JPH0567615A - 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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JPH0567615A
JPH0567615A JP5161092A JP5161092A JPH0567615A JP H0567615 A JPH0567615 A JP H0567615A JP 5161092 A JP5161092 A JP 5161092A JP 5161092 A JP5161092 A JP 5161092A JP H0567615 A JPH0567615 A JP H0567615A
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JP
Japan
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refractory metal
film
layer
semiconductor device
burying layer
Prior art date
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JP5161092A
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English (en)
Inventor
Narakazu Shimomura
奈良和 下村
Masahiko Yanagi
雅彦 柳
Seiji Suzuki
誠司 鈴木
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 所望の深さの高融点金属埋め込み層を2μm
越えると深い配線接続穴においても良好に形成できるこ
と。 【構成】 高集積半導体素子の配線接続穴での高融点金
属埋め込み層を、第1の高融点金属埋め込み層4、高融
点金属中敷き膜5、第2の高融点金属埋め込み層9のサ
ンドウィッチ構造とする。 【効果】 2μm程度の深い配線接続穴においても良好
な高融点金属埋め込み層の形成が可能となる。

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及びその製
造方法に関する。更に詳しくは16MDRAMなどの高
記憶容量メモリ、高速・高集積のマイクロプロセッサ、
ゲートアレイを実現する高集積の半導体装置の配線接続
穴の埋め込み層の構成とその形成方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】上層配
線との接触穴としての配線接続穴にタングステンなどの
高融点金属を選択的に埋め込む技術(以後、タングステ
ンなどの選択成長と呼ぶ)が従来からある。しかし、配
線接続穴の深さが2μm以上の場合には、タングステン
などの選択成長を良好に行うことができない。
【0003】半導体の高集積化が進むにつれ配線接続穴
の深さは深くなっており、従来の技術ではタングステン
などの選択成長を良好に行うことが困難になっている。
この発明は、2μmを越える深い配線穴においても高融
点金属の埋め込み層の形成が可能な半導体装置の製造方
法を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、高集
積半導体素子の配線接続穴での高融点金属埋め込み層
が、第1の高融点金属埋め込み層・高融点金属中敷き膜
・第2の高融点金属埋め込み層のサンドウィッチ構造か
らなる半導体装置が提供される。この発明の高集積半導
体素子は、例えば記憶容量が16メカビットのダイナミ
ックランダムアクセスメモリ装置、高速・高集積のマイ
クロプロセッサ、ゲートアレイ等の半導体装置を構成す
るためのものであって、半導体基板上に、例えばトラン
ジスタ、キャパシタ等が適宜配設され配線されてなる。
【0005】この高集積半導体素子は、通常半導体基板
の内部と表面上に配設され配線されると共にこの上に層
間絶縁膜を介在させて更にその上に配設され配線され
る。層間絶縁膜の下の配線は、層間絶縁膜の所定位置に
形成された配線接続穴に埋設された高融点金属埋め込み
層を通して上の配線と接続される。この配線接続穴は、
通常深さが0.6〜2.0μm、幅が0.6〜0.8μ
mである。
【0006】高融点金属埋め込み層は、第1の高融点金
属埋め込み層・高融点金属中敷き膜・第2の高融点金属
埋め込み層のサンドウィッチ構造からなる。第1の高融
点金属埋め込み層と第2の高融点金属埋め込み層は、何
れか一方に選択CVD法を他方にブランケットCVD法
を用いて形成されていてもよいし、両方共選択CVD法
またはブランケットCVD法を用いて形成されていても
よい。
【0007】第1と第2の高融点金属埋め込み層は、ブ
ランケットCVD法を用いて形成する場合に、予め例え
ばTi膜、TiN膜等を形成するのでこれらの膜も第1
及び/又は第2の高融点金属埋め込み層に含まれるもの
とする。第1と第2の高融点埋め込み層は、例えばタン
グステン、TiN等から構成される。これらは両方共タ
ングステンで形成するのが好ましい。
【0008】また、第1及び第2の高融点金属埋め込み
層は、通常厚みが0.5〜1.5μmである。厚みが
1.5μmを越えると、均一な高融点金属埋め込み層が
得られなくなるので好ましくない。厚みが0.5μm未
満では約2μm以上の配線接合穴を埋設する際の工程が
多くなるので好ましくない。高融点金属中敷き膜は、第
1及び第2の高融点金属埋め込み層を電気的に接続する
ためのものであって、第1及び第2の高融点金属埋め込
み層と十分に接触するように第1及び第2の高融点金属
埋め込み層より広幅とするのが好ましい。この幅は、通
常1.2〜1.4μmである。第1又は第2の高融点金
属埋め込み層の厚さが約1μm以下であっても高融点金
属中敷き膜を介して2層以上積層すれば2μmを越える
深い配線接続穴においても高融点金属埋め込み層の良好
な形成が可能となる。この中敷き膜の材料としてはタン
グステンやチタニウム・タングステン合金等が挙げられ
る。この際、中敷き膜には埋め込み層と同一の組成を用
いるよりは異なる組成の高融点金属を用いても良いし、
同じ組成の高融点金属を用いても良い。
【0009】この発明においては、第2の高融点金属埋
め込み層の上に上の配線が配置され半導体装置が構成さ
れる。この発明の半導体装置は、例えば次のようにして
製造することができる。すなわち、第1層間絶縁膜を形
成した半導体基板上に、レジストパターンをマスクにし
て第1層間絶縁膜に配線接続穴を形成し、この接続穴に
選択CVD法またはブランケットCVD法で第1の高融
点金属埋め込み層を形成し、その後スパッタリング法で
高融点金属中敷き層を堆積し、この中敷き層を、投影露
光法で形成したレジストパターンをマスクにして、上記
配線接続穴における第1の高融点金属埋め込み層を覆う
ようにパターニングして高融点金属中敷き膜を形成し、
次に第2層間絶縁膜を形成し、レジストパターンをマス
クとして第2層間絶縁膜に更に配線接続穴を形成し、こ
の配線接続穴に選択CVD法またはブランケットCVD
法で第2の高融点金属埋め込み層を形成し、所望の深さ
の高融点金属埋め込み層を形成し、この上に上の配線層
を形成して半導体装置を製造する。
【0010】第1と第2の各高融点金属埋め込み層とし
てはタングステンやTiNなどの選択成長可能な高融点
金属材料が用いられる。タングステンの選択CVD法
は、例えばWF6 をSiH4 やH2 等で還元することに
より行うことができる。タングステンのブランケットC
VD法は、例えば予めTi膜とTiN膜を積層した後、
この上に例えばWF6 とSiH4 やH2 等を用いてTi
N膜の上にW膜を形成し、W膜をエッチバックし、Ti
膜とTiN膜を適宜エッチングして行うことができる。
【0011】
【作用】高融点金属中敷き膜が、膜厚約1μm以下の第
1と第2の高融点金属埋め込み層を電気的に接続して約
2μm以上の配線接続穴に高融点金属埋め込み層を形成
する。
【0012】
【実施例】実施例1 以下、この発明の実施例を図面を用いて説明する。図1
に示すように、Si基板1上に第1層間絶縁膜として1
μm厚のSiO2 膜2を堆積後、投影露光法で形成した
レジストパターン3をマスクにしてRIEの異方性エッ
チングで第1層間絶縁膜2をエッチングして深さ1μm
の接続穴2aを開口させる(図2)。その後WF6 をS
iH4 で還元する選択CVD方にてタングステンの選択
成長を行って埋め込み膜4を形成する。その後スパッタ
法にてTiWの高融点金属層を堆積し(図示せず)、投
影露光法で形成したレジストパターン6をマスクにして
RIE等の異方性エッチングでTiWの高融点金属膜を
形成する(図3)。その後第2層間絶縁膜としてのSi
2 膜7を1μm程度堆積し、投影露光法で形成したレ
ジストパターン8をマスクにしてRIEの異方性エッチ
ングで第2層間絶縁膜7をエッチングして深さ1μmの
接続穴7aを開口させる(図4)。その後、上記TiW
高融点金属膜5に対し選択CVD法にてタングステン選
択成長を行って1μm厚の埋め込み膜9を形成する(図
5)。
【0013】このようにTiWの高融点金属による中敷
き膜の上下でタングステンの選択成長を分割処理するこ
とで、1回の処理でのタングステンの選択成長膜厚は1
μm程度以下に抑えることができ、良好な処理が可能と
なる。したがって、2μm程度の深い接続穴においてタ
ングステン埋め込み層の形成が可能となる。その後、ス
パッタ法にて上の配線層となる金属膜10を堆積し、投
影露光法で形成したレジストパターン11をマスクにし
てRIE等の異方性エッチングで上の配線層を形成し
(図6)半導体装置を製造する。
【0014】実施例2 実施例1において、選択CVD法にてタングステンの選
択成長を行って埋め込み膜4を形成する代りに図7
(a)に示すようにスパッタ法によるTi膜17と反応
性スパッタ法によるTiN膜18を順に積層し、その後
図7(b)に示すようにWF6 とH2 を原料ガスとする
ブランケットCVD法にてW膜19を堆積し、図7
(c)に示すように、RIE等の異方性エッチングでこ
のW膜19をエッチバックする。その後スパッタ法にて
TiW等の高融点金属膜20を堆積し、投影露光法で形
成したレジストパターン21をマスクにしてRIE等の
異方性エッチングでTiW等の高融点金属膜20をエッ
チングする(図8(d))。その後図8(a)に示すよ
うに第2層間絶縁膜22を堆積し、投影露光法で形成し
たレジストパターン23をマスクにしてRIE等の異方
性エッチングで第2層間絶縁膜22をエッチングして接
続穴を開口させる。その後図8(b)に示すように選択
CVD法にてタングステン層24を形成する。以上で、
ブランケット法で形成した高融点金属埋め込み層・高融
点金属中敷き膜・選択成長で形成した高融点金属埋め込
み層というサンドウィッチ構造が形成される。その後、
図8(c)に示すようにスパッタ法にて上の配線となる
金属膜25を堆積し、投影露光法で形成したレジストパ
ターン26をマスクにしてRIE等の異方性エッチング
で金属膜25をエッチングして上の配線を形成し半導体
装置を製造する。
【0015】実施例3 実施例1において、TiW高融点金属膜5の上に選択C
VD法にてタングステン選択製法を行う代りに図9
(a)に示すようにTiW高融点金属膜5の上に、スパ
ッタ法によるTi膜12と反応性スパッタ法によるTi
N膜13を順に積層する。その後WF6 とH2 を原料ガ
スとするブランケットCVD法にてW膜14を堆積(図
9(b))し、RIE等の異方性エッチングでこのW膜
14をエッチバックする(図9(c))。以上で、選択
成長で形成した高融点金属埋め込み層・高融点金属中敷
き層・ブランケット法で形成した高融点金属埋め込み層
というサンドウィッチ構造が形成される。次に、この上
に、上の配線15を形成し半導体装置を製造する。
【0016】実施例4 実施例2において、選択CVD法にてタングステン層2
4を形成する代りに、図10(a)に示すようにスパッ
タ法によるTi膜29と反応性スパッタ法によるTiN
膜30を順に堆積する。その後図10(b)に示すよう
にWF6 とH2 を原料ガスとするブランケットCVD法
にてW膜31を堆積し、図10(c)に示すようにRI
E等の異方性エッチングでエッチバックしてW層31’
を形成する。この他は、実施例2と同様にしてブランケ
ットCVD法で形成した高融点金属埋め込み層と高融点
金属中敷き層及びブランケットCVD法で形成した高融
点金属埋め込み層が順に積層されたサンドウィッチ構造
を形成し、更に図10(d)に示すように、この上に上
の配線層32を形成して半導体装置を製造する。
【0017】
【発明の効果】この発明により、2μm程度の深い接続
穴において従来の方法ではタングステンなどの高融点金
属の選択成長が不可能であったのを中敷き膜を介して埋
め込み層を分割処理することでその形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例において製造した半導体装置
の製造工程説明図である。
【図2】この発明の実施例において製造した半導体装置
の製造工程説明図である。
【図3】この発明の実施例において製造した半導体装置
の製造工程説明図である。
【図4】この発明の実施例において製造した半導体装置
の製造工程説明図である。
【図5】この発明の実施例において製造した半導体装置
の製造工程説明図である。
【図6】この発明の実施例において製造した半導体装置
の製造工程説明図である。
【図7】この発明の実施例において製造した半導体装置
の製造工程説明図である。
【図8】この発明の実施例において製造した半導体装置
の製造工程説明図である。
【図9】この発明の実施例において製造した半導体装置
の製造工程説明図である。
【図10】この発明の実施例において製造した半導体装
置の製造工程説明図である。
【符号の説明】
1 Si基板 2 SiO2 膜(第1層間絶縁膜) 2a,7a 配線接続穴 3,6,8,11,21,23,26 レジストパター
ン 4 タングステン層(第1の高融点金属埋め込み層) 5,20 TiW膜(高融点金属中敷き膜) 7 SiO2 膜(第2層間絶縁膜) 9,14,19,31 タングステン膜(第2の高融点
金属埋め込み層) 10,15,25,32 上の配線層 12,17,29 Ti膜 13,18,30 TiN膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/46 R 7738−4M

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高集積半導体素子の配線接続穴での高融
    点金属埋め込み層が、第1の高融点金属埋め込み層・高
    融点金属中敷き膜・第2の高融点金属埋め込み層のサン
    ドウィッチ構造からなる半導体装置。
  2. 【請求項2】 第1の高融点金属埋め込み層と第2の高
    融点金属埋め込み層が両方共タングステンで形成され、
    高融点中敷き膜がチタニウム・タングステン合金で形成
    されてなる請求項1の半導体装置。
  3. 【請求項3】 高融点金属中敷き膜が、2つの高融点金
    属埋め込み層より広幅である請求項1〜2の何れか1つ
    に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 第1の高融点金属埋め込み層と第2の高
    融点金属埋め込み層が、何れも0.5〜1.5μmの膜
    厚である請求項1〜3の何れか1つの記載の半導体装
    置。
  5. 【請求項5】 第1の高融点金属埋め込み層と第2の高
    融点金属埋め込み層が、何れか一方に選択CVD法を他
    方にブランケットCVD法を用いて形成されている請求
    項1〜4の何れか1つに記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 第1の高融点金属埋め込み層と第2の高
    融点金属埋め込み層が、両方共選択CVD法またはブラ
    ンケットCVD法を用いて形成されている請求項1〜4
    の何れか1つに記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 第1層間絶縁膜を形成した半導体基板上
    に、レジストパターンをマスクして第1層間絶縁膜に配
    線接続穴を形成し、この接続穴に選択CVD法またはブ
    ランケットCVD法で第1の高融点金属埋め込み層を形
    成し、その後スパッタリング法で高融点金属中敷き層を
    堆積し、この中敷き層を、投影露光法で形成したレジス
    トパターンをマスクにして、上記配線接続穴における第
    1の高融点金属埋め込み層を覆うようにパターニングし
    て高融点金属中敷き膜を形成し、次に第2層間絶縁膜を
    形成し、レジストパターンをマスクとして第2層間絶縁
    膜に更に配線接続穴を形成し、この配線接続穴に選択C
    VD法またはブランケットCVD法で第2の高融点金属
    埋め込み層を形成し、所望の深さの高融点金属埋め込み
    層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP5161092A 1991-04-03 1992-03-10 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH0567615A (ja)

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JP3-71248 1991-04-03
JP7124891 1991-04-03
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06244135A (ja) * 1993-01-19 1994-09-02 Internatl Business Mach Corp <Ibm> コンタクトスタッドの積層構造及びその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06244135A (ja) * 1993-01-19 1994-09-02 Internatl Business Mach Corp <Ibm> コンタクトスタッドの積層構造及びその製造方法

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