JPH04127425A - 半導体集積回路の製造方法 - 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〕 本発明は半導体集積回路の製造方法に関し、特に平坦化
した眉間絶縁膜に設けられたコンタクト孔内への金属層
の形成方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、半導体集積回路の配線形成は、一般に半導体基板
上に形成した絶縁膜にコンタクト孔を設けた後、アルミ
ニウム膜またはアルミニウム合金層を全面に堆積し、フ
ォトレジスト工程を用いてパターニングする方法が用い
られている。そして近年デバイスの高集積化に伴って、
配線及びコンタクト孔は、微細化が進められている。し
かしながら絶縁膜の膜厚は、配線間容量や絶縁性等の関
連からこれに比例して減少させることができない、した
がって従来よりも、開孔径に対する開孔の深さの割合（
アスペクト比）が大きくなり、相対的に深いコンタクト
孔の中にまで配線金属を形成する必要が生じてきた。

しかし、従来の蒸着法やスパッタリング法を用いて金属
層を形成した場合、第３図に示す様に、眉間絶縁膜５Ａ
に形成したコンタクト孔６Ｂの内部では、金属膜１１Ａ
の膜厚が薄くなり、半導体装置の信頼性をいちじるしく
損う。この様な深いコンタクト孔６Ｂに対応した配線接
続法として、コンタクト孔内を導体層で埋め込む方法が
ある。

その一つの方法として、段差被覆性の良好な気相成長法
を用いてコンタクト孔の開孔半径以上の膜厚で全面成長
を行うことによって、コンタクト孔内を導体層で埋め込
むことができる。しかし第４図に示す様に、浅いコンタ
クト孔６Ａに対しては導体層１３で埋め込むことができ
るが、深いコンタクト孔６Ｂに於いては、導体層１３の
成長過程でコンタクト孔内部で充分な成長速度が得られ
ないため、空洞１４が形成され安定した電気的接続が困
難である。

一方特開昭５９−７２１３２号によれば、タングステン
の弗化物等の金属ハロゲン化物をシランで還元してコン
タクト孔内のシリコン上に選択的にタングステン層ある
いはタングステンシリサイド層を気相成長することがで
きる。この方法によれば、深いコンタクト孔に於いても
成長膜厚の制御によって完全に埋め込むことが可能であ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

信頼性の高い配線層を形成する為には、コンタクト孔の
みならずシリコン基板上に形成された素子分離の為のシ
リコン酸化膜や、トランジスタの電極配線等の段部に於
いても、−様な膜厚で配線層が形成できる様に層間絶縁
を平坦化する必要がある。

第５図にシリコン基板１上の平坦化した層間絶縁膜５Ａ
に対して深さの異なるコンタクト孔を形成し、浅いコン
タクト孔６Ａを完全に埋め込む厚さに、タングステン層
９を成長した後、アルミニウム配線１１を形成した様子
を示すが、この状態では深いコンタクト孔６Ｂに対して
開孔段差が残っており、アルミニウム配線１１の充分な
被覆性は得られない、逆に第６図に示す様に、深いコン
タクト孔６Ｂを完全に埋め込む迄タングステン層９を成
長した場合には、浅いコンタクト孔６Ａに対して成長過
剰となり、新たな段差を生じてしまう等の欠点がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体集積回路の製造方法は、半導体基板上に
平坦化した絶縁膜を形成した後所望の位置に複数のコン
タクト孔を設ける工程と、少くとも前記コンタクト孔内
部に薄い絶縁膜を形成する工程と、フォトレジスト膜を
マスクに前記コンタクト孔のうち深いコンタクト孔内部
の前記薄い絶縁膜をエツチングして除去する工程と、前
記深いコンタクト孔内部に対してその深さが浅いコンタ
クト孔の深さと同程度になる様に第１の導体層を選択的
に形成したのち残された薄い絶縁膜をエツチングして除
去する工程と、第１の導体層が形成されたコンタクト孔
を含む全てのコンタクト孔内に第２の導体層を選択的に
形成してコンタクト孔を埋め込む工程とを有するもので
ある。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第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、シリコン基板１に素子
分離領域のフィールド酸化膜２よおび素子領域の不純物
拡散層３を形成する。次でトランジスタの電極あるいは
配線として多結晶シリコン層４を形成した後、気相成長
法により１０モルパーセント程度のリン濃度を有するリ
ンガラス層５を１．０μｍの厚さに成長する。次に９５
０℃にのスチーム雰囲気で約６０分間の熱処理を行うこ
とによって、軟化したリンガラス層５の流動現象により
下地の段差で生じた、リンガラス成長後の表面の凹凸を
平坦化する。ここで、リンガラス層にさらにボロンを含
有させたボロン・リンガラス層を用いることによって軟
化点を下げることができ、より低温でかつ短時間の熱処
理で同等の平坦性を得ることも可能である。

次に、素子間を配線接続する為のコンタクト孔６Ａ、６
Ｂをリンガラス層５の所望の位置に形成する。コンタク
ト孔の開孔は、フォトレジストをマスクに、ＣＦ４系の
ガスプラズマを用いた、リアクティブイオンエツチング
（ＲＩＥ）法により、異方向的にリンガラス層５をエツ
チング除去することによって形成され、その側壁はほぼ
垂直な形になる。次に、コンタクト孔６Ａ、６Ｂの内部
に露出したシリコン表面に対して、８５０℃のスチーム
雰囲気で熱処理と行い、厚さ約１００Ａのシリコン酸化
膜７を形成する。この図で６Ａは深さが浅いコンタクト
孔、６Ｂは深いコンタクト孔を示す。

次に、第１図（ｂ）に示す様に、浅いコンタクト孔６Ａ
をフォトレジスト膜８でマスクし、深いコンタクト孔６
Ｂの表面に形成されたシリコン酸化膜７をフッ酸処理に
より除去する。シリコン酸化膜７の除去は、コンタクト
孔の形成に用いたＲＩＥ法によって行うこともできる。

次に第１図（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜８を
除去した後フッ化タングステン（ＷＦ６）のガスを用い
て深いコンタクト孔６Ｂのシリコン表面に対して選択的
にタングステン層９を成長させる。タングステン層９は
、深いコンタクト孔６Ｂの上端からの深さが浅いコンタ
クト孔６Ａの深さ程度となる様な厚さに成長させる。ひ
きつづき浅いコンタクト孔６Ａ内に形成されたシリコン
酸化膜７を深いコンタクト孔６Ｂの場合と同様のエツチ
ング方法により除去する。

次に第１図（ｄ）に示すように、前工程と同様にＷＦ６
ガスを用い、全てのコンタクト孔に対してタングステン
層１０を浅いコンタクト孔６Ａの深さに相当する厚さに
成長した後、アルミニウム層を被着し、フォトレジスト
法を用いてパターニングすることにより、全てのコンタ
クト孔が完全に埋め込まれ、上面に平坦なアルミニウム
配線１１を形成することができる。

第２図は本発明の第２の実施例を説明するための半導体
チップの断面図である。

まず第２図（ａ＞に示すように、第１の実施例と同様に
、シリコン基板１上に不純物拡散層３゜フィールド酸化
膜２．多結晶シリコン層４．リンガラス層５を形成した
のち、コンタクト孔６Ａ。

６Ｂを形成する０次で気相成長法により全面にシリコン
酸化膜１２を２００人成長する。

次に第２図（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜８に
より浅いコンタクト孔６Ａをマスクし、深いコンタクト
孔６Ｂ及びその周辺のみのシリコン酸化膜１２をフッ酸
処理あるいはＲＩＥ法によりエツチング除去する。

以降第１図（Ｃ）、（ｄ）に示した第１の実施例と同様
に、気相成長によりタングステン層９及び１０を順次成
長して、コンタクト孔を完全に埋め込みアルミニウム配
線１１を形成する。

この第２の実施例では、開孔後のコンタクト孔内を覆う
シリコン酸化膜１２を気相成長により形成する為、成長
温度が４００〜４５０℃と低く、かつコンタクト孔内の
露出したシリコン表面が酸化によって消費されることが
ない、また、シリコン酸化膜１２は全面成長を行ってい
る為、コンタクト孔内の酸化膜を除去する際に、リンガ
ラス膜５を余分にエツチング除去してしまうこともなぃ
、したがって配線形成工程に於ける素子の電気的特性へ
の影響を抑制することができる利点がある。

尚、前記実施例に於いてコンタクト孔を埋め込む導体Ｊ
Ｉ９，１０はタングステンである必要性は無く、モリブ
デン、チタン、タンタル等の高融点金属あるいはそれら
のシリサイドであっても良く、その形成方法は、気相成
長法以外にメツキ法等の、選択成長が可能な方法であれ
ば良い　また、導体層９及び１０はそれぞれ異なる材質
であっても同様の効果が得られる。さらに多結晶シリコ
ン及び不純物拡散層は、上面が金属あるいは金属シリサ
イド層である場合に於いても、実施可能であることは言
うまでもない。

また第２の実施例で示したシリコン酸化膜は、シリコン
窒化膜等、導体層９が選択的に形成されない様な絶縁膜
であれば良いことは本発明の主旨から当然のことである
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、深いコンタクト孔内に対
して２度に分けて導体層を選択的に成長させることによ
って、深さの異なるコンタクト礼金てを完全に導体層で
埋め込むことができる。従ってその上に形成される配線
は、上面が平坦で均一な膜厚で形成できる為、信頼性が
高く高密度の半導体集積回路が実現できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１及び第２の実施例を説
明するための半導体チップの断面図、第３図〜第６図は
従来例を説明するための半導体チップの断面図である。 ｌ・・・シリコン基板、２・・・フィールド酸化膜、３
・・・不純物拡散層、４・・・多結晶シリコン層、５・
・・リンガラス層、５Ａ・・・層間絶縁膜、６Ａ・・・
浅いコンタクト孔、６Ｂ・・・深いコンタクト孔、７・
・・シリコン酸化膜、８・・・フォトレジスト膜、９．
１０・・・タングステン層、１１・・・アルミニウム配
線、１２・・・シリコン酸化膜、１３・・・導体層、１
４・・・空洞。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板上に平坦化した絶縁膜を形成した後所望の
   位置に複数のコンタクト孔を設ける工程と、少くとも前
   記コンタクト孔内部に薄い絶縁膜を形成する工程と、フ
   ォトレジスト膜をマスクに前記コンタクト孔のうち深い
   コンタクト孔内部の前記薄い絶縁膜をエッチングして除
   去する工程と、前記深いコンタクト孔内部に対してその
   深さが浅いコンタクト孔の深さと同程度になる様に第１
   の導体層を選択的に形成したのち残された薄い絶縁膜を
   エッチングして除去する工程と、第１の導体層が形成さ
   れたコンタクト孔を含む全てのコンタクト孔内に第２の
   導体層を選択的に形成してコンタクト孔を埋め込む工程
   とを有することを特徴とする半導体集積回路の製造方法
   。