JPH04280453A - 半導体集積回路装置の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置に
関し、特に、下層配線上の層間絶縁膜に形成された接続
孔内に選択ＣＶＤ法（気相化学成長法）で選択的に高融
点金層材を埋込み、この高融点金属材を通して前記層間
絶縁膜上に形成される上層配線と前記下層配線とを電気
的に接続する半導体集積回路装置に適用して有効な技術
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置に塔載される回路シ
ステムの半導体素子間を電気的に接続する配線は前記回
路システムの高集積化に伴い微細化の傾向にある。この
配線の微細化は、例えば２層配線構造を有する半導体集
積回路装置において、下層配線に上層配線を電気的に接
続するための層間絶縁膜に形成される接続孔のアスペク
ト比（深さ／直径）を増大している。このため、接続孔
部で上層配線のステップカバレッジが低下し、接続不良
（断線）を生じるという問題があった。

【０００３】このような配線層間における技術的な課題
を解決する技術として、下層配線上の層間絶縁膜に形成
された接続孔内に選択ＣＶＤ法で選択的に例えばタング
ステン（Ｗ）膜の高融点金属材を埋込み、前記層間絶縁
膜に形成される上層配線を前記高融点金属材を通して前
記下層配線に電気的に接続する半導体集積回路装置の製
造方法が開発されている。

【０００４】ところが、前記半導体集積回路装置の製造
方法は、層間絶縁膜の接続孔内に選択ＣＶＤ法で選択的
にＷ膜の高融点材を埋込む際、選択性が低下した場合、
前記層間絶縁膜上にＷを核とした異物が発生し、この異
物により上層配線間が短絡するという問題があった。

【０００５】そこで、上層配線間における技術的な課題
を解決する技術として、例えばリフトオフにより異物を
除去する半導体集積回路装置の製造方法が特開平２−２
３５３３１号公開公報に記載されている。

【０００６】前記半導体集積回路装置の製造方法は、下
層配線上に層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜上の全
面に回転塗布法で例えばＰＩＱ膜を塗布した後にベーク
処理を施して第２絶縁膜を形成する。次に、前記第２絶
縁膜上に所定のパターンのフォトレジスト膜を形成した
後、このフォトレジスト膜をエッチングマスクとして使
用し、前記第２絶縁膜及び層間絶縁膜に下層配線の表面
が露出する接続孔を形成する。次に、前記接続孔内に選
択ＣＶＤ法で選択的に例えばＷ膜の高融点金属材を埋込
む。この時、選択性が低下した場合、第２絶縁膜上に異
物が発生する。次に、前記第２絶縁膜をエッチングして
、この第２絶縁膜を除去すると共に前記異物を除去する
。次に、前記高融点金属材上を含む層間絶縁膜上の全面
に例えばアルミニウム膜を堆積した後、所定のパターン
のエッチングマスクを使用し、前記アルミニウム膜をパ
ターンニングして上層配線を形成する。

【０００７】これにより、層間絶縁膜に形成された接続
孔内に選択的にＷ膜を埋込む際に発生した異物を除去で
き、上層配線間の短絡を防止できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記半導体集
積回路装置の製造方法は、層間絶縁膜上に除去用の第２
絶縁膜を形成しているので、この工程数に相当する分、
製造プロセスの工程数が増加するという問題があった。

【０００９】本発明の目的は、下層配線上の層間絶縁膜
に形成された接続孔内に選択ＣＶＤ法で選択的に高融点
金属材を埋込み、前記層間絶縁膜上に形成される上層配
線を前記高融点金属材を通して前記下層配線に電気的に
接続する半導体集積回路装置において、製造プロセスの
工程数を低減すると共に、上層配線間の短絡を防止する
ことが可能な技術を提供することにある。

【００１０】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１２】下層配線上の層間絶縁膜に形成された接続
孔内に選択ＣＶＤ法で選択的に高融点金属材を埋込み、
前記層間絶縁膜上に形成される上層配線を前記高融点金
属材を通して前記下層配線に電気的に接続する半導体集
積回路装置の製造法において、前記下層配線上に層間絶
縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の下層配線上の
一部に前記下層配線の表面が露出する接続孔を形成する
工程と、この接続孔内から露出する下層配線上に選択Ｃ
ＶＤ法で選択的に高融点金属材を形成する工程と、前記
層間絶縁膜上に配線層を形成し、この配線層の一部を前
記接続孔内に形成された高融点金属材に接続する工程と
、前記配線層の接続孔内の高融点金属材との接続部分を
除き、この配線層に異方性エッチングを使用して選択的
にパターンニングを施し、残存する配線層で上層配線を
形成する工程と、前記層間絶縁膜上の配線層がパターン
ニングで除去された領域に前記選択ＣＶＤ法で選択的に
高融点金属材を形成した際に付着される異物を選択的に
除去する工程とを備える。前記高融点金属材は、Ｗ、Ｍ
ｏ又はＴｉのいずれかで形成される。前記異物を除去す
る工程は、過酸化水素水を使用したエッチングで行う。

【００１３】

【作用】上述した手段によれば、層間絶縁膜上の上層配
線以外の領域に選択ＣＶＤ法で選択的に高融点金属材を
形成する際に発生する異物を上層配線形成後の１度の除
去工程で除去できるので、半導体集積回路装置の製造プ
ロセスの工程数を低減できると共に、接続孔内に高融点
金属材を埋込み、上層配線で高融点金属材を被覆した後
、層間絶縁膜上に付着する異物を選択的に除去したので
、異物を除去する際に上層配線がマスクとなり、高融点
金属材の表面のダメージをなくすことができる。

【００１４】また、層間絶縁膜上の上層配線間の異物を
除去できるので、異物による上層配線間の短絡を防止で
きる。

【００１５】以下、本発明の構成について、２層配線構
造を有する半導体集積回路装置に本発明を適用した一実
施例とともに説明する。

【００１６】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００１７】

【実施例】本発明の一実施例である２層配線構造を有す
る半導体集積回路装置の概略構成を図１（要部断面図）
に示す。

【００１８】図１に示すように、２層配線構造を有する
半導体集積回路装置は、単結晶珪素からなるｐ−型半導
体基板１を主体に構成されている。このｐ−型半導体基
板１の主面には、図示していないが、活性領域（素子形
成領域）が設けられている。

【００１９】前記活性領域には例えばメモリセルを構成
するＭＯＳトランジスタ、容量素子等の半導体素子が形
成されている。この活性領域は、主にｐ−型半導体基板
１及びフィールド絶縁膜（素子間分離絶縁膜）２で他の
活性領域と電気的に分離されている。

【００２０】前記フィールド絶縁膜２は、ｐ−型半導体
基板１の主面上の非活性領域に形成されている。このフ
ィールド絶縁膜２上及び前記半導体素子上には層間絶縁
膜３を介在して第１層目の配線４が延在している。配線
４は、層間絶縁膜３に形成された接続孔（図示せず）を
通して前記ＭＯＳトランジスタのソース領域及びドレイ
ン領域である一対の半導体領域に電気的に接続されてい
る。 つまり、層間絶縁膜３は、前記半導体素子と配線４とを
絶縁分離する目的として使用される。

【００２１】前記第１層目の配線４上には層間絶縁膜５
を介在して第２層目の配線１０が延在している。配線１
０は層間絶縁膜５に形成された接続孔６内に選択ＣＶＤ
（気相化学成長法）法で選択的に埋込んだ高融点金属材
７を通して配線４に電気的に接続されている。また、配
線１０は、図示していないが、この配線１０と同一製造
工程で形成される外部端子（ボンディングパッド）に電
気的に接続されている。

【００２２】前記配線１０及び外部端子は最終保護膜１
１で覆われている。この最終保護膜１１の外部端子が配
置される領域にはボンディング開口（図示せず）が形成
されている。

【００２３】次に、前記半導体集積回路装置の製造方法
について、図２乃至図６（各製造工程毎に示す要部断面
図）を用いて簡単に説明する。

【００２４】まず、単結晶珪素からなるｐ−型半導体基
板１を用意する。

【００２５】次に、前記ｐ−型半導体基板１の主面の活
性領域にウエル領域（図示せず）を形成した後、周知の
選択酸化法で前記ｐ−型半導体基板１の主面上の非活性
領域にフィールド絶縁膜２を形成する。

【００２６】次に、前記ｐ−型半導体基板１の主面の活
性領域にＭＯＳトランジスタ、容量素子等の半導体素子
を形成した後、前記活性領域上及び非活性領域上を含む
基板の全面に層間絶縁膜３を形成する。層間絶縁膜３は
例えばＣＶＤ法で堆積した酸化珪素膜で形成されている
。

【００２７】次に、前記層間絶縁膜３上にホトリソグラ
フィ技術で所定のパターンのフォトレジスト膜を形成し
た後、このフォトレジスト膜をエッチングマスクとして
使用し、層間絶縁膜３に前記ＭＯＳトランジスタのソー
ス領域及びドレイン領域である一対の半導体領域の表面
を露出する接続孔（図示せず）を形成する。

【００２８】次に、前記フォトレジスト膜を除去した後
、前記半導体領域の表面上を含む層間絶縁膜３上の全面
に例えばスパッタ法でＷ膜を堆積する。このＷ膜の一部
は、前記接続孔を通してＭＯＳトランジスタの半導体領
域に電気的に接続される。

【００２９】次に、前記Ｗ膜上に所定のパターンのフォ
トレジスト膜を形成した後、このフォトレジスト膜をエ
ッチングマスクとして使用し、異方性エッチングで前記
Ｗ膜にパターンニングを施して、残存するＷ膜で第１層
目の配線４を形成する。

【００３０】次に、前記フォトレジスト膜を除去した後
、配線４上を含む層間絶縁膜３上の全面に層間絶縁膜５
を形成する。この層間絶縁膜５は例えば３層構造の酸化
珪素膜で形成されている。まず、配線４上を含む層間絶
縁膜３上の全面にプラズマＣＶＤ法で第１層目の酸化珪
素膜を堆積する。次に、前記第１層目の酸化珪素膜上の
全面にＳＯＧ法で第２層目の酸化珪素膜を塗布し、ベー
ク処理した後に全面エッチングを施して前記第１層目の
酸化珪素膜の表面の段差を緩和する。次に、前記２層目
の酸化珪素膜上の全面に再度プラズマＣＶＤ法で第３層
目の酸化珪素膜を堆積する。これにより、３層構造の酸
化珪素膜が形成される。尚、前記層間絶縁膜５は例えば
ＣＶＤ法で堆積するＰＳＧ（リンシリケートガラス）膜
で形成してもよい。

【００３１】次に、前記層間絶縁膜５上に所定のパター
ンのフォトレジスト膜を形成する。この後、前記フォト
レジスト膜をエッチングマスクとして使用し、図２に示
すように、層間絶縁膜５の下層の配線４上の一部に配線
４の表面が露出する接続孔６を形成する。

【００３２】次に、前記フォトレジスト膜を除去し、Ｎ
Ｆ３　プラスマで前処理を施した後、前記層間絶縁膜５
の接続孔６内に選択的に高融点金属材７を形成する。高
融点金属材７は、モノシラン（ＳｉＨ４）と６フッ化タ
ングステン（ＷＦ６）を反応ガスとした選択ＣＶＤ法で
前記接続孔６内の露出する配線４の表面上に選択的に堆
積したＷ膜で形成されている。この製造工程において、
選択性が低下した場合、図３に示すように、層間絶縁膜
５上にＷを核とした異物８が発生（付着）する。尚、前
記高融点金属材７はモリブデン（Ｍｏ）又はチタン（Ｔ
ｉ）等の金属膜で形成してもよい。

【００３３】次に、図４に示すように、前記高融点金属
材７上を含む層間絶縁膜５上の全面に配線層９を形成す
る。配線層９は、例えばスパッタ法で堆積したアルミニ
ウム（Ａｌ）膜で形成されている。配線層９の一部は、
前記層間絶縁膜５の接続孔６内に形成された高融点金属
材７に電気的に接続されている。前記異物８は配線層９
で覆われている。尚、前記配線層９はＡｌ合金膜等の合
金膜又は銅（Ｃｕ）膜等の金属膜で形成してもよい。

【００３４】次に、前記配線層９上に所定のパターンの
フォトレジスト膜を形成した後、このフォトレジスト膜
をエッチングマスクとして使用し、前記配線層９の接続
孔６内の高融点金属材７との接続部分を除き、異方性エ
ッチングで前記配線層９にパターンニングを施して、図
５に示すように、残存する配線層９で第２層目の配線１
０を形成すると共に外部端子（図示せず）を形成する。 配線１０は、高融点金属材７を通して第１層目の配線４
に電気的に接続され、また、外部端子に電気的に接続さ
れる。つまり、配線１０は高融点金属材７の表面を被覆
している。この製造工程において、層間絶縁膜５上の配
線層９がパターンニングで除去された領域に前記高融点
材７を形成した際に付着された異物８は配線１０間に露
出される。

【００３５】次に、前記層間絶縁膜５上の配線１０間に
付着している異物８を過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）を使用
して図６に示すように除去する。過酸化水素水は、Ｗ、
Ｍｏ、Ｔｉ等の高融点金属を選択的にエッチングできる
。 この製造工程において、高融点金属材７の表面は配線１
０で覆われているので、高融点金属材７はエッチングさ
れない。尚、配線１０下に付着している異物８はそのま
ま残存される。

【００３６】次に、前記配線１０上及び層間絶縁膜５上
の全面に例えばスパッタ法で堆積したＰＳＧ膜の最終保
護膜１１を形成する。この後、最終保護膜１１の外部端
子が配置される領域にボンディング開口を形成して、図
１に示すように、２配線構造の半導体集積回路装置がほ
ぼ完成する。

【００３７】このように、第１層目の配線（下層配線）
４上の層間絶縁膜５に形成された接続孔６内に選択ＣＶ
Ｄ法で選択的に高融点金属材７を埋込み、前記層間絶縁
膜５上に形成される第２層目の配線（上層配線）１０を
前記高融点金属材７を通して前記配線４に電気的に接続
する半導体集積回路装置の製造法において、前記配線４
上に層間絶縁膜５を形成する工程と、前記層間絶縁膜５
の下層の配線４上の一部に前記配線４の表面が露出する
接続孔６を形成する工程と、この接続孔６内から露出す
る配線４上に選択ＣＶＤ法で選択的に高融点金属材７を
形成する工程と、前記層間絶縁膜５上に配線層９を形成
し、この配線層９の一部を前記接続孔６内に形成された
高融点材７に接続する工程と、前記配線層９の接続孔６
内の高融点金属材７との接続部分を除き、この配線層９
に異方性エッチングを使用して選択的にパターンニング
を施し、残存する配線層９で配線１０を形成する工程と
、前記層間絶縁膜５上の配線層９がパターンニングで除
去された領域に前記選択ＣＶＤ法で選択的に高融点金属
材７を形成した際に付着される異物８を選択的に除去す
る工程とを備える。前記高融点金属材７は、Ｗ、Ｍｏ又
はＴｉのいずれかで形成される。前記異物８を除去する
工程は、過酸化水素水を使用したエッチングで行う。こ
れにより、層間絶縁膜５上の配線１０以外の領域に選択
ＣＶＤ法で高融点金属材７を形成した際に発生する異物
８を配線１０の形成工程後の１度の除去工程で除去でき
るので、半導体集積回路装置の製造プロセスの工程数を
低減できると共に、接続孔６内に高融点金属材７を埋込
み、配線１０で高融点金属材７の表面を被覆した後、層
間絶縁膜上に付着する異物８を選択的に除去したので、
異物８を除去する際に配線１０がマスクとなり、高融点
金属材７の表面のダメージをなくすことができる。

【００３８】また、層間絶縁膜５上の配線１０間の異物
８を除去できるので、異物８による配線１０間の短絡を
防止できる。

【００３９】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論である
。

【００４０】例えば、本発明は、３層配線構造又はそれ
以上の配線構造を有する半導体集積回路装置に適用でき
る。

【００４１】また、本発明は、半導体素子を構成する半
導体領域上の層間絶絶縁膜に形成された接続孔内に選択
的に高融点金属材を埋込み、前記層間絶縁膜上に形成さ
れる配線を前記高融点金属材を通して前記半導体領域に
電気的に接続する半導体集積回路装置に適用することが
できる。

【００４２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００４３】半導体集積回路装置の製造プロセスの工程
数を低減できると共に、配線間の短絡を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
概略構成を示す要部断面図。

【図２】前記半導体集積回路装置の製造方法を各製造工
程毎に示す要部断面図。

【図３】前記半導体集積回路装置の製造方法を各製造工
程毎に示す要部断面図。

【図４】前記半導体集積回路装置の製造方法を各製造工
程毎に示す要部断面図。

【図５】前記半導体集積回路装置の製造方法を各製造工
程毎に示す要部断面図。

【図６】前記半導体集積回路装置の製造方法を各製造工
程毎に示す要部断面図。

【符号の説明】

１　　ｐ−型半導体基板 ３　　層間絶縁膜 ４　　第１層目の配線 ５　　層間絶縁膜 ６　　接続孔 ７　　高融点金属材 ８　　異物 １０　　第２層目の配線 １１　　最終保護膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　下層配線上の層間絶縁膜に形成された
   接続孔内に気相化学成長法で選択的に高融点金属材を埋
   込み、前記層間絶縁膜上に形成される上層配線を前記高
   融点金属材を通して前記下層配線に電気的に接続する半
   導体集積回路装置の製造法において、前記下層配線上に
   層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の下層配
   線上の一部に前記下層配線の表面が露出する接続孔を形
   成する工程と、この接続孔内から露出する下層配線上に
   気相化学成長法で選択的に高融点金属材を形成する工程
   と、前記層間絶縁膜上に配線層を形成し、この配線層の
   一部を前記接続孔内に形成された高融点金属材に接続す
   る工程と、前記配線層の接続孔内の高融点金属材との接
   続部分を除き、この配線層に異方性エッチングを使用し
   て選択的にパターンニングを施し、残存する配線層で上
   層配線を形成する工程と、前記層間絶縁膜上の配線層が
   パターンニングで除去された領域に前記気相化学成長法
   で選択的に高融点金属材を形成した際に付着される異物
   を選択的に除去する工程とを備えたことを特徴とする半
   導体集積回路装置の製造方法。
2. 【請求項２】　　前記高融点金属材は、Ｗ、Ｍｏ又はＴ
   ｉのいずれかで形成されることを特徴とする請求項１に
   記載の半導体集積回路装置の製造方法。
3. 【請求項３】　　前記異物を除去する工程は、過酸化水
   素水を使用したエッチングで行うことを特徴とする請求
   項１又は請求項２に記載の半導体集積回路装置の製造方
   法。