JPH09213800A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents
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- JPH09213800A JPH09213800A JP2146796A JP2146796A JPH09213800A JP H09213800 A JPH09213800 A JP H09213800A JP 2146796 A JP2146796 A JP 2146796A JP 2146796 A JP2146796 A JP 2146796A JP H09213800 A JPH09213800 A JP H09213800A
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関し、特に多層配線技術に好適な層間絶
縁膜およびその形成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 semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to an interlayer insulating film suitable for a multilayer wiring technique and a method for forming the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】多層配線を有する従来の半導体装置にお
いては、例えば下層のアルミニウム配線を形成した後、
この配線上に化学的気相成長(Chemical Vapor Deposit
ion,以下、CVDと記す)法によるシリコン酸化膜を形
成し、ついで、上層のアルミニウム配線を形成した構造
のものが知られている。2. Description of the Related Art In a conventional semiconductor device having multi-layer wiring, for example, after forming a lower aluminum wiring,
Chemical vapor deposition (Chemical Vapor Deposit) on this wiring
There is known a structure in which a silicon oxide film is formed by an ion (hereinafter, referred to as CVD) method, and then an upper aluminum wiring is formed.
【0003】また、図3(a)に示すように、シリコン
基板1上に絶縁膜2を介して形成した下層アルミニウム
配線3上に第1のシリコン酸化膜4を形成し、その後、
図3(b)に示すように、全面にSOG(Spin On Glas
s )膜5を形成し、ついで、図3(c)に示すように、
第2のシリコン酸化膜6を形成した構造も知られてい
る。この場合、SOG膜5を形成した後に全面プラズマ
エッチングを施してアルミニウム配線3上のSOG膜5
を除去すると、第1のシリコン酸化膜4、SOG膜5、
第2のシリコン酸化膜6からなる比較的平坦な層間絶縁
膜を形成することができる。Further, as shown in FIG. 3A, a first silicon oxide film 4 is formed on a lower aluminum wiring 3 formed on a silicon substrate 1 with an insulating film 2 interposed therebetween, and thereafter,
As shown in Fig. 3 (b), SOG (Spin On Glas
s) forming a film 5, and then, as shown in FIG.
A structure in which the second silicon oxide film 6 is formed is also known. In this case, after the SOG film 5 is formed, plasma etching is performed on the entire surface to form the SOG film 5 on the aluminum wiring 3.
Are removed, the first silicon oxide film 4, the SOG film 5,
A relatively flat interlayer insulating film made of the second silicon oxide film 6 can be formed.
【0004】このように、層間絶縁膜は単一の膜または
複数の膜で構成される場合の双方があるが、絶縁膜はそ
の内部に圧縮応力、引張応力のいずれかを有しているた
め、層間絶縁膜を単一の膜で形成した場合、あるいは同
種の膜を積層した場合、基板の反りが生じて以降の製造
工程に支障をきたすという問題があった。さらに、膜を
何層にも積層すると半導体基板やアルミニウム配線に大
きな応力が加わってアルミニウム配線が断線する、いわ
ゆるストレスマイグレーション等の不良が発生する恐れ
があった。As described above, the interlayer insulating film may be composed of a single film or a plurality of films, but the insulating film has either compressive stress or tensile stress inside. When the interlayer insulating film is formed of a single film, or when films of the same kind are laminated, there is a problem that the substrate warps and interferes with subsequent manufacturing steps. Further, if the films are laminated in many layers, a large stress may be applied to the semiconductor substrate and the aluminum wiring to break the aluminum wiring, which may cause a defect such as so-called stress migration.
【0005】そこで、この問題を解決する手段として、
圧縮応力を有する絶縁膜と引張応力を有する絶縁膜を交
互に積層する構造(特開昭57−45931号公報、特
開平5−109909号公報参照)、もしくは、下層の
配線に引張応力を有する絶縁膜からなる側壁を設け、そ
の上に圧縮応力を有する絶縁膜を形成する構造(特開昭
64−57645号公報参照)等が提案されている。Therefore, as a means for solving this problem,
A structure in which an insulating film having a compressive stress and an insulating film having a tensile stress are alternately laminated (see JP-A-57-45931 and JP-A-5-109909), or an insulating layer having a tensile stress in a lower wiring. A structure has been proposed in which a side wall made of a film is provided and an insulating film having a compressive stress is formed on the side wall (see Japanese Patent Laid-Open No. 64-57645).
【0006】上記の解決手段のうち、例えば下層の配線
に側壁を設けたものは以下のような製法を採るのが一般
的である。まず、図4(a)に示すように、シリコン基
板8上に絶縁膜9を形成した後、下層配線となる膜厚
0.5μmのアルミニウム層10を形成し、レジストパ
ターン11をマスクとしてエッチングを行うことにより
アルミニウム配線12を形成する。そして、図4(b)
に示すように、プラズマCVD法を用いて全面に膜厚
0.5μmのシリコン酸化膜13を形成した後、CF4
系のガスプラズマ中での異方性エッチングを全面に行う
ことにより、図4(c)に示すように、アルミニウム配
線12の側壁のみにシリコン酸化膜13aを残存させ
る。その後、図4(d)に示すように、常圧CVD法を
用いて全面に膜厚1.0μmのオゾン−テトラエトキシ
シラン(以下、O3 −TEOSと記す)酸化膜14を形
成する。Among the above-mentioned means for solving the problems, for example, a method in which a lower layer wiring is provided with a side wall generally adopts the following manufacturing method. First, as shown in FIG. 4A, after forming an insulating film 9 on a silicon substrate 8, an aluminum layer 10 having a film thickness of 0.5 μm to be a lower layer wiring is formed, and etching is performed using the resist pattern 11 as a mask. By doing so, the aluminum wiring 12 is formed. Then, FIG.
As shown in FIG. 3, a silicon oxide film 13 having a film thickness of 0.5 μm is formed on the entire surface by using the plasma CVD method, and then CF 4 is formed.
By anisotropically etching the entire surface in a system gas plasma, as shown in FIG. 4C, the silicon oxide film 13a is left only on the side wall of the aluminum wiring 12. Thereafter, as shown in FIG. 4D, an ozone-tetraethoxysilane (hereinafter referred to as O 3 -TEOS) oxide film 14 having a film thickness of 1.0 μm is formed on the entire surface by the atmospheric pressure CVD method.
【0007】本方法によれば、アルミニウム配線12の
側壁に設けたプラズマシリコン酸化膜13aが圧縮応力
を有し、配線12および配線間に設けたO3 −TEOS
酸化膜14が引張応力を有しているため、双方の応力が
打ち消され、基板全体の応力を緩和することができる。[0007] According to the present method, a plasma silicon oxide film 13a which is provided on the side wall of the aluminum wiring 12 has a compressive stress, O 3 -TEOS provided between the wiring 12 and the wiring
Since the oxide film 14 has tensile stress, both stresses are canceled out, and the stress of the entire substrate can be relaxed.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記2
つの方法のうち、圧縮応力を有する膜と引張応力を有す
る膜を積層する方法には、異なる成膜工程を複数回用い
て別種の絶縁膜を積層しなければならない、各膜の膜厚
が応力緩和の観点から決まるため、層間絶縁膜として重
要な要素である平坦化が困難である、という問題があっ
た。一方、配線に絶縁膜からなる側壁を設ける方法に
は、側壁が配線の近傍にしか存在しないため応力緩和の
効果が極めて小さく、基板全体としては十分な応力緩和
の効果が得られない、という問題があった。However, the above-mentioned 2)
Of the two methods, in the method of laminating a film having compressive stress and a film having tensile stress, it is necessary to use different film forming processes multiple times to laminate different kinds of insulating films. Since it is determined from the viewpoint of relaxation, there is a problem that planarization, which is an important factor as an interlayer insulating film, is difficult. On the other hand, in the method of providing the side wall made of an insulating film on the wiring, the effect of stress relaxation is extremely small because the side wall exists only in the vicinity of the wiring, and a sufficient stress relaxation effect cannot be obtained for the entire substrate. was there.
【0009】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、プロセスを複雑にすることなく、
十分な応力緩和効果を持った層間絶縁膜が得られる半導
体装置およびその製造方法を提供することを目的とす
る。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and does not complicate the process.
An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which an interlayer insulating film having a sufficient stress relaxation effect can be obtained and a manufacturing method thereof.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置は、配線の直上に圧縮応力ま
たは引張応力のいずれかの応力を有する第1の絶縁膜が
形成され、これら配線および第1の絶縁膜が前記応力と
反対の応力を有する第2の絶縁膜で埋め込まれたことを
特徴とするものである。In order to achieve the above object, in a semiconductor device of the present invention, a first insulating film having a compressive stress or a tensile stress is formed directly on a wiring, The wiring and the first insulating film are filled with a second insulating film having a stress opposite to the above stress.
【0011】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
配線層を形成する工程と、配線層上に圧縮応力または引
張応力のいずれかの応力を有する第1の絶縁膜からなる
マスク材パターンを形成する工程と、マスク材パターン
をマスクとして配線層をエッチングすることにより配線
を形成する工程と、マスク材パターンを残した状態で前
記応力と反対の応力を有する第2の絶縁膜を形成するこ
とにより配線とマスク材パターンを埋め込む埋込層を形
成する工程、を有することを特徴とするものである。さ
らに、埋込層形成後、埋込層の表面を平坦化するとよ
い。また、上記の膜の具体的な材料としては、圧縮応力
を有する絶縁膜として、プラズマCVD法により形成す
るシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜またはシリコン
オキシナイトライド膜を用い、引張応力を有する絶縁膜
として低圧CVD法により形成するシリコン酸化膜を用
いることができる。Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
A step of forming a wiring layer, a step of forming a mask material pattern made of a first insulating film having a stress of either compressive stress or tensile stress on the wiring layer, and etching the wiring layer using the mask material pattern as a mask Forming a wiring and a second insulating film having a stress opposite to the above stress with the mask material pattern left, and forming a buried layer for embedding the wiring and the mask material pattern. It is characterized by having. Furthermore, after forming the buried layer, the surface of the buried layer may be flattened. As a specific material for the above film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film formed by a plasma CVD method is used as an insulating film having compressive stress, and an insulating film having tensile stress is used. A silicon oxide film formed by a low pressure CVD method can be used.
【0012】さらに、応力の大きさは膜の種類で一様に
決まるわけではなく、例えば、引張応力を有する絶縁膜
としてO3 −TEOS雰囲気下での常圧CVD法による
シリコン酸化膜を用いることにして、このシリコン酸化
膜成長時のガス流量を制御したり、圧縮応力を有する絶
縁膜としてスパッタリング法によるシリコン酸化膜を用
いることにして、このシリコン酸化膜成長時の基板バイ
アスを制御することによって、引張応力や圧縮応力の大
きさを調節することも可能である。Further, the magnitude of the stress is not uniformly determined by the kind of the film, and for example, a silicon oxide film formed by atmospheric pressure CVD method in an O 3 -TEOS atmosphere is used as the insulating film having tensile stress. Then, by controlling the gas flow rate during the growth of the silicon oxide film or by using the silicon oxide film by the sputtering method as the insulating film having the compressive stress, the substrate bias during the growth of the silicon oxide film can be controlled. It is also possible to adjust the magnitude of tensile stress and compressive stress.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
を図1を参照して説明する。図1は本実施の形態の半導
体装置の製造方法、特に下層配線上の層間絶縁膜を形成
する工程を順を追って示すプロセスフロー図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a process flow diagram sequentially showing a method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, particularly a step of forming an interlayer insulating film on a lower layer wiring.
【0014】図1(d)に示すように、本実施の形態の
半導体装置は、シリコン基板16上に絶縁膜17が形成
され、その上に下層配線であるアルミニウム配線18
(配線)が形成されている。そして、アルミニウム配線
18の直上のみに圧縮応力を有するプラズマシリコン酸
化膜19(第1の絶縁膜)が形成され、これら配線18
およびプラズマシリコン酸化膜19が、引張応力を有す
るO3 −TEOS酸化膜20(第2の絶縁膜)で埋め込
まれている。そして、表面が平坦化されたO3 −TEO
S酸化膜20上に上層配線(図示略)が設けられてい
る。As shown in FIG. 1D, in the semiconductor device of this embodiment, an insulating film 17 is formed on a silicon substrate 16, and an aluminum wiring 18 which is a lower layer wiring is formed on the insulating film 17.
(Wiring) is formed. Then, the plasma silicon oxide film 19 (first insulating film) having a compressive stress is formed only directly on the aluminum wiring 18, and these wirings 18 are formed.
Also, the plasma silicon oxide film 19 is filled with the O 3 -TEOS oxide film 20 (second insulating film) having tensile stress. Then, the surface of the O 3 -TEO is flattened
An upper wiring (not shown) is provided on the S oxide film 20.
【0015】すなわち、プラズマシリコン酸化膜19と
O3 −TEOS酸化膜20で上層配線〜下層配線間の層
間絶縁膜が構成されているが、これを平面的に見ると、
アルミニウム配線18上の領域とそれ以外の領域でこれ
ら2種類の酸化膜が分かれたような状態となっている。That is, the plasma silicon oxide film 19 and the O 3 -TEOS oxide film 20 form an interlayer insulating film between the upper layer wiring and the lower layer wiring.
These two types of oxide films are divided into a region on the aluminum wiring 18 and a region other than the region.
【0016】次に、上記構成の半導体装置の製造方法に
ついて説明する。まず、図1(a)に示すように、シリ
コン基板16上に形成された絶縁膜17上の全面に、膜
厚0.5μmのアルミニウム膜21(配線層)を形成す
る。ついで、後でこのアルミニウム膜21をエッチング
する際のマスク材となる膜厚1.5μmのプラズマシリ
コン酸化膜19をプラズマCVD法を用いて形成する。
この際、プラズマシリコン酸化膜19の膜厚としては、
パターニング時に用いるレジストパターンがプラズマエ
ッチングに耐え得る膜厚を設定する必要がある。また、
本実施の形態における応力緩和効果を十分に発揮させる
ためには、少なくとも1.0μm程度の膜厚が必要であ
る。以上より、通常の膜厚としては1.0〜2.0μm
程度とすることが望ましい。Next, a method of manufacturing the semiconductor device having the above structure will be described. First, as shown in FIG. 1A, an aluminum film 21 (wiring layer) having a film thickness of 0.5 μm is formed on the entire surface of the insulating film 17 formed on the silicon substrate 16. Then, a plasma silicon oxide film 19 having a film thickness of 1.5 μm, which becomes a mask material when the aluminum film 21 is etched later, is formed by using the plasma CVD method.
At this time, as the film thickness of the plasma silicon oxide film 19,
It is necessary to set the film thickness such that the resist pattern used during patterning can withstand plasma etching. Also,
In order to fully exert the stress relaxation effect in the present embodiment, a film thickness of at least about 1.0 μm is necessary. From the above, the normal film thickness is 1.0 to 2.0 μm.
It is desirable to be about.
【0017】その後、ホトリソグラフィー技術によりレ
ジストパターン22を形成し、これをマスクとしてCF
4 系のガスプラズマ中においてプラズマシリコン酸化膜
19のプラズマエッチングを行い、アルミニウム膜エッ
チング時のマスク材パターン23を形成する。After that, a resist pattern 22 is formed by photolithography, and CF is used as a mask.
Plasma etching of the plasma silicon oxide film 19 is carried out in a 4- system gas plasma to form a mask material pattern 23 during etching of the aluminum film.
【0018】さらに、図1(b)に示すように、レジス
トパターン22を除去した後、マスク材パターン23を
マスクとしたアルミニウム膜21のプラズマエッチング
を行うことにより、アルミニウム配線18を形成する。Further, as shown in FIG. 1B, after removing the resist pattern 22, plasma etching of the aluminum film 21 using the mask material pattern 23 as a mask is performed to form an aluminum wiring 18.
【0019】次に、図1(c)に示すように、O3 −T
EOS雰囲気下での常圧CVD法によりシリコン酸化膜
20を形成し、埋込層24を形成する。この時、O3 −
TEOS酸化膜20の膜厚は、配線18間に形成される
溝25を十分に埋め込むだけの膜厚を設定する必要があ
る。本実施の形態の場合、アルミニウム配線18の膜厚
を0.5μm、マスク材パターン23の膜厚を1.5μ
mとしたことで溝25の深さが2.0μm程度となって
いるため、O3 −TEOS酸化膜20の膜厚を2.5μ
m程度に設定する。また、O3 −TEOS酸化膜20を
用いることにより配線18間の溝25はほぼ完全に埋め
込まれる。Next, as shown in FIG. 1C, O 3 -T
A silicon oxide film 20 is formed by an atmospheric pressure CVD method in an EOS atmosphere, and a buried layer 24 is formed. At this time, O 3 −
The film thickness of the TEOS oxide film 20 needs to be set so as to sufficiently fill the groove 25 formed between the wirings 18. In the case of the present embodiment, the film thickness of the aluminum wiring 18 is 0.5 μm and the film thickness of the mask material pattern 23 is 1.5 μm.
Since the groove 25 has a depth of about 2.0 μm because of the thickness m, the thickness of the O 3 -TEOS oxide film 20 is 2.5 μm.
Set to about m. Further, the groove 25 between the wirings 18 is almost completely filled by using the O 3 -TEOS oxide film 20.
【0020】ついで、図1(d)に示すように、化学的
機械的研磨(Chemical MechanicalPolishing,以下、C
MPと記す)法を用いて、アルミニウム配線18上のO
3 −TEOS酸化膜20の凸部がなくなるまでエッチン
グ除去し、表面の平坦化を図る。この時、配線18上の
O3 −TEOS酸化膜20の膜厚は1.5μm程度と見
積もられるので、少なくともこの分だけ除去すればよい
ことになる。なお、CMP後は、アルミニウム配線18
上のプラズマシリコン酸化膜19が露出してもしなくて
もよい。Then, as shown in FIG. 1D, chemical mechanical polishing (hereinafter, referred to as C).
O) on the aluminum wiring 18 by using the (MP) method.
The surface of the 3- TEOS oxide film 20 is flattened by etching until there is no protrusion. At this time, since the film thickness of the O 3 -TEOS oxide film 20 on the wiring 18 is estimated to be about 1.5 μm, it is necessary to remove at least this amount. After the CMP, the aluminum wiring 18
The upper plasma silicon oxide film 19 may or may not be exposed.
【0021】その後、所定の位置に開孔を設け、上層配
線(図示略)を形成することにより配線間の層間絶縁膜
形成プロセスが完了する。After that, an opening is provided at a predetermined position and an upper layer wiring (not shown) is formed, thereby completing the interlayer insulating film forming process between the wirings.
【0022】本実施の形態の半導体装置の製造方法にお
いては、アルミニウム配線18形成時のマスク材パター
ン23として用いたプラズマシリコン酸化膜19が圧縮
応力を有し、埋込層24として用いたO3 −TEOS酸
化膜20が引張応力を有しているため、双方の応力が打
ち消され、基板全体の応力を緩和することができ、基板
の反りやアルミニウム配線18の断線等の問題を防止す
ることができる。特にO3 −TEOS酸化膜20は、そ
の成長時のガス流量を調節することで引張応力の程度を
調節することができるため、基板全体の応力緩和効果を
最適化することができ、埋込層24として用いるのに好
適である。In the method of manufacturing the semiconductor device of the present embodiment, the plasma silicon oxide film 19 used as the mask material pattern 23 at the time of forming the aluminum wiring 18 has a compressive stress, and the O 3 used as the embedding layer 24 is used. Since the TEOS oxide film 20 has tensile stress, both stresses are canceled out, the stress of the entire substrate can be relaxed, and problems such as substrate warpage and disconnection of the aluminum wiring 18 can be prevented. it can. In particular, since the O 3 -TEOS oxide film 20 can adjust the degree of tensile stress by adjusting the gas flow rate during its growth, the stress relaxation effect of the entire substrate can be optimized, and the buried layer It is suitable for use as 24.
【0023】特に、本方法によれば、圧縮応力を有する
プラズマシリコン酸化膜19が層間膜の膜厚分だけ形成
され、アルミニウム配線の側壁のみにプラズマシリコン
酸化膜を設けた従来の方法に比べて、プラズマシリコン
酸化膜19が占める体積が大きくなるため、従来に比べ
て応力緩和効果が大きくなる、という格別な効果を得る
ことができる。また、プラズマシリコン酸化膜19はア
ルミニウム膜18のエッチング時のマスク材パターン2
3として用いるものであるから、応力緩和の目的だけの
ためにわざわざ形成するものではなく、従来のプロセス
に比べて複雑になることがない合理的な方法とすること
ができる。In particular, according to this method, the plasma silicon oxide film 19 having compressive stress is formed by the thickness of the interlayer film, and compared with the conventional method in which the plasma silicon oxide film is provided only on the side wall of the aluminum wiring. Further, since the volume occupied by the plasma silicon oxide film 19 becomes large, it is possible to obtain a special effect that the stress relaxation effect becomes larger than the conventional one. The plasma silicon oxide film 19 is used as the mask material pattern 2 when the aluminum film 18 is etched.
Since it is used as No. 3, it is not purposely formed only for the purpose of stress relaxation, and it can be a rational method that is not complicated as compared with the conventional process.
【0024】さらに、埋込層24にO3 −TEOS酸化
膜20を用いたことで配線18間の溝25を有効に埋め
込むことができ、ボイドの生じない層間絶縁膜を形成す
ることができる。また、O3 −TEOS酸化膜20形成
後、CMPによる平坦化を行うため、上層配線の形成を
容易に行うことができる。Furthermore, by using the O 3 -TEOS oxide film 20 in the buried layer 24, the groove 25 between the wirings 18 can be effectively buried, and an interlayer insulating film without voids can be formed. Further, since the flattening by CMP is performed after the O 3 -TEOS oxide film 20 is formed, the upper wiring can be easily formed.
【0025】なお、本実施の形態ではマスク材の材料と
してプラズマシリコン酸化膜を用いたが、これに限定さ
れるものではなく、プラズマシリコン窒化膜、プラズマ
シリコンオキシナイトライド膜等、圧縮応力を有する膜
であればよい。また、埋込層の材料としてO3 −TEO
S酸化膜を用いたが、これに代えて、CVD−PSG膜
等、引張応力を有する他の膜を用いることもできる。In this embodiment, the plasma silicon oxide film is used as the material of the mask material. However, the material is not limited to this, and a plasma silicon nitride film, a plasma silicon oxynitride film, or the like has a compressive stress. Any film may be used. Further, as a material for the buried layer, O 3 -TEO is used.
Although the S oxide film is used, other film having a tensile stress such as a CVD-PSG film may be used instead of the S oxide film.
【0026】さらに、マスク材と埋込層の組合せについ
ても本実施の形態に限らず、圧縮応力を有する膜と引張
応力を有する膜の組合せであればよい。なお、この組合
せは基板全体の面積に対する配線部分の占める面積の割
合を考慮に入れて選択する必要がある。このため、場合
によっては、配線領域以外の領域に回路的な接続を持た
ないダミー配線パターンを形成して面積を調節する必要
がある。Furthermore, the combination of the mask material and the burying layer is not limited to the present embodiment, and any combination of a film having a compressive stress and a film having a tensile stress may be used. It is necessary to select this combination in consideration of the ratio of the area occupied by the wiring portion to the area of the entire substrate. Therefore, in some cases, it is necessary to form a dummy wiring pattern having no circuit-like connection in a region other than the wiring region to adjust the area.
【0027】また、本実施の形態のアルミニウム配線の
材料としては、アルミニウム中に銅、シリコン等の不純
物を含むものであってもよい。さらに、チタン等の高融
点金属や高融点金属窒化物を含む積層構造を有する膜で
あってもよい。Further, as a material of the aluminum wiring of the present embodiment, aluminum may contain impurities such as copper and silicon. Further, it may be a film having a laminated structure containing a refractory metal such as titanium or a refractory metal nitride.
【0028】以下、本発明の第2の実施の形態を図2を
参照して説明する。図2は本実施の形態の半導体装置の
製造方法、特に下層配線上の層間絶縁膜を形成する工程
を順を追って示すプロセスフロー図である。本実施の形
態は、配線材料に銅を用いる点、配線形成時のマスク材
として低圧CVD(Low Pressure-CVD,以下、LP−C
VDと記す)法によるシリコン酸化膜を用いる点、埋込
層としてスパッタリングによるシリコン酸化膜を用いる
点、で第1の実施の形態と異なっている。The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 2 is a process flow diagram sequentially showing a method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, particularly a step of forming an interlayer insulating film on a lower wiring. In the present embodiment, copper is used as a wiring material, and low pressure CVD (Low Pressure-CVD, hereinafter, LP-C) is used as a mask material at the time of wiring formation.
This is different from the first embodiment in that a silicon oxide film formed by the VD method) is used and that a silicon oxide film formed by sputtering is used as a buried layer.
【0029】LP−CVD法によるシリコン酸化膜は引
張応力を有し、スパッタリングによるシリコン酸化膜は
圧縮応力を有することが知られている。It is known that the silicon oxide film formed by the LP-CVD method has a tensile stress, and the silicon oxide film formed by sputtering has a compressive stress.
【0030】まず、図2(a)に示すように、シリコン
基板16上に形成された絶縁膜17上の全面に、膜厚
0.5μmのCu(銅)膜27(配線層)を形成する。
なお、Cu膜27は融点が1065〜1083℃程度で
あるため、以降のLP−CVD工程に十分耐え得る耐熱
性を有している。ついで、Cu膜エッチング時のマスク
材となる膜厚1.5μmのシリコン酸化膜28(第1の
絶縁膜)をLP−CVD法により形成する。その後、ホ
トリソグラフィー技術によりレジストパターン22を形
成し、これをマスクとしてLP−CVD酸化膜28のプ
ラズマエッチングを行い、マスク材パターン29を形成
する。First, as shown in FIG. 2A, a Cu (copper) film 27 (wiring layer) having a film thickness of 0.5 μm is formed on the entire surface of the insulating film 17 formed on the silicon substrate 16. .
Since the Cu film 27 has a melting point of about 1065 to 1083 ° C., it has sufficient heat resistance to withstand the subsequent LP-CVD process. Then, a silicon oxide film 28 (first insulating film) having a film thickness of 1.5 μm, which serves as a mask material during etching of the Cu film, is formed by the LP-CVD method. After that, a resist pattern 22 is formed by the photolithography technique, and the LP-CVD oxide film 28 is plasma-etched using this as a mask to form a mask material pattern 29.
【0031】そして、図2(b)に示すように、レジス
トパターン22を除去した後、マスク材パターン29を
マスクとして下層のCu膜27をCl2 ガス中でプラズ
マエッチングすることにより、Cu配線30(配線)を
形成する。Then, as shown in FIG. 2B, after the resist pattern 22 is removed, the lower Cu film 27 is plasma-etched in Cl 2 gas by using the mask material pattern 29 as a mask, whereby the Cu wiring 30 is formed. (Wiring) is formed.
【0032】次に、図2(c)に示すように、スパッタ
リング法を用いてシリコン酸化膜31(第2の絶縁膜)
を形成し、埋込層32とする。スパッタリング法を用い
た場合、基板バイアスを0V→−200V程度まで変化
させることにより、シリコン酸化膜31中の圧縮応力を
徐々に増加させることができる。例えば、基板バイアス
が−200Vのとき、膜応力(圧縮)は約2×10
9 [dyne/cm2]程度の値を取る。そこで、本実施の形態
では基板バイアスを−200Vに設定し、シリコン酸化
膜31の膜厚を2.0μm程度とする。Next, as shown in FIG. 2C, a silicon oxide film 31 (second insulating film) is formed by a sputtering method.
To form a buried layer 32. When the sputtering method is used, the compressive stress in the silicon oxide film 31 can be gradually increased by changing the substrate bias from 0V to -200V. For example, when the substrate bias is −200V, the film stress (compression) is about 2 × 10.
Take a value of about 9 [dyne / cm 2 ]. Therefore, in the present embodiment, the substrate bias is set to -200V, and the film thickness of the silicon oxide film 31 is set to about 2.0 μm.
【0033】以降は第1の実施の形態と同様、図2
(d)に示すように、CMP法によりシリコン酸化膜3
1の凸部を除去し、表面の平坦化を図る。そして、所定
の位置に開孔を設け、上層配線を形成することにより、
配線間の層間絶縁膜形成プロセスが完了する。After that, as in the first embodiment, FIG.
As shown in (d), the silicon oxide film 3 is formed by the CMP method.
The convex portion 1 is removed to flatten the surface. Then, by providing an opening at a predetermined position and forming an upper layer wiring,
The interlayer insulating film forming process between the wirings is completed.
【0034】本実施の形態においては、第1の実施の形
態と同様の効果に加えて、スパッタリング法を用いてシ
リコン酸化膜31を形成する際に適切な基板バイアスを
選択することにより、膜中の圧縮応力を制御して基板全
体の応力緩和効果を最適化することができ、その結果、
基板の反りやCu配線の断線等の問題を防止することが
できる。また、スパッタリング法によるシリコン酸化膜
31を用いたことで埋込性に優れた層間絶縁膜を形成す
ることができる。In the present embodiment, in addition to the same effect as that of the first embodiment, by selecting an appropriate substrate bias when forming the silicon oxide film 31 by using the sputtering method, It is possible to control the compressive stress of the substrate to optimize the stress relaxation effect of the entire substrate, and as a result,
Problems such as warpage of the substrate and disconnection of the Cu wiring can be prevented. Further, by using the silicon oxide film 31 formed by the sputtering method, it is possible to form an interlayer insulating film having an excellent embedding property.
【0035】なお、本実施の形態に用いる配線材料とし
ては、Cuに不純物が含まれていてもよい。As the wiring material used in this embodiment, Cu may contain impurities.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、配線形成時のマスク材パターンとして用いた第
1の絶縁膜が圧縮応力か引張応力のいずれかを有し、埋
込層として用いた第2の絶縁酸化膜がそれと反対の応力
を有しているため、双方の応力が打ち消され、基板全体
の応力を緩和することができ、基板の反りや配線の断線
等の問題を防止することができる。この時、第1の絶縁
膜が層間膜の膜厚分だけ形成され、配線の側壁のみに絶
縁膜を設けた従来の方法に比べて絶縁膜が占める体積が
大きくなるため、従来に比べて十分大きな応力緩和効果
を得ることができる。また、第1の絶縁膜は配線形成の
エッチング時のマスク材パターンとして用いるものであ
るから、応力緩和の目的だけのためにわざわざ形成する
ものではなく、従来のプロセスが複雑になることはな
い。さらに、膜の材料にO3 −TEOS酸化膜やスパッ
タリング法によるシリコン酸化膜を用いた場合、成膜条
件を制御することで膜中の応力を自由に調節でき、基板
全体の応力緩和に対して最適化を図ることができる。As described above in detail, according to the present invention, the first insulating film used as the mask material pattern at the time of forming the wiring has either compressive stress or tensile stress and is buried. Since the second insulating oxide film used as a layer has a stress opposite to that, both stresses are canceled out and the stress of the entire substrate can be relieved, causing problems such as substrate warpage and wiring disconnection. Can be prevented. At this time, the first insulating film is formed by the thickness of the interlayer film, and the insulating film occupies a larger volume than the conventional method in which the insulating film is provided only on the side wall of the wiring. A large stress relaxation effect can be obtained. Further, since the first insulating film is used as a mask material pattern at the time of etching for wiring formation, it is not purposely formed only for the purpose of stress relaxation, and the conventional process does not become complicated. Furthermore, when an O 3 -TEOS oxide film or a silicon oxide film formed by a sputtering method is used as the material of the film, the stress in the film can be freely adjusted by controlling the film formation conditions, and the stress relaxation of the entire substrate Optimization can be achieved.
【図1】本発明の第1の実施の形態である半導体装置の
製造工程(層間絶縁膜形成工程の部分)を示すプロセス
フロー図である。FIG. 1 is a process flow chart showing a manufacturing process (interlayer insulating film forming process) of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施の形態である半導体装置の
製造工程(層間絶縁膜形成工程の部分)を示すプロセス
フロー図である。FIG. 2 is a process flow diagram showing manufacturing steps (interlayer insulating film forming step) of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
【図3】従来一般の層間絶縁膜形成工程を示すプロセス
フロー図である。FIG. 3 is a process flow chart showing a conventional general interlayer insulating film forming step.
【図4】配線側壁に絶縁膜を設けた従来の層間絶縁膜形
成工程を示すプロセスフロー図である。FIG. 4 is a process flow chart showing a conventional interlayer insulating film forming step in which an insulating film is provided on a wiring side wall.
16 シリコン基板 17 絶縁膜 18 アルミニウム配線(配線) 19 プラズマシリコン酸化膜(第1の絶縁膜) 20 O3 −TEOS酸化膜(第2の絶縁膜) 21 アルミニウム膜(配線層) 22 レジストパターン 23,29 マスク材パターン 24,32 埋込層 25 溝 27 Cu膜(配線層) 28 LP−CVD酸化膜(第1の絶縁膜) 30 Cu配線(配線) 31 スパッタリング法によるシリコン酸化膜(第2の
絶縁膜)16 silicon substrate 17 insulating film 18 aluminum wiring (wiring) 19 plasma silicon oxide film (first insulating film) 20 O 3 -TEOS oxide film (second insulating film) 21 aluminum film (wiring layer) 22 resist pattern 23, 29 Mask Material Pattern 24, 32 Buried Layer 25 Groove 27 Cu Film (Wiring Layer) 28 LP-CVD Oxide Film (First Insulating Film) 30 Cu Wiring (Wiring) 31 Silicon Oxide Film by Sputtering Method (Second Insulation) film)
Claims (6)
いずれかの応力を有する第1の絶縁膜が形成され、これ
ら配線および第1の絶縁膜が前記応力と反対の応力を有
する第2の絶縁膜で埋め込まれたことを特徴とする半導
体装置。1. A first insulating film having a compressive stress or a tensile stress is formed immediately above a wiring, and the wiring and the first insulating film have a second stress having a stress opposite to the stress. A semiconductor device characterized by being filled with an insulating film.
圧縮応力または引張応力のいずれかの応力を有する第1
の絶縁膜からなるマスク材パターンを形成する工程と、
該マスク材パターンをマスクとして前記配線層をエッチ
ングすることにより配線を形成する工程と、前記マスク
材パターンを残した状態で前記応力と反対の応力を有す
る第2の絶縁膜を形成することにより前記配線とマスク
材パターンを埋め込む埋込層を形成する工程、を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。2. A step of forming a wiring layer, and a first step of applying a compressive stress or a tensile stress on the wiring layer.
A step of forming a mask material pattern made of the insulating film of
A step of forming a wiring by etching the wiring layer using the mask material pattern as a mask; and a step of forming a second insulating film having a stress opposite to the stress with the mask material pattern left. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a buried layer in which wiring and a mask material pattern are embedded.
において、 前記第2の絶縁膜からなる埋込層を形成した後、該埋込
層の表面を平坦化することを特徴とする半導体装置の製
造方法。3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein after the buried layer made of the second insulating film is formed, the surface of the buried layer is flattened. Device manufacturing method.
製造方法において、 前記圧縮応力を有する絶縁膜として、プラズマCVD法
により形成するシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜ま
たはシリコンオキシナイトライド膜を用い、前記引張応
力を有する絶縁膜として低圧CVD法により形成するシ
リコン酸化膜を用いることを特徴とする半導体装置の製
造方法。4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film formed by a plasma CVD method is used as the insulating film having the compressive stress. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a silicon oxide film formed by a low pressure CVD method is used as the insulating film having the tensile stress.
製造方法において、 前記引張応力を有する絶縁膜としてオゾン−テトラエト
キシシラン雰囲気下での常圧CVD法により形成するシ
リコン酸化膜を用い、該シリコン酸化膜成長時のガス流
量を制御することにより引張応力の大きさを調節するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein a silicon oxide film formed by an atmospheric pressure CVD method in an ozone-tetraethoxysilane atmosphere is used as the insulating film having the tensile stress, A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the magnitude of tensile stress is adjusted by controlling the gas flow rate during the growth of the silicon oxide film.
製造方法において、 前記圧縮応力を有する絶縁膜としてスパッタリング法に
より形成するシリコン酸化膜を用い、該シリコン酸化膜
成長時の基板バイアスを制御することにより圧縮応力の
大きさを調節することを特徴とする半導体装置の製造方
法。6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein a silicon oxide film formed by a sputtering method is used as the insulating film having the compressive stress, and a substrate bias during growth of the silicon oxide film is controlled. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the magnitude of the compressive stress is adjusted by performing the above.
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