JPH0492427A - 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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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〕 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にサブミクロ
ン程度に微細化された多層配線構造に於ける平坦性及び
スルーホールの被覆性、並びにトランジスタ特性の改善
に関する。
〔従来の技術〕
従来、多層配線構造を持った微細半導体装置の製造方法
は、例えば第2図の如く、トランジスタや抵抗等の半導
体素子が作り込まれたシリコン基板11上のフィールド
絶縁膜12等を介して、素子から電極取り出し用のコン
タクトホールを開孔した後、A1合金等を約0.5〜1
.0μmの厚みにスパッタリングし、フォトエツチング
により所望形状にパターニングした第1の金属配線13
を形成した後、層間絶縁膜として、S i H4と02
やN20の様な支燃性ガスをプラズマや熱反応させたシ
リコン酸化膜24を0.5〜0.8μm程度気相成長さ
せ、更に微細化構造に於ける平坦化の必要性からアルコ
ール類にシラノールとP2O9等を溶かした塗布ガラス
膜16をスピンコードし、第1の金属配線13に支障な
い温度でアニールする。この時塗布ガラス膜中に混入さ
せるP2O,は]〜5mo 1%の濃度で、塗布ガラス
膜のストレス緩和と耐クラツク効果を向上させる為であ
る。次に該塗布ガラス膜16とシリコン酸化膜24を、
CF4、CHF3やC2F6ガス等を用いてドライエツ
チングしたスルーホールを開孔後、A1合金をスパッタ
リングしフォトエツチングした第2の金属配線19を施
し、更にパシヘーション膜20を積層し、最後に外部電
極取り出し用のパッド部を開孔している。
〔発明か解決しようとする課題〕
しかしながら従来技術に於いては、まずSiH4と支燃
性カスて気を目成長させたシリコン酸化膜24は、第1
の金属配線13のスペースが微細化されてくるとカスピ
ングを生し、塗布ガラス膜16をスピンコードしてもス
ペースにボイド22が形成されたり、平坦性も好ま(7
くない。又アスペクト比が約0,7以上にもなる為、仮
にシリコン酸化膜24の付き回りが良くても、第1金属
配線13のスペース部には、該配線層み相当のU字型の
溝が形成されるので、ここに塗布ガラスの液溜まりが出
来、例えば0.8〜1.6μmの特定スペースには、塗
布ガラス膜16が0.5μm以上にも厚くなりクラック
21が発生してしまう。
一方、スルーホールの開孔時、シリコン酸化膜24はド
ライエツチャーにより異方性エツチングされるので、ス
ルーホールの側面はほぼ垂直になり、エツジ部分での第
2の金属配線17のステップカバレージが悪く、コンタ
クトやエレクトロマイグレーションの劣化、断線更には
バンベーンヨン膜20のボイド23等により信頼性、歩
留りが問題となっている。尚HF系の水溶液でウニ・ノ
ドエツチングを施して等方的なテーパーをかけることも
試みられてきたが、金属配線上の塗布ガラス膜16は高
温アニールか出来ないので、HF系水溶液に対するエン
チング速度が極めて大きく、サイドエツチングか異常に
進んでしまう為に採用か出来なかった。
この他の層間膜平坦化には、フォトレジストを用いたエ
ッチハック法やスパッタしながら薄膜成長するバイアス
気相成長法かあるが、ダメージの他に特定スペースのみ
平坦化かなされるので、実際のデバイスは多様な寸法か
配置されていたり、下部のゲート電極や配線に用いるP
o1y−3t等の2重、3重の段差が、第一の金属配線
と平行あるいはクロスして走る為、実用量産化適用か困
難であった。
また更に、第2の金属配線19は、吸湿し易い塗布ガラ
ス8]6と直に接触する構造となり、工程途中に侵入し
た水分とP2O,でリン酸が形成され、AI等の金属配
線が腐蝕されたり、この反応過程の水素イオンやOHイ
オン、水分がフィルド酸化膜中に浸入し、素子分離用の
寄生MOSトランジスタの反転耐圧を変化させてしまう
問題か生じていた。第3図は、Nch側寄生MOSトラ
ンジスタの電流テール特性を示すものであるが、通常特
性aに対し、bは反転耐圧が低下したものの特性である
しかるに本発明は、かかる問題点を解決するもので、層
間絶縁膜のクラックの発生を防ぎ金属配線の平坦性を確
保しながら、スルーホール開孔の為のウェットエツチン
グ処理を可能ならしめ、テーパー化によりスルーホール
エツジ部に於ける金属配線のステップカバレージの向上
やコロ−ジョン対策、更にトランジスタ特性の改善を施
し、多層配線を有する微細半導体装置の安定供給と信頼
性向上を図ることを目的としたものである。
〔課題を解決するだめの手段〕
本発明の半導体装置の製造方法は、多層配線構造を有す
る半導体装置に於いて、少なくとも、所望表面に素子領
域が形成された半導体基板上に第1の金属配線層を形成
する工程、有機シランと02を含むガスをプラズマ気相
反応させた第1のシリコン酸化膜を形成する工程、有機
シランと0、を含むガスを熱気相反応させた第2のシリ
コン酸化膜を積層させる工程、前記積層絶縁膜の所定膜
厚をエッチバックする工程、塗布ガラス膜を積層する工
程、該塗布ガラス膜の所定膜厚をエッチバックする工程
、第3のシリコン酸化膜を積層する工程、スルーホール
を開孔後第2の金属配線を形成する工程を具備したこと
を特徴とする。
〔実 施 例〕
本発明の一実施例を、第1図に基づいて詳細に説明する
。サブミクロンルールのA12層構造のSiゲートCM
O5LSIに適用した場合に於いて、トランジスタや抵
抗等の半導体素子が作り込まれたシリコン基板11上の
選択熱酸化や気相成長シリコン酸化膜によるフィールド
絶縁膜12を介し、電極取り出しの為コンタクトホール
を開孔した後、Al−Cu合金を約0.6μmの厚みで
スパッタリングしてから、C12等のノ\ロゲンガスを
含むドライエンチャーでパターニングし、第1の金属配
線13を施した。次に層間絶縁膜として、まず370〜
400℃てTE01 [S i  (0C2H5)4]
と02を380℃、約9torrてブラスマ気相反応さ
せ釣鉤 6μmの第1のジノコン酸化膜14成長させた
後、続いて02キヤリアで03とTE01を6O−10
0torr、380℃で減圧熱反応させ第2のシリコン
酸化膜]5を0.4μm積層させた(第1図−a)。こ
れらのシリコン酸化膜は従来のS IH4を用いたもの
に比ベカスピンクかなく、特に第1のシリコン酸化膜は
、均一性も良くち密で耐コンタミ性にも優れ、圧縮応力
(例えばSiミラエト一に成長したとき凸形に反る)を
持つ。又第2のシリコン酸化膜は段差部での付き回りほ
ぼは100%で、溝部への埋まり込みも良好であるが、
引張り応力を有しOH基を多く含む。続いてCHF3、
CF4とAr等によるプラスマニラチャーで約0.45
μm異方性エッチハックし、平坦部の第2のシリコン酸
化膜15を除去し、第1の金属配線13のスペースに側
壁として残す。続いて塗布ガラス膜16をスピンコード
してから約400℃のN2雰囲気で30分アニールする
と、第1の金属配線13上には約5〜700A、段差部
や溝部には厚くても0.4μm以下の塗布ガラスが溜ま
り、従来の様に極端に厚くなる領域はなく平坦化がなさ
れる(第1図(b))。次に、lXl0−’torr程
度のAr雰囲気中で400Wの高周波バイアスをかけス
パッタエツチングし、少なくとも第1の金属配線13上
の塗布ガラス膜16は除去する。
この塗布ガラス膜16を除去する工程に於いては、反応
性イオンエツチャー等を用いても良いか、塗布ガラス膜
のエツチング速度か気相成長のシリコン酸化膜よりかな
り大きい為に平坦性が劣るので、スパッタエツチングや
イオンミーリングの様な物理的に除去出来るものか、選
択性の低いエツチャーが好しい。次に、第1のシリコン
酸化膜14と同じ方法により約1000への厚みで第3
のシリコン酸化膜17を成長させる(第1図(C))。
続いて第1と第2の金属配線のコンタクトをとるスルー
ホールを開孔する為に、フォトレジスト18をマスクに
してまずHF、NH4Fとの混合水溶液により約250
0人分の第3、第1のシリコン酸化膜]7.14をウェ
ットエツチングし、続けてCHF、 、CF、とHeガ
スを用い300mtorrの圧力て残った第1のシリコ
ン酸化膜14を選択ドライエツチングしスルーホールを
開孔した(第1図(d))。この時スルーホールエツジ
部は等方的に、又下部は異方的にエツチングされている
。続いてフォトレジスト Al−Cu合金を約1.0μmの厚みてスパッタリング
、フォトエツチングし第2の金属配線1つとし、その後
ブラスマナイトライドのパンベーンヨン膜20を成長し
、更に外部電極取り出し用のパッド部を開孔しである(
第1図(e))。この様にして製造された半導体装置は
、0. 5μm以上の特定スペースに限定される事なく
多層配線構造に関わる全体の平坦化を図ることか出来、
又スルーホールエツジ部に於ける第2の金属配線の被覆
性が改善された。更に、塗布ガラス膜と第2の金属配線
の接触がない構造となりA1コロ−ジョンにも強く、水
素イオン等のコンタミ発生もなくなり従来の様に第2の
配線下の寄生トランジスタの反転耐圧の低下問題も無く
なった上に、第3図のCの如く反転耐圧も更に向上した
。尚、第3のシリコン酸化膜17の厚みは数百穴で良い
か、膜厚制御性等から500Å以上か適当であった。第
3のシリコン酸化膜の代わりにシリコン窒化膜等の絶縁
膜も適用か考えられる。又第1と第2のジノコン酸化膜
の厚み構成比のポイントは、形状結果の他、積層にした
時トータルストレスか圧縮方向になる様にしないと、あ
とのエツチングやアニール工程で、該シリコン酸化膜に
クラックか入ってしまうことか分かった。この他に第2
のシリコン酸化膜15の成長を減圧だけてなく常圧の加
熱反応でも実施したか、同様な平坦効果が得られた。
又配線構造としては、AI配線の上下に高融点金属やそ
のケイ化物、窒化物等をコンタクトバリアーやハレーシ
ョン防止の為に積層した場合、あるいはそれ等の単独配
線にも適用できる。又、多層構造は金属同志の配線に限
らず、多結晶やアモルファスSiの様な半導体や金属シ
イリサイドあるいはTiN等の導電物質等を用いたもの
にも適用可能である。
〔発明の効果〕
以上の様に本発明によれば、特に多層配線構造の集積回
路等に於いて、デサインルールに限定されず配線層間膜
の平坦化を行ない、スルーホール部の配線カバレージ向
上、A1等のコロ−ジョン防止、更にトランジスタ等電
気特性の安定化を図り、歩留りが良く高品質な@細半導
体の安定供給を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による半導体装置製造方法の実施例を
示すための概略断面図である。 第2図は、従来の半導体装置製造方法に係わる概略断面
図で、第3図は、寄生MOSトランジスタの電流テール
特性図である。 11・・・・・シリコン基板 12・・・・・フィールド絶縁膜 13・・・・・第1の金属配線 ] 9 22. 24 ・ 第1のシリコン酸化膜 第2のシリコン酸化膜 塗布ガラス膜 第3のシリコン酸化膜 フォトレジスト 第2の金属配線 バシヘーンヨン膜 クランク ボイド シリコン酸化膜 以 上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 鈴 木 喜三部(他1名)VG 第3図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)多層配線構造を有する半導体装置に於いて、少な
    くとも、所望表面に素子領域が形成された半導体基板上
    に第1の金属配線層を形成する工程、有機シランとO_
    2を含むガスをプラズマ気相反応させた第1のシリコン
    酸化膜を形成する工程、有機シランとO_3を含むガス
    を熱気相反応させた第2のシリコン酸化膜を積層させる
    工程、前記積層絶縁膜の所定膜厚をエッチバックする工
    程、塗布ガラス膜を積層する工程、該塗布ガラス膜の所
    定膜厚をエッチバックする工程、第3のシリコン酸化膜
    を積層する工程、スルーホールを開孔後第2の金属配線
    を形成する工程を具備したことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. (2)第1と第2のシリコン酸化膜の初期膜厚の構成比
    が、積層時に圧縮応力となるようにしたことを特徴とす
    る請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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