JPH03291919A - 半導体装置及びその製造方法 - 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〕 本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に高融
点金属膜を含む配線を有する半導体装置及びその製造方
法に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体装置は、コンタクト用開口部（以下コンタ
クト孔と記す）を有する絶縁膜上にシリコン膜を堆積し
、その表面層のみを高融点金属のハロゲン化物と反応さ
せることにより高融点金属膜を堆積し、これを選択的に
エツチングして配線を形成し、結果として、高融点金属
膜とシリコン膜の２層膜からなる配線を形成するのが一
般的であった。

また、下地絶縁膜上にＴ　ｉ　Ｗ膜あるいはＴｉＮ膜を
スパッタ法で堆積し、その表面で、水素あるいはシラン
を用いて高融点金属のハロゲン化物を還元することによ
ってＴｉＷ膜あるいはＴｉＮ膜と高融点金属膜との２層
膜を形成する方法も一般に用いられている。

このような手法により高融点金属膜、例えばＷ膜を全面
形成する利点は、基板上の互に深さが大きく異なるコン
タクト孔を一様に埋め込めることであり、本利点は、開
口部内のみを選択的に埋め込む選択ＣＶＤ法には求めら
れないものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の半導体装置及びその製造方法は、次に述
べる問題点があった。すなわち、（Ａ）高融点金属膜と
シリコン膜の２層構造では、高融点金属のハロゲン化物
がシリコン膜で還元される際にシリコン膜が消費される
が、この消費量を正確に制御するのが難しい。例えば、
消費量が少なく、シリコン膜の残りが多いと、コンタク
ト抵抗が充分に低く出来ない。逆に、シリコン膜を消費
しすぎると、特に平坦部での高融点金属膜の接着性が急
激に悪化し、膜はがれを生ずる。

下地にシリサイド膜を用いた場合も、下部拡散層との反
応を避けるために高温（＞９００℃）のアニールができ
ず、シリサイド膜自体の抵抗を充分に低くできない、こ
の結果、膜残りがあるかぎり抵抗を充分に低下させるこ
とはできない。

（Ｂ’）下地絶縁膜上にＴｉＷ膜あるいはＴｉＮ膜をス
パッタ法で堆積し、その表面で、水素あるいはシランを
用いて高融点金属のハロゲン化物を還元することによっ
てＷ膜を堆積し、ＴｉＷ膜あるいはＴｉＮ膜と高融点金
属膜との２層膜を形成する方法では、アスペクト比が１
を越える微細なコンタクト孔やスルーホールの側壁にス
パッタ法でＴｉＷ膜あるいはＴｉＮ膜を形成する必要が
ある。この方法は、スパッタ法の段差被覆性を考えれば
、微細なコンタクト孔などでは実用に供せないことは明
らかである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置は、半導体基板上に設けた絶縁膜と
、前記絶縁膜に設けたコンタクト用開口部と、前記開口
部を含む前記絶縁膜の表面に設けた前記絶縁膜とシリコ
ン又はゲルマニウムとの界面混合層と、前記界面混合層
の上に設けて前記開口部内を充填する高融点金属膜を含
む配線とを有する。

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に設け
た絶縁膜にコンタクト用開口部を設ける工程と一前記開
口部を含む前記絶縁膜の表面にシリコンあるいはゲルマ
ニウムをその主たる構成要素として含む半導体膜あるい
は導電膜を堆積する工程と、前記半導体膜あるいは導電
膜と前記絶縁膜との界面付近に到達する平均飛程でイオ
ンを注入し前記界面付近に前記半導体膜あるいは導電膜
と前記絶縁膜との界面混合層を形成する工程と、高融点
金属のハロゲン化物を前記シリコンあるいはゲルマニウ
ム原子で還元して高融点金属膜を析出させ前記半導体膜
あるいは導電膜の少くとも一部を前記高融点金属膜で置
換する工程とを含んで構成される。

〔実施例〕

次に、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（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施例を説明す
るための工程順に示した半導体チップの断面図である。

まず、第１図（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基板１
０６の表面にリン等のＮ型不純物を選択的に導入してＮ
＋型型数散層１０４形成し、Ｎ＋型型数散層１０４含む
表面に絶縁膜１０１を堆積してＮ＋型型数散層１０４上
の絶縁膜１０１を選択的に開口し、開口径が０．８μｍ
のコンタクト孔１０３を形成する。次に、コンタクト孔
１０３を含む表面にポリシリコン膜１０２を２０ｎｍの
厚さに堆積し、全面にＡｓイオン１０８を加速エネルギ
ー７０ｋｅＶ、　ドーズ量Ｉ　Ｘ　１０１６ｃ１１−２
でイオン注入し、絶縁膜１０１及びポリシリコン膜１０
２の界面付近の原子を打込イオンのエネルギ−で互に混
在させた界面混合層１０９を形成する。

次に、第１図（ｂ）に示すように、８０　Ｔ　ｏ　ｒｒ
の圧力中で基板温度３５０℃、ＷＦ６ガスの流量１００
ＳＣＣＭ、Ａｒガスの流量２００８ＣＣＭの条件でコン
タクト孔１０３を含む表面にＷ膜１０５を０．５μｍの
厚さに形成し、コンタクト孔１０３内を充填する。

ここで、Ｗ膜１０５の成長は下地のポリシリコン膜１０
２の消費をともなうが、従来法でこのような全面膜成長
を行なうと、ポリシリコン膜が完全に消費された段階で
、Ｗ膜の強い膜応力のため絶縁膜の平坦部上のＷ膜が剥
離する。一方、本実施例では、絶縁膜１０１表面の混合
層１０９のために、ポリシリコン膜１０２が完全に消費
された後でも充分な接着力が得られ、Ｗ膜１０５が剥離
することはない、なお、通常のイオン注入法では、コン
タクト孔１０３の側壁に形成されたシリコン膜１０２に
まではイオン注入がなされないが、コンタクト孔１０３
の側壁へのＷ膜１０５成長では、成長面が大面積の平坦
面ではないため、剥離が問題となることはない。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、ドライエツチング法
により、絶縁膜１０１の上面のＷ膜１０５を除去して平
坦化する。

次に、第１図（ｄ）に示すように、コンタクト孔１０３
のＷ膜１０５を含む表面にアルミニウム膜を堆積して選
択的にエツチングし、Ｗ膜１０５と接続するアルミニウ
ム配線１０７を形成する。

第２図及び第３図は本発明の第２及び第３の実施例を示
す半導体チップの断面図である。

第２図に示すように、Ｗ膜１０５の形成までは第１図（
ａ）、（ｂ）により説明した第１の実施例と同様の工程
で形成した後、絶縁膜１０１上のＷ膜１０５を選択的に
エツチングしてパターニングし、配線の一部として用い
る。Ｗ膜１０５と下地絶縁膜１０１との接着性が良好な
ため、厚いＷ膜１０５を加工しても膜はがれは生じない
、又第３図に示すように、Ｗ膜１０５上にアルミニウム
膜１１０を形成した２層構造の配線体を形成することに
より、より電気抵抗が低い配線形成も可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明により次のような効果を得
ることができる。

（Ａ）高融点金属膜と下地絶縁膜との間に特別な接着層
を設けることなく、下地絶縁膜への安定接着性能が得ら
れる。

（Ｂ）スパッタ法により接着層を形成する必要がないの
で、接着層に用いる膜の段差被覆性を考慮することなく
、深く微細な開口部内に全面成長法によってＷ膜を埋め
込むことが可能になる。

（Ｃ）高融点金属膜と下の拡散層の間のシリコンやゲル
マニウムはすべて還元されてしまうのでコンタクト抵抗
が低くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施例を説明す
るための工程順に示した半導体チップの断面図、第２図
及び第３図は本発明の第２及び第３の実施例を示す半導
体チップの断面図である。 １０１・・・絶縁膜、１０２・・・シリコン膜、１０３
・・・コンタクト孔、１０４・・・Ｎ＋型型数散層１０
５・・・Ｗ膜、１０６・・・Ｐ型シリコン基板、１０７
・・・アルミニムラ配線、１０８・・・Ａｒイオン、１
０９・・・界面混合層、１１０・・・アルミニウム膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に設けた絶縁膜と、前記絶縁膜に設け
   たコンタクト用開口部と、前記開口部を含む前記絶縁膜
   の表面に設けた前記絶縁膜とシリコン又はゲルマニウム
   との界面混合層と、前記界面混合層の上に設けて前記開
   口部内を充填する高融点金属膜を含む配線とを有するこ
   とを特徴とする半導体装置。 ２、半導体基板上に設けた絶縁膜にコンタクト用開口部
   を設ける工程と、前記開口部を含む前記絶縁膜の表面に
   シリコンあるいはゲルマニウムをその主たる構成要素と
   して含む半導体膜あるいは導電膜を堆積する工程と、前
   記半導体膜あるいは導電膜と前記絶縁膜との界面付近に
   到達する平均飛程でイオンを注入し前記界面付近に前記
   半導体膜あるいは導電膜と前記絶縁膜との界面混合層を
   形成する工程と、高融点金属のハロゲン化物を前記シリ
   コンあるいはゲルマニウム原子で還元して高融点金属膜
   を析出させ前記半導体膜あるいは導電膜の少くとも一部
   を前記高融点金属膜で置換する工程とを含むことを特徴
   とする半導体装置の製造方法。