JPH05234935A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH05234935A
JPH05234935A JP4033071A JP3307192A JPH05234935A JP H05234935 A JPH05234935 A JP H05234935A JP 4033071 A JP4033071 A JP 4033071A JP 3307192 A JP3307192 A JP 3307192A JP H05234935 A JPH05234935 A JP H05234935A
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JP
Japan
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film
adhesion layer
contact hole
semiconductor device
semiconductor substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP4033071A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuo Ishida
哲夫 石田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンタクトホールを有する半導体装置の配線
歩留を向上させる。 【構成】 Wプラグと、第1の密着層を構成するTi膜
4及びTiN膜5との間に、第2の密着層を構成するT
i膜7及びTiN膜8を形成して、密着層を二層構造と
した。これにより、コンタクトホールをWで埋め込む際
に、密着層に生じたクラックが原因で過剰のWF6ガス
の半導体基板侵食により生じる、エンクローチメントの
発生を阻止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板−配線間を
電気的に接続するコンタクトホールのW埋め込みに効果
のある半導体装置及びその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の微細化、集積化が進
む中で、半導体基板と配線間を電気的に接続するコンタ
クトホールの径が微細化してきている。それにつれて、
アスペクト比もまた増大しつつある。このため、コンタ
クトホール内のAlなどの導電膜の段差被覆性が低下し
て配線の信頼性が低下し、半導体基板と配線を電気的に
接続することが困難になってきた。
【0003】そこで、段差被覆性の良好なW膜を堆積し
てコンタクトホールをWで埋め込んだ後、Wのエッチバ
ックによりWをコンタクトホール内に残してWプラグと
する方法が開発されてきた。
【0004】以下に、従来のWプラグ配線による半導体
装置及び製造方法について説明する。
【0005】図3は、従来の製造方法により形成したW
プラグの概略断面図であり、図4は、従来の製造方法を
示す。
【0006】図において、1が半導体基板、2が層間絶
縁膜、3がn+拡散層、4がTi膜、5がTiN膜、6
がクラック、9がWプラグ、10がTi膜、11がTi
N膜、12がAl−Si−Cu膜、13がTi膜、14
がTiN膜、17がW膜、18がエンクローチメントで
ある。
【0007】以下に、工程順に説明する。半導体基板1
上に形成されたn+拡散層2に対する電気的接続を図る
ために、層間絶縁膜2にホトレジストをマスクにエッチ
ングして、コンタクトホールを形成する(図4
(a))。
【0008】次に、密着層であるTi膜13、TiN膜
14をスパッタ法により堆積する。その際、スパッタ膜
の段差被覆性の悪さ、及びスパッタ膜自体の1×1010
ダイン/cm程度の内部応力によりコンタクトエッジ部
でクラック6が発生する(図4(b))。
【0009】続いて、WF6ガスをSiH4ガスやH2
スで還元することにより、W膜17をコンタクト径の1
/2以上堆積し、コンタクトホール内をWで埋め込む。
【0010】この時、SiH4ガスやH2ガスで還元され
ずに残ったWF6ガスがクラック6を通って半導体基板
1のSiと反応し、半導体基板1が侵食されてエンクロ
ーチメント18が発生する(図4(c))。
【0011】引き続いて、半導体基板表面をエッチバッ
クして、コンタクトホール外のW膜、TiN膜、Ti膜
を除去し、新たにTi膜、TiN膜、Al−Si−Cu
膜をスパッタ法により堆積してパターニングし、Ti膜
10、TiN膜11、Al−Si−Cu膜12で構成さ
れる配線を形成する(図4(d))。
【0012】以上のようにして従来のWプラグを用いた
配線が形成される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の製造方法では、図3や図4(c)、(d)に示すよ
うに、W膜の密着層にクラックが発生する可能性があ
る。このため、クラックが発生した状態でWの埋め込み
を行うと、WF6ガスで半導体基板が侵食されてエンク
ローチメントが発生する。このエンクローチメントの大
きさがn+拡散層内にとどまるものであれば、問題を生
じるようなことはないが、図3や図4(c)、(d)に
示したように、n+拡散層を越えてPN接合部にかかっ
てしまうと、コンタクトの接合リークの原因となり、配
線歩留が低下するという問題を生じる。
【0014】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
でWF6ガスによる半導体基板の侵食を阻止し、配線歩
留を向上させることのできる半導体装置及びその製造方
法を提供するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板と、半導体基板に形成されたコンタクトホー
ルと、このコンタクトホール表面に形成された第1の密
着層と、第1の密着層上に形成された第2の密着層と、
第2の密着層上でかつコンタクトホール内に埋め込まれ
たW膜と、W膜上を少なくとも覆った状態にバリアメタ
ル膜が形成された構造をしている。
【0016】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に形成されたコンタクトホール内に第1の
密着層を形成する工程と、第1の密着層に第2の密着層
を形成する工程と、第2の密着層上にWを堆積してコン
タクトホールを埋め込む工程と、Wと第2及び第1の密
着層をエッチングしてコンタクトホールにのみW及び第
1、第2の密着層を残す工程と、コンタクトホール内の
W及び第1、第2の密着層上にバリアメタルを堆積する
工程とを備えている。
【0017】
【作用】本発明によれば、W膜を堆積する際、第1の密
着層に生じたクラックは第2の密着層で被覆されている
ため、過剰のWF6ガスがクラックを通過することはな
く半導体基板のSiと反応してエンクローチメントが生
じることはない。
【0018】
【実施例】以下に、本発明の半導体装置及びその製造方
法の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0019】図1は、本発明の半導体装置の一実施例の
断面図である。図において、1が半導体基板、2が層間
絶縁膜、3がn+拡散層、4がTi膜、5がTiN膜、
6がクラック、7がTi膜、8がTiN膜、9がWプラ
グ、10がTi膜、11がTiN膜、12がAl−Si
−Cu膜である。
【0020】コンタクトエッジ部分に低段差被覆性およ
び内部応力により第1の密着層であるTi膜4およびT
iN膜5にクラック6が発生している。しかし、第1の
密着層とWプラグ8との間に第2の密着層であるTi膜
7およびTiN膜8が存在している。このため、第1の
密着層に生じたクラックは第2の密着層で被覆されてお
り、W膜成長時の過剰のWF6ガスは、第1の密着層に
生じたクラック6を通過して、半導体基板1のSiを侵
食することはない。
【0021】W膜がコンタクトホール内に埋め込まれて
おり、Ti膜10とTiN膜11とでなるバリアメタル
膜が形成されている。さらに、その上にはAl−Si−
Cu膜12の配線が形成されている。
【0022】このようにして配線の歩留を向上させるこ
とができる。次に、本発明の半導体装置における製造方
法の実施例について、図面を参照しながら詳しく説明す
る。
【0023】図2は本発明の半導体装置の製造方法の一
実施例を示す工程断面図である。ここでは図示を簡略化
するために、n+拡散層との配線工程のみを示してい
る。
【0024】図において、1が半導体基板、2が層間絶
縁膜、3がn+拡散層、4がTi膜、5がTiN膜、6
がクラック、7がTi膜、8がTiN膜、9がWプラ
グ、10がTi膜、11がTiN膜、12がAl−Si
−Cu膜、13がTi膜、14がTiN膜、15がTi
膜、16がTiN膜、17がW膜である。
【0025】まず、半導体基板1上に形成されたn+
散層2に対する電気的接続を図るために、層間絶縁膜2
にホトレジストをマスクにしてエッチングし、コンタク
トホールを形成する(図2(a))。
【0026】次に、200ÅのTi膜13、1000Å
のTiN膜14をスパッタ法により堆積し第1の密着層
を形成する。その際、スパッタ膜の段差被覆性の悪さ、
及びスパッタ膜自体の1×1010ダイン/cm程度の内
部応力により、コンタクトエッジ部でクラック6が発生
する。
【0027】続いて、スパッタ法によりTi膜500Å
を堆積して第1の密着層に生じたクラックを被覆した
後、ランプ加熱を用いて1000℃でNH3雰囲気内に
おいてこのTi膜を窒化して、Ti膜15とTiN膜1
6とを形成する(図2(b))。
【0028】続いて、温度450℃、圧力80Torr
でCVD法によりWF6ガスをSiH4ガスやH2ガスで
還元して、W膜15をコンタクト径の1/2以上堆積
し、コンタクトホール内をWで埋め込む(図2
(c))。
【0029】引き続いて、コンタクトホール外のW膜を
SF6−Ar系のガスを使用して、100〜400Wの
RFパワー、100〜200mTorrの圧力でエッチ
バックする。さらに、TiN膜、Ti膜をCl2−Ar
系のガスを使用して、100〜300WのRFパワー、
100〜200mTorrの圧力でエッチバックして除
去する。それから、新たに200ÅのTi膜、1000
ÅのTiN膜、及び9000ÅのAl−Si−Cu膜を
スパッタ法で堆積形成し、パターニングしてTi膜9、
TiN膜10、およびAl−Si−Cu膜11で構成さ
れる配線を形成する(図2(d))。
【0030】以上のようにして、Wプラグ配線が形成さ
れる。本製造方法によれば、第1の密着層であるTi膜
及びTiN膜にクラックが生じていても、第2の密着層
により被覆されている。さらに、第2の密着層のTiN
膜を窒化により形成しているために密着層の膜質が改善
されてクラック修復能力が高く、高温窒化により膜応力
も改善される。存在する過剰のWF6ガスは第2の密着
層のSiと反応することになる。従って、WF6ガスに
よる半導体基板のSiとの反応はなく、エンクローチメ
ントの発生はない。
【0031】
【発明の効果】以上のようにして、本発明によれば、W
プラグ配線を形成する場合に第2の密着層として高温窒
化によるTi膜・TiN膜を使用することで、第1の密
着層にクラックが発生していても、第2の密着層により
被覆されているため、WF6ガスは半導体基板を侵食し
エンクローチメントを発生させることがない。従って、
配線の歩留や信頼性を向上させることのできる優れた半
導体装置およびその製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における半導体装置の一実施例の断面図
【図2】本発明における半導体装置の製造方法の一実施
例の工程順の断面図
【図3】従来の半導体装置の断面図
【図4】従来の半導体装置の製造方法の工程順の断面図
【符号の説明】
1 半導体基板 2 層間絶縁膜 3 n+拡散層 4 Ti膜 5 TiN膜 6 クラック 7 Ti膜 8 TiN膜 9 Wプラグ 10 Ti膜 11 TiN膜 12 Al−Si−Cu膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、前記半導体基板に形成さ
    れたコンタクトホールと、前記コンタクトホール表面に
    形成された第1の密着層と、前記第1の密着層上に形成
    された第2の密着層と、前記第2の密着層上でかつ前記
    コンタクトホール内に埋め込まれたW膜と、前記W膜上
    を少なくとも覆った状態に形成されたバリアメタル層と
    を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に形成されたコンタクトホ
    ール内に第1の密着層を形成する工程と、前記第1の密
    着層上に第2の密着層を形成する工程と、前記第2の密
    着層上にWを堆積して前記コンタクトホールを埋め込む
    工程と、前記Wと前記第2及び第1の密着層とをエッチ
    ングして前記コンタクトホール内にのみ前記W及び前記
    第1及び第2の密着層を残す工程と、前記コンタクトホ
    ール内の前記W及び前記第1及び第2の密着層上にバリ
    アメタルを堆積する工程とを備えたことを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 第1及び第2の密着層はそれぞれTiと
    TiNとで構成されることを特徴とする請求項2記載の
    半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 第2の密着層を、スパッタ法によりTi
    を堆積した後、NH3雰囲気内で表面を窒化して形成す
    ることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方
    法。
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