(57)【要約】【課題】半導体基板上に厚いアルミニウム膜の金属配線形成した際、それを被覆する層間絶縁膜の段差を取り除く事で、その上層部での配線形成における配線クラック、ボイド、断線の要因を防止する。【解決手段】半導体基板上の１層目にバリアメタル層及びアルミニウムをスパッタもしくはＣＶＤで成膜し、レジストマスクにて反応ガスを用いて選択エッチングでアルミ配線形成する。その上に層間絶縁膜を成膜し、段差部分を埋め込み膜で塗布して段差を埋め、更にそれらを反応ガスを用いてエッチバックし１層目アルミ配線上部を露出させる。その状態で、２層目にアルミニウムを同様に成膜し、レジスト膜をマスクとして２層目アルミ配線が１層目アルミ配線と重ね合わさる様にするレジストを描画し、反応ガスを用いて選択エッチングで２層目アルミ配線形成と同時に１層目アルミ配線と２層目アルミ配線を接続させる。【選択図】　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第１層アルミ配線としてバリアメタル層及びアルミニウムまたはアルミニウム合金をスパッタもしくはＣＶＤで成膜し、レジストマスクにてＣｌ２系反応ガスを用いて選択エッチングでアルミ配線形成する第１工程と、
前記第一層目アルミ配線上に層間絶縁膜を成膜し、段差部分を埋め込み膜（ＳＯＧ膜）で塗布して段差を埋める第２工程と、
前記層間絶縁膜と前記埋め込み膜（ＳＯＧ膜）をＣＦ４系反応ガスを用いてエッチバックし、前記１層目アルミ配線上部を露出させる第３工程と、
前記１層目アルミ配線上部が露出した状態で、２層目にアルミニウムまたはアルミニウム合金をスパッタもしくはＣＶＤで成膜し、レジスト膜をマスクとして２層目アルミ配線が１層目アルミ配線と重ね合わさる様にする描画の第４工程と、
ＣＬ２系反応ガスを用いて選択エッチングで前記２層目アルミ配線形成する工程と同時に前記１層目アルミ配線と前記２層目アルミ配線が接続する第５工程と、
前記２層目アルミ配線上に層間絶縁膜を成膜し、また、段差部分を埋め込み膜（ＳＯＧ膜）で塗布して段差を埋める第６工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２工程〜第６工程を繰り返し行い、前記アルミ配線を積層に形成する事でアルミ配線の膜厚を厚くさせることと同時に前記アルミ配線のアルミ膜厚が厚くなっても層間絶縁膜の平坦性を損なわずに形成可能を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程のバリアメタル層がＴｉＮ／Ｔｉ膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記工程２の層間絶縁膜が、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＮ膜、ＢＰＳＧ膜、又はＴＥＯＳ膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記工程３及び工程６の層間絶縁膜上に埋める膜が、埋め込み膜はＳＯＧ膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記工程６の層間絶縁膜が、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＮ膜、ＢＰＳＧ膜、又はＴＥＯＳ膜のいずれかの上もしくは最終保護膜にＳｉＮ膜が積層された構造となっていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置においてアルミ配線とその上に形成される層間絶縁膜を平坦性良く加工する方法で、特に加工したアルミ配線のアルミ膜厚が厚くても平坦性を損なわずに形成され、配線の信頼性向上を目的とした形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造工程において、半導体基板１０３上にレイアウトの異なる膜厚１００００Å程度のアルミ配線を多層配線で形成する場合を以下に説明する。半導体基板１０３上にバリアメタル１０１を介して形成された下層（第１層目の）アルミ配線１０２上と、その上に形成された層間絶縁膜１０４を平坦化してスルーホールを介して層間絶縁膜上に形成された上層（第２層の）アルミ配線１０６と接続する。
【０００３】
しかしながら、図１に示す様に下層アルミ配線１０２のアルミ膜厚を２００００Å以上に厚くし、アスペクト比（膜厚／配線幅）が高い（２以上）アルミ配線であった場合、下層アルミ配線１０２を被覆する層間絶縁膜１０４は下層アルミ配線１０２のアスペクト比が高いために段差Ｂが生じてしまう。
【０００４】
このような状態で上層アルミ配線１０６を形成すると、上層アルミ配線１０６は層間絶縁膜１０４に生じた段差Ｂによって、アルミカバレッジの悪い事による配線クラックＡ、ボイド、断線等が生じ、配線の信頼性低下の大きな要因となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半導体基板上に厚い第一層目アルミニウム膜（２００００Å以上）を金属配線として形成した際、その段差により被覆される層間絶縁膜の段差を取り除く事で、その上層部での配線形成における配線クラック、ボイド、断線の要因を取り除き、高信頼性を有する平坦化配線加工プロセスを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）半導体基板上の１層目にバリアメタル層及びアルミニウムまたはアルミニウム合金をスパッタもしくはＣＶＤで成膜し、レジストマスクにてＣｌ２系反応ガスを用いて選択エッチングでアルミ配線形成する工程と、（２）前記アルミ配線上に層間絶縁膜を成膜し、段差部分を埋め込み膜（ＳＯＧ膜）で塗布して段差を埋める工程と、（３）前記層間絶縁膜と前記埋め込み膜（ＳＯＧ膜）をＣＦ４系反応ガスを用いてエッチバックし１層目アルミ配線上部を露出させる工程と、（４）前記３、１層目アルミ配線上部が露出した状態で、２層目にアルミニウムまたはアルミニウム合金をスパッタもしくはＣＶＤで成膜し、レジスト膜をマスクとして２層目アルミ配線が１層目アルミ配線と重ね合わさる様にする描画工程と、（５）前記４、ＣＬ２系反応ガスを用いて選択エッチングで２層目アルミ配線形成する工程と同時に１層目アルミ配線と２層目アルミ配線が接続する工程と、（６）前記５、２層目アルミ配線上に層間絶縁膜を成膜し、また、段差部分を埋め込み膜（ＳＯＧ膜）で塗布して段差を埋める工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
【０００７】
さらに本発明は、前記（２）〜（６）から工程を繰り返し行い、請求項１記載よりもアルミ配線を積層に形成する事でアルミ配線の膜厚を厚くさせることと同時にアルミ配線のアルミ膜厚が厚くなっても層間絶縁膜の平坦性を損なわずに形成可能を特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
【０００８】
【実施例】
次に本発明について図面を用いて説明する。図２及び図３は、半導体基板２０３上に形成されたアルミ配線のアルミ膜厚を厚くしても、段差が平坦な状態で形成可能な製造工程の工程断面図を示すものである。
【０００９】
図２（ａ）は、半導体基板２０３上に、バリアメタル層２０２（ａ）を形成し、その上部にアルミニウム膜２０２（ｂ）を成膜する。バリアメタル層２０２（ａ）及びアルミニウム膜２０２（ｂ）はスパッタ法もしくはＣＶＤ法を用いて順次成膜し、第１のレジスト２０１をマスクとしてＣｌ２系反応ガスを用いた選択ドライエッチングによりアルミ配線２０２を形成した段階における構造断面図である。Ｃｌ２系の反応ガスとしては、例えばＣｌ２、ＢＣｌ３等がある。バリアメタル層２０２（ａ）は、半導体基板３０２側に密着層層としてのＴｉ５００Å膜の上に形成されている。バリアメタル層２０２（ａ）として、ＴｉＮ１０００Åが形成される。その上のアルミニウム膜２０２（ｂ）の膜厚は１００００Åである。それらを第１層目アルミ配線２０２とする。
【００１０】
図２（ｂ）は、第１層目アルミ配線２０２をパターニングした後、レジストアッシング装置を用いて、酸素プラズマによりレジストを灰化処理して、第１のレジストを除去した後の構造断面図である。
【００１１】
図２（ｃ）は、半導体基板２０３及び図２（ａ）で形成されたアルミ配線２０２を被覆する様に第１の層間絶縁膜２０４（ａ）をＣＶＤ法を用いて成膜した構造断面図である。第１の層間絶縁膜２０４（ａ）については、通常用いられるＳｉＯ２膜、ＢＰＳＧ膜またはＰＳＧ膜等が挙げられ、膜厚は８０００Å程度である。更に、ＴＥＯＳ膜も用いられる。
【００１２】
図２（ｄ）は、図２（ｃ）で成膜した層間絶縁膜２０４（ａ）の段差部分を埋め込む様にスピンコートで第１の埋め込み膜（ＳＯＧ膜）２０４（ｂ）を塗布した構造断面図である。第１の埋め込み膜（ＳＯＧ膜）２０４（ｂ）の膜厚は６０００Å程度である。
【００１３】
図２（ｅ）は、層間絶縁膜２０４（ａ）と段差埋め込み用に使用した第１の埋め込み膜（ＳＯＧ膜）２０４（ｂ）は、ＣＦ４系反応ガスを用いて全面エッチバックを行い、図２（ａ）で形成されたアルミ配線２０２の上部Ｃだけ露出させた状態の構造断面図である。この際、アルミ配線２０２の上部は露出させるが、層間絶縁膜２０４（ａ）の段差部分（凹部）を埋め込んだ第１の埋め込み膜（ＳＯＧ膜）２０４（ｂ）がこのエッチバックにより、再度段差（凹部）が発生しない様に、エッチング装置のＲＦパワーや圧力を低く設定する必要がある。
【００１４】
図２（ｆ）は、図２（ａ）から図２（ｅ）で形成されたアルミ配線２０２及び層間絶縁膜２０４（ａ）と埋め込み膜２０４（ｂ）上に第２層目アルミニウム膜２０５をスパッタ法もしくはＣＶＤ法を用いて成膜し、同時に下層のアルミ配線２０２と接続した構造断面図である。この第２層目アルミニウム膜２０５の膜厚は、１００００Å程度である。
【００１５】
図２（ｇ）は、第１層目（下層）のアルミ配線２０２とレジスト２０６が重ね合うように描画し、第２のレジスト２０６をマスクとして、Ｃｌ２系反応ガスを用いた選択ドライエッチングにより第１層目（下層）のアルミ配線２０２と第２層目（上層）のアルミ配線２０７が上下で接続した事により、アルミ配線のトータル膜厚は２００００Åとなり、同じ配線幅で厚いアルミ配線が形成される。この時レジスト２０６の現像時における線幅は、重ね合わせ誤差も考慮に入れ、第１層目（下層）のアルミ配線２０２より少し線幅を太くした方が望ましい。
【００１６】
図２（ｈ）は、図２（ｉ）でアルミ配線を形成した後、レジストアッシング装置を用いて、酸素プラズマによりレジストを灰化処理した後の構造断面図である。
【００１７】
図３（ｉ）は、図２（ｈ）で形成されたアルミ配線２０７を被覆する様に第２の層間絶縁膜２０８（ａ）をＣＶＤ法を用いて成膜した構造断面図である。
【００１８】
図３（ｊ）は、図３（ｉ）で成膜した第２の層間絶縁膜２０８（ａ）の段差部分を埋め込むようにスピンコートでＳＯＧ膜２０８（ｂ）を塗布した構造断面図である。この第２の埋め込み膜（ＳＯＧ膜）２０８（ｂ）の膜厚は６０００Å程度である。
【００１９】
図３（ｋ）は、層間絶縁膜２０８（ａ）と段差埋め込み用に使用した埋め込み膜（ＳＯＧ膜）２０８（ｂ）は、ＣＦ４系反応ガスを用いて全面エッチバックを行い、図３（ｊ）で形成された第２層目アルミ配線の上部だけ露出させた状態の構造断面図である。
【００２０】
図３（ｌ）は、図３（ｋ）で段差が極めて少なくなった第２の層間絶縁膜２０８（ａ）と第２の埋め込み膜（ＳＯＧ膜）２０８（ｂ）の上部に第３の層間絶縁膜２０９をＣＶＤ法で成膜した構造断面図である。
【００２１】
図３（ｍ）は、図３（ｌ）で成膜された層間絶縁膜上に第３のアルミニウム膜２０９を成膜した構造断面図である。図３（ｍ）に示す様に、図２（ａ）〜（ｈ）と図３（ｉ）〜（ｍ）の方法を用いて層間絶縁膜の段差を減らす事で、膜厚の厚いアルミ配線においても平坦性が良好に確保でき、その上部の形成される第３のアルミニウム膜２０９を形成した場合、クラック、ボイド、断線が起きない多層配線が可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の特徴は半導体基板上に１００００Å厚のアルミ配線を形成し、そのアルミ配線を層間絶縁膜と埋め込み膜（ＳＯＧ膜）で被覆し、ドライエッチングにてエッチバックを行い、層間絶縁膜の段差を無くすと同時に下層のアルミ配線の上部を露出させ、更に上層の１００００Åアルミ配線を下層のアルミ配線とが重なり合う様に配線加工及び金属接続させ、その上層のアルミ配線を再度、層間絶縁膜と埋め込み膜（ＳＯＧ膜）で被覆し、ドライエッチングにてエッチバックを行う事で膜厚が厚いアルミ配線においても、それを被覆する層間絶縁膜の段差を取り除かれる。
【００２３】
したがって、本発明を利用すれば厚膜アルミ配線上部に形成されるアルミ配線の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来工法による半導体装置のアルミニウム配線部分の断面図である。
【図２】本発明の実施形態にかかるアルミニウム配線における平坦化製造工程の工程の断面図である。
【図３】図２に示した工程に引き続く工程の断面図である。本発明の実施形態にかかるアルミニウム配線における平坦化製造工程の工程断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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