JP3317279B2

JP3317279B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3317279B2
Application number: JP20471999A
Authority: JP
Inventors: 良和糟谷
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2002-08-26
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Also published as: KR100493993B1; TW417257B; JP2000133711A; KR20000017344A

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、多層配線層を有する半導体
装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【背景技術】近年、半導体装置の微細化および高集積化
の要請に伴い、多層配線化が図られている。多層配線化
を図る技術として、たとえば次の技術がある。

【０００３】図７〜図９を用いて、多層配線化を図る技
術を説明する。

【０００４】まず、図７を参照しながら説明する。半導
体素子などが形成された半導体基板２１０上に、第１の
層間絶縁層２１２を形成する。第１の層間絶縁層２１２
の上に、たとえば導電層（たとえばアルミニウム合金）
２２２および反射防止膜（たとえば窒化チタン）２２４
を順次形成する。次に、フォトリソグラフィおよびドラ
イエッチングにより、導電層２２２と反射防止膜２２４
とをパターニングし、下部配線層２２０を形成する。下
部配線層２２０および第１の層間絶縁層２１２の上に、
第２の層間絶縁層２３０を形成する。

【０００５】図８に示すように、第２の層間絶縁層２３
０の上に、フォトリソグラフィにより、所定のパターン
を有するレジスト層Ｒ２を形成する。レジスト層Ｒ２
は、スルーホールを形成したい領域の上方において開口
部を有している。レジスト層Ｒ２をマスクとして、第２
の層間絶縁層２３０をドライエッチングし、下部配線層
２２０に達するスルーホール２４０を形成する。スルー
ホール２４０は、下部配線層２２０と、後述の上部配線
層２６０とを接続する役割を有する。

【０００６】図９に示すように、スルーホール２４０内
に導電材を充填し、コンタクト層２５０を形成する。第
２の層間絶縁層２３０およびコンタクト層２５０の上
に、導電層２６２および反射防止膜２６４を順次形成す
る。フォトリソグラフィおよびドライエッチングによ
り、導電層２６２および反射防止膜２６４をパターニン
グし、上部配線層２６０を形成する。以上のようにし
て、多層配線化を図ることができる。

【０００７】また、近年、さらなる微細化および多層化
のため、配線層のパターン幅を、スルーホール２４０の
幅と同程度に狭くした技術が注目されている。しかし、
配線層のパターン幅が狭くなるにしたがい、レジスト層
Ｒ２のパターンの合わせずれによる、配線層の信頼性に
対して悪影響が及ぼされるようになってくる。つまり、
レジスト層Ｒ２のパターンの合わせずれが生じた状態
で、スルーホール２４０を形成するために第２の層間絶
縁層２３０をエッチングすると、過剰なエッチングによ
り、図８に示すように、第１の配線層２２０の側壁付近
においてトレンチ２３２が発生する。トレンチ２３２が
存在すると、コンタクト層２５０を構成する導電材をス
ルーホール２４０に充填する際、次のような問題が生じ
る。すなわち、トレンチ２３２に導電材を充填するのが
困難なため、図９に示すように、トレンチ２３２に起因
するボイド２７０が生じてしまう。このボイド２７０
は、配線層の信頼性を著しく劣化させる。

【０００８】レジスト層Ｒ２のパターンの合わせずれが
生じたとしても、ボイド２７０が生じることを防ぐ技術
として、たとえば、特開平９−２９８２３９号公報に開
示された技術がある。

【０００９】以下、この技術を簡単に説明する。

【００１０】この技術は、上述の層間絶縁膜にドライエ
ッチングを施して接続孔（スルーホール）を形成する
際、エッチングガスと反射防止膜との反応生成物を、接
続孔の底部に再付着させて、トレンチの発生を防止して
いる。すなわち、エッチングガスと反射防止膜との反応
生成物を接続孔の底部に再付着させたことにより、レジ
スト層のパターンの合わせずれが生じたとしても、エッ
チングの過剰進行を抑止することができる。そのため、
トレンチの形成を防止することができ、その結果、接続
孔内にボイドが生じない。

【００１１】しかし、この技術は、接続孔を形成した
後、発生した反応生成物を除去する工程を必要とする。
また、反応生成物の除去は、困難である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、信頼
性の高い配線層を有する半導体装置およびその製造方法
を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
第１の配線層と、前記第１の配線層の上に形成された層
間絶縁層と、前記層間絶縁層の上に形成された第２の配
線層と、前記第１の配線層と前記第２の配線層とを接続
するための複数のスルーホールと、前記複数のスルーホ
ール内に形成されたコンタクト層と、を含み、少なくと
も１つのスルーホールは、少なくとも前記第１の配線層
の一部が、除去されて構成され、かつ、その底面は、前
記層間絶縁層の面と前記第１の配線層の面とで構成され
た連続面である。

【００１４】本発明の半導体装置は、少なくとも１つの
スルーホールにおいて、導電層の面と層間絶縁層の面と
が、連続面を構成している。このため、連続面を構成し
たスルーホール内に、コンタクト層を構成する導電材を
埋め込む際、そのスルーホール内に導電材を良好に埋め
込むことができる。その結果、本発明の半導体装置は、
配線層の信頼性が高い。

【００１５】前記連続面の態様としては、たとえば、平
面、曲面または曲面を有している態様を挙げることがで
きる。

【００１６】前記第１の配線層は、シリコンおよび金属
層の少なくとも一方からなることができる。

【００１７】本発明の半導体装置の製造方法は、第１の
配線層を形成する工程と、前記第１の配線層を覆う層間
絶縁層を形成する工程と、前記層間絶縁層をエッチング
することにより形成されるスルーホールであって、ＣＦ
系のガスを含む第１のエッチャントを用いて少なくとも
前記第１の配線層の一部上面を露出させるスルーホール
を形成する工程と、前記スルーホールを形成する工程の
後に、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃の少なくともいずれか１つと、Ｃ
Ｏ、Ａｒ、Ｏ₂、Ｎ₂の少なくともいずれか１つとを含む
第２のエッチャントを用いて、前記層間絶縁層をマスク
として前記第１の配線層のうち上方に前記層間絶縁層が
堆積されていない領域をエッチングすることにより、前
記スルーホールの底面を前記層間絶縁層の面と前記第１
の配線層の面とで構成された平坦面にする工程と、前記
スルーホール内に前記第１の配線層に接続されるコンタ
クト層を形成する工程と、前記層間絶縁層上に前記コン
タクト層に接続される第２の配線層を形成する工程と、
を含む。

【００１８】このように、少なくとも１つのスルーホー
ルの底面において、層間絶縁層の面と、第１の配線層の
面とが連続面を構成していることにより、そのスルーホ
ール内に導電層を構成する導電材を良好に埋め込むこと
ができる。その結果、本発明の製造方法により得られた
半導体装置は、配線層の信頼性が高い。

【００１９】前記少なくとも１つのスルーホールは、た
とえば、次の２つのいずれかの方法により形成すること
ができる。

【００２０】（１）第１に、前記少なくとも１つのスル
ーホールは、前記第１の配線層の一部と前記層間絶縁層
の一部とを同時にエッチングして形成される方法であ
る。前記エッチングのエッチング方法としては、たとえ
ばリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ），誘導結合
型プラズマエッチング（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−ｃｏ
ｕｐｌｅｄｐｌａｓｍａｅｃｈｉｎｇ），ＥＣＲプ
ラズマエッチング（ｅｌｅｃｔｒｏｎｃｙｃｌｏｔｒ
ｏｎｒｅｓｏｎａｎｃｅｐｌａｓｍａｅｃｈｉｎ
ｇ）を挙げることができる。前記エッチングのエッチャ
ントとしては、たとえばＣＦ系のガスを含む混合ガスを
挙げることができる。ＣＦ系のガスとしては、たとえば
ＣＦ₄，ＣＨＦ₃，Ｃ₂Ｆ₆，Ｃ₄Ｆ₈，Ｃ₅Ｆ₈を挙げること
ができる。前記エッチングにおける、前記層間絶縁層に
対する前記第１の配線層の選択比（第１の配線層のエッ
チング速度／層間絶縁層のエッチング速度）は、０．５
〜２．０の範囲にあることで、さらに良好な連続面を形
成することができる。

【００２１】（２）第２に、前記少なくとも１つのスル
ーホールは、前記層間絶縁層の一部をエッチングし、さ
らに前記第１の配線層の一部をエッチングして形成され
る方法である。前記第１の配線層の一部のエッチングに
おけるエッチング方法としては、誘導結合型プラズマエ
ッチング，ダウンフロープラズマエッチング，リアクテ
ィブイオンエッチングを挙げることができる。前記第１
の配線層の一部のエッチングのエッチャントとしては、
塩素系のガスを含む混合ガスを挙げることができる。

【００２２】なお、上記の連続面は、スルーホールの底
面において、層間絶縁層の面と第１の配線層の面とが、
微視的な段差を有する凹凸を構成していた場合であって
も、スルーホール内に導電材を良好に充填できる程度の
面も含む。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しながら説明する。

【００２４】（第１の実施の形態）（デバイスの構造）本実施の形態にかかる半導体装置１
００について説明する。図１は、本実施の形態にかかる
半導体装置１００を模式的に示す断面図である。

【００２５】半導体装置１００の基板１０の表面には、
ＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子、配線層および素子分離
領域（図示せず）が形成されている。基板１０上には、
第１の層間絶縁層１２が形成されている。第１の層間絶
縁層１２の上に、第１の配線層２０が形成されている。
第１の配線層２０は、導電層２２と、導電層２２の上に
形成された反射防止膜２４とからなり、所定のパターン
でパターニングされている。第１の層間絶縁層１２に
は、基板１０の表面に形成された半導体素子または配線
層と、第１の配線層２０とを接続するコンタクトホール
（図示せず）が形成されている。コンタクトホール内に
は、タングステンプラグ，アルミニウム合金層などのコ
ンタクト層（図示せず）が形成されている。

【００２６】第１の配線層２０および第１の層間絶縁層
１２の上に、第２の層間絶縁層３０が形成されている。
第２の層間絶縁層３０の所定の位置には、スルーホール
４０が形成されている。スルーホール４０の底面におい
て、第１の配線層の上面２０ａと第２の層間絶縁層の上
面３０ａとは、連続面を構成している。スルーホール４
０内には、コンタクト層５０が形成されている。第２の
層間絶縁層３０およびコンタクト層５０の上に、第２の
配線層６０が形成されている。第２の配線層６０は、導
電層６２と、導電層６２の上に形成された反射防止膜６
４とからなる。また、第２の配線層６０は、コンタクト
層５０を介して、第１の配線層２０に接続されている。

【００２７】本実施の形態にかかる半導体装置１００に
おいて特徴的な点は、たとえば、スルーホール４０にお
ける底面において、第１の配線層の上面２０ａと第２の
層間絶縁層の上面３０ａとが、連続面を構成しているこ
とである。つまり、第１の配線層２０の側壁付近におい
て、第２の層間絶縁層３０の過剰なエッチングによって
発生するトレンチ（背景技術参照）が存在していない。
第１の配線層の上面２０ａと第２の層間絶縁層の上面３
０ａとが、連続面を構成していることにより、スルーホ
ール４０内に、コンタクト層５０を構成する導電材を良
好に埋め込むことができる。つまり、ボイドを発生させ
ることなく、スルーホール４０内に導電材を埋め込むこ
とができる。そのため、本実施の形態にかかる半導体装
置１００は、配線層の信頼性が高い。また、本実施の形
態にかかる半導体装置１００の構成によれば、配線層の
信頼性を確保しつつ、配線構造を微細化して、高集積化
を図ることができる。

【００２８】（第２の実施の形態）（第１の半導体装置の製造方法）次に、本実施の形態に
係る半導体装置１００の製造方法について説明する。図
２〜図４は、本実施の形態に係る半導体装置１００の製
造工程を模式的に示す断面図である。

【００２９】（１）第１の配線層の形成まず、図２を参照しながら説明する。一般的な方法によ
り、基板１０の表面に、半導体素子（たとえばＭＯＳＦ
ＥＴ）、配線層および素子分離領域（図示せず）を形成
する。基板１０上に第１の層間絶縁層１２を形成する。
第１の層間絶縁層１２の詳細（形成方法、材質、膜厚）
は、後述の第２の層間絶縁層３０と同様である。第１の
層間絶縁層１２に、異方性のリアクティブイオンエッチ
ング（ＲＩＥ）によって、コンタクトホール（図示せ
ず）を形成する。公知の方法により、コンタクトホール
内に、タングステンプラグ、アルミニウム合金層などの
コンタクト層（図示せず）を形成する。

【００３０】第１の層間絶縁層１２およびコンタクト層
上に、第１の配線層２０を形成する。第１の配線層２０
は、導電層２２と反射防止膜２４とからなり、たとえば
次のようにして形成される。

【００３１】まず、第１の層間絶縁層１２およびコンタ
クト層上に、導電層２２を形成する。導電層２２の膜厚
は、デバイスの設計により異なるが、たとえば１００〜
１０００ｎｍである。導電層２２の材質は、特に限定さ
れず、たとえば、アルミニウム，銅，アルミニウム合
金，銅合金，多結晶シリコン，タングステンを挙げるこ
とができる。導電層２２の形成方法としては、ＣＶＤ
法，スパッタ法，蒸着法，塗布法などを挙げることがで
きる。

【００３２】次に、導電層２２上に、反射防止膜２４を
形成する。反射防止膜２４の膜厚は、特に限定されず、
たとえば２０〜１００ｎｍである。反射防止膜２４の材
質は、たとえば窒化チタン，チタンタングステンであ
る。反射防止膜２４の形成方法は、特に限定されず、反
射防止膜２４が窒化チタンからなる場合には、スパッタ
リングを挙げることができる。導電層２２および反射防
止膜２４をスパッタリングにより形成する場合には、導
電層２２と反射防止膜２４とを、真空中で連続的に形成
することが好ましい。

【００３３】次に、導電層２２および反射防止膜２４
を、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによっ
てパターニングして、第１の配線層２０が形成される。

【００３４】（２）第２の層間絶縁層の形成次に、図３に示すように、第１の配線層２０および第１
の層間絶縁層１２の上に、第２の層間絶縁層３０を形成
する。第２の層間絶縁層３０の膜厚は、特に限定され
ず、たとえば第１の配線層２０の上面を基準として５０
０〜１５００ｎｍである。第２の層間絶縁層３０の材質
としては、たとえば酸化シリコンを挙げることができ
る。第２の層間絶縁層３０の材質として、酸化シリコン
を用いた場合には、酸化シリコンにリン，ホウ素などを
含有してもよい。第２の層間絶縁層３０の形成方法とし
ては、たとえば高密度プラズマＣＶＤ法，熱ＣＶＤ法，
プラズマＣＶＤ法，常圧ＣＶＤ法，スピンコート法など
の塗布法（ＳＯＧを利用した方法），スパッタ法，熱蒸
着法などを挙げることができる。プラズマＣＶＤ法によ
り第２の層間絶縁層３０を形成する場合は、平行平板の
ＲＦプラズマＣＶＤ装置により形成することが好まし
い。平行平板のＲＦプラズマＣＶＤ装置により第２の層
間絶縁層３０を形成する場合には、ガスとして、テトラ
エトキシシラン（ＴＥＯＳ）を使用することができる。

【００３５】次に、必要に応じて、第２の層間絶縁層３
０の膜厚が、たとえば第１の配線層の上面を基準とし
て、５００〜１５００ｎｍになるまで、ＣＭＰ法により
第２の層間絶縁層３０を平坦化する。

【００３６】（３）スルーホールの形成次に、図４に示すように、第２の層間絶縁層３０の上
に、フォトリソグラフィにより、所定のパターンを有す
るレジスト層Ｒ１を形成する。レジスト層Ｒ１は、第１
の配線層２０の上方において、開口部を有する。すなわ
ち、レジスト層Ｒ１は、スルーホール４０を形成したい
第２の層間絶縁層３０の領域の上に、開口部を有してい
る。

【００３７】次に、レジスト層Ｒ１をマスクとして、第
２の層間絶縁層３０をエッチングし、スルーホール４０
を形成する。第２の層間絶縁層３０のエッチングは、第
２の層間絶縁層３０と第１の配線層２０とを同時にエッ
チングすることができるような方法、たとえばドライエ
ッチングにより行われる。好ましいドライエッチングの
具体例としては、たとえばリアクティブイオンエッチン
グ，誘導結合型プラズマエッチング，ＥＣＲプラズマエ
ッチングを挙げることができる。このエッチングのエッ
チャントは、第２の層間絶縁層３０と第１の配線層２０
とを同時にエッチングできるものであれば特に限定され
ない。好ましいエッチャントとしては、ＣＦ系のガスを
含む混合ガスを挙げることができる。このＣＦ系のガス
としては、ＣＦ₄，ＣＨＦ₃，Ｃ₂Ｆ₆，Ｃ₄Ｆ₈，Ｃ₅Ｆ₈か
ら選択される少なくとも１種であることが好ましい。ま
た、ＣＦ系のガスを含む混合ガスは、ＣＯ，Ａｒ，
Ｏ₂，Ｎ₂から選択される少なくとも１種を含むことが好
ましい。第２の層間絶縁層３０に対する第１の配線層２
０の選択比（第１の配線層のエッチング速度／第２の層
間絶縁層のエッチング速度）は、０．５〜２．０の範囲
内にあることが好ましい。

【００３８】このようなエッチング方法によって、第２
の層間絶縁層３０をエッチングすることにより、レジス
ト層Ｒ１のパターンの合わせずれが生じた場合に、第２
の層間絶縁層３０のエッチングの際に、第１の配線層２
０を同時にエッチングすることができる。このため、レ
ジスト層Ｒ１のパターンの合わせずれが生じた場合に、
スルーホール４０の底面において、第２の層間絶縁層の
上面３０ａと第１の配線層の上面２０ａとが、連続面を
構成するようになる。つまり、第１の配線層２０の側壁
付近において、トレンチ３２が発生しない。また、選択
比などを制御することにより、スルーホール４０の底面
をさらに良好な連続面にすることができる。

【００３９】（４）コンタクト層〜第２の配線層の形成次に、レジスト層Ｒ１をアッシング除去した後、図１に
示すように、スルーホール４０内にコンタクト層５０を
形成する。コンタクト層５０は、たとえば、スルーホー
ル４０内に導電材を充填し、導電材をエッチバックする
ことにより形成される。導電材としては、たとえば、タ
ングステン，アルミニウム，アルミニウム合金，銅，銅
合金を挙げることができる。導電材をスルーホール４０
内に充填する方法としては、ＣＶＤ法，ＰＶＤ法，めっ
き法を挙げることができる。また、第２の層間絶縁層３
０および第２の配線層６０と、コンタクト層５０との間
に、ウエッティング層およびバリア層の少なくとも一方
を介在させてもよい。

【００４０】第２の層間絶縁層３０およびコンタクト層
５０の上に、第２の配線層６０を形成する。第２の配線
層６０の詳細（たとえば膜厚，材質，形成方法）は、第
１の配線層２０と同様である。こうして、半導体装置１
００が完成する。

【００４１】本実施の形態において特徴的な点は、たと
えば次のことである。すなわち、スルーホール４０を形
成するための、第２の層間絶縁層３０のエッチングの
際、第２の層間絶縁層３０と第１の配線層２０とを同時
にエッチングできるようなエッチング方法を利用してい
ることである。これにより、レジストパターンの合わせ
ずれが生じた場合において、第２の層間絶縁層３０と第
１の配線層２０とを同時にエッチングすることができ
る。このため、合わせずれが生じた場合に、スルーホー
ル４０の底面において、第２の層間絶縁層の上面３０ａ
と第１の配線層の上面２０ａとで、連続面を構成させる
ことができる。つまり、第１の配線層２０の側壁付近に
おいて、第２の層間絶縁層３０の部分的なオーバエッチ
ングによるトレンチが発生しない。

【００４２】そして、第２の層間絶縁層の上面３０ａと
第１の配線層の上面２０ａとが、連続面を構成している
ため、コンタクト層５０を形成する際に、スルーホール
４０内にコンタクト層５０を構成する導電材を良好に埋
め込むことができる。つまり、ボイドを発生させること
なく、スルーホール４０内に導電材を埋め込むことがで
きる。

【００４３】そのため、本実施の形態にかかる半導体装
置の製造方法によれば、配線層の信頼性を高めることが
できる。また、この半導体装置の製造方法により得られ
た半導体装置の構成によれば、配線層の信頼性を確保し
つつ、配線構造を微細化して、高集積化を図ることがで
きる。

【００４４】（第３の実施の形態）（第２の半導体装置の製造方法）第３の実施の形態に係
る半導体装置の製造方法は、スルーホール４０の形成方
法の点において、第２の実施の形態に係る半導体装置の
製造方法と異なる。それ以外については、第２の実施の
形態と実質的に同様であるため、詳細な説明を省略す
る。また、同様の機能を有する部分には、同一の符号を
付す。

【００４５】（１）スルーホールの形成第２の実施の形態に係る工程（１）および（２）と同様
にして、第２の層間絶縁層３０まで形成する。

【００４６】図５および図６は、スルーホールを形成す
るための工程を模式的に示す断面図である。

【００４７】図５に示すように、第２の層間絶縁層３０
の上に、フォトリソグラフィにより、第２の実施の形態
と同様のパターンを有するレジスト層Ｒ１を形成する。
レジスト層Ｒ１をマスクとして、第２の層間絶縁層３０
をエッチングする。以下、第２の層間絶縁層３０のエッ
チングを、「第１のエッチング」という。第１のエッチ
ングは、第１の配線層２０の上面が露出するまで行われ
る。ここで、図５に示すように、レジスト層Ｒ１のパタ
ーンに合わせずれが生じていた場合には、第１の配線層
２０の側壁付近において、トレンチ３２が発生する。第
１のエッチング方法は、特に限定されず、たとえばドラ
イエッチングを挙げることができる。好ましいドライエ
ッチングの具体例としては、リアクティブイオンエッチ
ング，誘導結合型プラズマエッチング，ＥＣＲプラズマ
エッチングを挙げることができる。エッチャントとして
は、第２の層間絶縁層３０をエッチングすることができ
るものであれば、特に限定されず、ＣＦ系のガスを含む
混合ガスを挙げることができる。このＣＦ系のガスとし
ては、ＣＦ₄，ＣＨＦ₃，Ｃ₂Ｆ₆，Ｃ₄Ｆ₈，Ｃ₅Ｆ₈から選
択される少なくとも１種であることが好ましい。また、
ＣＦ系のガスを含む混合ガスは、ＣＯ，Ａｒ，Ｏ₂，Ｎ₂
から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。

【００４８】次に、図６に示すように、レジスト層Ｒ１
をアッシング除去した後、第２の層間絶縁層３０をマス
クとして、第１の配線層２０をエッチングする。第１の
配線層２０は、第１のエッチングにおいて発生したトレ
ンチ３２の深さだけ、エッチングされる。つまり、スル
ーホール４０の底面における、第１の配線層の上面２０
ａと、第２の層間絶縁層の上面３０ａとが、連続面を構
成するまで、第１の配線層２０をエッチングする。これ
により、レジスト層Ｒ１のパターンの合わせずれに起因
したトレンチ３２が発生したとしても、トレンチ３２を
消失することができる。以下、第１の配線層２０のエッ
チングを、「第２のエッチング」という。第２のエッチ
ングが完了した時点で、スルーホール４０が形成され
る。第２のエッチングのエッチング方法としては、第１
の配線層２０をエッチングできる方法であれば特に限定
されない。好ましいエッチング方法としては、誘導結合
型プラズマエッチング，ダウンフロープラズマエッチン
グ，リアクティブイオンエッチングを挙げることができ
る。エッチャントとしては、第１の配線層２０をエッチ
ングできるものであれば特に限定されない。好ましいエ
ッチャントとしては、塩素系のガスを含む混合ガスを挙
げることができる。この塩素系のガスとしては、Ｃ
ｌ₂，ＢＣｌ₃から選択される少なくとも１種であること
が好ましい。また、塩素系のガスを含む混合ガスは、Ｃ
Ｏ，Ａｒ，Ｏ₂，Ｎ₂から選択される少なくとも１種を含
むことが好ましい。第２のエッチングは、第１の配線層
２０のサイドエッチングが起こらない条件で行われるこ
とが好ましい。

【００４９】（２）コンタクト層〜第２の配線層の形成図１に示すように、スルーホール４０内に、第２の実施
の形態と同様に、コンタクト層５０が形成される。そし
て、第２の層間絶縁層３０およびコンタクト層５０の上
に、第２の実施の形態と同様に、第２の配線層６０が形
成される。こうして、半導体装置１００が完成する。

【００５０】本実施の形態において特徴的な点は、第１
のエッチングを行った後、第２のエッチングを行うこと
である。すなわち、レジスト層Ｒ１の合わせずれが生じ
ることによって、第１のエッチングが完了した時点でト
レンチ３２が発生したとしても、第２のエッチングをす
ることによって、スルーホール４０の底面において、第
２の層間絶縁層の上面３０ａと第１の配線層の上面２０
ａとが、連続面を構成することになる。第２の層間絶縁
層の上面３０ａと第１の配線層の上面２０ａとが、連続
面を構成しているため、コンタクト層５０を形成する際
に、スルーホール４０内に、導電材を良好に埋め込むこ
とができる。つまり、ボイドを発生させることなく、ス
ルーホール４０内に導電材を埋め込むことができる。そ
のため、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法に
よれば、配線層の信頼性を高めることができる。また、
この半導体装置の製造方法により得られた半導体装置の
構成によれば、配線層の信頼性を確保しつつ、配線構造
を微細化して、高集積化を図ることができる。

【００５１】なお、本実施の形態において、スルーホー
ル４０の底面における、第１の配線層の上面２０ａと、
第２の層間絶縁層の上面３０ａとが、連続面を構成する
範囲で、第２のエッチングにおいて第２の層間絶縁層３
０がエッチングされてもよい。

【００５２】（実験例）（第１実験例）第２の実施の形態の半導体装置の製造方
法にかかる以下の実験条件により、第２の層間絶縁層を
エッチングして、スルーホールを形成したところ、次の
知見が得られた。すなわち、以下の実験条件により、ス
ルーホールを形成したところ、第１の配線層と第２の層
間絶縁層３０とのエッチングレートをほぼ等しくするこ
とができた。そのため、スルーホールの底面において、
第２の層間絶縁層の上面と第１の配線層の上面とが、連
続面（ほぼ水平面）を構成した。すなわち、第１の配線
層の側壁付近において、トレンチが発生しなかった。

【００５３】（実験条件）（エッチング条件）エッチング装置：リアクティブイオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）装置エッチングガス：ＣＨＦ₃／Ａｒ／Ｎ₂＝８０sccm／２０
０sccm／６sccm ＲＦパワー：１３００Ｗ圧力：１５０ｍＴｏｒｒ（＝１９．９５Ｐａ）基板温度：５０℃ （第２の層間絶縁層）材質：酸化シリコン膜厚：０．８μｍ（第１の配線層）導電層の材質：アルミニウム合金反射防止膜の材質：窒化チタン

【００５４】（第２実験例）第３の実施の形態の半導体
装置の製造方法にかかる以下の実験条件により、スルー
ホールを形成したところ、次の知見が得られた。すなわ
ち、以下の実験条件により、スルーホールを形成するこ
とにより、スルーホールの底面において、第２の層間絶
縁層の上面と第１の配線層の上面とが、連続面（ほぼ水
平面）を構成した。すなわち、第１の配線層の側壁付近
において、トレンチが発生しなかった。

【００５５】（実験条件）（第１のエッチングの条件）エッチング装置：リアクティブイオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）装置エッチングガス：ＣＨＦ₃／Ａｒ／Ｎ₂＝８０sccm／５０
sccm／１０sccm ＲＦパワー：５００Ｗ圧力：１００ｍＴｏｒｒ（＝１３．３Ｐａ）基板温度：２０℃ （第２のエッチングの条件）エッチング装置：誘導結合型プラズマエッチング装置エッチングガス：Ｃｌ₂／ＢＣｌ₃／Ａｒ＝４０sccm／５
０sccm／７０sccm 圧力：３ｍＴｏｒｒ（＝０．３３９Ｐａ）ソースパワー：１０００Ｗバイアスパワー：１５００Ｗ基板温度：４０℃ エッチング時間：１０ｓｅｃ（その他の条件）（第２の層間絶縁層）材質：酸化シリコン膜厚：０．８μｍ（第１の配線層）導電層の材質：アルミニウム合金反射防止膜の材質：窒化チタン上記の実施の形態は、本発明の要旨を超えない範囲にお
いて、種々の変更が可能である。たとえば、次のような
変更が可能である。

【００５６】第２および第３の実施の形態において、コ
ンタクト層５０と、第２の配線層６０を構成する導電層
６２とを別々に形成したが、これらを同時に形成しても
よい。この場合のコンタクト層５０と第２の配線層との
材質は、たとえばアルミニウム，アルミニウム合金，
銅，銅合金，タングステンなどを挙げることができる。
また、コンタクト層５０と導電層６２との形成方法とし
ては、ＣＶＤ法，ＰＶＤ法，めっき法などを挙げること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る半導体装置を模式的に
示す断面図である。

【図２】第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法
の工程を模式的に示す断面図である。

【図３】第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法
の工程を模式的に示す断面図である。

【図４】第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法
の工程を模式的に示す断面図である。

【図５】第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法
の工程を模式的に示す断面図である。

【図６】従来例に係る半導体装置の製造方法の工程を模
式的に示す断面図である。

【図７】従来例に係る半導体装置の製造方法の工程を模
式的に示す断面図である。

【図８】従来例に係る半導体装置の製造方法の工程を模
式的に示す断面図である。

【図９】従来例に係る半導体装置の製造方法の工程を模
式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１０基板１２第１の層間絶縁層２０第１の配線層２０ａ第１の配線層の上面３０第２の層間絶縁層３０ａ第２の層間絶縁層の上面３２トレンチ４０スルーホール５０コンタクト層６０第２の配線層Ｒ１レジスト層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/768 H01L 21/3065

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の配線層を形成する工程と、前記第１の配線層を覆う層間絶縁層を形成する工程と、前記層間絶縁層をエッチングすることにより形成される
スルーホールであって、ＣＦ系のガスを含む第１のエッ
チャントを用いて少なくとも前記第１の配線層の一部上
面を露出させるスルーホールを形成する工程と、前記スルーホールを形成する工程の後に、Ｃｌ₂、ＢＣ
ｌ₃の少なくともいずれか１つと、ＣＯ、Ａｒ、Ｏ₂、Ｎ
₂の少なくともいずれか１つとを含む第２のエッチャン
トを用いて、前記層間絶縁層をマスクとして前記第１の
配線層のうち上方に前記層間絶縁層が堆積されていない
領域をエッチングすることにより、前記スルーホールの
底面を前記層間絶縁層の面と前記第１の配線層の面とで
構成された平坦面にする工程と、前記スルーホール内に前記第１の配線層に接続されるコ
ンタクト層を形成する工程と、前記層間絶縁層上に前記コンタクト層に接続される第２
の配線層を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方
法。