JPH04207054A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に多層配線
を有する半導体装置における上層金属配線と下層金属配
線との接続部の形成方法に関する。

（従来の技術） 従来、多層配線を有する半導体装置における上層金属配
線と下層金属配線との接続部（ＶＩＡコンタクト）を形
成する際には、第２図（ａ）乃至（Ｃ）に示すような工
程で行っている。即ち、まず、第２図（ａ）に示すよう
に、素子が形成された半導体基板１上に堆積された第１
の層間絶縁膜２上に、第１金属配線（例えばＡρ合金配
線）３を形成する。次に、第２の層間絶縁膜４として例
えばプラズマＣＶＤ　（気相成長）法によるプラズマ５
ｉｎ２膜を堆積し、さらに、第３の層間絶縁膜５として
堆積中に水分が取り込まれてしまう方法によりＳｉＯ□
膜を形成し、さらに、第４の層間絶縁膜６として例えば
プラズマＳ　ｉ　０２　膜ヲ堆積する。そして、フォト
レジストアを塗布し、ＰＥＰ　（写真蝕刻法）により、
第４の層間絶縁膜６〜第２の層間絶縁膜４の接続孔形成
予定部上のみフォトレジストアを除去する。次に、第２
図（ｂ）に示すように、フォトレジストアをマスクにし
て、異方性エツチング、例えばＲＩＥ　（反応性イオン
エツチング）により前記第１金属配線３が露出す、るよ
うに第４の層間絶縁膜６〜第２の層間絶縁膜４をエツチ
ングして接続孔（スルーホール）８を形成する。次に、
第２図（Ｃ）に示すように、フォトレジスト７を剥離し
、スパッタにより全面に第２金属配線層（例えばＡ、９
合金膜）を堆積し、これをパターニングして第２金属配
線９を形成する。

なお、堆積中に水分が取り込まれてしまう方法により第
３の層間絶縁膜５　（Ｓ　ｉＯ２膜）を形成する方法と
しては、Ｓｉを含む溶液を用いてＳｉＯ２膜を堆積する
ことにより層間膜表面の平坦化を図る方法があり、その
−例としては、ＳＯＧ　（Ｓｐｉｎ　　Ｏｎ　　Ｇｌａ
ｓｓ）のようにＳ　ｉ　Ｏ２膜有機溶液を塗布した後に
有機溶液を蒸発させる方法がよく用いられている。

しかし、上記したような従来の製造方法には次のような
問題がある。すなわち、層間絶縁膜中に、Ｓｉを含む溶
液で堆積された５ｉ０２膜５が含まれているので、ＲＩ
Ｅ法による接続孔の開口時から上層金属配線層のスパッ
タ時までの間に、上記５ｉ０２膜５から水分を含む何ら
かのガスが放出され、この水分が第１金属配線層３の表
面と反応して、第１金属配線層３のＡｊｌｌの表面つま
り接続孔８の底面（第１金属配線３の表面）に絶縁性薄
膜１１が生成されてしまう。

このような現象が起こると、接続孔８における第２金属
配線９と第１金属配線３との導通が不能になる。

なお、第２金属配線層９のスパッタの前処理により前記
ＡＩ水酸化物１１を除去できたとしても、それ以後の熱
工程（例えばシンク）で５ｉｎ２膜５からガスが放出さ
れて第２金属配線層９が変質し、やはり、接続孔８にお
ける第２金属配線９と第１金属配線３との導通が不能に
なるおそれがある。

（発明が解決しようとする課題） 上記したように従来の半導体装置の製造方法では、接続
孔の底面に絶縁性薄膜が生成され、上層と下層の金属配
線どおしの導通が不能になるという欠点がある。

本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、そ
の目的は、上層金属配線と下層金属配線との接続孔の開
口時から上層金属配線層の形成までの間に、下層金属配
線表面に絶縁性薄膜が生成したとしても、上層金属配線
と下層金属配線との接続孔における導通の信頼性および
上層金属配線の信頼性が高い半導体装置の製造方法を提
供することにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第１
金属配線を形成する工程と、上記第１金属配線上に層間
絶縁膜を堆積形成し、この層間絶縁膜に接続孔を開口す
る工程と、この層間絶縁膜上の全面に薄膜を堆積する工
程と、上記層間絶縁膜の側壁に上記薄膜を残して前記層
間絶縁膜の上面および前記接続孔底面の第１金属配線の
上面を露出させるように異方性エツチングを行う工程と
、基板上の全面に第２金属配線層を堆積し、これをパタ
ーニングして第２金属配線を形成する工程とを具備する
ことを特徴とする。

（作　用） 接続孔開口時から上層金属配線の形成工程までの間に下
層金属配線表面に絶縁性薄膜が生成されたとしても、接
続孔開口後から上層金属配線工程までの間に層間絶縁膜
上の全面に薄膜を堆積し、さらに、層間絶縁膜の側壁に
薄膜を残して層間絶縁膜の上面および接続孔底面の第１
金属配線の上面を露出させるように異方性エツチングを
行うようにしたので、このエツチングにより上記絶縁性
薄膜を除去することができる。また、シンクなどの熱工
程で、前記層間絶縁膜から接続孔内にガスが放出される
ことを上記薄膜によって防止することができる。従って
、第２金属配線層が変質して接続孔における第２金属配
線と第１金属配線との導通が不能になるというような問
題を避けることができる。

さらに、薄膜堆積後に層間絶縁膜の上面を露出させるよ
うにエツチングする際に、接続孔の開口エツジが丸みを
おびるようになり、上層金属配線の段切れが生じるとい
うような問題を避けることができる。

従って、第１金属配線層と第２金属配線層との接続孔に
おける導通の信頼性および第１金属配線層の信頼性の向
上を達成できる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図（ａ）乃至（ｄ）は、第１実施例に係る半導体装
置の製造方法における各工程を示している。即ち、まず
、第１図（ａ）に示すように、素子が形成された半導体
基板１上に堆積された第１の層間絶縁膜２上に、第１金
属配線層３、例えばＡ、１７合金配線膜をスパッタ堆積
し、ＰＥＰおよびＲＩＥにより所望の寸法にパターニン
グ加工して第１金属配線３を形成する。次に、第２の層
間絶縁膜４として、例えばプラズマＣＶＤ法によるプラ
ズマ５ｉ０２膜を堆積し、さらに、第３の層間絶縁膜５
として堆積中に水分が取り込まれてしまう方法（例えば
ＳＯＧ法）によりＳｉＯ２膜を形成し、さらに、第４の
層間絶縁膜６として例えばプラズマ５ｉｎ２膜を堆積す
る。次に、フォトレジストアを塗布し、ＰＥＰにより、
第４の層間絶縁膜６〜第２の層間絶縁膜４の接続孔形成
予定部上のみフォトレジスト７を除去する。次に、フォ
トレジストアをマスクにして、異方性エツチング、例え
ばＲＩＥにより前記第１金属配線３が露出するように第
４の層間絶縁膜６〜第２の層間絶縁膜４をエツチングし
て接続孔（スルーホール）８を形成する。このとき、従
来例で説明したように、接続孔開口時あるいは開口終了
後に接続孔８の底面（第１金属配線３の表面）に絶縁性
薄膜１１が生成される。

次に、フォトレジスト７を剥離し、第１図（ｂ）に示す
ように、第４の層間絶縁膜６上の全面に水分などの不純
物を含まない薄膜１２（Ｎえばプラズマ５ｉｎ２膜）を
堆積する。但し、このプラズマ５ｉｎ２膜で接続孔８が
埋まってしまわないような膜厚とする。

次に、第１図（ｃ）に示すように、基板上の全面をＲＩ
Ｅによってエツチングし、層間絶縁膜６〜４の側壁に薄
膜１２を残すと共に第４の層間絶縁Ｍ６の上面および接
続孔底面の第１金属配線３の上面を露出させる。つまり
、第４の層間絶縁膜６上の薄膜１２と、接続孔底面の薄
膜１２および絶縁性薄膜１１を除去する。

次に、第１図（ｄ）に示すように、スパッタにより全面
に第２金属配線層（例えばＡ１合金膜）をスパッタ堆積
し、ＰＥＰおよびＲｒＥにより所望の寸法にパターニン
グ加工して第２金属配線９を形成する。

上記した実施例の製造方法では、接続孔開口時から上層
金属配線工程までの間に下層金属配線表面に絶縁性薄膜
が生成されたとしても、接続孔開口後から上層金属配線
工程までの間に層間絶縁膜上の全面に薄膜を堆積し、さ
らに、層間絶縁膜の側壁に薄膜を残して層間絶縁膜の上
面および接続孔底面の第１金属配線の上面を露出させる
ように異方性エツチングを行うようにしたので、その後
のＲＩＥ工程あるいはシンクなどの熱工程で第３の層間
絶縁膜５から接続孔内にガスが放出されることを上記薄
膜によって防止することができる。

従って、第２金属配線層９が変質して接続孔８における
第２金属配線９と第１金属配線３との導通が不能になる
というような問題を避けることができる。

また、薄膜堆積後に第４の層間絶縁膜６の上面を露出さ
せるようにエツチングする際に、接続孔の開口エツジが
丸みをおびるようになり、後工程での上層金属配線層を
堆積する際にスパッタされる金属が開孔部に入りやすく
なり、上層金属配線の段切れが生じるというような問題
を避けることができる。

なお、前記薄膜としては、水分などの不純物を含まず、
後のＲＩＥによって接続孔８底面の第１金属配線３の表
面の絶縁性薄膜１１と一緒に除去できる薄膜であればよ
く、上記例のようなプラズマＳｉＯ２膜に限らず、通常
のＣＶＤＳｉＯ２膜とかＳｉＮ膜などの絶縁膜でも、多
結晶シリコン膜でも、金属膜でもよい。薄膜として絶縁
膜を用いる場合は、この絶縁膜が接続孔８側面に堆積す
る膜厚性だけ、同一世代の設計基準の限界値よりも小さ
い接続孔８を形成できるという効果が得られる。

また、第１金属配線３上の層間絶縁膜は、上記例のよう
な３層に限らず、２層でも１層でも、あるいは、４層以
上でもよいが、堆積中に水分が取り込まれてしまう方法
により形成される層間絶縁膜を少なくとも１層は含む場
合に本発明は有効である。

［発明の効果］ 上述したように本発明によれば、接続孔開口時から上層
金属配線工程までの間に下層金属配線表面に絶縁性薄膜
が生成したとしても、上層金属配線と下層金属配線との
接続孔における導通の信頼性および上層金属配線の信頼
性が高い半導体装置の製造方法を実現することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｄ）は本発明の半導体装置の製造方
法の一実施例における各工程を示す断面図、第２図（ａ
）乃至（ｃ）は従来の半導体装置の製造方法における各
工程を示す断面図である。 １・・・半導体基板、２・・・第１の層間絶縁膜、３・
・・第１金属配線、４・・・第２の層間絶縁膜、５・・
・第３の層間絶縁膜（堆積中に水分が取り込まれてしま
う方法により形成されたＳｉＯ２膜）、６・・・第４の
層間絶縁膜、８・・・接続孔、９・・・第２金属配線、
１０・・・反応生成物、１１・・・絶縁性薄膜、１２・
・・薄膜。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 １１図 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に第１金属配線を形成する工程と、 上記第１金属配線上に層間絶縁膜を堆積形成し、この層
   間絶縁膜に接続孔を開口する工程と、この層間絶縁膜上
   の全面に薄膜を堆積する工程と、 上記層間絶縁膜の側壁に上記薄膜を残して前記層間絶縁
   膜の上面および前記接続孔底面の第１金属配線の上面を
   露出させるように異方性エッチングを行う工程と、 基板上の全面に第２金属配線層を堆積し、これをパター
   ニングして第２金属配線を形成する工程とを具備するこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）前記薄膜は水分などの不純物を含まない絶縁膜で
   あ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。