JPH0629240A - 半導体装置並びにその製造方法 - Google Patents

半導体装置並びにその製造方法

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JPH0629240A
JPH0629240A JP17999592A JP17999592A JPH0629240A JP H0629240 A JPH0629240 A JP H0629240A JP 17999592 A JP17999592 A JP 17999592A JP 17999592 A JP17999592 A JP 17999592A JP H0629240 A JPH0629240 A JP H0629240A
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JP
Japan
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film
contact hole
adhesion layer
semiconductor device
layer
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JP17999592A
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English (en)
Inventor
Yoshikazu Kasuya
良和 糟谷
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】コンタクトホールの小径化の防止、逆テーパー
状態の低減及びタングステン埋め込み時の微小空隙の発
生を抑制できる半導体装置及びその製造方法を提供す
る。 【構成】高融点金属膜を形成し、アニールによりコンタ
クトホール底部の前記高融点金属膜のみをシリサイド化
した後、エッチングによりコンタクトホール側壁に存在
する前記高融点金属膜を除去する。そして、タングステ
ン膜を形成した後、エッチングによりコンタクトホール
外に存在する前記タングステン及び前記高融点金属を除
去する。

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、特にSi及
びシリコン化合物と上層部の金属配線層との接続に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、化学的気相蒸着法(以下、CVD
法と略記する)によりWをコンタクトホール内に埋め込
む場合は高融点金属膜を形成し、アニールにより拡散層
と隣接する高融点金属をシリサイド化した後コンタクト
ホール側面に存在する高融点金属を除去することなしに
密着層及びW膜の形成を行なっていた。以下にその一例
を示す。
【0003】従来法による拡散層と金属配線層との接合
部は図2に示すような断面構造となっていた。201は
拡散層、202は層間絶縁膜、203は高融点金属層、
204は密着層、205は高融点金属シリサイド、20
6はタングステン、207は金属配線層、208は微少
空隙である。まず拡散層201を形成したシリコン基板
上に層間絶縁膜202としてCVD法により厚さ1.2
μmのシリコン酸化膜(以下、SiO2膜と記す)を形
成し、この層間絶縁膜202に直径0.6μmのコンタ
クトホールを開孔する。
【0004】次に、層間絶縁膜202上での厚さが0.
1μmとなるように高融点金属膜203を形成する。更
に高融点金属膜上での厚さが0.05μmとなるように
密着層204を形成する。後の工程でCVD法により形
成されるW膜は層間絶縁膜であるSiO2膜との密着性
が悪く、膜剥がれを起こす可能性がある。そこでこれを
防止する目的で密着層204を形成してある。
【0005】続いて、アニールすることにより、コンタ
クトホール底部に存在する拡散層201と隣接した高融
点金属をシリサイド化する。このようにして形成された
高融点金属シリサイド205はコンタクト抵抗を低減す
る働きを有する。
【0006】次に、コンタクトホール外の密着層上での
厚さが0.4μmとなるようにCVD法によりW膜20
6を形成する。この後、コンタクトホール外の層間絶縁
膜上のW、密着層並びに高融点金属をドライエッチング
により除去する。最後に、スッパタリング法により金属
配線層207を膜厚が0.5μmとなるように形成し、
レジストをマスクにしてドライエッチングを行い、配線
を形成するという方法を用いていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし前述の従来技術
では、前記図2に示すようにTi膜204の段差被覆性
が悪いために、コンタクトホール内のW206に微少空
隙208が発生するという問題を有する。即ち、コンタ
クトホール内にTi203が形成されると、コンタクト
ホール径は小さくなり、アスペクト比は増大する。更
に、コントクトホール側壁に存在するTi203はホー
ル上部で厚く、底部では薄くなる傾向にある。このた
め、ドライエッチング後のコンタクトホールの形状が、
全くテーパーの無い形状、即ち、コンタクトホール上部
での直径と底部での直径が同じ場合には、Ti203を
形成すると、コンタクトホール上部での直径が底部での
直径に比べて小さくなる逆テーパー形状になる。この様
な逆テーパー形状のコンタクトホールにCVD法でW2
06を埋め込もうとした場合、コンタクトホール内には
W206が埋め込まれない微小空隙208が非常に発生
し易くなる。この様な微小空隙208には水分などが残
留し易く、配線の信頼性を著しく低下させる。W膜形成
後の微小空隙208の発生を抑制する方法、即ち、Ti
203を形成した後のコンタクトホールの逆テーパー形
状を改善する方法として、コンタクトホール上部の直径
を大きくする方法が考えられるが、この方法はデバイス
の微細化とは逆行するものである。
【0008】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところはコンタクトホールの
小径化を防止し、逆テーパー状を低減することによりW
の埋め込み時に発生していた微小空隙の存在しない半導
体装置及びその製造方法を提供するところにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
Si及びシリコン化合物と上層部の金属配線層を接続す
るコンタクトホールに於て、コンタクトホール底部の構
造が下層より順にSiあるいはシリコン化合物/高融点
金属シリサイド/密着層/Wとなっており、加えてコン
タクトホール側面の構造が外側より順に層間絶縁膜/密
着層/Wとなっている構造を有することを特徴とする。
また、本発明の半導体装置の製造方法は a)コンタクトホール形成後、高融点金属膜を形成する
工程と b)アニールによりコンタクトホール底部の前記高融点
金属をシリサイド化する工程と c)シリサイド化されていない前記高融点金属をエッチ
ングにより除去する工程と d)密着層を形成する工程と e)前記密着層上にW膜を形成する工程と f)前記W膜をエッチングする工程と g)前記高融点金属をエッチングする工程とからなるこ
とを特徴とする。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0011】図1(a)〜図1(f)にシリコン基板中
に形成された拡散層と金属配線層とを接続する場合の各
工程の断面図を工程順に示す。101は拡散層、102
は層間絶縁膜、103はコンタクトホール、104はチ
タン、105はチタンシリサイド、106は窒化チタ
ン、107はタングステン、108は金属配線層であ
る。以下、順を追って各工程について説明する。
【0012】まず、拡散層101を形成したシリコン基
板上に層間絶縁膜102としてCVD法により厚さ1.
2μmのSiO2膜を形成し、この層間絶縁膜に直径
0.6μmのコンタクトホール103を開孔する。コン
タクトホール103はリアクティブイオンエッチング装
置を用い、レジストをマスクにしてドライエッチングに
より形成する。なお、エッチングに用いたガスはCF4
及びCHF3である。(図1(a)参照) 次に層間絶縁膜102上での厚さが0.1μmとなるよ
うにマグネトロンスパッタリング装置を用いTi膜10
4を形成する。(図1(b)参照)このTi104の膜
厚は、特に0.1μmに限定するものではないが、コン
タクトホール底部でのTi104の膜厚は層間絶縁膜1
02上での厚さに比べて薄くなる傾向にある。そしてコ
ンタクトホール底部でのTi104の膜厚が薄い場合、
後のアニール工程でのチタンシリサイド105の形成が
不充分になり、コンタクト抵抗の上昇を招くおそれがあ
る。そのため、Ti104の膜厚は0.05μm以上で
あることが望ましい。
【0013】続いて、アルゴン叉は窒素雰囲気中で40
0〜700℃の温度で1時間アニールし、コンタクトホ
ール底部のTi104をシリサイド105化する。そし
て、ウェットエッチングによりコンタクトホール側壁に
存在しているTi104を除去する。(図1(c)参
照)このウェットエッチングに使用した溶液は、アンモ
ニア水溶液、過酸化水素水及び純水を体積比で1:1:
10の割合に混合した溶液である。そして液温20℃の
この溶液に1時間浸漬し、コンタクトホール側壁に存在
するTi104を完全に除去する。
【0014】次に、マグネトロンスパッタリング装置を
用い、リアクティブスパッタリング法によりTi膜10
4上での厚さが、0.05μmとなるようにTiN膜1
06を形成する。(図1(d)参照)W膜107は層間
絶縁膜102であるSiO2との密着性が劣悪であり、
SiO2上に直接W膜107を形成した場合、膜剥がれ
をおこす。そのため、これを防止する目的で、TiN膜
106を形成してある。また、TiN膜106はTi膜
104と同様にコンタクトホールを小径化し、コンタク
トホールの形状を前述のように逆テーパー形状にする。
従って、TiN膜106の膜厚は可能な限り薄くするこ
とが望ましい。しかしスッパタリング法で形成するTi
N膜106のシリコンウェハー面内の膜厚均一性は悪
く、膜厚を過度に薄くした場合、局部的に密着層として
の役割を果たさない部分が存在する。従って、TiN1
06の膜厚の決定にはこの2点を充分に考慮する必要が
ある。 更に、CVD法によりW膜107を形成する。
(図1(e)参照)なお、W107の膜厚はTiN10
6上で0.35μmとする。コンタクトホール内ではW
107は底部に存在するチタンシリサイド105あるい
はコンタクトホール側壁より中心部に向かって成長して
いくので、直径0.6μmのコンタクトホールの側壁に
0.05μmのTiN膜106が存在している場合は、
理想的にはW107の膜厚は0.25μmで充分であ
る。しかし、CVD法に於ては、コンタクトホール側壁
等の垂直面での膜の成長速度は、水平面に比べて若干遅
くなる傾向にあり、W膜107厚の決定にはこの点を充
分に考慮する必要がある。
【0015】そして、リアクティブイオンエッチング装
置を用いて、コンタクトホール外に存在するW107及
びTiN106を完全に除去する。W107のエッチン
グには六弗化硫黄(以下、SF6と記す)をTiN10
6のエッチングには塩素(以下、Cl2と記す)を用
い、両者の場合ともプラズマの発光強度の変化によにり
エッチングの終点を検出する。最後に、膜厚0.5μm
のAl叉はAl合金をスパッタリング法で成膜した後、
ウェハー全面にフォトレジストを塗布し、配線パターン
を露光転写、現像した後にCl2を用いてドライエッチ
ングを行い、その後フォトレジストを剥離し、金属配線
層108を形成する。(図1(f)参照) また前述のようにコンタクトホール外に存在するW及び
TiNを完全に除去してしまうのではなく、Wのみを除
去することも可能である。図3には金属配線層の下層に
TiNが存在する場合の拡散層と金属配線層との接合部
の断面図である。301は窒化チタン、302はチタン
シリサイド、303はタングステン、304は層間絶縁
膜、305は拡散層、306は金属配線層である。この
様に金属配線層の下部にTiN膜301を残すには以下
に示す方法を用いる。前述のようにW膜を形成した後リ
アクティブイオンエッチング法でコンタクトホール外に
存在するW膜を除去し、膜厚0.5μmのAl叉はAl
合金をスパッタリング法で成膜した後、ウェハー全面に
フォトレジストを塗布し、配線パターンを露光転写・現
像した後にCl2を用いたドライエッチングによりAl
またはAl合金及びその下層に存在するTiNのパター
ニングを行い、金属配線層306を形成する。 なお、
本実施例では密着層としてTiNを使用しているが、ス
ッパタリング法で形成したW膜、TiW膜並びにCVD
法で形成したタングステンシリサイド膜を密着層として
用いることも可能である。
【0016】
【発明の効果】以上に述べた本発明によれば高融点金属
膜を形成し、アニールによりコンタクトホール底部の前
記高融点金属膜のみをシリサイド化した後、エッチング
によりコンタクトホール側壁に存在する前記高融点金属
膜除去することにより、コンタクトホールの小径化の防
止、逆テーパー状態の低減及びW埋め込み時の微小空隙
の発生を抑制する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に於ける拡散層と配線金属層と
の接合部の工程毎の断面図。
【図2】従来法に於ける拡散層と配線金属層との接合部
の断面図。
【図3】本発明の実施例に於ける拡散層と配線金属層と
の接合部の断面図(金属配線層の下層にTiNが存在す
る場合)。
【符号の説明】
101・・・拡散層 102・・・層間絶縁膜 103・・・コンタクトホール 104・・・チタン 105・・・チタンシリサイド 106・・・窒化チタン 107・・・タングステン 108・・・金属配線層 201・・・拡散層 202・・・層間絶縁膜 203・・・高融点金属層 204・・・密着層 205・・・高融点金属シリサイド 206・・・タングステン 207・・・金属配線層 208・・・微小空隙 301・・・窒化チタン 302・・・チタンシリサイド 303・・・タングステン 304・・・層間絶縁膜 305・・・拡散層 306・・・金属配線層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコン(以下、Siと記す)及びシリコ
    ン化合物と上層部の金属配線層を接続するコンタクトホ
    ールに於て、コンタクトホール底部の構造が下層より順
    にSiあるいはシリコン化合物/高融点金属シリサイド
    /密着層/タングステン(以下、Wと記す)となってお
    り、加えてコンタクトホール側面の構造が外側より順に
    層間絶縁膜/密着層/Wとなっている構造を有すること
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】a)コンタクトホール形成後、高融点金属
    膜を形成する工程と b)加熱・保持(以下、アニールと記す)することによ
    りコンタクトホール底部の前記高融点金属をシリサイド
    化する工程と c)シリサイド化されていない前記高融点金属をエッチ
    ングにより除去する工程と d)密着層を形成する工程と e)前記密着層上にW膜を形成する工程と f)前記W膜をエッチングする工程と g)前記高融点金属をエッチングする工程とからなるこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記密着層を窒化チタン(以下、TiNと
    記す)とすることを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項4】前記密着層をチタンタングステン(以下、
    TiWと記す)とすることを特徴とする請求項1記載の
    半導体装置。
  5. 【請求項5】前記密着層を窒化チタン(以下、TiNと
    記す)と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。
  6. 【請求項6】前記密着層をチタンタングステン(以下、
    TiWと記す)と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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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6215144B1 (en) 1998-01-26 2001-04-10 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit device, and method of manufacturing the same
KR100358058B1 (ko) * 1999-12-28 2002-10-25 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 베리어 메탈층 형성방법

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