JPH0467632A - 半導体装置の多層配線の形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の多層配線の形成方法に係り、特
に下層配線層により生じる段差を緩和するため、層間絶
縁膜を平坦に形成し、かつ、長寿命で信頼性の高い半導
体装置の多層配線の形成方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体装置、例えばバイポーラ集積回路。

ＭＯ３集積回路では、高集積密度化のため多層配線が施
されている。このような半導体装置では、下層Ａ２配線
層は、基板のＡ！配線が施されていない部分に対して段
差形状となる。従って、層間絶縁膜を介して上層Ａ！配
線層にもこの段差形状が転写される。するとこの段差部
に応じて上層へ！配線層の厚みが薄くなる部分が生じ、
その結果へ！配線の断線が生じる虞れがあった。

そこで、段差の溝内に絶縁膜を埋め込んで層間絶縁膜を
平坦化し、かつ、基板及びＡＩ！、配線層に損傷を与え
ないように低温下で層間絶縁膜を形成する方法としてＳ
ＯＧ法（スピンオングラス法）が知られている。

しかしながら、ＳＯＧ法では平坦な５ｉｎ２膜（ＳＯＣ
膜）を形成する際、無機系Ｓｉ化合物溶液を用いており
、険しい段差を平坦化するためＳＯＧ膜の膜厚が厚（な
るに従い、加熱の際に溶剤が蒸発してＳＯＧ膜の体積変
化（凝固）が生じるため、ＳＯＧ膜のエツジ部にクラッ
クが生じて半導体装置の電気的特性の著しい劣化を生じ
ることになる。このため、クランクを発生することなく
ＳＯＧ法によって緩和できる段差は、４０００人程度変
則度であることが知られていた。

そこで、４０００人を大幅に越えるような険しい段差が
生じても、クランクを発生することなく層間絶縁膜の平
坦化を行うことができる従来例として、有機系Ｓｉ化合
物である。テトラエトキシシラン−０３（以下、ノンド
ープオゾンＴＥＯ３゜と称する）からなるガス系をソー
スガスとして用い、常圧、低温下のＣＶＤによる成膜反
応を行い、分解の結果生じるＳｉｎ、のりフロー性によ
り段差部の平坦化を行う従来例が知られている（例えば
、セミコンニューズ、１９８８．１）。

そして、通常、半導体装置は、湿度等の外気による素子
特性の劣化を防ぐため、半導体装置の表面にパッシベー
ション膜（最終保護膜）を有している。このパッシベー
ション膜として一般的に用いられる窒化シリコン膜は、
プラズマＣＶＤ法により半導体装置表面に形成する際、
モア゛ノラン（ＳｉＨ４）−アンモニア（ＮＨ，）系が
多く用いられ、２００〜４００°Ｃで次式の反応が利用
される。

３Ｓ　ｉＨ４＋４ＮＨ：Ｉ→Ｓ　ｉ＊Ｎａ　＋　１２　
Ｈｚ〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、前記従来例では、半導体装置の平坦化は
達成されたが、前記パッシベーション膜を形成する反応
の際に生じるＨ２がホットキャリア現象を引き起こす主
原因となっていた。このホットキャリヤ現象により生じ
た電子の一部が層間絶縁膜に飛び込み捕獲され、しきい
電圧が変わる。

この現象は、半導体装置の動作に伴って生じるため、回
路の誤動作が生じ易くなり、半導体装置の信転性をなく
し、さらに、寿命劣化を引き起こし易いという課題があ
った。

そこで、このような課題を解決するために本発明は、半
導体装置の多層配線の形成方法において、層間絶縁膜の
平坦化を行い、かつ、耐ホツトキャリア性に優れ、半導
体装置特性の変動、劣化をきたすことなく多層配線を形
成可能な、半導体装置の多層配線の形成方法を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明は、下層配線層上に層
間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜上に上層配線層を形
成する半導体装置の多層配線の形成方法において、前記
下層配線上にリフロー性を有する絶縁膜を形成する第一
工程と、当該第一工程の膜上に不純物をドープした絶縁
膜を連続して形成し水素を固定できる第二工程と、を備
えてなり、第一工程の膜と第二工程の膜とで層間絶縁膜
を形成する半導体装置の多層配線の形成方法であること
を特徴とするものである。

〔作用］ この発明に係る半導体装置の多層配線の形成方法によれ
ば、下層配線層上に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁
膜上に上層配線層を形成する半導体装置の多層配線の形
成方法において、段差のある前記下層配線上に、リフロ
ー性を有する絶縁膜を形成する第一工程を有することで
、前記段差を緩和し、当該絶縁膜を平坦に形成すること
ができる。

そして、第一工程で得た膜上に、さらに連続して不純物
をドープした絶縁膜を形成し水素を固定できる第二工程
を有することで、前記半導体装置のパッシベーション膜
の形成過程で生じる、ホットキャリヤ現象の主原因であ
るＨ２を当該絶縁膜が固定し、Ｈ２に対する障壁層とし
て作用して、ホットキャリア現象を引き起こすことを防
ぐことができる。

このため、第一工程の絶縁膜と第二工程の絶縁膜とで層
間絶縁膜を形成することで、当該層間絶縁膜は平坦化さ
れ、かつ、耐ホツトキャリア性に優れ、半導体装置特性
の変動、劣化をきたすことなく多層配線を形成可能な、
半導体装置の多層配線の形成方法を提供することができ
る。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について、図面に基づいて説明する
。

第１図ないし第４図は、本発明の一実施例に係る多層配
線の形成方法を示す断面構成図である。

第１図の工程では、Ｓｉ基板１上に、所定のパターンに
従い下層Ａ！配線層２を形成する。

次に、第２図の工程で、第１図の工程で得た全面に常圧
ＣＶＤ装置により絶縁膜として、ノンドープオゾンＴＥ
Ｏ３膜３を形成する。常圧ＣＶＤ装置に導入されるソー
スガスとしては、Ｓ　１　；　２０％、０．；７５％、
Ｎｚ；６０％を導入する。

処理温度は３８０°Ｃとし、５〜８分間行い、ノンドー
プオゾンＴＥＯ３膜３の厚さを４０００〜６０００人程
度に形成する変 則Ｅ０１は蒸気圧が低い気体状の有機Ｓｉ化合物である
ので、常圧ＣＶＤ装置への導入に際しては、数１０℃の
加熱を行い窒素によるバブリングを必要とする。

一方オシンはＴＥ０１の酸化３分解を促進してＳｉｎ、
を形成するために、反応ガス中に添加されるものであり
、反応ガス中に１８０００ｐｐｍ含有される。オゾンの
導入については、放電を利用して、酸素の分解を行う。

この常圧ＣＶＤに際しては、オゾンがＴＥ０１の分解を
促進するため、低温（３５０°Ｃ）下においても大きな
成長速度（成膜温度３８０°Ｃ前後において１００〜５
０００人／分で制御可能）でノンドープオゾンＴＥＯ３
膜３の形成が可能である。

従って、下層Ａｊ２配線層２に損傷を与える虞れがない
。このノンドープオゾンＴ　Ｅ’　ＯＳ膜３は絶縁膜で
あると共に、下層Ａ２配線２同士の間に存在する溝（下
層Ａ１配線２とＳｉ基板１との段差）に埋め込まれて、
下層Ａ！配線２によって生した段差を緩和して平坦化す
る。

また、ノンドープオゾンＴＥＯ３膜３は、ＴＥＯＳガス
から形成されるため、凝固の際の収縮の影響がない結果
、ノンドープオゾンＴＥＯ３膜３を厚く形成してもクラ
ンク発生の問題もない。また、ノンドープオゾンＴＥＯ
３膜の厚さは、下層Ａｌ・配線２の厚さ（高さ）により
任意に決定し、常圧ＣＶＤの処理時間により所望の厚さ
に調整することができる。

次に、第３図の工程では、第２図の工程に連続して、第
２図の工程で形成した、平坦化されたノンドープオゾン
ＴＥＯ３膜３上に絶縁膜として、リンドープオゾンＴＥ
Ｏ３膜４を常圧ＣＶＤ装置にて形成する。この時、第２
図の工程で常圧ＣＶＤ装置に導入したソースガスとして
、Ｓｉ；３０％、Ｏ＋；７５％、Ｎ、；６０％、Ｐ、３
０％を導入する。その他の処理条件は第２図の工程と同
様に行い、厚さ２０００〜４０００人のリンドープオゾ
ンＴＥＯ３膜４を形成する。

このリンドープオゾンＴＥＯ３膜４は、パッシベーショ
ン膜を形成する際に発生するホットキャリヤ現象の主原
因であるＨ２を固定し、Ｈ２に対する障壁層として作用
する。このため、ホットキャリヤ現象を防ぐことができ
る。

前記ノンドープオゾンＴＥＯ３膜３と前記リンドープオ
ゾンＴＥＯ３膜４とで、層間絶縁膜を形成する。

そして、第４図の工程では、第３図の工程で得た平坦化
されたリンドープオゾンＴＥＯ３膜４の上に上層ＡＩ２
配線層５を形成する。

第４図の工程後、第２図以降の工程を繰り返すことで、
所望の多層配線を有する半導体装置を製造することがで
きる。

最後に、半導体装置の表面にパッシベーション膜を形成
する。

以上の工程により、平坦化され、かつ、耐ホツトキャリ
ア性に優れ、半導体装置特性の変動、劣化をきたすこと
なく多層配線を形成することができた。

そして、配線層ごとにリンドープオゾンＴＥＯ３膜４を
形成するので、前記Ｈ２を各ＴＥ０１膜４で固定するこ
とができるため、耐ホツトキャリア性をより確実にする
。

次に、本実施例により製造した半導体装置（発明品）と
従来の製造方法で製造した層間絶縁膜に不純物をドープ
していない半導体装置（従来品）との寿命劣化を比較し
た。比較方法は、半導体装置に最大電圧（５，５Ｖ）を
かけ、その時のｇｍ（しきい電圧）の低下が１０％とな
った時を寿命劣化とした。なお、発明品と従来品との間
で配線層の数、配線の厚さ（高さ）、トータルの層間絶
縁膜の厚さは同一とした。

この結果、発明品は従来品に比べ、１０倍寿命劣化が向
上していることが確認された。

また、第３図の工程では、不純物としてＰを用いたリン
ドープオゾンＴＥＯ３膜を形成したが、これに限らない
。

そして、配線としてＡＰを用いたが、／１−Ｃｕ、Ａｆ
−３ｔ、Ａｆ−Ｔａ等各種導伝性物質を用いることもで
きる。

本実施例では、多層配線の形成方法について説明したが
、単層配線の形成方法に用いることを妨げるものではな
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係わる半導体装置の多層配
線の形成方法によれば、第一工程を有することで、絶縁
膜を平坦に形成でき、さらに、第二工程を有することで
、パッシベーション膜の形成過程で発生するＨ２を固定
することができる。

この結果、当該層間絶縁膜は平坦化され、かつ、耐ホー
／　）キャリア性に優れ、半導体装置特性の変動、劣化
をきたすことなく多層配線を形成可能な、半導体装置の
多層配線の形成方法をを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、本発明の一実施例に係る多層配
線の形成方法を示す断面構成図である。 図中、１はＳｉ基板、２は下層Ａ２配線層、３はノンド
ープオゾンＴＥＯ３膜、４はリンドープオゾンＴＥＯ３
膜、５は上層ＡＩ！、配線層を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下層配線層上に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶
   縁膜上に上層配線層を形成する半導体装置の多層配線の
   形成方法において、前記下層配線上にリフロー性を有す
   る絶縁膜を形成する第一工程と、当該第一工程の膜上に
   不純物をドープした絶縁膜を連続して形成し水素を固定
   できる第二工程と、を備えてなり、第一工程の膜と第二
   工程の膜とで層間絶縁膜を形成することを特徴とする半
   導体装置の多層配線の形成方法。