JPH04237130A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路装置の製
造方法に関し、特に多層配線の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】大規模集積回路（ＬＳＩ）に製造におい
ては、高密度，高速化の要求から多層配線が多用されて
いる。即ち、第１層目の配線上に層間絶縁膜を形成し、
その一部に電気的接続をとるための開口部を形成した後
、層間絶縁膜上に第２層目の配線用の膜を形成する。 以下必要に応じて、層間絶縁膜と配線金属膜とを交互に
形成し、多層配線構造にするものである。

【０００３】配線金属膜にはアルミ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。特にプラズマＣＶＤ法による酸
化シリコンや酸化窒化シリコンのように酸素を含む絶縁
膜は、配線金属膜に与える応力が窒化シリコンよりも低
く、配線金属膜のストレスマイグレーションに効果があ
り、さらに絶縁容量が低減でき信号伝達速度を向上する
ことから、層間絶縁膜として主流になっている。また、
多層配線の場合は、平坦化の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はさんで用
いたり、あるいはシリコンポリイミドのような有機シリ
コン化合物を併用する場合が一般的である。これらの有
機シリコン化合物にも酸素が含まれている。層間絶縁膜
の開口部はスルーホールと呼ばれ、上層と下層との配線
金属膜間の電気的接続がとられる部分である。

【０００４】一般に第ｎ番目の配線上に層間絶縁膜を形
成し、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、配線金属膜間のオーミックコンタ
クトを良くするために次の手法が用いられている。

【０００５】スルーホール開口工程で通常フォトレジス
トをマスク材として層間絶縁膜をエッチングして開口し
た後、フォトレジストをウェットおよびドライ処理で剥
離除去する。その後、まず真空中でスパッタエッチング
によりスルーホール部分の第ｎ番目の配線金属膜表面の
酸化物（金属膜と大気中の酸素とが反応して形成された
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、その後のフォト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、同一真空中で第ｎ＋１番
目の配線金属膜をスパッタリングにより形成する方法が
ある。有機シリコン化合物を他の絶縁膜の間にはさんだ
り、他の絶縁膜と併用する場合、スパッタリングと同一
の真空中で基板加熱を行ない、あらかじめ有機シリコン
化合物から水分等のガスを充分放出させている。

【０００６】以上のように同一真空中でスパッタエッチ
ングとスパッタリングとを連続的に行なうことにより、
多層配線膜間の電気的接続をとっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の実験によると、上述した従来の技術では、スルーホ
ール開口時のエッチング条件，およびスパッタリング前
のスパッタエッチングの条件を最適化しても、多層配線
間のオーミックコンタクトが不安定になったり後の温度
履歴等によってはオーミックコンタクトが全くとれなく
なるという問題があることが判明した。

【０００８】ここでオーミックコンタクトが不安定にな
るのは以下のように考えられる。スパッタエッチングの
際、層間絶縁膜表面やスルーホール側壁部から解離した
絶縁膜の分子がスルーホール部の配線金属膜上に再付着
する。あるいは酸化シリコンや酸化窒化シリコンのよう
な酸素を含む層間絶縁膜の場合、解離した酸素がスルー
ホール部に露呈した配線金属膜と再結合して酸化物を生
じ、その結果、スルーホール部での上層配線と下層配線
とがその界面で一部不連続になる。さらに後の温度履歴
や通電によって、界面部分でのストレスマイグレーショ
ンやエレクトロマイグレーションが起り、上層配線と下
層配線とが完全に不連続になって断線に至る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の集積回路装置の
製造方法は、多層配線の形成において、第ｎ番目の配線
を形成し、第ｎ番目の配線上に層間絶縁膜を形成し、層
間絶縁膜の一部に第ｎ番目の配線表面に達する開口部を
形成する工程と、同一真空中において、開口部に露呈し
た第ｎ番目の配線表面をスパッタエッチングにより除去
し、第ｎ＋１番目の配線用の膜と同一材料の金属薄膜を
スパッタリングにより形成し、金属薄膜をスパッタエッ
チングにより除去し、第ｎ＋１番目の配線用の膜をスパ
ッタリングにより形成する工程と、を有している。

【００１０】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明する
。図１−図５は、本発明の第１の実施例を説明するため
の工程順の断面図である。本実施例は、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
物を挟んだ積層膜を採用した場合の例である。理解を容
易にするため、２層配線構造（ｎ＝１）の場合について
説明する。

【００１１】シリコン基板１１の表面を例えば熱酸化す
ることによりシ酸化シリコン１２が形成される。酸化シ
リコン１２表面に、第１層目の配線として１層目アルミ
ニウム配線１３が形成される。これらの上に、まずＣＶ
Ｄ法やプラズマＣＶＤ法あるいはバイアススパッタリン
グ法により、低温酸化シリコン１４を形成し、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
平坦化を行ない（本実施例ではエッチバックも行なって
いる）、その上に再び低温酸化シリコン１６を形成し、
層間絶縁膜となす〔図１〕。ここで、低温酸化シリコン
１４，１６に代えて、プラズマＣＶＤ法による低温酸化
窒化シリコン，あるいは低温窒化シリコン等を用いても
よい。

【００１２】次に、フォトリソグラフィー工程を通して
、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とにより開口し
た例を示してある。このとき、１層目アルミニウム配線
１３の表面は、大気中の酸素と反応してアルミニウム酸
化物１８となっている〔図２〕。スルーホール１７の開
口の際の異方性エッチングは、フォトレジストとエッチ
ングガスとの反応生成分（例えば弗化ポリマー）が少な
い条件で行なう必要がある。ウェットおよびドライ処理
によるフォトレジスト剥離工程で、この反応生成物はほ
ぼ完全に除去される。

【００１３】次に、２層目の金属配線膜をスパッタリン
グする前に、アルゴン等の不活性ガスを数ｍＴｏｒｒの
圧力化で高周波放電させてスパッタエッチングを行ない
、スルーホール１７部のアルミニウム酸化物１８等を除
去する。しかしながらこのとき、層間絶縁膜の表面層と
スルーホール側壁部とから絶縁膜の分子が解離してスル
ーホール１７の部分の１層目アルミニウム配線１３上に
再付着したり、さらに層間絶縁膜に酸素が含まれている
場合には解離した酸素がスルーホール１７の部分の１層
目アルミニウム配線１３と再結合して再びアルミニウム
酸化物を生じる。この現象はスパッタエッチングに本質
的なものであり、スパッタリングの条件を最適化しても
避けることは不可能である。次に、アルゴン等の不活性
ガスを数ｍＴｏｒｒの圧力下で放電させ、２層目の配線
金属膜（本実施例ではアルミニウム膜）と同一材料から
なるアルミニウム薄膜２０をスパッタリングにより約４
０ｎｍ程度被着する。このとき、スルーホール側壁部に
は５ｎｍ−２０ｎｍ程度のアルミニウム薄膜２０が被着
される。また、スルーホール１７の部分の１層目アルミ
ニウム配線１３との界面には、一部アルミニウム酸化物
やシリコン酸化物等の再付着物１９が残っている〔図３
〕。

【００１４】次に再びスパッタエッチングにより、一旦
被着したアルミニウム薄膜２０を基板全面にわたり除去
する。ここで、スパッタエッチングは異方性のエッチン
グであるので、スルーホール側壁部のアルミニウム薄膜
２０はあまりエッチングされないが、層間絶縁膜上，お
よびスルーホール１７の部分の１層目アルミニウム配線
１３上のアルミニウム薄膜２０はエッチングされる。エ
ッチングがスルーホール１７の部分の１層目アルミニウ
ム配線１３界面まで達し、再付着物１９が完全に除去さ
れた時点で、スパッタエッチングを終了させる〔図４〕
。スパッタエッチング中は、被エッチング物がアルミニ
ウムであるため、前述したスパッタエッチングによるア
ルミニウムの再付着はオーミックコンタクトの問題とは
ならない。さらに酸素を含む層間絶縁膜の場合でも、被
エッチング物がアルミニウムであるため、アルミニウム
の酸素との再結合は全くない。

【００１５】上述のスパッタエッチングの終了後、スパ
ッタリングにより２層目の金属配線膜としてのアルミニ
ウム膜を所定の厚さ被着する。以上の一連のスパッタエ
ッチングとスパッタリングとは基板を大気中に開放する
ことなく全て同一真空中で連続的に行なわれる。また、
有機シリコン化合物１５からの水分等のガス出しを行な
うためには、適当な基板加熱を行なうとよい。このよう
にして、スパッタエッチング時にスルーホール１７の部
分の１層目アルミニウム配線１３に不可避的に形成され
る再付着物１９は、ほぼ完全に除去することが可能にな
る。この結果、スルーホール１７部での安定したオーミ
ックコンタクトを得ることができる。その後、フォトリ
ソグラフィー工程を通して、２層目アルミニウム配線２
１を形成する〔図５〕。

【００１６】なお、３層配線以上の多層配線（ｎ≧２）
の場合には、さらに層間絶縁膜形成，スルーホール開口
，一連のスパッタエッチングと配線金属膜スパッタリン
グ，および配線形成を繰り返せばよい。

【００１７】図６−図１０は、本発明の第２の実施例を
説明するための工程順の断面図である。本実施例は、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との２層積層膜を用い、３層配
線構造（ｎ＝２）に適用した場合である。

【００１８】本発明の第１の実施例と全く同様にして、
２層目アルミニウム配線２１を形成した後、まずプラズ
マＣＶＤ法により低温酸化窒化シリコン２２を形成し、
シリコンポリイミド等の厚膜化ができる有機シリコン化
合物２３を塗布，熱処理して平坦化を行ない、２層積層
膜からなる層間絶縁膜を形成する〔図６〕。ここで、低
温酸化窒化シリコン２２は、プラズマＣＶＤ法による低
温窒化シリコンやプラズマＣＶＤ法もしくはバイアスス
パッタリング法による低温酸化シリコンでもよい。

【００１９】次に、フォトリソグラフィー工程を通して
、層間絶縁膜にスルーホール２４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とにより開口し
た例を示してある。このとき、２層目アルミニウム配線
２１の表面は、大気中の酸素と反応してアルミニウム酸
化物２５となっている〔図７〕。

【００２０】次に、熱処理を行ない、シリコンポリイミ
ド等の有機シリコン化合物２３中に含まれる水分等のガ
ス出しをする。その後、第１の実施例と同様にして、ま
ずスパッタエッチングを行ない、スルーホール２４部の
アルミニウム酸化物２５等を除去する。このとき、スパ
ッタエッチングによる再付着物２６（アルミニウム酸化
物やシリコン酸化物）が新たに生じる。その後、３層目
の配線金属膜（本実施例ではチタン・白金膜の積層膜）
と同一材料（積層膜の場合には下層膜と同一材料）から
なるチタン薄膜２７をスパッタリングにより約４０ｎｍ
程度被着する。このとき、スルーホール側壁部には５ｎ
ｍ−２０ｎｍ程度のチタン薄膜２７が被着される。また
、スルーホール２４の部分の１層目アルミニウム配線２
１との界面には、再付着物２６が残っている〔図８〕。

【００２１】次に再びスパッタエッチングにより、一旦
被着したチタン薄膜２７を基板全面にわたり除去する。 スルーホール側壁部のチタン薄膜２７はエッチングされ
ずに残るが、層間絶縁膜上，およびスルーホール２４の
部分の２層目アルミニウム配線２１上のチタン薄膜２７
並びに再付着物２６はエッチングされる〔図９〕。スパ
ッタエッチング中は、被エッチング物がチタンであるた
め、前述したスパッタエッチングによるチタンの再付着
はオーミックコンタクトの問題とはならない。さらに酸
素を含む層間絶縁膜の場合でも、被エッチング物がチタ
ンであるため、アルミニウムの酸素との再結合は全くな
い。

【００２２】続いて、スパッタリングにより３層目の配
線金属膜としてのチアン・白金膜２８を所定の膜厚被着
する。一連のスパッタエッチングとスパッタリングとは
全て同一真空中で行なわれる。またこの場合には、最初
のスパッタエッチングの前に同一真空中で基板加熱を行
ない、有機シリコン化合物２３からの水分等のガス出し
を十分に行なうことが望ましい。

【００２３】以上の手法でスパッタエッチングを２回行
なうのは、スルーホール側壁部の反応生成物（スルーホ
ール２４のエッチング工程で付着し、その後のフォトレ
ジスト除去工程でとりきれなかったもの）を１回目のス
パッタエッチングで除去しておかないと２回目のスパッ
タエッチングで除去できないためである。また、スルー
ホール径が小さくアスペクト比が大きい場合は、スルー
ホール側壁部に配線金属膜が被着するように１回目のス
パッタリングはバイアススパッタリングで行なう等の工
夫が必要である。しかし、これにも限度があるので、そ
のような場合はあらかじめスルーホールのアシペクト比
を改善しておく必要がある。

【００２４】引き続いて、熱処理を行ない、スルーホー
ル２４部でのオーミックコンタクトを安定させる。そし
て例えばメッキ法によりチタン・白金膜２８の上にメッ
キ金２９を形成し、これをマスクとして反応性エッチン
グあるいはイオンミーリングを行ない、３層目チタン・
白金・金膜３０を形成する〔図１０〕。

【００２５】以上のようにして、スパッタエッチング時
に本質的にスルーホール２４部への再付着物２６をほぼ
完全に除去することが可能となり、スルーホール２４部
でのオーミックコンタクトが良好で信頼性の高い多層配
線を形成することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、層間絶縁
膜にスルーホールを開口して層間絶縁膜上に上層配線と
なる配線金属膜をスパッタリングする際、１回目のスパ
ッタエッチング後、上層配線と同一材料からなる金属薄
膜をスパッタリングにより形成して層間絶縁膜表面およ
びスルーホール部表面をあらかじめ覆うことにより、２
回目のスパッタエッチング時にスルーホール部のオーミ
ックコンタクトをとる上で問題となるスパッタエッチン
グによる再付着物の影響をほぼ完全になくすことができ
る。この結果、スルーホール部でのオーミックコンタク
トが安定かつ良好で、同時にスルーホール部の配線金属
膜界面でのストレスマイグレーションやエレクトロマイ
グレーション耐性にも強い多層配線を提供することがで
き、製品の歩留り，信頼性を向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を説明するための途中工
程における断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例を説明するための途中工
程における断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例を説明するための途中工
程における断面図である。

【図４】本発明の第１の実施例を説明するための途中工
程における断面図である。

【図５】本発明の第１の実施例を説明するための最終工
程における断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例を説明するための途中工
程における断面図である。

【図７】本発明の第２の実施例を説明するための途中工
程における断面図である。

【図８】本発明の第２の実施例を説明するための途中工
程における断面図である。

【図９】本発明の第２の実施例を説明するための途中工
程における断面図である。

【図１０】本発明の第２の実施例を説明するための最終
工程における断面図である。

【符号の説明】

１１　　　　シリコン基板 １２　　　　シリコン酸化膜 １３　　　　１層目アルミニウム配線 １４，１６　　　　低温酸化シリコン １５，２３　　　　有機シリコン化合物１７，２４　　
　　スルーホール １８，２５　　　　アルミニウム酸化物１９，２６　　
　　再付着物 ２０　　　　アルミニウム薄膜 ２１　　　　２層目アルミニウム配線 ２２　　　　低温酸化窒化シリコン ２７　　　　チタン薄膜 ２８　　　　チタン・白金膜 ２９　　　　メッキ金

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体集積回路装置の多層配線の形成
   において、第ｎ番目の配線を形成し、前記第ｎ番目の配
   線上に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜の一部に前
   記第ｎ番目の配線表面に達する開口部を形成する工程と
   、同一真空中において、前記開口部に露呈した前記第ｎ
   番目の配線表面をスパッタエッチングにより除去し、第
   ｎ＋１番目の配線用の膜と同一材料の金属薄膜をスパッ
   タリングにより形成し、前記金属薄膜をスパッタエッチ
   ングにより除去し、前記第ｎ＋１番目の配線用の膜をス
   パッタリングにより形成する工程と、を有することを特
   徴とする集積回路装置の製造方法。
2. 【請求項２】　　前記層間絶縁膜の構成成分に酸素が含
   まれることを特徴とする請求項１記載の集積回路装置の
   製造方法。
3. 【請求項３】　　前記第ｎ番目の配線がアルミニウム膜
   から形成され、前記金属薄膜がアルミニウム膜から形成
   されることを特徴とする請求項１記載の集積回路装置の
   製造方法。
4. 【請求項４】　　前記第ｎ番目の配線がアルミニウム膜
   から形成され、前記金属薄膜がチタン膜から形成される
   ことを特徴とする請求項１記載の集積回路装置の製造方
   法。