JPH06120357A

JPH06120357A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06120357A
Application number: JP26347192A
Authority: JP
Inventors: Iku Mikagi; 郁三ケ木
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1992-10-01
Filing date: 1992-10-01
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2015-01-31
Also published as: JP3003422B2

Abstract

(57)【要約】【目的】長期信頼性が高く、良好な電気特性を有し、従
来より高い歩留で製造することができる半導体装置及び
その製造方法を提供する。【構成】層間接続孔４の内部に第１導電膜層５及び第２
導電膜層６を順次形成し、この第２導電膜層６上にこの
層間接続孔径の約１／３の厚さの膜厚で第１低抵抗金属
膜８を形成する。この第１低抵抗金属膜８をレーザー照
射により溶融させて層間接続孔４内に充填する。更に、
この第１低抵抗金属膜８上に第３導電膜層９、第４導電
膜層１０及び第２低抵抗金属膜１２を順次形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に関し、特に、メッキ法及びレーザー照射法を使
用して半導体装置を製造する分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体装置及びその製造方法につ
いて添付の図面を参照して説明する。図１９乃至図２３
は、従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図
である。

【０００３】図１９に示すように、先ず、約O.5 乃至1.
0 μｍの厚さでシリコン酸化膜により構成される第１絶
縁膜４３を熱ＣＶＤ法により半導体基板４１上に形成す
る。更に、レジストをマスクとした反応性イオンエッチ
ング法により第１絶縁膜４３に約O.5 乃至1.5 μｍ径の
層間接続孔４４を開口する。次に、第１絶縁膜４３をマ
スクとして半導体基板４１の表面にイオン注入法により
拡散層４２を形成する。

【０００４】次に、図２０に示すように、第１絶縁膜４
３上及び層間接続孔４４内部にタングステンにチタンが
１０重量％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４５をD.C.マグネトロンスパッタ
法により成膜パワー1.0 乃至2.0kW、成膜圧力2 乃至10m
Torr の条件の下で、約0.1 μｍの厚さに形成する。

【０００５】更に、第１導電膜層４５の全面に、例え
ば、金により構成される第２導電膜層４６を第１導電膜
層４５の形成方法と同様の手法を用いて、成膜パワー1.
0 乃至2.0kW、成膜圧力2 乃至10mTorr の条件の下で、
約0.02乃至0.05μｍの厚さに形成する。

【０００６】第１導電膜層４５は後工程で形成する第１
低抵抗金属膜４８及び第２導電膜層４６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、第１低抵
抗金属膜４８と第１導電膜層４５の下層に存在する第１
絶縁膜とを密着させる層としても機能する。

【０００７】第２導電膜層４６は第１低抵抗金属膜４８
の成長時のメッキ電流供給と、メッキ膜の安定した成長
と、第１低抵抗金属膜４８と第１導電膜層４５との間の
密着性確保と、第１導電膜層４５表面のメッキ液からの
保護とを目的として形成されるものである。

【０００８】次に、図２１に示すように、ｇ線又はｉ線
を用いたフォトリソグラフィ法により、約1.0 乃至2.0
μｍの厚さを有するフォトレジストにより構成される第
１マスク膜４７を第２導電膜層４６上にパターニングす
る。

【０００９】更に、金により構成される第１低抵抗金属
膜４８を通常の電解メッキ法を用いて露出した第２導電
膜層４６上に選択的に約0.5 乃至1.5 μｍの厚さで形成
する。この際、層間接続孔４４が微細である場合、アス
ペクト比が大きい場合又は孔の形状が悪い場合には第１
低抵抗金属膜４８中にボイド（空洞）５６が形成されて
しまう。なお、電解金メッキ液は硫酸及び硫酸金ナトリ
ウム等を主成分とし、これに平坦化剤及びｐＨ安定化剤
等が添加されたものを使用する。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乃至８）を有している。金メッ
キ処理はメッキ膜の膜質及び均一性の観点から見て、メ
ッキ温度35乃至60℃、電流密度1 乃至4mA/cm² の条件下
で行なうことが好ましい。

【００１０】次に、図２２に示すように、有機溶剤を使
用する湿式剥離法又は酸素プラズマを使用するアッシン
グ法により第１マスク膜４７を除去する。更に、第１低
抵抗金属膜４８をエッチングマスクとして第２導電膜層
４６をエッチングし、次いで、第１導電膜層４５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
４５がチタン―タングステン合金、第２導電膜層４６が
金により構成されており、これらをウエットエッチング
法で除去する場合、金は濃度10乃至20体積％の王水によ
り温度25乃至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乃至100体積％の過酸化水素水
により温度25乃至45℃条件下でエッチングを行なうこと
が好ましい。

【００１１】また、ドライエッチング法により除去しよ
うとする場合、第２導電膜層４６の不要部分をＡｒガス
をミリングソースとするイオンミリング法により除去
し、第１導電膜層４５をＣＦ₄ 又はＳＦ₆ 等のフッ素系
ガスを使用する反応性イオンエッチング法により除去す
ることもできる。

【００１２】また、第２導電膜層４６をウエットエッチ
ング法、第１導電膜層４５をドライエッチング法により
除去することも可能である。

【００１３】次に、図２３に示すように、ＳｉＨ₄ 及び
ＮＨ₃ を反応ガスとしたプラズマＣＶＤ法により、シリ
コン窒化膜により構成される第２絶縁膜５３を全面に約
0.5乃至1.0 μｍの厚さで形成する。

【００１４】上記工程により半導体基板４１上に拡散層
４２、第１絶縁膜４３、第１導電膜層４５、第２導電膜
層４６、第１低抵抗金属膜４８及び第２絶縁膜５３を形
成する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の半導体装置の製造方法においては、半導体装置
の高集積化が進み、層間接続孔４４の径が微細化した場
合、従来の電解メッキ法により第１低抵抗金属膜４８を
形成するときに、層間接続孔４６中に空洞（ボイド）５
６が形成されてしまい、この空洞５６中の残留物の影響
により欠陥率が増加して製造工程における歩留が増加す
るという問題点がある。

【００１６】更に、製品として完成した後でもボイド中
の残留物及びボイド自身の存在により、特性変動並びに
層間接続部でのエレクトロマイグレーション及びストレ
スマイグレーションによる断線が生じやすくなるなど、
半導体装置の長期的な信頼性が低下するという問題点が
ある。

【００１７】また、第１低抵抗金属膜４８が腐食性の高
い元素の場合は、コロージョンを起こし易く、これによ
っても半導体装置の長期的な信頼性が低下するという問
題点がある。

【００１８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、長期的な信頼性が高く、良好な電気特性を
有し、欠陥発生率を低減でき、高い歩留を得ることがで
きる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的
とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、半導体基板上に形成する絶縁膜と、この絶縁膜を開
口して得る層間接続孔と、この層間接続孔の内面に形成
された第１導電膜層と、この第１導電膜層上に形成され
た第２導電膜層と、この第２導電膜層上に所定の厚さに
形成した後レーザーにより溶融して前記層間接続孔内に
充填された第１低抵抗金属膜と、この第１低抵抗金属膜
及び前記絶縁膜上に形成する第３導電膜層と、この第３
導電膜層上に形成する第４導電膜層と、この第４導電膜
層上に形成する第２低抵抗金属膜とを有することを特徴
とする。

【００２０】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体基板上に形成した絶縁膜を開口して得る層間接続孔
の内面に第１導電膜層を形成する工程と、この第１導電
膜層を形成した前記層間接続孔の内面に第２導電膜層を
形成する工程と、この第２導電膜層を形成した層間接続
孔の内面に所定の膜厚に形成した後レーザー照射による
溶融によって第１低抵抗金属膜を形成する工程と、この
第１低抵抗金属膜及び前記絶縁膜上に第３導電膜層を形
成する工程と、この第３導電膜層上に第４導電膜層を形
成する工程と、この第４導電膜層上に第２低抵抗金属膜
を形成する工程とを有することを特徴とする。

【００２１】

【作用】本発明に係る半導体装置の製造方法は、第２導
電膜層を形成した層間接続孔の内面に、所定の膜厚で第
１低抵抗金属膜を形成してから、この第１低抵抗金属膜
をレーザー照射により溶融する。この第１低抵抗金属膜
を所定の膜厚に形成しているために、レーザー照射前に
層間接続孔の上部において閉塞してボイドが形成され、
リフローできなくなることがなく、また、レーザー熱に
より下層に悪影響を及ぼすこともない。従って、第１低
抵抗金属膜の形成時にボイドを含んでいても、レーザー
照射により第１低抵抗金属膜は溶融して流動し、ボイド
を浮上させ、ボイドを含まない第１低抵抗金属膜として
層間接続孔内部に充填される。このようにして、ボイド
が内部に含まれていない第１低抵抗金属膜を微細な層間
接続孔中へ形成することができる。これにより、金又は
銅等に代表される電気抵抗の小さな第１低抵抗金属膜及
び第２低抵抗金属膜の下層には、高融点の導電層である
第１導電膜層及び第３導電膜層が、夫々存在するため配
線部のみならず層間接続部においても低い層間接続抵
抗、高いエレクトロマイグレーション及び高いストレス
マイグレーション耐性が得られる。

【００２２】本発明に係る半導体装置は、第２導電膜層
を形成した層間接続孔の内面に所定の厚さに形成してか
らレーザーにより溶融して層間接続孔内部に充填する第
１低抵抗金属膜を有している。従って、上述したように
この第１低抵抗金属膜はボイドが内部に含まれておら
ず、配線部のみならず層間接続部においても低い層間接
続抵抗と高いエレクトロマイグレーション及びストレス
マイグレーションを得ることができる。

【００２３】更に、第１低抵抗金属膜は周囲を高融点金
属である第１導電膜層及び第３導電膜層により覆われる
構造となっているため、他工程のメッキ液等が侵入する
ことを防止することができ、長期間腐食されにくい。ま
た第１導電膜層及び第３導電膜層により保護されている
ため、反応が進行することも少ない。これにより、低電
気抵抗であるが腐食性が高いために使用しにくかった金
属を使用することができ、また、低電気抵抗であるが反
応性が高くて使用しにくかった金属でも安定して使用す
ることができる。

【００２４】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して具体的に説明する。

【００２５】図１乃至図９は本発明の第１の実施例に係
る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図、図１０
は本実施例方法の１工程を示す平面図である。図１に示
すように、約0.5 乃至1.0 μｍの厚さでシリコン酸化膜
より構成される第１絶縁膜３をＳｉＨ₄ ソースの熱ＣＶ
Ｄ法により半導体基板上に形成する。更に、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約0.5 乃
至1.5 μｍ径の層間接続孔４を開口する。次に、第１絶
縁膜３をマスクとして半導体基板１の表面にイオン注入
法により拡散層２を形成する。

【００２６】次に、図２に示すように、タングステンに
チタンが１０重量％添加されたチタン―タングステン合
金により構成される第１導電膜層５を通常のD.C.マグネ
トロンスパッタ法により成膜パワー1.0 乃至2.0 kW及び
成膜圧力 1乃至10mTorr の条件下で、約0.1 μｍの厚さ
に全面に形成する。

【００２７】更に、この第１導電膜層５上に、例えば金
により構成される第２導電膜層６を第１導電膜層５の形
成方法と同様の手法により成膜パワー0.2 乃至1.0kw 及
び成膜圧力2 乃至10mTorr の条件の下で、約0.02乃至0.
05μｍの厚さに形成する。第１導電膜層５は後工程で形
成する第１低抵抗金属膜８の構成元素の拡散防止膜（バ
リアメタル）として作用し、また第１低抵抗金属膜８と
第１絶縁膜３との間の密着層として作用するものであ
る。

【００２８】第２導電膜層６はメッキ時の下地（メッキ
電流供給層）となり、後工程においてメッキ法により形
成される第１低抵抗金属膜８の形成時に安定した成長を
促し、第１低抵抗金属膜８の密着性を確保し、また、第
１導電膜層５の表面をメッキ液から保護することを目的
として形成されるものである。

【００２９】次に、図３に示すように、既知の技術であ
るｇ線又はｉ線を使用するフォトリソグラフィ法によ
り、第２導電膜層６上にフォトレジストにより構成され
る第１マスク膜７を約1.0 乃至 2.0μｍの厚さでパター
ニングする。この第１マスク膜７は層間接続孔４とその
周辺部のみの第２導電膜層６と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とは異なる。

【００３０】更に、第２導電膜層６上の第１マスク膜７
に覆われていない領域に金により構成される第１低抵抗
金属膜８を通常の電解金メッキ法により約0.2 乃至0.6
μｍの厚さで、層間接続孔４内面及び第２導電膜層６が
露出している領域に形成する。この際、メッキ電流は下
層に存在する第１導電膜層５及び第２導電膜層６を通じ
て供給される。第１低抵抗金属膜８の膜厚は層間接続孔
４の径の約１／３とすることが望ましい。第１低抵抗金
属膜８をそれ以上の厚さで形成した場合、後工程でのレ
ーザーリフロー前に層間接続孔４内部にボイドが形成さ
れ、うまくリフローできなくなる可能性があるためであ
る。電解金メッキ液は硫酸及び硫酸金ナトリウム等を主
成分とし、これに平坦化剤及びｐＨ安定化剤等が添加さ
れたものを使用する。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。また、メッキ作業は
メッキ膜の膜質及び均一性の観点から見て、メッキ温度
35乃至60℃、電流密度1 乃至4mA/cm² の条件下で実施す
ることが好ましい。

【００３１】図１０において、図中のＡ−Ａ切断面が、
図３に示す縦断面に相当する。図１０中、Ｌで示した層
間接続孔４の縁から第１マスク膜７の端までの適性マー
ジン量は、層間接続孔４の径、アスペクト比及び後に形
成する第１低抵抗金属膜の膜厚に依存するが、基本的に
は層間接続孔４の約１／３の値を目安とする。

【００３２】次に、図４に示すように、酸素プラズマを
使用するアッシング法及び有機溶剤を使用する湿式剥離
法等により第１マスク膜７を除去した後、ＸｅＣｌを光
源とする波長 308nmのエキシマレーザーをパルス照射す
る。これにより、第１低抵抗金属膜８が溶融及び流動し
て、層間接続孔４内部に充填する。照射のパルス間隔及
び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８の反射率、膜厚及び埋め込み深さ等により変化さ
せる必要があるが、通常、パルス間隔は数乃至数10nsec
にして、パルスエネルギー密度は約0.2 乃至1.0 J/cm²
とすることが好ましい。また、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ｐｎ接合
の破壊が生じることもあるため注意が必要である。第１
低抵抗金属膜８及び第２導電膜層６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。

【００３３】次に、図５に示すように、露出している第
２導電膜層６を王水により除去し、次いで、第１導電膜
層５をＣＦ₄ 及びＳＦ₆ 等のフッ素系ガスを使用する反
応性イオンエッチング法により異方性エッチングを施し
て除去する。

【００３４】次に、図６に示すように、チタン−タング
ステン合金により構成される第３導電膜層９をD.C.マグ
ネトロンスパッタ法により、成膜パワー1.0 乃至2.0 K
W、成膜圧力1 乃至10mTorr の条件の下で、約0.05μｍ
の厚さに全面に成形する。更に、金により構成される第
４導電膜層１０を同様の手法により成膜パワー0.2 乃至
1.0 KW、成膜圧力2 乃至10mTorr の条件で第３導電膜層
９上に約0.02乃至0.05μｍの厚さに形成する。

【００３５】次に、図７に示すように、ｇ線又はｉ線を
使用するフォトリソグラフィー法により、第４導電膜層
１０上にフォトレジストにより構成される第２マスク膜
１１を約1.0 乃至2.0 μｍの厚さでパターニングする。
この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ものであり、前工程で使用した層
間接続孔４への第１低抵抗金属膜８充填用の第１マスク
膜７とは異なるものである。

【００３６】更に、第２マスク膜が形成されてなく第４
導電膜層１０が露出している領域に金により構成される
第２低抵抗金属膜１２を通常の電解金メッキ法により約
0.5乃至1.5 μｍの厚さで形成する。

【００３７】次に、図８に示すように、酸素プラズマを
用いたアッシング法及び有機溶剤を用いた剥離法により
第２マスク膜１１を除去する。次いで、第２低抵抗金属
膜１２をエッチングマスクとしたウエットエッチング法
により第４導電膜層１０の不要部分と第３導電膜層９の
不要部分を順次除去して配線パターン化する。

【００３８】第３導電膜層９はチタン−タングステン合
金により構成されており、第４導電膜層１０は金により
構成されている。これらをウエットエッチング法により
除去する場合、第４導電膜層１０の金は10乃至20vol ％
の王水を使用して25乃至50℃の温度でエッチングし、第
３導電膜層９のチタン−タングステン合金は50乃至100v
ol％の過酸化水素水を用いて25乃至45℃の温度でエッチ
ングを実施する。これにより、サイドエッチングの少な
い良好な配線形状を得ることができる。このエッチング
工程において第２低抵抗金属膜１２は若干エッチングさ
れるため、成膜時の厚みは、この膜減少を考慮して決定
する必要がある。前記ウエットエッチング法は、第２低
抵抗金属膜１２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よりも、表面の損傷を抑制できると
いう利点を有している。

【００３９】次に、図９に示すように、全面にＳｉＨ₄
及びＮ₂ Ｏを使用しているプラズマＣＶＤによりシリコ
ン酸化膜により構成される第２絶縁膜１３を約0.5 乃至
1.0μｍの厚さで形成する。

【００４０】上述の工程により形成された半導体装置
は、層間接続孔４の内部の第２導電膜層６上に、電解金
メッキ法により層間接続孔４の径の約１／３の膜厚で第
１低抵抗金属膜８を形成して、この第１低抵抗金属膜８
をレーザー照射により溶融する。この第１低抵抗金属膜
８を所定の膜厚にすることにより、レーザー照射前に層
間接続孔４の上部において閉塞してボイドが形成され、
リフローできなくなることがなく、また、レーザー熱に
より下層に悪影響を及ぼすこともない。更に、ボイドが
発生しても、後工程のレーザー熱源により第１低抵抗金
属膜８の全域が溶融されて、ボイドを浮上させることが
できる。従って、この溶融した金属は流動して、ボイド
等の欠陥を浮上させてボイド等に含まれていない第１低
抵抗金属膜８を微細な層間接続孔内部に形成することが
できる。これにより、金及び銅に代表される電気抵抗の
小さな第１低抵抗金属膜８及び第２低抵抗金属膜１２の
下層には、高融点の導電層である第１導電膜層５及び第
３導電膜層９が、夫々存在するため配線部のみならず層
間接続部においても低い層間接続抵抗、高いエレクトロ
マイグレーション及び高いストレスマイグレーション耐
性が得られる。

【００４１】更に、第１低抵抗金属膜８は周囲を第２導
電膜層６及び第３導電膜層９の金属層により覆われる構
造となっているため、他工程のメッキ液等が侵入するこ
とを防止することができ、長期間腐食されにくい。また
前記金属層により保護されているため、シリコン系酸化
膜及び窒化膜により反応が進行することも少ない。

【００４２】これにより、従来の半導体装置と比較し
て、高い長期信頼性及び良好な電気特性を有する微細な
半導体装置を、従来よりも高い歩留の製造工程によって
安定して得ることができる。

【００４３】図１１乃至図１８は本発明の第２の実施例
に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。

【００４４】先ず、図１１に示すように、半導体基板２
１上にＳｉＨ₄ を反応ガスとした熱ＣＶＤ法により0.50
μｍの厚さを有する第１絶縁膜２３を形成する。この第
１絶縁膜２３上に、厚さ約0.05μｍのチタン及び約0.1
μｍの窒化チタンにより構成されるバリアメタル層３４
ａを選択的に形成する。また、このバリアメタル層３４
ａ上に厚さ約0.02乃至0.05μｍのスパッタ金膜３４ｂを
形成する。更に、このスパッタ金膜３４ｂ上に約0.8 乃
至1.1 μｍの厚さを有する金メッキ膜３４ｃを形成す
る。これにより、バリアメタル層３４ａ、スパッタ金膜
３４ｂ及び金メッキ膜３４ｃにより構成される下層配線
３４を形成することができる。この金メッキ膜３４ｃ及
び第１絶縁膜２３上にＳｉＨ₄ ガス及びＮ₂ Ｏガスを用
いたプラズマＣＶＤ法により厚さ約0.5 乃至1.0 μｍの
シリコン酸化膜により構成される第２絶縁膜３３を形成
する。更に、この第２絶縁膜に反応性イオンエッチング
法を用いて、金メッキ膜３４ｃ上の一部の領域の第２絶
縁膜を除去して開口し、約0.5 乃至1.0 μｍの径を有す
る層間接続孔２４を形成する。このバリアメタル層３４
ａのチタンはターゲットとしてスパッタガスにアルゴン
を使用するD.C.マグネトロンスパッタ法により形成し、
窒化チタンはスパッタガスに窒素及びアルゴンの混合ガ
スを使用する反応性スパッタ法により形成することがで
きる。

【００４５】また、スパッタ金膜３４ｂはD.C.マグネト
ロンスパッタ法により、成膜パワー0.2 乃至1.0 KW、成
膜圧力 2乃至10mTorr の条件の下で形成することができ
る。また、メッキ金膜３４ｃは第１の実施例で示した通
りのフォトレジストを使用する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。

【００４６】次に、図１２に示すように、チタン及び窒
化チタンの２層膜より構成される第１導電膜層２５を、
チタンを約0.05μｍ、また、窒化チタンを約0.1 μｍの
厚さで全面に形成する。更に、第１導電膜層２５上に、
例えば、銅により構成される第２導電膜層２６をD.C.マ
グネトロンスパッタ法により約0.02乃至0.05μｍの厚さ
で形成する。この第１導電膜層２５は後工程で形成する
第１低抵抗金属膜２８の構成元素の下層への拡散防止膜
として作用し、更に、第１低抵抗金属膜２８と第２絶縁
膜３３との間の密着層として作用する。

【００４７】また、第２導電膜層２６はメッキ時のメッ
キ電流供給層として働いて第１低抵抗金属膜２８形成時
の安定した成長を促し、更に、第１低抵抗金属膜の周囲
にあって第１導電膜層２５表面のメッキ液から第１低抵
抗金属膜２８を保護することを目的として形成する。

【００４８】次に，ｇ線又は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２６上にフォトレジス
トにより構成される第１マスク膜２７を約1.0 乃至2.0
μｍの厚さでパターニングする。この第１マスク膜２７
も第１の実施例と同様に、層間接続孔２４とその周辺部
のみの第２導電膜層２６が露出されるようなパターンを
有するものである。

【００４９】更に、電解メッキ法により銅により構成さ
れる第１低抵抗金属膜２８を層間接続孔２４内部及び第
２導電膜層２６上の第１マスク膜２７が形成されていな
い領域に約0.2 乃至0.4 μｍの厚さで形成する。この電
解メッキ工程においては析出させる銅膜の均一性が重要
となるため、メッキ液は硫酸銅、金属銅及び硫酸が、夫
々、60乃至100 、15乃至25及び170 乃至220 g/l 含まれ
てメッキ膜厚の高均一性が得やすいものとなっており、
これに少量の塩素及び平坦化剤等の添加剤を含有したも
のを使用する。また、メッキ作業は、温度が20乃至30℃
で実施し、電流密度が1 乃至3 mA/cm²の条件のもとで実
施する。これにより、平坦で均一性の高い銅膜を形成す
ることができる。

【００５０】次に、図１３に示すように、酸素プラズマ
又は有機溶剤を使用して第１マスク膜２７を除去する。
更に、ＸｅＣｌを光源とした波長308nm のエキシマレー
ザーを第１低抵抗金属膜２８にパルス照射する。これに
より、第１低抵抗金属膜２８が溶融して流動し、層間接
続孔２４内部へ充填する。照射のパルス間隔及びパルス
エネルギー密度等の照射条件は、第１低抵抗金属膜２８
の反射率、膜厚及び埋め込み深さ等により変化させる必
要がある。例えば、パルス間隔は、約数乃至数10nsecに
して、パルスエネルギー密度は約0.2 乃至1.0J/cm²の条
件で実施する。過剰なエネルギーでエキシマレーザーを
照射した場合、供給される熱により下層配線３４が溶融
したり第２絶縁膜３３にクラックが発生する。

【００５１】次に、図１４に示すように、露出している
第２導電膜層２６をＣＣｌ₄ 及びＢＣｌ₃ 等の塩素系ガ
スを使用する反応性イオンエッチング法により除去し
て、更に、露出している第１導電膜層２３も同じく塩素
系ガスを使用する反応性イオンエッチング法によりエッ
チバックして第２絶縁膜３３を露出させる。

【００５２】次に、図１５に示すように、窒化チタンに
より構成される第３導電膜層２９を反応性スパッタ法に
より、約0.05乃至0.1 μｍの厚さで全面に形成する。更
に、金により構成される第４導電膜層３０を第３導電膜
層２９上に約0.02乃至0.05μｍの厚さでスパッタ法によ
り形成する。また、ｇ線又はｉ線を用いたフォトリソグ
ラフィー法により、第４導電膜層３０上にフォトレジス
トにより構成される第２マスク膜３１を約1.0 乃至2.0
μｍの厚さでパターニングする。この第２マスク膜３１
は第１マスク膜２７とは異な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ものである。

【００５３】次に、図１６に示すように、第４導電膜層
３０上の第２マスク膜３１が形成されていない領域に、
金により構成される第２低抵抗金属膜３２を電解金メッ
キ法により約0.5 乃至1.5 μｍの厚さで形成する。更
に、酸素プラズマを用いたアッシング法及び有機溶剤を
使用する剥離法により第２マスク膜３１を除去する。

【００５４】次に、図１７に示すように、第２低抵抗金
属膜３２をエッチングマスクとして第４導電膜層３０の
不要部分及び第３導電膜層２９の不要部分を順次除去し
て配線パターン化する。この第３導電膜層２９は窒化チ
タンより構成され、ＣＣｌ₄及びＢＣｌ₃ 等の塩素系ガ
スを使用する反応性イオンエッチング法により除去する
ことができ、金により構成される第４導電膜層３０は、
Ａｒイオンミリング法でエッチングして除去することが
できる。また、このエッチング工程において、第２低抵
抗金属膜３２は若干エッチングされるため、第２低抵抗
金属膜３２の成膜時の厚さは、この膜減少を考慮して決
定する。

【００５５】次に、図１８に示すように、全面にＳｉＨ
₄ 及びＮ₂ Ｏを使用するプラズマＣＶＤによりシリコン
酸化膜から構成される第３絶縁膜３５を約0.5 乃至1.0
μｍの厚さで形成する。

【００５６】本実施例方法により製造された半導体装置
は、第１の実施例と同様に層間接続孔２４の内部の第２
導電膜層２６上に、電解金メッキ法により層間接続孔２
４の径の約１／３の膜厚で第１低抵抗金属膜２８を形成
して、この第１低抵抗金属膜２８をレーザー照射により
溶融しているためにボイド等の欠陥を浮上させてボイド
が内部に含まれていない第１低抵抗金属膜２８を微細な
層間接続孔２４中へ形成することができる。

【００５７】これにより、第１の実施例と同様に、配線
部のみならず層間接続部においても低い層間接続抵抗、
高いエレクトロマイグレーション及び高いストレスマイ
グレーション耐性を得ることができる。

【００５８】また、第１低抵抗金属膜２８は周囲を第２
導電膜層２６及び第３導電膜層２９により覆われる構造
となっているため、他工程のメッキ液等が侵入すること
を防止することができ、長期間腐食されにくいコロージ
ョン耐性の高いものとなっている。

【００５９】更に、主導電材料となる第２低抵抗金属膜
３２の下層にも高融点金属膜層である第３導電膜層及び
第４導電膜層が存在するため、配線部及び層間接続部の
両者において従来と比較して高い長期信頼性を有する微
細な半導体装置を得ることができる。

【００６０】これにより、従来の半導体装置と比較し
て、高い長期信頼性及び良好な電気特性を有する微細な
半導体装置を、従来よりも高い歩留の製造工程によって
安定して得ることができる。

【００６１】なお、第１の実施例の半導体基板１の表面
に形成される層は、上述の拡散層に限定されず、他結晶
シリコン、チタンシリサイド又はタングステンシリサイ
ドのような金属ケイ化物も使用することができる。

【００６２】また、第１，２の実施例の第１及び第３導
電膜層５，９，２５，２９は上述の材料に限定されるこ
とはなく、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、モ
リブデン、チタンと窒化チタンとの積層膜又はチタンと
ホウ化チタンとの積層膜等のような融点が高く、耐熱性
及び下地密着性を確保できる材料であれば使用すること
ができる。

【００６３】第１，２の実施例の第２及び第４導電膜層
６，１０，２６，３０は上述の材料以外に、パラジウ
ム、白金、ロジウム、オスミウム、イリジウム、ルテニ
ウム等を使用することができ、第１低抵抗金属膜８，２
８形成時の膜成長の下地として、耐熱性、密着性及びメ
ッキ性等の観点から相性の良いものであれば、特に限定
されるものではない。

【００６４】第２の実施例の第２導電膜層２６は、銅に
より構成されているが基本的に第１低抵抗金属膜２８形
成時の膜成長の下地として、耐熱性、密着性及びメッキ
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、熱処理によって銅の電気特性
及び第１導電膜層のバリアメタルとしての耐熱性を劣化
させないのであれば使用することができる。

【００６５】なお、第１，２の実施例の第１及び第２マ
スク膜７，１１，２７，３１は、上述の材料に限定され
ることはなく、ポリイミド系有機樹脂材料、シリコン酸
化膜、窒化膜及び酸窒化膜等の無機系材料も使用するこ
とができる。

【００６６】また、第１，２の実施例の第１低抵抗金属
膜８，２８は、上述の材料に限定されることはなくメッ
キ法により第２導電膜層６，２６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、更に、電気抵抗の低い金属でも使用することができ
る。

【００６７】更に、第１，２の実施例の第３，４導電膜
層９，１０，２９，３０の不要部分の除去は上述のウエ
ットエッチング法に限定されることはなく、導電膜層の
種類及び配線幅によってはドライエッチング法を使用す
ることもでき、又は、ドライエッチング法及びウエット
エッチング法を組み合わせた方法を使用することもでき
る。例えば、白金等のように化学活性度が低く、ウエッ
トエッチング法での除去が難しい元素が第３，４導電膜
層の場合は、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こ
とができる。

【００６８】第３導電膜層９，２９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。
また、第４導電膜層１０，３０の除去は、前述のフッ素
系ガス又はＣＣＬ₄ 及びＢＣＬ₃ 等に代表される塩素系
ガスを試用することができる。但しこのドライエッチン
グ法による除去工程においてもマスクとなる第２低抵抗
金属膜１２，３２はエッチングされて膜厚は減少するこ
とになる。従って、この膜減少を考慮して成膜時の膜厚
を設定する必要がある。

【００６９】なお、第１の実施例の第２絶縁膜１３及び
第２の実施例の第３絶縁膜３５は、上述のシリコン酸化
膜に限定されることはなく、例えば、ＰＳＧ、ＢＳＧ又
はＢＰＳＧ等に代表されるようなリン又はボロンを含有
した酸化膜を使用することもできる。また、シリコン窒
化膜、シリコン酸窒化膜又はポリイミド樹脂系有機膜等
も使用することができる。その成膜方法もプラズマＣＶ
Ｄ法に限定されるものではなく、ＳＯＧ（スピンオング
ラス）及びポリイミド樹脂系材料に代表される回転塗布
法等、他の方法によっても可能である。更に、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。

【００７０】また、第２の実施例の下層配線３４は、特
に、金に限定されるものではなく、アルミ系材料等も使
用することができる。

【００７１】更に、第１，２の実施例において第１低抵
抗金属膜８，２８に照射するのに使用されるレーザー源
はＸｅＣｌに限定されるものではなく、ＫｒＦ等を使用
することができる。但し、波長等が異なるため適性照射
条件はＸｅＣｌの場合と異なり、再度検討する必要があ
る。

【００７２】本実施例に係る半導体装置及びその製造方
法は、ＭＯＳ型トランジスタ及びＢＩＰＯＬＡＲ型トラ
ンジスタ等のような半導体集積回路の種類にかかわらず
適用可能である。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、層
間接続孔中に電気抵抗の小さな第１低抵抗金属膜をレー
ザーにより溶融して充填している。また、この第１低抵
抗金属膜の周囲部が高融点金属膜層である第２導電膜層
により覆われており、更に、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である
第４導電膜層を形成している。

【００７４】これにより、小さな層間接続孔でもボイド
レス埋め込みができ、配線部及び層間接続部の両方でエ
レクトロマイグレーション及びストレスマイグレーショ
ン耐性の高い構造とすることができる。また、第１低抵
抗金属膜が腐食性の高い元素の場合でも、その周囲が覆
われて保護されているためコロージョンを起こしにくく
なり、従来、使用することが難しかった元素の使用が可
能となる。従って、高い長期信頼性及び良好な電気特性
を有する微細な半導体装置を得ることができ、また、こ
の半導体装置の製造方法は高い歩留を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体装置の製造
方法における一工程を示す断面図である。

【図２】同じくその実施例方法における他の一工程を示
す断面図である。

【図３】同じくその実施例方法における他の一工程を示
す断面図である。

【図４】同じくその実施例方法における他の一工程を示
す断面図である。

【図５】同じくその実施例方法における他の一工程を示
す断面図である。

【図６】同じくその実施例方法における他の一工程を示
す断面図である。

【図７】同じくその実施例方法における他の一工程を示
す断面図である。

【図８】同じくその実施例方法における他の一工程を示
す断面図である。

【図９】同じくその実施例方法における他の一工程を示
す断面図である。

【図１０】同じくその実施例方法における他の一工程を
示す平面図である。

【図１１】本発明の第２の実施例に係る半導体装置の製
造方法における一工程を示す断面図である。

【図１２】同じくその実施例方法における他の一工程を
示す平面図である。

【図１３】同じくその実施例方法における他の一工程を
示す平面図である。

【図１４】同じくその実施例方法における他の一工程を
示す平面図である。

【図１５】同じくその実施例方法における他の一工程を
示す平面図である。

【図１６】同じくその実施例方法における他の一工程を
示す平面図である。

【図１７】同じくその実施例方法における他の一工程を
示す平面図である。

【図１８】同じくその実施例方法における他の一工程を
示す平面図である。

【図１９】従来の半導体装置の製造方法における一工程
を示す断面図である。

【図２０】同じくその従来方法における他の一工程を示
す断面図である。

【図２１】同じくその従来方法における他の一工程を示
す断面図である。

【図２２】同じくその従来方法における他の一工程を示
す断面図である。

【図２３】同じくその従来方法における他の一工程を示
す断面図である。

【符号の説明】

１，２１，４１；半導体基板２，４２；拡散層３，２３，４３；第１絶縁膜４，２４，４４；層間接続孔５，２５，４５；第１導電膜層６，２６，４６；第２導電膜層７，２７，４７；第１マスク層８，２８，４８；第１低抵抗金属膜９，２９；第３導電膜層１０，３０；第４導電膜層１１，３１；第２マスク層１２，３２；第２低抵抗金属膜１３，３３，５３；第２絶縁膜３４ａ；バリアメタル層３４ｂ；スパッタ層３４ｃ；メッキ層３４；下層配線３５；第３絶縁膜５６；ボイド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に形成する絶縁膜と、この
絶縁膜を開口して得る層間接続孔と、この層間接続孔の
内面に形成された第１導電膜層と、この第１導電膜層上
に形成された第２導電膜層と、この第２導電膜層上に所
定の厚さに形成した後レーザーにより溶融して前記層間
接続孔内に充填された第１低抵抗金属膜と、この第１低
抵抗金属膜及び前記絶縁膜上に形成する第３導電膜層
と、この第３導電膜層上に形成する第４導電膜層と、こ
の第４導電膜層上に形成する第２低抵抗金属膜とを有す
ることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記第１導電膜層及び第３導電膜層は、
タングステン、チタン、モリブデン、ジルコニウム、バ
ナジウム、ハフニウム、並びに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、
ホウ素化合物及び炭素化合物からなる群から選択された
ものの単層膜であることを特徴とする請求項１に記載の
半導体装置。
【請求項３】前記第１導電膜層及び第３導電膜層は、
チタン及び窒化チタンにより構成される２層膜又はチタ
ン及びホウ化チタンにより構成される２層膜からなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】前記第２導電膜層及び第４導電膜層は、
金、パラジウム、白金、オスミウム、イリジウム、ロジ
ウム、ルテニウム、レニウム、チタン及び銅からなる群
から選択された少なくとも一種の元素により形成されて
いることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】前記第１低抵抗金属膜及び第２低抵抗金
属膜は、金又は銅より構成されていることを特徴とする
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】半導体基板上に形成した絶縁膜を開口し
て得る層間接続孔の内面に第１導電膜層を形成する工程
と、この第１導電膜層を形成した前記層間接続孔の内面
に第２導電膜層を形成する工程と、この第２導電膜層を
形成した層間接続孔の内面に所定の膜厚に形成した後レ
ーザー照射による溶融によって第１低抵抗金属膜を形成
する工程と、この第１低抵抗金属膜及び前記絶縁膜上に
第３導電膜層を形成する工程と、この第３導電膜層上に
第４導電膜層を形成する工程と、この第４導電膜層上に
第２低抵抗金属膜を形成する工程とを有することを特徴
とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記レーザー照射は、ＸｅＣｌ又はＫｒ
Ｆの光源を使用することを特徴とする請求項６に記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記レーザーの照射は、間欠的なパルス
照射法を使用することを特徴とする請求項６に記載の半
導体装置の製造方法。