JPH01128447A - 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１ この発明は、例えばＬＳＩ等の多層配線構造で要求され
る層間絶ｎ層の平坦化さらにヴィアホールの形成手段を
改良した半導体装置の製造方法に関する。

［従来の技術］ ＬＳＩ等の半導体装置にあっては、多層配線構造を有す
る。この多層配線構造は、回路要素の形成された半導体
基板の表面上に、層間絶縁層がそれぞれ介在されるよう
にして複数の配線層が形成されるように構成されている
ものであり、その各配線層相互間、さらに半導体基板の
回路要素の端子部分と配線層との間は適宜電気的に接続
するようになっている。そして、この各配線層の他の層
部分との間の電気的接続手段は、層間絶縁層に貫通する
ヴィアホールを形成し、このヴィアホールに導体を埋め
込むことによって、異なる層の配線層相互、あるいは配
線層と半導体基板上部の端子部との間が電気的に接続さ
れるようにしている。

層間絶縁層は、例えば表面配線層の形成された半導体基
板上に、常圧ＣＶＤ法によって形成されるＳｉＯ２ある
いはＰＳＧ等の酸化膜、またはプラズマＣＶＤ法によっ
て形成される酸化膜によって構成される。しかし、上記
半導体基板上に形成された配ＦＡ層部分に対応した突出
部が上記層間絶縁層の表面形状として現れるようになり
、必然的に層間絶縁層の表面形状は段差部を有するよう
な凹凸の激しい状態となる。したがって、このような凹
凸を有する層間絶縁層の表面部に、さらに別の配線層を
形成するようにすると、凹凸の段差部で配線層に括れあ
るいは断切れが生ずるようになり、この配Ｉａ層の信頼
性が得られないようになる。

このため、多層配線構造とするためには、層間絶縁層の
表面形上を平坦化した後に、この層間絶縁層上に金属配
線層を形成することが必要となる。

このような層間絶縁層の凹凸を無くして平坦化する手段
としては、例えばＳＯＧ　＜態様ガラス）を塗布する手
段、有機樹脂を塗布する手段等が考えられるもので、こ
のように平坦化された層間絶縁層には、このＦ！ＸＪ間
絶縁層の下にある配線層部分に対応して貫通するヴィア
ホールを形成し、このヴィアホール部に対応してざらに
金属配線層が形成されるようになるものである。しかし
、このような手段では平坦化に多くの手数を要するのみ
ならず、ヴィアホールを微細化して構成することが困難
となる。また、微細化されたヴィアホールにあっては、
断切れ等を防止するためにその内周面をテーパ状に形成
させるものであるが、このテーバ状に加工する工程をさ
らに付加しなければならない。

微細化のために有利な手段としては、ドライエツチング
によるエッチバックによって、層間絶縁層の表面を平坦
化することが知られている。

第６図はこのような平坦化手段の例を示しているもので
、半導体基板１１の表面には、この基板１１に形成され
た回路要素の導出端子部に適宜接続されるようにした、
アルミニウム等の金属による表面配線層１２が形成され
ているもので、さらに半導体基板１１の表面上には、上
記配線層１２部分を含むようにして層間絶縁層１３が形
成されている。この場合、層間絶縁層１３の表面には、
配線層１２の半導体基板１１面から突出している形状が
のまま現れ、段差を有する凹凸形状となる。したがって
、この居間絶縁層１３上にこのまま金属配線層を形成さ
せるようにすると、上記段差部分で配線層に括れや断切
れが発生ずるおそれが多い。

したがって、この凹凸を有する層間絶縁層１３の表面を
平滑化するものであるが、このために第６図（Ａ＞で示
されるように、表面に凹凸を有する層間絶縁層１３上に
流動性のあるレジスト１４を塗布して平坦な面を形成さ
せるようにする。そして、反応性イオンエツチングによ
って図に鎖線で示す位置まで全面エツチングし、第６図
（Ｂ）で示されるように層間絶縁層１３の表面が平坦化
されるようにし、この層間絶縁層１３にヴィアホール１
５１．１５２を形成させるようにする。

しかし、このような手段ではレジスト塗布の工程が必要
となるものであり、したがって必然的に工程数が増加す
るものであり、さらにエッチバックした後に残存するレ
ジストを除去する工程が必要となる。また、半導体基板
１１上に配線層１２が存在するものであるため、この配
線層１２部分の膜厚ｔ１およびその他の部分の膜厚ｔ２
に差が生じ、層間絶縁層１３にｍＩｖ分布が生ずるよう
になる。したがって、ヴィアホール１５１および１５２
に深さに相違が存在するものであり、配線工程の歩留り
を低下するようになるものであり、信頼性を向上させる
ために問題を有するようになる。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、簡単
な１工程によって凹凸を有する層間絶縁層の表面を、こ
の層間絶縁層上に金属配線層を形成したときに、この配
Ｉｉ１層に括れや断切れが生じないように平坦化すると
共に、層間絶縁層に膜厚分布が存在しないようにし、ざ
らにヴィアホールがその内周面をテーパ状にした状態で
同時に形成されるようにして、簡単な工程で且つ信頼性
が得られるようにした多層配線構造を有する半導体装置
の製造方法を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る半導体の製造方法にあっては
、表面に凹凸が存在する状態の層間絶縁層に、内周面が
垂直状態とされるヴィアホールを形成するものであり、
このヴィアホールの形成された層間絶縁層の表面をプラ
ズマエツチングによって全面的にエッチバックさせるよ
うにするものである。

［作用］ 上記のような半導体装置の製造方法によれば、内周面が
垂直状にされたヴィアホールが形成され、表面に凹凸を
有する状態の眉間絶縁層が表面からエッチバックされる
ようになる。この場合、層間絶縁層表面の段差部分は傾
斜面で連続されるようになり、またヴィアホールの内周
面もテーパ面とされるようになるものであり、層間絶縁
層の表面は金属配線層を形成した場合に括れや断切れの
原因となる段差部の無い平坦化された状態となる。

また膜厚分布も−様な状態となるものであり、多層配線
構造を有する半導体装置の信頼性の向上に大きな効果が
発揮されるようになる。

［発明の実施例〕 以下、図面を参照しながらこの発明の詳細な説明する。

第１図乃至第４図は特に多層配線工程における居間絶縁
層およびヴィアホールの形成工程を順次水しているもの
で、まず、第１図で示されるように回路要素が適宜形成
されたシリコン等による半導体基板２１の表面には、上
記回路要素に適宜接続されるようになる表面配線層２２
が、例えばポリシリコンによって形成されている。そし
て、この半導体基板２１の表面には、上記表面配線層２
２部分をも含む状態で、例えば５１０２による絶縁層２
３が形成されているもので、この絶縁１ｉｉ２３上に第
１層の配線層２４１．２４２が形成されている。この配
線Ｆｍ２４１．２４２は適宜表面配線［Ｉ２３あるいは
基板２１に形成された回路要素の導出端子部分に接続さ
れている。

このようにして第１層の配線層２４１．２４２が形成さ
れたならば、この配線層２４１．２４２部分を含む状態
で、半導体基板２１の全面に層間絶縁層２５が形成され
る。この場合、この層間絶縁層２５の表面は、半導体基
板２１の表面に形成される表面配線層２３、さらに第１
層の配Ｆｉｔ層２４１．２４２の形状に対応して段差部
２６１　、２６２　、・・・を有する凹凸面とされるよ
うになる。

そして、第２図で示されるように、表面に凹凸形状が存
在する状態の層間絶縁層２５に対して、例えば配線層２
４１部分に対応してこの配ｌｉｔ層２４１に至るように
貫通するヴィアホール２７をエツチングにより形成する
。この場合、このヴィアホール２７の内周面は垂直状態
に形成されている。

このようにヴィアホール２７が形成されたならば、居間
絶縁層２５の表面部分を反応性イオンエツチングによっ
て全面エツチングするものであり、このエツチング工程
によって第３図で示されるように、居間絶縁層２５の表
面の凹凸を形成する段差２６１．２６２、・・・部分が
傾斜面で連続されるようにテーパ面２８１．２８２、・
・・とされるようになり、また同時にヴィアホール２７
の内周面も、間口方向に径が大きくなるようなテーパ面
２９とされるようになる。

そして、この層間絶縁層２５の面上に、第４図で示され
るように第２層の配線層３０が形成されるようになるも
のであり、テーパ面を有するヴィアホール２７を介して
配線層２４１と３０とが電気的に接続されるようになる
ものである。

この場合、上記配線ｗＡ３０は層間絶縁層２５上のテー
パ面２８１　、２８２　、・・・に沿って形成されるよ
うになるものであり、この配線層３０に括れあるいは断
切れ等を生ずるようになることが効果的に抑制されるよ
うになり、信頼性の高い配ＦｉＩ層とすることができる
。

ここで、上記反応性イオンエツチングは、例えば第５図
で示すようなマグネトロン装置４１によって行われる。

このマグネトロン装置４１は反応性イオンエツチング装
置を構成するようになるものであり、この装置４１の内
部には第２図で示したように表面に段差を有する凹凸を
有し且つヴィアホール２７が開口された層間絶縁層２５
が形成されている半導体基板２１が設定される。そして
、この装置４１の内部には例えばＣ２Ｆｓからなる反応
ガスが導入できるようにしている。

上記マグネトロン装置４１には、電極４２１および４２
２が設定されているもので、この電極４２１および４２
２の相互間には、高周波電源４３から例えば５００〜１
０００Ｗの高周波電力が印加されるようにしている。ま
た、このマグネトロン装置４１には電磁マグネット４４
が設定されているもので、このマグネット４４によって
装置４１内部に約８００ガウスの磁場が設定されるよう
にしている。

このように構成される反応性イオンエツチング装置によ
って、半導体基板２１の表面に形成された層間絶縁層２
５の表面を、例えばエツチング圧力数Ｐａ〜３０Ｐａの
範囲で、約３０秒〜１分の間エツチングすると、第３図
で示したように段差部が緩和されてテーバ面で連続され
るようになる。このテーバ面の角度は、４５〜７０°の
範囲で適宜設定されるようにすればよい。

このようなマグネトロン装置を用いた反応性イオンエツ
チングにあっては、極めて短時間に層間絶縁層２５がエ
ツチングされるようになる特徴を有するものであり、例
えば通常の反応性イオンエツチングに比較して、１／１
０．〜１／６０以下の状態とすることができる。しかも
、通常の反応性イオンエツチングでは、上記のように段
差部を緩和させるような平坦化はできない。

マグネトロン装置を使用した反応性イオンエツチング装
置にあっては、マグネトロン放電によって、プラズマ中
にＣＨ２等の不飽和フッ化炭素が容易に生成されるよう
になる。このためＣＸ　ＦＹなる組成のポリマーが効率
的に発生するようになり、この発生されたポリマーが袋
間絶縁ＷＪ２５の表面に付着するようになる。この付着
されるポリマーの量は「エラチングル堆積」の競争反応
バランスによって決定される。

この競争反応バランスは、エツチング条件によって可変
されるようになるものであり、したがってエツチング条
件によってエツチング形状が制御できるようになる。

マグネトロン放電のもとに行われる反応性イオンエツチ
ングのエツチング反応は、上記層間絶縁層２５の表面に
堆積されるポリマーの堆積速度Ｖ−１と、ポリマーのエ
ツチング速度Ｖ２との比ｒＶ１／Ｖ２−ｒＪ、およびポ
リマーのエツチング速度Ｖ２と層間絶縁層２５のエツチ
ング速度■３との比ｒＶ２　／Ｖ３−ＲＪによって支配
される。種々の実験を行った結果、ｒＲ＞１Ｊおよび「
ｒ＜ＩＪの条件が満足されたときに、層間絶縁層２５の
段差２６１．２６２　、・・・部がテーバ面２８１　、
２８２　、・・・の状態にエツチングされ、さらに垂直
形状のヴィアホール２７の内周面がテーバ面２９とされ
るようになることが確認された。

すなわち、段差部を傾斜面となるようにエツチングする
ためには、次のような条件が満足されるようにする。

ａ）ポリマーの生成速度が大きい。

ｂ）ポリマーのエツチング速度が大きい。

Ｃ）絶縁層のエツチング速度が大きい。

ｄ）ｒ＜１およびＲ＞１である。

尚、層間絶縁層の表面に効果的にポリマーの層を形成さ
せるためには、例えば半導体基板２１をセットする電極
上に、ポリイミド、あるいはテフロンによる絶縁板を設
定すると効果的である。

具体的な実施例を以下に示す。

実施例１ 第１図で示されたような状態で、層間絶縁層２５をプラ
ズマＣＶＤ装置によって形成された厚さ１．３μｍのプ
ラズマ窒化膜で構成する。そして、この蔵開絶縁ＷＪ２
５の表面にレジストを塗布しホト工程によってヴィアホ
ールに対応したレジストパターンを形成し、反応性イオ
ンエツチング装置を用い、ＣＦ４ガス中でヴィアホール
２７を第２図のように開口形成する。この場合ヴィアホ
ール２７の内径は２μｍである。そして、上記レジスト
を剥離除去する。

このように層間絶縁１１２５にヴィアホール２７が開口
されたならば、マグネトロン反応性イオンエツチング装
置によって、反応ガスとしてＣＨＦ３ガスを用い、その
流量を５０　ＱＣ／分、ＲＦパワーを６００Ｗ、反応ガ
ス圧を１３Ｐａの条件を設定して、約１７００人／分の
エツチング速度で３分間エツチングした。そして、その
結果第３図で示したように段差部が傾斜面となり、ヴィ
アホールの内周面がテーパ面とされた。このとき、段差
部に対応する部分の傾斜角度は４０°であり、ヴィアホ
ール２７のテーパ面２９の角度は６０６であった。

：ＵＵＷ 実施例１と同様の構造にして、層間絶１ｉ層２５をＰＳ
Ｇ　（リン濃度２．０モル％）ｇｌで構成するものであ
り、この層間絶縁層２５に内径１μｍのヴィアホール２
７を形成した。そして、反応ガスＣＨＦ　３を５０Ｃｃ
／分で流し、ＲＦパワー６００Ｗ、反応ガス圧６Ｐａの
条件で７０秒間エツチングした。その結果段差部の傾斜
角度は４０°とされ、ヴィアホール２７のテーパ面は６
５°となった。

以上の各実施例で示したように、段差部分を傾斜面とづ
るような丸みを持たせた形状とし、且つ高速なエツチン
グ動作を実行させる手段としては、上記実施例等で説明
した磁場を有する反応性エツチングにおいてのみ可能で
ある。この場合のエツチング条件は、例えば次に示すよ
うになる。

［絶縁膜材料：プラズマ酸化ＷＡ］ 反応ガス（添加ガス） ＣＦ＋５０ｔ−１ｚ５　　あるいは ＣＨＦ３５０　　　　あるいは Ｃ２Ｆ６５０ 反応圧力　　　６〜１３ Ｒ「パワー　　４００〜ａｏｏｗ ［絶縁ｍＵ料：　ＣＶＤ−８ｉ　０２　］反応ガス（添
加ガス） ０２　Ｆｓ　５０Ｈ２５あるいは ＣＨＦａ　　５０ 反応圧力　　　６〜２０ ＲＦｔ＜ｒ）−４００〜６００Ｗ ［絶縁膜材料：　ＣＶＤ−ＰＳＧ］ 反応ガス（添加ガス） ０２　Ｆ５５０Ｈ２３あるいは ＨＦ１５０ 反応圧力　　　６〜２０ ＲＦパワー　　４００〜６００Ｗ ［絶縁膜材料：　ＣＶＤ−ＢＰＳＧ］ 反応ガス Ｃ２Ｆ６５０１−１２３　　あるいは Ｃｌ−ＩＦ５５０ 反応圧力　　　６〜２０ ＲＦパワー　　４００〜６００Ｗ ［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る半導体装置の製造方法によ
れば、表面に凹凸が存在する層間絶縁層に垂直な壁面を
有するヴィアホールを形成した状態で、只１回の反応性
イオンエツチングを行うことによって、上記表面の凹凸
を形成する段差部が連続づる傾斜面とされ、またヴィア
ホールの内周面がテーパ面とされるようになる。すなわ
ち、非常に簡単な工程によって、層間絶縁層の凹凸を有
する面を、膜厚分布が一様とされる状態で多層配線Ｈ４
造に適する平坦化された面ととし、さらに同時にヴィア
ホールの内周面のテーパ面とされるようになる。したが
って、製造工程が非常に簡略化されるばかりか、充分に
信頼性を高くすることができる多層配線構造が得られる
ようになるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はそれぞれこの発明の一実施例に係る
半導体の製造方法において、各工程における半導体装置
の断面構成を順次示す図、第５図は上記製造工程で使用
されるマグネトロン反応性イオンエツチング５Ａ置を説
明するための構成図、第６図の（Ａ）および（Ｂ）はそ
れぞれ従来の製造工程を順次説明するための半導体装置
の断面構成を示す図である。 ２１・・・半導体基板、２２・・・表面電極、２３・・
・絶ＩＩ層、２４１．２４２・・・第１層の配線層、２
５・・・層間絶縁層、２６１．２６２　、・・・段差、
２７・・・ヴィアホール、２８１．２８２、・・・２９
・・・テーバ面、３０・・・第２層の配線層。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 ４４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回路要素の形成された半導体基板の表面に絶縁層
   を形成する工程と、 上記絶縁層に、垂直状態のヴィアホールをエッチングに
   よって形成する工程と、 この工程で垂直状のヴィアホールの形成された上記絶縁
   層の表面部を、上記ヴィアホールの内周部を含む状態で
   プラズマエッチングする工程とを具備し、 このプラズマエッチング工程によって、上記絶縁層の表
   面の段差部分が傾斜面で連続されるようにすると共に、
   上記垂直状のヴィアホールの内周面がテーパ面とされる
   ようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）上記プラズマエッチング工程は、マグネトロン反
   応性イオンエッチングによって、上記絶縁層が直接的に
   エッチングされるようにした特許請求の範囲第１項記載
   の半導体装置の製造方法。