JPH07283308A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH07283308A
JPH07283308A JP8911094A JP8911094A JPH07283308A JP H07283308 A JPH07283308 A JP H07283308A JP 8911094 A JP8911094 A JP 8911094A JP 8911094 A JP8911094 A JP 8911094A JP H07283308 A JPH07283308 A JP H07283308A
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JP
Japan
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metal
wiring
semiconductor device
manufacturing
layer
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JP8911094A
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Inventor
Kazunori Ito
和典 伊藤
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 信頼性の高い高密度多層配線を簡便な方法で
実現する。 【構成】 Si半導体基板1上にSiO2 フィールド酸
化膜2を形成し、この酸化膜上にAlSiCu膜3を形
成し、この膜上にSiO2 絶縁膜4を形成し、この絶縁
膜に接続孔5を形成し、この接続孔内およびその上にW
のプラグメタル6を成膜し、接続孔内のプラグメタルの
みを残して、他のプラグメタルをエッチングにより除去
することにより接続柱7を形成し、接続柱7および絶縁
膜4上にレジスト8を塗布して所望の配線パターンを形
成する。その後絶縁膜4、ついでAlSiCu膜3を配
線パターンと同一形状にエッチングする。さらにレジス
ト8を除去し、全体をSiO2 絶縁膜4で被覆し、最後
にW接続柱7が露出するまで絶縁膜4のエッチバックを
施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係わり、特に多層配線形成プロセスに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高密度化を目的として、フ
リンジレス(ドッグボーンレス)多層配線プロセスが提
案されており、従来Al(アルミニウム)配線上にW
(タングステン)等の高融点金属のピラーを形成し接続
柱に用いる方法が、特開昭61−258453号公報等
に提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のプロセスにおいては、W等の高融点金属のエッチン
グ時に配線金属がエッチングガスやエッチングプラズマ
にさらされるために、損傷を受けるという問題がある。
上記配線金属の損傷は、半導体装置の高密度化が進み、
配線の幅が小さくなる程重大な影響を及ぼし、半導体装
置の信頼性を落としてしまう。
【0004】本発明は、上記問題を解決し、信頼性の高
い高密度多層配線を簡便な方法により実現する半導体装
置の製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係わる発明は、半導体装置の製造方法に
おいて、半導体基板上に第n層の配線金属膜を堆積する
工程と、続いて配線層間絶縁膜を堆積する工程と、第n
層の配線金属と第n+1層の配線金属を接続するための
接続孔を形成する工程と、接続孔に高融点金属等を埋め
込む工程と、第n層の配線のパターンを絶縁層上に形成
する工程と、絶縁層に形成されたパターンを用いて第n
層の金属をパターンニングする工程と、このようにして
形成されたパターンを絶縁膜により被覆する工程と、接
続孔に埋め込まれた高融点金属等の上部が露出するまで
絶縁膜を除去する工程とを有し、これらを順次行うこと
を特徴とする。
【0006】また、請求項2に係わる発明は、請求項1
記載の半導体装置の製造方法において、接続孔を高融点
金属等で埋め込む工程は、CVDによる金属膜堆積工程
と、エッチングにより接続孔にのみ金属を残し、他の部
分は全面除去される金属除去工程とからなることを特徴
とする。
【0007】また、請求項3に係わる発明は、請求項2
記載の半導体装置の製造方法において、金属除去工程を
研磨(CMP)により行うことを特徴とする。
【0008】また、請求項4に係わる発明は、請求項1
記載の半導体装置の製造方法において、に絶縁膜を除去
する工程は、SOG(Spin On Glass)等
の液状材料を塗布後、エッチングする工程からなること
を特徴とする。
【0009】また、請求項5に係わる発明は、請求項1
記載の半導体装置の製造方法において、絶縁膜を除去す
る工程を研磨により行うことを特徴とする。
【0010】また、請求項6に係わる発明は半導体装置
の製造方法において、請求項1記載の全工程を繰り返し
行うことによって多層配線を形成することを特徴とす
る。
【0011】また、請求項7に係わる発明は、請求項4
記載の半導体装置の製造方法において、接続孔の埋め込
みに用いた金属元素を検出する計測装置を設け、該金属
元素がエッチングされ始めたことが前記計測装置により
検出された時点でエッチング工程を終了することを特徴
とする。
【0012】
【作用】本発明によれば、配線金属のエッチング工程に
おいて、該配線金属がエッチングガスおよびエッチング
プラズマにさらされる部分がエッチング箇所に限定さ
れ、従って信頼性の高い高密度多層配線が可能となる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1〜図4を用いて
詳細に説明する。図1(a)〜(l)はいずれも断面図
であり、図2は図1(g)の平面図、図3は図1(h)
の平面図、図4は図1(i)の平面図である。はじめに
Si半導体基板1上に、素子を島状に形成するためのS
iO2 フィールド酸化膜2を形成する(図1(a))。
次に、上記酸化膜2上に第1層目の配線金属としてAl
SiCu膜3を約0.6μm堆積する(図1(b))。
配線金属は他にAl−CuやCu等の金属が用いられ、
さらにTi等の高融点金属やこれらの窒化物を上下に配
した多層メタル配線を用いてもよい。
【0014】続いて絶縁膜4としてSiO2 を約0.5
μm堆積する(図1(c))。堆積方法としては、プラ
ズマTEOS(テトラエチルオルソシリケート)CVD
法を用いる。SiO2 絶縁膜4の形成方法としては他に
スパッタ法や常圧O3 −TEOS CVD法、常圧Si
4 CVD法、減圧SiH4 CVD法等種々の方法
が使用可能である。本発明においてはステップカバレッ
ジを問題としないので、上記製膜方法を採用することに
より膜質の良いSiO2 膜を用いることができる。続い
て2層目の配線との間の接続孔5を形成する(図1
(d))。上述のごとく、本発明においては膜質の良い
絶縁膜4が使えるので接続孔5の信頼性が向上する。接
続孔5はレジストを塗布し、パターニング後CHF3
CF4 ガスを用いてエッチングする。
【0015】続いて接続柱を形成するプラグメタル6を
成膜する(図1(e))。本実施例においてはW−CV
D法によりWを成膜する。膜厚は所望の接続孔サイズよ
りわずかに厚い程度とする。なお、Wの成膜前に密着層
としてTiやTiNをごく薄く成膜しておいてもよい。
次にエッチングにより、接続孔5にのみWを残して接続
柱7を形成し、他の部分はすべて除去する(図1
(f))。エッチングガスは、CHF3 やCF4 を用い
る。
【0016】続いてレジスト8を塗布し、所望の配線パ
ターンを形成する(図1(g)、図2)。この後、Si
2 用のエッチングガスとしてCHF3 やCF4 ガスを
用い、配線パターンと同じ形状にSiO2 絶縁膜4をエ
ッチングする(図1(h)、図3)。このときWとSi
2 のエッチング選択比は10以上とれるので、例えば
Wと配線パターンがずれていてもWはその形状のまま残
る。
【0017】続いてエッチングガスを切り換え、AlS
iCu配線をエッチングする(図1(i)、図4)。エ
ッチングガスとしてはBCl3 を使用する。AlSiC
uはSiO2 とのエッチング選択比が10以上、またW
とは20以上であり、従って配線は配線パターン+Wパ
ターンの形状で形成され、配線間は設計通りの面積で接
続される。この時AlSiCu配線はエッチングガスに
側面しかさらされない。さらに側面は側壁保護膜により
被覆されるので、エッチングガスによる損傷は少ない。
すなわち、本実施例によれば配線金属のエッチング工程
において、配線金属がエッチングガスにさらされる部分
がエッチング箇所に限定され、従って信頼性の高い高密
度多層配線が可能となる。
【0018】次にレジスト8を除去し(図1(j))、
全体をSiO2 絶縁膜4によって被覆する(図1
(k))。絶縁膜4の成膜方法としては、p−TEOS
CVD膜を3000Å堆積後SOGを塗布し、エッチ
バック後再度p−TEOS膜を5000Å堆積する方法
を用いる。続いて、W接続柱7が露出するまでエッチバ
ックを施す(図1(l))。
【0019】以上、図1(a)〜(l)の製造工程によ
り第1層目の配線工程が終了する。第2層目以降は、上
記工程の後にAlSiCu膜を成膜し、続いて第1層目
と同様な製造工程を繰り返すことによって行われ、多層
配線の半導体装置が製造される。
【0020】なお、上記実施例と同様の製造方法では、
Wエッチバック工程(図1(f)参照)においてCMP
手法を用い、SiO2 が露出するまでWを研磨する工程
を採用することによって、接続柱7をより確実に形成で
きる(請求項3)。
【0021】また、上記実施例では、第1層目配線工程
の最後のSiO2 エッチバック工程(図1(l)参照)
において、Wガス発生による吸光作用を利用して該W元
素を検出する計測装置を設けることにより、Wが露出し
た段階でエッチングを終了する方法もある。これにより
確実に接続柱7を形成できるとともに過剰なエッチング
を防止でき、多層配線における各層の平坦性が向上する
(請求項7)。
【0022】さらには、上記実施例において、SiO2
エッチバック工程(図1(l)参照)に代えてCMP法
によりSiO2 を研磨し、W接続柱を露出させてもよ
い。これにより各層は完全に平坦となり、従って信頼性
が飛躍的に向上するとともに多層配線製造方法としても
より一層有利となる(請求項5)。
【0023】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項1
記載の半導体装置の製造方法によれば、簡便なプロセス
によりフリンジレス(ドッグボーンレス)配線が形成で
き、さらにはAl配線エッチング時にエッチングガスま
たはエッチングプラズマにさらされる面積を低減でき、
配線の信頼性が向上する。請求項2記載の半導体装置の
製造方法によれば、CVD法を用いて簡便に接続孔をフ
ィリングすることができる。請求項3記載の半導体装置
の製造方法によれば、接続孔形状を確実に形成すること
ができる。請求項4記載の半導体装置の製造方法によれ
ば、従来と同様なプロセスで、絶縁膜をフィリングした
形状を得ることができる。請求項5記載の半導体装置の
製造方法によれば、完全な平坦化が可能になり、多層配
線工程を的確に進めることができ、多層配線の信頼性が
高まる。請求項6記載の半導体装置の製造方法によれ
ば、デバイスの面積縮小が可能になり、その高密度化が
図れる。請求項7記載の半導体装置の製造方法によれ
ば、エッチバック工程が信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わる、半導体装置の多層配
線形成プロセス示した断面図であって(a)は下地形
成、(b)はAl成膜、(c)はSiO2 成膜、(d)
はTH形成、(e)はブランケットWデポ、(f)はW
エッチバック、(g)はAlパターン形成、(h)はS
iO2 エッチング、(i)はAlエッチング、(j)は
レジスト除去、(k)はSiO2 デポ、(l)はSiO
2 プラナリゼーションの工程を示すものである。
【図2】図1(g)の平面図である。
【図3】図1(h)の平面図である。
【図4】図1(i)の平面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 フィールド酸化膜 3 AlSiCu膜 4 絶縁膜 5 接続孔 6 プラグメタル 7 接続柱 8 レジスト

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置の製造方法において、半導体
    基板上に第n層の配線金属膜を堆積する工程と、続いて
    配線層間絶縁膜を堆積する工程と、第n層の配線金属と
    第n+1層の配線金属を接続するための接続孔を形成す
    る工程と、接続孔に高融点金属等を埋め込む工程と、第
    n層の配線のパターンを絶縁層上に形成する工程と、絶
    縁層に形成されたパターンを用いて第n層の金属をパタ
    ーンニングする工程と、このようにして形成されたパタ
    ーンを絶縁膜により被覆する工程と、接続孔に埋め込ま
    れた高融点金属等の上部が露出するまで絶縁膜を除去す
    る工程とを有し、これらを順次行うことを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、接続孔を高融点金属等で埋め込む工程は、CV
    Dによる金属膜堆積工程と、エッチングにより接続孔に
    のみ金属を残し、他の部分は全面除去される金属除去工
    程とからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、金属除去工程を研磨(CMP)により行うこと
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、絶縁膜を除去する工程は、SOG(Spin
    On Glass)等の液状材料を塗布後、エッチング
    する工程からなることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、絶縁膜を除去する工程を研磨により行うことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の全工程を繰り返し行うこ
    とによって多層配線を形成することを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項4記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、接続孔の埋め込みに用いた金属元素を検出する
    計測装置を設け、該金属元素がエッチングされ始めたこ
    とが前記計測装置により検出された時点でエッチング工
    程を終了することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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