JPH05347269A - 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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JPH05347269A
JPH05347269A JP15552992A JP15552992A JPH05347269A JP H05347269 A JPH05347269 A JP H05347269A JP 15552992 A JP15552992 A JP 15552992A JP 15552992 A JP15552992 A JP 15552992A JP H05347269 A JPH05347269 A JP H05347269A
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JP
Japan
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film
contact hole
selective
semiconductor device
connection hole
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JP15552992A
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English (en)
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Shingo Kadomura
新吾 門村
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高アスペクト比のコンタクトホールにAl系
金属を、高温Alスパッタ法にて良好に埋め込むことを
実現する。 【構成】 コンタクトホール内にバリアメタル層3を形
成した後、コンタクトホール側壁に、Ti膜4を残して
形成し、このTi膜4がシード膜となり選択W−CVD
の核成長が促進され、コンタクトホール側壁に十分な膜
厚の選択W膜5が形成できる。このため、高温スパッタ
によりAl系金属膜6の埋込み特性が良好となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造方
法に関し、特に、微細コンタクトホールにAl系金属を
埋め込む技術に係わる。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年の
VLSI,ULSIにおいては半導体装置のデザインル
ールが縮小されるに伴い、電気的接続孔(コンタクトホ
ール及びスルホール)も微細化し、アスペクト比が1を
越えるまでになって来ている。このような接続孔に埋め
込まれる配線は、一般にスパッタリング法を用いてアル
ミニウム系材料を被着させることにより形成されている
が、アスペクト比1以上の高アスペクト比を有する接続
孔を埋め込むには十分な段差被覆性(ステップカバレー
ジ)が達成されにくく、断線を生じる原因になってい
る。
【0003】そこで、段差被覆性の不足を改善するため
の対策として、近年高温スパッタリング法が提案されて
いる。この技術は、スパッタリング中にウエハを約50
0℃に加熱し、基板に付着したAl粒子を熱によって表
面流動させ、高アスペクト比のコンタクトホールにAl
を埋め込むものである。この高温スパッタリング法によ
るAl埋め込みは、Alの下地材料によって埋まる場合
と、埋まらない場合がある。埋まる場合は、下地とAl
との濡れ性が良い場合である。Alとの濡れ性が良い材
料といてはチタン(Ti)があり、このTiを下地材料
として用いると、Alの表面流動性が高まりアスペクト
比の高いコンタクトホールを埋め込むことができる。
【0004】しかしながら、Alの下地にTiを用いた
場合でも、アスペクト比が1以上の領域では上述したよ
うに、カバレージの低下によって、平坦部に比べて側壁
に十分な厚さのTiを形成できなくなり、Alの埋め込
みが不安定になる。この現象は、以下のように説明され
る。即ち、接続孔において酸素を含む絶縁膜や合金膜が
Tiと接した構造の場合に、Tiと酸素がAl成膜時の
高温で反応し酸化チタン(TiOX)を形成する。Ti
厚さが十分あればTi層の表面に酸素が拡散することは
ないが、Tiが非常に薄い場合には酸素がTi表面にま
で拡散し、TiOXとなる。Al高温スパッタの際、下
地がTiOXになっているとAlの反応性が低下しAl
をホール内に埋め込むことができなくなる。
【0005】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、高アスペクト比のコンタ
クトホールでも、良好なAl合金の埋め込みを実現でき
る半導体装置の製造方法を得んとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板に
設けた拡散層あるいは金属配線層上にある絶縁膜を、選
択的に開孔した接続孔において、該接続孔側壁に選択的
にW膜を成長させた後、スパッタリング法で、基板を加
熱しならがらAl系金属膜を形成することによって、接
続孔内容にAl系金属を埋め込むことを、その解決方法
とするものである。更には、接続孔側膜に選択的にW膜
を成長さえるため、選択Wの核成長をおこし得る物質に
よるシード膜を接続孔側壁部に形成すること特徴とする
ものである。
【0007】
【作用】本発明の要旨は、コンタクトホール側壁に、選
択的にW膜を成長させる点にある。従来技術における高
アスペクト比コンタクトホール(接続孔)での、Al埋
め込みが困難な理由は、上述のようにAlの下地材料で
あるTiが側壁部に薄くしかつかず、Ti層の表面まで
酸素が拡散して、Alとの反応性が良いはずのTiがT
iOXになってしまう点にある。そこで、コンタクトホ
ール側壁部に、拡散による表面の酸化を防止できるだけ
の充分な膜厚の金属(Alとの濡れ性の良いもの)を形
成できれば良いことになる。そこで、選択WCVD法
の、Wが選択的に成長するという特性に着目して、コン
タクトホール側壁部に、Wの核成長が可能な物質からな
るシード膜を形成しておいて、その後で選択Wを成長さ
せる。CVD法による選択Wの成長は、スパッタ法のよ
うにカバレージの影響を受けることはないので、どんな
に高いアスペクト比のコンタクトホールでも、酸化を防
止できるだけの、充分な厚さのW膜の形成が可能とな
る。従って、その後の高温スパッタによるAl合金膜
も、酸化等による表面の反応性低下がないので、充分良
好な埋め込みが可能となる。
【0008】
【実施例】以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の
詳細を図面に示す実施例に基づいて説明する。
【0009】(実施例1)図1〜図5は、本発明の実施
例1の各製造工程を示す要部断面図である。
【0010】本実施例は、先ず、図1に示すように、不
純物拡散層1aが形成されているシリコン基板1上にS
iO2絶縁膜2を堆積させた後、フォトリソグラフィー
技術及びエッチング技術を用いてコンタクトホールを開
孔し、上記不純物拡散層1aの表面を露出させる。そし
て、チタン(Ti)膜,チタンオキシオイトライド(T
iON)膜の順で堆積されるバリアメタル層3を、例え
ば、枚葉式クラスターツールのスパッタリングチャンバ
にて、DCマグネトロンスパッタ法で形成する。Ti
膜,TiON膜の形成条件及び膜厚は、以下に示す通り
である。
【0011】(Ti膜の形成条件) ○ターゲット…Ti ○ガス及びその流量 アルゴン(Ar)…40SCCM ○圧力…0.67Pa ○DC電力…4kW ○基板温度…150℃ ○膜厚…30nm (TiON膜の形成条件) ○ターゲット…Ti ○ガス及びその流量 Ar−60%N2−4%O2…50SCCM ○圧力…0.67Pa ○DC電力…8kW ○基板温度…150℃ ○膜厚…30nm 次に、図2に示すように、かかるバリアメタル層3上
に、再びTi膜4を上記した条件で膜厚10nmで形成
する。なお、このTi膜は、後記する選択W膜5の核成
長を促すシード膜として機能する。
【0012】次に、図5に示すように、このTi膜4を
例えば以下に示すような条件で全面エッチバックし、コ
ンタクトホール側壁部のみにTi膜4をシード膜として
残す。上記するように、このTi膜4は選択W膜の核成
長のための物質となる。
【0013】(Ti膜4のエッチバック条件) ○ガス及びその流量 SF2…20SCCM2…10SCCM ○圧力…1.3Pa ○μ波電力…850W ○RFバイアス…10W(2MHz) ○ウエハ温度…25℃ このとき、Ti膜4は、添加ガスであるO2の作用でT
iOFYとして反応が進行してエッチングされ、バリア
メタル層3のTiON膜表面では、TiON中のNとガ
ス中のSによる(SN)Xポリマーの形成で、下地バリ
アメタル層3には影響を与えることなく、コンタクトホ
ール側壁のみにTi膜4を残すことが可能となる。
【0014】かかるエッチバック工程の後は、ウエハを
加熱して、上記した(SN)Xポリマー昇華除去してお
く。
【0015】次に、このウエハをクラスターツールチャ
ンバにもどして、選択WCVDチャンバでWの選択成長
を行なう。この選択WCVDの条件は、以下に示す通り
である。
【0016】(選択WのCVD条件) ○CVDガス及びその流量 六弗化タングステン(WF6)…10SCCMシラン (SiH4)…7SCCM 水素(H2)…1000SCCM ○圧力…27Pa ○温度…260℃ 上記したように、コンタクトホールの側壁のみに、シー
ド膜としてのTi膜4が残っているため、当然W膜は従
来のようなスパッタ法と異なり、高アスペクト比のコン
タクトホール内壁でも充分な膜厚の選択W膜5の形成が
できる(図4)。
【0017】次に、ウエハをDCマグネトロンスパッタ
用チャンバに移し、例えば以下に示す条件でAl系金属
の高温スパッタを行ない、図5に示すようなAl系膜6
を形成し、コンタクトホールの埋込みが完了する。
【0018】(Al系金属の高温スパッタ条件) ○ターゲット…Al−1%Si ○ガス及びその流量 Ar…40SCCM ○圧力…0.67Pa ○DC電力…10kW ○基板温度…500℃ 本実施例においては、上記したように、選択W膜5がコ
ンタクトホール側壁に充分な厚さで形成されているた
め、高温スパッタ膜のSiO2(絶縁膜を構成する)か
らのOの拡散を生じても、選択W膜5の表面まで酸化さ
れることはなく、Alの流動性(濡れ性)に影響を与え
ることが無い。従って、本実施例によれば、高アスペク
ト比のコンタクトホールでも良好にAl系金属で埋め込
むことが可能となる。
【0019】(実施例2)本実施例は、上記実施例1と
同様のコンタクトホール構造において、選択WCVDの
核成長のためのシード膜としてTi膜4に代えてアモル
ファスシリコン膜を用いた例である。
【0020】具体的には、図1に示す工程まで上記実施
例1と同様の材料,条件で行ない、しかる後、LP−C
VD法を用いてアモルファスシリコン膜を以下に示す条
件で10nm形成する。
【0021】(アモルファスシリコン膜のCVD条件) ○ガス及びその流量 シラン(SiH4)…500SCCM ヘリウム(He)…30SCCM ○圧力…266Pa ○温度…550℃ しかる後、このアモルファスシリコン膜をエッチバック
して図3に示したTi膜4と同様に、コンタクトホール
側壁にアモルファスシリコン膜をシード膜として残す。
このアモルファスシリコン膜のエッチバックは、例え
ば、ECRエッチャーを用いて、以下に示すような条件
で行なえばよい。
【0022】(アモルファスシリコン膜のエッチバック
条件) ○ガス及びその流量 SF2…20SCCM ○圧力…1.3Pa ○μ波電力…850W ○RFバイアス…10W(2MHz) ○ウエハ温度…25℃ このアモルファスシリコン膜は、S22中でエッチング
されるが、バリアメタル層のTiON膜上では、上記実
施例1と同様のメカニズムでエッチングが防止されるた
め、下地バリアメタル層には影響を与えることなく、コ
ンタクトホール側壁のみにシード膜としてのアモルファ
スシリコン膜が形成できる。かかるエッチバック後の処
理は、上記実施例1と同様として、選択WCVDによる
選択W膜の形成とAl系金属の高温スパッタを行なうこ
とで、良好なAl系金属膜の埋込みが達成できる。
【0023】以上、実施例1及び実施例2について説明
したが、本発明は、これ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変更が可能である。
【0024】例えば、上記両実施例においては、コンタ
クトホールを不純物拡散層上に開孔した例に本発明を適
用したが、半導体基板上に形成した金属配線層上に開孔
したコンタクトホール,スルーホールに適用できること
は言うまでもない。
【0025】また、上記実施例においては、選択W膜を
Ti,a−Si等のシード膜を介して形成したが、これ
らシード膜を介さずに所望膜厚を確保して成膜できれ
ば、バリアメタル層に直接成膜してもよい。
【0026】さらに、上記実施例においては、シード膜
として、Ti及びa−Siを用いたが、これらに限定さ
れるものではなく、選択WCVDの核成長を促す物質で
あれば他の物質を用いてもよい。
【0027】また、上記実施例においては、選択W膜を
コンタクトホール側壁のみに形成したが、コンタクトホ
ール底部にも形成してもよい。
【0028】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る半導体装置の製造方法によれば、高アスペクト比
の接続孔にAl系金属を良好に埋め込むことが可能とな
り、半導体装置の微細化、高信頼性を達成する効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の工程を示す要部断面図。
【図2】本発明の実施例1の工程を示す要部断面図。
【図3】本発明の実施例1の工程を示す要部断面図。
【図4】本発明の実施例1の工程を示す要部断面図。
【図5】本発明の実施例1の工程を示す要部断面図。
【符号の説明】
1…シリコン基板 1a…不純物拡散層 2…SiO2絶縁膜 3…バリアメタル層 4…Ti膜(シード膜) 5…選択W膜 6…Al系金属膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に形成した拡散層上若しくは
    配線層上の絶縁膜を選択的に開孔して接続孔を形成し、
    該接続孔の側壁に選択的にタングステン膜を成長させた
    後、スパッタリング法で、前記半導体基板を加熱しなが
    ら前記接続孔にアルミニウム系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。
  2. 【請求項2】 半導体基板に形成した拡散層上若しくは
    配線層上の絶縁膜を選択的に開孔して接続孔を形成し、
    該接続孔内にバリアメタル層を被着させた後、選択的に
    タングステンの核成長を起こし得る物質でなるシード膜
    を前記接続孔側壁に形成し、該側壁に選択的にタングス
    テン膜を成長させた後、スパッタリング法で、前記半導
    体基板を加熱しながら前記接続孔にアルミニウム系金属
    を埋め込むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記シード膜がアモルファスシリコンで
    成る請求項2記載に係る半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記シード膜がチタンで成る請求項2記
    載に係る半導体装置の製造方法。
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