JP3072544B2 - 半導体装置の配線方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関するものであり、特に上部伝導線と下部伝導線
との界面に不純物の混入を防止して、接触抵抗および信
頼性を改善するのに適した半導体装置の配線方法に関す
る。
方法に関するものであり、特に上部伝導線と下部伝導線
との界面に不純物の混入を防止して、接触抵抗および信
頼性を改善するのに適した半導体装置の配線方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、アルミニウムとその合金薄膜
は電気の伝導度が高く、乾式エッチングによるパターン
形成が容易であり、シリコン酸化膜との接着性が優れて
いると同時に、値段が比較的に安くて、半導体回路の配
線材料として広く用いられてきた。
は電気の伝導度が高く、乾式エッチングによるパターン
形成が容易であり、シリコン酸化膜との接着性が優れて
いると同時に、値段が比較的に安くて、半導体回路の配
線材料として広く用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、集積回路の集
積度が増加することによって、素子の大きさが減少し、
配線が微細化、多層化するので形状が異なる部分や、コ
ンタクトホールまたはビアホール等のコンタクトホール
の内部においてステップカバレージが重要になった。す
なわち、既存の金属半導体装置の配線方法のスパッタリ
ングを適用すると、段差を有する部分でシャドー効果に
よって、局部的に配線膜の厚さが薄く形成され、特に縦
横比が１以上のコンタクトホールでよりはげしく現われ
る。
積度が増加することによって、素子の大きさが減少し、
配線が微細化、多層化するので形状が異なる部分や、コ
ンタクトホールまたはビアホール等のコンタクトホール
の内部においてステップカバレージが重要になった。す
なわち、既存の金属半導体装置の配線方法のスパッタリ
ングを適用すると、段差を有する部分でシャドー効果に
よって、局部的に配線膜の厚さが薄く形成され、特に縦
横比が１以上のコンタクトホールでよりはげしく現われ
る。
【０００４】そのため、このような物理的な蒸着方法の
代わりに、均一な厚さに蒸着することができる化学気相
蒸着法が導入され、タングステン膜を低圧化学気相蒸着
法で形成することによって、ステップカバレージを改善
する研究が続いているが、タングステン配線膜はアルミ
ニウム配線膜に比べて、非抵抗が２倍以上になるので、
配線膜として適用することが難しいのが現実である。
代わりに、均一な厚さに蒸着することができる化学気相
蒸着法が導入され、タングステン膜を低圧化学気相蒸着
法で形成することによって、ステップカバレージを改善
する研究が続いているが、タングステン配線膜はアルミ
ニウム配線膜に比べて、非抵抗が２倍以上になるので、
配線膜として適用することが難しいのが現実である。
【０００５】従って、コンタクトホールに埋没層(Plug)
を形成する方法が開発されている。これに対して化学気
相蒸着法で、アルミニウムを主な成分とする配線膜を形
成すると、ステップカバレージが改善されると同時に、
写真エッチング工程など、既存のスパッタリングによる
アルミニウム配線膜の形成技術の周辺関連工程との連続
性を維持することができるので有利である。従って、ア
ルミニウム配線膜を、低圧化学気相蒸着法で形成する研
究が活発に展開されている。アルミニウム蒸着に利用さ
れるアルミニウム源としては、ＴＩＢＡ(Triisobutyl a
luminum)，ＴＭＡ(Trimethyl aluminum)，ＴＭＡＡ(Tri
methylaminealane)，ＤＭＡＨ(Dimethylaluminumhydrid
e)，ＤＭＥＡＡ(Dimethylethylaminealane)等がある。
を形成する方法が開発されている。これに対して化学気
相蒸着法で、アルミニウムを主な成分とする配線膜を形
成すると、ステップカバレージが改善されると同時に、
写真エッチング工程など、既存のスパッタリングによる
アルミニウム配線膜の形成技術の周辺関連工程との連続
性を維持することができるので有利である。従って、ア
ルミニウム配線膜を、低圧化学気相蒸着法で形成する研
究が活発に展開されている。アルミニウム蒸着に利用さ
れるアルミニウム源としては、ＴＩＢＡ(Triisobutyl a
luminum)，ＴＭＡ(Trimethyl aluminum)，ＴＭＡＡ(Tri
methylaminealane)，ＤＭＡＨ(Dimethylaluminumhydrid
e)，ＤＭＥＡＡ(Dimethylethylaminealane)等がある。
【０００６】従来の半導体装置の配線の製造方法を米国
登録特許５，１５１，３０５の記述を参照して説明す
る。この技術は、アルミニウム配線膜のＣＶＤにおい
て、蒸着速度を改善して、炭素やその他の不純物が配線
膜に混入されることを防止するようにしている。上記不
純物の混入を防止するため、マルチ・チャンバーを利用
してアルミニウム薄膜を選択蒸着する段階と、非選択蒸
着する段階の２−段階の蒸着技術を採用した。すなわ
ち、マルチ・チャンバーを利用して、コンタクトホール
内にアルミニウム（埋込層）を選択蒸着し、続いてワイ
ヤリング物質として使用されるアルミニウム膜が非選択
的に蒸着される。この際、上記のアルミニウムの選択蒸
着時には、ＤＭＡＨ(Dimethylaluminumhydride),Ｈ2 ガ
スが相互に低温で表面反応して、それが上記のコンタク
トホール内の埋込層（アルミニウム）へ蒸着される。
登録特許５，１５１，３０５の記述を参照して説明す
る。この技術は、アルミニウム配線膜のＣＶＤにおい
て、蒸着速度を改善して、炭素やその他の不純物が配線
膜に混入されることを防止するようにしている。上記不
純物の混入を防止するため、マルチ・チャンバーを利用
してアルミニウム薄膜を選択蒸着する段階と、非選択蒸
着する段階の２−段階の蒸着技術を採用した。すなわ
ち、マルチ・チャンバーを利用して、コンタクトホール
内にアルミニウム（埋込層）を選択蒸着し、続いてワイ
ヤリング物質として使用されるアルミニウム膜が非選択
的に蒸着される。この際、上記のアルミニウムの選択蒸
着時には、ＤＭＡＨ(Dimethylaluminumhydride),Ｈ2 ガ
スが相互に低温で表面反応して、それが上記のコンタク
トホール内の埋込層（アルミニウム）へ蒸着される。
【０００７】前記のように、従来の半導体装置の配線方
法は、コンタクトホール内に蒸着されたアルミニウム
と、そのアルミニウム上に形成される上部伝導線がＣＶ
Ｄ法で形成される時、上記のコンタクトホール内のアル
ミニウムと上部伝導線との界面に不純物の混入を防止
し、接触抵抗を改善しようとした。しかし、上記のよう
な従来の半導体装置の配線方法は、コンタクトホール内
に形成された埋没層（プラグ）と、上部伝導線との界面
に不純物が混入される野を防ぐことができなかった。し
たがって、接触抵抗が増加し、信頼性が低下するという
問題点があった。
法は、コンタクトホール内に蒸着されたアルミニウム
と、そのアルミニウム上に形成される上部伝導線がＣＶ
Ｄ法で形成される時、上記のコンタクトホール内のアル
ミニウムと上部伝導線との界面に不純物の混入を防止
し、接触抵抗を改善しようとした。しかし、上記のよう
な従来の半導体装置の配線方法は、コンタクトホール内
に形成された埋没層（プラグ）と、上部伝導線との界面
に不純物が混入される野を防ぐことができなかった。し
たがって、接触抵抗が増加し、信頼性が低下するという
問題点があった。
【０００８】本発明は、上記の問題を解決するために案
出されたものであり、埋込層と上部電導線を同時に連続
的に形成して、埋没層と上部伝導線間の界面に不純物の
混入を防止し、接触抵抗および信頼性を改善させた半導
体装置の配線方法を提供するのが目的である。
出されたものであり、埋込層と上部電導線を同時に連続
的に形成して、埋没層と上部伝導線間の界面に不純物の
混入を防止し、接触抵抗および信頼性を改善させた半導
体装置の配線方法を提供するのが目的である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の半導体装置の製造方法は、下部伝導線への
コンタクトホールを形成し、そのコンタクトホールに導
電性プラグを形成した後、上記導電性プラグに連結され
るように、上部伝導線を形成する半導体装置の配線方法
である。その際、本発明は、上記の導電性プラグと上部
伝導線を同時に形成することをその特徴とする。
めの本発明の半導体装置の製造方法は、下部伝導線への
コンタクトホールを形成し、そのコンタクトホールに導
電性プラグを形成した後、上記導電性プラグに連結され
るように、上部伝導線を形成する半導体装置の配線方法
である。その際、本発明は、上記の導電性プラグと上部
伝導線を同時に形成することをその特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の半導体装置の配線方法を説明する。図１は、本発明
の第１実施形態の半導体装置の配線方法を示した工程断
面図である。まず、本発明の第１実施形態の半導体装置
の配線方法は、図１の（ａ）のように、半導体基板
（１）の所定の部位に下部伝導線（２）を形成した後、
シリコン酸化膜（３）等を化学気相蒸着(ＣＶＤ)法で蒸
着して、層間絶縁膜を形成する。次いで、図１（ｂ）に
示すように、上記シリコン酸化膜（３）上に核を生成す
るための補助膜（４）を蒸着する。この際、上記補助膜
物質としては、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体膜や、Ｔｉ，Ｗ等
の金属膜、そして、ＴｉＮ，ＴｉＷ，ＷＳi2等の金属化
合物を使用する。
明の半導体装置の配線方法を説明する。図１は、本発明
の第１実施形態の半導体装置の配線方法を示した工程断
面図である。まず、本発明の第１実施形態の半導体装置
の配線方法は、図１の（ａ）のように、半導体基板
（１）の所定の部位に下部伝導線（２）を形成した後、
シリコン酸化膜（３）等を化学気相蒸着(ＣＶＤ)法で蒸
着して、層間絶縁膜を形成する。次いで、図１（ｂ）に
示すように、上記シリコン酸化膜（３）上に核を生成す
るための補助膜（４）を蒸着する。この際、上記補助膜
物質としては、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体膜や、Ｔｉ，Ｗ等
の金属膜、そして、ＴｉＮ，ＴｉＷ，ＷＳi2等の金属化
合物を使用する。
【００１１】さらに、（ｃ）のように、上記補助膜
（４）にプラズマまたはイオン注入法を利用して、不純
物イオン（例えば、Ｓｉ，Ｎ）を注入する。この際、上
記の注入された不純物量は、約１０12〜１０14ｄｏｓｅ
／ｃｍ2 になるようにする。上記の注入不純物量の調節
は、後工程で上部の配線を形成するための導電性物質を
選択蒸着するとき、上記下部伝導線上とは異なる核の生
成速度を得るためである。
（４）にプラズマまたはイオン注入法を利用して、不純
物イオン（例えば、Ｓｉ，Ｎ）を注入する。この際、上
記の注入された不純物量は、約１０12〜１０14ｄｏｓｅ
／ｃｍ2 になるようにする。上記の注入不純物量の調節
は、後工程で上部の配線を形成するための導電性物質を
選択蒸着するとき、上記下部伝導線上とは異なる核の生
成速度を得るためである。
【００１２】（ｄ）のように、上記のイオン注入された
補助膜（４）の上に、感光膜（５）を塗布した後、コン
タクトホールを形成するため、補助膜（４）の所定部位
が露出されるように、上記感光膜（５）をパターニング
する。図１の（ｅ）に示すように、上記感光膜（５）を
マスクとして利用して、露出された補助膜（４）を湿式
エッチングする。上記の湿式エッチングによってマスク
パターンの下に、補助膜（４）のアンダーカットが形成
される。このように、アンダーカットを形成するのは、
後工程で上部配線形成のための導電性物質を選択蒸着す
るとき、コンタクトホールの上側にオーバーハングが形
成されるによって発生する埋込プラグの上部の薄い隙間
が形成されるのを防止するためである。
補助膜（４）の上に、感光膜（５）を塗布した後、コン
タクトホールを形成するため、補助膜（４）の所定部位
が露出されるように、上記感光膜（５）をパターニング
する。図１の（ｅ）に示すように、上記感光膜（５）を
マスクとして利用して、露出された補助膜（４）を湿式
エッチングする。上記の湿式エッチングによってマスク
パターンの下に、補助膜（４）のアンダーカットが形成
される。このように、アンダーカットを形成するのは、
後工程で上部配線形成のための導電性物質を選択蒸着す
るとき、コンタクトホールの上側にオーバーハングが形
成されるによって発生する埋込プラグの上部の薄い隙間
が形成されるのを防止するためである。
【００１３】さらに、図１の（ｆ）に示すように、上記
感光膜（５）をマスクとして利用して、シリコン酸化膜
（３）を選択的に除去することによって、上記下部伝導
線（２）の所定部位が露出されるようにコンタクトホー
ルを形成する。図１（ｇ）図示のように、上記感光膜
（５）を除去して、導電性物質（６）を補助膜（４）の
上部とコンタクトホールとに蒸着する。この際、上記導
電性物質（６）が、上記のコンタクトホールを埋めるよ
うに蒸着するが、上記の補助膜（4)上で成長する導電性
物質がオーバーハングされないようにする。
感光膜（５）をマスクとして利用して、シリコン酸化膜
（３）を選択的に除去することによって、上記下部伝導
線（２）の所定部位が露出されるようにコンタクトホー
ルを形成する。図１（ｇ）図示のように、上記感光膜
（５）を除去して、導電性物質（６）を補助膜（４）の
上部とコンタクトホールとに蒸着する。この際、上記導
電性物質（６）が、上記のコンタクトホールを埋めるよ
うに蒸着するが、上記の補助膜（4)上で成長する導電性
物質がオーバーハングされないようにする。
【００１４】このために、全工程において不純物の注入
工程または、アンダーカットの形成工程等を適切に調整
しなければならない。次いで、図１（ｈ）に示すよう
に、導電性物質（６）を連続的に成長させる。この補助
膜（４）上の導電性物質（６）が連続膜に成長されると
き、不要な導電性物質（６）を除去して、上部伝導線
（６ａ）を形成する。
工程または、アンダーカットの形成工程等を適切に調整
しなければならない。次いで、図１（ｈ）に示すよう
に、導電性物質（６）を連続的に成長させる。この補助
膜（４）上の導電性物質（６）が連続膜に成長されると
き、不要な導電性物質（６）を除去して、上部伝導線
（６ａ）を形成する。
【００１５】一方、図２は、本発明の第２実施形態の半
導体装置の配線方法を示した工程断面図である。この第
２実施形態の半導体装置の配線方法は、下部伝導線の表
面を再結晶化して、粒子の大きさを成長させた後、その
表面に導電性物質を選択的に成長させて、下部と上部伝
導線の界面がエピタクシ成長層になるようにする。すな
わち、図２（ａ）のように、半導体基板（１１）の所定
部位に、下部伝導線（１２）を形成し、上記下部伝導線
（１２）を含む基板前面に、シリコン酸化膜（１３）を
ＣＶＤ法で蒸着して、層間絶縁膜を形成する。
導体装置の配線方法を示した工程断面図である。この第
２実施形態の半導体装置の配線方法は、下部伝導線の表
面を再結晶化して、粒子の大きさを成長させた後、その
表面に導電性物質を選択的に成長させて、下部と上部伝
導線の界面がエピタクシ成長層になるようにする。すな
わち、図２（ａ）のように、半導体基板（１１）の所定
部位に、下部伝導線（１２）を形成し、上記下部伝導線
（１２）を含む基板前面に、シリコン酸化膜（１３）を
ＣＶＤ法で蒸着して、層間絶縁膜を形成する。
【００１６】次いで、（ｂ）のように、上記シリコン酸
化膜（１３）の上に感光膜（１４）を塗布した後、コン
タクトホールの形成のために感光膜（１４）をパターニ
ングする。そして、（ｃ）のように、上記感光膜をマス
クとして利用して、層間絶縁膜として使用されたシリコ
ン酸化膜（１３）を選択的にエッチングして、下部伝導
線（１２）の表面の一部が露出されるように、コンタク
トホールを形成する。上記の露出された下部伝導線（１
２）の表面と、シリコン酸化膜（１３）の上に、核を生
成するための補助膜（１５）を蒸着する。補助膜（１
５）物質としては、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体膜または、Ｔ
ｉ，Ｗ等の金属膜、または、ＴｉＮ，ＴｉＷ，ＷＳｉ2
等の金属化合物を使用する。
化膜（１３）の上に感光膜（１４）を塗布した後、コン
タクトホールの形成のために感光膜（１４）をパターニ
ングする。そして、（ｃ）のように、上記感光膜をマス
クとして利用して、層間絶縁膜として使用されたシリコ
ン酸化膜（１３）を選択的にエッチングして、下部伝導
線（１２）の表面の一部が露出されるように、コンタク
トホールを形成する。上記の露出された下部伝導線（１
２）の表面と、シリコン酸化膜（１３）の上に、核を生
成するための補助膜（１５）を蒸着する。補助膜（１
５）物質としては、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体膜または、Ｔ
ｉ，Ｗ等の金属膜、または、ＴｉＮ，ＴｉＷ，ＷＳｉ2
等の金属化合物を使用する。
【００１７】そして、上記補助膜（１５）の厚さは、下
部伝導線（１２）の表面から１００Å以下になるように
形成することによって、後工程で後続熱処理をすると
き、下部伝導線（１２）の表面にある補助膜（１５）
が、最小限に部分的に下部伝導線（１２）に溶解される
ようにするためである。次いで、（ｄ）のように、水素
と窒素等の活性ガスまたは、不活性ガス雰囲気におい
て、上記のように形成された基板を２５０℃〜４５０℃
で熱処理して、コンタクトホール内に含まれた下部伝導
線（１２）の表面の平均粒子が０．５μｍ以上になるよ
うにすると同時に、下部伝導線（１２）の表面部に接触
された補助膜（１５）が、部分的に下部伝導線に溶け込
まれることによって、コンタクトホール内に下部伝導線
（１２）の表面が選択的に露出されるようにする。そし
て、下部伝導線（１２）の表面は、再結晶化が行われ
て、粒子の大きさが増加するようになる。
部伝導線（１２）の表面から１００Å以下になるように
形成することによって、後工程で後続熱処理をすると
き、下部伝導線（１２）の表面にある補助膜（１５）
が、最小限に部分的に下部伝導線（１２）に溶解される
ようにするためである。次いで、（ｄ）のように、水素
と窒素等の活性ガスまたは、不活性ガス雰囲気におい
て、上記のように形成された基板を２５０℃〜４５０℃
で熱処理して、コンタクトホール内に含まれた下部伝導
線（１２）の表面の平均粒子が０．５μｍ以上になるよ
うにすると同時に、下部伝導線（１２）の表面部に接触
された補助膜（１５）が、部分的に下部伝導線に溶け込
まれることによって、コンタクトホール内に下部伝導線
（１２）の表面が選択的に露出されるようにする。そし
て、下部伝導線（１２）の表面は、再結晶化が行われ
て、粒子の大きさが増加するようになる。
【００１８】次いで、（ｅ）のように、上記補助膜（１
５）の上部と、再結晶化された下部伝導線（１２ａ）上
に導電性物質（１６）を蒸着する。このとき、下部伝導
線（１２ａ）の表面は、選択的に粒子の大きさが成長さ
れた状態であるので、その表面に導電性物質（１５）を
成長させると、図２（ｆ）のように上部伝導線（１６
ａ）が下部伝導線（１２）に対してエピタクシ成長が行
われる。そして、上記補助膜（１５）上で成長する導電
性物質は連続膜として成長され、この際、伝導線のパタ
ーンを利用して、上部伝導線（１６ａ）を形成する。
５）の上部と、再結晶化された下部伝導線（１２ａ）上
に導電性物質（１６）を蒸着する。このとき、下部伝導
線（１２ａ）の表面は、選択的に粒子の大きさが成長さ
れた状態であるので、その表面に導電性物質（１５）を
成長させると、図２（ｆ）のように上部伝導線（１６
ａ）が下部伝導線（１２）に対してエピタクシ成長が行
われる。そして、上記補助膜（１５）上で成長する導電
性物質は連続膜として成長され、この際、伝導線のパタ
ーンを利用して、上部伝導線（１６ａ）を形成する。
【００１９】ここにおいて、上記補助膜（１５）の形成
時、補助膜の形成物質を蒸着する工程の代わりにＳｉ，
Ｔｉ等の不純物イオンをプラズマまたは、イオン注入法
によって、補助膜上に導入することもできる。この際、
導入される量は、約１０12〜１０14ｄｏｓｅ／ｃｍ2 に
なるようにする。これは後工程時に熱処理する過程にお
いて、下部伝導線の表面を再結晶化して、粒子の大きさ
を成長させるとき、イオン注入層が成長因子（種）にな
るようにするためである。
時、補助膜の形成物質を蒸着する工程の代わりにＳｉ，
Ｔｉ等の不純物イオンをプラズマまたは、イオン注入法
によって、補助膜上に導入することもできる。この際、
導入される量は、約１０12〜１０14ｄｏｓｅ／ｃｍ2 に
なるようにする。これは後工程時に熱処理する過程にお
いて、下部伝導線の表面を再結晶化して、粒子の大きさ
を成長させるとき、イオン注入層が成長因子（種）にな
るようにするためである。
【００２０】図３は、本発明の第３実施形態の半導体装
置の配線方法を示した工程断面図である。本発明の第３
実施形態の半導体装置の配線方法は、補助膜を下部伝導
線の露出された表面上に選択的に形成し、熱処理を通じ
て形成された反応膜を選択的に除去した後、導電性物質
を選択的に成長させる方法である。
置の配線方法を示した工程断面図である。本発明の第３
実施形態の半導体装置の配線方法は、補助膜を下部伝導
線の露出された表面上に選択的に形成し、熱処理を通じ
て形成された反応膜を選択的に除去した後、導電性物質
を選択的に成長させる方法である。
【００２１】すなわち、図３（ａ）図示のように、半導
体基板（２１）の所定部位に下部伝導線（２２）を形成
し、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜（２３）を化学気
相蒸着法で形成する。次いで、（ｂ）のように、上記シ
リコン酸化膜（２３）の上部に感光膜（２４）を塗布し
た後、下部伝導線（２３）と後工程で形成された上部伝
導線との電気的な接続のためのコンタクトホールを形成
するために、上記感光膜（２４）をパターニングする。
次いで、（ｃ）のように、上記感光膜（２４）をマスク
として利用して、下部伝導線（２２）の表面の所定部分
が露出されるように、上記シリコン酸化膜（２３）を選
択的に除去する。
体基板（２１）の所定部位に下部伝導線（２２）を形成
し、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜（２３）を化学気
相蒸着法で形成する。次いで、（ｂ）のように、上記シ
リコン酸化膜（２３）の上部に感光膜（２４）を塗布し
た後、下部伝導線（２３）と後工程で形成された上部伝
導線との電気的な接続のためのコンタクトホールを形成
するために、上記感光膜（２４）をパターニングする。
次いで、（ｃ）のように、上記感光膜（２４）をマスク
として利用して、下部伝導線（２２）の表面の所定部分
が露出されるように、上記シリコン酸化膜（２３）を選
択的に除去する。
【００２２】そして、上記露出された下部伝導線（２
２）の表面部と、層間絶縁膜として使用されるシリコン
酸化膜（２３）上に核を生成するための補助膜（２５）
を形成する。補助膜（２５）の物質としては、Ｓｉ，Ｇ
ｅ等の半導体膜や、Ｔｉ，Ｗ等の金属膜、または、Ｔｉ
Ｎ，ＴｉＷ，ＷＳｉ2 等の金属化合物を使用する。その
厚さは下部伝導線との表面から５０Å以上になるように
し、後続熱処理の工程時、下部伝導線の表面上の補助膜
が最小限に部分的に下部伝導線に溶解されるようにす
る。
２）の表面部と、層間絶縁膜として使用されるシリコン
酸化膜（２３）上に核を生成するための補助膜（２５）
を形成する。補助膜（２５）の物質としては、Ｓｉ，Ｇ
ｅ等の半導体膜や、Ｔｉ，Ｗ等の金属膜、または、Ｔｉ
Ｎ，ＴｉＷ，ＷＳｉ2 等の金属化合物を使用する。その
厚さは下部伝導線との表面から５０Å以上になるように
し、後続熱処理の工程時、下部伝導線の表面上の補助膜
が最小限に部分的に下部伝導線に溶解されるようにす
る。
【００２３】次いで、（ｄ）のように、水素と窒素等の
活性ガスまたは、不活性ガスの雰囲気において、２５０
℃〜４５０℃で熱処理してコンタクトホール内に含まれ
た下部伝導線（２２）の表面の平均粒子が０．５μｍ以
上になるようにする。このとき、上記下部伝導線（２
２）の表面部の補助膜（２５）は最小限に部分的に、下
部伝導線（２２）の中へ溶け込まれると同時に、コンタ
クトホール内の下部伝導線（２２）と補助膜（２５）が
反応して、その界面に反応層（２６）が形成される。そ
して、上記下部伝導線（２２）の表面は、再結晶化が行
われて、粒子の大きさが増加する。
活性ガスまたは、不活性ガスの雰囲気において、２５０
℃〜４５０℃で熱処理してコンタクトホール内に含まれ
た下部伝導線（２２）の表面の平均粒子が０．５μｍ以
上になるようにする。このとき、上記下部伝導線（２
２）の表面部の補助膜（２５）は最小限に部分的に、下
部伝導線（２２）の中へ溶け込まれると同時に、コンタ
クトホール内の下部伝導線（２２）と補助膜（２５）が
反応して、その界面に反応層（２６）が形成される。そ
して、上記下部伝導線（２２）の表面は、再結晶化が行
われて、粒子の大きさが増加する。
【００２４】次いで（ｅ）のように、上記コンタクトホ
ール内の補助膜（２５）と、下部伝導線（２２）の界面
に形成された反応層（２６）を、上記補助膜（２５）と
下部伝導線（２２）に対して選択的に除去する。従っ
て、再結晶化されて、粒子の大きさが増加した下部伝導
線（２２）の表面が露出される。次いで、（ｆ）のよう
に、上記補助膜（２５）の上部とコンタクトホール内の
下部伝導線（２２）の上部に導電性物質（２７）を蒸着
する。このとき、下部伝導線（２２）の表面は、選択的
に粒子の大きさが成長された状態であるので、その表面
に導電性物質を成長させると、上部伝導線が下部伝導線
に対して、エピタクシ成長が行われて、エピタクシ層
（２８）が形成される。最後に、上記補助膜（２５）上
で成長する導電性物質（２７）が連続膜に成長すると、
（ｇ）のように、伝導線のパターンを利用して上部伝導
線（２９）が形成される。
ール内の補助膜（２５）と、下部伝導線（２２）の界面
に形成された反応層（２６）を、上記補助膜（２５）と
下部伝導線（２２）に対して選択的に除去する。従っ
て、再結晶化されて、粒子の大きさが増加した下部伝導
線（２２）の表面が露出される。次いで、（ｆ）のよう
に、上記補助膜（２５）の上部とコンタクトホール内の
下部伝導線（２２）の上部に導電性物質（２７）を蒸着
する。このとき、下部伝導線（２２）の表面は、選択的
に粒子の大きさが成長された状態であるので、その表面
に導電性物質を成長させると、上部伝導線が下部伝導線
に対して、エピタクシ成長が行われて、エピタクシ層
（２８）が形成される。最後に、上記補助膜（２５）上
で成長する導電性物質（２７）が連続膜に成長すると、
（ｇ）のように、伝導線のパターンを利用して上部伝導
線（２９）が形成される。
【００２５】図４は、本発明の第４実施形態の半導体装
置の配線方法を示した工程断面図である。本発明の第４
実施形態の半導体装置の配線方法は、コンタクトホール
内に設置する埋込プラグを単結晶に成長させて、接触抵
抗および信頼性を改善させるための半導体装置の配線方
法である。すなわち、図４(a)のように、単結晶からな
る半導体基板（３１）にフィールド領域と活性領域を区
画し、そのフィールド領域にフィールド酸化膜（３２）
を形成する。
置の配線方法を示した工程断面図である。本発明の第４
実施形態の半導体装置の配線方法は、コンタクトホール
内に設置する埋込プラグを単結晶に成長させて、接触抵
抗および信頼性を改善させるための半導体装置の配線方
法である。すなわち、図４(a)のように、単結晶からな
る半導体基板（３１）にフィールド領域と活性領域を区
画し、そのフィールド領域にフィールド酸化膜（３２）
を形成する。
【００２６】そして、上記の活性領域上の半導体基板
（３１）の不純物イオン注入によって不純物の拡散層
（３３）を形成した後、全面に層間絶縁膜としてシリコ
ン酸化膜（３４）を形成する。次いで、上記シリコン酸
化膜（３４）の上に感光膜（図示していない）を塗布し
た後、コンタクトホールを形成するため上記の感光膜を
パターニングし、上記の感光膜をマスクとして利用し
て、補助埋込プラグを形成するために、基板（３１）の
不純物の拡散層（３３）が露出されるように、シリコン
酸化膜（３４）を選択的に除去してコンタクトホールを
形成する。
（３１）の不純物イオン注入によって不純物の拡散層
（３３）を形成した後、全面に層間絶縁膜としてシリコ
ン酸化膜（３４）を形成する。次いで、上記シリコン酸
化膜（３４）の上に感光膜（図示していない）を塗布し
た後、コンタクトホールを形成するため上記の感光膜を
パターニングし、上記の感光膜をマスクとして利用し
て、補助埋込プラグを形成するために、基板（３１）の
不純物の拡散層（３３）が露出されるように、シリコン
酸化膜（３４）を選択的に除去してコンタクトホールを
形成する。
【００２７】次いで（ｂ）のように、上記のコンタクト
ホール内の露出された単結晶基板（３１）をシード層と
して利用して、導電性物質をエピタクシ成長させて、単
結晶からなる補助埋込プラグ（３５）を形成する。次い
で、（ｃ）のように、上記シリコン酸化膜（３４）を含
む補助埋込プラグ（３５）の上に下部伝導線（３６）の
パターンを形成し、そのパターニングされた下部伝導線
（３６）上に、層間絶縁膜（３７）を蒸着する。
ホール内の露出された単結晶基板（３１）をシード層と
して利用して、導電性物質をエピタクシ成長させて、単
結晶からなる補助埋込プラグ（３５）を形成する。次い
で、（ｃ）のように、上記シリコン酸化膜（３４）を含
む補助埋込プラグ（３５）の上に下部伝導線（３６）の
パターンを形成し、そのパターニングされた下部伝導線
（３６）上に、層間絶縁膜（３７）を蒸着する。
【００２８】さらに、（ｄ）のように、上記の層間絶縁
膜（３７）の上に、感光膜（３８）を塗布してパターニ
ングした後、上記の感光膜パターンをマスクにして、層
間絶縁膜（３７）と下部伝導線（３６）を選択的に除去
して、上記の補助埋込プラグ（３５）と連結されるよう
にコンタクトホールを形成する。従って、上記のコンタ
クトホール内に単結晶からなる補助埋込プラグ（３５）
の表面が露出される。
膜（３７）の上に、感光膜（３８）を塗布してパターニ
ングした後、上記の感光膜パターンをマスクにして、層
間絶縁膜（３７）と下部伝導線（３６）を選択的に除去
して、上記の補助埋込プラグ（３５）と連結されるよう
にコンタクトホールを形成する。従って、上記のコンタ
クトホール内に単結晶からなる補助埋込プラグ（３５）
の表面が露出される。
【００２９】次いで、（ｅ）のように、上記感光膜（３
８）を除去し、層間絶縁膜（３７）と、コンタクトホー
ル内の補助埋込プラグ（３５）の上に、導電性物質（３
９）を蒸着すると、導電性物質が上記の補助埋込プラグ
（３５）に対してエピタクシ成長され、（ｆ）のよう
に、単結晶の埋込プラグ（４０）が上部伝導線（４１）
と連続膜に形成される。
８）を除去し、層間絶縁膜（３７）と、コンタクトホー
ル内の補助埋込プラグ（３５）の上に、導電性物質（３
９）を蒸着すると、導電性物質が上記の補助埋込プラグ
（３５）に対してエピタクシ成長され、（ｆ）のよう
に、単結晶の埋込プラグ（４０）が上部伝導線（４１）
と連続膜に形成される。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したような、本発明の半導体装
置の配線方法においては、下記のような効果がある。 イ．埋込プラグ上に伝導線を連続的に同時に形成するの
で、界面の露出を防止して不純物の混入を予防し、工程
の単純化ができる。 ロ．上部と下部伝導線の界面がエピタクシ成長するので
接触抵抗が低くなり、埋込プラグの全体の粒界面積を減
少させることによって、信頼性が改善される。 ハ．上部伝導線が補助埋込プラグに対してエピタクシ成
長されて、単結晶に形成されるので、接触抵抗および信
頼性が改善されて、配線特性を向上させる効果がある。
置の配線方法においては、下記のような効果がある。 イ．埋込プラグ上に伝導線を連続的に同時に形成するの
で、界面の露出を防止して不純物の混入を予防し、工程
の単純化ができる。 ロ．上部と下部伝導線の界面がエピタクシ成長するので
接触抵抗が低くなり、埋込プラグの全体の粒界面積を減
少させることによって、信頼性が改善される。 ハ．上部伝導線が補助埋込プラグに対してエピタクシ成
長されて、単結晶に形成されるので、接触抵抗および信
頼性が改善されて、配線特性を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の配線方法を示した工
程断面図
程断面図
【図２】 本発明の第２実施形態の配線方法を示した工
程断面図
程断面図
【図３】 本発明の第３実施形態の配線方法を示した工
程断面図
程断面図
【図４】 本発明の第４実施形態の配線方法を示した工
程断面図
程断面図
１ ：半導体基板 ２ ：下部伝導線 ３ ：シリコン酸化膜 ４ ：補助膜 ５ ：感光膜 ６ ：導電性物質 ６ａ：上部伝導線 １２ａ：再結晶化された下部伝導線 ２６：反応層 ２８：エピタクシ層 ３３：不純物の拡散層 ３５：補助埋込プラグ ４０：単結晶の埋込プラグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−243398（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−167522（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−118924（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/90 - 21/92 H01L 21/88
Claims (4)
- 【請求項１】 下部伝導線が形成された基板上に、層間
絶縁膜および補助膜を順番に形成する段階、 上記補助膜に不純物イオンを注入し、上記の補助膜と層
間絶縁膜を選択的に除去して上記下部伝導線へのコンタ
クトホールを形成する段階、並びに上記のコンタクトホ
ールおよび補助膜上に導電性物質を蒸着し、導電性プラ
グと上部伝導線を連続的に成長させる段階、 を含むことを特徴とする半導体装置の配線方法。 - 【請求項２】 下部伝導線が形成された基板上に層間絶
縁膜を形成して、上記下部伝導線へのコンタクトホール
を形成する段階、 上記コンタクトホールを含む上記層間絶縁膜の全面に補
助膜を形成する段階、 上記下部伝導線の表面を再結晶化させると同時に、上記
下部伝導線に接触された上記補助膜が溶解されるように
熱処理する段階、並びに上記コンタクトホールを含んだ
上記補助膜上に、導電性物質を蒸着し、上記下部伝導線
に対してエピタクシ成長させ、導電性プラグと上部伝導
線を連続膜に形成する段階、 を含むことを特徴とする半導体装置の配線方法。 - 【請求項３】 下部伝導線が形成された基板上に層間絶
縁膜を形成して、上記下部伝導線へのコンタクトホール
を形成する段階、 上記コンタクトホールを含んだ上記層間絶縁膜上に補助
膜を形成する段階、 熱処理して、上記下部伝導線の表面を再結晶化し、上記
の補助膜と下部伝導線の界面に反応層を形成する段階、 上記反応層を選択的に除去する段階、並びに上記の下部
伝導線および補助膜上に導電性物質を蒸着して、上記下
部伝導線にエピタクシ成長させて、導電性プラグと上部
伝導線を連続膜に形成する段階、 を含むことを特徴とする半導体装置の配線方法。 - 【請求項４】 不純物の拡散領域が形成された半導体基
板上に、第１層間絶縁膜を蒸着する段階、 上記第１層間絶縁膜を選択的に除去して、上記拡散領域
への第１コンタクトホールを形成する段階、 上記第１コンタクトホールに導電性物質をエピタクシ成
長させて、第１導電性プラグを形成する段階、 上記第１導電性プラグに電気的に連結されるように、下
部伝導線を形成する段階、 上記下部伝導線を含む上記
第１層間絶縁膜上に、第２層間絶縁膜を蒸着した後、上
記下部伝導線を通過して上記第１導電性プラグに達する
まで第２コンタクトホールを形成する段階、並びに上記
第２コンタクトホールを含む上記第２層間絶縁膜上に導
電性物質を蒸着し、上記第１導電性プラグにエピタクシ
成長させて、第２導電性プラグおよび上部伝導線を連続
膜に形成する段階、 を含むことを特徴とする半導体装置の配線方法。
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