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JP3481060B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP3481060B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JP3481060B2
JP3481060B2 JP31283596A JP31283596A JP3481060B2 JP 3481060 B2 JP3481060 B2 JP 3481060B2 JP 31283596 A JP31283596 A JP 31283596A JP 31283596 A JP31283596 A JP 31283596A JP 3481060 B2 JP3481060 B2 JP 3481060B2
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etching
film
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和典 伊藤
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は多層金属配線を有す
る半導体装置とその製造方法に関し、特に平坦化された
層間絶縁膜を介して上下の金属配線層が接続される多層
配線をもつ半導体装置とそ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 semiconductor device having multi-layered metal wiring and a method of manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device having multi-layered wiring in which upper and lower metal wiring layers are connected via a flattened interlayer insulating film. The present invention relates to a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の配線部分は、近年、微細化
が進み、多層構造になってきている。多層配線構造にお
いては、配線のライン・アンド・スペ−スや接続孔の径
の微細化を実現するために、層間絶縁膜の平坦化が重要
な技術課題となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, the wiring portion of a semiconductor device has become multi-layered due to miniaturization. In a multilayer wiring structure, flattening of an interlayer insulating film is an important technical issue in order to realize a finer line and space of wiring and a diameter of a connection hole.

【0003】近年、平坦化にはCMP(Chemical Mecha
nical Polishing:化学機械研磨)技術を用いることが
多くなり、その平坦性は更に向上している。平坦性の向
上に伴い、配線間を接続する接続孔の深さ、すなわち層
間絶縁膜の膜厚が接続孔の形成される場所間で大きな差
を生じ、最大で2倍を越えることもある。このような、
層間絶縁膜の膜厚の異なる場所に接続孔をドライエッチ
ングにより形成する際には、膜厚の厚い層間絶縁膜に合
わせた条件でエッチングをする必要がある。このとき、
膜厚の薄い場所に配置された接続孔は極端なオーバーエ
ッチングを受け、下地配線に大きなエッチングダメージ
を与える。
In recent years, CMP (Chemical Mecha
Nical Polishing (Chemical Mechanical Polishing) technology is often used, and its flatness is further improved. With the improvement of the flatness, the depth of the connection hole connecting the wirings, that is, the film thickness of the interlayer insulating film causes a large difference between the places where the connection hole is formed, and sometimes exceeds the maximum. like this,
When forming a contact hole by dry etching in a place where the film thickness of the interlayer insulating film is different, it is necessary to perform etching under the condition matched with the thick interlayer insulating film. At this time,
The contact hole arranged in a place where the film thickness is thin is subjected to extreme over-etching, and causes large etching damage to the underlying wiring.

【0004】この様子を図1を用いて説明する。この問
題は、微細接続孔105,108と大面積のボンディン
グパッド部109を同時に形成するときに発生する。す
なわち、第1層目の層間絶縁膜101上に第1層目の金
属配線103が形成され、その金属配線103は層間絶
縁膜101の接続孔102を介して下地の基板と電気的
に接続されている。その金属配線103上に第2層目の
層間絶縁膜104を形成し、小さいサイズの第2の接続
孔105と大きなサイズのボンディングパッド部109
を同時に開孔する。さらに上層には、第2層目の金属配
線層106を介して第3層目の層間絶縁膜107を形成
し、小さいサイズの第3の接続孔108とサイズの大き
いボンディングパッド部109を同時に開孔する。
This situation will be described with reference to FIG. This problem occurs when the fine connection holes 105 and 108 and the large-area bonding pad portion 109 are simultaneously formed. That is, the first-layer metal wiring 103 is formed on the first-layer interlayer insulating film 101, and the metal wiring 103 is electrically connected to the underlying substrate through the connection hole 102 of the interlayer insulating film 101. ing. A second-layer interlayer insulating film 104 is formed on the metal wiring 103, and a small-sized second connection hole 105 and a large-sized bonding pad portion 109 are formed.
At the same time. Further, on the upper layer, a third-layer interlayer insulating film 107 is formed via a second-layer metal wiring layer 106, and a small-sized third connection hole 108 and a large-sized bonding pad portion 109 are simultaneously opened. Make a hole.

【0005】このような形成プロセスの中で、第2層目
の層間絶縁膜104と第3層目の層間絶縁膜107を、
CMPを用いない従来の塗布膜SOG(Spin On Glas
s:スピン・オン・ガラス)エッチバックプロセスを用
いて形成する場合には、大きなサイズのボンディングパ
ッド部では層間絶縁膜の表面が落ち込むため、微細ホー
ル部とボンディングパッド部での層間絶縁膜の膜厚に大
きな差を生じなかった。そのため、各接続孔105,1
08をエッチングするときの下地金属配線に対するオー
バーエッチングによるダメージは問題にはならなかっ
た。しかしながら、CMPを用いて各層間絶縁膜の更な
る平坦化を行なった場合、以下の問題が生じてきた。
In such a forming process, the second interlayer insulating film 104 and the third interlayer insulating film 107 are
Conventional coating film SOG (Spin On Glas) that does not use CMP
s: Spin-on-glass) When formed using an etch-back process, the surface of the interlayer insulating film falls in the large-sized bonding pad part, so the film of the interlayer insulating film in the fine hole part and the bonding pad part There was no significant difference in thickness. Therefore, each connection hole 105, 1
The damage due to over-etching on the underlying metal wiring when etching 08 was not a problem. However, when the planarization of each interlayer insulating film is further performed using CMP, the following problems have occurred.

【0006】熱処理のリフローで平坦化された第1層目
の層間絶縁膜101とCMPにより平坦化された第2層
目の層間絶縁膜104にそれぞれ第1の微細接続孔10
2と第2の微細接続孔105を形成し、第2層目の金属
配線層106とCMPにより平坦化した第3層目の層間
絶縁膜107を形成した後に第3の微細接続孔108と
ボンディングパッド部の開口109を同時にエッチング
で開孔したとき、第3の微細接続孔108で第2層目の
金属配線層106にオーバーエッチングによる著しいエ
ッチングダメージが生じる。この原因は、微細接続部1
08の層間絶縁膜107の膜厚aがパッド部の層間絶縁
膜107の膜厚bより著しく薄いため、第3の微細接続
部108は極端なオーバーエッチングを受けるためであ
る。
The first fine connection holes 10 are formed in the first-layer interlayer insulating film 101 planarized by heat treatment reflow and in the second-layer interlayer insulating film 104 planarized by CMP, respectively.
2 and the second fine connection hole 105 are formed, the second layer metal wiring layer 106 and the third-layer interlayer insulating film 107 flattened by CMP are formed, and then the third fine connection hole 108 and the bonding are performed. When the opening 109 of the pad portion is simultaneously opened by etching, the second fine metal interconnection layer 108 causes significant etching damage due to overetching in the second metal wiring layer 106. The cause of this is the fine connection part 1.
This is because the thickness a of the interlayer insulating film 107 of No. 08 is significantly smaller than the thickness b of the interlayer insulating film 107 of the pad portion, so that the third fine connection portion 108 undergoes extreme over-etching.

【0007】このような層間絶縁膜の膜厚の違いに基づ
く問題を解決するために、種々の方法が提案されてい
る。 (1)第1の方法は、第1層目の金属配線層と電気的に
接続するために開孔された第1の接続孔の上に第2層目
の配線層を形成し、その第2層目の配線層上にさらに第
2の接続孔の上に第3層目の配線層を形成する方法に関
し、下層の第1の接続孔上に重ねて第2の接続孔を配置
する場合、第1の接続孔内に形成された第2層目の配線
層の窪みと配線間のスペース部を埋めるように第1の酸
化シリコン系の層間膜を形成し、エッチバックする。こ
のとき、配線間のスペース部と第1の接続孔内に形成さ
れた第2層目の配線層の窪みは酸化シリコン膜で埋ま
り、第2層目の配線層の表面の一部が露出する。その
後、全面に窒化シリコン膜を形成し、さらに酸化シリコ
ン膜を積層して第2の層間膜とする。第1の接続孔上に
重ねて第2の接続孔を配置する際、窒化シリコン膜をエ
ッチングストッパとして作用させることでアスペクト比
の小さいエッチングが可能になる。さらに、この窒化シ
リコン膜をエッチングし、接続孔内の第2層目の配線層
の表面の一部を露出させ、第3の配線層を形成する(特
開平3−245531号公報参照)。その方法によれ
ば、接続孔内の配線層上の層間膜厚がいずれにおいても
等しくなり、第2の接続孔エッチング時のオーバーエッ
チングの場所依存性がなくなる。
Various methods have been proposed in order to solve the problem due to the difference in the film thickness of the interlayer insulating film. (1) In the first method, a second wiring layer is formed on a first connection hole opened to electrically connect to the first metal wiring layer, and the first wiring hole is formed. Regarding a method for forming a third wiring layer on a second connection hole on a second wiring layer, in the case of arranging a second connection hole on a lower first connection hole First, a first silicon oxide-based interlayer film is formed so as to fill the recess of the second wiring layer formed in the first connection hole and the space portion between the wirings, and is etched back. At this time, the space between the wirings and the recess of the second wiring layer formed in the first connection hole are filled with the silicon oxide film, and a part of the surface of the second wiring layer is exposed. . After that, a silicon nitride film is formed over the entire surface, and a silicon oxide film is further stacked to form a second interlayer film. When the second connection hole is arranged so as to overlap the first connection hole, the silicon nitride film acts as an etching stopper to enable etching with a small aspect ratio. Further, this silicon nitride film is etched to expose a part of the surface of the second wiring layer in the connection hole to form a third wiring layer (see Japanese Patent Laid-Open No. 3-245531). According to this method, the interlayer film thickness on the wiring layer in the connection hole becomes equal in all cases, and the location dependence of overetching at the time of etching the second connection hole is eliminated.

【0008】(2)第2の方法は、微細化されたポリシ
リコンのゲート電極上にシリコン基板と金属配線層とを
接続する微細な接続孔を形成する際、アライメントずれ
により配線間や配線と基板間のショートを防止するため
に、エッチング選択性の異なる絶縁膜を積層した層間絶
縁膜を用いる(特開平3−78227号公報、特開平3
−187220号公報、特開平5−243520号公
報、特開平6−151352号公報、特開平7−221
194号公報参照)。その技術はSAC(Self Align C
ontact)と呼ばれる技術であり、エッチング選択性を有
する材料として酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層
膜をシリコン基板と第1層目の金属配線間の層間絶縁膜
として用いている。
(2) In the second method, when a fine connection hole for connecting the silicon substrate and the metal wiring layer is formed on the gate electrode of the miniaturized polysilicon, a gap between the wirings or a wiring is formed due to misalignment. In order to prevent a short circuit between the substrates, an interlayer insulating film in which insulating films having different etching selectivity are laminated is used (Japanese Patent Laid-Open No. 3-78227, Japanese Patent Laid-Open No. 3-78227).
-187220, JP-A-5-243520, JP-A-6-151352, JP-A-7-221
194). The technology is SAC (Self Align C
In this technique, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is used as a material having etching selectivity as an interlayer insulating film between the silicon substrate and the first-layer metal wiring.

【0009】(3)第3の方法は、シリコン基板上に形
成された第1層目の層間絶縁膜にエッチング選択性の異
なる窒化シリコン膜等のエッチングストッパーを配置す
ることにより、コンタクトホールエッチング時の下地シ
リコン基板に対してエッチングダメージを与えないよう
にする(特開昭62−185375号公報、特開平2−
239625号公報、特開平4−30572号公報、特
開平4−317357号公報、特開平5−13434号
公報参照)。
(3) A third method is to dispose an etching stopper such as a silicon nitride film having a different etching selectivity on the first-layer interlayer insulating film formed on a silicon substrate during contact hole etching. No etching damage to the underlying silicon substrate of JP-A-62-185375, JP-A-2-
239625, JP 4-30572 A, JP 4-317357 A, JP 5-13434 A).

【0010】一方、CMP技術を用いた例としては、窒
化シリコン膜と酸化シリコン膜の積層膜を配線間の層間
絶縁膜に使用し、窒化シリコン膜を層間絶縁膜のCMP
による研磨の研磨ストッパーとして使用する方法が提案
されている(特開平5−226334号公報)。
On the other hand, as an example using the CMP technique, a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film is used as an interlayer insulating film between wirings, and a silicon nitride film is used as the CMP of the interlayer insulating film.
A method of using it as a polishing stopper for polishing has been proposed (JP-A-5-226334).

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】第1の方法によれば、
第2の接続孔内の配線層の表面の一部だけしか露出させ
ることができないので、上層の配線との接触面積が小さ
くなって接触抵抗が大きくなる。その結果、その部分で
電流密度が上昇し、接続孔のエレクトロマイグレーショ
ン等が起こって信頼性に問題が生じる。
According to the first method,
Since only a part of the surface of the wiring layer in the second connection hole can be exposed, the contact area with the wiring in the upper layer is reduced and the contact resistance is increased. As a result, the current density increases at that portion, and electromigration of the connection hole occurs, causing a problem in reliability.

【0012】第2の方法のSAC技術や第3の方法は、
酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜をシリコン基
板と第1層目の金属配線間の層間絶縁膜として用いる方
法であり、本発明が対象とするような金属配線間の層間
絶縁膜に関するものではない。
The SAC technique of the second method and the third method are
This is a method of using a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film as an interlayer insulating film between a silicon substrate and a first-layer metal wiring, and does not relate to an interlayer insulating film between metal wirings which is the object of the present invention. Absent.

【0013】CMP技術で窒化シリコン膜を研磨ストッ
パーとして使用する方法は、CMPにより平坦化された
金属配線間の層間絶縁膜に形成されるボンディングパッ
ドのような大面積の接続孔と微細接続孔の間で問題とな
る層間絶縁膜の膜厚差によるエッチングの不具合を解決
するものでもない。その方法は、窒化シリコン膜による
研磨ストップの特性がパターン化され配置されている配
線の粗密や面積に大きく左右され、再現性に乏しい。ま
た、本発明が対象とするような多層配線に窒化シリコン
膜をCMPの研磨ストッパーとして用いた場合、ボンデ
ィングパッドのような大面積に開孔された接続孔では効
果的に作用しないばかりでなく、接続孔エッチング時の
下地金属配線に対するダメージの不具合を全く解決でき
ない。本発明は、多層配線を形成する際の微細接続孔と
ボンディングパッドの様な大きな開口との間で生じる平
坦化された層間絶縁膜の膜厚差に基づくオーバーエッチ
ングを解決することを目的とするものである。
A method of using a silicon nitride film as a polishing stopper in the CMP technique is to form a large-area connecting hole and a fine connecting hole such as a bonding pad formed in an interlayer insulating film between metal wirings flattened by CMP. It does not solve the problem of etching caused by the difference in film thickness of the interlayer insulating film between the two. This method is poor in reproducibility because the characteristics of the polishing stop by the silicon nitride film are greatly affected by the density and area of the patterned wiring. Further, when a silicon nitride film is used as a polishing stopper for CMP in a multi-layered wiring which is the subject of the present invention, not only does it not work effectively with a connection hole having a large area such as a bonding pad, The problem of damage to the underlying metal wiring during etching of contact holes cannot be solved at all. It is an object of the present invention to solve overetching caused by a difference in film thickness of a planarized interlayer insulating film, which occurs between a fine connection hole and a large opening such as a bonding pad when forming a multilayer wiring. It is a thing.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体素子が形成された半導体基板上に平坦化された第
1層目の層間絶縁膜が形成され、その第1層目の層間絶
縁膜を介して第1の接続孔で電気的接続される第1層目
の金属配線層が形成され、その上に平坦化された第2層
目の層間絶縁膜が形成され、その第2層目の層間絶縁膜
を介して第2の接続孔で電気的接続される第2層目の金
属配線層が形成され、さらにその上に平坦化された第3
層目の層間絶縁膜が形成され、その層間絶縁膜を介して
接続孔で電気的接続される第3層目の金属配線層が形成
され、又はさらに層間絶縁膜及び金属配線層が積層され
て多層配線が形成されている半導体装置であり、第3層
目又はそれより上層の層間絶縁膜は、3層構造の絶縁膜
にてなり、第1層目の絶縁膜と第2層目の絶縁膜とは同
じエッチング剤に対するエッチング特性が互いに異なる
ものであり、かつ両絶縁膜は場所によらず均一な膜厚に
形成されており、第2層目の絶縁膜と第3層目の絶縁膜
とは同じエッチング剤に対するエッチング特性が互いに
異なるものであり、第3層目の絶縁膜の表面が平坦化さ
れているものである。
The semiconductor device of the present invention comprises:
A flattened first-layer interlayer insulating film is formed on a semiconductor substrate on which a semiconductor element is formed, and is electrically connected through a first connection hole through the first-layer interlayer insulating film. A first metal wiring layer is formed, a flattened second-layer interlayer insulating film is formed on the first metal wiring layer, and an electrical connection is made in the second connection hole through the second-layer interlayer insulating film. A second metal wiring layer to be connected is formed, and a flattened third metal wiring layer is formed on the second metal wiring layer.
An interlayer insulating film of a layer is formed, and a metal wiring layer of a third layer is formed, which is electrically connected through a connection hole through the interlayer insulating film, or an interlayer insulating film and a metal wiring layer are further laminated. In a semiconductor device in which multi-layer wiring is formed, an interlayer insulating film of a third layer or an upper layer is an insulating film having a three-layer structure, and the insulating film of the first layer and the insulating film of the second layer are formed. The film has etching characteristics different from each other with respect to the same etching agent, and both insulating films are formed to have a uniform film thickness irrespective of a place , and the second insulating film and the third insulating film are formed. Means that the etching characteristics with respect to the same etching agent are different from each other, and the surface of the third insulating film is flattened.

【0015】3層構造の絶縁膜の具体的な例としては、
第1層目と第3層目の絶縁膜が酸化シリコン膜であり、
第2層目の絶縁膜が窒化シリコン膜であるものを挙げる
ことができる。本発明が適用される半導体装置は、例え
ば、3層構造の絶縁膜に形成された接続孔が微細接続孔
とボンディングパッド部を含んでいる。
A specific example of the three-layer insulating film is as follows.
The insulating films of the first layer and the third layer are silicon oxide films,
The second insulating film may be a silicon nitride film. In a semiconductor device to which the present invention is applied, for example, a connection hole formed in an insulating film having a three-layer structure includes a fine connection hole and a bonding pad portion.

【0016】 本発明の製造方法は、半導体素子が形成
された半導体基板上に平坦化された第1層目の層間絶縁
膜を形成し、その第1層目の層間絶縁膜を介して第1の
接続孔で電気的接続される第1層目の金属配線層を形成
し、その上に平坦化された第2層目の層間絶縁膜を形成
し、その第2層目の層間絶縁膜を介して第2の接続孔で
電気的接続される第2層目の金属配線層を形成し、さら
にその上に平坦化された第3層目の層間絶縁膜を形成し
てその層間絶縁膜を介して接続孔で電気的接続される第
3層目の金属配線層を形成し、又はさらに層間絶縁膜及
び金属配線層を積層して多層配線を形成する工程を含む
半導体装置の製造方法であり、第3層目又はそれより上
層の層間絶縁膜は3層構造の絶縁膜にてなり、第1層目
の絶縁膜と第2層目の絶縁膜はドライエッチングの同じ
エッチング剤に対するエッチング特性が互いに異なって
おり、かつ両絶縁膜を場所によらず均一な膜厚に形成
し、第3層目の絶縁膜は第2層目の絶縁膜に対してドラ
イエッチングの同じエッチング剤に対するエッチング特
性が異なるものを選択し、かつ第3層目の絶縁膜の表面
を平坦化し、第3層目の絶縁膜のエッチンングの際に
は、第3層目の絶縁膜のエッチレートが第2層目の絶縁
膜のエッチレートよりも大きくなるようにエッチンング
条件を設定し、第2層目の絶縁膜のエッチンングの際に
は、第2層目の絶縁膜のエッチレートが第1層目の絶縁
膜のエッチレートよりも大きくなるようにエッチンング
条件を設定する。
According to the manufacturing method of the present invention, a flattened first-layer interlayer insulating film is formed on a semiconductor substrate on which a semiconductor element is formed, and the first interlayer insulating film is interposed. Forming a first layer metal wiring layer electrically connected through the connection hole, forming a flattened second layer interlayer insulating film thereon, and forming a second layer interlayer insulating film. A second metal wiring layer electrically connected through the second connection hole is formed, and a flattened third interlayer insulating film is formed on the second metal wiring layer to form the interlayer insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device, which includes the step of forming a third metal wiring layer electrically connected through a connection hole via the step of forming a third layer metal wiring layer or further laminating an interlayer insulating film and a metal wiring layer to form a multilayer wiring. The third or upper interlayer insulating film is an insulating film having a three-layer structure, and the first insulating film and the second insulating film are Have different etching characteristics with respect to the same etching agent in dry etching, and both insulating films are formed to have a uniform film thickness regardless of location, and the third insulating film is the second insulating film. For the film, dry etching having different etching characteristics with respect to the same etching agent is selected, and the surface of the third-layer insulating film is flattened. The etching conditions are set so that the etch rate of the second insulating film is higher than the etch rate of the second insulating film, and when the second insulating film is etched, the second insulating film is etched. Etching conditions are set so that the etching rate of the insulating film is higher than the etching rate of the first insulating film.

【0017】本発明の製造方法がより有効に適用される
のは、3層構造の絶縁膜は、そのエッチングの際には表
面の平坦性が0.3μm以下である場合である。そのよ
うな表面平坦性をもつ3層構造の絶縁膜は、例えばその
平坦化にCMP法を用いて平坦化することができる。3
層構造の絶縁膜の好ましい例は、第1層目と第3層目の
絶縁膜として酸化シリコン膜を用い、第2層目の絶縁膜
として窒化シリコン膜を用いたものである。
The manufacturing method of the present invention is more effectively applied to the case where the insulating film having a three-layer structure has a surface flatness of 0.3 μm or less during etching. The three-layer insulating film having such surface flatness can be flattened by using, for example, the CMP method for the flattening. Three
A preferred example of the insulating film having a layered structure is that a silicon oxide film is used as the first and third insulating films and a silicon nitride film is used as the second insulating film.

【0018】第3層目の絶縁膜は厚さが場所により著し
く異なる。第3層目の絶縁膜をエッチングするときに
は、浅いホールにおいては第2層目の絶縁膜にオーバー
エッチングが過剰に加わるので、第2層目の絶縁膜はあ
る程度の厚みを要する。その第2層目の絶縁膜として窒
化シリコン膜を用いる場合は、金属配線上に厚い窒化シ
リコン膜を形成すれば、クラックが発生するおそれが生
じる。そこで、第2層目の絶縁膜と金属配線との間に第
1層目の絶縁膜として酸化シリコン膜を形成することに
より、クラックの発生を防止することができる。
The thickness of the third insulating film varies remarkably depending on the location. When the third-layer insulating film is etched, the second-layer insulating film needs to have a certain thickness because excessive etching is applied to the second-layer insulating film in shallow holes. When a silicon nitride film is used as the second-layer insulating film, cracks may occur if a thick silicon nitride film is formed on the metal wiring. Therefore, by forming a silicon oxide film as the first insulating film between the second insulating film and the metal wiring, it is possible to prevent the occurrence of cracks.

【0019】[0019]

【実施例】次に、図2により一実施例を説明する。 (A)下地200は例えばシリコン基板に半導体素子が
形成されたものである。下地200上に第1層目の層間
絶縁膜201を形成する。層間絶縁膜201はTEOS
(Tetraethylorthosilicate)とO3を原料としたCVD
法により形成されるBPSG(Borophosphosilicate gl
ass)膜と上層のNSG(SiO2)膜の積層膜であっ
て、熱処理のリフローで平坦化された厚さが800nm
の第1層目の層間絶縁膜である。層間絶縁膜201には
ドライエッチングによりホール径が0.35μmの第1
の微細接続孔202をあける。
EXAMPLE Next, one example will be described with reference to FIG. (A) The base 200 is, for example, a semiconductor element formed on a silicon substrate. A first interlayer insulating film 201 is formed on the base 200. The interlayer insulating film 201 is TEOS
CVD using (Tetraethylorthosilicate) and O 3 as raw materials
Formed by BPSG (Borophosphosilicate gl)
ass) film and an upper NSG (SiO 2 ) film having a thickness of 800 nm which is flattened by heat treatment reflow.
Is a first-layer interlayer insulating film. The inter-layer insulation film 201 is formed by dry etching with a first hole diameter of 0.35 μm.
The fine connection hole 202 is opened.

【0020】層間絶縁膜201上にアルミニウム系の金
属層を形成し、その表面にTiN膜を積層した第1層目
の金属配線層を形成し、ホトリソグラフィとエッチング
により第1層目の金属配線203を形成する。金属配線
203は配線部分の幅が0.4μmであり、ボンディン
グパッド部210では100μm角の大きさにパターン
化する。
An aluminum-based metal layer is formed on the interlayer insulating film 201, and a first metal wiring layer is formed by laminating a TiN film on the surface of the aluminum metal layer. The first metal wiring layer is formed by photolithography and etching. Form 203. The width of the wiring portion of the metal wiring 203 is 0.4 μm, and the bonding pad portion 210 is patterned into a size of 100 μm square.

【0021】金属配線203上からTEOSを原料とし
たプラズマCVD法により厚さが2.0μmのNSG膜
を堆積し、CMP法により0.7μm研磨して厚さが1.
3μmの第2層目の層間絶縁膜204を形成する。この
ときの表面平坦性を測定した結果、0.3μmであっ
た。
A 2.0 μm thick NSG film is deposited on the metal wiring 203 by a plasma CVD method using TEOS as a raw material, and a 0.7 μm thick film is polished by a CMP method to a thickness of 1.
A second interlayer insulating film 204 of 3 μm is formed. As a result of measuring the surface flatness at this time, it was 0.3 μm.

【0022】層間絶縁膜204上にホトリソグラフィに
よりレジストパターンを形成し、それをマスクとしてC
F系のガスを用いたマグネトロン方式のRIEでエッチ
ングを施し、直径が0.4μmの第2の微細接続孔20
5と、80μm角のボンディングパッド部の開口210
とを同時に形成する。
A resist pattern is formed on the interlayer insulating film 204 by photolithography, and C is used as a mask.
The second fine connection hole 20 having a diameter of 0.4 μm is formed by etching by magnetron RIE using F type gas.
5 and an opening 210 of a bonding pad portion of 80 μm square
And are formed at the same time.

【0023】(B)第2層目の金属配線層206を形成
し、ホトリソグラフィとエッチングによりパターン化を
施す。金属配線層206は第1層目の金属配線層203
に接続された配線層であり、配線部分では幅が0.4μ
mにパターン化し、ボンディングパッド部210では1
00μm角にパターン化する。金属配線層206はAl
系の金属配線であって、表面にTiN膜を積層したもの
である。ボンディングパッド部210では第1層目の金
属配線層203と第2層目の金属配線層206とが80
μm角全面で接しており、接触抵抗は小さい。
(B) A second metal wiring layer 206 is formed and patterned by photolithography and etching. The metal wiring layer 206 is the first metal wiring layer 203.
Is a wiring layer connected to, and the width of the wiring part is 0.4μ.
m in the bonding pad 210
It is patterned into 00 μm square. The metal wiring layer 206 is Al
It is a metal wiring of a system and has a TiN film laminated on the surface. In the bonding pad portion 210, the first metal wiring layer 203 and the second metal wiring layer 206 are
They are in contact with each other on the entire μm square, and the contact resistance is small.

【0024】金属配線層206上から3層構造の層間絶
縁膜を第3層目の層間絶縁膜207として形成する。層
間絶縁膜207の第1層目の膜207aはTEOSを原
料としたプラズマCVD法で製膜された厚さが300n
mのNSG膜である。このNSG膜207aはパッド部
210の接続孔内でステップカバレージ特性に優れてい
るため、その膜厚は幅が0.4μmの第2層目の金属配
線層206上とパッド部210底部の金属配線層206
上とで等しくなる。
An interlayer insulating film having a three-layer structure is formed as a third interlayer insulating film 207 on the metal wiring layer 206. The first layer film 207a of the interlayer insulating film 207 has a thickness of 300 n formed by the plasma CVD method using TEOS as a raw material.
m NSG film. Since this NSG film 207a has excellent step coverage characteristics in the connection hole of the pad portion 210, the thickness of the NSG film 207a is 0.4 μm on the second metal wiring layer 206 and on the bottom of the pad portion 210. Layer 206
Equal to above.

【0025】NSG膜207a上にSiH4とNH3ガス
を原料としたプラズマCVD法により厚さが100nm
の窒化シリコン膜207bを堆積する。窒化シリコン膜
207bもNSG膜と同様にパッド部210の接続孔内
でステップカバレージ特性に優れているため、その膜厚
は幅が0.4μmの第2層目の金属配線層206上とパ
ッド部210底部の金属配線層206上とで等しくな
る。
A thickness of 100 nm was formed on the NSG film 207a by a plasma CVD method using SiH 4 and NH 3 gas as raw materials.
Of silicon nitride film 207b is deposited. Like the NSG film, the silicon nitride film 207b also has excellent step coverage characteristics in the connection hole of the pad portion 210. Therefore, the thickness of the silicon nitride film 207b is 0.4 μm on the second metal wiring layer 206 and the pad portion. 210 is equal to the bottom metal wiring layer 206.

【0026】さらにその窒化シリコン膜207b上に、
NSG膜207aと同様の方法により厚さが1.6μm
のNSG膜207aを堆積する。このように3層構成か
らなる層間絶縁膜207を形成した後、CMPによりN
SG膜207cのみを0.5μm研磨する。このように
して形成された層間絶縁膜207の表面性は0.3μm
以内であった。
Further, on the silicon nitride film 207b,
The thickness is 1.6 μm by the same method as the NSG film 207a.
Of NSG film 207a is deposited. After the interlayer insulating film 207 having a three-layer structure is formed in this way, NMP is performed by CMP.
Only the SG film 207c is polished by 0.5 μm. The surface property of the interlayer insulating film 207 thus formed is 0.3 μm.
It was within.

【0027】(C)この状態で、通常のホトリソグラフ
ィーを行ない、ホール径が0.4μmの開口と、ボンデ
ィングパッド部210にはパッド部用の大きなサイズの
開口を持つレジストパターン208を形成する。そのレ
ジストパターン208をマスクとして3層構成の層間絶
縁膜207をエッチングするのであるが、NSG膜20
7a,207cと、窒化シリコン膜207bとはドライ
エッチングのエッチング剤に対してエッチング特性が異
なっている。そこで、この層間絶縁膜207のエッチン
グにおいては、最上層のNSG膜207cのエッチング
の際には窒化シリコン膜207bがNSG膜207cよ
りもエッチレートが小さくなるようにエッチング条件を
設定し、また、窒化シリコン膜207bのエッチングの
際にはその下側のNSG膜207aが窒化シリコン膜2
07bよりもエッチレートが小さくなるようにエッチン
グ条件を設定する。
(C) In this state, ordinary photolithography is performed to form a resist pattern 208 having an opening with a hole diameter of 0.4 μm and a large-sized opening for the pad portion on the bonding pad portion 210. The NSG film 20 is formed by etching the three-layered interlayer insulating film 207 using the resist pattern 208 as a mask.
7a and 207c and the silicon nitride film 207b have different etching characteristics with respect to an etching agent for dry etching. Therefore, in the etching of the interlayer insulating film 207, the etching conditions are set so that the silicon nitride film 207b has a smaller etching rate than the NSG film 207c when the uppermost NSG film 207c is etched. When the silicon film 207b is etched, the NSG film 207a therebelow is the silicon nitride film 2
The etching conditions are set so that the etching rate becomes smaller than 07b.

【0028】その層間絶縁膜207のエッチングにあた
り、まずレジストパターン208をマスクとしてNSG
膜207cをエッチングする。このとき、ポンディング
パッド部210の層間絶縁膜が第3の微細接続孔209
の部分の膜厚より厚いため、エッチング時間の設定はポ
ンディングパッド部210の層間膜厚にあわせて決定し
た。エッチングは、窒化シリコン膜207bがNSG膜
207cよりもエッチレートが小さくなるようにエッチ
ング条件を設定してあるので、微細接続孔209の部分
でもポンディングパッド部210の部分でも、エッチレ
ートが遅い窒化シリコン膜207b上で一様にストップ
する。このようにして第2の接続孔209とポンディン
グパッド部210の一部が形成される。
In etching the interlayer insulating film 207, first the NSG is used with the resist pattern 208 as a mask.
The film 207c is etched. At this time, the inter-layer insulating film of the bonding pad part 210 is formed into the third fine connection hole 209.
Since the film thickness is thicker than that of the portion, the etching time is set according to the interlayer film thickness of the bonding pad portion 210. The etching conditions are set so that the silicon nitride film 207b has an etching rate smaller than that of the NSG film 207c. Therefore, the etching rate is slower in both the fine connection hole 209 portion and the bonding pad portion 210 portion. It uniformly stops on the silicon film 207b. In this way, the second connection hole 209 and part of the bonding pad portion 210 are formed.

【0029】(D)次に、窒化シリコン膜のエッチレー
トを上昇させ、酸化シリコン膜のエッチレートを低下さ
せるエッチング条件で窒化シリコン膜207bをエッチ
ングする。このときは、微細接続孔209の部分でもポ
ンディングパッド部210の部分でも、エッチングはエ
ッチレートが遅い酸化シリコン膜207a上で一様にス
トップする。
(D) Next, the silicon nitride film 207b is etched under etching conditions that increase the etching rate of the silicon nitride film and decrease the etching rate of the silicon oxide film. At this time, the etching is uniformly stopped on the silicon oxide film 207a having a slow etching rate in both the fine connection hole 209 portion and the bonding pad portion 210 portion.

【0030】(E)さらに、再び酸化シリコン膜のエッ
チレートを上昇させたエッチング条件に変更し、酸化シ
リコン膜207aを第2層目の金属配線層206までエ
ッチングする。このとき、酸化シリコン膜207aは微
細接続孔209の部分でもポンディングパッド部210
の部分でも等しいため、場所によらず同様なオーバーエ
ッチングが適切に行なわれ、従来のような微細接続孔内
部の過剰なオーバーエッチングによる下地金属層へのダ
メージは生じない。このようにして微細接続孔209と
ポンディングパッド部210の開口が完成する。
(E) Further, the etching conditions are changed again to increase the etching rate of the silicon oxide film, and the silicon oxide film 207a is etched up to the second metal wiring layer 206. At this time, the silicon oxide film 207a is formed on the bonding pad portion 210 even at the fine connection hole 209.
Since the same is applied to the portions, the same over-etching is appropriately performed regardless of the location, and the conventional over-etching inside the fine connection hole does not cause damage to the underlying metal layer. In this way, the openings of the fine connection holes 209 and the bonding pad portion 210 are completed.

【0031】その後、アルミニウム系の金属配線層とそ
の表面にTiN膜を積層した第3層目の金属配線層を形
成し、フォトリソグラフィとエッチングによりパターン
化を施して第3の微細接続孔209により第2層目の金
属配線205に接続された幅0.4μmの配線パターン
と、ポンディングパッド部210で100μm角にパタ
ーン化された第3層目のポンディングパッドパターンの
金属配線層211を形成する。この時、ポンディングパ
ッド部210では第2層目の金属配線層206と第3層
目の金属配線層211が80μm角全面で接しており、
接触抵抗は少ない。
Thereafter, an aluminum-based metal wiring layer and a third metal wiring layer in which a TiN film is laminated on the surface of the aluminum-based metal wiring layer are formed, patterned by photolithography and etching, and then formed by the third fine connection holes 209. A wiring pattern having a width of 0.4 μm connected to the metal wiring 205 of the second layer and a metal wiring layer 211 of the bonding pad pattern of the third layer patterned in 100 μm square by the bonding pad portion 210 are formed. To do. At this time, in the bonding pad section 210, the second-layer metal wiring layer 206 and the third-layer metal wiring layer 211 are in contact with each other over the entire surface of 80 μm square,
Contact resistance is low.

【0032】このようにして半導体装置が完成する。図
2(E)はまた、一実施例の半導体装置の断面図を表わ
したものでもある。次に、実施例の方法で製作した半導
体装置と図1に示した従来の層間膜構成で形成した半導
体装置における接続孔での諸特性を比較し、表1に示
す。
In this way, the semiconductor device is completed. FIG. 2E also shows a cross-sectional view of the semiconductor device of one embodiment. Next, Table 1 shows a comparison of various characteristics in the connection holes between the semiconductor device manufactured by the method of the embodiment and the semiconductor device formed by the conventional interlayer film structure shown in FIG.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】比較した特性は微細接続孔のマスクサイズ
に対する接続孔の実際の仕上がり直径、形状、接触抵抗
である。マスクサイズに対して実際の接続孔の仕上り直
径は、従来は0.60μmに対し、本発明では0.45μ
mであった。従来の方が大きいのは、従来の方法では微
細接続孔に対して過剰なオーバーエッチングが加わって
大きくなったためである。また、形状も従来の方法で
は、開口部に付着物が存在して王冠形状に変形するのに
対し、本発明では平滑な形状となった。これも、従来は
過剰なオーバーエッチングが加わったため下地金属配線
上にあるTiNがエッチングされ、その下のAlとの反
応生成物がスパッタされて接続孔の側壁に付着したため
であると考えられる。ホール接触抵抗も従来の方が高い
ものとなっている。その理由もオーバーエッチングによ
るものである。実施例では3層配線構造の第3層目の層
間絶縁膜に本発明を適応したが、3層以上の多層配線構
造において第3層目以上の層間絶縁膜に同様に適応する
ことができる。
The characteristics compared are the actual finished diameter, shape, and contact resistance of the contact hole with respect to the mask size of the fine contact hole. The actual finished diameter of the connection hole with respect to the mask size is 0.60 μm in the past, but 0.45 μm in the present invention.
It was m. The reason why the conventional method is larger is that in the conventional method, excessive over-etching is added to the fine connection hole to increase the size. Further, in the shape, in the conventional method, the deposit is present in the opening and the shape is transformed into a crown shape, whereas in the present invention, the shape is smooth. This is also considered to be because the TiN on the underlying metal wiring is etched due to excessive overetching in the related art, and the reaction product with Al under the TiN is sputtered and adhered to the sidewall of the connection hole. The hole contact resistance is also higher than before. The reason for this is overetching. In the embodiment, the present invention is applied to the third-layer interlayer insulating film of the three-layer wiring structure, but it can be similarly applied to the third-layer or more interlayer insulating film in the multilayer wiring structure of three or more layers.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明では、第3層目又はそれより上層
の層間絶縁膜は3層構造の絶縁膜にてなり、第1層目の
絶縁膜と第2層目の絶縁膜はドライエッチングの同じエ
ッチング剤に対するエッチング特性が互いに異なってお
り、かつ両絶縁膜を場所によらず均一な膜厚に形成し、
第3層目の絶縁膜は第2層目の絶縁膜に対してドライエ
ッチングの同じエッチング剤に対するエッチング特性が
異なるものを選択し、かつ第3層目の絶縁膜の表面を平
坦化し、第3層目の絶縁膜のエッチンングの際には、第
3層目の絶縁膜のエッチレートが第2層目の絶縁膜のエ
ッチレートよりも大きくなるようにエッチンング条件を
設定し、第2層目の絶縁膜のエッチンングの際には、第
2層目の絶縁膜のエッチレートが第1層目の絶縁膜のエ
ッチレートよりも大きくなるようにエッチンング条件を
設定するので、接続孔形成工程において第3層目の絶縁
膜をエッチングしたとき第2層目の絶縁膜の方がエッチ
レ−トが低く、その第2層目の絶縁膜でエッチングがス
トップする。このとき、接続孔下部の層間膜厚(第1層
目と第2層目の絶縁膜の合計膜厚)は場所によらず等し
くなるため、引き続いて行われる接続孔のエッチングに
おいて下地金属配線に対するダメージの差が少なくな
る。接続孔を形成する層間絶縁膜に微細接続孔とボンデ
ィングパッド部を含んでいても、エッチング条件をボン
ディングパッド部に合わすことができるので、大面積の
ボンディングパッド部で上層と下層の配線間を広い面積
で接続することができ、その接触抵抗が小さくなって半
導体チップの動作を安定させることができる。接続孔を
形成する層間絶縁膜の表面の平坦性を0.3μm以下と
すれば、フォトリソグラフィーのマージンが向上し、接
続孔のホール径のバラツキが減少する。またホール抵抗
のバラツキも減少して、回路を動作させたときに各モジ
ュール間のバラツキが少なくなり、安定した回路動作を
保障することができる。表面を平坦化する層間絶縁膜の
平坦化にCMP技法を用いることにより、半導体装置を
再現性よく容易に形成することができるため量産性に優
れる。3層構造の絶縁膜の第1層目と第3層目の絶縁膜
を酸化シリコン膜とし、第2層目の絶縁膜を窒化シリコ
ン膜とすれば、各絶縁膜のエッチング選択性の制御が容
易であり、良好な選択性が得られ、接続孔形成プロセス
のマージンが広がる。
According to the present invention, the third or upper interlayer insulating film is a three-layer insulating film, and the first insulating film and the second insulating film are dry-etched. Etching characteristics for the same etching agent of are different from each other, and both insulating films are formed to have a uniform film thickness regardless of location,
As the third-layer insulating film, one having a different etching characteristic with respect to the same etching agent in dry etching as that of the second-layer insulating film is selected, and the surface of the third-layer insulating film is flattened. When etching the insulating film of the second layer, the etching conditions are set so that the etching rate of the insulating film of the third layer is higher than the etching rate of the insulating film of the second layer. During the etching of the insulating film, the etching conditions are set so that the etching rate of the second insulating film is higher than the etching rate of the first insulating film. When the insulating film of the second layer is etched, the etch rate of the insulating film of the second layer is lower, and the etching stops at the insulating film of the second layer. At this time, since the interlayer film thickness under the contact hole (the total film thickness of the first and second insulating films) becomes equal regardless of the location, the underlying metal wiring is not etched in the subsequent etching of the contact hole. The difference in damage is reduced. Even if the interlayer insulating film that forms the connection hole includes the fine connection hole and the bonding pad portion, the etching condition can be matched to the bonding pad portion, so that the bonding pad portion with a large area can provide a wide wiring between the upper layer and the lower layer. Areas can be connected, the contact resistance is reduced, and the operation of the semiconductor chip can be stabilized. When the flatness of the surface of the interlayer insulating film forming the connection hole is 0.3 μm or less, the margin of photolithography is improved and the variation in the hole diameter of the connection hole is reduced. Further, the variation of the hall resistance is also reduced, the variation between the modules is reduced when the circuit is operated, and the stable circuit operation can be guaranteed. By using the CMP technique for flattening the interlayer insulating film for flattening the surface, a semiconductor device can be easily formed with good reproducibility, and thus mass productivity is excellent. If the first and third insulating films of the three-layer structure insulating film are silicon oxide films and the second insulating film is a silicon nitride film, the etching selectivity of each insulating film can be controlled. It is easy, good selectivity can be obtained, and the margin of the connection hole forming process is widened.

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

【図1】微細接続孔とボンディングパッド部を形成する
工程を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a step of forming a fine connection hole and a bonding pad portion.

【図2】本発明方法の一実施例を示す工程断面図であ
る。
FIG. 2 is a process sectional view showing an embodiment of the method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

200 下地基板 201 第1層目の層間絶縁膜 202 第1の微細接続孔 203 第1層目の金属配線層 204 第2層目の層間絶縁膜 205 第2の微細接続孔 206 第2層目の金属配線層 207 第3層目の層間絶縁膜 207a,207c 酸化シリコン膜 207b 窒化シリコン膜 209 第3の微細接続孔 210 ボンディングパッド部 211 第3層目の金属配線層 200 Base substrate 201 First layer interlayer insulating film 202 First fine connection hole 203 First metal wiring layer 204 Second layer interlayer insulating film 205 Second fine connection hole 206 Second metal wiring layer 207 Third interlayer insulating film 207a, 207c Silicon oxide film 207b Silicon nitride film 209 Third fine connection hole 210 Bonding pad section 211 Third metal wiring layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 嘉一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (72)発明者 黒田 隆彦 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平8−204012(JP,A) 特開 平2−239625(JP,A) 特開 平6−334047(JP,A) 特開 平7−130737(JP,A) 特開 昭63−257229(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/3123 H01L 21/768 H01L 21/28 - 21/288 H01L 29/40 - 29/51 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kaichi Ueno 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Co., Ltd. (72) Takahiko Kuroda 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo (56) Reference JP-A-8-204012 (JP, A) JP-A-2-239625 (JP, A) JP-A-6-334047 (JP, A) JP-A-7-130737 (JP, A) JP 63-257229 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3205 H01L 21/3123 H01L 21/768 H01L 21/28-21 / 288 H01L 29/40-29/51

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体素子が形成された半導体基板上に
平坦化された第1層目の層間絶縁膜が形成され、その第
1層目の層間絶縁膜を介して第1の接続孔で電気的接続
される第1層目の金属配線層が形成され、その上に平坦
化された第2層目の層間絶縁膜が形成され、その第2層
目の層間絶縁膜を介して第2の接続孔で電気的接続され
る第2層目の金属配線層が形成され、さらにその上に平
坦化された第3層目の層間絶縁膜が形成され、その層間
絶縁膜を介して接続孔で電気的接続される第3層目の金
属配線層が形成され、又はさらに層間絶縁膜及び金属配
線層が積層されて多層配線が形成されている半導体装置
において、 第3層目又はそれより上層の層間絶縁膜は、3層構造の
絶縁膜にてなり、第1層目の絶縁膜と第2層目の絶縁膜
とは同じエッチング剤に対するエッチング特性が互いに
異なるものであり、かつ両絶縁膜は場所によらず均一な
膜厚に形成されており、第2層目の絶縁膜と第3層目の
絶縁膜とは同じエッチング剤に対するエッチング特性が
互いに異なるものであり、第3層目の絶縁膜の表面が平
坦化されていることを特徴とする半導体装置。
1. A flattened first-layer interlayer insulating film is formed on a semiconductor substrate on which a semiconductor element is formed, and an electrical connection is made in a first connection hole through the first-layer interlayer insulating film. A first metal wiring layer to be electrically connected is formed, a flattened second interlayer insulating film is formed on the first metal wiring layer, and the second interlayer insulating film is formed through the second interlayer insulating film. A second metal wiring layer electrically connected through the connection hole is formed, and a flattened third-layer interlayer insulating film is formed on the second metal wiring layer. In a semiconductor device in which a third metal wiring layer to be electrically connected is formed, or a multilayer wiring is formed by further laminating an interlayer insulating film and a metal wiring layer, the third or upper layer is formed. The interlayer insulating film is an insulating film having a three-layer structure, and the first insulating film and the second insulating film are the same. Are those etching characteristics different from each other with respect to the etching agent, and both the insulating film is formed in a uniform thickness regardless of location, and the second insulating film and the third layer insulating film the same etching A semiconductor device in which the etching characteristics with respect to the agent are different from each other, and the surface of the third insulating film is flattened.
【請求項2】 前記3層構造の絶縁膜の第1層目と第3
層目の絶縁膜は酸化シリコン膜であり、第2層目の絶縁
膜は窒化シリコン膜である請求項1に記載の半導体装
置。
2. A first layer and a third layer of the three-layer insulating film.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second insulating film is a silicon oxide film, and the second insulating film is a silicon nitride film.
【請求項3】 前記3層構造の絶縁膜に形成された接続
孔は微細接続孔とボンディングパッド部を含んでいる請
求項1又は2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the connection hole formed in the insulating film having the three-layer structure includes a fine connection hole and a bonding pad portion.
【請求項4】 半導体素子が形成された半導体基板上に
平坦化された第1層目の層間絶縁膜を形成し、その第1
層目の層間絶縁膜を介して第1の接続孔で電気的接続さ
れる第1層目の金属配線層を形成し、その上に平坦化さ
れた第2層目の層間絶縁膜を形成し、その第2層目の層
間絶縁膜を介して第2の接続孔で電気的接続される第2
層目の金属配線層を形成し、さらにその上に平坦化され
た第3層目の層間絶縁膜を形成してその層間絶縁膜を介
して接続孔で電気的接続される第3層目の金属配線層を
形成し、又はさらに層間絶縁膜及び金属配線層を積層し
て多層配線を形成する工程を含む半導体装置の製造方法
において、 第3層目又はそれより上層の層間絶縁膜は3層構造の絶
縁膜にてなり、第1層目の絶縁膜と第2層目の絶縁膜は
ドライエッチングの同じエッチング剤に対するエッチン
グ特性が互いに異なっており、かつ両絶縁膜を場所によ
らず均一な膜厚に形成し、第3層目の絶縁膜は第2層目
の絶縁膜に対してドライエッチングの同じエッチング剤
に対するエッチング特性が異なるものを選択し、かつ第
3層目の絶縁膜の表面を平坦化し、第3層目の絶縁膜の
エッチンングの際には、第3層目の絶縁膜のエッチレー
トが第2層目の絶縁膜のエッチレートよりも大きくなる
ようにエッチンング条件を設定し、第2層目の絶縁膜の
エッチンングの際には、第2層目の絶縁膜のエッチレー
トが第1層目の絶縁膜のエッチレートよりも大きくなる
ようにエッチンング条件を設定することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
4. A first planarized interlayer insulating film is formed on a semiconductor substrate having a semiconductor element formed thereon, and the first interlayer insulating film is formed.
A first-layer metal wiring layer electrically connected to the first connection hole via the first-layer interlayer insulating film is formed, and a flattened second-layer interlayer insulating film is formed thereon. A second electrically connected via the second connection hole through the second-layer interlayer insulating film.
A metal wiring layer of the third layer is formed, and a flattened third layer interlayer insulating film is further formed thereon, and the third layer is electrically connected through a connection hole through the interlayer insulating film. In a method of manufacturing a semiconductor device, which includes a step of forming a metal wiring layer or further laminating an interlayer insulating film and a metal wiring layer to form a multilayer wiring, a third layer or an upper interlayer insulating film is a three-layered insulating film. The first insulating film and the second insulating film have different etching characteristics with respect to the same etching agent in dry etching, and both insulating films are uniform regardless of location. The third-layer insulating film is formed to have a different film thickness, and the second-layer insulating film has different etching characteristics with respect to the same dry etching agent, and the surface of the third-layer insulating film is selected. Is flattened and the third insulating film is etched At the time of etching, the etching conditions are set so that the etching rate of the third-layer insulating film is higher than that of the second-layer insulating film. In the method of manufacturing a semiconductor device, the etching conditions are set so that the etching rate of the second insulating film is higher than the etching rate of the first insulating film.
【請求項5】 前記3層構造の絶縁膜は、そのエッチン
グの際には表面の平坦性が0.3μm以下である請求項
4に記載の半導体装置の製造方法。
5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the insulating film having the three-layer structure has a surface flatness of 0.3 μm or less during etching.
【請求項6】 前記3層構造の絶縁膜は、その平坦化に
CMP法を用いる請求項5に記載の半導体装置の製造方
法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the insulating film having the three-layer structure uses a CMP method for planarizing the insulating film.
【請求項7】 前記3層構造の絶縁膜の第1層目と第3
層目の絶縁膜として酸化シリコン膜を用い、第2層目の
絶縁膜として窒化シリコン膜を用いる請求項4に記載の
半導体装置の製造方法。
7. A first layer and a third layer of the insulating film having a three-layer structure.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein a silicon oxide film is used as the second insulating film, and a silicon nitride film is used as the second insulating film.
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