JP2606315B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2606315B2 JP63225413A JP22541388A JP2606315B2 JP 2606315 B2 JP2606315 B2 JP 2606315B2 JP 63225413 A JP63225413 A JP 63225413A JP 22541388 A JP22541388 A JP 22541388A JP 2606315 B2 JP2606315 B2 JP 2606315B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に層間絶縁
膜の平坦化を図った製造方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device in which an interlayer insulating film is planarized.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、半導体装置の配線の微細化,多層化に伴い、配
線層間の平坦化が重要となっている。平坦化法の1つで
ある塗布法は、例えば金属配線上に気相成長法による酸
化膜(CVD酸化膜)を成長し、塗布・焼成により形成さ
れるケイ酸ガラス(シリカフィルム)や有機シロキサン
ポリマーを形成し、更にこの上にCVD酸化膜を成長して
配線層間膜としている。
2. Description of the Related Art In recent years, with miniaturization and multilayering of wiring of a semiconductor device, planarization between wiring layers has become important. The coating method, which is one of the planarization methods, is to grow an oxide film (CVD oxide film) on a metal wiring by a vapor phase growth method, and form a silicate glass (silica film) or an organic siloxane formed by coating and firing. A polymer is formed, and a CVD oxide film is grown thereon to form a wiring interlayer film.

すなわち、第3図に示すように、半導体基板1の絶縁
膜2上に形成したアルミニウム配線3の上に層間絶縁膜
としてシリコン酸化膜4を成長し、その上に有機シロキ
サンホリマー6を塗布,焼成により形成する。しかる上
で、この上にシリコン酸化膜7を形成している。
That is, as shown in FIG. 3, a silicon oxide film 4 is grown as an interlayer insulating film on an aluminum wiring 3 formed on an insulating film 2 of a semiconductor substrate 1, and an organic siloxane polymer 6 is applied thereon. It is formed by firing. Then, a silicon oxide film 7 is formed thereon.

この方法では塗布膜の膜厚が厚くなるとスルーホール
開孔部の塗布膜の露出面積が大きくなり、上層配線用ア
ルミニウムのスパッタ時に、塗布膜からのアウトガスに
よりアルミニウムの被着不良が生じる。これを避けるた
め、全面をエッチングバックしてスルーホール開孔部の
塗布膜を除去する方法がある。
In this method, when the thickness of the coating film is large, the exposed area of the coating film in the through-hole opening becomes large, and when sputtering aluminum for the upper layer wiring, outgassing from the coating film causes poor adhesion of aluminum. In order to avoid this, there is a method of etching back the entire surface to remove the coating film at the through hole opening.

即ち、第4図のように、有機シロキサンポリマー6を
塗布した後に、全面をエッチングバックして凹部内にの
み有機シロキサンポリマー6を残した後に、この上にシ
リコン酸化膜7を成長している。
That is, as shown in FIG. 4, after applying the organic siloxane polymer 6, the entire surface is etched back to leave the organic siloxane polymer 6 only in the concave portion, and then the silicon oxide film 7 is grown thereon.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来の半導体装置の層間膜製造方法は、下側
パターンの凹凸による配線上の塗布膜厚に差が生じるた
め、最も厚い部分がなくなるまでエッチングバックしな
ければならない。さらに膜厚やエッチングの均一性から
マージンを考えてある程度のオーバーエッチングが必要
である。
In the above-described conventional method for manufacturing an interlayer film of a semiconductor device, since a difference occurs in the coating film thickness on the wiring due to the unevenness of the lower pattern, etching back must be performed until the thickest portion disappears. Further, a certain degree of over-etching is necessary in consideration of a margin from the film thickness and the uniformity of etching.

一方、シリカフィルムや有機シロキサンポリマーのエ
ッチングレートは酸化膜に比べて2倍程度速いため、塗
布膜厚の薄い部分、すなわち微細な配線部では第4図の
ように塗布膜がオーバーエッチングされ易く、このため
逆に平坦性が悪化してしまうという問題がある。
On the other hand, since the etching rate of the silica film or the organic siloxane polymer is about twice as fast as that of the oxide film, the coating film is liable to be over-etched as shown in FIG. Therefore, there is a problem that flatness is deteriorated.

この場合、層間絶縁膜にシリコン窒化膜や、PSG(リ
ンガラス),BSG(ボロンガラス),BPSG(ボロンリンガ
ラス)等の不純物を含んだシリコン酸化膜を用いれば、
エッチングレート比をほぼ1:1にできるが、アルミニウ
ム上にシリコン窒化膜を成長するとストレスマイグレー
ションに弱くなり、かつ高誘電率のために層間容量が高
くなる。また、不純物を含んだシリコン酸化膜では、酸
化膜を低温で成長させるのが難しいため、アルミニウム
配線にヒロックが生じるという問題がある。
In this case, if a silicon nitride film or a silicon oxide film containing impurities such as PSG (phosphorus glass), BSG (boron glass), and BPSG (boron phosphorous glass) is used for the interlayer insulating film,
Although the etching rate ratio can be made approximately 1: 1, the growth of a silicon nitride film on aluminum is susceptible to stress migration, and the interlayer capacitance is increased due to the high dielectric constant. Further, in the case of a silicon oxide film containing impurities, it is difficult to grow the oxide film at a low temperature, so that there is a problem that hillocks occur in the aluminum wiring.

本発明は上述した問題を解消して平坦性に優れた層間
絶縁膜を形成することができる半導体装置の製造方法を
提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming an interlayer insulating film having excellent flatness by solving the above-mentioned problems.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に形成した
金属配線層の上にこれに密接して第1のシリコン酸化膜
を形成する工程と、この第1のシリコン酸化膜上に不純
物を含む第2のシリコン酸化膜を形成する工程と、この
第2のシリコン酸化膜上にこれと略エッチングレートの
等しい塗布膜を形成して表面を平坦化する工程と、前記
第2のシリコン酸化膜が少なくとも露呈されるまで前記
塗布膜をエッチングバックする工程と、全面に第3のシ
リコン酸化膜を形成して層間絶縁膜を完成する工程とを
含んでいる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming a first silicon oxide film on a metal wiring layer formed on a substrate in close contact therewith, and including an impurity on the first silicon oxide film A step of forming a second silicon oxide film, a step of forming a coating film having substantially the same etching rate on the second silicon oxide film to flatten the surface thereof, The method includes a step of etching back the coating film at least until it is exposed, and a step of forming a third silicon oxide film on the entire surface to complete an interlayer insulating film.

〔作用〕[Action]

上述した製造方法では、塗布膜のエッチングバック時
に、これとエッチングレートの等しい不純物を含むシリ
コン酸化膜を同時にエッチングさせるので、凹部におけ
る塗布膜のオーバエッチングを抑制し、平坦化を実現す
る。
In the above-described manufacturing method, when the coating film is etched back, the silicon oxide film containing impurities having the same etching rate as that of the coating film is simultaneously etched, so that overetching of the coating film in the concave portion is suppressed and flattening is realized.

〔実施例〕 次に、本発明を図面を参照して説明する。Embodiment Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図(a)乃至(d)は本発明の一実施例を工程順
に示す縦断面図である。
1 (a) to 1 (d) are longitudinal sectional views showing one embodiment of the present invention in the order of steps.

先ず、第1図(a)のように、半導体基板1の絶縁膜
2上に厚さ1.0μmのアルミニウム配線3を所要パター
ンに形成する。そして、全面にプラズマCDV法を用いて
シリコン酸化膜4を2000Å成長し、更にこの上に常圧プ
ラズマCVD法を用いて不純物を含むシリコン酸化膜、こ
こではPSG膜5を4000Å成長する。
First, as shown in FIG. 1A, an aluminum wiring 3 having a thickness of 1.0 μm is formed in a required pattern on an insulating film 2 of a semiconductor substrate 1. Then, a silicon oxide film 4 is grown on the entire surface by a plasma CDV method at 2000 °, and a silicon oxide film containing impurities, here a PSG film 5 is grown thereon by a normal pressure plasma CVD method at a temperature of 4000 °.

次に、第1図(b)のように、全面に有機シロキサン
ポリマー溶液を塗布,焼成して有機シロキサンポリマー
層6を形成する。この時塗布膜厚のパターン依存性によ
り、有機シロキサンポリマー層6の膜厚は、微細配線3a
上では約1000Å、広い配線3b上では約3000Åとなる。
Next, as shown in FIG. 1B, an organic siloxane polymer solution is applied to the entire surface and baked to form an organic siloxane polymer layer 6. At this time, the thickness of the organic siloxane polymer layer 6 is reduced due to the pattern dependence of the coating thickness.
The above is about 1000 mm, and about 3000 mm on the wide wiring 3b.

次いで、第1図(c)のように、例えばCF4を用いた
リアクティブイオンエッチングにより全面をエッチング
バックする。この時、有機シロキサンポリマーとPSGの
エッチングレート比は1:1となる条件に設定する。エッ
チングバック量を4000Åとすると、配線3a上では約1000
Åのオーバエッチングとなり、この領域の有機シロキサ
ンポリマー層6は完全に除去される。また、配線3b上で
は約3000Åのオーバエッチングとなるが、シリコン酸化
膜4までは達しないため平坦性は悪化しない。
Next, as shown in FIG. 1C, the entire surface is etched back by reactive ion etching using, for example, CF 4 . At this time, the etching rate ratio between the organosiloxane polymer and PSG is set to be 1: 1. Assuming that the etching back amount is 4000 mm, about 1000 on wiring 3a
オ ー バ is over-etched, and the organic siloxane polymer layer 6 in this region is completely removed. Further, overetching of about 3000 ° is performed on the wiring 3b, but does not reach the silicon oxide film 4, so that the flatness does not deteriorate.

最後に、第1図(d)のように、全面にプラズマCVD
法を用いてシリコン酸化膜7を5000Å成長することで層
間絶縁膜を形成する。
Finally, as shown in FIG.
An interlayer insulating film is formed by growing silicon oxide film 7 at 5000.degree.

この方法によれば、有機シロキサンポリマー層6とエ
ッチングレートが等しいPSG膜5を形成することによっ
て、配線3a,3b上ではPSG膜5によってこの領域に有機シ
ロキサンポリマー層が塗布されたのと同様な状態とな
る。これにより、配線3a,3b間における有機シロキサン
ポリマー層6のオーバエッチングが抑制され、全体とし
て平坦化が実現できる。
According to this method, the PSG film 5 having the same etching rate as that of the organic siloxane polymer layer 6 is formed, so that the organic siloxane polymer layer is coated on the wirings 3a and 3b by the PSG film 5 in this region. State. Thereby, over-etching of the organic siloxane polymer layer 6 between the wirings 3a and 3b is suppressed, and planarization as a whole can be realized.

なお、エッチングバックにより開孔部側面に塗布膜層
が露出することなく、信頼性の高い多層配線を形成する
ことができるのは言うまでもない。
It goes without saying that a highly reliable multilayer wiring can be formed without exposing the coating film layer on the side surface of the opening by etching back.

第2図は本発明の他の実施例を説明するための縦断面
図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view for explaining another embodiment of the present invention.

この実施例では、アルミニウム配線3上にバイアスス
パッタ法でシリコン酸化膜4Aを成長した上で、第1実施
例と同様にPSG膜5,有機シロキサンポリマー層6を形成
し、全面をエッチングバックし、最後にプラズマCVD法
を用いてシリコン酸化膜7を成長させている。
In this embodiment, after a silicon oxide film 4A is grown on the aluminum wiring 3 by a bias sputtering method, a PSG film 5 and an organic siloxane polymer layer 6 are formed as in the first embodiment, and the entire surface is etched back. Finally, a silicon oxide film 7 is grown by using a plasma CVD method.

この方法では、アルミニウム配線3上に形成したシリ
コン酸化膜4Aをバイアススパッタ法で形成することによ
り、アルミニウム配線3の段部箇所にテーパーが付けら
れ、全体としての平坦性を改善することができる。
In this method, the silicon oxide film 4A formed on the aluminum wiring 3 is formed by the bias sputtering method, so that the step portion of the aluminum wiring 3 is tapered, and the overall flatness can be improved.

また、有機シロキサンポリマー層6のエッチングバッ
ク量を多めに設定して微細配線3a上のPSG膜5が完全に
除去された場合でも、下層のシリコン酸化膜4Aのテーパ
ーにより平坦性が悪化されることはない。
Further, even when the etching back amount of the organic siloxane polymer layer 6 is set to be relatively large and the PSG film 5 on the fine wiring 3a is completely removed, the flatness is deteriorated due to the taper of the underlying silicon oxide film 4A. There is no.

なお、ここではバイアススパッタ法を用いた例を示し
たが、バイアスプラズマCVD法等、段差部でテーパーの
付く成長方法であれば同様な効果が得られるのは言うま
でもない。また、前記した有機シロキサンポリマーの代
わりに無機のシリカフィルムあるいは、その多数回塗布
でも同様な効果が得られる。
Although an example using the bias sputtering method has been described here, it goes without saying that a similar effect can be obtained by a growth method having a taper at a step portion such as a bias plasma CVD method. Similar effects can be obtained by using an inorganic silica film instead of the above-mentioned organic siloxane polymer, or by coating it multiple times.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、シリコン酸化膜上に不
純物を含むシリコン酸化膜を形成した上で塗布膜を形成
し、かつこれをエッチングバックしているので、凹部に
おける塗布膜のオーバエッチングを抑制し、塗布膜形成
後の形状を維持した平坦性の良い層間膜を得ることがで
きる。また、不純物を含むシリコン酸化膜を直接アルミ
ニウム配線上に成長していないため、ヒロックやストレ
スマイグレーション等の不良を引き起こすことがなく、
信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
As described above, according to the present invention, since the coating film is formed after forming the silicon oxide film containing impurities on the silicon oxide film and etching back the coating film, over-etching of the coating film in the concave portion is suppressed. In addition, it is possible to obtain an interlayer film having good flatness while maintaining the shape after the formation of the coating film. In addition, since a silicon oxide film containing impurities is not directly grown on the aluminum wiring, defects such as hillocks and stress migration do not occur.
A highly reliable semiconductor device can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a)乃至(d)は本発明の一実施例を製造工程
順に示す縦断面図、第2図は本発明の他の実施例の工程
一部の縦断面図、第3図及び第4図は夫々異なる従来方
法を示す縦断面図である。 1……半導体基板、2……絶縁膜、3,3a,3b……アルミ
ニウム配線、4……シリコン酸化膜、4A……バイアスス
パッタによるシリコン酸化膜、5……PSG膜、6……有
機シロキサンポリマー層、7……シリコン酸化膜。
1 (a) to 1 (d) are longitudinal sectional views showing one embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps, FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a part of the steps of another embodiment of the present invention, FIGS. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing different conventional methods. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Insulating film, 3, 3a, 3b ... Aluminum wiring, 4 ... Silicon oxide film, 4A ... Silicon oxide film by bias sputtering, 5 ... PSG film, 6 ... Organic siloxane Polymer layer 7, silicon oxide film.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板上に形成した金属配線層の上にこれに
密接して第1のシリコン酸化膜を形成する工程と、この
第1のシリコン酸化膜上に不純物を含む第2のシリコン
酸化膜を形成する工程と、この第2のシリコン酸化膜上
にこれと略エッチングレートの等しい塗布膜を形成して
表面を平坦化する工程と、前記第2のシリコン酸化膜が
少なくとも露呈されるまで前記塗布膜をエッチングバッ
クする工程と、全面に第3のシリコン酸化膜を形成して
層間絶縁膜を完成する工程とを含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
A step of forming a first silicon oxide film on and in close contact with a metal wiring layer formed on a substrate; and a step of forming a second silicon oxide film containing impurities on the first silicon oxide film. A step of forming a film, a step of forming a coating film having substantially the same etching rate as the second silicon oxide film on the second silicon oxide film to flatten the surface, and at least exposing the second silicon oxide film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of etching back the coating film; and a step of forming a third silicon oxide film on the entire surface to complete an interlayer insulating film.
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