JPH03248464A - コンタクト埋め込み金属構造体およびその製造方法 - 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］ 本発明は不純物拡散層表面又は多結晶シリコンから成る
電極、配線表面にチタンシリサイド膜が設けられた、シ
リコン半導体集積回路装置のコンタクト穴を埋め込む金
属構造体とその製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、この種のコンタクト埋め込み金属構造体としては
、スパッタ法で形成したシリコン含有のアルミ金属か用
いられていた。しかし、コンタクト穴のアスペクト比か
大きくなるにつれて、スパッタ法ではアルミ膜をコンタ
クト穴に埋め込むことか難しくなった。

そこでこの問題を解決する方法として、次の２つの方法
か試みられている。まずこのコンタクト穴を埋め込む第
１の方法として、六フッ化タングステンガスを用いた、
選択化学気相成長法か用いられ、コンタクト穴の底部か
らタングステン膜を成長させ、コンタクト穴をタングス
テン膜て埋め込む方法である。

第２方法として、第５図（ａ）、（ｂ）に示すように、
六フッ化タングステンガスとモノシランガスを用いた、
化学気相成長法により、シリコン基板５１の上にチタン
シリサイド！Ｉ５２と層間絶縁膜５３とか形成された半
導体基板全面にタングステン膜５４を成長させる（第５
ａ図）、その後、リアクティブイオンエツチング技術を
用いた、エッチハック法によりコンタクト部以外のタン
グステン膜５４を除去しく第５ｂ図）、コンタクト穴に
タングステン膜５４を埋め込む方法である。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述した従来のコンタクト埋め込み方法は、以下の問題
点を有する。

１、第１の方法であるタングステン膜の選択化学気相成
長法を用いた方法においては、化学気相成長法の成長条
件によらず、タングステン膜とチタンシリサイド膜との
界面にフッ化チタンか生成し、この物質が絶縁物である
ために、タングステン金属とチタンシリサイド膜とのコ
ンタクトか導通不良になる。

２、第２の方法であるタングステン膜を化学気相成長法
により半導体基板全面に形成した後、エッチハック法に
よりコンタクト以外のタングステン膜を除去する方法に
おいては、第１の方法て示した問題であるタングステン
膜とチタンシリサイド膜との界面にフッ化チタンか生成
する問題は化学気相成長法の成長条件を選へば回避てき
る。

しかし、タングステン膜を半導体基板に全面形成した後
リアクティブイオンエツチング技術を用いた。エッチハ
ック技術において、タングステン膜の残さか発生しやす
く、また、コンタクトに埋め込まれたタングステン膜は
、チタンシリサイド膜との接着性か悪いために剥かれや
すい。

本発明は上記問題点に鑑み、密着性および導通性のよい
コンタクト埋め込み金属構造体およびその製造方法を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のコンタクト埋め込み金属構造体は、不純物拡散
層表面又は多結晶シリコンから成る電極、配線表面にチ
タンシリサイド膜が設けられ、その上部に絶縁層を介し
て設けられた金属ｆｆ、線と前記チタンシリサイド膜と
を接続するコンタクト埋め込み金属構造体であって、底
部から順にタングステンシリサイド膜、タングステン膜
の２層構造を有する。

また、本発明のコンタクト埋め込み金属構造体の製造方
法は、不純物拡散層表面上又は、多結晶シリコンから成
る電極、配線表面上にチタンシリサイド膜を形成する工
程と、半導体基板全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
上記層間絶縁膜にコンタクト穴を形成する工程と、六フ
ッ化タングステンガスとモノシランガスを用いた化学気
相成長法により、基板温度５００℃以上でタングステン
膜を半導体基板全面に形成する工程と、窒素雰囲気中、
又は水素雰囲気又はこれら２種の混合ガス雰囲気中て熱
処理を行い、上記タングステン膜と上記チタンシリサイ
ド膜との固相反応を起こさせ、チタンシリサイド膜上の
コンタクト領域に選択的にタングステンシリサイド膜を
形成する工程と、上記チタンシリサイド膜と未反応のタ
ングステン膜を除去する工程と、コンタクト領域に選択
的に形成したタングステンシリサイド膜上に六フッ化タ
ングステンガスを用いた選択化学気相成長法によりタン
グステン膜を形成する工程とを有する。

〔作用］ コンタクト埋め込み金属の構造体は、底部から順にタン
グステンシリサイド膜、タングステン膜という２層構造
を有しており、コンタクト埋め込み金属とチタンシリサ
イド膜との接着性は、チタンシリサイド膜とタングステ
ンシリサイド膜及びタングステンシリサイド膜とタング
ステン膜、両方の接着性により決まるか、両方の接着性
もチタンシリサイド膜とタングステン膜との接着性より
も強固である。したかって、チタンシリサイド膜と埋め
込み金属との接着性は向上する。

またその製造に際し、チタンシリサイド膜とタングステ
ンシリサイド膜との六フッ化タングステンガスとモノシ
ランガスを用いた化学気相成長法を用いて、基板温度５
００℃以上でタングステン膜を形成しているため、界面
には絶縁物であるフッ化チタンは生成されない。したか
って埋め込み金属構造体とチタンシリサイド膜とのコン
タクトの良好な導通が得られる。

［実施例］ 次に１本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明のコンタクト埋め込み金属構造体の一実
施例を示す断面図である。

シリコン基板ｌＯの上にＮ４拡散層１３が形成され、そ
の上にチタンシリサイド膜１５が形成されている。チタ
ンシリサイド膜１５の上には層間絶縁膜１６を介してア
ルミ配線２１が形成されている。チタンシリサイド１１
１５とアルミ配線２１とは、コンタクト穴に形成された
コンタクト埋め込み金属構造体で接続されている。コン
タクト埋め込み金属構造体は、チタンシリサイド膜ｌＳ
上に形成されたタングステンシリサイド膜１９と、タン
グステンシリサイド農工９とアルミ配線２１間に形成さ
れたタングステン膜２０とから成っている。

第２図（ａ）、（ｂ）、〜、（ｊ）は第１図の実施例の
第１の製造方法の各工程を示す断面図である。

まず、第２図（ａ）に示すように、Ｂイオン注入により
チャネルストッパ１１が形成された後、ｔｏｃｏｓ酸化
ｌｌ１１２が形成され、その後、Ａｓイオンか７０　ｋ
ｅＶ　、　５　Ｘ　１．０”ｃｍ−”の条件で注入され
、窒素雰囲気中で９００℃、１０分の熱処理か行なわれ
、Ｎ９拡散層１３か形成される。

次に第２図（ｂ）に示すように、スパッタ法によりチタ
ン膜１４か７００人堆積される。その後、ランプアニー
ルにより窒素雰囲気中で６００°０３０秒の熱処理か行
なわれ、Ｎ“拡散層上にのみチタンシリサイド膜１５か
形成される。次に、アンモニア水と過酸化水素水と水と
の混合液により未反応のチタンか除去され、第２図（Ｃ
）に示すように、Ｎ０拡散層（１３）上にのみチタンシ
リサイド膜１５か残される。

次に、第２図（ｄ）に示すように、化学気相成長法によ
り膜厚１μｍのシリコン酸化膜が成長され、層間絶縁膜
１６か形成される。

その後、通常のリソグラフィー技術とりアクティブイオ
ンエツチング法により第２図（ｅ）に示す様に、　１．
５　ｕＬｍ径のコンタクト穴１７か形成される。

次に、第２図（ｆ）に示すように、六フッ化タングステ
ンガスとモノシランガスを用いた化学気相成長法により
、基板全面に５００人の膜厚のタングステン膜１８か堆
積される。この時のタングステン膜１８の成長はコール
ドウオールタイプの化学気相成長装置か用いられ、成長
条件は、基板温度か６００℃、六フッ化タングステンガ
ス流量が１０ｓｃｃ■モノシランガス流量が２０　ｓｃ
ｃｍ、である。

次に窒素雰囲気又は水素雰囲気又はこれら２種の混合ガ
ス雰囲気中て６００℃、３０秒のアニルかランプアニー
ルを用いて行なわれる。その結果、第２図（ｇ）に示す
ように、タングステン膜１８とチタンシリサイド膜１５
とが固相反応を起こし、チタンシリサイド膜１５上にタ
ングステンシリサイド膜１９が形成される。

次に、アンモニア水、過酸化水素水、水との混合液を用
いて、未反応のタングステン膜が除去され、第２図（ｈ
）に示すように、コンタクト穴に選択的にタングステン
シリサイド膜１９か形成される。

その後、第２図（ｉ）に示すように、六フッ化タングス
テンガスとモノシランガスを用いた選択化学気相成長法
により、タングステンシリサイド膜１９上に、タングス
テン！Ｉ２０が形成される。

この時の成長は、コールドウオールタイプの化学気相成
長装置が用いられ成長条件は基板温度か２００℃、六フ
ッ化タングステンガス流量か１０　ｓｃｃｍ、モノシラ
ンガス流量が１０ｓｅｃ＋ｓてあった。

本実施例における構造体とチタンシリサイド膜１５との
接着性は、１０００ケのコンタクトについて剥かれを観
察したか、剥かれはなく、問題はなかヮた。

また、このコンタクト埋め込み金属構造体とチタンシリ
サイドｌ１１２０とのコンタクト抵抗は、１２図（ｊ）
のようにアルミ膜をスパッタにより形成した後、通常の
リソグラフィー技術とりアクティブイオン技術によりア
ルミ配線２１を形成し、測定された。測定されたコンタ
クト抵抗値は、０．３Ωてあり、これからコンタクト抵
抗率を求めると６．８　ｘｌＯ−’Ω・Ｃ■２である。

これは金属シワサイドと金属シリサイドとのコンタクト
抵抗率の通常の値である１０−６Ω・ｃｍ２に近い値で
ある。

以上から１本実施例のコンタクト埋め込み金属構造体及
びその製造方法は大きな効果があることかわかる。

第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明の第
１図の実施例の第２の製造方法の各工程を示す断面図で
ある。

まず、第２図（ａ）、（ｂ）、〜、（ｆ）の工程て説明
したのと同じ製造工程により、第３図（ａ）に示す構造
の半導体基板を得る。

次に第３図（ｂ）に示すように、シリコンイオン又はゲ
ルマニウムイオンが半導体基板全面にエネルギー７０ｋ
ｅＶ、ドーズ量５　Ｘ　Ｉ（１”ｃｍ−２の条件で注入
される。

その後、窒素雰囲気、又は水素雰囲気又はこれら２種の
混合ガス雰囲気中で６００℃、３０秒のアニールかラン
プアニールにより行なわれ、チタンシリサイド膜１０４
とタングステン膜１０６との固相反応か起き、チタンシ
リサイド膜１０４上にタングステンシリサイド膜が形成
される１次に、アニモニア水、過酸化水素、水との混合
液により、チタンシリサイド膜１０４と未反応のタング
ステン膜が除去され、第３図（Ｃ）に示す構造の半導体
基板か得られる。

次に、第３図（ｄ）に示す様に、六フッ化タングステン
ガスとモノシランガスを用いた、選択化学気相成長法に
より、タングステンシリサイド膜（１０８）上にタング
ステン膜（１０９）か形成される。

この時の成長はコールドウオールタイプの化学気相成長
装置か用いられ、成長条件は基板温度か２００℃、六フ
ッ化タングステンガス流量が１０１０５ｃ、モノシラン
ガス流量１０ｓｃｃ−であった。

この様にして、本発明の第２の実施例のコンタクト埋め
込み金属構造体が得られる。

本発明の第２の実施例では、タングステン膜とチタンシ
リサイド膜との固相反応を起こさせる前に、シリコンイ
オン又はゲルマニウムイオンの注入を行なっている為、
タングステン膜とチタンシリサイド膜との界面に３いて
、ミキシングか行なわれ、その後の固相反応により均一
な反応か起こり、均一な膜厚のタングステンシリサイド
膜が得られる。

つまり、第１の製造方法の場合、タングステンシリサイ
ド膜１９とタングステン膜２０の接着界面は均一でなく
第４図（ａ）のようであり、第２の製造方法の場合、第
４図（ｂ）のように均一な断面形状を有し、品質的に優
れている。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のコンタクト埋め込み金属構
造体は、コンタクト底部から順にタングステンシリサイ
ド膜、タングステン膜という構造を有しているために、
チタンシリサイド膜と本発明のコンタクト埋め込み金属
構造体との密着性はチタンシリサイド膜と従来用いられ
ていたコンタクト埋め込みタングステン膜との密着性よ
りも優れているという効果かある。

また１本発明の製造方法てはフッ化チタンが発生しない
化学気相成長法によりタングステン膜を形成しているた
め、チタンシリサイド膜とタングステンシリサイド膜と
の界面には絶縁物であるフッ化チタンは生成されない。

したがって、埋め込み金属構造体とチタンシリサイド膜
とのコンタクトの導通は得られ、抵抗値が十分低いコン
タクトか得られるという大きな効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のコンタクト埋め込み金属構造体の一実
施例を示す断面図、第２図（ａ）、（ｂ）、〜（ｊ）は
第１図の実施例の第１の製造方法の各工程を示す断面図
、第３図（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）　、（ｄ）は第１
図の実施例の第２の製造方法の各工程を示す断面図、第
４図（ａ）、（ｂ）は第１、第２の製造方法の違いを示
す断面図、第５図（ａ）、（ｂ）は従来の製造方法を示
す断面図である。 １０．１００・・・シリコン基板、 １１．１０１・・・チャネルストッパー１２．１口２・
−ＬＯＧＯ５酸化膜、 １３．１０：ｌ・・・Ｎ０拡散層、 １４・・・チタン膜、 １５．１０４・・・チタンシリサイド膜、１６．１０５
−・・層間絶縁膜、 Ｉ７・・・コンタクト穴、 １８．２０，１０８，１０９・・・タングステン膜、１
９．１０８・・・タングステンシリサイド膜、２１・・
・アルミ配線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、不純物拡散層表面又は多結晶シリコンから成る電極
   、配線表面にチタンシリサイド膜が設けられ、その上部
   に絶縁層を介して設けられた金属配線と前記チタンシリ
   サイド膜とを接続するコンタクト埋め込み金属構造体で
   あって、 底部から順にタングステンシリサイド膜、タングステン
   膜の２層構造を有するコンタクト埋め込み金属構造体。 ２、不純物拡散層表面上又は、多結晶シリコンから成る
   電極、配線表面上に、チタンシリサイド膜を形成する工
   程と、半導体基板全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
   上記層間絶縁膜にコンタクト穴を形成する工程と、六フ
   ッ化タングステンガスとモノシランガスを用いた化学気
   相成長法により、基板温度５００℃以上でタングステン
   膜を半導体基板全面に形成する工程と、窒素雰囲気中、
   又は水素雰囲気又はこれら２種の混合ガス雰囲気中で熱
   処理を行い、上記タングステン膜と上記チタンシリサイ
   ド膜との固相反応を起こさせ、チタンシリサイド膜上の
   コンタクト領域に選択的にタングステンシリサイド膜な
   形成する工程と、上記チタンシリサイド膜と未反応のタ
   ングステン膜を除去する工程と、コンタクト領域に選択
   的に形成したタングステンシリサイド膜上に六フッ化タ
   ングステンガスを用いた選択化学気相成長法によりタン
   グステン膜を形成する工程とを有するコンタクト埋め込
   み金属構造体の製造方法。