JPH0193146A - 多層配線の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、半導体装置の製造方法において、平坦であ
り、かつ高い信頼性を有する層間絶縁膜を形成する技術
に関する。

（従来の技術） 近年、電子機器の小型化、電子機器内での処理能力の高
速化及びその他の要求に伴ない、これら電子機器を構成
する半導体装置の高集積化が進められている。

従来、このような半導体装置の高集積化を行なうに当り
、半導体装置における配線構造を三次元的に構築する多
層配線技術が広く利用されている。

以下、図面ヲ参照して、従来の多層配線技術の一例につ
き説明する。

従来知られている多層配線技術として、例えば文献工：
特開昭５７−２５２１号公報に開示されるものがある。

この技術では、配線パターンを形成するために用いたレ
ジストパターンを絶縁膜リフトオフ用のマスクとしても
用いる方法である。

第２図（Ａ）〜（Ｅ）は、上述の公報に開示される技術
を説明するため、各製造工程にあける概略的なウェハ断
面により示す説明図である。

同図中、断面を示すハツチングは一部省略している。ま
た、以下の説明においては、第１層目として基板の表面
に画成される配線パターンと、当該配線パターンまたは
層間絶縁層の上層側に画成される配線パターンとを包括
的に示すため、基板を下地として説明することとする。

ざらに、１１は下地、１３は例えばアルミニウム（Ａ、
ｕ）、アルミニウムーシリコン合金（Ａｔ−３ｉ　（Ｓ
ｉｎ　１重量％程度含有））またはその他任意好適な導
電性材料よりなる配線層、１５は有機系合成樹脂よりな
るレジストパターン、１７はレジストパターン１５によ
つ画成される配線パターン、１９ａ及び＋９ｂは、例え
ば二酸化ケイ素（ＳｉＯ□）またはその他の絶縁材料よ
りなる絶縁膜、２１は絶Ｒ膜１９ａ及び＋９ｂと同様な
材料よりなる層間絶縁膜である。

まず始めに、真室蒸着法、スパッタリング法、化学的気
相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ：ＣＶＤ　）法またはその他任意好適な被着方
法により、下地１１の表面に配線層１３７ａ被着せしめ
、第２図（Ａ）に示す状態のウェハを得る。

続いて、ホトリソエツチング技術により、レジストパタ
ーン１５ヲ画成して上述の配線層１３ヲ食刻し、設計に
応した配線パターン１７を形成して第２図ＣＢ）に示す
状態のウェハを得る。

次に、上述したレジストパターン１５＠除去することな
く、バイアススパッタリング法によって絶縁膜１９ａ及
び＋９ｂを上述したウェハの上側全面に被着させ、配線
パターン１７同士の間を絶縁膜１９ａによって埋め戻し
、第２図（Ｃ）に示す状態のウェハを得る。

この絶縁膜１９ａ及び＋９ｂ　Ｖバイアススパッタリン
グ法によつ被着するに当っては、ウェハをＲ百する電極
に印加する高周波電力を比較的大きくする（前述の文献
工参照）。このような条件の下では、ウェハの法線に沿
った面での再スパッタリング（エツチング）を生じる。

これがため、レジストパターン１５による段差が被覆さ
れることなく、下地１１の表面であり、かつ配線パター
ン１７同士の間に被着される絶縁膜１９ａと、レジスト
パターン１５の上に被着される絶縁膜１９ｂとが形成さ
れる。このバイアススパッタリング法と同様な被着手段
としで、例えばバイアスＥＣＲ（Ｅ　１ｅｃｔｒｏｎＣ
ｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）法、或いは基
板にバイアスを印加して被着を行うＣＶＤ法のような被
着方法であっても、被若作用と工・ンチング（スパッタ
リング）作用とを同時に実行することが可能である。

従って、この明細書では、これら上述の被着方法をバイ
アススパッタ法として包括的に表わすこととする。

続いて、上述したレジストパターン１５のみを選択的に
エツチング除去し得るエッチャントを用いてリフトオフ
を行ない、当該パターン１５と前述した絶縁膜＋９ｂと
を除去し、第２図（Ｄ）に示す状態のウェハを得る。

続いて、任意好適な被着方法によって上述のウェハの表
側全面に層間絶縁膜２１を被着させて、第２図（Ｅ）に
示す状態のウェハを得る。

このような工程を経た後、ホトリソエツチング技術によ
って上述の層間絶縁膜２１にスルーホール（図示せず）
を開孔し、ざらに、第２図（Ａ）〜（Ｅ）に示す工程を
繰り返すことにより多層配線を形成することができる。

上述した多層配線技術では配線パターン１７同士の間を
絶縁膜１９ａによって埋め戻すこと（こより、ウェハ表
面の平坦化を図ることが可能となる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した従来の技術では、絶縁膜＋９ｂ
ｔリフトオフするに当り、レジストパターン１５ヲリフ
トオフ用マスクとしても用いる構成となっている。現在
、一般に用いられているレジスト材料では、バイアスス
パッタ法による絶縁膜１９ａ及び＋９ｂの被着に伴なう
ウェハ温度の上昇により、レジストパターン１５が変形
または変質し、＋！々の問題を生していた。

即ち、第２図（Ａ）〜（巳）と同様に、ウェハの概略的
断面による第３図（Ａ）に示すように、バイアススパッ
タに伴なう再スパッタによって配線パターン１７の一部
分か破損（矢印ｐで示す）したつ、絶縁膜１９ａと＋９
ｂとか個別の構成成分として形成されない（矢印ｑで示
す）場合が有った。係る場合には、リフトオフ後のウェ
ハの状態を示す第３図（Ｂ）からも理解できるように、
配線パターンの有効面積が低下して当該パターンの微細
化を図ることができなかったり、絶縁膜の一部分かりフ
トオフの後にも残存してウェハ表面の平坦化を図ること
が難しい。

このように、リフトオフ用マスクとしてレジスト材料を
用いた場合には、前述の技術に限らず、リフトオフ用マ
スクの変形及び変質によって、多層配線の形成工程に闇
する再現性が低下し、製造歩留りが著しく低下するとい
う問題点が有った。

この発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、例え
ば絶縁膜の被着に伴なう配線パターンの破損や不必要な
絶縁膜の残存を回避し、有効なリフトオフを行なうこと
（こより、平坦でかつ信Ｍ牲の高い多層配線を形成し得
る方法を提供することに有る。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の多層配線の形成
方法によれば、 下地の表面に配線層を被着させた後、レジストパターン
を形成して配線パターンを形成し、この配線パターン同
士の間に絶縁膜を堆積し、この配線パターンと絶縁膜と
の上側に層間絶縁膜を被着して多層配線を形成するに当
り、 上述した下地の表面に配線層と保護層とを順次被着せし
める工程と、 レジストパターンを画成し、上述した保護層と配線層と
を順次食刻して、夫々、保護層パターン及び配線パター
ンを形成する工程と、 上述したレジストパターンの除去後、バイアススパッタ
法により、保護層パターンを含む下地上に絶縁膜を被着
せしめる工程と、 上述した保護層パターンを除去して上述の絶縁膜の対応
する部分をリフトオンする工程とを含むことを特徴とし
ている。

また、この発明の実施に当り、上述した保護層を耐スパ
ッタ層とリフトオフ用マスク層として行なうのが好適で
ある。

（作用） この発明の多層配線の形成方法の構成によれば、リフト
オフ用マスクとして耐スパッタ性及び耐熱性を有する保
護層パターンを形成してリフトオフを行なう。これがた
め、前述のバイアススパッタ法に伴なうリフトオフ用マ
スク及び配線パターンの変形及び変質を回避することが
可能となる。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の好適実施例につき説
明する。尚、以下に説明する図は、この発明の理解が容
易となる程度に概略的に示しであるに過ぎず、この発明
は、これら図示例１このみ限定されるものではない。さ
らに、以下参照する図面にあいでは、既に説明した構成
成分と同一の機能を有する構成成分につき、同一の符号
を付しで示し、詳細な説明は省略する。

第１図（Ａ）〜（Ｆ）は、この発明の好適実施例を説明
するため、第２図（Ａ）〜（Ｅ）と同様に、各工程での
ウェハの概略的断面により示す説明図である。これら図
中、２３は銅（Ｃｕ）より成るリフトオフ用マスク層、
２５はリフトオフ用マスク層２３ヲパターンニングして
形成されるリフトオフ用マスク層パターン、２７は酸化
アルミニウム（Ａｕ２０３）より成る耐スパッタ層、２
９は耐スパッタ層２７ヲパターンニングして形成される
耐スパッタ層バクーン、３１はリフトオフ用マスク層２
３と耐スパッタ層２７とから構成される保護層、３３は
保護層３１ソパターンニングして形成される保護層パタ
ーン、３５は配線パターン１７とリフトオフ用マスクパ
ターン２５との界面に形成されるアルミニウムー銅（Ａ
ｕ−Ｃｕ）合金膜である。

まず始めに、下地１１の表面に、従来と同様、スパッタ
リング法によって、アルミニウムまたは前述した種々の
アルミ合金より成る配線層１３ヲ約６０００人の膜厚を
以って被着せしめる。然る後、同様な被着方法によって
、前述した材料より成るリフトオフ用マスク層２３及び
耐スパッタ層２７ヲ、順次、約３０００人または約１０
００人の膜厚を以って配線層１３の表面に被着せしめ、
保護層３１を形成して第１図（Ａ）に示す状態のウェハ
を得る。

次に、約１２０００人の膜厚を以ってレジストパターン
１５を画成する。然る後、当該パターン１５をエツチン
グマスクとして用い、Ａ’；Ｌ２０３＠選択的に除去し
得る反応性イオシエッチング（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ
　Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）法により耐スパｔｙ夕層２
７ヲパターンニングして耐スパッタ層パターン２９を形
成する。この際のエツチング条件は、エツチングガスと
しで三塩化ホウ素（ＢＣ（ｈ）を２００（ＳＣＣＭ）の
流量で２００（ｍＴｏｒｒ）の圧力に維持し、印加電力
を１．４（にＷ）、エツチング速度を約１００（λ／ｍ
１ｎ）として行なった。

然る後、レジストパターン１５と、耐スパッタ層パター
ン２９とをマスクとして用い、スパッタエツチング法に
よりリフトオフ用マスク層２３ヲパターンニングし、リ
フトオフ用マスク層パターン２５を形成する。このスパ
ッタエツチングの条件は、スパッタガスとしてアルゴン
を３　（ｍＴｏｒｒ）のガス圧で用い、印加電力を０．
１（にＷ）基板バイアス電圧を−３００（Ｖ）、エツチ
ング速度を約１００（λ／ｍ１ｎ）としてパターンニン
グを行なった。

ざらに、上述したレジストパターン１５、耐スパッタ層
パターン２９及びリフトオフ用マスク層パターン２５ヲ
エツチングマスクとして用い、ＡＬｌまたは／ＩＱ−Ｓ
ｉｔ始めとするアルミニウム合金を選択的にエッチジグ
除去し得るＲＩＥ法により配線層１３ヲエツチングする
。このエツチング条件は、Ｂｅ（１３が２００（ＳＣＣ
Ｍ）及び四弗化炭素（ＣＦａ）が４０（ＳＣＣＭ）の夫
々の流量とし、ガス圧が２５Ｐａ、印加電力が１．３（
ＫＷ）　、エツチング速度が約６００（人／ｍ１ｎ）と
してパターンニングを行なった。

このような工程により、第１図ＣＢ）に示すように、設
計に応じたパターンとしで、耐スパッタ層パターン２９
とリフトオフ用マスク層パターン２５とから成る保護層
パターン３３と配線パターン１７とが画成される。

次に、酸素プラズマ灰化法によってレジストパターン１
５のみを除去して第１図（Ｃ）に示す状態のウェハを得
る。

続いて、既に訴明した従来の技術と同様に、高周波バイ
アススパッタリング法により、二酸化ケイ素（ＳｉＯ□
）をターゲットとして用い、約６０００人の膜厚を以っ
て絶縁膜１９ａ及び＋９ｂを被着させる。

この好適実施例での被着条件は、スパッタガスとしてア
ルゴン（Ａｒ）を１５（ｍＴｏｒｒ）のガス圧で用い、
ターゲットに印加する電力は１（にＷ）、基板バイアス
電圧は−３００（Ｖ）、堆積速度は２５０（人／ｍ１ｎ
）として行なった。尚、この際の再スパッタ率は約４０
％であり、このような条件とすることによって、保護層
パターン３３の側面には絶縁膜が被着しない。また、保
護層パターン３３（特に耐スパッタ層パターン２９）を
配設したことにより配線パターン１７の損ｉｔ回避する
ことができ、絶縁膜１９ａ及び＋９ｂが夫々個別の構成
成分として堆積され、当該膜１９ａにより配線パターン
１７同士の間を埋め戻すことができた。

然る後、上述したウェハに対して、水素（Ｈ２）ガス雰
囲気中、約４００℃の温度で３０分間に亙って熱処理し
、配線パターン１７とリフトオフ用マスク層パターン２
５との界面にＡＱ−−Ｃｕ合金膜３５ヲ形成して第１図
ＣＤ）に示す状態のウェハを得る。

ここで、上述したＡＬｊ−−Ｃｕ合金膜３５につき簡単
に説明する。ＡＱ、−Ｃｕ合金膜の特性としては、例え
ば文献ＩＩ　：　ｒ　Ｔｈ１ｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍ
ｓ　（シン・ソリッド・フィルムス）　、９７（１９８
２）、ｐ３１３−３２５　Ｊに開示される研寛が知られ
ている。この文献Ｈによれば、ＡＱとＣｕとを積“層し
、約１３０〜４００℃の範囲内の所定の温度でアニール
することにより二層の界面間で、例えばＣｕｆｆ２、β
−Ｃｕ３／ＩＩ等、種々のＡＱ−Ｃｕ合金が生成する。

このようなＡ’１−Ｃｕ合金は、アルミニウムを主成分
とする種々の配線材料の欠点となっていたヒロックを抑
制する効果が有り、延いてはエレクトロマイグレーショ
ン防止の役割を果たすことが期待できる。

従って、この好適実施例のように、配線パターン１３と
してアルミ合金を用い、かつ当該パターン１３の表面に
積層するリフトオフ用マスク層パターン２５として銅を
用いた場合にはＡ’１−Ｃｕ合金膜３５を形成してエレ
クトロマイグレーションを防止することかできる。

次に、上述したリフトオフ用マスク層パターン２５と配
線パターシ１７とのリフトオフを行なうため、発煙硝酸
を用い、当該マスク層パターン２５を構成する銅１こ対
して食刻を行ない、第１図（Ｅ）に示すように平坦な表
面形状を有するウェハを得る。

このような工程を経た後、５ｉ０２をターゲットに用い
たスパッタリング法により層間絶縁膜２１を約３０００
人の膜厚を以って堆積させ、第１図（Ｆ）に示す状態の
ウェハそ作製する。ざらに、設計に応しで、より多層配
線化を図る場合には、配線パターン１７の上側に相当す
る層間絶縁膜２１の部分にスルーホール（図示せず）を
開孔し、第１図（Ａ）〜（Ｆ）に示す工程を繰り返せば
良い。

以上、この発明の好適実施例につき詳細に説明したが、
この発明の方法は、上述の実施例にのみ限定されるもの
ではない。以下、この発明の他の実施例につき簡単に説
明する。

上述した好適実施例では、配線パターン１７をアルミニ
ウム合金によって構成し、保護層３１として、耐スパッ
タ層２７及びリフトオフ用マスク層２３を夫Ｊ？ｎｔＯ
ｓまたはＣｕによって構成した場合につき説明した。し
かしながら、耐スパッタ層２７を構成する材料は、スパ
ッタ率の比較的低い材料であれば、これｆこ限定して実
施するものではない。

以下、比較的スパッタ率の低い材料の一例につき、文献
■：「プラズマプロセッシングの基礎」（開本　幸雄訳
、電気書院刊（１９８５年発行）に開示される主な物質
のスパッタ率（アルゴン（Ａｒ）％スバ・ンタガスとし
て用い、イオンエネルギーが６（ｅＶ）の場合）を表１
に例示する。尚、参考のため、アルミニウム、酸化アル
ミニウム及び二酸化珪素のスパッタ率をも示す。

表１ また、前述した好適実施例のリフトオフ用マスク層２３
を構成するＣｕの代わりに、金（Ａｕ）を用いた場合、
Ａ９−Ｃｕ合金膜３５の代わりにＡ９−−Ａｕ合金膜が
形成され、実施例と同様な効果（文献■参照）を得るこ
とができる。ざらに、表１に示したしたタングステンま
たはその他の耐スパッタ性を有し、かつバイアススパッ
タ法に伴なう温度に耐え得る物質を以って当該マスク層
２３７＆構成する場合、或いはこれら物質を以って一層
のみの保護層３１として構成することもできる。

これら材料、配ＭＲ係、数値的条件及びその他の条件は
、この発明の目的の範囲内で、設計に応じた任意好適な
変形及び変更を行ない得ること明らかである。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の多層配
線の形成方法によれば、耐スパッタ性及び耐熱？４：を
有する保護層を形成してリフトオフを行なう。これがた
め、前述のバイアススパッタ法によるリフトオフ用マス
ク及び配線パターンの変形及び変質を回避することが可
能となる。

従って、例えば絶縁膜の被着に伴なう配線パターンの破
損や不必要な絶縁膜の残存を回避し、有効なリフトオフ
を行なうことにより、平坦でかつ信頼性の高い多層配線
を形成することができる。このような形成方法を提供す
ることによって、小型化及び高速化を図り、信頼性に優
れた半導体装置を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｆ）は、この発明の第１実施例に係る
方法を説明するため、ウェハの概略的断面図により示す
説明図、 第２図（Ａ）〜（Ｅ）は、従来技術を説明するため、ウ
ェハの概略的断面により示す説明図、第３図（Ａ）及び
（Ｂ）は、従来技術の問題点を説明するため、第２図（
Ａ）〜（Ｅ）と同様にしで示す説明図である。 １１・・・・下地、１３・・・・配線層１５・・・・レ
ジストパターン、１７・・・・配線パターン１９ａ・・
・・絶縁膜（配線パターン間）１９ｂ・・・−絶縁膜（
配線バクーン上）２１・・・・層間絶縁膜、２３・・・
・リフトオフ用マスク層２５・・・・リフトオフ用マス
ク層パターン２７・・・・耐スパッタ層 ２９・・・・耐スパッタ層パターン、３１・・・・保護
層３３・・・・保護層パターン ３５・・・・アルミニウムー銅（Ａｌｌ−Ｃｕ）合金膜
ｐ・・・・配線パターンの破損部分 ｑ・・・・絶縁膜が残存する部分。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下地の表面に配線層を被着させた後、レジストパ
   ターンを形成して配線パターンを形成し、該配線パター
   ン同士の間に絶縁膜を堆積し、該配線パターンと絶縁膜
   との上側に層間絶縁膜を被着して多層配線を形成するに
   当り、 前記下地の表面に配線層と保護層とを順次被着せしめる
   工程と、 レジストパターンを形成し、前記保護層及び配線層を順
   次食刻して保護層パターン及び配線パターンを形成する
   工程と、 前記レジストパターンの除去後、バイアススパッタ法に
   より保護層パターンを含む下地上に絶縁膜を被着せしめ
   る工程と、 前記保護層パターンを除去して前記絶縁膜をリフトオフ
   する工程と を含むことを特徴とする多層配線の形成方法。
2. （２）前記保護層を耐スパッタ層とリフトオフ用マスク
   層とする ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の多層配
   線の形成方法。