JP2864624B2 - コンタクト埋め込み金属構造体およびその製造方法 - Google Patents

コンタクト埋め込み金属構造体およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は不純拡散層表面又は多結晶シリコンから成る
電極、配線表面にチタンシリサイド膜が設けられた、シ
リコン半導体集積回路装置のコンタクト穴を埋め込む金
属構造体とその製造方法に関する。
[従来の技術] 従来、この種のコンタクト埋め込み金属構造体として
は、スパッタ法で形成したシリコン含有のアルミ金属が
用いられていた。しかし、コンタクト穴のアスペクト比
が大きくなるにつれて、スパッタ法ではアルミ膜をコン
タクト穴に埋め込むことが難しくなった。
そこでこの問題を解決する方法として、次の2つの方
法が試みられている。まずこのコンタクト穴を埋め込む
第1の方法として、六フッ化タングステンガスを用い
た、選択化学気相成長法が用いられ、コンタクト穴の底
部からタングステン膜を成長させ、コンタクト穴をタン
グステン膜で埋め込む方法である。
第2方法として、第5図(a),(b)に示すよう
に、六フッ化タングステンガスとモノシランガスを用い
た、化学気相成長法により、シリコン基板51の上にチタ
ンシリサイド膜52と層間絶縁膜53とが形成された半導体
基板全面にタングステン膜54を成長させる(第5a図)。
その後、リアクティブイオンエッチング技術を用いた、
エッチバック法によりコンタクト部以外のタングステン
膜54を除去し(第5b図)、コンタクト穴にタングステン
膜54を埋め込む方法である。
[発明が解決しようとする問題点] 上述した従来のコンタクト埋め込み方法は、以下の問
題点を有する。
1.第1の方法であるタングステン膜の選択化学気相成長
法を用いた方法においては、化学気相成長法の成長条件
によらず、タングステン膜とチタンシリサイド膜との界
面にフッ化チタンが生成し、この物質が絶縁物であるた
めに、タングステン金属とチタンシリサイド膜とのコン
タクトが導通不良になる。
2.第2の方法であるタングステン膜を化学気相成長法に
より半導体基板全面に形成した後、エッチバック法によ
りコンタクト以外のタングステン膜を除去する方法にお
いては、第1の方法で示した問題であるタングステン膜
とチタンシリサイド膜との界面にフッ化チタンが生成す
る問題は化学気相成長法の成長条件を選べば回避でき
る。
しかし、タングステン膜を半導体基板に全面形成した
後リアクティブイオンエッチング技術を用いた、エッチ
バック技術において、タングステン膜の残さが発生しや
すく、また、コンタクトに埋め込まれたタングステン膜
は、チタンシリサイド膜との接着性が悪いために剥がれ
やすい。
本発明は上記問題点に鑑み、密着性および導通性のよ
いコンタクト埋め込み金属構造体およびその製造方法を
提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明のコンタクト埋め込み金属構造体は、不純物拡
散層表面又は多結晶シリコンから成る電極、配線表面に
チタンシリサイド膜が設けられ、その上部に絶縁層を介
して設けられた金属配線と前記チタンシリサイド膜とを
接続するコンタクト埋め込み金属構造体であって、底部
から順にタングステンシリサイド膜、タングステン膜の
2層構造を有する。
また、本発明のコンタクト埋め込み金属構造体の製造
方法は、不純物拡散層表面上又は、多結晶シリコンから
成る電極、配線表面上にチタンシリサイド膜を形成する
工程と、半導体基板全面に層間絶縁膜を形成する工程
と、上記層間絶縁膜にコンタクト穴を形成する工程と、
六フッ化タングステンガスとモノシランガスを用いた化
学気相成長法により、基板温度500℃以上でタングステ
ン膜を半導体基板全面に形成する工程と、窒素雰囲気
中、又は水素雰囲気又はこれら2種の混合ガス雰囲気中
で熱処理を行い、上記タングステン膜と上記チタンシリ
サイド膜との固相反応を起こさせ、チタンシリサイド膜
上のコンタクト領域に選択的にタングステンシリサイド
膜を形成する工程と、上記チタンシリサイド膜と未反応
のタングステン膜を除去する工程と、コンタクト領域に
選択的に形成したタングステンシリサイド膜上に六フッ
化タングステンガスを用いた選択化学気相成長法により
タングステン膜を形成する工程とを有する。
[作用] コンタクト埋め込み金属の構造体は、底部から順にタ
ングステンシリサイド膜、タングステン膜という2層構
造を有しており、コンタクト埋め込み金属とチタンシリ
サイド膜との接着性は、チタンシリサイド膜とタングス
テンシリサイド膜及びタングステンシリサイド膜とタン
グステン膜、両方の接着性により決まるが、両方の接着
性もチタンシリサイド膜とタングステン膜との接着性よ
りも強固である。したがって、チタンシリサイド膜と埋
め込み金属との接着性は向上する。
またその構造に際し、チタンシリサイド膜とタングス
テンシリサイド膜との六フッ化タングステンガスとモノ
シランガスを用いた化学気相成長法を用いて、基板温度
500℃以上でタングステン膜を形成しているため、界面
には絶縁物であるフッ化チタンは生成されない。したが
って埋め込み金属構造体とチタンシリサイド膜とのコン
タクトの良好な導通が得られる。
[実施例] 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図は本発明のコンタクト埋め込み金属構造体の一
実施例を示す断面図である。
シリコン基板10の上にN+拡散層13が形成され、その上
にチタンシリサイド膜15が形成されている。チタンシリ
サイド膜15の上には層間絶縁膜16を介してアルミ配線21
が形成されている。チタンシリサイド膜15とアルミ配線
21とは、コンタクト穴に形成されたコンタクト埋め込み
金属構造体で接続されている。コンタクト埋め込み金属
構造体は、チタンシリサイド膜15上に形成されたタング
ステンシリサイド膜19と、タングステンシリサイド膜19
とアルミ配線21間に形成されたタングステン膜20とから
成っている。
第2図(a),(b),〜,(j)は第1図の実施例
の第1の製造方法の各工程を示す断面図である。
まず、第2図(a)に示すように、Bイオン注入によ
りチャネルストッパ11が形成された後、LOCOS酸化膜12
が形成され、その後、Asイオンが70keV、5×1015cm-2
の条件で注入され、窒素雰囲気中で900℃、10分の熱処
理が行なわれ、N+拡散層13が形成される。
次に第2図(b)に示すように、スパッタ法によりチ
タン膜14が700Å堆積される。その後、ランプアニール
により窒素雰囲気中で600℃30秒の熱処理が行なわれ、N
+拡散層上にのみチタンシリサイド膜15が形成される。
次に、アンモニア水と過酸化水素水と水との混合液によ
り未反応のチタンが除去され、第2図(c)に示すよう
に、N+拡散層(13)上にのみチタンシリサイド膜15が残
される。
次に、第2図(d)に示すように、化学気相成長法に
より膜厚1μmのシリコン酸化膜が成長され、層間絶縁
膜16が形成される。
その後、通常のリソグラフィー技術とリアクティブイ
オンエッチング法により第2図(e)に示す様に、1.5
μm径のコンタクト穴17が形成される。
次に、第2図(f)に示すように、六フッ化タングス
テンガスとモノシランガスを用いた化学気相成長法によ
り、基板全面に500Åの膜厚のタングステン膜18が堆積
される。この時のタングステン膜18の成長はコールドウ
ォールタイプの化学気相成長装置が用いられ、成長条件
は、基板温度が600℃、六フッ化タングステンガス流量
が10sccmモノシランガス流量が20sccm、である。
次に窒素雰囲気又は水素雰囲気又はこれら2種の混合
ガス雰囲気中で600℃、30秒のアニールがランプアニー
ルを用いて行なわれる。その結果、第2図(g)に示す
ように、タングステン膜18とチタンシリサイド膜15とが
固相反応を起こし、チタンシリサイド膜15上にタングス
テンシリサイド膜19が形成される。
次に、アンモニア水、過酸化水素水、水との混合液を
用いて、未反応のタングステン膜が除去され、第2図
(h)に示すように、コンタクト穴に選択的にタングス
テンシリサイド膜19が形成される。
その後、第2図(i)に示すように、六フッ化タング
ステンガスとモノシランガスを用いた選択化学気相成長
法により、タングステンシリサイド膜19上に、タングス
テン膜20が形成される。この時の成長は、コールドウォ
ールタイプの化学気相成長装置が用いられ成長条件は基
板温度が200℃、六フッ化タングステンガス流量が10scc
m、モノシランガス流量が10sccmであった。
本実施例における構造体とチタンシリサイド膜15との
接着性は、1000ケのコンタクトについて剥がれを観察し
たが、剥がれはなく、問題はなかった。
また、このコンタクト埋め込み金属構造体とチタンシ
リサイド膜20とのコンタクト抵抗は、第2図(j)のよ
うにアルミ膜をスパッタにより形成した後、通常のリソ
グラフィー技術とリアクティブイオン技術によりアルミ
配線21を形成し、測定された。測定されたコンタクト抵
抗値は、0.3Ωであり、これからコンタクト抵抗率を求
めると6.8×10-9Ω・cm2である。これは金属シリサイド
と金属シリサイドとのコンタクト抵抗率の通常の値であ
る10-8Ω・cmに近い値である。
以上から、本実施例のコンタクト埋め込み金属構造体
及びその製造方法は大きな効果があることがわかる。
第3図(a),(b),(c),(d)は、本発明の
第1図の実施例の第2の製造方法の各工程を示す断面図
である。
まず、第2図(a),(b),〜,(f)の工程で説
明したのと同じ製造工程により、第3図(a)に示す構
造の半導体基板を得る。
次に第3図(b)に示すように、シリコンイオン又は
ゲルマニウムイオンが半導体基板全面にエネルギー70ke
V、ドーズ量5×1015cm-2の条件で注入される。
その後、窒素雰囲気、又は水素雰囲気又はこれら2種
の混合ガス雰囲気中で600℃、30秒のアニールがランプ
アニールにより行なわれ、チタンシリサイド膜104とタ
ングステン膜106との固相反応が起き、チタンシリサイ
ド膜104上にタングステンシリサイド膜が形成される。
次に、アニモニア水、過酸化水素、水との混合液によ
り、チタンシリサイド膜104と未反応のタングステン膜
が除去され、第3図(c)に示す構造の半導体基板が得
られる。
次に、第3図(d)に示す様に、六フッ化タングステ
ンガスとモノシランガスを用いた、選択化学気相成長法
により、タングステンシリサイド膜(108)上にタング
ステン膜(109)が形成される。この時の成長はコール
ドウォールタイプの化学気相成長装置が用いられ、成長
条件は基板温度が200℃、六フッ化タングステンガス流
量が10sccm、モノシランガス流量10sccmであった。
この様にして、本発明の第2の実施例のコンタクト埋
め込み金属構造体が得られる。
本発明の第2の実施例では、タングステン膜とチタン
シリサイド膜との固相反応を起こさせる前に、シリコン
イオン又はゲルマニウムイオンの注入を行なっている
為、タングステン膜とチタンシリサイド膜との界面にお
いて、ミキシングが行なわれ、その後の固相反応により
均一な反応が起こり、均一な膜厚のタングステンシリサ
イド膜が得られる。
つまり、第1の製造方法の場合、タングステンシリサ
イド膜19とタングステン膜20の接着界面は均一でなく第
4図(a)のようであり、第2の製造方法の場合、第4
図(b)のように均一な断面形状を有し、品質的に優れ
ている。
[発明の効果] 以上説明したように本発明のコンタクト埋め込み金属
構造体は、コンタクト底部から順にタングステンシリサ
イド膜、タングステン膜という構造を有しているため
に、チタンシリサイド膜と本発明のコンタクト埋め込み
金属構造体との密着性はチタンシリサイド膜と従来用い
られていたコンタクト埋め込みタングステン膜との密着
性よりも優れているという効果がある。
また、本発明の製造方法ではフッ化チタンが発生しな
い化学気相成長法によりタングステン膜を形成している
ため、チタンシリサイド膜とタングステンシリサイド膜
との界面には絶縁物であるフッ化チタンは生成されな
い。したがって、埋め込み金属構造体とチタンシリサイ
ド膜とのコンタクトの導通は得られ、抵抗値が十分低い
コンタクトが得られるという大きな効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のコンタクト埋め込み金属構造体の一実
施例を示す断面図、第2図(a),(b),〜,(j)
は第1図の実施例の第1の製造方法の各工程を示す断面
図、第3図(a),(b),(c),(d)は第1図の
実施例の第2の製造方法の各工程を示す断面図、第4図
(a),(b)は第1、第2の製造方法の違いを示す断
面図、第5図(a),(b)は従来の製造方法を示す断
面図である。 10,100……シリコン基板、 11,101……チャネルストッパー、 12,102……LOCOS酸化膜、 13,103……N+拡散層、 14……チタン膜、 15,104……チタンシリサイド膜、 16,105……層間絶縁膜、 17……コンタクト穴、 18,20,106,109……タングステン膜、 19,108……タングステンシリサイド膜、 21……アルミ配線。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】不純物拡散層表面又は多結晶シリコンから
    成る電極、配線表面にチタンシリサイド膜が設けられ、
    その上部に絶縁層を介して設けられた金属配線と前記チ
    タンシリサイド膜とを接続するコンタクト埋め込み金属
    構造体であって、 底部から順にタングステンシリサイド膜、タングステン
    膜の2層構造を有するコンタクト埋め込み金属構造体。
  2. 【請求項2】不純物拡散層表面上又は、多結晶シリコン
    から成る電極、配線表面上に、チタンシリサイド膜を形
    成する工程と、半導体基板全面に層間絶縁膜を形成する
    工程と、上記層間絶縁膜にコンタクト穴を形成する工程
    と、六フッ化タングステンガスとモノシランガスを用い
    た化学気相成長法により、基板温度500℃以上でタング
    ステン膜を半導体基板全面に形成する工程と、窒素雰囲
    気中、又は水素雰囲気又はこれらの2種の混合ガス雰囲
    気中で熱処理を行い、上記タングステン膜と上記チタン
    シリサイド膜との固相反応を起こさせ、チタンシリサイ
    ド膜上のコンタクト領域に選択的にタングステンシリサ
    イド膜を形成する工程と、上記チタンシリサイド膜と未
    反応のタングステン膜を除去する工程と、コンタクト領
    域に選択的に形成したタングステンシリサイド膜上に六
    フッ化タングステンガスを用いた選択化学気相成長法に
    よりタングステン膜を形成する工程とを有するコンタク
    ト埋め込み金属構造体の製造方法。
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