JPH04346224A - バリヤメタル構造の形成方法 - Google Patents

バリヤメタル構造の形成方法

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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体等の基板上の
絶縁膜に形成されるコンタクトホールのバリヤメタル構
造の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の基本的構造として、シリコ
ン等の半導体基板上の層間絶縁膜にコンタクトホールを
開口し、そのコンタクトホールにアルミニウム等の配線
メタルを埋め込んだ構造がある。
【０００３】このような構造において、例えば配線層で
あるアルミニウムと基板のシリコンとが反応してアロイ
ピットが形成され両者の接合が破壊されたり、また、コ
ンタクトホール表面にシリコン粒が析出して配線層と基
板との間のコンタクト抵抗が著しく上昇するために、半
導体素子自体の信頼性が低下することが問題となってい
た。
【０００４】このため、半導体素子の信頼性向上を目的
として、下地となるＳｉ等の基板とアルミニウム等の配
線層との反応を防止するために、コンタクトホール内に
ＴｉＮやＴｉＷ等のバリヤメタル層を、例えばスパッタ
リング法で堆積させることが広く行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】コンタクトホールにバ
リヤメタル層や配線層を形成する場合、従来の半導体素
子のデザインルールでは、十分なカバレージを確保する
ことが可能であった。
【０００６】しかしながら、近年の超ＬＳＩの開発にお
いては、そのデザインルールが非常に微細化しつつあり
、そのような技術動向の中で、半導体基板上の絶縁層に
形成されるコンタクトホールも微細化する。
【０００７】このような微細なコンタクトホールに対す
るバリヤメタル層や配線メタルのカバレージ、特にコン
タクトホール底部周辺部のカバレージが不十分となると
いう問題がある。即ち、図２に示すように、Ｓｉ基板２
１上の層間絶縁膜２２に開口されたコンタクトホール２
３には、配線メタルであるアルミニウムと下地であるＳ
ｉ基板２１との反応防止のためにＴｉＮ，ＴｉＷ等のバ
リヤメタル又はＴｉＳｉｘ等のシリサイド等からなるバ
リヤメタル層２４が形成され、更にその上にアルミニウ
ム等の配線層２５が形成されるのであるが、その際に、
バリヤメタル層２４のカバレージが十分でないために、
図中矢印で示すように配線メタルが下地Ｓｉ基板２１中
へ突き抜けて接合リークが生じたり、また、配線メタル
そのもののカバレージが十分でないために配線層中にボ
イド２６が生じたりするため、素子の信頼性が非常に低
下するという問題があった。
【０００８】この発明は、以上のような従来技術の課題
を解決しようとするものであり、微細なコンタクトホー
ルを形成する場合に、カバレージの良好なバリヤメタル
構造を形成することを可能とするバリヤメタル構造形成
方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、この発明は、基板上に形成された絶縁膜に所期の
大きさの径よりも大きい径を有するコンタクトホールを
開口する工程；全面にバリヤメタル層を形成する工程；
コンタクトホールの径が所期の大きさになるように、酸
化膜を全面に形成する工程；異方性エッチングにより該
酸化膜をエッチバックする工程；及びコンタクトホール
にメタルを埋め込む工程を含んでなるバリヤメタル構造
形成方法を提供する。
【００１０】即ち、この発明のバリヤメタル構造形成方
法は、所期の大きさの径よりも大きめの径のコンタクト
ホールに対してバリヤメタル層を形成し、その後に所期
の大きさの径に成るようにコンタクトホール側壁に酸化
膜を形成させることを特徴とするものである。
【００１１】なお、この発明においては、コンタクトプ
ラグ底部にのみバリヤメタル層が残るように、コンタク
トプラグを形成した後に選択的にバリヤメタル層をエッ
チングしてもよい。
【００１２】
【作用】この発明のバリヤメタル構造形成方法において
は、所期の大きさよりも大きめ径のコンタクトホール、
例えば、従来法で精度よくパターニングできる大きさの
コンタクトホールを形成した後に、そのコンタクトホー
ルの全面にバリヤメタル層を形成するので、カバレージ
の良好なバリヤメタル層を形成することが可能となる。
【００１３】続いて、コンタクトホールの径が所期の大
きさとなるように、コンタクトホール側壁にも酸化膜が
形成されるように、基板の全面に酸化膜を形成し、その
後に、コンタクトホール側壁に形成された酸化膜がエッ
チングされないように異方性エッチングにより酸化膜を
エッチバックするので、コンタクトホールの径を所期の
微細な大きさのものとすることが可能となる。これによ
り、コンタクトホールの径の微細化が、リソグラフィ工
程を経ずに可能となる。
【００１４】
【実施例】以下、この発明を図面を参照しながら具体的
に説明する。ただし、この発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。なお、図中、同じ符号は同一又は
同等の構成要素を表わしている。
【００１５】図１はこの発明の方法によって、０．３μ
ｍ径のコンタクトホールにバリヤメタル構造を形成する
場合を説明する図である。
【００１６】即ち、この方法においては、まずシリコン
ウェハからなる基板１上に設けられたＴＥＯＳ−ＣＶＤ
法によるＳｉＯ２平坦化膜２とＢＰＳＧ塗布膜３からな
る絶縁膜４に、ｇ線で露光可能な大きさである０．９μ
ｍ径のコンタクトホール５を常法に従い開口する（図１
の（Ａ））。
【００１７】次いで、ＴｉＮからなるバリヤメタル層６
をコンタクトホールの側壁に０．１μｍの厚みで堆積す
るように全面にスパッタリング法により形成する（図１
の（Ｂ））。このように比較的大きなコンタクトホール
５に対しては、バリヤメタル層６は十分にコンタクトホ
ール５の底部の周辺部にも形成できる。
【００１８】ついで、カバレージの良好な酸化膜７、例
えばＴＥＯＳ−ＣＶＤ法によるＳｉＯ２からなる酸化膜
７を上面が０．３μｍの膜厚となるように全面に堆積さ
せると、コンタクトホール側壁には約０．２μｍの膜厚
で堆積する（図１の（Ｃ））。
【００１９】なお、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法によって堆積し
たＳｉＯ２からなる酸化膜７は、エッジ部８が丸くなる
傾向があるので、コンタクトホール入口にわずかなテー
パーが形成されるので、その後に形成するメタル配線層
のコンタクトホールに対するカバレージの改善に役立つ
。
【００２０】続いて、通常の異方性ドライエッチングで
、酸化膜７を堆積した膜厚分、即ち０．３μｍ分だけ全
面エッチバックする（図１の（Ｄ）。この際、異方性エ
ッチングによるエッチバックでは、コンタクトホール側
壁に堆積した酸化膜７は殆どエッチングされないので、
エッチバック終了時のコンタクトホール径の大きさは所
期の大きさである０．３μｍとなる。なお、基板１上に
はバリヤメタル層６が形成されているので、エッチバッ
ク時に基板１がエッチングされることはない。
【００２１】なお、異方性エッチングでは、コンタクト
ホール５の入口周辺部がエッチングされやすいことから
、図１の（Ｄ）に示すように、その後のメタルを埋め込
む時のカバレージ改善のために十分でかつ滑らかなテー
パーがコンタクトホール５の入口部９に形成される。
【００２２】続いて、このように形成されたコンタクト
ホール５に配線層となるメタルもしくはコンタクトプラ
グとなるメタルを埋め込むことにより、カバレージが良
好で、下地の基板への突き抜けの問題も生じないコンタ
クトホールのバリヤメタル構造を形成することができる
。
【００２３】なお、コンタクトホール５にメタルを埋め
込む場合の例としては、図１の（Ｅ）に示すように、カ
バレージ特性が良好なブランケットＣＶＤタングステン
層１０を形成することが挙げられる。
【００２４】このようにして、この発明により形成され
るバリヤメタル構造は、種々の利用態様をとることがで
きる。例えば、このタングステン層１０をＣ２Ｃｌ３Ｆ
３ガスでエッチバックすることにより、図１の（Ｆ）に
示すように、タングステンからなるメタルプラグ１１を
形成することができる。
【００２５】続けてエッチングガスをＢＣｌ３とＣｌ２
との混合ガスに代えることにより、ほぼ選択的にＴｉＮ
からなるバリヤメタル層６をエッチングすると、図１の
（Ｇ）に示すようにメタルプラグ１１の側部に酸化膜７
を挟んで間隙部１２が形成され、メタルプラグ１１の底
部のみにバリヤメタル層６が存在するバリヤメタル構造
となる。
【００２６】更に、このバリヤメタル構造体上にＳＯＧ
を塗布しエッチバックを行うか、もしくはポリシリコン
を堆積して酸化しその後にエッチバックを行うことによ
り、図１の（Ｈ）に示すように、間隙部１２に絶縁体１
３を形成できる。
【００２７】このようにしてタングステンのメタルプラ
グ１１が形成されたバリヤメタル構造上には、図１の（
Ｉ）に示すように、ＴｉＮ層１４を設け更にアルミニウ
ム配線層１５を設けることができる。
【００２８】また、間隙部１２に絶縁体を埋め込むこと
なく、図１の（Ｊ）に示すように，ＴｉＮ層１４を設け
更にアルミニウム配線層１５を設けることもできる。
【００２９】なお、この発明のコンタクトホール形成方
法は、ＭＯＳトランジスタ等の個別半導体の他、超ＬＳ
Ｉなどの集積回路の製造に好ましく適用できる。
【００３０】
【発明の効果】この発明のコンタクトホールのバリヤメ
タル構造形成方法によれば、コンタクトホールの中に形
成するバリヤメタル層や配線層のカバレージを向上させ
ることができ、従ってバリヤ性を向上させることができ
る。また、従来の簡素で信頼性のあり且つ量産に適した
プロセスで、微細なコンタクトホールのバリヤメタル構
造を形成できるので、この発明を使用して製造した素子
の信頼性や再現性は非常に高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明のバリヤメタル構造形成方法
を説明する図である。
【図２】図２は、従来法でコンタクトホールにバリヤメ
タル層を形成した場合の説明図である。
【符号の説明】 １　　基板 ４　　絶縁膜 ５　　コンタクトホール ６　　バリヤメタル層 ７　　酸化膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　基板上に形成された絶縁膜に所期の大
    きさの径よりも大きい径を有するコンタクトホールを開
    口する工程；全面にバリヤメタル層を形成する工程；コ
    ンタクトホールの径が所期の大きさになるように、酸化
    膜を全面に形成する工程；異方性エッチングにより該酸
    化膜をエッチバックする工程；及びコンタクトホールに
    メタルを埋め込む工程を含んでなるバリヤメタル構造形
    成方法。
  2. 【請求項２】　　更に、コンタクトホール底部にのみバ
    リヤメタル層が残るように、選択的にバリアメタル層を
    エッチングする工程を含む請求項１記載のバリヤメタル
    構造形成方法。
  3. 【請求項３】　　請求項１又は２の方法により形成され
    たバリヤメタル構造。
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