(57)【要約】【課題】  膜ストレス低減を図った無機ＳＯＧ膜を有した半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の半導体装置は、半導体基板１上に形成された下層配線３と、前記下層配線３上及び下層配線３間に形成され、不純物がイオン注入されることで圧縮応力を示す無機ＳＯＧ膜５ａと、前記無機ＳＯＧ膜５ａを含む層間絶縁膜７に形成されたコンタクトホールを介して前記下層配線に接続する上層配線とを具備することを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された下層配線と、
前記下層配線上及び下層配線間に形成され、不純物がイオン注入されることで圧縮応力を示す無機ＳＯＧ膜と、
前記無機ＳＯＧ膜を含む層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記下層配線に接続する上層配線とを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体基板上に下層配線を形成する工程と、
前記下層配線上及び下層配線間に引張応力を示す無機ＳＯＧ膜を形成する工程と、
前記無機ＳＯＧ膜に不純物をイオン注入することで当該無機ＳＯＧ膜が圧縮応力を示す膜に改質する工程と、
前記無機ＳＯＧ膜を含む層間絶縁膜にコンタクトホールを形成した後に、コンタクトホールを介して下層配線に接続する上層配線を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板上に下層配線を形成する工程と、
前記下層配線上及び下層配線間に引張応力を示す無機ＳＯＧ膜を形成する工程と、
前記無機ＳＯＧ膜に不純物をイオン注入することで、当該イオン注入する前の無機ＳＯＧ膜の応力よりも応力が低減された無機ＳＯＧ膜に改質する工程と、
前記無機ＳＯＧ膜を含む層間絶縁膜にコンタクトホールを形成した後に、コンタクトホールを介して下層配線に接続する上層配線を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に無機ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）膜から成る層間絶縁膜を有した半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置について図面を参照しながら説明する。
【０００３】
近年、半導体集積回路のさらなる高集積化を実現するために、配線の微細化および多層化を進めることが要求されている。配線の多層化においては各配線層間に設ける層間絶縁膜の表面が平坦でないと、当該層間絶縁膜の上部に形成された配線に段差が生じて断線などの故障が引き起こされる。そのため、層間絶縁膜の表面を平坦化する平坦化技術が重要となる。
【０００４】
平坦化を図る上で最も多用される層間絶縁膜としてＳＯＧ膜がある。ＳＯＧとは、シリコン化合物を有機溶剤に溶解した溶液、および、その溶液から形成される二酸化シリコンを主成分とする膜の総称である。ＳＯＧ膜を形成するには、まず、シリコン化合物を有機溶剤に溶解した溶液を基板上に滴下して基板を回転させる。すると、当該溶液の被膜は、配線によって形成される基板上の段差に対して、その凹部には厚く、その凸部には薄く、段差を緩和するように形成される。その結果、当該溶液の被膜の表面は平坦化される。次に、熱処理が施されると、有機溶剤が蒸発すると共に重合反応が進行して、表面が平坦なＳＯＧ膜が形成される。
【０００５】
ＳＯＧ膜には、シリコン化合物中に有機成分を含まない無機ＳＯＧ膜と、シリコン化合物中に有機成分を含む有機ＳＯＧ膜とがある。これらのうち、有機ＳＯＧ膜は、無機ＳＯＧ膜に比べ、膜ストレスが小さいため、熱処理時におけるクラックの発生や、ＳＯＧ膜下の配線への配線内ボイドの発生が抑制されるといった特徴がある。
【０００６】
図８は、有機ＳＯＧ膜を層間絶縁膜として用いた従来の半導体装置の断面図である。この半導体装置では、半導体基板２１上に絶縁膜２２が形成され、その上に複数の下層配線２３が配置される。下層配線２３の表面を薄いシリコン酸化膜２４で覆った後、有機ＳＯＧ膜２５が塗布される。有機ＳＯＧ膜２５は下層配線２３の間隙を埋め、さらに下層配線２３の上に厚く積層し、その上面がなだらかに平坦化された有機ＳＯＧ膜２５を形成する。そして、有機ＳＯＧ膜２５上にシリコン酸化膜２６を形成し、前記シリコン酸化膜２４、有機ＳＯＧ膜２５及びシリコン酸化膜２６から成る層間絶縁膜２７が形成されている。
【０００７】
ここで、有機ＳＯＧ膜２５は、プラズマに対する耐性が低い。このため、有機ＳＯＧ膜２５に下層配線２３に対するコンタクトホール２８を形成する際にマスクとして用いたレジストを、プラズマエッチングを用いたアッシング処理により除去する工程にて、コンタクトホール２８内の有機ＳＯＧ膜２５の露出面から有機成分が脱離し得る。有機成分が脱離した有機ＳＯＧ膜２５の露出面は、水分の吸収が活発になる。この場合、コンタクトホール２８内に金属配線２９を形成する際に、有機ＳＯＧ膜２５の露出部分から水分が放出されるため、その放出された水分に起因して金属配線２９に空洞が形成されるいわゆるポイズンドビア（ｐｏｉｓｏｎｅｄ  ｖｉａ）現象が発生し得る。その結果、金属配線２９の抵抗値が上昇したり、断線不良などが発生するという不都合がある。
【０００８】
そこで、上記した不都合を解消するために、イオン注入により有機ＳＯＧ膜を改質する技術が提案されている。このイオン注入により、有機ＳＯＧ膜に含まれる有機成分が分解され、高密度化された改質ＳＯＧ膜が形成される。
【０００９】
このような技術文献としては、例えば以下の文献が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−６４８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このようにイオン注入により有機ＳＯＧ膜を改質する場合、図８に示すようにコンタクトホール２８が形成される下層配線２３の上面までイオン注入されれば良いことになる。
【００１２】
しかしながら、図９に示すようにコンタクトホール２８ａの形成位置がずれて、コンタクトホール２８ａの底部が下層配線２３の上面よりも下方に形成された場合、この領域でのポイズンドビアの発生が問題になる。
【００１３】
そこで、従来では、コンタクトホールの形成位置がずれた場合にも対応できるように、有機ＳＯＧ膜２５のより深い位置（コンタクトホール内）まで到達するようにイオン注入していた。
【００１４】
そのため、有機ＳＯＧ膜の膜厚、コンタクトホールの形成位置などの各種要因によりイオン注入条件に制約ができ、所望のイオン注入条件を設定することができない場合があった。
【００１５】
また、コンタクトホール内の深い位置までイオン注入する場合、下層配線にもイオン注入されるため、下層配線へのダメージが懸念された。
【００１６】
そこで、有機ＳＯＧ膜に代えて無機ＳＯＧ膜を使いたいという要望があった。
【００１７】
しかしながら、無機ＳＯＧ膜でも膜ストレスの影響からクラックの発生や配線内ボイドが発生するといった不具合があった。
【００１８】
そこで本発明は、上記課題を解決するため、膜ストレス低減を図った無機ＳＯＧ膜を有した半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された下層配線と、前記下層配線上及び下層配線間に形成され、不純物がイオン注入されることで圧縮応力を示す無機ＳＯＧ膜と、前記無機ＳＯＧ膜を含む層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記下層配線に接続する上層配線とを具備することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に下層配線を形成する工程と、前記下層配線上及び下層配線間に引張応力を示す無機ＳＯＧ膜を形成する工程と、前記無機ＳＯＧ膜に不純物をイオン注入することで当該無機ＳＯＧ膜が圧縮応力を示す膜に改質する工程と、前記無機ＳＯＧ膜を含む層間絶縁膜にコンタクトホールを形成した後に、コンタクトホールを介して下層配線に接続する上層配線を形成する工程とを具備することを特徴とする。
【００２１】
更に、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に下層配線を形成する工程と、前記下層配線上及び下層配線間に引張応力を示す無機ＳＯＧ膜を形成する工程と、前記無機ＳＯＧ膜に不純物をイオン注入することで、当該イオン注入する前の無機ＳＯＧ膜の応力よりも応力が低減された無機ＳＯＧ膜に改質する工程と、前記無機ＳＯＧ膜を含む層間絶縁膜にコンタクトホールを形成した後に、コンタクトホールを介して下層配線に接続する上層配線を形成する工程とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
上述したように本発明では、無機ＳＯＧ膜に不純物をイオン注入することで、無機ＳＯＧ膜自体の膜ストレスを低減させることができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の膜ストレスの経時変化を示す図である。
【図８】従来技術に係る半導体装置を示す断面図である。
【図９】従来技術に係る半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１において、１は例えばシリコン基板から成る半導体基板で、２は前記半導体基板１上に形成された絶縁膜で、当該絶縁膜２上にデバイス素子と接続された下層配線３が形成されている。なお、デバイス素子はＢＩＰトランジスタでもＭＯＳトランジスタ構造でも良く、任意のトランジスタ構造が適用される。
【００２６】
図２において、４は前記下層配線３上と当該下層配線３の間にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりおよそ１００ｎｍの膜厚で形成されたシリコン酸化膜で、５は前記シリコン酸化膜４を介して前記下層配線３上と当該下層配線３の間におよそ４００ｎｍの膜厚で形成された無機ＳＯＧ膜である。ここで、前記無機ＳＯＧ膜５は、回転塗布法によりシリコン酸化膜４上に形成され、その後、例えば４００℃で焼成される。
【００２７】
図３において、前記無機ＳＯＧ膜５内に不純物をイオン注入する。尚、本実施形態では、イオン注入条件として、例えば、ボロンイオン（Ｂ＋）を８０ＫｅＶの加速電圧で、２×１０１５／ｃｍ２の注入量でイオン注入している。
【００２８】
ここで、無機ＳＯＧ膜５自体は、元々、引張応力を示す膜であったが、上記イオン注入後は、圧縮応力を示す膜に改質されている。すなわち、図７に黒丸で示すように、無機ＳＯＧ膜５を塗布した直後は、１．４×１０９Ｄｙｎｅ／ｃｍ２で引張応力を示していたが、イオン注入直後は、−２×１０８Ｄｙｎｅ／ｃｍ２で圧縮応力を示している。尚、当該無機ＳＯＧ膜５ａを１週間放置したときは、−３×１０８Ｄｙｎｅ／ｃｍ２であった。また、図７に白丸で示す点は、上述した改質された無機ＳＯＧ膜と比較するため、イオン注入しない状態の無機ＳＯＧ膜の膜ストレスの経時変化を示すもので、イオン注入しない状態の無機ＳＯＧ膜は、引張応力が緩やかに減少しているが大きな引張応力を示したままである。
【００２９】
このように無機ＳＯＧ膜５にイオン注入をすることで、イオン注入後の無機ＳＯＧ膜５ａは引張応力から圧縮応力を有した無機ＳＯＧ膜に改質されていることが判る。これは、無機ＳＯＧ膜５にイオン注入することで、緻密な膜になるためと考える。
【００３０】
図４において、６は前記無機ＳＯＧ膜５ａ上におよそ１０００ｎｍの膜厚で形成されたシリコン酸化膜である。尚、当該シリコン酸化膜６は、前記シリコン酸化膜４と同様にプラズマＣＶＤ法により形成することで、シリコン酸化膜４、無機ＳＯＧ膜５ａ及びシリコン酸化膜６から成る層間絶縁膜７を形成している。
【００３１】
図５において、前記層間絶縁膜７を異方性エッチングして、前記下層配線３上にコンタクトするコンタクトホール８を形成する。
【００３２】
そして、図６において、前記コンタクトホール８内に銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）などの金属配線９を形成する。尚、コンタクトホール８内にタングステン（Ｗ）などの金属プラグを形成し、当該金属プラグ上に配線を形成するものでも良い。
【００３３】
このとき、本発明では無機ＳＯＧ膜を用いているため、従来のようなポイズンドビアの問題が発生しないだけでなく、無機ＳＯＧ膜自体の応力を強い引張応力状態から小さい圧縮応力状態を示す膜に改質しているため、無機ＳＯＧ膜からの膜ストレスによる下層配線３への配線内ボイドの発生を抑止することができる。
【００３４】
また、ポイズンドビアの問題が発生しないため、無機ＳＯＧ膜へのイオン注入の目的は膜ストレス低減のためだけであり、無機ＳＯＧ膜の膜厚、他の積層膜との関係から半導体ウエハに与える膜ストレス低減を図るため、任意に最適なイオン注入条件を設定することができる。
【００３５】
そのため、本発明は、各種膜の成膜条件により、イオン注入することで無機ＳＯＧ膜を圧縮応力を示す膜に改質する必要が無い場合には、無機ＳＯＧ膜の塗布時の大きな引張応力を示す膜から小さな引張応力を示す膜に改質するものであっても良い。
【００３６】
ここで、イオン注入条件を任意に設定することで、無機ＳＯＧ膜の膜ストレスを任意に設定することになるが、上述したボロンイオンと異なるイオン種、例えば、二フッ化ボロンイオン（ＢＦ２＋）やアルゴンイオン（Ａｒ＋）等を用いてイオン注入を行うものでも良く、更には、イオン種の他に、例えば、加速電圧や注入量等を任意に調整することでも可能である。
【００３７】
このように本発明は、有機ＳＯＧ膜を用いた場合のようなイオン注入条件の制約がなく、無機ＳＯＧ膜へのイオン注入条件を任意に設定することができ、所望の応力レベルを有する無機ＳＯＧ膜５ａを形成することができる。
【００３８】
以下、図示した説明は省略するが、上層配線上に保護膜を形成して半導体装置が構成される。また、前記上層配線上に、更に上層の配線を形成するものでも良く、この場合、上述したように上層配線とその上の更に上層の配線との間に形成される層間絶縁膜に対しても、イオン注入された無機ＳＯＧ膜を有する層間絶縁膜が適用されるものである。
【００３９】
また、本発明は、層間絶縁膜に用いられる無機ＳＯＧ膜の膜ストレスを低減するものである。そこで、上記実施形態の他に、本発明を例えばドライバー系のような長方形チップに適用しても良い。すなわち、長方形チップではチップ応力による特性変動（例えば、しきい値やキャリアの易動度等）が発生し易いといった問題があるが、本発明の層間絶縁膜の膜ストレスの低減技術を採用することで、半導体チップの反り量を低減し、特性変動の低減を可能にすることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  半導体基板    ２  絶縁膜    ３  下層配線    ４、６  シリコン酸化膜    ５、５ａ  無機ＳＯＧ膜    ７  層間絶縁膜    ８  コンタクトホール    ９  上層配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011216828.tif 000009
【図８】
2011216828.tif 000010
【図９】
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