JPH065712A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は半導体装置の製造方法に関するもの
で、配線間の短絡を生じることがなく、かつ高い信頼性
を有する、接続孔における配線を提供する。 【構成】 半導体基板２０上に被着した絶縁膜２５に接
続孔２６を設け、絶縁膜２５上および接続孔２６にそれ
ぞれ配線２７，２８を形成し、配線２７，２８間に、別
に絶縁膜２９を埋め込み、少なくとも配線２８を加熱す
ることにより接続孔２６内の配線２８を流動させて埋め
込む。 【効果】 配線の横方向への流動が絶縁膜により抑制さ
れて、配線間の短絡が防止され、高い歩留を有する半導
体装置の製造が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高信頼性を有する多層
配線を形成することができる、半導体装置の製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の微細化・高集積化に
伴い、配線の信頼性、すなわちエレクトロマイグレーシ
ョンやストレスマイグレーションが問題となっている。
配線材料としては、スパッタリング法を用いて堆積した
純Ａｌ、またはＳｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｈｆ、Ｂ、Ｐ
ｄなどを含有したＡｌ合金が用いられている。

【０００３】半導体装置における多層配線を形成する従
来の方法としては、図３に示すように、半導体基板１上
に形成された第１の絶縁膜２に第１の接続孔３を形成
し、さらに前記第１の接続孔３および第１の絶縁膜２上
に第１の配線４，５をそれぞれ形成した後、これらの上
に第２の絶縁膜６を堆積するとともに平坦化を行う。そ
して、第２の絶縁膜６に第２の接続孔７を形成した後、
前記第２の絶縁膜６上および第２の接続孔７に第２の配
線８，９をそれぞれ形成し、最後にこれらの上に保護膜
１０を形成するという方法が用いられていた。

【０００４】しかし、半導体装置の微細化・高集積化に
伴い、接続孔の径に対する接続孔の深さの比（アスペク
ト比）が高くなる。この結果、スパッタリング法により
堆積した配線は、接続孔３，７において段差被覆性（ス
テップカバレジ）が低下するために初期の段階で断線に
至ったり、エレクトロマイグレーションやストレスマイ
グレーションにより断線を引き起こすという信頼性上の
問題があった。

【０００５】上記のような問題を解決する方法として、
図４の（ａ）に示すように、半導体基板１１上に、第２
の接続孔１７を有した第２の絶縁膜１６を形成し、前記
第２の絶縁膜１６上および第２の接続孔１７にＡｌ合金
からなる第２の配線１８，１９をそれぞれ形成した後、
図４の（ｂ）に示すように、レーザービームＬを照射し
て第２の配線１８，１９を加熱することによりＡｌ合金
を第２の接続孔１７に流動させて埋め込む方法がある
（例えば、ジャーナル オブ バキューム サイエンス
アンド テクノロジー B8(5)(1990) 第1158頁から第
1160頁（Journalof Vacuum Science and Technology B8
(5)(1990) pp.1158-1160 ））。なお、図４の（ａ），
（ｂ）において、１２は第１の絶縁膜、１３は第１の接
続口、１４，１５はそれぞれ第１の配線である。

【０００６】このような方法を用いれば、第２の接続孔
１７における第２の配線１９のステップカバレジの低下
を防止できるので、エレクトロマイグレーションやスト
レスマイグレーションによる断線不良を防止することが
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来構成では、図４の（ｂ）に示すように、レーザ
ービームＬを照射してＡｌ合金を加熱した場合に、Ａｌ
合金が横方向にも流動するため、第２の配線１８，１９
の間で短絡が生じ、半導体装置の歩留を低下させてしま
うという問題があった。

【０００８】本発明は上記の問題を解決するもので、半
導体装置において、配線間の短絡を引き起こすことな
く、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレー
ションによる、接続孔における配線の断線不良を防止す
ることができる半導体装置を製造することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明の第１の手段は、配線間に絶縁膜を埋め込んだ
後、または配線の側壁にのみ絶縁膜を被着した後、また
は配線の側壁にのみ配線材料より融点が高い導電膜を被
着した後に、配線をエネルギービームなどにより加熱し
て流動させ、接続孔内の配線を埋め込むものである。

【００１０】さらに本発明の第２の手段は、上記第１の
手段において、配線間に絶縁膜を埋め込んだ後に、真空
中で配線上部の表面の自然酸化膜を除去し、真空中で前
記配線を加熱するものである。

【００１１】

【作用】上記第１の手段によって、配線を加熱する前
に、配線間に絶縁膜を埋め込むこと、または配線の側壁
にのみ絶縁膜を被着すること、または配線の側壁にのみ
配線材料より融点が高い導電膜を被着することにより、
配線の横方向への流動を防止できるため、配線間の短絡
を生じることなく、エレクトロマイグレーションやスト
レスマイグレーションによる、接続孔における配線の断
線不良を防止することが可能となる。

【００１２】また、上記第２の手段により、配線の流動
を高めることができて、配線の埋め込みをより確実に行
えるものである。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１の（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施
例における半導体装置の製造方法の各工程の断面図を示
すものである。

【００１４】まず、図１の（ａ）に示すように、半導体
素子を形成した半導体基板２０上に第１の絶縁膜２１を
形成し、この第１の絶縁膜２１に第１の接続孔２２を形
成した後、第１の接続孔２２および第１の絶縁膜２１上
に第１の配線２３，２４をそれぞれ形成する。この状態
で、全面に第２の絶縁膜２５を堆積して平坦化を行い、
第２の絶縁膜２５に第２の接続孔２６を形成した後、第
２の配線２７，２８をそれぞれ形成する。

【００１５】この場合、第１の絶縁膜２１、第２の絶縁
膜２５としては、それぞれ、常圧ＣＶＤ法によるＢおよ
びＰを含んだシリコン酸化膜、あるいはプラズマＣＶＤ
法によるシリコン酸化膜を用いる。また、第１の配線２
３，２４、第２の配線２７，２８としては、純Ａｌ膜や
Ａｌ合金膜を用いるが、その他に、Ａｌ合金膜と導電膜
の積層膜構造、たとえば、Ｔｉ／Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ／Ｔ
ｉ積層膜構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ／ＴｉＮ／Ｔ
ｉ積層膜構造、ＴｉＷ／Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ／ＴｉＷ／Ｔ
ｉ積層膜構造、ＴｉＷＮ／Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ／ＴｉＷＮ
／Ｔｉ積層膜構造を用いてもよい。また、これらの他
に、他の種類の導電膜、たとえば多結晶Ｓｉ、非晶質Ｓ
ｉからなる積層膜構造を用いてもよい。この場合のＡｌ
−Ｓｉ−Ｃｕ膜の上部のＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴｉＷ
Ｎ膜は、エネルギービームにより配線を加熱するとき、
エネルギービームの吸収効率を増加させる効果があるの
で、ビームのエネルギー密度が小さくてもＡｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ膜を流動させることができる。また、Ａｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ膜の代わりに、ＳｉやＣｕ以外の元素を不純物とし
て含んだＡｌ合金膜を用いてもよい。

【００１６】次に、図１の（ｂ）に示すように、全面に
第３の絶縁膜２９を堆積した後、レジスト膜３０を塗布
する。この場合、第３の絶縁膜２９としては、ステップ
カバレジの良好なプラズマＣＶＤ法によるシリコン酸化
膜を用いる。

【００１７】次に、図１の（ｃ）に示すように、ドライ
エッチング法を用いて、レジスト膜３０を、第２の配線
２７，２８の上部の第３の絶縁膜２９の表面が露出する
までエッチングし、その後、第３の絶縁膜２９とレジス
ト膜３０のエッチングレートがほぼ同じになるような条
件でエッチバックを行う。エッチバックは第２の配線２
７，２８の表面が露出するまで行い、第２の配線２７，
２８間に絶縁膜２９を残すようにする。

【００１８】最後に、図１の（ｄ）に示すように、全面
にエネルギービームとしてレーザービームＬを照射し、
第２の配線２８を加熱することにより第２の接続孔２６
に流動させて埋め込む。レーザービームＬを照射すると
きの雰囲気は、どのような種類のガスでもよいし、また
真空中でも大気中でもよい。

【００１９】このような方法を用いれば、レーザービー
ムＬを照射して第２の配線２７，２８を加熱する場合、
第２の配線２７，２８間に埋め込まれた絶縁膜２９が第
２の配線２７，２８の横方向への流動を防止するので、
第２の配線２７，２８間の短絡を起こすことがない。ま
た、第２の配線２７，２８を加工形成した後に加熱する
ので、加熱により第２の配線２７，２８の表面のモフォ
ロジーが多少劣化しても問題ない。なぜならば、第２の
配線２７，２８を加工形成する前に加熱すると、第２の
配線２７，２８の表面モフォロジーの劣化により、フォ
トリソグラフィー工程において、第２の配線２７，２８
のレジストパターンの形成が困難になるという問題が生
じるからである。

【００２０】なお、レーザービームＬを照射する前に真
空中でＡｒスパッタエッチングにより第２の配線２７，
２８上部の自然酸化膜を除去し、その後、真空を破らず
に連続的にレーザービームＬを照射する方法を用いても
よい。

【００２１】なお、第２の配線２７，２８の加熱には、
次に示すような方法を用いてもよい。すなわち、図１の
（ｃ）に示した工程を経た後、真空中でＡｒスパッタエ
ッチングを行い、第２の配線２７、２８の上部の表面の
自然酸化膜を除去する。これは、第２の配線２７、２８
を加熱する場合、流動させやすくするためである。積層
膜構造の場合、Ａｒスパッタエッチングにより第２の配
線２７、２８の上部の導電膜をすべて除去してもよい
し、薄く残してもよい。その後、連続的に真空中で第２
の配線２８を加熱することにより第２の接続孔２６に流
動させて埋め込む。配線の加熱は、たとえば、３００〜
６００℃の温度に設定したホルダーに半導体基板２０を
設置することにより行う。

【００２２】以下、本発明の第２の実施例について図面
を参照しながら説明する。図２の（ａ）〜（ｄ）は本発
明の第２の実施例における半導体装置の製造方法の各工
程の断面図を示すものである。

【００２３】なお、図２の（ａ）に示す本実施例の工程
は、図１の（ａ）に示した第１の実施例の工程と同じで
あるので、同一構成部分には同一番号を付して詳細な説
明を省略する。

【００２４】まず、図２の（ａ）に示す工程を経た後、
図２の（ｂ）に示すように、全面に第３の絶縁膜３１を
堆積する。この場合の第３の絶縁膜３１としては、ステ
ップカバレジの良好なプラズマＣＶＤ法によるシリコン
酸化膜、たとえば、オゾンＴＥＯＳ酸化膜などを用い
る。

【００２５】次に、図２の（ｃ）に示すように、ドライ
エッチング法を用いて第３の絶縁膜３１を除去すること
により、第２の配線２７，２８の側壁にのみ第３の絶縁
膜３１を残すようにする。

【００２６】最後に、図２の（ｄ）に示すように、全面
にレーザービームＬを照射し、第２の配線２８を加熱す
ることにより第２の接続孔２６に流動させて埋め込む。
このような方法を用いれば、レーザービームＬを照射す
る時、第２の配線２７，２８の側壁に被着した第３の絶
縁膜３１が第２の配線２７，２８の横方向への流動を防
止するので、第２の配線２７，２８間の短絡を起こすこ
となく、エレクトロマイグレーションやストレスマイグ
レーションによる、第２の接続孔２６における第２の配
線２８配線の断線不良を防止することが可能となる。ま
た、第１の実施例におけるレジスト膜３０の塗布工程を
省略できるので、工程数を少なくすることができる。

【００２７】なお、本実施例においては、第２の配線２
７，２８の側壁にのみ第３の絶縁膜３１を被着したが、
絶縁膜のかわりに、配線材料よりも融点が高い導電膜を
用いてもよい。このような方法を用いれば、側壁に導電
膜を形成することにより、配線を電気的、機械的に補強
することができるので、高い信頼性を有する配線を形成
することができる。

【００２８】なお、第１の実施例、第２の実施例におい
ては、レーザービームＬにより第２の配線２７，２８を
流動させたが、レーザービームＬのかわりに他のエネル
ギービームを用いてもよい。

【００２９】また、本実施例においては、配線材料とし
てＡｌ合金膜を用いたが、他の種類の導電膜を用いても
よい。さらに、本実施例においては、２層配線の構造を
示したが、１層配線、または３層以上の多層配線構造に
おいても同様の効果がある。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、配線を加
熱する前に、配線間に絶縁膜を形成すること、または配
線の側壁にのみ絶縁膜を被着すること、または配線の側
壁にのみ配線材料より融点が高い導電膜を被着すること
により、配線の横方向への流動を抑制できるため、配線
間の短絡を防止できながら、高い歩留を有する多層配線
の形成が可能となる。また、配線間に絶縁膜を埋め込ん
だ後に、真空中で前記配線上部の表面の自然酸化膜を除
去することにより、配線の流動を高めることができて、
配線の埋め込みをより確実に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施例におけ
る半導体装置の製造方法の各工程の断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施例におけ
る半導体装置の製造方法の各工程の断面図である。

【図３】従来の半導体装置の製造方法の工程の断面図で
ある。

【図４】（ａ）および（ｂ）は従来の半導体装置の製造
方法の各工程の断面図である。

【符号の説明】

２０ 半導体基板 ２５ 第２の絶縁膜 ２６ 第２の接続孔 ２７，２８ 第２の配線 ２９，３１ 第３の絶縁膜 ３０ レジスト膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に被着した絶縁膜に接続孔
   を設ける工程と、前記絶縁膜上および前記接続孔にそれ
   ぞれ配線を形成する工程と、前記配線間に、前記絶縁膜
   とは別に絶縁膜を埋め込む工程と、少なくとも前記接続
   孔内の配線を加熱することにより前記接続孔内の配線を
   流動させて埋め込む工程とを備えた半導体装置の製造方
   法。
2. 【請求項２】 半導体基板上に被着した絶縁膜に接続孔
   を設ける工程と、前記絶縁膜上および前記接続孔にそれ
   ぞれ配線を形成する工程と、少なくとも前記接続孔内の
   配線の側壁に前記絶縁膜とは別に絶縁膜を被着する工程
   と、少なくとも前記接続孔内の配線を加熱することによ
   り前記接続孔内の配線を流動させて埋め込む工程とを備
   えた半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 半導体基板上に被着した絶縁膜に接続孔
   を設ける工程と、前記絶縁膜上および前記接続孔にそれ
   ぞれ配線を形成する工程と、少なくとも前記接続孔内の
   配線の側壁に前記配線の材料よりも融点が高い導電膜を
   被着する工程と、少なくとも前記接続孔内の配線を加熱
   することにより前記接続孔内の配線を流動させて埋め込
   む工程とを備えた半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 エネルギービームにより配線を加熱する
   工程を備えた請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装
   置の製造方法。
5. 【請求項５】 配線間に絶縁膜を埋め込んだ後に、真空
   中で前記配線上部の表面の自然酸化膜を除去する工程
   と、真空中で前記配線を加熱する工程とを備えた請求項
   １〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。