JPH0714920A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JPH0714920A
JPH0714920A JP14726693A JP14726693A JPH0714920A JP H0714920 A JPH0714920 A JP H0714920A JP 14726693 A JP14726693 A JP 14726693A JP 14726693 A JP14726693 A JP 14726693A JP H0714920 A JPH0714920 A JP H0714920A
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JP
Japan
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layer
via hole
interlayer insulating
wiring
insulating layer
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Withdrawn
Application number
JP14726693A
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Japanese (ja)
Inventor
Norihisa Tsuzuki
範久 都築
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビアホールの形成方法に関し,下層配線の損
傷を少なくする。 【構成】 上面に拡散阻止層4を有する下層配線3を覆
う層間絶縁層6を貫通し拡散阻止層4を表出するビアホ
ール9を開設する工程において,層間絶縁層6にビアホ
ール9を開設するエッチングにおいてエッチストッパと
して作用するストッパ層5を拡散阻止層4上面に設ける
工程と,レジストマスク7を用いて層間絶縁層6を貫通
しストッバ層5を表出するビアホール上部9aを開設す
る工程と,次いで,レジストマスク7を除去する工程
と,次いで,ビアホール上部9a底面に表出するストッ
バ層5を,層間絶縁層6をマスクとし拡散阻止層4をエ
ッチストッバとするエッチングにより除去して拡散阻止
層4を表出し,ビアホール9を形成する工程とを有す
る。
(57) [Abstract] [Purpose] Regarding the method of forming via holes, reduce the damage to the underlying wiring. Constitution: In the step of forming a via hole 9 penetrating the interlayer insulating layer 6 covering the lower wiring 3 having the diffusion blocking layer 4 on the upper surface to expose the diffusion blocking layer 4, etching for forming the via hole 9 in the interlayer insulating layer 6 In the above, a step of providing a stopper layer 5 acting as an etch stopper on the upper surface of the diffusion blocking layer 4, a step of forming a via hole upper portion 9a which penetrates the interlayer insulating layer 6 and exposes the stubber layer 5 using the resist mask 7, Then, the resist mask 7 is removed, and then the stopper layer 5 exposed on the bottom surface of the via hole upper portion 9a is removed by etching using the interlayer insulating layer 6 as a mask and the diffusion stopper layer 4 as an etch stopper. And exposing and forming via holes 9.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は,半導体装置の製造方法
に関し,とくに下層配線の損傷が少ないビアホールの形
成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of forming a via hole with less damage to lower layer wiring.

【0002】半導体装置の製造において,層間絶縁層で
覆われた下層配線と電気的接続をとるため,層間絶縁層
にビアホールを形成する場合が頻繁に生ずる。例えば,
FPGA(フィールド・プログラマブル・ゲートアレ
イ)では,多数の平行配線からなり,互いに直交する二
組の配線群の各交点毎にビアホールを形成し,非晶質シ
リコン薄膜からなるアンチヒューズを形成する。
In manufacturing a semiconductor device, a via hole is frequently formed in an interlayer insulating layer because it is electrically connected to a lower layer wiring covered with the interlayer insulating layer. For example,
In an FPGA (Field Programmable Gate Array), a via hole is formed at each intersection of two sets of wiring lines which are composed of a large number of parallel wiring lines and are orthogonal to each other, and an antifuse made of an amorphous silicon thin film is formed.

【0003】しかし,かかるビアホールを形成する際の
エッチングにより,ビアホール底面に表出する下層配線
が損傷し,コンタクトの信頼性を損なうことがあり,半
導体装置の信頼性が劣化する。
However, etching at the time of forming such a via hole may damage the lower layer wiring exposed on the bottom surface of the via hole, impair the reliability of the contact, and deteriorate the reliability of the semiconductor device.

【0004】このため,下層配線を損傷することなくビ
アホールを開口する方法が強く要望されている。
Therefore, there is a strong demand for a method of opening a via hole without damaging the lower layer wiring.

【0005】[0005]

【従来の技術】層間絶縁層で覆われた下層配線へ接続す
るためのビアホールの従来の形成方法について,実施例
を参照して説明する。
2. Description of the Related Art A conventional method of forming a via hole for connecting to a lower layer wiring covered with an interlayer insulating layer will be described with reference to an embodiment.

【0006】図3は従来の実施例断面工程図であり,F
PGAのアンチヒューズ部の断面を表している。先ず,
図3(a)を参照して,半導体素子(図示されていな
い。)が形成された半導体基板1表面上に,酸化シリコ
ンからなる酸化膜2を形成する。
FIG. 3 is a sectional process drawing of a conventional embodiment,
The cross section of the anti-fuse part of PGA is shown. First,
Referring to FIG. 3A, an oxide film 2 made of silicon oxide is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 on which a semiconductor element (not shown) is formed.

【0007】次いで,酸化膜2上に下層配線3材料とな
るAl層,拡散阻止層4となる窒化チタン層を順次堆積
する。その後,フォトエッチングを用いて,窒化チタン
層及びAl層を順次エッチングしてパターニングし,下
層配線3を形成する。この下層配線3は,FPGAのア
ンチヒューズ部を構成する一方の配線,例えばX配線と
なる。ここで,下層配線3の上面に設けられた拡散阻止
層4は,下層配線3材料のAlとコンタクト材料である
シリコンとの拡散反応を防止するための拡散障壁として
機能する。
Next, on the oxide film 2, an Al layer as a material of the lower wiring 3 and a titanium nitride layer as a diffusion blocking layer 4 are sequentially deposited. Then, the titanium nitride layer and the Al layer are sequentially etched and patterned by photoetching to form the lower wiring 3. The lower layer wiring 3 is one wiring forming the antifuse portion of the FPGA, for example, an X wiring. Here, the diffusion blocking layer 4 provided on the upper surface of the lower layer wiring 3 functions as a diffusion barrier for preventing a diffusion reaction between Al of the lower layer wiring 3 and silicon which is a contact material.

【0008】次いで,下層配線3及び拡散阻止層4を覆
い平坦な表面を有するSiO2 層を層間絶縁層5として
基板1上全面に堆積する。次いで,アンチヒューズを形
成すべき領域を画定する開口8を有するレジストマスク
7をフォトリソグラフィにより形成する。
Then, a SiO 2 layer having a flat surface which covers the lower wiring 3 and the diffusion blocking layer 4 is deposited on the entire surface of the substrate 1 as an interlayer insulating layer 5. Next, a resist mask 7 having an opening 8 which defines a region where an antifuse is to be formed is formed by photolithography.

【0009】次いで,レジストマスク7を用いて層間絶
縁層5をRIE(反応性イオンエッチング)し,図3
(b)を参照して,層間絶縁層5を貫通し底面に拡散阻
止層4を表出するビアホール9を開設する。
Next, the interlayer insulating layer 5 is RIE (reactive ion etching) using the resist mask 7, and FIG.
Referring to (b), a via hole 9 penetrating the interlayer insulating layer 5 and exposing the diffusion blocking layer 4 is formed on the bottom surface.

【0010】次いで,図3(c)を参照して,レジスト
マスク7を酸素プラズマを用いて灰化し除去する。次い
で,非晶質シリコン薄膜を,CVD法を用いてビアホー
ル9内面及び層間絶縁層5を覆い堆積し,非晶質薄膜1
0を形成する。次いで,図3(d)を参照して,ビアホ
ール9内面を覆う非晶質薄膜10及びビアホール9周辺
の層間絶縁層上に堆積した非晶質薄膜10を残して,層
間絶縁層5上の他の領域に堆積した非晶質薄膜をフォト
エッチングにより除去する。
Next, referring to FIG. 3C, the resist mask 7 is ashed and removed using oxygen plasma. Next, an amorphous silicon thin film is deposited by CVD to cover the inner surface of the via hole 9 and the interlayer insulating layer 5, and the amorphous thin film 1 is deposited.
Form 0. Next, referring to FIG. 3D, the amorphous thin film 10 covering the inner surface of the via hole 9 and the amorphous thin film 10 deposited on the interlayer insulating layer around the via hole 9 are left, and the others on the interlayer insulating layer 5 are left. The amorphous thin film deposited in the region is removed by photoetching.

【0011】次いで,窒化チタン膜,及び上層配線12
材料のAlを順次堆積し,パターニングして,上層配線
12を形成する。この上層配線12は,通常は,下層配
線3と直交するY配線となる。
Next, the titanium nitride film and the upper wiring 12
The material Al is sequentially deposited and patterned to form the upper wiring 12. The upper layer wiring 12 is usually a Y wiring orthogonal to the lower layer wiring 3.

【0012】このように,上層配線12と下層配線3と
がビアホール9の底面で非晶質シリコンからなる非晶質
薄膜10を挟んで対向するアンチヒューズが形成され,
FPGAが製造される。
In this way, an antifuse is formed in which the upper layer wiring 12 and the lower layer wiring 3 are opposed to each other with the amorphous thin film 10 made of amorphous silicon sandwiched between them on the bottom surface of the via hole 9.
The FPGA is manufactured.

【0013】しかし,上記,ビアホールの形成工程にお
いて,層間絶縁層5を貫通するビアホールを形成する
際,SiO2 からなる層間絶縁層5を弗素を含む反応ガ
スを用いてエッチングするため,下層配線3上面に設け
られている窒化チタンからなる拡散阻止層4がオーバエ
ッチングされて薄くなるのである。
However, in forming the via hole penetrating the interlayer insulating layer 5 in the above-described step of forming the via hole, since the interlayer insulating layer 5 made of SiO 2 is etched by using the reaction gas containing fluorine, the lower layer wiring 3 The diffusion blocking layer 4 made of titanium nitride provided on the upper surface is over-etched and thinned.

【0014】その結果,拡散障壁の機能が劣化するた
め,下層配線3とシリコン薄膜10との拡散反応を引起
し,アンチヒューズのリーク電流を増加させ,またアン
チヒューズの信頼性を損なう。
As a result, the function of the diffusion barrier deteriorates, causing a diffusion reaction between the lower layer wiring 3 and the silicon thin film 10, increasing the leak current of the antifuse, and impairing the reliability of the antifuse.

【0015】また,ビアホール9形成後にレジストマス
ク7を除去する際,ビアホールの底面に表出する拡散阻
止層4の表出面が変質し,例えば灰化による除去では酸
化され,拡散阻止層4の表面に変質層が形成される。従
って,下層配線3と非晶質薄膜10との間に変質層が挟
まることとなり,アンチヒューズの書込電圧を変動さ
せ,また,アンチヒューズの残留抵抗が大きくなる。
When the resist mask 7 is removed after the via hole 9 is formed, the exposed surface of the diffusion blocking layer 4 exposed on the bottom surface of the via hole is altered, and is oxidized by removal by ashing, for example, and the surface of the diffusion blocking layer 4 is removed. An altered layer is formed on the surface. Therefore, the altered layer is sandwiched between the lower layer wiring 3 and the amorphous thin film 10, which changes the write voltage of the antifuse and increases the residual resistance of the antifuse.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上述したように,従来
のビアホール形成方法では,RIEを用いて層間絶縁層
にビアホールを形成する際に,下層配線上に設けられた
拡散阻止層が,ビアホールの底に表出するためエッチン
グされて薄くなり,拡散障壁が小さくなり信頼性を劣化
させるという問題があった。
As described above, in the conventional via hole forming method, when the via hole is formed in the interlayer insulating layer by using RIE, the diffusion blocking layer provided on the lower wiring is Since it appears on the bottom, it is etched and thinned, and the diffusion barrier becomes smaller, which deteriorates reliability.

【0017】また,ビアホールの底に拡散阻止層表面を
表出した状態でレジストマスクを除去するために,拡散
阻止層表面に変質層が形成され,素子特性が劣化すると
いう欠点がある。
Further, since the resist mask is removed in a state where the surface of the diffusion blocking layer is exposed at the bottom of the via hole, an altered layer is formed on the surface of the diffusion blocking layer, resulting in deterioration of device characteristics.

【0018】本発明は,拡散阻止層上にストッパ層を設
けることで,ビアホール形成の際の拡散阻止層のエッチ
ングを防止し,かつ,レジストマスク除去の際に拡散阻
止層の露出を回避して拡散阻止層表面の変質を防止する
ことにより,信頼性が高く,かつ優れた電気的特性を有
する半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
According to the present invention, by providing the stopper layer on the diffusion blocking layer, the diffusion blocking layer is prevented from being etched when the via hole is formed, and the diffusion blocking layer is not exposed when the resist mask is removed. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having high reliability and excellent electrical characteristics by preventing alteration of the surface of the diffusion blocking layer.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】図1及び図2は,本発明
の実施例断面工程図であり,FPGAのアンチヒューズ
部の形成工程を表している。
1 and 2 are cross-sectional process diagrams of an embodiment of the present invention, showing a process of forming an antifuse portion of an FPGA.

【0020】上記課題を解決するために,図1及び図2
を参照して,本発明の第一の構成は,上面に窒化チタ
ン,タングステンチタニュウム及び窒化タングステンの
うちの何れかかるなる拡散阻止層4を有し,アルミニュ
ウム及びアルミニュウム合金の何れかからなる下層配線
3を基板1上に形成する工程と,該下層配線3を被覆し
て堆積された層間絶縁層6を貫通し該拡散阻止層4を表
出するビアホール9を開設する工程とを有する半導体装
置の製造方法において,該拡散阻止層4上面に,高融点
金属シリサイドからなるストッパ層5を設ける工程と,
該下層配線3を覆い酸化シリコンからなる該層間絶縁層
6を堆積する工程と,該層間絶縁層6上に設けられ,か
つ該ビアホール9を画定する開口8を有するレジストマ
スク7を用いて,該層間絶縁層6を貫通し該ストッパ層
5を表出するビアホール上部9aを開設する工程と,次
いで,該レジストマスク7を除去する工程と,次いで,
該ビアホール上部9aの底面に表出する該ストッパ層5
を,該層間絶縁層6をマスクとし該拡散阻止層4をエッ
チストッパとするエッチングにより除去して該拡散阻止
層4を表出し,ビアホール9を形成する工程とを有する
ことを特徴として構成し,及び,第二の構成は,第一の
構成の半導体装置の製造方法において,請求項1記載の
半導体装置の製造方法において,該ビアホール9内面を
覆い該層間絶縁層6上に,非晶質シリコン薄膜,非晶質
カーボン薄膜及び上下に酸化シリコン膜を有する窒化シ
リコン膜(ONO膜)のうちの何れかからなる非晶質薄
膜10を堆積する工程と,該非晶質薄膜10上に上層配
線12を形成して,該下層配線3と該上層配線12とで
挟まれた該非晶質薄膜10をアンチヒューズとして形成
する工程とを有することを特徴として構成する。
In order to solve the above problems, FIG. 1 and FIG.
With reference to FIG. 1, the first structure of the present invention has a diffusion blocking layer 4 made of titanium nitride, tungsten titanium, or tungsten nitride on the upper surface, and a lower layer wiring 3 made of aluminum or an aluminum alloy. Of a semiconductor device, and a step of forming a via hole 9 penetrating an interlayer insulating layer 6 which covers the lower wiring 3 and exposes the diffusion blocking layer 4 on the substrate 1. A step of providing a stopper layer 5 made of a refractory metal silicide on the upper surface of the diffusion blocking layer 4,
Using the step of depositing the interlayer insulating layer 6 made of silicon oxide to cover the lower layer wiring 3 and the resist mask 7 provided on the interlayer insulating layer 6 and having the opening 8 defining the via hole 9, A step of opening a via hole upper portion 9a penetrating the interlayer insulating layer 6 and exposing the stopper layer 5, and then a step of removing the resist mask 7,
The stopper layer 5 exposed on the bottom surface of the via hole upper portion 9a
And removing the diffusion blocking layer 4 by etching using the interlayer insulating layer 6 as a mask to expose the diffusion blocking layer 4 as an etch stopper, and forming a via hole 9. The second structure is the method for manufacturing a semiconductor device according to the first structure, wherein in the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, the inner surface of the via hole 9 is covered and the amorphous silicon is formed on the interlayer insulating layer 6. A step of depositing an amorphous thin film 10 made of any one of a thin film, an amorphous carbon thin film, and a silicon nitride film (ONO film) having a silicon oxide film above and below, and an upper wiring 12 on the amorphous thin film 10. And forming the amorphous thin film 10 sandwiched between the lower layer wiring 3 and the upper layer wiring 12 as an antifuse.

【0021】[0021]

【作用】本発明の構成では,図1(a)を参照して,下
層配線3の上面に拡散阻止層4及び最上面にストッパ層
5が設けられる。
In the structure of the present invention, referring to FIG. 1A, the diffusion blocking layer 4 is provided on the upper surface of the lower wiring 3 and the stopper layer 5 is provided on the uppermost surface.

【0022】ストッパ層5は,図1(b)を参照して,
その上に堆積された層間絶縁層6をエッチングしてビア
ホール上部9aとなるべき孔を開口するとき,そのエッ
チングのストッパ(エッチストッパ)として機能する物
質から構成される。
The stopper layer 5 is formed by referring to FIG.
When the interlayer insulating layer 6 deposited thereon is etched to open a hole to be the via hole upper portion 9a, it is made of a substance that functions as an etching stopper (etch stopper).

【0023】かかる構成では,層間絶縁層6にビアホー
ルを開口する際にストッパ層があるため,オーバエッチ
ングにより拡散阻止層4を薄くすることがない。このた
め,下層配線3とコンタクト材料との拡散を確実に防止
できるから,リーク電流が小さな又信頼性に優れた素子
を製造することができる。
In this structure, since the stopper layer is provided when the via hole is opened in the interlayer insulating layer 6, the diffusion blocking layer 4 is not thinned by overetching. For this reason, the diffusion of the lower layer wiring 3 and the contact material can be surely prevented, so that an element having a small leak current and excellent reliability can be manufactured.

【0024】次いで,本発明の構成では,層間絶縁層6
にビアホール上部9aを開口する際にエッチマスクとし
て用いたレジストマスク7を例えば灰化して除去する。
その後さらに,図1(d)を参照して,層間絶縁層6を
マスクとするエッチングにより,ビアホール上部9aの
底に表出するストッパ層5を除去する。このストッパ層
5のエッチングは,拡散阻止層4をストッパとする選択
的エッチング,例えばRIE,プラズマエッチング又は
化学的エッチングによりなされる。
Next, in the structure of the present invention, the interlayer insulating layer 6
The resist mask 7 used as an etch mask when opening the via hole upper portion 9a is removed by, for example, ashing.
Thereafter, referring to FIG. 1D, the stopper layer 5 exposed at the bottom of the via hole upper portion 9a is removed by etching using the interlayer insulating layer 6 as a mask. The etching of the stopper layer 5 is performed by selective etching using the diffusion blocking layer 4 as a stopper, such as RIE, plasma etching or chemical etching.

【0025】なお,ストッパ層5は,レジストマスク7
の除去の際に,殆ど変質しない又は変質してもエッチン
グで除去される物質から構成される。かかる構成では,
レジストマスク7の除去によってストッパ層5が変質す
る場合はあるものの,拡散素子層4表面の変質はストッ
パ層5により保護されるため確実に回避することができ
る。従って,確実なコンタクトを実現することができ,
変質層の介在から生ずる不都合,例えばコンタクト抵抗
の増加,アンチヒューズの書込電圧の変動を防止するこ
とができる。
The stopper layer 5 is a resist mask 7
When removed, it is composed of a substance that is hardly altered or is removed by etching even if it is altered. In such a configuration,
Although the stopper layer 5 may be deteriorated by the removal of the resist mask 7, the deterioration of the surface of the diffusion element layer 4 is protected by the stopper layer 5 and can be reliably avoided. Therefore, reliable contact can be realized,
It is possible to prevent inconveniences caused by the inclusion of the deteriorated layer, such as an increase in contact resistance and fluctuations in the write voltage of the antifuse.

【0026】上述した本発明の構成において,下層配線
3は導電体,例えばAl又はその合金を用いることがで
きる。また,下層配線3とコンタクトする材料には,導
電体,例えばAl若しくは多結晶シリコンの他に,アン
チヒューズを形成する非晶質薄膜,例えば非晶質シリコ
ン薄膜,非晶質カーボン,又はONO膜(上下に酸化シ
リコン膜を有する窒化シリコン膜からなる3層構造の薄
膜をいう。)を用いることができる。
In the above-described structure of the present invention, the lower wiring 3 can be made of a conductor such as Al or its alloy. In addition to conductors such as Al or polycrystalline silicon, amorphous thin films that form antifuses, such as amorphous silicon thin films, amorphous carbon, or ONO films are used as materials that contact the lower wiring 3. (A thin film having a three-layer structure including a silicon nitride film having upper and lower silicon oxide films) can be used.

【0027】本発明の構成では,下層配線3としてAl
又はその合金を用い,拡散阻止層4として窒化チタン,
タングステンチタニュウム,又は窒化タングステンが用
いられる。かかる下層配線3と上記のコンタクト材料と
の組み合わせにおいて, これらの拡散素子層4は,下層
配線3とコンタクト材料との界面におけるAlの拡散反
応を有効に阻止することができる。
In the structure of the present invention, Al is used as the lower layer wiring 3.
Alternatively, using an alloy thereof, titanium nitride as the diffusion blocking layer 4,
Tungsten titanium or tungsten nitride is used. In the combination of the lower layer wiring 3 and the above contact material, these diffusion element layers 4 can effectively prevent the Al diffusion reaction at the interface between the lower layer wiring 3 and the contact material.

【0028】半導体装置では,層間絶縁層6としてSi
2 が広く用いられている。かかるSiO2 からなる層
間絶縁層6は,レジストマスクを用いて,弗素を含むガ
ス例えばCF4 又はCHF3 ガスを含むガスを反応ガス
とするRIEによりビアホールを形成することができ
る。本発明を構成するストッパ層5は,高融点金属シリ
サイド,例えばタングステンシリサイドが用いられ,弗
素を含むガスを反応ガスとする層間絶縁層6のRIEに
おけるストッパとして機能する。
In the semiconductor device, Si is used as the interlayer insulating layer 6.
O 2 is widely used. Via holes can be formed in the interlayer insulating layer 6 made of SiO 2 by using RIE using a resist mask and a gas containing fluorine, for example, a gas containing CF 4 or CHF 3 gas as a reaction gas. The stopper layer 5 constituting the present invention uses a refractory metal silicide, for example, tungsten silicide, and functions as a stopper in the RIE of the interlayer insulating layer 6 using a gas containing fluorine as a reaction gas.

【0029】従って,層間絶縁層6にビアホールを開設
するためのエッチングにおいて,ストッパ層5が無けれ
ばこの層間絶縁層6のエッチングによりオーバエッチン
グされるはずの拡散阻止層4が,ストッパ層5に保護さ
れるため,オーバエッチングされないのである。
Therefore, in the etching for opening a via hole in the interlayer insulating layer 6, the diffusion blocking layer 4 which should be over-etched by the etching of the interlayer insulating layer 6 is protected by the stopper layer 5 if the stopper layer 5 is not present. Therefore, it is not over-etched.

【0030】さらに,これら高融点シリサイドは,レジ
ストマスクの灰化の際に酸素の拡散を阻止して拡散阻止
層4の変質を防止する。次いで,これら高融点金属シリ
サイドは,通常の半導体製造工程で用いられる方法,例
えば臭素を含むガスを反応ガスとするRIE,プラズマ
エッチングにより,又は化学的エッチングにより除去さ
れる。かかる高融点金属シリサイドのエッチングにおい
て,拡散阻止層4として用いられる窒化チタン,タング
ステンチタニュウム,又は窒化タングステンはストッパ
として機能する。従って,Alからなる下層配線3は,
拡散阻止層4により保護されるから,エッチングされ,
又は変質層を生ずることがない。
Further, these refractory silicides prevent the diffusion of oxygen during the ashing of the resist mask and prevent the alteration of the diffusion blocking layer 4. Next, these refractory metal silicides are removed by a method used in a usual semiconductor manufacturing process, for example, RIE using a gas containing bromine as a reaction gas, plasma etching, or chemical etching. In etching the refractory metal silicide, titanium nitride, tungsten titanium, or tungsten nitride used as the diffusion blocking layer 4 functions as a stopper. Therefore, the lower layer wiring 3 made of Al is
Since it is protected by the diffusion blocking layer 4, it is etched,
Or, no altered layer is produced.

【0031】上述したように,本発明の構成において,
ストッパ層は,層間絶縁層6のエッチングに対して選択
性を有し,さらに,ストッパ層のエッチングにおいて拡
散阻止層に対する選択性を有する必要がある。かかる選
択性はエッチングにより異なるから,エッチングに応じ
て層間絶縁層,ストッパ層及び拡散阻止層の材料を適切
に選択することでなされる。
As described above, in the configuration of the present invention,
The stopper layer needs to have a selectivity with respect to the etching of the interlayer insulating layer 6 and further has a selectivity with respect to the diffusion blocking layer in the etching of the stopper layer. Since the selectivity varies depending on the etching, it is performed by appropriately selecting the materials for the interlayer insulating layer, the stopper layer and the diffusion blocking layer according to the etching.

【0032】[0032]

【実施例】本発明を,FPGAに適用した実施例を参照
して詳細に説明する。先ず,表面に半導体素子が形成さ
れたシリコン基板1上に,図1(a)を参照して,Si
2 からなる酸化膜2を堆積する。
The present invention will be described in detail with reference to an embodiment applied to an FPGA. First, referring to FIG. 1A, a Si substrate 1 on the surface of which a semiconductor element is formed
An oxide film 2 made of O 2 is deposited.

【0033】次いで,酸化膜2上にスパッタにより,厚
さ500nmのAl層,厚さ100nmの窒化チタン層,厚
さ100nmのタングステンシリサイド層を順次堆積す
る。その後フォトエッチングによりパターニングし,最
上面にタングステンシリサイドからなるストッパ層5,
及びその下層にTiNからなる拡散阻止層4が,上表面
に設けられたAlからなる下層配線3を形成する。この
下層配線3は,図1(a)の紙面に垂直に延在する平行
線群として形成され,図1(a)はその一本の断面を表
している。
Then, an Al layer having a thickness of 500 nm, a titanium nitride layer having a thickness of 100 nm, and a tungsten silicide layer having a thickness of 100 nm are sequentially deposited on the oxide film 2 by sputtering. Then, patterning is performed by photoetching, and the stopper layer 5 made of tungsten silicide is formed on the uppermost surface.
Further, the diffusion blocking layer 4 made of TiN is formed on the lower layer thereof to form the lower layer wiring 3 made of Al provided on the upper surface. The lower layer wiring 3 is formed as a group of parallel lines extending perpendicularly to the paper surface of FIG. 1 (a), and FIG. 1 (a) shows a cross section of one of the parallel lines.

【0034】ついで,下層配線3,拡散阻止層4,スト
ッパ層5を覆う厚さ1000nmの平坦な表面のSiO2
層を層間絶縁層6として堆積する。次いで,図1(b)
を参照して,下層配線3直上にビアホールを画定する開
口8を有するレジストマスク7を形成する。次いで,こ
のレジストマスク7を用いて層間絶縁層6を選択的にエ
ッチングし,層間絶縁層6を貫通する貫通孔をビアホー
ル上部9aとして開設する。
Next, a flat surface of SiO 2 having a thickness of 1000 nm covering the lower wiring 3, the diffusion blocking layer 4 and the stopper layer 5 is formed.
The layer is deposited as an interlayer insulating layer 6. Then, FIG. 1 (b)
Referring to, a resist mask 7 having an opening 8 that defines a via hole is formed immediately above the lower layer wiring 3. Next, the interlayer insulating layer 6 is selectively etched using this resist mask 7, and a through hole penetrating the interlayer insulating layer 6 is opened as a via hole upper portion 9a.

【0035】この層間絶縁層6のエッチングは,例えば
CF4 とCHF3 との混合ガスを反応ガスとするRIE
を用いることができ,このときタングステンシリサイド
からなるストッパ層5はエッチストッパとして機能す
る。
The etching of the interlayer insulating layer 6 is performed by, for example, RIE using a mixed gas of CF 4 and CHF 3 as a reaction gas.
Can be used, and at this time, the stopper layer 5 made of tungsten silicide functions as an etch stopper.

【0036】次いで,図1(c)を参照して,レジスト
マスク7を酸素プラズマに暴露して灰化し,除去する。
このとき,ビアホール上部9aの底面に表出するストッ
パ層5には,殆ど変質層が生じない。また,ストッパ層
5に覆われている拡散阻止層4は全く変質することがな
い。
Next, referring to FIG. 1C, the resist mask 7 is exposed to oxygen plasma to be ashed and removed.
At this time, almost no altered layer is generated in the stopper layer 5 exposed on the bottom surface of the via hole upper portion 9a. Further, the diffusion blocking layer 4 covered with the stopper layer 5 never deteriorates.

【0037】次いで,図1(d)を参照して,ビアホー
ル上部9aの底面に表出するストッパ層5を,塩化臭素
を反応ガスとするRIEを用いてエッチングし,除去
し,底面に拡散阻止層4を表出するビアホール9を形成
する。このストッパ層5のエッチングにおいて,窒化チ
タンからなる拡散阻止層4は十分なエッチング選択性を
有するため拡散阻止層4のオーバエッチングは極めて少
ない。
Next, referring to FIG. 1D, the stopper layer 5 exposed on the bottom surface of the via hole upper portion 9a is etched and removed by RIE using bromine chloride as a reaction gas to prevent diffusion on the bottom surface. A via hole 9 exposing the layer 4 is formed. In the etching of the stopper layer 5, the diffusion blocking layer 4 made of titanium nitride has a sufficient etching selectivity, so that the over-etching of the diffusion blocking layer 4 is extremely small.

【0038】次いで,図2(e)を参照して,ビアホー
ル内面及び層間絶縁層6の表出面に,厚さ100nmの非
晶質シリコン薄膜10を例えばCVD法により堆積す
る。次いで,ビアホール9内面を覆う非晶質シリコン及
び,層間絶縁層6上に延在する非晶質シリコンのうちビ
アホール9開口部周辺領域を残して,層間絶縁層6上の
非晶質シリコンをエッチングにより除去し,ビアホール
9内面を覆う島状の非晶質シリコン薄膜からなる非晶質
薄膜10を形成する。
Next, referring to FIG. 2E, an amorphous silicon thin film 10 having a thickness of 100 nm is deposited on the inner surface of the via hole and the exposed surface of the interlayer insulating layer 6 by, for example, the CVD method. Then, the amorphous silicon covering the inner surface of the via hole 9 and the amorphous silicon extending on the interlayer insulating layer 6 are etched to leave the region around the opening of the via hole 9 and to etch the amorphous silicon on the interlayer insulating layer 6. Then, the amorphous thin film 10 made of an island-shaped amorphous silicon thin film that covers the inner surface of the via hole 9 is formed.

【0039】次いで,図2(f)を参照して,厚さ10
0nmの窒化チタン膜,及び厚さ1μmのAl層を例えば
スパッタにより堆積し,パターンニングして下面に窒化
チタン膜11を有する上層配線12を形成する。この上
層配線12は,下層配線3と直交する平行線群としてパ
ターニングされ,下層配線3との各交点に形成されたビ
アホール9おいて,非晶質薄膜10を上層及び下層配線
12,3とで挟む構造のアンチヒューズを形成する。な
お,窒化チタン膜11は上層配線12のAlと非晶質薄
膜10との拡散反応を防止するために設けられる。
Next, referring to FIG. 2 (f), the thickness 10
A 0 nm titanium nitride film and an Al layer having a thickness of 1 μm are deposited by, for example, sputtering and patterned to form an upper wiring 12 having a titanium nitride film 11 on the lower surface. This upper layer wiring 12 is patterned as a group of parallel lines orthogonal to the lower layer wiring 3, and in the via holes 9 formed at each intersection with the lower layer wiring 3, the amorphous thin film 10 is divided into upper and lower layer wirings 12 and 3. An antifuse having a sandwiching structure is formed. The titanium nitride film 11 is provided to prevent a diffusion reaction between Al of the upper wiring 12 and the amorphous thin film 10.

【0040】本実施例により形成されたアンチヒューズ
は,シリコン薄膜からなる非晶質薄膜10とAlからな
る下層配線3との間に十分な厚さの拡散阻止層があるた
め拡散反応が防止され,リーク電流が小さく,かつ製造
歩留りが高い。
The antifuse formed according to this embodiment has a diffusion blocking layer of sufficient thickness between the amorphous thin film 10 made of a silicon thin film and the lower wiring 3 made of Al, so that the diffusion reaction is prevented. Low leakage current and high manufacturing yield.

【0041】また,レジストマスク7の灰化の際に拡散
阻止層4表面に変質層を生ずることがないから,アンチ
ヒューズの書込電圧の上昇,書込後の残留抵抗(ON抵
抗)の上昇という不都合を回避することができる。従っ
て信頼性の高い素子を製造することができる。
Further, since the altered layer is not formed on the surface of the diffusion blocking layer 4 when the resist mask 7 is ashed, the write voltage of the antifuse and the residual resistance (ON resistance) after writing rise. It is possible to avoid the inconvenience. Therefore, a highly reliable element can be manufactured.

【0042】上述した実施例において,アンチヒューズ
を形成する非晶質薄膜として,非晶質シリコン薄膜に代
えて非晶質カーボン薄膜又はONO膜を用いることがで
きる。
In the above-described embodiment, an amorphous carbon thin film or an ONO film can be used instead of the amorphous silicon thin film as the amorphous thin film forming the antifuse.

【0043】非晶質カーボンは例えばプラズマCVD法
で堆積される。非晶質薄膜をカーボンとするとき,レジ
スト灰化と同時に非晶質薄膜をエッチングすることがで
きるから,工程を簡素にすることができる。
Amorphous carbon is deposited by plasma CVD, for example. When the amorphous thin film is carbon, the amorphous thin film can be etched at the same time as the resist ashing, so that the process can be simplified.

【0044】また,ONO膜は,シリコン薄膜を堆積し
たのち熱酸化して,酸化シリコンを直接堆積して例えば
20nmの酸化膜を形成する。その後,窒化シリコンを堆
積した後その表面を熱酸化して形成することができる。
その結果,例えば,上下に20nmの酸化膜を有し,Si
2 への換算膜厚が50nmの窒化シリコン薄膜からなる
3層構造のONO膜を形成することができる。なお,か
かるONO膜のエッチングは通常よく知られた方法でな
すことができる。
The ONO film is formed by depositing a silicon thin film and then thermally oxidizing it to directly deposit silicon oxide to form an oxide film of 20 nm, for example. Then, it can be formed by depositing silicon nitride and then thermally oxidizing its surface.
As a result, for example, the upper and lower oxide films of 20 nm,
It is possible to form an ONO film having a three-layer structure made of a silicon nitride thin film having a film thickness converted to O 2 of 50 nm. The etching of the ONO film can be performed by a well-known method.

【0045】[0045]

【発明の効果】上述したように,本発明によれば,表面
に拡散阻止層を有する下層配線に接続するためのビアホ
ールを層間絶縁層に開設する際に,ビアホール底面に表
出する拡散阻止層をオーバエッチングすることがなく,
またレジスト灰化の際に,拡散阻止層表面を変質するこ
とがないので,信頼性が高く,かつ優れた電気的特性を
有する半導体装置の製造方法を提供することができ,半
導体装置の性能向上に寄与するところが大きい。
As described above, according to the present invention, when the via hole for connecting to the lower layer wiring having the diffusion blocking layer on the surface is opened in the interlayer insulating layer, the diffusion blocking layer exposed on the bottom surface of the via hole. Without over etching
Further, since the surface of the diffusion blocking layer is not altered when the resist is ashed, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device having high reliability and excellent electrical characteristics, and improving the performance of the semiconductor device. It greatly contributes to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施例断面工程図(その1)FIG. 1 is a sectional process drawing of an embodiment of the present invention (No. 1)

【図2】 本発明の実施例断面工程図(その2)FIG. 2 is a sectional process diagram of an embodiment of the present invention (No. 2)

【図3】 従来の実施例断面工程図FIG. 3 is a sectional process diagram of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 酸化膜 3 下層配線 4 拡散阻止層 5 ストッパ層 6 層間絶縁層 7 レジストマスク 8 開口 9 ビアホール 9a ビアホール上部 10 非晶質薄膜 11 窒化チタン膜 12 上層配線 1 Substrate 2 Oxide Film 3 Lower Wiring 4 Diffusion Blocking Layer 5 Stopper Layer 6 Interlayer Insulating Layer 7 Resist Mask 8 Opening 9 Via Hole 9a Via Hole Top 10 Amorphous Thin Film 11 Titanium Nitride Film 12 Upper Wiring

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 上面に窒化チタン,タングステンチタニ
ュウム及び窒化タングステンのうちの何れかかるなる拡
散阻止層(4)を有し,アルミニュウム及びアルミニュ
ウム合金の何れかからなる下層配線(3)を基板(1)
上に形成する工程と,該下層配線(3)を被覆して堆積
された層間絶縁層(6)を貫通し該拡散阻止層(4)を
表出するビアホール(9)を開設する工程とを有する半
導体装置の製造方法において, 該拡散阻止層(4)上面に,高融点金属シリサイドから
なるストッパ層(5)を設ける工程と, 該下層配線(3)を覆い酸化シリコンからなる該層間絶
縁層(6)を堆積する工程と, 該層間絶縁層(6)上に設けられ,かつ該ビアホール
(9)を画定する開口(8)を有するレジストマスク
(7)を用いて,該層間絶縁層(6)を貫通し該ストッ
バ層(5)を表出するビアホール上部(9a)を開設す
る工程と, 次いで,該レジストマスク(7)を除去する工程と, 次いで,該ビアホール上部(9a)の底面に表出する該
ストッパ層(5)を,該層間絶縁層(6)をマスクとし
該拡散阻止層(4)をエッチストッパとするエッチング
により除去して該拡散阻止層(4)を表出し,該ビアホ
ール(9)を形成する工程とを有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
1. A substrate (1) having a lower layer wiring (3) made of aluminum or an aluminum alloy and having a diffusion blocking layer (4) made of titanium nitride, titanium-tungsten, or tungsten nitride on the upper surface.
The step of forming the upper layer and the step of forming a via hole (9) penetrating the interlayer insulating layer (6) deposited to cover the lower layer wiring (3) and exposing the diffusion blocking layer (4). In the method of manufacturing a semiconductor device having the method, the step of providing a stopper layer (5) made of refractory metal silicide on the upper surface of the diffusion blocking layer (4), and the interlayer insulating layer made of silicon oxide to cover the lower wiring (3) Using the step of depositing (6) and a resist mask (7) provided on the interlayer insulating layer (6) and having an opening (8) for defining the via hole (9), the interlayer insulating layer ( 6) a step of opening a via hole upper part (9a) which penetrates the stopper layer (5) and then removes the resist mask (7), and then a bottom surface of the via hole upper part (9a) The stopper layer (5) exposed in , The interlayer insulating layer (6) is used as a mask to remove the diffusion blocking layer (4) by etching using the diffusion blocking layer (4) as an etch stopper to expose the diffusion blocking layer (4) and form the via hole (9). A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて, 該ビアホール(9)内面を覆い該層間絶縁層(6)上
に,非晶質シリコン薄膜,非晶質カーボン薄膜及び上下
に酸化シリコン膜を有する窒化シリコン膜(ONO膜)
のうちの何れかからなる非晶質薄膜(10)を堆積する
工程と, 該非晶質薄膜(10)上に上層配線(12)を形成し
て,該下層配線(3)と該上層配線(12)とで挟まれ
た該非晶質薄膜(10)をアンチヒューズとして形成す
る工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an amorphous silicon thin film, an amorphous carbon thin film, and an upper and lower oxide film are formed on the interlayer insulating layer (6) covering the inner surface of the via hole (9). Silicon nitride film having silicon film (ONO film)
A step of depositing an amorphous thin film (10) made of any one of the above, forming an upper layer wiring (12) on the amorphous thin film (10), and forming the lower layer wiring (3) and the upper layer wiring ( 12) and a step of forming the amorphous thin film (10) sandwiched between the amorphous thin film and the amorphous thin film as an antifuse.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100357194B1 (en) * 2000-12-15 2002-10-19 주식회사 하이닉스반도체 method for forming metal line semiconductor device

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