JPH0636411B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体と配線金属の間にバリヤメタルを設け耐
熱性が良好で信頼性が高い半導体装置の製造方法に関す
るものである （従来の技術） 半導体装置の微細化により素子間を電気的に結合する配
線には高密度の電流が流れ、コンタクト部の温度はかな
り上昇する。また、半導体装置の多機能化や光速化によ
り、配線形成後も熱工程を行なう必要が生じる場合も多
い。例えば、現在一般的に使用されているアルミニウム
／シリコンコンタクト構造では温度が上昇すると、アル
ミニウム中に含有されているシリコンが長期通電後にコ
ンタクトホール内に析出することにより電流が流れる有
効断面積を小さくする。一方、三次元IC製造プロセスの
ように高融点金属／シリコン配線形成後に高温の熱工程
を行なう場合は、シリコンと高融点金属が反応したりシ
リコン中の不純物が金属中に拡散してコンタクト抵抗が
増大する。この為に、半導体装置の性能及び信頼性は著
しく低下する。これらの問題を解決するためには、配線
のための金属とシリコンの間に熱的に安定で且つ不純物
の拡散を防止するち密なバリヤ金属層を入れて耐熱性及
び信頼性の高い配線が必要になる。

バリヤ金属膜形成方法として蒸着法やスパッタ法により
全面に成長させている。しかし、これらの方法ではコン
タクト内での被覆性が良くないのでアスペクト非が大き
いコンタクトホール底部に一様に形成するのは困難であ
る。選抜気相成長タングステンはアルミニウムに対して
500℃程度までは有効なバリヤ金属となり得るが、それ
以上の耐熱性はない。また現在のところ目的に合ったバ
リヤ金属が選択気相成長できるとは限らない。最近、90
0℃以上の耐熱性を有する可能性がある窒化チタンの気
相成長は可能となった（1988年春季応用物理学関連連合
講演会講演予稿集Ｐ608、「LPCVD法によるTiNバリア層
形成技術」）。気相成長によりコンタクトホール底部も
含めて全面に段差被覆性良く均一な膜圧のバリヤ金属が
形成できる。

しかし、全面にバリヤ金属を成長させると、選択成長に
よるコンタクトホールの埋め込みができなくなる。選択
気相成長によりコンタクトホールの埋め込みを可能にす
るには、アスペクト比が大きいコンタクトホールの底部
のみにバリヤ金属を残し他の部分のバリヤ金属を除去し
なければならない。エッチバックによる平坦化では、工
程数が多く長時間を要する。そして、ゴミの付着や平坦
化剤の残留あるいは平坦化剤中の不純物の残留等による
汚染により、歩留り低下や熱工程や高温動作によって配
線抵抗の増大を生じる可能性がある。

本発明の目的は、アスペクト比の大きいコンタクトホー
ルの埋め込みを短い工程数でしかも汚染せずに行なう方
法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明では、コンタクトホールを開孔し、気相成長法に
より全面にバリヤ金属を形成する。次に、等方的なドラ
イエッチングを行ない、コンタクトホール内のバリヤ金
属のエッチング速度を最小限に抑え、表面に形成された
不用な金属を重点的に取り除く。次に選択気相成長法に
よりコンタクトホールを金属膜で埋め込む。このあとタ
ングステンやモリブデンなどの高融点金属やシリサイ
ド、アルミニウム等を成膜し配線としてパターニングす
る。

（作用） 本発明においては、気相成長法により全面にバリヤ金属
を形成し、次に等方的なドライエッチングを行ない表面
に形成された不用なバリヤ金属のみを除去する。等方的
なドライエッチングでは、表面に形成されたバリヤ金属
は全方向からエッチングされエッチング速度は大きい。
一方、コンタクトホール内のバリヤ金属は入射角が90℃
近傍のエッチングガスイオンによってしかエッチングさ
れない。従って、等方的なドライエッチングは平坦化工
程と同じ効果を持つ。従って、本手法を選択気相成長法
と組み合せるとアスペクト比の大きいコンタクトホール
を短い工程数でしかも汚染せずに埋め込むことができ
る。

（実施例） 一実施例について第１図〜第３図を用いて説明する。コ
ンタクト電極形成前の形状は第１図(a)の様になってい
る。つまり半導体素子（図示せず）を形成したSi基板11
上にＣＶＤ法で厚さ0.5〜0.1μｍのSiO₂膜12を形成し、
次に異方性ドライエッチング技術を使い直径0.5〜1.5μ
ｍ程度のコンタクトホールを開孔する。このコンタクト
ホールはアスペクト比が大きいのでスパッタ法や蒸着法
ではコンタクトホールを底部に均一にバリヤ金属を形成
できない。これにバリヤ金属として窒化チタンを気相成
長法により300〜3000Å成長させる。窒化チタンは四塩
化チタンとアンモニアを用いることによって気相成長で
きる。気相成長によって全面に一様に窒化チタン13が形
成され、第１図(b)の様になる。

次に、六ッ化硫黄（SF₆）等をエッチングガスとして導
入し、等方的にドライエッチングを行なう。等方的なド
ライエッチングは、100mTorr以上の高い圧力にし、供給
電力を小さくして放電のエネルギー密度を下げることに
より可能となる。等方的なエッチングでは、表面での窒
化チタンのエッチング速度は大きく、コンタクトホール
内の窒化チタンのエッチング速度は小さい。これは、圧
力が高いためにイオン化した六フッ化硫黄が数多くの気
体分子と衝突し、放電のエネルギー密度が小さいために
イオンの加速電圧が小さいので、エッチングガスイオン
は全方向の速度成分を持つ。このため、表面の窒化チタ
ン膜13のエッチング速度は全方向からエッチングを受け
るので大きいが、コンタクトホール底部の窒化チタン膜
13のエッチング速度はコンタクトホール底部には入射角
が90近傍の粒子しか到達できないため表面より大幅に小
さくなる。

従って等方的なエッチング後、窒化チタン膜13は、第１
図(c)の様に底部及びその近傍の部分にだけ残る。窒化
チタン13がコンタクトホール側面に残ることもあるがそ
れでもかまわない。また、窒化チタンの膜厚が薄くエッ
チングによって半導体基板がダメージを受け半導体装置
の電気特性が劣化する恐れがある場合は、第２図(a)の
様に窒化チタン保護のため全面にタングステン膜14を気
相成長させればよい。このようにして等方的なエッチン
グを行なうと第２図(b)の様にタングステン膜14で基板1
1を保護できる。

最後に、選択気相成長法によってタングステン膜15を成
長させコンタクトホールを埋め込むと、第１図(c)は第
３図(a)に、第２図(b)は第３図(b)の様になる。この一
連プロセスによりコンタクトホールをタングステン／窒
化チタン／シリコン構造で埋め込むことができる。タン
グステンはシリコンとシリサイド反応を起こしやすい材
料であるが、窒化チタンを間に入れることで高い温度で
も反応を抑えられる耐熱性が向上する。

本実施例では、シリコンデバイスについて述べたが、ガ
リウム砒素などの他の半導体デバイスでも良い。また、
バリヤ金属として窒化チタンを例にとり配線材料として
タングステンについて記述したが、窒化タングステンと
アルミニウム等の他の材料の組み合せでも構わない。ア
ルミニウムはエレクトロマイグレーヨンや半導体材料と
のアロイを起こしやすい材料であるが、本発明の方法を
使うとバリヤ金属を入れてあるため抑えることができ信
頼性の高いアルミ配線が形成できる。

（発明の効果） 本方法を用いると、バリヤ金属を形成後にコンタクトホ
ール以外のバリヤ金属を除去するためのパターンニング
工程は必要としない。従って、工程数が減少するだけで
なく、コンタクト抵抗に悪影響を与えるバリヤ合金の汚
染の心配もない。さらに、気相成長は真空チャンバー内
で行なわれ、装置にドライエッチング機能を付加するこ
とや真空チャンバーを複数化することは容易であり、ウ
エハーを大気に晒すことなく、コンタクトホールの底部
以外のバリヤ金属を除去しかつコンタクトホールを埋め
込むことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、本発明の実施例を示す概略断面図で
ある。 11…Si基板、12…SiO₂膜、13…窒化チタン膜、14…タン
グステン膜、15…タングステン膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に半導体素子を形成しその上に絶縁
   膜を形成し所望の部分にコンタクトホールを開孔して配
   線を形成する半導体装置の製造方法において、コンタク
   トホール開孔のあと気相成長法によりバリヤ金属を形成
   し、次いで等方的なドライエッチングを行ないコンタク
   トホールの底部以外のバリヤ金属を除去する工程と、選
   択気相成長によりコンタクトホールを金属膜で埋め込む
   工程を持つことを特徴とする半導体装置の製造方法。