JP3519641B2 - 金配線を有する半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金配線を有する半
導体装置およびその製造方法に関し、より具体的には、
金膜のパターニングを良好に行なうための金配線を有す
る半導体装置およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高速化には微細
加工技術が重要な役割を果たしており、金属配線のパタ
ーニングにはドライエッチングが行なわれてきた。これ
まで金属配線の材料としてアルミニウム（Ａｌ）が主に
用いられてきたが、素子の高速化に伴いより化学的に安
定で低抵抗な材料として金が期待されている。実際、高
周波帯での動作を必要とするモノリシックマイクロ波集
積回路に用いられる配線材料には、配線抵抗を低減する
ために金（Ａｕ）が使用されている。

【０００３】以下、従来のドライエッチングを用いた金
配線の製造方法について、特開昭６４−６８９４６号公
報を例に挙げて説明する。

【０００４】図１７は、上記公報に開示された従来の金
配線の製造方法を説明するための概略断面図である。図
１７を参照して、従来の金配線の製造方法では、レジス
タパターン２１０をマスクとし、塩素系ガスを用いたド
ライエッチングにより、金膜２０６がパターニングされ
る。より具体的には以下のとおりである。

【０００５】まず半導体基板２０１上に下層電極２０２
が形成され、この下層電極２０２上に層間絶縁膜２０３
が形成される。層間絶縁膜２０３には下層電極２０２を
露出する孔が形成され、この孔を通じて下層電極２０２
に電気的に接続するようにチタン（Ｔｉ）膜２０４、白
金（Ｐｔ）膜２０５および金膜２０６が順に層間絶縁膜
２０３上に形成される。金膜２０６上にレジストパター
ン２１０が形成され、このレジストパターン２１０をマ
スクとして塩素ガスによるドライエッチングを行なうこ
とにより、金膜２０６、白金膜２０５およびチタン膜２
０４がパターニングされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の金配線
の製造方法では、金膜２０６のパターニング時のマスク
としてレジストパターン２１０を用いているため、以下
の問題点があった。

【０００７】塩素ガスを用いたドライエッチングでは、
マスクとなるレジスト２１０と金膜２０６との選択比
（金／レジスト）は１程度である。つまり、金膜２０６
のエッチング時には、レジスト２１０も金膜２０６と同
等量エッチング除去されてしまう。このため、レジスト
２１０の厚みが薄いと、金膜２０６のエッチング途中に
レジスト２１０が完全に除去されてしまいマスクとして
の役割をなさなくなる。よって、配線抵抗を低減するた
めに金膜２０６の厚みを増した場合には、レジスト２１
０の厚みも厚くする必要がある。

【０００８】レジスト２１０が厚くなると、レジスト２
１０のパターンのアスペクト比（パターンの縦／横寸法
比）が大きくなる。このため、レジスト２１０のパター
ン側面が垂直にならない場合には、レチクルのパターン
に対するレジスト２１０のパターンの寸法精度の劣化が
著しくなり、レジストパターン２１０の解像度を上げる
ことが困難となる。したがって、上記方法は微細な形状
の配線に適用するには不利であるという問題があった。

【０００９】また図１８に示すように段差や凹凸が大き
い下地上に金膜２０６を形成すると、金膜２０６の表面
は下地段差を反映した大きな段差を有することになる。
このような金膜２０６をエッチングする場合に、マスク
としてレジストパターン２１０を用いると、段差のエッ
ジ部分Ｐでレジスト２１０の厚みが薄くなる。この状態
で、金膜２０６のドライエッチングを行なうと、エッジ
部分Ｐでレジスト２１０がなくなってしまう。これによ
り、図１９に示すようにエッジ部分Ｐで金膜２０６がエ
ッチングされてなくなってしまい、このエッジ部分Ｐで
金膜２０６の断線が起こるという問題があった。

【００１０】それゆえ本発明の目的は、微細形状の配線
への適用が容易で、かつ金膜の断線を防止できる金配線
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
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の一の局面に従う
金配線を有する半導体装置は、パターニングされた金膜
と、金膜の上に金膜と同一パターンに形成された、金膜
と異なる材料からなる金属膜と、金属膜の上部に金膜と
同一パターンに形成された第１のシリコン酸化膜とを備
え、金属膜の表面の材質が白金またはパラジウムである
ことを特徴とするものである。

【００１２】本発明の一の局面に従う金配線を有する半
導体装置では、金膜上に同一パターンの第１のシリコン
酸化膜が形成されているため、製造時には、この第１の
シリコン酸化膜をマスクとして金膜をパターニングする
ことができる。このため、金膜のエッチング条件におけ
るシリコン酸化膜と金膜との選択比を大きくすることが
でき、厚い金膜をパターニングするときでも、レジスト
を厚くする必要はない。よって、レジストが厚くなるこ
とによるパターンの解像度の低下は生じない。したがっ
て、微細パターンの配線を精度よく形成することができ
るとともに、段差エッジ部における金膜の断線を防止す
ることができる。また金膜の上面に接し、かつ金膜と同
一パターンとなるように、金膜と異なる材料からなる金
属膜が設けられているため、金膜とシリコン酸化膜との
密着性を良好とし、ドライエッチング中にシリコン酸化
膜が剥がれることを防止することができ、再現性よくド
ライエッチングを行なうことが可能となる。また白金、
パラジウムは、上記のように表面に酸化膜を生じない
が、シリコン酸化膜との密着性がよい。また、金のドラ
イエッチングの場合、白金またはパラジウムはマスクと
して用いた場合の選択性が良いので、シリコン酸化膜と
白金（またはパラジウム）による２層のマスクとして金
をパターニングすることも有効である。本発明の他の局
面に従う金配線を有する半導体装置は、パターニングさ
れた金膜と、金膜の上に金膜と同一パターンに形成され
た、金膜と異なる材料からなる金属膜と、金属膜の上部
に金膜と同一パターンに形成された第１のシリコン酸化
膜とを備え、金属膜の表面が酸化されていることを特徴
とするものである。本発明の他の局面に従う金配線を有
する半導体装置では、上記の一の局面に従う金配線を有
する半導体装置と同様の効果が得られ、かつシリコン酸
化膜の密着性がより向上し、再現性よくドライエッチン
グを行なうことが可能となる。おそらく、シリコン酸化
膜の密着性が金属に対してより金属酸化膜に対しての方
がより強いためであろうと考えられる。

【００１３】なお、本明細書における同一パターンと
は、当然作成工程中での誤差が生じるため、この誤差程
度の差異は同一とみなし、本発明中に含むものである。

【００１４】本発明のさらに他の局面に従う金配線を有
する半導体装置は、パターニングされた金膜と、金膜の
上部に金膜と同一パターンに形成された第１のシリコン
酸化膜とを備え、金膜と第１のシリコン酸化膜との間
に、金膜と同一パターンの第２のシリコン酸化膜と平坦
化層とが順に設けられていることを特徴とするものであ
る。

【００１５】本発明のさらに他の局面に従う金配線を有
する半導体装置では、第１および第２のシリコン酸化膜
および平坦化層の３層積層膜をマスクとして用いること
によって、下地の段差や凹凸が大きい場合でも、段差エ
ッジ部での金膜の断線を防止することができる。

【００１６】上記の金配線を有する半導体装置において
好ましくは、金膜の上面に接し、かつ金膜と同一パター
ンとなるように、金膜と異なる材料からなる金属膜が設
けられている。

【００１７】これにより、金膜とシリコン酸化膜との密
着性を良好とし、ドライエッチング中にシリコン酸化膜
が剥がれることを防止することができ、再現性よくドラ
イエッチングを行なうことが可能となる。この金属膜に
用いられる材質としては、チタン、アルミニウム、タン
グステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル
（Ｎｉ）、白金およびパラジウム（Ｐｄ）からなる群か
ら選ばれる１種以上であることが好ましい。

【００１８】上記の金配線を有する半導体装置において
好ましくは、金属膜の表面は酸化されている。

【００１９】これにより、シリコン酸化膜の密着性がよ
り向上し、再現性よくドライエッチングを行なうことが
可能となる。おそらく、シリコン酸化膜の密着性が金属
に対してより金属酸化膜に対しての方がより強いためで
あろうと考えられる。

【００２０】金属膜を酸化する方法としては、金属膜を
酸素プラズマに晒す方法などが可能であるが、金属膜が
チタン、アルミニウムなどの場合には特に酸化がされや
すいため、自然酸化によって表面を酸化でき、プロセス
を簡略化できる。また複数の金属による多層構造、合金
も可能で、アルミニウムのように金との反応により高抵
抗物質を生じるなどの不具合がある場合は、金膜と金属
膜との間にさらにバリア層として他の金属を挟むことが
有効である。

【００２１】上記の金配線を有する半導体装置において
好ましくは、金属膜の表面の材質は白金またはパラジウ
ムである。

【００２２】これによりシリコン酸化膜の密着性がより
向上し、再現性よくドライエッチングを行なうことが可
能となる。白金、パラジウムは、上記のように表面に酸
化膜を生じないが、シリコン酸化膜との密着性がよい。
また、金のドライエッチングの場合、白金またはパラジ
ウムはマスクとして用いた場合の選択性が良いので、シ
リコン酸化膜と白金（またはパラジウム）による２層の
マスクとして金をパターニングすることも有効である。

【００２３】上記の金配線を有する半導体装置において
好ましくは、金属膜の厚みは０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下
である。

【００２４】これにより金膜と同じドライエッチング条
件でその上部の金属膜もエッチングすることができ、プ
ロセスが簡略化できる。特に、金属膜が白金またはパラ
ジウムの場合にはドライエッチングされにくいので、金
属膜が厚い場合にはエッチング条件をその部分で変える
必要が生じてしまう。

【００２５】本発明の一の局面に従う金配線を有する半
導体装置の製造方法は、金膜上に金膜と異なる材料から
なり表面が白金またはパラジウムからなる金属膜を形成
する工程と、金属膜上に第１のシリコン酸化膜を形成す
る工程と、第１のシリコン酸化膜をパターニングする工
程と、パターニングされた第１のシリコン酸化膜をマス
クとしてドライエッチングすることで金属膜と金膜をパ
ターニングする工程とを備えている。

【００２６】本発明の一の局面に従う金配線を有する半
導体装置の製造方法では、第１のシリコン酸化膜をマス
クとして金膜をパターニングするため、金膜のエッチン
グ条件におけるシリコン酸化膜と金膜との選択比を大き
くすることができる。このため、厚い金膜をパターニン
グするときでも、レジストを厚くする必要はない。よっ
て、レジストが厚くなることによるパターンの解像度の
低下は生じない。したがって、微細パターンの配線を精
度よく形成することができるとともに、段差エッジ部に
おける金膜の断線を防止することもできる。また金膜の
上面に接し、かつ金膜と同一パターンとなるように、金
膜と異なる材料からなる金属膜が設けられているため、
金膜とシリコン酸化膜との密着性を良好とし、ドライエ
ッチング中にシリコン酸化膜が剥がれることを防止する
ことができ、再現性よくドライエッチングを行なうこと
が可能となる。また白金、パラジウムは、上記のように
表面に酸化膜を生じないが、シリコン酸化膜との密着性
がよい。また、金のドライエッチングの場合、白金また
はパラジウムはマスクとして用いた場合の選択性が良い
ので、シリコン酸化膜と白金（またはパラジウム）によ
る２層のマスクとして金をパターニングすることも有効
である。

【００２７】本発明の他の局面に従う金配線を有する半
導体装置の製造方法は、金膜上に金膜と異なる材料から
なる金属膜を形成する工程と、金属膜を酸化させる工程
と、金属膜上に第１のシリコン酸化膜を形成する工程
と、第１のシリコン酸化膜をパターニングする工程と、
パターニングされた第１のシリコン酸化膜をマスクとし
てドライエッチングすることで金属膜と金膜をパターニ
ングする工程とを備えている。

【００２８】本発明の他の局面に従う金配線を有する半
導体装置の製造方法では、第１のシリコン酸化膜をマス
クとして金膜をパターニングするため、金膜のエッチン
グ条件におけるシリコン酸化膜と金膜との選択比を大き
くすることができる。このため、厚い金膜をパターニン
グするときでも、レジストを厚くする必要はない。よっ
て、レジストが厚くなることによるパターンの解像度の
低下は生じない。したがって、微細パターンの配線を精
度よく形成することができるとともに、段差エッジ部に
おける金膜の断線を防止することもできる。また金膜の
上面に接し、かつ金膜と同一パターンとなるように、金
膜と異なる材料からなる金属膜が設けられているため、
金膜とシリコン酸化膜との密着性を良好とし、ドライエ
ッチング中にシリコン酸化膜が剥がれることを防止する
ことができ、再現性よくドライエッチングを行なうこと
が可能となる。また、シリコン酸化膜の密着性がより向
上し、再現性よくドライエッチングを行なうことが可能
となる。おそらく、シリコン酸化膜の密着性が金属に対
してより金属酸化膜に対しての方がより強いためであろ
うと考えられる。

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図に基づいて説明する。

【００３４】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１における半導体装置の構成を概略的に示す断面図
である。図１を参照して、たとえば化合物半導体よりな
る基板１上に、エッチングストップ層となるシリコン酸
化膜２がたとえば０．２μｍの厚みで形成されている。
このシリコン酸化膜２上に、たとえば１μｍの厚みを有
する金膜４がパターニングされて形成されている。この
金膜４上に、金膜４と同一パターンを有するシリコン酸
化膜５がたとえば０．５μｍの厚みで形成されている。

【００３５】なお、これより上層の構成については、説
明の便宜上その説明を省略する。次に、本実施の形態の
製造方法について説明する。

【００３６】図２および図３は、本発明の実施の形態１
における半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面
図である。まず図２を参照して、基板１上に、シリコン
酸化膜２、金膜４およびシリコン酸化膜５がこの順で堆
積される。シリコン酸化膜２、５の堆積は、基板温度を
たとえば２００℃〜３００℃として行なわれる。

【００３７】シリコン酸化膜５上にフォトレジスト１０
がたとえば１μｍの厚みで塗布された後、通常の写真製
版技術によりパターニングされる。このレジストパター
ン１０をマスクとして、ＣＦ₄ガスを用いたドライエッ
チングが行なわれる。

【００３８】図３を参照して、このドライエッチングに
より、シリコン酸化膜５がパターニングされる。なお、
このエッチングにおけるレジスト１０とシリコン酸化膜
５との選択比（シリコン酸化膜／レジスト）は１程度で
ある。パターニングされたシリコン酸化膜５をマスクに
して、塩素ガスを用いて金膜４がドライエッチングされ
る。このエッチングは、シリコン酸化膜５（またはシリ
コン酸化膜２）と金膜４との選択比が十分得られる条件
で行なわれる。

【００３９】このドライエッチングはＩＣＰ（Inductiv
ely Coupled Plasma）を応用したドライエッチング装置
により行なわれる。また金膜４のドライエッチングを行
なう際、反応物の基板からの揮発を促進するために基板
温度は１００℃〜２５０℃とされる。エッチングは、エ
ッチングストップ層であるシリコン酸化膜２に達したと
ころで終了される。

【００４０】ここで、エッチングガスとしては塩素系の
ガスであればよいが、特に塩素ガスを用いて金膜４のド
ライエッチングを行なう場合においては、シリコン酸化
膜５と金膜４との選択比（金／シリコン酸化膜）は１０
以上である。このため、金膜４の厚みが１μｍ以上と厚
い場合でもシリコン酸化膜５の厚みを薄くすることがで
き、微細加工（配線幅１μｍ）を容易に行なうことがで
きる。これにより、図１に示す構成が得られる。

【００４１】なお、図３においてレジストパターン１０
はシリコン酸化膜５をパターニングした後にアッシング
により除去されてもよく、また金膜４のエッチングによ
り除去されてもよい。

【００４２】本実施の形態では、金膜４のパターニング
時においてシリコン酸化膜５をマスクとしている。この
ため、金膜４のエッチング条件におけるシリコン酸化膜
５と金膜４との選択比は、レジストパターン１０と金膜
４との選択比よりも大きくできる。よって、厚い金膜４
のパターニングを行なう場合でも、レジストパターン１
０の厚みを厚くする必要はない。このため、レジスト１
０が厚くなることによるパターンの解像度の低下は生じ
ない。したがって、微細パターンの形成が可能となる。

【００４３】また、エッチングにおけるシリコン酸化膜
５と金膜４との選択比を大きくできるため、金膜４の段
差エッジ部において金膜４が断線することを防止するこ
ともできる。

【００４４】またレジストパターン１０は熱によりパタ
ーンが変形する恐れがある。このため、金膜４のパター
ニングにおいてレジストパターン１０をマスクとして用
いた場合、金膜４の微細加工が困難となる。しかし、本
実施の形態では、金膜４のパターニングのためのマスク
としてシリコン酸化膜５が用いられている。このシリコ
ン酸化膜５はレジストよりも熱による変形が生じがたい
ため、微細加工に適している。

【００４５】また塩素系のガスを用いてドライエッチン
グを行なった場合、エッチング終了後に残留する塩素や
塩素化合物がデバイスに悪影響を及ぼすという問題があ
る。

【００４６】このため本実施の形態では、金膜４のエッ
チングが終了した後、残留する塩素や塩素化合物（Ａｕ
Ｃｌ、ＡｕＣｌ₂、ＡｕＣｌ₃など）を除去する処理が施
される。その処理とは、酸素プラズマに晒し、水洗を行
なった後、希塩酸に浸し、水洗を行なうというもので、
これにより周辺のデバイスへの塩素イオンの拡散による
デバイスの劣化が防止される。

【００４７】なお、希塩酸の代わりに酸性水溶液やアル
カリ性水溶液を用いることができるが、希塩酸を用いた
方が塩素化合物をより溶解しやすく好ましい。

【００４８】また本実施の形態において、金膜４のドラ
イエッチングはＩＣＰドライエッチング装置を用いて行
なったが、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）ド
ライエッチング装置やＲＩＥ（Reactive Ion Etching）
装置を用いて行なうこともできる。本実施の形態におい
ては、ＩＣＰドライエッチングを適用することにより、
通常のＲＩＥに比較して高いエッチングレートを得るこ
とができる。また、エッチングガスは塩素ガスを用いた
が、たとえばＣＣｌ₄、ＣＣｌ₂、ＣＣｌ₂Ｆ₂、ＣＣｌＦ
₃、ＳｉＣｌ₄、ＢＣｌ₃などを用いることもできる。

【００４９】（実施の形態２）図４は、本発明の実施の
形態２における半導体装置の構成を概略的に示す断面図
である。

【００５０】図４を参照して、本実施の形態の半導体装
置では、図１に示す実施の形態１の構成と比較して、エ
ッチングストッパとなるシリコン酸化膜２と金膜４との
間にチタン膜３が追加されている点において異なる。

【００５１】なお、これ以外の構成については、上述し
た実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の部
材については同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００５２】チタン膜３を設けたことにより、金膜４と
下地との密着性が向上する。またチタン膜３のドライエ
ッチングは金膜４と同様の条件で行なうことができる。
また金膜４およびチタン膜３のドライエッチング後に残
留する塩素や塩素化合物の除去処理として、酸素プラズ
マに晒した後、チタン膜３が腐食しないようにフェノー
ルを含む極性有機溶液に浸し、アセトンおよびＩＰＡで
洗浄した後、酸素プラズマに晒す処理が行なわれる。

【００５３】本実施の形態においては、実際に化合物半
導体基板１上にＨＢＴ（Heterojunction Bipolar Trans
istor）を形成し、金配線を作成した。金膜４のエッチ
ング後に残留する塩素や塩素化合物の除去処理を行なっ
たウエハの素子は、除去処理を行なわなかったものに比
較して、デバイスの信頼性が優れていた。

【００５４】フェノールの代わりにアルキルフェノー
ル、あるいはモノエタノールアミンを含む極性有機溶液
を用いても同様の効果があった。

【００５５】実施の形態１で示したように金膜４のみの
場合においてもこの除去処理は有効である。

【００５６】本実施の形態において、金膜４およびチタ
ン膜３のドライエッチングはＩＣＰドライエッチング装
置を用いて行なったが、ＥＣＲドライエッチング装置や
ＲＩＥ装置を用いて行なうこともできる。本実施の形態
においては、ＩＣＰドライエッチングを適用することに
より、通常のＲＩＥに比較して高いエッチングレートを
得ることができる。また、エッチングガスは塩素ガスを
用いたが、たとえばＣＣｌ₄、ＣＣｌ₂、ＣＣｌ₂Ｆ₂、Ｃ
ＣｌＦ₃、ＳｉＣｌ₄、ＢＣｌ₃などを用いて行なうこと
もできる。

【００５７】（実施の形態３）図５は、本発明の実施の
形態３における半導体装置の構成を概略的に示す断面図
である。図５を参照して化合物半導体基板１０１上に、
たとえばポリイミドよりなる層間絶縁膜１０２と、たと
えば０．２μｍの厚みのシリコン酸化膜１０３とが形成
されている。この層間絶縁膜１０２とシリコン酸化膜１
０３とには、基板１０１表面に達するコンタクトホール
が形成されている。

【００５８】コンタクトホールを通じて基板１０１の表
面に接するようにチタン膜１０４がたとえば０．１μｍ
の厚みで形成されている。チタン膜１０４上には、チタ
ン膜１０４と同一パターンとなるようにたとえば１μｍ
の厚みで金膜１０５が形成されている。この金膜１０５
上には、たとえば０．５μｍの厚みのシリコン酸化膜１
０６と、たとえば３μｍの厚みのポリイミドよりなる平
坦化層１０７と、シリコン酸化膜１０８とが順に形成さ
れており、各々チタン膜１０４と同一パターンを有して
いる。

【００５９】次に、本実施の形態における製造方法につ
いて説明する。図６および図７は、本発明の実施の形態
３における半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断
面図である。図６を参照して、化合物半導体基板１０１
上に、たとえばポリイミドよりなる層間絶縁膜１０２と
シリコン酸化膜１０３とが順に形成される。その後、通
常の写真製版技術およびエッチング技術により、シリコ
ン酸化膜１０３と層間絶縁膜１０２とに、基板１０１表
面に達するコンタクトホールが形成される。この後、チ
タン膜１０４と、金膜１０５と、シリコン酸化膜１０６
と、たとえばポリイミドよりなる平坦化層１０７と、シ
リコン酸化膜１０８とが順に形成される。シリコン酸化
膜１０８上には、通常の写真製版技術によりレジストパ
ターン１１０が形成され、このレジストパターン１１０
をマスクとしてシリコン酸化膜１０８がパターニングさ
れる。

【００６０】図７を参照して、パターニングされたシリ
コン酸化膜１０８をマスクとして、酸素ガスとＣＦ₄ガ
スの混合ガスを用いたドライエッチングにより平坦化層
１０７がパターニングされ、続いてＣＦ₄ガスを用いた
ドライエッチングによりシリコン酸化膜１０６がパター
ニングされる。

【００６１】この後、３層積層膜１２０をマスクとし
て、実施の形態１と同様の条件でドライエッチングを行
なうことにより、金膜１０５とチタン膜１０４とがパタ
ーニングされて、図５に示す構成が得られる。

【００６２】段差の大きい下地上に金配線を形成する場
合、フォトレジストなどをマスクに用いて金膜のエッチ
ングを行なうと、図１８および図１９に示すように段差
のエッジ部分Ｐで断線する場合がある。しかし、本実施
の形態では３層積層膜１２０をマスクに用いて金膜１０
５のエッチングを行なうため、段差のエッジ部分におい
ても断線を防止することができる。また、この段差（図
６のＳ）が２μｍ以上の場合においても金膜１０５の断
線は生じないことが確認された。

【００６３】なお、平坦化層１０７の材料としては、基
板１０１、金膜１０５およびチタン膜１０４が反応しな
いように熱処理（焼成のためのベーク）の温度が比較的
低温（４００℃以下）であり、かつシリコン酸化膜のＣ
ＶＤ（Chemical Vapour Deposition）温度（２５０℃）
において安定な材料が望ましい。そのため、平坦化層１
０７の材料としては、２５０℃〜４００℃の熱処理によ
り硬化する材料が好ましい。本実施の形態では、平坦化
層１０７の材料としてポリイミドを用いた場合について
説明したが、その材料としてＢＣＢ（ベンゾシクロブテ
ン）を用いることもできる。

【００６４】なお、図６においてレジストパターン１１
０は、シリコン酸化膜１０８をパターニングした後にア
ッシングにより除去されてもよく、また平坦化層１０
７、シリコン酸化膜１０６などのエッチングにより除去
されてもよい。

【００６５】（実施の形態４）図８は、本発明の実施の
形態４における半導体装置の構成を概略的に示す断面図
である。図８を参照して、本実施の形態の半導体装置
は、図４に示す実施の形態２の構成と比較して、表面が
酸化されたチタン膜６が追加されている点において異な
る。このチタン膜６は、金膜４とシリコン酸化膜５との
間に形成されており、かつ下部６ａの材質はチタンより
なり、上部６ｂの材質は酸化チタンよりなっている。こ
の表面が酸化されたチタン膜６の厚みは、たとえば０．
１μｍである。

【００６６】なお、これ以外の構成については、上述し
た実施の形態２の構成とほぼ同じであるため、同一の部
材については同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００６７】次に、本実施の形態の製造方法について説
明する。図９は、本発明の実施の形態４における半導体
装置の製造方法を示す概略断面図である。図９を参照し
て、化合物半導体基板１上に、たとえば０．２μｍの厚
みのシリコン酸化膜２と、たとえば０．１μｍの厚みの
チタン膜３と、たとえば１μｍの厚みの金膜４と、たと
えば０．１μｍの厚みのチタン膜６とが順に堆積され
る。次に、チタン膜６の表面が、酸素プラズマに晒され
ることにより酸化される。これにより、下部６ａはチタ
ンよりなり、上部６ｂは酸化チタンよりなるチタン膜６
が形成される。

【００６８】チタン膜６上に、たとえば０．５μｍの厚
みのシリコン酸化膜５が堆積される。このシリコン酸化
膜５上に、通常の写真製版技術によりレジストパターン
１０が形成される。このレジストパターン１０をマスク
として、ＣＦ₄ガスを用いたドライエッチングによりシ
リコン酸化膜５がパターニングされる。パターニングさ
れたシリコン酸化膜５をマスクとして、実施の形態１と
同じ条件でドライエッチングを行なうことにより、チタ
ン膜６、金膜４およびチタン膜３が連続的にパターニン
グされて、図８に示す構成が得られる。

【００６９】図８を参照して、金膜４上に直接シリコン
酸化膜５を堆積した場合、金膜４とシリコン酸化膜５と
の間の密着性があまりよくないため、ドライエッチング
中にマスクパターン５が剥がれる問題が生ずる場合があ
る。しかし、本実施の形態では、金膜４とシリコン酸化
膜５との間に、表面を酸化させたチタン膜６が設けられ
ている。このため、金膜４とシリコン酸化膜５との密着
性が向上し、ドライエッチング中のマスクパターン５の
剥がれを防止することができ、再現性よくドライエッチ
ングを行なうことができる。

【００７０】本実施の形態において、金膜４に接して上
部に設けた金属膜６は表面が酸化されたチタンよりなっ
ているが、これに限定されず、表面が酸化されたもので
あれば、アルミニウム、タングステン、銅、銀、ニッケ
ルまたはこれらの合金よりなる金属膜でもよく、これら
の材料でも同様の効果が得られる。

【００７１】特に、金属膜６としてチタン膜およびアル
ミニウム膜が用いられた場合、これらの材質では大気中
でも表面に自然酸化膜が形成される。このため、金属膜
６としてチタン膜またはアルミニウム膜を堆積した後に
大気中に晒すことにより、Ｏ ₂プラズマに晒した場合と
同様の効果が得られる。また、金属膜６としてアルミニ
ウム膜、ニッケル膜を用いる場合には、これらの金属は
金と反応するため、図１０に示すように金膜４と金属膜
６との間にチタン、白金またはタングステンよりなるバ
リアメタル７を設けることが望ましい。

【００７２】（実施の形態５）図１１は、本発明の実施
の形態５における半導体装置の構成を概略的に示す断面
図である。図１１を参照して、本実施の形態の半導体装
置は、図４に示す実施の形態２の構成と比較して、白金
またはパラジウムよりなる金属膜８が追加されている点
において異なる。この金属膜８は、金膜４とシリコン酸
化膜５との間に設けられ、たとえば０．２μｍの厚みを
有している。

【００７３】なお、これ以外の構成については、上述し
た実施の形態２の構成とほぼ同じであるため、同一の部
材については同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００７４】次に、本実施の形態の製造方法について説
明する。図１２および図１３は、本発明の実施の形態５
における半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面
図である。図１２を参照して、化合物半導体基板１上
に、たとえば０．２μｍの厚みのシリコン酸化膜２と、
たとえば０．１μｍの厚みのチタン膜３と、たとえば１
μｍの厚みの金膜４と、たとえば０．２μｍの厚みの白
金膜８と、たとえば０．５μｍの厚みのシリコン酸化膜
５がこの順に堆積される。シリコン酸化膜５上に、通常
の写真製版技術によりレジストパターン１０が形成され
る。このレジストパターン１０をマスクとして、ＣＦ₄
ガスを用いたドライエッチングによりシリコン酸化膜５
がパターニングされる。パターニングされたシリコン酸
化膜５をマスクとして、塩素ガスと四塩化珪素（ＳｉＣ
ｌ₄）ガスの混合ガスを用いて、白金膜８のドライエッ
チングが行なわれる。このエッチングは、シリコン酸化
膜５と白金膜８との選択比が１程度となる条件にて行な
われる。

【００７５】図１３を参照して、このドライエッチング
により、白金膜８がパターニングされる。続いて、エッ
チングガスを塩素ガスに切換えて、実施の形態１と同じ
条件のドライエッチングを行なうことにより、金膜４と
チタン膜３とがパターニングされて、図１１に示す構成
が得られる。

【００７６】本実施の形態では、図１１に示すように金
膜４とシリコン酸化膜５との間に白金またはパラジウム
よりなる金属膜８が設けられている。このため、金膜４
とシリコン酸化膜５との密着性が向上し、再現性よくド
ライエッチングを行なうことができる。

【００７７】金膜４のエッチングにおいて、基板温度を
１００℃〜２５０℃として塩素ガスを用いてドライエッ
チングを行なった場合、この温度範囲では白金の塩化物
は揮発しがたいため、白金膜８と金膜４との選択比（金
／白金）が２０以上となることがわかった。このため、
マスクであるシリコン酸化膜５が、図１４に示すように
金膜４のエッチング途中になくなってしまった場合で
も、白金膜８がマスクとなるため、問題なく金膜４のパ
ターニングを行なうことができる。

【００７８】また、図１２において、シリコン酸化膜５
を白金膜８と同じ程度の厚みとなるように堆積すれば、
金膜４のエッチングが終了した段階で、シリコン酸化膜
５を、図１４に示すように完全に除去することができ
る。このようにすれば、マスクであるシリコン酸化膜５
の別個の除去工程が不要となり、工程の簡略化を図るこ
とができる。

【００７９】本実施の形態においては、白金膜８のドラ
イエッチングには塩素ガスと四塩化珪素ガスとの混合ガ
スを用いたが、アルゴンガスやＣＣｌ₄、ＣＣｌ₂、ＣＣ
ｌ₂Ｆ₂、ＣＣｌＦ₃、ＢＣｌ₃などの他の塩素系ガスを用
いることもできる。

【００８０】（実施の形態６）図１１を参照して、本実
施の形態の半導体装置は、実施の形態５の構成と比較し
て、白金またはパラジウムよりなる金属膜８の厚みが異
なる。金属膜８の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下で
ある。

【００８１】なお、これ以外の構成については、実施の
形態５の構成とほぼ同じであるためその説明を省略す
る。

【００８２】次に本実施の形態の製造方法について説明
する。図１２を参照して、化合物半導体基板１上に、た
とえば０．２μｍの厚みのシリコン酸化膜２と、たとえ
ば０．１μｍの厚みのチタン膜３と、たとえば１μｍの
厚みの金膜４と、たとえば２ｎｍの厚みの白金よりなる
金属膜８と、たとえば０．５μｍの厚みのシリコン酸化
膜５とがこの順に堆積される。シリコン酸化膜５上に通
常の写真製版技術によりレジストパターン１０が形成さ
れる。このレジストパターン１０をマスクとして、ＣＦ
₄ガスを用いたドライエッチングがシリコン酸化膜５に
施される。

【００８３】図１３を参照して、このエッチングによ
り、シリコン酸化膜５がパターニングされる。パターニ
ングされたシリコン酸化膜５をマスクにして、実施の形
態１と同じ条件のドライエッチングにより、金属膜８、
金膜４およびチタン膜３が同一のエッチング条件で連続
的にパターニングされて、図１１に示す構成が得られ
る。

【００８４】本実施の形態では、金膜４とシリコン酸化
膜５との間に、たとえば白金またはパラジウムよりなる
金属膜５が設けられている。このため、金膜４とシリコ
ン酸化膜５との密着性が向上し、マスクであるシリコン
酸化膜５がエッチング中に剥がれることもなく、再現性
のよいエッチングを行なうことができる。

【００８５】また上記の製造方法では、金属膜５の膜厚
を２ｎｍとしたが、その膜厚は０．５ｎｍ以上５ｎｍ以
下であればよい。金属膜８の膜厚が０．５ｎｍ以上であ
れば、シリコン酸化膜５と金膜４との密着性向上の効果
が認められるからである。

【００８６】また金属膜８の膜厚を５ｎｍ以下としたの
は以下の理由に基づく。金膜膜８の膜厚が厚い場合、た
とえば５００ｎｍの場合、下記の問題が生ずることがあ
る。

【００８７】図１２の状態からシリコン酸化膜５をマス
クとして白金よりなる金属膜（５００ｎｍ）８のドライ
エッチングを行なった場合、図１５に示すように、白金
および白金の塩化物などの反応物８ａがマスク５の側壁
に再堆積する。この状態で金膜４のドライエッチングを
行なった場合、図１６に示すようにそのエッチング完了
後に再堆積物８ａが残留して金膜４などのエッチング形
状が悪化する。このエッチング形状の悪化は金属膜８の
膜厚が厚い程、顕著となる。

【００８８】しかし、金属膜８の膜厚を５ｎｍ以下とす
れば、金属膜８のドライエッチング時に反応物が再堆積
することを抑制でき、エッチング形状の悪化を防止する
ことができる。

【００８９】さらに、金属膜８の膜厚を５ｎｍ以下とす
ることにより、実施の形態１で示した金膜４のドライエ
ッチング条件で金属膜８、金膜４およびチタン膜３を連
続的にエッチングすることができる。

【００９０】実施の形態４〜６の金属膜８は図５〜７に
示す実施の形態３に適用されてもよい。

【００９１】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によればシリ
コン酸化膜をマスクとして金膜をパターニングするた
め、エッチングにおけるシリコン酸化膜と金膜との選択
比を十分に大きくすることができる。このため、厚い金
膜をパターニングするときでも、厚いレジストは不要と
なり、微細パターンの配線を精度よく形成することがで
きるとともに、段差エッジ部における金膜の断線を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１における半導体装置の
構成を概略的に示す断面図である。

【図２】 本発明の実施の形態１における半導体装置の
製造方法の第１工程を示す概略断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態１における半導体装置の
製造方法の第２工程を示す概略断面図である。

【図４】 本発明の実施の形態２における半導体装置の
構成を概略的に示す断面図である。

【図５】 本発明の実施の形態３における半導体装置の
構成を概略的に示す断面図である。

【図６】 本発明の実施の形態３における半導体装置の
製造方法の第１工程を示す概略断面図である。

【図７】 本発明の実施の形態３における半導体装置の
製造方法の第２工程を示す概略断面図である。

【図８】 本発明の実施の形態４における半導体装置の
構成を概略的に示す断面図である。

【図９】 本発明の実施の形態４における半導体装置の
製造方法を説明するための概略断面図である。

【図１０】 本発明の実施の形態４における半導体装置
の変形例を説明するための概略断面図である。

【図１１】 本発明の実施の形態５における半導体装置
の構成を概略的に示す断面図である。

【図１２】 本発明の実施の形態５における半導体装置
の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。

【図１３】 本発明の実施の形態５における半導体装置
の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。

【図１４】 本発明の実施の形態５における半導体装置
の製造方法の変形例を説明するための概略断面図であ
る。

【図１５】 本発明の実施の形態６における半導体装置
の金属膜の膜厚を説明するための概略断面図である。

【図１６】 本発明の実施の形態６における半導体装置
の金属膜の膜厚を説明するための概略断面図である。

【図１７】 従来の半導体装置の構成を概略的に示す断
面図である。

【図１８】 従来の半導体装置の問題点を説明するため
の第１工程図である。

【図１９】 従来の半導体装置の問題点を説明するため
の第２工程図である。

【符号の説明】

１，１０１ 化合物半導体基板、２，５，１０３，１０
６，１０８ シリコン酸化膜、３，６，１０４ チタン
膜、４，１０５ 金膜、１０２ 層間絶縁膜、１０７
平坦化層、６，８ 金属膜、７ バリアメタル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3213 H01L 21/3205

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターニングされた金膜と、前記金膜の
   上に前記金膜と同一パターンに形成された、前記金膜と
   異なる材料からなる金属膜と、 前記金属膜 の上部に前記金膜と同一パターンに形成され
   た第１のシリコン酸化膜とを備え、 前記金属膜の表面の材質は白金またはパラジウムであ
   る 、金配線を有する半導体装置。
2. 【請求項２】 パターニングされた金膜と、 前記金膜の上に前記金膜と同一パターンに形成された、
   前記金膜と異なる材料からなる金属膜と、 前記金属膜の上部に前記金膜と同一パターンに形成され
   た第１のシリコン酸化膜とを備え、 前記金属膜の表面は酸化されている、金配線を有する半
   導体装置。
3. 【請求項３】 前記金属膜の厚みは０．５ｎｍ以上５ｎ
   ｍ以下である、請求項１に記載の金配線を有する半導体
   装置。
4. 【請求項４】 パターニングされた金膜と、 前記金膜の上部に前記金膜と同一パターンに形成された
   第１のシリコン酸化膜とを備え、 前記金膜と前記第１のシリコン酸化膜との間に、前記金
   膜と同一パターンの第２のシリコン酸化膜と平坦化層と
   が順に設けられている、金配線を有する半導体装置。
5. 【請求項５】 前記金膜の上面に接し、かつ前記金膜と
   同一パターンとなるように、前記金膜と異なる材料から
   なる金属膜が設けられている、請求項４に記載の金配線
   を有する半導体装置。
6. 【請求項６】 前記金属膜の表面は酸化されている、請
   求項５に記載の金配線を有する半導体装置。
7. 【請求項７】 前記金属膜の表面の材質は白金またはパ
   ラジウムである、請求項５に記載の金配線を有する半導
   体装置。
8. 【請求項８】 前記金属膜の厚みは０．５ｎｍ以上５ｎ
   ｍ以下である、請求項５〜７のいずれかに記載の金配線
   を有する半導体装置。
9. 【請求項９】 金膜上に、前記金膜と異なる材料からな
   り表面が白金またはパラジウムからなる金属膜を形成す
   る工程と、 前記金属膜上に 第１のシリコン酸化膜を形成する工程
   と、 前記第１のシリコン酸化膜をパターニングする工程と、 パターニングされた前記第１のシリコン酸化膜をマスク
   としてドライエッチングすることで、前記金属膜と前記
   金膜をパターニングする工程とを備えた、金配線を有す
   る半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 金膜上に、前記金膜と異なる材料から
    なる金属膜を形成する工程と、 前記金属膜を酸化させる工程と、 前記金属膜上に第１のシリコン酸化膜を形成する工程
    と、 前記第１のシリコン酸化膜をパターニングする工程と、 パターニングされた前記第１のシリコン酸化膜をマスク
    としてドライエッチングすることで、前記金属膜と前記
    金膜をパターニングする工程とを備えた、金配線を有す
    る半導体装置の製造方法。