JPH07221177A

JPH07221177A - 半導体装置とその製造方法

Info

Publication number: JPH07221177A
Application number: JP1248794A
Authority: JP
Inventors: Masato Kanazawa; 正人金澤
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】フォトリソグラフィー技術での解像限界以下
の微細な接続孔の開口を可能にし、意図した直径で精度
よく開口する。【構成】Ｐ型半導体基板３１には、半導体素子や、半
導体素子間分離（ＬＯＣＯＳ等）が形成されている。し
たがって、Ｐ型半導体基板３１には上記半導体素子や半
導体素子間分離が形成されているので、形成した素子に
応じた段差が形成されている。Ｐ型半導体基板３ｌ上に
は層間絶縁膜層３２を形成する。層間絶縁膜層３２は、
Ｐ型半導体基板３１上に形成された半導体素子と、導伝
膜層３３との間の絶縁耐圧を確保するために設ける。層
間絶縁膜層３２は、第一の絶縁膜層３２Ａとエッチング
ストップ膜層３２Ｂと第二の絶縁膜層３２Ｃの三層構造
で構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置内に形成さ
れる配線間の接続孔の微細化に関し、従来よりばらつき
が小さく安定に、微細な接続孔の開口を可能にできる半
導体装置とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下に、従来の技術について図面を参照
しながら説明する。図１５は、従来の半導体装置とその
製造方法の一例を示す工程断面図である。１はＰ型半導
体基板、２は第一の層間絶縁膜層、３は第一の導伝膜
層、４は第一の接続孔、５は第二の接続孔、６は第二の
層間絶縁膜層、７は第二の導伝膜層である。

【０００３】第一導伝型の半導体基板としてＰ型半導体
基板１を例にとり以下に説明する。Ｐ型半導体基板１上
には、通常作り込まれるＭＯＳトランジスタ、ＭＯＳキ
ャパシタ、バイポーラトランジスタ、抵抗等のいずれか
の半導体素子がすでに形成されている（図示しない）。

【０００４】Ｐ型半導体基板１上に第一の層間絶縁膜層
２である二酸化珪素膜を形成する。二酸化珪素膜には、
たとえば減圧あるいは常圧気相成長法により形成したＳ
ｉＯ ₂膜、ＢＰＳＧ（boron-phosphosilicate glass）
膜、ＰＳＧ（phosphosilicateglass）膜等が用いられ
る。次に、第一の層間絶縁膜層２の所定位置を選択的に
除去する。除去された領域に第一の接続孔４が形成され
る（以上図１５（ａ））。

【０００５】この後、第一の接続孔４を含む領域に第一
の導伝膜層３を形成する。第一の接続孔４の底面にＰ型
半導体基板１が露出している。露出した半導体基板１上
に自然酸化により形成された酸化物層を除去する。この
後、第一の導伝膜層３を形成する。この第一の導伝膜層
３は、ＲＩＥ等の異方性エッチングを用いて所定の形状
に形成する（以上図１５（ｂ））。

【０００６】引き続き、所定形状に形成された第一の導
伝膜層３上に第二の層間絶縁膜層６を形成する。次に、
第二の層間絶縁膜層６の所定位置を選択的に除去する。
除去された領域は第二の接続孔５となる（以上図１５
（ｃ））。

【０００７】次に第二の接続孔５を少なくとも含む領域
に第二の導伝膜層７が形成される。第二の接続孔５の底
面に露出した第一の導伝膜層３上には自然酸化物層が形
成される。この自然酸化物層を除去し、第一の導伝膜層
３の表面を露出させる。この後、第二の導伝膜層７を形
成する。この第二の導伝膜層７は、ＲＩＥ等の異方性エ
ッチングを用いて所定の形状に加工される（以上図１５
（ｄ））。

【０００８】以上の製造方法によって二層配線構造が実
現できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】半導体装置の高集積化
に伴い配線層の微細化、多層化が進みつつある。多層配
線の微細化を行おうとすると、配線の線幅が縮小するに
つれて、同時に上下の配線を接続する接続孔を小さくす
る必要がある。多層配線の微細化を実現し、半導体装置
の集積度を向上させようとすると、上下の配線を接続す
る接続孔の直径を少なくとも上下の配線の最小線幅以下
にする必要がある。たとえば、線幅が１.０μｍでは、
接続孔の直径は少なくとも１.０μｍ以下にする必要が
ある。最小線幅より直径が大きい接続孔を用いた場合に
は、接続孔の大きさに配線幅が制限される。このため、
配線の密度を上げることができず、ひいては集積度を上
げることができなくなり、同一の機能をもつ半導体装置
を製造しても、チップサイズが大きくなってしまう。

【００１０】近年の半導体装置の高集積化による配線層
の微細化の現状では、配線幅で１.０μｍ以下のものが
用いられ、また、そのときの接続孔の直径は１.０μｍ
以下のものが用いられる。したがって、サブミクロン径
の接続孔を再現性よく安定に形成することが重要である
が、そこにはいくつかの課題がある。

【００１１】第一の課題について説明する。接続孔を開
口するための現状の技術には、縮小投影露光装置を用い
たフォトリソグラフィー技術と、反応性イオンエッチン
グ技術が用いられる。縮小投影露光装置を用いたフォト
リソグラフィー技術での、フォトレジストパターンの解
像度は、大きくは露光に用いる光源の波長により決定さ
れる。したがって、光源の波長により決定されるある一
定の寸法以下のフォトレジストパターンの形成は不可能
である。このため、従来の接続孔を開口する技術では、
ある一定の直径以下の接続孔の開口はできない。すなわ
ち、第一の問題点は開口できる接続孔の直径の限界は、
現有のフォトリソグラフィー技術により形成可能なフォ
トレジストパターンの限界に律速される。

【００１２】第二の課題は、従来の技術では、一度開口
が終了した接続孔の直径を、製造工程のばらつきで狙い
の直径から大きく変動した場合において、後工程での修
正することができない。すなわち、接続孔の直径が狙い
の寸法から外れた場合には、その時点で加工不良とな
り、救済できない。

【００１３】第三の課題は、多層配線の段差を緩和する
ために行う平坦化に起因する問題である。多層配線の段
差を緩和するために、導伝膜層間の層間絶縁膜の平坦化
を行った場合は、下地の段差に応じて層間絶縁膜の膜厚
が異なる。したがって、平坦化処理を行った層間絶縁膜
の特定の位置に接続孔を開口する際には、膜厚の異なる
層間絶縁膜を同時に反応性イオンエッチング等で開口す
る必要が生じる。この場合、反応性イオンエッチングは
層間絶縁膜の膜厚にかかわらず均一に進むので、層間絶
縁膜の薄い部分に形成する接続孔は早く開口して、接続
孔の底が露出する。層間絶縁膜のもっとも厚い部分の接
続孔が開口するまで反応性イオンエッチングを行うの
で、層間絶縁膜が薄く接続孔の底が早く露出した接続孔
は、過度な反応性イオンエッチング種の入射にさらされ
る。このことにより次のような問題を生じる。

【００１４】開口する接続孔の底が半導体基板１１の場
合を第一の例にとり、図１６を用いて説明する。１１は
半導体基板、１２は拡散層、１３は層間絶縁膜層、１４
は素子分離領域、１５はゲートポリシリコン配線、１６
はフォトレジストパターン、１７は接続孔、１７Ａはも
っとも深い接続孔、１７Ｂはもっとも浅い接続孔であ
る。

【００１５】たとえば、接続孔の底の半導体基板は導伝
膜層とのオーミック接触を得るために、高濃度の不純物
を含み縮退した拡散層１２が形成されている。通常、拡
散層１２はＭＯＳトランジスタではソース／ドレインを
構成しており、微細化したＭＯＳトランジスタでは、そ
のソース／ドレインの厚さは０.１μｍ〜０.３μｍ程度
である。このようなソース／ドレイン部が、上述の層間
絶縁膜層１３のもっとも薄い接続孔１７Ｂの底に位置し
た場合、層間絶縁膜１３がもっとも厚い接続孔１７Ａが
開口するまで、過度の反応性イオンエッチング種の入射
にさらされて、ダメージを受けることになる。すなわ
ち、拡散層１２で構成されるソース／ドレイン部に結晶
欠陥が生じて、ソース／ドレインを構成するｐｎ接合が
破壊したり、あるいは、ｐｎ接合の逆方向電流が増加し
たりするという問題を生じる。

【００１６】また、層間絶縁膜層１３をエッチングする
反応性イオンエッチング条件でも、少なからずも拡散層
１２で構成されるソース／ドレイン部もエッチングされ
る。このため、過度の反応性イオンエッチング種の入射
により、拡散層１２で構成されるソース／ドレインの厚
みが減少して、ｐｎ接合の逆方向電流が増加するという
問題を生じる。

【００１７】ｐｎ接合が破壊した場合はＭＯＳトランジ
スタはもはや正常な動作をしなくなる。また、ｐｎ接合
の逆方向電流が増加すると、ＭＯＳトランジスタ等の組
み合わせで形成した半導体集積回路の静止時の消費電力
が増すという問題を生じる。さらに、接続孔１７を開口
するための反応性イオンエッチングでは、異方性のエッ
チングの進行と同時に異方性を保つために、接続孔１７
の側壁には弗素系の堆積物を形成する。

【００１８】すなわち、過度の反応性イオンエッチング
を行うと、弗素系の堆積物により拡散層１２で構成され
るソース／ドレイン部が汚染されて、上部導伝膜層と良
好なオーミック接触を形成できないという問題を生じ
る。

【００１９】引き続き、開口する接続孔の底が導伝膜層
の場合を第二の例にとり、図１７を用いて説明する。２
１は半導体基板、２２は第一の層間絶縁膜層、２３は導
伝膜層、２４は第二の層間絶縁膜層、２５はフォトレジ
ストパターン、２６はアルミニウムの弗素化合物、２７
は接続孔、２７Ａはもっとも浅い接続孔、２７Ｂはもっ
とも深い接続孔である。

【００２０】たとえば現状の半導体装置では接続孔２７
の底の導伝膜層２３はアルミニウム合金膜層が用いて構
成される。このようなアルミニウム合金膜層が、上述の
層間絶縁膜層２４のもっとも薄い接続孔２７Ａの底に位
置し、過度の反応性イオンエッチング種の入射にさらさ
れた場合には、もっとも浅い接続孔２７Ａの周辺にアル
ミニウムの弗素化合物２６が堆積するという問題を生じ
る。アルミニウムの弗素化合物２６は反応性イオンエッ
チングの通常の条件下では蒸発しないので、過度の反応
性イオンエッチング種の入射とともに、もっとも浅い接
続孔２７Ａの側壁の底からフォトレジストパターン２５
側壁にまで堆積する。反応性イオンエッチングで接続孔
２７を開口した後は、接続孔２７を開口するためのフォ
トレジストパターン２５を除去するが、この際もっとも
浅い接続孔２７Ａの側壁やフォトレジストパターン２５
の側壁に堆積したアルミニウムの弗素化合物２６は容易
に除去できない。したがって、アルミニウムの弗素化合
物２６はもっとも浅い接続孔２７Ａの側壁のみならず、
もっとも浅い接続孔２７Ａの上部に円筒型の突出物を形
成し残存することになる。

【００２１】上述の機構によって、アルミニウムの弗素
化合物２６が接続孔２７の側壁やフォトレジストパター
ン２５の側壁に堆積し、その堆積量は接続孔が浅くなる
ほど多くなり、前記円筒状の突起物は接続孔の深さに依
存して変化する。その結果、接続孔２７の上部に形成す
る導伝膜層を、全ての接続孔２７について十分な被覆率
で形成することができず、製造工程上、また品質上にお
いて多大な問題を生じる。

【００２２】第四の課題は、接続孔の微細化に起因した
上部の導伝膜層の被覆率の問題である。半導体装置の高
集積化に伴う微細化によって、接続孔の直径も縮小され
ている。しかしながら、半導体装置の高性能化、特にＲ
Ｃ遅延を低減し動作速度の向上を図るためには、寄生容
量の増加を抑える必要がある。現状の半導体装置では寄
生容量の増加を抑えるために、接続孔の直径の縮小はす
るが、それに応じた層間絶縁膜層の薄膜化は行われてい
ない。半導体装置の微細化に伴い接続孔は、直径が小さ
く縦方向の深さは深いものになっている。その結果その
上部に形成する導伝膜層の被覆率が低下し、許容電流密
度が低下するなど、マイグレーション耐性が低下するの
で、信頼性上の問題が発生する。

【００２３】本発明の目的は、現状の縮小投影露光装置
を用いたフォトリソグラフィー技術と、反応性イオンエ
ッチング技術で、上記フォトリソグラフィー技術での解
像限界以下の微細な接続孔の開口を可能にすることにあ
る。また、直径１.０μｍ以下の微細な接続孔を、ばら
つきによって製造工程中に生じた変動を後工程で補正す
ることにより、意図した直径で精度よく開口できる半導
体装置の製造方法を提供することにある。

【００２４】さらに、半導体装置内で深さの異なる接続
孔を同時に開口する際に、もっとも浅い接続孔の底面の
接触面に不必要なオーバーエッチングによる過度の反応
性エッチングイオン種の入射を防ぎ、接続孔底面に欠陥
が入ったり、もしくは掘れすぎによるｐｎ接合の破壊を
防止できる半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。さらに、不必要なオーバーエッチングによる過度の
反応性エッチングイオン種の入射によって生成される、
エッチング複合生成物の堆積を防止できる半導体装置の
製造方法を提供することにある。

【００２５】さらに、半導体装置の微細化に伴い直径が
小さく縦方向の深さが深くなった接続孔において、その
上部に形成する導伝膜層の被覆率の低下を防止できる半
導体装置の製造方法を提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の半導体装置は、第一の導伝膜層と第二の導伝
膜層を絶縁分離するための層間絶縁膜層が第一の絶縁膜
層とエッチングストップ膜層と第二の絶縁膜層の三層で
構成されている。

【００２７】また、エッチングストップ膜層が多結晶シ
リコン膜、あるいはアモルファスシリコン膜である。

【００２８】また、エッチングストップ膜層が第一の絶
縁膜層と第二の絶縁膜層と第三の絶縁膜層とで覆われて
いる。

【００２９】さらに、第一の導伝膜層と第二の導伝膜層
を絶縁分離するための層間絶縁膜層に第一の接続孔が形
成され、前記第一の接続孔の側壁にサイドウォールが形
成されると同時に第二の接続孔が形成されており、前記
第二の接続孔を介して前記第一の導伝膜層と前記第二の
導伝膜層が接続されている。

【００３０】上記目的を達成するために本発明の半導体
装置の製造方法は、半導体基板上の所定の領域に第一の
絶縁物層とエッチングストップ膜層と第二の絶縁膜層を
順次形成する工程と、前記エッチングストップ膜層と第
二の絶縁膜層に前記第一の絶縁膜層が露出する第一の接
続孔を形成する工程と、前記第一の接続孔の側壁に絶縁
膜からなるサイドウォールを形成すると同時に前記第一
の接続孔の底部に露出した前記第二の絶縁膜に半導体基
板が露出する第二の接続孔を形成する工程を備えてい
る。

【００３１】また、エッチングストップ膜層が減圧気相
成長法で形成した多結晶シリコン膜である。

【００３２】また、エッチングストップ膜層がプラズマ
気相成長法で形成したアモルファスシリコン膜である。

【００３３】また、所定の領域に第一の導伝膜層が形成
された半導体基板上の所定の領域に第一の絶縁物層とエ
ッチングストップ膜層と第二の絶縁膜層を順次形成する
工程と、前記エッチングストップ膜層と第二の絶縁膜層
に前記第一の絶縁膜層が露出する第一の接続孔を形成す
る工程と、前記第一の接続孔の側壁に絶縁膜からなるサ
イドウォールを形成すると同時に前記第一の接続孔の底
部に露出した前記第二の絶縁膜に第一の導伝膜層が露出
する第二の接続孔を形成する工程を備えている。

【００３４】また、エッチングストップ膜層が減圧気相
成長法で形成した多結晶シリコン膜である。

【００３５】さらに、エッチングストップ膜層がプラズ
マ気相成長法で形成したアモルファスシリコン膜であ
る。

【００３６】

【作用】第一の導伝膜層と第二の導伝膜層を絶縁分離す
るための層間絶縁膜層が第一の絶縁膜層とエッチングス
トップ膜層と第二の絶縁膜層の三層で構成されているの
で、エッチングストップ膜層により必要以上の反応性イ
オンエッチング種の入射を吸収することができる。その
結果接続孔の底部に露出する下層の接続面への反応性イ
オンエッチング種の入射を、全ての接続孔について均一
にすることができ、特定の接続孔に過度の反応性イオン
エッチング種が入射するのを防止することができる。

【００３７】エッチングストップ膜層と第二の絶縁膜層
に第一の絶縁膜層が露出する第一の接続孔を形成する工
程と、第一の接続孔の側壁に絶縁膜からなるサイドウォ
ールを形成すると同時に第一の接続孔の底部に露出した
第二の絶縁膜に第二の接続孔を形成する工程を備えるこ
とにより、現有のフォトリソグラフィー技術により形成
可能なフォトレジストパターンの限界より、さらに微細
な接続孔の開口ができる。また、一度開口が終了した第
一の接続孔の直径が、製造工程のばらつきで、狙いの直
径から大きく変動した場合においても、形成するサンド
ウォールの幅を調整することにより修正ができる。

【００３８】また、第一の接続孔の側壁に絶縁膜からな
るサイドウォールを形成すると同時に、第一の接続孔の
中央底部に露出した絶縁膜に第二の接続孔を形成する工
程を備えることにより、第二の接続孔は上部の直径が大
きく下部の直径が小さい、いわゆるテーパー形状が実現
できるので、その上部に形成する導伝膜層の被覆率の低
下を防止できる。

【００３９】

【実施例】以下に、本発明の第一の実施例について図面
を参照しながら説明する。図１は、本発明の半導体装置
の第一の実施例を説明するための断面図である。３１は
Ｐ型半導体基板、３２は層間絶縁膜層、３２Ａは第一の
絶縁膜層、３２Ｂはエッチングストップ膜層、３２Ｃは
第二の絶縁膜層、３３は導伝膜層、３４は第一の接続
孔、３４Ａは第一の接続孔の側壁、３５はサイドウォー
ル、３６は第二の接続孔、３７は拡散層、３８は素子分
離領域、３９はゲートポリシリコン配線である。

【００４０】第一導伝型の半導体基板として、たとえ
ば、Ｐ型半導体基板３１を例にとり以下に説明する。た
だしＮ型半導体基板としても、以下の説明に変化はな
い。Ｐ型半導体基板３１には、すでに一定の意図した半
導体装置の機能を得るために、通常作り込まれるＭＯＳ
トランジスタ、ＭＯＳキャパシタ、バイポーラトランジ
スタ、抵抗等のいずれかの半導体素子や、半導体素子間
分離（ＬＯＣＯＳ等）が形成されている（図示しな
い）。したがって、Ｐ型半導体基板３１には上記半導体
素子や半導体素子間分離が形成されているので、形成し
た素子に応じた段差が形成されている。

【００４１】Ｐ型半導体基板３ｌ上には層間絶縁膜層３
２を形成する。層間絶縁膜層３２は、Ｐ型半導体基板３
１上に形成された半導体素子と、導伝膜層３３との間の
絶縁耐圧を確保するために設ける。また、層間絶縁膜層
３２は、その上部に形成される導伝膜層３３のステップ
カバレッジを良好にするために設ける。層間絶縁膜層３
２のトータルの膜厚は、４００〜１０００ｎｍ程度の厚
さである。層間絶縁膜層３２は、第一の絶縁膜層３２Ａ
とエッチングストップ膜層３２Ｂと第二の絶縁膜層３２
Ｃの三層構造で構成されている。

【００４２】第一の絶縁膜層３２Ａは、Ｐ型半導体基板
３１あるいはＰ型半導体基板３１上に形成された半導体
素子と、エッチングストップ膜層３２Ｂが直接接触する
のを防止するために設ける。また、Ｐ型半導体基板３１
あるいはＰ型半導体基板３１上に形成された半導体素子
と、エッチングストップ膜層３２Ｂの絶縁耐圧を確保す
るために設けられる。本実施例の第一の絶縁膜層３２Ａ
は、２０〜８０ｎｍの膜厚で構成する。

【００４３】エッチングストップ膜層３２Ｂは、第二の
絶縁膜層３２Ｃの所定位置に形成する第一の接続孔３４
（側壁が第二の絶縁膜層３２Ｃ、底面がエッチングスト
ップ膜層３２Ｂで構成される溝）を開口時のエッチング
ストッパーとするために設ける。また、エッチングスト
ップ膜層３２Ｂは、第一の絶縁膜層３２Ａと第二の絶縁
膜層３２Ｃが直接接触するのを防止するために設ける。
また、エッチングストップ膜層３２Ｂは、第一の絶縁膜
層３２Ａと第二の絶縁膜層３２Ｃのそれぞれを構成して
いる元素が相互拡散するのを防止するために設けてい
る。エッチングストップ膜層３２Ｂの膜厚は４０ｎｍか
ら８０ｎｍで構成する。

【００４４】第二の絶縁膜層３２Ｃは、その上部に形成
される導伝膜層３３のステップカバレッジを良好にする
ために、その表面が平坦化されている。第二の絶縁膜層
３２Ｃは２４０〜９６０ｎｍの膜厚で構成する。

【００４５】層間絶縁膜層３２の第二の絶縁膜層３２Ｃ
の所定位置に第一の接続孔３４が形成される。そのとき
エッチングストップ膜層３２Ｂは、反応性イオンエッチ
ングによる異方性エッチング時にエッチングストッパー
として働く。すなわちＰ型半導体基板３１には、その上
部に形成される半導体素子や半導体素子間分離による段
差が形成される。また、第二の絶縁膜層３２Ｃはその上
部に形成される導伝膜層３３のステップカバレッジを良
好にするために、その表面が平坦化されているので、第
二の絶縁膜層３２Ｃはその下地の段差に対応した膜厚分
布が生じている。この状態を図２、３に示す。

【００４６】したがって、第一の接続孔３４はその下地
の段差によって、厚みの異なる第二の絶縁膜層３２Ｃを
同時に反応性イオンエッチングにより形成する。反応性
イオンエッチングでは第二の絶縁膜層３２Ｃのエッチン
グが均一に進む。このため、第二の絶縁膜層３２Ｃの厚
い部分のエッチングストップ膜層３２Ｂの表面を露出す
るためには、もっとも第二の絶縁膜層３２Ｃの膜厚の薄
い部分では必要以上の反応性イオンエッチング種の入射
にさらされることになる。エッチングストップ膜層３２
Ｂは、必要以上の反応性イオンエッチング種の入射を吸
収し、もっとも浅い第一の接続孔３４の掘れすぎを防止
することができる。

【００４７】また、必要以上の反応性イオンエッチング
種の入射をエッチングストップ膜層３２Ｂによって吸収
することにより、Ｐ型半導体基板３１、あるいは、Ｐ型
半導体基板３１上に形成された半導体素子や半導体素子
間分離に欠陥（ダメージ）が入るのを防止することがで
きる。

【００４８】層間絶縁膜層３２の第二の絶縁膜層３２Ｃ
の所定位置に形成された第一の接続孔３４の底部のエッ
チングストップ膜層３２Ｂは除去、あるいは、絶縁膜層
に変換される。これによって、第一の接続孔３４の底部
とＰ型半導体基板３１あるいはＰ型半導体基板３１上に
形成された半導体素子と導伝膜層３３の接触部の間は絶
縁膜層のみの構造が実現できる。

【００４９】層間絶縁膜層３２の第二の絶縁膜層３２Ｃ
の所定位置に形成された第一の接続孔３４の内部の、第
一の接続孔３４の側壁部３４Ａに絶縁膜から構成される
サイドウォール３５が形成される。さらに第一の接続孔
３４の側壁３４Ａに形成したサイドウォール３５をマス
クとして、第一の接続孔３４の底部３４Ｂの中心には第
二の接続孔３６が形成される。第二の接続孔３６を開口
するための反応性イオンエッチングでは、エッチングさ
れる絶縁膜層は下地の段差によらず一定の膜厚になって
いるので、第二の接続孔３６の底部の露出面にかかるオ
ーバーエッチングを、Ｐ型半導体基板３１上の全ての第
二の接続孔３６について均一にすることができる。

【００５０】第一の接続孔３４の側壁部３４Ａに形成さ
れる絶縁膜から構成されるサイドウォール３５は、エッ
チングストップ膜層３２Ｂと導伝膜層３３の絶縁耐圧を
確保するために設ける。

【００５１】また、第一の接続孔３４内部の側壁部３４
Ａに絶縁膜から構成されるサイドウォール３５を形成す
ることにより、第二の接続孔３６は、接続孔上部の直径
が大きく、接続孔下部の直径が小さい、いわゆるテーパ
ー形状が実現できる。テーパー形状が実現されることに
より、上部に形成する導伝膜層３３の第二の接続孔３６
内部での被覆率を向上することができ、段切れの防止、
さらにマイグレーション耐性の向上ができる。

【００５２】また、第一の接続孔３４はフォトリソグラ
フィー技術で余裕をもって形成できる直径で開口する。
たとえばＰ型半導体基板３１と導伝膜層３３の接触部で
ある第二の接続孔３６を、直径が０.５μｍで開口する
場合を例にとると、第一の接続孔３４の直径は１.０μ
ｍ程度で開口する。上記フォトリソグラフィー技術によ
れば、直径が０.５μｍ程度のフォトレジストパターン
形成は解像度限界に近く、再現性よく安定に目標のフォ
トレジストパターンを形成することは非常に困難であ
る。

【００５３】一方、上記現状のフォトリソグラフィー技
術によれば、直径が１.０μｍ程度のフォトレジストパ
ターン形成は、直径が０.５μｍのフォトレジストパタ
ーン形成よりも余裕（露光時間余裕、焦点深度余裕等）
をもって安定に達成できる。現状の技術では、量産工場
でレジスト塗布条件、露光条件、現像条件を固定して、
一貫生産を行っても、たとえば直径が１.０μｍ程度の
レジストマスクパターン形成は、直径が（１.０±０.
１）μｍのばらつき内で達成できる。したがって、層間
絶縁膜層３２の第二の絶縁膜層３２Ｃの所定位置に形成
された第一の接続孔３４の直径は、結果として（１.０
±０.１）μｍ程度のばらつきで形成できる。

【００５４】第一の接続孔３４の側壁３４Ａに形成した
サイドウォール３５をマスクとして、第一の接続孔３４
の底部３４Ｂの中心に形成される第二の接続孔３６の直
径は、サイドウォール３５の幅と第一の接続孔３４の直
径により決定される。サイドウォール３５の幅は、形成
するサイドウォール３５の幅の約１０％のばらつきで形
成できる。たとえばその幅が２５０ｎｍのサイドウォー
ル３５を形成する場合には、その幅を（２５０±２５）
ｎｍの範囲のばらつきで形成することができる。

【００５５】したがって、本発明によると第一の接続孔
３４の底部３４Ｂの中心に形成される第二の接続孔３６
の直径は、第一の接続孔３４の直径に対して第一の接続
孔３４の側壁３４Ａに形成するサイドウォール３５の幅
を調整することにより、第一の接続孔３４の直径のばら
つきより小さいばらつきで形成できる。

【００５６】たとえば、第一の接続孔３４の直径が１.
０μｍでサイドウォール３５の幅を２５０ｎｍで形成
し、第二の接続孔３６の直径を０.５μｍで形成する場
合を例にとると、工程のばらつきで第一の接続孔３４の
直径が１.１μｍになった場合には、サイドウォール３
５の幅を３５０ｎｍで形成することにより、第二の接続
孔３６の直径を０.５μｍに合わせ込むことが可能とな
る。しかも、そのばらつきは、サイドウォール３５の幅
のばらつき程度に抑えることができる。以上のように工
程のばらつきで第一の接続孔３４の直径が狙いの寸法か
ら外れた場合でも、後工程の第一の接続孔３４の側壁３
４Ａに形成するサイドウォール３５の幅を調整すること
によって救済できる。

【００５７】層間絶縁膜層３２の所定位置に形成された
第二の接続孔３６の上部には、導伝膜層３３を形成す
る。導伝膜層３３はＰ型半導体基板３１上に形成されて
いる半導体素子を層間絶縁膜層３２を介して電気的に接
続するために設けている。この導伝膜層３３は、ＲＩＥ
等の異方性エッチングを用いて所定の形状に加工され
る。

【００５８】以上によって本発明の第一の実施例におけ
る半導体装置が実現できる。さらに、本発明の第二の実
施例について図面を参照しながら説明する。図４は、本
発明の半導体装置の第二の実施例を説明するための断面
図である。４１はＰ型半導体基板、４２は第一の層間絶
縁膜層、４３は第一の導伝膜層、４４は第二の層間絶縁
膜層、４４Ａは第一の絶縁膜層、４４Ｂはエッチングス
トップ膜層、４４Ｃは第二の絶縁膜層、４５は第二の導
伝膜層、４６はサイドウォール、４７は第一の接続孔、
４７Ａは第一の接続孔の側壁、４８は第二の接続孔であ
る。

【００５９】第一導伝型の半導体基板として、たとえ
ば、Ｐ型半導体基板４１を例にとり以下に説明する。た
だしＮ型半導体基板としても、以下の説明に変化はな
い。Ｐ型半導体基板４１には、すでに一定の意図した半
導体装置の機能を得るために、通常作り込まれるＭＯＳ
トランジスタ、ＭＯＳキャパシタ、バイポーラトランジ
スタ、抵抗等のいずれかの半導体素子や、半導体素子間
分離（ＬＯＣＯＳ等）が形成されている（図示しな
い）。したがって、Ｐ型半導体基板４１には上記半導体
素子や半導体素子間分離が形成されているので、形成し
た素子に応じた段差が形成されている。

【００６０】また、のＰ型半導体基板４ｌ上には第一の
層間絶縁膜層４２が形成され、第一の層間絶縁膜層４２
の所定の位置に開口された接続孔を少なくとも含む領域
に、第一の導伝膜層４３が形成されている。第一の層間
絶縁膜層４２は、その下部の領域と、第一の導伝膜層４
３との間の絶縁耐圧を確保するために設けられている。
また、第一の層間絶縁膜層４２は、その上部に形成され
る第一の導伝膜層４３の被覆率を良好にするために設け
る。第一の層間絶縁膜層４２のトータルの膜厚は、４０
０〜１０００ｎｍ程度の厚さである。

【００６１】第一の導伝膜層４３上には第二の層間絶縁
膜層４４が形成される。第二の層間絶縁膜層４４は、第
一の導伝膜層４３と第二の導伝膜層４５の間の絶縁耐圧
を確保するために設けられている。また、第二の層間絶
縁膜層４４は、その上部に形成される第二の導伝膜層４
５の被覆率を良好にするために設ける。第二の層間絶縁
膜層４４のトータルの膜厚は、４００〜１０００ｎｍ程
度の厚さである。第二の層間絶縁膜層４４は、第一の絶
縁膜層４４Ａとエッチングストップ膜層４４Ｂと第二の
絶縁膜層４４Ｃの三層構造で構成されている。

【００６２】第一の絶縁膜層４４Ａは、第一の導伝膜層
４３と、エッチングストップ膜層４４Ｂが直接接触する
のを防止するために設ける。また、第一の導伝膜層４３
と、エッチングストップ膜層４４Ｂの絶縁耐圧を確保す
るために設けられる。本実施例の第一の絶縁膜層４４Ａ
は、２０〜８０ｎｍの膜厚で構成する。

【００６３】エッチングストップ膜層４４Ｂは、第二の
絶縁膜層４４Ｃの所定位置に形成する第一の接続孔４７
（側壁が第二の絶縁膜層４４Ｃ、底面がエッチングスト
ップ膜層４４Ｂで構成される溝）を開口時のエッチング
ストッパーとするために設ける。また、エッチングスト
ップ膜層４４Ｂは、第一の絶縁膜層４４Ａと第二の絶縁
膜層４４Ｃが直接接触するのを防止するために設ける。
また、エッチングストップ膜層４４Ｂは、第一の絶縁膜
層４４Ａと第二の絶縁膜層４４Ｃのそれぞれを構成して
いる元素が相互拡散するのを防止するために設けてい
る。エッチングストップ膜層４４Ｂの膜厚は４０ｎｍか
ら８０ｎｍで構成する。

【００６４】第二の絶縁膜層４４Ｃは、その上部に形成
される第二の導伝膜層４５のステップカバレッジを良好
にするために、その表面が平坦化されている。第二の絶
縁膜層４４Ｃは２４０〜９６０ｎｍの膜厚で構成する。

【００６５】第二の層間絶縁膜層４４の第二の絶縁膜層
４４Ｃの所定位置に第一の接続孔４７が形成される。エ
ッチングストップ膜層４４Ｂは、反応性イオンエッチン
グによる異方性エッチング時にエッチングストッパーと
して働く。すなわちＰ型半導体基板４１表面は、その上
部に形成された半導体素子や半導体素子間分離により段
差が形成されている。また、第二の絶縁膜層４４Ｃはそ
の上部に形成される導伝膜層４５のステップカバレッジ
を良好にするために、その表面が平坦化されている。こ
の状態を図５に示す。第二の絶縁膜層４４Ｃはその下地
の段差に対応した膜厚分布が生じている。したがって、
第一の接続孔４７はその下地の段差によって、厚みの異
なる第二の絶縁膜層４４Ｃを同時に反応性イオンエッチ
ングにより形成する。反応性イオンエッチングでは第二
の絶縁膜層４４Ｃのエッチングが均一に進むため、もっ
とも第二の絶縁膜層４４Ｃの厚い部分のエッチングスト
ップ膜層４４Ｂの表面を露出するためには、もっとも第
二の絶縁膜層４４Ｃの膜厚の薄い部分では必要以上の反
応性イオンエッチング種の入射にさらされる。エッチン
グストップ膜層４４Ｂは、必要以上の反応性イオンエッ
チング種の入射を吸収し、もっとも浅い第一の接続孔４
７の掘れすぎを防止することができる。また、必要以上
の反応性イオンエッチング種の入射をエッチングストッ
プ膜層４４Ｂによって吸収することにより、第一の導伝
膜層４３へ過度の反応性イオンエッチング種の入射によ
り生成されるエッチング複合生成物が形成されるのを防
止することができる。

【００６６】第二の層間絶縁膜層４４の第二の絶縁膜層
４４Ｃの所定位置に形成された第一の接続孔４７の底部
のエッチングストップ膜層４４Ｂは除去、あるいは、絶
縁膜層に変換する。これによって、第一の接続孔４７の
底部と第一の導伝膜層４３の間は第一の絶縁膜層４４Ａ
のみ、あるいは第一の絶縁膜層４４Ａとエッチングスト
ップ膜層から変換された絶縁膜層の構造が実現できる。

【００６７】第二の層間絶縁膜層４４の第二の絶縁膜層
４４Ｃの所定位置に形成された第一の接続孔４７の内部
の、第一の接続孔４７の側壁部４７Ａに絶縁膜から構成
されるサイドウォール４６が形成される。さらに第一の
接続孔４７の側壁４７Ａに形成したサイドウォール４６
をマスクとして、第一の接続孔４７の底部４７Ｂの中心
には第二の接続孔４８が形成される。第二の接続孔４８
を開口するための反応性イオンエッチングでは、エッチ
ングされる絶縁膜層は下地の段差によらず一定の膜厚に
なっているので、第二の接続孔４８の底部の露出面にか
かるオーバーエッチングを、Ｐ型半導体基板４１上の全
ての第二の接続孔４８について均一にすることができ
る。

【００６８】第一の接続孔４７の側壁部４７Ａに形成さ
れる絶縁膜から構成されるサイドウォール４６は、エッ
チングストップ膜層４４Ｂと第二の導伝膜層４５の絶縁
耐圧を確保するために設ける。

【００６９】また、第一の接続孔４７内部の側壁部４７
Ａに絶縁膜から構成されるサイドウォール４６を形成す
ることにより、第二の接続孔４８は、接続孔上部の直径
が大きく、接続孔下部の直径が小さい、いわゆるテーパ
ー形状が実現できる。テーパー形状が実現されることに
より、上部に形成する第二の導伝膜層４５の第二の接続
孔４８内部での被覆率を向上することができ、段切れの
防止、さらにマイグレーション耐性の向上ができる。

【００７０】また、第一の接続孔４７はフォトリソグラ
フィー技術で余裕をもって形成できる直径で開口する。
たとえば第一の導伝膜層４３と第二の導伝膜層４５の接
触部である第二の接続孔４８を、直径が０.５μｍで開
口する場合を例にとると、第一の接続孔４７の直径は
１.０μｍ程度で開口する。フォトリソグラフィー技術
によれば、直径が０.５μｍ程度のレジストマスクパタ
ーン形成は解像度限界に近く、再現性よく安定に目標の
レジストマスクパターンを形成することは非常に困難で
ある。

【００７１】一方、フォトリソグラフィー技術によれ
ば、直径が１.０μｍ程度のレジストマスクパターン形
成は、直径が０.５μｍのレジストマスクパターン形成
よりも余裕（露光時間余裕、焦点深度余裕等）をもって
安定に達成できる。現状の技術では、量産工場でレジス
ト塗布条件、露光条件、現像条件を固定して、一貫生産
を行っても、たとえば直径が１.０μｍ程度のレジスト
マスクパターン形成は、直径が１.０±０.１μｍのばら
つき内で達成できる。したがって、第二の層間絶縁膜層
４４の第二の絶縁膜層４４Ｃの所定位置に形成された第
一の接続孔４７の直径は、結果として１.０±０.１μｍ
程度のばらつきで形成できる。

【００７２】第一の接続孔４７の側壁４７Ａに形成した
サイドウォール４６をマスクとして、第一の接続孔４７
の底部４７Ｂの中心に形成される第二の接続孔４８の直
径は、サイドウォール４６の幅と第一の接続孔４７の直
径により決定される。サイドウォール４６の幅は、形成
するサイドウォール４６の幅の約１０％のばらつきで形
成できる。たとえばその幅が２５０ｎｍのサイドウォー
ル４６を形成する場合には、その幅を２５０±２５ｎｍ
の範囲のばらつきで形成することができる。

【００７３】したがって、本発明によると第一の接続孔
４７の底部４７Ｂの中心に形成される第二の接続孔４８
の直径は、第一の接続孔４７の直径に対して第一の接続
孔４７の側壁４７Ａに形成するサイドウォール４６の幅
を調整することにより、第一の接続孔４７の直径のばら
つきより小さいばらつきで形成できる。

【００７４】たとえば、第一の接続孔４７の直径が１.
０μｍでサイドウォール４６の幅を２５０ｎｍで形成し
第二の接続孔４８の直径を０.５μｍで形成する場合を
例にとると、工程のばらつきで第一の接続孔４７の直径
が１.１μｍになった場合には、サイドウォール４６の
幅を３５０ｎｍで形成することにより、第二の接続孔４
８の直径を０.５μｍに合わせ込むことが可能となる。
しかもそのばらつきはサイドウォール４６の幅のばらつ
き程度に抑えることができる。

【００７５】第二の層間絶縁膜層４４の所定位置に形成
された第二の接続孔４８の上部には、第二の導伝膜層４
５を形成する。第二の導伝膜層４５は第一の導伝膜層４
３を経由し、Ｐ型半導体基板４１上に形成されている半
導体素子を第一の層間絶縁膜層４２、および第二の層間
絶縁膜４４を介して電気的に接続するために設けてい
る。この第二の導伝膜層４５は、ＲＩＥ等の異方性エッ
チングを用いて所定の形状に加工される。

【００７６】以上によって本発明の第二の実施例におけ
る半導体装置が実現できる。以下に、本発明の第三の実
施例について図面を参照しながら説明する。図６〜１４
は、本発明の半導体装置の製造方法の実施例を説明する
ための製造工程順断面図である。５１はＰ型半導体基
板、５２は第一の層間絶縁膜層、５２Ａは第一の絶縁膜
層、５２Ｂは第一のエッチングストップ膜層、５２Ｃは
第二の絶縁膜層、５３は第一の接続孔、５４は第三の絶
縁膜層、５４Ａは第一のサイドウォール、５５は第一の
導伝膜層、５５Ａはバリアメタル膜層、５５Ｂは第一の
アルミニウム合金膜層、５５Ｃは反射防止膜層、５６は
第二の接続孔、５７は第二の層間絶縁膜層、５７Ａは第
四の絶縁膜層、５７Ｂは第二のエッチングストップ膜
層、５７Ｃは第五の絶縁膜層、５７ＣＡは二酸化珪素膜
層、５７ＣＢは二酸化珪素膜層、５８は第三の接続孔、
５９は第六の絶縁膜層、５９Ａは第二のサイドウォー
ル、６０は第二の導伝膜層、６０Ａは高融点金属膜層、
６０Ｂは第二のアルミニウム合金膜層、６１は第四の接
続孔である。

【００７７】第一導伝型の半導体基板として、たとえ
ば、Ｐ型半導体基板５１を例にとり以下に説明する。た
だし、Ｎ型半導体基板としても、以下の説明に変化はな
い。Ｐ型半導体基板５１には、すでに一定の意図した半
導体装置の機能を得るために、通常作り込まれるＭＯＳ
トランジスタ、ＭＯＳキャパシタ、バイポーラトランジ
スタ、抵抗等のいずれかの半導体素子や、半導体素子間
分離（ＬＯＣＯＳ等）が形成されている（図示しな
い）。したがって、Ｐ型半導体基板５１には上記半導体
素子や半導体素子間分離が形成されているので、形成し
た素子に応じた段差が形成されている。

【００７８】Ｐ型半導体基板５ｌ上には第一の層間絶縁
膜層５２を形成する。第一の層間絶縁膜層５２は、第一
の絶縁膜層５２Ａと第一のエッチングストップ膜層５２
Ｂと第二の絶縁膜層５２Ｃで構成される。本実施例の第
一の絶縁膜層５２Ａはドライ酸素雰囲気中、あるいは、
パイロ（水素と酸素の混合ガス）雰囲気中の熱酸化法に
よって形成した二酸化珪素膜層で構成される。第一のエ
ッチングストップ膜層５２Ｂは、減圧気相成長法によっ
て形成したポリシリコン膜層で構成される。第二の絶縁
膜層５２Ｃは、減圧あるいは常圧気相成長法によって形
成したＢＰＳＧ（boro-phosphosilicate glass）膜層で
構成される。第一の層間絶縁膜層５２は、Ｐ型半導体基
板５１上に形成された半導体素子と、第一の導伝膜層５
５との間の絶縁耐圧を確保するために設けられる。ま
た、第一の層間絶縁膜層５２は、その上部に形成される
第一の導伝膜層５５のステップカバレッジを良好にする
ために設けられている。第一の層間絶縁膜層５２のトー
タルの膜厚は、４００〜１０００ｎｍ程度の厚さであ
る。

【００７９】第一の絶縁膜層５２Ａは、Ｐ型半導体基板
５１上に形成された半導体素子と、エッチングストップ
膜５２Ｂの絶縁耐圧を確保するために設けられる。本実
施例では熱酸化法による二酸化珪素膜層で形成している
ので、酸化対象となる下地のＰ型半導体基板５１の不純
物濃度により酸化膜厚分布が生じるが、第一の絶縁膜層
５２Ａの膜厚はおおよそ２０〜８０ｎｍの膜厚で形成す
る。また、第一の絶縁膜層５２Ａは、ＴＥＯＳの熱分解
等を利用した減圧気相成長法により堆積した膜厚２０〜
８０ｎｍの二酸化珪素膜層で形成しても同等の効果が得
られる。

【００８０】第一のエッチングストップ膜層５２Ｂは、
減圧気相成長法により形成したポリシリコン膜層で構成
され、第一の接続孔５３を開口時のエッチングストッパ
ーとするために設ける。また、後工程の熱処理により第
二の絶縁膜層５２Ｃを構成するＢＰＳＧ膜層中の不純物
であるＢ、ＰがＰ型半導体基板５１中に拡散するのを防
止するために設ける。第一のエッチングストップ膜層５
２Ｂを構成するポリシリコン膜層は第一の層間絶縁膜層
５２の一部を構成しているので、不純物を含まない高抵
抗なものを用い、その膜厚は４０ｎｍから８０ｎｍで形
成する。

【００８１】第二の絶縁膜層５２Ｃは、減圧あるいは常
圧気相成長法により形成したＢＰＳＧ膜層で構成され、
その上部に形成される第一の導伝膜層５５のステップカ
バレッジを良好にするために、その表面が平坦化されて
いる。すなわち、本実施例ではＢＰＳＧ膜層に熱処理を
施しフローさせて、その表面を平坦化する。フローのた
めの熱処理は、８５０〜９５０℃程度の高温で、窒素ガ
ス雰囲気中または水素・酸素の混合ガス雰囲気中で行
う。水素と酸素との混合ガス雰囲気中でフローを行う
と、同じ熱処理温度で比較すると、窒素ガス雰囲気中で
フローを行うより滑らかに平坦化された表面が得られ
る。またＢＰＳＧ膜層５２Ｃは２４０〜９６０ｎｍの膜
厚で形成する。第二の絶縁膜層５２Ｃは、減圧あるいは
常圧気相成長法で形成するＢＰＳＧ膜層のほかに、二酸
化珪素膜層，ＰＳＧ膜層等の絶縁膜層を用いることもで
きる（以上図６）。

【００８２】次に、第二の絶縁膜層５２Ｃの所定位置を
選択的に除去して、第一の接続孔５３を形成する。第一
の接続孔５３の開口は、光源としてＧ線あるいはＩ線を
用いた縮小投影露光装置（ステッパー）によるフォトリ
ソグラフィー技術によって形成したフォトレジストパタ
ーンと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等による異方
性エッチングにより行う。

【００８３】ここで第一のエッチングストップ膜層５２
Ｂは、反応性イオンエッチングによる異方性エッチング
時にエッチングストッパーとして働く。すなわち、Ｐ型
半導体基板５１表面は、その上部に形成された半導体素
子や半導体素子間分離により段差が形成されている。ま
た、第二の絶縁膜層５２Ｃはその上部に形成される第一
の導伝膜層５５のステップカバレッジを良好にするため
に、その表面が平坦化されているので、第二の絶縁膜層
５２Ｃはその下地の段差に対応した膜厚分布が生じてい
る。したがって、第一の接続孔５３はその下地の段差に
より深さが異なっている。反応性イオンエッチングでは
第二の絶縁膜層５２Ｃのエッチングが均一に進む。この
ため、第二の絶縁膜層５２Ｃの厚い部分の第一のエッチ
ングストップ膜層５２Ｂの表面を露出するためには、も
っとも第二の絶縁膜層５２Ｃの膜厚の薄い部分では必要
以上の反応性イオンエッチング種の入射にさらされるこ
とになる。

【００８４】第一のエッチングストップ膜層５２Ｂは、
必要以上の反応性イオンエッチング種の入射による、も
っとも浅い第一の接続孔５３の掘れすぎを防止すること
ができる。

【００８５】また、必要以上の反応性イオンエッチング
種の入射によって、Ｐ型半導体基板５１、あるいは、Ｐ
型半導体基板５１上に形成された半導体素子や半導体素
子間分離に欠陥（ダメージ）が入るのを防止することが
できる。

【００８６】引き続き、第一の接続孔５３の底部のポリ
シリコン膜層で構成される第一のエッチングストップ膜
層５２Ｂを除去、あるいは、熱酸化法により絶縁膜層に
変換する。

【００８７】まず、第一の方法として第一の接続孔５３
の底部のポリシリコン膜層で構成される第一のエッチン
グストップ膜層５２Ｂを除去する方法について説明す
る。第一の接続孔５３をＲＩＥによる異方性エッチング
による開口後は、第一の絶縁膜層５２Ａ上には第一の接
続孔５３を開口するためのフォトレジストパターンが存
在する。このフォトレジストパターンをマスクとして、
ＲＩＥにより第一の接続孔５３の底部のポリシリコン膜
層で構成される第一のエッチングストップ膜層５２Ｂを
エッチング除去する。さらに、フォトレジストパターン
は酸素プラズマ等により除去する。以上により第一の接
続孔５３の底部のポリシリコン膜層で構成される第一の
エッチングストップ膜層５２Ｂの除去が達成できる。

【００８８】続いて、第二の方法として、第一の接続孔
５３の底部のポリシリコン膜層で構成される第一のエッ
チングストップ膜層５２Ｂを、熱酸化法により、絶縁膜
層に変換する方法について説明する。第一の接続孔５３
をＲＩＥによる異方性エッチングによる開口後は、第二
の絶縁膜層５２Ｃ上には第一の接続孔５３を開口するた
めのフォトレジストパターンが存在する。フォトレジス
トパターンは酸素プラズマ等により除去する。引き続い
て８５０〜９５０℃程度の高温で、窒素ガス雰囲気中ま
たは水素・酸素の混合ガス雰囲気中で熱処理を行う。熱
処理により第一の接続孔５３底部のポリシリコン膜層で
構成される第一のエッチングストップ膜層５２Ｂを、完
全に二酸化珪素膜層なる絶縁膜層に変換する。

【００８９】以上によって第一の接続孔５３の底部のポ
リシリコン層膜で構成される第一のエッチングストップ
膜層５２Ｂは除去され、第一の接続孔５３の底部とＰ型
半導体基板５１と第一の導伝膜層５５の接触部の間は二
酸化珪素膜層なる絶縁膜層のみの構造が実現できる。第
一の方法である第一の接続孔５３の底部のポリシリコン
膜層で構成される第一のエッチングストップ膜層５２Ｂ
を除去する方法では、接続孔５３の底部とＰ型半導体基
板５１と第一の導伝膜層５５の接触部の間の二酸化珪素
膜層なる絶縁膜層は第一の絶縁膜層５２Ａのみとなる。
第二の方法である第一の接続孔５３の底部のポリシリコ
ン膜層で構成される第一のエッチングストップ膜層５２
Ｂを熱酸化法により絶縁膜層に変換する方法では、第一
の接続孔５３の底部とＰ型半導体基板５１と第一の導伝
膜層５５の接触部の間の二酸化珪素膜層なる絶縁膜層
は、第一の絶縁膜層５２Ａとポリシリコン膜層で構成さ
れる第一のエッチングストップ膜層５２Ｂが熱酸化によ
り変換された二酸化珪素膜層となる（以上図７）。

【００９０】引き続き第一の接続孔５３を開口した第一
の層間絶縁膜層５２上に第三の絶縁膜層５４を形成す
る。第三の絶縁膜層５４はＴＥＯＳの熱分解を利用して
二酸化珪素膜層を堆積する減圧気相成長法、あるいは、
ＴＥＯＳを含む気相中に高周波を印加して二酸化珪素膜
層を堆積するプラズマ気相成長法等を用い、下地の段差
の影響によらず被覆率の高い良質の二酸化珪素膜層で構
成する（以上図８）。

【００９１】さらに、第三の絶縁膜層５４は異方性の高
いＲＩＥによりエッチング除去する。ＲＩＥによるエッ
チングは第三の絶縁膜層５４に加えて、第一の接続孔５
３の底部とＰ型半導体基板５１と第一の導伝膜層５５の
接触部の間の二酸化珪素膜層なる絶縁膜層が除去できる
まで行う。異方性の高いＲＩＥによって、第一の層間絶
縁膜層５２上に形成した第三の絶縁膜層５４は、全面エ
ッチング除去されるが第一の接続孔５３の側壁のみ第一
のサイドウォール５４Ａとして残存する。サイドウォー
ル５４Ａが形成されることにより、エッチングストップ
膜層５２Ｂと第一の導伝膜層５５の絶縁耐圧が確保され
る。

【００９２】また、第一の接続孔５３の底部とＰ型半導
体基板５１と第一の導伝膜層５５の接触部の間の二酸化
珪素膜層なる絶縁膜層を除去することにより形成する第
二の接続孔５６は、第一のサイドウォール５４Ａをマス
クとして形成するので、第一のサイドウォール５４Ａの
幅により第二の接続孔５６の直径は制御できることがわ
かる。第一の接続孔５３の側壁に形成される第一のサイ
ドウォール５４Ａの幅は、第一の接続孔５３を開口した
第一の層間絶縁膜層５２上に形成する第三の絶縁膜層５
４の堆積膜厚で制御できる。すなわち、Ｐ型半導体基板
５１と第一の導伝膜層５５の接触部である第二の接続孔
５６の直径は、第一の接続孔５３を開口した第一の層間
絶縁膜層５２上に形成する第三の絶縁膜層５４の堆積膜
厚により制御が可能である。

【００９３】以上によって第二の接続孔５６が形成され
る。また、第二の接続孔５６を開口するための反応性イ
オンエッチングでは、エッチングされる絶縁膜層は下地
の段差によらず一定の膜厚になっているので、第二の接
続孔５６の底部の露出面にかかるオーバーエッチング
を、Ｐ型半導体基板５１上の全ての第二の接続孔５６に
ついて均一にすることができる（以上図９）。

【００９４】また、第一の接続孔５３の側壁にサイドウ
ォール５４Ａを形成すると同時に第二の接続孔５６を形
成するので、第二の接続孔５６は上部の直径が大きく下
部の直径が小さい、いわゆる、テーパー形状が実現でき
るので、第二の接続孔５６内部には、被覆率の良好な第
一の導伝膜層５５を形成することができる。その結果、
第一の導伝膜層５５の段切れの防止、マイグレーション
耐性の向上を図ることができる。

【００９５】第二の接続孔の底に露出したＰ型半導体基
板５１上の自然酸化物層を、たとえば、フッ化水素酸の
希釈液等により除去する。この後、第二の接続孔５６を
少なくとも含む領域に第一の導伝膜層５５を形成する。
本実施例の第一の導伝膜層５５は、バリアメタル膜層５
５Ａ、第一のアルミニウム合金膜層５５Ｂ、反射防止膜
層５５Ｃを順次積層した三層構造で構成されている。

【００９６】ここで、第一の導伝膜層５５としては、第
一のアルミニウム合金膜層５５Ｂのみの１層構造であっ
てもよく、バリアメタル膜層５５Ａと第一のアルミニウ
ム合金膜層５５Ｂの二層構造であってもよく、第一のア
ルミニウム合金膜層５５Ｂと反射防止膜層５５Ｃの二層
構造でもよい。この第一の導伝膜層５５は、ＲＩＥ等の
異方性エッチングを用いて所定の形状に加工される（以
上図１０）。

【００９７】この後、たとえば水素ガス雰囲気中、また
は、水素と窒素との混合ガス雰囲気中で４５０℃程度の
熱処理を行う。この熱処理により、第一の導伝膜層５５
とＰ型半導体基板５１のシリコンが適度に合金化する。
このためコンタクト特性が安定する。さらにこの熱処理
によってＲＩＥ等の異方性エッチングによって生じたダ
メージを回復させることができる。

【００９８】第一のアルミニウム合金膜層５５Ｂは、ス
パッタ法により形成される。このときの厚さは、３００
〜７００ｎｍ程度である。第一のアルミニウム合金膜層
５５Ｂには、少なくともマイグレーションを防止するた
めの元素（Ｃｕ，Ｔｉ，Ｐｄ等）が添加されている。

【００９９】本実施例の第一のアルミニウム合金膜層５
５Ｂには、アルミスパイクを防止するために１.０質量
％程度のＳｉ元素を、またマイグレーションを防止する
ために０.５質量％程度のＣｕ元素をそれぞれ添加した
ものを用いている。

【０１００】バリアメタル膜層５５Ａは、第一のアルミ
ニウム合金膜層５５Ｂ下に形成されている。アルミニウ
ム合金膜層５５ＢとＰ型半導体基板５１とが接すると単
結晶珪素が析出する。このような単結晶珪素は接続部の
接触抵抗値を増加させる。バリアメタル膜層５５Ａを形
成することで、第二の接続孔５６に単結晶珪素が析出す
ることによる接触抵抗値の増加を生じないようにするこ
とができる。

【０１０１】また、第一のアルミニウム合金膜層５５Ｂ
とＰ型半導体基板５１との間で、シリコンが相互拡散し
て第二の接続孔５６部分にアルミスパイクが発生し、Ｐ
Ｎ接合破壊が生じないように作用している。バリアメタ
ル膜層５５Ａは、スパッタ法で堆積したチタン薄膜層と
反応性スパッタ法で堆積した窒化チタン薄膜層の二層で
構成している。チタン薄膜層の厚さは１０〜４０ｎｍ程
度で、窒化チタン薄膜層の厚さは４０〜１５０ｎｍ程度
である。二層構造のバリアメタル膜層５５Ａは、その接
触抵抗を低減させるために、これらの層が外気に触れな
いようにして形成される。すなわち、インラインのスパ
ッタによって形成される。

【０１０２】ただし、バリアメタル膜層５５Ａを、高融
点金属薄膜または高融点金属シリサイド薄膜または高融
点金属化合物薄膜、もしくはそれらの積層構造で形成し
ても本発明の効果に変わりはない。

【０１０３】また、バリアメタル膜層５５Ａにスパッタ
法で堆積したチタン薄膜層と、反応性スパッタ法で堆積
した窒化チタン薄膜層と、スパッタ法で堆積したチタン
薄膜層との三層で構成してもよい。このとき、下層であ
るチタン薄膜層は１０〜４０ｎｍ程度の厚さで、中間層
である窒化チタン薄膜層は４０〜１５０ｎｍ程度の厚さ
で、また上層であるチタン薄膜層は２０〜６０ｎｍ程度
の厚さでそれぞれ形成する。上層のチタン薄膜層によっ
て、中間層の窒化チタン薄膜層から出る窒素が第一のア
ルミニウム合金膜層５５Ｂに入り込むのを防止する。第
一のアルミニウム合金膜層５５Ｂへの窒素の入り込みが
なくなると、第一のアルミニウム合金膜層５５Ｂのエレ
クトロマイグレーションによる寿命の低下を防止するこ
とができる。

【０１０４】さらに、上層のチタン膜層と第一のアルミ
ニウム合金膜層５５Ｂとは合金化される。このため、第
一のアルミニウム合金膜層５５Ｂのアルミニウム原子が
移動するのを抑制する。さらに、合金化によって第一の
アルミニウム合金膜層５５Ｂに生じるボイドの成長を防
止することができる。さらに、ストレスマイグレーショ
ンに対する耐性を向上することができる。

【０１０５】また、バリアメタル膜層５５Ａを、スパッ
タ法で堆積したチタンとタングステンとの合金膜層で形
成したときも、同様の効果が生じる。ここで、チタンと
タングステンとの合金膜層は４０〜１５０ｎｍの厚さで
形成されている。バリアメタル膜層５５Ａをチタンとタ
ングステンとの合金膜層で形成すると、チタンと第一の
アルミニウム合金膜層５５Ｂとの合金化が生じる。この
ため、チタンによる第一のアルミニウム合金膜層５５Ｂ
への入り込みが生じる。これによって、第一のアルミニ
ウム合金膜層５５Ｂのアルミニウム原子の移動が抑制さ
れる。さらに、第一のアルミニウム合金膜層５５Ｂ内で
結晶粒が成長するのを抑えることができる。

【０１０６】すなわち、第一のアルミニウム合金膜層５
５Ｂに生じるボイドが成長するのを防ぐことができる。
このため、ストレスマイグレーションに対する耐性を向
上させることができる。

【０１０７】反射防止膜層５５Ｃは、第一のアルミニウ
ム合金膜層５５Ｂ上に形成されている。反射防止膜層５
５Ｃは第一の導伝膜層５５の表面反射率を低減させる。
通常、第一の導伝膜層５５をＲＩＥにより所定の形状に
加工する際、所定領域にフォトレジストパターンが形成
される。フォトレジストパターンは縮小投影露光法によ
り形成される。縮小投影露光装置からの光によりフォト
マスクのパターンをフォトレジスト上に投影し、感光さ
せる。このとき、フォトレジストの下地に第一のアルミ
ニウム合金膜層５５Ｂのように表面反射率が高く、第一
のアルミニウム合金膜層５５Ｂ下に段差を有するものが
あると、フォトレジストは次のように感光される。フォ
トレジストには縮小投影露光装置からの光だけでなく、
フォトレジストを透過し下地の第一のアルミニウム合金
膜層５５Ｂで反射した光によっても感光し、フォトマス
ク上の所望のパターンを忠実にフォトレジストに投影で
きない。このような現象をなくすために、第一のアルミ
ニウム合金膜層５５Ｂ上の全面に反射防止膜層５５Ｃを
形成している。表面反射率を低減することで、下地から
反射した光によってフォトレジストが感光されるのを低
減することができる。

【０１０８】よってフォトマスク上に形成された所望の
パターンが忠実にフォトレジストに転写される。また、
第三の接続孔５８をＲＩＥ等の異方性エッチングにより
開口する際に形成するフォトレジストパターンもまた高
精度のパターン転写ができる。

【０１０９】反射防止膜層５５Ｃは、反応性スパッタ法
で堆積した窒化チタン薄膜層で形成されている。窒化チ
タン薄膜層の厚さは２０〜６０ｎｍ程度である。また、
反射防止膜層５５Ｃが高融点金属薄膜または高融点金属
シリサイド薄膜または高融点金属の合金薄膜で構成され
ていても、同様の効果が得られる。

【０１１０】引き続き所定形状に形成された第一の導伝
膜層５５上に、第二の層間絶縁膜層５７を形成する。第
二の層間絶縁膜層５７は、第一の導伝膜層５５と、第二
の導伝膜層６０との間の絶縁耐圧を確保するために設け
られる。また、第二の層間絶縁膜層５７は、その上部に
形成される第二の導伝膜層６０のステップカバレッジを
良好にするために設けられている。第二の層間絶縁膜層
５７のトータルの膜厚は、４００〜１０００ｎｍ程度の
厚さである。

【０１１１】本発明の第二の層間絶縁膜層５７は、第四
の絶縁膜層５７Ａとその上部の第二のエッチングストッ
プ膜層５７Ｂとその上部の第五の絶縁膜層５７Ｃで構成
される。第四の絶縁膜層５７Ａは、第一の導伝膜層５５
と、第二のエッチングストップ膜層５７Ｂの絶縁耐圧を
確保するために設けられる。第四の絶縁膜層５７Ａはお
およそ２０〜８０ｎｍの膜厚で形成する。

【０１１２】第二のエッチングストップ膜層５７Ｂはプ
ラズマ気相成長法により形成したアモルファスシリコン
膜層で構成され、第三の接続孔５８を開口時のエッチン
グストッパーとするために設ける。アモルファスシリコ
ン膜層で構成される第二のエッチングストップ膜層５７
Ｂは第二の層間絶縁膜層５７の一部を構成しているの
で、不純物を含まない高抵抗なものを用い、その膜厚は
４０ｎｍから８０ｎｍで形成する。

【０１１３】第五の絶縁膜層５７Ｃは、その上部に形成
される第二の導伝膜層６０のステップカバレッジを良好
にするために、その表面が平坦化されている。

【０１１４】本実施例での第二の層間絶縁膜層５７は、
第四の絶縁膜層５７Ａとしてプラズマ気相成長法で形成
した二酸化珪素膜層、その上部の第二のエッチングスト
ップ膜層５７Ｂとしてプラズマ気相成長法で形成したア
モルファスシリコン膜層、第五の絶縁膜層として無機シ
リカあるいは有機シリカを用いて形成した二酸化珪素膜
層５７ＣＡとプラズマ気相成長法で形成した二酸化珪素
膜層５７ＣＢでそれぞれ構成されている。

【０１１５】最下層の第四の絶縁膜層５７Ａは、たとえ
ばＳｉＨ₄またはＴＥＯＳを含む気相中で、高周波を印
加し二酸化珪素膜層を堆積する、いわゆるプラズマ気相
成長法による二酸化珪素膜層や常圧気相成長法によるＰ
ＳＧ膜層を用いる。

【０１１６】第二のエッチングストップ膜層５７Ｂを構
成するアモルファスシリコン膜層は、ＳｉＨ₄を含む気
相中で高周波を印加し堆積する、いわゆるプラズマ気相
成長法を用いる。

【０１１７】第五の絶縁膜層の一部を構成する二酸化珪
素膜層５７ＣＡの形成には、ゲル状の無機シリカあるい
は有機シリカを用いる。これらのシリカはエッチングス
トップ膜層５７Ｂ上に回転塗布した後、ベーク処理を施
して焼き固めてある。二酸化珪素膜層５７ＣＢは第四の
絶縁膜層５７Ａと同様の方法で形成する。

【０１１８】第二の層間絶縁膜層５７のうち、最下層の
第四の絶縁膜層５７Ａは、第一の導伝膜層５５および第
二のエッチングストップ膜層５７Ｂと接している。最下
層の第四の絶縁膜層５７Ａは、第一の導伝膜層５５およ
び第二のエッチングストップ膜層５７Ｂの間の絶縁耐圧
を確保するために設ける。

【０１１９】アモルファスシリコン膜層で構成される第
二のエッチングストップ膜層５７Ｂは二酸化珪素膜層５
７ＣＡであるシリカと接している。第二のエッチングス
トップ膜層５７Ｂは、第三の接続孔５８を開口時のエッ
チングストッパーとするために設ける。アモルファスシ
リコン膜層で構成される第二のエッチングストップ膜層
５７Ｂと最下層の第四の絶縁膜層５７Ａは、二酸化珪素
膜層５７ＣＡを形成する際、シリカに含まれた水分によ
って第一の導伝膜層５５が酸化するのを防止することが
できる。

【０１２０】第五の絶縁膜層の一部を構成する二酸化珪
素膜層５７ＣＡは、下地の第一の導伝膜層５５の段差を
平坦化する。すなわち、上層の二酸化珪素膜層５７ＣＢ
の表面が平坦化する。このため、後の工程で二酸化珪素
膜層５７ＣＢの上層に形成される第二の導伝膜層６０が
その段差によって断線しないようにできる。上層の二酸
化珪素膜層５７ＣＢは、第二の層間絶縁膜層５７自体の
層の強度を高める。さらに二酸化珪素膜層５７ＣＡの表
面を保護する。さらに二酸化珪素膜層５７ＣＡが水分等
を吸湿しようとするのを防止する。

【０１２１】第四の絶縁膜層５７Ａは、１００〜４００
ｎｍ程度の厚さで形成されている。第二のエッチングス
トップ膜層５７Ｂは、４０〜８０ｎｍ程度の厚さで形成
される。第五の絶縁膜層の一部を構成する二酸化珪素膜
層５７ＣＡは、シリカの回転塗布工程と、約４５０℃の
温度でのベーク処理工程を数回繰り返して形成してい
る。二酸化珪素膜層５７ＣＡの厚さは１５０〜２５０ｎ
ｍ程度である。二酸化珪素膜層５７ＣＢの厚さは２００
〜５００ｎｍ程度である。結局、第二の層間絶縁膜層５
７の厚さはトータルで５００〜１０００ｎｍ程度になっ
ている。

【０１２２】ここで第二の層間絶縁膜層５７を構成する
第四の絶縁膜層５７Ａ，二酸化珪素膜層５７ＣＡ，二酸
化珪素膜層５７ＣＢのうちのいずれかに、次の形成方法
によって形成された二酸化珪素膜層を用いてもよい。た
とえば、ＴＥＯＳを少なくとも含んだ気相中で、高周波
を印加したプラズマ気相成長法による二酸化珪素膜層を
厚く堆積した後、全面エッチングを行って所定厚さにし
た二酸化珪素膜層、あるいはオゾンとＴＥＯＳとの混合
ガスを熱分解して形成した二酸化珪素膜層を用いてもよ
い。

【０１２３】次に第二の層間絶縁物層５７の第五の絶縁
膜層５７Ｃの所定位置を選択的に除去して、第三の接続
孔５８を形成する。第三の接続孔５８の開口は、光源と
してＧ線あるいはＩ線を用いた縮小投影露光装置（ステ
ッパー）によるフォトリソグラフィー技術によって形成
したレジストマスクパターンと反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）等による異方性エッチングにより行う（以上
図１１）。

【０１２４】ここで上記アモルファスシリコン膜層で構
成される第二のエッチングストップ膜層５７Ｂは、反応
性イオンエッチングによる異方性エッチング時にエッチ
ングストッパーとして働く。すなわち第二の層間絶縁膜
５７の下部には段差が形成されている。また、第五の絶
縁膜層５７Ｃはその上部に形成される第二の導伝膜層６
０のステップカバレッジを良好にするために、その表面
が平坦化されている。したがって、第三の接続孔５８は
その下地の段差により深さが一定ではない。

【０１２５】反応性イオンエッチングでは第五の絶縁膜
層５７Ｃのエッチングが均一に進むため、もっとも第五
の絶縁膜層５７Ｃの厚い部分のアモルファスシリコン膜
層で構成される第二のエッチングストップ膜層５７Ｂの
表面を露出するためには、もっとも第五の絶縁膜層５７
Ｃの膜厚の薄い部分では必要以上の反応性イオンエッチ
ング種の入射がされることになる。アモルファスシリコ
ン膜層で構成される第二のエッチングストップ膜層５７
Ｂは、必要以上の反応性イオンエッチング種の入射によ
る、もっとも浅い第三の接続孔５８の掘れすぎを防止す
ることができる。また、必要以上の反応性イオンエッチ
ング種の入射によって、第一の導伝膜層５５に欠陥（ダ
メージ）が入るのを防止することができ、反応性イオン
エッチング種と第一の導伝膜層５５材料から形成され
る、エッチング複合生成物が第三の接続孔５８の周辺に
付着するのを防止することができる。

【０１２６】また、第三の接続孔５８は上記フォトリソ
グラフィー技術で余裕をもって形成できる直径で開口す
る。たとえばＰ型半導体基板５１と第一の導伝膜層５５
の接触部である第二の接続孔５６を、直径が０.５μｍ
で開口する場合を例にとると、第一の接続孔５３の直径
は１.０μｍ程度で開口する。上記フォトリソグラフィ
ー技術によれば、形成可能な最小のレジストマスクパタ
ーンの直径は０.６μｍ程度であることから、直径が１.
０μｍのレジストマスクパターンは余裕をもって形成が
可能である。

【０１２７】引き続き、第三の接続孔５８の底部のアモ
ルファスシリコン膜層で構成される第二のエッチングス
トップ膜層５７Ｂを除去する。第三の接続孔５８をＲＩ
Ｅによる異方性エッチングによる開口後は、第五の絶縁
膜層５７Ｃ上には第三の接続孔５８を開口するためのフ
ォトレジストパターンが存在する。このフォトレジスト
パターンをマスクとして、ＲＩＥにより第三の接続孔５
８の底部のアモルファスシリコン膜層で構成される第二
のエッチングストップ膜層５７Ｂをエッチング除去す
る。さらに、フォトレジストパターンは酸素プラズマ等
により除去する。

【０１２８】以上により第三の接続孔５８の底部のアモ
ルファスシリコン膜層で構成される第二のエッチングス
トップ膜層５７Ｂの除去が達成できる。以上によって第
三の接続孔５８の底部のアモルファスシリコン層膜で構
成される第二のエッチングストップ膜層５７Ｂは除去さ
れ、第三の接続孔５８の底部と第一の導伝膜層５５と第
二の導伝膜層６０の接触部の間は第四の絶縁膜層５７Ａ
からなる絶縁膜層のみの構造が実現できる。

【０１２９】引き続き第三の接続孔を開口した第二の層
間絶縁膜層５７上に第六の絶縁膜層５９を形成する。第
六の絶縁膜層５９はＴＥＯＳを含む気相中に高周波を印
加して二酸化珪素膜層を堆積するプラズマ気相成長法等
を用い、下地の段差の影響によらず被覆率の高い良質の
二酸化珪素膜層を形成する（以上図１２）。

【０１３０】さらに、第六の絶縁膜層５９は異方性の高
いＲＩＥによりエッチング除去する。ＲＩＥによるエッ
チングは第六の絶縁膜層５９に加えて、第三の接続孔５
８の底部の第一の導伝膜層５５と第二の導伝膜層６０の
接触部の間の第四の絶縁膜層５７Ａからなる絶縁膜層が
除去できるまで行う。異方性の高いＲＩＥによって、第
二の層間絶縁膜層５７上に形成した第六の絶縁膜層５９
は、全面エッチング除去されるが第三の接続孔５８の側
壁のみ第二のサイドウォール５９Ａとして残存する。以
上によって第三の接続孔５８の内部に第四の接続孔６１
が形成される。

【０１３１】また、第四の接続孔６１を開口するための
反応性イオンエッチングでは、エッチングされる絶縁膜
層は下地の段差によらず一定の膜厚になっているので、
第四の接続孔６１の底部の露出面にかかるオーバーエッ
チングを、Ｐ型半導体基板５１上の全ての第四の接続孔
６１について均一にすることができる。

【０１３２】また、第三の接続孔５８の底部の第一の導
伝膜層５５と第二の導伝膜層６０の接触部の間の第四の
絶縁膜層５７Ａからなる絶縁膜層を除去することにより
形成する第四の接続孔６１は、第二のサイドウォール５
９Ａをマスクとして形成するので、第二のサイドウォー
ル５９Ａの幅により第四の接続孔６１の直径は制御でき
ることがわかる。第三の接続孔５８の側壁に形成される
第二のサイドウォール５９Ａの幅は、第三の接続孔５８
を開口した第二の層間絶縁膜層５７上に形成する第六の
絶縁膜層５９の堆積膜厚で制御できるので、すなわち、
第一の導伝膜層５５と第二の導伝膜層６０の接触部であ
る第四の接続孔６１の直径は、第三の接続孔５８を開口
した第二の層間絶縁膜層５７上に形成する第六の絶縁膜
層５９の堆積膜厚により制御が可能である。

【０１３３】また、第三の接続孔５８の側壁にサイドウ
ォール５９Ａを形成すると同時に第四の接続孔６１を形
成するので、第四の接続孔６１は上部の直径が大きく下
部の直径が小さい、いわゆる、テーパー形状が実現でき
るので、第四の接続孔６１内部には、被覆率の良好な第
二の導伝膜層６０を形成することができる。その結果、
第一の導伝膜層５５の段切れの防止、マイグレーション
耐性の向上を図ることができる（以上図１３）。

【０１３４】第四の接続孔６１を形成した後、３８０℃
程度の熱処理を行う。この熱処理によってエッチングに
よるダメージを回復することができる。

【０１３５】第四の接続孔６１を形成することで、第四
の接続孔６１の底部に露出した第一の導伝膜層５５の表
面には自然酸化物層、主に、アルミニウム酸化物（Ａｌ
₂Ｏ₃）が形成されている。これをアルゴンガスを用いた
高周波プラズマによるスパッタリングで除去する。自然
酸化物層の除去は、第四の接続孔６１の底に露出する第
一の導伝膜層５５と、第二の導伝膜層６０の接触を密な
ものにし、接触不良を避けるために行う。

【０１３６】また第四の接続孔６１の底部に露出した第
一の導伝膜層５５上の自然酸化物層を除去する工程は、
アルゴンを用いたスパッタリングでなくても、第一の導
伝膜層５５上の自然酸化物層を除去できればよい。たと
えば、反応性のガスを用いたＲＩＥによってもよい。

【０１３７】このようにして得られた第四の接続孔６１
の底部に露出した清浄な第一の導伝膜層５５の表面を大
気にさらすことなく、第二の導伝膜層６０を形成する。

【０１３８】本実施例の第二の導伝膜層６０は下層に高
融点金属膜層６０Ａを、上層に第二のアルミニウム合金
膜層６０Ｂを用いた二層で構成している。また、第二の
導伝膜層６０は、多層配線構造の段差を緩和するため
に、第一の導伝膜層５５の厚さより厚く形成されてい
る。このとき、第二の導伝膜層６０の高融点金属膜層６
０Ａと上層の第二のアルミニウム合金膜層６０Ｂはそれ
ぞれ活性な材料である。このため、空気に触れるとそれ
ぞれ酸化されてしまい、接触抵抗の増大をもたらす。こ
のため、これらの層はインラインで形成することが必要
である。

【０１３９】この後、第二の導伝膜層６０はＲＩＥ等の
異方性エッチングを用いて所定の形状に加工する。

【０１４０】その後、たとえば水素ガス雰囲気中、ある
いは水素と窒素との混合ガス雰囲気中で、４５０℃程度
の熱処理を行う。熱処理によってＲＩＥ等の異方性エッ
チングで生じたダメージを回復することができる。さら
に、熱処理によって、第二の導伝膜層６０を構成してい
る高融点金属膜層６０Ａと第二のアルミニウム合金膜層
６０Ｂが合金化される。このため、第二のアルミニウム
合金膜層６０Ｂ中のアルミニウム原子が移動することを
抑制することができる。これによって第二のアルミニウ
ム合金膜層６０Ｂにボイドが発生することが防止でき
る。よって、第二のアルミニウム合金膜層６０Ｂのスト
レスマイグレーション耐性を向上できる。

【０１４１】さらに、高融点金属膜層６０Ａは熱処理に
より第四の接続孔６１底部に露出した第一の導伝膜層５
５と、第四の接続孔６１部で合金化する。このため第一
の導伝膜層５５と第二の導伝膜層６０との接触が、第四
の接続孔６１部でより緻密なものとなる。これによって
接触不良による歩留の低下を防止することができる。

【０１４２】第二のアルミニウム合金膜層６０Ｂにボイ
ドが発生しないように、下層の高融点金属膜層６０Ａと
第二のアルミニウム合金膜層６０Ｂとを合金化させる。
合金化によって高融点金属原子がアルミニウム合金膜層
内に入り込む。このため、保護層の応力によって誘起さ
れるアルミニウム原子の移動を抑える。このような効果
を実現しやすくするために、下層の高融点金属膜層６０
Ａと上層の第二のアルミニウム合金膜層６０Ｂとの合金
化を均一にする。このため第二のアルミニウム合金膜層
６０Ｂと高融点金属膜層６０Ａとの界面に合金化を妨げ
るような界面層が形成されないようにする。ここまでの
工程で界面層となり得るものとしては、たとえば高融点
金属の酸化物からなる層がある。このため、高融点金属
膜層６０Ａの堆積と第二のアルミニウム合金膜層６０Ｂ
との堆積を大気に触れさすことなく連続して行う。これ
らを連続して形成すると、第二のアルミニウム合金膜層
６０Ｂの内部にボイドが成長するのを抑制する効果がよ
り大きくなる。

【０１４３】ここで第二のアルミニウム合金膜層６０Ｂ
はスパッタ法により形成される。その厚さは、７００〜
１２００ｎｍ程度である。第二のアルミニウム合金膜層
６０Ｂには、第一のアルミニウム合金膜層５５Ｂと同様
に、少なくともマイグレーションを防止するための元素
（Ｃｕ，Ｔｉ，Ｐｄ等）が添加されている。本実施例で
用いた第二のアルミニウム合金膜層６０Ｂは、アルミス
パイクを防止するために１.０質量％程度のＳｉ元素
を、またマイグレーションを防止するために０.５質量
％程度のＣｕ元素を添加したものを用いる。

【０１４４】また、高融点金属膜層６０Ａは、第二のア
ルミニウム合金膜層６０Ｂ下に形成されている。高融点
金属膜層６０Ａは、第二のアルミニウム合金膜層６０Ｂ
にボイドが発生するのを防止するために形成されてい
る。本実施例の高融点金属膜層６０Ａは、スパッタ法で
堆積したチタン薄膜層を用いる。チタン薄膜層の厚さは
３０〜１００ｎｍ程度である。

【０１４５】第二の導伝膜層６０としてチタン薄膜層と
アルミニウム合金層６０Ｂの二層で構成すると、チタン
層と第二のアルミニウム合金膜層６０Ｂが合金化され
る。このため第二のアルミニウム合金膜層６０Ｂの内部
でアルミニウム原子が移動するのを抑制できる。すなわ
ち第二のアルミニウム合金膜層６０Ｂの内部にボイドが
発生するのを防止でき、アルミニウム合金層６０Ｂのス
トレスマイグレーション耐性を向上することができる。

【０１４６】さらに、高融点金属膜層６０Ａは、他の高
融点金属（Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｈｆ等）や高融点金属化合
物や高融点金属シリサイドあるいは高融点金属間の合金
等で構成してもよい。同様に第二のアルミニウム合金膜
層６０Ｂの内部にボイドが成長するのを防止できる。ま
た、高融点金属膜層６０Ａと上層の第二のアルミニウム
合金膜層６０Ｂは、後の熱処理により適度に合金化す
る。合金化によって第二のアルミニウム合金膜層６０Ｂ
の結晶粒の成長を抑えられる。このように結晶粒の成長
をより効果的に抑える材料であればあるほど、第二のア
ルミニウム合金膜層６０Ｂに形成されるボイドの成長を
抑えることができる。このためストレスマイグレーショ
ン耐性の向上にはより効果的である（以上図１４）。

【０１４７】引き続き、遮常表面保護層を形成する。表
面保護層はＰＳＧ層と窒化珪素層とで構成する。ＰＳＧ
層は窒化珪素層の高い応力を緩和する。窒化珪素層の応
力は下層の第二の導伝膜層６０の断線を誘起する。ＰＳ
Ｇ層は、たとえば、常圧気相成長法により形成する。Ｐ
ＳＧ層の厚さは１００〜４００ｎｍである。窒化珪素層
は水分や汚染物質が内部に進入するのを防止する。窒化
珪素層は、たとえばプラズマ気相成長法により形成す
る。窒化珪素層の厚さは５００〜１２００ｎｍである。

【０１４８】以上により本発明の実施例における半導体
装置の製造方法が実現できる。なお、本発明の第三の実
施例の半導体装置の製造方法では、二層配線構造につい
て説明を実施したが、三層配線構造以上の多層配線技術
にも応用できる。たとえば、本発明の第三の実施例にお
ける半導体装置の製造方法を説明するための断面図にお
いて、図１４に示す工程の後に、図１０以降の工程から
図１４に示す工程までを追加することにより、容易に三
層配線構造が実現できる。

【０１４９】

【発明の効果】直径が小さく深さの深い微細な接続孔を
再現性よく安定に形成することができる。その結果、従
来より微細な多層配線構造を実現でき、半導体装置の配
線の密度を大幅に上げることができる。すなわち、従来
より狭い面積で同等の機能を有する半導体装置の製造が
できる。また、チップサイズが増大することなく、従来
より高度な機能を有する半導体装置の製造ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置を示す断面図

【図２】本発明の半導体装置を示す断面図

【図３】本発明の半導体装置を示す断面図

【図４】本発明の半導体装置を示す断面図

【図５】本発明の半導体装置を示す断面図

【図６】本発明の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図

【図７】本発明の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図

【図８】本発明の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図

【図９】本発明の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図

【図１０】本発明の半導体装置の製造方法を示す工程断
面図

【図１１】本発明の半導体装置の製造方法を示す工程断
面図

【図１２】本発明の半導体装置の製造方法を示す工程断
面図

【図１３】本発明の半導体装置の製造方法を示す工程断
面図

【図１４】本発明の半導体装置の製造方法を示す工程断
面図

【図１５】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図

【図１６】従来の半導体装置の製造方法の課題を示す断
面図

【図１７】従来の半導体装置の製造方法の課題を示す断
面図

【符号の説明】

３１Ｐ型半導体基板３２層間絶縁膜層３２Ａ第一の絶縁膜層３２Ｂエッチングストップ膜層３２Ｃ第二の絶縁膜層３３導伝膜層３４第一の接続孔３４Ａ第一の接続孔の側壁３５サイドウォール３６第二の接続孔３７拡散層３８素子分離領域３９ゲートポリシリコン配線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一の導伝膜層と第二の導伝膜層を絶縁
分離するための層間絶縁膜層が第一の絶縁膜層、エッチ
ングストップ膜層および第二の絶縁膜層の三層で構成さ
れていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】エッチングストップ膜層が多結晶シリコ
ン膜、あるいはアモルファスシリコン膜であることを特
徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】エッチングストップ膜層が第一の絶縁膜
層と第二の絶縁膜層と第三の絶縁膜層とで覆われている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】第一の導伝膜層と第二の導伝膜層を絶縁
分離するための層間絶縁膜層に第一の接続孔が形成さ
れ、前記第一の接続孔の側壁にサイドウォールが形成さ
れると同時に第二の接続孔が形成されており、前記第二
の接続孔を介して前記第一の導伝膜層と前記第二の導伝
膜層とが接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】半導体基板上の所定の領域に第一の絶縁
物層、エッチングストップ膜層および第二の絶縁膜層を
順次形成する工程と、前記エッチングストップ膜層と第
二の絶縁膜層に前記第一の絶縁膜層が露出する第一の接
続孔を形成する工程と、前記第一の接続孔の側壁に絶縁
膜からなるサイドウォールを形成すると同時に前記第一
の接続孔の底部に露出した前記第二の絶縁膜に半導体基
板が露出する第二の接続孔を形成する工程とを備えたこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】エッチングストップ膜層が減圧気相成長
法で形成した多結晶シリコン膜であることを特徴とする
請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】エッチングストップ膜層がプラズマ気相
成長法で形成したアモルファスシリコン膜であることを
特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】所定の領域に第一の導伝膜層が形成され
た半導体基板上の所定の領域に第一の絶縁物層、エッチ
ングストップ膜層および第二の絶縁膜層を順次形成する
工程と、前記エッチングストップ膜層と第二の絶縁膜層
に前記第一の絶縁膜層が露出する第一の接続孔を形成す
る工程と、前記第一の接続孔の側壁に絶縁膜からなるサ
イドウォールを形成すると同時に前記第一の接続孔の底
部に露出した前記第二の絶縁膜に第一の導伝膜層が露出
する第二の接続孔を形成する工程とを備えたことを特徴
とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】エッチングストップ膜層が減圧気相成長
法で形成した多結晶シリコン膜であることを特徴とする
請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】エッチングストップ膜層がプラズマ気
相成長法で形成したアモルファスシリコン膜であること
を特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。