JPH11354635A

JPH11354635A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11354635A
Application number: JP15825298A
Authority: JP
Inventors: Chikashi Iwadare; 史岩垂
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 1999-12-24
Anticipated expiration: 2018-06-05
Also published as: JP3141844B2

Abstract

(57)【要約】【課題】多層配線を構成する層間絶縁膜を平坦化す
る場合に、製品の信頼性の低下及びコストアップを解消
することができるようにする。【解決手段】半導体基板４０上に、ＣＭＰ法により平
坦化された層間絶縁膜６、２０と、ＳＯＧ膜塗布法によ
り平坦化された層間絶縁膜１３、２７とが交互に積層さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置及び
その製造方法に係り、詳しくは、多層配線を構成する配
線層間絶縁膜層（以下、層間絶縁膜とも称する）の平坦
化に、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polish
ing:以下、ＣＭＰとも称する）法を用いる半導体装置及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩ等の半導体装置は、素子の
高集積化、高密度化等が進められるにつれて、配線を形
成する水平方向のスペースが制約されてきているので、
同配線を半導体基板の垂直方向に複数層にわたって形成
するようにした多層配線が採用されてきている。同多層
配線を形成するにあたっては、上層配線と下層配線との
間に配置されて、両配線を導通させる接続孔を有する層
間絶縁膜を複数層にわたって積層する必要がある。

【０００３】同層間絶縁膜は、品質のよい上層配線を形
成するために、その表面は平坦化されていることが望ま
れる。層間絶縁膜を平坦化する優れた技術としてＣＭＰ
法が知られている。同ＣＭＰ法は、例えば、株式会社プ
レスジャーナル編 ’９６半導体入門セミナー講演予稿
集第８８頁、第１１９頁の図２８及び第１２０頁の図
２９に示されている。

【０００４】図１２は、ＣＭＰ法により平坦化された層
間絶縁膜を有する従来の半導体装置の構成を示す断面図
である。同図では、一例として、５層の多層配線を形成
した例で示している。同半導体装置は、予め所望の素子
が形成された半導体基板１００上にシリコン酸化膜５１
を介して第１のアルミニウム配線５２が形成されてい
る。同第１のアルミニウム配線５２上には、ＣＭＰ法に
より平坦化された第１の層間絶縁膜５６が形成されて、
同第１の層間絶縁膜５６上には、第２のアルミニウム配
線５９が形成されている。同様にして、同アルミニウム
配線５９上には、ＣＭＰ法により平坦化された第２の層
間絶縁膜８２が形成されて、同第２の層間絶縁膜８２上
には、第３のアルミニウム配線６６が形成されている。
また、同アルミニウム配線６６上には、ＣＭＰ法により
平坦化された第３の層間絶縁膜９０が形成されて、同第
３の層間絶縁膜９０上には、第４のアルミニウム配線７
３が形成されている。また、同アルミニウム配線７３上
には、ＣＭＰ法により平坦化された第４の層間絶縁膜９
３が形成されて、同第４の層間絶縁膜９３上には、第５
のアルミニウム配線８０が形成されている。

【０００５】次に、図１３乃至図１６を参照して、同半
導体装置の製造方法について工程順に説明する。まず、
図１３に示すように、予め所望の素子が形成された半導
体基板１００上に熱酸化法等によりシリコン酸化膜５１
を形成した後、同シリコン酸化膜５１上に第１のアルミ
ニウム配線５２を形成する。次に、プラズマ増速ＣＶＤ
法等により、圧縮方向の内部応力を有する絶縁膜として
膜厚が略２００ｎｍの第１のプラズマシリコン酸化膜
（圧縮内部応力：略１０⁸ｄｙｎ／ｃｍ²）５３を堆積し
た後、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：Tetraethoxys
ilane ）及びオゾン雰囲気中でＣＶＤ法等により、引っ
張り方向の内部応力を有する絶縁膜として膜厚が略４０
０ｎｍの第１のＴＥＯＳシリコン酸化膜（引っ張り内部
応力：略１０⁹ｄｙｎ／ｃｍ²）５４を堆積し、続いて、
プラズマ増速ＣＶＤ法等により、圧縮方向の内部応力を
有する絶縁膜として膜厚が略２０００ｎｍの第２のプラ
ズマシリコン酸化膜５５を堆積する。圧縮方向の内部応
力を有するプラズマシリコン酸化膜５３、５５と、引っ
張り方向の内部応力を有するＴＥＯＳシリコン酸化膜５
４とを隣接して形成することにより、この直後に形成す
る層間絶縁膜の内部応力を低減することができる。ま
た、ＴＥＯＳシリコン酸化膜５４は、プラズマシリコン
酸化膜５３、５５よりも被覆性（ステップカバレッジ）
が優れており、第１のアルミニウム配線５２とその表面
を覆う第１のプラズマシリコン酸化膜５３との間に形成
される間隙を埋め込むように堆積される。

【０００６】次に、図１４に示すように、ＣＭＰ法によ
り、第２のプラズマシリコン酸化膜５５の表面を研磨し
平坦化して、第１のプラズマシリコン酸化膜５３、第１
のＴＥＯＳシリコン酸化膜５４及び第２のプラズマシリ
コン酸化膜５５からなり、総膜厚が略１０００ｎｍの第
１の層間絶縁膜５６を形成する。

【０００７】次に、図１５に示すように、フォトリソグ
ラフィ法により、第１の層間絶縁膜５６に第１のアルミ
ニウム配線５２を露出するように第１のビアホール５７
を形成した後、同第１のビアホール５７にタングステン
を埋め込んで、第１のビアプラグ５８を形成する。続い
て、同第１のビアプラグ５８上に第２のアルミニウム配
線５９を形成する。これにより、ＣＭＰ法により平坦化
された第１の層間絶縁膜５６は、上層配線としての第２
のアルミニウム配線５９と下層配線としての第１のアル
ミニウム配線５２との間に配置されて、第１のビアホー
ル５７に埋め込まれた第１のビアプラグ５８を介して両
配線５２、５９を導通させる。

【０００８】次に、図１６に示すように、図１３乃至図
１５の工程と略同様な方法により、ＣＭＰ法により平坦
化された第２の層間絶縁膜８２を形成する。同層間絶縁
膜８２は、第３のプラズマシリコン酸化膜６０、第２の
ＴＥＯＳシリコン酸化膜８１及び第４のプラズマシリコ
ン酸化膜６２から構成されている。次に、第２の層間絶
縁膜８２上に第３のアルミニウム配線６６を形成する。
図１６において、６４は第２のビアホール、６５は第２
のビアプラグである。これにより、ＣＭＰ法により平坦
化された第２の層間絶縁膜８２は、上層配線としての第
３のアルミニウム配線６６と下層配線としての第２のア
ルミニウム配線５９との間に配置されて、第２のビアホ
ール６４に埋め込まれた第２のビアプラグ６５を介して
両配線５９、６６を導通させる。同様にして、ＣＭＰ法
により平坦化された第３の層間絶縁膜９０を形成した
後、同第３の層間絶縁膜９０上に第４のアルミニウム配
線７３を形成する。次に、ＭＰ法により平坦化された第
４の層間絶縁膜９３を形成した後、同層間絶縁膜９３上
に第５のアルミニウム配線８０を形成することにより、
図１２の半導体装置が製造される。

【０００９】第３の層間絶縁膜９０は、第５のプラズマ
シリコン酸化膜６７、第３のＴＥＯＳシリコン酸化膜８
９及び第６のプラズマシリコン酸化膜８９から構成され
ている。また、第４の層間絶縁膜９３は、第７のプラズ
マシリコン酸化膜７４、第４のＴＥＯＳシリコン酸化膜
９１及び第８のプラズマシリコン酸化膜９２から構成さ
れている。なお、同図において、７１は第３のビアホー
ル、７２は第３のビアプラグ、７８は第４のビアホー
ル、７９は第４のビアプラグである。

【００１０】ところで、従来の半導体装置及びその製造
方法では、第１の層間絶縁膜５６乃至第４の層間絶縁膜
９３のすべてがＣＭＰ法により平坦化されているので、
層間絶縁膜が研磨応力を受ける総時間数が長くなってい
ることに加えて、ＴＥＯＳシリコン酸化膜の内部引っ張
り応力が非常に大きいので、ＣＭＰ時に層間絶縁膜が機
械的強度に耐えきれなくなる。この結果、半導体基板１
００に反りが発生して、図１２に示すように、層間絶縁
膜にクラック９４が発生して、アルミニウム配線が切断
されることになる。それゆえ、製品の信頼性が低下する
とともに、製造歩留が低下するのでコストアップが避け
られなくなる。

【００１１】この点で、ＣＭＰ法と同様に層間絶縁膜を
平坦化する技術として、スピンオングラス（Spin On Gl
ass ：以下、ＳＯＧとも称する）膜塗布法が知られてい
る。例えば、特開平７−３１２３６８号公報には、ＳＯ
Ｇ膜塗布法により層間絶縁膜を平坦化する半導体装置の
製造方法が開示されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報記
載の従来の半導体装置の製造方法では、ＳＯＧ膜塗布法
により層間絶縁膜を平坦化するので同層間絶縁膜にかか
る研磨応力をなくすことができるものの、ＳＯＧ膜塗布
法により平坦化された層間絶縁膜はＣＭＰ法により平坦
化されたそれに比較して平坦性が劣る、いう問題があ
る。このため、多層配線を形成する場合、層間絶縁膜上
に形成される上層配線が断線し易くなる等の欠点が生じ
るので、品質のよい上層配線を形成するのが困難にな
る。この傾向は、多層配線の層数が増えるほど顕著にな
る。

【００１３】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、多層配線を構成する層間絶縁膜を平坦化する場
合に、製品の信頼性の低下及びコストアップを解消する
ことができるようにした半導体装置及びその製造方法を
提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、上層配線と下層配線との間
に配置されて、両配線を導通させる接続孔を有する層間
絶縁膜を複数層にわたって積層してなる半導体装置に係
り、上記層間絶縁膜が、化学的機械的研磨法により平坦
化された第一種類の層間絶縁膜と、スピンオングラス膜
塗布法により平坦化された第二種類の層間絶縁膜とが積
層されていることを特徴としている。

【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体装置に係り、上記第一種類の層間絶縁膜と上記第二
種類の層間絶縁膜とが、交互に積層されていることを特
徴としている。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１記載の半
導体装置に係り、上記第一種類の層間絶縁膜が下部位置
に積層される一方、上記第二種類の層間絶縁膜が上部位
置に積層されていることを特徴としている。

【００１７】請求項４記載の発明は、請求項１、２又は
３記載の半導体装置に係り、上記第二種類の層間絶縁膜
が最上層に積層されていることを特徴としている。

【００１８】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
いずれか１に記載の半導体装置に係り、上記第一種類の
層間絶縁膜が配線ピッチの小さい配線形成領域に積層さ
れる一方、上記第二種類の層間絶縁膜が配線ピッチの大
きい配線形成領域に積層されていることを特徴としてい
る。

【００１９】請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の
いずれか１に記載の半導体装置に係り、上記第一種類の
層間絶縁膜が、引っ張り方向の内部応力を有する第２の
絶縁膜と、該第２の絶縁膜の上下位置に各々隣接して形
成された圧縮方向の内部応力を有する第１の絶縁膜及び
第３の絶縁膜とからなることを特徴としている。

【００２０】請求項７記載の発明は、請求項５記載の半
導体装置に係り、上記第２の絶縁膜がテトラエトキシシ
ラン膜からなる一方、上記第１及び第３の絶縁膜がプラ
ズマシリコン酸化膜からなることを特徴としている。

【００２１】請求項８記載の発明は、請求項１乃至７の
いずれか１に記載の半導体装置に係り、上記第二種類の
層間絶縁膜が、引っ張り方向の内部応力を有する第４の
絶縁膜と、表面が平坦化された有機スピンオングラス膜
からなる第５の絶縁膜及び圧縮方向の内部応力を有する
第６の絶縁膜とからなることを特徴としている。

【００２２】請求項９記載の発明は、請求項８記載の半
導体装置に係り、上記第４及び第６の絶縁膜がプラズマ
シリコン酸化膜からなることを特徴としている。

【００２３】請求項１０記載の発明は、請求項１記載の
半導体装置を製造するための方法に係り、下層配線が形
成されている半導体基板上に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜
の表面を化学的機械的研磨法により平坦化処理する第一
種類の層間絶縁膜形成工程と、下層配線が形成されてい
る半導体基板上に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜の表面をス
ピンオングラス膜塗布法により平坦化処理する第二種類
の層間絶縁膜形成工程と、上記第一種類又は第二種類の
層間絶縁膜上に、上記下層配線と導通する上層配線を形
成する上層配線形成工程とを含むことを特徴としてい
る。

【００２４】請求項１１記載の発明は、請求項１０記載
の半導体装置を製造するための方法に係り、上記第一種
類の層間絶縁膜形成工程では、圧縮方向の内部応力を有
する第１の絶縁膜、引っ張り方向の内部応力を有する第
２の絶縁膜及び圧縮方向の内部応力を有する第３の絶縁
膜を順次に堆積した後、該第３の絶縁膜の表面を化学的
機械的研磨法により平坦化処理することを特徴としてい
る。

【００２５】また、請求項１２記載の発明は、請求項１
１記載の半導体装置を製造するための方法に係り、上記
第１及び第３の絶縁膜としてプラズマシリコン酸化膜を
用いる一方、上記第２の絶縁膜としてテトラエトキシシ
ラン膜を用いることを特徴としている。

【００２６】また、請求項１３記載の発明は、請求項１
０、１１又は１２記載の半導体装置を製造するための方
法に係り、上記第二種類の層間絶縁膜形成工程では、圧
縮方向の内部応力を有する第４の絶縁膜、表面が平坦化
された有機スピンオングラス膜からなる第５の絶縁膜及
び圧縮方向の内部応力を有する第６の絶縁膜を順次に堆
積することを特徴としている。

【００２７】また、請求項１４記載の発明は、請求項１
３記載の半導体装置を製造するための方法に係り、上記
第４及び第６の絶縁膜としてプラズマシリコン酸化膜を
用いることを特徴としている。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は実施例を用いて
具体的に行う。 ◇第１の実施例図１は、この発明の第１実施例である半導体装置の構成
を示す断面図、また、図２乃至図９は、同半導体装置の
製造方法を工程順に示す工程図である。この例の半導体
装置は、図１に示すように、予め所望の素子が形成され
た半導体基板４０上にシリコン酸化膜１を介して第１の
アルミニウム配線２が形成されている。同第１のアルミ
ニウム配線２上には、ＣＭＰ法により平坦化された第１
の層間絶縁膜６が形成されて、同第１の層間絶縁膜６上
には、第２のアルミニウム配線９が形成されている。Ｃ
ＭＰ法により平坦化された第１の層間絶縁膜６は、圧縮
方向の内部応力を有する絶縁膜としての膜厚が略２００
ｎｍの第１のプラズマシリコン酸化膜３と、引っ張り方
向の内部応力を有する絶縁膜としての膜厚が略４００ｎ
ｍの第１のＴＥＯＳシリコン酸化膜４及び圧縮方向の内
部応力を有する絶縁膜としての膜厚が略４００ｎｍの第
２のプラズマシリコン酸化膜５とから構成されている。

【００２９】第１の層間絶縁膜６には、第１のアルミニ
ウム配線２を露出するように第１のビアホール７が形成
されて、同第１のビアホール７にはタングステンが埋め
込まれて第１のビアプラグ８が形成されている。同第１
のビアプラグ８は、上記第２のアルミニウム配線９と接
続されている。

【００３０】これにより、ＣＭＰ法により平坦化された
第１の層間絶縁膜６は、上層配線としての第２のアルミ
ニウム配線９と下層配線としての第１のアルミニウム配
線２との間に配置されて、第１のビアホール７に埋め込
まれた第１のビアプラグ８を介して両配線２、９を導通
させている。

【００３１】第２のアルミニウム配線９上には、ＳＯＧ
膜塗布法により平坦化された第２の層間絶縁膜１３が形
成されて、同第２の層間絶縁膜１３上には、第３のアル
ミニウム配線１６が形成されている。ＳＯＧ膜塗布法に
より平坦化された第２の層間絶縁膜１３は、圧縮方向の
内部応力を有する絶縁膜としての膜厚が略２００ｎｍの
第３のプラズマシリコン酸化膜１０と、表面が平坦化さ
れた膜厚が略３００ｎｍの第１の有機ＳＯＧ膜１１及び
圧縮方向の内部応力を有する絶縁膜としての膜厚が略８
００ｎｍの第４のプラズマシリコン酸化膜１２とから構
成されている。ＳＯＧ膜塗布法により平坦化された第２
の層間絶縁膜１３は、上記ＣＭＰ法により平坦化された
第１の層間絶縁膜６と比較して、平坦性が劣るのでその
表面は凹凸状に形成されている。

【００３２】第２の層間絶縁膜１３には、第２のアルミ
ニウム配線９を露出するように第２のビアホール１４が
形成されて、同第２のビアホール１４にはタングステン
が埋め込まれて第２のビアプラグ１５が形成されてい
る。同第２のビアプラグ１５は、上記第３のアルミニウ
ム配線１６と接続されている。これにより、ＳＯＧ膜塗
布法により平坦化された第２の層間絶縁膜１３は、上層
配線としての第３のアルミニウム配線１６と下層配線と
しての第２のアルミニウム配線９との間に配置されて、
第２のビアホール１４に埋め込まれた第２のビアプラグ
１５を介して両配線９、１６を導通させている。

【００３３】第３のアルミニウム配線１６上には、上記
第１の層間絶縁膜６と略同様に、ＣＭＰ法により平坦化
された第３の層間絶縁膜２０が形成されて、同第３の層
間絶縁膜２０上には、第４のアルミニウム配線２３が形
成されている。ＣＭＰ法により平坦化された第３の層間
絶縁膜２０は、上記第１の層間絶縁膜６と略同様に形成
され、膜厚が略２００ｎｍの第５のプラズマシリコン酸
化膜１７と、膜厚が略４００ｎｍの第２のＴＥＯＳシリ
コン酸化膜１８及び膜厚が略４００ｎｍの第６のプラズ
マシリコン酸化膜１９とから構成されている。

【００３４】第３の層間絶縁膜２０には、第３のアルミ
ニウム配線１６を露出するように第３のビアホール２１
が形成されて、同第３のビアホール２１にはタングステ
ンが埋め込まれて第３のビアプラグ２２が形成されてい
る。同第３のビアプラズマ２２は、上記第４のアルミニ
ウム配線２３と接続されている。

【００３５】これにより、ＣＭＰ法により平坦化された
第３の層間絶縁膜２０は、上層配線としての第４のアル
ミニウム配線２３と下層配線としての第３のアルミニウ
ム配線１６との間に配置されて、第３のビアホール２１
に埋め込まれた第３のビアプラグ２２を介して両配線１
６、２３を導通させている。

【００３６】第４のアルミニウム配線２３上には、上記
の第２の層間絶縁膜１３と同様に、ＳＯＧ膜塗布法によ
り平坦化された第４の層間絶縁膜２７が形成されて、同
第４の層間絶縁膜２７上には、第５のアルミニウム配線
３０が形成されている。ＳＯＧ膜塗布法により平坦化さ
れた第４の層間絶縁膜２７は、上記第２の層間絶縁膜１
３と略同様に形成され、膜厚が略２００ｎｍの第７のプ
ラズマシリコン酸化膜２４と、表面が平坦化された膜厚
が略３００ｎｍの第２の有機ＳＯＧ膜２５及び膜厚が略
８００ｎｍの第８のプラズマシリコン酸化膜２６とから
構成されている。ＳＯＧ膜塗布法により平坦化された第
４の層間絶縁膜２７は、上記第２の層間絶縁膜１３と同
様に、上記ＣＭＰ法により平坦化された第３の層間絶縁
膜２０と比較して、平坦性が劣るのでその表面は凹凸状
に形成されている。

【００３７】第４の層間絶縁膜２７には、第４のアルミ
ニウム配線２３を露出するように第４のビアホール２８
が形成されて、同第４のビアホール２８にはタングステ
ンが埋め込まれて第４のビアプラグ２９が形成されてい
る。同第４のビアプラグ２９は、上記第５のアルミニウ
ム配線３０と接続されている。これにより、ＳＯＧ膜塗
布法により平坦化された第４の層間絶縁膜２７は、上層
配線としての第５のアルミニウム配線３０と下層配線と
しての第４のアルミニウム配線２３との間に配置され
て、第４のビアホール２８に埋め込まれた第４のビアプ
ラグ２９を介して両配線２３、３０を導通させている。

【００３８】このように、平坦性が優れているが研磨応
力を生ずるＣＭＰ法により平坦化された層間絶縁膜６、
２０と、平坦性が劣るが研磨応力を生じないＳＯＧ膜塗
布法により平坦化された層間絶縁膜１３、２７とを組み
合わせることにより、形成する配線の目的に応じて、層
間絶縁膜における配線形成領域を任意に選ぶことが可能
となる。

【００３９】次に、図２乃至図９を参照して、同半導体
装置の製造方法について工程順に説明する。まず、図２
に示すように、予め所望の素子が形成された半導体基板
４０上に熱酸化法等によりシリコン酸化膜１を形成した
後、同シリコン酸化膜１上に第１のアルミニウム配線２
を形成する。次に、プラズマ増速ＣＶＤ法等により、圧
縮方向の内部応力を有する絶縁膜として膜厚が略２００
ｎｍの第１のプラズマシリコン酸化膜３を堆積した後、
ＴＥＯＳ及びオゾン雰囲気中でＣＶＤ法等により、引っ
張り方向の内部応力を有する絶縁膜として膜厚が略４０
０ｎｍの第１のＴＥＯＳシリコン酸化膜４を堆積し、続
いて、プラズマ増速ＣＶＤ法等により、圧縮方向の内部
応力を有する絶縁膜として膜厚が略２０００ｎｍの第２
のプラズマシリコン酸化膜５を堆積する。圧縮方向の内
部応力を有するプラズマシリコン酸化膜３、５と、引っ
張り方向の内部応力を有するＴＥＯＳシリコン酸化膜４
とを隣接して形成することにより、この直後に形成する
層間絶縁膜の内部応力を低減することができる。また、
ＴＥＯＳシリコン酸化膜４は、プラズマシリコン酸化膜
３、５よりもステップカバレッジが優れており、第１の
アルミニウム配線２とその表面を覆う第１のプラズマシ
リコン酸化膜３との間に形成される間隙を埋め込むよう
に堆積される。

【００４０】次に、図３に示すように、ＣＭＰ法によ
り、第２のプラズマシリコン酸化膜５の表面を研磨し平
坦化して、第１のプラズマシリコン酸化膜３、第１のＴ
ＥＯＳシリコン酸化膜４及び第２のプラズマシリコン酸
化膜５からなり、総膜厚が略１０００ｎｍの第１の層間
絶縁膜６を形成する。

【００４１】次に、図４に示すように、フォトリソグラ
フィ法により、第１の層間絶縁膜６に第１のアルミニウ
ム配線２を露出するように第１のビアホール７を形成し
た後、この第１のビアホール７にタングステンを埋め込
んで、第１のビアプラグ８を形成する。続いて、同第１
のビアプラグ８上に第２のアルミニウム配線９を形成す
る。

【００４２】次に、図５に示すように、プラズマ増速Ｃ
ＶＤ法等により、圧縮方向の内部応力を有する絶縁膜と
して膜厚が略２００ｎｍの第３のプラズマシリコン酸化
膜１０を堆積した後、ＳＯＧ膜塗布法により膜厚が略３
００ｎｍの第１の有機ＳＯＧ膜１１を塗布する。同第１
の有機ＳＯＧ膜１１は、回転塗布により表面が平坦化さ
れておりその流動性により、第２のアルミニウム配線９
とその表面を覆う第３のプラズマシリコン酸化膜１０と
の間に形成される間隙を埋めるように塗布される。な
お、必要に応じて、第１の有機ＳＯＧ膜１１の塗布後
に、ドライエッチング法によるエッチバックを実施し
て、同第１の有機ＳＯＧ膜１１の膜厚を調整するように
してもよい。次に、プラズマ増速ＣＶＤ法等により、圧
縮方向の内部応力を有する絶縁膜として膜厚が略８００
ｎｍの第４のプラズマシリコン酸化膜１２を堆積して、
第３のプラズマシリコン酸化膜１０、第１の有機ＳＯＧ
膜１１及び第４のプラズマシリコン酸化膜１２からな
る、第２の層間絶縁膜１３を形成する。

【００４３】次に、図６に示すように、フォトリソグラ
フィ法により、第２の層間絶縁膜１３に第２のアルミニ
ウム配線９を露出するように第２のビアホール１４を形
成した後、同第２のビアホール１４にタングステンを埋
め込んで、第２のビアプラグ１５を形成する。続いて、
同第２のビアプラグ１５上に第３のアルミニウム配線１
６を形成する。

【００４４】次に、図７に示すように、図２の工程と略
同様な方法により、膜厚が略２００ｎｍの第５のプラズ
マシリコン酸化膜１７を堆積した後、ＴＥＯＳ及びオゾ
ン雰囲気中でＣＶＤ法等により、膜厚が略４００ｎｍの
第２のＴＥＯＳシリコン酸化膜１８を堆積し、続いて、
プラズマ増速ＣＶＤ法等により、膜厚が略２０００ｎｍ
の第６のプラズマシリコン酸化膜１９を堆積する。

【００４５】次に、図８に示すように、図３の工程と略
同様な方法により、ＣＭＰ法により、第６のプラズマシ
リコン酸化膜１９の表面を研磨し平坦化して、第５のプ
ラズマシリコン酸化膜１７、第２のＴＥＯＳシリコン酸
化膜１８及び第６のプラズマシリコン酸化膜１９からな
り、総膜厚が略１０００ｎｍの第３の層間絶縁膜２０を
形成する。

【００４６】次に、図９に示すように、図４の工程と略
同様な方法により、フォトリソグラフィ法により、第３
の層間絶縁膜２０に第３のアルミニウム配線１６を露出
するように第３のビアホール２１を形成した後、同第３
のビアホール２１にタングステンを埋め込んで、第３の
ビアプラグ２２を形成する。続いて、同第３のビアプラ
グ２２上に第４のアルミニウム配線２３を形成する。次
に、図５及び図６の工程と略同様な方法により、ＳＯＧ
膜塗布法により平坦化された第４の層間絶縁膜２７を形
成することによって、図１の半導体装置が製造される。

【００４７】このように、この例の構成によれば、半導
体基板４０上に、ＣＭＰ法により平坦化された層間絶縁
膜６、２０と、ＳＯＧ膜塗布法により平坦化された層間
絶縁膜１３、２７とが交互に積層されているので、全て
ＣＭＰ法により平坦化された層間絶縁膜が積層される場
合に比較して、層間絶縁膜が研磨応力を受ける総時間数
を低減することができる。特に、ＳＯＧ膜塗布法により
平坦化された層間絶縁膜１３、２７は、引っ張り内部応
力の大きいＴＥＯＳシリコン酸化膜を用いることなく、
同ＴＥＯＳシリコン酸化膜の引っ張り内部応力の略１０
分の１と小さいながらも逆方向の内部応力を有するプラ
ズマシリコン酸化膜１０、１２、２４、２６を用いてい
るので、総合的な内部引っ張り応力を緩和することがで
きる。したがって、ＣＭＰ時に層間絶縁膜が機械的強度
に耐えることができるようになり、クラックの発生を防
止できるので、製造歩留を略７０％に向上させることが
できた。それゆえ、製品の信頼性の低下及びコストアッ
プを解消することができる。

【００４８】また、平坦性が劣るＳＯＧ膜塗布法による
層間絶縁膜を、上部位置に積層する一方、平坦性が優れ
たＣＭＰ法による層間絶縁膜を、下部位置に積層するよ
うにしたので、配線ピッチの大きな電源配線等を上部位
置に形成し、配線ピッチの小さな信号配線等を下部位置
に形成するように配線の目的に応じて使い分けができ
る。したがって、層間絶縁膜の段差部に配線残りを生じ
させるようなことがないので、層間絶縁膜の汎用性を高
めることができる。

【００４９】◇第２の実施例図１０は、この発明の第２実施例である半導体装置の構
成を示す断面図、また、図１１は、同半導体装置の製造
方法の主要工程を示す工程図である。この例の半導体装
置が、第１実施例のそれと大きく異なるところは、層間
絶縁膜の下部位置にＣＭＰ法により平坦化された層間絶
縁膜を積層する一方、同層間絶縁膜の上部位置にＳＯＧ
膜塗布法により平坦化された層間絶縁膜を積層するよう
にした点である。すなわち、図１０に示したように、Ｃ
ＭＰ法により平坦化された第１の層間絶縁膜６上には、
同様にＣＭＰ法により平坦化された第５の層間絶縁膜３
２が積層されている。また、同層間絶縁膜３２上にはＳ
ＯＧ膜塗布法により平坦化された第６の層間絶縁膜３５
が積層され、同層間絶縁膜３５上には、同様にＳＯＧ膜
塗布法により平坦化された第７の層間絶縁膜３８が積層
されている。同図において、３１は第３のＴＥＯＳシリ
コン酸化膜、３３は第３の有機ＳＯＧ膜、３４は第９の
プラズマシリコン酸化膜、３６は第４のＴＥＯＳシリコ
ン酸化膜、３７は第１０のプラズマシリコン酸化膜であ
る。

【００５０】このように、平坦性が優れているが研磨応
力を生ずるＣＭＰ法により平坦化された層間絶縁膜６、
３２を下部位置に積層する一方、平坦性が劣るが研磨応
力を生じないＳＯＧ膜塗布法により平坦化された層間絶
縁膜３５、３８を上部位置に積層することにより、配線
ピッチの小さい配線を下部位置に形成し、同配線ピッチ
の大きい配線を上部位置に形成することが可能となる。

【００５１】この例の半導体装置を製造するには、図１
１に示すように、まず、ＣＭＰ法により平坦化された第
１の層間絶縁膜６上に、同層間絶縁膜６の形成方法と略
同様な方法でＣＭＰ法により平坦化された第５の層間絶
縁膜３２を積層する。次に、層間絶縁膜３２上に、図５
及び図６の工程と略同様な方法により、ＳＯＧ膜塗布法
により平坦化された第６の層間絶縁膜３５を積層した
後、同層間絶縁膜３５上に、同層間絶縁膜３５の形成方
法と略同様な方法でＳＯＧ膜塗布法により平坦化された
第７の層間絶縁膜３８を積層すればよい。なお、図１０
において、図１の構成部分と対応する各部には、同一の
番号を付してその説明を省略する。

【００５２】このように、この例の構成によっても、第
１実施例において述べたのと略同様な効果を得ることが
できる。

【００５３】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更の変更などがあってもこの発明に含まれる。例えば、
多層配線の層数は５層に限ることなく、これより多くと
も又はこれより少なくともよい。

【００５４】また、ＣＭＰ法による層間絶縁膜とＳＯＧ
膜塗布法による層間絶縁膜との積層順序は、目的、用途
などに応じて変更することが可能である。また、各絶縁
膜の膜厚、形成手段などの条件は、一例を示したもので
あり、特定の条件に限ることはない。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の半導体
装置及びその製造方法によれば、半導体基板上に、ＣＭ
Ｐ法により平坦化された層間絶縁膜と、ＳＯＧ膜塗布法
により平坦化された層間絶縁膜とを積層するようにした
ので、全てＣＭＰ法により平坦化された層間絶縁膜が積
層される場合に比較して、層間絶縁膜が研磨応力を受け
る総時間数を低減することができる。したがって、ＣＭ
Ｐ時に層間絶縁膜が機械的強度に耐えることができるよ
うになるので、製品の信頼性の低下及びコストアップを
解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例である半導体装置の構
成を示す断面図である。

【図２】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。

【図３】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。

【図４】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。

【図５】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。

【図６】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。

【図７】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。

【図８】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。

【図９】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図
である。

【図１０】この発明の第２の実施例である半導体装置の
構成を示す断面図である。

【図１１】同半導体装置の製造方法の主要工程を示す工
程図である。

【図１２】従来の半導体装置の構成を示す断面図であ
る。

【図１３】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程
図である。

【図１４】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程
図である。

【図１５】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程
図である。

【図１６】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程
図である。

【符号の説明】

１シリコン酸化膜２第１のアルミニウム配線３第１のプラズマシリコン酸化膜４第１のＴＥＯＳシリコン酸化膜５第２のプラズマシリコン酸化膜６ＣＭＰ法により平坦化された第１の層間絶縁膜７第１のビアホール８第１のビアプラグ９第２のアルミニウム配線１０第３のプラズマシリコン酸化膜１１第１の有機ＳＯＧ膜１２第４のプラズマシリコン酸化膜１３ＳＯＧ膜塗布法により平坦化された第２の層
間絶縁膜１４第２のビアホール１５第２のビアプラグ１６第３のアルミニウム配線１７第５のプラズマシリコン酸化膜１８第２のＴＥＯＳシリコン酸化膜１９第６のプラズマシリコン酸化膜２０ＣＭＰ法により平坦化された第３の層間絶縁
膜２１第３のビアホール２２第３のビアプラグ２３第４のアルミニウム配線２４第７のプラズマシリコン酸化膜２５第２の有機ＳＯＧ膜２６第８のプラズマシリコン酸化膜２７ＳＯＧ膜塗布法により平坦化された第４の層
間絶縁膜２８第４のビアホール２９第４のビアプラグ３０第５のアルミニウム配線３１第３のＴＥＯＳシリコン酸化膜３２ＣＭＰ法により平坦化された第５の層間絶縁
膜３３第３の有機ＳＯＧ膜３４第９のプラズマシリコン酸化膜３５ＳＯＧ膜塗布法により平坦化された第６の層
間絶縁膜３６第４のＴＥＯＳシリコン酸化膜３７第１０のプラズマシリコン酸化膜３８ＳＯＧ膜塗布法により平坦化された第７の層
間絶縁膜４０半導体基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上層配線と下層配線との間に配置され
て、両配線を導通させる接続孔を有する層間絶縁膜を複
数層にわたって積層してなる半導体装置であって、前記層間絶縁膜は、化学的機械的研磨法により平坦化さ
れた第一種類の層間絶縁膜と、スピンオングラス膜塗布
法により平坦化された第二種類の層間絶縁膜とが積層さ
れていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記第一種類の層間絶縁膜と前記第二種
類の層間絶縁膜とが、交互に積層されていることを特徴
とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】前記第一種類の層間絶縁膜が下部位置に
積層される一方、前記第二種類の層間絶縁膜が上部位置
に積層されていることを特徴とする請求項１記載の半導
体装置。
【請求項４】前記第二種類の層間絶縁膜が最上層に積
層されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載
の半導体装置。
【請求項５】前記第一種類の層間絶縁膜が配線ピッチ
の小さい配線形成領域に積層される一方、前記第二種類
の層間絶縁膜が配線ピッチの大きい配線形成領域に積層
されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
１に記載の半導体装置。
【請求項６】前記第一種類の層間絶縁膜が、引っ張り
方向の内部応力を有する第２の絶縁膜と、該第２の絶縁
膜の上下位置に各々隣接して形成された圧縮方向の内部
応力を有する第１の絶縁膜及び第３の絶縁膜とからなる
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の
半導体装置。
【請求項７】前記第２の絶縁膜がテトラエトキシシラ
ン膜からなる一方、前記第１及び第３の絶縁膜がプラズ
マシリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項５記
載の半導体装置。
【請求項８】前記第二種類の層間絶縁膜が、引っ張り
方向の内部応力を有する第４の絶縁膜と、表面が平坦化
された有機スピンオングラス膜からなる第５の絶縁膜及
び圧縮方向の内部応力を有する第６の絶縁膜とからなる
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の
半導体装置。
【請求項９】前記第４及び第６の絶縁膜がプラズマシ
リコン酸化膜からなることを特徴とする請求項８記載の
半導体装置。
【請求項１０】請求項１記載の半導体装置を製造する
ための方法であって、下層配線が形成されている半導
体基板上に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜の表面を化学的機
械的研磨法により平坦化処理する第一種類の層間絶縁膜
形成工程と、下層配線が形成されている半導体基板上に絶縁膜を堆積
し、該絶縁膜の表面をスピンオングラス膜塗布法により
平坦化処理する第二種類の層間絶縁膜形成工程と、前記第一種類又は第二種類の層間絶縁膜上に、前記下層
配線と導通する上層配線を形成する上層配線形成工程
と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記第一種類の層間絶縁膜形成工程で
は、圧縮方向の内部応力を有する第１の絶縁膜、引っ張
り方向の内部応力を有する第２の絶縁膜及び圧縮方向の
内部応力を有する第３の絶縁膜を順次に堆積した後、該
第３の絶縁膜の表面を化学的機械的研磨法により平坦化
処理することを特徴とする請求項１０記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項１２】前記第１及び第３の絶縁膜としてプラ
ズマシリコン酸化膜を用いる一方、前記第２の絶縁膜と
してテトラエトキシシラン膜を用いることを特徴とする
請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】前記第二種類の層間絶縁膜形成工程で
は、圧縮方向の内部応力を有する第４の絶縁膜、表面が
平坦化された有機スピンオングラス膜からなる第５の絶
縁膜及び圧縮方向の内部応力を有する第６の絶縁膜を順
次に堆積することを特徴とする請求項１０、１１又は１
２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】前記第４及び第６の絶縁膜としてプラ
ズマシリコン酸化膜を用いることを特徴とする請求項１
３記載の半導体装置の製造方法。