JP3064734B2

JP3064734B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3064734B2
Application number: JP5075923A
Authority: JP
Inventors: 郁三ケ木
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-04-01
Filing date: 1993-04-01
Publication date: 2000-07-12
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: JPH06291191A

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
関し、特にメッキ法とレーザ照射法とを用いた半導体装
置の配線の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の配線の製造工程の断面図で
ある図４を参照すると、従来のメッキ法による半導体装
置の配線は、以下のように形成される。

【０００３】まず、半導体基板２０１表面に、イオン注
入法により、拡散層２０２が形成される。全面に、公知
の熱ＣＶＤ法により、層間絶縁膜である膜厚０．５〜
１．５μｍのシリコン酸化膜２０３が形成される。上記
拡散層２０２に達する口径０．４〜１．５μｍの接続孔
２０４が、フォトレジスト膜（図示せず）をマスクにし
た反応性エッチング法により、上記シリコン酸化膜２０
３に形成される〔図４（ａ）〕。

【０００４】次に、第１の導電膜である膜厚０．１μｍ
のチタン・タングステン合金膜２０５，第２の導電膜で
ある膜厚０．０２〜０．０５μｍの金膜２０６が、全面
に順次成膜される。上記チタン・タングステン合金膜２
０５の成膜は、成膜パワー１．０〜４．０ｋＷ，成膜圧
力１〜１０ｍＴｏｒｒのもとでのＤ．Ｃ．マグネトロン
スパッタ法により行なわれる。第１の導電膜は、第２の
導電膜，および後工程で形成される低抵抗金属膜の構成
元素が拡散層２０２等の能動領域に拡散することを防止
するために設けられ、さらに、層間絶縁膜との密着性を
確保するために設けられている。第２の導電膜は、第１
の低抵抗金属膜が電解メッキ法で形成されるとき、電極
として機能し、メッキ液から第１の導電膜を保護し、さ
らに、第１の導電膜と第１の低抵抗金属膜との密着性の
確保に機能する。

【０００５】次に、ｇ線もしくはｉ線を用いたフォトリ
ソグラフィ法により、メッキマスク膜である膜厚１．０
〜２．０μｍのフォトレジスト膜２０７が、金膜２０６
上に選択的に形成される〔図４（ｂ）〕。

【０００６】次に、金膜２０６を電極とした電解メッキ
法により、金膜２０６が露出した部分に低抵抗金属膜で
ある膜厚０．５〜１．５μｍの金膜２０８が形成される
〔図４（ｃ）〕。ここで用いる電解金メッキ液は、硫
酸，硫酸金ナトリウム等を主成分とし、これに平坦化
剤，ｐＨ安定化剤などが添加されている。このメッキ液
は、通常１リットル当り約１０ｇの金を含有する非シア
ン系溶液であり、中性に近いｐＨ（６〜８）を有してい
る。メッキの条件は、メッキ膜の膜厚，均一性の観点か
ら、メッキ温度３５〜６０℃，電流密度１〜４ｍＡ／ｃ
ｍ²である。なお、接続孔２０４のアスペクト比が高い
とき、上記金膜２０８の膜厚が厚いならば、金膜２０８
中にボイド２０９が形成される。

【０００７】次に、有機溶剤による湿式剥離法，あるい
は酸素プラズマによるアッシング法により、上記フォト
レジスト膜２０７が除去される。さらに、金膜２０８を
マスクにして、金膜２０６，チタン・タングステン合金
膜２０５が順次エッチング除去される。これにより、金
膜２０８，２０６，およびチタン・タングステン合金膜
２０５が積層されてなる金属配線が形成される〔図４
（ｄ）〕。上記エッチングには、２通りの方法がある。
ウェットエッチングの場合には、まず、濃度１０〜２０
ｖｏｌ％，温度２５〜５０℃の王水により、膜厚の薄い
金膜２０６がエッチングされる。続いて、濃度５０〜１
００％，温度２５〜５０℃の過酸化水素水により、チタ
ン・タングステン合金膜２０５がエッチングされる。ド
ライエッチングの場合には、Ａｒガスによるイオンミリ
ングにより、まず金膜２０６が除去される。続いて、Ｃ
Ｆ₄，ＳＦ₆等の弗素系ガスを用いた反応性イオンエッ
チング法（ＲＩＥ）により、チタン・タングステン合金
膜２０５がエッチングされる。

【０００８】半導体装置の配線の製造工程の断面図であ
る図５を参照すると、アイ・イー・イー・イー主催によ
る１９８９年第６回ヴィ・エル・エス・アイ多層配線国
際会議の予稿集第３２９−３３５頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉ
ｎｇｏｆ６ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＩ
ＥＥＥＶＬＳＩＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＩｎｔｅｒ
ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（１９８
９），ｐｐ．３２９−３３５）に報告された従来のレー
ザ照射法による半導体装置の配線の形成（第１の従来の
レーザ照射法と記す）は、以下のように行なわれる。

【０００９】まず、半導体基板２０１表面に拡散層２０
２が形成される。全面に、層間絶縁膜である膜厚０．５
〜１．５μｍのシリコン酸化膜２０３が形成される。上
記拡散層２０２に達する口径約１．０μｍの接続孔２０
４が、上記シリコン酸化膜２０３に形成される〔図５
（ａ）〕。

【００１０】次に、全面に膜厚約１００ｎｍのチタン・
タングステン合金膜２０５が、Ｄ．Ｃ．マグネトロンス
パッタ法により形成される。さらに全面に、低抵抗金属
膜であるアルミニウム合金膜２１８が、Ｄ．Ｃ．マグネ
トロンスパッタ法により形成される〔図５（ｂ）〕。

【００１１】次に、ＸｅＣｌを光源とした波長３０８ｎ
ｍのエキシマレーザ光のパルス照射により、アルミニウ
ム合金膜２１８が溶融・流動化されてアルミニウム合金
膜２１８ａとなり、上記接続孔２０４はこのアルミニウ
ム合金膜２１８ａにより充填される〔図５（ｃ）〕。こ
のレーザ照射のパルス間隔，パルスエネルギー密度の条
件は、（アルミニウム合金膜２１８等の低抵抗金属膜の
反射率，膜厚，接続孔２０４のアスペクト比等により変
化させる必要があるが）数〜数１０ｎｓｅｃ，数Ｊ／ｃ
ｍ²程度とする。

【００１２】次に、公知のフォトリソグラフィ技術，ド
ライエッチング技術を用いて上記アルミニウム合金膜２
１８ａ，およびチタン・タングステン合金膜２０５が順
次エンチングされ、アルミニウム合金膜２１８ａ，およ
びチタン・タングステン合金膜２０５が積層されてなる
金属配線が得られる〔図５（ｄ）〕。

【００１３】半導体装置の配線の製造工程の断面図であ
る図６を参照すると、アイ・イー・イー・イー主催によ
る１９９１年第８回ヴィ・エル・エス・アイ多層配線国
際会議の予稿集第１９２−１９８頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉ
ｎｇｏｆ８ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＩ
ＥＥＥＶＬＳＩＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＩｎｔｅｒ
ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（１９９
１），ｐｐ．１９２−１９８）に報告された別の従来の
レーザ照射法による半導体装置の配線の形成（第２の従
来のレーザ照射法と記す）は、以下のように行なわれ
る。

【００１４】まず、半導体基板２０１表面に拡散層２０
２が形成される。全面に、層間絶縁膜である膜厚０．５
〜１．５μｍのシリコン酸化膜２０３が形成される。上
記拡散層２０２に達する接続孔２０４が、上記シリコン
酸化膜２０３に形成される。次に、Ｄ．Ｃ．マグネトロ
ンスパッタ法により、全面にアルミニウム，あるいはタ
ングステン系合金膜からなる第１の低抵抗金属膜が形成
される。この第１の低抵抗金属膜が公知のフォトリソグ
ラフィ技術，ドライエッチング技術を用いてエッチング
され、上記接続孔２０４を覆う所要領域（接続孔２０４
の口径，アスペクト比等により決まる）に低抵抗金属膜
２２８ａが残留形成される〔図６（ａ）〕。

【００１５】次に、ＸｅＣｌを光源とした波長３０８ｎ
ｍのエキシマレーザ光のパルス照射により、低抵抗金属
膜２２８ａが溶融・流動化されて低抵抗金属膜２２８ａ
ａとなり、上記接続孔２０４はこの低抵抗金属膜２２８
ａａにより充填される〔図６（ｂ）〕。このレーザ照射
のパルス間隔，パルスエネルギー密度等の条件は、数〜
数１０ｎｓｅｃ，０．２〜１．０Ｊ／ｃｍ²程度であ
る。

【００１６】次に、Ｄ．Ｃ．マグネトロンスパッタ法に
より、全面にアルミニウム膜などからなる膜厚０．５〜
１．０μｍの第２の低抵抗金属膜２２８ｂが形成される
〔図６（ｃ）〕。この場合、金属配線の電気特性や耐熱
性の観点から、第１の低抵抗金属膜２２８ａと第２の低
抵抗金属膜２２８ｂとの構成材料は、同一である。

【００１７】続いて、フォトレジスト膜（図示せず）を
マスクにした低抵抗金属膜２２８ｂのパターニングが行
なわれ、低抵抗金属膜２２８ｂ（および接続孔２０４の
部分では低抵抗金属膜２２８ａａが積層されている）か
らなる金属配線が得られる〔図６（ｄ）〕。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置の配線の形成方法には、以下の問題点がある。

【００１９】従来のメッキ法による半導体装置の配線の
形成方法では、半導体装置の微細化に伴なう接続孔の口
径の縮小，アスペクト比の増大に際して、金属配線の構
成材料となる低抵抗金属膜の成膜段階での接続孔近傍に
おけるボイドの発生の回避は困難である。ボイドの存在
は、金属配線形成のためのフォトリソグラフィ工程にお
ける低抵抗金属膜の加工性に支障を生じ、得られた金属
配線の上記接続孔近傍における耐エレクトロマイグレー
ション性，および耐ストレスマイグレーション性等の信
頼性を低下させる。

【００２０】従来の第１のレーザ照射法による半導体装
置の配線の形成方法では、例えば低抵抗金属膜の成膜が
スパッタ法によると、ステップカバレッジが良好でない
ため、接続孔が微細孔でかつこのアスペット比が高いと
き、レーザ照射により低抵抗金属膜を溶融・流動化させ
ると、上記メッキ法と同様に、接続孔近傍においてボイ
ドが発生する。また、接続孔の分布の疎密により、接続
孔への溶融・流動化された低抵抗金属膜の充填の均一性
が得られない。さらに、レーザ照射により溶融・流動化
された低抵抗金属膜の表面の平坦性が低下する。さらに
また、成膜した低抵抗金属膜の膜厚が薄くないために照
射エネルギーはかなり高くなり、ＰＮ接合への影響も無
視できなくなる。このため、溶融・流動化された低抵抗
金属膜の加工性に支障を生じ、得られた金属配線の均一
な電気特性は得られず，上記接続孔近傍における耐エレ
クトロマイグレーション性，および耐ストレスマイグレ
ーション性等の信頼性をさらに低下させる。

【００２１】従来の第２のレーザ照射法による半導体装
置の配線の形成方法では、低抵抗金属膜からなる金属配
線を形成するために、２回のフォトリソグラフィ工程が
必要となり、製造コストが上昇するという問題点があ
る。

【００２２】したがって、本発明の目的は、加工性に優
れ，均一な電気特性を有し，高い信頼性を有する金属配
線を、製造コストを上昇させずに形成する方法を提供す
ることにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板の表面上に形成された拡散層，あ
るいは絶縁膜を介して半導体基板上に形成された下層配
線からなる配線層を覆う層間絶縁膜を形成し、上記配線
層に達する接続孔を上記層間絶縁膜に形成する工程と、
全面に第１の導電膜を形成し、全面に第２の導電膜を形
成する工程と、上記第２の導電膜上に、選択的にメッキ
マスク膜を形成する工程と、上記メッキマスク膜をマス
クにしてメッキを行ない、露出した上記第２の導電膜上
に、第１の低抵抗金属膜を選択的に形成する工程と、レ
ーザ光の照射により、上記第１の低抵抗金属膜を溶融流
動化させて、上記接続孔に上記第１の低抵抗金属膜を充
填させる工程と、上記メッキマスク膜を再度マスクにし
てメッキを行ない、上記第１の低抵抗金属膜表面に選択
的に第２の低抵抗金属膜を形成する工程と、上記メッキ
マスク膜を除去し、上記第２，および第１の低抵抗金属
膜をマスクにして、上記第２，および第１の導電膜を除
去する工程と、を有している。

【００２４】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００２５】半導体装置の製造工程の断面図である図１
を参照すると、本発明の第１の実施例は、以下のように
なっている。

【００２６】まず、半導体基板１０１表面に、イオン注
入法により、拡散層１０２が形成される。全面に、公知
のＳｉＨ₄をソースガスの１成分とした熱ＣＶＤ法によ
り、層間絶縁膜である膜厚０．５〜１．５μｍのシリコ
ン酸化膜１０３が形成される。上記拡散層１０２に達す
る口径０．３〜１．５μｍの接続孔１０４が、フォトレ
ジスト膜（図示せず）をマスクにした反応性エッチング
法により、上記シリコン酸化膜１０３に形成される〔図
１（ａ）〕。

【００２７】次に、第１の導電膜である膜厚０．１μｍ
のチタン・タングステン合金膜１０５，第２の導電膜で
ある膜厚０．０２〜０．０５μｍの金膜１０６が、全面
に順次成膜される。上記チタン・タングステン合金膜１
０５の成膜は、成膜パワー１．０〜４．０ｋＷ，成膜圧
力１〜１０ｍＴｏｒｒのもとでのＤ．Ｃ．マグネトロン
スパッタ法により行なわれる。上記金膜１０６の成膜
は、成膜パワー０．２〜２．０ｋＷ，成膜圧力１〜１０
ｍＴｏｒｒのもとでのＤ．Ｃ．マグネトロンスパッタ法
により行なわれる。

【００２８】上記第１の導電膜は、第２の導電膜，およ
び後工程で形成される低抵抗金属膜の構成元素が拡散層
１０２等の能動領域に拡散することを防止するための膜
（バリアメタル膜）であり、さらに、層間絶縁膜との密
着性を確保するために設けられている。第１の導電膜は
チタン・タングステン合金膜１０５に限定されるもので
はなく、チタン，バナジウム，ジルコニウム，ニオブ，
モリブデン，ハフニウム，タンタル，およびタングステ
ンの少なくとも１つからなる単層膜，あるいはこれらの
合金からなる単層膜、あるいはこれらの窒化物からなる
単層膜，あるいはこれらの珪化物からなる単層膜，ある
いはこれらの硼化物からなる単層膜であってもよく、あ
るいはチタン膜と窒化チタン膜との積層膜、あるいはチ
タン膜と硼化チタン膜との積層膜でもよい。

【００２９】上記第２の導電膜は、第１の低抵抗金属膜
が電解メッキ法で形成されるとき、メッキ電流供給電極
として機能し、メッキ液から第１の導電膜を保護し、さ
らに、第１の導電膜と第１の低抵抗金属膜との密着性の
確保に機能する。第２の導電膜は金膜１０６に限定され
るものではなく、パラジウム，白金，オスミウム，イリ
ジウム，ロジウム，ルテニウム，レニウム，アルミニウ
ム，あるいは銅を用いることもできる。第２の導電膜の
構成材料の選択は、後工程で形成される第１の低抵抗金
属膜の成膜に際してその下地として耐熱性，密着性，メ
ッキ性等の観点から相性の良いものであればよい。

【００３０】次に、メッキマスク膜であるところの膜厚
０．５〜１．０μｍのシリコン酸化膜１０７が、ＳｉＨ
₄，Ｎ₂ＯをソースガスとしたプラズマＣＶＤ法により
形成される。フォトレジスト膜（図示せず）をマスクに
した反応性イオンエッチング法により、金属配線が形成
される予定の領域の上記シリコン酸化膜１０７が除去さ
れ、この領域において上記金膜１０６が露出される。メ
ッキマスク膜としては、シリコン酸化膜に限定されるも
のではなく、シリコン窒化膜，シリコン酸化窒化膜等の
ように後工程でのレーザ光の照射に支障のない材料であ
ればよい。

【００３１】酸素プラズマによるアッシング法により上
記フォトレジスト膜が除去される。第１の低抵抗金属膜
である膜厚０．１〜０．６μｍの金膜１０８ａが、金膜
１０６上に選択的に、電解金メッキ法により形成される
〔図１（ｂ）〕。金膜１０８ａの膜厚は、接続孔１０４
の口径の１／４〜２／５程度が好ましい。スパッタ法に
よる金膜に比べて電解金メッキ法による金膜１０８ａは
ステップカバレッジ性が良好なことと、この膜厚が上記
の範囲であることとから、金膜１０８ａの形成段階にお
いて、この膜にボイドは発生しない。金膜１０８ａの膜
厚が薄すぎるか厚すぎると、後工程における金膜１０６
のレーザ光照射によるこの膜の溶融・流動化に際して、
接続孔１０４近傍における溶融・流動化された金膜の表
面の平坦性が損なわれることがある。

【００３２】この電解金メッキに際して、メッキ電流は
金膜１０６を通して供給される。ここで用いる電解金メ
ッキ液は、硫酸，硫酸金ナトリウム等を主成分とし、こ
れに平坦化剤，ｐＨ安定化剤などが添加されている。こ
のメッキ液は、通常１リットル当り約１０ｇの金を含有
する非シアン系溶液であり、中性に近いｐＨ（６〜８）
を有している。メッキの条件は、メッキ膜の膜厚，均一
性の観点から、メッキ温度３５〜６０℃，電流密度１〜
４ｍＡ／ｃｍ²である。

【００３３】次に、ＸｅＣｌを光源とした波長３０８ｎ
ｍのエキシマレーザ光のパルス照射により、金膜１０８
ａが溶融・流動化されて金膜１０８ａａとなり、上記接
続孔１０４はボイドが発生せずにこの金膜１０８ａａに
より充填されるとともに、上記金属配線が形成される予
定の領域の表面もこの金膜１０８ａａにより覆われる。
なお、このレーザ照射により金膜１０６も溶融・流動化
され、接続孔１０４以外の場所では、金膜１０８ａａと
金膜１０６との合計膜厚は、金膜１０８ａと金膜１０６
との当初の合計膜厚より充分薄くなる。このレーザ照射
のパルス間隔，パルスエネルギー密度等の条件は、（金
膜１０８ａ等の第１の低抵抗金属膜の反射率，膜厚，接
続孔１０４のアスペクト比等により変化させる必要があ
るが）数〜数１０ｎｓｅｃ，０．２〜１．０Ｊ／ｃｍ²
程度であることが好ましい。金膜１０８ａの膜厚が薄い
ことから、金膜１０８ａａにボイドを発生させず、この
ように低エネルギーのレーザ照射でよいことになり、か
つ拡散層１０２のＰＮ接合に対しても支障をきたさな
い。

【００３４】続いて、上記金膜１０６を電極とした電解
金メッキ法により、上記金属配線が形成される予定の領
域に、第２の低抵抗金属膜である膜厚０．２〜０．５μ
ｍの金膜１０８ｂが形成される〔図１（ｃ）〕。この電
解金メッキ法の諸条件は、上記金膜１０８ａの形成条件
と概ね同じである。なお、金膜１０８ｂは、無電解メッ
キ法により形成することも可能である。

【００３５】次に、上記シリコン酸化膜１０７が、弗酸
系のウェットエッチングにより除去される。さらに、金
膜１０８ｂをマスクにして、シリコン酸化膜１０７の直
下にあった金膜１０６，チタン・タングステン合金膜１
０５が順次エッチング除去される。これにより、金膜１
０８ｂ，１０８ａａ，１０６，およびチタン・タングス
テン合金膜１０５が積層されてなる金属配線が形成され
る〔図１（ｄ）〕。

【００３６】このエッチングには、２通りの方法があ
る。ウェットエッチングの場合には、まず、濃度１０〜
２０ｖｏｌ％，温度２５〜５０℃の王水により、膜厚の
薄い金膜１０６がエッチングされる。続いて、濃度５０
〜１００％，温度２５〜５０℃の過酸化水素水により、
チタン・タングステン合金膜１０５がエッチングされ
る。王水によるエッチングに際して、金膜１０８ｂ表面
も若干エッチングされることから、金膜１０８ｂの膜厚
の初期値の設定は、これを考慮に入れておくことが好ま
しい。ドライエッチングの場合には、Ａｒガスによるイ
オンミリングにより、まず金膜１０６が除去される。続
いて、ＣＦ₄，ＳＦ₆等の弗素系ガス，もしくはＣＣｌ
₄，ＢＣｌ₃等の塩素系ガスを用いた反応性イオンエッ
チング法（ＲＩＥ）により、チタン・タングステン合金
膜２０５がエッチングされる。この場合にも、イオンミ
リングによる金膜１０８ｂの膜減りを考慮して、金膜１
０８ｂの膜厚の初期値の設定を行なっておくことが好ま
しい。

【００３７】上記第１の実施例によると、１回のフォト
リソグラフィ工程，低エネルギーのレーザ照射により、
ボイドの発生を起さずに加工性よく金属配線を形成する
ことができる。このため、微細な，アスペクト比の高い
接続孔を介して拡散層と接続される均一な電気特性と高
い信頼性とを有した金属配線を、製造コストを上昇させ
るせることなく製造することが可能である。

【００３８】半導体装置の製造工程の断面図である図２
を参照すると、本発明の第２の実施例は、下層配線に接
続される上層配線の形成に関するものであり、以下のよ
うになっている。

【００３９】まず、半導体基板１０１表面に拡散層１０
２が形成される。全面に第１の層間絶縁膜である膜厚
０．５〜１．０μｍのシリコン酸化膜１０３が形成され
る。上記シリコン酸化膜１０３の表面には、膜厚０．０
５μｍのチタン膜，膜厚０．１μｍの窒化チタン膜，
０．０２〜０．０５μｍのスパッタ法により形成された
金膜，および膜厚０．５〜１．０μｍのメッキ法により
形成された金膜を順次積層してなる下層配線１１２が、
選択的に形成される。この下層配線１１２を構成するチ
タン膜，窒化チタン膜の形成方法は、後述する第１の導
電膜の形成方法と同じである。全面に、ＳｉＨ₄とＮ₂
ＯとをソースガスとしたプラズマＣＶＤ法により、第２
の層間絶縁膜である膜厚０．５〜１．０μｍのシリコン
酸化膜１１３が形成される。上記下層配線１１２に達す
る口径０．３〜１．５μｍの接続孔１１４が、フォトレ
ジスト膜（図示せず）をマスクにした反応性エッチング
法により、上記シリコン酸化膜１１３に形成される〔図
２（ａ）〕。

【００４０】次に、Ｄ．Ｃ．マグネトロンスパッタ法に
より全面に膜厚０．０５μｍのチタン膜，膜厚０．１μ
ｍの窒化チタン膜が順次成膜され、第１の導電膜である
チタン−窒化チタン積層膜１１５が形成される。さら
に、Ｄ．Ｃ．マグネトロンスパッタ法により、第２の導
電膜である膜厚０．０２〜０．０５μｍの銅膜１１６が
全面に堆積される。ＳｉＨ₄とＮＨ₃とをソースガスと
したプラズマＣＶＤ法により、メッキマスク膜となる膜
厚０．５〜１．０μｍのシリコン窒化膜１１７が全面に
堆積される。フォトレジスト膜（図示せず）をマスクに
した反応性イオンエッチング法により、上層の金属配線
が形成される予定の領域の上記シリコン窒化膜１１７が
除去され、この領域において上記銅膜１１６が露出され
る。

【００４１】酸素プラズマによるアッシング法により上
記フォトレジスト膜が除去された後、第１の低抵抗金属
膜である膜厚０．２〜０．４μｍの銅膜１１８ａが、銅
膜１１６上に選択的に、電解メッキ法により形成される
〔図２（ｂ）〕。この電解メッキに際して、メッキ電流
は銅膜１１６を通して供給される。ここで用いる電解メ
ッキ液は、硫酸銅６０〜１００ｇ／ｌ，金属銅１５〜２
５ｇ／ｌ，硫酸１７０〜２２０ｇ／ｌの成分を有し、こ
れに小量の塩素と平坦化剤等の添加剤とを含有したもの
を使用する。メッキの条件は、メッキ膜の膜厚，均一性
の観点から、メッキ温度２５〜３０℃，電流密度１〜３
ｍＡ／ｃｍ²である。

【００４２】次に、上記第１の実施例と同様に、ＸｅＣ
ｌを光源とした波長３０８ｎｍのエキシマレーザ光のパ
ルス照射により、銅膜１１８ａが溶融・流動化されて銅
膜１１８ａａとなり、上記接続孔１１４はボイドが発生
せずにこの銅膜１１８ａａにより充填されるとともに、
上層の金属配線が形成される予定の領域の表面もこの銅
膜１１８ａａにより覆われる。レーザ源はＸｅＣｌに限
定されるものではなく、ＫｒＦなどを用いてもよい。続
いて、銅膜１１８ａと同様の電解メッキ法により、第２
の低抵抗金属膜である膜厚０．２〜０．５μｍの銅膜１
１８ｂが、銅膜１１８ａａ上に選択的に形成される〔図
２（ｃ）〕。この銅膜１１８ｂの形成は、無電解メッキ
法でもよい。

【００４３】次に、ＣＦ₄を用いた反応性イオンエッチ
ング法により、上記シリコン窒化膜１１７が除去され
る。銅膜１１８ｂをマスクにして、ＣＣｌ₄，ＢＣｌ₃
等の塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチング法によ
り上記銅膜１１６が除去され、さらに、塩素系ガスを用
いた反応性イオンエッチング法により上記チタン−窒化
チタン積層膜１１５が除去される。これにより、銅膜１
１８ｂ，１１８ａａ，１１６，およびチタン−窒化チタ
ン積層膜１１５が積層されてなる上層の金属配線が形成
される〔図２（ｄ）〕。これら一連の反応性イオンエッ
チングにより、銅膜１１８ｂもエッチングされて膜厚が
減少する。そのため、この減少分を考慮に入れて銅膜１
１８ｂの膜厚の値の初期設定を行なうことが必要であ
る。

【００４４】上記第２の実施例によると、１回のフォト
リソグラフィ工程，低エネルギーのレーザ照射により、
ボイドの発生を起さずに加工性よく上層の金属配線を形
成することができる。このため、微細な，アスペクト比
の高い接続孔を介して下層配線と接続される均一な電気
特性と高い信頼性とを有した金属配線を、製造コストを
上昇させるせることなく製造することが、可能となる。

【００４５】半導体装置の製造工程の断面図である図３
を参照すると、本発明の第３の実施例は、第１，および
第２の金属配線（下層配線）に接続される第３の金属配
線（上層配線）の形成に関するものであり、以下のよう
になっている。

【００４６】まず、半導体基板１０１表面に拡散層１０
２が形成される。全面に第１の層間絶縁膜である膜厚
０．５〜１．０μｍのシリコン酸化膜１０３が形成され
る。上記シリコン酸化膜１０３の表面には、膜厚０．５
〜１．０μｍの第１層目の金配線１１２ａが選択的に形
成される。全面に第２の層間絶縁膜である膜厚０．５〜
１．０μｍのシリコン酸化膜１１３が形成される。上記
シリコン酸化膜１１３の表面には、膜厚０．５〜１．０
μｍの第２層目の金配線１２２が選択的に形成される。
全面に第３の層間絶縁膜である膜厚０．５〜１．０μｍ
のシリコン酸化膜１２３が形成される。金配線１１２
ａ，１２２は、上記第１の実施例に示した方法と同様の
方法により形成される。シリコン酸化膜１１３，１２３
の形成には、プラズマＣＶＤ法に代表される低温成長が
可能な公知の手法が用いられる。

【００４７】次に、シリコン酸化膜１２３，１１３を貫
通して金配線１１２ａに達する口径０．５〜１．０μｍ
の接続孔１１４ａと、シリコン酸化膜１２３を貫通して
金配線１２２に達する口径０．５〜１．０μｍの接続孔
１２４とが形成される。上記第１の実施例と同様の方法
により、第１の導電膜である膜厚０．１μｍ程度のチタ
ン・タングステン合金膜１２５と、第２の導電膜である
膜厚０．０２〜０．１μｍの金膜１２６とが全面に形成
される〔図３（ａ）〕。

【００４８】次に、上記第１の実施例と同様の方法によ
り、メッキマスク膜である膜厚０．５〜１．０μｍのシ
リコン酸化膜１２７が選択的に形成される。さらに、上
記第１の実施例と同様の電解金メッキ法により、第１の
低抵抗金属膜である膜厚０．１〜０．６μｍの金膜１２
８ａが、露出した金膜１２６表面に選択的に形成される
〔図３（ｂ）〕。

【００４９】次に、上記第１の実施例と同様のレーザ照
射法により上記金膜１２８ａが溶融・流動化されて金膜
１２８ａａとなり、この金膜１２８ａａにより上記接続
孔１１４ａ，１２４がそれぞれ充填される。続いて、上
記第１の実施例と同様の電解金メッキ法により、第２の
低抵抗金属膜である膜厚０．２〜０．６μｍの金膜１２
８ｂが、金膜１２８ａａ表面に選択的に形成される〔図
３（ｃ）〕。

【００５０】次に、弗酸系のウェットエッチングにより
シリコン酸化膜１２７が除去され、さらに上記第１の実
施例と同様の金膜１２８ｂをマスクにしたエッチングに
より金膜２１６，およびチタン・タングステン合金膜１
２５が順次除去され、金膜１２８ｂ，１２８ａａ，１２
６，チタン・タングステン合金膜１２５が積層されてな
る第３層目の金属配線が形成される〔図３（ｄ）〕。

【００５１】上記第３の実施例は、上記第２の実施例の
有する効果を有し、さらに、第３層目の金属配線と第１
層目の金属配線とを直接に接続する接続孔（ジャンプス
ルーホール）に対しても、支障なく適用できる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法によれば、下層の配線層（拡散層，下層配
線）と上層配線とを接続する接続孔が微細化され，高ア
スペクト比を有しても、１回のフォトリソグラフィ工程
により接続孔にボイドを形成することなく低抵抗金属膜
を充填することができるため、製造コストを上昇させる
ことなく、電気特性の均一な，かつ高信頼性の上層金属
配線を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の製造工程の断面図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施例の製造工程の断面図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施例の製造工程の断面図であ
る。

【図４】従来のメッキ法による半導体装置の配線の製造
工程の断面図である。

【図５】従来のレーザ照射法による半導体装置の配線の
製造工程の断面図である。

【図６】従来の別のレーザ照射法による半導体装置の配
線の製造工程の断面図である。

【符号の説明】

１０１，２０１半導体基板１０２，２０２拡散層１０３，１０７，１１３，１２３，１２７，２０３
シリコン酸化膜１０４，１１４，１１４ａ，１２４，２０４接続孔１０５，１２５，２０５チタン・タングステン合金
膜１０６，１０８ａ，１０８ａａ，１０８ｂ，１２６，１
２８ａ，１２８ａａ，１２８ｂ，２０６，２０８金
膜１１２ａ，１２２金配線１１５チタン−窒化チタン積層膜１１６，１１８ａ，１１８ａａ，１１８ｂ銅膜１１７シリコン窒化膜２０７フォトレジスト膜２０９ボイド２１８，２１８ａアルミニウム合金膜２２８ａ，２２８ａａ，２２８ｂ低抵抗金属膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3205 H01L 21/321 H01L 21/3213 H01L 21/768 H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/51 H01L 29/872

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の表面に拡散層を形成し、前
記半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、前記拡散層に達
する接続孔を前記層間絶縁膜に形成する工程と、全面に第１の導電膜を形成し、全面に第２の導電膜を形
成する工程と、前記第２の導電膜上に、選択的にメッキマスク膜を形成
する工程と、前記メッキマスク膜をマスクにしてメッキを行ない、露
出した前記第２の導電膜上に、第１の低抵抗金属膜を選
択的に形成する工程と、レーザ光の照射により、前記第１の低抵抗金属膜を溶融
流動化させて、前記接続孔に前記第１の低抵抗金属膜を
充填させる工程と、前記メッキマスク膜を再度マスクにしてメッキを行な
い、前記第１の低抵抗金属膜表面に選択的に第２の低抵
抗金属膜を形成する工程と、前記メッキマスク膜を除去し、前記第２，および第１の
低抵抗金属膜をマスクにして、前記第２，および第１の
導電膜を除去する工程と、を有することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
【請求項２】前記第１の導電膜が、チタン，バナジウ
ム，ジルコニウム，ニオブ，モリブデン，ハフニウム，
タンタル，およびタングステンの少なくとも１つを主成
分とする単層膜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】前記第１の導電体膜が、チタン膜および
窒化チタン膜からなる積層膜，もしくはチタン膜および
硼化チタン膜からなる積層膜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４】前記第２の導電膜の主成分が、金，パラ
ジウム，白金，オスミウム，イリジウム，ロジウム，ル
テニウム，レニウム，アルミニウム，および銅の少なく
とも１つを含む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５】前記第１，および第２の低抵抗金属膜
が、金，銅，あるいはアルミニウムを主成分とすること
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６】半導体基板上に絶縁膜を介して下層配線
を形成し、全面に層間絶縁膜を形成し、前記下層配線に
達する接続孔を前記層間絶縁膜に形成する工程と、全面に第１の導電膜を形成し、全面に第２の導電膜を形
成する工程と、前記第２の導電膜上に、選択的にメッキマスク膜を形成
する工程と、前記メッキマスク膜をマスクにしてメッキを行ない、露
出した前記第２の導電膜上に、第１の低抵抗金属膜を選
択的に形成する工程と、レーザ光の照射により、前記第１の低抵抗金属膜を溶融
流動化させて、前記接続孔に前記第１の低抵抗金属膜を
充填させる工程と、前記メッキマスク膜を再度マスクにしてメッキを行な
い、前記第１の低抵抗金属膜表面に選択的に第２の低抵
抗金属膜を形成する工程と、前記メッキマスク膜を除去し、前記第２，および第１の
低抵抗金属膜をマスクにして、前記第２，および第１の
導電膜を除去する工程と、を有することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
【請求項７】前記第１の導電膜が、チタン，バナジウ
ム，ジルコニウム，ニオブ，モリブデン，ハフニウム，
タンタル，およびタングステンの少なくとも１つを主成
分とする単層膜であることを特徴とする請求項６記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記第１の導電体膜が、チタン膜および
窒化チタン膜からなる積層膜，もしくはチタン膜および
硼化チタン膜からなる積層膜であることを特徴とする請
求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記第２の導電膜の主成分が、金，パラ
ジウム，白金，オスミウム，イリジウム，ロジウム，ル
テニウム，レニウム，アルミニウム，および銅の少なく
とも１つを含むことを特徴とする請求項６記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項１０】前記第１，および第２の低抵抗金属膜
が、金，銅，あるいはアルミニウムを主成分とすること
を特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。