JPH02185025A - 半導体装置の製造方法 - 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） 本発明は半導体と配線金属の間にバリヤメタルを設は耐
熱性が良好で信頼性が高い半導体装置の製造方法に関す
るものである。

（従来の技術） 半導体装置の微細化により素子間を電気的に結合する配
線には高密度の電流が流れ、コンタクト部の温度はかな
り上昇する。また、半導体装置の多機能化や光速化によ
り、配線形成後も熱工程を行なう必要が生じる場合も多
い。例えば、現在−船釣に使用されているアルミニウム
ｌシリコンコンタクト構造では温度が上昇すると、アル
ミニウム中に含有されているシリコンが長期通電後にコ
ンタクトホール内に析出することにより電流が流れる有
効断面積を小さくする。一方、三次元ＩＣ製造プロセス
のように高融点金属ｌシリコン配線形成後に高温の熱工
程を行なう場合は、シリコンと高融点金属が反応したり
シリコン中の不純物が金属中に拡散してコンタクト抵抗
が増大する。この為に、半導体装置の性能及び信頼性は
著しく低下する。これらの問題を解決するためには、配
線のための金属とシリコンの間に熱的に安定で且つ不純
物の拡散を防止するち密なバリヤ金属層を入れて耐熱性
及び信頼性の高い配線が必要になる。

バリヤ金属膜形成方法として蒸着法やスパッタ法により
全面に成長させている。しかし、これらの方法ではコン
タクト内での被覆性が良くないのでアスペクト非が大き
いコンタクトホール底部に一様に形成するのは困難であ
る。選択気相成長タングステンはアルミニウムに対して
は５００°Ｃ程度までは有効なバリヤ金属となり得るが
、それ以上の耐熱性はない。また現在のところ目的に合
ったバリヤ金属が選択気相成長できるとは限らない。最
近、９００°Ｃ以上の耐熱性を有する可能性がある窒化
チタンの気相成長は可能となった（１９８８年春季応用
物理学関連連合講演会講演予稿集Ｐ６０８、ｒ　ＬＰＣ
ＶＤ法によるＴｉＮバリア層形成技術」）。気相成長に
よりコンタクトホール底部も含めて全面に段差被覆性良
く均一な膜圧のバリヤ金属が形成できる。

しかし、全面にバリヤ金属を成長させると、選択成長に
よるコンタクトホールの埋め込みができなくなる。選択
気相成長によりコンタクトホールの埋め込みを可能にす
るには、アスペクト比が大きいコンタクトホールの底部
のみにバリヤ金属を残し他の部分のバリヤ金属を除去し
なければならない。エッチバックによる平坦化では、工
程数が多く長時間を要する。そして、ゴミの付着や平坦
化剤の残留あるいは平坦化剤中の不純物の残留等による
汚染により、歩留り低下や熱工程や高温動作によって配
線抵抗の増大を生じる可能性がある。

本発明の目的は、アスペクト比の大きいコンタクトホー
ルの埋め込みを短い工程数でしかも汚染せずに行なう方
法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明では、コンタクトホールを開孔し、気相成長法に
より全面にバリヤ金属を形成する。次に、等方的なドラ
イエツチングを行ない、コンタクトホール内のバリヤ金
属のエツチング速度を最小限に抑え、表面に形成された
不用な金属を重点的に取り除く。次に選択気相成長法に
よりコンタクトホールを金属膜で埋め込む。このあとタ
ングステンやモリブデンなどの高融点金属やシリサイド
、アルミニウム等を成膜し配線としてバターニングする
。

（作用） 本発明においては、気相成長法により全面にバリヤ金属
を形成し、次に等方的なドライエツチングを行ない表面
に形成された不用なバリヤ金属のみを除去する。等方的
なドライエツチングでは、表面に形成されたバリヤ金属
は全方向からエツチングされエツチング速度は大きい。

一方、コンタクトホール内のバリヤ金属は入射角が９０
°近傍のエツチングガスイオンによってしかエツチング
さＦＬ　ｆｔい。従って、等方的なドライエツチングは
平坦化工程と同じ効果を持つ。従って、本手法を選択気
相成長法と組み合せるとアスペクト比の大きいコンタク
トホールを短い工程数でしかも汚染せずに埋め込むこと
ができる。

（実施例） 一実施例について第１図〜第３図を用いて説明する。コ
ンタクト電極形成前の形状は第１図（ａ）の様になって
いる。つまり半導体素子（図示せず）を形成したＳｉ基
板１１上にＣＶＤ法で厚さ０．５〜０．１ｐｍ　（７）
Ｓｉ０２膜１２を形成し、次に異方性ドライエツチング
技術を使い直径０．５〜１．５ｐｍ程度のコンタクトホ
ールを開孔する。このコンタクトホールはアスペクト比
が大きいのでスパッタ法や蒸着法ではコンタクトホール
を底部に均一にバリヤ金属を形成できない。これにバリ
ヤ金属として窒化チタンを気相成長法により３００〜ａ
ｏｏｏＡ成長させる。窒化チタンは四塩化チタンとアン
モニアを用いることによって気相成長できる。気相成長
によって全面に一様に窒化チタン１３が形成され、第１
図（ｂ）の様になる。

次に、六ツ化硫黄（ＳＦ６）等をエツチングガスとして
導入し、等方的にドライエツチングを行なう。

等方的なドライエツチングは、１００ｍＴｏｒｒ以上の
高い圧力にし、供給電力を小さくして放電のエネルギー
密度を下げることにより可能となる。等方的なエツチン
グでは、表面での窒化チタンのエツチング速度は大きく
、コンタクトホール内の窒化チタンのエツチング速度は
小さい。これは、圧力が高いためにイオン化した六フッ
化硫黄が数多くの気体分子と衝突し、放電のエネルギー
密度が小さいためにイオンの加速電圧が小さいので、エ
ツチングガスイオンは全方向の速度成分を持つ。このた
め、表面の窒化チタン膜１３のエツチング速度は全方向
からエツチングを受けるので大きいが、コンタクトホー
ル底部の窒化チタン膜１３のエツチング速度はコンタク
トホール底部には入射角が９０’近傍の粒子しか到達で
きないため表面より大幅に小さくなる。

従って等方的なエツチング後、窒化チタン膜１３は、第
１図（Ｃ）の様に底部及びその近傍の部分にだけ残る。

窒化チタン１３がコンタクトホール側面に残ることもあ
るがそれでもかまわない。また、窒化チタンの膜厚が薄
くエツチングによって半導体基板がダメージを受は半導
体装置の電気特性が劣化する恐れがある場合は、第２図
（ａ）の様に窒化チタン保護のため全面にタングステン
膜１４を気相成長させればよい。このようにして等方的
なエツチングを行なうと第２図（ｂ）の様にタングステ
ン膜１４で基板１１を保護できる。

最後に、選択気相成長法によってタングステン膜１５を
成長させコンタクトホールを埋め込むと、第１図（ｅ）
は第３図（ａ）に、第２図（ｂ）は第３図（ｂ）の様に
なる。この一連プロセスによりコンタクトホールをタン
グステンｌ窒化チタンｌシリコン構造で埋め込むことが
できる。タングステンはシリコンとシリサイド反応を起
こしやすい材料であるが、窒化チタンを間に入れること
で高い温度でも反応を抑えられる耐熱性が向上する。

本実施例では、シリコンデバイスについて述べたが、ガ
リウム砒素などの他の半導体デバイスでも良い。また、
バリヤ金属として窒化チタンを例にとり配線材料として
タングステンについて記述したが、窒化タングステンと
アルミニウム等の他の材料の組み合せでも構わない。ア
ルミニウムはエレクトロマイグレーヨンや半導体材料と
のアロイを起こしやすい材料であるが、本発明の方法を
使うとバリヤ金属を入れであるため抑えることができ信
頼性の高いアルミ配線が形成できる。

（発明の効果） 本方法を用いると、バリヤ金属を形成後にコンタクトホ
ール以外のバリヤ金属を除去するためのバターニング工
程は必要としない。従って、工程数が減少するだけでな
く、コンタクト抵抗に悪影響を与えるバリヤ合金の汚染
の心配もない。さらに、気相成長は真空チャンバー内で
行なわれ、装置にドライエツチング機能を付加すること
や真空チャンバーを複数化することは容易であり、ウェ
ハーを大気に晒すことなく、コンタクトホールの底部以
外のバリヤ金属を除去しかつコンタクトホールを埋め込
むことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、本発明の実施例を示す概略断面図で
ある。 １１・・・Ｓｉ基板、１２・・・５ｉ０２膜、１３・・
・窒化チタン膜、１４・・・タングステン膜、１５・・
・タングステン膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に半導体素子を形成しその上に絶縁膜を形成し所
   望の部分にコンタクトホールを開孔して配線を形成する
   半導体装置の製造方法において、コンタクトホール開孔
   のあと気相成長法によりバリヤ金属を形成し、次いで等
   方的なドライエッチングを行ないコンタクトホールの底
   部以外のバリヤ金属を除去する工程と、選択気相成長に
   よりコンタクトホールを金属膜で埋め込む工程を持つこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。