JPH05259298A - 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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JPH05259298A
JPH05259298A JP5514692A JP5514692A JPH05259298A JP H05259298 A JPH05259298 A JP H05259298A JP 5514692 A JP5514692 A JP 5514692A JP 5514692 A JP5514692 A JP 5514692A JP H05259298 A JPH05259298 A JP H05259298A
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Kazuyuki Sawada
和幸 澤田
Takayuki Matsuda
隆幸 松田
Masanori Fukumoto
正紀 福本
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置の製造方法の内、多層配線の層間
絶縁膜を形成する方法に関するものであり、より微細な
配線間を埋め込む層間絶縁膜の形成技術を提供する。 【構成】 回路素子と絶縁膜(BPSG膜)2が形成さ
れ、TiN/AlSiCu/TiN/Tiの多層膜によ
って第1の配線パタ−ン4の形成されたSi基板1上
に、プラズマCVD法でSiO2膜6を堆積し、その後
ドライエッチングでSiO2膜6を異方性エッチングし
第1の配線パタ−ン4表面を露出させる。つぎに常圧C
VD法でTEOSとオゾンを含む酸素の熱分解反応によ
りSiO2膜10を堆積して層間絶縁膜が形成される。
このとき、SiO2膜10を形成する反応は表面反応性
が強く、その堆積速度が下地の種類によって異なるとい
う性質を有しているが、基板表面が絶縁膜と一種類の金
属膜表面になっているので、オ−バ−ハング形状の発生
を防止し、より微細な配線間を埋め込むことができる。

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製造方法に
係わり、特に多層配線における層間絶縁膜に用いられ、
微細配線の間隙に絶縁膜を埋め込むのに有効な半導体装
置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、LSIの高集積化及び高速化に伴
って、多層配線構造が一般に用いられている。多層配線
構造では、微細な配線間のリ−ク電流を低減する為に配
線間に絶縁膜を埋め込むとともに、上層配線を形成する
際のエッチングマスク材としてのレジスト膜パタ−ンの
形成を容易にし、パタ−ン不良による上層配線の断線及
び短絡を防止する為に、平坦な層間絶縁膜を形成する必
要がある。一般に気相成長法(CVD法)で形成した絶
縁膜が層間絶縁膜として用いられている。一方、金属配
線に関しては、SiやCuを含むAl膜が一般に用いら
れているが、反射率が高くレジスト膜パタ−ンを露光す
る際に反射によりレジスト膜パタ−ンが断線する不良が
発生しやすい為、反射防止膜としてTiN等の薄膜をA
l膜上に形成することが必要不可欠になっている。
【0003】例えば図3(a) に示すように、素子及び絶
縁膜(BPSG膜21)の形成されたSi基板20にA
lSiCu膜の配線パタ−ン22(22A〜22D)が
形成されている上に、テトラエトキシシラン(TEO
S)のような有機シラン類とオゾンを含む酸素を常圧下
において熱分解反応させ、SiO2 膜24を堆積する。
このとき、このガスの反応においては表面反応性が強
く、配線パタ−ン22の段差部においてSiO2 膜24
がなだらかな傾斜を有し、平坦化された形状が得られ
る。例えば、「アイ・イ・イ・イ インタ−ナショナル
エレクトロン デバイス ミ−ティング[IEEE
INTERNATIONAL ELECTRON DE
VICES MEETING (1989pp.669
−671)]参照。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の方法においては、有機シランとオゾンの反応
が基板表面の状態に強く依存する為に、TiN/AlS
iCu/TiN/Tiの多層膜からなる配線パタ−ン2
3のTiN膜表面とAlSiCu膜側面及びBPSG膜
21表面で堆積したSiO2膜24の膜厚が異なり、図
3(b)に示すように、BPSG膜等の絶縁膜上やTiN
膜上に比べAlSiCu膜上の膜厚が薄く、オ−バ−ハ
ング形状となる。そのため、SiO2 膜24を形成して
TiN/AlSiCu/TiN/Tiの多層膜からなる
配線パタ−ン23の間隙を埋め込もうとしても、アスペ
クト比が1.5以上になると図3(c)に示すように、配線
パタ−ン23間に空隙が形成されるという問題点を有し
ていた。
【0005】本発明は上記問題点に鑑みてなされ、その
目的は信頼性に優れ、高集積化を可能とする半導体装置
の製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に
第1の絶縁膜を形成する工程と、この第1の絶縁膜上に
多層の金属膜からなる第1の導体パタ−ンを形成する工
程と、この第1の導体パタ−ンの側面に第2の絶縁膜を
形成する工程と、前記第1及び第2の絶縁膜上及び前記
第1の導体パタ−ン上に表面反応性の強い気相化学反応
で第3の絶縁膜を形成する工程とを備えたものである。
【0007】また本発明の他の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、こ
の第1の絶縁膜上に多層の金属膜からなる第1の導体パ
タ−ンを形成する工程と、この第1の導体パタ−ン上に
第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜及び
前記第1の導体パターンの上部の角をエッチングする工
程と、前記第2の絶縁膜上及び前記第1の導体パタ−ン
上に表面反応性の強い気相化学反応で第3の絶縁膜を形
成する工程とを備えたものである。
【0008】
【作用】本発明は上記構成により、多層の金属膜からな
る第1の導体パタ−ンの側面に第2の絶縁膜を形成した
後、表面反応性の強い第3の絶縁膜を形成することによ
って、あるいは、多層の金属膜からなる第1の導体パタ
−ン上に形成した第2の絶縁膜及び第1の導体パターン
の上部の角をエッチングした後、表面反応性の強い第3
の絶縁膜を形成することによって、第3の絶縁膜の堆積
速度の下地依存性の為に第3の絶縁膜形成後の第1の導
体パタ−ン間に空隙が形成されるのを防止することがで
き、第1の導体パタ−ンの間隔の微細化が図れる。ま
た、第1の導体パタ−ンの上部の角がエッチングされて
いることによって、第3の絶縁膜形成後の第1の導体パ
タ−ンの段差部の傾斜をゆるやかにすることができ、基
板表面の平坦化が図れる。
【0009】
【実施例】本発明の半導体装置の製造方法の実施例を具
体例に基づいて説明する。
【0010】(実施例1)図1は本発明による第1の実
施例の製造工程で多層配線の層間絶縁膜の形成工程を示
す。以下図1を用いて本実施例の多層配線の層間絶縁膜
の形成工程を説明する。
【0011】まず、図1(a) に示すように、Si基板1
に回路素子及び絶縁膜(BPSG膜)2が形成され、T
iN/AlSiCu/TiN/Tiの多層膜によってパ
ッドや配線となる第1の配線4(4A〜4C)が形成さ
れた基板を、プラズマCVD装置中で基板温度を370
℃〜400℃に保ち、減圧下でTEOS(Si(OC 2
54) あるいはシラン(SiH4)と酸素のプラズ分
解反応(この反応では堆積速度に下地依存性は無い)に
より、SiO2 膜6を300〜500nm程度全面に堆
積する。
【0012】しかる後に、図1(b)に示すように、図1
(a)で示す基板をドライエッチング装置中においてCF4
ガスでプラズマ生成し、SiO2膜6を堆積膜厚だけ化
学的異方性エッチングして、第1の配線4の上面が露出
するようにする。このとき、第1の配線4の側面にSi
2 膜7(7A〜7F)が形成される。
【0013】しかる後に、図1(c)に示すように、図1
(b)で示す基板を常圧CVD装置中で基板温度を370
℃〜400℃に保ち、有機シランとなるTEOSとオゾ
ンを4%以上の濃度で含む酸素との熱分解反応によりS
iO2 膜10を500〜800nm程度全面に堆積し
て、層間絶縁膜が形成される。このとき、SiO2 膜1
0を形成する反応は表面反応性が強く、その堆積速度が
下地の種類によって異なる(本実施例では堆積速度が金
属表面に比べ絶縁膜上の方が速い)という性質を有して
いるが、基板表面が絶縁膜と一種類の金属膜表面になっ
ているので、オ−バ−ハング形状の発生を防止し、より
微細な配線間を埋め込むことができる。
【0014】以上のように本実施例では、SiO2 膜1
0の堆積速度が金属表面に比べ絶縁膜上の方が速いが、
SiO2 膜10を堆積する前に、第1の配線4の上面を
露出させ、側面及び配線間に絶縁膜7,2をそれぞれ形
成しているので、SiO2 膜10を堆積する際にオ−バ
−ハング形状になりにくい。従って、より微細な配線間
を空隙を形成することなく絶縁膜10で埋め込めるとい
う特徴がある。
【0015】(実施例2)次に、本発明の半導体装置の
製造方法の第2の実施例を具体例に基づいて説明する。
図2は本発明による第2の実施例の製造工程で多層配線
の層間絶縁膜の形成工程を示す。
【0016】まず、図2(a) に示すように、Si基板1
に回路素子及び絶縁膜(BPSG膜)2が形成され、T
iN/AlSiCu/TiN/Tiの多層膜によってパ
ッドや配線となる第1の配線4(4A〜4C)が形成さ
れた基板を、プラズマCVD装置中で基板温度を370
℃〜400℃に保ち、減圧下でTEOS(Si(OC 2
54)あるいはシラン(SiH4)と酸素のプラズ分
解反応によりSiO2膜6を100〜300nm程度全
面に堆積する。
【0017】しかる後に、図2(b)に示すように、図2
(a)で示す基板をドライエッチング装置中においてAr
ガスでプラズマ生成し、平坦部のSiO2 膜6を100
〜200nm程度エッチングするくらい配線4及びSi
2 膜6を物理的異方性エッチングする。このとき、段
差部が基板面に対して45度の角度でエッチングされ、
図2(b) のように第1の配線4の2面が露出するように
すると共に、第1の配線4の上面及び側面にSiO2
8(8A〜8C)及び9(9A〜9D)がそれぞれ形成
される。
【0018】しかる後に、図2(c)に示すように、図2
(b)で示す基板を常圧CVD装置中で基板温度を370
℃〜400℃に保ち、有機シランとなるTEOSとオゾ
ンを4%以上の濃度で含む酸素との熱分解反応により、
SiO2 膜10を500〜800nm程度全面に堆積し
て、層間絶縁膜が形成される。このとき、SiO2 膜1
0を堆積する前に、第1の配線4の上面の角がエッチン
グされ1種類の金属面が2面露出し、上面,側面及び配
線間に絶縁膜8,9がそれぞれ形成されていることが本
発明の重要な点の一つであり、SiO2 膜10の堆積速
度が金属表面に比べ絶縁膜上の方が速いため、及び配線
4の上面の角がエッチングされているためにSiO2
10を堆積する際にオ−バ−ハング形状になりにくい。
従って、より微細な配線間を空隙を形成することなく絶
縁膜10で埋め込めるという特徴がある。また、第1の
配線4の上面の角が基板面に対して45度にエッチング
されいるため、SiO2 膜10を堆積した際に段差部が
緩やかな傾斜を有するようになり、基板表面が平坦化さ
れるという特徴もある。
【0019】なお、上記第1及び第2の実施例では、S
iO2 膜10を形成する方法として常圧CVD法による
TEOSとオゾンを含む酸素の熱分解反応を用いたが、
プラズマCVD法により、100〜150℃の温度で1
0Torr程度の減圧下においてTEOSとH2Oの混
合ガス反応でSiO2膜10を形成してもよい。また、
SiO2 膜10を形成する材料としてTEOSを用いた
が、エチルトリエトキシシラン(C25Si(OC2
53)等の有機シラン類を用いてもよい。
【0020】さらに、上記第2の実施例では、SiO2
膜6を形成するのにプラズマCVD法を用いたが、配線
4の上面の角をエッチングするので、SiO2 膜10を
形成するのと同様のTEOSとオゾンの常圧CVD法を
用いてもよい。
【0021】
【発明の効果】以上のように本発明の半導体装置の製造
方法によれば、多層の金属膜からなる第1の導体パタ−
ンの側面に第2の絶縁膜を形成した後、表面反応性の強
い第3の絶縁膜を形成することによって、あるいは、多
層の金属膜からなる第1の導体パタ−ン上に形成した第
2の絶縁膜及び第1の導体パターンの上部の角をエッチ
ングした後、表面反応性の強い第3の絶縁膜を形成する
ことによって、第3の絶縁膜の堆積速度の下地依存性の
為に第3の絶縁膜形成後の第1の導体パタ−ン間に空隙
が形成されるのを防止することができ、第1の導体パタ
−ンの間隔の微細化が図れる。また、第1の導体パタ−
ンの上部の角がエッチングされていることによって、第
3の絶縁膜形成後の第1の導体パタ−ンの段差部の傾斜
をゆるやかにすることができ、基板表面の平坦化が図れ
る。このように、素子の高集積化ならびに量産性の向上
に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体装置の製造方法の第1の実
施例を示す工程断面図
【図2】本発明による半導体装置の製造方法の第2の実
施例を示す工程断面図
【図3】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 2 BPSG膜(第1の絶縁膜) 4 TiN/AlSiCu/TiN/Ti配線(第1の
導体パタ−ン) 6〜9 SiO2膜(第2の絶縁膜) 10 SiO2膜(第3の絶縁膜)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工
    程と、この第1の絶縁膜上に多層の金属膜からなる第1
    の導体パタ−ンを形成する工程と、この第1の導体パタ
    −ンの側面に第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第1
    及び第2の絶縁膜上及び前記第1の導体パタ−ン上に表
    面反応性の強い気相化学反応で第3の絶縁膜を形成する
    工程とを備えた半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工
    程と、この第1の絶縁膜上に多層の金属膜からなる第1
    の導体パタ−ンを形成する工程と、この第1の導体パタ
    −ン上に第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶
    縁膜及び前記第1の導体パターンの上部の角をエッチン
    グする工程と、前記第2の絶縁膜上及び前記第1の導体
    パタ−ン上に表面反応性の強い気相化学反応で第3の絶
    縁膜を形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06349830A (ja) * 1993-06-08 1994-12-22 Nec Corp 半導体集積回路装置の製造方法
US6635943B1 (en) * 1999-11-30 2003-10-21 Advanced Micro Devices, Inc. Method and system for reducing charge gain and charge loss in interlayer dielectric formation

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