JP2821157B2 - 配線形成方法 - Google Patents

配線形成方法

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JP2821157B2
JP2821157B2 JP1017616A JP1761689A JP2821157B2 JP 2821157 B2 JP2821157 B2 JP 2821157B2 JP 1017616 A JP1017616 A JP 1017616A JP 1761689 A JP1761689 A JP 1761689A JP 2821157 B2 JP2821157 B2 JP 2821157B2
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正恭 鈴樹
▲高▼ 西田
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微細配線に係り、特に微細なコンタクト孔
内に導電膜を埋め込んだ高信頼性微細配線に関する。
〔従来の技術〕
従来の微細配線及びその製造方法は例えばシンポジウ
ム オン ブイエルエスアイ テクノロジー ダイジエ
スト オブ テクニカル ペーパーズ(Symposium on V
LSI Technology Digest of Technical Papers)p.101 1
988」、「伊藤他、1988年半導体専門講習会予行集 於
蔵王(財)半導体研究振興会編p.101 1988」に記載さ
れている。従来、微細配線はスパツタ法または化学気相
成長法により形成されていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術のうちスパツタ法により形成された微細
配線には段差被覆特性が劣るという問題があつた。すな
わち、直径が0.5μm、深さが直径と同程度以上の寸法
の微細で高アスペクト比の接続孔の内部には導電(金属
または金属化合物)材料を十分に埋め込むことができな
いという欠点があつた。また、上記従来技術のうち化学
気相成長法により形成された微細配線には下地との密着
性が十分でなく、剥離を生じたりコンタクト抵抗が増大
するという問題があつた。
なお、スパッタ法とCVD法との組合せによる積層配線
の形成法が特開昭63−174319号公報に開示されている。
本発明の目的は、密着性,段差被覆特性に優れ、低コ
ンタクト抵抗の微細配線を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、微細なコンタクト孔を有する基板表面に
スパツタ法で、Si拡散層などの導電材料上にも、また、
SiO2などの絶縁材料の上にも良好な密着性で、しかも次
に形成する膜とも密着性,導通特性が良い50nm程度の薄
い圧縮性応力を有する導電(金属または金属化合物)膜
を形成した後、CVD法で厚い導電(金属または金属化合
物)膜を形成することにより達成される。
〔作用〕
微細なコンタクト孔を有する基板表面にスパツタ法で
形成した50nm程度の薄い導電(金属または金属化合物)
膜は、下地と該導電膜との良好な密着性と低コンタクト
抵抗を実現する。該導電膜上にCVD法で形成する際に導
入する高融点金属フツ化物のガスは、スパツタ導電膜上
に形成される自然酸化膜を除去し、スパツタ導電膜上に
形成したCVD−導電膜は良好な段差被覆特性を実現す
る。またスパツタ法で形成した50nm程度の薄い導電膜
は、CVD法で厚い導電膜を形成する際の反応生成物とSi
との反応を防ぐバリア層として作用するので、従来のCV
D法のみで配線を形成する際に発生したエンクローチメ
ントやトンネリングを防止することができる。また、圧
縮性応力を有するスパツタ導電膜は引つ張り性のCVD−
導電膜を形成する際の応力を低減させる作用をする。
〔実施例〕
第1図は配線材料にWを用いた場合の本発明の一実施
例の微細配線の製造工程を示す断面図である。
接続孔の直径は0.5μm、深さも0.5μmとした。
第1図(a)は、p型Si基板1の一主面の所望の領域
に5×1015cm-2のAs+をイオン打ち込みし、900℃の窒
素雰囲気中で10分間熱処理し、n+拡散層2を形成した
後、CVD法で0.5μmの膜厚の層間絶縁膜SiO23を形成
し、接続孔をドライエツチング法で開孔した試料の断面
を示す図である。
次に、開孔部に露出したSi表面をHFとNH4Fの混合液
(HF:NH4F=1:20、以下1/20Bと略す)で30秒間洗浄し、
50nmのW4をDCスパツタ法で形成した。Wのスパツタ条件
は2.5kW,1mTorrとした。この状態を示したのが第1図
(b)である。
次に、CVD法により0.5μmのW5を形成した。形成条件
は、圧力が100mTorr、温度が390度,WF6流量が20sccm、H
2流量が1000sccmである。この状態の断面を示したのが
第1図(c)である。
この構造のW/n+ −Siのコンタクト抵抗は18Ωであ
り、十分低く良好であつた。また、n型Si基板を用い
て、BF2+を5×1015cm-2イオン打ち込みし、900℃の窒
素雰囲気中で10分間熱処理して形成したp+拡散層に対
するW/p+ −Siのコンタクト抵抗は45Ωであり、p+
−Siに対しては十分低い値であつた。平坦な絶縁膜Si
O2上のW層の抵抗率は7.8μΩcmと低い値であつた。
本発明による段差被覆特性の改善を第2図に示した。
第2図(a)は本発明の一実施例による配線膜の模式図
であり、微細な接続孔の内部にも充分にWが埋め込まれ
ている。一方、従来のスパツタ法のみによるW配線で
は、第2図(b)に示すように、絶縁膜としてグラスフ
ローを行なつてコンタクト孔の開孔部を拡げたBPSG膜8
を用いているにもかかわらず、平坦な部分の膜厚に対す
る微細な接続孔の内部の最も薄い部分の膜厚の比(カバ
レジフアクタ)は0.2以下となつており、顕著な改善が
されていることがわかる。ここで、上記BPSG膜はボロン
酸化物を添加して加熱流動性を増加させたPSG(ホスホ
シリケートグラス)である。
また、第1図(c)の構造のW配線のシート抵抗は0.
39Ω/□であるがCVD−W膜のかわりにCVD法で形成した
Mo、あるいはAl膜を用いても良く、更にシート抵抗を低
減するためには第3図のようにAl−Cu−Si/TiN積層薄膜
6,7を形成しても、あるいはまた、TiN6を用いないでAl
−Cu−Si薄膜7のみを形成しても良い。これらの配線の
膜厚は回路設計から要求されるシート抵抗より決定され
る。
スパツタWを用いないで直接下地上にCVD−Wを形成
すると、密着性を示すひつかき試験の臨界荷重は50gw以
下であり、極めて剥離しやすいのに対し、本発明の実施
例では臨界荷重が500gw以上であり、密着性の良好なス
パツタWと同等の値が得られた。
また、この薄いスパツタW膜は、CVD過程中の反応ガ
スとSiとの反応を防止するバリア層としても作用する。
従来WF6のH2還元反応を適用した場合にはSiO2とSiとの
界面付近の領域にエンクローチメントやトンネリングが
存在したが、本発明によればこれらの発生はなく、良好
な界面が形成された。エンクローチメントの発生が防止
されていることは第2図(a)に示した。
また、この第2図(a)を見てわかるように、スパツ
タW上にCVD−Wを形成すると、スパツタWの表面に形
成されたWの自然酸化膜は、WF6ガスを流すことにより
容易に除去され、CVD−W膜はエピタキシヤル成長を
し、下地近傍では<110>に配向したスパツタW膜に近
い性質を持ち、下地から遠ざかるに従つてCVD−W膜特
有の特性となつており、CVD−Wの表面には数100Åの凹
凸が見られる。
次に、第4図を用いて別の実施例を示す。接続孔の底
面積に対し開孔部の面積が同等以下の所謂逆テーパーの
接続孔の場合には、接続部に空洞が形成されることがあ
るが、第4図の実施例のように開孔上部の面積が底面積
より広くなるように形成すれば厚いCVD膜を形成しても
空洞はできず、CVD−Wを十分に埋め込んで微細配線が
形成できる。
次に、第5図を用いて別の実施例を示す。
第5図(a)は、p型Si基板1の一主面の所望の領域
に5×1015cm-2のAs+イオンをイオン打ち込み900℃の
窒素雰囲気中で10分間熱処理し、n+拡散層2を形成し
た後、CVD法で0.5μmの膜厚の層間絶縁膜SiO23を形成
し、接続孔をドライエツチング法で開孔し、1/20B液で
処理した後、スパツタW膜4とCVD−W膜5を形成した
試料の断面を示す図である。次に、ホトレジスト9を0.
5μm塗布した。この状態を示したのが第5図(b)で
ある。
次に、ドライエツチング法を用いてホトレジスト9と
SiO23上のW膜4,5をエツチバツクして除去し、Wプラグ
を形成した。ドライエツチングは、圧力が20mTorr、電
力が50W、SF6ガスの流量が20sccmの条件で行なつた。な
お、SiO23上のW膜4,5のドライエツチングの終点検出は
S2の発光をモニターして行なつた。この状態を示したの
が第5図(c)である。
そして、スパツタ法によりAl−Cu−Si配線層7を形成
し、第5図(d)に断面構造を示した金属配線を作製し
た。
この金属配線のコンタクト抵抗は第1図に示したW配
線と同程度の5Ωであり、密着性も極めて良好であつ
た。また、W/p+ −+Siのコンタクトも形成して測定
したところ、抵抗は47Ωであり、第1図に示したW配線
と同程度であり、密着性も極めて良好であつた。
以上、スパツタ膜としてスパツタW膜を、CVD膜とし
てCVD−W膜を例として説明してきたが、スパツタ膜と
してTiW,Mo,W珪化物,Ti珪化物,Mo珪化物のいずれかを適
用しても、また、CVD膜としてMo,Ti珪化物のうちのいず
れかを適用しても同様の効果がある。また、Cu,TiWのCV
D法は現在開発途上にあるが、この技術が適用可能とな
ればCVD−Cu,CVD−TiWも有効であると考えられる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、積層W(CVD−W/スパツタ−W)構
造のため、高信頼性でかつ低抵抗の配線が実現できる。
すなわち、スパツタWをSi上に形成するのでW/n+ −S
iのコンタクトでコンタクト抵抗が18Ω、W/p+ −Siの
コンタクトでコンタクト抵抗が45Ωという低コンタクト
抵抗が実現できた。また、SiO2上にスパツタWを形成す
るので密着性の良好な配線が実現できる。更にスパツタ
W上にCVD−Wを形成する際にWF6ガスによりスパツタW
上の自然酸化膜は除去され、CVD−WはスパツタW上に
エピタキシヤル成長し、CVD−Wの特性を反映した8μ
Ωcm程度の低抵抗率で、しかも極めて段差被覆特性の優
れた金属薄膜が形成できる。また、従来のCVD−Wを形
成する際に問題となつたエンクローチメントやトンネリ
ングはスパツタWがバリア層として作用するので全く問
題はない。
従つて、本発明は0.5μmレベル以降の微細配線に好
適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のW配線の製造工程を示す断
面図、第2図は本発明の一実施例のW配線と従来のスパ
ツタW配線の段差被覆形状を比較した断面図、第3図は
本発明の一実施例のAl−Cu−Si/W配線の断面図、第4図
は本発明の一実施例を示す下地接続孔の開口形状を緩和
したW配線の断面図、第5図は本発明の一実施例のWプ
ラグAl−Cu−Si配線の製造工程を示す断面図である。 1……p型Si基板、2……n+拡散層、3……SiO2、 4……スパツタW、5……CVD−W、6……TiN、 7……Al−Cu−Si、8……BPSG。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 伸好 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−205951(JP,A) 特開 昭61−144872(JP,A) 特開 昭63−172463(JP,A) 特開 昭64−41240(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基体上に、開口部を有する絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記開口部に、スパッタリング法により第1のタングス
    テン膜を形成する工程と、 前記第1のタングステン膜上に、前記開口部を充填する
    ように、CVD法により第2のタングステン膜を形成し、
    前記開口部を前記第1のタングステン膜及び前記第2の
    タングステン膜の2層膜で埋め込むことを特徴とする配
    線形成方法。
  2. 【請求項2】前記第2のタングステン膜を形成する際、
    減量ガスとして6フッ化タングステンを用いることを特
    徴とする請求項1記載の配線形成方法。
  3. 【請求項3】前記第1のタングステン膜及び第2のタン
    グステン膜は、前記開口部から前記絶縁膜上にかけて形
    成され、その後前記開口部内の前記第1のタングステン
    膜及び第2のタングステン膜を残して前記絶縁膜上の第
    1のタングステン膜及び第2のタングステン膜を除去す
    ることを特徴とする請求項1記載の配線形成方法。
  4. 【請求項4】基体上に、開口部を有する絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記開口部に、スパッタリング法により第1のモリブデ
    ン膜を形成する工程と、 前記第1のモリブデン膜上に、前記開口部を充填するよ
    うに、CVD法により第2のモリブデン膜を形成し、前記
    開口部を前記第1のモリブデン膜及び前記第2のモリブ
    デン膜の2層膜で埋め込むことを特徴とする配線形成方
    法。
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