JPH0360055A - 集積回路の製造方法 - 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］ 本発明は、半導体集積回路の紹み立てに関し。

特に、非常に大規模集積（ＶＬＳＩ）回路の製造に関す
る。

〔従来の技術］ ＭＯ３型ＶＬＳＩ集積回路における最近の進歩により、
集積回路は高速度で動作し、且つ、中寸法のパターンで
搭載密度を高くできるようになっている。ＭＯＳ装置は
ますます複雑となっているが、このような傾向に対して
、既存の材料や製造方法、は限界に来ている。ＭＯＳ装
置の平面パターンは、１μｍ以下まで縮小されているの
で１回路密度は増加し、接点穴は益々小さくなり、そし
て線幅はますます狭くなっている。これらの集積回路に
組み込まれているＭＯＳ装置の抵抗は、増加する傾向に
あり、この増加した抵抗により時定数ＲＣが増加し、そ
れによってＭＯＳ装置の動作スピードが制限されている
。装置の動作スピードをより速くするために、ＭＯＳ装
置構造の抵抗をより低くすることに多くの努力がなされ
て来ている。

この問題の一つの解決策は、タングステンのような耐熱
性金属およびその耐熱性金属のケイ素化合物を高導電性
で、低抵抗の接続金属材料とじて用いることである。こ
れらの金属の使用により。

第１層の相互接続及びゲート電極のための多結晶シリコ
ンの代替物、多層相互接続のためのアルミニウム代替物
および繁雑な傾斜接点の食刻の必要のないコンタクト外
式およびバイアホールのプレナリゼーションの方法が得
られる。

装置寸法は縮小され、−チップ当たりの装置数が増加す
る。相互接続層を追加する必要が生じた。

二重金属法は、現在広く行われており、３層法もしばし
ば用いられているが４層法は開発途上にある。ＶＬＳ　
Ｉ多層相互接続の進歩を制限している主な要因の一つは
、ウェハ上のトポグラフィ−（面形状）である。現在の
製造研究は、ウエノ）上のトポグラフィに伴う問題を回
避あるいは排除することを目的としている。下層構造に
よって形成されたトポグラフィを排除するためには、あ
る程度の量のプレーナリゼーション（ｐｌａｎａｌ　１
ｚａＮｏｎ）が要求されている。しかしながら、要求さ
れるプレーナリゼーシッンを達成するには、特に正確な
工程制御を必要とし、工程の複雑化と、製品収率の減少
を伴う。

多層ＭＯＳ集積回路の製造に用いられる通常の方法にお
いては、絶縁層を基板の表面に形成し。

この絶縁層中に接点穴を形成し、第１の金属層を形成し
て食刻する。続いて、第２の絶縁層（中間絶縁層）を、
金属層上に形成し、フォトレジスト層をこの第２の絶縁
層上に形成する。続いて、この構造体に、中間絶縁層の
プレーナリゼーションを達成するように、ブランケット
エッチバックを施す。続いて、中間絶ａ層中にＭｌの金
属上の平面に達するバイアホールを形成する。その後、
パッシベーション層を形成して１食刻を行う。

しかしながら１通常の多層方法には非常に多くの問題が
伴う。例えば、厳しいトポグラフィによって結果する階
段状の金属被服の問題や、残留金属の問題がある。この
問題から、近接した相互接続が電気的に開放状態となっ
たり、近接した相互接続部間に内部短絡を生じる。じょ
の通常の方法に伴う他の欠点は、（特にアルミニウムを
用いた場合の）狭い相互接続部上の電気移動（ｅｌｅｃ
ｔｒｏＩＩＩｇｒａｔｉｏｎ）とバイアホール及び接点
穴の周囲の金属の重複（ドツグボーン構造）の必要性と
である。

後者の必要性は装置の搭載密度を減少し９回路特性の低
下をもたらす。

これらの問題を解決する方法は、特許出願明細書第１０
７５７３号、米国特許明細舎弟４，７６４．４８４号お
よび本出願人による米国出願第１０７４８７の明細書中
に述べられている。これら先願の明細書中に述べられた
方法と共通するものは、上、下の絶縁層を分離するため
にシリコンフィルムのブランケットを用いることである
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、これらの従来方法は改善されたドブグラ
フィをもつ高密度ＶＬＳ１回路を製造するのに有用であ
るが、これらの方法で用いられるシリコンフィルムは、
その形成の間に上手に制御されていないと、汚染される
結果となる。

シリコンフィルムの一つの形態は、シリコンフィルム中
の粒子のクラスタの形成である。もし。

それらの粒子が２つの金属線間に位置するならば。

それらの金属線間の短絡を発生させる。

したがって１本発明は一つの金属配線から他の金属配線
に連続したシリコンによる接続がなく。

これによって近接する金属配線間の不要な短絡を防止で
きる方法を提供することを技術課題とするものである。

本発明の一般的な目的は、ＶＬＳＩ装置の組み立てにお
いて１通常必要とされる中間絶縁層のプレナリゼーショ
ンと金属エツチングを必要としないＭＯ３型集積回路に
おいて、相互接続部の製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、高密度で信頼性の高いＶＬＳＩ装
置を提供することにある。

本発明の更にもう一つの目的は、金属配線間の発生を除
去した上述の方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、基板の主表面に第１の絶縁層を形成す
る工程と、該第１の絶縁層に上記基板の主表面に達する
接点穴を形成する工程と、該接点穴を第１の金属で充填
する工程と、上記第１の絶縁層と上記金属充填された接
点穴を覆う第２の絶縁層を形成する工程と、該第２の絶
縁層を覆うフォトレジストのパターンを形成する工程と
、該フォトレジストパターン中の少なくとも一つの開口
および上記金属充填された接点穴を連通する開口を上記
第２の絶縁層中に形成する工程と、上記金属充填された
接点穴の上面及び上記第２の絶縁層の上記開口の側面に
沿った部分に、上記フォトレジストパターンの開口側面
に達しないように、シリコン又は第２の金属を形成する
工程と、上記フォトレジストパターンを除去する工程と
、上記接点穴の上記第１の金属と電気的接触するように
上記第２の絶縁層の上記開口内に第３の金属を形成する
工程とを有することを特徴とする集積回路の製造方法が
得られる。

また１本発明によれば、前記集積回路の製造方法におい
て、上記第１．第２及び第３の金属は夫々タングステン
であることを特徴とする集積回路の製造方法が得られる
。

更に１本発明によれば、前記集積回路の製造方法におい
て、上記フォトレジストパターンの形成は、イメージ反
転法とリフトオフ法で行われることを特徴とする集積回
路の製造方法が得られる。

即ち１本発明の集積回路の製造方法は、基板上の第１の
絶縁層に形成した接点穴を金属で充填し。

第１の絶縁層で覆い、その上をフォトレジストで覆い、
写真技術によりパターンを形成する。

第２の絶縁層中に溝を形成し、タングステンのような金
属又はシリコンの薄層をスパッタされ。

又は蒸着により、フォトレジストの上面と、上記溝の底
と側壁に形成する。フォトレジストパターンをリフトオ
フにより取り除き、その後、上記溝を金属で充填する。

この際、前もって溝の底と側壁に形成されたシリコン又
は金属を消費する。

［実施例］ 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図について述べると、集積回路を形成するＭＯ５装
置をシリコン基板１０に形成する方法の前半終了に引続
く半導体集積回路を示している。

集積回路の製造方法の後半における本発明の方法によれ
ば１例えば、０．３〜２．５μｍの間の厚さを有する二
酸化ケイ素の絶縁層１２を基板１０の上表面に形成する
。接点窓又は接点穴１４を基板１０の上面に達するよう
に絶縁層１２中に形成する。続いて、タングステンのよ
うな金属１６を。

通常の化学前１ｉ　（ＣＶＤ）法によって、接点穴１４
を充填するように形成する。この際に、第１図に示すよ
うに、絶縁層１２の上表面には、金属はない。

その後に、第２図に示すように１例えば、二酸化ケイ素
の第２の絶縁層１８を、絶縁層１２と金属充填接点穴１
４．１６の上に形成する。第２の絶縁層１８の厚さは好
ましくは０．３と２．５μｍとの間で、実質的に相互接
続部の厚さに等しい。

次に、フォトレジスト２０を、第２の絶縁層１８の上面
上に形成する。フォトレジスト系２０は、イメージ反転
方法の選択エツチングを確実にするための中間層として
金属又は無機材料からなる公知の多重層のサンドイッチ
構造の一つである。

本発明のイメージ反転方法で用いられる多重層のフォト
レジストは、シプレー社のＡＺ５２００からなるもので
ある。

フォトレジスト２０をイメージ反転法で処理し。

フォトレジスト２０を現像後、リフトオフ工程を行い、
第３図に示すように、底面に比べて上面がより広い基部
をもつ逆台形を有するフォトレジスト２０パターン領域
を形成する。イメージ反転工程と、リフトオフ工程の詳
細は、それ自体は新規なものではない。例えば、ジョー
ンズ・ニス・ケーとチャツプマン・アール・シーによる
“イメージ反転“実際的のリフトオフへのアプローチ、
ニス・ピー◆アイ・イー処理、　　ｖｏｌ、　７７１．
　　レジスト技術とプロセスの進歩ＩＶ　（１９８７）
、ｐ。

２３１；モリツ　エイチによる“光学的単層リフトオフ
プロセス“、電子装置のＩ　ＥＥＥ会報。

ｖｏｌ、Ｅｄ−３２，Ｎｏ、３．１９８５．ｐ。

６７２；ロング・エム・エルとニューマン・ジ工−によ
る。°標準ポジティブフォトレジストによるイメージ反
転技術”　ニス・ピー・アイ・イー処理ｖｏ１．４６９
．　　レジスト技術会報（１９８４）Ｐ、１８９．に開
示されている。これらの方法の種々の工程は１通常、ポ
ジティブレジスト被覆。

軟焼酸、パターン露出、流体露出１反転焼成、イメージ
現像、その後の金属形成前におけるもう一つの焼成を含
んでおり、これらは、従来技術で知られており、それゆ
え、この明細書では詳細な説明は省略する。

第３図の構造体は、続いてプラズマエツチングあるいは
イオン反応エツチングを行われ第２の絶縁層１８の部分
を貫通して食刻して、絶縁層１８中に溝２２を形成する
。接点穴１４に充填されたタングステン１６の上面が、
この食刻操作を終了するための目印となる。その代わり
に、第２の絶縁層を貫通する食刻は、タングステンを充
填した接点穴１４の上表面で終るように１時間制御され
ても良い。

その後、第５図に示すように、シリコン又はタングステ
ンの薄層を第４図の構造体上にスパッタ又は蒸着によっ
て形成する。パターン状のフォトレジスト領域２０の逆
くさび形状、即ち、リフトオフ構造と、スパッタ特有の
影効果の結果として。

シリコン又は金属は、２４で示されるフォトレジスト領
域２０上面、２６で示される溝２２の底面に形成され溝
２２の側壁に沿って延在するように形成される。重要な
ことは、パターン形成されたフォトレジスト領域２０の
側壁が傾斜しているので、第５図に示すように、スパッ
タ又は蒸着シリコンス又は金属はパターン形成されたフ
ォトレジスト側壁上には付着せず、それによりシリコン
又はタングステンが溝の側壁上で、不連続となるように
形成される。

方法の次工程で、シリコン又はタングステンフィルム２
４を被着されたフォトレジスト領域２０を１．クロム酸
のような湿式化学物質の使用により除去する。もし、フ
ォトレジスト領域２０の垂直側壁上にシリコンまたはタ
ングステンフィルムがあると、これらのフォトレジスト
領域を、化学除去方法によって取り除くことはできない
。得られた構造としては、第６図に示すように、シリコ
ン又はタングステン層２６が溝２２の側壁を被覆しかつ
接点穴１６中のタングステン上に被着している。

この工程に続いて、露出したシリコン又はタングステン
２６を底面と溝側壁のかなりの領域まで有している金属
溝２２を、第７図の２８で示されるように金属により充
填するように１例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）法によって
、タングステンのような金属を溝２２中に形成する。こ
の工程の間に。

金ｆｆ（タングステン）１６上のシリコン２６は完全に
消耗され下層接点大中の金属（タングステン）１６に直
接物理的かつ電気的に接触した金属（タングステン）２
８を形成する。これによって、２つのタングステン相互
接続層２８と１６との間に。

いかなる面間の抵抗も存在しないことが保証される。

第８図に示されるように、単一金属法のための構造を完
成するために、第７図の構造体上にパッシベーション層
３０を形成し、パターンを形成する。

第９図に示すような多層の金属構造を製造することを望
むならば、第１〜８図に示される工程を遂行し、その後
筒３の絶縁層３２を形成する。

第３の絶縁層３２中に形成した接点穴を、下層の金属充
填溝２８に電気的接触するように金属３４（即ち、タン
グステン）によって充填し、その後、第４の絶縁層３６
を形成する。

第３〜７図に関して述べたように、金属溝を絶縁層３６
中に形成し、下層の金属充填接点穴３４に電気的に接触
するように金属（即ち、タングステン）を充填する。続
いて、バッジベージラン層４０を形成し、パターン形成
して、第９図の多層構造の製造を完成させる。

より多くの相互接続層の構造を形成する場合には、第１
〜７図に示す工程を、繰り返せばよい。

本発明の方法が、この出願明細書の前後に示した目的を
達成していることは、理解されるであろつＯ ［発明の効果］ 以上説明したように１本発明によれば、従来ＶＬＳＩ装
置の製造において必要とされていた２つの複雑で困難な
作業、即ち、中間絶縁層のプレナリゼーションと金属の
エツチングを必要としないので、簡単なＭＯＳ形集積回
路の製造方法を提供することができる。

また１本発明によれば、金属線間の短絡の発生すること
の恐れのない方法を提供することができる。

更に１本発明によれば、正角写像の金属被覆を形成する
ことによって、信頼できるＶＬＳ　Ｉ装置を製造するこ
とができる。

また９本発明によれば、接点穴及びバイアホールで金属
を重複させる必要がないので、より高い充填密度の与え
るＶＬＳＩ装置を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７図は本発明の方法において、その組み立
ての様々の段階の一例を示すＶＬＳＩＭＯ９集積回路の
横断面図であり、第８図は完成された集積回路の構造を
示す。第９図は本発明の方法により形成された多層構造
の集積回路を示す第８図と同様の横断面図である。 図中、１０・・・シリコン基板、１２・・・第１の絶縁
層、１４・・・接点穴、１６・・・金属、１８は第２の
絶縁層、２０・・・フォトレジスト、２２・・・溝、２
４・・・シリコン又はタングステンフィルム、２６・・
・シリコン又はタングステン層、２８・・・金属、３０
・・・パッシベーション層、３２・・・第３の絶縁層、
３４・・・金属、３６・・・絶縁層、４０・・・パッシ
ベーション層。 ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板の主表面に第１の絶縁層を形成する工程と、 該第１の絶縁層に上記基板の主表面に達する接点穴を形
   成する工程と、 該接点穴を第１の金属で充填する工程と、 上記第１の絶縁層と上記金属充填された接点穴を覆う第
   ２の絶縁層を形成する工程と、 該第２の絶縁層を覆うフォトレジストのパターンを形成
   する工程と、 該フォトレジストパターン中の少なくとも一つの開口お
   よび上記金属充填された接点穴を連通する開口を上記第
   ２の絶縁層中に形成する工程と、上記金属充填された接
   点穴の上面及び上記第２の絶縁層の上記開口の側面に沿
   った部分に、上記フォトレジストパターンの開口側面に
   達しないように、シリコン又は第２の金属を形成する工
   程と、上記フォトレジストパターンを除去する工程と、
   上記接点穴の上記第１の金属と電気的接触するように上
   記第２の絶縁層の上記開口内に第３の金属を形成する工
   程とを有することを特徴とする集積回路の製造方法。 ２、第１請求項記載の集積回路の製造方法において、上
   記第１、第２及び第３の金属は夫々タングステンである
   ことを特徴とする集積回路の製造方法。 ３、第１請求項記載の集積回路の製造方法において、上
   記フォトレジストパターンの形成は、イメージ反転法と
   リフトオフ法で行われることを特徴とする集積回路の製
   造方法。