JPH10294311A - 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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- JPH10294311A JPH10294311A JP10150097A JP10150097A JPH10294311A JP H10294311 A JPH10294311 A JP H10294311A JP 10150097 A JP10150097 A JP 10150097A JP 10150097 A JP10150097 A JP 10150097A JP H10294311 A JPH10294311 A JP H10294311A
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Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリコン基板上に、第１、第２、第３シリコ
ン酸化膜を積層して自己平坦化された層間絶縁膜を形成
する工程で、シランと過酸化水素水を原料ガスに用いた
ポリマー層からなる第２シリコン酸化膜のクラック、ボ
イド等の膜破壊の生じない製造方法を提供する。 【解決手段】 第２シリコン酸化膜23成長後から第３シ
リコン酸化膜24(キャップ層)形成前に、加熱処理、減圧
処理、プラズマ処理を施す。これにより、配線段差の大
きいギャップを第２シリコン酸化膜層で埋め、成膜後の
熱処理により膜破壊を抑制し、配線の短絡、断線を防止
する。
ン酸化膜を積層して自己平坦化された層間絶縁膜を形成
する工程で、シランと過酸化水素水を原料ガスに用いた
ポリマー層からなる第２シリコン酸化膜のクラック、ボ
イド等の膜破壊の生じない製造方法を提供する。 【解決手段】 第２シリコン酸化膜23成長後から第３シ
リコン酸化膜24(キャップ層)形成前に、加熱処理、減圧
処理、プラズマ処理を施す。これにより、配線段差の大
きいギャップを第２シリコン酸化膜層で埋め、成膜後の
熱処理により膜破壊を抑制し、配線の短絡、断線を防止
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に多層配線間に用いられているクラック
耐性を向上させた自己平坦化層間絶縁膜の製造方法に関
する。
方法に関し、特に多層配線間に用いられているクラック
耐性を向上させた自己平坦化層間絶縁膜の製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の多層配線間の自己平坦化層
間絶縁膜は、下層配線形成後、シリコン酸化膜をプラズ
マＣＶＤ法によりウェーハ表面に形成する。このシリコ
ン酸化膜の形成前に酸素などの反応性ガスによるプラズ
マで予備処理を行う。次に、このシリコン酸化膜の表面
にシランと過酸化水素水との反応により生成されたシラ
ノール[Ｓi(ＯＨ)4]系のポリマーを堆積させる。このポ
リマーによりシリコン酸化膜下の下層配線間のギャップ
を埋め、平坦化をするものである。このポリマーの堆積
前にＮ2Ｏガス中でのプラズマ処理を加えてもよい。
間絶縁膜は、下層配線形成後、シリコン酸化膜をプラズ
マＣＶＤ法によりウェーハ表面に形成する。このシリコ
ン酸化膜の形成前に酸素などの反応性ガスによるプラズ
マで予備処理を行う。次に、このシリコン酸化膜の表面
にシランと過酸化水素水との反応により生成されたシラ
ノール[Ｓi(ＯＨ)4]系のポリマーを堆積させる。このポ
リマーによりシリコン酸化膜下の下層配線間のギャップ
を埋め、平坦化をするものである。このポリマーの堆積
前にＮ2Ｏガス中でのプラズマ処理を加えてもよい。
【０００３】このポリマー層は多くの水分を含んでいる
ため、できるだけ多くの水分を除去することが必要であ
り、ポリマー堆積後低圧力に曝して、この層から水分を
排出させる。しかし、このポリマー層から完全に水分を
除去するためには400℃程度の熱処理が必要であること
が知られているが、多量の水分を含んだポリマー層を大
気に曝すと大気中の水分等と反応し膜剥がれ、ポリマー
層への水分再吸着等が発生する。そのため、これらの問
題を解決するために、ポリマー層上にシリコン酸化膜の
キャップ層をプラズマＣＶＤ法により堆積する。これら
のシリコン酸化膜により下層配線間のギャップ充填を行
い、自己平坦化絶縁膜を形成する。(国際出願番号：Ｐ
ＣＴ／ＧＢ９３／０１３６８)
ため、できるだけ多くの水分を除去することが必要であ
り、ポリマー堆積後低圧力に曝して、この層から水分を
排出させる。しかし、このポリマー層から完全に水分を
除去するためには400℃程度の熱処理が必要であること
が知られているが、多量の水分を含んだポリマー層を大
気に曝すと大気中の水分等と反応し膜剥がれ、ポリマー
層への水分再吸着等が発生する。そのため、これらの問
題を解決するために、ポリマー層上にシリコン酸化膜の
キャップ層をプラズマＣＶＤ法により堆積する。これら
のシリコン酸化膜により下層配線間のギャップ充填を行
い、自己平坦化絶縁膜を形成する。(国際出願番号：Ｐ
ＣＴ／ＧＢ９３／０１３６８)
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
自己平坦化層間絶縁膜は深いギャップ段差(例えば図１
(a)の配線高さ11のように、1.0μm以上の段差)を埋め込
もうとしたとき、自己平坦化絶縁膜形成後の熱処理など
により絶縁膜中にクラック、ボイド等の膜破壊が発生
し、それが原因となって配線間の短絡、配線の断線等の
信頼性上の問題が発生する。
自己平坦化層間絶縁膜は深いギャップ段差(例えば図１
(a)の配線高さ11のように、1.0μm以上の段差)を埋め込
もうとしたとき、自己平坦化絶縁膜形成後の熱処理など
により絶縁膜中にクラック、ボイド等の膜破壊が発生
し、それが原因となって配線間の短絡、配線の断線等の
信頼性上の問題が発生する。
【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るもので、自己平坦化層間絶縁膜のポリマー層(第２シ
リコン酸化膜)の膜形成後における熱処理などのストレ
スに起因するクラック、ボイド等の膜破壊の発生のない
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
るもので、自己平坦化層間絶縁膜のポリマー層(第２シ
リコン酸化膜)の膜形成後における熱処理などのストレ
スに起因するクラック、ボイド等の膜破壊の発生のない
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、自己平坦化層間絶縁膜の一部であるシラ
ンと過酸化水素水を原料ガスとしたポリマー層の形成後
からキャップ層(第３シリコン酸化膜)形成前に、加熱処
理、減圧処理、プラズマ処理を施すものである。
に、本発明は、自己平坦化層間絶縁膜の一部であるシラ
ンと過酸化水素水を原料ガスとしたポリマー層の形成後
からキャップ層(第３シリコン酸化膜)形成前に、加熱処
理、減圧処理、プラズマ処理を施すものである。
【０００７】上記処理により、ポリマー層からの水分除
去を促進させ、絶縁膜でのクラック、ボイド等の膜破壊
を防止することができる。
去を促進させ、絶縁膜でのクラック、ボイド等の膜破壊
を防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。 (実施の形態１)図１は、本発明の実施の形態１における
自己平坦化層間絶縁膜の製造方法を示す工程断面図であ
る。まず、図１(a)に示すように、シランとＮ2Ｏ、窒素
を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法により反応圧力50〜
300Ｐa、成長温度250〜450℃の温度範囲で、下層配線15
形成後のシリコン基板10の全面に50〜300nm程度の膜厚
の第１シリコン酸化膜12を形成する。第１シリコン酸化
膜12形成後、このシリコン酸化膜の膜質改質のために、
Ｎ2Ｏ、窒素等の反応性ガスによるプラズマ処理を行っ
てもよい。また、第１シリコン酸化膜12形成前に酸素、
窒素等の反応性ガスによるプラズマによりシリコン基板
10上の汚れを除去、もしくはシリコン基板10上の積層膜
中の含有水分量を減らすために、予備処理を行ってもよ
い。
て、図面を参照しながら詳細に説明する。 (実施の形態１)図１は、本発明の実施の形態１における
自己平坦化層間絶縁膜の製造方法を示す工程断面図であ
る。まず、図１(a)に示すように、シランとＮ2Ｏ、窒素
を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法により反応圧力50〜
300Ｐa、成長温度250〜450℃の温度範囲で、下層配線15
形成後のシリコン基板10の全面に50〜300nm程度の膜厚
の第１シリコン酸化膜12を形成する。第１シリコン酸化
膜12形成後、このシリコン酸化膜の膜質改質のために、
Ｎ2Ｏ、窒素等の反応性ガスによるプラズマ処理を行っ
てもよい。また、第１シリコン酸化膜12形成前に酸素、
窒素等の反応性ガスによるプラズマによりシリコン基板
10上の汚れを除去、もしくはシリコン基板10上の積層膜
中の含有水分量を減らすために、予備処理を行ってもよ
い。
【０００９】次に、図１(b)に示すように、第１シリコ
ン酸化膜12上に、シランと過酸化水素水を原料ガスとし
て、反応圧力100〜300Ｐa、成長温度−10〜30℃程度の
温度範囲で、0.4〜1.5μm程度の膜厚の平坦性に優れた
第２シリコン酸化膜13を形成する。第２シリコン酸化膜
13はシランと過酸化水素水との反応により生成された固
化していない液状ポリマーであるシラノールをシリコン
基板10上に堆積させ膜形成を行っているため、第２シリ
コン酸化膜13中には水分または、水酸基(−ＯＨ)を多量
に含んでいる。この第２シリコン酸化膜13中の水分が除
去されずに、膜中に残留することにより、膜形成後の熱
処理によりクラック、ボイド等が発生する。第２シリコ
ン酸化膜13中の水分量を減らすために膜形成後、例えば
0.1Ｐa以下の低圧力下にウェーハを30秒以上放置し、そ
の後、ウェーハを10〜90秒間、300℃の加熱処理を付加
する。
ン酸化膜12上に、シランと過酸化水素水を原料ガスとし
て、反応圧力100〜300Ｐa、成長温度−10〜30℃程度の
温度範囲で、0.4〜1.5μm程度の膜厚の平坦性に優れた
第２シリコン酸化膜13を形成する。第２シリコン酸化膜
13はシランと過酸化水素水との反応により生成された固
化していない液状ポリマーであるシラノールをシリコン
基板10上に堆積させ膜形成を行っているため、第２シリ
コン酸化膜13中には水分または、水酸基(−ＯＨ)を多量
に含んでいる。この第２シリコン酸化膜13中の水分が除
去されずに、膜中に残留することにより、膜形成後の熱
処理によりクラック、ボイド等が発生する。第２シリコ
ン酸化膜13中の水分量を減らすために膜形成後、例えば
0.1Ｐa以下の低圧力下にウェーハを30秒以上放置し、そ
の後、ウェーハを10〜90秒間、300℃の加熱処理を付加
する。
【００１０】次に、図１(c)に示すように、シランとＮ2
Ｏ、窒素を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法により反応
圧力100〜300Ｐa、成長温度250〜450℃の温度範囲で第
２シリコン酸化膜13上に100〜400nm程度の膜厚の第３シ
リコン酸化膜14を形成する。第３シリコン酸化膜14形成
後は、第２シリコン酸化膜13中のシラノールの架橋反応
により生成した水分、水酸基を除去するために、380〜4
50℃の温度範囲で20〜60分間熱処理を加えてもよい。
Ｏ、窒素を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法により反応
圧力100〜300Ｐa、成長温度250〜450℃の温度範囲で第
２シリコン酸化膜13上に100〜400nm程度の膜厚の第３シ
リコン酸化膜14を形成する。第３シリコン酸化膜14形成
後は、第２シリコン酸化膜13中のシラノールの架橋反応
により生成した水分、水酸基を除去するために、380〜4
50℃の温度範囲で20〜60分間熱処理を加えてもよい。
【００１１】(実施の形態２)図２は、本発明の実施の形
態２における自己平坦化層間絶縁膜の製造方法を示す工
程断面図である。まず、図２(a)に示すように、シラン
とＮ2Ｏ、窒素を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法によ
り反応圧力50〜300Ｐa、成長温度250〜450℃の温度範囲
で、下層配線25形成後のシリコン基板20の全面に50〜30
0nm程度の膜厚の第１シリコン酸化膜22を形成する。第
１シリコン酸化膜22形成後、このシリコン酸化膜の膜質
改質のために、Ｎ2Ｏ、窒素等の反応性ガスによるプラ
ズマ処理を行ってもよい。また、第１シリコン酸化膜22
形成前に酸素、窒素等の反応性ガスによるプラズマによ
りシリコン基板20上の汚れを除去、もしくはシリコン基
板20上の積層膜中の含有水分量を減らすために、予備処
理を行ってもよい。
態２における自己平坦化層間絶縁膜の製造方法を示す工
程断面図である。まず、図２(a)に示すように、シラン
とＮ2Ｏ、窒素を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法によ
り反応圧力50〜300Ｐa、成長温度250〜450℃の温度範囲
で、下層配線25形成後のシリコン基板20の全面に50〜30
0nm程度の膜厚の第１シリコン酸化膜22を形成する。第
１シリコン酸化膜22形成後、このシリコン酸化膜の膜質
改質のために、Ｎ2Ｏ、窒素等の反応性ガスによるプラ
ズマ処理を行ってもよい。また、第１シリコン酸化膜22
形成前に酸素、窒素等の反応性ガスによるプラズマによ
りシリコン基板20上の汚れを除去、もしくはシリコン基
板20上の積層膜中の含有水分量を減らすために、予備処
理を行ってもよい。
【００１２】次に、図２(b)に示すように、第１シリコ
ン酸化膜22上に、シランと過酸化水素水を原料ガスとし
て、反応圧力100〜300Ｐa、成長温度−10〜30℃の温度
範囲で、0.4〜1.5μm程度の膜厚の平坦性に優れた第２
シリコン酸化膜23を形成する。第２シリコン酸化膜23は
シランと過酸化水素水との反応により生成された固化し
ていない液状ポリマーであるシラノールをシリコン基板
20上に堆積させ膜形成を行っているため、第２シリコン
酸化膜23中には水分または、水酸基(−ＯＨ)を多量に含
んでいる。この第２シリコン酸化膜23中の水分が除去さ
れずに、膜中に残留することにより、膜形成後の熱処理
によりクラック、ボイド等が発生する。第２シリコン酸
化膜23中の水分量を減らすため膜形成後、例えば0.1Ｐa
以下の低圧力下にシリコン基板20を30秒以上放置し、含
有水分量を減らす。
ン酸化膜22上に、シランと過酸化水素水を原料ガスとし
て、反応圧力100〜300Ｐa、成長温度−10〜30℃の温度
範囲で、0.4〜1.5μm程度の膜厚の平坦性に優れた第２
シリコン酸化膜23を形成する。第２シリコン酸化膜23は
シランと過酸化水素水との反応により生成された固化し
ていない液状ポリマーであるシラノールをシリコン基板
20上に堆積させ膜形成を行っているため、第２シリコン
酸化膜23中には水分または、水酸基(−ＯＨ)を多量に含
んでいる。この第２シリコン酸化膜23中の水分が除去さ
れずに、膜中に残留することにより、膜形成後の熱処理
によりクラック、ボイド等が発生する。第２シリコン酸
化膜23中の水分量を減らすため膜形成後、例えば0.1Ｐa
以下の低圧力下にシリコン基板20を30秒以上放置し、含
有水分量を減らす。
【００１３】次に、図２(c)に示すように、酸素、窒
素、アルゴン等の反応性ガスによるプラズマ26により加
熱し、第２シリコン酸化膜23中の含有水分量を減らす。
このとき、シリコン基板20の温度が250〜350℃の温度範
囲になるようにプラズマ26のパワーを制御し、シリコン
基板20を10〜60秒間プラズマ26中に曝す。
素、アルゴン等の反応性ガスによるプラズマ26により加
熱し、第２シリコン酸化膜23中の含有水分量を減らす。
このとき、シリコン基板20の温度が250〜350℃の温度範
囲になるようにプラズマ26のパワーを制御し、シリコン
基板20を10〜60秒間プラズマ26中に曝す。
【００１４】次に、図２(d)に示すように、シランとＮ2
Ｏ、窒素を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法により反応
圧力100〜300Ｐa、成長温度250〜450℃にて、第２シリ
コン酸化膜23上に100〜400nm程度の膜厚の第３シリコン
酸化膜24を形成する。第３シリコン酸化膜24形成後は、
第２シリコン酸化膜23中のシラノールの架橋反応により
生成した水分、水酸基を除去するために、380〜450℃の
温度で20〜60分間熱処理を加えてもよい。
Ｏ、窒素を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ法により反応
圧力100〜300Ｐa、成長温度250〜450℃にて、第２シリ
コン酸化膜23上に100〜400nm程度の膜厚の第３シリコン
酸化膜24を形成する。第３シリコン酸化膜24形成後は、
第２シリコン酸化膜23中のシラノールの架橋反応により
生成した水分、水酸基を除去するために、380〜450℃の
温度で20〜60分間熱処理を加えてもよい。
【００１５】(実施の形態３)実施の形態１，２におい
て、第２シリコン酸化膜形成後の加熱処理、減圧処理、
プラズマ処理により膜中の水分または、水酸基を除去す
る処理を行うとき、この処理の制御を時間ではなく、水
の分圧により制御する。そのため、処理真空槽に質量分
析器(残留ガスモニター)を取り付け、処理中の水の分圧
測定を行い、ある真空度、例えば１mＰa以下になると処
理を止め、第３シリコン酸化膜の形成を行う。前後の処
理方法に関しては、実施の形態１、２の場合と同じであ
る。
て、第２シリコン酸化膜形成後の加熱処理、減圧処理、
プラズマ処理により膜中の水分または、水酸基を除去す
る処理を行うとき、この処理の制御を時間ではなく、水
の分圧により制御する。そのため、処理真空槽に質量分
析器(残留ガスモニター)を取り付け、処理中の水の分圧
測定を行い、ある真空度、例えば１mＰa以下になると処
理を止め、第３シリコン酸化膜の形成を行う。前後の処
理方法に関しては、実施の形態１、２の場合と同じであ
る。
【００１６】上記各実施の形態では、配線の層間絶縁膜
として、シランと過酸化水素水を原料ガスとして用いた
自己平坦化層間絶縁膜に適用した例を説明をしたが、Ｓ
ＴＩ(Shallow Trench Isolation)、トレンチへの埋め込
み層へ適用することも可能である。
として、シランと過酸化水素水を原料ガスとして用いた
自己平坦化層間絶縁膜に適用した例を説明をしたが、Ｓ
ＴＩ(Shallow Trench Isolation)、トレンチへの埋め込
み層へ適用することも可能である。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シランと過酸化水素水を原料ガスとした自己平坦化層間
絶縁膜形成後の熱処理により発生していたクラック、ボ
イド等の膜破壊を抑制し、信頼性の高い層間絶縁膜を形
成することができる。
シランと過酸化水素水を原料ガスとした自己平坦化層間
絶縁膜形成後の熱処理により発生していたクラック、ボ
イド等の膜破壊を抑制し、信頼性の高い層間絶縁膜を形
成することができる。
【図１】本発明の実施の形態１における自己平坦化層間
絶縁膜の製造方法を示す工程断面図である。
絶縁膜の製造方法を示す工程断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２における自己平坦化層間
絶縁膜の製造方法を示す工程断面図である。
絶縁膜の製造方法を示す工程断面図である。
10,20…シリコン基板、 11…配線の高さ、 12,22…第
１シリコン酸化膜、 13,23…第２シリコン酸化膜、 1
4,24…第３シリコン酸化膜、 15,25…下層配線、26…
プラズマ。
１シリコン酸化膜、 13,23…第２シリコン酸化膜、 1
4,24…第３シリコン酸化膜、 15,25…下層配線、26…
プラズマ。
Claims (8)
- 【請求項１】 シリコン基板上に、第１、第２および第
３のシリコン酸化膜を順次積層して自己平坦化された層
間絶縁膜を形成する工程において、シランと過酸化水素
水を原料ガスに用いて成長させた第２シリコン酸化膜
を、第３シリコン酸化膜成長前に250〜350℃の温度範囲
で加熱処理することを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項２】 第２シリコン酸化膜成長直後にシリコン
基板を0.1Ｐa以下の低圧真空下に放置することを特徴と
する請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 第２シリコン酸化膜成長後から第３シリ
コン酸化膜成長前の加熱処理が、0.1〜300Ｐaの真空中
で250〜350℃の温度範囲条件下に放置することを特徴と
する請求項１または請求項２記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項４】 第２シリコン酸化膜成長後から第３シリ
コン酸化膜成長前の加熱処理が、シリコン基板の温度が
250〜350℃の温度範囲になるようにパワーを制御された
反応性ガスによるプラズマにより加熱することを特徴と
する請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項５】 プラズマ生成の反応性ガスが酸素、窒
素、アルゴンの単体もしくは混合ガスであることを特徴
とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 第２シリコン酸化膜成長後から第３シリ
コン酸化膜成長前に請求項２及び請求項４に記載の加熱
処理の両方を同時に、もしくは連続して行うことを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項７】 第２シリコン酸化膜形成後の加熱処理中
の真空槽内の水、水素、酸素の分圧測定を行うことを特
徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項８】 第２シリコン酸化膜形成後の加熱処理槽
の水、水素、酸素の分圧値により、加熱処理時間を制御
することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれ
かに記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10150097A JPH10294311A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10150097A JPH10294311A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10294311A true JPH10294311A (ja) | 1998-11-04 |
Family
ID=14302358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10150097A Pending JPH10294311A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10294311A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002151510A (ja) * | 2000-07-31 | 2002-05-24 | Applied Materials Inc | シリコン基板に比べて窒化ケイ素上の二酸化ケイ素の堆積速度を減小するためのウェーハ前処理 |
-
1997
- 1997-04-18 JP JP10150097A patent/JPH10294311A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002151510A (ja) * | 2000-07-31 | 2002-05-24 | Applied Materials Inc | シリコン基板に比べて窒化ケイ素上の二酸化ケイ素の堆積速度を減小するためのウェーハ前処理 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040716 |