JPH06267888A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH06267888A JPH06267888A JP5113093A JP5113093A JPH06267888A JP H06267888 A JPH06267888 A JP H06267888A JP 5113093 A JP5113093 A JP 5113093A JP 5113093 A JP5113093 A JP 5113093A JP H06267888 A JPH06267888 A JP H06267888A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は半導体多層配線構造に関し、金属配
線膜の被覆性に優れた信頼性の高い多層配線を実現する
方法を得ることを目的とする。 【構成】 下層金属配線膜１上にスパッタ比率がマスク
絶縁膜５より大きい第１の金属膜２、層間絶縁膜３、高
融点金属、或いは高融点金属含有物からなる第２の金属
膜４、マスク絶縁膜５を順次積層する工程と、第１の金
属膜に達するスルーホール６を開口する工程と、真空雰
囲気中で第２の金属膜４をスパッタしてスルーホール６
内に叩き込み、スルーホール６内に第１の金属膜２、及
び第２の金属膜４よりスパッタされた金属原子からなる
テーパー状側壁９を形成する工程と、第２の金属膜４、
及びスルーホール６内を覆って、第３の金属膜10を積層
する工程と、Arイオン８によるスパッタにより第３の金
属膜10をスルーホール６内に叩き込み、埋め込み金属11
を形成する工程とを含むように構成する。
線膜の被覆性に優れた信頼性の高い多層配線を実現する
方法を得ることを目的とする。 【構成】 下層金属配線膜１上にスパッタ比率がマスク
絶縁膜５より大きい第１の金属膜２、層間絶縁膜３、高
融点金属、或いは高融点金属含有物からなる第２の金属
膜４、マスク絶縁膜５を順次積層する工程と、第１の金
属膜に達するスルーホール６を開口する工程と、真空雰
囲気中で第２の金属膜４をスパッタしてスルーホール６
内に叩き込み、スルーホール６内に第１の金属膜２、及
び第２の金属膜４よりスパッタされた金属原子からなる
テーパー状側壁９を形成する工程と、第２の金属膜４、
及びスルーホール６内を覆って、第３の金属膜10を積層
する工程と、Arイオン８によるスパッタにより第３の金
属膜10をスルーホール６内に叩き込み、埋め込み金属11
を形成する工程とを含むように構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の多層
配線構造において、スルーホール底部の表面処理、及び
配線形成技術に関する。
配線構造において、スルーホール底部の表面処理、及び
配線形成技術に関する。
【０００２】近年、半導体集積回路の高集積化、微細化
にともない、多層配線形成のためのスルーホールも微細
化され、配線のカバレッジ（被覆性）に伴う種々の問題
が発生し、今後、高性能・高信頼性半導体集積回路の要
求に応えるために、それ等の問題に対処した多層配線技
術の開発・実用化が必要とされている。
にともない、多層配線形成のためのスルーホールも微細
化され、配線のカバレッジ（被覆性）に伴う種々の問題
が発生し、今後、高性能・高信頼性半導体集積回路の要
求に応えるために、それ等の問題に対処した多層配線技
術の開発・実用化が必要とされている。
【０００３】
【従来の技術】図７は従来例の説明図である。図におい
て、37はSi基板、38は層間絶縁膜、39はスルーホール、
40はArイオン、41は自然酸化膜、42は再析出絶縁物、43
はバリアメタル、44は金属配線膜である。
て、37はSi基板、38は層間絶縁膜、39はスルーホール、
40はArイオン、41は自然酸化膜、42は再析出絶縁物、43
はバリアメタル、44は金属配線膜である。
【０００４】図７に工程順模式断面図で示すように、シ
リコン(Si)基板37上の層間絶縁膜38に形成したスルーホ
ール39の微細化に伴って、アルミニウム(Al)等の金属配
線膜44のスルーホール39内埋め込み不良による信頼性が
大きな問題となる。微細スルーホール39は異方性ドライ
エッチングにより実現出来るが、必然的に段差が急峻と
なり、金属配線膜44の被覆性が極端に悪くなる。
リコン(Si)基板37上の層間絶縁膜38に形成したスルーホ
ール39の微細化に伴って、アルミニウム(Al)等の金属配
線膜44のスルーホール39内埋め込み不良による信頼性が
大きな問題となる。微細スルーホール39は異方性ドライ
エッチングにより実現出来るが、必然的に段差が急峻と
なり、金属配線膜44の被覆性が極端に悪くなる。
【０００５】これを防ぐ方法として、Al等の金属配線膜
44の被覆性を改善するために、スルーホール39の側壁に
テーパーを形成するエッチング技術がある。即ち、アル
ゴン(Ar)イオン40スパッタエッチングによるスルホール
39内のクリーニングにより下層金属配線膜の表面に生じ
た自然酸化物41や汚染を除去し、その上に上層金属配線
膜を形成するという方法が行われている。
44の被覆性を改善するために、スルーホール39の側壁に
テーパーを形成するエッチング技術がある。即ち、アル
ゴン(Ar)イオン40スパッタエッチングによるスルホール
39内のクリーニングにより下層金属配線膜の表面に生じ
た自然酸化物41や汚染を除去し、その上に上層金属配線
膜を形成するという方法が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この方法で
は、Arイオン40のスパッタエッチングにより、スルーホ
ール39の側壁のテーパーの部分でスパッタされた原子が
スルーホール39の底部に再析出絶縁物42として薄く堆積
する。
は、Arイオン40のスパッタエッチングにより、スルーホ
ール39の側壁のテーパーの部分でスパッタされた原子が
スルーホール39の底部に再析出絶縁物42として薄く堆積
する。
【０００７】そして、その再堆積の量はテーパー角度に
依存し、その角度が60〜70°付近で最大となり、スルー
ホールの径が微細になると、その傾向は更に顕著とな
る。また、スパッタエッチング後の熱処理(450℃) を行
うと、テーパー角度が70°以下でそのコンタクト抵抗の
値は急激に増大する。
依存し、その角度が60〜70°付近で最大となり、スルー
ホールの径が微細になると、その傾向は更に顕著とな
る。また、スパッタエッチング後の熱処理(450℃) を行
うと、テーパー角度が70°以下でそのコンタクト抵抗の
値は急激に増大する。
【０００８】更に、高集積化に伴い、スルーホールの微
細化が進むにつれ、スルーホールのテーパー形状にも制
限ができ、垂直形状による配線技術が要求される。よっ
て、上層金属配線膜の被覆性がますます問題になり、上
記の問題と合わさってコンタクト不良の要因となる。
細化が進むにつれ、スルーホールのテーパー形状にも制
限ができ、垂直形状による配線技術が要求される。よっ
て、上層金属配線膜の被覆性がますます問題になり、上
記の問題と合わさってコンタクト不良の要因となる。
【０００９】本発明は、スルーホールの形状（テーパー
の角度）に関係なく、スルーホール底部の下層金属配線
膜の表面をArイオンスパッタエッチングによりクリーニ
ングし、上層金属配線膜の被覆性に優れた信頼性の高い
多層配線を実現する方法を提供することを目的とする。
の角度）に関係なく、スルーホール底部の下層金属配線
膜の表面をArイオンスパッタエッチングによりクリーニ
ングし、上層金属配線膜の被覆性に優れた信頼性の高い
多層配線を実現する方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図であり、工程順模式断面図で示す。図において、１は
下層金属配線膜、2 は第１の金属膜、３は層間絶縁膜、
４は第２の金属膜、５はマスク絶縁膜、６はスルーホー
ル、７は酸化膜、８はArイオン、９はテーパー状側壁、
10は第３の金属膜、11は埋め込み金属、12は上層金属配
線膜である。
図であり、工程順模式断面図で示す。図において、１は
下層金属配線膜、2 は第１の金属膜、３は層間絶縁膜、
４は第２の金属膜、５はマスク絶縁膜、６はスルーホー
ル、７は酸化膜、８はArイオン、９はテーパー状側壁、
10は第３の金属膜、11は埋め込み金属、12は上層金属配
線膜である。
【００１１】上記問題点を解決するために、先ず、図１
（ａ）に示すように、下層金属配線膜１の上に絶縁膜と
のスパッタ比率が１以上の第１の金属膜２を形成し、そ
して、層間絶縁膜３の間に第２の金属膜４を堆積し、Ar
イオン８のスパッタエッチングによってスルーホール６
内に自然に形成された酸化膜７を除去するクリーニング
を行うと同時に、図１（ｂ）に示すように、マスク絶縁
膜５の全面を第２の金属膜４までエッチングし、テーパ
ー状の側壁を形成する。
（ａ）に示すように、下層金属配線膜１の上に絶縁膜と
のスパッタ比率が１以上の第１の金属膜２を形成し、そ
して、層間絶縁膜３の間に第２の金属膜４を堆積し、Ar
イオン８のスパッタエッチングによってスルーホール６
内に自然に形成された酸化膜７を除去するクリーニング
を行うと同時に、図１（ｂ）に示すように、マスク絶縁
膜５の全面を第２の金属膜４までエッチングし、テーパ
ー状の側壁を形成する。
【００１２】更に、その上より第３の金属膜10を堆積
し、再びArイオン８のスパッタエッチングを行ってスル
ーホール６内に埋め込み金属11を堆積し、続いて、上層
金属配線膜12を形成することによって、被覆性に大変優
れた多層配線構造を得ることが可能である。
し、再びArイオン８のスパッタエッチングを行ってスル
ーホール６内に埋め込み金属11を堆積し、続いて、上層
金属配線膜12を形成することによって、被覆性に大変優
れた多層配線構造を得ることが可能である。
【００１３】即ち、本発明の目的は、図１に示すような
下層配線金属膜１と上層配線金属膜12とを接続するため
のスルーホール６を層間絶縁膜３に有する多層配線構造
の半導体装置において、図１（ａ）に示すように、該下
層金属配線膜１上にスパッタ比率がマスク絶縁膜５より
大きい第１の金属膜２、該層間絶縁膜３、高融点金属、
或いは高融点金属含有物からなる第２の金属膜４、マス
ク絶縁膜５を順次積層する工程と該マスク絶縁膜５、該
第２の金属膜４、該層間絶縁膜３を異方性ドライエッチ
ングして、該第１の金属膜２に達する該スルーホール６
を開口する工程と、該第１の金属膜２上に自然形成され
た酸化膜７をArイオン８によるスパッタエッチングによ
り除去し、引き続き真空雰囲気中で、図１（ｂ）に示す
ように、第２の金属膜４をスパッタして該スルーホール
６内に叩き込み、該スルーホール６内に第１の金属膜
２、及び第２の金属膜よりスパッタされた金属原子から
なるテーパー状側壁９を該スルーホール６内に形成する
工程と、図１（ｃ）に示すように、該第２の金属膜４、
及び該スルーホール６内を覆って、第３の金属膜10を積
層する工程と、アルゴンイオン８によるスパッタによ
り、図１（ｄ）に示すように、第３の金属膜10を該スル
ーホール６内に叩き込んで、該スルーホール６内に埋め
込み金属11を形成する工程と、図１（ｅ）に示すよう
に、該第３の金属膜10、及び該スルーホーる６内を覆っ
て、上層金属配線膜12を積層し、パターニングして上層
金属配線を形成する工程とを含むことにより、また、前
記第１の金属膜２上の酸化膜７の除去から、上層金属配
線膜12の積層までの工程を同一装置内で、真空雰囲気を
破らずに連続して行うことにより達成される。
下層配線金属膜１と上層配線金属膜12とを接続するため
のスルーホール６を層間絶縁膜３に有する多層配線構造
の半導体装置において、図１（ａ）に示すように、該下
層金属配線膜１上にスパッタ比率がマスク絶縁膜５より
大きい第１の金属膜２、該層間絶縁膜３、高融点金属、
或いは高融点金属含有物からなる第２の金属膜４、マス
ク絶縁膜５を順次積層する工程と該マスク絶縁膜５、該
第２の金属膜４、該層間絶縁膜３を異方性ドライエッチ
ングして、該第１の金属膜２に達する該スルーホール６
を開口する工程と、該第１の金属膜２上に自然形成され
た酸化膜７をArイオン８によるスパッタエッチングによ
り除去し、引き続き真空雰囲気中で、図１（ｂ）に示す
ように、第２の金属膜４をスパッタして該スルーホール
６内に叩き込み、該スルーホール６内に第１の金属膜
２、及び第２の金属膜よりスパッタされた金属原子から
なるテーパー状側壁９を該スルーホール６内に形成する
工程と、図１（ｃ）に示すように、該第２の金属膜４、
及び該スルーホール６内を覆って、第３の金属膜10を積
層する工程と、アルゴンイオン８によるスパッタによ
り、図１（ｄ）に示すように、第３の金属膜10を該スル
ーホール６内に叩き込んで、該スルーホール６内に埋め
込み金属11を形成する工程と、図１（ｅ）に示すよう
に、該第３の金属膜10、及び該スルーホーる６内を覆っ
て、上層金属配線膜12を積層し、パターニングして上層
金属配線を形成する工程とを含むことにより、また、前
記第１の金属膜２上の酸化膜７の除去から、上層金属配
線膜12の積層までの工程を同一装置内で、真空雰囲気を
破らずに連続して行うことにより達成される。
【００１４】
【作用】本発明では、前述のように、下層配線金属膜の
上に絶縁膜とのスパッタ比率がより大きい（スパッタさ
れやすい）第１の金属膜を形成し、層間絶縁膜の間に第
２の金属膜を堆積して、Arイオンスパッタエッチングに
よるクリーニングで層間絶縁膜の全面を層間絶縁膜の間
の第２金属膜まで行えば、スルーホール上部のエッジ部
分からスルーホール底部への絶縁物の再堆積は、スルー
ホール底部の第１の金属膜のエッチングレートが絶縁物
のエッチングレートより速いために、絶縁物が堆積され
ることはなく、スルーホール底部への影響は改善され
る。
上に絶縁膜とのスパッタ比率がより大きい（スパッタさ
れやすい）第１の金属膜を形成し、層間絶縁膜の間に第
２の金属膜を堆積して、Arイオンスパッタエッチングに
よるクリーニングで層間絶縁膜の全面を層間絶縁膜の間
の第２金属膜まで行えば、スルーホール上部のエッジ部
分からスルーホール底部への絶縁物の再堆積は、スルー
ホール底部の第１の金属膜のエッチングレートが絶縁物
のエッチングレートより速いために、絶縁物が堆積され
ることはなく、スルーホール底部への影響は改善され
る。
【００１５】ここでは、Arイオンのスパッタエッチング
により第２の金属膜からの金属原子がスルーホール内に
どんどん堆積されてテーパー形状側壁を形成していくた
め、開口時のスルーホール側壁の形状が垂直であれ、テ
ーパー形状であれ同様の効果がある。
により第２の金属膜からの金属原子がスルーホール内に
どんどん堆積されてテーパー形状側壁を形成していくた
め、開口時のスルーホール側壁の形状が垂直であれ、テ
ーパー形状であれ同様の効果がある。
【００１６】スルーホール上部のエッジ部分からスルー
ホール側壁への第３の金属膜の再堆積により、スルーホ
ール側壁の形状にテーパーが付くが、更に、その上に第
３の金属膜を形成して、再びArイオンスパッタエッチン
グを行うと、そのテーパー形状側壁のスルーホールール
上部エッジ部、及びスルーホール側壁で再びスパッタさ
れた金属原子が、スルーホールの底部と側壁に再堆積し
て、スルーホール内に埋め込み金属が形成され、その上
に形成される上層金属配線膜の被覆性は大変優れたもの
になる。
ホール側壁への第３の金属膜の再堆積により、スルーホ
ール側壁の形状にテーパーが付くが、更に、その上に第
３の金属膜を形成して、再びArイオンスパッタエッチン
グを行うと、そのテーパー形状側壁のスルーホールール
上部エッジ部、及びスルーホール側壁で再びスパッタさ
れた金属原子が、スルーホールの底部と側壁に再堆積し
て、スルーホール内に埋め込み金属が形成され、その上
に形成される上層金属配線膜の被覆性は大変優れたもの
になる。
【００１７】
【実施例】図２〜図３は本発明の第１の実施例の工程順
模式断面図、図４は本発明の第２の実施例の模式断面
図、図５は金属配線構成と耐エレクトロマイグレーショ
ン性、図６は本発明と従来例のコンタクト抵抗変化であ
る。
模式断面図、図４は本発明の第２の実施例の模式断面
図、図５は金属配線構成と耐エレクトロマイグレーショ
ン性、図６は本発明と従来例のコンタクト抵抗変化であ
る。
【００１８】図において、13はSi基板、14は拡散層、15
は第１のSiO2膜、16は第１のスルーホール、17は第１の
Al膜、18はCu膜、19は第２のSiO2膜、20はTi膜、21は第
３のSiO2膜、22は第２のスルーホール、23はArイオン、
24はテーパー状の側壁、25はArイオン、26は埋め込み金
属、27は第２のAl膜、28はSi基板、29は拡散層、30は下
地SiO2膜、31はコンタクトホール、32は第１のTi膜、33
は第１の TiN膜、34はCu膜、35は第２のTi膜、36は第２
のTi膜である。
は第１のSiO2膜、16は第１のスルーホール、17は第１の
Al膜、18はCu膜、19は第２のSiO2膜、20はTi膜、21は第
３のSiO2膜、22は第２のスルーホール、23はArイオン、
24はテーパー状の側壁、25はArイオン、26は埋め込み金
属、27は第２のAl膜、28はSi基板、29は拡散層、30は下
地SiO2膜、31はコンタクトホール、32は第１のTi膜、33
は第１の TiN膜、34はCu膜、35は第２のTi膜、36は第２
のTi膜である。
【００１９】図２〜図３により本発明を層間絶縁膜のス
ルーホールに適用した第１の実施例について説明する。
図２（ａ）に示すように、ｎ形拡散層14が形成されたｐ
形Si基板13上に下地絶縁膜として熱酸化により１μｍの
厚さに第１のSiO2膜15が形成されている。この第１のSi
O2膜15をフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技
術を用いてパターニングし、第１のスルーホール16を形
成する。
ルーホールに適用した第１の実施例について説明する。
図２（ａ）に示すように、ｎ形拡散層14が形成されたｐ
形Si基板13上に下地絶縁膜として熱酸化により１μｍの
厚さに第１のSiO2膜15が形成されている。この第１のSi
O2膜15をフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技
術を用いてパターニングし、第１のスルーホール16を形
成する。
【００２０】スパッタ法により下地金属配線膜として第
１のAl膜17を 7,000Åの厚さに被覆する。この前に、第
１のAl膜17の下地層にTi膜、更にバリア層として TiN膜
を用いても良い。第１のAl膜17の上に連続してスパッタ
法により銅(Cu)膜18を 2,000Åの厚さに積層する。銅は
比較的Arイオンによりスパッタされやすく、SiO2膜に比
べて２倍程度スパッタ比率が高い金属である。
１のAl膜17を 7,000Åの厚さに被覆する。この前に、第
１のAl膜17の下地層にTi膜、更にバリア層として TiN膜
を用いても良い。第１のAl膜17の上に連続してスパッタ
法により銅(Cu)膜18を 2,000Åの厚さに積層する。銅は
比較的Arイオンによりスパッタされやすく、SiO2膜に比
べて２倍程度スパッタ比率が高い金属である。
【００２１】図２（ｂ）に示すように、ＥＣＲ法によ
り、第２のSiO2膜19を 9,000Åの厚さに堆積し、スパッ
タ法によりTi膜20を 500Åの厚さに、更にＥＣＲ法によ
り第３のSiO2膜21を500Åの厚さに堆積する。
り、第２のSiO2膜19を 9,000Åの厚さに堆積し、スパッ
タ法によりTi膜20を 500Åの厚さに、更にＥＣＲ法によ
り第３のSiO2膜21を500Åの厚さに堆積する。
【００２２】ＥＣＲ法による堆積条件はガス流量をシラ
ン(SiH4)が10sccm、酸素(O2)が 30sccm として圧力は1.
0mTorrとする。続いて、図示しないレジスト膜をマスク
として、異方性ドライエッチングにより原料ガスを選択
して、Cu膜18が露出するまで第３のSiO2膜21、Ti膜20、
第２のSiO2膜19を次々に異方性ドライエッチングして第
２のスルーホール22を開口する。
ン(SiH4)が10sccm、酸素(O2)が 30sccm として圧力は1.
0mTorrとする。続いて、図示しないレジスト膜をマスク
として、異方性ドライエッチングにより原料ガスを選択
して、Cu膜18が露出するまで第３のSiO2膜21、Ti膜20、
第２のSiO2膜19を次々に異方性ドライエッチングして第
２のスルーホール22を開口する。
【００２３】その後、マスクとして用いた図示しないレ
ジスト膜をアッシャーを用いて除去する。此の時点で第
２のスルーホール22の底部に露出したCu膜18の表面には
銅の自然酸化膜等が薄く堆積している。
ジスト膜をアッシャーを用いて除去する。此の時点で第
２のスルーホール22の底部に露出したCu膜18の表面には
銅の自然酸化膜等が薄く堆積している。
【００２４】本発明では、層間絶縁膜のスルーホールへ
の実施例であるため、図２（ｃ）以降は第２のスルーホ
ール22周辺の部分に限定して図示する。図２（ｃ）に示
すように、Arイオン23によるスパッタエッチングを行
い、第２のスルーホール22内の銅の自然酸化膜等をクリ
ーニング除去する。この時のスパッタエッチングの条件
はArガス流量80sccm、圧力2.5mTorr、出力200Wで行う。
同時に第３のSiO2膜21をTi膜20が露出するまでエッチン
グし、続いて、Ti膜20の表面もスパッタエッチングす
る。この際、第３のSiO2膜21も第２のスルーホール22内
に叩き出されるが、Cu膜18も同時に叩かれるので、銅の
スパッタ比率が高いために、第３のSiO2膜21が再堆積す
ることはなく、図２（ｄ）に示すように、第２のスルー
ホール22内にはTiとCuの金属原子が第２のスルーホール
22内の側壁に次第に溜まり、TiとCuの金属原子が混合し
たテーパー状の側壁(Ti+Cu)24が形成されることとな
る。
の実施例であるため、図２（ｃ）以降は第２のスルーホ
ール22周辺の部分に限定して図示する。図２（ｃ）に示
すように、Arイオン23によるスパッタエッチングを行
い、第２のスルーホール22内の銅の自然酸化膜等をクリ
ーニング除去する。この時のスパッタエッチングの条件
はArガス流量80sccm、圧力2.5mTorr、出力200Wで行う。
同時に第３のSiO2膜21をTi膜20が露出するまでエッチン
グし、続いて、Ti膜20の表面もスパッタエッチングす
る。この際、第３のSiO2膜21も第２のスルーホール22内
に叩き出されるが、Cu膜18も同時に叩かれるので、銅の
スパッタ比率が高いために、第３のSiO2膜21が再堆積す
ることはなく、図２（ｄ）に示すように、第２のスルー
ホール22内にはTiとCuの金属原子が第２のスルーホール
22内の側壁に次第に溜まり、TiとCuの金属原子が混合し
たテーパー状の側壁(Ti+Cu)24が形成されることとな
る。
【００２５】本発明のこの工程により、開口された第２
のスルーホール22内の側壁が当初は垂直でも、ある程度
テーパーが付いていても、Arイオン23のスパッタ特性に
より、最終的には60〜70°前後のテーパー状の側壁24に
落ち着く。
のスルーホール22内の側壁が当初は垂直でも、ある程度
テーパーが付いていても、Arイオン23のスパッタ特性に
より、最終的には60〜70°前後のテーパー状の側壁24に
落ち着く。
【００２６】図３（ｅ）に示すように、更に、TiN 膜24
をスパッタ法により 500Åの厚さに堆積し、再び、Arイ
オン25のスパッタを行うと、TiN が第２のスルーホール
22内に叩き込まれて、第２のスルーホール22内に次第に
堆積し、図３（ｆ）に示すような埋め込み金属26とな
り、微小スルーホールでも半ば以上を金属で埋め込むこ
とができる。
をスパッタ法により 500Åの厚さに堆積し、再び、Arイ
オン25のスパッタを行うと、TiN が第２のスルーホール
22内に叩き込まれて、第２のスルーホール22内に次第に
堆積し、図３（ｆ）に示すような埋め込み金属26とな
り、微小スルーホールでも半ば以上を金属で埋め込むこ
とができる。
【００２７】その後、第２のAl膜27を１μｍの厚さにス
パッタして基板全面に被覆する。ここまでの工程をマル
チチャンバ装置を用いて、真空を破らずに連続して、各
成膜、及びスパッタエッチングを行うことができる。
パッタして基板全面に被覆する。ここまでの工程をマル
チチャンバ装置を用いて、真空を破らずに連続して、各
成膜、及びスパッタエッチングを行うことができる。
【００２８】この後、図示しないレジスト膜をマスクと
して第２のAl膜27をパターニングして上層金属配線膜を
形成し、更にカバー絶縁膜、或いは層間絶縁膜を被覆し
て多層配線構造の半導体装置を製造して行く。
して第２のAl膜27をパターニングして上層金属配線膜を
形成し、更にカバー絶縁膜、或いは層間絶縁膜を被覆し
て多層配線構造の半導体装置を製造して行く。
【００２９】次に、本発明の第２の実施例として、Si基
板の下地絶縁膜のコンタクトホールに適用した例を説明
する。図４に模式断面図で示すように、Si基板28上の下
地SiO2膜30に開口したコンタクトホール31内に、スパッ
タにより下地電極膜として第１のTi膜32を 500Å、バリ
ア金属膜として第２の TiN膜を 200Åの厚さに積層した
後、本発明のCu膜34を2,000Åの厚さに積層する。この
後の工程は第１の実施例と同様にして図４に示すように
微小なコンタクトホール31内に被覆性の良いAl膜37から
なる上層金属配線膜を形成することができる。
板の下地絶縁膜のコンタクトホールに適用した例を説明
する。図４に模式断面図で示すように、Si基板28上の下
地SiO2膜30に開口したコンタクトホール31内に、スパッ
タにより下地電極膜として第１のTi膜32を 500Å、バリ
ア金属膜として第２の TiN膜を 200Åの厚さに積層した
後、本発明のCu膜34を2,000Åの厚さに積層する。この
後の工程は第１の実施例と同様にして図４に示すように
微小なコンタクトホール31内に被覆性の良いAl膜37から
なる上層金属配線膜を形成することができる。
【００３０】上記実施例において、高融点金属、或いは
高融点金属含有物からなる第２の金属膜として、膜にTi
膜20を用いたが、この他に、高融点金属膜として、Ｗ、
Mo、Ta、Zr、Hf、高融点金属含有物として、TiN 、WN、
MoN 、TaN 、ZrN 、HfN 、TiW 、TiON、TiSi、WSi 、Mo
Si、TaSi、ZrSi、HfSi等が使える上、互いの多層膜であ
っても良い。
高融点金属含有物からなる第２の金属膜として、膜にTi
膜20を用いたが、この他に、高融点金属膜として、Ｗ、
Mo、Ta、Zr、Hf、高融点金属含有物として、TiN 、WN、
MoN 、TaN 、ZrN 、HfN 、TiW 、TiON、TiSi、WSi 、Mo
Si、TaSi、ZrSi、HfSi等が使える上、互いの多層膜であ
っても良い。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように，本発明
では被覆性（カバレッジ）の良いAl膜等の上層金属配線
膜が、スパッタされやすいCu膜や、層間絶縁膜に挟んだ
高融点金属膜，或いは高融点金属合金膜を利用したこと
により、スパッタエッチングによるクリーニング時のSi
O2膜等の再堆積の問題は解決され、むしろ高融点金属原
子のスルーホール内堆積により、第一にスルーホール内
でのテーパー状側壁の形成、及び第二にスルーホール内
への埋め込み金属の形成という、ミクロン、或いはサブ
ミクロン径の微細スルーホールの形成が可能となり、優
れた上層金属配線膜の被覆性が得られるという効果があ
げられる。
では被覆性（カバレッジ）の良いAl膜等の上層金属配線
膜が、スパッタされやすいCu膜や、層間絶縁膜に挟んだ
高融点金属膜，或いは高融点金属合金膜を利用したこと
により、スパッタエッチングによるクリーニング時のSi
O2膜等の再堆積の問題は解決され、むしろ高融点金属原
子のスルーホール内堆積により、第一にスルーホール内
でのテーパー状側壁の形成、及び第二にスルーホール内
への埋め込み金属の形成という、ミクロン、或いはサブ
ミクロン径の微細スルーホールの形成が可能となり、優
れた上層金属配線膜の被覆性が得られるという効果があ
げられる。
【００３２】この高融点金属膜を用いた効果について、
従来例と比較した試験結果について説明する。微小スル
ーホールにおいて、Al合金膜と TiN膜の積層配線構造
が、耐エレクトロマイグレーションに優れていることは
既に報告されているが、実際に層間絶縁膜に挟んだ金属
膜を、一般の金属と本発明の高融点金属を用いた場合に
ついて、その効果の差を示す試験結果を図５に示す。
従来例と比較した試験結果について説明する。微小スル
ーホールにおいて、Al合金膜と TiN膜の積層配線構造
が、耐エレクトロマイグレーションに優れていることは
既に報告されているが、実際に層間絶縁膜に挟んだ金属
膜を、一般の金属と本発明の高融点金属を用いた場合に
ついて、その効果の差を示す試験結果を図５に示す。
【００３３】図５に示すように、1.8 μｍ径のスルーホ
ールに従来例の金属埋め込み方式と本発明の埋め込み方
式とを比較した例では、スルーホールに2.5 ×1016Ａ／
cm2の電流を流して寿命試験を行った結果、エレクトロ
マイグレーションの発生時間に対して、本発明の構成の
Al＋Cu＋Ti＋TiN ＋Alの金属膜層を用いたものは、従来
例のAlのみのもの比べて最も効果があり、次いで、Al膜
の間にCu膜を用いたものが効果があることが分かる。
ールに従来例の金属埋め込み方式と本発明の埋め込み方
式とを比較した例では、スルーホールに2.5 ×1016Ａ／
cm2の電流を流して寿命試験を行った結果、エレクトロ
マイグレーションの発生時間に対して、本発明の構成の
Al＋Cu＋Ti＋TiN ＋Alの金属膜層を用いたものは、従来
例のAlのみのもの比べて最も効果があり、次いで、Al膜
の間にCu膜を用いたものが効果があることが分かる。
【００３４】また、図６に示すように、スルーホール内
での低抵抗化並びに耐エレクトロマイグレーションにお
いても、一般に用いられているスルーホール内へのタン
グステン(W) の選択埋め込みによる従来方式の多層配線
形成に比較して、本発明の方がコンタクト抵抗の劣化状
況において優れていることが分かる。
での低抵抗化並びに耐エレクトロマイグレーションにお
いても、一般に用いられているスルーホール内へのタン
グステン(W) の選択埋め込みによる従来方式の多層配線
形成に比較して、本発明の方がコンタクト抵抗の劣化状
況において優れていることが分かる。
【００３５】このように、本発明による下層金属配線膜
上への高スパッタ率金属の積層、並びにスルーホール内
への高融点金属の埋め込み、及びテーパー上側壁の形成
は従来方式にくらべてAl膜のカバレッジ、対エレクトロ
マイグレーション、コンタクト抵抗の何れにおいても優
れており、本発明は高集積化、微細化する半導体装置の
特性向上、信頼性の確保に大きく寄与するものである。
上への高スパッタ率金属の積層、並びにスルーホール内
への高融点金属の埋め込み、及びテーパー上側壁の形成
は従来方式にくらべてAl膜のカバレッジ、対エレクトロ
マイグレーション、コンタクト抵抗の何れにおいても優
れており、本発明は高集積化、微細化する半導体装置の
特性向上、信頼性の確保に大きく寄与するものである。
【図１】 本発明の原理説明図
【図２】 本発明の第１の実施例の工程順模式断面図
（その１）
（その１）
【図３】 本発明の第１の実施例の工程順模式断面図
（その２）
（その２）
【図４】 本発明の第２の実施例の模式断面図
【図５】 金属配線構成と耐エレクトロマイグレーショ
ン性
ン性
【図６】 本発明と従来例のコンタクト抵抗変化
【図７】 従来例の説明図
１ 下層金属配線膜 ２ 第１の金属膜 ３ 層間絶縁膜 ４ 第２の金属膜 ５ マスク絶縁膜 ６ スルーホール ７ 酸化膜 ８ Arイオン ９ テーパー状側壁 10 第３の金属膜 11 埋め込み金属 12 上層金属配線膜 13 Si基板 14 拡散層 15 第１のSiO2膜 16 第１のスルーホール 17 第１のAl膜 18 Cu膜 19 第２のSiO2膜 20 Ti膜 21 第３のSiO2膜 22 第２のスルーホール 23 Arイオン 24 テーパー状の側壁 25 Arイオン 26 埋め込み金属 27 第２のAl膜 28 Si基板 29 拡散層 30 下地SiO2膜 31 コンタクトホール 32 第１のTi膜 33 第１の TiN膜 34 Cu膜 35 第２のTi膜 36 第２のTi膜 37 Al膜
Claims (2)
- 【請求項１】 下層金属配線膜(1) と上層金属配線膜(1
2)とを接続するためのスルーホール(6) を層間絶縁膜
(3) に有する多層配線構造の半導体装置において、 該下層金属配線膜(1) 上にスパッタ比率がマスク絶縁膜
(5) より大きい第１の金属膜(2) 、該層間絶縁膜(3) 、
高融点金属、或いは高融点金属含有物からなる第２の金
属膜(4) 、マスク絶縁膜(5) を順次積層する工程と該マ
スク絶縁膜(5) 、該第２の金属膜、該層間絶縁膜(3) を
異方性ドライエッチングして、該第１の金属膜に達する
該スルーホール(6) を開口する工程と、 該第１の金属膜(2) 上に自然形成された酸化膜(7) をア
ルゴンイオン(8) によるスパッタエッチングにより除去
し、引き続き真空雰囲気中で第２の金属膜(4)をスパッ
タエッチングして該スルーホール(6) 内にたたきこみ、
該スルーホール(6) 内に第１の金属膜及び第２の金属膜
よりスパッタされた金属原子からなるテーパー状の側壁
(9) を該スルーホール(6) 内に形成する工程と、 該第２の金属膜(4) 、及び該スルーホール(6) 内を覆っ
て、第３の金属膜(10)を積層する工程と、 アルゴンイオン(8) によるスパッタにより第３の金属膜
(10)を該スルーホール(6) 内に叩き込み、該スルーホー
ル(6) 内に埋め込み金属(11)を形成する工程と、 該第３の金属膜(10)、及び該スルーホーク(6) 内を覆っ
て、上層金属配線膜(12)を積層し、パターニングして上
層金属配線を形成する工程とを含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記第１の金属膜(2) 上の酸化膜(7) の
除去から、上層金属配線膜(12)の積層までの工程を同一
装置内で、真空雰囲気を破らずに連続して行うことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5113093A JPH06267888A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5113093A JPH06267888A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06267888A true JPH06267888A (ja) | 1994-09-22 |
Family
ID=12878237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5113093A Withdrawn JPH06267888A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06267888A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011187741A (ja) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Fujitsu Semiconductor Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| US8227323B2 (en) | 2009-06-18 | 2012-07-24 | Fuji Electric Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
-
1993
- 1993-03-12 JP JP5113093A patent/JPH06267888A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8227323B2 (en) | 2009-06-18 | 2012-07-24 | Fuji Electric Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| JP2011187741A (ja) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Fujitsu Semiconductor Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000530 |