JP2795875B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP2795875B2 JP2795875B2 JP1055008A JP5500889A JP2795875B2 JP 2795875 B2 JP2795875 B2 JP 2795875B2 JP 1055008 A JP1055008 A JP 1055008A JP 5500889 A JP5500889 A JP 5500889A JP 2795875 B2 JP2795875 B2 JP 2795875B2
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Description
本発明は半導体装置の製造方法に関する。
通常半導体装置の層間絶縁膜にはSi系絶縁膜を用い
る。従来、Si系絶縁膜に設けられた接続孔に金属を選択
的に堆積する方法として、例えば、化学気相成長法（CV
D法）によるタングステン（Ｗ）の選択堆積法が知られ
ている。しかし、この方法は、原料ガスであるH2、W
F6、SiH4、等の流量、圧力、温度等のプロセスパラメー
タ及び層間絶縁膜の表面状態の影響により選択性が低下
する場合がある。 このように選択性が悪くなったとき接続孔以外の部分
にＷの核が形成し、このＷの核は配線間のショートの原
因となる。そのため、選択性の低下しにくいリンケイ酸
ガラス（PSG）を層間絶縁膜として用いたり、層間絶縁
膜上にPSGとSi3N4の積層膜のようにフッ酸に対するエッ
チング速度の異なる膜の積層膜を重ね、接続孔を設けて
Ｗを堆積後、Si3N4をエッチングストッパーとして、層
間絶縁膜表面のPSGをウエットエッチングしＷの核をリ
フトオフしたりしていた。 なおこの種の方法として関連するものには、例えば特
開昭62−199034号、同62−199035号公報等が挙げられ
る。
る。従来、Si系絶縁膜に設けられた接続孔に金属を選択
的に堆積する方法として、例えば、化学気相成長法（CV
D法）によるタングステン（Ｗ）の選択堆積法が知られ
ている。しかし、この方法は、原料ガスであるH2、W
F6、SiH4、等の流量、圧力、温度等のプロセスパラメー
タ及び層間絶縁膜の表面状態の影響により選択性が低下
する場合がある。 このように選択性が悪くなったとき接続孔以外の部分
にＷの核が形成し、このＷの核は配線間のショートの原
因となる。そのため、選択性の低下しにくいリンケイ酸
ガラス（PSG）を層間絶縁膜として用いたり、層間絶縁
膜上にPSGとSi3N4の積層膜のようにフッ酸に対するエッ
チング速度の異なる膜の積層膜を重ね、接続孔を設けて
Ｗを堆積後、Si3N4をエッチングストッパーとして、層
間絶縁膜表面のPSGをウエットエッチングしＷの核をリ
フトオフしたりしていた。 なおこの種の方法として関連するものには、例えば特
開昭62−199034号、同62−199035号公報等が挙げられ
る。
上記従来技術において、PSGのような二酸化シリコン
系の膜を用いて接続孔以外の部分に形成した金属の核、
例えばＷの核をリフトオフする場合、下層にエッチング
ストッパーとなる熱酸化SiやSi3N4のようにフッ酸に対
するエッチング速度の遅い膜を用いる必要がある。しか
し、Si系絶縁膜とＷは密着性が悪いので、接続孔の側面
とＷとの隙間からフッ酸が染み込み、接続孔側面からエ
ッチングされる。そのため、層間絶縁膜はフッ酸に対す
るエッチング速度の遅い膜のみから構成される必要があ
り、塗布ガラス膜、ホウ化リンケイ酸ガラス（BPSG）の
ようなフッ酸に対するエッチング速度の速い膜は使用で
きない。そのため、層間絶縁膜の平坦化が困難となり、
この方法はプロセス的に制約が大きいという問題が有っ
た。 本発明の目的は、半導体装置の製造において、金属を
選択的に接続孔に埋め込む際に、プロセス上の制約を与
えずに、配線間のショートの原因となる接続孔以外の部
分に形成した金属の核を簡使かつ効果的に除くことので
きる製造方法を提供するものである。
系の膜を用いて接続孔以外の部分に形成した金属の核、
例えばＷの核をリフトオフする場合、下層にエッチング
ストッパーとなる熱酸化SiやSi3N4のようにフッ酸に対
するエッチング速度の遅い膜を用いる必要がある。しか
し、Si系絶縁膜とＷは密着性が悪いので、接続孔の側面
とＷとの隙間からフッ酸が染み込み、接続孔側面からエ
ッチングされる。そのため、層間絶縁膜はフッ酸に対す
るエッチング速度の遅い膜のみから構成される必要があ
り、塗布ガラス膜、ホウ化リンケイ酸ガラス（BPSG）の
ようなフッ酸に対するエッチング速度の速い膜は使用で
きない。そのため、層間絶縁膜の平坦化が困難となり、
この方法はプロセス的に制約が大きいという問題が有っ
た。 本発明の目的は、半導体装置の製造において、金属を
選択的に接続孔に埋め込む際に、プロセス上の制約を与
えずに、配線間のショートの原因となる接続孔以外の部
分に形成した金属の核を簡使かつ効果的に除くことので
きる製造方法を提供するものである。
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製
造方法は、基板上に、少なくともホウ化リンケイ酸ガラ
ス膜又は塗布ガラス膜を含む層間絶縁膜を形成し、この
層間絶縁膜上に、ポリイミド樹脂からなる第二の膜を重
ねて堆積し、層間絶縁膜と第二の膜とに接続孔を形成
し、この接続孔に選択的に金属を化学気相成長法により
堆積し、しかる後、第二の膜をドライエッチングにより
除去するようにしたものである。 上記の化学気相成長法で堆積させる金属は、タングス
テン若しくはモリブデン又はこれらの金属の珪化物であ
ることが好ましい。 層間絶縁膜は、基板と配線層間又は配線層と配線層間
のいずれの層間絶縁膜であってもよい。ポリイミド樹脂
は、例えば、ポリイミドイソインドロキナゾリンジオ
ン、芳香族ジアミン或いは芳香族ジイソシアナートと芳
香族テトラカルボン酸二無水物との反応にによって得ら
れるポリイミド樹脂等が用いられる。さらに、上記第二
の膜の選択的エッチングには、フッ酸、フッ素ラジカ
ル、塩素ラジカルのいずれも用いないことが好ましい。 金属を選択的に接続孔に堆積する方法として、例え
ば、CVD法により、原料ガスであるSiH4/WF6の値を１〜
0.3程度とし、1Torr以下の圧力で行なえばよい。
造方法は、基板上に、少なくともホウ化リンケイ酸ガラ
ス膜又は塗布ガラス膜を含む層間絶縁膜を形成し、この
層間絶縁膜上に、ポリイミド樹脂からなる第二の膜を重
ねて堆積し、層間絶縁膜と第二の膜とに接続孔を形成
し、この接続孔に選択的に金属を化学気相成長法により
堆積し、しかる後、第二の膜をドライエッチングにより
除去するようにしたものである。 上記の化学気相成長法で堆積させる金属は、タングス
テン若しくはモリブデン又はこれらの金属の珪化物であ
ることが好ましい。 層間絶縁膜は、基板と配線層間又は配線層と配線層間
のいずれの層間絶縁膜であってもよい。ポリイミド樹脂
は、例えば、ポリイミドイソインドロキナゾリンジオ
ン、芳香族ジアミン或いは芳香族ジイソシアナートと芳
香族テトラカルボン酸二無水物との反応にによって得ら
れるポリイミド樹脂等が用いられる。さらに、上記第二
の膜の選択的エッチングには、フッ酸、フッ素ラジカ
ル、塩素ラジカルのいずれも用いないことが好ましい。 金属を選択的に接続孔に堆積する方法として、例え
ば、CVD法により、原料ガスであるSiH4/WF6の値を１〜
0.3程度とし、1Torr以下の圧力で行なえばよい。
上記第二の膜上は金属の核が形成しにくく、もし金属
の核が形成した場合でも第二の膜とともに除去されるた
め、配線ショートの原因とはならない。また、第二の膜
は層間絶縁膜を構成する全ての材料に対して、高選択的
にエッチング可能なため、層間絶縁膜の材料に対する制
約がない。
の核が形成した場合でも第二の膜とともに除去されるた
め、配線ショートの原因とはならない。また、第二の膜
は層間絶縁膜を構成する全ての材料に対して、高選択的
にエッチング可能なため、層間絶縁膜の材料に対する制
約がない。
第１図は本発明の金属の選択堆積法の一実施例を示す
半導体装置の工程断面図である。 第１図（ａ）に示すように、Si基板１に、LOCOS法で
素子間分離の熱酸化Si2を550nmの厚みに形成し、次に通
常の方法で形成したゲート酸化膜102と、多結晶Siのゲ
ート電極101と、ヒ素イオンを打ち込み、熱処理（900℃
10分間）により形成したソース・ドレイン領域の拡散層
３と、高温低圧のCVD法により形成した厚さ500nmのSiO2
膜41よりなるMOSトランジスタを形成し、さらにその上
に厚さ500nmのBPSG膜をCVD法（原料ガス;B2H6,PH3,Si
H3,O2）により堆積し、900℃10分間の熱処理を加えBPSG
をフローさせ層間絶縁膜４とする。さらに第二の膜とし
て厚さ500nmのPIQ（日立化成製品名、ポリイミドイソイ
ンドロキナゾリンジオン樹脂；ポリイミド樹脂の一種）
膜５を回転塗布法により形成した後、通常のホトリソグ
ラフィー技術とＦを含むプラズマによるドライエッチン
グ技術を用い、直径約0.7μｍの接続孔６を形成した。 次に、この試料にWF6とSiH4を原料ガスとして用いた
選択CVD法により、約800nmの厚さにＷ膜７を堆積したと
ころ第１図（ｂ）に示す。選択CVD法は、全圧力265mTor
r、SiH450sccm、WF680sccm、Ar400sccm、基板温度320℃
の条件で行なった。PIQ膜はPSGと同等以上にＷの堆積が
起こりにくい膜であるが800nmのＷを堆積するとPIQ上に
もＷの核８が認められた。 しかし、次にこの試料を1Torr、200Wの酸素プラズマ
に曝すと、PIQ膜５とともにＷの核８は除去された。し
かしBPSGの層間絶縁膜４は酸素プラズマではエッチング
されない。従って第１図（ｃ）に示すように接続孔６内
部にのみＷを埋め込むことができた。 第２図に本発明の他の実施例を示す。半導体Si基板１
は、第１図と同様にMOSトランジスタが形成されている
が、図では省略し、素子間分離の熱酸化Si膜２、拡散層
３、層間絶縁膜４の部分のみ示した。なお、層間絶縁膜
４としては、高温低圧のCVD法により形成したSiO2膜とB
PSGとを積層した厚さ約１μｍの積層膜を用いた。 第２図（ａ）は、第１図で示した工程と同様な方法で
層間絶縁膜４に設けられた接続孔にＷ膜７を堆積した後
に、さらにスパッタ法により250nmの厚みのＷ膜を堆積
し、通常のホトリソグラフィー技術とドライエッチング
技術を用い、Ｗ配線11を形成したところである。 次にＷ配線11上に、層間絶縁膜の平坦化のために、プ
ラズマCVDにより厚さ200nmのSiO2膜、回転塗布法により
厚さ200nmのSOG（スピン−オン−グラス；塗布ガラス膜
の一種）膜を交互に堆積し、厚さ約１μｍの５層の層間
絶縁膜14を形成し、さらに第二の膜である500nmのPIQ膜
５を回転塗布法により形成した後、通常のホトリソグラ
フィー技術とドライエッチング技術を用い、直径約0.7
μｍの接続孔を形成し、引き続きこの試料に、選択CVD
法により、Ｗ配線11上に約600nmの厚さでＷ膜17を堆積
したところを第２図（ｂ）に示す。厚さ600nmのＷを堆
積するとPIQ膜５上にもＷの核８が認められた。選択CVD
法は、第１図の場合と同じ条件で行なったが他の条件、
例えば全圧力200mTorr、H2500sccm、WF66sccm、Ar70scc
m、基板温度400℃の条件で行なってもよい。 次に第２図（ｂ）の試料を30℃のヒドラジン、エチレ
ンジアミン１対１混合溶液に浸し、PIQ膜５とともにＷ
の核８を除去した。しかし５層層間絶縁膜14はヒドラジ
ン、エチレンジアミン１対１混合溶液ではエッチングさ
れない。従って第２図（ｃ）に示すように接続孔内部に
のみW17を埋め込むことができた。 本実施例で第二の膜として用いられたポリイミド樹脂
膜はＷの核成長が起こりにくく、そのまま層間絶縁膜と
しても用いることができるが、さらに本実施例で示すよ
うに、第二の膜として用いることで、接続孔以外の部分
の一部に、Ｗの核成長が生じた場合でも、後のエッチン
グ工程によりＷの核は完全に除去され、極めて良好な選
択性で接続孔内部にのみＷを埋め込むことができた。ま
た、配線間のショートもみられず、拡散層、及びＷ配線
への接触抵抗は十分低く、かつ拡散層のリーク電流も低
く良好な電気特性が得られた。 本実施例では基板としてSi基板を用い、直接Si表面や
Ｗ配線上へのＷの選択堆積を行ったが、SiやＷ表面以外
の表面、たとえばMo、Al、Ti、TiWの合金等の金属の表
面が露出している場合でも同様な効果が得られる。また
第二の膜としてポリイミド樹脂膜を用いたが、ポリエチ
レン膜やホストレジスト膜のようにＷの核が成長しにく
く、酸素プラズマや有機溶剤などで層間絶縁膜に対して
選択的にエッチングできる材料ならば如何なるものでも
かまわない。 また、本実施例のほかにMoF6とH2を用いた低圧CVD法
によっても、極めて良好な選択性で接続孔内部にのみMo
を埋め込むことができた。
半導体装置の工程断面図である。 第１図（ａ）に示すように、Si基板１に、LOCOS法で
素子間分離の熱酸化Si2を550nmの厚みに形成し、次に通
常の方法で形成したゲート酸化膜102と、多結晶Siのゲ
ート電極101と、ヒ素イオンを打ち込み、熱処理（900℃
10分間）により形成したソース・ドレイン領域の拡散層
３と、高温低圧のCVD法により形成した厚さ500nmのSiO2
膜41よりなるMOSトランジスタを形成し、さらにその上
に厚さ500nmのBPSG膜をCVD法（原料ガス;B2H6,PH3,Si
H3,O2）により堆積し、900℃10分間の熱処理を加えBPSG
をフローさせ層間絶縁膜４とする。さらに第二の膜とし
て厚さ500nmのPIQ（日立化成製品名、ポリイミドイソイ
ンドロキナゾリンジオン樹脂；ポリイミド樹脂の一種）
膜５を回転塗布法により形成した後、通常のホトリソグ
ラフィー技術とＦを含むプラズマによるドライエッチン
グ技術を用い、直径約0.7μｍの接続孔６を形成した。 次に、この試料にWF6とSiH4を原料ガスとして用いた
選択CVD法により、約800nmの厚さにＷ膜７を堆積したと
ころ第１図（ｂ）に示す。選択CVD法は、全圧力265mTor
r、SiH450sccm、WF680sccm、Ar400sccm、基板温度320℃
の条件で行なった。PIQ膜はPSGと同等以上にＷの堆積が
起こりにくい膜であるが800nmのＷを堆積するとPIQ上に
もＷの核８が認められた。 しかし、次にこの試料を1Torr、200Wの酸素プラズマ
に曝すと、PIQ膜５とともにＷの核８は除去された。し
かしBPSGの層間絶縁膜４は酸素プラズマではエッチング
されない。従って第１図（ｃ）に示すように接続孔６内
部にのみＷを埋め込むことができた。 第２図に本発明の他の実施例を示す。半導体Si基板１
は、第１図と同様にMOSトランジスタが形成されている
が、図では省略し、素子間分離の熱酸化Si膜２、拡散層
３、層間絶縁膜４の部分のみ示した。なお、層間絶縁膜
４としては、高温低圧のCVD法により形成したSiO2膜とB
PSGとを積層した厚さ約１μｍの積層膜を用いた。 第２図（ａ）は、第１図で示した工程と同様な方法で
層間絶縁膜４に設けられた接続孔にＷ膜７を堆積した後
に、さらにスパッタ法により250nmの厚みのＷ膜を堆積
し、通常のホトリソグラフィー技術とドライエッチング
技術を用い、Ｗ配線11を形成したところである。 次にＷ配線11上に、層間絶縁膜の平坦化のために、プ
ラズマCVDにより厚さ200nmのSiO2膜、回転塗布法により
厚さ200nmのSOG（スピン−オン−グラス；塗布ガラス膜
の一種）膜を交互に堆積し、厚さ約１μｍの５層の層間
絶縁膜14を形成し、さらに第二の膜である500nmのPIQ膜
５を回転塗布法により形成した後、通常のホトリソグラ
フィー技術とドライエッチング技術を用い、直径約0.7
μｍの接続孔を形成し、引き続きこの試料に、選択CVD
法により、Ｗ配線11上に約600nmの厚さでＷ膜17を堆積
したところを第２図（ｂ）に示す。厚さ600nmのＷを堆
積するとPIQ膜５上にもＷの核８が認められた。選択CVD
法は、第１図の場合と同じ条件で行なったが他の条件、
例えば全圧力200mTorr、H2500sccm、WF66sccm、Ar70scc
m、基板温度400℃の条件で行なってもよい。 次に第２図（ｂ）の試料を30℃のヒドラジン、エチレ
ンジアミン１対１混合溶液に浸し、PIQ膜５とともにＷ
の核８を除去した。しかし５層層間絶縁膜14はヒドラジ
ン、エチレンジアミン１対１混合溶液ではエッチングさ
れない。従って第２図（ｃ）に示すように接続孔内部に
のみW17を埋め込むことができた。 本実施例で第二の膜として用いられたポリイミド樹脂
膜はＷの核成長が起こりにくく、そのまま層間絶縁膜と
しても用いることができるが、さらに本実施例で示すよ
うに、第二の膜として用いることで、接続孔以外の部分
の一部に、Ｗの核成長が生じた場合でも、後のエッチン
グ工程によりＷの核は完全に除去され、極めて良好な選
択性で接続孔内部にのみＷを埋め込むことができた。ま
た、配線間のショートもみられず、拡散層、及びＷ配線
への接触抵抗は十分低く、かつ拡散層のリーク電流も低
く良好な電気特性が得られた。 本実施例では基板としてSi基板を用い、直接Si表面や
Ｗ配線上へのＷの選択堆積を行ったが、SiやＷ表面以外
の表面、たとえばMo、Al、Ti、TiWの合金等の金属の表
面が露出している場合でも同様な効果が得られる。また
第二の膜としてポリイミド樹脂膜を用いたが、ポリエチ
レン膜やホストレジスト膜のようにＷの核が成長しにく
く、酸素プラズマや有機溶剤などで層間絶縁膜に対して
選択的にエッチングできる材料ならば如何なるものでも
かまわない。 また、本実施例のほかにMoF6とH2を用いた低圧CVD法
によっても、極めて良好な選択性で接続孔内部にのみMo
を埋め込むことができた。
以上述べたように本発明によれば、金属を選択的に接
続孔に埋め込む際に、プロセス上の制約を与えずに、配
線間のショートの原因となる層間絶縁膜上に形成された
金属を簡便かつ効果的に除くことができ、さらにBPSGや
塗布ガラスのように平坦化可能な材料を層間絶縁膜とし
て用いることができるので、実用上極めて有用である。
続孔に埋め込む際に、プロセス上の制約を与えずに、配
線間のショートの原因となる層間絶縁膜上に形成された
金属を簡便かつ効果的に除くことができ、さらにBPSGや
塗布ガラスのように平坦化可能な材料を層間絶縁膜とし
て用いることができるので、実用上極めて有用である。
第１図は本発明の一実施例におけるＷの選択堆積法を示
す半導体装置の工程断面図、第２図は本発明の他の実施
例におけるＷの選択堆積法を示す半導体装置の工程断面
図である。 １……Si基板、２……熱酸化Si膜 ３……拡散層、4,14……層間絶縁膜 ５……PIQ膜、６……接続孔 7,17……Ｗ膜、８……Ｗの核 11……Ｗ配線、41……SiO2膜 101……ゲート電極、102……ゲート酸化膜
す半導体装置の工程断面図、第２図は本発明の他の実施
例におけるＷの選択堆積法を示す半導体装置の工程断面
図である。 １……Si基板、２……熱酸化Si膜 ３……拡散層、4,14……層間絶縁膜 ５……PIQ膜、６……接続孔 7,17……Ｗ膜、８……Ｗの核 11……Ｗ配線、41……SiO2膜 101……ゲート電極、102……ゲート酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−111421（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−26691（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768 H01L 21/28 - 21/288
Claims (3)
- 【請求項１】基板上に、層間絶縁膜を形成し、該層間絶
縁膜に接続孔を設け、該接続孔に選択的に金属を化学気
相成長法により堆積させる工程を少なくとも有する半導
体装置の製造方法において、上記層間絶縁膜は、少なく
ともホウ化リンケイ酸ガラス膜又は塗布ガラス膜を含む
膜であり、上記層間絶縁膜上に、ポリイミド樹脂からな
る第二の膜を重ねて堆積する工程と、上記層間絶縁膜と
該第二の膜とに接続孔を形成する工程と、該接続孔に選
択的に金属を化学気相成長法により堆積する工程と、し
かる後、該第二の膜をドライエッチングにより除去する
工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】上記ポリイミド樹脂は、ポリイミドイソイ
ンドロキナゾリンジオン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。 - 【請求項３】上記化学気相成長法で堆積させる金属は、
タングステン若しくはモリブデン又はこれらの金属の珪
化物である請求項１又は２記載の半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1055008A JP2795875B2 (ja) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1055008A JP2795875B2 (ja) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02235331A JPH02235331A (ja) | 1990-09-18 |
| JP2795875B2 true JP2795875B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=12986631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1055008A Expired - Fee Related JP2795875B2 (ja) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2795875B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04239748A (ja) * | 1991-01-14 | 1992-08-27 | Samsung Electron Co Ltd | 半導体装置の多層配線形成方法 |
| JPH0653331A (ja) * | 1992-07-31 | 1994-02-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5326691A (en) * | 1976-08-25 | 1978-03-11 | Hitachi Ltd | Multi-layer wiring struc ture |
| JPS60111421A (ja) * | 1983-11-22 | 1985-06-17 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1989
- 1989-03-09 JP JP1055008A patent/JP2795875B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02235331A (ja) | 1990-09-18 |
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