JPH0837235A - 金属配線形成方法 - Google Patents
金属配線形成方法Info
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- JPH0837235A JPH0837235A JP19205794A JP19205794A JPH0837235A JP H0837235 A JPH0837235 A JP H0837235A JP 19205794 A JP19205794 A JP 19205794A JP 19205794 A JP19205794 A JP 19205794A JP H0837235 A JPH0837235 A JP H0837235A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高アスペクト比のコンタクト用孔の内部にス
パッタ法で確実に金属配線を形成する。 【構成】 Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ上に形成された層
間絶縁膜１１にビアコンタクト１０を開孔した後、Ａｌ
−Ｓｉ−Ｃｕとの濡れ性がよいＴｉＮ膜１２をスパッタ
リングにより形成する。しかる後、ＴｉＮ膜１２をエッ
チバックし、側壁１１ａ上にのみＴｉＮ膜１２を残存さ
せる。次に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４をスパッタリン
グにより形成した後、高速熱処理（ＲＴＡ）を行って、
溶融したＡｌ−Ｓｉ−ＣｕをＴｉＮ膜１２に沿ってビア
コンタクト１０内に流し込む。
パッタ法で確実に金属配線を形成する。 【構成】 Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ上に形成された層
間絶縁膜１１にビアコンタクト１０を開孔した後、Ａｌ
−Ｓｉ−Ｃｕとの濡れ性がよいＴｉＮ膜１２をスパッタ
リングにより形成する。しかる後、ＴｉＮ膜１２をエッ
チバックし、側壁１１ａ上にのみＴｉＮ膜１２を残存さ
せる。次に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４をスパッタリン
グにより形成した後、高速熱処理（ＲＴＡ）を行って、
溶融したＡｌ−Ｓｉ−ＣｕをＴｉＮ膜１２に沿ってビア
コンタクト１０内に流し込む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセスに
おける金属配線形成方法に関し、特に、高アスペクト比
のコンタクト用孔に金属配線を形成するために用いて好
適なものである。
おける金属配線形成方法に関し、特に、高アスペクト比
のコンタクト用孔に金属配線を形成するために用いて好
適なものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化及び多層配線化に
伴い、半導体基板内のソース／ドレイン拡散層と金属配
線とを接続するためのコンタクトホールや上下の配線層
を互いに接続するために層間絶縁膜に形成されるビアコ
ンタクトのようなコンタクト用孔のアスペクト比が例え
ば１以上と大きくなってきている。一般に、コンタクト
用孔に金属配線を形成するには、プロセスコストや安定
性の面からスパッタ法によることが好ましい。しかし、
上述したような狭くて深い高アスペクト比のコンタクト
用孔に、例えばアルミ配線をスパッタ法により形成する
と、コンタクト用孔の内部がアルミニウムで充填される
前に、いわゆるシャドゥイング効果が起きて、コンタク
ト用孔の入口部分がアルミニウムで塞がれてしまい、コ
ンタクト用孔の内部でのアルミニウムのカバレッジが悪
くなって、孔底部近くの弱い所でエレクトロマイグレー
ションやストレスマイグレーションによる断線不良が発
生しやすいという問題があった。
伴い、半導体基板内のソース／ドレイン拡散層と金属配
線とを接続するためのコンタクトホールや上下の配線層
を互いに接続するために層間絶縁膜に形成されるビアコ
ンタクトのようなコンタクト用孔のアスペクト比が例え
ば１以上と大きくなってきている。一般に、コンタクト
用孔に金属配線を形成するには、プロセスコストや安定
性の面からスパッタ法によることが好ましい。しかし、
上述したような狭くて深い高アスペクト比のコンタクト
用孔に、例えばアルミ配線をスパッタ法により形成する
と、コンタクト用孔の内部がアルミニウムで充填される
前に、いわゆるシャドゥイング効果が起きて、コンタク
ト用孔の入口部分がアルミニウムで塞がれてしまい、コ
ンタクト用孔の内部でのアルミニウムのカバレッジが悪
くなって、孔底部近くの弱い所でエレクトロマイグレー
ションやストレスマイグレーションによる断線不良が発
生しやすいという問題があった。
【０００３】そこで、このような高アスペクト比のコン
タクト用孔をアルミニウムで埋め込むための技術が、
「高アスペクト比接続孔のＡｌ高温スパッタによる埋め
込み」（ＳＤＭ９１−１３０、１〜６頁）に提案されて
いる。この文献の方法では、アルミニウムとの濡れ性が
よいＴｉ又はＴｉＮのバリアメタルをコンタクト用孔の
内部に予め形成した後、アルミニウム配線を高温スパッ
タ法により形成する。ここで、「濡れ性がよい」とは、
互いに接触する２種類の材料の界面張力が小さいことを
いう。以下、この従来の方法を、ビアコンタクトにアル
ミニウム配線を形成する場合を例に、図３を参照して説
明する。
タクト用孔をアルミニウムで埋め込むための技術が、
「高アスペクト比接続孔のＡｌ高温スパッタによる埋め
込み」（ＳＤＭ９１−１３０、１〜６頁）に提案されて
いる。この文献の方法では、アルミニウムとの濡れ性が
よいＴｉ又はＴｉＮのバリアメタルをコンタクト用孔の
内部に予め形成した後、アルミニウム配線を高温スパッ
タ法により形成する。ここで、「濡れ性がよい」とは、
互いに接触する２種類の材料の界面張力が小さいことを
いう。以下、この従来の方法を、ビアコンタクトにアル
ミニウム配線を形成する場合を例に、図３を参照して説
明する。
【０００４】まず、図３（ａ）に示すように、半導体基
板（図示せず）の上に形成された下層配線であるＡｌ配
線１０１上にＳｉＯ2 膜１０２を形成した後、このＳｉ
Ｏ2膜１０２にビアコンタクト１０３（径０．２５〜
０．７μｍ、深さ５００〜８００ｎｍ）を開孔する。
板（図示せず）の上に形成された下層配線であるＡｌ配
線１０１上にＳｉＯ2 膜１０２を形成した後、このＳｉ
Ｏ2膜１０２にビアコンタクト１０３（径０．２５〜
０．７μｍ、深さ５００〜８００ｎｍ）を開孔する。
【０００５】次に、図３（ｂ）に示すように、ビアコン
タクト１０３の側面であるＳｉＯ2膜１０２の壁面１０
２ａを含むＳｉＯ2 膜１０２上の全面及びビアコンタク
ト１０３の底面に露出したＡｌ配線１０１上に、Ｔｉ又
はＴｉＮ膜１０４を通常のスパッタ法により形成する。
タクト１０３の側面であるＳｉＯ2膜１０２の壁面１０
２ａを含むＳｉＯ2 膜１０２上の全面及びビアコンタク
ト１０３の底面に露出したＡｌ配線１０１上に、Ｔｉ又
はＴｉＮ膜１０４を通常のスパッタ法により形成する。
【０００６】次に、図３（ｃ）に示すように、基板を４
５０〜４８０℃程度に加熱した状態でのスパッタ法（高
温スパッタ法）により、上層配線となるＡｌ膜１０５を
形成する。このとき、下地に、Ａｌに対して濡れ性のよ
いＴｉ又はＴｉＮ膜１０４が存在するので、ビアコンタ
クト１０３の内部までＡｌが流入し、ビアコンタクト１
０３がＡｌで埋め込まれる。
５０〜４８０℃程度に加熱した状態でのスパッタ法（高
温スパッタ法）により、上層配線となるＡｌ膜１０５を
形成する。このとき、下地に、Ａｌに対して濡れ性のよ
いＴｉ又はＴｉＮ膜１０４が存在するので、ビアコンタ
クト１０３の内部までＡｌが流入し、ビアコンタクト１
０３がＡｌで埋め込まれる。
【０００７】また、上記文献とは別の方法として、図３
（ｄ）に示すように、Ｔｉ又はＴｉＮ膜１０４を形成し
た後、その上に、通常のスパッタ法により、Ａｌ膜１０
５を形成し、この後、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）
法により、ビアコンタクト１０３の内部にＡｌを流入さ
せる高温リフロー法も知られている。
（ｄ）に示すように、Ｔｉ又はＴｉＮ膜１０４を形成し
た後、その上に、通常のスパッタ法により、Ａｌ膜１０
５を形成し、この後、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）
法により、ビアコンタクト１０３の内部にＡｌを流入さ
せる高温リフロー法も知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した２つの方法に
おいて、ビアコンタクト１０３の内部により完全にＡｌ
を流入させるためには、下地のＴｉ又はＴｉＮ膜１０４
を或る程度厚く（例えば１００ｎｍ以上）形成しなけれ
ばならない。
おいて、ビアコンタクト１０３の内部により完全にＡｌ
を流入させるためには、下地のＴｉ又はＴｉＮ膜１０４
を或る程度厚く（例えば１００ｎｍ以上）形成しなけれ
ばならない。
【０００９】しかし、その場合、今度は、Ｔｉ又はＴｉ
Ｎ膜１０４のオーバーハング形状が問題となり、これが
Ａｌの流入を阻害するという問題があった。即ち、図３
（ｄ）に示すように、ビアコンタクト１０３の入口部分
でＴｉ又はＴｉＮ膜１０４が内側に大きく張り出す結
果、実効的な開口径が小さくなって、孔内部に充分な量
のＡｌが流入しない場合があった。この結果、ビアコン
タクト１０３の内部にボイド１０７が形成され、接続の
信頼性が悪くなっていた。
Ｎ膜１０４のオーバーハング形状が問題となり、これが
Ａｌの流入を阻害するという問題があった。即ち、図３
（ｄ）に示すように、ビアコンタクト１０３の入口部分
でＴｉ又はＴｉＮ膜１０４が内側に大きく張り出す結
果、実効的な開口径が小さくなって、孔内部に充分な量
のＡｌが流入しない場合があった。この結果、ビアコン
タクト１０３の内部にボイド１０７が形成され、接続の
信頼性が悪くなっていた。
【００１０】文献では、Ｔｉ又はＴｉＮ膜１０４による
シャドゥイング効果は、アスペクト比が３以上でＡｌの
埋め込みに影響を及ぼす旨が記載されているが、本願発
明者の検討では、コンタクト用孔のアスペクト比が２以
上で既に上述の問題が顕在化することが分かった。
シャドゥイング効果は、アスペクト比が３以上でＡｌの
埋め込みに影響を及ぼす旨が記載されているが、本願発
明者の検討では、コンタクト用孔のアスペクト比が２以
上で既に上述の問題が顕在化することが分かった。
【００１１】そこで、本発明の目的は、アスペクト比が
２〜３以上の高アスペクト比のコンタクト用孔にスパッ
タ法により金属配線を形成する場合でも、コンタクト用
孔を充分且つ確実に金属配線材料で埋め込むことのでき
る金属配線形成方法を提供することである。
２〜３以上の高アスペクト比のコンタクト用孔にスパッ
タ法により金属配線を形成する場合でも、コンタクト用
孔を充分且つ確実に金属配線材料で埋め込むことのでき
る金属配線形成方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の金属配線形成方法は、下地導電層の上に形
成された絶縁膜に、前記下地導電層にまで達するコンタ
クト用孔を形成する工程と、前記コンタクト用孔の内面
及び前記絶縁膜上の全面に導電性膜を形成する工程と、
前記コンタクト用孔の側面上にのみ前記導電性膜が残る
ように、前記導電性膜を異方性エッチングする工程と、
前記コンタクト用孔の部分を含む全面に金属膜を形成す
る工程と、前記金属膜をパターニングして金属配線を形
成する工程とを備えている。
に、本発明の金属配線形成方法は、下地導電層の上に形
成された絶縁膜に、前記下地導電層にまで達するコンタ
クト用孔を形成する工程と、前記コンタクト用孔の内面
及び前記絶縁膜上の全面に導電性膜を形成する工程と、
前記コンタクト用孔の側面上にのみ前記導電性膜が残る
ように、前記導電性膜を異方性エッチングする工程と、
前記コンタクト用孔の部分を含む全面に金属膜を形成す
る工程と、前記金属膜をパターニングして金属配線を形
成する工程とを備えている。
【００１３】本発明の一態様では、前記下地導電層が配
線層である。
線層である。
【００１４】本発明の一態様では、前記金属膜を形成し
た後、前記コンタクト用孔の内部が前記金属膜の材料に
より完全に埋め込まれるようにする熱処理工程をさらに
備える。
た後、前記コンタクト用孔の内部が前記金属膜の材料に
より完全に埋め込まれるようにする熱処理工程をさらに
備える。
【００１５】本発明の一態様では、ターゲットを４５０
〜６００℃に加熱した状態のスパッタ法により前記金属
膜を形成する。
〜６００℃に加熱した状態のスパッタ法により前記金属
膜を形成する。
【００１６】本発明の一態様では、前記金属膜が、アル
ミニウムを主成分とする導電膜であり、前記導電性膜
が、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｔｉ及びＴａからなる群より選ば
れた少なくとも１種からなる膜である。
ミニウムを主成分とする導電膜であり、前記導電性膜
が、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｔｉ及びＴａからなる群より選ば
れた少なくとも１種からなる膜である。
【００１７】
【作用】本発明においては、例えば形成すべき金属配線
材料との濡れ性がよい導電性膜を、異方性エッチングに
よる側壁形成技術を用いて、コンタクト用孔の側面上に
のみ成膜する。これにより、コンタクト用孔の入口部分
での開口径を大きくすることができ、コンタクト用孔の
内部を金属配線材料で確実且つ充分に埋め込むことがで
きる。
材料との濡れ性がよい導電性膜を、異方性エッチングに
よる側壁形成技術を用いて、コンタクト用孔の側面上に
のみ成膜する。これにより、コンタクト用孔の入口部分
での開口径を大きくすることができ、コンタクト用孔の
内部を金属配線材料で確実且つ充分に埋め込むことがで
きる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明を実施例につき図１及び図２を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１９】図１は、本発明の金属配線形成方法を適用
して製造した半導体装置の概略断面図である。同図に示
すように、Ｐ型シリコン基板１上に、ＬＯＣＯＳ法によ
り膜厚５００〜１０００ｎｍ程度のフィールド酸化膜２
が形成されている。そして、フィールド酸化膜２に囲ま
れた素子形成領域のシリコン基板１の表面に、膜厚１０
〜５０ｎｍ程度のゲート酸化膜４を介して、不純物がド
ープされたポリシリコンからなるゲート電極５が形成さ
れている。さらに、このゲート電極５の両側のシリコン
基板１内に、砒素（Ａｓ）又はリン（Ｐ）等のＮ型の不
純物がイオン注入されて、互いに離隔した一対の不純物
拡散層３が形成されている。
して製造した半導体装置の概略断面図である。同図に示
すように、Ｐ型シリコン基板１上に、ＬＯＣＯＳ法によ
り膜厚５００〜１０００ｎｍ程度のフィールド酸化膜２
が形成されている。そして、フィールド酸化膜２に囲ま
れた素子形成領域のシリコン基板１の表面に、膜厚１０
〜５０ｎｍ程度のゲート酸化膜４を介して、不純物がド
ープされたポリシリコンからなるゲート電極５が形成さ
れている。さらに、このゲート電極５の両側のシリコン
基板１内に、砒素（Ａｓ）又はリン（Ｐ）等のＮ型の不
純物がイオン注入されて、互いに離隔した一対の不純物
拡散層３が形成されている。
【００２０】シリコン基板１上には、各不純物拡散層３
に夫々達する２つのコンタクトホール７を有する膜厚５
００〜１０００ｎｍ程度の例えばＳｉＯ2 膜からなる第
１層間絶縁膜６が形成されている。図示の如く、各コン
タクトホール７は、ポリシリコンプラグ８により埋め込
まれている。
に夫々達する２つのコンタクトホール７を有する膜厚５
００〜１０００ｎｍ程度の例えばＳｉＯ2 膜からなる第
１層間絶縁膜６が形成されている。図示の如く、各コン
タクトホール７は、ポリシリコンプラグ８により埋め込
まれている。
【００２１】第１層間絶縁膜６上には、ポリシリコンプ
ラグ８を介して夫々不純物拡散層３に接続した膜厚５０
０〜１０００ｎｍ程度のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ、９
ｂがパターン形成されている。そして、第１層間絶縁膜
６上及びＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ、９ｂ上には、Ａｌ
−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａに達するビアコンタクト１０を有
する膜厚５００〜１０００ｎｍ程度の例えばＳｉＯ2 膜
又はＳｉＯ2 膜とＳＯＧ膜からなる第２層間絶縁膜１１
が形成されている。そして、図示の如く、ビアコンタク
ト１０内の第２層間絶縁膜１１の側面１１ａ上にのみ、
膜厚２０ｎｍ程度のＴｉＮ膜１２が形成されている。そ
して、ビアコンタクト１０の内部及び第２層間絶縁膜１
１上に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａと接続したＡｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕ配線１３がパターン形成されている。尚、Ｔｉ
Ｎ膜１２の代わりに、Ｔｉ又はＴａの膜を用いてもよ
い。また、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｔｉ及びＴａのうちの２種
以上を組み合わせた混合膜又は複合膜を用いてもよい。
ラグ８を介して夫々不純物拡散層３に接続した膜厚５０
０〜１０００ｎｍ程度のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ、９
ｂがパターン形成されている。そして、第１層間絶縁膜
６上及びＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ、９ｂ上には、Ａｌ
−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａに達するビアコンタクト１０を有
する膜厚５００〜１０００ｎｍ程度の例えばＳｉＯ2 膜
又はＳｉＯ2 膜とＳＯＧ膜からなる第２層間絶縁膜１１
が形成されている。そして、図示の如く、ビアコンタク
ト１０内の第２層間絶縁膜１１の側面１１ａ上にのみ、
膜厚２０ｎｍ程度のＴｉＮ膜１２が形成されている。そ
して、ビアコンタクト１０の内部及び第２層間絶縁膜１
１上に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａと接続したＡｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕ配線１３がパターン形成されている。尚、Ｔｉ
Ｎ膜１２の代わりに、Ｔｉ又はＴａの膜を用いてもよ
い。また、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｔｉ及びＴａのうちの２種
以上を組み合わせた混合膜又は複合膜を用いてもよい。
【００２２】次に、図１に示す構造において、Ａｌ−Ｓ
ｉ−Ｃｕ配線９ａと接続したＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線１３
を形成する工程について、図２を参照して説明する。
ｉ−Ｃｕ配線９ａと接続したＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線１３
を形成する工程について、図２を参照して説明する。
【００２３】まず、図２（ａ）に示すように、下層配線
であるＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ上に、ＣＶＤ法によ
り、膜厚５００〜１０００ｎｍ程度のＳｉＯ2 膜からな
る第２層間絶縁膜１１を形成する。尚、第２層間絶縁膜
１１は、ＳｉＯ2 膜とＳＯＧ膜とからなる多層膜であっ
てもよい。しかる後、フォトレジスト（図示せず）を用
いた微細加工により、例えばアスペクト比が２程度のビ
アコンタクト１０を第２層間絶縁膜１１に開孔し、Ａｌ
−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａを露出させる。
であるＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ上に、ＣＶＤ法によ
り、膜厚５００〜１０００ｎｍ程度のＳｉＯ2 膜からな
る第２層間絶縁膜１１を形成する。尚、第２層間絶縁膜
１１は、ＳｉＯ2 膜とＳＯＧ膜とからなる多層膜であっ
てもよい。しかる後、フォトレジスト（図示せず）を用
いた微細加工により、例えばアスペクト比が２程度のビ
アコンタクト１０を第２層間絶縁膜１１に開孔し、Ａｌ
−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａを露出させる。
【００２４】次に、図２（ｂ）に示すように、ビアコン
タクト１０内の第２層間絶縁膜１１の側面１１ａを含む
第２層間絶縁膜１１上の全面及びビアコンタクト１０の
底面に露出したＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ上に、Ａｌ−
Ｓｉ−Ｃｕ等のアルミニウム合金材料との濡れ性がよい
ＴｉＮ膜１２をスパッタリングにより形成する。このと
き、ＴｉＮ膜１２の膜厚は、ビアコンタクト１０の内部
を除く第２層間絶縁膜１１上において５０〜５００ｎｍ
程度とする。尚、ＴｉＮ膜１２の代わりに、アルミニウ
ム合金材料との濡れ性がよいＴｉ、ＴｉＷ又はＴａの膜
を用いてもよい。また、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｔｉ及びＴａ
のうちの２種以上を組み合わせた混合膜又は複合膜を用
いてもよい。
タクト１０内の第２層間絶縁膜１１の側面１１ａを含む
第２層間絶縁膜１１上の全面及びビアコンタクト１０の
底面に露出したＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ上に、Ａｌ−
Ｓｉ−Ｃｕ等のアルミニウム合金材料との濡れ性がよい
ＴｉＮ膜１２をスパッタリングにより形成する。このと
き、ＴｉＮ膜１２の膜厚は、ビアコンタクト１０の内部
を除く第２層間絶縁膜１１上において５０〜５００ｎｍ
程度とする。尚、ＴｉＮ膜１２の代わりに、アルミニウ
ム合金材料との濡れ性がよいＴｉ、ＴｉＷ又はＴａの膜
を用いてもよい。また、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｔｉ及びＴａ
のうちの２種以上を組み合わせた混合膜又は複合膜を用
いてもよい。
【００２５】次に、図２（ｃ）に示すように、ＢＣｌ3
／Ｃｌ2 ガスを用い、例えば圧力８mTorr 、時間１０〜
９０秒の条件で異方性エッチングを施すことにより、Ｔ
ｉＮ膜１２をエッチバックする。これにより、図示の如
く、ビアコンタクト１０の入口部分のＴｉＮ膜１２のオ
ーバーハング形状が解消され、第２層間絶縁膜１１の側
面１１ａ上にのみＴｉＮ膜１２が残る。
／Ｃｌ2 ガスを用い、例えば圧力８mTorr 、時間１０〜
９０秒の条件で異方性エッチングを施すことにより、Ｔ
ｉＮ膜１２をエッチバックする。これにより、図示の如
く、ビアコンタクト１０の入口部分のＴｉＮ膜１２のオ
ーバーハング形状が解消され、第２層間絶縁膜１１の側
面１１ａ上にのみＴｉＮ膜１２が残る。
【００２６】次に、図２（ｄ）に示すように、金属配線
とすべき膜厚８００〜１０００ｎｍ程度のＡｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ薄膜１４を通常のスパッタリングにより全面に形成
する。このとき、図示の如く、ビアコンタクト１０の入
口やや下方部分がＴｉＮ膜１２により若干狭まっている
ため、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４によるビアコンタクト
１０の埋め込みが完全には行われず、ビアコンタクト１
０内にボイド１５の発生する場合がある。尚、金属配線
材料としては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ等のアル
ミニウム合金のほか、Ａｌ単体でもよい。
とすべき膜厚８００〜１０００ｎｍ程度のＡｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ薄膜１４を通常のスパッタリングにより全面に形成
する。このとき、図示の如く、ビアコンタクト１０の入
口やや下方部分がＴｉＮ膜１２により若干狭まっている
ため、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４によるビアコンタクト
１０の埋め込みが完全には行われず、ビアコンタクト１
０内にボイド１５の発生する場合がある。尚、金属配線
材料としては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ等のアル
ミニウム合金のほか、Ａｌ単体でもよい。
【００２７】次に、図２（ｅ）に示すように、ＲＴＡ法
により、温度５００〜６００℃、時間１２０〜１８０秒
程度の高速熱処理を行い、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４を
溶融させる。このとき、ＴｉＮ膜１２とＡｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕとの濡れ性がよいために、溶融したＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
はＴｉＮ膜１２に沿って広がり、ビアコンタクト１０内
に流れ込む。この結果、図２（ｄ）の工程でボイド１５
が存在した場合でも、ビアコンタクト１０はＡｌ−Ｓｉ
−Ｃｕにより実質的に完全に埋め込まれる。しかる後、
フォトレジスト（図示せず）を用いた微細加工を行い、
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４をパターニングして、所望パ
ターンのＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線１３を形成する。
により、温度５００〜６００℃、時間１２０〜１８０秒
程度の高速熱処理を行い、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４を
溶融させる。このとき、ＴｉＮ膜１２とＡｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕとの濡れ性がよいために、溶融したＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
はＴｉＮ膜１２に沿って広がり、ビアコンタクト１０内
に流れ込む。この結果、図２（ｄ）の工程でボイド１５
が存在した場合でも、ビアコンタクト１０はＡｌ−Ｓｉ
−Ｃｕにより実質的に完全に埋め込まれる。しかる後、
フォトレジスト（図示せず）を用いた微細加工を行い、
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４をパターニングして、所望パ
ターンのＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線１３を形成する。
【００２８】以上に述べたように、本実施例によると、
ＴｉＮ膜１２をエッチバックすることにより、ビアコン
タクト１０の入口部分のＴｉＮ膜１２のオーバーハング
形状を解消することができるとともに、ビアコンタクト
１０に面した第２層間絶縁膜１１の側面１１ａ上にのみ
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕとの濡れ性がよいＴｉＮ膜１２を残存
させることができる。これにより、ビアコンタクト１０
を確実にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕで埋め込むことができるの
で、ビアコンタクト１０の底部近傍部分においてストレ
スマイグレーション等による断線が発生することなく、
上下のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ、１３を低いコンタク
ト抵抗且つ高い信頼性で接続することができる。また、
金属のＣＶＤ法を用いることなく、スパッタ法を用いて
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４を形成するので、低コストで
安定性よくＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線１３を形成することが
できる。
ＴｉＮ膜１２をエッチバックすることにより、ビアコン
タクト１０の入口部分のＴｉＮ膜１２のオーバーハング
形状を解消することができるとともに、ビアコンタクト
１０に面した第２層間絶縁膜１１の側面１１ａ上にのみ
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕとの濡れ性がよいＴｉＮ膜１２を残存
させることができる。これにより、ビアコンタクト１０
を確実にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕで埋め込むことができるの
で、ビアコンタクト１０の底部近傍部分においてストレ
スマイグレーション等による断線が発生することなく、
上下のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ、１３を低いコンタク
ト抵抗且つ高い信頼性で接続することができる。また、
金属のＣＶＤ法を用いることなく、スパッタ法を用いて
Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４を形成するので、低コストで
安定性よくＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線１３を形成することが
できる。
【００２９】次に、本発明の第２の実施例を説明する。
尚、この第２の実施例において、ＴｉＮ膜をエッチバッ
クするまでの工程は、図２で説明した第１の実施例と同
様である。そこで、この第２の実施例では、第１の実施
例と同一の構成部分に同一の符号を付すとともに、第１
の実施例の図２（ｃ）に相当する工程までの説明を省略
する。
尚、この第２の実施例において、ＴｉＮ膜をエッチバッ
クするまでの工程は、図２で説明した第１の実施例と同
様である。そこで、この第２の実施例では、第１の実施
例と同一の構成部分に同一の符号を付すとともに、第１
の実施例の図２（ｃ）に相当する工程までの説明を省略
する。
【００３０】この第２の実施例においては、図２（ｃ）
に示すようにＴｉＮ膜１２をエッチバックした後、図２
（ｄ）に示すように、金属配線とすべき膜厚８００〜１
０００ｎｍ程度のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４を高温スパ
ッタ法により全面に形成する。ここで、高温スパッタ法
とは、ターゲットであるシリコン基板１を温度４５０〜
６００℃に加熱した状態で行うスパッタリングである。
このとき、ＴｉＮ膜１２とＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕとの濡れ性
がよいために、スパッタリングされたＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
はＴｉＮ膜１２に沿って広がる。従って、図２（ｄ）に
示すように、ＴｉＮ膜１２上にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１
４が形成されるとともに、この時点で、ビアコンタクト
１０がＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕにより実質的に完全に埋め込ま
れ、ボイド１５は発生しない。しかる後、図２（ｅ）に
示すように、フォトレジスト（図示せず）を用いた微細
加工を行い、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４をパターニング
して、所望パターンのＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線１３を形成
する。
に示すようにＴｉＮ膜１２をエッチバックした後、図２
（ｄ）に示すように、金属配線とすべき膜厚８００〜１
０００ｎｍ程度のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４を高温スパ
ッタ法により全面に形成する。ここで、高温スパッタ法
とは、ターゲットであるシリコン基板１を温度４５０〜
６００℃に加熱した状態で行うスパッタリングである。
このとき、ＴｉＮ膜１２とＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕとの濡れ性
がよいために、スパッタリングされたＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
はＴｉＮ膜１２に沿って広がる。従って、図２（ｄ）に
示すように、ＴｉＮ膜１２上にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１
４が形成されるとともに、この時点で、ビアコンタクト
１０がＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕにより実質的に完全に埋め込ま
れ、ボイド１５は発生しない。しかる後、図２（ｅ）に
示すように、フォトレジスト（図示せず）を用いた微細
加工を行い、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４をパターニング
して、所望パターンのＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線１３を形成
する。
【００３１】以上に述べたように、この第２の実施例に
よると、上述の第１の実施例と同様に、ビアコンタクト
１０を確実にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕで埋め込むことができる
ので、上下のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ、１３を低いコ
ンタクト抵抗且つ高い信頼性で接続することができる。
さらに、この第２の実施例によると、高温スパッタ法に
よりＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４を形成すると同時に、ビ
アコンタクト１０をＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕで実質的に完全に
埋め込むことができるので、上述の第１の実施例で行っ
たような高温熱処理によりビアコンタクト１０をＡｌ−
Ｓｉ−Ｃｕで埋め込む工程を省略することができる。従
って、少ない工程で、金属配線を形成することが可能と
なる。尚、この第２の実施例においても、ＴｉＮ膜１２
の代わりに、ＴｉＷ、Ｔｉ又はＴａの膜、若しくは、Ｔ
ｉＷ、ＴｉＮ、Ｔｉ及びＴａのうちの２種以上を組み合
わせた混合膜又は複合膜を用いてもよい。さらに、金属
配線材料としては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ等の
アルミニウム合金のほか、Ａｌ単体でもよい。
よると、上述の第１の実施例と同様に、ビアコンタクト
１０を確実にＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕで埋め込むことができる
ので、上下のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線９ａ、１３を低いコ
ンタクト抵抗且つ高い信頼性で接続することができる。
さらに、この第２の実施例によると、高温スパッタ法に
よりＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ薄膜１４を形成すると同時に、ビ
アコンタクト１０をＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕで実質的に完全に
埋め込むことができるので、上述の第１の実施例で行っ
たような高温熱処理によりビアコンタクト１０をＡｌ−
Ｓｉ−Ｃｕで埋め込む工程を省略することができる。従
って、少ない工程で、金属配線を形成することが可能と
なる。尚、この第２の実施例においても、ＴｉＮ膜１２
の代わりに、ＴｉＷ、Ｔｉ又はＴａの膜、若しくは、Ｔ
ｉＷ、ＴｉＮ、Ｔｉ及びＴａのうちの２種以上を組み合
わせた混合膜又は複合膜を用いてもよい。さらに、金属
配線材料としては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｇｅ等の
アルミニウム合金のほか、Ａｌ単体でもよい。
【００３２】また、上述した２つの実施例では、上下の
金属配線層を接続するビアコンタクトについて説明した
が、本発明は、例えばシリコン基板内の不純物拡散層
（ソース／ドレイン）と金属配線とを接続するコンタク
トホールに適用することもできる。
金属配線層を接続するビアコンタクトについて説明した
が、本発明は、例えばシリコン基板内の不純物拡散層
（ソース／ドレイン）と金属配線とを接続するコンタク
トホールに適用することもできる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、ビアコンタクトやコン
タクトホールのようなコンタクト用孔を確実に金属配線
材料で埋め込むことができるので、金属配線を下地導電
層に低いコンタクト抵抗且つ高い信頼性で接続すること
が可能となる。また、金属のＣＶＤ法を用いずに、スパ
ッタ法により金属配線を形成するので、低コストで安定
性よく金属配線を形成することができる。
タクトホールのようなコンタクト用孔を確実に金属配線
材料で埋め込むことができるので、金属配線を下地導電
層に低いコンタクト抵抗且つ高い信頼性で接続すること
が可能となる。また、金属のＣＶＤ法を用いずに、スパ
ッタ法により金属配線を形成するので、低コストで安定
性よく金属配線を形成することができる。
【図１】本発明の実施例の金属配線形成方法を用いて製
造した半導体装置の断面図である。
造した半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の実施例の金属配線形成方法を工程順に
示す断面図である。
示す断面図である。
【図３】従来の金属配線形成方法を工程順に示す断面図
である。
である。
１ シリコン基板 ２ フィールド酸化膜 ３ 不純物拡散層 ４ ゲート酸化膜 ５ ゲート電極 ６ 第１層間絶縁膜 ７ コンタクトホール ８ ポリシリコンプラグ ９ａ、９ｂ Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線（下層配線） １０ ビアコンタクト １１ 第２層間絶縁膜 １１ａ 側面 １２ ＴｉＮ膜 １３ Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ配線（上層配線） １４ Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜 １５ ボイド
Claims (5)
- 【請求項１】 下地導電層の上に形成された絶縁膜に、
前記下地導電層にまで達するコンタクト用孔を形成する
工程と、 前記コンタクト用孔の内面及び前記絶縁膜上の全面に導
電性膜を形成する工程と、 前記コンタクト用孔の側面上にのみ前記導電性膜が残る
ように、前記導電性膜を異方性エッチングする工程と、 前記コンタクト用孔の部分を含む全面に金属膜を形成す
る工程と、 前記金属膜をパターニングして金属配線を形成する工程
とを備えることを特徴とする金属配線形成方法。 - 【請求項２】 前記下地導電層が配線層であることを特
徴とする請求項１に記載の金属配線形成方法。 - 【請求項３】 前記金属膜を形成した後、前記コンタク
ト用孔の内部が前記金属膜の材料により完全に埋め込ま
れるようにする熱処理工程をさらに備えることを特徴と
する請求項１又は２に記載の金属配線形成方法。 - 【請求項４】 ターゲットを４５０〜６００℃に加熱し
た状態のスパッタ法により前記金属膜を形成することを
特徴とする請求項１又は２に記載の金属配線形成方法。 - 【請求項５】 前記金属膜が、アルミニウムを主成分と
する導電膜であり、前記導電性膜が、ＴｉＮ、ＴｉＷ、
Ｔｉ及びＴａからなる群より選ばれた少なくとも１種か
らなる膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か１項に記載の金属配線形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19205794A JPH0837235A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | 金属配線形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19205794A JPH0837235A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | 金属配線形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0837235A true JPH0837235A (ja) | 1996-02-06 |
Family
ID=16284905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19205794A Pending JPH0837235A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | 金属配線形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0837235A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100339179B1 (ko) * | 1998-04-27 | 2002-05-31 | 포만 제프리 엘 | 상호 접속 구조 및 그 형성 방법 |
| US7163854B2 (en) | 1996-11-07 | 2007-01-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Fabrication method of a semiconductor device |
| JP2007103755A (ja) * | 2005-10-06 | 2007-04-19 | Victor Co Of Japan Ltd | 固体撮像素子及びその製造方法 |
-
1994
- 1994-07-22 JP JP19205794A patent/JPH0837235A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7163854B2 (en) | 1996-11-07 | 2007-01-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Fabrication method of a semiconductor device |
| US7470580B2 (en) | 1996-11-07 | 2008-12-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Fabrication method of a semiconductor device |
| KR100339179B1 (ko) * | 1998-04-27 | 2002-05-31 | 포만 제프리 엘 | 상호 접속 구조 및 그 형성 방법 |
| JP2007103755A (ja) * | 2005-10-06 | 2007-04-19 | Victor Co Of Japan Ltd | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| JP4720414B2 (ja) * | 2005-10-06 | 2011-07-13 | 日本ビクター株式会社 | 固体撮像素子及びその製造方法 |
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