JPH06216264A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH06216264A
JPH06216264A JP567393A JP567393A JPH06216264A JP H06216264 A JPH06216264 A JP H06216264A JP 567393 A JP567393 A JP 567393A JP 567393 A JP567393 A JP 567393A JP H06216264 A JPH06216264 A JP H06216264A
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JP
Japan
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film
interlayer insulating
conductive layer
metal conductive
insulating film
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Application number
JP567393A
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English (en)
Inventor
Masazumi Matsuura
正純 松浦
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多層配線構造を有する半導体装置において、
層間絶縁膜の一部である有機SOG膜を原因として上層
配線の形成不良を防止する。 【構成】 層間絶縁膜の一部として使用されている有機
SOG膜15がビアホール18側壁に露出する部分のS
OG膜の構造を、酸素プラズマ処理で膜中のアルキル基
を除去しさらに該処理で発生したH2 O及びCO2 を不
活性ガスプラズマで除去することで改質したSOG層2
0と、通常の有機SOG層19との複層構造とした。 【効果】 上記改質したSOG膜により、ビアホール側
壁に露出したSOG膜からのガス放出を大幅に低減で
き、上層配線の形成不良を防止し、信頼性の高い多層配
線構造が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は多層配線構造を有する
半導体装置、及びその製造方法に関し、特に該多層配線
構造の一部である層間絶縁膜の改良に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来技術において、SOG法を使用する
場合、例えば「Proceeding of Multilevel Interconnec
tion Conference 1987」の382ページに示されている
ように、SOG法によって形成されたシリコン酸化膜
(SOG層)をエッチバックすることが多い。
【0003】図2はSOGエッチバックプロセスを用い
た従来技術による層間絶縁膜の形成工程を示す模式図で
ある。図2において、1はシリコン基板、2は段差を有
する絶縁層、3は第1のアルミ配線、4は第1のシリコ
ン酸化膜、5は有機SOG膜、6は第2のシリコン酸化
膜、7は第2のアルミ配線、8はビアホール、9はビア
ホール側壁に露出した有機SOG膜である。
【0004】次に、この従来技術による層間絶縁膜の形
成工程について説明する。SOG法を用いる場合、通
常、反応性イオンエッチング等を用いて、該形成された
SOG層がビアホールの側壁に露出しないようエッチバ
ックされることが多い。これはSOG層からの脱ガスに
より上層アルミ配線の形成不良による配線の断線が発生
することを防止するためである。しかしながら、図2
(a) に示すように、シリコン基板1の上に形成された絶
縁層2は、トランジスタのゲート電極配線等が下に存在
するため、必ず段差を有している。よって、このような
段差を持つ絶縁層2の上に第1のアルミ配線層3を形成
した場合、その上に第1のシリコン酸化膜4を,さらに
その上に膜中にアルキル基(−Cn H2n+1)を含む有機
SOG膜5をSOG法により形成し(図2(b))、その
後、有機SOG膜5をエッチバック(図2(c))したとし
ても、第1のアルミ配線3上で有機SOG膜5を全て除
去し、ビアホール側壁に有機SOG膜5を露出させない
ことは困難である。即ち、図2(e) に示すように、第2
シリコン酸化膜6を形成した後、ビアホール8を開口
し、その上に第2のアルミ配線7を形成した場合、必ず
ビアホール8側壁に露出した有機SOG膜9を有するこ
とになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術による層間
絶縁膜の形成方法では、以上説明したように、ビアホー
ル8側壁に必ず有機SOG膜9が露出し、特にこれが有
機SOGである場合には、ビアホール8形成時に使用し
たレジストマスクをアッシング除去する際、該有機SO
G膜9が酸素プラズマにさらされることとなるため、化
学式1(a) に示すようにアルキル基が分解され、該膜9
中に多量のH2 OやCO2 を形成し、これが原因となっ
て、図3に示すような第2のアルミ配線の形成不良が発
生するという問題点があった。
【0006】
【化1】
【0007】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、有機SOGを使用して層間絶縁
膜を形成する場合、それがビアホールの側壁に露出した
としても、上層配線の形成不良を防止することができ、
信頼性の高い多層配線構造を有する半導体装置を提供す
ることを目的としており、さらにこの装置に適した製造
方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、多層構造を
有する半導体装置において、半導体基板上に形成された
第1の金属導電層と、その上に形成された層間絶縁膜層
と、その層間絶縁膜層に形成された接続孔を介して上記
第1の金属導電層と接続している第2の金属導電層を備
え、上記層間絶縁膜層は、少なくともシリコン原子に結
合している炭化水素を含む塗布液を用い、スピン・オン
・グラス(SOG)法により形成したシリコン酸化膜を
備え、該SOG法により形成したシリコン酸化膜の一部
である接続孔の側壁に露出した部分は、シリコン原子に
結合している炭化水素を含まないものである。
【0009】さらにこの発明の製造方法は、半導体基板
上に第1の金属導電層を形成する工程と、その上に層間
絶縁膜をCVD法、及びSOG法を用いて形成する工程
と、上記層間絶縁膜のうちの第1の金属導電層上にある
SOG法により形成されたシリコン酸化膜層を、酸素プ
ラズマにさらし、その後、連続して窒素,ヘリウム,ア
ルゴンなどの不活性ガスプラズマにさらす工程と、その
上部に上記層間絶縁膜に設けられた接続孔を介して上記
第1の金属導電層と接続している第2の金属導電層を形
成する工程とを含むものである。
【0010】
【作用】この発明においては、層間絶縁膜の一部である
有機SOG膜は、ビアホール側壁に露出する部分につい
てはすべて酸素プラズマによりアルキル基が除去され、
さら不活性ガスプラズマによりH2 OやCO2 を除去さ
れるため、上層のアルミ配線層を形成するときに、SO
G膜からの脱ガスによる形成不良を防止し、信頼性の高
い多層配線構造を得ることが可能である。
【0011】
【実施例】実施例1.以下、この発明の一実施例を図に
ついて説明する。図1は本発明の一実施例による半導体
装置の多層配線構造における層間絶縁膜の製造工程を示
したものである。
【0012】図において、11はシリコン基板、12は
段差を有する絶縁層、13は第1のアルミ配線、14は
第1のシリコン酸化膜、15は有機SOG膜、16は第
2のシリコン酸化膜、17は第2のアルミ配線、18は
ビアホール、19はビアホール18側壁に露出した有機
SOG膜、20は酸素プラズマ及び窒素プラズマにより
改質された有機SOG膜である。
【0013】以下、本実施例の製造方法、特に多層配線
構造の形成方法を図について説明する。図1(a) はシリ
コン基板11上の段差を有する絶縁層12の上に形成さ
れた第1のアルミ配線13、及び層間絶縁膜である第1
のシリコン酸化膜14,有機SOG膜15を図示してい
る。ここまでは、従来技術と同様な形成方法を使用して
製造する。即ち、第1のアルミ配線13はスパッタ法に
よりアルミ合金膜を、段差を持つ絶縁膜12上の全面に
膜厚5000オングストローム形成し、それに所望のパ
ターニングを施し形成したものである。また、第1のシ
リコン酸化膜14はプラズマCVD法によりテトラエト
キシシラン(Si(OC2 H5 )4 )と酸素を原料とし
て温度400℃,圧力5.0Torr,高周波電力45
0Wの条件で2000オングストロームの膜厚に形成し
たものである。さらに、有機SOG膜15は、SOG法
により平坦部での膜厚が4000オングストロームにな
るように形成したもので、塗布後、ホットプレートによ
り80℃,150℃,250℃各1分間の焼成を行って
いる。
【0014】次に、有機SOG膜15のビアホールの側
壁に露出する部分、つまり第1のアルミ配線上に存在す
る部分の有機SOG膜について、酸素プラズマによる処
理によりそのアルキル基を除去する。有機SOG膜に酸
素プラズマを施すと、化学式1(a) に示す反応が膜中で
発生し、アルキル基が除去される。ここで、酸素プラズ
マは、第1のシリコン酸化膜14形成時に使用したプラ
ズマCVDのチャンバ(図示せず)を使用して行った。
このCVDチャンバは平行平板電極を有しており、酸素
プラズマ処理は温度400℃,圧力5.0Torr,高
周波電力450Wにて行った。酸素プラズマ処理による
有機SOGからのアルキル基の除去は膜表面から開始さ
れており、本実施例1では、第1のアルミ配線13上に
存在する有機SOG膜15の最大膜厚aは、4000オ
ングストローム程度と考えられるため、膜表面から40
00オングストロームのところまで酸素プラズマにより
有機SOG膜15を改質している。なお、酸素プラズマ
による有機SOG膜15の改質が5000オングストロ
ーム以上になると、急激な膜収縮のためクラックが発生
することがある。
【0015】次に、上記有機SOG膜15に上記酸素プ
ラズマ処理で発生したH2 O,CO2 等を、不活性ガス
プラズマにより除去する。本実施例では、窒素を用い、
前述のプラズマCVDチャンバにより温度400℃,圧
力5.0Torr,高周波電力450Wにて行った。こ
の窒素プラズマにより、膜中のH2 O,CO2 の脱離が
促進されるとともに、化学式1(b) に示す脱水縮合が促
進されるため、有機SOG膜中の吸蔵ガスが大幅に減少
し、その結果、上層配線形成時のガス放出を効果的に防
止することが可能となる。なお、上記の酸素プラズマ処
理、及び窒素プラズマ処理は、同一のプラズマCVDチ
ャンバで連続して行うことができる。
【0016】さらに、前記した条件でプラズマCVD法
により第2のシリコン酸化膜16を形成する(図1
(c))。
【0017】上記のように形成した層間絶縁膜15,2
0に対して、従来と同様な方法でビアホール18を形成
し、さらに第2のアルミ配線17を形成する(図1(d)
)。
【0018】ここで、図1(d) でもわかるように、ビア
ホール18の側壁に露出した有機SOG膜19は、すべ
て酸素プラズマ、及び窒素プラズマにより改質されてお
り、上記従来技術で発生していた上層配線の形成不良は
起こらない。
【0019】このように本実施例によれば、上層の第2
のアルミ配線層17を形成するときにも、SOG膜から
の脱ガスによる形成不良を防止し、信頼性の高い多層配
線構造を得ることが可能となる。
【0020】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、多層
配線構造を有する半導体装置における層間絶縁膜の構造
において、ビアホール側壁に露出する有機SOG膜を、
酸素プラズマ及び不活性ガスプラズマにより改質するよ
うにしたため、従来発生していた上層配線の形成不良を
防止することができ、信頼性の高い多層配線構造を有す
る半導体装置を得ることができる効果がある。
【0021】また、この発明の製造方法は、半導体基板
上に第1の金属導電層を形成する工程と、その上に層間
絶縁膜をCVD法、及びSOG法を用いて形成する工程
と、上記層間絶縁膜のうちの第1の金属導電層上にある
SOG法により形成されたシリコン酸化膜層を、酸素プ
ラズマにさらし、その後、連続して窒素,ヘリウム,ア
ルゴンなどの不活性ガスプラズマにさらす工程と、その
上部に上記層間絶縁膜に設けられた接続孔を介して上記
第1の金属導電層と接続している第2の金属導電層を形
成する工程とを含むものとしたので、該第2のアルミ配
線層を形成するときに、SOG膜からの脱ガスによる形
成不良を防止でき、信頼性の高い多層配線構造を得るこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による半導体装置の製造方
法における工程フローを示す断面図。
【図2】従来の半導体装置の製造方法における工程フロ
ーを示す断面図。
【図3】従来の半導体装置における上層配線の形成不良
を説明するための断面図。
【符号の説明】
1,11 シリコン基板 2,12 段差を持つ絶縁層 3,13 第1のアルミ配線 4,14 第1のシリコン酸化膜 5,15 有機SOG膜 6,16 第2のシリコン酸化膜 7,17 第2のアルミ配線 8,18 ビアホール 9,19 ビアホール側壁に露出した有機SOG膜 20 酸素プラズマ及び窒素プラズマにより改質さ
れた有機SOG膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多層配線構造を有する半導体装置におい
    て、 半導体基板上に形成された第1の金属導電層と、 その上に形成された層間絶縁膜層と、 その層間絶縁膜層に形成された接続孔を介して上記第1
    の金属導電層と接続している第2の金属導電層とを備
    え、 上記層間絶縁膜層は、少なくともシリコン原子に結合し
    ている炭化水素を含む塗布液を用い、スピン・オン・グ
    ラス(SOG)法により形成したシリコン酸化膜を備
    え、 該SOG法により形成したシリコン酸化膜の一部である
    接続孔の側壁に露出した部分は、シリコン原子に結合し
    ている炭化水素を含まないものであることを特徴とする
    半導体装置。
  2. 【請求項2】 多層配線構造を有する半導体装置を製造
    する方法において、 半導体基板上に第1の金属導電層を形成する工程と、 その上に層間絶縁膜をCVD法、及びSOG法を用いて
    形成する工程と、 上記層間絶縁膜のうちの第1の金属導電層上にあるSO
    G法により形成されたシリコン酸化膜層を、酸素プラズ
    マにさらし、その後、連続して窒素,ヘリウム,アルゴ
    ンなどの不活性ガスプラズマにさらす工程と、 その上部に上記層間絶縁膜に設けられた接続孔を介して
    上記第1の金属導電層と接続している第2の金属導電層
    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。
JP567393A 1993-01-18 1993-01-18 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH06216264A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100219562B1 (ko) * 1996-10-28 1999-09-01 윤종용 반도체장치의 다층 배선 형성방법
CN1097303C (zh) * 1995-12-23 2002-12-25 现代电子产业株式会社 一种制造半导体器件的方法
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