JPH02241032A - 配線形成方法 - 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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ１発明の概要 Ｃ１従来技術 り０発明が解決しようとする問題点 Ｅ０問題点を解決するための手段 １０作用 Ｇ、実施例［第１図乃至第６図］ Ｈ１発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明は配線形成方法、特に絶縁膜の開口に導電材料を
埋め込み、該導電材料により半導体領域ないしは配線層
と絶縁膜上の配線層との間を接続する配線形成方法に関
する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、上記の配線形成方法において、開口の底部に
設けたバリアメタルとする部分上にも導電材料を支障な
く成長させることができるようにするため、 開口の底部にバリアメタルとなる元素を含んだ膜を形成
しその後膣開口に導電材料を埋めた後の配線層の形成の
前、後あるいは同時に上記バリアメタルとなる元素を含
んだ膜を合金化する工程を有するものである。

（Ｃ，従来技術） ＬＳＩ、ＶＬＳＩの高集積化に伴って半導体素子が微細
化し、電極取り出し用のコンタクトホール、上下配線層
間接続用のスルーホールの径が小さ（なっている。従っ
て、コンタクトホール、スルーホールをスパッタリング
によりアルミニウムで埋め込むという技術では完全な埋
め込みをすることが難しくなりつつある。

そこで、近年微小ホール内でも埋め込みが可能なタング
ステンＷの選択ＣＶＤ技術が注目される用になった。こ
れは例えばＳ　ｉ　Ｈ４＋ＷＦａ＋Ｈ３等を反応ガスと
してＣＶＤ装置内へ供給することにより行うもので、そ
れによってタングステンＷをシリコンＳ１１金属等の導
電体上にのみ成長させ、酸化物、窒化物等からなる絶縁
膜上には成長させないようにすることができる（特開昭
６２−２４３３２４号公報）。

ところが、このタングステンの選択的形成技術にも欠点
があった。というのは、コンタクトホール埋め込み後に
おいても９００〜１０００℃という高温下での工程が行
われることがあり、そのときにタングステンと、半導体
基板の拡散層等の領域あるいはシリコンゲート電極等の
半導体層とが反応し、コンタクト部の劣化という問題に
直面するからである。

そこで、考えられるのが、スルーホールの底部上に薄く
タングステンなＣＶＤにより形成した後例えばＮ、ある
いはＮＨ，雰囲気中でアニールすることによりタングス
テン膜を窒化してＷＮ膜とし、次いでＷＳｉ膜あるいは
Ｓｉ膜等を薄く形成し、その後サイドタングステンの選
択的成長を行ってスルーホールの埋め込みを行う技術で
ある。これによれば、ＷＮ膜にバリアメタルとしての役
割を担わせることができるからである。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）しかしながら、
上述した方法によれば、コンタクト抵抗の著しい増大を
招くと共に、ＷＮ膜上にはタングステンがしにくい、あ
るいはほとんど成長しないという問題が生じる。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、開口の底部に設けたバリアメタルとする部分にも
導電材料を支障なく成長させることができるようにする
ことを目的とする。

元素を含んだ膜を形成するので、該贋に導電材料の成長
を可能にする元素を含ませてお（ことにより該層上に導
電材料をそのまま成長させることができる。従って、導
電材料の成長を可能にする膜を特別に形成する必要はな
い。しかも、バリアメタルとなる元素を含んだ膜は後の
工程で合金化するのでバリアメタルとしての役割を果た
すことができる。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明配線形成方法は上記問題点を解決するため、開口
の底部にバリアメタルとなる元素を含んだ膜を形成し、
その後開口に導電材料を埋めた後であって配線層の形成
の前、後あるいは同時に上記バリアメタルとなる元素を
含んだ膜を合金化することを特徴とする。

（Ｆ、作用） 本発明配線形成方法によれば、先ず、開口の底部にバリ
アメタル層ではなくバリアメタルとなる（Ｇ、実施例）
［第１図乃至第６図］ 以下、本発明配線形成方法を図示実施例に従って詳細に
説明する。

第１図（Ａ）乃至（Ｆ）は本発明配線形成方法の第１の
実施例を工程順に示す断面図である。

（Ａ）半導体基板１の表面部に拡散層２を選択的に形成
し、半導体基板１上に絶縁膜３を形成し、該絶縁膜３を
選択的にエツチングすることによりコンタクトホール４
を形成する。第１図（Ａ）はコンタクトホール４形成後
の状態を示す。

（Ｂ）次に、同図（Ｂ）に示すようにタングステンの選
択的ＣＶＤ法により上記コンタクトホール４の底面（換
言すれば拡散層２のコンタクトホール４に露出する部分
）上に３００〜５００人程度の薄い変色グステン膜５を
形成する。

（Ｃ）次に、同図（Ｃ）に示すように窒素Ｎを打込むと
上記タングステン膜５はタングステンと窒素Ｎからなる
アモルファスライクな膜６に変化する。図中黒で塗りつ
ぶした小さな丸は窒素Ｎを示し、塗りつぶさない小さな
丸はタングステンＷを示す。尚、上記打込みのエネルギ
ーは例えば１０　’　”／　Ｃｍ　”程度である。

（Ｄ）次に、同図（Ｄ）に示すように上記タングステン
と窒素Ｎからなるアモルファスライクな膜６上にタング
ステン膜７を選択ＣＶＤにより形成してコンタクトホー
ル４を埋める。

尚、この場合、タングステン膜７の下地となっている膜
６はＷＮ膜ではなく、タングステンＷ成長の核となると
ころのタングステンＷが窒素Ｎから独立して粒状に散在
する膜であり、膜表面に小さな粒状のタングステンが成
長の核として散在している。従って、タングステン膜７
の選択成長はスムーズに進行し、支障なくコンタクトホ
ール４を埋めることができる。

（Ｅ）次に、例えば、８００℃程度の温度で熱処理する
と、上記のタングステンＷと窒素Ｎからなるアモルファ
スライクな混合膜６は合金化して同図（Ｅ）に示すよう
にタングステンナイトライドＷＮ膜８となる。該ＷＮ膜
８は良質のバリアメタルとして機能する。

（Ｆ）その後、第１図（Ｆ）に示すように絶縁膜３上に
タングステン膜７と接続された配線層９を形成する。

このような配線形成方法によれば、バリアメタルとなる
膜６はタングステン膜７を形成する段階では、タングス
テンＷ粒子を含んだアモルファスライクな状態であるの
でタングステンの成長を許容する。従って、タングステ
ン膜７でコンタクトホール４を埋める選択ＣＶＤを支障
な（行うことができる。

そして、上記膜６はタングステン膜７形成後の熱処理に
よって合金化することによりタングステンナイトライド
ＷＮ膜８という優れたバリアメタルとなり、後に高温で
の処理が為される工程があってもそれによってコンタク
ト部の劣化を生じさせない耐熱性を得ることができる。

尚、バリアメタル８を得るための含金化は配線層９の形
成前に行っても良いが、形成後に行っても良いし、形成
と同時に行っても良い。

第２図（Ａ）乃至（Ｄ）は本発明配線形成方法の第２の
実施例を工程順に示す断面図である。

（Ａ）本実施例はコンタクトホール４の底部にタングス
テン膜５を形成するまでは第１図に示した実施例と全く
同じであるが、その後、第２図（Ａ）に示すように窒素
Ｎだけでな（チタンＴｉも打込んでタングステン膜５を
窒素ＮとチタンＴｉとタングステンＷが混合したアモル
ファスライクな混合層１０にする。核層１０はタングス
テン成長の核となるタングステンチタンＴｉが散在し表
面にも露出するので、表面にタングステンを成長させる
ことが可能なのである。

（Ｂ）次に、チタンＴｉ、窒素Ｎの打込み後第２図（Ｂ
）に示すようにタングステン膜７を形成する。

（Ｃ）次に、例えば８００℃程度の温度で熱処理するこ
とにより同図（Ｃ−、）に示すように上記膜１０をタン
グステンナイトライドＷＮ膜１１とチタンナイトライド
ＴｉＮ膜１２との二層構造のバリアメタルとする。

（Ｄ）その後、第２図（Ｄ）に示すように絶縁膜３上に
タングステン膜７と接続された配線層９を形成する。

この配線形成方法においてもタングステンの成長の選択
成長性を損なうことなくコンタクト部の劣化を防止する
耐熱性を確保することができる。

第３図（Ａ）乃至（Ｆ）は本発明配線形成方法の第３の
実施例を工程順に示す断面図である。

（Ａ）同図（Ａ）に示すように絶縁膜３の半導体基板１
の表面を露出させるコンタクトホール４の底部にタング
ステン膜５を形成する。

（Ｂ）次に、同図（Ｂ）に示すようにチタンＴｉ膜１３
をＣＶＤにより形成する。このＣＶＤにおいては反応ガ
スとして例えばＴ　ｉ　（Ｃｓ　Ｈｓ　）　ｓを用い、
膜厚を例えば３００〜５００人程度にする変 色Ｃ）次に、同図（Ｃ）に示すように、チタン膜１３の
コンタクトホール４内にある部分をレジスト膜１４で覆
う。

（Ｄ）次に、ＲＩＥ　（反応性イオンエツチング）によ
り上記レジスト膜１４をマスクとしてチタン膜１４をエ
ツチングすることによりチタン膜１４を同図（Ｄ）に示
すようにタングステン膜５上にのみ残存するようにする
。

（Ｅ）次に、同図（Ｅ）に示すようにタングステンＷの
選択ＣＶＤによりコンタクトホール４をタングステン膜
７で埋める。

（Ｆ）その後、例えば６００℃程度の合金化アニールを
行うことによりタングステン膜５とチタン膜１３からな
る二層構造の膜を同図（Ｆ）に示すようにチタンタング
ステンＴｉＷ膜１６とする。該チタンタングステン膜１
６はバリアメタルとして機能を十分に果たすことができ
る。

しかる後、上層の配線層が形成されることになる。

尚、第３図（Ｄ）に示す工程の終了後第４図に示すよう
にエキシマレーザビームの照射によりチタン膜１３及び
タングステン１ｌ１５のみを加熱して合金化することに
よりこの二層構造の膜をチタンタングステン膜１６とす
る変形例も考えられ得る。この場合はチタンタングステ
ン膜１６の形成後タングステン膜７でコンタクトホール
４を埋めることになる。

第５図（Ａ）、（Ｂ）は本発明配線形成方法の第４の実
施例を工程順に示す断面図である。

（Ａ）層間絶縁膜３ｂ（尚、３ａはフィールド絶縁膜）
にコンタクトホール４を形成した後、コンタクトホール
４の底部にタングステン膜を成長させなからエキシマレ
ーザビームを照射を行う、すると、同図（Ａ）に示すよ
うにタングステンシリサイドＷ　Ｓ　ｉ　＊膜１６が形
成される。この膜１６の膜厚は例えば３００〜５００人
程度である変色ングステンシリサイドＷ　Ｓ　ｉ　２膜
１６は耐熱性に優れたバリアメタルとしての機能を果た
す。

（Ｂ）その後、タングステンの選択ＣＶＤによりタング
ステン膜を形成してコンタクトホール４内をタングステ
ン膜７で埋める。

その後に上層配線層が形成されることになる。

第６図は本発明配線形成方法の第５の実施例を示すもの
で、本実施例は拡散層２上にタングステン膜を選択的に
成長させながらエキシマレーザビームを照射することに
より開口４にタングステンシリサイドＷ　Ｓ　ｉ　ｚ膜
１６を形成し、該膜１６をバリアメタルとするのみなら
ず図示しない配線層と拡散層２のとの間をコンタクトす
るものとしても用いる。

尚、上記各実施例は本発明を半導体基板１の拡散層（例
えばソース、ドレイン）２と、配線層９とがタングステ
ン等によってコンタクトされた配線形成方法に適用した
ものであった。しかし、本発明は例えば単結晶あるいは
多結晶シリコンＳｔからなる下層配線層と例えばアルミ
ニウム等からなる上層配線層とをタングステン等によっ
て接続する配線形成方法にも適用することができる。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明配線形成方法は、絶縁膜に
形成されたところの半導体領域ないしは配線層の表面を
露出させる開口の底部に、バリアメタルとなる元素を含
んだ層を形成し、次いで、導電材料を上記開口に埋め込
み、次いで、配線層を形成する配線形成方法であって、
上記バリアメタルとなる元素を含んだ層を合金化する工
程を有することを特徴とするものである。

従って、本発明配線形成方法によれば、先ず、開口の底
部にバリアメタル層ではな（バリアメタルとなる元素を
含んだ膜を形成するので、核層に導電材料の成長を可能
にする元素を含ませておくことにより該層上に導電材料
をそのまま成長させることができる。従って、導電材料
の成長を可能にする膜を特別に形成する必要はない。し
かも、バリアメタルとなる元素を含んだ膜は後の工程で
合金化するのでバリアメタルとしての役割を果たすこと
のできる膜となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）乃至（Ｆ）は本発明配線形成方法の第１の
実施例を工程順に示す断面図、第２図（Ａ）乃至（Ｄ）
は本発明配線形成方法の第２の実施例を工程順に示す断
面図、第３図（Ａ）乃至（Ｆ）は本発明配線形成方法の
第３の実施例を工程順に示す断面図、第４図は第３図に
示した第３の実施例の変形例を示す断面図、第５図（Ａ
）、（Ｂ）は本発明配線形成方法の第４の実施例を工程
順に示す断面図、第６図は本発明配線形成方法の第５の
実施例を示す断面図である。 １５　・ １６　・ バリアメタルとなる元素を含んだ膜、 導電材料、８・・・バリアメタル、 配線層、 ・バリアメタルとなる元素を含んだ膜、・・・バリアメ
タルとなる元素を含んだ膜、 ・バリアメタル、 ・パリアメクル。 符号の説明 ２・・・半導体領域、 ３．３ａ１３ｂ・・・絶縁膜、４・・・開口、第１の実
施例を工程Ｊｌ＋帽こ示側新面図第１図 第３の案施伊托工１勤−に示す断面図 第３図 ′Ｗ４２の実施例を工程順に示す断面図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁膜に形成されたところの半導体領域ないしは
   配線層の表面を露出させる開口の底部に、バリアメタル
   となる元素を含んだ層を形成し、次いで、導電材料を上
   記開口に埋め込み、 次いで、配線層を形成する配線形成方法であって、 上記バリアメタルとなる元素を含んだ層を合金化する工
   程を有することを特徴とする配線形成方法