JPS637651A - 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わり、特に多稽配
腺の居間絶縁膜の改良をはかった半導体装置の製造方法
に関する。

（従来の技術） 従来、多層配線の居間絶縁膜としては、第３図に示す如
く、ＣｖＤ法或いはスパッタ法等によりＭｌ積する絶縁
ｐａ３４．３６及び平坦化用中間−として回転塗布によ
り形成するスピンオンガラス膜（以下ＳＯＧ膜と略記す
る）３５を用いた３鳴構造のものが知られている。なお
、第３図中３１はシリコン基板、３２はシリコン酸化模
、３３は下啓配線届を示している。

しかしながら、この杯の３層構造にあっては、次のよう
な問題があった。即ち、中間１そあるＳ　ＯＧ　Ｍｌ　
３５の形成後、或いは中間層３５上の絶縁膜３６の成膜
時若しくは成ＩＡ後において、下層の絶縁膜３４に大き
な外力が加わる。このため、外力の加わった絶縁！！１
３４にマイクロクラック３７が発生し、居間絶縁膜自体
の信頼性及び歩留りの低下、更には配線層の信頼性の低
下を引起こす。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来方法では、層間絶縁膜としてｗ！、縁Ｉ
ｌｌ／ｌｌ／平坦化用膜／絶縁層構造を利用した場合、
下層の＄８縁摸３４に大きな外力が加わり、その結果、
マイクロクラック３７が発生すると云う問題があった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、層間絶＄１膜におけるマイクロクラッ
クの発生を防止することができ、信頼性向上及び歩留り
の向上をはかり得る半導体装置の製造方法を提供するこ
とにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、下台の絶縁膜の膜厚を厚くすることに
より、該絶縁膜に加わる応力を緩和してマイクロクラッ
ク発生を抑制することにある。

即ち本発明は、配線層が形成された半導体基板上に第１
の絶縁膜を形成したのち、この第１の絶縁股上に平坦化
用膜を塗布してその表面を平坦化し、次いでこの平坦化
用股上に第２の絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法
において、前記第１の絶縁膜の膜厚を前記配線層の膜厚
の１／２倍以上に設定するようにした方法である。

（作用） 前述したように、第１の絶縁膜には各種の応力が加わる
。即ち、平坦化用膜として用いる５ＯＧｉｌのキユアリ
ング（硬化のための熱処理）工程における体積収縮のた
め、第１の絶縁膜には大きな引張り応力が加わる。さら
に、第２の絶縁膜の成膜により、この第２の絶縁膜が圧
縮応力を持つ場合は、上記引張り応力はさらに大きくな
る。

そこで本発明では、第１の絶縁膜の膜厚を十分厚くする
ことにより、中位断面積当りの引張り応力を小さくし、
マイクロクラックの発生を防止している。第１の絶縁膜
の膜厚の望ましい部間としては、模述する本発明者等の
実験等により、配線層のｍ厚の１／２１８以上とすれば
よいことが見出された。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施倒方法に係わる
半導体装置の製造工程を示す断面図である。まず、第１
図（ａ）に示す如く、シリコン基板１１上に、例えば厚
さ０．５μｍの熱酸化ｌｌＡｌ２を形成したのち、その
上に例えばアルミニウム模からなる厚さ０．８μ亀の配
線層１３を形成した。

ここで、配ａｌｆｆｉ１３は、ライン幅１．５μ■、ス
ペース幅１μｍのライン＆スペースのパターンとした。

次いで、第１図（ｂ）に示ず如く、ＳｉＨ＋とＮ２０ガ
スを用いたプラズマＣＶＤ法により、３００℃の形成温
度で第１の絶縁膜としての厚さ０．５μｍのＳｉＯ２膜
１４全１４した。この状態では第１の５ｉ０２映１４の
表面は、配線層１３の凹凸を反映した凹凸が形成されて
いる。

次いで、第１図（Ｃ）に示す如く、第１の５ｉ０２１１
１１４上に、ＳＯＧ躾１５を回転塗布により形成し、４
５０℃で硬化させた。具体的には、シラノールを主成分
としアルコールで溶解させたもの（例えば東京応化製Ｏ
ＣＤ液）を第１の９ｉ０２１１１１４上に回転塗布し、
上記温度でキユアリングした。この状態で５ＯＧＩｔ！
！１１５の表面は略平坦となっている。

次いで、第１のＳｉＯ２躾１４の形成と同嫌に、ＳＯＧ
膜１膜上５上２の絶縁膜としての厚さ０．５μｍの５ｉ
０２１１１１６を堆積した。これ以降は、コンタクトホ
ール形成及び上層配′ａ層形成等により、所望の素子が
形成されることになる。

かくして作成された３層構造にあっては、第１の５ｉＯ
２１１０１４にマイクロクラックが発生することはなか
った。これは、第１の５ｉＯ２Ｊｉ１４の膜厚を十分厚
く形成することにより、該膜１４に加わる応力を緩和で
きたからと考えられる。

ここで、第１のＳｉＯ２膜１４全１４に対するマイクロ
クラック発生率の関係について説明する。

本発明者等は、配線層１３の膜厚を０．８μｍとし、第
１のＳ　ｉ　０２膜１４の膜厚を可変にして、マイクロ
クラックの発生数を調べた。即ち、配線層１３の５００
本のラインを一組とし、各粗角に第１の５ｉＯ２１ａ１
４の膜厚を０．３〜０．８　μｍノ範囲で０．１μｍず
つ変えた試料を作成し、各粗角にマイクロクラックの発
生数を調べた。なお、各層の材料や形成方法等は第１図
の例と同様とした。

その結果、第２図に示す如り５００本のラインに対し、
第１の５ｉＯｚ模１４の膜厚０．３μ乳では１／３以上
にマイクロクラック発生が見られた。

これに対し、０．４μｍ以上の膜厚では、マイクロクラ
ック発生は殆ど認められず、０．７μｍ以上ではマイク
ロクラックの発生は全く認められなかった。

以上の結果から、第１の３ｉ０２膜１４の膜厚を配線層
１３の膜厚の１／２以上に設定すれば、マイクロクラッ
ク発生を略防止することが可能となる。また、配線層１
３の膜厚を変えても、上記１／２倍以上の条件を満足す
れば、マイクロクラックの発生を殆ど防止できることが
ＴＪ１１認された。

さらに、第１及び第２の絶縁膜１４．１６の材ｒ４や平
坦化用膜１５の材料を変えた場合、若干の変動はあるも
のの先と同様に、第１の絶縁１！１Ｊ１４の膜厚が配線
層１３の膜厚の１／２以上であれば、マイクロクラック
発生を略防止できることが判明した。

このように本実施例方法によれば、第１の５１０２膜１
４の膜厚を配線層１３の膜厚の１／２倍以上に設定して
いるので、該ＳｉＯ２幌１４に加わる応力を緩和するこ
とができ、マイクロクラックの発生を未然に防止するこ
とができる。

このため、層間絶縁膜の信頓性向上をはかることができ
、素子製造歩留りの向上をはかり１ｑる。また、従来の
製造工程を殆ど変えることなく、第１の５１０２Ｍ１１
４の膜厚を規定するだけでよく、簡易に実現し得る等の
利点もある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記第１及び第２の絶縁膜としては、シリ
コン酸化膜に限らず、シリコン窒化膜や燐、砒素、硼素
等の不純物を含んだシリケートガラスであってもよい。

ざらに、それらの膜厚も、仕様に応じて適宜変更可能で
ある。また、第１及び第２の絶縁膜の形成法としては、
プラズマＣＶＤ法以外に、減圧ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法
或いはスパッタ法等を用いることができる。さらに、配
絵としては、アルミニウムを用いたが、モリブデン、タ
ングステン、白金、金等の金属や、これらの硅化物及び
多結晶シリコン［を用いることが可能である。

また、平坦化用膜としては、ＳＯＧに限るものではなく
、窒化膜やポリイミド等の有間膜であってもよい。さら
に、平坦化用膜の形成方法としては、回転塗布に限るも
のではなく、液体中に侵す、所謂デイツプ法等を用いる
ことも可能である。また、第２の絶縁膜の膜厚としては
、素子ｉツ造技術上の観点から配線層の膜厚の２倍以下
程度が望ましい。その池、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、３層溝造からなる
層間絶縁膜の下層の絶縁膜の膜厚を配ｍ層の膜厚の１／
２倍以上に設定することにより、層間絶縁膜におけるマ
イクロクラックの発生を防止することができ、信頼性及
び製造歩留りの向上をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実流例方法に係わる
半導体装置の製造工程を示す断面図、第２図は第１のＳ
ｉＯ２膜の膜厚に対するマイクロクラック発生率の関係
を示す特性図、第３図は従来の問題点を説明するための
断面図である。 １１・・・シリコン基板、１２・・・熱酸化膜、］３・
・・配線層、１４・・・５ｉ０２膜く第１の絶縁膜）、
１５・・・５ＯＧｖＡ（平坦化用膜）　、１６−８　ｉ
　０２膜（第２の絶縁膜）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 １ｓｔ−ｓ；０２（、ｕｒｎ）　− 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）配線層が形成された半導体基板上に、膜厚が上記
   配線層の膜厚の１／２倍以上である第１の絶縁膜を形成
   する工程と、上記第１の絶縁膜上に平坦化用膜を塗布し
   てその表面を平坦化する工程と、上記平坦化用膜上に第
   ２の絶縁膜を形成す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。
2. （２）前記平坦化用膜として、スピンオンガラス膜を用
   いた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）前記平坦化用膜を形成する工程として、シラノー
   ルを主成分としアルコールに溶解させたものを前記第１
   の絶縁膜上に回転塗布したのち、これを熱処理により硬
   化させることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   半導体装置の製造方法。
4. （４）前記第２の絶縁膜の膜厚を、前記配線層の膜厚の
   ２倍以下に設定した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。