JPH09139428A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH09139428A
JPH09139428A JP29834495A JP29834495A JPH09139428A JP H09139428 A JPH09139428 A JP H09139428A JP 29834495 A JP29834495 A JP 29834495A JP 29834495 A JP29834495 A JP 29834495A JP H09139428 A JPH09139428 A JP H09139428A
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JP
Japan
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film
insulating film
wiring layer
lower wiring
fluorine
Prior art date
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JP29834495A
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English (en)
Inventor
Koji Shibata
耕治 芝田
Yoshiko Kawai
由子 河合
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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】 【課題】 層間絶縁膜に低誘電率膜であるフッ素を含む
絶縁膜を用いると、膜の形成時や吸湿により生成したフ
ッ素イオンが配線層と反応して信頼性が低下する。 【解決手段】 層間絶縁膜を、配線層9の上部のみに形
成したフッ素を含まないP−SiO膜5と、P−SiO
膜5の上部全面に形成したフッ素を含むプラズマ酸化膜
10とで構成している。 【効果】 P−SiO膜5が配線層9とプラズマ酸化膜
10との反応を防止する。またP−SiO膜5を配線層
9の上部のみに形成したので配線層間の容量の増加を招
くことがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置及びその
製造方法に関し、特に多層配線構造における層間絶縁膜
の構造及びその形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、素子の微細化に伴い配線層間の間
隔が狭くなり、配線層間の容量が増加して信号伝達が遅
延してしまう。この信号伝達の遅延は、半導体装置の高
速動作を妨げ半導体装置の性能向上を妨げる要因の一つ
になる。このため、配線層間に介在する絶縁膜の誘電率
をできるだけ低下させることが必要であった。
【0003】従来の半導体装置を図3に示す。図におい
て1は半導体基板、2はゲート絶縁膜、3はアルミニウ
ムと銅との合金膜(以下、AlCu膜と記す)、4は反
射防止膜であるチタン窒化膜(以下、TiN膜と記
す)、9はAlCu膜3とTiN膜4とで形成される下
部配線層である配線層、10はフッ素を含む第2の絶縁
膜であるプラズマ酸化膜、11は平坦化のための塗布型
の絶縁膜(以下、SOG膜と記す)、14は上部配線
層、17はフッ素を含む絶縁膜である。多層構造の配線
層9,14間に形成される層間絶縁膜はプラズマ酸化膜
10とSOG膜11とフッ素を含む絶縁膜17とで形成
されている。なおプラズマ酸化膜10は低誘電率膜であ
り、層間絶縁膜の誘電率を低下させ、また上層のSOG
膜11との反応を防止するための表面処理がなされてい
る。
【0004】また、従来の半導体装置の製造方法は、半
導体基板1の上部全面にAlCu膜3とTiN膜4とを
形成した後、上部に形成したレジストパターンをマスク
としてドライエッチングを行い配線層9を形成する。次
に、配線層9の上部にプラズマ気相成長法(以下、プラ
ズマCVD法と記す)によりプラズマ酸化膜10とSO
G膜11と絶縁膜17とを形成して層間絶縁膜を形成す
る。次に、所定の位置にスルーホール13を開口した後
上部配線層14を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、配線層
9の上部へのプラズマCVD法によるプラズマ酸化膜1
0の成膜時に、原料ガスであるフッ化炭素ガス(以下、
26ガスと記す)と配線層9の表面とが反応する。こ
のため配線層9の分解や再付着物15の生成が起こり、
プラズマ酸化膜10の形状の劣化や配線層9,14間に
ボイド16が発生し、配線層9,14間の接続不良や絶
縁不良を起す。またフッ素を含んだプラズマ酸化膜10
は吸湿性が高く、吸湿によりプラズマ酸化膜10中にフ
ッ化水素(以下、HFと記す)が生成して配線層9と反
応する。その結果半導体装置の信頼性を低下させるとい
う問題があった。
【0006】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、配線層間の容量の増加を招く
ことなく、プラズマ酸化膜10の成膜時におけるC26
ガスや、吸湿によりプラズマ酸化膜10中に生成するH
Fと配線層9との反応を防止する半導体装置の構造及び
その製造方法を提供する事を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
わる半導体装置は、上部配線層と下部配線層とを電気的
に隔離する層間絶縁膜を有する半導体装置であって、層
間絶縁膜が前記下部配線層の上部のみに形成されたフッ
素を含まない第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜の上部
に形成されたフッ素を含む第2の絶縁膜とで構成されて
いる。
【0008】この発明の請求項2に係わる半導体装置の
製造方法は、上部配線層と下部配線層とを電気的に隔離
する層間絶縁膜を有する半導体装置の製造方法であっ
て、半導体基板の上部に導体膜を形成する工程と、前記
導体膜の上部にフッ素を含まない第1の絶縁膜を形成す
る工程と、前記第1の絶縁膜の上部に形成したレジスト
パターンをマスクとして前記第1の絶縁膜と前記導体膜
とのエッチングを行い、前記下部配線層を形成すると共
に前記第1の絶縁膜を前記下部配線層の上部のみに残存
させる工程と、前記レジストパターンを除去する工程
と、前記第1の絶縁膜と前記下部配線層との表面を含む
全面にフッ素を含む第2の絶縁膜を形成し前記第1の絶
縁膜とで前記層間絶縁膜を形成する工程とを含む。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.以下、本発明の実施の形態1について、
図面を参照して説明する。図1は、実施の形態1に係わ
る半導体装置の断面図である。図において、従来例と同
一符号は同一部分を示し、5はフッ素を含まない第1の
絶縁膜であるプラズマシリコン酸化膜(以下、P−Si
O膜と記す)を、12はフッ素を含まない絶縁膜を示
す。また、P−SiO膜5は、プラズマシリコン窒化膜
(P−SiN膜)やプラズマシリコン酸窒化膜(P−S
iON膜)やポリイミドなどの有機樹脂等であってもよ
く、プラズマ酸化膜10はフッ素原子を含むガスを用い
て形成する絶縁膜であれば何を用いてもよい。
【0010】以上のように、P−SiO膜5を形成した
ので配線層9とC26ガスとの反応を防止でき(TiN
膜4の膜厚は上部の表面面積と比較して微小であ
る。)、配線層9の分解や再付着物15の生成が起こら
ない。従ってプラズマ酸化膜10の形状の劣化や配線層
9,14間のボイド16の発生を防止でき、配線層9,
14間の接続不良や絶縁不良が生じない。また吸湿によ
りプラズマ酸化膜10中に生成するHFと配線層9との
反応を防止し、半導体装置の信頼性の低下を防ぐ。また
P−SiO膜5を配線層9の上部のみに形成しているの
で、誘電率が高いP−SiO膜5(ε=4.5,フッ素
を含んだプラズマ酸化膜10はε=3.7)の増加を少
なくできる。従って配線層間の容量の増加を招くことな
く信頼性の低下を防止できる。
【0011】図2(a)(b)(c)(d)(e)およ
び図1は、実施の形態1に係わる半導体装置の製造方法
を工程を追って順次示した半導体装置の断面図である。
【0012】図2(a)に示すように、ゲート絶縁膜2
が形成された半導体基板1上に、AlCu膜3(膜厚6
00nm)とTiN膜4(膜厚30nm)とを順次形成
して導体膜6を形成する。次に、導体膜6の上部にプラ
ズマCVD法によりP−SiO膜5(膜厚50nm)と
レジスト膜7とを形成する。プラズマCVD法における
P−SiO膜5の形成条件は、温度400℃、圧力5.
0Torr、テトラエトキシシラン(TEOS)流量9
00SCCM、酸素(O2)流量900SCCM、高周
波側の周波数13.56MHz、出力0.76W/cm
2、低周波側の周波数420kHz、出力0.76W/
cm2である。
【0013】なお、TiN膜4とP−SiO膜5とは後
工程の写真製版処理工程における反射防止膜となり、か
つP−SiO膜5はTiN膜4とレジスト膜7との密着
性を向上させる。
【0014】次に図2(b)に示すように、レジスト膜
7に写真製版処理(露光→現像)を行いレジストパター
ン8を形成する。
【0015】次に図2(c)に示すように、レジストパ
ターン8をマスクとして導体膜6とP−SiO膜5との
ドライエッチングを行う。このエッチングによりAlC
u膜3とTiN膜4とからなる配線層9が形成されると
同時にP−SiO膜5が配線層9の上部のみに残存す
る。次に、レジストパターン8を除去する。
【0016】次に図2(d)に示すように、プラズマC
VD法によりフッ素を含む第2の絶縁膜であるプラズマ
酸化膜10(膜厚300nm)を全面に形成した後、上
層のSOG膜11との反応を防止するための表面処理を
行う。なお、プラズマCVD法におけるプラズマ酸化膜
10の形成条件は、P−SiO膜5と同様の形成条件
で、さらにフッ素を含む原料ガスであるC26ガス(流
量400SCCM)を加える。
【0017】次に図2(e)に示すように、スピンコー
ト法によりSOG膜11(膜厚150nm)を塗布した
後、窒素(N2)雰囲気中で熱処理(400℃、30
分)を行い平坦化する。
【0018】次に図1に示すように、上記と同様の形成
条件でプラズマCVD法により全面にフッ素を含まない
絶縁膜12とフッ素を含む絶縁膜17とフッ素を含まな
い絶縁膜12とを順次形成し層間絶縁膜を形成する。次
に、公知の方法により層間絶縁膜にスルーホール13を
開口した後、上部配線層14を形成する。なお、フッ素
を含まない絶縁膜12は、フッ素を含む絶縁膜17が下
層のSOG膜11や上層の上部配線層14と反応するの
を防止する。
【0019】また前記実施の形態1においては、荷電粒
子によるゲート破壊を防止するため、出力を小さくした
異なる周波数の複数の高周波(2周波)を用いて膜を形
成しているが、1周波で形成してもよい。(形成条件:
温度440℃、圧力4.2Torr、テトラエトキシシ
ラン(TEOS)流量760SCCM、酸素(O2)流
量730SCCM、周波数13.56MHz、出力1.
27W/cm2、C26ガス流量300SCCM)。
【0020】
【発明の効果】この発明の請求項1に係わる半導体装置
においては、下部配線層の上部にフッ素を含まない第1
の絶縁膜を形成しているので、下部配線層とC26ガス
やHFとの反応を防止でき半導体装置の信頼性の低下を
防ぐ。また第1の絶縁膜を下部配線層の上部のみに形成
しているので、誘電率が高い第1の絶縁膜の増加を少な
くでき、配線層間の容量の増加を招くことなく信頼性の
低下を防止できる。
【0021】この発明の請求項2に係わる半導体装置の
製造方法においては、配線層間の容量の増加を招くこと
なく信頼性の低下を防止できると共に、導体膜の上部に
第1の絶縁膜を形成した後、導体膜のパターニングを行
っているので、第1の絶縁膜が写真製版処理工程におけ
る反射防止膜となりかつ導体膜とレジスト膜との密着性
を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係わる半導体装置
を説明するための断面図である。
【図2】 この発明の実施の形態1に係わる半導体装置
の製造方法を説明するための工程図である。
【図3】 従来例に係わる半導体装置を説明するための
断面図である。
【符号の説明】 1 半導体基板、5 P−SiO膜、6 導体膜、9
配線層、8 レジストパターン、10 フッ素を含むプ
ラズマ酸化膜、14 上部配線層。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上部配線層と下部配線層とを電気的に隔
    離する層間絶縁膜を有する半導体装置において、前記層
    間絶縁膜が前記下部配線層の上部のみに形成されたフッ
    素を含まない第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜の上部
    に形成されたフッ素を含む第2の絶縁膜とで構成されて
    いることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 上部配線層と下部配線層とを電気的に隔
    離する層間絶縁膜を有する半導体装置の製造方法におい
    て、半導体基板の上部に導体膜を形成する工程と、前記
    導体膜の上部にフッ素を含まない第1の絶縁膜を形成す
    る工程と、前記第1の絶縁膜の上部に形成したレジスト
    パターンをマスクとして前記第1の絶縁膜と前記導体膜
    とのエッチングを行い、前記下部配線層を形成すると共
    に前記第1の絶縁膜を前記下部配線層の上部のみに残存
    させる工程と、前記レジストパターンを除去する工程
    と、前記第1の絶縁膜と前記下部配線層との表面を含む
    全面にフッ素を含む第2の絶縁膜を形成し前記第1の絶
    縁膜とで前記層間絶縁膜を形成する工程とを含むこと特
    徴とする半導体装置の製造方法。
JP29834495A 1995-11-16 1995-11-16 半導体装置 Pending JPH09139428A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US7955994B2 (en) 2007-10-18 2011-06-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and electronic appliance

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