JP3132446B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3132446B2
JP3132446B2 JP09319476A JP31947697A JP3132446B2 JP 3132446 B2 JP3132446 B2 JP 3132446B2 JP 09319476 A JP09319476 A JP 09319476A JP 31947697 A JP31947697 A JP 31947697A JP 3132446 B2 JP3132446 B2 JP 3132446B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関わり、特に、多層配線の上層と下層を接続する
プラグを備えた半導体装置の製造方法に関する。
The present invention relates to the involvement in the production method of the semiconductor equipment, in particular, relates to a method of manufacturing a semiconductor equipment provided with a plug for connecting the upper and lower layers of the multilayer wiring.

【0002】[0002]

【従来の技術】多層配線を有する半導体装置において、
上層と下層の配線を接続する部分には、通常プラグが形
成される。従来のプラグ作成法は図21に示すように下
層の配線パターン223を形成後、層間絶縁膜211を
堆積し、通常の露光法及び異方性エッチングにより下層
配線に達するヴィアホール221を開口し、化学気相成
長法等によりヴィアホール221内にタングステン、ア
ルミ等の金属を埋め込みプラグ224を形成する方法で
ある。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device having a multilayer wiring,
Usually, a plug is formed at a portion connecting the upper layer wiring and the lower layer wiring. In the conventional plug making method, as shown in FIG. 21, after forming a lower wiring pattern 223, an interlayer insulating film 211 is deposited, and a via hole 221 reaching the lower wiring is opened by a normal exposure method and anisotropic etching. In this method, a metal such as tungsten or aluminum is buried in the via hole 221 by a chemical vapor deposition method or the like to form a plug 224.

【0003】この方法ではヴィアホール221開口の際
の露光工程において下層の配線パターン223に対して
位置ズレが生じた際に、図24のようにヴィアホール2
21を開口する異方性エッチング時に、配線パターン2
23の下層の絶縁膜202及びさらに下層の配線もしく
はSi基板201までエッチングがすすみ、配線のショ
ート等の不良が生じる原因となる。このため従来はヴィ
アホールと接続する配線部分は目ズレに対して余裕をも
たせ広くしてあった。しかし、近年の微細化された半導
体集積回路装置では、配線パターンを高集積化するため
に配線パターンのヴィアホールと接触する部分に目ズレ
に対する余裕はなくなる傾向にある。また、特に配線間
容量の低減をすることを目的として配線間に空洞を設け
る構造が特開平7−326670号公報にあるが、この
場合、図23に示すように目ズレによってヴィアホール
221と配線間に形成した空洞230がつながり、プラ
グの埋め込みに化学気相成長法を用いた際に、埋め込み
材が配線間の空洞230にまで入り込み、埋め込み不良
による断線や短絡が発生することがある。
In this method, when a position shift occurs with respect to a lower wiring pattern 223 in an exposure step at the time of opening the via hole 221, as shown in FIG.
In the anisotropic etching for opening the opening 21, the wiring pattern 2
The etching proceeds to the insulating film 202 in the lower layer 23 and the wiring or the Si substrate 201 in the lower layer, which causes a defect such as a short circuit of the wiring. For this reason, conventionally, the wiring portion connected to the via hole has been widened with allowance for misalignment. However, in recent miniaturized semiconductor integrated circuit devices, there is a tendency that there is no margin for misalignment in a portion of the wiring pattern that comes into contact with the via hole in order to increase the integration of the wiring pattern. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-326670 discloses a structure in which a cavity is provided between wirings for the purpose of reducing the capacitance between wirings. In this case, as shown in FIG. The cavities 230 formed therebetween are connected to each other, and when the chemical vapor deposition method is used for embedding the plug, the embedding material may enter the cavities 230 between the wirings, which may cause disconnection or short circuit due to improper embedding.

【0004】このような目ズレによる不良を防ぐ接続プ
ラグの形成法としては特開昭60−198846号公報
のような例がある。この例では図25,26に示すよう
にアルミニウムからなる配線金属層304を堆積後、連
続してタングステン層306を堆積し、通常の露光法及
び異方性エッチングにより配線パターン323を形成す
る。次に、ここで使用したレジストを再び露光してプラ
グ部のレジスト310のみを残し、タングステンの選択
的異方性エッチングによりプラグ324を形成する。こ
の方法によれば下層の配線パターンとプラグパターンの
露光の際の目ズレによる不良を生じることなく、下層配
線と上層配線の接続をするプラグの形成が可能である。
As a method of forming a connection plug for preventing such a defect due to misalignment, there is an example as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-198846. In this example, as shown in FIGS. 25 and 26, after a wiring metal layer 304 made of aluminum is deposited, a tungsten layer 306 is continuously deposited, and a wiring pattern 323 is formed by a normal exposure method and anisotropic etching. Next, the resist used here is exposed again to leave only the resist 310 in the plug portion, and the plug 324 is formed by selective anisotropic etching of tungsten. According to this method, it is possible to form a plug for connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring without causing a defect due to misalignment at the time of exposure of the lower layer wiring pattern and the plug pattern.

【0005】しかしこの例のようにプラグにタングステ
ンやモリブデン、チタン等を用いる方法では、プラグ部
分の抵抗が高くなり、特に微細なプラグになると回路動
作の高速化の妨げになる。またこのような構造では配線
材料・プラグ材料ともアルミを用いた場合に比べエレク
トロマイグレーション耐性も劣化することになる。
However, in the method of using tungsten, molybdenum, titanium, or the like for the plug as in this example, the resistance of the plug portion becomes high, and especially when a fine plug is used, it becomes difficult to speed up the circuit operation. Further, in such a structure, the electromigration resistance is deteriorated as compared with the case where aluminum is used for both the wiring material and the plug material.

【0006】本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
を改良し、特に、低抵抗で信頼性の高い高密度多層配線
を有する半導体装置の製造方法を提供するものである。
本発明の他の目的は、配線パターン間の容量を小さくし
た半導体装置の製造方法を提供するものである。
An object of the present invention is to improve the drawbacks of the prior art described above, in particular, to provide a semiconductor equipment manufacturing method having a high density multilayer wiring reliable low resistance.
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor equipment having a small capacitance between the wiring patterns.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。
Since the present invention SUMMARY OF] is to achieve the above object, basically, Ru der should be adopted technical construction as described below.

【0008】又、本発明に係わる半導体装置の製造方法
の第1の態様は、少なくとも2層以上の多層配線を形成
する半導体装置の製造方法において、半導体基板上を覆
う第1の絶縁膜を形成する第1の工程と、前記第1の絶
縁膜上に高融点金属又はその化合物よりなる第1の金属
層を堆積する第2の工程と、前記第1の金属層上にアル
ミ又はアルミ合金からなる第2の金属層を堆積する第3
の工程と、前記第2の金属層上に第3の金属層を堆積す
る第4の工程と、前記第3の金属層上にアルミ又はアル
ミ合金からなる第4の金属層を堆積する第5の工程と、
前記第4の金属層上に第5の金属層を堆積する第6の工
程と、前記第5の金属層上に第2の絶縁膜を堆積する第
7の工程と、前記第2の絶縁膜上にフォトレジストパタ
ーンを形成し、このフォトレジストパターンを用いて前
記第2の絶縁膜をパターニングする第8工程と、前記パ
ターニングされた第2の絶縁膜をマスクとして、接続プ
ラグ部分以外の前記第5の金属層及び第4の金属層をエ
ッチングし、第3の金属層を露出させ接続プラグを形成
する第9の工程と、パターニングされた前記第4の金属
層の側壁を酸化する第10の工程と、前記第4の金属層
をほぼ覆い所望の配線パターンを形成するためのレジス
トパターンを形成する第11の工程と、前記レジストパ
ターンに基づき前記第3の金属層、第2の金属層、第1
の金属層をエッチングし配線パターンを形成する第12
の工程と、前記レジストパターンを除去した後、第2の
絶縁膜を全面に堆積する第13の工程と、前記第2の絶
縁膜の表面を研磨し前記第5の金属層を露出させる第1
4の工程と、を含むものである。
According to a first aspect of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device in which a multilayer wiring of at least two or more layers is formed, wherein a first insulating film covering a semiconductor substrate is formed. A first step of depositing, a second step of depositing a first metal layer made of a refractory metal or a compound thereof on the first insulating film, and a step of depositing aluminum or an aluminum alloy on the first metal layer. Third depositing a second metal layer comprising
A fourth step of depositing a third metal layer on the second metal layer, and a fifth step of depositing a fourth metal layer made of aluminum or an aluminum alloy on the third metal layer Process and
A sixth step of depositing a fifth metal layer on the fourth metal layer, a seventh step of depositing a second insulating film on the fifth metal layer, and the second insulating film An eighth step of forming a photoresist pattern thereon, and patterning the second insulating film using the photoresist pattern, and using the patterned second insulating film as a mask, A ninth step of etching the fifth metal layer and the fourth metal layer to expose the third metal layer to form a connection plug, and a tenth step of oxidizing the patterned sidewalls of the fourth metal layer A step of forming a resist pattern for substantially covering the fourth metal layer and forming a desired wiring pattern; and forming the third metal layer and the second metal layer based on the resist pattern. First
12th step of forming a wiring pattern by etching the metal layer of
And a thirteenth step of depositing a second insulating film over the entire surface after removing the resist pattern, and a first step of polishing the surface of the second insulating film to expose the fifth metal layer.
And fourth step, Ru der those containing.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置は、少なくと
も2層以上のアルミニウム配線層が形成され、接続プラ
グで上層の配線層と下層の配線層とを接続した半導体装
置において、前記接続プラグをアルミニウム又はアルミ
ニウム合金で形成し、前記接続プラグの側壁に酸化層を
形成したものであるから、目ずれに対するマージンを増
やすことなく高集積度の多層配線が可能であり、更に、
配線パターンとプラグの目ずれ不良も防止でき、又、プ
ラグにアルミ又はアルミ合金を使用できるため、低抵抗
で高い信頼性を有する半導体装置を実現できる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A semiconductor device according to the present invention has a structure in which at least two or more aluminum wiring layers are formed and an upper wiring layer and a lower wiring layer are connected by a connection plug. Since it is formed of aluminum or an aluminum alloy and an oxide layer is formed on the side wall of the connection plug, high-integration multilayer wiring is possible without increasing a margin for misalignment.
Since misalignment between the wiring pattern and the plug can be prevented, and aluminum or an aluminum alloy can be used for the plug, a semiconductor device having low resistance and high reliability can be realized.

【0010】又、配線間を覆う絶縁膜内に配線間容量を
低減するためのエアーギャップを形成した半導体装置に
おいて、前記絶縁膜を堆積する際、堆積する部分の断面
のアスペクト比は、少なくとも1.5以上、即ち、配線
間隔に対する絶縁膜の膜厚の割合が1.5以上であるか
ら、大きなエアーギャップが形成でき、その結果、配線
間容量を確実に低減することが出来る。
In a semiconductor device having an air gap formed in an insulating film for covering a space between wirings for reducing a capacitance between wirings, when the insulating film is deposited, an aspect ratio of a cross section of a portion where the insulating film is deposited is at least one. Since the ratio of the thickness of the insulating film to the distance between the wirings is 1.5 or more, that is, 1.5 or more, a large air gap can be formed, and as a result, the capacitance between the wirings can be reliably reduced.

【0011】更に、配線間を覆う絶縁膜内に配線間容量
を低減するためのエアーギャップを形成した半導体装置
において、前記配線上でこの配線に沿って絶縁膜が形成
され、且つ、前記絶縁膜の膜厚は前記アルミニウム膜の
膜厚の30乃至60%の膜厚であるから、大きなエアー
ギャップが形成でき、その結果、配線間容量を確実に低
減することが出来る。
Further, in a semiconductor device in which an air gap for reducing the capacitance between wirings is formed in an insulating film covering between wirings, an insulating film is formed on the wirings along the wirings, and Since the film thickness is 30 to 60% of the film thickness of the aluminum film, a large air gap can be formed, and as a result, the capacitance between wirings can be reliably reduced.

【0012】[0012]

【実施例】以下に、本発明に係わる半導体装置の製造方
法の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。図1
乃至図7は、本発明の第1の具体例を示す図であり、特
に、少なくとも2層以上のアルミニウム配線層が形成さ
れ、接続プラグで上層の配線層と下層の配線層とを接続
した半導体装置において、前記接続プラグ24をアルミ
ニウム又はアルミニウム合金で形成し、前記接続プラグ
24の側壁に酸化層9を形成した半導体装置が示されて
いる。
EXAMPLES Hereinafter, specific examples of the manufacturing method of the semiconductor equipment according to the present invention with reference to the drawings will be described in detail. FIG.
FIG. 7 to FIG. 7 are diagrams showing a first specific example of the present invention. In particular, a semiconductor in which at least two or more aluminum wiring layers are formed and an upper wiring layer and a lower wiring layer are connected by a connection plug. In the device, there is shown a semiconductor device in which the connection plug 24 is formed of aluminum or an aluminum alloy, and an oxide layer 9 is formed on a side wall of the connection plug 24.

【0013】又、本発明の半導体装置の製造方法として
は、少なくとも2層以上の配線層が形成され、接続プラ
グで上層の配線層と下層の配線膜とを接続した半導体装
置において、前記接続プラグを形成した後、前記下層の
配線と前記接続プラグとの接合をセルフアラインで形成
する半導体装置が示され、更に、少なくとも2層以上の
多層配線を形成する半導体装置において、半導体基板上
1を覆う第1の絶縁膜2を形成する第1の工程と、前記
第1の絶縁膜2上に高融点金属又はその化合物よりなる
第1の金属層3を堆積する第2の工程と、前記第1の金
属層3上にアルミ又はアルミ合金からなる第2の金属層
4を堆積する第3の工程と、前記第2の金属層4上に第
3の金属層5を堆積する第4の工程と、前記第3の金属
層5上にアルミ又はアルミ合金からなる第4の金属層6
を堆積する第5の工程と、前記第4の金属層6上に第5
の金属層7を堆積する第6の工程と、前記第5の金属層
7上に第2の絶縁膜21を堆積する第7の工程と、前記
第2の絶縁膜21上にフォトレジストパターン8を形成
し、このフォトレジストパターン8を用いて前記第2の
絶縁膜21をパターニングする第8の工程と、前記パタ
ーニングされた第2の絶縁膜21をマスクとして、接続
プラグ部分以外の前記第5の金属層7及び第4の金属層
6をエッチングし、第3の金属層5を露出させ接続プラ
グ24を形成する第9の工程と、パターニングされた前
記第4の金属層6の側壁を酸化する第10の工程と、前
記第4の金属層6をほぼ覆い所望の配線パターン23を
形成するためのレジストパターン10を形成する第11
の工程と、前記レジストパターン10に基づき前記第3
の金属層5、第2の金属層4、第1の金属層3をエッチ
ングし配線パターン23を形成する第12の工程と、前
記レジストパターン10を除去した後、第2の絶縁膜1
1を全面に堆積する第13の工程と、前記第2の絶縁膜
11の表面を研磨し前記第5の金属層7を露出させる第
14の工程と、を含む半導体装置の製造方法が示されて
いる。
According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, there is provided a semiconductor device in which at least two or more wiring layers are formed and an upper wiring layer and a lower wiring film are connected by a connection plug. Is formed, a semiconductor device is formed in which the connection between the lower layer wiring and the connection plug is formed in a self-aligned manner. Further, in the semiconductor device forming a multilayer wiring of at least two layers, the semiconductor device upper surface 1 is covered. A first step of forming a first insulating film 2, a second step of depositing a first metal layer 3 made of a refractory metal or a compound thereof on the first insulating film 2, A third step of depositing a second metal layer 4 made of aluminum or an aluminum alloy on the second metal layer 3, and a fourth step of depositing a third metal layer 5 on the second metal layer 4. , An aluminum layer on the third metal layer 5 Fourth metal layer made of an aluminum alloy 6
A fifth step of depositing a fifth metal layer on the fourth metal layer 6.
A sixth step of depositing a second metal layer 7, a seventh step of depositing a second insulating film 21 on the fifth metal layer 7, and a photoresist pattern 8 on the second insulating film 21. An eighth step of patterning the second insulating film 21 using the photoresist pattern 8; and using the patterned second insulating film 21 as a mask to form the fifth A ninth step of etching the metal layer 7 and the fourth metal layer 6 to expose the third metal layer 5 and form the connection plug 24, and oxidizing the side walls of the patterned fourth metal layer 6 A tenth step of forming a resist pattern 10 for substantially covering the fourth metal layer 6 and forming a desired wiring pattern 23;
And the third step based on the resist pattern 10.
A twelfth step of etching the metal layer 5, the second metal layer 4, and the first metal layer 3 to form the wiring pattern 23, and removing the resist pattern 10 to form the second insulating film 1
1 shows a method of manufacturing a semiconductor device including: a thirteenth step of depositing the first insulating film over the entire surface; and a fourteenth step of polishing the surface of the second insulating film 11 to expose the fifth metal layer 7. ing.

【0014】本発明を更に、具体的に説明すると、MO
Sトランジスタ等の素子領域を有する半導体基板1上に
素子領域を覆う第1の絶縁膜2を膜厚約0.8〜1μm
で形成する。素子と配線層の接続をはかる接続口及びプ
ラグの形成を行った後、窒化チタン等からなる第1の金
属層3を膜厚50nm、アルミあるいはアルミ合金から
なる第2の金属層4を膜厚500nm、窒化チタン等か
らなる第3の金属層5を100nm、アルミあるいはア
ルミ合金からなる第4の金属層6を1000nm、窒化
チタン等からなる第5の金属層7を50nm、マスク酸
化膜21を200nm順次形成する(図1)。次に、フ
ォトレジスト工程を施しプラグとなる部分にレジストマ
スク8を残し、マスク酸化膜21を異方性ドライエッチ
ングによりエッチングする。このエッチングには、例え
ばCHF3を主成分とするエッチャントを用い、第5の
金属層7でエッチングをとめる。このマスク酸化膜21
をマスクとして第5及び第4の金属層7、6を異方性ド
ライエッチングによりエッチングしプラグ24を形成す
る(図2)。エッチングにはCl2を主成分としたエッ
チャントを用い、第3の金属層5でエッチングをストッ
プする。次に、このプラグ24の側面を陽極酸化により
酸化して酸化膜を形成、アルミナ層9を形成する(図
3)。続いて、フォトレジスト工程により配線パターン
のレジストマスク10を形成し(図4)、第3、第2、
第1の金属層を異方性ドライエッチングによりエッチン
グし配線パターンを形成する(図5)。なお、この場
合、フォトレジスト10はプラグ24に対し、目ずれL
が生じている。エッチングの条件はプラグのエッチング
と同様であるが、プラグ24の側壁に形成されたアルミ
ナ層9により、配線パターンのエッチングの際にプラグ
24が側壁からエッチングされることが妨げる。この後
フォトレジスト10を除去後、第2の絶縁膜11を全面
に堆積し(図6)、化学的機械的研磨によりプラグ24
の上部が露出するまで第2の絶縁膜11を研磨する(図
7)。
The present invention will be described more specifically.
On a semiconductor substrate 1 having an element region such as an S transistor, a first insulating film 2 covering the element region is formed to a thickness of about 0.8 to 1 μm.
Formed. After forming a connection port and a plug for connecting the element and the wiring layer, a first metal layer 3 made of titanium nitride or the like is formed to a thickness of 50 nm, and a second metal layer 4 made of aluminum or an aluminum alloy is formed to a thickness of 50 nm. The third metal layer 5 made of titanium nitride or the like is 100 nm, the fourth metal layer 6 made of aluminum or an aluminum alloy is 1000 nm, the fifth metal layer 7 made of titanium nitride or the like is 50 nm, and the mask oxide film 21 is formed. 200 nm is formed sequentially (FIG. 1). Next, a photoresist process is performed, and the mask oxide film 21 is etched by anisotropic dry etching while leaving the resist mask 8 in a portion to be a plug. For this etching, for example, an etchant containing CHF3 as a main component is used, and the etching is stopped at the fifth metal layer 7. This mask oxide film 21
Using the as a mask, the fifth and fourth metal layers 7 and 6 are etched by anisotropic dry etching to form plugs 24 (FIG. 2). The etching is stopped at the third metal layer 5 using an etchant containing Cl2 as a main component. Next, the side surface of the plug 24 is oxidized by anodic oxidation to form an oxide film, and the alumina layer 9 is formed (FIG. 3). Subsequently, a resist mask 10 of a wiring pattern is formed by a photoresist process (FIG. 4), and a third, second,
The first metal layer is etched by anisotropic dry etching to form a wiring pattern (FIG. 5). Note that in this case, the photoresist 10 has a misalignment L with respect to the plug 24.
Has occurred. The etching conditions are the same as those of the plug etching, but the plug 24 is prevented from being etched from the side wall when the wiring pattern is etched by the alumina layer 9 formed on the side wall of the plug 24. Thereafter, after removing the photoresist 10, a second insulating film 11 is deposited on the entire surface (FIG. 6), and the plug 24 is chemically and mechanically polished.
The second insulating film 11 is polished until the upper portion of the second insulating film 11 is exposed (FIG. 7).

【0015】図27の左側には、下層配線上に凸状のタ
ングステンプラグを形成した従来のプラグの抵抗値(黒
丸で示した)と歩留り(白丸で示した)を示し、又、中
央には、アルミプラグを埋め込みにより形成した従来の
プラグの抵抗値と歩留りを示し、又、右側には、本発明
のプラグの抵抗値と歩留りを示している。この図からも
解るように、目ずれに対するマージンを増やすことな
く、配線パターンとプラグの目ずれによって生じる不具
合を防ぎ、低抵抗で信頼性の高い配線構造を実現してい
る。
The left side of FIG. 27 shows the resistance (shown by a black circle) and the yield (shown by a white circle) of a conventional plug in which a convex tungsten plug is formed on a lower wiring, and the center shows the resistance. The right side shows the resistance value and the yield of the conventional plug formed by embedding an aluminum plug, and the right side shows the resistance value and the yield of the plug of the present invention. As can be seen from this figure, a problem caused by misalignment between the wiring pattern and the plug is prevented without increasing a margin for misalignment, and a highly reliable wiring structure with low resistance is realized.

【0016】図8乃至図18は、本発明の第2の具体例
を示す図であり、図には、少なくとも2層以上の多層配
線を形成する半導体装置において、半導体基板31上を
覆う第1の絶縁膜32を形成する第1の工程と、前記第
1の絶縁膜32上に第1の金属層33を堆積する第2の
工程と、前記第1の金属層33上に第2の絶縁膜34を
堆積する第3の工程と、前記第2の絶縁膜34上に第3
の絶縁膜35を堆積する第4の工程と、下部配線層と上
部配線層と接続するための接続孔36を第2の絶縁膜3
4と第3の絶縁膜35に形成した後、この接続孔36に
金属37を埋設する第5の工程と、前記第3の絶縁膜3
5上を含む前記接続孔36の金属37上にフォトレジス
トパターン38を形成し、このフォトレジストパターン
38を用いて第3の絶縁膜35及び前記第2の絶縁膜3
4とを選択的にエッチングする第6工程と、前記接続孔
36内の金属37及びエッチングされた第3の絶縁膜3
5、第2の絶縁膜34をマスクとして、第1の金属層3
3をパターニングする第7工程と、全面に第4の絶縁膜
39を堆積すると共に、前記第4の絶縁膜39内に空洞
部40を形成する第8工程と、前記第4の絶縁膜39の
表面を研磨し前記第3の絶縁膜35を露出させる第9の
工程と、を含む半導体装置の製造方法が示されている。
FIGS. 8 to 18 are views showing a second embodiment of the present invention. FIG. 8 shows a first example of a semiconductor device in which a multilayer wiring of at least two layers is formed. A second step of forming a first metal layer 33 on the first insulating film 32; a second step of depositing a first metal layer 33 on the first insulating film 32; A third step of depositing a film, and a third step on the second insulating film.
A fourth step of depositing an insulating film 35 of the second type, and connecting holes 36 for connecting the lower wiring layer and the upper wiring layer to the second insulating film 3.
4 and a third step of burying a metal 37 in the connection hole 36 after the third insulating film 35 is formed.
A photoresist pattern 38 is formed on the metal 37 of the connection hole 36 including the upper surface of the third insulating film 35 and the second insulating film 3 using the photoresist pattern 38.
A step of selectively etching the third insulating film 3 and the metal 37 in the connection hole 36 and the etched third insulating film 3.
5, using the second insulating film 34 as a mask, the first metal layer 3
A third step of patterning the third insulating film 3, an eighth step of depositing a fourth insulating film 39 on the entire surface, and forming a cavity 40 in the fourth insulating film 39; A ninth step of polishing the surface to expose the third insulating film 35 is shown.

【0017】第2の具体例の詳細を具体的に説明する
と、図8に示すように、基板31に絶縁膜32を介して
下部配線となる金属膜層33を形成し、さらにこの金属
膜層33上にシリコン酸化膜(絶縁膜)34を、更に、
このシリコン酸化膜34上にシリコン窒化膜35を形成
する(図9)。次に、フォトリソグラフィー法及びドラ
イエッチング法を用い、下部配線と上部配線とを電気的
に接続する接続孔36を形成し(図10)、タングステ
ン等の金属を埋設し金属柱37を形成する(図11)。
The details of the second specific example will be described in detail. As shown in FIG. 8, a metal film layer 33 serving as a lower wiring is formed on a substrate 31 with an insulating film 32 interposed therebetween. A silicon oxide film (insulating film) 34 is further formed on
A silicon nitride film 35 is formed on the silicon oxide film 34 (FIG. 9). Next, using photolithography and dry etching, a connection hole 36 for electrically connecting the lower wiring and the upper wiring is formed (FIG. 10), and a metal such as tungsten is buried to form a metal column 37 (FIG. 10). (FIG. 11).

【0018】これにより、下部配線33と上部配線41
は金属柱37により電気的に接続される。次に、フォト
リソグラフィー法及びドライエッチング法を用い、下部
配線用のレジストパターン38を形成し(図12)、シ
リコン酸化膜34及びシリコン窒化膜35を選択的に除
去する(図13)。この時、フォトリソグラフィー法の
限界があるため、レジストパターン38が金属柱37か
ら外れて(Lは目ずれ量)、金属柱37がエッチング雰
囲気中に暴露されても、タングステン等の金属は、シリ
コン酸化膜34及びシリコン窒化膜35をエッチングす
るフロロカーボン系のガスではエッチングされない。
As a result, the lower wiring 33 and the upper wiring 41
Are electrically connected by a metal column 37. Next, using a photolithography method and a dry etching method, a resist pattern 38 for a lower wiring is formed (FIG. 12), and the silicon oxide film 34 and the silicon nitride film 35 are selectively removed (FIG. 13). At this time, since there is a limit in the photolithography method, even if the resist pattern 38 comes off from the metal pillar 37 (L is the amount of misalignment) and the metal pillar 37 is exposed to the etching atmosphere, the metal such as tungsten will It is not etched by a fluorocarbon-based gas for etching the oxide film 34 and the silicon nitride film 35.

【0019】次に、エッチングされたシリコン酸化膜3
4及びシリコン窒化膜35さらに金属柱37をマスクと
して、金属層33をドライエッチング法を用い、配線パ
ターンを形成する(図14)。この時、金属層33をエ
ッチングする塩素系ガスでは、シリコン酸化膜34、シ
リコン窒化膜35、タングステン等の金属37をエッチ
ングしない。
Next, the etched silicon oxide film 3
A wiring pattern is formed on the metal layer 33 by dry etching using the silicon nitride film 35, the silicon nitride film 35, and the metal pillars 37 as masks (FIG. 14). At this time, the silicon oxide film 34, the silicon nitride film 35, and the metal 37 such as tungsten are not etched by the chlorine-based gas for etching the metal layer 33.

【0020】さらに、下部配線形成後、基板に高周波電
界を印加するプラズマを用いた化学気層成長(以下、C
VDと略)法の一つであるバイアスECR−CVD法を
用いてシリコン酸化膜39を形成する。図18は、バイ
アスECR−CVD装置の概略の構成を示す断面図であ
る。同図に示すように、プラズマ室61の上部には、マ
イクロ波導入口62が設けられており、ここからマイク
ロ波が送り込まれる。プラズマ室61には、ガス導入口
59(a)、59(b)および排気口63が設けられて
おり、これらにより反応ガス等が供給され、また不要の
ガスが排出される。プラズマ室内61にはサセプター6
0が設けられており、その上には被加工物である基板5
1が搭載される。サセプター60にはRFバイアス用の
高周波電源64が接続されている。また、メインコイル
65と補助コイル66が備えられており、これらにより
磁界が形成される。ここで、ガス供給口59(a)から
酸素(O2 )ガスを供給しながら、マイクロ波を加える
ことによりプラズマを発生させる。この状態でガス供給
口59(b)よりアルゴンと共にシランガスを供給し
て、シリコン酸化膜39の成膜を行い、同時にサセプタ
ー60に高周波電界を印加することにより、アルゴンガ
スのプラズマでのエッチングを同時に行う。この時の具
体的な成膜条件は、シラン流量は50sccm、酸素流
量は75sccm、アルゴン流量は70sccm、マイ
クロ波出力は2000W、RFバイアス出力は1400
W、成長温度は約350℃である。
Further, after forming the lower wiring, a chemical vapor deposition (hereinafter referred to as C) using plasma for applying a high-frequency electric field to the substrate.
The silicon oxide film 39 is formed by using a bias ECR-CVD method, which is one of the methods (abbreviated as VD). FIG. 18 is a sectional view showing a schematic configuration of a bias ECR-CVD apparatus. As shown in the figure, a microwave introduction port 62 is provided in the upper part of the plasma chamber 61, from which microwaves are sent. The plasma chamber 61 is provided with gas introduction ports 59 (a), 59 (b) and an exhaust port 63, by which a reaction gas or the like is supplied and unnecessary gas is exhausted. Susceptor 6 in plasma chamber 61
0, on which a substrate 5 which is a workpiece is provided.
1 is mounted. The susceptor 60 is connected to a high frequency power supply 64 for RF bias. Further, a main coil 65 and an auxiliary coil 66 are provided, and a magnetic field is formed by these. Here, plasma is generated by applying microwaves while supplying oxygen (O 2 ) gas from the gas supply port 59 (a). In this state, a silane gas is supplied together with argon from the gas supply port 59 (b) to form the silicon oxide film 39, and at the same time, a high frequency electric field is applied to the susceptor 60 to simultaneously perform etching with argon gas plasma. Do. The specific film forming conditions at this time are as follows: silane flow rate is 50 sccm, oxygen flow rate is 75 sccm, argon flow rate is 70 sccm, microwave output is 2000 W, and RF bias output is 1400.
W, the growth temperature is about 350 ° C.

【0021】この条件で形成されたシリコン酸化膜39
は、配線間隔のアスペクト比(配線間隔に対する絶縁膜
の膜厚の割合)が1.5以上であり、大きな空洞部40
を形成することができる。次に、シリコン酸化膜39を
化学的機械研磨法(以下、CMP法と省略)により平坦
化する。この際、シリコン窒化膜35は、CMPのスト
ッパーとして作用し、均一に平坦化された表面を形成す
ることができる。さらに平坦化後、上部配線41を形成
し、これらの工程を繰り返すことにより、2層以上の多
層配線構造を形成することができる。
The silicon oxide film 39 formed under these conditions
In the case of the large cavity 40, the aspect ratio of the wiring interval (the ratio of the thickness of the insulating film to the wiring interval) is 1.5 or more.
Can be formed. Next, the silicon oxide film 39 is flattened by a chemical mechanical polishing method (hereinafter abbreviated as CMP method). At this time, the silicon nitride film 35 functions as a CMP stopper, and can form a uniformly flat surface. Further, after the planarization, the upper wiring 41 is formed, and by repeating these steps, a multilayer wiring structure of two or more layers can be formed.

【0022】以上のように、下部配線よりも接続用の金
属柱を先に形成し、自己整合的に下部配線を形成するこ
とで、下部配線と金属柱の目ずれを防ぎ、かつ配線間に
エアーギャップ40を形成することにより、配線間の容
量を低減することができる。また、接続用の金属柱が必
ず下部配線上にあるので、エアーギャップとの接触が起
こらず、信頼性の高い多層配線構造が実現できる。
As described above, the connection metal pillar is formed before the lower wiring, and the lower wiring is formed in a self-aligned manner, thereby preventing misalignment between the lower wiring and the metal pillar and also providing a gap between the wiring. By forming the air gap 40, the capacity between the wirings can be reduced. In addition, since the connecting metal pillar is always on the lower wiring, contact with the air gap does not occur, and a highly reliable multilayer wiring structure can be realized.

【0023】以上、本発明の実施例は、金属配線が2層
の場合について述べたが、2層以上の場合であっても構
わない。さらに配線間隔に形成するものとして空洞を例
としたが、有機膜やポーラスなシリコン酸化膜、フッ素
添加シリコン酸化膜などであっても構わない。図19、
20は、本発明の第3の具体例を示す図であり、図に
は、配線間容量を低減するために配線間を覆う絶縁膜内
にエアーギャップを形成した半導体装置において、半導
体基板71上に層間絶縁膜72を形成する第1の工程
と、前記層間絶縁膜72上にアルミニウム膜73を形成
する第2の工程と、前記アルミニウム膜73上にシリコ
ン酸化膜74を形成する第3の工程と、前記シリコン酸
化膜74上にフォトレジスト膜75を形成し前記シリコ
ン酸化膜74をパターニングする第4の工程と、前記シ
リコン酸化膜74をマスクとして前記アルミニウム膜7
3をパターニングする第5の工程と、全面に絶縁膜76
を堆積すると共に、前記絶縁膜76内にエアーギャップ
77を形成する第8工程と、を含む半導体装置の製造方
法が示されている。
As described above, the embodiment of the present invention has been described in connection with the case where the metal wiring has two layers, but the case where there are two or more layers may be used. Furthermore, although a cavity is taken as an example to be formed at the wiring interval, an organic film, a porous silicon oxide film, a fluorine-added silicon oxide film, or the like may be used. FIG.
FIG. 20 is a view showing a third specific example of the present invention. FIG. 20 shows a semiconductor device in which an air gap is formed in an insulating film covering between wirings in order to reduce the capacitance between wirings. A first step of forming an interlayer insulating film 72, a second step of forming an aluminum film 73 on the interlayer insulating film 72, and a third step of forming a silicon oxide film 74 on the aluminum film 73 A fourth step of forming a photoresist film 75 on the silicon oxide film 74 and patterning the silicon oxide film 74; and forming the aluminum film 7 using the silicon oxide film 74 as a mask.
A fifth step of patterning 3 and insulating film 76 over the entire surface;
And an eighth step of forming an air gap 77 in the insulating film 76.

【0024】次に、本発明の第3の具体例について図1
9、20を参照して説明する。図を参照すると、P型シ
リコン基板71上にMOSトランジスタを形成する。こ
の後層間絶縁膜としてCVD法によりリン、ボロンを含
んだシリコン酸化膜(BPSG膜)72を形成する。コ
ンタクトホールを開口した後、第1層配線を形成するた
めスパッタ法により銅を0.5%含んだアルミニウム膜
73を600nm成膜する。アルミ配線のパターンニン
グを行うためのハードマスクとしてプラズマCVDによ
りシリコン酸化膜74を全面に形成する。次にフォトリ
ソグラフィーによりフォトレジスト75で配線のパター
ンを形成し、CF4 、CHF3 などのガスを用い反応性
イオンエッチング(RIE)などのドライエッチングに
よりシリコン酸化膜74をエッチングしてハードマスク
91を形成する(図19(C))。酸素プラズマアッシ
ングによりフォトレジスト75を除去した後、BCl3
などのガスとハードマスク91を用いて反応性イオンエ
ッチング(RIE)のようなドライエッチングによりア
ルミニウム膜73をパターンニングし第1層配線81を
形成する(図20(a))。次に、図20(b)に示す
ように配線層間膜としてプラズマCVD法などにより酸
化膜76を成膜する。このときカバレッジのよくない条
件で成膜することにより配線間隔の狭い部分では隣接配
線間の溝が酸化膜で充填される前に配線上のハードマス
ク上部の酸化膜同士が接触し、比誘電率が1のエアーギ
ャップ77が形成され、隣接配線間の容量を低減するこ
とができる。ハードマスクを用いない従来方法ではエア
ーギャップの形状が配線金属膜厚や配線間隔に依存して
おり配線金属上部では空隙の体積を十分大きくできなか
った。本発明の場合、ハードマスク91の膜厚を配線金
属81の膜厚の30〜60%とすることにより配線の側
壁にはすべてエアーギャップが形成され、容量低減効果
を大きくできる。なお、30%以下では、エアーギャッ
プが十分に形成されず、又60%を超えると配線が細る
等の不具合が発生する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIGS. Referring to the figure, a MOS transistor is formed on a P-type silicon substrate 71. Thereafter, a silicon oxide film (BPSG film) 72 containing phosphorus and boron is formed as an interlayer insulating film by a CVD method. After opening the contact hole, an aluminum film 73 containing 0.5% of copper is formed to a thickness of 600 nm by a sputtering method to form a first layer wiring. A silicon oxide film 74 is formed on the entire surface by plasma CVD as a hard mask for patterning aluminum wiring. Next, a wiring pattern is formed with a photoresist 75 by photolithography, and the silicon oxide film 74 is etched by dry etching such as reactive ion etching (RIE) using a gas such as CF 4 or CHF 3 to form a hard mask 91. It is formed (FIG. 19C). After removing the photoresist 75 by oxygen plasma ashing, BCl 3
The first film 81 is formed by patterning the aluminum film 73 by dry etching such as reactive ion etching (RIE) using a gas such as the above and a hard mask 91 (FIG. 20A). Next, as shown in FIG. 20B, an oxide film 76 is formed as a wiring interlayer film by a plasma CVD method or the like. At this time, when the film is formed under the condition of poor coverage, the oxide film on the upper portion of the hard mask on the wiring comes into contact with each other before the groove between the adjacent wirings is filled with the oxide film in the portion where the wiring interval is narrow, and the relative dielectric constant Thus, the air gap 77 is formed so that the capacitance between adjacent wirings can be reduced. In the conventional method that does not use a hard mask, the shape of the air gap depends on the wiring metal film thickness and the wiring interval, and the volume of the air gap cannot be sufficiently increased above the wiring metal. In the case of the present invention, by setting the thickness of the hard mask 91 to 30% to 60% of the thickness of the wiring metal 81, an air gap is formed on all the side walls of the wiring, and the capacity reduction effect can be increased. If it is less than 30%, the air gap is not sufficiently formed, and if it exceeds 60%, problems such as thinning of the wiring occur.

【0025】次に化学機械的研磨(CMP)により層間
酸化膜76の平坦化を行った後、RIEなどのドライエ
ッチングにより酸化膜76にビアホールを開口し、ビア
ホール内にタングステンなどによりプラグを形成する。
この後スパッタ法によりアルミニウムを成膜し、第1層
配線と同様にフォトリソグラフィー、ドライエッチング
により第2層アルミ配線を形成する。
Next, after the interlayer oxide film 76 is flattened by chemical mechanical polishing (CMP), a via hole is opened in the oxide film 76 by dry etching such as RIE, and a plug is formed in the via hole with tungsten or the like. .
Thereafter, an aluminum film is formed by a sputtering method, and a second-layer aluminum wiring is formed by photolithography and dry etching similarly to the first-layer wiring.

【0026】次に、本発明の第3の具体例について図面
を参照して具体的に説明する。P型シリコン基板71上
にMOSトランジスタを形成する。この後層間絶縁膜と
してCVD法によりリン、ボロンを含んだシリコン酸化
膜(BPSG膜)72を形成する。コンタクトホールを
開口した後、第1層配線を形成するためスパッタ法によ
りアルミニウム膜73を600nm成膜する。アルミ配
線のパターンニングを行うためのハードマスクとしてプ
ラズマCVDによりシリコン酸化膜74を全面に形成す
る。次に、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト
75で配線のパターンを形成し、反応性イオンエッチン
グなどのドライエッチングによりシリコン酸化膜74を
エッチングしてハードマスク91を形成する。酸素プラ
ズマアッシングによりフォトレジスト75を除去した
後、BCl3 などのガスを用い反応性イオンエッチング
のようなドライエッチングによりアルミニウム膜73を
パターンニングし第1層配線81を形成する。次に、図
20(b)に示すようにプラズマCVD法などにより層
間絶縁膜76を成膜する。絶縁膜76としてシリコン酸
化膜に比べ低誘電率膜であるフッ素含有の酸化膜(Si
OF)またはフッ素添加非晶質化炭素を用いる。このと
きカバレッジのよくない条件で成膜することにより配線
間隔の狭い部分では隣接配線間の溝が酸化膜で充填され
る前に隣接配線間上ハードマスク上部の酸化膜同士が接
触し、エアーギャップ77が形成される。次に、化学機
械的研磨(CMP)により層間酸化膜76の平坦化を行
った後、RIEなどのドライエッチングにより酸化膜に
ビアホールを開口し、ビアホール内にタングステンなど
によりプラグを形成する。この後スパッタ法によりアル
ミニウムを成膜し、第1層配線と同様にフォトリソグラ
フィー、ドライエッチングにより第2層アルミ配線を形
成する。
Next, a third embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. A MOS transistor is formed on a P-type silicon substrate 71. Thereafter, a silicon oxide film (BPSG film) 72 containing phosphorus and boron is formed as an interlayer insulating film by a CVD method. After opening the contact hole, an aluminum film 73 is formed to a thickness of 600 nm by a sputtering method to form a first layer wiring. A silicon oxide film 74 is formed on the entire surface by plasma CVD as a hard mask for patterning aluminum wiring. Next, a wiring pattern is formed with a photoresist 75 by photolithography, and the silicon oxide film 74 is etched by dry etching such as reactive ion etching to form a hard mask 91. After removing the photoresist 75 by oxygen plasma ashing, the first layer wiring 81 is formed by patterning the aluminum film 73 by dry etching such as reactive ion etching using a gas such as BCl 3 . Next, as shown in FIG. 20B, an interlayer insulating film 76 is formed by a plasma CVD method or the like. As the insulating film 76, a fluorine-containing oxide film (Si
OF) or fluoridated amorphous carbon. At this time, by forming the film under conditions of poor coverage, the oxide film on the upper portion of the upper hard mask between the adjacent wires comes into contact with each other before the trench between the adjacent wires is filled with the oxide film in a portion where the space between the wires is narrow, and an air gap is formed. 77 is formed. Next, after the interlayer oxide film 76 is planarized by chemical mechanical polishing (CMP), a via hole is opened in the oxide film by dry etching such as RIE, and a plug is formed in the via hole with tungsten or the like. Thereafter, an aluminum film is formed by a sputtering method, and a second-layer aluminum wiring is formed by photolithography and dry etching similarly to the first-layer wiring.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法は、少な
くとも2層以上のアルミニウム配線層が形成され、接続
プラグで上層の配線層と下層の配線層とを接続した半導
体装置において、前記接続プラグをアルミニウム又はア
ルミニウム合金で形成し、前記接続プラグの側壁に酸化
層を形成したものであるから、目ずれに対するマージン
を増やすことなく高集積度の多層配線が可能であり、更
に、配線パターンとプラグの目ずれ不良も防止でき、
又、プラグにアルミ又はアルミ合金を使用できるため、
低抵抗で高い信頼性を有する半導体装置を実現できる。
Semiconductor equipment manufacturing method of the present invention exhibits, at least two or more layers of aluminum interconnection layer is formed, in the semiconductor device connected to the upper wiring layer and the lower wiring layer in the connection plug, the connection Since the plug is made of aluminum or an aluminum alloy and an oxide layer is formed on the side wall of the connection plug, high-integration multilayer wiring is possible without increasing a margin for misalignment, and furthermore, a wiring pattern and Poor misalignment of the plug can be prevented,
Also, since aluminum or aluminum alloy can be used for the plug,
A semiconductor device having low resistance and high reliability can be realized.

【0028】又、配線間容量を低減するためにアルミニ
ウム膜からなる配線間を覆う絶縁膜内にエアーギャップ
を形成した半導体装置において、前記絶縁膜を堆積する
際、堆積する部分の断面のアスペクト比は、少なくとも
1.5以上、即ち、配線間隔に対する絶縁膜の膜厚の割
合が1.5以上であるから、大きなエアーギャップが形
成でき、その結果、配線間容量を確実に低減することが
出来る。
Also, in a semiconductor device having an air gap formed in an insulating film covering between wirings made of an aluminum film in order to reduce the capacitance between wirings, when the insulating film is deposited, the aspect ratio of the cross section of the deposited portion is reduced. Is at least 1.5 or more, that is, the ratio of the thickness of the insulating film to the wiring interval is 1.5 or more, so that a large air gap can be formed, and as a result, the capacitance between the wirings can be reliably reduced. .

【0029】更に、配線間容量を低減するためにアルミ
ニウム膜からなる配線間を覆う絶縁膜内にエアーギャッ
プを形成した半導体装置において、前記配線上でこの配
線に沿って絶縁膜が形成され、且つ、前記絶縁膜の膜厚
は前記アルミニウム膜の膜厚の30乃至60%の膜厚で
あるから、大きなエアーギャップが形成でき、その結
果、配線間容量を確実に低減することが出来る。
Further, in a semiconductor device in which an air gap is formed in an insulating film covering between wirings made of an aluminum film in order to reduce the capacitance between wirings, an insulating film is formed on the wirings along the wirings, and Since the thickness of the insulating film is 30 to 60% of the thickness of the aluminum film, a large air gap can be formed, and as a result, the capacitance between wirings can be reliably reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体装置の第1の具体例の工程を示
す図である。
FIG. 1 is a view showing a process of a first specific example of a semiconductor device of the present invention.

【図2】図1に続く工程を示す図である。FIG. 2 is a view showing a step following the step shown in FIG. 1;

【図3】図2に続く工程を示す図である。FIG. 3 is a view showing a step following the step shown in FIG. 2;

【図4】図3に続く工程を示す図である。FIG. 4 is a view showing a step following the step shown in FIG. 3;

【図5】図4に続く工程を示す図である。FIG. 5 is a view showing a step following the step shown in FIG. 4;

【図6】図5に続く工程を示す図である。FIG. 6 is a view showing a step following the step shown in FIG. 5;

【図7】図6に続く工程を示す図である。FIG. 7 is a view showing a step following the step shown in FIG. 6;

【図8】本発明の半導体装置の第2の具体例の工程を示
す図である。
FIG. 8 is a view showing a process of a second specific example of the semiconductor device of the present invention.

【図9】図8に続く工程を示す図である。FIG. 9 is a view showing a step following the step shown in FIG. 8;

【図10】図9に続く工程を示す図である。FIG. 10 is a view showing a step following the step shown in FIG. 9;

【図11】図10に続く工程を示す図である。FIG. 11 is a view showing a step following the step shown in FIG. 10;

【図12】図11に続く工程を示す図である。FIG. 12 is a view showing a step that follows the step of FIG. 11;

【図13】図12に続く工程を示す図である。FIG. 13 is a view showing a step following the step shown in FIG. 12;

【図14】図13に続く工程を示す図である。FIG. 14 is a view showing a step following the step shown in FIG. 13;

【図15】図14に続く工程を示す図である。FIG. 15 is a view showing a step following the step shown in FIG. 14;

【図16】図15に続く工程を示す図である。FIG. 16 is a view showing a step following the step shown in FIG. 15;

【図17】図16に続く工程を示す図である。FIG. 17 is a view showing a step following the step shown in FIG. 16;

【図18】第2の具体例に用いられるバイアスえCR−
CVD装置の断面図である。
FIG. 18 shows a bias CR- used in the second specific example.
It is sectional drawing of a CVD apparatus.

【図19】本発明の半導体装置の第3の具体例の工程を
示す図である。
FIG. 19 is a view showing a process of a third specific example of the semiconductor device of the present invention.

【図20】図19に続く工程を示す図である。FIG. 20 is a view showing a step following the step shown in FIG. 19;

【図21】従来技術を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a conventional technique.

【図22】図21に続く工程を示す図である。FIG. 22 is a view showing a step following the step shown in FIG. 21.

【図23】図22に続く工程を示す図である。FIG. 23 is a view showing a step following the step shown in FIG. 22;

【図24】図23に続く工程を示す図である。FIG. 24 is a view showing a step following the step shown in FIG. 23.

【図25】図24に続く工程を示す図である。FIG. 25 is a view showing a step following the step shown in FIG. 24;

【図26】図25に続く工程を示す図である。FIG. 26 is a view showing a step following the step shown in FIG. 25;

【図27】本発明と従来技術を比較するグラフである。FIG. 27 is a graph comparing the present invention with the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、31、71 半導体基板 2 第1の絶縁膜 3 第1の金属層 4 第2の金属層 5 第3の金属層 6 第4の金属層 7 第5の金属層 8、10、38、75 フォトレジスト 9 酸化膜(酸化層) 11 第2の絶縁膜 21 マスク酸化膜 23 配線パターン 24 プラグ 32、76 絶縁膜 33 下部配線金属層 34、39、72、74 シリコン酸化膜 35 シリコン窒化膜 36 接続孔 37 金属柱 40、77 エアーギャップ(空洞部) 73 アルミニウム膜 76 層間絶縁膜 81 第1層配線 91 ハードマスク 1, 31, 71 semiconductor substrate 2 first insulating film 3 first metal layer 4 second metal layer 5 third metal layer 6 fourth metal layer 7 fifth metal layer 8, 10, 38, 75 Photoresist 9 Oxide film (oxide layer) 11 Second insulating film 21 Mask oxide film 23 Wiring pattern 24 Plug 32, 76 Insulating film 33 Lower wiring metal layer 34, 39, 72, 74 Silicon oxide film 35 Silicon nitride film 36 Connection Hole 37 Metal pillar 40, 77 Air gap (cavity) 73 Aluminum film 76 Interlayer insulating film 81 First layer wiring 91 Hard mask

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−111052(JP,A) 特開 平3−192721(JP,A) 特開 平9−55431(JP,A) 特開 平9−64172(JP,A) 特開 平1−296644(JP,A) 特開 昭63−98134(JP,A) 特開 平7−221180(JP,A) 特開 昭61−208850(JP,A) 特開 平7−283308(JP,A) 特開 昭63−272050(JP,A) 特許2948588(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-111052 (JP, A) JP-A-3-192721 (JP, A) JP-A-9-55431 (JP, A) JP-A-9-99 64172 (JP, A) JP-A-1-296644 (JP, A) JP-A-63-98134 (JP, A) JP-A-7-221180 (JP, A) JP-A-61-208850 (JP, A) JP-A-7-283308 (JP, A) JP-A-63-272050 (JP, A) Patent 2948588 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3205- 21/3213 H01L 21/768

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも2層以上の多層配線を形成す
る半導体装置の製造方法において、 半導体基板上を覆う第1の絶縁膜を形成する第1の工程
と、 前記第1の絶縁膜上に高融点金属又はその化合物よりな
る第1の金属層を堆積する第2の工程と、 前記第1の金属層上にアルミ又はアルミ合金からなる第
2の金属層を堆積する第3の工程と、 前記第2の金属層上に第3の金属層を堆積する第4の工
程と、 前記第3の金属層上にアルミ又はアルミ合金からなる第
4の金属層を堆積する第5の工程と、 前記第4の金属層上に第5の金属層を堆積する第6の工
程と、 前記第5の金属層上に第2の絶縁膜を堆積する第7の工
程と、 前記第2の絶縁膜上にフォトレジストパターンを形成
し、このフォトレジストパターンを用いて前記第2の絶
縁膜をパターニングする第8工程と、 前記パターニングされた第2の絶縁膜をマスクとして、
接続プラグ部分以外の前記第5の金属層及び第4の金属
層をエッチングし、第3の金属層を露出させ接続プラグ
を形成する第9の工程と、 パターニングされた前記第4の金属層の側壁を酸化する
第10の工程と、 前記第4の金属層をほぼ覆い所望の配線パターンを形成
するためのレジストパターンを形成する第11の工程
と、 前記レジストパターンに基づき前記第3の金属層、第2
の金属層、第1の金属層をエッチングし配線パターンを
形成する第12の工程と、 前記レジストパターンを除去した後、第2の絶縁膜を全
面に堆積する第13の工程と、 前記第2の絶縁膜の表面を研磨し前記第5の金属層を露
出させる第14の工程と、を含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
1. A multi-layer wiring of at least two layers is formed.
Forming a first insulating film covering a semiconductor substrate in a method of manufacturing a semiconductor device.
A refractory metal or a compound thereof on the first insulating film.
A second step of depositing a first metal layer, and a second step of depositing aluminum or an aluminum alloy on the first metal layer.
A third step of depositing a second metal layer, and a fourth step of depositing a third metal layer on the second metal layer.
And forming a third layer made of aluminum or aluminum alloy on the third metal layer.
A fifth step of depositing a fourth metal layer, and a sixth step of depositing a fifth metal layer on the fourth metal layer.
And a seventh step of depositing a second insulating film on the fifth metal layer.
And extent, forming a photoresist pattern on the second insulating film
Then, the second insulating layer is formed by using the photoresist pattern.
An eighth step of patterning the edge film, and using the patterned second insulating film as a mask,
The fifth metal layer and the fourth metal other than the connection plug portion
Etching the layer, exposing the third metal layer and connecting plug
Forming a ninth step, and oxidizing a sidewall of the patterned fourth metal layer
Tenth step , forming a desired wiring pattern substantially covering the fourth metal layer
Eleventh step of forming a resist pattern for performing
If, based on said resist pattern the third metal layer, the second
Etching the metal layer and the first metal layer to form a wiring pattern
A twelfth step of forming and, after removing the resist pattern, completely removing the second insulating film.
A thirteenth step of depositing on the surface, and polishing the surface of the second insulating film to expose the fifth metal layer.
A fourteenth step of discharging
Manufacturing method of body device.
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