JPH04152657A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は、半導体装置、およびその製造方法に関し、
さらに詳しくは、半導体装置における多層配線構造、お
よび半導体装置における多層配線構造の形成方法の改良
に係るものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
More specifically, the present invention relates to improvements in a multilayer wiring structure in a semiconductor device and a method for forming a multilayer wiring structure in a semiconductor device.
半導体装置においては、通常の場合、半導体基板上に素
子構造を構成させた後に、素子相互間とか、素子を外部
回路と電気的に接続するために、各種の配線が必要とさ
れる。In a semiconductor device, after forming an element structure on a semiconductor substrate, various types of wiring are usually required to electrically connect the elements and to connect the elements to an external circuit.
そして、従来、この種の接続配線には、多結晶シリコン
膜、高融点金属膜、高融点金属シリサイド膜、それに、
アルミ膜、アルミ合金膜などが用いられており、なかで
も、最近の高速・高集積化デバイスでは、配線抵抗を小
さくする必要があることから、比抵抗の小さいアルミ膜
、アルミ合金膜によるアルミ多層配線構造が必須のもの
とされている。Conventionally, this type of connection wiring has been made using a polycrystalline silicon film, a high melting point metal film, a high melting point metal silicide film, and
Aluminum films, aluminum alloy films, etc. are used, and in particular, in recent high-speed, highly integrated devices, it is necessary to reduce wiring resistance. A wiring structure is considered essential.
第5図には、従来でのこの種のアルミ多層配線構造を有
する半導体装置の一例として、DRAM(Dynami
c Random Access Memory )デ
バイスの概要構成を模式的に示しである。FIG. 5 shows a DRAM (DynamiDRAM) as an example of a conventional semiconductor device having this type of aluminum multilayer wiring structure.
c. Random Access Memory) This is a schematic diagram showing the general configuration of the device.
すなわち、この第5図に示す従来例装置の構成において
、符号lはシリコン半導体基板であり、2は当該シリコ
ン半導体基板lの主面上に形成されたDRAM素子(ス
タック・セル)、3は当該DRAM素子(スタック・セ
ル)2上を覆って堆積された下地絶縁膜である。また、
4は前記下地絶縁膜3上に選択的に形成された第1層ア
ルミ配線、5は当該第1層アルミ配線4を含む下地絶縁
膜3上に堆積された層間絶縁膜、6は前記第1層アルミ
配線4と上層の第2層アルミ配線とを接続するために、
当該層間絶縁膜5に開孔されたコンタクト孔6aを含む
接続部である。さらに、7は前記層間絶縁膜5上に選択
的に形成された第2層アルミ配線、8はこれらの素子部
、各配線部を外部からの水分などの侵入に対して保護す
るために、当該第2層アルミ配線7を含む層間絶縁膜5
上に堆積された保護絶縁膜である。That is, in the configuration of the conventional device shown in FIG. 5, reference numeral 1 is a silicon semiconductor substrate, 2 is a DRAM element (stack cell) formed on the main surface of the silicon semiconductor substrate 1, and 3 is a DRAM element (stack cell) formed on the main surface of the silicon semiconductor substrate 1. This is a base insulating film deposited to cover the DRAM element (stack cell) 2. Also,
Reference numeral 4 denotes a first layer aluminum wiring selectively formed on the base insulating film 3; 5, an interlayer insulating film deposited on the base insulating film 3 including the first layer aluminum wiring 4; 6, the first layer insulating film 3; In order to connect the layer aluminum wiring 4 and the upper second layer aluminum wiring,
This is a connection portion including a contact hole 6a opened in the interlayer insulating film 5. Furthermore, 7 is a second layer of aluminum wiring selectively formed on the interlayer insulating film 5, and 8 is a second layer of aluminum wiring formed selectively on the interlayer insulating film 5; Interlayer insulating film 5 including second layer aluminum wiring 7
A protective insulating film is deposited on top.
こ\で、前記第5図構成に示す従来の半導体装置におい
て、第1層アルミ配線4と第2層アルミ配線7との接続
部6での安定性は、装置デバイス自体の製造歩留りとか
信頼性レベルを左右する重要な技術的ポイントになる。In the conventional semiconductor device shown in FIG. This is an important technical point that affects the level.
次に、前記第5図構成に示す従来の半導体装置の製造フ
ローにつき、特に各層配線間の接続部々分の形成方法を
主体にして述べる。Next, the manufacturing flow of the conventional semiconductor device shown in the structure shown in FIG. 5 will be described, focusing in particular on the method of forming the connecting portions between the interconnections in each layer.
なお、多層配線構造としては、前記したように多結晶シ
リコン配線、高融点金属配線、高融点金属シリサイド配
線、およびアルミ配線、アルミ合金配線を組み合わせた
ものが一般的であるが、二\では、これを簡略化して、
前記第5図に示されているように、第1層、第2層の各
配線が共にアルミ配線を主体とする“アルミ2層配線構
造”の場合について述べることきする。As mentioned above, the multilayer wiring structure is generally a combination of polycrystalline silicon wiring, high melting point metal wiring, high melting point metal silicide wiring, aluminum wiring, and aluminum alloy wiring. Simplifying this,
As shown in FIG. 5, the case of an "aluminum two-layer wiring structure" in which both the first and second layer wirings are mainly aluminum wiring will be described.
第6図[I]ないし〔■〕は同上アルミ2層配線構造の
形成フローを順次模式的に示すそれぞれに断面図である
。FIGS. 6 [I] to [■] are sectional views sequentially schematically showing the formation flow of the two-layer aluminum wiring structure.
[I]工程
シリコン半導体基板lの主面上にあって、素子間分離酸
化膜301. l−ランスファ・ゲート電極302゜不
純物拡散層303.ワード1i1304.記憶ノード3
05.キャパシタ絶縁膜306.およびセル・プレート
307からなるDRAM素子(スタック・セル)2を形
成する。[I] Process On the main surface of the silicon semiconductor substrate l, an element isolation oxide film 301. l-transfer gate electrode 302° impurity diffusion layer 303. Word 1i1304. memory node 3
05. Capacitor insulating film 306. A DRAM element (stacked cell) 2 consisting of a cell plate 307 and a cell plate 307 is formed.
[113工程。[Step 113.
前記DRAM素子(スタック・セル)2を形成したシリ
コン半導体基板l上の全面に、下地絶縁膜3を堆積させ
た後、写真製版法、エツチング技術により、所要部分に
対して選択的にコンタクト孔308を開孔させる。After depositing a base insulating film 3 on the entire surface of the silicon semiconductor substrate l on which the DRAM element (stacked cell) 2 is formed, contact holes 308 are selectively formed in required portions by photolithography and etching techniques. Open the hole.
ついで、当該コンタクト孔308部を含んで下地絶縁膜
3上に、第1層アルミ配線4を選択的に形成する。Next, the first layer aluminum wiring 4 is selectively formed on the base insulating film 3 including the contact hole 308 portion.
こ\で、最近のサブミクロン・デバイスにおいては、
a)コンタクト部でのアルミ配線と、シリコン基板(不
純物拡散層)との異常反応(アロイスバイク)による接
合リークの防止。In recent submicron devices, a) prevention of junction leakage due to abnormal reaction (alloys bike) between the aluminum wiring and the silicon substrate (impurity diffusion layer) at the contact portion;
b)アルミ合金膜中のシリコンが、固相エピタキシャル
成長によってコンタクト部に析出されることで発生する
コンタクト不良の防止。b) Prevention of contact failure caused by silicon in the aluminum alloy film being deposited on the contact portion by solid phase epitaxial growth.
C)アルミ配線の上層に形成される層間絶縁膜とか保護
絶縁膜の膜応力により、配線に断線などを生ずるところ
の、ストレス・マイグレーションに対する耐性の向上。C) Improved resistance to stress migration, which can cause wire breakage due to film stress in the interlayer insulating film or protective insulating film formed on the upper layer of the aluminum wiring.
などの理由から、当該第1層アルミ配線4には、窒化チ
タン(TiN) 、チタン・タングステン(Tie)な
どのバリアメタル膜310と、Aj2−3i、 Aj2
−3i−Cuなどのアルミ合金膜311とを組み合わせ
た構造の配線が採用される。For these reasons, the first layer aluminum wiring 4 includes a barrier metal film 310 such as titanium nitride (TiN) or titanium-tungsten (Tie), and Aj2-3i, Aj2.
A wiring having a structure in combination with an aluminum alloy film 311 such as -3i-Cu is employed.
そして、これらの各層310.311については、通常
の場合、スパッタ法によって堆積され、かつ写真製版法
、エツチング技術により、第1層アルミ配線4として選
択的にパターニングされる。Each of these layers 310 and 311 is normally deposited by sputtering and selectively patterned as the first layer aluminum wiring 4 by photolithography and etching.
Cm]工程。Cm] process.
前記第1層アルミ配線4を含む下地絶縁膜3上の全面に
、層間絶縁膜5を堆積する。An interlayer insulating film 5 is deposited over the entire surface of the base insulating film 3 including the first layer aluminum wiring 4.
当該層間絶縁膜5としては、例えば、化学気相成長法(
Chemical Vapor Deposition
:以下、CVD法と呼ぶ)によって堆積される下層側
のシリコン酸化膜321と、塗布形成される中間層とし
ての無機塗布絶縁膜322と、それに、前記と同様にC
VD法によって堆積される上層側のシリコン酸化膜32
3とを順次に組み合わせた絶縁膜構造が用いられる。The interlayer insulating film 5 may be formed by, for example, chemical vapor deposition (
Chemical Vapor Deposition
A lower silicon oxide film 321 deposited by a CVD method (hereinafter referred to as CVD method), an inorganic coated insulating film 322 as an intermediate layer coated, and carbon dioxide as described above.
Upper silicon oxide film 32 deposited by VD method
An insulating film structure in which 3 and 3 are sequentially combined is used.
前記下層側のシリコン酸化膜321としては、通常の場
合、シラン(SiH,)ガスと、酸素(0,)ガス。The lower silicon oxide film 321 is usually made of silane (SiH,) gas and oxygen (0,) gas.
あるいは亜酸化窒素(N、0)ガスとを用い、300〜
450℃程度の堆積温度で、熱とかプラズマを利用した
CVD法によって堆積するが、最近では、ステップカバ
レッジがよいという特長をもつことから、T E OS
(T6jrB−Ej)1yl−Ortho−Sili
cate )などの有機シラン系の材料も用いられる。Alternatively, using nitrous oxide (N, 0) gas,
It is deposited by CVD using heat or plasma at a deposition temperature of about 450°C, but recently T E OS has been developed because it has the advantage of good step coverage.
(T6jrB-Ej)1yl-Ortho-Sili
Organic silane-based materials such as cate) are also used.
前記中間層としての無機塗布絶縁膜322は、平坦化の
ために用いられるもので、当該無機塗布絶縁膜322と
しては、シラノール(Si (OH) 4)などを主成
分とするものが一般的であり、これを回転塗布後、40
0〜450℃程度の温度でベークしてシリコン酸化膜化
することにより、前記シリコン酸化膜321の表面を平
坦化させる。The inorganic coated insulating film 322 as the intermediate layer is used for planarization, and the inorganic coated insulating film 322 is generally composed mainly of silanol (Si (OH) 4) or the like. Yes, after spin coating, 40
The surface of the silicon oxide film 321 is flattened by baking at a temperature of about 0 to 450° C. to form a silicon oxide film.
但し、この無機塗布絶縁膜322については、比較的吸
湿性が高くて、接続部・側壁に露出されると、ガス放出
などの悪影響を及ぼすことになるので、当該接続部・側
壁に露出されないように、弗素系ガスとかアルゴン(A
r)系ガスによるドライ・エツチング技術によってエッ
チバックする。However, this inorganic coated insulating film 322 has a relatively high hygroscopicity, and if exposed to the connection parts and side walls, it will have adverse effects such as gas release, so it should be careful not to be exposed to the connection parts and side walls. In addition, fluorine-based gas or argon (A
r) Etch back by dry etching technique using a series of gases.
ついで、その後、前記下層側のシリコン酸化膜321の
場合と同様にCVD法によって上層側のシリコン酸化膜
323を堆積させる。Then, similarly to the case of the lower silicon oxide film 321, an upper silicon oxide film 323 is deposited by the CVD method.
[rV]工程。[rV] step.
前記層間絶縁膜5に対して、前記第1層アルミ配線4と
電気的接続をとる接続部6対応に、写真製版法、エツチ
ング技術により、コンタクト孔6aを選択的に開孔させ
る。Contact holes 6a are selectively opened in the interlayer insulating film 5 by photolithography and etching techniques, corresponding to the connection portions 6 for electrically connecting with the first layer aluminum wiring 4.
すなわち、写真製版法によって接続部6以外の部分をレ
ジストパターン324で覆い、当該レジストパターン3
24をエツチング・マスクにして、例えば、弗素系溶液
による湿式エツチング、 CHF、と0□などを主成分
とする反応性イオンエツチングを組み合わせたテーパー
・エツチング技術により、れ、エツチング技術により、
層間絶縁膜5を選択的に除去してコンタクト孔6aを開
孔させるのである。That is, the portion other than the connecting portion 6 is covered with a resist pattern 324 by photolithography, and the resist pattern 3 is
24 as an etching mask, for example, by a taper etching technique that combines wet etching with a fluorine-based solution, CHF, and reactive ion etching whose main ingredients are 0□.
Interlayer insulating film 5 is selectively removed to open contact hole 6a.
なお、この場合、マスクに用いたレジストパターン32
4.ならびにエツチング時に生ずる反応生成物などにつ
いては、当該エツチング開孔後に、酸素(0□)プラズ
マとか、湿式化学処理法などで除去する。Note that in this case, the resist pattern 32 used for the mask
4. In addition, reaction products generated during etching are removed by oxygen (0□) plasma, wet chemical treatment, etc. after the etching holes are formed.
[V)工程。[V) Process.
前記した接続部6.すなわち、コンタクト孔6aの開孔
形成工程中にあっては、前記第1層アルミ配線4の該当
する最表面部が、CHF、などの弗素系ガスとか、酸素
(0,)ガスのプラズマに曝されることになって、その
最表面に100人程0の厚さのアルミ変質層(弗化物層
、酸化物層など)部分201が形成されることから、こ
れらの薄い絶縁膜(部分201)を除去して、安定した
コンタクト抵抗を得られるようにするために、第2層ア
ルミ配線7の形成前にあって、アルゴン(Ar)イオン
202によるスパッタ・エツチングを施す。The above-mentioned connection part 6. That is, during the process of forming the contact hole 6a, the corresponding outermost surface portion of the first layer aluminum wiring 4 is exposed to plasma of fluorine gas such as CHF or oxygen (0,) gas. As a result, an aluminum deterioration layer (fluoride layer, oxide layer, etc.) portion 201 with a thickness of approximately 100 mm is formed on the outermost surface of the thin insulating film (portion 201). In order to remove the contact resistance and obtain stable contact resistance, sputter etching using argon (Ar) ions 202 is performed before forming the second layer aluminum wiring 7.
[V1]工程。[V1] Process.
前記第1層アルミ配線4におけるアルミ変質層部分20
1をエツチング除去した後、真空中で連続して、前記コ
ンタクト孔6aを含む層間絶縁膜5上に、スパッタ法に
より、第2層アルミ配線7を堆積させると共に、前記第
1層アルミ配線4の場合と同様に、写真製版法、エツチ
ング技術により、所期通りの配線として選択的にパター
ニングさせる。Aluminum deterioration layer portion 20 in the first layer aluminum wiring 4
After removing the first layer aluminum wiring 4 by etching, the second layer aluminum wiring 7 is successively deposited in vacuum on the interlayer insulating film 5 including the contact hole 6a by sputtering, and the first layer aluminum wiring 4 is As in the case above, photolithography and etching techniques are used to selectively pattern the wiring as desired.
そして、当該第2層アルミ配線7としては、この場合、
AJ2−St、 Aff−3L−Cu、Aj2−Cuな
どのアルミ合金膜が採用される。In this case, the second layer aluminum wiring 7 is as follows:
Aluminum alloy films such as AJ2-St, Aff-3L-Cu, and Aj2-Cu are used.
さらに、この接続部6での第1層、第2層の各アルミ配
線4,7相互の電気的コンタクトをとるために、当該第
2層アルミ配線7の選択形成後に、400〜450℃程
度の温度で熱処理を施す。Furthermore, in order to make electrical contact between the first and second layer aluminum wirings 4 and 7 at this connecting portion 6, after the selective formation of the second layer aluminum wiring 7, a temperature of about 400 to 450°C is applied. Apply heat treatment at temperature.
〔■〕工程。[■] Process.
最後に、これらの素子部、各配線部を外部から侵入して
くる水分などに対して保護するために、前記第2層アル
ミ配線7を含む層間絶縁膜5上にあって、CVD法によ
り、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの保護絶縁膜
8を堆積させるのである。Finally, in order to protect these element parts and each wiring part from moisture entering from the outside, a layer is formed on the interlayer insulating film 5 including the second layer aluminum wiring 7 by a CVD method. A protective insulating film 8 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited.
従来の半導体装置における多層配線構造は、以上のよう
に構成されており、それぞれの第1.第2の各アルミ配
線層4,7の微細化に伴い、これら相互の接続部6を形
成するコンタクト孔6aの内径も小さくされるが、この
ために、装置構成のサブミクロン・レベルによる接続部
6にあっては、当該接続部6での電気的コンタクトの安
定性、信頼性などの各点で種々の好ましくない問題を生
ずることになる。The multilayer wiring structure in a conventional semiconductor device is configured as described above, and each first... With the miniaturization of the second aluminum wiring layers 4 and 7, the inner diameter of the contact hole 6a that forms the mutual connection 6 is also reduced. 6, various undesirable problems arise in terms of the stability and reliability of electrical contact at the connection portion 6.
すなわち、前記したように、従来方法の場合には、第2
層アルミ配線7を形成する前に、アルゴン(Ar)イオ
ン202によるスパッタ・エツチング処理を施すように
しており、この前処理は、第7図(a)に示されている
ように、接続部6のコンタクト孔6a内で、第1層アル
ミ配線4の表面部に形成されているアルミ変質層(弗化
物層とか酸化物層など)部分201を、スパッタ・エツ
チングすることで、これを当該アルミの弗化物、酸化物
・粒子203として、接続部6の外部にまで飛散させて
除去し、第1層アルミ配線4の該当表面部を清浄にする
というものである。That is, as mentioned above, in the case of the conventional method, the second
Before forming the layered aluminum wiring 7, sputter etching treatment using argon (Ar) ions 202 is performed, and this pretreatment is performed to form the connection portion 6 as shown in FIG. By sputtering and etching the aluminum deterioration layer (fluoride layer, oxide layer, etc.) portion 201 formed on the surface of the first layer aluminum wiring 4 in the contact hole 6a, this is removed from the aluminum. The fluoride, oxide, and particles 203 are scattered to the outside of the connection portion 6 and removed, thereby cleaning the corresponding surface portion of the first layer aluminum wiring 4.
しかしながら、この際に、前記アルゴン(Ar)イオン
202によってスパッタ・エツチングされるのは、本来
のアルミ変質層部分201だけにとfまらず、第7図(
b)に示されているように、表面側に露出されている層
間絶縁膜5の部分もまたスパッタ・エツチングされるも
ので、このために、当該エツチング処理に際しては、層
間絶縁膜5を形成するシリコン酸化膜の一部が分解され
て酸素(o2)204を生じ、これが第1層アルミ配線
4と反応して該当表面部にアルミ酸化物205を形成し
たり、あるいは、分解されずに絶縁物であるシリコン酸
化物206の粒子として、第1層アルミ配線4の該当表
面部に付着されるという現象を生ずるものであった。However, at this time, what is sputter-etched by the argon (Ar) ions 202 is not only the original aluminum deterioration layer portion 201, but also the portion shown in FIG.
As shown in b), the part of the interlayer insulating film 5 exposed on the surface side is also sputter etched, and therefore, during the etching process, the interlayer insulating film 5 is not formed. A part of the silicon oxide film is decomposed to generate oxygen (O2) 204, which reacts with the first layer aluminum wiring 4 to form aluminum oxide 205 on the corresponding surface area, or to form an insulator without being decomposed. This caused a phenomenon in which particles of silicon oxide 206 were attached to the corresponding surface portion of the first layer aluminum wiring 4.
従って、この状態のまS、真空中で連続して第2層アル
ミ配線7を選択形成させても、第8図に示されているよ
うに、電気的コンタクトをとるべき接続部6での第1層
アルミ配線4と第2層アルミ配線7との界面部にあって
、スパッタ・エツチング時に生じたアルミ酸化物205
.およびシリコン酸化物206の粒子が存在することに
なり、前記フローで述べた第2層アルミ配線7の形成後
における400〜450℃程度の温度による熱処理では
、当該第1.第2の各アルミ配線層4.7の界面ミキシ
ングが充分には行なわれず、この結果、接続部6でのコ
ンタクト抵抗の増加、ならびにオーブン不良を惹き起こ
すことになる。Therefore, even if the second layer aluminum wiring 7 is selectively formed continuously in vacuum in this state, as shown in FIG. Aluminum oxide 205 generated during sputtering and etching at the interface between the first layer aluminum wiring 4 and the second layer aluminum wiring 7
.. and silicon oxide 206 particles are present, and in the heat treatment at a temperature of about 400 to 450° C. after the formation of the second layer aluminum wiring 7 described in the above flow, the first. The interfacial mixing of the second aluminum wiring layers 4.7 is not sufficiently performed, resulting in an increase in contact resistance at the connection portion 6 and an oven failure.
そしてまた、前記第2層アルミ配!!7の形成後におけ
る400〜450℃程度の温度による熱処理によって、
たとえ、初期のコンタクト抵抗値を正常になし得たとし
ても、前記のように、第1.第2の各アルミ配線層4.
7での界面ミキシングが充分でないために、エレクトロ
・マイグレーション耐量とか、ストレス・マイグレーシ
ョン耐量などの接続部6における信頼性が低下するとい
う不利がある。And also, the second layer of aluminum! ! By heat treatment at a temperature of about 400 to 450°C after the formation of 7,
Even if the initial contact resistance value can be made normal, as mentioned above, the first. Each second aluminum wiring layer 4.
Since the interfacial mixing at 7 is not sufficient, there is a disadvantage that the reliability of the connection portion 6, such as the electro-migration resistance and the stress-migration resistance, is reduced.
さらに、シリコン半導体基板、およびアルミ以外の下層
配線の場合には、弗酸、その他の最適な酸とか、アルカ
リ洗浄によって、表面に形成される自然酸化膜、変質膜
などを比較的容易に除去し得るのであるが、下層配線が
酸やアルカリの溶液に弱いアルミ配線では、このような
酸、アルカリ洗浄を行なうことができないために、前記
各問題点が一層、深刻化するものであった。Furthermore, in the case of silicon semiconductor substrates and lower layer wiring other than aluminum, natural oxide films and altered films formed on the surface can be relatively easily removed by cleaning with hydrofluoric acid, other suitable acids, or alkaline cleaning. However, in the case of aluminum wiring whose underlying wiring is susceptible to acid and alkali solutions, such acid and alkali cleaning cannot be performed, and the above-mentioned problems become even more serious.
この発明は、従来のこのような問題点を解消するために
なされたもので、その目的とするところは、下層配線と
上層配線との接続部でのミキシングを促進して、安定な
コンタクト抵抗を得ると共に、当該接続部のエレクトロ
・マイグレーション耐量、ストレス・マイグレーション
耐量などの信頼性レベルを向上させ、高品質で製造歩留
りのよい装置構成を得られるようにした。この種の半導
体装置、およびその製造方法、ニーでは、半導体装置に
おける多層配線構造、およびその形成方法を提供するこ
とである。This invention was made to solve these conventional problems, and its purpose is to promote mixing at the connection between the lower layer wiring and the upper layer wiring to achieve stable contact resistance. At the same time, reliability levels such as electro-migration resistance and stress-migration resistance of the connection portion are improved, and a device configuration with high quality and good manufacturing yield can be obtained. An object of the present invention is to provide a semiconductor device of this type, a method for manufacturing the same, and a multilayer wiring structure in a semiconductor device, as well as a method for forming the same.
前記目的を達成するために、この発明に係る半導体装置
は、下層のアルミ配線を覆う層間絶縁膜上にあって、金
属膜、多結晶シリコン膜、あるいは金属シリサイド膜な
どの導電性スパッタエツチング防止膜を形成した後、こ
れらの各層に対して下層のアルミ配線とのコンタクト孔
を開孔させるようにしたものである。In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a conductive sputter etching prevention film such as a metal film, a polycrystalline silicon film, or a metal silicide film, on an interlayer insulating film covering the lower layer aluminum wiring. After forming these layers, contact holes are formed in each of these layers to connect to the aluminum wiring in the lower layer.
すなわち、この発明は、下層、上層の各層配線の相互間
を層間絶縁膜によって絶縁させた多層配線構造を有する
半導体装置において、前記下層配線を覆う層間絶縁膜上
に、金属膜、多結晶シリコン膜、あるいは金属シリサイ
ド膜などの導電性スパッタエツチング防止膜を形成させ
、かつ当該下層配線に対して、前記導電性スパッタエツ
チング防止膜、ならびに層間絶縁膜に開孔したコンタク
ト孔を通して接続される上層配線としての導電膜を形成
させると共に、これらの導電膜、および導電性スパッタ
エツチング防止膜によって上層配線を形成させたことを
特徴とする半導体装置である。That is, the present invention provides a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which lower layer wiring and upper layer wiring are insulated from each other by an interlayer insulation film, in which a metal film or a polycrystalline silicon film is provided on the interlayer insulation film covering the lower wiring. Alternatively, as an upper layer wiring formed by forming a conductive sputter etching prevention film such as a metal silicide film, and connected to the lower layer wiring through a contact hole opened in the conductive sputter etching prevention film and an interlayer insulating film. This is a semiconductor device characterized in that a conductive film is formed therein, and an upper layer wiring is formed of these conductive films and a conductive sputter etching prevention film.
また、この発明は、下層、上層の各層配線の相互間を層
間絶縁膜によって絶縁させた多層配線構造を有する半導
体装置の製造方法において、前記下層配線上に、層間絶
縁膜を被覆形成させる工程と、当該層間絶縁膜上に、金
属膜、多結晶シリコン膜、あるいは金属シリサイド膜な
どの導電性スパッタエツチング防止膜を形成させる工程
と、前記導電性スパッタエツチング防止膜と層間絶縁膜
とを通して、前記下層配線に達するコンタクト孔を選択
的に開孔させる工程と、前工程でのコンタクト孔の開孔
に際して生じた下層配線上の変質層を、スパッタエツチ
ングによって除去する工程と、前記スパッタエツチング
後、コンタクト孔を含む導電性スパッタエツチング防止
膜上に、上層配線となる導電膜を被覆形成して、前記下
層配線にコンタクト孔を通して当該導電膜を接続させる
工程と5前記導電膜と導電性スパッタエツチング防止膜
とを同時にパターニング成形して、前記上層配線を選択
的に形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置
の製造方法である。The present invention also provides a method for manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which lower and upper wiring layers are insulated from each other by an interlayer insulation film, including a step of forming an interlayer insulation film on the lower wiring. , a step of forming a conductive sputter etching prevention film such as a metal film, a polycrystalline silicon film, or a metal silicide film on the interlayer insulation film; and a step of forming the lower layer through the conductive sputter etching prevention film and the interlayer insulation film. A step of selectively opening a contact hole that reaches the wiring, a step of removing by sputter etching a degraded layer on the lower layer wiring that was generated when the contact hole was opened in the previous step, and a step of removing the deteriorated layer on the lower wiring layer after the sputter etching. a step of forming a conductive film to become an upper layer wiring on the conductive sputter etching prevention film containing the conductive sputter etching prevention film, and connecting the conductive film to the lower layer wiring through a contact hole; This method of manufacturing a semiconductor device is characterized in that it includes a step of simultaneously patterning and forming the upper layer wiring to selectively form the upper layer wiring.
従って、この発明では、下層、上層の各層配線の相互間
を層間絶縁膜によって絶縁させた多層配線構造を有する
半導体装置において、下層配線を覆う層間絶縁膜上に、
金属膜、多結晶シリコン膜、あるいは金属シリサイド膜
などの導電性スパッタエツチング防止膜を形成させ、か
つ下層配線に対して、導電性スパッタエツチング防止膜
、ならびに層間絶縁膜に開孔したコンタクト孔を通して
接続される上層配線としての導電膜を形成させた上で、
これらの導電膜、および導電性スパッタエツチング防止
膜によって上層配線を形成させるようにしたから、接続
部でのコンタクト孔内に露出される下層配線表面の変質
層をスパッタエツチングで除去する際に、層間絶縁膜が
シリコン酸化物であっても、その分解による酸素の発生
が減少され、下層配線表面での絶縁膜酸化物の形成を最
小限に抑制でき、併せて、当該下層配線表面に対する絶
縁膜酸化物粒子の付着についても効果的に防止し得るの
である。Therefore, in the present invention, in a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which lower layer wiring and upper layer wiring are insulated from each other by an interlayer insulation film, on the interlayer insulation film covering the lower layer wiring,
A conductive sputter-etching prevention film such as a metal film, polycrystalline silicon film, or metal silicide film is formed, and connection is made to the lower layer wiring through a contact hole opened in the conductive sputter-etching prevention film and the interlayer insulating film. After forming a conductive film as an upper layer wiring,
Since the upper layer wiring is formed using these conductive films and the conductive sputter etching prevention film, when removing the degraded layer on the surface of the lower layer wiring exposed in the contact hole at the connection part by sputter etching, the interlayer Even if the insulating film is silicon oxide, the generation of oxygen due to its decomposition is reduced, and the formation of insulating film oxide on the surface of the underlying wiring can be minimized. It is also possible to effectively prevent the adhesion of particles.
以下、この発明に係る半導体装置、およびその製造方法
の実施例につき、第1図ないし第4図を参照して詳細に
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 4.
第1図はこの発明の一実施例を適用したアルミ多層配線
構造を有するDRAMデバイスの概要構成を模式的に示
す断面図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing the general structure of a DRAM device having an aluminum multilayer wiring structure to which an embodiment of the present invention is applied.
この第1図に示す実施例装置の構成においても、符号1
はシリコン半導体基板であり、2は当該シリコン半導体
基板1の主面上に形成されたDRAM素子(スタック・
セル)、3は当該DRAM素子(スタック・セル)2上
を覆って堆積された下地絶縁膜である。また、4は前記
下地絶縁膜3上に選択的に形成された第1層アルミ配線
、5は当該第1層アルミ配線4を含む下地絶縁膜3上に
堆積された層間絶縁膜、6は前記第1層アルミ配線4と
上層の第2層アルミ配線とを接続するために、当該層間
絶縁膜5に開孔されたコンタクト孔6aを含む接続部で
ある。また、101は前記層間絶縁膜5に対するスパッ
タエツチングを防止するために、当該層間絶縁膜5上に
堆積されたスパッタエツチング防止膜としてのアルミ、
もしくはアルミ合金膜である。さらに、7は前記スパッ
タエツチング防止膜としてのアルミ、もしくはアルミ合
金膜101上に選択的に形成された第2層アルミ配線、
8はこれらの素子部、各配線部を外部からの水分などの
侵入に対して保護するために、当該第2層アルミ配線7
.およびアルミ、もしくはアルミ合金膜101を含む層
間絶縁膜5上に堆積された保護絶縁膜である。Also in the configuration of the embodiment shown in FIG.
2 is a silicon semiconductor substrate, and 2 is a DRAM element (stacked) formed on the main surface of the silicon semiconductor substrate 1.
3 is a base insulating film deposited to cover the DRAM element (stack cell) 2. Further, 4 is a first layer aluminum wiring selectively formed on the base insulating film 3, 5 is an interlayer insulating film deposited on the base insulating film 3 including the first layer aluminum wiring 4, and 6 is the above-mentioned This is a connection portion including a contact hole 6a formed in the interlayer insulating film 5 to connect the first layer aluminum wiring 4 and the upper second layer aluminum wiring. Further, 101 is aluminum as a sputter etching prevention film deposited on the interlayer insulating film 5 to prevent sputter etching on the interlayer insulating film 5;
Or an aluminum alloy film. Furthermore, 7 is a second layer aluminum wiring selectively formed on the aluminum or aluminum alloy film 101 as the sputter etching prevention film;
8 is the second layer aluminum wiring 7 in order to protect these element parts and each wiring part from intrusion of moisture etc. from the outside.
.. and a protective insulating film deposited on the interlayer insulating film 5 including the aluminum or aluminum alloy film 101.
次に、前記第1図構成に示す実施例による半導体装置の
製造フローにつき、特に各層配線間の接続部々分の形成
方法を主体にして述べる。Next, the manufacturing flow of the semiconductor device according to the embodiment shown in the structure shown in FIG. 1 will be described, focusing in particular on the method of forming the connecting portions between the interconnections in each layer.
こ\でも、多層配線構造としては、前記第1図に示され
ているように、第1層、第2層の各配線が共にアルミ配
線を主体とする“アルミ2層配線構造”の場合について
述べること\する。In this case, the multilayer wiring structure is an "aluminum two-layer wiring structure" in which both the first layer and the second layer wiring are mainly aluminum wiring, as shown in Fig. 1 above. To say/do.
第2図[I]ないし〔■〕は同上アルミ2層配線構造の
形成フローを順次模式的に示すそれぞれに断面図である
。FIGS. 2 [I] to [■] are sectional views sequentially schematically showing the formation flow of the aluminum two-layer wiring structure as described above.
[I]ないし[III]工程。[I] to [III] steps.
これらの各工程は、前記従来例における該当工程の場合
と全(同様である。All of these steps are the same as the corresponding steps in the conventional example.
すなわち、まず、シリコン半導体基板lの主面上にあっ
て、素子間分離酸化膜301. )ランスファ・ゲート
電極302.不純物拡散層303.ワード線304゜記
憶ノード305.キャパシタ絶縁膜306.およびセル
・プレート307のそれぞれからなるDRAM素子(ス
タック・セル)2を形成する。That is, first, on the main surface of the silicon semiconductor substrate l, an element isolation oxide film 301. ) Transfer gate electrode 302. Impurity diffusion layer 303. Word line 304° storage node 305. Capacitor insulating film 306. A DRAM element (stacked cell) 2 consisting of a cell plate 307 and a cell plate 307 is formed.
ついで、DRAM素子(スタック・セル)2を形成した
シリコン半導体基板l上の全面に、下地絶縁膜3を堆積
させた後、写真製版法、エツチング技術により、所要部
分に対して選択的にコンタクト孔308を開孔させると
共に、当該コンタクト孔308部を含んで下地絶縁膜3
上に、第1層アルミ配線4を選択的に形成する。そして
、当該第1層アルミ配線4には、窒化チタン(TiN)
、チタン・タングステン(Tie)などのバリアメタル
膜310と、 Aj2−3i、 AJ2−3L−Cuな
とのアルミ合金膜311とを組み合わせた構造の配線を
採用し、かつこれらの各層310,311は、通常の場
合、スパッタ法によって堆積されて、写真製版法、エツ
チング技術により、第1層アルミ配線4として選択的に
パタニングされる。Next, a base insulating film 3 is deposited on the entire surface of the silicon semiconductor substrate l on which the DRAM element (stacked cell) 2 is formed, and then contact holes are selectively formed in required portions by photolithography and etching techniques. 308 and the base insulating film 3 including the contact hole 308 part.
A first layer aluminum wiring 4 is selectively formed thereon. The first layer aluminum wiring 4 is made of titanium nitride (TiN).
, a barrier metal film 310 such as titanium/tungsten (Tie), and an aluminum alloy film 311 such as Aj2-3i, AJ2-3L-Cu are used, and each of these layers 310, 311 is , is normally deposited by sputtering and selectively patterned as the first layer aluminum wiring 4 by photolithography and etching.
さらに、前記第1層アルミ配線4を含む下地絶縁膜3上
の全面に、層間絶縁膜5を堆積する。当該層間絶縁膜5
としては、例えば、CVD法によって堆積される下層側
のシリコン酸化膜321と、塗布形成される中間層の無
機塗布絶縁膜322と、それに、CVD法によって堆積
される上層側のシリコン酸化膜323とを順次に組み合
わせた絶縁膜構造が用いられる。Furthermore, an interlayer insulating film 5 is deposited on the entire surface of the base insulating film 3 including the first layer aluminum wiring 4. The interlayer insulating film 5
For example, a lower silicon oxide film 321 deposited by the CVD method, an intermediate inorganic coating insulating film 322 deposited by coating, and an upper silicon oxide film 323 deposited by the CVD method. An insulating film structure is used in which these are sequentially combined.
前記下層側のシリコン酸化膜321としては、通常の場
合、シラン(Si)l−)ガスと、酸素(0□)ガス。The lower silicon oxide film 321 is usually made of silane (Si)l-) gas and oxygen (0□) gas.
あるいは亜酸化窒素(N、0)ガスとを用い、 300
〜450℃程度の堆積温度で、熱とかプラズマを利用し
たCVD法によって堆積する。なお、この場合、ステッ
プカバレッジがよいという特長をもったTEOSなどの
有機シラン系の材料を用いてもよい。Alternatively, using nitrous oxide (N,0) gas, 300
It is deposited by a CVD method using heat or plasma at a deposition temperature of about 450°C. In this case, an organic silane material such as TEOS, which has a good step coverage, may be used.
前記中間層の無機塗布絶縁膜322は、平坦化のために
用いられ、当該無機塗布絶縁膜322としては、シラノ
ール(Si (OH) 4)などを主成分とするものが
一般的であって、これを回転塗布後、400〜450℃
程度の温度でベークしてシリコン酸化膜化することによ
り、前記シリコン酸化膜321の表面を平坦化させる。The inorganic coating insulating film 322 of the intermediate layer is used for planarization, and the inorganic coating insulating film 322 is generally composed mainly of silanol (Si (OH) 4) or the like. After spin-coating this, 400-450℃
By baking at a certain temperature to form a silicon oxide film, the surface of the silicon oxide film 321 is flattened.
但し、この無機塗布絶縁膜322については、比較的吸
湿性が高くて、後述の接続部・側壁に露出されると、ガ
ス放出などの悪影響を及ぼすことになるので、当該接続
部・側壁に露出されないように、弗素系ガスとかアルゴ
ン(Ar)系ガスによるドライ・エツチング技術によっ
てエッチバックする。However, this inorganic coating insulating film 322 has relatively high hygroscopicity, and if it is exposed to the connection parts and side walls, which will be described later, it will have an adverse effect such as gas release, so it should not be exposed to the connection parts and side walls. To avoid this, etching back is performed using a dry etching technique using fluorine-based gas or argon (Ar)-based gas.
ついで、その後、前記下層側のシリコン酸化膜321の
場合と同様にCVD法によって上層側のシリコン酸化膜
323を堆積させる。Then, similarly to the case of the lower silicon oxide film 321, an upper silicon oxide film 323 is deposited by the CVD method.
[1”/]工程。[1”/] process.
次に、前記層間絶縁膜5上の全面にあって、次工程にお
けるスパッタエツチングに際し、当該層間絶縁膜5のエ
ツチングを防止するために、スパッタ法により、導電性
スパッタエツチング防止膜としてのアルミ、もしくはア
ルミ合金膜101を堆積させる。Next, on the entire surface of the interlayer insulating film 5, a conductive sputter etching prevention film of aluminum or An aluminum alloy film 101 is deposited.
[V]工程。[V] Process.
前記アルミ、もしくはアルミ合金膜101と層間絶縁膜
5とに対して、前記第1層アルミ配線4と電気的接続を
とる接続部6に対応する部分に、写真製版法、エツチン
グ技術により、コンタクト孔6aを選択的に開孔させる
。A contact hole is formed in the aluminum or aluminum alloy film 101 and the interlayer insulating film 5 at a portion corresponding to the connection portion 6 that makes electrical connection with the first layer aluminum wiring 4 by photolithography or etching technology. 6a is selectively opened.
すなわち、写真製版法によって接続部6以外の部分をレ
ジストパターン324で覆い、当該レジストパターン3
24をエツチング・マスクにして、例えば、弗素系溶液
による湿式エツチング、 CHF、と0□などを主成分
とする反応性イオンエツチングを組み合わせたテーパー
・エツチング技術により、れ、エツチング技術により、
当該アルミ、もしくはアルミ合金膜101と層間絶縁膜
5とを選択的に除去して、両者に共通のコンタクト孔6
aを開孔させるのである。That is, the portion other than the connecting portion 6 is covered with a resist pattern 324 by photolithography, and the resist pattern 3 is
24 as an etching mask, for example, by a taper etching technique that combines wet etching with a fluorine-based solution, CHF, and reactive ion etching whose main ingredients are 0□.
The aluminum or aluminum alloy film 101 and the interlayer insulating film 5 are selectively removed to form a contact hole 6 common to both.
The hole a is opened.
なお、この場合、マスクに用いたレジストパターン32
4.ならびにエツチング時に生ずる反応生成物などにつ
いては、当該エツチング開孔後に、酸素(0□)プラズ
マとか、湿式化学処理法などで除去する。Note that in this case, the resist pattern 32 used for the mask
4. In addition, reaction products generated during etching are removed by oxygen (0□) plasma, wet chemical treatment, etc. after the etching holes are formed.
[VT]工程。[VT] Process.
前記した接続部6.すなわちコンタクト孔6aの開孔形
成工程中にあっては、こ\でも、前記第1層アルミ配線
4の該当する最表面部が、CHF、などの弗素系ガスと
か、酸素(0□)ガスのプラズマに曝されて、その最表
面に100人程0の厚さのアルミ変質層(弗化物層、酸
化物層など)部分201が形成されることから、これら
の薄い絶縁膜(部分201)を除去して、安定したコン
タクト抵抗を得るために、第2層アルミ配線7の形成前
にあって、アルゴン(Ar)イオン202によるスパッ
タ・エツチングを施す。The above-mentioned connection part 6. That is, during the process of forming the contact hole 6a, the corresponding outermost surface portion of the first layer aluminum wiring 4 is exposed to fluorine gas such as CHF, or oxygen (0□) gas. When exposed to plasma, an aluminum deterioration layer (fluoride layer, oxide layer, etc.) portion 201 with a thickness of approximately 100 mm is formed on the outermost surface. In order to remove and obtain stable contact resistance, sputter etching using argon (Ar) ions 202 is performed before forming the second layer aluminum wiring 7.
こ\で、当該スパッタ・エツチングに際しては、第3図
に示されているように、前記(rv)工程で堆積された
導電性スパッタエツチング防止膜としてのアルミ、もし
くはアルミ合金膜101が形成されているために、層間
絶縁膜5が殆んどスパッタエツチングされることはなく
、有効にミキシングされた接続界面207を形成し得る
のであり、また一方で、当該アルミ、もしくはアルミ合
金膜101がスパッタエツチングされて、その粒子が第
1層アルミ配線4の表面部に付着されても、これが導電
性をもつために、何らの障害も生ずる惧れはない。During this sputter etching, as shown in FIG. 3, the aluminum or aluminum alloy film 101 deposited in the (rv) step as a conductive sputter etching prevention film is formed. Therefore, the interlayer insulating film 5 is hardly sputter etched, and an effectively mixed connection interface 207 can be formed.On the other hand, the aluminum or aluminum alloy film 101 is not sputter etched Even if the particles are attached to the surface of the first layer aluminum wiring 4, there is no risk of causing any trouble because they are conductive.
〔■〕工程。[■] Process.
前記第1層アルミ配線4におけるアルミ変質層部分20
1をエツチング除去した後、真空中で連続して、前記コ
ンタクト孔308.アルミ、もしくはアルミ合金膜10
1を含む層間絶縁膜5上に、スパッタ法により、第2層
アルミ配線7を堆積させると共に、前記第1層アルミ配
線4の場合と同様に、写真製版法、エツチング技術によ
り、所期通りの配線として選択的にパターニングさせる
。Aluminum deterioration layer portion 20 in the first layer aluminum wiring 4
After removing the contact hole 308.1 by etching, the contact hole 308.1 is continuously etched in a vacuum. Aluminum or aluminum alloy film 10
A second layer aluminum wiring 7 is deposited on the interlayer insulating film 5 including the first layer 1 by a sputtering method, and as in the case of the first layer aluminum wiring 4, a desired shape is formed by photolithography and etching. Selectively pattern as wiring.
こ\で、当該第2層アルミ配線7としては、この場合、
Al2−3i、 Al2−3t−Cu、Aρ−Cuなど
のアルミ合金膜が採用される。In this case, the second layer aluminum wiring 7 is as follows:
Aluminum alloy films such as Al2-3i, Al2-3t-Cu, and Aρ-Cu are used.
さらに、この接続部6での第1層、第2層の各アルミ配
線4,7相互の電気的コンタクトをとるために、当該第
2層アルミ配線7の選択形成後に、400〜450℃程
度の温度で熱処理を施す。Furthermore, in order to make electrical contact between the first and second layer aluminum wirings 4 and 7 at this connecting portion 6, after the selective formation of the second layer aluminum wiring 7, a temperature of about 400 to 450°C is applied. Apply heat treatment at temperature.
〔■〕工程。[■] Process.
最後に、これらの素子部、各配線部を外部から侵入して
くる水分などに対して保護するために、前記第2層アル
ミ配線7を含む層間絶縁膜5上にあって、CVD法によ
り、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの保護絶縁膜
8を堆積させるのである。Finally, in order to protect these element parts and each wiring part from moisture entering from the outside, a layer is formed on the interlayer insulating film 5 including the second layer aluminum wiring 7 by a CVD method. A protective insulating film 8 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited.
なお、上記実施例においては、層間絶縁膜5上に形成さ
れる導電性スパッタエツチング防止膜として、アルミ、
もしくはアルミ合金膜101を用いているが、その他に
も、例えば、チタン膜とか、多結晶シリコン膜、あるい
はタングステンシリサイド膜などの金属膜、ないしは、
金属シリサイド膜などを任意に用いて同様な作用、効果
が得られる。In the above embodiment, aluminum, aluminum,
Alternatively, although the aluminum alloy film 101 is used, other metal films such as a titanium film, a polycrystalline silicon film, or a tungsten silicide film may also be used.
Similar actions and effects can be obtained by optionally using a metal silicide film or the like.
また、上記実施例では、アルミ2層配線構造について述
べたが、3層以上の多層配線構造にも適用できるほか、
第4図に示されているように、2層以上の配線の下敷き
膜としてバリアメタルを用いても同様な作用、効果を奏
し得る。こ−で、当該第4図実施例構成において、40
1は前記と同様にアルミ、もしくはアルミ合金膜、40
2は窒化チタン膜、403はチタン膜であり、404は
金属間化合物(TiAβ、)層である。In addition, although the above embodiment describes a two-layer aluminum wiring structure, it can also be applied to a multilayer wiring structure of three or more layers.
As shown in FIG. 4, similar actions and effects can be obtained even when a barrier metal is used as an underlying film for two or more layers of wiring. Thus, in the configuration of the embodiment shown in FIG.
1 is aluminum or aluminum alloy film as above, 40
2 is a titanium nitride film, 403 is a titanium film, and 404 is an intermetallic compound (TiAβ, ) layer.
さらに、上記実施例では、半導体基板上にDRAM素子
を形成した半導体装置に適用する場合について述べたが
、その他の多層配線構造を有する半導体装置などにも容
易に適用できることは勿論である。Further, in the above embodiments, the case where the present invention is applied to a semiconductor device in which a DRAM element is formed on a semiconductor substrate has been described, but it goes without saying that the present invention can be easily applied to a semiconductor device having other multilayer wiring structures.
以上詳述したように、この発明によるときは、下層、上
層の各層配線の相互間を層間絶縁膜によって絶縁させた
多層配線構造を有する半導体装置において、下層配線を
覆う層間絶縁膜上に、金属膜、多結晶シリコン膜、ある
いは金属シリサイド膜などの導電性スパッタエツチング
防止膜を形成させると共に、当該下層配線に対して、導
電性スパッタエツチング防止膜、ならびに層間絶縁膜に
開孔したコンタクト孔を通して接続される上層配線とし
ての導電膜を形成させた上で、これらの導電膜、および
導電性スパッタエツチング防止膜によって上層配線を形
成させるようにしたから、接続部でのコンタクト孔内に
露出される下層配線表面の変質層をスパッタエツチング
で除去する際にあって、層間絶縁膜を殆んどエツチング
することがな(、このために当該層間絶縁膜がたとえシ
リコン酸化物であっても、その分解による酸素の発生が
減少され、下層配線表面での絶縁膜酸化物の形成を最小
限に抑制でき、併せて、当該下層配線表面に対する絶縁
膜酸化物粒子の付着についても効果的に防止し得るので
あり、この結果、下層配線と上層配線との接続界面のミ
キシングが充分になされて、安定したコンタクト抵抗が
得られるほか、接続部でのエレクトロ・マイグレーショ
ン耐量とか、ストレス・マイグレーション耐量などの信
頼性レベルを向上でき、高品質の装置構成を歩留りよく
得られるなどの優れた特長を有するものである。As described in detail above, according to the present invention, in a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which lower layer wiring and upper layer wiring are insulated from each other by an interlayer insulation film, a metal layer is placed on the interlayer insulation film covering the lower layer wiring. A conductive sputter etching prevention film such as a polycrystalline silicon film, a metal silicide film, etc. is formed, and the lower wiring is connected to the conductive sputter etching prevention film and a contact hole formed in the interlayer insulating film. After forming a conductive film as an upper layer wiring to be connected, the upper wiring is formed using these conductive films and a conductive sputter etching prevention film. When removing the deteriorated layer on the wiring surface by sputter etching, the interlayer insulating film is hardly etched (for this reason, even if the interlayer insulating film is made of silicon oxide, the decomposition of The generation of oxygen is reduced, the formation of insulating film oxide on the surface of the lower wiring can be suppressed to a minimum, and at the same time, the adhesion of insulating film oxide particles to the surface of the lower wiring can be effectively prevented. As a result, the connection interface between the lower layer wiring and the upper layer wiring is sufficiently mixed, and not only stable contact resistance can be obtained, but also reliability levels such as electro-migration resistance and stress-migration resistance at the connection part can be improved. It has excellent features such as being able to improve performance and obtain high-quality device configurations at a high yield.
第1図はこの発明の一実施例を適用したアルミ多層配線
構造を有するDRAMデバイスの概要構成を模式的に示
す断面図であり、第2図[I)ないし〔■〕は同上装置
におけるアルミ2層配線構造の主要な製造工程の概要を
順次模式的に示すそれぞれに断面図、第3図は同上アル
ミ2層配線構造における層間絶縁膜上での導電性スパッ
タエツチング防止膜の作用を説明する要部の拡大断面図
、第4図は同上他の実施例を適用したアルミ多層配線構
造を有するDRAMデバイスの概要構成を模式的に示す
断面図である。
また、第5図は従来のアルミ多層配線構造を有するDR
AMデバイスの概要構成を模式的に示す断面図であり、
第6図[I]ないし〔■〕は同上装置におけるアルミ2
層配線構造の主要な製造工程の概要を順次模式的に示す
それぞれに断面図、第7図、および第8図は同上アルミ
2層配線構造における問題点を説明するそれぞれに要部
の拡大断面図である。
1・・・・シリコン半導体基板、
2・・・・DRAM素子(スタック・セル)、3・・・
・下地絶縁膜、
4・・・・第1層アルミ配線、
5・・・・層間絶縁膜、 6・・・・接続部、6a・・
・・コンタクト孔、
7・・・・第2層アルミ配線、
8・・・・保護絶縁膜、
101・・・・アルミ、もしくはアルミ合金膜(導電性
スパッタエツチング防止膜)、201・・・・アルミ変
質層部分、
202・・・・アルゴン(Ar)イオン、203・・・
・スパッタされたアルミの弗化物。
酸化物・粒子、
・・・・層間絶縁膜のスパッタによって発生した酸素(
0□)、
・・・・アルミの酸化物、
・・・・層間絶縁膜のスパッタによって発生したシリコ
ン酸化物・粒子、
・・・・上層アルミ配線と下層アルミ配線の界面、
・・・・素子間分離酸化膜、
・・・・トランスファ・ゲート電極、
・・・・不純物拡散層、
・・・・ワード線、 305・・・・記憶ノード、・・
・・キャパシタ絶縁膜、
・・・・セル・プレート、
・・・・コンタクト孔、
・・・・バリアメタル膜、
・・・・アルミ合金膜、
・・・・シリコン酸化膜、
・・・・無機塗布絶縁膜、
・・・・シリコン酸化膜、
・・・・レジストパターン、
・・・・アルミ、もしくはアルミ合金膜(導電性スパッ
タエツチング防止膜)
・・・・窒化チタン膜、
・・・・チタン膜、
・・・・金属間化合物
(Ti
Ac1)層。FIG. 1 is a sectional view schematically showing the general structure of a DRAM device having an aluminum multilayer wiring structure to which an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 [I] to [■] are aluminum 2 Each figure is a cross-sectional view schematically showing the outline of the main manufacturing process of the layered wiring structure, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the general structure of a DRAM device having an aluminum multilayer wiring structure to which the same and other embodiments are applied. In addition, Figure 5 shows a DR with a conventional aluminum multilayer wiring structure.
1 is a cross-sectional view schematically showing the general configuration of an AM device,
Figure 6 [I] to [■] are aluminum 2 in the same device.
Each of the diagrams schematically shows an overview of the main manufacturing processes of the layered wiring structure, and each of FIGS. 7 and 8 is an enlarged sectional view of the main part to explain the problems in the two-layer aluminum wiring structure. It is. 1... Silicon semiconductor substrate, 2... DRAM element (stack cell), 3...
- Base insulating film, 4... First layer aluminum wiring, 5... Interlayer insulating film, 6... Connection part, 6a...
...Contact hole, 7...Second layer aluminum wiring, 8...Protective insulating film, 101...Aluminum or aluminum alloy film (conductive sputter etching prevention film), 201... Aluminum altered layer portion, 202...Argon (Ar) ion, 203...
-Sputtered aluminum fluoride. Oxide/particles, Oxygen generated by sputtering of interlayer insulating film (
0□), ...Aluminum oxide, ...Silicon oxide/particles generated by sputtering of interlayer insulating film, ...Interface between upper layer aluminum wiring and lower layer aluminum wiring, ...Element Isolation oxide film, ...Transfer gate electrode, ...Impurity diffusion layer, ...Word line, 305...Storage node, ...
...Capacitor insulating film, ...Cell plate, ...Contact hole, ...Barrier metal film, ...Aluminum alloy film, ...Silicon oxide film, ...Inorganic Coated insulating film, ... silicon oxide film, ... resist pattern, ... aluminum or aluminum alloy film (conductive sputter etching prevention film) ... titanium nitride film, ... titanium Film, ... intermetallic compound (Ti Ac1) layer.
Claims (2)
って絶縁させた多層配線構造を有する半導体装置におい
て、 前記下層配線を覆う層間絶縁膜上に、所要厚さの金属膜
、多結晶シリコン膜、あるいは金属シリサイド膜などの
導電性スパッタエッチング防止膜を形成させ、 当該下層配線に対して、前記導電性スパッタエッチング
防止膜、ならびに層間絶縁膜に開孔したコンタクト孔を
通して接続される上層配線としての導電膜を形成させる
と共に、 これらの導電膜、および導電性スパッタエッチング防止
膜によって上層配線を形成させた ことを特徴とする半導体装置。(1) In a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which lower and upper wiring layers are insulated from each other by an interlayer insulating film, a metal film of a required thickness, polycrystalline silicon, etc. A conductive sputter etching prevention film such as a film or a metal silicide film is formed, and the upper layer wiring is connected to the lower layer wiring through the contact hole opened in the conductive sputter etching prevention film and the interlayer insulating film. What is claimed is: 1. A semiconductor device comprising: a conductive film formed thereon; and an upper layer wiring formed from the conductive film and a conductive sputter etching prevention film.
って絶縁させた多層配線構造を有する半導体装置の製造
方法において、 前記下層配線上に、層間絶縁膜を被覆形成させる工程と
、 当該層間絶縁膜上に、金属膜、多結晶シリコン膜、ある
いは金属シリサイド膜などの導電性スパッタエッチング
防止膜を形成させる工程と、前記導電性スパッタエッチ
ング防止膜と層間絶縁膜とを通して、前記下層配線に達
するコンタクト孔を選択的に開孔させる工程と、 前工程でのコンタクト孔の開孔に際して生じた下層配線
上の変質層を、スパッタエッチングによって除去する工
程と、 前記スパッタエッチング後、コンタクト孔を含む導電性
スパッタエッチング防止膜上に、上層配線となる導電膜
を被覆形成し、前記下層配線にコンタクト孔を通して当
該導電膜を接続させる工程と、 前記導電膜と導電性スパッタエッチング防止膜とを同時
にパターニング成形して、前記上層配線を選択的に形成
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) A method for manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which lower and upper wiring layers are insulated from each other by an interlayer insulating film, comprising: forming an interlayer insulating film over the lower wiring; A step of forming a conductive sputter etching prevention film such as a metal film, a polycrystalline silicon film, or a metal silicide film on the insulating film, and reaching the lower wiring through the conductive sputter etching prevention film and the interlayer insulating film. a step of selectively opening a contact hole; a step of removing, by sputter etching, a degraded layer on the lower wiring that was generated when the contact hole was opened in the previous step; and after the sputter etching, the conductive layer including the contact hole is removed. forming a conductive film to become an upper layer wiring on the conductive sputter etching prevention film, connecting the conductive film to the lower layer wiring through a contact hole, and patterning the conductive film and the conductive sputter etching prevention film at the same time. and selectively forming the upper layer wiring.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27985490A JPH04152657A (en) | 1990-10-17 | 1990-10-17 | Semiconductor device and manufacture thereof |
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