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JP3040500B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP3040500B2
JP3040500B2 JP3020869A JP2086991A JP3040500B2 JP 3040500 B2 JP3040500 B2 JP 3040500B2 JP 3020869 A JP3020869 A JP 3020869A JP 2086991 A JP2086991 A JP 2086991A JP 3040500 B2 JP3040500 B2 JP 3040500B2
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JP
Japan
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film
wiring layer
silicon nitride
etching
wiring
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JP3020869A
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満 関口
浩 山本
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Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、多層配線を有する半
導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、微細化の進む半導体装置の配線形
成工程では、一般に配線材料として、Al(アルミニウ
ム)合金が用いられている。このようなAl合金は光の
反射率が高い。したがって、Al合金層を用いて多層配
線を形成する場合、下地段差に起因する配線層からの反
射光により、フォトリソグラフィ法に用いるレジストパ
ターンが断線し、所望の配線パターンを形成することが
できないという問題があった。
【0003】このような問題を解決する方法として、配
線層であるAl合金層上にTiN膜およびTiON膜等
の反射防止膜を形成し、この反射防止膜により配線層か
らの反射光を防止する方法がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述、
配線層上に形成した反射防止膜は容易にエッチング除去
することができないという問題があった。すなわち、多
層配線では、下層の配線層と上層の配線層とを電気的に
接続する場合、下層の配線層上に層間絶縁膜を形成しこ
の層間絶縁膜にスルーホールを形成し、このスルーホー
ルを通じて下層の配線層と上層の配線層とを電気的に接
続する。ここで、上述のAl合金層上にTiN膜または
TiON膜等の反射防止膜を形成した配線を下層の配線
層とした場合、層間絶縁膜にスルーホールを形成するに
は、通常、CF系のエッチングガスが用いられるが、反
射防止膜となるTiN膜またはTiON膜等を良好にエ
ッチング除去することができず、下層の配線層に反射防
止膜が残置するという問題があった。その結果、下層の
配線層と上層の配線層とのコンタクト抵抗の増大および
コンタクト抵抗のばらつきが生じるという問題があっ
た。
【0005】また、反射防止膜となるTiN膜またはT
iON膜は、フッ化水素(HF)と水との混合液を用い
ると良好にエッチング除去することができるが、この場
合、下層の配線層であるAl合金層までもエッチングさ
れるという問題があった。この発明の目的は、上記問題
点に鑑み、精密な配線パターン形状の配線層を得ること
ができ、かつ、各配線層間のコンタクト抵抗の増大およ
びコンタクト抵抗のばらつきを防止できる多層配線構造
の半導体装置の製造方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体装
置の製造方法は、次のようにする。第1の配線層上にシ
リコン窒化膜を形成し、このシリコン窒化膜上に反射防
止膜を形成する。そして、第1の配線層を配線パターン
形状に形成した後、シリコン窒化膜をエッチングストッ
パに用いて前記反射防止膜をエッチングして除去する。
そして、表面に層間絶縁膜を形成した後、この層間絶縁
膜およびシリコン窒化膜を選択的に除去してスルーホー
ルを形成する。このスルーホールを通じて前記第1の配
線層に電気的に接続した第2の配線層を形成する。
【0007】請求項2記載の半導体装置の製造方法は、
次のようにする。第1の配線層上にシリコン窒化膜を形
成し、このシリコン窒化膜上に反射防止膜を形成する。
その後、第1の配線層を配線パターン形状に形成した
後、表面に層間絶縁膜を形成する。そして、シリコン窒
化膜をエッチングストッパに用いて層間絶縁膜および反
射防止膜を選択的にエッチングして除去する。そして、
露出したシリコン窒化膜を選択的に除去してスルーホー
ルを形成した後、このスルーホールを通じて前記第1の
配線層に電気的に接続した第2の配線層を形成する。
【0008】
【作用】この発明の構成によれば、下層となる第1の配
線層上にシリコン窒化膜を形成し、このシリコン窒化膜
上に反射防止膜を形成する。そして、第1の配線層を配
線パターン形状に形成した後に、反射防止膜をエッチン
グする際に、シリコン窒化膜をエッチングストッパとし
て用いる。したがって、第1の配線層をエッチングする
ことがなく、かつ反射防止膜を容易かつ完全に除去する
ことができる。また、第1の配線層上に形成したシリコ
ン窒化膜は容易にエッチング除去することができる。し
たがって、スルーホール内で第1の配線層を完全に露出
することができる。
【0009】
【実施例】図1(a) 〜(f) はこの発明の第1の実施例の
半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。図1
(a) に示すように、シリコン基板1上に絶縁膜2を介し
て、下からAl合金層からなる第1の配線層3,シリコ
ン窒化膜4および反射防止膜となるTiN膜5の順に形
成する。TiN膜5の膜厚は、100〜500Å程度で
ある。
【0010】次に、図1(b) に示すように、フォトリソ
グラフィ法によりレジストパターン(図示せず)を形成
し、このレジストパターンを用いて、第1の配線層3,
シリコン窒化膜4およびTiN膜5をエッチングするこ
とにより、第1の配線層3を配線バターン形状に形成す
る。この際、反射防止膜となるTiN膜4は、第1の配
線層3による反射光を防止する。これにより、反射光に
よるレジストパターンの断線を防止することができる。
したがって、精密に第1の配線層3を配線パターン形状
に形成することができる。
【0011】次に、図1(c) に示すように、フッ化水素
(HF)と水との混合液を用いたウエットエッチングに
より、TiN膜5をエッチングして除去する。この際、
反射防止膜であるTiN膜5は良好にエッチングするこ
とができ、しかもシリコン窒化膜4がエッチングストッ
パとなるため、第1の配線層3はエッチングされること
がない。
【0012】次に、図1(d) に示すように、表面にSi
2 等からなる層間絶縁膜6を形成し、この層間絶縁膜
6上にフォトレジスト層7を形成する。このフォトレジ
スト層7には、スルーホール形成のための開口をパター
ニングする。次に、図1(e) に示すように、フォトレジ
スト層7をマスクとして、層間絶縁膜6およびシリコン
窒化膜4を選択的に除去することにより、スルーホール
8を形成する。この際、層間絶縁膜6およびシリコン窒
化膜4は、CF系のガスを用いたドライエッチングによ
り容易に除去することができる。
【0013】そして、図1(f) に示すように、第1の配
線層3上に第2の配線層9を形成し、第1の配線層3と
第2の配線層9とをスルーホールを通じて電気的に接続
する。この第1の実施例によれば、反射防止膜となるT
iN膜5をエッチングして除去する際に、シリコン窒化
膜4をエッチングストッパして用いることにより、Al
合金からなる第1の配線層3がエッチングされるのをな
くすことができる。また、反射防止膜となるTiN膜5
をスルーホール8を形成する前にエッチングして除去す
るため、良好にエッチングすることができ、シリコン窒
化膜4上にTiN膜5のエッチング残りが生じることが
ない。また、エッチングストッパして用いたシリコン窒
化膜4は、ドライエッチングにより容易に除去すること
ができる。したがって、スルーホール8内で第1の配線
層3を完全に露出させることができる。その結果、第1
の配線層3と第2の配線層9とのコンタクト抵抗が低
く、コンタクト抵抗のばらつきも少ない、良好なコンタ
クト特性を有する多層配線構造の半導体装置を得ること
ができる。
【0014】図2(a) 〜図2(g) はこの発明の第2の実
施例の半導体装置の製造方法を示す工程順断面図であ
る。図2(a) に示すように、シリコン基板1上に絶縁膜
2を介して、下からAl合金層からなる第1の配線層
3,シリコン窒化膜4および反射防止膜となるTiN膜
5の順に形成する。
【0015】次に、図2(b) に示すように、フォトリソ
グラフィ法によりレジストパターン(図示せず)を形成
し、このレジストパターンを用いて、第1の配線層3,
シリコン窒化膜4およびTiN膜5をエッチングするこ
とにより、第1の配線層3を配線バターン形状に形成す
る。この際、反射防止膜となるTiN膜5は、反射光を
防止する。これにより、反射光によるレジストパターン
の断線を防止することができる。したがって、精密に第
1の配線層3を配線パターン形状に形成することができ
る。
【0016】次に、図2(c) に示すように、表面にSi
2 等からなる層間絶縁膜6を形成し、この層間絶縁膜
6上にフォトレジスト層7を形成する。このフォトレジ
スト層7には、スルーホール形成のための開口をパター
ニングする。次に、図2(d) に示すように、フォトレジ
スト層7をマスクとして、層間絶縁膜6およびTiN膜
5を選択的にエッチングして除去する。この際、シリコ
ン窒化膜上4にTiN膜5のエッチング残り10が生じ
る場合がある。
【0017】次に、図2(e) に示すように、フッ化水素
(HF)と水との混合液を用いたウエットエッチングに
より、シリコン窒化膜4上に残置したTiN膜5のエッ
チング残り10をエッチングして完全に除去する。この
際、反射防止膜であるTiN膜5は良好にエッチングす
ることができ、しかもシリコン窒化膜4がエッチングス
トッパとなるため、第1の配線層3はエッチングされる
ことがない。
【0018】次に、図2(f) に示すように、フォトレジ
スト層7をマスクとして、ドライエッチングによりシリ
コン窒化膜4を除去することにより、スルーホール8を
形成する。そして、図2(g) に示すように、第1の配線
層3上に第2の配線層9を形成し、第1の配線層3と第
2の配線層9とをスルーホール8を通じて電気的に接続
する。
【0019】この第2の実施例によれば、層間絶縁膜6
および反射防止膜であるTiN膜5を選択的にエッチン
グ除去した際に、TiN膜5のエッチング残り10が生
じても、さらに、シリコン窒化膜4をエッチングストッ
パに用いてTiN膜5のエッチング残り10をエッチン
グする。これにより、TiN膜5を完全に除去すること
ができ、かつ第1の配線層3がエッチングされるのをな
くすことができる。また、エッチングストッパして用い
るシリコン窒化膜4は、ドライエッチングにより容易に
除去することができる。したがって、スルーホール8内
で第1の配線層3を完全に露出させることができる。そ
の結果、第1の配線層3と第2の配線層9とのコンタク
ト抵抗が低く、コンタクト抵抗のばらつきも少ない、良
好なコンタクト特性を有する多層配線構造の半導体装置
を得ることができる。
【0020】また、この第2の実施例によれば、第2の
配線層9と電気的に接続した以外の領域の第1の配線層
3の最上部には、TiN膜5が存在する。このように配
線層上の最上部にTiN膜が存在する構造の配線は、ス
トレスマイグレーション耐性に優れていることが知られ
ている。したがって、ストレスマイグレーション耐性を
向上させた高信頼性の配線を得ることができる。
【0021】なお、この第1および第2の実施例では、
配線構造を第1の配線層3および第2の配線層9からな
る2層構造としたが、これに限らず、各層間に層間絶縁
膜を介した3層以上の多層配線構造の半導体装置にも適
用できる。また、第1および第2の配線層3,9は、A
l合金の単層からなるが、これに限らず、例えば下から
Ti/TiN/Al合金といった多層構造としても良
い。
【0022】また、この第1および第2の実施例では、
フッ化水素(HF)と水との混合液を用いたウエットエ
ッチングにより、シリコン窒化膜4上に形成した反射防
止膜であるTiN膜5を選択的に除去したが、これに限
らず、シリコン窒化膜4とTiN膜5との選択比がとれ
る方法であれば、どのようなエッチング方法を用いても
良い。
【0023】また、この第1および第2の実施例では、
反射防止膜としてTiN膜5を用いたが、これに限ら
ず、TiON膜でも良い。
【0024】
【発明の効果】この発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、第1の配線層上にシリコン窒化膜を形成し、このシ
リコン窒化膜上に反射防止膜を形成する。そして、第1
の配線層を配線パターン形状に形成した後に、反射防止
膜をエッチングする際に、シリコン窒化膜をエッチング
ストッパとして用いる。したがって、第1の配線層をエ
ッチングすることがなく、かつ、反射防止膜を容易かつ
完全に除去することができる。また、第1の配線層上に
形成したシリコン窒化膜は容易にエッチング除去するこ
とができる。したがって、スルーホール内で第1の配線
層を完全に露出することができる。
【0025】その結果、精密な第1の配線層を配線パタ
ーンに形成することができ、かつ第1の配線層と第2の
配線層とのコンタクト抵抗が低く、コンタクト抵抗のば
らつきも少ない、良好なコンタクト特性を有する多層配
線構造の半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a) 〜(f) はこの発明の第1の実施例の半
導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図2】図2(a) 〜(g) はこの発明の第2の実施例の半
導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 絶縁膜 3 第1の配線層 4 シリコン窒化膜 5 TiN膜(反射防止膜) 6 層間絶縁膜 8 スルーホール 9 第2の配線層 10 TiN膜のエッチング残り
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/321 H01L 21/3213 H01L 21/768

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の配線層上にシリコン窒化膜を形成
    する工程と、このシリコン窒化膜上に反射防止膜を形成
    する工程と、前記第1の配線層を配線パターン形状に形
    成する工程と、前記シリコン窒化膜をエッチングストッ
    パに用いて前記反射防止膜をエッチングして除去する工
    程と、表面に層間絶縁膜を形成する工程と、この層間絶
    縁膜および前記シリコン窒化膜を選択的に除去してスル
    ーホールを形成する工程と、このスルーホールを通じて
    前記第1の配線層に電気的に接続した第2の配線層を形
    成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 第1の配線層上にシリコン窒化膜を形成
    する工程と、このシリコン窒化膜上に反射防止膜を形成
    する工程と、前記第1の配線層を配線パターン形状に形
    成する工程と、表面に層間絶縁膜を形成する工程と、前
    記シリコン窒化膜をエッチングストッパに用いて前記層
    間絶縁膜および前記反射防止膜を選択的にエッチングし
    て除去する工程と、露出したシリコン窒化膜を選択的に
    除去してスルーホールを形成する工程と、このスルーホ
    ールを通じて前記第1の配線層に電気的に接続した第2
    の配線層を形成する工程とを含む半導体装置の製造方
    法。
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CN113661571B (zh) * 2019-10-18 2025-03-14 富士电机株式会社 半导体装置及其制造方法

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