JPH03204935A

JPH03204935A - 半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH03204935A
Application number: JP13036890A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Ushiku; 幸広牛久; Toshiko Ono; 小野　寿子; Tadashi Iijima; 匡飯島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1990-05-22
Publication date: 1991-09-06

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体装置とその製造方法に関し、特に、金
属配線上の絶縁膜の被覆形状に優れた半導体装置とその
製造方法に関する。

（従来の技術）半導体集積回路において、多層配線を形成することは集
積度の向上に効果が大きく、重要である。

従来技術を用いて、サブミクロン、ハーフミクロンレベ
ルの多層配線を形成する場合、配線間のスペースと配線
の厚さとのアスペクト比が大きいため、第７図（ａ）に
示すように、配線２ａの上部に絶縁膜３ａを堆積すると
きに、絶縁膜３ａ中に空洞４が生じるという問題があっ
た。

また、第７図（ｂ）に示すように、被覆性に優れた絶縁
膜３ｂを堆積する場合においても、加圧された金属配線
２ｂの形状が逆テーパであると、上記の配線２ｂの形状
をそのまま反映して絶縁膜３ｂが堆積されるので、絶縁
膜３ｂ中に空洞４が生じるいう問題があった。

（発明が解決しようとする課題）配線を多層にする場合、配線の信頼性の点から、層間絶
縁膜中に空洞を生じることなく層間絶縁膜を平坦に形成
する必要がある。しかし従来の方法では、微細化が進む
につれて、アスペクト比が増大し、層間絶縁膜中に空洞
が発生することがある。このように空洞が形成されると
、後工程においてウェット処理を行う必要があると、空
洞に処理液が入り込み、処理液の拡散により配線材料が
腐食されるという問題が生じる。

本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、高
品質の金属配線を形成することを可能にする半導体装置
と、その製造方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板
上に形成され曲率を有する断面構造の金属配線と、前記
金属配線を覆う層間絶縁膜とからなることを特徴とする
。

また、本発明の第１の半導体装置の製造方法は、半導体
基板上に金属配線を形成する工程と、前記金属配線が形
成された半導体基板上に導体層を形成する工程と、前記
導体層を異方性エツチングにより除去し前記金属配線の
側部および上部に前記導体層を残置させる工程と、前記
金属配線および前記導体層が設けられた半導体基板上に
層絶縁膜を形成する工程とを具備することを特徴とする
。

本発明の第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板に
金属配線を形成する工程と、前記金属配線が形成された
半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記金属配線
と前記絶縁膜の工・ンチングレートが等しいかもしくは
前記金属配線の工・ソチングレートが速い条件で全面を
工・ソチングして、前記金属配線の角をエツチングする
工程と、全面に絶縁膜を形成する工程とを具備すること
を特徴とする。

本発明の第３の半導体装置の製造方法は、半導体基板に
金属配線を形成する工程と、前記金属配線が形成された
半導体基板上にオー１＜　−１＼ング部分を有する絶縁
膜を形成する工程と、前記絶縁膜にイオンを注入し前記
オーパーツ１ング部分にイオンを集中させる工程と、異
方性エツチングを行って前記オーバーハング部分を選択
的に工・ソチングする工程と、前記絶縁膜上に層間絶縁
膜を形成する工程とを具備することを特徴とする。

本発明の第４の半導体装置の製造方法は、半導体基板上
に導体層を形成する工程と、前記導体層をエツチングし
て断面構造が長方形の溝を形成する第１のエツチング工
程と、この第１の工・ツチング工程で形成された前記溝
の低部の前記導体層をテーパ形状にエツチングして配線
パターンを形成する第２のエツチング工程と、前記導体
層上に絶縁膜を形成する工程とを具備することを特徴と
する。

この第４の半導体装置の製造方法においては、第１のエ
ツチング工程は、前記絶縁膜に空洞が生しない最大の深
さまで前記導体層をエツチングして前記溝を形成し、か
つ前記第２のエツチング工程は、前記絶縁膜に空洞が生
じない最大のテーパ角度まで前記導体層をエツチングす
ることか望ましい。

（作　用）本発明の半導体装置によれば、金属配線が滑らかな曲線
形状をもって形成されているので、絶縁膜を堆積する場
合、被覆性が良好であり、金属配線上に絶縁膜が滑らか
に堆積する。従って、従来のように絶縁膜中に空洞が生
じることがない。

また、本発明の第１の半導体装置の製造方法によれば、
予め金属配線が形成されたウニ／Ｎ全面に、導体層を堆
積させ、更に、この導体層を全面異方性エツチングする
ことにより、金属配線の側面および上面に導体を残す。

従って、この残存した導体は類テーパ形状を形成するの
で、次の工程において被覆性の悪い絶縁膜を堆積しても
絶縁膜中に空洞は生じない。

本発明の第２の半導体装置の製造方法によれば、エツチ
ングにより金属配線の角を取るので、絶縁膜を滑らかに
堆積でき、従って、空洞がなく、平坦な層間絶縁膜を容
易に形成できる。結果として金属配線の信頼性が向上す
る。

本発明の第３の半導体装置の製造方法によれば、第一の
層間絶縁膜のオーバーハング部分をエツチングにより除
去するので、絶縁膜を滑らかに堆積でき、従って、空洞
がなく、平坦な層間絶縁膜を容易に形成できる。

本発明の第４の半導体装置の製造方法によれば、導体層
をエツチングして断面構造が長方形の溝を形成し、更に
、この溝低部の導電体層をテーパ形状にエツチングして
配線パターンを形成する。従って、配線パターンの一部
をテーパ形状にしたことにより、絶縁膜が滑らかに堆積
するので、空洞を生じない平坦な絶縁膜を形成できる。

また、配線を全てテーパ形状に形成した場合に比べて、
配線容量が少なくでき、信号の伝達速度に遅延が生じる
という不都合は起こらない。更にまた、配線パターン下
部をテーパ形状にしたことにより、絶縁層間膜による応
力が緩和され信頼性が向上する。

以上のように、本発明によれば、絶縁膜に空洞が形成さ
れないので、下層配線に対しては信頼性が向上する。ま
た、上層配線に対しては絶縁膜が平坦なため、段切れや
逆ひげなどが防止でき、信頼性が向上する。

（実施例）本発明に係る第１の実施例を第１図を参照して説明する
。

第１図（ａ）に示すように、半導体基板１０上に第１の
絶縁膜１２を約１μｍ程堆積した後、第１の絶縁膜１２
上に第１の金属層としてＡｇ合金層を厚さ１μｍ堆積す
る。その後、レジストを塗布して、フォトリソグラフィ
工程によりＡｉ１合金層をエツチングし、金属配線１４
を形成する。その後レジストを除去する。

次に、第１図（ｂ）に示すように、ウエノ１全面に厚さ
０゜２μｍのＡｇからなる導体層１６を堆積する。

次に、第１図（ｃ）に示すように、ウエノ１全面を、常
温におけるＣ　ＣＩ４を用いた反応性イオンエツチング
により異方性エツチングし、金属配線１４の側部と上部
に導体層１８を残存せしめる。

このとき大切なことは、金属配線の角部が曲率をもつこ
とである。

次に、第１図（ｄ）に示すように、全面に第２の絶縁膜
２０を堆積して、金属配線の形成を完了する。

上記のような工程を採用すると、金属配線の角部の丸み
のために、第２の絶縁膜２０のオーバーハングがなくな
り、第２の絶縁膜２０には空洞は生じない。

第１図（ｂ）において堆積した導体層１６の材料は、実
施例に示した＾１の他に、Ｃｕ、、Ａｕなどの金属やそ
れらの合金、ＷＳＷＮ、、ＴｉＮ　５ＷＳｉｚ、ＴｉＳ
ｉ　２などの高融点金属やその窒化膜、シリサイド、或
いはポリシリコンなどの材料を使用することができる。

また、金属配線１４としては、＾１の他にＣｕ％Ｗ１ポ
リシリコン、ポリサイドおよびポリシリコンとポリサイ
ドの積層構造を採用することができる。

本実施例のように、金属配線１４を導体層１８によりく
るむと、金属配線１４がストレスにより破断しても、導
体層１８の存在により配線全体が電気的に非導通になる
ことを防止できる。

第２図を参照して、本発明に係る第２の実施例を説明す
る。

第２図（ａ）に示すように、半導体基板１０上に第１の
絶縁膜１２を堆積する。第１の絶縁膜１２上に配線材料
を堆積した後、レジスト塗布、マスク合わせ、露光、現
像工程を経て、配線材料をエツチングし、配線パターン
２４を形成する。

次に、第２図（ｂ）に示すように、全面にレジスト２６
を塗布する。

次に、第２図（Ｃ）に示すように、配線バタン２４とレ
ジスト２６とを等しいエッチングレトで全面エツチング
し、配線パターン２４の角を取り、テーパの付いた配線
パターン２８を形成する。テーパの角度は、レジストの
粘度を変えることにより、容易に変化させることができ
る。

次に、第２図（ｄ）に示すように、基板１０上に残って
いるレジスト２６をアッシャーハクリニより除去する。

この後、第２の絶縁膜３０を全面に堆積する。

この堆積工程では、常温ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、有機シラ
ン（ＴＥ０１）を用いたプラズマＣＶＤ。

Ｓ　ＯＧ　（ｓｐｌｎ　ｏｎ　ｇｌａｓｓ）、Ｌ　Ｐ　
Ｄ　（１１ｑｕｉｄ　ｐｈａｓｅｄｅｐｏｓｆＬＩｏｎ
）或いはこれらの組み合わせを用いることができる。

この実施例によると、配線パターン２８の角が除去され
て、テーパが形成されているので、第２の絶縁膜３０を
容品に平坦に形成することができる。従って、第２の絶
縁膜３０に空洞が形成されることがない。

第３図を参照して、本発明に係る第３実施例を説明する
。この実施例はレジストの代わりにＳＯＧを用いたもの
である。第３図（ａ）に示すように、半導体基板１０上
に第１の絶縁膜１２を堆積する。この第１の絶縁膜１２
上に配線パターン２４を形成した後、ＳＯＧ膜３２を塗
布する。

次に配線パターン２４と５ＯＧ３２とを等しいエツチン
グレートで全面エツチングし、第２実施例と同様に、角
の取れた配線パターン２８を形成する。その後、第２の
絶縁膜３０を堆積して、配線構造を完成させる。

この実施例によれば、配線パターンの角を取り除くこと
により、第２の絶縁膜の平坦化が容易となり、第２の絶
縁膜中に空洞が形成されるのを防止できる。従って、多
層配線を形成するときに有利である。また、レジストま
たはＳＯＧを用いているので、角の取れた微細な配線パ
ターンを形成できる。更に、本実施例のように配線パタ
ーンの角取りを行うと、配線パターンの角度が鋭角から
鈍角になるので、電界集中を抑制することができる。

配線の角を取り除いた後のテーパ角度は、レジストの粘
度またはＳＯＧの粘度を適切に選択することにより、容
易に所望の角度を形成することができる。また、テーパ
角度は第２の絶縁膜の種類、配線の抵抗値、配線の容量
値を考慮して、最適に設計できる。

第４図を参照して、本発明に係る第４の実施例を説明す
る。

第４図（ａ）に示すように、半導体基板１ｏ上に第１の
絶縁膜１２を形成する。この第１の絶縁膜１２上にＡＩ
膜をスパッタ法等により成長させた後、ホトプロセスと
ドライエツチング等の異方性エツチングにより配線パタ
ーン２４を形成する。

次に、第４図（ｂ）に示すように、第２の絶縁膜４０を
、例えばＡＰＣＶＤ、ＬＰＧＶＤ、プラズマＣＶＤ、Ｔ
Ｅ０１を用いたプラズマＣＶＤにより形成する。この場
合、この第２の絶縁膜４゜に空洞が生じないように、か
つ第２の絶縁膜４゜の隣接するオーバーハング部分４２
が接触しないように堆積する。次にイオンが角部に集中
しゃすい性質を利用して、第２の絶縁膜４ｏにイオン注
入を行う。ただし、この場合、後に行う異方性エツチン
グのときに、エツチングの速度が速くなるイオン、例え
ば、リンを用いる。

次に、第４図（ｃ）に示すように、異方性エッチングを
実行する。イオンが集中した部分のエツチング速度は速
くなるので、イオンの集中したオーバーハング部分４２
のエツチング速度は速くなり、第４図（Ｃ）に示すよう
に、オーバーハング部分４２は他の部分に比べて多くエ
ツチングされ、オーバーハング部分４２はなくなる。そ
の結果、オーバーハング部のない第２の絶縁膜４０が形
成される。

次に、第４図（ｄ）に示すように、例えば、ＬＰＣＶＤ
、プラグ７ＣＶＤ、ＴＥＯ５を用いたプラズマＣＶＤ、
ＬＰＤにより第３の絶縁膜４４を堆積する。

本実施例によれば、オーバーハング部分は、イオン注入
と異方性エツチングを行うことにより、選択的に除去さ
れるので、空洞のない、平坦な第３の絶縁膜を形成する
ことができる。

第５図を参照して、本発明に係る第５の実施例を説明す
る。

まず、第５図（ａ）に示すように、半導体基板１０上に
第１の絶縁膜１２を堆積し、第１の絶縁膜１２上に逆テ
ーパ形状を有する配線パターン５０を形成する。この配
線パターン５０は、例えば＾１からなる。

この実施例のように、逆テーパ形状の配線パターン５０
が形成された場合には、例えば、ＴＥ０１を用いたプラ
ズマＣＶＤによりステップカバレージの非常に良い第２
の絶縁膜５２を堆積する。この第２の絶縁膜５２は、そ
の中に空洞が生じないように、かつ第２の絶縁膜５２の
隣接するオーバーハング部分４２が接触しないように形
成する。

次に、第５図（ｃ）に示すように、第４実施例と同様に
、イオン注入を行った後、異方性エツチングを行うこと
により、オーバーハング部分４２を除去する。更に、第
５図（ｄ）に示すように、全面に第３の絶縁膜４４を堆
積して半導体装置を完成させる。

この実施例においても、先の実施例と同様な効果を得る
ことができる。

第６図を参照して、本発明に係る第６の実施例を説明す
る。

先ず、第６図（ａ）に示すように、半導体基板１０上に
第１の絶縁膜１２を形成する。この第１の絶縁膜１２上
にＡＤ膜１５をスパッタ法等により成長させる。

次に、第６図（ｂ）に示すように、ホトプロセスとドラ
イエツチング等の異方性エツチングにより、断面が長方
形である深さＡ１幅Ｂの溝１７をＡ［膜１５に形成する
。この場合、溝１７は、Ａｐ膜１５上に絶縁膜を形成し
た際に、空洞が生じない最大のアスペクト比（Ａ／Ｂ）
になるまで形成する。更に、第６図（Ｃ）に示すように
、溝１７の底部のＡ、９膜１５をテーパ角度θでもって
開孔するべくテーパ形状にエツチングして配線、＜ター
ン６０を形成する。この場合、テーノ寸角度θは、配線
パターン６０上に絶縁膜を形成した際に、空洞が生じな
い最大の角度とする。

最後に、上記の如く形成された金属パターン６０に第２
の絶縁膜６２を堆積して配線構造を完成させる。

この実施例によれば、配線パターン６０の一部をテーパ
形状にしたことにより被覆性が改善され、空洞のない、
平坦な第２の絶縁膜６２を金属配線２９上に堆積できる
。更に、金属配線を全てテーパ形状に形成した場合に比
べて、配線容量が少なくでき、信号の伝達速度に遅延が
生じるという不都合は起こらない。

なお、本発明者の実験によれば、例えば、アスペクト比
が１で、溝の深さ及び幅が０．８μｍ（Ｄ場合にはテー
パ角度を８５度まで、同アスペクト比で、溝の深さ及び
幅が０．５μｍの場合にはテーパ角度を８７度まで小さ
くしても同様の効果を得られることを確認した。

更に、本実施例のように配線パターン下部をテーパ形状
に形成すると、層間膜による応力が緩和され信頼性が向
上する。

本発明は上記実施例に限定されない。種々変形して実施
できる。

［発明の効果］本発明の半導体装置によれば、配線の断面形状が曲率を
有して形成されているので、被覆性が良好であり、配線
上に空洞のない滑らかな絶縁膜を形成することができる
。

また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、角のあ
る金属配線の側部および上部に導体層を形成して、金属
配線の角を取り、曲率を有するので、配線層上に空洞の
ない滑らかな絶縁膜を形成することができる。

また、配ｔａ層の角をエツチングにより除去するので、
配線層上の絶縁膜に空洞が形成されるのを防止すること
ができる。

更に、配線層上に形成された絶縁膜のオーツくハング部
分を、イオン注入と異方性工・ソチングにより除去する
ので、配線層上に空洞のない滑らかな絶縁膜を形成する
ことができる。

更にまた、配線層の一部をテーパ形状に工・ンチング加
工するので、配線容量の増加による信号の伝達遅延を招
かないで、被覆性に優れた金属配線を形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１実施例の半導体装置の製造方
法を説明するための図、第２図は本発明に係る第２実施
例の半導体装置の製造方法を説明するための図、第３図
は本発明に係る第３実施例の半導体装置の製造方法を説
明するための図、第４図は本発明に係る第４実施例の半
導体装置の製造方法を説明するための図、第５図は本発
明に係る第５実施例の半導体装置の製造方法を説明する
だめの図、第６図は本発明に係る第５実施例の半導体装
置の製造方法を説明するための図、第７図は従来の半導
体装置の製造方法における問題点を説明するための図で
ある。１．１０・・・半導体基板、１２・・・第１の絶縁膜、
２ａ、２ｂ、１４−・・金属配線、２４．２８．２９．
５０．６０・・・配線パターン、１５・・・Ａρ膜、１
６．１８・・・導体層、１７・・・溝、２０．２６．３
２．４０．５２．６２・・・第２の絶縁膜、３０．４４
・・・第３の絶縁膜、４２・・・オーバーハング部分、
４・・・空洞。（ａ）（ｄ）（ｂ）（ｅ）（Ｃ）第１図１２１！１第３図第５図第４図第７１１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板と、この半導体基板上に形成され断面
構造が滑らかな曲線形状を有する金属配線と、この金属
配線を覆う層間絶縁膜とからなることを特徴とする半導
体装置。
（２）半導体基板上に金属配線を形成する工程と、前記
金属配線が形成された半導体基板上に導体層を形成する
工程と、前記導体層を異方性エッチングにより除去し前
記金属配線の側部および上部に前記導体層を残置させる
工程と、前記金属配線および前記導体層が設けられた半
導体基板上に層絶縁膜を形成する工程とを具備すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
（３）半導体基板に金属配線を形成する工程と、前記金
属配線が形成された半導体基板上に絶縁膜を形成する工
程と、前記金属配線と前記絶縁膜のエッチングレートが
等しいかもしくは前記金属配線のエッチングレートが速
い条件で全面をエッチングして、前記金属配線の角をエ
ッチングする工程と、全面に絶縁膜を形成する工程とを
具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（４）半導体基板に金属配線を形成する工程と、前記金
属配線が形成された半導体基板上にオーバーハング部分
を有する絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜にイオン
を注入し前記オーバーハング部分にイオンを集中させる
工程と、異方性エッチングを行って前記オーバーハング
部分を選択的にエッチングする工程と、前記絶縁膜上に
層間絶縁膜を形成する工程とを具備することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
（５）半導体基板上に導体層を形成する工程と、前記導
体層をエッチングして断面構造が長方形の溝を形成する
第１のエッチング工程と、この第１のエッチング工程で
形成された前記溝の低部の前記導体層をテーパ形状にエ
ッチングして配線パターンを形成する第２のエッチング
工程と、前記導体層上に絶縁膜を形成する工程とを具備
することを特徴とする半導体装置の製造方法。