JPH0837187A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の製造方法

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JPH0837187A
JPH0837187A JP7118559A JP11855995A JPH0837187A JP H0837187 A JPH0837187 A JP H0837187A JP 7118559 A JP7118559 A JP 7118559A JP 11855995 A JP11855995 A JP 11855995A JP H0837187 A JPH0837187 A JP H0837187A
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JP
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layer
oxide film
silicon oxide
ozone
film
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Application number
JP7118559A
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English (en)
Inventor
Yoshii Jitsuzawa
佳居 実沢
Masaki Hirase
征基 平瀬
Hiroyuki Aoe
弘行 青江
Hiroyuki Watanabe
裕之 渡辺
Makoto Akizuki
誠 秋月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の配線層を隔てる層間絶縁膜の平坦化を
促進して、配線の信頼性が高い半導体装置を提供する。 【構成】 配線層3の下側には、TEOSオゾン系シリ
コン酸化膜の堆積速度が速いシリコン窒化膜からなる絶
縁層2を設け、配線層3の上側には、TEOSオゾン系
シリコン酸化膜の堆積速度が遅いシリコン酸化膜からな
る絶縁層4を設け、TEOSオゾン系シリコン酸化膜か
らなる絶縁層5の堆積工程後の段差を緩和して、層間絶
縁膜の平坦化を促進する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁層(層間絶縁膜)
を介して形成された複数の導電層からなる配線構造を有
する半導体装置及びその製造方法に関し、特に、その層
間絶縁膜の平坦化技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate
又はTetra-ethoxy-silane)とオゾンの常圧CVD法を利
用して成長させたシリコン酸化膜(以下、TEOSオゾ
ン系シリコン酸化膜という)を、複数のアルミニウム配
線同士を絶縁するための層間絶縁膜の平坦化に利用でき
ることが、1992年12月22日付の日刊工業新聞に
掲載されている。また、同新聞には、アルミニウム配線
層上のチタン、タングステン等の反射防止膜にフッ化処
理を施すことにより、TEOSオゾン系シリコン酸化膜
の堆積速度を他の部分よりも遅くして層間絶縁膜の平坦
化を図る方法も開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来例にあっては、A
l配線層下側の絶縁膜上に堆積されるTEOSオゾン系
シリコン酸化膜の堆積膜厚が、Al配線層の形成パター
ンによって大きく異なるという問題がある。即ち、隣り
合うAl配線層間のピッチが広い場合には、その間隙部
の中央部での絶縁膜上へのTEOSオゾン系シリコン酸
化膜の堆積膜厚が薄くなってしまって、十分な平坦性が
得られない。
【0004】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、層間絶縁膜の更なる平坦化を実現して、パター
ン配線の信頼性を向上できる半導体装置及びその製造方
法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の半導体
装置は、第1の層と、この第1の層とは有機シラン−オ
ゾン系のシリコン酸化膜の堆積速度が異なる第2の層と
を有するものである。また、請求項2に記載の半導体装
置は、導電層の下側に、有機シラン−オゾン系のシリコ
ン酸化膜が堆積される第1の層を有し、前記導電層の上
側に、前記第1の層とは有機シラン−オゾン系のシリコ
ン酸化膜の堆積速度が異なる材質からなる第2の層を有
するものである。
【0006】また、請求項3に記載の半導体装置は、第
1の層の上に所定間隔を隔ててパターン形成された第1
の導電層と、この第1の導電層の上に形成された第2の
層と、前記第1の層が形成されていない領域に形成され
た有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜と、前記第2
の層及び有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜上に形
成された層間絶縁膜と、この層間絶縁膜上に形成された
第2の導電層とを有し、前記第2の層として前記第1の
層より有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜の堆積速
度が遅い材質を用いたものである。
【0007】また、請求項4に記載の半導体装置は、前
記第1の層として、シリコン基板、シリコン窒化膜又は
表面を窒化処理したシリコン酸化膜を用いたものであ
る。また、請求項5に記載の半導体装置は、前記第2の
層の下の導電層の側壁に、有機シラン−オゾン系のシリ
コン酸化膜の堆積速度が、前記第1の層よりも遅く且つ
前記第2の層と同じか又は第2の層よりも早い材質から
なるバッファ部を設けたものである。
【0008】また、請求項6に記載の半導体装置の製造
方法は、材質が異なる2種類の層の上に、有機シラン−
オゾン系のシリコン酸化膜をその堆積速度を異ならせて
同時に堆積する工程を有するものである。また、請求項
7に記載の半導体装置の製造方法は、前記2種類の層の
うち、高い位置にある層として、低い位置にある層より
有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜の堆積速度が遅
い材質を用いたものである。
【0009】また、請求項8に記載の半導体装置の製造
方法は、半導体基板上に第1の層を形成する工程と、こ
の第1の層の上に導電層及び第2の層をパターン形成す
る工程と、前記第1の層及び第2の層の上に有機シラン
−オゾン系のシリコン酸化膜を、前記第1の層の上より
前記第2の層の上でのその堆積速度を遅くして同時に形
成する工程とを有するものである。
【0010】また、請求項9に記載の半導体装置の製造
方法は、前記有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜を
堆積する工程よりも前に、前記導電層の側壁に、有機シ
ラン−オゾン系のシリコン酸化膜の堆積速度が、前記第
1の層よりも遅く且つ前記第2の層と同じか又は第2の
層よりも早い材質からなるバッファ部を設ける工程を行
うものである。
【0011】また、請求項10に記載の半導体装置の製
造方法は、前記有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜
を形成する工程の後に、この有機シラン−オゾン系のシ
リコン酸化膜の表面を研摩する工程を行うものである。
また、請求項11に記載の半導体装置の製造方法は、前
記有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜を形成する工
程の後に、このシリコン酸化膜の上に絶縁膜を形成する
工程と、この絶縁膜の表面を研摩する工程を行うもので
ある。
【0012】また、請求項12に記載の半導体装置の製
造方法は、前記研摩工程に、化学的機械研摩法を用いる
ものである。
【0013】
【作用】TEOSオゾン系シリコン酸化膜などの有機シ
ラン−オゾン系のシリコン酸化膜は、堆積時の下地の材
質によって、その堆積速度が異なる。下記の表1は、種
々の材質からなる膜上にTEOSオゾン系シリコン酸化
膜を堆積させた場合の速度比を示している。
【0014】
【表1】
【0015】以上のようなTEOSオゾン系シリコン酸
化膜の特性を利用して、配線層間の凹部と配線層の上側
とにおいて、TEOSオゾン系シリコン酸化膜の堆積速
度が異なる層を形成し、TEOSオゾン系シリコン酸化
膜の堆積速度を配線層の上側で遅く、配線層間の凹部側
で早くなるようにして、層間絶縁膜の平坦化を図る。具
体的には、配線層間の凹部に設ける第1の層には、シリ
コン窒化膜又は表面を窒化処理したシリコン酸化膜のよ
うなTEOSオゾン系シリコン酸化膜の堆積速度が遅い
膜を用い、配線層の上側に設ける第2の層にはプラズマ
CVD法にて形成したシリコン酸化膜のようなTEOS
オゾン系シリコン酸化膜の堆積速度が遅い膜を用いて、
TEOSオゾン系シリコン酸化膜を堆積した後の平坦化
を促進する。
【0016】また、このようにTEOSオゾン系シリコ
ン酸化膜などの有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜
を堆積した場合、後述するが、表面の、下地配線層の端
部上に該当する個所が、小さく隆起することがある。す
なわち、有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜が、そ
の成長が配線層の上部では第2の層の存在により抑えら
れているが、配線層の側壁部は配線層が露出したままで
ある。従って、下地配線層の端部では、有機シラン−オ
ゾン系のシリコン酸化膜が、第1の層の持つ堆積速度に
よる成長に、配線層自身が持つ堆積速度による成長が加
わり、部分的に隆起部が発生する。
【0017】このような隆起部の発生を抑えるには、有
機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜を堆積する前に、
配線層の側壁に、有機シラン−オゾン系のシリコン酸化
膜の堆積速度が、第1の層よりも遅く且つ前記第2の層
と同じか又は第2の層よりも早い材質からなるバッファ
部を設けておくことが有効である。具体的には、Al配
線層間の凹部に設ける第1の層にシリコン窒化膜を用
い、配線層の上側に設ける第2の層にプラズマCVD法
にて形成したシリコン酸化膜を用い、バッファ部として
第2の層と同じプラズマCVD法にて形成したシリコン
酸化膜を用いる。こうすることで、配線層の側壁部にお
いても第2の層と同じ堆積速度でTEOSオゾン系シリ
コン酸化膜が成長するので、隆起部の発生が抑制され
る。
【0018】特に、バッファ部として、有機シラン−オ
ゾン系のシリコン酸化膜の堆積速度が、第1の層よりも
遅く且つ第2の層よりも早い材質を用いる(例えば、第
1の層としてシリコン窒化膜を、第2の層に窒化チタン
膜を、バッファ部としてプラズマCVD法にて形成した
シリコン酸化膜を用いる)ことにより、隆起部の発生は
更に軽減することができる。
【0019】また、このように小さな隆起部を、化学的
機械研摩法(CMP:Chemical Mechanical Polyshin
g)を利用して研摩し、平坦化させることにより、有機
シラン−オゾン系のシリコン酸化膜の表面の平坦性がよ
り良好となる。前記CMP法とは、微小な研摩粒子を懸
濁させた研摩剤を用い、ターンテーブルに貼り付けた研
摩クロスでもって、ウェハー上の膜の高い部分のみを削
り取る方法である。ウェハー上の凸部は研摩クロスに先
に接触し、接触点の印加荷重が相対的に他の個所より高
くなって、早く研摩される。逆に、凹部では、研摩クロ
スが接触しにくく研摩速度が遅いことから、凹凸の差が
縮まり、平坦化が進む。
【0020】研摩の前に、隆起部が発生したTEOSオ
ゾン系シリコン酸化膜の上に、プラズマCVD法による
シリコン酸化膜などの絶縁膜を堆積させ、この絶縁膜を
研摩することにより、過剰な研摩で下地配線層を傷つけ
るようなことはない。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を各図面に基づいて具
体的に説明する。 (第1実施例)図1は本発明の第1実施例による配線構
造の模式的断面図である。同図において、1はシリコン
基板からなる半導体基板である。半導体基板1上の全域
にはシリコン窒化膜からなる第1の絶縁層2が形成され
ている。第1の絶縁層(シリコン窒化膜)2の上には、
互いに所定間隔を隔ててアルミ合金膜(Al−Si(1
%)−Cu(0.5%))からなる第1の配線層3がパ
ターン形成されている。第1の配線層(Al合金膜)3
の上には、シリコン酸化膜からなる第2の絶縁層4が形
成されている。第1の絶縁層(シリコン窒化膜)2上の
第1の配線層(Al合金膜)3が形成されていない部分
には、TEOSオゾン系シリコン酸化膜からなる第3の
絶縁層5が形成されている。
【0022】この第3の絶縁層(TEOSオゾン系シリ
コン酸化膜)5は平坦化層として用いられている。第2
の絶縁層(シリコン酸化膜)4上及び第3の絶縁層(T
EOSオゾン系シリコン酸化膜)5の上には、シリコン
酸化膜からなる第4の絶縁層6、アルミ合金膜(Al−
Si(1%)−Cu(0.5%))からなる第2の配線
層7がこの順に形成されている。第4の絶縁層(Si酸
化膜)6は、コンタクトホール(図示しない)の形成部
以外で、第1の配線層(Al合金膜)3と第2の配線層
(Al合金膜)7とを絶縁している。
【0023】以下、図1に示す配線構造の作成手順につ
いて、それを工程順に示した図2、図3を参照して説明
する。 工程1(図2a):シリコン基板からなる半導体基板1
の上に、減圧CVD法を用いて、第1の絶縁層2となる
シリコン窒化膜を200nm堆積する。この減圧CVD
法で用いられるガスは、モノシラン(SiH4)、アン
モニア(NH3)、窒素(N2)であり、成膜温度は35
0〜450℃である。
【0024】工程2(図2b):前記第1の絶縁層(S
i窒化膜)2の上に、マグネトロンスパッタ法を用いA
l合金膜13を形成する。更に、プラズマCVD法によ
りSi酸化膜14を堆積した後、これらの上にフォトリ
ソグラフィ法によってフォトレジスト18をパターン形
成する。前記プラズマCVD法で用いられるガスは、モ
ノシランと亜酸化窒素(SiH4+N2O)、モノシラン
と酸素(SiH4+O2)、TEOSと酸素(TEOS+
2)などであり、成膜温度は350〜450℃であ
る。
【0025】工程3(図2c):フォトレジスト18を
マスクとして、RIE法(ReactiveIon Etching)法によ
り前記Si酸化膜14をエッチング加工して第2の絶縁
層4を形成し、更に、Al合金膜13をエッチング加工
して第1の配線層3を形成した後、フォトレジスト18
を除去する。その後、基板表面全域にTEOSオゾン系
シリコン酸化膜15を常圧CVD法により堆積する。こ
の際、Si酸化膜14、Al膜13の加工処理は、Al
膜13下側の第1の絶縁層(Si窒化膜)2の表面が露
出するように行う。前記常圧CVD法で用いられるガス
は、TEOSとオゾン(TEOS+O3)で、その成膜
温度は350〜450℃である。
【0026】前記TEOSオゾン系シリコン酸化膜15
は、第1の絶縁層(Si窒化膜)2の上と、第2の層
(Si酸化膜)4の上とでは、前述の表1に示すよう
に、堆積速度が異なっていて、第1の絶縁層(Si窒化
膜)2の上の方が早く堆積される。この堆積速度の違い
によって、TEOSオゾン系シリコン酸化膜15の堆積
後の表面の段差が緩和される。例えば、TEOSオゾン
系シリコン酸化膜15を第1の絶縁層(Si窒化膜)2
の上に1μmだけ堆積させると、表1に示す速度比によ
って、第2の絶縁層(Si酸化膜)4の上にはTEOS
オゾン系シリコン酸化膜がほぼ0.8μmだけ堆積され
ることになり、絶対段差がほぼ0.2μmだけ緩和され
る。
【0027】工程4(図3d):前記TEOSオゾン系
シリコン酸化膜15をエッチバックして第1の絶縁層5
を形成した後、プラズマCVD法によって第4の絶縁層
6となるSi酸化膜を堆積する。 工程5(図3e):前記第4の絶縁層(Si酸化膜)6
の上に、マグネトロンスパッタ法によりAl合金膜17
を堆積し、さらにその上にフォトリソグラフィ法によっ
てフォトレジスト19をパターン形成する。
【0028】工程6(図3f):前記フォトレジスト1
9をマスクとして、RIE法によりAl合金膜17をエ
ッチング加工して第2の配線層7を形成した後に、フォ
トレジスト19を除去して、図1に示す配線構造を作製
する。 (第2実施例)図4は本発明の第2実施例による配線構
造の模式的断面図である。第2実施例は、配線層にTE
OSオゾン系シリコン酸化膜が直接接触しないように、
サイドウォールを形成した配線構造例を示している。
【0029】尚、第2実施例において、第1実施例と同
一部分には同一符号を用いて説明を省略する。図4にお
いて、第1の配線層(Al合金膜)3及び第2の絶縁層
(Si酸化膜)4の側壁には、シリコン酸化膜からなる
サイドウォール21が形成されている。
【0030】その他の構造及び各層(膜)の形成方法は
第1実施例と同じである。本実施例において、サイドウ
ォール21を設けるのには次の利点があるからである。 1)TEOSオゾン系シリコン酸化膜とAl合金膜等の
金属配線とが接触すると、TEOSオゾン系シリコン酸
化膜に含まれている水分や水酸基がAl合金を腐食さ
せ、配線としての機能が低下するという問題が生じる。
サイドウォール21は、第3の絶縁層(TEOSオゾン
系シリコン酸化膜)5が第1の配線層(Al合金膜)3
に直接接触するのを防止する。
【0031】2)TEOSオゾン系シリコン酸化膜など
の有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜を堆積させた
場合、第1の配線層(Al合金)3の端部上に該当する
個所が、小さく隆起することがある。このような隆起部
の発生を抑えるのにもサイドウォール21は有効に機能
する。
【0032】すなわち、この実施例では、サイドウォー
ル21として、第2の絶縁層4と同じプラズマCVD法
にて形成したSi酸化膜を用いる。こうすることで、第
1の配線層(Al合金膜)3の側壁部においてもSi酸
化膜の堆積速度で第3の絶縁層(TEOSオゾン系シリ
コン酸化膜)5が成長するので、堆積速度がSi酸化膜
よりも早いAl合金膜が露出していることに比べ、第1
の配線層(Al合金)3の端部における第3の絶縁層
(TEOSオゾン系シリコン酸化膜)5の成長が抑えら
れて隆起部が発生しにくくなる。
【0033】以下、図4に示す配線構造の作製手順につ
いて、それを工程順に示した図5〜図7を参照して説明
する。 工程(1) (図5a):半導体基板1の上に、第1の絶縁
層2となるシリコン窒化膜を堆積する。 工程(2) (図5b):第1の絶縁層(Si窒化膜)2上
にAl合金膜13及びシリコン酸化膜14を堆積した
後、これらの上にフォトリソグラフィ法によってフォト
レジスト18をパターン形成する。
【0034】工程(3) (図5c):フォトレジスト18
をマスクとして、Si酸化膜14を加工して第2の絶縁
層4を形成し、更に、Al合金膜13を加工して第1の
配線層3を形成した後、フォトレジスト18を除去す
る。 工程(4) (図6d):基板表面全域にプラズマCVD法
を用いて、シリコン酸化膜31を堆積する。このプラズ
マCVD法による形成条件は、第1実施例の工程2と同
様である。
【0035】工程(5) (図6e):堆積したSi酸化膜
31に異方性のエッチバックを施して第1の配線層(A
l合金膜3)及び第2の絶縁層(Si酸化膜)4の側壁
を覆うようにサイドウォール21を形成する。この際、
Si酸化膜31のエッチバック処理は、第1の配線層
(Al合金膜)3下側の第1の絶縁層(Si窒化膜)2
の表面が露出するように行う。
【0036】工程(6) (図6f):基板表面全域にTE
OSオゾン系シリコン酸化膜15を堆積する。TEOS
オゾン系シリコン酸化膜15は、第1の絶縁層(Si窒
化膜)2上と、第2の絶縁層(Si酸化膜)4上とで
は、前述の表1に示すように、堆積速度が異なってい
て、第1の層(Si窒化膜)2上の方が早く堆積され
る。この堆積速度の違いによって、TEOSオゾン系シ
リコン酸化膜15の堆積後の表面の段差が緩和される。
例えば、TEOSオゾン系シリコン酸化膜15を第1の
絶縁層(Si窒化膜)2の上に1μmだけ堆積させる
と、表1に示す速度比によって、第2の絶縁層(Si酸
化膜)4の上にはTEOSオゾン系シリコン酸化膜15
がほぼ0.8μmだけ堆積されることになり、絶対段差
がほぼ0.2μmだけ緩和される。
【0037】工程(7) (図7g):TEOSオゾン系シ
リコン酸化膜15をエッチバックして第3の絶縁層5を
形成した後、第4の絶縁層6となるシリコン酸化膜を堆
積する。 工程(8) (図7h):第4の絶縁層(Si酸化膜)6の
上に、アルミニウム膜17を堆積し、更にその上にフォ
トリソグラフィ法によってフォトレジスト19をパター
ン形成する。
【0038】工程(9) (図7i):フォトレジスト19
をマスクとしてAl合金膜17をエッチング加工し、第
2の配線層7を形成した後に、フォトレジスト19を除
去して、図4に示す配線構造を作製する。 (第3実施例)図8は本発明の第3実施例による配線構
造の模式的断面図である。上述した第1、第2実施例で
は、第1の配線層(Al合金膜)3に反射防止層を設け
ていない場合について説明した。以下に示す第3実施例
は、第1の配線層(Al合金膜3)に反射防止層を設け
ている例である。
【0039】このように、反射防止層を設けることによ
り、リソグラフィ工程時において、露光光が下地に反射
してパターニング不良が発生することを防止している。
尚、本第3実施例において、第1、第2実施例と同一部
分には同一番号を付して説明を省略する。図8におい
て、第1の配線層(Al合金膜)3の上には、表面がフ
ッ化処理された窒化チタン膜からなる反射防止層41が
形成されている。その他の構造及び各層(膜)の形成方
法は第1実施例や第2実施例と同じである。
【0040】以下、図8に示す配線構造の作製手順につ
いて、それを工程順に示した図9〜図11を参照して説
明する。 工程(図9a):半導体基板1の上に、第1の絶縁層
2となるシリコン窒化膜を堆積する。 工程(図9b):第1の絶縁層(Si窒化膜)2の上
にアルミニウム膜13を形成した後、その上に、マグネ
トロンスパッタリング法を用いて、窒化チタン膜51を
堆積する。そして、これらの上にフォトリソグラフィ法
によってフォトレジスト18をパターン形成する。
【0041】工程(図9c):フォトレジスト18を
マスクとして窒化チタン膜51、Al膜13を加工し、
反射防止層41、第1の配線層3を形成した後、フォト
レジスト18を除去する。 工程(図10d):基板表面全域にプラズマCVD法
によりシリコン酸化膜31を堆積する。
【0042】工程(図10e):堆積したSi酸化膜
31に異方性のエッチバックを施して第1の配線層(A
l合金膜3)及び反射防止層(窒化チタン膜)41の側
壁を覆うようにサイドウォール21を形成する。この
際、Si酸化膜31のエッチバック処理は、第1の配線
層(Al膜)3下側の第1の絶縁層(Si窒化膜)2の
表面が露出するように行う。
【0043】本第3実施例におけるサイドウォール21
も、第2実施例と同様の効果を有するが、特に、この第
3実施例では、サイドウォール21として、反射防止層
(窒化チタン膜)41よりもTEOSオゾン系シリコン
酸化膜の堆積速度が早いプラズマCVD法にて形成した
Si酸化膜を用いているので、第1の配線層(Al合
金)3の端部における第3の絶縁層(TEOSオゾン系
シリコン酸化膜)5の成長を更に抑えることができ、隆
起部の発生度合いもより低くなる。
【0044】そして、露出した反射防止層(窒化チタン
膜)41の表面にフッ化処理を施す。このフッ化処理
は、TEOSオゾン系シリコン酸化膜の堆積速度を低下
させるために行うものであって、例えば、CF4又はC2
6等フッ素を含むガスの雰囲気で、反射防止層41の
表面をプラズマ処理するという方法で行う。但し、本発
明者の実験によれば、堆積条件を調整することにより、
窒化チタン膜をフッ化処理しなくても、フッ化処理した
ものと同様の堆積速度を得られることが分かっている。
【0045】工程(図10f):上部全域にTEOS
オゾン系シリコン酸化膜15を堆積する。TEOSオゾ
ン系シリコン酸化膜15は、第1の絶縁層(Si窒化
膜)2の上と、フッ化処理された反射防止層(窒化チタ
ン膜)41の上とでは、前述の表1に示すように、堆積
速度が異なっていて、第1の絶縁層(Si窒化膜)2の
上の方が早く堆積される。この堆積速度の違いによっ
て、TEOSオゾン系シリコン酸化膜15の堆積後の表
面の段差が緩和される。例えば、TEOSオゾン系シリ
コン酸化膜15を第1の絶縁層(Si窒化膜)2の上に
1μmだけ堆積させると、表1に示す速度比によって、
反射防止層(窒化チタン膜)41の上にはTEOSオゾ
ン系シリコン酸化膜15がほぼ0.4μmだけ堆積され
ることになり、絶対段差がほぼ0.6μmだけ緩和され
る。
【0046】工程(図11g):TEOSオゾン系シ
リコン酸化膜15をエッチバックして第3の絶縁層5を
形成した後、プラズマCVD法によって第4の絶縁層6
となるシリコン酸化膜を堆積する。 工程(図11h):第4の絶縁層(Si酸化膜)6の
上に、Al合金膜17を堆積し、更にその上にフォトリ
ソグラフィ法によってフォトレジスト19をパターン形
成する。
【0047】工程(図11i):最後に、フォトレジ
スト19をマスクとしてAl合金膜17をエッチング加
工し、第2の配線層7を形成した後に、フォトレジスト
19を除去して、図8に示す配線構造を作製する。 (第4実施例)ところで、以上の実施例(特に第1実施
例)にあっては、前述したように、TEOSオゾン系シ
リコン酸化膜15を堆積した際に、その表面の、下地配
線層の端部上に相当する個所に、小さな隆起部が発生す
ることがある。そして、このような隆起部を残したまま
TEOSオゾン系シリコン酸化膜15をエッチバックし
ても、表面の形状を引き継いでエッチバックされるの
で、この隆起部は解消されない。
【0048】以下、化学的機械研摩法を利用した第4の
実施例を、図12に示す工程断面図に従って説明する。
尚、上述の実施例と同じ構成については同じ符号を用い
説明を省略する。また、各層(膜)の形成方法も上述の
実施例と同じである。 工程I(図12A):半導体基板1上に、第1の絶縁層
2となるシリコン窒化膜を堆積する。更に、第1の絶縁
層(Si窒化膜)2上にアルミニウム膜13を形成した
後、その上に、窒化チタン膜51を堆積する。そして、
これらの上にフォトリソグラフィ法によってフォトレジ
ストをパターン形成する。
【0049】フォトレジストをマスクとして窒化チタン
膜51、Al膜13を配線形状に加工した後、フォトレ
ジストを除去する。そして、露出した窒化チタン膜51
の表面にフッ化処理を施す。 工程II(図12B):上部全域にTEOSオゾン系シリ
コン酸化膜15を堆積する。TEOSオゾン系シリコン
酸化膜15は、第1の絶縁層(Si窒化膜)2の上と、
フッ化処理された窒化チタン膜51の上とでは、前述の
表1に示すように、堆積速度が異なっていて、第1の絶
縁層(Si窒化膜)2の上の方が早く堆積される。この
堆積速度の違いによって、TEOSオゾン系シリコン酸
化膜15の堆積後の表面の段差が緩和される。
【0050】この際、TEOSオゾン系シリコン酸化膜
15の表面には、下地配線の両端部上に該当する個所
に、小さな隆起部52・・が発生する。すなわち、TE
OSオゾン系シリコン酸化膜15は、その成長が配線層
の上部では窒化チタン膜51の存在により抑えられてい
るが、Al膜13の側壁部はAlが露出したままであ
る。従って、Al膜13の端部では、TEOSオゾン系
シリコン酸化膜15が、第1の絶縁層(Si窒化膜)2
の持つ堆積速度による成長に、Al自身が持つ堆積速度
による成長が加わり、部分的に隆起部が発生する。
【0051】工程III(図12C):化学的機械研摩法
を用いて、TEOSオゾン系シリコン酸化膜15の表面
を研摩して、前記隆起部52・・を除去する。 工程IV(図12D):研摩によってTEOSオゾン系シ
リコン酸化膜15の表面にダメージ層が形成されること
があるので、これをカバーするために、表面全体に、プ
ラズマCVD法により第4の絶縁層6となるシリコン酸
化膜を堆積する。
【0052】その後は、図示しないが、第4の絶縁層
(Si酸化膜)6の上に、Al合金膜を形成し、配線パ
ターンとして加工する。尚、前記工程IIIと工程IVとの
間に、上述の実施例と同様に、TEOSオゾン系シリコ
ン酸化膜15をエッチバックして第3の絶縁層を形成す
る工程を行ってもよい。
【0053】(第5実施例)第5の実施例として、CM
P法による研摩で配線材が露出しないようにするため
に、研摩シロとして、研摩の前にプラズマ酸化膜を堆積
させる例を図13に示す工程断面図に従って説明する。
尚、上述の実施例と同じ構成については同じ符号を用い
説明を省略する。また、各層(膜)の形成方法も上述の
実施例と同じである。
【0054】工程i(図13A):第4実施例の工程I及
び工程IIと同様の手法で、基板の上部全域にTEOSオ
ゾン系シリコン酸化膜15を堆積する。 工程ii(図13B):TEOSオゾン系シリコン酸化膜
15の上に、プラズマCVD法により第5の絶縁層53
となるシリコン酸化膜を200〜500nm堆積する。
この第5の絶縁層53はCMP法による研摩時の研摩シ
ロとなる。
【0055】工程iii(図13C):化学的機械研摩法
を用いて、第5の絶縁層53の表面を研摩して平坦化さ
せる。 工程iV(図13D):研摩によって第5の絶縁層53の
表面にダメージ層が形成されることがあるので、これを
カバーするために、表面全体に、プラズマCVD法によ
り第6の絶縁層54となるシリコン酸化膜を堆積する。
【0056】その後は、図示しないが、第6の絶縁層
(Si酸化膜)54の上に、Al合金膜を形成し、配線
パターンとして加工する。これら第4及び第5実施例の
ように、CMP法を用いた研摩は、その研摩速度が、研
摩器具により基板を押さえ付ける圧力に比例するため
に、研摩しようとする個所の凹凸面の大きさによって変
化し、研摩後の膜厚にバラツキが生じやすいが、本発明
で発生する程度の隆起部を研摩するぶんには、何ら支障
はない。
【0057】従って、本発明のように、下地膜の材質を
調整してTEOSオゾン系シリコン酸化膜15を堆積さ
せる手法にあっては、TEOSオゾン系シリコン酸化膜
15の表面に大きな凹凸を発生させることなく、せいぜ
い隆起部52のような小さなものが発生するのみである
ので、CMP法により良好な研摩効果を得ることができ
る。
【0058】また、上述した各実施例では、平坦性に優
れた層間絶縁膜を形成できるので、この上に形成する配
線層のパターニングが安定して、配線層自体の信頼性も
向上する。また、薄いシリコン窒化膜を層間膜中に形成
しているので、水分の下層への透過が抑制されて、下側
のトランジスタの信頼性も向上する。尚、本発明は以上
の実施例に限定されるものではなく、以下のように実施
してもよい。
【0059】a)上述した各実施例においては、有機シ
ラン−オゾン系のシリコン酸化膜としてTEOSオゾン
系シリコン酸化膜を用いたが、これ以外にもTMOS
(Tetra Methoxy Silane)、TEOFS(Triethoxy Fl
uoro Silane)、アルコキシ基又はフッ素を含む基を有
する有機シランとオゾンなどでも同様の効果を得ること
ができる。
【0060】b)上述した各実施例においては、TEO
Sオゾン系シリコン酸化膜の堆積速度が速い層としてシ
リコン窒化膜を用いたが、表面を窒化処理したシリコン
酸化膜を用いても、表1に示すように、TEOSオゾン
系シリコン酸化膜の堆積速度は速いので、同様の効果を
奏することはもちろんである。その他、表1に示すTE
OSオゾン系シリコン酸化膜の堆積速度が速い層と遅い
層とを適宜組み合わせて用いればよい。
【0061】c)上述の実施例は、第1層配線と第2層
配線との間の層間絶縁膜の平坦化について説明したが、
それより上の配線間に適用してもよい。例えば、上述し
た各実施例において、第2の配線層7より下側に第1の
絶縁層2と同じシリコン窒化膜(または表面を窒化処理
したシリコン酸化膜)を設けておけば、第2の配線層7
の上側の絶縁層の平坦化を図ることができ、更なる配線
層の多層化にも同様に対応できる。
【0062】d)スパッタリングの方法として、マグネ
トロンスパッタリング以外に、ダイオードスパッタリン
グ、高周波スパッタリング、四極スパッタリングなどの
ようなものであってもよい。 e)TEOSオゾン系シリコン酸化膜の堆積速度が遅い
膜としてのシリコン酸化膜4はプラズマCVD法により
形成したが、減圧CVD法、常圧CVD法などの方法で
形成しても同様の性質を得ることができる。
【0063】f)シリコン酸化膜6、54はCVD以外
の方法(スパッタ法や蒸着法などのPVD法、酸化法)
によって形成してもよい。 g)シリコン酸化膜6、54を他の絶縁膜(各種シリケ
ートガラス、アルミナ、シリコン窒化膜、チタン酸化
膜)などに置き換えてもよい。
【0064】
【発明の効果】以上のように、本発明では、配線層間の
凹部の絶縁層として有機シラン−オゾン系のシリコン酸
化膜の堆積速度が速い、シリコン窒化膜または表面を窒
化処理したシリコン酸化膜等の膜を用い、配線層上側の
絶縁層として有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜の
堆積速度が遅い、プラズマCVD法によるシリコン酸化
膜、反射防止層としての窒化チタン膜等の膜を用いるの
で、有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜を堆積する
工程においてその平坦性を促進できる。
【0065】その結果、工程の増加、複雑化を招くこと
なく、層間絶縁膜の平坦化を実現でき、この上に形成さ
れる配線層のパターニングが安定して、配線の信頼性が
向上し、信頼性が高い半導体デバイス等を高い歩留まり
にて提供することができる。上記の効果に加えて、請求
項5及び9に記載の発明にあっては、有機シラン−オゾ
ン系のシリコン酸化膜を堆積した際に生じることのある
隆起部の発生度合いを軽減することができ、更なる平坦
化を実現できる。
【0066】また、請求項10乃至12に記載の発明に
あっては、有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜を堆
積した際に生じることのある隆起部をも解消するもので
あるので、平坦性はより良好である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の半導体装置の配線構造を
示す模式的断面図である。
【図2】図1に示す配線構造の作製工程を示す断面図で
ある。
【図3】図1に示す配線構造の作製工程を示す断面図で
ある。
【図4】本発明の第2実施例の半導体装置の配線構造を
示す模式的断面図である。
【図5】図4に示す配線構造の作製工程を示す断面図で
ある。
【図6】図4に示す配線構造の作製工程を示す断面図で
ある。
【図7】図4に示す配線構造の作製工程を示す断面図で
ある。
【図8】本発明の第3実施例の半導体装置の配線構造を
示す模式的断面図である。
【図9】図8に示す配線構造の作製工程を示す断面図で
ある。
【図10】図8に示す配線構造の作製工程を示す断面図
である。
【図11】図8に示す配線構造の作製工程を示す断面図
である。
【図12】本発明の第4実施例の半導体装置の配線構造
の作製工程を示す断面図である。
【図13】本発明の第5実施例の半導体装置の配線構造
の作製工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板(シリコン基板) 2 第1の絶縁層(シリコン窒化膜)(第1の層) 3 第1の配線層(アルミニウム膜) 4 第2の絶縁層(シリコン酸化膜)(第2の層) 5 第3の絶縁層(TEOSオゾン系シリコン酸化膜) 6 第4の絶縁層(シリコン酸化膜) 7 第2の配線層(アルミニウム膜) 15 TEOSオゾン系シリコン酸化膜(有機シラン−
オゾン系のシリコン酸化膜) 21 サイドウォール(シリコン酸化膜)(バッファ
部) 41 反射防止層(窒化チタン膜)(第2の層) 52 隆起部 53 第5の絶縁層(シリコン酸化膜) 54 第6の絶縁層(シリコン酸化膜)
フロントページの続き (72)発明者 渡辺 裕之 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 秋月 誠 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の層と、この第1の層とは有機シラ
    ン−オゾン系のシリコン酸化膜の堆積速度が異なる第2
    の層とを有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 導電層の下側に、有機シラン−オゾン系
    のシリコン酸化膜が堆積される第1の層を有し、前記導
    電層の上側に、前記第1の層とは有機シラン−オゾン系
    のシリコン酸化膜の堆積速度が異なる材質からなる第2
    の層を有することを特徴とした半導体装置。
  3. 【請求項3】 複数の導電層間を絶縁する層間絶縁膜の
    平坦化を図るために有機シラン−オゾン系のシリコン酸
    化膜を用いた半導体装置において、第1の層の上に所定
    間隔を隔ててパターン形成された第1の導電層と、この
    第1の導電層の上に形成された第2の層と、前記第1の
    層が形成されていない領域に形成された有機シラン−オ
    ゾン系のシリコン酸化膜と、前記第2の層及び有機シラ
    ン−オゾン系のシリコン酸化膜上に形成された層間絶縁
    膜と、この層間絶縁膜上に形成された第2の導電層とを
    有し、前記第2の層として前記第1の層より有機シラン
    −オゾン系のシリコン酸化膜の堆積速度が遅い材質を用
    いたことを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の層が、シリコン基板、シリコ
    ン窒化膜又は表面を窒化処理したシリコン酸化膜である
    ことを特徴とした請求項1乃至3のいずれか1項に記載
    の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記第2の層の下の導電層の側壁に、有
    機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜の堆積速度が、前
    記第1の層よりも遅く且つ前記第2の層と同じか又は第
    2の層よりも早い材質からなるバッファ部を設けたこと
    を特徴とする請求項2又は3に記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜
    を用いて複数の導電層間を絶縁する層間絶縁膜の平坦化
    を図る半導体装置の製造方法において、材質が異なる2
    種類の層の上に、有機シラン−オゾン系のシリコン酸化
    膜をその堆積速度を異ならせて同時に堆積する工程を有
    することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記2種類の層のうち、高い位置にある
    層として、低い位置にある層より有機シラン−オゾン系
    のシリコン酸化膜の堆積速度が遅い材質を用いたことを
    特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜
    を用いて複数の導電層間を絶縁する層間絶縁膜の平坦化
    を図る半導体装置の製造方法において、半導体基板上に
    第1の層を形成する工程と、この第1の層の上に導電層
    及び第2の層をパターン形成する工程と、前記第1の層
    及び第2の層の上に有機シラン−オゾン系のシリコン酸
    化膜を、前記第1の層の上より前記第2の層の上でのそ
    の堆積速度を遅くして同時に形成する工程とを有するこ
    とを特徴とした半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記有機シラン−オゾン系のシリコン酸
    化膜を堆積する工程よりも前に、前記導電層の側壁に、
    有機シラン−オゾン系のシリコン酸化膜の堆積速度が、
    前記第1の層よりも遅く且つ前記第2の層と同じか又は
    第2の層よりも早い材質からなるバッファ部を設ける工
    程を行うことを特徴とした請求項8に記載の半導体装置
    の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記有機シラン−オゾン系のシリコン
    酸化膜を形成する工程の後に、この有機シラン−オゾン
    系のシリコン酸化膜の表面を研摩する工程を行うことを
    特徴とした請求項6乃至9のいずれか1項に記載の半導
    体装置の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記有機シラン−オゾン系のシリコン
    酸化膜を形成する工程の後に、このシリコン酸化膜の上
    に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜の表面を研摩す
    る工程を行うことを特徴とした請求項6乃至9のいずれ
    か1項に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記研摩工程は、化学的機械研摩法に
    より行うことを特徴とした請求項10又は11に記載の
    半導体装置の製造方法。
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