JPH11297818A

JPH11297818A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH11297818A
Application number: JP10158698A
Authority: JP
Inventors: Hajime Yamagishi; 肇山岸
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-04-13
Filing date: 1998-04-13
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】３層以上の導電層構造を有する半導体装置の製
造方法において、２つ以上の下層導電層と上層導電層と
を電気的に接続するための接続孔を一つの工程で形成す
る工程を有する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板上に、第１の導電層を形成する
工程と、前記第１の導電層上に、エッチングストッパー
層を形成する工程と、前記第１の導電層上に、第１の層
間絶縁膜を形成する工程と、前記第１の層間絶縁膜上
に、第２の導電層を形成する工程と、前記第２の導電層
上に、第２の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第１の
絶縁膜および第２の絶縁膜を貫き、前記第１の導電層と
前記第２の導電層とを接続するための接続孔を形成する
工程を少なくとも有する半導体装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に、高度に微細化・集積化が進行した多
層配線構造を有する半導体装置の配線間を接続する接続
孔を形成する工程に特徴を有する半導体装置の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）、超超大
規模集積回路（ＵＬＳＩ）等にも見られるように、半導
体装置の高集積化、高機能化に伴い、デバイス・チップ
上では配線部分が占める割合が増大する傾向にある。こ
れによるチップ面積の大型化を防ぐため、配線等の導電
層の多層化が進んでいる。このような多層導電層構造を
有する半導体装置の製造においては、上層導電層と下層
導電層との電気的に接続を図るための接続孔（ビア・ホ
ール）を開口するプロセスが不可欠となっている。

【０００３】この接続孔を形成するためには、基板上の
下層導電層を被覆して層間絶縁膜を形成した後、層間絶
縁膜上の接続孔形成領域以外をマスクレジストパターン
を形成し、このレジストマターンを介して層間絶縁膜を
選択的にエッチングすればよい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、上述のような接
続孔の形成は、下層導電層及びその上層に層間絶縁膜を
形成した後、該層間絶縁膜上に上層の導電層を形成する
前に行っていた。また、接続孔が下層導電層上の中心に
形成されるように、配線と接続孔のレイアウトを行うこ
とが一般的であった。

【０００５】しかしながら、上記の方法により多層導電
層構造を実現する場合、接続孔形成に必要な工程が増加
するため、生産コスト面で好ましくない。また、製造工
程数の増加による製品の歩留りの低下にもつながる。そ
こで、多層化が進行する半導体装置の製造方法におい
て、工程数をできるだけ削減できる半導体装置の製造方
法の開発が望まれている。

【０００６】そこで、本発明は、３層以上の導電層構造
を有する半導体装置の製造方法において、２つ以上の下
層導電層と上層導電層とを電気的に接続するための接続
孔を一つの工程で形成する工程を有することを特徴とす
る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成すべく、半導体基板上に、第１の導電層を形成する工
程と、前記第１の導電層上にエッチングストッパー層を
形成する工程と、前記第１の導電層上に第１の層間絶縁
膜を形成する工程と、前記第１の層間絶縁膜上に第２の
導電層を形成する工程と、前記第２の導電層上に第２の
層間絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜および
第２の絶縁膜を貫き、前記第１の導電層と前記第２の導
電層とを接続するための接続孔を形成する工程を少なく
とも有する半導体装置の製造方法を提供する。

【０００８】前記本発明は、好ましくは、前記第１の絶
縁膜および第２の絶縁膜を貫き、前記第１の導電層と前
記第２の導電層とを接続するための接続孔を形成する工
程の後に、さらに前記接続孔に導電性物質を充填する工
程を有する。

【０００９】本発明は、さらに好ましくは、前記第１の
絶縁膜および第２の絶縁膜を貫き、前記第１の導電層と
前記第２の導電層とを接続するための接続孔を形成する
工程の後に、さらに前記接続孔の内面に密着層を形成す
る工程と、前記密着層上に導電性物質を充填する工程と
を有する。前記密着層の材料としては、例えば、窒化チ
タンを挙げることができる。

【００１０】さらに、本発明は、前記接続孔に導電性物
質を充填する工程の後に、さらに前記接続孔と接続する
ように第３の導電層を形成する工程を有する。

【００１１】本発明において、前記第１の絶縁膜および
第２の絶縁膜を貫き、前記第１の導電層と前記第２の導
電層とを接続するための接続孔を形成する工程は、前記
第２の層間絶縁膜上にレジスト膜を成膜し、所定のパタ
ーニングを行い、該レジスト膜をマスクにエッチングを
行うことにより、接続孔を形成する工程であるのが好ま
しい。

【００１２】本発明において、前記第１の絶縁膜および
第２の絶縁膜を貫き、前記第１の導電層と前記第２の導
電層とを接続するための接続孔を形成する工程は、前記
第３の導電層と前記第２の導電層とを接続する接続孔の
径が、前記第２の導電層と前記第１の導電層とを接続す
る接続孔の径よりも大きくなるように接続孔を形成する
工程であるのが好ましい。

【００１３】本発明において、前記第１の絶縁膜および
第２の絶縁膜を貫き、前記第１の導電層と前記第２の導
電層とを接続するための接続孔を形成する工程は、前記
第３の導電層と前記第２の導電層とを接続する接続孔の
うち、前記第２の導電層と接触しない部分が、前記第１
の導電層と接続するように接続孔を形成する工程である
のが好ましい。

【００１４】前記本発明においては、キャップメタル層
を前記エッチングストッパー層、あるいは、前記第１の
導電層と前記エッチングストッパー層の間に形成する工
程を有するのが好ましい。該キャップメタル層は、低コ
ンタクト抵抗を得るためと、ブランケットタングステン
ＣＶＤ時の密着層の剥離防止のためである。

【００１５】本発明において、前記第１および第２の絶
縁膜は、酸化シリコン膜またはリン、ホウ素あるいは砒
素等の不純物がドープされた酸化シリコン膜であるのが
好ましい。

【００１６】本発明において、前記エッチングストッパ
ー層としては、窒化シリコン（Ｓｉ₃ＮｏｒＳｉ
Ｎ）、窒化酸化シリコン、ＡｌＴｉ₃，ＴｉＮ（窒化チ
タニウム），ＴｉＳｉ₂（チタニウムシリサイド）、表
面にＴｉ（チタニウム）の酸化膜を有するＴｉ、及び表
面にＴｉの酸化膜を有するＴｉＮからなる群から選ばれ
る１種又は２種以上からなるのが好ましい。

【００１７】前記表面にＴｉの酸化膜を有するＴｉ膜ま
たは表面にＴｉの酸化膜を有するＴｉＮ膜は、Ｔｉ若し
くはＴｉＮからなる膜に、酸素イオン照射、熱酸化法ま
たは酸素プラズマ処理により形成されるのが好ましい。

【００１８】前記第１、第２および第３の導電層は、ア
ルミニウム、アルミニウム系合金、銅、銅合金、チタ
ン、チタン系合金、タングステン、タグステン系合金、
もしくはこれらの組み合わせからなる１種または２種以
上からなる積層体からなるのが好ましい。

【００１９】本発明によれば、一つの下層配線に対して
だけでなく、二つ以上の下層配線層に対して、一度に接
続孔を形成することができるため、大幅な工程数の削減
が可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態により更
に詳細に説明する。第１実施形態

【００２１】先ず、基体１０１上に設けられた絶縁膜１
０２上に、第１の導電層１０３を形成する。具体的に
は、先ず、図示しない層間絶縁膜、ゲート電極等が形成
されたシリコン半導体基板からなる基体１０１上に形成
された、例えば、酸化シリコンからなる絶縁層１０２の
上に第１の導電層を形成する。そのために、例えば、マ
グネトロンスパッタ法によって、ＴｉＮからなる厚さ１
００ｎｍの下地メタル層１０３を形成し、かかる下地メ
タル層１０３上に、例えば、Ａｌ−０．５％Ｃｕからな
る厚さ０．５μｍのアルミニウム系合金層１０４を形成
し、更に、その上に、キャップメタル層１０５を形成す
る。キャップメタル層１０５は、厚さ５ｎｍのＴｉと、
その上に厚さ１００ｎｍのＴｉＮからなる積層体であ
る。各層の成膜条件を以下に例示する。

【００２２】〔下地メタル層（Ｔｉ２０ｎｍ）の成膜〕プロセスガス：Ａｒ＝８２ｓｃｃｍ圧力：３ｍＴｏｒｒＲＦＰｏｗｅｒ：２ｋＷ基板温度：２００℃

【００２３】〔アルミニウム系合金層（アルミニウム−
０．５％Ｃｕ５００ｎｍ）の成膜〕プロセスガス：Ａｒ＝６５ｓｃｃｍ圧力：２．０ｍＴｏｒｒＲＦＰｏｗｅｒ：１５ｋＷ基板温度：３００℃

【００２４】〔キャップメタル層（ＴｉＮ５ｎｍ）の
成膜〕プロセスガス：Ａｒ＝８２ｓｃｃｍ圧力：３ｍＴｏｒｒＲＦＰｏｗｅｒ：１ｋＷ基板温度：２００℃

【００２５】〔キャップメタル層（ＴｉＮ１００ｎｍ）
の成膜〕プロセスガス：Ａｒ／Ｎ₂＝３３／６６ｓｃｃｍ圧力：２．５ｍＴｏｒｒＲＦＰｏｗｅｒ：８ｋＷ基板温度：２００℃

【００２６】その後、キャップメタル層１０５上に、エ
ッチングストッパー層１０６を形成する。そのために、
例えば、平行平板電極プラズマＣＶＤによって、窒化シ
リコン（ＳｉＮ）を厚さ１００ｎｍ成膜する。エッチン
グストッパー層１０６の成膜条件を以下に例示する。
尚、エッチングストッパー層１０６として形成した窒化
シリコンは、第１の導電層加工時の異方性イオンエッチ
ングの無機マスク材料、フォトレジストパターニング時
の反射防止の効果も有する。

【００２７】〔エッチングストッパー層（ＳｉＮ，膜厚
１００ｎｍ）の成膜〕使用ガス：ＳｉＨ₄／ＮＨ₃／Ｎ₂＝２６５／１００／
４０００ｓｃｃｍ圧力：５６５Ｐａ基板の加熱：無し

【００２８】次に、図示しないフォトレジスト膜を全面
に成膜し、所定のパターニング及び異方性イオンエッチ
ング技術により、エッチングストッパー層１０６のパタ
ーニングを行う。エッチングストッパー層１０６の加工
条件を以下に例示する。

【００２９】〔エッチングストッパー層１０６のエッチ
ング条件〕使用ガス：ＣＨＦ₃／ＣＦ₄／Ａｒ＝３０／６０／８０
０ｓｃｃｍ圧力：２００Ｐａ基板温度：２５℃

【００３０】次いで、キャップメタル層１０５、アルミ
ニウム系合金層１０４及び下地メタル層を異方性イオ
ンエッチングを行い、パターニングし、第１の導電層１
０３，１０４，１０５を形成することにより、図１
（ａ）に示す状態を得る。尚、キャップメタル層１０５
として、ＴｉＮを形成する理由は、低コンタクト抵抗を
下げること、ブランケットタングステンＣＶＤ時の剥離
防止の為である。

【００３１】（第１の導電層のエッチング条件）使用ガス：ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂＝１００／１００ｓｃｃｍ圧力：１０００Ｐａ基板温度：４００℃

【００３２】次に、図１（ｂ）に示すように、例えば、
プラズマ酸化膜と塗布絶縁膜による積層構造とレジスト
との組み合わせによるエッチバックによる平坦化技術に
よって第１の層間絶縁膜１０８を形成する。

【００３３】さらに、図１（ｃ）に示すように、前記層
間絶縁膜上に第１の導電層の形成と同様にして、第２の
導電層１０９，１１０，１１１を形成する。

【００３４】その後、図２に示すように、前記第１の層
間絶縁膜の形成と同様にして、平坦な第２の層間絶縁膜
１１２を形成する。次いで、全面にレジスト膜１１２を
成膜し、接続孔を形成する部分を開口するパターニング
を行う。

【００３５】次に、図３に示すように、異方性エッチン
グ技術を用いて第２の層間絶縁膜及び第１の絶縁膜をエ
ッチングすることにより接続孔を形成する。エッチング
は、層間絶縁膜とエッチングストッパー膜とのエッチン
グレートの差異により、第２の導電層上のエッチングス
トッパー膜１１１で停止する条件を選択する。

【００３６】また、接続孔の形成位置は、第２の導電層
から少しはみ出した位置で（第１の導電層の一部分が覆
われるように）、さらに下層に形成されている第１の導
電層の領域内に入るようにレイアウトされる。この場
合、第１の導電層の形成位置は、接続孔の被り余裕を加
えた寸法とする。

【００３７】第２の層間絶縁膜１１２及び第２の層間絶
縁膜１０７のエッチング条件を以下に示す。（層間絶縁膜１１２，１０７のエッチング条件）使用ガス：Ｃ₄Ｆ₈／ＣＯ／Ａｒ＝７／１００／２００
ｓｃｃｍ圧力：５．３ＰａＲＦＰｏｗｅｒ：１４５０Ｗ

【００３８】続いて、エッチングストッパー膜１１１，
１０６のエッチングを行い、接続孔の開口部を完成させ
る（図３）。

【００３９】前記エッチングストッパー膜１１１，１０
６のエッチングの条件は、例えば、以下のようである。（エッチングストッパー膜１１１，１０６のエッチング
の条件）使用ガス：ＣＨＦ₃／ＣＦ₄／Ａｒ／Ｎ₂＝３５／５０
／４００／２０ｓｃｃｍ圧力：９３．３ＰａＲＦＰｏｗｅｒ：６００Ｗ

【００４０】次に、図４に示すように、接続孔の開口部
内に金属配線材料を埋め込む。そのために、図示しない
窒化シタンからなる密着層をマグネトロンスパッタ法に
て開口部内を含む層間絶縁膜１１２上に、膜厚３０ｎｍ
で成膜し、熱ＣＶＤ法により全面に厚さ０．６μｍのタ
ングステン層１１４を形成する。密着層及びタングステ
ン層のそれぞれの成膜条件を以下に例示する。（第１段階のタングステン層１１４のエッチング条件）使用ガス：ＳＦ₆／Ａｒ／Ｈｅ＝１１０／９０／５ｓｃ
ｃｍ圧力：４５．５ＰａＲＦＰｏｗｅｒ：２７５Ｗ

【００４１】（第２段階の密着層のエッチング条件）使用ガス：Ａｒ／Ｃｌ₂＝７５／５ｓｃｃｍ圧力：６．５ＰａＲＦＰｏｗｅｒ：２５０Ｗ

【００４２】次いで、タングステン層１１４をオーバー
エッチングすることによって、図５に示すように、メタ
ルプラグ１１５を形成して接続孔を完成させる。

【００４３】この時のタングステン層１１４をオーバー
エッチングの条件としては、例えば以下のようである。（第３段階のタングステン層１１４のオーバーエッチン
グ条件）使用ガス：ＳＦ₆／Ａｒ／Ｈｅ＝２０／１０／１０ｓｃ
ｃｍ圧力：３２．５ＰａＲＦＰｏｗｅｒ：７０Ｗ

【００４４】次に、前記第１の導電層の形成の場合と同
様にして、第２の導電層を形成することにより、図６に
示す多層配線構造を得る。

【００４５】本実施形態によれば、第１、第２および第
３の導電層を接続する接続孔を一つの工程で形成するこ
とができので、工程数の削減を図ることができる。

【００４６】第２実施形態本実施形態では、エッチングストッパー層として、窒化
酸化シリコン膜（ＳｉＯＮ膜，膜厚１００ｎｍ）を用い
る例である。なお、主要工程断面図は、第１実施形態と
同様であるので、図示を省略している。

【００４７】以下に、エッチングストッパー層として、
窒化酸化シリコン膜の成膜条件を例示する。（エッチングストッパー層として、窒化酸化シリコン膜
の成膜条件）使用ガス：ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ＝１５８／２３０ｓｃｃｍ圧力：３３０ＰａＲＦＰｏｗｅｒ：１９０Ｗ基板温度：４００℃

【００４８】尚、窒化酸化シリコン膜のは、第１実施形
態で使用した窒化シリコンと同様に、第１の導電層加工
時の異方性イオンエッチングの無機マスク材料、レジス
トパターニング時の反射防止効果も有する。この後は、
第１の実施形態と同様の工程を経て、所望の配線構造を
得ることができる。

【００４９】本実施形態によれば、第１、第２および第
３の導電層を接続する接続孔を一つの工程で形成するこ
とができので、工程数の削減を図ることができる。

【００５０】第３実施形態本実施形態では、第１の導電層として、図７に示すよう
な構造のものを使用した。即ち、膜厚１００ｎｍの窒化
チタンからなる下地メタル層を形成し、かかる下地メ
タル層２０３の上に、例えば、Ａｌ−０．５％Ｃｕから
なる厚さ０．５μｍのアルミニウム系合金層２０４を形
成し、その上層にＡｌＴｉ₃からなるメタルエッチング
ストッパー層２０５を膜厚５０ｎｍで成膜し、更にキャ
ップメタル層２０６を成膜した構造となっている。この
場合、キャップメタル層２０６はなくてもよい。

【００５１】前記メタルエッチングストッパー層２０５
は、例えば、マグネトロンスパッタ法により成膜するこ
とができる。以下に成膜条件を例示する。（メタルエッチングストッパー層２０５の成膜条件）プロセスガス：Ａｒ＝６５ｓｃｃｍ圧力：１０ｍＴｏｒｒＲＦＰｏｗｅｒ：８ｋＷ基板温度：２００℃

【００５２】次いで、キャップメタル層２０６、メタル
エッチングストッパー層２０５、アルミニウム系合金層
２０４及び下地メタル層２０３を異方性イオンエッチン
グによりパターニングし、図７に示す第１の導電層を形
成することができる。

【００５３】上記エッチングは、例えば以下のように行
う。使用ガス：ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂＝１００／１００ｓｃｃｍ圧力：１０００Ｐａ基板温度：４００℃

【００５４】第１の導電層形成後は、第１実施形態と同
様にして本発明の効果を有する所望の配線構造を得るこ
とができる。本実施形態によれば、第１、第２および第
３の導電層を接続する接続孔を一つの工程で形成するこ
とができので、工程数の削減を図ることができる。

【００５５】第４実施形態本実施形態では、第１の導電層として、メタルエッチン
グ層を構成する材料として、ＡｌＴｉ₃の代わりに膜厚
５０ｎｍのＴｉＳｉ₂を用いた以外は、図７に示すよう
な構造と同様なものを使用した。メタルエッチングスト
ッパー層は、例えば、マグネトロンスパッター法により
成膜することができる。

【００５６】メタルエッチングストッパー層の成膜条件
を例えば、次のようである。プロセスガス：Ａｒ＝６５ｓｃｃｍ圧力：１０ｍＴｏｒｒＲＦＰｏｗｅｒ：８ｋＷ基板温度：２００℃

【００５７】その後は、前記第３実施形態と同様の工程
を経ることにより、図７に示すのと同様の構造を有する
第１の導電層を形成することができる。

【００５８】第１の導電層形成後は、第１実施形態と同
様にして本発明の効果を有する所望の配線構造を得るこ
とができる。本実施形態によれば、第１、第２および第
３の導電層を接続する接続孔を一つの工程で形成するこ
とができので、工程数の削減を図ることができる。

【００５９】第５実施形態本実施形態は、キャップメタル層として、膜厚２０ｎｍ
のＴｉＮからなる層３０５及び膜厚５０ｎｍのＴｉから
なる層３０６を順次積層させたものを使用する例であ
る。該キャップメタル層は、例えば、マグネトロンスパ
ッタ法によって成膜することができる。以下に成膜条件
を例示する。

【００６０】（キャップメタル層の成膜条件）ＴｉＮ（２０ｎｍ）の成膜：プロセスガス：Ａｒ／Ｎ₂＝３３／６６ｓｃｃｍ圧力：２．５ｍＴｏｒｒＲＦＰｏｗｅｒ：８ｋＷ基板温度：２００℃

【００６１】Ｔｉ（５０ｎｍ）の成膜：プロセスガス：Ａｒ＝８２ｓｃｃｍ圧力：３ｍＴｏｒｒＲＦＰｏｗｅｒ：５ｋＷ基板温度：２００℃

【００６２】次に、キャップメタル層３０５，３０６、
アルミニウム系合金層３０４及び下地メタル層３０４を
異方性イオンエッチングによりパターニングし、所望の
第１の導電層を得ることができる。

【００６３】前記異方性イオンエッチングの条件は、例
えば以下のようである。使用ガス：ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂＝１００／１００ｓｃｃｍ圧力：１０００Ｐａ基板温度：４００℃

【００６４】第１の導電層形成後は、第１実施形態と同
様にして本発明の効果を有する所望の配線構造を得るこ
とができる。本実施形態によれば、第１、第２および第
３の導電層を接続する接続孔を一つの工程で形成するこ
とができので、工程数の削減を図ることができる。

【００６５】また、本実施形態では、キャップメタル層
として，ＴｉＮ／Ｔｉからなる層を形成するものであ
る。Ｔｉ層はＴｉＮ層に比して層間絶縁膜（酸化シリコ
ン膜）とのエッチングにおける選択比が高く、Ｔｉ層が
第３実施形態のメタルエッチングストッパー層と同様の
役割を果たす。

【００６６】第６実施形態本実施形態では、キャップメタル層の表面に層間絶縁膜
とのエッチング選択比の高い酸化膜を形成するものであ
る。

【００６７】即ち、第１実施形態と同様の工程を経て、
図９（ａ）に示すような、下地メタル層４０３、アルミ
ニウム系合金層４０４及びＴｉＮからなるキャップメタ
ル層４０５を順次積層することによって、第１の導電層
を形成する。

【００６８】次いで、図９（ｂ）に示すように、キャッ
プメタル層４０５のＴｉＮ表面を酸素イオン処理を行
い、ＴｉＮ表面及び側面部にＴｉの酸化膜４０８を形成
させる。このとき、アルミニウム系合金層４０４の側面
には酸化アルミニウム４０７膜、下地メタル層の側面に
は、下地メタルの酸化膜４０６が同時に形成される。こ
れらの酸化膜の膜厚は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である
のが好ましい。前記酸素イオン照射の条件としては、例
えば、低電流イオン照射器、Ｏ₂ ⁺照射エネルギー＝１
５０ｋｅＶ，イオン照射量＝１Ｅ１８ｉｏｎｓ／ｃ
ｍ²，無加熱、傾斜角＝７°である。

【００６９】尚、イオン照射量は、表面及び側壁部を十
分に加熱できる条件であれば、１Ｅ１８ｉｏｎｓ／ｃｍ
²に限定されし、照射イオン種もＯ₂ ⁺に限られない。
また、照射角度は側壁への改質効率の点から、７〜４５
°が好ましい。

【００７０】第１の導電層形成後は、第１実施形態と同
様にして本発明の効果を有する所望の配線構造を得るこ
とができる。本実施形態によれば、第１、第２および第
３の導電層を接続する接続孔を一つの工程で形成するこ
とができので、工程数の削減を図ることができる。

【００７１】また、本実施形態によれば、キャップメタ
ル層として，ＴｉＮ層を形成した後、さらにその表面に
酸化膜を形成することにより、層間絶縁膜とのエッチン
グ選択比を高めることができ、より信頼性の高い配線構
造を製造することができる。

【００７２】第７実施形態本実施形態は、前記第６実施形態において、Ｏ₂ ⁺イオ
ン照射の代わりに、熱拡散炉を用いる熱酸化法により、
キャップメタル層のＴｉＮ層の表面及び側壁部に酸化膜
を形成する例である。熱酸化法の条件としては、例えば
以下のようである。

【００７３】（熱酸化法の照射条件）酸化雰囲気：Ｏ₂２０％＋Ｎ₂８０％処理温度：４００℃ 処理時間：６０分

【００７４】上記熱酸化によって、キャップメタル層の
ＴｉＮ層から深さ３０ｎｍ程度まで酸化膜が形成され
る。尚、処理温度は、下層のアルミニウム系合金層の
信頼性に支障を来さない範囲で、キャップメタル層を構
成するＴｉＮ層の表面を酸化するのであれば、４００℃
に限定されない。

【００７５】第１の導電層形成後は、第１実施形態と同
様にして本発明の効果を有する所望の配線構造を得るこ
とができる。本実施形態によれば、第１、第２および第
３の導電層を接続する接続孔を一つの工程で形成するこ
とができので、工程数の削減を図ることができる。

【００７６】また、本実施形態によれば、キャップメタ
ル層として，ＴｉＮ層を形成した後、さらにその表面に
酸化膜を形成することにより、層間絶縁膜とのエッチン
グ選択比を高めることができ、信頼性の高い配線構造を
製造することができる。

【００７７】第８実施形態本実施形態は、前記第６実施形態において、Ｏ₂ ⁺イオ
ン照射の代わりに、平行平板型ＲＩＥ装置を用いた酸素
プラズマ処理により、キャップメタル層のＴｉＮ層の
表面及び側壁部に酸化膜を形成する例である。酸素プラ
ズマの条件としては、例えば以下のようである。

【００７８】（酸素プラズマ処理）使用ガス：Ｏ₂＝１５０ｓｃｃｍ圧力：１３．３ＰａＲＦＰｏｗｅｒ：２００ｗ基板加熱温度：２０℃

【００７９】上記プラズマ処理によって、キャップメタ
ル層のＴｉＮ層表面および側壁部に酸化膜が形成され
る。尚、使用する酸素ガス流量、基板加熱温度等は、下
層のアルミニウム系合金層の信頼性に支障を来さない範
囲で、キャップメタル層を構成するＴｉＮ層の表面を酸
化するのであれば、特に限定されない。

【００８０】第１の導電層形成後は、第１実施形態と同
様にして本発明の効果を有する所望の配線構造を得るこ
とができる。本実施形態によれば、第１、第２および第
３の導電層を接続する接続孔を一つの工程で形成するこ
とができので、工程数の削減を図ることができる。

【００８１】また、本実施形態によれば、キャップメタ
ル層としてＴｉＮ層を形成した後、さらにその表面に酸
化膜を形成することにより、層間絶縁膜とのエッチング
選択比を高めることができ、より信頼性の高い配線構造
を製造することができる。

【００８２】第９実施形態本実施形態は、前記第１実施形態と、キャップメタル層
にＴｉＮ層を用いる代わりに、ＴｉリッチなＴｉＮを用
いる例である。キャップメタル層は、例えばマグネトロ
ンスパッタ法により成膜することができる。以下に成膜
条件を例示する。

【００８３】（キャップメタル層の成膜条件）プロセスガス：Ａｒ／Ｎ₂＝３３／３３ｓｃｃｍ圧力：２．５ｍＴｏｒｒＲＦＰｏｗｅｒ：８ｋＷ基板温度：２００℃

【００８４】第１の導電層形成後は、第１実施形態と同
様にして本発明の効果を有する所望の配線構造を得るこ
とができる。本実施形態によれば、第１、第２および第
３の導電層を接続する接続孔を一つの工程で形成するこ
とができので、工程数の削減を図ることができる。

【００８５】また、ＴｉＮリッチなＴｉＮ膜（例えば、
膜厚１００ｎｍ程度）を使用することにより、層間絶縁
膜とのエッチング選択比を高めることができ、エッチン
グによるＴｉＮ抜けを防止することができる。

【００８６】第１０実施形態前記第１実施形態においてはプラズマ酸化膜と塗布絶縁
膜とを積層して、第２の層間絶縁膜を形成したが、本実
施形態では、プラズマ酸化膜成膜後に、ＣＭＰ（Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎ
ｇ）法により第２の層間絶縁膜を平坦化する例を示す。

【００８７】その他は、第１実施形態と同様にして本発
明の効果を有する所望の配線構造を得ることができる。
本実施形態によれば、第１、第２および第３の導電層を
接続する接続孔を一つの工程で形成することができの
で、工程数の削減を図ることができる。

【００８８】第１１実施形態前記第１実施形態では、異方性ドライエッチングにより
密着層上に堆積されたタングステン層と密着層を除去
し、通常の開口部に埋め込まれたメタルプラグを形成し
て接続孔を完成させているが、本実施形態では、ＣＭＰ
法により、密着層上に堆積されたタングステン層及び密
着層を除去し、通常の開口部に埋め込まれたメタルプラ
グを形成するものである。

【００８９】その他は、第１実施形態と同様にして本発
明の効果を有する所望の配線構造を得ることができる。
本実施形態によれば、第１、第２および第３の導電層を
接続する接続孔を一つの工程で形成することができの
で、工程数の削減を図ることができる。

【００９０】以上、本発明を発明の実施の形態において
詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に例示した
膜構造、成膜条件、エッチング条件等に限定されるもの
でなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に設計・
変更することができる。

【００９１】このように接続孔が、下層導電層から落ち
た場合のコンタクトＲＩＥの対ＴｉＮエッチング選択比
の低下を補う手法を用いることにより、エッチングスト
ッパー膜であるＴｉＮ膜の突き抜けが防止でき、下層導
電層と良好な接触状態を得ることができる。その結果、
コンタクト抵抗や歩留りは、ボーダレス構造でない従来
の接続孔とほぼ同等であり、エレクトロマイグレーショ
ン寿命にも優位な差異はみられない。

【００９２】本発明の製造方法は、高度の集積化した多
層配線構造を有する半導体装置の製造に好適に適用する
ことができる。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１、第２および第３の導電層を接続する接続孔を一つ
の工程で形成することができるので、工程数の削減を図
ることができる。さらに、工程数削減により製品の歩留
りの向上も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の製造方法の主要工程断面図で
ある。（ａ）は、第１の導電層を形成した図であり、
（ｂ）は、第１の導電層上に第１の層間絶縁膜を形成し
た図であり、（ｃ）は、第１の層間絶縁膜上に第２の導
電層を形成した図である。

【図２】図２は、本発明の製造方法の主要工程断面図で
あり、図１（ｃ）に示す状態から、全面にレジスト膜を
成膜後、所定のパターニングを行った図である。

【図３】図３は、本発明の製造方法の主要工程断面図で
あり、図２に示す状態から、エッチングにより接続孔を
形成した図である。

【図４】図４は、本発明の製造方法の主要工程断面図で
あり、図３に示す状態から、全面にタングステン層を充
填・堆積させた図である。

【図５】図５は、本発明の製造方法の主要工程断面図で
あり、図４に示す状態から、タングステン層及び密着層
をエッチング除去し、メタルプラグを形成して接続孔を
完成させた図である。

【図６】図６は、本発明の製造方法の主要工程断面図で
あり、図５に示す状態から、上層に第３の導電層を形成
した図である。

【図７】図７は、本発明の製造方法の一態様を示す図で
あり、第１の導電層を形成した構造断面図である。

【図８】図８は、本発明の製造方法の一態様を示す図で
あり、第１の導電層を形成した構造断面図である。

【図９】図９は、本発明の製造方法の一態様を示す図で
あり、（ａ）は、第１の導電層を形成した構造断面図で
あり、（ｂ）は、全面に酸素イオンを照射して、第１の
導電層の表面及び側面部に酸化膜を形成した構造断面図
である。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１，４０１…基板、１０２，２０
２，３０２，４０２…絶縁膜、１０３，１０８，１１
５’，２０３，３０３，４０３…下地メタル層、１０
４，１０９，１１６，２０４，３０４，４０４…アルミ
ニウム系合金層、１０５，１１０，１１７，４０５…エ
ッチングストッパー層、１０６，１１１，１１８，２０
６…キャップメタル層、１０７…第１の層間絶縁膜、１
１２…第２の層間絶縁膜、１１３…レジスト膜、１１４
…タングステン層、１１５…メタル（タングステン）プ
ラグ、２０５…メタルエッチングストッパー層、３０５
…ＴｉＮ層、３０６…Ｔｉ層、４０６…下地メタルの酸
化膜、４０７…アルミニウムの酸化膜、４０８…Ｔｉの
酸化膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に、第１の導電層を形成する
工程と、前記第１の導電層上に、エッチングストッパー層を形成
する工程と、前記第１の導電層上に、第１の層間絶縁膜を形成する工
程と、前記第１の層間絶縁膜上に、第２の導電層を形成する工
程と、前記第２の導電層上に、第２の層間絶縁膜を形成する工
程と、前記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を貫き、前記第１
の導電層と前記第２の導電層とを接続するための接続孔
を形成する工程を少なくとも有する、半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を貫
き、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを接続する
ための接続孔を形成する工程の後に、さらに前記接続孔
に導電性物質を充填する工程とを有する、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記接続孔に導電性物質を充填する工程の
後に、さらに前記接続孔と接続するように第３の導電層
を形成する工程を有する、請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を貫
き、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを接続する
ための接続孔を形成する工程は、前記第２の層間絶縁膜上にレジスト膜を成膜し、所定の
パターニングを行い、該レジスト膜をマスクにエッチン
グを行うことにより、接続孔を形成する工程である、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を貫
き、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを接続する
ための接続孔を形成する工程は、前記第３の導電層と前記第２の導電層とを接続する接続
孔の径が、前記第２の導電層と前記第１の導電層とを接
続する接続孔の径よりも大きくなるように接続孔を形成
する工程である、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を貫
き、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを接続する
ための接続孔を形成する工程は、前記第３の導電層と前記第２の導電層とを接続する接続
孔のうち、前記第２の導電層と接触しない部分が、前記
第１の導電層と接続するように接続孔を形成する工程で
ある、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】半導体基板上に、第１の導電層を形成する
工程と、前記第１の導電層上に、エッチングストッパー層を形成
する工程と、前記エッチングストッパー層上に、キャップメタル層を
形成する工程と、前記第１の導電層上に、第１の層間絶縁膜を形成する工
程と、前記第１の層間絶縁膜上に、第２の導電層を形成する工
程と、前記第２の導電層上に、第２の層間絶縁膜を形成する工
程と、前記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を貫き、前記第１
の導電層と前記第２の導電層とを接続するための接続孔
を形成する工程を少なくとも有する、半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を貫
き、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを接続する
ための接続孔を形成する工程の後に、さらに前記接続孔
に導電性物質を充填する工程とを有する、請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記接続孔に導電性物質を充填する工程の
後に、さらに前記接続孔と接続するように第３の導電層
を形成する工程を有する、請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】半導体基板上に、第１の導電層を形成す
る工程と、前記第１の導電層上に、キャップメタル層を形成する工
程と、前記キャップメタル層上に、エッチングストッパー層を
形成する工程と、を形成する工程と、前記第１の導電層上に、第１の層間絶縁膜を形成する工
程と、前記第１の層間絶縁膜上に、第２の導電層を形成する工
程と、前記第２の導電層上に、第２の層間絶縁膜を形成する工
程と、前記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を貫き、前記第１
の導電層と前記第２の導電層とを接続するための接続孔
を形成する工程を少なくとも有する、半導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を
貫き、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを接続す
るための接続孔を形成する工程の後に、さらに前記接続
孔に導電性物質を充填する工程とを有する、請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記接続孔に導電性物質を充填する工程
の後に、さらに前記接続孔と接続するように第３の導電
層を形成する工程を有する、請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】前記第１の絶縁膜は、酸化シリコン膜ま
たは不純物がドープされた酸化シリコン膜である、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】前記第１の絶縁膜は、酸化シリコン膜ま
たは不純物がドープされた酸化シリコン膜である、請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】前記第１の絶縁膜は、酸化シリコン膜ま
たは不純物がドープされた酸化シリコン膜である、請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】前記第２の絶縁膜は、酸化シリコン膜ま
たは不純物がドープされた酸化シリコン膜である、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】前記第２の絶縁膜は、酸化シリコン膜ま
たは不純物がドープされた酸化シリコン膜である、請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】前記第２の絶縁膜は、酸化シリコン膜ま
たは不純物がドープされた酸化シリコン膜である、請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】前記エッチングストッパー層は、窒化シ
リコン、窒化酸化シリコン、ＡｌＴｉ₃またはＴｉＳｉ
₂からなる、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】前記エッチングストッパー層は、窒化シ
リコン、窒化酸化シリコン、ＡｌＴｉ₃またはＴｉＳｉ
₂からなる、請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】前記エッチングストッパー層は、窒化シ
リコン、窒化酸化シリコン、ＡｌＴｉ₃、ＴｉＳｉ₂、
ＴｉＮ、表面にＴｉの酸化膜を有するＴｉおよび表面に
Ｔｉの酸化膜を有するＴｉＮからなる群から選ばれる１
種または２種以上からなる、請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】前記キャップメタル層は、チタンまたは
窒化チタンからなる、請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】前記キャップメタル層は、チタンまたは
窒化チタンからなる、請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】前記第１の導電層は、アルミニウム、ア
ルミニウム系合金、銅、銅合金、チタン、チタン系合
金、タングステン、タグステン系合金、もしくはこれら
の組み合わせからなる１種または２種以上からなる積層
体からなる、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】前記第１の導電層は、アルミニウム、ア
ルミニウム系合金、銅、銅合金、チタン、チタン系合
金、タングステン、タグステン系合金、もしくはこれら
の組み合わせからなる１種または２種以上からなる積層
体からなる、請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】前記第１の導電層は、アルミニウム、ア
ルミニウム系合金、銅、銅合金、チタン、チタン系合
金、タングステン、タグステン系合金、もしくはこれら
の組み合わせからなる１種または２種以上からなる積層
体からなる、請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２７】前記第２の導電層は、アルミニウム、ア
ルミニウム系合金、銅、銅合金、チタン、チタン系合
金、タングステン、タグステン系合金、もしくはこれら
の組み合わせからなる１種または２種以上の単層または
これらを組み合わせた積層体からなる、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２８】前記第２の導電層は、アルミニウム、ア
ルミニウム系合金、銅、銅合金、チタン、チタン系合
金、タングステン、タグステン系合金、もしくはこれら
の組み合わせからなる１種または２種以上の単層または
これらを組み合わせた積層体からなる、請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２９】前記第２の導電層は、アルミニウム、ア
ルミニウム系合金、銅、銅合金、チタン、チタン系合
金、タングステン、タグステン系合金、もしくはこれら
の組み合わせからなる１種または２種以上の単層または
これらを組み合わせた積層体からなる、請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３０】前記第３の導電層は、アルミニウム、ア
ルミニウム系合金、銅、銅合金、チタン、チタン系合
金、タングステン、タグステン系合金、もしくはこれら
の組み合わせからなる１種または２種以上の単層または
これらを組み合わせた積層体からなる、請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３１】前記第３の導電層は、アルミニウム、ア
ルミニウム系合金、銅、銅合金、チタン、チタン系合
金、タングステン、タグステン系合金、もしくはこれら
の組み合わせからなる１種または２種以上の単層または
これらを組み合わせた積層体からなる、請求項９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３２】前記第３の導電層は、アルミニウム、ア
ルミニウム系合金、銅、銅合金、チタン、チタン系合
金、タングステン、タグステン系合金、もしくはこれら
の組み合わせからなる１種または２種以上の単層または
これらを組み合わせた積層体からなる、請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３３】前記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を
貫き、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを接続す
るための接続孔を形成する工程の後に、さらに前記接続
孔に導電性物質を充填する工程は、前記接続孔に、アルミニウム、アルミニウム系合金、
銅、銅合金、チタン、チタン系合金、タングステン、タ
グステン系合金、もしくはこれらの組み合わせからなる
群から選ばれる１種または２種以上の金属材料を、スパ
ッタリング法若しくは化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）に
より堆積させ、充填する工程である、請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３４】前記第１の絶縁膜および第２の絶縁膜を
貫き、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを接続す
るための接続孔を形成する工程の後に、さらに前記接続
孔の内面に密着層を形成する工程と、前記密着層上に導
電性物質を充填する工程とを有する、請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３５】前記密着層は、窒化チタンからなる、請求項３４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３６】前記表面にＴｉの酸化膜を有するＴｉ膜
または表面にＴｉの酸化膜を有するＴｉＮ膜は、Ｔｉ若
しくはＴｉＮからなる膜に、酸素イオン照射、熱酸化法
または酸素プラズマ処理により形成する、請求項２１記載の半導体装置の製造方法。