JPS6161698B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の製造方法にかかり、特に
多層配線構造における層間絶縁膜の表面が段部に
おいて緩やかな傾斜になつていることを特徴とす
る半導体装置の製造方法に関するものである。

近年、半導体装置はますます高集積化、高密度
化が進み、それに伴つて不純物拡散領域パター
ン、絶縁膜への開孔パターン、導電膜のパターン
等のパターン微細化と供に導電膜の多層化が行な
われるようになつている。しかしながら導電膜の
パターンの微細化と導電膜の多層化は、従来は両
立する技術ではなかつた。即ち、従来導電膜の多
層化に対しては下層の導電膜の段部で上層の導電
膜の断線を防止する為、下層の導電膜の側面が該
下層の導電膜の下地に対して垂直にならないよう
に傾斜をもたせて、その段部が急しゆんにならな
いようにして対処して来た。しかしながらこの方
法は導電膜を垂直にパターニングできないため、
微細化の実現に対しては不適当な方法である。そ
してこれらの欠点を防止する方法として、下層と
上層の導電膜の間の層間絶縁膜としてリンガラス
膜を使用し、このリンガラス膜を形成後1000℃付
近の高温処理によりフローさせて段部を滑らかに
する方法が従来使用されている。しかしながらこ
の方法も、リンガラス膜を使用しなければならな
いということと、1000℃付近の高温処理をしなけ
ればならないということ等の制限がある為使用範
囲が限定される。即ち層間絶縁膜としては、リン
ガラス膜の他にも気相成長による酸化膜、アルミ
ナ膜、及びプラズマ化学反応による酸化膜または
窒化膜等がある。そしてこれらの絶縁膜にはリン
ガラス膜にない有効な特性をもつものがある。例
えば熱的に安定であるとか、厚い膜厚が容易に得
られるとか、パシペーシヨン効果が大きいとか、
導電膜との密着性が良いとか、対湿性に優れてい
るとか等である。さらに前記せるリンガラス膜に
よる方法では1000℃付近の高温処理をしなければ
ならないことにより、不純物拡散領域の再拡散に
よる回路素子の特性変化は避けられず、また下層
導電膜として金属膜は使用できない等の問題が発
生する。

本発明の目的は、前記せる従来の問題点を解消
する新規なる構造の半導体装置その製造方法を提
供することにある。即ち、層間絶縁膜はリンガラ
ス膜に限定されず高温処理の必要もない方法で、
微細化が可能な多層配線構造を提供することにあ
る。

本発明によれば、半導体基板上を第１の絶縁膜
で覆う工程と、該第１の絶縁膜に半導体基板の所
定部を露出する開孔部を設ける工程と、この開孔
部を覆い、かつ第１の絶縁膜上に延在する第１の
導電膜を選択的に設ける工程と、第１の導電膜及
びこの第１の絶縁膜の第１の導電膜を有しない部
分を覆う第２の絶縁膜を被着させる工程と、この
第２の絶縁膜の全面に高速イオンビームを照射し
て第２の絶縁膜の平坦な領域ではその膜厚の一部
を除去し、一方、その凹凸部での段部ではよりゆ
るやかな傾斜角を有するなだらかな面にする工程
と、少なくとも第２の絶縁膜上に第２の導電膜を
選択的に設ける工程とを含む半導体装置の製造方
法を得る。

本発明によれば、下層の導電膜の端部が基板に
対して垂直であることからパターンの微細化が可
能であり、かつ、この下層の導電膜の表面および
基板の表面を覆う絶縁膜がなめらかで上層の導電
膜が断線しない半導体装置が実現できる。

次に本発明をよりよく理解するために、従来技
術と比較しながら説明する。

まず従来技術の構造を示す断面図を第１図に示
す。複数の回路素子（図中では省略）を含む半導
体基板１１を覆い、選択的に設けられた開孔部を
有する熱酸化膜１２の上面に第１層目の金属配線
１３，１３′が選択的に形成され、該金属配線１
３，１３′の上及びその他の熱酸化膜１２を覆つ
て気相成長の酸化膜による層間絶縁膜１４が形成
され、該層間絶縁膜１４に選択的に設けられた開
孔部を通じて第１層目の金属配線１３′と電気的
に接続し、層間絶縁膜１４上に延在する第２層目
の金属配線１５が形成されている。本構造におい
て、層間絶縁膜１４が第１層目の金属配線１３，
１３′上とその他の領域との間で生ずる段部１
７，１７′，１７″が急峻なため、この上に形成さ
れる第２層目の金属配線１５にくさび状のき裂１
６，１６′，１６″が発生し、第２層目の金属配線
１５が断線し易くなる。

次にリンガラス膜のフロー法を使用した構造の
断面図を第２図に示す。複数の回路素子（図中で
は省略）を含む半導体基板２１を覆い、選択的に
設けられた開孔部を有する熱酸化膜２２の上面に
第１層目の多結晶シリコン配線２３，２３′が選
択的に形成され、該多結晶シリコン配線２３，２
３′の上及びその他の熱酸化膜２２を覆つてフロ
ーされたリンガラス膜による層間絶縁膜２４が形
成されており、該層間絶縁膜２４に選択的に設け
られた開孔部を通じて第１層目の多結晶シリコン
配線２３′と電気的に接続し、層間絶縁膜２４上
に延在する第２層目の金属配線２５が形成されて
いる。本構造においては、第１層目の多結晶シリ
コン配線２３，２３′上とその他の領域との間で
生ずるフローされたリンガラス膜２４の表面の段
部２７，２７′，２７″は緩やかな曲線になつてい
るため、この上に形成される第２層目の金属配線
２５にはき裂が発生せず断線の心配はない。しか
しながら、本構造を実現するためには、層間絶縁
膜はリンガラス膜でなければならないし、さら
に、第１層目の導電膜は1000℃付近の高温処理に
耐える多結晶シリコン膜等でなければならないと
いう制限を得けている。

次に本発明の第１の実施例について、第３図を
用いて説明する。複数の回路素子（図中では省
略）を含む半導体基板３１を覆い選択的に設けら
れた開孔部を有する熱酸化膜３２の上面に、第１
層目の金属配線３３，３３′や選択的に形成さ
れ、該第１層目の金属配線３３，３３′の上及び
その他の熱酸化膜３２を覆つてプラズマ化学反応
による窒化膜で構成された層間絶縁膜３４が形成
され、該層間絶縁膜３４に選択的に設けられた開
孔部を通じて、第１層目の金属配線３３′と電気
的に接続し、層間絶縁膜３４上に延在する第２層
目の金属配線３５が形成されている。本実施例に
おいては、第１層目の金属配線３３，３３′上と
その他の熱酸化膜３２上と間で生ずる層間絶縁膜
３４の表面の段部３７，３７′，３７″は殆んどを
一定の傾斜角を有するほぼ平らな面で構成されて
いるため、この上に形成される第２層目の金属配
線３５にはき裂が発生せず断線の心配はない。

次に第４図を用いて、本発明の第２の実施例に
ついて説明する。複数の回路素子（図中では省
略）を含む半導体基板４１を覆い選択的に設けら
れた開孔部を有する熱酸化膜４２の上面に、第１
層目の金属配線４３，４３′が選択的に形成さ
れ、該第１層目の金属配線４３，４３′の上及び
その他の熱酸化膜４２を覆つてプラズマ化学反応
による窒化膜で構成された層間絶縁膜４４が形成
され、該層間絶縁膜４４に選択的に設けられた開
孔部を通じて第１層目の金属配線４３′と電気的
に接続し、層間絶縁膜４４上に延在する第２層目
の金属配線４５が形成されている。本実施例にお
いては、第１層目の金属配線４３，４３′上とそ
の他の熱酸化膜４２上との間で生ずる層間絶縁膜
４４の表面の段部４７，４７′，４７″は完全に一
定の傾斜角を有するほぼ平らな面で構成されてい
るため、この上に形成される第２層目の金属配線
４５にはき裂が発生せず断線の心配はない。

第５図は、本発明の一構造を実現するための製
造方法を示す主な製造工程での断面図である。

複数の回路素子（図中では省略）を含む半導体
基板５１を覆う熱酸化膜５２に選択的に開孔部を
設け、少なくとも１つは該開孔部を覆う第１層目
の金属配線５３，５３′を選択的に形成する（第
５図ａ）。もし、第１層目の配線を金属膜でなく
多結晶シリコン膜のような半導体薄膜で形成した
場合には、半導体基板内の回路素子の少なくとも
一部は半導体薄膜を被着した後に不純物を添加押
込んで形成することも可能である。

続いて、前記第１層目の金属配線５３，５３′
及びその他の熱酸化膜５２の表面を覆うプラズマ
化学反応による窒化膜５４を形成する第５図ｂ。
この時のプラズマ化学反応による窒化膜の膜厚は
第１層目の金属配線の膜厚と同程度かまたはそれ
以上あることが望ましく、第１層目の金属配線の
膜厚を1.0ミクロンとした時は約1.5ミクロンが最
適である。またこの段階では問題の段部５８，５
８′，５８″，５８は急峻である。

次に前記プラズマ化学反応による窒化膜の表面
全体に高速イオンビームをあてて、該窒化膜の膜
厚の一部をエツチングする。この処理により、エ
ツチング前に急峻であつた段部５８，５８′，５
８″，５８が緩やかな一定の傾斜角を有するほ
ぼ平らな面になる（第５図ｃ）。これは、高速イ
オンビームにより適当な物質をエツチングした場
合、イオンビームの入射方向に対する角度により
エツチング速度が変わることによるものであり、
通常の絶縁膜においては、この角度が約45度の場
合にエツチング速度が最大になる性質を利用して
いる。即ち、半導体基板面に垂直にイオンビーム
をあててエツチングすると、半導体基板上にあつ
た急峻な段は約45度の傾斜面にエツチングされる
ことになる。さらにイオンビームの入射方向を半
導体基板表面に対して垂直方向からはずして斜め
からあてると、段部の傾斜面は45度より小さくな
り、さらに緩やかになる。本実施例では、イオン
ビームを垂直にあて、平面で約0.5ミクロンの膜
厚に相当する量をエツチングしている。

次に前記プラズマ化学反応による窒化膜５４で
構成された層間絶縁膜に選択的に第１層目の金属
配線５３′に達する開孔部を設ける第５図ｄ）。

次に第２層目の金属配線５５を前記プラズマ化
学反応による窒化膜５４及び前記開孔部を覆うよ
うに形成する（第５図ｅ）。第５図ｃの例で述べ
た如く段部５７，５７′，５７″は緩やかな傾斜角
を有するほぼ平らな面になつているため、第２層
目の金属配線の問題は発生しない。

なお、以上の実施例において、半導体基板内の
回路素子については省略したが、MOS型トラン
ジスタ、バイポーラ型トランジスタ、PN接合ダ
イオード、メタル−半導体ダイオード等の能動素
子、及び抵抗、容量等の受動素子及びこれらの組
み合せ素子等すべて適用可能である。又、第１、
第２の絶縁膜については熱酸化膜、熱窒化膜、気
相成長による酸化膜、窒化膜、アルミナ膜、リン
ガラス膜及びプラズマ化学反応による酸化膜また
は窒化膜等さらにこれらを含む膜であれば適用可
能である。又、第１、第２の導電膜については、
金属配線以外にも半導体薄膜、金属シリサイド膜
及びこれらを含む導電膜であれば適用可能であ
る。それ故本発明の範囲は特許請求の範囲に示す
全てに及ぶ。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来技術を示す断面図であ
る。第３図、第４図は本発明の実施例を示す断面
図である。又、第５図は本発明を実現するための
製造方法を主な工程順に示した断面図である。 なお、図中において、１１，２１，３１，４
１，５１……半導体基板、１２，１４，２２，２
４，３２，３４，４２，４４，５２，５４……絶
縁膜、１３，１５，２３，２５，３３，３５，４
３，４５，５３，５５……導電膜、を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体基板上を第１の絶縁膜で覆う工程と、
   該第１の絶縁膜に前記半導体基板の所定部を露出
   する開孔部を設ける工程と、該開孔部を覆い、か
   つ前記第１の絶縁膜上に延在する第１の導電膜を
   選択的に設ける工程と、該第１の導電膜及び前記
   第１の絶縁膜の前記第１の導電膜を有しない部分
   を覆う第２の絶縁膜を被着させる工程と、該第２
   の絶縁膜の全面に高速イオンビームを照射して前
   記第２の絶縁膜の平坦な領域ではその膜厚の一部
   を除去し、一方、その凹凸部での段部ではよりゆ
   るやかな傾斜角を有するなだらかな面にする工程
   と、少なくとも該第２の絶縁膜上に第２の導電膜
   を選択的に設ける工程とを含むことを特徴とする
   半導体装置の製造方法。