JPH01191450A

JPH01191450A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH01191450A
Application number: JP1448988A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takeuchi; 寛竹内; Shigeki Kimura; 繁樹木村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-01-27
Filing date: 1988-01-27
Publication date: 1989-08-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は半導体装置の製造方法特にＡＱ多層配線構造
を用いた半導体装置の製造方法に関する。

（従来の技術）従来、半導体素子の特性向上と高集積化のため、スケー
リング則による素子の縮小化が行なわれている。然しな
がら金属電極配線例えばアルミニウム配線形成は素子の
高集積化による電流密度の増加からスケーリング則を受
は入れ難い。従って、ｉ電極配線を重ねた、２層以上即
ち多層配線技術が要求されて来た。この多層配線技術の
問題点は１層目の金属電極線（例えば１−３ｉ、Ｓｉ１
．０％添加）を形成した後２層目の金属電極配線とを絶
縁する層間絶縁膜の形成と更らに２層目の金属電極配線
を精度よく形成する為の平坦化技術に有する。−殻内に
平均技術は、２つの方法が知られている。

その１つは、レジストエッチバック法と呼ばれ１層目の
金属電極配線を形成（Ｍｊ層間絶縁膜被覆した後の半導
体板に生じた凹凸を例えばフォトレジスト等の回転塗布
により平坦化し続いて表面をエツチング（エツチング）
する。この時層間絶縁膜の曲部分のみをエツチングし凹
部分（即ち底部）はフォトレジストで保護される為エツ
チングが進行せず平坦化が達成される。もう１つは層間
絶縁膜を被覆した後の半導体基板上に生じた凹凸表面上
にＳ　ＯＧ　（Ｓｐｉｎ　ｏｎ　Ｇｒａｓｓ）膜を塗布
し、その後ＳＯＧ膜を覆う第２の層間絶縁膜を形成し平
坦化を達成するＳＯａ法がある。

（発明が解決しようとする課題）これら従来技術による平坦化法の問題点として前述のレ
ジストエツチング法は凸部のエツチング（エッチバック
）の制御性に困難がある。また後述のＳＯＧ法では、微
線な凹凸の平坦化に適しているが、その後行なう第２層
目の金属配線と第１層目の金属の接続をする連通孔を開
口する際に用いるＲ　Ｉ　Ｅ　（Ｒｅａｃｔｉｕｅ　ｉ
ｏｎ　ｅｔｃｈｉｎｇ）により生成された絶縁性の反応
生成物が連通孔を塞ぐ。また引続き行なう第２層目の金
属電極配線材料の形成時にＳ　ＯＧ　（Ｓｐｉｎ　ｏｎ
　Ｇｒａｓｓ）層からの放出ガスが連通孔内の金属電極
配線を酸化し電気抵抗を増大する等の問題を引き起こし
ている。

ＳＯＧを用いた平坦化法の問題点を第２図（ａ）〜（ｂ
）を用いて詳細に説明する。即ち、第２図（ａ）に示す
如く半導体基板上田にトランジスタ領域が形成され第１
層目の金属電極配線（ＡＱ−３ｉ）が終了し、ＳＯＧ膜
による平坦化、層間絶縁形成、第２層目の金属電極配線
を第１層目の金属電極配線へ接続する連通孔（１０）を
開口する。上記連通孔の開口はフォトレジストパターン
をマスクとし反応性イオンエツチング法により行なわれ
る。この時にオーバーエツチングにより第１層目の金属
電極配線材であるＡＱ　−ＳＬもわずかながらエツチン
グされ同時にエツチングされるマスク材のフォトレジス
トとの反応生成物が連通孔内壁面に付着する。この反応
生成物はアルミニウム化合物で次いて行なう酸素灰化法
によるフォトレジストの除去時にも連通孔内に残留する
。引続き純水洗浄の処理を施し第２図（ｂ）の如く第２
層目の金属電極配線（１３）を施し半導体装置が形成さ
れる。然しながら、第２図（ａ）の連通孔内に残留した
フォトレジストとアルミニウムの反応生成物は第２層目
の金属電極材形成の前処理である純水洗浄により一部は
剥離除去されるが一部残留し金属電極材の連通孔内への
形成を防げる。更らに反応生成物の剥離により現出した
連通孔内壁のＳＯＧ９層からの脱ガスにより第２層目の
金属電極材が酸化（１４）され電気抵抗が増大する。こ
の結果完成された半導体装置の特性を調べると第１層目
と第２層目の金属電極が接続する接触抵抗値がバラツキ
をもちその値は１．０μｓ２の連通口内で０．５Ω〜無
限大と大きな値となっていた。

本発明の目的は、上記事情に鑑みてなされたもので、Ｓ
ＯＧ法を用いた２層金属配線構造を有する半導体装置の
信頼性向上を図り得る製造方法を提供することを目的と
するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は半導体基板に形成された能動素子を接続する第
１層目の金属電極配線パターン形成した後、第１の層間
絶縁膜を形成し、続いて５ｐｉｎ　ｏｎＧｒａｓｓを塗
布引き続き第２の層間絶縁膜を形成した後、第１層目の
金属電極配線パターンに連通ずる連通孔を第２の層間絶
縁膜、５ｐｉｎ　ｏｎ　Ｇｒａｓｓ、第１層間絶縁膜を
介して開口する。この後半導体基板全体をコリン濃度５
％〜２０％（重量比）の溶液に浸漬し、更らに酸素分圧
１０％以上のガスプラズマに曝す工程を経てこの後従来
と同様第２層目の金属電極配線を形成する。

次に本発明の半導体装置の製造方法のコリン濃度と酸素
分圧の限定理由について詳細に説明する。

■　コリンコリンの水溶液は反応性イオンエツチングによって生成
されるアルミニウム或いはアルミニウム合金と有機物（
例えばフォトレジスト）との混合合成物を溶解する。か
かるコリンの濃度が２０％を超えると金属電極配線材の
アルミニウム或はアルミニウム合金自体の溶解速度が急
上昇し、部以下では前記混合合成物の溶解速度が著しく
低下する。

より好ましいコリンの濃度は重量比で５％〜２０％の範
囲である。

■　酸素酸素はガスプラズマ化する事により連通孔側壁面に現出
しているＳ　ＯＧ　（Ｓｐｉｎ　ｏｎ　Ｇｒａｓｓ）層
のＤｅｎｓｉｆｙ効果をもつ。かかる酸素ガスプラズマ
の分圧は、１０％以下ではＳ　ＯＧ　（Ｓｐｉｎ　ｏｎ
　Ｇｒａｓｓ）のＤｅｎｓｉｆｙ効果を著しく低下する
。好ましくはＳＯＧの酸化とＤｅｎｓｉｆｙ効果を高め
る酸素分圧１０％以上のガスプラズマ放電に連通孔を開
口した半導体基板を曝らす事が望ましい６（作　用）本発明によれば連通孔を開口した半導体基板をコリン溶
液に浸漬する事により、連通孔開口時に生成されたＲ　
Ｉ　Ｅ　（Ｒｅａｃｔｉｏｅ　Ｃａｎ　ｅｔｃｈｉｎｇ
）の反応生成物（アルミニウム或はアルミニウム合金と
ｐｈ□ｔＯＲｅｓｉｓｔの混合合成物）を除去する。更
らに酸素ガスプラズマに曝らす事により連通孔側壁に現
出したＳ　ＯＧ　（Ｓｐｉｎ　ｏｎ　Ｇｒａｓｓ）をデ
ンシファイする事が出来るため、引続き行なう従来の第
２層目の金属電極配線材（例えばアルミニウム）の成膜
時に起こる連通孔内部の抵抗値の増大を防止する事がで
き信頼性の高い金属電極配線形成ができる。

（実施例）以下本発明を第１図（ａ）〜（ｃ）を用いて詳細に説明
する。

第１図（ａ）に従来法と同様の半導体装置製造工程を用
いた第２層目の金属電極配線形成直前の工程断面図を示
す。第１図（ａ）は、以下に示す工程を径で形成される
。即ち、ｐ型（１００）基板ω上にローｃｈａｎｎｅｌ
　トランジスタを形成し第１層目の金属電極であるＡＱ
−３ｉ（ＳＬ含有量１．０％）合金配線■のパターンを
設け、第１の層間絶縁膜（８）をシランガス（ＳｉＨ４
）と亜酸化窒素（Ｎ２０）ガスを用いたプラズマＣＶ　
Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｅｒ　ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）法によりシリコン酸化膜を厚さ０．５−堆積す
る。続いてＳＯＧ　（Ｓｐｉｎ　ｏｎ　Ｇｒａｓｓ）膜
（９）を全面に厚さ０．３−塗布硬化し平坦化を達成し
た後第２の層間絶縁膜（へ）′を第１の層間絶縁膜（８
）と同様にプラズマＣＶＤ法により厚さ０．５ｍ坦積す
る。引続きフォトレジストマスクパターンを用い第１層
目の金属電極配線であるＡＱ　−Ｓｉ■パターン表面に
達する連通孔（１０）をフレオン系ガスを用いた反応性
イオンエツチング法で開口しマスク材のフォトレジスト
を酸素灰化法により除去する。以上の工程により第１図
（ａ）が形成される。

続いて連続孔内に生じた絶縁性の反応生成物（１１）を
第１図（ｂ）の如く本発明であるコリン濃度７％水溶液
に３０秒間浸漬し、更らに酸素分圧５０％、圧力１　、
０Ｔｏｒｒ、周波数１３．５６ＭＨｚ電力３％ｌ／　ａ
ｌプラズマ放電（１２）に約１０分間曝らす。以上の本
発明の処理を施した後通常の製造工程に従って第２層目
の金属’ｉ￥を極であるＡＱ　−ＳＬ配線（１３）を形
成し、第１図（Ｃ）に示すような半導体装置が得られる
。

このようにして形成された半導体装置は、第１図（ｃ）
から判るように平坦化技術に５ＯＧＩＩを用い２層金属
電極配線構成を有しているにもかかららず従来技術で生
じた連通孔（１０）内での抵抗増大等の問題点を解決で
きた。

〔発明の効果〕

即ち本流側で形成した半導体装置を用いて、第１層目の
金属電極配線■と第２層目の金属極配線（１３）との接
触抵抗を測定した。測定は連通孔の開口面線約１．０μ
ｓ２で・あるが本実施例を施すことにより０．０２Ω以
下であり従来技術の０．５Ωから無限大とバラツキが大
であった金属電極配線間の接触抵抗が大幅に改善された
６尚本実施例では、絶縁性の反応生成物を除去する為に７
％濃度の水溶液を用いたがアルコール系の溶液によって
も同等の効果が得られることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の製造工程を示す断面
図、第２図は従来の製造工程を示す断面図である。図示において ■・・・ｐ型シリコン基板　■・・・フィールド酸化膜
（３）・・・ゲート酸化膜　　　６）・・・Ｐｏ１ｙ−
５ｉゲート電極■、（５’）・・・ソース及びドレイン
拡散層（０・・・層間絶縁膜　　　　（８）・・・第１
層ＡＱ−３Ｌ電極配線０・・・第２層目の層間絶縁膜（
プラズマＣＶＤ酸化膜）（１０）・・・連通孔　　　　
　（１１）・・・絶縁性の反応生成物（１２）・・・酸
素ガスプラズマ（１３）・・・第２層ＡＱ　−Ｓｉ電極配線（１４）・
・・電気抵抗増大したＡＱ−３ｉ電極配線代理人　弁理
士　則　近　憲　佑同　　松山光之第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板のフィールド絶縁膜で囲まれた素子形
成領域にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工
程と、不純物を導入してソース及びドレイン領域を形成
する工程と、前記ゲート電極とソースドレイン領域およ
びフィールド絶縁膜上に第１の層間絶縁膜を形成する工
程と第１の層間絶縁膜に所望のコンタクトホールを形成
する工程と、前記半導体基板表面にアルミニウム膜を被
着し第１層目のアルミニウムパターンを形成する工程と
、第２の層間絶縁膜を形成する工程と、ＳＯＧ膜を塗布
する工程と、第３の層間絶縁膜を形成する工程と、前記
第３層目の層間絶縁膜とスピンオンプラス及び第２層目
の層間絶縁膜を連通し第１層目のアルミニウムパターン
に接続する連通孔を開口する工程と、開口した後少なく
もコリンを含む溶液に浸漬する工程と、酸素を含むガス
プラズマに曝らす工程と、全面に第２層目のアルミニウ
ム膜を被着し所望の電極配線パターンを形成する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（２）前記コリンを含む溶液は０．５重量％〜２０重量
％のコリンを含有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。
（３）前記酸素を含むガスプラズマは分圧比で１０％以
上の酸素を含有し且つ高周波電力により励起されるを特
徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。