JP2803345B2 - 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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【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体装置の製造方法、特に下層パターンによる絶縁
膜表面の凹凸段差をなだらかな段差形状に緩和する絶縁
膜表面の平坦化方法に関し、 非反応ガスのプラズマによるスパッタエッチングによ
って絶縁膜の段差形状をなだらかに緩和する方法におい
て、段差部に再堆積する絶縁膜の膜質を絶縁性の高い良
質の膜となし、これによって、段差部上を横切って絶縁
膜上に形成される複数の上層配線間に上記再堆積絶縁膜
を介しての電流リークの発生を防止することを目的と
し、 平面電極型のプラズマエッチング装置を用い、不活性
ガスと酸素の混合ガスのプラズマ中において、基板上の
絶縁膜の表面をスパッタエッチングすることによって、
前記絶縁膜表面の急峻な段差部の角を削って、滑らかな
段差部形状に緩和するとともに、該段差部の下部側面に
再堆積物を堆積してかつ前記削られた段差部の角の表面
と滑らかに表面が接続する斜面状側壁を形成する工程を
有するように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置の製造方法、特に下層パターンに
よる絶縁膜表面の凹凸段差をなだらかな段差形状に緩和
する絶縁膜表面の平坦化方法に関す。
半導体素子の微細化、それに伴う半導体素子の高密度
集積化のために、パターンの幅や間隔等の平面的な縮小
は年々進んでいるが、ゲート電極やアルミニウム配線等
においては、その抵抗値の増大や電流容量の減少を抑え
て素子特性を維持するために、形成膜厚はかえって厚く
なる傾向にあり、そのために、これら電極配線上を覆う
層間絶縁膜の表面に形成される起伏の段差は拡大する傾
向にある。そして、このような起伏段差の拡大はその上
層に形成される配線層等のカバレッジ性を低下せしめて
断線の原因になり半導体装置の信頼性を低下せしめる。
そこで、上記段差部上に形成される配線層のカバレージ
性を向上させる手法として、急峻な段差部の角を削り取
って、段差部形状をなだらかに緩和することが提案さ
れ、その一方法として急峻な段差部の角を、不活性ガス
特にアルゴン(Ar)のプラズマによるスパッタエッチン
グによって削り取る方法が用いられはじめている。しか
しこの方法には、スパッタエッチングに際して、段差部
の下方側面に再堆積する絶縁膜の膜質の劣化に起因する
信頼性低下の問題があり、改善が望まれている。
〔従来の技術〕
従来、上記層間絶縁膜の急峻な段差部の角を削り取っ
て段差部形状をなだらかに緩和するための不活性ガスプ
ラズマによるスパッタエッチングは、反応性スパッタエ
ッチング装置等の平面電極型プラズマエッチング装置を
用い、第3図のエッチング角度とエッチングレートの関
係図に示すように、エッチングレートが、基板面に対し
て45度の方向で最大になり、しかもレートの変化が非常
にシャープで、基板面に対し0度即ち平行に近い向き或
いは90度即ち垂直に近い向きで殆ど0に近づく(発明者
等の調査)、という性質があるArガス単体のプラズマに
よって主としてなされる。そして、工程断面図の第4図
に示すように、層間絶縁膜53に形成された段差部54の鎖
線で示す基板面に対しほぼ垂直な急峻な側壁55の角部56
を、ほぼ45度の角度にスパッタエッチングして削り取る
と同時に、削り取られた絶縁膜を段差部54の下部側面に
再堆積させる(153は再堆積絶縁膜)ことによってなだ
らかな段差部形状への緩和がなされていた。(図中、51
は下層絶縁膜、52A、52Bは下層配線) 〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、上記Arガス単体のプラズマを用いる従来のス
パッタエッチング方法においては、再堆積する絶縁膜15
3の膜質が悪く、シリコン(Si)の含有率が高い絶縁抵
抗の低い絶縁膜になるために、工程平面図の第5図に示
すように、段差部54を横切って層間絶縁膜53上に複数の
上層配線57A、57B等が形成された際には、上記段差部54
の下部側面に堆積される再堆積絶縁膜153を介し上層配
線57A、57B等の間に電流リーク(IL)が生じ、半導体装
置の性能や信頼性が劣化するという問題があった。
そこで本発明は、非反応ガスのプラズマによるスパッ
タエッチングによって絶縁膜の段差形状を滑らかに緩和
する方法において、段差部に再堆積する絶縁膜の膜質を
絶縁性の高い良質の膜となし、これによって、段差部上
を横切って絶縁膜上に形成される複数の上層配線間に上
記再堆積絶縁膜を介して生ずる電流リークを防止するこ
とを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題は、平面電極型のプラズマエッチング装置を
用い、不活性ガスと酸素の混合ガスのプラズマ中におい
て、基板上の絶縁膜の表面をスパッタエッチングするこ
とによって、前記絶縁膜表面の急峻な段差部の角を削っ
て、滑らかな段差部形状に緩和するとともに、該段差部
の下部側面に再堆積物を堆積してかつ前記削られた段差
部の角の表面と滑らかに表面が接続する斜面状側壁を形
成する工程を有するように構成された半導体装置の製造
方法によって解決される。
〔作 用〕
即ち本発明においては、従来から絶縁膜段差の角を基
板面に対して45度の角度に削り取るスパッタエッチング
に用いられていた不活性ガス例えばArガスに、酸化性の
ガスであるO2を加えてエッチングガスを〔Ar+O2〕系に
変更し、段差の下部側面に再堆積する絶縁膜中のSiとO
の割合をSiO2に近づけて再堆積膜の絶縁抵抗を向上させ
る。
これによって、この絶縁膜の段差部に再堆積される絶
縁膜を介して上層配線間に電流リークが生ずることがな
くなり、絶縁膜のリークに起因する半導体装置性能や信
頼性の劣化が防止される。
〔実施例〕
以下本発明の方法を、第1図(a)〜(c)に示す工
程断面図を参照し、一実施例により具体的に説明する。
第1図(a)参照 本発明の方法を用いて、例えば多層配線構造の半導体
装置を形成するに際しては、各種機能領域(図示せず)
が形成された半導体基板1上にSiO2等からなる下層絶縁
膜2が形成され、この下層絶縁膜2上に図示しない領域
で半導体基板1に形成された機能領域(図示せず)に接
続された例えば厚さ5000Å、幅1μm程度の下層アルミ
ニウム(Al)配線3A、3Bが例えば1μm程度の間隔で配
置形成された被加工基板上に、従来通り、例えば厚さ50
00Å程度の例えばSiO2からなる層間絶縁膜4を通常のCV
D法により形成する。ここで、層間絶縁膜4の上面に
は、下層Al配線3A、3Bの間隙部上にこの間隙部に沿っ
て、高さ5000Å程度の基板面に対してほぼ90度に近い急
峻な段差部5を有する凹部6が従来通り形成される。
第1図(b)参照 次いで、この被加工基板41を第2図に模式的に示すよ
うな通常の反応性スパッタエッチング装置内に挿入し、
〔Ar+O2〕雰囲気中において、前記SiO2層間絶縁膜4の
段差部5の角部のスパッタ法エッチングを行う。
エッチング条件は、例えば次の通りとする。
Ar 流量: 100cc/min O2 流量: 20cc/min 圧力 : 0.1Torr RFバワー(13.56MHz): 700W(〜1W/cm2) なお、第2図に示す反応性スパッタエッチング装置に
おいて、31はステンレス等の金属壁面を有するエッチン
グ室、31Eは対向電極面、32は排気系、33はガス供給
管、34は石英窓、35は絶縁体、36はエッチング用電極、
37は静電チャック、38はチャック用電源、39Aは冷媒導
入管、39Bは冷媒導出管、40はエッチング量測定用のレ
ーザ干渉計、41は被加工基板、42はRF電源、43は接地
点、44は石英カバー、45はガス拡散板を示す。
上記エッチング装置を用い、上記エッチング条件下に
おいて、SiO2からなる層間絶縁膜4の段差部5の角部の
45度方向のエッチングレートは約500Å/minであり、こ
のスパッタエッチングで削られた層間絶縁膜4が、その
まま、この角部の下部の凹部6の急峻な段差部5の側壁
面に斜面状に再堆積する。そしてこの再堆積絶縁膜104
と前記段差の角部の45度方向へのスパッタエッチングに
よる削除部7とによって、下層Al配線3A、3Bの間隙部上
の凹部6の段差部5には、滑らかな斜面状側壁8が形成
され、前記層間絶縁膜4面の急峻な段差部は、なだらか
段差形状に緩和される。
本発明の方法において、上記スパッタエッチングに使
用する不活性ガス例えばArに酸化性ガスのO2が添加され
るので、プラズマによりスパッタされる層間絶縁膜4は
プラズマにより活性化されたOによって充分に酸化され
て再堆積されるので、再堆積絶縁膜104を構成するシリ
コン酸化膜はSiO2に近い組成となり、その絶縁抵抗は従
来に比べ大幅に向上する。
なお、上記再堆積絶縁膜104の組成がSiO2に近づいて
いること、即ち再堆積絶縁膜104に含まれるSiの量が減
少していることは、例えば過塩素酸と燐酸と弗酸と水と
の混合液からなる通常のSiのエッチング液に対するエッ
チング耐性が、熱酸化によるSiO2にほぼ近づくことによ
って、容易に確かめられる。
以上のことは、層間絶縁膜にPSGを用いた場合におい
ても同様である。
第1図(c)参照 次いで、上記層間絶縁膜4上に、通常通りスパッタ法
等により上層の配線材料である例えば厚さ1μm程度の
Al層を形成し、通常のフォトリソグラフィによりパター
ニングを行い、カバレッジ性が良くて段差部5における
膜厚の減少の殆どない上層Al配線9が、前記下層Al配線
3A、3Bの間隙部上に形成される層間絶縁膜4の凹部6上
を横切って形成される。
ここで、上記上層Al配線9が紙面の前後方向に並んで
形成された際にも、凹部側壁の段差部5下方の再堆積絶
縁膜104は前述のように高絶縁抵抗を有するので、この
再堆積絶縁膜104を介してその上に並んで形成される上
層Al配線間に電流リークを生ずることはない。
なお本発明の方法には、Xe、Ne等、前記Ar以外の不活
性を用いることもできる。
〔発明の効果〕
以上説明のように本発明によれば、半導体基板上の絶
縁膜表面に形成された急峻な段差部を、アルゴン等の不
活性ガスのプラズマによるスパッタエッチングによりな
だらかな段差部形状に緩和させることによって、上層の
配線の形成される絶縁膜表面の平坦化が図られる半導体
装置の製造方法において、絶縁膜の段差部に再堆積され
る絶縁膜の絶縁抵抗の大幅な増大が図れるので、この再
堆積絶縁膜を介して上層配線間に電流リークを生ずるこ
とがなくなり、半導体装置性能や信頼性の向上が図れ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(c)は本発明の方法の一実施例の工程
断面図、 第2図は本発明に用いた反応性スパッタエッチング装置
の模式図、 第3図はエッチング角度とエッチングレートとの関係
図、 第4図は従来方法の工程断面図、 第5図は従来方法の工程平面図 である。 図において、 1は半導体基板、 2は下層絶縁膜、 3A、3Bは下層Al配線、 4は層間絶縁膜、 5は段差部、 6は凹部、 7は削除部、 8は斜面状側壁、 9は上層Al配線、 104は再堆積絶縁膜 を示す。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−114215(JP,A) 特開 昭53−112669(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3065

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平面電極型のプラズマエッチング装置を用
    い、不活性ガスと酸素の混合ガスのプラズマ中におい
    て、基板上の絶縁膜の表面をスパッタエッチングするこ
    とによって、 前記絶縁膜表面の急峻な段差部の角を削って、滑らかな
    段差部形状に緩和するとともに、該段差部の下部側面に
    再堆積物を堆積してかつ前記削られた段差部の角の表面
    と滑らかに表面が接続する斜面状側壁を形成する工程を
    有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】前記不活性ガスがアルゴンよりなることを
    特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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