JPH031559A - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は半導体装置の製造方法に関し、更に詳しくは
金属配線の下地層に高融点金属を用いてシリコン基板上
の酸化膜に形成されたコンタクトホールを介してシリコ
ン基板内の不純物拡散層と上記酸化膜上の配線部とを導
通させるようにした半導体装置の製造方法に関するもの
である。

（ロ）従来の技術 一般に、半導体装置の金属配線としては、アルミニウム
合金が広く用いられている。ところが、近年の集積回路
の高密度化にともない、このアルミニウム合金と基板シ
リコンとの反応によるコンタクト特性の劣化が問題とな
ってきた。そこで、チタンタングステン、チタンナイト
ライド、タングステンシリサイド又はモリブデンシリサ
イド等の高融点金属やその合金あるいはシリサイドを金
属配線に用いる方法が従来から試みられていた。

これは、高融点金属等だけが基板シリコンと接触するよ
うに、金属配線の下地層にこの高融点金属等を挿入した
り、バリアメタルと呼ばれる高融点金属又はその合金あ
るいはシリサイド自体を金属配線として用いるものであ
る。

金属配線の下地層に高融点金属を用いる従来の半導体装
置の製造方法を第６図にもとづいて説明する。ここでは
、ＭＯＳ−ＦＥＴのソース又はドレイン金属配線を接続
する場合を示す。

まず、第６図（ａ）に示すように、シリコン基板ｌｌ上
にフィールド酸化膜１２を形成した後に、ゲート酸化膜
１３、ゲート電極１４および拡散層１５を形成し、さら
にその上面全面を眉間絶縁膜１６で覆う。

次に、第６図（ｂ）に示すように、フォトレジスト１７
をマスクとして拡散層１５上の眉間絶縁膜１６およびゲ
ート酸化膜１３を除去することにより、コンタクトホー
ル１８を形成する。

そして、第６図（Ｃ）に示すように、フォトレジスト１
７を除去した後に、コンタクトホール１８内ら含めて眉
間絶縁膜１６の上面全面を高融点金属膜１９λで覆い、
さらにその上面全面をアルミニウム合金膜１９ｂで覆っ
て金属配線１９を形成する。この高融点金属膜１９ａお
よびアルミニウム合金ｆｆ１１９ｂは、スパッタリング
法またはＣＶＤ法で形成する。これにより、コンタクト
ホール１８を介して、シリコン基板１１内の拡散層１５
と層間絶縁膜１６上の金属配線［１９とを接続すること
ができる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかし、高融点金属を、バリアメタルとして用いる場合
、バリアメタルと言えども真上のＡ１合金と反応してＡ
ｔと高融点金属との合金がバリアメタル層に形成される
。しかもこの合金はコンタクトホール内においてはバリ
アメタル層真下の下地拡散層のＳｔとも反応してバリア
メタル層に上記高融点金属、Ａ１およびＳｉの３元素の
合金が形成される。

即ち、このバリアメタル層がコンタクトホール底部に、
上・下にそれぞれＡ１合金膜、不純物層とに隣接して配
設され、しかも５００人〜１０００人程度の薄膜で形成
されるから、上述の反応が後の熱処理工程（シンター、
眉間絶縁膜形成等）で生じ、下地のＳｔを吸いあげて接
合を破壊するおそれがある。

また、バリアメタルに高融点金属のシリサイドを用いた
場合は、Ａ１合金中のＳｔがコンタクトホール底部のバ
リアメタル層上に偏析するから、コンタクト抵抗の劣化
を避は難い。

この発明は、金属配線膜と下地のシリコン基板との接合
が破壊されるのを防止するとともに、コンタクト抵抗を
低減できる半導体装置の製造方法を提供することを目的
とするものである。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用この発明は、
シリコン基板上の酸化膜に形成されたコンタクトホール
を介してシリコン基板内の不純物拡散層と上記酸化膜上
の配線部とを導通させるに際して、シリコン基板上に、
その全面に酸化膜を積層した後その酸化膜の上記不純物
拡散層上にコンタクトホールを開口し、コンタクトホー
ルおよび酸化膜全面に沿って高融点金属またはそのシリ
サイドの第一バリアメタル層を形成し、続いて絶縁膜を
第一バリアメタル層上に積層してコンタクトホール内に
埋設し、その後絶縁膜をコンタクトホール内のみ残存さ
せ、さらに、全面に、シリコン・アルミニウム合金の単
層配線膜、または第二バリアメタルおよびシリコン・ア
ルミニウム合金を順次積層してなる積層配線膜を形成し
たことを特徴とする半導体装置の製造方法である。

すなわち、この発明は、不純物拡散されたシリコン基板
と、その上の酸化膜に形成されたコンタクトホールを介
して、金属配線膜とを直接接触させるに際して、金属配
線膜を上層・下層配線部分から構成し、少なくともコン
タクト底部における不純物拡散層との接触面上に下層配
線部分として高融点金属またはそのシリサイドのバリア
メタル層を形成し、 （ｉ）上層配線部分としてのアルミニウム合金膜との間
に絶縁膜を挿入してアルミニウム合金膜とバリアメタル
層とを分離するようにしたことから、従来のように、ア
ルミニウムと高融点金属が反応してなる合金がバリアメ
タル層に形成されるのを防止できるととらに、その合金
がコンタクトホール内においては金属配線膜下地のシリ
コン基板からシリコンを吸い上げてバリアメタル層にシ
リコンが析出するのを防止できる。

また、バリアメタル層として上記シリサイドを用いても
、絶縁膜の介入によりアルミニウム合金膜中のシリコン
がコンタクトホール底部のバリアメタル層に偏析するこ
とはなくなり、コンタクト抵抗の劣化を防止できる。

または、（ｉｉ）上層配線部分をアルミニウム合金膜の
代わりに、バリアメタル及びアルミニウム合金を順次積
層してなる積層構造に形成して上記絶縁膜とアルミニウ
ム合金膜との間にもバリアメタル層を挿入するようにし
たので、絶縁膜とアルミニウム合金膜との反応も防止で
きる。そして、メタルエツチングの特性を改善できる。

しかも上記（ｉ）　　（ｉｉ）共に、コンタクトホール
を絶縁膜で埋設したので、コンタクト部を平坦化できる
利点を有する。

（ホ）実施例 以下図に示す実施例にもとづいてこの発明を詳述する。

なお、これによってこの発明は限定を受けるものではな
い。

第１図はこの発明の第１の実施例を説明するためのもの
である。

第１図（ｄ）において、半導体装置は、Ｓｉ基板ｌの不
純物拡散層ｌａ上にコンタクトホール２ａを有するボロ
ン（Ｂ）−リン（Ｐ）がドープされた５ｉＯｚ膜２と、
その５ｉＯｔｌｌＥ上およびコンタクトホール２ａの内
壁全面に沿って配設されたＴｉＷやＴｉＮなどの高融点
メタルのバリアメタル層３と、コンタクトホール２ユ内
に埋設されたＳＯＧ膜４ｂと、これら全面に積層され、
５ｉｆｔ膜２真上のバリアメタル層３と導通される５ｉ
−Ａ１合金膜６とからなる。

以下製造方法について説明する。

まず、Ｓｉ基板ｌ上に、その全面にボロン・リンがドー
プされた５ｉｆｔ膜を約９０００人の厚さに積層した後
、不純物拡散層ｌａ上のＳｉＯ２膜部分に公知のフォト
エツチング法を用いてコンタクトホール２ａを開口し、 コンタクトホール２ａおよび残存する酸化膜２の全面に
沿って高融点金属のＴｉＷやＴｉＨなどの膜（第一バリ
アメタル層）３を形成する［第１図（ａ）参照］。この
際、バリアメタル層３は厚膜に形成され、約１０００〜
３０００人の厚さが適当である。

続いて、全面に公知の方法でスピン・オン・グラス（Ｓ
ＯＧ）を回転塗布し、さらにベークして５ｉＯｚ膜４を
コンタクトホール２ａ内に埋設する［第１図（ｂ）参照
］。この際、このＳＯＧには耐クラツク性にすぐれた有
機ケイ素系の材料のものが好ましい。そして、コンタク
トホール２ａ上のＳ　ｉＯを膜４１の膜厚は約ｔｏｏｏ
ｏ〜１５０００人であり、それ以外の領域でのＳｔ○、
膜４の膜厚は約５０００人である。

次に、リアクティブイオンエツチングで異方性エッチす
ることによりコンタクトホール２ａ内以外のＳｉｎ、膜
を除去する［第１図（ｃ）参照］。この際、オーバーエ
ッチを調整することでコンタクトホール２ａの内部にの
みＳｉ○、膜４ｂが残存する。

その後、全面に５ｉ−Ａ１合金膜６を約６０００人の厚
さに積層し［第１図（ｄ）参照コ、しかる後、公知のフ
ォトリソグラフィーによってＡ１合金膜６およびバリア
メタル層３の所定領域を連続エツチングして配線をおこ
なう。

このように本実施例では、コンタクトホール２ａの底部
でＳｔ基板ｌと接触するバリアメタル層３に高融点金属
のＴｉＷやＴｉＮなどを用い、その上層のＡ１合金層６
との間にＳｏＧを回転塗布してなる５ｉＯｚ膜４ｂを挿
入するようにしたので、コンタクトホール２ユにおいて
、Ａ１合金膜６からバリアメタル層３、さらには不純物
拡散層１ａを分離でき、バリアメタル層３にＡｔ−Ｗ−
ＳｔあるいはＡｌ−Ｔｉ−５ｔの３元素合金が形成され
るのを防止できるとともに、バリアメタル層３を厚膜で
形成したので、下地のＳｔ基板ｌのＳｉを吸い上げて接
合が破壊されるのを防止できる。また、メタル配線後の
コンタクトホールの平坦化が達成できる。

その結果、コンタクト抵抗はバリアメタルのみで決定さ
れる安定した値となり、シリサイド反応が生ずる温度、
時間までその特性は維持される。

すなわち、約５００〜６００℃といった高融点金属がシ
リサイド化される反応温度まで耐熱性を有する底抵抗コ
ンタクトを実現できる。

第２図は上層配線部分をＴｉＷやＴｉＨなどのバリアメ
タル層およびＡ１合金膜とを順次積層してなる積層構造
にしたこの発明の第２の実施例を示す。

すなわち、本実施例ではコンタクトホール２ａ内のみ５
ｔａｒの５ｏｃｉを形成する工浬［第１図（ｃ）参照］
までは上記第１の実施例と同一工程を有する。以後、第
２図に示すように、全面に、ＴｉＷやＴ　ｉ　Ｎなどの
バリアメタル層（第二バリアメタル層）７およびＡ１合
金膜８を順次積層する。この際、バリアメタル層７を約
５００〜１０００大の薄膜に形成し、Ａ１合金膜８を６
０００人に積層する。

これによりコンタクト↑氏抗はバリアメタルのみで決定
される安定した値となり、シリサイド化反応が生ずる温
度、時間までその特性が推持される。

しかも５ＯＧ−Ａｔとの反応も第二バリアメタル層７を
介在させたことにより防止でき、かつコンタクト部の平
坦化を更に向上できる。

第３図は、第１図（ａ）に示すように下層配線部分のバ
リアメタル層３を形成した後、全面に、テトラエトオキ
シシラン（ＴＥＯＳ）とオゾンの気相成長法を用いて絶
縁膜としてＳ　ｉ　Ｏを膜を形成したこの発明の第３の
実施例を示す。

すなわち、第１図（ａ）で示すようにバリアメタルＦｉ
３を形成した後、全面に、気相成長法によりＳｉ○、膜
９を堆積する［第３図参照］。この際、５ｉＯｚ膜をコ
ンタクトホール２λに約７０００人の厚さに埋設する。

その後の工程は第１図（ｃ）および第１図（ｄ）と同様
である。

このように本実施例では、ＳＯＧ膜のかわりに気相成長
法を用いて５ｉｆｔ膜９を形成したので、カバレッジの
良好な絶縁膜を形成できる。

第４図はコンタクトホール内のみに絶縁膜を残した後、
コンタクトホール内以外のバリアメタル層を除去してコ
ンタクトホール内のみにバリアメタル層部分を残存させ
るようにしたこの発明の第４あるいは第５の実施例を示
す。

すなわち、第３図に示す状態あるいは第１図（ｂ）に示
す状態からＳｉＯ＊１ｌｆＥ９あるいはＳＯＧ膜４の絶
縁膜とともに、バリアメタル層３を約７０００人等速エ
ッチしてコンタクトホール２λの中にのみ絶縁膜部分９
ａあるいは４ｂおよびバリアメタル層部分３ａを残す［
第４図（ａ）参照コ。続いて、全面にＡ１合金膜６を積
層する［第４図（ａ）参照］。

続いて、全面にＡ１合金膜６を積層する［第４図（ｂ）
参照］。この際、コンタクトホール２ａの側壁上面に露
出しているバリアメタル露出部１０を介してＡ１合金Ｗ
Ａ６と導通される。

第５図は、第４図における上層配線部としてのＡ１合金
膜を上記第２の実施例で示したような積層構造にしたこ
の発明の第６の実施例を示す。

すなわち、第４図（ａ）の工程後、全面に、ＴｉＷ’Ｐ
ＴｉＮなどのバリアメタル層（第二バリアメタル層）１
１およびＡ１合金膜８を順次積層する。

これにより、ＳＯＧ＠４ｂあるいは５ｉｆｔ膜９２Ｌと
ＡＩとの反応も防止できる。

なお、上記各実施例では、絶縁膜として回転塗布法によ
り形成されたＳｏＧ膜や、カバレッジの良い、気相成長
法により形成された５ｉＯＪｉをそれぞれ用いたちのを
示したが、この絶縁膜として、他にカバレッジの良いＣ
ＶＤ絶縁膜や有機塗布膜あるいは無機塗布膜を用いるこ
とで同時にコンタクトホールの穴埋めも可能である。

このように、ＡＩと高融点金属及びそのシリサイドとＳ
ｉとが共存するときに生じていた従来の不都合は、その
３者のうちどれか１つを分離することで容易に解決でき
る。

（へ）発明の効果 以上のようにこの発明によれば、Ｓｉ基板との接触面は
、高融点金寓及びシリサイドを用い、その上層のＡ１合
金との間に絶縁膜を挿入することでＡｔとＳｉ及び高融
点金属及びシリサイドを分離し、３元素合金及びＳｉ析
出を防止できる。

その結果、メタル配線後のコンタクトホールの平坦化が
達成できるだけでなく約５００〜６００℃といった高融
点金属がシリサイド化反応される温度まで耐熱性のある
低抵抗コンタクトが実現できる効果がある。

また、上層配線膜がバリアメタルとＡ１合金との積層膜
とする事により、絶縁膜とＡｔとの反応を防止できると
ともに、メタルエツチングの特性を改善でき、さらには
コンタクトホール部における平坦化を向上できる利点を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を説明するための製造
工程説明図、第２図および第３図はそれぞれこの発明の
第２および第３の実施例を説明するための構成説明図、
第４図はこの発明の第４あるいは第５の実施例を説明す
るための製造工程説明図、第５図はこの発明の第６の実
施例を説明するための構成説明図、第６図は従来例を示
す製造工程説明図である。 ｌ・・・・・・シリコン基板、ｌａ・・・・・・不純物
拡散層、２・・・・・・Ｓｉｎ、膜（酸化膜）、２ａ・
・・・・・コンタクトホール、 ３・・・・・・バリアメタル（第一のバリアメタルＮ）
、３ａ・・・・・・バリアメタル層部分、４ｂ・・・・
・・ＳＯＧ膜（絶縁膜）、６・・・・・・５ｔ−Ａ１合
金膜、 ７．１１・・・・・・バリアメタル層（第二バリアメタ
ル層）、 ９ａ・・・・・・ＳｉＯｘ膜（絶縁膜）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコン基板上の酸化膜に形成されたコンタクトホ
   ールを介してシリコン基板内の不純物拡散層と上記酸化
   膜上の配線部とを導通させるに際して、 シリコン基板上に、その全面に酸化膜を積層した後その
   酸化膜の上記不純物拡散層上にコンタクトホールを開口
   し、 コンタクトホールおよび酸化膜全面に沿って高融点金属
   またはそのシリサイドの第一バリアメタル層を形成し、 続いて絶縁膜を第一バリアメタル層上に積層してコンタ
   クトホール内に埋設し、 その後絶縁膜をコンタクトホール内のみ残存させ、 さらに、全面に、シリコン・アルミニウム合金の単層配
   線膜、または第二バリアメタルおよびシリコン・アルミ
   ニウム合金を順次積層してなる積層配線膜を形成したこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。