JPH02235331A - 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】 【産業上の利用分野】

本発明は半導体装置の製造方法に関する。 （従来の技術】 通常半導体装置の層間絶縁膜にはＳｉ系！！！縁膜を用
いる。従来、Ｓｉ系絶縁膜に設けられた接続孔に金属を
選択的に堆積する方法として，例えば、化学気相成長法
（ＣＶＤ法）によるタングステン（Ｗ）の選択堆積法が
知られている。しかし、この方法は，ｙＫ料ガスである
Ｈ２、ＷＦ．，　Ｓ　ｉ　Ｈ４，等の流量，圧力，温度
等のプロセスパラメータ及び層間絶縁膜の表面状態の影
響により選択性が低下する場合がある。 このように選択性が悪くなったとき接続孔以外の部分に
Ｗの核が形成し，このＷの核は配線間のショートの原因
となる。そのため、選択性の低下しにくいリンケイ酸ガ
ラス（ＰＳＧ）を層間絶縁膜として用いたり，層間絶縁
膜上にＰＳＧとＳｉ．Ｎ，の積層膜のようにフッ酸に対
するエッチング速度の異なる膜の積層膜を重ね、接続孔
を設けてＷを堆積後、Ｓｉ，Ｎ，をエッチングストッパ
ーとして、層間絶縁膜表面のＰＳＧをウエットエッチン
グしＷの核をリフトオンしたりしていた。 なおこの種の方法として関連するものには、例えば特開
昭６２−１９９０３４号、同６２−１９９０３５号公報
等が挙げられる．

【発明が解決しようとする課題】

上記従来技術において、ＰＳＧのような二酸化シリコン
系の膜を用いて接続孔以外の部分に形成した金属の核，
例えばＷの核をリフトオフする場合，下層にエッチング
ストッパーとなる熱酸化ＳｉやＳｉ，Ｎ．のようにフッ
酸に対するエッチング速度の遅い膜を用いる必要がある
．しかし、Ｓｉ系絶縁膜とＷは密着性が悪いので、接続
孔の側面とＷとの隙間からフッ酸が染み込み、接続孔側
面からエッチングされる。そのため、層間絶縁膜はフッ
酸に対するエッチング速度の遅い膜のみから構成される
必要があり、塗布ガラス膜、ホウ化リンケイ酸ガラス（
Ｂ　Ｐ　Ｓ　Ｇ）のようなフッ酸に対するエッチング速
度の速い膜は使用できない。そのため、層間絶縁膜の平
坦化が困難となり、この方法はプロセス的に制約が大き
いという問題が有った・ 本発明の目的は、半導体装置の製造において、金属を選
択的に接続孔に埋め込む際に、プロセス上の制約を与え
ずに，配線間のショートの原因となる接続孔以外の部分
に形成した金属の核を簡便かつ効果的に除くことのでき
る製造方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段１ 上記目的は，（１）基板上に、層間絶縁膜を形成し、該
層間絶縁膜に接続孔を設け，該接続孔に選択的に金属を
化学気相成長法により成長させる工程を少なくとも有す
る半導体装置の製造方法において、上記層間絶縁膜は、
酸化シリコン又は窒化シリコンを含む層間絶縁膜であり
、該層間絶縁膜上に、層間絶縁膜を構成する材料に対し
、高選択的にエッチング可能，かつ金属の堆積しに＜＜
，酸化シリコン又は窒化シリコンを含まない第二の膜を
重ねて堆積する工程と，該層間絶縁膜と該第二の膜とに
接続孔を形成する工程と、該接続孔に選択的に金属を堆
積する工程と、該第二の膜を選択的にエッチングし、該
第二の膜をその上に形成された金属核とともに除去する
工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法，
（２）上記第二の膜として有機高分子膜を用いることを
特徴とする上記１記載の半導体装置の製造方法，（３）
上記有機高分子膜がポリイミド樹脂膜である上記２記載
の半導体装置の製造方法、（４）上記ポリイミド樹脂膜
がポリイミドイソインド口キナゾリンジオン樹脂膜であ
る上記３記載の半導体装置の製造方法，（５）上記化学
気相成長法で堆積させる金属がタングステン若しくはモ
リブデン又はこれらの金属の珪化物である上記１記載の
半導体装置の製造方法により達成される。 本発明における層間絶縁膜としては、Ｓｉ系絶縁膜、例
えば熱酸化Ｓｉ膜、リンケイ酸ガラス（ＰＳＯ）．ホウ
化リンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、塗布ガラス膜，窒化
Ｓｉ膜のいずれか，若しくはこれらのうちのいずれかの
組合せによる積層膜を用いることが好ましい．層間絶蒜
膜は，基板と配線層間又は配線層と配線層間のいずれの
層間絶縁膜でもよい。 また、第二の膜としては、有機高分子膜を用いることが
好ましい．このような有機高分子膜は，ポリイミドイソ
インドロキナゾリンジオン樹脂等のポリイミド樹脂膜，
または芳香族アミノジカルボン酸無水物の重合反応、又
は芳香族ジアミンあるいは芳香族ジイソシアナートと芳
香族テトラカルボン酸二無水物との反応によって得られ
るポリイミド樹脂等が用いられる．さらに、上記第二の
膜の選択的エッチングには、フッ酸、フッ素ラジカル、
塩素ラジカルのいずれも用いないことが好ましい． 金属を選択的に接続孔に堆積する方法として、例えば．
ＣＶＤ法により、原料ガスであるＳ　ｊＨ　４／ＷＦｓ
の値を１〜０．３程度とし、Ｉ　Ｔｏｒｒ以下の圧力で
行なえばよい。 【作用】 上記第二の膜上は金属の核が形成しにくく、もし金属の
核が形成した場合でも第二の膜とともに除去されるため
、配線のショートの原因とはならない。また，第二の膜
は層間絶縁膜を構成する全ての材料に対して、高選択的
にエッチング可能なため、層間絶縁膜の材料に対する制
約がない．

【実施例】

第１図は本発明の金属の選択堆積法の一実施例を示す半
導体装置の工程断面図である．第１図（ａ）に示すよう
に，Ｓｊ基板１に，Ｌｏｃｏｓ法で素子間分離の熱酸化
Ｓｉ膜２を５５０ｎｍの厚みに形成し、次に通常の方法
で形成したゲート酸化膜１０２と、多結晶Ｓｉのゲート
電極１０１と、ヒ素イオンを打ち込み，熱処理（９００
℃１０分間）により形成したソース・ドレイン領域の拡
散暦３と、高温低圧のＣＶＤ法により形成した厚さ５０
０ｎｍのＳ　ｉ　Ｏ２膜４１よりなるＭＯＳトランジス
タを形成し，さらにその上に厚さ５００ｎｍのＢＰＳＧ
膜をＣＶＤ法（原料ガス；　Ｂ２ＨＧ，ＰＨ３，ＳｉＨ
３，０２）により堆積し、９００℃１ｏ分間の熱処理を
加えＢＰＳＧをフローさせ層間絶縁膜４とする。さらに
第二の膜として厚さ５００ｎｍのＰＩＱ　（日立化成製
品名，ポリイミドイソインドロキナゾリンジオン樹脂；
ポリイミド樹脂の一種）膜５を回転塗布法により形成し
た後、通常のホトリソグラフィー技術とＦを含むプラズ
マによるドライエッチング技術を用い、直径約０、７μ
ｍの接続孔６を形成した。 次に、この試料にＷＦＧとＳｉＨ４を原料ガスとして用
いた選択ＣＶＤ法により、約８００ｎｍの？さにＷ膜７
を堆積したところを第１図（ｂ）に示す。選択ＣＶＤ法
は、全圧力２　６　５ｍＴｏｒｒ、Ｓ　　ｉ　　Ｈ４５
　　０ｓｅｃｍ．　　ＷＦＧ８　　０ｓｅｃｍ．　　Ａ
　　ｒ　　４　　０　　０ｓｅｃｍ、基板温度３２０℃
の条件で行なった。 ＰＩＱ膜はＰＳＧと同等以上にＷの堆積が起こりにくい
膜であるが８００ｎｍのＷを堆積するとＰＩＱ上にもＷ
の核８が認められた。 しかし，次にこの試料をＩ　Ｔｏｒｒ、２００Ｗの酸素
プラズマに曝すと，・ＰＩＱ膜５とともにＷの核８は除
去された。しかしＢＰＳＧの層間絶縁膜４は酸素プラズ
マではエッチングされない。従って第１図（Ｑ）に示す
ように接続孔６内部にのみＷを埋め込むことができた． 第２図に本発明の他の実施例を示す。半導体Ｓｉ基板１
は，第１図と同様にＭＯＳトランジスタが形成されてい
るが，図では省略し，素子間分離の熱酸化Ｓｉ膜２，拡
散層３、層間絶縁膜４の部分のみ示した．なお、層間絶
縁膜４としては、高温低圧のＣＶＤ法により形成したＳ
ｉＯ■膜とＢＰＳＧとを゛積層した厚さ約１μｍの積層
膜を用？た。 第２図（ａ）は、第１図で示した工程と同様な方法で層
間絶縁膜４に設けられた接続孔にＷ膜７を堆積した後に
、さらにスパッタ法により２５０ｎｍの厚みのＷ膜を堆
積し、通常のホトリソグラフィー技術とドライエッチン
グ技術を．用い、Ｗ配線１１を形成したところである。 次にＷ配腺１１上に、層間絶縁膜の平坦化のために、プ
ラズマＣＶＤにより厚さ２００ｎｍのＳｉＯ■膜、回転
塗布法により厚さ２００ｎｍのＳＯＧ　（スピンーオン
ーグラス；塗布ガラス膜の一種）膜を交互に堆積し、厚
さ約１μｍの５層の層間絶縁膜　１４を形成し，さらに
第二の膜である５００ｎｍのＰＩＱ膜５を回転塗布法に
より形成した後，通常のホトリソグラフィー技術とドラ
イエッチング技術を用い、直径約０．７μｍの接続孔を
形成し，引き続きこの試料に，選択ＣＶＤ法により、Ｗ
配線１１上に約６００ｎｍの厚さでＷ膜１７を堆積した
ところを第２図（ｂ）に示す．厚さ６００ｎｍのＷを堆
積するとＰＩＱ膜５上にもＷの核８が認められた。選択
ＣＶＤ法は、第１図の場合と同じ条件で行なったが他の
条件、例えば全圧力２　０　０ｍＴｏｒｒ．Ｈ２５　０
　０ｓｅｃ＋ｓ．　ＷＦｌ，６ｓｃｃｍ、Ａ　ｒ　７　
０ｓｅｃｉ＋、基板温度４００℃の条件で行なってもよ
い。 次に第２図（ｂ）の試料を３０℃のヒドラジン、エチレ
ンジアミン１対１混合溶液に浸し、ＰＩＱ膜５とともに
Ｗの核８を除去した。しかし５層層間絶縁膜１４はヒド
ラジン、エチレンジアミン１対１混合溶液ではエッチン
グされない。従って第２図（ｃ）に示すように接続孔内
部にのみＷ１７を埋め込むことができた。 本実施例で第二の膜として用いたポリイミド樹脂膜はＷ
の核成長が起こりにくく、そのまま層間絶縁膜としても
用いることができるが、さらに本実施例で示すように、
第二の膜として用いることで、接続孔以外の部分の一部
に、Ｗの核成長が生じた場合でも、後のエッチング工程
によりＷの核は完全に除去され、極めて良好な選択性で
接続孔内部にのみＷを埋め込むことができた。また，配
線間のショートもみられず、拡散層，及びＷ配線への接
触抵抗は十分低く、かつ拡散層のリーク電流も低く良好
な電気特性が得られた。 本実施例では基板としてＳｉ基板を用い、直接Ｓｉ表面
やＷ配線上へのＷの選択堆積を行ったが、ＳｉやＷ表面
以外の表面、たとえばＭｏ．Ａｌ、Ｔｉ，ＴｉＷ合金等
の金凡の表面が露出している場合でも同様な効果が得ら
れる。また第二の膜としてポリイミド樹脂膜を用いたが
、ポリエチレン膜やホトレジスト膜のようにＷの核が成
長しにくく、酸素プラズマや有機溶剤などで層間絶縁膜
に対して選択的にエッチングできる材料ならば如何なる
ものでもかまわない。 また、本実施例のほかにＭｏＦＧとＨ２を用いた低圧Ｃ
ＶＤ法によっても、極めて良好な選択性で接続孔内部に
のみＭｏを埋め込むことができた。 【発明の効果１ 以上述べたように本発明によれば、金属を選択的に接続
孔に埋め込む際に、プロセス上の制約を与えずに，配線
間のショートの原因となる層間組縁膜上に形成された金
属を簡便かつ効果的に除くことができ，さらにＢＰＳＧ
や塗布ガラスのように平坦化可能な材料を層間絶縁膜と
して用いることができるので、実用上極めて有用である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるＷの選択堆積法を示
す半導体装置の工程断面図、第２図は本発明の他の実施
例におけるＷの選択堆積法を示す半導体装置の工程断面
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に、層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜に接
   続孔を設け、該接続孔に選択的に金属を化学気相成長法
   により成長させる工程を少なくとも有する半導体装置の
   製造方法において、上記層間絶縁膜は、酸化シリコン又
   は窒化シリコンを含む層間絶縁膜であり、該層間絶縁膜
   上に、層間絶縁膜を構成する材料に対し、高選択的にエ
   ッチング可能、かつ金属の堆積しにくく、酸化シリコン
   又は窒化シリコンを含まない第二の膜を重ねて堆積する
   工程と、該層間絶縁膜と該第二の膜とに接続孔を形成す
   る工程と、該接続孔に選択的に金属を堆積する工程と、
   該第二の膜を選択的にエッチングし、該第二の膜をその
   上に形成された金属核とともに除去する工程とを含むこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、上記第二の膜として有機高分子膜を用いることを特
   徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。 ３、上記有機高分子膜がポリイミド樹脂膜である請求項
   ２記載の半導体装置の製造方法。 ４、上記ポリイミド樹脂膜がポリイミドイソインドロキ
   ナゾリンジオン樹脂膜である請求項３記載の半導体装置
   の製造方法。 ５、上記化学気相成長法で堆積させる金属がタングステ
   ン若しくはモリブデン又はこれらの金属の珪化物である
   請求項１記載の半導体装置の製造方法。