JPH04158519A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH04158519A
JPH04158519A JP28405290A JP28405290A JPH04158519A JP H04158519 A JPH04158519 A JP H04158519A JP 28405290 A JP28405290 A JP 28405290A JP 28405290 A JP28405290 A JP 28405290A JP H04158519 A JPH04158519 A JP H04158519A
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JP
Japan
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silicon oxide
oxide film
film
vapor phase
semiconductor device
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JP28405290A
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Yukio Morozumi
幸男 両角
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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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 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特にサブミク
ロン以下に微細化された金属配線上の、積層構造を持つ
保護絶縁膜の形成に関する。
[従来の技術] 従来、LSI等に用いる半導体装置の最終金属配線上の
保護絶縁膜は、物理的損傷、コンタミネーションや水分
の侵入を防ぐ為に、低温で気相成長したプラズマシリコ
ン窒化膜が用いられ、シリコン窒化膜のストレスダメー
ジを緩和する為、その下層には気相成長によるシリコン
酸化膜あるいはそのPSG膜(リンガラス)を敷いた積
層構造が用いられる。
従来の半導体装置の製造方法は、例えば、第2図に示す
如く半導体素子が作り込まれたシリコン基板11上のフ
ィールド酸化膜や層間絶縁膜12を介して、厚みがl 
Oμm前後のA2合金膜でなる金属配線13上に、保護
絶縁膜としてまず400°C前後の該金属配線13に損
傷を与えない温度で、S i H4と02あるいはN2
0、もしくはこれにPH,を導入し熱あるいはプラズマ
気相反応によって、厚みが0.3μm程度のシリコン酸
化膜20もしくはPSGllJjを成長させ、この上に
S iH4とNH3もしくはこれにN2を導入したプラ
ズマ反応により、厚みが1.Oum程度のシリコン窒化
膜18を気相成長させ、その後バターニングしたフォト
レジストをマスクに、前記積層膜をドライあるいはウェ
ット方式で選択エツチングし、外部電極取り出し用のポ
ンディングパッド19を開孔してあり、場合によっては
更にモールド時のストレス緩和の為に、ポリイミド樹脂
等を積層する。
〔発明が解決しようとする課題] しかしながら従来技術では、LSIの様な半導体装置が
、サブミクロン以下に微細化されてくると金属配線のバ
ターニングはドライエツチング化され、断面形状が急峻
化されると共にアスペクト比(段差/スペース)が大き
くなる為、5tHaを用いたシリコン酸化膜20やシリ
コン窒化膜18はカスピングによって付き回りが悪く、
金属配線のスペースにはボイド21が形成されコンクミ
ネーショントラップとなる上、金属配線の側壁部や底面
部及び溝部コーナーのシリコン窒化膜18が、金属配線
13上に比較して極めて薄くなり、この領域から水分や
汚染が侵入することにより、トランジスタ特性やフィー
ルド反転耐圧の変動及び/l配線の腐蝕等に関わる半導
体装置の長期信頼性が問題となっていた。又、ストレス
が3〜9x 10’ dyn/cm”もあるシリコン窒
化膜のストレスを緩和する為、下地シリコン酸化膜やP
SG膜を03μm以上に厚(させたいが、シリコン窒化
膜の付き回りが更に悪く成りボイドも出来やすくなって
しまう。
しかるに本発明はかかる問題点を解決するもので、1i
ti性、耐汚染効果や電気特性等の品質に関わる保護絶
縁膜の付き回り、平坦性改善及びストレス緩和を行ない
、より微細化される半導体装置の偏頭性の向上と安定供
給を目的としたものである。
[課題を解決するための手段] 本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置の最終金
属配線上の保護絶縁膜形成に於いて、少なくとも、有機
シランと支燃性ガスをプラズマ気相反応させた第1のシ
リコン酸化膜を形成する工程、有機シランとオゾンガス
を熱気相反応させた第2のシリコン酸化膜を積層させる
工程、前記積層シリコン酸化膜の所定膜厚を異方性エッ
チバックする工程、塗布ガラスを積層する工程、該塗布
ガラスの所定膜厚をエッチバックする工程、プラズマ反
応によるシリコン窒化膜を成長させる工程を具備したこ
とを特徴とする。
更に本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置の最
終金属配線上の保護絶縁膜形成に於いて、少なくとも、
有機シランと支燃性ガスをプラズマ気相反応させた第1
のシリコン酸化膜を形成する工程、有機シランとオゾン
ガスを熱気相反応させた第2のシリコン酸化膜を積層さ
せる工程、前記積層シリコン酸化膜の所定膜厚を異方性
エッチバックする工程、塗布ガラスを積層する工程、該
塗布ガラスの所定膜厚をエッチバックする工程、気相成
長による第3のシリコン酸化膜を形成する工程、プラズ
マ反応によるシリコン窒化膜を成長させる工程を具備し
たことを特徴とする。
[実 施 例] 第1図は、本発明の半導体装置の製造方法の一実施例に
ついて説明する為の概略断面図であり、SiゲートCM
OS−LSIの絶縁保護膜に適用した場合を示している
。シリコン基板11には、P及びNMOSトランジスタ
、抵抗等の半導体素子が形成され、フィールド酸化膜や
層間絶縁膜12を介して不純物層等からのコンタクトホ
ールが開孔され、Cuを約05%含んだへ!合金膜を約
0.8t1mと、この上にキャップメタルとしてTiN
[を600人積層スパッタリングしてから、)オトリソ
工程で最小間隔が約0.65amにパターン形成し、フ
レオン系のガスとC12系のガスで該積層膜をドライエ
ツチングし、はぼ垂直な側面形状を持った金属配線13
を形成した。
次にロードロック付きの平行平板電極を有するチャンバ
ーで、TEOS [5i  (OC2H−)−]と0.
を約10torr、380℃のプラズマ気相反応により
約0.5μmの第1のシリコン酸化膜14を成長させた
。このシリコン酸化膜14は、均一性も良くち密で圧縮
応力(例えばSiウェハーに成長したとき凸形に反る)
を持つが、段差側面への成長割合が低い。又成長速度が
大きい上、ロードロックで減圧時間が短くヒロックの成
長がほとんどない。続いてTEOSと02中に5%程度
のオゾン(03)と400°Cの90torrの減圧下
で熱反応させ第2のシリコン酸化膜】5を04μm積層
させた。このシリコン酸化膜15は段差部での付き回り
がほぼ100%に近く、溝部への埋まり込みも良好であ
るが、引張り応力を有し、厚くなったり後工程で成膜温
度より高い熱処理がなされるとクラックが入りやすい。
TEOSを用いたシリコン酸化膜14.15は、いずれ
も従来のSiH,を用いたものと違ってカスピングが極
めて少ないことが大きな特徴である(第1図−a)。続
いて、SHF、、SF、とAr等によるドライエツチャ
ーを用い0.45μm程度異方性エッチバックし、平坦
部の第2のシリコン酸化膜15を除去し、金属配線13
のスペースに側壁として残す、このエッチバックの時、
第2のシリコン酸化膜15が全面に残った形にすると、
後工程で形成されるシリコン窒化膜等のストレスが大き
く圧縮応力を持つ時、各々にクラックが入ることがある
。続いて塗布ガラス16をスピンコードしてから約40
0℃の3,5%H2/ A r雰囲気で30分のシンタ
ーを兼ねキュアーすると、第1の金属配!l1llB上
やフィールド等の広域平坦部には約5〜700人、段差
部や溝部には0.4μm程度の塗布ガラス16が溜まり
平坦化される(第1図−b)、塗布ガラスを全面に残し
ておくと、後工程で成膜温度より高い熱処理がなされた
場合ストレスバランスの変化でクラックが入りやすいこ
とや、ポンディングパッドの開孔部側面に塗布ガラスが
露出し吸湿による不良が生じる為、これを回避する目的
で、次に1×lO−→torr程度のAr雰囲気中で4
00Wの高周波バイアスをかけスパッタエッチバックし
、広域平坦部の塗布ガラス16は除去する。この塗布ガ
ラス16を除去する工程に於いては、反応性イオンエツ
チャー(RI E)等を用いても良いが、塗布ガラスの
エツチング速度が気相成長のシリコン酸化膜よりかなり
大きく平坦性が改善されない為、スパッタエツチングや
イオンミーリングの様な物理的に除去出来るものか、選
択性の低いエツチャーが好しい、続いて、塗布ガラスと
シリコン窒化膜の密着性やストレス緩和効果を更に向上
させる為に第1のシリコン酸化膜14と同じ方法により
約2000人の厚みで第3のシリコン酸化膜17を成長
させた。更に約360℃でN2をキャリアーとしS I
H4とNH3をプラズマ反応させたシリコン窒化膜18
を10μm成長させた。最後にバターニングされたフォ
トレジストをマスクにして、まずシリコン窒化1i18
はCF4と0□の混合ガスで、又シリコン酸化膜17.
14はCF、とC,HF3を含む混合ガスで選択ドライ
エツチングし、外部電極取り出し用のポンディングパッ
ド19を開孔した(第1図−C)、この様にしてなる半
導体装置は、金属配線のスペースには保護絶縁膜のボイ
ドが発生せず、シリコン窒化膜18の付き回り、平坦性
も従来に比べ大幅に改善された。この結果、1lTtf
fi性やコンタミネーションに対する遮薮効果による信
頼性向上が図れた。
この他、第1〜第3シリコン酸化膜の気相成長時に、P
 (QCs Hs ) 4やPO(QC2H6)4を添
加して0.5+−4,0mo1%のP2O,を含むPS
Gliとしたものも試作したが、前記実施例と同様な改
善効果と、より一層のストレス緩和と、プラズマによる
電荷ダメージ緩和効果も認められた。尚、第1のシリコ
ン酸化膜14の気相反応時の02に替えNzOや03で
も、第2のシリコン酸化膜15は減圧反応によらず常圧
に近い反応圧で気相成長したものでも良くこの他、TE
01に替えてもSj  (OCH−) 4等の有機シラ
ンも応用可能である。又第3のシリコン酸化膜17は、
塗布ガラス等で平坦化してから成長する為、TE01の
気相成長膜の他に、5IH4を用いたシリコン酸化膜、
あるいはこれにPH,を添加したPSG膜による従来膜
も適用出来る。但し、塗布ガラス16は、第2のシリコ
ン酸化膜15の異方性エッチバック工程後に塗布しない
と、特定寸法の金属配線スペースに大きな液溜まりがで
きクラックとなってしまう。
更に工程途中に於ける気相成長、エツチング処理のプラ
ズマ装置等から発生する電荷ダメージを消去する紫外線
照射処理を各工程間で施しても良いし、ポンディングパ
ッドの開孔は、シリコン窒化膜18形成後に行なうだけ
ではなく、下地シリコン酸化膜と分けて行なう複数工程
によっても問題ないし、トランジスタ等の電気特性安定
化の為のシンク−処理は、塗布ガラスのキュアー処理と
別に行なっても良く回数も限定されない、更にシリコン
窒化股上にモールドストレス緩和の為にポリイミド樹脂
等を積層したものにも応用出来る。
又本発明は、MOS−LSIの他に、バイポーラ、DM
OS及びこれらを組み合わせたLSI等や多層配線の半
導体装置にも適用でき、金属配線としてはAβにSl、
Ti、Pt、Mg等を含むものや、ヒロック、コンタク
トバリヤーとしてTiNの他に、高融点金属や窒化物、
ケイ化物あるいはこれらの合金を上あるいは下に積層構
造となったものにも適用出来る。
[発明の効果] 以上本発明によれば、最終保護絶縁膜の構成を積層とし
、特にプラズマシリコン窒化膜の下地膜を、気相成長条
件を異にしたTE01による気相成長シリコン酸化膜と
塗布ガラスとエッチバックの組み合わせ工程によって形
成し、微細化されたMO3LSI等の半導体装1に於け
る保護絶縁膜の付き回り不具合を改善し、耐温性、耐汚
染効果の向上により、電気特性を含めた長期信頼性に関
わる品質改善効果があり、半導体装置の更なる微細化と
安定供給を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
第1図−a〜第1図−Cは本発明による半導体装置の製
造方法の実施例を示す概略断面図である。 第2図は、従来の半導体装置の製造方法に係る概略断面
図である。 11・・・シリコン基板 12・・・層間絶縁膜 13・・・金属配線 14・・・第1のシリコン酸化膜 15・・・第2のシリコン酸化膜 16・・・塗布ガラス 17・・・第3のシリコン酸化膜 18・・・シリコン窒化膜 19・・・ポンディングパッド 20・・・シリコン酸化膜 21・・ ・ボイド 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体装置の最終金属配線上の保護絶縁膜形成に
    於いて、少なくとも、有機シランと支燃性ガスをプラズ
    マ気相反応させた第1のシリコン酸化膜を形成する工程
    、有機シランとオゾンガスを熱気相反応させた第2のシ
    リコン酸化膜を積層させる工程、前記積層シリコン酸化
    膜の所定膜厚を異方性エッチバックする工程、塗布ガラ
    スを積層する工程、該塗布ガラスの所定膜厚をエッチバ
    ックする工程、プラズマ反応によるシリコン窒化膜を成
    長させる工程を具備したことを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  2. (2)半導体装置の最終金属配線上の保護絶縁膜形成に
    於いて、少なくとも、有機シランと支燃性ガスをプラズ
    マ気相反応させた第1のシリコン酸化膜を形成する工程
    、有機シランとオゾンガスを熱気相反応させた第2のシ
    リコン酸化膜を積層させる工程、前記積層シリコン酸化
    膜の所定膜厚を異方性エッチバックする工程、塗布ガラ
    スを積層する工程、該塗布ガラスの所定膜厚をエッチバ
    ックする工程、気相成長による第3のシリコン酸化膜口
    を形成する工程、プラズマ反応によるシリコン窒化膜を
    成長させる工程を具備したことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
JP28405290A 1990-10-22 1990-10-22 半導体装置の製造方法 Pending JPH04158519A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1076869C (zh) * 1995-05-22 2001-12-26 现代电子产业株式会社 形成半导体器件的旋涂玻璃膜的方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1076869C (zh) * 1995-05-22 2001-12-26 现代电子产业株式会社 形成半导体器件的旋涂玻璃膜的方法

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