JP2659285B2 - 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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JP2659285B2 JP2643091A JP2643091A JP2659285B2 JP 2659285 B2 JP2659285 B2 JP 2659285B2 JP 2643091 A JP2643091 A JP 2643091A JP 2643091 A JP2643091 A JP 2643091A JP 2659285 B2 JP2659285 B2 JP 2659285B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置の製造方法
に関し、更に詳しくはMOSトランジスタ、バイポーラ
トランジスタ等の半導体素子を含むメモリCPU(中央
演算回路)の多層配線形成技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のメタル配線層の製造方法は、図1
0に示すように、半導体素子が形成された基板11の上
に酸化シリコン膜12とBPSG(BとPを含むケイ酸
ガラス)膜13を順に積層し、この上にスパッタ法によ
ってバリアメタル(Ti−W,TiN等)膜14とAl
合金(Al−Si−Cu,Al−Si等)膜15を積層
し、この上に所定のパターンのホトレジスト層16を形
成し、この後に図11に示すように反応性イオンエッチ
ング法を用いてAl合金膜15とバリアメタル膜14と
を異方性エッチングに付すことによって、所定のパター
ンのバリアメタル膜とAl合金膜とからなる配線層17
を形成して行われている。またAl合金ではなくWやW
Six、TiWなどの高融点金属及びシリサイドをその
まま配線として用いる場合もある。
【0003】1層目配線として通常この配線17が形成
された後、第2の層間絶縁膜(例えばSiO2膜)18が
プラズマCVD法または常圧CVD法によって形成され
〔図12参照〕、次に、第2の層間絶縁膜18にコンタ
クトホール19を開口し、その開口部に1層目配線と同
じ材料の2層間メタルを被覆し、1層目配線17と導通
している〔図13参照〕。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のメタル
配線層の製造方法で形成されたAl合金配線層は、残渣
を十分に除去することが難しく、そのため腐蝕が生じ易
く、良好なエッチングが難しく、また、下層を形成する
Al合金配線層の段差を層間絶縁層で平坦化することで
上層のAl合金膜の微細加工を達成している上記2層配
線は、層間絶縁層の平坦化が必ずしも完全でなく、微細
な上層のAl合金層のエッチングが難しくなっている。
更に、Al合金層上のホトレジストパターンの形成は、
基板による反射光が強いため、レジストが異常感光しパ
ターンが変形しやすいという問題がある。また、近年、
上層の層間絶縁膜の内部応力や、アルミニウム又はアル
ミニウム合金との熱膨張係数の差によって生ずる熱応力
でアルミニウムが断線するいわゆるストレスマイブレー
ション現象が大問題になっている。
【0005】一方、Al以外の金属、特に信頼性に優れ
た銅や金あるいは銀などの金属も残渣、腐蝕などが原因
で良好な微細加工が難しい。また、コンタクトホールも
小さくなり2層目のメタルが1層目のそれと再現良く導
通をとるのが難しくなる。
【0006】本発明は、メタル配線を埋め込むと同時に
配線の柱を形成することで、平坦な、寸法精度にすぐれ
た信頼性の高い、配線技術を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、半
導体基板上の下層層間絶縁膜の上下配線間導通部形成用
領域に配線パターンの溝を形成し、その溝を含む上記下
層層間絶縁膜上の全面に上記溝を埋設するよう下層配線
層を積層し、反応性イオンエッチング法にて下層配線層
を、溝内と溝上でその溝の幅より若干広い領域で構成さ
れる柱状配線部を残存させるように除去し、次いでその
柱状配線部を含む下層層間絶縁膜上の全面に、i)上層
層間絶縁層を積層し、さらに平坦化のための膜を積層し
た後等方性ドライエッチング法を用いて上記柱状配線部
の上部を露出させるか、またはii)上層層間絶縁層を積
層し、異方性ドライエッチング法を用いて上記柱状配線
部の上部を露出させ、さらに露出された柱状配線部を含
む残存された上層層間絶縁膜上の全面に、上層配線層を
積層することよりなる半導体装置の製造方法を提供する
ものである。
【0008】すなわち、この発明の製造法によれば、下
層層間絶縁膜と半導体素子が形成された半導体基板を用
い、その下層層間絶縁膜に下層配線パターンの溝を設
け、溝内埋込配線と、溝の巾より広い領域で構成される
柱状配線部とからなる下層配線を形成し、下層層間絶縁
膜上の上層層間絶縁層を柱状配線部の上部が露出するよ
う除去されることで同時に平坦化し、その平坦化された
上層層間絶縁膜上に上層配線を形成し、柱状配線部を介
して下層配線と導通するようにしたものである。そのた
め、従来の問題点が解決される。
【0009】(i)まず、下層メタル配線と上層メタル
配線間に形成される上層層間絶縁膜の平坦化が完全でな
くても微細な上層メタル配線のパターン形成を公知の技
術を用いて容易にできる。
【0010】(ii)次に、熱応力でメタル配線、特にア
ルミニウムやアルミニウム合金の配線が断線するストレ
スマイブレーション現象の発生を減少できる。
【0011】(iii)さらにアルミニウム合金及びアル
ミニウム以外の金属層において残渣や腐蝕などが生じる
のを回避できるので上層・下層のメタル配線をコンタク
ト部で再現良く導通できる。
【0012】(iv)また、従来用いていたような、上・
下層配線用のビア・ホールの形成工程を省略できる。
(V)さらに、局所的な平滑化ではなくウエハ全体で平
坦な層間絶縁膜が形成できる。
【0013】
【実施例】以下図に示す実施例にもとづいてこの発明を
詳述する。なお、これによってこの発明は限定を受ける
ものではない。図1〜図6はこの発明の第1の実施例を
示す。これらの図において、まず、MOSトランジスタ
等の半導体メモリ素子が形成されたSi基板(図示せ
ず)上に、素子の電極に通ずる開口(図示せず)を有す
る下層層間絶縁膜としてのBPSG膜1が形成される。
そのBPSG膜は表面が平坦化されている。そして、こ
のBPSG膜1の上層配線との導通が意図される導通領
域に例えばホトリソグラフィ法で配線パターンを溝状に
形成する〔図1参照〕。この際、溝1aの深さdは0.
5〜1.0μmが好ましく、本実施例では1.0μmに設
定した。
【0014】続いて、溝1aを有するBPSG膜1上の
全面に、CVD法により下層配線層としてのタングステ
ン層2を2μmの厚さに積層する〔図1参照〕。この
際、このタングステン層(W層)はカバレッジ性に優れ
ているので溝1aにはW膜2aが完全に埋設され得る。
一方、溝1aに埋め込まれたW膜2a以外のW膜2bの
表面には、溝1aの上方でへこみ22が生じる。
【0015】次に、上層配線と導通を取る領域(S)
〔図1参照〕に、公知のフォトリングラフィ法でレジス
トマスク(図示せず)を形成し、続いて、反応性イオン
エッチング法でW膜2をBPSG膜表面が露出するまで
除去する〔図2参照〕。この際、溝1a及び上層配線の
導通領域(S)に下層配線5としてのW配線3および4
がそれぞれ形成される。導通領域(S)に形成された柱
状のW配線4は上面中央にへこみ4aを有し、エッチン
グされる前の配線層2bの高さを維持している。後に形
成される上層配線はその柱状のW配線4の上部を介して
下層配線5に接続される。
【0016】その後、図3に示すようにW配線4を含む
BPSG膜1の全面に、上層層間絶縁膜に意図されるプ
ラズマSiO2膜6、さらにそのSiO2膜6の平坦化を補
助するための補助レジスト膜7、いわゆる犠牲膜をそれ
ぞれ1.0μm厚及び0.2μm厚に順次積層する。この
補助レジスト膜は上面を平坦にするために公知の回転塗
布法で形成される。例えば、PIQやSOGをSpin O
n Glassを用いて全面平坦化できる。
【0017】続いて、反応性イオンエッチング法で等方
性ドライエッチ(等速エッチング)を行い、レジスト膜
7を部分エッチングすることで導通領域の0.05μm
の薄いレジスト膜7a及びその直下のSiO2膜6を0.
5〜1.0μmにわたり除去する〔図4参照〕。
【0018】さらに、残存したレジスト膜7を除去した
後、RIEで等速エッチを行い〔図4、図5参照〕、S
iO2膜6を0.5〜1.0μmにわたり除去することで上
層層間絶縁膜としてのSiO2膜8を残存させてW配線4
の上部を露出する〔図6参照〕。しかる後、全面にWの
上層配線層を積層した後これをパターン形成して下層配
線5がこれに含まれる配線4を介して上層配線に接続さ
れ得る。
【0019】図7〜図9はプラズマSiO2膜6を積層し
た後この上に上記第1の実施例で示したような平坦化用
補助レジスト膜を積層しないで導通部分を開口するため
のレジストパターン9を形成し、SiO2膜6の配線4上
に配線幅Dより大き目の開口径Kを有する開口部10を
異方性ドライエッチングで形成し〔図7参照〕、パター
ン9を除去し、次に、RIEで等速エッチを行う〔図8
参照〕ことでW配線4上部を露出する〔図9参照〕よう
にしたこの発明の第2の実施例を示す。
【0020】
【発明の効果】このように上記2つの実施例では、下記
配線と上層配線を導通するための導通部分のW膜4を溝
1a内のW膜3より高く柱状に形成し、上層層間絶縁膜
8の平坦化工程で柱の上部、すなわちW膜4の上部を露
出させて上層配線と導通を取るようにしたので、(1) 上
層層間絶縁膜の平坦化に依存することなく微細な上層配
線のパターン形成を公知の技術を用いて容易にできる。 (2) 導通領域(S)でW膜4を柱状に突出させたので、
上層・下層のW配線を再現良く導通できる。
【0021】なお上記2つの実施例ではW膜を用いた配
線を形成するものを示したが、AlやAl合金を配線と
して用いてもよい。この場合、従来法では上層層間絶縁
膜の内部応力やAlとの熱膨張係数の差によって生ずる
熱応力でAl配線あるいはAl合金配線が断線するスト
レスマイグレーション現象の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の第1の実施例の製造工程の第
1ステップを示す製造工程説明図。
【図2】図2は上記実施例における製造工程の第2ステ
ップを示す製造工程説明図。
【図3】図3は上記実施例における製造工程の第3ステ
ップを示す製造工程説明図。
【図4】図4は上記実施例における製造工程の第4ステ
ップを示す製造工程説明図。
【図5】図5は上記実施例における製造工程の第5ステ
ップを示す製造工程説明図。
【図6】図6は上記実施例における製造工程の第6ステ
ップを示す製造工程説明図。
【図7】図7はこの発明の第2の実施例の製造工程の1
ステップを示す製造工程説明図。
【図8】図8は上記第2の実施例の製造工程の1ステッ
プを示す製造工程説明図。
【図9】図9は上記第2の実施例の製造工程の1ステッ
プを示す製造工程説明図。
【図10】図10は従来例の製造工程の第1ステップを
示す製造工程説明図。
【図11】図11は従来例の製造工程の第2ステップを
示す製造工程説明図。
【図12】図12は従来例の製造工程の第3ステップを
示す製造工程説明図。
【図13】図13は従来例の製造工程の第3ステップを
示す製造工程説明図である。
【符号の説明】
1 BPSG膜(下層層間絶縁膜) 1a 溝 2 W膜(下層配線層) 3 W配線(埋込下層配線膜) 4 W配線(柱配線部) 5 下層配線 8 SiO2膜(上層層間絶縁膜) 10 開口部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上の下層層間絶縁膜の上下配
    線間導通部形成用領域に配線パターンの溝を形成し、そ
    の溝を含む上記下層層間絶縁膜上の全面に上記溝を埋設
    するよう下層配線層を積層し、反応性イオンエッチング
    法にて下層配線層を、溝内と溝上でその溝の幅より若干
    広い領域で構成される柱状配線部を残存させるように除
    去し、次いでその柱状配線部を含む下層層間絶縁膜上の
    全面に、i)上層層間絶縁層を積層し、さらに平坦化の
    ための膜を積層した後等方性ドライエッチング法を用い
    て上記柱状配線部の上部を露出させるか、またはii)上
    層層間絶縁層を積層し、異方性ドライエッチング法を用
    いて上記柱状配線部の上部を露出させ、さらに露出され
    た柱状配線部を含む残存された上層層間絶縁膜上の全面
    に、上層配線層を積層することよりなる半導体装置の製
    造方法。
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