JP2720386B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体装置における多層配線層の形成方法に関し、 絶縁膜に形成したスルーホール内に生じる絶縁物を除
去することを目的とし、 半導体基板上に絶縁膜を介して多層の電極配線層を形
成する工程において、下側の電極層上に形成した絶縁膜
にスルーホールを形成した後、少なくとも塩素含有ガス
と水素とを含むガスをプラズマ化した雰囲気中に上記半
導体基板を置き、上記スルーホール内に存在する絶縁物
を除去する絶縁物除去工程と、上記絶縁物除去工程を経
た上記半導体基板を減圧雰囲気中に保持しつつ、上記ス
ルーホール内に導電材を形成する導電材形成工程と、上
記導電材形成工程を経た上記半導体基板上に上側の電極
層を形成する上層電極形成工程とを含み構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体装置における多層配線層の形成方法
に関する。
〔従来の技術〕
半導体装置基板上に形成される電極には、絶縁膜を介
して電極を複数形成した多層配線構造のものがある。
そして、各電極層を導通させる場合には、第6図に見
られるように、下側電極層bを覆う絶縁膜cにスルーホ
ールdを形成し、このスルーホールdにタングステンW
を充満した後、スパッタ法等により上側の電極層eを形
成する。
これにより、基板a上の各電極層b、eは、タングス
テンWを介して短絡する。
ところで、この種のスルーホール形成工程において
は、SiO2やAl2O3等よりなる酸化物fがスルーホールd
内に形成されるため(第7図)、2つの電極層b、e間
の接触抵抗が高くなるといった不都合を生じる。
このため、アルゴンガスを使用したスパッタ法や、フ
ッ素系ガスを使用したプラズマ法によってスルーホール
d内の酸化膜fを除去するようにしている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、アルゴンガスを使用したスパッタ法は、スル
ーホールd内の絶縁物fを除去することはできるが、こ
れと同時に絶縁膜cの表面をエッチングし、絶縁膜c表
面を荒らしてしまう。
このため、タングステンWをスルホールdに埋込む際
の選択性が損なわれ、タングステンWが絶縁膜c上に付
着し、絶縁膜c上に形成した複数の回路A、Bを短絡し
てしまうといった問題がある(第8図)。
一方、フッ素系プラズマによる場合には、スルーホー
ルd内の絶縁物fのうちSiO2膜等の酸化膜は除去され
る。
しかし、電極bがアルミニュウム(Al)により形成さ
れている場合には、Alや、その酸化物がエッチングされ
ないので、電極層bの表面に形成されたAlの酸化物等の
絶縁物が界面に残存するようになって、電極層b、c間
の接触抵抗を高くしてしまうといった新たな問題が発生
する。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであっ
て、スルーホール内に生じる酸化膜を完全に除去できる
半導体装置における多層配線層の形成方法を提供するこ
とを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記問題点は、第3図に例示するように、半導体基板
5上に絶縁膜を介して多層の電極配線層を形成する工程
において、下側の電極層54上に形成した絶縁膜51にスル
ーホール52を形成した後、少なくとも塩素含有ガスと水
素とを含むガスをプラズマ化した雰囲気中に上記半導体
基板5を置き、上記スルーホール52内に存在する絶縁物
58を除去する絶縁物除去工程と、上記絶縁物除去工程を
経た上記半導体基板5を減圧雰囲気中に保持しつつ、上
記スルーホール52内に導電材57を形成する導電材形成工
程と、上記導電材形成工程を経た上記半導体基板5上に
上側の電極層55を形成する上層電極形成工程とを含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決され
る。
〔作 用〕
即ち本発明は、基板5の下側電極層54上に絶縁膜51を
形成した後、電極層54とその上方に形成する電極層55と
を導通させるためのスルーホール52を絶縁膜51に形成す
る。
次に、絶縁膜51にスルーホール52を形成した基板5
を、少なくとも塩素を含有する分子を含むガス、例えば
塩化硼素(BCl3)ガスや、BCl3に水素を加えたガスに高
周波電力を加えてガスプラズマを作り、塩素ラジカルの
反応性を利用して化学反応をさせ、絶縁膜51のスルーホ
ール54内に形成されたSiO2、残渣や、スルーホールから
露出した電極表面のアルミナ等の絶縁物58をエッチング
してこれらを除去する。
これにより絶縁物除去工程を修了する。
絶縁物除去工程を経た基板を真空状態で取り出した
後、例えば六フッ化タングステン(WF6)のようなガス
を減圧雰囲気中に加え、CVD法等により、シリサイド、
タングステン等の導電材57をスルーホール52内で成長さ
せて埋込む。
これにより導電材成長工程を終了する。
導電材成長工程第を終えた基板5の上から上側の電極
層55を形成すると、この電極層55は導電性充填電材7を
介して下側の電極層54と導通する。
これにより上層電極層形成工程を終了する。
〔実施例〕
第1、2図は本発明の一実施例を示すものであって、
図中符号1は、前処理チャンバ2とメタル成長用チャン
バ3とを有するロードロック式の選択メタル・シリサイ
ド成長装置で、搬送用ベルト4により半導体装置用の基
板5を搬送するように構成されている。
上記した前処理チャンバ2は、第3図(a)に示すよ
うに、その内部に発生させたガスプラズマによって、基
板5上に形成した絶縁膜51のスルーホール52内に存在す
る絶縁物58を除去するものである。
また、メタル成長用チャンバ3は、中継用予備排気室
6を通して前処理チャンバ2から真空状態で搬送された
基板5を受入れ、CVD法により、メタルやシリサイドの
ような導電材57をスルーホール52内に選択的に埋込むも
のである。このチャンバ3内は、ランプ3a等により加熱
するようになっている。
7は、基板5を選択メタル・シリサイド成長装置1内
に受け入れる基板受入予備排気室で、前処理チャンバ2
に搬送中の基板5を真空の雰囲気中に置くようにするよ
うに構成されている。
8は、搬出用予備排気室で、メタル成長用チャンバ3
から搬出された基板5を真空の雰囲気中に置くものであ
る。
なお、符号9は、受入用予備排気室7、中継用予備排
気室6、排出用予備排気室8等に設けられた排気口を示
している。
次に、本発明による電極形成の一例について説明す
る。
先ず、アルミニュウムよりなる基板5の下層側電極層
54上にPSGの絶縁膜51を形成した後、第3図(a)に示
すように、スルーホール52を絶縁膜51に形成する(第1
図イ)。
次に、絶縁膜51にスルーホール52を形成した基板5
を、コンベア4により選択メタル・シリサイド成長装置
1の受入用予備排気室7に搬送した後、図示しない排気
ポンプにより排気口9から空気を抜いて受入用予備排気
室7内を真空状態とし、基板5を前処理チャンバ2に搬
送する。
前処理チャンバ2内においては、塩化硼素(BCl3)ガ
スに高周波電力RFを加えてガスプラズマを作り、塩素ラ
ジカルの反応性を利用した化学反応をさせ、絶縁膜51の
スルーホール52内に形成されたSiO2や残渣等の絶縁性塵
53や、スルーホール52から露出した電極層54表面のアル
ミナ(Al2O3)56をエッチングしてこれらを除去する
(第1図ロ、第3図b)。
その後、スルーホール52内の絶縁物58を除去した基板
5を、搬送用予備排気室6を通して真空状態でメタル成
長用チャンバ3に搬送する。
メタル成長用チャンバ3内では、例えば六フッ化タン
グステン(WF6)のようなガスを減圧雰囲気中に加えたC
VD法により、タングステンや、シリコンとタングステン
の化合物であるシリサイド等のような導電材57を絶縁膜
51のスルーホール52内で選択成長させて埋込む(第1図
ハ、第3図c)。
メタル成長用チャンバ3において処理を終えた基板5
を真空状態で取りし、搬出用予備排気室8を通してロー
ドロック式選択メタル・シリサイド成長装置1の外部に
搬出する。
その後スパッタ法等によって、基板5の絶縁膜51及び
導電性材57の上から電極層55を形成すると、この電極層
55は導電材57を介して下側の電極層54と導通する(第1
図ニ、第3図d)。
第4図は、絶縁膜51のスルーホール52内に残存する残
渣等の絶縁性塵53や、アルミナ56を除去する場合に、前
処理用チャンバ2内に加えるBCl3ガスの流量とエッチン
グレートとの関係を示す特性曲線である。
この特性曲線によれば、プラズマパワーを50Wとする
と、雰囲気の気圧を0.75Torrとした場合と、1.00Torrと
した場合の双方とも50cc/min以上で傾斜が緩やかにな
る。
また、前処理用チャンバ2内に加えるBCl3ガスの流量
を50cc/minとして、プラズマパワーを変化させた場合の
エッチングレートを測定すると、第5図に示すような特
性が得られた。
これらの実験結果によれば、プラズマパワーを50〜10
0Wの範囲で変化させると、エッチングレートを500〜800
Å/minの範囲で調整することが可能になることがわか
る。
なお、第4、5図に示した特性は、高周波電力RFの周
波数を13.56Hzとして得られたものである。
上記した実施例は、前処理チャンバ2に加えるガスを
BCl3としたものであるが、BCl3に水素(H2を加えたガスを使用すると、第1表に示すように、コン
タクト抵抗を低減することができることがわかる。
ところで第1表は、スルーホール52内の絶縁物58を除
去する際のエッチングレート及び絶縁膜51の荒れ、さら
に、導電材57としてタングステン(W)を使用した場合
のコンタクト抵抗及び選択性を、種々の条件により比較
したものである。
この表に示した実験結果によれば、アルゴン(Ar)ガ
スを使用したスパッタ法や、フッ素系ガス(例えば、NF
3)を使用したプラズマ法によって絶縁物58をエッチン
グした場合よりも、BCl3ガスを用いたプラズマ法による
場合のほうがエッチングレートが大きくなり、しかもコ
ンタクト抵抗を低くしたり、導電材57の選択性を良くす
ることができる。
また、BCl3を含むガスを用いたプラズマ法によってス
ルーホール内の絶縁物除去する場合には、塩素(Cl2
ガスだけを使用したプラズマ法に比べてエッチングレー
トが大きいことがわかる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、少なくとも塩素を
含有した分子を含むガスをプラズマ化した雰囲気中に基
板を置き、基板上の絶縁膜に設けたスルーホール内部に
形成される絶縁物を除去するようにしたので、電極間に
形成した絶縁膜の表面を荒らすことなくスルーホール内
の絶縁物を除去できる一方、エッチングレートを大きく
してスルーホールから露出した電極表面の酸化膜を取り
去ることができ、コンタクト抵抗を低減することができ
る。この場合、塩含有ガスをプラズマ化して得られた塩
素ラジカルによってコンタクトホール内の残渣をエチン
グして除去するようにしたので、ガスの分解効率を高く
してエッチングレートを高くするとともに塩化物を絶縁
膜上に残り難くすることができる。さらに、塩素含有ガ
スに水素を加えてプラズマ化すると、スルーホール内に
形成する導電材とスルーホールの下の電極層とのコンタ
クト抵抗を低減することができる。しかも、塩素含有ガ
スのプラズマと水素プラズマによってスルーホール内の
絶縁物を除去した後に減圧雰囲気を維持したままでスル
ーホール内に導電材を形成するようにしたので、絶縁物
除去の効果を損ねることなくスルーホール内で電極層と
導電材とを接続することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示すフローチャート図、 第2図は、本発明に使用する選択メタル・シリサイド成
長装置の一例を示す概要構成図、 第3図は、本発明により形成する多層電極の形成過程を
示す断面図、 第4図は、本発明によるBCl3流量・エッチングレート特
性図、 第5図は、本発明によるプラズマパワー・エッチングレ
ート特性図、 第6図は、多層電極配線基板の一例を示す断面図、 第7図は、多層電極配線基板形成の一過程を示す断面
図、 第8図は、従来方法により形成される電極配線基板の一
例を示す断面図である。 (符号の説明) 1……選択メタル・シリサイド成長装置、 2……前処理チャンバ、 3……メタル成長チャンバ、 5……基板、 6……中継用予備排気室、 51……絶縁膜、 52……スルーホール、 53……絶縁性塵、 54……電極層、 55……電極層、 56……アルミナ、 57……導電材、 58……絶縁物。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に絶縁膜を介して多層の電極
    配線層を形成する工程において、 下側の電極層上に形成した絶縁膜にスルーホールを形成
    した後、減圧されて少なくとも塩素含有ガスと水素とを
    含むガスをプラズマ化する雰囲気中に前記半導体基板を
    置き、前記スルーホール内に存在する絶縁物を除去する
    絶縁物除去工程と、 前記絶縁物除去工程を経た前記半導体基板を減圧の雰囲
    気中に保持しつつ、前記スルーホール内に導電材を形成
    する導電材形成工程と、 前記導電材形成工程を経た前記半導体基板上の前記絶縁
    膜及び前記導電材の上に上側の電極層を形成する上層電
    極形成工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
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