JPH01256152A - 半導体装置における多層構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は眉間絶縁膜にコンタクトホールを有した半導体
装置における多層構造に関し、特に配線層の密着性が悪
い場合に有効な半導体！Ｊｉ置における多層構造に関す
る。

〔発明の概要］ 本発明は、眉間絶縁膜にコンタクトホールを有し、その
コンタクトホールに配線層が形成される半導体装置にお
ける多層構造において、そのコンタクトホールの側壁の
少なくとも一部を底面から表面に向かって細くなるよう
な構造とし、同時に配線層を気相成長法から形成される
ものとすることにより、その配線層の密着性を向上させ
るものである。

〔従来の技術〕

ＶＬＳ　ｌ製造技術においては、製造すべき素子の微細
化、高密度化が進められ、その配線構造も微細なものに
なってきている。

微細な配線構造とした場合、コンタクトホールへの配線
層の埋め込みが困難となるが、このような技術的課題を
解決する技術として、コンタクトホールへ必要なだけの
金属または金属シリサイド膜を選択的に形成する技術が
あり、例えば、このような技術は、特開昭５９−７２１
３２号公報にもその記載がある。

第５図は、コンタクトホールを選択的な気相成長で埋め
込んだ構造を示しており、シリコン基板５１上に形成さ
れたシリコン酸化膜からなる層間絶縁１］２５２にコン
タクトホール５３が形成されている。このコンタクトホ
ール５３には、選択ＣＶＤ法により形成されたタングス
テン層５４が形成されており、上記コンタクトホール５
３はそのタングステン層５４によって埋められている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述の多Ｉｔｌ造では、タングステン層５４
がコンタクトホール５３から抜は落ちるという問題が生
ずる。すなわち、タングステン層５４の熱膨張係数の違
いなどに起因する高いストレスや、シリコン表面に残る
自然酸化膜等の影響により、−度タングステン層５４が
コンタクトホール５３内に形成された場合でも、その後
の処理工程（例えば超音波洗浄工程など）で該タングス
テン層５４が抜は落ちてしまう。そして、この現象は、
特に基板の損傷を防止するように、還元剤としてのシラ
ンガスを利用しながら選択ＣＶＤを行ったときに、数多
く生じ、プロセスの歩留りを低下させていた。

また、コンタクトホールの埋め込みと配線層を兼ねたい
わゆる゛ブランケット構造のタングステン層を形成する
場合において、その密着性向上のために、選択ＣＶＤの
際にシランガスを混ぜていたが、形成した層にシリコン
が含有されることから、抵抗が太き（なったり、コンタ
クトホールが埋め難いなどの課題を残していた。

そこで、本発明は、上述の技術的な課題に鑑み、その密
着性を向上させるような半導体装置における多層構造を
提１具することを目的とする。

（課題を解決するための手段〕 上述の技術的な課題を解決するために、本発明の半導体
装置における多層構造は、眉間絶縁膜に底部から表面に
向かって細くなる側壁を少なくとも一部に有したコンタ
クトホールを設けてなり、該コンタクトホール中に気相
成長法から形成された配線層を有することを特徴とする
。

上記層間絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等
の絶縁膜であり、ＰＳＧ、Ａｓ５Ｇ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ
等のりフロー膜や、ＳＯＧ　（スピン・オン・グラス）
膜等も含まれる。上記層間絶縁膜は、単層、複数層を問
わず、また、種々の膜を複合して積層したような構造で
あっても良い。

上記コンタクトホールは、上記層間絶縁膜に形成される
ものであり、その側壁の少なくとも一部は、底部から表
面に向かって細くなる側壁とされる。

この底部から表面に向かって細（なる側壁とは、本明細
書においては広い意味を有し、コンタクトホールの底面
から表面に向かって先細りの傾斜面を有する逆テーパー
状のものに限定されず、樽状の湾曲した断面を存するも
のや、側壁に凹部を有するもの等の種々の形状を含む。

また、細くなる部分は側壁の必ずしも全体或いは全周で
ある必要はなく、その一部であっても良い。上記気相成
長法は、全面に一様に形成するものに限定されず、選１
Ｒ的な気相成長を含む。上記配線層は、金属。

金属シリサイド或いはこれらの組合せ、並びにこれらと
ポリシリコン等との組合せ等が含まれる。

金属の例としては、タングステン、モリブデン。

アルミニューム、チタン等が挙げられる０例えば、配線
層をタングステン層とするときでは、その気相成長法の
一例として、選択タングステン法を用いることが好まし
い。

なお、下地としては、例えばシリコン基板等が挙げられ
るが、限定されるものではなく、任意の材料の下地を選
択することも可能である。

〔作用〕

気相成長法によって配線層を設けることで、底部から表
面に向かって細くなる側壁を有するコンタクトホールが
埋め込まれる。そして、この配線層の形状は、底部から
表面に向かって細くなる側壁の形状に沿ったものとなり
、従って、その配線層が抜は落ちることが防止される。

〔実施例〕 本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

第１の実施例 本実施例の半導体装置における多層構造は、逆テーパー
状のコンタクトホールを有する例である。

この多層構造について、第１図ａ〜第１図すを参照しな
がら、その製造工程に従って説明する。

（ａ）　　まず、第１図ａに示すように、シリコン基板
ｌｌ上に所要の膜厚のシリコン酸化膜からなる眉間！＠
縁膜１２を形成する。次に、配線層を形成すべき領域に
、フォトリソグラフィ技術を用いて逆テーパー状の側壁
１４を有するコンタクトホール１３を形成する。ここで
、逆テーパー状の側壁１４を形成する方法としては、ま
ず、ＣＶＤ法による層間絶縁１ｉ！Ｊ１２の堆積時に、
気相成長させるガスを制御することにより、層間絶縁１
１！１２の底面から表面に向かって不純物濃度やシリコ
ン酸化膜の改質を変化させたり、或いはイオン注入によ
って層間絶縁膜１２の膜質を底面と表面の間で変化させ
る。そして、このように膜質の変化により、眉間絶縁膜
１２の底面側と表面側では、そのエツチングレートを異
ならせることができ、所望の逆テーパー状の側壁１４を
得ることができる。

（ｂ）　　このような逆テーパー状の側壁１４を有する
コンタクトホール１３を形成した後、第１図すに示すよ
うに、選択ＣＶＤ法により、そのコンタクトホールＩ３
にタングステン層１５を形成する。

その選択ＣＶＤ法は、例えば、ＷＦ、ガスとシランガス
及びキャリアガス等を用い、所要の基板温度で行われる
。このタングステン層１５は、上記逆テーパー状の側壁
１４に沿って形成されることになり、従って、当該タン
グステン層１５の抜は落ちが防止されることになる。

以上の工程により形成される本実施例の多層構造は、そ
の逆テーパー状の側壁１４によって、タングステン層１
５の抜は落ちが防止され、確実な配線が実現される。

第２の実施例 本実施例の半導体装置における多層構造は、樽状の断面
を有したコンタクトホールを有する例である。この多層
構造について、第２図ａ〜第２図すを参照しながら、そ
の製造工程に従って説明する。

（ａ）　　まず、第２図ａに示すように、シリコン基板
２１上に所要の膜厚のシリコン酸化膜からなる眉間絶縁
膜２２を形成する。次に、配線層を形成すべき領域に、
フォトリソグラフィ技術を用いて樽状の断面を有するコ
ンタクトホール２３を形成する。ここで、このように湾
曲して中央が多く削られた形状の側壁２４を形成する方
法としては、例えばＣＨ，Ｆをエツチングガスとして用
い、それを−例として通常と異なる約１００　ｍＴｏｒ
ｒ程度の分圧で供給するようにすれば良い。

（ｂ）　　このような断面略樽状のコンタクトホール１
３を形成した後、第２図すに示すように、選択ＣＶＤ法
により、そのコンタクトホール２３にタングステン層２
５を形成する。その選択ＣＶＤ法は、第１の実施例と同
様に、例えば、ＷＦ、ガスとシランガスやキャリアガス
等を用い、所要の基板温度で行われる。タングステン層
２５は、上記側壁２４に沿って形成され、従って、タン
グステン層２５の抜は落ちが防止されることになる。

以上の工程により形成される本実施例の多層構造は、そ
の逆テーパー状の側壁２４によって、タングステン層２
５の抜は落ちが防止され、確実な配線が実現される。

第３の実施例 本実施例の半導体装置における多層構造は、異なる１１
頚の眉間絶縁膜を積層した構造の多層構造である。以下
、第３図ａ〜第３図Ｃを参照しながら、その製造工程に
従って説明する。

（ａｌ　　まず、第３図ａに示すように、シリコン基板
３１上に所要の膜厚で第１層目のシリコン酸化膜３２を
形成する０次に、その第１層目のシリコン酸化膜３２上
に所要の膜厚でＰＳＧ膜３３を形成する。さらに、その
ＰＳＧ膜３膜上３上要の膜厚で第２ｗ１目のシリコン酸
化膜３４を形成する。このように眉間絶縁膜を第１層目
のシリコン酸化膜３２．ＰＳＧ膜３３．第２層目のシリ
コン酸化膜３４の積層構造とする。

そして、上記層間絶縁膜をｒｌＩＥ等の異方性エツチン
グ法によりエツチングして、コンタクトホール３５を形
成する。この段階でコンタクトホール３５は基板の主面
に略垂直な側壁３６を有することになる。

（ｂ）　　次に、ウェットエツチングにより、第３図す
に示すように、上記ＰＳＧ膜３３を余分に除去する。す
なわち、上記ウェットエツチングは、ＰＳＧ膜３３をシ
リコン酸化膜に比べて多く除去する性質のものであれば
良い。このウェットエツチングによって、上記側壁３６
は、上記ＰＳＧＦＩ３３の部分でくびれた形状となり、
シリコン酸化膜３２．３４の側部に対して窪んだ凹部３
６ａが形成されることになる。

（Ｃ）　　このような凹部３６ａを存した側壁３６から
なるコンタクトホール３５に、第３図Ｃに示すように、
選択ＣＶＤ法によりタングステン層３７を形成する。タ
ングステン層３７は、上記側壁３６に沿って形成され、
従って、タングステン層３７の抜は落ちが防止されるこ
とになる。

以上の工程により形成される本実施例の半導体装置にお
ける多層構造は、その凹部３６ａを有した形状の側壁３
６によって、タングステン層３７の抜は落ちが防止され
、確実な配線が実現されることになる。

なお、本実施例では、その層間絶縁膜の構造を三層構造
としたが、これに限定されず、さらに多層のものとして
も良く、その各膜の種類も形成する凹部の形状に応じて
選択できる。

第４の実施例 本実施例は、いわゆるブランケット構造の多層構造に関
し、以下、第４図ａ〜第４図Ｃを参照しながら、その製
造工程に従って説明する。

（ａｌ　　まず、第４図ａに示すように、シリコン基板
４１上に所要の膜厚のシリコン酸化膜からなる眉間絶縁
１１９４２を形成する。次に、配線層を形成すべき領域
に、フォトリソグラフィ技術を用いて逆テーパー状の側
壁４４を有するコンタクトホール４３を形成する。ここ
で、逆テーパー状の側壁４４の形成については、第１の
実施例に説明したように、ＣＶＤやイオン注入を利用し
た厚み方向の膜質の変化とエツチングの組合せによる工
程から実現できる。

（ｂ）　　次に、ＣＶＤ法から、第４図すに示すように
、ブランケット構造のタングステン層４５を成長させる
。このタングステン層４５は、上記コンタクトホール４
３の側壁４４の形状が逆テーパー状とされることから、
その密着性が向上する。このため、従来は下地のシリコ
ンの浸食防止用に還元剤としてシランガスを用いてＣＶ
Ｄを行っていたが、本実施例の構造から密着性が向上す
るため、シランガスを減らしてＣＶＤを行うことができ
、従って、配線の抵抗が低くなり、また、埋め込みも容
易となる。

（Ｃ）　　そして、第４図Ｃに示すように、そのタング
ステン層４５のパターニングを行う。これによって、所
望のコンタクトホールの埋め込みと配線層を兼ねたブラ
ンケット構造の多層構造が得られることになる。

なお、この第４の実施例では、コンタクトホールの底部
から表面に向かって細くなる側壁の形状を逆テーパ状と
したが、第２の実施例の如き断面略樽状のものや、第３
の実施例の如き異なる膜質の膜を積層させ、ウェットエ
ツチングにより凹部を形成するようなものであっても良
い。

［発明の効果］ 本発明の半導体装置における多層構造は、上述のような
底部から表面に向かって細くなる側壁を少なくとも一部
に有したコンタクトホールによって、形成する配線層の
密着性を向上させることができる。したがって、プロセ
スの歩留り向上を図ることができる。また、選択気相成
長を行う場合、上記コンタクトホールの抜は止め機能か
ら密着性が向上するため、その気相成長条件を密着性向
上のために敢えて変更する必要もなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜第１図すは本発明の半導体装置における多層
構造の第１の実施例を説明するためのそれぞれ工程断面
図、第２図ａ〜第２図すは本発明の半導体装置における
多層構造の第２の実施例を説明するためのそれぞれ工程
断面図、第３図ａ〜第３図Ｃは本発明の半導体装置にお
ける多層構造の第３の実施例を説明するためのそれぞれ
工程断面図、第４図ａ〜第４図Ｃは本発明の半導体装置
における多層構造の第４の実施例を説明するためのそれ
ぞれ工程断面図である。また、第５図は従来のコンタク
トホール部分の構造を示す断面図である。 ＋１，２１．３１．４１・・・シリコン基（反１２．２
２．４２・・・層間絶縁膜 ３２．３４・・・シリコン酸化膜 ３３・・・ＰＳＧ膜 ＋３．２３，３５．４３・・・側壁 １５．２５．３７．４５・・・タングステン層特許出願
人　　　ソニー株式会社 代理人弁理士　小泡　晃（他２名） 第１　図ａ 第１図す 第２図ａ 第２図す 第３図ａ 第３図す 第３図Ｃ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　層間絶縁膜に底部から表面に向かって細くなる側壁を
   少なくとも一部に有したコンタクトホールを設けてなり
   、該コンタクトホール中に気相成長法から形成された配
   線層を有することを特徴とする半導体装置における多層
   構造。