(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体に層間絶縁膜層を形成する工程を含む半導体装置の製造方法であって；
前記層間絶縁膜層を形成される被処理体が配置された真空紫外光ＣＶＤ装置の真空処理室内に，原料ガスとしてオクタメチルシクロテトラシロキサンを供給し，
前記真空処理室の上部に具備された真空紫外光光源から前記真空処理室内に載置された前記被処理体に，真空紫外光を照射させて前記層間絶縁膜層を成長させる工程を含み、
前記真空紫外光光源は，前記真空処理室上部に具備された合成石英窓の上に加熱手段を介して具備されており、
前記層間絶縁膜層を成長させる工程の前に，前記加熱手段の形状及び／又は個数を処理状態に応じて変更する工程をさらに含むことを特徴とする，半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記真空紫外光ＣＶＤ装置での前記層間絶縁膜層の形成は，１００℃以下で行われることを特徴とする，請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記原料ガスに加えて，添加ガスとして，不活性ガスを導入することを特徴とする，請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，半導体装置の製造方法及び製造装置にかかり，特に半導体装置の製造過程における層間絶縁膜層の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板上に集合的に形成される金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のような半導体素子の集合体からなる半導体装置の集積度を高める技術の１つに多層配線構造がある。この多層配線構造をフォトリソエッチング法で実現する上で，半導体基板上の半導体素子の縦方向の段差を埋め込み，かつ配線間を絶縁するために，平坦性に優れた絶縁膜層を形成する技術は，極めて重要となっている。
【０００３】
従来から実行されている，半導体基板に形成された絶縁膜上に減圧ＣＶＤ（ＣＶＤ：化学気相反応法）を用いて絶縁膜層の形成方法によれば，絶縁膜層を成長させるべき半導体基板が配置された減圧ＣＶＤの反応室内に，原料ガスとして，例えばテトラエトキシオルソシリケイト（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４：以下，単にＴＥＯＳと称する。）を供給し，かつ添加ガスとして酸素ガスを供給し，電極間に高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させ，半導体基板上にＳｉＯ２層を成長させることにより，好適な絶縁膜層形成が実現されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，半導体基板上に複数の配線が具備されているため，上記方法で絶縁膜を成長させ，層間絶縁膜を形成する場合，配線の段差のために半導体基板上に成長させた絶縁膜の凹凸部が生じてしまう。
【０００５】
かかる凹凸部を平坦化するために，半導体基板上に形成された絶縁膜の凹凸部を埋めるように塗布膜を被膜し，かかる塗布膜を全面エッチングすることにより半導体基板上に形成された絶縁膜を平坦化する，エッチバックというプロセスが実行され，層間絶縁膜形成に手間が掛かり，半導体装置の製造工程が複雑なものとなり，かつ製造コストも増大すると言う問題点があった。
【０００６】
また，現行の超大規模集積回路（ＵＬＳＩ）の層間絶縁膜の成膜温度は４００℃であり，今後半導体装置の微細化の進行に伴い，トランジスタのチャネルは一層狭くなり，４００℃でも拡散層が広がり無視できなくなるという問題点も生じている。
【０００７】
更に，液晶ディスプレイに代わる次世代ディスプレイといわれている有機エレクトロルミネセンス（以下，有機ＥＬと表記する）は，現行では耐温度が１００℃以下の為，有機ＥＬ上に成膜する工程は１００℃以下で実施されることが求められている。
【０００８】
本発明は，従来の半導体装置製造方法が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，半導体基板上に具備させた配線が突起部となることによって生じる配線溝間の凹所を好適に絶縁膜層で埋め込むことにより，エッチバックプロセスを経ずして，平坦化特性に優れた絶縁膜層を形成し得る層間絶縁膜の製造の可能な，新規かつ改良された層間絶縁膜の製造方法及び製造装置を提供することである。
【０００９】
更に，本発明の別の目的は，低誘電率である有機系のＳｉＯＣＨ膜の層間絶縁膜の製造が室温において実現可能な，新規かつ改良された層間絶縁膜の製造方法及び製造装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，被処理体に層間絶縁膜層を形成する工程を含む半導体装置の製造方法であって，層間絶縁膜層を形成される被処理体が配置された真空紫外光ＣＶＤ装置の真空処理室内に，原料ガスとしてオクタメチルシクロテトラシロキサンを供給し，真空処理室の上部に具備された真空紫外光光源から真空処理室内に載置された被処理体に，真空紫外光を照射させて層間絶縁膜層を成長させる工程を含むことを特徴とする。
【００１１】
かかる構成により，エッチバックプロセス及び酸化剤ガスを用いずに，配線溝間にのみ成膜後，平坦化特性に優れた絶縁膜層を形成し得る層間絶縁膜の製造，更には低誘電率であるＳｉＯＣＨ膜の層間絶縁膜形成が実現される。
【００１２】
このとき真空紫外光光源は，真空処理室上部に具備された合成石英窓の上に加熱手段を介して具備されていることが好ましい。
【００１３】
かかる構成とすることにより，本発明の真空紫外光ＣＶＤは，室温ほど絶縁膜が成膜されやすく，高温になると絶縁膜が成膜されにくいという性質を有していることから，絶縁膜形成中に合成石英窓への成膜が防止され，層間絶縁膜形成の効率低下を阻止できる。
【００１４】
また，このとき層間絶縁膜層を成長させる工程の前に，加熱手段の形状及び／又は個数を処理状態に応じて変更する工程があることが好ましい。
【００１５】
かかる構成とすることにより，合成石英窓を介して真空処理室上部に具備された加熱手段の温度勾配をつけることにより，真空処理室内のガスの流れを均一化させ，被処理体面内に形成される層間絶縁膜の膜厚の均一性を向上させることが実現される。
【００１６】
更に，真空紫外光ＣＶＤ装置での層間絶縁膜層の形成は，１００℃以下で行われることが好ましい。
【００１７】
かかる構成とすることにより，拡散層の広がりを無視できなくなるほど微細化が進行した半導体装置の層間絶縁膜形成や，液晶ディスプレイに代わる次世代ディスプレイといわれている有機ＥＬ上への成膜をはじめとする，今後要求の高まる低温プロセスへの応用が可能となる。
【００１８】
また原料ガスに加えて，添加ガスとして，原料ガスの濃度を調整するために，不活性ガスを導入することにより，絶縁膜の成膜性や成膜速度を制御することも可能となる。
【００１９】
本発明の第２の観点によれば，真空紫外光ＣＶＤにより，層間絶縁膜層が形成される半導体装置の製造装置であって，層間絶縁膜層を形成される被処理体が配置された真空紫外光ＣＶＤ装置の真空処理室の上部に，合成石英窓及び加熱手段を介して真空紫外光光源が具備され，加熱手段の形状及び／又は個数は，処理状態に応じて変更可能であることを特徴とする。
【００２０】
かかる構成とすることにより，合成石英窓を介して真空処理室上部に具備された加熱手段の温度勾配をつけることにより，真空処理室内のガスの流れを均一化させ，被処理体面内に形成される層間絶縁膜の膜厚の均一性を向上させることが実現される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に略同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
図１は，本発明にかかる層間絶縁膜製造方法を実施するための真空紫外光ＣＶＤ装置を概略的に示す。本実施形態の真空紫外光ＣＶＤ装置１０は，例えばＭＯＳトランジスタのような半導体装置の製造工程で，低誘電率の有機系のＳｉＯＣＨ膜の絶縁膜層の形成に用いられる。
【００２３】
真空紫外光ＣＶＤ装置１０は，図１に示されているように，真空処理室１２が具備され，真空処理室１２内を減圧状態に維持すべく，例えば真空ポンプからなる負圧源１４が，真空処理室１２の一端に配管１６を介して接続されている。また，真空処理室１２内には，例えば半導体基板上に絶縁膜としてシリコン酸化膜が形成された被処理体２４を載置する載置台１８が具備され，真空処理室１２の上部には，例えばＸｅ２エキシマランプのような真空紫外光光源２２が具備されたランプハウス２０が，合成石英窓２６及び合成石英窓２６の加熱手段となるヒータ２８を介して設けられている。
【００２４】
また本実施形態においては，真空紫外光源２２として，波長が約２００ｎｍよりも短波長のいわゆる真空紫外領域の紫外光を発する光源を適宜選択することができるものとする。
【００２５】
半導体基板の表面に，例えば絶縁膜としてシリコン酸化膜が形成された被処理体２４は，シリコン酸化膜が形成されている面を上方に向けて，載置台１８上に載置されている。載置台１８には，温度調整機能（図示せず）が備わり，載置台１８による温度調整により，被処理体２４の温度は，常温から３５０℃の間で調整可能となる。なお，本実施形態では，原料ガスであるＯＭＣＴＳは，常温ほど絶縁膜が成膜しやすいので，被処理体２４の温度は，１００℃以下の室温で層間絶縁膜層の形成を実施するものとする。
【００２６】
真空紫外光光源２２を内部に具備したランプハウス２０は，合成石英板が装着された照射窓となる合成石英窓２６が，真空処理室１２内に具備された載置台１８上に載置された被処理体２４の上方に位置するように，真空処理室１２の上部に具備され，合成石英窓２６を通して，紫外光を被処理体２４に向けて照射する。
【００２７】
被処理体２４のシリコン酸化膜（図示せず）が形成されている面上ヘの絶縁膜層を成長させるために，真空処理室１２の側壁部に具備された導入管２９から原料ガス及び場合によっては添加ガスが導入される。なお，本発明の本実施形態では，原料ガスとして，オクタメチルシクロテトラシロキサン（〔（ＣＨ３）２ＳｉO〕４：以下，単にＯＭＣＴＳと称する。）が用いられる。
【００２８】
本実施形態では，ＯＭＣＴＳを原料ガスとして真空紫外光ＣＶＤを実施することにより，単体のＯＭＣＴＳの導入のみで平坦特性に優れた層間絶縁膜層が形成され，従来のように原料ガスの酸化剤ガスとして真空処理室１２内への酸素Ｏ２の導入を不要とする。かかる構成とすることにより，絶縁膜形成のための酸化剤ガスを導入するために，オゾナイザを通す手間を省くことが可能となる。
【００２９】
また原料ガスの濃度を調整するために，真空処理室１２の形状，ポンプ（図示せず）の排気速度によっては，添加ガスとして，例えば窒素Ｎ２，又はアルゴンＡｒと言った不活性ガスを導入することにより，絶縁膜の成膜性や成膜速度を制御することも可能となる。添加ガスを導入したとき，添加ガスを導入しない場合と同一の圧力とした場合では，原料ガスの分圧が低くなり，成膜速度が遅くなることより，真空処理室１２内の全圧は高めに制御する。このとき，膜厚均一性と成膜速度のトレードオフを考慮する必要がある。
【００３０】
載置台１８上で，室温に保持された被処理体２４と真空紫外光光源２２下に具備された合成石英窓２６との間隔が，例えば約２５ｍｍに保持された状態で，紫外光の照度が厚さ２０ｍｍの合成石英窓２６の直下において，３０ｍＷ／ｃｍ２でもって被処理体２４が真空紫外光光源２２からの紫外光の照射を受ける。かかる環境下で，原料ガスであるＯＭＣＴＳが流量１０ｓｃｃｍで，真空処理室１２の側壁部に具備された導入管２９を通して，真空処理室１２内に供給され，低誘電率である有機系のＳｉＯＣＨ膜である絶縁膜層が，被処理体２４上に形成される。かかる条件下における真空処理室１２内の反応圧力は，１００ｍＴｏｒｒとなる。
【００３１】
なお，本実施形態で実行される真空紫外光ＣＶＤにおいて，使用する原料ガス種により閾値が異なることより，ある温度以上に保温することにより窓全体の成膜防止が可能となる。本実施形態で原料ガスとして導入されるＯＭＣＴＳは，常温ほど成膜されやすく，高温になると成膜されにくいという性質を有している。そのため，絶縁膜層の合成石英窓２６上への成長による合成石英窓２６の曇りを防止するために，合成石英窓２６上に搭載されているヒータ２８によって合成石英窓２６を原料ガスであるＯＭＣＴＳの閾値の温度を超える温度，例えば９０℃に加熱することが望ましい。
【００３２】
また，被処理体２４上に形成される絶縁膜層の膜厚を，より均一に形成させるために，真空処理室１２内のガスの流れを均一化させることが好ましい。本実施形態では，真空処理室１２の天板下面と合成石英窓２６下面は同一面ではなく，段差を有する。かかる構造のため，合成石英窓２６中央部で原料ガス濃度が濃くなり，結果的に膜厚が厚くなるという問題が生じる可能性がある。かかる問題を解消するために，合成石英窓２６上に具備されたヒータ２８で温度勾配をつけ，真空処理室１２内のガスの流れを層流化し，膜厚均一性を向上させる。
【００３３】
図２に示したように，合成石英窓２６上に具備されているヒータ２８を複数の形状を用意して，ヒータ２８の温度勾配をつけることにより，真空処理室１２内のガスの流れを均一化させる。
【００３４】
合成石英窓２６上には，図２に示したような（ａ）円形，（ｂ）ドーナツ型，（ｃ）十字型，（ｄ）格子型の形状を有したヒータ２８が具備されている。ヒータ２８を上記のような形状及び／又は個数を変更可能な構成として，ヒータ２８の温度勾配をつけることにより，真空処理室１２内のガスの流れを均一化させることが可能となる。
【００３５】
また，本実施形態では，真空処理室１２の形状，更に合成石英窓２６の大きさによって，真空処理室内のガスの流れは影響を受けるので，かかる真空処理室１２及び合成石英窓２６に最適な形状のヒータ２８を成膜前に設け，ヒータ２８の温度勾配をつけることにより，真空処理室１２内のガスの流れを均一化させ，被処理体２４面内に形成される層間絶縁膜の膜厚の均一性を向上させることが実現される。
【００３６】
上記の条件下での真空紫外光ＣＶＤ装置１０の約３分間の運転により，被処理体２４のシリコン酸化膜上には，低誘電率（現行では３．５が得られている）の有機系のＳｉＯＣＨを主成分とする絶縁膜層が成長する。
【００３７】
図３は，本発明に係る半導体装置の層間絶縁膜製造方法を実施した場合の製造工程ごとにおける層間絶縁膜の断面形状を示した図である。
【００３８】
ＭＯＳトランジスタのような半導体装置の製造工程では，図３（ａ）に示すように，半導体基板３０上に，例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜３２を介して，複数の配線３４が具備される。半導体基板３０には，ＭＯＳトランジスタのような回路素子（図示せず）が具備されており，半導体基板３０上のかかる回路素子のために，配線３４が半導体基板３０上に絶縁膜３２を介して設けられている。
【００３９】
本実施形態における配線３４は，タングステンのような金属材料，あるいはポリシリコン膜からなり，配線幅は０．３〜０．６μｍの寸法を有し，各配線３４は，かかる幅方向に例えば０．５μmの間隔において相互に並行に伸張する構造とする。
【００４０】
図３（ｂ）は本実施形態で層間絶縁膜が形成された時の層間絶縁膜の断面図である。配線３４が上記のように具備された半導体基板３０を，図１に示した真空紫外光ＣＶＤ装置１０の載置台１８上に，配線３４を上方に向けて配置し，先述したのと同一の成長条件で，配線３４を具備した絶縁膜３２上に絶縁膜層３８を成長させる。図３（ｂ）に示すように，図３（ａ）で示されている配線溝間３６にのみ有機系のＳｉＯＣＨを主成分とする絶縁膜層３８を選択的に成長させることができる。
【００４１】
絶縁膜層３８は，絶縁膜３２上で突起部を構成する配線３４上を除き，配線間で定まる凹所となる配線溝間３６で，集中的に堆積されることより，絶縁膜３２上に選択的に成長する。本実施形態で形成される絶縁膜層３８は，約３分間の成長により，図３（ｂ）に示すように，絶縁膜層３８の頂面が配線３４の頂面に一致するまで成長する。
【００４２】
本実施形態により形成された絶縁膜層３８は，図3（ｂ）で示したように配線溝間３６にのみ成膜され，配線３４上には成膜されず，かつ極めて高い平坦特性を示すことから，配線３４及び配線溝間３６を充填する絶縁膜層３８により，平坦面が設けられる。
【００４３】
従って，絶縁膜層３８を成膜後，何も処理していない状態において，ＳＯＧ塗布した後にエッチバックした場合の層間絶縁膜層の形状と同じ埋込特性を示している。そのため，化学機械研磨（ＣＭＰ）あるいはプラズマドライエッチング処理等により平坦面を得るためのエッチングバック処理を絶縁膜層３８に施す必要がなくなる。
【００４４】
そのため，図３（ｃ）に示されているように，本実施形態で層間絶縁膜層３８を形成後に，新たな別の絶縁膜層４０を堆積させることにより，突起部である配線３４及び配線溝間３６を埋設する層間絶縁膜層３８を覆うように，表面が平坦な絶縁膜層４０を形成させることができる。層間絶縁膜層３８となるＯＭＣＴＳ膜を成膜後，処理室を変えることなく，同一処理室内で他の絶縁膜形成の連続処理が可能となる。
【００４５】
新たな絶縁材料４０の堆積のために，真空紫外光ＣＶＤ装置１０の真空処理室１２内で，真空紫外光光源２２からの真空紫外光の照射下，例えばＴＥＯＳをはじめとする他の有機材料ガスを真空処理室１２内に導入して，平坦な絶縁膜層４０を形成することができる。
【００４６】
また，従来よく知られたプラズマエンハンスドＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ），低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）あるいは常圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）等の各法を適宜用いて，他の絶縁膜層４０を形成することにより，フラットな層間絶縁膜３８を形成することもできる。
【００４７】
本実施形態によると，上記の条件下において，配線３４による突起部間の間隔が０．３〜０．６μｍの範囲では，絶縁膜層３８による良好な凹所３６の充填効果が認められた。
【００４８】
上記のように，本発明に係る層間絶縁膜形成方法によれば，半導体基板３０の絶縁膜３２上に形成された配線３４からなる突起部により配線溝間に定められる凹所３６内を絶縁膜層３８で適正に充填することができ，かかる構成とすることによりエッチングバック処理を不要として，平坦な層間絶縁膜３８を成長させることができることから，半導体装置の製造工程の簡略化及び生産コストの低減等を図ることが実現される。
【００４９】
図４は，フーリエ変換赤外分光法を用いて本実施形態で形成された層間絶縁膜層の成分を分析した結果を示すグラフである。
【００５０】
フーリエ変換赤外分光法では，試料からの赤外領域の光を光干渉計にいれ，出てくる光の強度を可動鏡の移動距離の関数として測定し，そのフーリエ変換によってスペクトルを得る方法で，高感度，高分解能測定が可能である。
【００５１】
本実施形態で形成された層間絶縁膜層の成分を分析するのに，フーリエ変換赤外分光法を用いることによって，試料に照射される赤外光の波長を連続的にシフトしたとき，照射を受ける物質に応じたそれぞれの波長の赤外光が高い吸収率で吸収される。従って，吸収率が急激に増加するところの波数を求めることにより，赤外光を照射された物質の成分を知ることができる。
【００５２】
なお，図４におけるグラフの横軸は，試料である絶縁膜層に照射される赤外光の波長の逆数すなわち波数（ｃｍ−１）を示し，また縦軸は，吸光度（任意単位）を示す。
【００５３】
図４に示された分析結果によれば，グラフに示されているとおり，最も高い吸光度のピークを示しているのがＳｉ−Ｏ−Ｓｉである。Ｓｉ−Ｏ系のピークを有していることより，本実施形態で形成された層間絶縁膜層が酸化膜であることがわかる。
【００５４】
また吸光度のピークが，Ｓｉ−ＣＨ３，ＣＨ３と言った低誘電体の特徴を有する炭素系にも見られることより，本実施形態で形成される層間絶縁膜層が炭素を含有する低誘電体膜であることがわかる。
【００５５】
以上より，本実施形態で形成される層間絶縁膜層は，低誘電体である有機系のＳｉＯＣＨ膜であることがわかる。吸光度のピークが見られる上記の物質は，何れも電気絶縁性を有し，現行において誘電率は３．５と低い誘電率を示すことから，本実施形態で形成される層間絶縁膜層は，半導体装置の層間絶縁膜として望ましい低誘電体となるといった具合に，優れた電気特性をもたらす。
【００５６】
しかも，本発明における層間絶縁膜層製造方法によって形成される絶縁膜層は，平坦性に優れることから，絶縁膜層上へのフォトリソエッチング技術に有利であり，半導体装置の種々の製造工程に適用することができる。
【００５７】
更に，本発明における層間絶縁膜層製造方法では，室温において絶縁膜層が形成されるので，半導体装置の製造において，今後要求が高まる低温プロセスへの応用が可能となる。
【００５８】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５９】
例えば，本発明の本実施形態は，半導体装置の製造工程のうち，とりわけ層間絶縁膜層の製造方法について先述しているが，ゲート，ダマシン配線，メモリキャパシタの電極等，半導体装置の種々の製造工程に適用することができる。
【００６０】
更に，本発明は素子分離，絶縁分離等のアプリケーションに幅広く応用することも可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，真空紫外光ＣＶＤ装置の処理室内に載置された被処理体上に真空紫外光を照射した状態で，処理室内に原料ガスとして，ＯＭＣＴＳを供給することにより，層間絶縁膜として有利な低誘電率を示す良質な絶縁膜層を形成することができる。
【００６２】
また，上述した成長条件では，半導体基板上に，例えばフォトレジスト材料または導電性材料で突起部を予め形成しておくことにより，かかる突起部を除く領域である凹新領域に絶縁膜層を選択的に成長させることができることから，本発明の層間絶縁膜層製造方法は，半導体装置の層間絶縁膜，ゲート，ダマシン配線，メモリキャパシタの電極等，半導体装置の種々の製造工程に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における真空紫外光ＣＶＤ装置を概略的に示す断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ），及び（ｄ）共に，本発明における真空紫外光ＣＶＤ装置に具備されたヒータの形状を表す図である。
【図３】（ａ），（ｂ），及び（ｃ）共に，本発明における，層間絶縁膜の形成過程を示す図である。
【図４】本発明における，層間絶縁膜をフーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）による分析結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０    真空紫外光ＣＶＤ装置
１２    真空紫外光処理室
１４    負圧源
１６    配管
１８    載置台
２０    ランプハウス
２２    真空紫外光光源
２４    被処理体
２６    合成石英窓
２８    ヒータ
２９    導入管
３０    半導体基板
３２    絶縁膜
３４    配線
３６    配線溝間
３８，４０    層間絶縁膜層
【図１】
0004050556.tif 000002
【図２】
0004050556.tif 000003
【図３】
0004050556.tif 000004
【図４】
0004050556.tif 000005