JPH0236529A - 層間絶縁膜の平担化法 - 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〉 本発明は半導体製造プロセスにおける多層配線工程にお
いて、ウェハー上に生じる段差を、平坦化する方法に関
する。

さらに詳しくは、プラズマＣＶＤ膜とポリシロキサン系
の塗布液とを組合せて積層膜を形成後エッチバックする
ことにより平坦化する方法に関するものである。

〈従来の技術〉 集積回路の各素子を接続する配線は縦横にはしっており
、配線層の間は薄いＳｌＯ□の膜で絶縁されている。

この５１０２膜は従来プラズマＣＶＤ（化学的蒸気堆積
法）によって形成してきた。しかし集積度が向上し配線
間隔が狭まってくると細い溝巾の部分にはＣＶＤ膜が完
全に堆積せず、ボイドを生じる不都合がある。又配線を
２層、３層と積層していく場合、上に積み重ねる程段差
が激しくなり、■　段差部ではフォトレジストの厚さが
変化し、段差の上下で最適な焦点位置が異なるためフォ
トリソグラフィー工程でのパターン精度が劣化する。

■　エツチング残り等段差側壁に不良が生じやすい。

■　段差があると配線長が長くなりその分抵抗や寄生容
量が増加するため、集積回路の動作速度が遅くなる、な
ど段差に基因する不都合が多々生じてくる。そこで層間
絶縁膜による平坦化が重要になり、近年種々の方法によ
る平坦化が検討されている。

気相法では、スパッタエツチングの入射角を変化させる
バイアススパッタ法、プラズマＣＶＤにおけるバイアス
εＣＲプラズマＣＶＤ法が開発されているがまだ開発段
階で装置的にも高価であり、実用化には問題が多い。そ
の点、塗布膜法は量産には適した方法である。

塗布膜の中で有機系のポリイミドやポリイミドシリコー
ン等は平坦性、耐クラツク性には優れているものの、耐
熱性や無機材料との密着性に劣っており、長期間におけ
る劣化の問題を有している。

又無機系のシリカグラス系の塗布膜は耐熱性や無機材料
との密着性に優れているが、耐クラツク性に劣り、最高
５０００　Ａ以下の用途しか使用できない欠点を有して
いる。

そこで本発明者らは、先に有機系のオルガノシロキサン
からなる塗布液を開発し、厚膜でもクラックの発生はな
く、耐熱性に優れた焼成膜が得られることを提案した（
特願昭６０−２８５０６０号）。

しかし単に塗布、焼成しただけでは平坦化はまだ不十分
である。完全平坦化するためにエッチバックの方法が開
発されている（Ａ、　Ｃ９Ａｄａｍｓ、　Ｃ１Ｄ。

Ｃａｐｉｏ；Ｊ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、Ｓｏｃ、
１２８．４２３　（１９８１）　）。

この方法は、段差上にＣＶＤ膜を堆積し、次いでレジス
トなどの有機材料を塗布し、ＣＶＤ膜とレジ。

ストとのエツチング速度が等しくなるような条件下で全
体をエツチングする方法である。

この方法を適用して１μｍの段差の平坦化が検討されて
いるが、エッチバック速度がレジストの方がわずかに速
いため、レジスト塗布時の平坦性よりエッチバック後の
平坦性は悪くなり、完全平坦化が達成されていない。

又、本発明者らが提案したオルガノポリシロキサンの塗
布膜とプラズマＣＶＤ膜を組合せた系でも通常の方法で
は、オルガノポリシロキサンの塗布膜のエツチング速度
がプラズマＣＶＤ膜に比べ速いため、平坦性が良くなら
なかった。

以上のように、従来のエッチバックでは厳密な終点管理
を行っても、オーバーエッチになり易く平坦性が悪くな
る傾向にあった。

〈発明が解決しようとする課題〉 かかる現状において、本発明が解決しようとする課題は
、段差の生じたウェハー表面を簡便な手段平坦する方法
を提供することである。

平坦化することにより、多層配線が可能になり、集積度
の高い高速デバイスを得ることが容易になる。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、塗布膜を用いて平坦化し、エッチバックによ
り更に一層平坦化する方法について種々検討した結果、
到達したものであり、以下のような特徴を有する。

即ち、半導体製造プロセスにおける多層配線工程におい
て生じるウェハー上の段差を平坦化する際に、下層にＣ
ＶＤ膜、上層にポリシロキサン系塗布膜を積層してなる
層間絶縁膜を形成し、上層のポリシロキサン系塗布膜（
以下ＳＯＧ膜という。）のエツチング速度Ａ（Å／ｍｉ
ｎ）　、下層のＣＶＤ膜のエツチング速度Ｂ（人／ｍ１
ｎ）がＡ≦Ｂを満足する条件下で段差上に形成された膜
の大部分をエッチバックして除去することを特徴とする
層間絶縁膜の平坦化法である。

ウェハー表面の１層目の段差の上にＣＶＤ膜を形成し、
その上にＳＯＧを積層し、上層のＳＯＧに比べ下層のＣ
ＶＤ膜のエツチング速度が早くなる条件下で、段差上に
形成された膜の大部分をエッチバックすることによりほ
ぼ完全な平坦化が達成でき、エッチバック後上層に再度
ＣＶＤ膜を形成し、フォトリソグラフィーによりパター
ン形成後、湿式エツチング、反応性イオンエツチング（
以下ＲＩＥという。）等を組合せてスルーホールを形成
しレジスト剥離後、２層目の配線用メタルをスパッタリ
ングまたは、蒸着により形成しパターニングすれば２層
の配線が出来上がる。　これを繰り返せば多層配線が出
来る。

本発明の特徴は、有機系のポリシロキサンから形成した
焼成膜は一般に多孔質であり、ＲＩＥによるエツチング
速度は非常に速い。しかし、エツチング速度の異なる膜
を積層したにもかかわらず、特定の反応ガス組成などの
エツチング条件を制御することにより上層のＳＯＧ膜よ
りも下層のＣＶＤ膜のエツチング速度を早くし、平坦化
し易くした点にある。

本発明に用いられるＣＶＤ膜は常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ
、プラズマＣｖＤの各方法で形成された膜が用いられる
が、より低温で膜が形成できるプラズマＣＶＤ膜が好ま
しい。膜の種類としてはケイ素の酸化膜、ケイ素の窒化
膜、リン含有ケイ素の酸化膜等があるが、酸化膜系が好
ましい。

上層に形成する塗布膜としては厚膜が形成でき平坦性が
達成できるオルガノポリシロキサン系の塗布液が望まし
い。具体的には、 一般式　　　　　　Ｒ，Ｓ＋（ＯＲ’）４−ａ（式中Ｒ
，Ｒ’はアルキル基、フェニル基、ａは０〜２の整数を
表す）で示されるアルキルアルコキシシラン類の共加水
分解縮合により得られる任意のオルガノポリシロキサン
を含む塗布液が用いられる。

特にメチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシ
ラン、ジメチルジェトキシシラン、ジメチルジメトキシ
シラン等のアルキルアルコキシシランとテトラエトキシ
シラン又は、テトラメトキシシランとの共加水分解縮合
物から得られる塗布液が望ましい。段差ウェハー上に形
成された２層膜をエッチバックすることにより凸部上の
ＳＯＧ膜を除去することによって、平坦が達成される。

エッチバックは、ＲＩＢにより行うが、用いる反応ガス
はＳｉＯ□膜とオルガノポリシロキサンをエツチングす
るものであれば、任意に選べる。例えばＣＨＦ３、ＣＦ
３ＣＦ３、ＮＦｓ、ＳＦ６等のフッソ化合物があげられ
る。

エツチング速度の制御は、膜の種類によっても異なるが
、例えばプラズマＣＶＤで形成したＳｌＯ□とオルガノ
ポリシロキサンとを組合せた場合、ＣＨＦ。

と０□の混合ガスで制御できる。

０２ガスの濃度を低くするとプラズマＣＶＤ膜のエツチ
ング速度は早くなり逆にオルガノポリシロキサンのエツ
チング速度は遅くなる。

エツチング速度がほぼ等しくなるのは、０□ガス濃度が
５％であり、５％以下の濃度でエッチバックすると完全
平坦化膜が容易に得られる。中でも０□ガス濃度　２％
〜３％において、特に良好な平坦化膜が得られた。

〈実施例〉 以下実施例によって本発明を具体的に説明するが、これ
によって本発明を限定するものではない。

実施例−１〜５ ＳＯＧとプラズマＣＶＤ　（ｐ−ＣＶＤ）膜とのエツチ
ング速度を求めるためシリコンウェハー上にプラズマＣ
ｖＤによりＳｉＯ□膜５０００人を形成し次いで有機系
５ＯＧ（住友化学工業＠製５Ｆ−２７００）を塗布し１
３０℃で１０分間乾燥後、４５０℃で３０分間焼成した
。ＳＯＧの膜厚は６０００人であった。

このようにしてウェハー上に形成した積層膜を反応性イ
オンエツチング装置（日電アネルバ製ＯＥＭ−４５１！
４）に入れエッチバックした。

エッチバックの条件として真空度１６Ｐａ、出力２２０
Ｗと一定にし、トータルのガス流量を５０ＳＣＣＭにし
てガス組成だけを変化させ膜厚の変化からエツチング速
度を求めた。

膜厚の測定はナノメトリクス社製のＮａｎｏｓｐｅｃを
用いて非接触の光学方式で求めた。

結果を第１表に示す。

第１表 実施例−６ ウェハーの表面に、各種のアルミニウム線幅（以下Ａ１
線幅と略す。）しμｍ、スペースＳμｍを有するテスト
パターンを形成した１μｍ厚みのアルミニウムの段差ウ
ェハーの全面にプラズマＣＶＯ法によりケイ素の酸化膜
５（］（１０Ａを形成し、次いで有機系ＳＯＧ　（テト
ラエトキシシラン、メチルエトキシシラン、ジメチルジ
ェトキシシランの共加水分解縮合物）を塗布し、１３０
℃で１０分プリベークし、溶剤を蒸散した後４５０℃で
３０分間焼成し、積層膜を形成した。　段差上のＳＯＧ
の膜厚は約２００ＯＡであった。

このようにして形成したウェハーを反応性イオンエツチ
ングの装置に入れエッチバックした。

エッチバックの条件は、真空度１６ｐａ、出力２２０ｗ
、ガス流量　ＣＨＦ３　４９ＳＣＣＭ、０□　Ｉ　ＳＣ
ＣＭで実施した。１５分間エッチバックした後、ウェハ
ーを割断し、電子顕微鏡で各部分の断面を観察した。

平坦化率は、最初の段差を８μｍとし、エッチバック後
の段差上の厚みとスペース部の厚みの差を５μｍとして
次式で求めた。

平坦化率＝　（１−ｂ／ａ）　Ｘ１００　　（％）各ス
ペース幅で平坦化率を比較した結果第２表にまとめた。

第２表　　　平坦化率（％） １・・・ウェハー基板、２・・・アルミニウム線、３・
・・ＣＶＤ、・４・・・５ＯＧＳＳ・・・スペース幅、
Ｌ・・・アルミニウム線幅、ａ・・・エッチバックする
前の段差、ｂ・・・エッチバック後の段差上の厚みとス
ペース部の厚みの差 〈発明の効果〉 エツチング速度をガス組成で制御できるためエツチング
速度の異なる二層を積層し、下要のエツチング速度が速
くなるような条件でエッチバックするとエッチバックの
終点は少しオーバーエツチング気味にしても容易に平坦
化できる。

この方法を用いることにより各層の平坦化がほぼ完全に
なり多層に配線を積み重ねても断線の心配もなく短絡も
なく信頼性の高い多層配線を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ウェハーの割断面を模型的に示した図である
。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体製造プロセスにおける多層配線工程におい
   て生じるウェハー上の段差を平坦化する際に、下層にＣ
   ＶＤ膜、上層にポリシロキサン系塗布膜を積層してなる
   層間絶縁膜を形成し、上層のポリシロキサン系塗布膜の
   エッチング速度Ａ（Å／ｍｉｎ）、下層のＣＶＤ膜のエ
   ッチング速度Ｂ（Å／ｍｉｎ）がＡ≦Ｂを満足する条件
   下で段差上に形成された膜の大部分をエッチバックして
   除去することを特徴とする層間絶縁膜の平坦化法。
2. （２）ＣＶＤ膜がプラズマＣＶＤで形成したケイ素の酸
   化膜であり、ポリシロキサン系塗布膜がケイ素に直結し
   たアルキル基を有する有機系シロキサンである請求項１
   記載の層間絶縁膜の平坦化法。
3. （３）請求項２記載の層間絶縁膜の平坦化法において、
   ５％以下の酸素を含有するフッソ化合物を用いてエッチ
   バックすることを特徴とする層間絶縁膜の平坦化法。
4. （４）プラズマＣＶＤ膜の厚さが、１０００Å〜１０，
   ０００Åであり、ポリシロキサン系塗布膜の厚さが２，
   ０００Å〜１５，０００Åである請求項１、２又は３記
   載の層間絶縁膜の平坦化法。