JPH0370129A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は導体層の選択形成方法に改良を加えた半導体装
置の製造に関する。

（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域は受動素子
を電気回路の構成部分となる様に結び付けながら、これ
らを集積化して作られている。最近では多種多様な機能
を持つ様にするため、構成素子の微細化及び高密度化へ
の研究が進められ、より高集積化されたＬＳＩの製造が
図られている。

この様なＬＳＩでは例えば配線を例にとると、設計基準
の縮小で配線幅は小さくなりしかも能動素子が増大する
ために、細くかつ複雑な配線の取り図しを行う必要があ
り、コンタクトホール内にアルミニウム配線が延在して
下地と直接コンタクトする様な従来の配線では高抵抗化
や段切れ等の問題が生じる。そこでこの様な問題の起き
にくい構造の信頼性の高い配線が要求されている。その
１つに配線の水平部分にはアルミ系の一般配線を用いる
と共に、垂直部分ではコンタクトホールにタングステン
（Ｗ）やアルミニウム等を選択的に埋め込み形成した配
線を用いる手法が有る。これを第４図に示して説明する
。

半導体基板（１）に絶縁膜（２）を介して例えばアルミ
ニウム系の第１の配線層（３）が形成されている。これ
は紙面の奥ゆき方向に延びている。（４〉は層間絶縁膜
であり、この第１の配線層（３〉上が開口され、そこに
例えばＷ層（８）が選択ＣＶＤ法により形成されている
。（９）はこのＷ層（８）とつながるアルミニウム系の
第２の配線層である。この様な構造にする事によって、
段切れ等の問題は解消する。

しかしながら、この様な積層配線にもいくつかの問題が
生じている。これを第５図に示す。先ず層間絶縁膜（４
）を形成した後、開孔部を除去したレジストのマスク（
５〉を形成する（第５図（ａ））。

次いでこのマスク上から異方性の反応性イオンエツチン
グ（ＲＩ　Ｅ　ｒＲｅａｃｔｌｖｅ　ｔｏｎ　Ｅｔｃｈ
ｌｎｇＪ　）を行って開口（１りを設ける。この時絶縁
性の高いフッ化物、酸化物或は、その混合物等の汚染膜
（５０）が形成されてしまう。この膜が形成された状態
でＷ膜（８□）を選択形成しても不均一に成長してしま
い、完全な膜にならない。また、うまく膜形成できても
この膜があるためにコンタクト抵抗は高くなってしまっ
た。（第５図（ｂ））。

この汚染Ｈ（５０）は蒸気圧が低く、化学的に極めて安
定な化合物であるため化学的に除去する事は困難である
。これを除去するために、第１の配線層（３）を露出し
た状態で、不活性ガス例えばアルゴンのスパッタリング
により物理的に除去する方法が効果的である。

しかし絶縁膜（４〉の表面もこのスパッタリングで活性
化されているために、この後にタングステンの選択ＣＶ
Ｄを行うと、第１の配線層（３）のみならず絶縁膜（４
）表面にもＷ膜（８３）が成長してしまい、完全な選択
成長ができなかった。（第５図（Ｃ））。

また、汚染膜（５０）を除去するには液相処理例えばフ
ッ酸に汚染膜（５０）の付着した面を浸すことにより行
う事ができるが、この場合フッ酸を洗い落とす際に純水
に含まれる酸素或いはフッ酸処理工程からの成膜工程ま
での間にさらされる大気等によって、第１の配線層（３
）の表面には新たな自然酸化膜ができてしまう。こうな
れば汚染膜の持つ同様の問題をまたもや引き起こしてし
まう。

（発明が解決しようとする課題） 従来の半導体装置の製造方法は、下地の層に付着した汚
染膜をスパッタリングにより物理的に除去できるが、そ
の後に金属層を選択形成しても、下地の層以外の絶縁膜
表面にも金属層が成長してしまい選択性がうまく取れな
いという問題があった。

また、この汚染膜を液相で除去した場合には、洗浄工程
や大気にさらすこと等で下地の層の表面に新たに自然酸
化膜が生じてしまい、この下地の層上に金属層を形成し
てもこの層間に自然酸化膜が介在するためコンタクト抵
抗は高くなるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、所望の下
地層のみに金属層を選択性良く形成でき、しかも、形成
後の下地層と金属層間のコンタクト抵抗を低くすること
のできる半導体装置の製造方法を提供する事を目的とす
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明は絶縁膜から表面
が露出した第１の導体層を形成する工程と、この第１の
導体層よりイオン化傾向が小さくかつ耐酸化性の金属イ
オンを含む溶液に、前記露出した第１の導体層表面を浸
すことによりこの表面に前記金属を析出させる工程と、
この後気相成長法によって前記金属表面に第２の導体層
を堆積する工程とを具備する事を特徴とする半導体装置
の製造方法を提供するものである。

（作　　用） 本発明によれば、下地層となる第１の導体層よりもイオ
ン化傾向が小さい金属を（第１の導体層の方がこの金属
により溶けやすい）を溶かした溶液中に第１の導体層表
面を浸すことにより、第１の導体層表面が溶液中にイオ
ンとなって溶ける。

この際、汚染膜は化学的に安定な膜のため溶ける事はほ
とんどないが、溶液は汚染層のピンホールを通って侵入
して第１の導体層表面が溶けるために汚染膜と第１の導
体層間の密着が悪くなり、これによって汚染膜は剥れる
。一方、溶けた第１の導体層に見合った金属が（予め溶
液中に溶かしている）が溶液からこの導体層表面を被覆
する様に析出する。従って第１の導体層と金属膜の間に
は高抵抗の汚染膜が介在しにくいために、この間のコン
タクト抵抗は低くなる。しかも続けてこの金属膜上に第
２の導体層を選択形成する際、従来方法の如く選択領域
以外の絶縁膜表面をスパッタリング等で活性化していな
いため、第１の導体層表面を覆う金属膜上のみに、第２
の導体層を堆積させる事ができる。

（実施例） 本発明の詳細を実施例により説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る積層配線の工程順
の断面図である。

先ず、所望により素子等を表面に形成した半導体基板例
えばシリコン（Ｓ　ｉ）基板（１）上にシリコン酸化膜
（Ｓ　ｌ　０２　）　（２）を０．５μｍ厚堆積した後
、１．０％のシリコン及び０．５％の銅を含むアルミニ
ウム膜をこの膜に重ねて堆積する。さらにこのアルミニ
ウム膜上にレジストパターンを（図示せず）を設け、こ
れをマスクとしてこのアルミニウム膜を反応性イオンエ
ツチング法により加工して第１層配線（３）を形成する
。次いでプラズマＣＶＤ法によりこの全面にシリコン酸
化膜を１μｍ厚堆積した後、レジストパターン（５）を
マスクにしてこの酸化膜をエツチングし、直径０．６μ
ｍのコンタクトホール（Ａ）　、　（Ｂ）を形成する。

同時にこの絶縁膜は層間絶縁Ｊｌ！　（４）となる。こ
の際、顕微鏡でコンタクトホール（Ａ）　、　（Ｂ）内
を観察したところ、汚染膜（６〉の被着が見られた（第
１図（ａ））。

さらに、レジストパターン（５〉を除去した後、シリコ
ン基板（１）ごと、例えばＱ、１％の塩化パラジウム、
０．１％塩酸、０．５％弗化水素酸を含む酢酸溶液中に
３０秒秒間上た。この工程の後、再び顕微鏡によりコン
タクトホール（Ａ）　、　（Ｂ）内を観察したところ、
第１層配線（３〉の表面に薄いパラジウム（Ｐ　ｄ）膜
（７）が析出しているのが確認された。この後、所望に
より洗浄工程を経た後、大気中に基板をさらして表面を
乾燥させた。乾燥後もパラジウム膜（７）の表面を顕微
鏡で観察したが、表面には酸化膜は見られなかった。こ
れはパラジウムがアルミニウム等と比べ極めて酸化され
にくい金属であり、大気中にさらされた程度では表面が
酸化されなかったためである。また、ここでは酸化膜を
完全に除去したが、一部除去をするだけでも十分な効果
を望める（第１図（ｂ））。

この工程の後、基板（１）と共に資料をＣＶＤ装置内に
セットし、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガスを用い
る公知のＷの選択ＣＶＤ法により、コンタクトホール（
Ａ）　、　（Ｂ）内のパラジウム膜（７〉上のみにタン
グステン膜（８）を選択形成する。その際、タングステ
ン膜（８）はパラジウム膜〈７）上のみに堆積し、シリ
コン酸化膜（４）上には全く堆積することなく、極めて
高い選択性を示した（第１図（Ｃ）〉。

最後に、例えばマグネトロンスパッタ法により全面に０
．５％のシリコンを含むアルミニウム膜を堆積し、さら
にこの上に形成したレジストパターンをマスクにして、
反応性イオンエツチング法によりこのアルミニウム膜を
加工することにより、第２層配線（９）を形成した。

この様にして１％個のコンタクトホールを有するコンタ
クトチェーンを作成し、導通試験を行ったところ、導通
不良を起こしたのはわずかに０．２％であり、この配線
がＬＳＩの配線として高い信頼性を持つことが判った。

一方、比較のために従来の方法として塩化パラジウムを
含む酢酸溶液に浸す代わりにアルゴンイオンによるスパ
ッタエツチングを５秒間行ったものでは、１．４％の導
通不良が発生し、信頼性は低かった。

さらに、タングステン膜（８）までを形成した試料を用
い、第１層配線とタングステン膜（８）間のコンタクト
抵抗を調べたところ、１Ω／口と極めて低い事が判った
。比較のため汚染膜を除去せずにタングステン膜（８〉
を形成したものは、このコンタクト抵抗が１にΩ／口と
なり、実施例のものの１０００倍以上となり、ＬＳＩに
用いるには不適当であった。

ここでパラジウム膜（７）の析出に用いた水溶液の粘度
を例えば水溶液中にリン酸等を入れて高める事により、
後でタングステンを選択ＣＶＤ法で堆積する際の選択性
を一層向上できる事が判った。

その理由は次の様に考えられる。即ち、粘性の小さい溶
液を用いた場合、水溶液中でパラジウムが析出し一但下
地の第１層配線に吸着するが、この吸着力の弱いものが
この配線から離れて粒子となり水溶液中を漂った後、絶
縁膜に再び吸着してしまう。この絶縁膜に吸着したパラ
ジウムの粒子はタングステンの選択成長の際の核になる
ため、選択性を害してしまう。ところが粘度を高める事
により、絶縁膜にこのパラジウム粒子が吸着しにくくな
るため、選択性の向上が図れるのである。

またここでは、パラジウムの還元剤を含まない水溶液を
用いて、パラジウムを析出させたが、この還元剤を使用
することにより、より確実にパラジウム膜（７）を析出
させる事ができる。この手法は例えばパラジウムの代わ
りに銅を析出させる場合等には特に有効であり、この還
元剤にホルムアルデヒド（Ｉ　ＣＩ　Ｏ）を用いると良
い。

次に、本発明の第２の実施例を第２図に沿って説明する
。尚、以下の実施例では先の実施例と同一箇所は同一番
号を付し、詳しい説明は省いた。

先ず、絶縁膜（２〉上に第１層配線（２〉を形成する。

この場合にも、配線加工時のエツチング工程で用いたレ
ジストやエツチングガス等に起因する汚染膜〈６〉がこ
の配線表面に被着している（第２図（ａ））。

次いで先の実施例と同様にパラジウム含有の酢酸水溶液
に基板（１）ごと第１層配線（２）を浸すことによって
、この配線層表面にパラジウム膜（７）を析出させる（
第２図（ｂ））。

最後に、選択ＣＶＤ法によってこのパラジウム膜（７）
の表面のみにタングステン膜（８）を堆積させる。この
様にすることで、タングステン膜で表面を被覆した配線
が形成される（第２図（Ｃ））。

以上の工程を経て形成された配線によっても第１の実施
例と同様の効果を得た。しかもこれに加え、パラジウム
膜（７）がアルミニウムを主とする第１層配線（３）と
タングステン膜（８）に対して共に密着性が良い事から
、第１層配ｖＡ（３）を極めて良好な被膜を持つ高信頼
性の配線にできる。

さらに、本発明の第３の実施例を第３図に沿って説明す
る。

先ず、絶縁膜（２〉を基板（１〉上に形成した後、この
表面に所望の配線形成領域を窓開したレジストパターン
（５）を形成し、これをマスクとして絶縁膜をエツチン
グして開孔（Ｃ）　、　（Ｄ）を形成する。

この際にも、露出した基板（１〉上にやはり汚染膜（６
）が見られた（第３図（ａ））。

次いで、レジストパターンを除去した後、第１の実施例
と同様に露出した基板表面をパラジウム含有の酢酸溶液
に浸し、この表面にパラジウム膜（７）を析出させる（
第３図（ｂ））。

最後に選択ＣＶＤ法により、この開孔（Ｃ）　、　（Ｄ
）内にタングステン膜（８）を埋め込み形成した後、こ
の膜につながるアルミニウム系の第２層配線（Ｇ）を所
望により形成する（第３図（Ｃ））。

この実施例でも、第１の実施例と同様の効果を得た。

本発明は種々の実験を行った結果、上記実施例に限られ
るものではなく次の様にしても同様の効果を期待できる
事が判った。

■　第１の導体層はＳｉとＣｕを含むアルミニウムを用
いたがこれ以外のアルミニウムを含む合金、例えばＳＬ
のみ或いはＣｕのみを含むアルミニウム又は、アルミニ
ウムだけを用いても良い。

またこれ以外の他の金属材料例えばＣｕを主成分とする
ものや高融点金属及び高融点金属の硅化物例えばタング
ステン（Ｗ）、モリブデン、硅化タングステン、硅化モ
リブデン等を用いても構わない。また、金属だけではな
く半導体例えば不純物をドーピングしたＰ塑成いはｎ型
の多結晶シリコンや小結晶シリコン基板そのものであっ
ても良い。

要するに気相成長層の下地となる導体層として働くもの
であれば差し支えない。

■　析出させる金属には、耐酸化性金属でしかも第１の
導体層よりイオン化傾向の小さいものを随時選ぶ必要が
ある。これに応えるものとしてここではパラジウム（Ｐ
　ｄ）を用いたが、これ以外の■族の金属例えばニッケ
ル（Ｎｉ）、白金（ｐｔ）、　　コバルト（ＣＯ）等で
も良く、また、Ｉｎ族の銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（
Ａｕ）等も全く同様に使用できる。これらの金属を用い
る場合は第１の導体層がアルミニウムを含むものであれ
ばより好ましい。ここでは、溶液として実施例で用いた
塩化パラジウムの如く金属の塩化物例えば塩化ニッケル
（Ｎ　Ｉ　Ｃ（１２）や、或いは金属の硫酸塩例えば硫
化ニッケル（ＮｉＳＯ４）、硫化パラジウム（ＰｄＳＯ
４）等が好ましいが、その他の化合物例えば塩化白金酸
（ＨＰ　ｔ　（１６）等であっても良い。

さらに、ここでは溶液のベースとなるものに塩酸と弗化
水素酸を添加した酢酸を主とする溶液を用いたが、この
ベースは、これ以外のもの例えば、リン酸や硝酸等或い
はこれらの混合液を用いても良い。

■　第２の導体層はタングステン（Ｗ）に限るものでは
なく、選択ＣＶＤ法により形成される他の高融点金属例
えばモリブデン（Ｍｏ）等でも良く、或いはこれらの硅
化物例えば硅化タングステン、珪化モリブデン等でも良
い。

さらに、これ以外の選択形成可能な導体層例えば、導電
型を呈する不純物をドープしたシリコン層等でも構わな
い。

［発明の効果］ 上記構成により、所望の部分に選択性良く層を形成でき
。しかも、コンタクト抵抗を低くできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す工程順の断面図、
第２図は本発明の第２の実施例を示す工程順の断面図、
第３図は本発明の第３の実施例を示す工程順の断面図、
第４図及び第５図は従来例を示す断面図である。 １・・・半導体基板、２・・・絶縁膜、３・・・第１層
配線、４・・・層間絶縁膜、５・・・レジストマスク、
６・・・汚染膜、７・・・パラジウム膜、８・・・タン
グステン膜、９・・・第２層配線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁膜から表面が露出した第１の導体層を形成す
   る工程と、この第１の導体層よりイオン化傾向が小さく
   かつ耐酸化性の金属イオンを含む溶液に、前記露出した
   第１の導体層表面を浸すことによりこの表面に前記金属
   を析出させる工程と、この後気相成長法によって前記金
   属表面に第２の導体層を堆積する工程とを具備する事を
   特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）前記第１の導体層はアルミニウムを含む材料であ
   りかつ前記金属はパラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、
   ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、銀
   （Ａｇ）、銅（Ｃｕ）の中から選ばれる金属又はこの中
   から選ばれる二種以上の金属の合金である事を特徴とす
   る請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. （３）前記金属イオンを含む溶液が溶液中の金属イオン
   を還元できる還元剤を含むことを特徴とする請求項１記
   載の半導体装置の製造方法。