JPH0327526A - 半導体集積回路装置の製造方法 - 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製造方法、特に多層配線
構造を有する半導体集積回路装置の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

大規模半導体集積回路（ＬＳＩ）の製造においては、高
密度，高速化の要求から多層配線構造が採用されている
。即ち、第一の配線金属膜上に層間絶縁膜を形威し、こ
の層間絶縁膜の一部にスルーホールとなる開口部を形威
した後、層間絶縁膜上に第二の配線金属膜を形威する。

以下必要に応して、層間絶縁膜と配線金属膜を交互に形
威し、多層配線構造にするものである。

通常、配線金属膜には、アル稟ニウムやアルミニウム合
金等が、層間絶縁膜には酸化シリコンや窒化シリコン等
が多用されている。また、多層配線構造の場合は、平坦
化を目的とするために、これらの絶縁膜の間にシリカフ
ィルム等の有機シリコン化合物を介在させ、あるいはシ
リコンボリイξドのような有機シリコン化合物を併用し
ている。

ところで、このような多層配線構造では、第ｎ番目の配
線」−に層間絶縁膜を形威し、スルーホールを開口した
後、第ｎ＋１番目の配線金属膜を形成する際に、両配線
膜間のオーξツクコンタクトを良くする為に、次の方法
が用いられている。

即ち、先ず真空中でスパッタエッチングにより、第ｎ番
目の配線金属膜表面のスルーホール部分の酸化物（金属
膜と大気中の酸素が反応して形威されたもの）や、スル
ーホール開口工程で、スルーホール部分に付着した反応
生成物（スルーホールのエッチング工程で付着し、その
後のレジスト除去工程でとりきれなかったもの）等を除
去した後、同一真空中で真空を破ることなく、第ｎ＋１
番Ｌ１の配線金属膜をスパッタリングにまり形戒ずる方
法である。

また、配線金属膜の下地段差部での被覆性を良くする為
に、通常スパッタリング直前、場合によってはスパッタ
リング中にも、１５０″Ｃ〜２５０゜Ｃ程度に基板力Ｄ
熱を行っている。

以上のように同一真空中でスバッタエッチング→基板加
熱→スパッタリングを行うことにより、多層配線膜間の
電気的接続をとっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来の製造方法では、特に層間
絶縁膜として酸化シリコンや窒化シリコン等の絶縁膜に
シリカフィルム等の有機シリコン化合物を挾んだ場合、
あるいはシリコンボリイごド等の有機シリコン化合物を
併用した場合は、スルーホール開口部からのガス発生が
原因となって多層配線膜間のオーごツタコンタクトが不
安定になったり、スルーホール部での配線膜の変質を生
したりするという問題がある。

また、スルーホール部での配線膜の変質が生しる場合に
、有機シリコン化合物が層間絶縁膜の最上層にある場合
は、基板全面からガスが発生するために、層間絶縁膜上
の配線金属瞑の密着性も悪くなるという問題がある。

ここで、オーミックコンタクトが不安定になるのは、ス
パッタリング直前の基板加熱により、スルーホール開口
部の有機シリコン化合物から発生したガスがスルーホー
ル部での配線金属膜と再結合する為と推定される。

本発明はオーξツクコンタクトを安定かつ良好にし、ス
ルーホール部での配線膜の変質を防止した製造方法を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の製造方法は、下側（ｎ番目）の配線膜上に設け
た層間絶縁膜上に上側（ｎ＋１番目）の配線膜を形威す
るに際し、半導体基板を真空中で加熱した後スパッタエ
ッチングを行い、その後に上側配線膜の形成を行ってい
る。

〔作用〕

この製造方法では、スパッタエッチングの前に基板を加
熱してガス出しを行うため、スパッタエッチング後は下
側配線の表面を清浄に保持でき、上側配線とのコンタク
トを良好なものとする。

〔実施例〕

次に、本発明を図面を参照して説明する。

第１図（ａ）乃至（Ｃ）は本発明の第１実施例を製造工
程順に示す断面図であり、ここでは層間絶縁膜として酸
化シリコンにシリカフィルム等の有機シリコン化合物を
介在させた構造の例を示している。また、ここでは二層
配線構造（ｎ−１）の場合を示している。

先ず、第１図（ａ）において、１１はシリコン基板、１
２は例えば熱酸化により形威された酸化シＩＪコン、１
３は一層目配線でここではアルごニウム配線である。こ
の上にまずプラズマ化学気相成長法あるいはバイアスス
パッタ法により低温酸化シリコンｌ４を形威し、シリカ
フィルム等の有機シリコン化合物１５を塗布、熱処理し
て平坦化を行う。このとき、必要に応じてエッチングバ
ックも行う。その後、この上に再び低温酸化シリコン１
６を形成して層間絶縁膜を形戒する。

ここで、低温酸化シリコン１４．１６はプラズマ化学気
相戒長法による低温窒化シリコンや低温酸化窒化シリコ
ンでもよい。

次に、第ｌ図（ｂ）のように、フォトリソグラフィ工程
により層間絶縁膜にスルーホール１７を開口する。ここ
では等方性エッチングと異方性エッチングにより開口し
た例を示してある。このとき、一層目アル旦ニウム配線
ｌ３の表面は大気中の酸素と反応してアルミニウム酸化
物ｌ８になっている。また、スルーホール開口に反応性
イオンエッチング法を用いた場合、レジストとエッチン
グガスが反応してフッ化ポリマー等のような反応生威物
１９がスルーホール周辺部に付着し、レジスト除去工程
でも完全にはとりきれず残ったままの状態になっている
。

次に、第１図（　ｃ．　）のように、二層１１の配線令
属膜をスパッタリングする前に、真空に引いたチャンハ
ー内で、まず基板加熱を行い、基板温度を１５０゜Ｃ〜
２００″Ｃ位にして数分間保温する。これにヨリスルー
ホール開口部１７での有機シリコン化合物１５からガス
出しを行う。次にチャンハー内を真空引きした後、アル
ゴンのような不活性ガスを導入し、２ｍＴｏｒｒ〜６ｍ
Ｔｏｒｒの圧力下で高周波放電させスパッタエッチング
を行い、スルーホール開口部１７のアルξニウム酸化物
１８や反応生戒物ｌ９を除去する。

その次に、一度チャンバー内を真空引きした後、再びア
ルゴンのような不活性ガスを導入し、２〜１０ｍＴｏｒ
ｒ程度の圧力下で放電させ、スパッタリングにより二層
目の配線金属膜としてのアルミニウム膜２０を被着する
。このとき下地段部での被覆度を良くする為に、必要に
応してスパッタリング直前に再度基板加熱を行い、基板
温度を１５０゜Ｃ〜２５０゜Ｃ程度にする。

なお、この実施例では最初に行うガス出しの為の基板加
熱とスパッタエッチング，スパッタリングを同一のチャ
ンバーで行う場合の例を示したが、それぞれ独立した排
気装置を持つ異なるチャンバーで行うようにしてもよい
。また、最初に行うガス出しの為の基板加熱は、例えば
スバッタエッチングを行うチャンバーにて不活性ガスの
雰囲気下で行ってもよいが、真空中で行う方がガス出し
の効果は高い。このようにして最初に基板加熱をしてガ
ス出しを十分行う為、スパッタエッチング後はスルーホ
ール部の一層目アルミニウム配線１３の表面は清浄に保
たれ、その結果安定したオーくックコンタクトが得られ
る。また、後工程の熱処理でスルーホール部の有機シリ
コン化合物から、ガスが出ることもなくなり、それによ
る配線膜の変質等も防止することができる。

なお、反応生威物１９の量が多いと、スパソタエッチン
グでは完全に除去することはできないので、反応性イオ
ンエッチングでスルーホールを開口する場合は、反応生
戒物をできるだけ抑制できるよう条件を最適化しなけれ
ばならない。

また、三層配線以上の多層配線（ｎ≧２）の場合は、さ
らに層間絶縁膜形戒、スルーホール１；旧］後、基板加
熱→スパッタエッチング→配線金属膜スパッタリングを
同様にして繰り返せばよい。

以上のようにして、オー≧ツクコンタク１〜が良好で、
かつスルーホール部での配線膜の変質がない多層配線を
形成することが可能である。

第２図（ａ）乃至（（）は本発明の第２実施例を工程順
に示す断面図であり、層間絶縁膜としてシリコンポリイ
ミド等の有機シリコン化合物と酸化窒化シリコンを二層
にして用いた場合で、しかも三層配線構造（ｎ＝２）に
適用した場合について示している。

先ず、第２図（ａ）のように、第１実施例と全く同様に
して二層目アルミニウム配線２０を形成した後、この上
にまずプラズマ化学気相戒長法により低温酸化窒化シリ
コン２１を形威し、シリコンポリイごド等の厚膜化がで
きる有機シリコン化合物２２を塗布，熱処理して平坦化
を行い、層間絶縁膜とする。

ここで、低温酸化窒化シリコン２１はプラズマ化学気相
戒長法による低温窒化シリコンや、同法もしくはハイア
ススパッタ法による低温酸化シリコンでもよい。

次に、第２図（ｂ）のように、フォトリソグラフィ工程
を通して層間絶縁膜にスルーホール２３を開口する。こ
こでは、エッチングのマスクは低温酸化窒化シリコン等
を用いて行い、等方性エッチングと異方性エッチングに
より二段階に開口した例を示してある。なお、マスクの
低温酸化窒化シリコンは二段階目のエッチングで除去さ
れる。

また、二層目アルξニウム配線２０の表面がアルミニウ
ム酸化物２４になっているのは、第１実施例と同様であ
るが、本実施例ではスルーホール開９ １０ 口時のエッチングマスクにレジストを用いていないので
、第１実施例のような反応生戒物は殆ど生じない。

次に、第２図（ｃ）のように、第１実施例と同様に、基
板加熱→スパッタエッチング→スパッタリングにより三
層目の配線金属膜としてチタン・白金膜２５を被着する
。この場合は、シリコンポリイミド等の有機シリコン化
合物２２が基板全面に露出しているので、ガス出しの為
の基板加熱は十分行う必要がある。また、被着金属の膜
質を安定化させる為に基板加熱，スバッタエッチング，
スパッタリングをそれぞれ独立した排気装置を持つ異な
るチャンバーで行う方が望ましい。スパッタエッチング
，スパッタリングの方法は、第１実施例と全く同様であ
る。

この後、例えばメッキ法により、チタン・白金膜２５の
上に金２６をメッキし、これをマスクとして反応性イオ
ンエッチングあるいはイオン貴リングを行い、三層目チ
タン・白金・金配線２７を形成する。

以上のようにして、オー≧ツクコンタクトが良好で、か
つスルーホール部での配線膜の変質がない多層配線を形
成することが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、層間！！！！縁膜上に上
側の配線膜を形威するに際し、半導体基板を真空中で加
熱した後にスバツタエッヂングを行い、かつその後に上
側配線膜の形成を行っているので、スパッタエッチング
後は下側配線の表面を清浄に保持でき、上側配線とのコ
ンタクトを安定かつ良好なものとし、かつスルーホール
部での配線膜の変質を防止して歩留，信頼性の高い半導
体集積回路装置を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図（ａ）乃至（Ｃ）は本発明の第１実施例を製造工
程順に示す断面図、第２図（ａ）乃至（Ｃ）は本発明の
第２実施例を製造工程順に示す断面図である。 １１・・・シリコン基板、ｌ２・・・酸化シリコン、１
３・・・一層目アル稟ニウム配線、ｌ４・・・低温酸化
１ｌ ｌ２ シリコン、１５・・・有機シリコン化合物、１６・・・
低温酸化シリコン、１７・・・スルーホール、１８・・
・アルξニウム酸化物、１９・・・反応生戒物、２０・
・・層目アルξニウム配線、２ｌ・・・低温酸化窒化シ
リコン、２２・・・有機シリコン化合物、２３・・・ス
ルーホール、２４・・・アルミニウム酸化物、２５・・
・チタン・白金膜、２６・・・メッキ金、２７・・・三
層目チタン・白金・金配線。 １３ −１８５−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体基板の上に第ｎ番目の配線を形成した後、こ
   の配線上に有機シリコン化合物を少なくとも１層含んだ
   絶縁膜を層間絶縁膜として形成する工程と、この層間絶
   縁膜の一部に前記第ｎ番目の配線の表面に達する開口部
   を形成する工程と、この開口部を含む前記層間絶縁膜上
   に第ｎ番目の配線と電気的に接続される第ｎ＋１番目の
   配線膜を形成する工程とを含み、前記ｎ＋１番目の配線
   膜の形成に際しては、半導体基板を真空中で加熱した後
   スパッタエッチングを行い、その後に第ｎ＋１番目の配
   線膜を形成することを特徴とする半導体集積回路装置の
   製造方法。