配線層形成方法及び配線構造
【目的】 落ち込み等の形状欠陥を有しない配線層を形成する方法を提供し、またそのような形状欠陥を有しない配線構造を提供する。
【構成】 本方法は、例えば基板の拡散領域と接続する配線層を絶縁膜上に形成する際に適用でき、絶縁膜１２を貫通して形成されたコンタクトホール１４をタングステン・プラグ３４で埋め込み、かつ絶縁膜上にブランケット・タングステン膜２０を形成するタングステン成膜工程と、基板面に直交する方向に所定深さまでブランケット・タングステン膜をエッチバックする第１エッチバック工程と、ブランケット・タングステン膜上に配線層２２を形成する工程と、レジスト膜のマスクパターン２４を形成する工程と、マスクパターンを使用して配線層をエッチングする配線層エッチング工程と、同じマスクパターンを使用してブランケット・タングステン膜をエッチバックする第２エッチバック工程とを備えている。
【構成】 本方法は、例えば基板の拡散領域と接続する配線層を絶縁膜上に形成する際に適用でき、絶縁膜１２を貫通して形成されたコンタクトホール１４をタングステン・プラグ３４で埋め込み、かつ絶縁膜上にブランケット・タングステン膜２０を形成するタングステン成膜工程と、基板面に直交する方向に所定深さまでブランケット・タングステン膜をエッチバックする第１エッチバック工程と、ブランケット・タングステン膜上に配線層２２を形成する工程と、レジスト膜のマスクパターン２４を形成する工程と、マスクパターンを使用して配線層をエッチングする配線層エッチング工程と、同じマスクパターンを使用してブランケット・タングステン膜をエッチバックする第２エッチバック工程とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、配線層形成方法に関し、更に詳細には、形状欠陥を有しない、また配線層本体が断線しても配線層本体の下層に設けた冗長層により導通を維持できるようにした配線層を形成する方法、及び冗長層を有する半導体装置の配線構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置では、基板の拡散領域と接続するために、又は下層の配線層と接続するために、層間絶縁膜を貫通させてコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホールを導電性の金属プラグで埋め込み、その金属プラグと接続する配線層が層間絶縁膜上に形成される。コンタクトホール及びそれを埋め込む金属プラグに対するＡl 配線層等の配線層の良好な被覆性を確保するために、コンタクトホールは、一般にタングステン・プラグで埋め込まれる。タングステン・プラグを形成する方法には、選択的タングステン膜形成方法と、ブランケット・タングステン膜形成方法とがある。
【０００３】ここで、図４及び図５を参照して、ブランケット・タングステン膜を成膜して配線層を形成する従来の方法を説明する。先ず、図４（ａ）に示すように、基板１０上に成膜されたＳｉＯ2 層間絶縁膜１２にコンタクトホール１４を形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、コンタクトホール１４の壁面及び層間絶縁膜１２上に密着層としてＴｉ層１６及びバリア層としてＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層１８を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、ブランケット・タングステン膜２０をＴｉＮ層１８上にＣＶＤ法により成膜し、更に図４（ｄ）に示すように、ブランケット・タングステン膜２０をコンタクトホール１４の開口縁までエッチバックして、タングステン・プラグ３４を形成する。次いで、図５（ｅ）に示すように、ＴｉＮ層１８及びＴｉ層１６をエッチングし、更にその上にＡl 配線層をスパッタリングにより形成し、パターニングする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のブランケット・タングステン膜による配線層形成方法には、二つの問題があった。第１には、ブランケット・タングステン膜１８をエッチバックした後にその下のＴｉＮ層１８及びＴｉ層１６をエッチングする際に、図５（ｅ）に示すように、タングステン・プラグ３４の上面が過度にエッチバックされ、タングステン・プラグ３４の上面がコンタクトホール１４の開口縁から低くなるプラグロスＰが発生することである。第２の問題は、ＴｉＮ層１８及びＴｉ層１６をエッチングする際に、ＴｉＮ層１８及びＴｉ層１６が過度にエッチングされ、図５（ｅ）に示すように、トレンチ（溝）Ｔが形成されることである。この結果、Ａl 層２２をスパッタリングして形成する際に、図５（ｆ）に示すように、Ａl 配線層２２に落ち込みＨが生じ、最終的にパターニングして形成されたＡl 配線層２２に形状欠陥Ｈとして残る。
【０００５】Ａl 配線層に形状欠陥が残ると、応力が集中するために、またエレクロトマイグレーションが発生し易くなるために、断線し易い。そこで、本発明の目的は、落ち込み等の形状欠陥を有しない配線層を形成する方法を提供し、またそのような配線構造を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、配線層形成に当たり、ブランケット・タングステン膜、更にバリア層及び密着層をエッチバックする際に、プラグロス及びトレンチの欠陥がタングステン・プラグに発生することに注目し、Ａl 配線層を形成した後に、それをマスクにしてブランケット・タングステン膜、更にバリア層及び密着層をエッチバックすれば、プラグロス、トレンチ等の欠陥が発生しないのではないかと考え、本発明を考案した。
【０００７】上記目的を達成するために、本発明に係る配線層形成方法は、基板の拡散領域と接続する配線層、又は下層の配線層と接続する配線層を絶縁膜上に形成する際に、絶縁膜を貫通して形成されたコンタクトホールをタングステン・プラグで埋め込み、かつ絶縁膜上にブランケット・タングステン膜を形成するタングステン成膜工程と、基板面に直交する方向に所定深さまでブランケット・タングステン膜をエッチバックする第１エッチバック工程と、ブランケット・タングステン膜上に配線層を形成する工程と、レジスト膜のマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンを使用して配線層をエッチングする配線層エッチング工程と、及び同じマスクパターンを使用してブランケット・タングステン膜をエッチバックする第２エッチバック工程とを備えることを特徴としている。
【０００８】本明細書で、コンタクトホールとは、基板の拡散領域と配線層とを接続するプラグ形成のための所謂コンタクトホールに限らず、配線層と配線層とを接続するプラグ形成のための所謂スルーホール、ビアホール等の孔を含む概念である。タングステン成膜工程で実施するタングステン成膜方法は、既知の反応ガスを使用したＣＶＤ法による既知の成膜方法である。第１及び第２エッチバック工程並びに配線層エッチング工程で使用するエッチング方法は、既知の方向性エッチング法、例えば反応性イオンエッチング法である。絶縁膜上に配線層を形成する方法も同じく既知のスパッタリング方法を使用できる。第１エッチバック工程でブランケット・タングステン膜をエッチバックする際の所定膜厚は絶縁膜上で２０ｎｍから５０ｎｍであって、エッチング時間を時間制御してエッチングを停止させることにより、所定の膜厚を確保することができる。
【０００９】基板の拡散領域に対するバリア層を設けるために、本発明の好適な実施態様は、前記コンタクトホールをタングステン・プラグで埋め込む前に、コンタクトホール壁上及び絶縁膜上にＴｉ層、次いでＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層を形成する工程と、第２エッチバック工程の後に、第２エッチバック工程におけるマスクパターンと同じマスクパターンを使用して、ＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層、次いでＴｉ層をエッチングすることを特徴としている。
【００１０】本発明方法は、Ａl （アルミニウム及びアルミニウム合金を含む）以外のものを材料とする配線層にも適用できるが、一般的には、アルミニウム又はアルミニウム合金で配線層を形成する。また、配線層は、アルミニウム又はアルミニウム合金層を含む多層の積層構造の配線層、例えばＡl 配線層上に密着層としてのＴｉ層及び反射防止膜としてＴｉＯＮ層を有する多層の積層構造の配線層でも良い。
【００１１】更に、本発明に係る半導体装置の配線構造は、基板の拡散領域上に形成された絶縁膜を介して基板の拡散領域と接続するために、又は下層の配線層上に形成された絶縁膜を介して下層の配線層と接続するために形成された、半導体装置の配線構造であって、絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、コンタクトホールを埋め込み、基板の拡散領域又は下層の配線層と導通するタングステン・プラグとタングステン・プラグ上及び絶縁膜上に形成されているタングステン膜と、タングステン膜上に形成された配線層本体とを有することを特徴としている。
【００１２】配線層本体は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されていても良く、或いは他の金属でも良く、またアルミニウム又はアルミニウム合金層を含む多層の積層構造、例えばＡl 配線層上に密着層としてのＴｉ層及び反射防止膜としてＴｉＯＮ層を有する多層の積層構造の配線層でも良い。
【００１３】
【作用】請求項５及び６の発明によれば、配線層本体下のタングステン膜は、冗長層の役目を果たし、配線層本体がエレクトロマイグレーション或いは応力により断線しても、エレクトロマイグレーションに対する耐性の高いタングステン膜が残留し、導通を確保することができる。
【００１４】
【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。図１（ａ）から（ｃ）、図２（ｄ）から（ｆ）と図３（ｇ）及び（ｈ）は、それぞれ本発明方法を実施する際の各工程毎の基板層構造を示す断面図である。本発明方法を実施するには、先ず、図１（ａ）に示すように、シリコン半導体基板１０上に成膜された、膜厚１２００ｎｍのＳｉＯ2 層間絶縁膜１２にコンタクトホール１４を通常の方法により形成する。次いで、図１（ｂ）に示すように、コンタクトホール１４の壁面及び層間絶縁膜１２上に密着層として膜厚３０ｎｍのＴｉ層１６及びバリア層として膜厚７０ｎｍのＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層１８をスパッタリングにより形成する。更に、図１（ｃ）に示すように、膜厚６００ｎｍのブランケット・タングステン膜２０をバリア層１８上に通常の成膜条件でＣＶＤ法により成膜する。
【００１５】次に、図２（ｄ）に示すように、層間絶縁膜１２上で膜厚２０ｎｍから５０ｎｍになるようにエッチング時間を制御して、タングステン膜２０を反応性イオンエッチング法により以下の条件でエッチバックする。
圧力：３７．３Paエッチングガス：ＳＦ6 １１０sccmＲＦ出力：６００Ｗ
【００１６】次いで、エッチバックしたタングステン膜２０上に、層厚６５５ｎｍ（但し、反射防止膜等を含む。アルミニム層のみの層厚は５００ｎｍである。）になるように、以下の条件でＡl 配線層２２をＤＣプラズマスパッタリング法により形成する。Ａl 配線層２０のスパッタリングは、下のタングステン膜２０が平坦であるから、何ら問題なく、平坦で均一な厚さのＡl 配線層を形成することができる。
Ａl 配線層の材質：Ａl ９９．５％、Ｃu ０．５％圧力：０．３５Pa温度：約２７５°CＤＣ出力：１０ＫＷ更に、図２（ｅ）に示すように、レジスト膜によるマスクパターン２４を形成する。
【００１７】次に、図２（ｆ）に示すように、マスクパターン２４をマスクにして、Ａl 配線層ン膜２０を反応性イオンエッチング法により以下の条件でエッチバックして、タングステン膜２０を露出させる。
圧力：１．０７Paエッチングガス：ＢＣｌ3/Ｃｌ2 ＝６０sccm／９０sccmＲＦ出力：６０Ｗ
【００１８】次に、図３（ｇ）に示すように、マスクパターン２４をマスクにして、タングステン膜２０を反応性イオンエッチング法により以下の条件でエッチバックして、バリア層１８を露出させる。
圧力：２８Paエッチングガス：ＳＦ6 ８０sccmＲＦ出力：３００Ｗ
【００１９】更に、マスクパターン２４をマスクにして、第１次エッチング工程において低出力、高いＣｌ2 比の下でバリア層１８（ＴｉＮ層）を、次いで第２次エッチング工程において高出力、低いＣｌ2 比の下で密着層１６（ＴｉがＳｉＯ2 と反応してＴｉＳｉＯ2 となっていると思われる。）を反応性イオンエッチング法によりそれぞれ以下の条件でエッチバックして、層間絶縁膜１２を露出させる。
第１次エッチング工程圧力：２．７Paエッチングガス：Ｃｌ2 ／Ａｒ＝１０sccm／３０sccmＲＦ出力：３００Ｗ第２次エッチング工程圧力：５．３Paエッチングガス：Ｃｌ2 ／Ａｒ＝５sccm／１５０sccmＲＦ出力：４５０Ｗ最後に、マスクパターン２４を除去すると、図３（ｈ）に示すような、配線層を形成することができる。
【００２０】図３（ｈ）に示す配線構造３０は、基板の拡散領域３２と接続するために層間絶縁膜１２上に形成された配線構造である。配線構造３０は、コンタクト部と、配線部とから構成されている。コンタクト部は、コンタクトホール壁上及び層間絶縁膜１２上に形成された膜厚３０ｎｍのＴｉからなる密着層１６と、膜厚７０ｎｍのＴｉＮからなるバリア層１８と、バリア層１８上からコンタクトホールを埋めたタングステン・プラグ３４とで構成されている。また、配線部は、タングステン・プラグ３４上及び層間絶縁膜１２上に形成されている膜厚６００ｎｍのタングステン膜２０と、タングステン膜２０上に形成された膜厚６６５ｎｍの配線層本体２２とから構成されている。配線層本体は、本実施例では、Ａl ９９．５％とＣu ０．５％の合金からなるＡl 配線層で形成されている。但し、配線層本体２２は、Ａl 配線層上に反射防止膜を形成した多層積層構造でも良い。
【００２１】以上の構成により、本実施例の配線構造３０は、配線層本体２２がエレクトロマイグレーション、或いはストレスにより断線しても、その下のエレクトロマイグレーション耐性の高いタングステン膜２０が、冗長層として機能し、導通を維持することができる。
【００２２】
【発明の効果】本発明方法の構成によれば、Ａl 配線層を形成した後に、それをマスクにしてブランケット・タングステン膜をエッチバックしているので、ブランケット・タングステン膜法を使用する従来の配線層形成方法で発生していたプラグロス、トレンチ等の欠陥がタングステン・プラグに発生しない。よって、形状欠陥のない断線し難い配線層を形成することができる。また、エッチバックして平坦になったタングステン膜上に配線層を形成しているので、ステップカバレッジ性の悪いアルミニウムスパッタリングにおいても、平坦な配線層を形成できる。更には、配線層が平坦であるから、多層配線構造を形成する場合に配線層の上層のコンタクト部の形成が容易である。また、本発明に係る半導体装置の配線構造の構成によれば、配線層本体の下にタングステン膜を有する積層配線構造になっているので、仮に配線層本体が断線しても、下のタングステン膜が冗長層として機能し、導通を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）から（ｃ）は、本発明方法を実施する際の各工程毎の基板層構造を示す断面図である。
【図２】図２（ｄ）から（ｆ）は、図１（ｃ）に続く各工程毎の基板層構造を示す断面図である。
【図３】図３（ｇ）及び（ｈ）は、図２（ｆ）に続く各工程毎の基板層構造を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）から（ｄ）は、従来方法を実施する際の各工程毎の基板層構造を示す断面図である。
【図５】図５（ｅ）から（ｇ）は、図４（ｄ）に続く各工程毎の基板層構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ シリコン半導体基板
１２ ＳｉＯ2 層間絶縁膜
１４ コンタクトホール
１６ 密着層
１８ バリア層
２０ ブランケット・タングステン膜
２２ Ａl 配線層
２４ マスクパターン
３０ 配線層
３２ 基板の拡散領域
３４ タングステン・プラグ
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、配線層形成方法に関し、更に詳細には、形状欠陥を有しない、また配線層本体が断線しても配線層本体の下層に設けた冗長層により導通を維持できるようにした配線層を形成する方法、及び冗長層を有する半導体装置の配線構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置では、基板の拡散領域と接続するために、又は下層の配線層と接続するために、層間絶縁膜を貫通させてコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホールを導電性の金属プラグで埋め込み、その金属プラグと接続する配線層が層間絶縁膜上に形成される。コンタクトホール及びそれを埋め込む金属プラグに対するＡl 配線層等の配線層の良好な被覆性を確保するために、コンタクトホールは、一般にタングステン・プラグで埋め込まれる。タングステン・プラグを形成する方法には、選択的タングステン膜形成方法と、ブランケット・タングステン膜形成方法とがある。
【０００３】ここで、図４及び図５を参照して、ブランケット・タングステン膜を成膜して配線層を形成する従来の方法を説明する。先ず、図４（ａ）に示すように、基板１０上に成膜されたＳｉＯ2 層間絶縁膜１２にコンタクトホール１４を形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、コンタクトホール１４の壁面及び層間絶縁膜１２上に密着層としてＴｉ層１６及びバリア層としてＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層１８を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、ブランケット・タングステン膜２０をＴｉＮ層１８上にＣＶＤ法により成膜し、更に図４（ｄ）に示すように、ブランケット・タングステン膜２０をコンタクトホール１４の開口縁までエッチバックして、タングステン・プラグ３４を形成する。次いで、図５（ｅ）に示すように、ＴｉＮ層１８及びＴｉ層１６をエッチングし、更にその上にＡl 配線層をスパッタリングにより形成し、パターニングする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のブランケット・タングステン膜による配線層形成方法には、二つの問題があった。第１には、ブランケット・タングステン膜１８をエッチバックした後にその下のＴｉＮ層１８及びＴｉ層１６をエッチングする際に、図５（ｅ）に示すように、タングステン・プラグ３４の上面が過度にエッチバックされ、タングステン・プラグ３４の上面がコンタクトホール１４の開口縁から低くなるプラグロスＰが発生することである。第２の問題は、ＴｉＮ層１８及びＴｉ層１６をエッチングする際に、ＴｉＮ層１８及びＴｉ層１６が過度にエッチングされ、図５（ｅ）に示すように、トレンチ（溝）Ｔが形成されることである。この結果、Ａl 層２２をスパッタリングして形成する際に、図５（ｆ）に示すように、Ａl 配線層２２に落ち込みＨが生じ、最終的にパターニングして形成されたＡl 配線層２２に形状欠陥Ｈとして残る。
【０００５】Ａl 配線層に形状欠陥が残ると、応力が集中するために、またエレクロトマイグレーションが発生し易くなるために、断線し易い。そこで、本発明の目的は、落ち込み等の形状欠陥を有しない配線層を形成する方法を提供し、またそのような配線構造を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、配線層形成に当たり、ブランケット・タングステン膜、更にバリア層及び密着層をエッチバックする際に、プラグロス及びトレンチの欠陥がタングステン・プラグに発生することに注目し、Ａl 配線層を形成した後に、それをマスクにしてブランケット・タングステン膜、更にバリア層及び密着層をエッチバックすれば、プラグロス、トレンチ等の欠陥が発生しないのではないかと考え、本発明を考案した。
【０００７】上記目的を達成するために、本発明に係る配線層形成方法は、基板の拡散領域と接続する配線層、又は下層の配線層と接続する配線層を絶縁膜上に形成する際に、絶縁膜を貫通して形成されたコンタクトホールをタングステン・プラグで埋め込み、かつ絶縁膜上にブランケット・タングステン膜を形成するタングステン成膜工程と、基板面に直交する方向に所定深さまでブランケット・タングステン膜をエッチバックする第１エッチバック工程と、ブランケット・タングステン膜上に配線層を形成する工程と、レジスト膜のマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンを使用して配線層をエッチングする配線層エッチング工程と、及び同じマスクパターンを使用してブランケット・タングステン膜をエッチバックする第２エッチバック工程とを備えることを特徴としている。
【０００８】本明細書で、コンタクトホールとは、基板の拡散領域と配線層とを接続するプラグ形成のための所謂コンタクトホールに限らず、配線層と配線層とを接続するプラグ形成のための所謂スルーホール、ビアホール等の孔を含む概念である。タングステン成膜工程で実施するタングステン成膜方法は、既知の反応ガスを使用したＣＶＤ法による既知の成膜方法である。第１及び第２エッチバック工程並びに配線層エッチング工程で使用するエッチング方法は、既知の方向性エッチング法、例えば反応性イオンエッチング法である。絶縁膜上に配線層を形成する方法も同じく既知のスパッタリング方法を使用できる。第１エッチバック工程でブランケット・タングステン膜をエッチバックする際の所定膜厚は絶縁膜上で２０ｎｍから５０ｎｍであって、エッチング時間を時間制御してエッチングを停止させることにより、所定の膜厚を確保することができる。
【０００９】基板の拡散領域に対するバリア層を設けるために、本発明の好適な実施態様は、前記コンタクトホールをタングステン・プラグで埋め込む前に、コンタクトホール壁上及び絶縁膜上にＴｉ層、次いでＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層を形成する工程と、第２エッチバック工程の後に、第２エッチバック工程におけるマスクパターンと同じマスクパターンを使用して、ＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層、次いでＴｉ層をエッチングすることを特徴としている。
【００１０】本発明方法は、Ａl （アルミニウム及びアルミニウム合金を含む）以外のものを材料とする配線層にも適用できるが、一般的には、アルミニウム又はアルミニウム合金で配線層を形成する。また、配線層は、アルミニウム又はアルミニウム合金層を含む多層の積層構造の配線層、例えばＡl 配線層上に密着層としてのＴｉ層及び反射防止膜としてＴｉＯＮ層を有する多層の積層構造の配線層でも良い。
【００１１】更に、本発明に係る半導体装置の配線構造は、基板の拡散領域上に形成された絶縁膜を介して基板の拡散領域と接続するために、又は下層の配線層上に形成された絶縁膜を介して下層の配線層と接続するために形成された、半導体装置の配線構造であって、絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、コンタクトホールを埋め込み、基板の拡散領域又は下層の配線層と導通するタングステン・プラグとタングステン・プラグ上及び絶縁膜上に形成されているタングステン膜と、タングステン膜上に形成された配線層本体とを有することを特徴としている。
【００１２】配線層本体は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されていても良く、或いは他の金属でも良く、またアルミニウム又はアルミニウム合金層を含む多層の積層構造、例えばＡl 配線層上に密着層としてのＴｉ層及び反射防止膜としてＴｉＯＮ層を有する多層の積層構造の配線層でも良い。
【００１３】
【作用】請求項５及び６の発明によれば、配線層本体下のタングステン膜は、冗長層の役目を果たし、配線層本体がエレクトロマイグレーション或いは応力により断線しても、エレクトロマイグレーションに対する耐性の高いタングステン膜が残留し、導通を確保することができる。
【００１４】
【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。図１（ａ）から（ｃ）、図２（ｄ）から（ｆ）と図３（ｇ）及び（ｈ）は、それぞれ本発明方法を実施する際の各工程毎の基板層構造を示す断面図である。本発明方法を実施するには、先ず、図１（ａ）に示すように、シリコン半導体基板１０上に成膜された、膜厚１２００ｎｍのＳｉＯ2 層間絶縁膜１２にコンタクトホール１４を通常の方法により形成する。次いで、図１（ｂ）に示すように、コンタクトホール１４の壁面及び層間絶縁膜１２上に密着層として膜厚３０ｎｍのＴｉ層１６及びバリア層として膜厚７０ｎｍのＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層１８をスパッタリングにより形成する。更に、図１（ｃ）に示すように、膜厚６００ｎｍのブランケット・タングステン膜２０をバリア層１８上に通常の成膜条件でＣＶＤ法により成膜する。
【００１５】次に、図２（ｄ）に示すように、層間絶縁膜１２上で膜厚２０ｎｍから５０ｎｍになるようにエッチング時間を制御して、タングステン膜２０を反応性イオンエッチング法により以下の条件でエッチバックする。
圧力：３７．３Paエッチングガス：ＳＦ6 １１０sccmＲＦ出力：６００Ｗ
【００１６】次いで、エッチバックしたタングステン膜２０上に、層厚６５５ｎｍ（但し、反射防止膜等を含む。アルミニム層のみの層厚は５００ｎｍである。）になるように、以下の条件でＡl 配線層２２をＤＣプラズマスパッタリング法により形成する。Ａl 配線層２０のスパッタリングは、下のタングステン膜２０が平坦であるから、何ら問題なく、平坦で均一な厚さのＡl 配線層を形成することができる。
Ａl 配線層の材質：Ａl ９９．５％、Ｃu ０．５％圧力：０．３５Pa温度：約２７５°CＤＣ出力：１０ＫＷ更に、図２（ｅ）に示すように、レジスト膜によるマスクパターン２４を形成する。
【００１７】次に、図２（ｆ）に示すように、マスクパターン２４をマスクにして、Ａl 配線層ン膜２０を反応性イオンエッチング法により以下の条件でエッチバックして、タングステン膜２０を露出させる。
圧力：１．０７Paエッチングガス：ＢＣｌ3/Ｃｌ2 ＝６０sccm／９０sccmＲＦ出力：６０Ｗ
【００１８】次に、図３（ｇ）に示すように、マスクパターン２４をマスクにして、タングステン膜２０を反応性イオンエッチング法により以下の条件でエッチバックして、バリア層１８を露出させる。
圧力：２８Paエッチングガス：ＳＦ6 ８０sccmＲＦ出力：３００Ｗ
【００１９】更に、マスクパターン２４をマスクにして、第１次エッチング工程において低出力、高いＣｌ2 比の下でバリア層１８（ＴｉＮ層）を、次いで第２次エッチング工程において高出力、低いＣｌ2 比の下で密着層１６（ＴｉがＳｉＯ2 と反応してＴｉＳｉＯ2 となっていると思われる。）を反応性イオンエッチング法によりそれぞれ以下の条件でエッチバックして、層間絶縁膜１２を露出させる。
第１次エッチング工程圧力：２．７Paエッチングガス：Ｃｌ2 ／Ａｒ＝１０sccm／３０sccmＲＦ出力：３００Ｗ第２次エッチング工程圧力：５．３Paエッチングガス：Ｃｌ2 ／Ａｒ＝５sccm／１５０sccmＲＦ出力：４５０Ｗ最後に、マスクパターン２４を除去すると、図３（ｈ）に示すような、配線層を形成することができる。
【００２０】図３（ｈ）に示す配線構造３０は、基板の拡散領域３２と接続するために層間絶縁膜１２上に形成された配線構造である。配線構造３０は、コンタクト部と、配線部とから構成されている。コンタクト部は、コンタクトホール壁上及び層間絶縁膜１２上に形成された膜厚３０ｎｍのＴｉからなる密着層１６と、膜厚７０ｎｍのＴｉＮからなるバリア層１８と、バリア層１８上からコンタクトホールを埋めたタングステン・プラグ３４とで構成されている。また、配線部は、タングステン・プラグ３４上及び層間絶縁膜１２上に形成されている膜厚６００ｎｍのタングステン膜２０と、タングステン膜２０上に形成された膜厚６６５ｎｍの配線層本体２２とから構成されている。配線層本体は、本実施例では、Ａl ９９．５％とＣu ０．５％の合金からなるＡl 配線層で形成されている。但し、配線層本体２２は、Ａl 配線層上に反射防止膜を形成した多層積層構造でも良い。
【００２１】以上の構成により、本実施例の配線構造３０は、配線層本体２２がエレクトロマイグレーション、或いはストレスにより断線しても、その下のエレクトロマイグレーション耐性の高いタングステン膜２０が、冗長層として機能し、導通を維持することができる。
【００２２】
【発明の効果】本発明方法の構成によれば、Ａl 配線層を形成した後に、それをマスクにしてブランケット・タングステン膜をエッチバックしているので、ブランケット・タングステン膜法を使用する従来の配線層形成方法で発生していたプラグロス、トレンチ等の欠陥がタングステン・プラグに発生しない。よって、形状欠陥のない断線し難い配線層を形成することができる。また、エッチバックして平坦になったタングステン膜上に配線層を形成しているので、ステップカバレッジ性の悪いアルミニウムスパッタリングにおいても、平坦な配線層を形成できる。更には、配線層が平坦であるから、多層配線構造を形成する場合に配線層の上層のコンタクト部の形成が容易である。また、本発明に係る半導体装置の配線構造の構成によれば、配線層本体の下にタングステン膜を有する積層配線構造になっているので、仮に配線層本体が断線しても、下のタングステン膜が冗長層として機能し、導通を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）から（ｃ）は、本発明方法を実施する際の各工程毎の基板層構造を示す断面図である。
【図２】図２（ｄ）から（ｆ）は、図１（ｃ）に続く各工程毎の基板層構造を示す断面図である。
【図３】図３（ｇ）及び（ｈ）は、図２（ｆ）に続く各工程毎の基板層構造を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）から（ｄ）は、従来方法を実施する際の各工程毎の基板層構造を示す断面図である。
【図５】図５（ｅ）から（ｇ）は、図４（ｄ）に続く各工程毎の基板層構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ シリコン半導体基板
１２ ＳｉＯ2 層間絶縁膜
１４ コンタクトホール
１６ 密着層
１８ バリア層
２０ ブランケット・タングステン膜
２２ Ａl 配線層
２４ マスクパターン
３０ 配線層
３２ 基板の拡散領域
３４ タングステン・プラグ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基板の拡散領域と接続する配線層、又は下層の配線層と接続する配線層を絶縁膜上に形成する際に、絶縁膜を貫通して形成されたコンタクトホールをタングステン・プラグで埋め込み、かつ絶縁膜上にブランケット・タングステン膜を形成するタングステン成膜工程と、基板面に直交する方向に所定深さまでブランケット・タングステン膜をエッチバックする第１エッチバック工程と、ブランケット・タングステン膜上に配線層を形成する工程と、レジスト膜のマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンを使用して配線層をエッチングする配線層エッチング工程と、及び同じマスクパターンを使用してブランケット・タングステン膜をエッチバックする第２エッチバック工程とを備えることを特徴とする配線層形成方法。
【請求項２】 前記コンタクトホールをタングステン・プラグで埋め込む前に、コンタクトホール壁上及び絶縁膜上にＴｉ層、次いでＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層を形成する工程と、第２エッチバック工程の後に、第２エッチバック工程におけるマスクパターンと同じマスクパターンを使用して、ＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層、次いでＴｉ層をエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の配線層形成方法。
【請求項３】 アルミニウム又はアルミニウム合金で前記配線層を形成することを特徴とする請求項１に記載の配線層形成方法。
【請求項４】 アルミニウム又はアルミニウム合金層を含む多層の積層構造で前記配線層を形成することを特徴とする請求項１に記載の配線層形成方法。
【請求項５】 基板の拡散領域上に形成された絶縁膜を介して基板の拡散領域と接続するために、又は下層の配線層上に形成された絶縁膜を介して下層の配線層と接続するために形成された、半導体装置の配線構造であって、絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、コンタクトホールを埋め込み、基板の拡散領域又は下層の配線層と導通するタングステン・プラグとタングステン・プラグ上及び絶縁膜上に形成されているタングステン膜と、タングステン膜上に形成された配線層本体とを有することを特徴とする半導体装置の配線構造。
【請求項６】 前記配線層本体がアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の配線構造。
【請求項７】 前記配線層本体がアルミニウム又はアルミニウム合金層を含む多層の積層構造で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線構造。
【請求項１】 基板の拡散領域と接続する配線層、又は下層の配線層と接続する配線層を絶縁膜上に形成する際に、絶縁膜を貫通して形成されたコンタクトホールをタングステン・プラグで埋め込み、かつ絶縁膜上にブランケット・タングステン膜を形成するタングステン成膜工程と、基板面に直交する方向に所定深さまでブランケット・タングステン膜をエッチバックする第１エッチバック工程と、ブランケット・タングステン膜上に配線層を形成する工程と、レジスト膜のマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンを使用して配線層をエッチングする配線層エッチング工程と、及び同じマスクパターンを使用してブランケット・タングステン膜をエッチバックする第２エッチバック工程とを備えることを特徴とする配線層形成方法。
【請求項２】 前記コンタクトホールをタングステン・プラグで埋め込む前に、コンタクトホール壁上及び絶縁膜上にＴｉ層、次いでＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層を形成する工程と、第２エッチバック工程の後に、第２エッチバック工程におけるマスクパターンと同じマスクパターンを使用して、ＴｉＮ層又はＴｉＯＮ層、次いでＴｉ層をエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の配線層形成方法。
【請求項３】 アルミニウム又はアルミニウム合金で前記配線層を形成することを特徴とする請求項１に記載の配線層形成方法。
【請求項４】 アルミニウム又はアルミニウム合金層を含む多層の積層構造で前記配線層を形成することを特徴とする請求項１に記載の配線層形成方法。
【請求項５】 基板の拡散領域上に形成された絶縁膜を介して基板の拡散領域と接続するために、又は下層の配線層上に形成された絶縁膜を介して下層の配線層と接続するために形成された、半導体装置の配線構造であって、絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、コンタクトホールを埋め込み、基板の拡散領域又は下層の配線層と導通するタングステン・プラグとタングステン・プラグ上及び絶縁膜上に形成されているタングステン膜と、タングステン膜上に形成された配線層本体とを有することを特徴とする半導体装置の配線構造。
【請求項６】 前記配線層本体がアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の配線構造。
【請求項７】 前記配線層本体がアルミニウム又はアルミニウム合金層を含む多層の積層構造で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の配線構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開平９−８１３６
【公開日】平成９年（１９９７）１月１０日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平７−１７５４５０
【出願日】平成７年（１９９５）６月１９日
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【公開日】平成９年（１９９７）１月１０日
【国際特許分類】
【出願日】平成７年（１９９５）６月１９日
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
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