JPH0212859A - 多層配線の形成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多層配線の形成方法に関し、特にアルミニウム
合金と高融点金属或いは高融点金属化合物とを積層した
構成の金属配線からなる多層配線の形成方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体集積回路における金属配線層としてアルミ
ニウム合金が主に用いられているが、このアルミニウム
合金では、耐エレクトロマイグレーション性や、熱処理
により発生されるアルミニウム合金の突起物、いわゆる
ヒロック等が問題とされている。このため、アルミニウ
ム合金を高融点金属或いは高融点金属化合物に積層積層
させた金属配線構造とすることで、この問題点を解決す
ることが行われており、特に形成が容易で効果が大きい
方法として、アルミニウム合金層の上層に高融点金属層
或いは高融点金属化合物層を被着した２層構造の金属配
線が多用されている。

このような２層の金属配線による多層配線の形成方法の
一例を、第３図（ａ）乃至第３図（ｃ）に示す断面図で
説明する。なお、この例ではアルミニウム合金上にチタ
ンシリサイドを積層した２層配線の例を示している。

先ず、第３図（ａ）のように、表面がシリコン酸化膜２
２で覆われ、所定の位置に開口部を設けたシリコン基板
２１上にアルミニウム合金２３とチタンシリサイド２４
を順次被着した後、通常のりソグラフィ技術を用いて所
要のパターンに形成し、１層目金属配線を形成する。

次に、第３図（ｂ）のように、ＣＶＤ法を用いて全面に
シリコン酸化膜２５を形成した後、このシリコン酸化膜
２５に１層目金属配線に達する開口部をリソグラフィ技
術を用いて形成する。

更に、第３図（ｃ）のように、前記開口部を含むシリコ
ン酸化膜２５上にアルミニウム合金２６を被着した後、
これをリソグラフィ技術を用いて所要パターンに形成し
、２層目金属配線を形成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の形成方法で形成される多層配線は、１層
目のアルミニウム合金２３と２層目のアルミニウム合金
２６とは、チタンシリサイド２４を介在させて接続され
ることになる。通常、このチタンシリサイド等のような
高融点金属や高融点金属化合物はアルミニウム合金に比
較して抵抗が大きいため、１層目と２層目の各アルミニ
ウム合金間の接続抵抗が、このチタンシリサイド２４に
よって増大されるという問題が生じる。

また、１層目と２層目の金属配線を相互に絶縁している
シリコン酸化膜２５に開口部を設ける際、微細化のため
にドライエツチングが用いられているが、シリコン酸化
膜の場合は等方性エツチングが困難なため、異方性エツ
チングが用いられる。

このため、図示のように開口部の断面は象、峻な形状と
なり２層目金属配線が開口部で断線しやすくなるという
問題も有している。

本発明は１層目と２層目の金属配線の接続抵抗を低減し
、かつ２層目配線の断線を防止した多層配線を容易に得
ることが可能な多層配線の形成方法を提供することを目
的としている。

（課題を解決するための手段〕 本発明の多層配線の形成方法は、アルミニウム合金上に
高融点金属層或いは高融点金属化合物層を形成して積層
構造の１層目金属配線を形成する工程と、この１層目金
属配線上に層間絶縁膜を形成する工程と、この層間絶縁
膜に前記１層目の金属配線の一部を露呈させる開口部を
異方性エツチング法により選択的に形成する工程と、ア
ルゴンを用いた逆スパッタ法により前記開口部に露呈さ
れる高融点金属層或いは高融点金属化合物層を除去する
工程と、前記層間絶縁膜上にアルミニウム合金を堆積し
、開口部を通して前記１層目の金属配線のアルミニウム
合金に直接接続させる２層目の金属配線を形成する工程
とを含んでいる。

〔作用〕

上述した形成方法では、逆スパッタ法により開口部内の
高融点金属層或いは高融点金属化合物層が除去され、Ｉ
Ｎ目の金属配線と２層目の金属配線の各アルミニウム合
金が直接接続され、両者間での接続抵抗を低減する。ま
た、逆スパッタ法により、層間絶縁膜の段部が傾斜状態
でエツチングされ、段部の段差を緩和して２Ｎ目金属配
線の断線を防止する。

〔実施例〕

次に、本発明を図面を参照して説明する。

第１図（ａ）乃至第１図（ｄ）は本発明の第１実施例の
主要工程を工程順に示す断面図である。

先ず、第１図（ａ）のように、表面がシリコン酸化膜２
で覆われ所定の位置に開口部を設けたシリコン基板１上
にアルミニウム合金３を０．５μｍ、窒化チタン４を０
．１μｍの厚さに順次スパッタリング法により被着した
後、通常のりソグラフィ技術を用いて所要パターンに形
成し、１層目金属配線を形成する。

次に、第１図（ｂ）のように、プラズマＣＶＤ法により
形成したシリコン酸化膜、つまりプラズマシリコン酸化
膜５を全面に１．０μｍの厚さに被着した後、このプラ
ズマシリコン酸化膜５に前記１層目金属配線に達する開
口部をリソグラフィ技術及び異方性のドライエツチング
技術を用いて形成する。

次に、第１図（Ｃ）のように、アルゴンガスを真空中に
導入し、かつシリコン基板に高周波電圧を印加してアル
ゴンの高周波プラズマを発生させ、このプラズマにより
エツチングする方法、換言すればアルゴンを用いた逆ス
パッタ法により開口部内に露呈されている窒化チタン４
を除去する。このとき、プラズマシリコン酸化膜５も０
．２〜０．３μｍ程度エツチングされ、特に開口縁５ａ
或いは１層目金属配線の段部のエツチング速度は大きく
、これらの部分では基板に対して４０〜５０６の傾斜を
持つ断面形状となる。

しかる上で、第１図（ｄ）のように、プラズマシリコン
酸化膜５上にアルミニウム合金６と窒化チタン７を順次
スパッタリング法により被着した後、これをリソグラフ
ィ技術を用いて所要パターンに形成し、開口部において
前記１層目金属配線に接続される２Ｎ目金属配線を形成
する。

このようにして形成された多層配線は、１層目のアルミ
ニウム合金３上の窒化チタン４を開口部において逆スパ
ッタ法により除去しているので、１層目のアルミニウム
合金３と２Ｎ目のアルミニウム合金６の間に窒化チタン
４が存在することはなく、両アルミニウム合金３．６の
接続抵抗を十分低いものにできる。また、プラズマシリ
コン酸化膜５は、逆スパッタ法によりエツチングされる
ので、開口部の開口縁５ａは基板に対して５０°程度の
傾斜となり、開口部における２Ｎ目のアルミニウム合金
６の被覆性は良好となり、断線を防止できる。

これにより、アルミニウム合金と窒化チタンの２層構造
で耐エレクトロマイグレーション性や耐ヒロック性を向
上するとともに、低抵抗化を図り、かつ開口部や段部で
の断線を防止した高信頼度の多層配線を得ることができ
る。

第２図（ａ）乃至第２図（ｅ）は本発明の第２実施例の
主要工程を工程順に示す断面図である。

先ず、第２図（ａ）のように、表面がシリコン酸化膜１
２で覆われ所定の位置に開口部を設けたシリコン基板１
１上にアルミニウム合金１３を堆積し、かつこれをリソ
グラフィ技術で所要のパターンに形成し、１層目金属配
線を形成する。

次に、第２図（ｂ）のように、六弗化タングステンを用
いたＣＶＤ法によりアルミニウム合金配線１３の表面に
選択的にタングステン１４を０．１μｍ被着する。

その後の工程は第１実施例と同様であり、第２図（Ｃ）
のように、全面にプラズマシリコン酸化膜１５を被着し
た後、異方性ドライエツチングにより開口部を形成する
。

更に、第２図（ｄ）のようにアルゴンを用いた逆スパッ
タリングにより、開口部内のタングステン１４を除去す
ると同時にプラズマシリコン酸化膜１５を０．２〜０．
３μｍエツチングし、開口部の開口縁１５ａが傾斜を持
った断面形状とする。

その後、第２図（ｅ）のように、アルミニウム合金１６
を全面に堆積し、これを所要パターンに形成することに
より２層目金属配線を形成する。

この第２実施例においても、形成された多層配線は、１
Ｎ目のアルミニウム合金１３上の六弗化タングステン１
４を開口部において逆スパッタ法により除去しているの
で、１層目のアルミニウム合金１３と２層目のアルミニ
ウム合金１６を直接接続させてその接続抵抗を十分低い
ものにできる。

また、プラズマシリコン酸化膜１５の開口部の開口縁を
傾斜させ、開口部における２層目のアルミニウム合金１
６の被覆性は良好となり、断線を防止できる。

なお、上述した以外の高融点金属や高融点化合物を用い
た金属配線においても本発明を同様に適用することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、層間絶縁膜に開口部を開
設した後に、逆スパッタ法により開口部内の高融点金属
層或いは高融点金属化合物層を除去しているので、１層
目の金属配線と２層目の金属配線の各アルミニウム合金
が直接接続され、両者間での接続抵抗を低減することが
できる。また、この際の逆スパッタ法により層間絶縁膜
の段部が傾斜状態でエツチングされて段部の段差を緩和
するので、この上に形成する２層目金属配線の断線を防
止することができる。これにより、本発明方法で形成さ
れる多層配線は、アルミニウム合金に高融点金属層や高
融点金属化合物層を重ねた構成とすることにより耐エレ
クトロマイグレーション性や耐ヒロック性を向上する一
方で、低抵抗化しかつ開口部や段部での断線を無くした
高信頼性の微細多層配線を形成することができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至第１図（ｄ）は本発明の第１実施例を
工程順に示す断面図、第２図（ａ）乃至第２図（ｅ）は
本発明の第２実施例を工程順に示す断面図、第３図（ａ
）乃至第３図（Ｃ）は従来の形成方法を工程順に示す断
面図である。 １．１１．２１・・・シリコン基板、２，１２．２２・
・・シリコン酸化膜、３，１３．２３・・・アルミニウ
ム合金（１層目）、４．７・・・窒化チタン（高融点金
属化合物）、１４・・・タングステン（高融点金属）２
４・・・チタンシリサイド（高融点金属化合物）、５．
１５．２５・・・プラズマシリコン酸化膜、６゜１６．
２６・・・アルミニウム合金（２層目）。 第２ 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、アルミニウム合金上に高融点金属層或いは高融点金
   属化合物層を形成して積層構造の１層目金属配線を形成
   する工程と、この１層目金属配線上に層間絶縁膜を形成
   する工程と、この層間絶縁膜に前記１層目の金属配線の
   一部を露呈させる開口部を異方性エッチング法により選
   択的に形成する工程と、アルゴンを用いた逆スパッタ法
   により前記開口部に露呈される高融点金属層或いは高融
   点金属化合物層を除去する工程と、前記層間絶縁膜上に
   アルミニウム合金を堆積し、開口部を通して前記１層目
   の金属配線のアルミニウム合金に直接接続させる２層目
   の金属配線を形成する工程とを含むことを特徴とする多
   層配線の形成方法。