JPH0645460A - 多層配線構造の半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 層間絶縁膜の信頼性を高め、製造歩留まりを
高める。 【構成】 半導体素子が形成されたシリコン基板２上に
絶縁膜４を介して第１層目メタル配線６が形成され、配
線６上にはＰＳＧ膜などの主絶縁膜８が被覆され、主絶
縁膜８上には窒化シリコン膜の保護絶縁膜１０が被覆さ
れている。保護絶縁膜１０上には第２層目のメタル配線
１２が形成されている。保護絶縁膜１０が層間絶縁膜の
耐湿性を高め、スルーホール形成時の耐エッチング保護
膜となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は少なくとも２層の配線を
有する多層配線構造の半導体装置とその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】多層配線構造の半導体装置では、層間絶
縁膜のスルーホールを介して下層配線と上層配線が接続
される。層間絶縁膜にスルーホールを形成するエッチン
グ工程では、層間絶縁膜上にスルーホール形成用のレジ
ストパターンが形成され、そのレジストパターンをマス
クとして層間絶縁膜にエッチングを施すことによってス
ルーホールが形成される。そのエッチング工程では層間
絶縁膜のスルーホール部分のエッチングとともにレジス
ト膜もエッチングにより膜厚が減少していく。下層配線
を被覆している層間絶縁膜表面には段差があるので、層
間絶縁膜のエッチングにともなってレジスト膜厚が減少
していったとき、スルーホールの形成が完了する前にレ
ジスト膜のなくなる部分が発生してその部分の層間絶縁
膜までエッチングされる不都合が生じる虞れがある。ス
ルーホール部分以外の層間絶縁膜がエッチングされる
と、上層配線を形成したときにスルーホール以外の部分
で層間絶縁膜の膜厚が薄くなったり、下層配線が露出す
る不都合が生ずる。その結果、できあがった半導体装置
の信頼性が低下したり製造工程の歩留まりが低下する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、層間絶縁膜の信頼性の高い半導体装置を提供するこ
とである。本発明の第２の目的は、製造歩留まりを高め
る製造方法を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、２層配線間
の層間絶縁膜は主絶縁膜上に保護絶縁膜が積層された２
層構造のものであり、保護絶縁膜はスルーホール形成時
のエッチング速度が主絶縁膜よりも小さくなる材質のも
のが選ばれる。好ましい態様では、主絶縁膜がＰＳＧ膜
やＢＰＳＧ膜などの酸化シリコン膜、保護絶縁膜が窒化
シリコン膜である。

【０００５】本発明の製造方法は、次の工程（Ａ）から
（Ｄ）を含んで２層配線を形成する。（Ａ）半導体装置
の下層配線上を主絶縁膜で被覆する工程、（Ｂ）主絶縁
膜上にエッチング速度が主絶縁膜よりも小さくなる保護
絶縁膜を被覆する工程、（Ｃ）保護絶縁膜上にスルーホ
ール形成用のレジストパターンを形成し、それをマスク
としてまず保護絶縁膜をエッチングによりパターン化
し、次に再び前記レジストパターンをマスクとして保護
絶縁膜膜よりも主絶縁膜の方がエッチング速度が大きく
なる条件で主絶縁膜をエッチングしてスルーホールを形
成する工程、（Ｄ）前記レジスト膜を除去した後、保護
絶縁膜を除去し又は除去しないで、全面に上層配線用の
メタル膜を形成し、それにパターン化を施して上層配線
を形成する工程。

【０００６】

【作用】層間絶縁膜として主絶縁膜と保護絶縁膜の２種
類の絶縁膜が積層されたものを使用しているので、保護
絶縁膜が例えば窒化シリコン膜のように緻密な絶縁膜で
あれば、層間絶縁膜を通って下層配線に水分が侵入する
のを防いで耐湿性を向上させる。製造方法においては、
主絶縁膜上に保護絶縁膜としてスルーホール形成時のエ
ッチングにおいて主絶縁膜よりもエッチング速度が小さ
くなる絶縁膜を被覆したので、スルーホール形成のため
の主絶縁膜のエッチングにおいては、仮りに部分的にス
ルーホール以外の部分でレジストがなくなったとしても
保護絶縁膜がエッチング保護膜として作用し、主絶縁膜
の膜厚が減少したり、不所望の部分で下層配線が露出し
たりすることがない。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の半導体装置の一実施例を表わ
したものである。多層配線のうち半導体基板上の第１層
目配線とその上の第２層目配線を表わしている。（Ａ）
は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ´線位置での断面図
である。不純物拡散などによって半導体素子が形成され
たシリコン基板２上に絶縁膜４が形成され、その絶縁膜
４上に第１層目のメタル配線６が例えば膜厚６０００〜
９０００Åのアルミニウム膜（約１％のシリコンを含ん
だもの）により形成され、絶縁膜４のコンタクトホール
を介してシリコン基板２の所定の部分と接続されてい
る。配線６上にはＰＳＧ膜やＢＰＳＧ膜などの主絶縁膜
８が例えば約８０００Åの厚さに被覆され、主絶縁膜８
上には保護絶縁膜として膜厚が１０００〜２０００Åの
窒化シリコン膜１０が被覆されている。主絶縁膜８と保
護絶縁膜１０によって層間絶縁膜を構成している。保護
絶縁膜１０上には膜厚が６０００〜９０００Åのアルミ
ニウム膜（約１％のシリコンを含んだもの）による第２
層目の配線が形成されている。第１層目配線６と第２層
目配線１２の間は層間絶縁膜８，１０に形成されたスル
ーホール１４を介して接続されている。第２層目配線１
２上には更に同様の積層構造の層間絶縁膜が形成されて
多層配線が形成されることがある。最終的には最上層は
パッシベーション膜で被覆される。

【０００８】図２により一実施例を製造する方法を説明
する。図２は層間絶縁膜にスルーホールを形成する工程
までを示したものである。 （Ａ）半導体素子が形成されたシリコン基板２上にシリ
コン酸化膜などの絶縁膜４を形成し、コンタクトホール
を形成した後、膜厚が６０００〜９０００Åで約１％の
シリコンを含むアルミニウム膜を堆積し、写真製版とエ
ッチングによりパターン化を施して第１層目メタル配線
６を形成する。第１層目メタル配線６上を膜厚約８００
０ÅのＰＳＧ膜などの酸化シリコン膜の絶縁膜８で被覆
する。

【０００９】（Ｂ）絶縁膜８上に膜厚１０００〜２００
０Åの窒化シリコン膜１０をプラズマＣＶＤ法など、下
層配線６に悪影響を与えない程度の低温で堆積する。 （Ｃ）窒化シリコン膜１０上にレジスト膜を形成し、写
真製版によりスルーホール部分に開口をもつレジストパ
ターン２０を形成する。レジストパターン２０をマスク
として、まず窒化シリコン膜１０をパターン化するため
のエッチングをＮＦ₃を用いたドライエッチングで行な
い、スルーホール部分に絶縁膜８を露出させる。

【００１０】（Ｄ）絶縁膜８が露出したところでエッチ
ングガスをフッ化炭素系に切り換えて絶縁膜８をエッチ
ングし、スルーホール１４を形成する。フッ化炭素系の
ドライエッチングでは窒化シリコン膜のエッチング速度
はＰＳＧ膜などの酸化シリコン膜のエッチング速度に比
べて小さくなる。そのため、絶縁膜８をエッチングする
工程で仮りにスルーホール部以外の部分でレジスト２０
がなくなったとしても、窒化シリコン膜１０がエッチン
グの保護膜として作用し、絶縁膜８がエッチングされる
のを防ぐ。その後、レジスト２０を除去し、第２層目の
メタル配線を形成する。第２層目配線用のメタル膜を堆
積する前に、保護絶縁膜の窒化シリコン膜１０は除去し
てもよく、そのまま残しておいてもよい。

【００１１】保護絶縁膜の窒化シリコン膜１０を層間絶
縁膜の一部として残す場合は、窒化シリコン膜は酸化シ
リコン膜に比べて応力が大きいので、下層の配線に大き
な応力を与えない程度に薄く、かつ酸化シリコン膜のエ
ッチングの際の耐エッチング保護膜として作用するのに
必要な膜厚に設定する。そのような膜厚としては実施例
に示された１０００〜２０００Åが適当である。実施例
は単に一例を示したに過ぎず、本発明は実施例の記載に
限定されるものではない。

【００１２】

【発明の効果】請求項１の本発明では層間絶縁膜の保護
絶縁膜がスルーホール形成のためのエッチングにおいて
保護膜として作用し、層間絶縁膜の信頼性の高い半導体
装置となる。請求項２のように、保護絶縁膜が窒化シリ
コン膜である場合には、酸化シリコン膜のみの層間絶縁
膜よりも耐湿性に優れた層間絶縁膜となり、半導体装置
の信頼性が高まる。本発明による製造方法では、層間絶
縁膜にスルーホールを形成するエッチング工程では、レ
ジストがスルーホール部以外でなくなってもその部分で
層間絶縁膜がエッチングされることがなく、スルーホー
ル形成の歩留まりが形成する。この保護絶縁膜は後に除
去してもよいが、除去しなくても絶縁膜であるので層間
絶縁膜の一部として残すことができ、製造工程数の増加
を少なく抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ´線位置での断面図である。

【図２】製造方法の一実施例を示す工程断面図である。

【符号の説明】

２ シリコン基板 ４ 絶縁膜 ６ 下層配線 ８ 主絶縁膜 １０ 保護絶縁膜 １２ 上層配線 １４ スルーホール ２０ レジストパターン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２層の配線を有し、その２層
   配線間の層間絶縁膜は主絶縁膜上に保護絶縁膜が積層さ
   れた２層構造のものであり、前記保護絶縁膜はスルーホ
   ール形成時のエッチング速度が主絶縁膜よりも小さくな
   る材質のものであることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記主絶縁膜が酸化シリコン膜、前記保
   護絶縁膜が窒化シリコン膜である請求項１に記載の半導
   体装置。
3. 【請求項３】 以下の工程（Ａ）から（Ｄ）を含んで少
   なくとも２層配線を形成する半導体装置の製造方法。 （Ａ）半導体装置の下層配線上を主絶縁膜で被覆する工
   程、 （Ｂ）主絶縁膜上にエッチング速度が主絶縁膜よりも小
   さくなる保護絶縁膜を被覆する工程、 （Ｃ）保護絶縁膜上にスルーホール形成用のレジストパ
   ターンを形成し、それをマスクとしてまず保護絶縁膜を
   エッチングによりパターン化し、次に再び前記レジスト
   パターンをマスクとして保護絶縁膜膜よりも主絶縁膜の
   方がエッチング速度が大きくなる条件で主絶縁膜をエッ
   チングしてスルーホールを形成する工程、 （Ｄ）前記レジスト膜を除去した後、保護絶縁膜を除去
   し又は除去しないで、全面に上層配線用のメタル膜を形
   成し、それにパターン化を施して上層配線を形成する工
   程。