JPS5819135B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置の製造方法、特に陽極酸化法を用
いた多層配線構造を有する半導体集積回路装置などの半
導体装置の製造方法に関するもの：である。

半導体集積回路装置の集積密度を上げる最も効果的な方
法の１つは、内部配線を立体化すること、すなわち、多
層配線構造にすることである。

従来半導体集積回路装置等の内部配線は半導体素子上１
に付着させたアルミニウムの不要部分を選択的にエツチ
ング除去することによって形成されている。

この方法を用いて多層配線を形成した場合、配線のある
部分とない部分で半導体素子表面に段差が生じて２層目
の金属配線が１層目の配線と交差すや場合にはこの段差
の部分で２層目の配線が断線するという問題がある。

これを解決する手段の１つとして陽極酸化を利用して表
面を平坦化する方法がある。

次にこの方法について第１図を用いて説明する。

第１図ａ、、、ｂ、ｃは、陽極酸化を利用・して内部配
線の形成を行なう従来の製造方法を工程順に示す断面図
及び上面図である。

第１図ａに示すように半導体基体１内に半導体素子を形
成し、次いで電極接続用開口部１６を有する絶縁膜２を
形成しその上にアルミニウム膜３を全面に付着する。

この上に金属配線として残したい部外にマスク４を形成
し、第１図すに示すように金属配線部３ａ、３ｂ以外の
不要の部分のアルミニウム膜３を全て陽極酸化により多
孔性アルミナ５に変えるこの方法によると、１層目の金
属配線による段差が生じないため平坦な構造となり２層
目金属配線が断線する恐れがなくなる。

しかしこの方法の壕合陽極酸化の進行が途中で停止し、
配線間が短絡するという欠点を有している。

すなわち、第１図すにおいて陽極酸化のための半導体基
体１側上に正の電界を加えた時、半導体素子及び絶縁膜
２の開口部１６を通過して化成電流が流れうる配線部３
ａの場合は陽極酸化によってアルミナ化が確実に進行し
配線周囲には多孔質アルミナ５が完全に形成されるが、
絶縁膜２の開口部が全くない場合や、あっても半導体素
子の接金が逆方、向の場合の配線部３ｂには化成電流が
直響流れないため、陽極酸化によるアルミナ化の進行は
、途中でイ＊止し配線部３ｂの周囲には、第１′図Ｃに
乍すようにアルミニウムの残渣６が残ってしまう。

特に段差部ではアルミニウムの残渣６は多く１、配線間
の短絡等を引きおこし、微細加工、信頼性１問題があっ
た。

これに対し種々の対策が従来から提案されている。

第２図は、ブリッジ法を用いて陽極酸化を行なう従来の
製造方法を示す一面図である。

これは図に示すように、化成電流の流れ得る配線部３ａ
と流れ難い配線部３°ｂとの間をブリッジ７と称する、
例えばレジストのような絶縁膜で部分的にマスクし、そ
の部分の化成の進行を遅らせることによって電流供給路
とすることにより、配線部３ｂにも、確実に化成電流の
供給を行なう方法であるが、ブリッジ７のためのマレク
合せ工程が増加し、プロセスも複雑化する欠点があった
。

また第３図は、タンタルＴａの下敷をして、陽極酸化を
行なう従来の製造方法を工程順に示す一面図である。

第３図ａに示すように、電極接続用開口部１６を有する
絶縁膜１２を形成した後、下敷金属としてＴａ膜８を全
面に形成し、続い□てアルミニウム膜３をその全面に形
成する。

次に配−相当部にマスク４を形成し不要部のアルミニウ
ム膜３を陽極酸化によって、アルミナ５に変換する。

この場合Ｔａ膜が化成電流の供給枠と、なるためすべて
の配線部３の周囲で完全になされる。

しかし、このＴａ膜を陽極酸化によっＴ選択的に絶縁物
に変換する時、化成電流の流れ得ないＳ上線部３ｂの胸
囲には、Ｔａの残渣１０が残ってし１う欠点がある。

この発明は、上記のような欠点を除去するためになされ
たもので、陽極酸化侍、による従来の方法を改良し、配
線部の周囲に下敷金属の残渣がない多層配線構造の半導
体装置が容易に得られる製造方法を提供するものである
。

以下、この発明の一実施例を第４図について詳細に説明
する。

第４図ａ−ｃは、この発明の一実施例を工程順に示す断
面図であ北。

ｉ４図ａにお弓）て基体１には、半導体素子が形成され
ている。

２は上記基体１に形成された開口部を有する絶縁膜で、
この全面にＴｉＷ（タングステン・チタニウム）膜１１
を形成し、続いてアルミニウム膜３を形成する。

次いでに４図すに示すように、配線と１して残したい部
分にマスク４を形成し、公知の方法でアルミニウム膜３
の陽極酸化を行ない、金属配線部３以外の不要なアルミ
ニウム膜３を多孔性アルミナ５に変換する。

この場合、陽極酸化のための化成電流は、下敷のＴｉＷ
１１層から全てのア）ルミニウム３に供給されるため、
全ての配線３の周囲には、確実に多孔性アルミナ５が形
成される。

なお、配線部３の以外のアルミニウムが完全にアルミナ
化し、Ｔｉｗ膜１膜面１面達した時、化或は停止する。

次に第４図Ｃに示すようにアルミナ５の下にあるＴｉｗ
膜１１をエツチング除去する。

エツチング液反応ガス又はエツチングイオンＴｉｗとア
ルミナに対して、選択性を有する必要ケある。

一例として５、ＣＦ、ガスを用い、プラズマ雰囲気中に
てエツチングした場合、アルミナは、はとんど、エツチ
ングされず、ア゛ルミナ中の孔を通った反応ガスはアル
ミナの下にあるＴｒｗｊ完全にエツチング除去するこ、
とが確かやられた。

′こめようにして形成された内部配線の断面構造は第４
図Ｃａｔこ示すように、アルミ配線３藺には、多孔性ア
ルミナ５か形成され、アルミ配線３の下ζトは、下敷の
Ｔｉｗ膜１１があ、す、多孔性アルミナ５、の下には、
Ｔｉｗ層の膜厚相当分が、中空の状態になっている。

第５図はこの発明による方法を用いて、多層配線を形成
した時の断面横木を示す。

第４図Ｃに系したように、平坦な１層目の配線構造を得
た後、マスク４を除去し、全面に層間絶縁膜１３を形成
する。

上下自己４間の接続を傅るために、必要な部分（スルー
ホール部）の層間絶縁膜１３を除去し、２層目の配線１
５を形成、し、最後に全体を絶縁膜１４で保護する。

３層目以上の配線を得る場合も、上記方法を順次くり返
す事によって容易に得られる。

なお、上記実施例では、アルミニウム膜の下敷金属とし
て、Ｔｉｗを用いた場合について説明したが、ＴｉＷの
ほか、ＴｉＷの合金や、ガスプラ女マやエツチング液等
の化学エッチあるいはスパッタエッチイオンエッチ等の
物理エッチ法に対し、アルミナ等の金属酸化物と選択性
がある金属ならば如何なる金属も用いること、ができる
。

□以上のように、この発明は、例えばアルミニ
ウムのように陽極酸化によって多孔質の絶縁性金属酸化
物に変換可能な金属の下に、その絶縁性金属酸化物をエ
ツチングせず、その孔を通してエツチングすることが可
能な金属膜をあらかじめ形成することにより、化成電流
を全ての配線に均一に供給できるため、工程を増やすこ
となく、確実に配線周囲に絶縁膜を形成でき、かつ、ウ
ェットあるいはドライエツチング法によって、選択的に
、絶縁性金属酸化物下の不要な該金属膜を簡単かつ確実
に除去することができるため、単純な工程で配線間の分
離が行なえる効果がある。

このため、従来陽極酸化プロセスは、工程数が多く、複
雑であつたものが、単純化され又エツチングのドライプ
ロセス化が可能であることからファインパターン化に有
利であるとともに本実施例で示したように、下敷金属陣
にＴｉｗ又はＴｉＷの合金等を用いた場合は浅い接合に
対するバリアメタルとしての効用が加・えら与る利点が
ある。

、、図面の簡単な説明 第１ 甲ａ 、 ｂ、ｃは従来の陽極酸化法を用いた□
半導体装置の製造方法を工程順に示す断面及び上り面図
、第２図は従来の他の製造方法を示す断面図、第３図ａ
、ｂは、従来の他の製造方法を工程順に示す断面図、第
、４図ａ、ｂ、ｃはこの発明の一実施例である半導体装
置の製造方法を工程順に示すｍ１面図、第５図はこの発
明の他の実施例を示す断１面図である。

図中、１は半導体基体、２は絶縁膜、３はアルミニウム
膜、４はマスク、５は多孔性アルミナ、１１はＴｉＷ膜
、１２は中空部、１３は層間絶縁膜、１４は絶縁膜、１
５、は２層目の配線、１６は絶縁）膜２の開口部である
。

□なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の開口部を有する絶縁膜が設けられた半導体基
   体のほぼ全面にエツチング除去可能な第一金属膜を形成
   する工程、上記第一金属膜のほぼ４面に陽極酸化により
   多孔質の絶縁性金属酸化物に変換される第二金属膜を形
   成する工程、上記第二金属膜上に選択的にマスクを形成
   する工程、表面が露出している上記第二金属膜を陽極酸
   化により多孔質の絶縁性金属酸化物に変換する工程、上
   記多孔質の絶縁性金属酸化物の下にある上記第一金属膜
   を、上記多孔質の絶縁性金属酸化膜の孔を通しそエツチ
   ング除去する工程を含む半導体装置の製造方法。 ２ 第一金属膜として多孔質の絶縁性金属酸化膜がエツ
   チングされないエツチング方法で除去し得る金属を用い
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
   装置の製造方法。 ３ 第一金属膜としてＴｉＷ又はＴｉＷの合金を用いた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装
   置の製造方法。 ４ 第２金属膜をアルミニウム又はアルミニウムの合金
   とし、多孔質の絶縁性金属酸化物をアルミナとしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
   れかに記載の半導体装置の製造方法。 ５ 多孔質の絶縁性金属酸化物の下にある第１金属膜の
   エツチング除去をガスプラズマ雰囲気中にて行なったこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のい
   ずれかに記載の半導体装置の；製造方法。