JP2768294B2 - 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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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

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
に関し、特に層間絶縁膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の多層配線を有する半導体装置の平
坦な層間絶縁膜を形成する方法はエッチバックによって
平坦化する方法と、研磨技術(CMP)を用いて平坦化
する方法がある。
【0003】初めにエッチバックによって平坦化する方
法について図3を参照していて説明する。まず、図3
(a)に示すように下地基板1(例えばシリコン基板表
面のフィールド酸化膜など)上に配線層2を形成した
後、図3(b)に示すように下地基板1上に酸化シリコ
ン膜12などを形成する。段差上に塗布法により、図3
(c)に示すように、レジスト膜5などの平坦化膜を形
成し、このレジスト膜5と酸化シリコン膜3のエッチン
グ速度が同一もしくはほぼ等しくなる(少なくともほぼ
同一となる)条件で全面をエッチングして表面を平坦化
して、図3(d)に示すように、層間絶縁膜12aを形
成する。
【0004】次に研磨技術を用いて平坦化する方法につ
いて説明する。図3(a),図3(b)を参照して説明
した工程の後に、図4(a)に示すように研磨技術(C
MP技術)により、破線で示した状態から、段差がなく
なるまで平坦に研磨する。さらに、研磨された表面を洗
浄し、図4(b)に示すように、配線層上の薄くなった
酸化シリコン膜を補うため、再度CVD法等により、全
面に酸化シリコン膜14を形成し、酸化シリコン膜12
b,14である層間絶縁膜として完全に平坦化される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法は配線層の
高さが比較的低いものにおいて有効であるが、配線層に
よる段差が大きい場合や配線間距離が小さい場合、例え
ば配線層の高さが1μm,配線幅が0.8μmで1.5
μmの酸化シリコン膜を形成する場合、図3(b)に示
すように配線層の上面より低い脇の部分にくぼみ13や
横孔が生じ、このくぼみ等の底部は配線層の表面より低
い位置に発生する。今後、半導体素子の縮小化が進む
と、この配線層の高さが幅の比が上記の値よりも更に大
きくなることが考えられ、このくぼみが更に発生しやす
い状況となる。このようなくぼみ等が生じるのはこの段
差のある部分で酸化シリコン膜などの絶縁膜を形成する
ための原料ガスの流れが不均一になり、他の部分に比
べ、絶縁膜の成長速度が小さくなるからである。くぼみ
等ができ始めると、この部分への原料ガスの回り込みが
さらに制限されるため、絶縁膜の成長速度がより小さく
なり、くぼみが消失することなく残ってしまう。
【0006】絶縁膜を厚くつけず、「くぼみ等を生じな
い程度の薄い絶縁膜を成長し、レジスト塗布を行ない、
エッチバックする」というプロセスを繰り返しおこなう
方法も考えられる。この場合、レジストを厚く塗布する
ため、塗布回転数が低回転になり、レジスト膜厚が面内
で不均一になる。結果として基板面内の層間絶縁膜の膜
厚ばらつきが非常に大きくなる。最終的には歩留まりの
低下につながるので、この手法は使えない。
【0007】このようなくぼみ13等があると従来の方
法ではエッチバックやCMPによる平坦化を行なう場
合、くぼみ13等が除去される前に配線層が露出し、平
坦化を続行できなくなり、配線層わきのくぼみ等が残っ
てしまい、層間絶縁膜の平坦化が不完全になる。このく
ぼみ等の上に上層配線を形成した場合、下層配線と上層
配線のあいだの絶縁が不十分になり漏れ電流が発生す
る。また配線層どうしに限らず、層間絶縁膜を誘電体膜
としてキャパシタを形成する場合にもキャパシタの耐圧
を低下させる要因となり、歩留まり低下を引き起こす。
【0008】従って本発明の目的はこのようなくぼみや
横孔のない平坦な層間絶縁膜の形成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の製
造方法は、下地基板の表面に配線層の導電膜パターンを
形成する工程と、第1の絶縁膜を堆積し、第1の平坦化
膜を形成し、前記第1の絶縁膜および第1の平坦化膜を
少なくともほぼ同一のエッチング速度でかつ前記導電膜
パターンと選択的にエッチングして前記配線層表面及
び側面の一部を露出させることにより前記第1の絶縁膜
の堆積時に前記配線層の脇に形成されるくぼみ又は横孔
を除去し段差を低減させる工程を少なくとも一工程含
み、しかる後第2の絶縁膜を堆積し、第2の平坦化膜を
形成し、平坦化処理を行なう工程とにより層間絶縁膜を
形成するというものである。
【0010】ここで、例えば導電膜パターンとして金膜
パターンを形成し、第1の絶縁膜として酸化シリコン膜
をCVD法により堆積し、第1の平坦化膜としてレジス
ト膜を形成し、CF4 による反応性イオンエッチングを
行なうことができる。
【0011】さらに、導電膜パターンは例えば金配線層
とすることができる。
【0012】さらに、また平坦化処理としてはエッチバ
ック法とすることができる。
【0013】
【作用】第1の絶縁膜にくぼみ等ができても、それを除
去するまでエッチングすることができ、ほぼ完全な平坦
化が可能となる。
【0014】
【実施例】次に、図1(a)〜(g)を参照して本発明
の一実施例について説明する。
【0015】まず、図1(a)に示すように、下地基板
1(シリコン基板表面のフィールド酸化膜や半絶縁性G
aAs基板など)の表面に図示しないレジスト膜パター
ンを利用して金めっき(無電解めっき法と電気めっき法
の併用)により厚さ1.5μm,幅0.8μmの配線層
2Aを形成する。次に、図1(b)に示すように、CV
D法により厚さ2μmの酸化シリコン膜3Aを堆積す
る。このとき、配線層2Aのわきにくぼみ4や横孔がで
きる。次に、レジスト膜5(富士ハント社製HPR−2
04を使用)でなる平坦化膜を形成する。次に、酸化シ
リコン膜3Aとレジスト膜5を同一のエッチング速度で
エッチングでき、金による配線層2Aを殆んどエッチン
グしないエッチング手段、例えば、CF4 ガスを使用し
た反応性イオンエッチング法により、エッチングを行な
う。このエッチングは、配線層2Aの上部が露出し、く
ぼみ4Aがなくなるまで行なう。こうして、図1(d)
に示すように、平坦な酸化シリコン膜3Aaにより、配
線層2Aと下地基板1との段差が小さくなる(段差低減
工程)。次に、下地基板に段差がある場合などに残るこ
とのあるレジスト膜を有機溶剤により除去し、洗浄を行
なった後、再びCVD法により、図1(e)に示すよう
に、酸化シリコン膜6を形成する。次に、図1(f)に
示すように、レジスト膜8でなる平坦化膜を形成し、エ
ッチバックを行なって段差7を消失させることにより、
図1(g)に示すように、ほぼ完全に平坦な層間絶縁膜
(酸化シリコン膜6a,3aの2層膜)を形成すること
ができる。このように、くぼみや横孔がなく平坦な層間
絶縁膜を形成できるので、次に上層配線(図示しない)
を形成しても配線層2Aとの交差部での絶縁は良好であ
る。
【0016】図2は一実施例の変形の説明のための工程
順断面図である。
【0017】図2(a)に示すように、一実施例と同様
にして厚さ1μmの金めっき膜でなる配線層2Aとキャ
パシタの下部電極9(5μm×6μm)とを形成する。
一実施例と同様に、厚さ1.5μmの酸化シリコン膜を
堆積し、レジスト膜による平坦化膜を堆積し、選択エッ
チングを行ない、再び厚さ1μmの酸化シリコン膜を堆
積しレジスト膜による平坦化膜を堆積し、エッチバック
を行なうことにより、図2(b)に示すように酸化シリ
コン膜3a,6aの積層膜でなる層間絶縁膜を形成す
る。このとき、下部電極9上での酸化シリコン膜6aの
厚さが0.6μmになるようにエッチバックを行なう。
次に、図2(c)に示すように、配線層2A上に開口1
0を設け、金による上部電極11を形成する。こうして
形成したキャパシタは印加電圧100Vで漏れ電流は2
0nAと小さかった。図3を参照して説明したエッチバ
ック法のみによる平坦化処理を利用したキャパシタの漏
れ電流は20μAであり、大幅な改善が実現できた。
【0018】以上、絶縁膜を堆積し、平坦化膜を形成
し、選択エッチングを行なう段差低減工程が1回の場合
について説明したが、段差が大きい場合は、複数回行え
ばよい。また平坦化膜はレジスト膜に限らず、SOG膜
など、一般に使用されているものなら何でもよい。更
に、平坦化処理としてエッチバック法を使用する場合に
ついて説明したが、CMP法によってもよい。更にま
た、導電膜としては金膜に限らず反応性イオンエッチン
グに対して耐性があり、配線として使用可能な材料なら
何でもよい。また層間絶縁膜として酸化シリコン膜を使
用したが配線層と上層配線とを絶縁できる材料に置き換
えることが可能である。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、導電膜パ
ターン(配線層や電極)の設けられた下地基板に、絶縁
膜を堆積し、平坦化膜を堆積したのち、導電膜パターン
を少なくとも殆んどエッチングしない手段でエッチング
を行なう段差低減工程を少なくとも一回行なってから、
通常のエッチバック法またはCMP法による平坦化処理
を行なうので、前述の絶縁膜の段差被覆性が良好でない
ことに起因するくぼみや横孔のない平坦性のよい層間絶
縁膜を形成することができる。従って、層間絶縁膜を選
択的に被覆する上層配線の段切れを防止でき、層間絶縁
膜を間にはさんで設けられた、下層の配線層と上層配線
や、キャパシタなどの絶縁性の向上(漏れ電流の低減)
が可能となり、半導体装置の歩留や信頼性の向上がもた
らされる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の説明のための(a)〜
(g)に分図して示す工程順断面図である。
【図2】一実施例の変形の説明のための(a)〜(c)
に分図して示す工程順断面図である。
【図3】エッチバック法による平坦化処理の説明のため
の(a)〜(d)に分図して示す工程順断面図である。
【図4】CMP法による平坦化処理の説明のための
(a),(b)に分図して示す工程順断面図である。
【符号の説明】
1 下地基板 2,2A 配線層 3,3a,3A,3Aa 酸化シリコン膜(第1の絶
縁膜) 4 くぼみ 5 レジスト膜(第1の平坦化膜) 6,6a 酸化シリコン膜(第2の絶縁膜) 7 段差 8 レジスト膜(第2の平坦化膜) 9 下部電極 10 開口 11 上部電極 12,12a 酸化シリコン膜 13 くぼみ 14 酸化シリコン膜

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下地基板の表面に配線層の導電膜パター
    ンを形成する工程と、第1の絶縁膜を堆積し、第1の平
    坦化膜を形成し、前記第1の絶縁膜および第1の平坦化
    膜を少なくともほぼ同一のエッチング速度でかつ前記導
    電膜パターンと選択的にエッチングして前記配線層
    面及び側面の一部を露出させることにより前記第1の絶
    縁膜の堆積時に前記配線層の脇に形成されるくぼみ又は
    横孔を除去し段差を低減させる工程を少なくとも一工程
    含み、しかる後第2の絶縁膜を堆積し、第2の平坦化膜
    を形成し、平坦化処理を行なう工程とにより層間絶縁膜
    を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 導電膜パターンとして金膜パターンを形
    成し、第1の絶縁膜として酸化シリコン膜をCVD法に
    より堆積し、第1の平坦化膜としてレジスト膜を形成
    し、CF4 による反応性イオンエッチングを行なう請求
    項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 導電膜パターンが金配線層である請求項
    1または2記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 平坦化処理はエッチバック法による請求
    項1,2または3記載の半導体装置の製造方法。
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