JPH0346231A - 半導体装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置に関し、特に第１配線層と第２配
線層とをコンタクトホール内に埋め込まれた導体を通し
て互いに接続した構造の半導体装置の改良に係わる。

（従来の技術） 近年、コンピュータや通信機器の重要部分には大規模集
積回路（ＬＳＩ）が多用されている。

これらのＬＳＩは、数ミリ角の半導体基板上に多数の能
動素子又は受動素子を電気回路の構成部分となるように
結線しながら、これらを集積化することにより製造され
ている。この集積化は、ますます進む傾向にあり、構成
素子の微細化及び高密度化への研究が急速に進められ、
超高集積化されたＬＳＩ　（ＶＬＳＩ）の製造が図られ
ている。かかるＬＳＩでは、例えば配線層を例にとると
、設計基準の縮小で配線層幅を小さくするのに対し、能
動素子が増大するため、細くかつ複雑な配線層の取り出
しを行う必要があり、コンタクトホール内に直接アルミ
ニウム配線層が延在する一般の配線層では高抵抗化や段
切れ等の問題が生じる。このため、前記問題を起きに難
い信頼性の高い配線層構造を有する半導体装置が要求さ
れている。

その１つに配線層をアルミニウム系とし、これら配線層
間を結線するコンタクトホール内にタングステンやアル
ミニウムを埋め込んだ構造の半導体装置が知られている
。これを第３図を参照して説明する。図中の１は、半導
体基板であり、この基板１上には絶縁層２が被覆されて
いる。前記絶縁層２上には、アルミニウム系の第１配線
層３が形成され、かつ該第１配線層３は紙面の奥行き方
向に延在されている。前記第１配線層３を含む前記絶縁
層２上には、層間絶縁層４が被覆されており、かつ前記
第１配線層３に対応する該層間絶縁層４にはコンタクト
ホール５が開孔されている。

このコンタクトホール５内には、例えばタングステン層
６がＣＶＤ法により埋め込まれている。また、前記層間
絶縁層４上にはアルミニウム系の第２配線層７が前記タ
ングステン層６と接続するように形成されている。

しかしながら、上述した構造の半導体装置にあってはコ
ンタクトホール５に埋め込まれたタングステン層６の内
部応力が通常、大きいため、第１配線層３とタングステ
ン層６との密着性が低下する。その結果、それらの間の
接触抵抗が増大して第１、第２配線層３．７間での接触
抵抗も増大し、高速動作性等を阻害する問題があった。

特に、半導体装置の微細化に伴なってコンタクトホール
自体の寸法が微細化されると、前記接触抵抗の増大化が
より一層顕著となり、信頼性を著しく低下させる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、第１配線層とコンタクトホール内に埋め込んだ導
体との密着性を向上し、第１配線層と前記導体上を横切
って形成される第２の配線層とを良好に接続した構造を
有する半導体装置を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、半導体基板上に設けられた第１配線層と、こ
の配線層を含む前記基板上に被覆された絶縁層と、この
絶縁層に開孔されたコンタクトホール内に埋め込まれ、
前記第１配線層と接続された導体と、この導体に接続さ
れた第２配線層とを具備した半導体装置において、前記
導体が体心立方格子で構成され、かつＸ線回折により得
られる（２００）面のピーク強度１２００と（１１０）
面のピーク強度Ｉ　１１０の比Ｉ　２００　／　Ｉ　１
１０が０．２以上であることを特徴とする半導体装置で
ある。

上記半導体基板としては、例えば単結晶シリコン、ゲル
マニウム、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの化合物半導体、サフ
ァイなどの絶縁板上にシリコン層を成長させたもの等を
挙げることができる。

上記第１配線層は、例えば純Ａρ、Ａｌｌ−８ｔ。

ＡＪ−Ｃｕ、Ａ、ｌ！　−Ｓ　１−ＣｕなどのＡρ金合
金その他Ｍｏなどの高融点金属或いはそのシリサイド等
により形成される。

上記絶縁層は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、成
るいはＰやＢなどの不純物がドープされた酸化シリコン
等により形成される。

上記コンタクトホール内に埋め込む導体は、例えば体心
立方格子構造のタングステン等により形成される。かか
る導体のＸ線回折により得られるピーク強度比１２００
　／　Ｉ　、、。を限定した理由は、その比を０．２未
満にすると導体自体の内部応力を十分に小さくできず、
第１配線層との密着性の向上化を達成できなくなるから
である。より好ましいピーク強度化工２゜ｏ／Ｉ＋＋。

は、０．５以上である。

（作用） 本発明によれば、フンタクトホール内に体心立方格子で
構成され、かつＸ線回折により得られる（２００）面の
ピーク強度１２００と（１１０）面のピーク強度Ｉ１１
゜の比１２００　／　Ｉ　＋＋。が所定値以上とした内
部応力の小さい導体を埋め込むことによってすることに
よって、前記コンタクトホールから露出する第１配線層
に対して前記導体を良好に密着できる。その結果、第１
配線層と導体との接触抵抗を著しく低減でき、ひいては
第１配線層と前記導体上を横切って形成される第２の配
線層とを良好に接続した構造を有する半導体装置を得る
ことができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図示する製造方法を併記して詳
細に説明する。

まず、既に素子（例えばＭＯＳトランジスタ）が形成さ
れたシリコン基板１１上に例えばＣＶＤ法により絶縁層
（酸化シリコン層）１２を堆積した後、全面にアルミニ
ウム層を堆積し、更に該アルミニウム層を写真蝕刻工程
と反応性イオンエツチング工程とによりパターニングし
て第１配線層１３を形成した（第１図（Ａ）図示）。な
お、前記第１配線層１３は紙面の奥行き方向に延在され
ている。

次いで、シラン（ＳｉＨ４）と酸素（０２）とを原料ガ
スとしたプラズマＣＶＤ法により層間絶縁層としての厚
さ１４００Åの酸化シリコン層１４を第１配線層１３を
含む基板１ｉ全面に堆積した（第１図ＣＢ）図示）。つ
づいて、前記第１配線層１３に対応する前記酸化シリコ
ン層１４を写真蝕刻工程とフッ素系ガスを用いた反応性
イオンエツチング工程とにより選択的に除去してコンタ
クトホール１５を開孔した。こうしたコンタクトホール
１５の開孔後において、コンタクトホール１５から露出
した第１配線層１３表面を観察すると、前記反応性エツ
チング時に形成されたと考えられる絶縁性の高い炭化物
、酸化物又はその混合物等の汚染膜１６が前記第１配線
層１３の露出部表面に付着していることが確認された（
第１図（Ｃ）図示）。

次いで、スパッタエツチングが可能な前処理室と反応室
を備えた薄膜形成装置に前記コンタクトホール形成後の
シリコン基板を設置し、ソノヒョウメンヲ前処理室にお
いてプラズマ中でエツチングしてコンタクトホール１５
から露出した第１配線層１３表面に付着した汚染膜１０
を除去した（第１図（Ｄ）図示）。

次いで、シリコン基板を大気に曝すことなく薄膜形成装
置の反応室に移動させ、選択ＣＶＤ法により堆積し、コ
ンタクトホール１５内に導体としてのタングステン層１
７を埋め込んだ（第１図（Ｅ）図示）　この時の堆積条
件は、六フッ化タングステン（ＷＦ６）流ｆｊｋ　１０
ｃｃ／　ｍｉｎ　　シラン（ＳｉＨ４）の流ｆｆｉ　１
Ｏｃｃ／　ｍ１ｎ　、水素（Ｈ２）流ｊｌ　１Ｏｃｃ／
　ｌ１ｉｎ　、温度３００℃、圧力０．２ｔｏｒｒとし
、タングステンを約５００Å／■ｉｎの速度で成膜した
。

このような工程でコンタクトホール１５内に埋め込んだ
タングステン層１７の結晶方位をＸ線回折分析により調
べた。その結果、タングステン層１７は体心立方格子で
構成され、かつ第２図（ａ）に示すように（２００）面
のピーク強度１２００と（１１０）面のピーク強度Ｉ　
１１０の比１２００　／　Ｉ　１１０は０．４７であっ
た。これに対し、コンタクホールの開孔後、希フッ酸で
処理し、前記と同様な条件でコンタクトホール内に埋め
込んだタングステン層（従来法）は第２図（ｂ）に示す
ように（２００）面のピーク強度１２００と（１１０）
面のピーク強度Ｉ　＋１０の化工２゜Ｏ／ｌｌｌ０は０
．１３であった。また、前記工程でコンタクトホール１
５内に埋め込んだタングステン層１７の内部応力をＸ線
回折分析により測定した。

その結果、内部応力の値（σ）は３Ｊ４Ｘ１０８Ｎ／ｍ
２であり、前記従来法により形成したタングステン層の
内部応力の値（σ）が７．３８Ｘ　１０８Ｎ　／　ｍ　
２であるのに対し、ｌ／２以下の値を示すことが確認さ
れた。

次いで、全面にアルミニウム層を堆積し、該アルミニウ
ム層を写真蝕刻工程と反応性イオンエソチング工程とに
よりバターニングして第２配線層１８を形成して第１図
（Ｆ）に示す半導体装置を製造した。

本実施例の半導体装置は、第１図（Ｆ）に示すようにコ
ンタクトホール１５１１ｉ’？に体心立方格子で構成さ
れ、かつＸ線回折により得られる（２００）面のピーク
強度Ｉ２゜０と（１１０）面のピーク強度■１１゜の比
１２００　／　Ｉ　１１０が０，４７で内部応力の値が
３，３４Ｘ１０８Ｎ／ｍ２と小さいタングステン層１７
を埋め込んだ構造になっているため、前記コンタクトホ
ール１５から露出する第１配線層１３とタングステン層
１７との密着性を著しく向上できる。その結果、第１配
線層１３と第２配線層１８とがコンタクトホール１５内
に埋め込まれたタングステン層１７を介して低抵抗で接
続された高速動作が可能で高信頼性の半導体装置を得る
ことができる。

なお、上記実施例においてはコンタクトホールにタング
ステン層を選択ＣＶＤ法により埋め込んだが、コンタク
トホールを含む酸化シリコン層全面にＣＶＤ法によりタ
ングステン層を堆積した後、前記酸化シリコン層上のタ
ングステン層をエッチバックしてコンタクトホール内の
みにタングステン層を残存させても実施例と同様な効果
を達成できる。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば第１配線層とコンタ
クトホール内に埋め込んだ導体との密着性を向上し、第
１配線層と前記導体上を横切って形成される第２の配線
層とを良好に接続した構造を有する高速動作性、信頼性
の優れた半導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の実施例における半導体
装置を得るための製造工程を示す断面図、第２図（ａ）
は実施例におけるタングステン層のＸ線回折スペクトル
図、第２図（ｂ）は従来法によりコンタクトホールに埋
め込んだタングステン層のＸ線回折スペクトル図、第３
図は従来の半導体装置を示す断面図である。 １１・・・シリコン基板、１２・・・酸化シリコン層、
１３・・・第１配線層、１４・・・酸化シリコン層（層
間絶縁層）１５・・・コンタクトホール、１６・・・汚
染膜、１７・・・タングステン層、１８・・・第２配線
層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上に設けられた第１配線層と、この配線層を
   含む前記基板上に被覆された絶縁層と、この絶縁層に開
   孔されたコンタクトホール内に埋め込まれ、前記第１配
   線層と接続された導体と、この導体に接続された第２配
   線層とを具備した半導体装置において、前記導体が体心
   立方格子で構成され、かつＸ線回折により得られる（２
   ００）面のピーク強度Ｉ＿２＿０＿０と（１１０）面の
   ピーク強度Ｉ＿１＿１＿０の比Ｉ＿２＿０＿０／Ｉ＿１
   ＿１＿０が０．２以上であることを特徴とする半導体装
   置。