JP3158486B2 - 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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JP3158486B2 JP11811591A JP11811591A JP3158486B2 JP 3158486 B2 JP3158486 B2 JP 3158486B2 JP 11811591 A JP11811591 A JP 11811591A JP 11811591 A JP11811591 A JP 11811591A JP 3158486 B2 JP3158486 B2 JP 3158486B2
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  • Weting (AREA)
  • 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】半導体高集積回路において、平坦化層間
絶縁膜を用いることは、必須である。
【0003】従来、この種の平坦化層間絶縁膜は、以下
の工程で作成されていた。すなわち、図3に示すように
能動素子を有する半導体基板301上に第1の電極・ゲ
ートポリシリコン電極303を形成する。302はシリ
コン酸化膜である。その後、化学気相成長法により、ホ
ウ素/リン含有シリコン酸化膜304を形成し、続いて
900℃の窒素雰囲気中で30分間熱処理を行い上記ホ
ウ素/リン含有シリコン酸化膜のリフローを行う。続い
て、第1アルミニウム配線305を形成していた(参考
文献1982,RCA Review P.423
〜)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術に
おいて、化学気相成長法により形成した第1のホウ素/
リン含有シリコン酸化膜は、配線幅が広く孤立している
部分のパターン上での膜厚と配線のないフィールド領域
での膜厚とが等しいため、下地段差は緩和されない。さ
らに、第2・第3のCVD法シリコン酸化膜において
も、同様の形状を示すため、第3のCVD法シリコン酸
化膜形成後の形状は悪く、上に形成したアルミニウム配
線が断線、あるいは短絡してしまい、多層配線構造の形
成が困難であるばかりか、歩留り,信頼性が著しく損な
われてしまうという問題を有している。
【0005】本発明の目的は、パターン依存性をなく
し、多層化を可能にする多層配線構造体の製造方法を提
供することにある。
【0006】
【課題を解決しようとする手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、能動素子を
有する半導体基板上に、第1の配線を形成する工程と、
前記第1の配線が形成された前記半導体基板全面に回転
塗布法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シ
リコン酸化膜を薄い弗化水素酸溶液で選択的にエッチン
グし、前記配線の上部及び前記配線と平坦部との段差側
壁から底部にかけての前記シリコン酸化膜を除去して、
前記配線の形成されていない平坦な領域に前記シリコン
酸化膜を残す工程と、850℃以下の温度でかつ酸素雰
囲気中で熱処理する工程とを含むものである。
【0007】また、前記シリコン酸化膜は、Rn−Si
(OR′)4-n,Si(OR″)4(n=1,2,3)
(R:1価の炭化水素基,R′:アルキル基,R″:水
素又はアルキル基)のうちの少なくとも1つを主成分と
する塗布溶液を用いて形成されるものである。
【0008】また、前記回転塗布法により形成されるシ
リコン酸化膜は、添加物としてリンあるいはホウ素のう
ち少なくとも1つを含有するものである。
【0009】
【作用】能動素子を有する半導体基板上に第1の配線を
形成し、上記形成された第1の配線上に層間絶縁膜の一
部として回転塗布法によりシリコン酸化膜を形成し、上
記回転塗布法により形成されたシリコン酸化膜の一部を
薄い弗化水素酸溶液でエッチングし、続いて850℃以
下の温度で、かつ、酸素雰囲気中で熱処理するものであ
る。
【0010】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【0011】(実施例1)図1は、本発明の実施例1を
工程順に示す縦断面図である。
【0012】図1(a)に示すように、能動素子を有す
る半導体基板101に、シリコン酸化膜102を介し
て、厚さ0.4μmのポリシリコン電極103を形成
し、レジストを用いた公知の方法でパターニングする。
次に、ポリシリコン電極103上に化学気相成長法を用
いてシリコン酸化膜104を1000Å形成する。続い
て、主成分がSi(OC254とCH3−Si(OC2
53との混合物からなり、かつP25を5mol%、
23を10mol%含む塗布溶液を4000rpmで
20秒間回転塗布する。この後、150℃のホットプレ
ートで20秒間熱処理を行い、続いて400℃の窒素雰
囲気中で30分間熱処理を行い、ホウ素/リン含有シリ
コン酸化膜105を形成する。
【0013】次に、図1(b)に示すように、純水と弗
化水素酸との割合が50:1の薄い弗化水素酸水溶液で
上記ホウ素/リン含有シリコン酸化膜105を30秒間
エッチングする。
【0014】続いて図1(c)に示すように、850℃
の酸素雰囲気中で1時間熱処理を行い、上記ホウ素/リ
ン含有シリコン酸化膜105をリフローし、ホウ素/リ
ン含有シリコン酸化膜リフロー膜106を形成する。こ
のときのホウ素/リン含有シリコン酸化膜膜厚は0.2
μmである。
【0015】さらに図1(d)に示すように、上記ホウ
素/リン含有シリコン酸化膜リフロー膜106上に化学
気相成長法を用いてシリコン酸化膜107を厚さ0.2
μmに形成する。
【0016】ここで、低温(400℃)ベーク後のホウ
素/リン含有シリコン酸化膜の純水と弗化水素酸との割
合が50:1の薄い弗化水素酸水溶液に対するエッチン
グレートは、平坦な部分で300〜400(Å/mi
n)と小さい。しかしながら段差側壁から底部にかけて
は、1000〜2000(Å/min)と平坦部と比較
し、かなり大きい値である。このような純水と弗化水素
酸との割合が50:1の薄い弗化水素酸水溶液に対する
エッチングレートの差を利用して図1(b)に示すよう
な形状のホウ素/リン含有シリコン酸化膜を形成するこ
とができ、さらに850℃の酸素雰囲気中で1時間リフ
ローすることにより、図1(c)に示すようなホウ素/
リン含有シリコン酸化膜を形成することができる。
【0017】以上のように形成されたホウ素/リン含有
シリコン酸化膜リフロー膜106を有する層間絶縁膜
は、配線のないフィールド領域に厚く形成できることか
ら、パターン依存がなく、十分な平坦性が得られ、さら
に上層アルミニウム配線の断線,短絡は発生せず、多層
化が可能となり、高歩留りかつ良好なデバイス特性を得
ることができる。
【0018】本実施例においては、ホウ素/リン含有シ
リコン酸化膜とポリシリコン電極との間に化学気相成長
法により、シリコン酸化膜を形成しているが、上記化学
気相成長シリコン酸化膜を形成しない場合においても、
同様の効果を得ることができる。
【0019】また、本実施例において、回転塗布法で形
成される膜として、ホウ素/リン含有シリコン酸化膜を
用いたが、リン含有シリコン酸化膜、あるいはホウ素含
有シリコン酸化膜においても同様の結果を得ることがで
きる。
【0020】(実施例2)図2は、本発明の実施例2を
工程順に示す断面図である。
【0021】図2(a)に示すように、能動素子を有す
る半導体基板201上にポリシリコン電極203を形成
し、レジストを用いた公知の方法でパターニングする。
上記ポリシリコン電極上に主成分がSi(OC254
とCH3−Si(OC253との混合物からなり、かつ
25を8mol%含む塗布溶液を4000rpmで2
0秒間回転塗布する。この後、150℃のホットプレー
トで20秒間熱処理を行い、続いて400℃の窒素雰囲
気中で30分間熱処理を行い、第1のリン含有シリコン
酸化膜204を形成する。
【0022】次に図2(b)に示すように、純水と弗化
水素酸との割合が50:1の薄い弗化水素酸水溶液で上
記第1のリン含有シリコン酸化膜204を30秒間エッ
チングする。
【0023】続いて、850℃の酸素雰囲気中で1時間
熱処理を行う。このときの上記第1のリン含有シリコン
酸化膜204の膜厚は0.3μmである。
【0024】次に図2(c)に示すように、上記850
℃の熱処理を行った第1のリン含有シリコン酸化膜20
4上に、第1のリン含有シリコン酸化膜形成時に用いた
ときのと同じ溶液を4000rpmで20秒間回転塗布
し、厚さ0.3μmの第2のリン含有シリコン酸化膜2
05を形成する。
【0025】この後、図2(d)に示すように、150
℃のホットプレートで20秒間熱処理を行い、続いて2
400℃の窒素雰囲気中で30分間熱処理を行い、最後
に850℃の酸化雰囲気中で1時間熱処理を行い、リン
含有シリコン酸化膜206が形成される。
【0026】本実施例では、第1のリン含有シリコン酸
化膜で高温(〜850℃)熱処理後、直ちに第2のリン
含有シリコン酸化膜を成膜したが、上層に形成された膜
が塗布法により形成された膜であるために、平坦性は良
好であった。
【0027】ここで、本実施例で形成したときの形状と
従来技術で形成したときの形状を比較してみると、従来
技術で形成した場合、配線幅が広く孤立している部分の
パターン上での膜厚と配線のないフィールド領域でのそ
の生じる段差は0.4μmと、下地段差と同程度であっ
たが、本実施例で形成した場合、第1層目の層間絶縁膜
を配線層の広い部分にのみ形成するため、配線幅が広く
孤立している部分との生じる膜厚差は0.1μmと小さ
く、十分な平坦性を得ることができ、さらに上部配線の
断線,短絡は全く発生せず、多層配線形成が容易に可能
で、高歩留りかつ良好なデバイス特性を得ることができ
る。
【0028】尚、本実施例において、回転塗布法で形成
される膜として、リン含有シリコン酸化膜を用いたが、
ホウ素/リン含有シリコン酸化膜あるいは、ホウ素含有
シリコン酸化膜あるいは、シリコン酸化膜においても、
同様の結果を得ることができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、層間絶縁
膜の一部として回転塗布法によりシリコン酸化膜を形成
し、薄い弗化水素酸水溶液で上記回転塗布法シリコン酸
化膜の一部をエッチングし、続いて高温(〜850℃)
の酸素雰囲気中で熱処理することにより、配線幅が広く
孤立している部分と、配線のないフィールド領域との生
じる段差が低減できることから、十分な平坦性が得ら
れ、上層配線の断線,短絡は発生せず、高歩留りかつ良
好なデバイス特性を得ることができ、さらに信頼性も向
上するという効果を有する。また、多層化が容易となる
という効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1を工程順に示す断面図であ
る。
【図2】本発明の実施例2を工程順に示す断面図であ
る。
【図3】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
101 半導体基板 102 シリコン酸化膜 103 ポリシリコン電極 104 CVD法シリコン酸化膜 105 ホウ素/リン含有シリコン酸化膜 106 ホウ素/リン含有シリコン酸化膜リフロー膜 107 CVD法シリコン酸化膜 201 半導体基板 202 シリコン酸化膜 203 ポリシリコン電極 204 第1のリン含有シリコン酸化膜 205 第2のリン含有シリコン酸化膜 206 リン含有シリコン酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/306 D (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/321 H01L 21/3213 H01L 21/768 H01L 21/312 H01L 21/314 - 21/318 H01L 21/47 H01L 21/471 - 21/473

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 能動素子を有する半導体基板上に、第1
    の配線を形成する工程と、 前記第1の配線が形成された前記半導体基板全面に回転
    塗布法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜を薄い弗化水素酸溶液で選択的にエ
    ッチングし、前記配線の上部及び前記配線と平坦部との
    段差側壁から底部にかけての前記シリコン酸化膜を除去
    して、前記配線の形成されていない平坦な領域に前記シ
    リコン酸化膜を残す工程と 、 850℃以下の温度でかつ酸素雰囲気中で熱処理する工
    程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記シリコン酸化膜は、Rn−Si(O
    R′)4-n,Si(OR″)4(n=1,2,3)(R:
    1価の炭化水素基,R′:アルキル基,R″:水素又は
    アルキル基)のうちの少なくとも1つを主成分とする塗
    布溶液を用いて形成されることを特徴とする請求項1に
    記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記回転塗布法により形成されるシリコ
    ン酸化膜は、添加物としてリンあるいはホウ素のうち少
    なくとも1つを含有することを特徴とする請求項1に記
    載の半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6025279B1 (ja) * 2015-10-28 2016-11-16 孝己 伊藤 多段積層用の飾り鉢ユニット

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