JP2002343857A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線側面での電流集中や側面非接触によるコ
ンタクト抵抗増大を回避した微細な半導体装置及びその
製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明は半導体基板１と、この半導体基
板１上方に形成された第１層間絶縁膜２と、この第１層
間絶縁膜２上に形成された第１金属バリア膜３と、この
第１金属バリア膜３上に形成された第１配線層４と、こ
の第１配線層４側面に形成された側壁材６と、第１配線
層４上面を覆って形成された第２金属バリア膜５と、こ
の第２金属バリア膜５上に接続されたコンタクトプラグ
７と、このコンタクトプラグ７、第１層間絶縁膜２、側
壁材６、第２金属バリア膜５を覆って形成された第２層
間絶縁膜８と、この第２層間絶縁膜８上に形成され、コ
ンタクトプラグ７に接続された第３金属バリア膜９と、
この第３金属バリア膜９上に形成された第２配線層１０
とを有する半導体装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の多層
配線形成技術に係り、特に上層配線と下層配線との間を
接続するコンタクトプラグを有する半導体装置及び半導
体装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】年々、高集積化の進む半導体装置に於い
ては、微細化への要求として回路設計ルールの縮小化が
取り入れられている。特に大規模集積化が進むフラッシ
ュメモリなどの半導体記憶装置では、その傾向が顕著で
ある。また、微細化に伴い、配線の多層化も進展し、各
配線間の確実な接続の必要性が高まっている。

【０００３】現在、半導体装置の多くは多層配線構造で
あり、それに伴い、各々の層の接合部（以下、コンタク
ト部と呼ぶ）も多くなってきている。また、配線（ライ
ン）と配線間領域（スペース）で形成される配線層は微
細化が進むものの、層間絶縁膜中に形成された開口部で
ある穴型のコンタクトは埋め込み性等の制約により、あ
まり小さくできない。結果として、配線層のコンタクト
部は合わせずれ等も考慮し、図４のように包含余裕（以
下、フリンジと呼ぶ）をつけざるを得ず、デザインを圧
迫することになる。

【０００４】図４では、配線のコンタクト周辺の上面図
が示されている。第１配線層３０は図４の上下方向に直
線的に形成されている。第１配線層３０には他の階層に
形成され、図４の左右方向に直線的に延びている第２配
線層３３とのコンタクトプラグ３１がその内部に形成さ
れている。このコンタクトプラグ３１の周辺に配線層フ
リンジ３２が形成されている。

【０００５】この図４に示された構造では、第１配線層
３０の幅は約０．３μｍで、コンタクトプラグ３１の幅
は約０．３μｍで、このコンタクトプラグ３１周囲に形
成された配線層フリンジ３２の幅は約０．１μｍであ
る。なお、合わせずれが生じてもその影響をカバーしよ
うとしてその程度を上げた場合、配線層フリンジ３２は
０．１５μｍ程度まで設ける場合もある。

【０００６】図５に図４における“Ｘ−Ｙ”線上の断面
に相当する多層配線のコンタクト周辺の構造の一例を示
す。半導体基板３５上にトランジスタ（図示せず）など
が形成されていて、その上を第１層間絶縁膜３６が被覆
している。半導体基板３５としては、シリコン基板など
で形成されている。さらに、第１層間絶縁膜３６として
は、ＴＥＯＳ膜やＢＰＳＧ膜などで形成されている。

【０００７】この第１層間絶縁膜３６上に第１バリア金
属膜３７が形成されている。この第１バリア金属膜３７
として、ＴｉとＴｉＮの積層膜が利用されている。

【０００８】この第１バリア金属膜３７の上には、第１
配線層３０が形成されている。この第１配線層３０はア
ルミニウムやアルミニウムと銅の積層構造で形成され
る。

【０００９】この第１配線層３０の上には、第１バリア
金属膜３７と同一材料からなる第２バリア金属膜３９が
形成されている。

【００１０】第１配線層３０はその側面には、バリア金
属膜が形成されておらず、その側面は露出している。

【００１１】第２バリア金属膜３９の上には、タングス
テンなどから成るコンタクトプラグ３１が形成されてい
る。このコンタクトプラグ３１は、第２バリア金属膜３
９に電気的に接続されている。ここで、第２バリア金属
膜３９中にコンタクトプラグ３１が食い込む様にその接
続部が形成されている。すなわち、第２バリア金属膜３
９の上表面に凹部が形成され、その凹部中にコンタクト
プラグ３１が形成されていて、コンタクトプラグ３１の
底面だけでなく、その側面の一部も第２バリア金属膜３
９と接触している。このように、第２バリア金属膜３９
とコンタクトプラグ３１との確実な接触が図られてい
る。

【００１２】これらの第１層間絶縁膜３６上の第２バリ
ア金属膜３９及びコンタクトプラグ３１は、ＴＥＯＳ膜
やＢＰＳＧ膜などの第２層間絶縁膜４１で被覆されてい
る。この第２層間絶縁膜４１上には、第１バリア金属膜
３７や第２バリア金属膜３９と同一材料の第３バリア金
属膜４２が形成されている。この第３バリア金属膜４２
上には、第２配線層３３が形成されている。この第３バ
リア金属膜４２は、コンタクトプラグ３１に電気的に接
続されている。

【００１３】ここでは、配線層にアルミニウムが使用さ
れていて、その上部・底部にＴｉとＴｉＮからなる積層
バリア金属膜が設けられて、コンタクト底部の電流集中
を防いでいる。すなわち、図５において、電子の流れる
状態が矢印にて示されていて、コンタクトプラグ３１か
ら第１配線層３０に対して均等に電子が流れている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の半
導体装置では、以下の課題が生じる。

【００１５】最近の回路設計ルールの縮小化に伴い、多
層配線工程では、コンタクトホール（ビアホール）と金
属配線のパターニングの段階での合わせずれによる接触
抵抗の増加が大きな問題となっている。これは半導体装
置内の素子の微細化に伴い回路設計の段階から合わせず
れを想定した設計が出来なくなって来た為であり、この
結果、所望の接触面積が得られず適切なコンタクト抵抗
を得る事は非常に困難となり、半導体装置の動作上の不
良原因となるものである。

【００１６】特に、設計ルールが０．１６μｍ程度以下
の微細な配線幅を持つ半導体装置においては、配線層フ
リンジの存在がその実現の妨げとなっている。すなわ
ち、反応性イオンエッチング技術の進歩により、配線の
最小線幅を細くすることができても、層間絶縁膜中にコ
ンタクト開口を設ける技術はそれに追いついていない。
また、合わせずれ量の改善も小さく、配線の最小線幅の
微細化の進歩に追いついていないので、配線層フリンジ
の存在が微細化の妨げとなっている。

【００１７】従来は、この合わせずれ分を考慮してコン
タクトホール上の金属配線を局所的に太くする設計的な
操作が行われていた。しかし、最小寸法が０．２μｍ以
下となった半導体装置では、この設計的な操作を行う余
裕が無くなってしまっている。すなわち、配線が微細化
した為、配線を太くすると配線が接触し、電気的に短絡
する危険性が大きくなってしまう。そのため、合わせず
れ量が直接、コンタクトホールの埋め込み材料とその下
層に位置する金属配線との接触抵抗を左右するようにな
ってしまった。たとえば、最小寸法が０．１７５μｍ程
度の半導体装置製品では、合わせずれ許容範囲は通常、
０．０８μｍ程度であり、フリンジがあっても、合わせ
ずれ許容範囲よりもずれ量が大きい場合、半導体装置の
不良となってしまう。

【００１８】ここで、配線層フリンジ３２が微細化を考
慮して、小さく形成されたため、コンタクトの合わせず
れ等が起き、コンタクトプラグが配線層フリンジ３２を
超えてしまった場合が図６に示される。図５に示された
半導体装置に比べて、第１バリア金属膜４３、第１配線
層４４、第２バリア金属膜４５の幅が小さく設定されて
いて、そのためにコンタクトプラグ４６が第１配線層４
４の側面に接する状態となっている。

【００１９】この半導体装置の製造工程において、第１
配線層４４を形成後、第２層間絶縁膜４１堆積を経て、
コンタクト開口の形成にはＲＩＥを用いる。ここで、第
２層間絶縁膜４１が選択的にエッチングされる為、配線
層フリンジ３２から外れると、深くエッチングされてし
まう。その結果、第２バリア金属膜４５がカバーしてい
ない第１配線層４４の側面が露出され、側面での電流集
中が生じてしまう。

【００２０】すなわち、配線に利用されるアルミニウム
の特性とコンタクトプラグに利用されるタングステンの
特性とが異なり、互いに接触するとその接触面におい
て、電流集中が生じてしまう。この電流集中の様子が電
子の流れる状態として、図６中で矢印にて第１配線層４
４の側面に集中する様子が示されている。このような事
態を防止するために、アルミニウムとタングステンとの
間にＴｉ／ＴｉＮの積層バリア金属層を設けていたが、
配線層フリンジが小さくて、コンタクトの合わせずれが
生じた場合、この積層バリア金属層を介さずにアルミニ
ウムとタングステンとが直接接触する状況が生じてしま
う。

【００２１】さらには、図６に電流集中が生じている部
分Ｚとして示されるように第２層間絶縁膜４１中に設け
られたコンタクト開口の幅が第１配線層４４側面で狭く
形成された場合、第２層間絶縁膜４１中の第１配線層４
４側面の開口をコンタクトプラグの金属材料で埋めるこ
とができない事態も発生してしまう。この場合、配線と
コンタクトプラグとの側面非接触によるコンタクト抵抗
増大も招いてしまう。

【００２２】よって、このような問題を防ぐ為には、微
細化を止めて、ある程度余裕を持ったフリンジを設けた
半導体装置とすることが必要となる。

【００２３】本発明の目的は以上のような従来技術の課
題を解決することにある。

【００２４】特に、本発明の目的は、配線側面での電流
集中や側面非接触によるコンタクト抵抗増大を回避した
微細な半導体装置及びその製造方法を提供することにあ
る。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の特徴は、半導体基板と、この半導体
基板上方に形成された第１層間絶縁膜と、この第１層間
絶縁膜上に形成された第１バリア金属膜と、この第１バ
リア金属膜上に形成された第１配線層と、この第１配線
層側面に形成された側壁材と、前記第１配線層上面を覆
って形成された第２バリア金属膜と、この第２バリア金
属膜上に接続されたコンタクトプラグと、このコンタク
トプラグ、前記第１層間絶縁膜、前記側壁材、前記第２
バリア金属膜を覆って形成された第２層間絶縁膜と、こ
の第２層間絶縁膜上に形成され、前記コンタクトプラグ
に接続された第３バリア金属膜と、この第３バリア金属
膜上に形成された第２配線層とを有する半導体装置であ
る。

【００２６】また、本発明の第２の特徴は、半導体基板
上方に第１層間絶縁膜を形成する工程と、この第１層間
絶縁膜上に第１バリア金属膜を形成する工程と、この第
１バリア金属膜上に第１の配線層を形成する工程と、前
記第１の配線層上に第２バリア金属膜を形成する工程
と、前記第１の配線層側面に側壁材を形成する工程と、
前記第１層間絶縁膜、前記第２バリア金属膜、前記側壁
材の上に第２層間絶縁膜を形成する工程と、前記第２層
間絶縁膜中にコンタクトホールを形成し,前記第２バリ
ア金属膜をコンタクトホール中に露出する工程と、前記
コンタクトホール中を導電材で埋め込んでコンタクトプ
ラグを形成する工程と、前記第２層間絶縁膜及び前記コ
ンタクトプラグ上に第３バリア金属膜を形成する工程
と、この第３バリア金属膜上に第２配線層を形成する工
程とを有する半導体装置の製造方法である。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に，図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同
一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付してい
る。ただし、図面は模式的なものであり，厚みと平面寸
法との関係、各層の厚みの比率等は、現実のものとは異
なる。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌
して判断すべきものである。また、図面相互間において
も互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれてい
る。

【００２８】（第１の実施の形態）本発明にかかる第１
の実施の形態にかかる半導体装置を、図１を用いて説明
する。

【００２９】図１（Ａ）に示されるように、半導体基板
１上にトランジスタ（図示せず）などが形成されてい
て、その上を第１層間絶縁膜２が被覆している。半導体
基板１としては、シリコン基板などが利用できる。さら
に、第１層間絶縁膜２としては、ＴＥＯＳ膜やＢＰＳＧ
膜などが利用できる。

【００３０】この第１層間絶縁膜２上に第１バリア金属
膜３が形成されている。この第１バリア金属膜３として
は、ＴｉとＴｉＮの積層膜が利用できる。

【００３１】この第１バリア金属膜３の上には、第１配
線層４が形成されている。この第１配線層４は例えば、
アルミニウムやアルミニウムと銅の積層構造で形成され
る。

【００３２】この第１配線層４の上には、第１バリア金
属膜３と同一材料からなる第２バリア金属膜５が形成さ
れている。

【００３３】この第１配線層４の側面には、側壁材６が
形成されていて、第１配線層４はその表面が露出してい
ない。この側壁材６は、例えばＳｉＮなどの絶縁材料で
形成されている。

【００３４】第２バリア金属膜５の上には、例えばタン
グステンなどから成るコンタクトプラグ７が形成されて
いる。このコンタクトプラグ７は、第２バリア金属膜５
に電気的に接続されている。ここで、第２バリア金属膜
５中にコンタクトプラグ７が食い込む様にその接続部が
形成されている。すなわち、第２バリア金属膜５の上表
面に凹部が形成され、その凹部中にコンタクトプラグ７
が形成されていて、コンタクトプラグ７の底面だけでな
く、その側面の一部も第２バリア金属膜５と接触してい
る。このように、第２バリア金属膜５とコンタクトプラ
グ７との確実な接触が図られている。

【００３５】これらの第１層間絶縁膜２上の第２バリア
金属膜５、側壁材６、及びコンタクトプラグ７は、ＴＥ
ＯＳ膜やＢＰＳＧ膜などの第２層間絶縁膜８で被覆され
ている。ここで、側壁材６は第２層間絶縁膜８とは異な
る性質の材料が用いられる必要がある。すなわち、第２
層間絶縁膜８よりもエッチングの際に、除去されにくい
性質を持つことが望ましい。

【００３６】この第２層間絶縁膜８上には、第１バリア
金属膜３や第２バリア金属膜５と同一材料の第３バリア
金属膜９が形成されている。この第３バリア金属膜９上
には、第２配線層１０が形成されている。この第３バリ
ア金属膜９は、コンタクトプラグ７に電気的に接続され
ている。

【００３７】ここで、第１配線層４はその厚さが例えば
約０．３μｍ程度、その幅が例えば約０．３μｍ程度、
第１配線層４の下に形成された第１バリア金属膜３はそ
の厚さが例えば約０．０４μｍ程度である。第１配線層
４の上に形成された第２バリア金属膜５はその厚さが例
えば約０．０６μｍ程度である。第１配線層４側面に形
成された側壁材６はその厚さが例えば約０．１μｍ程度
である。第２層間絶縁膜８の膜厚は例えば、０．４５μ
ｍ程度に形成される。

【００３８】この例では第１配線層４と第２配線層１０
との間のコンタクトプラグを説明したが、それに限られ
るものではなく、第２層目の配線層と第３層目の配線層
とのコンタクトプラグなど多層配線間のコンタクトプラ
グに対して適用できる。すなわち、Ｌ層（Ｌは２以上の
自然数）の多層配線を持った半導体装置において、第ｍ
層（ｍは１以上の任意の自然数）と第ｎ層（ｎは２以上
のｍよりも大きい任意の自然数）の配線同士のコンタク
トに適用できる。

【００３９】本実施の形態によれば、従来必要であった
配線層フリンジを設ける必要がなく、配線に側壁材を設
けて、コンタクト位置合わせのマージンを広げ、微細な
半導体装置を提供できる。

【００４０】本実施の形態によれば、配線層の材料とコ
ンタクトプラグの材料との接合特性が良くなく、各材料
間にバリア金属を配置して特性を上げた場合において、
対策が取られていない配線の側面に絶縁材料を配置し
て、側面での接合特性の悪い材料同士が接合を起こすこ
とを防止している。

【００４１】本実施の形態によれば、第１配線層側壁に
は絶縁層が配置されていることから、配線間隔を最小限
にして、隣接する第１配線層の側壁絶縁膜同士が互いに
接触しても、動作上問題がなく、微細な設計ルールに基
づいた半導体装置を形成できる。

【００４２】なお、コンタクト開口の際の合わせずれは
最大でコンタクト予定位置からコンタクト開口の幅の半
分程度ずれが生じた場合でも、電流集中の問題を起こさ
ず、さらに、コンタクト抵抗の仕様値からの逸脱なく、
必要な特性を持った半導体装置が得られる。

【００４３】次に、本実施の形態の製造方法を図１
（Ｂ）を用いて説明する。図１（Ｂ）は、コンタクトの
位置合わせずれが生じた場合の第１配線層とコンタクト
プラグとの接続状態を表す図である。半導体基板１上に
必要なトランジスタなどを形成する。次に、トランジス
タ上に第１層間絶縁膜２を形成する。

【００４４】この第１層間絶縁膜２上に、第１バリア金
属膜３を堆積し、さらに第１配線層４、第２バリア金属
膜５を順次堆積し、ＲＩＥなどにて、所定のパターンと
なるように第２バリア金属膜５、第１配線層４、第１バ
リア金属膜３を順次エッチングして、配線層が形成され
る。この際、エッチング条件を調整して、例えば断面が
図１（Ｂ）に示されるような下側の面積が上側の面積よ
りも大きい台形状の配線が形成される。なお、配線層は
図１（Ｂ）に示されるような台形状に限られるものでは
なく、エッチング条件を調整して、側面が底面に対して
垂直であるような方形状の断面であっても構わない。

【００４５】次に、側壁材として用いる絶縁膜を全面に
堆積させる。この際の絶縁膜の厚さは例えば約０．１５
μｍ程度である。

【００４６】その後、ＲＩＥなどにより全面エッチング
することにより、堆積した絶縁膜のうち平面部のみ除去
でき、必要な形状の配線層の側壁材６が形成できる。そ
の後、全面に第２層間膜堆積８を堆積させて、ＲＩＥに
て、コンタクト開口を層間絶縁膜８中に形成する。この
際、図１（Ｂ）に示されるように、コンタクト開口の位
置合わせずれによりコンタクト開口の位置が第２バリア
金属膜５とずれて、側壁材６の上部にかかる場合があ
る。ここで、第２バリア金属膜５や側壁材６には、コン
タクト開口に対応して一部が除去され、凹部が形成され
ている。

【００４７】次に、開口されたコンタクト開口にタング
ステンなどを埋め込んで、コンタクトプラグ１１が形成
される。すなわち、タングステンなどのコンタクトプラ
グ材料を第１バリア金属層５表面上にブランケットＣＶ
Ｄで成膜する。コンタクトプラグ材料はコンタクト開口
を埋め込むことができる埋め込み特性を持った導体が利
用できる。また、コンタクトプラグ材料はブランケット
ＣＶＤに限らず、選択ＣＶＤ、スパッタで形成してもよ
い。

【００４８】その後、コンタクトプラグ材料に比べて第
２層間絶縁膜８の単位時間あたりのエッチング量を低く
抑えて、コンタクトプラグ材料のＣＭＰ処理を行って、
第２層間絶縁膜８表層上のコンタクトプラグ材料のみを
除去し、コンタクトホール内のみにコンタクトプラグ材
料の埋め込みを形成し、第２層間絶縁膜８表面とコンタ
クトプラグ材料の表面高さが同一面となるようにする。
この結果、第２層間絶縁膜８の厚さは、およそ０．５μ
ｍ程度となる。なお、ＣＭＰ処理に替えて、ＲＩＥによ
る全面エッチバックまたは、ＣＤＥによる全面エッチバ
ックを使用しても、同様の効果を得ることができる。

【００４９】次に、第２層間絶縁膜８上及びコンタクト
プラグ１１上に第３バリア金属膜９を堆積する。この第
３バリア金属膜９上に第２配線層１０を堆積し、所望の
パターンとなるようにＲＩＥなどを用いてパターニング
がなされる。第２配線層１０は、アルミニウム合金など
を用いて、膜厚が例えば１．０μｍで形成される。

【００５０】本実施の形態の製造方法によれば、コンタ
クト開口時の位置合わせずれが生じて、コンタクトが第
２バリア金属膜５の形成領域からはずれても、コンタク
トは第１配線層４を露出することがない。そのため、コ
ンタクト内に導電材を埋め込んで、コンタクトプラグ１
１を形成しても、コンタクトプラグ１１は第１配線層４
表面に直接接触することがない。すなわち、コンタクト
プラグ１１は側壁材６及び第２バリア金属膜５に接触す
る。

【００５１】このように、本実施の形態によれば、コン
タクト形成の際の合わせずれ等で、コンタクトが配線上
から外れてしまっても、配線層の側壁材を形成すること
により、配線層の側面が露出されることを防ぎ、配線側
面での電流集中や側面非接触によるコンタクト抵抗増大
を回避できる。

【００５２】（第１の実施の形態の変形例）配線の側壁
を形成するために堆積された絶縁層は、その堆積状態の
ままで、側壁材の形状になるような加工を行わず、その
上に層間絶縁膜を堆積し、配線の上にコンタクト開口を
形成することができる。

【００５３】すなわち、図２に示されるように半導体基
板１、第１層間絶縁膜２上に第１バリア金属膜３を形成
した後、その上に第１配線層４を形成し、その上に第２
バリア金属膜５を形成する。次に、全面に絶縁材１２を
堆積する。ここで、堆積された絶縁材１２はその形状の
加工を行わず、その上に第２層間絶縁膜８を堆積する。
この第２層間絶縁膜８は絶縁材１２と異なる材料が用い
られている。絶縁材１２は第１配線層４の側壁材として
の機能を有しながら、第１層間絶縁膜２上にも形成され
ている。この第２層間絶縁膜８中の第２バリア金属膜５
上にコンタクト開口を形成する。

【００５４】ここで形成されたコンタクト開口はその位
置に合わせずれが生じても、絶縁材１２上でエッチング
を一時停止することができる。その後、エッチング条件
を変更して、絶縁材１２をエッチングして、第２バリア
金属膜５でエッチングを止めて、第１配線層４表面が露
出することを防止し、オーバーエッチングを最小限にで
きる。

【００５５】次に、コンタクト開口内に導電膜を埋め込
み、コンタクトプラグ７を形成する。次に、第２層間絶
縁膜８上に第３バリア金属膜９、その上に第２配線層１
０を形成する。

【００５６】本実施の形態では、第１配線層の側壁材が
絶縁体であることから、側壁材の加工工程を除いて、第
１の実施の形態よりも製造方法の容易化が図られてい
る。

【００５７】本変形例においても、第１の実施の形態同
様の効果を得ることができる。

【００５８】（第２の実施の形態）本実施の形態は、第
１の実施の形態における側壁材６を絶縁体から導体に変
更したものである。また、その製造方法は第１の実施の
形態同様の工程を用いて、導体を側壁として形成する工
程が適用できる。

【００５９】例えば、図１（Ａ）に示されるように第１
配線層４の下側の第１バリア金属膜３及び上側の第２バ
リア金属膜５に用いられる材料と同じ材料であるＴｉと
ＴｉＮとの積層膜を側壁材６として使用する。このよう
に側壁材６の材料を選択すれば、より良好な接合が得ら
れる。また、ＴｉとＴｉＮの積層膜に替えて、タングス
テンを側壁材６として用いることもできる。

【００６０】但し、側壁材６に導体を用いる場合は、第
１の実施の形態の変形例のように堆積後の全面エッチン
グを省略することはできない。すなわち、第１の実施の
形態の製造方法において、第１配線層４の側壁に絶縁層
を形成する工程において、絶縁層の代わりに全面に導電
層を堆積する。

【００６１】次に、第１配線層４の側壁のみに絶縁層が
残るようにエッチングを行う。この工程は、第１配線層
と同一面上にある他の配線層との導通を防ぐために必要
である。以降の工程は第１の実施の形態と同様である。

【００６２】この実施の形態においては、第１配線層４
の側壁に導電膜を配置していて、層間絶縁膜を後から堆
積しているため、隣接する第１配線層４と同一面上の配
線同士の間隔が第２層間絶縁膜８を埋め込めるだけの十
分な広さを持っていなければならない。

【００６３】さらに隣接する第１配線４と同一平面上の
配線層の側壁が互いに接触してしまうと電流が流れてし
まうため、接触しない距離を第１配線層４と同一平面上
の配線層同士で持たせる必要がある。

【００６４】半導体装置の高集積化のためには、第１配
線層４と同一平面上にある配線同士は間隔をできるだけ
狭めて配置する必要がある。さらに、高集積化のために
は、第１配線層４の側壁材６である導電層は可能な限
り、その幅を狭く形成することが好ましい。

【００６５】第１の実施の形態の場合、第１配線層４の
側壁材６は絶縁体である為、合わせずれ等により、コン
タクトプラグが第２バリア金属膜５から外れると、有効
な接合面が小さくなってしまう。一方、本実施の形態の
ように側壁材６が導体であれば、第２層間絶縁膜８が深
く掘られ、側壁材６を介して第１配線層４の側面での接
触が起こっても、トータルの接合面を減らすことことは
ない。

【００６６】本実施の形態は、コンタクトと配線との接
続箇所における電流集中が防止できるので、コンタクト
に流れる電流の許容範囲を拡大することができ、半導体
装置としての使用条件を緩和して、利用対象を広げるこ
とが可能である。すなわち、コンタクトと配線との接触
面積をほぼ一定にできるので、半導体装置内の各コンタ
クトの電流許容範囲を等しくすることが可能となる。

【００６７】本実施の形態によれば、コンタクトホール
と配線層との合わせずれがあった場合でも、コンタクト
プラグと配線層の接触抵抗を低く抑えた半導体装置の製
造方法を提供することができる。

【００６８】（第３の実施の形態）本実施の形態は、図
３（Ａ）に示されるように第１配線層の側壁材を導体と
して、選択的に導体を成長させたものである。なお、図
３（Ａ）はコンタクトの位置合わせずれが生じていない
場合の第１配線層とコンタクトプラグとの接続状態を表
すものである。

【００６９】すなわち、半導体基板１上にトランジスタ
（図示せず）などが形成されていて、その上を第１層間
絶縁膜２が被覆している。半導体基板１としては、シリ
コン基板などが利用できる。さらに、第１層間絶縁膜２
としては、ＴＥＯＳ膜やＢＰＳＧ膜などが利用できる。

【００７０】この第１層間絶縁膜２上に第１バリア金属
膜３が形成されている。この第１バリア金属膜３として
は、ＴｉとＴｉＮの積層膜が利用できる。

【００７１】この第１バリア金属膜３の上には、第１配
線層４が形成されている。この第１配線層４は例えば、
アルミニウムやアルミニウムと銅の積層構造で形成され
る。

【００７２】この第１配線層４の上には、第１バリア金
属膜３と同一材料からなる第２バリア金属膜５が形成さ
れている。

【００７３】この第１配線層４の側面には、側壁材１５
が形成されていて、第１配線層４はその表面が露出して
いない。この側壁材１５は、導電体、例えばタングステ
ンによる自己成長で形成されている。自己成長法により
側壁から横へ順に拡がるように形成されているため、側
壁材１５の幅は第１の実施の形態や第２の実施の形態で
用いられている側壁材６の幅よりは小さく形成できる。

【００７４】第２バリア金属膜５の上には、例えばタン
グステンなどから成るコンタクトプラグ７が形成されて
いる。このコンタクトプラグ７は、第２バリア金属膜５
に電気的に接続されている。ここで、第２バリア金属膜
５中にコンタクトプラグ７が食い込む様にその接続部が
形成されている。すなわち、第２バリア金属膜５の上表
面に凹部が形成され、その凹部中にコンタクトプラグ７
が形成されていて、コンタクトプラグ７の底面だけでな
く、その側面の一部も第２バリア金属膜５と接触してい
る。このように、第２バリア金属膜５とコンタクトプラ
グ７との確実な接触が図られている。

【００７５】この第２層間絶縁膜８上には、第１バリア
金属膜３や第２バリア金属膜５と同一材料の第３バリア
金属膜９が形成されている。この第３バリア金属膜９上
には、第２配線層１０が形成されている。この第３バリ
ア金属膜９は、コンタクトプラグ７に電気的に接続され
ている。

【００７６】この例では第１配線層４と第２配線層１０
との間のコンタクトプラグを説明したが、それに限られ
るものではなく、第２層目の配線層と第３層目の配線層
とのコンタクトプラグなど多層配線間のコンタクトプラ
グに対して適用できる。すなわち、Ｌ層（Ｌは２以上の
自然数）の多層配線を持った半導体装置において、第ｍ
層（ｍは１以上の任意の自然数）と第ｎ層（ｎは２以上
のｍよりも大きい任意の自然数）の配線同士のコンタク
トに適用できる。

【００７７】本実施の形態は、コンタクトと配線との接
続箇所における電流集中が防止できるので、コンタクト
に流れる電流の許容範囲を拡大することができ、半導体
装置としての使用条件を緩和して、利用対象を広げるこ
とが可能である。すなわち、コンタクトと配線との接触
面積をほぼ一定にできるので、半導体装置内の各コンタ
クトの電流許容範囲を等しくすることが可能となる。

【００７８】本実施の形態によれば、従来必要であった
配線層フリンジを設ける必要がなく、配線に側壁材を設
けて、コンタクト位置合わせのマージンを広げ、微細な
半導体装置を提供できる。

【００７９】次に、本実施の形態の製造方法を図３
（Ｂ）を用いて説明する。図３（Ｂ）は、コンタクトの
位置合わせずれが生じた場合の第１配線層４とコンタク
トプラグ１１との接続状態を表す図である。半導体基板
１上に必要なトランジスタなどを形成する。次に、トラ
ンジスタ上に第１層間絶縁膜２を形成する。

【００８０】この第１層間絶縁膜２上に、第１バリア金
属膜３を堆積し、さらに第１配線層４、第２バリア金属
膜５を順次堆積し、ＲＩＥなどにて、所定のパターンと
なるように第２バリア金属膜５、第１配線層４、第１バ
リア金属膜３を順次エッチングして、配線層が形成され
る。この際、エッチング条件を調整して、例えば断面が
図３（Ｂ）に示されるような下側の面積が上側の面積よ
りも大きい台形状の配線が形成される。なお、配線層は
図３（Ｂ）に示されるような台形状に限られるものでは
なく、エッチング条件を調整して、側面が底面に対して
垂直であるような方形状の断面であっても構わない。

【００８１】次に、側壁材１５として用いるタングステ
ンをその自己成長条件を調整して、第１配線層のアルミ
ニウムに面した場所だけに側壁材１５を成長させる。こ
のように、第１配線層を加工後、タングステンを選択成
長させ、ウエットエッチング処理を行い、不要な部分に
形成された薄い膜厚部分を除去する。この第１層間絶縁
膜２や第２バリア金属膜５上のタングステンはウエット
エッチングにより除去でき、必要な第１配線層４の側壁
にのみタングステンを形成できる。

【００８２】その後、全面に第２層間膜堆積８を堆積さ
せて、ＲＩＥにて、コンタクト開口を層間絶縁膜８中に
形成する。この際、図３（Ｂ）に示されるように、コン
タクト開口の位置合わせずれによりコンタクト開口の位
置が第２バリア金属膜５とずれて、側壁材１５の上部に
かかる場合がある。ここで、第２バリア金属膜５や側壁
材１５には、コンタクト開口に対応して一部が除去さ
れ、凹部が形成されている。

【００８３】次に、開口されたコンタクト開口にタング
ステンなどを埋め込んで、コンタクトプラグ１１が形成
される。すなわち、タングステンなどのコンタクトプラ
グ材料を第１バリア金属膜５表面上にブランケットＣＶ
Ｄで成膜する。コンタクトプラグ材料はコンタクト開口
を埋め込むことができる埋め込み特性を持った導体が利
用できる。また、コンタクトプラグ材料はブランケット
ＣＶＤに限らず、選択ＣＶＤ、スパッタで形成してもよ
い。

【００８４】その後、コンタクトプラグ材料に比べて第
２層間絶縁膜８の単位時間あたりのエッチング量を低く
抑えて、コンタクトプラグ材料のＣＭＰ処理を行って、
第２層間絶縁膜８表層上のコンタクトプラグ材料のみを
除去し、コンタクトホール内のみにコンタクトプラグ材
料の埋め込みを形成し、第２層間絶縁膜８表面とコンタ
クトプラグ材料の表面高さが同一面となるようにする。
この結果、第２層間絶縁膜８の厚さは、およそ０．５μ
ｍ程度となる。なお、ＣＭＰ処理に替えて、ＲＩＥによ
る全面エッチバックまたは、ＣＤＥによる全面エッチバ
ックを使用しても、同様の効果を得ることができる。

【００８５】次に、第２層間絶縁膜８上及びコンタクト
プラグ１１上に第３バリア金属膜９を堆積する。この第
３バリア金属膜９上に第２配線層１０を堆積し、所望の
パターンとなるようにＲＩＥなどを用いてパターニング
がなされる。第２配線層１０は、アルミニウム合金など
を用いて、膜厚が例えば１．０μｍで形成される。

【００８６】本実施の形態の製造方法によれば、コンタ
クト開口時の位置合わせずれが生じて、コンタクトが第
２バリア金属膜５の形成領域からはずれても、コンタク
トは第１配線層４を露出することがない。そのため、コ
ンタクト内に導電材を埋め込んで、コンタクトプラグ１
１を形成しても、コンタクトプラグ１１は第１配線層４
表面に直接接触することがない。すなわち、コンタクト
プラグ１１は側壁材１５及び第２バリア金属膜５に接触
する。

【００８７】このように、コンタクト形成の際の合わせ
ずれ等で、コンタクトが配線上から外れてしまっても、
配線層の側壁材を形成することにより、配線層の側面が
露出される現象を防ぐことができ、配線側面での電流集
中や側面非接触によるコンタクト抵抗増大を回避でき
る。

【００８８】このように本実施の形態によれば、コンタ
クトホールと配線層との合わせずれがあった場合でも、
コンタクトプラグと配線層の接触抵抗を低く抑えた半導
体装置の製造方法を提供することができる。

【００８９】さらに、配線層の側面にだけ導体を成長さ
せることにより、配線層の側壁材の厚さを最小限に抑え
ることができる為、フリンジを小さくできる等、配線デ
ザインへの圧迫が少ない上、側壁材は導体であることか
ら、コンタクトとの接合面の減少も防げ、コンタクト抵
抗を最小限に抑制できる。

【００９０】ここで、第１の実施の形態及び第２の実施
の形態においては、配線層の側壁材を堆積した後で、全
面にＲＩＥエッチングでの側壁材の加工形成を行うもの
で、この場合、配線層の側面に堆積した側壁材の上部も
エッチングされてしまう為、配線層上部角のカバーレッ
ジが問題となる。

【００９１】この問題は堆積層を厚くし、エッチング時
間も長くすることにより、幾分改善されるが、その分、
側面部も厚くなってしまう。このような側壁材が厚くな
ることを本実施の形態は防止することができる。

【００９２】

【発明の効果】本発明によれば、配線側面での電流集中
や側面非接触によるコンタクト抵抗増大を回避した微細
な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】 （Ａ）は、本発明の第１の実施の形態又は第
２の形態に係る位置合わせずれがない場合の半導体装置
を説明する断面図であり、（Ｂ）は、本発明の第１の実
施の形態又は第２の形態に係る位置あわせずれがある場
合の半導体装置を説明する断面図である。

【図２】 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る半
導体装置を説明する断面図である。

【図３】 （Ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る
位置合わせずれがない場合の半導体装置を説明する断面
図であり、（Ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る
位置合わせずれがある場合の半導体装置を説明する断面
図である。

【図４】 従来の半導体装置のコンタクト周辺の構造を
表す上面図。

【図５】 従来の半導体装置の構造を表す図４の“Ｘ−
Ｙ”線上の断面図。

【図６】 従来の位置合わせずれがある場合の半導体装
置の断面図。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 第１層間絶縁膜 ３ 第１バリア金属膜 ４ 第１配線層 ５ 第２バリア金属膜 ６，１５ 側壁材 ７，１１ コンタクトプラグ ８ 第２層間絶縁膜 ９ 第３バリア金属膜 １０ 第２配線層 １２ 絶縁材

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F033 HH08 HH11 HH18 HH33 JJ19 KK08 KK11 KK18 KK19 KK33 MM05 MM08 MM10 MM13 MM19 NN13 NN32 PP06 PP07 PP15 QQ08 QQ09 QQ10 QQ13 QQ19 QQ21 QQ25 QQ31 QQ37 QQ48 RR04 RR06 RR15 SS04 TT08 VV16 XX01 XX03 XX09 XX15

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板と、 この半導体基板上方に形成された第１層間絶縁膜と、 この第１層間絶縁膜上に形成された第１バリア金属膜
   と、 この第１バリア金属膜上に形成された第１配線層と、 この第１配線層側面に形成された側壁材と、 前記第１配線層上面を覆って形成された第２バリア金属
   膜と、 この第２バリア金属膜上に接続されたコンタクトプラグ
   と、 このコンタクトプラグ、前記第１層間絶縁膜、前記側壁
   材、前記第２バリア金属膜を覆って形成された第２層間
   絶縁膜と、 この第２層間絶縁膜上に形成され、前記コンタクトプラ
   グに接続された第３バリア金属膜と、 この第３バリア金属膜上に形成された第２配線層とを有
   することを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】前記側壁材は絶縁膜又は、第２バリア金属
   膜と同じ材料の導電膜であることを特徴とする請求項１
   記載の半導体装置。
3. 【請求項３】前記第１及び第２の配線層は、Ａｌ，Ｃ
   ｕ、ＡｌＣｕのいずれかから選ばれたものであることを
   特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 【請求項４】前記コンタクトプラグはＷであり、前記第
   １バリア金属膜、前記第２バリア金属膜、及び前記第３
   バリア金属膜はＴｉ，ＴｉＮの積層膜であることを特徴
   とする請求項１記載の半導体装置。
5. 【請求項５】前記側壁材は、ＳｉＮ層，又はＴｉ及びＴ
   ｉＮの積層のいずれかから選ばれたものであることを特
   徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の半導体装
   置。
6. 【請求項６】前記コンタクトプラグはその底面の一部が
   前記側壁材上に形成されていることを特徴とする請求項
   １乃至５いずれか１項記載の半導体装置。
7. 【請求項７】半導体基板上方に第１層間絶縁膜を形成す
   る工程と、 この第１層間絶縁膜上に第１バリア金属膜を形成する工
   程と、 この第１バリア金属膜上に第１の配線層を形成する工程
   と、 前記第１の配線層上に第２バリア金属膜を形成する工程
   と、 前記第１の配線層側面に側壁材を形成する工程と、 前記第１層間絶縁膜、前記第２バリア金属膜、前記側壁
   材の上に第２層間絶縁膜を形成する工程と、 前記第２層間絶縁膜中にコンタクトホールを形成し,前
   記第２バリア金属膜をコンタクトホール中に露出する工
   程と、 前記コンタクトホール中を導電材で埋め込んでコンタク
   トプラグを形成する工程と、 前記第２層間絶縁膜及び前記コンタクトプラグ上に第３
   バリア金属膜を形成する工程と、 この第３バリア金属膜上に第２配線層を形成する工程と
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】前記第１の配線層側面に側壁材を形成する
   工程において、導体層を前記第１の配線層側面に選択的
   に成長させることにより形成することを特徴とする請求
   項７記載の半導体装置の製造方法。