JP2891195B2 - 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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JP2891195B2
JP2891195B2 JP22123196A JP22123196A JP2891195B2 JP 2891195 B2 JP2891195 B2 JP 2891195B2 JP 22123196 A JP22123196 A JP 22123196A JP 22123196 A JP22123196 A JP 22123196A JP 2891195 B2 JP2891195 B2 JP 2891195B2
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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およびそ
の製造方法に関し、特に配線の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置の製造方法について、
図2(a)〜(d)を用いて説明する。まず、図2
(a)に示すように、拡散層(2)が形成された半導体
基板(1)上に第1層間膜(3)を設け、コンタクトホ
ール(4)を形成後、第1バリア金属層(5)を全面に
形成し、さらに第1埋め込み金属層(6a)を全面に形
成する。次に、図2(b)に示すように、第1埋め込み
金属層(6a)をエッチバックし、第1埋め込み金属部
(6b)を形成する。このとき、プラグロス(7)が発
生することが知られている。さらにその上に第1Al配
線(8)を形成し(図2(c))、さらに上層に配線等
を形成する(図2(d))。
【0003】ここでプラグロス(7)があると、コンタ
クトホール(4)の真上に形成した直上スルーホール
(14)は、下にプラグロス(7)の無い通常スルーホ
ール(13)と比較して、スルーホールの穴が深くな
る。
【0004】このため、第2バリア金属層(10)のス
ルーホール底部でのカバレッジの悪化や、スルーホール
形成時に真上スルーホール底部に第2層間膜が残るとい
ったことが起き、配線の電気抵抗増大や信頼性が低下す
る問題があった。
【0005】上記問題の対策として、従来の発明では、
第1の方法として、図3(a)及び(b)に示すよう
に、第1埋め込み金属層(6a)を第1バリア金属層
(5)との境界もしくは少し手前までエッチバックし、
次いでエッチング条件を変更して、第1バリア金属層
(5)と第1埋め込み金属部(6b)の両方をエッチン
グし、プラグロスのない図3(c)に示す形状にする方
法がある(特開平7−226393号公報)。
【0006】第2の方法として、先に拡散層上に埋め込
み金属を形成し、次に層間膜を設け、次いで層間膜をエ
ッチバックし、埋め込み金属の上部を露出させる方法が
ある(特開平7−142579号公報)。
【0007】第3の方法として、埋め込み金属を完全に
エッチバックせず、T字状に形成することでプラグロス
を防ぐ方法がある(特開平7−37979号公報)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記第1
の方法は、プラグロスをなくすため、埋め込み金属を2
回に分けてエッチバックする必要があり、また埋め込み
金属面を平坦にするのは技術的にも困難であるという問
題を有する。コンタクトホールに埋め込み金属部となる
金属を埋め込むとその分必ず金属表面に孔ができ、この
孔はエッチング条件を変えてもなくすことが困難であ
り、埋め込み金属をエッチバックする量だけ下方向にエ
ッチングされ、プラグロスとなる。
【0009】第2の方法の問題点は、層間膜を設ける前
に埋め込み金属を形成しなければならず、半導体基板上
に直径約0.5μmで高さ1μm以上の金属円柱を形成
するという難しいプロセスが必要となることである。
【0010】第3の方法の問題点は、埋め込み金属をT
字状にするため、コンタクト部の面積が増えてしまい、
高集積化には向いていないということである。また、埋
め込み金属を物理的に削って平坦化する場合は、その物
理的に削る工程が必要となる。
【0011】そこで本発明の目的は、コンタクトホール
のプラグロスによる配線の抵抗増大等が無い信頼性の高
い半導体装置を提供することである。またこのような半
導体装置の簡易な製造方法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完
成した。
【0013】
【0014】
【0015】本発明は、第1の導体層上に第1の絶縁層
を設けて該第1の絶縁層に第1の開口を形成する工程
と、該第1の開口および該第1の絶縁層上に第1の
リア金属層を形成する工程と、該第1のバリア金属層上
に第1の開口内を埋め込むように第1の埋め込み金属層
を形成する工程と、該第1の埋め込み金属層を第1の絶
縁層上の第1のバリア金属層が露出するまでエッチバッ
クする工程と、該エッチバックにより形成された第1の
埋め込み金属部のプラグロスの底と第1の絶縁層上の第
1のバリア金属層の表面とがほぼ同じ高さになるまで第
1のバリア金属層をエッチバックする工程と、第1の
め込み金属部上を含む領域上に第1の配線を形成する工
と、該第1の配線上を含む領域全面に第2の絶縁層を
形成する工程と、該第2の絶縁層の第1の開口上に第2
の開口を形成する工程と、該第2の開口内に充填され第
1の配線に電気的に接続された第2の埋め込み金属部を
形成する工程と、該第2の埋め込み金属部上を含む領域
上に第2の配線を形成する工程を有することを特徴とす
る半導体装置の製造方法に関する。
【0016】本発明の半導体装置の製造方法では、埋め
込み金属部をプラグロスの深さだけ、バリア金属面(開
口面)から突出させる。そのことにより、その真上にス
ルーホールを形成した場合、プラグロスの深さが実質上
なくなり、配線の信頼性が上がる。
【0017】本発明の製造方法は、バリア金属層をエッ
チバックする分だけ厚く形成することと、エッチバック
時のガスを切り替えることで済み、プロセス及び装置共
に従来と比較して簡易である。
【0018】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
詳細に説明する。
【0019】まず、図1(a)に示すように、拡散層
(2)を形成した半導体基板(1)上に第1層間膜
(3)を設け、次いで拡散層(2)上にコンタクトホー
ル(4)を形成後、第1バリア金属層(5)を厚さ10
00〜5000Åで全面に成膜する。その上に第1埋め
込み金属層(6a)をコンタクトホール(4)が完全に
埋め込まれるまで厚さ1000〜10000Åで全面に
成膜する。
【0020】第1バリア金属層(5)としては、窒化チ
タン、チタンと窒化チタンの積層状態のもの、チタンタ
ングステン、タングステン等の高融点金属を用いること
ができる。第1埋め込み金属層(6a)としては、窒化
チタン、チタン、タングステン等が用いられ、CUD法
で成膜・埋め込みでき、上記第1バリア金属(5)と異
なる高融点金属を用いることが望ましい。
【0021】次に、埋め込み金属用エッチガス中でエッ
チバックを行い、図1(b)に示す形状とする。このと
き、第1埋め込み金属部(6b)に深さ500〜200
0Åのプラグロス(7)が発生する。
【0022】続いて、バリア金属用エッチガス中で、第
1バリア金属層(5)をプラグロス(7)の深さ分、エ
ッチバックし、図1(c)に示す形状とする。このよう
に2段階に分けてエッチバックすると、第1埋め込み金
属部のプラグロスの底と、第1バリア金属の表面が同じ
高さとなる。
【0023】第1バリア金属層(5)をエッチバックす
るガスは、その材料に合わせて、フッ素系もしくは塩素
系ガスを用い、同様に第1埋め込み金属層(6a)をエ
ッチバックするガスもその材料に合わせ、フッ素系また
は塩素系ガスを用いる。ただし、それぞれのガスは、第
1バリア金属層と第1埋め込み金属層に対し、選択比の
ある組み合わせを使用する。
【0024】次に、図1(d)に示すように、その上に
第1Al配線(8)を形成し、さらに、図1(e)に示
すように、上層に配線等を形成する。
【0025】以上のようにして得られた半導体装置にお
いて、コンタクトホール(4)の真上に設けた真上スル
ーホール(14)と、下にプラグロスの無い通常スルー
ホール(13)とを比較すると、スルーホールの深さに
差がない。
【0026】このため、第2バリア金属層(10)の真
上スルーホール底部でのカバレッジは通常スルーホール
底部と同等となる。また、スルーホール形成時の真上ス
ルーホール底部での第2層間膜の残りが無くなり、配線
抵抗の増大が無くなり、信頼性が向上する。
【0027】さらに、バリア金属層をエッチバックする
分だけ厚く形成することと、エッチバック工程で埋め込
み金属とバリア金属のそれぞれに対するガスに切り替え
ることで目的の形状が得ることができる。このため、プ
ロセス的にも装置的にも簡易に製造できる。
【0028】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに説明する
が、本発明はこれらに限定するものではない。
【0029】図1(e)に示す半導体装置を製造した。
拡散層(2)を形成した半導体基板(1)上に第1層間
膜(3)を設け、コンタクトホール(4)を深さ1μ
m、径0.5μmで形成した。
【0030】第1バリア金属層(5)は窒化チタンでス
パッタ成膜し、エッチバック後の膜厚は第1層間膜
(3)の上で1000Åとした。
【0031】第1埋め込み金属部(6b)は、タングス
テンでCUD法により成膜後、エッチバックを行い、こ
のとき深さ2000Åのプラグロス(7)が形成され、
その第1埋め込み金属部(6b)を第1バリア金属層
(5)の表面から2000Å突出させた。
【0032】第1Al配線(8)はAl−0.5%Cu
で5000Åの厚さで形成した。
【0033】さらに上部に第2層間膜(9)を全面に設
け、そこに通常スルーホール(13)及び真上スルーホ
ール(14)を深さ1μm、径0.5μmで形成した。
第2バリア金属層(10)には窒化チタン、第2埋め込
み金属部(12)にはタングステン、第2Al配線(1
1)にはAl−0.5%Cuを用いた。
【0034】上記半導体装置は、以下のプロセスで作製
した。
【0035】まず、図1(a)に示すように、拡散層
(2)を形成した半導体基板(1)上に厚さ1μmの第
1層間膜(3)を設け、次いで拡散層(2)上に直径
0.5μmのコンタクトホール(4)を形成し、その上
に第1バリア金属層(5)として窒化チタンを厚さ30
00Åにスパッタ成膜した。さらに第1埋め込み金属層
(6a)としてタングステンを厚さ6000ÅにCUD
法で全面成膜し、コンタクトホールを埋め込んだ。
【0036】次に、第1埋め込み金属層(6a)のタン
グステンをSF6とO2の混合ガスを用いて第1バリア金
属層(5)上に残らないように7000Åエッチバック
した。このとき、コンタクトホール(4)内のタングス
テンに深さ約2000Åのプラグロス(7)ができた。
【0037】続いて、エッチング中のガスをCl2とB
Cl3の混合ガスに切り替えることにより、第1バリア
金属層(5)を2000Åエッチバックし、図1(c)
に示す形状とした。
【0038】次に、Al−0.5Cuをスパッタ法で全
面に成膜後、フォトレジスト法とエッチング法を用いて
配線パターンを形成した(図1(d))。
【0039】さらに上層に第2層間膜(9)を設け、直
径0.5μmの通常スルーホール(13)及び真上スル
ーホール(14)を形成後、第2バリア金属層(1
0)、第2埋め込み金属部(12)、第2Al配線(1
1)をそれぞれ形成し、図1(e)に示す半導体装置を
完成した。
【0040】なお、本実施例では第1バリア金属層をエ
ッチバックするとき、1000Å残していたが、タング
ステンのプラグロスの深さによっては、全てエッチバッ
クしてもよい。
【0041】
【発明の効果】第1の効果は、コンタクトホールの真上
にスルーホールを形成した場合、コンタクトホールのプ
ラグロスによる配線抵抗の増大および信頼性の低下を防
ぐことができる。
【0042】その理由は、埋め込み金属部をプラグロス
の深さだけバリア金属面(開口面)から突出させること
により、プラグロスの深さを実質上なくしているからで
ある。
【0043】第2の効果は、上記効果を有する本発明の
半導体装置が従来と比較してプロセス的にも装置的にも
簡易に作製できることである。
【0044】その理由は、第1バリア金属層をエッチバ
ックする分だけ厚く形成することと、エッチバック時の
ガスを切り替えることで済むからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法の一例を示した
工程断面図である。
【図2】従来の半導体装置の製造方法の一例を示した工
程断面図である。
【図3】従来の半導体装置の製造方法の他の一例を示し
た工程断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 拡散層 3 第1層間膜 4 コンタクトホール 5 第1バリア金属層 6a 第1埋め込み金属層 6b 第1埋め込み金属部 7 プラグロス 8 第1Al配線 9 第2層間膜 10 第2バリア金属層 11 第2Al配線 12 第2埋め込み金属部 13 通常スルーホール 14 真上スルーホール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 - 3213 H01L 21/768

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の導体層上に第1の絶縁層を設けて
    第1の絶縁層に第1の開口を形成する工程と、該第1
    開口および該第1の絶縁層上に第1のバリア金属層
    を形成する工程と、該第1のバリア金属層上に第1の開
    口内を埋め込むように第1の埋め込み金属層を形成する
    工程と、該第1の埋め込み金属層を第1の絶縁層上の第
    1のバリア金属層が露出するまでエッチバックする工程
    と、該エッチバックにより形成された第1の埋め込み金
    属部のプラグロスの底と第1の絶縁層上の第1のバリア
    金属層の表面とがほぼ同じ高さになるまで第1のバリア
    金属層をエッチバックする工程と、第1の埋め込み金属
    部上を含む領域上に第1の配線を形成する工程と、該第
    1の配線上を含む領域全面に第2の絶縁層を形成する工
    程と、該第2の絶縁層の第1の開口上に第2の開口を形
    成する工程と、該第2の開口内に充填され第1の配線に
    電気的に接続された第2の埋め込み金属部を形成する工
    程と、該第2の埋め込み金属部上を含む領域上に第2の
    配線を形成する工程を有することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
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