JP2845788B2 - コンタクトホールのプラグ形成方法 - Google Patents
コンタクトホールのプラグ形成方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
-
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- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の多層配
線形成時のコンタクトホールのプラグ形成方法に関し、
特にコンタクトホール下部の導電膜の容積を膨張させて
アスペクト比(aspect ratio、コンタクトホールの直径
に対する高さの比)を減少し、配線工程の単純化を可能
とするコンタクトホールのプラグ形成方法に関する。
線形成時のコンタクトホールのプラグ形成方法に関し、
特にコンタクトホール下部の導電膜の容積を膨張させて
アスペクト比(aspect ratio、コンタクトホールの直径
に対する高さの比)を減少し、配線工程の単純化を可能
とするコンタクトホールのプラグ形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の集積度向上に伴い、多層配
線についての要求が高まってきており、同時に、素子の
水平寸度もデザインルールに基づいて減少してきてい
る。
線についての要求が高まってきており、同時に、素子の
水平寸度もデザインルールに基づいて減少してきてい
る。
【０００３】しかしながら、多層金属層の層間膜（ＩＭ
Ｄ、Inter-Metal Dielectric）の厚さは殆ど変わらない
ので、金属層間の接続部分であるコンタクトホールのア
スペクト比が増大する。従って、コンタクトホールを形
成した後に、コンタクトホール下部の金属層を接続する
金属層の蒸着工程において、ステップカバレージ（段差
の被覆）不良やコンタクトホールの深さの相違が生じ
る。その結果、コンタクトホールを金属で完全に充填す
ることができず、配線の接続が不良になって、半導体素
子内に不具合が生じる。
Ｄ、Inter-Metal Dielectric）の厚さは殆ど変わらない
ので、金属層間の接続部分であるコンタクトホールのア
スペクト比が増大する。従って、コンタクトホールを形
成した後に、コンタクトホール下部の金属層を接続する
金属層の蒸着工程において、ステップカバレージ（段差
の被覆）不良やコンタクトホールの深さの相違が生じ
る。その結果、コンタクトホールを金属で完全に充填す
ることができず、配線の接続が不良になって、半導体素
子内に不具合が生じる。
【０００４】上記問題点を解消するための一般に用いら
れるている従来の方法には、図８〜図９に示すようなも
のがある。図示のように、ＣＶＤ（化学気相蒸着）でタ
ングステン膜１５を蒸着し、これをエッチバックして、
コンタクトホール１２内にプラグを形成する。
れるている従来の方法には、図８〜図９に示すようなも
のがある。図示のように、ＣＶＤ（化学気相蒸着）でタ
ングステン膜１５を蒸着し、これをエッチバックして、
コンタクトホール１２内にプラグを形成する。
【０００５】この方法においては、先ず図８（Ａ）に示
すように、半導体基板１０の上に形成された下部配線膜
と、後に形成する上部配線膜とを絶縁するために、層間
絶縁膜１１を形成する。その後、層間絶縁膜１１を選択
的に食刻して、下部配線膜を接続するためのコンタクト
ホール１２を形成する。
すように、半導体基板１０の上に形成された下部配線膜
と、後に形成する上部配線膜とを絶縁するために、層間
絶縁膜１１を形成する。その後、層間絶縁膜１１を選択
的に食刻して、下部配線膜を接続するためのコンタクト
ホール１２を形成する。
【０００６】次ぎに、図８（Ｂ）に示すように、コンタ
クトホール１２の内面上と層間絶縁膜１１上とに、チタ
ンと窒化チタン（ＴｉＮ／Ｔｉ）からなる障壁金属層１
４を形成する。
クトホール１２の内面上と層間絶縁膜１１上とに、チタ
ンと窒化チタン（ＴｉＮ／Ｔｉ）からなる障壁金属層１
４を形成する。
【０００７】次ぎに、図８（Ｃ）に示すように、ＣＶＤ
でタングステン膜１５を障壁金属層１４上に蒸着する。
その後、図９（Ｄ）示すように、タングステン膜１５を
エッチバックして、コンタクトホール内部にのみタング
ステンを残存させることにより、コンタクトホール１２
の内部にタングステンからなるプラグ１６を形成する。
でタングステン膜１５を障壁金属層１４上に蒸着する。
その後、図９（Ｄ）示すように、タングステン膜１５を
エッチバックして、コンタクトホール内部にのみタング
ステンを残存させることにより、コンタクトホール１２
の内部にタングステンからなるプラグ１６を形成する。
【０００８】次ぎに、図９（Ｅ）に示すように、アルミ
ニウム等からなる上部配線膜１７を形成し、パターニン
グして、配線を形成する。
ニウム等からなる上部配線膜１７を形成し、パターニン
グして、配線を形成する。
【０００９】他の１つの従来例を図１０〜図１１に示
す。この例では、アルミニウムの流動性を用いてプラグ
を形成する。以下この方法を説明する。
す。この例では、アルミニウムの流動性を用いてプラグ
を形成する。以下この方法を説明する。
【００１０】先ず図１０（Ａ）に示すように、半導体基
板２０の上に形成された下部配線膜と後に形成する上部
配線膜とを絶縁するために、層間絶縁膜２１を形成す
る。次いで、層間絶縁膜２１を選択食刻して、下部導電
膜を接続するためのコンタクトホール２２を形成する。
板２０の上に形成された下部配線膜と後に形成する上部
配線膜とを絶縁するために、層間絶縁膜２１を形成す
る。次いで、層間絶縁膜２１を選択食刻して、下部導電
膜を接続するためのコンタクトホール２２を形成する。
【００１１】次いで、図１０（Ｂ）に示すように、コン
タクトホール２２の内面上と層間絶縁膜２１上とに、チ
タンと窒化チタンとからなる障壁金属層２４を形成す
る。
タクトホール２２の内面上と層間絶縁膜２１上とに、チ
タンと窒化チタンとからなる障壁金属層２４を形成す
る。
【００１２】次ぎに、図１０（Ｃ）に示すように、後に
形成するアルミニウム層の接着強度を向上するために、
障壁金属層２４上にチタンからなる接着層(Glue layer)
２５を形成する。次いで、図１１（Ｄ）に示すように、
接着層２５の上に、アルミニウムを１００℃前後の低い
温度で蒸着して、薄いアルミニウム層２６を形成する。
次いで、アルミニウムを再度５００℃以上の高い温度で
蒸着して、もう一つのアルミニウム層を形成する。この
状態ではアルミニウムが流動化して、コンタクトホール
２２内を充填するアルミニウム層２７が形成される。次
いで、アルミニウム層２７をパターニングして、配線を
形成する。
形成するアルミニウム層の接着強度を向上するために、
障壁金属層２４上にチタンからなる接着層(Glue layer)
２５を形成する。次いで、図１１（Ｄ）に示すように、
接着層２５の上に、アルミニウムを１００℃前後の低い
温度で蒸着して、薄いアルミニウム層２６を形成する。
次いで、アルミニウムを再度５００℃以上の高い温度で
蒸着して、もう一つのアルミニウム層を形成する。この
状態ではアルミニウムが流動化して、コンタクトホール
２２内を充填するアルミニウム層２７が形成される。次
いで、アルミニウム層２７をパターニングして、配線を
形成する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の方
法のうち、コンタクトホール１２内にタングステンから
なるプラグ１６を形成する方法においては、ＣＶＤでタ
ングステンを蒸着した後、タングステン膜１５をエッチ
バックする必要があるので、工程コストが高く生産性も
低いという問題がある。
法のうち、コンタクトホール１２内にタングステンから
なるプラグ１６を形成する方法においては、ＣＶＤでタ
ングステンを蒸着した後、タングステン膜１５をエッチ
バックする必要があるので、工程コストが高く生産性も
低いという問題がある。
【００１４】一方、アルミニウムの流動性を用いてコン
タクトホール２２を充填する方法においては、コンタク
トホール２２の直径が減少してアスペクト比が大になる
と、障壁金属層２４と接着層２５とはスパッタリング方
法で蒸着するので、障壁金属層２４と接着層２５との厚
さが、コンタクトホール２２の上部において、コンタク
トホール２２の下部におけるよりも厚くなるというオー
バハング効果(overhang effect)が生じる。また、高温
でアルミニウムを蒸着すると、アルミニウムとチタンと
が反応してＴｉＡｌ3が形成され、アルミニウムの流動
を阻害して、コンタクトホール２２が十分には充填され
なくなる。即ち、ＴｉＡｌ3が形成される時には、容積
が３倍以上に膨張して、図１２に示すように、コンタク
トホール２２の上部にＴｉＡｌ3２８が形成されるため
に、コンタクトホール２２の上部の直径が減少し、ＶＬ
ＳＩ（Very Large Scale Integration、超大規模集積回
路）に必要な、深いコンタクトホールを充填するアルミ
ニウムの流動が阻害され、アルミニウムプラグの形成が
難しくなるという問題がある。このような現象の詳細は
次の文献に記述されている。
タクトホール２２を充填する方法においては、コンタク
トホール２２の直径が減少してアスペクト比が大になる
と、障壁金属層２４と接着層２５とはスパッタリング方
法で蒸着するので、障壁金属層２４と接着層２５との厚
さが、コンタクトホール２２の上部において、コンタク
トホール２２の下部におけるよりも厚くなるというオー
バハング効果(overhang effect)が生じる。また、高温
でアルミニウムを蒸着すると、アルミニウムとチタンと
が反応してＴｉＡｌ3が形成され、アルミニウムの流動
を阻害して、コンタクトホール２２が十分には充填され
なくなる。即ち、ＴｉＡｌ3が形成される時には、容積
が３倍以上に膨張して、図１２に示すように、コンタク
トホール２２の上部にＴｉＡｌ3２８が形成されるため
に、コンタクトホール２２の上部の直径が減少し、ＶＬ
ＳＩ（Very Large Scale Integration、超大規模集積回
路）に必要な、深いコンタクトホールを充填するアルミ
ニウムの流動が阻害され、アルミニウムプラグの形成が
難しくなるという問題がある。このような現象の詳細は
次の文献に記述されている。
【００１５】(1)イー ジー コルガン、ジェイ ダブリュ
ウ メイヤー; 『Al と Co、Cr、Mo、Ti、 Wとの薄膜反
応』（E．G．COLGAN AND J．W．MEYER，“THIN-FILM RE
ACTIONS OF Al WITH Co，Cr，Mo，Ti，AND W”J．MATE
R．RESO．VOL． 4 815（1989）） (2)ディー ジャワラニ他； 『チタンとアルミニウムと
の合金薄膜結合における金属間化合物の形成とエレクト
ロミグレーション寿命におけるその役割』（ D．JAWARA
NI，J．P．STARK，H．KAWASAKI，J．O．OLOWOLAFE，C．
C．LEE，J．KLEIN，AND F．PINTCHOVSKI，“INTERMETAL
LIC COMPOUND FORMATION IN Ti/Al ALLOY THIN FILMCOU
PLES AND ITS ROLE IN ELECTROMIGRATION LIFE TIM
E”，J．ELECTROHEM SOC．，141，302（1994））本願発
明の目的は、上記従来技術における問題点を解決して、
コンタクトホール下部の導電膜の容積を膨張させてアス
ペクト比を減少し、エッチング比率を減少して配線工程
を単純化することを可能とするコンタクトホールのプラ
グ形成方法を提供することである。
ウ メイヤー; 『Al と Co、Cr、Mo、Ti、 Wとの薄膜反
応』（E．G．COLGAN AND J．W．MEYER，“THIN-FILM RE
ACTIONS OF Al WITH Co，Cr，Mo，Ti，AND W”J．MATE
R．RESO．VOL． 4 815（1989）） (2)ディー ジャワラニ他； 『チタンとアルミニウムと
の合金薄膜結合における金属間化合物の形成とエレクト
ロミグレーション寿命におけるその役割』（ D．JAWARA
NI，J．P．STARK，H．KAWASAKI，J．O．OLOWOLAFE，C．
C．LEE，J．KLEIN，AND F．PINTCHOVSKI，“INTERMETAL
LIC COMPOUND FORMATION IN Ti/Al ALLOY THIN FILMCOU
PLES AND ITS ROLE IN ELECTROMIGRATION LIFE TIM
E”，J．ELECTROHEM SOC．，141，302（1994））本願発
明の目的は、上記従来技術における問題点を解決して、
コンタクトホール下部の導電膜の容積を膨張させてアス
ペクト比を減少し、エッチング比率を減少して配線工程
を単純化することを可能とするコンタクトホールのプラ
グ形成方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明のコンタクトホールのプラグ形成方法は、 （１）半導体基板上に金属ケイ化物と、金属と、金属ケ
イ化物とを積層して下部配線膜を形成する工程と、 （２）上記下部配線膜上に絶縁膜を形成し、上記絶縁膜
の上記下部配線膜に対応する部位にコンタクトホールを
形成する工程と、 （３）熱処理を施して、上記下部配線膜の合金反応と容
積膨張とにより、コンタクトホールの内部にプラグを形
成する工程と、を含んでなることを特徴とする。
に、本願発明のコンタクトホールのプラグ形成方法は、 （１）半導体基板上に金属ケイ化物と、金属と、金属ケ
イ化物とを積層して下部配線膜を形成する工程と、 （２）上記下部配線膜上に絶縁膜を形成し、上記絶縁膜
の上記下部配線膜に対応する部位にコンタクトホールを
形成する工程と、 （３）熱処理を施して、上記下部配線膜の合金反応と容
積膨張とにより、コンタクトホールの内部にプラグを形
成する工程と、を含んでなることを特徴とする。
【００１７】この場合、上記金属ケイ化物の金属は、Ｃ
ｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗから選んで用いること
を特徴とする。
ｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗから選んで用いること
を特徴とする。
【００１８】またこの場合、上記下部配線膜の金属とし
てアルミニウムを用いることを特徴とする。
てアルミニウムを用いることを特徴とする。
【００１９】またこの場合、上記（３）工程の熱処理
は、急速熱処理であって、該急速熱処理は、温度３００
〜６００℃において、１分間以内の時間施すことを特徴
とする。
は、急速熱処理であって、該急速熱処理は、温度３００
〜６００℃において、１分間以内の時間施すことを特徴
とする。
【００２０】またこの場合、上記熱処理は約４００℃の
温度、約３０秒間の条件で施すことを特徴とする。
温度、約３０秒間の条件で施すことを特徴とする。
【００２１】またこの場合、上記（３）工程を実施して
プラグを形成した後、絶縁膜上と上記コンタクトホール
上と上記プラグ上とに上部配線膜を形成することを特徴
とする。
プラグを形成した後、絶縁膜上と上記コンタクトホール
上と上記プラグ上とに上部配線膜を形成することを特徴
とする。
【００２２】また上記目的を達成するための本願発明の
コンタクトホールのプラグ形成方法は、半導体基板上に
形成した第１の導電膜と上記第１の導電膜上に形成した
第２の導電膜とからなる下部配線膜を形成する工程と、
上記下部配線膜上に絶縁膜を形成し、上記絶縁膜の上記
下部配線膜に対応する部位にコンタクトホールを形成す
る工程と、上記絶縁膜上と上記コンタクトホール内とに
第３の導電膜を形成する工程と、熱処理を施して、上記
第２の導電膜と上記第３の導電膜とを反応させて、容積
膨張して上記コンタクトホールの内部を埋める合金を形
成することによって、上記コンタクトホールの内部にプ
ラグを形成する工程と、上記第３の導電膜上と上記プラ
グの上に第４の導電膜を形成する工程と、を含んでなる
ことを特徴とする。
コンタクトホールのプラグ形成方法は、半導体基板上に
形成した第１の導電膜と上記第１の導電膜上に形成した
第２の導電膜とからなる下部配線膜を形成する工程と、
上記下部配線膜上に絶縁膜を形成し、上記絶縁膜の上記
下部配線膜に対応する部位にコンタクトホールを形成す
る工程と、上記絶縁膜上と上記コンタクトホール内とに
第３の導電膜を形成する工程と、熱処理を施して、上記
第２の導電膜と上記第３の導電膜とを反応させて、容積
膨張して上記コンタクトホールの内部を埋める合金を形
成することによって、上記コンタクトホールの内部にプ
ラグを形成する工程と、上記第３の導電膜上と上記プラ
グの上に第４の導電膜を形成する工程と、を含んでなる
ことを特徴とする。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【発明の実施の形態】 （実施の形態１） 図１は、本発明のコンタクトホールのプラグ形成方法の
実施の形態１の製造工程部分断面図である。本発明の実
施の形態１は、コンタクトホールの直径が大きく、高さ
が小さい場合（アスペクト比が小さい場合）に適用可能
である。
実施の形態１の製造工程部分断面図である。本発明の実
施の形態１は、コンタクトホールの直径が大きく、高さ
が小さい場合（アスペクト比が小さい場合）に適用可能
である。
【００２７】先ず、図１（Ａ）に示すように、半導体基
板４１上に酸化シリコン（ＳｉＯ2）等からなる第１絶
縁膜４２を形成し、第１絶縁膜４２上に下部配線膜４３
を形成する。この下部配線膜４３は以下のように形成す
る。すなわち、第１絶縁膜４２上にＭｏＳｉｘを約４０
０Åの厚さに蒸着し、該ＭｏＳｉｘ上にアルミニウムを
約５０００Åの厚さに蒸着し、該アルミニウム上にＭｏ
Ｓｉｘを約６００Åの厚さに蒸着する。そこで、パタニ
ングを施して、下部配線パターン４４を形成する。ここ
に、下部配線パターン４４は、ＭｏＳｉｘ（厚さ約４０
０Å）とアルミニウム（厚さ約５０００Å）とＭｏＳｉ
ｘ（厚さ約６００Å）とからなり、ｘの範囲は、ｘ＞
２．０である。
板４１上に酸化シリコン（ＳｉＯ2）等からなる第１絶
縁膜４２を形成し、第１絶縁膜４２上に下部配線膜４３
を形成する。この下部配線膜４３は以下のように形成す
る。すなわち、第１絶縁膜４２上にＭｏＳｉｘを約４０
０Åの厚さに蒸着し、該ＭｏＳｉｘ上にアルミニウムを
約５０００Åの厚さに蒸着し、該アルミニウム上にＭｏ
Ｓｉｘを約６００Åの厚さに蒸着する。そこで、パタニ
ングを施して、下部配線パターン４４を形成する。ここ
に、下部配線パターン４４は、ＭｏＳｉｘ（厚さ約４０
０Å）とアルミニウム（厚さ約５０００Å）とＭｏＳｉ
ｘ（厚さ約６００Å）とからなり、ｘの範囲は、ｘ＞
２．０である。
【００２８】次に、図１（Ｂ）に示すように、酸化シリ
コンからなる第２絶縁膜４５を第１絶縁膜４２と下部配
線パターン４４との上に蒸着し、下部配線パターン上の
第２絶縁膜４５を選択食刻して、コンタクトホール４６
を形成する。
コンからなる第２絶縁膜４５を第１絶縁膜４２と下部配
線パターン４４との上に蒸着し、下部配線パターン上の
第２絶縁膜４５を選択食刻して、コンタクトホール４６
を形成する。
【００２９】その後、急速熱処理（ＲＴＡ:Rapid Therm
al Annealing）を、温度３００〜６００℃、時間数秒〜
１分間、望ましくは、温度約４００℃、時間約３０秒
間、施す。熱処理を施した場合、コンタクトホール４６
の下部に露出している下部配線パターン４４に合金反応
が生じ、その結果、容積が膨張し、図１（Ｃ）に示すよ
うなプラグがコンタクトホール４６内に形成される。
al Annealing）を、温度３００〜６００℃、時間数秒〜
１分間、望ましくは、温度約４００℃、時間約３０秒
間、施す。熱処理を施した場合、コンタクトホール４６
の下部に露出している下部配線パターン４４に合金反応
が生じ、その結果、容積が膨張し、図１（Ｃ）に示すよ
うなプラグがコンタクトホール４６内に形成される。
【００３０】この合金化過程を説明するために、図２
に、下部配線膜４３の表面からの深さと元素濃度との関
係を示す。このうち、図２（Ａ）は、ＭｏＳｉｘを厚さ
約４００Å、アルミニウムを厚さ約５０００Å、ＭｏＳ
ｉｘを厚さ約６００Å蒸着した直後におけるＡｌ、Ｓ
ｉ、Ｏ、Ｍｏの下部配線膜４３の表面からの深さによる
分布を示す。図２（Ｂ）は、急速熱処理方式（ＲＴＡ）
で、温度約４００℃で時間約３０秒間の熱処理を施した
後における合金化進行状態を示す。この状態では、Ｍｏ
−Ｓｉ−Ａｌの合金が多く発生しており、容積が大きく
膨張していることが分かる。
に、下部配線膜４３の表面からの深さと元素濃度との関
係を示す。このうち、図２（Ａ）は、ＭｏＳｉｘを厚さ
約４００Å、アルミニウムを厚さ約５０００Å、ＭｏＳ
ｉｘを厚さ約６００Å蒸着した直後におけるＡｌ、Ｓ
ｉ、Ｏ、Ｍｏの下部配線膜４３の表面からの深さによる
分布を示す。図２（Ｂ）は、急速熱処理方式（ＲＴＡ）
で、温度約４００℃で時間約３０秒間の熱処理を施した
後における合金化進行状態を示す。この状態では、Ｍｏ
−Ｓｉ−Ａｌの合金が多く発生しており、容積が大きく
膨張していることが分かる。
【００３１】図３は、本発明の下部配線膜内の元素を示
すＸ線スペクトル図である。このうち、図３（Ａ）は、
ＭｏＳｉｘを厚さ約４００Å、アルミニウムを厚さ約５
０００Å、ＭｏＳｉｘを厚さ約６００Å蒸着した直後に
おけるアルミニウム層内の元素スペクトルであるが、こ
こではＡｌスペクトルのみが存在することが示されてい
る。図３（Ｂ）は、急速熱処理方式（ＲＴＡ）で、温度
約４００℃で時間約３０秒間の熱処理を施した後におけ
る状態を示す。この状態では、Ｍｏ−Ｓｉ−Ａｌ合金が
多く発生しており、ＭｏＡｌ1.3Ｓｉ0.7が最も多く存在
し、ＡｌとＳｉとＭｏＳｉ2とは比較的均一に分布して
いることが示されている。
すＸ線スペクトル図である。このうち、図３（Ａ）は、
ＭｏＳｉｘを厚さ約４００Å、アルミニウムを厚さ約５
０００Å、ＭｏＳｉｘを厚さ約６００Å蒸着した直後に
おけるアルミニウム層内の元素スペクトルであるが、こ
こではＡｌスペクトルのみが存在することが示されてい
る。図３（Ｂ）は、急速熱処理方式（ＲＴＡ）で、温度
約４００℃で時間約３０秒間の熱処理を施した後におけ
る状態を示す。この状態では、Ｍｏ−Ｓｉ−Ａｌ合金が
多く発生しており、ＭｏＡｌ1.3Ｓｉ0.7が最も多く存在
し、ＡｌとＳｉとＭｏＳｉ2とは比較的均一に分布して
いることが示されている。
【００３２】この現象は、以下のようにして生じる。す
なわち、アルミニウム層の上下に配置されているケイ化
物（ＭｏＳｉｘ）層内に存する過量のＳｉ原子がアルミ
ニウムと反応して共晶(eutectic compound)を形成す
る。この際、耐火メタル（refractory metal）がこの反
応に参加して、プラグが形成されると考えられる。
なわち、アルミニウム層の上下に配置されているケイ化
物（ＭｏＳｉｘ）層内に存する過量のＳｉ原子がアルミ
ニウムと反応して共晶(eutectic compound)を形成す
る。この際、耐火メタル（refractory metal）がこの反
応に参加して、プラグが形成されると考えられる。
【００３３】その後、図１（Ｄ）に示すように、アルミ
ニウムを蒸着し、パタニングして、上部配線膜４７を形
成する。
ニウムを蒸着し、パタニングして、上部配線膜４７を形
成する。
【００３４】（実施の形態２） 図４〜図５は、本発明のコンタクトホールのプラグ形成
方法の実施の形態２の製造工程部分断面図である。実施
の形態２は、ＶＬＳＩにおいて要求される、小さいコン
タクトホールの直径と、深いコンタクトホールの深さ、
すなわち、コンタクトホールのアスペクト比が大である
場合に適用可能である。このケースにおいては、コンタ
クトホールのアスペクト比は、下部配線膜自体の反応に
よって減少される。
方法の実施の形態２の製造工程部分断面図である。実施
の形態２は、ＶＬＳＩにおいて要求される、小さいコン
タクトホールの直径と、深いコンタクトホールの深さ、
すなわち、コンタクトホールのアスペクト比が大である
場合に適用可能である。このケースにおいては、コンタ
クトホールのアスペクト比は、下部配線膜自体の反応に
よって減少される。
【００３５】本発明のコンタクトホールのプラグ形成方
法の実施の形態２においては、図４（Ａ）に示すよう
に、半導体基板７１上に第１絶縁膜７２を形成した後、
下部配線膜７９を形成する。この下部配線膜７９は、以
下のように形成する。すなわち、ＭｏＳｉ2層７３を厚
さ約４００Åに形成した後、ＭｏＳｉ2層７３の上にア
ルミニウム層７４を厚さ約５０００Åに形成し、アルミ
ニウム層７４の上に再度ＭｏＳｉｘ層７５を厚さ約６０
０Åに程形成する。ここに、ｘ＞２．０である。
法の実施の形態２においては、図４（Ａ）に示すよう
に、半導体基板７１上に第１絶縁膜７２を形成した後、
下部配線膜７９を形成する。この下部配線膜７９は、以
下のように形成する。すなわち、ＭｏＳｉ2層７３を厚
さ約４００Åに形成した後、ＭｏＳｉ2層７３の上にア
ルミニウム層７４を厚さ約５０００Åに形成し、アルミ
ニウム層７４の上に再度ＭｏＳｉｘ層７５を厚さ約６０
０Åに程形成する。ここに、ｘ＞２．０である。
【００３６】次いで、図４（Ｂ）に示すように、下部配
線膜７９の上に酸化シリコン等からなる第２絶縁膜７６
を形成し、第２絶縁膜７６を選択食刻してコンタクトホ
ール７７を形成する。
線膜７９の上に酸化シリコン等からなる第２絶縁膜７６
を形成し、第２絶縁膜７６を選択食刻してコンタクトホ
ール７７を形成する。
【００３７】その後、図５（Ｃ）に示すように、急速熱
処理方式（ＲＴＡ）で、温度約４００℃で時間約３０秒
間の熱処理を施す。この際、下部配線膜自体の反応によ
り、コンタクトホール７７部位において、合金反応（Ｍ
ｏＡｌＳｉ）と容積膨張とが生じ、その結果、コンタク
トホールの深さが小さくなり、アスペクト比が減少す
る。
処理方式（ＲＴＡ）で、温度約４００℃で時間約３０秒
間の熱処理を施す。この際、下部配線膜自体の反応によ
り、コンタクトホール７７部位において、合金反応（Ｍ
ｏＡｌＳｉ）と容積膨張とが生じ、その結果、コンタク
トホールの深さが小さくなり、アスペクト比が減少す
る。
【００３８】次いで、図５（Ｄ）に示すように、従来の
方法と同様な方法で、アルミニウムを冷熱蒸着方式（co
ld-hot deposition method）により蒸着して、上部配線
膜７８を形成する。
方法と同様な方法で、アルミニウムを冷熱蒸着方式（co
ld-hot deposition method）により蒸着して、上部配線
膜７８を形成する。
【００３９】（実施の形態３） 図６〜図７は、本発明のコンタクトホールのプラグ形成
方法の実施の形態３の製造工程部分断面図である。実施
の形態３は、コンタクトホールの直径が小で、コンタク
トホールの深さが大である場合に適用可能である。
方法の実施の形態３の製造工程部分断面図である。実施
の形態３は、コンタクトホールの直径が小で、コンタク
トホールの深さが大である場合に適用可能である。
【００４０】本実施の形態においては、下部配線膜と上
部配線膜との反応により合金が形成される。その結果、
コンタクトホールのアスペクト比が減少し、プラグが形
成される。
部配線膜との反応により合金が形成される。その結果、
コンタクトホールのアスペクト比が減少し、プラグが形
成される。
【００４１】この方法は、以下のように実行する。すな
わち、図６（Ａ）に示すように、先ず、半導体基板８１
の上に酸化シリコン等からなる第１絶縁膜８２を形成
し、第１絶縁膜８２の上に下部配線膜９１を形成する。
この下部配線膜９１は、チタン層８３を厚さ約５００Å
に蒸着し、チタン層８３の上にアルミニウム層８４を厚
さ約５０００Åに蒸着し、アルミニウム層８４の上に窒
化チタン層８５を厚さ約５００Åに蒸着し、窒化チタン
層８５の上にチタン層８６を厚さ約５００Åに蒸着して
形成する。（ここに、チタン層８３とアルミニウム層８
４と窒化チタン層８５とからなる層は、請求項７におけ
る第１の導電膜に相当し、チタン層８６からなる層は請
求項７における第２の導電膜に相当する。）次いで、図
６（Ｂ）に示すように、下部配線膜９１の上に第２絶縁
膜８７を形成し、第２絶縁膜８７を選択食刻してコンタ
クトホール９２を形成する。
わち、図６（Ａ）に示すように、先ず、半導体基板８１
の上に酸化シリコン等からなる第１絶縁膜８２を形成
し、第１絶縁膜８２の上に下部配線膜９１を形成する。
この下部配線膜９１は、チタン層８３を厚さ約５００Å
に蒸着し、チタン層８３の上にアルミニウム層８４を厚
さ約５０００Åに蒸着し、アルミニウム層８４の上に窒
化チタン層８５を厚さ約５００Åに蒸着し、窒化チタン
層８５の上にチタン層８６を厚さ約５００Åに蒸着して
形成する。（ここに、チタン層８３とアルミニウム層８
４と窒化チタン層８５とからなる層は、請求項７におけ
る第１の導電膜に相当し、チタン層８６からなる層は請
求項７における第２の導電膜に相当する。）次いで、図
６（Ｂ）に示すように、下部配線膜９１の上に第２絶縁
膜８７を形成し、第２絶縁膜８７を選択食刻してコンタ
クトホール９２を形成する。
【００４２】次いで、図６（Ｃ）に示すように、アルミ
ニウム層８８（請求項７における第３の導電膜に相当す
る。）を第２絶縁膜８７の上とコンタクトホール９２の
内面とに、厚さ約１０００Åに形成する。
ニウム層８８（請求項７における第３の導電膜に相当す
る。）を第２絶縁膜８７の上とコンタクトホール９２の
内面とに、厚さ約１０００Åに形成する。
【００４３】その後、図７（Ｄ）に示すように、急速熱
処理方式（ＲＴＡ）で、温度約４００℃で時間約３０秒
間の熱処理を施す。この際、コンタクトホール９２の下
部において、ＴｉＡｌ3層８９が形成され、容積膨張が
生じる。その結果、コンタクトホール９２の下部が充填
され、アスペクト比が減少する。
処理方式（ＲＴＡ）で、温度約４００℃で時間約３０秒
間の熱処理を施す。この際、コンタクトホール９２の下
部において、ＴｉＡｌ3層８９が形成され、容積膨張が
生じる。その結果、コンタクトホール９２の下部が充填
され、アスペクト比が減少する。
【００４４】次ぎに、図７（Ｅ）に示すように、５００
℃以上の高温でアルミニウムを形成して、上部配線膜９
０（請求項７における第４の導電膜に相当する。）を形
成する。この際、アルミニウムの流動が生じて、コンタ
クトホールが充分に充填され、下部配線膜と上部配線膜
とを接続するプラグが形成される。
℃以上の高温でアルミニウムを形成して、上部配線膜９
０（請求項７における第４の導電膜に相当する。）を形
成する。この際、アルミニウムの流動が生じて、コンタ
クトホールが充分に充填され、下部配線膜と上部配線膜
とを接続するプラグが形成される。
【００４５】上記説明の如く、本発明のコンタクトホー
ルのプラグ形成方法の実施においては、アルミニウムと
合金反応を起こす金属を使用する。アルミニウムと合金
反応を起こす金属としては、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、
Ｔｉ、Ｗ等から１または１以上の金属を選ぶとよい。
ルのプラグ形成方法の実施においては、アルミニウムと
合金反応を起こす金属を使用する。アルミニウムと合金
反応を起こす金属としては、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、
Ｔｉ、Ｗ等から１または１以上の金属を選ぶとよい。
【００４６】
【発明の効果】上記本願発明のコンタクトホールのプラ
グ形成方法によれば、コンタクトホールのアスペクト比
が大きい場合にも、下部配線膜自体の合金反応により、
コンタクトホールのアスペクト比を減少させ得るので、
ＶＬＳＩに要求されるようなアスペクト比の大きいコン
タクトホールの場合にもコンタクトホールを確実に充填
してプラグを形成することが可能となり、またエッチン
グ比率を減少して配線工程を単純化することが可能とな
るという効果がある。
グ形成方法によれば、コンタクトホールのアスペクト比
が大きい場合にも、下部配線膜自体の合金反応により、
コンタクトホールのアスペクト比を減少させ得るので、
ＶＬＳＩに要求されるようなアスペクト比の大きいコン
タクトホールの場合にもコンタクトホールを確実に充填
してプラグを形成することが可能となり、またエッチン
グ比率を減少して配線工程を単純化することが可能とな
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンタクトホールのプラグ形成方法の
実施の形態１の製造工程部分断面図である。
実施の形態１の製造工程部分断面図である。
【図２】本発明の下部配線膜の表面からの深さと元素濃
度との関係を示すグラフである。
度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の下部配線膜内の元素を示すＸ線スペク
トル図である。
トル図である。
【図４】本発明のコンタクトホールのプラグ形成方法の
実施の形態２の製造工程部分断面図である。
実施の形態２の製造工程部分断面図である。
【図５】本発明のコンタクトホールのプラグ形成方法の
実施の形態２の製造工程部分断面図である。
実施の形態２の製造工程部分断面図である。
【図６】本発明のコンタクトホールのプラグ形成方法の
実施の形態３の製造工程部分断面図である。
実施の形態３の製造工程部分断面図である。
【図７】本発明のコンタクトホールのプラグ形成方法の
実施の形態３の製造工程部分断面図である。
実施の形態３の製造工程部分断面図である。
【図８】従来のコンタクトホールのプラグ形成方法の第
１例の製造工程部分断面図である。
１例の製造工程部分断面図である。
【図９】従来のコンタクトホールのプラグ形成方法の第
１例の製造工程部分断面図である。
１例の製造工程部分断面図である。
【図１０】従来のコンタクトホールのプラグ形成方法の
第２例の製造工程部分断面図である。
第２例の製造工程部分断面図である。
【図１１】従来のコンタクトホールのプラグ形成方法の
第２例の製造工程部分断面図である。
第２例の製造工程部分断面図である。
【図１２】従来のコンタクトホールのプラグ形成方法に
おける問題点を説明するための部分断面図である。
おける問題点を説明するための部分断面図である。
４１、７１、８１…半導体基板、４２、７２、８２…第
１絶縁膜、４３、７９、９１…下部配線膜、４４…下部
配線パターン、４５、７６、８７…第２絶縁膜、４６、
７７、９２…コンタクトホール、４７、７８、９０…上
部配線膜、７３…ＭｏＳｉ2層、７４、８４、８８…ア
ルミニウム層、７５…ＭｏＳｉｘ層、８３、８６…チタ
ン層、８５…窒化チタン層、８９…ＴｉＡｌ3層
１絶縁膜、４３、７９、９１…下部配線膜、４４…下部
配線パターン、４５、７６、８７…第２絶縁膜、４６、
７７、９２…コンタクトホール、４７、７８、９０…上
部配線膜、７３…ＭｏＳｉ2層、７４、８４、８８…ア
ルミニウム層、７５…ＭｏＳｉｘ層、８３、８６…チタ
ン層、８５…窒化チタン層、８９…ＴｉＡｌ3層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768
Claims (7)
- 【請求項１】（１）半導体基板上に金属ケイ化物と、金
属と、金属ケイ化物とを積層して下部配線膜を形成する
工程と、 （２）上記下部配線膜上に絶縁膜を形成し、上記絶縁膜
の上記下部配線膜に対応する部位にコンタクトホールを
形成する工程と、 （３）熱処理を施して、上記下部配線膜の合金反応と容
積膨張とにより、コンタクトホールの内部にプラグを形
成する工程と、 を含んでなることを特徴とするコンタクトホールのプラ
グ形成方法。 - 【請求項２】請求項１に記載のコンタクトホールのプラ
グ形成方法において、上記金属ケイ化物の金属は、Ｃ
ｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗから選んで用いること
を特徴とするコンタクトホールのプラグ形成方法。 - 【請求項３】請求項１に記載のコンタクトホールのプラ
グ形成方法において、上記下部配線膜の金属としてアル
ミニウムを用いることを特徴とするコンタクトホールの
プラグ形成方法。 - 【請求項４】請求項１に記載のコンタクトホールのプラ
グ形成方法において、上記（３）工程の熱処理は、急速
熱処理であって、該急速熱処理は、温度３００〜６００
℃において、１分間以内の時間施すことを特徴とするコ
ンタクトホールのプラグ形成方法。 - 【請求項５】請求項４に記載のコンタクトホールのプラ
グ形成方法において、上記熱処理は４００℃の温度、３
０秒間の条件で施すことを特徴とするコンタクトホール
のプラグ形成方法。 - 【請求項６】請求項１に記載のコンタクトホールのプラ
グ形成方法において、上記（３）工程を実施してプラグ
を形成した後、絶縁膜上と上記コンタクトホール上と上
記プラグ上とに上部配線膜を形成することを特徴とする
コンタクトホールのプラグ形成方法。 - 【請求項７】半導体基板上に形成した第１の導電膜と上
記第１の導電膜上に形成した第２の導電膜とからなる下
部配線膜を形成する工程と、 上記下部配線膜上に絶縁膜を形成し、上記絶縁膜の上記
下部配線膜に対応する部位にコンタクトホールを形成す
る工程と、 上記絶縁膜上と上記コンタクトホール内とに第３の導電
膜を形成する工程と、 熱処理を施して、上記第２の導電膜と上記第３の導電膜
とを反応させて、容積膨張して上記コンタクトホールの
内部を埋める合金を形成することによって、上記コンタ
クトホールの内部にプラグを形成する工程と、 上記第３の導電膜上と上記プラグの上に第４の導電膜を
形成する工程と、 を含んでなることを特徴とするコンタクトホールのプラ
グ形成方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1995-8455 | 1995-04-12 | ||
| KR1019950008455A KR0165813B1 (ko) | 1995-04-12 | 1995-04-12 | 접속홀의 플러그 형성 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08288392A JPH08288392A (ja) | 1996-11-01 |
| JP2845788B2 true JP2845788B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=19411962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7337095A Expired - Fee Related JP2845788B2 (ja) | 1995-04-12 | 1995-12-25 | コンタクトホールのプラグ形成方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5824597A (ja) |
| JP (1) | JP2845788B2 (ja) |
| KR (1) | KR0165813B1 (ja) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7943505B2 (en) * | 1997-03-14 | 2011-05-17 | Micron Technology, Inc. | Advanced VLSI metallization |
| US6656834B1 (en) * | 2001-06-20 | 2003-12-02 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method of selectively alloying interconnect regions by deposition process |
| US6977437B2 (en) * | 2003-03-11 | 2005-12-20 | Texas Instruments Incorporated | Method for forming a void free via |
| KR100573897B1 (ko) * | 2003-12-30 | 2006-04-26 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 제조 방법 |
| US20060099800A1 (en) * | 2004-11-09 | 2006-05-11 | Chintamani Palsule | Method for fabricating low leakage interconnect layers in integrated circuits |
| KR100711920B1 (ko) * | 2005-12-28 | 2007-04-27 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 소자의 금속 배선 및 그의 형성 방법 |
| US7804148B2 (en) * | 2006-02-16 | 2010-09-28 | International Business Machines Corporation | Opto-thermal mask including aligned thermal dissipative layer, reflective layer and transparent capping layer |
| TWI729457B (zh) | 2016-06-14 | 2021-06-01 | 美商應用材料股份有限公司 | 金屬及含金屬化合物之氧化體積膨脹 |
| TWI719262B (zh) | 2016-11-03 | 2021-02-21 | 美商應用材料股份有限公司 | 用於圖案化之薄膜的沉積與處理 |
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| WO2018156710A1 (en) | 2017-02-22 | 2018-08-30 | Applied Materials, Inc. | Critical dimension control for self-aligned contact patterning |
| US10636659B2 (en) | 2017-04-25 | 2020-04-28 | Applied Materials, Inc. | Selective deposition for simplified process flow of pillar formation |
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