JP2819938B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特にメッキ法としてレーザー照射法を用いた半導
体装置の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device using a laser irradiation method as a plating method.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のメッキ法を用いた半導体装置の製
造方法を図6,図7により説明する。2. Description of the Related Art A conventional method of manufacturing a semiconductor device using a plating method will be described with reference to FIGS.
【0003】図6(a)に示す通り、既知の手法を用い
て半導体基板101上に拡散層102、0.5〜1.5
μmの厚みでシリコン酸化膜より構成される第1絶縁膜
103、0.4〜1.5μm径の層間接続孔104より
構成される構造を形成する。この場合、拡散層はイオン
注入法、第1絶縁膜は熱CVD法により形成し、層間接
続孔はレジストをマスクとした反応性イオンエッチング
法により開口する。As shown in FIG. 6A, a diffusion layer 102 is formed on a semiconductor substrate 101 by using a known method.
A structure including a first insulating film 103 made of a silicon oxide film having a thickness of μm and an interlayer connection hole 104 having a diameter of 0.4 to 1.5 μm is formed. In this case, the diffusion layer is formed by an ion implantation method, the first insulating film is formed by a thermal CVD method, and the interlayer connection hole is opened by a reactive ion etching method using a resist as a mask.
【0004】続いて図6(b)に示す通り、タングステ
ンにチタンが10wt%添加されたチタン−タングステ
ン合金より構成される第1導電膜層105をD.C.マ
グネトロンスパッタ法により成膜パワー1.0〜4.0
KW、成膜圧力1〜10mmTorrの条件の下、0.
1μmの厚みで形成する。さらに第1導電膜層105上
に例えば金より構成される第2導電膜層106を同様の
手法を用いて、成膜パワー0.2〜2.0KW、成膜圧
力1〜10mmTorrの条件の下、0.02〜0.0
5μmの厚みで形成する。[0006] Subsequently, as shown in FIG. 6 (b), a first conductive film layer 105 made of a titanium-tungsten alloy obtained by adding 10 wt% of titanium to tungsten is formed by D.C. C. Film formation power of 1.0 to 4.0 by magnetron sputtering
Under the conditions of KW and a film forming pressure of 1 to 10 mmTorr, the pressure is set to 0.
It is formed with a thickness of 1 μm. Further, the second conductive film layer 106 made of, for example, gold is formed on the first conductive film layer 105 by using the same method under the conditions of a film forming power of 0.2 to 2.0 kW and a film forming pressure of 1 to 10 mmTorr. , 0.02-0.0
It is formed with a thickness of 5 μm.
【0005】第1導電膜層105は後工程で形成する第
2低抵抗金属膜や第2導電膜層106の構成元素の能動
領域への拡散を防止する層として設けるが、下層に存在
する第1絶縁膜との間の密着層としても機能する。一
方、第2導電膜層106は第2低抵抗金属膜成長時のメ
ッキ電流供給、メッキ膜の安定した成長、低抵抗金属膜
と第1導電膜層との間の密着性確保および第1導電膜層
表面のメッキ液からの保護を目的として構成されるもの
である。The first conductive film layer 105 is provided as a layer for preventing the constituent elements of the second low-resistance metal film and the second conductive film layer 106 formed in a later step from diffusing into the active region. It also functions as an adhesion layer between one insulating film. On the other hand, the second conductive film layer 106 supplies a plating current during the growth of the second low-resistance metal film, stably grows the plating film, secures adhesion between the low-resistance metal film and the first conductive film layer, and forms the first conductive film. It is configured for the purpose of protecting the film layer surface from the plating solution.
【0006】続いて図6(c)に示す通り、g線あるい
はi線を用いたフォトリソグラフィー法により、1.0
〜2.0μmの厚みを有するフォトレジストより構成さ
れる第2マスク膜111を第2導電膜層106上に形
成、パターニングする。Subsequently, as shown in FIG. 6C, a photolithography method using a g-line or an i-line
A second mask film 111 made of a photoresist having a thickness of about 2.0 μm is formed on the second conductive film layer 106 and patterned.
【0007】さらに図6(d)のごとく、金より構成さ
れる第2低抵抗金属膜112を既知の手法である電解メ
ッキ法を用いて露出した第2導電膜層106上に選択的
に0.5〜1.5μmの厚みで形成する。電解金メッキ
液は硫酸、硫酸金ナトリウム等を主成分とし、これに平
坦化剤、pH安定化剤などが添加されたものを使用す
る。この液は通常1リットル当たり約10gの金を含有
する非シアン系溶液で、中性に近いpH(6〜8)を有
している。金メッキはメッキ膜の膜質、均一性の観点か
ら見て、メッキ温度35〜60℃、電流密度1〜4mA
/cm2 の条件下で行うことが好ましい。Further, as shown in FIG. 6D, a second low-resistance metal film 112 made of gold is selectively formed on the exposed second conductive film layer 106 by electroplating, which is a known method, on the second conductive film layer 106. It is formed with a thickness of 0.5 to 1.5 μm. The electrolytic gold plating solution contains sulfuric acid, sodium gold sulfate or the like as a main component, to which a flattening agent, a pH stabilizer and the like are added. This solution is a non-cyanic solution which usually contains about 10 g of gold per liter and has a pH near neutral (6-8). Gold plating is performed at a plating temperature of 35 to 60 ° C. and a current density of 1 to 4 mA from the viewpoint of film quality and uniformity of the plating film.
/ Cm 2 is preferably performed.
【0008】次に図6(e)に示す通り、第2低抵抗金
属膜112を形成する際に層間接続孔が微細である場合
やアスペクト比が大きい場合あるいは孔の形状が悪い時
には第2低抵抗金属膜112中にボイド(空洞)116
が形成され、問題となるため微細孔や高アスペクト比の
孔の埋設には適しているとは言えない。また層間接続孔
の形状が逆テーパー状になっている場合にも孔の上部に
ボイドが形成されやすくなるため層間接続孔の開口時に
も注意は必要である。Next, as shown in FIG. 6E, when the second low-resistance metal film 112 is formed, when the interlayer connection hole is fine, when the aspect ratio is large, or when the hole shape is bad, the second low resistance metal film 112 is formed. Voids (cavities) 116 in the resistance metal film 112
This is not suitable for burying fine holes or holes having a high aspect ratio. Further, even when the interlayer connection hole has a reverse tapered shape, it is easy to form a void in the upper portion of the hole, so that care must be taken when opening the interlayer connection hole.
【0009】続いて図7(a)に示す通り、有機溶剤を
用いた湿式剥離法あるいは酸素プラズマを用いたアッシ
ング法によって第2マスク膜111を除去する。Subsequently, as shown in FIG. 7A, the second mask film 111 is removed by a wet stripping method using an organic solvent or an ashing method using oxygen plasma.
【0010】さらに図7(b)に示すごとく、電解メッ
キ法により形成した第1低抵抗金属膜108をエッチン
グマスクとして露出した第2導電膜層106をエッチン
グし、続いて露出した第1導電膜層105もエッチング
して配線パターン化する。例えば第1導電膜層105が
チタン−タングステン合金、第2導電膜層106が金で
構成されており、これらのウエットエッチング法で除去
する場合、金は濃度10〜20vol%の王水で温度2
5〜50℃のもとでエッチングし、チタン−タングステ
ン合金は濃度50〜100vol%の過酸化水素水で温
度25〜45℃の条件下でエッチングを行う事が好まし
い。Further, as shown in FIG. 7B, the exposed second conductive film layer 106 is etched using the first low-resistance metal film 108 formed by electrolytic plating as an etching mask, and then the exposed first conductive film 106 is etched. The layer 105 is also etched to form a wiring pattern. For example, when the first conductive film layer 105 is made of a titanium-tungsten alloy and the second conductive film layer 106 is made of gold, and these are removed by a wet etching method, the gold is made of aqua regia having a concentration of 10 to 20 vol% and a temperature of 2%.
It is preferable that the etching is performed at 5 to 50 ° C., and that the titanium-tungsten alloy is etched with a hydrogen peroxide solution having a concentration of 50 to 100 vol% at a temperature of 25 to 45 ° C.
【0011】エッチング工程をすべてドライ化しようと
する場合、第2導電膜層の不要部分をArガスをミリン
グソースとしたイオンミリング法で除去し、第1導電膜
層をCF4 、SF6 等のフッ素系ガスを使用した反応性
イオンエッチング法で除去する事ができる。また第2導
電膜層をウエットエッチング、第1導電膜層をドライエ
ッチングにより除去することも可能である。When the entire etching process is to be performed dry, an unnecessary portion of the second conductive film layer is removed by an ion milling method using Ar gas as a milling source, and the first conductive film layer is formed of CF 4 , SF 6 or the like. It can be removed by a reactive ion etching method using a fluorine-based gas. It is also possible to remove the second conductive film layer by wet etching and the first conductive film layer by dry etching.
【0012】続いて図7(c)の通り、SiH4 および
NH3 を反応ガスとしたプラズマCVD法を用いて、シ
リコン窒化膜より構成される第3絶縁膜115を金属配
線の上層に0.5〜1.0μmの厚みで形成する。Subsequently, as shown in FIG. 7C, a third insulating film 115 made of a silicon nitride film is formed on the metal wiring by a plasma CVD method using SiH 4 and NH 3 as reactive gases. It is formed with a thickness of 5 to 1.0 μm.
【0013】上記工程により半導体基板101上に拡散
層102、第1絶縁膜103と第1導電膜層105、第
2導電膜層106、第2低抵抗金属膜112より構成さ
れる金属配線および上層の第3絶縁膜115を形成して
いた。By the above steps, a metal wiring and an upper layer composed of a diffusion layer 102, a first insulating film 103, a first conductive film 105, a second conductive film 106, and a second low resistance metal film 112 are formed on a semiconductor substrate 101. Of the third insulating film 115 was formed.
【0014】続いてレーザー照射法を用いた従来の半導
体装置の製造方法について説明する。図8は従来の製造
方法を製造工程順に示したものである。Next, a conventional method for manufacturing a semiconductor device using a laser irradiation method will be described. FIG. 8 shows a conventional manufacturing method in the order of manufacturing steps.
【0015】図8(a)に示す通り、従来のメッキ法に
よる半導体装置の製造方法と同様に半導体基板101上
に拡散層102、0.50〜1.50μmの厚みでシリ
コン酸化膜より構成される第1絶縁膜103、0.60
〜1.50μm径の層間接続孔104より構成される構
造を形成する。As shown in FIG. 8A, a diffusion layer 102 is formed on a semiconductor substrate 101 by a silicon oxide film with a thickness of 0.50 to 1.50 μm in the same manner as in a conventional method of manufacturing a semiconductor device by a plating method. First insulating film 103, 0.60
A structure including an interlayer connection hole 104 having a diameter of about 1.50 μm is formed.
【0016】さらに図8(b)に示すごとく、0.02
〜0.05μm厚のチタンと0.05〜0.10μm厚
の窒化チタンより構成される第2導電膜層105を第1
絶縁膜および層間接続孔104上に、それぞれD.C.
マグネトロンスパッタ法、反応性スパッタ法により形成
する。さらに0.50〜1.00μm厚のアルミより構
成される第2低抵抗金属膜112をD.C.マグネトロ
ンスパッタ法により形成する。この際アルミのステップ
カバレッジが悪いと後工程のレーザーリフローによる層
間接続孔の充填時にボイドを生じる事となるため、スパ
ッタ条件も慎重に決定する必要がある。Further, as shown in FIG.
The second conductive film 105 made of titanium having a thickness of 0.05 to 0.05 μm and titanium nitride having a thickness of 0.05 to 0.10 μm
On the insulating film and the interlayer connection hole 104, D.P. C.
It is formed by a magnetron sputtering method or a reactive sputtering method. Further, a second low-resistance metal film 112 made of aluminum having a thickness of 0.50 to 1.00 μm is formed by D.I. C. It is formed by magnetron sputtering. At this time, if the step coverage of the aluminum is poor, voids will be generated when the interlayer connection holes are filled by laser reflow in a later process, so that the sputtering conditions also need to be carefully determined.
【0017】続いて図8(c)のごとく、XeClを光
源とした波長308nmのエキシマレーザー光109を
パルス照射し、第2低抵抗金属膜112を溶融・流動さ
せて層間接続孔内部へ充填させる。照射のパルス間隔、
パルスエネルギー密度等の照射条件は、第2低抵抗金属
膜の反射率、膜厚、埋め込み深さ等により変化させる必
要があるが、パルス間隔は数〜数10nsec、パルス
エネルギー密度は2〜10J/cm2 程度とする事が好
ましい。過剰なエネルギーで照射した場合、供給される
熱により下層に存在するp−n接合の破壊を生じること
もあり、注意を要する。この方法では特に照射エネルギ
ー量が多いため十分な配慮が必要となる。また第2低抵
抗金属膜にアルミにシリコンや銅が添加されたアルミ系
合金を用いる場合、溶融〜凝固時の添加元素の偏析にも
留意してレーザー照射条件を決定する。Subsequently, as shown in FIG. 8C, an excimer laser beam 109 having a wavelength of 308 nm using XeCl as a light source is irradiated with pulses to melt and flow the second low-resistance metal film 112 to fill the inside of the interlayer connection hole. . Irradiation pulse interval,
Irradiation conditions such as pulse energy density need to be changed depending on the reflectance, film thickness, burying depth and the like of the second low-resistance metal film. The pulse interval is several to several tens of nanoseconds, and the pulse energy density is 2 to 10 J /. It is preferable to set it to about cm 2 . When irradiation is performed with excessive energy, care must be taken because the supplied heat may cause the destruction of the pn junction existing in the lower layer. In this method, since the amount of irradiation energy is particularly large, sufficient consideration is required. When an aluminum-based alloy in which silicon or copper is added to aluminum is used for the second low-resistance metal film, laser irradiation conditions are determined in consideration of segregation of added elements during melting to solidification.
【0018】ついで図8(d)に示す通り、既知の手法
であるフォトリソグラフィー技術およびドライエッチン
グ技術を用いて第2低抵抗金属膜および第1導電膜層の
不要部分を除去して配線パターン化する。Next, as shown in FIG. 8D, unnecessary portions of the second low-resistance metal film and the first conductive film layer are removed by using known techniques such as photolithography and dry etching to form a wiring pattern. I do.
【0019】第2低抵抗金属膜はレーザー照射による全
面溶融によって表面の平坦性、平滑性が失われてしま
い、配線パターン化時のマスク形成がしにくくなるのが
現状である。また層間接続孔の密度やその配列により第
2低抵抗金属膜の充填性は変化して、パターン依存性を
持つようになるので注意が必要である。以上のように従
来の製造方法では、上記方法を用いて半導体基板上に形
成された拡散層上に第1導電膜層105、第2低抵抗金
属膜112より構成される配線を製造していた。At present, the flatness and smoothness of the surface of the second low-resistance metal film are lost due to melting of the entire surface by laser irradiation, and it is difficult to form a mask at the time of wiring patterning. Attention must be paid to the fact that the filling property of the second low-resistance metal film changes depending on the density and arrangement of the interlayer connection holes and becomes pattern dependent. As described above, in the conventional manufacturing method, the wiring including the first conductive film layer 105 and the second low-resistance metal film 112 is manufactured on the diffusion layer formed on the semiconductor substrate by using the above method. .
【0020】レーザー照射法を用いた従来の半導体装置
の製造方法の別の一例として以下に示すものがある。図
9は従来のレーザー照射法を用いた半導体装置の製造方
法の別の一例を製造工程順に示したものである。Another example of a conventional method of manufacturing a semiconductor device using a laser irradiation method is as follows. FIG. 9 shows another example of a conventional method of manufacturing a semiconductor device using a laser irradiation method in the order of manufacturing steps.
【0021】図9(a)のごとく、半導体基板101上
に拡散層102、0.50〜1.50μm厚のシリコン
酸化膜より構成される第1絶縁膜103、0.60〜
1.50μm径の層間接続孔104より構成される構造
を形成する。さらに0.20〜0.60μm厚のアルミ
より構成される第1低抵抗金属膜108を第1絶縁膜お
よび層間接続孔104上にD.C.マグネトロンスパッ
タ法により形成する。As shown in FIG. 9A, a diffusion layer 102 is formed on a semiconductor substrate 101, and a first insulating film 103 and a 0.60 to 1.50 μm thick silicon oxide film are formed.
A structure composed of interlayer connection holes 104 having a diameter of 1.50 μm is formed. Further, a first low-resistance metal film 108 made of aluminum having a thickness of 0.20 to 0.60 μm is formed on the first insulating film and the interlayer connection hole 104 by D.P. C. It is formed by magnetron sputtering.
【0022】続いて図9(b)に示すように、既知の手
法であるトライエッチング技術を用いて層間接続孔内部
とその周辺部のみ第1低抵抗金属膜108が残るような
エッチングマスクを用いて第1低抵抗金属膜の不要部分
を除去する。Subsequently, as shown in FIG. 9B, an etching mask is used by using a tri-etching technique, which is a known technique, such that the first low-resistance metal film 108 remains only in and around the interlayer connection hole. Unnecessary portions of the first low-resistance metal film are removed.
【0023】そして図9(c)に示すように、XeCl
を光源とした波長308nmのエキシマレーザー光10
9をパルス照射し、層間接続孔内部およびその周辺部に
存在する第1低抵抗金属膜108を溶融・流動させて層
間接続孔内部へ充填させる。この場合、パルス間隔は数
〜数10nsec、パルスエネルギー密度は0.2〜
1.0J/cm2 程度とする事が好ましい。この場合、
照射エネルギー量は少なくて済むためp−n接合の破壊
の恐れは少なくなる。Then, as shown in FIG.
Excimer laser light 10 with a wavelength of 308 nm
9 is irradiated with a pulse to melt and flow the first low-resistance metal film 108 existing in and around the interlayer connection hole to fill the inside of the interlayer connection hole. In this case, the pulse interval is several to several tens nsec, and the pulse energy density is 0.2 to
It is preferred to be about 1.0 J / cm 2 . in this case,
Since the amount of irradiation energy is small, the possibility of destruction of the pn junction is reduced.
【0024】さらに図9(d)に示すように、アルミよ
り構成される第2低抵抗金属膜112をスパッタ法によ
り0.50〜1.00μmの厚みで第1絶縁膜上、第1
低抵抗金属膜上に形成し、フォトリソグラフィー技術と
ドライエッチング技術を用いて配線パターン化し、半導
体基板上の拡散層上に第1導電膜層、第2低抵抗金属膜
より構成される配線を製造していた。Further, as shown in FIG. 9D, a second low-resistance metal film 112 made of aluminum is formed on the first insulating film to a thickness of 0.50 to 1.00 μm by a sputtering method.
Formed on a low-resistance metal film, and patterned by photolithography and dry etching techniques to manufacture wiring composed of a first conductive film layer and a second low-resistance metal film on a diffusion layer on a semiconductor substrate Was.
【0025】この際に用いるエッチングマスクは半導体
装置の回路を接続する事を目的として形成されるもの
で、第1低抵抗金属膜を選択成長させる際に用いるエッ
チングマスクとは異なるものを使用する。上記工程では
照射の低エネルギー化や充填性のパターン依存性の解消
を図れるが、第1低抵抗金属膜、第2低抵抗金属膜それ
ぞれのエッチング工程において露出した第1絶縁膜はオ
ーバーエッチ分だけ膜減りすることになる。そして層間
接続孔の周辺において2つの段差を生じ、ウエハ上での
第1絶縁膜の膜厚均一性は低下する事は避けられない。The etching mask used at this time is formed for the purpose of connecting the circuits of the semiconductor device, and is different from the etching mask used for selectively growing the first low-resistance metal film. In the above process, the irradiation energy can be reduced and the pattern dependency of the filling property can be eliminated. However, the first insulating film exposed in the etching process of each of the first low-resistance metal film and the second low-resistance metal film has an overetch amount. The film will be reduced. Inevitably, two steps occur around the interlayer connection hole, and the uniformity of the thickness of the first insulating film on the wafer is reduced.
【0026】[0026]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置の製造方法には以下に示す欠点がある。The above-mentioned conventional method for manufacturing a semiconductor device has the following disadvantages.
【0027】(1)半導体装置の高集積化により層間接
続孔径の微細化やアスペクト比の増加が進行した場合や
層間接続孔の形状が悪い場合、従来の電解メッキ法では
層間接続孔中に低抵抗金属膜を形成する際に層間接続孔
に空洞(ボイド)が形成されてしまい、この空洞中の残
留物の影響により製造工程での高い歩留りを得にくい。(1) In the case where the diameter of the interlayer connection hole is increased or the aspect ratio is increased due to the high integration of the semiconductor device or the shape of the interlayer connection hole is poor, in the conventional electrolytic plating method, a low level is formed in the interlayer connection hole. When forming the resistance metal film, voids are formed in the interlayer connection holes, and it is difficult to obtain a high yield in the manufacturing process due to the influence of the residues in the voids.
【0028】(2)製品として完成した後でもボイド中
の残留物やボイド自身の存在により、経時変化による半
導体装置の特性変動の発生が起こり易くなったり、層間
接続部でのエレクトロマイグレーション、ストレスマイ
グレーションの発生による層間接続部での断線が生じや
すくなるなど、半導体装置の長期信頼性が低下する。(2) Even after completion as a product, the residue in the voids and the existence of the voids themselves tend to cause fluctuations in the characteristics of the semiconductor device due to aging, and cause electromigration and stress migration in the interlayer connection. The long-term reliability of the semiconductor device is deteriorated, for example, the disconnection at the interlayer connection is likely to occur due to the generation of the semiconductor device.
【0029】(3)スパッタ法で形成した第1低抵抗金
属膜はメッキ法で形成した膜と比較してステップカバレ
ッジが悪く、孔の上部の膜厚が厚くなる。そのためレー
ザー照射による層間接続孔への第1低抵抗金属膜充填時
にボイドを形成しやすくなり、微細孔、高アスペクト比
孔への適用がむずかしい。(3) The first low-resistance metal film formed by the sputtering method has poor step coverage compared to the film formed by the plating method, and the film thickness above the hole is large. Therefore, a void is easily formed when the first low-resistance metal film is filled in the interlayer connection hole by laser irradiation, and it is difficult to apply the method to a fine hole and a high aspect ratio hole.
【0030】(4)全面スパッタ法で形成した第2低抵
抗金属膜をリフローさせようとした場合、層間接続孔の
疎密分布の違いにより充填性のパターン依存性を生じる
ため、均一な充填ができない。さらにリフローにより第
2低抵抗金属膜全面の平滑性が低下して、配線パターン
化に際してリソグラフィー工程におけるパターン寸法制
御性が低下する。そのため、均一な電気特性を得にく
い。(4) When the second low-resistance metal film formed by the whole surface sputtering method is to be reflowed, uniform filling cannot be performed because the filling pattern is dependent on the difference in the density distribution of the interlayer connection holes. . Further, the reflow reduces the smoothness of the entire surface of the second low-resistance metal film, and the pattern dimension controllability in the lithography process during wiring patterning decreases. Therefore, it is difficult to obtain uniform electric characteristics.
【0031】(5)全面スパッタ法で形成した第1低抵
抗金属膜をリフローさせようとした場合、高エネルギー
でのレーザー照射が必要となる。そのためp−n接合へ
の影響が大きくなり、p−n接合の浅い微細な半導体装
置への適用がむずかしい。(5) When reflowing the first low-resistance metal film formed by the entire surface sputtering method, laser irradiation with high energy is required. Therefore, the influence on the pn junction becomes large, and application to a fine semiconductor device having a shallow pn junction is difficult.
【0032】(6)レーザー照射による層間接続孔への
第1低抵抗金属膜の充填前に第1低抵抗金属膜をパター
ニングするプロセスを用いた場合、低エネルギー化が可
能で、後工程で第2低抵抗金属膜を形成・パターニング
するため上記(4)、(5)の問題点を解消できる効果
はある。しかし第1低抵抗金属膜のパターニング時に露
出した下地の第1絶縁膜もオーバーエッチングの時間分
エッチングすることとなり、第1絶縁膜に段差を生じ
る。さらに第2低抵抗金属膜の配線パターン化時にも第
1絶縁膜の露出部分はやはりオーバーエッチングの時間
分エッチングされる。これにより第1絶縁膜厚では2つ
の段差を生じて第1絶縁膜厚の均一性が低下して、半導
体装置の特性の不安定化を生じる。(6) When a process of patterning the first low-resistance metal film before filling the first low-resistance metal film into the interlayer connection hole by laser irradiation is used, the energy can be reduced, and the energy can be reduced in a later step. (2) Since the low resistance metal film is formed and patterned, the above-mentioned problems (4) and (5) can be solved. However, the underlying first insulating film exposed during the patterning of the first low-resistance metal film is also etched for the time of the over-etching, and a step occurs in the first insulating film. Further, also at the time of forming the wiring pattern of the second low-resistance metal film, the exposed portion of the first insulating film is also etched for the time of the over-etching. As a result, two steps occur in the first insulating film thickness, so that the uniformity of the first insulating film thickness is reduced and the characteristics of the semiconductor device become unstable.
【0033】[0033]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上に設けられた拡散層、多結晶シ
リコン層あるいは金属ケイ化物層のいずれかにより構成
される導電層とその上層に設けられた第1絶縁膜と前記
第1絶縁膜に開口された層間接続孔よりなる構造を形成
する工程、あるいは半導体基板上に生成された第1絶縁
膜、前記第1絶縁膜上に形成された単層あるいは複数層
の導電膜より構成される下層配線、前記下層配線上に形
成された第2絶縁膜および前記第2絶縁膜に開口された
層間接続孔よりなる構造を形成する工程と、前記導電層
および第1絶縁膜上、あるいは前記下層配線および第2
絶縁膜上に単層あるいは複数層の膜より構成される第1
導電膜層を形成する工程と、前記第1導電膜層上に第2
導電膜層を形成する工程と、前記層間絶続孔内部および
その周辺部に存在する第2導電膜層上のみが露出される
第1マスク膜を形成する工程と、前記第1マスク膜をメ
ッキマスクとしてメッキを行い、露出した第2導電膜層
上に第1低抵抗金属膜を選択的に形成する工程と、第1
マスク膜を除去する工程と、レーザー光を照射して第1
低抵抗金属膜を溶融流動させて層間接続孔内部に第1低
抵抗金属膜を充填させる工程と、その上層に第2導電膜
層と同様の元素より構成される第3導電膜層を形成する
工程と、前記第3導電膜層上に選択的に配線形成用の第
2マスク膜を形成する工程と、前記第2マスク膜をメッ
キマスクとしてメッキを行い、露出した第3導電膜層上
に第2低抵抗金属膜を選択的に形成する工程と、第2マ
スク膜を除去する工程と、露出した第3導電膜層の不要
部分、第2導電膜層の不要部分および第1導電膜層の不
要部分を順次除去して、第1導電膜層、第2導電膜層、
第3導電膜層および第2低抵抗金属膜より構成される金
属配線を形成する工程と、前記金属配線上に第3絶縁膜
を形成する工程を有する。The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention According to an aspect of the diffusion layer formed on a semiconductor substrate, formed by either of the polycrystalline silicon layer or a metal silicide layer
Forming a structure comprising a conductive layer to be formed, a first insulating film provided thereon and an interlayer connection hole opened in the first insulating film, or a first insulating film formed on a semiconductor substrate, A lower wiring formed of a single layer or a plurality of conductive films formed on the first insulating film, a second insulating film formed on the lower wiring, and an interlayer connection hole opened in the second insulating film; Forming a structure comprising: forming on the conductive layer and the first insulating film, or forming the lower layer wiring and the second
A first layer composed of a single layer or a plurality of layers on an insulating film;
Forming a conductive film layer; and forming a second conductive film on the first conductive film layer.
Forming a conductive film layer, forming a first mask film that exposes only the second conductive film layer present inside and around the interlayer insulating hole, and plating the first mask film. Performing plating as a mask to selectively form a first low-resistance metal film on the exposed second conductive film layer;
Removing the mask film;
A step of melting and flowing the low-resistance metal film so as to fill the first low-resistance metal film inside the interlayer connection hole, and forming a third conductive film layer composed of the same element as the second conductive film layer thereon. A step of selectively forming a second mask film for forming a wiring on the third conductive film layer; and performing plating using the second mask film as a plating mask, and forming the second mask film on the exposed third conductive film layer. A step of selectively forming a second low-resistance metal film, a step of removing the second mask film, an unnecessary portion of the exposed third conductive film layer, an unnecessary portion of the second conductive film layer, and the first conductive film layer Are sequentially removed to form a first conductive film layer, a second conductive film layer,
Forming a metal wiring composed of a third conductive film layer and a second low-resistance metal film; and forming a third insulating film on the metal wiring.
【0034】本発明の半導体装置の製造方法は拡散層
上、多結晶シリコン層、金属ケイ化物層あるいは下層配
線上に形成した層間接続孔の内部および周辺部のみにス
パッタ法と比較してステップカバレッジに優れたメッキ
法により形成された第1低抵抗金属膜をレーザー光照射
により溶融・流動させて層間接続孔内部へ充填するた
め、第1低抵抗金属膜を微細な層間接続孔中へ形成しる
際にもボイドを形成しない。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the step coverage is compared with the sputtering method only in the inner and peripheral portions of the interlayer connection hole formed on the diffusion layer, the polycrystalline silicon layer, the metal silicide layer or the lower wiring. The first low-resistance metal film is formed in a fine interlayer connection hole by melting and flowing the first low-resistance metal film formed by an excellent plating method by laser irradiation and filling the inside of the interlayer connection hole. No voids are formed when
【0035】そのため従来のスパッタ法よりも微細で高
アスペクト比の層間接続孔へのボイドレス充填が可能と
なる。それにより低い層間接続抵抗が得られ、接続孔直
上の配線平坦性も高くなり、配線の多層化が容易にな
る。さらに第1低抵抗金属膜を充填が必要な部分のみに
選択成長させるため、レーザー溶融させる総量が全面ス
パッタ法と比較して少なく、照射エネルギー量が少なく
て済む。そのためp−n接合部や下層配線へのダメージ
を低減でき、接合が浅く配線も細い微細な半導体装置へ
の適用が可能となる。また第1低抵抗金属膜が選択成長
であり、全面スパッタ法の問題点とされてきた層間接続
孔の疎密分布の違いによる充填性のパターン依存性を生
じない。さらに第2低抵抗金属膜はリフローを必要とし
ないため、表面の平坦性・平滑性に変化がなく、配線パ
ターン化のリソグラフィー工程でのパターン寸法制御性
が低下しない。そして第1低抵抗金属膜はリフロー前の
パターニング工程が不要であるため、第2低抵抗金属膜
より構成される配線下の下地絶縁膜の膜厚の均一性が損
なわれる事はない。また1回のエッチングで配線化でき
るため、第2低抵抗金属膜のオーバーエッチ時の下地絶
縁膜の膜減りを最小限に抑えれられ従来の配線パターン
化後にリフローする方法と比較して下地絶縁膜の膜厚均
一性の低下が少ない。また形成された金属配線は金、
銅、あるいはアルミに代表される電気抵抗の小さな第2
低抵抗金属膜と高い融点を有する第1導電膜層の積層構
造となっているため、低抵抗で配線部、層間接続部の両
者において高いエレクトロマイグレーション、ストレス
マイグレーション耐性を有する金属配線を得られる効果
がある。As a result, voidless filling into interlayer connection holes that are finer and higher in aspect ratio than the conventional sputtering method can be performed. As a result, a low interlayer connection resistance is obtained, the flatness of the wiring directly above the connection hole is increased, and the wiring can be easily multilayered. Further, since the first low-resistance metal film is selectively grown only in a portion that needs to be filled, the total amount of laser melting is smaller than that of the whole surface sputtering method, and the amount of irradiation energy is small. Therefore, damage to the pn junction and the lower wiring can be reduced, and the present invention can be applied to a fine semiconductor device having a shallow junction and a thin wiring. In addition, the first low-resistance metal film is formed by selective growth, and does not cause a pattern dependency of the filling property due to a difference in the density distribution of interlayer connection holes, which has been a problem of the entire surface sputtering method. Further, since the second low-resistance metal film does not require reflow, there is no change in the flatness and smoothness of the surface, and the pattern dimension controllability in the lithography step of wiring patterning does not decrease. Since the first low-resistance metal film does not require a patterning step before reflow, the uniformity of the thickness of the underlying insulating film under the wiring formed of the second low-resistance metal film is not impaired. Further, since the wiring can be formed by one etching, the reduction of the thickness of the underlying insulating film at the time of overetching the second low-resistance metal film can be minimized. The decrease in film thickness uniformity is small. The formed metal wiring is gold,
The second one with small electric resistance represented by copper or aluminum
Since a laminated structure of a low resistance metal film and a first conductive film layer having a high melting point is used, a metal wiring having low resistance and high electromigration and stress migration resistance in both the wiring portion and the interlayer connection portion can be obtained. There is.
【0036】[0036]
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1〜図3は本発明の第1の実施例を製造工程順に
示したものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 show a first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【0037】まず図1(a)に示す通り、既知の手法を
用いて半導体基板101上に拡散層102、0.5〜
1.5μmの厚みのシリコン酸化膜より構成される第1
絶縁膜103、0.3〜1.5μm径の層間接続孔10
4より構成される構造を形成する。この場合、拡散層は
イオン注入法、第1絶縁膜はSiH4 ソースの熱CVD
法により形成し、層間接続孔はレジストをマスクとした
反応性イオンエッチング法により開口する。First, as shown in FIG. 1A, the diffusion layers 102, 0.5 to
A first silicon oxide film having a thickness of 1.5 μm;
Insulating film 103, interlayer connection hole 10 having a diameter of 0.3 to 1.5 μm
4 is formed. In this case, the diffusion layer is an ion implantation method, and the first insulating film is a thermal CVD of a SiH 4 source.
The interlayer connection hole is formed by a reactive ion etching method using a resist as a mask.
【0038】この場合、層間接続孔の底部に形成される
層はかならずしも拡散層である必要はなく、多結晶シリ
コンやチタンシリサイド、タングステンシリサイドなど
に代表される金属ケイ化物であても構わない。In this case, the layer formed at the bottom of the interlayer connection hole does not necessarily need to be a diffusion layer, but may be a metal silicide represented by polycrystalline silicon, titanium silicide, tungsten silicide, or the like.
【0039】続いて図1(b)に示すごとく、タングス
テンにチタンが10wt%添加されたチタン−タングス
テン合金より構成される第1導電膜層105を既知の技
術であるD.C.マグネトロンスパッタ法により成膜パ
ワー1.0〜4.0KW、成膜圧力1〜10mmTor
rの条件の下、0.1μmの厚みで第1絶縁膜103上
に形成する。Subsequently, as shown in FIG. 1B, a first conductive film layer 105 made of a titanium-tungsten alloy in which titanium is added at 10 wt% to tungsten is formed by a known technique such as D.I. C. A film forming power of 1.0 to 4.0 KW and a film forming pressure of 1 to 10 mmTorr by magnetron sputtering.
It is formed on the first insulating film 103 with a thickness of 0.1 μm under the condition of r.
【0040】さらに第1導電膜層105上に、例えば金
より構成される第2導電膜層106を同様の手法を用い
て成膜パワー0.2〜2.0KW、成膜圧力1〜10m
mTorrの条件の下、0.02〜0.05μmの厚み
で形成する。Further, a second conductive film layer 106 made of, for example, gold is formed on the first conductive film layer 105 by using the same method as described above with a film forming power of 0.2 to 2.0 KW and a film forming pressure of 1 to 10 m.
It is formed with a thickness of 0.02 to 0.05 μm under the condition of mTorr.
【0041】第1導電膜層105は後工程で形成する低
抵抗金属膜の構成元素の拡散防止膜(バリアメタル)、
低抵抗金属膜と下層に存在する絶縁膜との間の密着層と
して働くものである。The first conductive film 105 is a diffusion prevention film (barrier metal) for constituent elements of a low resistance metal film formed in a later step,
It functions as an adhesion layer between the low-resistance metal film and the underlying insulating film.
【0042】その他にもジルコニウム、ニオブ、ハフニ
ウム、バナジウム、モリブデン等のような高融点金属、
これらの合金、窒化物、ケイ化物、炭化物、ホウ化物あ
るいはチタンと窒化チタン、チタンとホウ化チタンの積
層膜などの耐熱性および下地密着性を確保出来る材料で
あれば上述の材料に限らず使用する事が出来る。Other refractory metals such as zirconium, niobium, hafnium, vanadium, molybdenum, etc.
Not limited to the above-mentioned materials, such as alloys, nitrides, silicides, carbides, borides or laminated films of titanium and titanium nitride and titanium and titanium boride, as long as they can secure the heat resistance and the base adhesion. You can do it.
【0043】第2導電膜層106はメッキ時の下地(メ
ッキ電流供給層)、メッキ法により形成される低抵抗金
属膜形成時の安定した成長や、低抵抗金属膜の密着性確
保および第1導電膜層105表面のメッキ液からの保護
を目的として形成される。The second conductive film layer 106 is used as a base for plating (plating current supply layer), for stable growth when forming a low-resistance metal film formed by plating, for ensuring adhesion of the low-resistance metal film, and for forming the first conductive film layer. It is formed for the purpose of protecting the surface of the conductive film layer 105 from a plating solution.
【0044】金の他にもパラジウム、白金、ロジウム、
オスミウム、イリジウム、ルテニウム等が使用できる
が、基本的に第1低抵抗金属膜形成時の膜成長の下地と
して、耐熱性、密着性、メッキ性等の観点から見て相性
の良いものであれば上述の元素に限定される事はなく、
例えば低抵抗金属膜が銅あるいはアルミより構成される
場合、第2導電膜層として銅やアルミを使用しても問題
ない。In addition to gold, palladium, platinum, rhodium,
Osmium, iridium, ruthenium, etc. can be used. Basically, as a base for film growth at the time of forming the first low-resistance metal film, if it is compatible from the viewpoint of heat resistance, adhesion, plating property, etc. It is not limited to the above elements,
For example, when the low-resistance metal film is made of copper or aluminum, there is no problem even if copper or aluminum is used as the second conductive film layer.
【0045】続いて図1(c)に示す通り、既知の技術
であるg線あるいはi線を用いたフォトリソグラフィー
法により、第2導電膜層106上にフォトレジストより
構成される第1マスク膜107を1.0〜2.0μmの
厚みで選択的に形成する。この第1マスク膜は層間接続
孔とその周辺部のみ第2導電膜層が露出されるパターン
を有するものであり、半導体装置の素子間を接続する配
線パターンを形成するためのマスクパターンとは異なる
ものを用いる。その材料もフォトレジストのみに限定さ
れる事はなく、ポリイミド系有機樹脂材料や、シリコン
の酸化膜、窒化膜、酸窒化膜等の無機系材料であっても
構わない。Subsequently, as shown in FIG. 1C, a first mask film made of a photoresist is formed on the second conductive film layer 106 by a photolithography method using a known g-line or i-line. 107 is selectively formed with a thickness of 1.0 to 2.0 μm. The first mask film has a pattern in which the second conductive film layer is exposed only in the interlayer connection hole and its peripheral portion, and is different from a mask pattern for forming a wiring pattern for connecting elements of a semiconductor device. Use something. The material is not limited to the photoresist alone, and may be a polyimide organic resin material or an inorganic material such as an oxide film, a nitride film, and an oxynitride film of silicon.
【0046】図1(d)に第1マスク膜形成後(メッキ
前)の上面図を示す。図中のA−A切断面が、図1
(c)の縦断面に相当する。FIG. 1D shows a top view after the first mask film is formed (before plating). The cross section taken along the line AA in FIG.
This corresponds to the vertical section of (c).
【0047】図中Lで示される層間接続孔と第1マスク
膜の間の適正マージン量は層間接続孔の径、アスペクト
比、後に形成する第1低抵抗金属膜の膜厚あるいは後で
照射するレーザー光の照射条件にも依存するが、基本的
には層間接続孔径の1/2〜1/3の値を目安とすると
良い。The appropriate margin amount between the interlayer connection hole indicated by L in the figure and the first mask film is determined by the diameter of the interlayer connection hole, the aspect ratio, the film thickness of the first low-resistance metal film to be formed later, or irradiation later. Although it depends on the laser light irradiation conditions, it is basically preferable to use a value of 1/2 to 1/3 of the interlayer connection hole diameter.
【0048】さらに図1(e)に示す通り、第2導電膜
層106上に金より構成される第1低抵抗金属膜108
を既知の技術である電解金メッキ法により0.1〜0.
6μmの厚みで選択的に形成する。この際、メッキ電流
は下層に存在する第1導電膜層105および第2導電膜
層106を通じて供給される。第1低抵抗金属膜の膜厚
は層間接続孔径の1/4〜2/5程度とする事が望まし
い。もし膜厚が薄かったり厚かったりした場合、後のレ
ーザーリフロー工程での第1低抵抗金属膜の層間接続孔
中への供給量が不適正となり、孔上の平坦性が悪化する
可能性があるからである。Further, as shown in FIG. 1E, a first low resistance metal film 108 made of gold is formed on the second conductive film layer 106.
Of 0.1 to 0.1 by a known technique of electrolytic gold plating.
It is selectively formed with a thickness of 6 μm. At this time, the plating current is supplied through the first conductive film layer 105 and the second conductive film layer 106 that exist below. It is desirable that the film thickness of the first low-resistance metal film is about 1 / to / of the diameter of the interlayer connection hole. If the film thickness is small or large, the supply amount of the first low-resistance metal film into the interlayer connection hole in the subsequent laser reflow process becomes inappropriate, and the flatness on the hole may be deteriorated. Because.
【0049】電解金メッキ液は硫酸、硫酸金ナトリウム
等を主成分とし、これに平坦化剤、pH安定化剤などが
添加されたもとを使用する。このメッキ液は通常1リッ
トル当たり約10gの金を含有する非シアン系のもの
で、中性に近いpH(6〜8)を有している。The electrolytic gold plating solution contains sulfuric acid, sodium gold sulfate or the like as a main component, and is used with a flattening agent, a pH stabilizer and the like added thereto. This plating solution is a non-cyan type plating solution usually containing about 10 g of gold per liter, and has a pH near neutral (6 to 8).
【0050】実際のメッキはメッキ膜の膜質、均一性の
観点から見て、メッキ温度35〜60℃、電流密度1〜
4mA/cm2 の条件下で行うことが好ましい。本実施
例では第1低抵抗金属膜108を金としているが、メッ
キ法により第2導電膜層106上に形成可能な金属で、
上下の絶縁膜に対して密着をとりにくいものであれば必
ずしも金である必要はなく、例えば銅やアルミのように
他の電気抵抗の低い金属でもかまわない。In actual plating, from the viewpoint of the quality and uniformity of the plating film, the plating temperature is 35 to 60 ° C., and the current density is 1 to 3.
It is preferable to carry out under the condition of 4 mA / cm 2 . In the present embodiment, the first low-resistance metal film 108 is made of gold, but a metal that can be formed on the second conductive film layer 106 by a plating method.
It is not necessary to use gold as long as it is difficult to adhere to the upper and lower insulating films. For example, other low-resistance metals such as copper and aluminum may be used.
【0051】さらに図2(a)のごとく、酸素プラズマ
を用いたアッシング法や有機溶剤を用いた湿式剥離法に
より第1マスク膜107を除去した後、XeClを光源
とした波長308nmのエキシマレーザー光109をパ
ルス照射する。Further, as shown in FIG. 2A, after removing the first mask film 107 by an ashing method using oxygen plasma or a wet peeling method using an organic solvent, excimer laser light having a wavelength of 308 nm using XeCl as a light source. 109 is irradiated with a pulse.
【0052】そして図2(b)に示すように、第1低抵
抗金属膜108を溶融・流動させて層間接続孔内部へ充
填させる。照射のパルス間隔、パルスエネルギー密度等
の照射条件は、第1低抵抗金属膜の反射率、膜厚、埋め
込み深さ等により変化させる必要があるが、パルス間隔
は数〜数10nsec、パルスエネルギー密度は0.2
〜1.0J/cm2 程度とする事が好ましい。過剰なエ
ネルギーで照射した場合、供給される熱により下層に存
在するp−n接合の破壊を生じることもあり注意が必要
である。しかし本実施例では溶融させる第1低抵抗金属
膜は局在しており、その総量も少ないため照射エネルギ
ー量が少なくて済む。そのため浅いp−n接合を持つ半
導体装置でも適用しやすいと言う利点を有する。メッキ
法により形成した第1低抵抗金属膜はスパッタ法で形成
したものと比較してステップカバレッジに長じている。
そのため微細な孔へのボイドレス充填に際して優位性を
持つ。Then, as shown in FIG. 2B, the first low-resistance metal film 108 is melted and fluidized to fill the inside of the interlayer connection hole. Irradiation conditions such as pulse intervals and pulse energy densities of the irradiation need to be changed depending on the reflectance, film thickness, burying depth and the like of the first low-resistance metal film. Is 0.2
It is preferable to set it to about 1.0 J / cm 2 . Care must be taken when irradiating with excessive energy because the supplied heat may destroy the pn junction existing in the lower layer. However, in this embodiment, the first low-resistance metal film to be melted is localized and the total amount thereof is small, so that the amount of irradiation energy is small. Therefore, there is an advantage that it can be easily applied to a semiconductor device having a shallow pn junction. The first low-resistance metal film formed by plating has longer step coverage than that formed by sputtering.
Therefore, it has an advantage in filling voidless holes into minute holes.
【0053】また、第1低抵抗金属膜の形成時にマスク
膜を用いてその存在を局在化する事により充填性の向上
がはかれ、充填時のパターン依存性やリフロー時の表面
の平滑性変化を抑制できる。第1低抵抗金属膜の溶融・
流動による層間接続孔への充填時に第1低抵抗金属膜と
第2導電膜層との界面には両者の反応層が形成される
が、レーザー照射前後で構造的相違は生じない。Also, by filling the first low-resistance metal film with a mask film and using a mask film to localize its existence, the filling property is improved, and the pattern dependency at the time of filling and the smoothness of the surface at the time of reflow are improved. Changes can be suppressed. Melting of the first low resistance metal film
At the time of filling the interlayer connection hole by the flow, a reaction layer of the first low resistance metal film and the second conductive film layer is formed at the interface between the two, but there is no structural difference before and after laser irradiation.
【0054】続いて図2(c)に示すごとく、金より構
成される第3導電膜層110を、0.02〜0.05μ
mの厚みで第2導電膜層106の上に既知の手法である
D.C.マグネトロンスパッタ法により形成する。Subsequently, as shown in FIG. 2C, the third conductive film layer 110 made of gold is formed to a thickness of 0.02 to 0.05 μm.
m on the second conductive film layer 106 with a thickness of m. C. It is formed by magnetron sputtering.
【0055】薄い第2導電膜層はレーザー光照射時に溶
融するが、その後に凝集化した場合、後工程で電解メッ
キ法により第2低抵抗金属膜を形成しようとする際にメ
ッキ電流の不均一化を起こしやすく、第2低抵抗金属膜
厚も不均一になりやすくなる。その防止策として第3導
電膜層は形成されるものであり、第2導電膜層と同じ材
料を用いる事ができる。Although the thin second conductive film layer is melted during the irradiation with the laser beam, if the second conductive film layer is agglomerated after that, when the second low-resistance metal film is formed by an electrolytic plating method in a later step, the plating current becomes uneven. And the thickness of the second low-resistance metal film tends to be non-uniform. As a preventive measure, the third conductive film layer is formed, and the same material as the second conductive film layer can be used.
【0056】さらに図2(d)のごとく、第3導電膜層
110上にフォトレジストより構成される第2マスク膜
111を1.0〜2.0μmの厚みで選択的に形成し、
さらに第3導電膜層110上に金より構成される第2低
抵抗金属膜112を既知の技術である電解金メッキ法に
より第1低抵抗金属膜形成時と同様の条件を用いて0.
5〜1.5μmの厚みで選択的に形成する。Further, as shown in FIG. 2D, a second mask film 111 made of a photoresist is selectively formed on the third conductive film layer 110 to a thickness of 1.0 to 2.0 μm.
Further, a second low-resistance metal film 112 made of gold is formed on the third conductive film layer 110 by electrolytic gold plating, which is a known technique, under the same conditions as when forming the first low-resistance metal film.
It is selectively formed with a thickness of 5 to 1.5 μm.
【0057】第2マスク膜は半導体装置の素子間を接続
する配線パターンを形成するためのマスクパターンであ
り、第1マスク膜とはその使用目的が異なるものであ
る。その材料もフォトレジストのみに限定される事はな
く、ポリイミド系有機樹脂材料や、シリコンの酸化膜、
窒化膜、酸窒化膜等の無機系材料でも構わない。The second mask film is a mask pattern for forming a wiring pattern for connecting the elements of the semiconductor device, and has a different purpose from the first mask film. The material is not limited to only the photoresist, but a polyimide organic resin material, a silicon oxide film,
An inorganic material such as a nitride film or an oxynitride film may be used.
【0058】本実施例では第1低抵抗金属膜および第2
低抵抗金属膜の形成に電解メッキ法を用いているが、無
電解メッキ法によりこれら金属膜形成を行ってもよい。In this embodiment, the first low-resistance metal film and the second
Although the electrolytic plating method is used to form the low-resistance metal film, these metal films may be formed by an electroless plating method.
【0059】続いて図2(e)に示すごとく、酸素プラ
ズマを用いたアッシング法や有機溶剤を用いた剥離法に
より第2マスク膜111を除去する。Subsequently, as shown in FIG. 2E, the second mask film 111 is removed by an ashing method using oxygen plasma or a peeling method using an organic solvent.
【0060】そして図3(a)の示す通り、第2低抵抗
金属膜をエッチングマスクとしたウエットエッチング法
により露出した第3導電膜層、第2導電膜層を順次除去
し、配線パターン化する。Then, as shown in FIG. 3A, the third conductive film layer and the second conductive film layer exposed by the wet etching method using the second low-resistance metal film as an etching mask are sequentially removed to form a wiring pattern. .
【0061】例えば第1導電膜層がチタン−タングステ
ン合金、第2導電膜層、第3導電膜層が金で構成され、
これらをウエットエッチング法で除去する場合、金は1
0〜20vol%の王水を用いて25〜50℃でエッチ
ングし、チタン−タングステン合金は50〜100vo
l%の過酸化水素水を用いて25〜45℃でエッチング
を行うとサイドエッチの少ない良好な配線形状を得る事
ができる。このエッチング工程で第2低抵抗金属膜は若
干エッチングされる事となるため、成膜時の厚みは、こ
の膜減りを考慮して決定する必要がある。For example, the first conductive film layer is made of a titanium-tungsten alloy, the second conductive film layer and the third conductive film layer are made of gold,
When these are removed by the wet etching method, gold is 1
Etching is performed at 25 to 50 ° C. using aqua regia of 0 to 20 vol%, and 50 to 100 vol.
When etching is performed at 25 ° C. to 45 ° C. using 1% hydrogen peroxide solution, a favorable wiring shape with little side etch can be obtained. Since the second low-resistance metal film is slightly etched in this etching step, the thickness at the time of film formation needs to be determined in consideration of the film reduction.
【0062】ウエットエッチング法は低抵抗金属膜に対
するイオンのアタックがないためドライエッチング法と
比較した場合、表面の損傷を抑制できると言う利点を有
している。その反面、サイドエッチが入るため半導体装
置の設計ルールによっては適用がむずかしい場合もあ
る。もちろん、この両導電膜層の不要部分除去はウェッ
トエッチング法のみで行われる必要はなく、上述の通
り、両導電膜層の種類や配線幅によってドライエッチン
グ法まドライエッチングとウエットエッチングを組み合
わせた方法を適している場合もある。The wet etching method has an advantage that damage to the surface can be suppressed as compared with the dry etching method because there is no attack of ions on the low-resistance metal film. On the other hand, application of the semiconductor device may be difficult depending on the design rule of the semiconductor device due to side etching. Needless to say, the unnecessary portions of both conductive film layers need not be removed only by the wet etching method, but as described above, the dry etching method or the method combining dry etching and wet etching depending on the type and wiring width of both conductive film layers. May be suitable.
【0063】例えば白金などのように化学的活性度が低
く、かつウエットエッチでの除去がむずかしい元素が第
2導電膜層あるいは第3導電膜層の場合、イオンミリン
グのようなイオンの衝突エネルギーを利用した物理的エ
ッチング法により除去する事が望ましい。For example, when the element having low chemical activity such as platinum or the like and difficult to remove by wet etching is the second conductive film layer or the third conductive film layer, the collision energy of ions such as ion milling is reduced. It is desirable to remove by the physical etching method used.
【0064】第1導電膜層のドライエッチング法による
除去は反応性イオンエッチングで可能である。多くの場
合、第1導電膜層は前述のフッ素系ガスかCCl4 、B
Cl3 等に代表される塩素系ガスを使用する。これらの
除去工程においてもマスクとなる第2低抵抗金属膜はエ
ッチングされて膜厚は減少する事になる。そのため、膜
の減りを考慮して成膜時の膜厚を設定する必要がある。The removal of the first conductive film layer by dry etching can be performed by reactive ion etching. In many cases, the first conductive film layer is made of the above-mentioned fluorine-based gas or CCl 4 , B
A chlorine-based gas represented by Cl 3 or the like is used. Also in these removal steps, the second low-resistance metal film serving as a mask is etched to reduce the film thickness. Therefore, it is necessary to set the film thickness at the time of film formation in consideration of the reduction of the film.
【0065】さらに図3(c)の通り、SiH4 ガスと
N2 Oガスを用いたプラズマCVD法により、シリコン
酸化膜より構成される第3絶縁膜115を0.50〜
1.00μmの厚みで第1絶縁膜および配線パターンの
上層に形成する。ここで形成する第3絶縁膜は、必ずし
もシリコン酸化膜である必要はない。ほかに例えばPS
G、BSG、BPSGに代表されるようなリンやボロン
を含有した酸化膜や、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化
膜、ポリイミド樹脂系有機膜あるいはこれらの積層構造
であっても構わない。その成膜方法もプラズマCVD法
に限定されるものではなく、SOG(スピンオングラ
ス)やポリイミド樹脂系材料に代表される回転塗布法な
ど、他の方法によっても可能である。Further, as shown in FIG. 3C, the third insulating film 115 made of a silicon oxide film is formed by a plasma CVD method using SiH 4 gas and N 2 O gas by 0.50 to 0.50.
It is formed on the first insulating film and the wiring pattern with a thickness of 1.00 μm. The third insulating film formed here does not necessarily need to be a silicon oxide film. For example, PS
An oxide film containing phosphorus or boron, such as G, BSG, or BPSG, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a polyimide resin-based organic film, or a laminated structure of these may be used. The method of forming the film is not limited to the plasma CVD method, but may be another method such as SOG (spin on glass) or a spin coating method represented by a polyimide resin material.
【0066】さらに反応性イオンエッチングを用いた絶
縁膜のエッチバック法に代表される絶縁膜の平坦化処理
を組み合わせても有効である。上述の半導体装置の製造
方法は、層間接続孔中に選択的にボイドレスに充填され
た電気抵抗の小さな第1低抵抗金属膜の周囲部が高融点
金属膜層により覆われており、さらに主導電材料となる
第2低抵抗金属膜の下層にも高融点金属膜層が存在する
ため、従来の製法と比較して高い長期信頼性と良好な電
気特性を有する微細な半導体装置が高い歩留りで安定し
て得られる。Further, it is also effective to combine the flattening treatment of the insulating film typified by the etching back method of the insulating film using the reactive ion etching. In the above-described method of manufacturing a semiconductor device, the peripheral portion of the first low-resistance metal film having a small electric resistance selectively filled in the void connection into the interlayer connection hole is covered with the high-melting-point metal film layer. Since the refractory metal film layer also exists under the second low-resistance metal film, which is a material, a fine semiconductor device having high long-term reliability and good electrical characteristics as compared with the conventional manufacturing method is stable at a high yield. Is obtained.
【0067】本発明の半導体装置の製造方法は、MO
S、Bipolar、Bi−CMOS等の半導体装置の
種類を問わず適用可能である事は言うもでもない。The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
It goes without saying that the present invention is applicable irrespective of the type of semiconductor device such as S, Bipolar, or Bi-CMOS.
【0068】続いて本発明の第2の実施例を図面を参照
して説明する。図4,図5は本発明の第2の実施例を製
造工程順に示した縦断面図である。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 4 and 5 are longitudinal sectional views showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【0069】図4(a)に示す通り、半導体基板101
上にSiH4 を反応ガスとした熱CVD法により形成し
た0.50μmの厚みを有する第1絶縁膜103、第1
絶縁膜上に厚さ0.1μmの窒化チタン、0.02〜
0.05μmのスパッタ金膜、0.5〜1.0μmの金
メッキ膜より構成される下層配線114、その上層にS
iH4 ガスとN2 Oガスを用いたプラズマCVD法によ
り形成された厚さ0.5〜1.0μmのシリコン酸化膜
より構成される第2絶縁膜113、この第2絶縁膜11
3にフォトリソグラフィー法と反応性イオンエッチング
法を用いて開口された0.5〜1.0μmの径を有する
層間接続孔104よりなる構造を形成する。As shown in FIG. 4A, the semiconductor substrate 101
A first insulating film 103 having a thickness of 0.50 μm formed thereon by a thermal CVD method using SiH 4 as a reaction gas;
0.1 μm thick titanium nitride, 0.02 to
A lower wiring 114 composed of a sputtered gold film of 0.05 μm and a gold plating film of 0.5 to 1.0 μm, and S
a second insulating film 113 composed of a silicon oxide film having a thickness of 0.5 to 1.0 μm formed by a plasma CVD method using iH 4 gas and N 2 O gas, and the second insulating film 11
3, a structure including an interlayer connection hole 104 having a diameter of 0.5 to 1.0 μm and formed by photolithography and reactive ion etching.
【0070】窒化チタンはチタンをターゲットそしてス
パッタガスに窒素とアルゴンの混合ガスを用いた反応性
スパッタ法により形成する。Titanium nitride is formed by a reactive sputtering method using titanium as a target and a mixed gas of nitrogen and argon as a sputtering gas.
【0071】スパッタ金膜は、D.C.マグネトロンス
パッタ法により、成膜パワー0.5〜2.0KW、圧力
1〜10mmTorrの条件の下で形成する。The sputtered gold film was obtained from C. The film is formed by magnetron sputtering under the conditions of a film forming power of 0.5 to 2.0 KW and a pressure of 1 to 10 mmTorr.
【0072】メッキ金膜は第1の実施例で示した通りの
フォトレジストを用いた電解金メッキ法により形成し、
配線パターン化も第1の実施例で示したエッチング技術
を用いる。この下層配線は特に金に限定されるものでは
なく、アルミ系材料や銅系材料など他のものでも構わな
い。The plated gold film is formed by electrolytic gold plating using a photoresist as shown in the first embodiment.
Wiring patterning also uses the etching technique shown in the first embodiment. The lower wiring is not particularly limited to gold, but may be another material such as an aluminum material or a copper material.
【0073】続いて図4(b)のごとく、チタンと窒化
チタンの2層膜より構成される第1導電膜層105それ
ぞれ0.05μm、0.1μmの厚みで第1絶縁膜10
3上に形成する。さらに第1導電膜層105上に、例え
ば銅より構成される第2導電膜層106をD.C.マグ
ネトロンスパッタ法により0.02〜0.05μmの厚
みで形成する。Next, as shown in FIG. 4B, the first conductive film 105 having a thickness of 0.05 μm and 0.1 μm, respectively, is formed of a two-layer film of titanium and titanium nitride.
3 is formed. Further, on the first conductive film layer 105, a second conductive film layer 106 made of, for example, copper is formed. C. It is formed with a thickness of 0.02 to 0.05 μm by magnetron sputtering.
【0074】第1導電膜層105は後工程で形成する低
抵抗金属膜の構成元素の下層への拡散防止膜、低抵抗金
属膜と下層の絶縁膜との間の密着層として働く。その他
にも第1の実施例で示したような高融点金属膜や積層膜
など耐熱性と下地密着性を確保出来る材料であれば使用
出来る。第2導電膜層106はメッキ時のメッキ電流供
給層、低抵抗金属膜形成時の安定した成長、低抵抗金属
膜の密着性確保そして第1導電膜層105表面のメッキ
液からの保護を目的として形成される。The first conductive film layer 105 functions as an anti-diffusion film below the constituent elements of the low-resistance metal film formed in a later step and as an adhesion layer between the low-resistance metal film and the underlying insulating film. In addition, any material can be used as long as it can secure heat resistance and base adhesion, such as a high melting point metal film or a laminated film as shown in the first embodiment. The second conductive film layer 106 is for the purpose of providing a plating current supply layer at the time of plating, stable growth at the time of forming a low-resistance metal film, ensuring adhesion of the low-resistance metal film, and protecting the surface of the first conductive film layer 105 from a plating solution. Is formed as
【0075】銅の他にも基本的に第1低抵抗金属膜形成
時の膜成長の下地として、耐熱性、密着性、メッキ性等
の観点から見て相性が良く、後工程で形成する銅メッキ
膜の析出が可能で、かつ熱処理によって銅の電気特性や
第1導電膜層のバリアメタルとしての耐熱性を劣化させ
ないものであれば使用できる。In addition to copper, as a base for film growth during the formation of the first low-resistance metal film, it is basically compatible with copper from the viewpoint of heat resistance, adhesion, plating property, etc. Any material can be used as long as it can deposit a plating film and does not deteriorate the electrical properties of copper or the heat resistance of the first conductive film layer as a barrier metal by heat treatment.
【0076】次に既知の技術であるg線あるいはi線を
用いたフォトリソグラフィー法により、第2導電膜層1
06上にフォトレジストより構成される第1マスク膜1
07を1.0〜2.0μmの厚みで選択的に形成する。
このマスクも第1の実施例と同様に、層間接続孔とその
周辺部の第2導電膜層が露出されるパターンを有するも
のである。第1マスク膜はフォトレジストに限定される
ものではなく、ポリイミド系有機樹脂材料やシリコンの
酸化膜、窒化膜、酸窒化膜などでも構わない。さらに電
解メッキ法を用いて銅より構成される第1低抵抗金属膜
108を露出している第2導電膜層106上のみに選択
的に0.2〜0.4μmの厚みで形成する。Next, the second conductive film layer 1 is formed by a known technique of photolithography using g-line or i-line.
Mask film 1 composed of photoresist
07 is selectively formed with a thickness of 1.0 to 2.0 μm.
As in the first embodiment, this mask also has a pattern in which the interlayer connection hole and the second conductive film layer around the interlayer connection hole are exposed. The first mask film is not limited to a photoresist, but may be a polyimide-based organic resin material, a silicon oxide film, a nitride film, an oxynitride film, or the like. Further, the first low-resistance metal film 108 made of copper is selectively formed with a thickness of 0.2 to 0.4 μm only on the exposed second conductive film layer 106 by using an electrolytic plating method.
【0077】メッキ工程では析出させる銅膜の均一性が
重要となるため、メッキ膜厚の高均一性を得やすい硫酸
銅60〜100g/l(リットル)、金属銅15〜25
g/l(リットル)、硫酸170〜220g/l(リッ
トル)の成分比を有し、これに小量の塩素と平但化剤等
の添加剤を含有したものを使用すると良い。In the plating step, the uniformity of the copper film to be deposited is important. Therefore, it is easy to obtain high uniformity of the plating film thickness.
g / l (liter), 170-220 g / l sulfuric acid, and containing a small amount of chlorine and additives such as a flattening agent.
【0078】実際のメッキ作業は、温度20〜30℃、
電流密度1〜3mA/cm2 の条件のもとで行うと平坦
で均一性の高い銅膜を形成することが出来る。The actual plating operation is performed at a temperature of 20 to 30 ° C.
When performed under the conditions of a current density of 1 to 3 mA / cm 2 , a flat and highly uniform copper film can be formed.
【0079】さらに図4(c)のごとく、さらに酸素プ
ラズマもしくは有機溶剤を用いて第1マスク膜107を
除去し、続いてXeClを光源とした波長308nmの
エキシマレーザー光109をパルス照射する。Further, as shown in FIG. 4C, the first mask film 107 is further removed by using oxygen plasma or an organic solvent, and then pulsed with an excimer laser beam 109 having a wavelength of 308 nm using XeCl as a light source.
【0080】すると図4(d)のごとく第1低抵抗金属
膜108は溶融・流動して、層間接続孔104内部へ充
填される。照射のパルス間隔、パルスエネルギー密度等
の照射条件は、第1低抵抗金属膜の反射率、膜厚、埋め
込み深さ等により変化させる必要があるが、パルス間隔
は数〜数10nsec、パルスエネルギー密度は0.2
〜1.0J/cm2 程度とする事が好ましい。過剰なエ
ネルギーで照射した場合、供給される熱により下層配線
が溶融したり絶縁膜にクラックが発生するなどの現象も
おこるため照射エネルギー量の決定は慎重に行う。Then, as shown in FIG. 4D, the first low-resistance metal film 108 melts and flows and fills the inside of the interlayer connection hole 104. Irradiation conditions such as pulse intervals and pulse energy densities of the irradiation need to be changed depending on the reflectance, film thickness, burying depth and the like of the first low-resistance metal film. Is 0.2
It is preferable to set it to about 1.0 J / cm 2 . When irradiation is performed with excessive energy, phenomena such as melting of the lower wiring and cracking of the insulating film due to the supplied heat may occur. Therefore, the amount of irradiation energy is carefully determined.
【0081】レーザー源はXeClに限定されるもので
はなく、その他にKrFなどを用いても良い。しかしそ
の場合適正照射条件はXeClの場合と違ってくる。そ
のため照射条件を再検討する必要がある。第2の実施例
においても、第1の実施例で述べたような、充填性の向
上と充填性のパターン依存性の抑制、照射の低エネルギ
ー化等の従来の発明に対する優位性を有している。The laser source is not limited to XeCl, but may use KrF or the like. However, in this case, the proper irradiation conditions are different from those for XeCl. Therefore, it is necessary to review the irradiation conditions. The second embodiment also has advantages over the conventional invention, such as improvement of the filling property, suppression of the pattern dependency of the filling property, and lowering of the irradiation energy, as described in the first embodiment. I have.
【0082】続いて図5(a)に示す通り、銅より構成
される第3導電膜層110をスパッタ法により0.02
〜0.05μmの厚みで全面に形成し、さらにg線ある
いはi線を用いたフォトリソグラフィー法によりレジス
トより構成される配線形成に用いる第2マスク膜111
を厚さ1.0〜2.5μmの厚みで選択的に形成する。
そして露出した第3導電膜層上のみに銅より構成される
第2低抵抗金属膜112を0.5〜1.5μmの厚みで
電解メッキ法により選択的に形成する。この際の銅メッ
キ条件は、第1低抵抗金属膜形成時と同様のものを用い
る。Subsequently, as shown in FIG. 5A, a third conductive film layer 110 made of copper is formed by sputtering to a thickness of 0.02 mm.
A second mask film 111 which is formed on the entire surface with a thickness of about 0.05 μm and is further used for forming a wiring formed of a resist by photolithography using g-line or i-line.
Is selectively formed with a thickness of 1.0 to 2.5 μm.
Then, a second low-resistance metal film 112 made of copper is selectively formed only on the exposed third conductive film layer with a thickness of 0.5 to 1.5 μm by electrolytic plating. The conditions for copper plating at this time are the same as those for forming the first low-resistance metal film.
【0083】さらに図5(b)に示す通り、第2マスク
膜を既知の手法である酸素プラズマあるいは有機溶剤を
用いて除去する。Further, as shown in FIG. 5B, the second mask film is removed by using a known method such as oxygen plasma or an organic solvent.
【0084】続いて、図5(c)に示すごとく、露出し
た第2導電膜層106をCCl4 、BCl3 等の塩素系
ガスを用いた反応性イオンエッチング法により第2低抵
抗金属膜をエッチングマスクとしてエッチング・除去
し、さらに露出した第1導電膜層105も同じく塩素系
ガスを用いた反応性イオンエッチング法によりエッチン
グ・除去して配線パターン化する。このエッチング工程
で第2低抵抗金属膜112は若干エッチングされる事と
なる。そのため第2低抵抗金属膜の成膜時の厚みは、こ
の膜の減りを考慮して決定する必要がある。両導電膜層
のエッチング法はドライエッチングのみで行われる必要
はなく、両導電膜層の種類によってはウエットエッチン
グと組み合わせた方法が適している場合もある。Subsequently, as shown in FIG. 5C, the exposed second conductive film layer 106 is formed on the exposed second conductive film layer 106 by a reactive ion etching method using a chlorine-based gas such as CCl 4 or BCl 3. The first conductive film layer 105 is etched and removed as an etching mask, and the exposed first conductive film layer 105 is also etched and removed by a reactive ion etching method using a chlorine-based gas to form a wiring pattern. In this etching step, the second low resistance metal film 112 is slightly etched. Therefore, the thickness of the second low-resistance metal film at the time of film formation needs to be determined in consideration of the reduction of the film. The method of etching both conductive film layers need not be performed only by dry etching, and a method combined with wet etching may be suitable depending on the type of both conductive film layers.
【0085】さらに図5(d)に示す通り、その上層に
SiH4 とN2 Oを使用したプラズマCVDと言った既
知の手法によりシリコン酸化膜より構成される第3絶縁
膜115を0.5〜1.0μmの厚みで形成する。Further, as shown in FIG. 5D, a third insulating film 115 composed of a silicon oxide film is formed by a known technique such as plasma CVD using SiH 4 and N 2 O on the upper layer. It is formed with a thickness of 1.0 μm.
【0086】ここで形成する第3絶縁膜は、必ずしもシ
リコン酸化膜である必要はなく、第1の実施例と同様の
材料が使用可能である。その成膜方法もプラズマCVD
法に限定されるものではない。SOG(スピンオングラ
ス)やポリイミド樹脂系材料に代表される回転塗布法な
ど、他の方法によっても形成は可能である。さらにエッ
チバック法に代表される平坦化処理を組み合わせた場
合、平坦性がさらに向上して配線の多層化に際してさら
に有利である。The third insulating film formed here does not necessarily have to be a silicon oxide film, and the same material as in the first embodiment can be used. The film formation method is also plasma CVD
It is not limited to law. It can be formed by other methods such as SOG (spin-on-glass) and a spin coating method represented by a polyimide resin material. Further, when a flattening process typified by an etch-back method is combined, the flatness is further improved, which is more advantageous in forming a multilayer wiring.
【0087】上述の半導体装置の製造方法は、層間接続
孔中に選択的にボイドレスに充填された電気抵抗の小さ
な第1低抵抗金属膜の周囲部が高融点金属膜層により覆
われており、さらに主導電材料となる第2低抵抗金属膜
の下層にも高融点金属膜層が存在するため、従来の製法
と比較して高い長期信頼性と良好な電気特性を有する微
細な半導体装置が高い歩留りで安定して得られる。また
MOS、Bipolar、Bi−CMOS等の半導体装
置の種類を問わず適用可能である事は第1の実施例と同
様である。In the above-described method for manufacturing a semiconductor device, the peripheral portion of the first low-resistance metal film having a small electric resistance selectively filled in the void connection into the interlayer connection hole is covered with the high-melting-point metal film layer. Further, since a high-melting-point metal film layer also exists under the second low-resistance metal film serving as a main conductive material, a fine semiconductor device having high long-term reliability and good electric characteristics is more expensive than conventional manufacturing methods. It can be obtained in a stable yield. As in the first embodiment, the present invention is applicable regardless of the type of the semiconductor device such as MOS, Bipolar, and Bi-CMOS.
【0088】[0088]
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法は、層間接続孔中にレーザー溶融により選択
的に充填された電気抵抗の小さな第1低抵抗金属膜の周
囲部が高融点金属膜層により覆われており、さらに主導
電材料となる低電気抵抗の第2低抵抗金属膜の下層にも
高融点金属膜層が存在する構造が得られる。As described above, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the peripheral portion of the first low-resistance metal film having a small electric resistance selectively filled by laser melting in the interlayer connection hole has a high melting point. A structure is obtained in which the high-melting-point metal film layer is also covered under the second low-resistance metal film, which is covered with the metal film layer and has a low electric resistance as a main conductive material, and is low in electric resistance.
【0089】そのため、小さな層間接続孔でもボイドレ
スに埋め込みができ、低配線抵抗で配線部・層間接続部
の両者でエレクトロマイグレーション・ストレスマイグ
レーション耐性の高い構造となる。そのため従来の構造
と比較して高い長期信頼性と良好な電気特性を有する微
細な半導体装置を高い歩留りで安定して得られる。その
製造工程においても、レーザー光照射の低エネルギー
化、層間接続孔充填時のパターン依存性の解消など歩留
りの向上に寄与する効果を有する。Therefore, even a small interlayer connection hole can be buried in a voidless manner, and a structure having low wiring resistance and high electromigration and stress migration resistance in both the wiring portion and the interlayer connection portion can be obtained. Therefore, a fine semiconductor device having high long-term reliability and good electrical characteristics as compared with a conventional structure can be stably obtained at a high yield. Also in the manufacturing process, there is an effect that contributes to an improvement in yield, such as lowering the energy of laser light irradiation and eliminating pattern dependence when filling interlayer vias.
【図1】本発明の第1の実施例を製造工程順に示した
図。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図2】本発明の第1の実施例を製造工程順に示した
図。FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図3】本発明の第1の実施例を製造工程順に示した
図。FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図4】本発明の第2の実施例を製造工程順に示した
図。FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図5】本発明の第2の実施例を製造工程順に示した
図。FIG. 5 is a view showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図6】従来の半導体装置構造および製造方法を製造工
程順に示した図。FIG. 6 is a diagram showing a conventional semiconductor device structure and a manufacturing method in the order of manufacturing steps.
【図7】従来の半導体装置構造および製造方法を製造工
程順に示した図。FIG. 7 is a diagram showing a conventional semiconductor device structure and a manufacturing method in the order of manufacturing steps.
【図8】従来の半導体装置構造および製造方法を製造工
程順に示した図。FIG. 8 is a diagram showing a conventional semiconductor device structure and a manufacturing method in the order of manufacturing steps.
【図9】従来の半導体装置構造および製造方法を製造工
程順に示した図。FIG. 9 is a diagram showing a conventional semiconductor device structure and a manufacturing method in the order of manufacturing steps.
101 半導体基板 102 拡散層 103 第1絶縁膜 104 層間接続孔 105 第1導電膜層 106 第2導電膜層 107 第1マスク膜 108 第1低抵抗金属膜 109 エキシマレーザー光 110 第3導電膜層 111 第2マスク膜 112 第2低抵抗金属膜 113 第2絶縁膜 114 下層配線 115 第3絶縁膜 116 ボイド Reference Signs List 101 semiconductor substrate 102 diffusion layer 103 first insulating film 104 interlayer connection hole 105 first conductive film layer 106 second conductive film layer 107 first mask film 108 first low-resistance metal film 109 excimer laser beam 110 third conductive film layer 111 2nd mask film 112 2nd low resistance metal film 113 2nd insulating film 114 lower layer wiring 115 3rd insulating film 116 void
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/28-21/288 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768
Claims (9)
晶シリコン層あるいは金属ケイ化物層のいずれかにより
構成される導電層とその上層に設けられた第1絶縁膜と
前記第1絶縁膜に開口された層間接続孔よりなる構造を
形成する工程あるいは半導体基板上に形成された第1絶
縁膜、前記第1絶縁膜上に形成された単層あるいは複数
層の導電膜より構成される下層配線、前記下層配線上に
形成された第2絶縁膜および前記第2絶縁膜に開口され
た層間接続孔よりなる構造を形成する工程と、前記導電
層および第1絶縁膜上、あるいは前記下層配線および第
2絶縁膜上に単層あるいは複数層の膜より構成される第
1導電膜層を形成する工程と、前記第1導電膜層上に第
2導電膜層を形成する工程と、前記層間絶続孔内部およ
びその周辺部に存在する第2導電膜層上のみが露出され
る第1マスク膜を形成する工程と、前記第1マスク膜を
メッキマスクとしてメッキを行い、露出した第2導電膜
層上に第1低抵抗金属膜を選択的に形成する工程と、第
1マスク膜を除去する工程と、レーザー光を照射して第
1低抵抗金属膜を溶融流動させて層間接続孔内部に第1
低抵抗金属膜を充填させる工程と、その上層に第2導電
膜層と同様の元素より構成される第3導電膜層を形成す
る工程と、前記第3導電膜層上に選択的に配線形成用の
第2マスク膜を形成する工程と、前記第2マスク膜をメ
ッキマスクとしてメッキを行い、露出した第3導電膜層
上に第2低抵抗金属膜を選択的に形成する工程と、第2
マスク膜を除去する工程と、露出した第3導電膜層の不
要部分、第2導電膜層の不要部分および第1導電膜層の
不要部分を順次除去して、第1導電膜層、第2導電膜
層、第3導電膜層および第2低抵抗金属膜より構成され
る金属配線を形成する工程と、前記金属配線上に第3絶
縁膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法。1. A diffusion layer provided on a semiconductor substrate, by any of the polycrystalline silicon layer or a metal silicide layer
Forming a structure comprising a conductive layer to be formed, a first insulating film provided thereover and an interlayer connection hole opened in the first insulating film, or a first insulating film formed on a semiconductor substrate, A lower wiring formed of a single layer or a plurality of conductive films formed on the first insulating film, a second insulating film formed on the lower wiring, and an interlayer connection hole opened in the second insulating film; forming a composed structure, the conductive
Forming a first conductive film layer composed of a single layer or a plurality of layers on the first layer and the first insulating film, or on the lower wiring and the second insulating film; A step of forming a second conductive film layer, a step of forming a first mask film exposing only the second conductive film layer present inside and around the interlayer insulating hole, Plating as a plating mask to selectively form a first low-resistance metal film on the exposed second conductive film layer; removing the first mask film; The first resistance metal film is melted and flown into the inside of the interlayer connection hole.
Filling a low resistance metal film, forming a third conductive film layer composed of the same element as the second conductive film layer thereon, and selectively forming a wiring on the third conductive film layer Forming a second low-resistance metal film on the exposed third conductive film layer by performing plating using the second mask film as a plating mask; 2
The step of removing the mask film, and sequentially removing the unnecessary portion of the exposed third conductive film layer, the unnecessary portion of the second conductive film layer, and the unnecessary portion of the first conductive film layer, A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a metal wiring composed of a conductive film layer, a third conductive film layer, and a second low-resistance metal film; and a step of forming a third insulating film on the metal wiring.
ウム(V)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、
モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル
(Ta)、タングステン(W)、これらの金属を主成分
とする合金、これらの金属のケイ素化合物、窒素化合
物、ホウ素化合物、あるいは炭素化合物のいずれかによ
り構成される単層膜とする事を特徴とする請求項1に記
載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the first conductive film layer is made of titanium (Ti), vanadium (V), zirconium (Zr), niobium (Nb),
Molybdenum (Mo), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), an alloy mainly containing these metals, silicides of these metals, nitrogen compounds, boron compounds, or to any carbon compound The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the single-layer film is formed as a single-layer film.
構成される2層膜あるいはチタンとホウ化チタンより構
成される2層膜とする事を特徴とする請求項1に記載の
半導体装置の製造方法。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first conductive film layer is a two-layer film composed of titanium and titanium nitride or a two-layer film composed of titanium and titanium boride. Manufacturing method.
(Au)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、オスミ
ウム(Os)、イリジウム(Ir)、ロジウム(R
h)、ルテニウム(Ru)、レニウム(Re)、アルミ
(Al)、銅(Cu)のいずれかの元素、あるいはこれ
らの元素を主成分とする合金より構成される事を特徴と
する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。4. The second conductive film layer or the third conductive film layer is made of gold (Au), palladium (Pd), platinum (Pt), osmium (Os), iridium (Ir), rhodium (R).
h), ruthenium (Ru), rhenium (Re), aluminum (Al), copper (Cu), or an alloy mainly composed of these elements. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5.
トレジスト、ポリイミド系有機樹脂、シリコン酸化膜、
シリコン窒化膜あるいはシリコン酸窒化膜のいずれかに
より構成される事を特徴とする請求項1に記載の半導体
装置の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the first mask film and the second mask film are formed of a photoresist, a polyimide organic resin, a silicon oxide film,
2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed of one of a silicon nitride film and a silicon oxynitride film.
金、銅、アルミあるいは銀のいずれかを主成分とする事
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。6. The method according to claim 1, wherein the first low-resistance metal film and the second low-resistance film mainly contain one of gold, copper, aluminum and silver.
いはKrFとする事を特徴とする請求項1に記載の半導
体装置の製造方法。7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the light source of the laser to be irradiated is XeCl or KrF.
パルス照射法により行う工程を含む事を特徴とする請求
項1に記載の半導体装置の製造方法。8. The method according to claim 1, further comprising the step of irradiating the first low-resistance metal film with a laser beam by a pulse irradiation method.
膜がシリコン酸化膜、少なくともリン(P)あるいはボ
ロン(B)を含有するシリコン酸化膜、シリコン窒化
膜、シリコン酸窒化膜、ポリイミド樹脂系有機膜あるい
はこれらの積層構造膜のいずれかにより構成される事を
特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法9. The method according to claim 1, wherein the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film are silicon oxide films, silicon oxide films containing at least phosphorus (P) or boron (B), silicon nitride films, silicon oxynitride films, 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed of one of a polyimide resin-based organic film and a laminated structure film of these.
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- 1992-05-13 JP JP11946292A patent/JP2819938B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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