JPH0325931A - 配線形成方法 - 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） 本発明は半導体装置の配線形成方法に関し、特に深さお
よびアスペクト比の異なるコンタクトホールを簡便な工
程により確実に埋め込み、上層配線を形成することを可
能とする方法に関する。

Ｃ発明の概要〕 本発明は、半導体基板の不純物領域もしくは下層配線層
に臨んで層間絶縁膜に開口されたコンタクトホールにお
いて電気的接続を図るに際し、まず通常の気相ＣＶＤ法
により第１の導電材ｆ４をコンタクトホール内に選沢或
長させた後、液相Ｃ■Ｄ法により基体の全面に第２の導
電材ｔｉ［を被着させ、さらにパターニングを行うこと
により、．深さおよびアスペク１・比の異なるコンクク
１ポールの埋め込みを確実に行い、かつエノナハンク王
程を経ずに上層配線を形成することを可能とするもので
ある。

〔従来の技術〕

近年、半導体装置の分野においては高集積化高性能化を
目指して二次元方向の微細化のみならず三次元方向の集
積化が進行しており、これにともなって配線の下地段差
やコンタクトホールのアスペクト比がまずまず増大して
いる。このような状況にあって、平坦化技術、および低
抵抗で２．峻な構造に対応できる配線形或技術が不可欠
となっている。

現在、配線形成方法としては、アルミニウム等の金属薄
膜をスパッタリング法により形或することが広く行われ
ているが、半導体基板との接続不良や配線間における接
続不良はすでに重大な問題となりつつある。これは、も
はやスパッタリング法では現在のデザインルールの微細
化に対応することができず、アスペクト比の高いコンタ
クトホールが十分に被覆できないためである。

このような問題を解決し、かつ平坦化が実現できる技術
として、コンタクトホール内にタングステン等の導電材
料を選択的に或長させ、該コンタクトホールを埋め込む
技術が注目されている。導電材料を選沢的に成長させる
技術としては選択ＣＶＤ法（以下、気相ＣＶＤ法と称す
る。）が一般的であり、たとえば特開昭６３−１３３５
５１号公報には次のような技術が開示されている。これ
を第２図（Ａ）ないし第２図（Ｅ）を参照しながら説明
する。

第２図（Ａ）は、予め素子分離領域（１２）とゲート酸
化膜（ｌ３〉の形成された半導体基板（１ｌ）上にパタ
ーニングにより選択的にゲート電極（１４）が形戒され
、少なくとも該ゲート電極（１４）をマスクとしたイオ
ン注入により不純物領域（１５〉が形成された基体の一
部を示すものである。かかる基体の上には層間絶縁１１
！Ｊ（１６）が形成され、咳層間絶縁膜（１６〉にはそ
れぞれ上記不純物領域（１５〉およびゲート電極（ｌ４
〉に臨んで第１のコンタクトホール（１７）および第２
のコンタクトホール（ｌ８）が開口されている．上記の
各コンタクトホール内にタングステン層（１９）を気相
ＣＶＤにより戒長させると、第２図（Ｂ）に示すように
各コンタクトホールの深さが異なることにより成長状態
にも差が生じる。たとえば、比較的深い第１のコンタク
トホール（１７）においてはタングステンの埋め込みが
不足し（アンダーグロース）、比較的浅い第２のコンタ
クトホール（ｌ８）においてはオーバーグロース部（１
９ａ）が形成される． そこで、第２図（Ｃ）に示すように別の金属材料層とし
てタングステンシリサイド層（２０）を全面に被着形成
し、さらに回転塗布等によりレジスト層（２１）を形成
する。

このような基体についてレジスト！　（２１）　，タン
グステンシリサイド層（２０）　，タングステン層（ｌ
９）の二者のエッチレートが等しくなる条件にてエッチ
バンクを行うと、第２図（Ｄ）に示すように基体が平坦
化される。

さらに、再度タングステンシリサイド等の金属材料を全
面に被着してバクーニングを行うと、第２図（Ｅ）に示
すように配線１（２２）が形成される．〔発明が解決し
ようとする課題〕 ところで、上述の技術ではコンタクトホールの埋め込み
を気相ＣＶＤ法により行った後、オーバーグロース部を
除去するためにエッチバック工程が必要となる。しかし
、この′工程は煩雑であるのみならず、制御性．終点検
出法等にも問題を残している。

これに対し、近年では有機金属化合物等の材料ガスを冷
却した基体の表面で液化させてコンタクトホールを薄い
液膜で覆った状態とし、この液膜中で目的とする金属の
析出反応を進１テさせながら選択戒長を行わせる技術も
研究されており、液相ＣＶＤ法と呼ばれている。液相Ｃ
ＶＤ法によれば、液膜の持つ流動性により基体の表面凹
凸が吸収されるという利点がある．しかしその進行過程
では、第３図に示すように、アスペクト比の大きい第１
のコンタクトホール（１６）において材料ガスの液化が
急速に進行し、目的とする金属の析出反応が完了する前
に液Ｍ　（２３）が蓄積してしまう結果、埋め込み部位
が多孔質となったり、ボイド（２４〉が生ずる等の不都
合がある。

そこで、本発明は煩雑な工程を経なくとも確実にコンタ
クトホールを埋め込み、信頼性の高い上配線を形成でき
る配線形成方法の提供を目的とする． （！ｌ！題を解決するための手段） 本発明にかかる配線形戒方法は上述の目的を達成するた
めに提案されるものであり、半導体基板上もしくは下層
配線層上に形成された層間絶縁収にコンタクトホールを
開口した後、気相ＣＶＤ法により前記コンタクトホール
内に第ｌの導電材料を選沢或長させ、次いで液相ＣＶＤ
法により基体の全面に第２の導電材料を被着させ、パタ
ーニングを行って上層配線を形戊することを特徴とする
ものである。

〔作用〕

本発明においては、半導体基板の不純物領域もしくは下
層配線層に比んで形成されたコンタクトホールを導電材
料で埋め込むに際し、まず気相ＣＶＤ法により第１の導
電材料をコンタクトホール内に選沢或長させる．この方
法は導電材料を気相成長させる方法であるので、埋め込
み部分が多孔質となったリボイドを生威したりする等の
不都合は起こらない．ただし、条件によっては基体の表
面においてアンダーグロース部やオーバーグロース部が
形成されるので、この段階では基体の表面凹凸は解消さ
れない。

次に、この基体について第２の導電材料の原料となる材
料ガスを導入しなから液相ＣＶＤを行うと、冷却された
基体表面で液化した材料ガスの液膜はその流動性により
これらの表面凹凸を吸収するように基体を被覆する。こ
の液膜中で第２の導電材料の析出反応が進行するため、
該第２の導電材料はアンダーグロース部のような凹部で
は厚く、オーバーグロース部のような凸部では薄く成長
し、結果として基体表面が平坦化される。これら第１の
導電材料と第２の導電材料が一体となって上層配線を形
戒する。最後にパターニングを行えば、前述の第２図（
Ｅ）に示すような配線層の形成状態がエッチバック工程
を経ることなく達成される。

〔実施例〕

以下、本発明の好通な実施例について第１図（Ａ）ない
し第１図（Ｄ）を参照しながら説明する． 第１図（Ａ）は、予め素子分Ｍ頌域（２）とゲート酸化
膜（３）の形成された半導体基板（１）上にバターニン
グにより選択的にゲート電極（４）が形成され、少なく
とも該ゲート電極（４）をマスクとしたイオン注入によ
り不純物領域（５）が形成された基体の一部を示すもの
である．かかる基体の上には層間絶８！膜（６）が形成
され、咳層間絶縁膜（６）にはそれぞれ上記不純物領域
（５）およびゲート電極（４）に咋んで第１のコンタク
トホール（７）および第２のコンタクトホール（８）が
開口されている。

上記の各コンタクトホール内に第１の導電材料となるタ
ングステンを気相ＣＶＤ法により成長させると、第１図
（Ｂ）に示すように各コンタクトホールの深さが異なる
ことによりタングステン層（９）の形成状態にも差が生
じる．たとえばこの図には、比較的深い第１のコンタク
トホール（７）が過不足なく埋め込まれ、比較的浅い第
２のコンタクトホール（８）においてオーバーグロース
部（９ａ）が形或された状態を示してある。しかし、後
に行われる液相ＣＶＤは基体の被覆性に極めて優れてい
るため、逆に第２のコンタクトホール（８）が過不足な
く埋め込まれ、第！のコンタクトホール（７）において
若干アンダーグロースが生じている状態でも構わない。

次に、第Ｆ図（Ｃ）に示すように、液相ＣＶＤ法により
基体の全面に第２の導電材料としてたとえばアルミニウ
ムを被着させる。アルξニウムの供給源としては、たと
えはトリイソブチルアルミニウム等の有機金属化合物が
使用される。この結果、アルミニウムｆｆｌ　（１０）
は基体表面の凹凸を吸収するように形成され、基体がほ
ぼ平坦化される。

もちろん、アンダーグロースが生している場合にも同様
である．タングステン層（９）とアルミニウム層（１０
）は共に金属層であるから両者の密着性には何ら間覇は
なく、これらが一体となって上層配線を形戒するわけで
ある。

最後に、第１図（Ｄ）に示すようにアルミニウム層（】
Ｏ）のパターニングを行えば、エッチバンクを経ること
なく、配線形或が完了する。

なお、上述の実施例では第１の導雷材料をタングステン
とした・が、気相ＣＶＤ法により選択成長させることが
可能な金属であればこれに限られるものではなく、モリ
ブデンやアルミニウム等であっても良い。

また、上述の実施例では第２の導電材料をアルミニウム
としたが、これも液相ＣＶＤ法により被着させることが
可能な金属であればこれに限られるものではない。

さらに、第１の導電材料と第２の導電材料は同一であっ
ても異なっていても良い。異種の導電材料を使用する場
合、その組合せは特に限定されるものではないが、第２
の導電材料として第１の導電材料より”も抵抗値の低い
材料を選ぶことが望ましく、上述のタングステンとアル
ξニウムの組合せはその好例である。

なお、上述のコンタクトホールをビアホールと考えれば
、本発明が三次元構造を有する半導体装置における多層
配線の形或にも適用できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明を適用すれば
深さおよびアスペクト比の異なるコンタクトホールをい
ずれも確実に埋め込み、かつ煩雑な操作や制御を要する
エッチバックを行わなくとも上層配線を形成することが
できる。したがって、生産性．信頼性に優れた配線形成
が可能となり、ひいては半導体装置の高集積化．高性能
化が実現される．

【図面の簡単な説明】

第ｌ図（Ａ）ないし第１図（Ｌ））は本発明の配線形成
方法をその工程順にしたがって説明する概略断面図であ
り、第１図（Ａ）は層間絶縁膜およびコンタクトホール
の形成工程、第ｌ図（Ｂ）は気相ＣＶＤ法による第ｌの
導電材料の選択成長工程、第１図（Ｃ）は液相ＣＶＤ法
による第２の導電材料の被着工程、第１図（Ｄ）は上層
配線のべターニング工程をそれぞれ表す。第２図（Ａ）
ないし第２図（Ｅ）は従来の配線形成方法をその工程順
にしたがって説明する概略断面図であり、第２図（Ａ）
は層間絶縁膜とコンタクトホールの形成工程、第２図（
Ｂ）は導電材料によるコンタクトホールの埋込み工程、
第２図（Ｃ）はタングステンシリサイド層およびレジス
ト層の形戒工程、第２図（Ｄ）はエッチバック工程、第
２図（Ｅ）は配線層の形戒工程をそれぞれ表す。第３図
は液相ＣＶＤ法における問題点を説明するための概略断
面図である。 １　・・・半導体基板 ４　・・・ゲート電極 ６　・・・層間絶縁膜 ７　・・・第１のコンタクトホール ８　・・・第２のコンタクトホール ９　・・・タングステン層 ｌＯ　　・・・アルごニウム層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上もしくは下層配線層上に形成された層間絶
   縁膜にコンタクトホールを開口した後、気相ＣＶＤ法に
   より前記コンタクトホール内に第１の導電材料を選択成
   長させ、次いで液相ＣＶＤ法により基体の全面に第２の
   導電材料を被着させ、パターニングを行って上層配線を
   形成することを特徴とする配線形成方法。