JP2000031276A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2000031276A
JP2000031276A JP10199136A JP19913698A JP2000031276A JP 2000031276 A JP2000031276 A JP 2000031276A JP 10199136 A JP10199136 A JP 10199136A JP 19913698 A JP19913698 A JP 19913698A JP 2000031276 A JP2000031276 A JP 2000031276A
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interlayer insulating
insulating film
forming
film
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Katsumi Mori
克己 森
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体基板上にトランジスタ構造、第1層間絶
縁膜、第1配線層、第2層間絶縁膜、第2配線層を有す
る半導体装置において、第1及び第2層間絶縁膜にコン
タクト孔を形成し電極構造を作成する際、層間絶縁膜界
面での電極断線を防ぐ半導体装置およびその製造方法を
提供する。 【解決手段】第2層間絶縁膜107をウエットエッチン
グレートの早い第2層間絶縁膜A107Aと通常の第2
層間絶縁膜B107Bに分けることにより、第1層間絶
縁膜106との界面での横方向のエッチングを積極的に
利用し、層間絶縁膜界面でのくさび状の段差ができない
ようにし電極の断線を防ぐ。また、第2層間絶縁膜10
7Aと107Bの製造方法は、同一製造装置内で作成条
件のみを変更し、連続的に作成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多層の層間絶縁膜
に形成したコンタクト孔における配線層の断線を防止す
る構造を備えた半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置の製造方法を図6〜図
9を用いて説明する。始めにp型Si基板上にn+ コン
タクト領域をもつnMOS型トランジスタ構造211を
形成する(図6)。次にトランジスタ構造211を覆う
ように第1層間絶縁膜206を形成する。この第1層間
絶縁膜206は層間絶縁膜の緻密性をあげるため600
度以上の熱CVD法により形成されたSiO2 層ででき
ている。その後、フォトレジストマスクを用いてトラン
ジスタ構造のゲート部の上にコンタクト孔212をドラ
イエッチング及びウエットエッチングにより形成する
(図7)。次いで、コンタクト孔212を覆うようにA
lやWなどの金属をスパッタ法などで形成し、フォトリ
ソグラフィ、エッチング法を用いて所望のゲート電極2
03をコンタクト孔212上に形成する。その後、ゲー
ト電極203などを覆うように、表面に第2層間絶縁膜
207を形成する(図8)。その際、ゲート電極203
をすでに形成しているため、第1層間絶縁膜206形成
に使用した高温の熱CVD法は使用できず、従って60
0度よりも低い温度で絶縁膜が形成できるCVD法やS
OG膜など使用する。なかでも、低温で比較的平坦な膜
が形成できるB(ボロン)とP(リン)を含んだBPS
G膜を使用する場合が多い。次に、第2層間絶縁膜20
7上にフォトレジストマスクを形成し、トランジスタ構
造のソース部204やドレイン部205の上にコンタク
ト孔213を形成するために、ドライエッチングおよび
ウエットエッチングを用いて、第2層間絶縁膜207、
第1層間絶縁膜206をエッチングする。次いで、A
l、Wなどの金属をコンタクト孔213上に形成し、ソ
ース電極208やドレイン電極209を作成し、トラン
ジスタ構造を完成させている(図9)。
【0003】しかしながら、従来の半導体装置の製造方
法ではソース電極部やドレイン電極部を形成する際、以
下のような問題が発生している。
【0004】ソース部、ドレイン部のコンタクト孔を形
成する際エッチングを用いるが、トランジスタ構造の微
細化が進む近年ではドライエッチングを一般的に用いて
いる。しかしながら、ドライエッチングはソース部やド
レイン部表面上にわずかに残る残留物までは取りきれな
いため、ドライエッチング後、ウエットエッチングを若
干行い、残留物を取り除いて、ソース部やドレイン部表
面上をきれいにしている。このウエットエッチングの
際、図9に示すように第1層間絶縁膜と第2層間絶縁膜
の界面に横方向のエッチングが生じ、くさび上の段差が
発生してしまう。これは、第1層間絶縁膜と第2層間絶
縁膜の種類や製造方法が異なること、第1層間絶縁膜上
に汚染やダメージがあるうちに第2層間絶縁膜を形成し
てしまうことなどにより、界面側の第2層間絶縁膜の品
質の低下によるエッチング速度の上昇によるものであ
る。
【0005】このくさび上の段差が層間膜界面で発生す
るためその後、金属によりソース電極、ドレイン電極を
形成すると段差部で電極の断線が生じてしまうという問
題を発生していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
め、特開平5−63096ではコンタクト孔をテーパ形
状にしているが、テーパ形状にするためコンタクト孔を
小さくすることが難しく、微細化に限界がある。
【0007】また特開平5―335426では、エッチ
ングされやすいBPSG膜をコンタクト孔内からあらか
じめ取り除いておくことを、特開平7−326668で
はコンタクト孔形成後、側壁をウエットエッチングされ
にくいもので被覆することで、段差を生じない構造を開
示しているが、どちらも従来の半導体装置の製造方法よ
りも複雑になり、製造工程の増加、歩留まりの低下が生
じやすい。
【0008】そこで、本発明の目的は、歩留まりよく、
簡便な製造法で上記の課題を解決できる半導体装置およ
びその製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板と、前記半導体基板内に形成された半導体素
子領域と、前記半導体素子領域上を覆う第1層間絶縁膜
と、前記第1層間絶縁膜上に形成された中間配線層と、
前記中間配線層上を覆う第2層間絶縁膜と、前記第2層
間絶縁膜上に形成され、かつ第1および第2層間絶縁膜
を貫通するコンタクト孔を介して前記半導体素子領域と
接続された配線層と、を具備する半導体装置において、
前記第2層間絶縁膜は、前記第1層間絶縁膜上に前記第1
層間絶縁膜よりもエッチングレートがはやい第2層間絶
縁膜Aと、前記第2層間絶縁膜Aよりもエッチングレー
トが遅い第2層間絶縁膜Bを積層することにより形成さ
れることを特徴とする。
【0010】また、前記半導体素子領域はシリコン又は
ポリシリコン又はアモルファスシリコンにより形成され
ていることを特徴とする。
【0011】また、前記第1層間絶縁膜は酸化シリコン
膜からなり、また前記第2層間絶縁膜はボロンとリンを
含んだBPSG膜からなることを特徴とする。
【0012】また、前記第2層間絶縁膜Aと第2層間絶
縁膜Bは含有するボロンとリンの濃度が異なることを特
徴とする。
【0013】本発明の半導体装置を作成する製造方法
は、半導体基板の素子領域に半導体素子を形成する工程
と、前記半導体素子領域上を覆う第1層間絶縁膜を形成
する工程と、前記第1層間絶縁膜上に中間配線層を形成
する工程と、前記中間配線層上を覆う第2層間絶縁膜を
形成する工程と、前記第1および第2層間絶縁膜を貫通
するコンタクト孔を形成する工程と、前記コンタクト孔
を介して前記半導体素子領域と接続するよう前記第2層
間絶縁膜上に配線層を形成する工程とを備えていること
を特徴とする。
【0014】また、前記第1層間絶縁膜を形成する工程
には成膜温度600度以上の熱CVD法を用い、また前
記第2層間絶縁膜を形成する工程には600度より低温
の常圧CVD法を用いることを特徴とする。
【0015】また、前記第2層間絶縁膜を形成する工程
は、同一成膜装置において、成膜条件を変えることによ
り連続して第2層間絶縁膜Aと第2層間絶縁膜Bを形成
することを特徴とする。
【0016】
【作用】本発明の半導体装置およびその製造方法では、
第2層間絶縁膜をウエットエッチングレートの早い第2
層間絶縁膜Aと通常の第2層間絶縁膜Bに分けることに
より、第1層間絶縁膜との界面での横方向のエッチング
を積極的に利用し、界面でくさび状の段差ができないよ
うにしているため、電極の断線を防ぐことができる。
【0017】また、第2層間絶縁膜AとBの製造方法
は、同一製造装置内で作成条件のみを変更し、連続的に
作成するため、製造工程の増加にはならず、従来方法と
同等の簡便な製造方法で課題を解決できる。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面を参照して
説明する。
【0019】(実施例)図1は本発明の一実施例におけ
る半導体装置の断面を模式的に示す断面図であり、図2
から図5までにその製造方法を示す。
【0020】まず、図2に示す半導体基板101上にト
ランジスタ構造111の形成、第1層間絶縁膜106の
形成、ゲート上コンタクト孔112の形成、ゲート電極
103形成までは従来技術と同様な方法で作成する。
【0021】次にゲート電極103も含め第1層間絶縁
膜106上に第2層間絶縁膜107を形成する。形成方
法には原料に有機ボロン、有機リン、有機シリコン、活
性酸素を用いた常圧CVD法を用い、500度付近で形
成を行った。
【0022】始めに、第2層間絶縁膜A107Aを形成
する際には、原料を供給するキャリアガスである窒素の
流量を多くすることにより、成膜速度を上昇させ、絶縁
膜の品質を窒素の流量を多くしないときよりも若干悪く
させ、ウエットエッチングレートが早くなるような絶縁
膜とした。
【0023】第2層間絶縁膜A107Aを所望の厚さに
したところで、成膜はやめずにキャリアガスのみ流量を
下げ、絶縁膜品質の良い第2層間絶縁膜B107Bを連
続して形成した(図3)。
【0024】上記のように第2層間絶縁膜107は連続
して形成し、原料の供給量も変えずに形成している。ま
た、第2層間絶縁膜A107Aの厚さは、第2層間絶縁
膜107全体の厚さの1/2より薄くすることにより第
2層間絶縁膜107全体による特性は、単層のものと同
等のものとなるようにしている。
【0025】また、本実施例ではキャリアガスの流量を
変えることで第2層間絶縁膜A,Bを作り分けている
が、方法はこれに限らず、原料の比率を変えないで、原
料の供給量を変えたり、成膜温度を変えたり、減圧CV
Dにおいては圧力を変えても同様な膜形成は可能であ
る。
【0026】一般的には、BPSG膜を層間絶縁膜に使
用する場合、空気に露出する表面はボロンとリンが入っ
ていない絶縁膜(パッシベーション膜)を形成する必要
があり、本実施例においても、第2層間絶縁膜B107
B上にパッシベーション膜を形成しているが、本実施例
の目的とは関係なく、また膜厚も200オングストロー
ムと薄いため、第2層間絶縁膜B107Bと一体化して
おり、特別な記載は省略してある。
【0027】次に、第2層間絶縁膜107上にフォトレ
ジストマスクを形成し、ドライエッチング法を用いて、
トランジスタ構造111内のソース部104上、及びド
レイン部105上にコンタクト孔113を形成する。ド
ライエッチングには、CF4とH2やCHF3といったガ
スを用いた異方性ドライエッチングを使用した。
【0028】コンタクト孔113形成後、ソース部10
4上、及びドレイン部105上にある残留物、SiO2
の粉や有機物のポリマー粉をウエットエッチングで除去
する。ウエットエッチングには、フッ酸を含んだ溶液を
用いている。
【0029】この時、従来の第2層間絶縁膜が単層の構
造では、第1層間絶縁膜との界面のみが膜品質が悪く、
その他大部分の膜品質が良いため、膜品質の悪いところ
だけが横方向にウエットエッチングされ、くさび上の段
差が発生していた。第2層間絶縁膜の膜品質を良くすれ
ば良くするほどくさびの形状はするどくなり、次工程の
電極配線が断線しやすくなってしまう。
【0030】本実施例では第2層間絶縁膜を2層にし
て、第1層間絶縁膜106と接する側の絶縁膜107A
の膜品質を意図的に若干低下させ、横方向にウエットエ
ッチングされやすい膜とした。従って、第2層間絶縁膜
A107Aは横方向にウエットエッチングされるが、第
2層間絶縁膜A107Aの膜全体が横方向にウエットエ
ッチングされるため、第1層間絶縁膜106との界面に
くさび状の段差は発生しない。
【0031】また、第2層間絶縁膜A107Aと第2層
間絶縁膜B107Bの界面は、同一製造装置内で、同一
種類の膜を、連続して形成しているため、界面のみの膜
品質の低下はなく、従って、くさび状の段差は発生しな
い。これらのことから、図4に示すようなコンタクト孔
113内にくさび状の段差が発生しない構造となる。
【0032】最後に、コンタクト孔113内にAlや
W、Tiなどの金属を用いたソース電極108やドレイ
ン電極109を形成し、トランジスタ構造が完成する
(図5)。
【0033】また、本発明の構造を用いると電極部の断
線を防ぐことが可能となるため、従来電極断線を防止す
るため、電極厚さを厚くしたり、コンタクト孔を金属で
埋めてしまうような構造をとっていたものが、薄い電極
で実施できるようになり、工程の削減、材料の低減、構
造段差の低減などの効果も発生した。
【0034】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。
【0035】例えば、液晶駆動素子のような半導体基板
はガラスなどの基体の上に半導体層を持つものでも良
く、また層間絶縁膜もBPSG膜だけでなく、SOG膜
などでも良い。また、トランジスタ構造は必須ではな
く、配線どうしの接続など層間絶縁膜にコンタクト孔を
形成する部分があれば実施可能である。
【0036】
【発明の効果】以上詳述したように本発明を用いれば、
コンタクト電極を形成するにあたり、第2層間絶縁膜を
ウエットエッチングレートの早い第2層間絶縁膜Aと通
常の第2層間絶縁膜Bに分けることにより、第1層間絶
縁膜界面での横方向のエッチングを積極的に利用し、界
面でくさび状の段差ができないようにしているため、従
来のように層間絶縁膜界面での電極の断線を防ぐことが
できる。
【0037】また、第2層間絶縁膜AとBの製造方法
は、同一製造装置内で作成条件のみを変更し、連続的に
作成するため、製造工程の増加にはならず、従来方法と
同等の簡便な製造方法で課題を解決可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における半導体装置の断面を
模式的に示す断面図である。
【図2】本発明の一実施例における半導体装置の製造方
法を模式的に示す第1の断面図である。
【図3】本発明の一実施例における半導体装置の製造方
法を模式的に示す第2の断面図である。
【図4】本発明の一実施例における半導体装置の製造方
法を模式的に示す第3の断面図である。
【図5】本発明の一実施例における半導体装置の製造方
法を模式的に示す第4の断面図である。
【図6】従来例における半導体装置の製造方法を模式的
に示す第1の断面図である。
【図7】従来例における半導体装置の製造方法を模式的
に示す第2の断面図である。
【図8】従来例における半導体装置の製造方法を模式的
に示す第3の断面図である。
【図9】従来例における半導体装置の製造方法を模式的
に示す第4の断面図である。
【符号の説明】
101,201 Si基板 102,202 ゲート部 103,203 ゲート電極 104,204 ソース部 105,205 ドレイン部 106,206 第1層間絶縁膜 107,207 第2層間絶縁膜 107A 第2層間絶縁膜A 107B 第2層間絶縁膜B 108,208 ソース電極 109,209 ドレイン電極 111,211 トランジスタ構造 112,212 ソース部コンタクト孔 113,213 コンタクト孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA01 BB02 BB14 BB18 DD08 DD16 DD19 DD21 EE12 EE15 FF09 FF21 GG09 HH13 HH20 5F033 AA12 AA13 AA17 AA23 AA25 AA28 AA29 BA04 BA12 BA15 BA41 CA04 CA09 DA07 DA35 DA36 EA02 EA05 EA25 EA27 EA33

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板と、前記半導体基板内に形成さ
    れた半導体素子領域と、前記半導体素子領域上を覆う第
    1層間絶縁膜と、前記第1層間絶縁膜上に形成された中
    間配線層と、前記中間配線層上を覆う第2層間絶縁膜
    と、前記第2層間絶縁膜上に形成され、かつ第1および
    第2層間絶縁膜を貫通するコンタクト孔を介して前記半
    導体素子領域と接続された配線層と、を具備する半導体
    装置において、前記第2層間絶縁膜は、前記第1層間絶
    縁膜上に前記第1層間絶縁膜よりもエッチングレートが
    はやい第2層間絶縁膜Aと、前記第2層間絶縁膜Aより
    もエッチングレートが遅い第2層間絶縁膜Bを積層する
    ことにより形成されることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】前記半導体素子領域はシリコン又はポリシ
    リコン又はアモルファスシリコンにより形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】前記第1層間絶縁膜は酸化シリコン膜から
    なり、また前記第2層間絶縁膜はボロンとリンを含んだ
    BPSG膜からなることを特徴とする請求項1、2のい
    ずれかに記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】前記第2層間絶縁膜Aと第2層間絶縁膜B
    は含有するボロンとリンの濃度が異なることを特徴とす
    る請求項3記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】半導体基板の素子領域に半導体素子を形成
    する工程と、前記半導体素子領域上を覆う第1層間絶縁
    膜を形成する工程と、前記第1層間絶縁膜上に中間配線
    層を形成する工程と、前記中間配線層上を覆う第2層間
    絶縁膜を形成する工程と、前記第1および第2層間絶縁
    膜を貫通するコンタクト孔を形成する工程と、前記コン
    タクト孔を介して前記半導体素子領域と接続するよう前
    記第2層間絶縁膜上に配線層を形成する工程とを備えて
    いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】前記第1層間絶縁膜を形成する工程には成
    膜温度600度以上の熱CVD法を用い、また前記第2
    層間絶縁膜を形成する工程には600度より低温の常圧
    CVD法を用いることを特徴とする請求項5記載の半導
    体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】前記第2層間絶縁膜を形成する工程は、同
    一成膜装置において、成膜条件を変えることにより連続
    して第2層間絶縁膜Aと第2層間絶縁膜Bを形成するこ
    とを特徴とする請求項5、6のいずれかに記載の半導体
    装置の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100803177B1 (ko) * 2001-05-14 2008-02-14 삼성전자주식회사 액정표시장치용 박막 트랜지스터 및 그 제조방법

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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