(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に導電層パターンが形成された状態で、前記導電層パターンの間が埋め込まれるように全体上部面にＳＯＤ膜を形成する段階と、
熱処理を行った後、前記ＳＯＤ膜上にＳｉＨ4とＮ2Ｏを利用してシリコン酸化膜でハードマスク膜を形成する段階を含み、
前記シリコン酸化膜を形成するための安定化段階では、前記ＳｉＨ4の供給量を前記Ｎ2Ｏの供給量より多くし、蒸着段階では前記Ｎ2Ｏの供給量を前記ＳｉＨ4の供給量より多くすることを特徴とする半導体素子の絶縁膜形成方法。
【請求項２】
前記ＳＯＤ膜がＣ、Ｈ、Ｏ成分のポリマー膜、ＭＳＱ膜及びＨＳＱ膜のいずれか一つであることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の絶縁膜形成方法。
【請求項３】
前記熱処理を３００〜６５０℃温度の反応炉で行うことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の絶縁膜形成方法。
【請求項４】
前記シリコン酸化膜を、２０〜６５０℃の低温条件でプラズマ蒸着方式で蒸着し、前記安定化段階を施した後、プラズマを生成させた後の蒸着段階を施すことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の絶縁膜形成方法。
【請求項５】
前記プラズマを生成するための高周波電力は、生成初期段階で１〜１００秒間１０〜１０００Ｗを供給し、その後順次１０〜２００秒間１００〜３０００Ｗに増加させることを特徴とする請求項４記載の半導体素子の絶縁膜形成方法。
【請求項６】
所定の工程を経た半導体基板上に第１ＳＯＤ膜を形成した後、熱処理する段階と、
前記第１ＳＯＤ膜上に第１ハードマスク膜を形成した後、インサイチュで表面処理する段階と、
前記第１ハードマスク膜上に第２ＳＯＤ膜を形成し熱処理した後、前記第２ＳＯＤ膜上に第２ハードマスク膜を形成する段階とを含み、
前記第１および第２ハードマスク膜は、ＳｉＨ4とＮ2Ｏを利用してシリコン酸化膜で形成し、
前記シリコン酸化膜を形成するための安定化段階では、前記ＳｉＨ4の供給量を前記Ｎ2Ｏの供給量より多くし、蒸着段階では前記Ｎ2Ｏの供給量を前記ＳｉＨ4の供給量より多くすることを特徴とする半導体素子の絶縁膜形成方法。
【請求項７】
前記第１及び第２ＳＯＤ膜がＣ、Ｈ、Ｏ成分のポリマー膜、ＭＳＱ膜及びＨＳＱ膜のいずれか一つであることを特徴とする請求項６記載の半導体素子の絶縁膜形成方法。
【請求項８】
前記熱処理を３００〜６５０℃温度の反応炉で行うことを特徴とする請求項６記載の半導体素子の絶縁膜形成方法。
【請求項９】
前記シリコン酸化膜を、２０〜６５０℃の低温条件でプラズマ蒸着方式で蒸着し、前記安定化段階を施した後、プラズマを生成させた後の蒸着段階を施すことを特徴とする請求項６記載の半導体素子の絶縁膜形成方法。
【請求項１０】
前記プラズマを生成するための高周波電力は、生成初期段階で１〜１００秒間１０〜１０００Ｗを供給し、その後順次１０〜２００秒間１００〜３０００Ｗに増加させることを特徴とする請求項９記載の半導体素子の絶縁膜形成方法。
【請求項１１】
前記表面処理はプラズマ処理であり、前記プラズマはＮ2、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ、Ｏ2、Ａｒ、Ｈｅなどを反応ガスとして利用し、１０〜１００Ｗの高周波電力を供給して生成することを特徴とする請求項６記載の半導体素子の絶縁膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の絶縁膜形成方法に係り、特にＳＯＤ(Spin On Dielectric)膜とハードマスク(Hard Mask)膜との接着力を向上させ且つ誘電率を減少させる層間絶縁膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体素子の高集積化に伴って導電層の大きさ及びパターン間の間隔が微細に減少する。導電層パターン間の間隔が微細化されると、パターン間に存在するキャパシタンスが増加するため、素子の動作時に信号の伝達が遅延してしまい、電力の消耗が増加し、配線間の漏話(Cross Talk)が発生して、素子の電気的特性が低下する。
【０００３】
従って、素子の電気的特性の低下を防止するために、低誘電率を有する絶縁膜の使用が要求される。低誘電率を有する絶縁膜は炭素（Ｃ）またはフッ素（Ｆ）系列のイオンがドープされたシリコン酸化膜と有機系列のＳＯＤ膜とに区分される。
【０００４】
ＳＯＤ膜のうちポリマー膜は後続のパターニング過程でエッチングマスクとして用いられる感光膜に類似している成分からなる。従って、エッチング選択比を得るために、ＳＯＤ膜上に保護用絶縁膜としてハードマスク膜を形成する。このようなハードマスク膜はポリマーに対するエッチング選択比に優れており、低温工程が可能であり、ポリマー間の接着力に優れており、相対的に低い誘電率を持たなければならない。
【０００５】
従って、このような要求を満足するシリコン酸化膜を用いてハードマスク膜を形成する。通常、シリコン酸化膜はプラズマ方式で蒸着するが、変形を防止するために蒸着時に低温工程の可能なＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｎ2などを反応ガスとして用いる。絶縁膜として用いられるシリコン酸化膜は蒸着条件、即ち反応ガス（ＳｉＨ4及びＮ2Ｏ）の供給比に応じて誘電率が変化する。相対的に低い誘電率を有する絶縁膜を形成するために、Ｎ2Ｏガスの供給量を増加させ且つＳｉＨ4ガスの供給量を減少させるが、この場合、誘電率は減少するが、ＳＯＤ膜とハードマスク膜との界面の接着力が不良になり、後続の洗浄過程で浮き(Lifting)が発生する。ＳＯＤ膜とハードマスク膜との界面の浮きはハードマスク膜を蒸着する過程で酸素雰囲気によってＳＯＤ膜の界面が酸化されるため発生するものと分析される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ＳＯＤ膜上にシリコン酸化膜を蒸着してハードマスク膜を形成するが、ガスの供給量及び高周波電力の供給量をそれぞれ制御して、蒸着初期にはポリマーの酸化を抑制し、蒸着後期には誘電率を減少させることにより、前記短所を解消することができる半導体素子の絶縁膜形成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体素子の絶縁膜形成方法は、半導体基板上に導電層パターンが形成された状態で、導電層パターンの間が埋め込まれる全体上部面にＳＯＤを形成する段階と、熱処理を行った後、ＳＯＤ膜上にＳｉＨ4とＮ2Ｏを利用してシリコン酸化膜を蒸着してハードマスク膜を形成する段階を含み、シリコン酸化膜は低温条件でＳｉＨ4及びＮ2Ｏを反応ガスとして用いたプラズマ蒸着方式で蒸着するが、安定化段階ではＳｉＨ4の供給量をＮ2Ｏの供給量より多くし、蒸着段階ではＮ2Ｏの供給量をＳｉＨ4の供給量より多くする。
【０００８】
また、本発明に係る他の半導体素子の絶縁膜形成方法は、所定の工程を経た半導体基板上に第１ＳＯＤ膜を形成した後、熱処理する段階と、第１ＳＯＤ膜上に第１ハードマスクを形成した後、インサイチュ(In-Situ)で表面処理する段階と、第１ハードマスク上に第２ＳＯＤ膜を形成し熱処理した後、第２ＯＳＧ膜上に第２ハードマスク膜を形成する段階とを含んでなる。
【０００９】
前記第１及び第２ハードマスク膜はＳｉＨ4とＮ2Ｏを利用してシリコン酸化膜で形成し、前記シリコン酸化膜は低温条件でＳｉＨ4及びＮ2Ｏを反応ガスとして用いたプラズマ蒸着方式で蒸着する。また、プラズマを生成させる前の安定化段階ではＳｉＨ4の供給量をＮ2Ｏの供給量より多くし、プラズマを生成させた後の蒸着段階ではＮ2Ｏの供給量をＳｉＨ4の供給量より多くする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の第1実施例を説明するための素子の断面図であり、図２ａ及び図２ｂを参照して説明する。
【００１２】
半導体基板１上に導電層パターン２を形成した状態で、前記導電層パターン２の間が埋め込まれるように全体上部面にＳＯＤ膜３を形成する。この際、前記ＳＯＤ膜３としてＣ、Ｈ、Ｏ成分のポリマー膜、ＭＳＱ膜或いはＨＳＱ膜が用いられるが、ＳＯＤ膜３の高い流動性によって前記導電層パターン２間の空間が完全に埋め込まれ、表面の平坦度が良好になる。
【００１３】
次に、３００〜６５０℃温度の反応炉でキュアリング(Curing)を行った後、２０〜６５０℃の低温条件でＳｉＨ4及びＮ2Ｏを反応ガスとして用いたプラズマ蒸着方式により前記ＳＯＤ膜３上にシリコン酸化膜を蒸着してハードマスク膜４を形成するが、図２ａに示すように、プラズマを生成させる前の安定化段階（区間Ａ）ではＳｉＨ4の供給量をＮ2Ｏの供給量より多くして、ポリマーの酸化が抑えられる状態で厚さ１〜１０００Åのシリコン酸化膜を蒸着し、プラズマを生成させた後の蒸着段階（区間Ｂ）ではＮ2Ｏの供給量をＳｉＨ4の供給量より多くして、誘電率の低い厚さ１００〜１００００Åのシリコン酸化膜を蒸着する。
【００１４】
また、前記プラズマを生成させるための高周波電力の供給量は、図２ｂに示すように、プラズマ生成初期段階、即ち蒸着初期段階（区間Ｂ１）で数秒、例えば１〜１００秒間１０〜１０００Ｗの低い電力を供給して、ダングリング(Dangling)結合によってＳＯＤ膜３とハードマスク膜４との接着力を増加させた後、１０〜２００秒間高周波電力の供給量を順次１００〜３０００Ｗに増加させて蒸着速度を増加させる（区間Ｂ２）。
【００１５】
前記ハードマスク４はＴＥＯＳ、ＳｉＨ4、ＳｉＣｘＨｙ（０＜ｘ，ｙ＜２０）、Ｎ2Ｏ、Ｏ2、Ｏ3などの反応ガスとＮ2、Ｈ2、Ａｒなどの不活性ガスとを利用し、プラズマを用いたＣＶＤ法により形成する。
【００１６】
図３ａ及び図３ｂは本発明の第2実施例を説明するための素子の断面図であり、図２ａ及び図２ｂをさらに参照して説明する。
【００１７】
図３ａは所定の工程を経た半導体基板１１上に第１ＳＯＤ膜１２を形成した後、３００〜６５０℃の温度で熱処理し、前記第１ＳＯＤ膜１２上に第１ハードマスク膜１３を形成した後、インサイチュで表面処理した状態の断面図であり、前記表面処理はプラズマを用いて行うが、前記プラズマはＮ2、ＮＨ3、Ｎ2Ｏ、Ｏ2、Ａｒ、Ｈｅなどを反応ガスとして利用し、１０〜１００Ｗの高周波電力を供給して生成させる。
【００１８】
図３ｂは前記第１ハードマスク膜１３上に第２ＳＯＤ膜１４を形成し、熱処理した後、前記第２ＳＯＤ膜１４上に第２ハードマスク膜１５を形成した状態の断面図である。前記プラズマを用いた表面処理によって前記第１ハードマスク膜１３と第２ＳＯＤ膜１４との接着力が向上する。
【００１９】
本発明の第２実施例では、前記第１及び第２ＳＯＤ膜（１２及び１４）としてはＣ、Ｈ、Ｏ成分のポリマー、ＭＳＱ膜或いはＨＳＱ膜が用いられ、前記第１及び第２ハードマスク膜（１３及び１５）はそれぞれ本発明の第１実施例と同様の方法で形成される。
【００２０】
即ち、プラズマを生成させる前の安定化段階（区間Ａ）ではＳｉＨ4の供給量をＮ2Ｏの供給量より多くして、ポリマーの酸化が抑制される状態でシリコン酸化膜を蒸着し、プラズマを生成した後の蒸着段階（区間Ｂ）ではＮ2Ｏの供給量をＳｉＨ4の供給量より多くして、誘電率の低いシリコン酸化膜を蒸着する。
【００２１】
また、前記プラズマを生成させるための高周波電力は、図２ｂに示すように、プラズマ生成初期段階、即ち蒸着初期段階（区間Ｂ１）で数秒、例えば１〜１００秒間１０〜１０００Ｗの低い電力を供給して、ダングリング結合によってＳＯＤ膜（１２または１４）とハードマスク膜（１３または１５）との接着力を増加させた後、１０〜２００秒間高周波電力の供給量を順次１００〜３０００Ｗに増加させて蒸着速度を増加させる（区間Ｂ２）
【００２２】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、ＳＯＤ膜上にシリコン酸化膜を蒸着してハードマスク膜を形成するが、ガスの供給量及び高周波電力の供給量をそれぞれ制御して、蒸着初期にはポリマーの酸化が抑制されるようにし、蒸着後期には誘電率が減少されるようにする。また、ＳＯＤ膜とハードマスク膜を多層構造で形成するが、ハードマスク膜を形成した後、プラズマを用いて表面処理を行う。
【００２３】
従って、本発明によれば、ＳＯＤ膜との界面接着力が向上し、低誘電率を有するハードマスク膜の形成によって絶縁膜の電気的特性が向上して、素子の信頼性及び歩留りが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第1実施例を説明するための素子の断面図である。
【図２】  図２（ａ）は図１のハードマスク膜蒸着時の反応ガスの供給量を示すグラフ、
図２（ｂ）は図１のハードマスク膜蒸着時のプラズマ電力の供給量を示すグラフである。
【図３】  図３（ａ）及び（ｂ）本発明の第２実施例を説明するための素子の断面図である。
【符号の説明】
１，１１  半導体基板
２  導電層パターン
３  ＳＯＤ膜
４  ハードマスク膜
１２  第１ＳＯＤ膜
１３  第１ハードマスク膜
１４  第２ＳＯＤ膜
１５  第２ハードマスク膜
【図１】
0004616492.tif 000002
【図２】
0004616492.tif 000003
【図３】
0004616492.tif 000004