JPH05275541A - 多層配線形成法 - Google Patents
多層配線形成法Info
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Abstract
時に下方配線層のキャップメタル層の消失を防ぐ。 【構成】 半導体基板10を覆う絶縁膜12の上に下方
配線層14を形成する。配線層14は、下から順にWS
i2 等のバリアメタル層、Al又はAl合金層及びWS
i2 等のキャップメタル層14cを積層したもので、キ
ャップメタル層14cにはイオン注入法等によりAl等
の導電材を含有させてある。配線層14を覆って絶縁膜
18を形成した後、レジスト層20をマスクとするドラ
イエッチング処理により絶縁膜18に接続孔18Aを形
成する。このドライエッチング処理では、エッチングガ
スとしてCHF3 等のフッ素系のガスを用いる。このよ
うにすると、フッ化Al(AlF3 )等のフッ化物が生
成されてキャップメタル層14cのエッチングを抑制す
る。
Description
いられる多層配線形成法に関し、特に下方配線層のキャ
ップメタル層にAl等の導電材を含有させた後フッ素系
のエッチングガスを用いるドライエッチング処理で接続
孔を形成することによりキャップメタル層が消失するの
を防止したものである。
は、図9に示すものが知られている。すなわち、絶縁膜
1の上に下から順にバリアメタル層2a、Al又はAl
合金層2b及びキャップメタル層2cを積層した構成の
下方配線層2を形成した後、この配線層2を覆って絶縁
膜3を形成する。そして、絶縁膜3に選択的なドライエ
ッチング処理により接続孔3Aを形成した後、この接続
孔3Aを介して配線層2に接続されるように上方配線層
4を形成する。
リコン基板表面との間に良好なオーミック接触を確保す
るために設けられたもので、例えばWSi2 ,MoSi
2 ,TiW等の導電材により構成される。また、キャッ
プメタル層2cは、シリサイド又はAl合金中の過剰シ
リコンが層2b中に析出してシリコンノジュールSNを
形成し、接続孔3Aを塞ぐことにより導通不良(非オー
ミック性)を起こすのを防ぐために設けられたもので、
例えばWSi2 ,MoSi2 ,TiW等の導電材により
構成される。
ング処理では、CHF3 等のフッ素系ガスを含む混合ガ
ス(例えばCHF3 /He/O2 ,CF4 /CHF3 /
Ar等)がエッチングガスとして用いられる。
と、キャップメタル層2cがフッ素系ガスのプラズマで
エッチされる材質である場合、キャップメタル層2cに
膜減りが生じ、層2cは接続孔3Aの直下の部分で消失
することがある。このようにキャップメタル層2cが接
続孔3Aの直下で消失した状態で接続孔3Aの直下にシ
リコンノジュールSNが形成されると、配線層4は、配
線層2に対して導通不良となる不都合がある。
メタル層2cをエッチ除去分を考慮して厚く形成してお
く方法が考えられる。しかし、この方法によると、
(イ)配線段差が大きくなり、基板上面の平坦性が悪化
すること、(ロ)平坦性の悪化を避けるため、キャップ
メタル層2cを厚くした分だけAl又はAl合金層2b
を薄くすると、キャップメタルの抵抗率がAl又はAl
合金の抵抗率より高いので、配線抵抗が増大すること等
の欠点がある。
しては、例えば特開平2−134818号公報に示され
ているように絶縁膜3の最下層にエッチングストッパと
してシリコンナイトライド層を設ける方法が考えられ
る。この場合、薄いシリコンナイトライド層の上に厚い
シリコンオキサイド層を積層して成る絶縁膜3に選択的
ドライエッチング処理で接続孔3Aを形成するにあた
り、最初はシリコンナイトライドよりシリコンオキサイ
ドの方がエッチ速度が速くなる条件でエッチングを行な
い、この後シリコンナイトライド層についてはシリコン
オキサイドよりシリコンナイトライドの方がエッチ速度
が速くなる条件でエッチングを行なうことにより配線表
面がエッチング雰囲気にさらされる時間を短縮すること
ができる。
絶縁膜形成に要する工程数が増加すること、(ニ)エッ
チングの第2ステップでシリコンナイトライドのエッチ
速度を速くすると、キャップメタル層の膜減り量も増加
すること等の欠点がある。
(ハ)のような欠点を伴うことなく、接続孔エッチング
時にキャップメタル層の消失を防止することができる新
規な多層配線形成法を提供することにある。
の絶縁性表面の上にAl又はAl合金層とこの層に重な
るキャップメタル層とを含む下方配線層を形成する工程
と、(b)前記絶縁性表面の上に前記下方配線層を覆っ
て絶縁膜を形成する工程と、(c)エッチングガスとし
てフッ素系ガスを用いるドライエッチング処理により前
記絶縁膜を選択的にエッチして前記下方配線層の一部に
対応した接続孔を形成する工程と、(d)前記接続孔を
介して前記下方配線層に接続されるように上方配線層を
前記絶縁膜の上に形成する工程とを含む多層配線形成法
において、前記接続孔を形成する前に前記キャップメタ
ル層には前記エッチングガス中のフッ素と反応してフッ
化物を生成する導電材を含有させることを特徴とするも
のである。
は、接続孔での導通不良を防止する目的でAl又はAl
合金層の上に形成されるWSi2 ,MoSi2 ,TiW
等の導電材層を意味し、金属からなるものに限定されな
い。
導電材(例えばAl)をキャップメタル層に含有させた
ので、エッチングがキャップメタル層に及ぶと、フッ化
物(例えばAlF3 )が生成されてキャップメタル層の
エッチングを抑制する。従って、接続孔の直下でキャッ
プメタル層が消失する前にエッチングを停止するのが容
易となる。
配線形成法を示すもので、各々の図に対応する工程
(1)〜(6)を順次に説明する。
にシリコンオキサイド等の絶縁膜12を形成した後、絶
縁膜12の上にスパッタ法等によりバリアメタル層14
A、Al又はAl合金層14B及びキャップメタル層1
4Cを順次に重ねて形成する。バリアメタル層14A
は、WSi2 ,MoSi2 ,TiW等のうち任意のもの
で形成でき、キャップメタル層14Cについても同様で
ある。
線材層に対してAlイオンを注入することにより図7に
示すようにAl又はAl合金層14Bの近傍にAl含有
層(キャップメタルとAlとの混在層)14Mを形成す
る。イオン注入時の加速電圧は、図8にカーブNで示す
ようなAl濃度分布(ガウス分布)のピークがキャップ
メタル層14C内に位置するように設定するのが望まし
い。図7及び8において、S1 はキャップメタル層14
Cの表面位置、S2 はAl含有層14Mが後述の接続孔
エッチングで露呈される位置、S3 はAl含有層14M
とAl又はAl合金層14Bとの界面位置である。
るドライエッチング処理により層14A〜14Cを含む
配線材層をパターニングして層14A〜14Cの残存部
14a〜14cからなる配線層14を形成する。
ばプラズマCVD(ケミカル・ベーパー・デポジショ
ン)法によりシリコンオキサイドからなる絶縁膜18を
絶縁膜12及び配線層14の上に形成する。
るドライエッチング処理により絶縁膜18に接続孔18
Aを形成する。このときのドライエッチング処理では、
フッ素系ガスを含む混合ガス(例えば、CHF3 /O
2 ,CF4 /CHF3 /Ar,CHF3 /He/O2
等)のプラズマでエッチングを行なう。従って、シリコ
ンオキサイドからなる絶縁膜18は、揮発性の高いSi
F4 の形でエッチされ、基板上面から除去される。
ようとすると、蒸気圧の低いフッ化Al(AlF3 )が
生成され、エッチングを抑制する。一例として、ナロー
ギャップRIE(反応性イオンエッチング)装置を用
い、CHF3 /He/O2 =20/88/3.5[sc
cm]、圧力260[Pa]、RFパワー500[W]
の条件でSiO2 膜(プラズマCVD法で堆積したも
の)と、Al−1%Si−0.5%Cu合金層と、WS
i2 層とをエッチングしてエッチ速度を測定したとこ
ろ、次のような結果が得られた。
SiO2 とAl−Si−Cuとの選択比V1 /V2 は非
常に高いことがわかる。従って、キャップメタル層14
CにAlを含有させると、エッチング表面がAlF3 に
覆われるため、シリコンオキサイドからなる絶縁膜18
とのエッチング選択比が飛躍的に向上し、図7のS2 の
ような位置でエッチングを停止するのが容易となる。す
なわち、接続孔18Aの直下には、Al含有層14Mが
残存し、キャップメタルと同様に機能するので、接続孔
でのシリコンノジュールによる導通不良を防止すること
ができる。
合金等の配線材を披着してパターニングすることにより
接続孔18Aを介して配線層14につながる上方配線層
22を形成する。
ではなく、種々の改変形態で実施可能である。例えば、
Alイオンの注入は、図3のように配線層14を形成し
た後行なってもよい。また、キャップメタル層14Cに
は、スパッタ法等でAlを含有させるようにしてもよ
い。さらに、キャップメタル層に含有させる導電材とし
ては、Alに限らず、Cr,Cu,Niなどのようにフ
ッ化物を生成するもの(特にフッ化物の蒸気圧が低いも
の)を使用可能である。
ップメタル層にAl等の導電材を含有させることにより
接続孔エッチング時にキャップメタル層が消失するのを
防止するようにしたので、シリコンノジュールによる接
続孔での導通不良を防止することができ、製造歩留りが
向上する効果が得られるものである。
示す基板断面図である。
る。
すグラフである。
図である。
アメタル層、14B:Al又はAl合金層、14C:キ
ャップメタル層、14M:Al含有層、14,22:配
線層、16,20:レジスト層。
Claims (1)
- 【請求項1】(a)基板の絶縁性表面の上にAl又はA
l合金層とこの層に重なるキャップメタル層とを含む下
方配線層を形成する工程と、 (b)前記絶縁性表面の上に前記下方配線層を覆って絶
縁膜を形成する工程と、 (c)エッチングガスとしてフッ素系ガスを用いるドラ
イエッチング処理により前記絶縁膜を選択的にエッチし
て前記下方配線層の一部に対応した接続孔を形成する工
程と、 (d)前記接続孔を介して前記下方配線層に接続される
ように上方配線層を前記絶縁膜の上に形成する工程とを
含む多層配線形成法において、 前記接続孔を形成する前に前記キャップメタル層には前
記エッチングガス中のフッ素と反応してフッ化物を生成
する導電材を含有させることを特徴とする多層配線形成
法。
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