JP2001274240A

JP2001274240A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001274240A
Application number: JP2000082145A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Nakamura; 修一中村; Hiroyuki Toshima; 宏至戸島; Hisahiro Shoda; 尚弘庄田; Yutaka Suwa; 裕諏訪; Takao Omori; 貴夫大森
Original assignee: Toshiba Engineering Corp; Toshiba Corp; Chubu Toshiba Engineering Corp
Current assignee: Toshiba Engineering Corp; Toshiba Corp; Kioxia Engineering Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】コンタクトホールへの埋め込み特性が良く、
上層の被接続層とのショート不良及び下層の被接続層と
のコンタクト抵抗の増大を抑制する半導体装置を提供す
る。【解決手段】半導体装置は、第１の被接続層１と、第
１の被接続層１の上に配置された層間絶縁膜２と、層間
絶縁膜２の上に配置された第２の被接続層（３ａ、３
ｂ）と、層間絶縁膜２の中に配置され、第１の被接続層
１と第２の被接続層（３ａ、３ｂ）の間を接続するコン
タクトプラグ（４ａ、４ｂ）とを有する。コンタクトプ
ラグ（４ａ、４ｂ）は、第２の被接続層（３ａ、３ｂ）
に向かって広がる傾斜を持つ側壁５を有する傾斜部分６
と、第２の被接続層（３ａ、３ｂ）に接し、直径９が傾
斜部分６の直径の最大値８よりも小さい上端面（７ａ、
７ｂ）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に係わり、特に、半導体基板上の層間絶縁膜
中に形成されるコンタクトプラグ及びその形成方法に係
わる。さらに、ボイドによる断線不良が無く、上部形状
を整えることで上層配線とのショート不良を回避するコ
ンタクトプラグ及びその形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今の半導体素子の微細化及び集積回路
の大規模化により、半導体素子の各電極あるいは配線に
接続されるコンタクトプラグの径も縮小され、多層化す
る配線層間を接続するコンタクトプラグの不良による歩
留まり低下が問題となっている。つまり、アスペクト比
の高いコンタクトプラグに要求される信頼性は高まって
きている。

【０００３】従来のコンタクトプラグの製造方法におい
て、コンタクトホールの側壁に傾斜を付けることによ
り、コンタクトプラグに使用する導電物のコンタクトホ
ール内への埋め込み特性を向上させてきた。特開平７−
１４７２８２号公報、特開平４−５６２７７号公報、特
開平２−２１３１２９号公報、特開平１１−２０４５２
４号公報に開示されているように、コンタクトホールの
側壁に傾斜あるいは段差を持たせることにより、ボイド
などによる断線あるいは高抵抗不良を防ぎ、コンタクト
プラグに接続される上下配線のマイグレーション特性等
を向上させている。

【０００４】例えば、図６（ａ）に示すように、ＣＶＤ
法（Chemical Vaper Deposition：化学的気層成長法）
を用いたタングステン（Ｗ）等からなるコンタクトプラ
グ５４の埋め込み工程において、コンタクトホールの側
壁５７に傾斜を持たず、コンタクトホールの径が細くな
ると、ボイド（Void）５６が発生してしまう。そこで、
図６（ｂ）に示すように、コンタクトホールの側壁５８
に傾斜を持たせることによりボイド５６が無くコンタク
トプラグ（５５ａ、５５ｂ）を埋め込むことが可能とな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、側壁５８に傾
斜を持たせることにより、コンタクトプラグ（５５ａ、
５５ｂ）の上端の直径が大きくなり、隣接する上層配線
とショートしてしまう不良を発生させる危険性が増す。
例えば、図６（ｂ）に示すように、コンタクトホールと
上層配線（５３ａ、５３ｂ）の間でのマスク合わせずれ
により、上層配線５３ｂは本来接続されるべきコンタク
トプラグ５５ｂと接続されるだけでなく、隣接するコン
タクトプラグ５５ａにも接続されてしまう。そこで、コ
ンタクトプラグ（５５ａ、５５ｂ）の上端の直径を小さ
くすることでマスク合わせずれによる上層配線（５３
ａ、５３ｂ）とのショートは回避することができる。し
かし、側壁５８の傾斜角度が変化しなければ、コンタク
トプラグ（５５ａ、５５ｂ）の底面５９の面積が小さく
なり、下層配線５１とのコンタクト抵抗が増大してしま
う。

【０００６】そこで、本発明はこのような従来技術の問
題点を解決するために成されたものであり、その目的
は、コンタクトホールへの埋め込み特性が良く、上層の
被接続層とのショート不良及び下層の被接続層とのコン
タクト抵抗の増大を抑制する半導体装置及びその製造方
法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の特徴に係わる半導体装置は、第１の
被接続層と、第１の被接続層の上に配置された層間絶縁
膜と、層間絶縁膜の上に配置された第２の被接続層と、
層間絶縁膜の中に配置され、第１の被接続層と第２の被
接続層の間を接続するコンタクトプラグとを有する。コ
ンタクトプラグは、第２の被接続層に向かって広がる傾
斜を持つ側壁を有する傾斜部分と、第２の被接続層に接
し、直径が傾斜部分の直径の最大値よりも小さい上端面
とを有することを特徴とする。

【０００８】本発明の第１の特徴によれば、コンタクト
プラグは、第２の被接続層に向かって広がる傾斜を持つ
側壁を有する傾斜部分を有するため、ボイドが形成され
ることなく導電物が埋め込むことができる。したがっ
て、コンタクトプラグ内のボイドによる断線あるいは高
抵抗などの不良を回避することができる。

【０００９】また、コンタクトプラグの上端面の直径が
傾斜部分の直径の最大値よりも小さいので、コンタクト
プラグ形成用マスクと第２の被接続層のパターン形成用
マスクの間の合わせずれによる隣接する第２の被接続層
とコンタクトプラグの間のショート不良を回避すること
ができる。また、上記のショート不良を回避するために
コンタクトプラグ全体の直径を小さくする必要が無くな
る。したがって、コンタクトプラグの底面の面積を十分
広く取ることができ、第１の被接続層との間のコンタク
ト抵抗の増大を抑制することができる。

【００１０】本発明の第１の特徴において、コンタクト
プラグの内、上端面を除いた総ての部分が傾斜部分であ
り、傾斜部分はテーパ状の形状を有していることが望ま
しい。あるいは、傾斜部分は、コンタクトプラグの一部
分にのみ配置され、傾斜部分以外のコンタクトホールの
側壁は傾斜を持たなくてもよい。

【００１１】また、コンタクトプラグの材料は、タング
ステンであることが望ましい。あるいは、コンタクトプ
ラグの材料は、側壁及び底面に配置された薄いチタン
（Ｔｉ）膜と、その内側に配置されたタングステンとか
ら構成されてもよい。

【００１２】さらに、本発明は絶縁膜を選択的に除去し
て導電物を埋め込むことで形成され、絶縁膜を介して上
下に配置された被接続層間を選択的に接続するコンタク
トプラグに適用することができる。したがって、第１の
被接続層１及び第２の被接続層はそれぞれ下層配線層及
び上層配線層であってもよいし、第１の被接続層が半導
体基板の表面に配置された電極あるいは半導体基板の上
に配置された電極であり、第２の被接続層が配線層であ
ってもよい。

【００１３】さらに、層間絶縁膜はプラズマＴＥＯＳ膜
であることが望ましい。あるいは、層間絶縁膜は、回転
するウェハ上に液状の絶縁物を塗布し、焼成・凝固させ
てたＳＯＧ（Spin on Glass）膜であってもよい。

【００１４】本発明の第２の特徴は、第１の被接続層の
上に第１の層間絶縁膜を形成する第１の工程と、第１の
層間絶縁膜を選択的に除去して、上方に向かって広がる
傾斜を持った側壁を有する傾斜部分と、第１の被接続層
が表出した底面とを有するコンタクトホールを形成する
第２の工程と、導体膜をコンタクトホールの側壁及び底
面、及び第１の層間絶縁膜の上に堆積する第３の工程
と、傾斜部分の直径の最大値よりも小さい直径を有する
導体膜表面の窪みが、コンタクトホールの上に形成され
た状態で第３の工程を終了する第４の工程と、マスク材
を導体膜の上に堆積する第５の工程と、導体膜表面の窪
みの内部に堆積されたマスク材を残して、その他の該マ
スク材を除去する第６の工程と、窪みの内部に残された
マスク材をマスクとして導体膜を選択的に除去して、第
１の層間絶縁膜を表出させる第７の工程と、第２の層間
絶縁膜を堆積する第８の工程と、第２の層間絶縁膜に対
して平坦化処理を施し、窪みの内部に残されたマスク材
を除去する第９の工程と、第２の被接続層を形成する第
１０の工程とからなる半導体装置の製造方法であること
である。

【００１５】本発明の第２の特徴によれば、コンタクト
ホールは、上方に向かって広がる傾斜を持つ側壁を有す
る傾斜部分を有するため、ボイドが形成されることなく
導体膜をコンタクトホール内に埋め込むことができる。
したがって、形成されたコンタクトプラグのボイドによ
る断線あるいは高抵抗などの不良を回避することができ
る。

【００１６】また、傾斜部分の直径の最大値よりも小さ
い直径を有する導体膜表面に窪みを形成して、窪みの内
部に堆積されたマスク材をマスクとして導体膜を選択的
に除去することで、第２の被接続層に接続されるコンタ
クトプラグの上端面の直径が傾斜部分の直径の最大値よ
りも小さくなる。したがって、コンタクトホール開孔用
マスクと第２の被接続層のパターン形成用マスクの間の
合わせずれにより、隣接する第２の被接続層とコンタク
トプラグの間のショート不良を回避することができる。
また、上記のショート不良を回避するためにコンタクト
ホール全体の直径を小さくする必要が無くなる。したが
って、形成されるコンタクトプラグの底面の面積を十分
広く取ることができ、第１の被接続層との間のコンタク
ト抵抗の増大を抑制することができる。

【００１７】本発明の第２の特徴において、コンタクト
ホール全体が傾斜部分を構成し、傾斜部分はテーパ状の
形状を有していることが望ましい。あるいは、傾斜部分
は、コンタクトプラグの一部分にのみ配置され、傾斜部
分以外のコンタクトホールの側壁は傾斜を持たなくても
よい。

【００１８】また、導体膜はタングステン膜を用いるこ
とが望ましい。あるいは、コンタクトホール開孔後、ま
ずチタン膜を薄く堆積し、その後タングステン膜を堆積
してもよい。また、チタン膜の代わりにチタンと窒化チ
タン（ＴｉＮ）の薄い積層膜（Ｔｉ／ＴｉＮ膜）を用い
てもよい。コンタクトホールの埋め込み特性をさらに向
上させることができる。

【００１９】さらに、本発明は絶縁膜を選択的に除去し
て導電物を埋め込むことで形成され、絶縁膜を介して上
下に配置された被接続層間を選択的に接続するコンタク
トプラグに適用することができる。したがって、第１の
被接続層及び第２の被接続層はそれぞれ下層配線層及び
上層配線層であってもよく、第１の被接続層が半導体基
板の表面に配置された電極あるいは半導体基板の上に配
置された電極であり、第２の被接続層が配線層であって
もよい。

【００２０】さらに、第１の層間絶縁膜、第２の層間絶
縁膜及びマスク材はそれぞれプラズマＴＥＯＳ膜であ
り、プラズマＣＶＤ法により堆積することが望ましい。
あるいは、第１の層間絶縁膜、第２の層間絶縁膜及びマ
スク材は、回転するウェハ上に液状の絶縁物を塗布し、
焼成・凝固させてたＳＯＧ（Spin on Glass）膜であっ
てもよい。

【００２１】さらに、第６の工程は、化学的機械的研磨
法を用いて実施することが望ましい。

【００２２】さらに、第９の工程は、化学的機械的研磨
法を用いて実施することが望ましい。

【００２３】さらに、マスク材はプラズマＴＥＯＳ膜で
あり、第５の工程はプラズマＣＶＤ法を用いて実施する
ことが望ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。図面の記載において従来技術と類
似な部分には類似な符号を付している。

【００２５】図１は、本発明の実施の形態に係わる半導
体装置が有するコンタクトプラグを示す断面図である。

【００２６】図１に示すように、本発明の実施の形態に
係わる半導体装置は、第１の被接続層１と、第１の被接
続層１の上に配置された層間絶縁膜２と、層間絶縁膜２
の上に配置された第２の被接続層（３ａ、３ｂ）と、層
間絶縁膜２の中に配置され、第１の被接続層１と第２の
被接続層（３ａ、３ｂ）の間を接続するコンタクトプラ
グ（４ａ、４ｂ）とを有する。コンタクトプラグ（４
ａ、４ｂ）は、第２の被接続層（３ａ、３ｂ）に向かっ
て広がる傾斜を持つ側壁５を有する傾斜部分６と、第２
の被接続層（３ａ、３ｂ）に接する上端面（７ａ、７
ｂ）とを有する。上端面（７ａ、７ｂ）の直径９は、傾
斜部分６の直径の最大値８よりも小さい。

【００２７】コンタクトプラグ（４ａ、４ｂ）の材料
は、微細なコンタクトホールに埋め込むことができる導
体物で構成される。ここでは、コンタクトプラグ（４
ａ、４ｂ）にタングステン（Ｗ）を使用する。層間絶縁
膜２は、第１の被接続層１及び第２の被接続層（３ａ、
３ｂ）の間を絶縁する絶縁膜である。層間絶縁膜２の材
料は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（Ｓｉ
_３Ｎ_４）等で構成する。また、これらの材料に、ボロン
（Ｂ）等のｐ型不純物、あるいはリン（Ｐ）、ヒ素（Ａ
ｓ）等のｎ型不純物を添加してもよい。ここでは、層間
絶縁膜にプラズマＴＥＯＳ膜２を使用する。第１の被接
続層及び第２の被接続層は、図１において、それぞれ下
層配線層１及び上層配線層（３ａ、３ｂ）を示す。した
がって、コンタクトプラグ（４ａ、４ｂ）は、配線層間
を接続するヴィアコンタクトを示す。

【００２８】次に、図１に示した半導体装置が有するコ
ンタクトプラグを形成する方法を図２及び図３を参照し
て説明する。図２（ａ）乃至図２（ｄ）及び図３（ｅ）
乃至図３（ｇ）は、コンタクトプラグ４ｂの形成方法を
示す主要な工程断面図である。なお、各工程断面図は、
図１に示した左側のコンタクトプラグ４ｂと、コンタク
トプラグ４ｂに接続される下層配線層１を示し、右側の
コンタクトプラグ４ａ及びコンタクトプラグ４ａに接続
される下層配線１は省略した。右側のコンタクトプラグ
４ａも以下に説明する方法により、コンタクトプラグ４
ｂと同時に形成することができる。

【００２９】（イ）まず、所望パターンを有する下層配
線層１の上に、第１の層間絶縁膜１４を堆積する。ここ
では、第１の層間絶縁膜として第１のプラズマＴＥＯＳ
膜１４を堆積する。堆積する方法は、プラズマＣＶＤ法
（Plasma Chemical Vapor Deposition法：プラズマを用
いた化学的気層成長法）を用いる。第１のプラズマＴＥ
ＯＳ膜１４の上にフォトレジストを塗布し、フォトマス
クを用いて選択的にフォトレジストを露光そして現像す
ることで、コンタクトプラグを形成したい領域に開孔を
有するレジストパターンを第１のプラズマＴＥＯＳ膜１
４の上に形成する。レジストパターンをマスクとしてＲ
ＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチン
グ）を行い、第１のプラズマＴＥＯＳ膜１４を選択的に
除去して、上方に向けて広がる傾斜を持った側壁５を有
する傾斜部分６からなるテーパ状のコンタクトホール１
０を形成する。形成されたコンタクトホール１０の底面
１１には、下層配線層１が表出している。以上の工程が
終了した状態の工程断面図を図２（ａ）に示す。テーパ
状のコンタクトホール１０を形成するには、第１のプラ
ズマＴＥＯＳ膜１４に対するＲＩＥのエッチング選択比
が比較的に大きくないフォトレジストを用いればよい。
エッチング開始時から終了時までの間にフォトレジスト
もエッチングされて開孔幅が広がっていくため、レジス
トパターン側に向かって広がるテーパ状のコンタクトホ
ール１０を形成することができる。

【００３０】（ロ）次に、ＣＶＤ法を用いて導体膜１２
をコンタクトホール１０の側壁５及び底面１１、及び第
１のプラズマＴＥＯＳ膜１４の上に堆積する。そして、
図２（ｂ）に示すように、コンタクトホール１０の直径
の最大値１８よりも小さい直径１７を有する導体膜１２
表面の窪み１６が、コンタクトホール１０の上に形成さ
れた状態で導体膜１２の堆積を終了する。ここでは、導
体膜としてタングステン膜１２を堆積する。

【００３１】図４（ａ）乃至図４（ｄ）は、タングステ
ン膜１２が堆積されていく様子を示す断面工程図であ
る。図４（ｃ）は、図２（ｂ）と同じ状態を示す。図４
（ａ）に示すように、まず、タングステン膜１２は、コ
ンタクトホール１０の側壁５及び底面１１、及び第１の
プラズマＴＥＯＳ膜１４の上に同時に堆積し始める。図
４（ａ）に示した状態では、タングステン膜１２表面の
窪み１６は、コンタクトホール１０の底面近くまで達す
る深さを有する。そして、堆積を続けると図４（ｂ）に
示すように、コンタクトホール１０内にタングステン膜
１２が埋め込まれて、タングステン膜１２表面の窪み１
６は浅くなってくるが、まだコンタクトホール１０の内
部に達する深さを有する。そして、さらに堆積を続けて
図４（ｃ）に示すように、窪み１６がコンタクトホール
１０の上に達した状態でタングステン膜１２の堆積を終
了する。仮にこれ以上堆積を続けると、図４（ｄ）に示
すように、タングステン膜１２表面の窪み１６自体が無
くなってしまうので、図４（ｃ）に示した状態で、タン
グステン膜１２の堆積を終了する。

【００３２】（ハ）次に、図２（ｃ）に示すように、マ
スク材１３をタングステン膜１２の上に堆積する。この
時、タングステン膜１２表面の窪み１６の内部にもマス
ク材１３が堆積される。

【００３３】（ニ）次に、図２（ｄ）に示すように、タ
ングステン膜１２表面の窪み１６の内部に堆積されたマ
スク材１３を残して、その他のマスク材１３を除去す
る。具体的には、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish
ing：化学的機械的研磨）などの平坦化処理をマスク材
１３に対して施し、タングステン膜１２表面の窪み１６
以外の領域でタングステン膜１２が表出した状態で平坦
化処理を終了する。

【００３４】（ホ）次に、図３（ｅ）に示すように、窪
み１６の内部に残されたマスク材１３をマスクとしてタ
ングステン膜１２を選択的に除去して、第１のプラズマ
ＴＥＯＳ膜１４を表出させる。具体的には、マスク材１
３をマスクとしてＲＩＥなどの異方性エッチングによる
垂直加工を行い、マスク材１３の下のタングステン膜１
２を残して、コンタクトホール１０の上及び第１のプラ
ズマＴＥＯＳ膜１４の上に堆積されているタングステン
膜１２を除去する。

【００３５】なお、工程（ハ）において堆積するマスク
材１３は、タングステン膜１２に対する異方性エッチン
グのマスクとなる材料を用いる。つまり、異方性エッチ
ングにおけるタングステン膜１２とのエッチング選択比
が大きい材料を用いる。ここでは、マスク材１３として
プラズマＴＥＯＳ膜を使用する。また、工程（ハ）にお
けるマスク材１３の堆積方法としてプラズマＣＶＤ法を
用いる。

【００３６】（へ）次に、図３（ｆ）に示すように、第
２の層間絶縁膜１５を堆積する。ここでは、第２の層間
絶縁膜として第２のプラズマＴＥＯＳ膜１５を堆積す
る。堆積する方法は、プラズマＣＶＤ法を用いる。堆積
する第２のプラズマＴＥＯＳ膜１５の膜厚は、窪み１６
の内部に残されたマスク材１３の底から第１のプラズマ
ＴＥＯＳ膜１４の表面までの深さよりも厚いことが望ま
しい。なお、図１に示したプラズマＴＥＯＳ膜２は、図
２及び図３においては第１のプラズマＴＥＯＳ膜１４及
び第２のプラズマＴＥＯＳ膜１５とから構成される。

【００３７】（ト）次に、図３（ｇ）に示すように、第
２のプラズマＴＥＯＳ膜１５に対して平坦化処理を施
し、窪み１６の内部に残されたマスク材１３を除去す
る。具体的には、まず、ＣＭＰなどの平坦化処理を第２
のプラズマＴＥＯＳ膜１５に対して施す。そして、タン
グステン膜１２表面の窪み１６の内部に堆積されている
マスク材１３が除去されて、第２のプラズマＴＥＯＳ膜
１３の下のタングステン膜１２が表出した状態で平坦化
処理を終了する。つまり、窪み１６の底から第１のプラ
ズマＴＥＯＳ膜１４の表面の間で平坦化処理を終了す
る。平坦化処理を終了して表出したタングステン膜１２
の面が、コンタクトプラグ４ｂの上端面７ｂを構成す
る。

【００３８】（チ）最後に、表出した上端面７ｂに接続
されるように、第２の被接続層（３ａ、３ｂ）を形成す
ることで、図１に示したコンタクトプラグ４ｂを形成す
ることができる。

【００３９】以上説明したように、本発明の実施の形態
によれば、コンタクトホール１０は、上方に向かって広
がる傾斜を持つ側壁５を有する傾斜部分６からなるテー
パ状のコンタクトホール１０であるため、ボイドが形成
されることなくタングステン膜１２をコンタクトホール
１０内に埋め込むことができる。したがって、形成され
たコンタクトプラグ（４ａ、４ｂ）のボイドによる断線
あるいは高抵抗などの不良を回避することができる。

【００４０】また、コンタクトプラグ（４ａ、４ｂ）の
上端面（７ａ、７ｂ）の直径９が傾斜部分６の直径の最
大値８よりも小さいので、コンタクトホール開孔用マス
クと上層配線層のパターン形成用マスクの間の合わせず
れにより、上層配線層３ｂとコンタクトプラグ４ａの
間、あるいは上層配線層３ａとコンタクトプラグ４ｂの
間のショート不良を回避することができる。また、上記
のショート不良を回避するためにコンタクトプラグ（４
ａ、４ｂ）全体の直径を小さくする必要が無くなる。し
たがって、コンタクトプラグ（４ａ、４ｂ）の底面１１
の面積を十分広く取ることができ、下層配線１との間の
コンタクト抵抗の増大を抑制することができる。

【００４１】本発明の実施の形態において、コンタクト
プラグ（４ａ、４ｂ）は、材料としてタングステンを使
用し、導体膜１２としてタングステン膜を用いた。しか
し、コンタクトプラグ（４ａ、４ｂ）は、側壁５及び底
面１１に配置された薄いチタン（Ｔｉ）膜と、その内側
に配置されたタングステンとから構成されてもよい。ま
た、コンタクトホール開孔後、まずチタン膜を薄く堆積
し、その後タングステン膜を堆積してもよい。さらに、
チタン膜の代わりにチタンと窒化チタン（ＴｉＮ）の薄
い積層膜（Ｔｉ／ＴｉＮ膜）を用いてもよい。コンタク
トホールの埋め込み特性をさらに向上させることができ
る。

【００４２】また、第１の被接続層１及び第２の被接続
層（３ａ、３ｂ）はそれぞれ下層配線層及び上層配線層
であった。しかし、第１の被接続層１が半導体基板の表
面に配置された電極あるいは半導体基板の上に配置され
た電極であり、第２の被接続層（３ａ、３ｂ）が配線層
であってもよい。つまり、本発明は、絶縁膜を選択的に
除去して導電物を埋め込むことで形成され、絶縁膜を介
して上下に配置された被接続層間を選択的に接続するコ
ンタクトプラグに適用することができる。

【００４３】さらに、層間絶縁膜２及びマスク材１３は
それぞれプラズマＴＥＯＳ膜であり、プラズマＣＶＤ法
により堆積した。しかし、層間絶縁膜２及びマスク材１
３は、回転するウェハ上に液状の絶縁物を塗布し、焼成
・凝固させてたＳＯＧ（Spinon Glass）膜であってもよ
い。

【００４４】（変形例）図１に示した半導体装置が有す
るコンタクトプラグは、上端面を除いたほぼ総ての部分
が傾斜を持った側壁を有する傾斜部分であった。また、
図２及び図３に示したコンタクトプラグの製造方法にお
いて、総ての側壁が傾斜を持ったテーパ状のコンタクト
ホールを形成した。つまり、コンタクトホールと傾斜部
分が同一であった。しかし、本発明に係わる半導体装置
が有するコンタクトプラグの形状はこれに限られること
なく、本発明は、コンタクトホールの一部分に傾斜部分
を形成しても実施することができる。

【００４５】図５は、本発明の実施の形態の変形例に係
わる半導体装置が有するコンタクトプラグの構成を示す
断面図である。図５に示すように、コンタクトプラグ
（２４ａ、２４ｂ）は、第２の被接続層（２３ａ、２３
ｂ）に向かって広がる傾斜を持つ側壁２５を有する傾斜
部分２６と、第２の被接続層（２３ａ、２３ｂ）に接す
る上端面（２７ａ、２７ｂ）とを有する。上端面（２７
ａ、２７ｂ）の直径２９は、傾斜部分２６の直径の最大
値２８よりも小さい。傾斜部分２６は、コンタクトプラ
グ（２４ａ、２４ｂ）の一部分にのみ配置されている。
傾斜部分２６以外のコンタクトプラグ（２４ａ、２４
ｂ）の側壁は傾斜を持たない。また、傾斜部分２６にお
いて、側壁２５の傾斜角度は一定ではない。つまり、傾
斜部分２６はテーパ状の形状を有さない。

【００４６】図５に示したコンタクトプラグ（２４ａ、
２４ｂ）は、次の手順により形成することができる。実
施の形態で説明した形成方法と同様に、下層配線層２１
の上に第１の層間絶縁膜（第１のプラズマＴＥＯＳ膜）
を堆積する。

【００４７】次に、ＲＩＥ等の異方性エッチングにおい
て、第１のプラズマＴＥＯＳ膜に対するエッチング選択
比の高いフォトレジストを用いて、コンタクトプラグ
（２４ａ、２４ｂ）を形成する領域に開孔を有するレジ
ストパターンを形成する。そして、レジストパターンを
マスクとしてウェットエッチングを行い、レジストパタ
ーンの開孔から表出した第１のプラズマＴＥＯＳ膜の表
面に、コンタクトホール３０の傾斜部分２６の形成す
る。ウェットエッチングにより形成された傾斜部分２６
の直径の最大値２８はレジストパターンの開孔の幅より
も広い。また、傾斜部分２６の側壁の傾斜は一定ではな
い。

【００４８】続けて、レジストパターンをマスクとして
異方性エッチングを行い、第１のプラズマＴＥＯＳ膜の
中に、底面に下層配線層２１が表出したコンタクトホー
ル３０を形成する。コンタクトホール３０の内、傾斜部
分２６よりも下層配線層側２１の部分を異方性エッチン
グにより形成することができる。異方性エッチングエッ
チング選択比が高いレジストパターンを用いているの
で、異方性エッチングの開始から終了までの間にレジス
トパターンの開孔の幅はあまり変化しない。したがっ
て、コンタクトホール３０の内、傾斜部分２６よりも下
層配線層側２１の部分の側壁は傾斜を有さず、垂直な形
状を有する。つまり、エッチング選択比の高いレジスト
パターンを形成し、ウェットエッチング及び異方性エッ
チングを組み合わせて行うことで、上層配線（２３ａ、
２３ｂ）側の一部分にのみ傾斜部分２６を有するコンタ
クトホール３０を形成することができる。

【００４９】その後の工程は、実施の形態で説明した形
成方法と同様である。まず、導体膜（タングステン膜）
をコンタクトホール３０の側壁２５及び底面３１、及び
第１のプラズマＴＥＯＳ膜の上に堆積する。次に、傾斜
部分２６の直径の最大値２８よりも小さい直径を有する
タングステン膜表面の窪みが、コンタクトホール３０の
上に形成された状態でタングステン膜の堆積を終了す
る。次に、マスク材をタングステン膜の上に堆積する。
次に、窪みの内部に堆積されたマスク材を残して、その
他のマスク材を除去する。次に、タングステン膜表面の
窪みの内部に残されたマスク材をマスクとしてタングス
テン膜を選択的に除去して、第１のプラズマＴＥＯＳ膜
を表出させる。次に、第２のプラズマＴＥＯＳ膜を堆積
する。次に、第２のプラズマＴＥＯＳ膜に対して平坦化
処理を施し、窪みの内部に残されたマスク材を除去す
る。最後に、上層配線層（２３ａ、２３ｂ）を形成す
る。以上の工程を経て、図５に示したコンタクトプラグ
（２４ａ、２４ｂ）を形成することができる。なお、実
施の形態と同様に、プラズマＴＥＯＳ膜２２は、第１の
プラズマＴＥＯＳ膜と、第２のプラズマＴＥＯＳ膜とか
ら構成される。

【００５０】以上説明したように、実施の形態の変形例
によれば、実施の形態と同様に、コンタクトホール３０
は、上方に向かって広がる傾斜を持つ側壁２５を有する
傾斜部分６を上層配線層（２３ａ、２３ｂ）側の上端に
有するため、ボイドが形成されることなくタングステン
膜をコンタクトホール３０内に埋め込むことができる。
したがって、形成されたコンタクトプラグ（２４ａ、２
４ｂ）のボイドによる断線あるいは高抵抗などの不良を
回避することができる。

【００５１】また、コンタクトプラグ（２４ａ、２４
ｂ）の上端面（２７ａ、２７ｂ）の直径２９が傾斜部分
２６の直径の最大値２８よりも小さいので、コンタクト
ホール開孔用マスクと上層配線層のパターン形成用マス
クの間の合わせずれにより、上層配線層２３ｂとコンタ
クトプラグ２４ａの間、あるいは上層配線層２３ａとコ
ンタクトプラグ２４ｂの間のショート不良を回避するこ
とができる。また、上記のショート不良を回避するため
にコンタクトプラグ（２４ａ、２４ｂ）全体の直径を小
さくする必要が無くなる。したがって、コンタクトプラ
グ（２４ａ、２４ｂ）の底面３１の面積を十分広く取る
ことができ、下層配線２１との間のコンタクト抵抗の増
大を抑制することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
ンタクトホールへの埋め込み特性が良く、上層の被接続
層とのショート不良及び下層の被接続層とのコンタクト
抵抗の増大を抑制する半導体装置及びその製造方法を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わる半導体装置が有す
るコンタクトプラグの構成を示す断面図である。

【図２】図２（ａ）乃至図２（ｄ）は、それぞれ本発明
に係わる半導体装置が有するコンタクトプラグの形成方
法を示す主要な工程断面図である（その１）。

【図３】図３（ｅ）乃至図３（ｇ）は、それぞれ本発明
に係わる半導体装置が有するコンタクトプラグの形成方
法を示す主要な工程断面図である（その２）。

【図４】図４（ａ）乃至図４（ｄ）は、図２（ｂ）に示
した製造工程を詳細に示す工程断面図である。

【図５】本発明の実施の形態の変形例に係わる半導体装
置が有するコンタクトプラグの構成を示す断面図であ
る。

【図６】従来技術に係わる半導体装置が有するコンタク
トプラグの構成、及び従来技術が抱える問題点を示す断
面図である。

【符号の説明】

１、２１下層配線層２、２２層間絶縁膜（プラズマＴＥＯＳ膜）３ａ、３ｂ、２３ａ、２３ｂ上層配線層４ａ、４ｂ、２４ａ、２４ｂコンタクトプラグ５、２５側壁６、２６傾斜部分７ａ、７ｂ、２７ａ、２７ｂ上端面８、１８、２８直径の最大値９、１７、２９直径１０、３０コンタクトホール１１、３１底面１２導体膜（タングステン膜）１３マスク材１４第１の層間絶縁膜（第１のプラズマＴＥＯＳ
膜）１５第２の層間絶縁膜（第２のプラズマＴＥＯＳ
膜）１６窪み

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/90 Ｄ (72)発明者中村修一三重県四日市市山之一色町字中龍宮800番地株式会社東芝四日市工場内 (72)発明者戸島宏至三重県四日市市山之一色町字中龍宮800番地株式会社東芝四日市工場内 (72)発明者庄田尚弘三重県四日市市山之一色町字中龍宮800番地株式会社東芝四日市工場内 (72)発明者諏訪裕三重県四日市市山之一色町字中龍宮800番地株式会社東芝四日市工場内 (72)発明者大森貴夫愛知県名古屋市中区栄１−16−６名古屋三蔵東邦生命ビル６階中部東芝エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 4M104 BB14 BB18 CC01 DD08 DD12 DD16 DD43 FF06 FF18 FF22 HH13 HH14 HH15 5F004 AA11 EA10 EA29 EB01 5F033 JJ18 JJ19 JJ33 NN06 NN07 NN30 NN32 PP06 QQ08 QQ09 QQ13 QQ16 QQ19 QQ28 QQ34 QQ37 QQ48 RR04 RR09 SS04 SS15 SS22 TT02 XX02 XX03 XX09 XX31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の被接続層と、前記第１の被接続層の上に配置された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の上に配置された第２の被接続層と、前記層間絶縁膜の中に配置され、前記第１の被接続層と
前記第２の被接続層の間を接続するコンタクトプラグと
を有し、前記コンタクトプラグは、前記第２の被接続層に向かって広がる傾斜を持つ側壁を
有する傾斜部分と、前記第２の被接続層に接し、直径が前記傾斜部分の直径
の最大値よりも小さい上端面とを有することを特徴とす
る半導体装置。
【請求項２】前記コンタクトプラグの内、前記上端面
を除いた総ての部分が前記傾斜部分であり、該傾斜部分
はテーパ状の形状を有していることを特徴とする請求項
１記載の半導体装置。
【請求項３】前記コンタクトプラグの材料は、タング
ステンであることを特徴とする請求項１記載の半導体装
置。
【請求項４】第１の被接続層の上に第１の層間絶縁膜
を形成する第１の工程と、前記第１の層間絶縁膜を選択的に除去して、上方に向か
って広がる傾斜を持った側壁を有する傾斜部分と、前記
第１の被接続層が表出した底面とを有するコンタクトホ
ールを形成する第２の工程と、導体膜を前記側壁及び前記底面、及び前記第１の層間絶
縁膜の上に堆積する第３の工程と、前記傾斜部分の直径の最大値よりも小さい直径を有する
前記導体膜表面の窪みが、前記コンタクトホールの上に
形成された状態で第３の工程を終了する第４の工程と、マスク材を前記導体膜の上に堆積する第５の工程と、前記窪みの内部に堆積された前記マスク材を残して、そ
の他の該マスク材を除去する第６の工程と、前記窪みの内部に残された前記マスク材をマスクとして
前記導体膜を選択的に除去して、前記第１の層間絶縁膜
を表出させる第７の工程と、第２の層間絶縁膜を堆積する第８の工程と、前記第２の層間絶縁膜に対して平坦化処理を施し、前記
窪みの内部に残された前記マスク材を除去する第９の工
程と、第２の被接続層を形成する第１０の工程とからなること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記マスク材は、プラズマＴＥＯＳ膜で
あり、第５の工程は、プラズマＣＶＤ法を用いて実施す
ることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方
法。