JPH0529470A - 配線の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 タングステンプラグと下層配線とのコンタク
ト抵抗を低く且つ安定にすると共に、タングステンの成
長の選択性，成膜速度を向上し、且つ成膜温度を低くし
て下層配線の信頼性を確保する。 【構成】 シリコン基板１１上に、順次、ＳｉＯ₂膜，
チタン膜１３，ＴｉＯＮ膜１４，ＷＳｉ_X膜１５，アル
ミニウム（Ａｌ−１％Ｓｉ）膜１６，反射防止膜１７，
層間膜１８を積層し、ＷＳｉ_X膜１５が露出するまで、
エッチングを行なって、ビアホール１９を開口する。次
に、シラン還元法でビアホール１９内にタングステンプ
ラグ２０を形成する。選択タングステンＣＶＤの条件
は、ＷＦ₆／ＳｉＨ₄／Ｈ₂／Ａｒ＝１０／７／１０００
／１５_SCCM、温度＝２６０℃、圧力＝２００ｍＴｏｒｒ
で行なう。下層配線（アルミニウム膜）とタングステン
プラグ２０との界面には、アルミニウムの弗化物が生成
されず、コンタクト抵抗は安定且つ低抵抗化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造プロ
セスに用いられる配線の形成方法に関し、更に詳しく
は、シラン還元法を用いたタングステンプラグの形成に
係わる。

【０００２】

【従来の技術】次世代以降のＵＬＳＩ（Ｕｌｔｒａ Ｌ
ａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒ
ｃｕｉｔ）の多層配線形成プロセス技術においては、益
々微細化が進み０．３５ミクロンルール以下の微細加工
が必要である。選択タングステンＣＶＤは、このような
微細化が進む中で０．３５ミクロン以下の径のコンタク
トホールやビアホールを確実に埋め込む方法の１つとし
て注目されている。

【０００３】従来、選択タングステンＣＶＤを用いてア
ルミニウムを含む配線上にタングステンを選択成長させ
る方法としては、例えば図１４〜図１７に示すものが知
られている。この方法は、図１４に示すように、シリコ
ン基板１上に、順次、ＳｉＯ₂膜，チタン（Ｔｉ）膜
３，チタンオキシナイトライド（ＴｉＯＮ）膜４，アル
ミニウム（含むＳｉ１％）配線膜５，ＴｉＯＮで成る反
射防止膜６，ＳｉＯ₂で成る層間膜７を積層して形成し
た後、リソグラフィー技術を用いてマスク形成を行なっ
た後、ドライエッチングを施して層間膜７を開口し（図
１５）、さらに、ＴｉＯＮで成る反射防止膜６をエッチ
ング除去を行なってコンタクトホール８を形成する（図
１６）。そして、水素還元反応（ＷＦ₆＋３Ｈ₂→Ｗ＋６
ＨＦ）を用いて、図１７に示すように、コンタクトホー
ル８内にタングステンプラグ９を選択成長させる。

【０００４】しかしながら、上記方法においては、タン
グステンプラグ９とアルミニウム配線膜５との界面に、
図１７に示すように、アルミニウムの弗化物（Ａｌ
Ｆ₃）５ａができてしまうため、コンタクト抵抗が不安
定となる問題があった。そこで、このような問題に対処
するため、温度の高い（４００℃〜４５０℃）水素還元
法を用いている。

【０００５】ところが、斯る水素還元法では、成膜速度
が遅く、選択性が悪いという問題があり、量産に使えな
い。従って、成膜時の温度が低く（２５０℃〜３００
℃）、選択性がよく、成膜速度の速いシラン（Ｓｉ
Ｈ₄）還元法を用いることが検討されている。このシラ
ン還元法は、シラン還元反応〔ＷＦ₆＋（３／２）Ｓｉ
Ｈ₄→Ｗ＋（３／２）ＳｉＦ₄〕を用いるものである。し
かし、この方法は、上記した水素還元法に比べて弗化物
の生成量が多く、コンタクト抵抗が非常に不安定にな
り、また、配線上に形成されている酸化膜の影響を受け
易いという問題を有している。

【０００６】上記した弗化物の生成を防止する対策とし
てアルミニウム配線上にタングステンシリサイド（ＷＳ
ｉ₂）膜を形成しておく方法がある。この方法は、図１
８に示すように、シリコン基板１上に、順次、ＳｉＯ₂
膜２，チタン膜３，ＴｉＯＮ膜４，アルミニウム配線膜
１５，タングステンシリサイド膜１０，ＴｉＯＮで成る
反射防止膜６，ＳｉＯ₂で成る層間膜７を積層し、ドラ
イエッチングで層間膜７及び反射防止膜６を除去してコ
ンタクトホール８を開口し、次に、コンタクトホール８
内にタングステンプラグ９を選択的に成長させるように
したものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来例においては、図１９に示すように層間膜７をエ
ッチングした後に、反射防止膜６を除去しようとする
と、図２０に示すようにタングステンシリサイド膜１０
も一緒に除去されてしまう問題があり、その後、図２１
に示すように、タングステンプラグ９を選択成長させる
と、アルミニウム膜５とタングステンプラグ９との界面
に弗化物が生成され、本質的な解決が図れない問題があ
った。

【０００８】特に、反射防止膜は、配線を微細加工する
ためには不可欠であり、プラグ形成に際してはエッチン
グ除去工程は避けられないものである。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点に着目
して創案されたものであって、コンタクト抵抗が安定
し、選択性が良好で、しかも成膜速度が速く、アルミニ
ウム系配線の信頼性に影響を与えない配線の形成方法を
得んとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、アル
ミニウムを含む金属で形成した下層配線上にコンタクト
プラグを選択タングステンＣＶＤで形成する配線の形成
方法において、前記下層配線中に、シラン還元反応に際
して安定して選択タングステンＣＶＤの成長の核となり
得る薄膜を備えることを、その解決方法としている。

【００１１】

【作用】下層配線中の薄膜は、シラン還元反応に際して
タングステンの成長核となり、タングステンプラグとの
界面に弗化物が生じないため、配線のコンタクトが安定
する。また、シラン還元反応を適用するため、選択性が
高くなり、成膜速度も速くなる。さらに、成膜温度が低
くなるため、アルミニウムを含む配線の信頼性を阻害す
ることがない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る配線の形成方法の詳細を
図面に示す実施例に基づいて説明する。

【００１３】（第１実施例）図１〜図４は、本発明の第
１実施例の各工程を示している。先ず、本実施例におい
ては、図１に示すように、シリコン基板１１上に、順
次、ＳｉＯ₂膜１２を例えば５００ｎｍの膜厚で，チタ
ン（Ｔｉ）膜１３を３０ｎｍ，チタンオキシナイトライ
ド（ＴｉＯＮ）膜１４を１００ｎｍ，タングステンシリ
サイド（ＷＳｉ_X）膜１５を３０ｎｍ，アルミニウム
（Ａｌ−１％Ｓｉ）膜１６を３００ｎｍ，ＴｉＯＮで成
る反射防止膜１７を３０ｎｍ，ＳｉＯ₂で成る層間膜１
８を５００ｎｍで積層する。

【００１４】次に、層間膜１８上にリソグラフィー法を
用いてレジストパターン（図示省略）を形成して、図２
に示すように、反射防止膜１７が露出するまでエッチン
グを施し、ビアホール１９を開口する。このエッチング
は、平行平板型の電極を有するエッチング装置を用い
て、以下の条件で行なう。

【００１５】 ○エッチングガス及びその流量 ＣＨＦ₃…７５_SCCM Ｏ₂…８_SCCM ○ＲＦパワー…１１５０Ｗ ○圧力…５０ｍＴｏｒｒ ○オーバーエッチング…５０％ 次いで、反射防止膜（ＴｉＯＮ）１７及びアルミニウム
膜１６を、ＥＣＲエッチング装置を用いてエッチング
し、図３に示すように、タングステンシリサイド（ＷＳ
ｉ_X）膜１５が露出するようにする。このときのエッチ
ング条件は、以下の通りである。

【００１６】 ○エッチングガス及びその流量 Ｃｌ₂…２０_SCCM ＢＣｌ₂…３０_ＳＣＣＭ ○ＲＦパワー…５０Ｗ ○マイクロ波パワー…８００Ｗ ○圧力…１６ｍＴｏｒｒ このようにして開口・形成されたビアホール１９内に、
図４に示すように、タングステンプラグ２０をタングス
テンシリサイド膜１５上からシラン還元法にて選択的に
成長させる。このときのＣＶＤ条件は、以下の通りであ
る。

【００１７】 ○雰囲気ガス及びその流量 ＷＦ_６…１０_SCCM ＳｉＨ₄…７_SCCM Ｈ₂…１０００_SCCM Ａｒ…１５_SCCM ○温度ー…２６０℃ ○圧力…２００ｍＴｏｒｒ このようなＣＶＤ条件においては、タングステンシリサ
イド膜１５上に比べてタングステンの成長の遅れ時間
（ガスを流してから成長するまでの時間）が長いため
に、アルミニウム膜１６からはほとんど成長しない（タ
ングステンシリサイド上は１０秒程度、アルミニウム上
は６０秒以上）。このため、アルミニウムの弗化物の量
は、従来のようにアルミニウム上からタングステンを成
長させた場合に比べて、非常に少なくなる。また、タン
グステンプラグ２０と下層配線であるアルミニウム膜１
６との接触面積も大きくなるため、コンタクト抵抗が低
く、しかも安定したものとなる。

【００１８】（第２実施例）図５〜図９は、本発明の第
２実施例の各工程を示している。先ず、本実施例におい
ては、図５に示すように、シリコン基板１１上に、順
次、ＳｉＯ₂膜１２（５００ｎｍ），チタン膜１３（３
０ｎｍ），チタンオキシナイトライド膜１４（１００ｎ
ｍ），アルミニウム（Ａｌ−１％Ｓｉ）膜１６（３００
ｎｍ），タングステンシリサイド膜１５（３０ｎｍ），
ＴｉＯＮで成る反射防止膜１７（３０ｎｍ），ＳｉＯ₂
で成る層間膜１８（５００ｎｍ）を積層する。

【００１９】次に、図６に示すように、アルミニウム膜
１６が露出するまで、ビアホール１９を、平行平板型の
電極を有するエッチング装置を用いた第１エッチングと
ＥＣＲエッチング装置を用いた第２エッチングを以下の
条件で行なって開口する。

【００２０】＜第１エッチング＞ ○エッチングガス及びその流量 ＣＨＦ₃…７５_SCCM Ｏ₂…８_SCCM ○ＲＦパワー…１１５０Ｗ ○圧力…５０ｍＴｏｒｒ ○オーバーエッチング…５０％ この第１エッチングによって、層間膜１８がエッチング
される。

【００２１】＜第２エッチング＞ ○エッチングガス及びその流量 Ｃｌ₂…２０_SCCM ＢＣｌ₃…３０_SCCM ○ＲＦパワー…５０Ｗ ○マイクロ波パワー…８００Ｗ ○圧力…１６ｍＴｏｒｒ この第２エッチングで反射防止膜１７及びタングステン
シリサイド膜１５がエッチングされてアルミニウム膜１
６が露出する。

【００２２】次に、露出したアルミニウム膜１６をＥＣ
Ｒエッチング装置を用いて、図７に示すように等方エッ
チングを行ない、タングステンシリサイド膜１５の露出
面積を大きくする。この等方エッチングの条件は、以下
に示す通りである。

【００２３】 ○エッチングガス及びその流量 Ｃｌ₂…２０_SCCM ＢＣｌ₃…３０_SCCM ○ＲＦパワー…１５Ｗ ○マイクロ波パワー…８００Ｗ ○圧力…１６ｍＴｏｒｒ 次に、選択タングステンＣＶＤをシラン還元法で行な
い、ビアホール１９内に露出するタングステンシリサイ
ド膜１５から選択的にタングステンを成長させる。この
ようにしてタングステンを成長させると、図８に示すよ
うになり、さらに連続して同一ＣＶＤ条件でタングステ
ンを成長させることにより、図９に示すようなタングス
テンプラグ２０が形成できる。なお、上記ＣＶＤの条件
は、以下に示す通りである。

【００２４】 ○雰囲気ガス及びその流量 ＷＦ₆…１０_SCCM ＳｉＨ₄…７_SCCM Ｈ₂…１０００_SCCM Ａｒ…１５_SCCM ○温度ー…２６０℃ ○圧力…２００ｍＴｏｒｒ この条件においては、タングステンシリサイド膜１５上
に比べてタングステンの成長の遅れ時間（ガスを流して
から成長するまでの時間）が長いために、アルミニウム
膜１６上からほとんど成長しない（タングステンシリサ
イド上は１０秒程度、アルミニウム上は６０秒以上）。
このため、アルミニウムの弗化物の量は、タングステン
をアルミニウム上から成長させた場合（従来例図１７に
相当する）に比べて非常に少ない。また、本実施例にお
いても、タングステンプラグ２０と下層配線（アルミニ
ウム膜１６）との接触面積が大きいため、コンタクト抵
抗が低く、しかも安定したものとなる。

【００２５】（第３実施例）図１０〜図１３は、本発明
の第３実施例の各工程を示している。先ず、本実施例に
おいては、図１０に示すように、シリコン基板１１上
に、順次、ＳｉＯ₂膜１２（５００ｎｍ），チタン膜１
３（３０ｎｍ），チタンオキシナイトライド膜１４（１
００ｎｍ），アルミニウム（Ａｌ−１％Ｓｉ）膜１６Ａ
（１５０ｎｍ），タングステンシリサイド膜１５（３０
ｎｍ），アルミニウム（Ａｌ−１％Ｓｉ）膜１６Ｂ（１
５０ｎｍ），ＴｉＯＮで成る反射防止膜１７，ＳｉＯ₂
で成る層間膜１８を積層する。本実施例において、下層
配線であるアルミニウム膜１６Ａ，１６Ｂの中間にタン
グステンシリサイド膜１５を備えた構造となっている。

【００２６】次に、図１１に示すように、反射防止膜１
７が露出するまで、平行平板型の電極を有するエッチン
グ装置を用いて以下の条件でエッチングを行ない、ビア
ホール１９を開口する。

【００２７】 ○エッチングガス及びその流量 ＣＨＦ₃…７５_SCCM Ｏ₂…８_SCCM ○ＲＦパワー…１１５０Ｗ ○圧力…５０ｍＴｏｒｒ ○オーバーエッチング…５０％ 次に、図１２に示すように、反射防止膜１７とアルミニ
ウム膜１６ＢをＥＣＲエッチング装置を用いて以下の条
件でエッチングしてタングステンシリサイド膜１５を露
出させる。

【００２８】 ○エッチングガス及びその流量 Ｃｌ₂…２０_SCCM ＢＣｌ₃…３０_SCCM ○ＲＦパワー…５０Ｗ ○マイクロ波パワー…８００Ｗ ○圧力…１６ｍＴｏｒｒ そして、露出したタングステンシリサイド膜１５上から
タングステンを選択的に成長させて、図１３に示すよう
に、タングステンプラグ２０を形成する。このタングス
テンの選択成長は、シラン還元法を用い、以下に示す条
件でＣＶＤを行なう。

【００２９】 ○雰囲気ガス及びその流量 ＷＦ₆…１０_SCCM ＳｉＨ₄…７_SCCM Ｈ₂…１０００_SCCM Ａｒ…１５_SCCM ○温度ー…２６０℃ ○圧力…２００ｍＴｏｒｒ この条件においては、タングステンシリサイド膜１５上
に比べてタングステン膜１６Ｂ上のタングステンの成長
の遅れ時間（ガスを流してから成長するまでの時間）が
長いため（タングステンシリサイド上は１０秒程度、ア
ルミニウム上は６０秒以上）、アルミニウム膜１６Ｂか
らはほとんど成長しない。このため、アルミニウムの弗
化物の量は、従来のように、タングステンをアルミニウ
ム上から成長させた場合に比べて、非常に少ない。ま
た、本実施例においても、タングステンプラグ２０と下
層配線との接触面積が大きくなるため、コンタクト抵抗
を安定且つ低くできる。さらに、従来（図２０参照）の
構造においては、反射防止膜のすぐ下にタングステンシ
リサイド膜が存在しているために、反射防止膜をエッチ
ングするときに、タングステンシリサイド膜までエッチ
ングされなくなってしまう問題点があったが、本実施例
の構造では、反射防止膜１７の下にアルミニウム膜１６
Ｂが存在するため、タングステンシリサイド膜のエッチ
ングに対してマージンがとれる。これは、タングステン
シリサイドが、アルミニウム膜のエッチングに対しては
選択比が取り易いが、反射防止膜（ＴｉＯＮ）に対して
は選択比が取りにくいためである。

【００３０】以上、各実施例について説明したが、本発
明は、これらに限定されるものではなく、構成の要旨に
付随する各種の設計変更が可能である。

【００３１】例えば、上記各実施例においては、シラン
還元反応に際して安定して選択タングステンＣＶＤの成
長の核となる薄膜としてタングステンシリサイド（ＷＳ
ｉ_X）を用いたが、この他にモリブデンシリサイド、モ
リブデン、タングステン、ポリシリコン、アモルファス
シリコン等を用いても勿論よい。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る配線の形成方法にあっては、下層配線中に形成さ
れた薄膜からタングステンが成長し、アルミニウムを含
む金属層からの成長をほとんど抑えることができるた
め、アルミニウムの弗化物が、タングステンプラグとの
界面に生成されるのを防止出来、コンタクト抵抗の安定
化及び低抵抗化を達成する効果がある。また、タングス
テンの選択成長にシラン還元法を用いることができるた
め、選択性が良く、このため信頼性を向上し、また、成
膜速度が速いため、スループットを向上する効果があ
る。さらに、シラン還元法は成膜温度が低くできるため
アルミニウム配線等の信頼性に影響を与えない効果があ
る。また、本発明によれば、特に、コンタクトホール
（ビアホール，スルホール）を形成する際にできるアル
ミクラウン（ホール側壁に付着するアルミニウム）を下
層配線をエッチングする際に取り除けるため、選択性を
さらに向上出来、また、タングステンのはい上り現象を
防止する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の工程を示す断面図。

【図２】本発明の第１実施例の工程を示す断面図。

【図３】本発明の第１実施例の工程を示す断面図。

【図４】本発明の第１実施例の工程を示す断面図。

【図５】本発明の第２実施例の工程を示す断面図。

【図６】本発明の第２実施例の工程を示す断面図。

【図７】本発明の第２実施例の工程を示す断面図。

【図８】本発明の第２実施例の工程を示す断面図。

【図９】本発明の第２実施例の工程を示す断面図。

【図１０】本発明の第３実施例の工程を示す断面図。

【図１１】本発明の第３実施例の工程を示す断面図。

【図１２】本発明の第３実施例の工程を示す断面図。

【図１３】本発明の第３実施例の工程を示す断面図。

【図１４】従来例の工程を示す断面図。

【図１５】従来例の工程を示す断面図。

【図１６】従来例の工程を示す断面図。

【図１７】従来例の工程を示す断面図。

【図１８】他の従来例の工程を示す断面図。

【図１９】他の従来例の工程を示す断面図。

【図２０】他の従来例の工程を示す断面図。

【図２１】他の従来例の工程を示す断面図。

【符号の説明】

１５…タングステンシリサイド膜、１６…アルミニウム
膜、１７…反射防止膜、１９…ビアホール、２０…タン
グステンプラグ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 アルミニウムを含む金属で形成した下層
   配線上にコンタクトプラグを選択タングステンＣＶＤで
   形成する配線の形成方法において、 前記下層配線中に、シラン還元反応に際して安定して選
   択タングステンＣＶＤの成長の核となり得る薄膜を備え
   ることを特徴とする配線の形成方法。