JPH03280545A - 半導体装置の配線形成方法 - 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、特に配線
接続孔を導体で埋め込む方法に関・する。

〔従来の技術〕

従来、半導体装置の配線形成方法は、一般に基板上に形
成した絶縁膜に接続孔を設けた後アルミニウムまたはア
ルミニウム合金層を全面に堆積しフォトレジスト工程を
用いて配線層を形成する。

近年デバイスの高集積化に件って、配線及び接続孔の微
細化が進んでいる。しかしながら絶縁膜の膜厚は配線間
容量や絶縁性等の関連から、比例して減少させることが
できない、したがって、従来よりも開孔径に対する開孔
の深さの割合（アスペクト比）が大きくなる為、相対的
に深い孔の中まで配線金属層を形成する必要がある。し
かし従来のスパッタリング法や蒸着法を用いて金属層を
形成した場合第３図に示す様に、接続孔内部では膜厚が
薄くなり断線を生じたり半導体装置の信頼性を著しるし
く損なう。この様な深い接続孔に対応した接続法として
接続孔内に導体を埋め込む方法がある。一つの方法とし
て、段差被覆性の良好な気相成長法を用いて接続孔の開
孔半径以上の膜厚で全面成長を行うことによって、接続
孔内に導体を充填することができる。しかしある程度接
続孔が深くなると開口の底部で成長速度が遅くなり第４
図に示す様に接続孔内部に空胴を生じ安定した電気的接
続が困難である。一方、特願昭５９−７２１３２号によ
ればタングステンの弗化物等の金属ハロゲン化物をシラ
ンで還元して接続孔内のシリコン上に選択的に金属ある
いは金属シリサイド層を気相成長することができる。こ
の方法は深い接続孔においても成長膜厚の制御によって
第５図に示す様に完全に埋め込むことが可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

信頼性の高い配線層を形成する為には、接続孔のみなら
ずシリコン基板上に形成された素子分離の為のシリコン
酸化膜やトランジスタの電極配線等の段部に於いても、
−様な膜厚で配線層が形成できる様に、眉間絶縁膜を平
坦化する必要がある。第１図（ａ）にシリコン基板１上
のフィール化した層間ＩＩ！５を形成した様子を示す、
しかしこの様な断面構造に対して不純物拡散層３と多結
晶シリコン層４上に同時に接続孔を設け、前記従来の気
相成長による選択成長を用いて接続孔を埋め込む場合、
接続孔の深さの違いの為、双方を平坦に埋め込むことが
できない。例えば多結晶シリコン層４上に浅い接続孔を
設け、不純物拡散Ｍ３上に深い接続孔を形成し、浅い接
続孔の深さに合わせて成長した場合拡散層３上の深い接
続孔を埋め込み切れず開孔の段が残る。逆に深い接続孔
に合わせた場合、浅い接続孔では盛り上がり、かつ横方
向にも広がって成長が進む為微細化が困難になるという
欠点を有している。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置の配線形成方法は、表面に段差のあ
る基板上に絶縁膜を設けて表面を平坦化する処理を行な
う工程と、前記絶縁膜の所定箇所を開孔して前記基板表
面の導電部を露出させて接続孔を複数設ける工程と、選
択気相成長法により前記接続孔の全てにおいてその深さ
を越えない厚さの埋込導体層を形成する工程と、全面に
他の導体層を被着する工程とを含むというものである。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施例を説明す
るための工程順に示す縦断面図である。

シリコン基板１上にフィールド酸化Ｍ２．不純物拡散層
３．及び多結晶シリコンＭ４（電極配線層）を形成した
ものを基板として、その上に気相成長法を用いてリンを
添加したＳ　ｉ　０２系ガラスからなるＰＳＧ層５を１
．０μｍ成長し、表面を平坦化する為、９５０℃窒素雰
囲気中でＰＳＧ層のりフロー処理を行う（第１図（ａ）
）、次に、ＣＦ４系のガスプラズマを用いたりアクティ
ブイオンエツチングによりＰＳＧ層の所定の位置、すな
わち多結晶ポリシリコン層４．不純物拡散層３上にそれ
ぞれ接続孔６ａ、６ｂを設ける０次に減圧チャンバー内
で基板温度を２００℃〜３００℃にして、ＷＦ６とＳ　
ｉ　Ｈ４をソースガスとして、接続孔内６ａ、６ｂのシ
リコン上に選択的に第１のタングステン層を気相成長し
て埋込導体層７　ａ　、　７　ｂを形成する。成長は、
深さの浅い接続孔６ａが埋め込まれた時点で停止する（
第１図（ｂ））、次にＳ　ｉ　Ｈ４カスをＨ２カスに切
り換え、基板温度を４００℃〜５００”Ｃとし、接続孔
内及び絶縁膜（ＰＳＧ層５）上の全域にわたって、第２
のタングステン層８（他の導体Ｍ）を成長する。この成
長膜は段差被覆性のよいプロセスによっているので、深
い接続孔６ｂの半径具−Ｖの膜厚とすることによって接
続孔内は完全にタングステンで埋ま込まれかつ全面に第
２のタングステン層８が成長する。第２のタングステン
層に対して配線パターンを形成することによって、全て
の接続孔が完全に導体で埋め込まれかつ表面が平坦な配
線が形成される。

第２図は本発明の第２の実施例を説明するための縦断面
図である。先ず第１の実施例と同様に接続孔内に選択的
に第１のタングステン層を成長し第１図（ｂ）の状態と
した後、スパッタリング方法により、全面にチタン層９
を厚さ５０ｎｍ披着する。しかる後第１のタングステン
層と同様の選択成長条件で、第２のタングステン層８を
成長する。このときの選択成長はＴｉ表面に対しても成
長が行なわれる為基板全面に対してタングステンが成長
する。この実施例では接続孔以外の領域に於いてＰＳＧ
Ｍとタングステン層とがチタン層を介して接している為
、チタン層が無い第１の実施例に比べて各層間の接着強
度が強い、したがって微細加工された配線に於いても機
械的、熱的ストレスによって、配線の剥れを生じる恐れ
が無い。

また、第１．第２のタングステン層が同じ成長条件で形
成できしかも、基板への選択成長である為、装置チャン
バー内壁への成長を生じないのでパーティクルの発生が
無く常にクリーンな状態で成長が可能となる等の利点を
有している。

尚、本実施例の気相成長膜は必ずしもタングステンであ
る必要は無く、モリブデン、アルミニウム等の金属やそ
れらのシリサイド膜であっても良い、また、埋込導体層
と他の導体層はそれぞれ異なった導体の組合わせで構成
されても良いことは当然のことである。

また、第１図（ｃ）あるいは第２図に示す状態からタン
グステン層を全面エツチング除去し、接続孔以外の領域
のＰＳＧ層表面を露出させ接続孔内のみにタングステン
層を残した後にアルミニウム層等を被着し、埋め込み材
とは別の導体で配線層を形成することも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は接続孔内に対して選択的に
導体の成長を行う工程と、全面に段差被覆性の良い気相
成長法による導体の成長を行う工程とによって、平坦化
した眉間絶縁膜に対して設けられた深さの異なる接続孔
に対しても完全に導体層で埋め込むことが可能となる。

したがって配線層は均一な膜厚で形成でき、信頼性の高
い半導体装置が実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の第１の実施例を説明す
るための縦断面図、第２図は第２の実施例による配線接
続部の縦断面図、第３図〜第５図は従来の配線形成法に
よる接続部の断面図である。 １・・・シリコン基板、２・・・フィールド酸化膜、３
・・・不純物拡散層、４・・・多結晶シリコン層、５・
・・ＰＳＧＭ、６ａ、６ｂ−・・接続孔、？ａ、７ｂ・
・・埋込導体層、８・・・タングステン層、９・・・チ
タン層、１０．１３・・・スパッタ法による金属層、１
１・・・気相成長法による金属層、１２・・・選択成長
法による金属層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面に段差のある基板上に絶縁膜を設けて表面を平
   坦化する処理を行なう工程と、前記絶縁膜の所定箇所を
   開孔して前記基板表面の導電部を露出させて接続孔を複
   数設ける工程と、選択気相成長法により前記接続孔の全
   てにおいてその深さを越えない厚さの埋込導体層を形成
   する工程と、全面に他の導体層を被着する工程とを含む
   ことを特徴とする半導体装置の配線形成方法。 ２、埋込導体層および他の導体層は、金属または金属シ
   リサイドからなる請求項１記載の半導体装置の配線形成
   方法。