JP2991695B2 - 半導体素子の絶縁膜の形成方法 - Google Patents

半導体素子の絶縁膜の形成方法

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    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76819Smoothing of the dielectric

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
における平坦化方法に関し、詳しくは、半導体素子の製
造において、ローカル(Local)平坦度及びグローバル
(Global)平坦度を向上させ得る半導体素子の平坦な絶
縁膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近来、半導体素子の高集積化に伴い、同
一層における金属(Metal)配線相互の間隔が狭くなり、
更に、導体パターンの多層化につれて、かかる多層導体
パターンを形成するとき、サブミクロン(Sub-micron)
程度の狭い配線間、導体層間を絶縁物質などを用いて埋
め、且つ、多層導体パターンの形成において発生するグ
ローバル段差を減少させてフォトリソグラフィ(Photol
ithography)操作における焦点深さ(Deepth of Focus)
のマージン(margin)を確保するようにしている。
【0003】この幅の狭い配線間を絶縁する方法として
は、絶縁膜となるプラズマエンハンスド(Plasma Enhan
ced ;PE)酸化膜を蒸着形成した後SOG塗布(Spin-o
n-Glass Coating)を行ってエッチバック(Etchback)す
る方法があるが、最近では高密度プラズマ化学気相蒸着
法(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition
;以下、HDP CVD と略称する)を適用して酸化膜を蒸
着形成するのが主流となっている。また、グローバル段
差を減少させる方法としては、フォトレジスト又はアク
フロ(Accuflo; Allied Signalの製品)のようなポリマ
ーをコーティングした後エッチバックする方法があり、
最近では化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishin
g ;以下、CMP と略称する)法が主流となっている。
【0004】これらの方法を用いて多層導電パターンを
形成するには、図7(A)に示すように、先ず、基板1
1上に導電層を蒸着形成し、該導電層をパターニングし
て導電パターン13を形成し、該基板及び該導電パター
ン上にHDP CVD 法により酸化膜15を蒸着形成した後、
図7(B)に示すように、該酸化膜の上面をCMP 法によ
り研磨(Polishing)して、すなわち平坦化処理を行って
各導電層を形成していた。
【0005】然るに、このような従来の多層導電パター
ンの形成方法としてのHDP CVD 法による酸化膜の蒸着形
成は、耐吸湿性に優れ、且つギャップ(Gap)を充填する
特性に優れるという利点を有するものの、酸化膜の形成
後にCMP 法を適用してグローバル段差を消滅させること
が不可欠の操作となっており、半導体の製造工程が煩雑
になり製造原価が上昇するという不都合な点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の課題に鑑みてなされたもので、半導体素子の製造
においてローカル(Local)平坦度及びグローバル(Glob
al)平坦度を向上し得る半導体素子の平坦な絶縁膜の形
成方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願発明者は、HDP CVD
法による酸化膜の蒸着形成では、何故、CMP 法の適用が
不可欠なのか、という点を深く考察した結果、HDP CVD
法においてはウエハの置かれるサセプター(Susceptor)
にDCバイアス(Bias)、RFバイアス又はそれらを組み合
せてバイアスパワーを加えるため、蒸着と同時にスパッ
タリング(sputtering)がおこること;該スパッタリン
グは、イオン(ion)の入射方向に対して45°傾斜した
面の食刻率が垂直面における食刻率より約3〜4倍程度
高くなるため、配線の幅と該酸化膜の蒸着厚みによって
は該配線上部に梯形の凸部、いわゆるグローバル段差を
有する酸化膜が形成されること(図7(A)における符
号13aの上部の酸化膜15の形状参照);一方、該配
線の幅がある値以下では該配線上部にできる該酸化膜の
凸部形状は小さな三角形であり(図7(A)における符
号13b及び13cの上部の酸化膜15の形状参照)、
該三角形の高さは蒸着速度とスパッタリング速度の比、
すなわち蒸着速度/スパッタリング速度、が減少するほ
ど、また、蒸着厚さが増加するほど、更に配線の幅が狭
くなるほど低くなること;を見いだし、本発明をなすに
至ったものである。
【0008】すなわち、本発明は、半導体素子の平坦な
絶縁膜の形成方法であって、その上に絶縁膜を介して導
電パタ−ンが形成された基板上に高密度プラズマ化学気
相蒸着法にて絶縁酸化膜を形成する方法において、該導
電パターンの配線の幅を予め2.0μm 以下にしておく
ことを特徴とする。
【0009】ここで、前記の配線幅の予備調整は、該配
線中に複数のホールを穿設することによって、すなわち 前記のホールが、前記の配線の幅方向に細分化した
細長い溝又は該溝と該溝の長手方向の途中に形成した孔
との組み合わせ、又は 前記のホールが、溝を螺旋状に連結したもの、とす
ることによって行えばよい。
【0010】尚、前記の高密度プラズマ化学気相蒸着法
は、下記の条件にて行われるのが好適である。 蒸着速度スパッタリング速度3.2 プラズマの密度≧約1010cm-3
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施態様の数例を
挙げた図面を用いて本発明を詳細に説明する。先ず第1
の実施態様について説明する(図1参照。同図(A)〜
(E)に示す各ステップを順次行うものである)。
【0012】ステップ1(図1(A)参照) 基板21上に平坦な絶縁膜22を形成し、該絶縁膜上に
Al−Cu合金からなる導電層を厚さ約0.5〜0.8
μm に蒸着形成した後、該導電層をパターニングして所
望の配線幅(最小値:半導体のデザインルール(Design
role)上の最小線の幅、最大値:2.0μm 以下)の第
1の導電パターン23を形成する。ここで、配線幅が最
大許容値を超える場合には、パターニングされる配線の
パターンを以下のようにして対処する。 パワーライン及び一部のシグナルライン等のように
2.0μm より広い線幅を必要とする場合:ライン30
に複数のホール31、32が形成されるようにする(図
2参照);及び パッド(PAD)のように一辺の長さが約80〜100
μm の四角形状を必要とする場合: A.四角形のパッド40に複数の細長いホール41が形
成されるようにする(図3参照);又は B.螺旋形のライン51が螺旋形のホールを介して隣接
するように形成されるようにする(図4参照)。
【0013】ステップ2(図1(B)参照) 前記の導電パターン23を絶縁膜22を介してその上に
形成された基板上にHDP CVD 法により厚さ約1.0〜
2.0μm の酸化膜24を蒸着させる。このとき、該導
電パターンの配線幅が2.0μm 以下にしているので、
全体的にグローバル段差の殆どない平坦な該酸化膜が得
られる。尚、高密度プラズマ(HDP)は、SiH4 、O
2 、CH4 、C26 又はNF3 の群から何れか1つを
選択すればよく、また、使用プラズマ密度は1010cm-3
以上とする。該HDP CVD 法の具体的装置としては、IC
P(Inductively Coupled Plasma)型、ECR(Electr
on Cyclotron Resonance)型、ヘリコン(Helicon)プラ
ズマ型の群から何れか1つを選択すればよい。該装置か
らサセプター(Susceptor)に加えられるバイアスパワー
(Bias power)は、DCバイアスパワー、若しくはRF
バイアスパワーを個別に使用してもよいし、又はDCバ
イアスパワーとRFバイアスパワーを同時に使用しても
よい(但し、該DCバイアスパワーは約−100〜−
1,500Vにし、RFバイアスパワーは約500〜4
00Wにすることが望ましい)。
【0014】ステップ3(図1(C)参照) 前記の酸化膜24に前記の導電パターン23の上面の所
要箇所を露出させるように複数のビアホール(Via Hol
e)25を食刻形成する。
【0015】ステップ4(図1(D)参照) 前記の酸化膜24上に第1の導電パターン23の形成と
同様にして第2の導電パターン26を形成する。このと
き、ステップ3で形成された複数のビアホール25内に
該第2の導電パターン27形成のための導電物質が充填
されるので、該第1の導電パターンと該第2の導電パタ
ーンとが電気的に連結される(符号26が該導電物質の
充填にて形成された層間接続部である)。
【0016】ステップ5(図1(E)参照) 前記のステップ2〜4を所定回数繰り返すと多層配線板
が形成される。尚、不動態化のためのパッシベーション
絶縁膜29がその上に形成される最上段の導電パターン
28a、28bは配線の幅に考慮することなく形成する
ことができるが、パッドになる部分28aについてはパ
ッケージングができるように一辺の長さが約80〜10
0μm の四角形状に形成し、該パッシベーション絶縁膜
を蒸着形成した後、該パッド上の該パッシベーション絶
縁膜を除去して該パッドの上部を開ける。
【0017】次に、第2の実施態様について説明する
(図5参照。同図(A)〜(F)に示す各ステップを順
次行うものである)。
【0018】この実施態様は、ステップ3の操作に先立
って、第1の絶縁膜64a(第1の実施態様の符号24
に対応)の上に第2の絶縁膜(SOG膜又はポリマー
膜)64bを形成し(図5(C)参照)、次いで該第2
の絶縁膜をエッチバックする(図5(D)参照。但し、
同図はエッチバックに次いでビアホール65(第1の実
施態様の符号25に対応)の食刻形成迄行った状態を示
している)サブステップAを行うことを除き第1の実施
態様と同様にして行うものである。
【0019】ここで、第1の実施態様を示す図1と第2
の実施態様を示す図5との対応関係は下表の通りであ
る。
【0020】
【表1】
【0021】このように、サブステップAを介在させる
ことによって、最終的に得られる絶縁膜のグローバル平
坦度及びローカル平坦度が第1の実施態様に比し、より
優れたものとなる(グローバル平坦度:SOG膜やポリ
マー膜が優れたギャップ充填特性を有することによる。
ローカル平坦度:グローバル平坦度に優れたSOG膜や
ポリマー膜をその上に有する絶縁膜にエッチバックを施
すことによる)。
【0022】尚、このサブステップAの運用条件(例
示)は下記の通りである。 SOGの種類:無機又は有機系 SOG塗布の方法:スピンコーティング エッチバックにおける使用ガス:CF4 、CHF
3 、C26 又はO2 等を単独又は適宜組み合わせる。
【0023】更に、第3の実施態様について説明する
(図6参照。同図(A)〜(F)に示す各ステップを順
次行うものである)。
【0024】この実施態様は、ステップ3の操作に先立
って、第1の絶縁膜74a(第1の実施態様の符号24
aに対応)の上に第2の絶縁膜74bを形成し(図6
(B)参照)、更にその上に第3の絶縁膜(SOG膜又
はポリマー膜)74cを形成し(図6(C)参照)、次
いで該第3の絶縁膜をエッチバックする(図6(D)参
照。但し、同図はエッチバックに次いでビアホール75
(第1の実施態様の符号25に対応)の食刻形成迄行っ
た状態を示している)サブステップBを行うことを除き
第1の実施態様と同様にして行うものである。
【0025】ここで、第1の実施態様を示す図1と第3
の実施態様を示す図6との対応関係は下表の通りであ
る。
【0026】
【表2】
【0027】このように、サブステップBを介在させる
ことによって、最終的に得られる絶縁膜のグローバル平
坦度及びローカル平坦度が第2の実施態様に比し、より
優れたものとなる(グローバル段差のより完璧な低減に
よる)。
【0028】尚、このサブステップBの運用条件(例
示)は下記の通りである。 第2の導電膜の形成:コンベンショナル RF CVD 法 第2の導電膜の厚み:0.2〜0.5μm SOGの種類:無機又は有機系 SOG塗布の方法:スピンコーティング エッチバックにおける使用ガス:CF4 、CHF
3 、C26 又はO2 等を単独又は適宜組み合わせる。
【0029】
【発明の効果】上記の通り、本発明によれば、CMP を行
うことなく、HDP CVD 酸化膜の蒸着のみ、場合によって
は更に該酸化膜上へのSOG膜の形成とエッチバック
を、また更には該酸化膜上へ更なる酸化膜の形成とSO
G膜の形成、そして該SOG膜のエッチバックを行うだ
けでCMP の適用が必須とされた従来の方法とほぼ同等レ
ベルのグローバル平坦度及びローカル平坦度を確保し得
る。結果として、半導体の製造工程を単純化させること
ができ、ひいては原価の節減及び生産性の向上がもたら
され、半導体素子の歩留りも向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法の第1の実施態様をステップに分
けて示した工程図である。
【図2】本発明の方法における配線に対する工夫の一例
を示す平面図である。
【図3】本発明の方法における配線に対する工夫の他の
例を示す平面図である。
【図4】本発明の方法における配線に対する工夫の更に
他の例を示す平面図である。
【図5】本発明の方法の第2の実施態様をステップに分
けて示した工程図である。
【図6】本発明の方法の第3の実施態様をステップに分
けて示した工程図である。
【図7】従来の半導体素子の平坦な絶縁膜の形成方法を
示す断面図である。
【符号の説明】
21、61、71 基板 22、62、72 絶縁膜 23、63、73 第1の導電パターン 24、64a、74a 酸化膜(第1の絶縁膜) 64b、74b SOG膜,第2の絶縁膜 74c SOG膜(第3の絶縁膜) 25、65、75 ビアホール 26、66、76 導電物質の充填部 27、67、77 第2の導電パターン 28a、28b、68a、68b、78a、78b 最
終導電パターン 29、69、79 パッシベーション絶縁膜 30 配線 31、32 ホール 40、50 四角形パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−157440(JP,A) 特開 平9−55376(JP,A) 特開 昭61−268045(JP,A) 特開 平7−161720(JP,A) 特開 平5−226327(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 その上に絶縁膜を介して導電パタ−ンが
    形成された基板上に高密度プラズマ化学気相蒸着法にて
    絶縁酸化膜を形成する方法において、該導電パターン内
    に溝を螺旋状に連結したホールを穿設することによっ
    て、該配線の幅を予め2.0μm 以下にしておくことを
    特徴とする半導体素子の平坦な絶縁膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 前記の高密度プラズマ化学気相蒸着法
    が、蒸着速度/スパッタリング速度≦3.2の条件にて
    行われる請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記のプラズマの密度が、約1010cm-3
    以上である請求項1又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記の高密度プラズマ化学気相蒸着法に
    よる絶縁酸化膜の形成において、絶縁酸化膜の蒸着形成
    の後、SOG塗布又はコンベンショナル RFCVD 法によ
    る更なる絶縁膜の形成とそれに続くSOG塗布の後でエ
    ッチバックを行う請求項1乃至3のいずれか1に記載の
    方法。
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