JPH0344931A - 半導体集積回路装置の製造方法 - 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（よ　選択ＣＶＤ　（化学気相成長）法により良
好な形状のスルーホールコンタクト電極が形成可能な半
導体集積回路装置の製造方法に関するものである。

従来の技術 半導体デバイスの微細化・高集積化に伴（＼　スルーホ
ール（第１層アルミニウム配線−第２層アルミニウム配
線間の接続孔）のアスペクト比が増大し　第２層アルミ
ニウム配線の段差被覆性が低下するという問題が生じて
くる。特にアスペクト比が工程度になると、段差被覆性
（平坦部の配線膜厚とコンタクト部の配線膜厚の比率）
が１０％程度になり、配線の信頼性が非常に問題となっ
てくる。

従来　このような問題を解決するために　選択ＣＶＤに
よりスルーホールにタングステンを堆積し　スルーホー
ルの埋め込み・平坦化を行なうという技術がある（部付
、西徐　笠阪　浅野「Ｗ選択ＣＶＤへのスパッタエッチ
前処理の影響」ｒ１９８９年（平成元年）春季第３６回
応用物理学関係連合講演会講演予稿集（第２分冊）」論
文番号ａｐ−ＺＦ−３，１９８０年４月）。この技術を
用いればスルーホールを完全に埋め込むことができるの
で、スルーホール部において第２層アルミニウム配線の
段差被覆性が低下することがな（１ここで、その製造方
法を第３図Ａ〜Ｆに示す。

同図において、まずシリコン基板１上に第１のシリコン
酸化膜２を形成し　その後、シリコン酸化膜２上に第１
層アルミニウム配線３を形成する。

さらに第１層アルミニウム配線３上に順次　第２のシリ
コン酸化膜４、レジスト５を形成する（第３図Ａ）。

次に第２のシリコン酸化膜４をドライエツチング法によ
り除去し　スルーホールを形成し　その後、　レジスト
５を除去する（第３図Ｂ）。

次にコンタクト抵抗を低くするために　アルゴン（Ａｒ
）スパッタエッチを行１．′Ｘ、第１層アルミニウム配
線３の表面酸化膜（アルミナ）を除去しスルーホールコ
ンタクト底部のアルミニウムを露出させも　この時、ア
ルゴンイオンによってスパッタされたスルーホール底部
のアルミニウム原子がスルーホールの側壁に付着し　ア
ルミニウム薄膜６を形成する（第３図Ｃ）。

次にＣＶＤ法によりタングステン７を選択的にスルーホ
ールに堆積する。タングステンＣＶＤ法は　ガス流量、
圧力等の条件を制御することによりシリコン酸化膜上に
は堆積させず、アルミニウム上にのみ堆積させることが
できも　この時、スルーホールの側壁にアルミニウム薄
膜６が形成されているた△　スルーホールの底部だけで
なく、スルーホールの側壁にもタングステンが堆積され
る（第３図Ｄ）。次に第２のシリコン酸化膜４及びスル
ーホール上に第２層アルミニウム配線８を形成する（第
３図Ｅ）。次に第２層アルミニウム配線８上に保護膜と
してシリコン窒化膜１０を形成する（第３図Ｆ）。

発明が解決しようとする課題 上記従来の製造方法の問題点を第３図を用いて以下述べ
る。上記製造方法において、ＣＶＤ法によりタングステ
ン７を選択的にスルーホールに堆積する時、スルーホー
ルの側壁にアルミニウム薄膜６が形成されているた△　
スルーホールの底部だけでなく、スルーホールの側壁に
もタングステンが堆積される。スルーホール底部と側壁
部からタングステンが成長するので、スルーホールを完
全に埋め込んで平坦化することができ哄　タングステン
の表面に深い段差９が生じてしまう（第３図Ｄ）。この
ような段差が存在すると、第２層アルミニウム配線８の
形成時において、タングステンの表面段差のために第２
層アルミニウム配線８の段差被覆性が低下し　スルーホ
ール上部の第２層アルミニウム配線８の断面積（第３図
Ｅのａの部分）が平坦上の断面積（第３図Ｅのｂの部分
）と比較して減少すも　配線の断面積の減少（戴　エレ
クトロマイグレーション寿命を減少させるの玄信頼性上
問題となる。また　深い段差９が存在すると、発煙硝酸
・純水による洗浄を行なった場合、段差部に溜った発煙
硝酸が水洗しても除去できにくくなり、アルミニウム配
線の腐食が生じる可能性が高くなったり、保護膜である
シリコン窒化膜１０の段差被覆性が低下ま　スルーホー
ル部のシリコン窒化膜ｌＯの膜厚が薄くなり、耐湿性の
低下を招く等の問題を生じる。

本発明は上述の課題に鑑みて為されたもので、表面に段
差を生じることなく、高信頼性のスルーホール電極を形
成することができる半導体集積回路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 本発明は上述の課題を解決するた△　半導体基板上に第
１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上に第
１の導電膜による配線を形成する工程と、前記第１の導
電膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶
縁膜に接続孔を設ける工程と、前記第１の導電膜の表面
酸化膜を窒素を添加した不活性ガスを用いたスパッタリ
ング法により除去する工程と、前記接続孔に第２の導電
膜を埋め込む工程と、前記第２の絶縁膜及び第２の導電
膜上に第３の導電膜による配線を形成する工程とを備え
たものであも 作用 本発明は上述の構成によって、窒素を添加した不活性ガ
ス雰囲気中においてスパッタエッチ法により第１の導電
膜による配線の表面処理を行なう時、不活性ガスのイオ
ンによりスパッタされた接続孔底部の第１の導電膜原子
が接続孔の側壁部に向けて飛来する。飛来した第１の導
電膜原子（よプラズマ中の窒素ラジカルや窒素イオンと
結合し接続孔の側壁部に第１の導電膜の窒化物を形成す
る。この時、接続孔の底部において（よ　不活性ガスイ
オンにより第１の導電膜の表面酸化膜がスパッタ除去さ
れ　第１の導電膜が露出している。その後、ＣＶＤ法に
より接続孔に選択的に第２の導電膜を埋め込む時、接続
孔の側壁部は第１の導電膜の窒化物が形成されているた
めに　第２の導電膜は側壁部には堆積しな（１したがっ
て、第１の導電膜が露出している接続孔底部に選択的に
堆積するた△　第２の導電膜の表面に段差が生じること
なく接続孔の埋め込み・平坦化が可能となる。

実施例 第１図Ａ−Ｆ、第２図はそれぞれ本発明の一実施例にお
ける半導体集積回路装置の製造工程を示す断面図である
。以下、本発明の実施例を第１図Ａ〜Ｆ、第２図を用い
て説明すも 第１図において、まずシリコン基板１１上に導電膜とし
て例えば第１のシリコン酸化膜１２を０．６μｍ膜尾　
第１層アルミニウム配線１３を０．８μｍ膜尾第２のシ
リコン酸化膜１４を０．８μｍ膜厚となるように順次形
威すも　この啄　第１のシリコン酸化膜１２はボロン及
びリンを含んだ風　第１層アルミニウム配線■３はシリ
コンや銅を添加した膜を使用しても良へ　また　第２の
シリコン酸化膜１４は通常プラズマＣＶＤ法により形成
されたものを使用する。その後、スルーホールを形成す
るためのレジスト１５を形成する（第１図Ａ）。

次にレジスト１５をマスクとして第２のシリコン酸化膜
１４をドライエツチング法により除去ニ　スルーホール
を形成する。その後、プラズマアッシング法及び発煙硝
酸によりレジスト１５を除去する。

この隊　第２のシリコン酸化膜１４のドライエツチング
にｉ上　ｃＨＦ＊と０２の混合ガスを用いた反応性リア
クティブイオンエツチング法を用いる（第１図Ｂ）。

次に平行平板型装置の真空反応室内において、窒素を添
加したアルゴンガスを導入し　プラズマ放電によるスパ
ッタエッチを行し＼　スルーホール底部の第１層アルミ
ニウム配線１３の表面酸化膜を除去Ｌ　　Ｆｆ浄なアル
ミニウム表面を露出させる。

この啄　アルゴンイオンによりスパッタされたアルミニ
ウム原子はスルーホールの側壁部に付着し窒素ラジカル
や窒素イオンと反応して窒化アルミニウム１６を形成す
る。この場合、アルゴンガスの代わりに他の不活性ガス
を用いてもよい（第１図Ｃ）。

この場合の反応を第２図を用いてさらに詳細に説明する
。プラズマ中のアルゴンイオン２３がスルーホール底部
の第１層アルミニウム配線１３の表面酸化膜をスバッタ
エッチレ　清浄なアルミニウム表面を露出させる。この
時、表面酸化膜厚やスパッタエッチレートのばらつきを
考慮してオーバーエッチを行わなくてはならないので、
表面酸化膜を除去した後もアルミニウム表面をスパッタ
し続ける。アルゴンイオン２３によりスパッタされたア
ルミニウム原子２４（上　　スルーホールの側壁部に付
着し　その場でプラズマ中より飛来した窒素ラジカル２
５と反応し　窒化アルミニウム１６を形威すも次に第１
層アルミニウム配線１３上にＣＶＤ法により選択的にタ
ングステンｉ７を堆積し　スルーホールの埋め込み・平
坦化を行う。この時、タングステン１７は清浄なアルミ
ニウム表面のみに堆積して、窒化アルミニウム１６によ
り覆われたスルーホールの側壁部には堆積することはな
いので、スルーポールに埋め込んだタングステン１７の
表面には段差ができない。この場合、タングステンの代
わりに他の導電膜を用いてもよい（第１図Ｄ）。

次に第２のシリコン酸化膜１東　窒化アルミニウム１６
及びタングステン１７上に第２層アルミニウム配線１８
を膜厚が１μｍになるように形成する。この時、タング
ステン１７の表面は段差がなく平滑であるので、第２層
アルミニウム配線１８の段差被覆性が低下し　スルーホ
ール上部の第２層アルミニウム配線１８の断面積が減少
するようなことはなｌ、％したがって、第２層アルミニ
ウム配線１８のエレクトロマイグレーション寿命も減少
することはないので、信頼性の高いスルーホールコンタ
クト電極を形成することができる。また　スルーホール
上部の第２層アルミニウム配線１８の表面には段差が生
じないので、第２層アルミニウム配線１８の形成後、発
煙硝酸による洗浄を行なって払　発煙硝酸の混じった水
分が段差部に溜ってしまうことがないので、第２層アル
ミニウム配線１８が腐食し断線することはない。この場
合、第２層アルミニウム配線の代わりに他の導電膜を用
いてもよい（第１図Ｅ）。

次に第２層アルミニウム配線１８上に保護膜としてプラ
ズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜１９を膜厚０．８μ
ｍとなるように形成すも　この啄　スルーホール上部の
第２層アルミニウム配線１８の表面は平坦であり段差が
ないので、第２層アルミニウム配線１８上に堆積したシ
リコン窒化膜１９の段差被覆性が低下し　膜厚が局所的
に薄くなることはない。

つまり、どの部分でも膜厚が０．８μｍに保たれている
ので耐湿性の高い保護膜が得られも 発明の効果 以上の説明から明らかなように　本発明によれば　窒素
を添加した不活性ガス雰囲気中においてスパッタ法によ
り第１の導電膜による配線の表面処理を行なうので、接
続孔の側壁部に第１の導電膜の窒化物が形成されん　次
に選択ＣＶＤ法により第２の導電膜を接続孔に埋め込む
場合、第２の導電膜は接続孔側壁部には堆積されず、第
１の導電膜が露出した接続孔の底部にのみ選択的に堆積
されるので、第２の導電膜の埋め込み・完全平坦化が可
能となり、接続孔部に段差が生じることがな賎　したが
って、接続孔上に第３の導電膜による配線を形成してＬ
　段差のために第３の導電膜配線の膜厚が薄くなり配線
の断面積が減少することはないので、信頼性の高いスル
ーホールコンタクト電極の形成が可能となる。また　第
３の導電膜配線上に保護膜としてシリコン窒化膜を形成
して転　接続孔部には段差が存在しないので、シリコン
窒化膜の膜厚が局所的に薄くなり、信頼性の低下を招く
ことがな（ち　また　第３の導電膜配線の形成後、発煙
硝酸による洗浄を行なった場合、発煙硝酸が接続孔上の
段差部に溜って、水洗しても除去しにくくなることがな
いので、第３の導電膜配線が腐食することもない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の一実施例における半導体集積
回路装置の製造工程を示す断面は　第３図は従来の半導
体集積回路装置の製造工程を示す断面図であも １１・・・シリコン基板、１２・・・第１のシリコン酸
化風１３・・・第１層アルミニウム配置１　１４・・・
第２のシリコン酸化ｉ　　１５・・・レジスト、１６・
・・窒化アルミニラん１７・・・タングステン、１８・
・・第２層アルミニウム配線１９・・・シリコン窒化膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第
   １の絶縁膜上に第１の導電膜による配線を形成する工程
   と、前記第１の導電膜上に第２の絶縁膜を形成する工程
   と、前記第２の絶縁膜に接続孔を設ける工程と、前記第
   １の導電膜の表面酸化膜を窒素を添加した不活性ガスを
   用いたスパッタリング法により除去する工程と、前記接
   続孔に第２の導電膜を埋め込む工程と、前記第２の絶縁
   膜及び第２の導電膜上に第３の導電膜による配線を形成
   する工程とを備えた半導体集積回路装置の製造方法