JP2856418B2 - Contact forming method and structure - Google Patents
Contact forming method and structureInfo
- Publication number
- JP2856418B2 JP2856418B2 JP8927989A JP8927989A JP2856418B2 JP 2856418 B2 JP2856418 B2 JP 2856418B2 JP 8927989 A JP8927989 A JP 8927989A JP 8927989 A JP8927989 A JP 8927989A JP 2856418 B2 JP2856418 B2 JP 2856418B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- conductive
- conductor
- refractory metal
- level
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- 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 本発明は、一般に、半導体プロセスで利用されるコン
タクトホールやビアホールに関するものであり、さらに
詳細には、コンタクトホールやビアホールのステップカ
バレジ(段差被覆状態)を改良することに関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a contact hole or a via hole used in a semiconductor process, and more specifically, to a step coverage of a contact hole or a via hole (step coverage state). For improving.
従来の技術 半導体プロセスにおいては、最も重要なプロセス段階
の1つは、絶縁層によって隔離された異なるレベルの2
つの導電層を相互に接続することである。特に、一方の
導電層が頂上のメタライズ層である場合にこの相互接続
が重要である。現在のところ、下方で延在する導体層は
レベル間酸化物層(層間絶縁層)で被覆され、この酸化
物層に形成されたコンタクトホールまたはビアホールな
どの接続孔が下方で延在するこの導体層の選択された領
域を露出させている。次に、頂上の導体層がパターニン
グされ、コンタクトホールまたはビアホールを介して下
方で延在する導体層と相互に接続されている。下方で延
在するこの導体層には、多結晶シリコン、または金属、
さらにはシリコン表面そのものからなる導電層が含まれ
る。2. Description of the Related Art In semiconductor processing, one of the most important process steps is the different levels of 2 separated by insulating layers.
Interconnecting the two conductive layers. This interconnection is particularly important when one conductive layer is a top metallization layer. At present, the conductor layer extending downward is covered with an interlevel oxide layer (interlayer insulating layer), and a conductor hole formed in the oxide layer such as a contact hole or a via hole extends downward. Exposing selected areas of the layer. Next, the top conductor layer is patterned and interconnected with the conductor layer extending downward through contact holes or via holes. This conductor layer extending downward includes polycrystalline silicon or metal,
Further, a conductive layer composed of the silicon surface itself is included.
2つの層の間で導電性接続を実現するには、下方で延
在する金属またはシリコンとの間のコンタクトの界面の
抵抗が小さく、下方で延在するこの材料の特性、特にこ
の材料がシリコンの場合に特性が変わることがないよう
にすることが重要である。さらに、コンタクトの界面そ
のものと上方メタライズ層の間の抵抗が小さいことが重
要である。To achieve a conductive connection between the two layers, the resistance of the interface of the contact with the underlying metal or silicon is low, and the properties of the underlying material, especially the material It is important that the characteristics do not change in the case of. Furthermore, it is important that the resistance between the contact interface itself and the upper metallization layer be small.
発明が解決しようとする課題 従来のプロセスの1つの欠点は、コンタクト用開口部
またはビアホールの鉛直面の表面上の上方メタライズ層
の「ボイド」である。これは多数の原因によって発生す
る可能性がある。工業上多い1つの原因は、スパッタリ
ングまたは物理的蒸着法を利用してメタライズ層を堆積
させるときに被覆が同形にならないことである。ここ
で、「同形」を「膜の被覆状態が下地段差等に忠実(co
nformal)である」ことを意味する用語として使用す
る。これらの方法は異方性プロセスであるため、コンタ
クト用開口部またはビアホール内の鉛直面には鉛直壁面
の表面に形成された比較的薄いメタライズ層を有するだ
けであり、コンタクト用開口部またはビアホールの上縁
部に沿って厚い「盛り上がり部」が形成される。メタラ
イズ層のボイドは一般にこの鉛直面に沿って発生する。
この問題点は、導電材料をCVD法により堆積させること
により解決される。しかし、通常は、CVD法は、上方レ
ベルに必要とされるタイプの金属などに適しておらず、
例えばアルミニウムのメタライゼーションプロセスに適
していない。One disadvantage of the conventional process is the "void" of the upper metallization layer on the vertical surface of the contact opening or via hole. This can occur for a number of reasons. One industrially common cause is that the coating does not conform when depositing the metallized layer using sputtering or physical vapor deposition. Here, “same shape” is referred to as “the coating state of the film is faithful to the
nformal) ". Since these methods are anisotropic processes, the vertical surface in the contact opening or via hole only has a relatively thin metallized layer formed on the surface of the vertical wall surface, and the contact opening or via hole is not formed. A thick “bulge” is formed along the upper edge. Voids in the metallized layer generally occur along this vertical plane.
This problem is solved by depositing a conductive material by a CVD method. However, usually, the CVD method is not suitable for the type of metal required at the upper level,
For example, it is not suitable for aluminum metallization processes.
課題を解決するための手段 ここに開示して権利を請求する本発明は、異なるレベ
ルの2つの導電層の間を接続する方法を含んでいる。シ
リコン基板または第1の導電層が下方レベルの導電材料
を形成する。この導電材料層は、レベル間酸化物層によ
って被覆される。開口部がレベル間酸化物層に形成さ
れ、次に同形の高融点材料層がこの構造の上に堆積され
て開口部の側壁を一様な厚さで覆う。この結果、レベル
間酸化物層によって隔離された2つのレベルが導通す
る。次に、メタライズ層を上面にスパッタして、高融点
材料層の上方部分と上方レベルの他の構造との間に相互
接続を確立する。SUMMARY OF THE INVENTION The invention disclosed and claimed herein includes a method of connecting between two different levels of a conductive layer. A silicon substrate or first conductive layer forms a lower level of conductive material. This layer of conductive material is covered by an interlevel oxide layer. An opening is formed in the interlevel oxide layer, and then a conformal layer of refractory material is deposited over the structure to cover the sidewalls of the opening with a uniform thickness. As a result, the two levels separated by the interlevel oxide layer conduct. Next, a metallized layer is sputtered on top to establish an interconnect between the upper portion of the refractory material layer and the upper level of other structures.
本発明の別の態様によると、高融点材料は基板全体に
堆積されて、レベル間酸化物層の表面上と、開口部のう
ちで下方レベルに近い底面の上とに延在する。障壁用金
属を、同形高融点材料層と下方導電レベルの間に堆積さ
せる。According to another aspect of the invention, the refractory material is deposited on the entire substrate and extends over the surface of the interlevel oxide layer and over the bottom of the opening near the lower level. A barrier metal is deposited between the conformal refractory material layer and the lower conductive level.
本発明のさらに別の態様によると、側壁酸化物層が開
口部の側壁にテーパ状の輪郭をもつように形成される。
そのテーパ状の輪郭は、下方レベルの狭い部分から上方
レベルの広い部分に向かって延びて、上方レベルでの開
口部のほうが広くなるようにされている。この結果、従
来よりも緩やかなステップが得られ、その上に同形の高
融点材料層が形成される。高融点材料は、二ケイ化タン
グステンであることが好ましい。According to yet another aspect of the invention, a sidewall oxide layer is formed with a tapered profile on sidewalls of the opening.
The tapered profile extends from the lower level narrow portion to the upper level wide portion such that the opening at the upper level is wider. As a result, a step that is slower than in the related art is obtained, and a refractory material layer having the same shape is formed thereon. Preferably, the high melting point material is tungsten disilicide.
本発明ならびにその利点をさらに完全に理解するた
め、添付の図面を参照して説明を行う。For a more complete understanding of the present invention and its advantages, reference is made to the accompanying drawings.
実施例 第1図を参照すると、半導体構造10の上にレベル間酸
化物12が形成された状態が示されている。半導体構造10
はシリコンであることが好ましい。しかし、本発明を説
明するに当たっては、半導体構造10が第1のレベルの導
体を表すと仮定する。この点に関してはあとで詳細に説
明する。EXAMPLE Referring to FIG. 1, an interlevel oxide 12 is formed over a semiconductor structure 10. Semiconductor structure 10
Is preferably silicon. However, in describing the present invention, it is assumed that semiconductor structure 10 represents a first level conductor. This will be described in detail later.
酸化物層12は通常はレベル間酸化物または層間絶縁層
と呼ばれ、厚さが約5,000〜10,000Åである。酸化物層1
2を形成した後、コンタクトホールまたはビアホール14
を酸化物層12の中に形成する。以下の説明ではビアホー
ル14と記載する。断面図からわかるように、ビアホール
14は2つの鉛直な側壁16と18を備えている。このビアホ
ール14は、酸化物層12の表面をフォトレジスト操作を行
ってパターニングし、次にこの構造に異方性プラズマエ
ッチングを施してマスクされない領域の酸化物を除去す
ることによって形成されており、その結果として鉛直な
側壁16と18が形成されている。Oxide layer 12 is commonly referred to as an interlevel oxide or interlayer insulation layer and has a thickness of about 5,000-10,000 °. Oxide layer 1
After forming 2, contact holes or via holes 14
Is formed in the oxide layer 12. In the following description, the via hole 14 will be described. As you can see from the cross section, the via hole
14 has two vertical side walls 16 and 18. The via holes 14 are formed by patterning the surface of the oxide layer 12 by performing a photoresist operation, and then performing anisotropic plasma etching on the structure to remove oxide in unmasked regions, As a result, vertical side walls 16 and 18 are formed.
ビアホール14の形成後、このビアホール14と酸化物層
12の上に同形な絶縁材料層20を堆積させて、鉛直側壁16
と18ならびにコンタクトホール/ビアホールの底面19を
同形に覆うようにする。絶縁材料層20は、堆積させた酸
化シリコンまたは窒化シリコンを含んでいることが望ま
しい。この絶縁材料層20はCVD法を利用した従来の低温
反応プロセスにより堆積させることができる。絶縁材料
層20は厚さを数1,000Åにすることが可能である。好ま
しい厚さは2,000Åである。上で説明したように、絶縁
材料層20はビアホール14の幾何学的形状に合致してお
り、鉛直な側壁16と18に付着する。After the formation of the via hole 14, the via hole 14 and the oxide layer
Depositing a conformal layer of insulating material 20 on top of the vertical sidewalls 16
And 18 as well as the bottom surface 19 of the contact hole / via hole. The insulating material layer 20 preferably includes deposited silicon oxide or silicon nitride. This insulating material layer 20 can be deposited by a conventional low-temperature reaction process using a CVD method. The insulating material layer 20 can have a thickness of several thousand mm. The preferred thickness is 2,000 mm. As explained above, the insulating material layer 20 conforms to the geometry of the via hole 14 and adheres to the vertical sidewalls 16 and 18.
第3図に示したように、絶縁材料層20は異方的に除去
され、側壁16と18がそれぞれ比較的厚い酸化物層22と24
で覆われる。一例を挙げると、絶縁材料層20の厚さが2,
000Åである場合には、側壁酸化物層22と24の横方向の
厚さは底面19の近くでは約2,000Åとなり、絶縁材料層2
0の上面の近くではこれよりもわずかに薄くなる。従っ
て、側壁酸化物層22と24は鉛直面というよりはテーパ面
を有することになる。あとで説明するように、この結果
としてビアホール14の中に表面が「丸くなった」導電層
が形成される。As shown in FIG. 3, the insulating material layer 20 is removed anisotropically, and the sidewalls 16 and 18 have relatively thick oxide layers 22 and 24, respectively.
Covered with. For example, when the thickness of the insulating material layer 20 is 2,
000 mm, the lateral thickness of the sidewall oxide layers 22 and 24 is about 2,000 mm near the bottom surface 19 and the insulating material layer 2
Near the top of 0, it is slightly thinner. Thus, sidewall oxide layers 22 and 24 have a tapered surface rather than a vertical surface. As will be explained later, this results in a conductive layer having a “rounded” surface in the via hole 14.
絶縁材料層20は、様々な方法で異方的に除去すること
ができる。絶縁材料層20が鉛直方向にのみエッチングさ
れて、アンダーカットや横方向のエッチングがないよう
にするエッチングが好ましい。側壁酸化物を形成するこ
とは、産業界において多数の目的で広く利用されてい
る。1つの目的は、MOSトランジスタのゲートなどの導
電構造の側壁を被覆したり、イオン注入の際に鉛直壁面
からのスペーサとして使用することである。側壁酸化物
を形成する1つのプロセスが、1982年10月26日にホーン
グ−セン フー(Horng−Sen Fu)他に付与されたアメ
リカ合衆国特許第4,356,040号に詳細に記載されてい
る。本明細書ではこのアメリカ合衆国特許を参照する。The insulating material layer 20 can be removed anisotropically in various ways. Preferably, the etching is performed so that the insulating material layer 20 is etched only in the vertical direction so that there is no undercut or lateral etching. Forming sidewall oxides is widely used in the industry for a number of purposes. One purpose is to cover the side walls of a conductive structure such as the gate of a MOS transistor, or to use it as a spacer from a vertical wall surface during ion implantation. One process for forming sidewall oxides is described in detail in US Pat. No. 4,356,040, issued to Horng-Sen Fu et al. On Oct. 26, 1982. Reference is made herein to this United States patent.
側壁酸化物層22、24を形成した後、薄い高融点メタラ
イズ層26をスパッタにより基板上に約500Åの厚さに堆
積させる。使用する高融点金属はチタンであることが好
ましい。次に、チタンに対して窒素またはNH3雰囲気中
で高速熱アニール(RTA)を施す。その結果、ケイ化チ
タン層(TiSi2)28がシリコン基板10の表面またはその
下かつビアホール14の底部19の位置の近くに形成され、
窒化チタン層(TiN)30が、ビアホール14の残り部分の
上、側壁層22、24の外面上、それに酸化物層12の上面の
上に形成される。チタン層26の幾分かはシリコンと化合
してケイ化チタン層28を形成することに注目されたい。
一方、窒素はチタンと反応して窒化チタンを形成する。
チタン層26のチタンが窒素雰囲気中で反応して二ケイ化
チタンが形成されると、2つの競合する反応がシリコン
上で起こる。第1の反応は窒化チタンの形成であり、気
相から下方に向かって成長する。第2の反応との関連で
は、シリコンとの界面から上方に向かってケイ化チタン
が上方に向かって成長する。この2つの競合する反応の
活性化エネルギは異なっているため、TiN/TiSi2の厚さ
の比は温度に応じて敏感に変化する。しかし、結果とし
て、窒化チタン層30のうちでシリコン上の部分には、窒
化チタン層30の残り部分である酸化物層の上の部分より
も薄い所定量のTiNが形成される。ケイ化チタン層28と
窒化チタン層30の両方とも非常に導電性の大きな材料で
あり、窒化チタン層30とケイ化チタン層28のうちでビア
ホール15の底部19の近くの部分は障壁金属を形成してい
る。ケイ化チタン層28と窒化チタン層30の形成法が第5
図に示されている。下方レベルの導体がビアホール14の
底部19に存在しており、この下方レベルの導体がシリコ
ンを含んでいない場合には、ケイ化チタン層28は形成さ
れないことに注意されたい。窒化チタン層30の目的は、
あとで形成される層と、シリコンなどの下方で延在する
材料との間の相互作用に対する障壁を提供することであ
る。しかし、下方で延在する材料がアルミニウムなどの
金属である場合には、TiをRTA処理する代わりにTiNを
アルミニウムの表面に直接にスパッタで堆積させる必要
がある。例えば、金属をシリコン上に直接に堆積させる
場合には、当業者には周知の現象である「スパイキン
グ」や「トンネリング」が起こる可能性がある。After forming the sidewall oxide layers 22, 24, a thin refractory metallization layer 26 is deposited on the substrate by sputtering to a thickness of about 500 °. The refractory metal used is preferably titanium. Next, rapid thermal annealing (RTA) is performed on the titanium in a nitrogen or NH 3 atmosphere. As a result, a titanium silicide layer (TiSi 2 ) 28 is formed on or below the surface of the silicon substrate 10 and near the position of the bottom 19 of the via hole 14,
A titanium nitride layer (TiN) 30 is formed over the remainder of the via hole 14, on the outer surfaces of the sidewall layers 22, 24, and on the upper surface of the oxide layer 12. Note that some of the titanium layer 26 combines with the silicon to form titanium silicide layer 28.
On the other hand, nitrogen reacts with titanium to form titanium nitride.
When the titanium of the titanium layer 26 reacts in a nitrogen atmosphere to form titanium disilicide, two competing reactions occur on the silicon. The first reaction is the formation of titanium nitride, which grows downward from the gas phase. In the context of the second reaction, titanium silicide grows upward from the interface with silicon. Since the activation energies of the two competing reactions are different, the thickness ratio of TiN / TiSi 2 changes sensitively with temperature. However, as a result, a predetermined amount of TiN is formed in a portion of the titanium nitride layer 30 on silicon which is thinner than a portion of the titanium nitride layer 30 on the oxide layer. Both the titanium silicide layer 28 and the titanium nitride layer 30 are highly conductive materials, and the portion of the titanium nitride layer 30 and the titanium silicide layer 28 near the bottom 19 of the via hole 15 forms a barrier metal. doing. The method of forming the titanium silicide layer 28 and the titanium nitride layer 30 is the fifth.
It is shown in the figure. Note that if a lower level conductor is present at the bottom 19 of the via hole 14 and the lower level conductor does not contain silicon, the titanium silicide layer 28 will not be formed. The purpose of the titanium nitride layer 30 is to
The purpose is to provide a barrier to interaction between subsequently formed layers and underlying material such as silicon. However, when the material extending downward is a metal such as aluminum, it is necessary to deposit TiN directly on the surface of aluminum by sputtering instead of performing RTA treatment on Ti. For example, if metal is deposited directly on silicon, phenomena known as "spiking" and "tunneling" may occur.
障壁用窒化チタン層30をビアホール14の底部19に形成
した後、同形の導電層32を窒化チタン層30の上に厚さ約
2,000Åに堆積させる。一般に、同形層を形成するにはC
VD法を用いる。本実施例では、二ケイ化タングステン
(WSi2)をCVD法で堆積させる。現在のところ、様々
なケイ化物(シリサイド)の中ではWSi2が同形層をCV
D法で堆積させるのに都合のよい唯一の材料である。こ
れとは逆に、導電層となるアルミニウムなどのスパッタ
材料は、物理的蒸着で堆積させる必要がある。一般に、
これは異方的プロセスであり、鉛直、またはほぼ鉛直な
表面の被覆率は悪い。従って、ビアホール14内の側壁に
非常に導電性のある層が形成されるような方法を使用す
ることが本発明では重要である。以下にさらに詳しく説
明するように、同形な導電層32のうちで導電性に関して
重要な部分は、側壁酸化物層32と24の外面に隣接するが
窒化チタン層30によってこの外面からは隔離された部分
である。このようにして導電性ステップが得られる。導
電層32の同形性と、この導電層32によるステップ被覆率
は、「テーパ状スペーサ」として機能する側壁層22、24
を使用することにより向上することに注目することが重
要である。After forming a barrier titanium nitride layer 30 at the bottom 19 of the via hole 14, a conductive layer 32 of the same shape is formed on the titanium nitride layer 30 to a thickness of about 30 nm.
Deposit to 2,000Å. In general, to form a conformal layer C
The VD method is used. In this embodiment, tungsten disilicide (WSi 2 ) is deposited by a CVD method. At present, among various silicides, WSi 2 has CV
It is the only material that is convenient for depositing by the D method. Conversely, a sputtered material such as aluminum, which will be the conductive layer, must be deposited by physical vapor deposition. In general,
This is an anisotropic process, with poor coverage on vertical or nearly vertical surfaces. Therefore, it is important in the present invention to use a method in which a highly conductive layer is formed on the side wall in the via hole 14. As will be described in more detail below, the portion of the conformal conductive layer 32 that is important for conductivity is adjacent to the outer surfaces of the sidewall oxide layers 32 and 24, but is isolated therefrom by the titanium nitride layer 30. Part. In this way, a conductive step is obtained. The isomorphism of the conductive layer 32 and the step coverage by the conductive layer 32 indicate that the side wall layers 22 and 24 function as “tapered spacers”.
It is important to note that the use of
CVD法でWSi2を直接に堆積させることが好ましいと
はいえ、様々な方法を用いて非常に導電性の大きな層を
堆積させることができる。例えば、CVD法に適した多結
晶シリコンを使用することができるが、その面抵抗は比
較的大きく、従って導体の導電性を低下させる。利用可
能な別の方法が第6a図と第6b図に示されている。第6a図
では、チタン層34が真空中で温度約100℃にて基板上に
厚さ約800Åに堆積される。次に、ドープされた、また
はドープされていない多結晶シリコン層36がCVD法で厚
さ約1,500Åに堆積される。次に基板に対してRTAを約95
0℃で約30秒間実施し、ケイ化チタン28を形成する。ケ
イ化チタン領域は厚さが約2,000〜3,000Åである。本実
施例ではケイ化チタンを使用したが、任意のケイ化物、
例えばMoSi2、WSi2、TaSi2を用いることができる。ケ
イ化チタンを形成する反応の後、ケイ化タングステンで
はなくケイ化チタンを用いて導電層32を形成する。物理
的蒸着により堆積させたフィルムが同形でないことに起
因する問題点は特に厚いフィルムにあてはまることを理
解しておく必要がある。この問題は、薄膜(例えばTi)
を物理的蒸着により堆積させ、次に、その上にCVD法で
フィルム(例えばポリ)を成長させることにより有る程
度解決される。Nevertheless be directly deposited WSi 2 is preferably a CVD method, it is possible to deposit a large layer of highly conductive by using a variety of methods. For example, polycrystalline silicon suitable for the CVD method can be used, but its sheet resistance is relatively high, thus reducing the conductivity of the conductor. Another method available is shown in FIGS. 6a and 6b. In FIG. 6a, a titanium layer 34 is deposited in vacuum at a temperature of about 100 ° C. on the substrate to a thickness of about 800 °. Next, a doped or undoped polysilicon layer 36 is deposited by CVD to a thickness of about 1,500 °. Next, apply RTA to the substrate about 95
Perform for about 30 seconds at 0 ° C. to form titanium silicide 28. The titanium silicide region is about 2,000-3,000 mm thick. In this example, titanium silicide was used, but any silicide,
For example, MoSi 2 , WSi 2 , or TaSi 2 can be used. After the reaction for forming titanium silicide, the conductive layer 32 is formed using titanium silicide instead of tungsten silicide. It should be understood that the problems arising from non-uniform films deposited by physical vapor deposition apply particularly to thick films. The problem is that thin films (eg Ti)
Is solved to some extent by depositing by physical vapor deposition, and then growing a film (eg, poly) by CVD on it.
第7図を参照すると、導電層32の形成後にメタライズ
層38をこの導電層32の上にスパッタで堆積させているこ
とがわかる。メタライズ層38は、スパッタで厚さ約5,00
0〜8,000Åに堆積させたアルミニウムであることが好ま
しい。アルミニウム層38は、酸化物層12の上に載ってい
る部分がほぼ一定の厚さであることがわかる。しかし、
ビアホール15の上に載っている部分は厚さが変化してい
る。この厚さ変化は、スパッタが異方性をもつことに起
因する。図面ではビアホール14が連続的に被覆されてい
るが、空白部が出現する可能性もある。空白部の可能性
は、テーパ状の表面を有する側壁絶縁層22、24と、やは
り鋭い縁部というよりは幾分テーパ状の表面を有する同
形の導電層32が存在しているために多少小さくなる。し
かし、アルミニウム層38に鋭い縁部またはステップが存
在しているかどうかは重要ではない。というのは、ビア
ホール14の底部19への導電性接続は同形な窒化チタン層
30と同形なWSi2層32により実現されるからである。上
で説明したように、メタライズ層38とシリコンの表面、
あるいはメタライズ層38と下方で延在する導体を相互に
接続するためには、下方で延在する導体の場合を考える
と、この導体が同形層30、32との必要な導電性相互接続
を与える唯一の部分は、上方レベルから下方レベルまで
延びている部分である。従って、メタライズ層38とビア
ホール14の底部19の間の相互接続が信頼性のあるように
するためにはこの延在部分が存在していさえすればよ
い。Referring to FIG. 7, it can be seen that after the formation of the conductive layer 32, the metallized layer 38 is deposited on the conductive layer 32 by sputtering. The metallized layer 38 is sputtered to a thickness of about 5,000
Preferably, it is aluminum deposited between 0 and 8,000 °. It can be seen that the aluminum layer 38 has a substantially constant thickness at the portion on the oxide layer 12. But,
The thickness of the portion on the via hole 15 changes. This change in thickness is due to the anisotropy of the sputter. In the drawing, the via hole 14 is continuously covered, but a blank portion may appear. The potential for voids is somewhat smaller due to the presence of the sidewall insulating layers 22, 24 having a tapered surface and the same shaped conductive layer 32 also having a somewhat tapered surface rather than sharp edges. Become. However, it is not important whether sharp edges or steps are present in the aluminum layer 38. This is because the conductive connection to the bottom 19 of the via hole 14 is a titanium nitride layer
This is because it is realized by the WSi double layer 32 having the same shape as 30. As explained above, the metallization layer 38 and the silicon surface,
Alternatively, to interconnect the metallized layer 38 and the downwardly extending conductor, consider the case of the downwardly extending conductor, which provides the necessary conductive interconnection with the conformal layers 30, 32. The only part is the part extending from the upper level to the lower level. Therefore, this extension only needs to be present in order for the interconnection between the metallization layer 38 and the bottom 19 of the via hole 14 to be reliable.
同形な窒化チタン層30と同形のWSi2層32の水平面は
メタライズ層38とビアホール14の底部19の間の導電性接
続の主要な部分ではないが、結局、水平面がエレクトロ
マイグレーションに対するより優れた抵抗性をもつ金属
システムとなっている。The horizontal plane of the conformal titanium nitride layer 30 and the conformal WSi 2 layer 32 is not a major part of the conductive connection between the metallization layer 38 and the bottom 19 of the via hole 14, but in the end the horizontal plane has a better resistance to electromigration. It is a metal system with a characteristic.
まとめると、本発明により、ビアホール/コンタクト
ホールのステップ被覆率と信頼性を向上させる方法が提
供される。この方法では、ビアホール/コンタクトホー
ルの鉛直壁面に形成された側壁酸化物スペーサを形成
し、次に、ビアホール/コンタクトホールの底面に障壁
用メタライズ層を形成する。次に、ケイ化物などの高融
点材料からなる同形層をこの構造の上に堆積させて、ビ
アホール/コンタクトホールの表面を、側壁スペーサの
表面を含めて同形に被覆する。側壁スペーサは、ビアホ
ール/コンタクトホールの底面に対して所定の角度で延
びるテーパ状の表面を備えている。次に、メタライズ層
をスパッタによって同形層の上に堆積させてこの同形層
が上方レベルと下方レベルの間の導電性接続を与えるよ
うにして、スパッタ法によるステップの被覆率の問題点
を解決する。In summary, the present invention provides a method for improving step coverage and reliability of via holes / contact holes. In this method, a sidewall oxide spacer formed on a vertical wall surface of a via hole / contact hole is formed, and then a barrier metallization layer is formed on the bottom surface of the via hole / contact hole. Next, a conformal layer of a refractory material, such as a silicide, is deposited over the structure to conformally cover the surface of the via hole / contact hole, including the surface of the sidewall spacer. The sidewall spacer has a tapered surface extending at a predetermined angle with respect to the bottom surface of the via hole / contact hole. Next, a metallization layer is sputter deposited over the conformal layer such that the conformal layer provides a conductive connection between the upper and lower levels, thereby solving the problem of sputter step coverage. .
本発明を1つの実施例について詳細に説明したが、特
許請求の範囲に定義された本発明の精神と本発明の範囲
を逸脱しないのであれば、本発明に対して様々な変更、
置換、改変を施すことができる。Although the present invention has been described in detail with reference to one embodiment, various modifications to the present invention can be made without departing from the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims.
Substitutions and modifications can be made.
第1図は、シリコン基板またはメタライズ層の上に酸化
物層が形成されており、この酸化物層の中にコンタクト
ホール/ビアホールを有する場合の断面図である。 第2図は、第1図の構造の上にさらに薄い酸化物層が形
成された状態の図である。 第3図は、第2図の構造から上方の酸化物層がエッチン
グにより除去されてコンタクトホール/ビアホールに側
壁酸化物が形成されている状態の図である。 第4図は、第3図の構造の上に薄い高融点金属層が形成
された状態の図である。 第5図は、高融点金属を有する第4図の構造が変換され
て、高融点材料からなる障壁層となった状態の断面図で
ある。 第6図は、第5図の構造の障壁層上にCVD法で高融点材
料層を形成した状態の断面図である。 第6a図と第6b図は、CVD法による第6図の高融点材料層
の別の形成方法を示しており、この場合には、高融点金
属層が第5図の構造の上にまず形成され、次に、ケイ化
物層を形成するために多結晶シリコン層が形成される。 第7図は、第6図の構造で基板の上方にスパッタリング
または物理的蒸着法によってメタライズ層が形成された
状態の断面図である。 (主な参照番号) 10……半導体構造(シリコン基板)、 12……酸化物層(レベル間酸化物)、 14……ビアホール、16、18……側壁、 20……絶縁材料層、 22、24……側壁酸化物層、 26……高融点メタライズ層(チタン層)、 28……ケイ化チタン層、30……窒化チタン層、 32……導電層、34……チタン層、 36……多結晶シリコン層、 38……メタライズ層(アルミニウム層)FIG. 1 is a cross-sectional view of a case where an oxide layer is formed on a silicon substrate or a metallized layer, and a contact hole / via hole is formed in the oxide layer. FIG. 2 shows a state in which a thinner oxide layer is formed on the structure of FIG. FIG. 3 is a view showing a state in which an oxide layer above the structure of FIG. 2 has been removed by etching to form a sidewall oxide in a contact hole / via hole. FIG. 4 is a view showing a state in which a thin refractory metal layer is formed on the structure of FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where the structure of FIG. 4 having a high melting point metal is converted into a barrier layer made of a high melting point material. FIG. 6 is a sectional view showing a state in which a high melting point material layer is formed on the barrier layer having the structure of FIG. 5 by the CVD method. 6a and 6b illustrate another method of forming the refractory material layer of FIG. 6 by a CVD method, in which a refractory metal layer is first formed on the structure of FIG. A polycrystalline silicon layer is then formed to form a silicide layer. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state where a metallized layer is formed above the substrate by sputtering or physical vapor deposition in the structure of FIG. (Main reference numbers) 10: Semiconductor structure (silicon substrate), 12: Oxide layer (interlevel oxide), 14: Via hole, 16, 18: Side wall, 20: Insulating material layer, 22, 24: Side wall oxide layer, 26: High melting point metallized layer (titanium layer), 28: Titanium silicide layer, 30: Titanium nitride layer, 32: Conductive layer, 34: Titanium layer, 36 ... Polycrystalline silicon layer, 38 Metallized layer (aluminum layer)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モハメッド エム.ファラハニ アメリカ合衆国 テキサス キャロルト ン ビッグ キャニオン トレイル 1710 (72)発明者 ユー―ピン ハン アメリカ合衆国 テキサス ダラス ス コティア 7701 (56)参考文献 特開 昭63−176476(JP,A) 特開 昭59−222943(JP,A) 特開 昭63−250172(JP,A) 特開 昭63−132456(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/44 - 21/445 H01L 21/768 H01L 29/40 - 29/51──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Mohammed M. Inventor. Farahani United States Texas Carrollton Big Canyon Trail 1710 (72) Inventor Yu Pin Han United States Texas Dallas Scottia 7701 (56) References JP-A-63-176476 (JP, A) JP-A-59-222943 (JP, A) JP-A-63-250172 (JP, A) JP-A-63-132456 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/28-21/288 H01L 21 / 3205 H01L 21/3213 H01L 21/44-21/445 H01L 21/768 H01L 29/40-29/51
Claims (20)
形成するための方法であって、次のステップから成るこ
とを特徴とする方法: 導電性シリコン領域(10)の上に絶縁層(12)を形成す
るステップ、 この絶縁層に開口(14)を形成して、上記導電性シリコ
ン領域の一部(19)を露出するステップであって、この
開口は実質的に垂直な側壁(16,18)を有しているステ
ップ、 上記絶縁層及び開口の上に絶縁性同形層(20)を形成す
るステップ、 この絶縁性同形層を異方性エッチングして、上記開口の
垂直な側壁に沿って側壁スペーサ領域(22,24)を形成
すると共に上記導電性シリコン領域を露出するステップ
であって、この側壁スペーサ領域は、上記導電性シリコ
ン領域との隣接部で上記絶縁層の上面におけるよりも大
きい厚さを有しているステップ、 上記絶縁層、上記側壁スペーサ領域及び上記露出された
導電性シリコン領域の上に高融点金属層(26)を形成す
るステップ、 装置を窒素雰囲気中で加熱するステップであって、上記
高融点金属層が上記露出された導電性シリコン領域上で
は高融点金属ケイ化物(28)に変換され、残部が高融点
金属窒化物(30)に変換されるステップ、 上記高融点金属窒化物の上に高融点金属を含む導電性同
形層(32)を形成するステップ、及び、 上記導電性同形層の上にアルミニウム層(38)を形成す
るステップ。1. A method for forming a contact to a semiconductor integrated circuit device, comprising: an insulating layer (12) on a conductive silicon region (10). Forming an opening (14) in the insulating layer to expose a portion (19) of the conductive silicon region, wherein the opening has substantially vertical sidewalls (16, 18). Forming an insulating conformal layer (20) over the insulating layer and the opening; anisotropically etching the insulating conformal layer along the vertical sidewalls of the opening; Forming a sidewall spacer region (22, 24) and exposing the conductive silicon region, the sidewall spacer region being larger adjacent to the conductive silicon region than on the upper surface of the insulating layer. Thick having thickness Forming a refractory metal layer (26) on the insulating layer, the side wall spacer region, and the exposed conductive silicon region; and heating the device in a nitrogen atmosphere. Converting the melting point metal layer into a high melting point metal silicide (28) on the exposed conductive silicon region and converting the remainder into a high melting point metal nitride (30); Forming a conductive homogenous layer (32) containing a high melting point metal, and forming an aluminum layer (38) on the conductive homogenous layer.
する請求項(1)に記載の方法: 前記アルミニウム層(38)を形成するステップの後に、
このアルミニウム層をパターニングして、相互接続部を
規定するステップ。2. The method according to claim 1, further comprising the step of: after forming the aluminum layer,
Patterning the aluminum layer to define an interconnect.
プは次のステップを含むことを特徴とする請求項(1)
又は(2)に記載の方法: 前記高融点金属窒化物(30)の上に化学的気相成長を用
いてケイ化タングステンを堆積するステップ。3. The method of claim 1, wherein the step of forming the conductive conformal layer includes the following steps.
Or the method according to (2): depositing tungsten silicide on the refractory metal nitride (30) using chemical vapor deposition.
のステップを含むことを特徴とする請求項(1)又は
(2)に記載の方法: 前記高融点金属窒化物(30)の上に第2の高融点金属層
(34)を堆積するステップ、 上記第2の高融点金属の上に多結晶シリコン層(36)を
堆積するステップ、及び、 装置を窒素雰囲気中で加熱して、上記多結晶シリコン及
び第2の高融点金属層を高融点金属ケイ化物層(32)に
変換するステップ。4. The method according to claim 1, wherein the step of forming the conductive isomorphous layer comprises the following steps: Depositing a second refractory metal layer on the second refractory metal, depositing a polycrystalline silicon layer on the second refractory metal, and heating the apparatus in a nitrogen atmosphere. Converting the polycrystalline silicon and the second refractory metal layer to a refractory metal silicide layer (32).
ことを特徴とする請求項(1)〜(4)の何れか1項に
記載の方法。5. The method according to claim 1, wherein the refractory metal layer is a titanium layer.
含むことを特徴とする請求項(4)に記載の方法。6. The method according to claim 4, wherein said second refractory metal layer comprises titanium.
均一の厚さを有することを特徴とする請求項(1)〜
(6)の何れか1項に記載の方法。7. The method according to claim 1, wherein said conductive conformal layer of said refractory metal has a substantially uniform thickness.
The method according to any one of (6).
タンを含むことを特徴とする請求項請求項(1)〜
(7)の何れか1項に記載の方法。8. The method according to claim 1, wherein said refractory metal silicide contains titanium silicide.
The method according to any one of (7).
を含むことを特徴とする請求項(1)〜(8)の何れか
1項に記載の方法。9. The method according to claim 1, wherein said refractory metal nitride comprises titanium nitride.
の上の前記導電性同形層(32)に載っており、導電用接
続部が、前記導電性シリコン領域(10)から、前記高融
点金属ケイ化物層(28)、前記高融点金属窒化物層(3
0)及び前記導電性同形層を通り、アルミニウム層(3
8)に至るように作られることを特徴とする請求項
(1)〜(9)の何れか1項に記載の方法。10. An aluminum layer (38) rests on said conductive isomorphous layer (32) above said insulating layer, and a conductive connection is formed from said conductive silicon region (10) to said high melting point. A metal silicide layer (28), the refractory metal nitride layer (3
0) and the aluminum layer (3
The method according to any one of claims (1) to (9), characterized in that it is made to reach (8).
て分離された第1レベルのシリコン導体(10)及び第2
レベルの金属導体(38)を接続するための構造であっ
て、 実質的に垂直な側壁(16,18)を有し、上記絶縁層を貫
通して広がっている開口(14)であって、上記第1レベ
ルの導体の一部(19)がこの開口に露出されるようにな
っている開口(14)、 上記開口の側壁を覆っており、上記第1レベルのシリコ
ン導体との隣接部で上記絶縁層の上面におけるよりも大
きい厚さを有している絶縁性側壁スペーサ領域(22,2
4)、 上記第1レベルのシリコン導体の露出部を覆っている高
融点金属ケイ化物層(28)、 上記高融点金属ケイ化物層、上記側壁スペーサ領域、及
び、上記絶縁層の上面の一部を覆っている高融点金属窒
化物層(30)、並びに、 上記高融点金属窒化物層(30)を覆っており高融点金属
を含む導電性同形層(32) から成り、 上記第2レベルの金属導体は、上記導電性同形層を覆っ
ているアルミニウム層を含む ことを特徴とする構造。11. An integrated circuit, comprising: a first level silicon conductor (10) separated by an insulating layer (12);
An opening (14) having substantially vertical side walls (16, 18) and extending through said insulating layer, said structure being for connecting a level metal conductor (38); An opening (14) for exposing a part (19) of the first-level conductor to the opening, covering a side wall of the opening, and being adjacent to the first-level silicon conductor; Insulating sidewall spacer regions (22,2) having a greater thickness than on the top surface of the insulating layer
4) a refractory metal silicide layer (28) covering the exposed portion of the first level silicon conductor, the refractory metal silicide layer, the sidewall spacer region, and a part of the upper surface of the insulating layer. A refractory metal nitride layer (30) covering the second melting point, and a conductive isomorphous layer (32) covering the high melting point metal nitride layer (30) and containing the refractory metal. The structure, wherein the metal conductor includes an aluminum layer covering the conductive conformal layer.
イ化物を含むことを特徴とする請求項(11)に記載の構
造。12. The structure of claim 11, wherein said conductive conformal layer comprises a refractory metal silicide.
グステンを含むことを特徴とする請求項(12)に記載の
構造。13. The structure of claim 12, wherein said conductive conformal layer comprises tungsten disilicide.
を含むことを特徴とする請求項(12)に記載の構造。14. The structure of claim 12, wherein said conductive conformal layer (32) comprises titanium silicide.
チタンを含むことを特徴とする請求項請求項(11)〜
(14)の何れか1項に記載の構造。15. The refractory metal silicide (28) comprises titanium silicide.
The structure according to any one of (14).
ンを含むことを特徴とする請求項(11)〜(15)の何れ
か1項に記載の構造。16. The structure according to claim 11, wherein said refractory metal nitride (30) comprises titanium nitride.
縁層(12)の上の導電性同形層(32)に載っており、導
電用接続部が前記1レベルの導体から、前記高融点金属
ケイ化物層(28)、前記高融点金属窒化物層(30)及び
前記導電性同形層を通り、前記第2レベルの導体(38)
に至るように作られていることを特徴とする請求項(1
1)に記載の構造。17. The second level conductor (38) rests on a conductive conformal layer (32) above the insulating layer (12) and the conductive connection is away from the one level conductor. The second level conductor (38) passing through the refractory metal silicide layer (28), the refractory metal nitride layer (30) and the conductive conformal layer;
Claim (1)
Structure according to 1).
一の厚さを有する高融点金属ケイ化物を含むことを特徴
とする請求項(11)〜(17)の何れか1項に記載の構
造。18. The method according to claim 11, wherein said conductive conformal layer comprises a refractory metal silicide having a substantially uniform thickness. Structure described in.
された第1レベルのシリコン導体及び第2レベルの金属
導体を接続するための構造であって、 実質的に垂直な側壁を有し、上記絶縁層を貫通して広が
っている開口であって、上記第1レベルの導体の一部が
この開口に露出されるようになっている開口、 上記第1レベルの導体の露出部を覆っているケイ化チタ
ン層、 上記ケイ化チタン層、上記開口の側壁及び上記絶縁層の
上面の一部を覆っている窒化チタン層、及び、 実質的に均一の厚さを有し上記窒化チタン層を全て覆っ
ている二ケイ化タングステンの導電性同形層 から成り、 上記第2レベルの導体は、上記絶縁層の上の導電性同形
層に載っており、導電用接続部が、前記1レベルの導体
から、上記ケイ化チタン層、上記窒化チタン層及び上記
同形層を通り、上記第2レベルの導体に至るように作ら
れていることを特徴とする構造。19. A structure for connecting a first level silicon conductor and a second level metal conductor separated by an insulating layer in an integrated circuit, the structure having substantially vertical sidewalls, An opening extending through the layer, such that a portion of the first level conductor is exposed to the opening; and a key covering the exposed portion of the first level conductor. A titanium nitride layer, the titanium silicide layer, a titanium nitride layer covering the side wall of the opening and a part of the upper surface of the insulating layer, and a titanium nitride layer having a substantially uniform thickness and covering all the titanium nitride layer. Wherein the second level conductor rests on the conductive isomorphous layer above the insulating layer, and wherein the conductive connection is from the one level conductor; The titanium silicide layer, the titanium nitride Through the layer and the conformal layer, characterized in that it is made to reach to the second level of conductor structures.
された第1レベルのシリコン導体及び第2レベルの金属
導体を接続するための構造であって、 テーパが付けられた側壁を有し、上記絶縁層を貫通して
広がっている開口であって、上記第1レベルの導体の一
部がこの開口に露出されるようになっている開口、 上記第1レベルの導体の露出部を覆っているケイ化チタ
ン層、 上記ケイ化チタン層、上記開口の側壁及び上記絶縁層の
上面の一部を覆っている窒化チタン層、及び、 実質的に均一の厚さを有し上記窒化チタン層を全て覆っ
ている二ケイ化タングステンの導電性同形層 から成り、 上記第2レベルの導体は、上記絶縁層の上の導電性同形
層に載っており、導電用接続部が、前記1レベルの導体
から、上記ケイ化チタン層、上記窒化チタン層及び上記
導電性同形層を通り、前記第2レベルの導体に至るよう
に作られていることを特徴とする構造。20. In an integrated circuit, a structure for connecting a first level silicon conductor and a second level metal conductor separated by an insulating layer, the structure having tapered sidewalls, An opening extending through the layer, such that a portion of the first level conductor is exposed to the opening; and a key covering the exposed portion of the first level conductor. A titanium nitride layer, the titanium silicide layer, a titanium nitride layer covering the side wall of the opening and a part of the upper surface of the insulating layer, and a titanium nitride layer having a substantially uniform thickness and covering all the titanium nitride layer. Wherein the second level conductor rests on the conductive isomorphous layer above the insulating layer, and wherein the conductive connection is from the one level conductor; The titanium silicide layer, the nitriding Through the monolayer and the conductive isomorphic layer, characterized in that it is made to reach the second level of conductor structures.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8927989A JP2856418B2 (en) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | Contact forming method and structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8927989A JP2856418B2 (en) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | Contact forming method and structure |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02288225A JPH02288225A (en) | 1990-11-28 |
JP2856418B2 true JP2856418B2 (en) | 1999-02-10 |
Family
ID=13966282
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8927989A Expired - Fee Related JP2856418B2 (en) | 1989-04-07 | 1989-04-07 | Contact forming method and structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2856418B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04280454A (en) * | 1991-03-08 | 1992-10-06 | Nkk Corp | Semiconductor device and its manufacture |
-
1989
- 1989-04-07 JP JP8927989A patent/JP2856418B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02288225A (en) | 1990-11-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5371041A (en) | Method for forming a contact/VIA | |
US5034348A (en) | Process for forming refractory metal silicide layers of different thicknesses in an integrated circuit | |
US5877074A (en) | Method for improving the electrical property of gate in polycide structure | |
US7402512B2 (en) | High aspect ratio contact structure with reduced silicon consumption | |
JPH06236877A (en) | Wiring forming method and apparatus | |
EP0463458B1 (en) | Method and structure for interconnecting different polysilicon zones on semiconductor substrates for integrated circuits | |
KR930004295B1 (en) | Connecting method of low resistance | |
JPH04346224A (en) | Method for forming barrier metal structure | |
US6100191A (en) | Method for forming self-aligned silicide layers on sub-quarter micron VLSI circuits | |
US20060202283A1 (en) | Metal silicide adhesion layer for contact structures | |
JPH088226B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
EP0388563B1 (en) | Method for forming a contact/VIA | |
US6291890B1 (en) | Semiconductor device having a silicide structure | |
JP2856418B2 (en) | Contact forming method and structure | |
US6124202A (en) | Methods of fabricating silicide layers and silicide contact structures in microelectronic devices | |
US6281118B1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
JP3018383B2 (en) | Wiring formation method | |
JPH05335330A (en) | Embedding-formation of connection hole | |
US5924010A (en) | Method for simultaneously fabricating salicide and self-aligned barrier | |
US6140232A (en) | Method for reducing silicide resistance | |
JPH07176532A (en) | Tungsten formation process | |
US5946599A (en) | Method of manufacturing a semiconductor IC device | |
KR0135528B1 (en) | Method for forming a contact via | |
JPH08172125A (en) | Semiconductor device and connection structure forming method | |
JPH07109829B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |