JPH11317449A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH11317449A
JPH11317449A JP12251598A JP12251598A JPH11317449A JP H11317449 A JPH11317449 A JP H11317449A JP 12251598 A JP12251598 A JP 12251598A JP 12251598 A JP12251598 A JP 12251598A JP H11317449 A JPH11317449 A JP H11317449A
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JP
Japan
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film
metal
metal wiring
semiconductor substrate
via hole
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JP12251598A
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English (en)
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Tomoyuki Uchiyama
朋幸 内山
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、配線信頼性の低下が生じず、かつ
ヴィア抵抗を低減することができる方法を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 半導体基板101上に第1の金属配線1
03を形成する工程と、CVD酸化膜104、SOG膜
105、第2のCVD酸化膜106を順次堆積すること
により層間絶縁膜107を形成する工程と、層間絶縁膜
107に第1の配線103まで達するヴィアホール10
8を開口する工程と、半導体基板101上にタングステ
ン膜110を形成し、エッチバックにより、ヴィアホー
ル108内のSOG膜105の上面より上側でかつ第2
のCVD酸化膜106の上面より下側までタングステン
膜110を埋込む工程と、アルミニウム合金膜112を
スパッタ法にて形成する際、半導体基板101を高温に
加熱し、アルミニウム合金102を流動させてヴィアホ
ール108を完全に埋め込む工程とを備える。

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およびそ
の製造方法に関し、特に、ヴィアホールなどの配線間接
続部におけるプラグ構造、およびその形成方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高集積化に伴い、層間絶縁
膜に設けた半導体素子及び下層配線層まで達する開口部
(以後ヴィアホール)も微細化される一方、ヴィアホー
ルの深さもより深くなっていく傾向にある。
【0003】従来の半導体装置の配線間プラグおよび上
層配線の形成方法は、図4に示すように、半導体基板4
01上にシリコン酸化膜402、下層アルミニウム合金
配線403を順次形成し、その上に、シリコン酸化膜4
04、SOG膜405、およびシリコン酸化膜406を
順次積層形成して層間絶縁膜407を形成し、層間絶縁
膜407に下層配線403まで達するヴィアホール40
8を形成し、ヴィアホール内にタングステン膜410を
埋込み、バリアメタル411を形成して上層アルミニウ
ム合金配線412を形成する。
【0004】しかしながら、タングステンの比抵抗はア
ルミニウム合金膜の3倍以上であるため、上記の方法で
は、ホール径が縮小されるとともに、ヴィアホール内で
の抵抗上昇化が問題となる。そこでさらに最近では、図
5に示すように、半導体基板501上にシリコン酸化膜
502、下層アルミニウム合金配線503を順次形成
し、その上に、シリコン酸化膜504、SOG膜50
5、およびシリコン酸化膜506を順次積層形成して層
間絶縁膜507を形成し、層間絶縁膜507に下層配線
503まで達するヴィアホール508を形成し、高温ス
パッタ法によりアルミニウム合金膜512を埋め込む方
法がとられている。これは400℃以上の温度でアルミ
ニウム合金膜を成膜することにより、アルミニウム合金
膜をホール内に流し込む方法がとられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示す方法では、図5に示すようにヴィアホール508側
壁に露出しているSOG膜505からの脱ガスにより、
アルミニウム合金膜512の流動性が低下し、ヴィアホ
ール508内への埋め込みが阻害されるという問題点が
ある。
【0006】そこで本発明は上記問題点に鑑み、SOG
膜が露出するヴィアホール内においても、スパッタ法に
よるアルミニウム合金膜配線の良好な埋め込みを実現す
るとともに、ヴィアホール内の配線抵抗を低く抑えるこ
とのできる半導体装置およびそ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】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上に第1の金属配線を形成する第
1の工程と、前記第1の工程後、前記半導体基板上に、
第1の酸化膜、SOG膜及び第2の酸化膜を順次形成す
る第2の工程と、前記第1の酸化膜、SOG膜及び第2
の酸化膜に、前記第1の金属配線まで達する孔を開孔す
る第3の工程と、前記孔内に、前記SOG膜の上面より
高く、かつ、前記第2の酸化膜の上面より低くなるよ
う、高融点金属膜を形成する第4の工程と、前記第4の
工程後、前記孔を含む前記半導体基板上にバリア膜を形
成する第5の工程と、前記第5の工程後、前記半導体基
板上に、第2の金属配線を形成する第6の工程とを備え
る。
【0008】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記第6の工程において、前記第2の金属
配線はアルミニウム合金膜から成り、前記アルミニウム
合金膜をスパッタ法により形成する際、前記半導体基板
を加熱し、前記アルミニウム合金膜を流動させて前記孔
に埋め込む。
【0009】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記高融点金属がタングステン膜であり、
前記第4の工程おいて、前記孔を含む前記半導体基板上
にタングステン膜を成長させ、該タングステン膜をエッ
チバックして、前記孔に前記タングステン膜を埋込む。
【0010】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記高融点金属がタングステン膜であり、
前記第4の工程において、前記タングステン膜を、前記
第1の金属配線上に成長させて、前記タングステン膜を
前記孔に埋込む。
【0011】本発明の半導体装置は、半導体基板と、前
記半導体基板上に形成された第1の金属配線と、前記第
1の金属配線上に順次積層形成された第1の絶縁膜、S
OG膜及び第2の絶縁膜を含む層間絶縁膜であって、前
記第1の金属配線まで達するヴィア孔を有する前記層間
絶縁膜と、前記ヴィア孔内に形成された金属膜であっ
て、その上面が、前記SOG膜の上面よりも高く、かつ
前記第2の絶縁膜の上面よりも低い位置にある前記金属
膜と、前記金属膜および前記第2の絶縁膜上に形成され
たバリア膜と、前記バリア膜を介して前記金属膜および
前記第2の層間絶縁膜上に形成された第2の金属配線と
を備える。
【0012】本発明の半導体装置の一態様例において、
前記第1の金属配線および前記第2の金属配線は、アル
ミニウム合金膜であり、前記金属膜は、タングステン膜
であり、更に、前記バリア膜は、チタンを含む膜であ
る。
【0013】
【作用】本発明によれば、アルミニウムを形成する際に
ヴィアホール内でのSOG膜の露出がないので、アルミ
ニウム形成時のSOG膜からの脱ガスも抑制され、アル
ミニウムの埋込性も良好となる。更に、ヴィアホール内
の一部にアルミニウムが存在するので、ヴィアホール内
にすべてタングステンが埋め込まれている場合よりもヴ
ィア抵抗が低減される。
【0014】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
の第1の実施形態に係る半導体装置の構造と製造方法を
図1及び図2を参照しながら共に説明する。図1及び図
2は第1の実施形態の主要工程を示す縦断面図である。
【0015】先ず、図1(a)に示すように、図示しな
いトランジスタなどの半導体素子が形成されたシリコン
基板101上に、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜10
2を形成した後に第1の金属配線103を形成する。次
にプラズマCVD法によりシリコン酸化膜104を膜厚
が300nm程度となるように形成し、次いで、SOG
膜105を膜厚が200nm程度となるように塗布し
て、温度400℃程度に加熱し、その次に、プラズマC
VD法によりシリコン酸化膜106を形成して、層間絶
縁膜107を形成する。
【0016】次に、図1(b)に示すように、シリコン
酸化膜104、SOG膜105、およびシリコン酸化膜
106からなる層間絶縁膜107に、直径が0.5μm
程度のヴィアホール108を形成する。
【0017】次に、図1(c)に示すように、スパッタ
法により膜厚20nm程度のチタン膜と膜厚50nm程
度の窒化チタン膜からなるバリアメタル膜109を順次
形成する。
【0018】次に、図2(a)に示すように、六フッ化
タングステン(WF6 )とシラン(SiH4 )を原料と
し、100Torr以下の減圧下にてシリコン基板10
1を温度450℃程度に加熱して、化学気相反応により
タングステン膜110をシリコン基板101全面に形成
する。
【0019】次に、図2(b)に示すように、フッ素系
ガスによりタングステン膜110をエッチバックし、ヴ
ィアホール108内のタングステン膜110の上面がヴ
ィアホール108の上部よりも下側でかつSOG膜10
5よりも上部に位置するように形成する。
【0020】次に、図2(c)に示すように、スパッタ
法により膜厚100nm程度のチタン膜111を形成
し、シリコン基板101を400〜500℃に加熱した
状態でアルミニウム合金膜112を形成する。この際、
高温中でアルミニウム合金膜112を形成しているた
め、タングステン膜110上部までアルミニウムが流れ
込む。
【0021】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態に係る半導体装置の構造と製造方法を図3を参
照しながら共に説明する。図3は第2の実施形態の主要
工程を示す縦断面図である。
【0022】先ず、図3(a)に示すように、図示しな
いトランジスタなどの半導体素子が形成されたシリコン
基板201上に層間絶縁膜として酸化シリコン膜202
を形成した後、この酸化シリコン膜202上に第1の金
属配線203を形成する。次にプラズマCVD法により
シリコン酸化膜204を膜厚が300nm程度となるよ
うに形成し、次いで、SOG膜205を膜厚が200n
m程度となるように塗布して温度400℃程度に加熱
し、その次に、プラズマCVD法によりシリコン酸化膜
206を形成して、層間絶縁膜207を形成する。
【0023】次に、図3(b)に示すように、シリコン
酸化膜204、SOG膜205、及びシリコン酸化膜2
06からなる層間絶縁膜207に、直径が0.5μm程
度のヴィアホール208を形成する。
【0024】次に、図2(c)に示すように、選択CV
D法によりタングステン膜210をヴィアホール207
内に形成する。この際、タングステン膜210の上面が
ヴィアホール208の上部よりも下側でかつSOG膜2
05よりも上部に位置するように形成する。
【0025】次に、図2(d)に示すように、スパッタ
法により膜厚100nm程度のチタン膜211を形成
し、シリコン基板201を温度400〜500℃程度に
加熱した状態でアルミニウム合金膜212を形成する。
この際、高温中でアルミニウムを形成しているため、タ
ングステン膜上部までアルミニウムが流れ込む。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヴィアホール内の、SOG膜が露出している部分までは
高融点金属膜を埋込んでアルミニウム上層配線がSOG
膜と接しないようにしつつも、なるべく高融点金属膜の
高さが高くならないよう、ヴィアホール内に高融点金属
膜を埋込むことにより、アスペクト比の大きいヴィアホ
ール内においても上層アルミニウム配線を確実に埋め込
むことができ、かつヴィア抵抗低く抑えることができる
ので、製品性能および歩留の向上に寄与することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図4】従来の半導体装置の第1の配線構造を示す概略
縦断面図である。
【図5】従来の半導体装置の第2の配線構造を示す概略
断面図である。
【符号の説明】
101,201,301,401,501 シリコン基
板 102,202,302,402,502 シリコン酸
化膜 103,203,303,403,503 第1の金属
配線層 104,204,304,404,504 シリコン酸
化膜 105,205,305,405,505 SOG膜 106,206,306,406,506 シリコン酸
化膜 107,207,307,407,507 層間絶縁膜 108,208,308,408,508 ヴィアホー
ル 109 バリアメタル膜 110,210,410 タングステン膜 111,211,311,411,511 チタン膜 112,212,312,412,512 アルミニウ
ム合金膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に第1の金属配線を形成す
    る第1の工程と、 前記第1の工程後、前記半導体基板上に、第1の酸化
    膜、SOG膜及び第2の酸化膜を順次形成する第2の工
    程と、 前記第1の酸化膜、SOG膜及び第2の酸化膜に、前記
    第1の金属配線まで達する孔を開孔する第3の工程と、 前記孔内に、前記SOG膜の上面より高く、かつ、前記
    第2の酸化膜の上面より低くなるよう、高融点金属膜を
    形成する第4の工程と、 前記第4の工程後、前記孔を含む前記半導体基板上にバ
    リア膜を形成する第5の工程と、 前記第5の工程後、前記半導体基板上に、第2の金属配
    線を形成する第6の工程とを備えることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第6の工程において、前記第2の金
    属配線はアルミニウム合金膜から成り、前記アルミニウ
    ム合金膜をスパッタ法により形成する際、前記半導体基
    板を加熱し、前記アルミニウム合金膜を流動させて前記
    孔に埋め込むことを特徴とする請求項1に記載の半導体
    装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記高融点金属がタングステン膜であ
    り、前記第4の工程おいて、前記孔を含む前記半導体基
    板上にタングステン膜を成長させ、該タングステン膜を
    エッチバックして、前記孔に前記タングステン膜を埋込
    むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造
    方法。
  4. 【請求項4】 前記高融点金属がタングステン膜であ
    り、前記第4の工程において、前記タングステン膜を、
    前記第1の金属配線上に成長させて、前記タングステン
    膜を前記孔に埋込むことを特徴とする請求項1に記載の
    半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された第1の金属配線と、 前記第1の金属配線上に順次積層形成された第1の絶縁
    膜、SOG膜及び第2の絶縁膜を含む層間絶縁膜であっ
    て、前記第1の金属配線まで達するヴィア孔を有する前
    記層間絶縁膜と、 前記ヴィア孔内に形成された金属膜であって、その上面
    が、前記SOG膜の上面よりも高く、かつ前記第2の絶
    縁膜の上面よりも低い位置にある前記金属膜と、 前記金属膜および前記第2の絶縁膜上に形成されたバリ
    ア膜と、 前記バリア膜を介して前記金属膜および前記第2の層間
    絶縁膜上に形成された第2の金属配線とを備えることを
    特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記第1の金属配線および前記第2の金
    属配線は、アルミニウム合金膜であり、前記金属膜は、
    タングステン膜であり、更に、前記バリア膜は、チタン
    を含む膜であることを特徴とする請求項5に記載の半導
    体装置。
JP12251598A 1998-05-01 1998-05-01 半導体装置及びその製造方法 Withdrawn JPH11317449A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013165224A (ja) * 2012-02-13 2013-08-22 Fujitsu Semiconductor Ltd 半導体装置及びその製造方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013165224A (ja) * 2012-02-13 2013-08-22 Fujitsu Semiconductor Ltd 半導体装置及びその製造方法

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