(57)【要約】【課題】  絶縁膜が吸蔵しているガスを除去する。【解決手段】  下地膜８上に絶縁膜１０を形成する工程と、絶縁膜１０上にＴｉからなるガス吸着層１１を形成する工程と、絶縁膜１０及びガス吸着層１１を加熱処理することにより、絶縁膜１０が吸蔵しているガスをガス吸着層１１に吸着させる工程と、ガスを吸着したガス吸着層１１を除去し、絶縁膜１０を露出させる工程とを具備する。さらに絶縁膜１０にコンタクトホールを形成し、Ａｌ合金配線を形成してもよい。また絶縁膜１０上にガス吸着層１１を形成した後、ガスが透過しないバリア層１２をガス吸着層１１の上に形成してもよい。【選択図】      図１
2005142327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上にガス吸着層を形成する工程と、
前記絶縁膜及び前記ガス吸着層を加熱処理することにより、前記絶縁膜が吸蔵しているガスを前記ガス吸着層に吸着させる工程と、
ガスを吸着した前記ガス吸着層を除去し、前記絶縁膜を露出させる工程と
を具備する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ガス吸着層はＴｉを含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜を露出させる工程の後に、前記絶縁膜上に導電層を形成する工程をさらに具備する請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記導電層はＡｌ合金層又はＡｌ層である請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜を露出させる工程の後に、前記絶縁膜に、前記下地膜上に位置する接続孔を形成する工程をさらに備え、
前記導電層を形成する工程において、前記接続孔の中及び前記絶縁膜上に前記導電層を形成し、前記導電層をパターニングすることにより、前記下地膜に接続する配線を形成する請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
さらに、前記絶縁膜の上にガス吸着層を形成する工程の後、かつ前記ガス吸着層にガスを吸着させる工程の前に、ガスが透過しないバリア層を前記ガス吸着層の上に形成する工程を具備し、
前記絶縁膜を露出させる工程において前記バリア層を除去する請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記バリア層は窒化シリコン層である請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜はＢＰＳＧ膜又はＳＯＧ膜である請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記ガス吸着層にガスを吸着させる工程において、前記絶縁膜が６００℃以上８００℃以下になるように加熱処理を行う請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
下地膜と、
前記下地膜上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された導電層と
を具備し、
前記絶縁膜上には、前記導電層が形成される前に、ガス吸着層が形成されており、
前記絶縁膜が形成時に吸蔵していたガスは、前記絶縁膜が前記ガス吸着層とともに加熱処理されることにより、前記ガス吸着層に吸着され、前記絶縁膜から除去されており、
前記ガス吸着層は、ガスを吸着した後、前記導電層が形成される前に前記下地膜の上から除去されている半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。特に本発明は、絶縁膜が吸蔵しているガスを除去することができる半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３の各図は、従来の半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。
まず、図３(ａ)に示すように、シリコン基板１０１の表面の一部に不純物イオンを注入し、不純物層１０１ａを形成する。次いでシリコン基板１０１の表面に絶縁膜１０２を形成する。絶縁膜１０２は、例えば熱ＣＶＤ法又は熱酸化法により形成される。さらに絶縁膜１０２の上にＢＰＳＧ膜（boro-phospho silicate-glass film）１０３を例えば熱ＣＶＤ法により形成する。次いでＢＰＳＧ膜１０３を窒素雰囲気下において８００℃〜９００℃でアニール処理し、ＢＰＳＧ膜１０３を焼き固めて緻密化する。
【０００３】
次いでフォトレジスト膜（図示せず）を塗布し、このフォトレジスト膜を露光、現像することにより、絶縁膜１０２の上にレジストパターンを形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜１０２及びＢＰＳＧ膜１０３をエッチングすることにより、図３（ｂ）に示すように絶縁膜１０２及びＢＰＳＧ膜１０３に、不純物層１０１ａ上に位置するコンタクトホール１０４を形成する。
次いで、このコンタクトホール１０４内及びＢＰＳＧ膜１０３上にＡｌ合金層をスパッタリングにより堆積する。次いで、このＡｌ合金層をパターニングすることにより、図３（ｃ）に示すようにＢＰＳＧ膜１０３上に、不純物層１０１ａに電気的に接続されたＡｌ合金配線１０５を形成する。
上記した事項に類似する事項が特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開平０５−１１４６５６号公報（第７段落及び第８段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図４は、９００℃でアニール処理したＢＰＳＧ膜の深さ方向の組成変化をＳＩＭＳ（secondary ion massspectroscopy）で分析した結果を示すチャートである。本図からわかるように、９００℃でアニール処理した後においてもＢＰＳＧ膜はＨ２、Ｏ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏ等のガスを吸蔵している。
図５の各図はＢＰＳＧ膜のガス放出量の温度依存性をＴＤＳ（thermal desorption spectroscopy）で分析した結果を示すチャートである。本図からわかるように、ＢＰＳＧ膜は１５０℃以上になると吸蔵しているガスを多く放出する。
【０００５】
ところで、従来の半導体装置の製造方法では、Ａｌ合金配線を形成する際にＡｌ合金層を１５０℃〜３５０℃程度の比較的に高い温度でスパッタリングにより形成している。このため、図４及び図５を用いて説明したことからわかるように、ＢＰＳＧ膜をアニール処理した後においても、ＢＰＳＧ膜に吸蔵されていたガスが、Ａｌ合金層を形成するとき及びその後工程で放出されることがある。この場合、コンタクトホールの内壁面においてＡｌ合金層の濡れ性が悪くなり、Ａｌ合金層のカバレージが悪くなる。その結果、コンタクトホール内でＡｌ合金配線にボイド（例えば図３（ｃ）において符号１０５ａで示す）が生じてしまい、接続不良を起こすことがある。またＡｌ合金層がコンタクトホール内のガスと反応して変質し、接続不良を起こすこともある。これらのような接続不良はコンタクトホールが微細化されるほど顕著に発生する問題である。
【０００６】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、絶縁膜が吸蔵しているガスを除去することができる半導体装置の製造方法及び半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
下地膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上にガス吸着層を形成する工程と、
前記絶縁膜及び前記ガス吸着層を加熱処理することにより、前記絶縁膜が吸蔵しているガスを前記ガス吸着層に吸着させる工程と、
ガスを吸着した前記ガス吸着層を除去し、前記絶縁膜を露出させる工程と
を具備する。
【０００８】
この半導体装置の製造方法によれば、絶縁膜が吸蔵しているガスは、絶縁膜の上に形成されたガス吸着層に吸着される。またガス吸着層はガスを吸着した後に除去されているため、後工程の妨げにならない。したがって絶縁膜からガスを除去した上で、絶縁膜の上に、他の膜を高い品質で形成することができる。ガス吸着層は、例えばＴｉを含んでいる。
【０００９】
絶縁膜を露出させる工程の後に、絶縁膜上に導電層を形成する工程をさらに具備していてもよい。この場合、絶縁膜からガスが除去された後に導電層が形成されているため、導電層は緻密に形成される。また導電層は、絶縁膜に吸蔵されているガスと反応しにくくなるため、変質しにくくなる。導電層は、例えばＡｌ合金層又はＡｌ層である。
ここで、ガス吸着層を除去した後に、絶縁膜に、下地膜上に位置する接続孔を形成する工程を備え、導電層を形成する工程において、接続孔の中及び絶縁膜上に導電層を形成し、導電層をパターニングすることにより、下地膜に接続する配線を形成してもよい。この場合本発明の効果は特に顕著になる。
【００１０】
さらに、絶縁膜上にガス吸着層を形成する工程の後、かつガス吸着層にガスを吸着させる工程の前に、ガスが透過しないバリア層をガス吸着層の上に形成する工程を具備し、絶縁膜を露出させる工程においてバリア層を除去してもよい。ここでバリア層は例えば窒化シリコン層である。
【００１１】
絶縁膜がＢＰＳＧ膜又はＳＯＧ膜である場合、絶縁膜は形成時にガスを吸蔵しやすいため、本発明の効果は特に顕著になる。この場合、ガス吸着層にガスを吸着させる工程において、絶縁膜が６００℃以上８００℃以下になるように加熱処理を行ってもよい。絶縁膜に吸蔵されているガスはガス吸着層に吸着されているため、６００℃以上８００℃以下といった低い温度でも絶縁膜を緻密化することができる。
【００１２】
本発明にかかる半導体装置は、
下地膜と、
前記下地膜上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された導電層と
を具備し、
前記絶縁膜上には、前記導電層が形成される前に、ガス吸着層が形成されており、
前記絶縁膜が形成時に吸蔵していたガスは、前記絶縁膜が前記ガス吸着層とともに加熱処理されることにより、前記ガス吸着層に吸着され、前記絶縁膜から除去されており、
前記ガス吸着層は、ガスを吸着した後、前記導電層が形成される前に前記下地膜の上から除去されている。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 図１及び図２は本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図である。本実施の形態は、半導体装置の一例であるＭＯＳトランジスタを製造する方法である。
【００１４】
まず、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１上にＬＯＣＯＳ法により素子分離膜２を形成し、素子分離膜２の相互間の素子領域に熱酸化法によりゲート酸化膜３を形成する。
次いで、このゲート酸化膜３を含む領域の上に、ポリシリコン膜、タングステンシリサイド膜及び酸化シリコン膜をこの順に形成し、これらポリシリコン膜、タングステンシリサイド膜及び酸化シリコン膜をエッチングによりパターニングして、ゲート酸化膜３の上に、ポリシリコン膜及びタングステンシリサイド膜からなるゲート電極、及び酸化シリコン膜４ａを形成する。このとき、必要に応じて素子分離膜２の上にはポリシリコン膜及びタングステンシリサイド膜からなる配線層３０が形成される。なおポリシリコン膜は例えばモノシラン（ＳｉＨ４）を熱分解することにより形成され、タングステンシリサイド膜はスパッタリングにより形成される。
【００１５】
次いでゲート電極４及び酸化シリコン膜４ａをマスクとしてシリコン基板１に不純物イオンをイオン注入する。次いで、ゲート電極４の側壁にサイドウオール５を形成し、このサイドウオール５及びゲート電極４をマスクとして不純物イオンをイオン注入し、所定の熱処理を施す。これにより、シリコン基板１のＬＤＤ(Lightly Doped Drain)領域には低濃度拡散層６が形成され、シリコン基板１のソース/ドレイン領域にはソース拡散層／ドレイン拡散層となる不純物層７が形成される。なお配線層３０が形成されている場合、配線層３０の側壁にもサイドウオールを形成する。
【００１６】
次いで、シリコン基板１の全面上に酸化シリコン膜（図示せず）を１００ｎｍ以下ほどの厚さで堆積させる。次いでこの酸化シリコン膜をエッチングすることにより、不純物層７の表面を露出させる。次いで、シリコン基板１の全面上にチタン膜（図示せず）をスパッタリングにより形成する。チタン膜の厚さは例えば３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。そして、酸素を５０ｐｐｍ以下に制御した窒素雰囲気中において、シリコン基板１の全体を６５０〜７５０℃の温度で数秒〜６０秒ほど加熱処理する。これにより不純物層７がチタン膜と反応し、不純物層７の表面に、下地膜の一例であるチタンシリサイド膜８が形成される。このとき、チタンシリサイド膜８は高抵抗の結晶構造（Ｃ４９相）を有する。その後、チタン膜のうちシリサイド化されていない部分をエッチングにより除去する。そしてチタンシリサイド膜８を７５０〜８５０℃で加熱処理し、低抵抗の結晶構造（Ｃ５４相）に相転移させる。
【００１７】
次いで、図１（ｂ）に示すようにテトラエトキシラン（ＴＥＯＳ）と酸素とを用いたプラズマＣＶＤ法により、膜厚１００〜２００ｎｍの酸化シリコン膜９を、層間絶縁膜の一部として形成する。次いで、層間絶縁膜の他の部分として、酸化シリコン膜９の上にＢＰＳＧ膜１０を形成する。ＢＰＳＧ膜１０は、例えばモノシラン又はＴＥＯＳなどのシラン化合物、酸素又はオゾン、リンを含むガス、ならびにホウ素を含むガスを互いに気相反応させることにより形成される。このときＢＰＳＧ膜１０はＨ２、Ｏ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏなどを含むガスを多く吸蔵する。
【００１８】
次いで、図１（ｃ）に示すようにＢＰＳＧ膜１０の上にガス吸着層１１及びバリア層１２を、この順に積層する。ガス吸着層１１はＨ２、Ｏ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏなどを吸着しやすい材料、例えばＴｉなどの吸水性や酸化性に富む材料により形成される。ガス吸着層１１がＴｉにより形成されている場合、ガス吸着層１１は例えばスパッタリングで形成される。またバリア層１２は、ガスがガス吸着層１１から雰囲気中に放出されないようにする層であり、例えばＳｉＮにより形成される。バリア層１２がＳｉＮ層である場合、バリア層１２は例えばスパッタリング、プラズマＣＶＤ法又は熱ＣＶＤ法により形成される。なおガス吸着層１１及びバリア層１２それぞれを形成するときは、ガス吸着層１１が雰囲気中のガスを吸着することを防ぐために、雰囲気を１ｍＴｏｒｒ以下に減圧するのが好ましい。
【００１９】
次いで、ＢＰＳＧ膜１０、ガス吸着層１１及びバリア層１２を、例えば窒素雰囲気中で加熱処理する。このときの温度は例えば６００〜８００℃である。この加熱処理により、ＢＰＳＧ膜１０が吸蔵していたガスは、ガス吸着層１１と反応したりガス吸着層１１に吸着され、ＢＰＳＧ膜１０から抜ける。このため、加熱処理の温度が従来技術に対して低くてもＢＰＳＧ膜１０を焼き固めて緻密化し、平坦化することができる。
次いで、図２(ａ)に示すようにバリア層１２及びガス吸着層１１を除去する。バリア層１２及びガス吸着層１１は、例えばドライエッチングにより除去される。
【００２０】
次いで、図２（ｂ）に示すように、ＢＰＳＧ膜１０及び酸化シリコン層９に、チタンシリサイド膜８の上に位置する接続孔１０ａを形成する。接続孔１０ａは、例えば以下のように形成される。まずＢＰＳＧ膜１０の上にフォトレジスト膜(不図示)を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像することにより、レジストパターンを形成する。そしてこのレジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、ＢＰＳＧ膜１０に接続孔１０ａを形成する。
【００２１】
次いで接続孔１０ａの中及びＢＰＳＧ膜１０上に、導電層の一例であるＡｌ合金膜１３をスパッタリングにより形成する。図１（ｃ）で説明したように、ＢＰＳＧ膜１０が吸蔵していたガスはあらかじめバリア層１２と吸着され、又は反応しているため、Ａｌ合金膜１３を形成する段階では十分脱ガスしている。したがってＡｌ合金膜１３は接続孔１０ａの内壁及び底面に対して十分濡れ、接続孔１０ａの中においてもボイドが発生せずにカバレージよく緻密に形成される。また接続孔１０ａ内においてＢＰＳＧ膜１０からＯ２等が放出されないため、Ａｌ合金膜１３は接続孔１０ａ内において変質しない。
【００２２】
次いで、図２（ｃ）に示すように、Ａｌ合金膜１３をパターニングして、接続孔１０ａ内及びＢＰＳＧ膜１０上に、チタンシリサイド膜８に接続するＡｌ合金配線１３ａを形成する。図２（ｂ）で説明したように、接続孔１０ａ内においてもＡｌ合金膜１３は緻密に形成され、またＡｌ合金膜１３は変質していない。したがってＡｌ合金配線１３ａは形成時にチタンシリサイド膜８との間で断線を起こしにくい。
【００２３】
上記のように本実施の形態によれば、ＢＰＳＧ膜１０の上にガス吸着層１１及びバリア層１２を形成し、これらガス吸着層１１及びバリア層１２をＢＰＳＧ膜１０とともに加熱処理することにより、ＢＰＳＧ膜１０を緻密化すると同時に、ＢＰＳＧ膜１０が吸蔵しているガスをガス吸着層１１に吸着させている。このためＡｌ合金膜１３を形成するときにＢＰＳＧ膜１０から脱ガスが生じにくく、ＢＰＳＧ膜１０の接続孔１０ａ内においてＡｌ合金膜１３は緻密に形成され、また変質しない。したがってＡｌ合金配線１３ａは、形成時にチタンシリサイド膜８との間で断線を起こしにくい。
【００２４】
またＢＰＳＧ膜１０を緻密にする処理と同時にＢＰＳＧ膜１０から脱ガスしているため、ＢＰＳＧ膜１０を緻密化するための加熱温度を低くすることができる。したがってＭＯＳトランジスタを構成する部材やその他の素子に与える熱ストレスを小さくすることができる。またそれぞれの部材を構成する材料や不純物が隣接する部材の中に熱拡散しにくくなるため、ＭＯＳトランジスタやその他の素子の特性は変動しにくくなる。
【００２５】
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えばＢＰＳＧ膜１０を焼き固める温度を従来と同様に８００〜９００℃にしてもよい。
またＢＰＳＧ膜以外のガスを吸蔵しやすい膜、例えばＳＯＧ（spin on glass）膜の上に導電層を形成するときにも、導電層を形成する前に、ＳＯＧ膜の上にガス吸着層及びバリア層をこの順に積層して加熱処理してもよい。この場合にもＳＯＧ膜等が吸蔵しているガスはガス吸着層に吸着等されるため、ＳＯＧ膜等の上に導電層を緻密かつ変質させることなく形成することができる。
また上記実施の形態においてはバリア層１２を設けているが、バリア層を設けることなしに本発明を実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】(ａ)〜（ｃ）は、実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図２】(ａ)〜（ｃ）は、半導体装置の製造方法において図１の続きを示す断面図。
【図３】(ａ)〜（ｃ）は、従来の半導体装置の製造方法の一例を示す断面図。
【図４】アニール処理後のＢＰＳＧ膜の深さ方向の組成変化をＳＩＭＳで分析した結果を示すチャート。
【図５】ＢＰＳＧ膜のガス放出量の温度依存性をＴＤＳで分析した結果を示すチャート。
【符号の説明】
【００２７】
１，１０１…シリコン基板、２…素子分離膜、３…ゲート酸化膜、４…ゲート電極、４ａ…酸化シリコン膜、５…サイドウオール、６…低濃度拡散層、７，１０１ａ…不純物層、８…チタンシリサイド膜、９…酸化シリコン膜、１０，１０３…ＢＰＳＧ膜、１０ａ…接続孔、１１…ガス吸着層、１２…バリア層、１３…Ａｌ合金膜、１３ａ…Ａｌ合金配線、３０…配線層、１０２…絶縁膜、１０４…コンタクトホール、１０５…Ａｌ合金配線、１０５ａ…ボイド
【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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