JP2002076001A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP2002076001A JP2002076001A JP2000268060A JP2000268060A JP2002076001A JP 2002076001 A JP2002076001 A JP 2002076001A JP 2000268060 A JP2000268060 A JP 2000268060A JP 2000268060 A JP2000268060 A JP 2000268060A JP 2002076001 A JP2002076001 A JP 2002076001A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】コンタクトホール内に密着層を介してタングス
テンプラグを形成する方法において、タングステンの堆
積時に、コンタクトホール上にタングステンの異常成長
が生じないようにする。 【解決手段】密着層として、チタン膜３、チタン酸化膜
（ＴｉＮＯｙ）４、および窒化チタン膜５をこの順に設
ける。
テンプラグを形成する方法において、タングステンの堆
積時に、コンタクトホール上にタングステンの異常成長
が生じないようにする。 【解決手段】密着層として、チタン膜３、チタン酸化膜
（ＴｉＮＯｙ）４、および窒化チタン膜５をこの順に設
ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タングステンから
なる配線プラグの形成工程を有する半導体装置の製造方
法に関する。
なる配線プラグの形成工程を有する半導体装置の製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の高密度化に伴い、配線
についても微細化および多層化が進んでいる。従来の多
層配線構造の半導体装置の製造方法では、下部配線層の
上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜にフォトリソグラフィ
ー工程およびドライエッチング工程によってコンタクト
ホールを形成した後、上部配線層をなすアルミニウム
（Ａｌ）合金からなる膜を、スパッタリング法により堆
積していた。すなわち、絶縁膜上へのアルミニウム合金
膜形成と同時に、コンタクトホール内にもアルミニウム
合金を埋め込むことが行われていた。
についても微細化および多層化が進んでいる。従来の多
層配線構造の半導体装置の製造方法では、下部配線層の
上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜にフォトリソグラフィ
ー工程およびドライエッチング工程によってコンタクト
ホールを形成した後、上部配線層をなすアルミニウム
（Ａｌ）合金からなる膜を、スパッタリング法により堆
積していた。すなわち、絶縁膜上へのアルミニウム合金
膜形成と同時に、コンタクトホール内にもアルミニウム
合金を埋め込むことが行われていた。
【０００３】しかしながら、より一層の微細化が進んで
コンタクトホールの寸法が著しく小さくなると、上述の
方法で得られた多層配線構造には、配線層間の接続不良
が生じやすいという問題が生じてきた。そのため、近年
では、絶縁膜のコンタクトホール内に「配線プラグ」と
してタングステン（Ｗ）を存在させる工程（配線プラグ
形成工程）を行い、この配線プラグと絶縁膜の上にアル
ミニウム合金膜を形成することが行われている。
コンタクトホールの寸法が著しく小さくなると、上述の
方法で得られた多層配線構造には、配線層間の接続不良
が生じやすいという問題が生じてきた。そのため、近年
では、絶縁膜のコンタクトホール内に「配線プラグ」と
してタングステン（Ｗ）を存在させる工程（配線プラグ
形成工程）を行い、この配線プラグと絶縁膜の上にアル
ミニウム合金膜を形成することが行われている。
【０００４】配線プラグ形成工程は、例えば以下のよう
にして行われる。先ず、コンタクトホールが形成された
絶縁膜上とコンタクトホールの壁面および底面に、タン
グステンと絶縁膜との密着性を向上させる目的で、チタ
ン（Ｔｉ）膜と窒化チタン（ＴｉＮ）膜をこの順に形成
する。次に、その上にＣＶＤ法によりタングステン膜を
堆積する。その後、プラズマエッチング法により絶縁膜
上のタングステン膜を除去することにより、コンタクト
ホール内にのみタングステンを残してタングステンプラ
グとする。
にして行われる。先ず、コンタクトホールが形成された
絶縁膜上とコンタクトホールの壁面および底面に、タン
グステンと絶縁膜との密着性を向上させる目的で、チタ
ン（Ｔｉ）膜と窒化チタン（ＴｉＮ）膜をこの順に形成
する。次に、その上にＣＶＤ法によりタングステン膜を
堆積する。その後、プラズマエッチング法により絶縁膜
上のタングステン膜を除去することにより、コンタクト
ホール内にのみタングステンを残してタングステンプラ
グとする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の配線プラグ形成工程には、以下のような問題
点がある。上述の方法で密着層を形成すると、図３に示
すように、窒化チタン膜５の膜厚は、絶縁膜２の上と比
較して、コンタクトホール２１の壁面２１ａおよび底面
２１ｂの方が薄くなる。特に、コンタクトホール２１の
角部２１ｃには、窒化チタン膜５が堆積され難く、チタ
ン膜３の露出が生じ易い。このように、窒化チタン膜５
が著しく薄い部分やチタン膜３が露出している部分に
は、次工程であるタングステンの堆積時に、チタン膜３
とタングステンの反応が生じ易い。その結果、コンタク
トホール２１の上にタングステンの異常成長が生じる恐
れがある。
うな従来の配線プラグ形成工程には、以下のような問題
点がある。上述の方法で密着層を形成すると、図３に示
すように、窒化チタン膜５の膜厚は、絶縁膜２の上と比
較して、コンタクトホール２１の壁面２１ａおよび底面
２１ｂの方が薄くなる。特に、コンタクトホール２１の
角部２１ｃには、窒化チタン膜５が堆積され難く、チタ
ン膜３の露出が生じ易い。このように、窒化チタン膜５
が著しく薄い部分やチタン膜３が露出している部分に
は、次工程であるタングステンの堆積時に、チタン膜３
とタングステンの反応が生じ易い。その結果、コンタク
トホール２１の上にタングステンの異常成長が生じる恐
れがある。
【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点に
着目してなされたものであり、コンタクトホール内に密
着層を介してタングステンプラグを形成する方法におい
て、タングステンの堆積時に、コンタクトホール上にタ
ングステンの異常成長が生じないようにすることを課題
とする。
着目してなされたものであり、コンタクトホール内に密
着層を介してタングステンプラグを形成する方法におい
て、タングステンの堆積時に、コンタクトホール上にタ
ングステンの異常成長が生じないようにすることを課題
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、上側に配線層が形成される絶縁膜にコン
タクトホールを形成する工程と、このコンタクトホール
内と絶縁膜上に、チタン（Ｔｉ）膜と窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）膜をこの順に形成する工程と、この窒化チタン膜の
上にタングステンを堆積する工程と、絶縁膜上のタング
ステンを除去してコンタクトホール内にタングステンを
残す工程と、からなる配線プラグ形成工程を有する半導
体装置の製造方法において、前記チタン膜と窒化チタン
膜との間にチタン酸化膜（ＴｉＯx またはＴｉＮＯy か
らなる膜）を設けることを特徴とする半導体装置の製造
方法を提供する。
に、本発明は、上側に配線層が形成される絶縁膜にコン
タクトホールを形成する工程と、このコンタクトホール
内と絶縁膜上に、チタン（Ｔｉ）膜と窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）膜をこの順に形成する工程と、この窒化チタン膜の
上にタングステンを堆積する工程と、絶縁膜上のタング
ステンを除去してコンタクトホール内にタングステンを
残す工程と、からなる配線プラグ形成工程を有する半導
体装置の製造方法において、前記チタン膜と窒化チタン
膜との間にチタン酸化膜（ＴｉＯx またはＴｉＮＯy か
らなる膜）を設けることを特徴とする半導体装置の製造
方法を提供する。
【０００８】チタン酸化膜としては、ｘ＝１であるＴｉ
Ｏ、ｘ＝２であるＴｉＯ2 、ｘ＝３であるＴｉＯ3 、y
＝５であるＴｉＮＯ5 、y ＝７であるＴｉＮＯ7 、y ＝
９であるＴｉＮＯ9 、またはy ＝１１であるＴｉＮＯ11
からなる膜が挙げられる。
Ｏ、ｘ＝２であるＴｉＯ2 、ｘ＝３であるＴｉＯ3 、y
＝５であるＴｉＮＯ5 、y ＝７であるＴｉＮＯ7 、y ＝
９であるＴｉＮＯ9 、またはy ＝１１であるＴｉＮＯ11
からなる膜が挙げられる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１および２を用いて、本発明の
一実施形態に相当する配線プラグ形成工程を説明する。
先ず、シリコン基板上に所定のプロセスを施すことによ
り、表面に下層配線１０を有するウエハ１を形成し、こ
のウエハ１の表面に、シリコン酸化膜（絶縁膜）２を形
成する。
一実施形態に相当する配線プラグ形成工程を説明する。
先ず、シリコン基板上に所定のプロセスを施すことによ
り、表面に下層配線１０を有するウエハ１を形成し、こ
のウエハ１の表面に、シリコン酸化膜（絶縁膜）２を形
成する。
【００１０】ここで、下層配線１０は、膜厚３００Åの
チタン（Ｔｉ）膜１１、膜厚１０００Åの窒化チタン
（ＴｉＮ）膜１２、膜厚２００Åのチタン膜１３、膜厚
４０００Åのアルミニウム合金膜（Ｓｉ含有率：１ｗｔ
％、Ｃｕ含有率：０．５ｗｔ％）１４、膜厚３００Åの
チタン膜１５、および膜厚３００Åの窒化チタン膜１６
を順次スパッタリング法により形成した後、これらの積
層膜に対してフォトリソグラフィ工程およびドライエッ
チング工程を行うことにより形成される。
チタン（Ｔｉ）膜１１、膜厚１０００Åの窒化チタン
（ＴｉＮ）膜１２、膜厚２００Åのチタン膜１３、膜厚
４０００Åのアルミニウム合金膜（Ｓｉ含有率：１ｗｔ
％、Ｃｕ含有率：０．５ｗｔ％）１４、膜厚３００Åの
チタン膜１５、および膜厚３００Åの窒化チタン膜１６
を順次スパッタリング法により形成した後、これらの積
層膜に対してフォトリソグラフィ工程およびドライエッ
チング工程を行うことにより形成される。
【００１１】シリコン酸化膜２は、ＣＶＤ法とスピンオ
ングラス法との併用で、表面が平坦になるように形成す
る。また、シリコン酸化膜２の膜厚は下層配線１０の上
部で１００００Åとする。次に、このシリコン酸化膜２
に対して、フォトリソグラフィ工程およびドライエッチ
ング工程を行うことにより、上下の配線を接続するコン
タクトホール（バイアホール）２１を形成する。
ングラス法との併用で、表面が平坦になるように形成す
る。また、シリコン酸化膜２の膜厚は下層配線１０の上
部で１００００Åとする。次に、このシリコン酸化膜２
に対して、フォトリソグラフィ工程およびドライエッチ
ング工程を行うことにより、上下の配線を接続するコン
タクトホール（バイアホール）２１を形成する。
【００１２】次に、コンタクトホール２１の壁面および
底面（下層配線１０をなす窒化チタン膜１６の表面）を
含むウエハ全面に、スパッタリング法でチタン膜３を３
００Åの膜厚で形成する。次に、大気中に放置すること
でチタン酸化膜４を５０Åの膜厚で形成する。これによ
り、ＴｉＮＯｙからなるチタン酸化膜４が形成される。
次に、スパッタリング法で窒化チタン膜５を１０００Å
の膜厚で形成する。
底面（下層配線１０をなす窒化チタン膜１６の表面）を
含むウエハ全面に、スパッタリング法でチタン膜３を３
００Åの膜厚で形成する。次に、大気中に放置すること
でチタン酸化膜４を５０Åの膜厚で形成する。これによ
り、ＴｉＮＯｙからなるチタン酸化膜４が形成される。
次に、スパッタリング法で窒化チタン膜５を１０００Å
の膜厚で形成する。
【００１３】次に、窒化チタン膜５の上に、ＷＦ6 とＨ
2 とＳｉＨ4 を主たる原料ガスとしたＣＶＤ法により、
シリコン酸化膜２上での膜厚が６０００Åとなるよう
に、タングステン膜６を形成する。これにより、コンタ
クトホール２１内とシリコン酸化膜２上に、密着層（チ
タン膜３、チタン酸化膜４、および窒化チタン膜５）を
介してタングステンが堆積される。図１はこの状態を示
す。
2 とＳｉＨ4 を主たる原料ガスとしたＣＶＤ法により、
シリコン酸化膜２上での膜厚が６０００Åとなるよう
に、タングステン膜６を形成する。これにより、コンタ
クトホール２１内とシリコン酸化膜２上に、密着層（チ
タン膜３、チタン酸化膜４、および窒化チタン膜５）を
介してタングステンが堆積される。図１はこの状態を示
す。
【００１４】ここで、チタン膜３と窒化チタン膜５との
間にチタン酸化膜（ＴｉＮＯｙ）４が存在するため、コ
ンタクトホール２１の角部等に窒化チタン膜５が十分に
堆積されなかった場合でも、チタン膜３が露出すること
はない。したがって、タングステンの堆積時に、チタン
膜３とタングステンの反応が生じ難くなるため、コンタ
クトホール２１上にタングステンの異常成長が生じるこ
とが防止される。
間にチタン酸化膜（ＴｉＮＯｙ）４が存在するため、コ
ンタクトホール２１の角部等に窒化チタン膜５が十分に
堆積されなかった場合でも、チタン膜３が露出すること
はない。したがって、タングステンの堆積時に、チタン
膜３とタングステンの反応が生じ難くなるため、コンタ
クトホール２１上にタングステンの異常成長が生じるこ
とが防止される。
【００１５】次に、ＳＦ6 とＡｒとを主たるエッチング
ガスとする反応性イオンエッチングにより、タングステ
ン膜６をエッチバックする。これにより、コンタクトホ
ール２１内にのみタングステンが埋め込まれて、タング
ステンプラグ６１が形成される。図２はこの状態を示
す。
ガスとする反応性イオンエッチングにより、タングステ
ン膜６をエッチバックする。これにより、コンタクトホ
ール２１内にのみタングステンが埋め込まれて、タング
ステンプラグ６１が形成される。図２はこの状態を示
す。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、コンタクトホール内に密着層を介してタングステ
ンプラグを形成する方法において、タングステンの堆積
時に、コンタクトホール上にタングステンの異常成長が
生じないようにすることができる。
れば、コンタクトホール内に密着層を介してタングステ
ンプラグを形成する方法において、タングステンの堆積
時に、コンタクトホール上にタングステンの異常成長が
生じないようにすることができる。
【図１】本発明の一実施形態に相当する配線プラグ形成
工程を説明する図であって、タングステン堆積工程後の
状態を示すウエハの部分断面図である。
工程を説明する図であって、タングステン堆積工程後の
状態を示すウエハの部分断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に相当する配線プラグ形成
工程を説明する図であって、絶縁膜上のタングステン膜
を除去した後の状態を示すウエハの部分断面図である。
工程を説明する図であって、絶縁膜上のタングステン膜
を除去した後の状態を示すウエハの部分断面図である。
【図３】従来技術の問題点を説明する図であって、コン
タクトホール付近の部分拡大図である。
タクトホール付近の部分拡大図である。
１ 表面に下層配線を有するウエハ １０ 下層配線 １１ チタン膜 １２ 窒化チタン膜 １３ チタン膜 １４ アルミニウム合金膜 １５ チタン膜 １６ 窒化チタン膜 ２ シリコン酸化膜（上側に配線層が形成される絶縁
膜） ２１ コンタクトホール ３ チタン膜 ４ チタン酸化膜 ５ 窒化チタン膜 ６ タングステン膜 ６１ タングステンプラグ
膜） ２１ コンタクトホール ３ チタン膜 ４ チタン酸化膜 ５ 窒化チタン膜 ６ タングステン膜 ６１ タングステンプラグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K029 AA29 BA17 BA60 BB02 BD02 CA05 GA03 4K030 AA04 AA06 BA20 CA04 CA12 HA04 LA15 5F033 HH18 HH33 HH35 JJ18 JJ19 JJ33 JJ35 KK09 KK18 KK33 LL10 MM08 MM13 NN06 NN07 PP04 PP06 PP15 QQ08 QQ11 QQ31 QQ37 QQ89 QQ90 RR04 RR09 SS11 SS22 XX14 XX16
Claims (1)
- 【請求項１】 上側に配線層が形成される絶縁膜にコン
タクトホールを形成する工程と、このコンタクトホール
内と絶縁膜上に、チタン（Ｔｉ）膜と窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）膜をこの順に形成する工程と、この窒化チタン膜の
上にタングステンを堆積する工程と、絶縁膜上のタング
ステンを除去してコンタクトホール内にタングステンを
残す工程と、からなる配線プラグ形成工程を有する半導
体装置の製造方法において、 前記チタン膜と窒化チタン膜との間にチタン酸化膜（Ｔ
ｉＯx またはＴｉＮＯy からなる膜）を設けることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000268060A JP2002076001A (ja) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000268060A JP2002076001A (ja) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002076001A true JP2002076001A (ja) | 2002-03-15 |
Family
ID=18754879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000268060A Pending JP2002076001A (ja) | 2000-09-05 | 2000-09-05 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002076001A (ja) |
-
2000
- 2000-09-05 JP JP2000268060A patent/JP2002076001A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040603 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040713 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041124 |