JPH03283430A - 半導体装置 - 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〕 本発明は層間絶縁層を挟んで、上下に形成され、かつ、
層間絶縁層に形成されたスルーホールを介して接続され
ている第１、第２の金属配線を含む半導体装置に関する
。

〔従来の技術〕

金属配線間における層間絶縁膜は、下層金属配線と上層
金属配線とをスルーホールと称される開口部において、
電気的にも形状的にも良好な状態で接合させ、かつ、ス
ルーホール以外においては上下金属配線を完全に絶縁し
なければならない。

ここで電気的に良好とは上下金属配線間でスルーホール
抵抗が大きくならない範囲で導通がとれていることであ
り、形状的に良好とは上層配線に断線がなく、下地被覆
性が良く均一に被覆できることである。

第６図はこの種の半導体装置の理想的な形状を示す断面
図である。

半導体基板３１の上にシリコン酸化膜３２、第１アルミ
配線３４か形成され、その上にスルーホール３５を有す
る層間絶縁膜３３が形成され、さらにその上に形成され
た第２アルミ配線３６がスルーホール３５を介して第１
アルミ配線３４に接続されている。

このようなスルーホール３５か理想的な形状であるため
には、スルーホール３５の開口形状が捨鉢状であること
、すなわち、層間絶縁膜３３の側面と第１アルミ配線３
４とのなす角度θが９０度以上となり、スルーホールで
急峻な段差かないことが必要である。さて従来、この種
の層間絶縁膜としてプラズマシリコン窒化膜またはプラ
ズマシリコン酸化膜の単層が多用されているが、それは
低温で、成長できるからである。しかしながら、現在の
微細加工技術では、第６図に示されるようなスルーホー
ル形状に加工することは、量産性、再現性等の点て困難
であり、この問題を解決するために、スルーホール開口
時、ドライエツチング前にウェットエツチングを行なう
ことによりスルーホールでの段差を緩和して、第６図に
示されるような理想的断面形状に近づけていた。

第７図は上記の層間絶縁膜としてプラズマシリコン酸化
膜を用いたもので、スルーホール開口時、ドライエツチ
ング前にウェットエツチングを追加した半導体装置の従
来例を示す断面図である。

半導体基板４１の上にシリコン酸化膜４２、第１アルミ
配線４４が形成さね、その上にスルーホール４５を有す
る層間絶縁層４３が形成され、さらにその上に形成され
た第２アルミ配線４６かスルーホール４５を介して第１
アルミ配線４４に接続されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の半導体装置は、層間絶縁膜４３としてプ
ラズマシリコン窒化膜またはプラズマシリコン酸化膜の
単層を用いているが、その製造工程、特に、スルーホー
ル形成時に以下に述べる欠点がある。

１、第６図に示されるような理想的形状にするためには
、可能な限り多くウェットエツチングにより層間絶縁膜
を除去したいわけであるか、層間絶縁膜の膜厚ばらつき
とウェットエツチングのエツチング量ばらつきとの両方
のばらつきを見込むと、実際にウェットエツチングによ
り層間絶縁膜をエツチングできる量は非常に少なく、結
果的にスルーホールでの急峻な段差は十分には緩和され
ない。そうすると、層間絶縁膜か厚い場合には第８図（
ａ）に示すように、スルーホールに極めて厳しい段差が
残ることになり上層金属配線を形成した時、この金属配
線は下地被覆性が悪いために断線の危険性がある。

２、層間絶縁膜が薄い場合には、第８図（ｂ）に示すよ
うに、ウェットエツチングのエツチング液により下層金
属配線まで侵食される。

以上述べた欠点は半導体装置の歩留りを低下させるだけ
でなく、製品の信頼性を著しく低下させる原因となる。

本発明の目的は層間絶縁膜の膜厚ばらつき、ウェットエ
ツチングにおけるエツチング量のばらつきに関わりなく
、スルーホール形成工程において、ウェットエツチング
に対するプロセスマージンか十分に確保でき、かつ、信
頼性の高い層間絶縁膜を形成して、品質の良い半導体装
置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置は、金属配線層の間に設けられた層
間絶縁層を挟んで、上下に形成され、層間絶縁層に形成
されたスルーホールを介して接続されている第１、第２
の金属配線を含む半導体装置において、層間絶縁層がプ
ラズマ気相成長法により形成されたシリコン酸化窒化膜
てあって、その組成は、シリコン酸化窒化膜の上部で酸
素元素が窒素元素に対し０．０５以上てあり、下部では
酸化元素か窒素元素に対し０．０５未満である。

〔作　　　用〕

層間絶縁層をウェットエツチングする際、下部エツチン
グレートは大きく、下部のエツチングレートは小さくな
る。

〔実　施　例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の半導体装置の第１の実施例を示す断面
図である。

半導体基板１上にシリコン酸化膜２、第１アルミ配線５
が形成されている。その上に酸素元素が窒素元素に対し
比率が０．０５未満となるようにブラズマシリコン酸化
窒化膜３が形成され、その上に酸素元素が窒素元素に対
し比率が０，０５以上となるように、プラズマシリコン
酸化窒化膜４が形成され、プラズマシリコン酸化窒化膜
３．４を貫通してスルーホール７が形成されている。こ
れらの上に第２アルミ配線８か形成され、スルーホール
７を介して第１アルミ配線５と接続されている。

第２図（ａ）　、　（ｂ）〜、　（ｆ）　、は第１図の
実施例の製造工程を示す断面図である。

半導体基板１上に形成されたシリコン酸化膜２、第１ア
ルミ配線５の上に順次、酸素元素が窒素元素に対し０．
０５未満含まれたプラズマシリコン酸化窒化膜３と、酸
素元素が窒素元素に対し０．０５以上含まれたプラズマ
シリコン酸化窒化膜４とを形成する（第２図（ａ））。

プラズマシリコン酸化窒化膜４の上にポジ型レジスト６
を塗布（第１図（ｂ））した後、縮少投影型露光機を用
いてレジストの所定の位置を露光し、現像によって露光
された部分のレジストを除去する（第２図（Ｃ））。

次に、ウェットエツチングによりプラズマシリコン酸化
窒化膜４を除去するのに通常、弗酸が用いられる。そこ
で、この弗酸によるエツチングについて第３図（ａ）　
、　（ｂ）を参照して説明する。

第３図（ａ）のグラフはプラズマシリコン酸化窒化膜成
長時にＮ２０とＮＨ３との流量を変化させた時、プラズ
マシリコン酸化窒化膜中に含有される窒素元素に対する
酸素元素の含有率の比を示したものである。また、その
状態でできたものの弗酸に対するエツチングレートを示
したのが第３図（ｂ）のグラフである。つまり、プラズ
マシリコン酸化窒化膜内の酸素の含有量が少ないと弗酸
に対するエツチングレートは極めて小さく、酸素含有量
が多くなると、弗酸に対するエツチングレートが大きく
なることがわかる。

したがフて、プラズマシリコン酸化窒化膜４中で窒素元
素に対する酸素元素の含有量を０．０５以上にし、プラ
ズマシリコン酸化窒化膜３中で窒素元素に対する酸素元
素の含有比を０．０５未満にすると弗酸を用いたウェッ
トエツチングにおいて、プラズマシリコン酸化窒化膜４
を十分にエツチングしても、プラズマシリコン酸化窒化
膜３かエッチンクストッパーとなるため、下層のアルミ
配線５まて侵食されることがない（第２図（ｄ）。ウェ
ットエツチングか終了すると引続きドライエツチングを
行ないプラズマシリコン酸化窒化膜３を貫通してスルー
ホールを完成する（第１図（ｅ））。ここで、ドライエ
ツチングの方法および手段、また、レジスト６の除去方
法は問わない。上述した工程により、開口したスルーホ
ール７を介して、第２アルミ配線８を形成する（第２図
（ｆ））。第２図（ｆ）のものは第１図のものと同様で
電気的にも形状的にも良好な半導体装置である。次に本
実施例の半導体装置の製造に用いられる製造装置および
製造工程について第４図を参照しして説明する。

ガス導入口６５から反応炉６１内にガスを導入し、ガス
排気口６６から排気することにより反応炉６１内はおよ
そ１　ｔｏｒｒに保たれる。サセプター６４上の半導体
基板６３は、サセプター６４中に設けられたヒーターに
より約２５０〜３５０　”Ｃに加熱される。高周波電源
６７は４００ＫＨｚで１０１１とした。

この装置では、ＳｉＨ４カス、Ｎ２０カス、ＮＨ３カス
を使用し、ＳｉＨ，を一定流量＋００　［ｓｃｃｍ］流
し、Ｎ２ｏとＮＨ３との総流量は６００［ｓｃｃｍ］て
、その流量比を変化させた。その結果は第３図（ａ）に
示した通りである。本実施例の層間絶縁膜は最初　５ｉ
Ｈ４１００［ｓｃｃｍ　］　、　ＮＨ３５８８［ｓｃｃ
ｍ　］　、　ＮＨ２１２［ｓｃｃｍ］　。

即ち、［Ｎ２０コ／　［Ｎ２０コ＋［ＮＨ３］　＝０．
０２の条件てプラズマシリコン酸化窒化膜３を形成した
後、Ｎ］（３３６０［ｓｃｃｍ］　、　Ｎ２０２４０　
［ｓｃｃｍコ、即ち、［Ｎ２０］／［Ｎ２０］　＋　　
［ＮＨ３コ＝０．４条件に変えて連続的にプラズマシリ
コン酸化窒化膜４を形成した。プラズマシリコン酸化窒
化膜３とプラズマシリコン酸化窒化膜４とのウェットエ
ツチングレート比は約３倍となり、また、連続成長であ
るため両者の密着性は極めて良い。

次に、本発明の第２の実施例について第５図を参照して
説明する。

本実施例は、第１の実施例と比較して、シリコン酸化膜
２とプラズマシリコン酸化窒化膜３との間にスパッタシ
リコン酸化膜１０を追加したものである。スパッタシリ
コン酸化膜１０はアルミ配線におけるヒロック生成を抑
制できることは良く知られており、スパッタシリコン酸
化膜工０を併用することによりアルミ配線の信頼性、結
果的に半導体装置の信頼性をさらに向とできるという利
点がる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、金属配線間の層間絶縁膜
として、プラズマ気相成長法によるシリコン酸化窒化膜
を使用し、しかも、プラズマシリコン酸化窒化膜中の酸
素元素と窒素元素との組成比を変えることにより、半導
体装置の製造工程におけるスルーホール形成時のウェッ
トエツチングにおいて、エラチンラグマージンが著しく
向上するのと同時に、電気的、形状的に良好な断面形状
を有するスルーホールが得られるため、完成した半導体
装置の信頼性を著しく向上できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体装置の第１の実施例を示す断面
図、第２図（ａ）　、　（ｂ）　、〜、（ｆ）は第１図
の実施例の製造工程を示す断面図、第３図（ａ）　、　
（ｂ）はプラズマシリコン酸化窒化膜の形成時の特性と
、特性に対するエツチングレートを示すグラフ、第４図
は製造装置を示す図、第５図は本発明の第２の実施例を
示す断面図、第６図は従来の半導体装置の理想的形状を
示す断面図、第７図は従来例を示す断面図、第８図（ａ
）　、　（ｂ）は従来例の不良品を示す断面図である。 １・・・・半導体基板、 ２・・・・シリコン酸化膜、 ３・・・・プラズマシリコン酸化窒化膜、４・・・・プ
ラズマシリコン酸化窒化膜、５・・・・第１アルミ配線
、 ６・・・・レジスト、 ７・・・・スルーホール、 ８・・・・第２アルミ配線、 １０・・・・スパッタシリコン酸化膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、層間絶縁層を挟んで、上下に形成され、かつ、層間
   絶縁層に形成されたスルーホールを介して接続されてい
   る第１、第２の金属配線を含む半導体装置において、 前記層間絶縁層がプラズマ気相成長法により形成された
   シリコン酸化窒化膜であって、その組成は、シリコン酸
   化窒化膜の上部で酸素元素が窒素元素に対し０．０５以
   上であり、下部では酸素元素が窒素元素に対し０．０５
   未満であることを特徴とする半導体装置。