JPH04291763A - 半導体装置およびその製造方法 - 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］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置のＡｌ類の成
膜法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｓｉ基板とＡｌを接触させて熱処理をす
ると、ＡｌがＳｉ基板に溶け出し、アロイ・スパイク等
の不良を生じる。このため、Ａｌに予めＳｉを混ぜ、Ｓ
ｉ基板への溶出が少ないＡｌ−Ｓｉ合金を用いる方法が
あるが、これでは前述の不良を完全に防ぐことができな
い。そこで、最近では、Ｓｉ基板とＡｌとが直接接触し
ないように、Ｔｉ、Ｗ等の高融点金属によるバリア金属
膜を間に設ける方法が行われている。例えば、ＡｌとＳ
ｉが直接接触するコンタクト部では重要な技術となって
いる。

【０００３】一方、ＬＳＩの高集積化にともない、コン
タクトホール等、様々場面に高アスペクト比孔が利用さ
れるようになっている。このような高アスペクト比孔の
上に配線したり、コンタクトをとるような場合等には、
Ａｌ、または、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等のＡｌ
類によってボイドなど無いよう、良好に孔を充填する必
要がある。特に、多層配線を行うためには孔を充填した
後の表面の平滑化は重要である。現在は、スパッタリン
グ法を用いてこれらの材料を成膜している。

【０００４】しかし、スパッタリング法では、スパッタ
された材料が凹凸の影の部分に到達しにくいという成膜
上の欠点、すなわちシャドウィング効果のため、アスペ
クト比の大きな孔、溝等においては、Ａｌ膜のステップ
カバレージが悪く、特に、高アスペクト比孔底部の端で
はＡｌ膜の断切れが生ずることもある。このため、Ａｌ
膜を成膜と同時に基板を加熱して高温でのＡｌの流動性
を利用して高アスペクト比孔を埋め込むという方法が行
われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような方法でＡ
ｌ膜等を成膜すると、次のような問題点がある。

【０００６】第１に、高温に加熱されたＡｌ膜は高アス
ペクト比孔内に流れ込もうとするものの、高アスペクト
比孔では口径が小さいために成膜途中で高アスペクト比
孔にフタをするような状態になり、Ａｌが高アスペクト
比孔内部を埋めることができず、最終的にボイドが生じ
る。

【０００７】第２に、Ａｌが高アスペクト比孔に流入す
る際に、高アスペクト比孔上部、側壁の濡れ性が悪いと
、高温に加熱したにもかかわらず、流動性が低く、従来
と同程度のステップカバレージしか得られない。または
、第１の場合と同様にボイドが生じてしまう場合もある
。 ［発明の構成］

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明では、半導体基板または絶縁層に設けた凹部
と、前記凹部表面上に形成されたバリア金属膜と、前記
バリア金属膜表面上のポリシリコン膜と、前記ポリシリ
コン表面上に形成され、かつ前記凹部を充填する金属膜
とからなるを特徴とする半導体装置とその製造方法を提
供する。

【０００９】

【作用】バリア金属の上にポリシリコン膜を形成してお
くと、ポリシリコンとＡｌ類の濡れ性が良いため、スパ
ッタリング法を使い、高アスペクト比孔等をＡｌ類でス
ムーズにボイドなく埋め込むことができる。

【００１０】

【実施例】（実施例１）

【００１１】以下に、本発明の第１の実施例を図１から
図４を参照しながら詳細に説明する。　　本実施例は、
特に、半導体装置の表面を平滑化する場合や、深い孔を
利用してキャパシティをかせぐ場合などに効果がある。 図１のように半導体基板１上に絶縁層２を形成し、所望
の箇所に高アスペクト比孔の凹部３を開口する。

【００１２】次に、図２のように、半導体基板１および
絶縁層２、凹部３上に、例えば、Ｔｉを厚さ数十ｎｍ堆
積させる。その後、窒素雰囲気中、６００℃程度で熱処
理することにより、ＴｉがＴｉＮに変化し、バリア金属
膜４を形成する。または、直接ＴｉＮを堆積させること
によりバリア金属膜４を形成してもよい。この後、図３
のように、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜５を厚さ１０
〜数百ｎｍ堆積させる。

【００１３】引き続き、ランプ加熱で半導体基板１を４
００〜７００℃の状態に保持しながら、スパッタリング
法によりポリシリコン膜５上に純ＡｌまたはＡｌ合金の
Ａｌ類かならなる金属層６を絶縁層２上で６００〜９０
０ｎｍ程度の厚さになるように成膜する。ポリシリコン
とＡｌ類との濡れ性は極めて良好であることから、Ａｌ
類は凹部３の中にスムーズに移動し、図４のように、凹
部３をボイドなく埋め込むことができ、また、孔上を平
滑にすることができる。また、バリア金属膜３、ポリシ
リコン膜５が存在するため、アロイ・スパイク等の半導
体基板１とＡｌ類との無用の反応を避けることができ、
周辺への悪影響を阻止できる。

【００１４】以上の例では、ポリシリコン膜５を形成し
た後、引き続き金属膜６を堆積させたが、ポリシリコン
膜形成とスパッタリングとを非酸化性雰囲気中で引き続
き行うためには非常に大きな製造装置や特別な搬送方法
を必要する。ところが、製造装置は、その配置等につい
て柔軟に対応するため、個々の機能で分けられてきてい
るので、製造工程上困難が生じる場合もある。

【００１５】しかし、本発明によれば、金属膜６を堆積
させる前に、たとえ半導体基板１を大気にさらし、ポリ
シリコン膜５表面が酸化しても、金属膜６を堆積させる
直前に、例えば、アルゴン・スパッタ・エッチングを行
うことにより、前記酸化膜を除去することができ、ポリ
シリコン膜５を堆積させない従来の場合に比べてはるか
に容易に酸化前の状態を復活させることができる。この
後、金属膜６を堆積させることにより、何ら不都合無く
高アスペクト比孔の凹部３を埋め込むことができるので
ある。 （実施例２）以下、本発明の第２の実施例を図５、図６
を参照しながら詳細に説明する。本実施例は、半導体基
板にトレンチを形成し、Ａｌ類の金属で埋め込むもので
ある。

【００１６】図５のように、半導体基板１に高アスペク
ト比のトレンチ状の凹部３を形成し、例えば、Ｔｉを厚
さ数十ｎｍ堆積させる。その後、ＴｉＮを堆積させるこ
とによりバリア金属膜４を形成する。この後、ＣＶＤ法
によりポリシリコン膜５を厚さ数十ｎｍ堆積させる。

【００１７】引き続き、ランプ加熱で半導体基板１を４
００〜７００℃の状態に保持しながら、スパッタリング
法によりポリシリコン膜５上にＡｌ類かならなる金属層
６を成膜する。ポリシリコンとＡｌ類との濡れ性は極め
て良好であることから、Ａｌ類は凹部３の中にスムーズ
に移動し、図６のように、凹部３をボイドなく埋め込む
ことができる。また、バリア金属膜４、ポリシリコン膜
５が存在するため、Ａｌ類との無用の反応を避けること
ができ、周辺への悪影響を阻止できる。 （実施例３）以下、本発明の第３の実施例を図７から図
９を参照しながら詳細に説明する。本実施例は、高アス
ペクト比のコンタクトを形成するものである。

【００１８】図７のように、半導体基板１上に絶縁層２
を堆積させ、所望の箇所に高アスペクト比孔の凹部３を
開口し、例えば、Ｔｉをバリア金属膜４として堆積させ
る。続いて、窒素中で６００℃程度の熱処理を行い、Ｔ
ｉをＴｉＮに変化させると同時に、半導体基板１表面に
シリサイド７を形成する。

【００１９】次に、図８のように、ドープドポリシリコ
ン膜８５を、リン等の不純物を含むシランガス雰囲気中
で極めて薄く、厚さ１０ｎｍ程度、もしくはそれ以下に
形成する。または、ポリシリコン膜を薄く形成してから
不純物を導入してもよい。後に、凹部３をコンタクトホ
ールとすることから、ドープドポリシリコン膜８５の抵
抗は低いことが望ましい。

【００２０】引き続き、第１の実施例と同様に、スパッ
タリング法等によりドープドポリシリコン膜８５上にＡ
ｌ類からなる金属層６を絶縁層２上に６００〜９００ｎ
ｍの厚さになるように成膜する。ポリシリコンとＡｌ類
との濡れ性は極めて良好であることから、Ａｌ類は凹部
３の中にスムーズに移動し、図９のように、凹部３をボ
イドなく埋め込むことができ、さらに孔上の金属膜６を
平滑にすることができる。また、バリア金属膜４、ドー
プドポリシリコン膜８５が存在するため、半導体基板１
とＡｌ類との無用の反応を避けることができ、素子への
悪影響を阻止できる。　　以上の例では、ドープドポリ
シリコン膜８５を形成した後、引き続き金属膜６を堆積
させたが、本発明によれば、金属膜６を堆積させる前に
、半導体基板１を大気にさらし、ドープドポリシリコン
膜８５表面が酸化しても、金属膜６を堆積させる直前に
、例えば、アルゴン・スパッタ・エッチングを行うこと
により前記酸化膜を除去し、金属膜６を堆積させること
により、何ら不都合無く高アスペクト比孔の凹部３を埋
め込むことができる。

【００２１】また、コンタクトを形成する場合について
は、高融点金属からなるバリア金属膜にＳｉ等を打ち込
み、濡れ性を改善する方法も考えられるが、濡れ性の優
れたＳｉを一様に分布させることが困難で、特に、凹部
の側壁が半導体表面に対して直角である高アスペクト比
孔等の凹部であれば、注入によってその側壁にＳｉを導
入することは不可能である。ドープドポリシリコンを薄
く堆積させる本発明の方法によれば上記の問題を回避す
ることができる。 （実施例４）以下、本発明の第４の実施例を図７、図１
０から図１２を参照しながら詳細に説明する。本実施例
は、高アスペクト比のコンタクト孔を形成するものであ
る。

【００２２】図７のように、半導体基板１上に絶縁層２
を堆積させ、所望の箇所に高アスペクト比孔の凹部３を
開口し、例えば、Ｔｉをバリア金属膜４として堆積させ
る。続いて、窒素中で６００℃程度の熱処理を行い、Ｔ
ｉをＴｉＮに変化させると同時に、半導体基板１表面に
シリサイド７を形成する。

【００２３】次に、図１０のように、ドープドポリシリ
コン膜８５を、リン、ボロン等の不純物を含むシランガ
ス雰囲気中でコンタクト孔を埋め込むように堆積させる
。または、ポリシリコン膜を形成してから不純物を導入
しても良い。後に、凹部３にコンタクトを形成すること
から、ドープドポリシリコン膜８５の抵抗は低いことが
望ましい。この後、図１１のように、ドライエッチング
で平坦部のドープドポリシリコン膜８５とバリア金属膜
４を除去する。

【００２４】続いて、全面にＴｉ等によるバリア金属膜
４１を堆積させ、更に、第１の実施例と同様に、スパッ
タリング法等によりバリア金属膜４１の上にＡｌ類から
なる金属層６を６００〜９００ｎｍの厚さに成膜し、コ
ンタクトを完成する。

【００２５】このように形成したコンタクトは、バリア
金属膜４、４１が金属層６とシリサイド７との導通を取
っており、また、凹部３に導伝性のあるドープドポリシ
リコンを充填してあるので、低抵抗で断線などのない極
めて良好なコンタクトを形成できる。更に、孔上の金属
膜６の平滑性は極めて優れており、この後の工程を容易
にすることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、バリア金
属膜の上に、Ａｌ類の濡れ性の良いポリシリコンを堆積
させておくことにより、Ａｌ類がスムーズに孔内に入り
、スパッタリング法を用いて金属膜で高アスペクト比孔
の凹部を良好に埋め込むことができ、また、埋め込み後
の金属膜表面を平滑にすることができる。

【００２７】また、ポリシリコン膜を形成した後に、酸
化工程が入っても、容易に酸化膜を除去し、酸化前の状
態を復活することができることから、何ら不都合無く上
記の通りの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の工程断面図。

【図２】本発明の第１の実施例の工程断面図。

【図３】本発明の第１の実施例の工程断面図。

【図４】本発明の第１の実施例の工程断面図。

【図５】本発明の第２の実施例の工程断面図。

【図６】本発明の第２の実施例の工程断面図。

【図７】本発明の第３の実施例の工程断面図。

【図８】本発明の第３の実施例の工程断面図。

【図９】本発明の第３の実施例の工程断面図。

【図１０】本発明の第４の実施例の工程断面図。

【図１１】本発明の第４の実施例の工程断面図。

【図１２】本発明の第４の実施例の工程断面図。

【符号の説明】

１　　半導体基板 ２　　絶縁層 ３　　凹部 ４　　バリア金属膜 ５　　ポリシリコン膜 ６　　金属膜 ７　　シリサイド ４１　　バリア金属膜 ８５　　ドープドポリシリコン膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板または絶縁層に設けた凹部と、
   前記凹部表面上に形成されたバリア金属膜と、前記バリ
   ア金属膜表面上に形成されたポリシリコン膜と、前記ポ
   リシリコン表面上に形成され、かつ前記凹部を充填する
   金属膜とからなるを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】半導体基板または絶縁層に凹部を設ける工
   程と、その次に、前記凹部表面上にバリア金属膜を形成
   する工程と、その次に、前記バリア金属膜上にポリシリ
   コン膜を形成する工程と、その次に、前記ポリシリコン
   表面上の前記凹部に金属膜を充填することを特徴とする
   半導体装置の製造方法。