JPS61206242A - 半導体装置の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に係シ、特に層間絶縁
膜の形成方法に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

半導体技術の進歩と共に、超ＬＳＩをはじめ、半導体装
置の高集積化が進められてきている。半導体装置の高集
積化は素子の微細化によって実現されるため、微細かつ
高精度なパターン形成技術が注目されている。

一般に論理ＬＳＩでは配線が不規則なため配線の占有面
積が増大し、これを緩和するため多層配線技術が必須と
なっている。多層配線技術においては、基板内に形成さ
れた各素子領域と第１層目の配線ノ４ターンとの間およ
び配線パターン同志の間に介在し電気的に絶縁すると共
に、所定の領域に穿孔されるコンタクト孔を介して、異
なる層のパターンを電気的に接続する絶縁膜の形成が重
要な役割Ｆ：Ｊを果しており、多層配線を有する半導体
装置の微細化および歩留りの向上には、後述する如く、
絶縁膜表面の平坦化技術とコンタクト形成技術が、特に
重大なポイントとなっている。

すなわち、絶縁を完全化するには、下地層の段光を被覆
しピンホール等による導通現象が生じない程度に厚く形
成しなければならない。しかしながら厚くなればなる程
、コンタクト孔（スルーホール）の形成は困難となり、
高度なコンタクト形成技術が必要となってくる。

また、上層に形成される配線パターンの微細化および歩
留りの向上をはかるには、配線層用の薄膜形成の而から
も、パターン形成のだめの７オトリソエ程におけるフォ
トマスクからのパターン転写性の面からも、絶縁層の平
坦化が極めて強く要求されている。

通常の多層配線層の形成に際しては、例えば次のような
方法がとられる。

まず、第５図（−）に示す如く、所定の素子領域（図示
せず）の形成されたシリコン基板１０１上に第１の配線
パターン１０２を形成する。

次いで、第５図（ｂ）に示す如く、化学的気相成長法（
ＣＶＤ法）によって、層間絶縁膜としての二酸化シリコ
ン膜１０３を堆積する。

続いて、第５図（ｃ）に示す如く、フォトリソ法により
、所望の領域にコンタクト孔１０４Ｔｈ穿孔する。

そして、第５図（ｄ）に示す如く、第２の配線パターン
１０５を形成する。

このとき、層間絶縁膜１０３は、第１の配線・？ターフ
１０２の存在等による段差部会で第５図（ｂ）に示す如
くオーバーハング形状を示すため、第２の配線パターン
の断線不良の原因となることが多かった。また凹凸のあ
る絶縁膜表面への薄膜形成は、均一化が難しく、ツクタ
ーン転写に際しても高精度化には限界があった。

そこで、９７０−法を用いた平坦化法や、絶縁膜として
ポリイミド樹脂等の有機物を用いて表面を平坦化する方
法等が提案されている。

リフロー法は高温処理工程が必要であるため、アルミニ
ウム配線層を含む装置等には使用できない。又、有機物
を用いる場合には、後続工程で高温処理が使用できない
等の問題がある。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、絶縁層の
平坦化？はかることによシ、断線およびコンタクト不良
を低減し、信頼性の高い半導体装置を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は、段差を含む表面上に減圧ＣＶＤ法により、シ
リコン酸化膜等のシリコン絶縁膜を堆積していくとき、
膜厚が９０００Ｘ〜１８０００Ｘとなると次第に表面が
平坦となる点に着目してなされたもので、減圧ＣＶＤ法
によりシリコン絶縁膜を厚く形成し、続いて所定の膜厚
となるまで異方性エツチングによりエッチバックするよ
うにしたことを％徴としている。

望ましくは、減圧ＣＶＤ法によ多形成されるシリコン絶
縁膜の膜厚は１２０００Ｘ以上とした方が良い。

〔作用〕

異方性エツチングではエツチング前の表面状態を維持す
るようにエツチングが進行していくため、減圧ＣＶＤ法
により形成された厚くかつ平坦な表面状態をもつ絶縁膜
は、エツチング終了後もエツチング前と同様に平坦性の
良好な表面を維持しており、かつ、膜厚についてもコン
タクト形成を加味した上での適切な厚さが選択できる。

例えば、シリコン基板２０１上に形成された膜厚８００
０Ｘ線幅ｗｌおよび間隔Ｗ２が夫々３μｍであるような
ストライプ状のアルミニウム配線層２０２による段差上
に減圧ＣＶＤ法によシ、二酸化シリコン膜２０３を堆積
していくときの膜厚とそのときの形状とを第３図に示す
。Ｓｌは膜厚９０００Ｘまで堆積したときの表面形状を
示し、Ｓ２　。

Ｓｓ＋ｓ４は夫々１２０００　Ｘ　、１５０００　Ｘ　
。

１８０００　Ｘまで堆積したときの表面形状を示す。

この図からも、膜厚９０００Ｘのときには顕著に表われ
ているオーバーハング形状が次第に−くなシ、約１５０
００Ｘではほとんど消えていることがわかる。

まだ、このようにして膜厚約１８０００Ｘとなるように
堆積せしめられた二酸化シリコン膜を反応性イオンエツ
チングによってエッチバックしたときの表面形状を第４
図に示す。Ｍｌはエッチバック量ＯのときＭ２　、Ｍ、
は夫々３０００Ｘ　、６０００Ｘの場合を示す。この図
から、エッチバック後の二酸化シリコン膜表面は、エッ
チバック前の表面形状を維持していることがわかる。

このようにして、所望の膜厚を有すると共に表面の平坦
な絶縁層の形成が可能となり、コンタクト不良が発生す
ることもなく、上層に形成される配線パターンも高精度
でかつ歩留プの高いものとなる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

第１図（、）乃至（ｄ）は、２層の配線層をもつ半導体
装置の製造工程の１部を示すものである。

まず、第１図（−）に示す如く、所望の素子領域（図示
せず）の形成されたシリコ／基板に対し、マグネトロン
スパッタリング法によりアルミニウム薄膜層を約５ｏｏ
ｏｌ堆積した後、フォトリソ法により線幅Ｗ１および間
隔Ｗ２が夫々３μｍとなるようなストライプ状を有する
アルミニウム薄膜層からなる第１の配線パターン２を形
成する。

次いで、シラン（５ＩＨ４）ガスと酸素（０２）ガスと
を用いた減圧ＣＶＤ法によシ、第１図（ｂ）に示す如く
、層間絶縁膜として、膜厚Ｔ、＝約１５０００Ｘの二酸
化シリコン膜３を堆積せしめる。このとき、基板温度は
４５０℃に維持するようにした。

続いて、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）ガスを用いた
反応性イオンエツチング法により、第１図（ｃ）に示す
如く前記二酸化シリコン膜３の膜厚がＴ２＝１２０００
Ｘとなるように、全面エッチバックを行なった。

この後、フォトリン法により該二酸化シリコン膜内にコ
ンタクト孔４を形成し、更に、マグネトロンスパッタリ
ング法によシ、アルミニウム薄膜層を約１００００Ｘ堆
積した後、フォトリソ法によシ該アルミニウム薄膜層を
・９ターニングして第１図（ｄ）に示す如く、第２の配
線・ぐターフ５を形成する。

このようにして形成された半導体装置の第２の配線パタ
ーンは、テストチップによる評価の結果・母ターン精度
が高く、段差部での断線およびコンタクトの接続不良も
なく歩留シも極めて良好であった。

また、層間絶縁膜としての二酸化シリコン膜の堆積膜厚
Ｔとエッチバック量とを変化させた場合の上記半導体装
置の良品率Ｇとの関係は第２図に示す如くであった。こ
こで、横軸は減圧ＣＶＤ法による堆積膜厚Ｔω）、縦軸
は良品率Ｇ（イ）を示すものとし、曲線Ａはエッチバッ
ク量Ｏ１曲線Ｂは工。

チパック量０．３μｍ１曲線Ｃはエッチバック量０．６
μｍの場合を示すものとする。この図からも明らかなよ
うＫ、減圧ＣＶＤ法により最初に堆積すべき膜厚は１２
０００１以上、好ましくは約１５０００１であることが
わかる。

なお、実施例においては、エッチバック工程ではＣＦ４
＋Ｈ２７！／スを用いた反応性イオンエツチング法を用
いたが、プラズマエツチング等、異方性エツチングから
適宜選択すればよい。

また、シリコン絶縁膜についても、二酸化シリコン膜の
他室化シリコン膜等、他の絶縁膜にも適用可能であるこ
とはいうまでもない。

更に、シリコン絶縁膜の形成方法については、減圧ＣＶ
Ｄ法の他、常圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等にも適用
可能である。

〔効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、多層配線に
おける絶縁層の形成に際し減圧ＣＶＤ法によりシリコン
絶縁膜を形成し表面を平坦化した後、異方性エツチング
を用いたエッチバック法によシ、平坦化された表面状態
をその！ま維持しつつ、所望の膜厚となるまでエツチン
グすることによう、絶縁層表面を平坦化しているため、
断線およびコンタクト不良を低減し、信頼性の高い半導
体装置を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｄ）は本発明実施例の半導体装置の
製造工程を示す図、第２図は層間絶縁膜としての二酸化
シリコン膜の堆積膜厚とエッチバック量とを変化させた
場合の該半導体装置の良品率との関係を示す図、第３図
は減圧ＣＶＤ法によシ二酸化シリコン膜を堆積していく
際の膜厚とその表面形状を示す図、第４図は反応性イオ
ンエツチング法により二酸化シリコン膜をエッチバック
していくときのエッチバック量と表面形状とを示す図、
第５図（ａ）乃至（ｄ）は従来例の多層配線方法を示す
図である。 １０１・・・シリコン基板、１０２・・・第１の配線・
やター／、１０３・・−二酸化シリコン、１０４・・・
コンタクト孔、１０５・・・第２の配線パターン、２０
１・・・シリコン基板、２０２・・・アルミニウム配線
層、２０３・・・二酸化シリコン膜、１・・・シリコン
基板、２・・・第１の配線・ぐターン、３・・・二酸化
シリコン膜、４・・・コンタクト孔、５・・・第２の配
線パターン。 第１図（ａ）　　　　　　第２図 第５図・ 二〒ぢ 第５図（ｂ） ニニ二つ ７■勺 ■回琶イ ．１０１ １ｏ１ ・１０３ ．１０１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多層配線層の形成に際し、絶縁膜の形成工程が、 減圧ＣＶＤ法によりシリコン絶縁膜を堆積する第１の工
   程と、 異方性エッチングにより、該シリコン絶縁膜を所望の厚
   さまで全面エッチバックする第２の工程と を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）前記シリコン絶縁膜は二酸化シリコン膜であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の半導体
   装置の製造方法。
3. （３）前記第１の工程で堆積されるシリコン絶縁膜の膜
   厚は１２０００Å以上であることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項又は第（２）項記載の半導体装置の製
   造方法。