JPH02151034A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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） 本発明は、半導体装置の製造方法、特に多層配線を施し
た半導体装置における深さの異なる配線接続穴を導電物
質で平坦に埋め込む際に使用して最適な半導体装置の製
造方法に関する。

（従来の技術） 従来、層間絶縁膜に設けた配線接続穴を金属等の導電物
質で埋め込む方法としては、タングステン等の金属の選
択成長法（以下、単に選択成長法という）や、タングス
テン等の導電物質の全面堆積後にエッチバックを施して
、接続穴の中のみにこのタングステン等を残す方法（同
じ（、エッチバック法という）が一般に知られている。

即ち、上記選択成長法は、第２図に示すように、シリコ
ン基板等の半導体基板１の上面に、ＣＶＤ法等により、
酸化膜（Ｓ　Ｉ　Ｏ２膜）２を堆積させ、この上面にア
ルミニウム合金（Ａ、Ｑ−３膜合金）等により第１の配
線３をバターニングし、更にこの上面に層間絶縁層４′
を堆積させた後、この層間絶縁膜４′に上記第１の配線
３の表面まで延びる配線接続穴５′を設ける（同図（ａ
））。この状態で、例えばＷＦ　　とＳ　Ｉ　Ｈ４ガス
の反応によって、第１の配線３上にのみ、選択的に導電
物質たるタングステン６を成長させる（同図（ｂ））。

しかる後に、層間絶縁膜４′の上面にアルミニウム合金
等により第２の配線７をパターニングして、両配線３．
７をタングステン６を介して電気的に接続するようにし
たものである。

しかしながら、この選択成長法では、タングステン６の
成長速度は通常一定であるため、この接続穴５′の深さ
が異なっている場合に、これを平坦に埋め込むことは一
般に困難である。

この深さの異なる接続穴は、例えば第４図に示すように
、３層金属配線の第１の配線３と第３の配線１０と間の
第１配線用接続穴５８′、第２の配線５と第３の配線１
０と間の第２配線用接続穴（図示せず）の２種類の接続
穴が混在する場合等に生じる。

また、エッチバック法は、第３図に示すように、上記第
２図に示すものと同様にして接続穴５′を形成した後（
同図（ａ））　、例えばカバレージの良いＣＶＤ法等に
より、この全表面に導電物質としｐのタングステン６′
を堆積させ、しかる後、粘性の低い平坦化レジスト８で
平坦化させる（同図（ｂ））。そして、反応性イオンエ
ツチングを施すことにより、接続穴５′の中の位置する
タングステン６のみを残しく同図（Ｃ）、上記と同様に
第２の配線７をパターニングするようにしたものである
。

しかしながら、このエッチバックによってタングステン
等の導電物質を接続穴に埋め込むエッチバック法でも、
深さの異なる接続穴は埋めにくいという欠点がある。

即ち７、この場合、タングステン６は接続穴５′の底面
と周囲の側面との両方からほぼ同じ速度で堆積する。従
って、堆積膜厚が接続穴５′の半径より大きければ、理
論的には完全に埋まって平坦となる。しかしながら、接
続穴５′は種々のサイズが存在するので、全てのサイズ
の接続穴５′を平坦に埋め込むのは一般に不可能である
。

更に、この方法では、接続穴５′の入口の付近でタング
ステンが暑く堆積する傾向があるので、あまり深い接続
穴５′を完全に埋めることが困難である。

そこで、多層配線の場合で、例えば第４図に示すように
、第１の配線３と第３の配線１０との間の第１配線用接
続穴５８′、及び第２の配線７と第３の配線１０との間
の第２配線用接続穴（図示せず）をタングステン６等の
導電物質で埋め込む時には、通常、第１の配線３と第２
の配線７との間の第１層間絶縁膜４に第１の接続穴５′
を形成し、この接続穴５′内に上記選択成長法またはエ
ッチバｒり法で導電物質たるタングステン６を一旦埋め
込んでおき、第２の配線７と第３の配線１０との間の第
２層間絶縁膜９に第２の接続穴５′を設け、この接続穴
５′を、再度上記と同様にして埋め込むという方法が採
用されていた。

なお、上記エッチバックにより埋め込む方法は、エッチ
バック工程が入っているので、工程が複雑となって、コ
ストのアップに繋がってしまうという欠点がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来例のように各層間絶縁膜４，９
毎に接続穴５’　、５’の形成及びこの埋込みを行うこ
とは、工程的にかなり複雑になってしまう。

更に、下層の第１の接続穴５′と上層の第２の接続穴５
′とのホトエツチング工程での位置ずれを考慮すると、
第４図に示すように、第２の配線７による接続部７′を
その全周に亙って再接続穴５′　５１よりも距離「の分
だけ余裕を取った大きさにパターニングする必要がある
。このため、第２の配線７における各配線間のピッチｐ
は、この距離１分だけ制限を受け、例えば第２の配線の
ライン幅が１．０μｍ１間隔１．０μｍに対し、この距
＃ｉｒは０．５μｍ程度必要なので、このピッチｐは最
低でも２．５μｍとなってしまい、高集積化に対する制
限を受けてしまうといった問題点があった。

本発明は上記に鑑み、複雑な工程を付加してしまったり
、上層の配線のピッチを増大してしまうことなく下地レ
イヤの異なった接続穴、例えば第１の配線、第２の配線
及び半導体基板等と第３の配線等の深さの異なる接続穴
を、工程が比較的簡単な金属の選択成長法を用いて、平
坦に埋め込むことができる半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明にかかる半導体装置の
製造方法は、半導体基板上に下層の配線、層間絶縁膜、
上層の配線及び層間絶縁膜を順次形成し、この層間絶縁
膜に下層及び上層の配線の表面まで延びる配線接続穴を
設けるとともに、この接続穴内を導電物質で埋め込むよ
うにした半導体装置の製造方法において、上層に位置す
る配線の上面に導電物質の堆積防止膜を形成し、下層の
配線まで延びる接続穴内に上層の配線の表面に達する位
置まで導電物質が埋め込まれた時に、上記上層の配線上
に設けた堆積防止膜を除去し、しかる後、再度接続穴内
に導電物質を埋め込むようにしたものである。

（作　用） 上記のように構成した本発明によれば、タングステン等
の金属の選択成長法によって、接続穴の埋込みを行う際
、上層の配線には導電物質の堆積防１１−膜が形成され
ているため、この上面にはタングステン等の金属が堆積
されず、従ってこの堆積防止膜のない、深い接続穴の中
のみにタングステン等の金属が成長する。そして、深い
接続穴が途中まで埋まり、浅い接続穴と同じ深さになっ
たところで堆積防止膜を除去し、再度タングステン等の
金属の選択成長を行うことにより、深い接続穴と浅い接
続穴とを均一に埋めることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

先ず、シリコン基板等の半導体基板１上にトランジスタ
、抵抗及び容量等の素子（図示せず）を形成した後、Ｃ
ＶＤ法等により、この全面に酸化膜（Ｓ　ｉＯ２膜）２
を、例えば５０００Ａ程度堆積させる。そして、この酸
化膜２の一部に素子と第１の配線３との接続穴（図示せ
ず）を穿設した後、第１の配線３を形成するための、第
１のアルミニウム合金（Ａｇ−Ｓｉ合金）膜等の導電膜
を、例えば８０００人程度０厚さにスパッタリング法等
により形成する。次に、第１の導電膜上に、フォトレジ
スト（図示せず）を全面に塗布し、残ったフォトレジス
トをマスクに第１の導電膜を反応性イオンエツチングに
よりエツチングして、第１の配線（上層の配線）３を形
成する（同図（ａ））。

次に、第１の配線３と第２の配線７との間の第１層間絶
縁膜４を次のようにして形成する。即ち、プラズマＣＶ
Ｄ等により酸化膜（Ｓ　ｉＯ２）を、例えば８０００八
程度堆積させ、しかる後にスピンオングラフを回転塗布
して加熱キュアを施した後、エッチバックにより平坦部
のスピンオングラフをエツチング除去し、その上に再度
プラズマＣＶＤ等により酸化膜（Ｓ　ｉＯ２）を、例え
ば５０００人程度堆積させる。そして、第１層間絶縁膜
４の一部に第２の配線７と素子または第１の配線３との
接続穴（図示せず）を穿設した後、第２のアルミニウム
合金等の導電膜を全面にスパッタリング法等により形成
し、更にこの上面に、タングステン等の導電膜の堆積防
止膜としてのシリコン酸化膜１１を、プラズマＣＶＤ等
により、５００Ａ程度堆積させる。そして、上記第１の
配線３と同様に、ホトエツチング工程等を経て、第２の
配線（上層の配線）７をパターニングする（同図（ｂ）
）。

次に、上記第１層間絶縁膜４と同様にして、第２層間絶
縁膜９を形成する。そして、フォトレジスト１２をこの
全面に塗布し、ホトエツチング工程により、層間絶縁膜
４．９の接続穴５ａ、５ｂを穿設すべき位置の上方に位
置するフォトレジスト１２を除去する（同図（Ｃ））。

次に、このフォトレジスト１２をマスクとして、反応性
イオンエツチングにより、第１の配線３に達する第１配
線用接続穴５ａと第２の配線７に達する第２配線用接続
穴５ｂを形成した後、フォトレジスト１２を除去する（
同図（ｄ））。

しかる後に、ＷＦ６とＳｉＨ４ガスの反応等により、接
続穴中の配線上に導電物質たるタングステン６を成長さ
せるのであるが、この時、第２の配線７の上面は、導電
物質の堆積防止用としてのシリコン窒化膜１１で覆われ
ているため、ここではタングステン６は成長せず、第１
の配線３上のみにタングステン６が成長し、第１配線用
接続穴５ａのみがこのタングステン６で埋まることにな
る（同図（ｅ））。

そして、第１の配置１３上のタングステン５の成長が、
第２の配線７の表面と同じ高さになるまで成長したら、
第２配線用接続穴５ｂの中のシリコン窒化膜１１をエッ
チラグ等により除去する（同図（ｆ））。

次に、再びＷＦ６とＳｉＨ４ガスの反応等により、接続
穴内にタングステン６を成長させと、今度は第２の配線
７の表面が露出しているので、この上にもタングステン
６が成長して、上記第１配線用接続穴５ａと同様に第２
配線用接続穴５ｂもタングステン６が埋まる。そして、
第１配線用接続穴５ａと第２配線用接続穴５ｂの入口付
近までタングステン６が埋まったところでこの堆積を停
＋１−する（同図（ｇ））。

しかる後に、第３の導電層をスパッタリングし、上記第
１の導電層及び第２の導電層と同様にして、第３の配線
１０をパターニングして、第１の配線３と第３の配線１
０、及び第２の配線７と第３の配ｖＡ１０との接続を完
了する（同図（ｈ）のである。

上記の実施例は、３層配線の１層目と３層目及び２層目
と３層目との配線の接続に適応した例であるが、２層目
と４層目や、ゲート電極と２層目の配線等の任意の配線
間で適応可能であることは勿論である。また、上層の配
線はどタングステン成長防止膜の厚さを厚くしたり、タ
ングステン成長防止膜の材質を変えること等により、３
種類以上の異なる深さの接続穴を埋め込むようにするこ
ともできる。

更に、上記実施例では、配線としてアルミニウム合金（
Ａｇ−Ｓｉ）を用いたが、タングステンや銅等の他の金
属や、ポリシリコンやシリコン等の不純物拡散層等を使
用することもできる。

また、接続穴を埋め込む導電物質として、タングステン
を用いたが、下から同一速度で堆積できる導電物質なら
、いかなる材料でも良いことは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明は上記のような構成であるので、工程が比較的簡
単な導電物質の選択成長法を用いるとともに、各絶縁層
毎に接続穴の形成及び導電物質の埋込みを行う必要をな
くして工程の単純化を図って、深さの異なる接続穴を導
電物質で平坦に埋め込むことができる。

しかも、例えばタングステンの成長防止膜として用いる
シリコン窒化膜酸化膜の除去は、タングステンの選択成
長を行うマシンの中で、ガスの切換えを行うこと等によ
って容品に行うことができ゛て、工程的にほとんど負担
にはならない。

更に、上層の配線による幅広の接続部を設ける必要がな
くなるため、例えば上層の配線のライン幅が１．０ａ口
１、間隔１．０μｍの場合、この配線のピッチを２．０
μｍとして、高集積化の要求に答えることができるとい
った効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を工程順に示す断面図、第２
図は選択成長法を工程順に示す断面図、第３図はエッチ
バック法を工程順に示す断面図、第４図は多層配線の接
続後の状態を示す断面図である。 １・・・半導体基板、３・・・第１の配線（下層の配線
）、４．９・・・層間絶縁膜、５ａ、５ｂ・・・接続穴
、６・・・タングステン（導電物質）、７・・・第２の
配線（上層の配線）、１０・・・第３の配線、１１・・
・シリコン窒化膜（導電物質の堆積防＋Ｌ膜）。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 （ｄ） （ｂ） （ｅ） （ｈｌ 為 図 （Ｃ） （ｆ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上に下層の配線、層間絶縁膜、上層の配線及
   び層間絶縁膜を順次形成し、この層間絶縁膜に下層及び
   上層の配線の表面まで延びる配線接続穴を設けるととも
   に、この接続穴内を導電物質で埋め込むようにした半導
   体装置の製造方法において、上層に位置する配線の上面
   に導電物質の堆積防止膜を形成し、下層の配線まで延び
   る接続穴内に上層の配線の表面に達する位置まで導電物
   質が埋め込まれた時に、上記上層の配線上に設けた堆積
   防止膜を除去し、しかる後、再度接続穴内に導電物質を
   埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。