JPH0697298A - 半導体装置の絶縁膜の形成方法 - Google Patents

半導体装置の絶縁膜の形成方法

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JPH0697298A
JPH0697298A JP24501492A JP24501492A JPH0697298A JP H0697298 A JPH0697298 A JP H0697298A JP 24501492 A JP24501492 A JP 24501492A JP 24501492 A JP24501492 A JP 24501492A JP H0697298 A JPH0697298 A JP H0697298A
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JP
Japan
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sog
wiring
film
filler
solution
Prior art date
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Withdrawn
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JP24501492A
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English (en)
Inventor
Takashi Nagashima
隆 長嶋
Hideki Harada
秀樹 原田
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Kyushu Fujitsu Electronics Ltd
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Kyushu Fujitsu Electronics Ltd
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体装置の製造方法、より詳しくは、半導
体装置の下側配線と上側配線とを絶縁しかつ平坦化を図
る層間絶縁膜の形成方法に関し、平坦化塗布材料(SO
G膜)の下地パターン依存性を小さくし、配線上のSO
G膜厚をより均一にすることのできる絶縁膜形成方法を
提供する。 【構成】 半導体基板上の絶縁層2と、該絶縁層上に形
成された配線3、4とを覆う絶縁膜を形成する方法にお
いて、SOG膜のソース溶液5に、配線の高さの2分の
1以上から1.5倍以下の径のセラミック・フィラー7を
混合し、該混合溶液を塗布して絶縁膜を形成するように
構成する。混合溶液をスピンコータあるいはロールコー
ターによって塗布し、その際にセラミック・フィラーを
配線3、4上には存在させないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方
法、より詳しくは、半導体装置の下側配線と上側配線と
を絶縁しかつ平坦化を図る層間絶縁膜の形成方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】LSI、VLSIなどの半導体装置では
多層配線構造が用いられており、配線間の絶縁性を保つ
だけでなく、凹凸のある下地を滑らかに覆って平坦化す
る絶縁膜(層間絶縁膜)の形成が重要である。近年の平
坦化技術では、この絶縁膜にSOG(Spin On Glass)膜
を使用することが多くなっている。SOG膜は、基本的
には、SiOx を溶媒に溶解した溶液をスピンコート法で
基板上に塗布し、乾燥し、加熱して酸化シリコンに変化
させることで形成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、SOG
膜はスピンコートによる塗布形成膜のために、下地配線
パターンの粗密によって、膜厚のばらつきが生じる。例
えば、半導体基板の絶縁層の上に予めアルミニウムの各
種パターン(4×4μmの小パターン〜128×128
μmの大パターン)を形成しておいて、その上に一般的
なSOGをスピンコートし、熱処理して、パターン上の
SOG膜の厚さを測定し、下地パターン依存率として算
出した結果が図1に示すように得られる。
【0004】なお、下地パターン依存性=パターン上膜
厚/平板上膜厚×100〔%〕このことを図解したの
が、図2であり、半導体基板1上の絶縁層2の上に大き
なパターン3と小さなパターン4とがあり、全体をSO
G膜5が覆っている。そして、大パターン3上のSOG
膜は小パターン4上のSOG膜よりも厚くなっている。
【0005】図1および図2からも分かるように、広い
パターン上には厚く塗布形成され、孤立した狭いパター
ン上には薄く塗布形成されるという膜厚の不均一が生じ
てしまうのが欠点である。このような下地パターンによ
る配線上の膜厚の違いは、その後のリソグラフィーにお
けるフォーカス深度、コンタクトホール形成エッチング
時でのアンダーエッチングあるいはオーバーエッチン
グ、層間容量のばらつきといった障害を招く。
【0006】高平坦化性を考慮してSOG膜を厚くする
場合には、下地パターン依存性はますます助長されて大
きくなってしまうので、この依存性を解消することが求
められている。そこで、SOG膜の下地依存性を小さく
する方法として、次のようなもの(1)〜(4)が考え
られる。
【0007】(1)SOG膜形成後、広いパターン上で
厚くなった部分をエッチングし、膜厚差をできるだけ小
さくする方法。 (2)配線の間にダミー配線パターンを配置して、パタ
ーン粗密自身を無くす方法。 (3)全体に塗布膜厚を薄くし、下地パターン依存性を
抑える方法。
【0008】(4)SOG溶液に微粉末を添加して流動
性を抑える方法。 しかしながら、(1)および(2)の方法は有効である
が、工程が複雑化してしまう。特に、(2)の方法では
配線容量に問題が生じてしまう。(3)の方法では、平
坦化の働きを犠牲にすることであり、段差の大きな場合
には採用できない。そして、(4)の方法は平坦化には
効果があるが、下地パターン依存性にはほとんど効果が
ない。
【0009】本発明の目的は、上述した方法よりも平坦
化塗布材料(SOG膜)の下地パターン依存性を小さく
し、配線上のSOG膜厚をより均一にすることのできる
絶縁膜形成方法を提供することであり、そのことによっ
て、層間容量、コンタクトホール形成、リソグラフィー
におけるフォーカス深度などでの信頼性を高めることで
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上述の目的が、半導体基
板上の絶縁層と、該絶縁層上に形成された配線とを覆う
絶縁膜を形成する方法において、SOG膜のソース溶液
に、配線の高さの2分の1以上から1.5倍以下の径のセ
ラミック・フィラーを混合し、該混合溶液を塗布して絶
縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の絶縁膜の
形成方法によって達成される。
【0011】混合溶液をスピンコート法によって塗布
し、その際にセラミック・フィラーを配線上には存在さ
せないようにし、そのために、混合溶液におけるフィラ
ーとSOG膜のソース溶液との割合を9:1〜7:3に
することが好ましい。また、混合溶液をロールコーター
を用いて塗布し、その際にセラミック・フィラーを配線
上には存在させないようにすることが好ましい。
【0012】そして、セラミック・フィラーにシリカま
たはボロンナイトライドを用いるのが好ましい。
【0013】
【作用】本発明に係る方法では、セラミック・フィラー
を混合したSOG溶液を用いているが、配線間の凹所の
みにセラミック・フィラーを配置して、配線上にはセラ
ミック・フィラーを存在させない。このセラミック・フ
ィラーは平坦化だけでなく、小さい配線パターンでのS
OG膜を従来よりも厚く形成するのに寄与する。そのた
めに、セラミック・フィラーの径は、配線高さ(段差)
の1/2〜1.5倍であり、1/2よりも小さいと、凹部
のSOGの溜り量が少なくなり、平坦性が悪化し、一
方、1.5倍よりも大きいと、このフィラーが新たな段差
を招きかつ同じく平坦性が悪化する。
【0014】セラミック・フィラーを混合したSOG溶
液を塗布するには、スピンコート法を採用することがで
きるが、セラミック・フィラーとSOG溶液との割合を
適切に設定しないと、配線上にフィラーが付着してしま
うことになるので、9:1〜7:3の範囲が好ましい。
また、セラミック・フィラーを混合したSOG溶液を塗
布するには、ロールコータを使用してフィラーを配線上
から押し出しながら行えば良い。
【0015】セラミック・フィラーの材料としては、ア
ルミナ、チタニア、シリカ、ボロンナイトライドなどを
用いることが可能であるが、SOG溶液との馴染み、低
誘電率であることを考慮してシリカおよびボロンナイト
ライドが好ましい。さらに、ボロンナイトライドは熱伝
導性が良く、かつ誘電率がより低いので望ましい。
【0016】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施態
様例および比較例によって本発明を詳細に説明する。 例1(スピンコーティング法の場合) 先ず、SOG膜のソース溶液(アルコキシシランの加水
分解物アルコール溶液)とセラミック・フィラー(テト
ラエトキシシランより製造したセラミック・フィラー)
と用意し、フィラーをソース溶液に混合する。その混合
割合を下記表1のようにする。
【0017】
【表1】
【0018】フィラー混合SOG溶液をスピンコーティ
ングする基板として、図3(a)〜(c)に示すよう
に、通常工程にしたがって、シリコン半導体基板1を熱
酸化して絶縁層(SiO2層)2を形成し、その上にアルミ
ニウム配線の大パターン3および小パターン4を形成し
たものを用意する。該基板を回転させながら、フィラー
混合SOG溶液を基板上に滴下する。滴下当初は回転速
度が遅いので、図3(a)に示すように、フィラー7お
よびSOG溶液5が全面に塗布される。所定の回転速度
にした時に、図3(b)に示すように、配線パターン3
および4の上からフィラー7を遠心力で飛ばして除く。
配線パターンの間の凹所にはフィラー7がSOG溶液5
と共に残っている。そして、滴下を停止かつ基板の回転
も停止すると、図3(c)に示すように、配線パターン
3および4の上にSOG溶液5のみが残り、配線パター
ン間にフィラー7およびSOG溶液5が残る。そして、
大パターン3上のSOG溶液厚さと小パターン4上のS
OG溶液厚さとはほぼ等しくなっている。次に、乾燥
し、熱処理(400〜700℃)を施して、SOG膜を
形成することになる。このようにして、層間絶縁膜の平
坦化および配線パターン上の均一性が達成できる。
【0019】図3(a)〜(c)の場合は、本発明に係
る方法に沿った塗布であったが、SOG溶液の割合が高
くなる(6:4以上)と、表1に示すように、配線パタ
ーン上にフィラーが付着存在することになる。このよう
な状態では、SOG膜の平坦化が図れない。 例2(ロールコーターによる塗布の場合) 例1と同じ基板を用いて、塗布装置としてスピンコータ
の代わりにローラコータを使用する。図4(a)に示す
ように、ロール9を回転させながら、該ロール前方に滴
下したフィラー混合SOG溶液を押し伸ばし、フィラー
7をロール9前方へ押し、SOG溶液5をロール後方で
大パターン3上の残す。配線パターン3および4間で、
図3(b)に示すように、フィラー7およびSOG溶液
5を凹所に埋め込む。そして、基板全体にわたってロー
ルにより、図3(c)に示すように、配線パターン上に
はフィラーなしで凹所のみにフィラー7を存在させてS
OG溶液を塗布する。この場合も、大パターン3上のS
OG溶液厚さと小パターン4上のSOG溶液厚さとはほ
ぼ等しくなっている。次に、乾燥し、熱処理(400〜
700℃)を施して、SOG膜を形成することになる。
このようにして、層間絶縁膜の平坦化および配線パター
ン上の均一性が達成できる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る層間
絶縁膜(SOG膜)の形成方法では、セラミック・フィ
ラーを配線パターン間の凹所内のみに配置して平坦化を
良くするだけでなく、配線の小(狭い)パターンの上の
SOG膜厚を大(広い)パターン上のSOG膜厚程度に
厚くすることが可能となる。従って、従来の塗布平坦化
材料での下地パターン依存性は解消され、配線の幅(サ
イズ)にかかわりなく配線上にほぼ均一厚さの層間絶縁
膜(SOG膜)を形成することができる。リソグラフィ
ーにおけるフォーカス深度、コンタクトホール形成の安
定化が図れる。また、セラミック・フィラーに低誘電率
の材料を用いることができ、半導体装置の性能および信
頼性向上も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】SOG膜の下地パターン依存性を示すグラフで
ある。
【図2】従来のスピンコート法でのSOG塗膜を有する
半導体基板の概略断面図出ある。
【図3】(a)は本発明に係る形成方法でのフィラー混
合SOG溶液の滴下当初の半導体基板の概略断面図であ
り、(b)は回転で配線パターン上のフィラーを飛ばし
ている状態の半導体基板の概略断面図であり、(c)は
塗布終了時のSOG膜を有する半導体基板の概略断面図
である。
【図4】(a)は本発明に係る形成方法でのロールコー
タによるフィラー混合SOG溶液からロール回転で配線
パターン上のフィラーを押し出している状態の半導体基
板の概略断面図であり、(b)はロール回転で配線パタ
ーン凹所にフィラーおよびSOG溶液を充填している状
態の半導体基板の概略断面図であり、(c)は塗布終了
時のSOG膜を有する半導体基板の概略断面図である。
【符号の説明】
1…半導体基板 2…絶縁層 3…大パターン 4…小パターン 5…SOG溶液 7…フィラー 9…ロール

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上の絶縁層と、該絶縁層上に
    形成された配線とを覆う絶縁膜を形成する方法におい
    て、SOG膜のソース溶液に、前記配線の高さの2分の
    1以上から1.5倍以下の径のセラミック・フィラーを混
    合し、該混合溶液を塗布して絶縁膜を形成することを特
    徴とする半導体装置の絶縁膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 前記混合溶液をスピンコート法によって
    塗布し、その際に前記セラミック・フィラーを前記配線
    上には存在させないことを特徴とする請求項1記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 前記混合溶液におけるフィラーとSOG
    膜のソース溶液との割合が9:1〜7:3であることを
    特徴とする請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記混合溶液をロールコーターを用いて
    塗布し、その際に前記セラミック・フィラーを前記配線
    上には存在させないことを特徴とする請求項1記載の方
    法。
  5. 【請求項5】 前記セラミック・フィラーにシリカまた
    はボロンナイトライドを用いることを特徴とする請求項
    1記載の方法。
JP24501492A 1992-09-14 1992-09-14 半導体装置の絶縁膜の形成方法 Withdrawn JPH0697298A (ja)

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Effective date: 19991130