JPS63262856A - 半導体装置の製造方法 - 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】 ［概要］ 半導体基板上の絶縁膜に電極窓を形成した後、電極窓を
含む表面に絶縁膜含有ガスの透過を防止する第２の絶縁
膜を被着し、その第２の絶縁膜を垂直にエツチングして
、電極窓の側面にのみ第２の絶縁膜を残存させる。次い
で、アルミニウムを被着し配線を形成する。そうすると
、電極窓にコンタクト抵抗の小さいアルミニウム配線が
接続される。

［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置の製造方法のうち、層間絶縁膜の形
成方法に関する。

ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置は高密度、筋集積化され
て、半導体基板上に多数の半導体素子が設けられ、それ
らを接続するための配線が２層１３Ｎと多層に形成され
ている。

一方、これらの配線にはアルミニウム、多結晶シリコン
、金属シリサイド、高融点金属など種々の材料が用いら
れているが、当初からのアルミニウムが電気伝導性が良
くて、絶縁膜゛との接着性も良く、しかも、低コストで
入手できるために、依然として汎用されている。

しかし、ＩＣＪＰＬＳＩの信頼性は配線の断線や短絡な
ど、配線の信頼性に大きく依存しており、配線や層間絶
縁膜の信頼性の高い形成方法が要望されている。

［従来の技術］ 第２図（ａ）〜（Ｃ）は従来の第一層目のアルミニウム
配線を形成し、その第一層目のアルミニウム配線上に層
間絶縁膜を形成し、更に、その上に第二層目のアルミニ
ウム配線を形成する形成方法の工程順断面図である。

第２図（ａ）参照；半導体基板１上の酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ２）膜２を介して第一層目のアルミニウム配′ｆａ
３を形成し、その上に層間絶縁膜を形成するが、その層
間絶縁膜４はヒロック防止膜４１とスピンオングラス　
（ＳＯＧ）膜４２と燐シリケートガラス（Ｐ　Ｓ　Ｇ）
膜４３とを順次に積層した３層からなる絶縁膜である。

一層目のヒロック防止膜４１は、アルミニウムが熱処理
などによって突出した突起（ヒロック；　ｈｉｌｌｏｃ
ｋ）が生じるのを防止するための膜で、ヒロックができ
ると上下の配線が短絡する心配があるからである。この
ヒロック防止膜はスパッタ法で被着した５ｉ０２膜（膜
厚１５００人程度ゴヤプラズマ気相成長法で被着した５
ｉ０２膜（膜ｆｆ２０００人程度）でゴヤされ、硬度を
有する絶縁膜が用いられる。

二層目のＳＯＧ膜４２は水酸化シリコンを有機溶剤に混
合した公知の液状膜で、表面を平坦化させる利点があり
、これを塗布した後、窒素中で４５０゛Ｃに加熱し溶剤
を揮発させて５ｉ０２膜に変成するもので、その膜厚は
厚い部分で３０００人、薄い部分で６００人程ゴヤ積層
される。

最上層の三層目のＰＳＧ膜４３は層間絶縁膜の主膜であ
り、基板を４００〜４５０℃程度に加熱して、減圧また
は常圧の気相成長法によって膜厚５０００〜６０００人
程度に被着するゴヤのＰＳＧ膜は水分を吸収し、アルミ
ニウムの酸化を防ぐ等の効果のある、所謂、パッシベー
ション膜である。

このように、三層からなる層間絶縁膜を形成しているが
、更に、窓開けの前処理として層間絶縁膜を被着後に中
性または還元性雰囲気中で４５０℃。

３０分程度に加熱して脱ガスをおこなっている。

第２図（ｂ）参照；次いで、この層間絶縁膜４に電極窓
５を窓開けする。これは、第一層目のアルミニウム配線
３と層間絶縁膜４の上に形成する予定の第二層目のアル
ミニウム配線との接続孔で、その形成方法は、フォトレ
ジスト膜（図示せず）をマスクにして、電極窓形成領域
の眉間絶縁膜４を露出させて、その部分をドライエツチ
ングする。

ドライエツチング法は四塩化炭素（ＣＦ４）とトリフロ
ロメタン（ＣＨＦａ）との混合ガスを反応ガスとしたプ
ラズマエツチングで、垂直にエツチングするりアクティ
ブイオンエッチ（ＲＩ　Ｅ）である。

第２図（Ｃ）参照；次いで、その電極窓５を含む層間絶
縁膜４上にアルミニウム膜をスパッタ法で被着し・フォ
トプロセスでパターンニングして第二層目のアルミニウ
ム配線６を形成する。なお、アルミニウム膜を被着する
際には、基板を約２６０℃に加熱しておく。

以上が従来の層間絶縁膜を含む多層アルミニウム配線の
一般的な形成方法である。

［発明が解決しようとする問題点コ ところが、上記のように、アルミニウム膜をスパッタ法
で被着して、第二層目のアルミニウム配線６を形成する
と、電極窓５の中にアルミニウム膜が完全に堆積せずに
付着しないところができ、第２図（Ｃ）の矢印で示す空
隙個所が発生する。これは、第二層目のアルミニウム配
線６を被着する際、基板を約２６０℃に加熱し、１０−
２〜１０　　Ｔｏｒｒの高真空度にしてアルミニウム膜
をスパッタすると、低温成長した眉間絶縁膜に含まれる
ガスが高真空のために電極窓に脱出し、それがアルミニ
ウム膜の堆積を妨げているものと考えられる。

なお、上記したように、眉間絶縁膜の被着後に加熱して
一旦脱ガスをおこなっているが、その時は表面のみ加熱
溶融して内部に含まれる未反応物や未分解物が未だ残っ
たままとなり、それが溶融表面から脱ガスされにくくな
っており、これが高真空処理により電極窓内に抜は出し
て、アルミニウムの被着を妨害しているものと思われ、
特に、ＳＯＧ膜４２の側面への付着が良くない。

このような問題は、最近、ＩＣが高集積化・高密度化さ
れて、電極窓が微細化され、例えば、２μｍ角以下と電
極窓が小さくなってきたためにコンタクト抵抗が顕しく
増加して問題視されてきたものである。

且つ、遠因はアルミニウム膜の融点が低くて、４５０℃
以上に加熱することが無理なことにあるが、電気伝導性
が良く、他のメリットも多いアルミニウム配線を使用す
るには、このような問題点を解消させることが重要であ
る。本発明はこの層間絶縁膜が原因となったアルミニウ
ム配線のコンタクト抵抗を減少させるための、層間絶縁
膜の形成方法を提案するものである。

［問題点を解決するための手段］ その目的は、絶縁膜を窓開けして電極窓を形成した後、
該電極窓を含む表面に、前記絶縁膜が含有するガスの透
過を防止する第２の絶縁膜を被着する工程、次いで、該
第２の絶縁膜を垂直にエツチングして、前記電極窓の側
面にのみ該第２の絶縁膜を残す工程、次いで、該電極窓
を含む全面にアルミニウム膜を被着しパターンニングし
て、アルミニウム配線を形成する工程が含まれる半導体
装置の製造方法によって達成される。

［作用］ 即ち、本発明は、電極窓を形成した後、電極窓を含む表
面に絶縁膜含有ガスの透過を防止する第２の絶縁膜を被
着し、その第２の絶縁膜を垂直にエツチングして、電極
窓の側面にのみ残存させ、その上にアルミニウム配線を
形成する。そうすると、電極窓にコンタクト抵抗の小さ
いアルミニウム配線が形成される。

［実施例］ 以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明にかかる形成方法の工程
順図を示している。

第１図（ａ）参照；従来と同様に、半導体基板１上に５
ｉ０２膜２を介して第一層目のアルミニウム配線３を形
成し、その上に眉間絶縁膜４を形成する。

この層間絶縁膜４も従来と同じく、ヒロック防止膜４１
とＳＯＧ膜４２とＰＳＧ膜４３とを順次に積層した３層
からなる絶縁膜であり、その形成方法は従来と同様であ
る。且つ、眉間絶縁膜を被着した後、同様に４５０℃、
３０分間加熱して脱ガスをおこなう。

第１図（ｂ）参照；次いで、電極窓５を窓開けするため
に、眉間絶縁膜４をエツチング＋る。これも従来と同様
に、フォトレジスト膜（図示せず）をマスクにして、同
じ＜ＣＦ４　　：ＣＨＦ３　＝１　：　Ｉの混合ガスを
反応ガスとしたＲＩＥによる異方性エツチングをおこ、
なう。

第１図（ｅ）参照；次いで、プラズマ気相成長法によっ
て膜厚１０００人（５００〜２０００人の範囲）程度の
窒化シリコン（Ｓｉ３　Ｎ４　）膜１５を全面に被着す
る。

５４３Ｎ４膜のプラズマ気相成長法は、例えば、モノシ
ラン（ＳｉＨ４）と亜硝酸（Ｎ２０）とを導入して０．
　ｌ　Ｔｏｒｒ程度の減圧度にし、２００ＫＨ２Ｏ高周
波を印加して反応ガスをプラズマ化して成長する方法で
ある。このＳｉ３Ｎ４膜工５が前記ヒロック防止膜４１
．ＳＯＧ膜４２．ＰＳＧ膜４３に含まれるガス、例えば
、水素ガス、−酸化炭素ガス、水蒸気などのガスを透過
しない第２図の絶縁膜であり、膜質が緻密で、エツチン
グされ難＜、ある程度硬度をもったものである。

第１図（ｄ）参照；次いで、前記電極窓５を窓開けした
時と同様に、ＣＦ４　　：ＣＨＦ３　＝１　：　１を反
応ガスとしたＲＩＥによって、垂直にＳｉ３Ｎ４膜の異
方性エツチングをおこなう。そうすると、電極窓５の側
面に垂直に被着しているＳｉ３Ｎ４膜１５のみを残存さ
せ、他の面のＳｉ３Ｎ４膜は全部除去することができる
。

第１図（ｅ）参照：しかる後、Ｓｉ３　Ｎ４膜１５を側
面に有する電極窓５を含む層間絶縁膜４の上に、膜厚０
．７〜１μｍのアルミニウム膜をスパッタ法で被着し、
フォトプロセスでパターンニングして第二層目のアルミ
ニウム配線１６を形成する。そうすると、電極窓からの
脱ガスはＳｉ３Ｎ４膜１５で抑制され、電極窓５内にア
ルミニウム膜を完全に付着させることができる。

従って、第１層目のアルミニウム配線と第２層目のアル
ミニウム配線との電極窓における接続が完全になり、コ
ンタクト抵抗を低減させることができる。

上記が実施例であり、本実施例では、ガス透過性の小さ
い第２の絶縁膜としてプラズマ気相成長させたＳｉ３Ｎ
４膜１５で説明したが、必ずしもこの膜に限るものでな
く、絶縁膜に含有するガスの透過を防止し得る絶縁膜で
あれば他の絶縁膜でもよい。例えば、スパッタ法で被着
させた５ｉ０２膜やプラズマ気相成長させた５ｉ０２膜
をも使用することができる。且つ、との膜質の目安とし
ては、エツチング耐性が考えられ、例えば、２，５％弗
酸でエツチングした際、エツチング速度が１０００人／
分程度以下のものが適している。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、配線
接続の電極窓におけるコンタクト抵抗が減少して、高集
積化ＩＣ，ＬＳＩの品質・信頼性の向上に大きく役立つ
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（１１４１は本発明にかかる形成方法の
工程順断面図、 第２図（ａ）〜（Ｃ１は従来の形成方法の工程順断面図
である。 図において、 １は半導体基板、　　　２は５ｉ０２膜、３は第１層目
のアルミニウム配線、 ４は層間絶縁膜（絶縁膜）、 ４１はヒロック防止膜、　４２はＳＯＧ膜、４３はＰＳ
Ｇ膜、　　　　　５は電極窓、６．１６は第２層目のア
ルミニウム配線、１５はプラズマ気相成長したＳｉ３Ｎ
４膜（ガス透過性の小さい第２の絶縁膜） を示している。 オ祁θＦｉｒ−ｔｉ剣栄へ方地のりｉｙｌ＊ｋｆＭｙ図
第１図 ４発明ＩＪ’か５Ｐ＝Ｆ”ｋ”Ｊ　進／ｌ　ｒ＃ｆｆ＃
＃６１Ｄ第１図 伏朱／形へ方はめｒガ噴融ｍ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 絶縁膜を窓開けして電極窓を形成した後、該電極窓を含
   む表面に、前記絶縁膜が含有するガスの透過を防止する
   第２の絶縁膜を被着する工程、次いで、該第２の絶縁膜
   を垂直にエッチングして、前記電極窓の側面にのみ該第
   ２の絶縁膜を残す工程、 次いで、該電極窓を含む全面にアルミニウム膜を被着し
   パターンニングして、アルミニウム配線を形成する工程
   が含まれてなることを特徴とする半導体装置の製造方法
   。