JPS59189657A - 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】 産業上の利用分野 本発明は半導体集積回路装置の集積度の向上や配線抵抗
の減小を図るためのアルミニウム多層配線に関し、その
製造工程を改善し、製造歩留シや素子の信頼性向上を図
った新規な半導体装置の製造方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、半導体集積回路装置の集積度の向上を図るため、
素子寸法の縮小と共に配線の多層化が活発に進められて
いる。ＭＯ８集積回路装置では、基板に形成した拡散層
、多結晶シリコン、アルミニウムなどが配線に用いられ
ている。素子の微細化に伴い、多結晶シリコンにかわり
、低抵抗の高融点金属が使われる傾向にあるが、実用上
多くの問題がある。このため、従来から用いられている
アルミニウムを見直し、これを多層構造化した、いわゆ
る、多層アルミニウム配線が注目されている。たとえば
、ゲートアレイなどの半導体集積回路装置では２〜３層
のアルミニウム配線が用いられている。しかし、アルミ
ニウムの多層配線は微細化や製造歩留り、素子の信頼性
に関して、多くの問題がある。

従来から実施されているアルミニウムの二層配線につい
て、製造工程断面図を用いて説明する。

第１図ａはＰ型シリコン基板１の主面に二酸化硅素膜２
を形成し、この上に第１層アルミニウム３を蒸着し、写
真食刻法によシ、配線パターンの形成を行う。次に、第
１図ｂＶＣ示すように層間絶縁膜４を堆積する。この層
間絶縁膜は気相成長法により形成した二酸化硅素又はリ
ン硅酸ガラス、プラズマ成長したシリコンナイトライド
膜などが一般的に用いられている。次に第１図Ｃの如く
、この層間絶縁膜４に、下層の第１層アルミニウム３と
上層の第２層アルミニウムとの接続部６を、与真食刻法
によシ開孔する。これはプラズマ・エツチング技術によ
シ層間絶縁膜４のみを選択的エツチングする。次に第１
図ｄの如く、この上に第２層アルミニウム６を堆積し、
写真食刻法によシ所定形状のパターン形成した後、水素
雰囲気などで、４００〜４５０’Ｃで熱処理する。この
後、保護膜了を堆積する。３層以上の多層アルミニウム
配線についても同様な工程の繰り返しである。

このような従来方法では、第１層と第２層アルミニウム
の接触不良が発生しやすく、この原因は第１層アルミニ
ウム表面に生じたアルミニウム酸化物が残存しているこ
とである。これを除くため、第２層アルミニウム蒸着を
スパッタ方式で行い、蒸着前に逆スパッターによるスパ
ッタエッテヲ行ない、表面のアルミニウム酸化物を除き
、連続してアルミニウムを蒸着する方法が用いられてい
る。

゛しかし、このような従来方法では次のような問題があ
る。すなわち、第１に、ＭＯＳ集積回路装置では、この
逆スハソターエッテによＩ）、ＭＯＳ　）ランジスタの
閾値の変動が生じ、これはアニール処理により完全には
回復しない。このためＭＯＳトランジスタのゲート上部
で接続することは、影響が大き〈実施できない。第２に
、この接続部は第１層アルミニウムが平坦な部分上に設
ける必要があシ、下地が多層配線となシ、段差が大きく
なると、この接続のための面積が集積度向上の障害とな
る。第３に、傾斜部に開孔すると、逆スパツタ・エッチ
が均一にされず、傾斜部では接触抵抗が大きくなるから
である。

以上のように従来方法ではＭＯＳトランジスタの閾値変
動や配線密度の向上が容易にできないという大きな問題
がある。

売切の目的 本発明はこのような従来のアルミニウムの多層配線の製
造方法の欠点を除くためになされたものてあり、多層の
アルミニウムの接続を容易に行い、素子の信頼性の向上
を図り、多層アルミニウム配線密度の向上を可能にする
半導体装置の製造方法を提供するものである。

発明の構成 本発明は２層のアルミニウム間の接続において、ＭＯＳ
トランジスタの閾値変動などの素子の信頼性低下の防止
、製造歩留りと配線密度の向上を可能にするため、逆ス
パツタ・エッチを行うことなく、第１層アルミニウムに
、シリコンを連続してスパッタ蒸着し、第２層アルミニ
ウムとの間にシリコン膜を介して蒸着することにより、
接触抵抗を大きくすることなく、容易に接続できる条件
を児い出した。この２層のアルミニウム間に蒸着したシ
リコン膜を１００八から６００人にすれば、熱処理によ
り合金化し、接続部のシリコンはほぼ全て、アルミニウ
ム中へ移動し、接触抵抗の増大は発生しない。

本発明は前述の如く、第１層アルミニウム上にシリコン
を蒸着し、これを介して第２層アルミニウムを接続する
ことにより、素子の信頼性、製造歩留りと配線密度の向
上を図るものである。

実施例の説−明 次に本発明にかかる実施例について説明する。

第２図はＭＯＳ集積回路装置に適用した場合の、アルミ
ニウム２層配線の部分のみを、説明を容易にするために
示した断面図である。１はＰ型シリコン基板、２は二酸
化硅素膜、３は第１層アルミニウム配線、４は層間絶縁
膜、６は第２層アルミニウム、７は保護膜を示す。８は
スパッタ蒸着によシ堆積したシリコン膜であシ、第２層
アルミニウムのパターン形成後、熱処理により合金化す
ることにより、接続部のシリコンはアルミニウム中に移
動し、シリコン層はなぐなシ、この部分以外のシリコン
膜は一部、第１層アルミニウム中に移動し、一部は残る
０２層のアルミニウムの接触抵抗は増大しない。

次に本実施例の製造工程を第３図に工８順断面図を用い
て示す。

第３図ａに示す如く、Ｐ型シリコン基板１の主面に二酸
化硅素膜２を形成し、この上に第１層アルミニウム膜３
．シリコン膜８を連続してスパッタ蒸着する。シリコン
膜は１００〜６００Ａとし、アルミニウム表面を酸化さ
れないように、同一真空中で連続してスパッタ蒸着する
。シリコン膜はリンを含んだものでも同様な効果がある
。次に、第３図すの如く、フォトレジスト９をマスクと
して、写真食刻法によシ、シリコン膜８．第１層アルミ
ニウム膜３を連続してエツチングする。次に７オトレジ
スト９を除去した後、第３図Ｃの如く、層間絶縁膜４を
堆積する。この層間絶縁膜４はプラズマ気相成長法によ
シ成長したチソ化硅素膜０．５μｍと、リン硅酸ガラス
０．６μｍの二層からなる。次に第３図ｄの如く、写真
食刻法により、接続部６を開孔する。層間絶縁膜４のみ
を選択的にエツチングし、シリコン膜８は残す。シリコ
ン膜８と層間絶縁膜４のエツチング選択比を考慮すると
、経験上シリコン膜厚４００〜６００八とした条件が、
均一にシリコン膜を残すために適当であった。次に第３
図ｅの如く、第２層アルミニウム６を蒸着し、写真食刻
法によりパターン形成する。アルミニウム蒸着の過程で
は逆スパツタエッチによるシ）ノごン膜８０表面酸化膜
除去は不要である。第１層アルミニウム３と第２層アル
ミニウム６は、シリコン膜８を介して接触している。次
に４５℃のＮ２−Ｈ２混合ガス雰囲気で熱処理し、合金
化すると、シリコン粒子は第１層及び第２層アルミニウ
ム中に移動し、シリコン膜厚は減少する。第１層アルミ
ニウム上のシリコン膜は一部残シ、アルミニウムと層間
絶縁膜４の接触によって生じる歪を軽減する。第１層と
第２層アルミニウムの接続部では、シリコン粒子が、両
層へ移動し、シリコン層はなくなる。そして、最終的に
は、この上に保護膜７を堆積して、第２図示構造にする
。

本実施例に係る第１層及び第２層アルミニウム膜が、他
の成分、例えば銅やシリコンなどとの合金膜であっても
、第１ノーアルミニウム合金上に、連続してシリコン膜
をスパッタ蒸着することにより同様な効果が得られる。

但し、シリコン・アルミニウム合金ではシリコン含有量
に応じて、シリコン膜厚最適値が異なる。

発明の効果 本発明による製造方法では、第１層アルミニウム上に、
シリコン膜を蒸着することによシ、アルミニウムの酸化
を防止できるため、第２層アルミニウム蒸着前に逆スパ
ツタエッチが不要となる〇従−）で、ＭｏＳトランジス
タの閾値は安定化し、素子の信頼性向上が図れた。また
、第１層アルミニウムの傾斜部分でも、開孔し、接続で
きるため、配線密度の向上が図れた。また、アルミニウ
ム膜と層間絶縁膜の間にシリコン膜が薄く残るため、接
触面で生じる歪を軽減する効果も得鳴れた。このような
効果は、アルミニウム合金膜についても認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ　−ｄは従来の２層アルミニウム配線を有する
半導体装置の製造工程ｊ臆断面図、第２図は本発明の実
施例にかかる半導体装置の断面図、第３図ａ　％　ｅは
その製造工程順断面図である。 １・・・・・半導体基板、２・・・・・二酸化硅素膜、
３・・・・・・第１層アルミニウム、４・・・・層間絶
縁膜、５・・・・・接続部、６・・・・・・第２層アル
ミニウム、７・・・・・・保護膜、８・・・・・・シリ
コン膜。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ３ 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１層アルミニウム膜上に、シリコン膜を堆積し
   、これらを写真食刻法によシバターン形成する工程と、
   この上に層間絶膜を形成し、これを開孔する工程と、第
   ２層アルミニウム膜を蒸着し、写真食刻法によりパター
   ン形成する工程と、これを熱処理によりアルミニウム・
   シリコン合金全形成する工程を有する半導体装置の製造
   方法。
2. （２）第１層及び第２層アルミニウムが、アルミニウム
   合金からなる特許請求の範囲第１項如記載の半導体装置
   の製造方法。