JPH098138A - 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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JPH098138A
JPH098138A JP17662895A JP17662895A JPH098138A JP H098138 A JPH098138 A JP H098138A JP 17662895 A JP17662895 A JP 17662895A JP 17662895 A JP17662895 A JP 17662895A JP H098138 A JPH098138 A JP H098138A
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JP
Japan
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insulating film
film
wiring layer
etching
semiconductor device
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JP17662895A
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English (en)
Inventor
Naoki Itani
直毅 井谷
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】アルミの上にチタン膜を設けた配線の場合で
も、微細配線間を絶縁膜で確実に埋め込む。 【構成】アルミ13bの上にチタン膜13cを設けた配
線層13をTEOSのプラズマCVD膜14で覆い、ア
ルゴンスパッタエッチングによりそれらのエッジ部をテ
ーパー状に面取りした後、TEOSのプラズマCVD膜
15を全面に形成する。 【効果】アルミ13bの上のチタン膜13cがアルゴン
スパッタエッチングにより除去されることがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に関し、例えば、多層配線構造を有する半導体装置
及びその製造方法に適用して特に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の多層配線間の層間絶
縁膜で、特にTEOS(tetraethyl orthosilicate) を
原料とするプラズマCVD法による膜のみで平坦化を行
う場合、形成したプラズマTEOS膜のエッジ部分にテ
ーパー形状を設ける方法が用いられていた。
【0003】図4に、従来の半導体装置の製造方法を示
すが、まず、図4(a)に示すように、半導体基板41
上にシラン(SiH4 )、ホスフィン(PH3 )、ジボ
ラン(B2 6 )等を原料とした常圧CVD法により絶
縁膜42を形成した後、金属膜43をスパッタ法で成膜
する。その後、フォトリソ技術及びドライエッチングに
より金属膜43をパターニングして、配線層43を形成
する。その後、TEOS等を用いたプラズマCVD法に
より絶縁膜44を形成する。
【0004】プラズマCVD法により形成した絶縁膜4
4は段差被覆率が悪く、図示のように、エッジ部分がオ
ーバーハング形状になるため、層間絶縁膜として必要な
膜厚を成膜した時点で層間絶縁膜に鬆(す)が生じるこ
とがあった。また、段差が急峻になるため、その上に直
接次の配線層を形成すると、その配線層のフォトリソで
の焦点深度が足りなくなったり、ドライエッチング時に
段差低部でショートすることがあった。
【0005】そこで、図4(b)に示すように、薄く形
成した絶縁膜44をアルゴン等でスパッタエッチング
し、絶縁膜44のエッジ部分を面取りしてテーパー44
aを付ける。
【0006】その後、図4(c)に示すように、TEO
S等を用いたプラズマCVD法により絶縁膜45を形成
し、更に、フロン系のガスで全面エッチバックを行い、
絶縁膜44及び45からなる層間絶縁膜を形成する。
【0007】その後、図4(d)に示すように、フォト
リソ技術及びエッチングにより絶縁膜45及び44に開
孔部46を形成し、金属膜47をスパッタ法で成膜した
後、フォトリソ技術及びドライエッチングにより金属膜
47をパターニングし、配線層47を形成する。その
後、必要に応じて、配線層47及び絶縁膜45上に保護
膜48をPSG(phospho-silicate glass) 、プラズマ
SiN等で形成する。
【0008】以上に説明したような製造方法は、例え
ば、特開平3−214732号公報に記載されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の方法では、例えば、配線間隔が狭くなっ
たり、配線のエッジが尖った形状をしている場合に、次
のような問題があった。特に、図5に示すように、アル
ミ配線のエレクトロマイグレーション耐性を改善するた
めに、アルミ配線43の下及び上に例えば窒化チタン/
チタン積層膜51及びチタン膜52を夫々設けた場合、
配線のパターニングのためのエッチング時にアルミ配線
43が細って、図示の如く、配線のエッジが尖った形状
になるが、このような形状に対しては、上述したような
従来の方法で絶縁膜44にいくらテーパー形状を設けて
も、配線間を完全に埋め込むことができず、下地段差の
影響で絶縁膜44に鬆(す)53が開口してしまうこと
があった。このため、上層配線を形成した時に、その開
口部にエッチ残りが生じ、配線のショートの原因となっ
ていた。
【0010】また、特開平5−13601号公報には、
図6に示すように、絶縁膜44を形成する前に、配線層
43をアルゴンスパッタして、配線層43にテーパー形
状を設ける構成が記載されている。しかし、この構成で
は、上述したような積層配線を用いた場合に、アルミ配
線43の上部に形成したキャップのチタン膜52がアル
ゴンスパッタにより除去されてしまうので、エレクトロ
マイグレーション耐性が劣化するという問題があった。
また、アルゴンスパッタによって、配線の高さ及び幅が
小さくなってしまうという問題もあった。
【0011】そこで、本発明の目的は、平坦性が良く、
しかも配線の信頼性を損なうことがない半導体装置及び
その製造方法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
本発明の半導体装置の製造方法は、第1の絶縁膜である
下地絶縁膜の上に配線層を形成する工程と、前記配線層
を覆うように第2の絶縁膜を形成する工程と、前記配線
層の上縁部及びそれを覆う前記第2の絶縁膜の上縁部を
エッチングにより夫々テーパー状に面取りする工程と、
全面に第3の絶縁膜を形成する工程とを有する。
【0013】本発明の一態様では、前記エッチングを、
アルゴンスパッタによる物理的エッチング又は異方性エ
ッチングにより行う。
【0014】また、本発明の半導体装置は、第1の絶縁
膜である下地絶縁膜の上に形成された一対の垂直壁部、
前記一対の垂直壁部から上にテーパー状に狭まって連な
る一対の傾斜面部及び前記一対の傾斜面部の間に連なる
水平面部を備えた配線層と、前記垂直壁部の表面に形成
された第2の絶縁膜と、前記水平面部の表面に形成され
た第3の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜、前記一対の傾斜
面部及び前記第3の絶縁膜を覆うように形成された第4
の絶縁膜とを有する。
【0015】本発明の一態様では、前記第2の絶縁膜の
上端面、前記傾斜面部の一方及び前記第3の絶縁膜の一
方の端面が1つの平面上にある。
【0016】
【作用】本発明においては、配線層の上縁部及びそれを
覆う第2の絶縁膜の上縁部を同時に連続的にエッチング
して、その部分をテーパー状に面取りすることにより、
例えば、配線層の構成や形状等に影響されることなく、
微細化された配線間を第3の絶縁膜により確実に埋め込
むことができて、平坦化することができる。従って、配
線間の絶縁膜に鬆(す)が発生することがなく、配線の
エッチ残りやショートを防止することができて、配線の
信頼性が向上する。
【0017】
【実施例】以下、本発明を実施例につき図1〜図3を参
照して説明する。
【0018】図1に、本発明の第1の実施例による半導
体装置の製造方法を示す。
【0019】まず、図1(a)に示すように、シリコン
半導体基板11上にシラン、ホスフィン、ジボラン等を
原料とした常圧CVD法により絶縁膜12を500〜1
000nmの膜厚に形成した後、その上に、2〜20n
mのチタン、50〜150nmの窒化チタン、300〜
500nmのアルミ及び20〜50nmのチタンをスパ
ッタ装置において真空中で連続的に成膜する。その後、
フォトリソ技術及びドライエッチングによりパターニン
グして、窒化チタン/チタン積層膜13a、アルミ膜1
3b及びチタン膜13cからなる配線層13を形成す
る。この時、図示の如く、ドライエッチング時に、上下
のチタン膜13c及び窒化チタン/チタン積層膜13a
よりもアルミ膜13bが細った形状となり、配線層13
の上縁部が尖った形状となる。
【0020】その後、図1(b)に示すように、TEO
Sを用いたプラズマCVD法により絶縁膜14を200
〜400nmの膜厚に形成する。すると、配線層13の
形状が絶縁膜14の形状に反映されるため、絶縁膜14
の上縁部も尖って、オーバーハング形状が一層強くな
る。
【0021】その後、図1(c)に示すように、アルゴ
ンガスを用い、酸化膜厚換算で100〜140nmのス
パッタエッチングを行う。このスパッタエッチングは物
理的なエッチングであるため、まず絶縁膜14のエッジ
である上縁部が優先的に削られていく。そして、配線層
13の上縁部が現れた後もエッチングを続けることによ
り、図示の如く、絶縁膜14の上縁部と配線層13の上
縁部が共にテーパー状に面取りされる。但し、このエッ
チングは、配線層13のアルミ膜13bの垂直壁部A及
び配線層13の上部の水平面部Bに夫々絶縁膜14が残
存するように行う。
【0022】その後、図1(d)に示すように、TEO
Sを原料としたプラズマCVD法により絶縁膜15を6
00〜800nmの膜厚に形成する。この時、図示の如
く、配線層13の上縁部及びそれを覆う絶縁膜14の上
縁部が共に面取りされているために、配線層13間の間
隙の開口部を狭めるオーバーハング形状は無くなってお
り、従って、絶縁膜15は配線層13間の間隙を完全に
埋め込むように形成される。即ち、従来のような鬆
(す)が発生することがない。
【0023】その後、図1(e)に示すように、フォト
リソ技術及びエッチングにより絶縁膜15及び14に配
線層13に達する開孔部16を形成し、アルミ又はアル
ミ合金からなる金属膜17をスパッタ法で600〜90
0nm成膜した後、フォトリソ技術及びドライエッチン
グにより金属膜17をパターニングし、配線層17を形
成する。その後、必要に応じて、配線層17及び絶縁膜
15上に保護膜18をPSG又はプラズマSiNで40
0〜1500nmの膜厚に形成する。
【0024】本実施例の方法においては、絶縁膜14を
形成した後に、絶縁膜14の上縁部と配線層13の上縁
部とをアルゴンスパッタによりエッチングしてテーパー
状に面取りするので、配線層13の上部に形成されたキ
ャップのチタン膜13cがアルゴンスパッタにより除去
されることがない。従って、配線のエレクトロマイグレ
ーション耐性が劣化することはない。
【0025】なお、この第1の実施例において、絶縁膜
15を1.0〜2.0μmの膜厚に形成した後、フロン
系のガスによるエッチバックで更なる平坦化を行ってか
ら開孔部16を形成するようにしても良い。
【0026】図2に、本発明の第2の実施例による半導
体装置の製造方法を示す。
【0027】この第2の実施例では、上述した第1の実
施例の図1(a)〜(c)の工程後に、図2(a)に示
すように、全面に膜厚1.0〜1.8μmの絶縁膜25
を形成する。
【0028】その後、図2(b)に示すように、化学機
械研磨法(CMP法)により、配線層13上に膜厚50
0〜900nmの絶縁膜25が残るように絶縁膜25を
研磨する。これにより、図示の如く、絶縁膜25が平坦
化される。
【0029】その後、図2(c)に示すように、フォト
リソ技術及びエッチングにより絶縁膜25及び14に配
線層13に達する開孔部26を形成し、アルミ又はアル
ミ合金からなる金属膜27をスパッタ法で600〜90
0nm成膜した後、フォトリソ技術及びドライエッチン
グにより金属膜27をパターニングし、配線層27を形
成する。その後、必要に応じて、配線層27及び絶縁膜
25上に保護膜28をPSG又はプラズマSiNで40
0〜1500nmの膜厚に形成する。
【0030】なお、この第2の実施例において、CMP
法の代わりにレジスト膜を用いたエッチバックで平坦化
を行っても良い。
【0031】図3に、本発明の第3の実施例による半導
体装置の製造方法を示す。
【0032】この第3の実施例では、上述した第1の実
施例の図1(a)〜(c)の工程後に、図3(a)に示
すように、TEOSを用いたプラズマCVD法或いは非
晶質シリコン又は多結晶シリコンを用いたスパッタ法に
より全面に膜厚200〜400nmの絶縁膜35を形成
する。
【0033】その後、図3(b)に示すように、SOG
(spin-on-glass)等の液体塗布膜36を回転塗布により
150〜500nmの膜厚に形成し、更に、必要に応じ
て、フロン系のガスを用いて余分な部分の液体塗布膜3
6をエッチバックする。その後、TEOSを用いたプラ
ズマCVD法により絶縁膜37を400〜600nmの
膜厚に形成する。
【0034】その後、図3(c)に示すように、フォト
リソ技術及びエッチングにより絶縁膜37、36、35
及び14に配線層13に達する開孔部26を形成し、ア
ルミ又はアルミ合金からなる金属膜39をスパッタ法で
600〜900nm成膜した後、フォトリソ技術及びド
ライエッチングにより金属膜39をパターニングし、配
線層39を形成する。その後、必要に応じて、配線層3
9及び絶縁膜37上に保護膜40をPSG又はプラズマ
SiNで400〜1500nmの膜厚に形成する。
【0035】なお、以上に説明した第1〜第3実施例に
おいては、配線層13をチタン、アルミ及び窒化チタン
の積層構造としたが、配線層としては、タングステン、
タングステン合金、アルミ合金、モリブデン、モリブデ
ンシリサイド等の配線材料を単一又は積層構造にして用
いることができる。
【0036】また、絶縁膜14及び配線層13にテーパ
ー面を形成するためのアルゴンスパッタエッチングは、
CF4 ガスを用いた異方性エッチングに代えても良い。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、配線層の構成や形状等
に影響されることなく、微細化された配線間を絶縁膜に
より確実に埋め込むことができて、平坦化することがで
きる。従って、配線間の絶縁膜に鬆(す)が発生するこ
とがなく、配線のエッチ残りやショートを防止すること
ができて、配線の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による半導体装置の製造方
法を工程順に示す概略断面図である。
【図2】本発明の第2実施例による半導体装置の製造方
法を工程順に示す概略断面図である。
【図3】本発明の第3実施例による半導体装置の製造方
法を工程順に示す概略断面図である。
【図4】従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す概
略断面図である。
【図5】従来の別の半導体装置の製造方法を示す概略断
面図である。
【図6】従来の更に別の半導体装置の製造方法を示す概
略断面図である。
【符号の説明】
11 シリコン半導体基板 12 絶縁膜 13 配線層 13a 窒化チタン/チタン積層膜 13b アルミ膜 13c チタン膜 14 絶縁膜 15、25、35、37 絶縁膜 17、27、39 配線層 18、28、40 保護膜 36 液体塗布膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の絶縁膜である下地絶縁膜の上に配
    線層を形成する工程と、 前記配線層を覆うように第2の絶縁膜を形成する工程
    と、 前記配線層の上縁部及びそれを覆う前記第2の絶縁膜の
    上縁部をエッチングにより夫々テーパー状に面取りする
    工程と、 全面に第3の絶縁膜を形成する工程とを有することを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記エッチングを、アルゴンスパッタに
    よる物理的エッチング又は異方性エッチングにより行う
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 第1の絶縁膜である下地絶縁膜の上に形
    成された一対の垂直壁部、前記一対の垂直壁部から上に
    テーパー状に狭まって連なる一対の傾斜面部及び前記一
    対の傾斜面部の間に連なる水平面部を備えた配線層と、 前記垂直壁部の表面に形成された第2の絶縁膜と、 前記水平面部の表面に形成された第3の絶縁膜と、 前記第2の絶縁膜、前記一対の傾斜面部及び前記第3の
    絶縁膜を覆うように形成された第4の絶縁膜とを有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第2の絶縁膜の上端面、前記傾斜面
    部の一方及び前記第3の絶縁膜の一方の端面が1つの平
    面上にあることを特徴とする請求項3に記載の半導体装
    置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100440264B1 (ko) * 1997-12-30 2004-09-18 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 제조 방법
KR100461466B1 (ko) * 2001-11-13 2004-12-13 엘지.필립스 엘시디 주식회사 금속배선용 절연막 및 그것을 포함하는 평판표시장치
KR100493382B1 (ko) * 2002-08-28 2005-06-07 엘지.필립스 엘시디 주식회사 액정표시장치의 제조방법
KR100547242B1 (ko) * 1999-12-22 2006-02-01 주식회사 하이닉스반도체 보이드를 방지한 반도체 소자의 금속층간절연막 형성방법

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