JPH02310927A - 半導体装置の多層配線における層間絶縁膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は半導体装置の多層配線における層間絶縁膜の
形成方法に係わり、特に、層間絶縁膜を平坦に形成可能
な層間絶縁膜の形成方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体装置の高機能化のために、配線が多層に形
成されている。この多層配線は、半導体基板上に導電層
と絶縁層とが交互に重なり合う構造となっており、導電
層間に存在する上記絶縁膜を層間絶縁膜と称している。

ところで、多層配線を形成する場合、最も重要な技術と
して、層間絶縁膜の平坦化が挙げられる。

二あ層間絶縁膜の平坦化が必要な背景は、シリコン酸化
膜上に下層配線を形成し、この下層配線上に層間絶縁膜
をそのまま形成すると、配線パターンの凹凸がそのまま
層間絶縁膜に転写され、層間絶縁膜の急峻な段差部では
上層配線を形成するＡ１等の被着性が極めて悪（なる、
ことにある。その結果、係る段差部で上層配線の断線等
の問題が生ずる。

そこで、層間絶縁膜を平坦化するための従来例が種々提
案されている。

例えば、特開昭６０−３５５３６号によれば、配線材料
としてポリシリコンを使用する場合、配線部を除いたポ
リシリコン膜を部分酸化して下層配線及びこの下層配線
間を絶縁する酸化膜を形成し、次いで白金をスパッタし
て熱処理を行うと、配線部分のみがシリサイド化するの
で、未反応の白金のみをエツチングして層間絶縁膜を形
成すれば、上面がほぼ平坦な層間絶縁膜を形成できる、
ことが開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記従来例では、白金をスパッタする装
置、白金スパッタ後の熱処理を行う装置。

未反応の白金をエツチングする装置が各々必要であり、
白金スパッタ、シリサイド、白金エツチングの特別の工
程も必要となる。さらに、シリサイド化の熱処理及びそ
の後の未反応白金のエツチングの制御に困難が伴い、そ
の結果、層間絶縁膜の平坦化の精度が十分でないことも
考えられる。

そこで、この発明は、従来からの課題を解決するために
、白金のスパッタ、その後の熱処理、白金のエツチング
等の特別の工程及び装置を必要とすることな（、簡単か
つ精度良く層間絶縁膜を平坦に形成可能な方法を提供す
ること、を目的とするものである。

［課題を解決するための手段〕 この出願の発明は、上記目的を達成するために、半導体
装置の多層配線の下層配線と上層配線間に層間絶縁膜を
形成する方法において、絶縁膜上にポリシリコン膜を形
成する工程と、該ポリシリコン膜のうち下層配線を形成
する領域以外の当該ポリ＞　リコン膜を選択的に酸化し
て前記下層配線間を絶縁する絶縁膜を形成する工程と、
該酸化によって体積膨張したシリコン酸化膜を前記下層
配線と同じ膜厚になるまでエッチバックする工程と、該
エッチバック後前記下層配線及び該下層配線間を絶縁す
る絶縁膜からなる平面上に層間絶縁膜を形成する工程と
、を有してなることを特徴とするものである。

〔作用〕

ポリシリコン膜のうち下層配線を形成する領域以外の当
該ポリシリコン膜を選択的に酸化すると、ポリシリコン
膜の下層配線以外の部分、即ち下層配線間を電気的に絶
縁する絶縁膜となる部分がシリコン酸化膜となって体積
膨張する。

この膨張したシリコン酸化膜を下層配線と同じ膜厚にま
でエッチバックすると、下層配線及び前記絶縁膜とから
なる平面を平坦にすることができ゛る。この上に層間絶
縁膜を形成すれば、この層間絶縁膜を平坦に形成するこ
とができる。

従って、白金スパッタ等の特別の装置及び工程を必要と
することな（簡単な手法によって層間絶縁膜を形成する
ことができる。しかも、シリコン酸化膜エッチバックの
制御性は良好であるため、層間絶縁膜の平坦化の精度も
良好となる。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例について説明する。

第１図はこの一実施例に係る、層間絶縁膜の形成工程を
示す断面図である。

先ず、第１図（１）の工程について説明する。

半導体素子と後の工程によって形成される下層配線との
電気的な分離をするために半導体基板主面上に絶縁膜で
あるシリコン酸化膜ｌを８０００〜１００００人の膜厚
に形成する。

この後に、半導体素子間を電気的に接続する下層配線及
びこの下層配線間を電気的に分離する絶縁膜を形成する
ために、シリコン酸化膜ｌ上に不純物をドープしたポリ
シリコン（多結晶シリコン）膜２をＣＶＤ法により約３
５００人成膜する。

さらに、ポリシリコン膜２上に下層配線を形成する際の
マスクとなる窒化シリコン膜３をＣＶＤ法により約１０
００人成膜し、下層配線のパターンのホトレジスト４を
該窒化膜３上に形成する。尚、ポリシリコン膜２は所望
の導電率が得られれば、その膜厚を制限されない。

次いで、（２）の工程に移行し、上記ホトレジスト４を
マスクにして窒化膜３を反応性イオンエツチングにより
バターニングした後、このホトレジストをアッシング除
去する。反応性イオンエツチングは、Ｃ，Ｆ、、ＣＨＦ
３の混合ガスを用いて７２０Ｗ、　　２．６Ｔ　ｏ　ｒ
　ｒの条件で行った。尚、エツチングは反応性イオンエ
ツチング以外に、ＣＤＥ（ケミカルドライエツチング）
でも可能である。

次いで、（３）の工程に移行し、パターニングされた窒
化膜５をマスクとして下層配線６領域以外のポリシリコ
ン膜２を部分酸化して、下層配線６とこの下層配線間を
電気的に分離する絶縁膜７を形成する。この絶縁膜７は
、ポリシリコン膜２に例えば、１０００　’Ｃ程度の熱
処理を施すことによりシリコン酸化膜（二酸化シリコン
）として形成されており、体積膨張によって当初のほぼ
２倍の膜厚の７０００人に形成されている。

ここで、下層配線６の寸法を精度良（制御するためには
、窒化膜５を厚く形成することが好ましい。具体的には
、窒化膜５を１０００Å以上の厚さで形成することが好
ましい。

次いで、（４）の工程に移行し、絶縁膜７を反応性イオ
ンエツチングにより下層配線６と同じ膜厚になるまでエ
ッチバックする。

前記絶縁膜７は約７０００人厚であり、前記下層配線６
は約３５００人厚であるため、絶縁膜７を３５００人エ
ッチバックすれば良い。

反応性イオンエツチングは、Ｃ，Ｆ、、ＣＨＦ、の混合
ガスを用いて６３０Ｗ、１．７５Ｔｏｒｒの条件で行っ
た。エッチバックは反応性イオンエツチング以外に、フ
ッ酸によるウェットエツチングでも可能である。

ところで、絶縁膜７である二酸化シリコンをエッチバッ
クする際のエツチング速度を予め実験等により確認して
おき、エッチバックすべき二酸化シリコンの膜厚は予め
既知であるため、エッチバック時間のコントロールによ
り、二酸化シリコンのエツチング厚を正確にコントロー
ルすることができる。従って、絶縁膜７を下層配線６の
厚さに精度良く等しくすることが可能となる。この結果
、（５）の工程で、下層配線６上に残った窒化膜５を選
択的に除去することにより、下層配線６及び絶縁膜７と
からなる平面を精度良く平坦化することができる。よっ
て、（６）の工程で、下層配線６及び絶縁膜７の上面に
、下層配線６と後の工程によって形成される上層配線と
の電気的な分離をする層間絶縁膜９を形成する際、下地
が平坦化されているために、層間絶縁膜９を平坦に形成
することができる。

シリコン酸化膜のエッチバックにおける制御性は良好で
、特に、反応性イオンエツチングでは、エツチングすべ
きシリコン酸化膜厚の制御性が特に良好であるため、絶
縁膜７を下層配線６と同じ高さに精度良くコントロール
することができる。

（６）の工程では、層間絶縁膜９をＣＶＤ法により１１
Ｉｍ程度形成する。層間絶縁膜の膜種としては、シリコ
ン窒化膜、シリコン酸化膜、フォスフオシリケードガラ
ス等を用いることが可能である。

尚、上記（５）の工程において、窒化膜５を選択的に除
去するために、熱リン酸を用いた。この熱リン酸は、シ
リコン酸化膜（絶縁膜７）、ポリシリコン膜（下層間＆
１１６）を殆どエツチングすることがな（、窒化シリコ
ンだけを選択的にエツチングする。

次いで、図示しない工程により、層間絶縁膜９上に上層
配線を形成して、多層配線を完成する。

この上層配線の形成は、上層配線と下層配線とを電気的
に接続するために下層配線上の層間絶縁膜を選択的に除
去し、この後層間絶縁膜上に上層配線を形成する。この
上層配線は下層配線と同様にポリシリコンで形成し、又
はＡＩを蒸着して形成するものであっても良い。配線層
が三つ以上の多層配線を必要とする場合では、上層配線
をポリシリコン膜で形成して平坦化した後、上記実施例
の工程を繰り返すことにより、三層以上の多層配線を形
成することができる。

次に、上記実施例の（６）の工程の終了後上層配線を形
成して得られた半導体装置についての断線率を、層間絶
縁膜を平坦化しないもの、即ち、層間絶縁膜と下層配線
間を絶縁する絶縁膜とを同一層で形成した半導体装置の
断線率と比較した。この結果を第２図に示す。第２図は
、上記両者の上層配線の断線率の上層配線幅に対する変
化を示したグラフである。

この第２図から分かるように、上記実施例で層間絶縁膜
を平坦化したものでは、上層配線の断線率が顕著に低下
していることが理解される。

上記実施例では、（１）の工程で不純物をドープしたポ
リシリコン膜を形成しているめた、工程がさらに簡略化
できる。もっとも、ポリシリコン膜２の形成後に不純物
を拡散することを妨げない。

さらに、上記実施例では、従来のように白金をスパッタ
して層間絶縁膜を平坦化するものと比較して、熱処理の
回数が少ない状態で層間絶縁膜を平坦化することができ
るため、半導体基板上に形成される半導体素子に与える
ダメージを少なくすることができる。

上記実施例では、半導体素子と後の工程によって形成さ
れる下層配線との電気的な分離をするために半導体基板
主面上に絶縁膜であるシリコン酸化膜１を設けているが
、シリコン酸化膜の代わりに、フォスフオシリケードガ
ラスを用いることもできる。

上記実施例は、半導体基板上に電界効果型トランジスタ
、バイポーラトランジスタ等の各種の半導体素子を形成
する際に適用されるものである。

また、上記実施例で挙げた数値はいずれも一例であり、
これに限定されることなく他の数値を選択することがで
きるのは勿論である。

〔発明の効果］ 以上説明したように本発明方法によれば、白金のスパッ
タ、その後の熱処理、白金のエツチング等の特別の工程
及び装置を必要とすることなく、簡単かつ精度良く層間
絶縁膜を平坦に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

銅１図は本発明の一実施例に係る層間絶縁膜の形成工程
を示す断面図、第２図は多層配線における上層配線幅と
その上層配線の断線率との関係を示すグラフである。 図中、ｌはシリコン酸化膜、２はポリシリコン膜、３，
５は窒化膜、４はホトレジスト、６は下層配線、７は絶
縁膜、９は層間絶縁膜、である。 １１１’ｒ縄亭（ｏ／、）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体装置の多層配線の下層配線と上層配線間に
   層間絶縁膜を形成する方法において、絶縁膜上にポリシ
   リコン膜を形成する工程と、該ポリシリコン膜のうち下
   層配線を形成する領域以外の当該ポリシリコン膜を選択
   的に酸化して前記下層配線間を絶縁する絶縁膜を形成す
   る工程と、該酸化によって体積膨張したシリコン酸化膜
   を前記下層配線と同じ膜厚になるまでエッチバックする
   工程と、該エッチバック後前記下層配線及び該下層配線
   間を絶縁する絶縁膜とからなる平面上に層間絶縁膜を形
   成する工程と、を有してなることを特徴とする半導体装
   置の多層配線における層間絶縁膜の形成方法。