JPH0425157A - 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ものである。

従来の技術 半導体装置の微細化が進むにつれて、金属多層配線パタ
ーンの微細化も進へ　それにともなって金属配線の層間
を接続するために形成されるスルーホールと言われる連
結部の開口部寸法も微細化される傾向にある。その結果
、連結部の開口径がスルーホールの深さと比べて小さく
なり、つまりアスペクト比か大きくなり、金属配線層間
の接続が困難になってきた　この様な信頼性上の問題に
対し　多くの改良がなされてきた　その中でも下層金属
配線に凸部を形成して上層金属配線との連結を行う製造
方法［特開昭６４−５９９３５］が提案されている。こ
の製造方法を第３図に基づいて説明する。同図（ａ）で
はシリコン基板１００」二に形成された下地１の上に　
下層金属配線膜を配線に必要な厚さ（２Ａ）に　後工程
同図（ｄ）の層間絶縁膜４Ａと同程度の上層金属配線と
の接続に必要な厚さ（２Ｂ）を加えた厚さに堆積する。

同図（ｂ）では任意の配線パターンにエツチングした後
、下層金属配線２Ａ上で上層配線との接続を必要とする
領域にレジスト３を形成する。同図（Ｃ）ではレジスト
３をマスクとして用いるエツチングにより、下層金属配
線膜の２Ｂ部分を選択的に除去し　上層金属配線との連
結に必要な凸部２Ｃを形成する。同図（ｄ）ではレジス
ト３をそのまま残し　層間絶縁膜４Ａを堆積する。この
とき層間絶縁膜４Ｂも同時に堆積される。同図（ｅ）で
はレジスト３を剥離するとき、同時に層間絶縁膜４Ｂを
も除去するいわゆるリフトオフ法を用いて、下層配線と
上層配線を連結する凸部２Ｃの表面を露出さ＋ｉ（更に
上層金属配線膜５を形成する。この様な製造方法により
、平坦な金属配線層間接続が可能になる。

発明が解決しようとする課題 上記に示したような従来の方法で（よ　以下のような問
題点がある。

（１）第３図（ｄ）で層間絶縁膜４Ａ及び４Ｂを堆積す
るとき、　レジスト３の側壁にも層間絶縁膜が堆積し　
残置してレジスト３を被（＼　その後の工程でレジスト
３が剥離されずに凸部２Ｃが露出しなくなる可能性があ
る。

（２）レジスト３を剥離したとき層間絶縁膜４Ｂかダス
トとして半導体装置上に残置するので、構成素子の微細
化　集積化が進につれ　歩留まり低下の大きな原因にな
る。

（３）レジスト３を形成するとき、マスクずれにより下
層配線上から配線幅方向にはみ出すと、その部分には層
間絶縁膜４Ａが形成されないので短絡の原因になりやす
く、それを避けるためにはレジスト３の寸法を配線幅の
寸法より小さくする必要があり、微細化を妨げる原因に
なる。

本発明ζ友　下層金属配線幅の方向について自己整合的
に下層配線幅の寸法を持つ連結部を形成すると共に極め
てアスペクト比の小さい開口部を歩留まり良く形成して
カバレッジの良い上層金属配線を形成する半導体装置の
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ム　下層配線となる金
属膜を、配線に必要な膜厚に上層配線との層間絶縁膜程
度の厚さを加えた膜厚で形成する工程と、前記金属膜上
に被膜を形成する工程と、前記金属膜および前記被膜に
おいて配線パターンを形成する工程と、上層配線との連
結部を形成する領域の前記被膜上に前記下層金属配線幅
方向にマージンを持たせ少なくも配線幅の寸法を持つ連
結部形状の第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、
前記第１のフォトレジスト膜をマスクとして用υ＼　上
層配線との連結部となる領域以外の前記被膜を選択的に
除去し　さらに必要な厚さまで前記下層金属配線膜をエ
ツチングして上層配線との連結部となる凸部を形成する
工程と、前記第１のフォトレジストを除去した後、半導
体装置全面に層間絶縁膜を形成し　さらに前記層間絶縁
膜」二に第２のフォトレジスト膜を平坦に形成する工程
と、前記層間絶縁膜と前記第２のフォトレジスト膜をエ
ツチング速度が等しい条件で、前記連結部表面または連
結部上の前記被膜が露出するまでエツチングする工程と
、前記金属配線連結部上の前記被膜を選択的に除去した
後、上層配線を形成する工程とを備えた半導体装置の製
造方法である。

イ乍用 本発明は上述の構成によって、パターンを形成した下層
金属配線及び被膜上の上層配線との連結部領域に　前記
下層金属配線幅方向には前記下層金属配線幅寸法にマー
ジンを持たせたコンタクトパターンの第１のフォトレジ
ストを被若さセミ　　その他の領域の被膜を除去し　さ
らに必要な厚さまで前記下層配線をエツチングして上層
配線と連結するための凸部を形成する。前記第１のフォ
トレジストを除去した後、半導体装置全面に層間絶縁膜
を堆積し　その上に平坦化のために第２のフォトレジス
トを堆積し　エツチング速度が等しい条件で前記層間絶
縁膜と前記第２のフォトレジストをエツチングすること
により前記連結部表面のみを露出させる。このｌｌＩ敞
　　下地の段差のため、または連結部上の被膜のエツチ
ング速度が層間絶縁膜のエツチング速度より遅いために
層間絶縁膜を所定の厚さまでエツチングしても連結部表
面が露出しない場合が生じる力丈　次に連結部上の被膜
を選択的に除去することにより、自己整合的に下層配線
幅の寸法を持つ連結部を確実に形成することが出来　し
かもアスペクト比が極めて小さい開口部を形成すること
が出来る。

実施例 （実施例１） 第１図（よ　本発明の第１の実施例を説明するための半
導体装置の製造方法を示す工程図である。

同図（ａ）ではシリコン基板１００上に形成された下地
１の上に　第１層金属配線膜８としてアルミニウムを配
線に必要な膜束　例えば８００ｎｍに層間絶縁膜１１程
度の厚さ、例えば８００ｎｍを加えた膜厚に堆積し　そ
の上に被膜として３ｉ３Ｎ４膜９をＣＶＤ法を用いて２
００ｎｍ程度堆積した後、第１層金属配線パターンを形
成する。このとき５ｉ３Ｎｚ膜９を堆積するの（よ　後
の工程で層間絶縁膜をエッチバックしたとき、エツチン
グのバラツキ、下地の段差などで連結部が露出しなくて
もＳｉ３Ｎ　４膜９を選択的に除去することにより確実
に連結部を形成させるためである。同図（ｂ）は上面図
で、配線形状にパターン形成された第１層金属配線膜８
及び５ｉｓＮａ膜９上に配線幅方向には配線幅寸法にマ
ージンを持たせたコンタクトパターンのレジスト１０を
堆積する。これにより、配線の長さ方向ではレジストの
パターン寸法で連結部の寸法が決定される力（配線幅方
向には自己整合的に配線幅の寸法を持つ連Ｑ− 結電を形成することが出来　連結部の大口径化がはかれ
る。同図（ｃ）及び同図（ｄ）はそれぞれ同図（ｂＨ：
１ｍおけるＸ　＋　−Ｘ　２、Ｙ　＋　−Ｙ　２方向の
断面図である。同図（ｅ）では連結部領域以外の５ｉ３
Ｎａ膜９を除去し　さらに第１層金属配線膜８を必要な
厚さ８００ｎｍまでエツチングして第２層金属配線との
連結部になる凸部を形成する。その後、　レジスト１０
を除去し　半導体装置全面にわたり層間絶縁膜としてＳ
ｉ○２膜１１を堆積し　その上にレジスト１２を堆積し
平坦化を行なう。同図（ｆ）ではレジスＩ・１２とＳｉ
Ｏ２膜１１のエツチング速度が等しい条（生例えばＣＨ
Ｆ３と０２の混合ガスを用いてエッヂバックし　連結部
または５ｊ３１’Ｊ＜膜９を露出させる。

上記のエツチング方法ではＳｉＯ２膜１１と５ｊ３Ｎ４
膜９のエツチング選択比が大きくないので５ｊ３１’Ｊ
ａ膜９をもエツチングすることができる。またこのエツ
チング方法によって第１層金属配線膜８のアルミニウム
が腐食される心配はない。同図（ｇ）では連結部」二の
Ｓｉ３Ｎ　を膜９を選択的に除去ｌ−第２層金属配線膜
１３を堆積し　多層配線の連結を行なっている。

（実施例２） 第２図８ｉ、本発明の第２の実施例を説明するための半
導体装置の製造方法を示す工程面図である。

同図（ａ）ではシリコン基板１００上に形成された下地
１の」二（二　第１層金属配線膜１４としてアルミニウ
ムを配線に必要な膜束　例えば８００ｎｍに堆積し第１
層金属配線膜１４上に第１層金属配線膜１４とは異なる
種類の金属膜として例えばタングステン膜１５を層間絶
縁膜１１程度の厚さ、例えば８００ｎｍの膜厚に堆積す
る。タングステン膜１５をエツチングするとき、第１層
金属配線膜１４のアルミニウム膜がエツチングストパー
となり、膜厚の制御が簡単になる。その後、タングステ
ン膜１５上に被膜として５１３Ｎ４膜９をＣ，ＶＤ法を
用いて２００ｎｍ程度堆積した後、第１層金属配線パタ
ーンを形成する。このとき５ｉｓＮ４膜９を堆積するの
は　第１の実施例と同様の理由である。同図（ｂ）は上
面図て　配線形状にパターン形成された第１層金属配線
膜８及びＳｉｓ　Ｎ　４膜９上に配線幅方向には配線幅
１］ 寸法にマージンを持たせたコンタクトパターンのレジス
ト１０を堆積する。これにより、配線の長さ方向ではレ
ジストのパターン寸法で連結部の寸法が決定される力（
配線幅方向には自己整合的に配線幅の寸法を持つ連結部
を形成することが出来、連結部の大口径化がはかれる。

同図（ｃ）及び同図（ｄ）はそれぞ゛れ同図（ｂ）ｉ：
おけルＸ１−Ｘ２、Ｙ＋−Ｙ２方向の断面図である。同
図（ｅ）ではレジスト１０をマスクとして用いるエツチ
ングにより、連結部領域以外のＳｉ３Ｎ　４膜９を除去
し　さらに連結部領域以外のタングステン膜１５を第１
層金属配線膜１４のアルミニウムをエツチングストッパ
ーにして除去Ｌ−第２層金属配線との連結部になる凸部
を形成する。その後、レジスト１０を除去し　半導体装
置全面にわたり層間絶縁膜としてＳｉＯ２膜１１を堆積
し　その」二にレジスト１２を堆積し平坦化を行なう。

同図（ｆ）ではレジスト１２とＳｊ。０２膜１１のエツ
チング速度が等しい条体　例えばＣＨＦ３と０２の混合
ガスを用いてエッチバックし　連結部または５ｊ３Ｎｚ
膜９を露出させる。同図（ｇ）では連結部」二のＳｉ３
Ｎ　４膜９を選択的に除去し　第２層金属配線膜１３を
堆積し　多層配線の連結を行なっている。

な壮　本実施例では被膜としてＳｊ、ｓＮｚ膜を用いた
力（アモルファスシリコン膜、ボロイミド等の被膜を用
いても同様の効果を有する。

発明の効果 以上の説明から明らかなよう（ζ　本発明によれば　下
層金属配線の幅の方向に自己整合的に連結部を形成して
連結部の面積を大きくすることが可能で、　さらに著し
くアスペクト比の小さい開口部を形成して連結部でのカ
バレッジを向上させることか出来るという効果を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における半導体装置の製
造方法を示す工程断面医　第２図は本発明の第２の実施
例における半導体装置の製造方法を示す工程断面＠　第
３図は従来の技術を用いた多層配線の断面図である。 １・・・下地　２Ａ、２Ｂ・・・下層金属配ａ　　２Ｃ
・・・連結部Ｒ，ａ、１ｏ、ｘ２・・・レジスト、　３
・・・レジスト、　４Ａ、４Ｂ、１１・・・層間絶縁膜
　５・・・」二層金属配ｇ！８．１４・・・第１層金属
配風　９・・・５ｉ３Ｎｚ風　１３・・・第２層金属配
線　１５・・・タングステン風 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名城 暴４ 一一 一　ハ ぐつ 法

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下層配線となる金属膜を、配線に必要な膜厚に上
   層配線との層間絶縁膜程度の厚さを加えた膜厚で形成す
   る工程と、前記金属膜上に被膜を形成する工程と、前記
   金属膜および前記被膜において配線パターンを形成する
   工程と、上層配線との連結部を形成する領域の前記被膜
   上に前記下層金属配線幅方向にマージンを持たせ少なく
   も配線幅の寸法を持つ連結部形状の第１のフォトレジス
   ト膜を形成する工程と、前記第１のフォトレジスト膜を
   マスクとして用い、上層配線との連結部となる領域以外
   の前記被膜を選択的に除去し、さらに必要な厚さまで前
   記下層金属配線膜をエッチングして上層配線との連結部
   となる凸部を形成する工程と、前記第１のフォトレジス
   トを除去した後、半導体装置全面に層間絶縁膜を形成し
   、さらに前記層間絶縁膜上に第２のフォトレジスト膜を
   平坦に形成する工程と、前記層間絶縁膜と前記第２のフ
   ォトレジスト膜をエッチング速度が等しい条件で、前記
   連結部表面または連結部上の前記被膜が露出するまでエ
   ッチングする工程と、前記金属配線連結部上の前記被膜
   を選択的に除去した後、上層配線を形成する工程とを備
   えた半導体装置の製造方法。
2. （２）下層配線となる第１の金属膜を形成する工程と、
   前記第１の金属膜上に少なくとも層間絶縁膜の厚さを持
   つ前記第１の金属膜とは異なる種類の第２の金属膜を形
   成する工程と、前記第２の金属膜上に被膜を形成する工
   程と、前記第１、第２の金属膜及び前記被膜を配線とな
   る領域を残して除去する工程と、上層配線との連結部を
   形成する領域の前記被膜上に前記第１の金属配線幅方向
   にマージンを持たせ少なくも配線幅の寸法を持つ連結部
   形状の第１のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記
   第１のフォトレジスト膜をマスクとして用いて上層配線
   との連結部になる領域を残し、他の領域の前記被膜及び
   前記第２の金属膜を除去する工程と、前記第１のフォト
   レジスト膜を除去した後、半導体装置全面に層間絶縁膜
   を形成し、さらに前記層間絶縁膜上に第２のフォトレジ
   スト膜を平坦に形成する工程と、前記層間絶縁膜と前記
   第２のフォトレジスト膜をエッチング速度が等しい条件
   で、前記第２の金属膜表面または前記第２の金属膜上の
   前記被膜が露出するまでエッチングする工程と、前記被
   膜を選択的に除去した後、上層配線を形成する工程とを
   備えた半導体装置の製造方法。