JPH03256330A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH03256330A JPH03256330A JP5392290A JP5392290A JPH03256330A JP H03256330 A JPH03256330 A JP H03256330A JP 5392290 A JP5392290 A JP 5392290A JP 5392290 A JP5392290 A JP 5392290A JP H03256330 A JPH03256330 A JP H03256330A
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Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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】
〔概 要〕
半導体装置の製造方法、特に化学気相成長させたタング
ステン膜を主たる導電層とする金属配線の形成方法に関
し、 低抵抗を有し、ステップカバレージ性に優れたCVD形
成によるタングステン配線の絶縁膜に対する密着性を高
め、上記配線を用いる半導体装置の信頼性を向上するこ
とを目的とし、 半導体若しくは金属及び絶縁膜が表出している基体上に
、化学気相成長によるタングステン膜からなる金属配線
を形成するに際して、該基体上に第1の下地膜となるス
パッタ法によるチタン膜を形成する工程、該チタン膜上
に第2の下地膜となるスパッタ法によるタングステン膜
を形成する工程、該スパッタ法によるタングステン膜上
に該金属配線の主部となる化学気相成長によるタングス
テン膜を形成する工程、該化学気相成長によるタングス
テン膜と該スパッタ法によるタングステン膜と咳チタン
膜とを、同一マスクを用い、同一エツチング処理により
、連続して配線形状にパターニングする工程を有し構成
される。
ステン膜を主たる導電層とする金属配線の形成方法に関
し、 低抵抗を有し、ステップカバレージ性に優れたCVD形
成によるタングステン配線の絶縁膜に対する密着性を高
め、上記配線を用いる半導体装置の信頼性を向上するこ
とを目的とし、 半導体若しくは金属及び絶縁膜が表出している基体上に
、化学気相成長によるタングステン膜からなる金属配線
を形成するに際して、該基体上に第1の下地膜となるス
パッタ法によるチタン膜を形成する工程、該チタン膜上
に第2の下地膜となるスパッタ法によるタングステン膜
を形成する工程、該スパッタ法によるタングステン膜上
に該金属配線の主部となる化学気相成長によるタングス
テン膜を形成する工程、該化学気相成長によるタングス
テン膜と該スパッタ法によるタングステン膜と咳チタン
膜とを、同一マスクを用い、同一エツチング処理により
、連続して配線形状にパターニングする工程を有し構成
される。
本発明は半導体装置の製造方法、特に化学気相成長させ
たタングステン膜を主たる導電層とする金属配線の形成
方法に関する。
たタングステン膜を主たる導電層とする金属配線の形成
方法に関する。
従来から半導体装置の配線材料には、アルミニウムまた
はアルミニウム合金が広く用いられている。しかしなが
らこのアルミニウム(合金を含む)配線においては、半
導体装置の高集積化に伴う配線の断面積(厚さ及び幅)
の縮小により、エレクトロマイグレーションやストレス
マイグレーション等に起因する断線が発生し易くなって
、信頼性が低下することが問題になっている。
はアルミニウム合金が広く用いられている。しかしなが
らこのアルミニウム(合金を含む)配線においては、半
導体装置の高集積化に伴う配線の断面積(厚さ及び幅)
の縮小により、エレクトロマイグレーションやストレス
マイグレーション等に起因する断線が発生し易くなって
、信頼性が低下することが問題になっている。
そこで、上記マイグレーションを防止して配線の信頼性
を高めるために、高融点な金属で、且つアルミニウムに
近い低抵抗を有するタングステン膜を配線に用いる試み
がなされている。
を高めるために、高融点な金属で、且つアルミニウムに
近い低抵抗を有するタングステン膜を配線に用いる試み
がなされている。
このタングステン膜はスパッタ法または化学気相成長(
CVD)法で形成できるが、CVD法で形成したタング
ステン膜の方が抵抗が低く、且つ段差での被覆性(ステ
ップカバレージ)も良好なため望ましい。しかし、CV
D法で形成したタングステン膜は下地の絶縁膜との密着
性が悪く基板から剥がれ易いという欠点があり、改善が
望まれている。
CVD)法で形成できるが、CVD法で形成したタング
ステン膜の方が抵抗が低く、且つ段差での被覆性(ステ
ップカバレージ)も良好なため望ましい。しかし、CV
D法で形成したタングステン膜は下地の絶縁膜との密着
性が悪く基板から剥がれ易いという欠点があり、改善が
望まれている。
上記CVD法によるタングステン膜の下地絶縁膜との密
着性を改善する手段として、タングステン膜を形成する
前に、密着層として各種の金属膜を下地に設けることが
必要であり、従来、その密着層として、チタン−タング
ステン合金、チタン窒化物、金属チタン、スパッタ形成
によるタングステン膜等が試みられている。
着性を改善する手段として、タングステン膜を形成する
前に、密着層として各種の金属膜を下地に設けることが
必要であり、従来、その密着層として、チタン−タング
ステン合金、チタン窒化物、金属チタン、スパッタ形成
によるタングステン膜等が試みられている。
この密着層にチタン−タングステン合金(チタン10−
t%程度)を用いた場合、密着性は多少改善されるが未
だ十分ではなく、且つ、上層のタングステン膜を配線形
状パターンにエツチング加工する際、同一のエツチング
ガスによって連続して加工することができず、加工工程
が複雑になるという問題がある。
t%程度)を用いた場合、密着性は多少改善されるが未
だ十分ではなく、且つ、上層のタングステン膜を配線形
状パターンにエツチング加工する際、同一のエツチング
ガスによって連続して加工することができず、加工工程
が複雑になるという問題がある。
また、チタン窒化物膜及び金属チタン膜を用いた場合、
密着性は十分に改善されるものの、その上に、例えば下
記(1)式の反応に基づ< CVD法によりタングステ
ン膜を形成する際に、チタンの弗化物の蒸気圧が低いた
めに、反応ガスである6弗化タングステン(WFi)の
分解生成物である弗素(F)がチタン窒化物膜及びチタ
ン膜中に残留し、これによってチタン窒化膜及びチタン
膜からタングステン膜が剥がれ易くなるという問題があ
る。
密着性は十分に改善されるものの、その上に、例えば下
記(1)式の反応に基づ< CVD法によりタングステ
ン膜を形成する際に、チタンの弗化物の蒸気圧が低いた
めに、反応ガスである6弗化タングステン(WFi)の
分解生成物である弗素(F)がチタン窒化物膜及びチタ
ン膜中に残留し、これによってチタン窒化膜及びチタン
膜からタングステン膜が剥がれ易くなるという問題があ
る。
WFi +5i)I4→−+HF↑ ・・・・(1)更
にまた、チタン窒化物膜においては、前記チタン−タン
グステン合金膜と同様にタングステン膜との連続加工が
困難で、工程が複雑化するという問題もある。
にまた、チタン窒化物膜においては、前記チタン−タン
グステン合金膜と同様にタングステン膜との連続加工が
困難で、工程が複雑化するという問題もある。
また、スパッタ法により形成したタングステン膜を密着
層として用いた場合、絶縁膜との密着性はCVD法で形
成したタングステン膜よりは改善されるが、配線として
用いるに十分な密着性が得られない。
層として用いた場合、絶縁膜との密着性はCVD法で形
成したタングステン膜よりは改善されるが、配線として
用いるに十分な密着性が得られない。
以上のように、従来CVD形威形成たタングステン膜と
絶縁膜との密着層として試みられたチタン−タングステ
ン合金膜、チタン窒化物膜、チタン膜、スパッタータン
グステン膜においては、絶縁膜との密着性が不十分、密
着層からCVD法により形成されるタングステン膜が剥
離する、CVD法により形成されるタングステン膜と同
一エツチングガスにより連続して加工することができず
加工工程が複雑になる等の問題があった。
絶縁膜との密着層として試みられたチタン−タングステ
ン合金膜、チタン窒化物膜、チタン膜、スパッタータン
グステン膜においては、絶縁膜との密着性が不十分、密
着層からCVD法により形成されるタングステン膜が剥
離する、CVD法により形成されるタングステン膜と同
一エツチングガスにより連続して加工することができず
加工工程が複雑になる等の問題があった。
そこで本発明は、絶縁膜及びCVD法により形成される
タングステン膜との密着性に優れ、且つ上記タングステ
ン膜と共通のドライエツチング加工性を備えた密着層の
提供して、低抵抗を有しステップカバレージ性に優れた
CVD形威形成るタングステン配線の絶縁膜に対する密
着性を高め、これによって上記タングステン配線を用い
た半導体装置の信頼性を向上することを目的とする。
タングステン膜との密着性に優れ、且つ上記タングステ
ン膜と共通のドライエツチング加工性を備えた密着層の
提供して、低抵抗を有しステップカバレージ性に優れた
CVD形威形成るタングステン配線の絶縁膜に対する密
着性を高め、これによって上記タングステン配線を用い
た半導体装置の信頼性を向上することを目的とする。
上記課題は、半導体若しくは金属及び絶縁膜が表出して
いる基体上に、化学気相成長によるタングステン膜から
なる金属配線を形成するに際して、該基体上に第1の下
地膜となるスパッタ法によるチタン膜を形成する工程、
該チタン膜上に第2の下地膜となるスパッタ法によるタ
ングステン膜を形成する工程、該スパッタ法によるタン
グステン膜上に該金属配線の主部となる化学気相成長に
よるタングステン膜を形成する工程、該化学気相成長に
よるタングステン膜と該スパッタ法によるタングステン
膜と該チタン膜とを、同一マスクを用い、同一エツチン
グ処理により、連続して配線形状にパターニングする工
程を有する本発明による半導体装置の製造方法によって
解決される。
いる基体上に、化学気相成長によるタングステン膜から
なる金属配線を形成するに際して、該基体上に第1の下
地膜となるスパッタ法によるチタン膜を形成する工程、
該チタン膜上に第2の下地膜となるスパッタ法によるタ
ングステン膜を形成する工程、該スパッタ法によるタン
グステン膜上に該金属配線の主部となる化学気相成長に
よるタングステン膜を形成する工程、該化学気相成長に
よるタングステン膜と該スパッタ法によるタングステン
膜と該チタン膜とを、同一マスクを用い、同一エツチン
グ処理により、連続して配線形状にパターニングする工
程を有する本発明による半導体装置の製造方法によって
解決される。
スパッタ法で形成したチタン膜の酸化シリコン(Sin
g)、燐珪酸ガラス(PSG)等の絶縁膜との密着性は
非常に良好であり、更に基板シリコンとの電気的なコン
タクト抵抗も十分に低い。またチタン膜上にスパッタ法
で形成したタングステン膜は、絶&!膜上に形成した場
合に比べて密着性が大幅に改善される。そしてまた、タ
ングステン膜上に更にCVD法でタングステン膜を成長
した場合には、タングステンの弗化物の蒸気圧が十分高
いため、チタン上のCVD−タングステンの成長で問題
になるような残留弗素の影響は少なく、密着性は良好で
ある。
g)、燐珪酸ガラス(PSG)等の絶縁膜との密着性は
非常に良好であり、更に基板シリコンとの電気的なコン
タクト抵抗も十分に低い。またチタン膜上にスパッタ法
で形成したタングステン膜は、絶&!膜上に形成した場
合に比べて密着性が大幅に改善される。そしてまた、タ
ングステン膜上に更にCVD法でタングステン膜を成長
した場合には、タングステンの弗化物の蒸気圧が十分高
いため、チタン上のCVD−タングステンの成長で問題
になるような残留弗素の影響は少なく、密着性は良好で
ある。
以上の点から、本発明の方法により形成されるチタン膜
上にスパッタータングステン膜が積層されてなる2層構
造の密着層を下部に有するCVD−タングステンによる
配線は絶縁膜に対する密着性に極めて優れている。
上にスパッタータングステン膜が積層されてなる2層構
造の密着層を下部に有するCVD−タングステンによる
配線は絶縁膜に対する密着性に極めて優れている。
また、チタン膜及びスパッタータングステン膜はCVD
−タングステン膜と共通のドライエツチング加工性を有
するので、配線形成工程も簡略化される。
−タングステン膜と共通のドライエツチング加工性を有
するので、配線形成工程も簡略化される。
以下本発明を、一実施例について、第1図を参照して具
体的に説明する。
体的に説明する。
第1図(a)参照
本発明の方法により例えばMOS)ランジスタのソース
配線及びドレイン配線を形成するに際しては、通常の選
択酸化(LOGO3)法により例えばp型シリコン基板
1の表面に素子形tcN域2を画定表出するフィールド
酸化膜3を形成しくフィールド酸化膜の下部に形成する
チャネルストッパは省略する)、次いで通常のMOSプ
ロセスに従って、先ず熱酸化により素子形成領域2上に
ゲート酸化膜4を形成し、次いで気相成長、不純物導入
、パターニング工程を経て上記ゲート酸化膜4を有する
素子形成領域2上に例えばポリStからなるゲート電極
5を形成し、次いでゲート電極5をマスクにし素子形t
cn域2に砒素をイオン注入してn゛型のソース領域6
S及びドレイン領域6Dを形成し、次いでこの基板上に
CVD法により下層の絶縁膜となる例えば厚さ5000
人程度のSing層間絶縁膜7を形成し、次いでエツチ
ング手段に例えば3弗化メタン(CHF 3)によるリ
アクティブイオンエツチング処理を用いるフォトリソグ
ラフィにより上記SiO3眉間絶縁膜7にソース領域6
S及びドレイン領域6Dを表出するコンタクトホール8
S及び8Dを形成する。
配線及びドレイン配線を形成するに際しては、通常の選
択酸化(LOGO3)法により例えばp型シリコン基板
1の表面に素子形tcN域2を画定表出するフィールド
酸化膜3を形成しくフィールド酸化膜の下部に形成する
チャネルストッパは省略する)、次いで通常のMOSプ
ロセスに従って、先ず熱酸化により素子形成領域2上に
ゲート酸化膜4を形成し、次いで気相成長、不純物導入
、パターニング工程を経て上記ゲート酸化膜4を有する
素子形成領域2上に例えばポリStからなるゲート電極
5を形成し、次いでゲート電極5をマスクにし素子形t
cn域2に砒素をイオン注入してn゛型のソース領域6
S及びドレイン領域6Dを形成し、次いでこの基板上に
CVD法により下層の絶縁膜となる例えば厚さ5000
人程度のSing層間絶縁膜7を形成し、次いでエツチ
ング手段に例えば3弗化メタン(CHF 3)によるリ
アクティブイオンエツチング処理を用いるフォトリソグ
ラフィにより上記SiO3眉間絶縁膜7にソース領域6
S及びドレイン領域6Dを表出するコンタクトホール8
S及び8Dを形成する。
第1図(ロ)参照
次いで、コンタクトホール8S、8D内に表出するソー
ス及びドレイン領域6S、6D上の自然酸化膜を弗酸等
で除去した後、複数のスパッタ処理室を有するスパッタ
装置を用い、密着層を構成する第1の下地膜であるチタ
ン膜9と、その上に形成される第2下地膜であるスパッ
タータングステン膜10を連続的に被着する。
ス及びドレイン領域6S、6D上の自然酸化膜を弗酸等
で除去した後、複数のスパッタ処理室を有するスパッタ
装置を用い、密着層を構成する第1の下地膜であるチタ
ン膜9と、その上に形成される第2下地膜であるスパッ
タータングステン膜10を連続的に被着する。
即ち、先ず、チタンターゲットを装着した第1の処理室
で、チタン膜9を例えば200人程度の厚さに被着する
。その際の条件は、例えば、スパッタ圧力は5m To
rr、パワー3Kw、基板温度250℃で行った。
で、チタン膜9を例えば200人程度の厚さに被着する
。その際の条件は、例えば、スパッタ圧力は5m To
rr、パワー3Kw、基板温度250℃で行った。
続いて、上記チタン膜9の被着を終わった基板をタング
ステンターゲットを装着した処理室に真空を破らずに移
動し、タングステン膜10を、例えば500人程度の厚
さに被着する。その際の条件もチタンの場合と同様に、
スパッタ圧力は5mTorr。
ステンターゲットを装着した処理室に真空を破らずに移
動し、タングステン膜10を、例えば500人程度の厚
さに被着する。その際の条件もチタンの場合と同様に、
スパッタ圧力は5mTorr。
パワー3Kw、基板温度250°Cで行った。
第1図(C)参照
次いで、上記基板上に、例えば平行平板型枚葉式の減圧
CVD装置を用い厚さ4000 A程度のCvD−タン
グステン1ullを成長する。この成長は例えば下記の
条件で行われる。
CVD装置を用い厚さ4000 A程度のCvD−タン
グステン1ullを成長する。この成長は例えば下記の
条件で行われる。
ソースガス: WFi 10 SCCM+5iHi
5 SCCMキャリアガス:水素(H2) 圧カニ 0.5Torr 基板温度=400°C程度 第1図(d)参照 次いで通常のフォトプロセスにより上記CVDタングス
テン膜11上に配線パターン形状に対応するレジストパ
ターン12を形成し、このレジストパターン12をマス
クにして弗素系のガス例えば6弗化硫黄(SF4)をエ
ツチングガスに用いリアクティブイオンエツチング処理
により上記CVD−タングステン膜11.第2の下地膜
であるスパッタータングステン膜10、第1の下地膜で
あるチタン膜9を順次バターニング加工し、上記下地膜
を下部に有するCVD−タングステン膜11のソース配
線11L3及びドレイン配線11 Ll、が形成される
。
5 SCCMキャリアガス:水素(H2) 圧カニ 0.5Torr 基板温度=400°C程度 第1図(d)参照 次いで通常のフォトプロセスにより上記CVDタングス
テン膜11上に配線パターン形状に対応するレジストパ
ターン12を形成し、このレジストパターン12をマス
クにして弗素系のガス例えば6弗化硫黄(SF4)をエ
ツチングガスに用いリアクティブイオンエツチング処理
により上記CVD−タングステン膜11.第2の下地膜
であるスパッタータングステン膜10、第1の下地膜で
あるチタン膜9を順次バターニング加工し、上記下地膜
を下部に有するCVD−タングステン膜11のソース配
線11L3及びドレイン配線11 Ll、が形成される
。
なお上記リアクティブイオンエツチング処理には、例え
ば13.56MHzの高周波電力が用いられ、エツチン
グガス圧0.ITorr、パワー密度 0.25 W/
ciI”で行われた。
ば13.56MHzの高周波電力が用いられ、エツチン
グガス圧0.ITorr、パワー密度 0.25 W/
ciI”で行われた。
第1図(e)参照
そして以後、上記CVD−タングステン膜11からなる
ソース配線11Ls及びドレイン配線11La上に、タ
ングステンの酸化防止を兼ねたパッシベーション膜とし
て、400℃以下の低温で形成できるプラズマCV D
−SiOz膜13膜厚35000大程度に形成し、本発
明の方法によるタングステン配線を具備したMOS )
ランジスタが完成する。
ソース配線11Ls及びドレイン配線11La上に、タ
ングステンの酸化防止を兼ねたパッシベーション膜とし
て、400℃以下の低温で形成できるプラズマCV D
−SiOz膜13膜厚35000大程度に形成し、本発
明の方法によるタングステン配線を具備したMOS )
ランジスタが完成する。
なお、この実施例により形成した第1図(e)に示す配
線構造においては、500°Cの熱処理を、通常の製造
工程より多い5〜6回程度繰り返しても配線の剥がれは
全熱発生しなかった。これに対しチタン下地膜上に直に
CVD−タングステン膜を成長させた従来のタングステ
ン配線においては、前記配線パターニングの際のドライ
エツチング時の水洗後処理で、既にチタン膜上からCV
D−タングステン膜が剥離するものが発生している。
線構造においては、500°Cの熱処理を、通常の製造
工程より多い5〜6回程度繰り返しても配線の剥がれは
全熱発生しなかった。これに対しチタン下地膜上に直に
CVD−タングステン膜を成長させた従来のタングステ
ン配線においては、前記配線パターニングの際のドライ
エツチング時の水洗後処理で、既にチタン膜上からCV
D−タングステン膜が剥離するものが発生している。
図において、
1はp型シリコン基板、
2は素子形成領域、
3はフィールド酸化膜、
4はゲート酸化膜、
5はゲート電極、
6Sはn・型ソース領域、
6Dはn1型ドレイン領域、
〔発明の効果〕
以上説明のように本発明によれば、熱サイクルでのタン
グステン配線の剥離が防止されるので、本発明はLSI
等タングステン配線を用いて高集積化が図られる半導体
装置の信頼性向上に寄与するところが大きい。
グステン配線の剥離が防止されるので、本発明はLSI
等タングステン配線を用いて高集積化が図られる半導体
装置の信頼性向上に寄与するところが大きい。
第1図(a)〜(e)は本発明の方法の一実施例の工程
断面図である。 9はチタン膜、 10はスパッタータングステン膜、 11はCVD−タングステン膜、 11L、は11によるソース配線、 11 Lゎは11によるドレイン配線、12はレジスト
パターン、 13はプラダ? CV D −5iOz膜を示す。
断面図である。 9はチタン膜、 10はスパッタータングステン膜、 11はCVD−タングステン膜、 11L、は11によるソース配線、 11 Lゎは11によるドレイン配線、12はレジスト
パターン、 13はプラダ? CV D −5iOz膜を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体若しくは金属及び絶縁膜が表出している基体上
に、化学気相成長によるタングステン膜からなる金属配
線を形成するに際して、 該基体上に第1の下地膜となるスパッタ法によるチタン
膜を形成する工程、 該チタン膜上に第2の下地膜となるスパッタ法によるタ
ングステン膜を形成する工程、 該スパッタ法によるタングステン膜上に該金属配線の主
部となる化学気相成長によるタングステン膜を形成する
工程、 該化学気相成長によるタングステン膜と該スパッタ法に
よるタングステン膜と該チタン膜とを、同一マスクを用
い、同一エッチング処理により、連続して配線形状にパ
ターニング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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5392290A JPH03256330A (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5392290A JPH03256330A (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03256330A true JPH03256330A (ja) | 1991-11-15 |
Family
ID=12956214
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5392290A Pending JPH03256330A (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03256330A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6020642A (en) * | 1997-01-31 | 2000-02-01 | Nec Corporation | Interconnection system in a semiconductor device |
-
1990
- 1990-03-06 JP JP5392290A patent/JPH03256330A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6020642A (en) * | 1997-01-31 | 2000-02-01 | Nec Corporation | Interconnection system in a semiconductor device |
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