JP4094073B2 - 半導体装置を製作する方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には半導体装置に関し、かつより特定的には半導体装置において導電性プラグを形成する方法に関する。
【０００２】
【関連出願の相互参照】
本発明の主題に関連する材料は以下の同時係属の、共通の譲受人に譲渡された特許出願に開示されている。
【０００３】
１）マニアー（Ｍａｎｉａｒ）他により、本件に対応する米国特許出願と同時に出願され、代理人整理番号ＳＣ０２６８６Ａの、「トレンチアイソレーションを提供する方法およびトレンチアイソレーションを有する半導体装置（Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ Ｈａｖｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ）」と題する米国特許出願。
【０００４】
２）マニアー他により、本件に対応する米国特許出願と同時に出願され、「反射防止コーティングを有する半導体装置およびその製造方法（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ Ｈａｖｉｎｇ Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ）」と題する米国特許出願。
【０００５】
【従来の技術】
タングステンプラグは集積回路のような半導体装置において種々の導電層の間に電気的接続を形成するための広く使用される形式になりつつある。一般に、タングステンプラグは始めに半導体装置の第１の導電層の上に層間誘電体（ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）を被着することによって形成される。次に該層間誘電体に開口がエッチングされて前記第１の導電層の部分を露出する。次に、タングステン層が装置の上にブランケット被着され、それによって前記層間誘電体の開口を充填しかつ前記第１の導電層へのコンタクトを作成する。前記タングステンは次に研磨あるいはエッチングし戻され層間誘電体の開口内に横たわる部分を除き前記タングステン層のすべての部分を除去する。結果として得られるものは第１の導電層への縦方向の電気的コンタクトとして作用するタングステンプラグである。
【０００６】
上に述べた基本的なプロセスに伴う１つの問題はタングステンがリンケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）、ホウ素ドープＰＳＧ（ＢＰＳＧ）、熱酸化物、またはプラズマ増強酸化物の形式での、２酸化シリコンおよび窒化シリコンのような一般に使用される層間誘電体材料に容易には接着しないことである。従って、タングステンプラグを使用するためには一般に該タングステンが装置に確実に接着するようにするため接着層（ｇｌｕｅ ｌａｙｅｒ）を使用することが必要であった。
【０００７】
接着層の一般的な使用方法が図１〜図２に示されており、これらの図は従来技術の半導体装置１０の一部の断面図を示している。図１に示されるように、半導体装置１０は半導体基板１２を含み、該半導体基板１２の上に第１の誘電体層１４および金属相互接続１６が形成されている。層間誘電体１８が被着され、パターニングされ、かつエッチングされて前記相互接続を露出するコンタクト開口またはプラグ開口１９を作成する。次に接着層２０が前記層間誘電体の上部および開口１９の側壁および底部に沿って被着される。接着層２０は単一の材料、例えば窒化チタン、とすることができるが、しばしばどのような導電材料に対してコンタクトが形成されているかに応じて、順次被着されるチタンおよび窒化チタン層の組合わせとされる。
【０００８】
次に、図１に示されるように、タングステン層２２が装置１０の接着層の上にブランケット被着されて開口１９を充填する。装置における複数の充填された開口の間で電気的絶縁を与えるために、おのおのの開口１９を越えて横たわるタングステン層および接着層２０の部分が、図２に示されるように、除去される。接着層２０およびタングステン層２２の除去は一般にエッチングによりあるいは研磨により行われる。結果として得られるものは開口１９内に形成されたタングステンプラグ２４であり、該タングステンプラグ２４は該タングステンプラグを層間誘電体１８から分離する周囲の接着層２０を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上に述べたタングステンプラグを形成する上でチタンおよび窒化チタンの接着層を使用することはいくつかの欠点を有する。１つの問題はスループットがやや低いことである。接着層２０のための初期的なチタン層はコリメートスパッタリング被着プロセス（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）を使用してほぼ４００オングストローム（Ａ°）または４０ナノメートル（ｎｍ）の厚さに被着される。コリメートスパッタリングはチタンが一様に被着されかつコンタクト開口の側壁および底部の双方に沿って十分な厚さに被着することを保証する上で好ましい。窒化チタンは、ほぼ８００オングストローム（８０ｎｍ）の厚さに、同様にスパッタ被着される。
【００１０】
スパッタ被着および特にコリメートスパッタリング、は比較的低速の工程である。例えば、上に述べた接着層の厚さを被着するのに必要とされる被着時間はほぼ１．５対１のコリメータおよびチタンおよび窒化チタン層の順次的なインシトゥー被着（ｉｎ ｓｉｔｕ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を使用してウェーハごとに３〜５分の間のいずれかである。接着層を被着する上で消費される貴重な製造時間に加えて、コンタクト開口を越える接着層の除去もまた非常に低速である。例えば、前記接着層がタングステン層の厚さの約５分の１（２０％）であっても、タングステン層２２とチタンおよび窒化チタン接着層２０の両方を除去するのに必要な研磨時間の半分以上が接着層を除去する上で消費される。
【００１１】
チタンおよび窒化チタンの接着層を使用する上でのさらに他の問題はコンタクトの抵抗に関連する。窒化チタンそれ自身を接着層として使用するのに対し、接着層のチタン部分は一般にタングステンプラグと金属相互接続との間のコンタクト抵抗を改善するために使用される。しかしながら、接着層の一部としてチタンを加えても、層間誘電体にコンタクト開口を形成する間に前記金属相互接続が損傷されまたは汚染されればコンタクト抵抗は依然として問題となる。例えば、フッ素をベースとしたエッチング剤を使用してコンタクト開口を形成する上で、フッ素が相互接続のアルミニウムと反応してコンタクト抵抗を悪化させるオキシフルオライド・アルミニウム（ＡｌＯｘＦｙ）を形成する。
【００１２】
従って、本発明の目的は、前述の従来例における問題点に鑑み、半導体装置における導電性プラグを迅速に形成できるようにするとともに、コンタクト抵抗をも低下させることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
一般に、本発明は半導体装置においてプラグ開口を区画するまたはプラグ開口に沿って位置する通常のチタンおよび窒化チタンの接着層を使用することなく導電性プラグを形成する方法を提供する。従って、本発明を実施する上でこれらの層を被着しかつ除去することに関連する製造時間が節約される。本発明はこれらおよび他の利点を窒化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ）の接着層を使用することによって達成する。しかしながら、従来技術の接着層と異なり、窒化アルミニウムの接着層は被着の後に除去する必要がなく、かつさらにプラグ開口の側壁および底部を区画しない。
【００１４】
本発明の１つの実施形態では、窒化アルミニウムの層が層間誘電体層の上に被着される。次にコンタクトまたはプラグ開口が前記接着層および層間誘電体の両方を通って形成され下に横たわる金属相互接続の一部を露出する。次にタングステンまたは他の導電性材料が装置の上にかつ前記開口内に被着され、前記相互接続に対し電気的コンタクトを形成する。窒化アルミニウムの接着層はタングステンの層間誘電体への接着を改善し、従って引き続く研磨工程が層間誘電体からタングステン層を剥離しまたは持ち上げることなく達成できる。接着層がプラグまたはコンタクト開口に存在しないという事実にかかわらず、タングステンプラグは開口内の側壁に沿って層間誘電体への適切な接着を有する。さらに、窒化アルミニウムは誘電体材料であるから、プラグ形成の後に接着層が除去される必要がなく、従って製造時間中の処理工程が従来技術の処理と比較して低減できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
これらおよび他の特徴および利点は添付の図面とともに以下の詳細な説明を参照することによりさらに明瞭に理解されるであろう。図面は必ずしも一定の尺度で描かれていないかもしれず、かつ特に示されていない本発明の他の実施形態もあり得ることを指摘することが重要である。さらに、種々の図面にわたり同じ参照数字がしばしば同じまたは同様の要素を示すために使用されることに注意を要する。
【００１６】
図３〜図８は、導電性プラグを形成するための本発明に係わる処理ステップを行う場合の半導体装置３０の一部を断面図で示す。図３に示されるように、始めの構造は上に横たわる誘電体層３４および金属相互接続３６を有する半導体基板３２を含む。集積回路のような半導体装置においては、基板３２は一般に単結晶シリコンウェーハであるが、代わりにシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板、シリコン・オン・サファイア（ＳＯＳ）基板、ガリウムひ素基板、その他とすることもできる。誘電体層３４は熱成長２酸化シリコン、ドーピングしたまたはドーピングしていない被着２酸化シリコン、窒化シリコン、オキシナイトライド、あるいは半導体装置において使用される他の伝統的な誘電体材料とすることができる。
【００１７】
好ましい実施形態では、金属相互接続３６は少なくとも２つの構成要素、主部分（ｐｒｉｍａｒｙ ｐｏｒｔｉｏｎ）３７およびキャッピング部分（ｃａｐｐｉｎｇ ｐｏｒｔｉｏｎ）３８を含む。キャッピング部分３８を含める目的は相互接続の上に横たわる層間誘電体４０にコンタクト開口またはプラグ開口を形成することに関連してより詳細に説明する。
【００１８】
１つの形態では、相互接続部３６の主部分はアルミニウムであり、あるいはより正確には少量の銅および／またはシリコンで合金化したアルミニウムである。アルミニウムの主部分と組み合わせて使用されたときキャッピング部分３８は好ましくはタングステンから形成される。図３に示される金属相互接続部３６の積層構造を形成する上で、アルミニウムおよびタングステンのブランケット層が同時にパターニングされかつエッチングされる。主部分３７は４，０００〜１０，０００オングストローム（４００〜１，０００ｎｍ）の厚さを持つよう形成され、かつキャッピング部分３８は５００〜２０００オングストローム（５０〜２００ｎｍ）に及ぶ範囲の厚さを有する。
【００１９】
他の実施形態では、キャッピング部分３８の一部として窒化チタン（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ）障壁層が形成され、それによってキャッピング部分が上に横たわるタングステン層を備えた窒化チタン層からなるものとすることができる。この別の実施形態では、窒化チタン層はタングステン層を被着する前に２５０〜１０００オングストローム（２５〜１００ｎｍ）の間の厚さにスパッタリングされる。これらタングステン、窒化チタン、およびアルミニウム層は次にすべて一緒にパターニングおよびエッチングされて積層された相互接続部を形成する。
【００２０】
さらに別の実施形態では、相互接続部は上に横たわるタングステン層なしに、１５０〜１０００オングストローム（１５〜１００ｎｍ）の厚さを有する窒化チタンのキャッピング部分を有する。
【００２１】
図３〜図８に示された金属相互接続部３６は誘電体層３４の上に形成されるものとして示されているが、相互接続と下に横たわる基板３２との間には数多くの介在層があり得ることを理解するであろう。例えば、トランジスタのような、能動装置を形成するために使用されるドーピングされた領域、シリサイド領域、ポリシリコン層、アイソレーション領域および種々の誘電体層またはスペーサも同様に存在し得る。しかしながら本発明を理解するためには、これらの介在層を理解することは必要ではなくかつ、従って、説明または図示はしない。さらに、誘電体層３４は、本発明に係わる導電性プラグが金属相互接続に対する代わりに基板３２のドーピングされたまたは導電部分に電気的にコンタクトを行うために形成できる点で必要とされない。
【００２２】
図３に示された初期装置構造によって説明を続けると、層間誘電体４０は相互接続部３６の上に横たわっている。層間誘電体４０は一般にＢＰＳＧ、ＰＳＧ、テトラエチルオルソシリケート（ｔｅｔｒａ−ｅｔｈｙｌ−ｏｒｔｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ：ＴＥＯＳ）、スピンオンガラス（ｓｐｉｎ−ｏｎ−ｇｌａｓｓ：ＳＯＧ）、またはプラズマ増強酸化物のような、シリコンをベースとした誘電体である。
【００２３】
相互接続部３６に電気的コンタクトを作成するため、下に横たわる相互接続部を露出するため層間誘電体４０に開口を形成しなければならない。前に述べたように、この開口を形成する上で、相互接続部を損傷しまたは汚染し、結果として劣悪なコンタクト抵抗を生じる可能性がある。１つのあり得る問題は層間誘電体をエッチングするために使用されるエッチング剤からのフッ素が相互接続部のアルミニウムと接触するようになった場合にオキシフルオライド・アルミニウム（ＡｌＯｘＦｙ）が形成され得ることである。
【００２４】
本発明の１実施形態では、キャッピング部分３８を使用することによってＡｌＯｘＦｙの形成が避けられる。相互接続部上にタングステンのキャップを設けることにより、フッ素化学剤を使用する層間誘電体４０を通るエッチングがアルミニウムを露出するのを防止し、それはタングステンがエッチングストッパとして作用するからである。さらに、オキシフルオライド・タングステンが典型的なドライエッチング条件のもとでは揮発性であるため層間誘電体のエッチングの間に望ましくないオキシフルオライド・タングステンが形成される心配はない。タングステンのキャッピング層を通ってフッ素が移動する可能性をさらに避けるために、前に述べたように、キャッピング部分３８の一部として窒化チタンまたは他の障壁材料の障壁層を含めることができる。しかしながら、タングステンのみでもそれ自身によって相互接続部を保護するのに十分であろう。
【００２５】
タングステン意外の材料をキャッピング部分として使用することができ、それでもエッチングの間に相互接続部の必要な保護を提供する。例えば、窒化チタンのキャップのみを使用することができ、かつ相互接続金属をパターニングするために使用されるフォトリソグラフ操作の間に反射防止コーティング（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ）として作用する付随的な利益を持つことになる。キャッピング層は本発明の必要な部分でないが、装置の性能を強化するためのものとして使用されていることに注意を要する。いくつかの相互接続構造において、そのようなキャッピング層を使用することなく適切なコンタクト抵抗を達成できることが予期される。
【００２６】
所望の相互接続構造を形成しかつ層間絶縁体４０を被着した後、図４に示されるように、接着層４２が装置３０の上に被着される。本発明によれば、接着層４２は窒化アルミニウム層である。好ましい形態では、純粋のまたはヘリウム、アルゴン、その他のような不活性ガスの存在する、窒素環境においてアルミニウムのターゲットによって反応性スパッタリング（ＲＳ）を使用して被着される。反応器のタイプおよび他の変数によって特定の処理パラメータは変化する傾向にあるが、一般にセ氏２０度〜５００度の基板温度、１．０〜８．０ｍＴｏｒｒ（ミリトール）の窒素分圧、および０．５〜８．０ｋＷａｔｔ（キロワット）のカソード電力を使用するものとして規定できる。より特定的には、４．０ｍＴｏｒｒの窒素分圧、セ氏３００度の基板温度、および３．０ｋＷのカソード電力が好ましい。
【００２７】
複合窒化アルミニウムのターゲットを使用するスパッタプロセスもまた接着層４２を作成するのに適しており、その場合は反応モードのスパッタリングは使用する必要はない。窒化アルミニウムを被着する他の方法もまた接着層を形成するのに適しており、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）などが使用できる。好ましくは、接着層４２は１００〜４００オングストローム（１０〜４０ｎｍ）の厚さに被着され、好ましくは２５０オングストローム（２５ｎｍ）とされる。接着層４２は従来技術の接着層よりもずっと薄く被着することができ、それは比較的平坦な層間誘電体４０の上に接着層を被着する上で段差部のカバレージ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）の問題はなく、かつ被着は層間誘電体におけるコンタクト開口を形成する前に行われるからである。
【００２８】
接着層４２を被着した後、装置３０はパターニングされかつエッチングされて、図５に示されるように、相互接続部３６の一部を露出するのに十分なコンタクト開口またはプラグ開口４４を接着層４２を通りかつ層間誘電体４０内へと形成する。開口４４を形成するため、伝統的なフォトリソグラフ技術が使用されてどこに開口が形成されるべきかを規定するレジストマスク（図示せず）を形成する。
【００２９】
装置は次にドライエッチングに付され相互接続部の上の誘電体材料を除去する。単一のフッ素をベースとしたドライエッチング剤を使用して、原位置で（ｉｎ−ｓｉｔｕ）、窒化アルミニウムの接着層４２および層間誘電体４０の双方を除去することができる。窒化アルミニウムはフッ素において低いエッチングレートを有するが、接着層が非常に薄いため、２つの異なるエッチング剤を使用するよりも接着層および層間誘電体を除去するために１つのエッチング剤を使用するのがより効率的である。フッ素の化学剤で窒化アルミニウムを除去することは、大部分のエッチングの始めにおける選択性が低いため、エッチングの初期段階で特に可能となる。該エッチングは接着層および酸化物の部分を除去し、相互接続部のキャッピング部分３８を露出する開口４４を形成する。
【００３０】
前に説明したように、キャッピング部分３８はアルミニウムをフッ素に直接露出することを防止することによってエッチングのこの後の段階の間における相互接続部の主部分３７を保護する。フッ素をベースとした化学剤により、最善のコンタクト面を提供するために開口内からすべての誘電体材料が除去されることを適切に保証することによって開口４４を形成することができる。図５に示されるように、開口４４を形成すると、接着層４２は該開口を越える領域にのみ存在し、かつ数多くの従来技術の構造のように開口の側壁または底部面に沿って存在しない。
【００３１】
次に、タングステン、または他の適切な導電性プラグ材料、の層が装置３０の上に被着される。これは図６において導電層４５として示されている。前記プラグ材料は開口４４を充填するのに十分な厚さまで被着され、これは多くの場合２５００〜６０００オングストローム（２５０〜６００ｎｍ）の間になるであろう。タングステン、または他の適切な導電性プラグ材料を被着するための任意の知られた方法を本発明を実施する上で使用することができる。
【００３２】
図６に示されるように、導電層４５を被着すると、前記プラグを形成するために使用される導電性材料は開口４４内の層間誘電体４０と直接接触するのみとなる。開口４４を越えて、導電層４５は接着層４２によって層間誘電体４０から分離される。従って、層間誘電体４０の頭部面上で、タングステンおよびシリコンをベースとした誘電体の間の貧弱な接着は窒化アルミニウムの接着層４２の存在によって克服される。研磨のような、引き続く処理肯定の間に、導電層４５は装置から剥離または持ち上げられることなく装置の上で無傷で残っている。開口４４内で、接着層４２は導電層４５と開口の側壁との間に存在しないことに再び注目すべきである。接着層の欠如にもかかわらず、タングステン層とＴＥＯＳ層間誘電体の間の接着は満足すべきものであることが証明され、これは多分開口の内部およびまわりを処理することによって与えられる圧縮力によるものであろう。
【００３３】
導電層４５の被着は一般に非選択的であるため、形成されるおのおのの導電性プラグの電気的アイソレーションを提供するために開口４４を越える導電層の部分を除去する必要がある。図７に示されるように、導電層４５は接着層４２を露出するためにエッチングまたは研磨し戻され、かつ導電性プラグ４６が開口４４内に形成された状態に留まるようにする。好ましくは導電層は研磨し戻される。研磨またはエッチングし戻す処理の間に、接着層４２の残りの部分は、関与する化学剤に応じて、ストッピング層として作用してもよくあるいは作用しなくてもよい。
【００３４】
例えば、化学機械的研磨工程においては、タングステンはアルミナの研磨剤を有する硝酸鉄（ｆｅｒｒｉｃ ｎｉｔｒａｔｅ）または過酸化水素（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）のスラリーを使用して除去できる。このスラリー化学剤はまた窒化アルミニウム層を除去することになる。研磨の後、導電層４８が次に装置３０の上に被着されて図８に示されるように導電性プラグに対してコンタクトを形成する。いくつかの場合には、窒化アルミニウムはタングステンよりも高速の研磨速度を持つかもしれず、そのような場合には得られる導電性プラグ４６の部分は隣接の層間誘電体４０に対して盛り上がることになる。盛り上がったプラグはそれが導電層４８のためにより大きなコンタクト領域を提供する上で有利である。
【００３５】
エッチングバック工程においては、フッ素をベースとした化学剤を使用してタングステンをエッチングし戻し、窒化アルミニウムの接着層上で停止させることができる。後に説明するように除去は必ずしも必要ではないが、窒化アルミニウムの接着層は除去されるのが好ましい。該窒化アルミニウム層は塩素をベースとしたドライ化学的エッチングを使用して下に横たわる層間誘電体に対して選択的に除去することができる。
【００３６】
引き続く塩素をベースとしたエッチングにより接着層４２を除去する上での１つの利点は周囲を囲む層間誘電体４０がほぼ除去される接着層の厚さだけ導電性プラグ４６の頭部面から後退することである。前に述べたように、プラグから誘電体を後退させることにより引き続き被着される導電層によって導電性プラグにコンタクトを行うことができかつコンタクト領域を増大する。あるいは、接着層４２は導電性プラグと接触して引き続き導電性材料を被着する前に装置に残すことができる。
【００３７】
図９に示されるように、開口４４を越える接着層４２の残りの部分は半導体装置５０に残っている。接着層は、誘電体である、窒化アルミニウムで構成されるから、数多くの伝統的な接着層材料を使用する上で生じたような、導電性プラグが他の導電性プラグまたは導電性部材に電気的に短絡する心配はない。さらに、窒化アルミニウムはフロントエンドおよびバックエンド処理条件の双方と両立し、従って除去は不要である。
【００３８】
図１０は、断面図で、半導体装置７０を示し、該半導体装置７０では、導電性プラグ４６が金属相互接続部へではなく、基板３２とともに形成されたドーピングされた領域７４へと形成されている。半導体装置７０を作成するために図４〜図８を参照して説明したのと同じ処理工程が使用され、初期構造のみが異なる。相互接続部を形成する代わりに、伝統的なイオン注入または拡散技術によってドーピングされた領域７４が形成される。層間誘電体４０が相互接続部の上の代わりに前記ドーピングされた領域の上に被着される。その後、処理は上に述べたのと同様に進行する。
【００３９】
本発明に従って窒化アルミニウム層を使用する他の利点は窒化アルミニウムがビアのエッチングの間における微小寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ：ＣＤ）の制御のためのハードマスクとして使用できることである。図１１は、断面図で、半導体装置８０およびこの利点の効果を示す。誘電体材料にビアまたは開口をエッチングする上で、特に高いアスペクト比（幅に対する高さの比率）が関与する場合に、フォトレジストの腐食が形成される開口の寸法に悪影響を与えることがある。長いビアのエッチングの間に、フォトレジストがそのもとの規定された位置から引き戻されあるいは引っ込められる。フォトレジストのマスクエッジ位置はエッチングの過程で変化するから、層間絶縁体に生成される開口は同様に寸法が変化する。
【００４０】
誘電体の上に窒化アルミニウム層を使用することによりそのようなフォトレジストの腐食の影響をずらしまたは補う（ｏｆｆｓｅｔ）ことができる。図１１に示されるように、装置８０は基板３２の上に横たわる層間誘電体４０を含む。窒化アルミニウム層４２が上に述べたように層間誘電体の上に被着される。フォトレジストマスク８２が伝統的なリソグラフ方法に従って装置８０の上に形成される。もとのパターニングの際には、フォトレジストマスク８２は実質的に垂直であり、かつ層間誘電体４０に形成されるべき開口８４の境界に整列したエッジ８３を有する。層間誘電体４０を異方性エッチングする間に、フォトレジストマスク８２のエッジ８３は図示された位置まで侵食される。窒化アルミニウム層４２が存在しなければ、層間誘電体の開口８４は、もとのフォトレジストパターンにおいて規定された寸法よりも、後退したフォトレジストエッジのより大きな幅の寸法を持つことになる。しかしながら、窒化アルミニウムは特にエッチングの初期段階の後は、層間誘電体をエッチングするのによく使用されるフッ素をベースとした化学剤において非常に低いエッチングレートを有する。窒化アルミニウム層に形成される開口は長いビアのエッチングの過程でもその寸法を維持し、エッチングのハードマスクとして作用する。
【００４１】
もし必要であれば、窒化アルミニウムをハードマスクとして首尾よく使用できることを保証するため窒化アルミニウムの厚さを上に述べた厚さを越えて十分に大きくすることもできる。本発明のＣＤ制御の利点は窒化アルミニウム層を接着層として使用するか否かにかかわりなく達成できる。さらに、本発明のこの観点で、プラグが形成される下に横たわる導電性部材は必要ではない。さらに、フォトレジストマスク８２は窒化アルミニウム層４２に開口を形成した後、しかしながら、層間誘電体４０を通ってエッチングする前に、除去することができる。従って、窒化アルミニウムのマスクはそれ自身エッチング用マスクとして使用することができ、それによって層間誘電体のエッチングの間のフォトレジストの汚染の可能性を除去する。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明および図示は本発明に関連する多くの利点を示している。特に、窒化アルミニウムは研磨またはエッチングバック工程を可能にする導電性プラグの形成における接着層として使用することができる。本発明に係わる接着層の使用は従来技術の接着層に対して、窒化アルミニウムの接着層を形成するのに必要な時間が従来技術の層を形成するのに必要な時間より少ない点で有利である。
【００４３】
いくつかの場合には、窒化アルミニウムは伝統的なチタンおよび窒化チタンの接着層の組合わせを形成するのに必要な時間の１０分の１（１０％）から５分の１（２０％）で被着できる。本発明に係わる接着層はコンタクト開口の形成に先立ち層間誘電体上に被着されるから、接着層は適切な段差部（ｓｔｅｐ）のカバレージを提供するのに十分な厚さに被着する必要はない。
【００４４】
さらに、相互接続キャッピング層と組み合わせて使用した場合、接着層に１つの材料が必要とされるのみであり、これに対し従来技術の接着層はしばしば２つの材料の組合わせを使用する。さらに他の利点は、本発明では接着層は除去する必要がなく、従ってさらに製造時間を節約する。さらに、従来技術の接着材料と下に横たわる金属相互接続の間の好ましくない反応が避けられ、それは接着層はコンタクト開口にないからである。むしろ、プラグ材料は金属相互接続部と直接接触しており、それによって接触抵抗の増大の可能性を最少にする。
【００４５】
従って、本発明によれば、前に述べた必要性および利点に完全に適合するプラグおよび該プラグを有する半導体装置を形成する方法が提供されたことは明らかである。本発明がその特定の実施形態に関して説明され図示されたが、本発明はこれらの例示的な実施形態に限定されるものでない。当業者は本発明の精神から離れることなく修正および変更を行うことが可能なことを認識するであろう。例えば、本発明がタングステンプラグの形成に関連してのみ実施される必要はない。導電性であっても非導電性であっても、他のプラグ材料も同様に本発明の教示から利益を受けるであろう。
【００４６】
さらに、本発明は半導体装置内の金属層のみへのプラグの形成に限定されない。むしろ、本発明は任意のプラグを装置内の任意のレベルで形成することに関して、かつ特にプラグを基板の拡散領域へ形成することに関して使用できる。さらに、金属相互接続部と組み合わせて使用されれば、キャッピング部分が使用される必要はない。また、ここに説明したような特定の方法で窒化アルミニウムの接着層が被着されまたは形成される必要もない。従って、本発明は添付の特許請求の範囲に入るすべてのそのような変更および修正を含むものと考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に係わる接着層を使用して導電性プラグを形成するためのプロセスを示す断面図である。
【図２】従来技術に係わる接着層を使用して導電性プラグを形成するためのプロセスを示す断面図である。
【図３】本発明に係わる接着層を使用して導電性プラグを形成するためのプロセスを示す断面図である。
【図４】本発明に係わる接着層を使用して導電性プラグを形成するためのプロセスを示す断面図である。
【図５】本発明に係わる接着層を使用して導電性プラグを形成するためのプロセスを示す断面図である。
【図６】本発明に係わる接着層を使用して導電性プラグを形成するためのプロセスを示す断面図である。
【図７】本発明に係わる接着層を使用して導電性プラグを形成するためのプロセスを示す断面図である。
【図８】本発明に係わる接着層を使用して導電性プラグを形成するためのプロセスを示す断面図である。
【図９】図８に示されるものと同様の、しかしながら本発明の別の実施形態に係わる、半導体装置の断面図である。
【図１０】導電性プラグがドーピングされた基板領域の形式で導電領域に形成される、本発明に係わる半導体装置を示す断面図である。
【図１１】クリティカルな寸法（ＣＤ）制御に関連する本発明の利点を示す半導体装置の他の断面図である。
【符号の説明】
３０ 半導体装置
３２ 半導体基板
３４ 誘電体層
３６ 金属相互接続部
３７ 主部分
３８ キャッピング部分
４０ 層間誘電体
４２ 接着層
４４ コンタクト開口またはプラグ開口
４５ 導電層
４６ 導電性プラグ
４８ 導電層
５０，７０，８０ 半導体装置
７４ 相互接続ドーピング領域
８２ フォトレジストマスク
８３ フォトレジストマスクのエッジ
８４ 開口

Claims (2)

  1. 半導体装置を製作する方法であって、
    金属相互接続部を有する半導体基板を提供する段階であって、前記金属相互接続部は主部分および該主部分の上のキャッピング部分を備える、段階、
    前記金属相互接続部の上に層間誘電体を被着する段階、
    前記層間誘電体の上に窒化アルミニウムからなる接着層を被着する段階、
    前記層間誘電体および前記接着層の双方を通る開口を形成する段階であって、該開口は前記金属相互接続部の上に位置しかつ前記キャッピング部分の一部を露出する、段階、
    前記開口を充填するのに十分に前記接着層の上にかつ前記開口内へ導電性プラグ材料を被着する段階であって、前記導電性プラグ材料はタングステンからなる、段階、そして
    前記導電性プラグ材料を研磨して前記開口内にかつ前記金属相互接続部に電気的に接続された導電性プラグを形成する段階、
    を具備することを特徴とする半導体装置を製作する方法。
  2. 半導体装置を製作する方法であって、
    半導体基板を提供する段階、
    前記半導体基板の上に金属相互接続部を形成する段階であって、該金属相互接続部はアルミニウムからなる主部分を有しかつ上に重なるキャッピング層を有するもの、
    前記金属相互接続部の上に層間誘電体を被着する段階、
    前記層間誘電体の上に窒化アルミニウムからなる接着層を被着する段階、
    前記接着層を通りかつ前記層間誘電体内へ延びる開口を形成して前記金属相互接続部のキャッピング層の一部を露出する段階、
    前記半導体基板の上にかつ前記接着層の上にタングステンからなるプラグ層を前記開口を適切に充填しかつ前記金属相互接続部に対し電気的接触を生成するまで被着する段階、そして
    前記開口を越えるプラグ層の部分を除去するため前記プラグ層を研磨することにより、前記開口内にタングステンプラグを形成する段階、
    を具備することを特徴とする半導体装置を製作する方法。
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