JP2000294636A

JP2000294636A - 半導体装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000294636A
Application number: JP11101538A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Urano; 裕一浦野
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】下層配線の線幅が狭い場合でも、上層配線と下
層配線のコンタクトが安定して得られる半導体装置およ
びその製造方法を提供すること。【解決手段】シリコン基板１上に第１の絶縁膜２を形成
し、この上にアルミ系の金属膜である下層配線３と、こ
の下層配線３上面に第２の導電膜である高融点金属膜４
を形成し、この高融点金属膜４と下層配線３の側面に窒
化膜のスペーサ５を形成し、その上に層間絶縁膜６を成
膜し、高融点金属膜４上の層間絶縁膜６に、ビア・コン
タクトホール９を形成し、このビア・コンタクトホール
９をビア・コンタクトプラグ７であるタングステン膜を
充填し、その上に上層配線８を形成する。こうすること
で、ビア・コンタクトプラグ７を介して、下層配線３と
上層配線８が確実に接続され、その結果、コンタクト抵
抗の増大が抑制され、安定したコンタクトが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、多層配線構造の
半導体装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の微細化により、多層配線に
おいても配線幅および配線間隔が縮小されてきている。
それに伴い、下層配線と上層配線を接続するビア・コン
タクト（Ｖｉａ・Ｃｏｎｔａｃｔ）のサイズも縮小され
てきているが、コンタクトのサイズ縮小に伴うコンタク
ト抵抗の増加や、パターニングのマスク合わせずれによ
るコンタクト不良の問題がある。

【０００３】一般に、ビア・コンタクトホール（接続
孔）は下層配線上の中央部に置くため、ビア・コンタク
トホールが配置される下層配線の線幅Ｗは、ビア・コン
タクトの直径Ｃと片側のアライメントマージンＴからＷ
＝Ｃ＋２Ｔとなる。しかしながら、このデザインではビ
ア・コンタクトホールを微細化しようとした場合でも、
パターニングずれなどにより、アライメントマージンＴ
を小さくすることができず、そのため、ビア・コンタク
トホールを配置する部分の下層配線の幅Ｗを小さくする
ことができない。その結果、従来の配線構造ではデバイ
スの微細化が困難である。

【０００４】そこで、上記の問題点を解消するために、
現在ボーダーレスコンタクトと呼ばれる配線構造が検討
されている。図９は、従来のボーダーレスコンタクトの
多層配線を有する半導体装置の要部断面構造である。

【０００５】半導体装置は、シリコン基板２１上に形成
された絶縁膜２２と、この絶縁膜２２上に形成したアル
ミ系金属膜からなる下層配線２３と、アルミ系金属膜の
上面を覆う高融点金属膜である導電膜２４と、下層配線
２３上に形成した層間絶縁膜２６と、下層配線２３上に
形成したビア・コンタクトホールを充填するビア・コン
タクトプラグ２７（接続導体）と、ビア・コンタクトプ
ラグ２７を介して下層配線２３と接続された層間絶縁膜
２６上に形成された上層配線２８を有している。この構
造において、ビア・コンタクトプラグ２７が下層配線の
少なくとも一部にかかるように配置されている構造を一
般的にボーダーレスコンタクトと呼ばれている。この構
造を用いれば、ビア・コンタクトプラグ２７を配置する
部分の下層配線の線幅Ｗを広くする必要が無くなる。そ
のため、下層配線の線幅Ｗおよび配線間隔Ｌを前記した
構造より小さくすることができるので、回路の高密度化
が図れ、また下層配線とビア・コンタクトプラグとの接
触面積が大きくなることで、コンタクト抵抗の低減を図
ることができる。

【０００６】しかしながら、ボーダーレスコンタクト構
造を採用しても、実際はビア・コンタクトプラグのサイ
ズの縮小化に伴い、コンタクト抵抗が著しく増加する。
これは、ビア・コンタクトホールの形成をフッ素・炭素
系のガスを用いた異方性エッチングで行うため、ビア・
コンタクトホールを形成するときに、下層配線の側面に
露出したアルミ系配線がスパッタリングされ、エッチン
グガス中のＦラジカルなどと反応して、Ａｌ，Ａｌ_XＦ
_Y,Ｔｉ，Ｔｉ_xＦ_Yを含むフッ素系のポリマーが形成さ
れ、図９に示すうように下層配線の露出面などにそのフ
ッ素系のポリマー３０が堆積するためである。これらの
堆積物は絶縁性物質からなり、特に、ＡｌＦ₃が多く含
まれる。これらの堆積物はエッチング後の酸素プラズマ
によるアッシングでレジストマスクを除去する際にも除
去できずに残留してしまうため、コンタクト抵抗を増加
させる。

【０００７】そこで、下層配線の側面をタングステンま
たはチタンの少なくとも一つを含んだ導電膜で覆う構造
が特開平９−２３２４２３号公報で開示されている。こ
れによると、導電膜をＣＶＤ法により選択的に配線側面
に形成する方法と、ＣＶＤ法により導電膜を形成した後
にエッチバックにより、下層配線側面に導電膜を選択的
に残す方法が開示されている。これらの方法では、下層
配線の側面がタングステンまたはチタンを含む導電膜で
被覆され、アルミ系金属膜で形成された下層配線の表面
が露出しない。そのために、ビア・コンタクトホールを
形成するためのドライ・エッチングを行うときに、Ａ
ｌ，Ａｌ_XＦ_Yを含むフッ素系のポリマーが形成されな
くなるので安定したビア・コンタクトホールが形成でき
るとされている。つぎに、特開平９−２３２４２３号公
報で開示されている製造方法について説明する。

【０００８】図１０から図１３は、従来の多層配線構造
を有する半導体装置の製造方法で、工程順に示した要部
製造工程断面図である。図１０において、シリコン基板
３１上に絶縁膜３２を形成し、この絶縁膜３２上にアル
ミ系金属膜を全面に形成し、このアルミ系金属膜をパタ
ーニングして下層配線３３を形成する。この下層配線３
３を形成するときのドライエッチングで、アルミ系金属
膜とエッチングガスとレジストが反応して、下層配線３
３の表面に有機系のポリマー４１が被着する。

【０００９】図１１において、この下層配線３３の表面
に高融点金属膜の導電膜３４を選択成長させる。このと
き、有機系のポリマー４１が被着した箇所は導電膜３４
が成長しない。

【００１０】図１２において、層間絶縁膜３６を全面に
被覆し、平坦化処理した後、ビア・コンタクトホール３
９を形成する。このとき導電膜３４が成長しなかった部
分で、アルミ系金属膜が露出すると、ビア・コンタクト
ホール３９を形成するときのドライエッチングガスとア
ルミ系金属膜が反応して、ビア・コンタクトホール３９
の側面および導電膜３４の表面に絶縁性のポリマー４２
ａが形成される。

【００１１】図１３において、ビア・コンタクトホール
３９の側壁および底部と下層配線３３と導電膜３４の表
面に被着した絶縁性のポリマーを除去する。しかし、完
全に除去できない状態でビア・コンタクトホール３９に
ビア・コンタクトプラグ３７を充填し、表面に上層配線
３８を形成する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示すように、
導電膜３４を下層配線３３の側面に選択成長させる場
合、まず、図１０に示すように、ドライエッチングによ
りアルミ系金属膜である下層配線３３を形成する。この
ときに、下層配線３３の側面にエッチング抑止層である
有機系のポリマー４１が堆積する。この有機系のポリマ
ー４１がドライエッチング後の有機系のポリマー除去工
程を施しても完全に除去されずに、下層配線３３の側壁
に残留するため、前記の導電膜３４の選択成長が阻害さ
れる。つまり、有機系のポリマー４１が残留している側
壁には、導電膜３４が形成されない。その後の被覆され
た層間絶縁膜３６にビア・コンタクトホール３９を開け
る場合に、導電膜３４が形成できなかった部分では、ア
ルミ系金属膜である下層配線３３が露出する。そうする
と、前記したように、ビア・コンタクトエッチングでＡ
ｌ，Ａｌ_XＦ_Yを含むフッ素系のポリマーである絶縁性
のポリマー４２ａがビア・コンタクトホールの側壁に形
成される（通称、クラウン：ｃｒｏｗｎと称す）。

【００１３】図１３に示すように、この絶縁性のポリマ
ー４２ａはビア・コンタクトプラグ３７を形成する前
に、エッチングで除去処理を行うが、完全に除去でき
ず、この絶縁性のポリマー４２が残留する。そのため、
コンタクト抵抗が増大し、且つ、安定したコンタクトが
得られない。

【００１４】また、図示しないが、ＣＶＤ法により導電
膜を形成した後、エッチバックにより、下層配線側面に
導電膜を選択的に残す方法では、下層配線側面以外の箇
所の導電膜を完全に除去する必要がある。もし、導電膜
が除去されずに残ってしまうと、下層配線同志が短絡し
てしまう。一方、完全に除去するために、オーバーエッ
チングすると、層間絶縁膜の平坦化形状が悪化して上層
配線の加工を難しくし、悪化の程度が大きい場合には上
層配線が断線してしまう。

【００１５】さらに、前記の従来の構成では、つぎのよ
うなことが発生する。すなわち、深さの異なるビア・コ
ンタクトホールを反応性イオンエッチングにて形成する
際、プロセスマージン確保のため、絶縁膜の膜厚変動、
エッチング速度の変動を加味し、オーバーエッチングす
る必要がある。オーバーエッチングの際、比較的深さの
浅いビア・コンタクトホールでは、スパッタリングで下
層配線上面の高融点金属膜が除去され、下層配線を形成
するアルミ系金属膜が露出し、そのアルミ系金属膜がス
パッタリングされて、前記のように、フッ素系のポリマ
ーがビア・コンタクトホールの側壁に堆積する。その
後、レジストマスクの除去のための酸素プラズマによる
アッシングでも、このフッ素系のポリマーは除去できず
残留する。

【００１６】その後、プリクリーンを行い上層配線をス
パッタリングで堆積する。しかし、フッ素系のポリマー
がビア・コンタクトホールを塞いで、ビア・コンタクト
ホール内部に上部配線の金属が充填できず、下層配線と
上層配線のコンタクトが不安定になる場合が生じる。

【００１７】この発明の目的は、前記の課題を解決し
て、下層配線の線幅が狭い場合でも、上層配線と下層配
線のコンタクトが安定して得られる半導体装置およびそ
の製造方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、半導体基板上に形成された第１の絶縁膜と、該第
１の絶縁膜上に選択的に形成された第１の金属膜と、該
第１の金属膜上面に形成された第２の金属膜と、前記第
１の金属膜の側面に形成された第２の絶縁膜と、前記第
１の金属膜表面に形成された層間絶縁膜と、該層間絶縁
膜上に選択的に形成された第３の金属膜と、前記層間絶
縁膜に選択的に形成されたビア・コンタクトホール（接
続孔）を充填して、前記第３の金属膜と前記第１および
前記第２の金属膜とを、電気的に接続するビア・コンタ
クトプラグ（接続導体）とを有する構成とする。

【００１９】半導体基板上に形成された第１の絶縁膜
と、該第１の絶縁膜上に選択的に形成された第１の金属
膜と、該第１の金属膜上面に形成された第２の金属膜
と、前記第１の金属膜の側面に形成された第２の絶縁膜
と、前記第１の金属膜表面に形成された層間絶縁膜と、
該層間絶縁膜上に選択的に形成された第３の金属膜と、
前記層間絶縁膜に選択的に形成されたビア・コンタクト
ホールを充填して、前記第３の金属膜と前記第１および
前記第２の金属膜とを、電気的に接続するビア・コンタ
クトプラグとを有する半導体装置の製造方法で、第２の
絶縁膜である窒化膜が、第１および第２の金属膜表面と
第１の絶縁膜表面にプラズマＣＶＤ法もしくは熱ＣＶＤ
法により成膜される製造方法とする。

【００２０】半導体基板上に形成された第１の絶縁膜
と、該第１の絶縁膜上に選択的に形成された第１の金属
膜と、該第１の金属膜上面に形成された第２の金属膜
と、前記第１の金属膜の側面に形成された第２の絶縁膜
と、前記第１の金属膜表面に形成された層間絶縁膜と、
該層間絶縁膜上に選択的に形成された第３の金属膜と、
前記層間絶縁膜に選択的に形成されたビア・コンタクト
ホールを充填して、前記第３の金属膜と前記第１および
前記第２の金属膜とを、電気的に接続するビア・コンタ
クトプラグとを有する半導体装置の製造方法で、第２の
絶縁膜である窒化膜が、第１および第２の金属膜表面と
第１の絶縁膜表面に成膜された後、異方性エッチング
で、第１の金属膜の側面にスペーサとして選択的に残留
する製造方法とする。

【００２１】前記第２の絶縁膜が窒化膜で、第１の金属
膜がアルミ系金属膜で、第２の金属膜が高融点金属膜
で、層間絶縁膜が酸化膜であるとよい。前記の高融点金
属膜がＴｉＮ膜であるとよい。

【００２２】半導体基板上に形成された第１１の絶縁膜
と、該第１１の絶縁膜上に選択的に形成された第１１の
金属膜と、該第１１の金属膜上面に形成された第１２の
金属膜と、該第１２の金属膜の側面に選択的に形成され
た第１２の絶縁膜と、前記第１１の金属膜表面に形成さ
れた層間絶縁膜と、該層間絶縁膜上に選択的に形成され
た第１３の金属膜と、前記層間絶縁膜に選択的に形成さ
れたビア・コンタクトホールを充填して、前記第１３の
金属膜と前記第１１および前記第１２の金属膜とを、電
気的に接続するビア・コンタクトプラグとを有する構成
とする。

【００２３】半導体基板上に形成された第１１の絶縁膜
と、該第１１の絶縁膜上に選択的に形成された第１１の
金属膜と、該第１１の金属膜上面に形成された第１２の
金属膜と、該第１２の金属膜の側面に選択的に形成され
た第１２の絶縁膜と、前記第１１の金属膜表面に形成さ
れた層間絶縁膜と、該層間絶縁膜上に選択的に形成され
た第１３の金属膜と、前記層間絶縁膜に選択的に形成さ
れたビア・コンタクトホールを充填して、前記第１３の
金属膜と前記第１１および前記第１２の金属膜とを、電
気的に接続するビア・コンタクトプラグとを有する半導
体装置の製造方法で、第１２の絶縁膜である窒化膜が、
第１１および第１２の金属膜表面と第１１の絶縁膜表面
にプラズマＣＶＤ法もしくは熱ＣＶＤ法により成膜され
る製造方法とする。

【００２４】前記第１２の絶縁膜が窒化膜で、第１１の
金属膜がアルミ系金属膜で、第１２の金属膜が高融点金
属膜で、層間絶縁膜が酸化膜であるとよい。前記の高融
点金属膜がＴｉＮ膜であるとよい。前記第２の絶縁膜で
ある窒化膜の膜厚が５０ｎｍないし３００ｎｍであると
よい。

【００２５】前記第１２の絶縁膜である窒化膜の膜厚が
５０ｎｍないし３００ｎｍであるとよい。前記ビア・コ
ンタクトのエッチング工程が、前記層間絶縁膜である酸
化膜のエッチング工程と、前記第１２の絶縁膜である窒
化膜のエッチング工程の２段階工程からなるとよい。

【００２６】前記のようにすることで、ビア・コンタク
トホールのドライ・エッチングの際に、アルミ系金属膜
で形成された第１または第１１金属膜の側面が露出しな
いために、スパッタリングによって出てくるＡｌとエッ
チングガスとの反応で形成される絶縁性ポリマーの堆積
を避けることができる。そのため、安定したコンタクト
を形成することができる。

【００２７】また、同一半導体基板上に深さの異なるコ
ンタクトが存在した場合でも、第２または第１２の絶縁
膜である窒化膜が、ビア・コンタクトホールを形成する
ときの層間絶縁膜である酸化膜のエッチングで、エッチ
ング・ストップ・レイヤーとして働くために、アルミ系
金金属膜で形成された第１または第１１金属膜の側面が
露出しない。そのため、前記のように、安定したコンタ
クトを形成することができる。

【００２８】また、第２または第１２の絶縁膜は、窒化
膜の代わりに、層間絶縁膜である酸化膜に対して、ビア
・コンタクトホールのエッチング時に十分な選択比を取
ることが出来る材料であれば、同様の効果が得られる。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１から図４は、この発明の第１
実施例の半導体装置の製造方法で、工程順に示した製造
工程断面図である。図１において、シリコン基板１上に
第１の絶縁膜２であるＢＰＳＧ膜を熱ＣＶＤ法により成
膜する。つぎに、９００℃前後の熱処理を行い、ＢＰＳ
Ｇ膜をリフローさせる。この第１の絶縁膜２上にスパッ
タリング法により膜厚３０ｎｍ程度のＴｉ膜、膜厚１０
０ｎｍ程度のＴｉＮ膜、膜厚５００ｎｍ程度のＡｌＳｉ
Ｃｕ膜で構成されるアルミ系の金属膜である第１の導電
膜３ａおよび膜厚３０ｎｍ程度のＴｉＮ膜の高融点金属
膜である第２の導電膜４ａとを成膜する。

【００３０】図２において、この第１の導電膜３ａと第
２の導電膜４ａからなり、膜構造として４層構造である
薄膜を、フォトエッチングすることで、第１の導電膜３
ａからなる下層配線３（請求項に記載の第１の金属膜に
相当する）と、この下層配線３上面に第２の導電膜であ
る高融点金属膜４（請求項に記載の第２の金属膜に相当
する）が被覆した構造とする。この高融点金属膜４と下
層配線３の側面を被覆する第１の窒化膜５ａを、膜厚５
０ｎｍから３００ｎｍの厚さで、プラズマＣＶＤ法によ
り成膜する。この膜厚は薄すぎると下地の下層配線３が
露出する場合が生じる。また、厚すぎると成膜に時間は
かかるため上記の範囲が好ましい。

【００３１】図３において、異方性エッチングにより、
下層配線３と高融点金属膜４の側面にスペーサ５として
第１の窒化膜５ａを残し、第１の絶縁膜２を露出させ
る。その後、表面に膜厚１μｍ程度のＴＥＯＳ（Ｔｅｔ
ｒａｅｔｈｙｌＯｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）をガス
ソースとするプラズマＣＶＤ法により、層間絶縁膜６を
成膜し、ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃ
ａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）法で、層間絶縁膜６を３０
０ｎｍから５００ｎｍ程度エッチバックして平坦化す
る。前記スペーサ５の一部を露出するように、高融点金
属膜４上の層間絶縁膜６に、ビア・コンタクトホール９
を形成する。

【００３２】このとき、アルミ系の金属膜である下層配
線３の側面は窒化膜であるスペーサ５で被覆されている
ので、ビア・コンタクトホール９を形成するときの異方
性エッチングによるスパッタリングで、Ａｌが叩きださ
れることがなく、そのため、Ａｌとエッチングガスとの
反応で形成される絶縁性のポリマーが堆積することはな
い。

【００３３】図４において、続いて、スパッタリング法
により、層間絶縁膜６とビア・コンタクトプラグ７であ
るタングステン膜との密着層として、図示しない膜厚１
００ｎｍ程度のＴｉＮ膜を成膜する。ＷＦ_6,Ｈ_2,ＳｉＨ
₄をガスソースとする熱ＣＶＤ法により、膜厚５００ｎ
ｍ程度のタングステン膜を成膜した後、ＳＦ₆を使用し
たエッチバック法で、ビア・コンタクトホール９の中だ
けにタングステン膜を残すことで、ビア・コンタクトプ
ラグ７を形成する。その後、スパッタリング法により、
膜厚８００ｎｍ程度のＡｌＳｉＣｕ膜を成膜した後、フ
ォトエッチング法で上層配線８（請求項に記載の第３の
金属膜に相当する）を形成する。

【００３４】前記の図１から図４の製造工程とすること
で、ボーダーレスコンタクト構造を採用した場合でも、
ビア・コンタクトプラグ７を介して、下層配線３と上層
配線８が確実に接続され、その結果、コンタクト抵抗の
増大が抑制され、安定したコンタクトが得られる。

【００３５】また、図４が、この発明の第２実施例の半
導体装置の要部断面図でもある。この要部断面図の説明
は前述した通りであるので省略する。図５から図８は、
この発明の第３実施例の半導体装置の製造方法で、工程
順に示した製造工程断面図である。

【００３６】図５において、シリコン基板１上に第１の
絶縁膜２であるＢＰＳＧ膜を熱ＣＶＤ法により成膜す
る。つぎに、９００℃前後の熱処理を行い、ＢＰＳＧ膜
をリフローさせる。この第１の絶縁膜２上にスパッタリ
ング法により膜厚３０ｎｍ程度のＴｉ膜、膜厚１００ｎ
ｍ程度のＴｉＮ膜、膜厚５００ｎｍ程度のＡｌＳｉＣｕ
膜で構成されるアルミ系の金属膜である第１の導電膜３
ａおよび第２の導電膜４ａとして膜厚３０ｎｍ程度のＴ
ｉＮ膜の高融点金属膜とを成膜する。

【００３７】図６において、この第１の導電膜３ａおよ
び第２の導電膜４ａからなり、膜構造として４層構造で
ある薄膜をフォトエッチングすることで、第１の導電膜
３ａからなる下層配線３と、この下層配線３上面に第２
の導電膜である高融点金属膜４が被覆した構造とする。
この高融点金属膜４と下層配線３の側面を被覆する第１
の窒化膜１１ａを、前記と同様に５０ｎｍから３００ｎ
ｍの範囲で、プラズマＣＶＤ法により成膜する。

【００３８】図７において、表面に膜厚１μｍ程度のＴ
ＥＯＳ（ＴｅｔｒａｅｔｈｙｌＯｒｔｈｏｓｉｌｉｃ
ａｔｅ）をガスソースとするプラズマＣＶＤ法により、
層間絶縁膜６を成膜し、ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭ
ｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）法で、層間
絶縁膜６を３００ｎｍから５００ｎｍ程度エッチバック
して平坦化する。酸化膜エッチングにより、層間絶縁膜
６に孔を形成し、その後で、窒化膜エッチングにて、こ
の第１の窒化膜１１ｂを除去して、ビア・コンタクトホ
ール９を形成する。

【００３９】このとき、深さの異なるコンタクトが同一
半導体基板上に存在しても、窒化膜に対して十分な選択
比がとれる酸化膜エッチングであれば、第１の窒化膜１
１ｂがエッチングストップレイヤーとして働くので、十
分なオーバーエッチングを行うことができる。また、そ
の次に行う窒化膜エッチングでは深さの異なるコンタク
トでも下層配線３と高融点金属膜４上の第１の窒化膜１
１ａの厚さは均一であるために窒化膜エッチング時の異
方性エッチングによるスパッタリングで、過剰なオーバ
ーエッチングをしなくてすみ、また、Ａｌが叩きだされ
ることがなく、そのため、Ａｌとエッチングガスとの反
応で形成される絶縁性のポリマーが堆積することはな
い。

【００４０】図８において、スパッタリング法により、
層間絶縁膜６とビア・コンタクトプラグであるタングス
テン膜との密着層として膜厚１００ｎｍ程度のＴｉＮ膜
を成膜する。ＷＦ_6,Ｈ_2,ＳｉＨ₄をガスソースとする熱
ＣＶＤ法により、膜厚５００ｎｍ程度のタングステン膜
を成膜した後、ＳＦ₆を使用したエッチバック法で、ビ
ア・コンタクトホール９の中だけにタングステン膜を残
すことで、ビア・コンタクトプラグ７を形成する。スパ
ッタリング法により、膜厚８００ｎｍ程度のＡｌＳｉＣ
ｕ膜を成膜した後、フォトエッチング法で上層配線８を
形成する。

【００４１】前記の図５から図８の製造工程とすること
で、下層配線３と上層配線８とを接続するビア・コンタ
クトプラグ７が、下層配線３の上部側面とも接触してい
るために、ボーダーレスコンタクト構造を採用した場合
でも、下層配線３と上層配線８とが一層確実に接続さ
れ、その結果、コンタクト抵抗の増大が抑制され、安定
したコンタクトが得られる。また、図８が、この発明の
第４実施例の半導体装置の要部断面図でもある。この要
部断面図の説明は、前述した通りであるので省略する。

【００４２】

【発明の効果】この発明によれば、アルミ系金属膜の側
面を絶縁膜で被覆することで、層間絶縁膜にビア・コン
タクトホールを形成するときに、絶縁性のポリマーがこ
のビア・コンタクトホールの側壁を被覆することがな
く、ボーダーレスコンタクト構造を採用した多層配線に
おいて、コンタクト抵抗の増大が抑制され、安定なコン
タクトを得ることができる。

【００４３】また、アルミ系金属膜の側面と上面を窒化
膜で被覆することで、深さの異なるビア・コンタクトホ
ールが混在するボーダーレス構造を採用した多層配線
で、コンタクト抵抗の増大が抑制され、安定なコンタク
トを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の半導体装置の製造工程
断面図

【図２】図１に続く、この発明の第１実施例の半導体装
置の製造工程断面図

【図３】図２に続く、この発明の第１実施例の半導体装
置の製造工程断面図

【図４】図３に続く、この発明の第１実施例の半導体装
置の製造工程断面図／この発明の第２実施例の半導体装
置の要部断面図

【図５】この発明の第３実施例の半導体装置の製造工程
断面図

【図６】図５に続く、この発明の第３実施例の半導体装
置の製造工程断面図

【図７】図６に続く、この発明の第３実施例の半導体装
置の製造工程断面図

【図８】図７に続く、この発明の第３実施例の半導体装
置の製造工程断面図／この発明の第４実施例の半導体装
置の要部断面図

【図９】従来のボーダーレスコンタクトの多層配線を有
する半導体装置の要部断面図

【図１０】従来の多層配線構造を有する半導体装置の製
造工程断面図

【図１１】図１０に続く、従来の多層配線構造を有する
半導体装置の製造工程断面図

【図１２】図１１に続く、従来の多層配線構造を有する
半導体装置の製造工程断面図

【図１３】図１２に続く、従来の多層配線構造を有する
半導体装置の製造工程断面図

【符号の説明】

１シリコン基板２絶縁膜３下層配線３ａ第１の導電膜４高融点金属膜４ａ第２の導電膜５スペーサ５ａ第１の窒化膜６層間絶縁膜７ビア・コンタクトプラグ８上層配線９ビア・コンタクトホール１１第１の窒化膜２１シリコン基板２２絶縁膜２３下層配線２４導電膜２６層間絶縁膜２７ビア・コンタクトプラグ２８上層配線３０フッ素系のポリマー３１シリコン基板３２絶縁膜３３下層配線３４導電膜３６層間絶縁膜３７ビア・コンタクトプラグ３８上層配線４１有機系のポリマー４２ａ、４２絶縁性のポリマー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F033 HH09 JJ19 JJ33 KK09 KK18 KK33 MM01 MM05 MM08 MM13 NN03 NN07 NN08 PP09 PP15 QQ08 QQ09 QQ16 QQ21 QQ25 QQ31 QQ37 QQ39 QQ48 QQ74 QQ75 RR04 RR06 RR15 SS04 SS13 SS15 TT08 WW02 XX09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に形成された第１の絶縁膜
と、該第１の絶縁膜上に選択的に形成された第１の金属
膜と、該第１の金属膜上面に形成された第２の金属膜
と、前記第１の金属膜の側面に形成された第２の絶縁膜
と、前記第１の金属膜表面に形成された層間絶縁膜と、
該層間絶縁膜上に選択的に形成された第３の金属膜と、
前記層間絶縁膜に選択的に形成されたビア・コンタクト
ホール（接続孔）を充填して、前記第３の金属膜と前記
第１および前記第２の金属膜とを、電気的に接続するビ
ア・コンタクトプラグ（接続導体）とを有することを特
徴とする半導体装置。
【請求項２】前記第２の絶縁膜が窒化膜で、第１の金属
膜がアルミ系金属膜で、第２の金属膜が高融点金属膜
で、層間絶縁膜が酸化膜であることを特徴とする請求項
１に記載の半導体装置。
【請求項３】前記の高融点金属膜がＴｉＮ膜であること
を特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】半導体基板上に形成された第１の絶縁膜
と、該第１の絶縁膜上に選択的に形成された第１の金属
膜と、該第１の金属膜上面に形成された第２の金属膜
と、前記第１の金属膜の側面に形成された第２の絶縁膜
と、前記第１の金属膜表面に形成された層間絶縁膜と、
該層間絶縁膜上に選択的に形成された第３の金属膜と、
前記層間絶縁膜に選択的に形成されたビア・コンタクト
ホールを充填して、前記第３の金属膜と前記第１および
前記第２の金属膜とを、電気的に接続するビア・コンタ
クトプラグとを有する半導体装置の製造方法で、第２の
絶縁膜である窒化膜が、第１および第２の金属膜表面と
第１の絶縁膜表面にプラズマＣＶＤ法により成膜される
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】半導体基板上に形成された第１の絶縁膜
と、該第１の絶縁膜上に選択的に形成された第１の金属
膜と、該第１の金属膜上面に形成された第２の金属膜
と、前記第１の金属膜の側面に形成された第２の絶縁膜
と、前記第１の金属膜表面に形成された層間絶縁膜と、
該層間絶縁膜上に選択的に形成された第３の金属膜と、
前記層間絶縁膜に選択的に形成されたビア・コンタクト
ホールを充填して、前記第３の金属膜と前記第１および
前記第２の金属膜とを、電気的に接続するビア・コンタ
クトプラグとを有する半導体装置の製造方法で、第２の
絶縁膜である窒化膜が、第１および第２の金属膜表面と
第１の絶縁膜表面に熱ＣＶＤ法により成膜されることを
特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】半導体基板上に形成された第１の絶縁膜
と、該第１の絶縁膜上に選択的に形成された第１の金属
膜と、該第１の金属膜上面に形成された第２の金属膜
と、前記第１の金属膜の側面に形成された第２の絶縁膜
と、前記第１の金属膜表面に形成された層間絶縁膜と、
該層間絶縁膜上に選択的に形成された第３の金属膜と、
前記層間絶縁膜に選択的に形成されたビア・コンタクト
ホールを充填して、前記第３の金属膜と前記第１および
前記第２の金属膜とを、電気的に接続するビア・コンタ
クトプラグとを有する半導体装置の製造方法で、第２の
絶縁膜である窒化膜が、第１および第２の金属膜表面と
第１の絶縁膜表面に成膜された後、異方性エッチング
で、第１の金属膜の側面にスペーサとして選択的に残留
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記第２の絶縁膜が窒化膜で、第１の金属
膜がアルミ系金属膜で、第２の金属膜が高融点金属膜
で、層間絶縁膜が酸化膜であることを特徴とする請求項
４ないし６のうちの一つに記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項８】前記の高融点金属膜がＴｉＮ膜であること
を特徴とする請求項４ないし６のうちの一つのに記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項９】半導体基板上に形成された第１１の絶縁膜
と、該第１１の絶縁膜上に選択的に形成された第１１の
金属膜と、該第１１の金属膜上面に形成された第１２の
金属膜と、該第１２の金属膜の側面に選択的に形成され
た第１２の絶縁膜と、前記第１１の金属膜表面に形成さ
れた層間絶縁膜と、該層間絶縁膜上に選択的に形成され
た第１３の金属膜と、前記層間絶縁膜に選択的に形成さ
れたビア・コンタクトホールを充填して、前記第１３の
金属膜と前記第１１および前記第１２の金属膜とを、電
気的に接続するビア・コンタクトプラグとを有すること
を特徴とする半導体装置。
【請求項１０】前記第１２の絶縁膜が窒化膜で、第１１
の金属膜がアルミ系金属膜で、第１２の金属膜が高融点
金属膜で、層間絶縁膜が酸化膜あることを特徴とする請
求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】前記の高融点金属膜がＴｉＮ膜であるこ
とを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１２】半導体基板上に形成された第１１の絶縁
膜と、該第１１の絶縁膜上に選択的に形成された第１１
の金属膜と、該第１１の金属膜上面に形成された第１２
の金属膜と、該第１２の金属膜の側面に選択的に形成さ
れた第１２の絶縁膜と、前記第１１の金属膜表面に形成
された層間絶縁膜と、該層間絶縁膜上に選択的に形成さ
れた第１３の金属膜と、前記層間絶縁膜に選択的に形成
されたビア・コンタクトホールを充填して、前記第１３
の金属膜と前記第１１および前記第１２の金属膜とを、
電気的に接続するビア・コンタクトプラグとを有する半
導体装置の製造方法で、第１２の絶縁膜である窒化膜
が、第１１および第１２の金属膜表面と第１１の絶縁膜
表面にプラズマＣＶＤ法により成膜されることを特徴と
する半導体装置の製造方法。
【請求項１３】半導体基板上に形成された第１１の絶縁
膜と、該第１１の絶縁膜上に選択的に形成された第１１
の金属膜と、該第１１の金属膜上面に形成された第１２
の金属膜と、該第１２の金属膜の側面に選択的に形成さ
れた第１２の絶縁膜と、前記第１１の金属膜表面に形成
された層間絶縁膜と、該層間絶縁膜上に選択的に形成さ
れた第１３の金属膜と、前記層間絶縁膜に選択的に形成
されたビア・コンタクトホールを充填して、前記第１３
の金属膜と前記第１１および前記第１２の金属膜とを、
電気的に接続するビア・コンタクトプラグとを有する半
導体装置の製造方法で、第１２の絶縁膜である窒化膜
が、第１１および第１２の金属膜表面と第１１の絶縁膜
表面に熱ＣＶＤ法により成膜されることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
【請求項１４】前記第１２の絶縁膜が窒化膜で、第１１
の金属膜がアルミ系金属膜で、第１２の金属膜が高融点
金属膜で、層間絶縁膜が酸化膜あることを特徴とする請
求項１０または１１のいずれかに記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項１５】前記の高融点金属膜がＴｉＮ膜であるこ
とを特徴とする請求項１２または１４のいずれかに記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】前記第２の絶縁膜である窒化膜の膜厚が
５０ｎｍないし３００ｎｍであることを特徴とする請求
項２に記載の半導体装置。
【請求項１７】前記第１２の絶縁膜である窒化膜の膜厚
が５０ｎｍないし３００ｎｍであることを特徴とする請
求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１８】前記ビア・コンタクトのエッチング工程
が、前記層間絶縁膜である酸化膜のエッチング工程と、
前記第１２の絶縁膜である窒化膜のエッチング工程の２
段階工程からなることを特徴とする請求項１４に記載の
半導体装置の製造方法。