JPH1012728A

JPH1012728A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH1012728A
Application number: JP16697696A
Authority: JP
Inventors: Kouta Satou; 功太佐藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】下地のパターンに疎の部分と密の部分とが混
在する有機ＳＯＧ膜では、配線上に形成されたＳＯＧ膜
の膜厚が異なるため、その形状に反映した段差箇所が生
じ、充分な平坦性が得られないという問題がある。【解決手段】層間絶縁膜である有機ＳＯＧ膜５上に、
メタル配線３が形成された領域を開口したレジストパタ
ーン６を形成後、該レジストパターン６をマスクに、有
機ＳＯＧ膜５表面に酸素プラズマを照射し、該表面の膜
質を改質することによって、有機ＳＯＧ膜の改質部分７
と非改質部分５とのエッチング速度を変え、その後、ウ
エットエッチングにより、全面エッチングを行い、表面
の平坦化を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層配線構造を有
する半導体装置の製造方法に関し、更に詳しくは、有機
ＳＯＧ膜を層間絶縁膜として用いた場合の層間絶縁膜表
面の平坦化技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の配線の微細化、多層
化に伴い、配線間ショートによる不良の低減やフォトレ
ジストのフォーカスマージンの確保のため、層間絶縁膜
における、配線による段差の平坦化はますます重要な要
素となってきている。そして、ＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎ
Ｇｌａｓｓ）塗布方法や、化学的機械研磨法（Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎ
ｇ）等と言った種々の方法による平坦化技術が開発され
ている。その中でもＳＯＧ塗布方法は下地の形状におい
て、凸部分には薄く、凹部分には厚く塗布されるという
優れた平坦化特性をもち、他の方法と比較してプロセス
が容易であり、量産性に優れているため、広く用いられ
ている。

【０００３】以下に、ＳＯＧ塗布方法について説明す
る。ＳＯＧの材料として、当初テトラアルコキシシラン
を加水分解、縮重合させたポリシロキサンからＳｉＯ₂
を形成する無機ＳＯＧがこれまで実用化されてきたが、
ＳＯＧ膜を緻密化させるための焼成加熱の際、この無機
ＳＯＧ膜に大きな収縮応力が生じるので、クラックが発
生しやすく、膜厚を厚くすることができないことから、
充分な平坦性が得られないという欠点を有していた。

【０００４】この欠点を解決したのが有機ＳＯＧ膜であ
る。この有機ＳＯＧ膜としては、例えば、テトラアルコ
キシシランとアルキルアルコキシシランとを共重合させ
たものがあり、焼成加熱に際しての膜の収縮応力が少な
く、厚膜化が可能であるため、現在広く用いられてい
る。

【０００５】しかし、単に塗布、焼成しただけでは、平
坦性はまだ充分とはいえない。そのため、ＳＯＧ膜塗布
後に、異方性ドライエッチングによるエッチバックを行
う方法が開発されてきた。

【０００６】図２に、第１の従来の有機ＳＯＧ膜を塗布
後にエッチバック法を行う工程を示す。図２において、
１１は基板、１２はＮＳＧ等の絶縁膜、１３はメタル配
線、１４、１６は絶縁膜、１５は有機ＳＯＧ膜を示す。
従来は、図２に示すように、まず、基板１１上に、ＮＳ
Ｇ等の絶縁膜１２を形成し、スパッタ法等により、アル
ミニウム配線１３を形成する。次に、全面にＣＶＤ膜１
４及びＳＯＧ膜１５を順次形成する。次に、全面をエッ
チバックした後、ＣＶＤ膜１６を形成する。

【０００７】しかし、このエッチバック法はエッチング
の制御が難しく、特に、エッチングの終点管理が困難で
あるという問題点がある。これを解決するために、特開
平２−３６５２９号公報では、ＳＯＧ膜のエッチング速
度Ａ（ｎｍ／ｍｉｎ）、ＣＶＤ膜のエッチング速度Ｂ
（ｎｍ／ｍｉｎ）がＡ≦Ｂを満足する条件下でエッチバ
ックする方法等がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一般的な半導
体装置は、図３に示すように、１層目メタル配線が疎の
箇所と密の箇所とがある。そして、有機ＳＯＧ膜はこの
ように下地のパターンに疎の部分（以下、「疎の配線」
という。）と密の部分（以下、「密の配線」という。）
とが混在すると、疎の配線上には薄く、密な配線上には
厚く塗布されるため、特開平２−３６５２９号公報に記
載のエッチバック法を用いたとしても、配線上に形成さ
れたＳＯＧ膜の膜厚が異なるため、その形状に反映した
段差箇所が生じ、充分な平坦性が得られないという問題
がある。

【０００９】また、配線上又は凸部分上に開口したレジ
ストパターン形成した後、ウエットエッチングを行う方
法を、疎密な配線上に用いた場合、図４に示すように疎
の配線上と密な配線上とでは膜厚が異なり、疎の配線上
の段差部分のＳＯＧ膜が密の配線上の段差部分のＳＯＧ
膜よりも多くエッチングされるので、図４のウエットエ
ッチング後の表面形状を表す点線で示すように、充分な
平坦性が得られない。

【００１０】尚、図３は第１の従来技術の課題の説明に
供する図であり、図４は第２の従来技術の課題の説明に
供する図であり、図４において、１７はレジストパター
ンを示す。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明の
半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜に有機ＳＯＧ膜を
用いた、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法に
おいて、基板表面に段差がある領域を開口したレジスト
パターンを、上記層間絶縁膜上に形成する工程と、該レ
ジストパターンをマスクに、上記層間絶縁膜表面に酸素
プラズマを照射し、該表面の膜質を改質する工程と、ウ
エットエッチングにより、全面エッチングを行い、少な
くとも上記改質された有機ＳＯＧ膜を除去し、上記層間
絶縁膜の表面の平坦化を行うことを特徴とするものであ
る。

【００１２】また、請求項２記載の本発明の半導体装置
の製造方法は、上記ウエットエッチングにフッ酸を用い
たことを特徴とする、請求項１記載の半導体装置の製造
方法である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて本発
明について詳細に説明する。

【００１４】図１は本発明の一実施の形態の半導体装置
の製造工程図である。また、図１において、１は基板、
２はＮＳＧ等の絶縁膜、３はメタル配線、４は第１絶縁
膜、５は有機ＳＯＧ膜、６はレジストパターン、７は有
機ＳＯＧ膜の改質部分、８は第２絶縁膜を示す。

【００１５】図１を用いて、本発明の実施の形態の半導
体装置の製造工程を説明する。

【００１６】まず、基板１上にＮＳＧ膜等の絶縁膜２を
形成し、スパッタ法等により膜厚が約１μｍのメタル配
線３を形成する（図１（ａ））。

【００１７】次に、全面にＣＶＤ法により、第１絶縁膜
４を約３００ｎｍ形成後、有機ＳＯＧ膜５を、フラット
ウエハ上では約４００ｎｍ程度形成される条件で、全面
に塗布、焼成する（図１（ｂ））。

【００１８】次に、上層配線層等の形状を悪化させる要
因となる基板１上の段差部（本実施の形態においては、
１層目のメタル配線３）が形成されている領域が開口す
るように、公知のリソグラフィを行いレジストパターン
６を形成する。そして、このレジストパターン６をマス
クとして、酸素プラズマを施し、１層目のメタル配線３
上の有機ＳＯＧ膜５の膜質を改質させる（図１
（ｃ））。この際、酸素プラズマを施した有機ＳＯＧ膜
５の膜組成は以下のように変化する。

【００１９】

【化１】

【００２０】すなわち、プラズマの酸化作用によるメチ
ル基の消失と水酸基の増加とが起こり、酸素プラズマを
施した部分は、他の部分（疎水性）と比べて異なる膜質
（親水性）となる。改質部分のウエットエッチングにお
けるエッチング速度は非改質部分と大きく異なり、例え
ば、濃度０．５％のフッ酸処理を行った場合、改質部分
のエッチング速度Ａと非改質部分のエッチング速度Ｂの
比は、Ａ：Ｂ＝３０：１程度である。また、フッ酸の他
に、サイロックスエッチャントを用いても、十分な選択
比が得られる。更に、シリコン酸化膜をエッチングでき
るエッチャントであれば、本発明に適用可能である。

【００２１】また、変化させる膜質の深さ方向への制御
は、酸素プラズマの処理時間を管理することで可能であ
る。本実施の形態に示すように、段差がメタル配線３に
よって生じている場合、後の工程でスルーホールをメタ
ル配線３上に形成する際、ＳＯＧ膜が露出しないよう
に、メタル配線３上の有機ＳＯＧ膜５を全て改質するよ
うにプラズマの処理時間を制御する。

【００２２】次に、レジストパターン６を剥離した後
（図１（ｄ））、低濃度（０．５％程度）のフッ酸のウ
エットエッチにより、全面エッチングすることで、改質
したＳＯＧ膜７を除去する（図１（ｅ））。その後、第
２ＣＶＤ膜８を約４００ｎｍ形成することで、良好な平
坦性が得られる（図１（ｆ））。

【００２３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用いることにより、多層配線構造を有する半導体装置に
おける配線間の層間絶縁膜として有機ＳＯＧ膜を使用
し、上方の配線層等の形状を悪化させる要因となる段差
部に酸素プラズマを施し、ＳＯＧ膜を改質させ、エッチ
バックすることで、層間絶縁膜の表面は良好な平坦性が
得られる。

【００２４】また、酸素プラズマを施した改質部分と施
していない非改質部分とで、フッ酸を用いたウエットエ
ッチングにおける選択比は３０と非常に大きいので、エ
ッチングの終点管理が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造
工程図である。

【図２】第１の従来の有機ＳＯＧ膜を用いた半導体装置
の製造工程図である。

【図３】第１の従来技術の課題の説明に供する図であ
る。

【図４】第２の従来技術の課題の説明に供する図であ
る。

【符号の説明】

１基板２ＮＳＧ等の絶縁膜３メタル配線４第１絶縁膜膜５有機系ＳＯＧ膜６レジストパターン７有機ＳＯＧ膜の改質部分８第２絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された層間絶縁膜に有機Ｓ
ＯＧ膜を用いた、多層配線構造を有する半導体装置の製
造方法において、基板表面に段差が形成された領域を開口したレジストパ
ターンを、上記有機ＳＯＧ膜上に形成する工程と、該レジストパターンをマスクに、上記有機ＳＯＧ膜表面
に酸素プラズマを照射し、該表面の膜質を改質する工程
と、ウエットエッチングにより、全面エッチングを行い、少
なくとも上記改質された有機ＳＯＧ膜を除去し、上記層
間絶縁膜の表面の平坦化を行うことを特徴とする、半導
体装置の製造方法。
【請求項２】上記ウエットエッチングにフッ酸を用い
たことを特徴とする、請求項１記載の半導体装置の製造
方法。