JPH0338041A - 半導体装置の製造方法 - 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〕 本発明は多層配線構造を有する半導体装置の製造方法に
関する。

〔発明の概要〕

本発明は、テーパー形状を有する接続孔の底部の自然酸
化膜をスパッタエツチングにより除去してから、その接
続孔を埋め込んで上層の配線を行う半導体装置の製造方
法において、接続孔を含む全面に第１の導電材料膜を形
成し、接続孔の底部の第１の導電材料膜と下層配線上の
自然酸化膜をスパッタエツチングにより除去してから、
第２の導電材料膜を接続孔に埋め込むことにより、コン
タクト抵抗の低抵抗化を図るものである。

〔従来の技術〕

半導体装置の高集積化が進められており、これに伴って
配線層の多層化が不可欠になってきている。

一般に、眉間絶縁膜に被覆された下層配線に、上層配線
を接続させる場合、その眉間絶縁膜に接続孔（コンタク
トホール）が形成される。高集積化を実現するためには
、その接続孔を小さくする必要があり、単純にスケール
ダウンした場合では、上層配線のステップカバレージの
問題が生ずる。

そこで、接続孔をテーパー形状にすることが行われてお
り、眉間絶縁膜を貫通する接続孔の上部の開口径が拡が
る形状に加工することが行われてきている。

また、下層配線を例えばアルミニウム系配線層とした時
では、接続孔の形成後、その接続孔の底部に、自然酸化
膜が形成される。この自然酸化膜の除去のため、アルゴ
ンスパッタリングが行われており、そのプロセスについ
て、第２図ａ〜第２図Ｃを参照して簡単に説明する。

第２図ａに示すように、下地層２１上にアルミニウム系
配線層からなる下層配線２２が形成され、その下層配線
２２上にはシリコン酸化膜からなる眉間絶縁膜２３が被
覆される。この眉間絶縁膜２３には接続孔２４が形成さ
れる。この接続孔２４は上部にテーパ一部２４ａを有し
、テーパ一部２４ａは主面に対して傾斜をもった形状を
有している。接続孔２４の開口後、露出した下層配線２
２の表面には自然酸化膜２５が形成される。この自然酸
化膜２５は酸化アルミニウムからなり、コンタクト抵抗
を高くする。

次に、第２図すに示すように、上層配線を形成する前に
、自然酸化膜２５を除去する目的で、基板にＲＦバイア
スを印加しながらアルゴンスパッタリングが行われる。

このアルゴンスパッタリングで自然酸化膜２５が除去さ
れる。

その自然酸化膜２５の除去後、信頼性向上のための薄い
チタン膜２６が全面に形成され、第２図Ｃに示すように
、最後にアルミニウム配線層からなる上層配線２７が形
成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述の多層配線技術では、自然酸化膜２５が
除去されるもののコンタクト抵抗が増大するという問題
が生ずる。

すなわち、アルゴンスパッタリングから自然酸化膜２５
のクリーニングをする場合、接続孔２４の底部の自然酸
化膜２５は除去されるが、同時に眉間絶縁膜２３を構成
するシリコン酸化物も除去され、それが接続孔２４の底
部に再付着する。この底部に再付着したシリコン酸化物
２８は、１９８９年ＩＥＩＩ！Ｅ　ＩＲＰＳ　（Ｉｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｒｅ１ｉａｂｉｌｔｙ　Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　　；国際信頼性物理シ
ンポジウム）論文集５３〜５８真に記載されるように、
特にテーパ一部２４ａの傾斜する角度に依存して多くな
り、多層配線間のコンタクト抵抗を増大させることにな
る。

そ、こで、本発明は上述の課題に鑑み、アルゴンスパッ
タリングから自然酸化膜のクリーニングが行われる製造
方法において、多層配線間のコンタクト抵抗の低抵抗化
を実現するような半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を連成するために、本発明の半導体装置の製
造方法は、下層配線上の眉間絶縁膜にテーパー形状を有
する接続孔を開口した後、第１の導電材料膜を全面に堆
積した後、上記接続孔の底部の上記第１の導電材料膜及
び上記下層配線上の自然酸化膜をスパソタエッチングに
より除去した後、引き続き直ちに第２の導電材料膜を上
記接続孔の内部に埋め込むことを特徴とする。

ここで、下層配線とは、単層若しくは多層の導電層であ
り、自然酸化膜が形成されるようなアルミニウム、タン
グステン、モリブデン等の金属や、ＷＮ、ＭｏＣ，ＷＳ
ｉｚ　　（タングステンシリサイド）、Ｍｏ５１ｇ　　
（モリブデンシリサイド）等の金属化合物を主たる材料
とする膜が挙げられる。

上記第１の導電材料膜としては、チタンの他、導電性を
有する材料であれば良く、タングステンやモリブデン等
の高融点金属或いはその高融点金属化合物やポリシリコ
ン、或いはアルミニウム系金属等であっても良い、特に
、その第１の導電材料膜は、スパッタリング法等により
形成することで、接続孔の底部でより薄くなるように形
成することが好ましい、また、上記第２の導電材料膜は
、上層配線そのものであっても良く、接続孔の埋め込み
のための導電材料膜であっても良い、また、上記第２の
導電材料膜は、各種のバリヤメタル等を伴うものでも良
く、単層、多層を問わない。

スパッタエツチングは、第２の導電材料膜と同じ装置を
用いて、前処理として行うことが好ましく、−船釣には
アルゴンが用いられるが、特に限定されるものではない
。

〔作用］ スパッタエツチングの前に第１の導電材料膜を全面に形
成することで、その第１の導電材料膜がテーパー形状を
有する接続孔のテーパ一部を被覆する。この段階では、
自然酸化膜は第１の導電材料膜の下部に存在する。次に
、スパッタエツチングを行った時では、接続孔の底部の
第１の導電材料膜が削られて行き、これと共にその下部
の自然酸化膜も除去される。このスパッタエツチングで
は、接続孔のテーパ一部も削られることになるが、この
時に削られるのは、第１の導電材料膜であり、接続孔の
底部に再付着するのは、その第１の導電材料膜の一部と
なる。従って、接続孔の底部での導電性が損なわれるこ
とがなく、コンタクト抵抗を低抵抗化することができる
。

［実施例］ 本実施例は、接続孔を含む全面にチタン膜を形ｔした後
、アルゴンイオンを用いたスパッタエツチングを行う多
層配線方法である。

以下、第１図ａ〜第１図ｅを参照しながら説明する。

第１図ａに示すように、絶縁層からなる下地層ｌ上に、
下層配線である第１層目のアルもニウム系配線層２が形
成される。この第１層目のアルミニウム系配線層２は、
所要の形状にバターニングされる。第１層目のアルミニ
ウム系配線層２は、眉間絶縁膜であるシリコン酸化膜３
に被覆される。

このシリコン酸化膜３はＣＶＤ等の方法により堆積され
る。

次に、第１図すに示すように、テーパー形状を有する接
続孔４が第１層目のアルミニウム系配線Ｎ２上にシリコ
ン酸化膜３を貫通して形成される。

その接続孔４のテーパ一部４ａは、主面に対して傾斜を
有しており、このテーパ一部４ａにより接続孔４の上部
の間口径が徐々に拡がるものとされ、段差の緩和がなさ
れる。テーパ一部４ａより下部の接続孔４は略垂直な側
壁４ｂを有する。このようなテーパー形状を有する接続
孔４は、レジストマスクを用いて初めに等方性のプラズ
マエツチングを行い、続いて同じマスクで異方性のエツ
チングを行うことで可能である。もちろん、他の方法で
テーパー形状を有する接続孔４を形成することもできる
。

接続孔４の底部４Ｃには、開口直後にアルミニウム系配
線層２が露出し、その後、アルミニウム系配線層２の露
出した表面部分にアルミナ等を主たる構成とする自然酸
化膜５が形成される。

次に、アルゴンイオンエツチングを行わず、先に第１図
Ｃに示すように、第１の導電材料膜であるチタン膜６を
スパッタ法により堆積する。この時、スパッタカバレー
ジの特性から、自然酸化膜５の形成された接続、孔４の
底部４Ｃでは、薄い膜厚でチタン膜６が形成され、テー
パ一部４ｂやシリコン酸化膜３の表面上には底部４ｃよ
りも厚くチタン膜６が形成されることになる０例えば、
シリコン酸化膜３の表面上にチタン１１６を５００Å程
度堆積した場合では、同時に接続孔４の底部４Ｃに２０
０人のチタン膜６が堆積される。

次に、第２層目のアルごニウム系配線層を形成する装置
と同じ装置を使用し、第Ｆ図ｄに示すように、アルゴン
イオンエツチングを行う、このアルゴンイオンエツチン
グを例えば３００Å程度行った場合には、接続孔４の底
部４Ｃのチタン膜６が除去されると共に、上記第１層目
のアルミニウム系配線層２上の自然酸化膜５も除去され
る。この時、接続孔４のテーパ一部４ａでもチタン膜６
が削られて、そのチタン膜６の一部６ａが接続孔４の底
部４ｃに再付着することになるが、チタン膜６自身は導
電材料であり、コンタクト抵抗の増大にはならない。ま
た、スパッタカバレージの特性から、テーパ一部４ｂの
チタン膜６は厚く、テーパ一部４ａでシリコン酸化Ｂ３
が露出することはない。

このようなアルゴンイオンエンチングに引き続き、同し
スパッタ装置を用いて直ちに第２の導電材料膜としての
第２層目のアルもニウム系配線層７が全面に形成される
。このアルくニウム系配線層７は、接読孔４の内部にも
堆積され、その接続孔５を介して第１層目のアルミニウ
ム系配線Ｎ２と電気的に導通する。接続孔４の底部には
、再付着したチタン膜６の一部６ａが存在するが、抵抗
が高くなることはない、そして、この第２層目のアルミ
ニウム系配線層７は、所定の形状にパターニングされて
、上層配線として機能することになる。

このように本実施例の半導体装置の製造方法では、アル
ミニウム系配線層の多層配線を行う場合に、アルゴンイ
オンエツチングの前に、チタン膜６を全面に形成してお
り、アルゴンイオンエツチング時に接続孔４の底部に再
付着するものはチタン膜６となる。従って、コンタクト
抵抗が増大するような弊害は防止されることになる。

また、テーパー形状を有する接続孔４に対するスパッタ
カバレージの特性から、接続孔４の底部Ｃに堆積するチ
タン膜６は他の部分に比べて薄くなる。このためアルゴ
ンイオンエツチングにより接続孔４の底部４ｃのチタン
膜６と自然酸化膜５を除去しても、他の部分ではシリコ
ン酸化膜３を露出させずにおくことができる。従って、
その選択的なスパッタエツチングに特殊なマスク等は不
要である。

なお、上述の実施例では、アル果ニウム系配線層やチタ
ン膜を用いたが、他の導電材料にすることもできる。

〔発明の効果〕

本発明の半導体装置の製造方法は、テーパー形状を有す
る接続孔を第１の導電材料膜で被覆してから、クリーニ
ングのためのスパッタエツチングを行うため、接続孔の
底部に再付着する材料が導電材料となり、コンタクト抵
抗の増大が防止されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜第Ｖ図ｅは本発明の半導体装置の製造方法の
一例のそれぞれ工程断面図、第２図ａ〜第２図Ｃは従来
の半導体装置の製造方法の一例のそれぞれ工程断面図で
ある。 ２・・・第１層目のアルミニウム系配線層３・・・シリ
コン酸化膜 ４・・・接続孔 ４ａ・・・テーパ一部 ５・・・自然酸化膜 ６・・・チタン膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 下層配線上の層間絶縁膜にテーパー形状を有する接続孔
   を開口した後、第１の導電材料膜を全面に堆積した後、
   上記接続孔の底部の上記第１の導電材料膜及び上記下層
   配線上の自然酸化膜をスパッタエッチングにより除去し
   た後、引き続き直ちに第２の導電材料膜を上記接続孔の
   内部に埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法
   。