JPS5935451A - 層間絶縁膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａｌ　　発明の技術分野 不発明は層間配線の断線が起りに（いＪ−聞納縁膜の形
成方法に関する。

（ｂｌ　　技術の背歌 半２σ体ＩＣ’の形成＋ｃｇいては同一基板上に形成さ
れた多数の素子が互に配線接続δれでいるが、このため
の導体配線は縦方向および横方向に数多くパターン形成
され絶縁層を介してクロースオーバすると共に絶縁層に
設けられたコンタクトホールを通って上下の導体パター
ンが接続する錯綜したバクーン栂成がなされている。

こ＼で導体パターンとしては金（Ａｕ）、アルミニウム
（Ａｔ　ンなとの金属やＭｏ（モリブデン）、タングス
テン＋Ｗなどの硅化物が用いられている。

まｒ−絶縁層としては二酸化シリコン（Ｓｉｎ、）、窒
化シリコン（Ｓ’５Ｎ４）などの無機物或はＰＩＱ（ポ
リイミドイソインドロキナゾリンジオン）シルセスキオ
キサンなどの有機物が用いられている。

こ−で絶縁層の形成方法には無機絶縁物に対してはＣＤ
Ｖ、スパッタなどの物理的方法が用いられ有機絶縁物に
対してはスピンコード法などが用いられ、それぞれ使い
分けされている。然し有機物は常温使用においては問題
はないか、極低温或はｘＯＯ（℃）ｋ越す高温での使用
に際しては耐寒性Ｓよび耐熱性の点から適当ではない。

一方無機給縁材料？用いて層間絶縁を行う場合は導体パ
ターン形成によるバクーン面の段差がそのま＼絶縁層上
に現われることが避けられづ″、そのためこの上に形成
される導体パターンに断悲が生じ易いと言う問題点があ
る。

本発明は無機絶縁物の中で最も多く使用されているＳ　
ｉ　Ｏ２系絶縁層の形成に関するものである。

ｔｅｌ　　従来技術と問題点 酸化シリコンには二酸化シリコン（Ｓｉｎ、）と酸化シ
リコン（Ｓｉｎ）の２種類があり共に熱および′α気の
絶縁体であるが５１０２は所謂石芙として知らｆするも
ので物理的および化学的に安定であシ、ま１−、　Ｓ　
＋　０け空気中で徐々に酸化されてＳｉｎ、に変化する
性質がある。

こ５で層間絶縁膜として酸化シリコン層全形成する場合
各種の製造法があるが純粋の８ｉ０２或Ｊｆｉ８１０の
構造？もつものが得られることは少く、多くの場合は混
合物の形で得られる。

例えば化学気相成長法（ＣＶＤ）或はプラズマＣＶＤで
形成する方法はシラン（Ｓ　ｉ　Ｈ，）と−酸化窒素（
Ｎｉｐ）との混合物孕加熱分解して酸化シリコン膜を作
るものであって８”Ｗ子と０原子との化合物が得られる
が８ｉ０□の組成比全基準とすればこれより８ｉ原子全
過１１に含むものが得られ易い。

一方晶周波（Ｉ（，１”）スパッタ法で得る場合はター
ゲットとして石英板（Ｓ’０２）或はシリコン板（Ｓｉ
）を用い、これにアルゴンイオン（Ａ、ｒ”）を衝突さ
せてターケクト構成物全分子状に飛散させ対象物上に薄
膜全形成するものである。

こ＼で前者の場合は約１０　４（Ｔｏｒｒ：］のＡｒ雰
囲気中で、まに後者の場合は酸素ガス（０，）とＡｒと
の艮 比全適当に選んでシＦスパック？行うもので、前者によ
る場合はｓ　ｉｏ、組成に近いものが得られるのに対し
後者ｒｒｉＯＸとＡｒとの比か微妙でＳｉｎ、に近い←
のｔ得ることか難しい。

然し乍らＣＶＤ法による場合は未反応の有機物例えばＳ
ｉＨラジカルの残留が起り易いのに較べて）ＩＰスパッ
タは安定した酸化シリコン膜形成法と言える。

さてか＼る酸化シリコンを層間絶縁膜として半導体素子
の形成がな嘔れているが段差或はオーバーハング等の存
在によりこの上に形成されている導電パターンに断耐力
Ｓ起る場合が多い。

第１図および第２図はこの説明図であって第１図は半導
体基板１上に導電パターン２會設け、更にこれと直交し
て導電パターンを設けるｋめに絶縁層３により層間絶縁
７行う場合である。

また第２図は半心体基板１の上に設けられた絶縁層３の
コンタクトホール４を通じて導電パターン全形成する場
合である力５（Ａ１図に示すように前者はオーバーハン
グ５また後者は段差６があるためこの絶縁層３の上に導
電パターン？設けると断線或は不完全接続と々シ易い。

それで眉間絶縁層の形成はそれぞれ第１図ｆＢｌおよび
第２図（Ｂｌのように形成するのが理想的であるが、こ
のように形成することは甚だ困難であった。

＋ｄ＋　　発明の目的 不発明の目的に半導体デバイスの形成において層間絶縁
に使用される絶縁層にオーバーハング或は鋭い段差があ
ることにょシ生ずる導電パターンの断線全熱くする形状
の絶縁膜の形成法？提供するにある。

ｔｅｌ　　発明の構成 本発明の目的は、眉間絶縁に使用する酸化シリコン層が
下層の基板又は該基板上に形成された下層電極、配線層
に近接する領域では酸素λが化学量論的酸素、１１き同
等以上とされ、該基板又は電極。

配線層からｒ准れるに従ってシリコン量が増加された組
成？有して形成され、この酸化シリコン層のエツチング
の難易度全利用して絶縁層パターン全形成することによ
り達成することができる。

げ）発明の実施例 本発明ば５ｉ−０系改化物の溶解度或はエツチング度が
組成によって大きく異ること全利用するものである。す
なわちエツチング法としては四弗化炭素（ＣＦ４）ガス
全周いて行われるリアクティブイオンエツチング或はプ
ラズマエツチングなどのドライエツチングまに弗化水ｚ
　（ｔｏ；’　）と弗化アンモン（ＮＨ，Ｆ　）との混
合液金円いて行われるウェットエツチングがあるが何れ
の場合も０リツチな組成はエツチングされにくヘー万３
ｉリッチの組成はエツチングされ易い。

以後半導体デバイスの絶縁層形成とパターン形成に一般
に用いられているＩＬＦ’スパッタ法とドライエツチン
グ法と？用いる場合７例として不発明に係る層間絶縁膜
の形成方法？説明する。

第３図はＲＦスバクタＨｉｊＺの栴成図で酸化シリコン
絶縁膜全形成すべき基板７は水冷電極８上に保持されて
接地されて８シ、−万この対極となるスパッタターゲッ
ト９としては石英薄板ｌＯの上に短冊状のＳｉ板１１を
並べたもの？使用し保持電極基板１２？水冷すると共に
Ｒｌ！’　ｉ低源に接続する構成がとられている。

ｍ４図ｆＡｌ　、　ｔｌＪは不発明の実施に使用したタ
ーゲット９の平面図と断面図で本爽施例の場合は径１０
〔インチ〕厚さ５〔鰭〕の石英板の上に幅６〔削〕。

厚さ６〔陣〕の短冊状Ｓｉ根１１’？第４図に示すよう
に置いた。

こ＼で石英板ｉｏの上にＳＩ板１１’ｒ置＜理由はスパ
ッタ膜の組成？広範囲に変えるためである。

次にＩＬＰスパッタは第３図で示すチャンバ内のＯ！と
Ａｒとの分圧比？初めは３：１程度に保って行い、次第
に１：１，０：１と変化させてゆく。

これによって酸化シリコン膜は当初は８ｉ０．＋。

（但し０（ｘ〈１）であるが次第に酸素含有量が減少し
最上部においてＨ３ｉＯ，−ｘの組成となる。この組成
けＡｒと０２との分圧比すなわち千ヤンバ内への流量に
より一義的に決められる。

なお本発明に係る組成比を変えた酸化シリコン膜に形成
する場合、基析面ｖｃは酸素リッチシ膜が形成されるが
、これは耐エツチング性に優れ不以外に基板との密着性
力１強化され、まｆ、−第１図で示したような導電パタ
ーン２がある場合オーバハング５が起シにくいと言う特
徴がある。

さて第５図は絶縁層中に鋭い°段差ケもたないコンタク
トホールの製造工程である。

すなわち半導体基板１の上に先に記したように酸素含有
量が変化する酸化シリコンＭ１３’を形成後この上にフ
ォトレジスト１４を塗布し通常の方法で露光と現象上行
ってコンタクトホールの窓明け１５を行い図（Ａｌ、次
にＣＦ、ガス會粗いてリアクティブイオンエツチング全
行い、酸化シリコン７５１３に垂直にエツチングしてコ
ンタクトホール１６葡形成する９山。

次にフォトレジスト１４ケ除去したる後（図Ｃ）。

Ｃ１ｉ’、ガス中でプラズマエツチング音節すと８４リ
ツチな上部酸化シリコン層１７は酸Ｚ　リッチな下部駁
化シ１１コン１６１　Ｂ　ｖＣ較べてエツチングされ易
いために図（ｑに示すような開ロ縁部ブバ緩やかな傾斜
？もつコンタクトホール１６盆形成することができる。

一万犯１図（Ａｌで示し１５オーバーハング５會無くす
るには酸化シリコン層金先に記しＫように酸素含有量音
質えて形成した後プラズマエツチングを施すとシリコン
リッチな上部酸化シリコン層が優先的ニエッチングされ
ることによりオーバーバンク５を無くし同図（Ｐｌに示
すような形状とすることかできる。

以上述べたように本発明ｈｒａ化シリコン層を目標値よ
りも僅か厚く作っておき、ｌ〈面のエツチングされ易い
層７等方性エツチングにょ］除くことにより層間絶最膜
のオーバーハングや鋭い段差上瞼くものである。

な８実施例はドライエツチングについて記したがウェッ
トエツチングに対しても同様でありまた本発明は酸化シ
リコン層に限らず窒化シリコンのような絶縁膜に対して
も適用できるっ又、前記実施例にあっては、半導体基板
上に本発明にかかる酸化シリコン膜を形成する例を掲げ
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、該基板
上に形成される下層電極、配線層と該［極、配線層上に
形成される上層の電信、配線層との間に配設される層間
絶縁層に適用し得ることはもちろんである。

＋ｇｌ　　発明の効果 本発明の実施によりクロースオーバーに際しての絶縁層
のオーバーハング或はコンタクトホール部での鋭い段差
が無くなり、そのため半導体ＩＣの品質旧よび歩留り？
改良するこ七ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は導電パターン上に絶縁膜を形成した状態７示す
断面図でＡ）はオーバーハングが生じた状態（Ｉ３）は
理想状態、第２図はコンタクトホールを形成する状態を
示す断面図で（５）は説い段差がある状態、（坊ＴＩ′
ｉ理想状態、第３図ｔよＩロＣ゛スバタリング装置の構
成図、第４図はターゲットで（１〜は平１＋ｉｉ図、山
は断面囚、第５０（Ｎ〜ｉｔ）はコンタクトホールの製
造１院である。 図においでｌは半導内基板、ｚｒｌ；専師バ′クーン、
３は７Ｉ色尻層、４けコンタクトホール、５はオーバー
ハング、６は段差、１０は石英薄板、１１はシリコン板
、１３は酸化シリコン層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリコン基板上に複数個の半導体素子が多層配線されて
   構成される半導体デバイスに８いて層間絶縁に使用され
   る酸化シリコン層がシリコン原子と酸素原子との組成比
   ？絶縁層の基板側では０５〜１：２にまた表面において
   は２〜２．５：２となるように徐々にもしくけ段階状に
   組成比ケ変えて形成し、このエツチングの難易匠？利用
   して絶縁層パターン金形成することケ特徴とする層間絶
   縁膜の形成方法。