JPH04111319A - 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１ この発明は、半導体装置の製造方法に関し、さらに詳し
くは、半導体集積回路における多層配線層の形成方法の
改良に係るものである。

〔従来の技術〕

第３図は、−例としての従来方法によって製造された２
層配線構造を有する半導体集積回路装置の要部構成を模
式的に示す断面斜視図であり、また、第４図（ａ）ない
しくｅ）は１層目配線形成後における２層目配線の形成
工程を順次模式的に示すそれぞれに断面図である。

第３図に示す従来例構成において、符号１１は半導体基
板であり、こへでは、詳細構造について省略したが、公
知のように、ダイオード、トランジスタ構造などを構成
させるために必要なＰ型、Ｎ型の不純物拡散層、ならび
にこれらのＰＮ接合が形成されている。

また、２１はＡｌ１またはｉ合金からなる１層目の配線
金属層であって、ＰＮ接合を保護するための５ｉｎｓか
らなる第１の絶縁膜３１を下地として成膜、加工されて
いる。

さらに、２２は同様にＡρまたはＡｊ２合金からなる２
層目の配線金属層であって、前記１層目の配線金属層２
１との電気的絶縁と、当該１層目の配線金属層２１の保
護を目的とする層間絶縁膜３２を下地として成膜、加工
されている。

なお、３３は前記２層目の金属配線層２２を保護するた
めの第２の絶縁膜である。

しかして、この場合、前記層間絶縁膜３２には、１層目
の配線金属層２１を侵さずに、比較的低温で成膜し得る
絶縁膜としてプラズマＣＶＤ法により形成されたＳｉＮ
膜が用いられ、このＳｉＮ膜については、化学量論的組
成（ＳｉｓＮ４１のときに密度が最も高く、水とかＮａ
なとの耐拡散性にも優れた性質を示す。

次に、第４図に示す２層目配線の形成工程において、前
記１層目の金属配線１１２１の形成後（第４図（ａ））
、まず、プラズマＣＶＤ法によって全面に眉間絶縁膜３
２を堆積させる（同図（ｂ））と共に、１層目の金属配
線層２１に結線する必要のある間膜対応部分に対し、周
知の写真製版技術、ならびにエツチング法により窓開け
を行なう（同図（Ｃ））。

続いて、これらの全面に対して２層目の配線となる金属
層２２ａを形成させる（同図（ｄ））が、この金属層２
２ａの形成には、一般にスパッタ法が用いられる。

こ＼で、当該スパッタ法は、例久ば、数ｍＴｏｒｒ程度
のＡｒなどの不活性ガスのプラズマを用い、電離したＡ
ｒ”ガスイオンを電界により加速して金属ターゲットに
衝突させ、金属微粒子を得た上で、この金属微粒子によ
り金属薄膜を蒸着形成させる手段であって、この手段の
場合には、被蒸着側（半導体ウェハ側）にＡｒ”ガスイ
オンを衝突させることにより、同時に、被蒸着面を物理
的にエツチングし得るもので、これをスパッタエッチと
呼んでいる。

そして、２Ｎ目の配線となる金属層２２ａをスパッタ法
により成膜させるのには、前記１層目の金属配線層２１
との接触抵抗をできるだけ小さくするために、当該１層
目の金属配線層２１での表面の酸化物などを除去するこ
とが必要であり、従って、このように不活性ガスにより
満たされた真空室内で、エツチングと金属膜の堆積、い
わゆるデポジットを可能にするというところの、こ＼で
のスパッタエッチは、配線間に良好な接合を得られるこ
とから、−船釣に利用されている。

その後、前記のようにして２層目の配線となる金属層２
２ａを形成した後、前記と同様に、写真製版法、ならび
にエツチング法により、当該金属層２２ａを成形して所
要の２層目の金属層８８２２を完成させるのである（同
図（ｅ））。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記の工程を経て形成される従来の金属
配線層において、層間絶縁膜３２をＳｉＮ膜で形成させ
、かつ２層目の金属配線層２２の金属材料に八βまたは
Ａ２合金を用い、前記形成方法によってｌ膜またはＡ４
２合金膜を形成させた後、当該配線のエツチングを化学
的に行なった場合には、下地となるＳｉＮ膜での段差部
分にあって、前記第４図（ｅ）に示されているように、
エツチング残渣４１が発生し、これが装置構成に好まし
くない影響をもたらすという不具合のあることが判明し
た。

従って、この発明の目的とするところは、前記金属配線
形成時における不具合発生のメカニズムを究明して改善
し、このような段差部でのエツチング残渣を発生しない
ようにして優れた品質の装置構成を得られるようにした
半導体装置の製造方法、こ＼では、多１配線構造におけ
る金属配線層の形成方法を提倶することである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、この発明に係る半導体装置
の製造方法は、２層目の配線金属層の形成を２回に分け
て形成する複合膜構成とし、スパッタ法による２層目の
配線金属層の形成の際の化学的エツチングによる成形に
先立って、下地となる眉間絶縁膜としてのＳｉＮ膜が、
Ａｒ”″プラズマに曝されないようにするために、まず
、当該ＳｉＮ膜を金属保護膜で保護させておき、ついで
、主配線となる配線金属膜を形成させ、その後、これら
の保護金属膜、および配線金属膜の複合膜によるに線金
属層を所望パターン形状に成形させるようにしたもので
ある。

すなわち、この発明は、少なくとも２層以上の多層金属
配線構造を有し、かつ各金属配線層間の層間絶縁膜にＳ
ｉＮ膜構造を用いた半導体集積回路での金属配線層の形
成方法において、前記層間絶縁膜を下地としてＡρまた
はへβ合金からなる２層目以後の配線金属層を堆積形成
させる際に、まず、眉間絶縁膜としてのＳｉＮ膜上に、
当該ＳｉＮ膜保護のための１または１合金以外の金属に
よる保護金属膜を堆積させた後、ついで、主配線として
のＡ℃または１合金からなる配線金属膜を堆積させ、そ
の後、これらの保護金属膜、および配線金属膜の複合膜
による配線金属層を所望パターン形状に成形することを
特徴とする半導体装置の製造方法である。

［作　　　用］ 従って、この発明方法では、半導体集積回路の多層配線
構造において、下地となる眉間絶縁膜としてのＳｉＮ膜
上に、Ａｊ２またはへρ合金からなる２層目以後の配線
金属層をスパッタ法により堆積形成させる際に、まず、
当該ＳｉＮ膜上にＡ℃またはＡＩ２合金以外の金属によ
る保護金属膜を堆積させた後、ついで、主配線としての
Ａβまたは１合金からなる配線金属膜を堆積させ、その
後、これらの保護金属膜、および配線金属膜の複合膜を
化学的エツチングにより所望パターン形状に成形させて
、２層目以後の配線金属層を形成させるようにしたので
、眉間絶縁膜としてのＳｉＮ膜が、金属保護膜で保護さ
れており、このために配線パターン成形時に、下地Ｓｉ
Ｎ膜での段差部分にエツチング残渣を生ずる惧れがない
。

［実　施　例］ 以下、この発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例
につき、第１図および第２図を参照して詳細に説明する
。

第１図はこの実施例方法によって製造された２層配線構
造を有する半導体集積回路装置の要部構成を模式的に示
す断面斜視図、第２図（ａ）ないしくｆ）は１層目配線
形成後における２層目配線の形成工程を順次模式的に示
すそれぞれに断面図であり、これらの第１図、第２図実
施例において、前記第３図、第４図従来例と同一符号は
同一または相当部分を示している。

第１図に示す実施例構成においても、符号１１は半導体
基板であり、こ＼では、詳細構造について省略したが、
公知のように、ダイオード、トランジスタ構造などを構
成させるために必要なＰ型、Ｎ型の不純物拡散層、なら
びにこれらのＰＮ接合が形成されている。

また、２１は１層目の配線金属層であって、その配線材
料には、八２またはへβ合金が用いられると共に、前記
ＰＮ接合を保護する第１の絶縁膜３１を下地として成膜
、加工されており、こ＼での前記第１の絶縁膜３１につ
いては、熱酸化により形成されたＳｉＯ□、またはＣＶ
Ｄ法によるＳｉＯ□であってよい。

さらに、２２はこの発明の特徴とする保護金属膜２２１
と配線金属膜２２２との複合層にした２層目の配線金属
層であって、前記１層目の配線金属層２１に対する電気
的絶縁と、当該１層目の配線金属層２１の保護を目的と
する眉間絶縁膜３２を下地として成膜、加工され、この
眉間絶縁膜３２については、前記したようにプラズマＣ
ＶＤ法によるＳｉＮ膜であってよく、こ＼での前記複合
層にされたＴ１の保護金属膜２２１は、当該眉間絶縁膜
３２を保護するためのもので、八βまたはＡ２合金以外
の金属。

例えば、Ｃｒが用いられ、かつ上層の配線金属膜２２２
は、主配線層となるもので、こ＼では、Ａ℃−１％ＳＬ
のＡ２合金が用いられる。

なお、３３はこれらの１層目の配線金属層２１．および
２層目の配線金属層２２　（２２１，２２２）を保護す
る第２の絶縁膜である。

次に、第２図に示す２層目配線の形成工程において、前
記１層目の金属配線層２１の形成後（第２図（ａ））、
まず、プラズマＣＶＤ法によって、これらの全面に対し
、　ＳｉＮ膜からなる眉間絶縁膜３２を堆積させ（同図
（ｂ））、引き続き、スパッタ法により、前記１間絶縁
膜３２の全面に対し、当該１間絶縁膜３２の保護膜とし
て、ＡＪ２またはＡ℃合金以外の金属、こＳでは、Ｃｒ
からなる保護金属膜２２１ａを０．１〜０．５μｍ程度
堆積させた後（同図（Ｃ））、前記１層目の金属配線層
２１に結線する必要のある各膜３２．２２１ａの該当部
分に対し、周知の写真製版技術、ならびにエツチング法
により、窓開けを行なう（同図（ｄ））。

ついで、この状態において、前記１層目の金属配線層２
１との接触抵抗を小さくするために、前記した如（、ス
パッタエツチングを行なった上で、スパッタ法により、
前記窓開は部を含む保護金属膜２２１ａの全面に対して
、こ＼では、Ａ℃−１％ＳＬの１合金からなる配線金属
膜２２２ａを堆積させ（同図（ｅ））、その後、前記と
同様に、写真製版法、ならびにエツチング法により、当
該配線金属膜２２２ａと保護金属膜２２１ａとをそれぞ
れ同時に成形して、所要の複合膜による保護金属膜２２
１と配線金属膜２２２との２層目の配線金属層２２を完
成させるのである（同図（ｆ））。

そして、前記工程においては、ＳｉＮ膜からなる層間絶
縁膜３２をＡρまたはＡ４合金以外の金属からなる保護
金属膜２２１ａによって予め保護させであるだめに、Ａ
℃またはへρ合金からなる配線金属膜２２２ａの形成の
際でのスパッタエツチングによっても、最終的には、前
記した従来の方法でのように、当該層間絶縁膜３２上の
段差部分にエツチング残渣４１が発生するようなことが
ない。

以上、実施例の説明でも明らかなように、この発明の特
徴とするところは、ＳｉＮ膜からなる眉間絶縁膜３２上
に、２層目以後の配線金属層２２をパターン成形して形
成する場合にあって、当該配線金属材料がＡ℃または八
ρを主成分とし、その成形にスパッタエツチングを必要
とするとき、当該配線金属層２２の形成に条件を設け、
これによって眉間絶縁膜３２上の段差部分にエツチング
残渣を生じないようにした点、つまり換言すると、下地
としてのＳｉＮ膜からなる眉間絶縁膜３２が、スパッタ
エツチング時にプラズマに直接、曝されることのないよ
うにした点である。

次に、この実施例方法における作用、および効果につい
て述べる。

第５図は、従来方法でのスパッタエツチングを必要とす
る２ＪＩＩ目の配線金属層を形成した直後の装置態様を
示している。

こ＼で、前記と同様に、２１は１層目の配線金属層、３
２はその上を覆う眉間絶縁膜であって、当該１層目の配
線金属層２１の断面形状に沿って段差部が形成されてい
る。２２ａはこの眉間絶縁膜３２上に堆積形成された成
形前の２層目の配線金属層である。また、５１はウェハ
を保持、かつ搬送するためのスパッタ装置の治具であっ
てパレットと呼ばれており、先にも述べたように、スパ
ッタエツチングは、このパレット５１側に印加される負
の電位により、電離したＡｒ”イオンを加速してウェハ
に衝突させ、これによって当該ウニへの表面を物理的に
エツチングする。この場合、ウニ八表面でのエツチング
効果は、衝突されるＡｒ”イオンの密度の高いパレット
面に平行な眉間絶縁膜３２の平坦部６１で大きく、段差
部対応の傾斜部６２で小さくなり、かつ当該効果は、ウ
ニ八表面だけでな（、パレット表面５２においても生ず
ることも容易に推察されるところである。

また、このスパッタエツチング中に、スパッタアウトさ
れる微粒子は電荷をもたず、その空間濃度分布に従って
ウェハ、およびパレットの各表面に付着堆積（デポジッ
ト）される。すなわち、スバッタエッチング工程では、
エツチングとスパッタアウトされたものＸデポジットが
同時に進行するもので、エツチング率がデポジット率を
上回れば、結果として、その部分がエツチングされ、か
つ逆であれば、デポジットどなる。

先にも述べたように、ウニ八表面では、その形状に対応
してエツチング率が異なるもので、眉間絶縁膜３２の平
坦部６１に比較するとき、段差傾斜部６２においては、
デポジットが上回る場合を生じ、かったとえデポジット
が上回らない場合でも、付着物質とウニ八表面の層間絶
縁膜３２との化学的な反応によって、異質な反応生成物
、つまりこ＼では、前記したエツチング残渣４１が形成
される可能性があり、かつこのような場合でも、前記と
同様に、平坦部６１に比較して段差傾斜部６２では、エ
ツチング率の少ない分だけ当該反応生成物４１が多（な
るものと予測される。

そして、前記デポジットされたもの、または反応生成物
４１が、導電性であってかつＡρのエッチャントに溶け
にくい性状のものであるときに問題を生ずる。すなわち
、２層目の配線パターンをエツチングによって成形させ
るときに、層間絶縁膜３２上にあって導電物質としての
反応生成物４１が残存することになるからである。

こＳて、発明者らは、ｌエツチング後に残存する導電物
質としての反応生成物４１の発生要素となっている。パ
レット表面物質とスパッタエツチング時の下地構造との
２点の関係について詳細に検討した。

この結果を次の第１表に示す。同表において、パレット
表面物質については、５ＬＩＳ３１６．石英、および石
英に／ｌ膜を付けたもの、　５ｔＪＳ３１Ｂ板にＡ２膜
を付けたもの１４種類とし、下地構造については、プラ
ズマＣＶＤによるＳｔ、２．　ＳｉＮ、およびこの発明
でのプラズマＣＶＤによるＳｉＮにＡ２−１％Ｓｉ膜を
付けたもの′−３種類とした。

Ｕ　導電物質残存の有無についての比較○；残存なし、
×；残存あり。

上表から明らかなように、パレット表面物質が石英のと
きにのみ導電物質の残存がない。しかし一方で、パレッ
トを石英製とし、かつスパッタリングの各バッチ毎に、
これを洗浄、もしくは新品に取り替えて使用するのは、
あまり経済的であるとは云えない。従って、この点から
パレット表面がｉのときを考慮すると、眉間絶縁膜につ
いては、これがＳｉＮ膜のときに導電物質の残存を発生
することが判った。

そして、この結果から残存導電物質は、スパッタエッチ
時にＳｉＮ膜がプラズマに曝されることによって５Ｌ−
Ｎの結合が切断され、活性なＳｉ−結合手とＡ［との反
応生成物として残存するものと考えられるのである。何
故ならば、ＳｉＯ結合に比較してＳｉＮ結合が弱いから
である。

すなわち、以上の実験結果から、この実施例での妥当性
と有効性とが理解される。

なお、前記実施例においては、２層配線構造による配線
金属膜の形成方法について述べたが、さらに多層の配線
構造にも適用して同様な作用、効果が得られることは勿
論であり、また、実施例では、ＳｉＮ膜の保護金属膜を
Ｃｒとした場合について述べたが、そのほかにも、Ａ２
との密着性がよ（て低抵抗のｉまたはへβ合金以外の金
属であれば自由に選択可能であり、かつその膜厚につい
ても任意に設定し得る。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明方法によれば、少なくと
も２層以上の多層金属配線構造を有し、かつ各金属配線
層間の眉間絶縁膜にＳｉＮ膜構造を用いた半導体集積回
路での金属配線層の形成方法において、下地となる眉間
絶縁膜としての５ｉＮｌｌｌ上に、Ａβまたはへβ合金
からなる２層目以後の配線金属層をスパッタ法により堆
積形成させる際に、まず、当該ＳｉＮ膜上にＡβまたは
ＡＩ２合金以外の金属による保護金属膜を堆積させた後
、ついで、主配線としてのＡρまたはＡｌ合金らなる配
線金属膜を堆積させ、その後、これらの保護金属膜、お
よび配線金属膜の複合膜を化学的エツチングにより所望
パターン形状に成形させて、２層目以後の配線金属層を
形成させるようにしたので、眉間絶縁膜としてのＳｉＮ
膜が、金属保護膜で保護されており、このために配線パ
ターン成形時に、下地ＳｉＮ膜での段差部分にエツチン
グ残渣を生ずる慣れがなく、従って、結果的に優れた品
質の配線金属層、ひいては、半導体装置を容易に製造し
得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明方法の一実施例によって製造された２
層配線構造を有する半導体集積回路装置の要部構成を模
式的に示す断面斜視図、第２図（ａ）ないしくｆ）は同
上１層目配線形成後における２層目配線の形成工程を順
次模式的に示すそれぞれに断面図であり、また、第３図
は従来例方法によって製造された２層配線構造を有する
半導体集積回路装置の要部構成を模式的に示す断面斜視
図、第４図（ａ）ないしくｅ）は同上１層目配線形成後
における２層目配線の形成工程を順次模式的に示すそれ
ぞれに断面図、第５図は同上２層目配線の形成時に発生
するエツチング残渣の状態を模式的に示す断面説明図で
ある。 １１・・・・半導体基板、 ２１・・・・１層目の配線金属層、 ２２・・・・成形後の２層目の配線金属層、３２・・・
・層間絶縁膜（ＳｉＮ膜）、３３・・・・第２の絶縁膜
、 ４１・・・・エツチング残渣、 ５１・・・・パレット、　　５２・・・・パレ・シロ１
・・・・層間絶縁膜の平坦部、 ６２・・・・層間絶縁膜の段差傾斜部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも２層以上の多層金属配線構造を有し、かつ各
   金属配線層間の層間絶縁膜にＳｉＮ膜構造を用いた半導
   体集積回路での金属配線層の形成方法において、前記層
   間絶縁膜を下地としてＡｌまたはＡｌ合金からなる２層
   目以後の配線金属層を堆積形成させる際に、まず、前記
   層間絶縁膜としてのＳｉＮ膜上に、当該ＳｉＮ膜保護の
   ためのＡｌまたはＡｌ合金以外の金属による保護金属膜
   を堆積させた後、ついで、主配線としてのＡｌまたはＡ
   ｌ合金からなる配線金属膜を堆積させ、その後、これら
   の保護金属膜、および配線金属膜の複合膜による配線金
   属層を所望パターン形状に成形することを特徴とする半
   導体装置の製造方法。