JP2670674B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
- Publication number
- JP2670674B2 JP2670674B2 JP62188421A JP18842187A JP2670674B2 JP 2670674 B2 JP2670674 B2 JP 2670674B2 JP 62188421 A JP62188421 A JP 62188421A JP 18842187 A JP18842187 A JP 18842187A JP 2670674 B2 JP2670674 B2 JP 2670674B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- contact hole
- insulating film
- forming
- wiring layer
- interlayer insulating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は半導体装置に用いられるコンタクト孔の穴
埋め技術に関する。 〔発明の概要〕 この発明は、以下の工程を含む半導体装置の製造方法
であり、半導体素子の歩留りを大幅に向上できると同時
に、微細で高集積の半導体素子が形成できるようにした
ものである。すなわち、シリコン基板内の拡散層または
配線層等の下層配線上の絶縁膜を形成した後、フッソ
（Ｆ）イオンをイオン注入し、次にフォトリソグラフィ
等の方法を用い所望の場所に穴明けを行いコンタクト孔
を形成する。次に六フッ化タングステン（WF6）ガスを
用い選択的にコンタクト孔のみをタングスン（Ｗ）で穴
埋めを行う。その後上層の配線層を形成する。 〔従来の技術〕 半導体素子が微細化し高集積化するにつれて、下層配
線と上層配線を接続するコンタクト孔は非常に微細にな
りつつあり、近年の高集積化半導体素子の代表である１
メガヒットダイナミックメモリ（1MDRAM）において、コ
ンタクト孔の大きさは1.2ミクロン×1.2ミクロンという
非常に小さなものになっている。また1MDRAM以上の高集
積ICである4MDRAMにおいては、コンタクト孔の大きさが
1.0ミクロン×1.0ミクロン以下となっている。ところ
が、第２図に示す様にコンタクト孔は小さくなっても、
コンタクトの深さとなる下層配線11と上層配線13との間
の絶縁膜12の厚みｂとコンタクトの大きさａとの比b/a
（これをアスペクト比という）が益々大きくなる。通常
上層配線13はスパッタリング法で形成するアルミニウム
（Al）等の専属配線を用いているが、アスペクト比が１
に近いか１以上の場合には、スパッタリング法を用いた
方法では、第２図に示す様にコンタクト孔に上層配線12
が十分に薄くなった部分Ｃが形成されるか、最悪の場合
には段切れになる場合が生ずる。 そこで近年選択化学気相成長法（SelectiveCVD法）を
用い、コンタクト孔のみに導電層を形成する方法が考案
されている。これは以下の様なものである。すなわち、
コンタクト孔を形成した後に、WF6ガスを用い、下層配
線材料（たとえば、シリコン，アルミニウム）との置換
反応でコンタクト孔のみにＷを形成する。ところが、こ
の反応は拡散律速であるため、ある量（約500Å）以上
になると進行が非常に遅くなる。そのために次にWF6ガ
スにH2ガス等のガスを混ぜWF6を還元しコンタクト孔に
Ｗを成長させていく。この時のＷはいくらでも厚く成長
できるが、途中からコンタクト孔ばかりでなく、絶縁膜
上にも成長が起こるため、コンタクト孔のみをＷで埋め
る事は不可能で、通常は5000Å程度成長できれば良いレ
ベルであった。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来技術ではコンタクト孔を完全に埋める事はできな
いため、上層配線をスパッタ法で形成した時に、コンタ
クト孔で段切れの生じる危険性がある。実際にコンタク
ト孔にＷを選択成長できる膜厚は5000Åが限界であり、
１ミクロンの深さのコンタクト孔であれば、ほぼ半分程
度しか埋められていない。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の製造方法は、コンタクト孔をあける前に絶縁
膜上の全面にＦイオン注入を行い、この後コンタクト孔
を形成しWF6を用いて選択成長を行うものである。 〔作用〕 絶縁膜上に多量のＦイオンが存在するため、絶縁膜上
ではWF6ガスの還元反応が非常に起こりにくくなってい
る。この結果コンタクト孔を完全に埋める程度まで選択
成長ができるようになる。 〔実施例〕 本発明の実施例を第１図に基づいて説明する。第１図
（ａ）に示す様に、基板６内に形成された下層配線１の
上に絶縁膜２を形成する。下層配線１は半導体基板内の
拡散層であってもよい。たとえばシリコン基板表面のN+
層またはP+層などである。また下層配線１は多結晶シリ
コンあるいはポリサイドあるいはシリコンサイドであっ
てもよい。さらにまたは下層配線１はタングステン・モ
リブデン等の高融点金属あるいはアルミニウム系の金属
であってもよい。絶縁膜２としても種々の膜であってよ
い。たとえば熱酸化法やCVD法で形成したシリコン酸化
膜や、熱窒化法やCVD法によって形成したシリコン窒化
膜・オキシナイトライド膜が挙げられる。またアルミナ
・サファイア等の絶縁膜であってもよい。 次に第１図（ｂ）に示す様にフッ素イオンを絶縁膜の
表面に全面イオン注入する。この時の注入量は１×1012
/cm2〜１×1017/cm2の間の値である。 次に第１図（ｃ）に示す様にコンタクト孔３を形成す
る。この後にCVD法を用いてタングステン（Ｗ）の選択
成長を行う。すなわち300℃〜700℃の間の温度で六フッ
化タングステン（WF6）ガスをCVD装置内に導入するとWF
6ガスとコンタクト孔の底面に露出した配線材料（たと
えばSi,Alなど）との置換反応でコンタクト孔に薄くＷ
を成長する。この時WF6ガスの他にArやHe等のキャリア
ガスを一緒に導入してもよい。次にH2ガス等の還元ガス
を導入しWF6ガスを還元しコンタクト孔に厚くＷを成長
させる。この時コンタクト孔以外の絶縁膜の表面にはＦ
が存在するのでＷの成長は殆ど起こらない。従ってコン
タクト孔のみにＷを厚く成長する事ができ、アスペクト
比が１以上のコンタクト孔を完全にＷで満たす事ができ
る。以上の様にして第１図（ｄ）が完成する。４はコン
タクト孔を埋めたＷである。 この後第１図（ｅ）に示す様に上層配線５を形成す
る。コンタクト孔はW4で完全に埋められているため絶縁
膜２の表面はコンタクト部も含め非常に平坦である。こ
のため上層配線５をスパッタ法で形成してもコンタクト
部で断線する事は全くなくなる。 尚、Ｆが絶縁膜表面に残留し半導体素子の特性を劣化
させる恐れがある時は、熱処理を行いＦを外方拡散させ
るか、絶縁膜の表面を少しエッチング除去しておいても
よい。 この発明はシリコン基板を用いたシリコン半導体ばか
りでなく、GaAs・InP等の化合物半導体にも適用でき
る。特に基板との置換反応を行う時化合物半導体ではう
まく起こり得ないが、本発明を用いれば、最初の置換反
応を行わなくとも最初からWF6の還元反応で選択成長で
きるので、コンタクト孔のみＷを埋める事が可能であ
る。 さらに、この発明の工程において、コンタクト孔を形
成した後にＦイオン注入を行い、その後選択タングステ
ン成長を行っても良い。 〔発明の効果〕 絶縁膜上にＦイオンを注入するという一工程を追加す
るだけでコンタクト孔をＷで完全にうめる事が可能であ
り、半導体素子の歩留りを大幅に向上させると同時に、
アスペスト比が１以上の微細なコンタクトを有する微細
で高集積の半導体素子を形成する事ができる。
埋め技術に関する。 〔発明の概要〕 この発明は、以下の工程を含む半導体装置の製造方法
であり、半導体素子の歩留りを大幅に向上できると同時
に、微細で高集積の半導体素子が形成できるようにした
ものである。すなわち、シリコン基板内の拡散層または
配線層等の下層配線上の絶縁膜を形成した後、フッソ
（Ｆ）イオンをイオン注入し、次にフォトリソグラフィ
等の方法を用い所望の場所に穴明けを行いコンタクト孔
を形成する。次に六フッ化タングステン（WF6）ガスを
用い選択的にコンタクト孔のみをタングスン（Ｗ）で穴
埋めを行う。その後上層の配線層を形成する。 〔従来の技術〕 半導体素子が微細化し高集積化するにつれて、下層配
線と上層配線を接続するコンタクト孔は非常に微細にな
りつつあり、近年の高集積化半導体素子の代表である１
メガヒットダイナミックメモリ（1MDRAM）において、コ
ンタクト孔の大きさは1.2ミクロン×1.2ミクロンという
非常に小さなものになっている。また1MDRAM以上の高集
積ICである4MDRAMにおいては、コンタクト孔の大きさが
1.0ミクロン×1.0ミクロン以下となっている。ところ
が、第２図に示す様にコンタクト孔は小さくなっても、
コンタクトの深さとなる下層配線11と上層配線13との間
の絶縁膜12の厚みｂとコンタクトの大きさａとの比b/a
（これをアスペクト比という）が益々大きくなる。通常
上層配線13はスパッタリング法で形成するアルミニウム
（Al）等の専属配線を用いているが、アスペクト比が１
に近いか１以上の場合には、スパッタリング法を用いた
方法では、第２図に示す様にコンタクト孔に上層配線12
が十分に薄くなった部分Ｃが形成されるか、最悪の場合
には段切れになる場合が生ずる。 そこで近年選択化学気相成長法（SelectiveCVD法）を
用い、コンタクト孔のみに導電層を形成する方法が考案
されている。これは以下の様なものである。すなわち、
コンタクト孔を形成した後に、WF6ガスを用い、下層配
線材料（たとえば、シリコン，アルミニウム）との置換
反応でコンタクト孔のみにＷを形成する。ところが、こ
の反応は拡散律速であるため、ある量（約500Å）以上
になると進行が非常に遅くなる。そのために次にWF6ガ
スにH2ガス等のガスを混ぜWF6を還元しコンタクト孔に
Ｗを成長させていく。この時のＷはいくらでも厚く成長
できるが、途中からコンタクト孔ばかりでなく、絶縁膜
上にも成長が起こるため、コンタクト孔のみをＷで埋め
る事は不可能で、通常は5000Å程度成長できれば良いレ
ベルであった。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来技術ではコンタクト孔を完全に埋める事はできな
いため、上層配線をスパッタ法で形成した時に、コンタ
クト孔で段切れの生じる危険性がある。実際にコンタク
ト孔にＷを選択成長できる膜厚は5000Åが限界であり、
１ミクロンの深さのコンタクト孔であれば、ほぼ半分程
度しか埋められていない。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の製造方法は、コンタクト孔をあける前に絶縁
膜上の全面にＦイオン注入を行い、この後コンタクト孔
を形成しWF6を用いて選択成長を行うものである。 〔作用〕 絶縁膜上に多量のＦイオンが存在するため、絶縁膜上
ではWF6ガスの還元反応が非常に起こりにくくなってい
る。この結果コンタクト孔を完全に埋める程度まで選択
成長ができるようになる。 〔実施例〕 本発明の実施例を第１図に基づいて説明する。第１図
（ａ）に示す様に、基板６内に形成された下層配線１の
上に絶縁膜２を形成する。下層配線１は半導体基板内の
拡散層であってもよい。たとえばシリコン基板表面のN+
層またはP+層などである。また下層配線１は多結晶シリ
コンあるいはポリサイドあるいはシリコンサイドであっ
てもよい。さらにまたは下層配線１はタングステン・モ
リブデン等の高融点金属あるいはアルミニウム系の金属
であってもよい。絶縁膜２としても種々の膜であってよ
い。たとえば熱酸化法やCVD法で形成したシリコン酸化
膜や、熱窒化法やCVD法によって形成したシリコン窒化
膜・オキシナイトライド膜が挙げられる。またアルミナ
・サファイア等の絶縁膜であってもよい。 次に第１図（ｂ）に示す様にフッ素イオンを絶縁膜の
表面に全面イオン注入する。この時の注入量は１×1012
/cm2〜１×1017/cm2の間の値である。 次に第１図（ｃ）に示す様にコンタクト孔３を形成す
る。この後にCVD法を用いてタングステン（Ｗ）の選択
成長を行う。すなわち300℃〜700℃の間の温度で六フッ
化タングステン（WF6）ガスをCVD装置内に導入するとWF
6ガスとコンタクト孔の底面に露出した配線材料（たと
えばSi,Alなど）との置換反応でコンタクト孔に薄くＷ
を成長する。この時WF6ガスの他にArやHe等のキャリア
ガスを一緒に導入してもよい。次にH2ガス等の還元ガス
を導入しWF6ガスを還元しコンタクト孔に厚くＷを成長
させる。この時コンタクト孔以外の絶縁膜の表面にはＦ
が存在するのでＷの成長は殆ど起こらない。従ってコン
タクト孔のみにＷを厚く成長する事ができ、アスペクト
比が１以上のコンタクト孔を完全にＷで満たす事ができ
る。以上の様にして第１図（ｄ）が完成する。４はコン
タクト孔を埋めたＷである。 この後第１図（ｅ）に示す様に上層配線５を形成す
る。コンタクト孔はW4で完全に埋められているため絶縁
膜２の表面はコンタクト部も含め非常に平坦である。こ
のため上層配線５をスパッタ法で形成してもコンタクト
部で断線する事は全くなくなる。 尚、Ｆが絶縁膜表面に残留し半導体素子の特性を劣化
させる恐れがある時は、熱処理を行いＦを外方拡散させ
るか、絶縁膜の表面を少しエッチング除去しておいても
よい。 この発明はシリコン基板を用いたシリコン半導体ばか
りでなく、GaAs・InP等の化合物半導体にも適用でき
る。特に基板との置換反応を行う時化合物半導体ではう
まく起こり得ないが、本発明を用いれば、最初の置換反
応を行わなくとも最初からWF6の還元反応で選択成長で
きるので、コンタクト孔のみＷを埋める事が可能であ
る。 さらに、この発明の工程において、コンタクト孔を形
成した後にＦイオン注入を行い、その後選択タングステ
ン成長を行っても良い。 〔発明の効果〕 絶縁膜上にＦイオンを注入するという一工程を追加す
るだけでコンタクト孔をＷで完全にうめる事が可能であ
り、半導体素子の歩留りを大幅に向上させると同時に、
アスペスト比が１以上の微細なコンタクトを有する微細
で高集積の半導体素子を形成する事ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）〜（ｅ）はこの発明の製造方法の工程順を
示す断面図、第２図は従来の製造方法を示す断面図であ
る。 1,11……下層配線 12……絶縁膜 ３……コンタクト孔 ４……選択タングステン 5,13……上層配線 6,16……基板
示す断面図、第２図は従来の製造方法を示す断面図であ
る。 1,11……下層配線 12……絶縁膜 ３……コンタクト孔 ４……選択タングステン 5,13……上層配線 6,16……基板
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．第１の配線層の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の表面部分にフッ素をイオン注入する工
程と、前記層間絶縁膜の所望の領域に前記第１の配線層
に対するコンタクト孔を形成する工程と、六フッ化タン
グステンを用い選択的にコンタクト孔をタングステンで
穴埋めする工程と、第２の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。 ２．第１の配線層の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の所望の領域に前記第１の配線層に対す
るコンタクト孔を形成する工程と、前記層間絶縁膜の表
面部分にフッ素をイオン注入する工程と、六フッ化タン
グステンを用い選択的にコンタクト孔をタングステンで
穴埋めする工程と、第２の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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62188421A JP2670674B2 (ja) | 1987-07-28 | 1987-07-28 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62188421A JP2670674B2 (ja) | 1987-07-28 | 1987-07-28 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6431440A JPS6431440A (en) | 1989-02-01 |
| JP2670674B2 true JP2670674B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=16223369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62188421A Expired - Lifetime JP2670674B2 (ja) | 1987-07-28 | 1987-07-28 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2670674B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63128712A (ja) * | 1986-11-19 | 1988-06-01 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS648644A (en) * | 1987-06-30 | 1989-01-12 | Sharp Kk | Manufacture of semiconductor device |
-
1987
- 1987-07-28 JP JP62188421A patent/JP2670674B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6431440A (en) | 1989-02-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
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| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080711 Year of fee payment: 11 |