JPH04130753A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH04130753A
JPH04130753A JP25246190A JP25246190A JPH04130753A JP H04130753 A JPH04130753 A JP H04130753A JP 25246190 A JP25246190 A JP 25246190A JP 25246190 A JP25246190 A JP 25246190A JP H04130753 A JPH04130753 A JP H04130753A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
interlayer insulating
insulating film
wiring metal
refractive index
Prior art date
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Pending
Application number
JP25246190A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuyoshi Takeda
武田 満喜
Koichi Tanaka
康一 田中
Masako Uchikado
内門 雅子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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、半導体装置に係り、特に半導体集積回路装
置の多層配線金属層構造の層間絶縁膜の構造に関するも
のである。
〔従来の技術〕
第4図は、−例として2層の配線構造を有する従来の半
導体装置を示す断面図である。この図において、11は
半導体基板を示し、ダイオード。
トランジスタ構造を形成するための必要なP型、N型の
不純物拡散層が形成されている。21は1層目の配線金
属層を示し、PN接合を保護する絶縁膜31を下地とし
て成膜、加工されたものである。22は2層目の配線金
属層で、1層目の配線金属層21との電気的絶縁と1層
目の配線金属層21の保護を目的とする層間絶縁膜32
を下地として成膜、加工される。33は前記1,2層目
C配線金属層2、22を保護する配線保護膜でjす、4
1はエツチング残りである。
従来、層間絶縁膜32としては1層目の配線く属N21
を侵さない比較的低温で成膜されうる未縁膜としてSi
N膜が用いられている。SIN!l!は化学量論的組成
(Si3Na)のとき密度が最を高く、水やNaなどの
耐拡散性にも優れた性質4示す。成膜後、膜質を知るた
めの方法として屈υ率があり、この組成のとき屈折率は
、98を示1乙のような理由によって、従来の層間絶縁
膜32としては屈折率、98前後のプラズマCVDで右
けられたSiN膜が用いられていた。
ところで、2層目の配線金属822を形成すイ場合に、
第4図に示したような従来の層間絶縁膜32では厳しい
成膜上の制限が必要なことがわ力っな。すなわち、2層
目の配線金属層22を成膜するためのスパッタ装置の材
質に制限が必要とちる。
ここで、2層目の配線金属層22の形成工程を第5図f
a)〜(d)について説明する。1層目の配線金属層2
1の形成が完了後、層間絶縁8932をプラズマCVD
法によって全面に付ける(第5図(a)のP−3iNデ
ポ工程)。1層目の配線金属層21と結線の必要のある
部分には周知の写真製板技術によって選択的に層間絶縁
膜32に窓開けを行う(図示せず)。しかる後、2層目
の配線金属層22用の金属膜を付けるのであるが、乙の
金属膜を付けろ方法としてはスパッタ法が一般的である
スパック法とは、数mTo r rのArなどの不活性
ガスのプラズマを作り、電離したAr+ガスイオンを電
界によって加速し、金属ターゲラ)・に衝突させて金属
微粒子を得、この金属微粒子によって金属薄膜を形成す
る方法である。この方法では被蒸着側(半導体ウェハ側
)にAr+ガスイオンを衝突させることによって、被蒸
着面を物理的にエツチングすることができる。これをス
パックエッチと呼んでいる。
さて、2層目の配線金属層22をスパッタ法で成膜する
場合には、1層目の配線金属層21との接触抵抗をでき
るだけ小さ(するために、1層目の配線金属層21の表
面の酸化物をスパッタエッチによって除去することが必
要である。不活性ガスで満たされた真空室内で連続して
エツチングと金属膜の堆積(デボ)が可能なこの方法は
良好な配線金属層間の接合を得ることができるために一
般的に使われる方法である。乙のようにして2層目の配
線金属層22が得られた*(第5図(b)のA#Siス
パツタ工程)、周知の写真製版技術によって必要部分に
ホトレジストを残し、不要な部分の配線金属層をエツチ
ングによって除去して2層目の配線金属層22が完成す
る(第5図(Cのkl写真製版、AIエッチング工程)
。ところで、このような層間絶縁膜32を用いた場合に
は第5図(、()に示すように、エツチング残し41が
発生する。
〔発明が解決しようとする課題〕
層間絶縁膜32に上述したような従来のSiN膜を用い
ると、2層目の配線金属層22の材料としてAIを用い
、2層目の配線金属層22のエツチングを化学的に行っ
た場合に、下地の5iNR(H間絶縁膜32)の段差が
ある部分にエツチング残り41が発生する不具合があり
、高品質の半導体装置が得られないという問題点があっ
た。
この発明の目的は、この不具合発生のメカニズムに照ら
して不具合の発生しにくい構造の層間絶縁膜を提示し、
もって品質の優れた半導体装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
この発明にかかる半導体装置は、少なくとも2層以上の
配線金属層構造を有する半導体集積回路装置において、
配線金属層間に用いられる層間絶縁膜を屈折率が、94
以下の1層のS i NIIQとするか、あるいは2層
構造として下側をSiN膜とし、上側をS i O,膜
とするか、SlO膜とするか、あるいは屈折率が、94
以下のSiN膜とするかした2層構造としたものである
〔作用〕
この発明によれば、1層または2N構造の層間絶縁膜の
うち、エツチング側の膜がSin、。
SiOまたは屈折率が、94以下のSiN膜であるので
、下側の膜が屈折率が、94をこえるものであっても、
不都合を生じさせる導電性のエツチング残りが発生しな
い。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図面について説明する。
第1図はこの発明の第1の実施例を示す半導体装置の斜
視図であり、11は半導体基板、21は1層目の配線金
属層、22は2層目の配線金属層を示し、2層目の配線
金属層22の材料はAIまたはAlを主成分としたAj
Siなどの合金である。31は絶縁膜、32は層間絶縁
膜で、屈折率が、94以下のSiN膜である。33は配
線保護膜であり、この配線保護膜33および絶縁膜31
はこの発明にとって特に重要なものではない。
第2図はこの発明の第2の実施例を示す半導体装置の斜
視図であり、第1図の第1の実施例が層間絶縁膜32が
単層で構成されていたのに対し、第2図の第2の実施例
は2層で構成されている点で異なる。11は半導体基板
、21は1層目の配線金属層、22は2層目の配線金属
層を示し、2層目の配線金属層22の材料はAZまたは
AIを主成分としたAjSiなどの合金である。31は
絶縁膜で、この絶縁膜31はこの発明にとって特に重要
ではなく、従来用いられている熱酸化された5in2や
CVDで付けられたSin、でよい。
32、322は層間絶縁膜で、これら層間絶縁膜321
,322がこの発明の最も特徴的な部分で、層間絶縁膜
321は従来使用されている屈折率が、98前後のプラ
ズマCVDによるSiN膜、層間絶縁膜322は屈折率
が、94程度以下の同じ(3iN膜か、またはプラズマ
CVDによるSiO□膜あるいは5in(この場合3i
、01ではなく 310 Xで、Xは2に近い2より小
さい値)である。33は配線保護膜で、この配線保護膜
33の選び方はこの発明にとって特に重要ではない。
これらの実施例でわかるように、この発明の特徴はスパ
ッタエッチを必要とする2層目以上の配線金属層の材料
がAIまたはAZを主成分とするときに、その下地膜で
ある層間絶縁膜に制限を設けることによってエツチング
残りという不具合を解消することにある。さらに言えば
、スパッタエッチ時のプラズマに晒される下地膜の表面
付近の層間絶縁膜321および322の膜質が重要であ
る。
次に、この実施例で示される構造の詳細について、第3
図の不具合発生の様子の説明図を参照して述べる。
第3図は、第1図の実施例において、スノオッタエッチ
が必要とされる2層目の配線金属層22を付けた直後の
半導体ウェハを示す。21は1層目の配線金属層を示し
、32はその上を覆う層間絶縁膜である。1層目の配線
金属層21の断面形状にそってこの層間絶縁膜32には
段差が形成されている。51はスパッタ装置を構成する
半導体ウェハを保持および搬送するための治具で、パレ
ッ)・と呼ばれている。
スパッタエッチは前述したように、電離したAr+イオ
ンをパレット側に印加した負の電位で加速して半導体ウ
ェハに衝突させ、これによって半導体ウェハ表面を物理
的にエツチングするものである。半導体ウェハ表面のエ
ツチング効果は、衝突Ar+イオンの密度の高いパレッ
ト面に平行な部分、すなわち平坦部61で大きく、段差
部分の傾斜部62では小さいこともまた容易に推察され
る。このエツチング効果は半導体ウェハ表面のみならず
、パレット表面52でも生ずることもまた容易に推察さ
れる。
乙のスパッタアウトされた微粒子は電荷をもたず、その
空間濃度分布に従って半導体ウェハおよびパレット表面
52に付着堆積(デボ)する。すなわち、スパッタエッ
チ工程ではエツチングとスパッタアウトされたもののデ
ボが同時に進行する。
エツチング率がデボ率を上回れば、結果としてその部分
はエツチングされ、逆であればデボとなる。
すでに述べたように、半導体ウェハ表面ではその形状に
よってエツチング率が異なり、段差の傾斜部62ではデ
ボが上回る場合が生ずる。また、デポが上回らない場合
においても付着物質と半導体ウェハ表面の層間絶縁膜と
の化学的な反応によって異質な反応生成物(エツチング
残り)41が形成される可能性がある。このような場合
でも、平坦部61に比べて段差の傾斜部62ではエツチ
ング率が少ない分だけ反応生成物41が多くなると予想
される。
デボされたもの、またはこの反応生成物41が導電性で
、なおかつAlのエッチャントに溶けにくい性質を有す
るときに問題が生ずる。すなわち、2層目の配線金属層
22をエツチングによって得ようとするとき、層間絶N
膜32上に導電物質である反応生成物41が残存するこ
とになるからである。
本発明者らはAIエツチング後に残存するこの反応生成
物41の発生要素となっているパレット表面52の物質
2層間絶縁膜32の2つについて詳細に調査した。この
結果を第1表に示す。
パレット表面面52の物質については、5US316、
石英、また、石英にAl膜を付けたもの。
SUS板にAt’膜を付けたものの4種類、層間絶縁膜
32については常圧CVDによろSin、。
プラズマCVDによるSin、プラズマCVDによるS
iNの3種類で、SiN膜については屈折率をさらに振
り分けた。SiN膜の屈折率はSiH,、NH,のガス
流量の比率を変えることで変えることができる。
導電性のエツチングの比較結果 0;発生なし、1〜10;発生量(10が最大)第  
1  表 第1表に示したように、パレット表面52の物質が石英
のときのみ導電物質残は発生しない。しかし、パレット
を石英で作りスパックエッチごとに洗浄または新品と取
り替えて使用することはあまり経済的とは言えない。し
たがって、パレット表面がAj’の時を考えると、層間
絶縁膜32についてはSiN膜の時に導電物質残が発生
することがわかった。しかもSiN膜の屈折率が大きい
ほど発生量が増える傾向にあることがわかった。この結
果から、残存導電物質はスパッタエッチ時に5i−Nの
結合が切断され、活性なSi−結合手とAIとの反応生
成物が残存するものと考えられる。なぜなら、屈折率の
大きいSiNはS i IJラッチあり、SiO結合に
比べSiN結合は弱いからである。
以上の実験結果から、この発明の妥当性と有効性が理解
される。さらに、屈折率の異なるSiN膜を層間絶aM
として用いる実施例は層間絶縁膜を形成する際、同一の
プラズマCVD炉内でガス流量比を操作して得られると
いう経済的利点がある。
なお、上記実施例では2層配線構造の半導体装置を示し
たが、さらに多層な配線構造のものにも適用できること
は言うまでもない。
また、層間絶!i膜の構造についてもSiNを用いる場
合には、スパッタエッチを受ける表面近傍の屈折率を小
さくすることのみが要件であり、2層以上の屈折率の異
なる構造であっても同様な効果が得られることは明らか
である。
同様に層間絶縁膜の表面をSiOとする場合にも、その
下の膜構造が多種の秋によって構成されていても良い。
〔発明の効果〕
この発明は以上詳細に説明したように、少なくとも2層
以上の配線金属層構造を有する半導体集積回路装置にお
いて、配線金属層間に用いられる層間絶縁膜を屈折率が
、94以下の1層のSiN膜とするか、あるいは2層構
造として下側を3iN膜とし上側を5in2とするかS
iOとするか、あるいは屈折率が、94以下のSiN膜
とするかした2層構造としたので、導電性のエツチング
残り量が発生しないので、高信頼性の半導体装置が得ら
れる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1の実施例による半導体装置を示
す断面図、第2図はこの発明の第2の実施例による半導
体装置を示す図、第3図は不具合発生の様子を説明する
断面図、第4図は従来の半導体装置を示す断面図、第5
図は従来の半導体装置の製造フローを示す図である。 図において、11は半導体基板、21は1層目の配線金
属層、22は2層目の配線金属層、31は絶縁膜、32
,321,322は層間絶縁膜を示す。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄   (外2名)第 図 第 図 琳) 層間絶縁膜 第 図 第 図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも2層以上の配線金属層構造を有する半
    導体集積回路装置において、前記配線金属層間に用いら
    れる層間絶縁膜を屈折率が1.94以下のSiN膜とし
    たことを特徴とする半導体装置。
  2. (2)少なくとも2層以上の配線金属層構造を有する半
    導体集積回路装置において、前記配線金属層間に用いら
    れる層間絶縁膜を下側のSiN膜と上側のSiO_2膜
    との2層構造としたことを特徴とする半導体装置。
  3. (3)少なくとも2層以上の配線金属層構造を有する半
    導体集積回路装置において、前記配線金属層間に用いら
    れる層間絶縁膜は、上層をSiO膜とし、下層をSiN
    膜との2層構造としたことを特徴とする半導体装置。
  4. (4)少なくとも2層以上の配線金属層構造を有する半
    導体集積回路装置において、前記配線金属層間に用いら
    れる層間絶縁膜を屈折率の異なる2種以上のSiN膜で
    構成し、かつ上層のSiN膜の屈折率を1.94以下と
    したことを特徴とする半導体装置。
JP25246190A 1990-09-21 1990-09-21 半導体装置 Pending JPH04130753A (ja)

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