JP2002217203A - 半導体装置の金属配線形成方法 - Google Patents

半導体装置の金属配線形成方法

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JP2002217203A
JP2002217203A JP2001007321A JP2001007321A JP2002217203A JP 2002217203 A JP2002217203 A JP 2002217203A JP 2001007321 A JP2001007321 A JP 2001007321A JP 2001007321 A JP2001007321 A JP 2001007321A JP 2002217203 A JP2002217203 A JP 2002217203A
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JP
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metal wiring
insulating film
photoresist layer
layer
forming
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Kazuharu Matsumoto
一治 松本
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属配線を精度良く形成する。 【解決手段】 半導体基板12の表面に形成されたシリ
コンの酸化膜14の上に金属配線層16を形成し、その
上に金属配線層16の材料に対してエッチング選択比の
大きい材料による絶縁膜2を形成する。その後、絶縁膜
2の上にフォトレジスト層18を形成してフォトレジス
ト層18を所望の形状にパターンニングし、パターンニ
ングしたフォトレジスト層18をマスクとして絶縁膜2
をエッチングしてフォトレジスト層18以外の箇所の絶
縁膜2を除去する。そして、パターンニングしたフォト
レジスト層18および絶縁膜2をマスクとして金属配線
層16をエッチングして、パターンニングした金属配線
4を形成し、フォトレジスト層18を除去して工程を完
了する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を構成
する半導体基板上に金属配線を形成する方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】図2および図3は従来の金属配線の形成
方法を示す断面側面図である。従来の金属配線の形成方
法では、図2に示したように、まず半導体基板12の表
面を被覆する酸化膜14上に、アルミニウムを含む金属
をスパッタして金属配線層16を成膜し、さらにその上
にパターンニングされたフォトレジスト層18を形成す
る。なお、半導体基板12はたとえばシリコンから成
り、半導体基板12の表面にはトランジスター、抵抗な
ど所望の回路素子が先に形成され、その表面がシリコン
酸化膜である上記酸化膜14により保護されている。ま
た、金属配線層16の材料としては、たとえば1〜2%
のシリコンを添加したアルミニウムおよびシリコンの合
金や、ストレスマイグレーション対策として0.5〜1
%の銅を添加したアルミニウム、シリコン、ならびに銅
の合金、あるいはアルミニウムおよび銅の合金が広く使
用されている。金属配線層16は、半導体基板12の表
面全体に形成され、その厚さは800nm以上1200
nm以下とされる。フォトレジスト層18は約2μm以
上3.0μm以下と厚く形成されている。
【0003】次に、図3に示したように、フォトレジス
ト層18をマスクとし、エッチングガスにはBC13
C12を用いて反応性イオンエッチング(RIE)を行
い、フォトレジスト層18で被覆されていない箇所の金
属配線層16を除去する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の金属配線形成方法では、フォトレジスト層18と
アルミニウムなどの金属配線層16とのエッチング選択
比が1:2と悪く、金属配線層16をエッチングする際
にフォトレジスト層18もエッチングされる。また、下
地の酸化膜14が露出するオーバーエッチング時ではS
iO2の分離によって酸素プラズマの供給量が増加し、
フォトレジスト層18のエッチング速度が速くなる。し
たがって、フォトレジスト層18は上述のように約2μ
m以上3.0μm以下と厚く形成する必要がある。しか
し、フォトレジスト層18を厚くするとパターン化する
際の解像度が悪化し、微細パターンの金属配線を形成す
る際に不具合が生じてしまう。
【0005】さらに、フォトレジスト層18は、エッチ
ングされることでパターン幅も細くなり、図3に示した
ように、パターン化後の金属配線層16は本来形成され
るべき金属配線層20より細いものとなってしまう。金
属配線がこのように細くなると配線抵抗が上昇するとい
う問題が生じ、また、コンタクト孔上に金属配線を形成
する場合には位置ずれによってコンタクト抵抗が上昇す
るという問題が発生する。
【0006】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、その目的は、金属配線を精度良く形成
することが可能な半導体装置の金属配線形成方法を提供
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、半導体基板上に金属配線をパターンニングし
て形成する方法であって、前記半導体基板の上に金属配
線層を形成し、前記金属配線層の上に前記金属配線層の
材料に対してエッチング選択比の大きい材料による絶縁
膜を形成し、前記絶縁膜の上にフォトレジスト層を形成
して前記フォトレジスト層をパターンニングし、パター
ンニングした前記フォトレジスト層をマスクとして前記
絶縁膜をエッチングして前記フォトレジスト層以外の箇
所の前記絶縁膜を除去し、パターンニングした前記フォ
トレジスト層および前記絶縁膜をマスクとして前記金属
配線層をエッチングして、パターンニングした金属配線
を形成することを特徴とする。
【0008】このように本発明の半導体装置の金属配線
形成方法では、金属配線層の上に金属配線層の材料に対
してエッチング選択比の大きい材料による絶縁膜を形成
してパターンニングし、この絶縁膜を、その上のフォト
レジスト層とともにマスクとして金属配線層をエッチン
グするので、フォトレジスト層を薄くしても、金属配線
層エッチング時にフォトレジスト層がエッチングされる
ことの影響は生じない。
【0009】そして、フォトレジスト層を薄くできるこ
とから、フォトレジスト層の解像度を高めることがで
き、微細パターンの金属配線も高精度で良好に形成する
ことができる。また、金属配線層エッチング時にフォト
レジスト層がエッチングされても、絶縁膜がマスクとし
ての機能を果たすため、金属配線が本来の幅より狭くな
るといった問題は発生せず、金属配線の配線抵抗が上昇
することがない。さらに、金属配線を精度よく形成でき
ることから、コンタクト孔に接続すべくコンタクト孔上
に金属配線を形成する場合にもコンタクト抵抗が上昇す
るといった問題は生じない。
【0010】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態例につい
て図面を参照して説明する。図1の(A)ないし(C)
は本発明による半導体装置の金属配線形成方法の一例に
おける各工程を示す半導体装置の断面側面図である。図
中、図2、図3と同一の要素には同一の符号が付されて
いる。本実施の形態例の半導体装置の金属配線形成方法
では、図1の(A)に示したように、シリコンから成る
半導体基板12の表面に形成されたシリコンの酸化膜1
4の上に金属配線層16を形成し、その上に金属配線層
16の材料に対してエッチング選択比の大きい材料によ
る絶縁膜2を形成する。なお、半導体基板12の表面に
はトランジスター、抵抗など所望の回路素子があらかじ
め形成され、その表面が上記シリコン酸化膜により保護
されている。
【0011】その後、絶縁膜2の上にフォトレジスト層
18を形成してフォトレジスト層18を所望の形状にパ
ターンニングし、図1の(B)に示したように、パター
ンニングしたフォトレジスト層18をマスクとして絶縁
膜2をエッチングしてフォトレジスト層18以外の箇所
の絶縁膜2を除去する。
【0012】そして、図1の(C)に示したように、パ
ターンニングしたフォトレジスト層18および絶縁膜2
をマスクとして金属配線層16をエッチングして、パタ
ーンニングした金属配線4を形成し、フォトレジスト層
18を除去して工程を完了する。
【0013】
【実施例】上記金属配線層16の材料としては、具体的
にはアルミニウムおよびシリコンの合金、アルミニウ
ム、シリコン、ならびに銅の合金、アルミニウムおよび
銅の合金のいずれかとすることができる。そして、絶縁
膜2は、このような金属配線層16に対しエッチング選
択比の大きい材料として、タンタルの酸化物またはタン
タルの窒化物により形成することができる。絶縁膜2
は、一例としてCVD法により100nm以上300n
m以下の厚さに形成して望ましい結果が得られる。
【0014】このような絶縁膜2の上に形成するフォト
レジスト層18は、従来の半分程度の1μm以上1.5
μm以下の厚みに形成して、十分な結果が得られる。ま
た、フォトレジスト層18をマスクとする絶縁膜2のエ
ッチングとしてはドライエッチングを行うことができ、
さらに具体的には、CHF3/CF4/Ar(トリフルオ
ロメタン、四フッ化炭素、ならびにアルゴンの混合ガ
ス)を用いて反応性イオンエッチングを行うことができ
る。このとき、フォトレジスト層18と絶縁膜2とのエ
ッチング選択比は1:10と高く、絶縁膜2を精度良く
パターンニングすることができる。
【0015】上記金属配線層16は、たとえば800n
m以上1200nm以下の厚さに形成すればよく、パタ
ーンニングしたフォトレジスト層18および絶縁膜2を
マスクとして、BC13/C12/CH22(三塩化ホウ
素、塩素、ならびにジフルオロメタンの混合ガス)を反
応ガスに用いてエッチングすることができる。
【0016】なお、フォトレジスト層18をマスクとし
てドライエッチングする場合、カーボン系のポリマーが
フォトレジスト層18から供給されて金属配線4の側壁
に付着し、金属配線4の側壁が保護される。しかし、本
実施例の場合、フォトレジスト層18がエッチングされ
絶縁膜2が主にマスクとして作用している段階では、上
記カーボン系のポリマーの供給が少なくなる。したがっ
て上述のように反応ガスにCH22を用いるとCH22
がデポジットガスとして作用し、金属配線4の側壁を保
護することができる。
【0017】本実施例の半導体装置の金属配線形成方法
では、上述のように、アルミニウム合金から成る金属配
線層16の上に金属配線層16の材料に対してエッチン
グ選択比の大きいタンタルの酸化物またはタンタルの窒
化物による絶縁膜2を形成してパターンニングし、この
絶縁膜2を、その上のフォトレジスト層18とともにマ
スクとして金属配線層16をエッチングするので、フォ
トレジスト層18とアルミニウムとのエッチング選択比
が1:2と悪いにも係わらず絶縁膜2とアルミニウムと
のエッチング選択比が1:7と高いため、フォトレジス
ト層18を薄くしても、金属配線層エッチング時にフォ
トレジスト層18がエッチングされることの影響は生じ
ない。
【0018】このようにフォトレジスト層18を薄くで
きることから、フォトレジスト層18の解像度を高める
ことができ、微細パターンの金属配線4も良好に形成す
ることができる。また、金属配線層エッチング時にフォ
トレジスト層18がエッチングされても、絶縁膜2がマ
スクとしての機能を果たすため、金属配線4が本来の幅
より狭くなるといった問題は発生せず、金属配線4の配
線抵抗が上昇することがない。さらに、金属配線4を精
度よく形成できることから、コンタクト孔に接続すべく
コンタクト孔上に金属配線4を形成する場合にもコンタ
クト抵抗が上昇するといった問題は生じない。
【0019】なお、絶縁膜2上のフォトレジスト層18
は、完全に除去されるまでエッチングを行っても絶縁膜
2が露出するのみであり、その場合にはフォトレジスト
層18を除去する工程を削除できるため、製造工程の簡
素化に有利となる。また、絶縁膜2はCVD法で形成す
る以外にも、金属配線層16をスパッタ法により形成
し、絶縁膜2もスパッタ法により、金属配線層16に連
続して形成することができる。その場合には、1工程削
除することができ工程の簡素化に有利となる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の金属配線形成方法では、金属配線層の上に金属配線層
の材料に対してエッチング選択比の大きい材料による絶
縁膜を形成してパターンニングし、この絶縁膜を、その
上のフォトレジスト層とともにマスクとして金属配線層
をエッチングするので、フォトレジスト層を薄くして
も、金属配線層エッチング時にフォトレジスト層がエッ
チングされることの影響は生じない。
【0021】そして、フォトレジスト層を薄くできるこ
とから、フォトレジスト層の解像度を高めることがで
き、微細パターンの金属配線も高精度で良好に形成する
ことができる。また、金属配線層エッチング時にフォト
レジスト層がエッチングされても、絶縁膜がマスクとし
ての機能を果たすため、金属配線が本来の幅より狭くな
るといった問題は発生せず、金属配線の配線抵抗が上昇
することがない。さらに、金属配線を精度よく形成でき
ることから、コンタクト孔に接続すべくコンタクト孔上
に金属配線を形成する場合にもコンタクト抵抗が上昇す
るといった問題は生じない。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)ないし(C)は本発明による半導体装置
の金属配線形成方法の一例における各工程を示す半導体
装置の断面側面図である。
【図2】従来の金属配線の形成方法を示す断面側面図で
ある。
【図3】従来の金属配線の形成方法を示す他の断面側面
図である。
【符号の説明】
2……絶縁膜、4……金属配線、12……半導体基板、
14……酸化膜、16……金属配線層、18……フォト
レジスト層、20……金属配線層。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に金属配線をパターンニン
    グして形成する方法であって、 前記半導体基板の上に金属配線層を形成し、 前記金属配線層の上に前記金属配線層の材料に対してエ
    ッチング選択比の大きい材料による絶縁膜を形成し、 前記絶縁膜の上にフォトレジスト層を形成して前記フォ
    トレジスト層をパターンニングし、 パターンニングした前記フォトレジスト層をマスクとし
    て前記絶縁膜をエッチングして前記フォトレジスト層以
    外の箇所の前記絶縁膜を除去し、 パターンニングした前記フォトレジスト層および前記絶
    縁膜をマスクとして前記金属配線層をエッチングして、
    パターンニングした金属配線を形成することを特徴とす
    る半導体装置の金属配線形成方法。
  2. 【請求項2】 前記金属配線層の材料はアルミニウムを
    含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の金属
    配線形成方法。
  3. 【請求項3】 前記金属配線層の材料は、アルミニウム
    およびシリコンの合金、アルミニウム、シリコン、なら
    びに銅の合金、アルミニウムおよび銅の合金のいずれか
    であることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の金
    属配線形成方法。
  4. 【請求項4】 前記絶縁膜はタンタルの酸化物またはタ
    ンタルの窒化物を含むことを特徴とする請求項2記載の
    半導体装置の金属配線形成方法。
  5. 【請求項5】 前記絶縁膜はCVD法により成膜するこ
    とを特徴とする請求項4記載の半導体装置の金属配線形
    成方法。
  6. 【請求項6】 前記絶縁膜は100nm以上300nm
    以下の厚さに形成することを特徴とする請求項4記載の
    半導体装置の金属配線形成方法。
  7. 【請求項7】 前記金属配線層はスパッタ法により形成
    し、前記絶縁膜はスパッタ法により、前記金属配線層に
    連続して形成することを特徴とする請求項1記載の半導
    体装置の金属配線形成方法。
  8. 【請求項8】 前記絶縁膜のエッチングとしてドライエ
    ッチングを行うことを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置の金属配線形成方法。
  9. 【請求項9】 前記絶縁膜のエッチングとして、CHF
    3/CF4/Arガスを用いて反応性イオンエッチングを
    行うことを特徴とする請求項8記載の半導体装置の金属
    配線形成方法。
  10. 【請求項10】 前記フォトレジスト層は1μm以上
    1.5μm以下の厚みに形成することを特徴とする請求
    項1記載の半導体装置の金属配線形成方法。
  11. 【請求項11】 前記金属配線層は、パターンニングし
    た前記フォトレジスト層および前記絶縁膜をマスクとし
    て、BC13/C12/CH22を反応ガスに用いてエッ
    チングすることを特徴とする請求項1記載の半導体装置
    の金属配線形成方法。
  12. 【請求項12】 前記金属配線層は800nm以上12
    00nm以下の厚さに形成することを特徴とする請求項
    1記載の半導体装置の金属配線形成方法。
  13. 【請求項13】 前記半導体基板はシリコンから成り、
    前記半導体基板の表面にシリコン酸化膜が形成され、前
    記金属配線層は前記シリコン酸化膜の上に形成すること
    を特徴とする請求項1記載の半導体装置の金属配線形成
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009252424A (ja) * 2008-04-03 2009-10-29 Toyota Motor Corp 電極集電体の製造方法及び製造装置ならびに該集電体を備えた電池

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