JP2942063B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、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有利に改善する方
法を提案しようとするものである。
法に関し、特に層間絶縁膜の平坦化を有利に改善する方
法を提案しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】近年の技術の進歩に伴う半導体装置の高
集積度化は、必然的に金属配線の多層化を要請すること
となった。かかる多層配線を行う場合は、如何にこの層
間絶縁膜を平坦化するかが配線の信頼性を高める上で重
要である。そこで従来から層間絶縁膜の平坦化について
研究開発が進められている。
集積度化は、必然的に金属配線の多層化を要請すること
となった。かかる多層配線を行う場合は、如何にこの層
間絶縁膜を平坦化するかが配線の信頼性を高める上で重
要である。そこで従来から層間絶縁膜の平坦化について
研究開発が進められている。
【０００３】ところで、このような層間絶縁膜として
は、低温の熱ＣＶＤ法による絶縁膜（以下単に低温熱Ｃ
ＶＤ絶縁膜という）の使用が検討されている。この低温
熱ＣＶＤ絶縁膜は、絶縁耐圧が使用に耐える点で他の方
法で形成した膜よりも有利であり、しかもステップカバ
レージがフロー形状になるため、その後の平坦化プロセ
スが簡略化できる利点がある。このような低温熱ＣＶＤ
絶縁膜に関しては、例えばJ.Electrochem.Soc.,Vol.13
7,No.9 September 1990,p.2883-2887に、ＴＥＯＳ(Tetr
aethylorthosilicate,Si(OC2H5)4)) とオゾンを用いた
常圧低温ＣＶＤによるSiO2膜生成についての記載があ
る。
は、低温の熱ＣＶＤ法による絶縁膜（以下単に低温熱Ｃ
ＶＤ絶縁膜という）の使用が検討されている。この低温
熱ＣＶＤ絶縁膜は、絶縁耐圧が使用に耐える点で他の方
法で形成した膜よりも有利であり、しかもステップカバ
レージがフロー形状になるため、その後の平坦化プロセ
スが簡略化できる利点がある。このような低温熱ＣＶＤ
絶縁膜に関しては、例えばJ.Electrochem.Soc.,Vol.13
7,No.9 September 1990,p.2883-2887に、ＴＥＯＳ(Tetr
aethylorthosilicate,Si(OC2H5)4)) とオゾンを用いた
常圧低温ＣＶＤによるSiO2膜生成についての記載があ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように低温熱
ＣＶＤ絶縁膜は、種々の利点を有するものの、その成膜
の際には、配線上の成膜速度が早い一方、下層絶縁膜で
あるＢＰＳＧ膜上の速度が遅いという、成膜速度の下地
依存性があり、したがって金属配線による絶縁膜の段差
が強調されて、絶縁膜の平坦化に相反する様相を呈する
という問題があった。また、前掲論文においては、２μ
m 程度の膜をクラックを生じることなしに成膜させるこ
とができることが示されているが、実際の半導体装置の
製造における層間絶縁膜に用いた場合には、この層間絶
縁膜の膜厚すなわち8000Å(0.8μm )程度の厚みにおい
てもクラックが発生することがあった。
ＣＶＤ絶縁膜は、種々の利点を有するものの、その成膜
の際には、配線上の成膜速度が早い一方、下層絶縁膜で
あるＢＰＳＧ膜上の速度が遅いという、成膜速度の下地
依存性があり、したがって金属配線による絶縁膜の段差
が強調されて、絶縁膜の平坦化に相反する様相を呈する
という問題があった。また、前掲論文においては、２μ
m 程度の膜をクラックを生じることなしに成膜させるこ
とができることが示されているが、実際の半導体装置の
製造における層間絶縁膜に用いた場合には、この層間絶
縁膜の膜厚すなわち8000Å(0.8μm )程度の厚みにおい
てもクラックが発生することがあった。
【０００５】この発明は、上記の問題を有利に解決する
もので、層間絶縁膜にとして低温熱ＣＶＤ絶縁膜を用い
る場合に不可避であった、成膜速度の下地依存性、及
び配線上に成膜した低温熱ＣＶＤ絶縁膜にクラックが
入ること、を有利に防止することのできる半導体装置の
製造方法を提案することを目的とする。
もので、層間絶縁膜にとして低温熱ＣＶＤ絶縁膜を用い
る場合に不可避であった、成膜速度の下地依存性、及
び配線上に成膜した低温熱ＣＶＤ絶縁膜にクラックが
入ること、を有利に防止することのできる半導体装置の
製造方法を提案することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】さて発明者らは、上述し
た低温熱ＣＶＤ絶縁膜の成膜速度の下地依存性を解消す
べく鋭意研究を進め、その結果、成膜速度が遅くなって
絶縁膜上と同程度の速度になるような膜、すなわち下地
調整膜を配線上において低温熱ＣＶＤ絶縁膜の直下に介
在させることで下地依存性はなくなることを見出した。
このような下地調整膜としては、低温熱ＣＶＤ絶縁物又
はＳＯＧが有利であるが、他方これらの膜はクラックの
発生に対しては防止効果が薄かった。
た低温熱ＣＶＤ絶縁膜の成膜速度の下地依存性を解消す
べく鋭意研究を進め、その結果、成膜速度が遅くなって
絶縁膜上と同程度の速度になるような膜、すなわち下地
調整膜を配線上において低温熱ＣＶＤ絶縁膜の直下に介
在させることで下地依存性はなくなることを見出した。
このような下地調整膜としては、低温熱ＣＶＤ絶縁物又
はＳＯＧが有利であるが、他方これらの膜はクラックの
発生に対しては防止効果が薄かった。
【０００７】ところで、低温熱ＣＶＤ絶縁膜におけるク
ラック発生の原因は、この膜とメタル配線との熱膨張量
が著しく相違するため、ＣＶＤ等の各種熱処理後におい
て、低温熱ＣＶＤ膜の熱収縮がメタル配線の熱収縮に追
いつかず、熱応力が発生するためだと考えられている。
この点、上掲文献では、単結晶シリコン上のみの成膜で
あったために、層間絶縁膜の膜厚を遙かに超えた膜厚で
もクラックが発生しなかったのに対して、実際の半導体
装置の製造に供した場合は、熱収縮量の大きなAl配線が
介在しているため、図２に模式で示すようにクラックが
発生し易かったのである。
ラック発生の原因は、この膜とメタル配線との熱膨張量
が著しく相違するため、ＣＶＤ等の各種熱処理後におい
て、低温熱ＣＶＤ膜の熱収縮がメタル配線の熱収縮に追
いつかず、熱応力が発生するためだと考えられている。
この点、上掲文献では、単結晶シリコン上のみの成膜で
あったために、層間絶縁膜の膜厚を遙かに超えた膜厚で
もクラックが発生しなかったのに対して、実際の半導体
装置の製造に供した場合は、熱収縮量の大きなAl配線が
介在しているため、図２に模式で示すようにクラックが
発生し易かったのである。
【０００８】そこから、配線の熱収縮の影響を低温熱Ｃ
ＶＤ絶縁膜に伝播するのを防止するために、熱収縮が小
さくしかも高強度の材料からなる膜を配線上に成膜させ
ることにより、クラックを有利に防止できることを見出
した。この発明は、上記の知見に立脚するものである。
ＶＤ絶縁膜に伝播するのを防止するために、熱収縮が小
さくしかも高強度の材料からなる膜を配線上に成膜させ
ることにより、クラックを有利に防止できることを見出
した。この発明は、上記の知見に立脚するものである。
【０００９】すなわちこの発明は、半導体基体の主表面
上に、下地絶縁膜を介して金属配線を選択的に形成した
のち、この金属配線を覆って低温熱ＣＶＤ法による層間
絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法において、配線
用の金属膜を形成した後、この金属膜上に高融点材料又
はプラズマＣＶＤ酸化物よりなる高強度膜を形成し、次
いでこの高強度膜上に上記層間絶縁膜の成膜速度を前記
下地絶縁膜上の成長速度とほぼ同じにする低温熱ＣＶＤ
絶縁物又はＳＯＧよりなる下地調整膜を形成した後、フ
ォトリソグラフ法により金属膜、高強度膜及び下地調整
膜をエッチングして積層の配線パターンを選択的に形成
し、その後上記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である。
上に、下地絶縁膜を介して金属配線を選択的に形成した
のち、この金属配線を覆って低温熱ＣＶＤ法による層間
絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法において、配線
用の金属膜を形成した後、この金属膜上に高融点材料又
はプラズマＣＶＤ酸化物よりなる高強度膜を形成し、次
いでこの高強度膜上に上記層間絶縁膜の成膜速度を前記
下地絶縁膜上の成長速度とほぼ同じにする低温熱ＣＶＤ
絶縁物又はＳＯＧよりなる下地調整膜を形成した後、フ
ォトリソグラフ法により金属膜、高強度膜及び下地調整
膜をエッチングして積層の配線パターンを選択的に形成
し、その後上記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である。
【００１０】ここに、高融点材料がCr、Ｗ、Ti及びTi
N の１種又は２種以上であること、高強度膜は、圧縮
応力１×109 dyn/cm2 以上の強度を有する材料であるこ
と、下地調整膜の膜厚が500 Å以下であることが有利
に適合する。
N の１種又は２種以上であること、高強度膜は、圧縮
応力１×109 dyn/cm2 以上の強度を有する材料であるこ
と、下地調整膜の膜厚が500 Å以下であることが有利
に適合する。
【００１１】
【作用】この発明では、下地調整膜を積層配線の最上層
に形成させることから、配線上の成膜速度を効果的に抑
制することができ、したがって成長速度の下地依存性を
効果的に小さくすることができるのであり、また、配線
と低温熱ＣＶＤ絶縁膜との間に、熱収縮の小さい高強度
膜を介在させることで、クラックが効果的に防止できる
のである。
に形成させることから、配線上の成膜速度を効果的に抑
制することができ、したがって成長速度の下地依存性を
効果的に小さくすることができるのであり、また、配線
と低温熱ＣＶＤ絶縁膜との間に、熱収縮の小さい高強度
膜を介在させることで、クラックが効果的に防止できる
のである。
【００１２】
【実施例】以下図面を用いてこの発明を具体的に説明す
る。図１ａ〜ｃに、この発明の一実施例を断面で時系列
的に示す。まず下地絶縁膜（例えばＢＰＳＧ膜）１上
に、配線用の金属膜（Al等）２を形成した後、この金属
膜２上ヘクラック耐性を向上させるための高融点材料
（Cr，Ｗ，Ti，TiN など）又はプラズマＣＶＤ酸化物よ
りなる高強度膜３を形成する。この高強度膜は、成長速
度が配線同様に速いために、高強度膜３の成膜後にこの
高強度膜３上ヘ低温ＣＶＤ絶縁膜（ＢＰＳＧ(Borophoso
hosilicate glass) ，ＰＳＧ(Phosohosilicate glass)
，ＢＳＧ(Borosilicate glass)，ＮＳＧ(Non-doped si
licate glass)）又はＳＯＧ（Spin on Glass ）膜を、
その後に被成する層間絶縁膜の、配線上における成膜速
度が下地絶縁膜１上における成膜速度とほぼ同じにする
ために形成する（図１ａ参照）。
る。図１ａ〜ｃに、この発明の一実施例を断面で時系列
的に示す。まず下地絶縁膜（例えばＢＰＳＧ膜）１上
に、配線用の金属膜（Al等）２を形成した後、この金属
膜２上ヘクラック耐性を向上させるための高融点材料
（Cr，Ｗ，Ti，TiN など）又はプラズマＣＶＤ酸化物よ
りなる高強度膜３を形成する。この高強度膜は、成長速
度が配線同様に速いために、高強度膜３の成膜後にこの
高強度膜３上ヘ低温ＣＶＤ絶縁膜（ＢＰＳＧ(Borophoso
hosilicate glass) ，ＰＳＧ(Phosohosilicate glass)
，ＢＳＧ(Borosilicate glass)，ＮＳＧ(Non-doped si
licate glass)）又はＳＯＧ（Spin on Glass ）膜を、
その後に被成する層間絶縁膜の、配線上における成膜速
度が下地絶縁膜１上における成膜速度とほぼ同じにする
ために形成する（図１ａ参照）。
【００１３】ここに、金属配線膜２の膜厚は8000〜1000
0 Å程度であり、高強度膜３の膜厚は、配線用の金属膜
が熱収縮するのを妨げるために300 〜 700Å程度とする
のが好ましい。また下地調整膜４の膜厚は、500 Å以下
とすることが、配線パターンをエッチングにより選択的
に形成する際にエッチング量をへらし加工精度を上げる
理由から好ましい。
0 Å程度であり、高強度膜３の膜厚は、配線用の金属膜
が熱収縮するのを妨げるために300 〜 700Å程度とする
のが好ましい。また下地調整膜４の膜厚は、500 Å以下
とすることが、配線パターンをエッチングにより選択的
に形成する際にエッチング量をへらし加工精度を上げる
理由から好ましい。
【００１４】さらに、高強度膜３は、その目的のために
は圧縮応力が１×109 dyn/cm2 以上の強度を有する材料
であることが好ましい。
は圧縮応力が１×109 dyn/cm2 以上の強度を有する材料
であることが好ましい。
【００１５】次に、フォトリソグラフ法により下地調整
膜上にエッチングマスクを選択的に形成し、このエッチ
ングマスクを介してエッチングを行うことにより、図１
ｂに示すように、積層の配線パターンを選択的に形成す
る。このエッチングには、スパッタエッチングを用いる
ことにより、１回のエッチングで積層配線を選択的に形
成させることができる。
膜上にエッチングマスクを選択的に形成し、このエッチ
ングマスクを介してエッチングを行うことにより、図１
ｂに示すように、積層の配線パターンを選択的に形成す
る。このエッチングには、スパッタエッチングを用いる
ことにより、１回のエッチングで積層配線を選択的に形
成させることができる。
【００１６】次いで図１ｃに示すように、熱ＣＶＤ法に
よる層間絶縁膜５を形成する。かかる層間絶縁膜として
は、ＴＥＯＳとオゾンを用いた常圧ＣＶＤ法が好適であ
る。
よる層間絶縁膜５を形成する。かかる層間絶縁膜として
は、ＴＥＯＳとオゾンを用いた常圧ＣＶＤ法が好適であ
る。
【００１７】次にこの発明を具体的数値に基づき実証す
る。 実施例１ ＢＰＳＧ膜上に、スパッタ法によりAl配線膜を膜厚：80
00Åに形成し、ついでこのAl配線膜上にプラズマＣＶＤ
酸化膜を膜厚：1500Åに形成した後、ＳＯＧ膜を500 Å
の膜厚に形成した。なお上記プラズマＣＶＤ酸化膜の膜
応力は、圧縮応力１×109 dyn/cm2 である。次いでフォ
トリソグラフ法によりＳＯＧ膜上にエッチングマスクを
選択的に形成し、このエッチングマスクを介してスパッ
タエッチングを行って、配線幅：１μm 、配線間距離：
１μm である積層配線パターンを形成した。この積層配
線パターン上並びにＢＰＳＧ膜上に、層間絶縁膜として
低温熱ＣＶＤ絶縁膜を、原料としてのＴＥＯＳ流量：10
0cc/min 、オゾン流量：800cc/min、基板温度：400
℃、圧力：760 Torrの条件で形成した。かかる得られた
低温熱ＣＶＤ絶縁膜の、配線上の膜厚は8000Å、配線か
ら十分に離れたＢＰＳＧ膜上の膜厚は8000Åであって、
成膜速度の下地依存性が解消されたことが分かった。ま
たクラックの発生もなかった。
る。 実施例１ ＢＰＳＧ膜上に、スパッタ法によりAl配線膜を膜厚：80
00Åに形成し、ついでこのAl配線膜上にプラズマＣＶＤ
酸化膜を膜厚：1500Åに形成した後、ＳＯＧ膜を500 Å
の膜厚に形成した。なお上記プラズマＣＶＤ酸化膜の膜
応力は、圧縮応力１×109 dyn/cm2 である。次いでフォ
トリソグラフ法によりＳＯＧ膜上にエッチングマスクを
選択的に形成し、このエッチングマスクを介してスパッ
タエッチングを行って、配線幅：１μm 、配線間距離：
１μm である積層配線パターンを形成した。この積層配
線パターン上並びにＢＰＳＧ膜上に、層間絶縁膜として
低温熱ＣＶＤ絶縁膜を、原料としてのＴＥＯＳ流量：10
0cc/min 、オゾン流量：800cc/min、基板温度：400
℃、圧力：760 Torrの条件で形成した。かかる得られた
低温熱ＣＶＤ絶縁膜の、配線上の膜厚は8000Å、配線か
ら十分に離れたＢＰＳＧ膜上の膜厚は8000Åであって、
成膜速度の下地依存性が解消されたことが分かった。ま
たクラックの発生もなかった。
【００１８】実施例２ ＢＰＳＧ膜上に、スパッタ法によりAl配線膜を膜厚：80
00Åに形成し、ついでこのAl配線膜上にTiN 膜をスパッ
タ法により膜厚：500 Åに形成した後、低温熱ＣＶＤ法
によるＮＳＧ膜を500 Åの膜厚に形成した。それ以降は
実施例１と同じ条件で積層配線及び層間絶縁膜を形成し
た。かかる得られた低温熱ＣＶＤ絶縁膜の、配線上の膜
厚は8000Å、配線から十分に離れたＢＰＳＧ膜上の膜厚
は8000Åであって、成膜速度の下地依存性が解消された
ことが分かった。またクラックの発生もなかった。
00Åに形成し、ついでこのAl配線膜上にTiN 膜をスパッ
タ法により膜厚：500 Åに形成した後、低温熱ＣＶＤ法
によるＮＳＧ膜を500 Åの膜厚に形成した。それ以降は
実施例１と同じ条件で積層配線及び層間絶縁膜を形成し
た。かかる得られた低温熱ＣＶＤ絶縁膜の、配線上の膜
厚は8000Å、配線から十分に離れたＢＰＳＧ膜上の膜厚
は8000Åであって、成膜速度の下地依存性が解消された
ことが分かった。またクラックの発生もなかった。
【００１９】以上、この発明を実施例に基づき説明した
が、この発明はこの実施例に限定されることなく、幾多
の変形例が可能である。また、熱ＣＶＤ法による層間絶
縁膜の形成後に、平坦性の向上を目的とするエッチバッ
クや、耐湿性の向上を目的とするプラズマＣＶＤ絶縁膜
の積層を行っても良い。
が、この発明はこの実施例に限定されることなく、幾多
の変形例が可能である。また、熱ＣＶＤ法による層間絶
縁膜の形成後に、平坦性の向上を目的とするエッチバッ
クや、耐湿性の向上を目的とするプラズマＣＶＤ絶縁膜
の積層を行っても良い。
【００２０】
【発明の効果】この発明の半導体装置の製造方法は、配
線用の金属膜を形成した後、この金属膜上に高融点材料
又はプラズマＣＶＤ酸化物よりなる高強度膜を形成し、
次いでこの高強度膜上に上記層間絶縁膜の成膜速度を前
記下地絶縁膜上の成長速度とほぼ同じにする低温熱ＣＶ
Ｄ絶縁物又はＳＯＧよりなる下地調整膜を形成した後、
フォトリソグラフ法により金属膜、高強度膜及び下地調
整膜をエッチングして積層の配線パターンを選択的に形
成し、その後上記層間絶縁膜を形成することにより、ク
ラックが発生することなく、層間絶縁膜の成膜速度の下
地依存性を小さくすることができ、平坦化の著しい向上
を図ることができる。
線用の金属膜を形成した後、この金属膜上に高融点材料
又はプラズマＣＶＤ酸化物よりなる高強度膜を形成し、
次いでこの高強度膜上に上記層間絶縁膜の成膜速度を前
記下地絶縁膜上の成長速度とほぼ同じにする低温熱ＣＶ
Ｄ絶縁物又はＳＯＧよりなる下地調整膜を形成した後、
フォトリソグラフ法により金属膜、高強度膜及び下地調
整膜をエッチングして積層の配線パターンを選択的に形
成し、その後上記層間絶縁膜を形成することにより、ク
ラックが発生することなく、層間絶縁膜の成膜速度の下
地依存性を小さくすることができ、平坦化の著しい向上
を図ることができる。
【図１】図１は、この発明の一実施例を時系列に示す断
面図である。
面図である。
【図２】図２は、従来法による層間絶縁膜を模式で示す
断面図である。
断面図である。
１ 下地絶縁膜 ２ 金属膜 ３ 高強度膜 ４ 下地調整膜 ５ 層間絶縁膜 ６ クラック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/316 H01L 21/3205 H01L 21/768
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基体の主表面上に、下地絶縁膜を
介して金属配線を選択的に形成したのち、この金属配線
を覆って低温熱ＣＶＤ法による層間絶縁膜を形成する半
導体装置の製造方法において、 配線用の金属膜を形成した後、この金属膜上に高融点材
料又はプラズマＣＶＤ酸化物よりなる高強度膜を形成
し、次いでこの高強度膜上に上記層間絶縁膜の成膜速度
を前記下地絶縁膜上の成長速度とほぼ同じかそれ以下に
する低温熱ＣＶＤ絶縁物又はＳＯＧよりなる下地調整膜
を形成した後、フォトリソグラフ法により金属膜、高強
度膜及び下地調整膜をエッチングして積層の配線パター
ンを選択的に形成し、その後上記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。 - 【請求項２】 高融点材料がCr、Ｗ、Ti及びTiN の１種
又は２種以上である請求項１記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項３】 高強度膜は、圧縮応力１×109 dyn/cm2
以上の強度を有する材料である請求項１又は２記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 下地調整膜の膜厚が500 Å以下である請
求項１〜３のいずれか一に記載の半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16782092A JP2942063B2 (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16782092A JP2942063B2 (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0613378A JPH0613378A (ja) | 1994-01-21 |
| JP2942063B2 true JP2942063B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=15856705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16782092A Expired - Fee Related JP2942063B2 (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2942063B2 (ja) |
-
1992
- 1992-06-25 JP JP16782092A patent/JP2942063B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0613378A (ja) | 1994-01-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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