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JPH09223740A - Flattening of layer insulating film - Google Patents

Flattening of layer insulating film

Info

Publication number
JPH09223740A
JPH09223740A JP8052599A JP5259996A JPH09223740A JP H09223740 A JPH09223740 A JP H09223740A JP 8052599 A JP8052599 A JP 8052599A JP 5259996 A JP5259996 A JP 5259996A JP H09223740 A JPH09223740 A JP H09223740A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
film
layer
nsg
polishing rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8052599A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Komatsu
裕司 小松
Motoaki Nakamura
元昭 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP8052599A priority Critical patent/JPH09223740A/en
Publication of JPH09223740A publication Critical patent/JPH09223740A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure a sufficient wiring formation reliability by eliminating steep steps in a process of flattening a layer insulating film based on chemical- mechanical polishing with use of a 2-layer stopper. SOLUTION: A nondoped glass(NSG) film 21 of a low polishing rate is formed to cover a step pattern of gate electrodes 13-1 to 13-3 formed on a silicon-on- insulator(SOI) layer 15-1, 15-2. Further formed on a borophosphosilicate glass(BPSG) film 22 of a high polishing rate, on which an NSG film 23 of a low polishing rate is formed. In this case, the thicknesses of the NSG, BPSG and NSG films 21, 22 and 23 are set so that the highest level surface of the NSG film 21 in a dense pattern region 12 becomes nearly the same as the lowest level surface of the NSG film 23. The laminate is then entirely flattened by the CMP. Therefore, after the CMP process, there remains no steep step in the dense pattern region 12.

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、下地の段差パター
ン上に形成した層間絶縁膜を平坦化する方法に係り、特
に、所謂2層ストッパによるCMP(Chemical and Mec
hanical Polishing : 化学的機械研磨)法を用いた層間
絶縁膜の平坦化方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of flattening an interlayer insulating film formed on a stepped pattern of an underlayer, and more particularly to a CMP (Chemical and Mec.
hanical Polishing: A method for planarizing an interlayer insulating film using a chemical mechanical polishing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の微細化および高集積化に伴
い、益々LSI(Large Scale Integrated circuit) チ
ップ製造工程での加工技術に対する要求も厳しくなって
いる。特に、近年では、リソグラフィ工程によるパター
ンの形成やドライエッチングによるパターン加工におい
て、集積度の向上と共に、限界に近い領域でのより一層
のマージン向上が求められている。
2. Description of the Related Art With the miniaturization and high integration of semiconductor devices, demands for processing techniques in LSI (Large Scale Integrated circuit) chip manufacturing processes are becoming more and more severe. In particular, in recent years, in pattern formation by a lithographic process and pattern processing by dry etching, it is required to improve the degree of integration and further improve a margin in a region close to a limit.

【0003】その一方、デバイスの高集積化が進むと、
配線層数が増大し、これに伴ってデバイスの段差も増大
してくる。そのため、リソグラフィ工程におけるDOF
(焦点深度)マージンの低下や、ドライエッチング工程
における段差部分のステップカバレージ(段差被覆性)
の悪化によって生ずる金属層のストリンガー状の残渣等
の問題が顕在化してくる。
On the other hand, as the degree of device integration increases,
The number of wiring layers increases, and along with this, the steps of the device also increase. Therefore, DOF in the lithography process
(Depth of focus) Decrease in margin and step coverage of step portion in dry etching process (step coverage)
Problems such as stringer-like residue of the metal layer caused by deterioration of

【0004】このうち、前者の問題(リソグラフィ工程
におけるDOFマージンの低下の問題)は、デバイス表
面の段差が大きくなると、これらの段差を含む全体にレ
ジストマスクを塗布形成してステッパ露光装置によって
露光を行う場合に、ステッパ装置の光学系の焦点の合う
範囲が狭い範囲に限られてしまって鮮明な露光パターン
が得られないというものである。
Of these, the former problem (the problem of a decrease in the DOF margin in the lithography process) is that when the steps on the device surface become large, a resist mask is applied and formed on the entire surface including these steps, and exposure is performed by a stepper exposure apparatus. In this case, the focus range of the optical system of the stepper device is limited to a narrow range, and a clear exposure pattern cannot be obtained.

【0005】また、後者の問題(ストリンガー状の金属
層残渣の問題)は、次のようなものである。例えば図9
に示したように、層間絶縁膜あるいはシリコン基板等の
下層100の上に形成された金属配線またはゲート電極
等のパターン101を覆うようにして絶縁膜102を形
成した場合において、パターン101の段差部分におけ
る絶縁膜102の膜厚をA、段差から離れた部分での絶
縁膜102の膜厚をBとすると、ステップカバレージは
膜厚Aの膜厚Bに対する比A/Bとして表される。この
値は“1”であるのが望ましいが、配線パターンの段差
が大きくなると、この値も低下してしまう。このような
状態において、コンタクト孔を埋めるためのBlk−W
(ブランケット−タングステン)層等を形成してエッチ
ングを行うと、パターン101の段差部分103〜10
5(特に、密集したパターン間スペース104)にBl
k−W層のストリンガー状の残渣が残ってしまう。この
ため、このストリンガー状の金属層残渣の存在により、
その後に形成される金属配線パターン同士がショートし
てしまう。
The latter problem (problem of stringer-like metal layer residue) is as follows. For example, FIG.
As shown in FIG. 3, when the insulating film 102 is formed so as to cover the pattern 101 such as the metal wiring or the gate electrode formed on the lower layer 100 such as the interlayer insulating film or the silicon substrate, the step portion of the pattern 101 is formed. The step coverage is expressed as a ratio A / B of the film thickness A to the film thickness B, where A is the film thickness of the insulating film 102 in B and B is the film thickness of the insulating film 102 in the portion away from the step. It is desirable that this value be "1", but if the level difference of the wiring pattern becomes large, this value will also decrease. In such a state, Blk-W for filling the contact hole
When a (blanket-tungsten) layer or the like is formed and etching is performed, the stepped portions 103 to 10 of the pattern 101 are formed.
Bl in 5 (especially the space 104 between dense patterns)
A stringer-like residue of the kW layer remains. Therefore, due to the presence of this stringer-like metal layer residue,
The metal wiring patterns formed thereafter will be short-circuited.

【0006】このような問題に関し、近年、層間絶縁膜
や配線の平坦化プロセスが盛んに研究され、改善策が提
案されている。特に、グローバルな平坦化形状を達成す
ることによってリソグラフィ工程におけるDOFマージ
ンの向上を図るべく、CMP法を用いた層間絶縁膜の平
坦化技術が脚光を浴びている。この技術によって層間絶
縁膜が完全に平坦化されれば、単にDOFマージンの向
上を図ることができるだけでなく、ドライエッチングに
おいて必要なオーバエッチ量が少なくて済み、また、上
記したような金属成膜時におけるステップカバレージの
低下に起因する配線の信頼性低下の問題も回避すること
ができる。
With respect to such a problem, in recent years, research has been actively conducted on a planarization process for an interlayer insulating film and wiring, and an improvement measure has been proposed. In particular, in order to improve the DOF margin in the lithography process by achieving a global flattened shape, a flattening technique for an interlayer insulating film using the CMP method is in the limelight. If the interlayer insulating film is completely planarized by this technique, not only the DOF margin can be improved, but also the amount of overetch required for dry etching can be reduced, and the metal film formation as described above can be performed. It is also possible to avoid the problem of deterioration in the reliability of the wiring due to the decrease in step coverage over time.

【0007】このようなCMP平坦化技術として、例え
ば本出願人による出願明細書(特願平06−28734
1号)に記載したように、いわゆる2層ストッパによる
CMP平坦化法がある。この方法は、例えばBPSG
(ボロン・リン・シリケート・ガラス)等の研磨速度の
速い膜をNSG(ノン・ドープト・ガラス)等の研磨速
度の遅い膜で挟み込んだサンドイッチ構造の層間絶縁膜
を全面に形成したのちCMP研磨を行うことによってゲ
ート電極等の段差を除去するものであり、2種類のシリ
コン酸化膜の研磨速度の違いを利用することにより、研
磨速度の面内分布を吸収したり、研磨の終点検出のマー
ジンを大きくすることが可能である。この技術によれ
ば、ウェハ径が大きくなるにつれて研磨に起因して生ず
る不均一性部分を本質的に回避することができるため、
今後益々重要な技術になることが予想される。
As such a CMP flattening technique, for example, the specification of the present applicant (Japanese Patent Application No. 06-28734).
As described in No. 1), there is a so-called two-layer stopper CMP flattening method. This method is, for example, BPSG
CMP polishing is performed after forming an interlayer insulating film of sandwich structure in which a film with a high polishing rate such as (boron, phosphorus, silicate, glass) is sandwiched by a film with a low polishing rate such as NSG (non-doped glass), etc. By doing so, the steps of the gate electrode and the like are removed. By utilizing the difference in the polishing rates of the two types of silicon oxide films, the in-plane distribution of the polishing rate is absorbed and the margin for detecting the polishing end point is provided. It can be increased. According to this technique, it is possible to essentially avoid the non-uniformity portion caused by polishing as the wafer diameter increases,
It is expected that this technology will become more and more important in the future.

【0008】以下、図10および図11を参照して、上
記の2層ストッパによるCMP平坦化法について説明す
る。
The CMP flattening method using the above-mentioned two-layer stopper will be described below with reference to FIGS. 10 and 11.

【0009】図10に示したように、このCMP平坦化
技術の対象となる半導体装置は、ゲート電極のパターン
が密集していない孤立パターン領域211と、ゲート電
極のパターンが密集した密集パターン領域212とを含
んでいるとする。この半導体装置の基体は、シリコン酸
化層等の絶縁層基板214の表面近傍に単結晶シリコン
であるSOI(Silicon-On-Insulator)層215−1,2
15−2を形成して構成したものである。このうち孤立
パターン領域211のSOI層215−1上には、シリ
コン酸化膜からなるゲート絶縁膜220を介して単独の
ゲート電極213−1が形成され、密集パターン領域2
12のSOI層215−2上には、ゲート絶縁膜220
を介し小間隔をもって配置された2つのゲート電極21
3−2,213−3が形成されている。これらのゲート
電極213−1〜213−3は、下層側の多結晶シリコ
ン層216と上層側のタングステンシリコン(WSi)
等のシリサイド層217によって構成され、その上には
シリコン酸化膜等の絶縁膜からなるオフセット層218
が形成され、また、両側面にはシリコン酸化膜等の絶縁
膜からなるサイドウォール219が形成されている。そ
して、図示しないが、SOI215−1,215−2の
各表面近傍の浅い領域には、各ゲート電極213−1〜
213−3のサイドウォール219と自己整合的に不純
物拡散領域が選択的に形成され、ソース・ドレイン領域
を構成している。
As shown in FIG. 10, in the semiconductor device which is the target of this CMP flattening technique, an isolated pattern region 211 in which gate electrode patterns are not dense and a dense pattern region 212 in which gate electrode patterns are dense. And include. The base of this semiconductor device is a single crystal silicon SOI (Silicon-On-Insulator) layer 215-1, 2 near the surface of an insulating layer substrate 214 such as a silicon oxide layer.
15-2 is formed and configured. Of these, a single gate electrode 213-1 is formed on the SOI layer 215-1 in the isolated pattern region 211 via the gate insulating film 220 made of a silicon oxide film, and the dense pattern region 2 is formed.
On the 12th SOI layer 215-2.
Two gate electrodes 21 arranged with a small interval between
3-2 and 213-3 are formed. These gate electrodes 213-1 to 213-3 are composed of a polycrystalline silicon layer 216 on the lower layer side and a tungsten silicon (WSi) layer on the upper layer side.
Offset layer 218 made of an insulating film such as a silicon oxide film is formed on the silicide layer 217.
And side walls 219 made of an insulating film such as a silicon oxide film are formed on both side surfaces. Although not shown, each of the gate electrodes 213-1 to 213-1 is formed in a shallow region near each surface of the SOIs 215-1 and 215-2.
Impurity diffusion regions are selectively formed in a self-aligned manner with the sidewalls 219 of 213-3 to form source / drain regions.

【0010】このようなゲート電極パターンをもった基
板に対し、まず、基板全体を覆うようにして、第1の絶
縁膜として不純物を含まないNSG膜221を形成し、
その上に第2の絶縁膜としてのBPSG膜222を形成
し、さらにその上に第3の絶縁膜としてのNSG膜22
3を形成する。これらのうち、BPSG膜222は、N
SG膜221,223に比べて容易に研磨される(研磨
速度が速い)という性質を有する。通常の生産ラインに
おいては、スループットの向上の観点から、これらの絶
縁膜は常圧CVD法によって形成される。
On a substrate having such a gate electrode pattern, first, an NSG film 221 containing no impurities is formed as a first insulating film so as to cover the entire substrate,
A BPSG film 222 as a second insulating film is formed thereon, and an NSG film 22 as a third insulating film is further formed thereon.
Form 3 Of these, the BPSG film 222 is N
It has a property that it is more easily polished (the polishing rate is faster) than the SG films 221 and 223. In a normal production line, these insulating films are formed by the atmospheric pressure CVD method from the viewpoint of improving the throughput.

【0011】ここで、孤立パターン領域211における
第1の絶縁膜(NSG膜221)の最高位面を第1スト
ッパ面、孤立パターン領域211におけるゲート電極2
13−1以外の部分に形成された最上の絶縁膜(NSG
膜223)の最低位面を第2ストッパ面と呼ぶことにす
ると、NSG膜221,BPSG膜222およびNSG
膜223それぞれの膜厚を、第1ストッパ面の高さと第
2ストッパ面の高さとが一致するように設定する。この
とき、常圧CVD法による絶縁膜のステップカバレージ
は良好でないため、密集パターン領域212において
は、最上の絶縁膜(NSG膜223)の最低位面は、最
下の絶縁膜(NSG膜221)の最高位面の高さより低
い位置となり、2つのストッパ面は一致しない。
Here, the highest surface of the first insulating film (NSG film 221) in the isolated pattern area 211 is the first stopper surface, and the gate electrode 2 in the isolated pattern area 211.
13-1 The uppermost insulating film (NSG) formed on the part other than 13-1.
When the lowest surface of the film 223) is called a second stopper surface, the NSG film 221, the BPSG film 222 and the NSG film 221 are formed.
The film thickness of each film 223 is set so that the height of the first stopper surface and the height of the second stopper surface match. At this time, since the step coverage of the insulating film formed by the atmospheric pressure CVD method is not good, the lowest surface of the uppermost insulating film (NSG film 223) in the dense pattern region 212 is the lowermost insulating film (NSG film 221). The height is lower than the height of the highest surface of the two stopper surfaces, and the two stopper surfaces do not match.

【0012】次に、図11に示したように、孤立パター
ン領域211における第1ストッパ面の高さに合わせて
CMP研磨を行う。これにより、孤立パターン領域21
1においてはほぼ完全に平坦化がなされる。一方、密集
パターン領域212においては、ゲート電極213−
2,213−3以外の領域が研磨面(第1ストッパ面)
より低い状態で残り、段差が生ずる。これらの段差は、
常圧CVD法による絶縁膜のステップカバレージの悪さ
を反映して、かなり急峻なものである。特に、2つのゲ
ート電極213−2,213−3間の領域には、急峻か
つ比較的大きな段差が残存することとなる。
Next, as shown in FIG. 11, CMP polishing is performed according to the height of the first stopper surface in the isolated pattern region 211. As a result, the isolated pattern region 21
In No. 1, flattening is almost complete. On the other hand, in the dense pattern region 212, the gate electrode 213-
Areas other than 2, 213-3 are polishing surfaces (first stopper surface)
It remains in a lower state, resulting in a step. These steps are
It is quite steep reflecting the poor step coverage of the insulating film formed by the atmospheric pressure CVD method. In particular, a steep and relatively large step remains in the region between the two gate electrodes 213-2 and 213-3.

【0013】この後、コンタクト孔の埋め込みのために
Blk−W等の金属層を形成しエッチングした後、アル
ミニウム等からなる金属配線層を形成し、これをパター
ニングする。
After that, a metal layer of Blk-W or the like is formed and etched to fill the contact hole, and then a metal wiring layer made of aluminum or the like is formed and patterned.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】このように、CMP平
坦化技術によれば、グローバルな平坦化によりリソグラ
フィ工程におけるDOFマージンの向上を図ることがで
きると共に、2種類のシリコン酸化膜の研磨速度の違い
を利用することにより、研磨速度の面内分布を吸収した
り、研磨の終点検出のマージンを大きくすることが可能
である。
As described above, according to the CMP flattening technique, the DOF margin in the lithography process can be improved by the global flattening, and the polishing rate of two kinds of silicon oxide films can be improved. By utilizing the difference, it is possible to absorb the in-plane distribution of the polishing rate or increase the margin for detecting the polishing end point.

【0015】しかしながら、上記のように、従来の方法
では、サンドイッチ構造で形成する3つの絶縁膜の各膜
厚は、孤立パターン領域11における段差を基準とし
て、第1ストッパ面の高さと第2ストッパ面の高さとを
揃えるようにしていたので、密集パターン領域12では
2つのストッパ面が揃わず、図11に示したように、C
MP研磨後においても急峻な段差が残る。このような急
峻な段差部分が残ったまま、コンタクト孔埋め込み用金
属膜を形成しスパッタエッチングを行うと、たとえ段差
の大きさが僅かであっても、段差のコーナー部分での見
込み角が小さいことから、その部分への入射イオンの数
が極端に減少してスパッタレートが低下する。このた
め、図11に示したように、これらの段差部分にコンタ
クト孔埋め込み用金属膜のストリンガー状のエッチ残渣
25〜27が残存することとなり、配線同士のショート
不良を引き起こしてしまうという問題があった。
However, as described above, in the conventional method, the thickness of each of the three insulating films formed in the sandwich structure is based on the step in the isolated pattern region 11 and the height of the first stopper surface and the second stopper surface. Since the heights of the surfaces are aligned with each other, the two stopper surfaces are not aligned in the dense pattern area 12, and as shown in FIG.
A steep step remains even after MP polishing. If the contact hole filling metal film is formed and the sputter etching is performed with such a steep step portion remaining, the angle of view at the corner portion of the step is small even if the step size is small. Therefore, the number of incident ions to that portion is extremely reduced and the sputter rate is lowered. For this reason, as shown in FIG. 11, the stringer-like etch residues 25 to 27 of the contact hole filling metal film remain in these step portions, which causes a short circuit between wirings. It was

【0016】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その課題は、2層ストッパによるCMP法を用い
た層間絶縁膜の平坦化プロセスにおける急峻な段差をな
くし、配線形成の信頼性を十分に確保することができる
層間絶縁膜の平坦化方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to eliminate the steep step in the planarization process of the interlayer insulating film using the CMP method using the two-layer stopper, and to improve the reliability of wiring formation. It is to provide a method of planarizing an interlayer insulating film that can be sufficiently secured.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の層間絶縁膜の平
坦化方法は、半導体基板上に形成された段差を有するパ
ターンを覆うようにして相対的に研磨速度の遅い第1の
絶縁膜を形成する工程と、第1の絶縁膜上に相対的に研
磨速度の速い第2の絶縁膜を形成する工程と、第2の絶
縁膜上に相対的に研磨速度の遅い第3の絶縁膜を形成す
る工程と、第3の絶縁膜を形成した後における半導体基
板表面の段差を化学的機械研磨により平坦化する工程と
を含み、半導体基板の密集パターン領域における第1の
絶縁膜の最高位面が第3の絶縁膜の最低位面と実質的に
同一の高さになるように第1ないし第3の絶縁膜の膜厚
を設定するようにしたものである。
According to a method of planarizing an interlayer insulating film of the present invention, a first insulating film having a relatively low polishing rate is formed so as to cover a pattern having a step formed on a semiconductor substrate. Forming step, forming a second insulating film having a relatively high polishing rate on the first insulating film, and forming a third insulating film having a relatively low polishing rate on the second insulating film. A top surface of the first insulating film in the dense pattern region of the semiconductor substrate, including a step of forming the third insulating film and a step of flattening a step on the surface of the semiconductor substrate by chemical mechanical polishing after forming the third insulating film. Is so set that the film thicknesses of the first to third insulating films are set so as to be substantially the same height as the lowest surface of the third insulating film.

【0018】この層間絶縁膜の平坦化方法では、半導体
基板上の段差パターン上に、研磨速度の速い第2の絶縁
膜を研磨速度の遅い第1の絶縁膜と第3の絶縁膜によっ
て挟んだサンドイッチ構造の層間絶縁膜が形成されると
共に、第3の絶縁膜形成後における半導体基板表面の段
差が化学的機械研磨法により平坦化される。このとき、
各絶縁膜の膜厚は、密集パターン領域を基準として、第
1の絶縁膜の最高位面と第3の絶縁膜の最低位面とがほ
ぼ同一の高さになるように設定される。
In this flattening method for the interlayer insulating film, the second insulating film having a high polishing rate is sandwiched between the first insulating film and the third insulating film having a slow polishing rate on the step pattern on the semiconductor substrate. An interlayer insulating film having a sandwich structure is formed, and a step on the surface of the semiconductor substrate after forming the third insulating film is flattened by a chemical mechanical polishing method. At this time,
The film thickness of each insulating film is set such that the highest surface of the first insulating film and the lowest surface of the third insulating film have substantially the same height with reference to the dense pattern region.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0020】図1は本発明の一実施の形態に係る層間絶
縁膜の平坦化方法を説明するための断面図である。
FIG. 1 is a sectional view for explaining a method of planarizing an interlayer insulating film according to one embodiment of the present invention.

【0021】図1に示したように、本方法の対象となる
半導体装置は、図10におけるものと同様に、ゲート電
極のパターンが密集していない孤立パターン領域211
と、ゲート電極のパターンが密集した密集パターン領域
212とを含んでいる。この半導体装置の基体は、シリ
コン酸化層等の絶縁層基板14の表面近傍に単結晶シリ
コンからなるSOI層13−1,13−2を形成して構
成したもので、このうち、孤立パターン領域11のSO
I層13−1上には、シリコン酸化膜からなるゲート絶
縁膜20を介して単独のゲート電極13−1が形成さ
れ、密集パターン領域12のSOI層13−2上にはゲ
ート絶縁膜20を介し小間隔をもって配置された2つの
ゲート電極13−2,13−31が形成されている。こ
れらのゲート電極13−1〜13−3は、下層側の多結
晶シリコン層16と上層側のタングステンシリコン等か
らなるシリサイド層17とによって構成されている。各
ゲート電極13−1〜13−3の上には、シリコン酸化
膜等の絶縁膜からなるオフセット層18が形成され、ま
た、各ゲート電極13−1〜13−3の両側面にはシリ
コン酸化膜等の絶縁膜からなるサイドウォール19が形
成されている。そして、図示はしないが、SOI15−
1,15−2の各表面近傍の浅い領域には、各ゲート電
極13−1〜13−3のサイドウォール19と自己整合
的に不純物拡散領域が選択的に形成され、ソース・ドレ
イン領域を構成している。なお、オフセット層18は、
デュアルゲート型の半導体装置(一の半導体装置中に形
成されたMOSトランジスタのゲートが異なる導電型で
あるもの)を形成する場合に、ソース・ドレイン形成の
ためのイオン注入時に不純物がゲートに入り込むのを防
ぐこと、およびLDD構造のスペーサとしてのサイドウ
ォール19の厚みを確保して自己整合コンタクト形成時
におけるゲートとコンタクトとの間のショートを防止す
ること等を目的として形成されるものである。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device which is the subject of the present method has an isolated pattern region 211 in which the gate electrode patterns are not dense, as in the case of FIG.
And a dense pattern region 212 in which the pattern of the gate electrode is dense. The base of this semiconductor device is formed by forming SOI layers 13-1 and 13-2 made of single crystal silicon in the vicinity of the surface of an insulating layer substrate 14 such as a silicon oxide layer. SO
A single gate electrode 13-1 is formed on the I layer 13-1 via a gate insulating film 20 made of a silicon oxide film, and the gate insulating film 20 is formed on the SOI layer 13-2 in the dense pattern region 12. Two gate electrodes 13-2 and 13-31 are formed with a small space between them. These gate electrodes 13-1 to 13-3 are composed of a lower layer polycrystalline silicon layer 16 and an upper layer silicide layer 17 made of tungsten silicon or the like. An offset layer 18 made of an insulating film such as a silicon oxide film is formed on each gate electrode 13-1 to 13-3, and silicon oxide is formed on both side surfaces of each gate electrode 13-1 to 13-3. A sidewall 19 made of an insulating film such as a film is formed. Although not shown, the SOI15-
Impurity diffusion regions are selectively formed in the shallow regions near the surfaces of the gate electrodes 1 and 15-2 in a self-aligned manner with the sidewalls 19 of the gate electrodes 13-1 to 13-3 to form source / drain regions. doing. The offset layer 18 is
When forming a dual gate type semiconductor device (where MOS transistors formed in one semiconductor device have different conductivity types), impurities are introduced into the gate during ion implantation for source / drain formation. Is formed, and the thickness of the sidewall 19 as a spacer of the LDD structure is ensured to prevent a short circuit between the gate and the contact at the time of forming the self-aligned contact.

【0022】このようなゲート電極パターンをもった基
板に対し、基板全体を覆うようにして、まず第1の絶縁
膜であるNSG膜21を形成し、その上に第2の絶縁膜
であるBPSG膜22を形成し、さらにその上に第3の
絶縁膜であるNSG膜23を形成する。このうち、BP
SG膜22は、NSG膜21,23に比べてCMP法に
よる研磨速度が速く、相対的に研磨され易いという性質
を有する。これらの絶縁膜は、スループットの向上の観
点から、堆積速度が速い常圧CVD(ChemicalVapor De
position:化学的気相成長 )法を用いて形成する。
On a substrate having such a gate electrode pattern, an NSG film 21 which is a first insulating film is first formed so as to cover the entire substrate, and a BPSG which is a second insulating film is formed thereon. A film 22 is formed, and an NSG film 23 which is a third insulating film is further formed thereon. Of these, BP
The SG film 22 has a property that the polishing rate by the CMP method is higher than that of the NSG films 21 and 23 and that it is relatively easily polished. From the viewpoint of improving the throughput, these insulating films are formed under atmospheric pressure CVD (Chemical Vapor Deposition) with high deposition rate.
position: chemical vapor deposition) method.

【0023】本実施の形態では、NSG膜21,BPS
G膜22およびNSG膜23の各膜厚は、図1に示した
ように、密集パターン領域12におけるNSG膜21の
最高位面がNSG膜23の最低位面とほぼ同じ高さにな
るように設定し、この面をCMP研磨におけるストッパ
面とする。この場合、孤立パターン領域11では、NS
G膜21の最高位面(第1ストッパ面)はNSG膜23
の最低位面(第2ストッパ面)よりも低い位置に形成さ
れ、2つのストッパ面は一致していない。
In this embodiment, the NSG film 21 and BPS are
As shown in FIG. 1, the film thicknesses of the G film 22 and the NSG film 23 are set so that the highest surface of the NSG film 21 in the dense pattern region 12 is almost the same height as the lowest surface of the NSG film 23. This is set, and this surface is used as a stopper surface in CMP polishing. In this case, in the isolated pattern area 11, NS
The highest surface (first stopper surface) of the G film 21 is the NSG film 23.
Is formed at a position lower than the lowest surface (second stopper surface) of the two stopper surfaces.

【0024】次に、図2に示したように、密集パターン
領域12におけるストッパ面の高さに合わせてCMP研
磨を行う。これにより、密集パターン領域12において
はほぼ完全に平坦化がなされ、従来のように急峻な段差
が生ずることはない。一方、孤立パターン領域11にお
いては、図2に示したように、高い部分がより速く研磨
除去されやすいことから、孤立パターン(ゲート電極1
3−1)およびその近傍領域において、第1ストッパ面
であるNSG膜21の最高位面が露出するところまでB
PSG膜22が研磨されるが、それ以外の領域では、研
磨速度の遅いNSG膜23の存在によって研磨が進ま
ず、結局、NSG膜23の最低位面(第2ストッパ面)
が残存する。このとき、高い部分のコーナー部分の研磨
速度が速いというCMP研磨の特性から、急峻な段差は
生じにくく、第1ストッパ面と第2ストッパ面との段差
部は比較的緩やかとなる。
Next, as shown in FIG. 2, CMP polishing is performed according to the height of the stopper surface in the dense pattern region 12. As a result, the dense pattern area 12 is almost completely flattened, and a steep step unlike the conventional case does not occur. On the other hand, in the isolated pattern region 11, as shown in FIG. 2, since the high portion is easily polished and removed more quickly, the isolated pattern (gate electrode 1
3-1) and the vicinity thereof, B is reached until the highest surface of the NSG film 21, which is the first stopper surface, is exposed.
The PSG film 22 is polished, but in other regions, the polishing does not proceed due to the existence of the NSG film 23 having a slow polishing rate, and eventually the lowest surface (second stopper surface) of the NSG film 23.
Remain. At this time, a steep step is unlikely to occur due to the characteristic of CMP polishing that the polishing rate of the high corner portion is high, and the step between the first stopper surface and the second stopper surface becomes relatively gentle.

【0025】この後、コンタクト孔の埋め込みのために
Blk−W等の金属層を形成しエッチングし、アルミニ
ウム等からなる金属配線層を形成し、これをパターニン
グする。このとき、密集パターン領域12には急峻な段
差が形成されていないため、従来のように、段差部分に
コンタクト孔埋め込み用金属膜のストリンガー状のエッ
チ残渣が残存することがない。また、孤立パターン領域
11には多少の段差は生ずるものの、上記したようにそ
れは急峻なものではないため、段差部分にコンタクト孔
埋め込み用金属膜のストリンガー状のエッチ残渣が残存
することはほとんどない。仮に、そのようなエッチ残渣
が多少残存したとしても、孤立パターン領域11におい
ては配線パターンが疎らであることから、密集パターン
領域12では必ずといっていい程生ずる配線間のショー
トはほとんど生じることがなく、配線工程における歩留
りを低下させるものとはならない。
After that, a metal layer of Blk-W or the like is formed to fill the contact hole and etched to form a metal wiring layer of aluminum or the like, and this is patterned. At this time, since a steep step is not formed in the dense pattern region 12, a stringer-like etch residue of the contact hole filling metal film does not remain in the step portion as in the conventional case. Further, although some level difference is generated in the isolated pattern region 11, since it is not steep as described above, a stringer-like etch residue of the contact hole filling metal film hardly remains at the level difference part. Even if some such etch residue remains, since the wiring pattern is sparse in the isolated pattern region 11, there is almost no short circuit between the wirings that occurs in the dense pattern region 12. This does not reduce the yield in the wiring process.

【0026】このように、本実施の形態に係る層間絶縁
膜の平坦化方法によれば、グローバルな平坦化によりリ
ソグラフィ工程におけるDOFマージンの向上、2種類
のシリコン酸化膜の研磨速度の違いを利用することによ
る研磨速度の面内分布の吸収、および研磨の終点検出の
マージンの拡大等が可能であるほか、密集パターン領域
12における急峻な段差の形成を防止することができ
る。このため従来の2層ストッパによるCMP法で問題
となっていたコンタクト孔埋め込み用金属膜のストリン
ガー状のエッチ残渣による配線間のショートを効果的に
防止することができ、配線形成の信頼性を確保すること
ができる。
As described above, according to the flattening method of the interlayer insulating film of the present embodiment, the DOF margin in the lithography process is improved by the global flattening, and the difference in the polishing rate between the two kinds of silicon oxide films is utilized. By doing so, it is possible to absorb the in-plane distribution of the polishing rate, expand the margin for detecting the polishing end point, and prevent the formation of a sharp step in the dense pattern region 12. Therefore, it is possible to effectively prevent a short circuit between wirings due to a stringer-like etch residue of the contact hole filling metal film, which is a problem in the conventional CMP method using a two-layer stopper, and to secure the reliability of wiring formation. can do.

【0027】次に、本発明に係る層間絶縁膜の平坦化方
法を用いた半導体製造方法をより詳細に説明する。な
お、ここでは、説明の簡略化のため、密集パターン領域
12のみを図示して説明するものとする。
Next, a semiconductor manufacturing method using the interlayer insulating film planarizing method according to the present invention will be described in more detail. Here, for the sake of simplification of description, only the dense pattern area 12 will be illustrated and described.

【0028】まず、図3(a)に示したように、シリコ
ン酸化層(SiO2 )等からなる絶縁層基板14の表面
近傍に例えばP型不純物を含んだ単結晶シリコンからな
るSOI層15−2を選択的に形成してSOI基板を構
成する。このSOI基板の形成は、例えばウェハ貼り合
わせ法により行う。
First, as shown in FIG. 3A, the SOI layer 15-made of, for example, single crystal silicon containing P-type impurities is formed near the surface of the insulating layer substrate 14 made of a silicon oxide layer (SiO 2 ) or the like. 2 is selectively formed to form an SOI substrate. The SOI substrate is formed by, for example, a wafer bonding method.

【0029】次に、図3(b)に示したように、シリコ
ン酸化膜等のゲート絶縁膜20を9nm程度の厚さに形
成した後、70nm程度の膜厚の多結晶シリコン層16
と、70nm程度の膜厚のタングステンシリコン等のシ
リサイド層17とを形成し、さらにその上に、120n
m程度の膜厚のオフセット層18を形成する。そして、
RIE(反応性イオンエッチング) 法等を用いた選択的
エッチングにより、オフセット層18、シリサイド層1
7および多結晶シリコン層16をパターニングして、S
OI層15−2上にゲート電極13−2,13−3を形
成する。勿論、図示はしないが、これと同時に孤立パタ
ーン領域11のSOI層15−1上にもゲート電極13
−1を形成する。なお、以下の説明では、孤立パターン
領域11についての説明を省略する。
Next, as shown in FIG. 3B, a gate insulating film 20 such as a silicon oxide film is formed to a thickness of about 9 nm, and then a polycrystalline silicon layer 16 having a thickness of about 70 nm is formed.
And a silicide layer 17 of tungsten silicon or the like having a film thickness of about 70 nm, and further 120 n
The offset layer 18 having a thickness of about m is formed. And
By the selective etching using the RIE (Reactive Ion Etching) method or the like, the offset layer 18 and the silicide layer 1 are formed.
7 and the polycrystalline silicon layer 16 are patterned to form S
Gate electrodes 13-2 and 13-3 are formed on the OI layer 15-2. Of course, although not shown, the gate electrode 13 is also formed on the SOI layer 15-1 in the isolated pattern region 11 at the same time.
-1 is formed. In the following description, the description of the isolated pattern area 11 will be omitted.

【0030】次に、図3(c)に示したように、SOI
層15−2の表面近傍の浅い領域に、ゲート電極13−
2,13−3と自己整合的にN型不純物を選択的にイオ
ン注入し、LDD(Lightly Doped Drain) 領域となるN
- 型拡散層25を形成した後、全面にシリコン酸化膜を
形成し、これを異方性エッチングすることにより、ゲー
ト電極13−2,13−3およびオフセット層18の側
面にサイドウォール19を形成する。このとき、N-
拡散層25上の大部分のゲート絶縁膜20も除去する。
そして、さらに、サイドウォール19と自己整合的に、
SOI層15−2の表面近傍の浅い領域にN型不純物を
イオン注入して、ソース・ドレイン領域となる高濃度の
+ 型拡散層26を形成する。これにより、密集パター
ン領域12に、LDD構造の2つのNMOSトランジス
タが形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, the SOI
In the shallow region near the surface of the layer 15-2, the gate electrode 13-
2. N-type impurities are selectively ion-implanted in a self-aligning manner with 2, 13-3 to form LDD (Lightly Doped Drain) regions.
- after forming a diffusion layer 25, the silicon oxide film is formed on the entire surface is anisotropically etched so, the sidewalls 19 on the side surfaces of the gate electrodes 13-2 and 13-3 and the offset layer 18 formed To do. At this time, most of the gate insulating film 20 on the N type diffusion layer 25 is also removed.
Further, in a self-aligned manner with the sidewall 19,
N-type impurities are ion-implanted into a shallow region near the surface of the SOI layer 15-2 to form a high-concentration N + -type diffusion layer 26 serving as a source / drain region. As a result, two NMOS transistors having the LDD structure are formed in the dense pattern region 12.

【0031】次に、図4(a)に示したように、常圧C
VD法により、全面に200nm程度の膜厚のNSG膜
21を形成した後、同図(b)に示したように、全面に
300nm程度の膜厚のBPSG膜22を形成し、さら
に同図(c)に示したように、全面に50nm程度の膜
厚のNSG膜23を形成する。このときの各絶縁膜の形
成条件は、例えば次の通りである。まず、NSG膜21
については、大気圧下、基板温度を430°Cに設定
し、ガス流量として、モノシラン(SiH4 ),酸素
(O2 )および窒素(N 2)をそれぞれ30,540,
23000cc/分とする。BPSG膜22について
は、大気圧下、基板温度を380°Cに設定し、ガス流
量として、モノシラン(SiH4 ),シボラン(B2
6 ),フォスフィン(PH3 ),酸素(O2 )および窒
素(N2 )をそれぞれ40,2.0,5.9,360
0,19000cc/分とする。NSG膜23について
は、NSG膜21の形成条件と同様とする。
Next, as shown in FIG. 4A, the normal pressure C
After the NSG film 21 having a thickness of about 200 nm is formed on the entire surface by the VD method, the BPSG film 22 having a thickness of about 300 nm is formed on the entire surface as shown in FIG. As shown in c), the NSG film 23 having a film thickness of about 50 nm is formed on the entire surface. The conditions for forming each insulating film at this time are as follows, for example. First, the NSG film 21
For the above, the substrate temperature was set to 430 ° C. under atmospheric pressure, and the gas flow rates were monosilane (SiH 4 ), oxygen (O 2 ), and nitrogen (N 2 ) 30, 540, respectively.
23000 cc / min. For the BPSG film 22, the substrate temperature is set to 380 ° C. under atmospheric pressure, and the gas flow rates are monosilane (SiH 4 ), silane (B 2 H)
6 ), phosphine (PH 3 ), oxygen (O 2 ) and nitrogen (N 2 ) 40, 2.0, 5.9 and 360, respectively.
It is 0.19000 cc / min. The NSG film 23 is formed under the same conditions as the NSG film 21.

【0032】従来は、BPSG膜22の膜厚を210n
m程度として、孤立パターン領域11における2つのス
トッパ面が揃うようにしていたが、本実施の形態では、
密集パターン領域12におけるBPSG膜22のステッ
プカバレージの低下を考慮して、平坦化部分でのBPS
G膜22の膜厚を300nm程度と、従来よりもやや厚
めに設定している。このように、やや厚めで足りるとし
たのは、ゲート電極のようにアスペクト比がさほど高く
ない場合には、BPSG膜22のステップカバレージの
低下も僅かだからである。
Conventionally, the thickness of the BPSG film 22 is set to 210 n.
Although the two stopper surfaces in the isolated pattern area 11 are aligned with each other at about m, in the present embodiment,
Considering the decrease in the step coverage of the BPSG film 22 in the dense pattern region 12, the BPS in the flattened portion is taken into consideration.
The thickness of the G film 22 is set to about 300 nm, which is slightly thicker than in the past. As described above, the reason why the thickness is slightly thick is that the step coverage of the BPSG film 22 is slightly reduced when the aspect ratio is not so high as in the gate electrode.

【0033】次に、図5(a)に示したように、全面に
対してCMP法による研磨を行い、主にNSG膜23お
よびBPSG膜22の高い部分を除去して全体を平坦化
する。このCMP法は、研磨材を溶媒(水等)に懸濁さ
せると共に、溶媒自身に研磨対象物を化学的にエッチン
グする能力をもたせ、研磨布等を用いて研磨処理を行う
もので、従来より主としてシリコンウェハの鏡面研磨に
用いられていたほか、近年ではVLSI(超高集積回
路)の平坦化手法としても用いられているものである。
本実施の形態では、次のような条件下で研磨を行う。例
えば、研磨パッドとしては、湿式発砲体からなる不織布
タイプクロスで2次樹脂処理がされた硬質タイプ(例え
ば、商品名Suba800として市販されている。)を
用い、シリカ系のスラリー(研磨液)(例えば、商品名
G3250として市販されている。)を30cc/分の
割合で供給する。また、例えば、圧力は160g/cm
2 とし、定盤回転数は38rpmとする。但し、ここで
示した条件に限定されることはなく、必要に応じ適切な
条件を選択することが可能である。
Next, as shown in FIG. 5A, the entire surface is polished by the CMP method to mainly remove the high parts of the NSG film 23 and the BPSG film 22 to planarize the entire surface. In this CMP method, an abrasive is suspended in a solvent (water or the like), and the solvent itself has the ability to chemically etch an object to be polished, and the polishing treatment is performed using a polishing cloth or the like. In addition to being mainly used for mirror polishing of silicon wafers, in recent years, it has also been used as a flattening method for VLSI (Very High Integrated Circuit).
In this embodiment, polishing is performed under the following conditions. For example, as the polishing pad, a hard type (for example, commercially available under the trade name Suba800) which is a non-woven cloth made of a wet foam and treated with a secondary resin is used, and a silica-based slurry (polishing liquid) ( For example, the product name G3250) is supplied at a rate of 30 cc / min. Also, for example, the pressure is 160 g / cm
2 and the platen rotation speed is 38 rpm. However, the conditions are not limited to those shown here, and appropriate conditions can be selected as necessary.

【0034】このCMP工程により、図5(a)に示し
たように、密集パターン領域12には急峻な段差は僅か
ながらも形成されず、ほぼ完全な平坦化が達成される。
もちろん、図2で説明したように、孤立パターン領域1
1にも急峻な段差は形成されず、僅かに緩やかな段差が
形成されるのみである。
By this CMP process, as shown in FIG. 5 (a), a steep step is not formed in the dense pattern region 12, although a slight amount is not formed, and almost complete flattening is achieved.
Of course, as described in FIG. 2, the isolated pattern area 1
No sharp step is formed in No. 1, but only a slightly gentle step is formed.

【0035】そして、図5(b)に示したように、平坦
化された層間絶縁膜上に、最終的デバイスとして要求さ
れる層間膜厚となるように200nm程度の膜厚のPS
G(リン・シリケート・ガラス)膜28を形成する。こ
のPSG膜28の形成条件は、例えば、大気圧下、基板
温度を390°Cに設定し、ガス流量として、モノシラ
ン,フォスフィン,酸素および窒素をそれぞれ35,
2.8,670,22000cc/分とする。これ以降
の工程では、通常のプロセスに従ってコンタクトホール
を形成した後、Blk−W等の金属層によりコンタクト
ホールの埋め込みを行い、上層にアルミニウム等の金属
配線層を形成する。
Then, as shown in FIG. 5B, a PS film having a film thickness of about 200 nm is formed on the flattened interlayer insulating film so as to have an interlayer film thickness required for a final device.
A G (phosphorus silicate glass) film 28 is formed. The conditions for forming the PSG film 28 are, for example, that the substrate temperature is set to 390 ° C. under atmospheric pressure, and the gas flow rates are monosilane, phosphine, oxygen and nitrogen of 35, respectively.
2.8,670,22000 cc / min. In the subsequent steps, after forming a contact hole according to a normal process, the contact hole is filled with a metal layer such as Blk-W, and a metal wiring layer such as aluminum is formed as an upper layer.

【0036】次に、図6ないし図8を参照して、本発明
の他の実施の形態に係る層間絶縁膜の平坦化方法を説明
する。本実施の形態は、層間絶縁膜上のアルミニウム等
の金属配線パターンを対象とし、この金属配線パターン
を覆うように形成された層間絶縁膜をCMP法によって
平坦化するものである。なお、本実施の形態において
も、配線の孤立パターン領域については図示を省略し、
配線の密集パターン領域についてのみ図示して説明する
こととする。
Next, a method of planarizing an interlayer insulating film according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment targets a metal wiring pattern such as aluminum on the interlayer insulating film, and flattens the interlayer insulating film formed so as to cover the metal wiring pattern by the CMP method. Note that, also in the present embodiment, illustration of the isolated pattern region of the wiring is omitted,
Only the dense pattern area of the wiring will be illustrated and described.

【0037】まず、図6(a)に示したように、半導体
基板31上にシリコン酸化膜等の層間絶縁膜32を形成
する。なお、ここで半導体基板31は、例えば上記実施
の形態で示した平坦化方法によりゲート部分の層間絶縁
膜表面段差が平坦化された基板を想定したものである。
First, as shown in FIG. 6A, an interlayer insulating film 32 such as a silicon oxide film is formed on a semiconductor substrate 31. Here, the semiconductor substrate 31 is assumed to be a substrate in which the surface step of the interlayer insulating film in the gate portion is flattened by the flattening method shown in the above embodiment.

【0038】次に、図6(b)に示したように、この層
間絶縁膜32上に、アルミニウム系合金からなる金属配
線層を堆積形成した後、これをパターニングして、微小
間隔をもって配置された配線層33−1,33−2を形
成する。この配線層は、下層側から順に例えば、Ti
(チタン)/TiN(チタンナイトライド)/Ti/A
l−Cu/Ti/TiN/Tiという7層構造を有し、
各層の膜厚は、例えば下から順に20nm/20nm/
5nm/500nm/5nm/200nm/5nmとす
る。従って、配線層33−1,33−2の全段差量は約
650nmである。
Next, as shown in FIG. 6B, a metal wiring layer made of an aluminum-based alloy is deposited and formed on the interlayer insulating film 32, and then this is patterned and arranged with a minute interval. The wiring layers 33-1 and 33-2 are formed. This wiring layer is, for example, Ti in order from the lower layer side.
(Titanium) / TiN (Titanium nitride) / Ti / A
It has a 7-layer structure of l-Cu / Ti / TiN / Ti,
The film thickness of each layer is, for example, 20 nm / 20 nm /
5 nm / 500 nm / 5 nm / 200 nm / 5 nm. Therefore, the total step difference of the wiring layers 33-1 and 33-2 is about 650 nm.

【0039】次に、図6(c)に示したように、上記実
施の形態の場合と同様に、常圧CVD法を用い、全面に
200nm程度の膜厚のNSG膜34を形成した後、図
7(a)に示したように、全面に900nm程度の膜厚
のBPSG膜35を形成し、さらに図7(b)に示した
ように、全面に100nm程度の膜厚のNSG膜36を
形成する。このときの各絶縁膜の形成条件は、上記の実
施の形態と同様である。
Next, as shown in FIG. 6C, as in the case of the above-described embodiment, the NSG film 34 having a thickness of about 200 nm is formed on the entire surface by the atmospheric pressure CVD method, and thereafter, As shown in FIG. 7A, a BPSG film 35 having a film thickness of about 900 nm is formed on the entire surface, and further, an NSG film 36 having a film thickness of about 100 nm is formed on the entire surface as shown in FIG. 7B. Form. The conditions for forming each insulating film at this time are the same as those in the above-described embodiment.

【0040】従来は、BPSG膜35の膜厚を550n
m程度として、孤立パターン領域11における2つのス
トッパ面が揃うようにしていたが、本実施の形態では、
密集パターン領域におけるBPSG膜35のステップカ
バレージの低下を考慮して、平坦化部分でのBPSG膜
35の膜厚を900nm程度と、従来よりもかなり厚め
に設定している。このように、かなり厚めにしたのは、
配線層33−1,33−2間のスペースは通常1μm以
下であり、両配線間の段差領域のアスペクト比がかなり
高くなることから、この領域において2つのストッパ面
を揃えるためには、この程度の厚さが好適だからであ
る。
Conventionally, the film thickness of the BPSG film 35 is 550 n.
Although the two stopper surfaces in the isolated pattern area 11 are aligned with each other at about m, in the present embodiment,
In consideration of the decrease in the step coverage of the BPSG film 35 in the dense pattern region, the film thickness of the BPSG film 35 in the flattened portion is set to about 900 nm, which is considerably thicker than in the past. In this way, I made it quite thick,
The space between the wiring layers 33-1 and 33-2 is usually 1 μm or less, and the aspect ratio of the stepped region between both wirings is considerably high. This is because the thickness is suitable.

【0041】次に、図7(c)に示したように、全面に
対してCMP法による研磨を行い、NSG膜36および
BPSG膜35の高い部分を除去して全体を平坦化す
る。この場合の研磨条件は、上記実施の形態と同様とす
るが、それに限定されることはなく、必要に応じ適切な
条件を選択することが可能である。
Next, as shown in FIG. 7C, the entire surface is polished by the CMP method to remove the high portions of the NSG film 36 and the BPSG film 35 to flatten the entire surface. The polishing conditions in this case are similar to those in the above-described embodiment, but are not limited thereto, and it is possible to select appropriate conditions as necessary.

【0042】このCMP工程により、図7(c)に示し
たように、密集パターン領域には急峻な段差は僅かなが
らも形成されず、ほぼ完全な平坦化が達成される。もち
ろん、孤立パターン領域(図示せず)にも急峻な段差は
形成されず、僅かに緩やかな段差が形成されるのみであ
る。
By this CMP step, as shown in FIG. 7C, a steep step is not formed at all in the dense pattern area, and almost complete flattening is achieved. Of course, no steep step is formed in the isolated pattern region (not shown), and only a slightly gentle step is formed.

【0043】そして、図8に示したように、平坦化され
た層間絶縁膜上に、最終的デバイスとして要求される層
間膜厚となるように300nm程度の膜厚のNSG膜3
7を形成する。これ以降の工程では、通常のプロセスに
従ってコンタクトホールを形成した後、Blk−W等の
金属層によりコンタクトホールの埋め込みを行い、上層
にアルミニウム等の金属配線層を形成する。
Then, as shown in FIG. 8, the NSG film 3 having a film thickness of about 300 nm is formed on the planarized interlayer insulating film so as to have an interlayer film thickness required for a final device.
7 is formed. In the subsequent steps, after forming a contact hole according to a normal process, the contact hole is filled with a metal layer such as Blk-W, and a metal wiring layer such as aluminum is formed as an upper layer.

【0044】以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発
明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定さ
れるものではなく、その均等の範囲で種々変形可能であ
る。例えば、以上の各実施の形態では、ゲート段差およ
びアルミニウム系合金配線段差を対象としたが、本発明
はこれに限定されることはなく、例えばキャパシタ等が
密集した段差パターン等も対象となる。
Although the present invention has been described above with reference to some embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and can be variously modified within the equivalent range. For example, in each of the above embodiments, the gate step and the aluminum alloy wiring step are targeted, but the present invention is not limited to this, and for example, a step pattern in which capacitors and the like are densely arranged is also targeted.

【0045】また、上記実施の形態(図1,図2および
図3〜図5)では、SOI基板上にゲート段差が形成さ
れた場合について説明したが、通常のバルクシリコン基
板の場合でも同様である。さらに、各層間絶縁膜の膜厚
は、あくまで一実施例を説明したに過ぎず、パターンの
密集度とCVD膜のステップカバレージの程度等に応じ
て適宜変更されるのはもちろんである。
In the above embodiment (FIGS. 1, 2 and 3 to 5), the case where the gate step is formed on the SOI substrate has been described, but the same applies to the case of a normal bulk silicon substrate. is there. Further, the film thickness of each interlayer insulating film is merely one example described, and it is needless to say that it is appropriately changed according to the density of the pattern and the degree of step coverage of the CVD film.

【0046】また、第1および第3の絶縁層として、C
VD法により堆積されたNSG膜を用いることとして説
明したが、本発明はこれに限定されることはなく、第2
の絶縁膜より研磨速度の遅い膜であればよく、例えばシ
リコン窒化膜(Si3 4 )を用いることもできる。ま
た、第2の絶縁膜として、CVD法により堆積されたB
PSG膜を用いることとして説明したが、本発明はこれ
に限定されることはなく、第1および第3の絶縁膜より
研磨速度の速い膜であればよく、例えばPSG(リン・
シリケート・ガラス)やBSG(ボロン・シリケート・
ガラス)等であってもよい。
As the first and third insulating layers, C
Although it has been described that the NSG film deposited by the VD method is used, the present invention is not limited to this.
Any insulating film having a polishing rate lower than that of the insulating film may be used, and for example, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) may be used. Further, as the second insulating film, B deposited by the CVD method
Although it is described that the PSG film is used, the present invention is not limited to this, and any film having a higher polishing rate than the first and third insulating films may be used.
Silicate glass) and BSG (boron silicate
Glass) or the like.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように本発明の層間絶縁膜
の平坦化方法によれば、半導体基板上の段差パターン上
に、研磨速度の速い第2の絶縁膜を研磨速度の遅い第1
の絶縁膜および第3の絶縁膜によって挟んだサンドイッ
チ構造の層間絶縁膜を形成する際に、密集パターン領域
を基準として第1の絶縁膜の最高位面と第3の絶縁膜の
最低位面とが実質的に同一の高さになるように各絶縁膜
の膜厚を設定するようにしたので、第3の絶縁膜形成後
における半導体基板表面の段差を化学的機械研磨により
平坦化した後において密集パターン領域に急峻な段差が
残存するという不都合がなくなる。このため、その上層
の配線加工時におけるオーバーエッチ時間は最小限で済
むこととなり、加工マージンが増大するという効果があ
る。また、その後にコンタクトホールの埋め込みのため
に金属層を形成しコンタクト部分以外をエッチング除去
するという工程を行った場合、その金属層が段差部分に
ストリンガー状の残渣として残存することがなくなり、
上層の配線間でのショート不良や配線の段切れ等の不都
合がなく、配線形成の信頼性を確保することができると
いう効果がある。
As described above, according to the method of flattening an interlayer insulating film of the present invention, a second insulating film having a high polishing rate and a first polishing layer having a low polishing rate are formed on a step pattern on a semiconductor substrate.
When forming an interlayer insulating film having a sandwich structure sandwiched between the third insulating film and the third insulating film, the highest surface of the first insulating film and the lowest surface of the third insulating film are defined with reference to the dense pattern area. Since the thicknesses of the respective insulating films are set so that they have substantially the same height, after the steps on the surface of the semiconductor substrate after the third insulating film is formed are flattened by chemical mechanical polishing, There is no inconvenience that a steep step remains in the dense pattern area. Therefore, the over-etching time at the time of processing the wiring of the upper layer can be minimized, and the processing margin can be increased. Further, when a step of forming a metal layer for filling the contact hole and removing the portion other than the contact portion by etching is performed thereafter, the metal layer does not remain as a stringer-like residue in the step portion,
There is an advantage that the reliability of the wiring formation can be secured without any inconvenience such as a short circuit defect between the wirings in the upper layer or a disconnection of the wiring.

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

【図1】本発明の一実施の形態に係る層間絶縁膜の平坦
化方法を説明するための素子断面図である。
FIG. 1 is a device sectional view for illustrating a method for planarizing an interlayer insulating film according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施の形態に係る層間絶縁膜の平坦
化方法を説明するための他の素子断面図である。
FIG. 2 is another element cross-sectional view for explaining the method of planarizing the interlayer insulating film according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施の形態に係る層間絶縁膜の平坦
化方法を適用した半導体の製造方法の一工程を表す断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a step in a semiconductor manufacturing method to which the interlayer insulating film planarizing method according to the embodiment of the present invention is applied.

【図4】図3に続く工程を表す断面図である。FIG. 4 is a sectional view illustrating a step following FIG. 3;

【図5】図4に続く工程を表す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a process following the process in FIG.

【図6】本配置の他の実施の形態に係る層間絶縁膜の平
坦化方法を適用した半導体の製造方法の一工程を表す断
面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a step in a semiconductor manufacturing method to which an interlayer insulating film planarizing method according to another embodiment of the present arrangement is applied.

【図7】図6に続く工程を表す断面図である。FIG. 7 is a sectional view illustrating a step following FIG. 6;

【図8】図7に続く工程を表す断面図である。8 is a cross-sectional view illustrating a process following the process in FIG.

【図9】密集パターン領域におけるステップカバレージ
の低下を説明するための断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a decrease in step coverage in a dense pattern area.

【図10】従来の層間絶縁膜の平坦化方法を説明するた
めの素子断面図である。
FIG. 10 is an element cross-sectional view for explaining a conventional method of planarizing an interlayer insulating film.

【図11】従来の層間絶縁膜の平坦化方法を説明するた
めの他の素子断面図である。
FIG. 11 is another element cross-sectional view for explaining the conventional flattening method of the interlayer insulating film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…孤立パターン領域、12…密集パターン領域、1
3−1〜13−3…ゲート電極、14…絶縁層基板、1
5−1,15−2…SOI層、21,34…NSG膜
(第1の絶縁膜)、22,35…BPSG膜(第2の絶
縁膜)、23,36…NSG膜(第3の絶縁膜)
11: isolated pattern area, 12: dense pattern area, 1
3-1 to 13-3 ... Gate electrode, 14 ... Insulating layer substrate, 1
5-1, 15-2 ... SOI layer, 21, 34 ... NSG film (first insulating film), 22, 35 ... BPSG film (second insulating film), 23, 36 ... NSG film (third insulating film) film)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成された段差を有する
パターンを覆うようにして相対的に研磨速度の遅い第1
の絶縁膜を形成する工程と、 第1の絶縁膜上に相対的に研磨速度の速い第2の絶縁膜
を形成する工程と、 第2の絶縁膜上に相対的に研磨速度の遅い第3の絶縁膜
を形成する工程と、 第3の絶縁膜を形成した後における半導体基板表面の段
差を化学的機械研磨により平坦化する工程とを含み、 前記半導体基板の密集パターン領域における第1の絶縁
膜の最高位面が第3の絶縁膜の最低位面と実質的に同一
の高さになるように第1ないし第3の絶縁膜の膜厚を設
定することを特徴とする層間絶縁膜の平坦化方法。
1. A first polishing tool having a relatively low polishing rate so as to cover a stepped pattern formed on a semiconductor substrate.
Forming an insulating film, forming a second insulating film having a relatively high polishing rate on the first insulating film, and forming a third insulating film having a relatively low polishing rate on the second insulating film. Forming a third insulating film, and planarizing a step on the surface of the semiconductor substrate after forming the third insulating film by chemical mechanical polishing, the first insulating in the dense pattern region of the semiconductor substrate. The film thickness of the first to third insulating films is set so that the highest surface of the film has substantially the same height as the lowest surface of the third insulating film. Planarization method.
【請求項2】 第1の絶縁膜および第3の絶縁膜はそれ
ぞれ不純物を含まないシリコン酸化膜またはシリコン窒
化膜で構成されることを特徴とする請求項1記載の層間
絶縁膜の平坦化方法。
2. The method for planarizing an interlayer insulating film according to claim 1, wherein the first insulating film and the third insulating film are each formed of a silicon oxide film or a silicon nitride film containing no impurities. .
【請求項3】 第2の絶縁膜はボロン・リン・シリケー
ト・ガラスまたはリン・シリケート・ガラスまたはボロ
ン・シリケート・ガラスで構成されることを特徴とする
請求項1記載の層間絶縁膜の平坦化方法。
3. The planarization of the interlayer insulating film according to claim 1, wherein the second insulating film is composed of boron-phosphorus-silicate glass, phosphorus-silicate glass, or boron-silicate glass. Method.
【請求項4】 前記パターンは、ゲート電極または金属
配線によって形成されたものであることを特徴とする請
求項1記載の層間絶縁膜の平坦化方法。
4. The method of planarizing an interlayer insulating film according to claim 1, wherein the pattern is formed by a gate electrode or a metal wiring.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11261014A (en) * 1997-12-04 1999-09-24 Fujitsu Ltd Automatic alignment pattern formation method by chemical mechanical polishing suitable for substrate capacitor formation
EP0954017A3 (en) * 1998-04-16 2000-08-09 STMicroelectronics, Inc. A semiconductor structure having an improved pre-metal dielectric stack

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11261014A (en) * 1997-12-04 1999-09-24 Fujitsu Ltd Automatic alignment pattern formation method by chemical mechanical polishing suitable for substrate capacitor formation
EP0954017A3 (en) * 1998-04-16 2000-08-09 STMicroelectronics, Inc. A semiconductor structure having an improved pre-metal dielectric stack
US6707134B1 (en) 1998-04-16 2004-03-16 Stmicroelectronics, Inc. Semiconductor structure having an improved pre-metal dielectric stack and method for forming the same
US6861352B2 (en) 1998-04-16 2005-03-01 Stmicroelectronics, Inc. Semiconductor structure having an improved pre-metal dielectric stack and method for forming the same

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