JP2646878B2 - 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Info
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- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
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- Local Oxidation Of Silicon (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置およびその製
造方法に関し、特に複数の金属配線の層が層間に絶縁物
層を挟んで形成された多層配線構造の半導体装置および
その製造方法に関する。
造方法に関し、特に複数の金属配線の層が層間に絶縁物
層を挟んで形成された多層配線構造の半導体装置および
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩを代表とする半導体装置における
多層配線技術は、半導体基板表面付近に形成される各素
子の配置および結合に自由度を与え、高密度の半導体装
置を実現するために重要な方法である。半導体装置の集
積度を高めるために各素子の寸法を縮小してゆくと、チ
ップ上ではそれらを結線するアルミニウム配線パターン
が引き回わされ、チップの全エリアに占る配線領域の比
率が非常に大きなものになってしまう。配線パターンを
縮小することは電流容量や配線抵抗の上で限界があり、
多層化技術が非常に有効な方法となる。
多層配線技術は、半導体基板表面付近に形成される各素
子の配置および結合に自由度を与え、高密度の半導体装
置を実現するために重要な方法である。半導体装置の集
積度を高めるために各素子の寸法を縮小してゆくと、チ
ップ上ではそれらを結線するアルミニウム配線パターン
が引き回わされ、チップの全エリアに占る配線領域の比
率が非常に大きなものになってしまう。配線パターンを
縮小することは電流容量や配線抵抗の上で限界があり、
多層化技術が非常に有効な方法となる。
【０００３】多層配線技術の利点は、チップ上に配線を
通すスペースを考慮することなく各素子をレイアウトす
ることができるため、集積度、密度が向上しチップサイ
ズが縮小されることである。更に、配線の自由度が増
し、パターン設計が容易になるとともに、配線抵抗や電
流容量などの設定が余裕をもって行なえるようになるこ
とである。
通すスペースを考慮することなく各素子をレイアウトす
ることができるため、集積度、密度が向上しチップサイ
ズが縮小されることである。更に、配線の自由度が増
し、パターン設計が容易になるとともに、配線抵抗や電
流容量などの設定が余裕をもって行なえるようになるこ
とである。
【０００４】しかしながら多層配線技術を用いた半導体
装置では、構造および製造工程が複雑になりまたデバイ
ス表面の凹凸が著しくなることから、歩留りや信頼性が
低下するという新たな問題も発生する。これらの問題の
多くは、デバイス表面の凹凸やスルーホールなどの段差
部分における配線金属のステップカバレッジの悪化や露
光工程における焦点深度の悪化に伴なうものである。こ
のため、金属配線の層間絶縁膜を平坦にしデバイス表面
の凹凸を少なくする技術は、半導体装置を多層配線構造
にするために欠くことのできない技術である。
装置では、構造および製造工程が複雑になりまたデバイ
ス表面の凹凸が著しくなることから、歩留りや信頼性が
低下するという新たな問題も発生する。これらの問題の
多くは、デバイス表面の凹凸やスルーホールなどの段差
部分における配線金属のステップカバレッジの悪化や露
光工程における焦点深度の悪化に伴なうものである。こ
のため、金属配線の層間絶縁膜を平坦にしデバイス表面
の凹凸を少なくする技術は、半導体装置を多層配線構造
にするために欠くことのできない技術である。
【０００５】従来、上述のような多層構造平坦化技術の
代表的なものとしては次のようなものがある。 （１）リフロー法。
代表的なものとしては次のようなものがある。 （１）リフロー法。
【０００６】層間絶縁膜の軟化点以上の温度で熱処理を
行なってその絶縁膜の粘性を減少させ、自重によってリ
フローさせて段差部分の形状をなだらかにし、あるいは
平坦にする方法である。 （２）スピンオン法。
行なってその絶縁膜の粘性を減少させ、自重によってリ
フローさせて段差部分の形状をなだらかにし、あるいは
平坦にする方法である。 （２）スピンオン法。
【０００７】凹凸のある半導体基板表面に、フォトレジ
スト，ポリイミドあるいはガラス成分を含む有機溶剤な
どの液剤を比較的厚く塗布し、熱処理によって塗布膜を
硬化させて平坦な基板表面を得る方法である。 （３）バイアススパッタ法。
スト，ポリイミドあるいはガラス成分を含む有機溶剤な
どの液剤を比較的厚く塗布し、熱処理によって塗布膜を
硬化させて平坦な基板表面を得る方法である。 （３）バイアススパッタ法。
【０００８】スパッタエッチングの速度が、アルゴンな
どの高エネルギー粒子の入射角度によって異なることを
利用して、凹凸のある表面を平坦化しながら所望の絶縁
薄膜を基板表面上に堆積する方法である。
どの高エネルギー粒子の入射角度によって異なることを
利用して、凹凸のある表面を平坦化しながら所望の絶縁
薄膜を基板表面上に堆積する方法である。
【０００９】上述のような平坦化技術を用いた多層配線
技術のなかで、スピンオン法を用いた多層配線技術は、
工程が簡単である、リフロー法のような高温での熱処理
を必要としない、バイアススパッタ法に比べてスループ
ットが高く異物の発生が少ない、などのいくつかの特長
を持っており、極めて魅力のあるものである。
技術のなかで、スピンオン法を用いた多層配線技術は、
工程が簡単である、リフロー法のような高温での熱処理
を必要としない、バイアススパッタ法に比べてスループ
ットが高く異物の発生が少ない、などのいくつかの特長
を持っており、極めて魅力のあるものである。
【００１０】スピンオン法を用いた多層配線構造の半導
体装置には、 Ｖｉｎｅｓ ｅｔーａｌ．，“ＩＮＴＥ
ＲＬＥＶＥＬ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＬＡＮＡＲＩ
ＺーＡＴＩＯＮ ＷＩＴＨ ＳＰＩＮ−ＯＮ ＧＬＡＳ
Ｓ ＦＩＬＭＳ，”Ｐｒｏーｃ．ＩＥＥＥ １９８６
Ｖ−ＭＩＣ Ｃｏｎｆ．，ｐｐ．５０６（１９８６）．
に記載されているように、層間絶縁膜として、プラズマ
気相成長法によって形成されたシリコン酸化膜／スピン
オン法によって形成された絶縁膜／プラズマ気相成長法
によって形成されたシリコン酸化膜からなるサンドイッ
チ構造のものが用いられる。この半導体装置は、下記の
製造工程によって作られる。
体装置には、 Ｖｉｎｅｓ ｅｔーａｌ．，“ＩＮＴＥ
ＲＬＥＶＥＬ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＬＡＮＡＲＩ
ＺーＡＴＩＯＮ ＷＩＴＨ ＳＰＩＮ−ＯＮ ＧＬＡＳ
Ｓ ＦＩＬＭＳ，”Ｐｒｏーｃ．ＩＥＥＥ １９８６
Ｖ−ＭＩＣ Ｃｏｎｆ．，ｐｐ．５０６（１９８６）．
に記載されているように、層間絶縁膜として、プラズマ
気相成長法によって形成されたシリコン酸化膜／スピン
オン法によって形成された絶縁膜／プラズマ気相成長法
によって形成されたシリコン酸化膜からなるサンドイッ
チ構造のものが用いられる。この半導体装置は、下記の
製造工程によって作られる。
【００１１】表面に金属配線が形成された半導体基板上
に、プラズマ気相成長法によって第１のシリコン酸化膜
を形成する。この第１シリコン酸化膜の上に有機シロキ
サン系ポリマーを塗布し熱処理して中間絶縁層（以下塗
布膜と記す）を形成する。更に塗布膜の上に第２のシリ
コン酸化膜をプラズマ気相成長法によって形成する。こ
のあと第１シリコン酸化膜／塗布膜／第２シリコン酸化
膜からなる層間絶縁膜にスルホールを開口する。そして
第２層目の配線のための金属層を形成しパターニングし
て、第１層目の配線とスルーホールを介して導通した第
２層目の配線を形成する。この従来の半導体装置におい
て、最下層の第１シリコン酸化膜と最上層の第２シリコ
ン酸化膜とは同一条件で形成され、比較的緻密なシリコ
ン酸化膜が用いられている。
に、プラズマ気相成長法によって第１のシリコン酸化膜
を形成する。この第１シリコン酸化膜の上に有機シロキ
サン系ポリマーを塗布し熱処理して中間絶縁層（以下塗
布膜と記す）を形成する。更に塗布膜の上に第２のシリ
コン酸化膜をプラズマ気相成長法によって形成する。こ
のあと第１シリコン酸化膜／塗布膜／第２シリコン酸化
膜からなる層間絶縁膜にスルホールを開口する。そして
第２層目の配線のための金属層を形成しパターニングし
て、第１層目の配線とスルーホールを介して導通した第
２層目の配線を形成する。この従来の半導体装置におい
て、最下層の第１シリコン酸化膜と最上層の第２シリコ
ン酸化膜とは同一条件で形成され、比較的緻密なシリコ
ン酸化膜が用いられている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】塗布膜を用いたサンド
イッチ構造の層間絶縁膜の場合、平坦性に関しては塗布
膜が厚い方が有利である。しかし上述した従来の半導体
装置においては、塗布膜の厚さが厚くなると以下に述べ
る理由により、第２層目の金属配線がスルーホールで断
線しやすくなる。以下にその説明を行なう。
イッチ構造の層間絶縁膜の場合、平坦性に関しては塗布
膜が厚い方が有利である。しかし上述した従来の半導体
装置においては、塗布膜の厚さが厚くなると以下に述べ
る理由により、第２層目の金属配線がスルーホールで断
線しやすくなる。以下にその説明を行なう。
【００１３】サンドイッチ構造の層間絶縁膜の製造工程
においては、塗布膜を塗布した後熱処理を行なって塗布
膜中の有機溶媒を除去し膜を硬化させる。この場合、熱
処理後の塗布膜中には微量ではあるが有機溶媒が残留す
る。また塗布膜は、熱処理によって一旦乾燥・硬化され
た後でも再び外部の雰囲気中の水分を吸着する。この残
留有機溶媒や水分は、第２層目配線用の金属膜がスパッ
タで形成されている時に、半導体基板が真空中に置かれ
しかも基板温度が上昇することから、ガス化する。この
ようにして発生したアウトガスは、スルーホールに露出
している塗布膜の側壁部を通して外部に飛散していく。
スルーホール付近の配線用金属膜は、このアウトガス、
特に水分によって腐蝕されてしまう。またスルーホール
の内部にはアウトガスが充満するので、スパッタによる
配線用金属膜の形成中にターゲットから飛来してくる金
属原子のスルーホール側壁への付着が妨げられ、スルー
ホールにおける配線用金属膜のステップカバレッジが悪
くなる。上記の第２層目配線用金属膜のスルーホールで
の腐蝕やステップカバレッジの悪化は、塗布膜からのア
ウトガスの濃度が高ければ高いほど顕著になる。すなわ
ち、塗布膜が厚くスルーホール径が小さいほど断線が起
きやすい。従来のサンドイッチ構造の層間絶縁膜では、
スルーホール径が１μｍより小さい多層配線構造の半導
体装置を実現することが難しかった。
においては、塗布膜を塗布した後熱処理を行なって塗布
膜中の有機溶媒を除去し膜を硬化させる。この場合、熱
処理後の塗布膜中には微量ではあるが有機溶媒が残留す
る。また塗布膜は、熱処理によって一旦乾燥・硬化され
た後でも再び外部の雰囲気中の水分を吸着する。この残
留有機溶媒や水分は、第２層目配線用の金属膜がスパッ
タで形成されている時に、半導体基板が真空中に置かれ
しかも基板温度が上昇することから、ガス化する。この
ようにして発生したアウトガスは、スルーホールに露出
している塗布膜の側壁部を通して外部に飛散していく。
スルーホール付近の配線用金属膜は、このアウトガス、
特に水分によって腐蝕されてしまう。またスルーホール
の内部にはアウトガスが充満するので、スパッタによる
配線用金属膜の形成中にターゲットから飛来してくる金
属原子のスルーホール側壁への付着が妨げられ、スルー
ホールにおける配線用金属膜のステップカバレッジが悪
くなる。上記の第２層目配線用金属膜のスルーホールで
の腐蝕やステップカバレッジの悪化は、塗布膜からのア
ウトガスの濃度が高ければ高いほど顕著になる。すなわ
ち、塗布膜が厚くスルーホール径が小さいほど断線が起
きやすい。従来のサンドイッチ構造の層間絶縁膜では、
スルーホール径が１μｍより小さい多層配線構造の半導
体装置を実現することが難しかった。
【００１４】本発明の目的は、断線不良のない多層配線
構造の半導体装置を提供することである。
構造の半導体装置を提供することである。
【００１５】本発明の他の目的は、腐蝕やステップカバ
レッジの悪化によるスルーホールでの金属配線の断線の
ない、平坦性にすぐれた層間絶縁膜を有する半導体装置
を提供することである。
レッジの悪化によるスルーホールでの金属配線の断線の
ない、平坦性にすぐれた層間絶縁膜を有する半導体装置
を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、スルーホー
ルでの断線不良が塗布膜の上の第２シリコン膜が緻密な
膜であるほど増加すること、その理由は配線金属のスパ
ッタ時に発生する塗布膜からのアウトガスが第２シリコ
ン膜を透過しにくくなりスルーホールに集中するためで
あることを見出した。
ルでの断線不良が塗布膜の上の第２シリコン膜が緻密な
膜であるほど増加すること、その理由は配線金属のスパ
ッタ時に発生する塗布膜からのアウトガスが第２シリコ
ン膜を透過しにくくなりスルーホールに集中するためで
あることを見出した。
【００１７】本発明の半導体装置は、この知見に基ず
き、サンドイッチ構造の層間絶縁膜のうち上層のプラズ
マ気相成長法によるシリコン酸化膜を疎なすなわち膜密
度の低いものにしたことを特徴とする。
き、サンドイッチ構造の層間絶縁膜のうち上層のプラズ
マ気相成長法によるシリコン酸化膜を疎なすなわち膜密
度の低いものにしたことを特徴とする。
【００１８】すなわち本発明の半導体装置においては、
表面に金属配線が形成されている半導体基板上に、第１
の絶縁膜としてプラズマ気相成長法による緻密な第１シ
リコン酸化膜が形成されており、第１シリコン酸化膜上
に、第２の絶縁膜がスピンオン法よって形成されてい
る。更に第２の絶縁膜上に、第３の絶縁膜としてプラズ
マ気相成長法を用いた疎な第２のシリコン酸化膜が形成
されている。第１，第２および第３の絶縁膜を金属配線
層間絶縁膜として、その上に上層の金属配線が形成され
ている。
表面に金属配線が形成されている半導体基板上に、第１
の絶縁膜としてプラズマ気相成長法による緻密な第１シ
リコン酸化膜が形成されており、第１シリコン酸化膜上
に、第２の絶縁膜がスピンオン法よって形成されてい
る。更に第２の絶縁膜上に、第３の絶縁膜としてプラズ
マ気相成長法を用いた疎な第２のシリコン酸化膜が形成
されている。第１，第２および第３の絶縁膜を金属配線
層間絶縁膜として、その上に上層の金属配線が形成され
ている。
【００１９】
【作用】本発明によれば、上層の配線用金属膜をスパッ
タで形成する時に発生する塗布膜からのアウトガスが第
２シリコン酸化膜を通して放出される。従ってアウトガ
スがスルーホールに集中することはない。このことによ
り、アウトガスによる配線用金属膜の腐蝕やステップカ
バレッジの悪化が起らなくなり、スルーホールでの断線
が防止される。しかも第１のシリコン酸化膜として緻密
な膜が用いられているので、アルミニウムなどの金属を
下層の金属配線に用いてもボイドが発生することはな
い。
タで形成する時に発生する塗布膜からのアウトガスが第
２シリコン酸化膜を通して放出される。従ってアウトガ
スがスルーホールに集中することはない。このことによ
り、アウトガスによる配線用金属膜の腐蝕やステップカ
バレッジの悪化が起らなくなり、スルーホールでの断線
が防止される。しかも第１のシリコン酸化膜として緻密
な膜が用いられているので、アルミニウムなどの金属を
下層の金属配線に用いてもボイドが発生することはな
い。
【００２０】第１のシリコン酸化膜として、９００℃窒
素雰囲気中での熱処理後の膜収縮率が３％未満であるシ
リコン酸化膜を形成し、第２のシリコン酸化膜として、
９００℃窒素雰囲気中での熱処理後の膜収縮率が３％以
上であるシリコン酸化膜を形成すると特に効果が顕著で
あり、スルーホール径が１μｍ以下の半導体装置におい
ても、スルーホールでの金属配線の断線がない平坦性の
よい層間絶縁膜を形成することができる。
素雰囲気中での熱処理後の膜収縮率が３％未満であるシ
リコン酸化膜を形成し、第２のシリコン酸化膜として、
９００℃窒素雰囲気中での熱処理後の膜収縮率が３％以
上であるシリコン酸化膜を形成すると特に効果が顕著で
あり、スルーホール径が１μｍ以下の半導体装置におい
ても、スルーホールでの金属配線の断線がない平坦性の
よい層間絶縁膜を形成することができる。
【００２１】
【実施例】次に本発明の最適な実施例について、図面を
参照して説明する。図１（ａ）から（ｆ）は、本発明の
第１の実施例をその製造工程順に説明するための断面図
である。
参照して説明する。図１（ａ）から（ｆ）は、本発明の
第１の実施例をその製造工程順に説明するための断面図
である。
【００２２】図１（ａ）から（ｆ）を参照すると、本発
明の第１の実施例による半導体装置は次のようにして作
られる。半導体素子（図示せず）が形成された単結晶シ
リコン基板１０１上に絶縁膜１０２を形成する。この絶
縁膜１０２は、減圧気相成長装置を用い、ジボラン（Ｂ
2 Ｈ6 ）およびフォスフイン（ＰＨ3 ）によってボロン
（Ｂ）およびりん（Ｐ）をドーピングしながら形成した
ＢＰＳＧ（ＢｏｒｏーＰｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔ
ｅＧｌａｓｓ）膜をリフロー処理したものであり、厚さ
は５００ｎｍである。この絶縁膜１０２の上にアルミニ
ウム膜を形成し、平行平板型ドライエッチング装置を用
いエッチングしてアルミニウム配線１０３を形成する
（図１（ａ）) 。アルミニウム膜はスパッタ法により形
成し、厚さは０．５から１．０μｍである。配線パター
ンの最小幅および最小間隔は、０．５μｍである。
明の第１の実施例による半導体装置は次のようにして作
られる。半導体素子（図示せず）が形成された単結晶シ
リコン基板１０１上に絶縁膜１０２を形成する。この絶
縁膜１０２は、減圧気相成長装置を用い、ジボラン（Ｂ
2 Ｈ6 ）およびフォスフイン（ＰＨ3 ）によってボロン
（Ｂ）およびりん（Ｐ）をドーピングしながら形成した
ＢＰＳＧ（ＢｏｒｏーＰｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔ
ｅＧｌａｓｓ）膜をリフロー処理したものであり、厚さ
は５００ｎｍである。この絶縁膜１０２の上にアルミニ
ウム膜を形成し、平行平板型ドライエッチング装置を用
いエッチングしてアルミニウム配線１０３を形成する
（図１（ａ）) 。アルミニウム膜はスパッタ法により形
成し、厚さは０．５から１．０μｍである。配線パター
ンの最小幅および最小間隔は、０．５μｍである。
【００２３】次に第１シリコン酸化膜１０４を平行平板
型プラズマ気相成長装置を用いて４００ｎｍ程度の厚さ
に形成する（図１（ｂ）) 。その際に、第１シリコン酸
化膜１０４は、モノシランガス（Ｓi Ｈ4 ）７０ＳＣＣ
Ｍ、一酸化二窒素ガス（Ｎ2 Ｏ）を１３００ＳＣＣＭ、
モノシランガスの希釈ガスとして窒素ガス（Ｎ2 ）を２
８０ＳＣＣＭ流し、全ガス圧力を０．２５Ｔｏｒｒに設
定後、放電周波数４００ｋＨｚ、放電電力密度０．５Ｗ
／ｃｍ2 を印加し基板温度３００℃の条件下で形成す
る。この条件下で形成した第１シリコン酸化膜を９００
℃窒素雰囲気中で熱処理した場合の膜収縮率は０．８％
と非常に小さく、緻密な膜が形成されていることがわか
る。
型プラズマ気相成長装置を用いて４００ｎｍ程度の厚さ
に形成する（図１（ｂ）) 。その際に、第１シリコン酸
化膜１０４は、モノシランガス（Ｓi Ｈ4 ）７０ＳＣＣ
Ｍ、一酸化二窒素ガス（Ｎ2 Ｏ）を１３００ＳＣＣＭ、
モノシランガスの希釈ガスとして窒素ガス（Ｎ2 ）を２
８０ＳＣＣＭ流し、全ガス圧力を０．２５Ｔｏｒｒに設
定後、放電周波数４００ｋＨｚ、放電電力密度０．５Ｗ
／ｃｍ2 を印加し基板温度３００℃の条件下で形成す
る。この条件下で形成した第１シリコン酸化膜を９００
℃窒素雰囲気中で熱処理した場合の膜収縮率は０．８％
と非常に小さく、緻密な膜が形成されていることがわか
る。
【００２４】次に有機シロキサンポリマー溶液をスピン
オン法により塗布し熱処理して塗布膜を形成する。この
場合、塗布・熱処理を複数回に分けて行なうと有機シロ
キサンポリマー溶液中の溶媒を十分に放出させることが
できる。本実施例では塗布・熱処理を２回行なう。始め
に第１回目の有機シロキサンポリマー溶液の塗布を行な
いＮ2 雰囲気中で４００℃３０分間の熱処理を行なう。
更にもう１回有機シロキサンポリマー溶液を同一条件で
塗布・熱処理して有機シロキサンポリマー層１０５を形
成する（図１（ｃ）) 。この時第１層アルミニウム配線
１０３上の有機シロキサンポリマー層１０５の膜厚は２
００ｎｍである。
オン法により塗布し熱処理して塗布膜を形成する。この
場合、塗布・熱処理を複数回に分けて行なうと有機シロ
キサンポリマー溶液中の溶媒を十分に放出させることが
できる。本実施例では塗布・熱処理を２回行なう。始め
に第１回目の有機シロキサンポリマー溶液の塗布を行な
いＮ2 雰囲気中で４００℃３０分間の熱処理を行なう。
更にもう１回有機シロキサンポリマー溶液を同一条件で
塗布・熱処理して有機シロキサンポリマー層１０５を形
成する（図１（ｃ）) 。この時第１層アルミニウム配線
１０３上の有機シロキサンポリマー層１０５の膜厚は２
００ｎｍである。
【００２５】次に平行平板型プラズマ気相成長装置を用
いて第２シリコン酸化膜１０６を４００ｎｍの厚さに形
成する（図１（ｄ）) 。第２シリコン酸化膜１０６の形
成条件は、モノシランガス（Ｓi Ｈ4 ）流量７０ＳＣＣ
Ｍ、一酸化二窒素ガス（Ｎ2 Ｏ）流量１３００ＳＣＣ
Ｍ、モノシランガスの希釈窒素ガス（Ｎ2 ）流量２８０
ＳＣＣＭ、全ガス圧力０．３５Ｔｏｒｒ、放電周波数４
００ｋＨz 、放電電力密度０．５Ｗ／ｃｍ2 、基板温度
２５０℃である。この条件で形成したシリコン酸化膜を
９００℃窒素雰囲気中で熱処理した場合の膜収縮率は
３．５％と大きく、第１シリコン酸化膜１０４に比べて
疎な膜が形成されていることがわかる。
いて第２シリコン酸化膜１０６を４００ｎｍの厚さに形
成する（図１（ｄ）) 。第２シリコン酸化膜１０６の形
成条件は、モノシランガス（Ｓi Ｈ4 ）流量７０ＳＣＣ
Ｍ、一酸化二窒素ガス（Ｎ2 Ｏ）流量１３００ＳＣＣ
Ｍ、モノシランガスの希釈窒素ガス（Ｎ2 ）流量２８０
ＳＣＣＭ、全ガス圧力０．３５Ｔｏｒｒ、放電周波数４
００ｋＨz 、放電電力密度０．５Ｗ／ｃｍ2 、基板温度
２５０℃である。この条件で形成したシリコン酸化膜を
９００℃窒素雰囲気中で熱処理した場合の膜収縮率は
３．５％と大きく、第１シリコン酸化膜１０４に比べて
疎な膜が形成されていることがわかる。
【００２６】第２シリコン酸化膜１０６形成後、有機シ
ロキサンポリマー層１０５中に含まれるメタン（Ｃ
Ｈ4 ），二酸化炭素（ＣＯ2 ），水（Ｈ2 Ｏ）およびメ
タノール（ＣＨ3 ＯＨ）などの不純物ガスを更に十分に
放出させるため、４００℃，窒素雰囲気中で１０分間の
熱処理を行なう。この時、有機シロキサンポリマー層１
０５中の不純物ガスは第２シリコン酸化膜１０６を通し
て放出されるので、有機シロキサンポリマー層１０５と
第２シリコン酸化膜１０６とがデラミネーションを起す
ことはなく良質な層間絶縁膜が得られる。
ロキサンポリマー層１０５中に含まれるメタン（Ｃ
Ｈ4 ），二酸化炭素（ＣＯ2 ），水（Ｈ2 Ｏ）およびメ
タノール（ＣＨ3 ＯＨ）などの不純物ガスを更に十分に
放出させるため、４００℃，窒素雰囲気中で１０分間の
熱処理を行なう。この時、有機シロキサンポリマー層１
０５中の不純物ガスは第２シリコン酸化膜１０６を通し
て放出されるので、有機シロキサンポリマー層１０５と
第２シリコン酸化膜１０６とがデラミネーションを起す
ことはなく良質な層間絶縁膜が得られる。
【００２７】次に、平行平板型ドライエッチング装置を
用いて所定の位置にスルーホールを開孔（図１（ｅ）)
した後、第２層目のアルミニウム配線２０３を形成する
（図１（ｆ））。スルーホールは層間絶縁膜を平行平板
型ドライエッチング装置によって選択エッチングして形
成し、最小のスルーホール径は０．５μｍである。第２
層目のアルミニウム配線２０３は、スパッタ法により形
成された厚さ０．５μｍから１．０μｍのアルミニウム
層を平行平板型ドライエッチング装置によって選択エッ
チングして形成し、配線パターンの最小幅および最小間
隔は０．５μｍである。
用いて所定の位置にスルーホールを開孔（図１（ｅ）)
した後、第２層目のアルミニウム配線２０３を形成する
（図１（ｆ））。スルーホールは層間絶縁膜を平行平板
型ドライエッチング装置によって選択エッチングして形
成し、最小のスルーホール径は０．５μｍである。第２
層目のアルミニウム配線２０３は、スパッタ法により形
成された厚さ０．５μｍから１．０μｍのアルミニウム
層を平行平板型ドライエッチング装置によって選択エッ
チングして形成し、配線パターンの最小幅および最小間
隔は０．５μｍである。
【００２８】スパッタ時に発生する有機シロキサンポリ
マー層１０５からのアウトガスはスルーホールに集中す
ることなく第２シリコン酸化膜１０６を通して放出さ
れ、アルミニウム配線２０３がスルーホールで断線する
ことはない。
マー層１０５からのアウトガスはスルーホールに集中す
ることなく第２シリコン酸化膜１０６を通して放出さ
れ、アルミニウム配線２０３がスルーホールで断線する
ことはない。
【００２９】このようにして形成した多層配線構造のス
ルーホールについて、完成直後における第２層目アルミ
ニウム配線２０３の腐蝕の有無およびステップカバレッ
ジの状態を確認するために、表面状態および断面状態を
光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡を用いて観察し
た。その結果、本実施例による多層配線では、スルーホ
ール径が１μｍ以下であっても、第２層目アルミニウム
配線２０３の腐蝕は起らず、またステップカバレッジが
良好であることが確められた。
ルーホールについて、完成直後における第２層目アルミ
ニウム配線２０３の腐蝕の有無およびステップカバレッ
ジの状態を確認するために、表面状態および断面状態を
光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡を用いて観察し
た。その結果、本実施例による多層配線では、スルーホ
ール径が１μｍ以下であっても、第２層目アルミニウム
配線２０３の腐蝕は起らず、またステップカバレッジが
良好であることが確められた。
【００３０】次にいろいろな径のスルーホールについ
て、第一層目アルミニウム配線１０３と第２層目アルミ
ニウム配線２０３との間の電気的導通状態を測定し、ス
ルーホール径と導通良品率との関係を調べた。図２に、
従来の技術による多層配線と本実施例による多層配線に
おける、スルーホール径と導通良品率との関係を示す。
図２を参照すると、従来の技術による多層配線では、ス
ルーホール径が１μｍ以下になると良品率が急激に低下
するのに対して、本実施例による多層配線では、１．０
μｍ以下でも良品率は低下せず、断線が起っていないと
判断できる。本実施例における金属配線層間絶縁膜は、
平坦性に優れ、従来発生していた1 μｍ径以下のスルー
ホールにおける腐蝕やステップカバレッジの悪化による
断線に対して非常に有効な絶縁膜であると判断できる。
また第１層目アルミニウム配線１０３は、緻密な第１シ
リコン酸化膜１０４によって覆われているため、その後
の熱処理によってもボイドが発生することはない。
て、第一層目アルミニウム配線１０３と第２層目アルミ
ニウム配線２０３との間の電気的導通状態を測定し、ス
ルーホール径と導通良品率との関係を調べた。図２に、
従来の技術による多層配線と本実施例による多層配線に
おける、スルーホール径と導通良品率との関係を示す。
図２を参照すると、従来の技術による多層配線では、ス
ルーホール径が１μｍ以下になると良品率が急激に低下
するのに対して、本実施例による多層配線では、１．０
μｍ以下でも良品率は低下せず、断線が起っていないと
判断できる。本実施例における金属配線層間絶縁膜は、
平坦性に優れ、従来発生していた1 μｍ径以下のスルー
ホールにおける腐蝕やステップカバレッジの悪化による
断線に対して非常に有効な絶縁膜であると判断できる。
また第１層目アルミニウム配線１０３は、緻密な第１シ
リコン酸化膜１０４によって覆われているため、その後
の熱処理によってもボイドが発生することはない。
【００３１】本発明の第２の実施例においては、第１の
実施例における第１シリコン酸化膜１０４および第２シ
リコン酸化膜１０６テトラエトキシオルソシリケイト
（ＴＥＯＳ）を用いたガス系で形成することによって、
更に平坦性に優れた層間絶縁膜を形成することができ
る。
実施例における第１シリコン酸化膜１０４および第２シ
リコン酸化膜１０６テトラエトキシオルソシリケイト
（ＴＥＯＳ）を用いたガス系で形成することによって、
更に平坦性に優れた層間絶縁膜を形成することができ
る。
【００３２】第１シリコン酸化膜の形成条件は、ＴＥＯ
Ｓ（３７℃）バブリング用ヘリウム（Ｈe ) ガス５００
ＳＣＣＭ、酸素ガス５００ＳＣＣＭ、圧力９Ｔｏｒｒ、
放電周波数１３．５６ＭＨz 、高周波電力密度２Ｗ／ｃ
ｍ2 、基板温度３５５℃である。図３（ａ）を参照する
と、上記の条件下で形成されたシリコン酸化膜の赤外吸
収スペクトルは、熱酸化によって形成されたシリコン酸
化膜の赤外吸収スペクトルとほぼ一致しているといえ
る。またこのシリコン酸化膜を９００℃窒素雰囲気中で
熱処理した時の膜収縮率は１．２８％であり、緻密な膜
が形成されていることが分る。
Ｓ（３７℃）バブリング用ヘリウム（Ｈe ) ガス５００
ＳＣＣＭ、酸素ガス５００ＳＣＣＭ、圧力９Ｔｏｒｒ、
放電周波数１３．５６ＭＨz 、高周波電力密度２Ｗ／ｃ
ｍ2 、基板温度３５５℃である。図３（ａ）を参照する
と、上記の条件下で形成されたシリコン酸化膜の赤外吸
収スペクトルは、熱酸化によって形成されたシリコン酸
化膜の赤外吸収スペクトルとほぼ一致しているといえ
る。またこのシリコン酸化膜を９００℃窒素雰囲気中で
熱処理した時の膜収縮率は１．２８％であり、緻密な膜
が形成されていることが分る。
【００３３】第２シリコン酸化膜の形成条件は、第１シ
リコン酸化膜の形成条件の高周波電力密度を１．３Ｗ／
ｃｍ2 に変えたものである。図３（ｂ）を参照すると、
第２シリコン酸化膜の赤外吸収スペクトルは、第１シリ
コン酸化膜に比べてＳi ーＯＨ結合やＨ2 Ｏを多く含有
し、疎な膜が形成されていることがわかる。この第２シ
リコン酸化膜を９００℃窒素雰囲気中で熱処理した場合
の膜収縮率は４．７６％である。これらの第１シリコン
酸化膜および第２シリコン酸化膜を用いて形成された金
属配線層間絶縁膜は非常に平坦性に優れ、１μｍ径以下
のスルーホールでも断線なく２層以上の金属配線を形成
することができる。
リコン酸化膜の形成条件の高周波電力密度を１．３Ｗ／
ｃｍ2 に変えたものである。図３（ｂ）を参照すると、
第２シリコン酸化膜の赤外吸収スペクトルは、第１シリ
コン酸化膜に比べてＳi ーＯＨ結合やＨ2 Ｏを多く含有
し、疎な膜が形成されていることがわかる。この第２シ
リコン酸化膜を９００℃窒素雰囲気中で熱処理した場合
の膜収縮率は４．７６％である。これらの第１シリコン
酸化膜および第２シリコン酸化膜を用いて形成された金
属配線層間絶縁膜は非常に平坦性に優れ、１μｍ径以下
のスルーホールでも断線なく２層以上の金属配線を形成
することができる。
【００３４】
【発明の効果】本発明の半導体装置の層間絶縁膜は、最
下層がプラズマ気相成長法による第１シリコン酸化膜、
中間絶縁層が塗布・熱処理による絶縁膜、最上層がプラ
ズマ気相成長による第２シリコン酸化膜からなるサンド
イッチ構造になっている。第１シリコン酸化膜は膜密度
が大きく密であり、第２シリコン酸化膜は膜密度が小さ
く疎である。
下層がプラズマ気相成長法による第１シリコン酸化膜、
中間絶縁層が塗布・熱処理による絶縁膜、最上層がプラ
ズマ気相成長による第２シリコン酸化膜からなるサンド
イッチ構造になっている。第１シリコン酸化膜は膜密度
が大きく密であり、第２シリコン酸化膜は膜密度が小さ
く疎である。
【００３５】本発明の半導体装置では、第２層目配線用
の金属膜をスパッタで形成する時に発生する塗布膜から
のアウトガスが第２シリコン酸化膜を通して放出され、
スルーホールに集中することはない。このためアウトガ
スによる配線用金属膜の腐蝕やステップカバレッジの悪
化が起らず、第２層目金属配線のスルーホールでの断線
が防止される。
の金属膜をスパッタで形成する時に発生する塗布膜から
のアウトガスが第２シリコン酸化膜を通して放出され、
スルーホールに集中することはない。このためアウトガ
スによる配線用金属膜の腐蝕やステップカバレッジの悪
化が起らず、第２層目金属配線のスルーホールでの断線
が防止される。
【００３６】本発明によれば、従来断線が起きていた１
μｍ以下の径のスルーホールを持つ半導体装置において
も、スルーホールでの金属配線の断線が起らないように
することができる。
μｍ以下の径のスルーホールを持つ半導体装置において
も、スルーホールでの金属配線の断線が起らないように
することができる。
【図１】本発明の第１の実施例をその製造工程順に説明
するための断面図である。
するための断面図である。
【図２】本発明の実施例による多層配線及び従来の技術
による多層配線における、第２層目アルミニウム配線の
導通良品率とスルーホール径との関係を示す図である。
による多層配線における、第２層目アルミニウム配線の
導通良品率とスルーホール径との関係を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例のテトラエトキシオルソ
シリケイト（ＴＥＯＳ）を用いて形成した第１シリコン
酸化膜および第２シリコン酸化膜の赤外吸収スペクトル
を表す図である。
シリケイト（ＴＥＯＳ）を用いて形成した第１シリコン
酸化膜および第２シリコン酸化膜の赤外吸収スペクトル
を表す図である。
１０１ シリコン基板 １０２ 絶縁膜 １０３，２０３ アルミニウム配線 １０４ 第１シリコン酸化膜 １０５ 有機シロキサンポリマー層 １０６ 第２シリコン酸化膜
Claims (12)
- 【請求項１】 半導体基板上に絶縁膜を介して形成され
た第１の配線層と、前記第１の配線層および前記絶縁膜
をおおう膜密度が大きく緻密な第１のシリコン酸化膜
と、前記第１のシリコン酸化膜上に塗布法によって形成
された絶縁物層と、前記絶縁物層上に形成された膜密度
が小さく疎な第２のシリコン酸化膜と、前記第２のシリ
コン酸化膜上に設けられた第２の配線層とを含む半導体
装置。 - 【請求項２】 前記第１のシリコン酸化膜は、９００
℃，窒素雰囲気中で熱処理後の膜収縮率が３％未満のシ
リコン酸化膜であり、前記第２のシリコン酸化膜は、９
００℃，窒素雰囲気中で熱処理後の膜収縮率が３％以上
のシリコン酸化膜である請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項３】 前記第１のシリコン酸化膜および前記第
２のシリコン酸化膜が気相成長法によって形成された請
求項１記載の半導体装置。 - 【請求項４】 半導体基板上に絶縁膜を介して第１の配
線層を形成する工程と、前記第１の配線層および前記絶
縁膜をおおう膜密度が大きく緻密な第１のシリコン酸化
膜を形成する工程と、前記第１のシリコン酸化膜上に塗
布法によって絶縁物層を形成する工程と、前記絶縁物層
上に膜密度が小さく疎な第２のシリコン酸化膜を形成す
る工程と、前記第２のシリコン酸化膜上に第２の配線層
を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記第１のシリコン酸化膜は、９００
℃，窒素雰囲気中で熱処理後の膜収縮率が３％未満のシ
リコン酸化膜であり、前記第２のシリコン酸化膜は、９
００℃，窒素雰囲気中で熱処理後の膜収縮率が３％以上
のシリコン酸化膜である請求項４記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項６】 前記第１のシリコン酸化膜を、テトラエ
トキシオルソシリケイトを原料の一部に用い、基板温度
３３０℃以上かつ高周波電力密度１．５Ｗ／ｃｍ2 以上
でプラズマ気相成長法を用いて形成する請求項４記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記第１のシリコン酸化膜を、シランを
原料の一部として用い、基板温度２８０℃以上でプラズ
マ気相成長法を用い形成する請求項４記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項８】 前記第２のシリコン酸化膜を、テトラエ
トキシオルソシリケイトを原料の一部に用い、基板温度
３３０℃未満または高周波電力密度１．５Ｗ／ｃｍ2 未
満でプラズマ気相成長法を用い形成する請求項６記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記第２のシリコン酸化膜を、シランを
原料の一部として用い、基板温度２８０℃未満でプラズ
マ気相成長法を用い形成する請求項７記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項１０】 前記塗布法によって形成される絶縁物
層を、有機シロキサンポリマー溶液を塗布し焼成する工
程を複数回繰り返し行なって形成する請求項４記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】 前記第２のシリコン酸化膜を形成した
後に前記塗布法によって形成された絶縁物層の脱ガスを
行なう工程を有する請求項４記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１２】 前記第２のシリコン酸化膜を形成した
後に熱処理を行なう工程を有する請求項４記載の半導体
装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6960591A JP2646878B2 (ja) | 1990-05-08 | 1991-04-02 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-118164 | 1990-05-08 | ||
| JP11816490 | 1990-05-08 | ||
| JP6960591A JP2646878B2 (ja) | 1990-05-08 | 1991-04-02 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04218947A JPH04218947A (ja) | 1992-08-10 |
| JP2646878B2 true JP2646878B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=26410778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6960591A Expired - Fee Related JP2646878B2 (ja) | 1990-05-08 | 1991-04-02 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2646878B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2700351B2 (ja) * | 1990-05-30 | 1998-01-21 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2013187414A (ja) * | 2012-03-08 | 2013-09-19 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-04-02 JP JP6960591A patent/JP2646878B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04218947A (ja) | 1992-08-10 |
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