JPH02308552A - 半導体集積回路用コンタクト構造及びその形成方法 - Google Patents
半導体集積回路用コンタクト構造及びその形成方法Info
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- JPH02308552A JPH02308552A JP2114910A JP11491090A JPH02308552A JP H02308552 A JPH02308552 A JP H02308552A JP 2114910 A JP2114910 A JP 2114910A JP 11491090 A JP11491090 A JP 11491090A JP H02308552 A JPH02308552 A JP H02308552A
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- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
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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。
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、一般に半導体集積回路用コンタクトに係り、
特に多層金属被覆化層を有する半導体装置（デバイス）
に供するビアホールコンタクト構造を含む、半導体集積
回路用コンタクト構造及びその形成方法に関する。
特に多層金属被覆化層を有する半導体装置（デバイス）
に供するビアホールコンタクト構造を含む、半導体集積
回路用コンタクト構造及びその形成方法に関する。
半導体デバイスの寸法がサブミクロンレベルに近づくに
つれ、デバイスサイズを更に縮小化するための制限因子
の１つは素子の相互接続（１ｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ
１ｏｎｓ）に必要な領域の面積である。これを解決する
方法の１つは多層レベルの金属被覆化配線技術であり、
そこでは２つもしくはそれ以上の相互接続（インクコネ
クト）層がデバイスの上部に形成され、層間誘電体層に
よって分離され、更にコンタクト孔（ｈｏｌｅｓ）また
はビアホールによって結合され、これらのコンタクトホ
ールまたはビアホールはビアホール金属被覆化層で充填
されている。しかしながら、多層金属被覆化処理が施さ
れても、ビアホールに必要な面積のためデバイスサイズ
のそれ以上の減少は制限される。一方、フォトリソグラ
フィ技術が発展して来ており、サブミクロンのビアウィ
ンドウを信頼性高く確実に形成できるが、接触抵抗や金
属層のステップカバレッジの被覆問題（ｍｅｔａｌ ５
ｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ １ｓｓｕｅｓ）などのため
に、上記の発展を十分活用できる段階には到っていない
。
つれ、デバイスサイズを更に縮小化するための制限因子
の１つは素子の相互接続（１ｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ
１ｏｎｓ）に必要な領域の面積である。これを解決する
方法の１つは多層レベルの金属被覆化配線技術であり、
そこでは２つもしくはそれ以上の相互接続（インクコネ
クト）層がデバイスの上部に形成され、層間誘電体層に
よって分離され、更にコンタクト孔（ｈｏｌｅｓ）また
はビアホールによって結合され、これらのコンタクトホ
ールまたはビアホールはビアホール金属被覆化層で充填
されている。しかしながら、多層金属被覆化処理が施さ
れても、ビアホールに必要な面積のためデバイスサイズ
のそれ以上の減少は制限される。一方、フォトリソグラ
フィ技術が発展して来ており、サブミクロンのビアウィ
ンドウを信頼性高く確実に形成できるが、接触抵抗や金
属層のステップカバレッジの被覆問題（ｍｅｔａｌ ５
ｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ １ｓｓｕｅｓ）などのため
に、上記の発展を十分活用できる段階には到っていない
。
ビアホール金属被覆化層の抵抗に主として寄与するのは
、ビアホール金属被覆化層とインクコネクト層との間の
、コンタクト領域としても知られる底部および上部のイ
ンタフェース領域における接触（コンタクト）抵抗であ
る。この境界（インタフェース）面のコンタクト（接触
）抵抗はコンタクトの断面積に逆比例する。ビアホール
金属被覆化処理（プロセス）を有効にするには、ビアホ
ールの底部および上部で十分な接触面積を与え、低抵抗
なコンタクトを形成しなければならない。
、ビアホール金属被覆化層とインクコネクト層との間の
、コンタクト領域としても知られる底部および上部のイ
ンタフェース領域における接触（コンタクト）抵抗であ
る。この境界（インタフェース）面のコンタクト（接触
）抵抗はコンタクトの断面積に逆比例する。ビアホール
金属被覆化処理（プロセス）を有効にするには、ビアホ
ールの底部および上部で十分な接触面積を与え、低抵抗
なコンタクトを形成しなければならない。
ビアホールパターンが下地層としてのインクコネクトパ
ターンと整合されるときの整合余裕（ａｌｉｇｎｍｅｎ
ｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）のために、ビアホール１＜タ
ーンは下地層としての金属インクコネクト層くターンよ
りも小さく形成しなければならない。従来は、ビアホー
ルは層間誘電体層内にエツチングされ、従って底部の接
触領域の面積は上部の接触領域の面積と同じか、それよ
り小さかった。接触抵抗はコンタクトの境界（インタフ
ェース）面積に逆比例するので、ビアホールパターンの
面積が小さいと、特に底部接触領域の面積が小さいと接
触（コンタクト）抵抗はそれだけ高くなる。
ターンと整合されるときの整合余裕（ａｌｉｇｎｍｅｎ
ｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）のために、ビアホール１＜タ
ーンは下地層としての金属インクコネクト層くターンよ
りも小さく形成しなければならない。従来は、ビアホー
ルは層間誘電体層内にエツチングされ、従って底部の接
触領域の面積は上部の接触領域の面積と同じか、それよ
り小さかった。接触抵抗はコンタクトの境界（インタフ
ェース）面積に逆比例するので、ビアホールパターンの
面積が小さいと、特に底部接触領域の面積が小さいと接
触（コンタクト）抵抗はそれだけ高くなる。
接触抵抗に寄与する他のものはビアホール金属被覆化層
とインクコネクト層との間の境界面の汚染により与えら
れる。例えば、酸化物や有機化合物などの不純物は、下
地層としてのインクコネクト層の表面をそのデポジット
されたときの状態から変質させ、接触抵抗を増加させる
。従来は、下地層としてのインクコネクト層の上部表面
はビアホールのエツチングプロセスによって汚染され、
この表面をそのデポジットされたときの状態に戻すよう
に表面を清浄化することは困難であった。
とインクコネクト層との間の境界面の汚染により与えら
れる。例えば、酸化物や有機化合物などの不純物は、下
地層としてのインクコネクト層の表面をそのデポジット
されたときの状態から変質させ、接触抵抗を増加させる
。従来は、下地層としてのインクコネクト層の上部表面
はビアホールのエツチングプロセスによって汚染され、
この表面をそのデポジットされたときの状態に戻すよう
に表面を清浄化することは困難であった。
従って、ビアホールエツチングプロセス中に下地層とし
てのインクコネクト層を保護することが有利である。
てのインクコネクト層を保護することが有利である。
また、ビ゛アホールが小さいと底部接触領域に電流が集
中し、このため局所的加熱を引起こし抵抗の増加が生じ
、またエレクトロマイグレーション（ｅｌｅｃｔｒｏｍ
ｉｇｒａｔｔ、ｏｎ）の効果によってコンタクトの信頼
性が低下するようになる。このような電流の集中はイン
クコネクト（相互接続）層とビアホール金属被覆化層と
の間の境界面に形成された金属（メタル）コーナ（角部
、 ｃｏｒｎ″ｅｒｓ ）において生じることが知られ
ており、結果としてコーナ部での電流密度はビアホール
金属被覆化層の本体部よりも大きくなる。電流集中効果
によりビアホール金属被覆化層の寿命と信頼性はかなり
低下した。
中し、このため局所的加熱を引起こし抵抗の増加が生じ
、またエレクトロマイグレーション（ｅｌｅｃｔｒｏｍ
ｉｇｒａｔｔ、ｏｎ）の効果によってコンタクトの信頼
性が低下するようになる。このような電流の集中はイン
クコネクト（相互接続）層とビアホール金属被覆化層と
の間の境界面に形成された金属（メタル）コーナ（角部
、 ｃｏｒｎ″ｅｒｓ ）において生じることが知られ
ており、結果としてコーナ部での電流密度はビアホール
金属被覆化層の本体部よりも大きくなる。電流集中効果
によりビアホール金属被覆化層の寿命と信頼性はかなり
低下した。
電流集中効果の局在性のために、信頼性を与えるのはビ
アホール金属被覆化層の断面積領域ではなく、ビアホー
ルの上部と底部の境界面（インタフェース）領域であっ
た点に注目することは重要である。
アホール金属被覆化層の断面積領域ではなく、ビアホー
ルの上部と底部の境界面（インタフェース）領域であっ
た点に注目することは重要である。
従来の多層金属被覆化プロセスにおける他の問題点は、
ボイドを生成することなしに、従って高品質の電気的接
触（コンタクト）が得られるように、ビアホールをビア
ホール金属被覆化層で充填する点にあった。従来の金属
デポジション（堆積）法、例えば蒸着、スパッタリング
、および反応性イオンスパッタリングなどがビアホール
を充填するために使用されていた。これらの金属デポジ
ション法（プロセス）は一般に物理的デポジション法（
プロセス）と呼ばれている。物理的デポジション法は例
えばコーナ部などの°物理的トポグラフィ障壁（ｔｏｐ
ｏｇｒａｐｈｙ ｂａｒｒｉｅｒ）によってブロックさ
れる表面を除く全ての露出された表面上に層を形成する
ものである。従って、これらの金属デポジション法はビ
アホール内のステップカバレッジを劣化させ、即ちビア
ホールの幅に対する高さの比であるアスペクト比を増加
させるものであった。ステップカバレッジが悪いと製造
業音速はビアホール側壁を傾斜させることになり、これ
によりステップカバレッジは改良され、アスペクト比は
減少するが、コンタクトの寸法を増加させるという問題
点があった。
ボイドを生成することなしに、従って高品質の電気的接
触（コンタクト）が得られるように、ビアホールをビア
ホール金属被覆化層で充填する点にあった。従来の金属
デポジション（堆積）法、例えば蒸着、スパッタリング
、および反応性イオンスパッタリングなどがビアホール
を充填するために使用されていた。これらの金属デポジ
ション法（プロセス）は一般に物理的デポジション法（
プロセス）と呼ばれている。物理的デポジション法は例
えばコーナ部などの°物理的トポグラフィ障壁（ｔｏｐ
ｏｇｒａｐｈｙ ｂａｒｒｉｅｒ）によってブロックさ
れる表面を除く全ての露出された表面上に層を形成する
ものである。従って、これらの金属デポジション法はビ
アホール内のステップカバレッジを劣化させ、即ちビア
ホールの幅に対する高さの比であるアスペクト比を増加
させるものであった。ステップカバレッジが悪いと製造
業音速はビアホール側壁を傾斜させることになり、これ
によりステップカバレッジは改良され、アスペクト比は
減少するが、コンタクトの寸法を増加させるという問題
点があった。
化学的デポジション法、特に化学的気相堆積成長（ＣＶ
Ｄ）法も半導体上に金属層を形成するために使用されて
いる。化学的に堆積成長された層はコーナ部の周囲に幾
何学的寸法上一致させて（Ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｙ）堆
積され、また物理的デポジションプロセスが充填不可能
な空間内へ堆積成長することが知られている。最近、選
択的な金属層を形成するＣＶＤ技術によってビアホール
金属被覆化処理が行なわれている。このＣＶＤ法ばタン
グステンなどの金属を導電性表面上に選択的に堆積成長
することはできるが、酸化物や窒化物などの誘電体表面
には堆積成長はできない。選択的なＣＶＤ法は導電性表
面を幾何学的に整合するように一致させて（ｃｏｎｆｏ
ｒｍａｂｌｙ）コート（被覆）するので、これらは充填
性能の優れたコンタクトおよびビアホールを提供するこ
とができる。
Ｄ）法も半導体上に金属層を形成するために使用されて
いる。化学的に堆積成長された層はコーナ部の周囲に幾
何学的寸法上一致させて（Ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｙ）堆
積され、また物理的デポジションプロセスが充填不可能
な空間内へ堆積成長することが知られている。最近、選
択的な金属層を形成するＣＶＤ技術によってビアホール
金属被覆化処理が行なわれている。このＣＶＤ法ばタン
グステンなどの金属を導電性表面上に選択的に堆積成長
することはできるが、酸化物や窒化物などの誘電体表面
には堆積成長はできない。選択的なＣＶＤ法は導電性表
面を幾何学的に整合するように一致させて（ｃｏｎｆｏ
ｒｍａｂｌｙ）コート（被覆）するので、これらは充填
性能の優れたコンタクトおよびビアホールを提供するこ
とができる。
選択的なＣＶＤプロセスの限界はＣＶＤ反応の生成物が
下地の層としてのインクコネクト（相互接続）金属層を
損傷する点にあった。特に、ＣｖＤタングステンデポジ
ションのフッ素系生成物はアルミニウムのインクコネク
ト金属層と反応し、インクコネクト層とビアホール金属
被覆化層との間に高抵抗層を形成する。従って、ＣＶＤ
プロセス中にインクコネクト金属被覆化層を保護するこ
とが望まれる。
下地の層としてのインクコネクト（相互接続）金属層を
損傷する点にあった。特に、ＣｖＤタングステンデポジ
ションのフッ素系生成物はアルミニウムのインクコネク
ト金属層と反応し、インクコネクト層とビアホール金属
被覆化層との間に高抵抗層を形成する。従って、ＣＶＤ
プロセス中にインクコネクト金属被覆化層を保護するこ
とが望まれる。
通常は、プラズマエツチングまたは反応性イオンエツチ
ングなどのドライエツチングプロセスが利用され、眉間
誘電体層をエツチングするために使用されている。この
ドライエツチングプロセスはビアホールの側壁上にポリ
マーフィルムを形成させる。このポリマーフィルムは引
き続くプロセス処理中に薄片をなしてはげ落ち、デバイ
ス内に欠陥（ｄｅｆｅｃｔｓ ）を形成し、歩留りを低
下させるものである。眉間誘電体層はインクコネクト金
属（メタル）からクリア（ｃｌｅａｒ ）されるので、
若干のインクコネクト金属はビアホールの側壁上にパッ
クスバッタ（ｂａｃｋｓｐｕｔｔｅｒ）され、ポリマー
フィルムに取り込まれていた。従来は、露出されたイン
クコネクト金属を損傷せずにこのポリマーフィルムを除
去することは困難であった。選択的なＣＶＤ金属は導電
性材料上に堆積成長されたので、上記パックスバッタ金
属はＣＶＤ金属形成に対する核表面（ｎｕｃｌｅａｔｉ
ｏｎ ５ｕｒｆａｃｅ）として作用し、望ましくない側
壁金属デポジションをもたらした。
ングなどのドライエツチングプロセスが利用され、眉間
誘電体層をエツチングするために使用されている。この
ドライエツチングプロセスはビアホールの側壁上にポリ
マーフィルムを形成させる。このポリマーフィルムは引
き続くプロセス処理中に薄片をなしてはげ落ち、デバイ
ス内に欠陥（ｄｅｆｅｃｔｓ ）を形成し、歩留りを低
下させるものである。眉間誘電体層はインクコネクト金
属（メタル）からクリア（ｃｌｅａｒ ）されるので、
若干のインクコネクト金属はビアホールの側壁上にパッ
クスバッタ（ｂａｃｋｓｐｕｔｔｅｒ）され、ポリマー
フィルムに取り込まれていた。従来は、露出されたイン
クコネクト金属を損傷せずにこのポリマーフィルムを除
去することは困難であった。選択的なＣＶＤ金属は導電
性材料上に堆積成長されたので、上記パックスバッタ金
属はＣＶＤ金属形成に対する核表面（ｎｕｃｌｅａｔｉ
ｏｎ ５ｕｒｆａｃｅ）として作用し、望ましくない側
壁金属デポジションをもたらした。
この側壁金属デポジションによって結果的にビアホール
金属被覆化層内にボイドが形成され、ビアホールコンタ
クトの信頼性を低下させるという問題点があった。
金属被覆化層内にボイドが形成され、ビアホールコンタ
クトの信頼性を低下させるという問題点があった。
従って、本発明の目的の１つはビアホールの基部（ｂａ
ｓｅ）における接触面積を増加させた、半導体集積回路
用コンタクト構造及びその形成方法を提供することにあ
る。
ｓｅ）における接触面積を増加させた、半導体集積回路
用コンタクト構造及びその形成方法を提供することにあ
る。
本発明の別の目的の１つは信頼性を改良した、半導体集
積回路用コンタクト構造及びその形成方法を提供するこ
とにある。
積回路用コンタクト構造及びその形成方法を提供するこ
とにある。
本発明の更に他の目的の１つはビアホール抵抗を低減さ
せたビアホール構造を有する、半導体集積回路用コンタ
クト構造及びその形成方法を提供することにある。
せたビアホール構造を有する、半導体集積回路用コンタ
クト構造及びその形成方法を提供することにある。
更に本発明の目的の１つは下地の層としてのインクコネ
クト金属層を劣化させない、半導体集積回路用コンタク
ト構造及びその形成方法を提供することにある。
クト金属層を劣化させない、半導体集積回路用コンタク
ト構造及びその形成方法を提供することにある。
更に本発明の目的の１つはサイズを容易に低減できる、
半導体集積回路用コンタクト構造及びその形成方法を提
供することにある。
半導体集積回路用コンタクト構造及びその形成方法を提
供することにある。
更に本発明の目的の１つは整合余°裕（ａｌｉｇｎｍｅ
ｎｔｔｏｌｅｒａｎｃｅ）を改良した、半導体集積回路
用コンタクト構造及びその形成方法を提供することにあ
る。
ｎｔｔｏｌｅｒａｎｃｅ）を改良した、半導体集積回路
用コンタクト構造及びその形成方法を提供することにあ
る。
本発明の上記およびその他の目的並びに利点はビアホー
ル金属被覆化層を提供することにより実現され、このビ
アホール金属被覆化層においては、底部インクコネクト
金属上にサクリファイス層（Ｓａｃｒｊｆｉｃｆａｌ
１ａｙｅｒ）が形成されると共に層間誘電体層がこのサ
クリファイス層上に形成される。層間誘電体層にビアホ
ールがエツチングされ、サクリファイス層を露出する。
ル金属被覆化層を提供することにより実現され、このビ
アホール金属被覆化層においては、底部インクコネクト
金属上にサクリファイス層（Ｓａｃｒｊｆｉｃｆａｌ
１ａｙｅｒ）が形成されると共に層間誘電体層がこのサ
クリファイス層上に形成される。層間誘電体層にビアホ
ールがエツチングされ、サクリファイス層を露出する。
このサクリファイス層は等方的にエツチングされ、ビア
ホールの領域面積よりも大きなインクコネクト金属の面
積領域を露出する。インクコネクト金属上にビアホール
金属被覆化層が適合性デポジションプロセス（ｃｏｎｆ
ｏｒｍａｂｌｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓ
ｓ）により形成され、これによってサクリファイス層の
等方的エツチングによって形成されたボイドを含むビア
ホールはビアホール金属被覆化層で充填され、従って底
部インクコネクト金属に対して、ビアホール金属被覆化
層自体よりも大きな接触面積領域が提供される。
ホールの領域面積よりも大きなインクコネクト金属の面
積領域を露出する。インクコネクト金属上にビアホール
金属被覆化層が適合性デポジションプロセス（ｃｏｎｆ
ｏｒｍａｂｌｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓ
ｓ）により形成され、これによってサクリファイス層の
等方的エツチングによって形成されたボイドを含むビア
ホールはビアホール金属被覆化層で充填され、従って底
部インクコネクト金属に対して、ビアホール金属被覆化
層自体よりも大きな接触面積領域が提供される。
多層金属被覆化層を有するデバイスに供するビアホール
コンタクトを形成する方法が提供され、この方法におい
ては底部インクコネクト層にわたってサクリファイス層
が形成され、このサクリファイス層上に層間誘電体層が
形成される。この眉間誘電体層内においてビアホールが
エツチングされ、サクリファイス層を露出する。サクリ
ファイス層は等方的にエツチングされ、ビアホールの領
域よりも大きなインクコネクト金属の領域を露出し、更
にサクリファイス層の等方性エツチングにより形成され
たボイドを含むビアホールがビアホール金属被覆化層に
よって充填されるように化学的気相堆積成長（ＣＶＤ）
によりビアホール金属被覆化層がインクコネクト金属上
に選択的に形成され、これによりビアホール金属被覆化
層自体より大きなコンタクト領域を底部インクコネクト
金属に対して提供する。
コンタクトを形成する方法が提供され、この方法におい
ては底部インクコネクト層にわたってサクリファイス層
が形成され、このサクリファイス層上に層間誘電体層が
形成される。この眉間誘電体層内においてビアホールが
エツチングされ、サクリファイス層を露出する。サクリ
ファイス層は等方的にエツチングされ、ビアホールの領
域よりも大きなインクコネクト金属の領域を露出し、更
にサクリファイス層の等方性エツチングにより形成され
たボイドを含むビアホールがビアホール金属被覆化層に
よって充填されるように化学的気相堆積成長（ＣＶＤ）
によりビアホール金属被覆化層がインクコネクト金属上
に選択的に形成され、これによりビアホール金属被覆化
層自体より大きなコンタクト領域を底部インクコネクト
金属に対して提供する。
第１図は第１の金属デポジションにより処理された多層
金属被覆化層構造のビアホールコンタクトの拡大された
断面図である。この多層構造は半導体基板２６の表面上
に形成され、基板２６内に形成された集積回路デバイス
の２７および２８などで示したデバイス素子を相互接続
する。底部誘電体層１１が形成されてデバイス素子２７
および２８を被覆し、更にパターニングされてデバイス
素子２７および２８の要部にわたってコンタクト窓また
はビアホールを形成する。これらのコンタクト窓または
ビアホールは次に詳細に説明する、本発明の方法によっ
てビアホール金属被覆化層で充填される。本発明は多層
金属構造内にビアホールを形成することを参照して説明
されているが、この方法は半導体基板２６内に形成され
た素子デバイス２７，２８に対して直接的にコンタクト
を設けることもできることは理解されるべきである。
金属被覆化層構造のビアホールコンタクトの拡大された
断面図である。この多層構造は半導体基板２６の表面上
に形成され、基板２６内に形成された集積回路デバイス
の２７および２８などで示したデバイス素子を相互接続
する。底部誘電体層１１が形成されてデバイス素子２７
および２８を被覆し、更にパターニングされてデバイス
素子２７および２８の要部にわたってコンタクト窓また
はビアホールを形成する。これらのコンタクト窓または
ビアホールは次に詳細に説明する、本発明の方法によっ
てビアホール金属被覆化層で充填される。本発明は多層
金属構造内にビアホールを形成することを参照して説明
されているが、この方法は半導体基板２６内に形成され
た素子デバイス２７，２８に対して直接的にコンタクト
を設けることもできることは理解されるべきである。
底部誘電体層１１上には第１のインクコネクト金属層１
２が形成され、第１の金属層１３およびサクリファイス
層１４によって被覆されている。インクコネクト層１２
は十分な厚みと導電率を有し、素子の設計電流密度を流
すことができなければならない。好適な実施例において
は、インクコネクト層１２はアルミニウム・銅合金（Ａ
ｊ７Ｃｕ）からなり、第１の金属層１３はチタン・タン
グステン合金（ＴｉＷ）からなり、かつ更にサクリファ
イス層１４はアルミニウム合金からなる。各々の層に供
する特定の材料は以下に説明する化学的、電気的性質を
考慮して選択され、また幾つかの実施例においてはイン
クコネクト層１２および第１の金属層１３の両者の機能
が単一層で実現されることが注目されるべきである。第
１の金属層１３はサクリファイス層１４をエツチングす
るプロセス中にエツチングされない材料で形成されてい
なければならない。即ち、第１の金属層１３はサクリフ
ァイス層１４に対するエツチング停止層（ｅｔｃｈｉｎ
ｇ ５ｔｏｐ）である。サクリファイス層１４は窒化物
や有機化合物などの多くの共通材料から選択することが
でき、金属である必要はない点が明らかになるべきであ
る。
２が形成され、第１の金属層１３およびサクリファイス
層１４によって被覆されている。インクコネクト層１２
は十分な厚みと導電率を有し、素子の設計電流密度を流
すことができなければならない。好適な実施例において
は、インクコネクト層１２はアルミニウム・銅合金（Ａ
ｊ７Ｃｕ）からなり、第１の金属層１３はチタン・タン
グステン合金（ＴｉＷ）からなり、かつ更にサクリファ
イス層１４はアルミニウム合金からなる。各々の層に供
する特定の材料は以下に説明する化学的、電気的性質を
考慮して選択され、また幾つかの実施例においてはイン
クコネクト層１２および第１の金属層１３の両者の機能
が単一層で実現されることが注目されるべきである。第
１の金属層１３はサクリファイス層１４をエツチングす
るプロセス中にエツチングされない材料で形成されてい
なければならない。即ち、第１の金属層１３はサクリフ
ァイス層１４に対するエツチング停止層（ｅｔｃｈｉｎ
ｇ ５ｔｏｐ）である。サクリファイス層１４は窒化物
や有機化合物などの多くの共通材料から選択することが
でき、金属である必要はない点が明らかになるべきであ
る。
ビアホールが半導体基板上に形成されたデバイス素子２
７．２８にコンタクトを形成するように形成されるとき
、第１の金属層１３はチタンシリコン（ＴｉＳｉ）から
なると好適であり、サクリファイス層１４は窒化チタン
（ＴｉＮ）からなると好適である。
７．２８にコンタクトを形成するように形成されるとき
、第１の金属層１３はチタンシリコン（ＴｉＳｉ）から
なると好適であり、サクリファイス層１４は窒化チタン
（ＴｉＮ）からなると好適である。
第２図は、第１のインクコネクト層１２、第１の金属層
１′３、およびサクリファイス層１４が従来のフォトレ
ジスト法によってインクコネクトパターンでパターニン
グされた後の、第１図に示したビアホールコンタクト構
造の上部の拡大図である。パターニングされた層にわた
って層間誘電体層１６が形成され、この層間誘電体層１
６上においてフォトレジストフィルム１７が形成され、
パターニングされる。フォトレジストフィルム１７内の
ビアホール窓１８はビアホールの断面積を定めるが、下
地の層としてのインクコネクトパターンの面積領域より
も小さく形成されて整合誤差を補償しなければならない
。
１′３、およびサクリファイス層１４が従来のフォトレ
ジスト法によってインクコネクトパターンでパターニン
グされた後の、第１図に示したビアホールコンタクト構
造の上部の拡大図である。パターニングされた層にわた
って層間誘電体層１６が形成され、この層間誘電体層１
６上においてフォトレジストフィルム１７が形成され、
パターニングされる。フォトレジストフィルム１７内の
ビアホール窓１８はビアホールの断面積を定めるが、下
地の層としてのインクコネクトパターンの面積領域より
も小さく形成されて整合誤差を補償しなければならない
。
第３図は、第２図に示したフォトレジストフィルム１７
をマスクとして用いてビアホールを眉間誘電体層１６内
にエツチングした後のビアホールコンタクト構造を示す
図である。層間誘電体層１６は通常ドライエツチングプ
ロセスによってエツチングされ、はぼ垂直方向の側壁を
形成する。これらの垂直側壁は、これらがビアホールの
横方向の侵入（ｌａｔｅｒａｌ ｅｎｃｒｏａｃｈｍｅ
ｎｔ）を制限するので望ましく、従ってより小形の素子
を形成する。従って、サクリファイス層Ｉ４の要部はビ
アホールの底部において露出される。眉間誘電体層のエ
ツチング期間中に、ポリマーフィルム１９はビアホール
の側壁上において形成される。ポリマーフィルム１９は
組成が非常に不規則であり、ドライエツチングプロセス
の生成物と共に側壁上へバックスパッタされるサクリフ
ァイス層１４からの材料から構成されている。フォトレ
ジストフィルム１７およびポリマーフィルム１９の有機
成分はプラズマアッシュ（ｐｌａｓｍａ ａｓｈ）など
の従来の方法によって除去されるが、ポリマーフィルム
１９の無機成分はこれらの方法によっては除去されない
。
をマスクとして用いてビアホールを眉間誘電体層１６内
にエツチングした後のビアホールコンタクト構造を示す
図である。層間誘電体層１６は通常ドライエツチングプ
ロセスによってエツチングされ、はぼ垂直方向の側壁を
形成する。これらの垂直側壁は、これらがビアホールの
横方向の侵入（ｌａｔｅｒａｌ ｅｎｃｒｏａｃｈｍｅ
ｎｔ）を制限するので望ましく、従ってより小形の素子
を形成する。従って、サクリファイス層Ｉ４の要部はビ
アホールの底部において露出される。眉間誘電体層のエ
ツチング期間中に、ポリマーフィルム１９はビアホール
の側壁上において形成される。ポリマーフィルム１９は
組成が非常に不規則であり、ドライエツチングプロセス
の生成物と共に側壁上へバックスパッタされるサクリフ
ァイス層１４からの材料から構成されている。フォトレ
ジストフィルム１７およびポリマーフィルム１９の有機
成分はプラズマアッシュ（ｐｌａｓｍａ ａｓｈ）など
の従来の方法によって除去されるが、ポリマーフィルム
１９の無機成分はこれらの方法によっては除去されない
。
サクリファイス層１４は第４図に示したように等方向に
エツチングされ、層間誘電体層１６の下側部分の材料を
除去する。この等方性エツチングには硝酸、燐酸、およ
び酢酸からなる湿潤化学（ウェットケミカル）エツチン
グが好適に使用される。この等方性エツチングは逆“Ｔ
”字形状のボイドを形成し、ビアホール窓１８の面積領
域より広い第１の蚕属１３の面積領域を露出する。サク
リファイス層１４の等方性エツチングはサクリファイス
層１４の大きな領域が横方向に除去され、これによって
第５図に図示されたように、ビアホールの基部において
インクコネクトパターンの幅と同程度の大きさのコンタ
クト領域２３を形成する。金属のサクリファイス層１４
を形成すると都合がよいが、前述のように眉間誘電体層
１６のデポジションとエツチングと両立し得るいかなる
材料でもよく、これは眉間誘電体層１６または第１の金
属層１３に影響を与えることなく等方性エツチングプロ
セス期間中に実質的に除去可能である。
エツチングされ、層間誘電体層１６の下側部分の材料を
除去する。この等方性エツチングには硝酸、燐酸、およ
び酢酸からなる湿潤化学（ウェットケミカル）エツチン
グが好適に使用される。この等方性エツチングは逆“Ｔ
”字形状のボイドを形成し、ビアホール窓１８の面積領
域より広い第１の蚕属１３の面積領域を露出する。サク
リファイス層１４の等方性エツチングはサクリファイス
層１４の大きな領域が横方向に除去され、これによって
第５図に図示されたように、ビアホールの基部において
インクコネクトパターンの幅と同程度の大きさのコンタ
クト領域２３を形成する。金属のサクリファイス層１４
を形成すると都合がよいが、前述のように眉間誘電体層
１６のデポジションとエツチングと両立し得るいかなる
材料でもよく、これは眉間誘電体層１６または第１の金
属層１３に影響を与えることなく等方性エツチングプロ
セス期間中に実質的に除去可能である。
更に、等方性エツチングはポリマーフィルム１９に取り
込まれている残留パックスバッタ材料、特に従来のフォ
トレジストクリーニングプロセス後残留する無機成分を
除去する。第１の金属層１３は前記のように等方性エツ
チングに対するエツチング停止層（ｅｔｃｈ ５ｔｏｐ
）として作用すると共に等方性エツチングの期間中にイ
ンクコネクト層１２を損傷から保護する。サクリファイ
ス層Ｉ４もまた層間誘電体層重６のエツチング期間中に
第１の金属層１３を保護し、従って露出された第１の金
属層１３の表面が酸化物および汚染物のない実質的にデ
ポジットされたままの表面になるように作用する。第１
の金属層１３の上部に形成された次の引き続く金属層の
品質は表面の清浄度に大きく依存し、従ってこのサクリ
ファイス層１４の保護機能は非常に重要である。
込まれている残留パックスバッタ材料、特に従来のフォ
トレジストクリーニングプロセス後残留する無機成分を
除去する。第１の金属層１３は前記のように等方性エツ
チングに対するエツチング停止層（ｅｔｃｈ ５ｔｏｐ
）として作用すると共に等方性エツチングの期間中にイ
ンクコネクト層１２を損傷から保護する。サクリファイ
ス層Ｉ４もまた層間誘電体層重６のエツチング期間中に
第１の金属層１３を保護し、従って露出された第１の金
属層１３の表面が酸化物および汚染物のない実質的にデ
ポジットされたままの表面になるように作用する。第１
の金属層１３の上部に形成された次の引き続く金属層の
品質は表面の清浄度に大きく依存し、従ってこのサクリ
ファイス層１４の保護機能は非常に重要である。
第５図はビアホールコンタクト構造の平面図である。第
１のインクコネクト層は、その上の第１の金属層１３お
よびサクリファイス層１４と共に、パターニングされ、
ビアホール窓１８の下側にランディングパッド（ｌａｎ
ｄｉｎｇ ｐａｄ）２９を形成する。
１のインクコネクト層は、その上の第１の金属層１３お
よびサクリファイス層１４と共に、パターニングされ、
ビアホール窓１８の下側にランディングパッド（ｌａｎ
ｄｉｎｇ ｐａｄ）２９を形成する。
層間誘電体層１６（回路）は全表面を被覆する。
ビアホール窓１８は、理想的には、ランディングパッド
２９の中央に配置される。ビアホール窓１８の直径とラ
ンディングパッド２９の幅との間の差は使用したフォト
リソグラフィープロセスの整合余裕を表わす。ビアホー
ル窓Ｉ８は前記のように層間誘電体層Ｉ６内に延在し、
またコンタクト領域２３がサクリファイス層１４を除去
することによって形成される。コンタクト領域２３はビ
アホール窓１８よりかなり大きく、またコンタクト領域
２３はエツチングプロセスによって形成されるので、こ
の領域はより多くのサクリファイス層１４をエツチング
除去することによって増加させ得ることがわかる。ビア
ホール窓１８が形成されるときの整合誤差はコンタクト
領域２３の大きさくサイズ）を変えず、また厳しい整合
誤差はサクリファイス層１４をより多くエツチング除去
することによって補償され得る点に注目すべきである。
２９の中央に配置される。ビアホール窓１８の直径とラ
ンディングパッド２９の幅との間の差は使用したフォト
リソグラフィープロセスの整合余裕を表わす。ビアホー
ル窓Ｉ８は前記のように層間誘電体層Ｉ６内に延在し、
またコンタクト領域２３がサクリファイス層１４を除去
することによって形成される。コンタクト領域２３はビ
アホール窓１８よりかなり大きく、またコンタクト領域
２３はエツチングプロセスによって形成されるので、こ
の領域はより多くのサクリファイス層１４をエツチング
除去することによって増加させ得ることがわかる。ビア
ホール窓１８が形成されるときの整合誤差はコンタクト
領域２３の大きさくサイズ）を変えず、また厳しい整合
誤差はサクリファイス層１４をより多くエツチング除去
することによって補償され得る点に注目すべきである。
第６図はビアホール金属被覆化層２１でビアホールを充
填した後のビアホールコンタクト構造を示す。ビアホー
ル金属被覆化層２１は第１の金属層１３の露出された領
域上において選択的に形成される。好適な実施例におい
ては、ビアホール金属被覆化層２１は水素雰囲気中で還
元された六弗化タングステン（ＷＦ・）を用い、タング
ステン（Ｗ）の化学的気相堆積成長（ＣＶＤ）によって
形成される。その他のＣＶＤ金属デポジションプロセス
も知られており、第１の金属層１３およびサクリファイ
ス層１４に対して両立し得る材料を選択することによっ
て使用してもよい。更に、無電解金属めっき（ｅｌｅｃ
ｔｒｏｌｅｓｓ ｍｅｔａｌ ｐｌａｔｉｎｇ）などの
何らかの化学的堆積（ＣＶＤ）プロセスによってビアホ
ール金属被覆化層２１を形成してもよい。第１の金属層
１３はＷＦ、ガスが使用されたときは弗素などのＣＶＤ
プロセスの生成物からインタコネクト（金属配線）層１
２を保護するように作用する。ＣＶＤ金属被覆化プロセ
スは逆“Ｔ”字状ボイドを充填し、従ってビアホール金
属被覆化層２１と第１の金属層１３との間にコンタクト
領域２３を形成する。ビアホール金属被覆化層と接触し
て第２のインクコネクト層２２が形成され、従来のフォ
トレジスト技術によってパターニングされている。
填した後のビアホールコンタクト構造を示す。ビアホー
ル金属被覆化層２１は第１の金属層１３の露出された領
域上において選択的に形成される。好適な実施例におい
ては、ビアホール金属被覆化層２１は水素雰囲気中で還
元された六弗化タングステン（ＷＦ・）を用い、タング
ステン（Ｗ）の化学的気相堆積成長（ＣＶＤ）によって
形成される。その他のＣＶＤ金属デポジションプロセス
も知られており、第１の金属層１３およびサクリファイ
ス層１４に対して両立し得る材料を選択することによっ
て使用してもよい。更に、無電解金属めっき（ｅｌｅｃ
ｔｒｏｌｅｓｓ ｍｅｔａｌ ｐｌａｔｉｎｇ）などの
何らかの化学的堆積（ＣＶＤ）プロセスによってビアホ
ール金属被覆化層２１を形成してもよい。第１の金属層
１３はＷＦ、ガスが使用されたときは弗素などのＣＶＤ
プロセスの生成物からインタコネクト（金属配線）層１
２を保護するように作用する。ＣＶＤ金属被覆化プロセ
スは逆“Ｔ”字状ボイドを充填し、従ってビアホール金
属被覆化層２１と第１の金属層１３との間にコンタクト
領域２３を形成する。ビアホール金属被覆化層と接触し
て第２のインクコネクト層２２が形成され、従来のフォ
トレジスト技術によってパターニングされている。
他の実施例においては、ビアホール金属被覆化層２１が
形成され、眉間誘電体層１６の上部にマツシュルーム形
状のキャップ（回路）が形成されるようにビアホールを
過剰充填する。この構造はビアホール金属被覆化層２１
と第２のインクコネクト層２２との間の境界面（インタ
フェース）領域を増加させ、これによりビアホールの抵
抗を更に改善し向上させる。層間誘電体層１６をエツチ
ングすることによってビアホールの上部における境界面
領域を増加させる他の方法も従来知られており、ビアホ
ール抵抗を低下させるのに有効である。以上示したよう
に、改良されたビアホ、−ルコンタクト構造により多層
金属被覆化層を有するデバイスを形成する方法が提供さ
れ、そこではビアホールの基部におけるコンタクト領域
は下地層としてのインクコネクト層の領域と同じ程度の
大きさにできるということが理解されるであろう。コン
タクト領域の増加はサクリファイス層を使用することに
よって誘起され、この層は選択的にデポジットされたビ
アホール金属被覆化層によって除去され、置き換えられ
る。ビアホールの基部におけるコンタクト領域はサクリ
ファイス層を除去することによって形成され、ビアホー
ルコンタクト窓の下地層としてのインクコネクト層に対
する整合余裕は著しく改善されている。コンタクト領域
が大きいとそれだけビアホールコンタクトの抵抗が低下
すると共にビアホールコンタクト領域内の電流密度が低
下し、これによってコンタクトの信頼性が改善される。
形成され、眉間誘電体層１６の上部にマツシュルーム形
状のキャップ（回路）が形成されるようにビアホールを
過剰充填する。この構造はビアホール金属被覆化層２１
と第２のインクコネクト層２２との間の境界面（インタ
フェース）領域を増加させ、これによりビアホールの抵
抗を更に改善し向上させる。層間誘電体層１６をエツチ
ングすることによってビアホールの上部における境界面
領域を増加させる他の方法も従来知られており、ビアホ
ール抵抗を低下させるのに有効である。以上示したよう
に、改良されたビアホ、−ルコンタクト構造により多層
金属被覆化層を有するデバイスを形成する方法が提供さ
れ、そこではビアホールの基部におけるコンタクト領域
は下地層としてのインクコネクト層の領域と同じ程度の
大きさにできるということが理解されるであろう。コン
タクト領域の増加はサクリファイス層を使用することに
よって誘起され、この層は選択的にデポジットされたビ
アホール金属被覆化層によって除去され、置き換えられ
る。ビアホールの基部におけるコンタクト領域はサクリ
ファイス層を除去することによって形成され、ビアホー
ルコンタクト窓の下地層としてのインクコネクト層に対
する整合余裕は著しく改善されている。コンタクト領域
が大きいとそれだけビアホールコンタクトの抵抗が低下
すると共にビアホールコンタクト領域内の電流密度が低
下し、これによってコンタクトの信頼性が改善される。
第１図乃至第４図および第６図は製造の各工程における
金属ビアホールを有する多層金属被覆化層を示す拡大断
面図、第５図は多層金属被覆化層の構造の平面図である
。
金属ビアホールを有する多層金属被覆化層を示す拡大断
面図、第５図は多層金属被覆化層の構造の平面図である
。
Claims (3)
- （１）多層金属被覆化層の金属相互接続層の間に形成さ
れたビアホール金属被覆化層のコンタクト領域を増加さ
せる方法であって、第１の金属層を設ける工程と、前記
第１の金属層はサクリフアイス層に対するエッチングス
トップ層となるように前記第１の金属層上にサクリフア
イス層を形成する工程と、前記サクリフアイス層を被覆
する層間誘電体層を形成する工程と、この層間誘電体層
内にビアホールをエッチング形成する工程と、サクリフ
アイス層を等方的にエッチングして、前記第１の金属層
の露出された領域がビアホールの領域より大きくなるよ
うに前記第１の金属層の領域を露出させる工程と、前記
サクリフアイス層の等方的ホールとを充填する露出され
た第１の金属層上にビアホール金属被覆化層を形成する
工程とからなる半導体集積回路用コンタクト構造の形成
方法。 - （２）多層金属被覆化層構造の相互接続層にわたって層
間誘電体層内にビアホールを形成する方法において、前
記相互接続層の要部にわたってサクリフアイス層を形成
する工程と、前記相互接続層と前記サクリフアイス層と
を被覆する層間誘電体層を形成する工程と、前記サクリ
フアイス層の要部を露出すると共にビアホールの頂部を
形成するように前記層間誘電体層をエッチングする工程
と、及び前記サクリフアイス層を実質的に除去してビア
ホールの底部を形成する工程とからなるビアホール形成
方法を含む半導体集積回路用コンタクト構造の形成方法
。 - （３）下地導電性領域に電気的に結合された電極を有す
る半導体装置であって、前記電極と導電性領域との間に
形成された層間誘電体層と、前記層間誘電体層内におい
てエッチングされた頂部領域と底部領域とを有し、底部
領域は前記頂部領域より大きく形成されたビアホールと
、このビアホールをその形状に適合して充填し、ビアホ
ールの底部領域で前記導電性領域に電気的に結合される
と共にビアホールの頂部領域で電極に電気的に結合され
るビアホール金属被覆化層とを備えた半導体集積回路用
コンタクト構造。
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| US07/350,665 US4943539A (en) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | Process for making a multilayer metallization structure |
| US350,665 | 1989-05-09 |
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