JP3118785B2 - バリヤメタル構造の形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体等の基板上の
絶縁膜に形成されるコンタクトホールのバリヤメタル構
造の形成方法に関する。
絶縁膜に形成されるコンタクトホールのバリヤメタル構
造の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の基本的構造として、シリコ
ン等の半導体基板上の層間絶縁膜にコンタクトホールを
開口し、そのコンタクトホールにアルミニウム等の配線
メタルを埋め込んだ構造がある。
ン等の半導体基板上の層間絶縁膜にコンタクトホールを
開口し、そのコンタクトホールにアルミニウム等の配線
メタルを埋め込んだ構造がある。
【0003】このような構造において、例えば配線層で
あるアルミニウムと基板のシリコンとが反応してアロイ
ピットが形成され両者の接合が破壊されたり、また、コ
ンタクトホール表面にシリコン粒が析出して配線層と基
板との間のコンタクト抵抗が著しく上昇するために、半
導体素子自体の信頼性が低下することが問題となってい
た。
あるアルミニウムと基板のシリコンとが反応してアロイ
ピットが形成され両者の接合が破壊されたり、また、コ
ンタクトホール表面にシリコン粒が析出して配線層と基
板との間のコンタクト抵抗が著しく上昇するために、半
導体素子自体の信頼性が低下することが問題となってい
た。
【0004】このため、半導体素子の信頼性向上を目的
として、下地となるSi等の基板とアルミニウム等の配
線層との反応を防止するために、コンタクトホール内に
TiNやTiW等のバリヤメタル層を、例えばスパッタ
リング法で堆積させることが広く行われている。
として、下地となるSi等の基板とアルミニウム等の配
線層との反応を防止するために、コンタクトホール内に
TiNやTiW等のバリヤメタル層を、例えばスパッタ
リング法で堆積させることが広く行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】コンタクトホールにバ
リヤメタル層や配線層を形成する場合、従来の半導体素
子のデザインルールでは、十分なカバレージを確保する
ことが可能であった。
リヤメタル層や配線層を形成する場合、従来の半導体素
子のデザインルールでは、十分なカバレージを確保する
ことが可能であった。
【0006】しかしながら、近年の超LSIの開発にお
いては、そのデザインルールが非常に微細化しつつあ
り、そのような技術動向の中で、半導体基板上の絶縁層
に形成されるコンタクトホールも微細化する。
いては、そのデザインルールが非常に微細化しつつあ
り、そのような技術動向の中で、半導体基板上の絶縁層
に形成されるコンタクトホールも微細化する。
【0007】このような微細なコンタクトホールに対す
るバリヤメタル層や配線メタルのカバレージ、特にコン
タクトホール底部周辺部のカバレージが不十分となると
いう問題がある。即ち、図2に示すように、Si基板2
1上の層間絶縁膜22に開口されたコンタクトホール2
3には、配線メタルであるアルミニウムと下地であるS
i基板21との反応防止のためにTiN,TiW等のバ
リヤメタル又はTiSix等のシリサイド等からなるバ
リヤメタル層24が形成され、更にその上にアルミニウ
ム等の配線層25が形成されるのであるが、その際に、
バリヤメタル層24のカバレージが十分でないために、
図中矢印で示すように配線メタルが下地Si基板21中
へ突き抜けて接合リークが生じたり、また、配線メタル
そのもののカバレージが十分でないために配線層中にボ
イド26が生じたりするため、素子の信頼性が非常に低
下するという問題があった。
るバリヤメタル層や配線メタルのカバレージ、特にコン
タクトホール底部周辺部のカバレージが不十分となると
いう問題がある。即ち、図2に示すように、Si基板2
1上の層間絶縁膜22に開口されたコンタクトホール2
3には、配線メタルであるアルミニウムと下地であるS
i基板21との反応防止のためにTiN,TiW等のバ
リヤメタル又はTiSix等のシリサイド等からなるバ
リヤメタル層24が形成され、更にその上にアルミニウ
ム等の配線層25が形成されるのであるが、その際に、
バリヤメタル層24のカバレージが十分でないために、
図中矢印で示すように配線メタルが下地Si基板21中
へ突き抜けて接合リークが生じたり、また、配線メタル
そのもののカバレージが十分でないために配線層中にボ
イド26が生じたりするため、素子の信頼性が非常に低
下するという問題があった。
【0008】この発明は、以上のような従来技術の課題
を解決しようとするものであり、微細なコンタクトホー
ルを形成する場合に、カバレージの良好なバリヤメタル
構造を形成することを可能とするバリヤメタル構造形成
方法を提供することを目的とする。
を解決しようとするものであり、微細なコンタクトホー
ルを形成する場合に、カバレージの良好なバリヤメタル
構造を形成することを可能とするバリヤメタル構造形成
方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、基板上に形成された絶縁膜に所期の
大きさの径よりも大きい径を有するコンタクトホールを
開口する工程;全面にバリヤメタル層を形成する工程;
コンタクトホールの径が所期の大きさになるように、酸
化膜を全面に形成する工程;異方性エッチングにより該
酸化膜をエッチバックする工程;コンタクトホールにメ
タルを埋め込んでメタルプラグを形成する工程;及びメ
タルプラグが埋め込まれたコンタクトホール底部にバリ
ヤメタル層が残るように、選択的にバリヤメタル層をエ
ッチングする工程含んでなるバリヤメタル構造形成方法
を提供する。
めに、この発明は、基板上に形成された絶縁膜に所期の
大きさの径よりも大きい径を有するコンタクトホールを
開口する工程;全面にバリヤメタル層を形成する工程;
コンタクトホールの径が所期の大きさになるように、酸
化膜を全面に形成する工程;異方性エッチングにより該
酸化膜をエッチバックする工程;コンタクトホールにメ
タルを埋め込んでメタルプラグを形成する工程;及びメ
タルプラグが埋め込まれたコンタクトホール底部にバリ
ヤメタル層が残るように、選択的にバリヤメタル層をエ
ッチングする工程含んでなるバリヤメタル構造形成方法
を提供する。
【0010】即ち、この発明のバリヤメタル構造形成方
法は、所期の大きさの径よりも大きめの径のコンタクト
ホールに対してバリヤメタル層を形成し、その後に所期
の大きさの径に成るようにコンタクトホール側壁に酸化
膜を形成させることを特徴とするものである。
法は、所期の大きさの径よりも大きめの径のコンタクト
ホールに対してバリヤメタル層を形成し、その後に所期
の大きさの径に成るようにコンタクトホール側壁に酸化
膜を形成させることを特徴とするものである。
【0011】なお、この発明においては、コンタクトホ
ール底部にバリヤメタル層が残るように、メタルプラグ
を形成した後に選択的にバリヤメタル層をエッチングす
る。これにより絶縁膜表面上のバリヤメタル層が除去さ
れる。
ール底部にバリヤメタル層が残るように、メタルプラグ
を形成した後に選択的にバリヤメタル層をエッチングす
る。これにより絶縁膜表面上のバリヤメタル層が除去さ
れる。
【0012】
【作用】この発明のバリヤメタル構造形成方法において
は、所期の大きさよりも大きめ径のコンタクトホール、
例えば、従来法で精度よくパターニングできる大きさの
コンタクトホールを形成した後に、そのコンタクトホー
ルの全面にバリヤメタル層を形成するので、カバレージ
の良好なバリヤメタル層を形成することが可能となる。
は、所期の大きさよりも大きめ径のコンタクトホール、
例えば、従来法で精度よくパターニングできる大きさの
コンタクトホールを形成した後に、そのコンタクトホー
ルの全面にバリヤメタル層を形成するので、カバレージ
の良好なバリヤメタル層を形成することが可能となる。
【0013】続いて、コンタクトホールの径が所期の大
きさとなるように、コンタクトホール側壁にも酸化膜が
形成されるように、基板の全面に酸化膜を形成し、その
後に、コンタクトホール側壁に形成された酸化膜がエッ
チングされないように異方性エッチングにより酸化膜を
エッチバックするので、コンタクトホールの径を所期の
微細な大きさのものとすることが可能となる。これによ
り、コンタクトホールの径の微細化が、リソグラフィ工
程を経ずに可能となる。
きさとなるように、コンタクトホール側壁にも酸化膜が
形成されるように、基板の全面に酸化膜を形成し、その
後に、コンタクトホール側壁に形成された酸化膜がエッ
チングされないように異方性エッチングにより酸化膜を
エッチバックするので、コンタクトホールの径を所期の
微細な大きさのものとすることが可能となる。これによ
り、コンタクトホールの径の微細化が、リソグラフィ工
程を経ずに可能となる。
【0014】
【実施例】以下、この発明を図面を参照しながら具体的
に説明する。ただし、この発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。なお、図中、同じ符号は同一又は
同等の構成要素を表わしている。
に説明する。ただし、この発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。なお、図中、同じ符号は同一又は
同等の構成要素を表わしている。
【0015】図1はこの発明の方法によって、0.3μ
m径のコンタクトホールにバリヤメタル構造を形成する
場合を説明する図である。
m径のコンタクトホールにバリヤメタル構造を形成する
場合を説明する図である。
【0016】即ち、この方法においては、まずシリコン
ウェハからなる基板1上に設けられたTEOS−CVD
法によるSiO2平坦化膜2とBPSG塗布膜3からな
る絶縁膜4に、g線で露光可能な大きさである0.9μ
m径のコンタクトホール5を常法に従い開口する(図1
の(A))。
ウェハからなる基板1上に設けられたTEOS−CVD
法によるSiO2平坦化膜2とBPSG塗布膜3からな
る絶縁膜4に、g線で露光可能な大きさである0.9μ
m径のコンタクトホール5を常法に従い開口する(図1
の(A))。
【0017】次いで、TiNからなるバリヤメタル層6
をコンタクトホールの側壁に0.1μmの厚みで堆積す
るように全面にスパッタリング法により形成する(図1
の(B))。このように比較的大きなコンタクトホール
5に対しては、バリヤメタル層6は十分にコンタクトホ
ール5の底部の周辺部にも形成できる。
をコンタクトホールの側壁に0.1μmの厚みで堆積す
るように全面にスパッタリング法により形成する(図1
の(B))。このように比較的大きなコンタクトホール
5に対しては、バリヤメタル層6は十分にコンタクトホ
ール5の底部の周辺部にも形成できる。
【0018】ついで、カバレージの良好な酸化膜7、例
えばTEOS−CVD法によるSiO2からなる酸化膜
7を上面が0.3μmの膜厚となるように全面に堆積さ
せると、コンタクトホール側壁には約0.2μmの膜厚
で堆積する(図1の(C))。
えばTEOS−CVD法によるSiO2からなる酸化膜
7を上面が0.3μmの膜厚となるように全面に堆積さ
せると、コンタクトホール側壁には約0.2μmの膜厚
で堆積する(図1の(C))。
【0019】なお、TEOS−CVD法によって堆積し
たSiO2からなる酸化膜7は、エッジ部8が丸くなる
傾向があるので、コンタクトホール入口にわずかなテー
パーが形成されるので、その後に形成するメタル配線層
のコンタクトホールに対するカバレージの改善に役立
つ。
たSiO2からなる酸化膜7は、エッジ部8が丸くなる
傾向があるので、コンタクトホール入口にわずかなテー
パーが形成されるので、その後に形成するメタル配線層
のコンタクトホールに対するカバレージの改善に役立
つ。
【0020】続いて、通常の異方性ドライエッチング
で、酸化膜7を堆積した膜厚分、即ち0.3μm分だけ
全面エッチバックする(図1の(D)。この際、異方性
エッチングによるエッチバックでは、コンタクトホール
側壁に堆積した酸化膜7は殆どエッチングされないの
で、エッチバック終了時のコンタクトホール径の大きさ
は所期の大きさである0.3μmとなる。なお、基板1
上にはバリヤメタル層6が形成されているので、エッチ
バック時に基板1がエッチングされることはない。
で、酸化膜7を堆積した膜厚分、即ち0.3μm分だけ
全面エッチバックする(図1の(D)。この際、異方性
エッチングによるエッチバックでは、コンタクトホール
側壁に堆積した酸化膜7は殆どエッチングされないの
で、エッチバック終了時のコンタクトホール径の大きさ
は所期の大きさである0.3μmとなる。なお、基板1
上にはバリヤメタル層6が形成されているので、エッチ
バック時に基板1がエッチングされることはない。
【0021】なお、異方性エッチングでは、コンタクト
ホール5の入口周辺部がエッチングされやすいことか
ら、図1の(D)に示すように、その後のメタルを埋め
込む時のカバレージ改善のために十分でかつ滑らかなテ
ーパーがコンタクトホール5の入口部9に形成される。
ホール5の入口周辺部がエッチングされやすいことか
ら、図1の(D)に示すように、その後のメタルを埋め
込む時のカバレージ改善のために十分でかつ滑らかなテ
ーパーがコンタクトホール5の入口部9に形成される。
【0022】続いて、このように形成されたコンタクト
ホール5に配線層となるメタルもしくはコンタクトプラ
グとなるメタルを埋め込むことにより、カバレージが良
好で、下地の基板への突き抜けの問題も生じないコンタ
クトホールのバリヤメタル構造を形成することができ
る。
ホール5に配線層となるメタルもしくはコンタクトプラ
グとなるメタルを埋め込むことにより、カバレージが良
好で、下地の基板への突き抜けの問題も生じないコンタ
クトホールのバリヤメタル構造を形成することができ
る。
【0023】なお、コンタクトホール5にメタルを埋め
込む場合の例としては、図1の(E)に示すように、カ
バレージ特性が良好なブランケットCVDタングステン
層10を形成することが挙げられる。
込む場合の例としては、図1の(E)に示すように、カ
バレージ特性が良好なブランケットCVDタングステン
層10を形成することが挙げられる。
【0024】このようにして、この発明により形成され
るバリヤメタル構造は、種々の利用態様をとることがで
きる。例えば、このタングステン層10をC2Cl3F
3ガスでエッチバックすることにより、図1の(F)に
示すように、タングステンからなるメタルプラグ11を
形成することができる。
るバリヤメタル構造は、種々の利用態様をとることがで
きる。例えば、このタングステン層10をC2Cl3F
3ガスでエッチバックすることにより、図1の(F)に
示すように、タングステンからなるメタルプラグ11を
形成することができる。
【0025】続けてエッチングガスをBCl3とCl2
との混合ガスに代えることにより、ほぼ選択的にTiN
からなるバリヤメタル層6をエッチングすると、図1の
(G)に示すようにメタルプラグ11の側部に酸化膜7
を挟んで間隙部12が形成され、メタルプラグ11の底
部のみにバリヤメタル層6が存在するバリヤメタル構造
となる。
との混合ガスに代えることにより、ほぼ選択的にTiN
からなるバリヤメタル層6をエッチングすると、図1の
(G)に示すようにメタルプラグ11の側部に酸化膜7
を挟んで間隙部12が形成され、メタルプラグ11の底
部のみにバリヤメタル層6が存在するバリヤメタル構造
となる。
【0026】更に、このバリヤメタル構造体上にSOG
を塗布しエッチバックを行うか、もしくはポリシリコン
を堆積して酸化しその後にエッチバックを行うことによ
り、図1の(H)に示すように、間隙部12に絶縁体1
3を形成できる。
を塗布しエッチバックを行うか、もしくはポリシリコン
を堆積して酸化しその後にエッチバックを行うことによ
り、図1の(H)に示すように、間隙部12に絶縁体1
3を形成できる。
【0027】このようにしてタングステンのメタルプラ
グ11が形成されたバリヤメタル構造上には、図1の
(I)に示すように、TiN層14を設け更にアルミニ
ウム配線層15を設けることができる。
グ11が形成されたバリヤメタル構造上には、図1の
(I)に示すように、TiN層14を設け更にアルミニ
ウム配線層15を設けることができる。
【0028】また、間隙部12に絶縁体を埋め込むこと
なく、図1の(J)に示すように,TiN層14を設け
更にアルミニウム配線層15を設けることもできる。
なく、図1の(J)に示すように,TiN層14を設け
更にアルミニウム配線層15を設けることもできる。
【0029】なお、この発明のコンタクトホール形成方
法は、MOSトランジスタ等の個別半導体の他、超LS
Iなどの集積回路の製造に好ましく適用できる。
法は、MOSトランジスタ等の個別半導体の他、超LS
Iなどの集積回路の製造に好ましく適用できる。
【0030】
【発明の効果】この発明のコンタクトホールのバリヤメ
タル構造形成方法によれば、コンタクトホールの中に形
成するバリヤメタル層や配線層のカバレージを向上させ
ることができ、従ってバリヤ性を向上させることができ
る。また、従来の簡素で信頼性のあり且つ量産に適した
プロセスで、微細なコンタクトホールのバリヤメタル構
造を形成できるので、この発明を使用して製造した素子
の信頼性や再現性は非常に高いものとなる。
タル構造形成方法によれば、コンタクトホールの中に形
成するバリヤメタル層や配線層のカバレージを向上させ
ることができ、従ってバリヤ性を向上させることができ
る。また、従来の簡素で信頼性のあり且つ量産に適した
プロセスで、微細なコンタクトホールのバリヤメタル構
造を形成できるので、この発明を使用して製造した素子
の信頼性や再現性は非常に高いものとなる。
【図1】図1は、この発明のバリヤメタル構造形成方法
を説明する図である。
を説明する図である。
【図2】図2は、従来法でコンタクトホールにバリヤメ
タル層を形成した場合の説明図である。
タル層を形成した場合の説明図である。
1 基板 4 絶縁膜 5 コンタクトホール 6 バリヤメタル層 7 酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 301 H01L 21/28 H01L 21/768
Claims (2)
- 【請求項1】 基板上に形成された絶縁膜に所期の大き
さの径よりも大きい径を有するコンタクトホールを開口
する工程;全面にバリヤメタル層を形成する工程;コン
タクトホールの径が所期の大きさになるように、酸化膜
を全面に形成する工程;異方性エッチングにより該酸化
膜をエッチバックする工程;コンタクトホールにメタル
を埋め込んでメタルプラグを形成する工程;及びメタル
プラグが埋め込まれたコンタクトホールの底部にバリヤ
メタル層が残るように、選択的にバリヤメタル層をエッ
チングする工程を含んでなるバリヤメタル構造形成方
法。 - 【請求項2】 請求項1の方法により形成されたバリヤ
メタル構造体。
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