JPH0714833A - 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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JPH0714833A
JPH0714833A JP14370993A JP14370993A JPH0714833A JP H0714833 A JPH0714833 A JP H0714833A JP 14370993 A JP14370993 A JP 14370993A JP 14370993 A JP14370993 A JP 14370993A JP H0714833 A JPH0714833 A JP H0714833A
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Yoshiyuki Takegawa
宜志 竹川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 集積回路における表面段差を有するコンタク
トホール部を埋めるCu膜形成方法に関する。 【構成】 基板表面上に形成された層間絶縁膜の所望の
位置にコンタクトホールを開口し、少なくともコンタク
トホールの底部及び側面にSi膜を被覆し、Cuを高温
スパッター法により前記Si膜上に積層することによ
り、Si膜の表面にSi−Cu合金層を形成するととも
に該Si−Cu合金層上にCu膜を成膜することによっ
て前記コンタクトホールを埋め込むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。 【効果】 Si膜の存在により、Cu膜の形成中に、S
i−Cu間の合金化反応が起こり、Cuの流動性が向上
し、Cu膜の形成と同時にコンタクトホール部を簡便に
埋め込むことができる。

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方法に
関する。さらに詳しくは、集積回路における表面段差を
有するコンタクトホール部を埋めるCu膜形成方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】集積回路の集積度が高まるにつれて、チ
ップ上の配線における電流密度はますます高まる傾向に
ある。このため従来のAl配線では、Al自体が比較的
低い温度においても高い拡散速度を持つので、電流密度
が高い領域での使用は、エレクトロマイグレーションの
発生により断線に至るという問題がある。このため、A
lに替えて、Cu、W等の耐熱金属を配線に使用するこ
とが試みられている。例えば、特開平第4-120725号公報
には、Wを使用した配線の形成方法が示されている。一
方、Cuは、低抵抗でかつ上記エレクトロマイグレーシ
ョン耐性も高く、有望視されている。
【0003】従来のCu膜の形成方法には例えば図2に
示すような製造方法が挙げられる。この方法は、所望の
素子が形成された半導体基板201の上に層間絶縁膜202を
積層し(図2(a))、半導体基板201の電気的接続が必要
な領域250、251の上部の層間絶縁膜202を所定の形状に
エッチングしてコンタクトホール204を形成する(図2
(b))。次いで、この上からCu膜203をスパッター法で
形成する(図2(c))。このとき、Cu膜203から層間絶
縁膜202及び半導体基板201への、Cu原子の拡散を防ぐ
ために、Cu膜203の上層又は下層にTi、TiSi2
TiN等の膜を配し、Cu膜203が積層構造とされたり
している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】高密度の集積回路で
は、配線密度が高くなっている。このため、コンタクト
ホール径をより小さくすることが要求されている。しか
しながら、従来のCu膜の堆積方法では、微細化に伴い
コンタクトホール部でのCu膜の段差を被覆することが
充分できないという問題点があった。このためコンタク
トホールの径を小さくしたときに、コンタクトホール部
における、抵抗増加や、素子の動作に伴う電流による断
線や、配線上に絶縁保護膜を形成する際の温度変化に伴
う断線が生じていた。
【0005】
【課題を解決するための手段】かくしてこの発明によれ
ば、基板表面上に形成された層間絶縁膜の所望の位置に
コンタクトホールを開口し、少なくともコンタクトホー
ルの底部及び側面にSi膜を被覆し、Cuを高温スパッ
ター法により前記Si膜上に積層することにより、Si
膜の表面にSi−Cu合金層を形成するとともに該Si
−Cu合金層上にCu膜を成膜することによって前記コ
ンタクトホールを埋め込むことを特徴とする半導体装置
の製造方法が提供される。
【0006】以下に、本発明の半導体装置の製造方法を
説明する。まず、基板上に層間絶縁膜を被覆する。使用
できる基板としては、公知の基板が使用でき、例えば、
Si、GaAs等からなる基板が挙げられ、予めn型或
いはp型の導電性をもたせることもできる。この内、S
i基板の使用が好ましい。また、この基板には予め、イ
オン注入等の手段により形成された不純物拡散領域、熱
酸化等の手段により形成された素子分離領域或いはCV
D法等の手段により形成されたゲート電極等の半導体装
置の構成物が形成されていてもよい。層間絶縁膜には、
SiO2、BPSG等の公知のものを使用することがで
き、このような膜は熱酸化、CVD、スパッタ等の方法
により形成することができ、膜厚は0.4〜1.5μmが好ま
しい。
【0007】次に、層間絶縁膜をドライエッチング等の
公知の方法により開口し、コンタクトホールを形成す
る。コンタクトホールの開口の直径は、特に限定されな
いが10〜0.8μmが好ましく、更に本発明では後に形成
されるCu膜の段差被覆性が改善されているので、前記
範囲より小さい直径0.8〜0.1μmで使用する場合にも良
好な配線を得ることが可能である。また、コンタクトホ
ールが形成される位置は、配線層による電気的な接続が
必要な領域上に形成する必要がある。このような領域と
しては、ソース・ドレイン領域等の不純物拡散領域、下
層配線等が挙げられる。
【0008】次に、コンタクトホールの開口により露出
した基板及び層間絶縁膜上に、膜厚0.02〜0.1μm程度
のSi膜を形成する。このSi膜を堆積させることによ
りコンタクトホール部でのCu膜の段差被覆性の向上を
図ることができる。Si膜の形成には公知の方法を使用
することができ、例えばDCマグネトロンスパッター
法、CVD法等が挙げられる。またSi膜を形成する前
に、膜厚0.05〜0.1μmのTiN、TiW等からなるバ
リア層を形成することもできる。このバリア層により、
後の工程での基板或いは層間絶縁膜のCuによる汚染等
を防ぐことができ、所望の構造の半導体装置を得ること
ができるのでより好ましい。バリア層は公知の方法によ
って形成することができるが、例えばリアクティブスパ
ッター法、DCマグネトロンスパッター法等の方法が挙
げられる。
【0009】次に、Si膜上に、膜厚0.2〜0.5μmのC
u膜を形成する。Cu膜は、例えば、DCマグネトロン
スパッター法、DCスパッター法等の高温スパッター法
により形成することができる。このうちDCマグネトロ
ンスパッター法により成膜することが好ましい。また、
成膜条件を次に述べる。まず、Arガス雰囲気下で行
う。このArガスの圧力は、2.0〜10.0mtorrの範囲で使
用することができ、その圧力は低いほうが好ましいが、
その影響は小さい。このArガス雰囲気下、Cuターゲ
ットを使用して、基板上にCu膜を成膜する。基板温度
は、Cuの融点以下でありかつできるだけ高いほうが好
ましいが、スパッター装置の限界、半導体装置への悪影
響を考慮して、温度500〜600℃が好ましい。DCパワー
は、低いほうがリフロー性は向上するが、所望の膜質を
得るには、1〜8kWが好ましい。
【0010】上記Cu膜の形成によって、先に形成され
たSi膜のSiとCuとが交じり合い、層厚0.02〜0.2
μmのSi−Cu合金層が形成され、このSi−Cu合
金層によってCuの流動性が向上し、そのためコンタク
トホールをCuによって埋め込むことが可能となり、所
望のコンタクト配線を得ることができる。
【0011】
【作用】従来の製造方法のように、コンタクトホールが
形成された層間絶縁膜上にCu膜をスパッター法で形成
する場合、コンタクトホールの直径を小さくしたときコ
ンタクトホール部でのCu膜の段差被覆性が充分でな
く、コンタクトホール部とCu膜との抵抗の増加及び断
線という問題があった。
【0012】そこで本発明では、Si膜を堆積させたあ
と、Cu膜を高温スパッター法により堆積させ、コンタ
クトホールを埋め込むことにより、低抵抗で高信頼性を
有するCu配線を形成することができる。
【0013】
【実施例】以下、この発明の半導体装置の製造方法を実
施例により説明する。図1(a)〜(e)は、この発明の半導
体装置の製造方法を示す工程の概略断面図である。まず
最初に、基板101上に、不純物を注入することによっ
て、接続が必要な領域である不純物拡散層150、151を形
成した。次に、CVD法によってSiO2からなる層間
絶縁膜102を膜厚1.0μmで成膜した(図1(a))。
【0014】次に、不純物拡散層150及び151上の層間絶
縁膜102をドライエッチングによって取り除き、直径0.4
μmのコンタクトホール107をそれぞれ形成した(図1
(b))。次に、層間絶縁膜102及び基板101を覆うように、
膜厚0.1 μmのTiNからなるバリア層103を、リアク
ティブスパッター法により形成した(図1(c))。成膜の
条件は、Ar/N2混合ガス及びTiターゲットを使用
し、圧力4.0mTorr、基板温度200 ℃、DCパワー5000W
とした。
【0015】次に、Si膜104をDCマグネトロンスパ
ッター法により、バリア層103上に膜厚0.05μmで成膜
した(図1(d))。成膜の条件は、Arガス中で、基板温
度200℃、圧力5.0mTorr、DCパワー1.0kWとした。最
後に、Si膜104上に膜厚0.5μmのCu膜105をDCマ
グネトロンスパッタ法により形成した。成膜の条件は、
Arガス中で、基板温度500℃、圧力2mtorr、DCパワ
ー2.0kWとした。このスパッタ法により、Si膜104の
SiとCuとが入り交じり、膜厚0.07μmのSi−Cu
合金層106が形成されるとともに、前記Cu膜105により
コンタクトホールが埋め込まれ、図1(d)に示す半導体
装置が得られた。
【0016】
【発明の効果】この発明によれば、コンタクトホール径
を小さくしたときにも、Cu膜の段差被覆性が充分に確
保され、コンタクトホールを隙間なく埋めることがで
き、低抵抗で信頼性の高いCu配線を形成することがで
きる。更に、従来微細コンタクトホールの埋め込みに用
いられてきたような、ブランケットタングステン埋め込
み後、エッチバックを行うような複雑な工程を採用する
ことなく、簡略な高温リフロー法を用いることにより、
大幅に工程の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法をしめす工程の
概略断面図である。
【図2】従来の半導体装置の製造方法をしめす工程の概
略断面図である。
【符号の説明】
101、201 基板 102、202 層間絶縁膜 103 TiN膜(バリア層) 104 Si膜 105、203 Cu膜 106 Si−Cu合金膜 107、204 コンタクトホール 150、151、250、251 不純物拡散層(接続が必要な領
域)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板表面上に形成された層間絶縁膜の所
    望の位置にコンタクトホールを開口し、少なくともコン
    タクトホールの底部及び側面にSi膜を被覆し、Cuを
    高温スパッター法により前記Si膜上に積層することに
    より、Si膜の表面にSi−Cu合金層を形成するとと
    もに該Si−Cu合金層上にCu膜を成膜することによ
    って前記コンタクトホール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】 Si膜と、基板及び層間絶縁膜の間に、
    バリア層を形成することからなる請求項1記載の半導体
    装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 コンタクトホールが開口される基板表面
    上に、予め配線層を形成することからなる請求項1記載
    の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 高温スパッター法が、DCマグネトロン
    スパッター法である請求項1記載の半導体装置の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 DCマグネトロンスパッター法を使用し
    た場合の成膜条件が、基板温度が500〜600℃であり、D
    Cパワーが1〜8kWであることからなる請求項4記載
    の半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100339179B1 (ko) * 1998-04-27 2002-05-31 포만 제프리 엘 상호 접속 구조 및 그 형성 방법
KR100402941B1 (ko) * 1996-08-19 2004-03-18 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 금속층 형성방법

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