JP3093429B2 - 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】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に半導体集積回路における多層配線の形成方法
に関するものである。
関し、特に半導体集積回路における多層配線の形成方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の多層配線の形成方法として、19
89 IEDM(IEEE Internationa
l Electron Devices Meetin
g Technical Digest)pp.669
〜672の内容について、図3(a)および(b)を参
照して説明する。
89 IEDM(IEEE Internationa
l Electron Devices Meetin
g Technical Digest)pp.669
〜672の内容について、図3(a)および(b)を参
照して説明する。
【0003】はじめに図3(a)に示すように、拡散層
(図示せず)形成済みの半導体基板1上に、酸化シリコ
ン膜2を介して下層アルミニウム配線3を形成したのち
TEOS(テトラエトキシシラン)およびオゾン含有酸
素をソースガスとする常圧CVD(化学気相成長)法に
より酸化シリコン膜5を堆積する。
(図示せず)形成済みの半導体基板1上に、酸化シリコ
ン膜2を介して下層アルミニウム配線3を形成したのち
TEOS(テトラエトキシシラン)およびオゾン含有酸
素をソースガスとする常圧CVD(化学気相成長)法に
より酸化シリコン膜5を堆積する。
【0004】つぎに図3(b)に示すように、レジスト
(図示せず)をマスクとして酸化シリコン膜5を選択エ
ッチングしてスルーホールを開口したのち、上層アルミ
ニウム配線8を形成する。
(図示せず)をマスクとして酸化シリコン膜5を選択エ
ッチングしてスルーホールを開口したのち、上層アルミ
ニウム配線8を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来、テトラエトキシ
シランおよびオゾン含有ガスをソースガスとする常圧C
VD法によって形成した酸化シリコン膜を層間絶縁膜と
している。図3(c)に示すように、アルミニウム配線
3上に常圧CVD法により堆積した酸化シリコン膜5の
表面は平坦である。一方、酸化膜2上に常圧CVD法に
より堆積した酸化シリコン膜5の表面は凹凸が激しく、
気泡5aを含んでいる。この現象はオゾンの流量が大き
いほど、酸化膜5の堆積膜厚を厚くするほど顕著に現わ
れてくる。
シランおよびオゾン含有ガスをソースガスとする常圧C
VD法によって形成した酸化シリコン膜を層間絶縁膜と
している。図3(c)に示すように、アルミニウム配線
3上に常圧CVD法により堆積した酸化シリコン膜5の
表面は平坦である。一方、酸化膜2上に常圧CVD法に
より堆積した酸化シリコン膜5の表面は凹凸が激しく、
気泡5aを含んでいる。この現象はオゾンの流量が大き
いほど、酸化膜5の堆積膜厚を厚くするほど顕著に現わ
れてくる。
【0006】プラズマCVD法により全面に酸化膜を堆
積してから、常圧CVD法により酸化シリコン膜を堆積
しても、同様の表面状態になる。
積してから、常圧CVD法により酸化シリコン膜を堆積
しても、同様の表面状態になる。
【0007】この酸化シリコン膜にスルーホールを開口
したとき、スルーホールの側壁に凹凸が生じて、図3
(d)に示すように上層アルミニウム配線8に断線8b
が生じることがある。さらにエッチング工程において、
酸化シリコン膜5表面の凹凸にアルミニウム残り8aが
発生して、アルミニウム配線8がショートしてしまう。
したとき、スルーホールの側壁に凹凸が生じて、図3
(d)に示すように上層アルミニウム配線8に断線8b
が生じることがある。さらにエッチング工程において、
酸化シリコン膜5表面の凹凸にアルミニウム残り8aが
発生して、アルミニウム配線8がショートしてしまう。
【0008】このように常圧CVD法による酸化シリコ
ン膜を用いて多層配線を形成するのは困難である。この
酸化シリコン膜を用いた半導体集積回路の歩留や信頼性
は著しく低かった。
ン膜を用いて多層配線を形成するのは困難である。この
酸化シリコン膜を用いた半導体集積回路の歩留や信頼性
は著しく低かった。
【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、半導体基板の一主面上に形成された第1の絶
縁膜の上に下層金属配線を形成する工程と、前記第1の
絶縁膜および前記下層金属配線上にCVD法によって第
1の酸化シリコン膜を堆積する工程と、弗素化合物ガス
を用いたドライエッチングまたは弗素化合物のイオン注
入により前記第1の酸化シリコン膜の表面処理を行い膜
厚を0.5μm以下にする工程と、前記第1の酸化シリ
コン膜上に有機シリコン化合物およびオゾン含有酸素を
用いた常圧CVD法により第2の酸化シリコン膜を堆積
する工程と、前記第2の酸化シリコン膜および前記第1
の酸化シリコン膜を選択エッチングして前記下層金属配
線に接続するスルーホールを開口する工程と、前記スル
ーホールを介して前記下層金属配線に接続する上層金属
配線を形成する工程とを含み、前記オゾンと有機シリコ
ン化合物との流量比が8:1以上であることを特徴とす
る。
造方法は、半導体基板の一主面上に形成された第1の絶
縁膜の上に下層金属配線を形成する工程と、前記第1の
絶縁膜および前記下層金属配線上にCVD法によって第
1の酸化シリコン膜を堆積する工程と、弗素化合物ガス
を用いたドライエッチングまたは弗素化合物のイオン注
入により前記第1の酸化シリコン膜の表面処理を行い膜
厚を0.5μm以下にする工程と、前記第1の酸化シリ
コン膜上に有機シリコン化合物およびオゾン含有酸素を
用いた常圧CVD法により第2の酸化シリコン膜を堆積
する工程と、前記第2の酸化シリコン膜および前記第1
の酸化シリコン膜を選択エッチングして前記下層金属配
線に接続するスルーホールを開口する工程と、前記スル
ーホールを介して前記下層金属配線に接続する上層金属
配線を形成する工程とを含み、前記オゾンと有機シリコ
ン化合物との流量比が8:1以上であることを特徴とす
る。
【0010】
【実施例】本発明の第1の実施例について、図1(a)
〜(d)を参照して説明する。
〜(d)を参照して説明する。
【0011】はじめに図1(a)に示すように、拡散層
形成済みのシリコン基板1上に、CVD法により厚さ
0.5μmの酸化シリコン膜2を形成したのち、厚さ
0.7μmの下層アルミニウム配線3を形成する。つぎ
にプラズマCVD法により厚さ0.3μmの第1の酸化
シリコン膜4を堆積する。
形成済みのシリコン基板1上に、CVD法により厚さ
0.5μmの酸化シリコン膜2を形成したのち、厚さ
0.7μmの下層アルミニウム配線3を形成する。つぎ
にプラズマCVD法により厚さ0.3μmの第1の酸化
シリコン膜4を堆積する。
【0012】つぎに図1(b)に示すように、CHF3
の流量を25sccm、O2の流量を5sccmとし、
RFpowerを1200W、圧力を5.0Paとし
て、陰極結合方式(cathode couple m
ode)のドライエッチングの装置で、第1の酸化シリ
コン膜4の表面を約0.1μmエッチングする。
の流量を25sccm、O2の流量を5sccmとし、
RFpowerを1200W、圧力を5.0Paとし
て、陰極結合方式(cathode couple m
ode)のドライエッチングの装置で、第1の酸化シリ
コン膜4の表面を約0.1μmエッチングする。
【0013】つぎに図1(c)に示すように、オゾンと
TEOSの流量比を20:1とする常圧CVD法によ
り、厚さ1.0μmの第2の酸化シリコン膜5を堆積す
る。
TEOSの流量比を20:1とする常圧CVD法によ
り、厚さ1.0μmの第2の酸化シリコン膜5を堆積す
る。
【0014】つぎに図1(d)に示すように、スルーホ
―ルを開口したのち上層アルミニウム配線8を形成す
る。
―ルを開口したのち上層アルミニウム配線8を形成す
る。
【0015】さらに図1(a)〜(d)の工程を繰り返
すことにより、3層以上の多層配線を形成することがで
きる。
すことにより、3層以上の多層配線を形成することがで
きる。
【0016】本実施例において、第1の酸化シリコン膜
4を堆積したのち、CHF3およびO2を用いた陰極結合
方式のドライエッチング装置で、第1の酸化シリコン膜
4を表面をエッチングする。この表面処理により、その
上に堆積した第2の酸化シリコン膜5表面の下地依存性
がなくなって平坦になった。
4を堆積したのち、CHF3およびO2を用いた陰極結合
方式のドライエッチング装置で、第1の酸化シリコン膜
4を表面をエッチングする。この表面処理により、その
上に堆積した第2の酸化シリコン膜5表面の下地依存性
がなくなって平坦になった。
【0017】上層アルミニウム配線8を形成したあとの
エッチング残りは完全になくなったうえ、スルーホール
部の断線も解消した。
エッチング残りは完全になくなったうえ、スルーホール
部の断線も解消した。
【0018】本実施例において第1の酸化シリコン膜4
の表面を弗素化合物で処理する方法として、陰極結合方
式のドライエッチング装置を用いたが、より等方的なエ
ッチングが可能な陽極結合方式のドライエッチング装置
を用いても同様の効果を得ることができる。ドライエッ
チングの代わりに、AsF3 (三弗化砒素)、AsF5
(五弗化砒素)、BF3 (三弗化硼素)のうち1つ以上
をイオン注入しても同様の効果を得ることができる。
の表面を弗素化合物で処理する方法として、陰極結合方
式のドライエッチング装置を用いたが、より等方的なエ
ッチングが可能な陽極結合方式のドライエッチング装置
を用いても同様の効果を得ることができる。ドライエッ
チングの代わりに、AsF3 (三弗化砒素)、AsF5
(五弗化砒素)、BF3 (三弗化硼素)のうち1つ以上
をイオン注入しても同様の効果を得ることができる。
【0019】表面処理に用いたCHF3およびO2の代り
に、CF4 、C2 F6 、SF6 、CCl2 F2などの弗
素化合物ガスのうち、1つ以上を用いても同様の効果を
得ることができる。
に、CF4 、C2 F6 、SF6 、CCl2 F2などの弗
素化合物ガスのうち、1つ以上を用いても同様の効果を
得ることができる。
【0020】またO2の流量は、全ガス流量の1/5と
したが、全ガス流量の0ないし1/4の流量の範囲であ
れば良い。
したが、全ガス流量の0ないし1/4の流量の範囲であ
れば良い。
【0021】ドライエッチング用の有機シリコン化合物
としてテトラエトキシシランを用いがたが、その代りに
Rをアルキル基としてSiH(R)3(トリアルキルシ
ラン)、SiH(OR)3(トリアルコキシシラン)、
Si(R)4(テトラアルキルシラン)、Si(OR)4
(テトラアルコキシシラン)、(OSi(R)3)2(ヘ
キサアルキルジシラザン)、(OSi(OR)3)2(ヘ
キサアルコキシジシラザン)、(OSi(R)2)3(ヘ
キサアルキルシクロトリシロキサン)、(OSi(O
R)2)3(ヘキサアルコキシシクロトリシロキサン)、
(OSi(R)2)4(オクタアルキルシクロテトラシロ
キサン)、(OSi(OR)2)4(オクタアルコキシシ
クロテトラシロキサン)のうち1つ以上を用いても同様
の効果を得ることができる。
としてテトラエトキシシランを用いがたが、その代りに
Rをアルキル基としてSiH(R)3(トリアルキルシ
ラン)、SiH(OR)3(トリアルコキシシラン)、
Si(R)4(テトラアルキルシラン)、Si(OR)4
(テトラアルコキシシラン)、(OSi(R)3)2(ヘ
キサアルキルジシラザン)、(OSi(OR)3)2(ヘ
キサアルコキシジシラザン)、(OSi(R)2)3(ヘ
キサアルキルシクロトリシロキサン)、(OSi(O
R)2)3(ヘキサアルコキシシクロトリシロキサン)、
(OSi(R)2)4(オクタアルキルシクロテトラシロ
キサン)、(OSi(OR)2)4(オクタアルコキシシ
クロテトラシロキサン)のうち1つ以上を用いても同様
の効果を得ることができる。
【0022】下層配線および上層配線としてアルミニウ
ム配線を用いたが、その代りにアルミニウム合金(アル
ミニウム−シリコン−銅など)、チタン合金(窒化チタ
ン、チタン−タングステンなど)、金属シリサイド、
金、ポリシリコンのうち1つ以上からなる金属配線を用
いても同様の効果を得ることができる。
ム配線を用いたが、その代りにアルミニウム合金(アル
ミニウム−シリコン−銅など)、チタン合金(窒化チタ
ン、チタン−タングステンなど)、金属シリサイド、
金、ポリシリコンのうち1つ以上からなる金属配線を用
いても同様の効果を得ることができる。
【0023】第1の酸化シリコン膜の厚さは0.3μm
としたが、0.2〜0.5μmの範囲内であれば良い。
としたが、0.2〜0.5μmの範囲内であれば良い。
【0024】第2の酸化シリコン膜の厚さは1.0μm
としたが、0.5〜1.5μmの範囲内であれば良い。
としたが、0.5〜1.5μmの範囲内であれば良い。
【0025】常圧CVD法においてオゾンとテトラエト
キシシランとの流量比を20:1としたが、流量比は
8:1以上であれば良く、また加圧CVD法や減圧CV
D法でも良い。
キシシランとの流量比を20:1としたが、流量比は
8:1以上であれば良く、また加圧CVD法や減圧CV
D法でも良い。
【0026】つぎに本発明の第2の実施例について、図
2(a)〜(d)を参照して説明する。
2(a)〜(d)を参照して説明する。
【0027】はじめに図2(a)に示すように、拡散層
形成済みのシリコン基板1上に、CVD法により厚さ
0.5μmの酸化シリコン膜2を形成したのち、厚さ
0.7μmの下層アルミニウム配線3を形成する。つぎ
にプラズマCVD法により厚さ0.4μmの第1の酸化
シリコン膜4を堆積する。
形成済みのシリコン基板1上に、CVD法により厚さ
0.5μmの酸化シリコン膜2を形成したのち、厚さ
0.7μmの下層アルミニウム配線3を形成する。つぎ
にプラズマCVD法により厚さ0.4μmの第1の酸化
シリコン膜4を堆積する。
【0028】つぎに図2(b)に示すように、CHF3
の流量を25sccm、O2の流量を5sccmとし、
RFpowerを1200W、圧力を5.0Paとし
て、陽極結合方式(anode couple mod
e)のドライエッチングの装置で、第1の酸化シリコン
膜4を表面を約0.1μmエッチングする。
の流量を25sccm、O2の流量を5sccmとし、
RFpowerを1200W、圧力を5.0Paとし
て、陽極結合方式(anode couple mod
e)のドライエッチングの装置で、第1の酸化シリコン
膜4を表面を約0.1μmエッチングする。
【0029】つぎに図2(c)に示すように、オゾンと
TEOSの流量比を20:1とする常圧CVD法によ
り、厚さ1.0μmの第2の酸化シリコン膜5を堆積す
る。つぎに主成分が化学式CH3−Si(OH)3で表わ
される有機シリカ溶液を3000rpmで回転塗布した
のち、300℃の窒素雰囲気で1時間熱処理して、厚さ
0.5μmの有機シリカ膜6を形成する。
TEOSの流量比を20:1とする常圧CVD法によ
り、厚さ1.0μmの第2の酸化シリコン膜5を堆積す
る。つぎに主成分が化学式CH3−Si(OH)3で表わ
される有機シリカ溶液を3000rpmで回転塗布した
のち、300℃の窒素雰囲気で1時間熱処理して、厚さ
0.5μmの有機シリカ膜6を形成する。
【0030】つぎに図2(d)に示すように、第2の酸
化シリコン膜5と有機シリカ膜6との選択比が1:2と
なるドライエッチングにより、有機シリカ膜6が完全に
なくなり下層アルミニウム配線3上の第2の酸化シリコ
ン膜5の厚さが0.4μmになるまでエッチバックを行
なう。つぎにプラズマCVD法により厚さ0.3μmの
第3の酸化シリコン膜7を堆積する。つぎにスルーホー
ルを開口したのち、上層アルミニウム配線8を形成す
る。
化シリコン膜5と有機シリカ膜6との選択比が1:2と
なるドライエッチングにより、有機シリカ膜6が完全に
なくなり下層アルミニウム配線3上の第2の酸化シリコ
ン膜5の厚さが0.4μmになるまでエッチバックを行
なう。つぎにプラズマCVD法により厚さ0.3μmの
第3の酸化シリコン膜7を堆積する。つぎにスルーホー
ルを開口したのち、上層アルミニウム配線8を形成す
る。
【0031】さらに図2(a)〜(d)の工程を繰り返
すことにより、3層以上の多層配線を形成することがで
きる。
すことにより、3層以上の多層配線を形成することがで
きる。
【0032】本実施例では有機シリカ膜6を形成したの
ち、完全にエッチバックすることにより、さらに平坦性
が優れた層間絶縁膜を形成することができた。
ち、完全にエッチバックすることにより、さらに平坦性
が優れた層間絶縁膜を形成することができた。
【0033】第3の酸化シリコン膜6の厚さは0.3μ
mとしたが、0.2〜0.5μmの範囲であれば良い。
mとしたが、0.2〜0.5μmの範囲であれば良い。
【0034】第1の酸化シリコン膜4の表面処理するた
めに、0.1μmだけドライエッチングしたが、下層ア
ルミニウム配線3上の第1の酸化シリコン膜4が完全に
なくなるまでエッチングして、側壁のみに第1の酸化シ
リコン膜4を残しても同様の効果を得ることができる。
めに、0.1μmだけドライエッチングしたが、下層ア
ルミニウム配線3上の第1の酸化シリコン膜4が完全に
なくなるまでエッチングして、側壁のみに第1の酸化シ
リコン膜4を残しても同様の効果を得ることができる。
【0035】また有機シリカ膜6としてSOG膜を用い
たが、その代りにレジスト膜またはポリイミド系樹脂膜
を用いても同様の結果を得ることができる。
たが、その代りにレジスト膜またはポリイミド系樹脂膜
を用いても同様の結果を得ることができる。
【0036】
【発明の効果】下層金属配線が形成された半導体基板表
面にプラズマCVD法により酸化シリコン膜を堆積した
のち、弗素化合物ガスプラズマ処理を行なうか、弗素化
合物をイオン注入して酸化シリコン膜の表面処理を行な
う。つぎに有機シリコン化合物およびオゾン含有酸素を
用いた常圧CVD法で酸化シリコン膜を堆積する。その
結果、下地に関係なく気泡がない平坦な、常圧CVD酸
化シリコン膜を形成することができる。
面にプラズマCVD法により酸化シリコン膜を堆積した
のち、弗素化合物ガスプラズマ処理を行なうか、弗素化
合物をイオン注入して酸化シリコン膜の表面処理を行な
う。つぎに有機シリコン化合物およびオゾン含有酸素を
用いた常圧CVD法で酸化シリコン膜を堆積する。その
結果、下地に関係なく気泡がない平坦な、常圧CVD酸
化シリコン膜を形成することができる。
【0037】上層金属配線のエッチング残りが生じるこ
となく、スルーホールでの断線のない多層配線を形成す
ることができる。半導体集積回路の歩留や信頼性が著し
く向上した。
となく、スルーホールでの断線のない多層配線を形成す
ることができる。半導体集積回路の歩留や信頼性が著し
く向上した。
【図1】本発明の第1の実施例を工程順に示す断面図で
ある。
ある。
【図2】本発明の第2の実施例を工程順に示す断面図で
ある。
ある。
【図3】(a)および(b)は従来の多層配線の形成方
法を示す断面図である。(c)および(d)は従来の多
層配線の問題点を示す断面図である。
法を示す断面図である。(c)および(d)は従来の多
層配線の問題点を示す断面図である。
1 シリコン基板 2 酸化シリコン膜 3 下層アルミニウム配線 4 第1の酸化シリコン膜 5 第2の酸化シリコン膜 5a 気泡 6 有機シリカ膜 7 第3の酸化シリコン膜 8 上層アルミニウム配線 8a アルミニウム残り 8b 断線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−3932(JP,A) 特開 平3−278435(JP,A) 特開 平2−58836(JP,A) 特開 昭63−293948(JP,A) 特開 平5−259298(JP,A)
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板の一主面上に形成された第1
の絶縁膜の上に下層金属配線を形成する工程と、前記第
1の絶縁膜および前記下層金属配線上にCVD法によっ
て第1の酸化シリコン膜を堆積する工程と、弗素化合物
ガスを用いたドライエッチングまたは弗素化合物のイオ
ン注入により前記第1の酸化シリコン膜の表面処理を行
い膜厚を0.5μm以下にする工程と、前記第1の酸化
シリコン膜上に有機シリコン化合物およびオゾン含有酸
素を用いた常圧CVD法により第2の酸化シリコン膜を
堆積する工程と、前記第2の酸化シリコン膜および前記
第1の酸化シリコン膜を選択エッチングして前記下層金
属配線に接続するスルーホールを開口する工程と、前記
スルーホールを介して前記下層金属配線に接続する上層
金属配線を形成する工程とを含み、前記オゾンと有機シ
リコン化合物との流量比が8:1以上であることを特徴
とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記第2のシリコン酸化膜上に回転塗布
および熱処理により有機シリカ膜を形成する工程と、エ
ッチバックにより前記有機シリカ膜を完全に除去する工
程と、プラズマCVD法により第3の酸化シリコン膜を
形成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。 - 【請求項3】 前記有機シリカ膜に代えてSOG膜、レ
ジスト膜、ポリイミド膜のうち1つ以上を用いる請求項
2記載の半導体装置の製造方法。
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