JPH08222629A - 配線構造及び配線構造の製造方法 - Google Patents

配線構造及び配線構造の製造方法

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JPH08222629A
JPH08222629A JP2970095A JP2970095A JPH08222629A JP H08222629 A JPH08222629 A JP H08222629A JP 2970095 A JP2970095 A JP 2970095A JP 2970095 A JP2970095 A JP 2970095A JP H08222629 A JPH08222629 A JP H08222629A
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JP
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contact hole
wiring
side wall
wiring structure
film
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JP2970095A
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English (en)
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Yasuhiko Yamashita
保彦 山下
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンタクトホールをAl合金で埋め込む場合
に、埋め込みやすい構造で、且つコンタクト抵抗の良好
なものを得ること。 【構成】 下層配線7を形成し、下層配線の上に層間絶
縁膜9を堆積し、この層間絶縁膜に下層配線に通じるコ
ンタクトホール10を形成し、コンタクトホール側壁に
窒化チタンからなるサイドウォール12を形成し、コン
タクトホール内に少なくともアルミニウムを含む金属に
より埋め込み、上層配線14を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、配線構造及びその製造
方法に係り、詳しくは、多層配線形成技術に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高集積半導体装置に採用されてい
る多層配線では、配線間コンタクト(ビアコンタクト)
の低抵抗化及び配線の信頼性の向上が求められている。
しかも、半導体装置の高集積化はますます進んでおり、
コンタクトホール(ビアホールも同義とする)の径を小
さくすることが求められている。しかしながら、コンタ
クトホールの径を小さくすると、コンタクトホール内に
十分な厚さの配線材料を堆積させるのが難しくなる。そ
こで、コンタクトホール内にアルミニウムを埋め込み、
第1層配線と第2層配線とを接続するプラグを形成する
ことが提案されている(M.Taguchi et.al.,Proc.9th Int
ernational IEEE VMIC Conference,(1992),P.219.)。
【0003】即ち、図2に示すように、単結晶シリコン
基板1に、絶縁膜2及び接続孔3を形成した後、マグネ
トロンスパッタ法を用いて、Ti4、TiN5、Ti
6、Al合金7、TiN8を順次積層し、第1層配線を
形成する(第2図A)。前記Al合金7は高温での堆
積、あるいは堆積後の熱処理によって、接続孔内にも埋
め込まれる。
【0004】第1層配線のパタ−ニングを行った後、層
間絶縁膜9及びコンタクトホール10を形成し、更にC
VD法によりSiN16を形成する(第2図B)。エッ
チバックを行い、層間絶縁膜上およびコンタクトホール
底部のSiN16を除去し、SiNサイドウォール17
を形成する。(第2図C)。続いて、スパッタエッチン
グを行った後、Ti13、Al合金14、TiN15を
順次積層し、第2層配線を形成する(第2図D)。前記
Al合金は高温での堆積、あるいは堆積後の熱処理によ
って、コンタクトホ−ル内にも埋め込まれる。
【0005】ここで、SiNサイドウォ−ル17は、A
l合金14の下に堆積するTi薄膜13が、コンタクト
ホ−ル側壁部において、層間絶縁膜9からの放出ガスに
より酸化され、その部分でAl合金14のコンタクトホ
ール内への流れ込みが止まり、Al合金14の埋め込み
が阻害されることを防ぐために用いられる。スパッタエ
ッチングは、層間接続孔内のエッチングスカム、第1層
配線上の酸化層を除去し、良好な電気的接続を得るため
に用いられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来例にあっては、絶
縁膜であるSiNからなるサイドウォールを形成してい
るため、コンタクトホール底部の面積が小さくなり、配
線間抵抗が増大する問題がある。特にこの問題は、コン
タクトホールの径が小さくなるほど顕著である。
【0007】更に、サイドウォ−ルの形成、上層配線の
形成に複数の装置が必要であり、製造工程が複雑である
問題もある。本発明は、配線構造及びその製造方法に関
し、斯かる問題点を解消するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明における
配線構造は、下層導電領域と上層導電領域間を接続する
コンタクトホールの側壁に、導電性材料からなるサイド
ウォ−ルを形成したものである。また、請求項4の発明
における配線構造は、前記コンタクトホール内を、少な
くともアルミニウムを含む金属により埋め込むものであ
る。
【0009】また、請求項5の発明における配線構造の
製造方法は、下層導電領域を形成する工程と、前記下層
導電領域の上に層間絶縁膜を堆積し、この層間絶縁膜に
前記下層導電領域に通じるコンタクトホールを形成する
工程と、前記コンタクトホールの側壁に導電性材料から
なるサイドウォールを形成する工程と、前記コンタクト
ホール内を少なくともアルミニウムを含む金属により埋
め込み、上層導電領域を形成する工程とを含むものであ
る。
【0010】また、請求項2又は6の発明における配線
構造又は配線構造の製造方法は、前記導電領域が、ソー
ス/ドレイン等の不純物領域、電極、配線等の導電性を
有する。また、請求項3又は請求項7の発明における配
線構造又は配線構造の製造方法は、前記サイドウォ−ル
をTi、Wなどの高融点金属又はTiN、WSiなどの
高融点金属化合物によって形成したものである。
【0011】
【作用】即ち、請求項1乃至3の発明にあっては、コン
タクトホ−ル側壁に、導電性材料からなるサイドウォー
ルを形成することにより、層間膜の成分により導電性材
料が酸化されることを防ぐ。請求項4の発明にあって
は、上記の作用に加え、サイドウォ−ルも配線の一部と
なり、コンタクトホール底部の面積が小さくならず、導
電領域間抵抗の増大が防げる。
【0012】請求項5乃至7の発明にあっては、上記の
作用に加え、サイドウォールの形成と上層導電領域の形
成が同一の装置で行うことができ、製造工程が簡略化さ
れる。
【0013】
【実施例】以下、本発明を2層配線に具体化した実施例
を図1に基づいて説明する。尚、従来例と同様の構成に
は同符号を用いる。図1は本実施例の配線構造を採用し
た半導体装置の製造プロセスを示した断面図であり、以
下順を追って説明する。
【0014】プロセス1(図1A):単結晶シリコン基
板1の上に、膜厚600nmのシリコン酸化膜2をCV
D法、熱酸化法等により形成する。更に、通常のリソグ
ラフィ技術、ドライエッチング技術(RIE法等)によ
り、レジスト(図示略)塗布、露光、エッチング作業を
経て、コンタクトホール3を形成し、マグネトロンスパ
ッタ法を用いて、前記シリコン酸化膜2の上にチタン
(Ti)薄膜4(膜厚50nm)、窒化チタン(Ti
N)薄膜5(膜厚100nm)、チタン(Ti)薄膜6
(膜厚50nm)、アルミ合金膜7(Al−Si(1
%)−Cu(0.5%))(膜厚500nm)、TiN
薄膜8(膜厚20nm)を順次下から形成する。前記A
l合金膜7は、400℃〜600℃での堆積、あるいは
室温〜300℃で堆積した後に400℃〜600℃の熱
処理を行うことにより、コンタクトホ−ル内にも埋め込
まれる。
【0015】前記Ti薄膜4及びTiN薄膜5はAlと
Siが反応しないようにするためのバリヤメタルとして
機能する。また、前記TiN薄膜8はリソグラフィ工程
で光がAlに反射することを防止し、反射光がレジスト
に影響しないようにする所謂キャップメタルとして機能
する。そして、通常のリソグラフィ技術、ドライエッチ
ング技術(RIE法等)により、レジスト(図示略)塗
布、露光、エッチング作業を経て、バリヤメタル、アル
ミ合金膜7及びキャップメタルを所定形状にパターニン
グする。
【0016】プロセス2(図1B):前記TiN薄膜8
及び露出した前記Si酸化膜2の上に、CVD法により
Si酸化膜9を堆積する。更に、通常のリソグラフィ技
術、ドライエッチング技術(RIE法等)により、レジ
スト(図示略)塗布、露光、エッチング作業を経て、前
記Si酸化膜9にコンタクトホール10を形成する。次
に、マグネトロンスパッタ法を用いてTiN薄膜11
(膜厚100nm)を形成する。
【0017】プロセス3(図1C):不活性ガス(例え
ばAr)を用いたスパッタエッチングにより、前記Si
酸化膜9上及びコンタクトホ−ル10底部のTiN薄膜
11のみを除去し、コンタクトホール側壁にサイドウオ
−ル12を形成する。 プロセス4(図1D):マグネトロンスパッタ法を用い
て、Ti薄膜13(膜厚50nm)、Al合金膜14
(Al−Si(1%)−Cu(0.5%))(膜厚50
0nm)、TiN薄膜15(膜厚20nm)を順次下か
ら形成する。前記Al合金膜14は、400℃〜600
℃での堆積、あるいは室温〜300℃で堆積した後に4
00℃〜600℃の熱処理により、コンタクトホ−ル内
にも埋め込まれる。
【0018】以上のように、本実施例では、従来のSi
Nに代えて導電性を有するTiNをサイドウォールとし
たので、サイドウォールも上層配線の一部となる。そし
て、通常のリソグラフィ技術、ドライエッチング技術
(RIE法等)により、レジスト(図示略)塗布、露
光、エッチング作業を経て、Ti薄膜13、アルミ合金
膜14及びTiN薄膜15を所定形状にパターニングす
る。
【0019】図3はコンタクトホールの径と下地膜との
コンタクト抵抗との関係を示したものである。この実験
結果から明らかなように、従来のようにSiN薄膜によ
りサイドウォ−ルを形成した場合には、本発明に比べて
相対的にコンタクト抵抗値が高く且つバラツキも大き
く、しかも、コンタクトホールの径が小さくなるに従っ
て、その傾向が強くなることが分かる。
【0020】尚、本発明は以上の実施例に限定されるも
のではなく、以下のように実施してもよい。 スパッタリングの方法として、マグネトロンスパッタ
リング以外に、ダイオードスパッタリング、高周波スパ
ッタリング、四極スパッタリング等のようなものであっ
てもよい。
【0021】スパッタエッチングの方法として、不活
性ガスを用いる以外に、反応性ガス(例えばCCl4
SF6)を用いた反応性イオンビームエッチング(RI
BE、反応性イオンミリングとも呼ばれる)を用いても
よい。 シリコン酸化膜はCVD法以外の方法(スパッタ法や
蒸着法等のPVD法、酸化法)によって形成してもよ
い。
【0022】シリコン酸化膜を他の絶縁膜(各種シリ
ケートガラス、アルミナ、シリコン窒化膜、チタン酸化
膜等)に置き換えてもよい。 サイドウォ−ルをTiNで形成したが、W、TiW、
WSi等の高融点金属あるいはその化合物であっても同
等の効果を有する。
【0023】
【発明の効果】請求項1乃至3の発明にあっては、コン
タクトホ−ル側壁に、導電性材料によりサイドウォール
を形成することにより、層間膜の成分により導電性材料
が酸化されることを防ぎ、コンタクトホール内へのAl
合金の埋め込みを容易に行うことができる。
【0024】請求項4の発明にあっては、上記の効果に
加え、サイドウォ−ルも配線の一部となり、コンタクト
ホール底部の面積が小さくならず、導電領域間抵抗の増
大を防ぐことができる。請求項5乃至7の発明にあって
は、上記の効果に加え、サイドウォールの形成と上層導
電領域の形成とを同一の装置で行うことができ、製造工
程を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の配線構造を具体化した一実施例の半導
体装置の製造プロセスを示す縦断面図である。
【図2】従来の配線構造を具体化した一実施例の半導体
装置の製造プロセスを示す縦断面図である。
【図3】本実施例と従来例におけるコンタクトホールの
サイズとコンタクト抵抗との関係を示した図である。
【符号の説明】
7 Al合金薄膜(下層配線) 9 シリコン酸化膜(層間絶縁膜) 10 コンタクトホール 12 サイドウォ−ル 14 Al合金薄膜(上層配線)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下層導電領域と上層導電領域間を接続す
    るコンタクトホールの側壁に、導電性材料からなるサイ
    ドウォ−ルを形成したことを特徴とする配線構造。
  2. 【請求項2】 前記導電領域は、ソース/ドレイン等の
    不純物領域、電極、配線等の導電性を有するものである
    ことを特徴とした請求項1に記載の配線構造。
  3. 【請求項3】 前記サイドウォ−ルをTi、Wなどの高
    融点金属又はTiN、WSiなどの高融点金属化合物に
    よって形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載
    の配線構造。
  4. 【請求項4】 前記コンタクトホール内を、少なくとも
    アルミニウムを含む金属により埋め込むことを特徴とす
    る請求項1乃至3のいずれか1項に記載の配線構造。
  5. 【請求項5】 下層導電領域を形成する工程と、 前記下層導電領域の上に層間絶縁膜を堆積し、この層間
    絶縁膜に前記下層導電領域に通じるコンタクトホールを
    形成する工程と、 前記コンタクトホールの側壁に導電性材料からなるサイ
    ドウォールを形成する工程と、 前記コンタクトホール内を少なくともアルミニウムを含
    む金属により埋め込み、上層導電領域を形成する工程
    と、を含むことを特徴とした配線構造の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記導電領域は、ソース/ドレイン等の
    不純物領域、電極、配線等の導電性を有するものである
    ことを特徴とした請求項5に記載の配線構造の製造方
    法。
  7. 【請求項7】 前記サイドウォ−ルをTi、Wなどの高
    融点金属又はTiN、WSiなどの高融点金属化合物に
    よって形成したことを特徴とする請求項5又は6に記載
    の配線構造の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100728945B1 (ko) * 2001-06-27 2007-06-15 주식회사 하이닉스반도체 금속라인의 형성방법
JP2011524089A (ja) * 2008-06-11 2011-08-25 クロステック・キャピタル,リミテッド・ライアビリティ・カンパニー Cmosイメージセンサの製造方法

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