JPS5987834A - 薄膜形成方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体製造技術に係わシ、詳しくは凹凸を有
す−る下地表面上に薄膜を平坦に形成する薄膜形成方法
に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、集積回路等の半導体装置の素子の集積　−密度を
上げるために、基板上に複数の絶縁体層および導電体層
を積み重ねて形成させる所謂多層配線が用いられている
。

例えば、半導体素子を形成した基板上に多層配線を行な
う場合、第１図に示す様に、基板の表面保護と絶縁のた
めに酸化シリコン等の絶縁膜２で基板１上を覆い、基板
ｌとその上の絶縁被膜上に形成される配線導体との接続
に必要な部分の絶縁膜２を写真蝕刻法により除去［２、
これによって露出された基板１と絶縁膜２の全面上にア
ルミニウム等の導体金属を蒸着して、金属被膜を形成し
、とれに写真蝕刻法を用いて不要部分を除去して所定の
パターンの第１導電体層３を形成し、さらにこの上に絶
縁被膜４を気相成長法あるいは高周波スパッタ法等によ
って被着した後、その上に形成される配線導体との接続
に必要な部分の絶縁被膜４を写真蝕刻法で除去し、次い
で導体金属層を全面に蒸着した後、写真蝕刻法で所定の
配線パターンを有する第２０線電体層５を形成する方法
が行なわれている。

この様な従来の製造方法においては第１層の配線編体１
によって生ずる段差、あるいは溝体層間の接続部におい
て絶縁被膜に設けた孔によって生ずる段差などによって
、第２の記報導体５が段の側面において断線しやすくな
ったり、また一層目の配線導体と二層目の配線導体が交
叉する様な箇所における絶縁被膜にはピンホールやクラ
ックが発生しやすくなって、この絶縁被膜をはさんで相
対する二つの配線導体が短絡しやすくなるといった欠点
がおった。さらに、素子の集積密度を上げるために配線
づ体の間隔および配線導体層間の接続孔を例えば３ミク
ロン以下と小さくする場合には、第１層の配線導体３お
よび配線９体層間の接続孔の周縁を急峻な段状にする必
要がある。

しかし、この様に微細パターンでしかも段差が急峻に分
ると、第２図に示す様に、絶縁膜形成法においてその被
覆特性が侵れている減圧下における気相成長法あるいは
グロー放電を応用したプラズマ気相成長法によっても絶
縁被膜４は、段差の側面でうすくなるため配線導体層間
３と５の耐圧を低下させたシ、あるいは配線導体層間を
短絡させたシする。またこの絶縁被膜４上にスパッタあ
るいは電子ビーム蒸着法によシ形成されるアルミニウム
等の第２の配線導体層５は段差の部分には殆んど蒸着さ
れないため配線層間の接続抵抗を下げるために行なう４
５０〜５００１　℃、　）での熱処理工程で配線導体層
５Ｖｃクラツクが生じて断線したり、あるいはエレクト
ロマイグレーションに基づく断線等が生ずる。このため
、多層配線の微細化が困難であった。

この様な段差を生ずる製造工程に対して、所定のパター
ンの第１導電体層を形成した後、気相成長法により酸化
シリコン膜を形成し、その上にオルガノシラン等の有機
系物質を塗布したシ、あるいは先に有機系物質を塗布し
、その上に気相成長法により酸化シリコン膜を形成する
ことによシ絶縁腹の表面をなだらかにする方法が知られ
ている。

しかしながらオルガノシラン等の有機物質を焼結したガ
ラス膜は多孔質で吸湿性が大きく、また有機物も残存し
ているために配線導体層の相互の絶縁は信頼性に欠ける
欠点がある。

又、４５０〜５００　Ｃ’Ｃ，）の熱処理工程において
、ガラス膜および気相成長法による酸化シリコン膜にク
ラックが生じゃすく、導体層間の短絡が生じたシ、ある
いは配線導体層にアルミニウムを用いた場合にはガラス
膜の吸湿性が大きいためにアルミニウムが腐食されて断
線したシする欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、凹凸を有する基板表面上に薄膜を平坦
に形成することができ、この薄膜上に形成する４体層の
断線や短絡等の防止に寄与することができ、微細パター
ンの多層配線を形成するのに有利な薄膜形成方法を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、凹凸を有する基板上に酸化シリコン等
の絶縁性薄膜を堆積したのち、この薄膜表面にイオンや
ラジカル等の活性種を作用させ、薄膜の凸部を迅速に蝕
刻する如きエツチングを施すことにある。すなわち、平
行平板電極を備えたチェンバ等の内部に０２ガス等を導
入すると共に、各電極間に高周波電力を印加すると、試
料載置の電極表面に生じた自己バイアスにより加速され
たイオンが試料表面を衝撃する。薄膜として酸化シリコ
ンを用いた場合、０２ガスハ薄膜と反応しないため、ス
パッタリングのみ進行する。スパッタ率はイオンの入射
角度に依存し、通常４５度で最大値を示す。

それ故、４５度に近い角度を持つステップエツジは平坦
部に比して速くエツチングされ、エツジに大きな傾斜が
形成される。さらに、イオン衝撃を続けると、見かけ上
傾斜部が後退するようにスパッタエツチングが進行し、
その結果薄膜表面が平坦となる。

本発明はこのような点に着目し、凹凸を有する基板表面
に薄膜を形成するに際し、上記基板上に薄膜を堆積した
のち、薄膜表面に該薄膜と反応しない活性種を照射して
スパッタエツチングするようにした方法である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、凹６を有する基板表面上に絶縁膜等の
薄膜を表面平坦化して形成することができるので、この
薄膜上に形成する導体層の断線や短絡等の発生を極めて
少なくすることが可能である。このため、微細パターン
の多層配線構造を形成する際に極めて有効な効果を発揮
する。

〔発明の実施例〕

第３図は本発明の一実施例方法に使用した処理装置を示
す概略構成図である。図中１１はチェンバで、このチェ
ンバ１１内には上部電極１２及び下部電極１３からなる
平行平板電極が配置されている。上部電極１２の下面に
はターゲット１４が取着され、下部電極１３の上面には
試料１５が載置される。上部電極１２はマツチング回路
１６及びスイッチ回路１７を介して高周波電源１８に接
続され、下部電極１３はマツチング回路１９及びスイッ
チ回路２ｏを介して高周波電源に接続されている。そし
て、スイッチ回路１７．１９が８１側のとき、上部電極
１２に高周波電力が印加されると共に下部電極１２が接
地される。このとき、試料１５上にターゲット１４と同
材料の薄膜が堆積される。また、スイッチ回路１７．２
０を８２側に切り換えたとき、上部電極１２が接地され
ると共に下部′電極１３に高周波電力が印加される。こ
のとき、試料１５９１スパツタエツチングされるものと
なっている。なお、図中２１はチェンバ１１内にＯｌ等
のガスを導入するだめのバルブであシ、チェンバｌｌ内
は図示しない真空ポンプによシ真空排気されるものとな
っている。また、図中２２は絶縁物を示している。

第４図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施例に係わる半導
体装置製造工程を示す断面図である。まず、第４図（ａ
）に示す如く素子形成工程が施されたＳｉ基板３１上に
気相成長法によりｓｔｏ、膜３２を被着したのち、必要
な接続孔を開けこの孔を含め５ｉ０２膜３２上にアルミ
ニウム膜（第１の導体層）３３を仮着した。アルミニウ
ム膜３３の被着はスパッタ或いは電子ビーム蒸着法で行
い、そのパターニングには燐酸を生成分とした溶液メい
はＣａＺ４とＣＩ！２との混合ガスを反応ガスとする反
応性イオンエツチング法を用いた。次いで、前記第３図
に示した装置を用い、ターゲット１４として５ｉ０２．
導入ガスとしてＳｉＮ４とＮ２０　との混合ガス、スイ
ッチ回路１７，２０をＳ１側に切り換え、グロー放電を
利用したプラズマ気相成長法によシ試料上面にＳｉＯ□
膜（絶縁膜）３４を堆積した。

次に、第３図に示す装置のチェンバ１１内を１度真空引
きしたのち、チェンバ１１内にＯｌを溝入しガス圧を０
．１　［Ｔｏｒｒ　］程度に保ちスイッチ回路１７．２
０を８２側に切り換え、試料の表面処理を行った。ここ
で、試料側の電極Ｊ３に高周波電力を印加した場合、先
にも説明したように電極１３の表面に生じた自己バイア
スによシ加速されたイオンが試料表面を衝撃する。０□
ガスはＳ　ｉ　０２膜３４と反応しないため、単にスパ
ッタリングのみ進行する。スパッタ率はイオンの入射角
度に依存し、通常４５度で最大値を示す。それ故、シー
ス内の電位勾配に沿って入射するイオンに対しては、４
５度に近いステップエツジが平坦部に比して速くスパッ
タエツチングされ、エツジに大きな傾斜が形成される。

そして、イオン衝撃を続けると見かけ上傾斜部が後退す
るようにスパッタエツチングが進行し、５ｉ０１膜３４
０表面は第４図（ｂ）に示す如く略平坦なものとなる。

なお、主ガスをＯｌとし、添加ガスとしてＣ，Ｈ，等の
ようなプラズマ重合を行うガスを使用すると、平坦面上
にプラズマ重合膜が堆積し、平坦部の実効的スパッタ率
が低下するため、平坦部の膜厚を低下させることなく凸
部のエツチングのみを行うことも可能である。

次に、第４図（Ｃ）に示す如（８ｉ　０Ｈ膜３４上にア
ルミニウム膜（第２の１体層）３５を被層した。この場
合、下地５ｉ０１膜３４０表面が平坦化されているので
、アルミニウム膜３５はその膜厚が一様に形成されるこ
とになる。

かくして本実施例方法によれば、多層配線を行った第４
図（ｃｌと従来法によシ多層配線を行なつた前記第２図
との比較から明らかな様に、第２の嬌電体層３５の厚さ
がほぼ一様になるため、４５０〜５００［’Ｃ，）での
熱処理工程で導電体層３５にクラックが生じて断線した
り、エレクトロマイクレージョンに基づく断線を防止す
ることができ、また１層目の配線導体３３と２層目の配
線導体３５とが交叉する様な箇所においても配線導体層
間の絶縁膜の厚さが充分厚いためにピンホールやクラッ
クは発生せず、配線導体層間の短絡や耐圧の低下を防止
することができ、多層配線を行なった半導体装置の信頼
性を著しく向上することができる。また１本実施例方法
では、配線導体層間の絶縁膜として、有機ガラス系物質
を用いる必要がないため、配線導体層の相互の絶縁の信
頼性は高く、また、アルミニウムの腐食を防止すること
ができる。

さらに、本発明では、配線のパターンが微細でしかも急
峻な段差に対してよシ効果を発揮する庭め多層配線の微
細化が可能となシ素子の集積密度を上げることができる
。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記スパッタエツチング時に用いるガスは
０２に限らず、Ｎ、、Ｈ。

、希ガス、その他エツチングすべき薄膜と反応しないも
のであればよい。また、絶縁膜として酸化シリコン膜を
用いたが、他の絶Ｒ膜例えば燐、硼素、砒素等の不純物
を含んだガラス膜、窒素及びシリコンを含むシリコンオ
キシナイト２イド膜、金属酸化物およびこれらの絶縁膜
を２柾類以上竺層した膜に対しても本発明は有効である
。さらに、配線導体層として、アルミニウムを用いたが
、他の導体暦年えばモリブデン、タングステン、チタン
、白金、および前記金属の硅化物、多結晶シリコンに対
しても本発明が適用されることはいうまでもない。また
、実施例では配ｍｓ体層を２層に設けた場合について説
明したが％３層以上の配線導体層を設けた多層配線も、
上記実施例で述べた方法なくシ返し行なうことによシ得
られ１本発明は有効である。

さらに、スパッタリング法にょシ絶縁膜の表面層を除去
した後、その残存した絶縁膜上に配線導体層を設けたが
、絶縁ｉの表面層を除去した後、その上に再度絶縁膜を
被着するか、または。

この工程を何度かくシ返して形成した絶縁膜上に配線導
体層を設けても有用である。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ従来の多層配線構造を示す
断面図、第３図は本発明の一実施例に使用した処理装置
を示す概略構成図、第４図ｔ８）〜（Ｃ）は同実施例方
法を説明するための工程断面図である。 １１・・・チェンバ、ｘｘ、ｘｓ・・・［極、Ｊ４・・
・ターゲット、１５・・・試料、１６．１９・・・マツ
チング回路、１７．２０・・・スイッチ回路、１８・・
・高周波電源、３１・・・８ｉ基板、３２．３４・・・
２の導体層）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）凹凸を有する基板表面上にその凸部に対応する突
   出部を有する薄膜を堆積する工程と、上記薄膜表面に該
   薄膜と反応しない活性種を照射してスパッタエツチング
   し、前記薄膜と同材質の前記突出部を除去して前記薄膜
   を平担化する工程とを具備してなることを特徴とする薄
   膜形成方法。
2. （２）　　前記薄膜を堆積する工程として、プラズマ気
   相成長法、スパッタリング法或いはイオンブレーティン
   グ法を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の薄膜形成方法。
3. （３）　　前記薄膜を堆積する工程及びスパッタエツチ
   ングする工程を、平行平板電極を備えた同一チェンバ内
   で行い、薄膜の堆積時には基板側の電極を接地す雇と共
   に他方のターゲット側電極に高周波電力を印加し、スパ
   ッタエツチング時には基板側の電極に高周波電力を印加
   すると共に他方の電極を接地することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の薄膜形成方法。
4. （４）前記活性種として、酸素、窒素、水素若しくは希
   ガスのうち少なくとも１つのガスのラジカル及びイオン
   を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   薄膜形成方法。