JPH02237030A - 半導体集積回路の製造方法 - 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、半導体集積回路の製造方法に関し、さらに詳
しくは、半導体素子の電極上に設ける絶縁膜、特に多層
配線の層間絶縁膜に改良が図られた半導体集積回路の製
造方法に関する。

発明の技術的背景ならびにその問題点 半導体集積回路の集積度を高めるため、たとえば第１図
に示すような、多層配線が用いられている。このような
多層配線の製造工程について説明すると、シリコンなど
の基板１１上に、絶縁膜としての熱酸化膜１２を形成し
た後、アルミニウム膜などからなる第１配線層１３を形
成する。次い縁膜１４を被着させ、この層間絶縁膜１４
上に、この絶縁膜１４を平坦化するためのシリカ絶縁膜
１５を形成し、このシリカ絶縁膜１５上に必要に応じて
さらに第２層間絶縁膜１６を彼着させた後、第２配線層
（図示せず）を形成している。

上記のようなシリカ絶縁膜１５は、従来、シラノールな
どの有機ケイ素化合物をアルコールに溶解あるいは分散
してなる塗布液を、スピンコーティング法などによるい
わゆるＳＯＧ法（Ｓρ１ｎｏｎ　Ｇｌａｓｓ法）よって
塗布し、得られた塗膜を加熱して硬化させることによっ
て形成されていた（ＳＯＧ膜）。

ところで上記のような多層配線を有する半導体集積回路
では、特にスルーホールを開口し、第２配線層を形成す
る際のエッチング時に、配線層中のアルミニウムなどの
配線が酸化されて酸化アルミニウムなどとなり、抵抗値
が増大して導電不良を生じてしまうことがあった。

このような配線層における導電不良は、ＳＯＧ膜中に再
吸着した水分が含有されており、この水分が配線部を酸
化して絶縁性のＡＩ１２０３が生成するために生じてい
ると推定される。

本発明者らは、上記のような問題点を解決すべく鋭意検
討したところ、有機ケイ素化合物をアルコールに溶解あ
るいは分散してなる塗布液を用いて形成されるＳＯＧ膜
形成用塗膜に特定の処理を加えた後に加熱して硬化させ
れば、得られるＳＯＧ膜は空気中の水分の再吸着等によ
る水分をほとんど含まず、したがって配線層中に導電不
良が生じないことを見出して、本発明を完成するに至っ
た。

発明の目的 本発明は、上記のような従来技術に伴う問題点を解決し
ようとするものであって、スルーホールを開口し、第２
配線層を形成する際のエッチング時などに、配線層中の
配線が酸化されて抵抗値が大きくなって導電不良となる
ことがなく、しかも絶縁性に優れたＳＯＧ膜を有する多
層配線構造を備えた半導体集積回路の製造方法を提供す
ることを目的としている。

発明の概要 本発明に係る半導体集積回路の製造方法は、配線層が形
成された半導体基板上に、有機ケイ素化合物が含まれた
塗布液を塗布して塗膜を形成し、次いでこの塗膜に、該
塗膜中に含まれる未分解の有機ケイ素化合物を分解する
ための処理を施した後に加熱してＳＯＧ膜を形成する工
程を含むことを特徴としている。

本発明によれば、ＳＯＧ膜がほとんど水分を吸収あるい
は吸着することがなく、スルーホールを開口し、第２配
線層を形成する際のエッチング時に水分による配線の酸
化が防止され、導電不良を生ずることがなく、しかも水
分吸収によるＳＯＧ膜の誘電率の低下が防止され、絶縁
性の低下が防止される。したがってＳＯＧ膜上に直接第
２配線層を形成することができ、さらに、ＳＯＧ膜のみ
で層間絶縁層を形成することも可能になる等多層配線構
造を有する半導体集積回路の製造工程を簡素化すること
ができる。

発明の具体的説明 以下本発明に係る半導体集積回路の製造法のうち、特に
多層構造を有する半導体集積回路の製造方法について具
体的に説明する。

本発明では、まず第１図に示すように、シリコンなどの
基板１１上に、熱酸化膜などの第１絶縁膜１２を形成し
、この第１絶縁膜１２上に配線層１３を設ける。この配
線層１３は、たとえばアルミニウムなどの金属によって
形成されている。

この配線層１３上に層間絶縁膜１４を彼着させる。層間
絶縁膜１４は、具体的には、窒化ケイ素膜、シリカ膜な
どであって、これらはＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶＤ
法などによって形成することができる。

このようにして形成された層間絶縁膜１４上にＳＯＧ膜
１５を形成するが、このＳＯＧ膜１５は層間絶縁膜１４
の表面を平坦にして、この上にさらに第２配線層（図示
せず）を形成するための膜である。

このＳＯＧ膜１５は、有機ケイ素化合物を含むＳＯＧ膜
形成用塗布液を層間絶縁膜１４上に塗布することによっ
て形成される。平坦化膜形成用塗布液に含まれる有機ケ
イ素化合物としては、従来平坦化膜形成用塗布液に用い
られている有機ケイ素化合物が特に制限されることなく
用いられる。

このような平坦化膜形成用塗布液としては、たとえばＲ
ＳｉＸ（式中ｎは０〜３の整数であｎ　　　　４−ｎ り、Ｒはアルキル基であり、Ｘはアルコキシ基、ハロゲ
ンまたはイソシアネートである）で表わされる化合物の
１種または２種以上の混合物の部分加水分解物を、アル
コールなどの有機溶剤に溶解あるいは分散してなる塗布
液が用いられる。

この塗布液は、さらに水および酢酸などの酸を少量含ん
でいることが好ましい。

上記のようなＳＯＧ膜形成用塗布液を層間絶縁膜ｌ４上
に塗布するには、スピンコート法などを採用することが
できる。

次に上記のようにして層間絶縁膜１４上に形成されたＳ
ＯＧ膜形成用塗膜を、必゜要に応じて常温〜２００℃で
１〜３０分間程度乾燥した後、この塗膜に、該塗膜中に
含まれる未分解の有機ケイ素化合物を分解するための処
理を施す。

塗膜中に含まれる未分解の有機ケイ素化合物を分解する
ために塗膜に施す処理は、具体的には下記のようにして
行なうことができる。

（ａ）塗膜に紫外線、赤外線、Ｘ線、マイクロ波などの
活性線を照射する。具体的には、高圧水銀灯からの紫外
線を１〜３０分間程度照射するか、あるいはＸ線発生装
置からのＸ線を１〜３０分間程度照射する。

（ｂ）塗膜をプラズマを照射する。

（Ｃ）塗膜にアルカリ性溶液あるいは酸溶液を接触させ
る。具体的には、塗膜にｐＨ７〜１１であるようなアル
カリ性溶液あるいはｐＨ３〜７であるような酸性溶液を
塗布したり、あるいは塗膜を上記のようなアルカリ性溶
液あるいは酸溶液に浸漬する。さらに、これらの溶液に
シリカゾル等のケイ素化合物を添加すると、より一層の
効果が得られる。

（ｄ）塗膜をアルカリ性雰囲気下にさらす。・具体的に
は、塗膜をアンモニアガス雰囲気下にさらす。

また、オゾン雰囲気中にさらすことも効果がある。

（ｅ）塗膜を、有機ケイ素化合物を分解しつるような触
媒たとえばアルカリ金属、ＴＩ　　ＡＤ、Ｓｎなどの金
属イオンを含む溶液と接触させる。

このような処理（ａ）〜（ｅ）は、上記のような乾燥工
程の後に行なってもよく、またこのような処理後に乾燥
工程を行なってもよい。なお上記のような処理（ｅ）　
、（ｄ）および（ｅ）は、塗膜の乾燥工程後に行なうこ
とが、取扱い上好ましい。

上記のようにして塗膜中に含まれる有機ケイ素化合物を
分解するための処理を塗膜に施した後に、塗膜を３００
〜４５０℃程度の温度で加熱焼成すると、塗膜は硬化し
てＳＯＧ膜１５が形成される。

このように塗膜に、該塗膜中に含まれる未分解の有機ケ
イ素化合物を分解するための処理を施した後に、加熱焼
成すると、未分解の有機ケイ素化合物がほとんど含まれ
ず、Ｓｌ−０−Ｓｌ−の結合のみからなるＳＯＧ膜が得
られる。このＳＯＧ膜は、湿気を含んだ大気中にさらさ
れても水分を吸収あるいは吸着することがほとんどなく
、配線層中の配線が酸化されて導電不良を起こすことが
なくなる。またＳＯＧ膜は水分を吸収あるいは吸着する
ことがほとんどないため、ＳＯＧ膜の誘電率が低下する
ことがなく、ＳＯＧｓの絶縁性が低下することがない。

なおＳＯＧ膜の膜厚は、配線層１３の設けられていない
部分で５００〜２００００人程度であることが好ましい
。

このようにしてＳＯＧ膜１５を層間絶縁膜１４上に形成
した後、このＳＯＧ膜１５上にさらにＣＶＤ法、プラズ
マＣＶＤ法などによって第２層間絶縁膜１６を被着させ
、次いでスルーホールを開口した後節２配線層（図示せ
ず）を形成してもよいが、このようにして形成されたＳ
ＯＧ膜は水分を含んでいないため、第２図に示すように
、ＳＯＧ膜１５上に直接第２配線層を形成することが可
能である。

また本発明では、第３図に示すように、基板１１上に第
１絶縁膜１２を介して設けられた配線層１３上に、層間
絶縁膜１４を介することなく直接上記のようなＳＯＧ膜
１５を層間絶縁膜として形成してもよい。この場合、第
２層間絶縁膜１６は省略することもできる。

以下本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれ
ら実施例に限定されるものではない。

実施例 有機ケイ素化合物としてのモノメチルトリメト？シシラ
ンと、このモノメチルトリメトキシシランを８１０■と
して換算した場合にｓＩ０２に対して１重量％の酢酸と
、ＳＩＯ２の８倍モルの純水を混合し、さらにエタノー
ルを加えてＳ１０２として１４重量％の有機ケイ素化合
物の部分加水分解縮合物塗布液を調製した。

この塗布液を、３μｍのラインアンドスペース？ッチの
Ａｇ配線が施されたシリコンウエハ上にスピンコート法
で塗布し、２００℃で３０分間乾燥した。乾燥時の膜厚
は５０００人であった。

このようにして形成された塗膜に、下記のような有機ケ
イ素化合物を分解するための処理（１）〜（３）をそれ
ぞれ施した後、窒素雰囲気中で３００℃で３０分間加熱
焼成して、ＳＯＧ膜を形成した。

さらにこのＳＯＧ膜上に、ＣＶＤ法により厚さ２０００
人のＳｌＯ■膜を積層して層間絶縁膜を形成した。

この層間絶縁膜に、ＲＩＥ法によるドライエッチング法
で直径１．４μｍのスルホールを設けたのち、上層のＡ
ｌ配線層をスパッタリング法で形成し、２層Ａｌ配線素
子を作成した。

このようにして得られた素子の上下Ａｆｉ配線間のコン
タクト抵抗と層間絶縁膜の比誘電率を測定した。

結果を表１に示す。

［処理法］ （１）紫外線照射処理 高圧水銀灯を１分間照射。

（２）アルカリ溶液処理 ｐＨ８のアンモニア水に１時間浸漬。

（３）アルカリガス処理 １５重量％のアンモニア水が入れられたデシケー夕中に
２５℃で半日間放置。

比較例 実施例において、塗膜に有機ケイ素化合物を分解するた
めの処理を施さなかった以外は、実施例と同様にした。

結果を表１に示す。

表 第　　１ 図

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、本発明に係るＳＯＧ膜の製造方法に
よって形成されるＳＯＧ膜を含む多層配線構造を有する
半導体集積回路の断面図である。 第　　２　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　配線層が形成された半導体基板上に、有機ケイ素化合
   物が含まれた塗布液を塗布して塗膜を形成し、次いでこ
   の塗膜に、該塗膜中に含まれる有機ケイ素化合物を分解
   するための処理を施した後に加熱してシリカ絶縁膜を形
   成する工程を含むことを特徴とする半導体集積回路の製
   造方法。