JPH03230531A

JPH03230531A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH03230531A
Application number: JP2651190A
Authority: JP
Inventors: Masato Kanazawa; 正人金澤
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-02-06
Filing date: 1990-02-06
Publication date: 1991-10-14

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、半導体装置内に形成されたコンタクト開口部
を埋め込む半導体装置の製造方法に関するものである。

従来の技術近年、半導体装置の微細化、高集積化に伴い、配線の断
線不良、コンタクト不良の対策が必要となり、配線の信
頼性向上のため、アルミニウムまたはその合金単層に代
わり、金属硅化物層あるいは金属窒化物層を、アルミニ
ウムまたはその合金の下部、上部またはその両部に用い
た積層配線が利用されるようになってきている。またア
ルミニウムまたはその合金膜は、耐エレクトロマイグレ
ーション性、耐ストレスマ１′グレージョン性に弱いこ
とから、アルミニウムまたはその合金膜に変わる材料と
して、タングステンを用いるべく研究開発が行なわれて
いるのが現状である。減圧気相成長法によるタングステ
ンの半導体装置への応用として、たとえば、アイ・イー
・イー・イー　１９８９年カスタムインテグレーティッ
ドサーキットコンファレンス　１８．１．１．’“アプ
リケーションズオブＣＶＤ　タングステン　インＶＬＳ
　Ｉ　　サーキ・ン゛ン”（ＩＥＥＥ　１９８９　ＣＵ
ＳＴＯＭ　ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ　ＣＩＲＣＵＩＴＣＯ
ＮＦＥＩＩＥＮＣＥ　１８．１．１”ＡＰＰＬＩＣＡＴ
ＩＯＮＳ　ＯＦ　ＣＶ［］　ＴＵＮＧＳＴＥＮＮ　ＶＬ
ＳＩ　ＣＩＩＩＣＩＩＩＴＳ”）にその概要が示されて
いる。

特に半導体装置の配線間を接続するコンタクト開口部に
着目すると、コンタクト開口部の段差部での配線の被覆
率を向上し、段差部での断線の防止、上部保護膜の被覆
率を向上し保護膜の耐湿性の向上、総記線抵抗の低減、
等を達成するため、コンタクト開口部内のみを導伝性の
材料により埋め込む技術がある。た古えば、ＷＦ６のＳ
ｉＨ４還元反応を利用した減圧気相成長法によるタング
ステンの選択成長技術が、１つの有力なコンタクト開口
部の埋め込み技術として研究開発が盛んに行なわれてい
る。減圧気相成長法によるタングステンの選択成長技術
においては、バッチ式の電気炉タイプの装置から、高真
空の装置で枚様式のランプ加熱方式を利用したコールド
ウオール型のチャンバーを用いることにより、工程の安
定度と再現性が増したことも注目される要因である。

以下に従来のＷＦ６のＳ　ｉ　Ｈ４還元反応を利用した
減圧気相成長法によるタングステンの選択成長技術によ
り、コンタクト開口部内のみにタングステンを埋め込む
半導体装置の製造方法の一例を示す。第３図は上記従来
の半導体装置の製造方法によって形成されるコンタクト
開口部の断面図である。Ｐ型半導体基板１上に選択酸化
によるフィールド絶縁膜２が形成され、更に加速エネル
ギー４０ｋｅＶ、ドーズＢｋ　５　ｘ　１０１５／　ｃ
ｍ−２程度のＡｓ＋イオン注入により、Ａｓ＋イオン注
入層が形成される。その上部に層間絶縁膜３（７００ｎ
ｍ）として、たとえば、気相成長法によりＢ　Ｐ　Ｓ　
Ｇ（［］ｏｒ。

Ｐｌ＋ｏｓｐｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）が７
００ｎｍ形成され、電気炉による９００℃６０分程度の
熱処理により、Ｂ　Ｐ　Ｓ　Ｇの平坦化と同時に、拡散
層の深さ０．２μｍ程度のＮ型拡散層４が形成される。

その上部にコンタクト開口部５が、たとえば、フォトリ
ソグラフィーとドライエッヂレグ法により形成される（
第３図（Ａ〉）。コンタクト開口部５を、たとえば、フ
ッ酸の希釈液による化学的な洗浄後、ＷＦ６の５ｉ）１
４還元反応を利用した減圧気相成長法によるタングステ
ンの選択成長技術により、コンタクト開口部５内のみに
タングステン６を７００ｎｍ埋め込む（第３図（Ｂ））
。さらにその上部に、圧力５　ｍｔｏｒｒ程度のｌ＼ｒ
雰囲気中で高周波を印加し、Ａ　ｒイオンによりタング
ステン表面をスパッタリングしたのち、同一真空装置内
でＤＣマグネトロンスパッタ法により、アルミニウム系
合金膜７を堆積し上部配線を形成する（第３図（Ｃ〉）
。

以上のような半導体装置の製造方法によると、コンタク
ト開口部がタングステンにより埋め込まれるために、コ
ンタクト開口部における上部アルミニウム合金配線の被
覆率が向上し、断線を低減できると共に総記線抵抗を低
減できる等、多大な優位点がある。これらの優位点につ
いては、前記アイ・イー・イー・イー１９８９年カスタ
ム　インチグレーティラドサーキット　コンファレンス
１８、１．１．“アプリケーションズオブＣＶＤタング
ステンインＶＬＳ　Ｉ　　サーキツツ”ＩＥＥＥ１９８
９　ＣＵＳＴＯＭ　ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ　ＣＩＲＣＵ
ＩＴ　Ｃ０ＮＦＥＲＥＮＣＥ　１８゜１．１“ＡＰＰＬ
ＩＣＡＴＩＯＮＳ　　ＯＦ　　ＣＶＤ　　ＴＵＮＧＳＴ
ＥＮ　　ＩＮ　　ＶＬＳＩ　　ＣＩＲＣｔｌ　ＩＴＳ”
にも示されている。また前記、Ｗ　Ｆ　ｅのＳｉＨ４還
元反応を利用した減圧気相成長法によるタングステンの
選択成長技術においては、選択性（目的とするコンタク
ト開口部内のみならず、コンタクト開口部以外の層間絶
縁膜上にタングステンが成長しない度合）の向上、コン
タクト抵抗の安定化のために、ＷＦＧのＳｉＨ４還元反
応を利用した減圧気相成長法によるタングステンの成長
を行なう前に、たとえば、Ｗ　Ｆ　６−、　Ｈ２、Ａ　
ｒの混合ガス中で３００℃程度に半導体基板を加熱する
などの方法（以下、前処理）がとられる。−−一般には
、Ｗ　Ｆ　ｅのＳｉＨ４還元反応は、２ＷＦ６＋３Ｓｉ
Ｈ４→２Ｗ　＋　３　Ｓ　ｉ　Ｆ４＋　６　Ｈ２■で起
こるために、拡散層上の自然酸化膜の還元効果はなく、
拡散層との密着性も１　／、良好なコンタクト特性を有
する再現性のよいコンタクト形成は難しいことが知られ
ている。一方、ＷＦｃの１−１２還元反応では、極初期
過程において、２ＷＦｃ＋３３ｉ−２Ｗ↓３ＳｉＦ、＋　　　　　■の
反応が起り、ある意味ではコンタクト開Ｕ部の底がエツ
チングされるために、拡散層との密着１ｉも増し、より
安定なコンタクト形成が可能となる。さらに、３００℃
程度に加熱した゛１′−導体基板上の層間絶縁膜をＷＦ
６．　ＩＩ２．　Ａ　ｒ−の混合カス中にさらすことに
より、後のＷＦ６のＳｉＨ４還元反応を利用した減圧気
相成長法によるタングステンの成長過程において、層間
絶縁膜−Ｆにタングステンが成長しにくくなり、選択性
が向上することが知られている。また、前記■の反応は
３００　’ＣＣ変度温度領域においては、半導体基板の
温度が高いほど、処理時間が長いほど進み、選択性も向
上することが知られている。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上記従来の半導体装置の製造方法では、
選択性の低下による層間絶縁膜上に成長したタングステ
ンは、上部アルミニウム合金配線の短絡や断線をひきお
こすため、半導体装置を高歩留りで製造する上で、ＷＦ
６．　ｔ（２，Ａ　ｒの混合カス中での１１１丁処理を
より高温かつ長時間荷ない、選択性を十分に向上する必
要があり、前記■の反応による下地の拡散層の８１の浸
食量は必要以上こ多いものとなってしまう。下地の拡散
層のＳｉの浸食量の増加は、拡散層深さが０．３μｍ以
下の半導体装置に適用した場合、選択性を向上するため
のＷＦＧ、　）１２．　Ａ　ｒの混合カス中での前処理
により、拡散層と下地半導体基板とのｐｎ接合が破壊さ
れ、ｐｎ接合の逆方向電流が増加するという問題がある
。本発明は、選択性を向上するためのＷＦ６．　）（２
，Ａ　ｒの混合カス中ての前処理を十分に行ない、半導
体装置を高歩留りで製造するための選択性を十分に得、
しかも、拡散層と下地半導体基板とのｐｎ接合が破壊さ
れず、ｐｎ接合の逆方向電流の増加のない半導体装置の
製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段半導体基板上に形成された第１の絶縁膜の所定領域をエ
ツチングし、前記半導体基板表面を露出する工程上、前
記半導体基板上に導電膜を形成する工程と、前記導電膜
上でかつ前記半導体基板表面が露出した領域にレジスト
を形成する工程と、前記半導体基板表面が露出した領域
以外にある前記導電膜をエツチング除去する工程と、前
記半導体基板表面が露出した領域にある前記レジストを
除去する工程と、前記導電膜上でかつ前記半導体が露出
した領域に減圧気相成長でタングステン膜を選択形成す
る。

また、゛ト導体基板上に形成された第１の絶縁膜をエツ
チングし、前記半導体基板表面の第１の所定領域を露出
する工程と、前記半導体基板上に導電膜を形成する工程
と、少な（とも前記第１の所定領域より広い第２の領域
の前記導電膜を残存する工程と、前記半導体基板上に第
２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の領域の第３の
所定領域の前記第２の絶縁膜を除去し前記導電膜を露出
する工程と、前記導電膜上でかつ前記第３の所定領域に
減圧気相成長でタングステン膜を選択形成する。

作用前記半導体装置の製造方法によると、選択性を向上する
ためのＷＦ６．Ｈ２，Ａ　ｒの混合ガス中での前処理過
程では、下地拡散層上部には導伝膜層が形成されており
、拡散層表面の８１は直接Ｗ　Ｆ　ｓガスに接触しない
。したがって、半導体装置を高歩留りで製造する上で、
選択性を向上するに必要十分な前処理を行なっても、前
記■の反応による拡散層のＳｉの浸食は防止される。

実施例以下に、本発明の第１の実施例について図面を参照しな
がら説明する。第１図は、本発明の第１の実施例におけ
る、半導体装置の製造方法を示すコンタクト開口部の断
面図である。Ｐ型半導体基板１１上に選択酸化によるフ
ィールド絶縁膜１２が形成され、更に加速エネルキー４
０ｋｅＶ、ドーズ量５　ｘ　１０１５／　ｃｍ−２程度
の程度のＡｓ＋イオン注入により、Ａｓ＋イオン注入層
が形成される。

その上部に層間絶縁膜１３く７００旧０）として、たと
えば、気相成長法によりＢＰＳＧが７００ｎｍ形成され
、電気炉による９００℃６０分程度の熱処理により、Ｂ
　Ｔ）　Ｓ　Ｇの平坦化と同時に、拡散層の深さ０．２
μｍ程度のＮ型拡散層１４が形成される。その上部にコ
ンタクト開口部１５が、たとえば、フォトリソグラフィ
ーとドライエツチング法により形成される。コンタクト
開口部１５を、たとえば、フッ酸の希釈液による化学的
な洗浄後、チタン層（膜厚　２０ｎｍ）を、たとえば、
ＤＣマグネトロンスパッタ法により、チタン窒化物層（
膜厚：ｌ１００ｎ＞を、たとえば、窒素とアルゴンの混
合雰囲気中での反応性ＤＣマグネトロンスパッタリング
法により連続で堆積し、導伝膜層１６を形成する（第１
図（Ａ））。続いて約２μｍの膜厚でフォトレジストを
Ｐ型半導体基板全面に回転塗布し、１００’Ｃ程度のベ
ーキングを行なう。更に、たとえば、酸素を含む高周波
プラズマにより、層間絶縁膜１３上のフォトレジストを
エツチング除去し、コンタクト開口部１５内のみにフォ
トレジスト１６を残す。フォトレジスト１６をエツチン
グマスクとして導伝層膜１６を、たとえば、ＨＦ　：　
）ｌＮＯ３：Ｈ２０＝３　：　２００＋　２０の混合液
によりエツチング除去し、コンタクト開口部１５の底部
のみに導伝膜層１６を残す（第１図（Ｂ））。フォトレ
ジスト１６をたとえば、酸素を含む高周波プラズマと発
煙硝酸による洗浄により除去した後、Ｐ型半導体基板１
１をタングステンの成長装置内に導入する。タングステ
ンの成長装置として、たとえば、コールドウオール型の
枚様式チャンバーを仮定すると、前処理ステップとして
、たとえば、Ｐ型半導体基板温度２８０℃、圧力２００
ｍｔｏｒｒ、ガス流量比ＷＦ６：Ｈ２：Ａｒ−１：２０
：５００程度で、１２０秒間程度の処理を行なった後、
タングステンの成長ステップとして、たとえば、Ｐ型半
導体基板温度２４０　’Ｃ、圧力２００ｍｔｏｒｒ、カ
ス流量比ＷＦｓ：　Ｓ　ｉ　Ｈ４：　Ｈ２Ａｒ＝５：３
：２０：５００程度でタングステン１７を膜厚６００口
ｍ成長し、コンタクト開口部１５を埋め込む（第１図（
Ｃ））。さらにその上部に、たとえば、圧力５ｍｔｏｒ
ｒ程度のＡ　ｒ雰囲気中で高周波を印加し、Ａｒイオン
によりタングステン１７の表面をスパッタリングしたの
ち、同一真空装置内でＤＣマグネトロンスパッタ法によ
り、アルミニウム合金膜１８を堆積し上部配線を形成す
る（第１図（Ｄ））。

続いて、本発明の第２の実施例について図面を参照しな
がら説明する。第２図は、本発明の第２の実施例におけ
る、半導体装置の製造方法を示すコンタクト開口部の断
面図である。Ｐ型半導体基板２１上に選択酸化によるフ
ィールド絶縁膜２２が形成され、更に加速エネルギー４
０ｋｅＶ、　　ドーズ量５ｘｌ○＋５．７ｃｍ−：程度
の程度のＡｓ＋イオン注入により、１へＳ＋イオン注入
層が形成される。

更に、電気炉による９００℃６０分程度の熱処理により
、拡散層の深さ０．２μｍ程度のＮ型拡散層２３が形成
される。ＭＯＳＦＥＴのソース／ドレインとなるＮ型拡
散層２３の領域のみをＰ型半導体基板２１上に露出させ
、他の部分は酸化ケイ素膜でおおい、たとえば、フッ酸
の希釈液による化学的な洗浄後、モリブデンケイ化物層
２４（膜厚、１０１００ｎを、たとえば、ＤＣマグネト
ロンスパッタ法により、Ｐ型半導体基板２１上に堆積す
る。続いてフォトレジストをマスクとして、Ｎ型拡散層
２３の上部のモリブデンケイ化物層２４（膜厚：１０１
００ｎのみに、加速エネルギー４０ｋ　ｅＶ、　　ドー
ズ量３　ｘ　１０１５／　ｃｍ−２程度のＡｓ”イオン
注入を行なう。この注入を行なうことにより、後のＢＰ
ＳＧの平坦化の熱処理による、モリブデンケイ化物層２
４とＮ型拡散層２３のコンタクト抵抗の増大を防止する
ことができる。更にフォトリソグラフィーとドライエツ
チング法により、モリブデンケイ化物層２４がすべての
Ｎ型拡散層２３上を覆うようにパターニングする（第２
図（Ａ）　）　、その上部に層間絶縁膜２５　（７００
ｎｍ）として、たとえば、気相成長法によりＢＰＳＧが
７００ｒ＋ｍ形成され、電気炉による９　０００Ｃ６０
分程度の熱処理により、ＢＰＳＧの平坦化が行なわれる
。その上部にコンタクト開口部２６が、たとえば、フォ
トリソグラフィーとドライエツチング法により形成され
る（第２図（Ｂ））。コンタクト開口部２６を、たとえ
ば、フッ酸の希釈液による化学的な洗浄後、Ｐ型半導体
基板２１をタングステンの成長装置内に導入する。タン
グステンの成長装置として、たとえば、コールトウ第一
ル型の枚様式チャンバーを仮定すると、前処理ステップ
として、たとえば、Ｐ型半導体基板２１を温度２８０℃
、圧力２００ｍｔｏｒｒ、カス流峻比ＷＦ６１１（２Ａ
ｒ＝１　＋　２０　：　５００程度で、１２０秒間稈度
の処理を行なった後、タングステンの成長ステップとし
て、たとえば、Ｐ型半導体基板２１をＴ温度２４０　’
Ｃ、圧力２００ｍｔｏｒｒ、カスｒｄｉ量比Ｗ　Ｆ　６
ＳｉＨ４：Ｈ２：Ａｒ＝５＋３：２０＋５００程度でタ
ングステン２７を成長し、コンタクト開口部２６を埋め
込む（第２図（Ｃ））。さらにその上部に、たとえば、
圧力５ｍｔｏｒｒ程度のＡｒ雰囲気中で高周波を印加し
、Ａｒイオンによりタングステン２７の表面をスパッタ
リングしたのち、同一真空装置内でＤＣマグネトロンス
パッタ法により、アルミニウム合金膜２８を堆積し上部
配線を形成する（第２図（Ｄ））。

以上のように、本発明による半導体装置の製造方法では
、選択性を向上するためのＷＦ６．Ｈ２゜Ａｒの混合ガ
ス中での前処理過程では、下地Ｎ型拡散層上部に導伝膜
層（前記実施例では、チタン窒化物層あるいはモリブデ
ンケイ化物層）が形成されており、Ｎ型拡散層表面の８
１は直接Ｗ　Ｆ　ｓガスに接触しない。したがって、半
導体装置を高歩留りで製造する上で必要な選択性を得る
ために、十分な時間および温度の前処理条件を選択して
も、Ｎ型拡散層表面のＳｉはＷＦ６ガスにより浸食され
ない。

以上の実施例では、Ｐ型半導体基板上に形成されたＮ型
拡散層上のコンタクト開口部について示したが、Ｐ型拡
散層上のコンタクト開口部にも応用できる。また、Ｎ型
半導体基板上に形成されたＮ型拡散層上のコンタクト開
口部、及び、Ｐ型拡散層上のコンタクト開口部にも応用
できる。

なお、第１の実施例ではチタン層（２０ｎｍ）とチタン
窒化物層（１００ｎｍ）の２層の導伝膜を用いたが、膜
厚は特に限定しない。また、導伝膜としてチタンとタン
グステンの合金膜、高融点金属のケイ化物膜、高融点金
属膜を用いてもよい。また、第２の実施例では、モリブ
デンケイ化物層を用いたが、他の耐熱性を有、する金属
ケイ化物層を用いてもよい。

なお、前記実施例で示した選択性を向上するための前処
理として、コンタクト開口部を開口した半導体基板をＮ
Ｆ３あるいはＣＦ４等の工・ンチングカスのプラズマ中
にさらすこととしても、選択性の向上に対し効果がある
ことが知られているが、同様に拡散層のＳ】が浸食され
ることが大きな課題となっている。本発明の実施例に示
す前処理を、半導体基板をＮ　Ｆ　３あるいはＣＦ４等
のエツチングガスのプラズマ中にさらすこととしても、
同様の効果かえられる。

発明の効果以上のように本発明による半導体装置の製造方法では、
選択性を向上するための前処理段階において、Ｎ型拡散
層のＳｉは浸食されないため、Ｎ型拡散層と下地半導体
基板とのｐｎ接合は破壊されず、ｐｎ接合の逆方向電流
は増加しない。さらに、十分な選択性かえられるために
、上部アルミニウム合金膜の断線や短絡の確率が大幅に
減少し、半導体装置を高歩留りで製造することが可能と
なる。また、コンタクト開口部を安定かつ容易に埋め込
むことが可能となり、アルミニウム合金膜のコンタクト
開口部における被覆率を向上することができ、断線のな
いアルミニウム合金膜による配線を有することにより、
半導体装置の信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における半導体装置の製
造方法の断面図、第２図は本発明の第２の実施例におけ
る半導体装置の製造方法の断面図、第３図は従来の半導
体装置の製造方法の断面図である。１・・・・・・Ｐ型半導体基板、２・・・・・・フィー
ルド絶縁膜、３・・・・・・層間絶縁膜、４・・・・・
・Ｎ型拡散層、５・・・・・・コンタクト開口部、６・
・・・・・タングステン、７・・・・・・アルミニウム
合金膜、１１・・・・・Ｐ型半導体基板、１２・・・・
・・フィールド絶縁膜、１３・・・・・・層間絶縁膜、
１４・・・・・・Ｎ型拡散層、１５・・・・・・コンタ
クト開口部、１６・・・・・・導伝膜層、１７・・・・
・・タングステン、１８・・・・・・アルミニウム合金
膜、２１・・・・・・Ｐ型半導体基板、２２・・・・・
・フィールド絶縁膜、２３・・・・・・Ｎ型拡散層、２
４・・・・・・モリブデンケイ化物層、２５・・・・・
・層間絶縁膜、２６・・・・・・コンタクト開口部、２
７・・・・・・タングステン、２８　・・・・アルミニ
ウム合金膜。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上に形成された第１の絶縁膜の所定領
域をエッチングし、前記半導体基板表面を露出する工程
と、前記半導体基板上に導電膜を形成する工程と、前記
導電膜上でかつ前記半導体基板表面が露出した領域にレ
ジストを形成する工程と、前記半導体基板表面が露出し
た領域以外にある前記導電膜をエッチング除去する工程
と、前記半導体基板表面が露出した領域にある前記レジ
ストを除去する工程と、前記導電膜上でかつ前記半導体
が露出した領域に減圧気相成長でタングステン膜を選択
形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製
造方法。
（２）半導体基板上に形成された第１の絶縁膜をエッチ
ングし、前記半導体基板表面の第１の所定領域を露出す
る工程と、前記半導体基板上に導電膜を形成する工程と
、少なくとも前記第１の所定領域より広い第２の領域の
前記導電膜を残存する工程と、前記半導体基板上に第２
の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の領域の第３の所
定領域の前記第２の絶縁膜を除去し前記導電膜を露出す
る工程と、前記導電膜上でかつ前記第３の所定領域に減
圧気相成長でタングステン膜を選択形成する工程を有す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。