JP3342150B2 - 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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JP3342150B2 JP00875394A JP875394A JP3342150B2 JP 3342150 B2 JP3342150 B2 JP 3342150B2 JP 00875394 A JP00875394 A JP 00875394A JP 875394 A JP875394 A JP 875394A JP 3342150 B2 JP3342150 B2 JP 3342150B2
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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
に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の微細化に伴い、積層型の配
線構造が採用されている。上層配線と下層配線間の層間
絶縁膜としては、例えば特開平2−250357号公報
(H01L21/90)に記載されているように、BP
SG(BoroPhospho Silicate G
lass)膜が用いられるのが主流である。
【0003】このBPSG膜は、シリケートガラスにボ
ロン(B)やリン(P)という不純物を所定量混入する
ことにより、熱処理時に流動軟化する特徴を有し、この
流動軟化によって、下層配線の凹凸がBPSG膜の表面
に反映することがなくなる。図4はこのBPSG膜を層
間絶縁膜として、上、下層配線間にコンタクトホールを
形成する過程を説明するための図である。
【0004】即ち、シリコン(Si)基板1上に、シリ
コン酸化膜2をCVD又は熱酸化法により形成し、その
上に、リン(P)をドープしたポリシリコン層をCVD
法により堆積し、これをリソグラフィ技術によりパター
ニングして下層配線3を形成する。更に、この下層配線
3の上に通常のCVD法により第1のBPSG膜4を堆
積する。
【0005】次に、この第1のBPSG膜4を約900
℃の温度で熱処理すると、BPSG膜4が流動軟化し、
表面が平坦化される。但し、表面は平坦化されるが、下
層配線3があるところと無いところで生じる段差は、完
全には解消されない。同様にこの第1のBPSG膜4の
上に中層配線5をパターニングし、その上に再び層間絶
縁膜として第2のBPSG膜6を堆積する(A)。
【0006】そして、第1のBPSG膜4と同様に、熱
処理して表面を平坦化させる(B)。更に、リソグラフ
ィ技術及びエッチング技術を用いて、前記第2のBPS
G膜6に前記中層配線5に通じるコンタクトホール7、
8を形成する(C)。この時、同図(B)に示すよう
に、前記第1のBPSG膜4には段差が生じているか
ら、前記中層配線5が形成される位置によって、コンタ
クトホール7、8の深さD1、D2が異なることがあ
る。
【0007】その後は、前記第2のBPSG膜6の上
に、前記中層配線5とコンタクトホール7、8を介して
接続される上層配線を形成するわけであるが、形成方法
としては、スパッタ法によってそのままAl配線を堆積
させる方法や、選択CVD法によって一旦コンタクトホ
ール7、8内にタングステン(W)等の高融点金属を埋
め込んでから上層配線(Al)を堆積させる方法などが
ある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】これらの方法のうち、
スパッタ法は、装置が安価であるという利点があるが、
図7に示す通り、Al配線の堆積膜厚が平坦部に比べて
コンタクトホール内で薄くなり、オーバーハングな形状
になる。このコンタクトホール内での堆積膜厚の低下
は、コンタクトホールのアスペクト比(深さ/径)に依
存し、アスペクト比が高いほど、堆積膜厚の低下が顕著
となる。
【0009】従って、前述した通り、同一膜に深さの異
なるコンタクトホール7、8が存在した場合、コンタク
トホール内のAlの堆積膜厚にばらつきが生じ、配線抵
抗に影響を与えるだけでなく、特に、堆積膜厚が低下す
ると、エレクトロマイグレーションが劣化し、デバイス
自体の信頼性を損ねることにもなる。また、選択CVD
法は、他の方法に比べ工程時間が短く、微細なコンタク
トホールでの埋め込みが可能であるが、ホール底部の配
線層から金属を成長させるために、前述のように深さの
異なる複数のコンタクトホール7、8があった場合に、
図5や図6のように、各ホール間で高融点金属9、10
の埋め込み量にばらつきを生じ、例えば、コンタクトホ
ール7を埋め込むように調整すれば、図5のように、コ
ンタクトホール8の埋め込み量が不足し、また、逆に、
コンタクトホール8を埋め込むように調整すれば、図6
のように、コンタクトホール7の埋め込み量が過多にな
って、いずれにしても、その後の配線形成工程に支障を
きたす恐れがある。
【0010】本発明は、半導体装置の製造方法に関し、
斯かる問題点を解消するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の半導体装置の
製造方法は、導電部の上に、ボロンやリンが混入された
第1の絶縁膜を形成し、この第1の絶縁膜をリフロ−処
理して平坦化した後に、前記導電部に通じるコンタクト
ホールを形成するものであって、前記第1の絶縁膜をリ
フロー処理する前に、前記第1の絶縁膜上の前記コンタ
クトホール形成予定領域に、前記第1の絶縁膜よりもリ
フロー効果の小さい第2の絶縁膜を形成するものであ
る。
【0012】
【0013】請求項2の半導体装置の製造方法は、前記
第2の膜として導電性を有するものを用いたものであ
る。請求項3の半導体装置の製造方法は、前記第2の膜
として不純物がドープされたシリコンを用いたものであ
る。
【0014】
【作用】即ち、導電部の上に第1の絶縁膜を形成した状
態では、導電部上の第1の絶縁膜の膜厚はほほ同じであ
る。しかし、第1の絶縁膜の下地に凹凸があった場合、
第1の絶縁膜をリフロー処理して平坦化させると、下地
の凹凸のためにリフロー後の第1の絶縁膜の膜厚が変わ
ってしまう。
【0015】そこでリフローする前に、予め第1の絶
縁膜上の前記コンタクトホール形成予定領域に、第1の
絶縁膜よりもリフロー効果の小さい第2の膜を形成して
おくことによりその部分の流動性が損なわれ、結果と
してその部分の膜厚が変化しにくくなる。
【0016】また、第2の膜として、例えば、ドープさ
れた多結晶シリコン膜のような導電性のある膜を用いる
ことにより、第2の膜を配線材料の一部として利用でき
る。
【0017】
【実施例】本発明の第1の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明による半導体装置の製造プロセスを
示す断面図である。但し、従来例と同様の構成には同符
号を用い説明を省略する。 工程1:図4(A)の工程と同様に形成した第2のBP
SG膜6の上に、通常のCVD法によって400℃の温
度で、シリコン酸化膜(SiO2)を50nm堆積させ
る。更に、リソグラフィ技術及びエッチング技術を用い
て、前記第2のBPSG膜6におけるコンタクトホール
形成予定領域に、Si酸化膜11を残存させる(図1
A)。
【0018】このSi酸化膜11は400℃の温度で堆
積させることができるので、前記第2のBPSG膜6が
流動化してしまう心配はない。 工程2:前記第2のBPSG膜6を約900℃の温度で
熱処理することにより、BPSG膜6を流動軟化させて
表面の平坦化を図る。この時、前記Si酸化膜11は流
動化されないため、Si酸化膜11のある領域は流動化
が阻害されることになる。従って、この部分の第2のB
PSG膜6の膜厚は、図1Aにおいて堆積させた時の膜
厚とほとんど変わらない状態となる(図1B)。
【0019】工程3:前記Si酸化膜11をBHF(バ
ッファードフッ酸)を用いたウェットエッチング法によ
って除去した後、リソグラフィ技術及びエッチング技術
を用いて、前記第2のBPSG膜6に前記中層配線5に
通じるコンタクトホール12、13を形成する。この部
分の膜厚は、図1Aにおいて堆積させた時とほとんど変
わっていないから、コンタクトホール12、13の深さ
D3、D4もほぼ等しくなる(図1C)。
【0020】その後は図示しないが、スパッタ法や選択
CVD法により、各コンタクトホール12、13内及び
第2のBPSG膜6の上に上層配線を形成する。尚、本
実施例では、コンタクトホール形成予定領域に形成する
非流動性の絶縁膜として、Si酸化膜11を用いたが、
これに限定するものではなく、シリコン膜やシリコン窒
化膜であってもよく、いずれも第2のBPSG膜6を流
動化させることなく堆積させることができる。
【0021】また、Si酸化膜11のように、全く流動
しないものを用いなくてもよく、要するに、下地膜であ
る第2のBPSG膜6よりも流動性が劣る物であれば、
本発明の要旨を逸脱するものではない。更に、前記Si
酸化膜11は、その後の配線形成工程に支障をきたさな
い範囲の薄さに堆積するならば(本実施例で述べた膜厚
50nmはこの範囲に属する)、特に図1Cのように、
これを除去する工程は必要としない。
【0022】次に、本発明の第2の実施例を図面に基づ
いて説明する。図2は本発明による半導体装置の製造プ
ロセスを示す断面図である。但し、従来例や第1実施例
と同様の構成には同符号を用い説明を省略する。 工程(1):図4(A)の工程と同様に形成した第2のB
PSG膜6の上に、通常のCVD法によって500℃の
温度で、リン(P)をドープしたシリコン膜を200n
m堆積させる。更に、リソグラフィ技術及びエッチング
技術を用いて、前記第2のBPSG膜6におけるコンタ
クトホール形成予定領域に、前記Si膜14を残存させ
る(図2A)。
【0023】このSi膜14は500℃の温度で堆積さ
せることができるので、前記第2のBPSG膜6が流動
化してしまう心配はない。 工程(2):前記第2のBPSG膜6を約900℃の温度
で熱処理することにより、BPSG膜6を流動軟化させ
て表面の平坦化を図る。この時、前記Si膜14は流動
化されにくいため、Si膜14のある領域は流動化が阻
害されることになる。従って、この部分の第2のBPS
G膜6の膜厚は、図2Aにおいて堆積させた時の膜厚と
ほとんど変わらない状態となる。
【0024】工程(3):リソグラフィ技術及びエッチン
グ技術を用いて、前記第2のBPSG膜6及びSi膜1
4に前記中層配線5に通じるコンタクトホール12、1
3を形成する。この部分の膜厚は、図1Aにおいて堆積
させた時とほとんど変わっていないから、コンタクトホ
ール12、13の深さD3、D4もほぼ等しくなる(図
2C)。
【0025】その後は図示しないが、スパッタ法等によ
り、各コンタクトホール12、13内、第2のBPSG
膜6及びSi膜14の上に上層配線を形成する。この
時、前記Si膜14が前記上層配線の一部を構成するの
で、第1実施例のSi酸化膜11のように一旦除去する
作業を必要としない。次に、本発明の第3の実施例を図
面に基づいて説明する。図3は本発明による半導体装置
の製造プロセスを示す断面図である。但し、従来例や第
2実施例と同様の構成には同符号を用い説明を省略す
る。
【0026】工程:図4(A)の工程と同様に形成し
た第2のBPSG膜6におけるコンタクトホール形成予
定領域に、リソグラフィ技術及びエッチング技術を用い
て、前記中層配線5に通じるコンタクトホール12、1
3を形成する。この部分のBPSG膜6の膜厚はほぼ等
しいので、前記コンタクトホール12、13の深さD
3、D4もほぼ等しい。
【0027】次に、露出した前記中層配線5、コンタク
トホール12、13内面及びBPSG膜6の上に、通常
のCVD法によって500℃の温度で、リン(P)をド
ープしたシリコン膜を200nm堆積させる。更に、リ
ソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、前記第2
のBPSG膜6における前記コンタクトホール12、1
3の周辺に、前記Si膜15を残存させる(図3A)。
【0028】このSi膜15は500℃の温度で堆積さ
せることができるので、前記第2のBPSG膜6が流動
化してしまう心配はない。 工程:前記第2のBPSG膜6を約900℃の温度で
熱処理することにより、BPSG膜6を流動軟化させて
表面の平坦化を図る。この時、前記Si膜15は流動化
されにくいため、Si膜15のある領域は流動化が阻害
されることになる。従って、この部分の第2のBPSG
膜6の膜厚(即ち、コンタクトホール12、13の深
さ)は、図3Aにおいて堆積させた時の膜厚とほとんど
変わらない状態となる(図3C)。
【0029】その後は図示しないが、スパッタ法等によ
り、各コンタクトホール12、13内、第2のBPSG
膜6及びSi膜15の上に上層配線を形成する。以上の
第2及び第3実施例においては、コンタクトホール部に
形成する膜としてリンをドープしたSi膜を用いたが、
リン以外にもヒ素(As)やボロン(B)をドープして
もよく、要は、配線の一部として利用することができる
ものであればよい。
【0030】尚、同じく第2及び第3実施例において、
前記Si膜14、15は500℃という比較的低温で堆
積させるために、当初は非晶質構造を有し、配線抵抗が
高くて実用に即さないが、前記工程(2)及び工程にお
ける900℃による熱処理により、多結晶化されると共
に不純物であるリンが活性化されて、配線抵抗が小さく
なるので、十分に配線として利用することができる。
【0031】
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法にあって
は、絶縁膜に複数のコンタクトホールを形成する場合
に、ほぼ等しい深さのものを得ることができるので、上
層配線を円滑に形成することができる。特に、請求項3
及び4の半導体装置の製造方法にあっては、第2の膜を
そのまま配線材料の一部として利用できるので、第2の
膜を除去するという作業を省略し、製造工程数の簡略化
を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例における半導体装置の製造
プロセスを示す断面図である。
【図2】本発明の第1実施例における半導体装置の製造
プロセスを示す断面図である。
【図3】本発明の第1実施例における半導体装置の製造
プロセスを示す断面図である。
【図4】従来例における半導体装置の製造プロセスを示
す断面図である。
【図5】従来例において選択CVD法を用いてコンタク
トホールにタングステンを埋め込んだ状態の半導体装置
の断面図である。
【図6】従来例において選択CVD法を用いてコンタク
トホールにタングステンを埋め込んだ状態の半導体装置
の断面図である。
【図7】従来例において、スパッタ法を用いてコンタク
トホールにアルミ配線を形成した状態の半導体装置の断
面図である。
【符号の説明】
6 第2のBPSG膜(第1の絶縁膜) 11 シリコン酸化膜(第2の絶縁膜) 12、13 コンタクトホール 14、15 シリコン膜(第2の膜)14、15 シリ
コン膜(第2の膜)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−55375(JP,A) 特開 昭64−74740(JP,A) 特開 平4−15939(JP,A) 特開 平2−203552(JP,A) 特開 平6−84901(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/321 H01L 21/3213 H01L 21/768

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電部の上に、ボロンやリンが混入され
    第1の絶縁膜を形成し、この第1の絶縁膜をリフロ−
    処理して平坦化した後に、前記導電部に通じるコンタク
    トホールを形成するものであって、前記第1の絶縁膜を
    リフロー処理する前に、前記第1の絶縁膜上の前記コン
    タクトホール形成予定領域に、前記第1の絶縁膜よりも
    リフロー効果の小さい第2の膜を形成することを特徴と
    した半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第2の膜が導電性を有することを特
    徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第2の膜が不純物がドープされたシ
    リコンからなることを特徴とする請求項2に記載の半導
    体装置の製造方法。
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