JPH0337857B2 - - Google Patents
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- JPH0337857B2 JPH0337857B2 JP27570586A JP27570586A JPH0337857B2 JP H0337857 B2 JPH0337857 B2 JP H0337857B2 JP 27570586 A JP27570586 A JP 27570586A JP 27570586 A JP27570586 A JP 27570586A JP H0337857 B2 JPH0337857 B2 JP H0337857B2
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- layer
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- insulating resin
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Description
〔概要〕
多層構造の配線を必要とする半導体LSIの配線
方法において、層間絶縁層の形成を2層に分け、
下地層を基板損傷の少ない化学気相成長(CVD)
法等による通常の無機質絶縁層を形成し、その上
に絶縁樹脂層を塗布し、この樹脂層のプラズマ加
熱処理による硬化、平坦下方法を提供する。これ
により、クラツクの発生のない滑らかな樹脂層が
得られ、微細化の可能な平坦化された層間絶縁層
が形成できる。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置の多層配線方法に関する。
近年、化合物半導体LSI等の配線層を多層化
し、デバイスの集積化、多機能化、高性能化に対
処している。
多層配線は固定配線の他に、例えば、ゲートア
レイのように最上層の配線で機能を選択して所望
のデバイスを形成している場合もある。
〔従来の技術〕
第2図1〜5は従来例による多層配線方法を説
明する断面図である。
第2図1において、基板1上に素子形成層2を
成長し、素子形成領域を画定する絶縁層よりなる
素子分離領域3を形成し、素子形成領域に電界効
果トランジスタ(FET)を形成する。G,S,
DはそれぞれFETのゲート、ソース、ドレイン
電極である。
4はソース、ドレイン電極の下側に形成された
電極金属と半導体との合金層である。
つぎに、素子分離領域3上に第1層目配線層5
を形成する。
第2図2において、CVD法を用いて、第1層
目配線層5を覆つて基板上に層間絶縁層6を形成
する。
第2図3において、通常のリソグラフイを用い
て、層間絶縁層6にコンタクト孔を開口する。
第2図4において、コンタクト孔を覆つて、層
間絶縁層6上に第2層目配線層7を基板全面に被
着する。
第2図5において、通常のリソグラフイを用い
て、第2層目配線層7をパターニングする。
以上のような多層配線方法では、層間絶縁層6
は凹凸を生じ、後工程のリソグラフイの精度がわ
るくなる。また、その凹部(図示のA部)に被着
した金属(第2層目配線7)をパターニングの際
のイオンミリングで除去し難いという欠点があ
る。
すなわち、従来の多層配線技術は上下の配線層
の接続に際し、層間絶縁層に開けられたコンタク
ト孔周縁での断線や、層間絶縁層の凹凸のために
上層配線層の断線、あるいは上下配線層間の短絡
等が生じ、これらを防止するため層間絶縁層の平
坦化が必要となつた。
このために、段差被覆のよい成膜技術が発達し
ているが、素子にあたえる損傷等が問題となる場
合もある。
段差被覆のよい成膜技術として、DCバイアス
スパツタ法や、樹脂塗布による平坦化が試みられ
ている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
多層配線構造の層間絶縁層を平坦化するための
従来方法として、
DCバイアスパツタ法は、成膜中に逆バイアス
がかかり、被着されてゆく被膜の突出した部分を
滑らかにスパツタエツチする方法で、基板全面を
平坦化する。この場合は基板に多少のイオン損傷
が入るため、化合物半導体装置のプロセスのよう
に高温プロセスのない場合はこの損傷を十分にア
ニールアウトすることはできない。
また、樹脂塗布による方法は、基板表面を平坦
化するために十分な厚さを塗布すると、樹脂の熱
硬化の際クラツクが入りやすいため、何度かに分
けて塗布していた。
このようにしても、樹脂層は厚くなると樹脂の
硬化にともないクラツクが入りやすく、樹脂の硬
化方法は非常に難しいものであつた。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点の解決は、
(1) 基板上に配線層を形成し、該配線層を覆つて
該基板上に絶縁層を形成する工程と、該絶縁層
上に絶縁樹脂を塗布して該基板表面をほぼ平坦
化した絶縁樹脂層を被着する工程と、該基板を
プラズマ中に置き該絶縁樹脂層のエツチバツク
を行う工程と、次いで該基板を昇温させプラズ
マ中で該絶縁樹脂層を硬化およびフローさせる
工程とを有する多層配線方法、あるいは
(2) 前記絶縁樹脂層がシリコンを含む樹脂である
ことを特徴とする前記(1)1項記載の多層配線方
法、あるいは
(3) 前記エツチバツクを行う工程と前記硬化およ
びリフローさせる工程が、該基板を室温で四弗
化炭素と酸素のプラズマ中に置き該絶縁樹脂層
のエツチバツクを行い、次いで該基板を昇温さ
せ昇温時に四弗化炭素と窒素のプラズマ中で該
絶縁樹脂層を硬化させ、次いで該基板を窒素プ
ラズマ中で高温に保持して該絶縁樹脂層のリフ
ローと同時に表面の硬化を行い、次いで該基板
を真空中で降温する連続過程を有する前記(1)記
載の多層配線方法により達成される。
〔作用〕
本発明は層間絶縁層を2層に分け、下地層には
基板損傷の少ないCVD法等による絶縁層を被着
し、その上に絶縁樹脂層を塗布して概ね平坦化し
た後、室温における四弗化炭素(CF4)と酸素
(O2)による膜厚制御エツチバツクと、基板昇温
時にはCF4とO2に窒素(N2)を加え、基板高温
時にはN2プラズマによる加熱リフローを行い、
滑らかな平坦面を形成するものである。
以上のプロセスは1工程中の雰囲気ガスを変
え、プラズマイオン種を変えることにより、樹脂
表面よりエツチバツクして膜厚制御を行い、つい
で基板加熱によりリフローする樹脂表面をN2プ
ラズマにより硬化させ、これにより樹脂表面は極
めて滑らかなガラス状となり、クラツクの発生は
防止できる。
〔実施例〕
第1図1〜6は本発明による多層配線方法を説
明する断面図である。
第1図1において、基板1上に素子形成層2を
成長し、素子形成領域を画定する絶縁層よりなる
素子分離領域3を形成し、素子形成領域にFET
を形成する。G,S,DはそれぞれFETのゲー
ト、ソース、ドレイン電極である。
素子分離領域3は酸素イオン(0+)を注入して
形成する。
4はソース、ドレイン電極の下側に形成された
電極金属と半導体との合金層である。
つぎに、素子分離領域3上に第1層目配線層5
を形成する。
第1図2において、CVD法を用いて、第1層
目配線層5を覆つて基板上に層間絶縁層の下地層
の絶縁層6Aとしてシリコンオキシナイトライド
(酸化窒化珪素、SiON)層を形成する。
さらに、その上に絶縁樹脂層6Bとして、シリ
コン樹脂、例えばPMSS樹脂を基板がほぼ平坦化
する厚さに塗布する。
つぎに、後述の第3図で説明するプラズマ加熱
処理を行い、絶縁樹脂層6Bの膜厚制御と表面の
平坦化を行う。
第1図3において、通常のリソグラフイを用い
て、レジストパターン8をマスクにしてエツチン
グし、層間絶縁層6Aと6Bにコンタクト孔を開
口する。
第1図4において、コンタクト孔を埋め込ん
で、レジストパターン8上に接続用の導電層9と
して、例えばチタン−白金−金(Ti−Pt−Au)
層を基板全面に被着する。
ついで、レジストパターン8上の導電層9をリ
フトオフする。
第1図5において、基板全面に絶縁層として
SiON層10を被着する。
第1図6において、同様にリフトオフ法を用い
て、SiON層10にコンタクト孔を開口して導電
層9を露出し、第2層目に配線層7を形成する。
以上のような多層配線方法では、層間絶縁層は
平坦化され、後工程のリゾグラフイの精度が向上
する。
つぎに、絶縁樹脂層のプラズマ加熱処理につい
て説明する。
第3図はプラズマ加熱処理の各プロセスに対す
る基板温度と経過時間の関係図である。
図において、プラズマ加熱処理の一連の各プロ
セスはつぎのとおりである。
[Summary] In a semiconductor LSI wiring method that requires multilayer wiring, the formation of an interlayer insulating layer is divided into two layers.
Chemical vapor deposition (CVD) for the underlayer with less damage to the substrate
A method is provided in which a conventional inorganic insulating layer is formed by a method, an insulating resin layer is applied thereon, and the resin layer is hardened and flattened by plasma heat treatment. As a result, a smooth resin layer without cracks can be obtained, and a flattened interlayer insulating layer that can be made finer can be formed. [Industrial Application Field] The present invention relates to a multilayer wiring method for semiconductor devices. In recent years, the wiring layers of compound semiconductor LSIs and other devices have been multilayered to address the need for greater integration, multifunctionality, and higher performance of devices. In addition to fixed wiring, multilayer wiring may include, for example, a gate array in which functions are selected in the uppermost layer wiring to form a desired device. [Prior Art] FIGS. 1 to 5 are cross-sectional views illustrating a conventional multilayer wiring method. In FIG. 2, an element formation layer 2 is grown on a substrate 1, an element isolation region 3 made of an insulating layer is formed to define an element formation region, and a field effect transistor (FET) is formed in the element formation region. G,S,
D are the gate, source, and drain electrodes of the FET, respectively. 4 is an alloy layer of an electrode metal and a semiconductor formed under the source and drain electrodes. Next, a first wiring layer 5 is formed on the element isolation region 3.
form. 2 In FIG. 2, an interlayer insulating layer 6 is formed on the substrate, covering the first wiring layer 5, using the CVD method. In FIG. 2, a contact hole is opened in the interlayer insulating layer 6 using normal lithography. In FIG. 2, a second wiring layer 7 is deposited on the entire surface of the substrate on the interlayer insulating layer 6, covering the contact hole. In FIG. 2, the second wiring layer 7 is patterned using normal lithography. In the multilayer wiring method as described above, the interlayer insulating layer 6
This causes unevenness, which impairs the accuracy of lithography in subsequent processes. Another disadvantage is that it is difficult to remove the metal (second layer wiring 7) adhered to the recess (portion A in the figure) by ion milling during patterning. In other words, when conventional multilayer wiring technology connects upper and lower wiring layers, disconnections occur around the periphery of contact holes made in the interlayer insulating layer, disconnections in the upper wiring layer due to irregularities in the interlayer insulating layer, or disconnections between the upper and lower wiring layers. Short circuits and the like occur, and in order to prevent these, it is necessary to planarize the interlayer insulating layer. For this reason, film formation techniques with good step coverage have been developed, but damage to the elements may become a problem. DC bias sputtering and flattening by resin coating have been attempted as film formation techniques that provide good step coverage. [Problems to be solved by the invention] As a conventional method for planarizing the interlayer insulation layer of a multilayer wiring structure, the DC bias sputtering method applies a reverse bias during film formation, which causes protrusions of the deposited film to become flat. The entire surface of the substrate is flattened by sputter etching. In this case, some ion damage occurs to the substrate, and this damage cannot be sufficiently annealed out if there is no high-temperature process, such as in the process of compound semiconductor devices. Furthermore, in the resin coating method, if a sufficient thickness is applied to flatten the substrate surface, cracks are likely to occur during thermal curing of the resin, so the coating is done in several parts. Even with this method, as the resin layer becomes thicker, cracks tend to occur as the resin hardens, and the method of curing the resin is extremely difficult. [Means for solving the problem] The above problem can be solved by: (1) forming a wiring layer on a substrate, forming an insulating layer on the substrate to cover the wiring layer; A step of coating an insulating resin layer on the substrate to make the surface of the substrate substantially flat, a step of placing the substrate in plasma and etching back the insulating resin layer, and then heating the substrate. or (2) the multilayer wiring method according to item (1) above, wherein the insulating resin layer is a resin containing silicon. In the wiring method, or (3) the etching back step and the curing and reflowing step, the substrate is placed in a plasma of carbon tetrafluoride and oxygen at room temperature, the insulating resin layer is etched back, and the substrate is then etched back. The insulating resin layer is cured in plasma of carbon tetrafluoride and nitrogen while the temperature is raised, and then the substrate is held at high temperature in nitrogen plasma to harden the surface at the same time as reflow of the insulating resin layer. This is achieved by the multilayer wiring method described in (1) above, which includes a continuous process of cooling the substrate in vacuum. [Function] In the present invention, the interlayer insulating layer is divided into two layers, an insulating layer is deposited on the base layer by a CVD method or the like that causes less damage to the substrate, an insulating resin layer is applied on top of the insulating layer, and the insulating resin layer is approximately flattened. Film thickness control etchback using carbon tetrafluoride (CF 4 ) and oxygen (O 2 ) at room temperature, addition of nitrogen (N 2 ) to CF 4 and O 2 when the substrate temperature is raised, and heating reflow using N 2 plasma when the substrate temperature is high. and
It forms a smooth flat surface. The above process controls the film thickness by etching back from the resin surface by changing the atmospheric gas and plasma ion species during one step, and then hardens the resin surface to be reflowed by heating the substrate with N2 plasma. As a result, the resin surface becomes extremely smooth and glass-like, and the occurrence of cracks can be prevented. [Example] FIGS. 1 to 6 are cross-sectional views illustrating a multilayer wiring method according to the present invention. 1. In FIG. 1, an element formation layer 2 is grown on a substrate 1, an element isolation region 3 made of an insulating layer is formed to define an element formation region, and an FET is formed in the element formation region.
form. G, S, and D are the gate, source, and drain electrodes of the FET, respectively. The element isolation region 3 is formed by implanting oxygen ions (0 + ). 4 is an alloy layer of an electrode metal and a semiconductor formed under the source and drain electrodes. Next, a first wiring layer 5 is formed on the element isolation region 3.
form. In FIG. 1, a silicon oxynitride (silicon oxynitride, SiON) layer is formed as an insulating layer 6A as a base layer of an interlayer insulating layer on the substrate, covering the first wiring layer 5, using the CVD method. do. Furthermore, silicone resin, for example PMSS resin, is applied thereon as an insulating resin layer 6B to a thickness that substantially flattens the substrate. Next, plasma heat treatment, which will be described later in FIG. 3, is performed to control the thickness of the insulating resin layer 6B and flatten the surface. In FIG. 1, contact holes are formed in interlayer insulating layers 6A and 6B by etching using a resist pattern 8 as a mask using ordinary lithography. In FIG. 1, a contact hole is filled and a conductive layer 9 for connection is formed on a resist pattern 8 using, for example, titanium-platinum-gold (Ti-Pt-Au).
A layer is deposited over the entire substrate. Next, the conductive layer 9 on the resist pattern 8 is lifted off. In Figure 1, 5, as an insulating layer on the entire surface of the substrate.
A SiON layer 10 is deposited. In FIG. 1, a contact hole is opened in the SiON layer 10 to expose the conductive layer 9 using the same lift-off method, and a wiring layer 7 is formed as the second layer. In the multilayer wiring method as described above, the interlayer insulating layer is planarized, and the accuracy of lithography in the subsequent process is improved. Next, plasma heat treatment of the insulating resin layer will be explained. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between substrate temperature and elapsed time for each process of plasma heat treatment. In the figure, each series of plasma heat treatment processes is as follows.
以上説明したように本発明によれば、基板に損
傷をあたえないで、多層配線構造の基板を平坦化
でき、層間絶縁樹脂層のクラツクの発生を防止で
きる。
As described above, according to the present invention, it is possible to flatten a board with a multilayer wiring structure without damaging the board, and to prevent cracks in the interlayer insulating resin layer.
第1図1〜6は本発明による多層配線方法を説
明する断面図、第2図1〜5は従来例による多層
配線方法を説明する断面図、第3図はプラズマ加
熱処理の各プロセスに対する基板温度と経過時間
の関係図、第4図はプラズマエツチング装置の構
成図、第5図は接続用の導電層を2段に分けて形
成する場合に、PMSS樹脂層を塗布し、この層に
コンタクト孔を開口した状態を示す断面図であ
る。
図において、1は基板、2は素子形成層、3は
素子分離領域、4は合金層、5は第1層目配線
層、6は層間絶縁層、6Aは下地の絶縁層、6B
は絶縁樹脂層でPMSS樹脂層、7は第2層目配線
層、8はレジストパターン、9は接続用導電層で
Ti−Pt−Au層、10は絶縁層でSiON層である。
1 to 6 are cross-sectional views explaining a multilayer wiring method according to the present invention, FIGS. 2 1 to 5 are cross-sectional views explaining a conventional multilayer wiring method, and FIG. 3 is a substrate for each process of plasma heat treatment. Figure 4 is a diagram showing the relationship between temperature and elapsed time. Figure 4 shows the configuration of the plasma etching equipment. Figure 5 shows how to apply a PMSS resin layer and contact this layer when forming a conductive layer for connection in two stages. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a hole is opened. In the figure, 1 is a substrate, 2 is an element formation layer, 3 is an element isolation region, 4 is an alloy layer, 5 is a first wiring layer, 6 is an interlayer insulating layer, 6A is an underlying insulating layer, 6B
7 is the insulating resin layer, PMSS resin layer, 7 is the second wiring layer, 8 is the resist pattern, and 9 is the conductive layer for connection.
The Ti-Pt-Au layer, 10 is an insulating layer and is a SiON layer.
Claims (1)
該基板上に絶縁層を形成する工程と、 該絶縁層上に絶縁樹脂を塗布して該基板表面を
ほぼ平坦化した絶縁樹脂層を被着する工程と、 該基板をプラズマ中に置き該絶縁樹脂層のエツ
チバツクを行う工程と、 次いで該基板を昇温させプラズマ中で該絶縁樹
脂層を硬化およびリフローさせる工程 とを有することを特徴とする多層配線方法。 2 前記絶縁樹脂層がシリコンを含む樹脂である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の多
層配線方法。 3 前記エツチバツクを行う工程と前記硬化およ
びリフローさせる工程が、 該基板を室温で四弗化炭素と酸素のプラズマ中
に置き該絶縁樹脂層のエツチバツクを行い、 次いで該基板を昇温させ昇温時に四弗化炭素と
酸素と窒素のプラズマ中で該絶縁樹脂層を硬化さ
せ、 次いで該基板を窒素プラズマ中で高温に保持し
て該絶縁樹脂層のリフローと同時に表面の硬化を
行い、 次いで該基板を真空中で降温する連続過程を有
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の多層配線方法。[Claims] 1. A step of forming a wiring layer on a substrate, and forming an insulating layer on the substrate to cover the wiring layer, and coating an insulating resin on the insulating layer to substantially cover the surface of the substrate. A step of depositing a flattened insulating resin layer, a step of placing the substrate in plasma and etching back the insulating resin layer, and then raising the temperature of the substrate to harden and reflow the insulating resin layer in the plasma. A multilayer wiring method characterized by comprising the steps of: 2. The multilayer wiring method according to claim 1, wherein the insulating resin layer is a resin containing silicon. 3. The etching back step and the curing and reflowing step include etching back the insulating resin layer by placing the substrate in a plasma of carbon tetrafluoride and oxygen at room temperature, and then raising the temperature of the substrate. The insulating resin layer is cured in carbon tetrafluoride, oxygen, and nitrogen plasma, and then the substrate is held at high temperature in nitrogen plasma to reflow and simultaneously harden the surface of the insulating resin layer. Then, the substrate is cured in a plasma of carbon tetrafluoride, oxygen, and nitrogen. 2. The multilayer interconnection method according to claim 1, further comprising a continuous process of cooling the substrate in vacuum.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27570586A JPS63128730A (en) | 1986-11-19 | 1986-11-19 | Multilayer interconnecting method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27570586A JPS63128730A (en) | 1986-11-19 | 1986-11-19 | Multilayer interconnecting method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63128730A JPS63128730A (en) | 1988-06-01 |
| JPH0337857B2 true JPH0337857B2 (en) | 1991-06-06 |
Family
ID=17559216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27570586A Granted JPS63128730A (en) | 1986-11-19 | 1986-11-19 | Multilayer interconnecting method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63128730A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5990005A (en) * | 1997-02-10 | 1999-11-23 | Nec Corporation | Method of burying a contact hole with a metal for forming multilevel interconnections |
| KR100768363B1 (en) * | 1999-06-24 | 2007-10-17 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device and semiconductor integrated circuit device |
-
1986
- 1986-11-19 JP JP27570586A patent/JPS63128730A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS63128730A (en) | 1988-06-01 |
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