JPH06244187A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 半導体基板１１に拡散層１３を形成し、半導
体基板上に層間膜１５を形成し、この層間膜上にコンタ
クトホール１７を形成する工程と、第１のアルミ配線１
９を形成する工程と、第１のアルミ配線上に層間絶縁膜
２９を形成する工程と、コンタクトホール形成箇所の上
部の層間絶縁膜にスルーホール３１を形成する工程と、
スルーホール内に選択的に金属膜３３を形成する工程
と、金属膜上に第２のアルミ配線３５を形成する工程と
を有する。 【効果】 金属膜と第１のアルミ配線との接触面増加
し、金属膜と第１のアルミ配線との接着強度が向上し、
接続抵抗を低くすることができる。

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、とくに多層配線のように金属配線を幾層にも重
ねて設ける場合の金属配線と金属配線との間の接触抵抗
を減らすことと、接着強度を向上させることが可能な半
導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアルミ系合金を用いた多層配線の
製造技術を、図１４〜図１９を用いて説明する。図１４
〜図１９は、従来の多層配線の形成方法を工程順に示す
断面図である。

【０００３】まず図１４に示すように、半導体基板１１
に、拡散層１３の形成領域に開口を形成したホトレジス
ト（図示せず）をイオン注入阻止膜として用いて、イオ
ン注入法を用いて、不純物としてたとえばリンを１×１
０¹⁵〜１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ² 程度注入する。

【０００４】不純物の注入後、ホトレジストを発煙硝酸
を用いて除去した後、１０００℃以上の温度で高温処理
を行い、不純物の拡散層１３を形成する。

【０００５】つぎに半導体基板１１上に層間膜１５を形
成する。その後、ホトレジスト（図示せず）を層間膜１
５上にパターニング後、層間膜１５をエッチングし、コ
ンタクトホール１７を形成する。

【０００６】層間膜１５のエッチングはＣＦ４（四フッ
化炭素）を主成分としたエッチングガスを用いたドライ
エッチング法で行う。

【０００７】コンタクトホール１７形成後、エッチング
マスクとして用いたホトレジストは酸素プラズマを用い
て、灰化処理により除去する。

【０００８】つぎに、図１５に示すように、層間膜１５
上にアルミニウムを主成分とした金属膜をスパッタリン
グ法で形成した後、ホトレジスト（図示せず）のパター
ニングを行う。

【０００９】その後、ホトレジストをエッチングマスク
として用いて、塩素ガスを主成分としたエッチングガス
を用いたドライエッチング法により、第１のアルミ配線
１９を形成する。

【００１０】つぎに、図１６に示すように、第１のアル
ミ配線１９上に、化学的気相成長法により形成する酸化
膜（以下ＣＶＤ酸化膜と記載する）２１を形成する。

【００１１】その後、塗布法により形成するガラス膜
（以下ＳＯＧ膜と記載する）２３を形成し、３５０℃〜
４５０℃程度の温度で、ＳＯＧ膜２３のガラス化を行
う。

【００１２】その後、四フッ化炭素系のエッチングガス
を用いたドライエッチング法を用いてＳＯＧ膜２３のエ
ッチングバックを行い、第１のアルミ配線１９の段差の
平坦化加工を行う。

【００１３】さらに、絶縁膜としての信頼性を向上させ
るために、ＣＶＤ酸化膜２５を形成する。

【００１４】これ以下この３層構造の絶縁膜、すなわち
ＣＶＤ酸化膜２１とＳＯＧ膜２３とＣＶＤ酸化膜２５と
を層間絶縁膜２９と記載する。

【００１５】その後、層間絶縁膜２９上の全面にホトレ
ジスト２７を形成し、スルーホールの形状にホトレジス
ト２７のパターニングを行う。

【００１６】つぎに、図１７に示すように、四フッ化炭
素系のエッチングガスを用いて、ホトレジスト２７をエ
ッチングマスクとするドライエッチング法により層間絶
縁膜２９をエッチングし、スルーホール３１を形成す
る。

【００１７】さらに、酸素プラズマを用いて、エッチン
グマスクとして用いたホトレジスト２７を灰化処理して
除去する。

【００１８】つぎに、図１８に示すように、形成したス
ルーホール３１の底部で露出している第１のアルミ配線
１９の表面酸化膜を、高周波を用いたスパッタエッチン
グ法（以下ＲＦエッチング法と記載する）で除去する。

【００１９】その後、選択ＣＶＤ法により金属膜３３と
して、たとえばタングステン金属をスルーホール３１内
に形成し、スルーホール３１の埋め込みを行う。

【００２０】つぎに、図１９に示すように、金属膜３３
の表面酸化層をＲＦエッチング法により除去すると同時
に、金属膜３３の表面と層間絶縁膜２９の表面をほぼ同
一表面に合わせる。

【００２１】その後、層間絶縁膜２９と金属膜３３との
上にアルミニウム系合金を、スパッタリング法を用いて
形成し、ホトレジスト（図示せず）のパターニングを行
った後、ホトレジストをエッチングマスクとして用い、
塩素系ガスを用いたドライエッチング法により第２のア
ルミ配線３５を形成する。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】図１４から図１９を用
いて説明した従来の半導体装置においては、上記のよう
に多層配線構造を実現させるためには、スルーホール３
１内に金属膜３３を選択ＣＶＤ法を用いて埋め込んでい
る。

【００２３】ところで、選択ＣＶＤ法によって形成され
た金属膜３３は、スルーホール３１底部に露出した第１
のアルミ配線１９の表面での還元反応で膜形成されるこ
とから、金属膜３３の接着強度は第１のアルミ配線１９
との接触面積で決まる。

【００２４】しかし、従来法における金属膜３３は、ス
ルーホール３１の底部に露出した第１のアルミ配線１９
と２次元的に接しているため、金属膜３３と第１のアル
ミ配線１９との接触面積は最大スルーホール３１の底面
積となる。

【００２５】従来法による半導体装置は上記のように、
スルーホール３１内に金属膜３３を選択ＣＶＤ法で形成
する場合の下地膜である第１のアルミ配線１９と金属膜
３３の接着強度が充分でない。このため、各種応力によ
り金属膜３３が剥離し、断線原因になるなど半導体装置
の信頼性が充分に得られないという問題点がある。

【００２６】本発明の目的は、上記のような課題点を解
決するために、第１のアルミ配線と金属膜との接着部で
の接着強度の増加と、接触抵抗の低減化とが可能な高信
頼性の半導体装置の製造方法を提供することを目的とし
ている。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置の製造方法においては、下記記
載の製造方法を採用する。

【００２８】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板に拡散層を形成し、半導体基板上に層間膜を形成
し、この層間膜上にコンタクトホールを形成する工程
と、第１のアルミ配線を形成する工程と、第１のアルミ
配線上に層間絶縁膜を形成する工程と、コンタクトホー
ル形成箇所の上部の層間絶縁膜にスルーホールを形成す
る工程と、スルーホール内に選択的に金属膜を形成する
工程と、金属膜上に第２のアルミ配線を形成する工程と
を有することを特徴とする。

【００２９】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板に拡散層を形成し、半導体基板上に層間膜を形成
し、この層間膜上にコンタクトホールを形成する工程
と、第１のアルミ配線を形成する工程と、第１のアルミ
配線上に層間絶縁膜を形成する工程と、コンタクトホー
ル形成箇所の上部の層間絶縁膜にスルーホールを形成す
る工程と、スルーホール底部に露出した第１のアルミ配
線をエッチング加工する工程と、このスルーホール内に
選択的に金属膜を形成する工程と、金属膜上に第２のア
ルミ配線を形成する工程とを有することを特徴とする。

【００３０】

【作用】本発明における半導体装置の製造方法は、コン
タクトホール上部に形成した第１のアルミ配線の上部
に、層間絶縁膜を形成後、スルーホールを形成すること
により、スルーホール底部で露出した第１のアルミ配線
の形状は３次元となる。

【００３１】これにより、スルーホール内に形成される
選択ＣＶＤ法による金属膜と第１アルミ配線との接触面
積は、スルーホールの底面積に加え、縦方向の面積が加
わるため、従来法に比べ接着面積は増大する。

【００３２】この接着面積の増大は、接着強度の増加、
さらには接触抵抗の低減を生み、高い信頼性の半導体装
置を得ることができる。

【００３３】さらにスルーホール形成時に、スルーホー
ル底部に露出した３次元的な第１のアルミ配線をエッチ
ングにより順テーパ形状に加工することで、スルーホー
ル内に形成される選択ＣＶＤ法による金属膜の成長方向
が整い、さらに信頼性の高い半導体装置を得ることがで
きる。

【００３４】

【実施例】本発明の半導体装置の製造方法における第１
の実施例を、図１〜図６を用いて説明する。

【００３５】まず図１に示すように、半導体基板１１
に、ホトレジスト（図示せず）のパターニングを行う。
その後、イオン注入法を用い、ホトレジストをイオン注
入阻止膜として、たとえばリンを１×１０¹⁵〜１×１０
¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ² 程度のイオン注入量で、半導体基
板１１に注入する。

【００３６】不純物の注入後、ホトレジストを発煙硝酸
を用いて除去した後１０００℃以上の温度の高温処理を
行い、不純物の拡散層１３を形成する。

【００３７】つぎに半導体基板１１上にシリコン酸化膜
系の層間膜１５を、膜厚４００ｎｍ〜８００ｎｍ形成す
る。

【００３８】その後、ホトレジスト（図示せず）をパタ
ーニング後、このホトレジストをエッチングマスクとし
て層間膜１５をエッチングし、コンタクトホール１７を
形成する。

【００３９】この層間膜１５のエッチングは、ＣＦ４
（四フッ化炭素）を主成分としたエッチングガスを用い
たドライエッチング法で行う。

【００４０】コンタクトホール１７形成後、エッチング
マスクとして用いたホトレジストは酸素プラズマを用い
て、灰化処理をして除去する。

【００４１】つぎに、図２に示すように、層間膜１５上
にアルミニウムを主成分とした金属膜をスパッタリング
法で膜厚７００ｎｍ〜１０００ｎｍ形成する。

【００４２】その後、ホトレジスト（図示せず）のパタ
ーニングを行い、そしてこのホトレジストをエッチング
マスクとして、塩素ガスを主成分としたエッチングガス
を用いたドライエッチング法により、第１のアルミ配線
１９を形成する。

【００４３】つぎに、図３に示すように、第１のアルミ
配線１９上に、化学気相成長法によりＣＶＤ酸化膜２１
を、膜厚３００ｎｍ〜５００ｎｍ形成する。

【００４４】その後、ＳＯＧ膜２３を回転塗布法により
形成し、３５０℃〜４５０℃程度の温度で、ＳＯＧ膜２
３のガラス化を行う。その後、四フッ化炭素系のエッチ
ングガスを用いたドライエッチング法を用いてＳＯＧ膜
２３のエッチングバックを行い、第１のアルミ配線１９
の段差の平坦化加工をする。

【００４５】さらに、絶縁膜としての信頼性を向上させ
るために、ＣＶＤ酸化膜２５を膜厚３００ｎｍ〜５００
ｎｍ化学気相成長法によって形成する。

【００４６】これ以下この３層構造の絶縁膜、すなわち
ＣＶＤ酸化膜２１とＳＯＧ膜２３とＣＶＤ酸化膜２５と
を層間絶縁膜２９と記載する。

【００４７】その後、層間絶縁膜２９上の全面にホトレ
ジスト２７を形成し、コンタクトホール１７の上部に、
スルーホールの形状にホトレジスト２７のパターニング
を行う。

【００４８】つぎに図４に示すように、ホトレジスト２
７をエッチングマスクとして用い、四フッ化炭素系のエ
ッチングガスを用いて、ドライエッチング法により層間
絶縁膜２９をエッチングし、スルーホール３１を形成す
る。

【００４９】さらに、酸素プラズマを用いて、エッチン
グマスクとして用いたホトレジスト２７を灰化処理して
除去する。

【００５０】スルーホール３１の底部で露出している第
１のアルミ配線１９の形状は、コンタクトホール１７上
に第１のアルミ配線１９を形成したため、３次元的な構
造となる。

【００５１】スルーホール３１の開口の大きさは、第１
のアルミ配線１９の開口径Ｄより大きいことが望まし
い。

【００５２】つぎに、図５に示すように、形成したスル
ーホール３１底部で露出している第１のアルミ配線１９
の表面酸化膜を除去するため、ＲＦエッチングを行う。

【００５３】その後、選択ＣＶＤ法により金属膜３３と
して、たとえばタングステン金属をスルーホール３１内
に形成し、スルーホール３１の埋め込みを行う。

【００５４】つぎに、図６に示すように、金属膜３３の
表面酸化層をＲＦエッチングにより除去すると同時に、
金属膜３３の表面と層間絶縁膜２９の表面とをほぼ同一
表面に合わせる。

【００５５】その後、層間絶縁膜２９と金属膜３３上に
アルミニウム系合金を、膜厚８００ｎｍ〜１０００ｎｍ
スパッタリング法を用いて形成する。

【００５６】その後、ホトレジスト（図示せず）のパタ
ーニングを行った後、このホトレジストをエッチングマ
スクとして用い、塩素系ガスを用いたドライエッチング
法により第２のアルミ配線３５を形成する。

【００５７】この結果、多層配線構造を有する半導体装
置を形成することができる。

【００５８】つぎに、図１〜図６を用いて説明した製造
方法とは異なる製造方法による、本発明の第２の実施例
を、図７〜図１２を用いて説明する。図７〜図１２は半
導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。

【００５９】まず図７に示すように、半導体基板１１
に、ホトレジスト（図示せず）のパターニングを行う。
その後、イオン注入法を用いて、ホトレジストをイオン
注入阻止膜として、たとえばリンを１×１０¹⁵〜１×１
０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ² 程度のイオン注入量で、半導体
基板１１に注入する。

【００６０】不純物の注入後、ホトレジストを発煙硝酸
を用いて除去した後１０００℃以上の温度の高温処理を
行い、不純物の拡散層１３を形成する。

【００６１】つぎに半導体基板１１上にシリコン酸化膜
系の層間膜１５を膜厚４００ｎｍ〜８００ｎｍ形成す
る。

【００６２】その後、層間膜１５上にホトレジスト（図
示せず）をパターニングする。その後、このホトレジス
トをエッチングマスクとして用い、層間膜１５をエッチ
ングしコンタクトホール１７を形成する。

【００６３】この層間膜１５のエッチングは、四フッ化
炭素を主成分としたエッチングガスを用いたドライエッ
チング法で行う。

【００６４】コンタクトホール１７形成後、エッチング
マスクとして用いたホトレジストは酸素プラズマを用い
た灰化処理により除去する。

【００６５】つぎに、図８に示すように、層間膜１５上
にアルミニウムを主成分とした金属膜をスパッタリング
法で膜厚７００ｎｍ〜１０００ｎｍ形成する。

【００６６】その後、ホトレジスト（図示せず）のパタ
ーニングを行う。そして、このホトレジストをエッチン
グマスクとして用い、塩素ガスを主成分としたエッチン
グガスを用いたドライエッチング法を用いて、第１のア
ルミ配線１９を形成する。

【００６７】つぎに、図９に示すように、第１のアルミ
配線１９上に、化学気相成長法によりＣＶＤ酸化膜２１
を、膜厚３００ｎｍ〜５００ｎｍ形成する。

【００６８】その後、ＳＯＧ膜２３を回転塗布法により
形成し、３５０℃〜４５０℃程度の温度で、ＳＯＧ膜２
３のガラス化を行う。その後、四フッ化炭素系のエッチ
ングガスを用いたドライエッチング法を用いてＳＯＧ膜
２３のエッチングバックを行い、第１のアルミ配線１９
の段差の平坦化加工を行う。

【００６９】さらに、絶縁膜としての信頼性を向上させ
るために、化学気相成長法によってＣＶＤ酸化膜２５を
膜厚３００ｎｍ〜５００ｎｍ形成する。

【００７０】これ以下この３層構造の絶縁膜、すなわち
ＣＶＤ酸化膜２１とＳＯＧ膜２３とＣＶＤ酸化膜２５と
を層間絶縁膜２９と記載する。

【００７１】その後、層間絶縁膜２９上の全面にホトレ
ジスト２７を回転塗布法により形成し、コンタクトホー
ル１７の上部にスルーホールの形状にホトレジスト２７
のパターニングを行う。

【００７２】つぎに、図１０に示すように、ホトレジス
ト２７をエッチングマスクとして用い、四フッ化炭素系
のエッチングガスを用いたドライエッチング法により層
間絶縁膜２９にスルーホール３１を形成する。

【００７３】スルーホール３１底部に露出している第１
のアルミ配線１９は３次元的な構造をしている。その
後、塩素系のエッチングガスを用いて、第１のアルミ配
線をエッチングする。

【００７４】塩素系のガスを用いたドライエッチング法
では、第１のアルミ配線１９の側壁部３７のエッチング
速度は底面部３９のエッチング速度より１０数倍はや
い。

【００７５】このエッチング速度が異なる性質を利用し
て、ホトレジスト２７をマスクとしてスルーホール３１
内の第１のアルミ配線１９をエッチングすると、底面部
３９はほとんどエッチングされず側壁部３７がエッチン
グされる。

【００７６】この結果、図１１に示すようなエッチング
スルーホール４１が形成できる。エッチングスルーホー
ル４１の断面形状は、垂直から順テーパ形状になる。

【００７７】つぎに、酸素プラズマを用いてホトレジス
ト２７を灰化処理して除去する。

【００７８】その後、図１２に示すように、加工後のエ
ッチングスルーホール４１底部に露出している第１のア
ルミ配線１９の表面酸化膜をＲＦエッチングで除去した
後、選択ＣＶＤ法により金属膜３３として、たとえばタ
ングステン金属をエッチングスルーホール４１内に形成
し、エッチングスルーホール４１の埋め込みを行う。

【００７９】つぎに、図１３に示すように、金属膜３３
の表面酸化層をＲＦエッチングにより除去すると同時
に、金属膜３３の表面と層間絶縁膜２９の表面とをほぼ
同一表面に合わせる。

【００８０】その後、層間絶縁膜２９と金属膜３３上に
アルミニウム系合金を、膜厚８００ｎｍ〜１０００ｎｍ
スパッタリング法を用いて形成する。

【００８１】その後、ホトレジスト（図示せず）のパタ
ーニングを行った後、塩素系ガスを用いたドライエッチ
ング法により第２のアルミ配線３５を形成する。

【００８２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
より形成する選択ＣＶＤ法による金属膜は、第１のアル
ミ配線との接触面が３次元であるため、従来法に比べス
ルーホール径が同じならば接触面積は増大する。

【００８３】このことより、接触抵抗の低減と接着強度
の増加が得られ、信頼性の高い半導体装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における半導体装置の製
造方法を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例における半導体装置の製
造方法を示す断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例における半導体装置の製
造方法を示す断面図である。

【図４】本発明の第１の実施例における半導体装置の製
造方法を示す断面図である。

【図５】本発明の第１の実施例における半導体装置の製
造方法を示す断面図である。

【図６】本発明の第１の実施例における半導体装置の製
造方法を示す断面図である。

【図７】本発明の第２の実施例における半導体装置の製
造方法を示す断面図である。

【図８】本発明の第２の実施例における半導体装置の製
造方法を示す断面図である。

【図９】本発明の第２の実施例における半導体装置の製
造方法を示す断面図である。

【図１０】本発明の第２の実施例における半導体装置の
製造方法を示す断面図である。

【図１１】本発明の第２の実施例における半導体装置の
製造方法を示す断面図である。

【図１２】本発明の第２の実施例における半導体装置の
製造方法を示す断面図である。

【図１３】本発明の第２の実施例における半導体装置の
製造方法を示す断面図である。

【図１４】従来例における半導体装置の製造方法を示す
断面図である。

【図１５】従来例における半導体装置の製造方法を示す
断面図である。

【図１６】従来例における半導体装置の製造方法を示す
断面図である。

【図１７】従来例における半導体装置の製造方法を示す
断面図である。

【図１８】従来例における半導体装置の製造方法を示す
断面図である。

【図１９】従来例における半導体装置の製造方法を示す
断面図である。

【符号の説明】

１１ 半導体基板 １７ コンタクトホール １９ 第１のアルミ配線 ２９ 層間絶縁膜 ３１ スルーホール ３３ 金属膜 ３５ 第２のアルミ配線 ４１ エッチングスルーホール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に拡散層を形成し、半導体基
   板上に層間膜を形成し、この層間膜上にコンタクトホー
   ルを形成する工程と、第１のアルミ配線を形成する工程
   と、第１のアルミ配線上に層間絶縁膜を形成する工程
   と、コンタクトホール形成箇所の上部の層間絶縁膜にス
   ルーホールを形成する工程と、スルーホール内に選択的
   に金属膜を形成する工程と、金属膜上に第２のアルミ配
   線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。
2. 【請求項２】 半導体基板に拡散層を形成し、半導体基
   板上に層間膜を形成し、この層間膜上にコンタクトホー
   ルを形成する工程と、第１のアルミ配線を形成する工程
   と、第１のアルミ配線上に層間絶縁膜を形成する工程
   と、コンタクトホール形成箇所の上部の層間絶縁膜にス
   ルーホールを形成する工程と、スルーホール底部に露出
   した第１のアルミ配線をエッチング加工する工程と、こ
   のスルーホール内に選択的に金属膜を形成する工程と、
   金属膜上に第２のアルミ配線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。