JPH10310447A - リン珪酸ガラス膜の形成法 - Google Patents

リン珪酸ガラス膜の形成法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細化プロセスにおいても下地を傷めること
のない程度の低温下で良好なステップカバレッジと良好
な平坦化を実現し得る成膜法を提供する。 【解決手段】 プラズマ化学気相成長法によるリン珪酸
ガラス膜の形成法において、リン珪酸ガラス膜の原料
としてSi−O−P結合を有する特定化合物と、Si−
O−Si結合を有する特定化合物とをチャンバに導入す
る工程と、無酸素下で成膜する工程と、無酸素下、
650℃以下で熱処理する工程と、酸素雰囲気下、6
50℃以下で熱処理する工程と、を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の絶縁保護
膜などに利用されるリン珪酸ガラス膜の形成法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】SiO膜にPをドープした形のリン珪
酸ガラス(以下「PSG」と略記する)膜はLSI製造
プロセスに不可欠な膜であり、表面安定化膜、層間絶縁
膜、Al配線保護膜などに用いられる。膜中のPの効果
として、アルカリゲッター、膜の耐クラック性付与、ガ
ラス軟化点の低減などが挙げられる。
【0003】リン珪酸ガラス膜の形成法としては、化学
気相成長法(以下「CVD」と略記する)が用いられ、
原料はSiH/PH/O系が一般的なものであ
る。
【0004】しかしながら、半導体デバイスの微細化、
高集積化が進むにつれて配線のアスペクト比が大きくな
り、上記原料系では絶縁膜層のステップカバレッジ(段
差被覆性)が悪くなって配線間にボイドを生ずるように
なってきた。
【0005】こうした問題点を受けて、現在ではオゾン
を酸化剤に用い、SiソースとしてTEOS(テトラエ
トキシシラン、Si(OC)およびPソース
としてトリメチルホスフェイト(PO(OCH
あるいはトリメチルホスファイト(P(OCH
が多く採用されるに至っている。これらTEOS、トリ
メチルホスフェイト等を用いる形成法では、成膜後85
0℃の高温熱処理で軟化させてステップカバレッジ及び
平坦化を行っている。かかる原料系で形成された膜はス
テップカバレッジが良好でボイドが生じないことに加
え、表面の平坦性が良好であること、ピンホールが無い
こと、パーティクルの付着が無いことなどの特長を有
し、さらにこれら原料はSiH、PHなどの水素化
物に比べて発火性がないため安全で取り扱いやすいとい
った利点もあり、こうした点が現在実用化されている理
由となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体デバイ
スはさらに微細化とともに多層配線化が進んでいる状況
にあり、絶縁膜形成プロセスではより低温化、及び下地
の段差部に影響されない膜表面の平坦化が求められてい
る。かかる状況下で、上述のTEOS、トリメチルホス
フェイト等を用いて高温熱処理を行うことは、今後の微
細化プロセスにおいて下地を傷めてしまうおそれがあ
り、また完全な平坦化も不可能であるため、多層配線化
の重大な障害となる。そのため、今日、低温下において
効果的に平坦化膜形成を行うことのできる方法が求めら
れている状況にある。
【0007】従って本発明の目的は、上記の問題点を解
決すべく、微細化プロセスにおいても下地を傷めること
のない程度の低温下で良好なステップカバレッジと良好
な平坦化を実現し得る成膜法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のプラズマCVDによるリン珪酸ガラス膜の
形成法は、 リン珪酸ガラス膜の原料として一般式、 (式中、R、R、R、RおよびRはそれぞれ
同一でも異なっていてもよい炭素原子数1〜3の炭化水
素基であり、RおよびRは互いに結合して環を構成
してもよい。)で表される化合物及び、 (式中、R、R、R、R、R10およびR11
はそれぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子又は炭
素原子数1〜2の炭化水素基。但し、R〜R11のう
ち何れか2つは必ず炭化水素基である。)で表される化
合物をチャンバに導入する工程と、 無酸素下で成膜する工程と、 無酸素下650℃以下で熱処理する工程と、 酸素雰囲気下650℃以下で熱処理する工程と、 を採用することを特徴とするリン珪酸ガラス膜の形成法
である。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明に使用する上記一般式(1)で表される化合
物は分子中にIII価のPを含み、Si−O−P結合を有
する化合物であり、具体例としては、ジメチル(トリメ
チルシリル)ホスファイト、ジメチル(トリエチルシリ
ル)ホスファイト、ジエチル(トリメチルシリル)ホス
ファイト、ジイソプロピル(トリメチルシリル)ホスフ
ァイト、メチルエチル(トリメチルシリル)ホスファイ
ト、ジメチル(ジメチルエチルシリル)ホスファイト、
メチルエチル(ジメチルエチルシリル)ホスファイト、
エチレン(トリメチルシリル)ホスファイトなどが挙げ
られる。
【0010】本発明に使用する上記一般式(2)で表さ
れる化合物は、分子中にSi−O−Si結合を有する化
合物であり、具体的例としては、ヘキサメチルジシロキ
サン、ヘキサエチルジシロキサン、トリメチルトリエチ
ルジシロキサン、ジメチルテトラエチルジシロキサン、
ジエチルテトラメチルジシロキサン、メチルペンタエチ
ルジシロキサン、エチルペンタメチルジシロキサン、ペ
ンタメチルジシロキサン、テトラメチルジシロキサン、
ジメチルジエチルジシロキサン、トリメチルジシロキサ
ン、ジメチルエチルジシロキサン、ジメチルジシロキサ
ン、メチルエチルジシロキサンなどが挙げられる。
【0011】本発明においては、工程としてまず上記
一般式(1)で表される化合物と上記一般式(2)で表
される化合物とをCVD装置のチャンバに導入する。チ
ャンバへの導入は特に特殊なものである必要はなく、C
VD法における常法によればよく、例えば、これらの化
合物を一定の蒸気圧を確保するために一定温度に保温
し、減圧下でN、Arなどの不活性ガスをキャリアと
して吹き込むことにより、該化合物の蒸気含有ガスとし
て反応チャンバに導入すればよい。
【0012】また、上記一般式(1)で表される化合物
及び上記一般式(2)で表される化合物の流量比は焼成
後のリン珪酸ガラス膜中のP濃度が所望の濃度となるよ
うに、化合物の種類によって適宜選択すればよい。例え
ば、P濃度は概ね1〜10重量%、好ましくは3〜8重
量%になるように設定すればよい。尚、本工程におい
てはチャンバ内に酸素を導入しないことが、次の工程
を無酸素下で行うにあたって好ましい。
【0013】次いで、工程として無酸素下で成膜を行
う。この工程はCVD法においては特に特殊なものでは
なく、例えば、成膜時の基板温度を200〜350℃と
して常法により成膜すればよい。但し、本工程は無酸素
下で行わなければならない。酸素下では本発明の効果を
得ることができないからである。ここで、CVD法にお
ける実質的な無酸素下とは、不活性ガス下を意味する。
本工程はチャンバ内にて行うことができる。
【0014】次いで、工程として無酸素下、650℃
以下で熱処理を行う。この工程はCVD法においては特
に特殊なものではないが、無酸素下で温度を650℃以
下とすることが本発明の効果を得る上で重要である。
【0015】本工程の熱処理は上記で成膜した膜を軟
化させてステップカバレッジ及び平坦化を行うものであ
り、使用した化合物により適宜条件を選択し、上記現象
が起るようにする。好ましくは、不活性ガス雰囲気下で
350〜650℃、より好ましくは500〜650℃で
5〜35分、好ましくは10〜20分間保持する。
【0016】本工程は、熱処理炉で行うことができる
が、工程から工程への移行にあたりチャンバから熱
処理炉へ被処理物を移動させる場合には不活性ガスで置
換するなどして無酸素下で行うことが好ましい。
【0017】次いで、工程として酸素雰囲気下、65
0℃以下で熱処理を行う。この工程は上記工程に続き
同様の条件で、但し、熱処理炉内を無酸素下(不活性ガ
ス雰囲気下)から酸素雰囲気下に置換して行う。
【0018】即ち、酸素雰囲気下、好ましくは350〜
650℃、より好ましくは500〜650℃で5〜35
分、好ましくは10〜20分間保持する。
【0019】本発明は以上の〜工程を採用するによ
り、下地段差に影響されないステップカバレッジと平坦
性に優れたPSG膜を得ることができる。
【0020】
【実施例】次に実施例を示し、本発明を具体的に説明す
る。本実施例において用いたCVD装置の模式的構造を
図1に示す。図1において1は流量計、2は原料の気化
室、3はシリコンウエハ、4はチャンバ、5はヒータ、
6は減圧ポンプである。
【0021】(実施例)原料にジメチル(トリメチルシ
リル)ホスファイト及びヘキサメチルジシロキサンを用
いて、窒素ガスをキャリアとしてこれら化合物の蒸気を
反応チャンバに導入した。
【0022】次いで、成膜条件を以下の如く設定して成
膜を行った。 ・流量比:ジメチル(トリメチルシリル)ホスファイト
/ヘキサメチルジシロキサン=1/0.4 ・基板、温度:シリコンウエハ、250℃ ・プラズマ条件:200W、13.56MHz ・チャンバ内圧力:2mmHg
【0023】窒素雰囲気で10分間成膜した後ウエハを
取り出し、熱処理炉に移した(ウエハ移動中も窒素置換
した。)。この熱処理炉において、窒素気流中で600
℃に昇温して15分保持し、さらに酸素気流に置換して
同温度で15分間保持した。
【0024】このようにして得られたPSG膜中のP濃
度は4重量%となり、膜厚は2μmとなった。また、図
2の(a)に示すように、幅0.3μm、高さ1.2μ
mのトレンチ10に対するステップカバレッジ特性は、
ボイドが無く、表面の形状が下地段差に影響されずに完
全に平坦化したPSG成膜11が得られた。
【0025】(比較例)原料にTEOSとトリメチルホ
スフェイトを用い、熱処理後のP濃度が4重量%になる
ように流量設定し、その他は上記実施例と同様の操作を
行い成膜した。その結果、2.1μmの膜厚が得られ
た。また、図2の(b)に示すように、この膜11の、
幅0.3μm、高さ1.2μmのトレンチ10に対する
ステップカバレッジ特性はトレンチ内部にボイド12が
生じ、表面形状は下地段差の形状が反映されたものとな
り、平坦化膜は得られなかった。
【0026】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のリン
硅酸ガラス膜の形成法においては、微細化プロセスにお
いて下地を傷めることのない程度の低温下でも良好なス
テップカバレッジと良好な平坦化を実現することができ
る。具体的には下記の1)および2)の効果が得られ
る。。 1)下地段差に影響されない、表面形状が平坦なPSG
成膜が可能である。 2)TEOS系のプロセスより約200℃低温でPSG
膜が得られる。 従って、本発明のCVD法を層間絶縁膜形成プロセスへ
適用することにより、微細化多層配線を有する半導体装
置の作成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に用いたCVD装置の模式的構
造図である。
【図2】実施例と比較例のステップカバレッジ及び平坦
性を比較して示す断面図である。 1 流量計 2 原料気化室 3 シリコンウエハ 4 チャンバ 5 ヒータ 6 減圧ポンプ 7 プラズマ発生ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // C07F 7/04 C07F 7/04 N

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマ化学気相成長法によるリン珪酸
    ガラス膜の形成法において、 リン珪酸ガラス膜の原料として一般式、 (式中、R、R、R、RおよびRはそれぞれ
    同一でも異なっていてもよい炭素原子数1〜3の炭化水
    素基であり、RおよびRは互いに結合して環を構成
    してもよい。)で表される化合物及び、 (式中、R、R、R、R、R10およびR11
    はそれぞれ同一でも異なっていてもよい水素原子又は炭
    素原子数1〜2の炭化水素基。但し、R〜R11のう
    ち何れか2つは必ず炭化水素基である。)で表される化
    合物をチャンバに導入する工程と、 無酸素下で成膜する工程と、 無酸素下、650℃以下で熱処理する工程と、 酸素雰囲気下、650℃以下で熱処理する工程と、を
    採用することを特徴とするリン珪酸ガラス膜の形成法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1006569A2 (en) * 1998-12-04 2000-06-07 Canon Sales Co., Inc. Deposition of an insulating film
JP2008110916A (ja) * 2008-01-17 2008-05-15 Mitsubishi Electric Corp 石英系ガラスの製造方法および光デバイスの製造方法

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