(57)【要約】【課題】  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成膜方法及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る成膜方法は、III価のリンを有し、かつSi-O-P構造を有するリン含有化合物とSiH４とを含む混合ガスに酸化性ガスを添加しない成膜ガスをプラズマ化により活性化して反応させ、或いは前記混合ガスに前記酸化性ガスを添加した成膜ガスをプラズマ化により活性化して反応させ、P2O3を含むリン含有絶縁膜１４を被堆積基板１０１上に形成することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III価のリンを有し、かつSi-O-P構造を有するリン含有化合物とSiH４とを含む混合ガスに酸化性ガスを添加しない成膜ガスをプラズマ化により活性化して反応させ、或いは前記混合ガスに前記酸化性ガスを添加した成膜ガスをプラズマ化により活性化して反応させ、P2O3を含むリ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。
【請求項２】
前記酸化性ガスはＯ2 ，ＣＯ2 ，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１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記酸化性ガスはＮ2 Ｏであり、その添加量は流量３００sccm以下であることを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項４】
流量１０〜３００ｃｃ／分に調整された、III価のリンを有し、かつSi-O-P構造を有するリン含有化合物と、流量１００〜２０００ｃｃ／分に調整されたSiH４とを含む混合ガスに酸化性ガスを添加しない成膜ガスをプラズマ化により活性化して反応させ、或いは前記混合ガスに前記酸化性ガスとして流量３００sccm以下に調整されたＮ2 Ｏを添加した成膜ガスをプラズマ化により活性化して反応させ、被堆積基板を温度１５０〜２５０℃に加熱した状態で該被堆積基板上にP2O3を含むリン含有絶縁膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
前記III価のリンを有し、かつSi-O-P構造を有するリン含有化合物は、
【化１】
2005116775.tif 000011
または、
【化２】
2005116775.tif 000012
のうちいずれかの構造式を有するものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の成膜方法。
【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５のいずれか一に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記P2O3を含むリ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リン含有絶縁膜を加熱し、前記リン含有絶縁膜中の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６のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項８】
前記P2O3を含むリン含有絶縁膜を形成した後、さらに、前記リン含有絶縁膜を加熱し、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６のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項９】
前記リン含有絶縁膜を加熱する温度は７００℃以下であることを特徴とする請求項８に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記リン含有絶縁膜を加熱し、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リン含有絶縁膜を加熱し、前記リン含有絶縁膜中のP2O3をP2O5に変換することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記リ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１０のいずれか一に記載の成膜方法。
【請求項１２】
絶縁膜上に配線層を形成する工程と、
請求項１乃至１１のいずれか一に記載の成膜方法により、前記絶縁膜上の配線層を被覆して前記リン含有絶縁膜を形成する工程と、
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１３】
前記配線層の材料はアルミニウム、アルミニウム合金、銅、高融点金属又は多結晶シリコンのうちいずれか一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。
【請求項１４】
孔又は凹部を有する基板を準備する工程と、
請求項１乃至１１のいずれか一に記載の成膜方法により、前記孔内又は前記凹部内に前記リン含有絶縁膜を埋め込む工程と、
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、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
従来、絶縁膜の平坦化方法として、図６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、リン含有絶縁膜を加熱し、流動化させて平坦化する方法や、図７に示すエッチバック法や図８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。
【０００４】
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、図６（ａ）に示すように、ＢＰＳＧ膜４を形成する。
(1)SiH4＋PH3 ＋B2H6＋O2（PH3 ：phosphine ）
(2)TEOS＋TMOP＋TMB 又はTEB ＋O2又はO3（TEOS：tetraethoxysilane(Si(OC2H5)4) ，TMOP：trimethylphosphate(PO(OCH3)3) ）
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ＣＶＤ法により、図６（ａ）に示すように、ＢＰＳＧ膜４を形成する。
(1)SiH4＋PH3 ＋B2H6＋O2(2)TEOS＋TMOP＋TMB 又はTEB ＋O2
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. and Evans-Lutterodt, K.:J. Vac.Sci.Technol.,B1, 1:54, 1983 、Sato, J. and Maeda, K. : Extended Abstract of Electrochem. Soc. Spring Meeting: 31,1971 等がある。
【０００５】
その後、図６（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。
【０００６】
また、後者の場合、まず、図７（ａ）及び図８（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（Nondoped Silicate Glass 膜）５を形成し、その後、平坦化する。
【０００７】
(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７（ｂ）に示すように、ＮＳＧ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７（ｃ）に示すように、上の方からエッチングし、平坦化されたＮＳＧ膜５ａを形成する。また、ＣＭＰ法では、図８（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。
【０００８】
なお、上記図６〜図８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。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１７４０１３号公報（３頁、図１４〜図１６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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７及び図８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。
【００１１】
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ＣＶＤ法、プラズマ励起ＣＶＤ法、常圧熱ＣＶＤ法、ＳＯＧ塗布法等があるが、これらの方法による平坦化が熱的流動性を用いていないため、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が困難となってきた。
【００１２】
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６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。
【００１３】
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。
【００１４】
また、流動化温度の低い絶縁膜としてＢＰＳＧ膜にＧｅＯ2 を添加したGBPSG膜も開発されているが、精々７５０℃程度までであり、さらに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。
【００１５】
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、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成膜方法及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明に係る成膜方法は、III価のリンを有し、かつSi-O-P構造を有するリン含有化合物とSiH４とを含む混合ガスに酸化性ガスを添加しない成膜ガスをプラズマ化により活性化して反応させ、或いは前記混合ガスに前記酸化性ガスを添加した成膜ガスをプラズマ化により活性化して反応させ、P2O3を含むリ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。
【００１７】
また、本発明に係る成膜方法において、前記酸化性ガスはＯ2 ，ＣＯ2 ，のうち少なくともいずれか一であることも可能である。
【００１８】
また、本発明に係る成膜方法において、前記酸化性ガスはＮ2 Ｏであり、その添加量は流量３００sccm以下であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る成膜方法は、流量１０〜３００ｃｃ／分に調整された、III価のリンを有し、かつSi-O-P構造を有するリン含有化合物と、流量１００〜２０００ｃｃ／分に調整されたSiH４とを含む混合ガスに酸化性ガスを添加しない成膜ガスをプラズマ化により活性化して反応させ、或いは前記混合ガスに前記酸化性ガスとして流量３００sccm以下に調整されたＮ2 Ｏを添加した成膜ガスをプラズマ化により活性化して反応させ、被堆積基板を温度１５０〜２５０℃に加熱した状態で該被堆積基板上にP2O3を含むリン含有絶縁膜を形成することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る成膜方法においては、前記III価のリンを有し、かつSi-O-P構造を有するリン含有化合物は、
【化３】
2005116775.tif 000003
または、
【化４】
2005116775.tif 000004
のうちいずれかの構造式を有するものであることも可能である。
【００２１】
また、本発明に係る成膜方法においては、前記成膜中の被堆積基板を温度４００℃以下に加熱することが好ましい。
【００２２】
また、本発明に係る成膜方法においては、前記P2O3を含むリ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リン含有絶縁膜を加熱し、前記リン含有絶縁膜中のP2O3をP2O5に変換することも可能である。
【００２３】
また、本発明に係る成膜方法においては、前記P2O3を含むリン含有絶縁膜を形成した後、さらに、前記リン含有絶縁膜を加熱し、流動化させて平坦化することも可能である。
【００２４】
また、本発明に係る成膜方法においては、前記リン含有絶縁膜を加熱する温度は７００℃以下であることが好ましい。
【００２５】
また、本発明に係る成膜方法においては、前記リン含有絶縁膜を加熱し、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リン含有絶縁膜を加熱し、前記リン含有絶縁膜中のP2O3をP2O5に変換することも可能である。
【００２６】
また、本発明に係る成膜方法においては、前記リ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）であることも可能である。
【００２７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁膜上に配線層を形成する工程と、
上記の成膜方法により、前記絶縁膜上の配線層を被覆して前記リン含有絶縁膜を形成する工程と、
を具備することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記配線層の材料はアルミニウム、アルミニウム合金、銅、高融点金属又は多結晶シリコンのうちいずれか一であることも可能である。
【００２９】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、孔又は凹部を有する基板を準備する工程と、
上記の成膜方法により、前記孔内又は前記凹部内に前記リン含有絶縁膜を埋め込む工程と、
を具備することを特徴とする。
【００３０】
前記基板としては、種々の基板を用いることが可能であり、例えば、表面に複数の導電膜、絶縁膜又は半導体膜が成膜された基板を用いても良いし、このような膜が成膜されていないシリコン基板などを用いても良い。また、前記孔は前記基板を貫通するものでも良いし、貫通しないものでも良い。また、前記凹部は、断面が凹形状又は窪んだ形状になっているものであれば種々のものを含む意味である。
【００３１】
本願発明者は、従来例のＢＰＳＧ膜或いはＰＳＧ膜がSiO2＋P2O5＋B2O3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＋O2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。）
【００３２】
P2O5-SiO2 系のＢＰＳＧ膜等においては、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、及び表１に示すようにP2O3がP2O5よりも融点が極めて低いことに着目した。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
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られる。
【００３５】
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、第１に、ＰがIII 価の形で含まれるリン含有化合物を成膜ガスとして用いること、第２に、SiH4やリン含有化合物を用いて成膜すること等が考えられる。
【００３６】
上記の第１や第２の方法に適用できる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。
【００３７】
【化５】
2005116775.tif 000006
【００３８】
または、
【００３９】
【化６】
2005116775.tif 000007
【００４０】
さらに、成膜ガス全体の酸素量を減らすため、リン含有化合物とSiH4とだけからなり（但し、これらのキャリアガスは含む）、酸化性ガスを添加しない成膜ガスを用いることも有効である。この場合、酸化性ガスを添加しないと成膜レートが低下するので、リン含有絶縁膜中にＰがIII 価の形で含まれる程度に酸素不足の状態を維持でき、かつ成膜レートをある程度維持できるように酸化性ガスを適量、例えばＮ2Ｏを３００sccm以下、好ましくは１０sccm以下で加えたほうがよい。
【００４１】
上記リン含有化合物とSiH4とを含む混合ガスに酸化性ガスを添加しない、或いは酸化性ガスを添加した成膜ガスを用いて、プラズマ励起ＣＶＤ法によりリン含有絶縁膜、例えばＰＳＧ膜やＢＰＳＧ膜等を形成し、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）によりリン含有絶縁膜中の成分を分析したところ、リン含有絶縁膜中に濃度の高いP2O3が存在することが確認できた。そして、成膜温度１５０〜２８０℃程度の流動化温度を得た。
【００４２】
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、酸素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。
【発明の効果】
【００４３】
以上説明したように本発明によれば、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成膜方法及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
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。
（実施の形態１）
【００４５】
本発明の実施の形態１による半導体装置の製造方法について説明する。この半導体装置の製造方法としては、プラズマＣＶＤ法によりＰＳＧ膜を形成する方法を例に挙げる。
【００４６】
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、
【００４７】
【化７】
2005116775.tif 000008
【００４８】
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 trimethylsilylester （以下、SOP-11(a) と称する。）、及びphosphorous acid dimethoxy trimethylsilylester（以下、SOP-11(b) と称する。）、即ち、
【００４９】
【化８】
2005116775.tif 000009
【００５０】
または、
【００５１】
【化９】
2005116775.tif 000010
【００５２】
を用いることができる。ここでは、上記のうちSOP-11(b) を用いた。
【００５３】
また、一以下のシリコン含有ガスとして、モノシラン（SiH4）を用いる。その理由は、酸素を含まず、成膜中の酸素不足の状態を比較的容易に達成することができ、Ｐ２Ｏ３を成膜中に多く含ませることができるからである。
【００５４】
さらに、酸化性ガスとしてＯ2 ，ＣＯ2 ，Ｎ2 Ｏなどを用いることができる。ここでは、Ｎ2 Ｏを用いる。なお、リン含有絶縁膜中にＰがIII価の形で含まれる程度に酸素不足の状態を維持するため、酸化性ガスを加えなくてもよい。しかし、酸化性ガスを加えないと成膜レートが低下するので、リン含有絶縁膜中にＰがIII価の形で含まれる程度に酸素不足の状態を維持でき、かつ成膜レートをある程度維持できるように酸化性ガスを適量、例えばＮ2 Ｏを３００sccm以下、好ましくは１０sccm以下で加えた方がよい。
【００５５】
以上のように、成膜ガスとしてSOP-11(b) とSiH4とＮ2Ｏとの混合ガスを用いるが、成膜条件については以下の範囲が好ましい。
基板温度：１５０〜４００℃
ガス圧力：０．５〜３．０Torr
SiOP-11(b)バブリングガス（Ｎ2 又はＡｒ）流量：３００〜１５００sccm（SiOP-11(b)ソース温度：４５℃）
SiH4流量：１００〜２０００sccm
酸化性ガス（Ｎ2Ｏ）流量：３００sccm以下
ＲＦ電力：１５０〜１２００Ｗ
周波数：１００kHz〜２．５GHz
【００５６】
なお、液状のソースを用いるため、SOP-11(b) を４５℃に加熱した。そして、これらの液状ソースをキャリアガス（Ｎ2 又はＡｒ）でバブリングしてソースを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。SiH4ガスは圧力コントロールして流量計を通して流量をコントロールすることにより含有量を調整した。
【００５７】
また、成膜装置として図３に示すＰＥＣＶＤ装置を用いる。その成膜装置３０１は、図３に示すように、チャンバ２０１内に平行平板型の上部電極２０３と下部電極２０２とを有し、上部電極２０３と下部電極２０２の間に成膜ガスをプラズマ化するための周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を供給するＲＦ電源２０７が接続されている。チャンバ２０１内は排気口２０５に接続された排気装置により排気されて適当な圧力に減圧される。また、下部電極２０２は被堆積基板１０１を載置する基板載置台を兼ねており、下部電極２０２側には被堆積基板１０１を加熱する加熱手段２０６が設けられている。
【００５８】
さらに、リン含有化合物ソース３３としてSOP-11(b) の供給源２１を、シリコン含有化合物ソース３６としてSiH4の供給源２２を、酸化性ガスとしてＮ2Ｏの供給源を、希釈ガスソースとしてＡｒ又はＮ2 の供給源を有し、これらの供給源はまとめて配管２４ｅにより成膜装置３０１のチャンバ２０１のガス導入口２０４に接続されている。
【００５９】
なお、ＲＦ電源２０７はマッチング回路２０８を通して上部電極２０３に接続されている。また、図３中、他の符号２４ａ〜２４ｄは各ガスを導く配管である。２５ａ〜２５ｄは流量計であり、２６ａ〜２６ｄは各配管２４ａ〜２４ｄに設けられたソースガスの流通路を開閉するバルブである。３２，３５はソースの温度を調節する手段であり、具体的にはヒータや冷却器等である。
【００６０】
まず、このようなＰＥＣＶＤ装置のチャンバ２０１内に図１（ａ）に示す被堆積基板１０１を入れる。次いで、基板加熱を行い、前記成膜条件の基板温度の範囲に保持する。
【００６１】
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１３ａ，１３ｂが形成されている。
【００６２】
次に、図１（ｂ）に示すように、前記成膜条件の範囲内に調整された成膜ガスをチャンバ２０１内に導入し、前記成膜条件のＲＦ電力でプラズマ化して活性化する。
【００６３】
この状態を所定の時間保持することにより、高濃度のP2O3を含む所定の膜厚のＰＳＧ膜（リン含有絶縁膜）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の流動化温度を２００〜５００℃の範囲で制御することができる。このため、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。
【００６４】
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（リン含有絶縁膜）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１５を流動化し、平坦化する。これにより、平坦化されたＰＳＧ膜１５ａが形成される。
【００６５】
上記実施の形態１によれば、シリコン含有化合物としてSiH4を用い、リン含有化合物としてSiOP-11(b)を用い、かつ酸化性ガスを適量、例えば酸素（Ｎ2Ｏ）を３００sccm以下で加えている。従って、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。
【００６６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２による半導体装置の製造方法について図４（ａ），（ｂ）を参照しつつ説明する。この半導体装置の製造方法としては、プラズマ励起ＣＶＤ法によりP2O3を含むＢＰＳＧ膜を形成する方法を挙げる。
【００６７】
成膜ガスとしてSiH4＋SOP-11(b) ＋ＴＭＢ又はＴＥＢ＋Ｎ2Ｏの混合ガスを用いた。成膜条件は以下の通りである。
基板温度：１５０〜４００℃
ガス圧力：０．５〜３．０Torr
SiOP-11(b)バブリングガス（Ｎ2 又はＡｒ）流量：３００〜１５００sccm（SiOP-11(b)ソース温度：４５℃）
SiH4流量：１００〜２０００sccm
TMP 流量：１５〜６００sccm
TMB 又はTEB 流量：１０〜３００sccm
酸化性ガス（Ｎ2Ｏ）流量：３００sccm以下
ＲＦ電力：１５０〜１２００Ｗ
周波数：１００kHz〜２．５GHz
上記により、図４（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（リン含有絶縁膜）１７が形成される。なお、図４（ａ）は成膜前の被堆積基板１０１の断面図である。
【００６８】
実施の形態１と同じように、酸素濃度、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の流動化温度を２００〜５００℃の範囲で制御することができる。
【００６９】
しかも、酸化性ガスとしてＮ2Ｏを適量（３００sccm以下）で加えているので、成膜レートをある程度維持することができる。
【００７０】
（実施の形態３）
ところで、P2O3自身は容易に水分と反応するので、上記のようにして形成されたＰＳＧ膜１４，１５ａ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やＢＰＳＧ膜１７を安定化させる必要がある。
【００７１】
次に、P2O3を含むＰＳＧ膜１４，１５ａやＢＰＳＧ膜１７を安定化させる方法について図５を参照しながら説明する。
【００７２】
実施の形態１に係る成膜方法により成膜した後、チャンバ内に被堆積基板を入れて温度６５０℃に基板加熱する。
【００７３】
次いで、Ｎ2 を導入し、その雰囲気中、基板温度６５０℃で１５分間程度アニールする。引き続き、Ｎ2 を止めてＯ2 を導入し、その雰囲気中、基板温度６５０℃で１５分間程度アニールする。
【００７４】
これらのアニールによりＰＳＧ膜１４，１５ａやＢＰＳＧ膜１７中のP2O3をP2O5に変換させることができる。
【００７５】
以上のように、成膜後、窒素雰囲気中及び酸素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１４，１５ａ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、リン含有絶縁膜中に含まれる残余のカーボンも酸化される。
【００７６】
以上により、吸湿性が改善されるため、半導体装置への適用が可能となる。
【００７７】
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等上に吸湿阻止用のカバー絶縁膜を形成してもよい。
【００７８】
また、上記実施の形態ではＰＥＣＶＤ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。
【００７９】
以上のように、実施の形態１〜３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℃以下に大幅に低下させることができる。
【００８０】
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。
【００８１】
更に、ＣＭＰ法等の平坦化加工技術を必要とせず、リン含有絶縁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。
【００８２】
また、酸化性ガスを適量加えているので、成膜レートをある程度維持することができる。
【００８３】
成膜ガス中の酸素の添加量を増やしていくと、形成膜中のＣやＨ等の不純物量は減少していくので好ましいが、同時にＰ2 Ｏ3 からＰ2 Ｏ5への変換も進み、平坦化の場合の流動化温度も上がり、形成膜の固化も早く起こるようになる。
【００８４】
このため、形成膜中の不純物量を実用上問題のない範囲で許容し、できるだけ低い流動化温度が得られるように、成膜ガス中の酸素添加量を調整することが必要である。そして、形成膜中の不純物は成膜・平坦化の工程の後にアニールにより減らすことが好ましい。
【００８５】
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。
【００８６】
例えば、実施の形態３でアニール温度を６５０℃としているが、これに限られるものではなく、６５０℃以下の温度、好ましくは５００℃以下でも可能である。
【００８７】
さらに、キャリアガスとしてＮ2 又はＡｒを用いているが、Ｈｅを用いてもよい。
【００８８】
また、酸化性ガスとしてＮ2Ｏを用いているが、他の酸化性ガス、例えばＣＯ2 ，Ｏ2 を用いてもよいし、酸化性ガスを加えなくてもよい。
【００８９】
さらに、ＰＥＣＶＤ法を実施する成膜装置として、平行平板型のＰＥＣＶＤ装置を用いているが、これに限られるものでない。ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）型のその他のＰＥＣＶＤ装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１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】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１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】本発明の実施の形態に係る成膜方法に用いられる成膜装置の構成を示す側面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係るＢＰＳＧ膜の成膜方法について示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る成膜方法について示す断面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、従来例に係る加熱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７】（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８】（ａ），（ｂ）は、従来例に係るＣＭＰ法を用いた研磨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】
【００９１】
１，１１  シリコン基板（半導体基板）
２，１２  下地絶縁膜
３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ  配線層
４，４ａ，１７  ＢＰＳＧ膜（リン含有絶縁膜）
５，５ａ，５ｂ  ＮＳＧ膜
６  レジスト膜
１４，１５，１５ａ  ＰＳＧ膜（リン含有絶縁膜）
２１  SOP-11(b) の供給源
２２  SiH4の供給源
２４ａ〜２４ｅ  配管
２５ａ〜２５ｅ  流量計
２６ａ〜２６ｄ  バルブ
３２，３５  温度調節手段
３３  リン含有化合物ソース
３６  シリコン含有化合物ソース
１０１  被堆積基板
２０１  チャンバ
２０２  下部電極
２０３  上部電極
２０４  ガス導入口
２０５  排気口
２０６  加熱手段
２０７  ＲＦ電源
２０８  マッチング回路
３０１  成膜装置
【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】
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【図８】
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