(57)【要約】【課題】    微細化された配線であっても、配線間絶縁膜形成におけるピンチオフの発生を防止し、層間絶縁膜上部の起伏を小さくして製造できる半導体装置の絶縁膜形成方法及び半導体装置を提供する。【解決手段】  基板表面および配線表面に親液膜１４を形成する。親液膜１４は、例えば、基板表面および配線表面に酸素プラズマを施すことにより酸化膜を形成している。親液膜１４を形成したことにより濡れ性を向上させることができるので、その後に塗布されるＳＯＧ液が配線間の溝に流れ込みやすくなり、配線間に充填することができ、配線パターンの起伏を緩和することが可能となる。【選択図】    図４
2005340266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された配線による凹凸を平坦化する、配線間絶縁膜と層間絶縁膜を含む絶縁膜を形成する半導体装置の絶縁膜形成方法であって、
前記配線の表面と前記基板の表面の表面改質を伴った親液処理を施す工程と、
前記親液処理が施された表面に、液状の材料の塗布を伴って前記配線間絶縁膜を形成する工程と、
前記配線と前記配線間絶縁膜上に前記層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の上面を研磨して平坦化する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の絶縁膜形成方法において、
前記親液処理は、酸素プラズマによって表面改質を行うことを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置の絶縁膜形成方法において、
前記親液処理は、ＵＶ照射によって表面改質を行うことを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の絶縁膜形成方法において、
前記液状の材料の塗布は、スキャン塗布法で行うことを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置の絶縁膜形成方法において、
前記液状の材料の塗布は、溶媒雰囲気中で行うことを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の絶縁膜形成方法において、
前記液状の材料は、ＳＯＧ液であることを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の絶縁膜形成方法において、
前記層間絶縁膜を形成する工程は、プラズマＣＶＤ工程を含むことを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置の絶縁膜形成方法において、
配線間絶縁膜の形成は、高密度プラズマＣＶＤ工程を含むことを特徴とする半導体装置の絶縁膜形成方法。
【請求項９】
基板上に形成された配線による凹凸を平坦化する、配線間絶縁膜と層間絶縁膜を含む絶縁膜を有する半導体装置であって、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の絶縁膜形成方法によって形成された絶縁膜を有することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の絶縁膜形成方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置の絶縁膜形成方法は、基板上に配線を形成し、基板上と配線上に絶縁膜を形成し、その後、絶縁膜上部の起伏の平坦化を行っている。絶縁膜上部の起伏の平坦化を行う方法は、種々の方法が用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１によれば、基板上に形成された配線上にのみフォトレジスト膜を形成し、次に配線間に絶縁材を塗布し、次に前記フォトレジスト膜を除去した後、前記絶縁材を焼成して配線間絶縁膜を形成している。その後、前記配線と配線間絶縁膜上に層間絶縁膜を形成することにより、層間絶縁膜上を平坦化する方法が開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、上記の方法では、フォトレジスト膜を形成および除去する工程が必要になり、工程数が増えてしまうという問題があった。
【０００４】
また、特許文献２によれば、配線の微細化に伴い、配線間に液状の絶縁材料が充填しにくくなってきていることから、配線間の絶縁膜は、配線間の微細な隙間への充填が容易な液状の絶縁材料の塗布を伴うＳＯＧ（Spin on Glass）膜で形成している。液状の絶縁材料の塗布は、ウエハを回転させて塗布する回転方式（スピンコート塗布方法）を用いている。ＳＯＧ膜を配線の上面まで覆うように形成後、配線の上面まで全面蝕刻を行っている。
その後、層間絶縁膜としてのＯ3−ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）酸化膜を全面に形成して平坦化を行う方法が開示されている。しかしながら、上記の方法では、全面蝕刻するために配線間絶縁膜を多く使用しなければならないという問題があった。また、全面蝕刻するので時間効率が悪く、設備も多くなってしまうという問題があった。更に、ウエハを回転させるので、基板上に形成された配線のパターンの向きによって配線間からＳＯＧ液が流れてしまい、配線間の場所によって少ないところがあることから平坦化に支障をきたすことがあった。
【０００５】
また、配線間の濡れ性をよくするために、配線上にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により親水処理を行って、配線間に絶縁材料が塗布され易くしている技術がある。親水処理は、例えば、プラスマＣＶＤによって親水膜を形成している。しかしながら、配線の微細化により、親水膜の厚み（例えば、１３０ｎｍ）程度でも、親水処理後に行う配線間絶縁膜を形成するとき、配線上部近傍での接触（ピンチオフ）が発生するという問題があった。
【０００６】
そこで、例えば、高密度プラズマＣＶＤ（ＨＤＰ（High Density Plasma）ＣＶＤ）により形成する方法では、配線の角等からの異常成長を防ぐためにスパッタエッチングを行い、余分に成長した部分を選択的に除去しながら配線間絶縁膜を形成している。その後、通常のプラズマＣＶＤにより配線間絶縁膜上に層間絶縁膜を形成している。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２９１２４９号公報
【特許文献２】特開平１０−９２９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、更に配線が微細化（例えば、１３０ｎｍ）すると、高密度プラズマＣＶＤで行っていた酸化膜形成において、配線の上部でピンチオフが発生するという問題があった。ピンチオフによって配線間の下側部分が埋まる前に上側の開口部が塞がれてしまうので、配線間に空洞（以下、ボイドという）が出来てしまういう問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題のいずれかを解決するものであって、微細化された配線であっても、配線間絶縁膜形成におけるピンチオフの発生を防止し、層間絶縁膜上部の起伏を小さくして製造できる半導体装置の絶縁膜形成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】
【００１０】
上記問題を解決するために、本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、基板上に形成された配線による凹凸を平坦化する、配線間絶縁膜と層間絶縁膜を含む絶縁膜を形成する半導体装置の絶縁膜形成方法であって、前記配線の表面と前記基板の表面の表面改質を伴った親液処理を施す工程と、前記親液処理が施された表面に、液状の材料の塗布を伴って前記配線間絶縁膜を形成する工程と、前記配線と前記配線間絶縁膜上に前記層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上面を研磨して平坦化する工程とを有する。
【００１１】
この構成によれば、基板上に配線を形成したあと、配線の表面と基板の表面に表面改質を伴った親液処理を施すので、形成された酸化膜の厚みを薄くすることができ、その後に塗布される液状の絶縁材料を配線間に充填することが可能となる。また親液処理を施したことにより、配線間に液状の材料が流れ込みやすくなり、配線間に充填することができ、配線パターンの起伏を緩和することが可能となる。よって、配線と配線間絶縁膜上に形成した層間絶縁膜上の起伏を抑制することができ、上面を研磨する研磨量を少なくすることが可能になる。
【００１２】
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、前記親液処理は、酸素プラズマによって表面改質を行うことが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、基板上に配線を形成したあと、配線の表面と基板の表面を酸素プラズマによって表面改質を行うので、施された親液処理の厚みを薄くすることができ、その後に塗布される液状の絶縁材料を配線間に充填することが可能となる。
【００１４】
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、前記親液処理は、ＵＶ照射によって表面改質を行うことが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、基板上に配線を形成したあと、配線の表面と基板の表面にＵＶを照射することにより存在する有機物を酸化させて飛ばすので、施された親液処理の厚みを薄くすることができ、その後に塗布される液状の絶縁材料を配線間に充填することが可能となる。
【００１６】
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、前記液状の材料の塗布は、スキャン塗布法で行うことが望ましい。
【００１７】
この構成によれば、液状の絶縁材料の塗布をスキャン塗布法で行うので、配線間に選択的に適量の液体の絶縁材料を塗布することができるので、液状の絶縁材料を無駄に使うことなく、材料の利用率を向上させることが可能となる。
【００１８】
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、前記液状の絶縁材料の塗布は、溶媒雰囲気中で行うことが望ましい。
【００１９】
この構成によれば、溶媒雰囲気中で液状の絶縁材料の塗布を行うので、乾燥性の高い絶縁材料を微細な配線間に塗布する場合においても、絶縁材料の流動性を長く維持することができる。よって、配線の上部にのった絶縁材料を配線間に流し込ませることが可能になる。
【００２０】
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、前記配線間絶縁膜がＳＯＧ液であることが望ましい。
【００２１】
この構成によれば、配線間に充填するのに粘度や流動性に適したＳＯＧ液を用いるので、微細な配線間においても充填させることができる。よって、配線間に空洞が生じることがなく、配線の電気的信頼性を向上させることが可能になる。
【００２２】
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、前記層間絶縁膜を形成する工程は、プラズマＣＶＤ工程を含む。
【００２３】
この構成によれば、配線上および基板上に絶縁膜で堆積させるので、多層配線を形成することができる。
【００２４】
本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法は、配線間絶縁膜の形成は、高密度プラズマＣＶＤ工程を含む。
【００２５】
この構成によれば、配線間の隙間のアスペクト比が高い場合であっても、配線間に液状の材料を埋めることによって、アスペクト比を小さくすることができる。よって、その後に高密度プラズマＣＶＤ工程を行っても、ボイドを発生させることなく配線間絶縁膜を形成することができる。従って、プラズマＣＶＤ工程による層間絶縁膜形成を行った後でも、大きな起伏を生じさせずに形成することが可能となる。
【００２６】
本発明に係る半導体装置は、基板上に形成された配線による凹凸を平坦化する、配線間絶縁膜と層間絶縁膜を含む絶縁膜を有する半導体装置であって、請求項１〜８のいずれか一項に記載の絶縁膜形成方法によって形成された絶縁膜を有する。
【００２７】
この半導体装置によれば、その製造時に上記した方法発明の態様と同様の作用効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る半導体装置の絶縁膜形成方法の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の半導体装置を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の半導体装置を、図１を参照しながら説明する。本実施形態の半導体装置１は、基板１１と、配線１２と、導電部１３と、絶縁膜２０とを含んで構成される。
【００３０】
基板１１は、例えば、シリコンウエハやガラス基板が用いられる。また、基板１１は、シリコンウェハやガラス基板上に設けられた絶縁膜２０を含んで構成されていてもよい。また、例えば２層以上に絶縁膜２０を設ける場合、２層目以上では絶縁膜２０上に配線１２を形成することになり、配線１２が形成されるその下位層の絶縁膜２０も含めて基板とする。２層以上に絶縁膜２０を設ける場合、図１に示されるどの絶縁膜２０を含む層においても、絶縁膜形成方法で形成した絶縁膜２０を有する半導体装置１を得ることができる。
以下、本実施形態の半導体装置の製造方法について、図２を参照しながら説明する。
【００３１】
図２〜図４は、半導体装置の絶縁膜形成方法を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の半導体装置１の製造方法を、図２〜図４を参照しながら説明する。
【００３２】
図２に示される工程１では、基板１１上に配線１２を形成する。配線１２は、金属（例えば、シリコンを添加したアルミや銅）や酸化物導電膜（例えば、ＩＴＯ）によって構成されている。配線１２は、よく知られたフォトリソグラフィ工程とエッチング工程（洗浄、成膜、洗浄、感光材塗布、露光、現像、エッチング、感光材剥離）によって形成する。
【００３３】
工程２は、基板表面１１ａおよび配線表面１２ａに親液処理である親液膜１４を形成する。本実施形態での親液膜１４とは、後述する液状の材料を塗布しやすくするための濡れ性をよくする表面改質のことである。親液膜１４は、例えば、基板表面１１ａおよび配線表面１２ａを酸化させることにより形成している。
親液膜１４の形成方法は、まず、チャンバ（図示せず）内に基板１１を配置し、次に、チャンバ内に酸素を導入し、前記酸素をプラズマ化し活性化させる酸素プラズマを施すために、マイクロ波を導入する。これにより、基板表面１１ａおよび配線表面１２ａには、親液膜１４としての酸化膜が形成される。酸化膜は、例えば、１０ｎｍ以下に形成される。
【００３４】
工程３は、基板表面１１ａおよび配線表面１２ａに形成された親液膜１４上に、液状の材料としてのＳＯＧ（spin ong lass）液２１を塗布する。まず、ＳＯＧ液２１の塗布を行うためのチャンバ３１（図５参照）内に基板１１を配置する。次に、チャンバ内に備えられた、ＳＯＧ液２１に用いられている溶媒液２１ａが入れられた容器３８（図５参照）を振動させることにより、溶媒液２１ａを気化させ、チャンバ内をＳＯＧ液２１の溶媒と同じ溶媒雰囲気にする。
次に、ＳＯＧ液２１の溶媒と同じ溶媒雰囲気中で、親液膜１４上にＳＯＧ液２１を塗布する。塗布する方法は、例えば、スキャン塗布法（図５参照）によって行われる。前記した親液膜１４を形成したことにより濡れ性が向上することから、基板表面１１ａおよび配線表面１２ａにＳＯＧ液２１がのりやすくなっている。また、ＳＯＧ液２１の溶媒雰囲気中でＳＯＧ液２１の塗布を行うので、その乾燥速度（溶媒気化速度）が遅くなり、配線間１２ｂの微細な個所においても、ＳＯＧ液２１の流動性を長く維持しながら塗布することが可能になる。また、配線１２上に塗布されたＳＯＧ液２１においても、ＳＯＧ液２１を乾燥することを抑制することができるので、ＳＯＧ液２１を配線間１２ｂに集めることができる。ＳＯＧ液２１の塗布は、配線１２の上面ライン付近に達するまで塗布が繰り返し行われる。
【００３５】
工程４は、ＳＯＧ液２１を乾燥させて、配線間絶縁膜の１つであるＳＯＧ膜２２を形成する。まず、図示しないチャンバ内で、配線間１２ｂに塗布されたＳＯＧ液２１を乾燥硬化する。これにより、配線１２の上面ライン付近まで塗布されていたＳＯＧ液２１が凝縮し膜減りする。ＳＯＧ膜２２は、例えば、配線１２の高さの１／２付近まで膜減りした状態になる。
【００３６】
工程５は、配線１２上の親液膜１４および配線間１２ｂに形成されたＳＯＧ膜２２上に層間絶縁膜１５を形成する。層間絶縁膜１５は、シリコン酸化物（例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン））を原料として、プラズマＣＶＤにより形成する。配線間１２ｂにＳＯＧ膜２２を形成したことにより、配線１２による起伏が緩和され、層間絶縁膜上面１５ａの起伏を抑制することができる。
【００３７】
工程６は、層間絶縁膜上面１５ａの起伏を平坦化するための研磨を行う。層間絶縁膜上面１５ａの起伏は、例えば、化学的機械研磨（以下、ＣＭＰという）を行うことによって平坦化される。上記した配線間１２ｂにＳＯＧ膜２２を形成したことにより配線パターンの凸凹を緩和することができるので、層間絶縁膜上面１５ａに生じる起伏を抑制することができる。よって、ＣＭＰ工程による層間絶縁膜１５を平坦化するための研磨量を低減させることが可能になる。
【００３８】
工程７は、配線１２の上に導電部１３を形成するためのホール１３ａを形成する。ホール１３ａは、例えば、プラズマによるエッチング処理やレーザ加工によって形成する。
【００３９】
工程８は、ホール１３ａ内に導電部１３を形成する。ホール１３ａ内に、例えば、よく知られたアルミスパッタを行ったあとに加熱リフローを行う方法や、タングステンのＣＶＤによる方法、又はＣｕダマシンによる方法によって導電部を形成する。また、不純物をドープしたポリシリコンを導電部として用いてもよい。
【００４０】
図５は、液状の材料を塗布する装置としてのスキャン塗布装置を示した模式図である。（ａ）は、スキャン塗布装置の概略構成を示した概略斜視図である。（ｂ）は、スキャン塗布装置の概略構成を示した概略側断面図である。以下、スキャン塗布装置３０を図５を参照しながら説明する。
【００４１】
スキャン塗布装置３０は、ＳＯＧ液２１の溶媒と同じ溶媒雰囲気をつくるための密封されたチャンバ３１の中に、半導体装置（半導体ウエハ）１を載せて保持するための基板保持部３２と、塗布液ノズル３３と、第１のモータ３４と、駆動機体３５と、ボールネジ部３６と、第２のモータ３７と、容器３８と、振動機構３９と、制御部４０とを含んで構成される。
【００４２】
基板保持部３２は、半導体装置１を保持するために用いられる。基板保持部３２は、図示しない吸着部が設けられており、半導体装置１に形成された配線１２側の面を上向きにして、半導体装置１の下側を吸着している。半導体装置１は、水平を保った状態に吸着され、その状態に維持されている。
【００４３】
塗布液ノズル３３は、ＳＯＧ液２１を基板表面１１ａおよび配線表面１２ａに塗布するために用いられる。ＳＯＧ液２１は、図示しない塗布液供給管から塗布液ノズル３３に供給される。塗布液ノズル３３の先端にはＳＯＧ液２１を吐出するための吐出口（図示せず）が形成されている。吐出口の口径は、例えば、３０〜６０μｍに形成されている。
また、吐出口から吐出されるＳＯＧ液２１は、制御部４０によって吐出量が制御されるようになっている。
【００４４】
第１のモータ３４は、塗布液ノズル３３をＸ方向に移動させるために用いられる。第１のモータ３４の回転により、第１のモータ３４に接続されている駆動プーリ（図示せず）の回転が行われる。駆動プーリが回転することにより、駆動プーリに接続されたエンドレスベルト（図示せず）のＸ方向へのスライドが行われる。エンドレスベルトのＸ方向へのスライドにより、エンドレスベルトに接続された塗布液ノズル３３のＸ方向へのスライドが行われる。
【００４５】
駆動機体３５は、半導体装置１をＹ方向およびＺ方向に移動させるために用いられる。半導体装置１は、基板保持部３２を介して駆動機体３５によりＹ方向およびＺ方向への移動が行われる。
【００４６】
ボールネジ部３６は、駆動機体３５と共に半導体装置１をＹ方向に移動させるために用いられる。ボールネジ部３６の回転により、ボールネジ部３６に連結された駆動機体３５がＹ方向へスライドする。駆動機体３５がＹ方向へスライドすることにより、半導体装置１も連動してＹ方向へスライドする。
【００４７】
第２のモータ３７は、ボールネジ部３６を回転させるために用いられる。第２のモータ３７の回転により、第２のモータ３７に接続されているボールネジ部３６が回転する。ボールネジ部３６の回転により、上記した駆動機体３５の動作に連動して半導体装置１のＹ方向への移動が行われる。
【００４８】
容器３８は、ＳＯＧ液２１の溶媒液（水を含む）２１ａを貯めておくためにチャンバ３１内に設けられている。容器３８は、例えば、チャンバ３１内に２つ設けられている。容器３８の下部には、容器３８内に貯められたＳＯＧ液２１の溶媒液２１ａを、振動によって揮発させるための振動機構３９が設けられている。２つの振動機構３９は、制御部４０に接続されており、制御部４０は、チャンバ３１内のＳＯＧ液２１の溶媒と同じ溶媒雰囲気が一定になるように振動の調整を行う。
【００４９】
図６は、スキャン塗布装置によって半導体装置にＳＯＧ液を塗布する経路を示した模式図である。以下、半導体装置１にＳＯＧ液２１を塗布する塗布経路を図６を参照しながら説明する。
【００５０】
図６に示される、ジグザグ状の線は、半導体装置１に塗布液ノズル３３によってＳＯＧ液２１を塗布するときの、塗布液ノズル３３の軌跡を示している。塗布開始位置Ｓ１は、塗布液ノズル３３によって半導体装置１にＳＯＧ液２１の塗布が開始される位置である。塗布液ノズル３３からのＳＯＧ液２１の塗布によって、一列目のＳＯＧ液塗布ライン１２１ａへの塗布が終了すると、二列目のＳＯＧ液塗布ライン１２１ｂに移行する。二列目のＳＯＧ液塗布ライン１２１ｂへの塗布が終了すると、三列目のＳＯＧ液塗布ライン１２１ｂに移行し、以後、最終列目のＳＯＧ液塗布ライン１２１ｚまで繰り返し塗布が行われる。塗布液ノズル３３が塗布終了位置Ｅ１に到達すると、半導体装置１へのＳＯＧ液２１の塗布が終了する。
【００５１】
上記のように、塗布開始位置Ｓ１から塗布終了位置Ｅ１まで、一筆書きの要領で半導体装置１へのＳＯＧ液２１の塗布が行われる。ＳＯＧ液２１は、配線１２の上面および配線間１２ｂに塗布される。つまり、一筆書きの要領で塗布している間は、常にＳＯＧ液２１が吐出されている。また、ＳＯＧ液２１の塗布の必要量に応じて、上記したＳＯＧ液塗布ライン１２１ａ〜１２１ｚへの塗布に加えて、ＳＯＧ液塗布ライン１２１ａ〜１２１ｚそれぞれの間を塗布するように、再度半導体装置１への塗布を行うようにしてもよい。
【００５２】
また、スキャン塗布装置３０は、塗布液ノズル３３から塗布されるＳＯＧ液２１の塗布量を制御することが可能な吐出制御部が設けられているので、例えば、配線間１２ｂの隙間が大きいところはＳＯＧ液２１の塗布量を増やすように制御することが可能になっている。これにより、配線間１２ｂの隙間の大きさに左右されず、配線間１２ｂにバラツキの少ないＳＯＧ液２１の塗布が可能になる。
【００５３】
以下、スキャン塗布装置３０による半導体装置１へ塗布方法を図５，図６を参照しながら説明する。
まず、半導体装置１を上記したスキャン塗布装置３０のチャンバ３１内に投入する。半導体装置１の方向を、半導体装置１に設けられたノッチ（図示せず）を合わせることにより決定する。この状態で基板保持部３２の吸着部に吸着させ、半導体装置１を固定する（図５参照）。
【００５４】
次に、制御部４０によって、容器３８に設けられた振動機構３９を振動させる。容器３８を振動させることにより、容器３８に貯められたＳＯＧ液２１の溶媒液２１ａを振動させて気化させる。チャンバ３１内に備えられた２つの容器３８からのＳＯＧ液２１の溶媒液２１ａの気化により、チャンバ３１内は、溶媒液２１ａの雰囲気状態になる（図５（ｂ）参照）。
【００５５】
次に、第１のモータ３４、第２のモータ３７を、塗布液ノズル３３の位置から算出された回転をさせることにより、塗布液ノズル３３の吐出口を半導体装置１の塗布開始点Ｓ１に移動させる。次に、上記したように、一筆書きの要領で半導体装置１の全面へＳＯＧ液２１の塗布を開始する。
【００５６】
半導体基板表面１１ａおよび配線表面１２ａに親液膜１４を形成したことにより、ＳＯＧ液２１の濡れ性が高く、ＳＯＧ液２１が配線１２の上面に広がる。よって、配線１２上面に塗布されたＳＯＧ液２１を配線間１２ｂに流れ込ませることが可能になる。また、ＳＯＧ液２１と同じ溶媒液２１ａの雰囲気中で塗布したことにより、ＳＯＧ液２１の乾燥を抑制し、ＳＯＧ液２１の流動性を長く維持することができることから、配線１２の上にＳＯＧ液２１がのった状態から配線間に流れ込ませることが可能になる。これにより、配線１２の上面にＳＯＧ液２１が残ることを抑制することができ、配線１２と配線間１２ｂに塗布したＳＯＧ液２１の段差を緩和することが可能になる。
【００５７】
次に、ＳＯＧ液２１を乾燥させてＳＯＧ膜２２を形成し、その上に層間絶縁膜１５を形成する。配線間１２ｂにＳＯＧ膜２２を形成したことにより、層間絶縁膜上面１５ａの起伏が抑制され、層間絶縁膜１５上の起伏を平坦化させるための研磨量を少なくすることができる。
【００５８】
また、スキャン塗布方法によって半導体装置１にＳＯＧ液２１の塗布を行うことにより、上記したスピンコート塗布方法と比較して、基板１１に形成された配線パターンの向きや、配線間１２ｂの隙間の広さに左右されず、バラツキの少ない塗布を行うことが可能になる。
また、半導体装置１に一筆書きの要領でＳＯＧ液２１を塗布していくことにより、必要量以上のＳＯＧ液２１を塗布する必要がなく、ＳＯＧ液２１の使用量を抑制することが可能になる。
【００５９】
以上詳述したように、本実施形態の半導体装置の絶縁膜形成方法及び半導体装置によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）本実施形態によれば、基板表面１１ａおよび配線表面１２ａに酸素プラズマを施すことによって親液膜１４を形成することにより、ＳＯＧ液２１を親液膜１４に馴染ませることが可能になり、これにより、配線１２の上面にのったＳＯＧ液２１を配線間に流し込ませることが可能になる。また、親液膜１４を酸素プラズマによって形成したことにより、親液膜１４の膜厚を１０ｎｍ以下とすることができ、隣接する配線１２の上部で親液膜１４の接触によるピンチオフの発生を防止することができる。これにより、ＳＯＧ液２１で配線間１２ｂを塗布して埋めることができることから、電気的導通において支障がなく、配線１２の信頼性を向上することができる。また、配線１２の微細化に対応することができる。
【００６０】
（２）本実施形態によれば、スキャン塗布方法によって、基板表面１１ａおよび配線表面１２ａに一筆書きの要領でＳＯＧ液２１を塗布していくので、ＳＯＧ液２１を必要量以上に使う必要がなく、効率的に塗布することが可能になり、ＳＯＧ液２１の利用率を高めることができる。
【００６１】
（３）本実施形態によれば、スキャン塗布方法によって、基板表面１１ａおよび配線表面１２ａにＳＯＧ液２１を塗布していくので、基板１１上に形成された配線１２の向き（配線パターン）や、配線間１２ｂの隙間の広さに左右されず、配線間１２ｂにＳＯＧ液２１を埋め込むことが可能になる。よって、配線間１２ｂに溜まるＳＯＧ液２１の塗布量に大きなバラツキが発生することを防止でき、配線パターンの起伏を緩和することができることから、その後に形成される層間絶縁膜１５の上部の起伏を抑制することができる。従って、層間絶縁膜１５の上部を平坦化するために行うＣＭＰ研磨の研磨量を少なくすることが可能になり、研磨時間を少なくすることができる。
【００６２】
（４）本実施形態によれば、ＳＯＧ液２１を塗布する工程において、ＳＯＧ液２１の溶媒と同じ溶媒雰囲気中で塗布を行うので、半導体基板１１にＳＯＧ液２１を塗布するとき、ＳＯＧ液２１の流動性を長く維持することができ、配線１２の上部に塗布されたＳＯＧ液２１を乾燥させずに微細な配線間１２ｂに流し込ませることが可能になる。よって、配線間に埋め込まれるＳＯＧ液２１の塗布量のバラツキを抑えることができる。従って、その後に形成される層間絶縁膜１５の上部の起伏を抑制することが可能になり、平坦化のための研磨量を少なくすることができる。
【００６３】
（第２実施形態）
図７〜図９は、本実施形態の半導体装置の製造方法を模式的に示した断面図である。以下、本実施形態の半導体装置の製造方法を、図７〜図９を参照しながら説明する。本実施形態では、第１実施形態と比較して更に配線が微細化したとき、配線間絶縁膜形成をＳＯＧ膜の形成に加えて、高密度プラズマＣＶＤによって形成しているところが第１実施形態と異なっている。本実施形態では、第１実施形態の配線間の隙間より狭くなった状態（アスペクト比が高くなった状態）の絶縁膜形成方法を説明する。なお、図７〜図９に示される配線の高さは、倍率の違いにより異なっているが、第１実施形態の配線の高さと同様に設定されている。
【００６４】
図７に示される工程１１では、基板１１１上に配線１１２を形成する。配線１１２は、第１実施形態と同様に、金属や酸化物導電膜によって構成され、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によって形成する。なお、配線間１１２ｂの隙間は、上記したように、第１実施形態と比較して狭く形成されている。
【００６５】
工程１２は、基板１１１および配線１１２の表面に親液膜１１４を形成する。親液膜１１４を形成する方法は、第１実施形態と同様に、半導体基板１１１に酸素プラズマを施すことにより形成する。
【００６６】
工程１３は、基板表面１１１ａおよび配線表面１１２ａに形成された親液膜１１４上に、ＳＯＧ液１２１を塗布する。ＳＯＧ液１２１を塗布する方法は、第１実施形態と同様にＳＯＧ液１２１の溶媒と同じ溶媒雰囲気中でスキャン塗布装置を用いて塗布する（図５参照）。配線間１１２ｂおよび配線１１２の上面に塗布されたＳＯＧ液１２１は、半導体基板表面１１１ａおよび配線表面１１２ａに親液膜１１４が形成されていることにより、濡れ性が向上していることから親液膜１１４に馴染みやすくなっている。また、ＳＯＧ液１２１の溶媒と同じ溶媒雰囲気中でＳＯＧ液１２１の塗布を行うので、ＳＯＧ液１２１の流動性を長く維持しながら塗布することが可能になる。よって、配線１１２の上面に塗布されたＳＯＧ液１２１は、乾燥が抑制され薄く広がるので、配線間１１２ｂに集めることができる。ＳＯＧ液１２１の塗布は、配線１１２の上面ライン付近に達するまで塗布が繰り返し行われる。
【００６７】
工程１４は、配線間１１２ｂに塗布したＳＯＧ液１２１を乾燥させてＳＯＧ膜１２２を形成する。乾燥方法は、第１実施形態と同様に、図示しないチャンバ内で、配線間１１２ｂに塗布されたＳＯＧ液１２１の乾燥硬化を行う。これにより、配線１１２の上面ライン付近まで塗布されたＳＯＧ液１２１が膜減りし、例えば配線高さの１／２付近まで減少した状態のＳＯＧ膜１２２になる。
【００６８】
工程１５は、配線１１２上の親液膜１１４および配線間１１２ｂに形成されたＳＯＧ膜１２２の上に、高密度プラズマＣＶＤ法によって絶縁膜１２３であるシリコン酸化膜を形成する。
高密度プラズマＣＶＤ法とは、例えば、ＳｉＨ4（シラン）とＯ2（酸素）、Ａｒ（アルゴン）をベースとした反応ガスを、所定のプラズマ密度で反応させて、Ａｒ雰囲気でスパッタリングしながら絶縁膜１２３を堆積させる方法である。
高密度プラズマＣＶＤを行うための高密度プラズマＣＶＤ装置（図示せず）では、通常のプラズマ発生機構に加えてスパッタエッチング機構を備えており、不活性ガスをイオン化して、堆積された凸部に衝突させて凸部を物理的に削り取ることができる。つまり、配線間１１２ｂの隙間が小さい場合に発生しやすくなる、配線１１２上部でのピンチオフを抑制することが可能になる。
【００６９】
まず、半導体装置を、所定の電子密度のプラズマを発生することのできる高密度プラズマＣＶＤ装置に投入する。次に、半導体装置１０１を基板保持台（図５参照）に設けられた吸着部に吸着させて、水平な状態に保持する。次に、上記した所定のガスを用いて、例えば、４５°の斜め方向からスパッタを行いながら、絶縁膜１２３を形成する。配線間１１２ｂの根元に、工程１４で形成したＳＯＧ膜１２２が埋め込まれていることから、配線間１１２ｂの残りの隙間の高さが浅くなる（アスペクト比が小さくなる）。よって、高密度プラズマＣＶＤによる絶縁膜形成を行っても、配線１１２の上部でピンチオフが発生し、ボイドができることを抑制することが可能になる。また、高密度プラズマＣＶＤによって形成された絶縁膜１２３は、工程１４で形成したＳＯＧ膜１２２の上と配線上部に形成される。よって、配線間の隙間を埋めることができ、配線パターンを緩和することが可能になる。
【００７０】
工程１６は、高密度プラズマＣＶＤによって形成された絶縁膜１２３上に層間絶縁膜１１５を形成する。層間絶縁膜１１５は、第１実施形態と同様に、プラズマＣＶＤにより形成する。層間絶縁膜１１５の上面は、配線間にＳＯＧ膜１２２と絶縁膜１２３とが埋め込まれていることにより、起伏が緩和されている。
【００７１】
工程１７は、層間絶縁膜１１５の上面の起伏を平坦化するために研磨を行う。研磨方法は、第１実施形態と同様に、ＣＭＰ研磨により層間絶縁膜１１５上に生じた起伏を研磨して平坦化する。配線間１１２ｂに、ＳＯＧ膜１２２と絶縁膜１２３が形成されていることにより、層間絶縁膜１１５上に生じる起伏を抑制することができるので、ＣＭＰ研磨による層間絶縁膜１１５の研磨量を減少させることが可能になる。
【００７２】
工程１８は、配線１１２上に導電部１１３を形成するためのホール１１３ａを形成する。ホール１１３ａの形成方法は、第１実施形態と同様に、プラズマによるエッチング処理やレーザ加工によってホールを形成する。
【００７３】
工程１９は、ホール１１３ａ内に導電部１１３を形成する。導電部１１３を形成する方法は、第１実施形態と同様に行う。
【００７４】
以上詳述したように、本実施形態の半導体装置の絶縁膜形成方法及び半導体装置によれば、第１実施形態における効果（１）〜（４）の他、以下に示す効果が得られる。
（５）本実施形態によれば、配線間１１２ｂの隙間のアスペクト比が大きい場合、ＳＯＧ液１２１を配線間１１２ｂに埋めることにより、アスペクト比を小さくすることができる。よって、その後に高密度プラズマＣＶＤ工程を行っても、ボイドを発生させることなく配線間に絶縁膜１２３を形成することが可能となる。また、配線間１１２ｂにＳＯＧ膜１２２と高密度プラズマＣＶＤによって絶縁膜１２３を形成することによって、配線パターンの依存が緩和されるので、プラズマＣＶＤ工程による層間絶縁膜１１５形成を行った後でも、層間絶縁膜１１５上面の起伏を抑制することが可能になり、ＣＭＰ工程での研磨量を少なくすることができる。
【００７５】
（６）本実施形態によれば、配線間１１２ｂに絶縁膜形成を行うとき、高密度プラズマＣＶＤによって形成するときでも、高密度プラズマＣＶＤ工程の前に、ＳＯＧ膜１２２を形成することにより、近接する配線間１１２ｂでピンチオフの発生を抑制することが可能になる。よって、配線間１１２ｂにボイドを発生させることなく配線間絶縁膜を形成することができる。従って、電気的導通において支障なく配線１１２の信頼性を向上させることができる。また、配線１１２の微細化に対応することができる。
【００７６】
なお、本実施形態は上記に限定されず、以下のような形態で実施することもできる。
（変形例１）前記実施形態では、親液処理は、配線表面１２ａおよび基板表面１１ａに酸素プラズマを施すことによって表面改質を伴った親液膜１４を形成していた。これを、ＵＶ照射を施すことによって、配線表面１２ａおよび基板表面１１ａに、表面改質を伴った親液膜１４を形成するようにしてもよい。これによれば、基板１１に存在する有機物を酸化させて飛ばすことができるので、施された親液膜１４の厚みを薄くすることができ、その後に塗布されるＳＯＧ液２１を配線間に充填することが可能となる。
【００７７】
（変形例２）前記実施形態では、スキャン塗布を行う工程において、ＳＯＧ液２１，１２１の溶媒と同じ溶媒液２１ａが入れられた容器３８を振動機構３９によって揮発させて、チャンバ３１内をＳＯＧ液２１，１２１の溶媒と同じ溶媒雰囲気にしている。これを、ＳＯＧ液２１，１２１の溶媒と同じ溶媒液２１ａを加熱させる装置を用いて気化させ、チャンバ３１内をＳＯＧ液２１，１２１の溶媒と同じ溶媒雰囲気にさせてもよい。これによれば、上記実施形態と同様に、配線間１１２ｂの隙間が小さい個所においても、ＳＯＧ液２１，１２１の流動性を長く維持することが可能になり、ＳＯＧ液２１，１２１を配線間１１２ｂに集めることができる。
【００７８】
（変形例３）前記実施形態では、配線間絶縁膜の材料の１つにＳＯＧ液２１，１２１を使用してＳＯＧ膜２２，１２２を形成していた。これを、ＳＯＧ液２１，１２１に限定されず、ＳｉＯ2系の被膜形成用塗布液や、Ｌｏｗ−ｋ材料（低誘電率絶縁膜材料）を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第１実施形態における、半導体装置の構成を示す模式断面図。
【図２】半導体装置を形成する工程を示す模式断面図。
【図３】半導体装置を形成する工程を示す模式断面図。
【図４】半導体装置を形成する工程を示す模式断面図。
【図５】液状の絶縁材料を塗布する装置であるスキャン塗布装置の構成を示す模式図。（ａ）は、スキャン塗布装置の概略斜視図。（ｂ）は、スキャン塗布装置の概略側断面図。
【図６】スキャン塗布装置によるウエハへの塗布の軌跡を示す模式図。
【図７】第２実施形態における、半導体装置を形成する工程を示す模式断面図。
【図８】半導体装置を形成する工程を示す模式断面図。
【図９】半導体装置を形成する工程を示す模式断面図。
【符号の説明】
【００８０】
１…半導体装置、１１…基板、１１ａ…基板表面、１２…配線、１２ａ…配線表面、１２ｂ…配線間、１３…導電部、１３ａ…ホール、１４…親液膜、１５…層間絶縁膜、２０…絶縁膜、２１…液状の材料としてのＳＯＧ液、２１ａ…溶媒液、２２…配線間絶縁膜の１つであるＳＯＧ膜。
【図１】
2005340266.tif 000003
【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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【図９】
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