JPS58199523A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、階段状またはテーパー状の側面形状゛を有す
る電極・配線を備えて構成された半導体装置の製造方法
に関するものである。　　　　　　１０従来、高密度化
した半導体集積回路の電極・配・線の形成には、反応性
ガスにより形成されたガス・・プラズマ中で材料をエツ
チングする方法が用い・られてきた。−例として、高融
点金属のＭｏを材・料に用いて配線を形成する場合を取
り上げ、それ５を用いた半導体集積回路（半導体装置）
の製造上・程の一部を取り出して図面で説明する。

第１図ｔａ＋〜（Ｃ１は上記従来の半導体装置の配線の
・製造工程説明図である。まず、同図ｆａｌに示すよう
・に、種々の工程を用いて半導体基板上に素子等を０形
成（図は省略）した後、この上に配線を形成す。

るために必要な層間絶縁用５ｉ０２膜１の形成を完了。

した時点より説明を開始するものとする。次に、。

同図（１））に示すように、配線用のＭｏ薄膜２をスパ
デタ法または電子ビーム蒸着法で堆積させる。その５上
にレジストを塗布した後、特定のパターンを描。

いたマスクを用いて露光、現像等を行ない、レジ。

スト・パターン３を形成する。次に同図ｔｅｌに示す。

ように、例えばアノード結合方式の平行平板電極。

型プラズマ・エツチング法を用いてＣＣｔ４と０２の１
０混合ガス・プラズマ中でＭｏ薄膜２をエツチングし・
て、Ｍｏ配線４を形成する。その後、プラズマ・ア・ラ
シャ−を用いてレジスト・パターン３を除去す・ること
によりＭＯ配線のパターンが出き上る。　　・このよう
にして形成したＭｏ配線４のパターンの）側面形状は、
平行平板電極型プラズマ・エラチン。

グ法の特徴により、下地の層間絶縁用５１０２膜１の表
面に対して、はぼ垂直で直線状となる。なおか・つ、サ
イド・エツチングが少ないため、レジスト・パターンに
対する寸法変化も小さい。これらの２０形状の特性は、
高精度のパターニングを要する微。

細化した電極・配線の形成に有効である。しかし°、さ
らにこのＭＯ配線の上に第２の層間絶縁膜を形成。

し、その上にＭ等からなる第２層目配線を形成し。

た場合には、ＭＯ配線の側面で生ずる急峻な段差形状が
第２の層間絶縁膜表面にも反映し、従ってこ゛の段差部
分で、第２層目配線も十分な膜厚を保持。

できずに断線もしくはそれに至らすとも膜厚が減。

少したことによる抵抗増大を生じ易くなるという。

欠点を生ずる。　　　　　　　　　　　　　　　ＩＯこ
のような欠点を解決するためには、ＭＯ配線の・側面を
テーパー状にエツチングするのが最も効果・的である。

第２図（ａｌ、　（ｂ）は上記テーパー・エッチ法の一
例・を示した工程説明図である。まず、同図（ａ）に示
す５ように、層間絶縁用５ｉ０２膜１の上にＭｏ薄膜２
を堆。

積させ、さらにその上にレジスト・パターン３を。

形成する。次に同図（ｂ）に示すように、イオン・工。

ッチング法によりＭｏ薄膜２をエツチングして、テ・−
パー状Ｍｏ配線５を形成する。このときレジスト２０・
　３　・ ・パターン３もエツチングされて、細ったレジス。

ト・パターン６となる。このエツチング法は、Ｍ。

薄膜のエツチングに伴ってレジスト・パターン自。

身もエツチングされて細まることを利用し、Ｍｏ。

配線のテーパー形状を得るものである。

しかし、このような方法で形成したＭＯ配線では°、側
面がテーパー状になるものの、エツチング後の。

配線幅Ｗ２はエツチング前のレジスト・パターグ幅Ｗ１
に比較して狭（なるという欠点がある。こ。

の配線幅の減少量を精度よ（制御するのは困難で１０あ
る。従って、このようなエツチング法は高い加・工精度
を要する高密度配線の形成には不適当であ・る。

本発明は、これらの欠点を解決するためになさ・れたも
ので、含有する酸素の濃度の異なる同−金１）属の少な
（とも２つの層の積層した膜を用いて電・極・配線を形
成し、その電極・配線の側面の加工・形状を制御するも
のである。

以下、本発明を実施例によって詳細に説明する・。

第３１Ｈａｌ〜ｆｄｌは本発明による半導体装置の配僚
０・　４　・ の製造工程説明図で、工程要所における半導体装置の要
部の断面形状を示している。同図（ａｌに示す。

ように、半導体基板上に層間絶縁用５ｉ０２膜１の形。

成を完了した時点より説明を開始するものとする°。

次に、同図［ｂｌに示すように、膜厚２６００　′Ａで
、含有５する酸素の濃度が３　ａｔｏｍｉｃ％の低酸素
濃度Ｍｏ層７゜を形成する。この層の形成工程はスパッ
タ法を用゛いた。すなわち、スパッタ装置内を１０−６
〜１０−７　　。

Ｔｏｒｒに真空排気した後、１０−２〜１０−３’Ｉ’
ｏｒｒのＡｒ雰雰囲気気中ＭＯのスパッタを行なった。

なお、スパッタ１０法の代りに真空蒸着法を用いてもよ
い。本発明で・は、この次の工程が従来工程と異なる。

すなわち・、従来はこの低酸素濃度Ｍｏ層７のみを電極
・配線の・形成用膜として用いていた。従って、このＭ
ｏ層・の上に直接ホトレジスト等のマスク材料を塗布し
１ζレジスト・パターンを形成した。しかし、本発明・
では、先の低酸素濃度Ｍｏ層７を堆積させたのと同・−
のスパッタ装置内において、さらに酸素ガスを・分圧で
１．６Ｘ　１０　’　Ｔｉ：＋ｒｒとなるように同装置
内に導入・して、連続してＭｏ膜の堆積を進め、含有す
る酸素０の濃度が２０　ａｔｏｍｉｃ％で厚さ７００　
Ａの高酸素濃度Ｍｏ　’層部を形成する。

この後は、従来の工程と同様に、第３図（Ｃ１に示゛す
ように、レジスト・パターン３を形成する。そ。

の後、第３図（ｄｉに示すようにアノード結合方式の゛
平行平板電極型プラズマ・エツチング法を用いて°、ｃ
ｃｔ４と０２の混合ガス中で、ｃｃｔ４ガスの流量１５
゜ｓｃｃ／ｍｉｎ　、　０２ガスの流量３５　ｓｅｃ／
ｍｉｎ　、圧力０．２　Ｔｏｒｒの。

条件下でグロー放電を形成し、これに試料を曝じて高酸
素濃度Ｍｏ層８及び低酸素濃度Ｍｏ層７を連０続してエ
ツチングする。そして、テーパー状の側。

面形状を持つＭｏ配線下層部９及びＭｏ配線」−盾部。

１０を形成する。

以」二説明した実施例では、Ｍｏ配線を形成する場゛合
を例にとり、含有する酸素濃度の異なる同−金）属（Ｍ
Ｏ）の２層に積層した膜を用いているが、本・発明は電
極・配線を形成する金属としてＭｏの代り。

にＷ、　Ｏｒ等の高融点金属を用いることもできる。・
また、含有する酸素濃度、各層の厚さを適宜選択。

することにより、階段状またはテーパー状の電極（）・
配線が形成でき、かつ形成された電極・配線の。

側面の傾斜角を所望の値に制御することができる°。

なお、積層する金属膜のうち、含有する酸素濃。

度の高い又は低いというのは、隣接する２つの層。

の酸素濃度の高・低比較による相対的なものであ５る。

再び前記実施例について説明を戻すが、このよ。

うにして形成したＭｏ配線では、第１の特徴として°、
Ｍｏ配線」−盾部（比較的酸素濃度の高い第１の層）１
０の側面がＭｏ配線下層部（比較的酸素濃度の低い１０
第２の層）９の側面より、より内側に形成された・構造
となることがあげられる。このような形状が・形成され
る原因は、第４図に示すように、ｃｃｔ４　。

と０２の混合ガスのプラズマに対して低酸素濃度膜・と
高酸素濃度膜とで、単位時間にエツチングされ５る速度
（エッチ・レート）が異なることにある。・第４図は、
本実施例のエツチング法を用いた場合・で混合ガスの全
流量１′に対する０２ガスの流量比をパ・ラメータにし
ているが、いずれの場合でも、Ｍｏ。

膜中の酸素濃度の上昇と共にエッチ・レートが増゛０大
することがわかる。このような、Ｍｏ膜への酸素。

添加によりエッチ・レートが増大する現象の原因。

としては、膜中の酸素によりＭｏ結晶粒径が小さく。

なったこと、及び膜中酸素がエツチングガス中の“０２
ガス成分の役割の一部を担って、実質的に全ガス流量に
対する０２ガスの流量比を高めることに相′当している
などが考えられるが、明確にはわかっ゛ていない。

第２の特徴は、本実施例のように、高酸素濃度。

Ｍｏ層の膜厚を低酸素濃度Ｍｏ層の膜厚に比べて２０１
０〜３０％と薄くしても、Ｍｏ配線下層部（酸素濃度の
。

低い第２の層）９の側面形状を第３図（ｄｌに示すよ。

うに、十分な傾斜を持ったテーパー状にすること。

ができることである。これにより、このＭｏ配線。

の上に形成する第２の層間絶縁膜や、さらにその１５」
二に形成する第２層目配線のＭｏ配線の側面上での゛被
覆形状はおおむねＭｏ配線下層部の低酸素濃度。

Ｍｏ層の側面形状のみを考慮すれば良いことがわか。

る。

第３の特徴は、このテーパー状のＭｏ配線下層部２０９
の側面と下地の層間絶縁用５ｉ０２膜１の表面とで。

なす角、すなわちテーパー角（傾斜角）を、低酸。

素濃度Ｍｏ層及び高酸素濃度Ｍｏ層のそれぞれの含。

有酸素濃度及び膜厚から成る４つの形成条件を適。

当に選択することにより制御できることである。５次の
第５図及び第６図は、この間の制御性を示す。

実施例である。第５図は、高酸素濃度Ｍｏ層の含有。

酸素濃度とテーパー角との関係を示す。ただし、。

高酸素濃度Ｍｏ層の膜厚を１６５ＯＡとし、低酸素濃度
。

Ｍｏ層の膜厚を１６５０　′に、含有酸素濃度を３　ａ
ｊｏｍｉｃ　９６１０とした。この図よ、す、高酸素濃
度Ｍｏ層の含有酸素・濃度を３　ａｔｏｍｉｃ％から２
０　ａｌ；ｏｍｉｃ％まで高めることに・より、テーパ
ー角を９０度から４０度まで低減でき・ることかわかる
。第６図は、２層Ｍｏ膜の全膜厚に・　。

対する高酸素濃度Ｍｏ層の厚さの比を変えた時のテ１５
−パー角の変化を示す。ただし、高酸素濃度Ｍｏ・層の
含有酸素濃度を２０　ａｊｏｍｉｃ％に、低酸素濃度Ｍ
ｏ・層の含有酸素濃度を３　ａｔｏｍｉｃ％に、２層Ｍ
ｏ膜の全・膜厚を３３００　Ｍに、それぞれ一定にした
場合である・。

この図から２つの層の膜厚の比を変えることによ２０リ
、テーパー角を制御できることがわかる。　　。

第４の特徴は、本実施例で用いたアノード結合゛方式の
平行平板電極形プラズマ・エツチング法の。

ような比較的レジスト・パターン幅及び配線幅の。

エツチング前後の変化の少ないエツチング法を採５用し
てもテーパー・エツチングを成し得ることで。

ある。これにより、テーパー形状を有し、なおか。

つ高い加工精度を実現できる。

第５の特徴は、本実施例に示したように２０　　。

ａｔｏｍｉｃ％程度の酸素をＭＯに加えても、比抵抗は
　＋０２．５　Ｘ　１０−’Ω・Ｃｍと低いため、これ
らの高酸素濃度層・をそのまま電極・配線として用いる
ことができる・ことである。また、Ｓｉ半導体装置では
、通常、製。

造工程に１０００℃程度の高温熱処理を含むが、この゛
処理により先の比抵抗は大幅に減少し、１．４Ｘ１０５
１５Ω・ｃｍとバルクＭＯの３倍以内となる。従って、
高・酸素濃度層を電極・配線の一部に用いても全体の・
比抵抗への影響はほとんど無視できる。また、他・のＷ
、　Ｃｒ等の金属においても、酸素濃度を適当に。

選ぶことにより、熱処理後の比抵抗を１×１０′Ω・ｃ
ｒｔ４０以下と電極・配線として用うるに支障のない程
度。

に低く抑えることができる。

第６の特徴は、第３図の実施例のごとく下層を。

低酸素濃度層とし、上層を高酸素濃度層として用。

いた場合には、下層のテーパー形状を形成した後５に、
上層を第２のエツチング工程により除去して゛下層のみ
を電極・配線として用いることができる。

ことである。前述のごとく高酸素濃度の上層は、”その
まま残して電極・配線として用いることかで。

きるが、上層及び下層の側面の２つの層の境界面１０近
傍に生ずる側面傾斜角の不連続性を回避したい。

場合や、さらには、上層の酸素濃度が高（他の配・線層
トノオーミック・コンタクトが熱処理時に劣・化する場
合などでは、上層部のみを第２の工・ソチ・ング工程で
除去する方が望ましい。この第２の工１５ッチング工程
と°しては、第４図に示したごとく、。

エツチングガス中の全ガス流量に占める０２ガス流。

量比を小さく取った平行平板電極型プラズマ・工。

ッチング法を用いることにより、上層と下層の含・有酸
素濃度差を利用して容易に上層のみを選択的２０・　１
１゜ に除去することができる。

以上の実施例で示した諸特徴により、テーパー。

角を４０度程度から９０度の範囲で制御できること。

は明らかである。従って、ＭＯ配線の上に例えば。

ＣＶＤ法（化学的気相成長法）を用いて第２の層間５絶
縁用５ｉ０２膜を形成すると、そのＭｏ配線側面部を。

覆う形状も、ＭＯ配線側面のテーパー形状を反映し。

てほぼ同じテーパー角を示す。さらにこの５ｉ０２膜“
の上に形成した第２の配線膜である例えばＡｔ膜。

においても、ＭＯ配線側面の上を、下地の第２の層１０
間絶縁用５ｉ０２膜の表面形状を反映して、テーパー・
角を持って覆うことができる。これにより、従来・と異
なり、第２層目配線であるＡｔ配線の段差被覆・を要す
る個所での断線確率の増大及び断線に至ら・ずとも抵抗
増大等の現象は、著しく改善される。１５本実施例では
、電極・配線用金属としてＭＯを、・エツチング法とし
てアノード結合方式の平行平板・電極形プラズマ・エツ
チング法を用いたが、膜中・へ酸素を添加することによ
りエッチ・レートが高・くなる金属と、プラズマ・エツ
チング法または酸０・　１２・ 化性エツチング液によるウェット・エツチング法゛等の
組合せを用いれば、本発明による電極・配線゛技術を使
用することができる。平行平板電極形プ゛ラズマーエッ
チング法を用いる場合には、ＭＯの代。

わりにＷまたはＣｒを用いても所望の効果が得られる。

この場合、金属としては、酸化物を生成した。

時の融点が単体に比べて１０００℃以下と著しく低下。

するもの、または酸化物の揮発性が強いもの等の。

条件を満たすことが材料選択の１つの目安となる°。

また、本実施例では、配線膜として、下層に低酸１０素
濃度膜を、上層に高酸素濃度膜を用いてテーパ・−形状
を形成したが、逆に下層に高酸素濃度膜を・、上層に低
酸素濃度膜を用いて膜形成条件及びエラ・チング条件を
最適化すれば、逆テーパー状の側面・形状も得ることが
できる。さらに、電極・配線膜５中の酸素濃度を３層以
上に変化させる方法や、任・意の連続的な酸素濃度分布
を持たせる方法により・電極・配線の望む所の側面形状
を得ることもでき・る。これ等の応用も全て本発明の範
囲に含まれる・ことは明らかである。　　　　　　　　
　　　　２０以上説明したように、本発明によれば電極
・配。

線として単一金属の均一な組成の膜を用いる代り。

に、含有する酸素濃度の異なる同一金属の２つの。

層の積層した構造を有する膜を用いているので、“エツ
チングしてパターニングすることにより、比５較的酸素
濃度の高い層の側面を比較的酸素濃度の゛低い層の側面
に対して、より内側に形成できる。。

従って、このようにして形成した配線のテーパー。

状の側面形状は、さらにその配線の上に層間絶縁。

膜をはさんで形成した第２層目の配線に対して、′。

下地表面の段差を越える部分で生ずる断線及び抵・抗増
大を著しく緩和させる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜ｆｃｌ及び第２図［ａｌ、　ｆｂｌは配
線の従来の・製造工程を説明するための半導体装置の要
部拡大５断面図、第３図（ａｌ〜［ｄｌは本発明による
配線の製造・工程を説明するための半導体装置の要部拡
大断面・図、第４図はＭＯ模膜中酸素濃度とエッチ・レ
ート・との関係を示す特性図、第５図は高酸素濃度ＭＯ
・層の含有酸素濃度とテーパー角との関係を示す／＃！
０性図、第６図は２層Ｍｏ膜の全膜厚に対する高酸素。 濃度Ｍｏ層の厚さの比とテーパー角との関係を示す。 特性図である。 １・・・層間絶縁用５ｉ０２膜 ２・・・ＭＯ薄膜３　・・・レジスト・パターン４・・
・ＭＯ配線　　　　　５・・・テーパー状Ｍｏ配線　。 ６・・・細ったレジスト・パターン ７・・・低酸素濃度Ｍｏ層　８・・・高酸素濃度Ｍｏ層
　　。 ９・・・Ｍｏ配線上層部　　１０・・・Ｍｏ配線上層部
　　　。 ０ 特許出願人　日本電信電話公社　　・ 代理人弁理士　中村純之助　　・ ！５ １１ °　１５゜ １２１図 才２図 １　　　　　　　　　　　１ Ｗ１ｊ ・１６・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）電極・配線用に含有する酸素の濃度の異な５る同
   一金属の少なくとも２つの層の積層した膜を。 形成する工程と、該膜上にマスクパターンを形成。 する工程と、該マスクパターンを用いて上記膜の。 露出部分を食刻しその膜の食刻した側面において。 上記同一金属の隣接する２つの層のうちの比較的０酸素
   濃度の高い第１の層の側面を比較的酸素濃度・の低い第
   ２の層の側面に対してより内側に形成す・る工程とを含
   み、階段状またはテーパー状の電極・・配線を形成する
   ことを特徴とする半導体装置の・製造方法。　　　　　
   　　　　　　　　　　　　１）（２）上記含有する酸素
   の濃度の異なる同一金属。 の少なくとも２つの層の積層した膜を形成する工。 程において、各層の厚さ及び酸素濃度の値を選択・する
   ことにより、形成される電極・配線の側面の・°傾斜角
   を制御することを特徴とする特許請求の範０囲第１項記
   載の半導体装置の製造方法。 （３）上記第１の層は上記第２の層上に形成され。 たものであり、上記食刻工程の後に第２の食刻工゛程に
   よって該第１の層を除去する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５方法。