JPH05226481A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】多層配線を用いた時配線間を絶縁する層間絶縁
膜を平坦化する方法。層間絶縁膜１０４を形成した後レ
ジスト１０５をスピンコートすると凸部のレジスト膜厚
は凹部に比べ薄くなる。層間絶縁膜１０４の１部分が露
出するまでレジスト１０５をエッチングした後層間絶縁
膜を選択的にエッチングすることにより層間絶縁膜の平
坦化を実現する。また、残り形状がリフロー平坦化に適
しているため効果的に平坦化が行える。 【効果】配線密度が異なる場所でも平坦化できる。また
既存のプロセスをほとんど変えることなく平坦化工程を
行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大規模集積回路（以下Ｌ
ＳＩと称する）に用いられる層間絶縁膜の平坦化技法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体装置の配線技術においては
多層構造の配線が用いられ、例えばＳｉ基板の不純物
層、不純物層、不純物がドーピングされたポリシリコン
や金属あるいはこれらの合金などでなる第１の配線層上
に二酸化珪素膜などの層間絶縁膜を介在させて、上層の
Ａｌ合金等の金属でなる第２の配線層を形成している。
微細化が進み配線パターンがハーフミクロン程度になる
とアスペクト比の増大により配線材による段差が厳しく
なり、配線の断線やマイグレーション等が生じ半導体装
置の特性や信頼性を損ねる因子となる。

【０００３】改善策として、例えば特公昭５１ー２１７
５３の如く気相成長法で二酸化珪素膜を形成した後、ス
ピンコート回転法で塗布ガラスを堆積し４００〜９００
℃でアニールを施し段差特性を改善する方法が提唱され
ている。

【０００４】また、レジストをスピンコートした後エッ
チバックするなどして段差特性を改善しようとする等の
方法も用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、塗布ガ
ラスを熱アニールすることで形成される二酸化珪素は多
量の水分を含んでいるため配線材料が腐食を起してしま
うなどの問題点を有している。また、膜質が物性的に脆
弱なためドライエッチングを行なうとエッチング速度が
３〜１０倍程度速くなり、エッチング時の段差制御性が
悪くなってしまうという問題点があった。

【０００６】またレジストをスピンコートした後エッチ
バックを行ない平坦化を行なう方法も、配線パターン密
度が空間的にばらつくとパターン密度の粗密に対応して
レジストにも高低差が生じ平坦化が十分には行えないと
いう問題点を有していた。

【０００７】そこで、本発明は従来のこのような問題点
を解決し、配線材料の腐食等の問題がなくしかも十分な
平坦化が行える層間絶縁膜の平坦化技法を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上のような問題点を解
決するため本発明の半導体装置の製造方法は次に示すよ
うな特徴を有する。

【０００９】金属もしくはポリシリコンから成る配線上
に二酸化珪素を主成分として成る層間絶縁膜を形成する
工程と、前記層間絶縁膜上にレジスト膜をスピンコート
法により形成する工程と、前記層間絶縁膜の１部分が露
出するまでレジストをエッチングする工程と、前記レジ
ストに対して前記層間絶縁膜を選択的にエッチングする
工程とを行なうこと。

【００１０】ポリシリコンから成る配線上に二酸化珪素
を主成分として成る層間絶縁膜を形成する工程と、前記
層間絶縁膜上にレジスト膜をスピンコート法により形成
する工程と、前記層間絶縁膜の１部分が露出するまでレ
ジストをエッチングする工程と、前記レジストに対して
前記層間絶縁膜を選択的にエッチングする工程と、レジ
ストを剥離する工程と、リフロー工程とを行なうこと。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を詳細に説明する。

【００１２】（実施例−１）図１（ａ）〜（ｅ）は金属
配線上に層間絶縁膜を形成し、エッチングのみにより平
坦化するプロセスを示したものである。金属配線には下
部バリアメタルとフォトアライメント時のハレーション
防止膜としてＴｉＮを用いたＡｌ−Ｃｕ配線を用いた。

【００１３】続けて図１（ａ）〜（ｅ）を用いて平坦化
プロセスを個々に説明していく。配線パターンは（ライ
ン）＆（スペース）：（１〜１０μｍ）＆（１〜１０μ
ｍ）のテストパターンを用いた。

【００１４】（ａ）(101)シリコン基板上にプラズマＣ
ＶＤ法（プラズマ化学気相成長法）により(102)二酸化
珪素膜を０．５μｍ堆積した後、厚さ０．０５μｍのＴ
ｉＮ，厚さ０．６μｍのＡｌ−Ｃｕ，厚さ０．０５μｍ
のＴｉＮで挟んだサンドイッチ状の断面構造の金属層を
スパッタ法により形成する。金属層の厚さは計０．７μ
ｍである。

【００１５】次に、通常のフォトリソグラフィ工程とド
ライエッチング工程とを通して(103)金属配線を形成す
る。（図１（ａ）） 次に、材料ガスとしてＳｉ（ＯＣ2Ｈ5）4とＯ2を用いた
プラズマＣＶＤ法により平均層厚１μｍの(104)二酸化
珪素層間絶縁膜を形成する。

【００１６】（ｂ）次に、(105)フォトレジストをスピ
ンコートする。（図１（ｂ）） （ｃ）次に、(104)二酸化珪素層間絶縁膜が露出するま
で(105)フォトレジストのエッチングを行なう。

【００１７】なお、エッチングの条件は以下に示す条件
を用いた。

【００１８】 ＣＨＦ3 ＝７５ｓｃｃｍ Ｏ2 ＝５０ｓｃｃｍ ＲＦ ＰＯＷＥＲ＝１２５０Ｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ＝５５ｍＴｏｒｒ なお、この条件下では(105)フォトレジストのエッチレ
ートは４００Å／ｍｉｎ、(104)二酸化珪素のエッチレ
ートも４００Å／ｍｉｎである。

【００１９】（ｄ）(104)二酸化珪素膜が露出したらエ
ッチング条件を変え、(104)二酸化珪素を選択的にエッ
チングする。

【００２０】なお、エッチングの条件は以下に示す条件
を用いた。

【００２１】 ＣＨＦ3 ＝７５ｓｃｃｍ Ｏ2 ＝０ｓｃｃｍ ＲＦ ＰＯＷＥＲ＝１２５０Ｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ＝５５ｍＴｏｒｒ なお、この条件下では(105)フォトレジストのエッチレ
ートは１５０Å／ｍｉｎ、(104)二酸化珪素のエッチレ
ートは６５０Å／ｍｉｎである。

【００２２】（ｅ）次に、(105)フォトレジストを剥離
して終了となる。

【００２３】このサンプルでは表面の段差は±０．１５
μｍ以内であり、ライン＆スペースやパターン密度に対
しての依存性は生じなかった。

【００２４】また、このサンプルで温度９０℃、湿度８
５％の環境下で通電試験を行ない、塗布法ガラスにより
平坦化したほぼ同一形状のサンプルと電気抵抗の時間変
化を根拠として寿命の比較をすると２〜４倍程度の長寿
命特性が得られた。

【００２５】また、このサンプルに０．８μｍ×０．８
μｍのコンタクトホールを開け、ＷＦ6をソースガスと
したＣＶＤ法によりタングステン膜を成膜し、エッチバ
ックを行なう方法によりプラグを作製したところ、オー
バーエッチ５％でタングステン残りが６インチシリコン
基板全面において０になった。

【００２６】なおタングステン残りの確認にはＳＥＭ
（走査型電子顕微鏡）を用いた。

【００２７】また、このサンプル上に厚さ０．６μｍ、
幅０．６μｍのＡｌ−Ｃｕ合金の金属配線パターンを作
製し、乾燥窒素中で９０℃の加熱通電試験を行なったと
ころ、平坦なＳｉＯ2上に作製したものと比べ７０％程
度の寿命特性を示した。

【００２８】これは、通常必要とされる条件から考えて
十分な特性である。

【００２９】（実施例−２）配線にポリシリコンを用
い、層間絶縁膜にボロンーリンーガラス（以下ＢＰＳＧ
と呼ぶ）を用い、リフロー法を用いた実施例を図２を用
い次に説明する。

【００３０】（ａ）(201)シリコン基板上にプラズマＣ
ＶＤ法により(202)酸化シリコン膜を０．５μｍ堆積し
た後、ＣＶＤ法（化学気相成長法）によりポリシリコン
膜を０．７μｍ堆積する。

【００３１】次に、通常のフォトリソグラフィ工程とド
ライエッチング工程とを通して(203)ポリシリコン配線
を形成する。

【００３２】次に、材料ガスとしてＳｉ（ＯＣ2Ｈ5）4
とＯ2とＰＯ（ＯＣＨ3）3とＢ（ＯＣ2Ｈ5）3を用いたプ
ラズマＣＶＤ法により平均層厚１μｍの(204)ＢＰＳＧ
層間絶縁膜を形成する。（図２（ａ）） （ｂ）次に、(205)フォトレジストをスピンコートす
る。（図１（ｂ）） （ｃ）次に、(204)ＢＰＳＧ層間絶縁膜が露出するまで
(205)フォトレジストのエッチングを行なう。

【００３３】なお、エッチングの条件は以下に示す条件
を用いた。

【００３４】 ＣＨＦ3 ＝７５ｓｃｃｍ Ｏ2 ＝５０ｓｃｃｍ ＲＦ ＰＯＷＥＲ＝１２５０Ｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ＝５５ｍＴｏｒｒ なお、この条件下では(205)フォトレジストのエッチレ
ートは４００Å／ｍｉｎ、(204)ＢＰＳＧのエッチレー
トは５００Å／ｍｉｎである。

【００３５】（ｄ）(204)ＢＰＳＧ層間絶縁膜が露出し
たらエッチング条件を変え、(204)ＢＰＳＧ絶縁膜を選
択的にエッチングする。

【００３６】なお、エッチングの条件は以下に示す条件
を用いた。

【００３７】 ＣＨＦ3 ＝７５ｓｃｃｍ Ｏ2 ＝０ｓｃｃｍ ＲＦ ＰＯＷＥＲ＝１２５０Ｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ＝５５ｍＴｏｒｒ なお、この条件下では(105)フォトレジストのエッチレ
ートは１５０Å／ｍｉｎ、(204)ＢＰＳＧ層間絶縁膜の
エッチレートは７００Å／ｍｉｎである。

【００３８】（ｅ）次に、(205)フォトレジストを剥離
し，乾燥窒素雰囲気で８５０度の熱処理を３０分行なう
ことでリフローを行ない、平坦化工程を終了する。

【００３９】このサンプルでは表面の段差は±０．０５
μｍ以内であり、ライン＆スペースやパターン密度に対
しての依存性は生じなかった。

【００４０】また、このサンプル上に厚さ０．６μｍ、
幅０．６μｍのＡｌ−Ｃｕ合金の金属配線パターンを作
製し、乾燥窒素中で９０℃の加熱通電試験を行なったと
ころ、平坦なシリコン基板上に熱酸化法により形成した
二酸化珪素上に作製した金属配線パターンとまったく同
じ寿命特性を示した。

【００４１】以上の実施例では層間絶縁膜にＣＶＤ法を
用いて作製した酸化シリコンとＢＰＳＧを用いた例につ
いて説明したが、これはもちろんリンガラスなど他の、
二酸化珪素を主成分としたものならよい。

【００４２】また、他の平坦化技法と組み合わせてもも
ちろん問題はなく仕様を満たすなら塗布ガラスをスピン
コートして平坦化する方法と組み合わせてもよい。ただ
し、塗布ガラスの物理的特性の悪さは承知しておく必要
がある。

【００４３】

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法を用いる
ことで、以下に示すような効果を得ることができる。

【００４４】（１）配線パターンのライン＆スペースや
配線密度によらず平坦化が行える。そのため、設計の自
由度が大きくなる。

【００４５】（２）プロセス工程数が従来のエッチバッ
ク法と変わらないため特殊な製造装置を新たに使う必要
が無く、技術導入が容易である。

【００４６】（３）エッチングレートをほとんど任意に
選ぶことができるのでスループットを従来のエッチバッ
ク法に比べ３〜４倍に上げることができる。

【００４７】（４）１回のプロセスで十分に平坦化でき
るので従来のように複数回のレジストエッチバックなど
を行なう必要がなく、工程数を減らすことができる。

【００４８】（５）スピンーオンーガラスを用いた場合
などと異なり層間絶縁膜に性質の安定している材質を用
いることができるため、プロセス設計が容易になる。

【００４９】（６）セルフアラインで凸部をエッチング
することができるため、層間絶縁膜を薄くできる。

【００５０】そのため、成膜時間の短縮が可能で、特に
ＣＶＤ法を用いた場合従来の方法に比べ２０％程度成膜
時間の短縮が可能である。

【００５１】（７）選択エッチング後に残った段差形状
はリフローによる平坦化が容易な形状であるため効果的
な平坦化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の層間絶縁膜の製造工程図。

【図２】本発明の層間絶縁膜の製造工程図。

【符号の説明】

101 シリコン基板 102 二酸化珪素膜 103 金属配線 104 二酸化珪素層間絶縁膜 105 フォトレジスト 201 シリコン基板 202 二酸化珪素膜 203 ポリシリコン配線 204 ＢＰＳＧ層間絶縁膜 205 フォトレジスト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属もしくはポリシリコンから成る配線上
   に二酸化珪素を主成分として成る層間絶縁膜を形成する
   工程と、前記層間絶縁膜上にレジスト膜をスピンコート
   法により形成する工程と、前記層間絶縁膜の１部分が露
   出するまでレジストをエッチングする工程と、前記レジ
   ストに対して前記層間絶縁膜を選択的にエッチングする
   工程とを行なうことを特徴とする半導体装置の製造方
   法。
2. 【請求項２】ポリシリコンから成る配線上に二酸化珪素
   を主成分として成る層間絶縁膜を形成する工程と、前記
   層間絶縁膜上にレジスト膜をスピンコート法により形成
   する工程と、前記層間絶縁膜の１部分が露出するまでレ
   ジストをエッチングする工程と、前記レジストに対して
   前記層間絶縁膜を選択的にエッチングする工程と、レジ
   ストを剥離する工程と、リフロー工程とを行なうことを
   特徴とする半導体装置の製造方法。