JPS5863150A - 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】 この発明は、半導体基板上に形成されたバリアメタル層
およびその上の主配線金属層からなる積層構造の金属配
線を有する半導体装置の製造方法に関するものである 浅い接合を有する半導体装置たとえば高集積密度の低電
カシヨツトキーＴＴＬなどの半導体集積回路においては
、第１図に示すような金属配線構造が採られている。す
なわち、　８ｉ０．膜２で被覆された半導体基板１上に
、主配線金属層であるたとえばＭに対するバリアー全目
的として、高融点金属層たとえばＷ　、　Ｔｉ、Ｍｏの
単層あるいはこれらの２層構造や合金層などからなるバ
リアメタル層３を配置し、その上にＭまたはＭ系合金か
らなる主配線金属層４を形成している。

このような金属配線構造では、バリアメタルとしての高
融点金属が、半導体基板と主配線金属としてのＭとの間
に挿入されることによって、その後の熱処理により、主
配線金属であるＭが半導体基板と反応するのを阻止する
ので、熱的に安定な信頼性の高い半導体装置を得ること
ができる。

第２図は上記のような金属配線の従来の形成方法、特に
パターン化工程を示す図である。この図により従来のパ
ターン化工程について述べると、まず第２図（５）で示
すように、主配線金属層４をホトエッチで選択除去した
後、図示しないレジスト全除去する。続いて、パターニ
ングされた主配線金属層４をマスクとして、第２図（Ｉ
３）に示すように下層のバリアメタル層３をエツチング
する。

しかるに、このような方法では、バリアメタル層３のエ
ツチング時に、主配線金属層４に対してバリアメタル層
３がサイドエッチされるので、第２図＠に示されるよう
に主配線金属１ｉ４がオーバー・ハングになるという欠
点があった。

したがって、このような半導体装置で多層配線を実現す
る場合、第２図０で示される構造を有する半導体装置の
上に、ＣＶＤで形成されたＰＳＧ（リンガラス）などの
眉間絶縁膜を形成し、さらにその上に第２層の金属配線
を形成する方法が一般的であるが、第１層の金属配線が
第２図（ハ）で示されるようにオーバー・ハング状にな
っていると、第１層金属配線で作られる段差が厳しく、
この部分を層間絶縁膜が充分覆うことができなくなり、
たとえは層間絶縁膜が段差部で異常成長したり、局部的
に薄くなったりあるいは完蚕にカバーできなくなるとい
う所謂ステップ・カバーレッジが悪（なり、第２層の金
属配線が断線あるいは第１層の金属配線とショートする
という問題が発生し、歩留りを大幅に低下させる欠点が
あった。

また、多層構造の場合、第１層の金属配線は、層間絶縁
膜のステラ７゛・カバーレッジをよ（するため、エツジ
部の段差を極力小さくする必要がある。そのため、第１
層の金属配線にバリアメタルを使用する場合は、バリア
メタル層の厚さの分だけ主配線金属層の膜厚を減らテな
どの配慮が必要であったが、主配線金属層の膜厚を減ら
すと、スルーホール形成時に第１層の主配線金属たとえ
ば届がスルーホールのエッチャントによってエツチング
されるため、第１層−第２層金属配線間の導通不良を起
こす危険が高（なるとい５欠点を有していた この発明は上記の点に鑑みなされたもので、パリアメク
ル層と主配線金属層からなる金属配線を有する半導体装
置において、簡単な製造工程によ１ り安定で歩留りのよい多層配線を実現できる半導体装置
の製造方法を提供すること全目的とする。

以下この発明の実施例を第３図を参照して説明する。

第３図（２）において、１１は半導体基板であり、まず
、その表面に８１０２膜１２を形成し、この５ｉｎ２膜
１２にコンタクト窓１３を形成する。

次に、半導体基板１１上、詳しくはコンタクト窓１３を
含む５ｉｎ２膜１２上にバリアメタル層１４を形成する
。このバリアメタル層１４は、その上に形成される主配
線金属としてのＭが、その後の熱処理によりコンタクト
窓１３を介してＰＮ接合に侵入し、接合が破壊さ扛るの
を防ぐために形成されるものであり、接合に対する信頼
性、安定性、再現性の面から１０００λ以上の厚みが必
要である。また、バリアメタル層１４は、高融点金属た
とえばＷ　、　Ｔｉ　、　Ｍｏの単層あるいはこれらの
２層構造薫合金からなり、蒸着またはスパッタ法で形成
される。

続いて、バリアメタル層１４と同様の方法で、このバリ
アメタル層１４上に主配線金属層１５を形成する　この
主配線金属層１５は電気的良導体で形成されるものであ
り、ここではＡＡｉ用いて０．５〜１／ａｎの厚さに形
成される。なお、主配線金属層１５にはＭの他にＭ系合
金たとえばＡｌ−８ｉやＡｌ　−Ｃｕを用いることもで
きる。

次に、主配線金属層１５上にレジスト１６を回転塗布し
た後、そのレジスト１６を通常のホトリソ工程でパター
ニングする、 そして、パターニングされたレジスト１６をマスクにし
て、まず上層の主配線金属層１５をエツチングし、続い
て下層のバリアメタル層１４をエツチングする。このエ
ツチング終了後の状態が第３図（５）に示されている。

この図から明らかなように、この段階では、上層の主配
線金属層１５は下層のバリアメタル層１４に対してオー
バー・ハングになっている。

しかる後、Ｍの選択エッチャントを用いて再度主配線金
属層１５のエツチングを一定時間行うことにより、主配
線金属層１５０オーバー・ハング部およびその内側所定
部分をサイドエッチにより第３図但）に示すように除去
する。この場合、主配線金属層１５の表面はレジスト１
６で保護されているため、主配線金属層１５のサイドエ
ッチだけが進行する。また、バリアメタル層１４および
５ｉｎ２膜１２はＭのエッチャントではエツチングされ
ない。

したがって、このエツチングを終了すると、バリアメタ
ル層１４（下層）および主配線金属層１５（上層）から
なる積層構造の第１層の金属配線１７が、そのエツジ部
が前記第３図［相］に示すように階段状になって形成さ
れる。

次に、第３図（Ｃ）に示すように、全面に層間絶縁膜１
８であるＰＳＧｆｆｉＣＶＤで形成し、通常のホトリン
−エツチング工程でスルーホール１９をあげる。ついで
、第２層の配線金属たとえばＡ１ヲ蒸着またはスパッタ
で形成した上、パターンエッチを行って第２層の金属配
線２０全形成し、２層配線構造を完成する。

以上説明したように、実施例においては、第１層の金属
配線１７のエツジ部では、下層のパリアメクル層１４と
上層の主配線金属層１５が階段状に構成されるため、層
間絶縁膜１８のステップ・カバーレッジが良好となり、
したがって第２層の金属配線２０が第１層の金属配線１
７の段部において断線したりあるいはショートするとい
う問題を解決できる。また、従来の方法では、第１層の
金属配線による段差を小さくするため、バリアメタル層
の厚さの分だけ主配線金属層の膜厚を減らすなどの配慮
が必要であったが、実施例によれば、第１層の金属配線
１７のエツジ部は階段状であるため、主配線金属層１５
の膜厚を減らす必要はなく２層配線構造の導通不良を減
少させることができる。

なお、上記実施例では多層配線において第１層の金属配
線を上述のように形成する場合について説明したが、１
層構造においてその金属配線（勿論、バリアメタル層と
主配線金属層からなる）を実施例のように形成してもよ
く、その場合はパッシベーション膜のカバーレッジに対
して有効であり、耐湿性の向上を期待することができる
。また、３層以上の配線においても同様に適用できるも
のである。

以上詳述したように、この発明の半導体装置の製造方法
によれば、金属配線を構成する下層のバリアメタル層と
上層の主配線金属層のエツジ部が階段状に形成されるよ
うにしたので、簡単な製造工程により安定で歩留りのよ
い多層配線を実現でき、また１層配線の場合は耐湿性の
向上を期待することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はバリアメタル層および主配線金属層からなる金
属配線を採用した半導体装置の断面図、第２図は上記金
属配線の従来の製造方法を説明するだめの断面図、第３
図はこの発明の半導体装置の製造方法の実施例を説明す
るための断面図である。 １１・・・半導体基板、１４・・・バリアメタル層、１
５・・・主配線金属層、１６・・・レジスト、１７・・
・第１層の金属配線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上に形成されたバリアメタル層およびその上
   の主配線金属層からなる積層構造の金属配線を有する半
   導体装置の製造方法において、主配線金属層上のパター
   ニングされたレジストヲマスクとして、まず上層の主配
   線金属層をエツチングし、続けて下層のバリアメタル層
   をエツチングし、再度上層の主配線金属層をエツチング
   することにより前記金属配線のパターン形成を行うこと
   を特徴とする半導体装置の製造方法。