專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別是關(guān)于在超LSI的多層布線(xiàn)的制作工藝中，要實(shí)現(xiàn)其膜厚具有優(yōu)良的均一性的層間絕緣膜的半導(dǎo)體裝置及其制造方法的發(fā)明。
半導(dǎo)體裝置的高密度化和高集成化取得了驚人的進(jìn)步，與之相伴而來(lái)的是，在半導(dǎo)體裝置中，就要求微細(xì)化的布線(xiàn)構(gòu)造，或自如運(yùn)用多層布線(xiàn)技術(shù)的布線(xiàn)構(gòu)造。這樣一來(lái)，在把下層布線(xiàn)與上層布線(xiàn)絕緣分隔開(kāi)來(lái)的層間絕緣膜中，對(duì)均一地填平在半導(dǎo)體基板上形成的微細(xì)而且具有高縱橫尺寸比的第一層布線(xiàn)的臺(tái)階的技術(shù)的要求，就變得越來(lái)越嚴(yán)了。近年來(lái)，作為對(duì)此課題的有力的解決辦法，人們正積極地進(jìn)行利用四乙氧基硅烷(tatraethoxysilane，以下，稱(chēng)之為T(mén)EOS)和臭氧(以下，稱(chēng)之為O3)進(jìn)行反應(yīng)的常壓CVD法的研究。
以下，參照附圖，對(duì)上述舊有半導(dǎo)體裝置制造方法的一例進(jìn)行說(shuō)明。


圖11(a)-(c)給出了舊有的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各個(gè)制作工藝。如圖11(a)所示，在半導(dǎo)體基板10上邊，分別形成絕緣隔離用LO COS膜11，由多晶硅膜組成的柵極電極12，含有氧化硼和氧化磷的SiO2膜(以下，稱(chēng)之為BPSG膜)13，由雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)形成的源區(qū)和漏區(qū)14，由鎢(以下，稱(chēng)之為W)形成的源電極或漏電極15，以及由含有硅(約1%左右)和銅(約0.5%左右)的鋁合金膜形成的第2布線(xiàn)層16。此外，在圖11(a)中，17表示柵極絕緣膜。
其次，如圖11(b)所示，用以TEOS為原料氣體的等離子體CVD法，在第一層布線(xiàn)層16上形成SiO2膜(以下，稱(chēng)之為P-TEOS膜)21。
接下來(lái)，如圖11(C)所示，在用應(yīng)用TEOS和O3進(jìn)行反應(yīng)的常正CVD法，在P-TEOS膜21的上邊形成SiO2膜(以下，稱(chēng)之為T(mén)EOS-O3膜)22之后，在TEOS-O3膜22的上邊，形成第2布線(xiàn)層23。
但是，在上述半導(dǎo)體裝置的制造方法中所采用的應(yīng)用TEOS和O3進(jìn)行反應(yīng)常壓CVD法，具有強(qiáng)烈的依賴(lài)于基底表面的特性。就是說(shuō)在基底膜，即在P-TEOS膜21上混合存在著親水性部分和排水性部分的情況下，如以下所說(shuō)明的那樣，在P-TEPS膜21上的親水性部分和排水性部分上，有著TEOS-O3膜22的形成速度及膜質(zhì)不同的問(wèn)題。
圖12給出了在第2布線(xiàn)層16上形成的P-TEOS膜21的斷面構(gòu)造的原子級(jí)的狀態(tài)。由于第2布線(xiàn)層16上邊的P-TEOS膜21的表面具有凸?fàn)畹臄嗝鏄?gòu)造，由于為了淀積P-TEOS膜21而進(jìn)行等離子體CVD時(shí)，P-TEOS膜21多曝露于離子材料和電子中，故Si和O之間的原子間結(jié)合其成了良好的狀態(tài)，即未結(jié)合鍵少的狀態(tài)。通常，在大氣層中，未結(jié)合鍵上連接有羥基(圖中用-OH來(lái)表示)。另一方面，第一布線(xiàn)層16相互之間的溝部的表面，很少曝露于離子材料和電子之中，故形成了未結(jié)合鍵(由于曝露于大氣之中，變成了連接有一OH的形狀)多的狀態(tài)。人們認(rèn)為，由于P-TEOS膜21的表面狀態(tài)不一樣，就形成了在TEOS-O3膜22上的膜厚不均勻。
在舊有的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，由于混合存在著基底膜的材質(zhì)的不同，或者在基底膜上混合存在著親水性部分和排水性部分，故淀積于基底膜上的TEOS-O3膜22的形成速度和膜質(zhì)就不相同，所以，就存在著在TEOS膜22的表面上生成凹凸，或者使TEOS-O3膜22的膜質(zhì)變壞這樣的問(wèn)題。
在以下的文獻(xiàn)中，給出了采用使P-TEOS膜21曝露于N2氣體所形成的等離子體中的辦法以穩(wěn)定基底膜表面的方法，這些文獻(xiàn)是1)K.Fujino，Y.Nishimoto，N.Tokunasu and K.Maeda“Surface Modification of Base Materials for TEOS/O3Atomospheric Pressure Chemical Vapor Deposition”，J.Electrochem.Soc.，Vol.139，No.6(1992)P.16902)佐藤伸良，太器與洋，橋本毅，鼓谷明彥，石原干士“TEOS-O3常壓CVD SiO2膜對(duì)基底的依賴(lài)性”，1992年第39屆應(yīng)用物理學(xué)會(huì)春季講演會(huì)予稿集，29a-ZG-4，P.646。
3).小谷秀夫，松進(jìn)安次“有機(jī)硅系VCD技術(shù)”，半導(dǎo)體研究36，P.18。
4)H.Kotani，M.Matsumura，A.fujii，H.Genjou and Nagao“Low-Temperature APCVD Ozide Using TEOS-Ozone Chemistry for Multilevel Interconnections”，Tech.Dig，International Electron Devices Meeting(1989)P.669。
5)西本右子，前田和夫“用等離子體后處理來(lái)降低TEOS-O3CVD膜的吸濕性”，月刊Semiconductor World，1993.2，P.82。
6)細(xì)田幸男，原田秀樹(shù)，清水敦男，渡部潔“對(duì)TEOS-O3常壓CVD NSG膜的吸濕性的低溫退火的效果)，Semiconductor World，93.2月號(hào)，P.77。
然而，當(dāng)把P-TEOS膜21曝露于N2氣體形成的等離子體中去的時(shí)候，人們認(rèn)為，P-TEOS膜21的表面將會(huì)變成下述兩種形狀中的任一種。
一種形狀，如圖13所示，用由N2氣體形成的等離子體切斷Si-O-Si的結(jié)合或Si-OH的結(jié)合，使未結(jié)合鍵(在圖13中表示為Si-或SiO-的形式)增加。另外一種形狀，如圖14所示，用由N2氣體組成的等離子體，使Si和N連接成Si-N-Si的形式，減少了未結(jié)合鍵。
然而，不論在哪一種情況下，在用由N2氣體形成的等離子體處理時(shí)，飛到P-TEOS膜21表面上來(lái)的N離子或者電子，如圖13或者圖14所示，在基底膜的凸部，從角度為θ1的方向飛來(lái)，在基底膜的凹部則從角度θ2的方向飛來(lái)。這種飛來(lái)角度的差異，招致了到達(dá)這些部位的離子或電子的量的不同。就如從圖13和圖14弄清楚的那樣，在凸出部分的θ1約為180℃，而在凹進(jìn)部分的θ2，其值卻極其之小，而且，這個(gè)值因凹部的形狀而異。這個(gè)現(xiàn)象表明，盡管人們想要控制P-TEOS膜21的表面狀態(tài)，用由N2氣體形成的等離子體處理，卻依賴(lài)于基底(第1布線(xiàn)層16)的形狀，這將是使對(duì)P-TEOS膜21的控制變難的主要因素。
這樣一來(lái)，用由N2氣體形成的等離子體進(jìn)行等離子體處理的方法，就存在著這么一個(gè)問(wèn)題P-TEOS膜21將取決于有無(wú)第一布線(xiàn)層16而變成臺(tái)階形狀，而由于P-TEOS膜21的臺(tái)階形狀不一樣，用由N2氣體形成的等離子體處理的效果也不一樣。
另外，用由N2氣體形成的等離子體進(jìn)行等離子體處理的方法，還存在著這樣的問(wèn)題由于基底上必須要有P-TEOS膜21，同時(shí)，又必須具備進(jìn)行由N2氣體形成的等離子體處理的裝置，故招致了處理?xiàng)l件和處理工藝的復(fù)雜化。
本發(fā)明的目的是提供這樣一種半導(dǎo)體裝置，使得用應(yīng)用TEOS和O3進(jìn)行反應(yīng)的常壓CVD法淀積的硅氧化膜，例如TEOS-O3膜，其基底膜的表面是均一的。本發(fā)明同時(shí)提供這樣一種半導(dǎo)體裝置的制造方法。
本發(fā)明是基于這樣一種從實(shí)際觀察中得來(lái)的見(jiàn)解而產(chǎn)生的TEOS-O3膜對(duì)基底膜的依賴(lài)性，起因于下述兩種理由。一個(gè)理由是由于基底膜材料種類(lèi)不同，故TEOS-O3膜的膜厚因部位而異。另一個(gè)理由是由于在基底膜上混合存在著親水性部分和排水性部分，使得淀積速度和淀積延遲時(shí)間各不相同?；谶@種見(jiàn)解，本發(fā)明采用在淀積TEOS-O3膜之前的基底膜上形成由具有排水基的分子組成的分子層的辦法，或者采用應(yīng)用涂敷液體或噴蒸汽而產(chǎn)生氣相固相界面反應(yīng)以形成分子層的辦法，以排除上述原因。
本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置，具備有半導(dǎo)體基板，在該半導(dǎo)體基板的一主面上的部分區(qū)域形成的第1布線(xiàn)層，在上述半導(dǎo)體基板的一主面和上述第1布線(xiàn)層上，在整個(gè)面上形成的第1硅氧化膜，在該第1硅氧化膜的整個(gè)面上形成的，由具有排水基的分子組成的分子層，由利用臭氧與有機(jī)系硅進(jìn)行反應(yīng)的CVD法在上述分子層的整個(gè)面上形成的第2硅氧化膜以及在上述第2硅氧化膜上部分區(qū)域形成的第2布線(xiàn)層。
本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置的第一種制造方法具有下述工藝。在半導(dǎo)體基板的一主面上，部分性地形成第1布線(xiàn)層的工藝和，在上述半導(dǎo)體基板的一主面和上述第1布線(xiàn)層的整個(gè)面上形成第1硅氧化膜的工藝和，在上述第1硅氧化膜上整個(gè)面上形成由具有排水基的分子組成的分子層的工藝和，用利用了臭氧和有機(jī)系硅進(jìn)行反應(yīng)的CVD法，在上述分了層的整個(gè)面上形成第2硅氧化膜的工藝以及在上述第2硅氧化膜上部分性地形成第2布線(xiàn)層的工藝。
應(yīng)用上述半導(dǎo)體裝置或半導(dǎo)體裝置的第1種制造方法，用利用了臭氧與有機(jī)系硅進(jìn)行反應(yīng)的CVD法形成的第2硅氧化膜的膜質(zhì)將變得良好而均一。就是說(shuō)，在多層布線(xiàn)構(gòu)造中所用的下層布線(xiàn)層及其周邊部分的膜表面，幾乎在所有的情況下都是被氧化了的狀態(tài)。由于氧化狀態(tài)的材料表面將受水洗時(shí)的水或大氣中的水的影響，所以，該材料表面將會(huì)被羥基-OH(形成Si-OH，B-OH，P-OH，Ti-OH等形成)覆蓋。在這樣的材料的表面上，當(dāng)形成由具有排水基的分子，例如，環(huán)六甲基二硅氮烷(化學(xué)式(Si(CH3)3)2NH)，以下，稱(chēng)之為HMDS)構(gòu)成的分子層時(shí)，在材料表面上將發(fā)生甲硅烷化反應(yīng)，材料表面，例如，將由三甲基甲硅烷基(frimethylsilyl基)所覆蓋。下邊，給出若干甲硅烷化反應(yīng)。在以下的反應(yīng)式中，箭頭↑表示揮發(fā)性。
當(dāng)時(shí)行了上述那樣的甲硅烷化處理時(shí)，由下層布線(xiàn)層及其周邊的摸構(gòu)成的基底膜或者由下層硅氧化膜構(gòu)成的基底膜的表面，在整個(gè)面上都具有由甲基形成的排水性質(zhì)。因此，無(wú)需進(jìn)行由N2氣體形成的等離子體處理，就可以把基底膜的表面制作得質(zhì)優(yōu)而均一。
如前邊說(shuō)過(guò)的那樣，如果應(yīng)用本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置或半導(dǎo)體裝置的第一種制造方法，則由于在第2硅氧化膜上整個(gè)面地形成了由具有排水基的分子構(gòu)成的分子層，所以，用利用了臭氧與有機(jī)系硅進(jìn)行的反應(yīng)的CVD法所形成的第2硅氧化膜的基底膜，在其整個(gè)面上都具有排水性。因此，無(wú)需進(jìn)行由N2氣體構(gòu)成的等離子體處理，就可使第2硅氧化膜的基度膜的排水性均一化，同時(shí)，使之質(zhì)地優(yōu)良，所以，消除了利用臭氧和有機(jī)系硅進(jìn)行反應(yīng)的CVD法對(duì)基底依賴(lài)性，就可以形成均一且質(zhì)優(yōu)的第2硅氧化膜。
在上述半導(dǎo)體裝置或半導(dǎo)體裝置的第一種制造方法中，理想的是上述分子層由界面活性劑組成，而上述界面活性劑最好含有硅或鍺。這樣的話(huà)，就可以在第1層硅氧化膜上確實(shí)地形成由具有排水基的分子形成的分子層。
本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置的第二種制造方法具備有下述工藝在半導(dǎo)體基板的一主面上部分性地形成第一層布線(xiàn)層的工藝和，在上述半導(dǎo)體基板的一主面以及第一層布線(xiàn)層上，整個(gè)面地形成第一層硅氧化膜的工藝和，用涂敷液體或噴蒸汽所產(chǎn)生的氣相固相界面反應(yīng)法，在上述半導(dǎo)體基板的一主面及第一層布線(xiàn)層上全面地形成分子層的工藝和，用利用于臭氧和有機(jī)系硅進(jìn)行反應(yīng)的CVD法，在上述分子層上，整個(gè)面地形成第2層硅氧化層的工藝以及在上述第2層硅氧化層上，部分地形成第2層布線(xiàn)層的工藝。
應(yīng)用本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置的第2種制造方法，則用利用了臭氧和有機(jī)系硅進(jìn)行反應(yīng)的CVD法所形成第2層硅氧化膜的膜質(zhì)將會(huì)變得均一。就是說(shuō)，在半導(dǎo)體基板的一主面及第一層布線(xiàn)層上形成的第一層硅氧化膜上，在整個(gè)面上用涂敷液體或噴蒸汽所產(chǎn)生的氣相固相反應(yīng)法形成了分子層，所以，無(wú)需進(jìn)行由N2氣體形成的等離子體處理，就可以使基底膜的表面做得均一。因此消除利用臭氧和有機(jī)系硅進(jìn)行反應(yīng)的CVD法對(duì)基底的依相性，得以形成均一且質(zhì)優(yōu)的硅氧化膜。
圖1是一個(gè)斷面圖，它給出了本發(fā)明的第1實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置制造方法的各個(gè)制造工藝。
圖2是一個(gè)原子級(jí)的模式圖，它給出了用上述第一實(shí)施例所提到的方法，在第一層布線(xiàn)層上形成的分子層的斷面構(gòu)造。
圖3是一幅概略圖，它給出了上述第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中形成分子層的工藝。
圖4是給出導(dǎo)出淀積速度和淀積延遲時(shí)間的方法的附圖，淀積速度和淀積延遲時(shí)間是觀察對(duì)基底依賴(lài)性的基礎(chǔ)。
圖5給出了對(duì)各種基底材料的淀積速度及淀積延遲時(shí)間。
圖6給出了改變從形成P-TEOS膜或者分子層之后到形成TEOS-O3膜的天數(shù)所觀察到的淀積速度和淀積延遲時(shí)間。
圖7給出了研究TEOS-O3膜的表面粗糙程度及細(xì)孔的結(jié)果，TEOS-O3膜是用舊有的方法及上述第一實(shí)施例所涉及的方法形成的。
圖8是用于評(píng)價(jià)用舊有的方法及上述第一實(shí)施例所涉及的方法所形成的TEOS-O3膜的斷面圖。
圖9是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置制造方法的各個(gè)制造工藝的斷面圖。
圖10是用于評(píng)價(jià)用舊有的方法及本發(fā)明的第2實(shí)施例所涉及的方法形成的TEOS-O3膜的斷面圖。
圖11是表示舊有的半導(dǎo)體裝置的制造方法的各個(gè)制造工藝的斷面圖。
圖12是用舊有的方法在第一層線(xiàn)層上形成的P-TEOS膜的原子級(jí)的斷面模式圖。
圖13是原子級(jí)的模式圖，它表示出對(duì)用舊有的方法在第一層布線(xiàn)層上形成的P-TEOS膜進(jìn)行了由N2氣體形成的等離子體處理時(shí)的P-TEOS膜的斷面構(gòu)造。
圖14是原子級(jí)的模式圖，它表示出對(duì)用舊有的方法在第一層布線(xiàn)層上形成的P-TEOS膜進(jìn)行了由N2氣體形成原等離子體處理時(shí)的P-TEOS膜的斷面構(gòu)造。
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是一個(gè)斷面圖，它給出了本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
首先，如圖1(a)所示，在由Si基板構(gòu)成的半導(dǎo)體基板10上，分別形成源極區(qū)或漏極區(qū)14，柵極絕緣膜17，用于絕緣隔離的LOCOS膜11，由多晶硅構(gòu)成的柵極電極12，BPSG膜13，由W構(gòu)成的源板電極或漏板電極15及第一層布線(xiàn)層16。
接著，用把TEOS作為原料氣體的等離子體CVD法，如圖1(b)所示，在BPSG膜13及第一層布線(xiàn)層16上邊形成P-TEOS膜21(第一層硅氧化膜)。
其次，通過(guò)在反應(yīng)溫度130℃，HMDS流量5sccm，壓力為1個(gè)氣壓，反應(yīng)時(shí)間5分鐘的條件下供給HMDS，如圖1(c)所示，在P-TEOS膜21上邊形成分子層24。
其次，用利用TEOS和O3進(jìn)行反應(yīng)的常壓CVD法，如圖1(d)所示，在分子層24上邊形成TEOS-O3膜22(第二層硅氧化膜)，之后，在TEOS-O3膜22上邊形成第二層布線(xiàn)層23。
用于第一層布線(xiàn)層16的材料為Si材料(單晶硅，多晶硅)，SiO2系材料(包括BPSG)，金屬材料(鋁合金，Ti系，W系)等材料。在Si材料的表面上，存在著自然氧化膜，就連難于氧化的TiN金屬，實(shí)際上也偏離開(kāi)了化學(xué)計(jì)算量，在表面上存在有Ti的氧化物。因此，第一層布線(xiàn)層16的表面被認(rèn)為是由-OH基覆蓋著的狀態(tài)。因而，通過(guò)給第一層布線(xiàn)層16的表面上供給HMDS的方法，HMDS與第一層布線(xiàn)層16的表面的-OH基進(jìn)行反應(yīng)形成了排水性的分子層。
作為形成排水性分子層的一種方法，可以采用應(yīng)用甲硅烷化反應(yīng)的方法。這種甲硅烷化反應(yīng)是使甲硅烷化劑，例如HMDS與第一層布線(xiàn)層16的表面的-OH基進(jìn)行反應(yīng)，-OH基的H被甲硅烷基置換，變成-O-Si(CH3)3的形式。由于甲硅烷化反應(yīng)在常溫下反應(yīng)得很快，故甲硅烷化處理的方法可以極其簡(jiǎn)易地進(jìn)行。
進(jìn)行甲硅烷化處理時(shí)，如圖2所示，由于所有的未結(jié)合鍵都由Si-(CH3)3所覆蓋，故可以阻止淀積TEOS-O3膜22時(shí)示結(jié)合鍵的影響。
作為前邊說(shuō)過(guò)的甲硅烷化反應(yīng)的基本方法，可以舉出下邊的2種三個(gè)方法。
HMDS蒸氣涂層…中爐中曝露于蒸氣中…曝露在發(fā)泡蒸氣中HMDS旋轉(zhuǎn)涂層…溶液的旋轉(zhuǎn)涂敷圖3(a)-(c)具體地給出了上述處理方法，可采用如圖3(a)所示，通過(guò)向身為封閉容器的干燥器中充滿(mǎn)加過(guò)熱的HMDS溶液的蒸氣，使HMDS的蒸氣吸附到半導(dǎo)體基板10上的第一層布線(xiàn)層16的表面上去的方法，可采用如圖3(b)所示那樣，應(yīng)用HMDS發(fā)泡器26，通過(guò)用N2氣體等氣體載體使HMDS溶液發(fā)泡的辦法，使HMDS蒸氣吸附到半導(dǎo)體基板10上的第一布線(xiàn)層16的表面上的方法，也可以采用如圖3(c)所示，通過(guò)向用旋轉(zhuǎn)器27旋轉(zhuǎn)著的半導(dǎo)體基板10上的第一層布線(xiàn)層16的表面上供給HMDS溶液的辦法，把HMDS溶液旋轉(zhuǎn)涂敷到第一層布線(xiàn)層16的表面上去的方法等方法。
以下，就在第一層布線(xiàn)層16的表面上形成了由HMDS構(gòu)成的分子層24之后，在該分子層24的上邊形成了TEOS-O3膜22時(shí)的評(píng)價(jià)問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。
首先，就TEOS-O3膜22的基底依賴(lài)性進(jìn)行說(shuō)明。圖4示出了導(dǎo)出作為基底依賴(lài)性而被觀察的淀積速度及淀積延遲時(shí)間的方法。先測(cè)定淀積時(shí)間變化時(shí)的，對(duì)各種基底材料(在圖4中，作為基底材料的一個(gè)例子，給出了單晶硅和P-TEOS膜的情況)的淀積膜厚，并把測(cè)定點(diǎn)的外插線(xiàn)的淀積膜厚為0時(shí)的值作為淀積延遲時(shí)間。淀積速度由外插線(xiàn)的傾率來(lái)求。
圖5給出了對(duì)各種基底材料的淀積速度和淀積延遲時(shí)間。進(jìn)行了單晶硅、P-TEOS膜以及玻璃流的BPSG膜的各個(gè)樣品，從樣品準(zhǔn)備到淀積TEOS-O3膜22，在超凈室內(nèi)保管于三天。TiN樣品同樣在超凈室內(nèi)保管了21天。淀積速度按單晶硅、TiN膜、P-TEOS膜及BPSG膜的順序減少，而淀積延遲時(shí)間則依照上述順序逐個(gè)增大。
為了弄清上述理由，把從形成P-TEOS膜21到淀積TEOS-O3膜22的時(shí)間改變?yōu)?天和3天進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。另外，為了評(píng)價(jià)本發(fā)明，對(duì)把從在P-TEOS膜21的上邊形成分子層24到淀積TEOS-O3膜22的時(shí)間改變?yōu)?天和3天的情況也作了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。對(duì)淀積速度來(lái)說(shuō)，舊有例予和本發(fā)明一樣，即使改變到淀積TEOS-O3膜22的時(shí)間也不怎么變化。在現(xiàn)有例子的情況下，當(dāng)把淀積TEOS-O3膜22之前的時(shí)間從1天變?yōu)?天時(shí)，淀積延遲時(shí)間變大了，但用本發(fā)明所涉及的，在P-TEOS膜21上邊形成了分子層24的樣品，則淀積延遲時(shí)間沒(méi)發(fā)生變化。
如實(shí)驗(yàn)結(jié)果所表明的那樣僅僅把基底材料作成為應(yīng)用P-TEOS形成的同一材料，不能消除淀積延遲時(shí)間的變化，但如果在P-TEOS膜21上邊形成分子層24，則不產(chǎn)生淀積延遲時(shí)間的變化。
如實(shí)驗(yàn)結(jié)果所表明的那樣，通過(guò)用分了層24把形成TEOS-O3膜22之前的基底層的表面覆蓋起來(lái)的辦法，可以使基底形成均一且具有排水性的表面，所以，用利用TEOS和O3進(jìn)行反應(yīng)的常壓CVD法可以形成優(yōu)質(zhì)的TEOS-O3膜22。
下邊，考察均一且具有排水性的基底膜表面與優(yōu)質(zhì)TEOS-O3膜22的關(guān)系。
首先就具有排水性的基底膜表面與TEOS-O3膜22的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。圖7是這么一個(gè)附圖形成了TEOS-O3膜22之后將膜劃斷，并用氧酸水溶液對(duì)TEOS-O3膜22的表面及內(nèi)部進(jìn)行輕微腐蝕，然后測(cè)膜表面的粗糙度和細(xì)孔(這是一種在膜內(nèi)部產(chǎn)生的，因腐蝕量的強(qiáng)弱不同而形成的凹坑)。由采用在P-TEOS膜21上形成分子層24的辦法使基底層變?yōu)閮?yōu)質(zhì)基底層，故本發(fā)明所涉及的TEOS-O3膜22與用舊有方法形成的同類(lèi)膜相比，其表面粗糙程度及細(xì)孔數(shù)都有了很大的改善。
其次，就均一的基底表面與TEOS-O3膜22的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。我們用掃描式電子顯微鏡(以下，稱(chēng)之為SEM)觀察過(guò)形成了TEOD-O3膜之后的斷面形狀。即測(cè)定了如圖8所示的那種在寬度為40μm的寬布線(xiàn)上形成的TEOS-O3膜22的膜厚以及在沒(méi)有布線(xiàn)的寬的平坦部位上形成的TEOS-O3膜22的膜厚，并求出了(寬布線(xiàn)上的TEOS-O3膜22的膜厚)/(無(wú)布線(xiàn)的寬平坦部位上的TEOS-O3膜22的膜厚)這一比值。其結(jié)果是本發(fā)明的TEOS-O3的膜厚，其上述比值為0.99，而舊有例子的TEOS-O3膜厚的上述比值為0.70。從這個(gè)結(jié)果可知，在現(xiàn)有示例中，存在著在寬布線(xiàn)上形成的TEOS-O3膜22的膜厚變薄的問(wèn)題，而應(yīng)用本發(fā)明，這個(gè)問(wèn)題就會(huì)解決。
在現(xiàn)有技術(shù)示例中，盡管在整個(gè)面上形成P-TEOS膜以使基底膜均一，但寬布線(xiàn)上的TEOS-O3膜22的膜厚的變薄的現(xiàn)象，被認(rèn)為其膜質(zhì)變了的緣故。膜質(zhì)變化或者是因?yàn)榈谝粚硬季€(xiàn)層16上的P-TEOS膜21，由于第一層布線(xiàn)層16的原因而形成凸部，大多曝露于來(lái)自于等離子體的電荷或粒子中原故，或者是因?yàn)閷捑€(xiàn)布線(xiàn)部位上的P-TEOS膜21強(qiáng)烈地受到布線(xiàn)金屬熱膨脹的影響的原故。
另外，把P-TEOS膜21曝露于由N2氣體所形成的等離子體中這種方法，雖然可以解決在寬布線(xiàn)部位上的P-TEOS膜21的膜厚度薄這個(gè)問(wèn)題，但卻存在著下邊將要說(shuō)明的問(wèn)題。即由于器件的高集成化，柵極絕緣膜變薄，比仿說(shuō)，當(dāng)薄到10nm以下時(shí)，則盡管在一層布線(xiàn)層16為P-TEOS膜所覆蓋(參看圖11(b))，由于使P-TEOS膜21曝露于等離子體中，來(lái)自于等離子體的離子或電子就會(huì)流向連接到柵極電極12上的第一層線(xiàn)層16、在柵極電極12與半導(dǎo)體基板10之間產(chǎn)生電場(chǎng)，柵極絕緣膜17將因此而受到破壞。為此，把P-TEOS膜21曝露于由N2氣體形成的等離子體中這種舊有的方法，對(duì)器件的微細(xì)化是有限度的，對(duì)此，本發(fā)明的方法，由于不使用等離子體，故對(duì)器件的微細(xì)化沒(méi)有限度。
圖9是一個(gè)斷面圖，它示出了本發(fā)明的第2實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
首先，如圖9(a)所示，在半導(dǎo)體基板10上，分別形成源極或漏極區(qū)14，柵極絕緣膜17，用于進(jìn)行絕緣隔離的LOCOS膜11，由多晶硅形成的柵極電極12，BPSG膜13，由W形成的源極或漏極電極15以及第一層布線(xiàn)層16。
接著，把HMDS溶液滴到半導(dǎo)體基板10上，用旋轉(zhuǎn)涂敷的辦法，如圖9(b)所示，在第一層布線(xiàn)層16上形成由HMDS組成的分子層24。
接著，用利用TEOS與O3進(jìn)行反應(yīng)的常壓CVD法，如圖9(c)所示，先在分子層24上邊形成TEOS-O3膜22，之后，在TEOS膜22的上邊形成第2層布線(xiàn)層23。
以下，對(duì)無(wú)需在第一層布線(xiàn)層16上邊形成P-TEOS膜21，在介以分子層而淀積TEOS-O3膜22的情況下，研究甲硅烷化處理對(duì)TEOS-O3膜22的淀積將產(chǎn)生什么樣的影響這一研究結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。
用SEM觀察TEOS-O3膜22形成后的斷面形狀，并測(cè)定如圖10所示那種在寬度為40μm的寬布線(xiàn)上形成的TEOS-O3膜22的膜厚和在無(wú)布線(xiàn)的寬平坦部位上形成的TEOS-O2膜22的膜厚，然后求出比值(寬布線(xiàn)上TEOS-O3膜22的膜厚)/(無(wú)布線(xiàn)的寬平坦部位上的TEOS-O3膜22的膜厚)。結(jié)果是這樣的，本發(fā)明方法的上述比值為0.96，而舊有方法的上述比值為0.40。結(jié)果表明，在寬度為40μm這種寬度非常寬的布線(xiàn)上，TEOS-O3膜22的膜厚表現(xiàn)出顯著的差別。在舊有例子的情況下，如圖10所示，在布線(xiàn)中央部位附近的TEOS-O3膜22的膜厚減小了。同時(shí)，布線(xiàn)上的TEOS-O3膜22，與其周?chē)钠教共课坏哪ず裣啾龋兂杉s40%左右。這個(gè)結(jié)果表明，TEOS-O3膜22的膜，將因布線(xiàn)圖形的形狀而導(dǎo)，同時(shí)，產(chǎn)生了這么一個(gè)問(wèn)題介以層間絕緣層的布線(xiàn)間的電容不均一性和過(guò)渡孔深度不相同。對(duì)比如果應(yīng)用本發(fā)明，在寬布線(xiàn)上的TEOS-O2膜22的膜厚與無(wú)布線(xiàn)的寬平坦部位上的TEOD-O3膜22的膜厚之比為96%，可以實(shí)現(xiàn)保形的膜淀積。
還有，在上述第1和第2實(shí)施例中，談的是用常壓CVD法進(jìn)行的TEOS-O3膜22的淀積，但TEOS-O3膜22的淀積方法，卻不限于此，例如，在單純減壓狀態(tài)下淀積TEOS-O3膜22也可以得到與上述實(shí)施例相同的效果。此外，作為CVD法，也可以應(yīng)用把等離了體或者紫外光照射到氧上以生成O3這種等離子體CVD法或光CVD法。
另外，在上述第一和第二實(shí)施例中，布線(xiàn)金屬用了鋁合金，但布線(xiàn)金屬不僅限于鋁合金，也可以應(yīng)用純鋁和銅等其他布線(xiàn)材料，本發(fā)明對(duì)所有的布線(xiàn)材料都有效。
此外，在上述第一和第二實(shí)施例中，分子層24的材料用了HMDS，但也可代之而用硅烷化合物，硅氧烷化合物，二硅氮烷化合物，三硅氮烷化合物，哌嗪化合物，氨基鍺化合物，鹵化鍺化合物之類(lèi)的其他界面活性劑。
再有，在上述第一第二實(shí)施例中，P-TEOS膜21和TEOS-O3膜22的材料采用了TEOS，但也可以代之采用四甲氧基硅烷、四丙氧基硅烷，環(huán)六甲基二硅氮烷，四甲基硅烷，四甲基硅烷，四乙基硅烷等有機(jī)系硅材料。
如果像這樣地應(yīng)用上述各發(fā)明，由于可以用分子層均一地制作基底膜，故可以省去用等離子體CVD法形成硅氧化膜的工藝，同時(shí)，為了使用該工藝所形成的硅氧化膜的材質(zhì)穩(wěn)定而進(jìn)行的N2等離子體處理工藝也變得不再需要，所以處理?xiàng)l件和處理工藝都變得簡(jiǎn)單了，同時(shí)，由于可以消除柵極絕緣膜因進(jìn)行等離子體處理而受到的損傷，伴隨著器件的高集成化帶來(lái)的對(duì)器件的微細(xì)化的制約不存在了。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，它具有半導(dǎo)體基板和，在上述半導(dǎo)體基板的一主面上部分地形成的第一層布線(xiàn)層和，在上述半導(dǎo)體基板的一主面和上述第一層布線(xiàn)層上，在整個(gè)面上形成的第一層硅氧化膜和。在上述第一層硅氧化膜上，整個(gè)面上形成的由具有排水基的分子構(gòu)成的分子層和、用利用了臭氧與有機(jī)系硅進(jìn)行反應(yīng)的CVD法，在上述分子層上，在整個(gè)面上形成的第二層硅氧化膜和、在上述第二層硅氧化膜上，部分地形成的第二層布線(xiàn)層。
2.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，上述分子層由界面活性劑形成。
3.如權(quán)利要求2的半導(dǎo)體裝置，上述界面活性劑含有硅或鍺。
4.如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體裝置，上述有機(jī)系硅是四乙氧基硅烷。
5.半導(dǎo)體裝置的制造方法，它具有在半導(dǎo)體基板的一主面上部分地形成和第一層布線(xiàn)層的工藝和、在上述半導(dǎo)體基板的一主面和上述第一層布線(xiàn)層上，在整個(gè)面上形成第一層硅氧化膜的工藝和、在上述第一層硅氧化膜上，在整個(gè)面上形成由具有排水基的分子構(gòu)成的分子層的工藝和、用利用臭氧和有機(jī)系硅進(jìn)行反應(yīng)的CVD法在上述分子層上邊，在整個(gè)面上形成第二層硅氧化膜的工藝和、在上述第二層硅氧化膜上邊，部分地形成第二層硅氧化的工藝。
6.如權(quán)利要求5的半導(dǎo)體裝置制造方法，上述分子層由界面活性劑構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6的半導(dǎo)體裝置的制造方法上述界面活性劑含有硅或鍺。
8.如權(quán)利要求5的半導(dǎo)體裝置的制造方法，上述有機(jī)系硅為四乙氧基硅烷。
9.半導(dǎo)體裝置的制造方法，它具有在半導(dǎo)體基板的一主面上，部分地形成第一層布線(xiàn)層的工藝和、在上述半導(dǎo)體基板的一主面和上述第一層布線(xiàn)層上，在整個(gè)面上形成第一層硅氧化膜的工藝和、用利用液體涂敷或噴蒸而產(chǎn)生的氣相固相界面反應(yīng)，在上述半導(dǎo)體基板的一主面和第一層布線(xiàn)層上，在整個(gè)面上形成分子層的工藝和、用利用臭氧和有機(jī)系硅進(jìn)行反應(yīng)的CVD法在上述分子層上邊，在整個(gè)面上形成第二層硅氧化膜的工藝和、在上述第二層硅氧化膜上，部分地形成第二層布線(xiàn)層的工藝。
10.如權(quán)利要求9的半導(dǎo)體裝置的制造方法，上述有機(jī)系硅為四乙氧基硅烷。
全文摘要
在半導(dǎo)體基板的一主面上部分地形成第一層布線(xiàn)層之后，在半導(dǎo)體基板的一主面和第一層布線(xiàn)層上邊，在整個(gè)面上形成第一層硅氧化膜。在第一層硅氧化膜上邊，在整個(gè)面上形成由環(huán)六甲基二硅氮烷構(gòu)成的分子層之后，在該分子層上，利用用臭氧和四乙氧基硅烷進(jìn)行反應(yīng)的CVD法形成第二層硅氧化膜。在第二層硅氧化膜上邊部分地形成第二層布線(xiàn)層。
文檔編號(hào)H01L21/205GK1109216SQ94115769
公開(kāi)日1995年9月27日 申請(qǐng)日期1994年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月23日
發(fā)明者矢野航作, 杉山龍男, 上田聰, 野村登 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社