JPH0982704A - 平坦化層間絶縁膜の形成方法 - Google Patents
平坦化層間絶縁膜の形成方法Info
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- JPH0982704A JPH0982704A JP23247695A JP23247695A JPH0982704A JP H0982704 A JPH0982704 A JP H0982704A JP 23247695 A JP23247695 A JP 23247695A JP 23247695 A JP23247695 A JP 23247695A JP H0982704 A JPH0982704 A JP H0982704A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜の成長速度の下地
依存性を低減し、ステップカバレッジに優れた平坦化層
間絶縁膜の形成方法を提供する。 【解決手段】 有機シラン系ガス、無機シラン系ガスお
よび酸化性ガスを原料ガスとするプラズマＣＶＤによ
り、下地の第１の酸化シリコン系絶縁膜３をコンフォー
マルに形成し、この後Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜による
第２の酸化シリコン系絶縁膜４を形成する。 【効果】 第１の酸化シリコン系絶縁膜３は、Ｓｉ−Ｈ
結合を有するので下地依存性が低減される。
依存性を低減し、ステップカバレッジに優れた平坦化層
間絶縁膜の形成方法を提供する。 【解決手段】 有機シラン系ガス、無機シラン系ガスお
よび酸化性ガスを原料ガスとするプラズマＣＶＤによ
り、下地の第１の酸化シリコン系絶縁膜３をコンフォー
マルに形成し、この後Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜による
第２の酸化シリコン系絶縁膜４を形成する。 【効果】 第１の酸化シリコン系絶縁膜３は、Ｓｉ−Ｈ
結合を有するので下地依存性が低減される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は平坦化層間絶縁膜の
形成方法に関し、更に詳しくは、半導体装置等の製造工
程中に生じる段差や凹部を有する被処理基板上に形成す
る層間絶縁膜の下地依存性を低減し、良好な平坦面を有
する平坦化層間絶縁膜の形成方法に関する。
形成方法に関し、更に詳しくは、半導体装置等の製造工
程中に生じる段差や凹部を有する被処理基板上に形成す
る層間絶縁膜の下地依存性を低減し、良好な平坦面を有
する平坦化層間絶縁膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の高集積化が進展
し、そのデザインルールがサブハーフミクロンからクォ
ータミクロンのレベルへと微細化されるに伴い、内部配
線のパターン幅も縮小されつつある。一方配線抵抗を低
いレベルに保ち信号伝播の遅延や各種マイグレーション
を防止するには配線の断面積を確保する必要がある。す
なわち配線の高さはある程度必要であることから、配線
のアスペクト比、および隣り合う配線間のギャップ（凹
部）のアスペクト比は増加の傾向にある。
し、そのデザインルールがサブハーフミクロンからクォ
ータミクロンのレベルへと微細化されるに伴い、内部配
線のパターン幅も縮小されつつある。一方配線抵抗を低
いレベルに保ち信号伝播の遅延や各種マイグレーション
を防止するには配線の断面積を確保する必要がある。す
なわち配線の高さはある程度必要であることから、配線
のアスペクト比、および隣り合う配線間のギャップ（凹
部）のアスペクト比は増加の傾向にある。
【０００３】かかる微細配線を積層して多層配線として
用いる場合には、下層配線により形成された段差やギャ
ップ上に平坦化層間絶縁膜を形成してフラットな表面を
確保し、この上に上層配線を形成するプロセスを繰り返
すことが必要となる。このため平坦性と膜質にすぐれた
層間絶縁膜の形成方法が高集積度半導体装置のキープロ
セスの１つとなっている。
用いる場合には、下層配線により形成された段差やギャ
ップ上に平坦化層間絶縁膜を形成してフラットな表面を
確保し、この上に上層配線を形成するプロセスを繰り返
すことが必要となる。このため平坦性と膜質にすぐれた
層間絶縁膜の形成方法が高集積度半導体装置のキープロ
セスの１つとなっている。
【０００４】従来より各種の平坦化層間絶縁膜の形成方
法が開発されており、例えば月刊セミコンダクター・ワ
ールド誌（プレスジャーナル社刊）１９８９年１１月号
８１ページにはこれら形成方法の総説が掲載されてい
る。このうち、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒ
ｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ、あるいは Ｔｅｔｒａｅｔｈ
ｏｘｙ ｓｉｌａｎｅ）等の有機シラン系ガスと、Ｏ3
等の酸化性ガスとを原料ガスとした減圧ＣＶＤないし常
圧ＣＶＤ等の熱分解ＣＶＤ法による酸化シリコン系の絶
縁膜（以下Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜と記す）は、成膜
時に中間生成物が流動性すなわちセルフフロー性を有す
るので、下地段差を吸収するギャップフィル能力に優
れ、良好な平坦面を形成しうるセルフフロープロセスと
して注目されている。
法が開発されており、例えば月刊セミコンダクター・ワ
ールド誌（プレスジャーナル社刊）１９８９年１１月号
８１ページにはこれら形成方法の総説が掲載されてい
る。このうち、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｏｒ
ｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ、あるいは Ｔｅｔｒａｅｔｈ
ｏｘｙ ｓｉｌａｎｅ）等の有機シラン系ガスと、Ｏ3
等の酸化性ガスとを原料ガスとした減圧ＣＶＤないし常
圧ＣＶＤ等の熱分解ＣＶＤ法による酸化シリコン系の絶
縁膜（以下Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜と記す）は、成膜
時に中間生成物が流動性すなわちセルフフロー性を有す
るので、下地段差を吸収するギャップフィル能力に優
れ、良好な平坦面を形成しうるセルフフロープロセスと
して注目されている。
【０００５】しかしながらＯ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜
は、その成長速度が成長下地表面の材料により異なる性
質、いわゆる下地依存性を有することが一例として電気
学会論文誌Ａ、１１１巻、ｐ６５２（１９９１）に報告
されている。すなわち、下地材料がＳｉやＡｌ系金属表
面等の極性の小さい材料の場合と、極性の強いシラノー
ル基（−Ｓｉ−ＯＨ）で終端した表面を有するＳｉＯ2
等の場合とでは、極性の強い表面の方が成長速度は小さ
い。このためＳｉＯ2 等の絶縁膜上に形成されたライン
アンドスペース状配線上に層間絶縁膜を形成する場合に
は、Ａｌ系金属や多結晶シリコンによる配線間のスペー
スにボイドが形成され、また膜質もポーラスで吸湿性が
大きいので半導体装置の信頼性が低下する原因となる虞
れがある。
は、その成長速度が成長下地表面の材料により異なる性
質、いわゆる下地依存性を有することが一例として電気
学会論文誌Ａ、１１１巻、ｐ６５２（１９９１）に報告
されている。すなわち、下地材料がＳｉやＡｌ系金属表
面等の極性の小さい材料の場合と、極性の強いシラノー
ル基（−Ｓｉ−ＯＨ）で終端した表面を有するＳｉＯ2
等の場合とでは、極性の強い表面の方が成長速度は小さ
い。このためＳｉＯ2 等の絶縁膜上に形成されたライン
アンドスペース状配線上に層間絶縁膜を形成する場合に
は、Ａｌ系金属や多結晶シリコンによる配線間のスペー
スにボイドが形成され、また膜質もポーラスで吸湿性が
大きいので半導体装置の信頼性が低下する原因となる虞
れがある。
【０００６】Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜の下地依存性を
低減する方法として、アルコール等の有機化合物ガスを
用いて下地材料表面を前処理するか、原料ガス中に添加
する方法（特開平６−６９１９７号公報）、Ｏ3 濃度を
成膜中に漸次増加する方法（特開平６−８４８０２号公
報）あるいはＨ2 Ｏ（水蒸気）を酸化剤として用いる方
法（特開平５−１２１５６８号公報）等が提案されてい
る。しかしながら、いずれの方法も下地依存性の低減
と、膜質や成膜速度等他の特性を両立しうるまでには至
っていない。
低減する方法として、アルコール等の有機化合物ガスを
用いて下地材料表面を前処理するか、原料ガス中に添加
する方法（特開平６−６９１９７号公報）、Ｏ3 濃度を
成膜中に漸次増加する方法（特開平６−８４８０２号公
報）あるいはＨ2 Ｏ（水蒸気）を酸化剤として用いる方
法（特開平５−１２１５６８号公報）等が提案されてい
る。しかしながら、いずれの方法も下地依存性の低減
と、膜質や成膜速度等他の特性を両立しうるまでには至
っていない。
【０００７】このため、段差を有する下地材料層上に比
較的下地依存性の少ないプラズマＣＶＤ法により下層の
酸化シリコン系層間絶縁膜をコンフォーマルに形成し、
この上にギャップフィル能力に優れたＯ3 ／ＴＥＯＳ−
ＮＳＧ膜を形成する試みがある。プラズマＣＶＤ法によ
る酸化シリコン系絶縁膜も、原料ガスによりその成膜特
性が異なり、ＴＥＯＳ等の有機シラン系ガスによる酸化
シリコン系絶縁膜（以下Ｐ−ＴＥＯＳ膜と記す）と、Ｓ
ｉＨ4 等の無機シラン系ガスによる酸化シリコン系絶縁
膜（以下Ｐ−ＳｉＯ膜と記す）とでは、Ｐ−ＳｉＯ膜の
方が下地依存性が少ない。しかしながら、ステップカバ
レッジ特性についてはＰ−ＴＥＯＳ膜は約７０％の値が
得られるのに対し、Ｐ−ＳｉＯ膜は高々５０％であるの
で、微細な配線間スペースではやはりボイドが発生する
虞れが残る。したがって、一般的にはステップカバレッ
ジを重視してＰ−ＴＥＯＳ膜をＯ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ
膜の下層層間絶縁膜として採用する場合が多い。各酸化
シリコン系絶縁膜の成膜特性を〔表１〕にまとめる。
較的下地依存性の少ないプラズマＣＶＤ法により下層の
酸化シリコン系層間絶縁膜をコンフォーマルに形成し、
この上にギャップフィル能力に優れたＯ3 ／ＴＥＯＳ−
ＮＳＧ膜を形成する試みがある。プラズマＣＶＤ法によ
る酸化シリコン系絶縁膜も、原料ガスによりその成膜特
性が異なり、ＴＥＯＳ等の有機シラン系ガスによる酸化
シリコン系絶縁膜（以下Ｐ−ＴＥＯＳ膜と記す）と、Ｓ
ｉＨ4 等の無機シラン系ガスによる酸化シリコン系絶縁
膜（以下Ｐ−ＳｉＯ膜と記す）とでは、Ｐ−ＳｉＯ膜の
方が下地依存性が少ない。しかしながら、ステップカバ
レッジ特性についてはＰ−ＴＥＯＳ膜は約７０％の値が
得られるのに対し、Ｐ−ＳｉＯ膜は高々５０％であるの
で、微細な配線間スペースではやはりボイドが発生する
虞れが残る。したがって、一般的にはステップカバレッ
ジを重視してＰ−ＴＥＯＳ膜をＯ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ
膜の下層層間絶縁膜として採用する場合が多い。各酸化
シリコン系絶縁膜の成膜特性を〔表１〕にまとめる。
【０００８】
【表１】
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
技術を更に改良し、有機シラン系ガスを用いた熱分解Ｃ
ＶＤ法による酸化シリコン系絶縁膜、すなわちＯ3 ／Ｔ
ＥＯＳ−ＮＳＧ膜を形成するにあたり、下地依存性とス
テップカバレッジを両立し、優れた平坦面を有する平坦
化層間絶縁膜の形成方法を提供することを課題とする。
技術を更に改良し、有機シラン系ガスを用いた熱分解Ｃ
ＶＤ法による酸化シリコン系絶縁膜、すなわちＯ3 ／Ｔ
ＥＯＳ−ＮＳＧ膜を形成するにあたり、下地依存性とス
テップカバレッジを両立し、優れた平坦面を有する平坦
化層間絶縁膜の形成方法を提供することを課題とする。
【００１０】本発明の他の課題は、前述した優れた平坦
面を有する平坦化層間絶縁膜により、信頼性の高い高集
積度の半導体装置等を提供することである。
面を有する平坦化層間絶縁膜により、信頼性の高い高集
積度の半導体装置等を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の平坦化層間絶縁
膜の形成方法は上述の解決するために提案するものであ
り、有機シラン系ガス、無機シラン系ガスおよび酸化性
ガスとを主体とする原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法
により、段差を有する下地上にこの段差形状を反映した
第１の酸化シリコン系絶縁膜を形成する工程と、有機シ
ラン系ガスおよび酸化性ガスとを主体とする原料ガスを
用いた熱分解ＣＶＤ法により、第１の酸化シリコン系絶
縁膜上に略平坦な表面を有する第２の酸化シリコン系絶
縁膜を形成する工程を、この順に施すことを特徴とする
ものである。
膜の形成方法は上述の解決するために提案するものであ
り、有機シラン系ガス、無機シラン系ガスおよび酸化性
ガスとを主体とする原料ガスを用いたプラズマＣＶＤ法
により、段差を有する下地上にこの段差形状を反映した
第１の酸化シリコン系絶縁膜を形成する工程と、有機シ
ラン系ガスおよび酸化性ガスとを主体とする原料ガスを
用いた熱分解ＣＶＤ法により、第１の酸化シリコン系絶
縁膜上に略平坦な表面を有する第２の酸化シリコン系絶
縁膜を形成する工程を、この順に施すことを特徴とする
ものである。
【００１２】また第１の酸化シリコン系絶縁膜は、Ｓｉ
−Ｈ結合を有することを特徴とする。
−Ｈ結合を有することを特徴とする。
【００１３】Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜に代表される有
機シラン系化合物を用いた熱分解ＣＶＤ法が下地依存性
を示す機構は必ずしも明らかではないが、プラズマＣＶ
Ｄ法による下地の酸化シリコン系層間絶縁膜中のＳｉ−
Ｈ結合の濃度により堆積速度が変化するという報告が第
４２回応用物理学関係連合講演会（１９９５年春季年
会）講演予稿集ｐ７８５〜ｐ７８６、講演番号３０ｐ−
Ｃ−７、３０ｐ−Ｃ−８、３０ｐ−Ｃ−９にある。これ
によると、下地の酸化シリコン系層間絶縁膜中のＳｉ−
Ｈ結合の濃度が大きい程堆積速度は大きくなり、Ｓｉ上
の堆積速度に近ずき、下地依存性は低減する。
機シラン系化合物を用いた熱分解ＣＶＤ法が下地依存性
を示す機構は必ずしも明らかではないが、プラズマＣＶ
Ｄ法による下地の酸化シリコン系層間絶縁膜中のＳｉ−
Ｈ結合の濃度により堆積速度が変化するという報告が第
４２回応用物理学関係連合講演会（１９９５年春季年
会）講演予稿集ｐ７８５〜ｐ７８６、講演番号３０ｐ−
Ｃ−７、３０ｐ−Ｃ−８、３０ｐ−Ｃ−９にある。これ
によると、下地の酸化シリコン系層間絶縁膜中のＳｉ−
Ｈ結合の濃度が大きい程堆積速度は大きくなり、Ｓｉ上
の堆積速度に近ずき、下地依存性は低減する。
【００１４】上述した報告例においては、トリメトキシ
シラン（ＴＭＳ：ＳｉＨ（ＯＣＨ3）3 ）／Ｎ2 Ｏを原
料ガスとしたプラズマＣＶＤ法を採用し、原料ガス中の
Ｎ2Ｏの混合比を制御することにより酸化シリコン系絶
縁膜中のＳｉ−Ｈ結合の濃度を高めることが可能である
としている。ＴＭＳは、ＴＥＯＳと異なり分子中にＳｉ
原子に直結したＨ原子を有することから、かかる制御が
可能となると考えられる。
シラン（ＴＭＳ：ＳｉＨ（ＯＣＨ3）3 ）／Ｎ2 Ｏを原
料ガスとしたプラズマＣＶＤ法を採用し、原料ガス中の
Ｎ2Ｏの混合比を制御することにより酸化シリコン系絶
縁膜中のＳｉ−Ｈ結合の濃度を高めることが可能である
としている。ＴＭＳは、ＴＥＯＳと異なり分子中にＳｉ
原子に直結したＨ原子を有することから、かかる制御が
可能となると考えられる。
【００１５】本発明者は、従来より用いられてきた、よ
り汎用性の高いＴＥＯＳとＳｉＨ4の混合ガスを用いた
プラズマＣＶＤ法により、下地の酸化シリコン系層間絶
縁膜中にＳｉ−Ｈ結合を導入することが可能であること
を確認し、本発明を完成したのである。
り汎用性の高いＴＥＯＳとＳｉＨ4の混合ガスを用いた
プラズマＣＶＤ法により、下地の酸化シリコン系層間絶
縁膜中にＳｉ−Ｈ結合を導入することが可能であること
を確認し、本発明を完成したのである。
【００１６】本発明で採用する有機シラン系ガスとして
は、ＴＥＯＳをはじめとし、Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ
ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ（ＴＭＯＳ）、Ｄｉａｃｅ
ｔｏｘｙ ｄｉｔｅｒｔｉａｌｙｂｕｔｏｘｙ ｓｉｌ
ａｎｅ（ＤＡＤＢＳ）、Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｓｉｌ
ａｎｅ（ＴＥＳ）、Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ｓｉｌａ
ｎｅ（ＴＭＳ）、Ｏｃｔａｍｅｔｈｙｌ ｃｙｃｌｏ−
ｔｅｔｒａｓｉｌｏｘａｎｅ（ＯＭＣＴＳ）、Ｔｅｔｒ
ａｐｒｏｐｏｘｙ ｓｉｌａｎｅ（ＴＰＯＳ）、Ｔｅｔ
ｒａｍｅｔｈｙｌ ｃｙｃｌｏ−ｔｅｔｒａｓｉｌｏｘ
ａｎｅ（ＴＭＣＴＳ）等、他の有機シラン系ガスを適宜
使用することができる。置換基としてフッ素を有する有
機シラン系ガスを採用してもよい。
は、ＴＥＯＳをはじめとし、Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ
ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ（ＴＭＯＳ）、Ｄｉａｃｅ
ｔｏｘｙ ｄｉｔｅｒｔｉａｌｙｂｕｔｏｘｙ ｓｉｌ
ａｎｅ（ＤＡＤＢＳ）、Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ ｓｉｌ
ａｎｅ（ＴＥＳ）、Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ｓｉｌａ
ｎｅ（ＴＭＳ）、Ｏｃｔａｍｅｔｈｙｌ ｃｙｃｌｏ−
ｔｅｔｒａｓｉｌｏｘａｎｅ（ＯＭＣＴＳ）、Ｔｅｔｒ
ａｐｒｏｐｏｘｙ ｓｉｌａｎｅ（ＴＰＯＳ）、Ｔｅｔ
ｒａｍｅｔｈｙｌ ｃｙｃｌｏ−ｔｅｔｒａｓｉｌｏｘ
ａｎｅ（ＴＭＣＴＳ）等、他の有機シラン系ガスを適宜
使用することができる。置換基としてフッ素を有する有
機シラン系ガスを採用してもよい。
【００１７】本発明で採用する無機シラン系ガスとして
はＳｉＨ4 やＳｉ2 Ｈ6 等の高次シランガスを適宜使用
することができる。置換基としてフッ素を有するフルオ
ロシラン系ガスを採用してもよい。
はＳｉＨ4 やＳｉ2 Ｈ6 等の高次シランガスを適宜使用
することができる。置換基としてフッ素を有するフルオ
ロシラン系ガスを採用してもよい。
【００１８】なお、本発明における熱分解ＣＶＤは減圧
ＣＶＤ、大気圧（１．０１×１０5Ｐａ）における常圧
ＣＶＤ、あるいは大気圧以上の高圧ＣＶＤのいずれであ
ってもよい。また被処理基板やチャンバ内の反応領域に
低圧Ｈｇランプやエキシマレーザ等の紫外光を照射す
る、光励起ＣＶＤ法を併用してもよい。
ＣＶＤ、大気圧（１．０１×１０5Ｐａ）における常圧
ＣＶＤ、あるいは大気圧以上の高圧ＣＶＤのいずれであ
ってもよい。また被処理基板やチャンバ内の反応領域に
低圧Ｈｇランプやエキシマレーザ等の紫外光を照射す
る、光励起ＣＶＤ法を併用してもよい。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき図面を参
照しながら説明する。始めに本発明の各実施例で用いる
枚葉式ＣＶＤ装置の構成例につき、図２に示す概略断面
図を参照して説明する。
照しながら説明する。始めに本発明の各実施例で用いる
枚葉式ＣＶＤ装置の構成例につき、図２に示す概略断面
図を参照して説明する。
【００２０】平坦化層間絶縁膜を形成すべき被処理基板
１１は、ヒータ１３を内蔵する接地電位の基板ステージ
１２上にセッティングする。ＲＦ電源１６に接続され、
対向電極を兼ねるガスシャワーヘッド１４にはＴＥＯ
Ｓ、ＳｉＨ4 およびＮ2 Ｏ等のガス導入管１５が接続さ
れている。これら基板ステージ１２、ガスシャワーヘッ
ド１４等は図示しないゲートバルブと搬送手段を有する
チャンバ１７内に収納されている。
１１は、ヒータ１３を内蔵する接地電位の基板ステージ
１２上にセッティングする。ＲＦ電源１６に接続され、
対向電極を兼ねるガスシャワーヘッド１４にはＴＥＯ
Ｓ、ＳｉＨ4 およびＮ2 Ｏ等のガス導入管１５が接続さ
れている。これら基板ステージ１２、ガスシャワーヘッ
ド１４等は図示しないゲートバルブと搬送手段を有する
チャンバ１７内に収納されている。
【００２１】つぎに本発明の基礎となる実験データにつ
き、図３ないし図５を参照して説明する。ＴＥＯＳ／Ｓ
ｉＨ4 の総流量を一定とし、ＳｉＨ4 の混合比を変えた
場合のＰ−ＴＥＯＳ膜中のＳｉ−Ｈ結合の濃度を図３に
示す。同図に見られるように、ＳｉＨ4 の混合比が増え
るに従い、Ｐ−ＴＥＯＳ膜中のＳｉ−Ｈ結合の濃度も増
加することが判る。また同じくＳｉＨ4 の混合比を変え
た場合のＰ−ＴＥＯＳ膜のステップカバレッジのデータ
を図４に示す。同図から明らかなように、ＳｉＨ4 の混
合比が増えるに従い、Ｐ−ＴＥＯＳ膜のステップカバレ
ッジは低下する傾向を示す。
き、図３ないし図５を参照して説明する。ＴＥＯＳ／Ｓ
ｉＨ4 の総流量を一定とし、ＳｉＨ4 の混合比を変えた
場合のＰ−ＴＥＯＳ膜中のＳｉ−Ｈ結合の濃度を図３に
示す。同図に見られるように、ＳｉＨ4 の混合比が増え
るに従い、Ｐ−ＴＥＯＳ膜中のＳｉ−Ｈ結合の濃度も増
加することが判る。また同じくＳｉＨ4 の混合比を変え
た場合のＰ−ＴＥＯＳ膜のステップカバレッジのデータ
を図４に示す。同図から明らかなように、ＳｉＨ4 の混
合比が増えるに従い、Ｐ−ＴＥＯＳ膜のステップカバレ
ッジは低下する傾向を示す。
【００２２】かかるＳｉ−Ｈ結合濃度を変えたＰ−ＴＥ
ＯＳ膜上に、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜を形成したとき
の下地依存性を図５に示す。この場合の下地依存性と
は、ＳｉＯ2 上の成長速度と、ＳｉやＡｌ系金属上の成
長速度の比で定義されるものである。図５は下地のＰ−
ＴＥＯＳ膜中のＳｉ−Ｈ結合濃度が増えるに従い下地依
存性は低減して１に近づき、ある一定のＳｉ−Ｈ結合濃
度以上では下地依存性は一定値に飽和することを示して
いる。以上の結果をまとめると、ＴＥＯＳ／ＳｉＨ4 の
総流量中のＳｉＨ4 の混合比を最適値に設定することに
より、Ｐ−ＴＥＯＳ膜のステップカバレッジおよびＯ3
／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜の下地依存性を共に満足する平坦
化層間絶縁膜を形成することが可能である。
ＯＳ膜上に、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜を形成したとき
の下地依存性を図５に示す。この場合の下地依存性と
は、ＳｉＯ2 上の成長速度と、ＳｉやＡｌ系金属上の成
長速度の比で定義されるものである。図５は下地のＰ−
ＴＥＯＳ膜中のＳｉ−Ｈ結合濃度が増えるに従い下地依
存性は低減して１に近づき、ある一定のＳｉ−Ｈ結合濃
度以上では下地依存性は一定値に飽和することを示して
いる。以上の結果をまとめると、ＴＥＯＳ／ＳｉＨ4 の
総流量中のＳｉＨ4 の混合比を最適値に設定することに
より、Ｐ−ＴＥＯＳ膜のステップカバレッジおよびＯ3
／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜の下地依存性を共に満足する平坦
化層間絶縁膜を形成することが可能である。
【００２３】実施例１ 次に、平坦化層間絶縁膜の形成方法の具体的実施例を説
明する。本実施例は、Ａｌ系金属配線上に平坦化層間絶
縁膜を形成した例であり、これを図１（ａ）〜（ｃ）の
概略断面図を参照して説明する。
明する。本実施例は、Ａｌ系金属配線上に平坦化層間絶
縁膜を形成した例であり、これを図１（ａ）〜（ｃ）の
概略断面図を参照して説明する。
【００２４】本実施例で採用した被処理基板は、図１
（ａ）に示すようにＳｉＯ2 等の下層絶縁膜１上に０．
３５μｍのラインアンドスペース状にＡｌ系金属による
配線２が形成され、複数の段差を有するものである。配
線２の厚さは例えば０．５μｍであり、配線および配線
間のスペースのアスペクト比は共に１．４である。
（ａ）に示すようにＳｉＯ2 等の下層絶縁膜１上に０．
３５μｍのラインアンドスペース状にＡｌ系金属による
配線２が形成され、複数の段差を有するものである。配
線２の厚さは例えば０．５μｍであり、配線および配線
間のスペースのアスペクト比は共に１．４である。
【００２５】この被処理基板を図２に示したＣＶＤ装置
の基板ステージ１２に載置し、第１の酸化シリコン系絶
縁膜３を一例として下記プラズマＣＶＤ条件により形成
する。 ＴＥＯＳ ８００ ｓｃｃｍ ＳｉＨ4 ５０ ｓｃｃｍ Ｎ2 Ｏ ４００ ｓｃｃｍ ガス圧力 １２００ Ｐａ ＲＦ電力 ４１０ Ｗ 基板温度 ３９０ ℃ 本ＣＶＤ条件は、ＴＥＯＳとＳｉＨ4 の混合比を最適化
することにより、下地依存性が少なくまたステップカバ
レッジにも優れたコンフォーマルな、すなわち下地の段
差を反映した酸化シリコン系絶縁膜が形成できるもので
ある。この状態を図１（ｂ）に示す。第１の酸化シリコ
ン系絶縁膜３厚さは例えば１００ｎｍとする。
の基板ステージ１２に載置し、第１の酸化シリコン系絶
縁膜３を一例として下記プラズマＣＶＤ条件により形成
する。 ＴＥＯＳ ８００ ｓｃｃｍ ＳｉＨ4 ５０ ｓｃｃｍ Ｎ2 Ｏ ４００ ｓｃｃｍ ガス圧力 １２００ Ｐａ ＲＦ電力 ４１０ Ｗ 基板温度 ３９０ ℃ 本ＣＶＤ条件は、ＴＥＯＳとＳｉＨ4 の混合比を最適化
することにより、下地依存性が少なくまたステップカバ
レッジにも優れたコンフォーマルな、すなわち下地の段
差を反映した酸化シリコン系絶縁膜が形成できるもので
ある。この状態を図１（ｂ）に示す。第１の酸化シリコ
ン系絶縁膜３厚さは例えば１００ｎｍとする。
【００２６】つぎに被処理基板を常圧ＣＶＤ装置に搬送
し、一例として下記条件により第２の酸化シリコン系絶
縁膜を形成する。 ＴＥＯＳ ２５０ ｓｃｃｍ Ｏ3 ２００ ｓｃｃｍ ガス圧力 常圧 基板温度 ３９０ ℃ 本ＣＶＤ条件は、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜の形成条件
として一般的な条件であるが、下地の第１の酸化シリコ
ン系絶縁膜３中にＳｉ−Ｈ結合が導入されていることに
より堆積速度が上昇し膜質は緻密であり、下地依存性は
少ない。したがって配線２のスペース間のボイドの発生
は見られず、良好な平坦面を有する第２の酸化シリコン
系絶縁膜４が形成された。この状態を図１（ｃ）に示
す。
し、一例として下記条件により第２の酸化シリコン系絶
縁膜を形成する。 ＴＥＯＳ ２５０ ｓｃｃｍ Ｏ3 ２００ ｓｃｃｍ ガス圧力 常圧 基板温度 ３９０ ℃ 本ＣＶＤ条件は、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜の形成条件
として一般的な条件であるが、下地の第１の酸化シリコ
ン系絶縁膜３中にＳｉ−Ｈ結合が導入されていることに
より堆積速度が上昇し膜質は緻密であり、下地依存性は
少ない。したがって配線２のスペース間のボイドの発生
は見られず、良好な平坦面を有する第２の酸化シリコン
系絶縁膜４が形成された。この状態を図１（ｃ）に示
す。
【００２７】この後必要に応じ、図示はしないが極く短
時間の化学的機械研磨等で第２の酸化シリコン系絶縁膜
４表面の僅かな凸部を除去してもよい。また第２の酸化
シリコン系絶縁膜４上にさらに緻密な膜質のキャップ絶
縁膜を形成してもよい。
時間の化学的機械研磨等で第２の酸化シリコン系絶縁膜
４表面の僅かな凸部を除去してもよい。また第２の酸化
シリコン系絶縁膜４上にさらに緻密な膜質のキャップ絶
縁膜を形成してもよい。
【００２８】本実施例によれば、汎用ガスであるＴＥＯ
Ｓ／ＳｉＨ4 ／Ｎ2 Ｏ混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ
により段差下地上に第１の酸化シリコン系絶縁膜を形成
し、この後Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜を形成することに
より、下地依存性がなく良好な平坦面を有する平坦化層
間絶縁膜を形成することが可能である。
Ｓ／ＳｉＨ4 ／Ｎ2 Ｏ混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ
により段差下地上に第１の酸化シリコン系絶縁膜を形成
し、この後Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜を形成することに
より、下地依存性がなく良好な平坦面を有する平坦化層
間絶縁膜を形成することが可能である。
【００２９】実施例２ 本実施例は、多結晶シリコン配線上に平坦化層間絶縁膜
を形成した例であり、これを再び図１（ａ）〜（ｃ）の
概略断面図を参照して説明する。
を形成した例であり、これを再び図１（ａ）〜（ｃ）の
概略断面図を参照して説明する。
【００３０】本実施例で採用した被処理基板は、図１
（ａ）に示すようにＳｉＯ2 等の下層絶縁膜１上に０．
３５μｍのラインアンドスペース状に多結晶シリコンに
よる配線２やゲート電極が形成され、複数の段差を有す
るものである。配線２の厚さは例えば０．５μｍであ
り、配線および配線間のスペースのアスペクト比は共に
１．４である。
（ａ）に示すようにＳｉＯ2 等の下層絶縁膜１上に０．
３５μｍのラインアンドスペース状に多結晶シリコンに
よる配線２やゲート電極が形成され、複数の段差を有す
るものである。配線２の厚さは例えば０．５μｍであ
り、配線および配線間のスペースのアスペクト比は共に
１．４である。
【００３１】この被処理基板を図２に示したＣＶＤ装置
の基板ステージ１２に載置し、第１の酸化シリコン系絶
縁膜３を一例として下記プラズマＣＶＤ条件により形成
する。 ＴＥＯＳ ８００ ｓｃｃｍ ＳｉＨ4 ５０ ｓｃｃｍ Ｏ2 ３５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １２００ Ｐａ ＲＦ電力 ４１０ Ｗ 基板温度 ３９０ ℃ 本ＣＶＤ条件は、ＴＥＯＳとＳｉＨ4 の混合比を最適化
することにより、下地依存性が少なくまたステップカバ
レッジにも優れたコンフォーマルな、すなわち下地の段
差を反映した酸化シリコン系絶縁膜が形成できるもので
ある。この状態を図１（ｂ）に示す。第１の酸化シリコ
ン系絶縁膜３厚さは例えば１００ｎｍとする。
の基板ステージ１２に載置し、第１の酸化シリコン系絶
縁膜３を一例として下記プラズマＣＶＤ条件により形成
する。 ＴＥＯＳ ８００ ｓｃｃｍ ＳｉＨ4 ５０ ｓｃｃｍ Ｏ2 ３５０ ｓｃｃｍ ガス圧力 １２００ Ｐａ ＲＦ電力 ４１０ Ｗ 基板温度 ３９０ ℃ 本ＣＶＤ条件は、ＴＥＯＳとＳｉＨ4 の混合比を最適化
することにより、下地依存性が少なくまたステップカバ
レッジにも優れたコンフォーマルな、すなわち下地の段
差を反映した酸化シリコン系絶縁膜が形成できるもので
ある。この状態を図１（ｂ）に示す。第１の酸化シリコ
ン系絶縁膜３厚さは例えば１００ｎｍとする。
【００３２】つぎに実施例１と同様な条件によりＯ3 ／
ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜による第２の酸化シリコン系絶縁膜
を形成する。本実施例においても多結晶シリコンによる
配線２のスペース間のボイドの発生は見られず、良好な
平坦面を有する第２の酸化シリコン系絶縁膜４が形成さ
れた。この状態を図１（ｃ）に示す。
ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜による第２の酸化シリコン系絶縁膜
を形成する。本実施例においても多結晶シリコンによる
配線２のスペース間のボイドの発生は見られず、良好な
平坦面を有する第２の酸化シリコン系絶縁膜４が形成さ
れた。この状態を図１（ｃ）に示す。
【００３３】この後、図示はしないが極く短時間の化学
的機械研磨等で第２の酸化シリコン系絶縁膜４表面の僅
かな凸部を除去してもよい。また第２の酸化シリコン系
絶縁膜４上にさらに緻密な膜質のキャップ絶縁膜を形成
してもよい。
的機械研磨等で第２の酸化シリコン系絶縁膜４表面の僅
かな凸部を除去してもよい。また第２の酸化シリコン系
絶縁膜４上にさらに緻密な膜質のキャップ絶縁膜を形成
してもよい。
【００３４】本実施例によれば、汎用ガスであるＴＥＯ
Ｓ／ＳｉＨ4 ／Ｏ2 混合ガスを用いたプラズマＣＶＤに
より段差下地上に第１の酸化シリコン系絶縁膜を形成
し、この後Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜を形成することに
より、下地依存性がなく良好な平坦面を有する平坦化層
間絶縁膜を形成することが可能である。
Ｓ／ＳｉＨ4 ／Ｏ2 混合ガスを用いたプラズマＣＶＤに
より段差下地上に第１の酸化シリコン系絶縁膜を形成
し、この後Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜を形成することに
より、下地依存性がなく良好な平坦面を有する平坦化層
間絶縁膜を形成することが可能である。
【００３５】以上、本発明を２例の実施例をもって説明
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。例えばＴＥＯＳとＳｉＨ4 の混合比は上述した
実施例においては１６：１であるが、この混合比は使用
するプラズマＣＶＤ装置やプラズマＣＶＤ条件により予
め最適なＳｉ−Ｈ結合濃度が得られるように、適宜条件
設定することが望ましい。
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。例えばＴＥＯＳとＳｉＨ4 の混合比は上述した
実施例においては１６：１であるが、この混合比は使用
するプラズマＣＶＤ装置やプラズマＣＶＤ条件により予
め最適なＳｉ−Ｈ結合濃度が得られるように、適宜条件
設定することが望ましい。
【００３６】有機シラン系ガスとしてＴＥＯＳを例示し
たが、先述したように他の有機シラン系ガスを適宜使用
することができる。置換基としてＦを有する有機シラン
系ガスを用いれば、低誘電率特性を有するＳｉＯＦ系の
酸化シリコン系材料層を形成することもできる。また無
機シラン系ガスとしてＳｉ2 Ｈ6 等の高次シランガスや
フルオロシランガスを用いてもよい。
たが、先述したように他の有機シラン系ガスを適宜使用
することができる。置換基としてＦを有する有機シラン
系ガスを用いれば、低誘電率特性を有するＳｉＯＦ系の
酸化シリコン系材料層を形成することもできる。また無
機シラン系ガスとしてＳｉ2 Ｈ6 等の高次シランガスや
フルオロシランガスを用いてもよい。
【００３７】またＰＨ3 、Ｂ2 Ｈ6 、ＡｓＨ3 やＴｒｉ
ｍｅｔｈｙｌ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ（ＴＭＰ）、Ｔｒｉ
ｍｅｔｈｙｌ ｂｏｒａｔｅ（ＴＭＢ）等の不純物ソー
スガスを添加してＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ、ＡｓＳＧ
等のシリケートガラスを形成することも可能である。
ｍｅｔｈｙｌ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ（ＴＭＰ）、Ｔｒｉ
ｍｅｔｈｙｌ ｂｏｒａｔｅ（ＴＭＢ）等の不純物ソー
スガスを添加してＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ、ＡｓＳＧ
等のシリケートガラスを形成することも可能である。
【００３８】その他、希釈ガスとしてＨｅ、Ａｒ、Ｘｅ
等の希ガスやＮ2 を混合して用いてもよい。またプラズ
マＣＶＤ装置として平行平板型の他に、ＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ装置やヘリコン波プラズマＣＶＤあるいは誘導結
合プラズマＣＶＤ装置等を用いてもよい。
等の希ガスやＮ2 を混合して用いてもよい。またプラズ
マＣＶＤ装置として平行平板型の他に、ＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ装置やヘリコン波プラズマＣＶＤあるいは誘導結
合プラズマＣＶＤ装置等を用いてもよい。
【００３９】前述の各実施例は、Ａｌ系金属および多結
晶シリコン配線上の層間絶縁膜を形成する場合について
例示したが、ポリサイド等他の配線材料層を用いる場合
や、最終パッシベーション膜として用いる場合であって
もよい。また他の電子デバイス、例えば薄膜磁気ヘッド
の絶縁膜等にも適用することもできることは言うまでも
ない。
晶シリコン配線上の層間絶縁膜を形成する場合について
例示したが、ポリサイド等他の配線材料層を用いる場合
や、最終パッシベーション膜として用いる場合であって
もよい。また他の電子デバイス、例えば薄膜磁気ヘッド
の絶縁膜等にも適用することもできることは言うまでも
ない。
【００４０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば有機シラン系ガス、無機シラン系ガスおよび酸
化性ガスを主体としたプラズマＣＶＤにより、Ｓｉ−Ｈ
結合を膜中に有し下地依存性が低減されるとともにステ
ップカバレッジに優れた下層の第１の層間絶縁膜を形成
することにより、この後に形成するＯ3 ／ＴＥＯＳ−Ｎ
ＳＧ膜からなる第２の酸化シリコン系絶縁膜は良好な平
坦面を有し、またその膜質も緻密である。したがって、
かかる優れた平坦化層間絶縁膜の採用により、信頼性の
高い高集積度の半導体装置を提供することが可能とな
る。
によれば有機シラン系ガス、無機シラン系ガスおよび酸
化性ガスを主体としたプラズマＣＶＤにより、Ｓｉ−Ｈ
結合を膜中に有し下地依存性が低減されるとともにステ
ップカバレッジに優れた下層の第１の層間絶縁膜を形成
することにより、この後に形成するＯ3 ／ＴＥＯＳ−Ｎ
ＳＧ膜からなる第２の酸化シリコン系絶縁膜は良好な平
坦面を有し、またその膜質も緻密である。したがって、
かかる優れた平坦化層間絶縁膜の採用により、信頼性の
高い高集積度の半導体装置を提供することが可能とな
る。
【図１】本発明の平坦化層間絶縁膜の形成方法を説明す
る概略断面図であり、（ａ）は下層絶縁膜上に配線を形
成し高アスペクト比の段差が発生した状態、（ｂ）は第
１の酸化シリコン系絶縁膜をコンフォーマルに形成した
状態、（ｃ）は第２の酸化シリコン系絶縁膜を形成して
平坦化層間絶縁膜を完成した状態である。
る概略断面図であり、（ａ）は下層絶縁膜上に配線を形
成し高アスペクト比の段差が発生した状態、（ｂ）は第
１の酸化シリコン系絶縁膜をコンフォーマルに形成した
状態、（ｃ）は第２の酸化シリコン系絶縁膜を形成して
平坦化層間絶縁膜を完成した状態である。
【図２】本発明の実施例で用いたプラズマＣＶＤ装置の
構成例を示す概略断面図である。
構成例を示す概略断面図である。
【図３】ＴＥＯＳ／ＳｉＨ4 混合ガスの混合比と酸化シ
リコン系絶縁膜中のＳｉ−Ｈ結合濃度の関係を示す図で
ある。
リコン系絶縁膜中のＳｉ−Ｈ結合濃度の関係を示す図で
ある。
【図４】ＴＥＯＳ／ＳｉＨ4 混合ガスの混合比と酸化シ
リコン系絶縁膜のステップカバレッジの関係を示す図で
ある。
リコン系絶縁膜のステップカバレッジの関係を示す図で
ある。
【図５】下地酸化シリコン系絶縁膜中のＳｉ−Ｈ結合濃
度と、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜の成膜速度の下地依存
性の関係を示す図である。
度と、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ−ＮＳＧ膜の成膜速度の下地依存
性の関係を示す図である。
１ 下層絶縁膜 ２ 配線 ３ 第１の酸化シリコン系絶縁膜 ４ 第２の酸化シリコン系絶縁膜 １１ 被処理基板 １２ 基板ステージ １３ ヒータ １４ ガスシャワーヘッド １５ ガス導入管 １６ ＲＦ電源 １７ チャンバ
Claims (2)
- 【請求項１】 有機シラン系ガス、無機シラン系ガスお
よび酸化性ガスとを主体とする原料ガスを用いたプラズ
マＣＶＤ法により、段差を有する下地上に前記段差形状
を反映した第１の酸化シリコン系絶縁膜を形成する工程
と、 有機シラン系ガスおよび酸化性ガスとを主体とする原料
ガスを用いた熱分解ＣＶＤ法により、前記第１の酸化シ
リコン系絶縁膜上に略平坦な表面を有する第２の酸化シ
リコン系絶縁膜を形成する工程を、 この順に施すことを特徴とする平坦化層間絶縁膜の形成
方法。 - 【請求項２】 第１の酸化シリコン系絶縁膜は、Ｓｉ−
Ｈ結合を有することを特徴とする、請求項１記載の平坦
化層間絶縁膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23247695A JPH0982704A (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 平坦化層間絶縁膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23247695A JPH0982704A (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 平坦化層間絶縁膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0982704A true JPH0982704A (ja) | 1997-03-28 |
Family
ID=16939905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23247695A Pending JPH0982704A (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 平坦化層間絶縁膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0982704A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005535465A (ja) * | 2002-08-17 | 2005-11-24 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | シリコン層とパッシベーション層とを備えた層系、シリコン層上にパッシベーション層を作成する方法及びその使用 |
-
1995
- 1995-09-11 JP JP23247695A patent/JPH0982704A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005535465A (ja) * | 2002-08-17 | 2005-11-24 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | シリコン層とパッシベーション層とを備えた層系、シリコン層上にパッシベーション層を作成する方法及びその使用 |
| US7872333B2 (en) | 2002-08-17 | 2011-01-18 | Robert Bosch Gmbh | Layer system comprising a silicon layer and a passivation layer, method for production a passivation layer on a silicon layer and the use of said system and method |
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