JPH04316351A - 半導体装置の製造方法 - 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，半導体装置の多層配線
の形成方法に関する。近年のコンピュータシステムの高
速化の要求に伴い，半導体集積回路の高集積化，高速化
が益々要求されている。

【０００２】このため，半導体素子の微細化のみならず
，配線の微細化，多層化が益々重要となってきている。 この様な多層配線を実現するには，層間絶縁膜の平坦化
技術と，多層配線の配線層間を接続する微細な接続孔に
配線を形成する技術の開発が特に重要である。

【０００３】これによって，多層配線の信頼性を高めて
やる必要がある。

【０００４】

【従来の技術】従来の多層配線の形成においては，層間
絶縁膜の平坦化法として，ＳＯＧ塗布法，有機膜塗布法
，エッチバック法等が用いられている。

【０００５】この中で，ポリシロキサン，シリコーン樹
脂等の塗布による平坦化は工程が簡単であり，平坦性に
優れている。配線層間の接続孔の断面形状は，微細化と
共に急峻でアスペクト比（深さに対する直径の比）の大
きなものとなってくる。

【０００６】そのため，従来のスパッタ法で形成した配
線層は，深い接続孔での配線金属膜の被覆性が悪いため
，配線間の接続不良が重大な問題になってきている。 この問題を解決できる多層配線技術には，微細接続孔に
金属を選択的に埋め込む方法が有望である。

【０００７】現在のこの技術の主流は，原料ガスとして
六弗化タングステン（ＷＦ６），　　還元剤として水素
（Ｈ２）やシラン（ＳｉＨ４）等を使用したタングステ
ン（Ｗ）の選択ＣＶＤ技術である。

【０００８】ポリシロキサン，シリコーン樹脂等の塗布
による層間絶縁膜の平坦化と，Ｗの選択ＣＶＤ法による
配線接続孔への配線形成を組み合わせた多層配線の形成
は重要である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】塗布法では，下層配線
パターンの粗密，または寸法の大小により，下層配線上
の塗布膜厚が異なるため，弗化炭素系の反応ガスを用い
た反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法で接続孔を開口
した場合，パターン密度が低い領域の接続孔は長時間オ
ーバーエッチングされる。

【００１０】そのため接続孔底面に露出した下層配線表
面上に，炭素（Ｃ），水素（Ｈ），弗素（Ｆ）原子等か
らなる残留物が残る。この様な残留物は，通常の酸素（
Ｏ２）プラズマ処理や化学処理では容易に除去できない
。

【００１１】そのため，この後の選択ＣＶＤにより接続
孔へＷを埋め込む工程で前記残留物が残っている配線金
属上の接続孔には，Ｗが安定に成長しないという問題が
あった。

【００１２】さらに，上記残留物の少ない条件でＲＩＥ
を行った場合には，下層配線の金属がスパッタされて接
続孔の側壁部に付着するため，Ｗが側壁部に成長してし
まうという問題があった。

【００１３】本発明は，このような問題点に鑑みてなさ
れたものであって，特に，塗布法による層間絶縁膜の平
坦化と，金属の選択ＣＶＤ法による配線接続孔への金属
埋め込みを確実に行うことにより，配線の信頼性を向上
させることができる多層配線の形成方法を提供すること
を目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。図において，１は半導体基板，２は第１の金
属配線，３は第１の絶縁膜，４は第２の絶縁膜，５は第
３の絶縁膜，６は接続孔，７は接続用金属，８は第２の
金属配線である。

【００１５】前記の問題点は，本発明の如く，半導体基
板１上に第１の金属配線２を形成する工程と，該第１の
金属配線を覆って，該半導体基板１上に第１の絶縁膜３
を形成する工程と，　該第１の絶縁膜３の上に，　第２
の絶縁膜４を形成する工程と，　該第２の絶縁膜４の上
に，　第３の絶縁膜５を形成する工程と，　該第３の絶
縁膜５のみを選択的に貫通して，該第１の金属配線２上
に金属配線接続用の接続孔６を形成する工程と，　該接
続孔６底面に露出した該第２の絶縁膜４，および該第３
の絶縁膜５を除去して，　該第１の金属配線２を露出さ
せる工程と，　該接続孔６に該第１の金属配線２に対す
る接続用金属７を選択的に埋め込む工程と，　該接続孔
６を覆って，　該第３の絶縁膜５上に該第２の金属配線
８を形成する工程とを含むことにより解決する。

【００１６】

【作用】上記のように，本発明によれば，図１に示すよ
うに，金属配線間の層間絶縁膜を三層の絶縁膜で構成し
ている。

【００１７】下層の絶縁膜は，下層金属配線への密着性
の良い絶縁膜である。中間層の絶縁膜は，反応性イオン
エッチング法で上層の絶縁膜を選択的にエッチングして
下層配線上に配線接続孔を開口する際のエッチングの停
止層である。

【００１８】そのため，金属配線間の層間絶縁膜を構成
している上層の絶縁膜の厚さが半導体基板上の金属配線
上で大きく異なっていても，下層配線の金属表面が反応
性イオンに直接曝されることがない。

【００１９】また，エッチングの停止層である中間層の
絶縁膜の表面にカーボン系の残留物が生じても，中間層
と下層の絶縁膜を除去する際に，容易に除去することが
できる。

【００２０】さらに，中間層と下層の絶縁膜を除去する
際に，下層配線の金属表面に影響を与えない方法で除去
すれば，反応性イオンエッチング条件に無関係に同一の
金属表面状態が得られるため，開口した配線接続孔に選
択ＣＶＤ法により金属を安定，かつ再現性良く埋め込む
ことができる。

【００２１】

【実施例】図２，図３は本発明の一実施例の工程順模式
断面図である。図において，９はＳｉ基板，１０はＳｉ
Ｏ２膜，　１１はＴｉＷ／Ａｕ／ＴｉＷ膜，　１２はＳ
ｉＯ２膜，　１３はＡｌ２Ｏ３　膜，　１４はＰＭＳＳ
樹脂膜，　１５はＳｉＯ２膜，　１６は接続孔，　１７
はＷ膜，１８はＴｉＷ／Ａｕ膜である。

【００２２】図２により，工程順に本発明の一実施例を
説明する。図２（ａ）に示すように，半導体基板，例え
ば，シリコン（Ｓｉ）基板９上にプラズマＣＶＤ法によ
り，二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜１０を１μｍの厚さ
に被覆し，その上にチタン・タングステン（ＴｉＷ）　
を３０ｎｍ，　金（Ａｕ）を７００ｎｍ，　ＴｉＷを３
０ｎｍの厚さに連続してスパッタ法により積層し，　パ
ターニングして第１層目の金属配線としてのＴｉＷ／Ａ
ｕ／ＴｉＷ膜１１を形成する。

【００２３】図２（ｂ）に示すように，例えば，イオン
ビームアシスト蒸着法，またはスパッタ法により，Ｓｉ
Ｏ２膜１２を２０ｎｍ，　酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ
３）　膜１３を５ｎｍの厚さに連続して積層蒸着する。

【００２４】図２（ｃ）に示すように，例えば，シリコ
ーン樹脂の一種である日本ゼオン社製のシリル化ポリメ
チルシルセスキオキサン（ＰＭＳＳ）樹脂膜１４をスピ
ンコート法により　１．５μｍの厚さに塗布し，　３５
０℃で１時間加熱して硬化する。

【００２５】続いて，例えば，イオンビームアシスト蒸
着法により，ＳｉＯ２膜１５を　２００ｎｍの厚さに形
成する。続いて，図２（ｄ）に示すように，レジストマ
スクを用いて，ＲＩＥ法により，弗化炭素系（ＣＨＦ３
，　ＣＦ４，　Ｃ２Ｆ６）　或いは六弗化硫黄（ＳＦ６
）　のガスとヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスを用いて，　
ＳｉＯ２膜１５，　及びＰＭＳＳ樹脂膜１４をエッチン
グして，接続孔１６を開口する。

【００２６】この場合，　前記ＲＩＥにより　Ａｌ２０
３膜１３は殆どエッチングされないため，　２００％程
度オーバーエッチングしても，　　Ａｌ２０３膜１３が
露出した状態でエッチングが停止する。

【００２７】図３（ｅ）に示すように，例えば，希釈弗
化水素水溶液，または緩衝弗化水素水溶液により，Ａｌ
２０３膜１３，及びＳｉＯ２膜１２を除去し，　第１層
目の金属配線の　ＴｉＷ表面を露出する。

【００２８】図３（ｆ）に示すように，減圧下の反応容
器中でＳｉ基板９を　２６０℃に加熱して，　ＷＦ６　
とＳｉＨ４とＨ２の混合ガスを用いて，　接続孔１６内
にＷ１７を選択的に堆積する。その後，　図３（ｇ）に
示すように，ＴｉＷ　を３０ｎｍ，　Ａｕを　７００ｎ
ｍの厚さにスパッタ法により連続して積層蒸着し，　パ
ターニングして第２の金属配線，ＴｉＷ／Ａｕ膜１８を
形成する。

【００２９】この工程を繰り返せば，三層以上の多層配
線形成ができる。前記実施例では，絶縁膜１４としてＰ
ＭＳＳ樹脂を用いた場合を例示したが，　ポリシロキサ
ンなどのＳＯＧ膜を適用することもできる。

【００３０】絶縁膜１４，１５　として一層の無機膜を
用いた場合にも適用できることはいうまでもない。また
，前記実施例では，ＰＭＳＳ樹脂膜の下の絶縁膜をＳｉ
Ｏ２／Ａｌ２０３膜としたが，ＳｉＯ２／Ａｌ２０３／
　ＳｉＯ２膜としても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように，　本発明によれば
，　金属配線間の層間接続孔を開口する際に，　層間絶
縁膜の下層配線付近にエッチングの停止層を設けている
ため，　下層配線上の層間絶縁膜の厚みが半導体基板上
で異なっていても，　配線金属表面に影響を与えない。

【００３２】従って，　接続孔に露出した金属表面は半
導体基板上に亙って汚染のない同一の表面状態が得られ
るため，　開口した配線接続孔に選択ＣＶＤ　法により
接続用金属を安定，　かつ再現性良く形成することがで
き，　多層配線の信頼性の向上に寄与するところが大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の原理説明図

【図２】　　本発明の一実施例の工程順模式断面図（そ
の１）

【図３】　　本発明の一実施例の工程順模式断面図（そ
の２）

【符号の説明】

１　　半導体基板 ２　　第１の金属配線 ３　　第１の絶縁膜 ４　　第２の絶縁膜 ５　　第３の絶縁膜 ６　　接続孔 ７　　接続用金属 ８　　第２の金属配線 ９　　Ｓｉ基板 １０　　ＳｉＯ２膜 １１　　ＴｉＷ／Ａｕ／ＴｉＷ膜 １２　　ＳｉＯ２膜 １３　　Ａｌ２Ｏ３　膜 １４　　ＰＭＳＳ樹脂膜 １５　　ＳｉＯ２膜 １６　　接続孔 １７　　Ｗ膜 １８　　ＴｉＷ／Ａｕ膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基板（１）　上に第１の金属配
   線（２）　を形成する工程と，該第１の金属配線を覆っ
   て，該半導体基板（１）　上に第１の絶縁膜（３）　を
   形成する工程と，該第１の絶縁膜（３）　の上に，　第
   ２の絶縁膜（４）　を形成する工程と，該第２の絶縁膜
   （４）　の上に，　第３の絶縁膜（５）　を形成する工
   程と，該第３の絶縁膜のみを選択的に貫通して，該第１
   の金属配線（２）　上に金属配線接続用の接続孔（６）
   　を形成する工程と，該接続孔（６）　底面に露出した
   該第２の絶縁膜（４），および該第３の絶縁膜（５）　
   を除去して，　該第１の金属配線（２）　を露出させる
   工程と，該接続孔（６）　に該第１の金属配線（２）　
   に対する接続用金属（７）　を選択的に埋め込む工程と
   ，該接続孔（６）　を覆って，　該第３の絶縁膜（５）
   　上に該第２の金属配線（８）を形成する工程とを含む
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】　　前記第１の絶縁膜（３）　が二酸化シ
   リコン膜，　酸化窒化シリコン膜，　窒化シリコン膜の
   何れかであることを特徴とする請求項１記載の半導体装
   置の製造方法。
3. 【請求項３】　　前記第２の絶縁膜（４）　が酸化アル
   ミニウムからなることを特徴とする請求項１記載の半導
   体装置の製造方法。
4. 【請求項４】　　前記第３の絶縁膜（５）　が，　上層
   に耐酸素プラズマ性の無機膜，　下層に平坦性の良い有
   機膜からなる，　少なくとも二層以上の異なる絶縁膜か
   らなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製
   造方法。
5. 【請求項５】　　前記第３の絶縁膜（５）　の下層に，
   　少なくともポリシロキサン膜，　或いはシリコーン樹
   脂膜が含まれることを特徴とする請求項１記載の半導体
   装置の製造方法。
6. 【請求項６】　　前記第３の絶縁膜（５）　のみを選択
   的に貫通するに際し，弗化物系のガスを用いた反応性イ
   オンエッチングを用いることを特徴とする請求項１記載
   の半導体装置の製造方法。