JPH02228031A - 半導体装置の配線形成方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は耐エレクトロマイグレーシロン性及び耐ストレ
スマイグレーフロン性が優れた金又は銅等の金属による
半導体装置の配線形成方法に関する。

［従来の技術］ 従来、半導体装置の配線材の材料としては、アルミニウ
ム又はアルミニウム合金等が使用されている。しかし、
近時、半導体素子の微細化及び高速化が促進されており
、これに伴って電流密度が増加してきたため、前述のア
ルミニウム系の材料による配線ではエレクトロマイグレ
ーション及びストレスマイグレーシロン等に対する耐性
が不足し、断線等の不都合が発生するようになった。

アルミニウム系の材料では、その組成中に数重量％程度
の銅を含有するアルミニウム合金材が、これらのエレク
トロマイグレーシロン及びストレスマイグレーシロンに
対して比較的高い耐性を有している。しかし、この合金
材を使用しても、バイポーラ集積回路等のように超高速
動作が要求される半導体装置においては、信頓性が十分
であるとはいえない。このため、金又は銅等のように良
導体であり、エレクトロマイグレーシロン及びストレス
マイグレーシーンが発生しにくい金属又は合金の配線材
料を使用して半導体装置の配線形成することが試みられ
ている。

一般的に、低抵抗であり、耐エレクトロマイグレーシー
ン性及び耐ストレスマイグレーシーン性が高い配線材料
は、塩素又はフッ素等に侵食されに（いという性質を有
していることが多い。しかし、これらの配線材料が塩素
系又はフッ素系の酸に溶解するものであったとしても、
液相中でのエツチングは異方性が得られないので、微細
な配線の場合には、ウェットエツチングは使用できない
。

また、気相中で行う反応性イオンエツチングの場合は、
前記配線材料の塩化物又はフッ化物が気化又は昇華しに
くいものであることが多く、エツチングが極めて困難で
ある。

例えば、金を気相中でエツチングすることは不可能では
ない。しかし、量産に適用できるようなエツチングの安
定性を維持することは極めて困難である。このため、配
線に使用するための数千Å以上の厚さの金膜をエツチン
グして配線パターンを形成するということは現実的な方
法ではない。

第３図（ａ）、（ｂ）は、従来の所謂リフトオフ法によ
る半導体装置の配線形成方法を工程順に示す断面図であ
る。

先ず、第３図（ａ）に示すように、半導体基板３１上に
バリヤメタル膜としてチタンタングステン合金ＷＸ３３
を形成し、この合金ｆｌｉ３３上にフォトレジスト３４
による所定の配線パターンを形成する。その後、金をス
パッタリングして全面に金膜３５を形成する。

次いで、第３図（ｂ）に示すように、フォトレジスト３
４を剥離すると同時に、レジスト３４上に形成されてい
た金ｗＸ３５を除去する。これにより、金膜３５は所定
の配線パターンの形状に残存し、この金膜３５をマスク
としてチタンタングステン合金膜３３をエツチングする
。これにより、金による配線が完成する。

第４図（ａ）乃至（ｅ）は、従来のめっき法による半導
体装置の配線形成方法を工程順に示す断面図である。

先ず、第４図（ａ）に示すように、半導体基板４１上に
チタンタングステン合金Ｍ４２を形成し、その後スパッ
タリングにより金を数１００乃至数１０００人の厚さに
被着して第１の金ｗＸ、４３を形成する。

これは、後述する工程でチタンタングステン合金膜４２
上に金をめっきする際に、直接チタンタングステン合金
膜４２上に金をめっきすると、チタンタングステン合金
Ｍ４２の表面に存在する自然酸化膜に阻害されて良好な
金のめっき膜が得られないために行うものである。真空
中で不活性ガスによるスパッタエツチングを行うことに
より、チタンタングステン合金膜４２上の自然酸化膜等
を除去し、金膜４３をチタンタングステン合金１１ｉ４
２上に良好な状態で密着できる。

次に、第４図（ｂ）に示すように、第１の金膜４３上に
フォトレジスト４４による所定のネガパターンを形成す
る。即ち、フォトレジスト４４を全面に被着した後、こ
のフォトレジスト４４を所定の配線パターン形状に開口
する。

次に、第４図（Ｃ）に示すように、フォトレジスト４４
の開口部内に、この開口部を埋込むようにして金をめっ
きし、第２の金膜４５を形成する。

次に、第４図（ｄ）に示すように、フォトレジスト４４
を除去する。その後、第１及び第２の金膜４３．４５に
対して全面エツチングを施し、配線パターン部以外の領
域のチタンタングステン合金［４２が露出したところで
このエツチングを終了する。

次いで、第４図（ｅ）に示すように、所定の配線パター
ンの形状に残存した第１及び第２の金膜４３．４５をマ
スクとしてチタンタングステン合金膜４２をエツチング
すると、所定の配線が得られる。

上述の如く、従来エレクトロマイグレーシロン及びスト
レスマイグレーシロン等に対して優れた耐性を有しては
いるが、エツチングが極めて困難である厚い金又は銅等
の金属膜を配線材として使用する場合、リフトオフ法又
はめっき法等の方法により、そのエツチングを回避しつ
つこれらの金属膜による配線を形成している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の配線形成方法には以下に
説明する欠点がある。

先ず、前者のリフトオフ法による配線形成方法は、配線
として十分な厚さ（１μｍ程度）の配線を形成しようと
すると、第５図に示すように、フォトレジスト３４上の
配線材（金Ｍ３６）とネガパターン内の配線材とがフォ
トレジスト３４の開口部の壁面で接続してしまうことが
ある。そうすると、フォトレジスト３４上に形成された
不用部分の配線材を、フォトレジスト３４と共に除去す
ることが極めて困難になる。これを回避するためにフォ
トレジスト３４の膜厚を厚くすることも考えられるが、
そうすると微細な配線パターンを形成することが困難に
なるという新たな問題点が発生する。

また、配線材の厚さを厚くすると、フォトレジストと共
に除去する配線材の量が多くなり、スパッタリングに使
用するターゲット金属の利用効率が低下し、特に、配線
材が金の場合は製造コストが上昇する。

更に、リフトオフ法はスパッタリングにより形成される
膜の段差被覆性（ステップカバレッジ）が悪いことを利
用して不用部分の配線材を除去する方法であるから、レ
ジストによるネガパターンの開口が閉塞される前にパタ
ーンの底部に堆積できる配線材の厚さは、段差被覆率と
配線幅の半値（１／２）との積より小さいものとなり、
微細且つ十分な厚さを有する配線を形成することができ
ない。

一方、後者のめっき法による配線形成方法では、所定の
配線の厚さ分の配線材をエツチングする必要はないもの
の、塩素若しくはフッ素と反応しにくいか又は反応して
もエツチング生成物が気化若しくは昇華しにくい物質の
エツチングを行う必要があり、このエツチングを安定し
て行うことは極めて困難である。

また、全面エツチングを施す必要があるため、配線材の
厚さが均一になるようにエツチングを行うことが極めて
困難であり、再現性が悪い。このため、エツチングのバ
ラツキによるマージンを見込んで、配線材を必要以上の
厚さにめっきする必要がある。

更に、形成後の配線の断面形状がフォトレジストの開口
部の断面形状に依存するため、第４図（ｅ）に示すよう
に、配線の上部の幅が広く下部の幅が狭い逆テーパー状
か又は第２の金属膜（第２の金膜４５）の下部に幅が狭
い部分を有するくびれだ形状となり、配線の信頼性が低
下する。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
エレクトロマイグレーシロン及びストレスマイグレーシ
ーン等に対する耐性が優れた配線材料により、十分な厚
さを有すると共に、高信頼性の配線パターンを形成でき
る半導体装置の配線形成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］ 本発明に係る半導体装置の配線形成方法は、半導体基板
上に導電性のバリヤメタル膜を形成する工程と、このバ
リヤメタル膜上に絶縁性のマスク膜を形成する工程と、
このマスク膜上にフォトレジストによる所定の配線のネ
ガパターンを形成する工程と、このフォトレジストをマ
スクとして前記マスク膜を選択的にエツチング除去する
工程と、全面にスパッタリングにより第１の金属膜を被
着する工程と、前記フォトレジストを除去すると共にこ
のフォトレジスト上の前記第１の金属膜を除去する工程
と、残存した第１の金属膜上に第２の金属膜をめっき法
により形成する工程と、前記マスク膜を除去する工程と
、前記第２の金属膜をマスクとして前記バリヤメタル膜
をエツチングする工程とを有することを特徴とする。

［作用コ 本発明においては、半導体基板上に導電性のバリヤメタ
ル膜及び絶縁性のマスク膜を形成し、このマスク膜上に
フォトレジストによる配線のネガパターンを形成する。

そして、このフォトレジストをマスクとしてマスク膜を
エツチングする。次に、スパッタリングにより全面に第
１の金属膜を形成し、前記フォトレジストを除去するこ
とによりフォトレジスト上の第１の金属膜を除去する。

これはリフトオフ法であるが、後工程でこの第１の金属
膜上に第２の金属膜をめっきするため、この第１の金属
膜は極めて薄いものでよい。従って、容易にリフトオフ
法を実施することが可能であり、所定の配線パターンの
形状の第１の金属膜が得られる。次に、この第１の金属
膜上に第２の金Ｗ４膜をめっきする。このめっき時には
、配線パターンの形状に開口された絶縁性のマスク膜が
残存しているから、第２の金Ｒ膜は第１の金属膜上にの
み形成される。その後、マスク膜を除去し、第２の金属
膜をマスクとして前記バリヤメタル膜をエツチングする
。一般に、配線材とバリヤメタルとは異なる材料が使用
されているため、エツチングの際に選択比が大きくなる
ようにエツチング条件を選定できる。これにより、バリ
ヤメタル膜のエツチングによる配線材（第２の金属膜）
の膜厚の減少を抑制できる。また、上述の如く、第１及
び第２の金属膜をエツチングする工程がないため、優れ
た再現性で微細な配線を形成できる。

［実施例コ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図（ａ）乃至（ｈ）は本発明の第１の実施例方法を
工程順に示す断面図である。

先ず、第１図（ａ）に示すように、半導体基板１１上に
バリヤメタル膜としてチタンタングステン合金膜１２を
約０．１乃至０．３μｍの厚さに形成する。

次に、第１図（ｂ）に示すように、全面にスピンオング
ラス（Ｓ、Ｏ，Ｇ）を約１μｍの厚さに塗布してスピン
オングラス膜１３を形成する。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、このスピンオングラ
ス膜１３上にフォトレジスト１４を塗布した後、リソグ
ラフィにより所定の配線のネガパターンを形成する。即
ち、所定の配線パターン形状にフォトレジスト１４を開
口する。このとき、レジスト露光後、所謂イメージリバ
ーサル法を使用して、フォトレジスト１４に対してアン
モニア処理を施すことが好ましい。これにより、フォト
レジスト１４の現像時にフォトレジスト１４が残留する
部分が露光部と未露光部とで処理前と逆になる。そして
、現像時の処理条件を適切に設定することにより、上部
に比して底部が広がった逆テーパー状の開口部を得るこ
とができる。

次に、第１図（ｄ）に示すように、フォトレジスト１４
をマスクとしてスピンオングラス膜１３にドライエツチ
ングを施す。これにより、スピンオングラス［１３は所
定の配線パターンの形状に開口される。その後、短時間
フッ酸処理を行う。

これにより、フォトレジスト１４のエッヂ部１５がパタ
ーンの内側に最も突出するようにする。

次に、第１図（ｅ）に示すように、金を約０．１μｍの
厚さにスパッタリングして第１の金膜１６を形成する。

このとき、パターン底部のチタンタングステン膜１２上
に、フォトレジスト１４上の金膜１６と分離した所定の
配線パターンの形状の第１の金膜１６が形成できる。

次に、第１図（ｆ）に示すように、フォトレジスト１４
を剥離すると同時にフォトレジスト１４上の金膜１６を
除去する。

次に、第１図（ｇ）に示すように、スピンオングラス膜
１３の開口部を埋込むようにして金を電解めっきし、第
１の金膜１６上に第２の金膜１９を形成する。

次いで、第１図（ｈ）に示すように、スピンオングラス
膜１３をフッ酸でエツチング除去する。

その後、六フッ化硫黄ガスを使用し、第２の金膜１９を
マスクとしてチタンタングステン膜１２をドライエツチ
ングする。これにより、金による半導体装置の配線が完
成する。

上述の如く、本実施例においては、金のエツチングを行
う必要がないため、所定の厚さを有すると共に微細な配
線を、優れた再現性で形成できる。

第２図（ａ）乃至（ｈ）は本発明の第２の実施例方法を
工程順に示す断面図である。

先ず、第２図（ａ）に示すように、半導体基板２１上に
チタン膜２２を形成し、このチタン膜２２上に窒化チタ
ン膜２３を形成する。

次に、第２図（ｂ）に示すように、全面に常圧ＣＶＤに
より酸化膜２４を約１μｍの厚さに形成する。

次に、第２図（Ｃ）に示すように、酸化膜２４上にフォ
トレジスト２５を塗布した後、リングラフィによりフォ
トレジスト２５を所定の配線パターン形状に開口し、配
線のネガパターンを形成する。このとき、第１の実施例
と同様に、イメージリバーサル法を使用して開口部断面
を逆テーパー状にすることが好ましい。

次に、第２図（ｄ）に示すように、フォトレジスト２５
をマスクとして酸化膜２４を所定の配線パターンに従っ
て開口する。その後、フッ酸処理を短時間行い、フォト
レジスト２５のエッヂ部２６を開口部に最も突出した形
状になるようにする。

次に、第２図（ｅ）に示すように、スパッタリングによ
り全面に銅を約０．１μｍの厚さに被着して、第１の銅
膜２７を形成する。これにより、窒化チタン膜２３上に
所定の配線パターンで第１の銅膜２７が被着する。

次に、第２図（ｆ）に示すように、フォトレジスト２５
を剥離することにより、フォトレジスト２５上に形成さ
れた不用部分の第１の銅膜２７を除去する。

次に、第２図（ｇ）に示すように、銅の電解めっきを行
い、酸化膜２４の開口部を埋込んで第２の銅膜２９を形
成する。

次いで、第２図（ｈ）に示すように、酸化膜２４をエツ
チング除去する。その後、第２の銅膜２９をマスクとし
て四塩化炭素ガスを使用したドライエツチングを施しチ
タン膜２２及び窒化チタン膜２３の不用部分を除去する
ことにより、半導体の配線が完成する。

本実施例においては、銅による所定厚さの配線を形成す
ることができる。そして、この配線は第１の実施例と同
様に、極めて優れた再現性で形成できる。

なお、本発明において使用できる配線材としては、上述
の金及び銅に限定されるものではなく、電解めっきが可
能な金属であれば、殆どの金属を配線として使用できる
。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明方法によれば、所定の金属の
ネガパターンのフォトレジストをマスクとしてマスク膜
をエツチングした後、スパッタリングにより第１の金属
膜を形成し、不用部分の第１の金属膜を除去して、残存
した第１の金属膜上に第２の金属膜をめっきして配線を
形成するから、所定の厚さの微細な配線を、優れた再現
性で形成できる。これにより、エレクトロマイグレーシ
ーン及びストレスマイグレーシーンに対して優れた耐性
を有する金属の配線を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｈ）は本発明の第１の実施例方法を
工程順に示す断面図、第２図（ａ）乃至（ｈ）は本発明
の第２の実施例方法を工程順に示す断面図、第３図（ａ
）、（ｂ）は従来の半導体装置の配線形成方法を工程順
に示す断面図、第４図は従来の別の半導体装置の配線形
成方法を工程順に示す断面図、第５図は従来の方法の問
題点を示す断面図である。 １ｔ、２１．３１；４１；半導体基板、１２゜３３．４
２；チタンタングステン合金膜、１３；スピンオングラ
ス膜、１４．２５，３４．４４；フォトレジスト、１５
．２８；エッヂ部、１θ。 ４３；第１の金膜、１９，４５；第２の金膜、２２；チ
タン膜、２３；窒化チタン膜、２４；酸化膜、２７；第
１の銅膜、２９；第２の銅膜、３５；金膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に導電性のバリヤメタル膜を形成す
   る工程と、このバリヤメタル膜上に絶縁性のマスク膜を
   形成する工程と、このマスク膜上にフォトレジストによ
   る所定の配線のネガパターンを形成する工程と、このフ
   ォトレジストをマスクとして前記マスク膜を選択的にエ
   ッチング除去する工程と、全面にスパッタリングにより
   第１の金属膜を被着する工程と、前記フォトレジストを
   除去すると共にこのフォトレジスト上の前記第１の金属
   膜を除去する工程と、残存した第１の金属膜上に第２の
   金属膜をめっき法により形成する工程と、前記マスク膜
   を除去する工程と、前記第２の金属膜をマスクとして前
   記バリヤメタル膜をエッチングする工程とを有すること
   を特徴とする半導体装置の配線形成方法。