JPH05315336A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】マスク膜を用いた選択メッキ法により層間接続
孔とその周囲部のみに第１低抵抗金属膜を形成し、マス
ク膜を除去する。さらにレーザー光を照射して、第１低
抵抗金属膜を層間接続孔中にボイドレスで充填・平坦化
する。次に第３導電膜層を全面に形成した後、第２マス
ク膜を用いたメッキ法により第２低抵抗金属膜を形成、
不要部分を除去して配線化し、その上層に絶縁膜を形成
する。 【効果】低照射エネルギーで微細な高アスペクト比の層
間接続孔への低抵抗金属膜のボイドレスの埋め込みが可
能となり、高性能でエレクトロマイグレーション・スト
レスマイグレーション耐性が良く高い長期信頼性を有す
る半導体装置を高い歩留で製造する事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特にメッキ法としてレーザー照射法を用いた半導
体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のメッキ法を用いた半導体装置の製
造方法を図６，図７により説明する。

【０００３】図６（ａ）に示す通り、既知の手法を用い
て半導体基板１０１上に拡散層１０２、０．５〜１．５
μｍの厚みでシリコン酸化膜より構成される第１絶縁膜
１０３、０．４〜１．５μｍ径の層間接続孔１０４より
構成される構造を形成する。この場合、拡散層はイオン
注入法、第１絶縁膜は熱ＣＶＤ法により形成し、層間接
続孔はレジストをマスクとした反応性イオンエッチング
法により開口する。

【０００４】続いて図６（ｂ）に示す通り、タングステ
ンにチタンが１０ｗｔ％添加されたチタン−タングステ
ン合金より構成される第１導電膜層１０５をＤ．Ｃ．マ
グネトロンスパッタ法により成膜パワー１．０〜４．０
ＫＷ、成膜圧力１〜１０ｍｍＴｏｒｒの条件の下、０．
１μｍの厚みで形成する。さらに第１導電膜層１０５上
に例えば金より構成される第２導電膜層１０６を同様の
手法を用いて、成膜パワー０．２〜２．０ＫＷ、成膜圧
力１〜１０ｍｍＴｏｒｒの条件の下、０．０２〜０．０
５μｍの厚みで形成する。

【０００５】第１導電膜層１０５は後工程で形成する第
２低抵抗金属膜や第２導電膜層１０６の構成元素の能動
領域への拡散を防止する層として設けるが、下層に存在
する第１絶縁膜との間の密着層としても機能する。一
方、第２導電膜層１０６は第２低抵抗金属膜成長時のメ
ッキ電流供給、メッキ膜の安定した成長、低抵抗金属膜
と第１導電膜層との間の密着性確保および第１導電膜層
表面のメッキ液からの保護を目的として構成されるもの
である。

【０００６】続いて図６（ｃ）に示す通り、ｇ線あるい
はｉ線を用いたフォトリソグラフィー法により、１．０
〜２．０μｍの厚みを有するフォトレジストより構成さ
れる第２マスク膜１１１を第２導電膜層１０６上に形
成、パターニングする。

【０００７】さらに図６（ｄ）のごとく、金より構成さ
れる第２低抵抗金属膜１１２を既知の手法である電解メ
ッキ法を用いて露出した第２導電膜層１０６上に選択的
に０．５〜１．５μｍの厚みで形成する。電解金メッキ
液は硫酸、硫酸金ナトリウム等を主成分とし、これに平
坦化剤、ｐＨ安定化剤などが添加されたものを使用す
る。この液は通常１リットル当たり約１０ｇの金を含有
する非シアン系溶液で、中性に近いｐＨ（６〜８）を有
している。金メッキはメッキ膜の膜質、均一性の観点か
ら見て、メッキ温度３５〜６０℃、電流密度１〜４ｍＡ
／ｃｍ² の条件下で行うことが好ましい。

【０００８】次に図６（ｅ）に示す通り、第２低抵抗金
属膜１１２を形成する際に層間接続孔が微細である場合
やアスペクト比が大きい場合あるいは孔の形状が悪い時
には第２低抵抗金属膜１１２中にボイド（空洞）１１６
が形成され、問題となるため微細孔や高アスペクト比の
孔の埋設には適しているとは言えない。また層間接続孔
の形状が逆テーパー状になっている場合にも孔の上部に
ボイドが形成されやすくなるため層間接続孔の開口時に
も注意は必要である。

【０００９】続いて図７（ａ）に示す通り、有機溶剤を
用いた湿式剥離法あるいは酸素プラズマを用いたアッシ
ング法によって第２マスク膜１１１を除去する。

【００１０】さらに図７（ｂ）に示すごとく、電解メッ
キ法により形成した第１低抵抗金属膜１０８をエッチン
グマスクとして露出した第２導電膜層１０６をエッチン
グし、続いて露出した第１導電膜層１０５もエッチング
して配線パターン化する。例えば第１導電膜層１０５が
チタン−タングステン合金、第２導電膜層１０６が金で
構成されており、これらのウエットエッチング法で除去
する場合、金は濃度１０〜２０ｖｏｌ％の王水で温度２
５〜５０℃のもとでエッチングし、チタン−タングステ
ン合金は濃度５０〜１００ｖｏｌ％の過酸化水素水で温
度２５〜４５℃の条件下でエッチングを行う事が好まし
い。

【００１１】エッチング工程をすべてドライ化しようと
する場合、第２導電膜層の不要部分をＡｒガスをミリン
グソースとしたイオンミリング法で除去し、第１導電膜
層をＣＦ₄ 、ＳＦ₆ 等のフッ素系ガスを使用した反応性
イオンエッチング法で除去する事ができる。また第２導
電膜層をウエットエッチング、第１導電膜層をドライエ
ッチングにより除去することも可能である。

【００１２】続いて図７（ｃ）の通り、ＳｉＨ₄ および
ＮＨ₃ を反応ガスとしたプラズマＣＶＤ法を用いて、シ
リコン窒化膜より構成される第３絶縁膜１１５を金属配
線の上層に０．５〜１．０μｍの厚みで形成する。

【００１３】上記工程により半導体基板１０１上に拡散
層１０２、第１絶縁膜１０３と第１導電膜層１０５、第
２導電膜層１０６、第２低抵抗金属膜１１２より構成さ
れる金属配線および上層の第３絶縁膜１１５を形成して
いた。

【００１４】続いてレーザー照射法を用いた従来の半導
体装置の製造方法について説明する。図８は従来の製造
方法を製造工程順に示したものである。

【００１５】図８（ａ）に示す通り、従来のメッキ法に
よる半導体装置の製造方法と同様に半導体基板１０１上
に拡散層１０２、０．５０〜１．５０μｍの厚みでシリ
コン酸化膜より構成される第１絶縁膜１０３、０．６０
〜１．５０μｍ径の層間接続孔１０４より構成される構
造を形成する。

【００１６】さらに図８（ｂ）に示すごとく、０．０２
〜０．０５μｍ厚のチタンと０．０５〜０．１０μｍ厚
の窒化チタンより構成される第２導電膜層１０５を第１
絶縁膜および層間接続孔１０４上に、それぞれＤ．Ｃ．
マグネトロンスパッタ法、反応性スパッタ法により形成
する。さらに０．５０〜１．００μｍ厚のアルミより構
成される第２低抵抗金属膜１１２をＤ．Ｃ．マグネトロ
ンスパッタ法により形成する。この際アルミのステップ
カバレッジが悪いと後工程のレーザーリフローによる層
間接続孔の充填時にボイドを生じる事となるため、スパ
ッタ条件も慎重に決定する必要がある。

【００１７】続いて図８（ｃ）のごとく、ＸｅＣｌを光
源とした波長３０８ｎｍのエキシマレーザー光１０９を
パルス照射し、第２低抵抗金属膜１１２を溶融・流動さ
せて層間接続孔内部へ充填させる。照射のパルス間隔、
パルスエネルギー密度等の照射条件は、第２低抵抗金属
膜の反射率、膜厚、埋め込み深さ等により変化させる必
要があるが、パルス間隔は数〜数１０ｎｓｅｃ、パルス
エネルギー密度は２〜１０Ｊ／ｃｍ² 程度とする事が好
ましい。過剰なエネルギーで照射した場合、供給される
熱により下層に存在するｐ−ｎ接合の破壊を生じること
もあり、注意を要する。この方法では特に照射エネルギ
ー量が多いため十分な配慮が必要となる。また第２低抵
抗金属膜にアルミにシリコンや銅が添加されたアルミ系
合金を用いる場合、溶融〜凝固時の添加元素の偏析にも
留意してレーザー照射条件を決定する。

【００１８】ついで図８（ｄ）に示す通り、既知の手法
であるフォトリソグラフィー技術およびドライエッチン
グ技術を用いて第２低抵抗金属膜および第１導電膜層の
不要部分を除去して配線パターン化する。

【００１９】第２低抵抗金属膜はレーザー照射による全
面溶融によって表面の平坦性、平滑性が失われてしま
い、配線パターン化時のマスク形成がしにくくなるのが
現状である。また層間接続孔の密度やその配列により第
２低抵抗金属膜の充填性は変化して、パターン依存性を
持つようになるので注意が必要である。以上のように従
来の製造方法では、上記方法を用いて半導体基板上に形
成された拡散層上に第１導電膜層１０５、第２低抵抗金
属膜１１２より構成される配線を製造していた。

【００２０】レーザー照射法を用いた従来の半導体装置
の製造方法の別の一例として以下に示すものがある。図
９は従来のレーザー照射法を用いた半導体装置の製造方
法の別の一例を製造工程順に示したものである。

【００２１】図９（ａ）のごとく、半導体基板１０１上
に拡散層１０２、０．５０〜１．５０μｍ厚のシリコン
酸化膜より構成される第１絶縁膜１０３、０．６０〜
１．５０μｍ径の層間接続孔１０４より構成される構造
を形成する。さらに０．２０〜０．６０μｍ厚のアルミ
より構成される第１低抵抗金属膜１０８を第１絶縁膜お
よび層間接続孔１０４上にＤ．Ｃ．マグネトロンスパッ
タ法により形成する。

【００２２】続いて図９（ｂ）に示すように、既知の手
法であるトライエッチング技術を用いて層間接続孔内部
とその周辺部のみ第１低抵抗金属膜１０８が残るような
エッチングマスクを用いて第１低抵抗金属膜の不要部分
を除去する。

【００２３】そして図９（ｃ）に示すように、ＸｅＣｌ
を光源とした波長３０８ｎｍのエキシマレーザー光１０
９をパルス照射し、層間接続孔内部およびその周辺部に
存在する第１低抵抗金属膜１０８を溶融・流動させて層
間接続孔内部へ充填させる。この場合、パルス間隔は数
〜数１０ｎｓｅｃ、パルスエネルギー密度は０．２〜
１．０Ｊ／ｃｍ² 程度とする事が好ましい。この場合、
照射エネルギー量は少なくて済むためｐ−ｎ接合の破壊
の恐れは少なくなる。

【００２４】さらに図９（ｄ）に示すように、アルミよ
り構成される第２低抵抗金属膜１１２をスパッタ法によ
り０．５０〜１．００μｍの厚みで第１絶縁膜上、第１
低抵抗金属膜上に形成し、フォトリソグラフィー技術と
ドライエッチング技術を用いて配線パターン化し、半導
体基板上の拡散層上に第１導電膜層、第２低抵抗金属膜
より構成される配線を製造していた。

【００２５】この際に用いるエッチングマスクは半導体
装置の回路を接続する事を目的として形成されるもの
で、第１低抵抗金属膜を選択成長させる際に用いるエッ
チングマスクとは異なるものを使用する。上記工程では
照射の低エネルギー化や充填性のパターン依存性の解消
を図れるが、第１低抵抗金属膜、第２低抵抗金属膜それ
ぞれのエッチング工程において露出した第１絶縁膜はオ
ーバーエッチ分だけ膜減りすることになる。そして層間
接続孔の周辺において２つの段差を生じ、ウエハ上での
第１絶縁膜の膜厚均一性は低下する事は避けられない。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置の製造方法には以下に示す欠点がある。

【００２７】（１）半導体装置の高集積化により層間接
続孔径の微細化やアスペクト比の増加が進行した場合や
層間接続孔の形状が悪い場合、従来の電解メッキ法では
層間接続孔中に低抵抗金属膜を形成する際に層間接続孔
に空洞（ボイド）が形成されてしまい、この空洞中の残
留物の影響により製造工程での高い歩留りを得にくい。

【００２８】（２）製品として完成した後でもボイド中
の残留物やボイド自身の存在により、経時変化による半
導体装置の特性変動の発生が起こり易くなったり、層間
接続部でのエレクトロマイグレーション、ストレスマイ
グレーションの発生による層間接続部での断線が生じや
すくなるなど、半導体装置の長期信頼性が低下する。

【００２９】（３）スパッタ法で形成した第１低抵抗金
属膜はメッキ法で形成した膜と比較してステップカバレ
ッジが悪く、孔の上部の膜厚が厚くなる。そのためレー
ザー照射による層間接続孔への第１低抵抗金属膜充填時
にボイドを形成しやすくなり、微細孔、高アスペクト比
孔への適用がむずかしい。

【００３０】（４）全面スパッタ法で形成した第２低抵
抗金属膜をリフローさせようとした場合、層間接続孔の
疎密分布の違いにより充填性のパターン依存性を生じる
ため、均一な充填ができない。さらにリフローにより第
２低抵抗金属膜全面の平滑性が低下して、配線パターン
化に際してリソグラフィー工程におけるパターン寸法制
御性が低下する。そのため、均一な電気特性を得にく
い。

【００３１】（５）全面スパッタ法で形成した第１低抵
抗金属膜をリフローさせようとした場合、高エネルギー
でのレーザー照射が必要となる。そのためｐ−ｎ接合へ
の影響が大きくなり、ｐ−ｎ接合の浅い微細な半導体装
置への適用がむずかしい。

【００３２】（６）レーザー照射による層間接続孔への
第１低抵抗金属膜の充填前に第１低抵抗金属膜をパター
ニングするプロセスを用いた場合、低エネルギー化が可
能で、後工程で第２低抵抗金属膜を形成・パターニング
するため上記（４）、（５）の問題点を解消できる効果
はある。しかし第１低抵抗金属膜のパターニング時に露
出した下地の第１絶縁膜もオーバーエッチングの時間分
エッチングすることとなり、第１絶縁膜に段差を生じ
る。さらに第２低抵抗金属膜の配線パターン化時にも第
１絶縁膜の露出部分はやはりオーバーエッチングの時間
分エッチングされる。これにより第１絶縁膜厚では２つ
の段差を生じて第１絶縁膜厚の均一性が低下して、半導
体装置の特性の不安定化を生じる。

【００３３】

【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、半導体基板上に設けられた拡散層、多結晶シ
リコン層あるいは金属ケイ化物層とその上層に設けられ
た第１絶縁膜と前記第１絶縁膜に開口された層間接続孔
よりなる構造を形成する工程、あるいは半導体基板上に
生成された第１絶縁膜、前記第１絶縁膜上に形成された
単層あるいは複数層の導電膜より構成される下層配線、
前記下層配線上に形成された第２絶縁膜および前記第２
絶縁膜に開口された層間接続孔よりなる構造を形成する
工程と、前記拡散層および第１絶縁膜上、あるいは前記
下層配線および第２絶縁膜上に単層あるいは複数層の膜
より構成される第１導電膜層を形成する工程と、前記第
１導電膜層上に第２導電膜層を形成する工程と、前記層
間絶続孔内部およびその周辺部に存在する第２導電膜層
上のみが露出される第１マスク膜を形成する工程と、前
記第１マスク膜をメッキマスクとしてメッキを行い、露
出した第２導電膜層上に第１低抵抗金属膜を選択的に形
成する工程と、第１マスク膜を除去する工程と、レーザ
ー光を照射して第１低抵抗金属膜を溶融流動させて層間
接続孔内部に第１低抵抗金属膜を充填させる工程と、そ
の上層に第２導電膜層と同様の元素より構成される第３
導電膜層を形成する工程と、前記第３導電膜層上に選択
的に配線形成用の第２マスク膜を形成する工程と、前記
第２マスク膜をメッキマスクとしてメッキを行い、露出
した第３導電膜層上に第２低抵抗金属膜を選択的に形成
する工程と、第２マスク膜を除去する工程と、露出した
第３導電膜層の不要部分、第２導電膜層の不要部分およ
び第１導電膜層の不要部分を順次除去して、第１導電膜
層、第２導電膜層、第３導電膜層および第２低抵抗金属
膜より構成される金属配線を形成する工程と、前記金属
配線上に第３絶縁膜を形成する工程を有する。

【００３４】本発明の半導体装置の製造方法は拡散層
上、多結晶シリコン層、金属ケイ化物層あるいは下層配
線上に形成した層間接続孔の内部および周辺部のみにス
パッタ法と比較してステップカバレッジに優れたメッキ
法により形成された第１低抵抗金属膜をレーザー光照射
により溶融・流動させて層間接続孔内部へ充填するた
め、第１低抵抗金属膜を微細な層間接続孔中へ形成しる
際にもボイドを形成しない。

【００３５】そのため従来のスパッタ法よりも微細で高
アスペクト比の層間接続孔へのボイドレス充填が可能と
なる。それにより低い層間接続抵抗が得られ、接続孔直
上の配線平坦性も高くなり、配線の多層化が容易にな
る。さらに第１低抵抗金属膜を充填が必要な部分のみに
選択成長させるため、レーザー溶融させる総量が全面ス
パッタ法と比較して少なく、照射エネルギー量が少なく
て済む。そのためｐ−ｎ接合部や下層配線へのダメージ
を低減でき、接合が浅く配線も細い微細な半導体装置へ
の適用が可能となる。また第１低抵抗金属膜が選択成長
であり、全面スパッタ法の問題点とされてきた層間接続
孔の疎密分布の違いによる充填性のパターン依存性を生
じない。さらに第２低抵抗金属膜はリフローを必要とし
ないため、表面の平坦性・平滑性に変化がなく、配線パ
ターン化のリソグラフィー工程でのパターン寸法制御性
が低下しない。そして第１低抵抗金属膜はリフロー前の
パターニング工程が不要であるため、第２低抵抗金属膜
より構成される配線下の下地絶縁膜の膜厚の均一性が損
なわれる事はない。また１回のエッチングで配線化でき
るため、第２低抵抗金属膜のオーバーエッチ時の下地絶
縁膜の膜減りを最小限に抑えれられ従来の配線パターン
化後にリフローする方法と比較して下地絶縁膜の膜厚均
一性の低下が少ない。また形成された金属配線は金、
銅、あるいはアルミに代表される電気抵抗の小さな第２
低抵抗金属膜と高い融点を有する第１導電膜層の積層構
造となっているため、低抵抗で配線部、層間接続部の両
者において高いエレクトロマイグレーション、ストレス
マイグレーション耐性を有する金属配線を得られる効果
がある。

【００３６】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１〜図３は本発明の第１の実施例を製造工程順に
示したものである。

【００３７】まず図１（ａ）に示す通り、既知の手法を
用いて半導体基板１０１上に拡散層１０２、０．５〜
１．５μｍの厚みのシリコン酸化膜より構成される第１
絶縁膜１０３、０．３〜１．５μｍ径の層間接続孔１０
４より構成される構造を形成する。この場合、拡散層は
イオン注入法、第１絶縁膜はＳｉＨ₄ ソースの熱ＣＶＤ
法により形成し、層間接続孔はレジストをマスクとした
反応性イオンエッチング法により開口する。

【００３８】この場合、層間接続孔の底部に形成される
層はかならずしも拡散層である必要はなく、多結晶シリ
コンやチタンシリサイド、タングステンシリサイドなど
に代表される金属ケイ化物であても構わない。

【００３９】続いて図１（ｂ）に示すごとく、タングス
テンにチタンが１０ｗｔ％添加されたチタン−タングス
テン合金より構成される第１導電膜層１０５を既知の技
術であるＤ．Ｃ．マグネトロンスパッタ法により成膜パ
ワー１．０〜４．０ＫＷ、成膜圧力１〜１０ｍｍＴｏｒ
ｒの条件の下、０．１μｍの厚みで第１絶縁膜１０３上
に形成する。

【００４０】さらに第１導電膜層１０５上に、例えば金
より構成される第２導電膜層１０６を同様の手法を用い
て成膜パワー０．２〜２．０ＫＷ、成膜圧力１〜１０ｍ
ｍＴｏｒｒの条件の下、０．０２〜０．０５μｍの厚み
で形成する。

【００４１】第１導電膜層１０５は後工程で形成する低
抵抗金属膜の構成元素の拡散防止膜（バリアメタル）、
低抵抗金属膜と下層に存在する絶縁膜との間の密着層と
して働くものである。

【００４２】その他にもジルコニウム、ニオブ、ハフニ
ウム、バナジウム、モリブデン等のような高融点金属、
これらの合金、窒化物、ケイ化物、炭化物、ホウ化物あ
るいはチタンと窒化チタン、チタンとホウ化チタンの積
層膜などの耐熱性および下地密着性を確保出来る材料で
あれば上述の材料に限らず使用する事が出来る。

【００４３】第２導電膜層１０６はメッキ時の下地（メ
ッキ電流供給層）、メッキ法により形成される低抵抗金
属膜形成時の安定した成長や、低抵抗金属膜の密着性確
保および第１導電膜層１０５表面のメッキ液からの保護
を目的として形成される。

【００４４】金の他にもパラジウム、白金、ロジウム、
オスミウム、イリジウム、ルテニウム等が使用できる
が、基本的に第１低抵抗金属膜形成時の膜成長の下地と
して、耐熱性、密着性、メッキ性等の観点から見て相性
の良いものであれば上述の元素に限定される事はなく、
例えば低抵抗金属膜が銅あるいはアルミより構成される
場合、第２導電膜層として銅やアルミを使用しても問題
ない。

【００４５】続いて図１（ｃ）に示す通り、既知の技術
であるｇ線あるいはｉ線を用いたフォトリソグラフィー
法により、第２導電膜層１０６上にフォトレジストより
構成される第１マスク膜１０７を１．０〜２．０μｍの
厚みで選択的に形成する。この第１マスク膜は層間接続
孔とその周辺部のみ第２導電膜層が露出されるパターン
を有するものであり、半導体装置の素子間を接続する配
線パターンを形成するためのマスクパターンとは異なる
ものを用いる。その材料もフォトレジストのみに限定さ
れる事はなく、ポリイミド系有機樹脂材料や、シリコン
の酸化膜、窒化膜、酸窒化膜等の無機系材料であっても
構わない。

【００４６】図１（ｄ）に第１マスク膜形成後（メッキ
前）の上面図を示す。図中のＡ−Ａ切断面が、図１
（ｃ）の縦断面に相当する。

【００４７】図中Ｌで示される層間接続孔と第１マスク
膜の間の適正マージン量は層間接続孔の径、アスペクト
比、後に形成する第１低抵抗金属膜の膜厚あるいは後で
照射するレーザー光の照射条件にも依存するが、基本的
には層間接続孔径の１／２〜１／３の値を目安とすると
良い。

【００４８】さらに図１（ｅ）に示す通り、第２導電膜
層１０６上に金より構成される第１低抵抗金属膜１０８
を既知の技術である電解金メッキ法により０．１〜０．
６μｍの厚みで選択的に形成する。この際、メッキ電流
は下層に存在する第１導電膜層１０５および第２導電膜
層１０６を通じて供給される。第１低抵抗金属膜の膜厚
は層間接続孔径の１／４〜２／５程度とする事が望まし
い。もし膜厚が薄かったり厚かったりした場合、後のレ
ーザーリフロー工程での第１低抵抗金属膜の層間接続孔
中への供給量が不適正となり、孔上の平坦性が悪化する
可能性があるからである。

【００４９】電解金メッキ液は硫酸、硫酸金ナトリウム
等を主成分とし、これに平坦化剤、ｐＨ安定化剤などが
添加されたもとを使用する。このメッキ液は通常１リッ
トル当たり約１０ｇの金を含有する非シアン系のもの
で、中性に近いｐＨ（６〜８）を有している。

【００５０】実際のメッキはメッキ膜の膜質、均一性の
観点から見て、メッキ温度３５〜６０℃、電流密度１〜
４ｍＡ／ｃｍ² の条件下で行うことが好ましい。本実施
例では第１低抵抗金属膜１０８を金としているが、メッ
キ法により第２導電膜層１０６上に形成可能な金属で、
上下の絶縁膜に対して密着をとりにくいものであれば必
ずしも金である必要はなく、例えば銅やアルミのように
他の電気抵抗の低い金属でもかまわない。

【００５１】さらに図２（ａ）のごとく、酸素プラズマ
を用いたアッシング法や有機溶剤を用いた湿式剥離法に
より第１マスク膜１０７を除去した後、ＸｅＣｌを光源
とした波長３０８ｎｍのエキシマレーザー光１０９をパ
ルス照射する。

【００５２】そして図２（ｂ）に示すように、第１低抵
抗金属膜１０８を溶融・流動させて層間接続孔内部へ充
填させる。照射のパルス間隔、パルスエネルギー密度等
の照射条件は、第１低抵抗金属膜の反射率、膜厚、埋め
込み深さ等により変化させる必要があるが、パルス間隔
は数〜数１０ｎｓｅｃ、パルスエネルギー密度は０．２
〜１．０Ｊ／ｃｍ² 程度とする事が好ましい。過剰なエ
ネルギーで照射した場合、供給される熱により下層に存
在するｐ−ｎ接合の破壊を生じることもあり注意が必要
である。しかし本実施例では溶融させる第１低抵抗金属
膜は局在しており、その総量も少ないため照射エネルギ
ー量が少なくて済む。そのため浅いｐ−ｎ接合を持つ半
導体装置でも適用しやすいと言う利点を有する。メッキ
法により形成した第１低抵抗金属膜はスパッタ法で形成
したものと比較してステップカバレッジに長じている。
そのため微細な孔へのボイドレス充填に際して優位性を
持つ。

【００５３】また、第１低抵抗金属膜の形成時にマスク
膜を用いてその存在を局在化する事により充填性の向上
がはかれ、充填時のパターン依存性やリフロー時の表面
の平滑性変化を抑制できる。第１低抵抗金属膜の溶融・
流動による層間接続孔への充填時に第１低抵抗金属膜と
第２導電膜層との界面には両者の反応層が形成される
が、レーザー照射前後で構造的相違は生じない。

【００５４】続いて図２（ｃ）に示すごとく、金より構
成される第３導電膜層１１０を、０．０２〜０．０５μ
ｍの厚みで第２導電膜層１０６の上に既知の手法である
Ｄ．Ｃ．マグネトロンスパッタ法により形成する。

【００５５】薄い第２導電膜層はレーザー光照射時に溶
融するが、その後に凝集化した場合、後工程で電解メッ
キ法により第２低抵抗金属膜を形成しようとする際にメ
ッキ電流の不均一化を起こしやすく、第２低抵抗金属膜
厚も不均一になりやすくなる。その防止策として第３導
電膜層は形成されるものであり、第２導電膜層と同じ材
料を用いる事ができる。

【００５６】さらに図２（ｄ）のごとく、第３導電膜層
１１０上にフォトレジストより構成される第２マスク膜
１１１を１．０〜２．０μｍの厚みで選択的に形成し、
さらに第３導電膜層１１０上に金より構成される第２低
抵抗金属膜１１２を既知の技術である電解金メッキ法に
より第１低抵抗金属膜形成時と同様の条件を用いて０．
５〜１．５μｍの厚みで選択的に形成する。

【００５７】第２マスク膜は半導体装置の素子間を接続
する配線パターンを形成するためのマスクパターンであ
り、第１マスク膜とはその使用目的が異なるものであ
る。その材料もフォトレジストのみに限定される事はな
く、ポリイミド系有機樹脂材料や、シリコンの酸化膜、
窒化膜、酸窒化膜等の無機系材料でも構わない。

【００５８】本実施例では第１低抵抗金属膜および第２
低抵抗金属膜の形成に電解メッキ法を用いているが、無
電解メッキ法によりこれら金属膜形成を行ってもよい。

【００５９】続いて図２（ｅ）に示すごとく、酸素プラ
ズマを用いたアッシング法や有機溶剤を用いた剥離法に
より第２マスク膜１１１を除去する。

【００６０】そして図３（ａ）の示す通り、第２低抵抗
金属膜をエッチングマスクとしたウエットエッチング法
により露出した第３導電膜層、第２導電膜層を順次除去
し、配線パターン化する。

【００６１】例えば第１導電膜層がチタン−タングステ
ン合金、第２導電膜層、第３導電膜層が金で構成され、
これらをウエットエッチング法で除去する場合、金は１
０〜２０ｖｏｌ％の王水を用いて２５〜５０℃でエッチ
ングし、チタン−タングステン合金は５０〜１００ｖｏ
ｌ％の過酸化水素水を用いて２５〜４５℃でエッチング
を行うとサイドエッチの少ない良好な配線形状を得る事
ができる。このエッチング工程で第２低抵抗金属膜は若
干エッチングされる事となるため、成膜時の厚みは、こ
の膜減りを考慮して決定する必要がある。

【００６２】ウエットエッチング法は低抵抗金属膜に対
するイオンのアタックがないためドライエッチング法と
比較した場合、表面の損傷を抑制できると言う利点を有
している。その反面、サイドエッチが入るため半導体装
置の設計ルールによっては適用がむずかしい場合もあ
る。もちろん、この両導電膜層の不要部分除去はウェッ
トエッチング法のみで行われる必要はなく、上述の通
り、両導電膜層の種類や配線幅によってドライエッチン
グ法まドライエッチングとウエットエッチングを組み合
わせた方法を適している場合もある。

【００６３】例えば白金などのように化学的活性度が低
く、かつウエットエッチでの除去がむずかしい元素が第
２導電膜層あるいは第３導電膜層の場合、イオンミリン
グのようなイオンの衝突エネルギーを利用した物理的エ
ッチング法により除去する事が望ましい。

【００６４】第１導電膜層のドライエッチング法による
除去は反応性イオンエッチングで可能である。多くの場
合、第１導電膜層は前述のフッ素系ガスかＣＣｌ₄ 、Ｂ
Ｃｌ₃ 等に代表される塩素系ガスを使用する。これらの
除去工程においてもマスクとなる第２低抵抗金属膜はエ
ッチングされて膜厚は減少する事になる。そのため、膜
の減りを考慮して成膜時の膜厚を設定する必要がある。

【００６５】さらに図３（ｃ）の通り、ＳｉＨ₄ ガスと
Ｎ₂ Ｏガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、シリコン
酸化膜より構成される第３絶縁膜１１５を０．５０〜
１．００μｍの厚みで第１絶縁膜および配線パターンの
上層に形成する。ここで形成する第３絶縁膜は、必ずし
もシリコン酸化膜である必要はない。ほかに例えばＰＳ
Ｇ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧに代表されるようなリンやボロン
を含有した酸化膜や、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化
膜、ポリイミド樹脂系有機膜あるいはこれらの積層構造
であっても構わない。その成膜方法もプラズマＣＶＤ法
に限定されるものではなく、ＳＯＧ（スピンオングラ
ス）やポリイミド樹脂系材料に代表される回転塗布法な
ど、他の方法によっても可能である。

【００６６】さらに反応性イオンエッチングを用いた絶
縁膜のエッチバック法に代表される絶縁膜の平坦化処理
を組み合わせても有効である。上述の半導体装置の製造
方法は、層間接続孔中に選択的にボイドレスに充填され
た電気抵抗の小さな第１低抵抗金属膜の周囲部が高融点
金属膜層により覆われており、さらに主導電材料となる
第２低抵抗金属膜の下層にも高融点金属膜層が存在する
ため、従来の製法と比較して高い長期信頼性と良好な電
気特性を有する微細な半導体装置が高い歩留りで安定し
て得られる。

【００６７】本発明の半導体装置の製造方法は、ＭＯ
Ｓ、Ｂｉｐｏｌａｒ、Ｂｉ−ＣＭＯＳ等の半導体装置の
種類を問わず適用可能である事は言うもでもない。

【００６８】続いて本発明の第２の実施例を図面を参照
して説明する。図４，図５は本発明の第２の実施例を製
造工程順に示した縦断面図である。

【００６９】図４（ａ）に示す通り、半導体基板１０１
上にＳｉＨ₄ を反応ガスとした熱ＣＶＤ法により形成し
た０．５０μｍの厚みを有する第１絶縁膜１０３、第１
絶縁膜上に厚さ０．１μｍの窒化チタン、０．０２〜
０．０５μｍのスパッタ金膜、０．５〜１．０μｍの金
メッキ膜より構成される下層配線１１４、その上層にＳ
ｉＨ₄ ガスとＮ₂ Ｏガスを用いたプラズマＣＶＤ法によ
り形成された厚さ０．５〜１．０μｍのシリコン酸化膜
より構成される第２絶縁膜１１３、この第２絶縁膜１１
３にフォトリソグラフィー法と反応性イオンエッチング
法を用いて開口された０．５〜１．０μｍの径を有する
層間接続孔１０４よりなる構造を形成する。

【００７０】窒化チタンはチタンをターゲットそしてス
パッタガスに窒素とアルゴンの混合ガスを用いた反応性
スパッタ法により形成する。

【００７１】スパッタ金膜は、Ｄ．Ｃ．マグネトロンス
パッタ法により、成膜パワー０．５〜２．０ＫＷ、圧力
１〜１０ｍｍＴｏｒｒの条件の下で形成する。

【００７２】メッキ金膜は第１の実施例で示した通りの
フォトレジストを用いた電解金メッキ法により形成し、
配線パターン化も第１の実施例で示したエッチング技術
を用いる。この下層配線は特に金に限定されるものでは
なく、アルミ系材料や銅系材料など他のものでも構わな
い。

【００７３】続いて図４（ｂ）のごとく、チタンと窒化
チタンの２層膜より構成される第１導電膜層１０５それ
ぞれ０．０５μｍ、０．１μｍの厚みで第１絶縁膜１０
３上に形成する。さらに第１導電膜層１０５上に、例え
ば銅より構成される第２導電膜層１０６をＤ．Ｃ．マグ
ネトロンスパッタ法により０．０２〜０．０５μｍの厚
みで形成する。

【００７４】第１導電膜層１０５は後工程で形成する低
抵抗金属膜の構成元素の下層への拡散防止膜、低抵抗金
属膜と下層の絶縁膜との間の密着層として働く。その他
にも第１の実施例で示したような高融点金属膜や積層膜
など耐熱性と下地密着性を確保出来る材料であれば使用
出来る。第２導電膜層１０６はメッキ時のメッキ電流供
給層、低抵抗金属膜形成時の安定した成長、低抵抗金属
膜の密着性確保そして第１導電膜層１０５表面のメッキ
液からの保護を目的として形成される。

【００７５】銅の他にも基本的に第１低抵抗金属膜形成
時の膜成長の下地として、耐熱性、密着性、メッキ性等
の観点から見て相性が良く、後工程で形成する銅メッキ
膜の析出が可能で、かつ熱処理によって銅の電気特性や
第１導電膜層のバリアメタルとしての耐熱性を劣化させ
ないものであれば使用できる。

【００７６】次に既知の技術であるｇ線あるいはｉ線を
用いたフォトリソグラフィー法により、第２導電膜層１
０６上にフォトレジストより構成される第１マスク膜１
０７を１．０〜２．０μｍの厚みで選択的に形成する。
このマスクも第１の実施例と同様に、層間接続孔とその
周辺部の第２導電膜層が露出されるパターンを有するも
のである。第１マスク膜はフォトレジストに限定される
ものではなく、ポリイミド系有機樹脂材料やシリコンの
酸化膜、窒化膜、酸窒化膜などでも構わない。さらに電
解メッキ法を用いて銅より構成される第１低抵抗金属膜
１０８を露出している第２導電膜層１０６上のみに選択
的に０．２〜０．４μｍの厚みで形成する。

【００７７】メッキ工程では析出させる銅膜の均一性が
重要となるため、メッキ膜厚の高均一性を得やすい硫酸
銅６０〜１００ｇ／ｌ（リットル）、金属銅１５〜２５
ｇ／ｌ（リットル）、硫酸１７０〜２２０ｇ／ｌ（リッ
トル）の成分比を有し、これに小量の塩素と平但化剤等
の添加剤を含有したものを使用すると良い。

【００７８】実際のメッキ作業は、温度２０〜３０℃、
電流密度１〜３ｍＡ／ｃｍ² の条件のもとで行うと平坦
で均一性の高い銅膜を形成することが出来る。

【００７９】さらに図４（ｃ）のごとく、さらに酸素プ
ラズマもしくは有機溶剤を用いて第１マスク膜１０７を
除去し、続いてＸｅＣｌを光源とした波長３０８ｎｍの
エキシマレーザー光１０９をパルス照射する。

【００８０】すると図４（ｄ）のごとく第１低抵抗金属
膜１０８は溶融・流動して、層間接続孔１０４内部へ充
填される。照射のパルス間隔、パルスエネルギー密度等
の照射条件は、第１低抵抗金属膜の反射率、膜厚、埋め
込み深さ等により変化させる必要があるが、パルス間隔
は数〜数１０ｎｓｅｃ、パルスエネルギー密度は０．２
〜１．０Ｊ／ｃｍ² 程度とする事が好ましい。過剰なエ
ネルギーで照射した場合、供給される熱により下層配線
が溶融したり絶縁膜にクラックが発生するなどの現象も
おこるため照射エネルギー量の決定は慎重に行う。

【００８１】レーザー源はＸｅＣｌに限定されるもので
はなく、その他にＫｒＦなどを用いても良い。しかしそ
の場合適正照射条件はＸｅＣｌの場合と違ってくる。そ
のため照射条件を再検討する必要がある。第２の実施例
においても、第１の実施例で述べたような、充填性の向
上と充填性のパターン依存性の抑制、照射の低エネルギ
ー化等の従来の発明に対する優位性を有している。

【００８２】続いて図５（ａ）に示す通り、銅より構成
される第３導電膜層１１０をスパッタ法により０．０２
〜０．０５μｍの厚みで全面に形成し、さらにｇ線ある
いはｉ線を用いたフォトリソグラフィー法によりレジス
トより構成される配線形成に用いる第２マスク膜１１１
を厚さ１．０〜２．５μｍの厚みで選択的に形成する。
そして露出した第３導電膜層上のみに銅より構成される
第２低抵抗金属膜１１２を０．５〜１．５μｍの厚みで
電解メッキ法により選択的に形成する。この際の銅メッ
キ条件は、第１低抵抗金属膜形成時と同様のものを用い
る。

【００８３】さらに図５（ｂ）に示す通り、第２マスク
膜を既知の手法である酸素プラズマあるいは有機溶剤を
用いて除去する。

【００８４】続いて、図５（ｃ）に示すごとく、露出し
た第２導電膜層１０６をＣＣｌ₄ 、ＢＣｌ₃ 等の塩素系
ガスを用いた反応性イオンエッチング法により第２低抵
抗金属膜をエッチングマスクとしてエッチング・除去
し、さらに露出した第１導電膜層１０５も同じく塩素系
ガスを用いた反応性イオンエッチング法によりエッチン
グ・除去して配線パターン化する。このエッチング工程
で第２低抵抗金属膜１１２は若干エッチングされる事と
なる。そのため第２低抵抗金属膜の成膜時の厚みは、こ
の膜の減りを考慮して決定する必要がある。両導電膜層
のエッチング法はドライエッチングのみで行われる必要
はなく、両導電膜層の種類によってはウエットエッチン
グと組み合わせた方法が適している場合もある。

【００８５】さらに図５（ｄ）に示す通り、その上層に
ＳｉＨ₄ とＮ₂ Ｏを使用したプラズマＣＶＤと言った既
知の手法によりシリコン酸化膜より構成される第３絶縁
膜１１５を０．５〜１．０μｍの厚みで形成する。

【００８６】ここで形成する第３絶縁膜は、必ずしもシ
リコン酸化膜である必要はなく、第１の実施例と同様の
材料が使用可能である。その成膜方法もプラズマＣＶＤ
法に限定されるものではない。ＳＯＧ（スピンオングラ
ス）やポリイミド樹脂系材料に代表される回転塗布法な
ど、他の方法によっても形成は可能である。さらにエッ
チバック法に代表される平坦化処理を組み合わせた場
合、平坦性がさらに向上して配線の多層化に際してさら
に有利である。

【００８７】上述の半導体装置の製造方法は、層間接続
孔中に選択的にボイドレスに充填された電気抵抗の小さ
な第１低抵抗金属膜の周囲部が高融点金属膜層により覆
われており、さらに主導電材料となる第２低抵抗金属膜
の下層にも高融点金属膜層が存在するため、従来の製法
と比較して高い長期信頼性と良好な電気特性を有する微
細な半導体装置が高い歩留りで安定して得られる。また
ＭＯＳ、Ｂｉｐｏｌａｒ、Ｂｉ−ＣＭＯＳ等の半導体装
置の種類を問わず適用可能である事は第１の実施例と同
様である。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法は、層間接続孔中にレーザー溶融により選択
的に充填された電気抵抗の小さな第１低抵抗金属膜の周
囲部が高融点金属膜層により覆われており、さらに主導
電材料となる低電気抵抗の第２低抵抗金属膜の下層にも
高融点金属膜層が存在する構造が得られる。

【００８９】そのため、小さな層間接続孔でもボイドレ
スに埋め込みができ、低配線抵抗で配線部・層間接続部
の両者でエレクトロマイグレーション・ストレスマイグ
レーション耐性の高い構造となる。そのため従来の構造
と比較して高い長期信頼性と良好な電気特性を有する微
細な半導体装置を高い歩留りで安定して得られる。その
製造工程においても、レーザー光照射の低エネルギー
化、層間接続孔充填時のパターン依存性の解消など歩留
りの向上に寄与する効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を製造工程順に示した
図。

【図２】本発明の第１の実施例を製造工程順に示した
図。

【図３】本発明の第１の実施例を製造工程順に示した
図。

【図４】本発明の第２の実施例を製造工程順に示した
図。

【図５】本発明の第２の実施例を製造工程順に示した
図。

【図６】従来の半導体装置構造および製造方法を製造工
程順に示した図。

【図７】従来の半導体装置構造および製造方法を製造工
程順に示した図。

【図８】従来の半導体装置構造および製造方法を製造工
程順に示した図。

【図９】従来の半導体装置構造および製造方法を製造工
程順に示した図。

【符号の説明】

１０１ 半導体基板 １０２ 拡散層 １０３ 第１絶縁膜 １０４ 層間接続孔 １０５ 第１導電膜層 １０６ 第２導電膜層 １０７ 第１マスク膜 １０８ 第１低抵抗金属膜 １０９ エキシマレーザー光 １１０ 第３導電膜層 １１１ 第２マスク膜 １１２ 第２低抵抗金属膜 １１３ 第２絶縁膜 １１４ 下層配線 １１５ 第３絶縁膜 １１６ ボイド

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に設けられた拡散層、多結
   晶シリコン層あるいは金属ケイ化物層とその上層に設け
   られた第１絶縁膜と前記第１絶縁膜に開口された層間接
   続孔よりなる構造を形成する工程あるいは半導体基板上
   に形成された第１絶縁膜、前記第１絶縁膜上に形成され
   た単層あるいは複数層の導電膜より構成される下層配
   線、前記下層配線上に形成された第２絶縁膜および前記
   第２絶縁膜に開口された層間接続孔よりなる構造を形成
   する工程と、前記拡散層および第１絶縁膜上、あるいは
   前記下層配線および第２絶縁膜上に単層あるいは複数層
   の膜より構成される第１導電膜層を形成する工程と、前
   記第１導電膜層上に第２導電膜層を形成する工程と、前
   記層間絶続孔内部およびその周辺部に存在する第２導電
   膜層上のみが露出される第１マスク膜を形成する工程
   と、前記第１マスク膜をメッキマスクとしてメッキを行
   い、露出した第２導電膜層上に第１低抵抗金属膜を選択
   的に形成する工程と、第１マスク膜を除去する工程と、
   レーザー光を照射して第１低抵抗金属膜を溶融流動させ
   て層間接続孔内部に第１低抵抗金属膜を充填させる工程
   と、その上層に第２導電膜層と同様の元素より構成され
   る第３導電膜層を形成する工程と、前記第３導電膜層上
   に選択的に配線形成用の第２マスク膜を形成する工程
   と、前記第２マスク膜をメッキマスクとしてメッキを行
   い、露出した第３導電膜層上に第２低抵抗金属膜を選択
   的に形成する工程と、第２マスク膜を除去する工程と、
   露出した第３導電膜層の不要部分、第２導電膜層の不要
   部分および第１導電膜層の不要部分を順次除去して、第
   １導電膜層、第２導電膜層、第３導電膜層および第２低
   抵抗金属膜より構成される金属配線を形成する工程と、
   前記金属配線上に第３絶縁膜を形成する工程とを有する
   半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 第１導電膜層をチタン（Ｔｉ）、バナジ
   ウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、
   モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル
   （Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、これらの金属を主成分
   とする合金、これらの金属のケイ素化合物、窒素化合
   物、ホウ素化合物、あるいは炭素化合物より構成される
   単層膜とする事を特徴とする請求項１に記載の半導体装
   置の製造方法。
3. 【請求項３】 第１導電膜層をチタンと窒化チタンより
   構成される２層膜あるいはチタンとホウ化チタンより構
   成される２層膜とする事を特徴とする請求項１に記載の
   半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 第２導電膜層あるいは第３導電膜層が金
   （Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、オスミ
   ウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒ
   ｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、アルミ
   （Ａｌ）、銅（Ｃｕ）のいずれかの元素、あるいはこれ
   らの元素を主成分とする合金より構成される事を特徴と
   する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 第１マスク膜および第２マスク膜がフォ
   トレジスト、ポリイミド系有機樹脂、シリコン酸化膜、
   シリコン窒化膜あるいはシリコン酸窒化膜より構成され
   る事を特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方
   法。
6. 【請求項６】 第１低抵抗金属膜および第２低抵抗膜が
   金、銅、アルミあるいは銀を主成分とする事を特徴とす
   る請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 照射するレーザーの光源をＸｅＣｌある
   いはＫｒＦとする事を特徴とする請求項１に記載の半導
   体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 第１低抵抗金属膜へのレーザー光照射を
   パルス照射法により行う工程を含む事を特徴とする請求
   項１に記載の半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 第１絶縁膜、第２絶縁膜および第３絶縁
   膜がシリコン酸化膜、少なくともリン（Ｐ）あるいはボ
   ロン（Ｂ）を含有するシリコン酸化膜、シリコン窒化
   膜、シリコン酸窒化膜、ポリイミド樹脂系有機膜あるい
   はこれらの積層構造膜により構成される事を特徴とする
   請求項１に記載の半導体装置の製造方法。