JPH047825A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH047825A
JPH047825A JP10967190A JP10967190A JPH047825A JP H047825 A JPH047825 A JP H047825A JP 10967190 A JP10967190 A JP 10967190A JP 10967190 A JP10967190 A JP 10967190A JP H047825 A JPH047825 A JP H047825A
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JP
Japan
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metal layer
barrier metal
substrate
contact hole
melting point
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JP10967190A
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Junichi Sato
淳一 佐藤
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体装置の製造方法、特に接続孔に高融点金
属を埋め込む方法に関する。
[発明の概要] 本発明は、例えばシリコン(Si)基板のような基板上
の層間絶縁膜に開口した接続孔に、高融点金属を埋め込
む工程を有する半導体装置の製造方法において、 バリヤメタル層を接続孔底部に周辺で厚く中央で薄くな
るように形成して、バリヤメタル層の耐熱性を向上する
一方、基板の高融点金属を形成する部分である主面温度
を高精度に管理して、高融点金属を埋め込むことにより
、 安定性のあるコンタクトを形成して、半導体装置の品質
信頼性を高くすることができるようにしたものである。
[従来の技術] ULSI、VLSIと呼ばれている半導体装置の製造プ
ロセスにおいては、デザインルールの微細化が進むに伴
って、接続孔の孔径が小さくなり、接続孔のアスペクト
比が1〜2と大きくなる傾向にあり、このアスペクト比
の大きな接続孔にアルミニウムのような低融点金属をス
パッタ法で埋め込んだり、ポリシリコン(Poly−5
t)をCVD法で埋め込んだりする技法では、対応しき
れなくなってきており、シラン(S i H,)還元法
が開発されて以来、原理的には接続孔の孔径やアスペク
ト比に左右されることなく、接続孔を埋め込むことがで
きるという点から、接続孔に高融点金属を選択成長する
多層配線の技法が注目を集めてきている。
[発明が解決しようとする課題] 前述した接続孔に高融点金属を選択成長する技法におい
て、第5図に示すように、基板1上の層間絶縁膜2に形
成された接続孔3にタングステン(W)を埋め込む場合
、Wのシリサイド化を阻止するため、接続孔3にWを埋
め込む前に、スパッタ法により、チタンナイトラド(T
iN)のようなバリヤメタル層4を、少なくとも接続孔
3の底部と側壁とに形成している。しかし、スパッタ法
でバリヤメタル層4を形成した場合、バリヤメタル層4
の接続孔3側壁から底部にまたがる部分(第5図に符号
Aで囲んだ部分)の膜厚が薄く耐熱性に欠け、Wの埋め
込み後に行われるシンターなる熱処理中の550℃程度
の温度でWとStとのシリサイド化反応が起こり、これ
により、ジャンクションリークを発生することがある。
また、図示は省略するが、Wのような高融点金属の選択
成長は、下地の表面性状や温度に非常に敏感であるため
、下地表面の自然酸化膜をドライエツチングで除去する
前処理をおこなったり、基板裏面に接触した熱電対によ
り基板の温度を測定して、基板の温度が例えば240〜
260℃の範囲となるように温度管理している。しかし
、熱電対がドライエツチングなる前処理時のRFバイア
スから熱雑音を受けることと、熱電対の基板裏面への接
触具合とにより、基板の高融点金属が実際に選択成長す
る主面の温度を上記温度範囲となるように管理するのが
難しく、基板主面温度のばらつきにより、高融点金属の
選択成長の安定性に欠けるということが指摘されている
央で薄くなるように形成した後、当該バリヤメタル層の
自然酸化膜を除去するとともに、基板主面の温度を蛍光
ファイバ温度計で管理しつつ接続孔にタングステンのよ
うな高融点金属を埋め込む。
[課題を解決するための手段] そこで第1の発明にあっては、基板上の層間絶縁膜に開
口した接続孔に、その肩部でのデポジションレートとエ
ツチングレートとが等しくなる条件でバリヤメタル層を
埋め込み、このバリヤメタル層を全面エッチバックして
接続孔の底部に周辺で厚く中央で薄くなるように残した
後、高融点金属を接続孔に埋め込む。
第2の発明にあっては、蛍光ファイバ温度計で基板主面
温度をモニタして、基板上の層間絶縁膜に開口した接続
孔に高融点金属を埋め込む。
[作用] 基板上の層間絶縁膜に形成された接続孔の底部にTiN
のようなバリヤメタル層を周辺で厚く中[実施例] 第1実施例(第1〜3図参照) 第1図(A)に示すように、IはSi基板のような基板
、2は基板l上に形成した5iOtなる層間絶縁膜であ
って、これにはマスキング工程とパターニング工程とを
経ることにより、接続孔3が形成しである。この接続孔
3の底部には基板lが露出している。
■ ここで、第2図に示すように、上記接続孔3の形成
後に層間絶縁膜2上の図外のレジストパターンが除去さ
れた半製品としての基板lを、RFバイアスと電子サイ
クロトロン共鳴(ECR)と磁場との相互作用を利用し
たプラズマCVD装置IOにおける処理室11の載置台
12上に配置した後、処理室11を排気系統13で排気
して処理室11内をTiN堆積可能な真空雰囲気に設定
するとともに、RFバイアス20を基板lに印加し、こ
れと並行して第1ガス供給路14からNH3ガスを処理
室11の上に設けたプラズマ室15に供給するとともに
、導波管16から例えば2.45GHz のマイクロ波
をプラズマ室15の上壁上に供給して、プラズマ室15
内のNHaガスをプラズマガスに生成し、これと並行し
てプラズマ室15の周囲に配置された電磁コイル17に
電力を供給し、上記生成されたプラズマガスを電磁コイ
ル17からの磁場に沿って、プラズマ室15と処理室1
1との隔壁に形成されたプラズマ弓き出し窓18から処
理室ll側に引き出すとともに、第2ガス供給路19か
らT i C14ガスを処理室11に供給し、このTi
Cl4ガスを含むプラズマガス21を処理室11内の基
板1の層間絶縁膜2に照射する。このCVDの処理中は
プラズマ室15と電磁コイル17との間の水路22に冷
却水を供給してプラズマCVD装置10を冷却している
。このプラズマCVDでは、接続孔3の肩部でのTiN
のデポジションレートとエツチングレートとが等しくな
る条件として、T iCI 4ガスとNH,ガスとの供
給割合をコントロールする。
このプラズマCVDの具体的な条件は、ガ   ス; 
TlCl−/NH3流量比で1=5圧    力; 7
X 10”’  t、orrマイクロ波; 800 W
/ c m”RFバイアス;500W/cm” 磁    場;  875  Gaussとした。
つまり、このプラズマCVDにおいては、TiCl4ガ
スとNH,ガスとの供給割合により、第1図(A)に示
すように、TfNなるバリヤメタル層4Aが、接続孔3
の肩部B、Cでのデポジションレートとエツチングレー
トとが等しい状態となって、層間絶縁膜2上に堆積しつ
つ接続孔3に埋め込まれる。この接続孔3に埋め込まれ
たバリヤメタル層4Aの上面は略V字形になっている。
■ この後、第1図(B)に示すように、上記と同じプ
ラズマCVD装置か、あるいは別のプラズマRIEなる
エツチング装置により、バリヤメタル層4Aをエッチバ
ックする。このエッチバックにおいて、前述のプラズマ
CVD装置を用いた場合には、第2ガス供給路I9は閉
止しておくものとする。このエッチバックの条件は、ガ
    ス;BC1a   30 8CCN圧    
力;  l 、5 X 1 0−”  torrマイク
ロ波;800W/cm” RFバイアス;300W/cm” 磁    場;  87’ 5  Gaussとした。
これにより、バリヤメタル層4Aが第1図(A)の堆積
形状を反映した状態で、第1図(B)に示すように、バ
リヤメタル層4Aが接続孔3の底部に周辺で厚く中央で
薄くなるように残る。
■ 次に、第1図(C)に示すように、接続孔3を前述
とは別のレジストパータン5で被覆した後、上記■と同
様の方法により層間絶縁膜2上に残存しているバリヤメ
タル層4Aをエツチングして除去する。この場合、上記
■の工程において層間絶縁膜2上のバリヤメタル層4A
は接続孔3から遠く後退しているので、レジストパータ
ン5で接続孔3を被覆するときのマスク合わせが極めて
容易である。
■ そして、上記レジストパータン5を除去した後、接
続孔3底部のバリヤメタル層4Aの自然酸化膜を、例え
ば、 ガ     ス ;NF3/H,10/7sc、。
圧    力;  0.05  torrパワー密度;
8W/cm” なる条件でエツチングして除去する(これは、高融点金
属埋め込みの前処理である)。
■ この後、第3図に示すように、上記前処理の完了し
た半製品としての基板1を載置台12Aに配置するとと
もに、基板lの周辺を複数のチャック25で載置台12
A側に押し付け、この基板1をランプのような加熱手段
26で加熱するとともに、基板1上に蛍光ファイバ温度
計(安立計器製のAMOTHを使用した)のプローブ3
0を移動し、基板1の主面温度を測定する。この蛍光フ
ァイバ温度計は、光ファイバ製のプローブ30の先端に
設けた蛍光物質31の特定の光を受けて発光した蛍光の
減衰に要する時間が周囲の温度に依存し2て変化すると
いう性質(蛍光緩和特性)を利用したものであって、図
外の光源から励起パルス光を発射し、戻ってくる蛍光を
受光、演算処理することにより基板Jの温度を測定し、
基板1の主面温度が高融点金属の選択成長に必要な温度
となるように加熱手段26を制御する。この温度制御の
もとに、蛍光ファイバ温度計のプローブ30を基板】か
ら取り除いた後、第1図(D)に示すように、接続孔3
にタングステン(W)6を公知の方法で選択成長して埋
め込む。これの条件は、ガ   ス :  S  I 
 H4/ WF e   7/ 1 0SCCM圧  
 力;0.2torr 基板温度;260℃ とした。
第2実施例(第4図参照) ■ この第2実施例では、前述の第1実施例での■、■
の工程と同様に、基板1上に形成したSio、なる層間
絶縁膜2に接続孔3を形成し、この接続孔3での肩部B
、Cでのデポジションレートとエツチングレートとが等
しくなる条件により、TiNなるバリヤメタル層4Δを
接続孔3に埋め込んだ後(第1図(ハ)参照)、このバ
リヤメタル層4Aを全面エッチバックして接続孔3の底
部に、周辺で厚く中央で薄くなるように残す(第1図(
B)参照)L。
■ 次に、接続孔;ゴを含む層間絶縁膜2全面に、ポリ
シリコン(Poly−St)層、あるいはアモルファス
シリコン(a−8i)層を薄く形成した後、この層をエ
ッヂバックして、第4図(A)に示すように、接続孔3
の側壁にPony−Stまたはa−−S jなる補助膜
7を形成する。
■ そして、接続孔3底部のバリヤメタル層4Aの自然
酸化膜を除去した後、第4図(B)に示すように、タン
グステン6を接続孔3に選択成長して埋め込む。
この第2実施例の場合、層間絶縁膜2上に残存するバリ
ヤメタル層4Aは、上記■での補助膜7の形成前に除去
しても、または形成後に除去しても良いが、上記■での
タングステン6を接続孔3に埋め込んだ後、WとTiN
との選択比がとれる条件でレジストパターン5(第1図
(C)参照)を使用することなく、エツチングして除去
することも可能である。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
図示は省略するが、例えば、W以外の高融点金属を使用
したり、蛍光ファイバ温度計のプローブ30をチャック
25の中に組み込んだり、蛍光物質31を基板1に設け
るとともにプローブ30を基板1と非接触に配置するこ
とも可能である。
[発明の効果] 以上のように本発明によれば、基板上の層間絶縁膜に開
口した接続孔底部に、バリヤメタル層を周辺で厚く中央
で薄くなるように形成し、シンター温度でジャンクショ
ンリークが発生しないように、バリヤメタル層の耐熱性
を向上する一方、基板の主面温度をRFバイアスからの
熱雑音を受けることのない蛍光ファイバ温度計で高精度
に管理して高融点金属を接続孔に埋め込むことにより、
安定性のあるコンタクトを形成することができ、もって
半導体装置の品質信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)、(B)、(C)、(D)は本発明の第1
実施例を示す各工程図、第2図は同第1実施例に使用す
るバイアスECRプラズマCVD装置の構成図、第3図
は同第1実施例における基板主面の温度測定状態を示す
断面図、第4図(A)。 (B)は本発明の第2実施例を示す各工程図、第5図は
従来のスパッタ法による接続孔まわりのバリヤメタル層
の成膜状態を示す断面図である。 1・・・基板、2・・・層間絶縁膜、3・・・接続孔、
4゜4A、・・・バリヤメタル配線層、6・・・タング
ステン(高融点金属)、30・・・プローブ(蛍光ファ
イバ温度計)、31・・・蛍光物質。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上の層間絶縁膜に開口した接続孔に高融点金
    属を埋め込む工程を有する半導体装置の製造方法におい
    て、 接続孔肩部でのデポジションレートとエッチングレート
    とが等しくなる条件でバリヤメタル層を埋め込み、この
    バリヤメタル層を全面エッチバックして接続孔の底部に
    周辺で厚く中央で薄くなるように残した後、高融点金属
    を接続孔に埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  2. (2)基板上の層間絶縁膜に開口した接続孔に高融点金
    属を埋め込む工程を有する半導体装置の製造方法におい
    て、 蛍光ファイバ温度計で基板主面温度をモニタして、高融
    点金属を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
JP10967190A 1990-04-25 1990-04-25 半導体装置の製造方法 Pending JPH047825A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5834369A (en) * 1995-02-02 1998-11-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of preventing diffusion between interconnect and plug
US7115516B2 (en) * 2001-10-09 2006-10-03 Applied Materials, Inc. Method of depositing a material layer

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