……トリメチルホウ素供給管、1
11……HMCTSZN容器、112……恒温槽、113……HMCTSZN供
給管、114……ヒータ、115……反応ガス導入管、201…
…シリコン基板、202……絶縁膜、203……アルミニウム
配線、204……SiBN膜、301……反応炉、302……反応ガ
ス排気管、303……サセプター、304……ヒータ、305…
…紫外線ランプ、306……トリエチルホウ素容器、307…
…トリエチルホウ素供給管、401……マイクロ波導入
管、402……アンモニア分解室。
チップの断面図、第２図は第１の実施例に用いるプラズ
マ化学気相成長装置の構成図、第３図は第２の実施例に
用いる光励起化学気相成長装置の構成図、第４図は第３
の実施例に用いる熱化学気相成長装置の構成図である。 101……反応室、102……試料、103……アノード電極、1
04……カソード電極、105……排気口、106……流量計、
107……バルブ、108……水素ガス供給管、109……アン
モニアガス供給管、110……トリメチルホウ素供給管、1
11……HMCTSZN容器、112……恒温槽、113……HMCTSZN供
給管、114……ヒータ、115……反応ガス導入管、201…
…シリコン基板、202……絶縁膜、203……アルミニウム
配線、204……SiBN膜、301……反応炉、302……反応ガ
ス排気管、303……サセプター、304……ヒータ、305…
…紫外線ランプ、306……トリエチルホウ素容器、307…
…トリエチルホウ素供給管、401……マイクロ波導入
管、402……アンモニア分解室。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上のアルミニウム配線上に化学
気相成長法によりケイ素とホウ素と窒素を含む絶縁膜を
形成する半導体装置の製造方法において、前記絶縁膜形
成用の原料ガスとして少くとも有機ケイ素化合物と、有
機ホウ素化合物と、アンモニアもしくは有機窒素化合物
とを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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| JP1102416A JPH0831454B2 (ja) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | 半導体装置の製造方法 |
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