半導体装置
【課題】シリコン酸化膜を用いた層間絶縁膜の膜厚がウェハ面内でばらついたとしても、また、ウエットエッチング時間がウェハ面内で差が生じたとしても、多層配線のための層間絶縁膜に対する開口を安定した形状で形成することが可能な構造を提供する。
【解決手段】表面に素子領域を有する半導体基板と、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた第１の配線層と、第１の配線層上に設けられたプラズマシリコン窒化膜と、プラズマシリコン窒化膜上に形成されたシリコン酸化膜と、プラズマシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を貫通するエッチングによって形成された開口と、少なくとも開口を埋めて形成された第２の配線層とを有する。
【解決手段】表面に素子領域を有する半導体基板と、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた第１の配線層と、第１の配線層上に設けられたプラズマシリコン窒化膜と、プラズマシリコン窒化膜上に形成されたシリコン酸化膜と、プラズマシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を貫通するエッチングによって形成された開口と、少なくとも開口を埋めて形成された第２の配線層とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の構造に関し、特に多層配線構造を有し、上下の配線層間に位置する層間絶縁膜の一部にシリコン酸化膜を用いた半導体装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高集積化に伴い、多層配線化が進められている。この多層配線技術では、配線層の信頼性から下地膜の表面が出来るだけ平坦であることが要求され、そのための平坦化技術として、例えば層間絶縁膜にＳＯＧ（Spin On Glass）膜が使用される。ＳＯＧ膜は、シリコン化合物を有機溶剤に溶かしたＳＯＧ溶液をウェハに塗布して得られるシリコン酸化膜である。
【０００３】
次に、このＳＯＧ膜を層間絶縁膜の一部として用いた半導体装置の構造およびその製造方法について説明する。図２（ａ）乃至（ｃ）は、従来の半導体装置における多層配線構造に係わる製造方法を示す工程図である。まず、図２（ａ）に示すように、拡散層等により素子構造が形成されたシリコン基板１１上に絶縁膜１２が設けられ、この絶縁膜１２上に下層の配線層となるアルミニウム配線層１３が形成される。そして、アルミニウム配線層１３を含む全面にプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ｐ−ＳｉＯ膜）１４を形成し、次に表面の段差部での平坦性向上のためにＳＯＧ膜１５を形成する。ＳＯＧ膜１５は、例えば回転塗布法によりウェハ全面にＳＯＧ溶液を塗布し、これを熱処理し、無機化することにより形成される酸化膜である。
【０００４】
その後、図２（ｂ）に示すような、レジスト層１６によるマスクパターンを形成する。そして、図２（ｃ）に示すように、このレジスト層１６のマスクを用いてコンタクト形成領域に露出するＳＯＧ膜１５に対してフッ酸系のエッチング液によりウエットエッチングを行ってｐ−ＳｉＯ膜１４に達する開口を形成する。続いてＳＯＧ膜１５がエッチングされた部分に露出するｐ−ＳｉＯ膜１４に対してドライエッチングを行うことにより、図２（ｄ）のようにアルミニウム配線層１３に達する開口１７を形成し、そして、ＳＯＧ膜１５およびｐ−ＳｉＯ膜１４に対する開口１７を埋めるよう上層の配線層（図示せず）を形成して多層配線構造とする。前述のような半導体装置の製造方法は、例えば特開平６−３１０５０５号公報に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３１０５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の半導体装置に係わる多層配線構造は、上述のようにアルミニウム配線層１３、ｐ−ＳｉＯ膜１４、ＳＯＧ膜１５及び上層の配線層で形成されているので、設計通りの半導体装置構造を得るためには、開口部７を形成するプロセス、特にＳＯＧ膜１５のウエットエッチングに際して、そのエッチング時間の制御に高い正確性が要求された。
【０００７】
これは、ｐ−ＳｉＯ膜１４とＳＯＧ膜１５は、ウエットエッチング工程においてほぼ同じエッチングレートを有することに起因する。つまり、ＳＯＧ膜１５に対するエッチングは、その形成予定膜厚を基に予めエッチング工程における処理時間が決められているため、ウェハ面内で膜厚のばらつきがあれば処理後の状態もばらつく。更に、ＳＯＧ膜１５がウェハ面内で均一な状態で形成されたとしても、エッチング液の入った液槽に対して出し入れする工程があるため、ウェハ自体の直径の大きさに依存してその面内で全て同じエッチング時間とすることは物理的に困難な状況にある。
【０００８】
エッチングが期待時間に対して変化した場合の開口部の構造を図３及び図４を用いて説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、ＳＯＧ膜１５に対するウエットエッチング時間が長かった場合の開口部の断面構造を示している。ウエットエッチングでは、図３（ａ）のように開口部の下端はｐ−ＳｉＯ膜１４の途中まで進行し、その後のドライエッチングがアルミニウム配線層の表面まで達し、削られ、コンタクト抵抗が安定しなくなるという問題が発生する。（図３（ｂ））更に、複数の配線が互いに接近して設けられている場合には、ウエットエッチング時にＳＯＧ膜１５の表面で隣接する開口がつながり、パターン不良となることもある。
【０００９】
図４は、ＳＯＧ膜１５に対するウエットエッチング時間が短かった場合の開口部の断面構造を示している。ウエットエッチングによる開口は、図４（ａ）のようにｐ−ＳｉＯ膜１４まで進行せずにＳＯＧ膜が残り、続いて初期設定された時間でドライエッチングを行っても、アルミニウム配線層１３まで達しない開口１９となってしまう。（図４（ｂ））この状態で開口１９を埋めて上層の配線層を形成したとしても、ｐ−ＳｉＯ膜の残膜２０があるために、コンタクトが取れないという問題が発生する。
【００１０】
本発明は、ＳＯＧ膜１５の膜厚がウェハ面内でばらついたとしても、また、ＳＯＧ膜１５に対するウエットエッチング時間がウェハ面内で差が生じたとしても、多層配線のための層間絶縁膜に対する開口を安定した形状で形成することが可能な構造を有する半導体装置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】
【００１１】
本発明の請求項１に係わる半導体装置は、表面に素子領域を有する半導体基板と、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた第１の配線層と、第１の配線層上に設けられたプラズマシリコン窒化膜と、プラズマシリコン窒化膜上に形成されたシリコン酸化膜と、プラズマシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を貫通するエッチングによって形成された開口と、少なくとも開口を埋めて形成された第２の配線層とを有する。
【００１２】
また、請求項２に係わる半導体装置は、シリコン酸化膜およびプラズマシリコン窒化膜を貫通する開口は、ウエットエッチングにより形成されたシリコン酸化膜に対する第１の開口と、ドライエッチングにより形成されたプラズマシリコン窒化膜に対する第２の開口とから構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
プラズマシリコン窒化膜はシリコン酸化膜に対してウエットエッチングに対する選択比が大きいので、シリコン酸化膜の膜厚およびエッチング時間のウェハ面内でのバラツキを考慮し、余裕をみて多めにエッチング時間を設定することができる。そして、それが必要以上の時間であったとしても、ウエットエッチングが進行し過ぎることはない。従って、その後、通常のドライエッチングを行うことで、ショートもなくオーバーもなく良好な開口の形成ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の実施の形態である半導体装置に係わる製造方法を示す工程図であり、図１（ｄ）が該製造方法により製造された本発明に係わる半導体装置を表す断面図である。
【００１５】
本発明の実施の形態に係わる半導体装置は、図１（ｄ）に示されるように、表面に素子領域を有するシリコン基板１と、シリコン基板１上に絶縁膜２を介して設けられたアルミニウム配線層３からなる第１の配線層と、アルミニウム配線層３上に設けられたプラズマシリコン窒化膜４と、プラズマシリコン窒化膜４上に形成されたＳＯＧ膜５と、プラズマシリコン窒化膜４およびＳＯＧ膜５を貫通する開口を埋めて形成された上層の配線層９とを有する。本実施の形態では、シリコン酸化膜としてＳＯＧ膜を用いた例で説明するが、このシリコン酸化膜としては、ＮＳＧ膜（Natural silicate glass）やＢＰＳＧ膜（Boro-phospho silicate glass）でも同様に用いることもできる。
【００１６】
製造工程は、まず図１（ａ）に示すように、拡散層等により素子構造が形成されたシリコン基板１上にＢＰＳＧ膜などの絶縁膜２が設けられ、この絶縁膜２上に下層の配線層となるアルミニウム配線層３が形成される。そして、アルミニウム配線層３を含む全面にプラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜４（プラズマシリコン窒化膜）を形成し、続いて表面の段差部での平坦性向上のためにＳＯＧ膜５を形成する。ＳＯＧ膜５は、例えば回転塗布法によりウェハ全面にＳＯＧ溶液を塗布し、これを熱処理し無機化することにより形成される。
【００１７】
その後、図１（ｃ）に示すような、レジスト層６によるマスクパターンを形成する。そして、図１（ｄ）に示すように、このレジスト層６のマスクを用いてコンタクト形成領域に露出するＳＯＧ膜５に対してフッ酸系のエッチング液によりウエットエッチングを行ってプラズマシリコン窒化膜４に達する第１の開口７を形成し、続いてＳＯＧ膜５がエッチングされた部分に露出するｐ−ＳｉＯ膜４に対してドライエッチングを行うことにより、アルミニウム配線層３に達する第２の開口８を形成する。そして、ＳＯＧ膜５およびプラズマシリコン窒化膜４に対する第１の開口7及び第２の開口８を埋めるよう上層配線層９を形成して多層配線構造とする。
【００１８】
上述のような半導体装置では、プラズマシリコン窒化膜４はＳＯＧ膜５に対してウエットエッチングの選択比が大きいので、ＳＯＧ膜５の膜厚およびエッチング時間のウェハ面内でのバラツキを考慮し、余裕をみて多めにエッチングエッチング時間を設定することができる。そして、それが必要以上の時間であったとしても、ウエットエッチングが進行し過ぎることはない。従って、その後、通常のドライエッチングを行うことで、ショートもなくオーバーもなく良好な開口を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の半導体装置に係わる製造方法を示す工程図である。
【図２】従来の半導体装置に係わる製造方法を示す工程図である。
【図３】ウエットエッチング時間が長かった場合の開口部を表す断面構造図である。
【図４】ウエットエッチング時間が短かった場合の開口部を表す断面構造図である。
【符号の説明】
【００２０】
１、１１ シリコン基板
２、１２ 絶縁膜
３、１３ アルミニウム配線
４ プラズマシリコン窒化膜
５、１５ ＳＯＧ膜
６、１６ レジスト層
１４ プラズマシリコン酸化膜
７ 第１の開口
８ 第２の開口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の構造に関し、特に多層配線構造を有し、上下の配線層間に位置する層間絶縁膜の一部にシリコン酸化膜を用いた半導体装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高集積化に伴い、多層配線化が進められている。この多層配線技術では、配線層の信頼性から下地膜の表面が出来るだけ平坦であることが要求され、そのための平坦化技術として、例えば層間絶縁膜にＳＯＧ（Spin On Glass）膜が使用される。ＳＯＧ膜は、シリコン化合物を有機溶剤に溶かしたＳＯＧ溶液をウェハに塗布して得られるシリコン酸化膜である。
【０００３】
次に、このＳＯＧ膜を層間絶縁膜の一部として用いた半導体装置の構造およびその製造方法について説明する。図２（ａ）乃至（ｃ）は、従来の半導体装置における多層配線構造に係わる製造方法を示す工程図である。まず、図２（ａ）に示すように、拡散層等により素子構造が形成されたシリコン基板１１上に絶縁膜１２が設けられ、この絶縁膜１２上に下層の配線層となるアルミニウム配線層１３が形成される。そして、アルミニウム配線層１３を含む全面にプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜（ｐ−ＳｉＯ膜）１４を形成し、次に表面の段差部での平坦性向上のためにＳＯＧ膜１５を形成する。ＳＯＧ膜１５は、例えば回転塗布法によりウェハ全面にＳＯＧ溶液を塗布し、これを熱処理し、無機化することにより形成される酸化膜である。
【０００４】
その後、図２（ｂ）に示すような、レジスト層１６によるマスクパターンを形成する。そして、図２（ｃ）に示すように、このレジスト層１６のマスクを用いてコンタクト形成領域に露出するＳＯＧ膜１５に対してフッ酸系のエッチング液によりウエットエッチングを行ってｐ−ＳｉＯ膜１４に達する開口を形成する。続いてＳＯＧ膜１５がエッチングされた部分に露出するｐ−ＳｉＯ膜１４に対してドライエッチングを行うことにより、図２（ｄ）のようにアルミニウム配線層１３に達する開口１７を形成し、そして、ＳＯＧ膜１５およびｐ−ＳｉＯ膜１４に対する開口１７を埋めるよう上層の配線層（図示せず）を形成して多層配線構造とする。前述のような半導体装置の製造方法は、例えば特開平６−３１０５０５号公報に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３１０５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の半導体装置に係わる多層配線構造は、上述のようにアルミニウム配線層１３、ｐ−ＳｉＯ膜１４、ＳＯＧ膜１５及び上層の配線層で形成されているので、設計通りの半導体装置構造を得るためには、開口部７を形成するプロセス、特にＳＯＧ膜１５のウエットエッチングに際して、そのエッチング時間の制御に高い正確性が要求された。
【０００７】
これは、ｐ−ＳｉＯ膜１４とＳＯＧ膜１５は、ウエットエッチング工程においてほぼ同じエッチングレートを有することに起因する。つまり、ＳＯＧ膜１５に対するエッチングは、その形成予定膜厚を基に予めエッチング工程における処理時間が決められているため、ウェハ面内で膜厚のばらつきがあれば処理後の状態もばらつく。更に、ＳＯＧ膜１５がウェハ面内で均一な状態で形成されたとしても、エッチング液の入った液槽に対して出し入れする工程があるため、ウェハ自体の直径の大きさに依存してその面内で全て同じエッチング時間とすることは物理的に困難な状況にある。
【０００８】
エッチングが期待時間に対して変化した場合の開口部の構造を図３及び図４を用いて説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、ＳＯＧ膜１５に対するウエットエッチング時間が長かった場合の開口部の断面構造を示している。ウエットエッチングでは、図３（ａ）のように開口部の下端はｐ−ＳｉＯ膜１４の途中まで進行し、その後のドライエッチングがアルミニウム配線層の表面まで達し、削られ、コンタクト抵抗が安定しなくなるという問題が発生する。（図３（ｂ））更に、複数の配線が互いに接近して設けられている場合には、ウエットエッチング時にＳＯＧ膜１５の表面で隣接する開口がつながり、パターン不良となることもある。
【０００９】
図４は、ＳＯＧ膜１５に対するウエットエッチング時間が短かった場合の開口部の断面構造を示している。ウエットエッチングによる開口は、図４（ａ）のようにｐ−ＳｉＯ膜１４まで進行せずにＳＯＧ膜が残り、続いて初期設定された時間でドライエッチングを行っても、アルミニウム配線層１３まで達しない開口１９となってしまう。（図４（ｂ））この状態で開口１９を埋めて上層の配線層を形成したとしても、ｐ−ＳｉＯ膜の残膜２０があるために、コンタクトが取れないという問題が発生する。
【００１０】
本発明は、ＳＯＧ膜１５の膜厚がウェハ面内でばらついたとしても、また、ＳＯＧ膜１５に対するウエットエッチング時間がウェハ面内で差が生じたとしても、多層配線のための層間絶縁膜に対する開口を安定した形状で形成することが可能な構造を有する半導体装置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】
【００１１】
本発明の請求項１に係わる半導体装置は、表面に素子領域を有する半導体基板と、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた第１の配線層と、第１の配線層上に設けられたプラズマシリコン窒化膜と、プラズマシリコン窒化膜上に形成されたシリコン酸化膜と、プラズマシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を貫通するエッチングによって形成された開口と、少なくとも開口を埋めて形成された第２の配線層とを有する。
【００１２】
また、請求項２に係わる半導体装置は、シリコン酸化膜およびプラズマシリコン窒化膜を貫通する開口は、ウエットエッチングにより形成されたシリコン酸化膜に対する第１の開口と、ドライエッチングにより形成されたプラズマシリコン窒化膜に対する第２の開口とから構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
プラズマシリコン窒化膜はシリコン酸化膜に対してウエットエッチングに対する選択比が大きいので、シリコン酸化膜の膜厚およびエッチング時間のウェハ面内でのバラツキを考慮し、余裕をみて多めにエッチング時間を設定することができる。そして、それが必要以上の時間であったとしても、ウエットエッチングが進行し過ぎることはない。従って、その後、通常のドライエッチングを行うことで、ショートもなくオーバーもなく良好な開口の形成ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１（ａ）乃至（ｄ）は、本発明の実施の形態である半導体装置に係わる製造方法を示す工程図であり、図１（ｄ）が該製造方法により製造された本発明に係わる半導体装置を表す断面図である。
【００１５】
本発明の実施の形態に係わる半導体装置は、図１（ｄ）に示されるように、表面に素子領域を有するシリコン基板１と、シリコン基板１上に絶縁膜２を介して設けられたアルミニウム配線層３からなる第１の配線層と、アルミニウム配線層３上に設けられたプラズマシリコン窒化膜４と、プラズマシリコン窒化膜４上に形成されたＳＯＧ膜５と、プラズマシリコン窒化膜４およびＳＯＧ膜５を貫通する開口を埋めて形成された上層の配線層９とを有する。本実施の形態では、シリコン酸化膜としてＳＯＧ膜を用いた例で説明するが、このシリコン酸化膜としては、ＮＳＧ膜（Natural silicate glass）やＢＰＳＧ膜（Boro-phospho silicate glass）でも同様に用いることもできる。
【００１６】
製造工程は、まず図１（ａ）に示すように、拡散層等により素子構造が形成されたシリコン基板１上にＢＰＳＧ膜などの絶縁膜２が設けられ、この絶縁膜２上に下層の配線層となるアルミニウム配線層３が形成される。そして、アルミニウム配線層３を含む全面にプラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜４（プラズマシリコン窒化膜）を形成し、続いて表面の段差部での平坦性向上のためにＳＯＧ膜５を形成する。ＳＯＧ膜５は、例えば回転塗布法によりウェハ全面にＳＯＧ溶液を塗布し、これを熱処理し無機化することにより形成される。
【００１７】
その後、図１（ｃ）に示すような、レジスト層６によるマスクパターンを形成する。そして、図１（ｄ）に示すように、このレジスト層６のマスクを用いてコンタクト形成領域に露出するＳＯＧ膜５に対してフッ酸系のエッチング液によりウエットエッチングを行ってプラズマシリコン窒化膜４に達する第１の開口７を形成し、続いてＳＯＧ膜５がエッチングされた部分に露出するｐ−ＳｉＯ膜４に対してドライエッチングを行うことにより、アルミニウム配線層３に達する第２の開口８を形成する。そして、ＳＯＧ膜５およびプラズマシリコン窒化膜４に対する第１の開口7及び第２の開口８を埋めるよう上層配線層９を形成して多層配線構造とする。
【００１８】
上述のような半導体装置では、プラズマシリコン窒化膜４はＳＯＧ膜５に対してウエットエッチングの選択比が大きいので、ＳＯＧ膜５の膜厚およびエッチング時間のウェハ面内でのバラツキを考慮し、余裕をみて多めにエッチングエッチング時間を設定することができる。そして、それが必要以上の時間であったとしても、ウエットエッチングが進行し過ぎることはない。従って、その後、通常のドライエッチングを行うことで、ショートもなくオーバーもなく良好な開口を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の半導体装置に係わる製造方法を示す工程図である。
【図２】従来の半導体装置に係わる製造方法を示す工程図である。
【図３】ウエットエッチング時間が長かった場合の開口部を表す断面構造図である。
【図４】ウエットエッチング時間が短かった場合の開口部を表す断面構造図である。
【符号の説明】
【００２０】
１、１１ シリコン基板
２、１２ 絶縁膜
３、１３ アルミニウム配線
４ プラズマシリコン窒化膜
５、１５ ＳＯＧ膜
６、１６ レジスト層
１４ プラズマシリコン酸化膜
７ 第１の開口
８ 第２の開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に素子領域を有する半導体基板と、前記半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた第１の配線層と、前記第１の配線層上に設けられたプラズマシリコン窒化膜と、前記プラズマシリコン窒化膜上に形成されたシリコン酸化膜と、前記プラズマシリコン窒化膜および前記シリコン酸化膜を貫通する、エッチングによって形成された開口と、少なくとも前記開口を埋めて形成された第２の配線層とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記シリコン酸化膜および前記プラズマシリコン窒化膜を貫通する開口は、ウエットエッチングにより形成された前記シリコン酸化膜に対する第１の開口と、ドライエッチングにより形成された前記プラズマシリコン窒化膜に対する第２の開口とから構成されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項１】
表面に素子領域を有する半導体基板と、前記半導体基板上に絶縁膜を介して設けられた第１の配線層と、前記第１の配線層上に設けられたプラズマシリコン窒化膜と、前記プラズマシリコン窒化膜上に形成されたシリコン酸化膜と、前記プラズマシリコン窒化膜および前記シリコン酸化膜を貫通する、エッチングによって形成された開口と、少なくとも前記開口を埋めて形成された第２の配線層とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記シリコン酸化膜および前記プラズマシリコン窒化膜を貫通する開口は、ウエットエッチングにより形成された前記シリコン酸化膜に対する第１の開口と、ドライエッチングにより形成された前記プラズマシリコン窒化膜に対する第２の開口とから構成されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１３１０１３（Ｐ２００８−１３１０１３Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１７８７６（Ｐ２００６−３１７８７６）
【出願日】平成１８年１１月２５日（２００６．１１．２５）
【出願人】（３９０００９６６７）セイコーＮＰＣ株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２５日（２００６．１１．２５）
【出願人】（３９０００９６６７）セイコーＮＰＣ株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
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