JP2695324B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2695324B2
JP2695324B2 JP3286203A JP28620391A JP2695324B2 JP 2695324 B2 JP2695324 B2 JP 2695324B2 JP 3286203 A JP3286203 A JP 3286203A JP 28620391 A JP28620391 A JP 28620391A JP 2695324 B2 JP2695324 B2 JP 2695324B2
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順也 中平
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、下層配線と上層配線間の層間絶縁膜の形成方法
に適用することができ、特に、下地のAl配線層の信頼
性を低下させることなくAl配線層上に層間絶縁膜を形
成することができる半導体装置の製造方法に関する。
【0002】近年の半導体装置には、高信頼性を保ちな
がらも、より高集積度なものが求められている。そのた
めのひとつの手段として、多層配線構造における層間絶
縁膜の信頼性を高める必要がある。
【0003】
【従来の技術】従来の半導体装置の製造方法において
は、図7(a)、(b)に示すように、SiO2 等の下
地絶縁膜31上に形成されたAl等の配線層32上にプラズ
マCVD(以後、PECVDと略す)、減圧CVD(以
後、LPCVDと略す)あるいは常圧CVD(以後、A
PCVDと略す)等によって絶縁膜33、34、35を形成し
ていた。ここで、図7(a)は、Al配線層32上にAP
CVDによってSiO2 等の絶縁膜33とPECVDによ
ってSi3 4 等の絶縁膜34を形成した場合であり、図
7(b)は、Al配線層32上にPECVDによってSi
3 4 等の絶縁膜35を形成した場合である。PECVD
成長温度 350〜 400℃であ
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の半導体装置の製造方法では、半導体装置の高集
積化の要求に伴い、図7(a)、(b)に示すように、
デバイスルール、例えば配線層32同間あるいは配線層
32の厚さや幅が小さくなるにつれて絶縁膜33、34、35も薄
くなり、段差部でのステップカバレージがオーバーハン
グ形状になってしまい、段差での下地絶縁膜31と配線層
32間におけるエッジa部で成膜される膜厚が薄くなって
しまっていた。このため、その絶縁膜33、35エッジa部
より水分が浸入し易くなってしまい、Al配線層32にコ
ロージョン等が生じたりしてAl配線層32の信頼性が低
下してしまうという問題があった。
【0005】この問題を解決するためには、絶縁膜33、
35の膜厚b部を厚くすればよいと考えられるが、この方
法では、Al配線層32にかかる応力が大きくなってしま
い、Al配線層32に断線等が生じたりしてAl配線層32
の信頼性が低下してしまうという問題があった。そこで
本発明では、配線層を覆う絶縁膜の膜厚を厚くすること
なく下地絶縁膜と配線層間のエッジ部分における絶縁膜
の膜厚を厚くすることができ、配線層にコロージョン等
の水分による障害を生じ難くすることができるととも
に、配線層にかかる応力を小さくして断線を生じ難くす
ることができ、配線層の信頼性を向上させることができ
る半導体装置の製造方法を提供することを目的としてい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
の製造方法は上記目的達成のため、RFバイアスが 1.2
以上 5.5W/cm2以下のパワー密度で印加されるECR
プラズマ化学気相成長法によりAlを主成分とする配線
層上に絶縁膜を形成する工程を含むものである。
【0007】本発明において、RFバイアスのパワー密
度の下限を 1.2W/cm2 としたのは、図1に示すよう
に、 1.2W/cm2 より小さくなると、絶縁膜を順テーパ
形状で形成し難くなり、下地絶縁膜とAl配線層間のエ
ッジ部分における絶縁膜の膜厚を厚く形成し難くなりA
l配線層にコロージョン等が生じ易くなって実用的でな
いからであり、また、上限を 5.5W/cm2 としたのは、
5.5W/cm2 より大きくなると、基板温度が 250℃以上
に上がってしまってAl配線層にボイド、ヒロック等が
生じてAl配線層の信頼性が著しく低下して実用的でな
いからである。
【0008】本発明においては、前記絶縁膜を形成する
際の成長温度を100℃以上250℃以下とし、前記絶縁膜の
膜厚を 0.3μm以上 1.0μm以下にする。こうすると、
下地配線層への熱ストレスを緩和することができ、配線
層のマイグレーション耐性を向上させることができ
ここで、成長温度の好ましい下限温度を 100℃としたの
は、 100℃より小さくなると、絶縁膜の成長速度が著し
く遅くなり好ましくないからであり、また、上限の好ま
しい温度を250℃としたのは、 250℃より大きくなる
と、下地配線層への熱ストレスが著しく大きくなり配線
層にヒロック等が生じて好ましくないからである。ま
た、絶縁膜の膜厚の好ましい下限膜厚を 0.3μmとした
のは、 0.3μmよりも小さくなると、後の工程による下
地配線層への熱ストレスが著しく大きくなり配線層にヒ
ロック等が生じて好ましくないからであり、また、好ま
しい上限膜厚を 1.0μmとしたのは、 1.0μmより大き
くなると、下地配線層への応力が著しく大きくなり、配
線層のストレスマイグレーション耐性が劣化して好まし
くないからである。
【0009】更には、前記絶縁膜を形成する際の成長温
度よりも高温にして前記絶縁膜上に更に絶縁膜を形成す
るようにしてもよく、この場合、配線層のマイグレーシ
ョン耐性を更に向上させることができ好ましい。ここ
で、ECR−PECVDによる酸化膜の膜厚を変化させ
た時のAl配線の信頼性に対する影響(いわゆるストレ
スマイグレーション)について図2〜5を用いて説明す
る。図2〜5は各々放置温度が 100℃、 150℃、 200
℃、 250℃であり、本発明1は成長時の基板温度を180
℃とし、RFバイアスを2.4W/cm2 のパワー密度で印
加したECR−PECVDによる 0.3μm厚の酸化膜上
に成長温度 450℃で2.0μm厚のPSG膜を形成したも
のに上記放置温度で各々熱ストレスをかけた場合であ
り、本発明2は 0.5μm厚の酸化膜 (他の条件は本発明
1と同じ)の場合であり、本発明3は 0.7μm厚の酸化
膜 (他の条件は本発明1と同じ)の場合であり、本発明
4は 1.0μmの酸化膜(他の条件は本発明1と同じ)の
場合であり、比較例1は成長時の基板温度温度を180℃
としたECRCPEVDによる2.0μm厚の酸化膜の場
合であり、比較例2は成長温度を 450℃としたLPPに
よる 2.0μm厚のPSG膜の場合である。
【0010】この図2〜5から判るように、成長温度 4
50℃、 2.0μm厚で形成した比較例1、2は断線率が著
しく高くなっているのに対し(特に比較例2)、 0.3μ
m、0.5μm、 0.7μm、 1.0μm厚で形成した本発明
1〜4は比較例1、2に較べて断線等が著しく低くなっ
ているのが判る。
【0011】
【作用】本発明では、図6に示すように、RFバイアス
を2.4W/cm2 のパワー密度で印加したECR−PEC
VD法により配線層2を覆うように層間絶縁膜となる絶
縁膜3を形成したため、前述した図1に示す如く、配線
層2への絶縁膜3のカバレージ角θを82度程度にするこ
とができ、順テーパ形状のステップカバレージを有する
絶縁膜3を形成することができる。このため、絶縁膜3
の膜厚b部を厚くすることなく下地絶縁膜1と配線層2
間のエッジa部での絶縁膜3の膜厚を厚くすることがで
きる。従って、絶縁膜3への水分の浸入に伴う配線層2
でのコロージョンを生じ難くすることができるととも
に、配線層2にかかる応力を小さくして断線を生じ難く
することができ、配線層2の信頼性を向上させることが
できる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
6は本発明の一実施例に則した半導体装置の製造方法を
説明する図である。図6において、1はSiO2 等の下
地絶縁膜であり、この下地絶縁膜1上にはAl等の配線
層2が形成され、この配線層2を覆うように層間絶縁膜
となるSiO2 等の絶縁膜(第1の絶縁膜)3及びSi
3 4 等の絶縁膜(第2の絶縁膜)4が形成されてい
る。
【0013】次に、その半導体装置の製造方法を説明す
る。ここでは、下地絶縁膜1上の配線層2と層間絶縁膜
となる絶縁膜3、4の形成方法を具体的に説明する。ま
ず、スパッタ法によりSiO2 下地絶縁膜1上にAlを
膜厚0.8μm程度で堆積した後、RIE等によりAlを
エッチングして配線層2を形成する。次いで、成長温度
を 180℃とし、RFバイアスを 2.4W/cm2 のパワー密
度で印加したECR−PECVD法により配線層2を覆
うようにSiO2 を堆積して膜厚0.5μm程度の形成し
た後、PECVD法により絶縁膜3上にSi3 4 を堆
積して膜厚 0.2μm程度の絶縁膜4を形成する。
【0014】このように、本実施例では、RFバイアス
を2.4W/cm2 のパワー密度で印加したECRPEC
VD法により配線層2を覆うように層間絶縁膜となる絶
縁膜3を形成したため、前述した図1に示す如く、配線
層2への絶縁膜3のカバレージ角θを82度程度にするこ
とができ、順テーパ形状のステップカバレージを有する
絶縁膜3を形成することができる。このため、絶縁膜3
の膜厚b部を厚くすることなく下地絶縁膜1と配線層2
間のエッジa部での絶縁膜3の膜厚を厚くすることがで
きる。従って、絶縁膜3への水分の浸入に伴う配線層2
でのコロージョンを生じ難くすることができるととも
に、配線層2にかかる応力を小さくして断線を生じ難く
することができ、配線層2の信頼性を向上させることが
できる。ここで、絶縁膜3が順テーパ形状になるのはR
Fバイアスが充分印加されてスパッタエッチングの効果
が生じていることによるものと考えられる。
【0015】また、成長温度を 180℃とし、 0.5μm厚
の絶縁膜3を形成するようにしたため、従来の成長温度
が 350℃〜 400℃で行う場合よりも下地配線層2への熱
ストレスを緩和することができ、配線層2のマイグレー
ション耐性を向上させることができる。なお、上記実施
例では、配線層2を覆うように層間絶縁膜としてSiO
2 からなる絶縁膜3を形成する場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、
絶縁膜3まで上記実施例と同じ構成にし、絶縁膜3上に
更にPECVF酸化膜、2層目Al配線層、ECR−P
ECVDS窒化膜を形成する場合であってもよく、また
例えばRFバイアスを 2.4W/cm2 のパワー密度で印加
したECR−PECVD法により配線層2を覆うように
層間絶縁膜としてSi3 4 からなる絶縁膜を形成する
場合であってもよく、これらの場合、上記実施例と同様
の効果を得ることができる。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、配線層を覆う絶縁膜の
膜厚を厚くすることなく下地絶縁膜と配線層間のエッジ
部分における絶縁膜の膜厚を厚くすることができ、配線
層にコロージョンを生じ難くすることができるととも
に、配線層にかかる応力を小さくして断線を生じ難くす
ることができ、配線層の信頼性を向上させることができ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理説明のためのSiH4 とO2 を導
入した時のRFバイアスとカバレージ角θの関係を示す
図である。
【図2】本発明の原理説明のための本発明と比較例の放
置温度に対する断線率の関係を示す図である。
【図3】本発明の原理説明のための本発明と比較例の放
置温度に対する断線率の関係を示す図である。
【図4】本発明の原理説明のための本発明と比較例の放
置温度に対する断線率の関係を示す図である。
【図5】本発明の原理説明のための本発明と比較例の放
置温度に対する断線率の関係を示す図である。
【図6】本発明の一実施例に則した半導体装置の製造方
法を説明する図である。
【図7】従来例の半導体装置の製造方法を説明する図で
ある。
【符号の説明】
1 下地絶縁膜 2 配線層 3、4、5 絶縁膜

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に形成されたAlを主成分と
    する配線層上に、RFバイアスが 1.2以上 5.5W/cm2
    以下のパワー密度で印加されるECRプラズマ化学気相
    成長法により、第1の絶縁膜を形成する工程と、 前記第1の絶縁膜を形成する際の成長温度よりも高温に
    して前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成する工程
    と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】前記第1の絶縁膜を形成する際の成長温度
    を 100℃以上 250℃以下とし、前記第2の絶縁膜の膜厚
    を 0.3μm以上 1.0μm以下にすることを特徴とする請
    求項1記載の半導体装置の製造方法。
JP3286203A 1991-10-31 1991-10-31 半導体装置の製造方法 Expired - Lifetime JP2695324B2 (ja)

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JPWO2007111075A1 (ja) 2006-03-24 2009-08-06 コニカミノルタエムジー株式会社 透明バリア性シート及び透明バリア性シートの製造方法
EP2000298A1 (en) 2006-03-24 2008-12-10 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Transparent barrier sheet and method for producing transparent barrier sheet
JPWO2007111098A1 (ja) 2006-03-24 2009-08-06 コニカミノルタエムジー株式会社 透明バリア性シート及びその製造方法
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JP3018627B2 (ja) * 1991-09-02 2000-03-13 富士電機株式会社 絶縁膜の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
前田 和夫著 最新LSIプロセス技術 工業調査会(1988−4−20)p.221

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