JPH04120725A - 配線の形成方法 - 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、半導体装置の製造工程において用いられる高
融点金属でなる配線の形成方法に関する。

［発明の概要］ 本発明は、下層配線層上にコンタクトホールを介して高
融点金属膜を形成する配線の形成方法において、 下層配線上にコンタクトホールを有する層間絶縁膜を形
成し、少なくともコンタクトホール内に密着層を介して
シリコン系薄膜を形成し、前記シリコン系薄膜を高融点
金属に置換した後、高融点金属膜を被着することにより
、 ステップカバレージがよく、シかもモフォロジーの改善
をなし得るようにしたものである。

［従来の技術］ 次世代の超々ＬＳＩにおいて、０．３５μｍルールの微
細コンタクトホールやピアホールを埋め込む配線技術と
して、段差被覆性が良く、しかも多結晶シリコンプラグ
などと比較してコンタクト抵抗の低い、ブランケットタ
ングステンが注目されている。

この種のブランケットタングステンを形成する方法とし
ては、「月刊Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ
　１９８９、１２ヨの第１９７Ｎ〜第２００頁に記載さ
れるような法が知られているが、ＣＶＤ法でブランケッ
トタングステンを形成した場合、層間膜などの５ｉ０２
等に直接密着させようとしても界面からはがれが生じ形
成か困難であった。そこで、現状ではＳ　ｉ　Ｈａ還元
法によりタングステンの成長の核を形成させた後、Ｈ２
還元法により被覆性良く、高速成長させるという２段階
の方法かとられている。

また、最近では、コンタクトホール内に窒化チタン（Ｔ
　ｉ　Ｎ）やチタンタングステン（ＴｉＷ）等の密着層
を介してブランケットタングステンを形成する方法も知
られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した従来方法にあっては、以下のよ
うな問題点か有る。

まず、ＳｉＨ４還元法においては被覆性の点で問題があ
る。即ち、タングステンの初期核は、ウェハ全体を埋め
つくすまで２０００〜３０００人程度は化学気相成長（
ＣＶＤ）法を施さなくてはならず、０．３５μｍルール
の微細コンタクトホールを埋め込む際には適用し得ない
という問題が有る。

また、上記した密着層を介して、Ｈ２還元法（Ｈ。

／　Ｗ　Ｆ　ｇ系ガス）で直接ブランケットタングステ
ンを形成した場合、タングステンの核形成か不均一で表
面もモフオロジーが悪くなり、ウエノ入内の均一性も悪
化する。また、このような密着層を介して、上記した２
段階の配線形成方法を行なっても、依然として被覆性の
問題及び微細化に対応しきれない問題点が残る。

本発明は、このような従来の諸問題に着目して創案され
たものであって、モフオロノーを改善し、しかも段着被
覆性のよい配線の形成方法を得んとするものである。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明は、下層配線上にコンタクトホールを有
する層間絶縁膜を形成し、少なくともコンタクトホール
内に密着層を介してシリコン系薄膜を形成し、前記シリ
コン系薄膜を高融点金属に置換した後、高融点金属膜を
被着することを、その解決手段としている。

［作用１ 密着層上に形成されたシリコン系薄膜は、シリコン核形
成が均一であるため、その後の還元反応により高融点金
属に置換した場合も均一な膜質となり、このようにして
、高融点金属に置換された膜は、後工程で形成される高
融点金属膜の成長を均一にする。このため、高融点金属
膜のモフオロジーが改善されると共に段差被覆性が向上
する。

［実施例］ 以下、本発明に係る配線の形成方法の詳細を図面に示す
実施例に基づいて説明する。

（第１実施例） 第１図Ａ〜第１図りは、本発明の第１実施例を示してい
る。

まず、本実施例においては、第１図Ａに示すように、例
えばｐ型のシリコン基板１の下層配線としての不純物拡
散領域１ａの層間絶縁膜２に周知の技術を用いてコンタ
クトホール２ａを開口し、上記不純物拡散層１ａを露出
させる。

なお、層間絶縁膜２の膜厚は、本実施例においては５０
〜１０００人程度である。

次に、第１図Ｂに示すように、コンタクトホール２ａ内
及び層間絶縁膜２上に、密着層としての窒化チタン（Ｔ
ｉＮ）膜３をＣＶＤ方により５０〜１０００人程度の膜
厚で被着させた後、この窒化チタン膜３上にシリコン系
膜としての多結晶シリコン膜４をＣＶＤ法により、膜厚
５０〜１０００人（開口部径に応じて設定する）に形成
する。

このとき、層間絶縁膜２上方の多結晶シリコン膜４の厚
さ（Ｘ）とコンタクトホール２ａの側壁に沿って形成さ
れる多結晶シリコン膜４の厚さ（ｙ）は、ｙ　／　ｘ　
Ｘ　１００　＝　９０　（％）程度となり、良好な被覆
性（カバレージ）となっている。

次に、このようにして形成した多結晶シリコン膜４を六
フッ化タングステン（ＷＦ、）Ｓｉ還元反応を用いてタ
ングステンに置換してタングステン膜５を形成する（第
１図Ｃ）。このＳｉ還元反応の条件は、以下の通りであ
る。

温度　　　　　　　　　４７５℃ 圧力　　　　　　　　　　　２Ｔｏｒｒ雰囲気ガス及び
その流量 六フッ化タングステン　　６０　ｓｅｃＭ形成速度　　
　　　　　　１〜４０人／秒以上のＳｉ還元反応を、多
結晶シリコン膜４を構成するＳｉがなくなるまで行なっ
た後、第１図りに示すように、ＣＶＤ法によりタングス
テン膜６を上記タングステン膜５上に形成する。このＣ
ＶＤは、水素還元反応を伴うものであり、その条件は以
下の通りである。

温度　　　　　　　　　　４７５℃ 圧力　　　　　　　　　　　８０Ｔｏ　ｒ　ｒ雰囲気ガ
ス及びその流量 六フッ化タングステン（ＷＦｌｌ）　　６０ＳＣＣＭ水
素（Ｈ２）　　　　　　　　２４０　ｏｓｃｃｓ斯るタ
ングステン膜６は、上記条件により、同図りに示すよう
に、被覆性良く埋め込まれる。

なお、この後は、エッチバック等を施して、プラグ化若
しくはパターニングして配線とすればよい。

実施例においては、多結晶ソリコン膜４を用いたため、
初期核は多結晶シリコン膜の被覆性の高さ（ｙ／ｘＸ１
００＝９０　（％））を反映して、段差被覆性を高める
ことができると共に、モフオロジーを向上する。

（第２実施例） 第２図Ａ〜第２図りは、本発明の第２実施例を示してい
る。なお、第１実施例と同一部分には同一の符号を付し
て説明を省略する。

本実施例は、タングステン配線の形成において、反応の
初期過程における核形成を非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）
で行なっておき、連続的に次の工程で六フッ化タングス
テン（ｗｐａ）のＳ】還元反応によりタングステン（Ｗ
）に置換し、続けて水素（Ｈ７）／ＷＦ８ガス系でタン
グステンを形成するものである。

先ず、本実施例においては、第２図Ａに示すように、第
１実施例と同じ工程を行ない、次に第２図Ｂに示すよう
に第１実施例と同様に密着層としての窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）膜３を被着し、その後ンラン系のガス等を用いたＣ
ＶＤ法により非晶質／リコン膜７を５０〜１０００人の
膜厚に形成する。なお、このＣＶＤ条件は、以下の通り
である。

温度　　　　　　　　　４７５°Ｃ 雰囲気ガス及びその流量 ７ラン（Ｓ　ｉ　Ｈ４）　　　　　１００５ＣＣＭ形成
速度　　　　　　　１〜４０人／秒次に、上記工程の後
、連続的に、六フッ化タングステン（ＷＦ６）によりシ
リコン（Ｓｉ）還元反応させ、シリコン（Ｓｌ）をタン
グステン（Ｗ）に置換し、第２図Ｃに示すように、タン
グステン膜８を形成する。

そして、引き続き、水素（Ｈ７）還元を伴うＣＶＤ法に
より、第２図りに示すように、タングステン膜９を形成
することにより段差被覆性のよいコンタクトホール埋め
込みか達成される。

なお、上記ＣＶＤ条件は以下の通りである。

温度　　　　　　　　　　４７５°Ｃ 圧力　　　　　　　　　　　８ＱＴｏ　ｒ　ｒ雰囲気ガ
ス及びその流量 水素（Ｈ−）　　　　　　　２０００ｓＣＣＭ六フッ化
タングステン　　　ＩＯｓゆ、形成速度　　　　　　　
１〜８０人／分本実施例においては、非晶質シリコン膜
７形成の後連続的にＳｉ還元反応を行なわせ、さらに連
続的にタングステン膜９を形成しているため、自然酸化
膜の形成や、反応の不均一性が生じにくい利点を有して
いる。

以上、両実施例について説明したが、本発明は、これら
の実施例に限られるものではなく、各種の設計変更、材
料変更が可能である。

例えば、上記実施例においては、下層配線として不純物
拡散領域を設定したが、金属配線等でも勿論よく、ピア
ホール部に適用してもよい。

また、上記両実施例においては、高融点金属として、タ
ングステンを適用したが、他の高融点金属にも適用可能
である。

さらに、上記両実施例においては、密着層として窒化チ
タン（Ｔ　ｉ　Ｎ）膜を適用したが、他のバリヤメタル
を用いても勿論よい。

また、上記実施例においては、ンリコン系薄膜の形成に
ンラン（ＳｉＨ，）を用いているが、この他ポリシラン
（Ｓ　Ｉ　、Ｈａ、　Ｓ　Ｉ　８４等）やＳｉＨ、Ｃ＆
などのクロル系、及びＳ　ｉ　ＨＦ　３などのフッ素系
を用いてもよい。また、形成方法は、常圧ＣＶＤ、ＬＰ
　（低圧）−ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ。

光ＣＶＤ等を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明に係る配線の形
成方法に依れば、コンタクト内面に沿った成長が可能と
なるため、配線のカバレージを良好にすると共に、モフ
ォロージを大幅に改善する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜第１図りは本発明に係る配線の形成方法の第
１実施例の工程を示す断面図、第２図Ａ〜第２図りは第
２実施例の工程を示す断面図である。 Ｉａ・・・不純物拡散領域、２・・層間絶縁膜、２ａ・
・コンタクトホール、３・・・Ｎ　＋　Ｎ、４・・・多
結品シリコン膜、５，６，８．９・・・タングステン膜
。 ２０コンタクトホール 口Ｏ＋ＲｎｊＪＺ、ｎＷ域 第１′Ｘ艶９１１の工程＆　ｚＲｖ断ｉ図第１図Ａ （Ｓ師ＣＩＩＩとづ）「１ｊ） 第１図Ｂ （つ疑５１１５ンシ乞う夕’１） （）４１　芙　１色、１り１１） 第１図Ｄ ］０ （７Ｇ２文　方１−１り＋１　　） 第２図Ｂ （１６２実　方色１夕１］） 第２図Ｄ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下層配線上にコンタクトホールを有する層間絶縁
   膜を形成し、少なくともコンタクトホール内に密着層を
   介してシリコン系薄膜を形成し、前記シリコン系薄膜を
   高融点金属に置換した後、高融点金属膜を被着すること
   を特徴とする配線の形成方法。