JPH05234996A - 多層配線の形成方法 - Google Patents
多層配線の形成方法Info
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- JPH05234996A JPH05234996A JP3653492A JP3653492A JPH05234996A JP H05234996 A JPH05234996 A JP H05234996A JP 3653492 A JP3653492 A JP 3653492A JP 3653492 A JP3653492 A JP 3653492A JP H05234996 A JPH05234996 A JP H05234996A
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Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】アルミ配線の疎密に依存せず、良好な平坦性を
有し、スルーホール接続不良の無い、高品質多層配線間
絶縁膜の形成方法を提供する。 【構成】基板４上にシラン系プラズマ酸化膜３を堆積
し、アルミ合金膜，ＰＳＧ膜を堆積した後、アルミ合金
膜およびＰＳＧ膜を同時に加工し、アルミ配線６の上面
にＰＳＧ膜５があるような構造を作製する。次に、Ｏ3
／ＴＥＯＳ常圧ＣＶＤ法で、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜８を
形成して、平坦な層間絶縁膜を得る。この工程を繰り返
すことで、多層配線が形成される。
有し、スルーホール接続不良の無い、高品質多層配線間
絶縁膜の形成方法を提供する。 【構成】基板４上にシラン系プラズマ酸化膜３を堆積
し、アルミ合金膜，ＰＳＧ膜を堆積した後、アルミ合金
膜およびＰＳＧ膜を同時に加工し、アルミ配線６の上面
にＰＳＧ膜５があるような構造を作製する。次に、Ｏ3
／ＴＥＯＳ常圧ＣＶＤ法で、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜８を
形成して、平坦な層間絶縁膜を得る。この工程を繰り返
すことで、多層配線が形成される。
Description
【０００１】
【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、高密度多層配線を含む半導体装置の層
間絶縁膜の平坦化方法に関する。
に係わり、特に、高密度多層配線を含む半導体装置の層
間絶縁膜の平坦化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の多層配線用層間絶縁膜の平坦化方
法は、図１１（ａ）から（ｅ）に示されているように、
トランジスタ等の能動素子を含み、コンタクト孔を除い
て絶縁膜で被覆された基板３８（以下では、このような
多層配線より下層の部分を、基板と呼ぶ）上に、アルミ
内線３７を形成する工程（ａ）と、有機シラン系プラズ
マ酸化膜３９を形成する工程（ｂ）と、スピンオン塗布
法により、有機シリカ膜４０を形成する工程（ｃ）と、
アルミ配線上に有機シリカ膜が残っている場合に発生し
易い上層のアルミ配線との接続不良を防止するための、
反応性ドライエッチング法を用いて有機シリカ膜４０を
エッチバックし、アルミ配線上部の有機シリカを除去す
る工程（ｄ）と、有機シリカと上層の金属配線が接触し
ストレスマイグレーションが起こり易くなるのを防止す
るための、シラン系プラズマ酸化膜４２を形成する工程
（ｅ）とを含んでいた。
法は、図１１（ａ）から（ｅ）に示されているように、
トランジスタ等の能動素子を含み、コンタクト孔を除い
て絶縁膜で被覆された基板３８（以下では、このような
多層配線より下層の部分を、基板と呼ぶ）上に、アルミ
内線３７を形成する工程（ａ）と、有機シラン系プラズ
マ酸化膜３９を形成する工程（ｂ）と、スピンオン塗布
法により、有機シリカ膜４０を形成する工程（ｃ）と、
アルミ配線上に有機シリカ膜が残っている場合に発生し
易い上層のアルミ配線との接続不良を防止するための、
反応性ドライエッチング法を用いて有機シリカ膜４０を
エッチバックし、アルミ配線上部の有機シリカを除去す
る工程（ｄ）と、有機シリカと上層の金属配線が接触し
ストレスマイグレーションが起こり易くなるのを防止す
るための、シラン系プラズマ酸化膜４２を形成する工程
（ｅ）とを含んでいた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の多層配線
用層間絶縁膜の平坦化方法は、反応性ドライエッチング
法を用いて有機シリカ膜をエッチバックする工程で、有
機シリカ膜のエッチングレートが、エッチングガス中に
含まれる酸素濃度の影響を受け易く、酸素濃度を増加さ
せると、有機シリカ膜のエッチングレートは急激に増加
する。図１１（ｃ）から（ｄ）の有機シリカ膜のエッチ
バック工程では、有機シリカ膜４０と有機シラン系プラ
ズマ酸化膜３９のエッチングレートを、ほぼ等しいか、
或いは、有機シリカ膜のエッチングレートの法がやや小
さくなるように設定することが通常行われている。しか
し、図１１（ｄ）のように、下地アルミ配線パターン凹
部の有機シラン系プラズマ酸化膜３９表面が露出する
と、有機シラン系プラズマ酸化膜３９表面から、ウェハ
ー近傍のエッチングガス中の酸素ガスが放出され、有機
シリカ膜のエッチングレートは急激に増加する。この
為、パターン凸部に残された有機シリカ膜４１は、エッ
チングレートが高く、急速にへこむことになる。エッチ
バック工程では、通常、下地アルミ配線パターン凸部の
有機シラン系プラズマ酸化膜３９の表面が露出した後、
有機シリカ膜や、エッチングの均一性を考慮して、さら
にエッチング時間を追加することが行われる。すると、
下地アルミ配線パターンのスペース部に残る有機シリカ
膜の膜厚は、さらに減少する。以上の理由により、従来
の多層配線の形成方法で、配線上に有機シリカ膜を残さ
ないようにすると、下地配線間のスペース部に凹部が残
り、十分な平坦性が得られず、上層配線のエッチング残
りが発生し易いという問題点があった。
用層間絶縁膜の平坦化方法は、反応性ドライエッチング
法を用いて有機シリカ膜をエッチバックする工程で、有
機シリカ膜のエッチングレートが、エッチングガス中に
含まれる酸素濃度の影響を受け易く、酸素濃度を増加さ
せると、有機シリカ膜のエッチングレートは急激に増加
する。図１１（ｃ）から（ｄ）の有機シリカ膜のエッチ
バック工程では、有機シリカ膜４０と有機シラン系プラ
ズマ酸化膜３９のエッチングレートを、ほぼ等しいか、
或いは、有機シリカ膜のエッチングレートの法がやや小
さくなるように設定することが通常行われている。しか
し、図１１（ｄ）のように、下地アルミ配線パターン凹
部の有機シラン系プラズマ酸化膜３９表面が露出する
と、有機シラン系プラズマ酸化膜３９表面から、ウェハ
ー近傍のエッチングガス中の酸素ガスが放出され、有機
シリカ膜のエッチングレートは急激に増加する。この
為、パターン凸部に残された有機シリカ膜４１は、エッ
チングレートが高く、急速にへこむことになる。エッチ
バック工程では、通常、下地アルミ配線パターン凸部の
有機シラン系プラズマ酸化膜３９の表面が露出した後、
有機シリカ膜や、エッチングの均一性を考慮して、さら
にエッチング時間を追加することが行われる。すると、
下地アルミ配線パターンのスペース部に残る有機シリカ
膜の膜厚は、さらに減少する。以上の理由により、従来
の多層配線の形成方法で、配線上に有機シリカ膜を残さ
ないようにすると、下地配線間のスペース部に凹部が残
り、十分な平坦性が得られず、上層配線のエッチング残
りが発生し易いという問題点があった。
【０００４】また、十分な平坦性を得るため、上記エッ
チバック工程で、有機シリカ膜４０のエッチング量を減
らし、配線上部に残した場合、有機シリカ膜から放出さ
れる水分の為、上層アルミ膜をスパッター法を用いて成
膜する際、ポイズンドビアによるスルーホール接続の不
良が発生するという問題がある。
チバック工程で、有機シリカ膜４０のエッチング量を減
らし、配線上部に残した場合、有機シリカ膜から放出さ
れる水分の為、上層アルミ膜をスパッター法を用いて成
膜する際、ポイズンドビアによるスルーホール接続の不
良が発生するという問題がある。
【０００５】さらに、図１２（ａ）に示すように、連続
したアルミ配線パターンと、孤立したパターンがあると
き、有機シリカ膜４０は、連続したパターン上では膜厚
が厚くなり、孤立したパターン上では膜厚が薄く形成さ
れる。有機シリカ膜をエッチバックする際、孤立したパ
ターンの上部の有機シリカ膜が丁度無くなった段階（図
１２（ｂ））では、連続したパターン上に有機シリカ膜
が残り、連続したパターン上の有機シリカ膜を残さない
ようにすると、図１２（ｃ）の様に、連続したパターン
のスペース部がへこむばかりではなく、孤立したパター
ン上の有機シラン系プラズマ酸化膜３９が大きくエッチ
ングされてしまい、パターンの形状やプラズマ酸化膜４
２（図１２（ｄ））の膜厚によっては、アルミ配線３７
が露出し、エッチングされてしまうこともある。
したアルミ配線パターンと、孤立したパターンがあると
き、有機シリカ膜４０は、連続したパターン上では膜厚
が厚くなり、孤立したパターン上では膜厚が薄く形成さ
れる。有機シリカ膜をエッチバックする際、孤立したパ
ターンの上部の有機シリカ膜が丁度無くなった段階（図
１２（ｂ））では、連続したパターン上に有機シリカ膜
が残り、連続したパターン上の有機シリカ膜を残さない
ようにすると、図１２（ｃ）の様に、連続したパターン
のスペース部がへこむばかりではなく、孤立したパター
ン上の有機シラン系プラズマ酸化膜３９が大きくエッチ
ングされてしまい、パターンの形状やプラズマ酸化膜４
２（図１２（ｄ））の膜厚によっては、アルミ配線３７
が露出し、エッチングされてしまうこともある。
【０００６】その上、有機シリカ膜等の塗布形成膜で
は、図１２（ａ）に示したように、アルミ配線３７の間
隔が狭く、配線密度が高い部分のアルミ配線上の膜厚
と、配線間隔が広く、配線密度が低い部分の広いスペー
ス部の低面における膜厚とが等しくなるため、配線密度
の高い部分の配線の上面と、配線密度の低い部分の広い
スペース部の低面では、丁度、アルミ配線３７の高さ分
の段差が生じてしまうという欠点も有った。
は、図１２（ａ）に示したように、アルミ配線３７の間
隔が狭く、配線密度が高い部分のアルミ配線上の膜厚
と、配線間隔が広く、配線密度が低い部分の広いスペー
ス部の低面における膜厚とが等しくなるため、配線密度
の高い部分の配線の上面と、配線密度の低い部分の広い
スペース部の低面では、丁度、アルミ配線３７の高さ分
の段差が生じてしまうという欠点も有った。
【０００７】以上述べたように、従来の多層配線の形成
方法を用いた場合、十分な平坦性が得られなかったり、
スルーホール連続不良が発生したり、上層配線と下層配
線の間の絶縁膜の膜厚が薄くなってしまうという問題点
があった。
方法を用いた場合、十分な平坦性が得られなかったり、
スルーホール連続不良が発生したり、上層配線と下層配
線の間の絶縁膜の膜厚が薄くなってしまうという問題点
があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の多層配線の形成
方法は、第１の絶縁膜と、金属膜と、第２の絶縁膜をこ
の順で形成する工程と、該第２の絶縁膜と該金属膜をリ
ソグラフィー法およびドライエッチング法を用いて同時
にパターニングする工程と、原料ガスの少なくとも一部
分に、オゾンと有機シランを含む気相成長法（オゾン−
有機シラン化学気相成長法）によって、第３の絶縁膜を
形成する工程を、この順で含むか、または、第１の絶縁
膜と、金属膜と、第２の絶縁膜としてのＰＳＧ膜、或い
は、少なくとも反応ガスの一部分に、有機シランを含む
化学気相成長法（有機シラン系化学気相成長法）を用い
て有機シラン系酸化膜を、この順で形成する工程と、該
第２の絶縁膜上にリソグラフィー法を用いて、レジスト
パターンを形成する工程と、このレジストパターンをエ
ッチングマスクとして、該第２の絶縁膜と該金属膜をド
ライエッチング法を用いて同時にエッチングする工程
と、該レジストパターンをマスクにして、該第１の絶縁
膜と金属膜側面及び該第２の絶縁膜の側面のみを、窒
素，アンモニア等の窒化ガス、或いは、アルゴン，ネオ
ン等の不活性ガスプラズマに曝す処理を施す工程と、レ
ジストパターンを除去する工程と、オゾン−有機シラン
化学気相成長法によって、第３の絶縁膜を形成する工程
を、この順で含むか、または、金属配線上に、シラン系
プラズマ気相成長法により第１の絶縁膜を形成する工程
と、金属配線により生じた凹凸を埋め込み、表面が平坦
になるように樹脂膜を形成する工程と、第１の絶縁膜の
金属配線の上面部分のみが露出する様に、ドライエッチ
ング法により樹脂膜をエッチバックする工程と、該露出
第１の絶縁膜の金属配線の上面部分のみに、イオン注入
法等によってリンを選択的に導入する工程と、該樹脂膜
を除去する工程と、オゾン−有機シラン気相成長法によ
って、第２の絶縁膜を形成する工程を、この順で含む
か、または、金属配線上に、有機シラン系プラズマ気相
成長法により第１の絶縁膜を形成する工程と、窒素，酸
素，ヘリウム，ネオン，アルゴンや、これらの混合ガス
のプラズマに曝す処理を行う工程と、金属配線により生
じた凹凸を埋め込み、表面が平坦になるように樹脂膜を
形成する工程と、第１の絶縁膜の金属配線の上面部分の
みが露出する様に、ドライエッチング法により樹脂膜を
エッチバックする工程と、該露出した第１の絶縁膜の金
属配線の上面部分のみに、イオン注入法等によってリン
を選択的に導入する工程と、該樹脂膜を除去する工程
と、オゾン−有機シラン気相成長法によって、第２の絶
縁膜を形成する工程を、この順で含むか、金属配線上
に、第１の絶縁膜として有機シラン系プラズマ酸化膜或
いはＰＳＧ膜を形成する工程と、第２の絶縁膜としてシ
ラン系プラズマ酸化膜を形成する工程と、金属配線によ
り生じた凹凸を埋め込み、表面が平坦になるようにレジ
スト等の樹脂膜を形成する工程と、ドライエッチング法
により樹脂膜、第２の絶縁膜をエッチバックし、前記第
１の絶縁膜の金属配線上のみを露出させる工程と、オゾ
ン−有機シラン気相成長法によって、第３の絶縁膜を形
成する工程とを、この順で含む。
方法は、第１の絶縁膜と、金属膜と、第２の絶縁膜をこ
の順で形成する工程と、該第２の絶縁膜と該金属膜をリ
ソグラフィー法およびドライエッチング法を用いて同時
にパターニングする工程と、原料ガスの少なくとも一部
分に、オゾンと有機シランを含む気相成長法（オゾン−
有機シラン化学気相成長法）によって、第３の絶縁膜を
形成する工程を、この順で含むか、または、第１の絶縁
膜と、金属膜と、第２の絶縁膜としてのＰＳＧ膜、或い
は、少なくとも反応ガスの一部分に、有機シランを含む
化学気相成長法（有機シラン系化学気相成長法）を用い
て有機シラン系酸化膜を、この順で形成する工程と、該
第２の絶縁膜上にリソグラフィー法を用いて、レジスト
パターンを形成する工程と、このレジストパターンをエ
ッチングマスクとして、該第２の絶縁膜と該金属膜をド
ライエッチング法を用いて同時にエッチングする工程
と、該レジストパターンをマスクにして、該第１の絶縁
膜と金属膜側面及び該第２の絶縁膜の側面のみを、窒
素，アンモニア等の窒化ガス、或いは、アルゴン，ネオ
ン等の不活性ガスプラズマに曝す処理を施す工程と、レ
ジストパターンを除去する工程と、オゾン−有機シラン
化学気相成長法によって、第３の絶縁膜を形成する工程
を、この順で含むか、または、金属配線上に、シラン系
プラズマ気相成長法により第１の絶縁膜を形成する工程
と、金属配線により生じた凹凸を埋め込み、表面が平坦
になるように樹脂膜を形成する工程と、第１の絶縁膜の
金属配線の上面部分のみが露出する様に、ドライエッチ
ング法により樹脂膜をエッチバックする工程と、該露出
第１の絶縁膜の金属配線の上面部分のみに、イオン注入
法等によってリンを選択的に導入する工程と、該樹脂膜
を除去する工程と、オゾン−有機シラン気相成長法によ
って、第２の絶縁膜を形成する工程を、この順で含む
か、または、金属配線上に、有機シラン系プラズマ気相
成長法により第１の絶縁膜を形成する工程と、窒素，酸
素，ヘリウム，ネオン，アルゴンや、これらの混合ガス
のプラズマに曝す処理を行う工程と、金属配線により生
じた凹凸を埋め込み、表面が平坦になるように樹脂膜を
形成する工程と、第１の絶縁膜の金属配線の上面部分の
みが露出する様に、ドライエッチング法により樹脂膜を
エッチバックする工程と、該露出した第１の絶縁膜の金
属配線の上面部分のみに、イオン注入法等によってリン
を選択的に導入する工程と、該樹脂膜を除去する工程
と、オゾン−有機シラン気相成長法によって、第２の絶
縁膜を形成する工程を、この順で含むか、金属配線上
に、第１の絶縁膜として有機シラン系プラズマ酸化膜或
いはＰＳＧ膜を形成する工程と、第２の絶縁膜としてシ
ラン系プラズマ酸化膜を形成する工程と、金属配線によ
り生じた凹凸を埋め込み、表面が平坦になるようにレジ
スト等の樹脂膜を形成する工程と、ドライエッチング法
により樹脂膜、第２の絶縁膜をエッチバックし、前記第
１の絶縁膜の金属配線上のみを露出させる工程と、オゾ
ン−有機シラン気相成長法によって、第３の絶縁膜を形
成する工程とを、この順で含む。
【０００９】本発明の多層配線の形成方法の原理は、図
１３に示したように、オゾンとＴＥＯＳ（珪酸エチル）
の気相成長の成長速度が、下地の種類や状態によって変
化することによる。シリコン基板上が膜成長速度が最も
大きく、シラン系プラズマ酸化膜上もほとんど同じ値を
とる。これに対し、ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜上やＰＳ
Ｇ膜上は膜成長が遅く、その成長速度はシリコン基板上
の２分の１以下にもなる。図１３には示さなかったが、
熱酸化膜上はＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜上より膜成長速
度が小さいことが判っている。また、図１３の４４の様
に、ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜上でも、Ｎ2 プラズマ処
理を行うことにより、シリコン基板上と同様の成長速度
になることがわかる。
１３に示したように、オゾンとＴＥＯＳ（珪酸エチル）
の気相成長の成長速度が、下地の種類や状態によって変
化することによる。シリコン基板上が膜成長速度が最も
大きく、シラン系プラズマ酸化膜上もほとんど同じ値を
とる。これに対し、ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜上やＰＳ
Ｇ膜上は膜成長が遅く、その成長速度はシリコン基板上
の２分の１以下にもなる。図１３には示さなかったが、
熱酸化膜上はＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜上より膜成長速
度が小さいことが判っている。また、図１３の４４の様
に、ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜上でも、Ｎ2 プラズマ処
理を行うことにより、シリコン基板上と同様の成長速度
になることがわかる。
【００１０】本発明の多層配線の形成方法では、アルミ
配線の上面には、ＰＳＧ膜或いは有機シラン系プラズマ
酸化膜を形成し、アルミ配線間のスペース部には、シラ
ン系プラズマ酸化膜或いはＮ2 プラズマ処理したＴＥＯ
Ｓ系プラズマ酸化膜を形成する。以上の様な下地を形成
した上で、オゾン濃度の高い成膜条件で、オゾン−有機
シラン系酸化膜を形成すると、アルミ配線上のＰＳＧ膜
上では成長速度が小さく、アルミ配線間のスペース部で
は成長速度が大きくなるため、スペース部が優先的に埋
め込まれ、言うなれば、半選択気相成長を人為的に生じ
させることができる。この方法による層間絶縁膜平坦化
は、有機シリカ膜に代表されるような塗布形成績により
平坦性を得ているのではないので、パターンの疎密に関
係の無い平坦化絶縁膜を形成することができる。また、
オゾン−有機シラン系酸化膜の膜質は、有機シリカ膜よ
り優れており、スルーホール連続不良が生じるようなこ
とはないので、信頼性に優れた多層配線を形成すること
ができる。
配線の上面には、ＰＳＧ膜或いは有機シラン系プラズマ
酸化膜を形成し、アルミ配線間のスペース部には、シラ
ン系プラズマ酸化膜或いはＮ2 プラズマ処理したＴＥＯ
Ｓ系プラズマ酸化膜を形成する。以上の様な下地を形成
した上で、オゾン濃度の高い成膜条件で、オゾン−有機
シラン系酸化膜を形成すると、アルミ配線上のＰＳＧ膜
上では成長速度が小さく、アルミ配線間のスペース部で
は成長速度が大きくなるため、スペース部が優先的に埋
め込まれ、言うなれば、半選択気相成長を人為的に生じ
させることができる。この方法による層間絶縁膜平坦化
は、有機シリカ膜に代表されるような塗布形成績により
平坦性を得ているのではないので、パターンの疎密に関
係の無い平坦化絶縁膜を形成することができる。また、
オゾン−有機シラン系酸化膜の膜質は、有機シリカ膜よ
り優れており、スルーホール連続不良が生じるようなこ
とはないので、信頼性に優れた多層配線を形成すること
ができる。
【００１１】
【実施例】次に、本発明について、図面を参照して説明
する。
する。
【００１２】図１は、本発明の第１の実施例の多層配線
の形成方法を表す縦断面図、図２は、アルミ配線パター
ンが密な部分と孤立している部分を含む場合を特に示し
た縦断面図である。
の形成方法を表す縦断面図、図２は、アルミ配線パター
ンが密な部分と孤立している部分を含む場合を特に示し
た縦断面図である。
【００１３】本実施例では、図１（ａ）のように、ま
ず、シリコン基板上にＭＯＳトランジスタ等の能動素子
を形成した基板４を用意した。この上に、平行平板型プ
ラズマ化学気相成長装置を用いて、ウェハー温度２５０
℃，圧力１．０Ｔｏｒｒ，高周波電力１．０ワット／ｃ
ｍ2 の条件で、シラン系プラズマ酸化膜３を、約２００
０オングストローム形成した。ここで、通常のリソグラ
フィー法及びドライエッチング法等の微細加工法を用い
て、基板中の能動素子と多層配線のアルミ配線を接続す
るコンタクト孔を形成した。続いて、スパッター法を用
いて、銅やシリコンを添加したアルミ合金膜２を約１ミ
クロン形成した。さらに、シランとフォスフィンおよび
酸素を原料ガスとする常圧化学気相成長法により、ＰＳ
Ｇ膜１を約１０００オングストローム形成した。次に、
図１（ｂ）の様に、リソグラフィー法及びドライエッチ
ング法を用いて、ＰＳＧ膜１及びアルミ合金膜２を、ア
ルミ配線パターンに加工し、ＰＳＧ膜（加工後）５とア
ルミ配線６を形成した。このようにして（ｂ）のよう
に、アルミ配線上にＰＳＧ膜５が有り、アルミ配線間の
スペース部の底にシラン系プラズマ酸化膜３が有るよう
な下地を作製した。しかる後、ウェハー温度３５０℃〜
４００℃，珪酸エチル（以下ＴＥＯＳと呼ぶ）流量２０
ＳＣＣＭ，オゾン流量２０〜２００ＳＣＣＭの条件で、
常圧化学気相成長装置を用いて、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜
７を形成した。すると、先ほど図１３を用いて説明した
ように、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ常圧化学気相成長法では、シラ
ン系プラズマ酸化膜上で膜成長速度が大きく、ＰＳＧ膜
上では、膜成長速度が小さいので、アルミ配線６の上部
のＰＳＧ膜に接しているところは、膜成長が遅く、アル
ミ配線とアルミ配線の間のシラン系プラズマ酸化膜３上
では膜成長が速くなる。よって、図１（ｃ）のように、
アルミ配線間のスペース部分が半選択的に埋め込まれる
結果となり、さらに、成膜を続けると、図１（ｄ）のよ
うに、平坦な表面形状を有するＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜８
が形成された。
ず、シリコン基板上にＭＯＳトランジスタ等の能動素子
を形成した基板４を用意した。この上に、平行平板型プ
ラズマ化学気相成長装置を用いて、ウェハー温度２５０
℃，圧力１．０Ｔｏｒｒ，高周波電力１．０ワット／ｃ
ｍ2 の条件で、シラン系プラズマ酸化膜３を、約２００
０オングストローム形成した。ここで、通常のリソグラ
フィー法及びドライエッチング法等の微細加工法を用い
て、基板中の能動素子と多層配線のアルミ配線を接続す
るコンタクト孔を形成した。続いて、スパッター法を用
いて、銅やシリコンを添加したアルミ合金膜２を約１ミ
クロン形成した。さらに、シランとフォスフィンおよび
酸素を原料ガスとする常圧化学気相成長法により、ＰＳ
Ｇ膜１を約１０００オングストローム形成した。次に、
図１（ｂ）の様に、リソグラフィー法及びドライエッチ
ング法を用いて、ＰＳＧ膜１及びアルミ合金膜２を、ア
ルミ配線パターンに加工し、ＰＳＧ膜（加工後）５とア
ルミ配線６を形成した。このようにして（ｂ）のよう
に、アルミ配線上にＰＳＧ膜５が有り、アルミ配線間の
スペース部の底にシラン系プラズマ酸化膜３が有るよう
な下地を作製した。しかる後、ウェハー温度３５０℃〜
４００℃，珪酸エチル（以下ＴＥＯＳと呼ぶ）流量２０
ＳＣＣＭ，オゾン流量２０〜２００ＳＣＣＭの条件で、
常圧化学気相成長装置を用いて、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜
７を形成した。すると、先ほど図１３を用いて説明した
ように、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ常圧化学気相成長法では、シラ
ン系プラズマ酸化膜上で膜成長速度が大きく、ＰＳＧ膜
上では、膜成長速度が小さいので、アルミ配線６の上部
のＰＳＧ膜に接しているところは、膜成長が遅く、アル
ミ配線とアルミ配線の間のシラン系プラズマ酸化膜３上
では膜成長が速くなる。よって、図１（ｃ）のように、
アルミ配線間のスペース部分が半選択的に埋め込まれる
結果となり、さらに、成膜を続けると、図１（ｄ）のよ
うに、平坦な表面形状を有するＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜８
が形成された。
【００１４】次に、図２は、本実施例を実施された状況
を、アルミ配線パターンが密な部分と孤立している部分
に注目して示したものである。まず、図１（ａ）〜
（ｂ）で示した工程を経て、図２（ａ）のように、アル
ミ配線６の上面にＰＳＧ膜５が有り、アルミ配線とアル
ミ配線の間のスペース部低面にシラン系プラズマ酸化膜
３が露出しているような下地構造を作製した。ここでＯ
3 ／ＴＥＯＳ常圧化学気相成長法を用いて、Ｏ3 ／ＴＥ
ＯＳ酸化膜７を成長させると、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜７
は、シラン系プラズマ酸化膜３が露出しているところに
半選択的に成長し、アルミ配線とアルミ配線のスペース
部を埋め込むように堆積した。この際、Ｏ3／ＴＥＯＳ
酸化膜は、アルミ配線密度の小さな部分のスペース部
（非常に間隔の広いスペース部）でも、大きな成長速度
で成長するので、従来技術の図１２（ａ）で示したよう
に、配線密度の高い部分の配線の上面と配線密度の低い
部分の広いスペース部低面とで、アルミ配線の高さだけ
の段差が生じるようなことも無かった。
を、アルミ配線パターンが密な部分と孤立している部分
に注目して示したものである。まず、図１（ａ）〜
（ｂ）で示した工程を経て、図２（ａ）のように、アル
ミ配線６の上面にＰＳＧ膜５が有り、アルミ配線とアル
ミ配線の間のスペース部低面にシラン系プラズマ酸化膜
３が露出しているような下地構造を作製した。ここでＯ
3 ／ＴＥＯＳ常圧化学気相成長法を用いて、Ｏ3 ／ＴＥ
ＯＳ酸化膜７を成長させると、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜７
は、シラン系プラズマ酸化膜３が露出しているところに
半選択的に成長し、アルミ配線とアルミ配線のスペース
部を埋め込むように堆積した。この際、Ｏ3／ＴＥＯＳ
酸化膜は、アルミ配線密度の小さな部分のスペース部
（非常に間隔の広いスペース部）でも、大きな成長速度
で成長するので、従来技術の図１２（ａ）で示したよう
に、配線密度の高い部分の配線の上面と配線密度の低い
部分の広いスペース部低面とで、アルミ配線の高さだけ
の段差が生じるようなことも無かった。
【００１５】尚、本実施例では、アルミ配線６の上面に
ＰＳＧ膜を形成したが、図１３のＴＥＯＳ系プラズマ酸
化膜上４７のデータから判るように、ＴＥＯＳ系プラズ
マ酸化膜を用いた場合でも、同様の結果が得られた。ま
た、シラン系プラズマ酸化膜３の代わりに、窒素プラズ
マ処理したＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜を用いても、ほと
んど同じ結果が得られた。
ＰＳＧ膜を形成したが、図１３のＴＥＯＳ系プラズマ酸
化膜上４７のデータから判るように、ＴＥＯＳ系プラズ
マ酸化膜を用いた場合でも、同様の結果が得られた。ま
た、シラン系プラズマ酸化膜３の代わりに、窒素プラズ
マ処理したＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜を用いても、ほと
んど同じ結果が得られた。
【００１６】また、本実施例においてＯ3 ／ＴＥＯＳ酸
化膜を形成する際、ウェハー温度３５０℃〜４００℃，
珪酸エチル（以下ＴＥＯＳと呼ぶ）流量２０ＳＣＣＭ，
オゾン流量２０〜２００ＳＣＣＭの成膜条件を用いた
が、ＴＥＯＳに対するオゾンの流量比（ｒ＝オゾン流量
÷ＴＥＯＳ流量）が大きい方が選択性には強く現れるこ
とが判っており、ＴＥＯＳ流量を変えた場合は、オゾン
流量を増やすことが必要である。また、ＴＥＯＳに対す
るオゾンの流量比ｒが１を下回ると、選択性が弱くな
り、平坦化には不十分であることが判っている。
化膜を形成する際、ウェハー温度３５０℃〜４００℃，
珪酸エチル（以下ＴＥＯＳと呼ぶ）流量２０ＳＣＣＭ，
オゾン流量２０〜２００ＳＣＣＭの成膜条件を用いた
が、ＴＥＯＳに対するオゾンの流量比（ｒ＝オゾン流量
÷ＴＥＯＳ流量）が大きい方が選択性には強く現れるこ
とが判っており、ＴＥＯＳ流量を変えた場合は、オゾン
流量を増やすことが必要である。また、ＴＥＯＳに対す
るオゾンの流量比ｒが１を下回ると、選択性が弱くな
り、平坦化には不十分であることが判っている。
【００１７】図３は、本発明の第２の実施例の多層配線
の形成方法を表す縦断面図、図４は、アルミ配線パター
ンが密な部分と孤立している部分を含む場合を特に示し
た縦断面図である。
の形成方法を表す縦断面図、図４は、アルミ配線パター
ンが密な部分と孤立している部分を含む場合を特に示し
た縦断面図である。
【００１８】本実施例では、第１の実施例の場合と同
様、図３（ａ）のように、まず、シリコン基板上にＭＯ
Ｓトランジスタ等の能動素子を形成した基板１２を用意
し、この上に、平行平板型プラズマ化学気相成長装置を
用いて、ウェハー温度３５０℃，圧力３．０Ｔｏｒｒ，
高周波周波数１３．５６ＭＨｚ，高周波電力１．０ワッ
ト／ｃｍ2 の条件で、ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜１１
を、約２０００オングストローム形成した。ここで、通
常のリソグラフィー法及びドライエッチング法等の微細
加工法を用いて、基板中の能動素子と多層配線のアルミ
配線を接続するコンタクト孔を形成した。続いて、スパ
ッター法を用いて、銅やシリコンを添加したアルミ合金
膜１０を約１ミクロン形成した。さらに、上記と同じ条
件で、ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜９を約１０００オング
ストローム形成した。次に、図３（ｂ）の様に、リソグ
ラフィー法を用いてレジストパターン１４を形成し、ド
ライエッチング法を用いて、ＴＥＯＳ系酸化膜９及びア
ルミ合金膜１０を、アルミ配線形状に加工し、パターニ
ングされたＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜１５とアルミ配線
１６とした。ここで、レジストパターン１４を除去せず
に、平行平板型プラズマ処理装置を用い、圧力１．０Ｔ
ｏｒｒ，高周波周波数５０ｋＨｚ，高周波電力１．０ワ
ット／ｃｍ2 の条件で、基板温度が１００℃以上になら
ないように基板冷却を行いながら、Ｎ2 プラズマ照射１
３を行った。Ｎ2 プラズマ照射１３により、ＴＥＯＳ系
Ｓプラズマ酸化膜１１の内、アルミ配線１６に覆われて
いない部分の表面が改質され、改質されたＴＥＯＳ系プ
ラズマ酸化膜１７になっているものと考えられる。この
ようにして図３（ｃ）のように、アルミ配線上にＴＥＯ
Ｓ系プラズマ酸化膜１５が有り、アルミ配線間のスペー
ス部の底に、改質されたＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜１７
有るような下地を作製した。しかる後、ウェハー温度３
５０℃〜４００℃，ＴＥＯＳ流量２０ＳＣＣＭ，オゾン
流量２０〜２００ＳＣＣＭの条件で、常圧化学気相成長
装置を用いて、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜１８を形成した。
図１３から判るように、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ常圧化学気相成
長法では、Ｎ2プラズマ処理したＴＥＯＳ系プラズマ酸
化膜上では膜成長速度が大きく、プラズマ処理を施して
いないＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜上では、膜成長速度が
小さいので、アルミ配線１６の上部のＴＥＯＳ系プラズ
マ酸化膜に接しているところは、膜成長が遅く、アルミ
配線とアルミ配線の間の改質されたＴＥＯＳ系プラズマ
酸化膜１７上では膜成長が速くなる。よって、図３
（ｄ）のように、アルミ配線間のスペース部分が半選択
的に埋め込まれる結果となり、さらに、成膜を続ける
と、図３（ｅ）のように、平坦な表面形状を有するＯ3
／ＴＥＯＳ酸化膜１９が形成された。
様、図３（ａ）のように、まず、シリコン基板上にＭＯ
Ｓトランジスタ等の能動素子を形成した基板１２を用意
し、この上に、平行平板型プラズマ化学気相成長装置を
用いて、ウェハー温度３５０℃，圧力３．０Ｔｏｒｒ，
高周波周波数１３．５６ＭＨｚ，高周波電力１．０ワッ
ト／ｃｍ2 の条件で、ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜１１
を、約２０００オングストローム形成した。ここで、通
常のリソグラフィー法及びドライエッチング法等の微細
加工法を用いて、基板中の能動素子と多層配線のアルミ
配線を接続するコンタクト孔を形成した。続いて、スパ
ッター法を用いて、銅やシリコンを添加したアルミ合金
膜１０を約１ミクロン形成した。さらに、上記と同じ条
件で、ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜９を約１０００オング
ストローム形成した。次に、図３（ｂ）の様に、リソグ
ラフィー法を用いてレジストパターン１４を形成し、ド
ライエッチング法を用いて、ＴＥＯＳ系酸化膜９及びア
ルミ合金膜１０を、アルミ配線形状に加工し、パターニ
ングされたＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜１５とアルミ配線
１６とした。ここで、レジストパターン１４を除去せず
に、平行平板型プラズマ処理装置を用い、圧力１．０Ｔ
ｏｒｒ，高周波周波数５０ｋＨｚ，高周波電力１．０ワ
ット／ｃｍ2 の条件で、基板温度が１００℃以上になら
ないように基板冷却を行いながら、Ｎ2 プラズマ照射１
３を行った。Ｎ2 プラズマ照射１３により、ＴＥＯＳ系
Ｓプラズマ酸化膜１１の内、アルミ配線１６に覆われて
いない部分の表面が改質され、改質されたＴＥＯＳ系プ
ラズマ酸化膜１７になっているものと考えられる。この
ようにして図３（ｃ）のように、アルミ配線上にＴＥＯ
Ｓ系プラズマ酸化膜１５が有り、アルミ配線間のスペー
ス部の底に、改質されたＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜１７
有るような下地を作製した。しかる後、ウェハー温度３
５０℃〜４００℃，ＴＥＯＳ流量２０ＳＣＣＭ，オゾン
流量２０〜２００ＳＣＣＭの条件で、常圧化学気相成長
装置を用いて、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜１８を形成した。
図１３から判るように、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ常圧化学気相成
長法では、Ｎ2プラズマ処理したＴＥＯＳ系プラズマ酸
化膜上では膜成長速度が大きく、プラズマ処理を施して
いないＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜上では、膜成長速度が
小さいので、アルミ配線１６の上部のＴＥＯＳ系プラズ
マ酸化膜に接しているところは、膜成長が遅く、アルミ
配線とアルミ配線の間の改質されたＴＥＯＳ系プラズマ
酸化膜１７上では膜成長が速くなる。よって、図３
（ｄ）のように、アルミ配線間のスペース部分が半選択
的に埋め込まれる結果となり、さらに、成膜を続ける
と、図３（ｅ）のように、平坦な表面形状を有するＯ3
／ＴＥＯＳ酸化膜１９が形成された。
【００１９】次に、図４に示したように、アルミ配線密
度が高い部分と孤立パターンが有るような半導体装置
に、本実施例を適用した場合も、第１の実施例の場合と
同様に、している部分に本実施例の方法を用いた場合
も、従来技術の図１２（ａ）で示したような、配線密度
の高い部分の配線の上面と配線密度の低い部分の広いス
ペース部低面とで、アルミ配線の高さだけの段差が生じ
るようなことも無く、平坦化が達成された。
度が高い部分と孤立パターンが有るような半導体装置
に、本実施例を適用した場合も、第１の実施例の場合と
同様に、している部分に本実施例の方法を用いた場合
も、従来技術の図１２（ａ）で示したような、配線密度
の高い部分の配線の上面と配線密度の低い部分の広いス
ペース部低面とで、アルミ配線の高さだけの段差が生じ
るようなことも無く、平坦化が達成された。
【００２０】本実施例のように、アルミ配線の下の層と
アルミ配線の上の層に、同じＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜
を使用した場合、使用する装置が少なくて済むという利
点がある。また、実施例１で用いたＰＳＧ膜中のリン
は、アルミ配線の腐食を促進するが、ＴＥＯＳ系プラズ
マ酸化膜はそのようなことが無く、信頼性が向上すると
いう利点がある。
アルミ配線の上の層に、同じＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜
を使用した場合、使用する装置が少なくて済むという利
点がある。また、実施例１で用いたＰＳＧ膜中のリン
は、アルミ配線の腐食を促進するが、ＴＥＯＳ系プラズ
マ酸化膜はそのようなことが無く、信頼性が向上すると
いう利点がある。
【００２１】図５，図６は、本発明の第３の実施例の多
層配線の形成方法を表す縦断面図、図７は、アルミ配線
パターンが密な部分と孤立している部分を含む場合を特
に示した縦断面図である。
層配線の形成方法を表す縦断面図、図７は、アルミ配線
パターンが密な部分と孤立している部分を含む場合を特
に示した縦断面図である。
【００２２】本実施例では、第１の実施例の場合と同
様、図５（ａ）のように、まず、シリコン基板上にＭＯ
Ｓトランジスタ等の能動素子を形成した基板２１を用意
し、通常のリソグラフィー法及びドライエッチング法等
の微細加工法を用いて、基板中の能動素子と多層配線の
アルミ配線を接続するコンタクト孔を形成した。続い
て、スパッター法を用いて、銅やシリコンを添加したア
ルミ合金膜を約１ミクロン堆積し、リソグラフィー法及
びドライエッチング法を用いて、アルミ配線２０に加工
した。この上に、図５（ｂ）〜（ｃ）のように、平行平
板型プラズマ化学気相成長装置を用いて、ウェハー温度
２５０℃，圧力１．０Ｔｏｒｒ，高周波周波数５０ｋＨ
ｚ，高周波電力１．０ワット／ｃｍ2 の条件で、シラン
系プラズマ酸化膜２２を、約３０００オングストローム
形成し、約１．５ミクロン厚のレジスト２３を、スピン
コートした。次に、バッチ式平行平板型反応性イオンエ
ッチング装置を用いて、Ｏ2 中に数％のＣＦ4 ガスを混
ぜ、圧力０．５Ｔｏｒｒ，高周波周波数１３．５６ＭＨ
ｚ，高周波電力０．３ワット／ｃｍ2 の条件で、アルミ
配線２０の上面のシラン系プラズマ酸化膜２２が露出し
た状態まで、レジスト２３をエッチバックし、図５
（ｄ）のように、アルミ配線間のみに、レジスト２４が
残るようにした。次に、図６（ａ）のように、高電流イ
オン注入装置を用いて、リンイオン２５を、イオンエネ
ルギー５０〜１００ｋｅＶ，ドーズ量１×１０16原子／
ｃｍ2 の条件でイオン注入する。すると、シラン系プラ
ズマ酸化膜２２のうち、アルミ配線間のスペース部分
は、レジスト２４がマスクとなりイオン注入されず、ア
ルミ配線２０上面の部分のみにリンがイオン注入され
た。レジスト２４を、酸素プラズマ、オゾン灰化、有機
溶剤等で除去すると、図６（ｂ）のように、アルミ配線
２０の上面部分に、リンイオン注入されたシラン系プラ
ズマ酸化膜２６が有り、アルミ配線間のスペース部底面
に、シラン系プラズマ酸化膜がある構造が作製された。
しかる後、ウェハー温度３５０℃〜４００℃，ＴＥＯＳ
流量２０ＳＣＣＭ，オゾン流量２０〜２００ＳＣＣＭの
条件で、常圧化学気相成長装置を用いて、Ｏ3 ／ＴＥＯ
Ｓ酸化膜２７を形成した。すると、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化
膜２７は、シラン系プラズマ酸化膜２２が露出してい
る、配線間のスペース部分に半選択的に成長し、アルミ
配線とアルミ配線のスペース部を埋め込むように堆積し
た。これは、上記のイオン注入条件では、酸化膜へのリ
ンの侵入深さが約１０００オングストロームであるた
め、酸化膜中のリン濃度は、約１×１０20原子／ｃｍ2
となり、リンガラス（ＰＳＧ）になっている。このよう
な状況では、第１の実施例で示したのと同様の現象が起
こったものと思われる。さらにＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜の
堆積を続けると、図５（ｃ）のように、平坦な表面形状
を持つＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜２８が形成された。
様、図５（ａ）のように、まず、シリコン基板上にＭＯ
Ｓトランジスタ等の能動素子を形成した基板２１を用意
し、通常のリソグラフィー法及びドライエッチング法等
の微細加工法を用いて、基板中の能動素子と多層配線の
アルミ配線を接続するコンタクト孔を形成した。続い
て、スパッター法を用いて、銅やシリコンを添加したア
ルミ合金膜を約１ミクロン堆積し、リソグラフィー法及
びドライエッチング法を用いて、アルミ配線２０に加工
した。この上に、図５（ｂ）〜（ｃ）のように、平行平
板型プラズマ化学気相成長装置を用いて、ウェハー温度
２５０℃，圧力１．０Ｔｏｒｒ，高周波周波数５０ｋＨ
ｚ，高周波電力１．０ワット／ｃｍ2 の条件で、シラン
系プラズマ酸化膜２２を、約３０００オングストローム
形成し、約１．５ミクロン厚のレジスト２３を、スピン
コートした。次に、バッチ式平行平板型反応性イオンエ
ッチング装置を用いて、Ｏ2 中に数％のＣＦ4 ガスを混
ぜ、圧力０．５Ｔｏｒｒ，高周波周波数１３．５６ＭＨ
ｚ，高周波電力０．３ワット／ｃｍ2 の条件で、アルミ
配線２０の上面のシラン系プラズマ酸化膜２２が露出し
た状態まで、レジスト２３をエッチバックし、図５
（ｄ）のように、アルミ配線間のみに、レジスト２４が
残るようにした。次に、図６（ａ）のように、高電流イ
オン注入装置を用いて、リンイオン２５を、イオンエネ
ルギー５０〜１００ｋｅＶ，ドーズ量１×１０16原子／
ｃｍ2 の条件でイオン注入する。すると、シラン系プラ
ズマ酸化膜２２のうち、アルミ配線間のスペース部分
は、レジスト２４がマスクとなりイオン注入されず、ア
ルミ配線２０上面の部分のみにリンがイオン注入され
た。レジスト２４を、酸素プラズマ、オゾン灰化、有機
溶剤等で除去すると、図６（ｂ）のように、アルミ配線
２０の上面部分に、リンイオン注入されたシラン系プラ
ズマ酸化膜２６が有り、アルミ配線間のスペース部底面
に、シラン系プラズマ酸化膜がある構造が作製された。
しかる後、ウェハー温度３５０℃〜４００℃，ＴＥＯＳ
流量２０ＳＣＣＭ，オゾン流量２０〜２００ＳＣＣＭの
条件で、常圧化学気相成長装置を用いて、Ｏ3 ／ＴＥＯ
Ｓ酸化膜２７を形成した。すると、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化
膜２７は、シラン系プラズマ酸化膜２２が露出してい
る、配線間のスペース部分に半選択的に成長し、アルミ
配線とアルミ配線のスペース部を埋め込むように堆積し
た。これは、上記のイオン注入条件では、酸化膜へのリ
ンの侵入深さが約１０００オングストロームであるた
め、酸化膜中のリン濃度は、約１×１０20原子／ｃｍ2
となり、リンガラス（ＰＳＧ）になっている。このよう
な状況では、第１の実施例で示したのと同様の現象が起
こったものと思われる。さらにＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜の
堆積を続けると、図５（ｃ）のように、平坦な表面形状
を持つＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜２８が形成された。
【００２３】本実施例の特徴は、リンイオン注入マスク
としてのレジスト２４をエッチバック法を用いて形成す
る点にある。この方法では、図７（ｃ）に見られるよう
な広いスペース部分で、約０．５ミクロンのレジスト膜
が残れば、イオン注入マスクとして働くので、エッチバ
ックの終点に対するマージンが大きいという利点があ
る。また、第１の実施例の図２で示したように、配線密
度の高い部分の配線の上面と配線濃度の低い部分の広い
スペース部低面とで、アルミ配線の高さだけの段差が生
じるようなことも無く、平坦化が達成できた。
としてのレジスト２４をエッチバック法を用いて形成す
る点にある。この方法では、図７（ｃ）に見られるよう
な広いスペース部分で、約０．５ミクロンのレジスト膜
が残れば、イオン注入マスクとして働くので、エッチバ
ックの終点に対するマージンが大きいという利点があ
る。また、第１の実施例の図２で示したように、配線密
度の高い部分の配線の上面と配線濃度の低い部分の広い
スペース部低面とで、アルミ配線の高さだけの段差が生
じるようなことも無く、平坦化が達成できた。
【００２４】図８，図９は、本発明の第４の実施例の多
層配線の形成方法を表す縦断面図、図１０は、アルミ配
線パターンが密な部分と孤立している部分を含む場合を
特に示した縦断面図である。
層配線の形成方法を表す縦断面図、図１０は、アルミ配
線パターンが密な部分と孤立している部分を含む場合を
特に示した縦断面図である。
【００２５】本実施例では、第３の実施例の場合と同
様、図８（ａ）のように、まず、シリコン基板上にＭＯ
Ｓトランジスタ等の能動素子を形成した基板３０を用意
し、通常のリソグラフィー法及びドライエッチング法等
の微細加工法を用いて、基板中の能動素子と多層配線の
アルミ配線を接続するコンタクト孔を形成した。続い
て、スパッター法を用いて、銅やシリコンを添加したア
ルミ合金膜を約１ミクロン堆積し、リソグラフィー法及
びドライエッチング法を用いて、アルミ配線２９に加工
した。この上に、図８（ｂ）のように、平行平板型プラ
ズマ化学気相成長装置を用いて、ウェアー温度３５０
℃，圧力３．０Ｔｏｒｒ，高周波周波数１３．５６ＭＨ
ｚ，高周波電力１．０ワット／ｃｍ2 の条件で、ＴＥＯ
Ｓ系プラズマ酸化膜３２を、約３０００オングストロー
ム形成し、さらに、ウェハー温度２５０℃，圧力１．０
Ｔｏｒｒ，高周波周波数５０ｋＨｚ，高周波電力１．０
ワット／ｃｍ2 の条件で、シラン系プラズマ酸化膜３１
を、約１０００オングストローム形成した。次に、約
１．５ミクロン厚のレジスト３３を塗布した（図８
（ｃ））。ここで、枚葉式平行平板型反応性イオンエッ
チング装置を用い、圧力０．５Ｔｏｒｒ，高周波周波数
１３．５６ＭＨｚ，高周波電力１ワット／ｃｍ2 で、レ
ジスト３３とシラン系プラズマ酸化膜３１のエッチング
レートが等しくなるように、ＣＦ4 ガスに小量の酸素ガ
スを混合した雰囲気中で、エッチバックを行い、図８
（ｄ）のように、アルミ配線２９の上面に位置する、Ｔ
ＥＯＳ系プラズマ酸化膜３２の表面が露出するようにし
た。次に、アルミ配線の間に残ったレジスト３４を除去
し、図９（ａ）のように、アルミ配線上面の部分には、
ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜が露出し、アルミ配線間のス
ペース部分は、シラン系プラズマ酸化膜で覆われている
構造を作製した。しかる後、ウェハー温度３５０℃〜４
００℃，ＴＥＯＳ流量２０ＳＣＣＭ，オゾン流量２０〜
２００ＳＣＣＭの条件で、常圧化学気相成長装置を用い
て、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜３５を形成した（図９
（ｂ））。すると、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜３５は、シラ
ン系プラズマ酸化膜３１で覆われている、配線間のスペ
ース部分に半選択的に成長し、アルミ配線とアルミ配線
のスペース部を埋め込むように堆積した。さらにＯ3 ／
ＴＥＯＳ酸化膜の堆積を続けると、図９（ｃ）のよう
に、平坦な表面形状を持つＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜３６が
形成された。 本実施例の特徴は、図１０（ｄ）のよう
に、アルミ配線２９がＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜３２で
覆われていて、かつ、リンなどの不純物の導入が必要な
いことである。アルミ配線に生ずるストレスマイグレー
ション現象の発生頻度は、アルミ配線周辺の層間絶縁膜
の膜中水分や内部応力に、大きく影響されることが知ら
れているが、プラズマ酸化膜をアルミ配線上に堆積して
からＯ3／ＴＥＯＳ酸化膜を堆積した場合、直接アルミ
配線上にＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜を堆積した場合に比べ
て、ストレスマイグレーションの発生頻度は、著しく減
少することが判った。
様、図８（ａ）のように、まず、シリコン基板上にＭＯ
Ｓトランジスタ等の能動素子を形成した基板３０を用意
し、通常のリソグラフィー法及びドライエッチング法等
の微細加工法を用いて、基板中の能動素子と多層配線の
アルミ配線を接続するコンタクト孔を形成した。続い
て、スパッター法を用いて、銅やシリコンを添加したア
ルミ合金膜を約１ミクロン堆積し、リソグラフィー法及
びドライエッチング法を用いて、アルミ配線２９に加工
した。この上に、図８（ｂ）のように、平行平板型プラ
ズマ化学気相成長装置を用いて、ウェアー温度３５０
℃，圧力３．０Ｔｏｒｒ，高周波周波数１３．５６ＭＨ
ｚ，高周波電力１．０ワット／ｃｍ2 の条件で、ＴＥＯ
Ｓ系プラズマ酸化膜３２を、約３０００オングストロー
ム形成し、さらに、ウェハー温度２５０℃，圧力１．０
Ｔｏｒｒ，高周波周波数５０ｋＨｚ，高周波電力１．０
ワット／ｃｍ2 の条件で、シラン系プラズマ酸化膜３１
を、約１０００オングストローム形成した。次に、約
１．５ミクロン厚のレジスト３３を塗布した（図８
（ｃ））。ここで、枚葉式平行平板型反応性イオンエッ
チング装置を用い、圧力０．５Ｔｏｒｒ，高周波周波数
１３．５６ＭＨｚ，高周波電力１ワット／ｃｍ2 で、レ
ジスト３３とシラン系プラズマ酸化膜３１のエッチング
レートが等しくなるように、ＣＦ4 ガスに小量の酸素ガ
スを混合した雰囲気中で、エッチバックを行い、図８
（ｄ）のように、アルミ配線２９の上面に位置する、Ｔ
ＥＯＳ系プラズマ酸化膜３２の表面が露出するようにし
た。次に、アルミ配線の間に残ったレジスト３４を除去
し、図９（ａ）のように、アルミ配線上面の部分には、
ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜が露出し、アルミ配線間のス
ペース部分は、シラン系プラズマ酸化膜で覆われている
構造を作製した。しかる後、ウェハー温度３５０℃〜４
００℃，ＴＥＯＳ流量２０ＳＣＣＭ，オゾン流量２０〜
２００ＳＣＣＭの条件で、常圧化学気相成長装置を用い
て、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜３５を形成した（図９
（ｂ））。すると、Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜３５は、シラ
ン系プラズマ酸化膜３１で覆われている、配線間のスペ
ース部分に半選択的に成長し、アルミ配線とアルミ配線
のスペース部を埋め込むように堆積した。さらにＯ3 ／
ＴＥＯＳ酸化膜の堆積を続けると、図９（ｃ）のよう
に、平坦な表面形状を持つＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜３６が
形成された。 本実施例の特徴は、図１０（ｄ）のよう
に、アルミ配線２９がＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜３２で
覆われていて、かつ、リンなどの不純物の導入が必要な
いことである。アルミ配線に生ずるストレスマイグレー
ション現象の発生頻度は、アルミ配線周辺の層間絶縁膜
の膜中水分や内部応力に、大きく影響されることが知ら
れているが、プラズマ酸化膜をアルミ配線上に堆積して
からＯ3／ＴＥＯＳ酸化膜を堆積した場合、直接アルミ
配線上にＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜を堆積した場合に比べ
て、ストレスマイグレーションの発生頻度は、著しく減
少することが判った。
【００２６】また、図１０（ｄ）から判るように、配線
密度の高い部分の配線の上面と配線密度の低い部分の広
いスペース部低面とで、アルミ配線の高さだけの段差が
生じるようなことも無く、平坦化が達成できた。
密度の高い部分の配線の上面と配線密度の低い部分の広
いスペース部低面とで、アルミ配線の高さだけの段差が
生じるようなことも無く、平坦化が達成できた。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明の多層配線の
形成方法は、オゾンとＴＥＯＳ（珪酸エチル）の気相成
長の成長速度が、下地の種類や状態によって変化するこ
とを利用し、アルミ配線の上面には、ＰＳＧ膜或いは有
機シラン系プラズマ酸化膜をが有り、アルミ配線間のス
ペース部には、シラン系プラズマ酸化膜或いはＮ2 プラ
ズマ処理したＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜を有する下地構
造を形成し、いわゆる、半選択気相成長を人為的に生じ
させることによって、パターンの疎密に関係の無い平坦
化絶縁膜を形成することができる。また、オゾン−有機
シラン系酸化膜の膜質は、有機シリカ膜より優れてお
り、スルーホール接続不良が生じるようなことはないの
で、信頼性に優れた多層配線を形成することができる効
果がある。
形成方法は、オゾンとＴＥＯＳ（珪酸エチル）の気相成
長の成長速度が、下地の種類や状態によって変化するこ
とを利用し、アルミ配線の上面には、ＰＳＧ膜或いは有
機シラン系プラズマ酸化膜をが有り、アルミ配線間のス
ペース部には、シラン系プラズマ酸化膜或いはＮ2 プラ
ズマ処理したＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜を有する下地構
造を形成し、いわゆる、半選択気相成長を人為的に生じ
させることによって、パターンの疎密に関係の無い平坦
化絶縁膜を形成することができる。また、オゾン−有機
シラン系酸化膜の膜質は、有機シリカ膜より優れてお
り、スルーホール接続不良が生じるようなことはないの
で、信頼性に優れた多層配線を形成することができる効
果がある。
【図１】本発明の第１の実施例の多層配線の形成方法を
表す縦断面図。
表す縦断面図。
【図２】本発明の第１の実施例の多層配線の形成方法の
アルミ配線パターンが密な部分と孤立している部分を含
む場合を特に示した縦断面図。
アルミ配線パターンが密な部分と孤立している部分を含
む場合を特に示した縦断面図。
【図３】本発明の第２の実施例の多層配線の形成方法を
表す縦断面図。
表す縦断面図。
【図４】本発明の第２の実施例の多層配線の形成方法の
アルミ配線パターンが密な部分と孤立している部分を含
む場合を特に示した縦断面図。
アルミ配線パターンが密な部分と孤立している部分を含
む場合を特に示した縦断面図。
【図５】本発明の第３実施例の多層配線の形成方法を表
す縦断面図。
す縦断面図。
【図６】本発明の第３実施例の多層配線の形成方法を表
す縦断面図。
す縦断面図。
【図７】本発明の第３の実施例の多層配線の形成方法の
アルミ配線パターンが密な部分と孤立している部分を含
む場合を特に示した縦断面図。
アルミ配線パターンが密な部分と孤立している部分を含
む場合を特に示した縦断面図。
【図８】本発明の第４の実施例の多層配線の形成方法を
表す縦断面図。
表す縦断面図。
【図９】本発明の第４の実施例の多層配線の形成方法を
表す縦断面図。
表す縦断面図。
【図１０】本発明の第４の実施例の多層配線の形成方法
のアルミ配線パターンが密な部分と孤立している部分を
含む場合を特に示した縦断面図。
のアルミ配線パターンが密な部分と孤立している部分を
含む場合を特に示した縦断面図。
【図１１】従来の多層配線の形成方法を表す縦断面図。
【図１２】従来の多層配線の形成方法のアルミ配線パタ
ーンが密な部分と孤立している部分を含む場合を特に示
した縦断面図
ーンが密な部分と孤立している部分を含む場合を特に示
した縦断面図
【図１３】下地の種類によるＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜の成
長速度変化を示す図。
長速度変化を示す図。
１ ＰＳＧ膜 ２ アルミ合金膜 ３ シラン系プラズマ酸化膜 ４ 基板 ５ ＰＳＧ膜（加工後） ６ アルミ配線 ７ Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜（途中経過） ８ Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜 ９ ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜 １０ アルミ合金膜 １１ ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜 １２ 基板 １３ Ｎ2 プラズマ照射 １４ レジストパターン １５ パターニングされたＴＥＯＳプラズマ酸化膜 １６ アルミ配線 １７ 改質されたＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜 １８ Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜（途中経過） １９ Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜 ２０ アルミ配線 ２１ 基板 ２２ シラン系プラズマ酸化膜 ２３ レジスト ２４ レジスト（エッチバック後） ２５ リンイオン ２６ Ｐイオン注入されたシラン系プラズマ酸化膜 ２７ Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜（途中経過） ２８ Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜 ２９ アルミ配線 ３０ 基板 ３１ シラン系プラズマ酸化膜 ３２ ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜 ３３ レジスト ３４ レジスト（エッチバック後） ３５ Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜（途中経過） ３６ Ｏ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜 ３７ アルミ配線 ３８ 基板 ３９ 有機シラン系プラズマ酸化膜 ４０ 有機シリカ膜（塗布後） ４１ 有機シリカ膜（エッチバック後） ４２ シラン系プラズマ酸化膜 ４３ シリコン基板上のＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜の成長 ４４ Ｎ2 プラズマ処理したＴＥＯＳ系プラズマ酸化
膜上のＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜の成長 ４５ シラン系プラズマ酸化膜上のＯ3 ／ＴＥＯＳ酸
化膜の成長 ４６ ＰＳＧ膜上のＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜の成長 ４７ ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜上のＯ3 ／ＴＥＯＳ
酸化膜の成長
膜上のＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜の成長 ４５ シラン系プラズマ酸化膜上のＯ3 ／ＴＥＯＳ酸
化膜の成長 ４６ ＰＳＧ膜上のＯ3 ／ＴＥＯＳ酸化膜の成長 ４７ ＴＥＯＳ系プラズマ酸化膜上のＯ3 ／ＴＥＯＳ
酸化膜の成長
Claims (10)
- 【請求項１】 第１の絶縁膜と、アルミ合金，高融点金
属或いはそのシリサイド等の金属膜と、第２の絶縁膜を
この順で形成する工程と、該第２の絶縁膜と該金属膜を
リソグラフィー法およびドライエッチング法を用いて同
時にパターニングする工程と、原料ガスの少なくとも一
部分に、オゾンと有機シランを含む気相成長法（以下、
オゾン−有機シラン化学気相成長、と言う）によって、
第３の絶縁膜を形成する工程とを、この順で、含むこと
を特徴とする多層配線の形成方法。 - 【請求項２】 前記第１の絶縁膜として、少なくとも反
応ガスの一部分に、シランを含み有機シランを含まない
プラズマ気相成長法（以下、シラン系プラズマ化学気相
成長法、と言う）を用いて形成した、シラン系プラズマ
酸化膜を用いることを特徴とする請求項１に記載の多層
配線の形成方法。 - 【請求項３】 前記第１の絶縁膜として、少なくとも反
応ガスの一部分に、有機シランを含むプラズマ化学気相
成長法（以下、有機シラン系プラズマ化学気相成長法、
と言う）を用いて有機シラン系プラズマ酸化膜を形成し
た後、窒素，酸素、アンモニア，アルゴン等のプラズマ
に曝し、表面を改質した膜を用いることを特徴とする請
求項１記載の多層配線の形成方法。 - 【請求項４】 前記第２の絶縁膜が、気相成長法、或い
は、スピンコート塗布法を用いて形成されたＰＳＧ膜或
いはＢＰＳＧ膜であることを特徴とする請求項１に記載
の多層配線の形成方法。 - 【請求項５】 前記第２の絶縁膜として、有機シラン系
プラズマ化学気相成長法を用いて形成した、有機シラン
系プラズマ酸化膜を用いることを特徴とする請求項１に
記載の多層配線の形成方法。 - 【請求項６】 前記第３の絶縁膜を形成するオゾン−有
機シラン化学気相成長法において、オゾン分子と有機シ
ラン中のシリコン原子の分子数比（モル比，流量比でも
同等）が、１対１以上、１０対１以下になる成膜条件を
使用することを特徴とする請求項１に記載の多層配線の
形成方法。 - 【請求項７】 第１の絶縁膜と、金属膜と、第２の絶縁
膜としてのＰＳＧ膜、或いは、少なくとも反応ガスの一
部分に、有機シランを含む化学気相成長法（以下、有機
シラン系化学気相成長法、と言う）を用いて有機シラン
系酸化膜を、この順で形成する工程と、該第２の絶縁膜
上にリソグラフィー法を用いて、レジストパターンを形
成する工程と、このレジストパターンをエッチングマス
クとして、該第２の絶縁膜と該金属膜をドライエッチン
グ法を用いて同時にエッチングする工程と、該レジスト
パターンをマスクにして、該第１の絶縁膜と金属膜側面
及び該第２の絶縁膜の側面のみを、窒素，アンモニア等
の窒化ガス、或いは、アルゴン，ネオン等の不活性ガス
プラズマに曝す処理を施す工程と、レジストパターンを
除去する工程と、オゾン−有機シラン化学気相成長法に
よって、第３の絶縁膜を形成する工程とを、この順で、
含むことを特徴とする多層配線の形成方法。 - 【請求項８】 金属配線上に、シラン系プラズマ気相成
長法により第１の絶縁膜を形成する工程と、金属配線に
より生じた凹凸を埋め込み、表面が平坦になるように樹
脂膜を形成する工程と、第１の絶縁膜の金属配線の上面
部分のみが露出する様に、ドライエッチング法により樹
脂膜をエッチバックする工程と、該露出した第１の絶縁
膜の金属配線の上面部分のみに、イオン注入法等によっ
てリンを選択的に導入する工程と、該樹脂膜を除去する
工程と、オゾン−有機シラン気相成長法によって、第２
の絶縁膜を形成する工程とを、この順で、含むことを特
徴とする多層配線の形成方法。 - 【請求項９】 金属配線上に、有機シラン系プラズマ気
相成長法により第１の絶縁膜を形成する工程と、窒素，
酸素，ヘリウム，ネオン，アルゴンや、これらの混合ガ
スのプラズマに曝す処理を行う工程と、金属配線により
生じた凹凸を埋め込み、表面が平坦になるように樹脂膜
を形成する工程と、第１の絶縁膜の金属配線の上面部分
のみが露出する様に、ドライエッチング法により樹脂膜
をエッチバックする工程と、該露出した第１の絶縁膜の
金属配線の上面部分のみに、イオン注入法によってリン
を選択的に導入する工程と、該樹脂膜を除去する工程
と、オゾン−有機シラン気相成長法によって、第２の絶
縁膜を形成する工程とを、この順で、含むことを特徴と
する多層配線の形成方法。 - 【請求項１０】 金属配線上に、第１の絶縁得膜として
有機シラン系プラズマ酸化膜或いはＰＳＧ膜を形成する
工程と、第２の絶縁膜としてシラン系プラズマ酸化膜を
形成する工程と、金属配線により生じた凹凸を埋め込
み、表面が平坦になるようにレジスト等の樹脂膜を形成
する工程と、ドライエッチング法により樹脂膜、第２の
絶縁膜をエッチバックし、前記第１の絶縁膜の金属配線
上のみを露出させる工程と、オゾン−有機シラン気相成
長法によって、第３の絶縁膜を形成する工程とを、この
間で、含むことを特徴とする多層配線の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4036534A JP2795029B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 多層配線の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4036534A JP2795029B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 多層配線の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05234996A true JPH05234996A (ja) | 1993-09-10 |
| JP2795029B2 JP2795029B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=12472455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4036534A Expired - Fee Related JP2795029B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 多層配線の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2795029B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04356945A (ja) * | 1991-06-01 | 1992-12-10 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPH05206128A (ja) * | 1991-10-10 | 1993-08-13 | Samsung Electron Co Ltd | 半導体装置における金属層間絶縁膜の形成方法 |
| JPH06326199A (ja) * | 1991-03-23 | 1994-11-25 | Samsung Electron Co Ltd | 半導体装置の薄膜形成方法 |
-
1992
- 1992-02-24 JP JP4036534A patent/JP2795029B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06326199A (ja) * | 1991-03-23 | 1994-11-25 | Samsung Electron Co Ltd | 半導体装置の薄膜形成方法 |
| JPH04356945A (ja) * | 1991-06-01 | 1992-12-10 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPH05206128A (ja) * | 1991-10-10 | 1993-08-13 | Samsung Electron Co Ltd | 半導体装置における金属層間絶縁膜の形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2795029B2 (ja) | 1998-09-10 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980526 |
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