JPH09293780A - 配線形成方法 - Google Patents
配線形成方法Info
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- JPH09293780A JPH09293780A JP10664896A JP10664896A JPH09293780A JP H09293780 A JPH09293780 A JP H09293780A JP 10664896 A JP10664896 A JP 10664896A JP 10664896 A JP10664896 A JP 10664896A JP H09293780 A JPH09293780 A JP H09293780A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 上下層の配線間に形成される層間絶縁膜の平
坦性を向上させ、配線形成プロセスの歩留まり向上を図
る。 【解決手段】 半導体基板上に互いに近接して配置され
る第１の配線と第２の配線および前記第１、第２の配線
とは離間して配置される第３の配線を形成する工程と、
前記それぞれの配線が形成された前記半導体基板上に炭
素含有率が１3.５重量％以上の有機ＳＯＧ膜形成材料を
含む薬液を塗布する工程と、前記有機ＳＯＧ形成材料を
焼成して有機ＳＯＧ膜を形成する工程と、前記有機ＳＯ
Ｇ膜上に導電膜を形成した後、前記導電膜を選択的にエ
ッチングして上層の配線を形成する工程とを含む配線形
成方法である。この有機ＳＯＧ膜形成材料は平坦性が良
いため、層間絶縁膜の平坦性が向上し、上層配線の短絡
不良を防止できる。
坦性を向上させ、配線形成プロセスの歩留まり向上を図
る。 【解決手段】 半導体基板上に互いに近接して配置され
る第１の配線と第２の配線および前記第１、第２の配線
とは離間して配置される第３の配線を形成する工程と、
前記それぞれの配線が形成された前記半導体基板上に炭
素含有率が１3.５重量％以上の有機ＳＯＧ膜形成材料を
含む薬液を塗布する工程と、前記有機ＳＯＧ形成材料を
焼成して有機ＳＯＧ膜を形成する工程と、前記有機ＳＯ
Ｇ膜上に導電膜を形成した後、前記導電膜を選択的にエ
ッチングして上層の配線を形成する工程とを含む配線形
成方法である。この有機ＳＯＧ膜形成材料は平坦性が良
いため、層間絶縁膜の平坦性が向上し、上層配線の短絡
不良を防止できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、配線形成方法に関
し、特に、スピンオングラス(Spin On Glass; ＳＯＧ）
膜を用いて上下層の配線間の層間絶縁膜を平坦化する工
程を含む半導体製造プロセスに適用して有効な技術に関
するものである。
し、特に、スピンオングラス(Spin On Glass; ＳＯＧ）
膜を用いて上下層の配線間の層間絶縁膜を平坦化する工
程を含む半導体製造プロセスに適用して有効な技術に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体基板上
の配線段差が増大の一途を辿っていることから、下層の
配線と上層の配線とを絶縁する層間絶縁膜の平坦化技術
がＬＳＩの製造歩留まり、信頼性を確保する上で必須の
技術となっている。
の配線段差が増大の一途を辿っていることから、下層の
配線と上層の配線とを絶縁する層間絶縁膜の平坦化技術
がＬＳＩの製造歩留まり、信頼性を確保する上で必須の
技術となっている。
【０００３】層間絶縁膜を平坦化するには、通常、一層
の絶縁膜のみでは困難である。そこで従来より、配線上
にＣＶＤ法で酸化シリコン膜を堆積した後、配線間スペ
ースに生じた酸化シリコン膜の凹部にスピンオングラス
（ＳＯＧ）膜を埋め込むことが行われている。
の絶縁膜のみでは困難である。そこで従来より、配線上
にＣＶＤ法で酸化シリコン膜を堆積した後、配線間スペ
ースに生じた酸化シリコン膜の凹部にスピンオングラス
（ＳＯＧ）膜を埋め込むことが行われている。
【０００４】例えば特開平３−７２６９３号公報には、
配線上にプラズマＣＶＤ法で酸化シリコン膜を堆積した
後、その上部にＳＯＧ膜形成用塗布液を回転塗布し、こ
れを焼成して緻密化した後、エッチバックによりその表
面を平坦化し、さらにその上部にプラズマＣＶＤ法で第
２の酸化シリコン膜を堆積する平坦化技術が記載されて
いる。
配線上にプラズマＣＶＤ法で酸化シリコン膜を堆積した
後、その上部にＳＯＧ膜形成用塗布液を回転塗布し、こ
れを焼成して緻密化した後、エッチバックによりその表
面を平坦化し、さらにその上部にプラズマＣＶＤ法で第
２の酸化シリコン膜を堆積する平坦化技術が記載されて
いる。
【０００５】配線段差の緩和を目的として使用されるＳ
ＯＧ膜形成材料には、大別して無機系のものと有機系の
ものとがある。
ＯＧ膜形成材料には、大別して無機系のものと有機系の
ものとがある。
【０００６】無機系のＳＯＧ膜は、シラノール（Ｓｉ
（ＯＨ)4) をベースとするもので、通常、耐クラック性
を向上させるためにリン（Ｐ）などが添加される。使用
時には、エタノールなどの有機溶媒に溶かした薬液を毎
分数千回転の速度で半導体ウエハ上に回転塗布し、次い
でこれを熱処理して溶媒を蒸発させると、シラノール基
同士の脱水縮重合によって緻密な膜が形成される。
（ＯＨ)4) をベースとするもので、通常、耐クラック性
を向上させるためにリン（Ｐ）などが添加される。使用
時には、エタノールなどの有機溶媒に溶かした薬液を毎
分数千回転の速度で半導体ウエハ上に回転塗布し、次い
でこれを熱処理して溶媒を蒸発させると、シラノール基
同士の脱水縮重合によって緻密な膜が形成される。
【０００７】しかし、無機系のＳＯＧ膜は、シラノール
基（Ｓｉ−ＯＨ）を多量に含むので耐湿性が低いという
欠点がある。そのため、このＳＯＧ膜を含む層間絶縁膜
に接続孔を形成すると、その内壁に露出したＳＯＧ膜を
通じて水分が浸入し、配線腐食などを引き起こす虞れが
ある。また、無機系のＳＯＧ膜は、脱水縮重合による体
積収縮が大きいので膜の残留応力が大きく、熱処理後に
クラックが生じ易い。そのため、厚膜化が困難であるこ
とから十分な平坦性が得られ難いという欠点もある。
基（Ｓｉ−ＯＨ）を多量に含むので耐湿性が低いという
欠点がある。そのため、このＳＯＧ膜を含む層間絶縁膜
に接続孔を形成すると、その内壁に露出したＳＯＧ膜を
通じて水分が浸入し、配線腐食などを引き起こす虞れが
ある。また、無機系のＳＯＧ膜は、脱水縮重合による体
積収縮が大きいので膜の残留応力が大きく、熱処理後に
クラックが生じ易い。そのため、厚膜化が困難であるこ
とから十分な平坦性が得られ難いという欠点もある。
【０００８】一方、有機系のＳＯＧ膜形成材料は、アル
キルアルコキシシランをベースとするもので、この材料
で形成されたＳＯＧ膜は、無機系のＳＯＧ膜に比べて耐
クラック性、耐湿性が高いという特徴がある。その理由
は、Ｓｉ−Ｒ基（Ｒはメチル基、エチル基などの低級ア
ルキル基）を含有することから、脱水縮合時の体積収縮
が小さいことと、このＳｉ−Ｒ基のように、−Ｏ−Ｓｉ
−Ｏ−の三次元網目構造中に周囲と結合していない部分
があると、膜の残留応力がそこで吸収されるからである
と考えられる。また、このＳｉ−Ｒ基は撥水性があるた
めに膜の吸湿性も低い。この他にも、有機系のＳＯＧ膜
は無機系のＳＯＧ膜に比べて比誘電率が小さいので配線
容量の低減に有効であるといった利点がある。使用時に
は、前述した無機系のＳＯＧ膜形成材料と同様、エタノ
ールなどの有機溶媒に溶かした薬液を毎分数千回転の速
度で半導体ウエハ上に回転塗布し、焼成によって溶媒を
蒸発させて緻密な膜を形成する。
キルアルコキシシランをベースとするもので、この材料
で形成されたＳＯＧ膜は、無機系のＳＯＧ膜に比べて耐
クラック性、耐湿性が高いという特徴がある。その理由
は、Ｓｉ−Ｒ基（Ｒはメチル基、エチル基などの低級ア
ルキル基）を含有することから、脱水縮合時の体積収縮
が小さいことと、このＳｉ−Ｒ基のように、−Ｏ−Ｓｉ
−Ｏ−の三次元網目構造中に周囲と結合していない部分
があると、膜の残留応力がそこで吸収されるからである
と考えられる。また、このＳｉ−Ｒ基は撥水性があるた
めに膜の吸湿性も低い。この他にも、有機系のＳＯＧ膜
は無機系のＳＯＧ膜に比べて比誘電率が小さいので配線
容量の低減に有効であるといった利点がある。使用時に
は、前述した無機系のＳＯＧ膜形成材料と同様、エタノ
ールなどの有機溶媒に溶かした薬液を毎分数千回転の速
度で半導体ウエハ上に回転塗布し、焼成によって溶媒を
蒸発させて緻密な膜を形成する。
【０００９】なお、有機系のＳＯＧ膜については、特開
昭６４−９２３１号公報などに記載がある。また、有機
系のＳＯＧ膜を使った層間絶縁膜の平坦化技術について
は、特開平８−１７８１８号公報などに記載がある。
昭６４−９２３１号公報などに記載がある。また、有機
系のＳＯＧ膜を使った層間絶縁膜の平坦化技術について
は、特開平８−１７８１８号公報などに記載がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記有機
系のＳＯＧ膜を使った配線段差の緩和技術について検討
し、次のような問題点を見出した。
系のＳＯＧ膜を使った配線段差の緩和技術について検討
し、次のような問題点を見出した。
【００１１】図１０は、配線を形成した半導体基板の断
面図である。半導体基板１０上には酸化シリコン膜１１
が形成され、その上部には多数の配線１２Ａ〜１２Ｇが
形成されている。また、配線１２Ａ〜１２Ｇの上部には
酸化シリコン膜１３が形成されている。
面図である。半導体基板１０上には酸化シリコン膜１１
が形成され、その上部には多数の配線１２Ａ〜１２Ｇが
形成されている。また、配線１２Ａ〜１２Ｇの上部には
酸化シリコン膜１３が形成されている。
【００１２】図に示す一群の配線１２Ａ〜１２Ｇのう
ち、配線１２Ａと配線１２Ｂは互いに近接して配置さ
れ、かつ他の配線１２Ｃ〜１２Ｇとは離間して配置され
ている。配線１２Ａと配線１２Ｂのスペース（ｓ1)は１
μｍ程度であり、配線１２Ａと配線１２Ｇのスペース
（ｓ2)および配線１２Ｂと配線１２Ｃのスペース（ｓ3)
は、それぞれ５μｍ程度以上である。以下、この配線１
２Ａ、１２Ｂのように、互いに近接して配置され、かつ
他の配線とは離間して配置された一対の配線をツイン配
線という。
ち、配線１２Ａと配線１２Ｂは互いに近接して配置さ
れ、かつ他の配線１２Ｃ〜１２Ｇとは離間して配置され
ている。配線１２Ａと配線１２Ｂのスペース（ｓ1)は１
μｍ程度であり、配線１２Ａと配線１２Ｇのスペース
（ｓ2)および配線１２Ｂと配線１２Ｃのスペース（ｓ3)
は、それぞれ５μｍ程度以上である。以下、この配線１
２Ａ、１２Ｂのように、互いに近接して配置され、かつ
他の配線とは離間して配置された一対の配線をツイン配
線という。
【００１３】次に、図１１に示すように、配線１２Ｃ〜
１２Ｇを覆う酸化シリコン膜１１の上部に有機系のＳＯ
Ｇ膜形成材料を含む薬液を回転塗布する。このとき、上
記ツイン配線（配線１２Ａ、１２Ｂ）の近傍では薬液が
低段差部（配線のない領域）へ流動するため、配線１２
Ａと配線１２Ｂのスペースに塗布された薬液が目減り
し、このスペースに窪みが生じる。他方、多くの配線１
２Ｄ〜１２Ｇが形成されている領域では、配線同士が互
いに近接して配置されていても、薬液の流動が相殺され
るため、配線間スペースに窪みが生じることはない。
１２Ｇを覆う酸化シリコン膜１１の上部に有機系のＳＯ
Ｇ膜形成材料を含む薬液を回転塗布する。このとき、上
記ツイン配線（配線１２Ａ、１２Ｂ）の近傍では薬液が
低段差部（配線のない領域）へ流動するため、配線１２
Ａと配線１２Ｂのスペースに塗布された薬液が目減り
し、このスペースに窪みが生じる。他方、多くの配線１
２Ｄ〜１２Ｇが形成されている領域では、配線同士が互
いに近接して配置されていても、薬液の流動が相殺され
るため、配線間スペースに窪みが生じることはない。
【００１４】次に、上記薬液の塗布膜を焼成してＳＯＧ
膜１４を形成した後、図１２に示すように、配線１２Ａ
〜１２Ｇの上部のＳＯＧ膜１４をエッチバックして取り
除く。ＳＯＧ膜１４は、使用済みのフォトレジストを除
去するための酸素プラズマアッシング工程で膜質が劣化
するため、配線上には残らないようにする必要がある。
膜１４を形成した後、図１２に示すように、配線１２Ａ
〜１２Ｇの上部のＳＯＧ膜１４をエッチバックして取り
除く。ＳＯＧ膜１４は、使用済みのフォトレジストを除
去するための酸素プラズマアッシング工程で膜質が劣化
するため、配線上には残らないようにする必要がある。
【００１５】次に、図１３に示すように、配線１２Ａ〜
１２ＧとＳＯＧ膜１４のそれぞれの上部全面にプラズマ
ＣＶＤ法で酸化シリコン膜１５を堆積した後、その上部
に上層配線用の導電膜１６を堆積する。このとき、前記
ツイン配線（配線１２Ａ、１２Ｂ）のスペースのＳＯＧ
膜１４に窪みが生じていることに起因して、このスペー
スの上部の導電膜１６にも窪みが生じる。
１２ＧとＳＯＧ膜１４のそれぞれの上部全面にプラズマ
ＣＶＤ法で酸化シリコン膜１５を堆積した後、その上部
に上層配線用の導電膜１６を堆積する。このとき、前記
ツイン配線（配線１２Ａ、１２Ｂ）のスペースのＳＯＧ
膜１４に窪みが生じていることに起因して、このスペー
スの上部の導電膜１６にも窪みが生じる。
【００１６】その結果、フォトレジストをマスクにした
ドライエッチングで導電膜１６をパターニングして上層
の配線１７Ａ、１７Ｂを形成する際、図１４に示すよう
に、配線１７Ａ、１７Ｂのスペースに導電膜１６のエッ
チング残り１６Ａが生じ、隣接した配線１７Ａ、１７Ｂ
同士がこのエッチング残り１６Ａを介して短絡する不良
が発生する。
ドライエッチングで導電膜１６をパターニングして上層
の配線１７Ａ、１７Ｂを形成する際、図１４に示すよう
に、配線１７Ａ、１７Ｂのスペースに導電膜１６のエッ
チング残り１６Ａが生じ、隣接した配線１７Ａ、１７Ｂ
同士がこのエッチング残り１６Ａを介して短絡する不良
が発生する。
【００１７】配線１７Ａ、１７Ｂのスペースにエッチン
グ残り１６Ａが生じる原因は、このスペースに窪みが存
在すると、図１５に示すように、導電膜１６の実効的な
膜厚（Ｔ）が窪みの側壁で最大（Ｔ’）となるためであ
る。このとき、導電膜１６を十分にオーバーエッチング
すれば窪みのエッチング残り１６Ａは解消されるが、こ
の場合は、他の配線１２Ｃ〜１２Ｇの上部の酸化シリコ
ン膜１３までもがエッチングされ、配線１２Ｃ〜１２Ｇ
の表面が露出してしまう。
グ残り１６Ａが生じる原因は、このスペースに窪みが存
在すると、図１５に示すように、導電膜１６の実効的な
膜厚（Ｔ）が窪みの側壁で最大（Ｔ’）となるためであ
る。このとき、導電膜１６を十分にオーバーエッチング
すれば窪みのエッチング残り１６Ａは解消されるが、こ
の場合は、他の配線１２Ｃ〜１２Ｇの上部の酸化シリコ
ン膜１３までもがエッチングされ、配線１２Ｃ〜１２Ｇ
の表面が露出してしまう。
【００１８】このように、ＳＯＧ膜を含む層間絶縁膜の
上部に上層の配線を形成する工程では、下層のツイン配
線のスペースに生じたＳＯＧ膜の窪みに上層配線用導電
膜のエッチング残りが発生し、このエッチング残りを介
して隣接した上層配線同士の短絡不良が発生するという
問題がある。そこで、ツイン配線のスペースに埋め込ん
だ際に窪みが小さくなるような平坦性の良いＳＯＧ膜を
使用することが、配線形成プロセスの歩留まりを向上さ
せる上で必須となる。
上部に上層の配線を形成する工程では、下層のツイン配
線のスペースに生じたＳＯＧ膜の窪みに上層配線用導電
膜のエッチング残りが発生し、このエッチング残りを介
して隣接した上層配線同士の短絡不良が発生するという
問題がある。そこで、ツイン配線のスペースに埋め込ん
だ際に窪みが小さくなるような平坦性の良いＳＯＧ膜を
使用することが、配線形成プロセスの歩留まりを向上さ
せる上で必須となる。
【００１９】本発明の目的は、上下層の配線間に形成さ
れる層間絶縁膜の平坦性を向上させることにより、配線
形成プロセスの歩留まりを向上させることにある。
れる層間絶縁膜の平坦性を向上させることにより、配線
形成プロセスの歩留まりを向上させることにある。
【００２０】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【００２２】本発明の配線形成方法は、半導体基板上に
互いに近接して配置される第１の配線と第２の配線およ
び前記第１、第２の配線とは離間して配置される第３の
配線を形成する工程と、前記それぞれの配線が形成され
た前記半導体基板上に炭素含有率が１3.５重量％以上の
有機ＳＯＧ膜形成材料を含む薬液を塗布する工程とを含
んでいる。
互いに近接して配置される第１の配線と第２の配線およ
び前記第１、第２の配線とは離間して配置される第３の
配線を形成する工程と、前記それぞれの配線が形成され
た前記半導体基板上に炭素含有率が１3.５重量％以上の
有機ＳＯＧ膜形成材料を含む薬液を塗布する工程とを含
んでいる。
【００２３】本発明の配線形成方法は、半導体基板上に
互いに近接して配置される第１の配線と第２の配線およ
び前記第１、第２の配線とは離間して配置される第３の
配線を形成する工程と、前記それぞれの配線が形成され
た前記半導体基板上に炭素含有率が１3.５重量％以上の
有機ＳＯＧ膜形成材料を含む薬液を塗布する工程と、前
記有機ＳＯＧ形成材料を焼成して有機ＳＯＧ膜を形成す
る工程と、前記有機ＳＯＧ膜上に導電膜を形成した後、
前記導電膜を選択的にエッチングして上層の配線を形成
する工程とを含んでいる。
互いに近接して配置される第１の配線と第２の配線およ
び前記第１、第２の配線とは離間して配置される第３の
配線を形成する工程と、前記それぞれの配線が形成され
た前記半導体基板上に炭素含有率が１3.５重量％以上の
有機ＳＯＧ膜形成材料を含む薬液を塗布する工程と、前
記有機ＳＯＧ形成材料を焼成して有機ＳＯＧ膜を形成す
る工程と、前記有機ＳＯＧ膜上に導電膜を形成した後、
前記導電膜を選択的にエッチングして上層の配線を形成
する工程とを含んでいる。
【００２４】前記第１の配線と前記第２の配線のスペー
スは0.７〜２.0μｍであり、前記第１の配線および前記
第２の配線から前記第３の配線までのスペースは５μｍ
以上である。
スは0.７〜２.0μｍであり、前記第１の配線および前記
第２の配線から前記第３の配線までのスペースは５μｍ
以上である。
【００２５】前記有機ＳＯＧ膜形成材料を合成する際の
加水分解率は、７５〜９５％である。
加水分解率は、７５〜９５％である。
【００２６】前記有機ＳＯＧ膜形成材料は、二官能アル
コキシシラン、三官能アルコキシシランおよび四官能ア
ルコキシシランを加水分解して合成する。この合成にお
いては、前記四官能アルコキシシランを１４〜４０重量
％の割合で用いるのが好ましい。
コキシシラン、三官能アルコキシシランおよび四官能ア
ルコキシシランを加水分解して合成する。この合成にお
いては、前記四官能アルコキシシランを１４〜４０重量
％の割合で用いるのが好ましい。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２８】まず、ＳＯＧ膜の平坦性を以下の方法で評
価した。図１は、本評価方法で用いた半導体基板１の要
部を示す断面図である。単結晶シリコン（Ｓｉ）の半導
体基板１上には酸化シリコン膜２が形成され、その上部
には配線３Ａ、３Ｂ、３Ｃが形成されている。配線３
Ａ、３Ｂ、３Ｃの上部には酸化シリコン膜４が形成さ
れ、さらにその上部にＳＯＧ膜５が形成されている。互
いに近接して配置された２本の配線３Ａ、３Ｂはツイン
配線を構成しており、このツイン配線からある程度の距
離だけ離間して配線３Ｃが配置されている。実際の半導
体基板１上には、配線３Ａ、３Ｂ間のスペース（ｓ1)を
少しずつ変えた複数組のツイン配線と、ツイン配線との
スペース（ｓ2)を少しずつ変えた複数本の配線３Ｃとが
形成されている。
価した。図１は、本評価方法で用いた半導体基板１の要
部を示す断面図である。単結晶シリコン（Ｓｉ）の半導
体基板１上には酸化シリコン膜２が形成され、その上部
には配線３Ａ、３Ｂ、３Ｃが形成されている。配線３
Ａ、３Ｂ、３Ｃの上部には酸化シリコン膜４が形成さ
れ、さらにその上部にＳＯＧ膜５が形成されている。互
いに近接して配置された２本の配線３Ａ、３Ｂはツイン
配線を構成しており、このツイン配線からある程度の距
離だけ離間して配線３Ｃが配置されている。実際の半導
体基板１上には、配線３Ａ、３Ｂ間のスペース（ｓ1)を
少しずつ変えた複数組のツイン配線と、ツイン配線との
スペース（ｓ2)を少しずつ変えた複数本の配線３Ｃとが
形成されている。
【００２９】上記酸化シリコン膜２はプラズマＣＶＤ法
を用い、その膜厚が0.４μｍとなるように堆積した。配
線３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、酸化シリコン膜２上にスパッタ
リング法でＴｉＮ（チタンナイトライド）膜、Ａｌ（ア
ルミニウム）−Ｃｕ（銅）−Ｓｉ合金膜、Ｗ（タングス
テン）膜をそれぞれ膜厚0.１μｍ、0.４μｍ、0.１５μ
ｍで堆積した後、フォトレジストをマスクにしたドライ
エッチングでこれらの膜をパターニングして形成した。
配線３Ａ、３Ｂ、３Ｃの幅はいずれも１μｍとした。配
線３Ａ、３Ｂ、３Ｃの上部の酸化シリコン膜４はプラズ
マＣＶＤ法を用い、平坦部での膜厚が0.３５μｍとなる
ように堆積した。この酸化シリコン膜４の段差被覆性は
0.５５であった。ＳＯＧ膜５は市販のものを用い、平坦
部での膜厚が0.２５μｍとなるように回転塗布した。
を用い、その膜厚が0.４μｍとなるように堆積した。配
線３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、酸化シリコン膜２上にスパッタ
リング法でＴｉＮ（チタンナイトライド）膜、Ａｌ（ア
ルミニウム）−Ｃｕ（銅）−Ｓｉ合金膜、Ｗ（タングス
テン）膜をそれぞれ膜厚0.１μｍ、0.４μｍ、0.１５μ
ｍで堆積した後、フォトレジストをマスクにしたドライ
エッチングでこれらの膜をパターニングして形成した。
配線３Ａ、３Ｂ、３Ｃの幅はいずれも１μｍとした。配
線３Ａ、３Ｂ、３Ｃの上部の酸化シリコン膜４はプラズ
マＣＶＤ法を用い、平坦部での膜厚が0.３５μｍとなる
ように堆積した。この酸化シリコン膜４の段差被覆性は
0.５５であった。ＳＯＧ膜５は市販のものを用い、平坦
部での膜厚が0.２５μｍとなるように回転塗布した。
【００３０】図２は、ツイン配線（配線３Ａ、３Ｂ）の
スペース（ｓ1)と、このスペース（ｓ1)に埋め込まれた
ＳＯＧ膜５の平坦性との相関関係を示すグラフである。
ここでは、ＳＯＧ膜５の平坦性を傾斜角（θ）（図１参
照）で示している。図示のように、ツイン配線のスペー
ス（ｓ1)が約0.５μｍ以上になると急激に傾斜角（θ）
が大きくなり、平坦性が低下する。また、スペース（ｓ
1)が１μｍ以上の領域では、約2.５μｍまでは比較的急
激に傾斜角（θ）の低下が見られ、それよりもスペース
（ｓ1)が大きい領域では緩やかに傾斜角（θ）が低下す
る。これにより、スペース（ｓ1)が１μｍ前後のとき傾
斜角（θ）が最大となり、ＳＯＧ膜５の平坦性が最も低
下することが分かる。
スペース（ｓ1)と、このスペース（ｓ1)に埋め込まれた
ＳＯＧ膜５の平坦性との相関関係を示すグラフである。
ここでは、ＳＯＧ膜５の平坦性を傾斜角（θ）（図１参
照）で示している。図示のように、ツイン配線のスペー
ス（ｓ1)が約0.５μｍ以上になると急激に傾斜角（θ）
が大きくなり、平坦性が低下する。また、スペース（ｓ
1)が１μｍ以上の領域では、約2.５μｍまでは比較的急
激に傾斜角（θ）の低下が見られ、それよりもスペース
（ｓ1)が大きい領域では緩やかに傾斜角（θ）が低下す
る。これにより、スペース（ｓ1)が１μｍ前後のとき傾
斜角（θ）が最大となり、ＳＯＧ膜５の平坦性が最も低
下することが分かる。
【００３１】次に、ツイン配線のスペース（ｓ1)を１μ
ｍに固定し、周辺の配線（配線３Ｃ）がＳＯＧ膜５の平
坦性に及ぼす影響を調べた結果を図３に示す。横軸は周
辺の配線３Ｃとツイン配線とのスペース（ｓ2)を示し、
縦軸はツイン配線のスペース（ｓ1)に埋め込まれたＳＯ
Ｇ膜５の傾斜角（θ）を示している。
ｍに固定し、周辺の配線（配線３Ｃ）がＳＯＧ膜５の平
坦性に及ぼす影響を調べた結果を図３に示す。横軸は周
辺の配線３Ｃとツイン配線とのスペース（ｓ2)を示し、
縦軸はツイン配線のスペース（ｓ1)に埋め込まれたＳＯ
Ｇ膜５の傾斜角（θ）を示している。
【００３２】図示のように、周辺の配線３Ｃとツイン配
線とのスペース（ｓ2)が小さい場合は傾斜角（θ）も小
さいが、スペース（ｓ2)が５μｍ程度まで大きくなると
傾斜角（θ）が急激に増加し、それよりも大きい領域で
は飽和傾向にある。これにより、ツイン配線から５μｍ
以上離れた領域に周辺の配線３Ｃがあるような場合に
は、ツイン配線のスペース（ｓ1)でＳＯＧ膜５の平坦性
不足が顕在化し、ＳＯＧ膜形成材料を含めたプロセス面
からの対策が必要となることが分かる。
線とのスペース（ｓ2)が小さい場合は傾斜角（θ）も小
さいが、スペース（ｓ2)が５μｍ程度まで大きくなると
傾斜角（θ）が急激に増加し、それよりも大きい領域で
は飽和傾向にある。これにより、ツイン配線から５μｍ
以上離れた領域に周辺の配線３Ｃがあるような場合に
は、ツイン配線のスペース（ｓ1)でＳＯＧ膜５の平坦性
不足が顕在化し、ＳＯＧ膜形成材料を含めたプロセス面
からの対策が必要となることが分かる。
【００３３】次に、二官能、三官能および四官能アルコ
キシシランのモル比率と加水分解率とを変えて表１に示
す１８種類（No. １〜No. １８）の有機ＳＯＧ膜形成材
料を合成した。
キシシランのモル比率と加水分解率とを変えて表１に示
す１８種類（No. １〜No. １８）の有機ＳＯＧ膜形成材
料を合成した。
【００３４】
【表１】
【００３５】この合成フローを図４に示す。図中のｍに
対するｎの比率が加水分解率である。使用した二官能ア
ルコキシシランはジメトキシジメチルシラン、三官能ア
ルコキシシランはトリメトキシメチルシラン、四官能ア
ルコキシシランはテトラメトキシシランである。加水分
解率は、各アルコキシシラン中のアルコキシ基がシラノ
ール基に置換される割合のことで、加える水の割合を示
している。炭素含有率は、各有機ＳＯＧ膜形成材料中に
含まれる炭素の割合（重量比）である。
対するｎの比率が加水分解率である。使用した二官能ア
ルコキシシランはジメトキシジメチルシラン、三官能ア
ルコキシシランはトリメトキシメチルシラン、四官能ア
ルコキシシランはテトラメトキシシランである。加水分
解率は、各アルコキシシラン中のアルコキシ基がシラノ
ール基に置換される割合のことで、加える水の割合を示
している。炭素含有率は、各有機ＳＯＧ膜形成材料中に
含まれる炭素の割合（重量比）である。
【００３６】次に、上記１８種類の有機ＳＯＧ膜形成材
料の平坦性を評価するために、これらのポリマーにイソ
プロピルアルコールを加え、前記図１のツイン配線（配
線３Ａ、３Ｂ）が形成された半導体基板１上に、平坦部
での膜厚が0.２５μｍとなるように回転塗布した。ツイ
ン配線のスペース（ｓ1)は１μｍである。
料の平坦性を評価するために、これらのポリマーにイソ
プロピルアルコールを加え、前記図１のツイン配線（配
線３Ａ、３Ｂ）が形成された半導体基板１上に、平坦部
での膜厚が0.２５μｍとなるように回転塗布した。ツイ
ン配線のスペース（ｓ1)は１μｍである。
【００３７】図５は、ツイン配線のスペース（ｓ1)に埋
め込んだＳＯＧ膜の表面の窪み（図１参照）の大きさ
と、有機ＳＯＧ膜形成材料の炭素含有率との関係を示す
グラフである。図示のように、有機ＳＯＧ膜形成材料の
炭素含有率が高いほど窪みは小さくなり、平坦性が向上
することが分かる。半導体製造プロセスでは、この窪み
の大きさが0.１５μｍ以下（傾斜角（θ）で３０度以
下）であることが好ましいとされているので、炭素含有
率が１3.５％以上の有機ＳＯＧ膜形成材料が適している
といえる。他方、別の実験から、炭素含有率が２３％以
上になると下地（酸化シリコン膜）との密着性が低下す
るとの結果を得ているので、結局、炭素含有率の最適範
囲は１3.５〜２３％であるといえる。
め込んだＳＯＧ膜の表面の窪み（図１参照）の大きさ
と、有機ＳＯＧ膜形成材料の炭素含有率との関係を示す
グラフである。図示のように、有機ＳＯＧ膜形成材料の
炭素含有率が高いほど窪みは小さくなり、平坦性が向上
することが分かる。半導体製造プロセスでは、この窪み
の大きさが0.１５μｍ以下（傾斜角（θ）で３０度以
下）であることが好ましいとされているので、炭素含有
率が１3.５％以上の有機ＳＯＧ膜形成材料が適している
といえる。他方、別の実験から、炭素含有率が２３％以
上になると下地（酸化シリコン膜）との密着性が低下す
るとの結果を得ているので、結局、炭素含有率の最適範
囲は１3.５〜２３％であるといえる。
【００３８】図６は、上記窪みの大きさと、合成した有
機ＳＯＧ膜形成材料中の四官能アルコキシシランの成分
比率との関係を示すグラフである。ここでは二官能成分
と三官能成分のモル比を１：２に固定し、四官能成分の
添加量を変えて調べた。図示のように、四官能成分の比
率が小さい場合には窪みは小さいが、四官能成分の比率
を高めていくと単調に窪みが大きくなり、平坦性が劣化
することが分かる。従って、例えば窪みを0.１２μｍ以
下とするには、四官能成分の比率を４０％とすればよ
い。ただし、二官能成分と三官能成分のみでは炭素含有
率が高くなり、下地との密着性に問題が生じるので、四
官能成分を少なくとも１４％以上添加する必要がある。
機ＳＯＧ膜形成材料中の四官能アルコキシシランの成分
比率との関係を示すグラフである。ここでは二官能成分
と三官能成分のモル比を１：２に固定し、四官能成分の
添加量を変えて調べた。図示のように、四官能成分の比
率が小さい場合には窪みは小さいが、四官能成分の比率
を高めていくと単調に窪みが大きくなり、平坦性が劣化
することが分かる。従って、例えば窪みを0.１２μｍ以
下とするには、四官能成分の比率を４０％とすればよ
い。ただし、二官能成分と三官能成分のみでは炭素含有
率が高くなり、下地との密着性に問題が生じるので、四
官能成分を少なくとも１４％以上添加する必要がある。
【００３９】図７は、上記窪みの大きさと、有機ＳＯＧ
膜形成材料合成時の加水分解率との関係を示すグラフで
ある。ここでは二官能成分、三官能成分、四官能成分の
モル比を１：２：２とした場合について調べた。図示の
ように、加水分解率が小さい方が窪みが小さく、平坦性
が良いことが分かる。特に、加水分解率が９５％以下の
場合に安定して良好な平坦性が得られた。加水分解率が
この値より大きくなると急激に窪みが大きくなり、平坦
性が劣化する。ただし、加水分解率が７５％以下では回
転塗布直後の膜厚に比べてベーク後の膜厚減少が大きく
なり、制御性が低下する。従って、７５％〜９５％が加
水分解率の適正範囲である。
膜形成材料合成時の加水分解率との関係を示すグラフで
ある。ここでは二官能成分、三官能成分、四官能成分の
モル比を１：２：２とした場合について調べた。図示の
ように、加水分解率が小さい方が窪みが小さく、平坦性
が良いことが分かる。特に、加水分解率が９５％以下の
場合に安定して良好な平坦性が得られた。加水分解率が
この値より大きくなると急激に窪みが大きくなり、平坦
性が劣化する。ただし、加水分解率が７５％以下では回
転塗布直後の膜厚に比べてベーク後の膜厚減少が大きく
なり、制御性が低下する。従って、７５％〜９５％が加
水分解率の適正範囲である。
【００４０】図８は、二官能成分、三官能成分、四官能
成分の合成比率を変えた場合の、エッチング速度と残存
膜厚との関係を示すグラフである。ここでは、エッチン
グ速度を膜質評価の指針とした。エッチング速度が小さ
いほど膜質は良好で好ましいと言える。エッチング液は
0.５％体積濃度のＨＦ（フッ酸）水溶液とした。
成分の合成比率を変えた場合の、エッチング速度と残存
膜厚との関係を示すグラフである。ここでは、エッチン
グ速度を膜質評価の指針とした。エッチング速度が小さ
いほど膜質は良好で好ましいと言える。エッチング液は
0.５％体積濃度のＨＦ（フッ酸）水溶液とした。
【００４１】評価したＳＯＧ膜はエッチング初期に比較
的ゆっくりと膜が減少し、ある時間を経過すると急激に
膜が減少するという特性を示した。また、有機ＳＯＧ膜
形成材料中の炭素含有率が小さくなるような比率のもの
から形成されたＳＯＧ膜は、初期の残膜の減少率が大き
く、急激に膜減少が起きるまでの時間も短い。他方、炭
素含有率が大きくなるような比率のものから形成された
ＳＯＧ膜は、初期の残膜の減少率が小さく、急激に膜減
少が起きるまでの時間も長くなる。
的ゆっくりと膜が減少し、ある時間を経過すると急激に
膜が減少するという特性を示した。また、有機ＳＯＧ膜
形成材料中の炭素含有率が小さくなるような比率のもの
から形成されたＳＯＧ膜は、初期の残膜の減少率が大き
く、急激に膜減少が起きるまでの時間も短い。他方、炭
素含有率が大きくなるような比率のものから形成された
ＳＯＧ膜は、初期の残膜の減少率が小さく、急激に膜減
少が起きるまでの時間も長くなる。
【００４２】図９は、合成時の加水分解率を変えた場合
の、エッチング速度と残存膜厚との関係を示すグラフで
ある。図示のように、加水分解率を小さくしたものは初
期の残膜の減少率が大きくなり、急激に膜減少がおきる
までの時間も短くなる。通常、急激に膜減少が起きるま
での時間は、少なくとも５分程度は確保する必要がある
と思われる。今回合成した有機ＳＯＧ膜形成材料は、い
ずれもこの値をクリアーしているので問題とはならな
い。
の、エッチング速度と残存膜厚との関係を示すグラフで
ある。図示のように、加水分解率を小さくしたものは初
期の残膜の減少率が大きくなり、急激に膜減少がおきる
までの時間も短くなる。通常、急激に膜減少が起きるま
での時間は、少なくとも５分程度は確保する必要がある
と思われる。今回合成した有機ＳＯＧ膜形成材料は、い
ずれもこの値をクリアーしているので問題とはならな
い。
【００４３】次に、電気的膜質評価の結果と光学的特性
を説明する。比抵抗が１０Ωｃｍの低抵抗シリコン基板
上に前記表１のＮｏ．３の有機ＳＯＧ膜形成材料を用い
たＳＯＧ膜を膜厚２００nmとなるように形成し、４５０
℃の窒素雰囲気中で３０分間アニールした後、アルミニ
ウム電極をマスク蒸着し、容量−電圧特性から誘電率を
求めた結果、3.０という値を得た。また、電流−電圧特
性から１ｃｍ2 当りのリーク電流が１μＡとなる電界強
度で電気的耐圧を求めると４ＭＶ／ｃｍ以上であった。
膜の屈折率は1.３７であった。
を説明する。比抵抗が１０Ωｃｍの低抵抗シリコン基板
上に前記表１のＮｏ．３の有機ＳＯＧ膜形成材料を用い
たＳＯＧ膜を膜厚２００nmとなるように形成し、４５０
℃の窒素雰囲気中で３０分間アニールした後、アルミニ
ウム電極をマスク蒸着し、容量−電圧特性から誘電率を
求めた結果、3.０という値を得た。また、電流−電圧特
性から１ｃｍ2 当りのリーク電流が１μＡとなる電界強
度で電気的耐圧を求めると４ＭＶ／ｃｍ以上であった。
膜の屈折率は1.３７であった。
【００４４】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
【００４５】本発明の有機ＳＯＧ膜形成材料を下層配線
上に塗布することにより、ツイン配線の配線間スペース
の窪みが低減され、平坦性の良い層間絶縁膜が得られる
ため、上層配線の短絡不良を防止することができ、配線
形成工程の歩留まりを向上させることができる。
上に塗布することにより、ツイン配線の配線間スペース
の窪みが低減され、平坦性の良い層間絶縁膜が得られる
ため、上層配線の短絡不良を防止することができ、配線
形成工程の歩留まりを向上させることができる。
【図１】実施例の評価方法で用いた半導体基板の要部を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】ツイン配線のスペースと、このスペースに埋め
込まれたＳＯＧ膜の平坦性との相関関係を示すグラフで
ある。
込まれたＳＯＧ膜の平坦性との相関関係を示すグラフで
ある。
【図３】周辺の配線とＳＯＧ膜の平坦性との相関関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図４】有機ＳＯＧ膜形成材料の合成フロー図である。
【図５】ツイン配線のスペースに埋め込んだＳＯＧ膜の
表面の窪みの大きさと、有機ＳＯＧ膜形成材料の炭素含
有率との相関関係を示すグラフである。
表面の窪みの大きさと、有機ＳＯＧ膜形成材料の炭素含
有率との相関関係を示すグラフである。
【図６】窪みの大きさと、合成した有機ＳＯＧ膜形成材
料中の四官能アルコキシシランの成分比率との相関関係
を示すグラフである。
料中の四官能アルコキシシランの成分比率との相関関係
を示すグラフである。
【図７】窪みの大きさと、有機ＳＯＧ膜形成材料合成時
の加水分解率との相関関係を示すグラフである。
の加水分解率との相関関係を示すグラフである。
【図８】二官能成分、三官能成分、四官能成分の合成比
率を変えた場合の、エッチング速度と残存膜厚との相関
関係を示すグラフである。
率を変えた場合の、エッチング速度と残存膜厚との相関
関係を示すグラフである。
【図９】有機ＳＯＧ膜形成材料合成時の加水分解率を変
えた場合の、エッチング速度と残存膜厚との相関関係を
示すグラフである。
えた場合の、エッチング速度と残存膜厚との相関関係を
示すグラフである。
【図１０】本発明者が検討した配線形成プロセスを示す
半導体基板の要部断面図である。
半導体基板の要部断面図である。
【図１１】本発明者が検討した配線形成プロセスを示す
半導体基板の要部断面図である。
半導体基板の要部断面図である。
【図１２】本発明者が検討した配線形成プロセスを示す
半導体基板の要部断面図である。
半導体基板の要部断面図である。
【図１３】本発明者が検討した配線形成プロセスを示す
半導体基板の要部断面図である。
半導体基板の要部断面図である。
【図１４】本発明者が検討した配線形成プロセスを示す
半導体基板の要部断面図である。
半導体基板の要部断面図である。
【図１５】本発明者が検討した配線形成プロセスを示す
半導体基板の要部断面図である。
半導体基板の要部断面図である。
１ 半導体基板 ２ 酸化シリコン膜 ３Ａ 配線 ３Ｂ 配線 ３Ｃ 配線 ４ 酸化シリコン膜 ５ ＳＯＧ膜 １０ 半導体基板 １１ 酸化シリコン膜 １２Ａ〜１２Ｇ 配線 １３ 酸化シリコン膜 １４ ＳＯＧ膜 １５ 酸化シリコン膜 １６ 導電膜 １６Ａ エッチング残り １７Ａ 配線 １７Ｂ 配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 聖隆 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 飯田 啓之 神奈川県川崎市中原区中丸子150番地 東 京応化工業株式会社内 (72)発明者 萩原 嘉男 神奈川県川崎市中原区中丸子150番地 東 京応化工業株式会社内 (72)発明者 中山 寿昌 神奈川県川崎市中原区中丸子150番地 東 京応化工業株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】 半導体基板上に互いに近接して配置され
る第１の配線と第２の配線および前記第１、第２の配線
とは離間して配置される第３の配線を形成する工程と、
前記それぞれの配線が形成された前記半導体基板上に炭
素含有率が１3.５重量％以上の有機ＳＯＧ膜形成材料を
含む薬液を塗布する工程とを含むことを特徴とする配線
形成方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の配線形成方法であって、
前記それぞれの配線が形成された前記半導体基板上に無
機絶縁膜を形成した後、前記無機絶縁膜上に前記有機Ｓ
ＯＧ膜形成材料を含む薬液を塗布することを特徴とする
配線形成方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の配線形成方法で
あって、前記有機ＳＯＧ膜形成材料を含む薬液を塗布
し、焼成を行った後、形成された有機ＳＯＧ膜を選択的
にエッチングすることにより、前記配線上の前記有機Ｓ
ＯＧ膜を除去することを特徴とする配線形成方法。 - 【請求項４】 請求項１、２または３記載の配線形成方
法であって、前記第１の配線と前記第２の配線のスペー
スが0.７〜２.0μｍあり、前記第１の配線および前記第
２の配線から前記第３の配線までのスペースが５μｍ以
上あることを特徴とする配線形成方法。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の配
線形成方法であって、前記有機ＳＯＧ膜形成材料の炭素
含有率が２３％重量以下であることを特徴とする配線形
成方法。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の配
線形成方法であって、前記有機ＳＯＧ膜形成材料を合成
する際の加水分解率が７５〜９５％であることを特徴と
する配線形成方法。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項に記載の配
線形成方法であって、前記有機ＳＯＧ膜形成材料は、二
官能アルコキシシラン、三官能アルコキシシランおよび
四官能アルコキシシランを加水分解して合成することを
特徴とする配線形成方法。 - 【請求項８】 請求項７記載の配線形成方法であって、
前記有機ＳＯＧ膜形成材料は、前記四官能アルコキシシ
ランが１４〜４０重量％含有されていることを特徴とす
る配線形成方法。 - 【請求項９】 半導体基板上に互いに近接して配置され
る第１の配線と第２の配線および前記第１、第２の配線
とは離間して配置される第３の配線を形成する工程と、
前記それぞれの配線が形成された前記半導体基板上に炭
素含有率が１3.５重量％以上の有機ＳＯＧ膜形成材料を
含む薬液を塗布する工程と、前記有機ＳＯＧ膜形成材料
を焼成して有機ＳＯＧ膜を形成する工程と、前記有機Ｓ
ＯＧ膜上に導電膜を形成した後、前記導電膜を選択的に
エッチングして上層の配線を形成する工程とを含むこと
を特徴とする配線形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10664896A JPH09293780A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 配線形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10664896A JPH09293780A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 配線形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09293780A true JPH09293780A (ja) | 1997-11-11 |
Family
ID=14438947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10664896A Pending JPH09293780A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 配線形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09293780A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008078617A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-04-03 | Canon Inc | 構造体の製造方法 |
| US7419902B2 (en) | 1999-06-24 | 2008-09-02 | Renesas Technology Corp. | Method of manufacture of semiconductor integrated circuit |
| JP2009170544A (ja) * | 2008-01-11 | 2009-07-30 | Rohm Co Ltd | 半導体装置 |
-
1996
- 1996-04-26 JP JP10664896A patent/JPH09293780A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7419902B2 (en) | 1999-06-24 | 2008-09-02 | Renesas Technology Corp. | Method of manufacture of semiconductor integrated circuit |
| US7737023B2 (en) | 1999-06-24 | 2010-06-15 | Renesas Technology Corporation | Method of manufacture of semiconductor integrated circuit device and semiconductor integrated circuit device |
| JP2008078617A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-04-03 | Canon Inc | 構造体の製造方法 |
| JP2009170544A (ja) * | 2008-01-11 | 2009-07-30 | Rohm Co Ltd | 半導体装置 |
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