JP2983476B2 - 成膜方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜方法及び半導
体装置の製造方法に関し、より詳しくは、半導体集積回
路装置の配線層等を被覆する平坦化された層間絶縁膜の
成膜方法及び半導体装置の製造方法に関する。近年、半
導体集積回路装置においては、更なる高密度化が進展
し、数層以上に及ぶ多層配線を形成する場合が増えつつ
ある。この場合、配線層として特にアルミニウム材料を
用いることが多いため５００℃以下の低温で形成可能な
平坦化された層間絶縁膜の成膜方法の開発が強く望まれ
るようになってきている。

【０００２】

【従来の技術】従来、絶縁膜の平坦化方法として、図１
１に示すように、熱ＣＶＤ法やプラズマ励起ＣＶＤ法等
により成膜した後、形成膜を加熱し、流動化させて平坦
化する方法や、図１２に示すエッチバック法や図１３に
示すＣＭＰ法（化学機械研磨法）のように絶縁膜の表面
の凹凸をエッチングや研磨により除去して平坦化する方
法がある。

【０００３】前者の場合、下記の反応ガスのいずれかを
用いた熱ＣＶＤ法により、 (1)SiH₄＋PH₃＋B₂H₆＋O₂ （PH₃ ：phosphine ） (2)TEOS＋TMOP＋TMB 又はTEB ＋O₂又はO₃ （TEOS：tetraethylorthosilicate(Si(OC₂H₅)₄) ，TMO
P：trimethylphosphate(PO(OCH₃)₃) ） 図１１（ａ）に示すように、ＢＰＳＧ膜４を形成し、或
いは下記の反応ガスのいずれかを用いたプラズマ励起Ｃ
ＶＤ法により、 (1)SiH₄＋PH₃＋B₂H₆＋O₂ (2)TEOS＋TMOP＋TMB 又はTEB ＋O₂ 図１１（ａ）に示すように、ＢＰＳＧ膜４を形成する。
これについては文献 Williams,D.S.and Dein, E.A.:J.
Electrochem.Soc., 134,3,:657, 1987、Levin, R.M. an
d Evans-Lutterodt, K.:J. Vac.Sci.Technol., B1, 1:5
4, 1983 、Sato,J. and Maeda, K. : Extended Abstrac
t of Electrochem. Soc. Spring Meeting: 31,1971 等
がある。

【０００４】その後、図１１（ｂ）に示すように、形成
したＢＰＳＧ膜４を８５０℃程度の温度で加熱し、流動
化させて平坦化する。なお、ＰＳＧ膜の場合、上記反応
ガスからボロン含有ガス（B₂H₆，TMB 又はTEB ）を除い
た反応ガスを用いて熱ＣＶＤ法やプラズマ励起ＣＶＤ法
等により成膜した後、1000℃以下の温度で加熱し、流動
化させて平坦化する。

【０００５】また、後者の場合、まず、図１２（ａ）及
び図１３（ａ）に示すように、下記の反応ガスを用いた
熱ＣＶＤ法又はプラズマ励起ＣＶＤ法等によりＮＳＧ膜
５を形成し、その後、平坦化する。 (1)SiH₄＋O₂（熱ＣＶＤ法又はプラズマ励起ＣＶＤ法） (2)TEOS＋O₂又はO₃（熱ＣＶＤ法） (3)TEOS＋O₂（プラズマ励起ＣＶＤ法） エッチバック法では、図１２（ｂ）に示すように、ＮＳ
Ｇ膜５上にレジスト膜６を塗布・形成し、表面を平坦に
した上で、図１２（ｃ）に示すように、上の方からエッ
チングし、平坦化ＮＳＧ膜５ａを形成する。また、ＣＭ
Ｐ法では、図１３（ｂ）に示すように、上記ＮＳＧ膜５
を形成した後、研磨してＮＳＧ膜５ｂ表面を平坦化す
る。

【０００６】なお、上記図１１〜図１３において、１は
半導体基板、２は下地絶縁膜、３ａ，３ｂは下地絶縁膜
２の上に形成された配線層である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のエッ
チバック法やＣＭＰ法による平坦化方法では、加熱・流
動化による平坦化方法と異なり、加熱しないので、特に
低温を要求される場合には有効であるが、図１２及び図
１３に示すように、もとの絶縁膜５の成膜直後に配線層
３ａ，３ｂ間その他の凹部にボイドが形成されていると
平坦化後にもそれがそのまま残ってしまう。現在、埋込
み性の良好な絶縁膜の成膜方法として高密度プラズマＣ
ＶＤ法、プラズマ励起ＣＶＤ法、常圧熱ＣＶＤ法、ＳＯ
Ｇ塗布法等がある。しかし、この平坦化方法が熱的流動
性を用いた方法ではないため、特に、高密度化されて配
線層間が狭くなってきたとき、その凹部を完全に埋め込
むことは困難である。

【０００８】一方、加熱・流動化による平坦化方法で
は、熱的流動性を用いているので、図１１に示すよう
に、完全な埋め込みが期待できる。現在では、特に、こ
のような用途にＢＰＳＧ膜（ボロンリンシリケートグラ
ス膜）４が用いられることが多いが、流動化のためには
低くとも温度８５０℃の加熱が必要であり、低温形成が
要求される配線層３ａ，３ｂの下地膜２や層間絶縁膜４
としての用途、特に、アルミニウム配線層を被覆する絶
縁膜としての用途には適用できない。この場合、リンや
ボロンの濃度を高くすれば、流動化温度はある程度下げ
られるが、まだ十分ではなく、その上絶縁膜２，４の安
定性や耐湿性が低下するという新たな問題を生じる。な
お、ＰＳＧ膜についてもほぼＢＰＳＧ膜と同じ程度の流
動化温度が必要であり、上記の問題が生ずる。

【０００９】また、流動化温度の低い絶縁膜としてＢＰ
ＳＧ膜にＧｅＯ₂を添加したGeBPSG膜も開発されている
が、精々７５０℃程度までであり、低温化が要求される
下地膜や層間絶縁膜への適用は困難である。本発明は、
上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、
平坦化のための流動化温度を飛躍的に低下させることが
できる絶縁膜の成膜方法及び半導体装置の製造方法を提
供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、成膜方法に係り、III 価の
リンを有し、かつ少なくともリン結合手の一つに酸素が
結合したSi-O-P構造を有するリン含有化合物である、

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【化５】

【００１４】または、

【００１５】

【化６】

【００１６】のうちいずれかを含む反応ガスを用いて、
酸素不足の状態で前記反応ガスを反応させることによ
り、P₂O₃を含むシリコン含有絶縁膜を被堆積基板上に形
成することを特徴とし、請求項２記載の発明は、請求項
１記載の成膜方法に係り、前記反応ガスは、前記リン含
有化合物のほかに、アルキルシラン又はアリールシラン
（一般式R_nSiH_4-n（ｎ＝１〜４）），アルコキシシラ
ン（一般式(RO)_nSiH_4-n（ｎ＝１〜４）），鎖状シロキ
サン（一般式R_nH_3-nSiO(R_kH_2-kSiO)_mSiH_3-nR
_n（ｎ＝１〜３；ｋ＝０〜２；ｍ≧０）），鎖状シロキ
サンの誘導体（一般式(RO)_nH_3-nSiOSiH_3-n(OR) _n（ｎ
＝１〜３））又は環状シロキサン（一般式(R _k H_2-kSi
O)_m（ｋ＝１，２；ｍ≧２））（Ｒはアルキル基，アリ
ール基又はその誘導体である。）からなるシリコン含有
化合物のグループのうち少なくともいずれか一を含むこ
とを特徴とし、請求項３記載の発明は、請求項２に記載
の成膜方法に係り、前記反応ガスは、前記リン含有化合
物及び前記シリコン含有化合物のほかに、さらに酸化性
ガスを含むことを特徴とし、請求項４記載の発明は、請
求項３に記載の成膜方法に係り、前記酸化性ガスは、オ
ゾン（Ｏ₃），酸素（Ｏ₂），Ｎ₂Ｏ，Ｎ₂Ｏ，Ｎ
Ｏ₂，ＣＯ，ＣＯ₂又はＨ₂Ｏのうち少なくともいずれ
か一であることを特徴とし、請求項５記載の発明は、請
求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の成膜方法に係
り、前記反応ガスを加熱により又はプラズマ化により励
起することを特徴とし、請求項６記載の発明は、請求項
１乃至請求項５のいずれか一に記載の成膜方法に係り、
前記成膜中の被堆積基板を温度４００℃以下に加熱する
ことを特徴とし、請求項７記載の発明は、請求項１乃至
請求項６のいずれか一に記載の成膜方法に係り、前記P₂
O₃を含むシリコン含有絶縁膜は、リンシリケートグラス
膜（ＰＳＧ膜）又はボロンリンシリケートグラス膜（Ｂ
ＰＳＧ膜）であることを特徴とし、請求項８記載の発明
は、請求項１乃至請求項７のいずれか一に記載の成膜方
法に係り、前記P₂O₃を含むシリコン含有絶縁膜を形成し
た後、さらに、酸素を含む雰囲気中で前記形成膜を加熱
し、前記形成膜中のP₂O₃をP₂O₅に変換することを特徴と
し、請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項７のい
ずれか一に記載の成膜方法に係り、前記P₂O₃を含むシリ
コン含有絶縁膜を形成した後、さらに、前記形成膜を加
熱し、流動化させて平坦化することを特徴とし、請求項
１０記載の発明は、請求項９に記載の成膜方法に係り、
前記形成膜を加熱する温度は５００℃以下であることを
特徴とし、請求項１１記載の発明は、請求項９又は請求
項１０記載の成膜方法に係り、前記形成膜を加熱し、流
動化させて平坦化した後、さらに、酸素を含む雰囲気中
で前記形成膜を加熱し、前記形成膜中のP₂O₃をP₂O₅に変
換することを特徴とし、請求項１２記載の発明は、半導
体装置の製造方法に係り、絶縁膜上に配線層を形成する
工程と、III 価のリンを有し、かつ少なくともリン結合
手の一つに酸素が結合したSi-O-P構造を有するリン含有
化合物である、

【化１６】または、

【化１７】のうちいずれかを含む反応ガスを用いて、酸素不足の状
態で前記反応ガスを反応させることにより、前記絶縁膜
上の配線層を被覆して、P₂O₃を含むシリコン含有絶縁膜
を形成する工程とを有することを特徴とし、請求項１３
記載の発明は、請求項１２に記載の半導体装置の製造方
法に係り、前記配線層の材料はアルミニウム又はアルミ
ニウム合金であることを特徴としている。

【００１７】本願発明者は、 従来例のＢＰＳＧ膜或いはＰＳＧ膜がSiO₂＋P₂O₅＋B₂
O₃からなる混合物或いはSiO₂＋P₂O₅からなる混合物であ
ること、（なお、従来例の反応ガスSiH₄＋PH₃＋B₂H₆＋O
₂のPH₃はIII 価のリンであるが、外部から供給された
酸素と結合し、P₂O₃ではなくP₂O₅を生成する。これは、
PH₃自体が酸素を含まないため、外部から供給された酸
素と結合したとき、容易に安定なP₂O₅が生成されるため
であると考えられる。） P₂O₅-SiO₂ 系のＢＰＳＧ膜等においては、図１０に示
すように理論的にはP₂O₅２０〜８０％の組成で共融点が
８５０℃となっており、その流動化温度はP₂O₅自身の融
点が決め手になっていること、 及び下記のようにP₂O₃がP₂O₅よりも融点が極めて低い
ことに着目した。

【００１８】

【表１】

【００１９】従って、ＢＰＳＧ膜或いはＰＳＧ膜がP₂O₅
の代わりにP₂O₃を主として含むようにすれば、流動化温
度が下げられると考えた。P₂O₃濃度の高いＢＰＳＧ膜或
いはＰＳＧ膜を形成するために、酸素不足の状態でリン
含有化合物を酸化することを考えた。その方法として、
ＰがIII 価の形で含まれるリン含有化合物を反応ガス
として用いること、酸素を含むシリコン含有化合物や
リン含有化合物を用い、酸素やオゾンを別に加えないで
成膜すること等が考えられる。

【００２０】の方法に適用できる、III 価のＰを含む
リン含有化合物として、例えば、下記に構造式を示すSi
-O-P構造を有するリン含有化合物がある。

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【化８】

【００２４】または、

【００２５】

【化９】

【００２６】なお、ＴＭＰはの方法にも適用すること
ができる。上記リン含有化合物を含む反応ガスを用いて
熱ＣＶＤ法やプラズマ励起ＣＶＤ法によりＰＳＧ膜等を
形成し、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）やフーリエ変換赤外分
光法（ＦＴＩＲ）により形成膜中の成分を分析したとこ
ろ、形成膜中に濃度の高いP₂O₃が存在することが確認で
きた。そして、成膜温度２４０〜４３０℃程度の流動化
温度を得た。

【００２７】また、P₂O₃の濃度を調整することにより流
動化温度を調整することが可能であり、更に、成膜温
度、酸化性ガス（オゾン）の濃度又はリン含有化合物の
ガス流量を調整することでP₂O₃の濃度を容易に調整する
ことができることを見いだした。上記ことはＢＰＳＧ膜
についても同じように成立する。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。 （１）第１の実施の形態 本発明の第１の実施の形態に係る、熱ＣＶＤ法によりＰ
ＳＧ膜を形成する方法について説明する。

【００２９】反応ガスとして、リン含有化合物とシリコ
ン含有化合物と酸化性ガスとの混合ガスを用いた。な
お、リン含有化合物として、下記に構造式を示すＴＭＰ
(Trimethylphosphite(P(OCH₃)₃))や、

【００３０】

【化１０】

【００３１】下記に構造式を示すSi-O-P構造を有するリ
ン含有化合物（phosphorous acid dimethyl trimethyls
ilylester （以下、SOP-11(a) と称する。）、及びphos
phorous acid dimethoxy trimethylsilylester（以下、
SOP-11(b) と称する。）や、

【００３２】

【化１１】

【００３３】または、

【００３４】

【化１２】

【００３５】さらに上記の他の、III 価のリンを有し、
かつ少なくともリンの結合手の一つに酸素が結合したリ
ン含有化合物を用いることができる。ここでは、SOP-11
(b) を用いた。また、シリコン含有化合物として、アル
キルシラン又はアリールシラン（一般式R_nSiH_4-n（ｎ
＝１〜４）），アルコキシシラン（一般式(RO)_nSiH_4-n
（ｎ＝１〜４）），鎖状シロキサン（一般式R_nH_3-nSi
O(R_kH_2-kSiO)_mSiH_3-nR_n（ｎ＝１〜３；ｋ＝０〜
２；ｍ≧０）），鎖状シロキサンの誘導体（一般式(RO)
_nH_3-n SiOSiH_3-n(OR) _n（ｎ＝１〜３））又は環状シロ
キサン（一般式(R _k H_2-kSiO)_m（ｋ＝１，２；ｍ≧
２））等を用いることができる。Ｒはアルキル基，アリ
ール基又はその誘導体である。ここでは、アルコキシシ
ランのＴＭＳ（トリメトキシシラン（(CH₃O)₃SiH）を用
いる。

【００３６】さらに、酸化性ガスとして、オゾン
（Ｏ₃），酸素（Ｏ₂），Ｎ₂Ｏ，Ｎ₂Ｏ，ＮＯ₂，Ｃ
Ｏ，ＣＯ₂又はＨ₂Ｏ等を用いることができる。ここで
は、オゾンを用いる。上記ガスのうち、シリコン含有化
合物（TEOS）とリン含有化合物（SOP-11(b)）と酸化性
ガス（オゾン（Ｏ₃））の混合ガスを反応ガスとして用
いた。比較データを取得するため種々の成膜パラメータ
について以下のようにその条件を種々変えた。

【００３７】

【表２】

【００３８】この場合、成膜条件を変えた成膜パラメー
タ以外の成膜パラメータの成膜条件は下記の標準の成膜
条件に設定した。各成膜パラメータについて標準の成膜
条件を以下に示す。

【００３９】

【表３】

【００４０】なお、SOP-11(b) は常温で液体であるた
め、キャリアガス（Ｎ₂）でバブリングしてキャリアガ
ス中に含ませ、キャリアガスの流量を調整することによ
りSOP-11(b) の含有量を調整した。また、オゾンはオゾ
ナイザーにより酸素の一部を変換して生成した。オゾン
濃度は酸素中に含まれるオゾン含有量のことである。ま
ず、図１（ａ）に示す被堆積基板１０１を熱ＣＶＤ装置
のチャンバ内に入れる。次いで、基板加熱を行い、所定
の基板温度に保持する。なお、被堆積基板１０１は、シ
リコン基板（半導体基板）１１上に、例えばシリコン酸
化膜等の下地絶縁膜１２が形成され、更に、下地絶縁膜
１２上に例えばアルミニウム膜等からなる配線層１３が
形成されている。

【００４１】次に、図１（ｂ）に示すように、上記反応
ガスをチャンバ内に導入し、所定の時間保持する。これ
により、高濃度のP₂O₃を含む所定の膜厚のＰＳＧ膜１４
が形成される。このとき、P₂O₃の濃度又はP₂O₃／P₂O₅の
割合によって、ＰＳＧ膜１４は成膜中に基板温度程度で
流動化する場合があり、この場合は成膜と同時に平坦化
も達成される。そうでない場合は、図２（ａ）〜（ｃ）
に示すように、被堆積基板１０１にＰＳＧ膜１５を成膜
した後に別に平坦化のための加熱処理を行い、ＰＳＧ膜
１５ａを流動化し、平坦化する。

【００４２】上記の成膜方法により形成されたＰＳＧ膜
１４について、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）及びフーリエ変
換赤外分光法（ＦＴＩＲ）により形成膜中のリン（Ｐ）
濃度を検出した。ＸＲＦでは膜中のP₂O₃＋P₂O₅の総濃度
を検出でき、ＦＴＩＲでは膜中のP₂O₅のみの濃度を検出
できる。分析結果を図３（ａ），（ｂ）及び図４に示
す。図３（ａ）は基板温度に対する依存性を示し、縦軸
は線形目盛りで表したＰ濃度（ｗｔ％）を、横軸は線形
目盛りで表した基板温度（℃）を示す。図３（ｂ）はオ
ゾン濃度に対する依存性を示し、縦軸は線形目盛りで表
したＰ濃度（ｗｔ％）を、横軸は線形目盛りで表したオ
ゾン濃度（％）を示す。図４はリン含有化合物のガス流
量に対する依存性を示し、縦軸は線形目盛りで表したＰ
濃度（ｗｔ％）を、横軸は線形目盛りで表したSOP-11の
ガス流量（ＳＬＭ）を示す。

【００４３】また、図３（ａ），（ｂ）及び図４中、白
丸印はＸＲＦによる分析結果を表し、膜中のP₂O₃＋P₂O₅
の総濃度を示す。黒丸印はＦＴＩＲによる分析結果を表
し、膜中のP₂O₅の濃度を示す。これらの差がP₂O₃の濃度
となる。以上の結果より、形成されたＰＳＧ膜１４中の
P₂O₃の濃度又はP₂O₃／P₂O₅の割合は基板温度、オゾン濃
度及びSOP-11のガス流量により調整することができるこ
とが分かった。

【００４４】また、これらのＰＳＧ膜１４の溶融温度又
は流動化温度はP₂O₃の濃度又はP₂O₃／P₂O₅の割合が高い
ほど低くなり、実験では５００℃以下の溶融温度又は流
動化温度が得られた。 （２）第２の実施の形態 本発明の第２の実施の形態に係る、プラズマ励起ＣＶＤ
法によりP₂O₃を含むＰＳＧ膜を形成する方法について図
５（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。

【００４５】反応ガスとしてＴＥＯＳ＋ＴＭＰの混合ガ
スを用いた。酸素不足の状態が十分に満たされるように
酸素（Ｏ₂）は添加しなかった。下記にＴＭＰ(Trimeth
ylphosphite(P(OCH₃)₃))の構造式を示す。

【００４６】

【化１３】

【００４７】成膜条件は以下の通りである。成膜方法と
してＥＣＲ法によるプラズマ励起ＣＶＤ法を用いた。

【００４８】

【表４】

【００４９】成膜中のＰＳＧ膜１６は基板温度２００℃
程度でも配線層１３ａ，１３ｂ間の凹部に流れ込み、フ
ロー性を示した。図５（ｂ）に成膜後の断面図を示す。
なお、図５（ａ）は成膜前の被堆積基板１０１の断面図
である。図６（ａ），（ｂ）は、成膜後の被堆積基板１
０１の断面を顕微鏡観察した写真である。図６（ｂ）は
図６（ａ）の部分拡大図である。

【００５０】実験結果より、リンはIII 価のP₂O₃の形で
ＰＳＧ膜１６中に含まれているものと考えられる。外部
から酸素を供給していないので、反応系内では酸素不足
の状態であり、Ｓｉ−Ｏ、Ｐ−Ｏはそれぞれ分子内に存
在する酸素原子と結合した形で成膜されると考えられ
る。なお、上記第２の実施の形態では、酸素を添加しな
かったが、酸素を添加することにより、第１の実施の形
態と同じように、P₂O₃の濃度又はP₂O₃／P₂O₅の割合を調
整し、溶融温度或いは流動化温度を調整することができ
ることはいうまでもない。また、その他の成膜パラメー
タの基板温度やＴＭＰの流量を調整しても、第１の実施
の形態と同じように、P₂O₃の濃度又はP₂O₃／P₂O₅の割合
の調整を介して、溶融温度或いは流動化温度を調整する
ことができる。

【００５１】（３）第３の実施の形態 本発明の第３の実施の形態に係る、熱ＣＶＤ法又はプラ
ズマ励起ＣＶＤ法によりP₂O₃を含むＢＰＳＧ膜を形成す
る方法について図７（ａ），（ｂ）を参照しながら説明
する。反応ガスとしてＴＥＯＳ＋SOP-11(b) ＋ＴＭＢ又
はＴＥＢ＋Ｏ₂又はＯ₃の混合ガスを用いた。

【００５２】成膜条件は以下の通りである。

【００５３】

【表５】

【００５４】

【表６】

【００５５】上記により、図７（ｂ）に示すように、被
堆積基板１０１上にSiO₂＋P₂O₃＋B₂O₃の混合物からなる
ＢＰＳＧ膜１７が形成される。なお、図７（ａ）は成膜
前の被堆積基板１０１の断面図である。第１の実施の形
態と同じように、酸素濃度又はオゾン濃度、基板温度、
リン含有化合物又はボロン含有化合物を調整することに
より、P₂O₃の濃度又はP₂O₃／P₂O₅の割合を調整し、その
ＢＰＳＧ膜１７の融点を２００〜５００℃の間で制御す
ることができた。

【００５６】（４）第４の実施の形態 ところで、P₂O₃自身は容易に湿度と反応するので、上記
のようにして形成されたＰＳＧ膜１４，１５ａ，１６や
ＢＰＳＧ膜１７は、成膜後空気中に取り出すと、吸湿す
る。従って、半導体装置の層間絶縁膜等として用いるた
めには、吸湿しないように、P₂O₃を含むＰＳＧ膜１４，
１５ａ，１６やＢＰＳＧ膜１７を安定化させる必要があ
る。

【００５７】次に、P₂O₃を含むＰＳＧ膜１４，１５ａ，
１６を安定化させる方法について図８を参照しながら説
明する。第１の実施の形態に係る成膜方法により成膜し
た後、密閉容器内にＮ₂＋Ｏ₂を導入し、その雰囲気
中、温度５００℃程度でアニールする。図９は、アニー
ル前後でのＰＳＧ膜１４，１５ａ，１６のＦＴＩＲ分析
結果を示す。図９に示されているように、アニールによ
りＰＳＧ膜１４，１５ａ，１６中のP₂O₃をP₂O₅に変換さ
せることができた。

【００５８】以上のように、成膜後、酸素を含む雰囲気
中でアニールすることにより、P₂O₃をP₂O₅へ変換させて
ＰＳＧ膜１４，１５ａ，１６等を安定化させることがで
きる。また、P₂O₅という最終的な組成は、ＰＳＧ膜１
４，１５ａ，１６等にパッシペーション効果を持たせ、
界面特性の安定化に寄与する。なお、アニールにより同
時に、形成膜中に含まれる残余のカーボンも酸化され
る。

【００５９】以上により、デバイスへの適用が可能とな
る。なお、上記アニールの代わりに、或いはアニールと
ともに、ＰＳＧ膜１４，１５ａ，１６等上に吸湿阻止用
のカバー絶縁膜を形成してもよい。また、ＣＶＤ装置と
しては、熱ＣＶＤ装置やプラズマ励起ＣＶＤ装置が用い
られ、膜の改質のためにアニール用の炉が用いられる
が、成膜後大気に触れさせないで直ちに膜の改質が可能
なように、成膜装置全体としてＣＶＤ装置とアニール用
の炉がロードロック室で接続されたものを用いることが
望ましい。

【００６０】以上のように、第１〜第４の実施の形態に
おいては、リン成分としてP₂O₃の濃度が高い絶縁膜を形
成しているので、流動化温度を５００℃以下大幅に低下
させることができる。従って、アルミニウム配線を被覆
する層間絶縁膜として用いることができる。また、高密
度化に伴い、拡散層が浅くなっている半導体装置にその
配線層の下地絶縁膜として用いた場合でも、拡散層内の
不純物の再分布を防止することができる。

【００６１】更に、ＣＭＰ法等の平坦化加工技術を必要
とせず、形成膜を熱的に流動化させることにより層間絶
縁膜を平坦化することができるので、配線層間等の凹部
を隙間無く埋めることができる。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、酸素
不足の状態でＰＳＧ膜やＢＰＳＧ膜を形成しているの
で、リン成分としてP₂O₃の濃度が高いＰＳＧ膜やＢＰＳ
Ｇ膜を形成し、流動化温度を５００℃以下大幅に低下さ
せることができる。これにより、配線層の下の平坦化さ
れた下地膜として、及び配線層を被覆する平坦化された
層間絶縁膜として用いることができる。

【００６３】更に、形成膜を熱的に流動化させることに
より層間絶縁膜を平坦化することができるので、配線層
間等の凹部を隙間無く埋めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施の
形態に係るP₂O₃を含むＰＳＧ膜の成膜方法について示す
断面図である。

【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の
形態に係るP₂O₃を含むＰＳＧ膜の他の成膜方法について
示す断面図である。

【図３】図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係
る成膜方法により形成されたP₂O₃を含むＰＳＧ膜中のリ
ン濃度と基板温度との関係について示す特性図であり、
図３（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る成膜方
法により形成されたP₂O₃を含むＰＳＧ膜中のリン濃度と
Ｏ₃濃度との関係について示す特性図である。

【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係る成膜
方法により形成されたP₂O₃を含むＰＳＧ膜中のリン濃度
とリン含有化合物のガス流量との関係について示す特性
図である。

【図５】図５（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施の
形態に係るP₂O₃を含むＰＳＧ膜の成膜方法について示す
断面図である。

【図６】図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係
る成膜方法により被堆積基板上に形成されたP₂O₃を含む
ＰＳＧ膜の断面写真である。図６（ｂ）は図６（ａ）の
部分拡大写真である。

【図７】図７（ａ），（ｂ）は、本発明の第３の実施の
形態に係るP₂O₃を含むＢＰＳＧ膜の成膜方法について示
す断面図である。

【図８】図８は、本発明の第４の実施の形態に係るP₂O₃
を含むＰＳＧ膜の安定化方法について示す断面図であ
る。

【図９】図９は、本発明の第４の実施の形態に係る安定
化前後のＰＳＧ膜中のリン化合物の種類をフーリエ変換
赤外分光法により調査した結果について示す図である。

【図１０】図１０は、P₂O₅-SiO₂系ガラスの状態図につ
いて示す特性図である。

【図１１】図１１（ａ），（ｂ）は、従来例に係る、加
熱・流動化による平坦化を含む層間絶縁膜の形成方法に
ついて示す断面図である。

【図１２】図１２（ａ）〜（ｃ）は、従来例に係る、エ
ッチバックによる平坦化を含む層間絶縁膜の形成方法に
ついて示す断面図である。

【図１３】図１３（ａ），（ｂ）は、従来例に係るＣＭ
Ｐによる平坦化を含む層間絶縁膜の形成方法について示
す断面図である。

【符号の説明】

１１ シリコン基板（半導体基板）、 １２ 下地絶縁膜、 １３ａ，１３ｂ 配線層、 １４，１５，１５ａ，１６ ＰＳＧ膜、 １７ ＢＰＳＧ膜、 １０１ 被堆積基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−333858（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−153696（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−320338（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−47758（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/316

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 III 価のリンを有し、かつ少なくともリ
   ン結合手の一つに酸素が結合したSi-O-P構造を有するリ
   ン含有化合物である、 【化２】または、 【化３】のうちいずれかを含む反応ガスを用いて、酸素不足の状
   態で前記反応ガスを反応させることにより、P₂O₃を含む
   シリコン含有絶縁膜を被堆積基板上に形成することを特
   徴とする成膜方法。
2. 【請求項２】 前記反応ガスは、前記リン含有化合物の
   ほかに、アルキルシラン又はアリールシラン（一般式R
   _nSiH_4-n（ｎ＝１〜４）），アルコキシシラン（一般式
   (RO)_nSiH_4-n（ｎ＝１〜４）），鎖状シロキサン（一般
   式R_nH_3-nSiO(R_kH_2-kSiO)_mSiH_3-nR_n（ｎ＝１〜
   ３；ｋ＝０〜２；ｍ≧０）），鎖状シロキサンの誘導体
   （一般式(RO)_nH_3-n SiOSiH_3-n(OR) _n（ｎ＝１〜３））
   又は環状シロキサン（一般式(R _k H_2-kSiO)_m（ｋ＝
   １，２；ｍ≧２））（Ｒはアルキル基，アリール基又は
   その誘導体である。）からなるシリコン含有化合物のグ
   ループのうち少なくともいずれか一を含むことを特徴と
   する請求項１記載の成膜方法。
3. 【請求項３】 前記反応ガスは、前記リン含有化合物及
   び前記シリコン含有化合物のほかに、さらに酸化性ガス
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の成膜方法。
4. 【請求項４】 前記酸化性ガスは、オゾン（Ｏ₃），酸
   素（Ｏ₂），Ｎ₂Ｏ，Ｎ₂Ｏ，ＮＯ₂，ＣＯ，ＣＯ₂又
   はＨ₂Ｏのうち少なくともいずれか一であることを特徴
   とする請求項３に記載の成膜方法。
5. 【請求項５】 前記反応ガスを加熱により又はプラズマ
   化により励起することを特徴とする請求項１乃至請求項
   ４のいずれか一に記載の成膜方法。
6. 【請求項６】 前記成膜中の被堆積基板を温度４００℃
   以下に加熱することを特徴とする請求項１乃至請求項５
   のいずれか一に記載の成膜方法。
7. 【請求項７】 前記P₂O₃を含むシリコン含有絶縁膜は、
   リンシリケートグラス膜（ＰＳＧ膜）又はボロンリンシ
   リケートグラス膜（ＢＰＳＧ膜）であることを特徴とす
   る請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の成膜方
   法。
8. 【請求項８】 前記P₂O₃を含むシリコン含有絶縁膜を形
   成した後、さらに、酸素を含む雰囲気中で前記形成膜を
   加熱し、前記形成膜中のP₂O₃をP₂O₅に変換することを特
   徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一に記載の成
   膜方法。
9. 【請求項９】 前記P₂O₃を含むシリコン含有絶縁膜を形
   成した後、さらに、前記形成膜を加熱し、流動化させて
   平坦化することを特徴とする請求項１乃至請求項７のい
   ずれか一に記載の成膜方法。
10. 【請求項１０】 前記形成膜を加熱する温度は５００℃
    以下であることを特徴とする請求項９に記載の成膜方
    法。
11. 【請求項１１】 前記形成膜を加熱し、流動化させて平
    坦化した後、さらに、酸素を含む雰囲気中で前記形成膜
    を加熱し、前記形成膜中のP₂O₃をP₂O₅に変換することを
    特徴とする請求項９又は請求項１０記載の成膜方法。
12. 【請求項１２】 絶縁膜上に配線層を形成する工程と、 III 価のリンを有し、かつ少なくともリン結合手の一つ
    に酸素が結合したSi-O-P構造を有するリン含有化合物で
    ある、 【化１４】または、 【化１５】のうちいずれかを含む反応ガスを用いて、酸素不足の状
    態で前記反応ガスを反応させることにより、前記絶縁膜
    上の配線層を被覆して、P₂O₃を含むシリコン含有絶縁膜
    を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記配線層の材料はアルミニウム又は
    アルミニウム合金であることを特徴とする請求項１２に
    記載の半導体装置の製造方法。