JPS6143855B2 - - 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に関し、特に
多層配線電極構造を有する半導体装置の製造方法
に関するものである。

大規模集積回路をチツプ上に形成した半導体装
置においては、その集積度が増加するにつれて、
素子間の配線が増え複雑化し、多くの交差配線を
必要とする為、配線層を重ねて形成する多層配線
構造を用いるのが普通である。

しかしながら、従来の多層配線構造を有する半
導体装置の製造方法は、第１図に示すように半導
体素子（活性領域）が形成されたシリコンウエー
ハ等の基板１上に酸化シリコン膜等の絶縁膜２を
介してアルミニウム等の金属を全面に蒸着し（第
１図ａ）、その後このアルミニウムの所定部をエ
ツチング除去し下層配線層を形成し（第１図
ｂ）、その上全面に酸化シリコン膜等の層間絶縁
膜５を形成する（第１図ｃ）。次に下層配線層３
上の層間絶縁膜５をエツチング除去し孔部６を形
成した（第１図ｄ）後、これらの全面に下層配線
層と同一材料の上層配線層７を形成する（第１図
ｅ）。かかる方法によれば層間絶縁膜５の形成時
や、孔部６の形成時等に、外部雰囲気等の影響に
より下層配線層表面が犯され、アルミニウムの場
合には、酸化アルミニウム等の絶縁被膜が出来や
すい為、上層配線層を形成する前に下層配線層表
面を洗浄及びエツチング等の処理によりその被膜
を除去しなければならないが、この処理は極めて
因難で、各配線層間の良好な電気接触が得られに
くい。従つて、配線間の電気接触を良くする為に
第２図に示されるような製造方法も提供されてい
るが、以下に述べるとおり良好な半導体素子配線
を得るまでには至つていない。

即ち、同図を参照すると、シリコンウエーハ上
にシリコン酸化膜を介してアルミニウムの下層配
線層を蒸着する時、連続して、その配線層及び素
子特性を劣化させない程度の温度で共晶合金を作
り得る中間薄膜層、例えばアルミニウム配線に対
してはシリコン等を蒸着することにより下層配線
層表面を外部雰囲気から保護する（第２図ａ）。
次に下層配線層３、中間薄膜４をフオトエツチン
グにより同一パターン状に選択除去した下層配線
層を形成した（第２図ｂ）後、その全面に層間絶
縁膜５を形成する（第２図ｃ）。次に層間絶縁膜
５を選択エツチング処理して下層配線層との接続
をとるための孔部６を形成した（第２図ｄ）後、
これらの全面に下層配線層と同一材料を蒸着形成
し、エツチング処理することにより所望の上層配
線層７を形成する（第２図ｅ）。この後、下層配
線層３及び上層配線層７の電気接触を取る為、熱
処理を行ないアルミニウムとシリコン酸化膜とを
溶融することにより中間層の絶縁作用を排除し共
晶体を形成する（第２図ｆ）。

この時、孔部６内に存在する上層配線層の表面
と絶縁膜５上に存在する上層配線層の表面とは孔
部端部において段差がつき、同一表面には存在し
ない。従つてアルミニウムとシリコンで共晶体を
形成する場合熱処理の時点で、アルミニウム金属
原子の大巾な移動並びに溶融状態にあるアルミニ
ウムの表面張力等により孔部端部での段差に基い
て上層配線層が断切れ９をおこしやすく、良好な
電気的接続ができなくなり、信頼性を非常に低下
させていた。この金属原子の移動量は、両配線層
膜厚が薄い程又、共晶化合為の中間層（シリコン
酸化膜）が厚い程いちじるしく、製造工程上の不
安定な変動要因となる。

本発明の目的は、上記欠点を解消することによ
り多層配線における層間の電気的接触を良好に
し、なお、かつ断切れのない半導体装置を提供す
ることにある。

本発明は半導体基板上に下層配線層を形成する
工程と、上層配線層と接続されるべき前記下層配
線層の表面に該下層配線層表面の汚染を防止する
機能をもち、かつ配線としての共晶体を形成する
中間層薄膜を形成する工程と、前記中間層薄膜を
含みかつこれより広い面積の開孔部をもつ層間絶
縁膜を、前記開孔部内に前記中間層薄膜が位置す
るように形成する工程と、前記開孔部において前
記中間層薄膜およびその周囲にある前記下層配線
層と接触するように上層配線層を形成する工程
と、熱処理により前記上層配線層と下層配線層と
を共晶体を介して接続する工程とを有することを
特徴とするものである。

かかる本発明の製造方法によれば、上下各配線
層は下層配線層表面の汚染を防止するための中間
層薄膜を有して接続されるため、電気的接触が良
好となり、かつこの中間層は孔部周辺部には存在
しないので熱処理によて形成される共晶体は孔部
内で作られる。従つて孔部端部での上層配線層の
段切れを確実に防止することができる。

以下、本発明を一実施例を参照してより詳細に
説明する。

第３図は、本発明の一実施例を示す半導体装置
の多層配線の製造方法を工程順に示した断面図で
ある。

シリコンウエーハ１０内に拡散あるいはイオン
打込み等により動作領域（図示せず）を形成した
後、絶縁作用を有する酸化膜（本実施例では酸化
シリコン膜２０）を形成し、その上に下層配線用
のアルミニウム膜３０及びアルミニウム膜３の表
面保護作用を有する中間層薄膜として多結晶シリ
コン膜４０（膜厚約300Å程度）を真空蒸着等に
より形成する（第３図ａ）。次にフオトエツチン
グにより多結晶シリコン膜４０及びアルミニウム
膜３０を選択的に取り除いて下層配線層パターン
３１，４１を形成する（第３図ｂ）。更に再度エ
ツチングにより、下層配線層３１と、その上に形
成される上層配線層との電気的導通部上に多結晶
シリコン膜４２を形成する（第３図ｃ）。次に下
層配線層３１、多結晶シリコン膜４２上に上層配
線層との電気絶縁に寄与する層間絶縁膜として酸
化シリコン膜等の絶縁膜５０を形成する（第３図
ｄ）。次に下層配線アルミニウム層３１上の層間
絶縁膜５０を中間多結晶シリコン膜４２の面積よ
り大きくエツチング除去し孔部６０を形成する
（第３図ｅ）。次に孔部６０により表面が露出し
た、下層配線層３１、中間層４２上に、上層配線
層としてのアルミニウム膜７０を真空蒸着等によ
り形成し、フオトエツチングにより選択的除去し
て上層配線パターンを形成する（第３図ｆ）。こ
の後、300℃程度の熱処理を加えることにより、
下層配線層３１及び中間層４２、上層配線層７０
の共晶体８０を形成する（第３図ｇ）。

以上の様にして形成された多層配線層を有する
半導体装置においては、多結晶シリコンを上下各
配線間に挿入することにより、下層配線層表面の
汚染を防止でき、その後に共晶化され上下各配線
層との電気的接触は孔部６０内の多結晶シリコン
膜４２上においてなされるので、熱処理により溶
融され金属原子が大きく移動する部分は孔部６０
内に限定されるため、上層配線層７０が孔部６０
端部において段差を有していても、その段差によ
る端部での段切れは生じない。即ちアルミニウム
原子の移動を孔部６０の中央部に限定することに
より、段切れを防ぎ、電気的接触の良好な配線層
を得ることができ信頼性を向上させる事が出来
る。

尚、本実施例では配線層のアルミニウムと多結
晶シリコンとの共晶合金を造る時の溶融温度とし
て約300℃としたが、配線層金属が溶融を始める
温度（アルミニウムの場合は約270℃）から、素
子特性を劣化させない程度までの温度範囲であれ
ばよく、通常240℃〜350℃が最適である。

又、上下各配線層間の中間層として多結晶シリ
コンを用いたが、下層配線が酸化されにくいもの
で保護効果を有するものであればよく、例えばチ
タン、白金等でもよいし、配線層としては、アル
ミニウム、金等でもよい。更に、孔部端部から中
間層端部までの距離としては、ほぼ３〜５μの間
隔があれば、上層配線層の段切れを生じさせる心
配はない。なお、本実施例では中間層４２を形成
した後層間絶縁膜５０を形成するようにしている
が、この順序を逆にすることも可能である。例え
ば、下層アルミニウム配線パターン３１を形成し
た後全面を層間絶縁膜５０で覆い、上層配線との
コンタクト部を選択的に開孔し、しかる後この開
孔より小さな開孔をもつマスク（例えば、レジス
ト膜）を形成してからこの小さな開孔内に層間層
薄膜２４を被着するようにしてもよい。いずれの
方法を採用しても、要は上層配線とのコンタクト
部より小さな中間層薄膜を形成することによつて
本発明の効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｅおよび第２図ａ〜ｆは従来の半導
体装置の多層配線方法を工程順に示した断面図で
あり、第３図ａ〜ｇは本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断面図であ
る。 １，１０……シリコンウエーハ、２，２０……
絶縁膜（酸化シリコン膜）、３，３０・３１……
下層配線層（アルミニウム層）、４，４０・４
１・４２……共晶用中間層薄膜（多結晶シリコ
ン）、５，５０……層間絶縁膜（酸化シリコン
膜）、６，６０……両配線層間導通用孔部、７，
７０……上層配線層（アルミニウム層）、８，８
０……共晶体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体基板上に下層配線層を形成する工程
   と、上層配線層と接続されるべき前記下層配線層
   の表面に該下層配線層表面の汚染を防止する機能
   をもち、かつ配線としての共晶体を形成する中間
   層薄膜を形成する工程と、前記中間層薄膜を含み
   かつこれより広い面積の開孔部をもつ層間絶縁膜
   を、前記開孔部内に前記中間層薄膜が位置するよ
   うに形成する工程と、前記開孔部において前記中
   間層薄膜およびその周囲にある前記下層配線層と
   接触するように上層配線層を形成する工程と、熱
   処理により前記上層配線層と下層配線層とを共晶
   体を介して接続する工程とを有することを特徴と
   する半導体装置の製造方法。