半導体装置の配線およびその製造方法

【課題】半導体基板に電気的に接続するアルミニウム系金属からなる配線は、オーバエッチング時にその配線下部にアンダーカットを生じるため、配線の信頼性を大きく低下させていた。
【解決手段】半導体基板１１に電気的に接続されている配線２１であって、配線２１は、半導体基板１１上に形成された絶縁膜１２上に設けられ、サイドエッチング防止層２２とこのサイドエッチング防止層２２上に形成した導電層２３とからなるものである。上記サイドエッチング防止層２２は絶縁膜１２上で少なくとも７０ｎｍの厚さを有することが必要である。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の配線およびその製造方法に関し、詳しくは半導体基板に電気的に接続する配線およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体装置の配線は、例えば半導体基板上の絶縁膜上に配線が設けられていた。その配線は例えばアルミニウム系金属で形成されており、浅い接合の拡散層にコンタクトを取る場合には、通常、拡散層とのコンタクト部分にアルミニウムの突き抜けを防止するためのバリア層となるバリアメタルが形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体基板に電気的に接続するアルミニウム系金属からなる導電膜をエッチングして形成した配線は、図５に示すように、配線１１１のアルミニウム系金属部１１２の下部にいわゆるサイドエッチングが生じてアンダーカット１２１が形成される。このアンダーカット１２１は、下地となる絶縁膜上からおよそ５０ｎｍの高さまでを中心にして生じている。このアンダーカット部１２１の発生によって配線１１１の断面形状が悪化するので、配線１１１の信頼性は低下していた。さらにサイドエッチングが進行すると配線１１１は絶縁膜１０１上から浮いた状態に形成されるため、配線の信頼性は非常に低下した。なお、図５では、配線１１１の下層にバリアメタル層１３１が形成され、また配線１１１上には反射防止膜１３２、酸化シリコン膜１３３およびエッチングマスクとして用いたレジストパターン１３４が形成された状態が示されている。
【０００４】次に上記アンダーカット部が配線の下部に発生する原因を説明する。エッチングにより配線の形成を行うと、通常、配線の側壁にはエッチングにともなう反応生成物からなる側壁保護膜が形成される。この側壁保護膜は、配線の側壁上部に厚く形成され、下部に向かうにしたがって薄く形成される。そのため、配線下部の薄く形成されている側壁保護膜が最も弱くなるので、その部分がオーバエッチング時に破れ、そこから配線の中央部方向に向かってサイドエッチングが進行してアンダーカットが形成されることになる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解決するためになされた半導体装置の配線およびその製造方法である。
【０００６】すなわち、半導体装置の配線は、半導体基板に電気的に接続されているものであって、半導体基板上に形成された絶縁膜上に設けられたサイドエッチング防止層と、その上に形成した導電層とからなる。
【０００７】上記半導体装置の配線では、導電層の下層にサイドエッチング防止層が形成されていることから、オーバエッチングを行っても配線の下部にサイドエッチングによるアンダーカットがほとんど形成されないものとなる。
【０００８】配線の製造方法は、半導体基板に電気的に接続する導電層を同半導体基板上の絶縁膜上に形成した後、この導電層をエッチングして半導体基板に電気的に接続する配線を形成する配線の製造方法であって、配線形成時のエッチングの際に生じるサイドエッチングを防ぐ材料からなり導電性を有するサイドエッチング防止層を上記絶縁膜上に形成した後、このサイドエッチング防止層上に上記導電層を形成するという製造方法である。
【０００９】上記配線の製造方法では、導電層をエッチングする際に生じるサイドエッチングを防ぐ材料からなるサイドエッチング防止層を形成した後、このサイドエッチング防止層上に導電層を形成することから、上記導電層およびサイドエッチング防止層をエッチングして形成される配線の下部はエッチング防止層となる。そのため、オーバエッチングを行っても、エッチング防止層によってサイドエッチングの発生が抑制されるので、配線にはアンダーカットがほとんど形成されなくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の配線に係わる実施形態の一例を、図１の概略構成断面図によって説明する。
【００１１】図１に示すように、半導体基板１１上には絶縁膜１２が例えば酸化膜で形成されている。この絶縁膜１２には上記半導体基板１１に形成された例えば拡散層（図示省略）に達するコンタクトホール１３が形成されている。このコンタクトホール１３には、上記半導体基板１１に電気的に接続するプラグ１４が例えばタングステンで形成されている。このプラグ１４の下層にはいわゆるバリアメタル（図示省略）が形成されている場合もある。
【００１２】上記絶縁膜１２上には、上記プラグ１４を介して上記半導体基板１１に電気的に接続する配線２１（２１ａ，２１ｂ）が形成されている。上記配線２１（２１ａ，２１ｂ）は、サイドエッチング防止層２２（２２ａ，２２ｂ）と、このサイドエッチング防止層２２（２２ａ，２２ｂ）上に形成した導電層２３（２３ａ，２３ｂ）とからなる。
【００１３】上記サイドエッチング防止層２２は、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）のうちの１種類または複数種類からなる。すなわち、サイドエッチング防止層２２は単層または複数層からなる。このサイドエッチング防止層２２の厚さは、下地の絶縁膜１２上において少なくとも７０ｎｍの厚さを有していることが必要であり、９０ｎｍ〜２５０ｎｍ程度の厚さを有することが好ましい。
【００１４】上記導電層２３は、例えばアルミニウム金属またはアルミニウム合金層からなる。なお、上記サイドエッチング防止層２２とその下地となる絶縁膜１２との密着性が不十分の場合には、その間にチタン膜のような下地との密着性に優れている密着層（図示省略）を形成することが好ましい。
【００１５】上記半導体装置の配線２１では、導電層２３の下層にサイドエッチング防止層２２が形成されている。しかも、サイドエッチング防止層２２は下地の絶縁膜１２上で少なくとも７０ｎｍの厚さを有する状態に形成されていることから、サイドエッチングを最も生じる配線２１の領域はサイドエッチング防止層２２で形成されていることになる。したがって、オーバエッチングが行われてもサイドエッチングの発生が防止されるので、信頼性に影響を及ぼすようなアンダーカットは形成されない。
【００１６】なお、上記配線２１において導電層２３上に反射防止膜（図示省略）を形成した構成であっても、反射防止膜に影響されることなく上記同様に、オーバエッチング時のサイドエッチングの発生を防止することができる。また上記配線２１ではコンタクトホール１３の内部にプラグ１４を形成した構成で説明したが、プラグを形成せずにコンタクトホール１３の内部に直接サイドエッチング防止層２２を形成し、さらに導電層２３を形成した構成であってもよい。この構成では、サイドエッチング防止層２２にバリアメタルの作用を持たせることも可能である。
【００１７】次に本発明の配線の製造方法に係わる実施形態の一例を、図２の製造工程図によって説明する。図２R>２では、プラグを介して半導体基板に電気的に接続される配線の製造方法を示す。また前記図１によって説明した構成部品と同様のものには同一符号を付す。
【００１８】図２の（１）に示すように、通常のプロセスによって、半導体基板１１上に絶縁膜１２を例えば酸化膜で形成する。次いでレジスト塗布およびリソグラフィー技術によって、上記絶縁膜１２上にレジストからなるエッチングマスク（図示省略）を形成した後、それをマスクに用いたエッチングによって、上記絶縁膜１２に、上記半導体基板１１に形成された例えば拡散層（図示省略）に達するコンタクトホール１３を形成する。その後上記エッチングマスクを除去する。次に上記コンタクトホール１３内に、上記半導体基板１１に電気的に接続する導電性のプラグ１４を、例えばコンタクトホール１３内にタングステン膜を埋め込んだ後にそれをエッチバックする方法（ブランケットタングステンプラグ形成法）によって形成する。なお、上記プラグ１４の下層に、いわゆるバリアメタル（図示省略）を形成する場合もある。
【００１９】次いで上記絶縁膜１２上に、上記プラグ１４を介して上記半導体基板１１に電気的に接続するサイドエッチング防止層２２を、例えばスパッタリングまたはＣＶＤ法のような薄膜形成技術によって形成する。このサイドエッチング防止層２２は、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）等のチタン系材料のうちの１種類または複数種類からなる。すなわち、サイドエッチング防止層２２は単層に形成してもよく、または複数層に形成してもよい。しかも下地となる絶縁膜１２上での厚さが少なくとも７０ｎｍを有する状態になるように形成する必要があり、好ましくは９０ｎｍ〜２５０ｎｍ程度の厚さを有する状態に形成する。なお、上記サイドエッチング防止層２２とその下地となる絶縁膜１２との密着性が不十分の場合には、その間に例えばチタン膜のような下地との密着性に優れている密着層（図示省略）を形成することが好ましい。
【００２０】次いで、上記サイドエッチング防止層２２上に導電層となる導電層２３を形成する。この導電層２３は、例えばアルミニウム金属またはアルミニウム合金層からなる。必要があれば、上記導電層２３上に反射防止膜（図示省略）等を形成する。
【００２１】その後図２の（２）に示すように、レジスト塗布技術によって上記導電層２３上にレジスト膜を形成する。その後、通常のリソグラフィー技術によって上記レジスト膜をパターニングしてエッチングマスクとなるレジストパターン４１を形成する。なお、この（２）の図面では、半導体基板１１の図示は省略した。
【００２２】次いで上記レジストパターン４１をエッチングマスクに用いて、上記導電層２３およびサイドエッチング防止層２２をエッチングする。その結果、図２の（３）に示すように、上記プラグ１４（１４ａ）に接続するサイドエッチング防止層２２（２２ａ）と導電層２３（２３ａ）とからなる配線２１（２１ａ）が形成されるとともに、上記プラグ１４（１４ｂ）に接続するサイドエッチング防止層２２（２２ｂ）と導電層２３（２３ｂ）とからなる配線２１（２１ｂ）が形成される。その後、上記レジストパターン４１〔前記図２の（２）参照〕を除去する。
【００２３】上記配線の製造方法では、導電層２３をエッチングする際に生じるサイドエッチングを防ぐ材料からなるサイドエッチング防止層２２を絶縁膜１２上に形成した後に、サイドエッチング防止層２２上に導電層２３を形成することから、オーバエッチングの際にはエッチング防止層２２によってサイドエッチングの発生が防止される。そのため、配線２１には信頼性の影響を及ぼすようなアンダーカットは形成されない。しかも上記サイドエッチング防止層２２は、少なくとも７０ｎｍ程度の膜厚、好ましくは９０ｎｍ〜２５０ｎｍ程度の膜厚に形成されていることから、サイドエッチングが最も進行しやすい高さの領域はサイドエッチング防止層２２が形成されていることになる。このように、オーバエッチング時にこの配線２１の側壁に形成されている側壁保護膜（図示省略）の最も弱い部分にサイドエッチング防止層２２が形成されているので、オーバエッチング時のサイドエッチングによるアンダーカットは形成されなくなる。
【００２４】一方、サイドエッチング防止層２２の厚さが７０ｎｍよりも薄く形成された場合には、導電層２３のオーバエッチングの際にアンダーカットを発生する可能性が高くなる。またサイドエッチング防止層２２の厚さが２５０ｎｍを越える場合には、配線抵抗が大きくなりすぎるので好ましいとはいえない。したがって、サイドエッチング防止層２２の厚さは９０ｎｍ〜２５０ｎｍが好ましいといえる。
【００２５】上記製造方法において、図３の（１）に示すように、半導体基板１１上に絶縁膜１２を形成した後にサイドエッチング防止層２２を形成する。その後図３の（２）に示すように、上記サイドエッチング防止層２２および絶縁膜１２にコンタクトホール１３を形成し、さらにコンタクトホール１３の内部にプラグ１４を形成する。そして図３の（３）に示すように、上記サイドエッチング防止膜２２上にプラグ１４に接続する導電層２３を形成してもよい。その後の工程は上記図２の（２），（３）によって説明した工程と同様である。
【００２６】上記各製造方法ではコンタクトホール１３の内部にプラグ１４を形成したが、プラグを形成せずにコンタクトホール１３の内部に直接サイドエッチング防止層２２を形成し、さらに導電層２３を形成してもよい。このような製造方法では、サイドエッチング防止層２２にバリアメタルの作用を持たせることも可能である。
【００２７】次にサイドエッチング防止膜２２の膜厚とサイドエッチング量との関係を調べた。その結果を図４によって説明する。なお、エッチングでは、有磁場型マイクロ波エッチング装置を用い、エッチングガスに三塩化ホウ素（ＢＣｌ₃）〔流量＝８０ｓｃｃｍ〕と塩素（Ｃｌ₂）〔流量＝１２０ｓｃｃｍ〕とを用い、エッチング雰囲気の圧力を１．０６７Ｐａ、マイクロ波パワーを１００Ｗ、基板バイアス電流を３５０ｍＡ、オーバエッチング時間をジャストエッチング時間に対して５０％とした。
【００２８】図４の（１）には、サイドエッチング防止膜２２を下層から、チタン膜（厚さが２０ｎｍ）、窒化チタン膜（厚さが２０ｎｍ）、チタン膜（厚さが５ｎｍ）で形成し、その上にアルミニウム−銅合金層からなる導電層２３（厚さが５００ｎｍ）、反射防止膜２４となるチタン膜（厚さが５ｎｍ）、窒化チタン膜（厚さが１００ｎｍ）およびチタン膜（厚さが５ｎｍ）、さらに酸化シリコン膜２５を順に形成して、それらをエッチングして配線２１を形成した場合を示す。なお、エッチングマスクにはレジストパターン４１を用いた。その結果、導電層２３の下部に大きなアンダーカット５１が形成された。これは、上記アンダーカット５１を生じた付近の側壁保護膜がオーバエッチング時に最も弱くなっていたためである。なお、このエッチングの際には、下地の絶縁膜１２の表層もわずかにエッチングされている。
【００２９】図４の（２）には、サイドエッチング防止膜２２を下層から、チタン膜（厚さが２０ｎｍ）、窒化チタン膜（厚さが１００ｎｍ）、チタン膜（厚さが５ｎｍ）で形成し、その上にアルミニウム−銅合金層からなる導電層２３（厚さが４００ｎｍ）、反射防止膜２４となるチタン膜（厚さが５ｎｍ）、窒化チタン膜（厚さが１００ｎｍ）およびチタン膜（厚さが５ｎｍ）、さらに酸化シリコン膜２５を順に形成して、それらをエッチングして配線２１を形成した場合を示す。なお、エッチングマスクにはレジストパターン４１を用いた。その結果、導電層２３には、アンダーカットは形成されず、サイドエッチング防止膜２２が逆テーパ形状にわずかにエッチングされたに止まった。なお、エッチングの際には、下地の絶縁膜１２の表層もわずかにエッチングされている。
【００３０】図４の（３）には、サイドエッチング防止膜２２を下層から、チタン膜（厚さが２０ｎｍ）、窒化チタン膜（厚さが２００ｎｍ）、チタン膜（厚さが５ｎｍ）で形成し、その上にアルミニウム−銅合金層からなる導電層２３（厚さが３００ｎｍ）、反射防止膜２４となるチタン膜（厚さが５ｎｍ）、窒化チタン膜（厚さが１００ｎｍ）およびチタン膜（厚さが５ｎｍ）、さらに酸化シリコン膜２５を順に形成して、それらをエッチングして配線２１を形成した場合を示す。なお、エッチングマスクにはレジストパターン４１を用いた。その結果、導電層２３には、アンダーカットは形成されず、サイドエッチング防止膜２２が逆テーパ形状にわずかにエッチングされたに止まった。なお、エッチングの際には、下地の絶縁膜１２の表層もわずかにエッチングされている。
【００３１】上記結果より、サイドエッチング防止膜２２を少なくとも７０ｎｍ程度の厚さに形成しておけば、導電層２３のエッチング（特にオーバエッチング時）に、配線２１には信頼性に影響を及ぼすようなアンダーカットは形成されないことが確認された。このことは、サイドエッチング防止膜２２によって、配線を形成する際に行うオーバエッチング時に発生するサイドエッチングが防止されているためといえる。
【００３２】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の半導体装置の配線によれば、導電層の下層にサイドエッチング防止層が形成されているので、配線の下部にエッチングによるアンダーカットがほとんど形成されないものとなる。よって、信頼性の高い配線となり、半導体装置の信頼性の向上が図れる。
【００３３】本発明のの配線の製造方法によれば、導電層をエッチングする際に生じるサイドエッチングを防ぐ材料からなるサイドエッチング防止層を形成してから、この上に導電層を形成した後、配線を形成するエッチングを行うので、エッチング防止層によりオーバエッチング時のサイドエッチングの発生が防止される。したがって、配線にはアンダーカットがほとんど形成されなくなるので、信頼性の高い配線を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線に係わる実施形態の概略構成断面図である。
【図２】本発明の配線の製造方法に係わる製造工程図である。
【図３】配線の製造方法に係わる別の製造工程図である。
【図４】サイドエッチング防止膜の膜厚によるサイドエッチング状態の説明図である。
【図５】課題の説明図である。
【符号の説明】
１１半導体基板１２絶縁膜２１配線
２２サイドエッチング防止層２３導電層

【特許請求の範囲】
【請求項１】半導体基板に電気的に接続されている配線であって、前記配線は、前記半導体基板上に形成された絶縁膜上に設けられ、サイドエッチング防止層と該サイドエッチング防止層上に形成した導電層とからなることを特徴とする半導体装置の配線。
【請求項２】請求項１記載の半導体装置の配線において、前記サイドエッチング防止層は前記絶縁膜上で少なくとも７０ｎｍの厚さを有することを特徴とする半導体装置の配線。
【請求項３】半導体基板に電気的に接続する導電層を該半導体基板上の絶縁膜上に形成した後、該導電層をエッチングして該半導体基板に電気的に接続する配線を形成する配線の製造方法において、前記絶縁膜上に、前記導電層をエッチングする際に生じるサイドエッチングを防ぐ材料からなり導電性を有するサイドエッチング防止層を形成した後、前記サイドエッチング防止層上に前記導電層を形成することを特徴とする配線の製造方法。
【請求項４】請求項１記載の半導体装置の配線において、前記サイドエッチング防止層は、前記絶縁膜上での厚さが少なくとも７０ｎｍを有する状態に形成されることを特徴とする配線の製造方法。

【図１】