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JPH06140391A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

Info

Publication number
JPH06140391A
JPH06140391A JP4287622A JP28762292A JPH06140391A JP H06140391 A JPH06140391 A JP H06140391A JP 4287622 A JP4287622 A JP 4287622A JP 28762292 A JP28762292 A JP 28762292A JP H06140391 A JPH06140391 A JP H06140391A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
oxide film
silicon oxide
semiconductor device
interlayer insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4287622A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Isao Tottori
功 鳥取
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP4287622A priority Critical patent/JPH06140391A/en
Publication of JPH06140391A publication Critical patent/JPH06140391A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a method for facilitating formation of a connection port and a metal wiring layer due to miniaturization by patterning and for manufacturing a semiconductor device with a high electrical reliability efficiently by reducing the surface step of an interlayer insulation film. CONSTITUTION:A polycrystalline silicon film 4 is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 and further silicon nitride film 50 is formed on it. Silicon oxide film 8 with a lower hardness than the silicon nitride film 50 is formed so that the polycrystalline silicon film 4 and the silicon nitride film 50 are covered. The silicon oxide film 8 is flattened so that the surface of the silicon nitride film 50 is exposed. A silicon oxide film 39 is formed on the flattened silicon oxide film 8. Further, a first wiring layer 12 is formed on silicon oxide film 39.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特に、絶縁層の表面が平坦性に富む半導体装置
の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having an insulating layer with a highly flat surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】まず、従来の半導体装置の構成について
説明する。
2. Description of the Related Art First, the structure of a conventional semiconductor device will be described.

【0003】図22は、従来の半導体装置の一例を示す
断面図である。図22を参照して、シリコンからなる半
導体基板1上の表面には、膜厚300〜800nm程度
の分離酸化膜2が形成されている。この分離酸化膜2に
よって分離された領域には、MOSFETなどの素子が
形成されている。
FIG. 22 is a sectional view showing an example of a conventional semiconductor device. 22, isolation oxide film 2 having a film thickness of about 300 to 800 nm is formed on the surface of semiconductor substrate 1 made of silicon. Elements such as MOSFETs are formed in the regions separated by the isolation oxide film 2.

【0004】このMOSFETは、ソース・ドレインを
なす不純物拡散層6、ゲート酸化膜3およびゲートをな
す多結晶シリコン膜4から構成されている。ソース・ド
レインをなす不純物拡散層6は、半導体基板1の表面に
形成されている。この不純物拡散層6をまたぐように、
半導体基板1の表面上には、ゲート酸化膜3が形成され
ている。このゲート酸化膜3の表面上には、ゲートをな
す多結晶シリコン膜4が形成されている。この多結晶シ
リコン膜4の表面上には、シリコン酸化膜5が形成され
ている。この多結晶シリコン膜4とシリコン酸化膜5の
側壁には、サイドウォール7が形成されている。
This MOSFET is composed of an impurity diffusion layer 6 forming a source / drain, a gate oxide film 3 and a polycrystalline silicon film 4 forming a gate. The impurity diffusion layer 6 forming the source / drain is formed on the surface of the semiconductor substrate 1. So as to straddle the impurity diffusion layer 6,
A gate oxide film 3 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1. A polycrystalline silicon film 4 forming a gate is formed on the surface of the gate oxide film 3. A silicon oxide film 5 is formed on the surface of the polycrystalline silicon film 4. Sidewalls 7 are formed on the side walls of the polycrystalline silicon film 4 and the silicon oxide film 5.

【0005】このようにMOSFETが形成された半導
体基板1の表面全面に、ボロンとリンを含んだシリコン
酸化膜(以下、「BPSG膜」と略す)からなる第1の
層間絶縁膜38が形成されている。この第1の層間絶縁
膜38には、接続口が形成され、タングステンプラグ1
1が埋込まれている。
A first interlayer insulating film 38 made of a silicon oxide film containing boron and phosphorus (hereinafter abbreviated as "BPSG film") is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 on which the MOSFET is formed as described above. ing. A connection port is formed in the first interlayer insulating film 38, and the tungsten plug 1
1 is embedded.

【0006】第1の層間絶縁膜38上には、第1の配線
層12が形成されている。この第1の配線層12は、タ
ングステンプラグ11によって、不純物拡散層6および
多結晶シリコン膜4に接続されている。
A first wiring layer 12 is formed on the first interlayer insulating film 38. The first wiring layer 12 is connected to the impurity diffusion layer 6 and the polycrystalline silicon film 4 by the tungsten plug 11.

【0007】第1の配線層12が形成された第1の層間
絶縁膜38の表面全面には、第1の配線層12を被覆す
るように、第2の層間絶縁膜40が形成されている。こ
の第2の層間絶縁膜40には、接続口が形成され、タン
グステンプラグ21が埋込まれている。
A second interlayer insulating film 40 is formed on the entire surface of the first interlayer insulating film 38 on which the first wiring layer 12 is formed so as to cover the first wiring layer 12. . A connection port is formed in the second interlayer insulating film 40, and the tungsten plug 21 is embedded therein.

【0008】第2の層間絶縁膜40上には、第2の配線
層22が形成されている。この第2の配線層22は、タ
ングステンプラグ21によって、第1の配線層12に接
続されている。
A second wiring layer 22 is formed on the second interlayer insulating film 40. The second wiring layer 22 is connected to the first wiring layer 12 by the tungsten plug 21.

【0009】第2の配線層22が形成された第2の層間
絶縁膜40の表面全面には、第2の配線層22を被覆す
るように、パッシベーション膜13が形成されている。
A passivation film 13 is formed on the entire surface of the second interlayer insulating film 40 on which the second wiring layer 22 is formed so as to cover the second wiring layer 22.

【0010】次に、上述のように構成される半導体装置
の製造方法について説明する。図9〜図22は、従来の
半導体装置の製造方法を示す断面図である。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device configured as described above will be described. 9 to 22 are cross-sectional views showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【0011】図9を参照して、シリコンからなる半導体
基板1の表面に、局所酸化法によって、膜厚300〜8
00nm程度の分離酸化膜2が形成される。
Referring to FIG. 9, a film thickness of 300 to 8 is formed on the surface of semiconductor substrate 1 made of silicon by a local oxidation method.
An isolation oxide film 2 having a thickness of about 00 nm is formed.

【0012】図10を参照して、半導体基板1の分離酸
化膜2から露出した部分には、熱酸化法によって膜厚5
〜30nmのゲート酸化膜3が形成される。次に、半導
体基板1の表面上に、リンや砒素を含んだ多結晶シリコ
ン膜4およびシリコン酸化膜5が、気相成長法によって
堆積される。これらのゲート酸化膜3、多結晶シリコン
膜4およびシリコン酸化膜5は、フォトリソグラフィー
法とRIE法によってパターニングされる。
Referring to FIG. 10, a portion of semiconductor substrate 1 exposed from isolation oxide film 2 has a film thickness of 5 by a thermal oxidation method.
A gate oxide film 3 of about 30 nm is formed. Next, a polycrystalline silicon film 4 and a silicon oxide film 5 containing phosphorus and arsenic are deposited on the surface of the semiconductor substrate 1 by vapor phase epitaxy. These gate oxide film 3, polycrystalline silicon film 4 and silicon oxide film 5 are patterned by photolithography and RIE.

【0013】図11を参照して、多結晶シリコン膜4、
シリコン酸化膜5および分離酸化膜2をマスクとして、
不純物イオンが半導体基板1に注入される。このイオン
注入により、半導体基板1の露出している表面に、不純
物拡散層6が形成される。
Referring to FIG. 11, polycrystalline silicon film 4,
Using the silicon oxide film 5 and the isolation oxide film 2 as a mask,
Impurity ions are implanted in the semiconductor substrate 1. By this ion implantation, the impurity diffusion layer 6 is formed on the exposed surface of the semiconductor substrate 1.

【0014】図12を参照して、半導体基板1の表面上
には、気相成長法によって、50〜300nmのシリコ
ン酸化膜15が形成される。
Referring to FIG. 12, a silicon oxide film 15 having a thickness of 50 to 300 nm is formed on the surface of semiconductor substrate 1 by the vapor phase epitaxy method.

【0015】図13を参照して、このシリコン酸化膜1
5は、RIE法でエッチングされる。このエッチングに
より、サイドウォール7が多結晶シリコン膜4とシリコ
ン酸化膜5の側壁部に形成される。半導体基板1に、サ
イドウォール7、シリコン酸化膜5および分離酸化膜2
をマスクとして、不純物イオンが注入される。このイオ
ン注入により、不純物濃度の濃い部分と薄い部分の2層
構造からなる不純物拡散層6が形成される。また、この
不純物拡散層の形成によって、不純物拡散層6、ゲート
酸化膜3および多結晶シリコン膜4からなるMOSトラ
ンジスタが形成される。
Referring to FIG. 13, this silicon oxide film 1
5 is etched by the RIE method. By this etching, sidewalls 7 are formed on the sidewalls of the polycrystalline silicon film 4 and the silicon oxide film 5. The side wall 7, the silicon oxide film 5, and the isolation oxide film 2 are formed on the semiconductor substrate 1.
Impurity ions are implanted using the mask as a mask. By this ion implantation, the impurity diffusion layer 6 having a two-layer structure having a high impurity concentration portion and a low impurity concentration portion is formed. Further, by forming the impurity diffusion layer, a MOS transistor including the impurity diffusion layer 6, the gate oxide film 3 and the polycrystalline silicon film 4 is formed.

【0016】図14を参照して、半導体基板1の表面上
に形成されたMOSトランジスタ等の素子を覆うよう
に、BPSG膜からなる第1の層間絶縁膜38が堆積さ
れる。
Referring to FIG. 14, a first interlayer insulating film 38 made of a BPSG film is deposited so as to cover elements such as MOS transistors formed on the surface of semiconductor substrate 1.

【0017】図15を参照して、堆積された第1の層間
絶縁膜に、800℃〜1000℃の温度での熱処理が施
される。この熱処理により、平滑な表面形状を有する第
1の層間絶縁膜38が得られる。
Referring to FIG. 15, the deposited first interlayer insulating film is heat-treated at a temperature of 800 ° C. to 1000 ° C. By this heat treatment, the first interlayer insulating film 38 having a smooth surface shape is obtained.

【0018】図16を参照して、平滑な表面形状を有す
る第1の層間絶縁膜38に、フォトリソグラフィー法と
RIE法によって、接続口14が形成される。この接続
口14からは、不純物拡散層6または多結晶シリコン膜
4の一部表面が露出する。なお、多結晶シリコン膜4を
露出させる際には、シリコン酸化膜5もエッチングされ
る。
Referring to FIG. 16, the connection port 14 is formed in the first interlayer insulating film 38 having a smooth surface shape by the photolithography method and the RIE method. The impurity diffusion layer 6 or a part of the surface of the polycrystalline silicon film 4 is exposed from the connection port 14. The silicon oxide film 5 is also etched when the polycrystalline silicon film 4 is exposed.

【0019】図17を参照して、第1の層間絶縁膜38
の表面全面には、気相成長法によって、タングステン薄
膜11aが被着される。
Referring to FIG. 17, first interlayer insulating film 38
A tungsten thin film 11a is deposited on the entire surface of the substrate by vapor phase epitaxy.

【0020】図18を参照して、タングステン薄膜11
aは、RIE法によってエッチングされる。このエッチ
ングにより、接続口14の中以外の部分のタングステン
薄膜11aは除去され、接続口14の中にタングステン
プラグ11が形成される。
Referring to FIG. 18, tungsten thin film 11
a is etched by the RIE method. By this etching, the tungsten thin film 11a other than in the connection port 14 is removed, and the tungsten plug 11 is formed in the connection port 14.

【0021】図19を参照して、第1の層間絶縁膜38
の表面上に、たとえばアルミニウム銅合金膜がスパッタ
リング法によって堆積された後、フォトリソグラフィー
法とRIE法によってパターニングされる。このパター
ニングによって、第1の配線層12が形成される。この
段階で、第1の配線層12は、不純物拡散層6および多
結晶シリコン膜4と、電気的に接続される。
Referring to FIG. 19, first interlayer insulating film 38
An aluminum-copper alloy film, for example, is deposited on the surface of the substrate by the sputtering method, and then patterned by the photolithography method and the RIE method. By this patterning, the first wiring layer 12 is formed. At this stage, the first wiring layer 12 is electrically connected to the impurity diffusion layer 6 and the polycrystalline silicon film 4.

【0022】図20を参照して、第1の層間絶縁膜38
の表面上に形成された第1の配線層12を覆うように、
第2の層間絶縁膜40が形成される。ここで、第2の層
間絶縁膜40は、低融点のアルミニウム銅合金からなる
第1の配線層12の上に形成されるため、第1の層間絶
縁膜38を形成する際に用いたような高温の熱処理によ
る平坦化は不可能である。そこで、第2の層間絶縁膜4
0の平坦化の際には、第1の層間絶縁膜38の平坦化の
際とは異なる方法が用いられるが、その詳しい説明は後
述する。
Referring to FIG. 20, first interlayer insulating film 38 is formed.
So as to cover the first wiring layer 12 formed on the surface of
The second interlayer insulating film 40 is formed. Here, since the second interlayer insulating film 40 is formed on the first wiring layer 12 made of a low melting point aluminum-copper alloy, it is similar to that used when forming the first interlayer insulating film 38. Planarization by high temperature heat treatment is impossible. Therefore, the second interlayer insulating film 4
A method different from the method for flattening the first interlayer insulating film 38 is used for flattening 0, but the detailed description thereof will be described later.

【0023】図21を参照して、平坦化された第2の層
間絶縁膜40に、フォトリソグラフィー法とRIE法に
よって接続口が形成され、前述のタングステンプラグ1
1の形成と同様の方法で、タングステンプラグ21が形
成される。
21, a connection port is formed in the planarized second interlayer insulating film 40 by the photolithography method and the RIE method, and the tungsten plug 1 described above is formed.
The tungsten plug 21 is formed by the same method as that of forming 1.

【0024】図22を参照して、第2の層間絶縁膜40
の表面上に、第1の配線層12と同様に、第2の配線層
22が形成される。この段階で、第2の配線層22は、
第1の配線層12と電気的に接続される。さらに、第2
の層間絶縁膜40の表面上に形成された第2の配線層2
2を覆うように、シリコン窒化膜からなるパッシベーシ
ョン膜13が、プラズマ気相成長法によって形成され
る。
Referring to FIG. 22, second interlayer insulating film 40
A second wiring layer 22 is formed on the surface of the same as the first wiring layer 12. At this stage, the second wiring layer 22 is
It is electrically connected to the first wiring layer 12. Furthermore, the second
Second wiring layer 2 formed on the surface of the inter-layer insulating film 40 of
A passivation film 13 made of a silicon nitride film is formed so as to cover 2 by plasma vapor deposition.

【0025】以上の工程により、シリコンウエハ上にM
OSFETが集積された半導体装置が製造される。
Through the above steps, M on the silicon wafer
A semiconductor device in which OSFETs are integrated is manufactured.

【0026】ここで、第2の絶縁膜40の形成方法を、
図を用いて説明する。図23〜図27は、従来の第2の
絶縁膜40の形成方法を示す断面図である。
Here, a method of forming the second insulating film 40 will be described.
It will be described with reference to the drawings. 23 to 27 are cross-sectional views showing a conventional method of forming the second insulating film 40.

【0027】図23を参照して、第1の層間絶縁膜38
の上に、第1の配線層12が形成されている。
Referring to FIG. 23, first interlayer insulating film 38
The first wiring layer 12 is formed on the above.

【0028】図24を参照して、第1の配線層12が形
成された第1の層間絶縁膜38の表面上に、プラズマ気
相成長法によって300〜450℃の形成温度で、10
0〜800nm程度のシリコン酸化膜30が被着され
る。
Referring to FIG. 24, the first wiring layer 12 is formed on the surface of the first interlayer insulating film 38 by plasma vapor deposition at a forming temperature of 300 to 450.degree.
A silicon oxide film 30 of about 0 to 800 nm is deposited.

【0029】図25を参照して、シリコン酸化膜30の
上に、Spin On Glass(SOG)法を2〜
20回繰返すことにより、SOG法によるシリコン酸化
膜31が形成される。このSOG法によるシリコン酸化
膜31は、平滑な表面形状を有している。
Referring to FIG. 25, a spin-on-glass (SOG) method is performed on the silicon oxide film 30 by 2 to 3.
By repeating 20 times, the silicon oxide film 31 is formed by the SOG method. The silicon oxide film 31 formed by the SOG method has a smooth surface shape.

【0030】図26を参照して、シリコン酸化膜30お
よびシリコン酸化膜31は、RIE法によってエッチバ
ックされる。このエッチバックにより、最適な膜厚を有
するシリコン酸化膜32が得られる。
Referring to FIG. 26, silicon oxide film 30 and silicon oxide film 31 are etched back by the RIE method. By this etch back, the silicon oxide film 32 having the optimum film thickness is obtained.

【0031】図27を参照して、シリコン酸化膜32の
上に、プラズマ気相成長法によって、シリコン酸化膜3
3が堆積される。
Referring to FIG. 27, silicon oxide film 3 is formed on silicon oxide film 32 by plasma vapor deposition.
3 are deposited.

【0032】以上のように、平滑な平面形状を有する第
2の層間絶縁膜が得られる。第2の層間絶縁膜の形成に
際し、上述のように、シリコン酸化膜32の上にプラズ
マ気相成長法によるシリコン酸化膜33が形成されるの
は、次の理由による。すなわち、アルミニウム銅合金か
らなる配線層に接する絶縁膜は、その信頼性を保証する
ために、押し付け応力を有し、かつ吸湿性が少ないこと
が要求される。しかしながら、SOG法によって形成さ
れるシリコン酸化膜は、通常引張り応力を有し、かつ吸
湿性もプラズマ気相成長法によって形成されるシリコン
酸化膜よりも高い。そこで、配線層に広く接する領域
は、プラズマ気相成長法によるシリコン酸化膜で覆われ
る必要があるためである。
As described above, the second interlayer insulating film having a smooth plane shape is obtained. When forming the second interlayer insulating film, the silicon oxide film 33 is formed on the silicon oxide film 32 by plasma vapor deposition as described above for the following reason. That is, the insulating film in contact with the wiring layer made of an aluminum-copper alloy is required to have pressing stress and low hygroscopicity in order to ensure its reliability. However, the silicon oxide film formed by the SOG method usually has tensile stress and has higher hygroscopicity than the silicon oxide film formed by the plasma vapor deposition method. Therefore, it is necessary to cover the region that is in wide contact with the wiring layer with the silicon oxide film formed by the plasma vapor deposition method.

【0033】[0033]

【発明が解決しようとする課題】このように製造される
従来の半導体装置において、第1および第2の層間絶縁
膜38,40の表面が平坦性に乏しいと、以下の弊害が
生じる。
In the conventional semiconductor device manufactured as described above, if the surfaces of the first and second interlayer insulating films 38 and 40 are poor in flatness, the following adverse effects occur.

【0034】まず、図34は、レジストを露光させる状
態を模式的に示す断面図である。図34を参照して、下
層201の表面上にはレジスト202が塗布されてい
る。このレジスト202は、マスク203を用いて所望
の形状にパターニングされる。この際、露光光はマスク
203によって露光されるべき領域202aにのみ矢印
A方向から入射される。しかしながら、下層201に段
差が存在すると、露光光は段差によって矢印B方向へ反
射される。この矢印B方向への反射により、本来露光さ
れない領域202bが露光させられる。すなわち、下層
201に段差が存在すると所望の形状にレジスト202
を露光させることは難しい。このため、レジスト202
を所望の形状に正確にパターニングすることは困難であ
る。
First, FIG. 34 is a sectional view schematically showing a state in which the resist is exposed. Referring to FIG. 34, a resist 202 is applied on the surface of lower layer 201. The resist 202 is patterned into a desired shape using the mask 203. At this time, the exposure light is incident on the area 202a to be exposed by the mask 203 from the direction of the arrow A only. However, when there is a step in the lower layer 201, the exposure light is reflected in the arrow B direction by the step. Due to the reflection in the direction of the arrow B, the area 202b that is not originally exposed is exposed. That is, when the lower layer 201 has a step, the resist 202 is formed into a desired shape.
Is difficult to expose. Therefore, the resist 202
It is difficult to accurately pattern the pattern into a desired shape.

【0035】特に、下層201がAlのような反射性基
板の場合、矢印B方向への反射は、より一層激しくな
る。この反射を防ぐために、たとえば、露光光がi線
(365nm)の場合には、スパッタリング法によって
Alの表面にTiN薄膜を形成し、反射防止(Anti
reflection、以下、「ARC」と略す)膜と
して作用させ、矢印B方向への反射を抑制する手法が用
いられている。
In particular, when the lower layer 201 is a reflective substrate such as Al, the reflection in the arrow B direction becomes even more intense. In order to prevent this reflection, for example, when the exposure light is i-line (365 nm), a TiN thin film is formed on the surface of Al by a sputtering method to prevent reflection (Anti).
Reflection (hereinafter, abbreviated as “ARC”) is used as a film to suppress reflection in the arrow B direction.

【0036】また、図35は、レジストを露光する際の
最適焦点位置を模式的に示す断面図である。図35を参
照して、下層201の表面上にレジスト202が塗布さ
れている。この下層201の表面上に段差があると、レ
ジスト202の厚みが部分によって異なる。厚みが異な
ると、レジスト202を露光する露光光の最適焦点位置
が異なる。すなわち、C,Dの位置における露光光の最
適焦点位置はそれぞれc,dとなる。このため、Cの位
置に焦点を合わせて露光を行なう場合は、図36に示す
ように、Dの位置のパターンが形状不良となる。また、
Dの位置に焦点を合わせて露光を行なう場合は、図37
に示すように、Cの位置のパターンが形状不良となる。
よって、レジスト202を所望の形状に正確にパターニ
ングすることは難しい。
FIG. 35 is a sectional view schematically showing the optimum focus position when exposing the resist. Referring to FIG. 35, resist 202 is applied on the surface of lower layer 201. If there is a step on the surface of the lower layer 201, the thickness of the resist 202 varies depending on the part. If the thickness is different, the optimum focus position of the exposure light for exposing the resist 202 is different. That is, the optimum focus positions of the exposure light at the positions C and D are c and d, respectively. Therefore, when the exposure is performed by focusing on the position of C, the pattern at the position of D becomes defective in shape, as shown in FIG. Also,
When the exposure is performed by focusing on the position D, see FIG.
As shown in, the pattern at the position C has a defective shape.
Therefore, it is difficult to accurately pattern the resist 202 into a desired shape.

【0037】上記のように下層201に段差があると、
レジスト202を所望の形状に正確にパターニングでき
ない。このような形状不良のレジストをマスクとしてエ
ッチングを施した場合、仕上り寸法の狂いが生じる。仕
上り寸法の狂いが生じるため、微細化に対応できず、微
細化を図る場合、接続口や金属配線層のパターンの形成
などが困難になるという問題点があった。
If there is a step in the lower layer 201 as described above,
The resist 202 cannot be accurately patterned into a desired shape. When etching is carried out using such a resist having a defective shape as a mask, the finished dimension may be distorted. There is a problem in that it is difficult to miniaturize the finished product due to the deviation of the finished dimensions, and it is difficult to form a connection port or a pattern of the metal wiring layer when the miniaturization is attempted.

【0038】さらに、層間絶縁膜の表面が平坦性に乏し
いと、接続口をプラグで埋込む際に、以下の弊害が生じ
る。
Furthermore, if the surface of the interlayer insulating film is poor in flatness, the following problems will occur when the connection port is filled with a plug.

【0039】図38、図39は、接続口をプラグで埋込
むことによって弊害が生じた状態を模式的に示す断面図
およびその平面図である。こららの図を参照して、接続
口201にプラグ202が形成されている。このプラグ
202により、上層の導電層203と下層の導電層20
4が、電気的に接続されている。このプラグ202は、
絶縁層205の表面全面に堆積された導電層をエッチン
グすることにより形成される。しかしながら、絶縁層2
05の表面が平坦性に乏しいと、絶縁層205の表面段
差部にプラグ形成時の残渣202a,202bが残留す
る。この残渣202aによって、他の配線層206aと
206bが短絡されるおそれがある。このように、層間
絶縁膜の表面が平坦性に乏しいと、その表面残渣部に残
渣が生じ、配線層のショートなど電気的信頼性に劣ると
いう問題点があった。
38 and 39 are a cross-sectional view and a plan view schematically showing a state in which an adverse effect is caused by embedding the connection port with a plug. Referring to these drawings, a plug 202 is formed at the connection port 201. With this plug 202, the upper conductive layer 203 and the lower conductive layer 20
4 is electrically connected. This plug 202
It is formed by etching the conductive layer deposited on the entire surface of the insulating layer 205. However, the insulating layer 2
When the surface of 05 is poor in flatness, residues 202a and 202b at the time of forming the plugs remain on the stepped portion of the surface of the insulating layer 205. The residue 202a may short-circuit the other wiring layers 206a and 206b. As described above, when the surface of the interlayer insulating film is poor in flatness, there is a problem in that a residue is generated on the surface residue portion and the electrical reliability such as a short circuit of the wiring layer is deteriorated.

【0040】以上の弊害を防ぐために、第1の層間絶縁
膜38の表面の平坦性を向上させる方法として、熱処理
温度を上げる方法、または第1の層間絶縁膜をなすBP
SG膜中のボロンおよびリン等の不純物濃度を上げる方
法が考えられる。しかしながら、熱処理温度を上げる
と、不純物拡散層6の深さが必要以上に深くなり、近年
の高度に微細化された半導体装置において、MOSFE
Tとしての性能を損なうことになる。また、不純物濃度
を上げると、耐湿性の劣化を招くため、第1の層間絶縁
膜38をなすBPSG膜中の不純物濃度には上限があ
る。
In order to prevent the above-mentioned harmful effects, as a method of improving the surface flatness of the first interlayer insulating film 38, a method of raising the heat treatment temperature or a BP forming the first interlayer insulating film is used.
A method of increasing the concentration of impurities such as boron and phosphorus in the SG film can be considered. However, if the heat treatment temperature is increased, the depth of the impurity diffusion layer 6 becomes deeper than necessary, and in recent highly miniaturized semiconductor devices, MOSFE
The performance as T will be impaired. Further, if the impurity concentration is increased, the moisture resistance is deteriorated, so that the impurity concentration in the BPSG film forming the first interlayer insulating film 38 has an upper limit.

【0041】一方、第2の層間絶縁膜40を平坦に形成
するためには、前述のように多くの工程を必要とする。
On the other hand, in order to form the second interlayer insulating film 40 flat, many steps are required as described above.

【0042】このような問題を解決し、層間絶縁膜を低
温で平坦化する方法として、たとえば化学的機械的研磨
法(以下、「CMP法」と略す)が、Journal
ofElectrochemical Societ
y. 138巻 1778ページに報告されている。以
下、CMP法による層間絶縁膜の平坦化方法を、図を用
いて説明する。
As a method for solving such a problem and flattening the interlayer insulating film at a low temperature, for example, a chemical mechanical polishing method (hereinafter, abbreviated as "CMP method") is a Journal.
ofElectrochemical Societ
y. Vol. 138, p. 1778. Hereinafter, a method for planarizing the interlayer insulating film by the CMP method will be described with reference to the drawings.

【0043】図28〜図33は、CMP法による層間絶
縁膜の平坦化方法を用いた、半導体装置の製造方法を示
す断面図である。
28 to 33 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device using the planarizing method of the interlayer insulating film by the CMP method.

【0044】図28を参照して、図9〜図14で説明し
たのと同様の工程を経て、半導体基板1の表面上に形成
されたMOSトランジスタ等の素子を覆うように、BP
SG膜からなる第1の層間絶縁膜38が堆積される。
Referring to FIG. 28, through the steps similar to those described with reference to FIGS. 9 to 14, BP is formed so as to cover elements such as MOS transistors formed on the surface of semiconductor substrate 1.
A first interlayer insulating film 38 made of an SG film is deposited.

【0045】図29を参照して、コロイダルシリカを主
成分とする研磨剤を流しながら、第1の層間絶縁膜38
の表面が機械的に研磨される。表面に凹凸を有する場合
には、凸部から研磨されるため、第1の層間絶縁膜38
は平坦化される。
Referring to FIG. 29, the first interlayer insulating film 38 is flowed while flowing an abrasive containing colloidal silica as a main component.
Is mechanically polished. When the surface has irregularities, the first interlayer insulating film 38 is polished because the convex portions are polished.
Is flattened.

【0046】図30を参照して、図16〜図19で説明
したのと同様の工程を経て、平坦化された第1の層間絶
縁膜38に、タングステンプラグ11および第1の配線
層12が形成される。
Referring to FIG. 30, the tungsten plug 11 and the first wiring layer 12 are formed on the planarized first interlayer insulating film 38 through the same steps as those described with reference to FIGS. 16 to 19. It is formed.

【0047】図31を参照して、第1の層間絶縁膜38
の表面上に形成された第1の配線層12を覆うように、
第2の層間絶縁膜40が、プラズマ気相成長法によって
厚めに形成される。
Referring to FIG. 31, first interlayer insulating film 38 is formed.
So as to cover the first wiring layer 12 formed on the surface of
The second interlayer insulating film 40 is formed thicker by the plasma vapor deposition method.

【0048】図32を参照して、第2の層間絶縁膜40
は、第1の層間絶縁膜38の平坦化と同様のCMP法に
よって、平坦化される。さらに、同様に、平坦化された
第2の層間絶縁膜40に、タングステンプラグ21およ
び第2の配線層22が形成される。
Referring to FIG. 32, second interlayer insulating film 40
Are planarized by the CMP method similar to the planarization of the first interlayer insulating film 38. Further, similarly, the tungsten plug 21 and the second wiring layer 22 are formed on the planarized second interlayer insulating film 40.

【0049】このようなCMP法による層間絶縁膜の平
坦化は、平坦性が極めて良好な層間絶縁膜が得られるこ
とに加えて、低温での平坦化処理が可能であるという優
れた特徴を備えている。しかしながら、CMP法におけ
る研磨速度は、研磨剤の温度や被研磨物の表面形状に強
く依存するため、研磨量の管理が困難であるという問題
がある。そのため、研磨量が不足した場合には、下地の
凹凸が残り、フォトリソグラフィーやタングステンプラ
グの形成に悪影響を及ぼす。一方、研磨量が多すぎた場
合には、層間絶縁膜の下部に位置する構造物、たとえば
多結晶シリコン膜4や第1の配線層12を破損する。さ
らに、CMP法は、その研磨剤の成分として、カリウム
やナトリウム等のアルカリ金属を含んでいる場合があ
る。このようなアルカリ金属は、ゲート酸化膜3の中で
可動イオンとなり、MOSFETの性能を劣化させると
いう問題も生じる。
The flattening of the interlayer insulating film by the CMP method has an excellent feature that the flattening process can be performed at a low temperature in addition to the interlayer insulating film having extremely good flatness. ing. However, since the polishing rate in the CMP method strongly depends on the temperature of the polishing agent and the surface shape of the object to be polished, there is a problem that it is difficult to control the polishing amount. Therefore, when the polishing amount is insufficient, the unevenness of the base remains, which adversely affects the photolithography and the formation of the tungsten plug. On the other hand, if the polishing amount is too large, the structures located under the interlayer insulating film, such as the polycrystalline silicon film 4 and the first wiring layer 12, are damaged. Further, the CMP method may include an alkali metal such as potassium or sodium as a component of the polishing agent. Such an alkali metal becomes a movable ion in the gate oxide film 3 and causes a problem that the performance of the MOSFET is deteriorated.

【0050】上述の従来の技術では、層間絶縁膜に十分
な平坦性をもたせることが困難であるため、半導体装置
の集積度は制限され、良品率も低下していた。一方、C
MP法は、平坦性に優れた層間絶縁膜が得られるもの
の、制御性に乏しく、またアルカリ金属汚染の問題もあ
り、半導体装置の生産性を上げることができなかった。
In the above-mentioned conventional technique, it is difficult to give the interlayer insulating film sufficient flatness, so that the degree of integration of the semiconductor device is limited and the non-defective rate is lowered. On the other hand, C
Although the MP method can obtain an interlayer insulating film having excellent flatness, the controllability is poor and there is a problem of alkali metal contamination, so that the productivity of semiconductor devices cannot be increased.

【0051】本発明の目的は、上述の問題点を解決し、
層間絶縁膜の表面段差を小さくすることにより、微細化
に伴う接続口や金属配線層のパターニングによる形成な
どを容易にし、かつ電気的信頼性の高い半導体装置を効
率よく製造する方法を提供することにある。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems,
To provide a method for efficiently manufacturing a semiconductor device having high electrical reliability by facilitating formation of a connection port and a metal wiring layer by patterning accompanying miniaturization by reducing the surface step of an interlayer insulating film. It is in.

【0052】[0052]

【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
の製造方法は、半導体基板の表面上に第1の導電層を形
成するステップと、第1の導電層上に、第1の硬度を有
する第1の絶縁層を形成するステップと、第1の導電層
および第1の絶縁層をパターニングするステップと、半
導体基板ならびにパターニングされた第1の導電層およ
び第1の絶縁層をすべて被覆するように、第1の硬度よ
り低い第2の硬度を有する第2の絶縁層を形成するステ
ップと、第1の絶縁層の表面が露出するように、第2の
絶縁層を平坦化するステップと、平坦化された表面上に
第3の絶縁層を形成するステップと、第3の絶縁層上に
第2の導電層を形成するステップとを備えている。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a first conductive layer on a surface of a semiconductor substrate, and a step of forming a first hardness on the first conductive layer. Forming a first insulating layer, patterning the first conductive layer and the first insulating layer, and covering the semiconductor substrate and the patterned first conductive layer and the first insulating layer all. Forming a second insulating layer having a second hardness lower than the first hardness, and planarizing the second insulating layer so that the surface of the first insulating layer is exposed. The method includes the steps of forming a third insulating layer on the planarized surface and forming a second conductive layer on the third insulating layer.

【0053】好ましくは、第2の絶縁層を平坦化するス
テップは、化学的機械的研磨法を用いて行なわれてもよ
い。
Preferably, the step of planarizing the second insulating layer may be performed using a chemical mechanical polishing method.

【0054】また、他の好ましい例として、第2の絶縁
層としてシリコン酸化膜が用いられ、第1の絶縁層とし
て有機膜、TiN膜およびシリコン窒化膜のうちから選
ばれる1つの反射防止膜が用いられてもよい。
As another preferred example, a silicon oxide film is used as the second insulating layer, and one antireflection film selected from an organic film, a TiN film and a silicon nitride film is used as the first insulating layer. It may be used.

【0055】[0055]

【作用】この発明による半導体装置の製造方法において
は、第1の硬度を有する第1の絶縁層と、第1の硬度よ
り低い第2の硬度を有する第2の絶縁層とを形成し、第
1の絶縁層の表面が露出するように、第2の絶縁層を平
坦化する。また、平坦化は、化学的機械的研磨法を用い
て行なわれる。そのため、化学的機械的研磨法を用いて
第2の絶縁層を研磨していくと、第1の絶縁層が露出し
た時点で、研磨速度が遅くなる。したがって、制御性よ
く研磨を終了することができる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first insulating layer having the first hardness and the second insulating layer having the second hardness lower than the first hardness are formed, The second insulating layer is planarized so that the surface of the first insulating layer is exposed. Further, the planarization is performed using a chemical mechanical polishing method. Therefore, when the second insulating layer is polished by the chemical mechanical polishing method, the polishing rate becomes slower when the first insulating layer is exposed. Therefore, the polishing can be finished with good controllability.

【0056】また、有機膜、TiN膜およびシリコン窒
化膜のうちから選ばれる1つの反射防止膜の研磨速度
は、シリコン酸化膜の研磨速度の25%程度以下であ
る。そのため、第1の絶縁層として、有機膜、TiN膜
およびシリコン窒化膜のうちから選ばれる1つの反射防
止膜を形成し、第2の絶縁層としてシリコン酸化膜を形
成し、化学的機械的研磨法を用いてシリコン酸化膜を研
磨していくと、反射防止膜が露出した時点で研磨速度が
遅くなる。したがって、制御性よく研磨を終了すること
ができる。
The polishing rate of one antireflection film selected from the organic film, the TiN film and the silicon nitride film is about 25% or less of the polishing rate of the silicon oxide film. Therefore, one antireflection film selected from an organic film, a TiN film, and a silicon nitride film is formed as the first insulating layer, a silicon oxide film is formed as the second insulating layer, and chemical mechanical polishing is performed. When the silicon oxide film is polished by the method, the polishing rate becomes slow when the antireflection film is exposed. Therefore, the polishing can be finished with good controllability.

【0057】[0057]

【実施例】図1は、本発明の一実施例により製造された
半導体装置の構成を示す断面図である。
1 is a sectional view showing the structure of a semiconductor device manufactured according to an embodiment of the present invention.

【0058】図1を参照して、この半導体装置は、図2
2に示した従来の半導体装置と同様に、シリコンからな
る半導体基板1上の表面に、分離酸化膜2が形成され、
この分離酸化膜2によって分離された領域には、MOS
FETなどの素子が形成されている。
Referring to FIG. 1, this semiconductor device is shown in FIG.
Similar to the conventional semiconductor device shown in FIG. 2, the isolation oxide film 2 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 made of silicon,
In the region isolated by the isolation oxide film 2, a MOS
Elements such as FETs are formed.

【0059】このMOSFETは、不純物拡散層6、ゲ
ート酸化膜3および多結晶シリコン膜4から構成されて
いる。ゲートをなす多結晶シリコン膜4の表面上には、
図22に示す従来例ではシリコン酸化膜5が形成されて
いたが、この実施例ではシリコン窒化膜50が形成され
ている。
This MOSFET is composed of an impurity diffusion layer 6, a gate oxide film 3 and a polycrystalline silicon film 4. On the surface of the polycrystalline silicon film 4 forming the gate,
The silicon oxide film 5 is formed in the conventional example shown in FIG. 22, but the silicon nitride film 50 is formed in this embodiment.

【0060】このようにMOSFETが形成された半導
体基板1の表面全面に、シリコン酸化膜8が、シリコン
窒化膜50の表面が露出するように形成されている。シ
リコン酸化膜8の上には、さらにシリコン酸化膜39が
形成されている。このシリコン酸化膜8とシリコン酸化
膜39とで構成される第1の層間絶縁膜の表面は、極め
て平坦性が高い。
A silicon oxide film 8 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 on which the MOSFET is formed in such a manner that the surface of the silicon nitride film 50 is exposed. A silicon oxide film 39 is further formed on the silicon oxide film 8. The surface of the first interlayer insulating film composed of the silicon oxide film 8 and the silicon oxide film 39 has extremely high flatness.

【0061】シリコン酸化膜39上には、第1の配線層
12が形成され、この第1の配線層12は、タングステ
ンプラグ11によって、不純物拡散層6および多結晶シ
リコン膜4に接続されている。
The first wiring layer 12 is formed on the silicon oxide film 39, and the first wiring layer 12 is connected to the impurity diffusion layer 6 and the polycrystalline silicon film 4 by the tungsten plug 11. .

【0062】第1の配線層12の表面上には、従来例で
は形成されていなかったシリコン窒化膜51が形成され
ている。
On the surface of the first wiring layer 12, a silicon nitride film 51, which was not formed in the conventional example, is formed.

【0063】第1の配線層12が形成されたシリコン酸
化膜39の表面全面に、シリコン酸化膜9が、シリコン
窒化膜51の表面が露出するように形成されている。シ
リコン酸化膜9の上には、さらにシリコン酸化膜41が
形成されている。このシリコン酸化膜9とシリコン酸化
膜41とで構成される第2の層間絶縁膜の表面は、第1
の層間絶縁膜と同様に、極めて平坦性が高い。
A silicon oxide film 9 is formed on the entire surface of the silicon oxide film 39 on which the first wiring layer 12 is formed so that the surface of the silicon nitride film 51 is exposed. A silicon oxide film 41 is further formed on the silicon oxide film 9. The surface of the second interlayer insulating film composed of the silicon oxide film 9 and the silicon oxide film 41 has the first
Like the inter-layer insulating film of, the flatness is extremely high.

【0064】シリコン酸化膜41上には、第2の配線層
22が形成され、この第2の配線層22は、タングステ
ンプラグ21によって、第1の配線層12に接続されて
いる。
A second wiring layer 22 is formed on the silicon oxide film 41, and the second wiring layer 22 is connected to the first wiring layer 12 by a tungsten plug 21.

【0065】第2の配線層22が形成されたシリコン酸
化膜41の表面全面には、第2の配線層22を被覆する
ように、パッシベーション膜13が形成されている。
A passivation film 13 is formed on the entire surface of the silicon oxide film 41 having the second wiring layer 22 formed thereon so as to cover the second wiring layer 22.

【0066】次に、上述のように構成される半導体装置
の製造方法について説明する。図2〜図8、および図1
は、上述の実施例の半導体装置の製造方法を示す断面図
である。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device configured as described above will be described. 2 to 8 and FIG.
[FIG. 7A] is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device of the above-mentioned embodiment.

【0067】図2を参照して、シリコンからなる半導体
基板1の表面に、局所酸化法によって、膜厚300〜8
00nm程度の分離酸化膜2が形成される。半導体基板
1の分離酸化膜2から露出した部分には、熱酸化法によ
って膜厚5〜30nmのゲート酸化膜が形成される。次
に、半導体基板1の表面上に、リンや砒素を含んだ多結
晶シリコン膜4およびシリコン窒化膜50が、気相成長
法によって堆積される。これらのゲート酸化膜3、多結
晶シリコン膜4およびシリコン窒化膜50は、フォトリ
ソグラフィー法とRIE法によってパターニングされ
る。この多結晶シリコン膜4がパターニングされる際、
シリコン窒化膜50は、ARC膜として作用する。次
に、多結晶シリコン膜4、シリコン窒化膜50および分
離酸化膜2をマスクとして、不純物イオンが半導体基板
1に注入される。このイオン注入により、半導体基板1
の露出している表面に、不純物拡散層6が形成される。
さらに、50〜300nmのシリコン酸化膜が気相成長
法で形成され、RIE法でのエッチングにより、サイド
ウォール7が多結晶シリコン膜4とシリコン窒化膜50
の側壁部に形成される。また、不純物イオンの注入によ
り、不純物濃度の濃い部分と薄い部分の2層構造からな
る不純物拡散層6が形成される。このようにして、MO
SFETが形成される。
Referring to FIG. 2, a film thickness of 300 to 8 is formed on the surface of semiconductor substrate 1 made of silicon by a local oxidation method.
An isolation oxide film 2 having a thickness of about 00 nm is formed. A gate oxide film having a film thickness of 5 to 30 nm is formed on the portion of the semiconductor substrate 1 exposed from the isolation oxide film 2 by a thermal oxidation method. Next, a polycrystalline silicon film 4 containing phosphorus and arsenic and a silicon nitride film 50 are deposited on the surface of the semiconductor substrate 1 by a vapor phase growth method. These gate oxide film 3, polycrystalline silicon film 4 and silicon nitride film 50 are patterned by photolithography and RIE. When this polycrystalline silicon film 4 is patterned,
The silicon nitride film 50 acts as an ARC film. Then, impurity ions are implanted into semiconductor substrate 1 using polycrystalline silicon film 4, silicon nitride film 50 and isolation oxide film 2 as a mask. By this ion implantation, the semiconductor substrate 1
The impurity diffusion layer 6 is formed on the exposed surface of the.
Further, a silicon oxide film having a thickness of 50 to 300 nm is formed by the vapor phase epitaxy method, and the sidewall 7 is formed by the etching by the RIE method so that the side wall 7 is formed of the polycrystalline silicon film 4 and the silicon nitride film 50.
Is formed on the side wall of the. Also, the impurity diffusion layer 6 having a two-layer structure of a portion having a high impurity concentration and a portion having a low impurity concentration is formed by the implantation of the impurity ions. In this way, MO
The SFET is formed.

【0068】図3を参照して、半導体基板1の表面上に
形成されたMOSFET等の素子を覆うように、PH3
とTEOS(Si(OC2 5 4 )等を原料とする減
圧気相成長法によって、P2 5 を重量換算で7%程度
含むシリコン酸化膜8が、100nm程度堆積される。
Referring to FIG. 3, PH 3 is formed so as to cover elements such as MOSFET formed on the surface of semiconductor substrate 1.
A silicon oxide film 8 containing about 7% by weight of P 2 O 5 is deposited to a thickness of about 100 nm by a low pressure vapor deposition method using TEOS (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and the like as raw materials.

【0069】図4を参照して、堆積されたシリコン酸化
膜8の表面に対して、コロイダルシリカ等の研磨剤を含
む研磨液を流しながら、約5分程度、機械的な研磨が施
される。シリコン窒化膜50の一部が露出されるまで研
磨され、堆積されたシリコン酸化膜8の表面は平坦化さ
れる。このとき、研磨面がシリコン窒化膜50に達する
と、研磨速度が急激に低下するため、研磨量の制御を容
易に行なうことができる。
Referring to FIG. 4, mechanical polishing is performed on the surface of the deposited silicon oxide film 8 for about 5 minutes while flowing a polishing liquid containing a polishing agent such as colloidal silica. . The surface of the deposited silicon oxide film 8 is flattened by polishing until a part of the silicon nitride film 50 is exposed. At this time, when the polished surface reaches the silicon nitride film 50, the polishing rate sharply decreases, so that the polishing amount can be easily controlled.

【0070】図5を参照して、平坦化されたシリコン酸
化膜8の上に、TEOS(Si(OC2 5 4 )等を
原料とする減圧気相成長法によって、50nm程度のシ
リコン酸化膜39が形成される。このシリコン酸化膜8
およびシリコン酸化膜39からなる第1の層間絶縁膜
に、フォトリソグラフィー法とRIE法によって、接続
口が形成される。さらに、WF6 などを原料とする気相
成長法により、タングステン薄膜が形成され、RIE法
でのエッチングによって、タングステンプラグ11が形
成される。次に、シリコン酸化膜39上に、スパッタ法
によってアルミニウム銅合金膜12aが被着され、さら
にその上に、SiH4 とNH3 を原料とする気相成長法
によって、50nmのシリコン窒化膜51が形成され
る。
Referring to FIG. 5, a silicon oxide film having a thickness of about 50 nm is formed on the planarized silicon oxide film 8 by a low pressure vapor phase epitaxy method using TEOS (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) or the like as a raw material. A film 39 is formed. This silicon oxide film 8
A connection port is formed in the first interlayer insulating film made of and the silicon oxide film 39 by the photolithography method and the RIE method. Furthermore, a tungsten thin film is formed by a vapor phase growth method using WF 6 or the like as a raw material, and a tungsten plug 11 is formed by etching by the RIE method. Next, the aluminum-copper alloy film 12a is deposited on the silicon oxide film 39 by the sputtering method, and a 50 nm-thick silicon nitride film 51 is further formed thereon by the vapor phase growth method using SiH 4 and NH 3 as raw materials. It is formed.

【0071】図6を参照して、アルミニウム銅合金膜1
2aおよびシリコン窒化膜51は、フォトリソグラフィ
ー法とRIE法によってパターニングされ、第1の配線
層12が形成される。このアルミニウム銅合金膜12a
がパターニングされる際、シリコン窒化膜51は、AR
C膜として作用する。
Referring to FIG. 6, aluminum-copper alloy film 1
The 2a and the silicon nitride film 51 are patterned by the photolithography method and the RIE method to form the first wiring layer 12. This aluminum copper alloy film 12a
When the silicon is patterned, the silicon nitride film 51 is
Acts as a C film.

【0072】図7を参照して、シリコン酸化膜39の表
面上に形成された第1の配線層12を覆うように、TE
OSを原料とするプラズマ気相成長法によって、シリコ
ン酸化膜9が、200〜500nm程度堆積される。
Referring to FIG. 7, TE is formed so as to cover first wiring layer 12 formed on the surface of silicon oxide film 39.
A silicon oxide film 9 is deposited to a thickness of about 200 to 500 nm by plasma vapor deposition using OS as a raw material.

【0073】図8を参照して、堆積されたシリコン酸化
膜9の表面に対して、図4で説明したのと同様に、CM
P法による研磨が施され、平坦化される。このときも、
研磨面がシリコン窒化膜51に達すると、研磨速度が急
激に低下するため、研磨量の制御を容易に行なうことが
できる。
Referring to FIG. 8, a CM for the surface of the deposited silicon oxide film 9 is described in the same manner as described with reference to FIG.
Polishing is performed by the P method to flatten the surface. Also at this time,
When the polished surface reaches the silicon nitride film 51, the polishing rate sharply decreases, so that the polishing amount can be easily controlled.

【0074】図9を参照して、平坦化されたシリコン酸
化膜9の上に、プラズマ気相成長法によって、200n
m程度のシリコン酸化膜41が形成される。このシリコ
ン酸化膜9およびシリコン酸化膜41からなる第2の層
間絶縁膜に、従来例と同様に、タングステンプラグ21
が形成される。さらに、第2の配線層22が形成された
後、この第2の配線層22を覆うように、シリコン窒化
膜等からなるパッシベーション膜13が形成される。
Referring to FIG. 9, 200 n is formed on the planarized silicon oxide film 9 by plasma vapor deposition.
A silicon oxide film 41 of about m is formed. A tungsten plug 21 is formed on the second interlayer insulating film formed of the silicon oxide film 9 and the silicon oxide film 41 as in the conventional example.
Is formed. Further, after the second wiring layer 22 is formed, the passivation film 13 made of a silicon nitride film or the like is formed so as to cover the second wiring layer 22.

【0075】以上の工程により、この半導体装置のウエ
ハプロセスが完了する。なお、上記実施例で述べた膜の
膜厚ならびにリンの濃度は、上記に示す値に限定されな
い。CMP法による研磨時間は研磨剤の種類、研磨パッ
ドの種類などに強く依存するので、上記実施例に述べた
値に限定されないのはいうまでもない。また、リンを含
んだシリコン酸化膜8は、リンと同時にボロンを含んだ
BPSG膜でも構わない。シリコン酸化膜、シリコン窒
化膜、配線層やプラグの形成方法は、上記実施例で説明
した方法以外のものでも構わない。また、プラグの材質
として、本実施例ではタングステンの例を説明したが、
多結晶シリコンやアルミニウムなどでもよい。パターニ
ングする際のARC膜として、シリコン窒化膜を実施例
では用いたが、その他、TiN、アモルファスシリコ
ン、有機膜等の露光光を吸収する光学特性を有する膜で
あればよい。上記実施例で説明した装置は2層の配線を
有するものであるが、3層以上の配線層を持つ半導体装
置について、それらの配線層間に用いる層間絶縁膜の構
造に応用してもよい。また、CMP法は、シリコン酸化
膜の研磨以外に、RIE法の代わりとして、タングステ
ン膜のエッチングに用いてもよい。
The wafer process for this semiconductor device is completed through the above steps. The film thickness and phosphorus concentration described in the above embodiments are not limited to the values shown above. Needless to say, the polishing time by the CMP method is not limited to the values described in the above examples because it strongly depends on the type of polishing agent and the type of polishing pad. Further, the silicon oxide film 8 containing phosphorus may be a BPSG film containing boron at the same time as phosphorus. The method for forming the silicon oxide film, the silicon nitride film, the wiring layer and the plug may be other than the method described in the above embodiment. Further, although the example of tungsten has been described in the present embodiment as the material of the plug,
It may be polycrystalline silicon or aluminum. Although the silicon nitride film was used as the ARC film in the patterning in the embodiment, any other film such as TiN, amorphous silicon, or an organic film having an optical property of absorbing the exposure light may be used. The device described in the above embodiments has two layers of wiring, but a semiconductor device having three or more wiring layers may be applied to the structure of the interlayer insulating film used between those wiring layers. In addition to the polishing of the silicon oxide film, the CMP method may be used for etching the tungsten film instead of the RIE method.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来よ
りも少ない工程数で、表面が極めて平坦な層間絶縁膜を
有する半導体装置が得られる。
As described above, according to the present invention, a semiconductor device having an interlayer insulating film having an extremely flat surface can be obtained with a smaller number of steps than the conventional method.

【0077】また、本発明によれば、研磨量の制御が容
易となるため、CMP法による層間絶縁膜の平坦化が可
能になる。
Further, according to the present invention, since it becomes easy to control the polishing amount, it becomes possible to flatten the interlayer insulating film by the CMP method.

【0078】さらに、平坦性の高い層間絶縁膜を形成す
ることにより、フォトリソグラフィー法による導電層の
パターニングやエッチングによる導電層の除去が容易と
なり、半導体装置の生産性、信頼性を向上させることが
できる。
Further, by forming the interlayer insulating film having high flatness, it becomes easy to pattern the conductive layer by the photolithography method and remove the conductive layer by etching, thereby improving the productivity and reliability of the semiconductor device. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例による半導体装置の構成を示
す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
の第1工程を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a first step of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
の第2工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a second step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
の第3工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a third step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
の第4工程を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
の第5工程を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
の第6工程を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
の第7工程を示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a seventh step of the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図9】従来の半導体装置の一例の製造方法の第1工程
を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a first step of a method for manufacturing an example of a conventional semiconductor device.

【図10】従来の半導体装置の一例の製造方法の第2工
程を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a second step of the manufacturing method of the conventional semiconductor device.

【図11】従来の半導体装置の一例の製造方法の第3工
程を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third step of the manufacturing method of the conventional semiconductor device.

【図12】従来の半導体装置の一例の製造方法の第4工
程を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing the conventional semiconductor device.

【図13】従来の半導体装置の一例の製造方法の第5工
程を示す断面図である。
FIG. 13 is a sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing the conventional semiconductor device.

【図14】従来の半導体装置の一例の製造方法の第6工
程を示す断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a sixth step of the manufacturing method of the conventional semiconductor device.

【図15】従来の半導体装置の一例の製造方法の第7工
程を示す断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a seventh step of the method for manufacturing the conventional semiconductor device.

【図16】従来の半導体装置の一例の製造方法の第8工
程を示す断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing an eighth step of the manufacturing method of the conventional semiconductor device.

【図17】従来の半導体装置の一例の製造方法の第9工
程を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a ninth step of the method for manufacturing the conventional semiconductor device.

【図18】従来の半導体装置の一例の製造方法の第10
工程を示す断面図である。
FIG. 18 is a tenth manufacturing method of an example of a conventional semiconductor device.
It is sectional drawing which shows a process.

【図19】従来の半導体装置の一例の製造方法の第11
工程を示す断面図である。
FIG. 19 is an eleventh manufacturing method of an example of a conventional semiconductor device.
It is sectional drawing which shows a process.

【図20】従来の半導体装置の一例の製造方法の第12
工程を示す断面図である。
FIG. 20 is a twelfth example of the manufacturing method of the conventional semiconductor device.
It is sectional drawing which shows a process.

【図21】従来の半導体装置の一例の製造方法の第13
工程を示す断面図である。
FIG. 21 is a thirteenth manufacturing method of an example of a conventional semiconductor device.
It is sectional drawing which shows a process.

【図22】従来の半導体装置の一例の製造方法の第14
工程を示す断面図である。
FIG. 22 is a fourteenth manufacturing method of a conventional semiconductor device.
It is sectional drawing which shows a process.

【図23】従来の層間絶縁膜の形成方法の第1工程を示
す断面図である。
FIG. 23 is a sectional view showing a first step of a conventional method for forming an interlayer insulating film.

【図24】従来の層間絶縁膜の形成方法の第2工程を示
す断面図である。
FIG. 24 is a sectional view showing a second step of the conventional method for forming an interlayer insulating film.

【図25】従来の層間絶縁膜の形成方法の第3工程を示
す断面図である。
FIG. 25 is a sectional view showing a third step of the conventional method for forming an interlayer insulating film.

【図26】従来の層間絶縁膜の形成方法の第4工程を示
す断面図である。
FIG. 26 is a sectional view showing a fourth step of the conventional method for forming an interlayer insulating film.

【図27】従来の層間絶縁膜の形成方法の第5工程を示
す断面図である。
FIG. 27 is a cross-sectional view showing a fifth step of the conventional method for forming an interlayer insulating film.

【図28】従来の半導体装置の他の例の製造方法の第1
工程を示す断面図である。
FIG. 28 is a first manufacturing method of another example of the conventional semiconductor device.
It is sectional drawing which shows a process.

【図29】従来の半導体装置の他の例の製造方法の第2
工程を示す断面図である。
FIG. 29 is a second manufacturing method of another example of the conventional semiconductor device.
It is sectional drawing which shows a process.

【図30】従来の半導体装置の他の例の製造方法の第3
工程を示す断面図である。
FIG. 30 is a third manufacturing method of another example of the conventional semiconductor device.
It is sectional drawing which shows a process.

【図31】従来の半導体装置の他の例の製造方法の第4
工程を示す断面図である。
FIG. 31 is a fourth manufacturing method of another example of the conventional semiconductor device.
It is sectional drawing which shows a process.

【図32】従来の半導体装置の他の例の製造方法の第5
工程を示す断面図である。
FIG. 32 is a fifth manufacturing method of another example of the conventional semiconductor device.
It is sectional drawing which shows a process.

【図33】従来の半導体装置の他の例の製造方法の第6
工程を示す断面図である。
FIG. 33 is a sixth manufacturing method of another example of the conventional semiconductor device.
It is sectional drawing which shows a process.

【図34】レジストを露光させる状態を模式的に示す断
面図である。
FIG. 34 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the resist is exposed.

【図35】レジストを露光させる際の最適焦点位置を模
式的に示す断面図である。
FIG. 35 is a cross-sectional view schematically showing an optimum focus position when exposing a resist.

【図36】レジストを露光させる際の焦点位置によって
弊害が生じた状態を模式的に示す断面図である。
FIG. 36 is a cross-sectional view schematically showing a state in which an adverse effect is caused by the focal position when exposing the resist.

【図37】レジストを露光させる際の焦点位置によって
弊害が生じた状態を模式的に示す断面図である。
FIG. 37 is a cross-sectional view schematically showing a state in which an adverse effect is caused by the focal position when exposing the resist.

【図38】接続口をプラグで埋込むことによって弊害が
生じた状態を模式的に示した断面図である。
FIG. 38 is a cross-sectional view schematically showing a state in which an adverse effect is caused by embedding the connection port with a plug.

【図39】接続口をプラグで埋込むことによって弊害が
生じた状態を模式的に示した平面図である。
[Fig. 39] Fig. 39 is a plan view schematically showing a state in which an adverse effect is caused by embedding the connection port with a plug.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 4 多結晶シリコン膜 8 シリコン酸化膜 9 シリコン酸化膜 12 アルミニウム銅合金からなる第1の配線層 22 第2の配線層 39 シリコン酸化膜 41 シリコン酸化膜 50 シリコン窒化膜 51 シリコン窒化膜 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 1 semiconductor substrate 4 polycrystalline silicon film 8 silicon oxide film 9 silicon oxide film 12 first wiring layer 22 made of aluminum copper alloy 22 second wiring layer 39 silicon oxide film 41 silicon oxide film 50 silicon nitride film 51 silicon nitride film In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/108 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 27/108

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の表面上に第1の導電層を形
成するステップと、 前記第1の導電層上に、第1の硬度を有する第1の絶縁
層を形成するステップと、 前記第1の導電層および前記第1の絶縁層をパターニン
グするステップと、 前記半導体基板ならびに前記パターニングされた前記第
1の導電層および前記第1の絶縁層をすべて被覆するよ
うに、前記第1の硬度より低い第2の硬度を有する第2
の絶縁層を形成するステップと、 前記第1の絶縁層の表面が露出するように、前記第2の
絶縁層を平坦化するステップと、 前記平坦化された表面上に第3の絶縁層を形成するステ
ップと、 前記第3の絶縁層上に第2の導電層を形成するステップ
とを備えた、半導体装置の製造方法。
1. A step of forming a first conductive layer on a surface of a semiconductor substrate; a step of forming a first insulating layer having a first hardness on the first conductive layer; Patterning a first conductive layer and the first insulating layer, and the first hardness so as to cover all of the semiconductor substrate and the patterned first conductive layer and the first insulating layer. A second having a lower second hardness
Forming an insulating layer, planarizing the second insulating layer so that the surface of the first insulating layer is exposed, and forming a third insulating layer on the planarized surface. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a forming step; and a step of forming a second conductive layer on the third insulating layer.
【請求項2】 前記第2の絶縁層を平坦化するステップ
は、化学的機械的研磨法を用いて行なわれる、請求項1
記載の半導体装置の製造方法。
2. The step of planarizing the second insulating layer is performed using a chemical mechanical polishing method.
A method for manufacturing a semiconductor device as described above.
【請求項3】 前記第2の絶縁層はシリコン酸化膜であ
り、前記第1の絶縁層は有機膜、TiN膜およびシリコ
ン窒化膜のうちから選ばれる1つの反射防止膜である、
請求項1または請求項2記載の半導体装置の製造方法。
3. The second insulating layer is a silicon oxide film, and the first insulating layer is one antireflection film selected from an organic film, a TiN film and a silicon nitride film.
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005236322A (en) * 2005-03-30 2005-09-02 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
US7649261B2 (en) 1996-07-18 2010-01-19 Fujitsu Microelectronics Limited Highly integrated and reliable DRAM and its manufacture

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