JPH0399437A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本奪明は多層配線を有する半導体装置における配線間の
層間絶縁膜の形成方法に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の層間絶縁膜の形成方法としては、例えば
、配線層を含む半導体基板上にプラズマＣＶＤ法（プラ
ズマ励起の化学的気相成長法）を使用したシリコン酸化
膜と有機系シリカ膜とを積層する方法が一般的である。

第５図は従来の層間絶縁膜の形成方法を示す断面図であ
る。第５図に示すように、シリコン基板１１上にはシリ
コン酸化ｊｌｉ１２が形成されており、このシリコン酸
化膜１２上にはアルミニウム配線１３がパターン形成さ
れている。そして、先ス、アルミニウム配線１３を含む
全面に、例えばプラズマＣＶＤ法を使用して膜厚が例え
ば約４０００乃至５０００人のシリコン酸化Ｊｌｌｆ（
１４ａを形成する。次に、シリコン酸化膜１４ａ上にを
種糸シリカ膜１５を、その膜厚が例えば約３０（１０乃
至４０００人になるように塗布して基板表面を平坦化し
た後に、約４００℃に加熱して焼き固める。次に、例え
ばＣＦ　ａガス又はＣＨＦ、とＯｔａとの混合ガス等の
ガスを使用した反応性イオンエツチング装置により、有
機系シリカ８１５をそのアルミニウム配線１３の直上域
の部分が除去されるまでエツチングバックする。

その後、プラズマＣＶＤ法によりこの基板上に膜厚が例
えば約４０００乃至５０００人のシリコン酸化膜１４ｂ
を形成する。これにより、シリコン酸化膜１４　ａ　１
有機系シリカ膜１５及びシリコン酸化膜１４ｂからなる
層間絶縁膜が形成される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の層間絶縁膜の形成方法は
、エツチングバック工程において、例えば、シリコン酸
化膜１４ａと有機系シリカ膜１５との選択比を確保する
ことが困難である。即ち、有機系シリカＭ１５をエツチ
ングバックしてアルミニウム配線１３の直上域の有機系
シリカ膜１５を除去する場合に、例えば幅が広いアルミ
ニウム配線１８の直上域の有機系シリカ膜１５を全て除
去する程度にエツチングを行うと、狭幅のアルミニウム
配線１３上においては５０乃至２００％のオーバーエツ
チングとなる。このため、基板表面を平坦化するために
アルミニウム配線１３間に埋め込まれた有機系シリカ膜
１５の半分以上が除去され、基板表面の平坦性が半減す
るという問題点がある。

また、有機系シリカＭ１５の替わりに無機系シリカ膜を
使用した場合においても同様の問題点かある。

一方、エツチングガスとして、例えば２乃至４体積％の
０２ガスを混合したＣＨＦ３ガスを使用することにより
、シリコン酸化膜１４ａと有機系シリカ膜１５とのエツ
チングレートを合わせ、基板の平坦性を保持しながらエ
ツチングバックすることが可能である。しかしながら、
上述のエツチング条件においては、エツチング中に大量
のゴミが発生しやすく、このゴミが配線間シロート等の
不良原因となるため現実的な方法ではない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
多層配線を有する半導体装置において平坦性が優れた層
間絶縁膜を形成することができる層間絶縁膜の形成方法
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る層間絶縁膜の形成方法は、配線層が形成さ
れた半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、との絶縁
膜上に有機系シリカ膜を塗布する工程と、この有機系シ
リカ膜上に無機系シリカ膜を塗布する工程と、前記有機
系シリカ膜のエツチングレートが前記無機系シリカ膜の
そ、れよりも大きい条件でこの両シリカ膜をエツチング
バックする工程とを有することを特徴とする。

［作用コ 本発明においては、配線層を含む半導体基板上に絶縁膜
を形成した後に、この絶縁膜上に有機系シリカ膜及び無
機系シリカ膜をこの順に順次塗布する。これにより、前
記配線間には、有機系シリカ膜及び無機系シリカ膜が前
記配線上の部分よりも厚くなるように埋め込まれる。そ
の後、この有機系シリカ膜のエツチングレートが無機系
シリカ膜のそれよりも太き（なる条件でこの両シリカ膜
を同時にエツチングバックする。そして、先ず前記配線
上の部分の薄い無機系シリカ膜が全て除去されると、次
いでその下層の有機系シリカ膜のエツチングが開始され
る。爾後、前記配線上の部分は有機系シリカ膜がエツチ
ングされ、配線間の部分は厚い無機系シリカ膜のエツチ
ングが継続されることになる。この場合に、有機系シリ
カ膜のエツチングレートが無機系シリカ膜のそれよりも
大きいので、前記配線上の部分（有機系シリカ膜）が優
先的に除去される。このため、前記配線上の部分の無機
系シリカ膜及び有機系シリカ膜が全て除去されるまでエ
ツチングバックが進行した場合には、前記配線間に有機
系シリカ膜が全くエツチングされずに残留する。これに
より、平坦性が優れた層間絶縁膜を形成することができ
る。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第１の実施例に係る
層間絶縁膜の形成方法を工程順に示す縦断面図である。

第１図（ａ）に示すように、素子形成されたシリコン基
板１上にはシリコン酸化膜２が形成されており、このシ
リ、コン酸化膜２上には電極配線としてアルミニウム配
線３がパターン形成されている。そして、先ず、アルミ
ニウム配線３を含むシリコン基板１上に、例えばプラズ
マＣＶＤ法を使用して膜厚が例えば約３０００乃至５０
００人のシリコン酸化膜４ａを形成する。次に、シリコ
ン酸化膜４ａ上にＯＣＤ　Ｔｙｐｅ？　（商品名：東京
応化社製）等の有機系シリカ膜５を、その膜厚が例えば
約２５００乃至３５００人になるように塗布した後に、
約３００乃至４００℃に加熱して焼き固める。

次に、第１図（ｂ）に示すように、有機系シリカ膜５上
にＯＣＤ　Ｔｙｐｅ２　（商品名：東京応化社製）等の
無機系シリカ膜６を、その膜厚が例えば約７００乃至８
００人になるように塗布した後に、約４００℃に加熱し
て焼き固める。これにより、配線間隔が約Ｏ０Ｂ乃至３
．０μｍのアルミニウム配線２の間に有機系シリカ膜５
及び無機系シリカ膜６が埋め込まれて基板表面が平坦化
される。また、無機系シリカ膜６は、アルミニウム配線
２の直上域の部分に比してアルミニウム配線２の間に埋
め込まれた部分の方が厚く形成される。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、反応性イオンエツチ
ング装置を使用してエッチングバックする。この場合に
、有機系シリカ膜５のエツチングレートが無機系シリカ
膜６のそれの例えば約２乃至３倍大きいエツチング条件
で無機系シリカ膜６及び有機系シリカ膜５をエッチング
バックする。

そうすると、先ず、アルミニウム配線３上の部分の薄い
無機系シリカ膜８が除去され、次いでその下層の有機系
シリカ１！Ｘ５のエツチングが開始される。爾後、配線
３上の部分は有機系シリカ膜５がエツチングされ、配線
３の間の部分は厚い無機系シリカ膜８のエツチングが継
続されることになる。

この場合に、有機系シリカ膜５のエツチングレートが無
機系シリカ膜８のそれよりも約２乃至３倍大きいので、
配線３上の有機系シリカ膜５が優先的に除去される。こ
のようにして、アルミニウム配線３の直上域の無機系シ
リカ膜８及び有機系シリカ膜５が全て除去された時点で
は、アルミニウム配線３の間に埋め込まれた無機系シリ
カ膜θ及び有機系シリカ膜５をこの配線間に残留させる
ことができるので、基板表面が平坦化される。

ここで、エツチングガスとして例えばＣＦ４＋０■ガス
又はＣＨＦａ　＋０５１ガスを使用した場合のエツチン
グ条件について説明する。

第２図はエツチングガスにおける０２ガスの流量比と、
無機系シリカ膜６及び有機系シリカ膜６の選択比との関
係を示すグラフ図であり、横軸はＯＱガス流量比を示し
、縦軸は無機系シリカ膜６と有機系シリカ膜５とのエツ
チングレート比、即ち選択比［を種糸シリカ膜］／［無
機系シリカ膜］を示す。また、図中における実線はＣＨ
Ｆ、＋０□ガスを示し、破線はＣＦａ＋Ｏｔａガスを示
す。

第２図に示すように、ＯＱガス流量比を大きくすると、
これに比例して選択比も大きくなる。即ち、無機系シリ
カ膜６のエツチングレートよりも有機系シリカ膜５のエ
ツチングレートが大きくなる。例えば、ＣＦ４　＋０１
１ガスの場合には０２ガス流量比が０．２以上、ｃＨＦ
ａ＋ｏａガスの場合にはＯＱガス流量比が０．４以上に
なると選択比が２以上になる。従って、本実施例におい
ては上述の範囲にＯＱガス流量比を設定することが望ま
しい。

次に、第１図（ｄ）に示すように、無機系シリカ膜８及
び有機系シリカ１１５により平坦化された基板上にプラ
ズマＣＶＤ法により膜厚が例えば約３０００乃至５ｏｏ
ｏ人のシリコ・ン酸化膜４ｂを被着する。

これにより、シリコン酸化膜４ａ１有機系シリカ膜５、
無機系シリカ膜８、及びシリコン酸化膜４ｂからなる層
間絶縁膜を形成することができる。

本実施例においては、配線３間に埋め込まれた有機系シ
リカ膜５は、その上にエツチングレートが小さい無機系
シリカ膜８が被覆されているので、アルミニウム配線３
の間に埋め込まれた有機系シリカ膜５がエツチングによ
り除去されることはない。このため、平坦化された層間
絶縁膜を形成することができる。

第３図及び第４図は夫々本発明の第２及び第３の実施例
に係る層間絶縁膜の形成方法を示す断面図である。この
第２及び第３の実施例は第１の実施例における第１４図
（ａ）乃至（Ｃ）までの工程が同一である。また、第３
図及び第４図において第１図と同一物には同一符号を付
してその詳細な説明を省略する。

この第２の実施例においては、第１図（Ｃ）に示すよう
に、配線３上の部分の有機系シリカ膜５及び無機系シリ
カＭ６をエツチング除去した後に、第３図に示すように
、アルミニウム配線３の間に埋め込まれた有機系シリカ
膜５上に残存する無機系シリカ膜６をウェットエツチン
グして除去する。

このとき、有機系シリカ膜６はウェットエツチングによ
り殆どエツチングされない。

本実施例によれば、有機系シリカ膜５上に残存する無機
系シリカ膜６を除去するため、微小な無機系シリカ膜６
が剥がれてゴミが発生することを防止できる。また、有
機系シリカ膜５がウェットエツチングにより殆どエツチ
ングされないことを利用して、エツチングバックにより
露出したシリコン酸化膜４ａを若干除去することができ
るので、層間絶縁膜を更に一層平坦化することができる
。

一方、第４図に示す第３の実施例においては、前述の第
２の実施例のウェットエツチング工程の後に、即ち残存
した無機系シリカ膜６をウェットエツチングにより除去
した後に、再び全面に無機系シリカ膜７を塗布し、焼き
固めるにれにより、更に一層、層間絶縁膜を平坦化する
ことができる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、塗布により有機系
シリカ膜及び無機系シリカ膜を順次形成した後に、この
無機系シリカ膜よりもこの有機系シリカ膜のエツチング
レートが大きい条件で、この両シリカ膜をエツチングバ
ックする。このため、配線間に埋め込まれた有機系シリ
カ膜はエツチングレートが小さい無機系シリカ膜に被覆
されているのでエツチングされずに残留する。従って、
従来に比して平坦性が優れた層間絶縁膜を形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｄ）は本発明の第１の実施例に係る
層間絶縁膜の形成方法を工程順に示す縦断面図、第２図
はエツチングガスにおける０２ガス流量比と無機系シリ
カ膜６及び有機系シリカ膜５のエツチング選択比との関
係を示すグラフ図、第３図は本発明の第２の実施例に係
る層間絶縁膜の形成方法を示す断面図、第４図は本発明
の第３の実施例に係る層間絶縁膜の形成方法を示す断面
図、第５図は従来の層間絶縁膜の形成方法を示す断面図
である。 １．１１：シリコン基板、２．４ａ、４ｂ、１２ｔ　　
１４ａ、１４ｂ；シリコン酸化膜、３，１３；アルミニ
ウム配線、６，１５；有機系シリカ膜、６．７；無機系
シリカ膜

Claims (1)

【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絶縁膜を形成
   する工程と、この絶縁膜上に有機系シリカ膜を塗布する
   工程と、この有機系シリカ膜上に無機系シリカ膜を塗布
   する工程と、前記有機系シリカ膜のエッチングレートが
   前記無機系シリカ膜のそれよりも大きい条件でこの両シ
   リカ膜をエッチングバックする工程とを有することを特
   徴とする層間絶縁膜の形成方法。