JPS61251040A - Selective growth of oxide film - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To flatten the substrate and to contrive to microminiaturize a device by a method wherein a growth blocking layer consisting of a substance, whose negative insulation value of the heat of oxidation formation is larger than the value of the heat of oxidation formation of the substrate, is adhered on the substrate having a negative value of the heat of oxidation formation and after parts of the growth blocking layer are removed by performing a pat terning, an oxide film is made to selectively grow on the substrate by a vapor-phase chemical growth method. CONSTITUTION:The oxidation formation enthalpy change of an Al2O3 film is -400kcal/mol and the growth blocking layer, which is used as a mask, has an effect if the oxidation forma tion enthalpy change is <-200kcal/mol. An SiO2 layer 2 of 4,000Angstrom in thickness is adhered on an Si substrate 1, a pure Al layer 3, which is used jointly as the growth blocking layer and has a thickness of 10,000Angstrom bearable to use as the wiring layer, is adhered thereon and wiring Al patterns 31 and 32 are formed by performing a patterning. Then, as the ratio of a large selectivity can be taken at low temperatures of 350 deg.C or less by a CVD growth method, an SiO2 layer 4 is made to grow at 300 deg.C as the oxide film, Hereupon the SiO2 layer 4 does not grow on the Al patterns 31 and 32 but grow selectively only on parts of the SiO2 layer 2, which is located on the recessed parts of the substrate. then, a CVD SiO2 layer 5 and an Al layer 6 are respectively adhered in order on the flattened substrate as the interlayer insulating film and the second-layer wiring layer.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 成長阻止層としてＡＩ等の酸化生成熱が負の値を有し、
その絶対値が基板より大きい値を有する物質を用いて、
酸化膜の選択成長を行うに際し、成長の選択比を大きく
するために気相成長（ＣＶＤ）法による低温成長を行う
。[Detailed Description of the Invention] [Summary] As a growth prevention layer, the heat of oxidation of AI etc. has a negative value,
Using a substance whose absolute value is larger than that of the substrate,
When selectively growing an oxide film, low-temperature growth is performed using a vapor phase deposition (CVD) method in order to increase the growth selectivity.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は酸化膜を、例えば基板上に被着された酸化股上
のみ選択的に成長させる酸化膜の選択成長方法に関する
。The present invention relates to a method for selectively growing an oxide film, for example, in which an oxide film is selectively grown only on an oxide layer deposited on a substrate.

近年半導体装置の微細化の要請より、製造工程の途中の
基板は平坦であることが望まれる。In recent years, due to the demand for miniaturization of semiconductor devices, it is desired that the substrate be flat during the manufacturing process.

基板上に被膜を被着し、この被膜をパターニングしてそ
の１部を除去することにより、基板上に被膜の段差が生
じた上に、さらに次の被膜を被着すると基板表面は凸凹
となる。By depositing a film on a substrate, patterning this film, and removing a portion of it, steps are created on the substrate, and when the next film is applied, the substrate surface becomes uneven. .

凸凹の基板はりソゲラフイエ程で露光の際に焦点ボケを
生じたり、段差の側面乃至斜面に被着したレジストの露
光される厚さは水平面のそれより薄り、従って現像時に
この部分のレジストはエッチオフされて孔が開く等の障
害が発生する。The thickness of the resist deposited on the sides or slopes of the step is thinner than that on the horizontal surface, and therefore the resist in these areas is etched during development. Failures such as holes may occur due to being turned off.

このような欠点を除去するため、基板の凹部に酸化膜を
埋め込み、基板を平坦化する方法が要望されている。In order to eliminate such defects, there is a need for a method of burying an oxide film in the recesses of the substrate to planarize the substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第４図（１１〜（ｗｉ）は従来例による酸化膜成長工程
を示す基板断面図である。FIG. 4 (11-(wi)) is a cross-sectional view of a substrate showing a conventional oxide film growth process.

第４図（１）、（２）において、珪素（Ｓｔ）基板ｌの
上に、第１の絶縁層として５ｉＯｚ層２を被着し、その
上に配線層としてＳｉを含むアルミニウム（Ａｌ−Ｓｔ
）層３Ａを被着し、パターニングして配線パターン３Ａ
１．３Ａ２を形成する。In FIGS. 4(1) and (2), a 5iOz layer 2 is deposited as a first insulating layer on a silicon (St) substrate l, and an aluminum (Al-St) containing Si is deposited on top of it as a wiring layer.
) Layer 3A is deposited and patterned to form wiring pattern 3A.
1.3A2 is formed.

第４図Ｇ）において、配線パターン３＾１．３Ａ２を覆
って、第２の絶縁層になる酸化膜としてのＣＶＤによる
ＳｉＯ□層４Ａを基板全面に被着する。In FIG. 4G), an SiO□ layer 4A is deposited by CVD as an oxide film, which will become a second insulating layer, over the entire surface of the substrate, covering the wiring pattern 3^1.3A2.

この際のＳｉＯ□のＣＶＤは、反応ガスとしてモノシラ
ン（ＳｉＨａ）と酸素（０，）、キャリアガスとして窒
素（Ｎ２）、または水素（Ｎ２）を用いて、常圧、また
は約Ｉ　Ｔｏｒｒに減圧して反応ガスを約４００℃で熱
分解、あるいはプラズマ反応させて行う。At this time, CVD of SiO□ is performed using monosilane (SiHa) and oxygen (0,) as reaction gases, nitrogen (N2) or hydrogen (N2) as carrier gas, and under reduced pressure to normal pressure or about I Torr. The reaction gas is subjected to thermal decomposition or plasma reaction at about 400°C.

以上のように従来例では成長素子層となり得る＾ｌ系合
金を用いても、５ｉ０２のＣＶＤは高温成長であるため
、ＳｉＯ□は基板全面に成長し、基板凹部にのみ選択成
長ができないため、基板１上に被着されたＳｉＯ□層４
Ａは凸凹状となり、デバイスの微細化の障害となる。As described above, in the conventional example, even if a ^l-based alloy that can be used as a growth element layer is used, CVD of 5i02 is a high-temperature growth process, so SiO□ grows on the entire surface of the substrate and cannot selectively grow only in the concave parts of the substrate. SiO□ layer 4 deposited on substrate 1
A becomes uneven and becomes an obstacle to device miniaturization.

従って微細化工程では、この後ポリッシング、ポリイミ
ド塗布、ドライエツチング等により基板の平坦化工程を
追加している場合がある。Therefore, in the miniaturization process, a process of flattening the substrate by polishing, polyimide coating, dry etching, etc. is sometimes added.

第５図はドライエツチングによる基板の平坦化工程を説
明する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the step of flattening the substrate by dry etching.

凸凹状のＳｉＯ□層４Ａ上に、基板が平坦になるように
レジスト７を厚く塗布し、ドライエツチングにより表面
よりエツチングしてゆき、配線パターン３Ａ１．３Ａ２
が露出するまで行う。A resist 7 is applied thickly on the uneven SiO□ layer 4A so that the substrate is flat, and is etched from the surface by dry etching to form wiring patterns 3A1, 3A2.
Continue until exposed.

この場合のエツチング条件は、レジストとＳｉｎｇが略
等しいエツチングレートになるように選ばれる。The etching conditions in this case are selected so that the resist and Sing have approximately the same etching rate.

基板の平坦化のために、以上のような追加工程を必要と
した。Additional steps such as those described above were required to flatten the substrate.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

従来は酸化膜を選択的に成長する技術がなかったので、
段差乃至凹部を有する基板に、底部乃至凹部のみ酸化膜
を成長することができず、従って基板は凸凹状となりデ
バイスの微細化の障害となっていた。Until now, there was no technology to selectively grow oxide films, so
On a substrate having steps or recesses, it is not possible to grow an oxide film only on the bottom or recesses, and the substrate therefore becomes uneven, which is an obstacle to miniaturization of devices.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記問題点の解決は、酸化生成熱が負の値を有する基板
（１）上に、酸化生成熱が負の値を有し、その絶対値が
該基板（１）より大きい値を有する物質よりなる成長阻
止層（３）を被着し、該成長阻止層（３）をパターニン
グしてそ、０１部を除去した後、該基板（１）上に、化
学気相成長法により酸化膜（４）を成長することを特徴
とする酸化膜の選択成長方法により達成される。The above problem can be solved by placing a substance on a substrate (1) whose heat of oxidation has a negative value and whose absolute value is larger than that of the substrate (1). After patterning the growth inhibiting layer (3) and removing the 01 portion, an oxide film (4) is deposited on the substrate (1) by chemical vapor deposition. ) is achieved by a method of selectively growing an oxide film.

Ｓｉデバイスにおいては前記酸化膜（４）として５ｉＯ
ｚを用いる場合が多い。また、前記成長阻止層（３）に
ＡＩ　、もしくは恥を用いると十分な成長選択比がとれ
る。In Si devices, 5iO is used as the oxide film (4).
z is often used. In addition, if AI or Shame is used for the growth inhibiting layer (3), a sufficient growth selection ratio can be obtained.

さらに、前記化学気相成長法が、前記成長阻止層（３）
への成長率とその他の部分上への成長率との比が減少す
るような範囲の成長温度（通常の成長温度より低温）で
行われると、成長阻止層と基板間に十分な成長選択比が
とれる。Furthermore, in the chemical vapor deposition method, the growth prevention layer (3)
If done at a range of growth temperatures (lower than the normal growth temperature) such that the ratio of the growth rate on the substrate to the growth rate on the rest of the layer decreases, there is sufficient growth selectivity between the growth arresting layer and the substrate. can be removed.

また、光化学気相成長法を用いると、低温成長が可能と
なり、成長阻止層と基板間に十分な成長選択比がとれる
。Furthermore, when photochemical vapor deposition is used, low-temperature growth is possible and a sufficient growth selectivity can be achieved between the growth inhibition layer and the substrate.

〔作用〕[Effect]

Ｓｔは５ｉＯｚを、ＡＩは＾１２０３を生成するときに
発熱して、エネルギ最小の安定状態になる。この生成熱
は負の値で２００〜４００　Ｋｃａｌ／ｍｏｌである。When St generates 5 iOz and AI generates ^1203, heat is generated and a stable state with minimum energy is achieved. This heat of formation has a negative value of 200 to 400 Kcal/mol.

例えば、ＡｈＯ＋の酸化生成エンタルピ変化ΔＨＡＬＯ
は、 Δ）（Ａｔｏ　＝　　４００にｃａｌ／ｍｏｌ。For example, the oxidation formation enthalpy change ΔHALO of AhO+
is Δ) (Ato = 400 cal/mol.

である。It is.

本発明人の実験によると、マスクとなる成長阻止層のΔ
Ｈ＋ｍｍ□は、 Δ）（＠ａｆｉｋ〈−２００Ｋｃａｌ／　ｍｏｌ。According to the inventor's experiments, Δ of the growth inhibition layer serving as a mask
H+mm□ is Δ)(@afik〈-200Kcal/mol.

であれば効果があり、これよりＡＩは十分成長阻止層と
して作用することがわかる。If so, it is effective, and from this it can be seen that AI sufficiently acts as a growth inhibiting layer.

本発明人は、成長の選択比を大きくする条件を見出すた
め、つぎに説明する低温のＣＶＤ成長を行った。In order to find conditions for increasing the growth selectivity, the inventor performed low-temperature CVD growth as described below.

第３図はＣＶ　Ｄ　−５ｉｆｔをＳｉ　（または５ｉ（
ｈ　）工率を示す関係図である。Figure 3 shows CV D -5ift in Si (or 5i(
h) It is a relational diagram showing the labor rate.

５ｉＯｚのＣＶＤに用いた反応ガスは５ｉＨａと酸素（
０□）で、これをＮ２で希釈して用いた。The reaction gas used for 5iOz CVD was 5iHa and oxygen (
0□), which was diluted with N2 and used.

この場合の成長条件はつぎのとおりである。The growth conditions in this case are as follows.

５ｉＨｎ　　　　　　　１０ｃｃ／ｗｉｎ０２２０ｃｃ
／ｍ１ｎ Ｎ２　　　　　　８１／ｍｉｎ ガス圧力　　　　２　ＸＩＯ”　Ｐａ 図よりわかるように、３５０℃以下の低温で成長すると
きに大きな選択比がとれる。5iHn 10cc/win0220cc
/m1n N2 81/min Gas pressure 2

低温成長を実現する方法として光ＣＶＤを採用すること
もできる。Photo-CVD can also be employed as a method for realizing low-temperature growth.

〔実施例〕〔Example〕

第１図（１）〜（５）は本発明による酸化膜成長工程を
示す基板断面図である。FIGS. 1(1) to 1(5) are cross-sectional views of a substrate showing an oxide film growth process according to the present invention.

第１図（１）において、Ｓｉ基板１の上に、厚さ４００
０人のＳｉＯ□層２を被着する。In FIG. 1 (1), a layer of 400 mm thick is placed on the Si substrate 1.
0 SiO□ layer 2 is deposited.

第１図（２）において、その上に成長阻止層を兼ねる、
配線層としての厚さ１００００人の純ＡＩ層３を被着す
る。In FIG. 1 (2), thereon, the layer also serves as a growth inhibition layer.
A pure AI layer 3 with a thickness of 10,000 layers is deposited as a wiring layer.

第１図（３）において、パターニングして配置Ａｌパタ
ーン３１．３２を形成する。In FIG. 1(3), patterning is performed to form arranged Al patterns 31 and 32.

第１図（４）において、前記作用の欄に記載したＣＶＤ
条件により３００℃で、酸化膜としてＳｉＯ□層４を成
長させると、ＳｉＯ□Ｎ４はＡｔパターン３１．３２上
には成長しないで、基板凹部のＳｉＯ□層２上にのみ選
択的に成長する。In Figure 1 (4), the CVD described in the column of the above action
When the SiO□ layer 4 is grown as an oxide film at 300° C. depending on the conditions, SiO□N4 does not grow on the At patterns 31 and 32, but selectively grows only on the SiO□ layer 2 in the substrate recess.

つぎに、光ＣＶＤによるＳｉＯ□層４の成長について述
べる。Next, the growth of the SiO□ layer 4 by photo-CVD will be described.

ＳｉＯ□の光ＣＶＤは、反応ガスとしてジシラン（Ｓｉ
Ｊｉ）と０２を用い、これを１．８〜２．ＯＴｏｒｒに
減圧し、波長が１８５ｎｍの低圧水銀（Ｈｇ）ランプを
照射して３００℃で熱分解して行う。Photo-CVD of SiO□ uses disilane (Si
1.8 to 2. The pressure is reduced to OTorr, and thermal decomposition is carried out at 300° C. by irradiation with a low-pressure mercury (Hg) lamp having a wavelength of 185 nm.

光の吸収端はＯ２が２４２ｎｍ　ｓ　５ｉｚＨｂが２０
０ｎｍであるので吸収端以下の波長の光は反応ガスに吸
収され、成長を促進する。The absorption edge of light is 242nm for O2 and 20 for 5izHb.
Since the wavelength is 0 nm, light with a wavelength below the absorption edge is absorbed by the reaction gas and promotes growth.

従って、通常の基板加熱だけのＣＶＤの成長温度は４２
０℃程度であるが、光ＣＶＤでは３００℃程度の低温成
長が極めて容易となる。Therefore, the growth temperature for CVD using only normal substrate heating is 42
Although the temperature is about 0° C., low-temperature growth of about 300° C. is extremely easy with photo-CVD.

第１図（５）において、平坦化された基板上に眉間絶縁
層としてＣＶ　Ｄ−Ｓｉ０２層５、第２層目配線層とし
てＡＩ層６が順次被着された状態を示す。FIG. 1(5) shows a state in which a CV D-Si02 layer 5 as a glabellar insulating layer and an AI layer 6 as a second wiring layer are sequentially deposited on a flattened substrate.

第２図は光ＣＶＤ装置の構造を模式的に示す断面図であ
る。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the optical CVD apparatus.

図において、２１は合成石英よりなる真空容器で、反応
ガスの導入口２２と真空ポンプによる排気口２３が設け
られている。In the figure, 21 is a vacuum container made of synthetic quartz, and is provided with an inlet 22 for a reaction gas and an exhaust port 23 by a vacuum pump.

基、板１は真空容器２１内に設けられたサセプタ２４の
上に載せ、真空容器２１を減圧し、反応ガスを導入する
。The substrate 1 is placed on a susceptor 24 provided in a vacuum container 21, the pressure of the vacuum container 21 is reduced, and a reaction gas is introduced.

２５は低圧Ｈｇランプで、真空容器２１の外側に設けら
れ、容器を通して基板１を照射する。A low-pressure Hg lamp 25 is provided outside the vacuum container 21 and irradiates the substrate 1 through the container.

２６はヒータで、真空容器２１の外側に設けられ、基板
１をサセプタ２４を経由して加熱する。A heater 26 is provided outside the vacuum container 21 and heats the substrate 1 via the susceptor 24.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、段差乃至凹
部を有する基板上に、底部乃至凹部のみ選択的に酸化膜
を成長でき、従って基板は平坦化され、デバイスの微細
化が可能となる。As described in detail above, according to the present invention, it is possible to selectively grow an oxide film only on the bottom or recesses on a substrate having steps or recesses, thereby flattening the substrate and making it possible to miniaturize devices. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図（１）〜（５）は本発明による酸化膜成長工程を
示す基板断面図、 第２図は光ＣＶＤ装置の構造を模式的に示す断面図、 率を示す関係図、 第４図（１）〜（３）は従来例による酸化膜成長工程を
示す基板断面図、 第５図はドライエツチングによる基板の平坦化工程を説
明する断面図である。 図において、 １はＳｉ基板、 ２は５ｉｆｔ層、 ３は成長阻止層でＡ１層、 ３１．３２は配線パターン、 ４は選択ＣＶ　Ｄ　−５ｉｎｇ層、 ５は層間絶縁層でＣＶＤ　−５ｉＯ□層、６は第２層目
配線層でＡｔ層、 ７はレジスト、 ２１は合成石英よりなる真空容器、 ２２は反応ガスの導入口、 ２３は排気口、 ２４はサセプタ、 ２５は低圧Ｈｇランプ、 ２６はヒータ ２６、　Ｅ：一タ 七ＣＶＤ装置の斯ｆｒｌＪ 稟２　ｇ 成長温度（’Ｃ＞ ＣＶＤ５に０２のへ長傘 集３　ば ↓　↓　↓　↓ 草５　ゴ 手続補正書軸発） １、１Ｇｎ−の表示 ３、補正をする者 ’ＪＧ件との関係　　　　　特許出願人住所　神奈川県
用崎市中原区」ユ小田中ｔｏｔｓ番地（５２２）名称富
士通株式会社 ４、代　　理　　人　　　　　住所　神奈川県用崎市中
原区」：小１日中１０１５ａ地１、本勤明細書の第１Ｏ
頁第１６行目に記載の「加熱する。」と！１８行目に記
載の１〔発明の効果〕」の間に以下の文−ｔを挿入する
。Figures 1 (1) to (5) are cross-sectional views of a substrate showing the oxide film growth process according to the present invention; Figure 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a photo-CVD device; (1) to (3) are cross-sectional views of a substrate illustrating a conventional oxide film growth process, and FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a flattening process of a substrate by dry etching. In the figure, 1 is a Si substrate, 2 is a 5ift layer, 3 is a growth inhibiting layer and is an A1 layer, 31 and 32 are wiring patterns, 4 is a selective CVD-5ing layer, 5 is an interlayer insulating layer and is a CVD-5iO□ layer, 6 is the second wiring layer, an At layer, 7 is a resist, 21 is a vacuum container made of synthetic quartz, 22 is a reaction gas inlet, 23 is an exhaust port, 24 is a susceptor, 25 is a low pressure Hg lamp, 26 is a Heater 26, E: 1T7 CVD equipment's frlJ 2 g growth temperature ('C> CVD5 to 02 long umbrella collection 3 ba ↓ ↓ ↓ ↓ grass 5 Go procedure amendment axis) 1, 1Gn-'s Indication 3: Person making the amendment' Relationship with the JG matter Patent applicant address: "Yu Odanaka tots address (522), Nakahara-ku, Yozaki City, Kanagawa Prefecture" Name: Fujitsu Ltd. 4, Agent Address: Nakahara-ku, Yozaki City, Kanagawa Prefecture" : 1015a ground 1 during the first day of elementary school, 1st O of the regular school statement
"Heating" written on the 16th line of the page! Insert the following sentence -t between "1 [Effects of the invention]" written on the 18th line.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）酸化生成熱が負の値を有する基板（１）上に、酸
化生成熱が負の値を有し、その絶対値が該基板（１）よ
り大きい値を有する物質よりなる成長阻止層（３）を被
着し、 該成長阻止層（３）をパターニングしてその一部を除去
した後、 該基板（１）上に、化学気相成長法により前記成長阻止
層（３）のパターン以外の部分に選択的に酸化膜（４）
を成長する ことを特徴とする酸化膜の選択成長方法。(1) On a substrate (1) whose heat of oxidation formation has a negative value, a growth inhibition layer made of a substance whose heat of oxidation formation has a negative value and whose absolute value is larger than that of the substrate (1). (3), patterning the growth prevention layer (3) and removing a portion thereof, and then patterning the growth prevention layer (3) on the substrate (1) by chemical vapor deposition. Selective oxide film on other parts (4)
A selective growth method for an oxide film characterized by growing an oxide film. （２）前記酸化膜（４）が二酸化珪素（ＳｉＯ＿２）で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の酸化
膜の選択成長方法。(2) The method for selectively growing an oxide film according to claim 1, wherein the oxide film (4) is silicon dioxide (SiO_2). （３）前記成長阻止層（３）がアルミニウム（Ａｌ）、
もしくはマグネシウム（Ｍｇ）であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の酸化膜の選択成長方法。(3) the growth prevention layer (3) is made of aluminum (Al);
2. The method for selectively growing an oxide film according to claim 1, wherein the oxide film is grown using magnesium (Mg) or magnesium (Mg). （４）前記化学気相成長法が、前記成長阻止層（３）へ
の成長率とその他の部分上への成長率との比が減少する
ような範囲の成長温度で行われることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の酸化膜の選択成長方法。(4) The chemical vapor deposition method is characterized in that the chemical vapor deposition method is carried out at a growth temperature in a range such that the ratio of the growth rate to the growth inhibition layer (3) and the growth rate to other parts decreases. A method for selectively growing an oxide film according to claim 1. （５）前記化学気相成長法が光化学気相成長法であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の酸化膜の選
択成長方法。(5) The method for selectively growing an oxide film according to claim 1, wherein the chemical vapor deposition method is a photochemical vapor deposition method.