JPH04370934A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH04370934A
JPH04370934A JP14771491A JP14771491A JPH04370934A JP H04370934 A JPH04370934 A JP H04370934A JP 14771491 A JP14771491 A JP 14771491A JP 14771491 A JP14771491 A JP 14771491A JP H04370934 A JPH04370934 A JP H04370934A
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JP
Japan
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film
base
etching
gas
semiconductor substrate
Prior art date
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Withdrawn
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JP14771491A
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English (en)
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Morio Shiobara
塩原 守雄
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,半導体装置の多層配線
膜の平坦化方法に関する。近年,半導体装置の高集積化
,大容量化にともなって,多層配線もその段差が大きく
なり,平坦化技術の開発が要求されている。
【0002】
【従来の技術】図3は従来例の説明図である。図におい
て,19はシリコン(Si)基板, 20は下地アルミ
ニウム(Al)膜, 21は下地燐珪酸ガラス(PSG
)膜,22はSOG膜,23はアルゴン(Ar)ガスを
含むエッチングガス, 24は上層PSG膜,25はコ
ンタクトホール, 26はサイドエッチングされた部分
, 27はチタン(Ti)膜, 28は上層Al膜, 
29は空洞部分である。
【0003】多層配線膜を平坦化する場合に,先ず,多
層配線膜の凸凹をなくすために, SOG膜を厚く平ら
に塗布しべーキングした後,この膜をエッチバックして
いた。即ち,図3(a)に示すように,あらかじめ下地
Al膜20の電極配線が形成されたSi基板19上に,
下地PSG膜21を被覆すると,下地Al膜20は1μ
m程度の厚さがあり,下地PSG膜21にほぼ下地Al
膜20の厚さと同じ高さの段差が生じる。
【0004】そのため,図3(b)に示すように,SO
G膜22を 0.5μm程度の厚さに塗布して,その表
面を平坦にする。その後,図3(c)に示すように,A
rガスを含んだエッチングガス23を用いて,SOG膜
22と下地PSG膜21のエッチングレートが同じにな
るようなガスの組成条件で,下地Al膜20が露出しな
い程度まで,下地Al膜20上の下地PSG膜22膜を
エッチバックする。
【0005】この場合, 下地Al膜20上の下地PS
G膜22上にSOG膜22が少しでも残っていると, 
その上に上層PSG膜24を成長し, 電極コンタクト
用のコンタクトホール25を開口する場合に, SOG
膜22がコンタクトホール25内に露出していると,サ
イドエッチング等の不都合を生じるので, 下地Al膜
20上の下地PSG膜22上のSOG膜22は完全にエ
ッチング除去する必要がある。
【0006】従来は, 二酸化シリコン(SiO2)膜
やPSG膜等のドライエッチングには四弗化メタン(C
F4) や八弗化ブテン(C4H8)の混合ガスが使用
されてきたが, Si基板上に反応析出物がデポジット
しやすく, エッチングレートも遅いので, さらにA
rガスを加えて, Si基板上を叩いてクリーニングし
,かつ, エッチングレートを早くしていた。
【0007】続いて,図3(d)に示すように,平坦化
したSi基板19上に上層PSG膜24を被覆した後,
図3(e)に示すように,図示しないレジスト膜をマス
クとして,下地Al膜20上の上層PSG膜24と下地
PSG膜を連続的に異方性ドライエッチングを行って,
下地Al膜20に達するコンタクトホール25を開口す
る。
【0008】そして,密着性を良くするためにチタン(
Ti)膜27を薄く被着し,図3(f)に示すように,
上層Al膜28をスパッタにより被覆し,パターニング
してAl電極配線膜を形成していた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来は,下地PSG膜
21とSOG膜22のエッチバックを行う際に,Arガ
スを含むエッチングガス23を用いてエッチングを行っ
ていた。
【0010】ところが,従来の方法による一つの条件で
は,下地PSG膜21にコンタクトホール25を開口す
る際に,下地PSG膜21の中にエッチングレートが異
常に早い部分が生じることが判った。これは,下地PS
G膜21と上層PSG膜24の界面で生ずる。
【0011】この原因は, 下地PSG膜21をArガ
スを含んだエッチングガス23でエッチングした場合に
, その表面がArガスで叩かれてクリーニングされる
ため, このArガスのクリーニング効果により下地P
SG膜21上に,上層PSG膜24を成長する際の核と
なる不純物が少なくなり, 上層PSG膜24の成長初
期の膜質が疎となって,エッチングレートの速い膜が当
初に薄く出来てしまうためである。
【0012】このため,エッチバックを行った場合に,
図3(e)の右にコンタクトホール25の部分を拡大し
て示すように,上層PSG膜24の下地PSG膜21と
の界面がサイドエッチングされてコンタクトホール25
の形状が悪化し,サイドエッチングされた部分26に密
着性向上のための薄いTi膜27が付着しない。
【0013】そのため, 図3(f)の右にコンタクト
ホール25の部分を拡大して示すように,下地Al膜2
0と上層Al膜28の接続部にいわゆる鬆〔す〕と称す
る空洞部分29が生じて,配線電極の断線等の上層Al
膜28のカバレッジ不良を生じていた。
【0014】本発明は,以上の点に鑑みて,コンタクト
ホールの形状が,サイドエッチングを生じないで,正常
に保たれるようなエッチング方法の開発を目的として考
え出されたものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図である。図において,1は半導体基板,2は下地電極
膜,3は下地絶縁膜,4はSOG膜,5はArガスを含
むエッチングガス,6はArガスを含まないエッチング
ガス,7は上層絶縁膜,8はコンタクトホールである。
【0016】上記の問題点を解決するためには, 下地
と上層のPSG膜の界面で,エッチングレートが早くな
る部分が形成されないように,下地PSG膜とSOG膜
からなる平坦化膜をArガスを含まないガスを用いてエ
ッチングすれば良い。
【0017】しかし,このガス系はエッチングレートが
遅く,析出物が生ずるので,平坦化膜全体をこのガス系
でエッチングすることは困難である。そこで下地PSG
膜とSOG膜からなる平坦化膜のエッチングを,まず従
来のようにArガスを含んだエッチングガスを使用して
エッチングする。
【0018】次いで,該平坦化膜のエッチングが終わり
に近づいたら,エッチングガスをArガスを含まないエ
ッチングガスに交換してエッチングを行う。また, 半
導体基板の平坦度を保つために,PSG膜とSOG膜を
同時にエッチングする際に,エッチングレートが同じに
なるように,エッチングガスの組成比を調整する。
【0019】即ち, 本発明の目的は, 図1(a)に
示すように,表面に下地電極膜2の形成された半導体基
板1上に下地絶縁膜3を被覆する工程と,図1(b)に
示すように,半導体基板1表面が平坦になるように, 
SOG膜4を塗布する工程と,図1(c)に示すように
,Arガスを含むエッチングガス5を用いて, 半導体
基板の平坦度を保ちながら,SOG膜4と下地絶縁膜3
からなる平坦化膜の一部を下地電極膜2上の下地絶縁膜
3が表出するまでドライエッチングする工程と,続いて
, 図1(d)に示すように,Arガスを含まないエッ
チングガス6を用いて, 半導体基板の平坦度を保ちな
がら,平坦化膜の残りの部分を該下地絶縁膜3下の下地
電極膜2が表出しない深さまで残りの下地絶縁膜3及び
SOG膜4をドライエッチングする工程と,図1(e)
に示すように,半導体基板1上に上層絶縁膜7を被覆す
る工程と,図1(f)に示すように,下地電極膜2上の
上層絶縁膜7, 及び下地絶縁膜3を選択的に異方性エ
ッチングして, 下地電極膜2まで達するコンタクトホ
ール8を形成する工程とを含むことにより達成される。
【0020】
【作用】本発明では,下地絶縁膜とSOG膜からなる平
坦化膜の大半をArガスを含むエッチングガスでエッチ
ングした後, 途中でArガスを含まないエッチングガ
スのドライエッチングに切り変えて, 該平坦化膜の残
りをエッチングするため, 最初はArガスで叩かれ,
平坦化膜の表面がクリーンな状態で早くエッチングされ
るが,後は, Arガスを含まないエッチング系ガスで
エッチングするため, エッチングレートも遅く, 表
面に析出物も形成される。
【0021】このような状態の膜面に上層絶縁膜を成長
させた方が, 円滑に成長が進み, 下地絶縁膜と上層
絶縁膜の境界にエッチングレートの早い, 不完全な絶
縁膜の出来る可能性が少なくなる。従って, コンタク
トホールを開口した時に, 絶縁膜境界にサイドエッチ
ングが生じないため, Al電極膜の下地となるチタン
膜が完全に形成され, Al電極膜に鬆を生じることが
防止される。
【0022】
【実施例】図2は本発明の一実施例の工程順模式断面図
である。図において, 9はSi基板,10はAl電極
膜, 11は下地PSG膜,12はSOG膜,13はA
r+CF4+C4F8 ,14はCF4+C4F8, 
15は上層PSG膜,16はコンタクトホール,17は
Ti膜,18はAl配線膜である。
【0023】本発明の一実施例について,工程順に説明
する。図2(a)に示すように,図1(a)に示すよう
に,厚さ 8,000ÅのAl電極膜10が形成された
Si基板9上に下地PSG膜11を 8,000Åの厚
さに被覆する。すると,Al電極膜10上の下地PSG
膜11のAl電極膜10上とSi基板9上では矢印で示
すように 8,000Åの差が生じる。
【0024】そこで,表面が平坦になるように, SO
G膜12を 5,000Åの厚さに塗布し, 窒素(N
2)雰囲気中でベーキングすると,このSOG膜12は
Al電極膜10の上の下地PSG膜11上で 1,50
0Å程度, それ以外で 8,000〜 5,000Å
程度となる。
【0025】図2(b)に示すように,SOG膜4をA
r+CF4+CHF3のガス13を用いて 7,000
〜 8,000Åドライエッチングする。このガスのエ
ッチングレートは, 一般にSOG膜12で 1,60
0Å程度, PSG膜で 3,200Å程度であるが,
 実施例のように, SOG膜とPSG膜が混在した状
態でエッチングすると,ガスの組成比を適当に選べば,
PSG膜から放出される酸素の影響で,どちらのエッチ
ングレートも同じエッチングレートで, Si基板9に
対して,平坦にエッチングされていく。
【0026】エッチング工程中はSi基板9上にエッチ
ングのモニタリングとしてレーザー照射を行い,その反
射光の波型により,エッチングレート並びに膜質をチェ
ックし,コンピュータ制御により自動的にエッチングガ
スの切替えを行う。
【0027】7,500 Å程度の全面エッチングを行
ってから,ガスを切替え,CF4+C4F8のガスを用
いて, Al電極膜10の表面が露出しないように, 
500Å程度をドライエッチングする。
【0028】次いで,図2(d)に示すように,上層P
SG膜15をCVD法により 0.5μmの厚さに被覆
する。 図2(e)に示すように,図示しないレジスト膜を用い
てAl電極膜10上の上層PSG膜15,及び下地PS
G膜11を選択的に異方性エッチングして, Al電極
膜10まで達するコンタクトホール16を形成する。
【0029】図2(f)に太線で示すように,Ti膜1
7をスパッタ法により被覆し, 続いて,Al配線膜1
8をスパッタ法により1μmの厚さに形成する。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように, 本発明によれば
, 下地PSG膜のドライエッチング中に,エッチング
ガスを途中で切り換えて,下地PSG膜と上層PSG膜
の接合面にエッチングレートの早い層を作らないように
するため, サイドエッチングのない完全なコンタクト
ホールが形成でき, 鬆のないAl電極膜が形成できる
【0031】従って, 半導体装置の多層配線膜の品質
向上, 信頼性の確立に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明の原理説明図
【図2】  本発明の一実施例の工程順模式断面図
【図
3】  従来例の説明図
【符号の説明】
1  半導体基板 2  下地電極膜 3  下地絶縁膜 4  SOG膜 5  Arガスを含むエッチングガス 6  Arガスを含まないエッチングガス7  上層絶
縁膜 8  コンタクトホール 9  Si基板 10  Al電極膜 11  下地PSG膜 12  SOG膜 13  Ar+CF4+C4F8  14  CF4+C4F8 15  上層PSG膜 16  コンタクトホール 17  Ti膜 18  Al配線膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  表面に下地電極膜(2) の形成され
    た半導体基板(1)上に下地絶縁膜(3) を被覆する
    工程と,該半導体基板(1) 表面が平坦になるように
    , SOG(Spin On Glass) 膜(4)
     を塗布する工程と,アルゴンガスを含むエッチングガ
    ス(5) を用いて, 該半導体基板(1) の平坦度
    を保ちながら, 該SOG膜(4) と下地絶縁膜(3
    ) からなる平坦化膜の一部を,該下地電極膜(2) 
    上の下地絶縁膜(3) が表出するまでドライエッチン
    グする工程と,続いて, アルゴンガスを含まないエッ
    チングガス(6) を用いて, 該半導体基板(1) 
    の平坦度を保ちながら, 該平坦化膜の残りの部分を該
    下地電極膜(2) が表出しない程度までドライエッチ
    ングする工程と,該半導体基板(1) 上に上層絶縁膜
    (7) を被覆する工程と,該下地電極膜(2) 上の
    該上層絶縁膜(7) , 及び下地絶縁膜(3) を選
    択的に異方性エッチングして, 該下地電極膜(2) 
    まで達するコンタクトホール(8) を形成する工程と
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP14771491A 1991-06-20 1991-06-20 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH04370934A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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