JPH02129924A - 配線部材及びその製造方法 - 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、配線技術に関し、特に、下地絶縁物の表面に
金属配線層を形成する配線技術に適用して有効な技術に
関するものである。

〔従来の技術〕

半導体デバイスにおいて使用される金属配線層として１
選択ＣＶＤ法で堆積されたタングステン（Ｗ）層を使用
する技術が開発されている。この種の技術は、例えば月
刊セミコンダクタ　ワールド。

１９８７年２月号、第６５頁乃至第７０頁に記載されて
いる。

前記選択ＣＶＤ法はＷＭを導体膜上に選択的に堆積でき
るので堆積後の形状加工を必要としない特徴がある。ま
た、選択ＣＶＤ法は急峻な段差部分の被着性（ステップ
カバレッジ）が優れているので断線不良等を低減して高
信頼性を図ることができる特徴があるにの選択ＣＶＤ法
で堆積されたＷＭは例えば下層配線と上層配線とを接続
するために層間絶縁膜に形成された接続孔内に埋込む導
体物として使用されている。下層配線、上層配線の夫々
はスパッタ法で堆積したアルミニウム（ＡＱ）配線で形
成されている。このＡＱ配線は、ＣＶＤ法に比べて被着
性が低いが、抵抗値が低く又長い間配線材料として使用
されているので信頼性が高い特徴がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者は、前述の選択ＣＶＤ法における基礎研究の結
果、次のような問題点を見出した。

前記ＷＭの選択ＣＶＤ法は、基本的には絶縁膜上に堆積
させることができないので、前述のように、下層配線層
と上層配線層とを接続する導体物として使用されている
。つまり、ＷＭは、層間絶縁膜に形成された接続孔内か
ら露出する下層配線層（導体物）の表面にのみ選択的に
堆積している。

このため、ＷＭは上層配線層の一部でしかなく、層間絶
縁膜上を延在する上層配線層が必要になるので、実質的
に上層配線層が複合膜化し、配線構造が複雑になるとい
う問題点があった。

また、前記上層配線層は、スパッタ法で層間絶縁膜の表
面上の全面に堆積後、エツチングマスクを形成し、この
マスクを用いてエツチングすることにより所定の形状に
パターンニングされている。

このため、半導体デバイスの配線形成工程数が増大する
という問題点があった。

また、前記接続孔内に埋込まれたＷＭは上層配線層のア
ルミニウム配線と合金化反応し易く、この反応部分にお
ける抵抗値が増大するという問題点があった。

本発明の目的は、配線部材の配線構造を簡単化すること
が可能な技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、配線部材の製造工程数を低減する
ことが可能な技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

（１）下地絶縁物に形成された開口から露出する導体物
の表面及び下地絶縁物の所定の領域に金属配線層を堆積
する配線部材において、前記下地絶縁物の配線形成領域
の表面に改質層を設け、この改質層の表面上及び前記下
地絶縁物の開口から露出する導体物の表面上に選択ＣＶ
Ｄ法で堆積した金属配線層を設ける。

（２）下地絶縁物の表面上に金属配線層を形成する配線
部材の製造方法において、下地絶縁物の配線形成領域の
表面を改質する工程と、この下地絶縁物の改質された表
面に、ハロゲン化金属化合物をソースガスとした選択Ｃ
ＶＤ法で金属配線層を選択的に堆積させる工程とを備え
る。

〔作　　用〕

上述した手段（１）によれば、前記下地絶縁物に形成さ
れた開口から露出する導体物の表面上及び下地絶縁物の
改質層の表面上に選択ＣＶＤ法で堆積した単層の金属配
線層を形成することができるので、配線構造を簡単にす
ることができる。

上述した手段（２）によれば、前記下地絶縁物の改質さ
れた表面上に所定形状の金属配線層を選択的に形成する
ことができるので、前記金属配線層を所定形状にパター
ンニングするエツチング工程に相当する分、配線部材の
製造工程数を低減することができる。

以下、本発明の構成について、ＭＯＳデバイスに本発明
を適用した実施例とともに説明する。

なお、実施例を説明するための全図において。

同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返し
の説明は省略する。

〔発明の実施例〕

（実施例Ｉ） 本発明の実施例■であるＭＯＳデバイスの要部を第１図
（断面図）に示す。

第１図に示すように、ＭＯＳデバイス（半導体集積回路
装置）は単結晶珪素からなるｐ型半導体基板１で構成さ
れている。各ＭＩＳＦＥＴＱは。

フィールド絶縁膜２及びＰ型チャネルストッパ領域３で
周囲を規定された領域内において、半導体基板１（又は
その主面部に形成されたウェル領域）に形成されている
。つまり、ＭＩＳＦＥＴＱは、半導体基板１（チャネル
形成領域）、ゲート絶縁膜４、ゲート電極５．ソース領
域及びドレイン領域である一対のｎ型半導体領域６及び
一対のｎ゛型半導体領域８で構成されている。ＭＩＳＦ
ＥＴＱは、この構造に限定されないが、ドレイン領域の
チャネル形成領域側が低不純物濃度のｎ型半導体領域６
で形成されたＬ　Ｄ　Ｄ　（Ｌ　ｉｇｈｔｌｙ旦ａｐｅ
ｄ　Ｄ　ｒａｉｎ）構造で構成されている。前記ゲート
電極５の側壁には高不純物濃度のｎ゛型半導体領域８を
形成するためのサイドウオールスペーサ７を設けている
。

前記ＭＩＳＦＥＴＱのソース領域、ドレイン領域の夫々
であるｎ゛型半導体領域８には層間絶縁膜９に形成され
た接続孔１０を通して金属配線層１１が設けられている
。

前記層間絶縁膜９は例えばＣＶＤ法で堆積した酸化珪素
膜（ＰＳＧ膜やＢＰＳＧ膜も含む）で形成されている。

前記金属配線層１１は選択ＣＶＤ法で堆積したＷ層で形
成されている。この金属配線層１１は層間絶縁膜９に形
成された接続孔１０から露出するｎ゛型半導体領域８（
導体物）の表面上及び層間絶縁膜９の所定領域の表面上
に連続的に設けられている。層間絶縁膜９の金属配線層
１１が延在する表面には改質層９Ａが設けられ、金属配
線層！１は層間絶縁膜９の改質層９Ａの表面上に選択的
に設けられている。

前記改質層９Ａは層間絶縁膜９の金属配線層１１の延在
する表面に他の部分に比べて多くの未結合手（ダングリ
ングボンド）を設けた領域である。つまり、改質層９Ａ
は１層間絶縁膜９を酸化珪素膜（Ｓｉｎ−）で形成した
場合、珪素（Ｓｉ）−酸素（０）の結合手を積極的に切
断し、珪素（Ｓｉ）又は酸素（０）の未結合手を多く形
成した領域である。

次に、前述の金属配線層１１の具体的な製造方法につい
て、第２図及び第３図（各製造工程毎に示す断面図）を
用いて簡単に説明する。

まず、半導体基板１の主面にＭＩＳＦＥＴＱを形成した
後、ＭＩＳＦＥＴＱを覆う眉間絶縁膜９を形成する。層
間絶縁膜９は例えばＣＶＤ法で堆積した酸化珪素膜で形
成する。

次に、前記層間絶縁膜９の表面上にフォトレジスト膜を
形成し、ソース領域、ドレイン領域の夫々であるｎ゛型
半導体領域８上を除去し、フォトレジスト膜でエツチン
グマスク１２を形成する。そして、第２図に示すように
、エツチングマスク１２を用い、層間絶縁膜９を部分的
にエツチングで除去することにより、接続孔１０を形成
する。エツチングは例えばＲＩＥ等の異方性エツチング
を使用する。この後、前記エツチングマスク１２を除去
する。

次に、少なくとも２層間絶縁膜９の金属配線層（１１）
の形成領域の表面が露出されたスパッタ用マスク１３を
形成する。スパッタ用マスク１３は例えば前述と同様に
フォトレジスト膜を使用する。また。

スパッタ用マスク１３は、フォトレジスト膜に限定され
ず、層間絶縁膜９に対してエツチング選択比を有する膜
例えば窒化珪素膜で形成してもよい。

次に、第３図に示すように、前記スパッタ用マスク１３
を用い、スパッタリング法で露出された層間絶縁膜９の
表面をスパッタリング処理し、層間絶縁膜９の表面上に
改質層９Ａを形成する。スパツタリング処理は、約５　
［ｍ　ｔｏｒｒ１程度のアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中
、０．４［ＫＷｌのパワーにおいて約２分間行う。この
条件によれば、層間絶縁膜９の金属配線層の形成領域の
表面は約６０［人］程度荷電粒子によりエツチングされ
、珪素又は酸素の未結合手の多い領域が均一に形成され
る。なお、本発明者の基礎研究の結果、少なくとも約２
０［人コ程度、原子層で約５層程度１層間絶縁膜９の表
面にスパッタリング処理を施すことにより、未結合手の
多い領域を均一に形成することができる結果を得ること
ができた。また、未結合手が比較的多い絶縁膜としては
、光ＣＶＤ法、レーザＣＶＤ法、スパッタ法等で堆積し
た酸化珪素膜又は窒化珪素膜、熱酸化法で形成した酸化
珪素膜等があり、層間絶縁膜９はこれらのいずれかの絶
縁膜又は複数重ね合せた絶縁膜を使用してもよい。

次に、前記スパッタ用マスク１３を除去する。そして１
選択ＣＶＤ法によりＷ層を堆積することにより、前記第
１図に示すように、金属配線層１１を形成する。金属配
線層１１は、層間絶縁膜９に形成された接続孔１０から
露出するｎ゛型半導体領域８の表面上及び層間絶縁膜９
の改質層９Ａの表面上のみ選択的に堆積することができ
る。前記選択ＣＶＤ法は、未結合手が存在しない絶縁膜
上では堆積されず、導体膜上のみ選択的に堆積されるＣ
ＶＤ法である。前記選択ＣＶＤ法によるＷ層の生成反応
式は以下のとおりである。

２００−４００℃ ２ＷＦ、＋３８ｉＨ４＝＞　　２Ｗ＋３８ｉＦ、＋６Ｈ
。

前記生成反応式中、ＷＦ、（６フツ化タングステン）は
ハロゲン化金属化合物であり、本発明で使用する選択Ｃ
ＶＤ法は前記ハロゲン化金属化合物をソースガスとする
ＣＶＤ法である。この種の選択ＣＶＤ法は、生成温度が
４００［’Ｃ］を越えると未結合手が存在しない絶縁膜
上にも堆積させることができるが、絶縁膜上の全面に堆
積され選択性がなくなるので、前述の生成温度以下を使
用する。また、選択ＣＶＤ法は、ソースガス流量比（Ｓ
ｉＨ４／ＷＦ、）が約０．６を越えると選択性がなくな
るので、それ以下の値で行う、この選択ＣＶＤ法で堆積
された金属配線層１１の露出する表面（改質層９Ａと接
着されていない表面）は、生成される膜表面が抑制され
ないので、６０〜８０［人コの表面粗さで形成されてい
る。

また、金属配線層１１は、他のハロゲン化金属化合物を
ソースガスとする選択ＣＶＤ法で形成したＭｏ層、Ｔｉ
層、Ｔａ層、ＡＱ層等で形成してもよい。例えば、Ｍｏ
層で金属配線層１１を形成する場合はＭ　ｏ　ＣＱ　、
をソースガスとする選択ＣＶＤ法を使用する。また、Ｔ
ｉ層で金属配線層１１を形成する場合はＴ　ｉ　ＣＱ、
をソースガスとする選択ＣＶＤ法を使用する。

また、金属配線層１１は、　Ｗ　Ｓ　ｉ　ｚ　、　Ｍ　
ｏ　Ｓ　ｉ　ｚ　。

Ｔｉ５ｉｚ等の金属シリサイドで形成してもよい。

このように、眉間絶縁膜９（下地絶縁物）に形成された
接続孔１０（開口）から露出するｎ１型半導体領域８（
導体物）の表面及び層間絶縁膜９の所定の領域に金属配
線層１１を堆積するＭＯＳデバイスにおいて、前記層間
絶縁膜９の配線形成領域の表面に改質層９Ａを設け、こ
の改質層９Ａの表面上及び前記層間絶縁膜９の接続孔１
０から露出するｎ゛型半導体領域８の表面上に選択ＣＶ
Ｄ法で堆積した金属配線層１１を設ける。この構成によ
り、前記層間絶縁膜９に形成された接続孔１０から露出
するｎ°型半導体領域８の表面上及び層間絶縁膜９の改
質層９Ａの表面上に選択ＣＶＤ法で堆積した単層の金属
配線層１１を形成することができるので、配線層構造を
簡単にすることができる。

また、金属配線層１１は接続孔１０部分においても単層
で構成され、異種金属の接合に基づく合金化反応による
抵抗値の増大をなくすことができるので、接続孔１０部
分における抵抗値を低減することができる。

また１層間絶縁膜９（下地絶縁物）の表面上に金属配線
層１１を形成するＭＯＳデバイスの製造方法において、
層間絶縁膜９の配線形成領域の表面を改質する（改質層
９Ａを形成する）工程と、この層間絶縁膜９の改質され
た表面に、ハロゲン化金属化合物をソースガスとした選
択ＣＶＤ法で金属配線層１１を選択的に堆積させる工程
とを備える。この構成により、前記層間絶縁膜９の改質
された表面上に所定形状の金属配線層１１を選択的に形
成することができるので、スパッタ用マスク１３は形成
するものの、前記金属配線層１１を所定形状にパターン
ニングするエツチング工程に相当する分、ＭＯＳデバイ
スの製造工程数を低減することができる。

また、前記金属配線層１１はＣＶＤ法で堆積しているの
で、段差部分における被着性（ステップカバレッジ）を
向上することができる。

（実施例■） 本実施例■は、前記実施例■の製造方法において、改質
層９Ａを形成するための製造工程数を低減した１本発明
の第２実施例である。

本発明の実施例■であるＭＯＳデバイスの所定の製造工
程における要部を第４図（断面図）で示す。

本実施例■は、前記実施例■の第２図に示す接続孔１０
を形成した後、層間絶縁膜９の金属配線形成領域の表面
上に選択的に改質層９Ａを形成する。

この改質層９Ａは、電子ビーム照射法、レーザビーム照
射法、フォーカスイオンビーム法等のエネルギ照射によ
り１層間絶縁膜９Ａの表面上に未結合手を形成した領域
である。この改質層９Ａを形成した後、前記実施例Ｉの
第１図に示すように。

金属配線層１１を選択ＣＶＤ法で堆積する。

このように、前記改質層９Ａを選択的に形成することに
より、マスクを形成する工程に相当する分、さらにＭＯ
Ｓデバイスの製造工程数を低減することができる。

（実施例ｍ） 本実施例■は、未結合手の多い層で改質層９Ａを形成し
た１本発明の第３実施例である。

本発明の実施例■であるＭＯＳデバイスの製造方法を第
５図乃至第８図（各製造工程毎に示す断面図）で示す。

まず、ＭＩＳＦＥＴＱを形成した後、層間絶縁膜９を形
成する。

次に、第５図に示すように１層間絶縁膜９の全面に改質
層９Ａを形成する。改質層９Ａは、未結合手の多い膜例
えばプラズマＣＶＤ法で堆積した窒化珪素膜で形成する
。できれば、改質層９Ａは層間絶縁膜９とエツチング選
択比を有するものを使用する。

次に、第６図に示すように、層間絶縁膜９の金属配線層
の形成領域の表面上だけに残存するように、改質層９Ａ
をパターンニングする。

次に、第７図に示すように１層間絶縁膜９に接続孔１０
を形成する６ 次に、第８図に示すように、層間絶縁膜９に形成された
接続孔１０から露出するｎ゛型半導体領域８の表面上及
び改質層９Ａの表面上に選択ＣＶＤ法で堆積した金属配
線層１１を形成する。

このように、スパッタリング処理等を使用しなくても、
改質層９Ａを形成することができる。

（実施例■） 本実施例■は、選択ＣＶＤ法で堆積された金属配線層の
接着強度を高めかつ平坦化を促進した、本発明の第４実
施例である。

本発明の実施例■であるＭＯＳデバイスの製造方法を第
９図及び第１０図（各製造工程毎に示す断面図）で示す
。

本実施例■は、まず、第９図に示すように、スパッタ用
マスク１３を用い１層間絶縁膜９の金属配線層の形成領
域の表面にスパッタリング処理を施し、改質層９Ａを形
成すると共に溝９Ｂを形成する。この溝９Ｂは、スパッ
タ用マスク１３を用い、かつ改質層９Ａを形成するスパ
ッタリング処理で形成されるので、製造工程数は増加し
ない。なお。

溝９Ｂの形成に際して、導体膜表面つまりｎ゛型半導体
領域８の表面に溝が形成されないように、スパッタリン
グ処理にエツチング選択性を持たすことが好ましい。

次に、前記スパッタ用マスク１３を除去した後に、選択
ＣＶＤ法により前記溝９Ｂ内の改質層９Ａに金属配線層
１１を選択的に堆積する。

このように１層間絶縁膜９の金属配線層の形成領域の表
面に溝９Ｂを設け、この溝９Ｂ内の表面に改質層９Ａを
設けることにより、層間絶縁膜９の表面と金属配線層１
１との接着面積を増加することができるので、金属配線
層１１の接着強度を向上することができる。

また、前記層間絶縁膜９に形成された溝９Ｂ内に金属配
線層１１を埋込むことにより、金属配線層１１で形成さ
れる段差形状を緩和することができるので、平坦化を促
進することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に
基づき具体的に説明したが、本発明は。

前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。

例えば、本発明は、ｎ・型半導体領域８に接続される金
属配線層１１だけに限定されず、この金属配線層１１の
上層に形成される金属配線層に適用することができる。

また、本発明は、半導体デバイスに限定されず、プリン
ト配線基板等配線基板の配線形成技術に適用することが
できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

（１）配線部材の配線構造を簡単化することができる。

（２）前記配線部材の製造工程数を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例ＩであるＭＯＳデバイスの要
部を示す断面図２ 第２図及び第３図は、前記ＭＯＳデバイスの各製造工程
毎の断面図、 第４図は１本発明の実施例■であるＭＯＳデバイスの所
定の製造工程における断面図、第５図乃至第８図は、本
発明の実施例■であるＭＯＳデバイスの各製造工程毎の
断面図、第９図及び第１０図は、本発明の実施例■であ
るＭＯＳデバイスの各製造工程毎の断面図である。 図中、６，８・・・半導体領域、９・・・層間絶縁膜、
９Ａ・・・改質層、９Ｂ・・・溝、１０・・・接続孔、
１１・・・金属配線層、１２．１３・・・マスクである
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下地絶縁物に形成された開口から露出する導体物の
   表面及び下地絶縁物の所定の領域に金属配線層を堆積す
   る配線部材において、前記下地絶縁物の配線形成領域の
   表面に改質層を設け、該改質層の表面上及び前記下地絶
   縁物の開口から露出する導体物の表面上に選択ＣＶＤ法
   で堆積した金属配線層を設けたことを特徴とする配線部
   材。 ２、下地絶縁物の表面上に金属配線層を形成する配線部
   材の製造方法において、下地絶縁物の配線形成領域の表
   面を改質する工程と、この下地絶縁物の改質された表面
   に、ハロゲン化金属化合物をソースガスとした選択ＣＶ
   Ｄ法で金属配線層を選択的に堆積させる工程とを備えた
   ことを特徴とする配線部材の製造方法。 ３、前記下地絶縁物の表面の改質層又は下地絶縁物の表
   面を改質する工程は、下地絶縁物に未結合手を形成した
   面又は下地絶縁物の表面に未結合手を形成する工程であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の配線部材又は請求
   項２に記載の配線部材の製造方法。 ４、前記下地絶縁物の表面を改質する工程は、スパッタ
   リング法、電子ビーム照射法、レーザビーム照射法等で
   行われていることを特徴とする請求項２又は請求項３に
   記載の配線部材の製造方法。 ５、前記下地絶縁物は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、絶縁
   性樹脂膜等であることを特徴とする請求項１に記載の配
   線部材又は請求項２に記載の配線部材の製造方法。 ６、前記金属配線層は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｌ或
   はＷＳｉｚ、ＭｏＳｉｚ、ＴｉＳｉｚ等の金属シリサイ
   ドであることを特徴とする請求項１に記載の配線部材又
   は請求項２に記載の配線部材の製造方法。