JPH04102331A - 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】 〔概　要〕 半導体装置の製造方法、特に層間接続用のテーパ状スル
ーホールを具備した多層配線の形成方法の改良に関し、 不活性ガスのプラズマによるスパッタエツチングによっ
て層間接続用のスルーホールをテーパ状に加工する工程
を有する多層配線の形成方法において、スルーホール内
のコンタクト界面に堆積物が存在せず、スルーホールが
微細化された際にもコンタクト抵抗の低い良好な層間コ
ンタクトが得られる方法を提供することを目的とし、層
間接続部を有する多層配線を形成するに際して、下層絶
縁膜上に、絶縁膜及び配線金属に対してエツチングの選
択性が得られる被覆層を上面に有する下層配線を形成す
る工程と、該下層配線形成面を覆う眉間絶縁膜を形成す
る工程と、次いで、異方性ドライエツチング手段を用い
、該層間絶縁膜に、該下層配線上の被覆層をエツチング
停止層として、該被覆層の上面に達するスルーホールを
形成する工程と、次いて該層間絶縁膜の表面を不活性ガ
スのプラズマを用いてスパッタエツチングし、該スルー
ホールの側壁面を斜面状に形成する工程と、次いで該ス
ルーホール底部に表出する該被覆層を選択的にエツチン
グ除去して該スルーホールの底部に下層配線を直に表出
せしめる工程を含み構成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造方法、特に層間接続用のテー
パ状スルーホールを具備した多層配線の形成方法の改良
に関する。

近年の半導体装置の高密度・高集積化に伴って、半導体
装置内部の各種パターンの微細化が進行しており、それ
に伴って多層配線構造における層間接続用のスルーホー
ルのコンタクト面積も、同様に微細化せざるを得なくな
ってきている。

そのため、スルーホール上に形成される上層配線層のカ
バレッジ性を高めて配線金属のマイグレーション等に起
因する上層配線の断線を防止するためには、スルーホー
ルの上部開口部を斜面状に広げてアスペクト比を減少せ
しめたテーパ状のスルーホールを用いることが有効であ
る。

そこで、テーパ状スルーホールの形成手段として、基板
面にほぼ垂直な側壁面を有するスルーホール形成後、こ
のスルーホールの開口部を、不活性ガスのプラズマによ
るスパッタ性のエツチングにより面取りする方法か提案
されているが、この方法には、コンタクト面への再堆積
物の付着によるコンタクト特性劣化の問題かあり、改善
か望まれている。

〔従来の技術〕

テーパ状スルーホールは、従来、第２図（ａ）に示すよ
うに、先ず下層配線５３形成面上を覆う層間絶縁膜５４
に、図示しないレジスト膜をマスクにし反応性イオンエ
ツチングにより、基板面に対してほぼ垂直な側壁面を有
するスルーホール５５を形成する。（５１は半導体基板
、５２は下層絶縁膜）次いで、第２図（ｂ）に示すよう
に、不活性ガス例えばアルゴン（Ａｒ）のプラズマ中に
おいて、励起されたＡｒ粒子（Ａｒ“）によって層間絶
縁膜５４の表面をスパッタエツチングする。

このスパッタエツチングのエツチングレートは、基板面
に対し４５度方向のエツチング角度において最も大きな
値になり、９０度方向及び基板面に沿う方向では殆ど０
になる。

そのため上記スパッタエツチングによって、第２図（Ｃ
）に示すように、スルーホール５５の開口部の角か４５
度の角度を持って優先的に削られ、この開口部にほぼ４
５度のテーパ部５６か形成される。そしてまた、上記ス
パッタエツチングにより削り取られた絶縁膜はスルーホ
ール５５の側壁の上記テーパ部５６の下部に斜面状に再
堆積するので（１５３は再堆積絶縁膜）、スルーホール
５５の側壁面が底部から開口部に向かって順次波かった
テーパ状スルーホール５５Ｔか形成される。

そして、従来のテーパ状スルーホール５５Ｔの形成工程
はここで終了しており、多層配線形成工程においては、
第２図（ｄ）に示すように、上記テーパ状スルーホール
５５Ｔ上に、直接上層配線５７が形成されていた。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかし上記従来の方法によると、第２図（Ｃ）に示され
るように、スパッタエツチングの際の再堆積絶縁膜１５
４の一部かスルーホール５５Ｔの底部に表出する下層配
線５３の表面にも部分的に薄く堆積するもの（１５４Ｐ
）があり、これが第２（ｄ）に示すように、このスルー
ホール５５Ｔ上に直ちに形成される上層配線５７と下層
配線５３との間に介在してそのコンタクト抵抗を増大さ
せ、配線の層間コンタクト不良の原因となることがあっ
た。

そのため従来の方法では、良好な上層配線のカバレッジ
は得られても、上記コンタクト抵抗の増大を考慮してス
ルーホールの大きさの縮小が制限されるという問題があ
った。

そこで本発明は、不活性ガスのプラズマによるスパッタ
エツチングによって層間接続用のスルーホールをテーパ
状に加工する工程を有する多層配線の形成方法において
、スルーホール内のコンタクト界面に堆積物が存在せず
、スルーホールが微細化された際にもコンタクト抵抗の
低い良好な層間コンタクトか得られる方法を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、層間接続部を有する多層配線を形成するに
際して、下層絶縁膜上に、絶縁膜及び配線金属に対して
エツチングの選択性か得られる被覆層を上面に有する下
層配線を形成する工程と、該下層配線形成面を覆う層間
絶縁膜を形成する工程と、次いで、異方性ドライエツチ
ング手段を用い、該層間絶縁膜に、該下層配線上の被覆
層をエツチング停止層として、該被覆層の上面に達する
スルーホールを形成する工程と、次いで、該層間絶縁膜
の表面を不活性ガスのプラズマを用いてスパッタエツチ
ングし、該スルーホールの側壁面を斜面状に形成する工
程と、次いで、該スルーホール底部に表出する該被覆層
を選択的にエツチング除去して該スルーホールの底部に
下層配線を直に表出せしめる工程を含む本発明による半
導体装置の製造方法によって解決される。

〔作　用〕

即ち本発明においては、下層配線を上面に被覆層か積層
された構造にしておき、この被覆層を有する下層配線上
に層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜に上記被覆層を
エツチング停止層とし、この被覆層面を表出する側壁面
のほぼ垂直なスルーホールを形成し、次いて不活性ガス
プラズマを用いるスパッタエツチングにより上記スルー
ホールの側壁をテーパ状に加工し、その後にスルーホー
ル底部に表出する被覆層を選択的にエツチング除去して
、底部に下層配線のコンタクト面を直に表出するテーパ
状スルーホールを形成する。

このようにすると、スパッタエツチングに際してスルー
ホール底部下層配線のコンタクト面上に被着する一部の
再堆積絶縁膜は、下層配線上の被覆層上に被着しようと
することになり、この堆積絶縁膜は、上記スパッタエツ
チングによるスルーホールのテーパ加工終了後に選択的
にエツチング除去される被覆層と共にリフトオフされる
ので、テーパ状スルーホールの底部には清浄な下層配線
のコンタクト面が直に表出せしめられる。

従って、スルーホールか微細であっても良好なコンタク
ト特性を得ることが可能になる。

〔実施例〕

以下本発明の方法を、第１図（ａ）〜（ｇに示す工程断
面図を参照し、一実施例により具体的に説明する。

第１図（ａ）参照 本発明の方法によりテーパ状スルーホールを有する多層
配線構造を形成するに際しては、通常通り、図示しない
半導体素子の形成された半導体基板１上の、図示しない
領域に半導体素子面に達するコンタクトホールか形成さ
れた下層絶縁膜２上に、先ず下層配線の材料である例え
ば厚さ７０００人程度０周知のＡｌ−３ｉ−Ｃｕ合金層
１０３を、通常通リスバッタ法等により形成し、次いで
このＡｌ−３ｉ−Ｃｕ合金層１０３上に、同じくスパッ
タ法等により、導電性の被覆層として厚さ７００人程０
の窒化チタン（ＴｉＮ　）被覆層４を被着する。

なお上記ＴｉＮは、配線材料である前記Ａｌ−３ｉ−Ｃ
ｕ合金及び後に形成される層間絶縁膜との間に充分なエ
ツチングの選択性が得られるように選ばれた材料である
。

第１図（ｂ）参照 次いで、エツチング手段に塩素（Ｃ１）系のガスによる
反応性イオンエツチング（ＲＩＢ）を用いるフォトリソ
グラフィにより上記ＴｉＮ被覆層４及びＡｌ−５ｉ−Ｃ
ｕ合金層１０３を一部パターニングし、前記下層絶縁膜
２上に、前記Ａｌ−３ｉ−Ｃｕ合金層１０３からなり、
図示しない領域のコンタクトホールを介し半導体素子面
に接続され、且つ上面に前記ＴｉＮ被覆層４が積層され
てなる下層ＡＩ配線３を形成する。

第１図（Ｃ）参照 次いで、上記ＴｉＮ被覆層４を上面に有する上記下層Ａ
Ｉ配線３が形成されてなる被加工基板上に、通常通り周
知の平坦化技術を含む化学気相成長工程を経て、例えば
厚さ９０００人程度０ＳｉＯ□膜からなる表面が平滑化
された層間絶縁膜５を形成する。

第１図（ｄ）参照 次いで、従来通り通常のフォトプロセスにより層間絶縁
膜５上に形成した図示しないレジストマスクの開孔を介
し、エツチングガスに上記層間絶縁膜５とＴｉＮ被覆層
４との間でエツチングの選択性が得られる弗素系のガス
である例えば３弗化メタン（ＣＨＦ、）を用いるＲＩＢ
処理を行い、層間絶縁膜５に、下層ＡＩ配線３上のＴｉ
Ｎ被覆層４の上面を底部に表出し、且つほぼ垂直な側壁
面を有する径０．８μｍ程度のスルーホール６を形成す
る。

第１図（ｅ）参照 次いで、上記被加工基板の層間絶縁膜５の表面を、通常
のりアクティブイオンエツチング装置等の平板電極型プ
ラズマエツチング装置内において、不活性ガス例えばＡ
ｒガスの、プラズマにより励起された荷電粒子（Ａｒ”
　）によりスパッタエツチングする。このスパッタエツ
チングの条件は、例えば次の如くである。

Ａｒ　　流量：　　　　　　　　１００　ｃｃ／ｍｉｎ
圧力　　　・０．Ｉ　Ｔｏｒｒ ＲＦパワー（１３，５６ＭＨｚ）　：　　　　７００　
Ｗ（〜４Ｗ／ｃＨ１２） このスパッタエツチングにおけるエツチングレートは、
エツチング角度か基板面に対し４５度の方向で５００人
／　ｍｉｎ程度の最大の値を示し、基板面に対し直角（
９０度）方向及び平行方向ではエツチングレートか殆ど
０に近づく。

そのため、上記スパッタエツチング工程においては、層
間絶縁膜５の上面と、前記スルーホール６の底面に表出
する下層ＡＩ配線３上の被覆層４は殆ど削られず、主と
してスルーホール６の開口部の角部か４５度の方向に削
られて、スルーホール６の開口部にほぼ４５度のテーパ
状側壁面７か形成される。

また、このスパッタエツチングによって削り取られた層
間絶縁膜５はスルーホール６の前記テーパ状側壁面７の
下部の側壁面に再堆積絶縁膜１０５となって斜面状に再
堆積する。そして、前記テーパ状側壁面７を有する開口
部と上記斜面状に側壁面に堆積する再堆積絶縁膜１０５
とによって、このスルーホール６はテーパ状スルーホー
ル６Ｔとなる。

そして更に、再堆積絶縁膜１０５の一部は、薄い層とな
ってスルーホール６底部のＴｉＮ被覆層４上にも部分的
に再堆積絶縁膜１０５Ｐとして被着する。

なお、前述のようにこのスパッタエツチングにおいて、
基板面に直角方向のエツチングレートは殆と０であるの
で、層間絶縁膜４の厚さの目減りは殆となく、また下層
Ａｌ配線３のコンタクト面上に存在する前記ＴｉＮ被覆
層４の厚さも前記数百人程度の厚さでエツチング完了ま
て充分に耐え残留する。

第１図げ）参照 次いで上記基板面を下層Ａｔ配線３との間でエツチング
の選択性の得られる弗素系のガス例えば６弗化硫黄（Ｓ
Ｆ、）をエツチングガスに用いるＲＩＥ処理により全面
エツチングし、テーパ状スルーホール６Ｔの底部に表出
するＴｉＮ被覆層４をエツチング除去し、同時にこのＴ
ｉＮ被覆層４上に被着していた再堆積絶縁膜１０５Ｐを
リフトオフする。これによりテーパ状スルーホール６Ｔ
の底面には、下層ＡＩ配線３の再堆積物のない清浄なコ
ンタクト面（ＡＩ−３ｉ−Ｃｕ合金層面）か表出する。

なおこの全面エツチングで層間絶縁膜５は多少目減りす
るが、層間絶縁膜５の厚さがＴｉＮ被覆層４の厚さに比
べて充分に厚いので、ＴｉＮ被覆層４のエツチングが完
了した時点で、層間ショート等の弊害を生ずるような大
きな目減りを生ずることはない。

以上で、本発明に係るテーパ状スルーホール６Ｔの形成
は完了する。

第１図（ｇ）参照 次いて本発明に係る多層配線形成工程においては、上記
テーパ状スルーホール６Ｔを有する眉間絶縁膜５上に通
常速リスバッタ法等により、厚さ７０００人程度０例え
ば下層配線の材料と同じ配線材料であるＡｌ−３ｉ−Ｃ
ｕ合金層を形成し、次いでこのＡｌ−３ｉ−Ｃｕ合金層
を通常のフォトリソグラフィによりパターニングして、
テーパ状スルーホール６Ｔ上に上記Ａｌ−３ｉ−Ｃｕ合
金からなる上層ＡＩ配線８を形成する。

上記実施例に示したように本発明の方法においては、不
活性ガスのプラズマによるスパッタエツチングによって
スルーホールをテーパ状に加工する工程を含む多層配線
の形成方法において、下層配線を配線材料層上に薄い被
覆膜を積層してなる積層構造に形成しておき、眉間絶縁
膜に形成した底部に上記被覆層を表出する垂直側壁面を
有するスルーホールを、前記スパッタエツチングにより
テーパ状側壁形状に加工する際に、スルーホール底部の
下層配線のコンタクト面上に被着する再堆積絶縁膜を上
記被覆層上に被着せしめ、このスルーホール底部に表出
する被覆層を選択的にエツチング除去する際、この被覆
層上に被着している再堆積絶縁膜を被覆層と共にリフト
オフする。

これによって、テーパ状スルーホールの底部に表出する
下層配線のコンタクト面には、再堆積物の付着しない清
浄な配線金属面が表出するので、このコンタクト面を介
して接続される下層配線と上層配線とのコンタクト抵抗
は充分に低い値となる。

そのため、スルーホール径がりソグラフィの限界まで微
細化された際にも良好な配線の層間コンタクトが得られ
る。

なお、上記実施例においては、被覆層に導電性を有する
ＴｉＮ層を用いたが、この被覆層は導電性物質に限られ
るものではなく、例えば窒化シリコン（Ｓ１３Ｎ４）等
、層間絶縁膜及び下層配線材料とエツチングの選択性か
得られる物質ならば絶縁膜を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、層間絶縁膜のスル
ーホールがテーパ状側壁を有して形成されるので、スル
ーホールの底部開口径をフォトリソグラフィの限界程度
に微細化した際にも上層配線層のカバレッジ性か良くそ
の断線か防止され、且つスルーホールのテーパ状側壁を
形成する際に下層配線のコンタクト面に被着する再堆積
絶縁膜を皆無にすることかできるので、微細コンタクト
面積においてもコンタクト抵抗の低い良好な配線の層間
接続が得られる。

従って本発明は、半導体装置の高密度・高集積化する際
の、性能及び信頼性向上に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｇ）は本発明の方法の一実施例の工程
断面図、 第２図（ａ）〜（ｄ）は従来方法の工程断面図である。 図こおいて、 １は半導体基板、 ２は下層絶縁膜、 ３は下層Ａｔ配線、 ４はＴｉＮ被覆層、 ５は層間絶縁膜、 ６はスルーホール、 ６Ｔはテーパ状スルーホール、 ７はテーパ状側壁面、 を示す。 ２ト１−％　ＢＲ、ｙ）、シシ２（６リーづ（′オ色４
クリｔつコニじヂ乍−肘ｔｒうＣ七り第 図（で の Ａ発Ｂ月の方３λめ 実旌倚１の工科断面ｍ 第 肥ぼ／）２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、層間接続部を有する多層配線を形成するに際して、 下層絶縁膜上に、絶縁膜及び配線金属に対してエッチン
   グの選択性が得られる被覆層を上面に有する下層配線を
   形成する工程と、 該下層配線形成面を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、 次いで、異方性ドライエッチング手段を用い、該層間絶
   縁膜に、該下層配線上の被覆層をエッチング停止層とし
   て、該被覆層の上面に達するスルーホールを形成する工
   程と、 次いで、該層間絶縁膜の表面を不活性ガスのプラズマを
   用いてスパッタエッチングし、該スルーホールの側壁面
   を斜面状に形成する工程と、次いで、該スルーホール底
   部に表出する該被覆層を選択的にエッチング除去して該
   スルーホールの底部に下層配線を直に表出せしめる工程
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、前記被覆層が、下層配線の材料に対してエッチング
   の選択性が得られる導電体層からなることを特徴とする
   請求項１記載の半導体装置の製造方法。 ３、前記被覆層が、層間絶縁膜に対してエッチングの選
   択性が得られる絶縁物層からなることを特徴とする請求
   項１記載の半導体装置の製造方法。