JPH0782999B2 - 気相成長膜の形成方法、半導体製造装置、および半 導体装置 - Google Patents
気相成長膜の形成方法、半導体製造装置、および半 導体装置Info
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Description
半導体製造装置、および半導体装置に関し、特に半導体
装置の層間絶縁膜に用いられる気相成長膜の形成方法、
半導体製造装置、および半導体装置に関するものであ
る。
( CVD ; Chemical Vapor Deposition) 法には種々の
方式があるが、主としてプラズマCVD法や熱CVD法
が用いられている。ところで、プラズマCVD法により
形成される絶縁膜はステップカバレージが劣るので、V
LSI( Very Large Scale Integrated Circuit )、特
にDRAM(Dynamic Random Access Memory)等の高密
度・微細なパターンには適しないし、また絶縁膜中にカ
ーボン(C)等の不純物を含むため、好ましくない。
ステップカバレージの優れた熱CVD法、特に熱的に他
に影響を及ばさないような低温で膜形成を可能とする熱
CVD法の適用が注目されている。
縁膜の熱CVD法による形成方法としては、(イ)SiH4
の酸化、あるいはSiH4にPH3 やB2H4を混合して酸化した
り、(ロ)TEOSに代表されるアルコキシランSi(OR)4 の
熱分解や酸化、あるいはSi(OR)4 にB(OR)3やPO(OR)3 を
混合して酸化する方法がある。
間に形成されるものや、AlーAl間に形成されるもの
などがあり、デバイス側からみると、形成工程や膜の特
性として、次の性質が特に要求される。
が可能であること、; 低ストレス、低ダメージの膜で
あること、; 緻密性が高く、Alのヒロックの抑制す
る膜であること、; 安定した電気的特性を示す膜であ
ること、; 平坦特性をもつ膜であること、; ピンホ
ールの少ない膜であること、; パーティクル生成密度
が少ないこと、; 耐久性が高い膜であること等が要求
される。
フローが可能な膜であること、; 安定した電気的特性
を示す膜であること、; ピンホールの少ない膜である
こと、; パーティクル生成密度が少ないこと等が要求
される。
Al間の層間絶縁膜の形成方法としては、図7に示すよ
うに、例えば基板33上の配線メタル34上にプラズマ
CVD法や常圧CVD法による3種類のCVD膜I3
5、CVD膜II36、CVD膜III 37を形成したり、
あるいは図8に示すように、平坦化のために中間に塗布
ガラス膜を形成してエッチバックするといった複雑な工
程をとっている。
方法としては、次のような層間絶縁膜の形成方法が提案
されている。
ガラス膜 (3) TEOSーTMB (Tri Metyl Borate) ーTMOP(Tri Mety
l Phosphate)ーO3によるホウ素リンシリケートガラス膜 (4) TEOSーTMB ーTMOPーO2によるホウ素リンシリケート
ガラス膜 (5) SiH4ーGeH4ーPH3 ーO2によるゲルマニウムシリケー
トガラス膜 しかし、(1) 〜(5) では800 ℃〜900 ℃程度のリフロー
温度の低温化が可能であるが、充分とはいえない。特
に、(2) 〜(4) ではリンやホウ素の添加によりリフロー
温度を下げているが、リンやホウ素の濃度を高くなるに
つれて膜質が不安定となる問題がある。
ルマニウムシリケートガラス膜を形成する方法によれ
ば、各化合物が水素化物であるため極めて活性に富み、
実際の生産では非常に取扱いにくく、量産化に適しない
という問題がある。
創作されたものであり、AlーAl間の層間絶縁膜、お
よびAlーゲート間の層間絶縁膜形成の双方に適し、か
つ量産に適した、改良された気相成長膜の形成方法およ
び半導体装置の提供を目的とする。
ロキサン又はアルコキシランを含む有機シラン化合物
と、ゲルマニウムのアルコキシ化合物とを気相中で混合
し、かつこれらの化合物とオゾンとを常圧下で反応させ
て、酸化シリコン及び酸化ゲルマニウム2成分系からな
るガラス薄膜を基板上に形成させることを特徴とする気
相成長膜の形成方法により解決され、第2に、シロキサ
ン又はアルコキシランを含む有機シラン化合物の供給手
段と、ゲルマニウムのアルコキシ化合物の供給手段と、
オゾンの供給手段と、前記有機シラン化合物とアルコキ
シ化合物とを気相中で混合し、かつこれらの化合物とオ
ゾンとを常圧下で反応させる反応室とを備え、該反応室
内の基板上にガラス薄膜を形成することを特徴とする半
導体製造装置により解決され、第3に、シロキサン又は
アルコキシランを含む有機シラン化合物と、ゲルマニウ
ムのアルコキシ化合物とを気相中で混合し、かつこれら
の化合物と酸素とを減圧下で反応させて、酸化シリコン
及び酸化ゲルマニウム2成分系からなるガラス薄膜を基
板上に形成させることを特徴とする気相成長膜の形成方
法。
含む有機シラン化合物の供給手段と、ゲルマニウムのア
ルコキシ化合物の供給手段と、酸素の供給手段と、前記
シロキサン又はアルコキシランを含む有機シラン化合物
とゲルマニウムのアルコキシ化合物とを気相中で混合
し、かつこれらの化合物と酸素とを減圧下で反応させる
反応室とを備え、該反応室内の基板上にガラス薄膜を形
成することを特徴とする半導体製造装置により解決さ
れ、第5に、シロキサン又はアルコキシランを含む有機
シラン化合物と、ゲルマニウムのアルコキシ化合物と、
少なくともリン又はホウ素のいずれかを含むアルコキシ
化合物、又は酸化物、酸塩化物とを混合し、これらの化
合物とオゾンとを常圧下で反応させて、酸化シリコン,
酸化ゲルマニウム,酸化リンの3成分系からなるガラス
薄膜、又は酸化シリコン,酸化ゲルマニウム,酸化ホウ
素の3成分系からなるガラス薄膜、或いは酸化シリコ
ン,酸化ゲルマニウム,酸化リン,酸化ホウ素の4成分
系からなるガラス薄膜を基板上に形成させることを特徴
とする気相成長膜の形成方法により解決され、第6に、
シロキサン又はアルコキシランを含む有機シラン化合物
の供給手段と、ゲルマニウムのアルコキシ化合物の供給
手段と、少なくともリン又はホウ素のいずれかを含むア
ルコキシ化合物、又は酸化物、或いは酸塩化物の供給手
段と、これらの化合物を混合し、かつこらの化合物とオ
ゾンとを常圧下で反応させる反応室を備え、該反応室内
の基板上にガラス薄膜を形成することを特徴とする半導
体製造装置により解決され、第7に、シロキサン又はア
ルコキシランを含む有機シラン化合物と、ゲルマニウム
のアルコキシ化合物と、少なくともリン又はホウ素のい
ずれかを含むアルコキシ化合物、又は酸化物、或いは酸
塩化物とを混合し、これらの化合物と酸素とを減圧下で
反応させて、酸化シリコン,酸化ゲルマニウム,酸化リ
ンの3成分系からなるガラス薄膜、又は酸化シリコン,
酸化ゲルマニウム,酸化ホウ素の3成分系からなるガラ
ス薄膜、或いは酸化シリコン,酸化ゲルマニウム,酸化
リン,酸化ホウ素の4成分系からなるガラス薄膜を基板
上に形成させることを特徴とする気相成長膜の形成方法
により解決され、第8に、シロキサン又はアルコキシラ
ンを含む有機シラン化合物の供給手段と、ゲルマニウム
のアルコキシ化合物の供給手段と、少なくともリン又は
ホウ素のいずれかを含むアルコキシ化合物、又は酸化
物、或いは酸塩化物の供給手段と、酸素の供給手段と、
これらの化合物と酸素とを減圧下で反応させる反応室と
を備え、該反応室内の基板上にガラス薄膜を形成するこ
とを特徴とする半導体製造装置により解決され、第9
に、上記第1,3,5,7に記載の気相成長膜の形成方
法、又は第2,4,6,8に記載の半導体製造装置によ
り形成されたガラス薄膜を層間絶縁膜として用いている
ことを特徴とする半導体装置により解決される。
った実験結果により説明する。
の各アルコキシ化合物を用い、かつこれらの化合物にゲ
ルマニウムのアルコキシ化合物を混合して反応させ、C
VD膜を形成することにある。
や環状シロキサン等のシロキサン系の化合物を用いるこ
ともできる。
れ、
thyldisiloxane)
えられ、
methylcyclotetrasiloxane)
を加えることにより、800℃までの温度下でCVDガ
ラス膜形成が可能になり、またO3を加えることにより、
400℃までの温度下での低温CVDガラス膜の形成が
可能となる。
4 ーO3系の反応により400℃の常圧低温CVD反応に
より、SiO2ーGeO2の2成分系からなるガラス薄膜を基板
上に形成した。その結果、ガラス薄膜の屈折率,ストレ
ス,密度等がGeO2の添加量に依存することがわかった。
度に添加すると、従来のSiO2のみの膜に比べ、クラック
限界が増大する、Alヒロックの発生が抑制される、自
己平坦性が増す、膜の密度が高くなる、ストレスが小さ
い、という、層間絶縁膜として優れた性質をもつ膜を形
成することができた。
されたSiO2とGeO2との混合ガラス膜は、安定した物性を
示している。これは、化合物ソースとして有機ソースを
用いて混合ガラス膜を形成したので、成膜後の膜はすで
にガラスのネットワーク構造をもっており、より安定し
た膜が形成されたものと考えられる。
膜の耐水性が劣化する傾向があるので、GeO2の添加量が
あまり多くならないように注意する必要がある。
R)3 及びB(OR)3を加え、400℃の常圧低温CVD反応
により、4成分系からなるガラス薄膜(GBPSG 膜)を基
板上に形成した。
が、ゲルマニウムを添加しない従来のBPSG膜に比較し
て、リフロー(reflow) 温度は100℃程度低下し、7
00〜800℃で十分なリフローが得られた。
Gの軟化点が低下しているものと思われるが、かかる膜
は良好なカバレージを必要とし、さらに低温プロセス化
を指向するDRAM等の高密度デバイスにおけるAl配
線ーゲート間の層間絶縁膜に適用すれば極めて有効であ
る。
する。
の形成装置の説明 図1は本発明の実施例に係る常圧CVD膜形成方法に用
いられる各反応ガスを混合する装置の概略構成図であ
り、図2は混合された反応ガスをチャンバ内に導いてC
VDガラス薄膜を形成するための反応装置の概略構成図
である。る。
C)、6〜15はバルブ、16は酸素(O2)をオゾン
(O3)に変えるためのオゾン発生器である。また、17
はシリコンソースとしての液状のSi(OC2H5)4、18はゲ
ルマニウムソースとしての液状のGe(OC2H5)4、19はリ
ンソースとしての液状のPO(OC2H5)3、20はボロンソー
スとしての液状のB(OCH3)3であり、各液体は反応に適し
た特定の温度に設定されている。 図5はシリコンソー
スとしての種々のアルコキシ化合物の液温と蒸気圧との
関係、図6はゲルマニウムソースとしてのアルコキシ化
合物の液温と蒸気圧との関係を示している。図のよう
に、液温をコントロールすることにより各ガスの蒸気圧
を設定することができ、これにより、SiO2ーGeO2の組成
比や堆積速度を調整することができる。
してのチャンバ、22は混合ガスをチャンバ内のウエハ
表面上に導くためのガス流出用ヘッド、23はウエハ、
24はウエハを所定の温度に設定するためのヒータ、2
5はガス排出口である。 (2)本発明の実施例に係る常圧CVD膜形成方法の説
明) 次に、図1および図2の装置を用いて、図4に示す半導
体装置の製造工程図を参照しながら、本発明の実施例に
係る常圧CVD膜の形成方法について説明する。なお、
図4(a)のウエハ23は、図1のウエハ23と同一で
あり、ウエハ上には下層のAl配線31が形成されてい
る。
ate Glass)膜を形成する場合について、説明する。
には、ヒータ24によりウエハ23の温度を400℃に
設定し、バルブ6および7を開いて3SLM(standard
liter/min.)の酸素(O2)を供給してオゾン発生器1
6から含有率4%(O3/O2)のオゾン(O3)を発生させ
る。また、バルブ8を開いて4SLMのキャリアガスN2
を液温65℃に設定されたSi(OC2H5)417(シリコンソ
ース)に供給し、バルブ9を介してガス化したSi(OC
2H5)4を発生させる。更に、バルブ10を開いて1SL
MのキャリアガスN2を液温60℃に設定されたGe(O)4に
供給し、ガス化したGe(O)4を発生させる。そして、これ
らのガスを混合させながら反応チャンバー21の方へ導
き、ガス流出用ヘッド22からウエハ23の表面に吐出
する。
(OC2H5)4ガス,およびGe(OC2H5)4ガスがオゾンとウエハ
上で表面反応し、ウエハ表面上に膜形成速度1000Å/mi
n.の堆積速度で成長する。このとき堆積した膜の屈折率
は1.48であった。また、膜の組成はSiO2が50mol %で
あり、GeO2が20mol %であった。
膜の形成方法によれば、400℃の低温で形成できる。
従って、下層のAl膜に与える熱ストレスを少なくする
ことができ、膜質が変わるのを防止することができる。
また、ステップカバレージも良好であるので、従来のよ
うなCVD膜を複数重ねたり、エッチバック等の複雑な
工程を必要としないので、層間絶縁膜形成工程の簡単化
を図ることができる。
あるときには、次の,の形成方法によって、リンや
ボロンを含有させることにより、ステップカバレージの
一層の改善を図ることができる。
-phospho-Silicate Glass)膜を形成するときには、更に
バルブ12〜13を開いてPO(OR)3 もチャンバー21内
に供給し、オゾンをSi(OC2H5)4,Ge(OC2H5)4およびPO(O
R)3 に反応させて、ウエハ上にGPSG膜を堆積させる。
rophosphosilicate Glass)膜を形成するときには、バル
ブ6〜15の全てを開き、オゾン,Si(OC2H5)4,Ge(OC2
H5)4,PO(OC2H5)3,B(OCH3)3をチャンバー21内に導
き、ウエハ上にGPSG膜を堆積させる。
SG膜やGBPSG 膜に対して、リフロー処理を行うと、図4
(c)の工程図に示すように、膜全体の平坦化を図るこ
とができる。
℃程度で、従来よりも100℃程度以上の低温化が可能
である。
形成方法の実験例の説明) 実験においては、SiO2のソースとしてTEOS(R=C2
H5)、B2O3のソースとTMB(R=CH3 )、P2O5のソー
スとしてTMOP(R=C2H5)、GeO2のソースとしてT
EOG(Tetraethoxygermanium) (R=C2H5)を使用
し、膜の堆積条件として、気相成長温度(Deposition T
emperature) を400℃、O3濃度を4%、各ソースの温
度/フロー量を、TEOSでは65℃/3.0 SLM、T
MBでは10℃/0.13SLM、TMOPではBでは60
℃/1.8 SLM、TEOGでは60℃/0,1,2,
3,4SLMに設定して5種類の膜を形成し、それぞれ
の膜の堆積レート、組成比、屈折率、ストレスについて
計測した。
お、組成比(モル%)はICP法(Inductively Couled
Plasma Emission Spectrometry,誘電結合プラズマ発光
分析法) により測定し、ストレスは成長した後の状態の
膜(as-deposited) について測定したものである。
レスが減少し、また屈折率が高くなっていることがわか
る。
形成装置の説明 図3は本発明の実施例に係るホットウォール方式の減圧
CVD装置である。
の外側に設けられたヒータ炉、28は縦に多数並べられ
たたウエハ、29は不図示の真空ポンプに接続されるガ
ス排出口である。また、30は酸素(O2)、Si(OC2H5)4
ガス、Ge(OC2H5)4ガスの混合ガス、或いはこれら混合ガ
スに必要に応じてPO(OC2H5)3ガス、B(OCH3)3ガス等が混
合されたガスである。
形成方法の説明 図3の装置を用いて、本発明の実施例に係る減圧CVD
膜の形成方法について説明する。
s)膜を形成するときには、ヒータ炉27によりウエハ2
8の温度を750℃に設定し、また真空ポンプにより石
英チューブ26の真空引きを行って、チューブ内の圧力
を1〜2Torr程度に設定する。
導き、混合ガスを反応させると、ウエハ28の表面に混
合ガスの種類および混合ガスの組成比に応じたCVD膜
が形成される。
H5)4,O2の場合には、GSG 膜が堆積し、Si(OC2H5)4,Ge
(OC2H5)4,PO(OC2H5)3,O2の場合には、GPSG膜が堆積
し、また、Si(OC2H5)4,Ge(OC2H5)4,PO(OC2H5)3,B(OC
H3)3,O2の場合には、GBPSG 膜が堆積する。
圧CVD膜の形成方法に比べて膜形成温度が高くなる
が、多数のウエハを処理できるので、スループットの向
上を図ることができる。
膜の形成方法によれば従来の形成方法に比べて膜形成の
低温化を図ることできるので、半導体装置のAlーAl
間の層間絶縁膜およびAlーゲート間の層間絶縁膜の形
成に最適である。
サン又はアルコキシランを含む有機シラン化合物と、ゲ
ルマニウムのアルコキシ化合物、少なくともリン又はホ
ウ素のいずれかを含むアルコキシ化合物等の有機化合物
を用いているので、取扱いが容易であり、量産化に適し
ている。
GeO2を含ませることにより、PSG 膜の軟化点が低下する
ので、膜の平坦化のリフロー温度の低下が可能となり、
ゲート(ポリシリコン膜、ポリサイド膜等)や配線(A
l膜等)に対する温度ストレスの影響を少なくすること
ができる。また、膜質も良好であるから、高密度,高微
細,高信頼性の半導体装置の製造を図ることができる。
の説明図である。
の説明図である。
の説明図である。
説明図である。
温と蒸気圧との関係を示す図である。
の液温と蒸気圧との関係をを示す図である。
Claims (9)
- 【請求項1】シロキサン又はアルコキシランを含む有機
シラン化合物と、ゲルマニウムのアルコキシ化合物とを
気相中で混合し、かつこれらの化合物とオゾンとを常圧
下で反応させて、酸化シリコン及び酸化ゲルマニウム2
成分系からなるガラス薄膜を基板上に形成させることを
特徴とする気相成長膜の形成方法。 - 【請求項2】シロキサン又はアルコキシランを含む有機
シラン化合物の供給手段と、ゲルマニウムのアルコキシ
化合物の供給手段と、オゾンの供給手段と、前記有機シ
ラン化合物とアルコキシ化合物とを気相中で混合し、か
つこれらの化合物とオゾンとを常圧下で反応させる反応
室とを備え、該反応室内の基板上にガラス薄膜を形成す
ることを特徴とする半導体製造装置。 - 【請求項3】シロキサン又はアルコキシランを含む有機
シラン化合物と、ゲルマニウムのアルコキシ化合物とを
気相中で混合し、かつこれらの化合物と酸素とを減圧下
で反応させて、酸化シリコン及び酸化ゲルマニウム2成
分系からなるガラス薄膜を基板上に形成させることを特
徴とする気相成長膜の形成方法。 - 【請求項4】シロキサン又はアルコキシランを含む有機
シラン化合物の供給手段と、ゲルマニウムのアルコキシ
化合物の供給手段と、酸素の供給手段と、前記シロキサ
ン又はアルコキシランを含む有機シラン化合物とゲルマ
ニウムのアルコキシ化合物とを気相中で混合し、かつこ
れらの化合物と酸素とを減圧下で反応させる反応室とを
備え、該反応室内の基板上にガラス薄膜を形成すること
を特徴とする半導体製造装置。 - 【請求項5】シロキサン又はアルコキシランを含む有機
シラン化合物と、ゲルマニウムのアルコキシ化合物と、
少なくともリン又はホウ素のいずれかを含むアルコキシ
化合物、又は酸化物、酸塩化物とを混合し、これらの化
合物とオゾンとを常圧下で反応させて、酸化シリコン,
酸化ゲルマニウム,酸化リンの3成分系からなるガラス
薄膜、又は酸化シリコン,酸化ゲルマニウム,酸化ホウ
素の3成分系からなるガラス薄膜、或いは酸化シリコ
ン,酸化ゲルマニウム,酸化リン,酸化ホウ素の4成分
系からなるガラス薄膜を基板上に形成させることを特徴
とする気相成長膜の形成方法。 - 【請求項6】シロキサン又はアルコキシランを含む有機
シラン化合物の供給手段と、ゲルマニウムのアルコキシ
化合物の供給手段と、少なくともリン又はホウ素のいず
れかを含むアルコキシ化合物、又は酸化物、或いは酸塩
化物の供給手段と、これらの化合物を混合し、かつこら
の化合物とオゾンとを常圧下で反応させる反応室を備
え、該反応室内の基板上にガラス薄膜を形成することを
特徴とする半導体製造装置。 - 【請求項7】シロキサン又はアルコキシランを含む有機
シラン化合物と、ゲルマニウムのアルコキシ化合物と、
少なくともリン又はホウ素のいずれかを含むアルコキシ
化合物、又は酸化物、或いは酸塩化物とを混合し、これ
らの化合物と酸素とを減圧下で反応させて、酸化シリコ
ン,酸化ゲルマニウム,酸化リンの3成分系からなるガ
ラス薄膜、又は酸化シリコン,酸化ゲルマニウム,酸化
ホウ素の3成分系からなるガラス薄膜、或いは酸化シリ
コン,酸化ゲルマニウム,酸化リン,酸化ホウ素の4成
分系からなるガラス薄膜を基板上に形成させることを特
徴とする気相成長膜の形成方法。 - 【請求項8】シロキサン又はアルコキシランを含む有機
シラン化合物の供給手段と、ゲルマニウムのアルコキシ
化合物の供給手段と、少なくともリン又はホウ素のいず
れかを含むアルコキシ化合物、又は酸化物、或いは酸塩
化物の供給手段と、酸素の供給手段と、これらの化合物
と酸素とを減圧下で反応させる反応室とを備え、該反応
室内の基板上にガラス薄膜を形成することを特徴とする
半導体製造装置。 - 【請求項9】請求項1〜8のいずれかに記載されたガラ
ス薄膜を層間絶縁膜として用いていることを特徴とする
半導体装置。
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